WO2006068095A1 - 制御弁式鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

　本発明の制御弁式鉛蓄電池は、セルを複数備えた電槽、および電槽の開口部に装着した電池蓋を具備する。電池蓋は、底部にセルと連通する排気孔を有する排気室と、底部にセルと連通する注液孔を有する注液室とを備える。排気室は、排気室の底部に当接し、排気孔を覆う平板状の弁体と、弁体上に配された弾性を有するシートと、電池蓋に固定され、シートを覆う上板とを備える。注液室は、注液孔を閉塞する栓体を備える。

Description

明 細 書

制御弁式鉛蓄電池

技術分野

[0001] 本発明は、制御弁式鉛蓄電池に関し、特に電池蓋の構造に関する。

背景技術

[0002] 近年、ガラス繊維で構成され、電解液を保持したセパレータと、充電時に生じた酸 素ガスを吸収する負極板と、を含む制御弁式鉛蓄電池 (密閉式鉛蓄電池)が広く用 いられている。一般に、この鉛蓄電池は、複数のセルを有する電槽と、上記電槽の開 口部を覆って密閉する電池蓋と、で構成される。上記複数のセルのそれぞれには、 正極板と負極板とをセパレータを介して交互に配置して得られた極板群が収納され ている。そして、電池蓋に設けた安全弁の開閉により、上記セル内のガス圧を調整す ることがでさる。

[0003] 従来の制御弁式鉛蓄電池における電池蓋の構成を示す分解斜視図を図 10に示 す。図 10に示すよう、従来の電池蓋 40は、上面に排気室 41を備え、排気室 41の底 部には、電槽（図示せず)の各セルに対応する部分に複数の排気筒 42が設けられて いる。排気筒 42は排気室 41とセルとを連通し、排気筒 42には安全弁としてキャップ 状のゴム弁 43が装着される。

セル内で発生したガス力 S排気筒 42からセル外に放出される時に、ゴム弁 43が外れ ないように、ゴム弁 43の上部には、排気室 41の開口部を覆う上板 45が配置されてい る。図 10において、ゴム弁 43および上板 45は分解されている力 一点鎖線で示す 位置関係で、ゴム弁 43は排気筒 42に装着され、上板 45は電池蓋 40に接合される。

[0004] セル内のガス圧が所定の範囲内の場合、ゴム弁 43は排気筒 42を閉じている。この ため、電池蓋 40を備えた鉛蓄電池のセル内は密閉状態に保持され、大気中の酸素 ガスのセル内への侵入が防止される。ガスの発生量が多くなつてセル内の圧力が上 昇すると、ゴム弁 43が排気筒 42の上端力も浮き上がり、密閉状態を開放した状態と なる。すなわち、ゴム弁 43と排気筒 42との間より、セル内のガスが外部に放出される ここで、排気室 41内に排気筒 42が設けられているため、排気筒 42の高さを確保す るように電池蓋 40を設計する必要があり、電池蓋 40の高さを低減して鉛蓄電池を小 型化するには限界があった。

[0005] これに対して、例えば、特許文献 1においては、高さの低減が可能な電池蓋を用い た制御弁式鉛蓄電池が提案されて!、る。この制御弁式鉛蓄電池の電池蓋の構成を 示す分解斜視図を図 11に示す。

電池蓋 50は、上面に排気室 51を備え、排気室 51の底部には、電槽（図示せず)の 各セルに対応する部分に複数の排気孔 52が設けられて 、る。排気孔 52は排気室 5 1とセルとを連通し、ゴム板で構成された弁体 53が、排気室 51の底部に接するように 配置されて排気孔 52を覆っている。

[0006] また、弁体 53上には、厚さ方向に変形可能な弾性シート 54が配置され、排気室 51 の開口部を覆う上板 55が、シート 54上に配されて電池蓋 50に接合されている。そし て、弁体 53が安全弁として機能する。

上記のように、特許文献 1において提案されている電池蓋 50は、排気室 51の底部 に設けられた排気孔 52を平板状の弁体で覆う構造を有し、排気室 51は図 10に示す ような排気筒を有しないため、電池蓋 50の高さを低減することが可能である。

[0007] ところで、従来の制御弁式鉛蓄電池の製造工程では、正極板と負極板とセパレー タとを含む極板群を電槽の各セルに 1つずつ収納し、電槽に電池蓋を装着し、その 後、電解液として硫酸を電池蓋の排気筒ゃ排気孔から注入して!/ヽた。

このように排気筒ゃ排気孔が注液口を兼ねると、注液時に、排気室内の排気筒や、 排気室の底部にある排気孔の周辺に電解液が付着する場合がある。排気筒や排気 孔の周辺に電解液が付着すると、鉛蓄電池の密閉性が低下する可能性がある。また 、安全弁はゴム製であるため、硫酸を含む電解液の付着により劣化し易くなる。これら により、安全弁の開閉弁圧が異常な値を示し、安全弁が正常に動作しなくなる。

[0008] 開弁圧が異常に上昇すると、鉛蓄電池の内圧が異常に上昇して鉛蓄電池が変形 してしまうおそれがある。一方、閉弁圧が異常に低下すると、鉛蓄電池の密閉性が損 なわれ、極板群を構成する負極板が酸ィ匕してしまったり、電解液が鉛蓄電池外に散 逸してしまったりする。 このような現象が起こると鉛蓄電池の容量が急激に低下してしまう。したがって、鉛 蓄電池の信頼性を低下させないためには、注液時に、排気筒および排気孔周辺に 電解液が付着しな ヽよう、細心の注意を払う必要があった。

