JP2016139576A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト端子と圧着端子との適切な固定が長期間に亘って確実に維持される鉛蓄電池を実現する。
【解決手段】複数の極板が収容された筐体を閉塞する蓋体４と、蓋体４に形成された収容部２０に収容された端子台座２１と、前記複数の極板を一体化させるストラップ１４と、ストラップ１４から上方に伸び、端子台座２１の下面２１ｂに接続される極柱１６と、収容部２０に充填され、端子台座２１および極柱１６を封止する熱硬化性樹脂２２と、端子台座２１に埋め込まれた頭部３１と端子台座２１の上面２１ａから突出する軸部３２とを備え、軸部３２の外周面にねじが形成されているボルト端子３０と、を有し、軸部３２が連接されている頭部３１の上面３３が、端子台座２１の上面２１ａと同一又はそれよりも上方に位置している。
【選択図】図５

Description

本発明は、鉛蓄電池に関するものであり、特に鉛蓄電池の端子構造に関するものである。

一般的な鉛蓄電地は、筐体と該筐体の開口部を閉塞する蓋体とを有する。鉛蓄電池の筐体は“電槽”と呼ばれることもある。筐体には、複数の正極板および複数の負極板が電解液と一緒に収容されている。複数の正極板は正極用ストラップに接続されており、複数の負極板は負極用ストラップに接続されている。正極用ストラップおよび負極用ストラップからはそれぞれ上方に向かって極柱が伸びており、それぞれの極柱は端子台座に接続されている。さらに、正極用の端子台座には正極端子が接続されており、負極用の端子台座には負極端子が接続されており、それら端子の一部が蓋体から外部に突出している。蓋体から突出している正極端子および負極端子の突出部の外周面にはねじが形成されていることがあり、かかる端子は特に“ボルト端子”と呼ばれ、他の端子と区別される場合がある。

上記のようなボルト端子を備える鉛蓄電池を使用する際には、ケーブルの端部に装着されている圧着端子やバスバー等の電気接続導体が正極用のボルト端子および負極用のボルト端子のそれぞれに固定される。例えば、電気接続導体の一例である環状の圧着端子が正極用のボルト端子および負極用のボルト端子のそれぞれに固定される。具体的には、圧着端子をボルト端子の突出部に通し、その圧着端子の上から突出部にナットをねじ結合させる。圧着端子は、端子台座とナットとの間に挟まれて固定される。尚、電気接続導体とナットとの間にワッシャを介在させることもあり、この場合、電気接続導体は、ワッシャを介して端子台座とナットとの間に挟まれる。

特開２００１-１８５２０２号公報

上記のように、圧着端子やバスバー等の電気接続導体は、ボルト端子にねじ結合されたナットによって、端子台座に押し付けられる。しかし、一般的な端子台座は軟質な鉛合金によって作られており、硬度が低い。このため、端子台座に圧着端子が押し付けられ続けると、端子台座の電気接続導体と当接している部分が沈下する。すなわち、端子台座と電気接続導体との間に僅かな隙間が発生し、ナットが緩みやすくなる。

本発明の目的は、ボルト端子と電気接続導体との適切な固定が長期間に亘って確実に維持される鉛蓄電池を提供することである。

本発明の鉛蓄電池は、積層された複数の極板を収容する筐体と、前記筐体の開口部を閉塞する蓋体と、前記蓋体に形成された収容部に収容された端子台座と、前記複数の極板を一体化させるストラップと、前記ストラップから上方に伸び、前記端子台座の下面に接続される極柱と、前記収容部に充填され、前記端子台座および前記極柱の少なくとも一部を封止する封止材と、前記端子台座に埋め込まれた頭部と前記端子台座の上面から突出する軸部とを備え、該軸部の外周面にねじが形成されているボルト端子と、を有し、前記軸部が連接されている前記頭部の上面が、前記端子台座の上面と同一又はそれよりも上方に位置している。

本発明の一態様では、前記ボルト端子の前記頭部は、その上面から該上面と反対側の下面に向かって裾広がりに形成される。

本発明の他の態様では、前記頭部の前記上面は多角形であり、前記頭部の前記下面は、前記上面よりも面積が大きな多角形であり、前記上面と前記下面との間の側面は、複数の平面によって構成される。

