WO2012120768A1

WO2012120768A1 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: WO2012120768A1
Application number: PCT/JP2012/000534
Authority: WO
Inventors: 小島　優; 下田　一彦; 浅野　稔
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-09-13
Also published as: JPWO2012120768A1; CN103250275A

Abstract

　極柱の強度よりもブッシングを含む端子外殻部分の強度を大きくしても、車載走行時において高い耐振動性を示す鉛蓄電池を提供する。　それぞれのセル室に収納され、セパレータを介して正極板と負極板とを積層した複数の極板群と、セル室を閉じる蓋と、蓋の上面から突出している正極端子とを備え、直列接続された複数の極板群において直列接続の一方の端に位置する正極板に接続された正の極柱をさらに備え、蓋には、正の極柱に対応する位置に貫通孔が設けられ、正極端子は、貫通孔と連通し蓋の上面から突出している略円筒形の側面部材と、側面部材の上側開口部を塞ぐ上面部材とを有し、正の極柱は上面部材よりも引張強度が小さい物質からなり、正の極柱の上部は正極端子の側面部材の中空部分に挿入されており、正の極柱の上端部分には下方に窪んでいる窪みが形成されており、窪みには上面部材に設けられた下部の突起が嵌合且つ接合されている。

Description

鉛蓄電池

　本発明は鉛蓄電池に関するものである。

　自動車のセルスタータなどに広く用いられている鉛蓄電池は、電槽を覆う蓋の上面の両端に、それぞれ正極端子と負極端子とが設置されている。これらの端子は、電槽の内部で直列に接続された極板群の一端の正極（あるいは負極）の集電部と接続された極柱を、蓋の上面から突出したブッシングに挿入し、ガスバーナーなどを用いて極柱をブッシングに溶接することで形成される。

　極柱とブッシングとを一体化して端子を製造する好適な方法として、特許文献１には、ブッシングに挿入する極柱の先端を砲弾状とすることで極柱の破損を防ぎつつ、ブッシングと極柱との溶接域の断面が略Ｗ字になるように弱火で溶接することで鉛の溶湯の飛散による溶接条件のバラツキを低減することが提案されている。

特開平０９－０４５３０９号公報特開２００７－０３５３０７号公報

　セルスタータに用いられている鉛蓄電池は、自動車が悪路を走行する際などに強い振動に晒される。近年、鉛蓄電池の体積効率（一定体積下における電池容量）の向上や長寿命化などを目的として、極板の枚数や活物質を含んだペーストの充填量を増加させた鉛蓄電池が汎用化しつつある。鉛蓄電池の極板群は極柱や接続体などの鉛部品によって電槽や蓋に固定されるので、極板群の重量増加に伴って、振動が加わった場合にこれらの鉛部品に掛かる負荷は大きくなる。

　一方で近年、鉛蓄電池の耐食性を向上することを目的として、電解液が触れないブッシングには耐食性は低いが強度の大きいアンチモン－鉛合金（例えばＰｂ－Ｓｂ）を用いつつ、電解液が触れる極柱には強度は小さいが耐食性が高い非アンチモン系鉛合金（例えばＰｂ－Ｓｎ）を用いて端子を構成する仕様が汎用化しつつある。このような構成の場合、ブッシングと極柱の溶接箇所に一定以上の負荷が掛かると亀裂が生じ、極柱が破断したり亀裂から外部に電解液が漏出したりすることを本願発明者らは見出した。またこの現象は、特許文献１の技術を用いても解決できないことがわかった。

　特に最近増加しているアイドリングストップ機能を有する車両では、アイドリングをストップさせている間、鉛蓄電池は充電が行われず放電のみが行われる。そのためアイドリングストップ機能がない車両に比べて、充電から放電及び放電から充電に切り替わる回数及び充放電電気量が大幅に増加している。そのため充放電反応によって、極板だけではなく、極板と極柱とを接続するいわゆる極板の耳と呼ばれる部分を含む鉛部品も腐食しやすくなるので、ブッシングにはＰｂ－Ｓｂ合金を用い、極柱にはＰｂ－Ｓｎ合金を用いている鉛蓄電池を使用することが必須となってきている。

