JP6337496B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

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Description

本発明は、蓋部材のひび割れを抑制する技術に関する。
例えば、自動車用などに用いられる鉛蓄電池は、合成樹脂製の電槽と、電槽を封口する合成樹脂製の蓋部材とを備えている。そして、蓋部材に対して端子部を形成している。端子部は、インサート成形により蓋部材に一体化された鉛合金製の筒型のブッシングと、ブッシング内に挿通される極柱とで構成されている。
ブッシングや極柱は、電槽内の電解液により腐食され、膨張することが知られている。ブッシングや極柱の膨張は蓋部材のひび割れの原因になることから、下記特許文献1では、蓋部材に形成された筒状部とブッシングの間に設けた膨張吸収材によって、ブッシングの膨張を吸収することにより、蓋部材のひび割れを抑制している。
実用新案登録第3005437号公報
しかしながら、上記の構造では、膨張吸収部材を専用に設ける必要があり、部品点数が増加するという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、新たな部品を追加せずに、蓋部材のひび割れを抑制することを目的とする。
本明細書によって開示される鉛蓄電池は、発電要素と、前記発電要素を収容する電槽と、前記電槽を封口する基部及び前記基部から前記電槽内に向かって延在する装着部を有する蓋部材と、前記装着部に設けられた筒型のブッシングと、前記発電要素に接続され、前記ブッシングの筒内に挿入された極柱とを含み、前記装着部は、前記ブッシングの前記電槽内を向いた下方端面と外周面とで形成される外側コーナ部を覆う被覆部を有し、前記ブッシングの外側コーナ部は、前記ブッシングの前記下方端面と内周面とで形成された内側コーナ部と異なり、面取り形状である。
尚、「面取り形状」とは、対象となるコーナ部を、曲面や斜面として「角が無い形状」にすることを意味する。
本発明によれば、新たな部品を追加せずに、蓋部材のひび割れを抑制することが出来る。
本発明の実施形態1に係る鉛蓄電池の斜視図 図1中のA−A線断面図 ブッシングの斜視図 図2のB部を拡大した図 装着部のひび割れを説明するため、下面外側コーナ部を非面取り形状とした比較例を示す図(図2のB部に相当) 装着部のひび割れを説明するため、下面外側コーナ部を非面取り形状とした比較例を示す図(図2のB部に相当) ブッシングの断面図 図2中のC部を拡大した図 蓋部材を成形する金型の断面図(装着部の成形部分を示す) 本発明の実施形態2に係るブッシングの断面図 図10のC部を拡大した図 本発明の実施形態3に係るブッシングの断面図(下面外側コーナ部を示す) 他の実施形態に係るブッシングの断面図(下面外側コーナ部を示す) 他の実施形態に係るブッシングの断面図
(本実施形態の概要)
初めに、本実施形態の鉛蓄電池の概要について説明する。本鉛蓄電池は、発電要素と、前記発電要素を収容する電槽と、前記電槽を封口する基部及び前記基部から前記電槽内に向かって延在する装着部を有する蓋部材と、前記装着部に設けられた筒型のブッシングと、前記発電要素に接続され、前記ブッシングの筒内に挿入された極柱とを含み、前記装着部は、前記ブッシングの前記電槽内を向いた下方端面と外周面とで形成される外側コーナ部を覆う被覆部を有し、前記ブッシングの外側コーナ部は、前記ブッシングの前記下方端面と内周面とで形成された内側コーナ部と異なり、面取り形状である。
