JP5426214B2

JP5426214B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP5426214B2
Application number: JP2009085654A
Authority: JP
Inventors: 耕作齋田
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010238552A

Description

本発明は、自動車用などに用いられる鉛蓄電池に係り、特に、電池蓋に設けたブッシングの形状に関する。

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、この電槽の上部に融着されて当該電槽を閉じる合成樹脂製の電池蓋とを備えている。これら電槽および電池蓋は、ＡＢＳ樹脂あるいはポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などの合成樹脂で製作されている。通常、電池蓋の上部には端子部が設けられ、この端子部は、電槽内から外部へと延在する鉛合金製の極柱と、この極柱が挿入された鉛合金製のブッシングとを備えている。このブッシングはインサート成形により電池蓋に形成され、極柱がブッシングに電槽の外部において溶接されている。

インサート成形時には、ブッシングのほぼ下半部を電池蓋の樹脂材料内にインサートして成形される。しかし、ブッシングの金属材料と電池蓋の樹脂材料との間には実質的に接着力が生じることがないため、ブッシングと電池蓋とが密着せずにその境界面に微小な隙間が生じ、時間の経過と共に、その隙間を通して電槽内の電解液が這い上がり端子部に染み出すことが知られている。

そこで一般に、図９及び図１０に示すように、ブッシング５０１のほぼ下半部外周に環状突起５０３を上下複数段に形成し、これら環状突起５０３の形成部を電池蓋５０８の樹脂内にインサートし、電解液が這い上がる経路を長くしてその染み出しを防止するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。なお、図１０において、符号５０９はブッシング５０１内に挿入された極柱で、この極柱５０９の上部がブッシング５０１に溶接される。

ところで、鉛蓄電池の端子部には、ハーネス端子などの接続端子が接続される。自動車用の鉛蓄電池では、その接続端子を通して１００〜数１００Ａ程度の電流が、また各種非常電源用として使用される大型のバックアップ電源用の鉛蓄電池では１０００Ａ程度の大電流が流れる。このため端子部５１０に接続端子を接続する際に、相当強力なトルクを加えながらその接続端子を端子部５１０のブッシング５０１に締付けて接続している。

しかしその締付けのトルクでブッシング５０１が回転してしまう恐れがある。そこで、特許文献１で参照した技術では、図９及び図１０に示すように、ブッシング５０１における環状突起５０３の問に回転防止用のリブ５０５を一体に形成し、このリブ５０５で接続端子締付け時のトルクを受け止めてその回転を防止するようにしている。

特開２００３−３１７６７７公報特開２００４−２３５０５０公報登録実用新案第３０４７３１１号公報

しかしながら、従来のリブの構成では、接続端子締付け時のトルクを受け止めるには不十分であった。すなわち、従来のリブ構成であっても、接続端子締付け時のトルクによりブッシングと電池蓋のインサート部周辺の樹脂との境界面の隙間が広がってしまう。このため、ブッシング５０１に複数の環状突起５０３を設けて電解液の這い上がり経路を延長しても、時間の経過とともに電解液が染み出してしまい接続端子を腐食させる、という問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、締付け時のトルクに対する耐性を高め、電解液の染み出しをより確実に防止できる鉛蓄電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、金属製のブッシングの外周に周方向に延びる複数の環状溝を形成し、樹脂製の電池蓋にインサート成形すると共に、前記ブッシングの内周に電極を挿通し、該電極と前記ブッシングを結合して端子部を形成した鉛蓄電池において、前記ブッシングの外周に、一部又はすべてを、前記電池蓋の天板の天板厚み内に位置させて、周り止めの複数のリブを備え、前記ブッシングの中心軸からリブの外周面までの距離を、前記ブッシングの端子Ｄ寸法の１／２の長さの１２４％〜１３３％にしたことを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、２つの前記環状溝の間に形成される鍔状の環状突起を、前記電池蓋の天板の天板厚み内に位置させ、該環状突起の一部を凹ませて残存部に前記リブを形成した、ことを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記電池蓋の天板の天板厚みの３０％以上に亘り前記リブを位置させたことを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記リブを、水平面を０度の基準にして９０度〜６０度の範囲で垂直方向に対して斜めに延ばしたことを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記環状溝のそれぞれの間に形成される鍔状の環状突起の周面に凹部を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、ブッシングの外周に、一部又はすべてを、電池蓋の天板の天板厚み内に位置させて、周り止めの複数のリブを備えた構成としたため、締付け時のトルクがリブを通じて電池蓋の天板全体で受け止められる。これにより、締付けトルクに対する耐性が向上し、締付けに伴うブッシングと電池蓋の境界面の隙間の広がりが抑制されるため、電解液の染み出しをより確実に防止できる。

