JPH0650630B2 - 蓄電池端子及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蓄電池等の電解液装置用の端子装置に関し、
特に、ガス及び／又は電解液の漏れを防止するために蓄
電池容器の壁の穴に圧縮嵌めされて蓄電池容器に取り付
けられる端子装置に関する。

（従来技術とその問題点） 蓄電池産業において繰り返し現われる問題は、蓄電池端
子が蓄電池容器から取り外される場合に蓄電池端子を密
封し得る事が出来る様にすることである。理想的には、
蓄電池端子は蓄電池の中に包含されている電解液及び／
又はガスの洩れ（その脱出は望ましくない）を防止する
ことが出来なければならない。

一つの一般的対策は、複数緯度リング付き合金鉛ブシュ
を鋳造し、次に該鉛ブシュの周囲にプラスチックの蓄電
池ケースを成形する方法である。この対策法の意図は、
そのプラスチックを該鉛周囲に収縮させて該鉛と該プラ
スチックとの間にシールを維持しようとすることであ
る。しかし、該プラスチックと該金属の熱望長係数が異
なるために、熱サイクルにより該プラスチックが該鉛に
対してクリープする。斯くして、しばしばシールが機能
しなくなり、プラスチックと鉛との境界での毛管浸出を
許すこととなる。

上記問題に対する他の対策法は、既成合金鉛ブシュを用
意し、その後該ブシュを該プラスチックの空洞部に圧延
成形又はスエージ成形する方法である。この方法によれ
ば、当初は緊密なシール面が該鉛と該プラスチックとの
間に得られる。しかし、この場合にも、時間の経過に従
って熱サイクルにより金属とプラスチックとの相対する
シール面が互いにクリープし、結局該境界部で毛管浸出
を許す結果と成る。

その上、上記の構成は該シールの両端間の圧力差が非常
に小さい所で働くことを前提としている。該シールの両
端間に、それより相当高い圧力を作用させる蓄電池シス
テムがある。例えば、コロライド州デンバー市のゲーツ
・エネルギー・プロダクツ社の製造する密封式鉛−酸・
空乏電解液再結合システム(sealed lead-acid,starved
electrolyte recombinant systems)は、部分真空から1.
3気圧以上に及ぶ圧力差範囲に亙って作動する。この場
合、毛管浸出による故障無しに長期間に亙って蓄電池を
使用し得る様にするために、端子境界で鉛とプラスチッ
クとの間にもっと遥かに効果的なシールが必要である。
この用途に関しては従来の方法を用いる蓄電池端子はか
ろうじて許容出来るに過ぎず、これらの割合に高い作動
圧力に耐え且つこの種の蓄電池の稼動寿命を伸ばすのに
もっと適した種類の蓄電池端子が求められている。勿
論、斯かる高作動圧力に十分に耐え且つこの種の蓄電池
の寿命を伸ばすことの出来る新型の蓄電池端子を開発し
なければならないとすれば、その端子は、低作動圧力を
必要とする蓄電池用途において卓越した性能を持ってい
ることを示さなければならない。

（発明の概要） 本発明はこの必要を満たし、当該技術分野における従来
技術の欠点を克服する。本発明の一つの目的は、端子シ
ールの両端間にかかる部分真空から数気圧に及ぶ圧力差
に対処することの出来る蓄電池端子を作ることである。
本発明の他の目的は、熱サイクルを繰り返し経た後にも
毛管浸出をよく防止することの出来る蓄電池端子を作る
ことである。本発明の更に他の目的は、余り複雑な製造
設備や、余り多額の投資を必要としない割合に単純な製
造方法で斯かる蓄電池端子を製造する方法を提供するこ
とである。

金属は、例えば押し出し、引き抜き、圧延、スエージ加
工等の色々な加工方法で塑性変形させる事が出来る。塑
性変形させられた金属はより強力となり、塑性変形率は
普通はコールドワーク(cold work)と呼ばれる。コール
ドワークは、金属の処理を通じてもたらされる塑性歪み
の量である。冷間加工時の塑性変形から生じる硬さの増
大は、歪み硬化と呼ばれる。斯かる硬さの増大に伴っ
て、金属の引っ張り強さ及び／又は降伏強さも共に増大
する。スエージング加工として知られている加工におい
て、金属は工具の輪郭に合わせて強制変形させられる。
本発明では、スエージング加工においてほぼ柱状のテー
パ付ポンチを使用し、該ポンチの外径より小さい内径を
有する二つの環状ブシュの中央を通して下方に駆動して
該金属を半径方向に拡張させることにより硬化を行な
う。

