(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と負極板およびセパレータよりなり、一方の極板の先端部分が上方へ突出し、他方の極板の先端部分が下方へ突出して渦巻状に巻回された極板群と、前記各極板の先端部分に溶接された矩形あるいは略円板状の平板からなる上部と下部の集電体と、アルカリ電解液とを内部に収納した金属製ケースと、このケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と上部集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた円筒型蓄電池において、前記封口板の下部には突出部があり、前記リード端子の一端には、前記封口板の突出部と嵌合する穴があり、この穴の周囲には前記封口板下部の全周囲と溶接されたリング状に連なった突起部があり、前記上部集電体には突出部があり、前記リード端子の他端には、前記集電体の突出部と嵌合する穴があり、この穴の周囲には、前記上部集電体と溶接された突起部がある円筒型蓄電池。
【請求項２】
前記上部集電体と溶接される前記リード端子の他端には、リング状に連なった突起部がある請求項１に記載の円筒型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻状極板群を備えた円筒型蓄電池に関し、とくに車両の駆動電源として用いるアルカリ蓄電池において、その極板群上部に溶接した集電体と封口板を電気的に接続するリード端子を改良して、大電流での出入力を可能にし、さらに耐振動特性に優れたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池に代表される円筒型アルカリ蓄電池は、信頼性が高く、そのメンテナンスも容易であることから携帯電話やノートパソコンなどの電源として幅広く使用されている。さらに、近年においては電動工具を始め、動力補助付き自転車や電気自動車などの電源として大電流放電に適した円筒型アルカリ蓄電池の要望が高まってきている。
【０００３】
円筒型アルカリ蓄電池は、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを介して渦巻き状に巻回して極板群を形成し、電解液と共に金属製のケースに収納し、封口することにより形成される。
【０００４】
さらに大電流放電用途に用いられるアルカリ蓄電池では、正極板と負極板を、それぞれの上端部あるいは下端部が極板群の上下からそれぞれ突出するように巻回し、上下から突出した正極板と負極板の先端部分に矩形あるいは円板状の集電体を複数箇所で溶接することによって極板からの集電性を高めているが、特に、封口体と集電体を接続するリード端子において抵抗降下を生じ、電池の作動電圧が低くなるという問題と過酷な振動及び衝撃が加わった時、封口体とリード端子部が外れる危険性があった。
【０００５】
例えば、実開昭５８−７４７６８号公報等に開示され、このときの封口板１１と接続される馬蹄形リード端子１７を図９に示す。このリード端子１７は、この開口部１７ａを封口板１１の突出部１１ａに遊嵌当接させるようにして位置決めを行ない、リード端子１７の馬蹄部１７ｂをスポット溶接をして図１０に示す模式断面図のように、封口板１１に接続する。この時のリード端子１７は集電体１８と一体構造となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す構造においては、リード端子１７の馬蹄部１７ｂを封口板１１の突出部１１ａに位置決めする際、開口部の根元が突出部１１ａに当たるようにしないと確実な位置決めができない。このため、少しでも位置ずれが生じると、スポット溶接位置のばらつきや不完全溶接状態が発生する。また、リード端子１７が馬蹄形状なため突出部１１ａの側面とは当接していないので振動によって直接スポット溶接部に負荷が加わり、スポット溶接の溶接はずれを発生させてしまう。