JP6052071B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は、極板の腐食進行に伴って、蓋と極柱との隙間を封止する封止部材に亀裂やクラックが入ることを抑制する技術に関する。

鉛蓄電池には、極板同士を連結するストラップに接続された極柱を、蓋から突出させ端子として使用するものがある。この場合、蓋と極柱の隙間から電解液の流出を防止する必要があることから、極柱の周囲にエポキシ樹脂等の封止剤を注入して硬化させて封止部材を形成し、隙間を密閉している（下記特許文献１参照）。

実開昭６３−１０２１７３公報

しかしながら、極板は、腐食の進行に伴い面方向に伸びることから、極板の伸びに合わせてストラップ及び極柱が上方に変位し、極柱の周囲を封止する封止部材が上方に押される。そのため、封止部材に亀裂やクラックが入って、密閉性を低下させるおそれがあり、対策が求められていた。
本発明の目的は、極板の腐食進行に伴って、封止部材に亀裂やクラックが入ることを抑制することである。

本明細書によって開示される鉛蓄電池は、上面が開口し、内部に複数枚の極板を収容する電槽と、前記複数枚の極板を上部で連結するストラップと、前記ストラップに接続された極柱と、前記電槽の上面を閉止する蓋部材であって、前記極柱を挿通する極柱挿通部を有する蓋部材と、前記極柱挿通部と前記極柱との隙間に充填されて硬化した封止部材と、前記蓋部材と前記ストラップとの間に配置され、前記極板の伸びに伴って前記ストラップに当接可能な当接部材とを備える。

本発明によれば、極板の腐食進行に伴って、極柱挿通部と前記極柱との隙間を封止する封止部材に亀裂やクラックが入ることを抑制できる。

一実施形態における鉛蓄電池の斜視図 鉛蓄電池を図１中のII線で切断した断面図 極板群の平面図 図２のＡ部を拡大した断面図 極柱挿通部周辺の断面図 対向壁を下側から見た斜視図 ストラップと対向壁の位置関係を示す平面図 図２のＡ部を拡大した断面図（ストラップが対向壁に突き当たった状態を示す） 図２のＡ部を拡大した断面図（対向壁が座屈した状態を示す） 図９ＡのＤ部を拡大した図 従来における封止部材に亀裂が入った状態を示す断面図 他の実施形態において、ストラップと対向壁の位置関係を示す平面図 他の実施形態において、極柱挿通部周辺の断面図

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態の鉛蓄電池の概要について説明する。本鉛蓄電池は、上面が開口し、内部に複数枚の極板を収容する電槽と、前記複数枚の極板を上部で連結するストラップと、前記ストラップに接続された極柱と、前記電槽の上面を閉止する蓋部材であって、前記極柱を挿通する極柱挿通部を有する蓋部材と、前記極柱挿通部と前記極柱との間の隙間に充填されて硬化した封止部材と、前記蓋部材と前記ストラップとの間に配置され、前記極板の伸びに伴って前記ストラップに当接可能な当接部材とを備える。

この構成では、極板の伸びに伴ってストラップが上方に変位して当接部材に当接すると、それ以降、極柱、ストラップを介して封止部材を上向きに押す力が、当接部材を介して蓋部材側に分散する。そのため、封止部材に亀裂やクラックが入り難くなる。また、当接部材は、仮に、極板の上面に当接させて、極板の上方への伸びを直接抑えることも考えられるが、極板は抑えられるとその周囲が不規則に伸びるため、ストラップ、極柱の上方への変位量が増すおそれがある。一方、本構成のように、複数枚の極板を連結するストラップに当接させることで、ストラップの変位量は変わらないため、ストラップを介して封止部材を上向きに押す力が増大することはない。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記蓋部材に一体的に設けられている。この構成では、当接部材を蓋部材とともに容易に形成することができる。また、ストラップに対する位置精度が高くなるため、ストラップに確実に当接可能となる。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記ストラップ側に突出する板部材とする。この構成では、蓋部材に板を追加するだけの簡単な構造で当接部材を形成できる。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記極柱の周囲を囲む環状とする。この構成では、極柱、ストラップを介して封止部材を上向きに押す力が、３６０°あらゆる方向に分散する。そのため、力が分散し易く、封止部材に亀裂やクラックが一層入り難くなる。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記極板の伸びに伴って前記ストラップに当接して変形可能にする。すなわち、極板の伸びによりストラップを介して所定値以上の力が作用した時に変形するように、当接部材の形状や材質等を決定する。この構成では、当接部材が、ストラップから蓋部材に作用する力の一部を吸収することにより、蓋部材に作用する力が小さくなるので、蓋部材が破損し難くなる。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記極柱を中心とする周方向に間隔を離して設ける。当接部材の側方に隙間があるため、極板の伸びに伴ってストラップに当接した後、当接部材が座屈し易くなる。

