(57)【要約】【課題】モノブロック式鉛蓄電池の隔壁貫通式セル間接続方法において、セル間を接続する極柱同士を隔壁の貫通孔内部で電気溶接する際、溶接部分に生ずる恐れのある欠陥を機械的圧縮により排除しようとしているが，装置や操作が複雑であり改善が望まれていた。【解決手段】貫通孔２の内部を占める鉛合金中に、極柱３、３’の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金を存在せしめる。この成分はアンチモン、錫もしくはビスマスの中の１成分、または前記成分から選択した複数成分を含有した鉛合金とする。極柱３、３’は鉛−カルシウム−錫系でも低アンチモン系鉛合金でもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノブロック式鉛蓄電池の隔壁の貫通孔を介して隣接するセルの極柱間を接続するセル間接続方法であって、貫通孔の内部を占める鉛合金中に、極柱の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金を存在せしめることを特徴とするセル間接続方法。
【請求項２】
極柱の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金がアンチモン、錫もしくはビスマスの中の１成分、または前記成分から選択した複数成分を含有した鉛合金である、請求項１記載のセル間接続方法。
【請求項３】
セル間を接続する極柱が鉛−カルシウム系合金よりなる、請求項１または請求項２記載のセル間接続方法。
【請求項４】
セル間を接続用する極柱が低アンチモン系鉛合金よりなる、請求項１または請求項２記載のセル間接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノブロック式鉛蓄電池の隔壁を貫通する（隔壁貫通式）セル間接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のセル間接続方法においては、セル間を接続する極柱同士を隔壁の貫通孔内部で電気溶接する際、溶接部分に生ずる恐れのある欠陥を機械的圧縮により排除しようとしている（例えば特許文献１参照。）。
また、セル間接続用の極柱を特殊な合金としているものもあるが（例えば特許文献２参照。）、溶接部分の収縮による影響を改善するものではない。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１３３１０公報（第２−４頁）
【特許文献２】特公平７−６６７９４号公報（第２−３欄）
【０００４】
１個の電槽の内部に隔壁によって分かたれた複数個のセルを有する、いわゆるモノブロック式蓄電池において、隔壁を貫通して相隣り合うセルを電気的に接続する方法は既に長年行われ、各種の改善が提案されているが、なお貫通部分の信頼性に問題がある。セル間の接続は一種の電気溶接によるが、通電により熔融した合金の飛散や、合金が隔壁の貫通孔内で凝固して生ずるナゲットを貫通孔内に完全に満たし、「ひけ」やクラックと呼ばれる欠陥が残らないように、貫通孔の両側からナゲット部を圧迫する必要がある。近年の提案は通電の条件とともに、ナゲット部の圧迫方法に関するものが殆どであり、特許文献１はその一例である。
【０００５】
隔壁貫通式の接続方法が開発されて以来、鉛蓄電池に使用される、セル間を接続する極柱を含む鉛合金は鉛（Ｐｂ）−アンチモン（Ｓｂ）系合金が殆どであったが、低保守、ないし無保守型鉛蓄電池の出現により、この極柱にもアンチモンの含有量を極度に下げたいわゆる低アンチモン合金や鉛（Ｐｂ）−カルシウム（Ｃａ）系合金が使用されるようになった。この系統の合金では隔壁貫通式の電気溶接の溶接性が劣る欠点があった。特許文献２はその対策の１つであり、機械的強度は向上するが、「ひけ」等の防止にはなお改善が求められた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
隔壁貫通式における上述のような欠陥は、甚だしい場合は大電流放電により接続部の溶断が起こる可能性があり、小さい場合であっても長期の使用により、溶接部に電解液が浸透して腐食が進行し、自己放電の増大、機械的な破損などを起こす。このような接続部の欠陥は電池の機能の停止の原因にもなる。溶接方法、特に通電パターン、圧迫のタイミングとその程度の組み合わせにより改善がなされてきたが、製造装置の機械的、電気的な複雑化を招き、機種変更の迅速な対応も困難であった。例えば３％以上のＳｂを含む鉛合金を極柱に使用すれば溶接は容易になるが、Ｓｂの含有が電池に与える影響から、近年の無保守形には不向きであり、それらの点の改善が課題であった。
【０００７】
