(57)【要約】【課題】液口栓を有する鉛蓄電池において、液口栓を構成する各部品を予め作成して、その後に各部品を組み立てるため高コストになるとともに、液口栓の中に多孔質体を配置したとしてもその上部に存在する排気孔で目詰まり等に起因するガス放出機能の低下及び実使用中の漏液の課題が残されていた。【解決手段】液口栓を蓋に設けた鉛蓄電池において、前記液口栓を熱可塑性樹脂によりなる多孔質体で形成することにより、セル室内で発生したガスを、排気する表面積を広く有した多孔質体を介して放出し、実使用中の目詰まり及び漏液特性を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋に液口栓を設けた鉛蓄電池において、前記液口栓は熱可塑性樹脂で成型された多孔質体で形成されたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記液口栓の多孔質体の表面には、通気性を有さない部分が存在することを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記液口栓の内部には、防沫部品を装着していることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記液口栓の通気抵抗値は、ガス流量が５ｌ／ｍｉｎの時に、１．０ｋＰａ〜２０ｋＰａのセル室内圧力であることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、安価で安定した二次電池として広く用いられている。多くの自動車に搭載される始動用鉛蓄電池は、正極板及び負極板がフリー電解液中に浸漬され、電池の内部と外部とを連通する蓋に設けられた液口に、液口栓が装着される。
【０００３】
このフリー電解液が存在する鉛蓄電池は、充電時の電解液の電気分解により発生する酸素及び水素ガスを効率的にセル室の外部へ放出させる必要がある。この発生ガスを外部へ放出できない場合、セル室の内圧が上昇し、最終的には電池の破裂に至る場合がある。一般的な液口栓には、ガス放出用の排気孔が設けられ、発生ガスのセル室外部への放出及び大気の導入を行うことにより、セル室内の圧力を安定した状態に保っている。
【０００４】
一方、発生ガスが排気孔から放出されるのと、液口栓近傍で火花等が発生する条件とが重なると、排気孔を通じてセル室内部のガスに引火することがある。一般的に、始動用鉛蓄電池の液口栓本体は、合成樹脂部品を組み合わせて構成されているが、前記のような引火を回避するため、多孔質体（フィルタ）を液口栓内部の排気経路の途中に配置し、外部からの引火を抑止する方法が多く採用されている。
【０００５】
前記多孔質体は、熱可塑性樹脂の粉体を用いた型内焼結成形品として予め作成し、液口栓外装部品の内部に存在する排気経路内に装着しており、その上面領域に液口栓本体のガス排気孔を別に設けている。車両走行により、この排気孔及び排気孔と多孔体との空間に泥及びほこりが蓄積して乾燥固化することで、排気孔部分に目詰まりが生じ、セル内圧が上昇して電池破裂の一因になっていた。
【０００６】
一方、車両振動等により電解液が液口栓の排気孔から漏出することがあるが、電解液の飛沫成分をセル室内へ還流させる防沫体を液口栓内部に配置させることで、漏出抑制構造がとられている。前記防沫体は、液口栓の内部を防沫板により複数段に区切った水平方向板とこれを支える垂直方向板とにより構成され、電解液飛沫を還流してガス成分を優先的に放出する構造となっている。さらに、非常に振幅の大きな車両振動や非常に大きな電流による過充電時には、液口栓の内部を複雑な防沫体構造にして多孔質体を存在させても、電解液飛沫とガス成分とを分別するには至らず、液口栓の排気孔から電解液漏出現象が散見された。
【０００７】
さらに、蓄電池の蓋へ液口栓を装着、固定するには、締付固定のためのゴムパッキンを予め具備した液口栓下部のネジ部を蓋に螺合している。このように、一般的な液口栓は複数の各部品により組み立てられるため、部品の材料自体のコスト以外に各部品の組み立て工数を必要とし、部品コストに対する工数比率は無視できない状態である。
【０００８】
これらの構成に対し、特許文献１及び特許文献２に示したように、簡略化された構成により低コスト化する内容が示されている。
【０００９】
特許文献１は、蓄電池の蓋の存在する排気口の上面に、液口栓部品などを装着することなく、多孔性シートを貼り付ける構成を提案している。
【００１０】
