JPS583594B2 - 放電能力の高い密封式貫通コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は従来型の電気化学セル及びバツテリのような電
解装置に係り、特に電流を流すための密封式の仕切体貫
通コネクタに係る。

或る観点からは、本発明の密封式コネクタはＴｗｏｇｏ
ｏｄ氏等に与えられた米国特許第３，８３９，０９３号
の要旨に類似している。

この米国特許においては、密封式接続体は軟質の変形可
能な予め鋳造された鉛乃至は鉛合金コネククを収容する
貫通孔を持った弾力性安住部材（例えばプラスチック）
を備えており、上記コネクタには上記軟質鉛よりも好ま
しくは硬度の高いコネクタポスト（棒）が埋めこまれて
いる。

液密密封をなすため上記プラスチック安住体に対して上
記軟質鉛を上向きと共に半径方向に変形する手段が設け
られている。

この米国特許のコネクタは一般的に約１００乃至７００
アンペア程度の電流を流すことができるが、放電時間が
相当に長い様な実際の電流取出には通常４００乃至５０
０アンペア（ほぼ２０℃の規格で）が限度である。

ジーゼルエンジンや航空機の始動のようにクランキング
に適用した例では５００アンペアよりもずっと大きな放
電電流を必要とする。

例えば、８００アンペア或いはそれ以上を始動に必要と
するエンジンすらある。

上記米国特許第３，８３９，０９３号のコネクタは大部
分の適用例における電流取出しには全く満足であるとさ
れているが、このコネクタは非常に大きな電流の放電に
用いる場合については満足ではないとわかっており、こ
のように放電電流が大きい場合には大電力（熱）損失が
生じて時には上記鉛ポストが溶融され開始を生じる程で
ある。

そこで本発明の主たる目的は非常に大きい放電電流を維
持しつつも断面積が小さい密封式ポスト貫通コネクタを
提起することである。

別の観点から見れば、本発明の目的は実際上酸性の電解
液が漏出するおそれのないよう弾力性仕切体の安住部に
形状としてなじみのよい仕切体貫通コネクタも提起する
ことである。

簡単に説明する。

或る１つの見地から説明すると、本密封式貫通コネクタ
は貫通孔を有する非導電性弾力性仕切体に形を似せて作
った安住部内に設置されるコネクタポスト挿入体を含ん
でいる。

上記安住部の内部形状は小さな頚部分と斜面部分との間
に介在した肩部分を形成した形状である。

このコネクタポスト挿入体は導電性物質のスタツドを備
え、上記安住部の斜面部分に対向した該スタツドの少く
とも１部は該スタツドよりも抵抗率の高い変形可能な鉛
又は鉛合金包囲体（シュラウド）によって包囲される。

上記コネクタに係合する前は、該包囲体は上記安住部の
内寸よりも大きな外寸を有しており、その後係合された
際には包囲体の傾斜した面と安住部の傾斜部分との間に
締りばめが形成されて、液密密封をなす。

他の見地から説明すると、上記した様なコネクタが利用
されるが、この場合は鉛包囲体の面部分と安住部の内面
とが傾斜される必要はない。

この実施例においては、孔を貫通して仕切体の外部へ延
びる上部と該上部とつながって上記安住部内に収容され
た本体部分とを持ったスタツドに加えて上記本体部分か
ら突出した脚の如き延長手段が設けられ、上記本体部分
と延長部分とが共に鉛包囲体内に包囲され、或る一定時
間非常に大きな放電電流に耐えることのできる非常に低
インピーダンスのコネククを提供する。

本発明の密封式貫通コネクタは液密密封が必要とされ、
非導電性仕切体を横切って電流を流す種種の電解装置に
使用することができる。

本発明は電気化学セル及びバツテリにおいて、電極一タ
ーミナルコネクタとして、或いは又バツテリの仕切られ
たセル間の相互セルコネクタとして、特にコンパクトで
比較的軽重量のコネクタが所望される場合に効果がある
。

