JPH10106535A

JPH10106535A - 鉛蓄電池およびそのセル間接続法

Info

Publication number: JPH10106535A
Application number: JP8254792A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Morinari; 良佐森成; Kensuke Goto; 健介後藤; Ryuji Nishimura; 隆二西村
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、大電流放電に耐えかつ機械的強
度を有するセル間接続を貫通溶接により行なわれるよう
にすること。【解決手段】隔壁の厚みと極柱の厚みとの組合せを最適
化する。これを基本とし、溶接電流通電前にプレヒート
を付加する、溶接電流通電終了と同時に加圧力を増大さ
せる２段加圧を行なうとともに、ポストヒートを付加す
る、さらに直径が貫通孔のそれより小さいコア部とコア
部の外周を加圧力の作用方向に移動可能なパット部から
なる新構造の電極を使用することにより、前記組合せの
選択範囲を拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉛蓄電池に係わり、
物理的および化学的特性に優れた、信頼性の高い貫通溶
接部を得るための手法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池のセル間接続にはいくつかの方
法が用いられているが、最近の自動車用鉛蓄電池の場合
には隔壁貫通方式（スルーパーティション方式）が大半
を占めている。隔壁貫通方式は、たとえば特開平２−１
２１２５７号公報に紹介されているように、隣接するセ
ル内の極板群同士を、セル間の隔壁を貫通するように接
続するもので、従来から用いられてきた隔壁オーバー方
式と比べて、接続に必要な導体が短くなるため電圧特性
が向上し、使用する鉛合金の量も大幅に低減可能とな
る。

【０００３】図１は隔壁貫通方式を示した溶接部の断面
図である。極板群を構成する複数枚の極板の耳部１と予
め溶接されている極柱２が、セル３間の隔壁４を貫通す
る形で溶接されている。この溶接には、溶接部に要求さ
れる特性を確保するためと量産性に優れているとの理由
から、抵抗溶接が用いられている。以下、本願に於いて
は隔壁貫通方式の抵抗溶接を貫通溶接と呼ぶことにす
る。

【０００４】図２は貫通溶接の過程を示したものであ
る。はじめに、同図（ａ）に示したように、隔壁４に設
けた円形の貫通孔５を挟む形で極柱２を隔壁４の両側に
位置決めする。次にジョー６に支持され、突起７を有す
る溶接用電極（以下、単に電極と記す）８を両極柱の外
側に当接する。そして電極８により極柱２を加圧して貫
通孔５内へ変形させ、これらを貫通孔５内で同図ｂ）に
示すように接触させる。しかる後に、一方の電極８へ溶
接電流を通じる。上記操作により、極柱２の接触面９で
は接触抵抗ならびに極柱２自身の持つ電気抵抗による発
熱のために、両極柱２の一部が溶接する。そして通電終
了とともに溶融部の温度は低下し、前記溶融部は凝固し
て溶接が完了する。溶接が完了し電極８を排除した後の
溶接部断面の状態は図１に示したとおりで、貫通孔５の
部分には極柱２の一部が溶融、凝固して出来たナゲット
１０（以後、凝固前の溶融状態にある部分に対してもナ
ゲットという表現を用いることにする。たとえばナゲッ
トの成長と記した場合には、極柱の一部が溶融して該溶
融部が広がってゆく状態を意味する）が存在している。
また、極柱２の外側面には電極の突起７が食い込んだた
めにその突起形状が転写された形で圧痕１１が形成され
る。

【０００５】貫通溶接は抵抗溶接の一種であるので、溶
接時の発熱量Ｑは

【０００６】

【数１】

【０００７】で表される。Ｉ、Ｒ、ｔのなかでＩとｔは
制御が容易な因子であるが、Ｒについては難しく、それ
が故に安定した溶接結果を得ることがなかなか難しい。
貫通溶接の場合、Ｒを左右する要因は被溶接材料である
極柱の材質をはじめとして数多くあるが、溶接結果（欠
陥の発生状態や溶接強度など）に多大な影響を与える接
触抵抗を左右する隔壁の厚みや極柱のそれなどに関して
は十分な検討がなされておらず、欠陥を含む貫通溶接部
を有する自動車用電池が少なからず生産されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記方法に
よって得られる貫通溶接部は、電池が使用されている間
に次のような特性を満足した状態を維持しなければなら
ない。

