(57)【要約】【課題】生産性に優れたロータリーエキスパンド方式によるエキスパンド網目を格子体に用いた鉛蓄電池において発生する格子体の結節部の断線とこれによる電池容量の低下を抑制し、長寿命の鉛蓄電池を提供すること。【解決手段】鉛もしくは鉛合金で構成されたシートに断続したスリットを平行に複数条形成するとともに、スリット間に形成された線条部をシート面に対して上下方向に突出させ、このシートを幅方向に展開伸張して形成したエキスパンド格子体を備えた鉛蓄電池において、エキスパンド格子体を構成する網目の結節部と線条部において、結節部のシート幅方向の引張強度を線条部の長さ方向の引張強度以上とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛もしくは鉛合金で構成されたシートに断続したスリットを平行に複数条形成するとともに、スリット間に形成された線条部を前記シート面に対して上下方向に突出させ、前記シートを幅方向に展開伸張して形成したエキスパンド格子体を備えた鉛蓄電池であって、前記エキスパンド格子体を構成する網目の結節部と線条部において、前記結節部の前記シート幅方向の引張強度を前記線条部の長さ方向の引張強度以上としたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
負極板の枚数を正極板の枚数以下としたことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
電槽内壁に直接接触する正極板を備えたことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等に用いられる鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉛蓄電池の格子体は、生産性を向上させることを目的として、鋳造法によるものからエキスパンド法によるものが用いられている。エキスパンド法では一般的に鉛−カルシウム合金シートにスリットを形成し、このスリットを展開して網目を形成する。
【０００３】
このエキスパンド法の中でもレシプロ方式が一般的に用いられてきた。このレシプロ方式によるエキスパンド工法では間欠的に鉛合金シートを往復運動する金型に送り込むことによって、鉛合金シートにスリットを形成し、金型の先端部でスリットで挟まれたストランドとなる部分をシートの幅方向へ展開して網目を形成する。
【０００４】
このため、網目の生産速度を向上するためには金型の刃数を増やすか、プレス速度を増加させる必要がある。しかしながら、このような方法では金型の重量増を招いたり、より大出力のプレス機が必要となり、設備はより大型化してランニングコストが増大するという問題があった。そこでさらに生産性を向上させる手段として、特許文献１に記載されているようなロータリエキスパンド方式が採用されつつある。この方式では図１に示したような凸状加工刃１を形成した円盤状カッター２を図２に示したように間隔を設けて積層したカッターロール３、３´の一対間にシートを通過させてシートに千鳥状のスリットを形成するものである。この方式によればカッターロールの回転数を増加させることで比較的容易に生産速度を向上させることができる。
【０００５】
カッターロール対３、３´は互いに凸状加工刃１が対向するよう配置されており、凸状加工刃１同士の重なりによってシート４がせん断され、図３に示したような断続したスリット５が平行に円盤状カッター２の枚数に応じて複数条分形成される。凸状加工刃１間には平坦部７が形成され、この平坦部７が断続部６に対応する。スリット５を展開してエキスパンド網目とするために、スリット５間の断続部６を交互に切断してスリット５を千鳥状とする必要がある。
【０００６】
特許文献１に記載されたロータリーエキスパンド方式では断続部６を交互に切断するために、図４に示したように、凸状加工刃１間の平坦部７に厚み方向に交互に薄肉部８を形成し、図２に示したカッターロール対３、３´において、平坦部７同士が重なり合うよう配置する。図５はカッターロール対３、３´が重なり合うよう配置された状態を示す断面図であるが、薄肉部８同士が対向する部分は逃げ部９を形成し、この逃げ部９に対応する断続部８は切断されない。一方、薄肉部８の反対面１０同士が重なりあう部分はせん断部を形成し、このせん断部に対応する断続部６は切断される。このようにして断続部６が交互に切断されて、シートに千鳥状スリットが形成される。
【０００７】
このようにして図６に示したように、シート４上に千鳥状スリット１１を形成される。このシート４のＡ−Ａ´断面を見た場合、図７に示したように千鳥状スリット１１で囲まれた線条部１２が凸状加工刃１の先端形状に応じて上下方向に円弧状に突出している。
【０００８】
その後、シート４を幅方向に展開することにより、図８に示したようなエキスパンド網目１３を形成する。このエキスパンド網目は線条部１２と線条部１２同士を結合する結節部１３で構成される。なお、結節部１３は切断されずに残った断続部６に対応する。
【０００９】
このようなロータリーエキスパンド方式では比較的高速でエキスパンド網目を形成することができる。しかしながら、図５に示したように、結節部１４は断続部６のせん断時に変形を受けて応力が集中する。また、図７に示したように、線条部１２がシート４面の上下方向に円弧状に突出させた後、シート幅方向に展開されるため、線条部１２には捩れが生じる。この捩れにより線条部１２自体に応力がかかるが、線条部１２の支点である結節部１４にも応力が集中する。