さらに、リード端子１７は集電体１８との一体構造であるので、集電体１８の外周にリード端子１７が設けられているため、特にリード端子１７から最も遠い極板と集電体１８との集電部１８ａは、他の集電部１８ｂや１８ｃに比べ電流経路が長くなるため、電池の内部抵抗を増加させる原因となってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、帯状の正極板と負極板とセパレータからなる渦巻状極板群の上下から突出した各極板のそれぞれの先端部分に溶接された上部と下部の集電体と、上部集電体と封口板を接続するためのリード端子を備えた円筒型蓄電池において、封口板の下部に突出部を設け、リード端子の一端に封口板の突出部と嵌合する穴を設け、この穴の周囲に封口板下部の全周囲と溶接されたリング状に連なった突起部を設け、さらに上部集電体に突出部を設け、リード端子の他端に集電体の突出部と嵌合する穴を設け、この穴の周囲に上部集電体と溶接された突起部を設けたものである。これにより、リード端子と封口板との位置決めが容易に行なえるため接合が安定に行なえるのと、過酷な振動にも耐えることができる。
【０００８】
さらに、リード端子の集電体側と接続する一端に穴を設けて、この穴の周囲を集電体平面部の中心に当接する。この場合の中心部とは最大に離れても中心点から周縁部までの距離の半分までを示す。この状態で穴の周囲と集電体平面部をレーザー溶接で接合させる方法と、その他に、穴の周囲にリング状の突起部を形成し、この突起部と集電体平面部が接合されたものである。これにより、極板と集電体が接合されているそれぞれの集電部とリード端子までの電流経路を最短にでき、電池の内部抵抗を低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、帯状の正極板と負極板およびセパレータよりなり、
一方の極板の先端部分が上方へ突出し、他方の極板の先端部分が下方へ突出して渦巻状に巻回された極板群と、前記各極板の先端部分に溶接された矩形あるいは略円板状の平板からなる上部と下部の集電体と、アルカリ電解液とを内部に収納した金属製ケースと、このケースの上部を密閉する封口板と、前記封口板と上部集電体とを電気的に接続するリード端子とを備えた円筒型蓄電池において、前記封口板の下部には突出部があり、前記リード端子の一端には、前記封口板の突出部と嵌合する穴があり、この穴の周囲には前記封口板下部の全周囲と溶接されたリング状に連なった突起部があり、前記上部集電体には突出部があり、前記リード端子の他端には、前記集電体の突出部と嵌合する穴があり、この穴の周囲には、前記上部集電体と溶接された突起部があるものとした。
【００１４】
これは、リード端子の一端の穴は封口板の突出部と嵌合するのでリード端子を固定でき、かつリード端子の穴の周囲の突起部と封口板下部との溶接が安定にできるとともにリード端子の一端の突起部に電流が集中するのでこの突起部と封口板との溶接が強くなる。また、上部集電体には突出部があり、リード端子の他端の穴と嵌合するのでリード端子を固定でき、かつリード端子の他端の穴の周囲の突起部と前記上部集電体との溶接が安定にできるとともにリード端子の他端の突起部に電流が集中するのでこの突起部と上部集電体との溶接が強くなる。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の具体例について説明する。
【００１６】
（参考例１）
図１は、本発明の実施例Ａにおけるニッケルーカドミウム蓄電池Ａの断面側面図である。この電池Ａの構成を以下に説明する。
【００１７】
まず、厚さ１．０ｍｍの焼結式ニッケル正極板１と、厚さ０．７ｍｍのペースト式カドミウム負極板２とを用い、それぞれの極板にはその長さ方向の先端に露出した芯材部３，４を設け、この露出芯材部３，４がそれぞれ極板群５の上下に約１．５ｍｍずれて突出するようにセパレータ６を間に介在させ、全体を渦巻状に巻回させて直径３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの極板群５を構成した。