【０００９】（Ａ）隣接するセル間で電池性能に悪影響
を及ぼすような電解液の移動が生じないよう、適度なシ
ーリ性を有すること（Ｂ）ナゲットはエンジン始動時の大電流放電に耐える
に十分な面積を有すること（Ｃ）振動などの外力に耐えるに十分な機械的強度を有
することである。

【００１０】これら３項目を満足する溶接部を得るに
は、いろいろな観点からの検討が必要であるが、特に
（Ｂ）および（Ｃ）に関しては、いわゆる金属学的な意
味での溶接欠陥との関係を重要視せねばならない。どの
溶接方法においても欠陥が全くない溶接部を得るのは容
易ではないが、貫通溶接の場合には溶接時間が高々０．
１ｓ程度と極端に短く、かつ被溶接材料である極柱を貫
通孔を介して溶接するという特殊性のために、その傾向
は顕著である。実際に溶接部に認められる欠陥の代表的
なものは「散り」および「引け」による空隙である。
「散り」は異常に急激な発熱のために沸騰状態を呈した
鉛合金が、ナゲットから噴出する現象であり、これが生
じると、当然のことながらナゲット内に空隙が出来る。
「引け」はナゲットを形成している鉛合金の凝固に伴う
収縮（鉛合金の場合、５％程度）が原因で生じる。「引
け」の場合には、発生の機構上、生じる空隙の幅が狭い
のが一般的であり、一見「割れ」のように見えることが
多い。

【００１１】このような欠陥の存在は、その大小によっ
て影響度は異なることは言うまでもない。しかしなが
ら、最近の電池の使用環境の悪化、特にエンジンルーム
の高温化によって、従来影響ないと見られていた欠陥で
も無視できない存在となっている。例えば「引け」によ
って生じた空隙に電解液が侵入してナゲットが腐食し、
貫通溶接部が破断するという事故が発生している。それ
故、このような欠陥は皆無にする必要があるわけで、本
発明はその手法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ナゲット内の欠陥の発生
機構の概略については上述した通りであるが、発明者等
は貫通溶接の特殊性である隔壁の存在に注目し、特にそ
の厚みが通電前の貫通孔内部での極柱同士の接触状態
（すなわち接触抵抗）の安定化あるいはナゲットの成長
過程や電極の鍛圧作用（後述）に及ぼす影響などを解析
することによって、隔壁の厚みと極柱の厚みとの組合
せを最適化することを基本とした。さらに通電パター
ンの最適化、すなわち本通電（ナゲットを形成するため
の電流、いわゆる溶接電流を流すための通電）に予熱通
電（プリヒート）や後熱通電（ポストヒート）を付加す
ること、およびナゲットの凝固に伴って発生する空隙
を押し潰すのに必要な鍛圧作用が十分に得られる新構造
の電極を採用することによって、前記組合せの自由度を
一層大きなものにした。以下、その詳細を記す。

【００１３】「散り」は異常に急激な抵抗発熱によるも
のである。換言すれば、電流密度が著しく過大となるこ
とが原因であると言える。いわゆる溶接条件の選定が好
ましくなく、必要以上に溶接電流を流すことによって電
流密度が過大となり「散り」が発生するのは当然である
が、これを除けば「散り」の大半は通電開始時の極柱同
士の接触状態の不安定さに原因がある。例えば電極が正
常に当接されなかったり、加圧力が不安定で通電開始時
に所定の接触面積が確保されない時には、接触抵抗が大
きくなると同時に電流密度も過大になる。当然、異常に
急激な発熱が生じ、沸騰状態を呈した溶融鉛合金の一部
がナゲット外に噴出する。また、接触抵抗は極柱同士の
マクロ的な接触面積ばかりでなくミクロ的なそれにも左
右されるため、「散り」の防止には両者を考えた接触面
積の安定化が必要なわけである。このためには隔壁の厚
み、極柱の厚みを、それらの組合せにおいて最適化する
ことが必要である。

