JP7632290B2 - 鉛蓄電池用液口栓および鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池用液口栓および鉛蓄電池に関する。

鉛蓄電池は、車載用、産業用の他、様々な用途で使用されている。鉛蓄電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群を備える。また、鉛蓄電池は、極板群を電槽内に保持された電解液に浸漬し、電槽の開口部を蓋体によって密封している。このような鉛蓄電池の中には、蓋に、電解液を補充するための液口栓が設けられているものがある。液口栓は、下端が開放された筒状体と、筒状体の上端を封止する頭部とを備える。また、液口栓には、蓋に設けられた排気孔に連通する排気路と接続するための貫通孔が形成されているものがある。貫通孔、排気路および排気孔は、鉛蓄電池の充電時に電槽内の極板で発生した酸素ガスや水素ガスを鉛蓄電池の外部に排出する機能を有する。

鉛蓄電池では、電解液中の水分が減少する現象（以下、「減液」という）が発生することがある。この減液の発生原因としては、例えば、次のことが考えられる。鉛蓄電池は、例えばエンジンルームなどの高温環境下で使用されると、電解液中の水分の一部が蒸発して発生した水蒸気が液口栓の排気孔を介してセル室の外部に放出されたり、電解液がミスト状になって液口栓の排気孔を介してセル室の外部に放出されたりする。これにより、各セル室において減液が発生する。減液が発生すると、電池容量の低下や極板群に接続された集電体の腐食等の問題が生じるおそれがある。

例えば、特許文献１には、鉛蓄電池の外装に設けた液口に装着された排気栓を備え、この排気栓の排気口を覆うシートを備える鉛蓄電池が開示されている。このように、排気栓の排気孔を覆うシートを設けることで、水蒸気が電池内から容易に放出されず、蓄電池内部からの水蒸気の排出による電解液の減液が抑制される。

特開２００５－２７６７４１号公報

本願発明者らは、鉛蓄電池における減液は、液口栓を通り、水蒸気やミストが外部へと放出されることにより生じる点に着目し、本願発明を想到するに至った。すなわち、本発明は、減液を抑制することができる鉛蓄電池用液口栓および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るために、本発明にかかる鉛蓄電池用液口栓は、頭部と、前記頭部から延びる筒状部と、前記筒状部の内側に設けられたフィルタとを備える鉛蓄電池用の液口栓であって、前記筒状部は、前記筒状部の内部と外部とを連通する貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記筒状部の内周面に開口部を有し、前記フィルタは、前記貫通孔の前記開口部を閉塞するように設けられている。

本発明の実施形態に係る鉛蓄電池１００を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る液口栓１８の斜視図である。 図２に示す液口栓１８の正面図である。 図２に示す液口栓１８の背面図である。 図２におけるＡ－Ａ線矢視断面図であり、液口栓１８の内部構造を示す図である。 図２に示す液口栓１８が、蓋１５に装着された状態を示す図である。 本発明の変形例に係る液口栓１８１を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は背面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。

〔鉛蓄電池１００の概略構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池１００を示す斜視図である。図１に示すように、鉛蓄電池１００は、複数の極板群（図示せず）と、電解液（図示せず）と、極板群および電解液を収容し、上方が開口した電槽１２と、電槽１２の開口を封止する蓋１５とを備える。

電槽１２は、上面に開口を有する略直方体形状の容器であり、例えば合成樹脂により形成されている。電槽１２は、隔壁を有する。電槽の内部は、隔壁によって、所定方向に並ぶ複数のセル室に仕切られている。複数のセル室には、それぞれに極板群が配置されている。

電槽１２の開口は、開口に対応する形状を有する蓋１５で封止されている。より具体的には、蓋１５の下面の周縁部分と、電槽１２の開口部の周縁部分とが、例えば熱溶着により接合されている。蓋１５は、基部１９と、基部１９から突出する台状部２０とを備える。蓋１５の基部に、負極端子１６および正極端子１７が設けられている。

