(57)【要約】      （修正有）【課題】鉛蓄電池のセル間隔壁に、正面視において横長である透孔を設けた場合、接続部の高さを低くでき、エネルギー密度の改善に有効である反面、長円は真円あるいは楕円に比べて鉛の溶融起点から円弧部周辺部までの距離が長く、溶融鉛が透孔内全体に行き渡らず、溶着不良が発生するのに対して、溶着状態が大幅に改善される鉛蓄電池を提供する。【解決手段】電槽のセル間隔壁５を介して極板群同士が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池において、前記セル間隔壁に設けられたセル間接続用の透孔１Ａが、正面視において、横長形状で、且つ、前記透孔の水平方向の中心線より上部に位置する両端部の傾斜部が、透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線２よりも内側にある。【選択図】図２
2005285505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽のセル間隔壁を介して極板群同士が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池において、
前記セル間隔壁に設けられたセル間接続用の透孔が、正面視において横長形状で、且つ、前記透孔の水平方向の中心線より上部に位置する両端部の傾斜部が、透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線よりも内側にあることを特徴とする鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
抵抗溶接法によりセル間が接続される鉛蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は単電池での電圧は約２Ｖであり、機器等の作動電圧が高い場合には、単電池（セルともいう、以降セルと記載）を直列に複数個接続して、高電圧にして使用されることが多い。各セルを接続する方法としては、セルの外部で接続線を用いて行う方法と、セルの内部で接続部により接続する方法とがある。鉛蓄電池では、通常、複数のセルが電槽内で接続され、６Ｖあるいは１２Ｖタイプとして広く製造・販売されている。このような鉛蓄電池をモノブロックタイプと称している。これらの鉛蓄電池は、発電要素である極板群（エレメントともいう）を複数セルからなる電槽に挿入した後、前記各極板群がセル間隔壁を介して接続部により電気的に内部接続される。これを、セル間接続と称している。  
【０００３】
該接続方法にはいくつかあるが、抵抗溶接法は、最も信頼性が高く、量産性が優れていることから広く採用されている。前記抵抗溶接法とは、各セルに挿入された極板群に設けた接続部を、電槽のセル間隔壁に設けた透孔で互いに対峙させ、水冷銅電極等で前記接続部をクランプすると共に加圧し、この加圧による変形で形成される通電路に大電流を短時間通電し、発熱させ、そのジュール熱で接続部同士が溶融され、前記溶融鉛が前記透孔内に満たされた後、それが凝固し、極板群同士がセル間接続される方法である。
【０００４】
図９は、上記抵抗溶接法によりセル間が接続された自動車用鉛蓄電池の一例を示す要部模式図で、５はセル間隔壁、９は接続部、１０は鉛蓄電池本体、１１は鉛蓄電池の電槽、１２はその蓋、１３はその端子、１４は極板群をそれぞれ示す。
【０００５】
図１０は、図９の接続部を拡大した要部模式図で、１Ｂはセル間隔壁に設けた従来品の透孔で、溶着された鉛３で満たされた状態である。他の構成部材は図９と同じ番号を付記する。
【０００６】
両極板群の接続部９がセル間接続用電極（図１０では図示せず）でクランプされると共に加圧されることにより、前記接続部９が変形して通電路が形成され、その部分に大電流を短時間流すと接続部９の鉛が互いに溶融され、透孔１Ｂの中が溶融鉛で満たされた後、凝固し、図１０に示すようにセル間隔壁５を介して両極板群１４が接続部により接続される。
【０００７】
電槽のセル間隔壁に設けた水平方向に配された長円の透孔にセルに挿入された両極板群の接続部を対峙させ、抵抗溶接法によりセル間接続する方法が特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１６８４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０に示すセル間隔壁５に設けられる透孔１Ｂの正面視の形状には、真円あるいは楕円が一般的に適用される。ここでの「透孔の正面視の形状」とは、図１０において、透孔１Ｂを、矢印の方向、すなわち、セル間隔壁５の垂直方向から見た形状を意味する。