本鉛蓄電池では、前記当接部材を、前記極板の伸びに伴って前記ストラップが前記蓋部材側に変位した時に前記ストラップに当接し、前記極板が伸びる前の状態では前記ストラップとの間に隙間を保有する構造にする。この構成では、極板が伸びる前の状態ではストラップとの間に隙間を保有する設定としてあるので、電槽に蓋部材を組み付ける際に、当接部材がストラップに干渉して組付け不良を起こす心配がない。

＜一実施形態＞
一実施形態を図１ないし図１０によって説明する。
１．鉛蓄電池の構造
鉛蓄電池１０は、図１〜図４に示すように電槽２０と、極板群３０と、ストラップ４１、４５と、極柱５０と、蓋部材６０を備え、更にシールリング８０や封止部材Ｓ、対向壁７１（板部材）を備える。尚、以下の説明において、電槽２０の横幅方向をＸ方向とし、電槽２０の奥行方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。

電槽２０は上面が開放した箱型をなし、槽内は隔壁により複数のセル室（図略）に仕切られている。各セル室には電解液と共に、複数組の極板群３０が、電槽２０の横幅方向（図１のＸ方向）に沿って、配置されている。

各極板群３０は、図２に示すように、正極板３１Ａと、負極板３１Ｂと、両極板３１Ａ、３１Ｂを仕切るセパレータ（図略）とから構成されている。各極板３１Ａ、３１Ｂは、格子体に活物質が充填されて構成されており、上部には、ストラップ４１、４５を接続するための耳部３２が設けられている。

ストラップ４１、４５は、図２に示すように上下方向（Ｚ方向）において、極板群３０の上方に位置している。ストラップ４１、４５は極性ごとに設けられている。正極用のストラップ４１、４５と、負極用のストラップ４１、４５は、図２の左右方向（Ｙ方向）に向かい合うように配置されている。正極用のストラップ４１、４５は、耳部３２を介して各極板群３０の正極板３１Ａを連結し、負極用のストラップ４１、４５は、耳部３２を介して各極板群３０の負極板３１Ｂを連結する構造となっている。

正極用のストラップ４１、４５のうち、電槽幅方向（図１のＸ方向）の一方端に位置するストラップ４１と、負極用のストラップ４１、４５のうち電槽幅方向（図１のＸ方向）の他方端に位置するストラップ４１には、それぞれ極柱５０が溶接等により取り付けられている。

図３は、極板群３０を、上側から見た平面図である。図３に示す右側に位置するストラップ４１は、極柱５０と接続されるストラップであり、極板３１Ａの耳部３２を接続するための基部４２の前方に、取付部４３を形成している。取付部４３の形状は扇型をしていて、取付部４３の中心に極柱５０が溶接等により固定されるようになっている。

また、図３に示す左側に位置するストラップ４５は、極柱５０を装着しないストラップであり、極板３１Ｂの耳部３２を接続するための基部４６の前方に、接続部４７を形成している。図３では、隣接するセルを省略して記載してあるが、セルはＸ方向に並んでおり、接続部４７は、Ｘ方向に隣接するセルの接続部４７と互いに接続できるように、隣接するセル側（図３では上側）にオフセットしている。

