JP2004228046A

JP2004228046A - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2004228046A
Application number: JP2003017921A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Minato; 港　　哲朗
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】端子本体とブッシングとが一体の端子部であって、該端子部に設けた貫通部に極柱を挿通して端子本体の上面で溶接する、あるいは、端子本体と一体になった極柱の下端部とストラップが溶接・接合される鉛蓄電池において、前記溶接での不良が大幅に低減され、溶接時の生産性が改善されると共に、寿命性能の安定した鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】端子本体１とブッシング２とが一体の端子部には、アンチモン系鉛合金、前記端子本体１と溶接・接合される極柱３には非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金、また端子本体１と極柱３とからなる端子部にはカルシウム系鉛合金、それと溶接・接合されるストラップ４には非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金をそれぞれ使用する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
鉛蓄電池の端子部の溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池では、発電要素である正・負極板を多孔性のセパレータを介して積層した極板群（エレメント、以降、エレメントという）の同極性同士がストラップにより電気的に接続される。前記ストラップは蓄電池外部の端子本体と接合され、前記端子本体が外部負荷と接続される。
【０００３】
ストラップと端子本体との接合にはいくつかの方式が採用されている。例えば、ストラップと極柱とを一体に形成し、前記極柱を一体に形成された端子本体とブッシングに設けた貫通部に挿通し、端子本体の上面で溶接により一体に接合する方式や、端子本体と極柱とからなり、前記極柱の下端部をストラップと溶接・接合する方式がある。
【０００４】
ここでのブッシングとは、鉛蓄電池の端子の一部を形成するもので図１に示すように端子本体を蓋に固定するために蓋部内に埋没されている部分で、通常、蓋成型時に一体に成型される。
【０００５】
また、上述の端子本体と極柱からなる端子部は、図２に示すように、極柱の中腹部の周面を気密的に取り巻いて成型された樹脂部を備えた構造のものが一般的に採用されており、端子本体、極柱および前記樹脂部をまとめて樹脂巻き端子と称している。
【０００６】
制御弁式鉛蓄電池では、格子および極板耳部にはカルシウム系鉛合金が一般的に使用されている。その理由は、アンチモン系鉛合金のような自己放電量の多い合金を用いると、負極での水素ガスの発生が多くなり、制御弁式鉛蓄電池の特徴である、密閉反応機能が阻害され、性能が劣化してしまうからである。そのため、極板耳部を束ねてストラップを形成すると共にそれと接合した極柱には、同種のカルシウム系鉛合金が使用されていることが多い。
【０００７】
ストラップと極柱とを一体に形成し、前記極柱を端子本体およびブッシングに設けた貫通部に挿通し、端子本体の上面で溶接により一体に接合する鉛蓄電池においては、端子本体およびブッシングは、一般的にアンチモン系鉛合金が用いられている。その理由は、前記貫通部に極柱を挿通して、バーナーであぶりながら極柱と端子本体とを溶接により一体に接合する場合、蓋内に埋設されたブッシングの周囲には樹脂部があり、バーナーの火力を強くできないので、融点の低いアンチモン系鉛合金が適しているからである。
【０００８】
しかしながら、カルシウム系鉛合金とアンチモン系鉛合金とをバーナーで溶融して一体に溶接すると、腐食性が高いＣａ_３Ｓｂ_２が生成され、蓄電池の使用中にその部分で腐食が進行し、劣化が促進される問題を抱えている。
【０００９】