【００１４】一例として極柱の厚みの影響を示そう。図
３は、厚みが４．５ｍｍの極柱に対して一定条件下（電
流９．５ｋＡ、通電時間４サイクル、加圧力６００ｋ
ｇ）で隔壁の厚みを０．５ｍｍから３ｍｍまで変えて溶
接した場合の、ナゲットの成長状態と溶接強度の変化を
示したものである。結果は隔壁厚みに著しく依存してお
り、０．５ｍｍの場合には貫通孔内壁近傍で僅かに成長
しはじめた段階で、強度も小さい。ナゲットは隔壁の厚
みが大きいものほど成長しており、それに連れて強度も
増加している。１．５ｍｍではナゲットはほぼ十分な大
きさまで成長しているが、同時に欠陥として「引け」に
起因した空隙１４が生じている。また隔壁の厚みが３ｍ
ｍになるとナゲットは過剰溶融と言える状態まで大きく
成長し、内部には前記「引け」による空隙１４に加えて
「散り」による空隙１４′も存在している。このような
溶接状態の変化は、通電開始時の接触抵抗の大きさに依
存するところが大きい。すなわち、０．５ｍｍの場合に
は隔壁が薄いために、貫通孔内部で極柱同士の安定な接
触状態を確保することは容易であるが、電流密度、接触
抵抗いずれも小さすぎて、ナゲット形成に十分な発熱が
確保できない。隔壁が３ｍｍの場合には０．５ｍｍの場
合と全く逆の状態を呈し、隔壁が厚いために極柱を十分
に変形させることが難しくなる。当然のことながら、極
柱間に安定した接触状態を確保することが困難となる。
接触面積が小さく電流密度が過大となるために、通電と
同時に極度に急激な発熱状態を呈し、「散り」が発生す
ることになる。

【００１５】以上のように隔壁の厚みは溶接状態を大き
く左右するため、その最適値の選択は極めて重要である
が、接触抵抗の安定化を図るためには、貫通孔内部で極
柱同士を接触させた後、極柱を溶融させない程度の電流
を流す「プリヒート」を付加する方法を併用するとさら
に有効である。

【００１６】次に「引け」について述べる。周知の通
り、金属は溶融、凝固に伴って体積が変化する。鉛合金
では凝固時に５％程度の収縮を伴い、このためにナゲッ
ト内の最後に凝固する部分には空隙が生じる。抵抗溶接
では溶接中被溶接材料を電極で常に加圧し、凝固に伴い
発生する収縮量を上回る変形を該被溶接材料に与えるこ
とにより、発生する空隙を押し潰す（これを電極の鍛圧
作用と呼んでいる）ように溶接するのが常道である。従
って前記収縮に対する電極の追随性は非常に重要であ
り、抵抗溶接機では特別の配慮をしている。このような
観点から貫通溶接を考えると、その特殊性の意味がよく
理解できる。すなわち、貫通溶接においては隔壁はナゲ
ット凝固時に内部に生じた間隙を押し潰すための極柱の
変形を妨げる邪魔な存在で、「引け」による空隙の発生
を防止するうえでは好ましくないものである。言うまで
もなく隔壁が厚くなるほど電極の鍛圧効果は得にくくな
る。同時に「散り」も発生しやすくなる。ところが、前
述のように隔壁厚みは通電開始時の接触抵抗に大きな影
響を及ぼしているため、鍛圧効果を期待して隔壁厚みを
不用意に薄くなると、接触抵抗の減少によりナゲットの
十分な成長が期待できなくなる。それ故、「引け」によ
る空隙発生防止という観点から隔壁の厚みを考える場合
にも、単に薄ければ良いというのではなく、最適値が存
在するわけである。

【００１７】「引け」の防止には電極の鍛圧作用を確保
することが必須条件であるが、隔壁の存在による不利な
条件の中でこれを得るには、ナゲットの凝固にタイミン
グを合わせて加圧力を増加させる、いわゆる２段加圧方
式が有効である。この際、極柱の急激な温度低下を抑制
しその変形（電極の食い込み）を少しでも容易にするた
めに、溶接電流（ナゲット形成のための電流）通電後
に、小さな電流を付加的に通電する「ポストヒート」を
併用すればさらに効果的である。ただし、この方法は通
常の電極、すなわち最大径が貫通孔の直径よりも大き
く、貫通孔に相当する部分に貫通孔のそれより小さな直
径の突起を有する電極（以下、Ａ電極と呼ぶ）を使用す
る場合には、極柱厚みが比較的小さい場合に有効であ
る。極柱厚みが大きい場合には、我々が特願平７−２６
９７２７号で提案した新構造の電極を使用するのが好ま
しい。この電極は、先端に円錐台形の突起を有し貫通孔
の直径より小さいそれを有するコア部と、その外周に位
置するパット部からなり、加圧力の作用する方向に相互
に移動可能な構造となっている。また電極支持体である
ジョーとパット部との間には皿ばねが配置してあり、パ
ッド部が貫通孔外周部を適当な圧力で加圧すると同時
に、２段加圧方式で溶接電流通電終了と同時に加圧力を
増加させた場合には、コア部が容易に食い込んで極柱を
変形させ、凝固中のナゲットに十分な鍛圧効果を及ぼす
ことが出来るというものである。