【００１０】
このようなエキスパンド網目を鉛蓄電池の格子体として用いた場合、エキスパンド加工時の応力が集中した結節部１４が腐食したり、正極活物質の膨張による引張り力によって断線し、比較的早期に寿命に至るという問題があった。
【００１１】
このような格子の結節部１４が腐食するという現象は、特に高温環境下で使用される頻度の高い、自動車用鉛蓄電池さらには電池中の単位セルを構成する極板群中の負極板の枚数が正極板の枚数と同枚数か正極板の枚数より１枚少ない構成の蓄電池において顕著である。このような極板群構成の場合、極板群の両端に位置する２枚の極板（以下、端板）中、一方もしくは両方が正極板となる。
【００１２】
このような端板が正極板であって、正極端板が直接電槽内壁に接する構成、すなわち、特に負極板が袋状セパレータに収納されるか、もしくは袋状セパレータではなく、リーフ状のセパレータを用いた構成の場合、正極端板は腐食により体積膨張し結節部が断線することで電池容量が低下する確率が、他の端板でない正極板に比べて大きいことがわかってきた。
【００１３】
負極板に挟まれている正極板の場合、正極活物質と負極活物質の膨張によって正極板の両面は比較的均一に正極板の厚み方向への圧迫力によって結節部が挟持されているが、端板が正極板である場合には極板の両面が均一に挟持されていないため結節部の断線が発生し電池容量の低下が発生しやすいと推測される。
【００１４】
【特許文献１】
特開平３−２０４１２６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような生産性に優れたロータリーエキスパンド方式によるエキスパンド網目を格子体に用いた鉛蓄電池において発生する格子体の結節部の断線とこれによる電池容量の低下を抑制し、長寿命の鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の鉛もしくは鉛合金で構成されたシートに断続したスリットを平行に複数条形成するとともに、スリット間に形成された線条部をシート面に対して上下方向に突出させ、シートを幅方向に展開伸張して形成したエキスパンド格子体を備えた鉛蓄電池であって、エキスパンド格子体を構成する網目の結節部と線条部において、結節部のシート幅方向の引張強度を線条部の長さ方向の引張強度以上としたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池において、負極板の枚数を正極板の枚数以下とした鉛蓄電池を示すものである。
【００１８】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは請求項２の鉛蓄電池において、電槽内壁に直接接触する正極板を備えた鉛蓄電池を示すものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による鉛蓄電池の構成を説明する。
【００２０】
本発明による鉛蓄電池に用いる格子体はロータリーエキスパンド方式によって作成されることによって、図８に示したような線条部に捩れを有している。ロータリーエキスパンド方式による格子体の作成方法としては種々のものが示されているが、従来の技術において例示した特許文献１に示したような方法によって作成することができる。ロータリーエキスパンド方式によるエキスパンド網目は格子材料となるシートに断続したスリットを平行に複数条形成し、スリット断続部を交互に切断するとともに、このスリット間に位置する線条部を上下方向に円弧状に突出させたのち、シートを幅方向、すなわち、スリットと概直交する方向に展開したエキスパンド網目を少なくとも正極格子体に用いるものである。
【００２１】
本発明においては図９に示したように、格子体１５を構成する結節部１６のシート幅方向（図９中のＷ方向）の引張強度をＴｎ、線条部１７の線条部長さ方向（図９中のＬ方向）の引張強度をＴｓとしたときに、Ｔｓ≦Ｔｎとするものである。このような構成を得るために種々の方法を採用することができる。例えば、図６に示した断続部６の長さ寸法を増加させることによって達成することができる。他の方法として薄肉部８をより薄く形成することによって逃げ部９の体積を増加させ、結節部１６に係る応力を減少させることが行われる。さらに他の方法としては図５の示したカッターロール対の重ね合わせにおいて、平坦部７の重ね合わせ量（図５におけるＣ寸法）を０もしくは図１０に示したように対向する平坦部７同士を０．１〜０．３ｍｍ程度の極小量のみ離間させることによって結節部１６の変形を最小限に抑制できる。特に平坦部１７同士を離間させた場合、断続部６の切断は完全に行われないが、シート幅方向への展開工程によって、容易に切断が行われ、シートは展開される。
【００２２】
本発明の鉛蓄電池はこのようにして得た格子体１５を少なくとも正極格子体として用い、以降は従来の方法によって鉛蓄電池を構成することによって得ることができる。シート材としては従来から用いられている０．０３〜０．１０質量％程度のシート強度を確保するために必要な量のカルシウムや０．２０〜２．００質量％程度のシート耐食性に好ましい効果を確保する程度のスズを含有したＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金であって、圧延によってエキスパンド加工に好適な圧延組織を有した圧延シートを用いることができる。