【０００９】
抵抗溶接時に流す大電流に耐えるためには、一定の透孔面積を確保する必要があり、前記透孔形状を適用した場合、直径が大きくり、極板群上部に大きな空間が必要である。近年、鉛蓄電池のエネルギー密度（容積効率Ｗｈ／Ｌ）の向上が強く要求される中で、極板群上部の空間高さをできるだけ低くする試みがなされており、透孔の正面視の形状としては横長が挙げられる。「背景技術」の項に記載した特許文献１では、矩形と前記矩形の両端部に半円をそれぞれ配した形状の長円が提案されている。この場合の半円は、矩形の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が矩形の水平方向の中心線に位置する形状を有している。
【００１０】
図８は、前記長円の透孔の正面視の形状および前記透孔を用いた場合のセル間接続部の溶着状態を示す模式図であり、１Ｂは長円の透孔、３は溶着された鉛（斜線部分）、４は鉛の溶融起点（●印）、５はセル間隔壁、６は不良溶着部をそれぞれ示す。
【００１１】
また、図８に示す透孔の長円の程度（ここでは長円指数という）は、長円の水平方向の最大長さをＬ、垂直方向の最大高さをＨとし、Ｌ／Ｈを前記長円指数として表したときに、１．２以上、５以下が好ましいことが同じく前記特許文献１で提案されている。
【００１２】
しかし、セル間隔壁にこのような長円の透孔を設けた電槽を用いて抵抗溶接法によるセル間接続を行った場合、透孔の中心部に形成される鉛の溶融起点から円弧部周辺までの距離が真円あるいは楕円に比べて長いので、溶融された接続部の鉛が円弧部周辺まで行き渡らないことが起こり、その部分で不良溶着部が発生する問題を抱えている。
【００１３】
図７は、セル間接続を行うための電極の一例を示す要部模式図で、図７（ａ）は要部正面図，図７（ｂ）は要部側面図で、７は電極本体、８は前記電極７の先端部をそれぞれ示す。
【００１４】
本願発明者は、前記長円の透孔をセル間隔壁に設けたモノブロックタイプの電槽に極板群を挿入し、図７示す電極７を用いて抵抗溶接法によりセル間接続を行った後、接続部をねじ切り、接続部を破断して破断面の溶着状態を観察・調査した。その結果を模式的に示すのが同じく図８である。
【００１５】
図８において、溶着された鉛３とは、通電時の発熱により接続部の鉛が互いに溶融された後、凝固した部分の鉛のことで、前記ねじ切りを行い、接続部を破断した場合、その部分にねじ切り面が発生する。これを溶着された鉛３と称している。これに対して、鉛が互いに溶融していない部分では、ねじ切りを行った場合、ねじ切り面が発生しない。これを不良溶着部６といっている。
【００１６】
図８に示すように、電極７を用いてセル間接続を行った場合、長円の透孔１Ｂの下部の円弧部周辺はねじ切りされた鉛、すなわち溶着された鉛３で満たされているのに対して、上部の円弧部周辺では溶着された鉛３が存在しない部分、すなわち、不良溶着部６が発生している。
【００１７】
この原因は、上部では溶融鉛の表面張力により湯流れが悪くなり、鉛の溶融起点４から円弧部周辺までの距離が長いために溶融鉛が十分に行き渡らなかったことによるものといえる。しかし、下部では、溶融鉛の重力が有効に作用し、上部より溶融鉛の湯流れが良好であったためと考えられる。
【００１８】
前記不良溶着部６が存在すると、その部分に隙間が生じ、電解液が浸透し、接続部の腐食の原因になったり、気密不良の原因になったりして、鉛蓄電池が短寿命になることがある。
【００１９】