また、端子本体と一体に形成された極柱の下端部がストラップと溶接・接合される鉛蓄電池においては、前記極柱は、通常、ストラップと同じカルシウム系鉛合金が用いられている。その場合、上述したようなアンチモンによる腐食の問題は回避されるが、カルシウム系鉛合金同士を溶接した場合、カルシウムが酸化され易く、酸化被膜が溶接部に噛みこみ溶接不良を起こし生産性が低下すると共に、該酸化被膜の部分で腐食が発生し易く、寿命が短くなる問題を抱えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、貫通部を備えた端子本体とブッシングとが一体に形成され、前記貫通部にストラップと一体に形成された極柱を挿通して前記端子本体と極柱とを溶接する、あるいは、端子本体と一体に形成された極柱下端部とストラップとを溶接・接合する鉛蓄電池において、溶接不良が大幅に低減され、しかも溶接部での腐食が抑制され、寿命性能の安定した鉛蓄電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段として、請求項１によれば、一体に形成された端子本体とブッシングの貫通部にストラップと一体に形成された極柱を挿通して前記端子本体上部と極柱とを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、前記端子本体とブッシングとはアンチモン系鉛合金からなり、前記極柱は非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金からなることを特徴とするものである。
【００１２】
ストラップと一体に形成された極柱に非アンチモン系鉛合金を用いることによって、カルシウム系鉛合金からなる極板耳部との溶接でストラップを形成する際に、カルシウムとアンチモンとが溶融されたときに生成する腐食性の高いＳｂ_３Ｃａ_２が生成しないので腐食の問題が解決され、蓄電池寿命が安定する。制御弁式鉛蓄電池においてはこのことは特に重要である。また、Ｐｂ−Ｓｂ合金系鉛合金からなる端子本体との溶接においても、極柱が非カルシウム系であるのでＳｂ_３Ｃａ_２が生成せず、ここでも腐食の心配がない。
【００１３】
請求項２によれば、端子本体と一体に形成された極柱の下端部とストラップとを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、
前記極柱はカルシウム系鉛合金からなり、前記ストラップが非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金からなることを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成にすることによって、極柱とストラップとの溶接部にＳｂが存在しないので、腐食性の高いＳｂ_３Ｃａ_２は生成せず、また、カルシウム系鉛合金同士を溶接する際に生ずる酸化被膜の生成が回避されるので、安定した溶接が行え、生産性が向上すると共に安定した寿命性能の鉛蓄電池が得られる。
【００１５】
【実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【００１６】
図１は請求項１に記載の発明の実施の形態の一例を示す要部断面図で、１は端子本体、２はブッシング、３は極柱、４はストラップ、５は溶接部、６は蓋、７は極板耳部、８は端子本体及びブッシングに設けられた貫通部をそれぞれ示す。なお、この図では貫通部８の内径と極柱３の外径が同一に図示されている。
【００１７】
図１に示すように、端子本体１はブッシング２と一体に形成されると共に、貫通部８を有している。極柱３とストラップ４とはキャスト・オン・ストラップ法（ＣａｓｔｏｎＳｔｒａｐ略してＣＯＳという）あるいはバーニング法により一体に形成され、前記貫通部８に前記極柱３を挿通し、端子本体１の上面でバーナー等により極柱の一部を溶融して溶接部５を形成して端子本体と極柱とが接合される。本発明の特徴は、端子本体およびブッシングにアンチモン系鉛合金例えばＰｂ−Ｓｂ系あるいはＰｂ−Ｓｂ−Ａｓ系合金を用い、極柱３とストラップ４とを構成する鉛合金に非アンチモン系、非カルシウム系、例えばＰｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ａｓ合金等を用いることにある。
【００１８】
図２は請求項２に記載の発明の実施の形態を示す要部断面図で、９は樹脂巻き端子、１０はその樹脂部それぞれを示す。他の構成部材は、図１と同じ番号を付記する。
【００１９】