【００１８】従って隔壁の厚みと極柱の厚みとの組合せ
を最適化することにより、両者間の接触抵抗が安定し、
溶接電流通電後の極柱自身の抵抗発熱による温度上昇も
安定化する。それ故、ナゲットの成長状態や欠陥の発生
状態の的確な制御が可能となる。

【００１９】「プリヒート」は極柱同士の接触面の温度
を高め、両者の緊密な接触を促進するので、接触抵抗の
安定化が図られ「散り」の原因である“異常に急激な発
熱”が抑制される。

【００２０】「２段加圧」は、ナゲットの凝固にタイミ
ングを合わせて（例えば溶接電流の通電終了と同時に）
加圧力を増加させる手法である。ナゲットは凝固に伴っ
て収縮するため、そのまま放置すれば凝固が完了した時
点で内部に空隙が発生する。２段加圧によって電極をさ
らに食い込ませ、凝固中のナゲットを外部から加圧する
ことにより、前記空隙が押し潰され欠陥のないナゲット
を得ることが出来る。ただし、外径が貫通孔のそれより
大きい一般的な電極を使用する場合には、隔壁が電極の
食い込みに対する障害となる度合いが大きいこと、極柱
自身の変形抵抗が大きくなるために、厚みの大きい極柱
に対しては十分な効果を発揮することは難しい。このよ
うな問題を解決する手段がＢ電極の使用である。その理
由は、パット部と一体化されておらず、かつ貫通孔のそ
れより小さな直径を有するコア部が、貫通孔に邪魔され
ずにナゲットの収縮に追随した形で極柱を変形させられ
るからである。

【００２１】また、「ポストヒート」は、ナゲット凝固
時に極柱の急激な温度低下を防止し、ナゲット内の間隙
を押し潰すための極柱の変形を容易にする効果を有す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の例について述べる。
一般的な自動車用電池の貫通溶接部を対象に、寸法の異
なる極柱と隔壁を準備し、それらを組み合わせて溶接実
験を行なって欠陥の発生状態、溶接強度の変化などを調
べた。

【００２３】供試した極柱はキャストオンストラップ
（ＣＯＳ）法で製作したもので、材質はＰｂ−３Ｓｂ−
０．２Ａｓ−０．０１５Ｓｅである。極柱の幅および高
さはそれぞれ２０ｍｍおよび２５ｍｍであるが、厚みは
０．５ｍｍステップで３．５ｍｍから６ｍｍまで変化さ
せた。なお、極柱は時効硬化性を有し時間の経過ととも
に硬さ（強度）が変化するので、溶接結果のばらつきを
最小限に抑えるため、溶接にはＣＯＳ後３分経過時点の
ものを供した。

【００２４】隔壁の材質はポリプロピレン（ＰＰ）で、
その厚みは０．２５ｍｍ間隔で０．５ｍｍから３．５ｍ
ｍまで変化させた。なお貫通孔の直径は９．５ｍｍであ
る。

【００２５】溶接には前述のＡ、Ｂふたつのタイプの電
極を、隔壁の厚みに応じてそれぞれ２種類づつ使用し
た。Ａ、ＢいづれもＣｕ−１Ｃｒ製のコア部と含油アセ
タール樹脂製のパッド部で構成されている。Ａ電極のう
ち、Ａ−１電極は厚みが０．５〜１．５ｍｍの隔壁に対
して使用したもので、外径が１６ｍｍ、コア部は直径１
２ｍｍで、極柱に対向する側の中央に先端部の直径が
６．６ｍｍ、基底部の直径が８．０ｍｍ、高さ１．５ｍ
ｍの円錐台形の突起を有する。パット部の厚みは２ｍｍ
である。Ａ−２電極は、厚みが１．７５〜３．５ｍｍの
隔壁に対して使用したものである。その外径はＡ−１電
極同様１６ｍｍでコア部の直径は１２ｍｍ、円錐台形の
突起の先端部の直径は７．５ｍｍ、基底部のそれは９．
０ｍｍ、高さは２．０ｍｍである。パット部は厚みが２
ｍｍのリングでコア部と一体化されている。なお、Ａ電
極は前記円錐台形の突起の中心の位置が貫通孔のそれと
一致するようにジョーに取り付けられる。