本発明の第１実施形態に係るブッシングの外観構成を示す斜視図である。同実施形態に係るブッシングを用いて構成した鉛蓄電池の端子部の断面図である。天板の厚みの全部に位置するリブを備えたブッシングの外観構成を示す斜視図である。同ブッシングを用いて構成した鉛蓄電池の端子部の断面図である。第２実施形態に係るブッシングの外観構成を示す斜視図である。同実施形態に係るブッシングの正面及び断面を共に示す図である。同実施形態に係るブッシングを用いて構成した鉛蓄電池の端子部の断面図である。本発明の変形例に係るブッシングのリブ形状を示す図である。従来の鉛蓄電池のブッシングの外観構成を示す斜視図である。従来のブッシングを用いて構成した鉛蓄電池の端子部の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態に係る鉛蓄電池のブッシング１を示す斜視図である。図２はこのブッシング１を用いて構成した鉛蓄電池の端子部１０の断面図である。
ブッシング１は、図１に示すように、鉛合金からなる中空円筒状の主部２と、この主部２のほぼ下半部外周に一体に上下複数段に突出形成された環状突起３とを備えている。各環状突起３は、主部２の周方向に連続して延びる鍔形状の突起であり、その互いに隣り合う環状突起３間が環状溝４となっている。最上部の環状突起３Ａはその外径寸法がその下側の環状突起３の外径寸法よりも大きく形成されている。

そしてこの実施形態のブッシング１においては、上から１段目及び２段目の環状突起３Ａ、３Ｂの間の環状溝４Ａ内に、これら環状突起３Ａ、３Ｂを上下に連結するように形成された周り止めとしての複数のリブ５が一体に形成されている。これら複数のリブ５は環状突起３の周方向に沿って一定の間隔をあけて並ぶように形成されている。

また、上から２段目の環状突起３Ｂの外周面には矩形状の凹部６が複数形成されている。これら凹部６は、それぞれ環状突起３Ｂの周方向に沿って互いに離間する任意の位置に、環状突起３Ｂの上面に開口して形成されている。このような凹部６が環状突起３Ｂに形成されることで、これら凹部６の容積分だけブッシング１の全体の体積が削減される。これにより、ブッシング１の質量と鉛使用量を削減することができ、ブッシング１の軽量化及びコスト低減が図られる。なお、同じ３段目〜５段目の環状突起３Ｃ〜３Ｄにも凹部６を形成しても良い。

以上のような形状のブッシング１を、本実施形態では、例えば所定形状の金型を用い、金型温度１８０〜２４０℃、鉛合金溶湯温度４００〜４４０℃の条件で重力鋳造により作製している。なお、凹部６の形状としては、矩形状に限らず、金型での型抜きが可能であれば、三角形状、四角形状、トラック形状などとしても良い。

ブッシング１を用いて電池蓋８に端子部１０を形成する場合、図２に示すように、電池蓋８の天板８Ａに設けられる筒状部８Ｂ内に、ブッシング１の上から１段目の環状突起３Ａより下側をインサートして形成される。そして、ブッシング１の中空内に電極たる極柱９が挿入され、この極柱９の上部９Ａがブッシング１に溶接される。

ここで、インサート成形時には、本実施形態では、周り止めのリブ５の上下方向（極柱９の長手方向）の高さＨ（すなわち、上から１段目及び２段目の環状突起３Ａ、３Ｂの間隔）が天板８Ａの厚みＴの範囲内に位置するように電池蓋８にインサートされる。