図２に示すように、極柱３の下端部が溶接部５を介してストラップ４と溶接・接合する方式で、二輪車用鉛蓄電池によく採用されている。本発明の特徴は、極柱がカルシウム系鉛合金例えば、Ｐｂ−Ｃａ系あるいはＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ系合金からなり、ストラップに非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金、例えばＰｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ａｓ合金等を用いることにある。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例に基づき詳細に説明する。
〔実施例１〕
ＪＩＳＤ５３０１に規定されているＤ２６サイズの自動車用鉛蓄電池について、正・負極格子にＰｂ−０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎを用い、通常のペーストを充填・乾燥した極板を微細ガラス繊維セパレータを介して積層したエレメントを形成してＣＯＳ法により、図１に示すストラップ４および極柱３を形成した。その際、これらの合金には、Ｐｂ−２．５質量％Ｓｂ合金、Ｐｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金およびＰｂ−２質量％Ｓｎ合金の３種類のものを作製した。
【００２１】
一方、図１に示す貫通部を有する端子本体とブッシングとには、Ｐｂ−２．５％Ｓｂ合金を用いて鋳造し、蓋とを一体にインサート成型したものを準備した。
【００２２】
上記３種類の合金からなる極柱を従来と同じ方法で端子本体に設けた貫通部に挿通後、端子本体の上面で極柱をバーナーであぶりながら端子本体と一体に溶接した。
【００２３】
ストラップおよび極柱の合金組成がＰｂ−２．５質量％Ｓｂの蓄電池をＡ−１、Ｐｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎの蓄電池をＢ−１、Ｐｂ−２質量％Ｓｎの蓄電池をＣ−１とした。これら３種類の蓄電池の端子本体と極柱との溶接状態の比較を行った。
【００２４】
ここでの溶接状態の評価は、図１に示す端子本体１を固定して、極柱３を真上に４５度まで持ち上げ、溶接部５が外れないものを良好とし、外れたものを溶接不具合という評価を行った。その溶接不具合率の結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示すように、ストラップおよび極柱にＰｂ−２．５質量％Ｓｂ合金を用いた蓄電池Ａ−１は端子本体およびブッシングの合金組成と同じであり、該合金の融点が低く溶融し易いこともあり溶接の不具合率が最も低かった。Ｐｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎを用いた蓄電池Ｂ−１は、Ｃａの特性である酸化被膜ができやすいことから溶接性が劣った。一方、Ｐｂ−２質量％Ｓｎ合金を用いた蓄電池Ｃ−１は、Ｓｎが溶接性を改善する特性を有しており、Ｐｂ−２．５質量％Ｓｂ合金との溶接性が良好で、蓄電池Ａ−１とあまり変わらない不具合率であった。
【００２７】
次に、蓄電池Ａ−１、Ｂ−１およびＣ−１をＪＩＳＤ５３０１に基づく軽負荷寿命試験を、腐食の影響が顕著に出る温度、７５℃の加速条件で行った。試験条件を以下に示す。
試験温度：水槽７５℃
放電：２５Ａで４分間
充電：１４．８Ｖ（制限充電電流：２５Ａ）で１０分間
上記試験の結果を表２に示す。寿命の判定は、該規格の基準にしたがって行った。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２に示すように、ストラップおよび極柱の合金にＰｂ−２．５質量％Ｓｂ合金を用いた蓄電池Ａ−１は、極板耳部がＰｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎであるので溶接時に腐食され易いＣａ_３Ｓｂ_２が形成されており、それを起点に腐食が進行し、極板耳部がストラップから剥離し約１，５００サイクルと短寿命であった。ストラップおよび極柱の合金にＰｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎを用いた蓄電池Ｂ−１は、極柱と端子本体の溶接部に腐食され易いＣａ_３Ｓｂ_２が形成され、それを起点に腐食が進行すると共に、ストラップと極板耳の溶接部は、合金組成に起因する腐食はなかったが、ストラップ溶接時に酸化被膜の噛みこみがありその部分での腐食の進行もあり約２，５００サイクルと若干寿命が短くなった。それに対して、ストラップおよび極柱の合金にＰｂ−２質量％Ｓｎ合金を用いた蓄電池Ｃ−１は、Ｓｎの効果により端子本体との溶接性も良く、ＣＯＳにおけるストラップと極板耳部との溶接状態も良好で、腐食による性能劣化もなく３，５００サイクルと最も長寿命であった。
