JP3659477B2

JP3659477B2 - 電池用端子

Info

Publication number: JP3659477B2
Application number: JP35915099A
Authority: JP
Inventors: 淳田中; 智児玉; 敦司笹川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2001176492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池内部を気密に封止するための電池用端子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池用端子は、図２の断面図に示すように、電池の容器の容器蓋Ｌの略円形の開口に側部がろう材等で接合され、容器の内外を貫通する貫通孔１１ａを略中央部に有し、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等からなる筒状の絶縁基体１１を具備する。この絶縁基体１１の貫通孔１１ａの容器外部側の端部には、絶縁基体１１の容器外部側の端面から貫通孔１１ａの内面にかけて面取り部Ｃが形成されており、絶縁基体１１の容器外部側の端面から面取り部Ｃにかけて、モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等からなるメタライズ層１４が被着されている。そして、貫通孔１１ａに、アルミニウム等の金属からなる略円柱状等の棒状の端子体１２を、その両端が絶縁基体１１から突出するように挿入し、メタライズ層１４と端子体１２とがアルミニウムろう材１６を介して接合されるとともに、メタライズ層１５とアルミニウムからなる円環状のフランジ１３とがアルミニウムろう材１７を介して接合されることにより、電池内部が気密に封止される。
【０００３】
また、電池の内部では、端子体１２の下端部が電池の一方の電極板Ｅに接続されるとともに、フランジ１３が電池の容器蓋Ｌに溶接によって接合されることにより、電池の一方の端子として機能している。一方、端子体１２の上面には、その上面より内部に形成されたボルト穴が設けられ、枠状，円環状等の圧着端子１８に挿通させた六角ボルトをそのボルト穴に螺合させて締め付け、圧着端子１８を端子体１２の上面に接触させることにより、外部との導通をとるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電池用端子において、端子体１２の上面の略中央部に、圧着端子１８を端子体１２中に形成されたボルト穴に六角ボルトで締め付けて圧接した際に、締め付けトルク（ＪＩＳＢ１０８３による）が１．５Ｎｍ（ニュートンメートル）程度になると、端子体１２がそのトルクによる応力を吸収緩和することができなくなり、この応力がアルミニウムのろう材１６を介して絶縁基体１１に印加され、絶縁基体１１よりも剛性の低いろう材１６にクラックが発生し、そのため電池内部を気密に封止することができなくなるという問題点を有していた。一方、締め付けトルクが低い場合には、端子体１２の上面と圧着端子１８との接触状態が不良となり、外部との導通をとれなくなる場合があり、従って締め付けトルクをある程度高くする必要があった。
【０００５】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、外部との導通不良が発生しない程度のトルクによって六角ボルトで圧着端子を締め付けても、ろう材にクラックが発生することを有効に防止することができ、また電池内部の気密性を良好なものとすることができる電池用端子を提供することにある。
【０００６】
本発明の電池用端子は、電池の容器に形成された開口にその側部が接合されかつ前記容器の内外を貫通する貫通孔が形成された筒状の絶縁基体と、前記貫通孔に挿入されてその側面が前記容器の外部側で前記絶縁基体にろう付けされた棒状の端子体とを具備して成る電池用端子において、前記絶縁基体は、前記貫通孔の内周面と前記容器の外部側の端面との間に面取り部が形成されているとともに前記端面から前記面取り部にかけてメタライズ層が被着されており、該メタライズ層及び前記端子体が、前記面取り部と前記内周面との角部近傍まで垂れ込んだろう材を介してろう付けされており、さらに前記端子体は、前記容器の外部側の端面にネジ穴またはネジ部が設けられかつ内部側の端部に係止用の鍔部が形成されており、該鍔部の前記端子体側面からの突出幅をＸ，前記鍔部の厚さをＹ，前記絶縁基体の前記貫通孔内面から外側面までの厚さをＷ，前記絶縁基体の長さをＨとした場合、０．