しかしながら、この方法では、コスト的に優れるが、多孔性シートと蓋とのとの接合を接着材や超音波溶着等で実施することを想定している。このため、極めて薄い多孔性シートでは、破れに対する強度、ガスの通気抵抗、接着材または超音波溶着等による気密及び液密の信頼性、過充電時の耐振動漏液試験による漏液対策性及び通気抵抗を高く設定することにより生じる蓄電池の膨れ等、現在の市場の使用実態において考慮すべき各品質項目を満たす状態にするのは困難であった。
【００１１】
特許文献２は、液口栓本体の筒先端を傾斜構造とし、筒の傾斜状先端にガス透過膜を装着し、このガス透過膜により電解液飛沫を防御し還流させることで、ガス成分のみを選択的にセル室外部へ放出せしめる別部品の防沫構造体を必要しない構成である。
【００１２】
しかしながら、液口栓内部への多孔質体の装着については言及されておらず、長期間使用した際のガスの通気性及び液口栓からの漏液対策が十分であったとは言えず、ガス透過膜の高価な部材を別部品として準備し、これを別工程にて液口栓に装着しなければならず、さらに多孔質体も従来通り装着が必要であるならば、コスト的な観点で実用化は困難であった。
【特許文献１】実開昭６１−６０４６２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記したような液口栓を有する鉛蓄電池では、予め作成しておいた各部品を組み立てることにより液口栓が高コストになること、外部引火及び漏液を防止する多孔質体を液口栓の内部に配置しても、その上部に存在する排気孔の目詰まり等により発生ガスの確実な放出が阻害されること及び実使用中に電解液が漏液することという課題が残されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、蓋に液口栓を設けた鉛蓄電池において、前記液口栓は熱可塑性樹脂で成型された多孔質体で形成された鉛蓄電池を示すものである。
【００１５】
本発明の請求項２に係る発明は、液口栓の多孔質体の表面には、通気性を有さない部分が存在する請求項１記載の鉛蓄電池を示すものである。
【００１６】
本発明の請求項３に係る発明は、液口栓の内部には、防沫部品を装着している請求項１記載の鉛蓄電池を示すものである。
【００１７】
本発明の請求項４に係る発明は、液口栓の通気抵抗値は、ガス流量が５ｌ／ｍｉｎの時に、１．０ｋＰａ〜２０ｋＰａのセル室内圧力である請求項１記載の鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液口栓を蓋に設けた鉛蓄電池の前記液口栓は、通常の使用において防爆フィルタとしての機能を有する多孔質体を液口栓内部に装着する形態を有することにより、防沫体部品を削減するとともに、多孔質体の通気抵抗をコントロールすることで、電解液飛沫を効率良く還流してガス成分を選択的に放出させることが可能となる。さらに、多孔質体の目詰まり等の問題も生じず、低コストで信頼性に優れた液口栓を具備した鉛蓄電池を提供することが可能になるという顕著な効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態による鉛蓄電池の外観を示す図である。本発明による液口栓１を蓋２の上部に取り付けた状態となっており、外観上では、従来の液口栓が取り付けられた状態と差異はない。図２は、本発明の詳細説明にあたり、図１におけるＡ−Ａ´断面の液口栓を断面図として示した。
【００２１】
図１及び図２に示す本発明の液口栓１は、ポリプロピレン樹脂及びポリエチレン樹脂を主に配合した材料で作成される。前記液口栓１には、蓋２に装着するためのネジ部３が下部に設けられるとともに、ネジ部３の上には蓋に確実に装着固定するためのゴムパッキン４が取り付けられ、液口栓１を蓋２に螺合させる際の締め付けに使用する溝部５が液口栓の表面に設けられている。
【００２２】
液口栓１を形成する多孔質体は、前記ポリプロピレン樹脂及びポリエチレン樹脂に約直径０．５ｍｍの粒子を用い、液口栓の形状を有する金型に充填し、１６０℃の温度で焼結させることにより成形することができる。
【００２３】
その他の多孔質体を作成する工法としては、通常の樹脂材射出成型と同じ要領で作成することも可能であり、樹脂材に発泡材となる添加剤を加えて射出成型により連続気泡を有した多孔質体を成形できる。工法の選択は、生産数量、金型費用及び原材料を観点として選択すべきであり、さらに、通気度や物性強度面に関しても使用する蓄電池に合わせて適宜条件を設定することができる。
【００２４】