【００２６】一方、Ｂ電極は同じくＣｕ−１Ｃｒ製のコ
ア部と含油アセタール樹脂製のパット部から成るが、パ
ット部はコア部の外周を加圧力の作用する方向に沿って
移動出来るようになっている。Ｂ−１電極は、厚みが
０．５〜１．５ｍｍの隔壁に対して使用したもので、外
径が１７ｍｍで、直径８．５ｍｍのコア部と厚みが４．
２５ｍｍのリング状のパット部から成る。コア部は極柱
と対向する側に、先端部の直径が６．８ｍｍ、同基底部
の直径が８．５ｍｍ、高さ１．３ｍｍの円錐台形の突起
を有する。Ｂ−２電極は厚みが１．７５〜３．５ｍｍの
隔壁に対して使用したもので、外径は１７ｍｍで、直径
８．８ｍｍのコア部と厚みが４．１ｍｍのパット部を有
する。コア部は先端部の直径が７．６ｍｍ、同基底部の
それが８．８ｍｍ、高さ２．０ｍｍの円錐台形の突起を
有する。なお、Ｂ電極もコア部先端の円錐台形の突起の
中心の位置が貫通孔のそれと一致するようにジョーに取
り付けられる。

【００２７】溶接機は単相交流式のもので、最大溶接電
流は２０ｋＡである。電極の加圧にはエアシリンダーに
よる空気加圧式を採用しており、最大加圧力は２ｔであ
る。また、空気溜を２個備えており、電磁弁を作動させ
て溶接中にこれらとの接続を切替えることにより、２段
加圧が出来るようになっている。

【００２８】溶接結果は「散り」および「引け」に起因
するナゲット内の空隙の発生状態と溶接強度で評価し
た。空隙の発生状態は、隔壁に直角な方向からのガンマ
線照射による放射透過試験と断面の顕微鏡組織観察によ
って調べた。溶接強度は、溶接後に一方の極柱を固定
し、他方の極柱を隔壁に沿ってスライドさせる形で捻っ
た時のトルク値（ｋｇ・ｃｍ）で評価した。この際の要
求強度は７０ｋｇ・ｃｍ以上とした。なお、評価に供し
た検体数（溶接部の数）は１条件当たり５個（すなわち
ｎ＝５）である。

【００２９】実験Ｎｏ．１表１１、２および３はＡ電極を使用し、厚みの異なる隔
壁および極柱を組合わせて、各々組合せにおける最適条
件（代表的な例を示せば、隔壁および極柱の厚みがそれ
ぞれ１．５ｍｍ、４．５ｍｍの場合、溶接電流１０ｋ
Ａ、通電時間５サイクル、加圧力７００ｋｇ）で溶接し
た結果である。

【００３０】表１はナゲット内に発生した「散り」に起
因したと判断される空隙を評価した結果で、○印が空隙
なし、△が小さな空隙、▲印が大きな空隙の存在を示し
ている（以下、表３、６、９、１２以外の表において同
じ）。「散り」が極柱の接触状態に大きく依存すること
から、隔壁、極柱ともにその厚みが大きくなるにつれて
空隙が発生し易くなっている。「散り」による空隙の発
生しない領域は太い破線で囲まれた領域で、この中から
隔壁の厚みと極柱の厚みの組合せを選択すれば良い。

【００３１】表２は同様の方法で「引け」による空隙の
発生状態を評価した結果である。組合せによっては溶接
部に「ナゲット成長不足」による空隙（ナゲットと貫通
孔内壁との間に発生）が生じたが、これは▼印で示して
いる（表５、７も同じ）。前述した発生のメカニズムか
ら明らかなように、空隙は隔壁および極柱の厚みの増加
とともに発生し易くなる傾向が窺えるのは妥当なことで
あるが、その発生がない組合せは太い破線で囲まれた領
域である。

【００３２】表３は溶接強度についての評価結果であ
る。要求強度の７０ｋｇ・ｃｍ以上を満足する溶接部を
得るには、太い破線と外側の太い実線で囲まれた領域に
於いて、隔壁の厚みと極柱のそれとの組合せを選択する
必要がある。