蓋１５の台状部２０は、正極端子１７と負極端子１６との間に突出している第１突出部２１と、正極端子１７および負極端子１６の配列方向と平行に延びる第２突出部２２とを備える。台状部２０は、鉛蓄電池１００の使用者が鉛蓄電池１００を把持するための取手２３を備える。

また、第２突出部２２には、各セル室に対応する位置に補水口２５（図７参照）が設けられており、蓋１５は、補水口２５を封止する液口栓１８を備えている。図１に示す例では、蓋１５は、６つの液口栓を備えている。鉛蓄電池１００に補水を行う際には、液口栓１８を外して補水液が補給される。

また、蓋１５の第２突出部２２には、側面に、排気孔２４が設けられている。排気孔２４は、蓋１５に設けられた排気路（図示せず）と接続しており、各セル室で発生したガスを外部へと排出する。また、排気孔２４は、蓋１５を上面視した場合に、液口栓１８が配列されている配列方向の端部に設けられている。換言すれば、排気孔２４は、液口栓１８と、排気孔２４とが一直線上になるように設けられている。

〔液口栓１８の概略構成〕
図２は、本発明の実施形態に係る液口栓１８の斜視図である。また。図３は、液口栓１８の正面図であり、図４は、液口栓１８の背面図である。さらに、図５は、図２におけるＡ－Ａ線矢視断面図であり、液口栓１８の内部構造を示す図である。

図２～図５に示すように、液口栓１８は、本体部３１と、パッキン３２と、防沫体３３と、フィルタ３４とを備える。

液口栓１８の本体部３１は、円形の板状の頭部３５と、頭部３５から伸び、略円筒形状の筒状部３６とを備える。液口栓１８の頭部３５には、工具穴４１が形成されている。また、筒状部３６の外周には、螺旋状にねじ山が設けられたねじ山部４２が形成されている。液口栓１８は、蓋１５に設けられた補水口２５に、ねじ山部４２を螺合することで固定されている。鉛蓄電池１００は、工具穴４１に、工具穴４１に対応する形状のコインやドライバー等を挿入し、液口栓１８を回転させることで、液口栓１８の着脱が可能となっている。

筒状部３６は、筒部４０と、ねじ山部４２と、規制部４４と、鍔部４６とを備えている。ここで、筒状部３６において、頭部３５側の端部を第１端部５０、第１端部５０とは反対側の端部を第２端部５１とする。すなわち、筒状部３６は、第１端部５０において、頭部３５と接続しており、一体となっている。また、頭部３５は、筒状部３６の第１端部５０を封止している。筒状部３６の筒部４０は、頭部３５とは反対側の端部が開放された、内部が中空の筒状の部材である。筒状部３６は、筒部４０の内部に、フィルタ３４、および防沫体３３を保持している。また、筒部４０は、貫通孔４３およびスリット４５を備えている。以下では、筒状部３６の中心軸を中心軸Ｌとし、中心軸Ｌに平行な方向を「筒状部３６の軸方向」と称する。また、筒状部３６の軸方向において、第２端部５１から第１端部５０へ向かう方向を上方向とし、第１端部５０から第２端部５１へ向かう方向を下方向とする。

規制部４４は、一部が切りかかれたリング状の部材であり、筒部４０から外側に張り出している。パッキン３２は、例えば合成ゴム等からなるリング状の部材である。パッキン３２は、液口栓１８が、補水口２５に装着された場合に、蓋１５と液口栓１８との間の密封性を確保する。パッキン３２は、頭部３５と、規制部４４との間にはめ込まれている。パッキン３２は、外径が、頭部３５よりも小さく、規制部４４よりも大きくなるように設けられており、規制部４４と頭部３５とにより、所定の位置に保持されている。