以下の詳細な説明では円筒状の密封式鉛一酸電気化学セ
ルの電極一ターミナル接続について主として説明するが
、本発明の範囲をかかる実施例に限定するつもりはない
。

同じ部分を同じ番号で示した添付図面を参照して本発明
の好ましい実施例を以下に説明する。

添付図面には、例えばポリフエニレン酸化物乃至はＡＢ
Ｓで作られた円筒状のプラスチック容器１０を有する密
封式の保守不要な鉛一酸セル乃至はバツテリ１１の上方
部が示されている。

該容器には射出成形されたプラスチック仕切体１６がし
っかりと添着乃至は接合され、該仕切体は密封接続を果
すべき非導電性仕切体を形成している。

プラスチック仕切体１６にはセルの異常な使用中に発生
する過大なガス圧力を解放するため中央穴即ち気孔１８
及び切込み２０を設けているのが望ましい。

ゴムの安全弁２２がこの中央穴に被せて密接に嵌合され
る。

この安全弁は例えば２．８乃至４、２ｋｙ／ｃｍ２（４
０乃至６０ｐｓｉ）以上の圧力を解放するようにセット
され、そしてこの過大圧力が軽減した際には自動的に再
密封される。

仕切体１６は正及び負のターミナルコネクタを各々形成
するコネクタポストを受け入れるための１対の貫通孔２
６．２８（垂直軸を持った）をもっている。

この貫通孔はコネクタ安住部を形成し、この安住部は小
さな頚部分３２と斜面部分３４との間に介在した横方向
に延びた環状肩部即ち張出部３０によって形成され、斜
面部分３４はこの実施例においては（上下反対にした）
円錐台形である。

孔の軸（垂直）に対する上記斜面部分の傾斜角は少くと
も約５゜であるのが好ましく、約８゜乃至約２０゜であ
ればより好ましい。

コネクタポスト挿入体は一般に、孔２６を上方に貫通し
て仕切体１６の外部へ延びるようにされた上方のネジ切
りされた雄部分３６と、斜面部分３４と対向配置になる
ようにされた本体部分３８とを有しているスタツドを備
えている。

又、上記本体部分は肩部４２を持った頭部４０をも含ん
でいる。

本発明の或る１つの特徴においては、延長部即ち脚４４
がスタツドの本体部分から突出しており（ほぼ横方向で
あるのが好ましい）、そしてこの脚はスタツド本体部分
の頭部４０に形成された穴４６に脚４４を無理に押し込
むなどの種々のやり方で本体部分に結合される。

或いは又、脚４４はスタツド本体部分の頭部４０の下面
に溶接乃至はろう付けすることもでき、又は鋳造や機械
加工の如きによってスタツドと一体的に形成した一体構
造体にすることもできる。

挿入体の残り部分は鉛包囲体４８によって形成される。

第３図に示すような本発明の或る特徴によれば、ネジ切
りされたスタツド挿入体にロックナット３５をネジ込ん
で下げる前は、包囲体４８の外部寸法が、仕切体１６内
の安住部によって与えられる内部寸法よりも若干大きく
なっている。

特に、包囲体４８である逆さの截頭円錐台形の外面の直
径は、いかなる水平截面に沿って測定しても、ネジ込む
前では安住部の円錐台形の嵌着内面の直径よりも（少く
とも約１％だけ）大きい。

換言すれば、安住部及び包囲体の傾斜した部分は同一の
円錐をわずかにずらして截頭した円錐部分で形成するの
が好ましい。

実際上、ナット３５を締め付ける際は、包囲体４８であ
る予め鋳造された鉛が変形しそして低温流動を生じ（然
も弾力性安住部がその弾力性によって或る程度ずれ）、
これら物質が包囲体と安住部との間の傾斜した界面に沿
って一緒になって流動し、堅固に相互圧着した締りばめ
を形成する。

任意選択的な環状形態の凹み５０によって更に別の密封
能力が与えられるが、該凹みはナット３５を締める際に
包囲体４８の鉛を該凹み５０の面のまわりに流動させこ
れによって鉛の面に通常存在する酸化物層を拡散させて
酸化物層に不連続性を生じさせる。