したがって、本願発明は、上記知見に基づきなされたもので、その目的とするところは、抵抗溶接法によりセル間接続される鉛蓄電池において、水平方向に配された長円の透孔の特徴である優れたエネルギー密度が維持され、しかもセル間接続部の溶着状態が大幅に改善される鉛蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願発明が課題を解決するための手段として、請求項１による発明は、電槽のセル間隔壁を介して極板群同士が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池において、前記セル間隔壁に設けられたセル間接続用の透孔が、正面視において、横長形状で、且つ、前記透孔の水平方向の中心線より上部に位置する両端部の傾斜部が、透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線よりも内側にあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上、説明したように、電槽のセル間隔壁を介して極板群同士が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池において、前記セル間隔壁に設けられたセル間接続用の透孔が、正面視において、横長形状で、且つ、前記透孔の水平方向の中心線より上部に位置する両端部の傾斜部が、透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線よりも内側にある形状の透孔を適用することにより、セル間接続を行った際に、溶融された接続部の鉛が前記透孔内全体に行き渡り易く、良好な溶着状態が得られ、電解液の浸透による接続部の腐食や気密不良が防止でき、鉛蓄電池の寿命性能が安定し、しかも水平方向に配された長円の透孔の特徴である優れたエネルギー密度が得られ、その工業的効果が極めて大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本願発明を実施するための最良の形態は、電槽のセル間隔壁を介して極板群同士が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池において、前記セル間隔壁に設けられたセル間接続用の透孔が、正面視において横長形状で、且つ、前記透孔の水平方向の中心線より上部に位置する両端部の傾斜部が、透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線よりも内側にある形状にすることである。
【００２３】
本願発明は、上述したように、水平方向に配された長円の透孔において、長円の上部では、鉛の溶融起点から円弧部周辺までの距離が長いことと、溶融鉛の表面張力により湯流れが抑制されることとの相乗効果で溶融鉛が透孔全体に行き渡り難いことに鑑みなされたもので、透孔上部において、前記仮想線より内側に傾斜部を設け、鉛の溶融起点から周辺部までの距離を短縮することを特徴とするものである。
【００２４】
図１は、本願発明の透孔の正面視の形状および仮想線を具体的に示す模式図である。図１において、２は透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線にある半円と直線部からなる仮想線、Ａ―Ａは透孔の水平方向の中心線、Ｃは仮想線２の一部である半円の中心、ｒは前記半円の半径、Ｈは透孔の垂直方向の最大高さ、４は鉛の溶融起点（●印）をそれぞれ示す。
【００２５】
図１に示すように、本願発明の透孔の形状は、円弧、三角形あるいは台形のいずれもＡ−Ａ線より上部において、仮想線２よりも内側に形成されており、いずれも、透孔の中心部に形成される鉛の溶融起点４から透孔の円弧部周辺部までの距離が短縮されているのが理解できる。
【００２６】
一方、透孔下部では、上述したように、上部に比べて溶融鉛が行き渡り易く、溶着状態が良好であるので、上部のような形状の配慮は不要である。実施例の項で後述するように、仮想線２からはみ出した矩形を適用しても良好な溶着状態が得られ、しかも、透孔上部において、図１に示すような傾斜部を採用することによって小さくなった透孔面積を下部の矩形形状により補い、透孔全体として抵抗溶接時に流れる電流に耐えられる面積を確保することができる。
【実施例】
【００２７】
実施例により本願発明を詳細に説明する。
(実施例１)
【００２８】
図２は、実施例１の正面視の透孔形状およびセル間接続部の溶着状態を示す模式図で、１Ａは本願発明の透孔、２は透孔の垂直方向の最大高さ寸法を直径とすると共に、円の中心が透孔の水平方向の中心線（Ａ−Ａ線）にある半円と直線部からなる仮想線、２１は透孔１ＡのＡ−Ａ線より上部（以降、透孔上部という）、２２はＡ−Ａ線より下部（以降、透孔下部という）をそれぞれ示す。
【００２９】
図２に示すように、本実施例では、透孔上部２１は、円弧のみで構成され、透孔下部２２は、Ａ−Ａ線より下部の仮想線２と同じ形状である。