貫通孔４３は、筒状部３６の内周面に形成された開口部と、筒状部３６の外周面に形成された開口部とを備え、筒状部３６の内周面に形成された開口部と、筒状部３６の外周面に形成された開口部とを繋ぐように設けられている。そのため、貫通孔４３は、筒部４０（筒状部３６）の内部と外部とを連通している。また、貫通孔４３は、筒状部３６の径方向に延びるように延びるように設けられえいる。貫通孔４３は、蓋１５に設けられた排気路（図示せず）と接続している。鉛蓄電池１００の各セル室で発生したガスは、筒部４０の内部から貫通孔４３を介して排気路へ抜け、排気孔２４から外部へと放出される。貫通孔４３は、筒状部３６の中心軸Ｌをはさんで、対向する位置に２箇所に設けられている。

スリット４５は、筒状部３６の第２端部５１から、第１端部５０側へと延びるように設けられている。図２～５に示す例では、スリット４５は、筒状部３６の中心軸Ｌを挟んで対向する位置に２箇所設けられている。また、スリット４５の幅は、上下方向の全長に亘って略均一である。液口栓１８にはスリット４５が設けられているため、電解液の液面が、筒状部３６の最下部である第２端部を越えて上昇した場合であっても、スリット４５を介して貫通孔４３、排気路へとガスが抜けるため、溢液を抑制することができる。

図２～５に示すように、貫通孔４３と、スリット４５とは、筒状部３６の外周面の周方向において、同じ位置に形成されている。また、スリット４５において、第１端部５０側の端部を端部４５ａとする。なお、本実施形態においては、貫通孔４３と、スリット４５とは、筒状部３６の外周面の周方向において、同じ位置に形成されている液口栓１８を示した。しかしながら、液口栓１８において、貫通孔４３とスリット４５との位置関係はこれに限られるものではない。すなわち、貫通孔４３とスリット４５とは、筒状部３６の外周面の周方向において、異なる位置に形成されていてもよい。

ねじ山部４２は、筒部４０の外周面に設けられ、筒部４０から外側へと張り出した、螺旋状のねじ山である。また、ねじ山部４２の第２端部５１側の端部を始端部４２ａとする。さらに、ねじ山部４２の第１端部５０側の端部を終端部４２ｂとする。換言すれば、始端部４２ａおよび終端部４２ｂは、第２端部５１側から第１端部５０側へと螺旋を描くように、筒部４０の外周に設けられたねじ山部４２の始端および終端である。

図２～５に示すように、液口栓１８においては、スリット４５とねじ山部４２とが、筒部４０の外周面の重複した領域に設けられている。すなわち、ねじ山部４２は、ねじ山が非連続的に設けられている。

鍔部４６は、筒状部３６の外周面に設けられている。鍔部４６は、筒状部３６から筒状部３６の周方向外側へ張り出している。筒状部３６の中心軸Ｌ方向において、筒状部３６は、ねじ山部４２よりも第１端部５０側に設けられている。図２～５に示すように、鍔部４６は、リング部４６ａと、フランジ部４６ｂとを備える。

リング部４６ａは、筒状部３６から、筒状部３６の周方向外側へ張り出すリング状の部材である。リング部４６ａは、筒状部３６の外周面からの張り出し量（筒状部３６の外周面からの距離）が、ねじ山部４２の頂部の張り出し量と略同一となるように設けられている。フランジ部４６ｂは、リング部４６ａから、さらに筒状部３６の径方向外側へ張り出すリング状の部材である。そのため、鍔部４６の筒状部３６の外周面からの張り出し量は、ねじ山部４２の張り出し量に比べて大きくなっている。

フィルタ３４は、アルミナ等のセラミックスの焼結体や、ポリプロピレン等の樹脂粒子の焼結体であり、多孔質体である。フィルタ３４は、防爆フィルタであり、外部で発生した火花等が、電槽１２の内部へ浸入することを抑制している。図３～図５に示すように、フィルタ３４は、筒状部３６の筒部４０の内部に保持されている。

図６は、液口栓１８が、蓋１５の補水口２５に取り付けられた状態を示す図である。図６に示すように、液口栓１８は、補水口２５に設けられたねじ山部２５ａと、液口栓１８のねじ山部４２ａとが螺合することで蓋１５の補水口２５に取り付けられる。図７に示すように、フィルタ３４は、筒状部３６の軸方向において、貫通孔４３が設けられた位置に配置されている。また、フィルタ３４は、貫通孔４３の開口部を閉塞する用に設けられている。すなわち、フィルタ３４は、筒状部３６の内部と外部とを連通する貫通孔４３において、筒状部３６の内周面側の開口部に当接するように設けられている。