[0009] これに対し、図 10に示す従来の鉛蓄電池においては、ゴム弁 43を排気筒 42に装 着する場合、排気筒 42が排気室 41の底部から突出しているため、排気筒 42に付着 した電解液は重力によって排気筒 42の側部から排気筒 42の基部や排気室 41の底 部に移行する。そのため、電解液の付着が安全弁の動作に与える影響が比較的少 ない。

しかし、図 11に示す従来の鉛蓄電池において、排気室 51の底部に存在する排気 孔 52を弁体 53で覆う場合、排気孔 52の周辺に付着した電解液はそのまま残留し易 ぐ電解液の付着が安全弁の動作に与える影響がより大きぐ鉛蓄電池の信頼性を 保つことが困難であった。

特許文献 1 :特開昭 62— 147652号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するために、高さを低減することができ る構造を有することによって小型化が可能であり、かつ電池蓋の排気孔の周辺にお ける電解液の付着を抑制することができる信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池を提供 することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 上記の課題を解決すベぐ本発明は、

正極板、負極板、前記正極板と前記負極板との間に配されたセパレータ、および電 解液を含む極板群と；開口部、および前記極板群を収納する複数のセルを備える電 槽と；前記開口部に装着された電池蓋と；を具備する制御弁式鉛蓄電池であって、 前記電池蓋は、排気室と、注液室と、を備え、

前記排気室は、前記排気室の底部に設けられかつ前記セルに連通する排気孔と、 前記排気室の底部に当接して前記排気孔を覆う平板状の弁体と、前記弁体上に配 置された弾性を有するシートと、前記電池蓋に固定されかつ前記シートを覆う上板と 、を備え、

前記注液室は、前記注液室の底部に設けられかつ前記セルに連通する注液孔と、 前記注液孔を閉塞する栓体と、を備えること、

を特徴とする制御弁式鉛蓄電池を提供する。

[0012] このような構成によれば、電池蓋において、注液孔を有する注液室と排気孔を有す る排気室とが別々に設けられているため、注液室の注液孔へ電解液を注液する際に 、排気室の排気孔の周辺に電解液が付着することがなぐ排気室に備えられる安全 弁が正常に機能する。また、排気室の底部の排出孔が平板状の弁体 (すなわち安全 弁)で覆われているため、電池蓋の高さをより確実に低減させることができ、鉛蓄電池 をより確実に小型化することができる。

[0013] 前記シートは、連続気泡を有するスポンジ体で構成されて!、るのが好ま 、。

前記弁体のうちの前記排気室の底部に当接する面に、オイルが塗布されているの が好ましい。

また、前記注液孔内に、前記注液室と前記セルとを連通する中空パイプが配置さ れているのが好ましい。

さらに、本発明の鉛蓄電池は、前記複数のセルに対応して前記注液室を複数備え 、前記栓体は、前記複数の注液室を一括して覆う単一の部材で構成されているのが 好ましい。

発明の効果

[0014] 本発明の鉛蓄電池によれば、電池蓋において、注液孔を有する注液室と排気孔を 有する排気室とが別々に設けられているため、注液室の注液孔へ電解液を注液する 際に、排気室の排気孔の周辺に電解液が付着することがなぐ排気室に備えられる 安全弁が正常に機能する。また、排気室の底部の排出孔が平板状の弁体 (すなわち 安全弁)で覆われているため、電池蓋の高さをより確実に低減させることができ、鉛蓄 電池をより確実に小型化することができる。すなわち、本発明によれば、小型化と信 頼性の向上とを両立した鉛蓄電池をより確実に提供することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の制御弁式鉛蓄電池の一実施の形態の斜視図である。 [図 2]図 1に示す鉛蓄電池 1の電槽 2の上面図（すなわち、図 1に示す鉛蓄電池 1の電 池蓋 3を外し、矢印 Xの方向からみた図）である。

[図 3]図 1に示す鉛蓄電池 1の電池蓋 3の分解斜視図である。

[図 4]図 3に示す電池蓋 3のうちの排気室 11の要部断面図（すなわち、図 3における

A— A線断面を示す図）である。

[図 5]図 3に示す電池蓋 3の要部を示す上面図（すなわち、弁体 13、シート 14および 上板 15、ならびに栓体 25をはずした状態で矢印 Xの方向からみた図）である。

[図 6]図 3に示す電池蓋 3のうちの注液室 21の要部断面図（すなわち、図 3における B B線断面を示す図）である。

[図 7]図 1に示す鉛蓄電池 1に好適に用いられる注液容器 31の断面図である。

[図 8]図 1に示す鉛蓄電池 1のうちの注液室 21に注液容器 31を装着した状態を示す 断面図（電解液を注入する様子を示す図）である。

[図 9]本発明の実施の形態における注液孔 22内に備えることのできる中空パイプ 23 の変形例の上端部分を示す斜視図である。

[図 10]従来の制御弁式鉛蓄電池における電池蓋の分解斜視図である。

[図 11]従来の制御弁式鉛蓄電池における他の電池蓋の分解斜視図である。

[図 12]比較例 3の制御弁式鉛蓄電池における電池蓋の分解斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の制御弁式鉛蓄電池の一実施の形態について、図面を参照しながら 説明する。なお、以下の説明では、電池に用いられる部材の寸法を具体的に示すが 、これら寸法は所望する電池容量や電池形状に応じて適宜設定することができるも のであり、本発明は当然にこれらのみに限定されるものではない。

[0017] 図 1は、本発明の制御弁式鉛蓄電池の一実施の形態の斜視図である。また、図 2 は、図 1に示す鉛蓄電池 1の電槽 2の上面図（すなわち、図 1に示す鉛蓄電池 1の電 池蓋 3を外し、矢印 Xの方向からみた図）である。