この構成では、ブッシングの外側コーナ部を面取り形状とすることで、外側コーナ部の腐食にともなう膨張により、外側コーナ部を覆う被覆部にかかる応力を分散させて局所的に応力が集中するのを抑制することができる。そして、装着部が割れて、ひびが装着部の外面に達するのを抑制することができる。これにより、仮に、ひびが装着部の外面に達することで、そこから電解液が侵入するのを抑制するとともに、ブッシングと装着部との隙間が広がりやすくなるのを抑制して、この隙間に沿って電解液が這い上がってゆくことを遅らせて、ブッシングの腐食にともなう膨張を遅らせることが出来る。さらに、内側コーナ部を面取り形状としないことで、ブッシングと極柱との隙間への電解液の侵入起点を狭くして、電解液を侵入しづらくすることができる。よって、ブッシング及び極柱の腐食にともなう膨張を遅くすることが可能となり、蓋部材のひび割れを抑制できる。しかも、この構成では、ブッシングの形状変更により、蓋部材のひび割れを抑制するため、新たに追加される部品がなく、部品増にならない。
本鉛蓄電池では、前記ブッシングの外側コーナ部は、前記下方端面と前記外周面とを接続する曲面を有する。これにより、外側コーナ部を覆う被覆部にかかる応力をより均等に分散させて局所的に応力が集中するのをより一層抑制することができる。
本鉛蓄電池では、前記ブッシングは、前記外周面から突出して環状に形成され、筒の延在方向に間隔をあけて配置された複数の突起を有しており、前記突起のコーナ部の前記装着部と対向する沿面距離の長さは、前記外側コーナ部の前記装着部と対向する沿面距離の長さよりも、長い。これにより、ブッシングの外周面に沿った沿面距離を長くして、装着部とブッシングとの隙間から電解液が蓋部材の表面側へ浸み出るのを抑制しつつ、蓋部材の割れを抑制することができる。
本鉛蓄電池では、前記複数の突起のうち最も下方の突起は、前記下方端面に配置されている。これによると、被覆部の割れの起点になりやすい部分までの距離を長くすることができ、ブッシングの腐食にともなう膨張をより遅らせることができる。
本鉛蓄電池では、前記ブッシングの前記下方端面は、平面である。平面を設けておけば、ブッシングをインサートした金型に樹脂を流して蓋部材を一体成形する時に、ブッシングの軸孔側に樹脂が周り込み難くなる。そのため、被覆部の先端にバリが発生することを抑制できる。
尚、本明細書中、「面取り形状」とは、対象となるコーナ部を、曲面や斜面として「角が無い形状」にすることを意味する。一方、「非面取り形状」とは、対象となるコーナ部が、「角を有する角形状、又は角形状と実質的に等しい形状」であることを意味する。角形状と実質的に等しい形状とは、例えばコーナ部を斜面や円弧面にして角を無くした場合でも、斜面の一辺の長さや半径が「0.1mm以下」など十分に小さい場合等である。
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図9によって説明する。
1.鉛蓄電池の構造
鉛蓄電池10は、図1、図2に示すように電槽20と、発電要素である極板群30と、蓋部材50と、端子部60N、60Pとを備える。尚、以下の説明において、電槽20の横幅方向(端子部60N、60Pの並び方向)をX方向とし、高さ方向をY方向、電槽20の奥行方向をZ方向とする。
電槽20は合成樹脂製であって、4枚の外壁21と底壁22を有し、上面が開放した箱型をなす。電槽20の内部は、隔壁(図略)により複数のセル室23に仕切られている。各セル室23は電槽20の横幅方向(図1のX方向)に並んで設けられており、各セル室23には、希硫酸からなる電解液Uと共に極板群30が収容されている。
極板群30は、正極板30Pと、負極板30Nと、両極板30P、30Nを仕切るセパレータ30Cとから構成されている。各極板30P、30Nは、格子体に活物質が充填されて構成されており、上部には耳部31P、31Nが設けられている。耳部31P、31Nは、ストラップ32を介して、同じ極性の極板30P、30Nを各セル室23内にて連結するために設けられている。
蓋部材50は合成樹脂製であって、図1に示すように、電槽20の上面を封口する基部51と、基部51のX方向両側に一体成形された一対の装着部55と、基部51の外周縁に沿って形成された外周壁53とを備える。外周壁53は、基部51の外周縁から下向きに延びており、電槽20を構成する外壁21の上端部を囲う構造となっている。蓋部材50は、電槽20への組み付け後、電槽20に対して熱溶着等により、全周を溶着される。
蓋部材50のX方向両側には、図1に示すように、正極側の端子部60Pと、負極側の端子部60Nが設けられている