基本的に、予期壁においてシールを行なう本発明の蓄電
池端子は容器の壁の穴の内側に取り付けられる第１の外
側ブシュと、該第１ブシュの内側に取り付けられる第２
の内側ブシュとから成る。次に該第１ブシュ、第２ブシ
ュ及び壁の穴は全てスエージ加工により互いに圧着され
る。これは、適当な形状のポンチとダイスとの組み合わ
せにより為される。

（実施例） 初めに第１図を参照すると、この図は本発明の蓄電池端
子の好適な一実施例１０を示している。第１の外側のブ
シュ１４は、ポリマーから成る壁１６の穴のシール面と
密封着して示されている。壁１６をポリマーとして示し
たけれども、電解液に対して耐性を有する材料であれば
何でも良く、製造者はこれを当該電解液装置用の容器の
製造工程に適合させる事が出来る。第２の内側ブシュ１
２は、第１の外側ブシュの内面に密封着している。内側
の第２ブシュ１２の環状穴に蓄電池ポスト手段２０が挿
入されており、この図では該手段はディスクの中心から
立ち上がるポストとして示されており、該ディスクは蓄
電池の内容物と電気的に接触する。２２は、蓄電池端子
装置の実質的部分を覆う蓄電池端子キャップ手段であ
る。

ここで第２図を参照すると、この図はシールを行なうべ
き蓄電池端子の構成要素を嵌合させる一つの好適な方法
を詳しく示している。第１の外側ブシュ１４はカラーと
外側フランジとを有するほぼＴ状のブシュとして製造さ
れる。第１の外側ブシュは好ましくは鉛であり、最も好
ましくは鉛の合金である。第１外側ブシュ１４のカラー
の外形は、ポリマー壁の穴１６の内径より僅かに小さい
だけである。ポリマー製容器壁の穴１６は、ポリマー製
ブシュを形成する半径方向に拡大した部分を有し、該ブ
シュ自体は直立リップ部２５、下向きリップ部２７及び
中間環状部分２９から成っている。中間環状部分２９は
垂直面２６、及び二つの相対する下側水平面２４及び上
側水平面２８を有する。好ましくは、中間環状部分２９
の三つの面のうちの少なくとも一つはその周囲に条又は
隆起を有し、そして最も好ましくは中間環状部分の三つ
の面の各々に斯かる隆起３０が一本ずつ設けられる。こ
の点に関しては、電解液装置端子の密封に使用するこれ
ら隆起と類似した構造を説明し図解している米国特許第
3,704,173号(McClelland外に与えられた）の開示内容を
参照されたい。第１外側ブシュ１４を壁穴１６に挿入し
た後、第２内側ブシュの外径が第１外側ブシュの内径と
接触する様に第２内側ブシュ１２を底から挿入する第２
内側ブシュはその断面がほぼＴ状であり、第１外側ブシ
ュ１４のそれと同様のカラー３２及びフランジ３４を有
するが、第１図を再び参照すれば分かる様に、第２内側
ブシュ１２のカラー及びフランジは、第１外側ブシュ１
４及び壁穴１６のポリマー製ブシュの周囲のシール面を
有効にするために、幾分異なる寸法に形成されている。
第２内側ブシュ１２は好ましくは純粋な鉛であるが、蓄
電池に課される要件により必要とされる場合には鉛の合
金であっても良い。