図 1に示す鉛蓄電池の形状は、例えば高さ 93mm、幅 87mmおよび長さ 150mm の直方体であり、公称電圧を例えば 12Vとし、 10時間率容量を例えば 6Ahとするこ とがでさる。 [0018] 本実施の形態の鉛蓄電池 1は、図 2に示すように 6つのセル 5を有する電槽 2の開 口部に、正極端子 4aおよび負極端子 4bを備えた電池蓋 3を装着することにより密閉 されて構成されている。

セル 5は、図 2に示すように、電槽 2内に 5つの隔壁 6で区画されることにより一列に 形成されている。各セル 5には電解液を含む極板群（図示せず）が 1つずつ収納され ている。極板群としては、例えば、 4枚の正極板と 5枚の負極板とを、ガラス繊維マット などで構成されたセパレータを介して交互に配置して構成されるものを用いることが できる。

[0019] 正極板としては、従来公知のものなど、種々のものを用いることができる力 例えば 集電用の耳部を有する Pb— Ca系合金製の正極格子と、前記正極格子に保持され た二酸ィ匕鉛を含む正極活物質層と、で構成された正極板を用いることができる。 一方、負極板としては、従来公知のものなど、種々のものを用いることができるが、 例えば集電用の耳部を有する Pb— Ca系合金製の負極格子と、前記負極格子に保 持された鉛を含む負極活物質層と、で構成された負極板を用いることができる。

[0020] 上記極板群に含まれる上記正極板の複数の耳部には、正極棚（図示せず）が接続 され、上記極板群に含まれる上記負極板の複数の耳部には負極棚（図示せず)が接 続されている。これら正極棚および負極棚としては、従来公知のものを用いることがで きる。

そして、隔壁 6を介して隣接する極板群は、一方の極板群の正極棚に接続された 接続体と、他方の極板群の負極棚に接続された接続体とが、隔壁 6に設けた透孔（ 図示せず)を介して接続されることにより、電気的に直列に接続されている。これによ り、セル 5に収納された 6つの極板群は電気的に直列に接続されて!ヽる。

[0021] また、両端のセル 5に収納された 2つの極板群のうち、一方の極板群における負極 棚に負極柱（図示せず)力設けられ、当該負極柱は負極端子 4bに接続されている。 他方の極板群における正極棚に正極柱（図示せず）力 S設けられ、当該正極柱は正極 端子 4aに接続されている。

なお、図 2では、 6つのセル 5がー列に配置されている力 所望する電池電圧ゃ電 池形状に応じて、セル 5の数、配置、ならびに正極端子 4aおよび負極端子 4bの位置 を適宜決定することができる。

[0022] 本実施の形態の鉛蓄電池 1における排気室 11につ 、て説明する。

図 3は、図 1に示す鉛蓄電池 1の電池蓋 3の分解斜視図である。図 3に示すように、 電池蓋 3の上面には、長尺状の凹部で構成された排気室 11 (例えば、縦： 135mm、 横： 15mm、深さ： 4mm)が設けられている。排気室 11の底部（すなわち凹部の内底 面） 11aには、電槽 2の 6つのセル 5に対応するように、それぞれのセル 5に連通する 6つの排気孔 12 (例えば直径 3mm)がー列に設けられている。

そして、平板状の弁体 13が、図 3における一点鎖線で示される位置関係で、排気 室 11の底部 11aに当接して配置され、排気孔 12を覆う。排気孔 12を覆う弁体 13は、 安全弁としての機能を発揮する。

[0023] 弁体 13は、排気室 11の底部 11aと密着してセル 5の気密性を確保するため、適度 な硬度および柔軟性を有することが望まれる。

したがって、弁体 13は、適度な硬度および柔軟性を有する種々の材料を用いて構 成することができ、例えばスチレンブタジエンゴムまたはネオプレンゴムなどの合成ゴ ムを用いて構成することができる。なかでも、例えば国際ゴム硬さ（IRHD)に基づく硬 度が 60〜65度のネオプレンゴムを用いることが好まし!/、。

[0024] ここで、弁体 13の機能について説明する。

柔軟性を有する弁体 13は、電池 1の充電時にセル 5の内圧が上昇すると、上方に 弾性変形し、弁体 13と排気室 11の底部 11aとの間に隙間、すなわちガス排出経路 が形成される。これにより、セル 5内のガス力 S排気室 11を介して外部に排出される（開 弁動作)。このときのセル 5の内圧を開弁圧という。

一方、セル 5内のガスが排出されて、セル 5の内圧が低下すると、弁体 13が元の平 板状に復元し、再び底部 11aと密着する。これにより、ガス排出経路が閉じられ、セル 5の気密が復元される（閉弁動作)。このときのセル 5の内圧を閉弁圧と!/、う。

[0025] 図 3に示す電池蓋 3のうちの排気室 11の要部断面図（すなわち、図 3における A— A線断面を示す図）を図 4に示す。但し、セル 5内に収納された極板群は省略する。 図 3および図 4に示すように、弁体 13上には、弾性を有するシート 14が重ねて配置 される。さらに、シート 14上には、上板 15が配置される。上板 15は排気室 11の開口 部を覆い、電池蓋 3に接合されている。なお、弁体 13とシート 14とは、単に重ね合わ せるだけでもよぐまた、貼り合わせて一体ィ匕してもよい。

[0026] 図 4に示すように、弾性を有するシート 14は、上板 15で押さえられることにより、厚さ 方向に圧縮された状態で排気室 11内に配置される。シート 14の弾性力により、弁体