これにより、端子部１０においては、ハーネス端子などの接続端子が接続される際の締付けトルクが周り止めのリブ５を通じて電池蓋８の天板８Ａ全体で受け止められる。これにより、締付けトルクに対する耐性が向上し、この締付けに伴うブッシング１と電池蓋８の境界面の隙間の広がりが抑制されるため、電解液の染み出しをより確実に防止できる。
また、複数のリブ５をブッシング１の外周面の周方向に沿って一定間隔で設けているため、締付けトルクが各リブ５を通じて電池蓋８の天板８Ａに均等に分散されることとなる。これにより、各リブ５への締付けトルクの偏りにより特定のリブ５と電池蓋８の境界面の隙間が他のリブ５の境界面よりも広くなる、ということがなく、ブッシング１の全周に亘って電解液の染み出しを均等に抑制することができる。

このようなブッシング１の構成においては、リブ５による耐締付けトルクの向上は、天板８Ａの厚みＴの範囲内にリブ５を位置させることで得られ、この天板８Ａの厚みＴの範囲においてリブ５が位置する割合が大きくするほど、その向上の幅も大きくなる。

さらに詳述すると、発明者らは、リブ５の高さＨを変えてリブ５が天板８Ａの厚みＴの範囲に位置する割合を０％、３０％、５０％、１００％と変化させた場合の端子部１０の端子強度試験を、ＪＩＳ−Ｄ５３０１による方法で各トルクにおいて実施して該端子部１０の周辺の外観を観察し、また、１週間経過後に端子部１０及び電池蓋８を解体してブッシング１の腐食の有無を検査するという方法で行った。この端子強度試験においては、ブッシング１に腐食が見られない最大のトルク値が耐締付けトルク値として得られる。
なお、図３は、リブ５が天板８Ａの厚みＴの範囲の１００％（厚みＴの全部）に位置するようにリブ５の高さＨを形成した場合のブッシング１を示し、図４は、このブッシング１を用いて構成した鉛蓄電池の端子部１０の断面図である。なお、これらの図に示すブッシング１では、天板８Ａの厚みＴの範囲にリブ５の全部を位置させるために、上から２段目及び３段目の環状突起３Ｂ、３Ｃの間にリブ５を形成している。

上記端子強度試験の結果、天板８Ａの厚みＴの０％にリブ５が位置する場合、すなわち天板８Ａの厚みＴ内にリブ５が位置しない場合には、耐締付けトルク値は約１２Ｎ・ｍであることが判明した。
これに対して、天板８Ａの厚みＴの範囲内に位置するリブ５の割合を順次増加させるほど耐締付けトルク値が向上し、天板８Ａの厚みＴの３０％に亘りリブ５が位置した場合には、約１６．５Ｎ・ｍに達する耐締付けトルク値が得られるとの知見を得た。

一般に、締付けトルクを耐締付けトルク値以下に抑えて接続端子をブッシング１に締付けている場合でも、時間の経過に伴ってブッシング１と電池蓋８の境界面を通じて電解液の這い上がりが発生する。電解液の這い上がりは、締付けトルクが耐締付けトルク値に近づくほどブッシング１の上方まで達して染み出しが発生し易くなり、接続端子が腐食される可能性が高くなる。
これに対して、耐締付けトルク値が約１６．５Ｎ・ｍに達している場合には、時間が経過してもブッシング１と電池蓋８の境界面に電解液の這い上がりが生じることがなく、これにより、電解液の染み出しを防止し接続端子の腐食を確実に防止できる鉛蓄電池が得られることとなる。

耐締付けトルク値は、リブ５の高さＨを大きくする等して天板８Ａの厚みＴの範囲内に位置するリブ５の割合を増加させる他にも、リブ５の側面５Ａ（図１）の面積（本実施形態では環状溝４の断面積）を増加させて締付け時のトルクを受ける面積を増加させることでも、その値の向上が得られる。
ただし、リブ５の高さＨや側面５Ａの面積を増大させるほどリブ５の体積も増えるため、ブッシング１の質量や鉛使用量も増加する。これに加え、リブ５の高さＨが大きいほど、該リブ５と電池蓋８の境界面の直線距離が長くなるため、その部分で電解液が這い上がり易くなってしまう。
そこで、本実施形態では、上記１６．５Ｎ・ｍの耐締付けトルク値が得られる範囲で、リブ５の体積の増加量とリブ５の高さＨによる電解液の這い上がり易さを考慮して上記リブ５の高さＨと側面５Ａの面積とを調整することとしている。