　本発明はこれらの課題を解決するものであって、極柱の強度よりもブッシングを含む端子外殻部分の強度を大きくしても、車載走行時において高い耐振動性を示す鉛蓄電池を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するために、本発明の鉛蓄電池は、電槽と、前記電槽を区切って複数のセル室を形成する隔壁と、それぞれの前記セル室に収納され、セパレータを介して正極板と負極板とを積層した複数の極板群と、前記セル室に収納される電解液と、それぞれの前記セル室の開口部を閉じる蓋と、前記蓋の前記セル室側とは反対側の面である上面から突出している正極端子及び負極端子とを備えた鉛蓄電池であって、隣り合う前記セル室にそれぞれ収納された前記極板群同士は直列に接続されており、直列接続された前記複数の極板群において直列接続の一方の端に位置する前記正極板に接続されて前記セル室の開口方向へ伸びる正の極柱と、前記直列接続された前記複数の極板群において直列接続の他方の端に位置する前記負極板に接続されて前記セル室の開口方向へ伸びる負の極柱とをさらに備え、前記蓋には、前記正の極柱及び前記負の極柱に対応する位置にそれぞれ貫通孔が設けられており、前記正極端子及び負極端子は、それぞれ前記貫通孔と連通し前記蓋の上面から外方へ突出している略円筒形の側面部材と、前記側面部材の上側開口部を塞ぐ上面部材とを有しており、前記正の極柱及び前記負の極柱は前記上面部材よりも引張強度が小さい物質からなっており、前記正の極柱の上部は前記正極端子の側面部材の中空部分に挿入されていると共に、前記負の極柱の上部は前記負極端子の側面部材の中空部分に挿入されており、前記正の極柱の上端部分には下方に窪んでいる窪みが形成されており、前記窪みには前記正極端子の上面部材に設けられた下部の突起が嵌合且つ接合されている構成を備えている。ここで、窪みに突起が嵌合且つ接合されているというのは、窪みを突起が埋め尽くしていて且つ窪みと突起とがくっついていることである。

　前記突起は、前記側面部材と前記正の極柱との溶融固形物からなっている構成とすることができる。

　また、前記正の極柱及び前記負の極柱はＰｂ－Ｓｎ合金からなっていることが好ましい。

　さらに、前記負の極柱の上端部分には下方に窪んでいる窪みが形成されており、前記負の極柱の前記窪みには前記負極端子の上面部材に設けられた下部の突起が嵌合且つ接合されていてもよい。

　本発明によれば、極柱の強度よりもブッシングを含む端子外殻部分の強度を大きくしても、車載走行時において高い耐振動性を示す鉛蓄電池を提供することができるようになる。

鉛蓄電池の外観及び内部の一部を一部破断の斜視図である。実施形態に係る鉛蓄電池の端子の一態様を示す断面図である。実施形態に係る鉛蓄電池の端子の他の態様を示す断面図である。比較例に係る鉛蓄電池の端子の態様を示す断面図である。実施形態に係る鉛蓄電池の端子の作製方法の一例を示す図である。比較形態に係る鉛蓄電池の極柱部分の応力分布を示す図である。実施形態に係る鉛蓄電池の極柱部分の応力分布を示す図である。

　実施の形態について説明をする前に、本発明に至った経緯について説明する。

　延性材料である鉛合金は、引張試験を行ってもかなりの塑性変形（伸び）を伴って破断に至るため、特許文献１の技術を用いれば実質的に鉛部品を起点とした破損は生じないと考えられていた。しかし特許文献１の技術を用いても、ブッシングなどの端子外殻部分よりも極柱の材料強度（ヤング率、引張強度、疲労強度）が低い仕様の鉛蓄電池は、車載されて長期間使用されることにより、鉛部品が破損してしまうことがわかった。

　この破損は、鉛部品に小さい負荷が繰り返し掛かることで、さほど大きな塑性変形を伴わずに鉛部品（特に極柱）が破損する、いわゆる疲労破壊であることがわかった。具体的には、鉛蓄電池を水平方向に繰り返し振動（車載時の揺れに相当）すれば、ブッシングなどの端子外殻部分と極柱との界面付近が支点となって極板群が揺動するために、界面付近に亀裂が生じて成長し、極柱が破損しやすくなることが明らかになった。この現象は本願発明者らが初めて見出したことである。

　このような破損を防ぐべく発明者らが鋭意検討したところ、極柱の強度よりもブッシングなどの端子外殻部分の強度の方が大きい場合、極柱の上面に窪みを設け、この窪みに端子の上面内側から垂下した突起を嵌合且つ接合する構造とすることにより、特許文献１の構造では破損してしまう回数の振動を与えても破損せずに持ちこたえることを見つけ出した。その理由は、鉛蓄電池を水平方向に繰り返し振動させて極板群を揺動させても、支点となるブッシングなどの端子外殻部分と極柱の界面付近における応力が分散するため、界面付近に亀裂が生じにくく（あるいは生じた亀裂が成長し難く）なり、結果的に極柱が破損し難くなるためであることが初めて明らかとなった。