第１外側ブシュ１４及び第２内側ブシュ１２を容器壁１
６の穴に形成されたポリマーブシュ内に予め組み立てた
サブアセンブリーを形成した後、次の工程はスエージン
グ加工である。スエージング加工は当該技術分野の専門
家には周知されているが、この場合には、柱状のテーパ
付ポンチを第２内側ブシュ１２の環状穴に挿入するだけ
で良いので、その工程は極めて単純である。該テーパが
第２内側ブシュ１２の内部に入ってゆくにしたがって、
ポンチと該ブシュとが接触し、第１ブシュ１４と第２ブ
シュ１２との材料をポリマー製ブシュ及びポリマー壁１
６の穴に対して半径方向外方に次第に圧迫してゆく。鉛
及び鉛の大抵の合金は柔らかくて延性のある材料である
から、第１外側ブシュ１４は直にポリマーブシュの輪郭
に従い、第２内側ブシュ１２も第１外側ブシュ１４とポ
リマーブシュ１６の残りの輪郭との両方に従う。最後
に、第３図に示したブシュシール・サブアセンブリー３
６と成る。第３図において、第１外側ブシュ１４はスエ
ージ加工済みとなっていて、直立リップ部及び中間環状
部分２９、並びに中間環状部分２９の垂直面２６及び上
側水平面２８上の付属隆起に完全に従う形状と成ってい
る。（第１外側ブシュ１４と中間環状部分２９の上側水
平面２８とは、スエージ加工中該蓄電池組立体の外側部
分を締め付ける環状ダイスによって密封着させられる。
第２内側ブシュはスエージ加工により第１外側ブシュの
内径及び中間環状部分２９の下側水平面２４並びにこれ
に付随する隆起３０と密封着させられている。蓄電池壁
内でのブシュと端子とのねじり回転に抗するために、端
子のフランジが着座するポリマーブシュ又は壁に対応的
に成形された少なくとも一つのポケットに着坐する少な
くとも一つの突起を、該ブシュのうちの少なくとも一つ
のフランジに取り付けることが望ましいことは、当該技
術分野の専門家には理解されるであろう。

ここで第６図を参照すると、本発明の蓄電池端子の第２
の好適な実施例が示されている。第１外側ブシュ４４
は、ポリマー壁４６の穴のシール面と密封着して図示さ
れている。第２内側ブシュ４２は、第１外側ブシュに隣
接し、同様に密封着している。内側第２ブシュ４２の環
状穴に蓄電池ポスト手段５０が挿入されており、この図
では該手段もディスクの中央から立ち上がるポストとし
て示されており、該ディスクは蓄電池または電池の内容
物と電気的に接触している。５２は蓄電池端子の実質的
部分を覆う蓄電池キャップ手段である。

第７図は該蓄電池端子の第２の好適な実施例の構成要素
を互いに嵌合する好適な方法を詳細に示す。第１外側ブ
シュ４４はカラーと外側フランジとを有し、ほぼＴ状に
形成されている。第１外側ブシュ４４のカラーの外径は
ポリマー容器壁の穴４６の内径より僅かに小さいだけで
ある。ポリマー容器壁４６は、ポリマーブシュを形成す
る半径方向に拡大した部分を持っており、それ自体は直
立リップ部５４、下向きリップ部５６及び中間環状部分
５８から成っている。中間環状部分５８は垂直面６２
と、二つの相対する下側水平面６０及び上側水平面６４
とを有する。好ましくは、中間環状部分５８の三つの面
のうちの少なくとも１つはその周囲に隆起条を有し、そ
して最も好ましくは斯かる隆起（３０で示す）を中間環
状部分の三つの面の各々に一つずつ設けると良い。第１
外側ブシュ４４を壁穴４６に挿入した後、第２内側ブシ
ュの外径が第１外側ブシュの内径と接触する様にして第
２内側ブシュ４２を底から挿入する。第２内側ブシュは
二重フランジ付きである。即ち、該ブシュは第１外側フ
ランジ５０と、該第１フランジの別の周辺部に取り付け
られ且つ第１カラー４８とほぼ反対に向けられた第２カ
ラー５１と、第２カラー５１に取り付けられた第２フラ
ンジ５２とを有する。この実施例でも、第２内側ブシュ
４２は好ましくは純粋な鉛であるが、蓄電池に課される
特別の要件がそれを必要とする場合には、鉛の合金であ
っても良い。