この不連続性は良く知られているように、元素鉛が存在
する鉛包囲体と安住部との間に形成された界面に酸性の
電解液を通す傾向が非常に少ないので好都合であり、こ
の場合には酸化鉛の場合のように電解液による侵食を受
けない。

包囲体４８は延長したカバ一部分５２をも含んでおり、
該カバ一部分は脚４４を完全に被覆し、且つ埋め込んで
ラグ６１を形成し、そして正の極板１２に電気的接続さ
れた電極片１４に上記ラグを充分溶接できる厚みの被覆
乃至は被膜を作る。

上記したように、液密密封の形成はナット３５によって
容易に出来、該ナットは締められる時には軸方向上向き
の力をスタツドに与え、該スタツドは傾斜した肩４２に
より包囲体４８の比較的軟質の鉛を軸方向上向きに且つ
半径方向外向きに流動させ、そして仕切体１６の安住部
との圧着ばめを形成する。

弾力性安住部に対して肩部を圧着する他の手段も有用で
あるが、かかる圧着作用を容易にするための手段として
は仕切体の外部からのみ操作できることが好ましく、所
望ならば“盲ら”接続がなされる。

例えば、上部がネジ付きでないスタツドを設けこれを仕
切体の外部へ延ばし、連続的な偏倚力を保持するスプリ
ングクリップ例えばチナーマン（ｔｉｎｎｅｒｍａｎ）
クリップによって係合させ、包囲体をその関連安住部に
圧着してもよい。

スタツドとして使用される材料、例えば黄銅又は銅は変
形可能な鉛の包囲体本体よりも相当に大きな硬度を有し
ている。

円錐台形の包囲体部分４８は純度の高い鉛又は鉛合金で
作られるのが好ましく、変形可能な包囲体の総金属含有
量に基づいて好ましくは少くとも純度約９９．９重量パ
ーセント、そしてより好ましくは少くとも約９９．９９
重量パーセントの鉛で作られる。

然し乍ら、本発明においてはスタツドに比べて比較的軟
質の合金であれば純度の低い鉛合金でも有用である。

比較的軟質というのは使用状態の下での合金が好ましく
は約１０ｋ９／ｍｍ２未満、より好ましくは約８ｋ９／
一未満のブリネル硬度（１０ｍｍ／３１．２ｋ９−１２
０ｓｅｃ）を有するということを意味する。

例えば、０．０７重量パーセント或いはそれ以下のカル
シウムを含んだ色々な鉛−カルシウム合金、及び好まし
くは約１０重量パーセント未満のすずを含んだ鉛一すず
合金が本発明の目的達成上一般的に充分に変形可能であ
る。

本発明の密封は変形可能な鉛本体と仕切体１６の弾力性
安住部との間にあるので、弾力性部材の安住部に対して
鉛を変位させ、膨出させようとする際に弾力性部材がこ
の鉛を変形させ得るように充分に固いことが重要である
。

又、安住部も相互圧力付与関係で変形可能な鉛ポストを
撓ませるため或る程度の弾力性を有しているべきである
。

この材質に充分な弾力性がない場合には一定の荷重の下
でクリープする傾向があり、或る程度のクリープや低温
流動ならばよいが過剰なクリープは密封を破壊する。

一般に弾力性部材はセルの電解液に適合性をもたなけれ
ばならず、且つこの弾力性部材は機械加工体、モールド
体、さもなくば集合体部材である。

好ましい材質としては或る重合体物質、特にプラスチッ
クやゴムを含み、米国特許第３，８３９，０９３号に挙
げられたものを含む。

現在、鉛一酸セルに対してはポリプロピレン、ＡＢＳ及
びポリフエニレン酸化物が最も好ましい。

本発明によれば、コネクタの通電能力は軸方向に配置さ
れたスタツドに取付けられる延長部即ち脚４４を設けた
ことにより充分に大きく改善された。

ここに説明する実施例においては、この延長手段は各コ
ネクタポストにおいて横方向に屈曲した脚の形状をして
おり（第２図参照）、これは鉛包囲体延長部５２で被覆
されるか又は該延長部５２内に鋳造された時には１対の
総体的に平行な延長ラグ６１．６３をなす。