図2に示すように、負極側の端子部60Nは、ブッシング70Nと、極柱90Nとを含む。ブッシング70Nは鉛合金等の金属製であり、中心部に極柱90Nが貫通する軸孔を有する中空の円筒状をなす。ブッシング70Nは、図3、図7に示すように、端子接続部73と本体部75とを含む。端子接続部73と本体部75は上下に形成されており、両部73、75の境には鍔部74が形成されている。本体部75の外周面76には、環状をなす環状突起77A〜77Dが形成されている。環状突起77A〜77Dは、ブッシング70Nの軸方向(Y方向)に等間隔で、複数段(この例では、4段)設けられている。環状突起77A〜77Dは、ブッシング70Nの周方向の全周に形成されている。環状突起77A〜77Dのうち、最下方に位置する環状突起77Dは、ブッシング70の下方端面78に配置されており、図7や図8に示すように、環状突起77Dの下面が下方端面78と一致している。また、鍔部74は、ブッシング70Nの外周面76から外向きに張り出しており、円環状をしている。
ブッシング70Nは、図2に示すように、蓋部材50の基部51をY方向に貫通しており、端子接続部73が蓋部材50の基部上面から突出して露出する。端子接続部73には、ハーネス端子などの外部の接続端子(図略)が組み付けされる。また、本体部75は、蓋部材50の基部51に形成された装着部55の内側に位置している。
装着部55は、図2に示すように、基部51の裏面から電槽内側、すなわち下方に延びている。装着部55は筒型であり、蓋部材50の基部51を上下に貫通している。蓋部材50は、ブッシング70Nをインサートした金型に樹脂を流して一体成形することにより製造されることから、樹脂がブッシング70Nの外周面を覆いつつ各段の環状突起77の間に隙間なく埋まるため、装着部55の内周面は、環状突起77と凹凸嵌合する。
また、装着部55の下端には、被覆部57が全周に亘って形成されている。被覆部57は、図4に示すように、最下方に位置する環状突起77Dの下面外側コーナ部83の外面を覆いつつ、更に下方端面78を覆っている。被覆部57の先端57Aは、内周面(軸孔)71の孔縁に達している。被覆部57は、装着部55と環状突起77の隙間に電解液Uが侵入するのを抑制する。
極柱90Nは鉛合金等の金属製であり、概ね円柱形状をしている。極柱90Nはブッシング70Nの筒内に位置している。極柱90Nのうち、上端部91はブッシング70Nの端子接続部73と溶接により接合され、基端部93は極板群30のストラップ32Nに接合されている。尚、極柱90Nの外周面と、ブッシング70Nの内周面71には、上方に向かって細くなるテーパが付いており、ブッシング70の内周面71に対する極柱の挿入性を向上させている。
正極側の端子部60Pは、負極側の端子部60Nと同様に、ブッシング70Pと、極柱90Pとを含む。正極側の端子部60Pの基本的な構造は、負極側の端子部60Nと同一であるため、説明は省略する。
2.蓋部材50の割れ対策
ブッシング70(70P、70Nの総称)と極柱90(90P、90Nの総称)との間には隙間があるため、電槽20内の電解液Uが、その隙間を這い上がり、ブッシング70の内面や極柱90の外面に付着する。また、ブッシング70の下方端面78と装着部55に形成された被覆部57との間にも電解液が侵入し、ブッシング70の下方端面78にも、電解液が付着する。
ブッシング70や極柱90は電解液Uによる腐食により膨張することが知られており、仮に、図5に示すように、最下方の環状突起77Dの下面外側コーナ部83を非面取り形状とすると、膨張したブッシング170は、装着部155を外方と下方に押し広げる。つまり、図5に示す矢印Fで示すように、内側から斜め下方向に力が加わるため、限界を超えると、装着部155に対して、ブッシング170の下端部分から斜めにひびK1が入る。尚、図5、図6は、装着部155のひび割れを説明するため、最下方の環状突起77Dの下面外側コーナ部83を非面取り形状とした比較例を示す図である。