先の例と同じく、第１外側ブシュ４４と第２内側ブシュ
４２とを容器壁の穴４６に形成されたポリマーブシュに
組み込んだサブアセンブリーを形成した後、次の工程は
スエージング加工である。ポンチとダイスとで該サブア
センブリーを圧迫して第１ブシュ４４と第２ブシュ４２
との材料をポリマー壁の壁穴４６のポリマーブシュの輪
郭に向けて半径方向外方に次第に圧迫してゆく。第６図
を参照すれば分かる様に、第２外側ブシュ４４は、中間
環状部分５８の上側水平面６０並びにこれに付随する隆
起に完全に一致する様にスエージングされている。第２
内側ブシュは、該スエージング加工によって、第１外側
ブシュの内径、中間環状部分５８の垂直面６２及び下側
水平面６４並びにこれに付随する隆起と密封着させられ
ている。

本発明の最も好適な実施例のいずれにおいても、流体
（液体及び気体を意味する）は第１、３及び６図の断面
に示した様に複数の面及び隆起を横切って毛管浸出を起
こすはずである。互いに接しているポリマー材料及び金
属材料の交互に現われる膨張及び収縮がスエージング加
工により為された加工硬化によって生じた応力によって
克服されるので、この密封境界部は反復される熱サイク
ルを通じて維持される。より詳しく述べると、本発明の
最も好適な実施例では第１外側ブシュは鉛の合金であ
り、第２内側ブシュは純粋な鉛であるので、第１及び第
２ブシュが被る加工硬化は程度が異なる。私たちは、内
側ブシュが鉛で外側ブシュが鉛合金である場合には、内
側ブシュは相当な加工硬化を被り、一方、外側ブシュが
被る加工硬化は割合に少なくてその柔軟で弾力性のある
特性を殆どそのまま保つので、外側ブシュはポリマーの
小さな運動変化にも容易に従うということを発見した。
合金としては、１−１０重量％の範囲、最も好ましくは
２−５重量％の濃度の合金金属を含むアンチモン又はア
ンチモン−錫の合金が特に好適である。

更に、金属を冷間加工したスエージング加工は、三つの
面を横切る２次元の応力でポリマーのシール面に予荷重
を掛けさせていることに注意するべきである。詳しく述
べると、ポリマーのシール面には、第３図に矢３７及び
３９で示した軸方向及び横方向の両方の応力で予荷重が
加えられている（この観察は、本発明の好適な実施例の
いずれにも当てはまる。）本発明の最も好適な実施例に
おいて、この予荷重応力は中間環状部分（第２図の２
９、第７図の５８）の垂直面及び相対する上側水平面及
び下側水平面並びにこれに付随する隆起に分布してい
る。この２次元、３面予荷重応力境界は、流体の毛管浸
出に対する非常に良好な障壁と成る。

第８、９図は、密封距離、即ち流体が毛管浸出をするた
めに横切らなければ成らない距離を増大させることの出
来る別の手段６６及び６８を示す。考えられる所では、
６６及び６８で示した種類の溝又は隆起は、第８図の垂
直面６６だけ、または第９図の水平面６８だけではなく
て、水平面及び垂直面に同時に設けることも出来る。

その後、本発明の蓄電池端子の組み立て時に、ポスト手
段（第１図の２０、第６図の５０）が第２内側ブシュの
内径に挿入され、蓄電池端子キャップ手段（第１図の２
２、第６図の５２）が該ポスト手段と鉛内側ブシュ及び
鉛合金外側ブシュとに取り付けられる。端子キャップ手
段は、蓄電池の端子を電気回路に接続するために使用さ
れる色々な締着手段の応力を受けなければ成らないの
で、鉛合金であるのが最も好ましい。端子キャップ手段
２２は、当該技術分野の専門家に周知されている方法に
従って鋳着又は焼き付けすることが出来る。例えば、端
子キャップ手段を十分に高い温度で端子ポスト手段に鋳
着して該鋳造溶融材料の少なくとも部分的に溶融してい
る部分を、蓄電池ポスト、第２内側ブシュ、及び第１外
側ブシュの間に残っている透き間に貫入させてこれを密
封させる事が出来る。