13は排気室 11の底部 11aに密着するよう押圧される。

この押圧力を高めると、開弁圧および閉弁圧は上昇し、押圧力を低くすると、開弁 圧および閉弁圧は低下する。したがって、弁体 13を押圧するシート 14の押圧力を調 整することによって、安全弁の開弁圧と閉弁圧を設定することができる。押圧力は、シ ート 14のヤング率、厚さ、および圧縮時の厚さ減少分などを調整することによって適 宜決定することができる。また、弁体 13の厚さ、硬度および柔軟性などによっても開 弁圧および閉弁圧を調整することが可能である。

[0027] シート 14を構成する材料としては、鉛蓄電池 1の使用中に開弁圧および閉弁圧を 安定させる必要があるため、押圧力を維持し得る材料、すなわち、圧縮後の復元性 に優れたシート 14を実現し得る材料を用いるのが好ま 、。

例えば、連続気泡を有したスポンジ体を用いるのが好ましい。例えば空隙率 90% のエチレン プロピレンージェンのメチレン共重合体（EPDM)や、ネオプレンなどの 合成ゴムを好適に用いることができる。

[0028] 連続気泡を有するスポンジ体は、特に圧縮後の復元性に優れる。そのため、当該ス ポンジ体で構成されたシート 14を用いると、鉛蓄電池 1の充電時に、セル 5から発生 するガスによりセル 5内のガス圧が上昇した場合、排気孔 12を通って排気室 11にガ スが排出された直後に、排気孔 12をすぐに閉弁することができる。

また、排気孔 12から排出されたガスがスポンジ体を透過するため、排気室 11からガ スを速やかに排出させることができる。

[0029] セル 5内が減圧状態になると、弁体 13の排気孔 12に対向する部分が、セル 5方向 に吸引される。このとき、シート 14で弁体 13が押さえられていないと、弁体 13にしわ が生じ、弁体 13と排気室 11の底部 11aとの密着性が損なわれたり、隣接する排気孔

12を確実に塞ぐことができな力つたりするおそれがある。

しかし、本実施の形態においては、弁体 13がシート 14で押さえられているため、弁 体 13のしわの発生を抑制することができる。

[0030] 本実施の形態においては、弁体 13における排気室 11の底部 11aとの当接面に、 シリコーンオイルなどのオイルを塗布するのが好ましい。オイル力 排気室 11の底部 11aと、弁体 13との間に浸透するため、気密性が向上するからである。

また、当該オイルの塗布によって、弁体 13の底部 11aへの貼り付きを抑制すること ができる。これにより、開弁圧および閉弁圧が安定し、安全弁の機能に対する信頼性 力 Sさらに向上する。

[0031] つぎに、シート 14上に配置される上板 15は、図 3における一点鎖線で示される位 置関係で排気室 11の開口部を覆い、電池蓋 3に固定されている。より具体的には、 排気室 11を構成する凹部の周縁部には段差部分 l ibが設けられており、この段差 部分 l ibに上板 15の周縁部が接合されて、電池蓋 3に上板 15が接合される。

ただし、排気室 11内にはセル 5から排出されたガスが滞留するため、上板 15の周 縁部に数力所設けられた突起部（図示せず)が、上記段差部分 l ibに超音波溶着な どにより接合されている。これにより、上板 15は突起部により電池蓋 3に固定され、電 池蓋 3と上板 15との間には未接合部 16が存在する。このため、セル 5から排気室 11 に排出されたガスを、未接合部 16を介して排気室 11から外部に排出することができ る。

[0032] 本実施の形態においては、弁体 13およびシート 14は略同一の面積を有しており、 上板 15は、弁体 13およびシート 14より大きい面積を有している。したがって、弁体 1 3、シート 14および上板 15を重ね合わせた場合に、全周にわたって上板 15の周縁 部が形成される。そして、先に述べた排気室 11の段差部分 l ibに上板 15の周縁部 が接合されて、電池蓋 3に上板 15が接合される。

なお、電池蓋 3に上板 15が接合された状態で、排気室 11を構成する凹部の深さ（ 図 4中の Y)は、弁体 13、シート 14および上板 15の厚さの合計と略同一である。この 状態において、シート 14は厚さ方向に圧縮されるのが好ましい。シート 14の弾性力 によって弁体 13が底部 11aに密接し、排気孔 12の気密性が向上する。また、排気孔 12は、図 4に示すように、排気室 11の底部 11aからセル 5側に延びる筒部 12aを有し ている。 [0033] つぎに、電池蓋 3の注液室 21について説明する。

図 3に示すように、電池蓋 3の上面には、 6つのセル 5に対応するように、 6つの注液 室 21がー列に設けられている。

ここで、図 5は、図 3に示す電池蓋 3の要部を示す上面図（すなわち、弁体 13、シー ト 14および上板 15、ならびに栓体 25をはずした状態で矢印 Xの方向からみた図）で ある。また、図 6は、図 3に示す電池蓋 3のうちの注液室 21の要部断面図（すなわち、 図 3における B— B線断面を示す図）である。ただし、図 6では、セル 5内に収納された 極板群は省略する。

[0034] 図 5および図 6に示すように、注液室 21の底部には、セル 5と連通し、セル 5内に電 解液を注入するための注液孔 22が設けられている。図 3および図 4に示すように、 6 つの注液室 21は、単一の栓体 25により一括して覆われ、注液孔 22が閉塞されてい る。

6つの注液室 21に対応させて 6つの栓体をそれぞれ装着してもよいが、 1つの栓体 25で 6つの注液室を一度に覆うほうが、部品点数と作業時間削減の面で好ましい。 なお、注液室は 1つでもよぐ 6つのセルに対応するように、 1つの注液室に 6つの注 液孔を一列に設けた構成としてもよい。