装着部155に入ったひびK1は、ブッシング170の膨張により外側に進行するため、ひびK1の先端が装着部155の外面に達すると、そこから電解液Uの侵入がおきる。そして、ブッシング170と装着部155との隙間に電解液Uが入りやすくなり、その結果、図6にて示すように、装着部155と環状突起77の隙間を電解液Uが這い上がり易くなる。そのため、ブッシング170の腐食が進んで、ブッシング170が基部51に近い位置においても膨張する。そして、ブッシング170の膨張により、端子部60(60P、60Nの総称)に無理な力が加わる結果、蓋部材50はひび割れを起こす。
そこで、鉛蓄電池10では、図7、図8の断面図に示すように、ブッシング70のうち、下方端面78と内周面71とで形成される下面内側コーナ部81は、面取りを行わない「非面取り形状」とした。下面内側コーナ部81を「非面取り形状」とすることで、ブッシング70と極柱90との隙間への電解液Uの侵入起点を狭くして、電解液Uを侵入しづらくすることができる。よって、ブッシング70及び極柱90の腐食にともなう膨張を遅くすることが可能となり、蓋部材50のひび割れを抑制できる。また、振動での極柱90の揺れを抑制して、ブッシング70と極柱90との溶接部分における亀裂、破損等を防止することができる。
一方、ブッシング70のうち、最下方に位置する環状突起77Dの外周面79と下方端面78とで形成される下面外側コーナ部83は、下面内側コーナ部81とは異なり、「面取り形状」とした。具体的には、下面外側コーナ部83を、円弧面による曲面形状としており、両面78、79を半径が「2mm」の円弧面により接続している。
下面外側コーナ部83を「面取り形状」にすれば、腐食にともなう下面外側コーナ部83の膨張により被覆部57にかかる応力を、分散させることが可能で、被覆部57に対して局所的(例えば、コーナ部の角)に応力が集中するのを抑制することができる。そして、装着部55に対してひびK1が入ることを抑制できることから、仮に装着部55が割れて、ひびが装着部55の外面に達することや、端子部60の周辺部にひび割れが発生することを抑制できる。
しかも、下面外側コーナ部83は、曲面(具体的には、円弧面)であるため、下面外側コーナ部83を覆う被覆部57にかかる応力を、より均等に分散させることが可能であり、局所的に応力が集中するのをより一層抑制することができる。
加えて、最下方の環状突起77Dを、ブッシング70Nの下方端面78に配置している。そのため、下方端面78に環状突起77がない場合に比べて、被覆部57の先端57Aから被覆部57の割れの起点になりやすい部分までの距離が長くなる。そのため、被覆部57の先端57Aから侵入する電解液Uが割れの起点に対応する下面外側コーナ部83に到達するのを遅らせることが可能となり、腐食にともなう、下面外側コーナ部83の膨張を遅らせることが可能となる。そのため、装着部155に対してひびK1が入ることを、一層抑制できる
また、下面外側コーナ部83を「面取り形状」にすることで、図4に示すように、下面外側コーナ部83から装着部55の外面までの距離L1が、図5中の距離L2に比べて長くなり、装着部55のうち、ひびK1が入る部分の厚さが増す。そのため、被覆部57が割れ難くなる。
また、ブッシング70Nのうち、最下方に位置する環状突起77Dの下面外側コーナ部83を除くそれ以外のコーナ部、例えば、環状突起77Dの上面外側コーナ部84、端子接続部73の上面コーナ部85や、鍔部74のコーナ部87、環状突起77A〜77Cのコーナ部89はいずれも、面取りを行わない非面取り形状となっている。
尚、ブッシング70には、正極用のブッシング70Pと負極用のブッシング70Nがある。本鉛蓄電池1では、両極のブッシング70P、70Nとも、下面内側コーナ部81は「非面取り形状」としている。一方、下面外側コーナ部83は、負極用のブッシング70Nだけ「面取り形状」とし、正極用のブッシング70Pは、「非面取り形状」としている。
また、ブッシング70の下方端面78は平面である。具体的には、内周面(軸孔)71の縁部にあたる、図8に示す点(a)から点(b)までの間が平面となっている。