【００３０】
このような形状にすることにより、透孔上部２１では鉛の溶融起点から円弧部周辺までの距離が短縮され、後述する試験結果が示すように、透孔上部２１での溶着状態が改善される。透孔下部２２は従来品の横長形状の透孔の下部と同じ形状なので図８に示すように溶着状態に問題がないのはいうまでもない。
（実施例２）
【００３１】
図３は実施例２の正面視の透孔形状を示す模式図で、構成部材は図２と同じ番号を付記する。
【００３２】
図３に示すように、実施例２では、透孔上部２１の形状は、実施例１と同じ形状を適用し、一方、透孔下部２２は矩形形状を適用した例である。上述したように、鉛の重力が有効に作用し湯流れが上部に比べて良好なので、後述する試験結果が示すように矩形形状の透孔下部の溶着状態も良好で、矩形形状により透孔面積を実施例１よりも大きくできる。
（実施例３）
【００３３】
図４は、実施例３の正面視の透孔形状を示す模式図で、構成部材は図２と同じ番号を付記する。
【００３４】
図４に示すように、透孔上部２１は、傾斜部が上部に向かって上昇する２つの直線からなり、両直線が垂直方向の中心部で交わった形状、すなわち三角形を呈している。透孔下部２２は実施例２と同じく、矩形形状からなっている。このような形状も試験結果で後述するように、透孔上部の溶着状態の改善に有効である。
(実施例４)
【００３５】
図５は、実施例４の正面視の透孔形状を示す模式図で、構成部材は図２と同じ番号を付記する。
【００３６】
図５に示すように、実施例４では、透孔上部２１は、一対の上部に向かって上昇する直線と、前記両直線と交わっている水平方向に平行な平坦部とで構成されている台形形状である。透孔下部２２は、実施例２と同様矩形形状からなっている。
【００３７】
実施例４に示すように、透孔の上部に平坦部が設けられているが、直線からなる両傾斜部および平坦部が仮想線２より内側に配されているので、良好な溶着状態が得られ、しかも、透孔の垂直方向の最大高さが同じ場合には、前記平坦部の長さによっては、透孔上部の面積を実施例２および３よりも大きくできる利点を有している。
（実施例５）
【００３８】
図６は、実施例５の正面視の透孔形状を示す模式図で、１５は透孔下部の両下端角部に設けた円弧部である。他の構成部材は図２と同じ番号を付記する。
図６に示すように、透孔上部２１は実施例１と同じ円弧で構成され、透孔下部２２は矩形であるが、両下端角部に円弧部１５を設けた形状である。溶着状態に関しては、基本的には、実施例１と同じであるが、溶融鉛の重力の効果があるといえでも、矩形の両下端角部は溶融鉛の表面張力の影響を受け易く、溶融鉛が行き渡り難い可能性があるので、その点をさらに改善したものである。
【００３９】
次に、本願発明の効果を具体的に示すために行った試験結果について説明する。
（試験１）
正面視の形状が、実施例１（図２）、実施例２（図３）、実施例３（図４）および実施例４（図５）からなる透孔１Ａを、ＪＩＳ  Ｄ  ５３０１に記載されている自動車用鉛蓄電池５５Ｄ２３型用のモノブロックタイプの電槽(テスト用２セル電槽)のセル間隔壁に穿孔したものを準備した。その際、透孔の垂直方向の最大高さ（Ｈ）を１０．５ｍｍ、水平方向の最大長さ（Ｌ）を１６ｍｍとした。すなわち、透孔の横長指数をＬ／Ｈ＝１．５２とした。
【００４０】
従来品は、図８に示す水平方向に配された長円で、Ａ−Ａ線を介して上部、下部が仮想線２からなる形状の透孔である。その際、透孔の最大高さ（Ｈ）および最大長さ（Ｌ）は、実施例と同じ、１０．５ｍｍならびに１６ｍｍとした。したがって、長円指数もＬ／Ｈ  
【００４１】
＝１．５２と同じである。
上記各電槽に常法で作製された正・負極板をポリエチレン製セパレータを介して積層した５５Ｄ２３型用極板群を挿入し、図７に示す電極７を用いて下記に示す抵抗溶接条件でセル間接続を各試料２０個について行った。その後、全試料の接続部９をねじ切り、破断して、その破断面の溶着状態を観察・調査した。その結果を表１に示す。
【００４２】
抵抗溶接の条件を下記に示す。
（抵抗溶接条件）
通電電流：８．７ｋＡ
クランプ力：５５０ｋｇｆ
通電時間：０．２５秒
【００４３】
【表１】
2005285505.tif 000003
【００４４】
