JPH11162448A

JPH11162448A - 鉛蓄電池の製造法

Info

Publication number: JPH11162448A
Application number: JP9325917A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Goto; 健介後藤
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】隔壁４を介して隣接するセル３内の極柱２同士
を、隔壁４の貫通孔５において溶接して得た溶接部の欠
陥を抑制する。【解決手段】電極８先端が円錐台形２つを重ねた一体形
状であり、最先端（第１）の円錐台形７下面が、第２の
円錐台形７’の上面と同一であり、第２の円錐台形７’
の縦断面の底角（θ）を５゜〜２０゜とし、第１の円錐
台形先端７の直径（Ｄ）を貫通孔５直径（Ｄ’）の６０
〜８０％とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉛蓄電池の製造法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来鉛蓄電池のセル間接続にはいくつか
の方式が用いられてきた。その代表的なのが隔壁オーバ
ー方式と隔壁貫通方式（スルーパーティション方式）で
ある。最近の自動車用鉛蓄電池の場合は、スルーパーテ
ィション方式（特公平２−１２１２５７号公報に開示）
の採用が大半を占めている。このスルーパーティション
方式は、隔壁を介して隣接するセル内の極柱同士を、隔
壁の貫通孔において溶接し接続するものである。これは
従来から用いられてきた隔壁オーバー方式に比べ、接続
に必要な導体が短くなることで電圧特性が向上し、更に
使用する鉛合金の量も大幅に低減可能となる利点を有し
ている。

【０００３】図２はスルーパーティション方式実施後の
溶接部の断面図である。極柱２は複数枚の極板の耳部１
を溶接一体化させたものである。該極柱２が隣り合うセ
ル３間の隔壁４の貫通孔において溶接されている。この
方式では、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、抵抗溶接を採用してい
る。以下、本発明においてはスルーパーティション方式
の抵抗溶接を貫通溶接と呼ぶことにする。

【０００４】図３は、貫通溶接の過程を示したものであ
る。はじめに、同図（ａ）に示しているように、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
側に配置する。次に、ジョー６に支持され、先端に突起
部（図４における突起１５）を有する電極８を前記両極
柱に外接させる。そして、電極８により両極柱２を加圧
して貫通孔５内へ変形させ、同図（ｂ）に示すように、
貫通孔５内部で接触させる。その後、電極８に所定の溶
接電流を通電して接触面９での抵抗溶接を行う。これに
よって、図２に示した状態の溶接部が得られる。溶接部
側面には貫通溶接用電極の先端形状が転写された圧痕１
１がみられる。この貫通溶接に用いる電極８には高い加
圧力が加えられるため、硬度が高く鉛とは合金化し難い
材料が選択されている。さらに、被溶接物である極柱２
（鉛合金製）は軟らかいため容易に溶接時の接触面積を
大きく得られ、接触抵抗が小さく発熱し難い。そこで電
極８を熱伝導率の小さい材料とし、熱の放散を防ぐ必要
もある。そのため、通常貫通溶接用電極８にはコバルト
やベリリウムを含んだ銅合金が用いられている。貫通溶
接用電極形状は様々であるが、一般的には平面形、球面
形、円錐台形型、ポイント型等が用いられている。その
中でも図４に示す円錐台形型突起１５を有する電極８が
最も多く使用されている（特公平２−１２１２５７号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の貫通溶接用電極８を用いると、貫通孔５内で極柱２
を接触させた段階で、３図（ｂ）に示すように、空間１
２が生じる。この状態で溶接電流を流し極柱２を溶融さ
せてしまうと空間１２内の空気の大部分は、溶融金属の
中に巻き込まれ、通電終了後、ブローホールと呼ばれる
欠陥として残る。また、貫通溶接は一般的に溶接時間が
０．１ｓ程度と極端に短く、且つ被溶接物である極柱２
を樹脂からなる隔壁４の貫通孔５において溶接する特殊
性を有している。そのため急激な温度上昇（発熱）、樹
脂の溶融、気化を避けることができず、溶湯の「散り」
による溶接部の空隙が発生しやすい。つまり異常に急激
な発熱は、鉛溶湯を沸騰状態にし、ナゲット１０から噴
出させて溶接欠陥（溶接部の空隙）を生じさせる。従来
の形状をした貫通孔の場合、極柱は貫通孔内へ、無理矢
理押し込まれる状態になり、極柱２厚みのばらつきによ
っては貫通孔内部での両極柱の接触状態が不安定になり
やすい。従って溶接時の極柱同士の接触面積（接触抵
抗）の制御は困難である。それ故、前記接触抵抗がばら
ついて、異常な発熱を引き起こし「散り」が発生する。
さらに溶接によって溶融した鉛合金が凝固する際、５％
程度の凝固収縮が生じる。その凝固は溶融部の外側から
進行するため、中心部には収縮分の空洞欠陥（図２に示
す空隙１３）が存在してしまう。このような欠陥を「引
け」と呼んでいる。凝固のメカニズムから考えて空隙１
３の形状は球状になりにくく、実際には幅の狭い空隙１
３として発生する場合が多く、その内面も平滑ではな
く、どちらかと言えば立体的に入り組んだ形状を呈す
る。一方「散り」による空隙１３生成の場合は、沸騰状
態を呈した溶融金属の圧力が電極８による加圧力を上回
り、沸騰状態を呈した溶融金属が飛び出してくることで
あるため、空隙１３は「引け」に比べて広い空間を有す
るようになる。