本発明によれば、ボルト端子と圧着端子との適切な固定が長期間に亘って確実に維持される鉛蓄電池が実現される。

鉛蓄電池の全体構造を模式的に示す分解斜視図である。 端子台座の周辺構造を示す拡大断面図である。 （Ａ）はボルト端子の拡大側面図であり、（Ｂ）は拡大上面図である。 ボルト端子と圧着端子との接続工程を示す説明図である。 ボルト端子と圧着端子との接続状態を示す拡大断面図である。 （Ａ）は比較対象であるボルト端子の拡大側面図であり、（Ｂ）は拡大下面図である。 ボルト端子の台座への埋め込み状態を示す拡大断面図である。 比較対象であるボルト端子の台座への埋め込み状態を示す拡大断面図である。 実験結果を示す図である。 ボルト端子の端子台座への埋め込み状態の一例を示す拡大断面図である。

以下、本発明の鉛蓄電池の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態に係る鉛蓄電池１は、上部が開口した筐体２と、筐体２の開口部３を閉塞する蓋体４と、を有する。筐体２は“電槽”と呼ばれることもあり、以下の説明では筐体２を“電槽２”と呼ぶ。

電槽２の内部には積層された複数の極板１０が収容されている。具体的には、複数の正極板１１と複数の負極板１２とがセパレータ１３を介して交互に積層されている。尚、セパレータ１３は、“隔離板”または“リテーナ”と呼ばれることもある。正極板１１には正極活物質が塗布され、負極板１２には負極活物質が塗布されている。また、セパレータ１３には電解液（本実施形態では、希硫酸）が含浸されている。

それぞれの正極板１１には耳部１１ａが突設されており、それら耳部１１ａは正極ストラップ１４に接続されている。同様に、それぞれの負極板１２には耳部１２ａが突設されており、それら耳部１２ａは負極ストラップ１５に接続されている。すなわち、複数の正極板１１は共通の正極ストラップ１４に接続されて一体化されており、複数の負極板１２は共通の負極ストラップ１５に接続されて一体化されている。

正極ストラップ１４および負極ストラップ１５は極板１０の積層方向に延びており、それぞれのストラップ１４，１５の長手方向一端側には極柱１６が設けられている。具体的には、正極ストラップ１４の長手方向一端側には上方に伸びる正極柱１６ａが設けられており、負極ストラップ１５の長手方向一端側には上方に伸びる負極柱１６ｂが設けられている。正極柱１６ａと負極柱１６ｂは、極板１０の積層方向において互いに反対側に配置されている。すなわち、正極柱１６ａは極板１０の積層方向一端側に配置され、負極柱１６ｂは極板１０の積層方向他端側に配置されている。もっとも、極柱１６に関する上記配置は一例であり、例えば、正極柱１６ａおよび負極柱１６ｂが同一の側に配置されることもある。

図２に示されるように、蓋体４には、電槽２(図１)の内側に向かって凹んだ収容部２０が形成されている。収容部２０には略平板形状の端子台座２１が収容されており、この端子台座２１に極柱１６が接続されている。図２には、正極柱１６ａが接続された正極用の端子台座２１の周辺構造が示されている。図示はされていないが、図１に示されている負極柱１６ｂが接続される負極用の端子台座の周辺構造は、図２に示されている構造と同一である。そこで、以下、正極用の端子台座の周辺構造について説明し、負極用の端子台座の周辺構造に関する説明は省略する。

図２に示されるように、端子台座２１の下面２１ｂには、正極柱１６ａの上端が接合されている。それぞれの正極板１１（図１）の耳部１１ａが、正極柱１６ａが設けられている正極ストラップ１４に接続されていることは既述のとおりである。すなわち、複数の正極板１１（図１）は、正極柱１６ａを介して端子台座２１に接続されている。尚、端子台座２１と正極柱１６ａとの接合方法は特定の方法に限られるものではなく、例えば、はんだ溶接、アーク溶接、ガス溶接等の接合方法を用いることができる。