【００３３】ところで、健全な溶接部は「散り」や「引
け」に起因する空隙がなく、かつ要求強度も満足する必
要がある。従って、表１、２および３の総合的な評価に
基づく隔壁の厚みと極柱のそれとの最適な組合せは、表
３の太い実線で囲まれた領域から選択すべきことにな
る。

【００３４】実験Ｎｏ．２表４、５および６は、同じくＡ電極を使用し、溶接電流
通電前に「プリヒート」を付加した場合の結果である。
「プリヒート」は隔壁の厚みと極柱のそれとの組合せに
よって多少変えており、電流の大きさは０．８〜１．５
ｋＡ、通電時間は２〜３サイクルである。なお、溶接電
流通電時の条件は前述の実験Ｎｏ．１と基本的に同じで
ある。実験Ｎｏ．１と同じように溶接条件の一例を示す
と、隔壁および極柱の厚みがそれぞれ１．５ｍｍ、５．
０ｍｍの場合、プリヒート電流１．０ｋＡ、同通電時間
２サイクル、溶接電流１１ｋＡ、同通電時間６サイク
ル、加圧力７００ｋｇである。

【００３５】表４は「散り」による空隙の発生状態を示
したものである。空隙の発生しない組合せは太い破線で
囲まれた領域であるが、これは前述の表１と比較すると
明らかに広くなっており、その選択の自由度が増加して
いることがわかる。これは「プリヒート」の付加によっ
て溶接電流通電前の接触抵抗の安定化が図られ、「散
り」の原因である極柱の急激な過熱が抑制されたためで
ある。

【００３６】表５は「引け」に起因する間隙の発生状態
を評価した結果である。結果は前述の表２のそれとあま
り変わりなく、「プリヒート」を付加した影響が窺えな
い。これは当然のことで、「プリヒート」は接触抵抗の
安定化に寄与するが、ナゲットの凝固に伴う収縮に対し
てはほとんど影響を及ぼさないからである。

【００３７】表６は溶接強度の評価結果である。７０ｋ
ｇ・ｃｍ以上の強度を満足するのは、太い破線と外側の
太い実線で囲まれた領域にある組合せである。溶接強度
に対して支配的である溶接電流通電時の条件が基本的に
同じであるために、要求強度を満足する組合せの範囲も
表３のそれと大きな違いがない。

【００３８】表６の太線で囲まれた領域が、前述の場合
と同様、表４、５、６の結果を総合的に評価して求め
た。隔壁の厚みと極柱のそれとの好ましい組合せが選択
できる範囲である。「プリヒート」の付加による効果の
ために、組合せの選択の自由度は実験Ｎｏ．１の場合よ
り大きくなっている。

【００３９】実験Ｎｏ．３表７、８、９には、Ａ電極を使用し、「プリヒート」、
「ポストヒート」および「２段加圧」を適用して溶接し
た結果を示す。「プリヒート」の方法は実験Ｎｏ．２の
それと同一である。溶接電流通電時の条件は実験Ｎｏ．
１のそれらと基本的に同じであるが、溶接電流通電終了
と同時に加圧力を１．５倍に高める一方、溶接電流の５
０％の大きさの電流を５〜８サイクル通電する「ポスト
ヒート」を付加した。溶接条件の一例をあげると、隔壁
および極柱の厚みがそれぞれ１．５ｍｍ、５．０ｍｍの
場合、プリヒート電流１．０ｋＡ、同通電時間２サイク
ル、溶接電流１１ｋＡ、同通電時間６サイクル、ポスト
ヒート電流６．５ｋＡ、同通電時間８サイクル、溶接電
流通電時の加圧力７００ｋｇ、溶接電流通電終了後の加
圧力１０５０ｋｇである。

【００４０】表７は「引け」に起因した空隙の発生状態
を評価したものである。表５と比較すると、極柱の厚み
の小さい範囲（３．５〜４．５ｍｍ）に限られてはいる
が、空隙の発生しない組合せの領域（太い破線で囲まれ
た領域）は明らかに広がっている。２段加圧によってナ
ゲット凝固時の収縮によって発生する空隙が押し潰され
た結果であろう。前述した２段加圧の効果が厚みの小さ
い極柱の場合に限定されている理由は、使用したＡ電極
の外径が貫通孔の直径より大きいことにある。厚みが
４．５ｍｍ以下の場合には、加圧力を増加させることに
より、ナゲットが凝固段階にある極柱を“強引に”に変
形させて鍛圧効果のアップを図ったが、４．７５ｍｍ以
上になると極柱の変形抵抗が大きく、貫通孔の直径より
大きな電極では前述の“強引な”変形が実質的に難しい
ことが理解できる。