【００１８】
極板群５の上端面真上に、中央部に透孔をあけた短形で対角の長さ２７ｍｍの上部集電体７を配置し、極板群５の下端面の露出芯材部４には中央に溶接のための舌片を設けた上部集電体７と同じ対角長さをもった短形の下部集電体８を接触させながら溶接電極を用いてそれぞれ露出芯材部３，４の複数個所を溶接し、上部集電体７の中央にリード端子９を溶接した。
【００１９】
そして、極板群５を金属ケース１０に挿入し、集電体７の中央部透孔に溶接電極を通して集電体８の中央に設けた舌片を加圧し、この加圧部分を金属ケース１０の内底面に溶接した。
【００２０】
次に、所定量のアルカリ電解液を集電体７の中央の透孔を利用して金属ケース１０内に注入する。集電体７と接合されたリード端子９の先端を正極端子も兼ねる封口板１１の裏面に溶接し、リード端子９をＵ字状に折り曲げ、封口板１１でケース１０の開口部を密閉し、ニッケル−カドミウム蓄電池Ａを構成した。この電池Ａは、直径３３ｍｍ、高さ６１．５ｍｍ、公称容量５０００ｍＡｈである。そして、以下に電池Ａの上部の構成の詳細を示す。
【００２１】
図２の模式図に示すように、集電体７は、中央に透孔７ａ，平板部７ｂ，切り欠き部７ｃおよび切り欠き部７ｃに接し下部に突出した突出部７ｄからなる。この集電体７に溶接するＬ字型のリード端子９の一端には、集電体７の透孔７ａと同一以上の面積となる切り欠き部９ａを有し、切り欠き部９ａの周囲９ｂには集電体７側に突出した４個の突起部９ｃが有する。
【００２２】
このリード端子９の突起部９ｃを集電体７の平面部７ｂの中央に当接した後、溶接電極をリード端子９の突起部９ｃの上面から加圧し溶接する。このように集電体７の平面部７ｂの中央にリード端子９の突起部９ｃを溶接したので、極板群５から集電した集電体７の突出部７ｄからリード端子９の４個の突起部９ｃそれぞれとの距離は、ほぼ同じ距離にすることが可能になり、かつ電流経路を最短にすることができる。
【００２３】
さらに、リード端子９の他端は、穴９ｄを有し、この穴９ｄはゴム製の安全弁１２を内部に収納した封口板１１の突出した突出部１１ａと嵌合している。この孔９ｄの周囲９ｅには封口板下部１１ｂ側に突出した４個の突起部９ｆを有し、それぞれの突起部９ｆは封口板１１の下部１１ｂに溶接されており、この模式断面図を図３に示す。
【００２４】
このように、封口板１１の突出部１１ａを、リード端子９の穴９ｄに矢印の方向に挿入させながら、リード端子９の突起部９ｆが封口板１１の下部１１ｂに当接するまで嵌合し、溶接電極を突起部９ｆの上面から加圧し溶接していることにより、封口板１１とリード端子９との位置決めが確実に行なえ、溶接を安定して行なうことできるので溶接の信頼性が大幅に向上する。さらに、封口板１１の突出部１１ａの全周囲を、リード端子９で囲んで溶接しているため、電池に強い振動が加わっても、溶接が外れることがない。
【００２５】
次に、図４に示すように、リード端子９を矢印の方向に折り曲げ、図５に示すように、封口板１１がケース１０の上面と平行になるような状態にした後、封口板１１をポリプロピレン製ガスケット１３の上に挿入する。そして、ケース１０上面を内側に曲げて封口して図６に示すようなニッケル−カドミウム蓄電池Ａを構成する。
【００２６】
（実施例１）
図７に示す上部集電体１４とリード端子１５の構成以外は、参考例１と同様な構成とした実施例１におけるニッケルーカドミウム蓄電池Ｂを説明する。
【００２７】
まず、厚さ１．０ｍｍの焼結式ニッケル正極板１と、厚さ０．７ｍｍのペースト式カドミウム負極板２とを用い、それぞれの極板にはその長さ方向の先端に露出した芯材部３，４を設け、この露出芯材部３，４がそれぞれ極板群５の上下に約１．５ｍｍずれて突出するようにセパレータ６を間に介在させ、全体を渦巻状に巻回させて直径３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの極板群５を構成した。