図５に示すように、防沫体３３は、筒状部３６の筒部の内部に保持されている。防沫体３３は、例えば、樹脂により一体に形成されている。図５に示すように、防沫体３３は、底部６０と、支柱部６１と、第１防沫板６２と、第２防沫板６３と、第３防沫板６４と、第４防沫板６５と、第５防沫体６６とを備えている。防沫体３３が、第１防沫板６２～第５防沫板６６を有することにより、筒状部３６の内部において、ガスの排気経路が迷路状となっている。これにより、電槽１２内で発生したガスは、筒状体３６の内部を通って、外部へと排出されるのに対して、電解液は、容易に漏れ出ないようになっている。なお以下では、第１防沫板６２～第５防沫板６６をまとめて、複数の防沫板と呼ぶことがある。

底部６０は、円形の板状の部材であり、筒状部３６の第２端部５１を封止するように設けられている。底部６０の直径は、第２端部５１における筒状部３６の内径よりも僅かに大きくなっており、筒状部３６の第２端部５１に防沫体３３の底部６０が圧入されている。これにより、防沫体３３は、筒状部３６の内部に係止されている。また、底部６０の外周面には、スリット４５に対応する位置に、周方向外側へ突出す凸部６０ａが形成されている。凸部６０ａは、スリット４５に対応する位置に２箇所形成されている。液口栓１８においては、凸部６０ａがスリット４５に挿入されるように、筒状部３６に防沫体３３を圧入しており、これにより筒状部３６に防沫体３３が保持される方向（向き）を規定している。支柱部６１は、底部６０の中央から、筒状部３６の軸方向に平行に、第１端部側へと延びる棒状体である。

第１防沫板６２は、防沫体３３が備える複数の防沫板のうち、もっとも第２端部５１側に位置する防沫板である。第１防沫板６２は、筒状部３６の中心軸Ｌをはさんで対向するように一対形成されている。第１防沫板６２は、略半円板形状を有し、半円状の直線部分が支柱部６１に接続し、円弧が外側を向くように配置されている。また、第１防沫板６２は、支柱部６１から、斜め上方へ向かって延びるように配置されている。

第１防沫板６２において、支柱部６１と接続している最下部を基部６２ａとする。また、第１防沫板６２において、最も上方（第１端部５０側）にある上端部６２ｂは、スリット４５の端部４５ａよりも上方（第１端部５０側）に位置している。ここで、第２端部５１から、第１防沫板６２の上端部６２ｂまでの筒状部３６の中心軸Ｌ方向の距離を距離ｈ₂とすると、距離ｈ₂は、スリット４５の深さを表す距離ｈ₁と、ねじ山部４２のピッチα（図３参照）との間で以下の関係式を満たす。
ｈ₁ ＜ ｈ₂ ＜ ｈ₁＋α・・・（１）

距離ｈ₂が、距離ｈ₁以下である場合、すなわち、スリット４５の深さが、第１防沫板６２の上端部６２ｂまでの距離と同じか、第１防沫板６２の上端部６２ｂまでの距離よりも短い場合を考える。このような場合には、第１防沫板６２の上端部よりも、第１端部５０側にスリット４５の端部４５ａが位置するため、振動等により容易に、第１防沫体６２上方から筒状体３６の内部へ電解液が浸入する。筒状体３６の内部に浸入した電解液は、鉛蓄電池１００に、さらに振動等が加えられることにより、電解液が筒状体３６内を這い上がり、溢液する可能性がある。