極柱５０は金属製であって、円柱形状をしており、図１、図２に示すように、蓋部材６０に形成された極柱挿通部６５を貫通して外部に露出している。そして、正極側の極柱５０の先端と負極側の極柱５０の先端には、それぞれ小径の極芯５５が設けられている。極芯５５にはボルト孔が形成されており、極芯５５に対して端子金具（図略）をボルト締めすることで、鉛蓄電池１０を電気機器（図略）に対して接続できる構造となっている。なお、正極板３１Ａ、負極板３１Ｂ、耳部３２、ストラップ４１、４５、及び極柱５０は、鉛合金からなる。

蓋部材６０は樹脂製であって電槽２０を閉止可能な大きさとされ、電槽２０の上面を閉止する。蓋部材６０は、電槽２０への組み付け後、電槽２０に対して、振動溶接等により、全周を溶着される。蓋部材６０の左右両側には、図１に示すように円錐型をした斜口部６１が設けられており、更に、斜口部６１の内側に極柱挿通部６５が形成されている。

図４に示すように、極柱挿通部６５は上下に貫通する円筒型をしている。極柱挿通部６５内には、極柱５０が下から貫通しており、極柱５０の先端は概ね極柱挿通部６５の先端に達している。極柱挿通部６５の先端部は、斜口部６１の底部から上方に突出しており、斜口部６１との間に環状をした環状溝６３を形状している。

そして、極柱挿通部６５の内周壁と極柱５０の外周壁との間には隙間が設けられると共に、極柱挿通部６５の下端寄りの位置には、内方に突出する環状の位置決め突起６７が設けられている。

位置決め突起６７は、極柱５０と極柱挿通部６５の間に挿入されたシールリング８０を、図４に示す挿入端位置にて位置決めする機能を果たしている。尚、極柱挿通部６５の内径は、シールリング８０の外径より幾らか小さい寸法に設定されており、極柱挿通部６５の内周壁に対してシールリング８０が弾性的に接触するようになっている。

シールリング８０はゴムなどの弾性材からなる環状をしたリングであり、斜口部６１側から挿入されて、極柱挿通部６５の挿入端位置に装着される。シールリング８０は、極柱５０の外周面と極柱挿通部６５の内周壁との間に、隙間なく密着して、両間をシールする機能を果たす。

図４に示すように、極柱挿通部６５及び斜口部６１内には封止剤９０が充填されている。封止剤９０は、極柱挿通部６５のうち、挿入端位置にあるシールリング８０の上方空間を封止する封止部材Ｓを形成する。封止部材Ｓは、極柱５５の外周面と極柱挿通部６５の内周壁との間を隙間なく封止することにより、電解液の液漏れを抑制するものである。本例では、斜口部６１の上面まで封止部材Ｓを形成しており、極芯５５の上端部だけが外部に露出する構造となっている。

また、極柱挿通部６５の下部には対向壁７１が形成されている。対向壁７１は蓋部材６０と一体的に形成され、図５に示すように、極柱挿通部６５の下端面６５Ａから下向きに真っ直ぐ延びている。対向壁７１は、図６、図７に示すように極柱５０を中心とする周方向に一定間隔で形成されており、全体が環状をなす。

対向壁７１の外径は、極柱挿通部６５の外径と概ね一致している。また、内径は極柱５０の外径よりも大きく、対向壁７１は極柱５０の周囲を一定の間隔を隔てて囲む構成となっている。

また、対向壁７１の下端は、極柱５０の下端よりも上側に位置しており、図４に示すように、ストラップ４１の上面との間に隙間Ｃを設けている。すなわち、対向壁７１の長さ（極柱挿通部６５の下端面６５Ａを基準とした上下方向の長さ）は、ストラップ４１との間に隙間Ｃが出来るように寸法が決められている。

そして、周方向に形成された対向壁７１の一部（図７中の右半分の対向壁）はストラップ４１に対して上下に対向する対向位置にあり、図７に示すようにストラップ４１に対して平面方向で重なっている。

