(57)【要約】【課題】体積効率の向上や長寿命化のために極板群の自重を大きくしても悪路耐久性が高い鉛蓄電池を提供する。【解決手段】セパレータを介して正極と負極とを対峙させた複数の極板群を、中仕切板によって複数のセル室に分けられた樹脂製の電槽の各々のセル室に、中仕切板と正極および負極とが平行となるように収納し、隣接する極板群の異なる極性どうしを鉛部品で直列に接続し、かつ両端の極板群のうち鉛部品で接続されなかった極性には極柱を接続した鉛蓄電池であって、電槽の外壁のうち中仕切板と平行である短側面側外壁の厚みＴｍｍと極板群の重量Ｗｋｇとの比Ｔ／Ｗを２．２ｍｍ／ｋｇ以上としたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極と負極とを対峙させた複数の極板群を、中仕切板によって複数のセル室に分けられた樹脂製の電槽の各々のセル室に、中仕切板と正極および負極とが平行となるように収納し、隣接する極板群の異なる極性どうしを鉛部品で直列に接続し、かつ両端の極板群のうち鉛部品で接続されなかった極性には極柱を接続した鉛蓄電池であって、
前記電槽の外壁のうち前記中仕切板と平行である短側面側外壁の厚みＴｍｍと前記極板群の重量Ｗｋｇとの比Ｔ／Ｗを２．２ｍｍ／ｋｇ以上としたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記比Ｔ／Ｗを３．１ｍｍ／ｋｇ以下としたことを特徴とする、請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記鉛部品および／あるいは前記極柱をＰｂ−Ｓｎ合金としたことを特徴とする、請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記短側面側外壁の厚みＴｍｍと前記中仕切板の厚みｔｍｍとの比Ｔ／ｔを２．３以上としたことを特徴とする、請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項５】
前記比Ｔ／ｔを３．４以下としたことを特徴とする、請求項４に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタータとして用いる鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セルスタータなどに用いられる鉛蓄電池は、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた複数の極板群を、中仕切板によって複数のセル室に分けられた樹脂製の電槽の各々のセル室に、中仕切板と正極および負極とが平行となるように収納し、隣接する極板群の異なる極性どうしを鉛部品で直列に接続し、かつ両端の極板群のうち鉛部品で接続されなかった極性には極柱を接続することで構成される。
【０００３】
この鉛蓄電池を搭載した車両を、未舗装などの悪路で走行させた際の耐久性（悪路耐久性）を高めることが求められている。そのような場合、特許文献１に挙げられているように、電槽側面の下部をテーパ形状にしてここに極板群を接触させることで、鉛蓄電池の悪路耐久性を高めることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−００６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら近年、鉛蓄電池の極板（正極および負極）の枚数や極板１枚当たりの活物質充填量を増加させることで、体積効率（一定体積下における電池容量）の向上や長寿命化を図る試みがなされている。この試みにより極板群の自重は大きくなる。鉛蓄電池の極板群の自重が大きくなると、その分振動時の応力が大きくなるため、悪路耐久性は低下する。すなわち鉛蓄電池の極板の枚数や極板１枚当たりの活物質充填量を増加させる試みは、悪路耐久性を向上させたいという要望とは背反するので、特許文献１の技術を用いただけでは、極板群の自重を大きくした鉛蓄電池の悪路耐久性は向上しない。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためのものであって、体積効率の向上や長寿命化のために極板群の自重を大きくしても悪路耐久性が高い鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた複数の極板群を、中仕切板によって複数のセル室に分けられた樹脂製の電槽の各々のセル室に、中仕切板と正極および負極とが平行となるように収納し、隣接する極板群の異なる極性どうしを鉛部品で直列に接続し、かつ両端の極板群のうち鉛部品で接続されなかった極性には極柱を接続した鉛蓄電池であって、電槽の外壁のうち中仕切板と平行である短側面側外壁の厚みＴｍｍと極板群の重量Ｗｋｇとの比Ｔ／Ｗを２．