【００３０】
上記実施例では、正・負極格子にＰｂ−０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金を用い、ブッシングと端子本体にはＰｂ−２％Ｓｂ合金を用い、ストラップにはＰｂ−２質量％Ｓｎ合金を用いたが、正・負極格子として０．０４〜１．２質量％のＣａを含むＰｂ−Ｃａ系合金を用い、ブッシングと端子本体として１．５〜３．５質量％のＳｂ含むＰｂ−Ｓｂ系合金を用い、ストラップとして０．５〜３．５質量％のＳｎ含むＰｂ−Ｓｎ系合金やＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ａｓ系の非アンチモン、非カルシウム系鉛合金を用いても同様の効果があった。
【００３１】
また、Ａｇの含有量は、０．０５〜０．１５質量％、Ａｓの含有量は、０．０５〜０．３質量％の範囲が好ましいことを、別の試験で確認した。
【００３２】
以上のように、一体に形成された端子本体とブッシングの貫通部にストラップと一体に形成された極柱を挿通して前記端子本体上部と極柱とを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、前記端子本体とブッシングにはアンチモン系鉛合金、前記極柱には非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金を使用することにより、端子本体と極柱との溶接性が良く、生産性がアップすると共に、ＣＯＳ法やバーニング法等により極板耳部とストラップとを一体に形成する場合にも溶接状態が良好で、溶接部での腐食の問題が回避され、寿命性能の優れた蓄電池が得られることがわかった。
〔実施例２〕
実施例２では、図２に示す端子本体１と一体に形成された極柱３の下端部がストラップ４に溶接・接合された鉛蓄電池に関して、各種合金を用い、その溶接性およびその蓄電池の寿命性能評価を行った。
【００３３】
ＪＩＳＤ５３０２による定格容量８Ａｈ（１０時間率）の二輪車用制御弁式鉛電池、ＢＴＸ９（６セル、１２Ｖ）について、正・負極格子に実施例１と同様のＰｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金を用い、通常のペーストを充填・乾燥して、微細ガラス繊維セパレータを介して積層した制御弁式鉛蓄電池用エレメントを形成し、電槽に半挿入し、ＣＯＳ法により、図２に示すストラップ４を形成した。その際のストラップの合金には、Ｐｂ−２．５質量％Ｓｂ合金、Ｐｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金およびＰｂ−２質量％Ｓｎ―０．０５質量％Ａｇ−０．１質量％Ａｓ合金の３種類を準備した。
【００３４】
一方、端子本体と極柱にはＰｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎを用いた。
【００３５】
Ｐｂ−０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金からなる極柱の下端部と上記３種類の合金を用いたストラップとをバーナーを用いて溶接を行い溶接状態を比較した。溶接状態の評価は、ストラップ４を固定し、端子本体１を図２に示す矢印方向に４５度まで曲げたときに溶接部５が破損しないものを溶接状態良好とし、極柱が外れたものを溶接不具合とし、不具合率を求めた。その結果を表３に示す。
【００３６】
ここで、ストラップにＰｂ−２％Ｓｂ合金を用いた蓄電池をＡ−２、Ｐｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金を用いた蓄電池をＢ−２、Ｐｂ−２質量％Ｓｎ―０．０５質量％Ａｇ−０．１質量％Ａｓ合金を用いた蓄電池をＣ−２とした。
【００３７】
【表３】

【００３８】
表３に示すように、溶接における、上記組み合わせでは、いずれもＣａが存在するために溶接不具合率が実施例１に比べて総体的に高かったが、ストラップにＳｎの量が多いＣ−２がその中では不具合率が低く、本発明の効果が認められた。
【００３９】
次に、これら３種類の蓄電池のサイクル寿命試験を行った。その試験条件を以下に示す。
試験温度：水槽６０℃
放電：８Ａで４分間
充電：１４．８Ｖ（制限充電電流８Ａ）で１０分間