収容部２０には封止材としての熱硬化性樹脂２２が充填されており、この熱硬化性樹脂２２によって端子台座２１および端子台座２１に接続されている正極柱１６ａの一部（上部）が封止されている。封止材としての熱硬化性樹脂２２には、例えばエポキシ樹脂が用いられる。もっとも、封止材としての熱硬化性樹脂は特定の熱硬化性樹脂に限定されるものではない。

収容部２０の開口面は蓋体４の上面４ａと同じ高さであり、収容部２０に収容されている端子台座２１の上面２１ａも蓋体４の上面４ａと同じ高さである。そして、熱硬化性樹脂２２は収容部２０の開口面まで充填されている。すなわち、蓋体４の上面４ａ，端子台座２１の上面２１ａおよび熱硬化性樹脂２２の上面２２ａは互いに同一の高さ、つまり面一である。

端子台座２１にはボルト端子３０が一体に設けられている。ボルト端子３０は、黄銅（Ｃ２８００Ｗ）によって形成されており、頭部３１および軸部３２を有する。また、ボルト端子３０の表面には電解ハンダメッキが施されている。ボルト端子３０の頭部３１は端子台座２１に埋め込まれており、軸部３２は端子台座２１の上面２１ａから突出している。さらに、端子台座２１から突出している軸部３２は円柱形状を有し、その外周面にはねじ（雄ねじ）が形成されている。

図３（Ａ）に示されるように、ボルト端子３０の軸部３２は、ボルト端子３０の頭部３１の上面３３に連接されている。換言すれば、軸部３２が連接されている面が頭部３１の上面３３であり、上面３３と反対側の一面が頭部３１の下面３４である。図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、頭部３１の上面３３および下面３４は多角形（本実施形態では、六角形）である。上面３３と下面３４は互いに相似であるが、下面３４は上面３３よりも面積が大きい。

頭部３１の上面３３と下面３４の対応する辺同士は、それぞれ平面３５ａによって繋がれている。すなわち、頭部３１の側面３５は複数の平面３５ａによって構成されており、上面３３および下面３４が六角形である本実施形態では、６つの平面３５ａによって頭部３１の側面３５が構成されている。換言すれば、頭部３１の側面３５を構成している平面３５ａは、頭部３１の下面３４を底面とする六角錐の角錐面の一部である。よって、頭部３１の側面３５を構成している各平面３５ａは、上部が相対的に軸部３２に近接し、下部が相対的に軸部３２から離反するように傾斜したテーパ面となっている。総じて、ボルト端子３０の頭部３１は、上面３３から下面３４に向かって裾広がりに形成されている。

次に、上記形状を有するボルト端子３０の各部の寸法について述べる。もっとも、以下に述べる寸法が一例であることはもちろんである。図３（Ａ）に示されている軸部３２の直径（Ｄ）は６ｍｍ、軸部３２の全長（Ｌ）は１４ｍｍである。頭部３１の厚み（Ｔ）は６ｍｍ、側面３５（平面３５ａ）のテーパ角（θ）は１４度である。また、図３（Ｂ）に示されている頭部上面３３における対向頂点間距離（α）は１１ｍｍであり、頭部下面３４における対向頂点間距離（β）は１４ｍｍである。

再び図２を参照する。上記形状および寸法を有するボルト端子３０の頭部３１は、その上面３３が端子台座２１の上面２１ａと同一の高さとなるように、端子台座２１に埋め込まれている。上記のように、端子台座２１の上面２１ａは、蓋体４の上面４ａおよび熱硬化性樹脂２２の上面２２ａと同一の高さである。すなわち、頭部上面３３と、頭部上面３３の周囲の端子台座上面２１ａと、端子台座上面２１ａの周囲の熱硬化性樹脂上面２２ａと、熱硬化性樹脂上面２２ａの周囲の蓋体上面４ａと、は全て同一の高さである。