【０００６】上述したような欠陥の存在は、その大小に
よって溶接部に要求される機能への影響度が異なること
は言うまでもない。しかし、最近の電池使用環境の悪
化、特に自動車に搭載する自動車用鉛電池においては、
エンジンルームの高温化によって、従来影響はないと見
られていた欠陥でも無視できない存在となっている。本
発明が解決しようとする課題は、隔壁を介して隣接する
セル内の極柱同士を、隔壁の貫通孔において溶接して得
た溶接部の欠陥を抑制することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の、隔壁４を介して隣接するセル３内の極柱２同
士を、隔壁４の貫通孔５において溶接する鉛蓄電池の製
造法は、溶接用電極８先端が円錐台形２つを重ねた一体
形状であり、最先端（第１）の円錐台形７下面が、第２
の円錐台形７’の上面と同一であり、第２の円錐台形
７’の縦断面の底角（θ）が５゜〜２０゜であり、第１
の円錐台形７先端の直径（Ｄ）が貫通孔５直径（Ｄ’）
の６０〜８０％であることを特徴とする。上記した本発
明の鉛蓄電池の製造法を実現する際の溶接条件は、使用
する溶接機の機械的、電気的特性によって多少左右され
るが、一般的な条件であれば本発明の課題は解決可能で
ある。一般的な条件とは、例えば単相交流式溶接機（空
気加圧方式）を用い、溶接電流が６〜１２ｋＡ、溶接時
間が０．０８〜０．１秒、極柱への加圧力が６５０〜７
５０ｋｇである。

【０００８】本発明に係る電極８形状の例を図１に示
す。電極８は、貫通孔５の内部で隔壁４を介して配置さ
れた極柱２を互いに押し込んで接触させるため、貫通孔
５の直径（Ｄ’）よりも小さい第１の円錐台形７の先端
直径（Ｄ）を有している。また、従来よりも安定した加
圧力で極柱同士を接触させて溶接工程前にほぼ一定の極
柱の接触状態を得る第１の機能、及び前述した「引け」
が発生してもそれを押し潰す第２の機能を有する部分
（傾斜部１４）を兼ね備えた第２の円錐台形７’を有し
ている。上記第１の機能は、電極８が極柱２を貫通孔５
内へ押し込む一定の加圧力を与える際に傾斜部１４が楔
の役割をし、第２の円錐台形７’の高さ分だけ極柱２厚
みのばらつきを許容可能となることにより実現する。従
って従来よりも溶接工程前に安定した極柱の接触状態を
得ることができる。また上記第２の機能は、溶接時の温
度変化や極柱２の溶融凝固に伴って生じる膨張収縮に対
する電極８の追随性を、傾斜部１４が楔の役割をするこ
とにより確保することで実現する。つまり第２の円錐台
形７’の高さ分だけ溶融部（ナゲット）の凝固に伴って
発生する空隙（引け）を押し潰す作用（鍛圧作用）を実
現させることができる。