【００４１】表８は「散り」に起因した間隙の発生状態
を評価した結果である。表４の結果と比較すると、顕著
というほどではないが間隙が発生しない組合せ（太い破
線で囲まれた領域）の選択の自由度は増加している。こ
の理由の一つには、２段加圧で鍛圧効果がアップしたこ
とによって、「散り」によって発生した間隙の一部が潰
されていることが挙げられよう。また表４と比較して小
さな間隙の存在する領域が広いことも特徴の一つであ
る。この理由も前述のそれ同様、発生した間隙の一部が
潰されているためである。

【００４２】表９は溶接強度の評価結果である。表６と
比較して要求強度を満足する組合せの範囲（太い破線と
外側の太い実線で囲まれた領域）が大幅に広くなってい
るばかりでなく、強度そのものが大きくなっている点が
注目される。２段加圧の効果が明らかに認められるわけ
であるが、鍛圧効果のアップは、欠陥の発生を抑制する
ばかりでなく、貫通孔内壁とナゲットの密着性を向上さ
せたり、顕微鏡オーダーの微視的な欠陥の発生を抑制す
るなどが期待できることから、これらが相乗的に作用し
て溶接強度の向上につながっているものと考えられる。

【００４３】これまで同様、実験Ｎｏ．３の総合評価を
表９の太い実線で囲まれた領域で示した。要求強度を満
足し、かつ「引け」や「散り」に起因する間隙の発生し
ない隔壁の厚みと極柱の厚みの組合せの選択の自由度
は、表６に比べて明らかに大きくなっており、２段加圧
の効果が十分に窺える。

【００４４】実験Ｎｏ．４表１０、１１、１２にＢ電極を使用し、厚みの異なる隔
壁と極柱を組み合わせて、それぞれの最適条件で溶接し
た結果を示す。Ｂ電極はＡ電極と構造が大きく異なるた
め、最適溶接条件もＡ電極を使用した場合とは異なって
いる。なお、「散り」の発生防止と、より効果的に鍛圧
効果を得るために、「プリヒート」および「ポストヒー
ト」を併用している。例にならって代表的な溶接条件を
示すと、隔壁および極柱の厚みがそれぞれ２．０ｍｍ、
５．５ｍｍの場合、プリヒート電流１．２ｋＡ、同通電
時間２サイクル、溶接電流１１．５ｋＡ、同通電時間６
サイクル、ポストヒート電流５ｋＡ、同通電時間８サイ
クル、溶接電流通電時の加圧力８００ｋｇ、溶接電流通
電終了後のそれは１３００ｋｇである。

【００４５】表１０に「引け」に起因した間隙の発生状
態を評価した結果を示した。表７と比較すると、間隙の
発生しない組合せの領域（網かけを施した領域）が大幅
に広がり、かつそれが極柱の厚みの大きい場合に顕著で
ある。すなわち、鍛圧効果が得やすい構造を有するＢ電
極を使用した効果が十分に認められ、Ａ電極の場合には
不可能であった厚みが６ｍｍの極柱でも「引け」による
間隙の発生を防止することが可能となっている。

【００４６】表１１には「散り」に起因した間隙の発生
状態を評価した結果を示した。この場合にも、特に厚み
の大きい極柱の場合に効果が認められる。Ｂ電極が「散
り」発生防止に効果的なのは、その構造上、Ａ電極に比
べてコア部に対する加圧が有効に作用するためで、それ
が接触抵抗の安定化に有効に作用するためである。

【００４７】表１２に溶接強度の評価結果を示した。要
求強度以上の溶接強度が得られたのは、表３、６、９と
同じように太い破線と外側の太い実線で囲まれた領域で
ある。部分である。Ｂ電極の使用により鍛圧効果が飛躍
的にアップしてナゲットの金属学的な性質の向上が図ら
れ、表１０、１１の結果も反映した形となって８０ｋｇ
・ｃｍ以上の高い強度を有する組合せの領域が広がって
いる。