このように本実施形態によれば、電池蓋８の天板８Ａの厚みＴ内に位置させて、周り止めの複数のリブ５を備えた構成としたため、締付け時のトルクがリブ５を通じて電池蓋の天板全体で受け止められる。これにより、締付けトルクに対する耐性が向上し、締付けに伴うブッシング１と電池蓋８の境界面の隙間の広がりが抑制されるため、電解液の染み出しをより確実に防止できる。

これに加え、本実施形態によれば、電池蓋８の天板８Ａの厚みＴの３０％以上に亘りリブ５を位置させる構成としたため、ブッシング１と電池蓋８の境界面での電解液の這い上がりを生じさせないようにできる。

また、本実施形態によれば、環状溝４のそれぞれの間に形成される鍔状の環状突起３の周面に凹部６を形成したため、これら凹部６の容積分だけブッシング１の全体の体積が削減される。これによりブッシング１の質量と鉛使用量を削減することができ、ブッシング１の軽量化及びコスト低減が図られる。

＜第２実施形態＞
図５は、この発明の第２実施形態に係る鉛蓄電池のブッシング１０１を示す斜視図であり、図６は、このブッシング１０１の正面及び断面を共に示す図である。また、図７は、このブッシング１０１を用いて構成した鉛蓄電池の端子部１１０の断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のブッシング１０１においては、周面に形成された複数の環状突起１０３のうち、上から２段目の環状突起１０３Ｂが上下方向に他の環状突起１０３よりも幅を持たせて形成されている。具体的には、図７に示すように、２段目の環状突起１０３Ｂは、その下縁部が少なくとも天板８Ａの下面（電槽に臨む面）と同位置、或いは、下方位置まで延びた幅を有する。そして、図５に示すように、この下縁部は、周方向に沿って複数の凹部１０６が設けられており、凹部１０６同士の間の残存部が周り止めのリブ１０５として形成されている。
このように凹部１０６同士の間の残存部をリブ１０５として形成することで、ブッシング１０１の質量及び鉛使用量を大きく削減できる。

また、リブ１０５は、図７に示すように、第１実施形態と同様に電池蓋８の天板８Ａの厚みＴ内に位置するようにブッシング１０１を電池蓋８にインサートして端子部１１０が成形されている。これにより、第１実施形態と同様に、耐締付けトルク値の向上が得られている。

ここで、ブッシング１では、「ＪＩＳ−Ｄ５３０１の７．２端子」において、テーパ状の主部１０２の最大径がＤ寸法と定義されており、本実施形態では、このＤ寸法を基準にしてリブ１０５の径方向への突出量を規定している。
具体的には、図６に示すように、ブッシング１の中心軸Ｏからリブ１０５の外周面１０５Ｂまでの距離をＲとした場合、この距離ＲをＤ寸法の１／２に対して、１２４％〜１３３％としている。
すなわち、距離Ｒを大きくするほど、リブ１０５の側面１０５Ａの面積が増大し耐締付けトルク値の向上が得られるが、特にこの距離ＲをＤ寸法の１／２の長さの１２４％以上とすることで、天板８Ａの厚みＴの範囲内に位置するリブ１０５の割合が０を超えて３０％に満たない範囲でも上記１６．５Ｎ・ｍ以上の耐締付けトルク値が得られ、電解液の這い上がりを防止できる。
ただし、距離Ｒがある程度大きくなると耐締付けトルク値の向上幅に飽和傾向がみられる、との知見が得られている。また、距離Ｒが大きくなるほどリブ１０５の体積が増加し、ブッシング１の質量及び鉛使用量が増加することになる。そこで、リブ５の距離ＲをＤ寸法の１／２の長さの１３３％に制限することで、ブッシング１の質量及び鉛使用量の増加を妥当な範囲に抑えつつ、良好な耐締付けトルク値が実現できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、環状突起１０３Ｂの下縁部を電池蓋８の天板８Ａの厚みＴ内に位置させ、該環状突起１０３Ｂの周面の一部を凹ませて残存部を周り止めのリブ１０５として形成したため、耐締付けトルク値の向上を得つつ、ブッシング１０１の質量及び鉛使用量を大きく削減できる。

