JP2016219353A - 鉛蓄電池 - Google Patents
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Abstract
Description
接続金具装着部には、ハーネス端子等を接続するための金具が装着されるが、端子部に大電流が流れる自動車用や非常用の大型バックアップ電源用等の鉛蓄電池では、接触抵抗を小さくするために、接続金具に対して締め付けのための強力なトルクが加えられる。
この締め付けトルクによる回転力を受けてブッシングが回転変位を起こし、ブッシングと樹脂製の蓋体の間に隙間が発生すると、ブッシングを構成する鉛又は鉛合金が電解液である硫酸に対して非常に高い濡れ性を示すことから、電解液がその隙間を這い上がることによって漏液が生じることがある。
また、特許文献2〜4には、ブッシングのインサート部に設けた環状突起間の環状溝内にリブを設けて、回転を防止する鉛蓄電池の端子部が記載されている。
特許文献2:特開2009−259541号公報
特許文献3:特開2010−238552号公報
特許文献4:特開2013−20912号公報
(1)鉛又は鉛合金製のブッシングを樹脂製の蓋体にインサートした端子部を備える鉛蓄電池であって、前記ブッシングは、電槽の蓋体の樹脂材料にインサート成形されたインサート部と、電槽外に露出する接続金具装着部とを備え、前記インサート部には、回転防止リブを有する回転防止機構部を有し、前記回転防止機構部の上方には、回転吸収機構部を有する鉛蓄電池。
(2)前記回転吸収機構部は、前記接続金具装着部と前記回転防止機構部との間に位置する中間部であって、前記回転防止機構部の回転防止強度より弱いねじれ強度を有する前記(1)の鉛蓄電池。
(3)前記中間部が、電槽外に露出する部分である前記(2)の鉛蓄電池。
(4)前記中間部が、インサート部に位置することを特徴とする前記(2)の鉛蓄電池。
(5)前記中間部の上方のインサート部に、さらなる回転防止機構部を有する前記(4)の鉛蓄電池。
(6)前記中間部の側壁の厚みが、前記接続金具装着部の側壁の厚み、及びインサート部の側壁の厚みより薄い前記(2)〜(5)の鉛蓄電池。
(7)前記中間部が、純鉛又はPb−Sb系合金からなり、前記接続金具装着部及び前記回転防止機構部が、前記中間部よりSb濃度の高いPb−Sb系合金からなる前記(2)〜(6)の鉛蓄電池。
(8)前記接続金具装着部が、側壁の周囲に巻き付けた導電性シートを有し、前記回転吸収機構部が、前記導電性シートである前記(1)の鉛蓄電池。
(9)前記ブッシングが、前記接続金具装着部を備える部材と、前記インサート部を備える部材との2部材からなり、前記接続金具装着部を備える部材は、電槽外に露出する部分と前記蓋体に嵌合する部分を有し、前記インサート部を備える部材は、極柱を封口する封口面とその下方の回転防止機構部を有し、前記回転吸収機構部が、前記接続金具装着部を備える部材の下面と前記インサート部を備える部材の前記封口面とを当接した当接面である前記(1)の鉛蓄電池。
(10)前記ブッシングの接続金具装着部に6°の回転変位を与えたときに、前記ブッシングの下端の回転変位が0°である前記(1)〜(9)いずれかの鉛蓄電池。
(11)前記ブッシングが蓋体天面と面一になる鍔部を有し、前記鍔部の回転変位量が2.9°未満となる範囲で使用する前記(1)〜(9)いずれかの鉛蓄電池。
図11は実験に用いた端子部のブッシングを示す。このブッシングは、接続金具装着部とインサート部からなり、回転半径が12mmであり、インサート部には、5段の環状リブと、上3段の環状リブ間に設けた4本の回転防止リブと、回転防止リブ上の鍔部を有している。
このブッシングをインサート成形した蓋体を作製し、ブッシング天面に極柱を溶接することで試験サンプルとした。その後、接続金具装着部に0〜35N・mの回転トルクを加え、ブッシング鍔部における回転変位量を測定した。
レベル1:下から2段の環状リブまで
レベル2:下から3段の環状リブまで
レベル3:回転防止リブまで
レベル4:鍔部まで
レベル5:蓋体から露出する部分まで
また、回転変位量と液這い上がりレベルとの関係を表1及び図13に示す。回転変位量が2.9°以上では這い上がりレベルが5になり、実用に供し得ないことがわかった。
回転変位が生じると、端子部と蓋体の樹脂材料との間にずれが生じ、弾性体でない樹脂では、ずれによる形状変化を吸収することができないため、生じた隙間から液漏れが起こっていると推察される。
したがって、本発明者は、過剰なトルクが加わっても、端子部と蓋体の樹脂材料との間でずれが発生しなくなるような回転吸収部材を回転防止リブの上方に設けることにより、液漏れを防止する端子部とすることを着想し、本発明に至った。
この端子部では、接続金具が過剰な回転力で締め付けられても、回転吸収機構部がインサート部の回転防止リブに加わる回転力を物理的に吸収するため、インサート部と樹脂製の蓋体の間の隙間の発生を防止することができ、電解液の這い上がりを防止することができる。