【００４８】実験Ｎｏ．４の結果を総合的に評価し、要
求強度７０ｋｇ・ｃｍ以上を満足し、「引け」や「散
り」に起因した欠陥の発生しない隔壁と極柱の厚みの組
合せが選択できる領域を、表１２に太い実線で囲まれた
領域として示した。この領域を具体的に示すと、隔壁厚
みが１．０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下で極柱厚みが３．
５ｍｍ以上４．０ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７５ｍｍ以
上２．７５ｍｍ以下で極柱厚みが４．０ｍｍ以上４．２
５ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７５ｍｍ以上２．５ｍｍ以
下で極柱厚みが４．２５ｍｍ以上４．７５ｍｍ未満、隔
壁厚みが０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下で極柱厚み
が４．７５ｍｍ以上５．０ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７
５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下で極柱厚みが５．０ｍｍ以上
５．５ｍｍ未満、隔壁厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ
以下で極柱厚みが５．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下という
ことになる。この太線内の領域には表３、６および９の
太線で囲まれた領域全てが含まれる。すなわち、実験Ｎ
ｏ．４のＢ電極を使用し、「プリヒート」、「ポストヒ
ート」を併用する方法は、選択可能な組合せの自由度が
極めて大きくなっていることが理解できる。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】

【表５】

【００５４】

【表６】

【００５５】

【表７】

【００５６】

【表８】

【００５７】

【表９】

【００５８】

【表１０】

【００５９】

【表１１】

【００６０】

【表１２】

【００６１】

【発明の効果】本発明によって、ナゲット内に欠陥がな
く、かつ十分な溶接強度を有する貫通溶接部を得ること
が可能となる。これによって従来から問題となっていた
エンジンルームの高温化による貫通溶接部の腐食による
事故などを皆無にすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】隔壁貫通方式によるセル間接続方法を示した図
である。

【図２】貫通溶接の過程を示した図である。

【図３】隔壁の厚みに対するナゲットの成長状態と溶接
強度の変化の一例を示した図である。

【符号の説明】

１は耳部、２は極柱、３はセル、４は隔壁、５は貫通
孔、６はジョー、７は突起、８は電極、９は接触面、１
０はナゲット、１１は圧痕、１４，１４′は空隙。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔壁を介して隣接する極板群の極柱が貫通
溶接によって接続されている電池であって、隔壁厚みが
１．０ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下で極柱厚みが３．５ｍ
ｍ以上４．０ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７５ｍｍ以上
２．７５ｍｍ以下で極柱厚みが４．０ｍｍ以上４．２５
ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下
で極柱厚みが４．２５ｍｍ以上４．７５ｍｍ未満、隔壁
厚みが０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下で極柱厚みが
４．７５ｍｍ以上５．０ｍｍ未満、隔壁厚みが０．７５
ｍｍ以上２．０ｍｍ以下で極柱厚みが５．０ｍｍ以上
５．５ｍｍ未満、隔壁厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ
以下で極柱厚みが５．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲
にあることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】それぞれの厚みが請求項１記載の範囲にあ
る極柱および隔壁を選択して、前記隔壁を介して前記極
柱を貫通溶接することを特徴とする鉛蓄電池のセル間接
続法。
【請求項３】溶接電流の通電に先立って、プリヒートを
付加することを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池のセ
ル間接続法。
【請求項４】プリヒートの電流が溶接電流より小さいこ
とを特徴とする請求項３記載の鉛蓄電池のセル間接続
法。
【請求項５】形成されるナゲットの凝固にタイミングを
合わせて、電極加圧力を該時点までのそれより増加させ
る２段加圧を行なうことを特徴とする請求項２記載の鉛
蓄電池のセル間接続法。
【請求項６】電極加圧力を増加させる時点が溶接電流の
通電終了時点であることを特徴とする請求項５記載の鉛
蓄電池のセル間接続法。
【請求項７】ポストヒートを併用することを特徴とする
請求項５記載の鉛蓄電池のセル間接続法。
【請求項８】ポストヒートを溶接電流の通電に連続して
行ない、ポストヒート電流が溶接電流より小さいことを
特徴とする請求項７記載の鉛蓄電池のセル間接続法。
【請求項９】貫通孔の直径より小さい直径を有するコア
部と、該コア部の外周に位置するパット部からなり、両
者を含めた直径は貫通孔の直径より大きく、前記コア部
とパット部は加圧力の作用する方向に相互に移動可能な
構造を有する溶接用電極を使用することを特徴とする請
求項２記載の鉛蓄電池のセル間接続法。