　極柱の上面に窪みを設け、この窪みに端子の上面内側から垂下した突起を嵌合且つ接合する構成は特許文献１において従来例として扱われているものと類似しているが、特許文献１とは異なり極柱の強度よりもブッシングなどの端子外殻部分の強度を大きくした場合、上述した構成の方が好ましいことを、発明者らは見出した。当然のことながら、この場合でも従来と同様に、極柱とブッシングとを十分に溶接して接合している（例えば溶接深さが４ｍｍ以上）。本発明はこれらの知見を活用したものである。ここで極柱のうち少なくとも正極性の方に上述した構成を採用するのは、金属鉛を主体とするために柔軟な負極と比べて、二酸化鉛を主体とするために剛性が高い正極と接続された極柱の方が、ブッシングなどの端子外殻部分と極柱との界面付近における応力が大きくなるからである。

　端子は通常、極柱をブッシングに挿入した後、ガスバーナーなどを用いて溶接して一体化することで構成される。従ってブッシングと極柱との溶融物で、突起を構成することもできる。具体的には筒状の（上面を有さない）ブッシングに極柱を挿入し、極柱の上端と周辺のブッシングに施す溶接の条件を工夫することで、溶融されなかった極柱の上面に窪みが形成されて、その窪みにブッシングと極柱との溶融物から垂下した突起が嵌合する形を採ることもできる（詳細は後述する）。ここで溶融物は断面観察による金属組成がブッシングと類似しているため、ブッシングの一部と見なすことも可能である。

　（実施形態１）
　以下に、図を用いて本発明を実施するための形態について説明する。

　図１は、実施形態１の鉛蓄電池を示す一部破断図である。電槽１は、隔壁１ａによって複数のセル室１ｂに区切られている。各々のセル室１ｂには、セパレータ２ｃを介して正極２ａと負極２ｂとを対峙させて積層させた複数の極板群２が収納されている。また、各セル室１ｂには電解液（不図示）が収納されている。隣り合うセル室１ｂに収納された極板群２同士は接続部品３にて直列に接続されている。直列接続の一端の極板群２の正極２ａを一方の極柱と接続して正極性の極柱（正の極柱）とし、直列接続の他端の極板群２の負極２ｂをもう一方の極柱と接続して負極性の極柱（負の極柱）としている。２つの極柱は、極板群２からセル室１ｂの開口方向に伸びていて、蓋５に設けられた貫通孔（不図示）に挿入されている。そして、蓋５の貫通孔に連通しているとともに蓋５の上面から突出している２つの円筒形のブッシング（側面部材）に、それぞれの極柱が挿入されて接続されることで、端子４（正極端子および負極端子）が構成される。ここで電解液が触れないブッシング及び端子４の上端部分は、腐食しやすいが強度は大きいがアンチモン－鉛合金（Ｐｂ－Ｓｂなど）によって形成されており、電解液が触れる極柱は、強度は小さいが耐食性が高い非アンチモン系鉛合金（Ｐｂ－Ｓｎなど）を用いて形成されている。すなわち、強度（引張強度）は極柱よりもブッシングの方が大きい。

　図２（ａ）は、本実施形態の鉛蓄電池の端子４の一態様を示す断面概要図である。本実施形態では、少なくとも正極性の極柱４ａの上面４ｃに窪み４ｄを設けている。この窪み４ｄに、円筒形のブッシング４ｂの上側開口を塞ぐ上面部材４ｅから垂下させた突起４ｆを嵌合且つ接合させている。窪み４ｄは略半球状である。なお「嵌合」とは、突起４ｆが窪み４ｄを埋める形態を指すものであって、機械的な嵌合のみを指すものではない。

　鉛蓄電池を水平方向に繰り返し振動させれば、上面部材４ｅと極柱４ａとの界面付近が支点となって極板群２が揺動する。ここで極柱４ａの強度よりも上面部材４ｅの強度の方が大きい場合、界面付近に亀裂が生じて成長し、極柱４ａが破損しやすくなる。そこで少なくとも正極性の極柱４ａの上面４ｃに窪み４ｄを設け、この窪み４ｄに上面部材４ｅから垂下した突起４ｆを嵌合且つ接合させることで、鉛蓄電池を水平方向に繰り返し振動させて極板群２を揺動させても支点となる上面部材４ｅと極柱４ａとの界面付近における応力が分散し、界面付近に亀裂が生じにくく（あるいは生じた亀裂が成長し難く）なり、極柱４ａが破損し難くなる。

　－実施形態１の変形例－
　本実施形態の変形例では、図２（ｂ）に示すように極柱４ａの上部に設けられた窪み４ｄ’の縦断面は複数の段を持った形状を有しており、それに嵌合している突起４ｆ’も相応の段差を有した形状を有している。さらに別の変形例では、図２（ｃ）のように窪み４ｄ’’は縦に長い矩形の断面形状を有しており、それに嵌合している突起４ｆ’’も相応の縦に長い矩形の断面形状を有している。要するに窪み４ｄ、４ｄ’、４ｄ’’は極柱４ａの上面４ｃから下方向に窪んでいればよく、この窪み４ｄ、４ｄ’、４ｄ’’の形状に相応した突起４ｆ、４ｆ’、４ｆ’’が上面部材４ｅから垂下してこの窪み４ｄ、４ｄ’、４ｄ’’に嵌合且つ接合していれば、本発明の効果は得られる。なお、最も本発明の効果が高いのは、図２（ａ）に示す実施形態１の窪み４ｄが半球状の場合である。