この対向壁７１は、極板３１の伸びに伴ってストラップ４１に当接することにより、ストラップ４１から封止部材Ｓに作用する力を、蓋部材６０に分散させる機能を果たす。

具体的に説明すると、極板３１は、腐食の進行に伴い面方向、すなわち、図２にて矢印で示すように左右方向や、上下方向に伸びる。極板３１が上下方向に伸びると、伸びた量だけ、ストラップ４１が上方（Ｚ方向）に変位するから、封止部材Ｓはストラップ４１、極柱５０を介して下側から押される力が作用する。

しかし、極板３１の腐食の進行が、更に進むと、対向壁７１とストラップ４１との間の隙間Ｃが次第に狭くなり、やがて、図８に示すようにストラップ４１が対向壁７１の下端に当接する。

ストラップ４１が対向壁７１に当接した以降は、極板３１が更に伸びても、ストラップ４１を介して上方向に作用する力Ｆは、図８にて破線矢印で示すように、対向壁７１を介して蓋部材６０側に分散する。すなわち、ストラップ４１を介して上方向に作用する力Ｆを、対向壁７１を介して、蓋部材６０側に逃がすことが出来る。そのため、封止部材Ｓが上方に押されなくなることから、図１０に示すように、封止部材Ｓにクラックや亀裂が入ることを防止することが出来る。尚、図１０は、対向壁７１の効果を説明するために作成した比較用の図であり、蓋部材２６０には対向壁７１が形成されていない。

また、ストラップ４１が対向壁７１に当接した以降は、極板３１の伸びを、蓋部材６０側が受け持つことになるので、極板３１の伸びが大きくなると、変形が大きくなって、蓋部材６０が破損する恐れがある。

この点、本鉛蓄電池１０では、対向壁７１を周方向に一定間隔で形成しており、図５や図６に示すように、隣合う対向壁７１の間には隙間Ｕが設けられている。そのため、ストラップ４１が対向壁７１に当接した以降、対向壁７１に対して圧縮方向に所定値以上の力が加わる状態になると、図９Ａ、図９Ｂに示すように、対向壁７１は、隙間Ｕに広がるように座屈（変形）して、極板３１の伸びに伴って、ストラップ４１から蓋部材６０に作用する力の一部を吸収する。従って、蓋部材６０に作用する力が小さくなるので、蓋部材６０が破損し難くなる。尚、もし仮に、対向壁７１を、切れ目のない環状にすると、変形できるような隙間がなくなるため、対向壁７１は座屈し難くなる。したがって、ストラップ４１から蓋部材６０に作用する力を吸収する効果は小さくなる。

２．効果説明
鉛蓄電池１０では、極板３１の伸びに伴ってストラップ４１から封止部材Ｓに作用する力を、対向壁７１によって、蓋部材６０に分散できる。そのため、封止部材Ｓに亀裂やクラックが入り難くなる。また、対向壁７１は、仮に、極板３１の上面に当接させて、極板３１の上方への伸びを直接抑えることも考えられるが、極板３１は抑えられるとその周囲が不規則に伸びるため、ストラップ４１、極柱５０の上方への変位量が増すおそれがある。一方、本実施形態のように、複数枚の極板３１を連結するストラップ４１に当接させることで、ストラップ４１の変位量は変わらないため、ストラップ４１を介して封止部材Ｓを上向きに押す力が増大することはない。

また、本鉛蓄電池１０では、斜口部６１と極柱挿通部６５との間に環状をした環状溝６３を形状している。環状溝６３の形成により、沿面距離が長くなることから、封止部材Ｓに亀裂等が入ったとしても、電槽２０内の電解液が極柱挿通部６５から外側に漏れ難くなる。