距離ｈ₂が、ｈ₁＋α以上である場合を考えると、第１防沫板６２の上端部６２ｂから、スリット４５の端部４５ａまでの軸Ｌ方向距離が大きくなる。そのため、距離ｈ₂が、ｈ₁＋α未満である場合に比べて、振動等により筒状体３６の内部に浸入した電解液が、筒状体３６の内壁部に当たりやすくなり、筒状体３６の内部に浸入した電解液が、筒状体３６の外部に排出されにくくなる。この場合も上述した場合と同様に、筒状体３６に浸入した電解液にさらに振動等が加えられることにより、電解液が筒状体３６内を這い上がり、溢液する可能性がある。

このように、液口栓１８が、上記の関係式（１）を満たしていることにより、液口栓１８は、振動等による溢液が生じにくい（動的溢液性能に優れている）。

なお、液口栓１８においては、ねじ山部４２の始端部４２ａよりも、第１防沫板６２の上端部６２ｂのほうが、第１端部５０側（上方）に位置している。

第２防沫板６３は、第１防沫板６２よりも上方（第１端部５０側）に設けられ、略長方形の平板状である。第２防沫板６３は、筒状部３６の中心軸Ｌをはさんで対向するように一対形成されており、支柱部６１から、斜め下方へ向かって延びるように配置されている。

第３防沫板６４は、第２防沫板６３よりも上方に設けられ、第１防沫板６２と略同一の形状を有する。すなわち、第３防沫板６４は、筒状部３６の中心軸Ｌをはさんで対向するように一対形成されている。第３防沫板６４は、略半円板形状を有し、弦が支柱部６１に接続し、円弧が外側を向くように配置されている。また、第３防沫板６４は、支柱部６１から、斜め上方へ向かって延びるように配置されている。また、第３防沫板６４においても、第１防沫板６２と同様に、支柱部６１と接続している最下部を基部と呼び、最も上方（第１端部５０側）にある部分を上端部と呼ぶ。

第４防沫板６５は、第３防沫板６４の基部と上端部との間から、下方へと延びるように設けられている。第４防沫板は、略長方形の平板状である。第４防沫板６５は、筒状部３６の中心軸Ｌをはさんで対向するように一対形成されている。

第５防沫板６６は、第３防沫板６４よりも上方に設けられており、支柱部６１の頂部に接続して設けられている。なお、第５防沫板６６の第１端部５０側の端部である上端部６６ａは、防沫体３３の第１端部５０側の端部である。上端部６６ａは、ねじ山部４２の上端部４２ｂよりも、第１端部５０側に位置している。

〔変形例〕
以下、本発明の変形例について、図面を用いて説明する。なお、説明の便宜上、実施形態において説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図７は、変形例に係る液口栓１８１を示す図であり、図７の（ａ）は、液口栓１８１の平面図であり、図７の（ｂ）は、背面図である。図７に示すように、本変形例に係る液口栓１８１においては、ねじ山部４２１と、鍔部４６１とが一体となるように設けられている。すなわち、上述した実施形態に係る液口栓１８においては、ねじ山部４２の終端部４２ａと、鍔部４６とは、筒状部３６の中心軸Ｌ方向に離間して配置されている。一方、本変形例に係る液口栓１８１においては、ねじ山部４２１の終端部４２１ａは、鍔部４６１と接続している。

このように、鍔部４５１は、ねじ山部４２１よりも、第１端部５０側に設けられていればよく、ねじ山部４２１と鍔部４５１とが一体となるように設けられていてもよい。液口栓１８１が、このような構成であっても、実施形態に係る液口栓１８と同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔まとめ〕
（１）本発明の一態様に係る鉛蓄電池用液口栓は、頭部３５と、頭部３５から延びる筒状部３６と、筒状部３６の内側に設けられたフィルタ３４とを備える鉛蓄電池用の液口栓１８、１８１であって、筒状部３６は、筒状部３６の内部と外部とを連通する貫通孔４３を備え、貫通孔４３は、筒状部３６の内周面に開口部を有し、フィルタ３４は、貫通孔４３の開口部を閉塞するように設けられている。