これに加え、本実施形態によれば、ブッシング１０１の中心軸Ｏからリブ１０５の外周面１０５Ｂまでの距離Ｒを、ブッシング１０１の端子Ｄ寸法の１／２の長さの１２４％以上とする構成とした。この構成により、リブ１０５の側面１０５Ａの面積が増大することで締付け時のトルクを受ける面積を増加させることができ耐締付けトルク値の向上が得られる。

また、電池蓋８の天板８Ａの厚みＴ内にリブ１０５が位置することで良好な耐締付けトルク値が確保されているため、リブ１０５の距離Ｒを延ばして側面１０５Ａの面積を増大させた分、リブ１０５の高さＨを減らすこともでき、さらには、リブ１０５の距離Ｒが延ばすことで電解液の這い上がり経路が延びた分、環状突起１０３の段数を減らすことができる。このように、リブ１０５の高さＨや環状突起１０３の段数を減らすことができるため、電池蓋８の厚みを薄くすることができる。以って、鉛蓄電池のサイズを高さ方向においてコンパクトにすることができ、鉛蓄電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。
また、上記距離Ｒを端子Ｄ寸法の１／２の長さの１３３％以下に制限したため、ブッシング１の質量及び鉛使用量の増加を抑えつつ、電解液の染み出しを防止可能な耐締付けトルク値が実現できる。

上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。

例えば、各実施形態において、図８のブッシング２０１に示すように、リブ２０５の上下に延びる方向Ｋを、水平面を０度の基準にして角度α＝９０度〜６０度（又は９０度〜１２０度）の範囲で垂直方向に対して傾斜させても良い。なお、図８では、図３に示す部材と同じ部材については同一の符号を付し、その説明を省略している。

図８に示すようにリブ２０５を傾斜させることで、電解液の這い上がり経路を長くすることができるため、該電解液の染み上がりを抑制することができる。
なお、発明者らは、リブ２０５の傾斜の角度αが９０度からずれるほど、耐締付けトルク値が低下するものの、該角度αが６０度以上あれば、耐締付けトルク値の向上効果と、電解液這い上がり経路の延長効果とにより、電解液の染み上がりを防止することができる、との知見が得られている。

また例えば、各実施形態では、環状突起３、１０３の段数を、自動車用の鉛蓄電池に一般に用いられる５段又は４段としたが、自動二輪車用の鉛蓄電池とする場合には、これを４段又は３段としても良い。

１、１０１、２０１、５０１ブッシング
２主部
３、１０３、５０３環状突起
４環状溝
５、１０５、２０５、５０５リブ
５Ａ、１０５Ａ側面
１０５Ｂ、２０５Ｂ外周面
６、１０６凹部
８、５０８電池蓋
８Ａ天板
９、５０９極柱（電極）
１０、１１０、５１０端子部
Ｏ中心軸
Ｒ距離

Claims

金属製のブッシングの外周に周方向に延びる複数の環状溝を形成し、樹脂製の電池蓋にインサート成形すると共に、前記ブッシングの内周に電極を挿通し、該電極と前記ブッシングを結合して端子部を形成した鉛蓄電池において、
前記ブッシングの外周に、一部又はすべてを、前記電池蓋の天板の天板厚み内に位置させて、周り止めの複数のリブを備え、
前記ブッシングの中心軸からリブの外周面までの距離を、前記ブッシングの端子Ｄ寸法の１／２の長さの１２４％〜１３３％にしたことを特徴とする鉛蓄電池。
２つの前記環状溝の間に形成される鍔状の環状突起を、前記電池蓋の天板の天板厚み内に位置させ、該環状突起の一部を凹ませて残存部に前記リブを形成した、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
前記電池蓋の天板の天板厚みの３０％以上に亘り前記リブを位置させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉛蓄電池。
前記リブを、水平面を０度の基準にして９０度〜６０度の範囲で垂直方向に対して斜めに延ばしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鉛蓄電池。
前記環状溝のそれぞれの間に形成される鍔状の環状突起の周面に凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の鉛蓄電池。