JP5064805B2 - 制御弁式鉛蓄電池 - Google Patents

Description

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。

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きる。

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が排気筒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は分解されているが、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。

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ってセル内の圧力が上昇すると、ゴム弁４３が排気筒４２の上端から浮き上がり、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。

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いる。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が設けられている。排気孔５２は排気室５１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。

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。

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や排気孔から注入していた。
このように排気筒や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。

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化してしまったり、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いよう、細心の注意を払う必要があった。

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く、電解液の付着が安全弁の動作に与える影響がより大きく、鉛蓄電池の信頼性を保つことが困難であった。
特開昭６２−１４７６５２号公報

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。

上記の課題を解決すべく、正極板、負極板、および前記正極板と前記負極板との間に配されたセパレータからなる複数の極板群と、開口部および前記複数の極板群をそれぞれ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、
前記極板群は隣接する極板群または出力端子と電気的に接続され、
前記電池蓋は、排気室と、前記排気室と分離して前記複数のセルのそれぞれに対応するように設けられ、対応する前記セルに電解液を注液するための筒状の複数の注液室とを備えており、
前記排気室は、前記排気室の底部に設けられ、かつ前記排気室と前記複数のセルとをそれぞれ連通する複数の排気孔を含み、
前記排気室には、前記排気室の底部に当接して前記複数の排気孔を一括して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が配されており、
前記複数の注液室は、それぞれ、当該注液室の底部に設けられ、かつ当該注液室と前記複数のセルの１つとを連通する注液孔を含み、
前記複数の注液室の少なくとも１つの注液室の前記注液孔には、当該注液室側の先端面が当該注液室の軸方向に対して傾斜し、かつ外周に複数条の溝または切れ込みを成形した、前記注液孔の内径よりも外径が小さい中空パイプが、当該注液室の軸方向に沿って配置されており、
前記注液孔を閉塞する１または複数の栓体を備えたことを特徴とする。

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く、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。

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のが好ましい。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。さらに、本発明の鉛蓄電池の前記栓体は、前記複数の注液室のそれぞれに挿入される複数の筒状部を有するとともに、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。

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く、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。

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。

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とすることができる。

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には極板群（図示せず）が１つずつ収納され、電解液は使用開始時に注液することができる。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。

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が、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化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。

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いる。

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）が設けられ、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）が設けられ、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が一列に配置されているが、所望する電池電圧や電池形状に応じて、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。

本実施の形態の鉛蓄電池１における排気室１１について説明する。
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）が一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。

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い。

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内のガスが排気室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の内圧を閉弁圧という。

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く、また、貼り合わせて一体化してもよい。

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。

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しい。
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−ジエ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。

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。

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かっ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。

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。オイルが、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がさらに向上する。

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１１ｂが設けられており、この段差部分１１ｂ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の周縁部に数カ所設けられた突起部（図示せず）が、上記段差部分１１ｂ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。

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１３、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１１ｂ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。

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が一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。

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つでもよく、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。

栓体２５は合成ゴムで構成されているのが好ましい。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。

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化し、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。

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内に開口する中空パイプ２３が設けられている。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、中空パイプ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。

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からなるシート状部材３４ｂで封口されている。

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）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。

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。

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２１に移動した後、外部へ放出されるか、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。

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内における中空パイプ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。

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。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を用いた本発明の鉛蓄電池Ａ（１２Ｖ−６Ａｈ）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２．０ｍｍ）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１１ａとの当接面にはシリコーンオイルを塗布した。

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。

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１１ｂ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。

《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８．０ｍｍ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：５．０ｍｍ、外径：６．０ｍｍ、内径：３．０ｍｍ、）を備える。

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２．０ｍｍ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かった。
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が排気筒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。

その後、排気筒４２にキャップ状のゴム弁４３（高さ：４．０ｍｍ、外径：７．０ｍｍ、内径：５．５ｍｍ、天面の厚さ：１．０ｍｍ）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５．０ｍｍとゴム弁４３の天面の厚さ１．０ｍｍとの和であり、６．０ｍｍであった。

《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。

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２．０ｍｍ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かった。
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が排気孔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。

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。

《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。

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基部からゴム弁６３の上面までの高さ寸法は、排気筒６２の高さ寸法５．０ｍｍとゴム弁６３の天面の厚さ１．０ｍｍとの和であり、６．０ｍｍであった。
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。

［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から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。

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く、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。

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−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。

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が、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、充放電サイク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。

一方、充放電サイクルにおい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かった。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かった。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。

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の底部から剥離する際に、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。

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かった。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か否かの違いが、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かった。

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、安全弁への応力のかかり方の違いが、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。

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６．００ｍｍ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、６．００ｍｍ−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、鉛蓄電池を高容量化することができる。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。

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。

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１の電池蓋３の分解斜視図である。 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）図でる。 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。 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。 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。 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。

Claims (4)

1. 正極板、負極板、および前記正極板と前記負極板との間に配されたセパレータからなる複数の極板群と、開口部および前記複数の極板群をそれぞれ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、
   前記極板群は隣接する極板群または出力端子と電気的に接続され、
   前記電池蓋は、排気室と、前記排気室と分離して前記複数のセルのそれぞれに対応するように設けられ、対応する前記セルに電解液を注液するための筒状の複数の注液室とを備えており、
   前記排気室は、前記排気室の底部に設けられ、かつ前記排気室と前記複数のセルとをそれぞれ連通する複数の排気孔を含み、
   前記排気室には、前記排気室の底部に当接して前記複数の排気孔を一括して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が配されており、
   前記複数の注液室は、それぞれ、当該注液室の底部に設けられ、かつ当該注液室と前記複数のセルの１つとを連通する注液孔を含み、
   前記複数の注液室の少なくとも１つの注液室の前記注液孔には、当該注液室側の先端面が当該注液室の軸方向に対して傾斜し、かつ外周に複数条の溝または切れ込みを成形した、前記注液孔の内径よりも外径が小さい中空パイプが、当該注液室の軸方向に沿って配置されており、
   前記注液孔を閉塞する１または複数の栓体を備えた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に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に記載の制御弁式鉛蓄電池。
4. 前記栓体は、前記複数の注液室のそれぞれに挿入される複数の筒状部を有するとともに、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請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。

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