このようにすることで、被覆部57の先端部57Aにバリが発生することを抑制できる。具体的に説明すると、図9は、蓋部材50を成形する成形型の一部を示したものであり、成形型100は、装着部55を成形する成形面111を有する金型110と、成形時、ブッシング70の内周面(軸孔)71に挿入される中子ピン120を備えている。
ブッシング70の下方端面78が平面だと、成形型100に樹脂を充填して蓋部材50を射出成形する時に、成形型100に充填された樹脂が、図9に示す破線矢印の経路で、内周面(軸孔)71と中子ピン120の隙間に周り込み難くなる。そのため、被覆部57の先端部57Aにバリが発生することを抑制できる。
2.効果説明
鉛蓄電池10によれば、下面外側コーナ部83の形状変更により、蓋部材50のひび割れを抑制するため、新たに追加される部品がなく、部品増にならない。
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図10、図11によって説明する。
実施形態1では、負極側のブッシング70Nの、下面内側コーナ部81を「非面取り形状」とし、下面外側コーナ部83を、「円弧面による面取り形状」とした。実施形態2では、図10、図11に示すように、負極側のブッシング270Nの、下面内側コーナ部81を「非面取り形状」とし、下面外側コーナ部83を、「斜面による面取り形状」とする。具体的には、下面外側コーナ部83を、一辺の長さLcが「2mm」で45°の斜面形状としている。
下面外側コーナ部83を、「斜面による面取り形状」とした場合も、実施形態1と同様に、下面外側コーナ部83の腐食にともなう膨張により、下面外側コーナ部83を覆う被覆部57にかかる応力を分散させて、局所的に応力が集中するのを抑制することができる。そして、装着部55に対してひびK1が入ることを抑制できることから、仮に装着部55が割れ落ちて、ひびが装着部55の外面に達することや、端子部60の周辺部にひび割れが発生することを抑制できる。
<実施形態3>
次に、本発明の実施形態3を図12によって説明する。
実施形態1では、最下方の環状突起77Dの下面外側コーナ部83を、半径が「2mm」の円弧面により、面取りした例を示した。実施形態3では、最下方の環状突起77Dの下面外側コーナ部83を、半径が「1mm」の円弧面により、面取りしている。
実施形態3のように、下面外側コーナ部83を、半径「1mm」の円弧面で面取りした場合も、実施形態1と同様、下面外側コーナ部83の腐食にともなう膨張により、下面外側コーナ部83を覆う被覆部57にかかる応力を分散させて局所的に応力が集中するのを抑制することができる。尚、面取りの深さ(円弧の半径)は、少なくとも、R=0.5mm以上であることが好ましい。
また、装着部55と対向するコーナ部の沿面距離は、面取りが深くなるにつれ短くなり、面取りしないと長くなる。
実施形態3のブッシング370Nは、実施形態1と同様、外周面76に環状突起77A〜77Dを設けており、最下方に位置する環状突起77Dを除く、それ以外の環状突起77A〜77Cは、コーナ部89を面取りしていない。そのため、環状突起77A〜77Cと、環状突起77Dとの間で、装着部55と対向するコーナ部の沿面距離を比較すると、面取りをしていない環状突起77A〜77Cの方が、沿面距離が長くなる。
例えば、環状突起77Dの下面外側コーナ部83の沿面距離は、図12中の「Lce」である。一方、コーナ部の大きさを同じ条件(Lcd=Lfg、Lde=Lgh)とすれば、環状突起77Cの下面側のコーナ部89の沿面距離は、図12中の「Lfg」+「Lgh」であることから、環状突起77Cのコーナ部89の方が、沿面距離が長い。
沿面距離を長くすることにより、装着部55とブッシング370Nとの隙間から、電解液Uが蓋部材50の表面側へ浸み出ることを抑制する効果が高まるので、蓋部材50の割れを抑制することができる。