５ｍｍ≦Ｘ≦Ｗ（１．０ｍｍ<Ｗ）かつ０．５ｍｍ≦Ｙ≦Ｈ（１．０ｍｍ<Ｈ）であることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、上記の構成により、外部との導通不良が発生しない程度のトルクによって端子体に圧着端子を締め付けても、端子体接合用のろう材にクラックが発生しないものとなり、また電池内部の気密性を良好に保持できるとともに、外部との導通を良好なものとできる。その結果、電池の性能は長期にわたって安定し、長寿命化と高い信頼性が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電池用端子を以下に詳細に説明する。図１は本発明の電池用端子の実施の形態の一例を示す断面図であり、図１において、１は絶縁基体、２はＡｌ等の金属からなる端子体、３は金属製のフランジであり、これらとメタライズ層４，５とが、それぞれろう材６，７を介して接合されることによって、電池内部を気密に封止する電池用端子が構成される。
【０００９】
絶縁基体１は、アルミナや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスから成る円筒状，角柱状等の筒状のものであり、端子体２とフランジ３とを電気的絶縁をもって保持している。そして、図１に示すように、絶縁基体１は容器の容器蓋Ｌの略円形の開口にその側部が接合され、かつその略中央部に内外を貫通する貫通孔１ａが形成される。その貫通孔１ａには、端子体２の容器外部側の上端部が突出するように端子体２を挿通し接合するとともに、端子体２の容器内部側の下端部に形成された係止用の鍔部２ａを絶縁基体１の下面に接触させている。また、絶縁基体１の外側面にはフランジ３が接合され、フランジ３を介して容器蓋Ｌに接合固定されている。上記鍔部２ａは、端子体２の下端面に面一となるように設けられているが、端子体２の下端部の側面から突出していればよく、必ずしも端子体２の下端面と面一となっていなくてもよい。
【００１０】
このような絶縁基体１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃），酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダを添加して調製した原料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するとともに、これを所定圧力でプレスして成形し、しかる後得られた成形体を大気中にて約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００１１】
また、絶縁基体１は、貫通孔１ａの内周面と端面（上面および下面）との間に面取り部Ｃが形成され、絶縁基体１の一方の端面（上面）からこれに連なる面取り部Ｃにかけて延出（進出）するように、環状のメタライズ層４が被着されている。このメタライズ層４は、Ｍｏ−Ｍｎ等のメタライズ層から成り、絶縁基体１の貫通孔１ａに挿入された端子体２を絶縁基体１に接合するための下地金属であって、このメタライズ層４に端子体２がアルミニウムろう材や金（約３７．５ｗｔ％）−銅（約６２．５ｗｔ％）ろう材等のろう材６を介して接合される。
【００１２】
メタライズ層４は、例えばモリブデン粉末およびマンガン粉末ならびに金属の酸化物粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基体１の一方の端面（上面）にスクリーン印刷法や、筆塗り法等によって印刷塗布するとともにその一部を面取り部Ｃに垂れ込ませ、これを還元雰囲気中において約１４００℃の温度で焼き付けることによって、絶縁基体１の一方の端面からこれに連なる面取り部Ｃにかけて被着される。
【００１３】
このとき、面取り部Ｃに垂れ込んだ金属ペーストは、面取り部Ｃと内周面との間の角部において表面張力によってその垂れ込みが止まるため、その厚みおよび奥行きが一定のものとなる。よって、メタライズ層４と端子体２との接合において、ろう材６の過不足による応力の偏りを発生させることがなくなり、上記のような面取り部Ｃを設けることが好ましいものとなる。
【００１４】