　極柱４ａの上面４ｃに窪み４ｄ、４ｄ’、４ｄ’’を設けるには、上面４ｃを切削したり、所望の形状を有する鋳型に溶湯を流し込んだりして極柱４ａを作成すれば良い。そして、図５に示すように、例えば窪み４ｄを設けた極柱４ａを筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに挿入し、ブッシング４ｂの外側に治具６を嵌め込んで、極柱４ａの上端にブッシング４ｂと同じ組成の鉛合金の溶湯を流し込めば、本実施形態に係る端子４を作成できる。

　（実施形態２）
　図３は、実施形態２に係る鉛蓄電池の端子の他の態様を示す断面図である。本実施形態の鉛蓄電池は端子以外は実施形態１と同じである。即ち、図１に示すように、隔壁１ａによって複数のセル室１ｂに区切られた電槽１の各々のセル室１ｂに、セパレータ２ｃを介して正極２ａと負極２ｂとを対峙させて積層した複数の極板群２を収納している。隣り合うセル室１ｂに収納された極板群２同士を接続部品３にて直列に接続する。直列接続の一端の極板群２の正極２ａを一方の極柱と接続して正極性の極柱（正の極柱）とし、直列接続の他端の極板群２の負極２ｂをもう一方の極柱と接続して負極性の極柱（負の極柱）としている。２つの極柱は、極板群２からセル室１ｂの開口方向に伸びていて、蓋５に設けられた貫通孔（不図示）に挿入されている。そして、蓋５の貫通孔に連通しているとともに蓋５の上面から突出している２つの円筒形のブッシング（側面部材）に、それぞれの極柱が挿入されて接続されることで、端子４（正極端子および負極端子）が構成される。ここで電解液が触れないブッシング及び端子４の上端部分は、腐食しやすいが強度は大きいがアンチモン－鉛合金（Ｐｂ－Ｓｂなど）によって形成されており、電解液が触れる極柱は、強度は小さいが耐食性が高い非アンチモン系鉛合金（Ｐｂ－Ｓｎなど）を用いて形成されている。すなわち、強度（引張強度）は極柱よりもブッシングの方が大きい。

　本実施形態の端子の特徴は、突起４ｆ１がブッシング４ｂと極柱４ａとの溶融物４ｇ１で構成されていることである。具体的には、筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、極柱４ａの上面の略中心にガスバーナーからの炎を集中的に浴びせることで、溶融された極柱４ａの上面４ｃの一部が窪んで、窪み４ｄ１が形成される。さらに極柱４ａとブッシング４ｂとが溶融して溶融物４ｇ１が形成され、この溶融物４ｇ１の一部が窪み４ｄに嵌合するように垂下して突起４ｆが形成され、図３に示す構成となる。この方法以外に、特許文献２に開示された技術を活用して、先端を半円状に突起させた加熱棒をバーナーで加熱して極柱４ａおよびブッシング４ｂの上端に当接させれば、図３の構成の端子を形成することができる。なお、溶融物４ｇ１は冷却されて最終的に端子の上面部材となる。

　（比較の形態）
　図４（ａ）、（ｂ）に比較形態に係る端子を示す。図４（ａ）に示す端子は、極柱４ａ上部の窪みも溶融物（上面部材）４ｇ２の突起も実質的に有さない構成である。この端子は、ブッシング４ｂの円状の上端に沿ってガスバーナーからの炎を浴びせることによって作成することができる。図４（ｂ）に示す端子は、溶融物（上面部材）４ｇ３の方に窪み４ｄ２があり極柱４ａに突起４ｆ２がある構成である。ブッシング４ｂの円状の上端に沿って浴びせるガスバーナーからの炎を小さくすれば、このような端子を作成することができる。

　（端子部分の応力解析）
　実施形態２に係る端子と比較の形態に係る端子との応力解析を行った結果を図６，７に示す。

　図６（ａ）は、図４（ａ）に示す比較形態に係る端子の上部左側を拡大して示しており、極柱４ａに水平方向の力が加わったときの応力の分布を、コンピュータによる数値解析により計算をして示している。図６（ｂ）は図６（ａ）の二点鎖線で囲まれた部分を拡大した図である。なお、これらの図は断面を示しているが応力分布が見づらくなるためにハッチングを省略している。