本発明の改良された蓄電池端子及び方法及びその利点は
以上の記述から理解されるであろうと思われ、また、本
発明の精神及び範囲から逸脱せずに且つその重要な利点
を犠牲にすることなく、その部品の形態、構成及び配置
を様々に変更し得ることは当該技術分野の専門家には明
らかであろう。第３図、第４図、第５図、第８図、及び
第９図に示した様に、色々な実施例が可能であることが
理解されるべきである。例えば、図には示してないが、
図示したポストの代わりにＳＡＥ型端子設計を容易に利
用する事が出来る。ここに記載した形は単に好適な実施
例に過ぎず、本書の記述は唯一の実施例と解釈されるべ
きではない。この記述は主として電解液装置の鉛端子の
構成への本発明の適用を論じているが、これは該技術の
主な用途の一つに過ぎず、例えば他の種類の容器におけ
る流体型シールを生じさせる端子等の、他の産物への適
用も排除するものではない。更に、本明細書は、この発
明の名称に反映されている通りの改良された蓄電池端子
を製造する方法についての所要の開示を為すべく作成さ
れている。従って、特許請求の範囲の欄の記載は、無理
の無い限りにおいて成るべく広く解釈されるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の蓄電池端子の一つの好適な実施例の
断面図であり、内側ブシュ、外側ブシュ、該ブシュが取
り付けられているポリマー壁穴、蓄電池ポスト及び蓄電
池端子キャップを示す。 第２図は、該内側ブシュ、外側ブシュ、及びそれらが嵌
合されるポリマー壁穴の好適な組み立て方向を示す概略
断面図である。 第３図、第４図、及び第５図は、本発明の第１の好適な
実施例の三つの僅かに相異なる別形を示す図であり、同
図において内側ブシュ、外側ブシュ及びポリマー壁穴は
スエージング加工により互いに密封着させられている。 第６図は本発明の蓄電池端子の第２の好適な実施例の断
面図であり、内側ブシュ、外側ブシュ、該ブシュが取り
付けられているポリマー壁穴、蓄電池ポスト及び蓄電池
端子キャップを示す図である。 第７図は、内側ブシュ、外側ブシュ、及びそれらが嵌合
するポリマー壁穴の好適な組み立て方向を示す図であ
る。 第８図及び第９図は、本発明の第２の好適な実施例の二
つの僅かに相異なる別形を示す図であり、同図において
内側ブシュ、外側ブシュ及びポリマー壁穴はスエージン
グ加工により互いに密封着させられている。 １２……内側ブシュ、１４……外側ブシュ、１６……
壁、２０……蓄電池ポスト手段、２２……蓄電池キャッ
プ手段、２５……直立リップ部、２７……下向きリップ
部、２９……中間環状部分、３０……隆起、３２……カ
ラー、３４……フランジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラリー エル ダブリュー チン ジュニ ア アメリカ合衆国 コロラド州 80122 リ トルトン サウス ワシントン ウェイ 7251 (72)発明者 ニール ピュースター アメリカ合衆国 コロラド州 80015 オ ーロラ サウス イーデリア ストリート 4721