これにより、過剰な回転力が印加されても、回転吸収機構部が回転防止機構部に先立ってねじれ変形することにより、回転防止機構部に印加される回転力が緩和され、インサート部と樹脂製の蓋体の間の隙間の発生を防止し、漏液を防止することができる。
この中間部は、インサート部に形成された回転防止リブの回転防止力に比べて弱いねじれ強度を有するから、締め付けトルクの回転力による接続金具装着部の回転を、中間部のねじれで吸収することにより、インサート部の回転を抑えることができる。
この場合、上下二つの回転防止リブによる二重の回転防止機能により、締め付けトルクに対する耐性をより大きくするという効果を奏する。
これにより、回転吸収機構部のねじれ強度を回転防止機構部より弱くすることができる。
Pb−Sb系合金において、Sbの含有量が多いほど機械的強度が高まることが知られているから、中間部のSb含有量をより少なくすることにより、回転吸収機構部のねじれ強度を回転防止機構部より弱くすることができる。
なお、機械的強度と耐食性のバランスの観点から、Pb−Sb系合金のSb含有量は合金の全質量に対して3〜8質量%であることが好ましい。
導電性シートは、接続金具装着部の側面と滑り合う材質であれば、特に限定されないが、鉛シートを採用すると、電極材料やブッシング本体も鉛系であることから、リサイクル性に優れ、好ましい。
部材間の当接面が部材のバルク部分よりねじれ強度が弱いことは明らかであるから、前記2部材が当接する当接面が回転吸収機構部として作用する。
通常、設定される耐締め付けトルクの値は10N・m以下であるから、15N・m程度のトルクの印加で液漏れを起こさない程度の回転吸収で十分である。
後述の実施例によれば、15N・m程度のトルク印加により、ブッシングの天面は6°程度回転する。したがって、本発明のブッシングは、ブッシングの接続金具装着部に6°の回転変位を与えたときに、ブッシングの下端の回転変位を0°とする回転吸収機構部を有するものである。
第1の鍔部、その上方に第2の鍔部を有し、第1の鍔部の直下に回転防止リブを設けたブッシングを用い、インサート成形により、自動車用鉛蓄電池D31型の蓋体を作製した。この時、第1の鍔部が蓋天面と面一になるようにした。その後、極柱を溶接し、鉛蓄電池の端子部とした。
第1の鍔部の下方がインサート部、第2の鍔部の上方が接続金具装着部、第1の鍔部と第2の鍔部の間の中間部が回転吸収機構部である。(図1)
実施例1の端子部において、中間部の側壁の厚みを、前記接続金具装着部の側壁の厚み及びインサート部の側壁の厚み4mmより薄い2mmとした(図2)。
実施例1の端子部において、中間部の材質を純鉛、接続金具装着部及びインサート部の材質をSbを3%含有するPb-Sb合金とした(図3)。
中間部、接続金具装着部及びインサート部は、ぞれぞれの部分を段階的に鋳造して一体化することにより作製した。
鍔部を有し、前記鍔部から離間した下方位置に回転防止リブを設けたブッシングを用い、インサート成形により、実施例1と同じ蓋体を作製した。この時、前記鍔部が蓋天面と面一になるようにした。その後、極柱を溶接し、鉛蓄電池の端子部とした。
前記鍔部の下方がインサート部、前記鍔部の上方が接続金具装着部、インサート部における前記鍔部と前記回転防止リブの間の中間部が回転吸収機構部である(図4)。
実施例4の端子部において、前記鍔部の直下にも回転防止リブを設けた。
このリブと鍔部から離間した位置の回転防止リブの間の中間部が回転吸収機構部である(図5)。
実施例4の端子部において、中間部の側壁の厚みを、前記接続金具装着部の側壁の厚み及びインサート部の側壁の厚み4mmより薄い2mmとした(図6)。
実施例4の端子部において、中間部の材質を純鉛、接続金具装着部及びインサート部の材質をSbを3%含有するPb-Sb合金とした(図7)。
鍔部を有し、前記鍔部の直下に回転防止リブを設けたブッシングを用い、インサート成形により、実施例1と同じ蓋体を作製した。この時、前記鍔部が蓋天面と面一になるようにした。その後、極柱を溶接し、前記鍔部の上方の側壁の周囲に導電性の鉛シートを巻き付けて、鉛蓄電池の端子部を作製した。
前記鍔部の下方がインサート部、前記鍔部の上方が接続金具装着部、前記鉛シートが回転吸収機構部である(図8)。
接続金具装着側の部材とインサート部側の部材とを別部材とするブッシングを用いる実施例である。
接続金具装着側の部材は、鍔部と、その上方の接続金具装着部と、その下方のネジ山を有し、前記インサート部側の部材は、極柱を溶接し封口する封口面と前記封口面から離間した下方位置に回転防止リブを備えている。
前記インサート部側の部材を蓋体の樹脂材料にインサート成形し、接続金具装着側の部材を蓋体のネジ穴に嵌合することにより、接続金具装着部側の下面とインサート部材側の封口面を当接して端子部を作製した。
両部材を当接した当接面が回転吸収機構部である(図9)。
鍔部を有し、前記鍔部の直下に回転防止リブを設けたブッシングを用い、インサート成形により、実施例1と同じ蓋体を作製した。この時、前記鍔部が蓋天面と面一になるようにした。その後、極柱を溶接し、鉛蓄電池の端子部を作製した(図10)。