　図７（ａ）は、図３に示す実施形態２に係る端子の上部左側を拡大して示しており、極柱４ａに水平方向の力が加わったときの応力の分布を、コンピュータによる数値解析により計算をして示している。図７（ｂ）は図７（ａ）の二点鎖線で囲まれた部分を拡大した図である。図６と同様にハッチングを省略している。なお、水平方向の力というのは、蓋が上面となるように略直方体の鉛蓄電池を置いた時の水平方向に掛かる力のことである。

　図６，７においては応力の大きさをＳ１からＳ６までの表示によって示している。Ｓ１で示された領域が応力が最も小さい領域であり、Ｓの次に示した数字が増えると応力が大きくなっていき、Ｓ６で示された領域が応力が最も大きい領域である。

　図６に示す比較形態に係る端子では、極柱４ａと上面部材４ｇ２との接合部分（界面）のうち、極柱４ａの上面外縁の部分に最大応力であるＳ６の領域が存している。しかしながら図７に示す実施形態に係る端子では、Ｓ６の領域は存しておらず、応力が最も大きい領域であってもＳ５の領域である。即ち、実施形態に係る端子では、比較形態に係る端子よりも応力が分散されており、局所的に掛かる応力の最大値が小さくなっている。

　図６に示す比較形態に係る端子と図７に示す実施形態に係る端子との違いは、比較形態では極柱４ａの上面がフラットであって、そのフラットな面が端子の上面部材４ｇ２と接合していることに対して、実施形態では極柱４ｑの上部に窪み４ｄｆ１が存していてその中に上面部材４ｇ１から突き出した突起４ｆ１が嵌合且つ接合していることである。この違いによって、極柱４ａに水平方向の力が掛かったときに比較形態の方が局所的に掛かる応力が大きくなる。従って、鉛蓄電池が車に積まれて使用されていると、振動により繰り返し極柱４ａに水平方向の力が掛かって、比較形態の鉛蓄電池の方が実施形態の鉛蓄電池よりも早い時期に極柱４ａが疲労破壊してしまうという結果となる。

　なお、極柱の太さ及び長さ、極柱の組成、上面部材の組成、極板群の重さ等によって窪みの適切な深さは変わってくるが、極柱の径の３０％以上であることが好ましく、４０％以上であるとより耐振動特性が良好になるのでより好ましい。また窪みの開口部の径は、極柱の径の５０％以上が好ましく、７０％以上であるとより好ましい。

　以下に実施例と比較例とについて説明する。

　（電池１Ａ）：実施例
　鉛粉を中心とした正極活物質を、Ｐｂ－Ｃａ－Ｓｎ合金製の格子に充填して正極２ａを作製した。一方、鉛粉からなる負極活物質にカーボン、硫酸バリウムおよびリグニン化合物を添加したものを、Ｐｂ－Ｃａ－Ｓｎ合金製の格子に充填して負極２ｂを作製した。８枚の正極２ａと８枚の負極２ｂとを、ポリエチレンからなるセパレータ２ｃを介して対峙させることで、極板群２を作製した。

　隔壁１ａによって６つのセル室１ｂに区切られたポリプロピレン製の電槽１を用意し、６つの極板群２を各々のセル室１ｂに収納した。そして、極板群２同士を接続部品３にて直列に接続し、一端の極板群２の正極２ａをＰｂ－Ｓｎ合金（Ｓｎが２．５質量％）製の一方の極柱４ａ（直径７ｍｍ）と接続して正極性とし、他端の極板群２の負極２ｂをもう一方の極柱４ａと接続して負極性とした。そしてポリプロピレン製の蓋５の上面から突出させた２つのブッシング４ｂにそれぞれの極柱４ａを挿入しつつ電槽１と蓋５とを溶着した。

　正極性の端子４（極柱４ａおよびブッシング４ｂ）の上部の形状は図２（ａ）に示す通りである。略半球状である窪み４ｄを上面４ｃに切削によって設けた極柱４ａ（直径７ｍｍ）を、筒状の（上面を有さない）Ｐｂ－Ｓｂ合金（Ｓｂが２．６５質量％）製のブッシング４ｂ（外周厚１．９ｍｍ）に挿入した。それから、図５に示すようにブッシング４ｂの上端外側にＪＩＳ　Ｄ　５３０１記載のテーパ端子（細端子）と同じ形状と寸法の治具６を嵌め込んでＰｂ－Ｓｂ合金（Ｓｂが２．６５質量％）の溶湯７を流し込むことで、端子４の上面部材４ｅから半球状の突起４ｆが垂下し、この突起４ｆが極柱４ａの窪み４ｄに嵌合且つ接合して一体化した構造の端子４を得た。なお、極柱４ａの引張強度は２０ＭＰａであり、上面部材４ｅの引張強度は３８ＭＰａであった。