【０００９】第２の円錐台形の縦断面の底角（θ）は、
大きすぎると極柱２と隔壁４との圧接力を確保しにくく
なり、隣り合うセル間に電解液の液絡が発生するおそれ
がある。一方、θが小さすぎると電極８の動きを阻害
し、十分な鍛圧作用が得られなくなる。そのため、適度
な角度が求められる。適度な角度は、後述する実験デー
タから５゜〜２０゜である。また貫通溶接では、電極８
先端の直径（Ｄ）と貫通孔５の直径（Ｄ’）との関係も
重要である。Ｄ’がＤよりも極端に大きければ局部的な
大きな温度上昇で溶接することとなり、前述した「散
り」が発生しやすくなる。また図３（ｂ）の空間１２が
大きくなるため、ブローホールの発生も懸念される。逆
にＤ’がＤとほぼ同等の大きさになる程度まで極端に小
さいと、貫通孔５内に極柱２が電極８先端により押し込
まれる際、電極８端部で押し込まれる極柱２部分及び隔
壁４が大きな応力で過剰に変形してしまい、隣接した極
柱２同士の接触状態が不安定になるおそれがある。従っ
て後述する実験データから、ＤはＤ’の６０〜８０％で
あることが好適である。

【００１０】このように、上記したそれぞれの因子を最
適化した形状の溶接用電極８を用いると、貫通溶接時に
おける貫通孔５内部での両極柱２は、通電前の加圧にお
いて、従来のものよりも空隙１２が減少し、ブローホー
ルの抑制に役立つ。また、極柱２同士の接触状態（すな
わち接触抵抗）が安定化して、溶接時における急激な鉛
の溶融が発生しにくくなり、「散り」防止に役立つ。さ
らに、瞬間的な極柱２の膨張収縮に追随し、「引け」を
押し潰すことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る溶接電極８の材質
は、硬度、熱伝導率等を考慮し、マロリー社製のＣｕ−
２．０Ｃｏ−１．５Ｂｅ合金（商品名マロリー１００）
とする。電極８の第１の円錐台形７先端面の直径（Ｄ）
を１６ｍｍ、高さ１．５ｍｍとし、第２の円錐台形７’
の縦断面底角（θ）を１５°とする。また、供試した隔
壁は材質がポリプロピレン（ＰＰ）で、その厚みが１．
５ｍｍ、貫通孔の直径（Ｄ’）を９．６ｍｍとし、Ｄ／
Ｄ’×１００＝６０％とする。極柱２は公知のキャスト
オンストラップ（ＣＯＳ）法で作製したもので、材質は
Ｐｂ−１．６５Ｓｂ−０．０５Ａｓである。極柱の幅お
よび高さはそれぞれ２０ｍｍおよび２５ｍｍで、厚みは
４．５ｍｍである。なお、極柱２は時効硬化性を有し、
時間の経過とともに硬さが変化するため、溶接結果のば
らつきを最小限に抑えるために、溶接にはＣＯＳ工程後
３分間経過した時点のものを用いた。溶接装置は、単相
交流式溶接機（エアシリンダーによる空気加圧方式）を
用いる。この溶接機の最大電流は２０ｋＡ、最大加圧力
は２ｔである。溶接電流を１０ｋＡ、溶接時間は０．０
８秒（５サイクル）、極柱への加圧力を７００ｋｇに設
定した。