また、絶縁基体１の外周側面の一部（図１では下端部）には、メタライズ層５が被着されており、このメタライズ層５はメタライズ層４と同様にＭｏ−Ｍｎ等のメタライズ層から成り、絶縁基体１にフランジ３を接合するための下地金属であって、このメタライズ層５にはフランジ３がアルミニウムろう材や金（約３７．５ｗｔ％）−銅（約６２．５ｗｔ％）ろう材等のろう材７を介して接合される。
【００１５】
メタライズ層５は、メタライズ層４と同様に例えばモリブデン粉末，マンガン粉末および酸化物粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基体１の外周側面にスクリーン印刷法や筆塗り法等によって印刷塗布し、これを還元雰囲気中において約１４００℃の温度で焼き付けることによって絶縁基体１の外周面に被着される。
【００１６】
なお、メタライズ層４，５の表面には、メタライズ層４，５の酸化腐蝕を防止するとともに、ろう材６，７との濡れ性を向上させ、更には端子体２やフランジ３との接合後に発生する応力による剥がれやクラック等によって接合性を劣化させないようにするために、ニッケル等の耐食性に優れかつろう材６，７との濡れ性に優れる金属を１〜１０μm程度の厚みに被着させることが好ましい。
【００１７】
絶縁基体１の貫通孔１ａ内に挿入され接合される端子体２は、これらが接合される際に熱膨張係数差による熱応力が発生し、この熱応力が端子体２を介して絶縁基体１やろう材６に印加され、絶縁基体１やろう材６にクラック等が発生し接合を損なわせるとともに電池内部の気密性が破れるのを有効に防止できるように、延性に富んだ材料を、更には端子体２が導電路として機能するように導電性に優れた材料を用いることが好ましく、具体的にはアルミニウム，銅（Ｃｕ）等の金属材料がよい。
【００１８】
また、端子体２は、容器外部側の端面（上面）の略中央部分にネジ穴（ボルト穴）、またはナット等が螺合可能なネジ部、即ちネジ切り加工された突出部が設けられ、容器内部側の一端に形成されている鍔部（大径部）２ａと絶縁基体１の端面（下面）とが接触している。そして、ボルト穴に外部との導通不良が発生しない程度のトルク（約２．４Ｎｍ）でもって六角ボルトで圧着端子８を締め付けても、その際に発生する応力がろう材６のみを介して絶縁基体１に印加されて剛性の低いろう材６にクラックが発生することを有効に防止する。即ち、締め付け時の応力は、ろう材６のみを介して絶縁基体１に伝達するものではなく、鍔部２ａをも介して絶縁基体１に印加されることとなる。従って、応力がろう材６と鍔部２ａとを介して伝わることで分散され、ろう材６にクラックを発生させることがない。
【００１９】
なお、端子体２の容器外部側の上端面の略中央部分に設けられるネジ部は、端子体２の上端面の略中央部分に設けた突出部、または端子体２の上端部の側面をネジ切り加工したものであってもよい。
【００２０】
ところで、この鍔部２ａの端子体２側面からの突出幅Ｘまたは鍔部２ａの厚さＹが０．５ｍｍ未満の場合、締め付け時に発生する応力によって延性に富む端子体２の鍔部２ａが適度に変形し、ある程度その応力を吸収緩和できるが、吸収緩和できない分の応力が剛性の低いろう材６にクラックを発生させる傾向にある。そのため、電池内部を気密に封止することが困難となる場合がある。従って、鍔部２ａの突出幅Ｘおよび鍔部２ａの厚さＹは０．５ｍｍ以上とする。
【００２１】
一方、鍔部２ａの突出幅Ｘが、絶縁基体１の貫通孔１ａ内面から外側面までの厚さＷを超える場合、超えている部位は絶縁基体１の一端面（下面）と全く接触していないため、締め付けトルクによる応力を絶縁基体１に伝達し応力を分散する機能を有しないものとなる。即ち、絶縁基体１の一端面と接触している部位は、延性に富む端子体２が締め付けトルクによる応力を有効に吸収緩和し、絶縁基体１に印加される応力を、ろう材６のみを介することなく鍔部２ａの接触部位とろう材６とを介することで有効に分散できるのに対し、Ｗを超えている部位は応力を有効に分散させるものではない。また、鍔部２ａは電極板Ｅに接続されるため、突出幅Ｘが厚さＷを超えた場合電極板Ｅが大型化し、その結果電池が大型化する。従って、鍔部２ａの突出幅Ｘは厚さＷ以下とする。
【００２２】