　最後に比重１．２８ｇ／ｍｌの電解液（希硫酸）を電槽１に注入することで、極板群２の総重量が１３００ｇであるＢ２４サイズの鉛蓄電池を構成した。これを電池１Ａとする。

　（電池１Ｂ）：実施例
　電池１Ａに対して、窪み４ｄの縦断面が複数の段を持った形状となるように極柱４ａの上面４ｃを切削し、正極性の端子４の詳細な構成を図２（ｂ）に示すものとしたこと以外は、電池１Ａと同様に構成した鉛蓄電池を電池１Ｂとする。

　（電池１Ｃ）：実施例
　電池１Ａに対して、窪み４ｄの縦断面が細長い矩形となるように極柱４ａの上面４ｃを切削し、正極性の端子４の詳細な構成を図２（ｃ）に示すものとしたこと以外は、電池１Ａと同様に構成した鉛蓄電池を電池１Ｃとする。

　（電池１Ｄ）：実施例
　電池１Ａに対して、正極性の端子４の詳細な構成を図３に示す実施形態２に係る構成としたこと以外は、電池１Ａと同様に構成した。具体的には電池１Ａと同様に極柱４ａの上面４ｃに断面が半円状である窪み４ｄ１を切削して設け、溶湯７の組成をＰｂ－Ｓｎ（極柱４ａと同じ）：Ｐｂ－Ｓｂ（ブッシング４ｂと同じ）＝１：１としたこと以外は、電池１Ａと同様に構成した。この鉛蓄電池を電池１Ｄとする。なお、極柱４ａの引張強度は２０ＭＰａであり、上面部材４ｇ１の引張強度は２９ＭＰａであった。

　この電池１Ｄは、以下の２つの方法で作製することもできる。

　第１の方法について示す。特許文献２に開示された技術を活用して、筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、先端を半球状に突起させた加熱棒をバーナーで加熱して極柱４ａおよびブッシング４ｂの上端に当接させる。これによって、溶融された極柱４ａの上面４ｃに窪み４ｄ１が形成され、ブッシング４ｂと極柱４ａとの溶融物４ｇ１から垂下した突起４ｆ１が窪み４ｄ１に嵌合且つ接合して、一体化する態様となる。

　第２の方法について示す。筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、ブッシング４ｂの上端外側を治具６と同じもので覆い、極柱４ａの上面４ｃの中心に、酸素：ＬＰＧ＝４：１（圧力比）で作製した火炎を集中的に浴びせることで、溶融された極柱４ａの上面４ｃに窪み４ｄ１が形成され、ブッシング４ｂと極柱４ａとの溶融物４ｇ１から垂下した突起４ｆ１が窪み４ｄ１に嵌合且つ接合して、一体化する態様となる。

　（電池１Ｅ）：比較例
　電池１Ｄに対して、正極性の端子４の詳細な構成を図４（ａ）に示す比較形態に係る構成としたこと以外は、電池１Ｄと同様に構成した。具体的には極柱４ａの上面４ｃが平坦な状態で電池１Ｄと同じ組成の溶湯７を流し込んだこと以外は、電池１Ｄと同様に構成した。この鉛蓄電池を電池１Ｅとする。電池１Ｅは比較例の電池である。

　この電池１Ｅは、以下の２つの方法で作製することもできる。

　第１の方法について示す。特許文献２に開示された技術を活用して、筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、先端を平坦にした加熱棒をバーナーで加熱して極柱４ａおよびブッシング４ｂの上端に当接させる。これによって、窪みも突起も実質的に有さず、極柱４ａの上面４ｃ、溶融物４ｇ２の下面ともに略平面のまま、一体化する態様となる。

　第２の方法について示す。筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、ブッシング４ｂの上端外側を治具６と同じもので覆い、極柱４ａの上面４ｃの外周に沿って、酸素：ＬＰＧ＝４：１（圧力比）で作製した火炎を旋回させて浴びせることで、窪みも突起も実質的に有さず、極柱４ａの上面４ｃ、溶融物４ｇ２の下面ともに略平面のまま、一体化する態様となる。

　（電池１Ｆ）：比較例
　電池１Ｄに対して、正極性の端子４の詳細な構成を特許文献１と同じ図４（ｂ）に示す比較形態に係る構成としたこと以外は、電池１Ｄと同様に構成した。具体的には半球状である突起４ｆ２を極柱４ａの上面４ｃに設け、電池１Ｄと同じ組成の溶湯７を流し込んだこと以外は、電池１Ｄと同様に構成した。この鉛蓄電池を電池１Ｆとする。電池１Ｆは比較例の電池である。

　この電池１Ｆは、以下の２つの方法で作製することもできる。

　第１の方法について示す。特許文献２に開示された技術を活用して、筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、先端を半球状に窪ませた加熱棒をバーナーで加熱して極柱４ａおよびブッシング４ｂの上端に当接させる。これによって、溶融された極柱４ａの上端付近が突起４ｆ２となって上面４ｃから隆起し、ブッシング４ｂと極柱４ａとの溶融物４ｇ３に形成された窪み４ｄ２にこの突起４ｆ２が嵌合して、一体化する態様となる。