また、対向壁７１は、極板３１が伸びる前の状態では、ストラップ４１との間に隙間Ｃを保有する。もし仮に、極板３１が伸びる前の状態で、対向壁７１がトラップ４１に接していると、蓋部材６０を電槽２０に組み付ける際に、対向壁７１がストラップ４１に乗り上げて、組み付け不良を起こす可能性がある。本構成では、極板３１が伸びる前の状態ではストラップ４１との間に隙間を保有する設定としてあるので、蓋部材６０を電槽２０に対して確実に組み付けることが出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、蓋部材６０に対してストラップ４１に当接する対向壁７１を設けて、極板３１の伸びを受け持つようにした。実施形態で開示した対向壁７１以外でも、極板３１が伸びた時にストラップ４１に当接して極板３１の伸びを受け持つことが可能であればよく、例えば、蓋部材６０に対してストラップ４１にして当接可能な突起等を設けるようにしてもよい。また、蓋部材６０ではなく、電槽２０にストラップ４１に当接可能な部材を設けるようにしてもよいし、蓋部材６０とストラップ４１との間に独立した部材を設けるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、ストラップ４１に対して、周方向に形成された対向壁７１の一部だけが平面方向で重なる構成であった。図１１に示すように、ストラップ１４１の形状を一回り大きくして、ストラップ１４１に対して、周方向に形成された対向壁７１の全体が平面方向で重なる構成にしてもよい。周方向に形成された対向壁７１が全て重なっていれば、力の分散が周方向、すなわち３６０°に及ぶ。そのため、封止剤９０に亀裂やクラックが一層入り難くなる。

（３）上記実施形態では、対向壁７１の形状をストレート形状とした。例えば、図１２に示す蓋部材１６０のように、Ｖ型の切れ込み１７５を形成するなど、対向壁１７１の一部に弱い部分を設けておけば、対向壁１７１が座屈し易くなる。

（４）上記実施形態では、ストラップに当接する対向壁７１は、板状の部材であったが、板状に限らず、ブロック体でもよい。また、対向壁７１は、蓋部材６０と同様の樹脂材料ではなく、耐酸性に優れたゴムなどの緩衝部材であってもよい。

（５）上記実施形態では、対向壁７１の下端は、ストラップ４１の上面との間に隙間Ｃを設けていたが、極板が伸びる前の状態ですでに両者は当接していても本発明の効果を奏する。

（６）上述した対向壁７１は、正極用のストラップと負極用のストラップのどちらにも設けられていてもよいし、正極用ストラップのみに設けられてもよい。

１０...鉛蓄電池
２０...電槽
３０...極板群
３１...極板
４１、４５...ストラップ
５０...極柱
６０...蓋部材
６５...挿通部
７１...対向壁
Ｓ...封止部材

Claims (6)

1. 上面が開口し、内部に複数枚の極板を収容する電槽と、
   前記複数枚の極板を上部で連結するストラップと、
   前記ストラップに接続された極柱と、
   前記電槽の上面を閉止する蓋部材であって、前記極柱を挿通する極柱挿通部を有する蓋部材と、
   前記極柱挿通部と前記極柱との間の隙間に充填されて硬化した封止部材と、
   前記蓋部材と前記ストラップとの間において前記極柱の周囲に配置され、前記極板の伸びに伴って前記極柱の周囲で前記ストラップに当接可能な当接部材とを備え、
   前記当接部材は、前記極板の伸びに伴って前記極柱の周囲で前記ストラップと当接し、前記ストラップから前記封止部材に作用する力を前記蓋部材に分散する、鉛蓄電池。
2. 請求項１に記載の鉛蓄電池であって、
   前記当接部材は、前記蓋部材に一体的に設けられている鉛蓄電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の鉛蓄電池であって、
   前記当接部材は、前記極柱の周囲を囲む環状である鉛蓄電池。
4. 請求項１ないし請求項３に記載の鉛蓄電池であって、
   前記当接部材は、前記極板の伸びに伴って前記ストラップに当接して変形可能である鉛蓄電池。
5. 請求項４に記載の鉛蓄電池であって、
   前記当接部材は、前記極柱を中心とする周方向に、間隔を離して設けられている鉛蓄電池。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の鉛蓄電池であって、
   前記当接部材は、前記極板の伸びに伴って前記ストラップが前記蓋部材側に変位した時に前記ストラップに当接し、前記極板が伸びる前の状態では前記ストラップとの間に隙間を保有する鉛蓄電池。

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