この蓋体を万力に固定し、接続金具装着部に取り付けた締め付け治具を介してトルクレンチで回転力を加え、トルクレンチが6°回転したときに加えられたトルクと、端子天面の回転量及びブッシング下端の回転量を測定し、トルクレンチの回転量とブッシング下端の回転量の差から回転吸収量を求めた。
上記の回転負荷試験を行った端子部を作用極側とし、鉛板を対極とし、電解液を比重1.27の希硫酸とした供試セルを作製し、75℃で1.5A充電(10分)、休止(4分)のサイクルを1か月間繰り返し行い、1か月後に端子部の外観を観察することにより、漏液(這い上がり跡)の有無を確認した。漏液が認められない場合を○、漏液が認められた場合を×とした。
実施例8では、トルクレンチ6°の回転量に対して、端子天面の回転量が0°、ブッシング下端の回転量が0°であって、漏液が起こっていないから、負荷された回転力が、鉛シートと接続金具装着部の側面が滑り合うことにより、ブッシング本体に殆ど伝わっていないことがわかった。
なお、実公昭40−26175号公報には、鉛蓄電池の小型端子を大型端子接続子に接続する場合に、鉛合金を材料とするアダプターキャップを小型端子に嵌着して大型端子と同一径とした端子部が示されており、この構造は、熱放散を良好にするために上面を開放した態様を含むから、導電性シートを巻き付けた態様を含む点において、第3の実施形態と共通する。しかし、この公報には、端子部が回転防止機構部を有することについて記載されておらず、上記のアダプターキャップが回転吸収機能を有することについて、何ら示唆するものでない。
なお、本発明の端子部として、図1〜図9には、接続金具装着部がテーパ状のブッシングを示したが、本発明は、ブッシングの上下方向と同軸に回転力が加えられるタイプのブッシングにも適用可能であることはいうまでもない。
Claims (11)
- 鉛又は鉛合金製のブッシングを樹脂製の蓋体にインサートした端子部を備える鉛蓄電池であって、
前記ブッシングは、電槽の蓋体にインサート成形されたインサート部と、電槽外に露出する接続金具装着部とを備え、
前記インサート部には、回転防止リブを有する回転防止機構部を有し、
前記回転防止機構部の上方には、回転吸収機構部を有することを特徴とする鉛蓄電池。 - 前記回転吸収機構部は、前記接続金具装着部と前記回転防止機構部との間に位置する中間部であって、前記回転防止機構部の回転防止強度より弱いねじれ強度を有することを特徴とする請求項1に記載の鉛蓄電池。
- 前記中間部が、電槽外に露出する部分であることを特徴とする請求項2に記載の鉛蓄電池。
- 前記中間部が、インサート部に位置することを特徴とする請求項2に記載の鉛蓄電池。
- 前記中間部の上方のインサート部に、さらなる回転防止機構部を有することを特徴とする請求項4に記載の鉛蓄電池。
- 前記中間部の側壁の厚みが、前記接続金具装着部の側壁の厚み、及びインサート部の側壁の厚みより薄いことを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の鉛蓄電池。
- 前記中間部が、純鉛又はPb−Sb系合金からなり、前記接続金具装着部及び前記回転防止機構部が、前記中間部よりSb濃度の高いPb−Sb系合金からなることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の鉛蓄電池。
- 前記接続金具装着部が、側壁の周囲に巻き付けた導電性シートを有し、前記回転吸収機構部が、前記導電性シートであることを特徴とする、請求項1に記載の鉛蓄電池。
- 前記ブッシングが、前記接続金具装着部を備える部材と、前記インサート部を備える部材との2部材からなり、
前記接続金具装着部を備える部材は、電槽外に露出する部分と前記蓋に嵌合する部分を有し、
前記インサート部を備える部材は、極柱を封口する封口面とその下方の回転防止機構部を有し、
前記回転吸収機構部が、前記接続金具装着部を備える部材の下面と前記インサート部を備える部材の前記封口面とを当接した当接面であることを特徴とする請求項1に記載の鉛蓄電池。 - 前記ブッシングの接続金具装着部に、接続金具が6°回転する締め付けトルクを加えたときに、前記ブッシングの下端の回転変位が0°であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の鉛蓄電池。
- 前記ブッシングが蓋体天面と面一になる鍔部を有し、前記鍔部の回転変位量が2.9°未満となる範囲で使用することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の鉛蓄電池。
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- 2015-05-25 JP JP2015105764A patent/JP6503888B2/ja active Active
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