上述のように作成された液口栓１は、多孔質の特性上から液口栓の全表面が通気性を有しており、どこからでもガスを放出させることができる。このように構成することで、セル内で発生したガスを、ガス放出面積の少ない従来の排気孔のみでなく、蓋２表面に露出した多孔質体の全面を利用してガス放出することができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図３は、前記図１におけるＡ−Ａ´断面における本発明による第２の実施形態による液口栓断面図であり、多孔質体からなる液口栓１は、第１の実施形態と同様の液口栓構造であるが、多孔質体の液口栓１の表面にガスを通過させることのできる部位を特定することにある。液口栓１には、ガスを大気中に放出する範囲をガス通過表面範囲６とし、セル室内のガスが多孔質体中を通過する範囲をガス通過裏面範囲７として特定させて構成する。
【００２６】
ここで、ガス通過表面範囲６は、液口栓１の上表面中央部８に円形状に存在させ、ガス通過裏面範囲７は、液口栓の底部９、内側側面１０及び裏側天面１１にガスを通過させる部分とすることで、ガスは多孔質体の内部を通り表面中央部８を通過して放出される。液口栓１の表面縁部１３、外側面１４及びネジ部３に相当する部分等ガス通過機能を必要としない多孔質体の表面には、部分的にスキン層１２を形成することでガス通過機能を有さない構成にする。
【００２７】
ガス通過機能を有さない部分を特定するスキン層１２は、液口栓１の多孔質体の成型加工時に、前記ガス通過可能な範囲（ガス通過表面範囲６及びガス通過裏面範囲７）以外の表面部の樹脂温度を２２０℃にして多孔質面を溶融させることにより、表面に存在していた多孔質体の孔を潰すことにより得ることができる。
【００２８】
その他のスキン層１２を得る方法としては、成形型の温度を高く設定しておき、射出成形時に多孔質体の液口栓１の全表面に通気性を有さないスキン層を形成させ、成型後に機械加工によりスキン層を部分的に削除して、ガス通過範囲を設ける方法もある。
【００２９】
上述のように、ガスを通過させる部位を表面に限定してしまうことも可能であり、この設計要件は、多孔質体の表面に対する物性要件や、蓄電池に要求されるガス排気能とセル室内部の圧力の上限設定値等の要求により設定される。
【００３０】
第１及び第２の実施形態に述べたように、液口栓自体が多孔質体にて形成されており、ガスを放出する表面積を広くすることができるため、あえて防爆フィルタ部品を用意しなくとも外部引火を抑制する機能を有している。
【００３１】
さらに、本発明の液口栓は、ガス排気孔を別に設ける必要がないため、電解液飛沫がガス排気孔より漏液するのを防止するための防沫板構造部品の装着も不要となる。このように本発明の実施の形態によれば、各種部品を削減でき、その組み立てコストも低減することが可能となる。
【００３２】
（第３の実施形態）
しかしながら、鉛蓄電池を搭載する車両にさらに大きな振動が加わる条件及び過充電が同時に生じたケースを考慮した場合、漏液を抑制するために多孔質体の気孔率を下げる一方、通気性を維持する必要がある。これは、成型条件、原材料の粉体の大きさ及び発泡添加剤量と発泡条件等を制御することにより、ある程度の対応は可能である。しかし、気孔率を下げることでガス放出が妨げられ、セル内の圧力上昇により付着した電解液成分が、多孔質体を通過してしまう現象がある。
【００３３】
図４は、本発明の第３の実施形態の液口栓断面図であり、多孔質体からなる液口栓１の本体内部に、防沫板構造部品１５が装着できる構造を設けておき、必要に応じて、防沫板構造部品１５を選択的に装着して漏液しないようにする。
【００３４】
多孔質体の液口栓１の底部には、ガス排気兼還流スリット１６を設け、防沫板構造部品１５により還流する液体をセル室内に戻す機能を有している。さらに、前記ガス排気兼還流スリット１６からの放出ガスの導入を確実になさねばならないので、対応する液口栓１のスリット部の表面に、スキン層１２を設ける。
【００３５】
このように構成することで、発生した電解液の飛沫は、多孔質体の裏側への到達量が減少し、さらに大きな振動や過充電が加わる条件においても従来の防沫板構造部品１５を液口栓１内部に設けることで、さらに大きな漏液抑制効果を得ることができるともに、気孔率を下げることなく通気性も維持することができる。
【実施例】
【００３６】
本発明における最適な特性評価試験を、供試電池としてＪＩＳＤ５３０１「始動用鉛蓄電池」で規定された８０Ｄ２６を用いて実施した。評価試験は、実施の形態２にて説明した多孔質体の液口栓を用い、液口栓１の上表面中央部８のガス通過表面範囲６の直径を１４ｍｍに設定した。多孔質体は、ポリプロピレン樹脂とポリエチレン樹脂の混合粉体を金型へ投入し焼結にて試作したものであり、これら樹脂材の粉体サイズや混合比により通気抵抗は、０．８ｋＰａ、１．０ｋＰａ、５．０ｋＰａ、１０．０ｋＰａ、２０．０ｋＰａ、２５．０ｋＰａの６種類を成形してサンプル品とした。また、比較用には、一般品の液口栓部品として特許文献２に記載された液口栓の内部に多孔質体を装着した液口栓、及び特許文献１に示されているガス透過膜の種類別に通気抵抗が大小の２種類を選択試作して評価を行った。