【００２８】
極板群５の上端面真上に、中央部に透孔をあけた短形で対角の長さ２７ｍｍの上部集電体１４を配置し、極板群５の下端面の露出芯材部４には中央に溶接のための舌片を設けた上部集電体１４と同じ対角長さをもった短形の下部集電体８を接触させながら溶接電極を用いてそれぞれ露出芯材部３，４の複数個所を溶接し、上部集電体１４の中央にリード端子１５を溶接した。
【００２９】
そして、極板群５を金属ケース１０に挿入し、集電体１４の中央部透孔に溶接電極を通して集電体８の中央に設けた舌片を加圧し、この加圧部分を金属ケース１０の内底面に溶接した。
【００３０】
次に、所定量のアルカリ電解液を集電体１４の中央の透孔を利用して金属ケース１０内に注入する。集電体１４と接合されたリード端子１５の先端を正極端子も兼ねる封口板１１の下部に溶接し、リード端子１５をＵ字状に折り曲げ、封口板１１でケース１０の開口部を密閉し、ニッケル−カドミウム蓄電池Ｂを構成した。この電池Ｂは、直径３３ｍｍ、高さ６１．５ｍｍ、公称容量５０００ｍＡｈである。そして、以下に電池Ｂの上部の構成の詳細を示す。
【００３１】
図７の模式図に示すように、集電体１４は、中央に透孔１４ａ，平板部１４ｂ，切り欠き部１４ｃおよび切り欠き部１４ｃに接し下部に突出した突出部１４ｄ，および中央に上方へ突出した突出部１４ｅからなる。この集電体１４に溶接するＬ字型のリード端子１５の一端には、集電体１４の透孔１４ａと同一以上の面積となる穴１５ａを有し、この穴の周囲には集電体１４側に突出したリング状の突出部１５ｂを有する。
【００３２】
このリング状突出部１５ｂを集電体１４中央に上方へ突出した突出部１４ｅ嵌合させて集電体１４の平面部１４ｂの中央に当接した後、溶接電極をリング状突起部１５ｂの上面から加圧し溶接する。
【００３３】
さらに、封口板１１に溶接するリード端子１５の他端に、孔１５ｃを設け、これの面積は封口板１１の安全弁１２が収納されている突出部１１ａに嵌合できる大きさとし、この孔１５ｃの周囲にはリング状突起１５ｄを形成する。
【００３４】
そして、封口板１１の安全弁１２が収納された突出部１１ａを、リード端子１５の孔１５ｃに挿入させながら、リード端子１５のリング状突起部１５ｄが封口板１１の下部１１ｂに当接するまで嵌合し、リング状突起部１５ｄを溶接する。
【００３５】
これにより、封口板１１とリード端子１５との位置ずれを防止でき確実に位置決めが行なえ、プロジェクション溶接が安定して行なうことでき信頼性が大幅に向上する。さらに、封口板１１の突出部１１ａの全周囲を、リード端子１５で囲むと同時に溶接で接合しているため、過酷な振動にも耐えることができ、耐久性も向上したものである。
【００３６】
（実施例２）
図８に示す集電体１４とリード端子１６の構成以外は、参考例１と同様な構成とした実施例２におけるニッケルーカドミウム蓄電池Ｃを説明する。
【００３７】
まず、厚さ１．０ｍｍの焼結式ニッケル正極板１と、厚さ０．７ｍｍのペースト式カドミウム負極板２とを用い、それぞれの極板にはその長さ方向の先端に露出した芯材部３，４を設け、この露出芯材部３，４がそれぞれ極板群５の上下に約１．５ｍｍずれて突出するようにセパレータ６を間に介在させ、全体を渦巻状に巻回させて直径３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの極板群５を構成した。
【００３８】
極板群５の上端面真上に、中央部に透孔をあけた短形で対角の長さ２７ｍｍの上部集電体１４を配置し、極板群５の下端面の露出芯材部４には中央に溶接のための舌片を設けた上部集電体１４と同じ対角長さをもった短形の下部集電体８を接触させながら溶接電極を用いてそれぞれ露出芯材部３，４の複数個所を溶接し、上部集電体１４の中央にリード端子１６を溶接した。