本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたもので、モノブロック式鉛蓄電池の隔壁貫通式セル間接続方法において、低Ｓｂ合金およびＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ系合金をセル間を接続する極柱に使用した場合にも容易に「ひけ」やクラック等の欠陥を生じない製造方法を提供し、それによって、高能率で歩留まりよく生産された信頼性の高い低保守もしくは無保守の鉛蓄電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の請求項１では、モノブロック式鉛蓄電池の隔壁の貫通孔を介して隣接するセルの極柱間を接続するセル間接続方法であって、貫通孔の内部を占める鉛合金中に、極柱の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金を存在せしめることを特徴とするセル間接続方法である。
【０００９】
また、請求項２では、極柱の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金がアンチモン、錫もしくはビスマスの中の１成分、または前記成分から選択した複数成分を含有した鉛合金である、請求項１記載のセル間接続方法である。
【００１０】
請求項３では、セル間を接続する極柱が鉛−カルシウム系合金よりなる、請求項１または請求項２記載のセル間接続方法である。
【００１１】
請求項４では、セル間を接続する極柱が低アンチモン系鉛合金よりなる、請求項１または請求項２記載のセル間接続方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項各項によれば、セル間を接続する極柱の合金の材質がＰｂ−Ｃａ系合金の場合、該合金は凝固収縮するのに対し、このような凝固収縮を減殺させる成分を含む合金が貫通孔の内部に存在しているから、前記極柱の溶接不良を解消することができるとともに、安定した隔壁貫通式のセル間接続を行うことができる。また、これまでの製造装置の複雑な機械的、電気的制御を簡略化できるので、機種変更の際の迅速な対応も可能となる。
【００１３】
さらに、本発明によるセル間接続部は気密、液密性に富み、機械的強度も大となるので、これによって製作された鉛蓄電池は信頼性が向上し、長寿命が期待できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態の詳細を模式図により説明する。図１ａ、図１ｂ、図１ｃは本発明の方法による工程の進行を、図２ａ、図２ｂ、図２ｃは従来の方法による、それぞれ図１ａ、図１ｂ、図１ｃに対応した工程の進行を示す。各図は蓄電池中の１箇所のセル間接合部を、貫通孔の中心を通る水平面により切断した断面図である。極柱を圧迫する装置は公知公用のもので、繁雑を避けるため、一部を略示するに留めた。また各図において、同一機能の部分は同じ符号により表してある。
【００１５】
図１ａ、図２ａにおいて、１はポリプロピレン等の合成樹脂を射出成型して成るモノブロック電槽のセル間を分ける隔壁、２は該隔壁を貫く貫通孔、３、３’は該隔壁２の両側のセル間を接続する極柱で、Ｐｂ−０．１％Ｃａ合金からなり、該貫通孔２を覆ってその両側に対峙するごとく立設される。本発明においては、さらに、図１ａに示す如く、極柱３、３’の凝固収縮を減殺させる成分である、例えば、Ｐｂ−５０％Ｓｂ合金からなる円盤形の合金ペレット４が上記貫通孔２中に配設される。
【００１６】
図１ｂ、図２ｂは極柱３、３’が互いに溶接される状況を示している。極柱３、３’は両者の外側からチップ付きアーム８、８’で強く圧迫され、極柱３、３’を構成する材料の一部が貫通孔内部を満たすように押し出される。両者が接触した後、アーム８、８’間に大電流を短時間流す。これにより、本発明においては、図１ｂに示した如く、貫通孔２内で合金ペレット４と押し出された極柱３、３’の一部の界面で、それぞれが融解、混合して融解相５ａを形成し、従来の方法においても、図２ｂに示した如く、押し出された極柱３、３’の一部の界面で、それぞれが融解、混合して融解相５ｂを形成する。
【００１７】
融解相５ａ、５ｂは共に、通電終了後は急速に冷却されて凝固するが、この過程で、更に極柱３、３’の両側から圧迫を加える。図１ｃ、図２ｃはこのようにして成る溶接部６ａ、６ｂを示す。本発明では、極柱３、３’の凝固収縮を減殺させる成分を含む合金からなる円盤形の合金ペレット４が貫通孔２中に配設されているので、体積の収縮成分と膨張成分を含む融解相５ａによって、溶接部６ａの凝固収縮が補償でき、「ひけ」等の空洞は生じない。これに対し、従来方法では、体積の膨張成分を含まない融解相５ｂが形成されるので、極柱３、３’の両側から圧迫を加えても、融解相５ｂの凝固収縮が必ずしも完全に補償されず、溶接部６ｂにクラック７が発生する可能性が高い。
【００１８】