本実施形態に係る鉛蓄電池１を使用する際には、図２に示されているボルト端子３０にケーブルの端部に装着されている電気接続導体（本実施形態では、環状の圧着端子）が固定される。具体的には、図４に示されるように、圧着端子４０およびワッシャ４１をこの順でボルト端子３０の軸部３２に通した後、ワッシャ４１の上からナット４２を軸部３２にねじ結合させる。すると、図５に示されるように、圧着端子４０がボルト端子３０の頭部上面３３とワッシャ４１との間に挟まれて固定される。すなわち、ナット４２の締め付けによって圧着端子４０に作用する力は、端子台座上面２１ａではなく、頭部上面３３によって受け止められる。よって、端子台座上面２１ａの圧着端子４０と当接する部分が沈下することはなく、圧着端子４０と端子台座上面２１ａおよび頭部上面３３との間に隙間が生じることもない。したがって、ボルト端子３０と圧着端子４０との適切な固定が長期間に亘って確実に維持される。尚、電気接続導体であるバスバー等である場合にも、ボルト端子３０と電気接続導体との適切な固定が長期間に亘って確実に維持されることは明らかである。

また、本実施形態では、端子台座２１に埋め込まれているボルト端子３０の頭部３１が裾広がりに形成されているので、頭部３１の抜けが抑制される。さらに、頭部３１の側面３５が複数の平面（テーパ面）３５ａによって構成されているので、ナット４２の締め付けに伴って頭部３１に大きなトルクが作用しても、頭部３１が回転しにくい。換言すれば、ナット４２の締め付けに伴って頭部３１に作用するトルクが頭部側面３５を構成する複数の平面３５ａに分散され、特定の部位に集中することがない。よって、ナット４２を大きなトルクで確実に締め付けることができる。かかる効果を確認すべく本件発明者らが行った実験の結果について説明する。本実験では、比較対象として、図６（Ａ），（Ｂ）に示される形状および寸法のボルト端子５０を用意した。図６（Ａ），（Ｂ）に示されているボルト端子５０は、黄銅（Ｃ２８００Ｗ）によって形成されており、円柱形状の頭部５１と、頭部５１よりも直径が小さな円柱形状の軸部５２とを有する。また、頭部下面５４には、軸部５２と逆向きに延びる円柱形状の延長部５６が設けられており、延長部５６の外周面には４つの凹凸部５７が等間隔で形成されている。それぞれの凹凸部５７は、１／４球形状の凸部と１／４球形状の凹部との組み合わせによって構成されている。さらに、ボルト端子５０の表面には、ボルト端子３０（図３）と同様に電解ハンダメッキが施されている。

図６（Ａ）に示されている軸部５２および延長部５６の直径（Ｄ１）は６ｍｍ、軸部５２の全長（Ｌ１）は２０ｍｍ、延長部５６の全長（Ｌ２）は９ｍｍ、頭部５１の厚み（Ｔ）は４ｍｍである。また、図６（Ｂ）に示されている頭部５１の直径（Ｄ２）は１１ｍｍ、凹凸部５７の直径（Ｄ３）は３ｍｍである。

本実験では、図７に示されるように、ボルト端子３０の頭部３１を縦３０ｍｍ，横３０ｍｍ，厚み２０ｍｍの鉛合金製の台座６０に埋め込んだ。また、図８に示されるように、ボルト端子５０の頭部５１を縦３０ｍｍ，横３０ｍｍ，厚み３０ｍｍの鉛合金製の台座６０に埋め込んだ。それぞれのボルト端子３０，５０の頭部３１，５１は、その上面３３，５３が台座６０の上面６０ａと同じ高さになるように台座６０に埋め込んだ。尚、台座６０の材料である鉛合金は、鉛に対しスズ（錫）を０．６質量％添加した鉛合金である。また、ボルト端子５０が埋め込まれている台座６０（図８）の厚みが、ボルト端子３０が埋め込まれている台座６０（図７）の厚みよりも厚いのは、ボルト端子５０が延長部５６を備えているからである。

本実験では、図７，図８に示されているボルト端子３０，５０の軸部３２，５２に、圧着端子４０，ワッシャ４１およびナット４２をこの順で装着し、ナット４２を異なる締め付けトルクで締め付け、台座６０の変形状態を目視で確認した。実験結果を図９に示す。