[0035] 栓体 25は合成ゴムで構成されて 、るのが好ま 、。合成ゴム製の栓体 25を注液室 21に圧入することにより、栓体 25と注液室 21との間の密着性を高めることができる。 栓体 25は、各注液室 21に嵌められて注液室 21を密閉するように構成された 6つの 筒状部分 25aと、これら筒状部分 25aを連結する帯状部分 25bと、が一体化されて構 成されている。すなわち、栓体 25は単一の部材で構成されている。

[0036] 上記のように、本実施の形態の電池蓋 3は、排気孔 12を有する排気室 11と、注液 孔 22を有する注液室 21と、をそれぞれ別個に備えているため、電解液の注液時に 排気室 11の底面における排気孔 12への電解液の付着を抑制することができる。こ れにより、安全弁の動作が安定ィ匕し、鉛蓄電池 1の信頼性が向上する。

また、平板状の弁体 13で排気孔 12を覆う電池蓋 3を用いた本実施の形態の鉛蓄 電池 1は、キャップ状のゴム弁を排気筒に装着する電池蓋を用いる従来の鉛蓄電池 と比較して、電池蓋の高さ寸法を低減させることができ、より容易に小型化することが できる。

[0037] 本実施の形態における注液室 21をより詳細に説明する。

注液孔 22内には、一端が注液室 21内に開口し、他端がセル 5内に開口する中空 ノイブ 23が設けられて 、る。注液室 21の内側側壁より注液孔 22側へ突出して支持 体 24が設けられており、中空ノイブ 23は支持体 24で支持されることにより固定され ている。すなわち、中空パイプ 23は、注液孔 22の内側側壁と接触しないように配置さ れている。

これにより、注液孔 22内において、中空パイプ 23の外側と内側の 2つの経路が確 保され、これら 2つの経路によって注液室 21とセル 5とが連通する。

[0038] ここで、上記のような電池蓋 3を備えた本実施の形態の鉛蓄電池 1への電解液の注 液工程について説明する。

注液工程では、図 7に示す注液容器 31を用いる。図 7は、図 1に示す鉛蓄電池 1に 好適に用いられる注液容器 31の断面図である。注液容器 31は、注液室 21に対応 するように、 6つの容器 33は、それぞれ先端に開口部 34aを有し、開口部 34aが同じ 向きとなるように一列に配置され、一体化された構造を有する。容器 33は、例えばポ リプロピレンなどの耐酸性の合成樹脂で構成され、容器 33内にはセル 5に注液する 電解液 32が収納されている。そして、容器 33の開口部 34aは耐酸性の合成樹脂フィ ルムなど力 なるシート状部材 34bで封口されて!/、る。

[0039] ここで、注液容器 31内の電解液 32をセル 5に注入する状態を図 8に示す。図 8は、 図 1に示す鉛蓄電池 1のうちの注液室 21に注液容器 31を装着した状態を示す断面 図（電解液を注入する様子を示す図）であって、図 3に示す電池蓋 3のうちの注液室 21の要部断面図（すなわち、図 3における B— B線断面を示す図）に対応する図であ る。

各注液孔 22に、それぞれ容器 33の先端に位置するシート部材 34bで封口された 開口部 34aが対応するように、注液容器 31を注液室 21に設置する。

[0040] このとき、シート部材 34bが、中空パイプ 23の注液室 21側の先端によって破られ、 各容器 33の先端が開口する。そして、容器 33内の電解液 32が中空パイプ 23の内 側を通って、セル 5に注入される（図 8において矢印 Pで示される経路)。 なお、中空パイプ 23でシート状部材 34bを突き破る作業を円滑に行うため、図 6に 示すように、中空パイプ 23の注液室 21側の先端を傾斜させている。

注液後は、注液室 21に栓体 25を装着して、注液孔 22を閉じる。

[0041] また、本実施の形態においては、中空パイプ 23の外側と、注液孔 22の内側と、で 形成される空間部分により、セル 5と注液室 21とを連通する経路（図 6における矢印 参照）が形成されている。注液時には、セル 5内の空気がこの経路を通って注液室 2 1に移動した後、外部へ放出される力、または容器 33内に移動する。

すなわち、セル 5中の空気の電解液 32への置換（図 8に示す経路 Qおよび経路 R) と、容器 33中の電解液 32の空気への置換（図 8に示す経路 Q)とが行われる。このた め、容器 33内の電解液 32がセル 5に迅速に移動する。

[0042] セル 5内において空気と電解液 32との置換が円滑に行われない場合、注液速度が セル 5内の極板群に電解液 32が浸透する速度を上回ると、電解液 32が注液室 21か ら電池 1の外部に溢れ出す場合がある。また、容器 33内において、電解液 32と空気 との置換が円滑に行われない場合、容器 33から電解液 32が流出する速度が極端に 低下し、注液に要する時間が長くなる。

これに対して、本実施の形態では、上記のように、注液孔 22内における中空ノイブ 23の内側と外側で注液室 21とセル 5とを連通する経路がそれぞれ形成されるため、 注液時のセル内の空気の電解液 32への置換が円滑に行われる。これにより、注液 時に電解液 32が注液室 21から溢れ出すのを抑制することができると同時に、注液時 間を短縮することができる。

[0043] また、図 9に示したように、中空パイプ 23の外側に注液室 21からセル 5に向けて溝 部 23aや切り込み（図示せず)を形成するのが好ましい。図 9は、本実施の形態にお ける注液孔 22内に備えることのできる中空パイプ 23の変形例の上端部分を示す斜 視図である。このような構成によれば、図 8に示す経路 Qを通して、容器 33中の電解 液 32の空気への置換をより円滑に行うことができる。