【００２３】
このようにして得た本発明の鉛蓄電池ではロータリーエキスパンド格子において従来顕著に発生していた結節部１６の断線を抑制し、安定した寿命特性を有した鉛蓄電池を得ることができる。
【００２４】
このような本発明の構成は極板群を構成する負極板の枚数が正極板枚数と同枚数かもしくは１枚少ない鉛蓄電池に適用することが好ましい。このような極板構成の鉛蓄電池は端板の一方もしくは両方が正極板となり、端板としての正極板はその両面が負極板によって加圧されていない。そのため正極板の腐食による体積膨張が端板でなり正極板に比較して著しく大きくなり、格子体の結節部が容易に断線し、電池の容量が急激に低下する頻度が極めて高いため、このような極板群構成の鉛蓄電池に本発明の構成を適用することにより、本発明の効果をより顕著に得ることができる。
【００２５】
また、前記したような極板群の端板のいずれか一方が正極板で構成において、特に正極板が直接電槽内壁に接する構成の鉛蓄電池では、電槽内壁は平滑であるので、この正極端板の体積膨張がさらに大きくなることによって結節部の断線がさらに促進される。したがって、正極板が直接電槽内壁に接する構成の鉛蓄電池に本発明の構成を適用することが好ましい。このような構成は負極板のみが袋状セパレータに収納された構成や、袋状セパレータではなく、リーフ状のセパレータを用いた構成が該当する。
【００２６】
【実施例】
Ｐｂ−０．０７質量％Ｃａ−１．６０質量％Ｓｎ合金で構成され、表面にＰｂ−７質量％Ｓｂ−５質量％Ｓｎ合金層を１０μｍの厚みで形成した総厚１．０ｍｍの圧延シートを作成し、発明の実施の形態で説明したロータリーエキスパンド方式によって正極格子体を作成した。なお、エキスパンド加工に用いる円盤状カッターの平坦部７の重ね合わせ量を変化させることにより、図９に示した格子体１５を構成する結節部１６のシート幅方向（図９中のＷ方向）の引張強度をＴｎと線条部１７の線条部長さ方向（図９中のＬ方向）の引張強度をＴｓを種々に変化させて作成した。これらの正極格子体を用いて表１に示した構成でＪＩＳ−Ｄ５３０１で規定する５５Ｄ２３形鉛蓄電池を作成した。なお、セパレータは微孔性ポリエチレンの袋状セパレータを用い、正極板もしくは負極板のいずれかを袋状セパレータに収納した。
【００２７】
【表１】
2004146179.tif 000002
【００２８】
表１に示した各電池についてＪＩＳ−Ｄ５３０１に規定された軽負荷寿命試験を放電時間を４分から１分に変更し７５℃気相雰囲気下で行った。その結果を表１に示した。表１に示した結果、従来例による電池１、４、７および１０は本発明例による電池に比較して短寿命であった。これらの従来例の電池を分解調査を行ったところ、正極格子の結節部での断線が発生していた。特にこの現象は電槽内壁と直接接触する正極板の存在する電池４、１０において顕著であった。
【００２９】
一方、電槽内壁に直接接触する構成であっても本発明の構成による電池５、６、１１および１２は極めて優れた寿命特性を有していた。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明の構成によれば、生産性に優れたロータリーエキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池の特に正極格子の結節部において従来顕著に発生していた断線を抑制し、これによる容量低下を抑制するとともに、長寿命の鉛蓄電池を生産性よく安価に提供できることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】円盤状カッターを示す図
【図２】カッターロール対を示す図
【図３】凸状加工刃によってシート上に形成されたスリットを示す図
【図４】凸状加工刃を示す図
【図５】カッターロール対の断面を示す図
【図６】シート上に形成されたスリットを示す図
【図７】千鳥状スリットを形成したシートの断面を示す図
【図８】エキスパンド網目を示す図
【図９】本発明の鉛蓄電池の格子体を示す図
【図１０】本発明の鉛蓄電池の格子体の製造工程を示す図
【符号の説明】
１　　　　凸状加工刃
２　　　　円盤状カッター
３、３´　　　カッターロール
４　　　　　　シート
５　　　　　　スリット
６　　　　　　断続部
７　　　　　　平坦部
８　　　　　　薄肉部
９　　　　　　逃げ部
１０　　　　　反対面
１１　　　　　千鳥状スリット
１２　　　　　線条部
１３　　　　　エキスパンド網目
１４　　　　　結節部
１５　　　　　格子体
１６　　　　　結節部
１７　　　　　線条部
【図１】
2004146179.tif 000003
【図２】
2004146179.tif 000004
【図３】
2004146179.tif 000005
【図４】
2004146179.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004146179.tif 000009
【図８】
2004146179.tif 000010
【図９】
2004146179.tif 000011
【図１０】
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