表１に示すように、従来品の水平方向に配された長円の透孔を用いたＮｏ．１では、多数の蓄電池において、図８に示す不良溶着部６が見られた。それに対して、実施例１の透孔上部が円弧形状のＮｏ．２では、いずれの蓄電池においても、溶着された鉛３が透孔内全体に存在し不良溶着部が見られなかった。図２は、その溶着状態を模式的に示す図でもあって、３は溶着された鉛（斜線の部分）、４は溶融起点（●）５はセル間隔壁をそれぞれ示し、溶融起点４から円弧部周辺までの距離が短縮され、透孔１Ａの全体に溶着された鉛３が存在している状態を示している。
【００４５】
実施例２の形状の透孔を用いたＮｏ．３も透孔全体に溶融鉛が行き渡り、図２に示すような溶着状態が得られた。このように、透孔の下部を矩形にしても溶融鉛の重力が有効に作用し、透孔下部全体に行き渡り、良好な溶着状態が得られ、しかも、透孔上部の形状によって減少した透孔面積を、下部で補うことができ、セル間接続時の大電流に十分に耐えられる面積を確保することができた。
【００４６】
また、実施例３の透孔上部の形状が三角形で、透孔下部が矩形形状のＮｏ．４、および実施例４の透孔上部が台形で、透孔下部が矩形形状のＮｏ．５も、実施例２と同様の結果が得られた。
【００４７】
以上説明したように、長円の透孔上部２１では溶融鉛が全体に行き渡り難くいのに対して、透孔上部の形状を図２、図３、図４あるいは図５に示すような形状にすることにより溶融起点から円弧部周辺まで距離を短縮することができ、溶着状態を大幅に改善することができた。
【００４８】
一方、透孔下部２２は上述したように溶融鉛の重力が有効に作用し、溶融鉛が透孔内に行き渡りやすいことを考慮して、実施例２、３および４ではいずれも矩形形状を採用したが、溶着状態は良好で、上部の形状により少なくなった面積を補うことができた。
【００４９】
なお、実施例では、透孔上部２１の傾斜部は、円弧、三角形および台形について説明したが、仮想線２より内側に配されていれば、上記以外の形状も同様の効果が得られ、特に形状は限定されるものではない。
【００５０】
その場合、傾斜部の形状によっては、透孔面積が小さくなり過ぎ、抵抗溶接時に接続部の発熱が過大になりセル間隔壁の樹脂が溶融するといった問題が起こり得るので、その点を考慮する必要がある。
【００５１】
透孔の横長指数（Ｌ／Ｈ）は、試験１では、Ｌ／Ｈ＝１．５２で行ったが、特許文献１にも示されている、Ｌ／Ｈが１．２以上、５以下では、同様の効果が得られることを、本願発明者は試験１と同じ試験を行い確認している。
【００５２】
実施例では、自動車用鉛蓄電池について説明したが、本願発明は、自動車用鉛蓄電池に限定されるものでなく、セル間が抵抗溶接法により接続される鉛蓄電池であれば同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本願発明の透孔上部の正面視の形状および仮想線を示す模式図。
【図２】実施例１の正面視の透孔形状およびセル間接続部の溶着状態を示す要部模式図。
【図３】実施例２の正面視の透孔形状を示す模式図。
【図４】実施例３の正面視の透孔形状を示す模式図。
【図５】実施例４の正面視の透孔形状を示す模式図。
【図６】実施例５の正面視の透孔形状を示す模式図。
【図７】セル間接続用電極の一例を示す要部模式図。
【図８】従来の長円の透孔の正面視の形状および前記透孔を用いたセル間接続部の溶着状態を示す模式図。
【図９】抵抗溶接法によりセル間が接続された自動車用鉛蓄電池を示す要部模式図。
【図１０】図９のセル間接続部の拡大要部模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ  セル隔壁に設けた本願発明の透孔
１Ｂ  セル間隔壁に設けた従来の透孔
２  半円および直線部からなる仮想線
２１  透孔上部
２２  透孔下部
３  溶着された鉛
４  鉛の溶融起点
５  セル間隔壁
６  不良溶着部
７  セル間接続用電極
８  電極の先端部
９  接続部
１０  鉛蓄電池本体
１５  透孔下端角部に設けた円弧部
【図１】
2005285505.tif 000004
【図２】
2005285505.tif 000005
【図３】
2005285505.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005285505.tif 000011
【図９】
2005285505.tif 000012
【図１０】
2005285505.tif 000013