次いで正の極板のための電極集電器片１４がラグ６１の
各側に溶接され（第１図には１方の側のみが示されてい
る）、そして負の極板に固定される対応集電器片（図示
せず）がラグ６３に取付けられて負の端子ポストへの接
続をなす。

一般に、延長部即ち脚４４は、スタツドの主本体から突
出し鉛包囲体内に完全に包囲乃至は埋め込まれ且つラグ
と各電極との間で結合がなされ得るように位置定めされ
る限りは所望のいかなる形状でよい。

延長手段は図示されたような単１の脚ではなく、例えば
円板状、格子状、棒や板状、又は複数の延長脚や延長指
状のものでもよい。

延長手段として好ましい物質は包囲体４８の鉛よりも抵
抗率の低い物質であり、好ましくは包囲体の鉛の抵抗率
の約１／２未満の物質であり、そしてより好ましくは包
囲体の抵抗率の約１／５未満の物質である。

純粋な鉛が通常約２１．９Ｘ１０−６Ω・ｃｍの抵抗率
を有するのに対し、好ましい延輝部物質は黄銅、銅、銀
及びニッケルを含んでおり、これらは各々約３．９，１
．７２，１．６２、及び６．９の抵抗率（ＸＩＯ−６Ω
・ｃｍ）を有している。

あまり好ましくないが、或るスチール合金は鉛よりも充
分に低い抵抗率を有しており、これを利用することもで
きる。

スタツド挿入体及び脚延長部は共に鉛包囲体に対し好ま
しくは“濡れ“或いは冶金的に結合さるべきである。

この理由に基マき、銅又はスチールの如き挿入体物質に
は鉛包叩体との化学的又は拡散的結合の形成を容易にす
るため、好ましくは例えば、すず被膜を設けるべきであ
る。

スタツド及び脚に設けられや被膜は一般的に均一でなけ
ればならず、そしてこれが密接接触するところの軟質鉛
に関して相互に混和でき且つ移動性でなければならない
。

この被膜は相接する軟質鉛へ拡散する傾向があるので、
或る種の冷間溶接体即ち合金が生じ、これは物質間の接
着力を相当に増加し、そしてナット３５をスタツド３６
のネジ付き部分にネジ込む時に更に大きなトルクを与え
得る。

この被膜の選択はスタツド及び脚に使用される物質に基
づき定めるべきであり、黄銅及び銅のスタツドに使用す
るにはすず及び半田が一般的に好ましい物質である。

コネクタポストに延長脚４４を使用しない状態の試験で
は、第２図の正のポストの領域４９として示された特に
ラグが包囲体の基部と接触するところでラグ６１及び６
３の鉛が大電流の通電でしばしば溶融されてしまうとい
うことを示した。

然し乍ら、抵抗率の低い脚挿入体を含ませることにによ
り（同一寸法のコネクタポストを用いて）、かかる溶融
現象は１０００アンペア以上でも生じなかったがこれは
主としてラグ６１の抵抗率が全般的に減少された結果で
ある。

然し乍ら上記に加えて、包囲体の鋳造工程において脚４
４を含ませることはこの脚のまわりの鋳造体の鉛の多孔
度が通常の鋳造体の多孔度（鉛自体の多孔度）よりも減
り、ラグ６１の鉛層５２の導電率を大きくできることが
意外にもわかったのである。

予めの鋳造中に脚を存在させることがこのまわりの鋳造
体である鉛の多孔度をなぜ減少させるかということは完
全に分っていないが、脚がこれと接触する鉛鋳造体の表
面積を増加する傾向がありこの接触面域は本来的に鋳型
の内部に亘って多孔度を減少するということから理論付
けできる。

この総合的な結果から抵抗率が減少される（従ってラグ
のいかなる断面に沿った抵抗値も減少される）というこ
とであり、これは熱の発生を低下し且つ電力損失を減少
させることになる。