【００１２】また本例以外の極柱材質、厚み、溶接条件
でも、通常鉛蓄電池の製造に採用されている条件であれ
ば、本発明の課題は解決できる。

【００１３】

【実施例】上記発明の実施の形態におけるθの値を０〜
２５°、Ｄ／Ｄ’×１００の値を５０〜９０％としたと
きの溶接状態を評価した。溶接状態は「散り」「引け」
及びブローホールに起因するナゲット内部の空隙の発生
状態と溶接強度で判断し、さらに隔壁や極柱の変形を目
視により観察し、総合的に評価した。空隙の発生状態
は、隔壁に直角な方向からγ線照射による放射線透過試
験により調査した。この放射線透過試験とは、γ線等の
強い放射線を照射した時、溶接部に欠陥が存在するとそ
の部分での透過量が増加し、試験片の下に設置した感光
フィルム上では、この部分だけ感光度合いが増加して欠
陥の存在を色の濃淡で識別する方法である。また、溶接
強度は溶接直後に一方の極柱を固定し、他方の極柱を隔
壁４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６５ｋ
ｇ・ｃｍ以上とした（車載された電池が受ける振動等の
機械的応力に対して、問題が認められない強度であるの
が経験的に６０ｋｇ・ｃｍであるため、さらに安全であ
る６５ｋｇ・ｃｍを基準として設定した）。なお、評価
に供した検体数（溶接部の数）は１条件あたり４個（す
なわちｎ＝４）である。

【００１４】結果を表１〜表３に示す。ナゲット内部で
欠陥であると判断された空隙を評価した結果で、○印が
空隙なし、△印が直径０．５ｍｍ以内の空隙、×印が直
径０．５ｍｍを上回る空隙の存在を示している。また、
加圧による変形に関しては、溶接後の隔壁の変形量で評
価した。本来、隔壁は直線的であるのだが、溶接状態の
良否によって左右どちらかに変形してしまう。そのた
め、本来の位置からのずれを評価基準とした。○印が１
ｍｍ以内の変形、△印が１．０ｍｍを上回り１．５ｍｍ
以内の変形、×印が１．５ｍｍを上回る変形を示してい
る。この変形量は、これまでの経験上、１．５ｍｍ以内
の変形であればほとんど問題がないことが分かってい
る。表１〜３からわかるように、貫通孔直径に対して電
極突起直径がその５０％及び９０％では、溶接強度が他
と比べ比較的小さく、欠陥も発生している傾向にある
が、６０％から８０％の場合ではθが５゜以上２０゜以
下の範囲において、溶接強度、欠陥の発生状態、隔壁の
変形等、評価項目全てにおいて満足する結果であった。
従って、貫通孔直径に対して、電極突起直径はその６０
％以上８０％以下を選択し、且つ、突起から電極外周部
へ向かった傾斜の角度は５゜以上２０゜以下を選択する
必要がある。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】以上より、本発明によって鉛蓄電池の貫通
溶接部分の品位が向上することが分かった。

【００１９】

【発明の効果】本発明により、隣接する鉛蓄電池の極板
群の極柱を、隔壁の貫通孔を介して電極先端で加圧・溶
接する工程を経て得た溶接部の欠陥を抑制することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る貫通溶接用電極及び隔壁を示した
図である。

【図２】隔壁貫通方式によるセル間接続後の状態を示し
た図である。

【図３】従来の貫通溶接の過程を示した図である。

【図４】従来の貫通溶接用電極及び隔壁を示した図であ
る。

【符号の説明】１．耳２．極柱３．セル４．隔壁５．貫通孔６．ジョー７．第１の円錐台形７’．第２の円錐台形８．電極９．接触面１０．ナゲット１１．圧痕１２．空間１３．空隙１４．傾斜１５．突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔壁を介して隣接するセル内の極柱同士
を、隔壁の貫通孔において溶接する鉛蓄電池の製造法に
おいて、溶接用電極先端が円錐台形２つを重ねた一体形状であ
り、最先端（第１）の円錐台形下面が、第２の円錐台形
の上面と同一であり、前記第２の円錐台形の縦断面の底角（θ）が５゜〜２０
゜であり、第１の円錐台形先端の直径（Ｄ）が貫通孔直径（Ｄ’）
の６０〜８０％であることを特徴とする鉛蓄電池の製造
法。