以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例 のみに限定されるものではない。

実施例 [0044] 《実施例 1》

本実施例においては、上記の実施の形態における図 1〜6に示す構造を有する電 池蓋 3を用 、た本発明の鉛蓄電池 A (12V- 6 Ah)を作製した。

安全弁として機能する平板状の弁体 13は、ネオプレンゴム (厚さ 0. 3mm,国際ゴ ム硬さ 60度）を用いて作製した。シート 14は、空隙率 90%の EPDM発泡体 (厚さ 2. Omm)を用いて作製した。また、電池作製時において電池蓋 3に上板 15を固定した 後における圧縮時のシート 14の厚さを 1. 4mmに設定した。したがって、電池作製時 の弁体 13の厚さおよびシート 14の厚さの和は 1. 7mmであった。また、弁体 13の排 気室 11の底部 11 aとの当接面にはシリコーンオイルを塗布した。

[0045] 極板群を作製するために、 Pb— Ca系合金製の正極格子に二酸化鉛を含む正極 活物質層を保持して正極板を得た。また、 Pb— Ca系合金製の負極格子に鉛を含む 負極活物質層を保持して負極板を得た。上記のようにして得た正極板および負極板 を、ガラス繊維製のセパレータを介して交互に配置し、極板群を作製した。

このとき、正極板は 4枚、負極板は 5枚用いた。

[0046] 弁体 13、シート 14、および上板 15を電池蓋 3の排気室 11に設置した。このとき、上 板 15の周縁部に断続的に設けられた突起部と、電池蓋 3の段差部分 l ibとを、超音 波溶着により接合して、上板 15を電池蓋 3に固定した。突起部は断続的に設けられ るため、電池蓋 3と上板 15との間には未接合部 16が存在した。このため、セル 5から 排出室 11に排出されたガスを、未接合部 16を介して排気室 11から外部に排出する ことができた。

その後、電池蓋 3を電槽 2に嵌め、上述した方法で注液容器 31を用いて注液室 21 の注液孔 22からセル 5内に電解液として希硫酸（比重： 1. 320)を注入した。このとき 、注液に要した時間は 20秒間であった。注液した後、注液室 21に栓体 25を装着し た。

[0047] 《比較例 1》

図 10に示す構造を有する電池蓋 40を用いた以外は、実施例 1と同様にして、比較 例 1の鉛蓄電池 Bを作製した。

電池蓋 40は、実施例 1において用いた電池蓋 3と異なり、上面に深さ 8. Ommの凹 部からなる排気室 41、および各セルに対応するように、その底部に注液孔を兼ねる 6 つの排気筒 42 (高さ： 5. Omm、外径： 6. Omm、内径： 3. Omm、）を備える。

[0048] 上記のような電池蓋 40を電槽 2に嵌めた後、排気筒 42に、外径 2. Ommおよび内 径 1. 5mmの先端部を有する注液ノズルを挿入し、当該注液ノズルを通してセル内 に実施例 1と同じ電解液を注液した。このとき、注液に要した時間は 40秒間であった 。注液速度をさらに上げると、注液ノズル外側と排気筒 42との隙間から電解液が溢れ 出し、これ以上の注液時間の短縮はできな力つた。

また、注液が完了した後、排気筒 42から注液ノズルを取り外す際に、注液ノズル先 端に残存した電解液の滴力 S排気筒 42周辺に付着していた。なお、電解液の付着度 合いは比較的軽微であった。

[0049] その後、排気筒 42にキャップ状のゴム弁 43 (高さ： 4. Omm、外径： 7. Omm、内径

: 5. 5mm,天面の厚さ： 1. Omm)を装着した。このとき、ゴム弁 43を構成する材料に は実施例 1の弁体 13と同じ材料を用い、ゴム弁 43の排気筒 42に密着させる面には シリコーンオイルを塗布した。ゴム弁 43を覆う上板 45を超音波溶着により電池蓋 40 に接合した。

なお、キャップ状のゴム弁 43を排気筒 42に装着するので、上板 45を除いた排気筒 42の基部からゴム弁 43の上面までの高さ寸法は、排気筒 42の高さ 5. Ommとゴム弁 43の天面の厚さ 1. Ommとの和であり、 6. Ommであった。

[0050] 《比較例 2》

図 11に示す構造を有する電池蓋 50を用いた以外は、実施例 1と同様にして、比較 例 2の鉛蓄電池 Cを作製した。

電池蓋 50は、実施例 1において用いた電池蓋 3と異なり、注液室 21および栓体 25 を有しない構造を有し、排気室 51内の排気孔 52が注液孔を兼ねている。排気室 51 の内部の構成は、実施例 1の排気室 11の内部の構成と同じとした。

[0051] 上記のような電池蓋 50を電槽 2に嵌めた後、排気孔 52に、外径 2. Ommおよび内 径 1. 5mmの先端部を有する注液ノズルを挿入し、当該注液ノズルを通してセル内 に実施例 1と同じ電解液を注液した。このとき、注液に要した時間は 40秒間であった 。注液速度をさらに上げると、注液ノズルと排気孔 52との隙間から電解液が溢れ出し 、これ以上の注液時間の短縮はできな力つた。

また、注液が完了した後、排気孔 52から注液ノズルを取り外す際に、注液ノズル先 端に残存した電解液の滴力 S排気孔 52周辺に付着していた。なお、排気筒 42が高さ を有する比較例 1に比べて、排気孔 52周辺の電解液の付着度合いが大きかった。