２ｍｍ／ｋｇ以上としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、比Ｔ／Ｗを３．１ｍｍ／ｋｇ以下としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１において、鉛部品および／あるいは極柱をＰｂ−Ｓｎ合金としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１において、短側面側外壁の厚みＴｍｍと中仕切板の厚みｔｍｍとの比Ｔ／ｔを２．３以上としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４において、比Ｔ／ｔを３．４以下としたことを特徴とする。
【００１２】
特許文献１のように電槽側面の下部に設けたテーパ形状で極板群を挟持する構造を採った場合でも、特許文献１に示された方向（極板幅方向）とは９０°異なる方向（極板群の積層方向）に振動が加わった場合には効果が小さい。さらに極板群の自重が大きくなってこの方向に強い振動が加わった場合、電槽の短側面側外壁が撓んで、短側面側外壁と接する両端の極板群との隙間が設計値以上に拡がって、耐振動性をさらに悪化させることを、本発明者らは新たに知見した。
【００１３】
上述した短側面側外壁の撓みを抑えるには短側面側外壁自体をより厚くすれば良いのだが、本発明者らが鋭意検討した結果、次の２つのことをさらに知見した。
【００１４】
第１に、短側面側外壁の撓みを抑止するのに有効な厚みＴ（ｍｍ）は、振動の基となる極板群の重量Ｗ（ｋｇ）と比例することである。すなわち本発明の効果を得るためのパラメータは、単純に短側面側外壁の厚みＴ（ｍｍ）ではなく、このＴを極板群の重量Ｗ（ｋｇ）で除した比Ｔ／Ｗ（ｍｍ／ｋｇ）となる。
【００１５】
第２に、中仕切板自体は両側を極板群に挟まれているため、極板群の積層方向に振動が加わった場合でも撓みにくいことである。すなわち中仕切板の厚みは本発明の効果を得るためのパラメータとして参酌されないばかりか、この厚みが不用意に大きすぎる場合、後述するが別の問題を引き起こすことになる。
【００１６】
本発明は上述した複数の知見を十分に活用することで成立するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、体積効率の向上や長寿命化のために極板群の自重を大きくしても悪路耐久性が高い鉛蓄電池を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の鉛蓄電池を示す図
【図２】本発明の効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態の好適な一例を説明する。
【００２０】
図１は本発明の鉛蓄電池を示す図である。セパレータ１ｃを介して正極１ａと負極１ｂとを対峙させた複数の極板群１を、中仕切板２ｂによって複数のセル室２ｃに分けられた樹脂製の電槽２の各々のセル室２ｃに、中仕切板２ｂと正極１ａおよび負極１ｂとが平行となるように収納する。そして隣接する極板群１の異なる極性どうしを鉛部品３で直列に接続し、かつ両端の極板群１のうち鉛部品で接続されなかった極性には極柱４を接続する。さらには電槽２の開口部を蓋５で封口し、各々のセル室２ｃに所定量の電解液（希硫酸）を加え、所定条件の初充電を施す。
【００２１】
本発明の鉛蓄電池は、電槽２の外壁のうち中仕切板２ｂと平行である短側面側外壁２ａの厚みＴｍｍと極板群１の重量Ｗｋｇとの比Ｔ／Ｗを２．２ｍｍ／ｋｇ以上としたことを特徴とする。極板群１の自重が大きくなって極板群１の積層方向に強い振動が加わった場合、電槽２の短側面側外壁２ａが撓んで、短側面側外壁２ａと接する両端の極板群１との隙間が設計値以上に拡がって、耐振動性は極端に悪化する。本発明ではこの撓みを抑えるために、単に短側面側外壁２ａを含む電槽２自体を厚くするのではなく、以下に示す次の２つの新たな知見を活用した。
【００２２】
第１に、短側面側外壁２ａの撓みを抑止するのに有効な厚みＴ（ｍｍ）が振動の基となる極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）と比例することを踏まえ、単純に短側面側外壁２ａの厚みＴ（ｍｍ）ではなく、このＴを極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）で除した比Ｔ／Ｗ（ｍｍ／ｋｇ）をパラメータとしたことである。
【００２３】