ここで、電槽１２内に保持された電解液中の水分の一部が蒸発し、蒸発により発生した水蒸気が、液口栓の貫通孔４３を介して鉛蓄電池１００の外部に放出される場合を考える。本発明の一態様に係る液口栓１８、１８１においては、液口栓１８、１８１の筒状部３６に設けられた貫通孔４３の内周面側の開口部が、フィルタ３４により閉塞されている。そのため、フィルタ３４が、貫通孔４３を閉塞していない場合に比べて、水蒸気を含むガスが、貫通孔４３から液口栓１８、１８１の外部へ放出されにくくなる。すなわち、筒状部３６の内部から、貫通孔４３を通って、排気経路へと流れるガスの通気抵抗が、フィルタ３４が、貫通孔４３を閉塞していない場合に比べて上昇し、その結果、減液を抑制することができる。

（２）本発明の一態様に係る鉛蓄電池押液口栓（液口栓１８、液口栓１８１）は、筒状部３６が、外周面に設けられたねじ山部４２、４２１を備え、筒状部３６は、ねじ山部４２、４２１よりも筒状部３６の径方向外側へ張り出す鍔部４６、４６１を備えていてもよい。

フィルタ３４により、貫通孔４３の内周面側の開口部が閉塞されていることにより、水蒸気を含むガスは、液口栓１８、１８１の内部を通らずに、液口栓１８、１８１のねじ山部４２、４２１と、補水口２５のねじ山部２５ａとの間を通って、鉛蓄電池１００の外部へと放出されることが考えられる。上記の構成によれば、ねじ山部４２、４２１よりも、筒状部３６の径方向外側へ張り出す鍔部４６、４６１を備えていることにより、水蒸気を含むガスが、液口栓１８、１８１のねじ山部４２、４２１と、補水口２５のねじ山部２５ａとの間を通って、鉛蓄電池１００の外部へと放出されることを抑制することができる。すなわち、鍔部４６、４６１を設けることにより、筒状部３６の外周面と、補水口２５との間をシールすることができる。そのため、より一層減液を抑制することができる鉛蓄電池用液口栓を提供することが可能となる。

（３）本発明の一態様に係る鉛蓄電池用液口栓（液口栓１８１）は、鍔部４６１が、ねじ山部４２１と一体に設けられていてもよい。

（４）本発明の一態様に係る鉛蓄電池用液口栓（液口栓１８、液口栓１８１）は、貫通孔４３が、対向する位置に、複数個設けられていてもよい。

（５）本発明の一態様に係る鉛蓄電池１００は、上記の液口栓１８、１８１を備えていてもよい。

１８：液口栓（鉛蓄電池用液口栓）、３４：フィルタ、３６：筒状部、４２：ねじ山部、４３：貫通孔、１００：鉛蓄電池、１８１：液口栓、４２１：ねじ山部、４６１：鍔部

Claims (5)

1. 頭部と、前記頭部から延びる筒状部と、前記筒状部の内側に設けられたフィルタとを備える鉛蓄電池用の液口栓であって、
   前記筒状部は、前記筒状部の内部と外部とを連通する貫通孔を備え、
   前記貫通孔は、前記筒状部の内周面に開口部を有し、
   前記フィルタは、前記貫通孔の前記開口部を前記筒状部の内周面に当接する周側面で閉塞するように設けられていることを特徴とする鉛蓄電池用液口栓。
2. 前記筒状部は、外周面に設けられたねじ山部を備え、
   前記筒状部は、前記ねじ山部よりも前記筒状部の径方向外側へ張り出す鍔部を備えており、
   前記鉛蓄電池用液口栓を鉛蓄電池の補水口に装着した状態において、
   前記ねじ山部は、前記補水口の内周面に設けられたねじ山部と螺合し、
   前記鍔部は、前記筒状部に設けられた前記ねじ山部の上方にあって、前記補水口の内周面に向かって突出する、ことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用液口栓。
3. 前記鍔部は、前記ねじ山部と一体に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の鉛蓄電池用液口栓。
4. 前記貫通孔は、対向する位置に、複数個設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に鉛蓄電池用液口栓。
5. 請求項１から４の何れか１項の鉛蓄電池用液口栓を備える鉛蓄電池。

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