【００３７】
第１の評価項目は、各サンプルの通気抵抗を測定した。測定方法は、鉛蓄電池に装着後、事前に鉛蓄電池を構成するセルに加工したエアー導入口から、５ｌ／ｍｉｎの流量で空気を強制的に流し込み、この時の空気が各サンプルの液口栓より放出される際のセル室内部の圧力値を測定した。
【００３８】
第２の評価項目は、実際の車両へ搭載して一般的な使用環境下における耐久性を確認するため、走行距離面で加速評価となるタクシーに、各サンプル品を個別に装着した鉛蓄電池を各２台ずつ搭載し、６ヶ月間、走行距離で約６万ｋｍの走行試験を行い、漏液やその他の異常な現象有無をチェックした。
【００３９】
第３の評価項目は、市場で起こり得る悪い条件のガス排気を想定し、充電条件及び走行振動を発生させて耐漏液性能をチェックした。この時の充電条件は、レギュレータ故障時に最大発生すると想定される電流値６０Ａを定電流により過充電とし、ＪＩＳＤ５３０１「始動用鉛蓄電池」に規定される振動条件にて２時間加振した。この試験終了時の蓄電池が外観上の不具合になり得るので、その長側面方向の膨れについても測定した。
【００４０】
第４の評価項目は、各サンプル品の充電時に液口栓上５０ｍｍの位置で火花を発生させ、外部引火による防爆性能を評価した。
【００４１】
これらの評価結果を表１にまとめた。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１に示した結果に対し、先ず現状一般品の液口栓はいずれの評価項目に対しても問題のない結果であった。しかしながら、先に述べたように、液口栓を構成する部品が複数になることで、コストは高くなる。
【００４４】
一方、特許文献１に基づいた試作品２種は、ガス透過膜の種類により各項目で異なる傾向であった。Ａに用いた部品は、通気抵抗が低く多孔性膜の中でも気孔率の高い膜を用いたが、過充電と振動を併せた試験で漏液が見られ、防爆試験結果でも防爆機能を維持できなかった。Ｂに用いた部品は、通気抵抗が非常に高い気孔率の低い膜を用いているが、気孔率の高い膜を用いたためＡ部品に見られた問題点はない反面、通気抵抗の影響により蓄電池の膨れが大きいことが明らかになった。上記結果より、特許文献１の構成は、ガス膜選定と要求性能を踏まえた蓄電池の諸特性とのバランス設計が困難であることが判る。
【００４５】
これらの結果に対し、本発明の液口栓に通気抵抗が０．８ｋＰａの供試電池のみが、過充電と振動とを併せた試験と、防爆試験の二項目で好ましくない結果となった。前記以外の供試電池では、通気抵抗が１．０ｋＰａ以上の供試電池全てが基本的な物性について問題はなかった。但し、通気抵抗が２０．０ｋＰａ品までの供試電池は１０ｍｍ以下で顕著な膨れではなかったが、通気抵抗が２５．０ｋＰａになると最大２３ｍｍにも達する著しい膨れが見られた。従って、一般市場において外観の不具合として許容できる範囲から考慮すると、２０．０ｋＰａまでが実用的な範囲といえる。
【００４６】
以上の結果より、特許文献１の実施形態では市場での悪条件が重なると、対応する液口栓の実用化へ向け、設計調整に多くの課題があるためこれらに対応せねばならず、特許文献２に多孔質体を装着するとコスト高になるのに対し、本発明による液口栓であれば、作成上及び実用上において多孔質体の通気抵抗を広く設定でき、市場での広範囲な使用条件にも耐えうる鉛蓄電池を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上、本発明によれば、液口栓本体には、別部品が不要であるとともに排気孔も不要であり、複数の部品の組み立てをも削減でき、耐漏液性能や防爆性能を維持することが可能であるため、その工業的価値は、高い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の鉛蓄電池の外観図
【図２】本発明の液口栓の断面図（図１のＡ−Ａ´断面図）
【図３】本発明の第２の実施形態による液口栓断面図
【図４】本発明の第３の実施形態案の液口栓断面図
【符号の説明】
【００４９】
１    液口栓
２    蓋
３    ネジ部
４    ゴムパッキン
５    溝部
６    ガス通過表面範囲
７    ガス通過裏面範囲
８    上表面中央部
９    底部
１０  内側側面
１１  裏側天面
１２  スキン層
１３  表面縁部
１４  外側面
１５  防沫板構造部品
１６  ガス排気兼還流スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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