一方、鍔部２ａの厚さＹが絶縁基体１の長さＨを超える場合、絶縁基体１と端子体２とを接合する際に熱膨張係数差によって発生する応力は、端子体２の好ましい変形が起こりにくいため直接絶縁基体１へ伝わり易く、よって端子体２で吸収緩和できない分の応力が絶縁基体１にクラックを発生させる傾向がある。即ち、この場合端子体２の長さ（高さ）が非常に大きくなるため、その剛性が絶縁基体１の剛性よりも高くなり、そのため端子体２が適度に変形することによって絶縁基体１と端子体２との接合の際の応力を吸収緩和することができない傾向にある。その結果、絶縁基体１に鍔部２ａを介して印加される応力が非常に大きくなり、絶縁基体１にクラックを発生させ、電池内部の気密性を損なわせることとなる。従って、鍔部２ａの厚さＹは絶縁基体１の長さＨ以下とする。
【００２３】
なお、一般に絶縁基体１の厚さＷは４．５ｍｍ程度、絶縁基体１の長さＨは７ｍｍ程度であるが、電池用端子の大きさは種々のものがあるため、電池用端子としての実用的な大きさの点から、１ｍｍ<Ｗ<１００ｍｍ、１ｍｍ<Ｈ<４００ｍｍとするのがよい。
【００２４】
本発明において、端子体２にかかるトルク（ＪＩＳＢ１０８３）は、２．４Ｎｍ程度以下が良く、２．４Ｎｍを超えるとトルクによる応力がろう材６と鍔部２ａの両方に大きくかかることになり、ろう材６にクラックが発生し易くなる。
【００２５】
上記のような大きさ、寸法の鍔部２ａを有する端子体２は、その上端部を絶縁基体１から突出させた状態で、その上端部の側面が、絶縁基体１の一方の端面から面取り部Ｃにかけて被着させたメタライズ層４にろう材６を介して接合されている。そこで、例えば端子体２がアルミニウムから成る場合、ろう材６は接合を強固とするためにアルミニウムろう材とすることが好ましく、一方端子体２が銅から成る場合、ろう材６は接合を強固とするために金−銅ろう材とすることが好ましい。そして、端子体２下端面に電池の電極板Ｅを接続することにより、電極板Ｅを外部に電気的に接続する端子体として機能する。
【００２６】
また、アルミニウムから成る端子体２をろう材６を介してメタライズ層４に接合するには、端子体２をその上端部が突出するようにして絶縁基体１の内側に挿入するとともに、メタライズ層４上であって端子体２の近傍に、例えばワイヤ状のアルミニウムろう材のプリフォームを端子体２を取り囲むように配置し、これを真空雰囲気中で約６００℃の温度で加熱して溶融させることにより、端子体２とメタライズ層４とをろう付けすることによって行なわれる。
【００２７】
このとき、面取り部Ｃに被着されたメタライズ層４の厚みや奥行きに大きなばらつきがないことから、メタライズ層４と端子体２とを接合するろう材６に過不足を発生させることがなく、そのため応力の偏りを発生させることがない。
【００２８】
なお、絶縁基体１の貫通孔１ａの内面と絶縁基体１の端面との間に形成された面取り部Ｃは、その端面からの奥行きが０．２ｍｍ未満であると、絶縁基体１と端子体２との接合強度が弱くなる傾向にある。他方、５ｍｍを超えると、絶縁基体１のメタライズ層４に端子体２をろう付けする際に両者の熱膨張係数差によって大きな熱応力が発生し、これが絶縁基体１やろう材６に印加されて、それらにクラックを発生させ易いものとなる。また、絶縁基体１の端面に対する面取り部Ｃの角度は約３０°〜６０°程度の範囲が好ましく、なかでも約４５°程度が最も好ましい。従って、上記面取り部Ｃは、端面からの奥行きが０．２ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが良く、更には面取り部Ｃの角度は約３０°〜６０°程度が好ましい。
【００２９】
絶縁基体１の外側面に接合されたフランジ３は、アルミニウムや銅等から成る金属製の円環体であり、例えばアルミニウムから成る場合、メタライズ層５にアルミニウムろう材から成るろう材７を介して接合される。そして、このフランジ３を電池の容器蓋Ｌに溶接することによって、本発明の電池用端子が電池の容器に固定される。
【００３０】
フランジ３をろう材７を介してメタライズ層５に接合するには、絶縁基体１をフランジ３の内側に挿入するとともに、メタライズ層５上であってフランジ３の近傍に例えばワイヤ状のアルミニウムろう材を略全周にわたり配置し、これを真空雰囲気中で約６００℃の温度で加熱してアルミニウムろう材を溶融させることにより、フランジ３をメタライズ層５にろう付けする方法が採り得る。
【００３１】
なお、メタライズ層５は絶縁基体１の外側面の一部にのみ形成されており、メタライズ層５とフランジ３との接合部の幅および長さが短いことからろう付け時に発生する熱応力が小さいこと、およびフランジ３はろう付けにより絶縁基体１に対して主に圧縮応力を印加すること等から、圧縮応力に対して高い強度を示すアルミナセラミックス等からなる絶縁基体１にクラックが発生することはない。