[0052] その後、排気孔 52を覆う弁体 53を、排気室 51の底部に当接させて配置した。つい で弁体 53上にシート 54を配し、シート 54上に上板 55を配し、超音波溶着により電池 蓋 50に接合し、鉛蓄電池 Cを得た。

[0053] 《比較例 3》

図 12に示す構造を有する電池蓋 60を用いた以外は、実施例 1と同様にして、比較 例 3の鉛蓄電池 Dを作製した。

電池蓋 60は、実施例 1において用いた電池蓋 3と異なり、図 10に示す比較例 1の 電池蓋 40における排気室 41内の構造を有する。

[0054] まず、排気室 61の底面に設けられた排気筒 62にキャップ状のゴム弁 63を装着した 。このとき、ゴム弁 63の排気筒 62に密着させる面に、シリコーンオイルを塗布した。ゴ ム弁 63を覆う上板 65を、超音波溶着により電池蓋 60に接合した。

上板 65を除いた排気筒 62基部力もゴム弁 63の上面までの高さ寸法は、排気筒 62 の高さ寸法 5. Ommとゴム弁 63の天面の厚さ 1. Ommとの和であり、 6. Ommであつ た。

また、実施例 1と同様の方法により、注液孔（図示しない）および中空パイプ 73を有 する注液室 71から、実施例 1と同じ電解液をセル内に注入した。注液に要した時間 は 20秒間であった。注液した後、注液室 71に栓体 75を装着した。

[0055] [評価試験]

実施例 1および比較例 1〜3において作製した鉛蓄電池 A〜Dをそれぞれ 3個ずつ 作製し、各鉛蓄電池を 1. 2Aの定電流で 1時間充電した。

そして、各鉛蓄電池について、以下の方法で、安全弁の開弁圧および閉弁圧を計 測した。正極端子を備えるセルに隣接するセル (すなわち正極端子側力 2番目に 位置するセル）に対応する電槽の側面部分に貫通孔を設け、貫通孔にチューブを介 して空気圧縮機を接続した。セル内圧は、空気圧縮機と貫通孔との間に設けられた 圧力計により測定した。

空気圧縮機によりセル内を加圧した。このとき、セル内圧はピーク値を示した。セル 内圧がピーク値に達すると、安全弁の開弁動作によりセル内から外部にガスが排出 されるため、セル内圧はそれ以上には上昇しなかった。このセル内圧のピーク値を開 弁圧とした。

また、セル内圧がピーク値に達した後、空気圧縮機を停止した。安全弁が開いてい るため、ガスの排出によりセル内圧が低下した。その後、セル内圧がある値まで低下 すると、安全弁の閉弁動作により、セル内圧の低下が止まり、セル内圧が安定した。 この安定した状態のセル内圧の値を閉弁圧とした。

結果を表 1に示した。

[0056] その後、 2. 5Aの電流値で 1時間定電流放電し、その後 14. 4Vの定電圧で最大電 流 2. 5Aで充電する工程を繰り返して、サイクル試験を行った。放電電圧が 10. 5V に到達した時点を寿命とした。

鉛蓄電池 A〜Dのなかで電池 Cのサイクル寿命が最も短ぐ 425サイクル目で放電 電圧が 10. 5Vまで低下し、寿命となった。そこで、鉛蓄電池 A〜Dの充放電サイクル 試験をそれぞれ 425サイクルまで行い、サイクル試験後に、安全弁の開弁圧および 閉弁圧を上記と同様にして再度計測した。結果を表 1に示した。

[0057] なお、表 1には、充放電サイクル前の開弁圧および閉弁圧に対する、充放電サイク ル後の開弁圧および閉弁圧の変化量 (すなわち、 {充放電サイクル後の開弁圧一充 放電サイクル前の開弁圧 }および {充放電サイクル後の閉弁圧 充放電サイクル前 の閉弁圧 })も示した。

[0058] [表 1] 弁圧 (kPa)

充放電 充放電 充放電サイクル サイクル前 サイクル後 前後の変化量 開弁圧 閉弁圧 開弁圧 閉弁圧 開弁圧 閉弁圧

1 20.6 11.7 22.6 11.4 2.0 -0.3 実施例 1 鉛蓄電池 A 2 20.2 12.0 22.3 11.7 2.1 -0.3

3 20.3 11.6 21.6 11.5 1.3 - 0.1

1 20.4 12.0 28.3 12.7 7.9 0.7 比較例 1 鉛蓄電池 B 2 19.7 12.4 29.2 12.0 9.5 -0.4

3 20.8 12.0 30.5 11.1 9.7 -0.9

1 20.7 11.5 38.0 7.6 17.3 -3.9 比較例 2 鉛蓄電池 C 2 20.0 11.7 39.0 9.7 19.0 - 2.0

3 19.6 12.1 43.3 8.7 23.7 -3.4

1 20.8 11.7 26.7 11.2 5.9 - 0.5 比較例 3 鉛蓄電池 D 2 20.3 12.4 28.0 12.6 7.7 0.2

3 20.4 11.6 26.0 12.1 5.6 0.5

[0059] 鉛蓄電池 A〜Dは、いずれも充放電の繰り返しにともない開弁圧が上昇する傾向を 示した。実施例 1の鉛蓄電池 Aは、比較例 1〜3の鉛蓄電池 B〜Dよりも、サイクル試 験前後における開弁圧の上昇幅は小さいことがわかった。また、同仕様の電池間に おける開弁圧の上昇幅のばらつきも、鉛蓄電池 Aは鉛蓄電池 B〜Dと比べて小さいこ とがわかった。開弁圧の上昇は、一般的に弁体と排気室の底部との密着により生じる 力 鉛蓄電池 A程度の開弁圧の上昇は、電池性能に影響を与えない。