第２に、中仕切板２ｂ自体は両側を極板群１に挟まれているため、極板群１の積層方向に振動が加わった場合でも撓みにくいことを踏まえ、中仕切板２ｂの厚みは本発明の効果を得るためのパラメータとして参酌しなかったことである。
【００２４】
但し比Ｔ／Ｗが３．１ｍｍ／ｋｇを超えて大きくなると、短側面側外壁２ａがやや厚くなりすぎるので、電槽２自体が規格の大きさを超えないようにすると、セル室２ｃがやや狭くなって生産時に極板群１の収納性がやや低下するようになる。
【００２５】
Ｐｂ−Ｓｎ合金はＰｂ−Ｓｂ合金と比べて、耐食性は高いものの機械的強度が弱く、塑性変形を起こしやすいので耐振動性には劣る。しかし本発明において鉛部品３および／あるいは極柱４にＰｂ−Ｓｎ合金を用いれば、本発明の効果によって耐振動性が高まる上に高い耐食性を示すようになり、鉛蓄電池の総合パフォーマンスが高まるようになる。すなわち鉛部品３および／あるいは極柱４にＰｂ−Ｓｎ合金を用いた本発明の鉛蓄電池は、鉛部品３および／あるいは極柱４にＰｂ−Ｓｂ合金を用いた鉛蓄電池と比較して、耐振動性が同等である上に耐食性が高くなる。
【００２６】
また本発明では、短側面側外壁２ａの厚みＴｍｍと中仕切板２ｂの厚みｔｍｍとの比Ｔ／ｔを２．３以上とすればより好ましい。この比が２．３未満と小さい（相対的に中仕切板２ｂの厚みｔが大きい）場合、まずセル室２ｃがやや狭くなって生産時に極板群１の収納性がやや低下するようになり、さらには隣接する極板群１に接続された鉛部品３どうしを溶接する際に厚くなった中仕切板２ｂの影響で溶接不良が発生しやすくなる。一方でこの比Ｔ／ｔが３．４を超えるほど大きい（（相対的に中仕切板２ｂの厚みｔが小さい）場合、電槽２を成型する際の金型の離合性がやや低下するなど、生産時のコストアップを引き起こしやすくなる。
【００２７】
本発明の効果は、電槽２の長側面側外壁２ｄの厚みには影響されない。
【００２８】
正極１ａおよび負極１ｂの活物質ペーストとして、鉛と鉛酸化物との混合粉体に耐硫酸性を有する合成樹脂繊維や各種添加剤を添加し、水と希硫酸とで練合したものを用いる。このうち正極１ａに用いる活物質ペースト（正極活物質ペースト）には、化成の効率化や初期容量特性の向上を目的として鉛丹を添加することができる。また負極１ｂに用いる活物質ペースト（負極活物質ペースト）には、負極１ｂの活物質の体積変化（収縮や膨張）を抑制するリグニン化合物や放電反応物（硫酸鉛）の生成核となって反応を均一化させる働きがある硫酸バリウムを添加する。そして種々の鉛合金（鉛−カルシウム合金、鉛−錫合金など）からなるエキスパンド格子に、上述した正極活物質ペーストおよび負極活物質ペーストを各々充填し、活物質の脱落防止を目的としたペースト紙をこれらの表面に付与することで、正極１ａおよび負極１ｂを作製する。
【００２９】
セパレータ１ｃには、ガラスマットなどを用いることができる。
【００３０】
本発明における極板群１には、上述した正極１ａ、負極１ｂ、正極１ａおよび負極１ｂの表面に付与するペースト紙、およびセパレータ１ｃが含まれるが、本発明における極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）には、正極１ａおよび負極１ｂおよびセパレータ１ｃを含むものとする。なお正極１ａ、負極１ｂともに充電状態（ＳＯＣ）に応じて活物質が変化して重量が異なるため極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）はＳＯＣに応じて異なるが、本発明ではＳＯＣが１００％の場合における極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）を用いることになる。また正極１ａおよび負極１ｂには、極板耳と呼ばれる鉛部品３との接合のための突起も含まれる。
【００３１】
次に本発明の鉛蓄電池の効果について、実施例を用いてさらに詳述する。
【実施例１】
【００３２】
上述した方法で作製した８枚の正極１ａをガラスマット製のセパレータ１ｃでＵ字状に包み、９枚の負極１ｂと交互に組み合わせることで、重量が１．９３ｋｇの極板群１を構成した。
【００３３】
この極板群１を、（表１）に示す種々の電槽２の各々のセル室２ｃに収納した。そして隣接する極板群１をそれぞれＳｎ量が２．５重量％であるＰｂ−Ｓｎ合金からなる鉛部品３（但し鉛蓄電池Ａ１３はＳｂ量が２重量％であるＰｂ−Ｓｂ合金）で直列に接続し、両端の極板群１のうち鉛部品３で接続されなかった極性にはＳｎ量が６重量％であるＰｂ−Ｓｎ合金からなる極柱４（但し鉛蓄電池Ａ１３はＳｂ量が２重量％であるＰｂ−Ｓｂ合金）を接続した。さらに電槽２の開口部を蓋５で封口し、各々のセル室２ｃに所定量の電解液（比重１．２８５ｇ／ｃｍ3の希硫酸）を加え、所定条件の初充電を施すことで、ＪＩＳ  ８５０１においてＤ２３と称される鉛蓄電池Ａ０１〜Ａ１５を作製した。これらの電池に対する種々の評価（条件は以下に詳述）の結果も（表１）に併記する。