導電性物質の抵抗値は温度の上昇と共に指数関数的に増
加するということがわかっており、そして更に電力損失
は導電媒体の抵抗値に正比例するので、ラグにおける熱
の発生を抑制することにより、同一寸法のラグにおいて
本発明の挿入体を持った場合には通電能力が付随的に甚
だしく増加する。

テーパ付きの密封体をも適用した本発明のコネクタポス
トは、１０００アンペア以上の電流が流せそして一般的
に延長脚付挿入体を持たない同様のポストの約１／２乃
至約１／１０のインピーダンスを示した。

脚を持たない状態では、放電程度は一般に４００乃至５
００アンペアを限度としていた。

本明細書により種々の変更及び変形がなされ得るという
ことは当業者にとって明らかであろうが、これらは特許
請求の範囲内に含まれるということを理解すべきである
。

例えば、本発明は電気化学セルの電極と端子との間にな
される接続に関して特に説明したが、本発明は密封接続
が必要とされる電解装置の仕切体貫通電気接続を広範に
包含するものである。

更に、仕切体壁と鉛ポストとの間に与えられた密封はセ
メント又はタール、或いは０リングの挿入層の如き追加
的な密封材を必要としないが、これらの密封手段を通常
追加的に使用しても出来上った密封に別に不都合を招く
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は密封されたセルの上部分の部分断面図であり、
第２図の１−１線に沿いセルの他部分に対して本発明の
仕切体貫通コネクタを示した図、第２図はセルの上部分
のうちの下の部分の平面図であり、正及び負のポストコ
ネクタを示し且つ第１図に示したセル容器１０、電極極
板１２及び電極クブ１４を図示明瞭化のため除去した図
、第３図はコネクタをその安住部に完全に係止する前の
部分断面図であり、第２図の３−３線に沿った図である
。 １０・・・・・・容器、１１・・・・・・セル乃至はバ
ツテリ、１２・・・・・・正の極板、１４・・・・・・
電極片、１６・・・・・・仕切体、１８・・・・・・気
孔、２２・・・・・・安全弁、２６，２８・・・・・・
貫通孔、３０・・・・・・環状肩部即ち張出部、３２・
・・・・・安住部の頚部分、３４・・・・・・安住部の
斜面部分、３５−・・・・・ロックナット、３６・・・
・・・ネジ付き雄部分、３８・・・・・・スタツド本体
部分、４０・・・・・・スタツドの頭部、４２・・・・
・・スタツドの肩部、４４・・・・・・脚、４６・・・
・・・孔、４８・・・・・・鉛包囲体、５０・・・・・
・凹み、６１・・・・・・ラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に非導電性の弾力性仕切体を通して電解装置
   から電流を流すための密封式貫通コネクタにおいて、 貫通孔を有しそして上記弾力性仕切体内に収容された少
   くとも１つのコネクタ安住部であって、小さな頚部分と
   斜面部分との間に介在した肩部を備えた安住部、 上記安住部内に位置定めされそして上記孔を貫通して延
   びるコネクタポスト挿入体であって、導電性物質のスタ
   ツドと、上記安住部内に配置するため傾斜した面部分を
   持った変形可能な鉛又は鉛合金包囲体とを備えており、
   上記安住部の上記斜面部分に実質的に対向して配置され
   た上記スタツドの少くとも１部が上記鉛包囲体によって
   包囲されるようなコネクタポスト挿入体とを具備し、上
   記スタツドは上記包囲体の鉛の抵抗率よりも実質的に小
   さな抵抗率を有しており、 上記包囲体は密封を形成する前は、上記安住部の内部寸
   法よりも大きな外部寸法を有しており、そして 上記包囲体の上記傾斜した面部分を上記安住部の上記斜
   面部分に圧着してこれらの間に締りばめを形成し、上記
   コネクタと上記弾力性仕切体との間に液密密封を確立す