本発明に係る、Ｐｂ−５０％Ｓｂ合金よりなる合金ペレット４は、凝固時に膨張して、セル間接続時に、極柱３、３’の成分であるＰｂ−０．１％Ｃａ合金と混合して形成される融解相５ａの凝固収縮をなくす、もしくは可及的に低減せしめるものである。このような合金の凝固時の収縮率あるいは膨張率を、合金成分の金属が１００％である純金属の場合の凝固時の収縮率あるいは膨張率と各金属の成分比から比例計算で求めた場合は次のようになる。すなわち、純Ｐｂの凝固時の収縮率は３．４４％であることから、Ｐｂ−０．１％Ｃａ合金の収縮率を純Ｐｂと同等の３．４４％とし、純Ｐｂの凝固時の収縮率は前述した３．４４％で、純Ｓｂの凝固時の膨張率は０．９５％であることから、Ｐｂ−５０％Ｓｂ合金は収縮率が１．２５％となる。従って、合金ペレット４を配設せずにセル間接続した場合、融解相５ｂは体積の収縮成分のみからなるため、その収縮率は３．４４％であるが、合金ペレット４を配設してセル間接続した場合、融解相５ａは体積の収縮成分と膨張成分からなるため、その収縮率は１．２５％であるので、融解相５ａは融解相５ｂに比べて凝固収縮が減殺されることが考えられる。また、上記合金ペレット４としては、例えば、直径は貫通孔２の内径と略同径で、厚さは溶接によって生成する溶接部６ａの平均的Ｓｂ濃度が１０〜２５％になるように、例えば、隔壁厚さを考慮して選定したり、合金ペレット４のＳｂ濃度を考慮して調整することもできる。上記した極柱の合金で、上記した合金ペレット４を用いる場合は、厚さが０．５〜１ｍｍの円盤形とするのがよい。
【００１９】
合金ペレット４はその直径を貫通孔の内径より僅かに大とするか、周囲に複数の突起を設けて孔に強挿、固定できるようにすれば、作業が容易となる。また、合金ペレット４の体積だけ極柱３、３’の体積（厚さ）を調整するか、圧迫時の押し込み量を加減することができる。
【００２０】
実施例として、Ｐｂ−０．１％Ｃａ合金の極柱３，３’をもつ６セルの各セル間を、Ｐｂ−５０％Ｓｂ合金の合金ペレット４を使用してセル間接続を行った。凝固した後の溶接部６ａの中心付近におけるＳｂの重量％が１５％であったが、この部分にはクラックが皆無であった。一方、従来の方法によって同様にセル間を接続した部分には１つのセル間接続部につき平均１０本のクラックが見られた。
【００２１】
いわゆる低Ｓｂ合金、すなわち、１％前後のＳｂと微量の硫黄、セレンなどを含む鉛合金も低保守の鉛蓄電池の構成材料として使用されるが、隔壁貫通式の溶接の際に欠陥の発生しやすいものである。この場合にも本発明は好適に使用することができる。また、Ｐｂ−Ｃａ系合金とＰｂ−Ｓｂ系合金とが電解液に湿潤した状態で共存すると合金腐食が起こることがあるが、本発明の場合は、Ｓｂの多く含まれる溶接部６ａは実質上接続用の極柱の合金中に囲まれており、僅かに貫通孔２の溶接部６ａ周縁の一部において合金表面に露出するのみである。また、この溶接部６ａは凝固収縮が零ないし少ないことに加えて凝固後の硬度が高いので、圧迫を併用した溶接操作と相俟って接続用極柱３、３’と隔壁１とは、隔壁１の貫通孔２の側壁２１をも含めて高度の気密、液密状態に保つことができる。従って、通常の使用条件では、溶接部に含まれる成分の溶出による影響を受けることはない。
【００２２】
合金ペレット４の成分は鉛を主成分として、鉛の凝固収縮を減殺し、かつ、電気伝導性を大きく阻害しない元素を含むものがよい。具体的には、Ｓｂ以外に、凝固時に体積膨張する、Ｓｎ、ビスマス（Ｂｉ）が単独、または複数で使用される。この外に他の微量成分が含まれてもよい。また、形状は円板に限らないが、作業上、貫通孔２内に保持されて脱落しない形状とするのが望ましい。
【００２３】
また、このような合金ペレット４の配設するのに代えて、貫通孔２の内部に位置する極柱３、３’の部分に、凝固時に体積膨張する成分の層を設けておいてもよい。
【００２４】
また、上記した実施例では、極柱３、３’がＰｂ−０．１％Ｃａ合金の場合について説明したが、Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ系合金の場合であっても同様の効果が得られることが考えらえる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、特にセル間を接続する極柱の材質がＰｂ−Ｃａ系合金の場合の溶接不良を解消することができるので、安定した隔壁貫通式のセル間接続を行うことができ、製造装置の複雑な機械的、電気的制御を簡略化できることから、産業上の利用可能性が大である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ａ、ｂ、ｃは、本発明の方法による工程の進行を示す部分断面図。
【図２】ａ、ｂ、ｃは、従来の方法による工程の進行を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１          隔壁
２          貫通孔
２１          貫通孔２の側壁
３、３’    極柱
４          合金ペレット
５ａ、５ｂ  融解相
６ａ、６ｂ  溶接部
７          クラック
【図１】
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【図２】
2005322485.tif 000004