上記充・放電を繰り返し、４８０回毎に、５６時間以上放置後、７０Ａで３０秒間連続放電し、３０秒目電圧が７．２Ｖ以下になった時を寿命とした。試験結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】

【００４１】
表４に示すように、ストラップ合金にＰｂ−２．５％Ｓｂを用いた蓄電池Ａ−２は、ストラップと極柱とをバーナーで溶接する際に、腐食され易いＣａ_３Ｓｂ_２が生成されるために寿命試験中にその部分が集中的に腐食を受け、最終的にはストラップが破断して約２，０００サイクルと短寿命になった。ストラップ合金にＰｂ‐０．０８％Ｃａ−１．２％Ｓｎを用いた蓄電池Ｂ−２は、ストラップと極柱とが同じ組成であり、合金組成に起因する腐食はなかったが、バーナーでストラップと極柱とを溶接する際に、酸化被膜が形成され、溶接部がその酸化被膜を噛みこむため、その部分での腐食が起こり４，０００サイクルの寿命であった。一方、ストラップ合金にＰｂ−２％Ｓｎ―０．０５％Ａｇ−０．１％Ａｓを用いた蓄電池Ｃ−２は、Ｓｎの存在により溶接性が良好であると共に、Ｓｂが存在しないのでＣａ_３Ｓｂ_２も生成されず、腐食が抑制され、約７，５００サイクルと最も安定した寿命性能を示した。
【００４２】
上記実施例では、正・負極格子にＰｂ−０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金を用い、端子本体と一体になった極柱にはＰｂ‐０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金を用い、ストラップにはＰｂ−２質量％Ｓｎ―０．０５質量％Ａｇ−０．１質量％Ａｓ合金を用いたが、正・負極格子として０．０４〜０．１５質量％のＣａを含むＰｂ−Ｃａ系合金を用い、端子本体と一体になった極柱には、０．０４〜０．１５質量％のＣａを含むＰｂ−Ｃａ系合金を用い、ストラップとして０．５〜３．５質量％のＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ系合金あるいはＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ−Ａｓ系合金を用いても同様の効果があった。
【００４３】
また、Ａｇの含有量は、０．０５〜０．１５質量％、Ａｓの含有量は、０．０５〜０．３質量％の範囲が好ましいことを、別の試験で確認した。
【００４４】
以上のように、端子本体と一体に形成された極柱の下端部とストラップとを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、前記端子本体と極柱にはカルシウム系鉛合金を用い、前記ストラップには非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金を用いることにより、溶接性がよく生産性が優れていると共に腐食し易いＣａ_３Ｓｂ_２が生成されないので寿命性能の安定した蓄電池が得られることがわかった。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明による鉛蓄電池によれば、溶接性が改善され生産性が改善されると共に、腐食性の高いＣａ_３Ｓｂ_２の生成もなく安定した寿命性能が得られ、その工業的効果が極めて大である。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】端子本体と極柱とが一体に溶接・接合された構造の鉛蓄電池の一例を示す要部断面図。
【図２】端子本体と一体になった極柱の下端部とストラップとが溶接・接合された構造の鉛蓄電池の一例を示す要部断面図。
【符号の説明】
１端子本体
２ブッシング
３極柱
４ストラップ
５溶接部
６樹脂製蓋
７極板耳部
８貫通部
９樹脂巻き端子
１０樹脂部

Claims

一体に形成された端子本体とブッシングの貫通部にストラップと一体に形成された極柱を挿通して前記端子本体上部と極柱とを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、
前記端子本体とブッシングとはアンチモン系鉛合金からなり、前記極柱は非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金からなることを特徴とする鉛蓄電池。
端子本体と一体に形成された極柱の下端部とストラップとを溶接により一体に接合した鉛蓄電池において、
前記極柱はカルシウム系鉛合金からなり、前記ストラップが非アンチモン系、非カルシウム系鉛合金からなることを特徴とする鉛蓄電池。