比較対象であるボルト端子５０では、ナット４２の締め付けトルクが１４．１[Ｎｍ]のときに台座６０の変形が確認された。一方、本実施形態におけるボルト端子３０では、ナット４２の締め付けトルクが１４．１[Ｎｍ]のときにも台座６０の変形は確認されなかった。比較対象であるボルト端子５０では、ナット４２の締め付けによる応力が延長部５６に設けられている凹凸部５７と台座６０との界面に集中した結果、台座６０が変形したものと考えられる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１０に示されるように、端子台座上面２１ａを熱硬化性樹脂上面２２ａよりも上方に位置させ、この端子台座上面２１ａとボルト端子３０の頭部上面３３とを同じ高さに位置させてもよい。図１０に示される実施形態においても、ナット４２の締め付けにより圧着端子４０に作用する力は、端子台座上面２１ａではなく、頭部上面３３によって受け止められる。よって、端子台座上面２１ａの圧着端子４０と当接する部分が沈下することはなく、圧着端子４０と端子台座上面２１ａおよび頭部上面３３との間に隙間が生じることもない。

ボルト端子の材料、形状，寸法は適宜変更することができる。例えば、ボルト端子の頭部上面や頭部下面は、三角形，四角形または八角形などの六角形以外の多角形または正多角形に変更することができる。この場合、頭部上面および頭部下面の形状に応じて頭部側面を構成する平面の数が増減することは明らかである。

ボルト端子の頭部下面を端子台座下面よりも下方に位置させてもよい。すなわち、頭部上面が端子台座上面と同一又はそれよりも上方に位置している限りにおいて、頭部の一部（例えば、頭部の下部）を端子台座の外に露出させてもよい。もっとも、頭部を含むボルト端子の腐食を回避する観点からは、頭部の露出はなるべく少ないことが好ましい。

ボルト端子の頭部の厚みに関する設計の自由度を高める観点からは、極柱とボルト端子とが水平方向にずれていることが好ましい。換言すれば、極柱とボルト端子とが上下に重なっていないことが好ましい。

１ 鉛蓄電池
２ 筐体（電槽）
４ 蓋体
４ａ 上面（蓋体上面）
１０ 極板
１１ 正極板
１２ 負極板
１３ セパレータ
１４ 正極ストラップ
１５ 負極ストラップ
１６ 極柱
１６ａ 正極柱
１６ｂ 負極柱
２０ 収容部
２１ 端子台座
２１ａ 上面（端子台座上面）
２１ｂ 下面（端子台座下面）
２２ 熱硬化性樹脂
２２ａ 上面（熱硬化性樹脂上面）
３０，５０ ボルト端子
３１，５１ 頭部
３２，５２ 軸部
３３ 上面（頭部上面）
３４，５４ 下面（頭部下面）
３５ 側面（頭部側面）
３５ａ 平面
４０ 圧着端子
４１ ワッシャ
４２ ナット
５６ 延長部
５７ 凹凸部
６０ 台座
６０ａ （台座の）上面

Claims (3)

1. 積層された複数の極板を収容する筐体と、
   前記筐体の開口部を閉塞する蓋体と、
   前記蓋体に形成された収容部に収容された端子台座と、
   前記複数の極板を一体化させるストラップと、
   前記ストラップから上方に伸び、前記端子台座の下面に接続される極柱と、
   前記収容部に充填され、前記端子台座および前記極柱の少なくとも一部を封止する封止材と、
   前記端子台座に埋め込まれた頭部と前記端子台座の上面から突出する軸部とを備え、該軸部の外周面にねじが形成されているボルト端子と、を有し、
   前記軸部が連接されている前記頭部の上面が、前記端子台座の上面と同一又はそれよりも上方に位置している、
   鉛蓄電池。
2. 請求項１に記載の鉛蓄電池であって、
   前記ボルト端子の前記頭部は、その上面から該上面と反対側の下面に向かって裾広がりに形成されている、
   鉛蓄電池。
3. 請求項２に記載の鉛蓄電池であって、
   前記頭部の前記上面は多角形であり、
   前記頭部の前記下面は、前記上面よりも面積が大きな多角形であり、
   前記上面と前記下面との間の側面は、複数の平面によって構成されている、
   鉛蓄電池。

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