【００３４】
（耐振動性）
満充電状態の各電池に、加速度２４．５ｍ／ｓ2、振幅２．４ｍｍの振動を極板群１の積層方向に連続して与えつつ０．０５Ｃで放電させた。内部の通電構造が支障を来たし放電曲線が不安定になるまでの時間を、鉛蓄電池Ａ０１の場合を１．０とした指数として（表１）に記す（鉛蓄電池Ａ０１〜Ａ０８については図２にも記す）。
【００３５】
（極板群１の挿入性）
極板群１をセル室２ｃに手作業で収納する際の極板群１のダメージを評価した。抵抗なく収納できたものを「◎◎」、僅かな引っ掛かりはあったが問題なく収納できたものを「◎」、複数回の引っ掛かりはあったが極板群１が破損することなく収納できたものを「○」、大きな抵抗があり極板群１の僅かな破損を伴ったものを「△」として（表１）に記す。
【００３６】
（構成部材の歩留）
電槽２の、成型時の不良を踏まえた歩留を（表１）に記す。
【００３７】
（耐食性）
ＳＢＡ  Ｓ０１０１  ９．４．５項「アイドリングストップ寿命」に沿って、充放電が頻繁に行われるアイドリングストップの寿命試験を行った。寿命到達時に極板耳が腐食していなかったものを「◎」、極板耳の破断には至っていないものの腐食していたものを「△」として（表１）に記す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
Ａ０１〜Ａ０８の結果（図２も参照のこと）からわかるように、短側面側外壁２ａの厚みＴ（ｍｍ）と極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）との比Ｔ／Ｗが２．２（ｍｍ／ｋｇ）以上であれば、耐振動性に優れた鉛蓄電池を提供できることがわかる。但しこの比Ｔ／Ｗが３．１（ｍｍ／ｋｇ）を超えると、セル室２ｃの内容積が小さくなることで、極板群１の挿入性がやや低下する。
【００４０】
Ａ０６およびＡ０９〜Ａ１２の結果からわかるように、上述した課題の解決（セル室２ｃの内容積確保）を目的に中仕切板２ｂの厚みｔ（ｍｍ）を小さくして結果的にＴ／ｔが３．４を超えるような電槽２を成型すると、金型の離合性がやや低下して歩留が僅かながら低下する。逆に厚みｔ（ｍｍ）を大きくして結果的にＴ／ｔが２．３未満になると、上述した課題（極板群１の挿入性低下）が見られるようになる。
【００４１】
Ａ０６およびＡ１３〜Ａ１７の結果からわかるように、鉛部品３および極柱４として、Ｐｂ−Ｓｂ合金に代えてＰｂ−Ｓｎ合金を用いることで、耐食性は向上する。
【００４２】
Ａ０６、Ａ１８およびＡ１９の結果からわかるように、長側面側外壁２ｄの厚みは本発明の効果に何ら影響を与えない。
【実施例２】
【００４３】
実施例１のＡ０１〜Ａ１５の各々に代えて、（表１）に示す構成条件を有する鉛蓄電池（ＪＩＳ  ８５０１においてＤ２６と称される／極板群１の重量は２．１６ｋｇ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして鉛蓄電池Ｂ０１〜Ｂ１５を作製し、実施例１と同様の評価を行った。これらを（表２）に示す。また鉛蓄電池Ｂ０１〜Ｂ０８における耐振動性に対する比Ｔ／Ｗの効果については、鉛蓄電池Ｂ０１の場合を１．０とした指数として図２にも併記する。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
実施例２の評価結果は実施例１と同じ傾向であった。実施例１と２との比較から特筆すべきことは、図２からわかるように、本発明の効果が、単純に短側面側外壁２ａの厚みＴ（ｍｍ）ではなくこのＴを極板群１の重量Ｗ（ｋｇ）で除した比Ｔ／Ｗ（ｍｍ／ｋｇ）に基づくことである（比Ｔ／ｔについても同様）。このことから、本発明が鉛蓄電池のサイズに影響されることなく、広範に適用できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明を活用することで、極板群の自重を大きくしても悪路耐久性が高い鉛蓄電池を提供することができるので、産業上の利用可能性が高いだけでなく、その有用性は極めて高い。
【符号の説明】
【００４７】
１    極板群
１ａ  正極
１ｂ  負極
１ｃ  セパレータ
２    電槽
２ａ  短側面側外壁
２ｂ  中仕切板
２ｃ  セル室
２ｄ  長側面側外壁
３    鉛部品
４    極柱
５    蓋
【図１】
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【図２】
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