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器の壁の穴を通して配置された端子と前
   記壁との間の流体の漏れを密封する組立体であって前記
   組立体は： 前記穴の中に取り付けられた、カラー及びフランジを有
   する第１ブシュと；前記第１ブシュの中に取り付けられ
   た、カラー及びフランジを有する第２のブシュとから成
   り、前記第１ブシュ及び第２ブシュは拡張により塑性変
   形させられて互いに密封着されており、前記端子は前記
   第２ブシュを通して挿入可能であることを特徴とする組
   立体。
2. 【請求項２】前記穴はほぼ環状の部分と二つの相対する
   面とを画定しており、前記第１ブシュの前記フランジは
   前記面のうちの一方の面に接触し、前記第２ブシュの前
   記フランジは前記面のうちの他方の面に接触することを
   特徴とする請求項(1)記載の組立体。
3. 【請求項３】前記第２ブシュは、前記第２ブシュのフラ
   ンジの別の周辺部に取り付けられ前記第２ブシュのカラ
   ーとは略反対の方向を向く第２のカラーと、該第２カラ
   ーに取り付けられた第２のフランジとを更に有すること
   を特徴とする請求項(1)記載の組立体。
4. 【請求項４】前記第１ブシュは鉛の合金から成り、前記
   第２ブシュは純粋の鉛から成ることにより、前記第１ブ
   シュは前記拡張による加工硬化を前記第２ブシュより少
   なく受けることを特徴とする請求項(1)記載の組立体。
5. 【請求項５】ａ．弾力性の有る、電解液に対して耐性を
   有し且つ穴を有する壁からなる容器と； ｂ．前記壁穴の中に取り付けられた第１のほぼ環状の外
   側ブシュと； ｃ．前記第１ブシュの中に取り付けられたほぼ環状の二
   重フランジ付きの第２内側ブシュと、前記第１ブシュ及
   び前記第２ブシュは互いに密封着させられていること
   と、前記壁、該第１ブシュ及び第２ブシュは相異なる程
   度に加工硬化されていることと； ｄ．前記第２ブシュに挿通された端子ポストとから成る
   ことを特徴とする電解液装置。
6. 【請求項６】該端子ポストは、該電解液装置の内容物と
   電気的に接触しているディスクに取り付けられたベース
   を有し、該ポスト及び該ディスクは鉛から成ることを特
   徴とする請求項(5)記載の装置。
7. 【請求項７】ａ．弾力性の有る、電解液に対して耐性を
   有する材料の壁から成る容器と、前記壁はシール面を画
   定する穴と、前記シール面上の少なくとも一つの隆起と
   を有することと； ｂ．前記壁穴の中に取り付けられた第１の外側のほぼ環
   状のブシュと； ｃ．前記第１ブシュの中に取り付けられた第２の内側の
   ほぼ環状のブシュと、前記第１ブシュ及び前記第２ブシ
   ュは相互に且つ前記壁の内面に密封着させられているこ
   とと； ｄ．前記第２ブシュに挿通された端子ポストと、前記端
   子は前記電解液装置の内容物と電気的に接触しているこ
   とと、から成ることを特徴とする電解液装置。
8. 【請求項８】ａ．弾力性の有る、電解液に対して耐性を
   有する材料の壁から成る容器と、前記壁は、少なくとも
   一つの隆起をそのうえに有する非導電性ポリマーブシュ
   を画定する拡大部に囲まれて、穴を有することと； ｂ．前記ポリマーブシュの中に取り付けられたカラーと
   外側フランジとを有する、第１のほぼ環状の外側ブシュ
   と； ｃ．前記第１ブシュの中に取り付けられたカラーと外側
   フランジとを有する第２のほぼ環状の内側ブシュと、前
   記第１ブシュ及び前記第２ブシュは拡張されて相互に且
   つ前記ポリマーブシュに密封着された密封接触面に線形
   で軸方向の残留応力を与えて前記密封状態維持に寄与す
   ることと； ｄ．前記第２ブシュに挿通された端子ポストとから成る
   ことを特徴とする電解液装置。
9. 【請求項９】前記ポリマーブシュは更に： ａ．直立リップ部と； ｂ．下向きリップ部と； ｃ．垂直面と二つの相対する上側水平面及び下側水平面
   とを有することを特徴とする請求項(8)記載の装置。
10. 【請求項１０】該第１外側ブシュの該外側フランジには
    少なくとも一つの突起が取り付けられており、その少な
    くとも一つの突起は、該ブシュのねじり回転に抗するた
    めに、該ポリマーブシュに対応的に成形された少なくと
    も一つのポケットに着坐することを特徴とする請求項
    (8)記載の装置。
11. 【請求項１１】蓄電池ケース壁の穴を通して蓄電池端子
    結線をする方法であって： ａ．少なくとも一つの穴をその中に残しながら、電解液
    に対して耐性を有する適当な蓄電池ケース壁を製造し； ｂ．該ケース壁の該穴の中に第１外側環状ブシュを据え
    付け； ｃ．該第１ブシュの孔の中に第２内側環状ブシュを据え
    付け； ｄ．該第１ブシュ、第２ブシュ及び壁穴をスエージング
    によって密封着する工程から成ることを特徴とする方
    法。