本発明の実施例 1の鉛蓄電池 Aは、比較例の鉛蓄電池 B〜Dと比べて、充放電サ イタル時において安定した開弁圧と閉弁圧を有し、高い信頼性を示した。

[0060] 一方、充放電サイクルにお!/、て早期寿命になった鉛蓄電池 Cは、鉛蓄電池 A、 Bお よび Dに比べて開弁圧が大幅に上昇した。また、鉛蓄電池 Cでは、開弁圧および閉 弁圧のばらつきが大き力 た。これは、排気孔 52周辺に電解液が付着した状態で、 弁体 13を排気室 51の底部に密着させたためであると考えられる。

また、鉛蓄電池 Cは、電池 A、 Bおよび Dと比べて充放電サイクル前後における閉弁 圧の低下幅が大きいことがわ力つた。このことから、鉛蓄電池 Cが早期寿命となった 原因は、閉弁圧が大幅に低下し、大気中の酸素がセル内に入ったことにより負極板 が劣化したためであると考えられる。

[0061] 鉛蓄電池 Cにおいて閉弁圧が大幅に低下したメカニズムを以下に説明する。

弁体 53が排気室 51の底部に貼り付くことにより、一旦は、開弁圧が異常に上昇す る。この状態で開弁すると、弁体 53が排気室 52の底部力も剥離する際に、弁体 53と 排気室 51の底部との剥離面の平滑性が損なわれる。このため、弁体 53と排気室 51 の底部との密着性が悪くなる。

[0062] 鉛蓄電池 Bおよび鉛蓄電池 Dは、鉛蓄電池 Aと比べて、開弁圧の上昇幅が増大し た。また、鉛蓄電池 Cと鉛蓄電池 Dとの間における開弁圧の上昇幅の差は、鉛蓄電 池 Aと鉛蓄電池 Cとの間における開弁圧の上昇幅の差より小さ力つた。このことから、 排気室底面に設けられた排気孔を平板状の弁体で覆う構成は、キャップ状のゴム弁 を排気室内に設けられた排気筒に装着する構成と比べて、排気室とは別に注液孔を 有する注液室を設ける力否かの違いが、充放電の繰り返しにともなう開弁圧の上昇に 大きな影響を及ぼすことがわ力つた。

[0063] 鉛蓄電池 Bおよび鉛蓄電池 Dでは、排気筒によって引き伸ばされたキャップ状ゴム 弁の復元力で排気筒が締め付けられることにより気密が保たれる。ゴム弁は常に引 張力が加わった状態で動作する。一方、鉛蓄電池 Aおよび鉛蓄電池 Cでは、弁体と 弁体上に配置された弾性体との押圧力によって気密が保たれる。弁体は常に圧縮力 が加わった状態で動作する。このように、安全弁への応力の力かり方の違いが、鉛蓄 電池 Aが、鉛蓄電池 Bおよび鉛蓄電池 Dと、安全弁の開弁圧と閉弁圧の挙動が異な る要因の一つであると考えられる。

[0064] 弁体とシートの厚さを合計した寸法が 1. 70mmである実施例 1の鉛蓄電池 Aでは、 排気筒の基部からゴム弁の上面までの寸法が 6. OOmmである比較例 1の鉛蓄電池 Bおよび比較例 3の鉛蓄電池 Dと比較して、電池蓋の高さ寸法の低減、すなわち小 型化が可能である。また、電池の高さを同一寸法として、電池蓋の高さを低減した分 (例えば、 6. OOmm- 1. 70mm=4. 30mm)だけ、電槽の高さ寸法を大きくし、極 板の高さ寸法を大きくすることができるため、鉛蓄電池を高容量ィ匕することができる。 さらに、本発明の実施例 1の鉛蓄電池 Aでは、注液に要する時間が短いため、鉛蓄 電池の生産性が向上する。

産業上の利用可能性

本発明の制御弁式鉛蓄電池は、小型化や高容量化が可能であり、かつ高信頼性 を有し、自動二輪車用やバックアップ用などの各種機器の電源に好適に用いられる

Claims

請求の範囲

[1] 正極板、負極板、前記正極板と前記負極板との間に配されたセパレータ、および電 解液を含む極板群と；開口部、および前記極板群を収納する複数のセルを備える電 槽と；前記開口部に装着された電池蓋と；を具備する制御弁式鉛蓄電池であって、 前記電池蓋は、排気室と、注液室と、を備え、

前記排気室は、前記排気室の底部に設けられかつ前記セルに連通する排気孔と、 前記排気室の底部に当接して前記排気孔を覆う平板状の弁体と、前記弁体上に配 置された弾性を有するシートと、前記電池蓋に固定されかつ前記シートを覆う上板と 、を備え、

前記注液室は、前記注液室の底部に設けられかつ前記セルに連通する注液孔と、 前記注液孔を閉塞する栓体と、を備えること、

を特徴とする制御弁式鉛蓄電池。

[2] 前記シートは、連続気泡を有するスポンジ体で構成されている請求項 1記載の制御 弁式鉛蓄電池。

[3] 前記弁体のうちの前記排気室の底部に当接する面に、オイルが塗布されている請 求項 1または 2記載の制御弁式鉛蓄電池。

[4] 前記注液孔内に、前記注液室と前記セルとを連通する中空パイプが配置されて!ヽ る請求項 1〜3のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。

[5] 前記複数のセルに対応して前記注液室を複数備え、

前記栓体は、前記複数の注液室を一括して覆う単一の部材で構成されて!ヽる請求 項 1〜4うちのいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。