尚、「Lcd」は図12中の点(c)から点(d)までの長さ、「Lde」は図12中の点(d)から点(e)までの長さ、「Lce」は図12中の点(c)から点(e)までの長さである。また、「Lfg」は、図12中の点(f)から点(g)までの長さ、「Lgh」は、図12中の点(g)から点(h)までの長さである。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施形態1では、正極用のブッシング70Pの下面外側コーナ部83は、「非面取り形状」としたが、正極用のブッシング70Pも、負極用のブッシング70Nと同様に、下面外側コーナ部83を「面取り形状」としてもよい。すなわち、両極のブッシング70P、70Nともに、下面内側コーナ部81は、「非面取り形状」とし、下面外側コーナ部83は、「面取り形状」としてもよい。尚、「面取り形状」は、角が無い形状であればよく、実施形態1に示す曲面(円弧面)による面取り形状、実施形態2に示す斜面による面取り形状のどちらであってもよい。
(2)実施形態1では、環状突起77Dの上面外側コーナ部84を、「非面取り形状」とした例を示したが、下面外側コーナ部83が面取りされていればよく、例えば、図13に示すブッシング470Nのように、下面外側コーナ部83に加えて、環状突起77Dの上面外側コーナ部84を、更に面取りするようにしてもよい。
(3)実施形態1では、ブッシング70Nの外周面に、複数の環状突起77A〜77Dを形成した例を示したが、図14に示すブッシング570Nのように、環状突起77A〜77Dを廃止してもよい。そして、図14に示すブッシング570Nでは、ブッシングの内周面71と下方端面78とで形成される下面内側コーナ部81を「非面取り形状」とし、ブッシング70の外周面76と下方端面78とで形成される下面外側コーナ部83を「面取り形状」としている。そのため、実施形態1と同様に、下面外側コーナ部83の腐食にともなう膨張により、下面外側コーナ部83を覆う被覆部57にかかる応力を分散させて局所的に応力が集中するのを抑制することができる。
(4)実施形態1では、下面外側コーナ部83を、曲面形状にした例を示した。具体的には円弧面にした例を示したが、それ以外に長円面等であってもよい。
10...鉛蓄電池
20...電槽
30...極板群(本発明の「発電要素」の一例)
50...蓋部材
51...基部
55...装着部
57...被覆部
60P、60N...端子部
70P、70N...ブッシング
81...下面内側コーナ部(本発明の「内側コーナ部」の一例)
83...下面外側コーナ部(本発明の「外側コーナ部」の一例)
77...環状突起(本発明の「突起」の一例)
78...下方端面
80...極柱

Claims (4)

  1. 発電要素と、
    前記発電要素を収容する電槽と、
    前記電槽を封口する基部及び前記基部から前記電槽内に向かって延在する装着部を有する蓋部材と、
    前記装着部に設けられた筒型のブッシングと、
    前記発電要素に接続され、前記ブッシングの筒内に挿入された極柱とを含み、
    前記装着部は、前記ブッシングの前記電槽内を向いた下方端面と外周面とで形成される外側コーナ部を覆う被覆部を有し、
    前記ブッシングの外側コーナ部は、前記ブッシングの前記下方端面と内周面とで形成された内側コーナ部と異なり、面取り形状であり
    前記ブッシングの外側コーナ部は、前記下方端面と前記外周面とを接続する曲面を有し、
    前記曲面は、半径が0.5mm以上の円弧面である、鉛蓄電池。
  2. 請求項1に記載の鉛蓄電池であって、
    前記ブッシングは、前記外周面から突出して環状に形成され、筒の延在方向に間隔をあけて配置された複数の突起を有しており、
    前記突起のコーナ部の前記装着部と対向する沿面距離の長さは、前記外側コーナ部の前記装着部と対向する沿面距離の長さよりも、長い鉛蓄電池。
  3. 請求項に記載の鉛蓄電池であって、
    前記複数の突起のうち最も下方の突起は、前記下方端面に配置されている鉛蓄電池。
  4. 請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の鉛蓄電池であって、
    前記ブッシングの前記下方端面は、平面である鉛蓄電池。
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