   るのを容易にするための上記スタツドに関連した手段、
   を更に具備することを特徴とする密封式貫通コネクタ。 ２ 上記包囲体の上記傾斜した面部分の少くとも１部が
   逆さまの円錐台形の形をしていることを特徴とする前記
   第１項記載の密封式貫通コネクタ。 ３ 上記孔を貫通する上記スタツド上部にはネジ手段が
   設けられ、上記圧着手段は上記ネジと螺合するナット手
   段を含み、そして該ナット手段は上記安住部の領域の上
   記弾力性仕切体と上記変形可能な鉛とを上記安住部の斜
   面部分が上記肩部と出合うところの安住部領域において
   一緒に低温流動させ、液体密封相互接触せしめるように
   締め付けられたことを特徴とする前記第１項記載の密封
   式貫通コネクタ。 ４ 上記スタツドは上記鉛包囲体に埋められる肩部を有
   しており、そして上記スタツドは上記包囲体の鉛よりも
   大きな硬度を有していることを特徴とする前記第１項記
   載の密封式貫通コネクタ。 ５ 上記斜面部分は上記孔の軸と或る角度を形成し、こ
   の角度は少くとも５度であることを特徴とする前記第１
   項記載の密封式貫通コネクタ。 ６ 少くとも１つの止の極板と少くとも１つの負の極板
   とを有する密封式の鉛一酸電気化学セルにおいて、上記
   極板の１方を仕切体を通して上記セルの端子に接続する
   、前記第１項記載の密封式貫通コネクタを具備すること
   を特徴とするセル。 ７ 実質的に非導電性の弾力性仕切体を通して電解装置
   から電流を流すための密封式貫通コネクタにおいて、 貫通孔を有し、上記弾力性仕切体内に収容された少くと
   も１つのコネクタ安住部、 上記安住部内に位置定めされそして上記孔を通して延び
   るコネククポスト挿入体であって、上記孔を通して上記
   仕切体の外部へ延びた上部及び該上部に結合されて上記
   安住部内に配置される本体部分を有する導電性物質のス
   タツドと、上記本体部分から突出した延長手段と、上記
   スタツドの上記本体部分及び上記延長手段の外部を覆う
   変形可能な鉛又は鉛合金包囲体とを含んだコネクタポス
   ト挿入体とを具備し、 上記スタツド及び上記延長手段各々は上記包囲体の鉛の
   抵抗率よりも実質的に小さな抵抗率を有しており、そし
   て 上記鉛包囲体を上記安住部に対して変形して上記コネク
   タと上記弾力性仕切体との間に液密密封を確立するため
   の、上記子タツドに関連する手段を更に具備することを
   特徴とする密封式貫通コネクタ。 ８ 上記延長手段は上記包囲体の鉛の抵抗率の約１／５
   よりも小さい抵抗率を有していることを特徴とする前記
   第７項記載の密封式貫通コネクタ。 ９ 上記延長手段は上記コネククの低インピーダンス電
   流路を与えるため上記スタツドの上記本体部分と密接結
   合状態でしっかりと保持される細長い脚形態であること
   を特徴とする前記第８項記載の密封式貫通コネクタ。 １０ 上記延長手段を取り巻く上記鉛包囲体は、鉛の溶
   食層を与え且つ鉛で覆われた上記延長手段を鉛を基材と
   する電極板又はその延長部に接合せしめるのに充分な厚
   みであることを特徴とする前記第７項記載の密封式貫通
   コネクタ。 １１ 上記孔を通して延びている上記スタツドの上記上
   部にはネジ手段が設けられており、上記圧着手段は上記
   スタツドの上記ネジ手段に螺合する対応ネジ手段を含ん
   でおり、該対応ネジ手段は上記包囲体の上記変形可能な
   鉛と上記弾力性仕切体安住部との間に液体密封相互接触
   を与えるように締めつけられることを特徴とする前記第
   ７項記載の密封式貫通コネクタ。 １２ 上記スタツド及び延長手段は上記包囲体の鉛より
   も硬い単１の物質片で一体的に形成されることを特徴と
   する前記第７項記載の密封式貫通コネクタ。