【００３９】
そして、極板群５を金属ケース１０に挿入し、集電体１４の中央部透孔に溶接電極を通して集電体８の中央に設けた舌片を加圧し、この加圧部分を金属ケース１０の内底面に溶接した。
【００４０】
次に、所定量のアルカリ電解液を集電体１４の中央の透孔を利用して金属ケース１０内に注入する。集電体１４と接合されたリード端子１６の先端を正極端子も兼ねる封口板１１の下部に溶接し、リード端子１６をＵ字状に折り曲げ、封口板１１でケース１０の開口部を密閉し、ニッケル−カドミウム蓄電池Ｃを構成した。この電池Ｃは、直径３３ｍｍ、高さ６１．５ｍｍ、公称容量５０００ｍＡｈである。そして、以下に電池Ｃの上部の構成の詳細を示す。
【００４１】
集電体１４に溶接するＬ字型のリード端子１６の一端に孔１６ａを設け、この孔の面積は集電体１４の透孔１４ａの面積以上とし、この孔１６ａを集電体の突出部１４ｅに嵌合して集電体１４の平面部１４ｂの中央に当接した後、当接された周囲の溶接ポイント１６ｂをレーザー溶接する。この時のレーザー溶接のポイント形状は、リング状または半円状でも良い。これにより、極板と集電体１４を溶接したそれぞれの集電部１４ｄと溶接ポイント１６ｂとの距離は、どの集電部１４ｄとも、ほぼ同じ距離にすることが可能になり、電流経路を最短にすることができる。
【００４２】
また、封口板１１に溶接するリード端子１６の他端に、孔１６ｃを設ける。なお、この孔１６ｃの面積は封口板１１の安全弁１２が収納されている突出部１１ａに嵌合できる大きさとする。そして、封口板１１の安全弁１２が収納された突出部１１ａを、リード端子１６の孔１６ｃに挿入させながら、リード端子１６の孔１６ｃの周囲が封口板１１の下部１１ｂに当接するまで嵌合し、当接された周囲の溶接ポイント１６ｄをレーザー溶接する。この時のレーザー溶接のポイント形状は、リング状が良い。これにより、封口板１１とリード端子１６との位置ずれを防止でき確実に位置決めが行なえ、レーザー溶接が安定して行なうことでき信頼性が大幅に向上する。
【００４３】
さらに、封口板１１の突出部１１ａの全周囲を、リード端子１６で囲むと同時に溶接しているため、過酷な振動にも耐えることができ耐久性も向上できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、渦巻状極板群を有する円筒型蓄次電池において、大電流の取り出しが可能な出力特性に優れ、さらに過酷な振動にも耐える信頼性の高い電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１におけるニッケル−カドミウム蓄電池の断面図
【図２】  参考例１における封口板、リード端子、および集電体の位置を示す斜視図
【図３】  同電池の上部組立て状態を示す模式図
【図４】  同電池の上部組立て状態を示す模式図
【図５】  同電池の上部組立て状態を示す模式図
【図６】  同電池の上部断面図
【図７】  本発明の実施例１における封口板、リード端子、および集電体の位置を示す斜視図
【図８】  本発明の実施例２における封口板、リード端子、および集電体の位置を示す斜視図
【図９】  従来の集電体一体型のリード端子を示す模式図
【図１０】  同リード端子と封口板との接合状態を示す模式図
【符号の説明】
１  正極板
２  負極板
３  露出芯材部
４  露出芯材部
５  極板群
６  セパレータ
７  上部集電体
８  下部集電体
９  リード端子
１０  電池ケース
１１  封口板
１２  安全弁
１３  ガスケット
１４  上部集電体
１５  リング状突起部
１６  リード端子
１７  従来のリード端子
１８  従来の集電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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