　第２の方法について示す。基本的には電池１Ｅの第２の方法を踏襲しつつ、筒状の（上面を有さない）ブッシング４ｂに極柱４ａを挿入し、極柱４ａの上面１ｃの外周に沿って、酸素：ＬＰＧ＝４：１（圧力比）の混合ガスの流量を小さくすることで弱めた火炎を浴びせることで、溶融された極柱４ａの上端付近が突起４ｆ２となって上面４ｃから隆起し、ブッシング４ｂと極柱４ａとの溶融物４ｇ３に形成された窪み４ｄ２にこの突起４ｆ２が嵌合して、一体化する態様となる。

　（電池２Ａ～２Ｆ、３Ａ～３Ｆ）
　極柱４ａの上面４ｃより僅か下（０．５～１ｍｍ下）に、深さが０．２５ｍｍあるいは０．５ｍｍの切り欠きを極柱４ａの上面と水平に故意に設けた。この切り欠きは、以降に詳述する試験を加速させるために、傷・亀裂を想定して設けたものである。電池１Ａに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ａおよび３Ａ、電池１Ｂに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ｂおよび３Ｂ、電池１Ｃに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ｃおよび３Ｃ、電池１Ｄに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ｄおよび３Ｄ、電池１Ｅに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ｅおよび３Ｅ、電池１Ｆに対して極柱４ａに深さ０．２５ｍｍおよび０．５ｍｍの切り欠きを設けたものを電池２Ｆおよび３Ｆとする。電池２Ａ～２Ｄ及び電池３Ａ～３Ｄが実施例の電池であり、電池２Ｅ、２Ｆ、３Ｅ，３Ｆが比較例の電池である。

　切り欠きを故意に設けた電池を作製したのは加速試験とする目的のためであるが、それ以外にも、実際の鉛蓄電池の製造工程において極柱に傷がついて、その傷がついたまま製品の鉛蓄電池が出荷される場合が想定されるからである。具体的には、極柱は柔らかいＰｂ－Ｓｎ合金製であるため、製造の途中で鉄製の製造機械に接触したり、極柱同士がぶつかったりすると極柱が傷つくおそれがある。

　（振動評価試験）
　上述した電池１Ａ～３Ｆを満充電状態にし、短側面に沿って並ぶ極板群２を揺動させるため、短側面に沿って水平に振動（加速度：３９．２ｍ／ｓ²、周波数：２８Ｈｚ）を加えながら、０．０５Ｃ放電を行った。電池からの放電電流が途絶えた時点で、正極性の極柱４ａが破断した（亀裂が発生、成長して破断に至った）ものとし、試験を止めた。極柱４ａが破断するまでの回数を、耐振動性の尺度として、各電池の構成条件とともに（表１）に示す。

　比較例の電池１Ｅ、１Ｆに対して、実施例の電池１Ａ～１Ｄは高い耐振動性を示した。さらに、試験加速のために極柱４ａに切り欠きを故意に設けた場合、耐振動性の差はより顕著に現れた（電池２Ａ～２Ｄと２Ｅ、２Ｆとの対比、および電池３Ａ～３Ｄと３Ｅ、３Ｆとの対比）。さらに、正極性の端子４を特許文献１に示す構成とした電池１Ｆは、電池１Ｅよりも耐振動性が低くなることがわかった。なお、放電電流が途絶えた電池を分解したところ、いずれも正極性の極柱が破断していることが確認された。

　このように、極柱の上面に窪みを設けて端子の上面部材から突き出した突起をその窪みに嵌合且つ接合させた実施例の電池は、比較例の電池よりも振動に対する耐性が高い。そのため、車に積んで長期間使用する際に、比較例の電池では定期的な検査で新しい電池に換えても次の定期検査を行う前に極柱破損による充放電の停止が生じるおそれがあるが、実施例の電池はそのようなおそれがない。

　また、電池１Ａや１Ｂが電池１Ｃよりも耐振動性が高いことから、窪み４ｄの断面形状は、半球状（電池１Ａ）や段をもったもの（電池１Ｂ）のように、極柱４ａの上面４ｃから下に向かって徐々に細くなるものの方がよいと推察できる。