【００３２】
そして、このような電池用端子の端子体２の上面に、六角ボルト等で端子体２の上面の略中央部に設けられたボルト穴に圧着端子８を介して締め付ける際に、端子体２の上面と圧着端子８とが接触不良とならない程度に高いトルクによって締め付けることで、外部と電極板Ｅとの電気的接続がなされ電池として機能する。
【００３３】
上記の如く、本発明の電池用端子は、絶縁基体１の略中央部に設けられた貫通孔１ａに、鍔部２ａ（鍔部２ａの端子体２側面からの突出幅をＸ、絶縁基体１の貫通孔１ａ内面から外側面までの厚さをＷ、鍔部２ａの厚さをＹ、絶縁基体１の長さをＨとした場合、０．５ｍｍ≦Ｘ≦Ｗかつ０．５ｍｍ≦Ｙ≦Ｈの大きさを有する鍔部２ａ）が、絶縁基体１の容器内部側の端面（下面）に接触するように端子体２を挿通し、絶縁基体１の容器外部側の端面と端子体２の上部とをろう材付け接合するとともに、フランジ３を絶縁基体１の外側面にろう材付け接合することによって製作される。
【００３４】
また、この電池用端子の端子体２の下端面を電極板Ｅに接続するとともにフランジ３を容器蓋Ｌに溶接し、更に端子体２の上面に圧着端子８を締め付けトルクにより圧接することによって、電池内部が気密に保持されるとともに電池内部と外部とが電気的に接続された電池として機能する。
【００３５】
本発明の電池用端子は、電解液が封入された自動車等用の鉛畜電池などの端子として使用されるものであり、前記鉛畜電池と同様に電解液を用いた電池用であれば適用でき、その他比較的大型の種々の電池に応用可能である。
【００３６】
かくして、本発明は、端子体２の上面に圧着端子８を締め付けトルクによって圧接しても、その際の応力でろう材６にクラックが発生するのを有効に防止できる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等支障ない。例えば、絶縁基体１の容器内部側の端面と端子体２の鍔部２ａとは接触していれば良く、鍔部２ａの接触部の形状は図３に示すように突起状となっていても良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、鍔部の端子体側面からの突出幅をＸ，鍔部の厚さをＹ，絶縁基体の貫通孔内面から外側面までの厚さをＷ，絶縁基体の長さをＨとした場合、０．５ｍｍ≦Ｘ≦Ｗ（１．０ｍｍ<Ｗ）かつ０．５ｍｍ≦Ｙ≦Ｈ（１．０ｍｍ<Ｈ）であることにより、外部との導通不良が発生しない程度のトルクによって圧着端子を締め付けても、ろう材にクラックが発生しないような構造とし得る。また、電池内部の気密性を良好に維持できるとともに、外部との電気的導通を良好なものとできる。その結果、電池の性能が長期にわたって安定化して長寿命化され、高い信頼性を有する電池となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池用端子の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の電池用端子の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の電池用端子の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
１ａ：貫通孔
２：端子体
２ａ：鍔部

Claims

電池の容器に形成された開口にその側部が接合されかつ前記容器の内外を貫通する貫通孔が形成された筒状の絶縁基体と、前記貫通孔に挿入されてその側面が前記容器の外部側で前記絶縁基体にろう付けされた棒状の端子体とを具備して成る電池用端子において、前記絶縁基体は、前記貫通孔の内周面と前記容器の外部側の端面との間に面取り部が形成されているとともに前記端面から前記面取り部にかけてメタライズ層が被着されており、該メタライズ層及び前記端子体が、前記面取り部と前記内周面との間の角部近傍まで垂れ込んだろう材を介してろう付けされており、さらに前記端子体は、前記容器の外部側の端面にネジ穴またはネジ部が設けられかつ内部側の端部に係止用の鍔部が形成されており、該鍔部の前記端子体側面からの突出幅をＸ，前記鍔部の厚さをＹ，前記絶縁基体の前記貫通孔内面から外側面までの厚さをＷ，前記絶縁基体の長さをＨとした場合、０．５ｍｍ≦Ｘ≦Ｗ（１．０ｍｍ<Ｗ）かつ０．５ｍｍ≦Ｙ≦Ｈ（１．０ｍｍ<Ｈ）であることを特徴とする電池用端子。