　（その他の実施形態）
　上述の実施形態及び実施例は本発明の例示であって、本発明はこれらの例に限定されない。負極端子における極柱の上部構造も正極側と同様に窪みを形成させて、そこに上面部材からの突起を嵌合且つ接合させてもよい。極柱を構成する材料はＰｂ－Ｓｎ合金が好ましいが、それ以外の合金やＰｂ－Ｓｎ合金に別の元素を添加した合金であってもよい。極柱をＰｂ－Ｓｎ合金によって作製する場合は、Ｓｎの量は１％以上８％以下が好ましい。１％未満であると機械的強度が不足するおそれがあり、８％を越えると鋳造性が低下して極柱に鬆（空洞部分）が入るおそれがある。ブッシングや図２に示す上面部材を構成する材料はＰｂ－Ｓｂ合金が好ましいが、それ以外の合金やＰｂ－Ｓｂ合金に別の元素を添加した合金であってもよい。端子外殻部分をＰｂ－Ｓｂ合金によって作製する場合は、Ｓｂの量は１％以上４％以下が好ましい。１％未満であると機械的強度が不足するおそれがあり、４％を越えると充電時に減液量が増加するおそれがある。また、図３に示す上面部材を構成する材料はＰｂ－Ｓｂ－Ｓｎ合金が好ましいが、それ以外の合金やＰｂ－Ｓｂ－Ｓｎ合金に別の元素を添加した合金であってもよい。この上面部材をＰｂ－Ｓｂ－Ｓｎ合金によって作製する場合は、Ｓｎの量は１％以上８％以下、Ｓｂの量は１％以上４％以下が好ましい。

　本発明の鉛蓄電池は、耐振動性に優れるため、大きな振動がかかりやすい車載用のセルスタータおよび駆動電源として好ましく、利用可能性は極めて高い。

　１　　　　　　　　　　　電槽
　１ａ　　　　　　　　　　隔壁
　１ｂ　　　　　　　　　　セル室
　２　　　　　　　　　　　極板群
　２ａ　　　　　　　　　　正極
　２ｂ　　　　　　　　　　負極
　２ｃ　　　　　　　　　　セパレータ
　３　　　　　　　　　　　接続部品
　４　　　　　　　　　　　端子
　４ａ　　　　　　　　　　極柱
　４ｂ　　　　　　　　　　ブッシング（側面部材）
　４ｃ　　　　　　　　　　（極柱４ａの）上面
　４ｄ、４ｄ’、４ｄ’’　窪み
　４ｄ１、４ｄ２　　　　　窪み
　４ｅ　　　　　　　　　　上面部材
　４ｆ、４ｆ’、４ｆ’’　突起
　４ｆ１、４ｆ２　　　　　突起
　４ｇ　　　　　　　　　　溶融物
　４ｇ１，４ｇ２，４ｇ３　溶融物（上面部材）
　５　　　　　　　　　　　蓋
　６　　　　　　　　　　　治具
　７　　　　　　　　　　　溶湯

Claims

　電槽と、
　前記電槽を区切って複数のセル室を形成する隔壁と、
　それぞれの前記セル室に収納され、セパレータを介して正極板と負極板とを積層した複数の極板群と、
　前記セル室に収納される電解液と、
　それぞれの前記セル室の開口部を閉じる蓋と、
　前記蓋の前記セル室側とは反対側の面である上面から突出している正極端子及び負極端子と
　を備えた鉛蓄電池であって、
　隣り合う前記セル室にそれぞれ収納された前記極板群同士は直列に接続されており、
　直列接続された前記複数の極板群において直列接続の一方の端に位置する前記正極板に接続されて前記セル室の開口方向へ伸びる正の極柱と、前記直列接続された前記複数の極板群において直列接続の他方の端に位置する前記負極板に接続されて前記セル室の開口方向へ伸びる負の極柱とをさらに備え、
　前記蓋には、前記正の極柱及び前記負の極柱に対応する位置にそれぞれ貫通孔が設けられており、
　前記正極端子及び負極端子は、それぞれ前記貫通孔と連通し前記蓋の上面から外方へ突出している略円筒形の側面部材と、前記側面部材の上側開口部を塞ぐ上面部材とを有しており、
　前記正の極柱及び前記負の極柱は前記上面部材よりも引張強度が小さい物質からなっており、
　前記正の極柱の上部は前記正極端子の側面部材の中空部分に挿入されていると共に、前記負の極柱の上部は前記負極端子の側面部材の中空部分に挿入されており、
　前記正の極柱の上端部分には下方に窪んでいる窪みが形成されており、
　前記窪みには前記正極端子の上面部材に設けられた下部の突起が嵌合且つ接合されている、鉛蓄電池。
　前記突起は、前記側面部材と前記正の極柱との溶融固形物からなっている、請求項１記載の鉛蓄電池。
　前記正の極柱及び前記負の極柱はＰｂ－Ｓｎ合金からなっている、請求項１または２に記載されている鉛蓄電池。
　前記負の極柱の上端部分には下方に窪んでいる窪みが形成されており、
　前記負の極柱の前記窪みには前記負極端子の上面部材に設けられた下部の突起が嵌合且つ接合されている、請求項１から３のいずれか一つに記載されている鉛蓄電池。