电解装置的端子密封的制作方法

专利名称：电解装置的端子密封的制作方法
技术领域：
本发明涉及固定到电解装置的容器的导电端子，尤其是电池端子密封。
众所周知，在制造电化电池的技术中，其关键问题是导电端子和容器罩之间气密密封的结构和保护。有关的问题是反向极电端子的电绝缘，为的是防止短路，该短路会阻碍电池内的电解过程的正当功能。在容器具有金属支承表面的情况下，至少一个极性端子必需与容器气密密封和电绝缘，容器自身可作为第二极端子使用。
美国Hooke等人的并转让给“Hawker Energy Products，Inc.”的第5,663,015号专利公开了一种制造电池端子密封的方法。一具有内螺纹的模制塑料螺母与电池端子的外螺纹配合，通过电池罩中的孔固定端子。端子顶表面和形成在罩中的孔之间的间隙充满固化的填料。当填料还未固化时，螺母被旋转以压缩填料，从而充满端子和罩之间任何间隙。但是Hooke等人公开的方案十分费力，因为当填料处在未凝固状态时，填料的径向和轴向的散布不得不限制在端子、紧固件和端子的顶表面的组合。此外，两个密封零件即填料和O型圈需要受压缩靠向内罩，以便防止电解液的扩散。未固化的填料不形成压缩力。填料固化后，泄漏的防止是根据填料结合的性能。
加拿大Ching等人转让给“The Gates Rubber Company”的第1,067,958号专利公开了一种分隔密封的连接件，它包括的端子具有加大的和锥形的底部，以便与可变形的导线护套配合，并与定位在连接件底座上倒置的平头圆锥体斜面结合。该底座应具有一定程度的回弹性，以便在相互施加压力的关系下偏置可变形的导线护套。如果连接件底座缺少足够的回弹性，它可能在恒定载荷下蠕变并损害密封。同时Ching等人仅考虑密封电池端子，但它没有考虑到容器和导电端子之间的电绝缘。
加拿大Swenson的第298,379号专利公开了一带有锥形壁的导向螺母，它旋拧在电池端子上，以便围绕端子产生压缩。一中心孔定位在容器顶壁内形成的凸台空腔中，以便容纳电池端子的外部。两个密封零件，橡胶垫片和橡胶衬垫是当螺母向下旋紧在端子上时用于密封中心孔。这种结构不允许使用金属容器，因为导电端子不是电绝缘的。
因此，需要一简单的导电端子，它能够既用于导电，又用于非导电的支承容器，同时形成良好的密封，以便防止电解液泄漏。
本发明的目的是提供一种简单和廉价的电池端子密封，以便可靠地将导电端子连接到蓄电池的支承罩上，它完全或部分克服了现有技术结构的缺陷。
本发明的另一目的是提供一种电池端子密封，它使用单件式垫片，以便密封和电绝缘导电端子。
本发明的再一目的是提供一种廉价耐用的密封电池端子。
在本发明的一实施例中，提供一种电解装置的容器的端子组件。容器罩包括带中心孔的凸台。绝缘垫片具有带中心孔的基部，中心孔由圆柱形颈部环绕，圆柱形颈部从基部的一侧以直角延伸，而一边缘从基部的对置侧以直角延伸。圆柱形颈部具有在内部限定的向外的圆锥环带，它终止于一圆形边缘。圆形边缘直径的尺寸使之搭扣配合在凸台的孔中。连接件具有底座部分，螺纹部分和头部，底座部分大于罩内的孔，螺纹部分从底座部分的一个表面垂直地延伸，而头部从底座的对置表面延伸。螺纹部分设计成容纳在垫片的圆柱形颈部中。锁紧螺母包括法兰和从上述法兰以直角延伸的锥形套。锥形套具有带导向边缘的螺纹中心孔。锥形套的导向边缘具有的外径小于垫片圆形边缘的内径。锁紧螺母的螺纹孔适宜接纳连接件的螺纹部分，以便将锥形套推进到垫片圆柱形颈部里面，从而对圆柱形颈部产生径向和轴向压缩力。圆柱形颈部变形并包盖在凸台的孔周围，从而它成为插入在锁紧螺母的锥形套和连接件的底座部分之间。一个紧密的密封在上述罩、上述连接件和上述锁紧螺母之间形成，同时连接件被固定在容器上。
在本发明另一实施例中，提供将端子安装在电解装置容器上的方法。提供一连接件，一可变形的绝缘垫片和一锁紧螺母。该连接件具有底座和从上述底座延伸的螺纹柱。锁紧螺母包括法兰和具有螺纹中心孔的锥形套，该螺纹孔适宜接纳连接件的螺纹柱。绝缘垫片具有带中心孔的基部，该孔由从基部一侧延伸的圆柱形颈部环绕。垫片插入形成在容器罩内的孔中，以便圆柱形颈部通过罩的孔伸出并与之搭扣配合。连接件然后通过垫片的中心孔插入，以便上述螺纹柱被容纳在圆柱形颈部里面，并通过上述罩的孔伸出。当锁紧螺母旋紧在连接件的柱上时，锁紧螺母的锥形套推进到垫片圆柱形颈部的里面，以便对圆柱形颈部产生径向和轴向压缩力。使圆柱形颈部变形并被迫包盖在罩的孔周围，并成为插入在锁紧螺母的锥形套和连接件的底座之间。在罩、连接件和锁紧螺母之间形成紧密的密封。
按照本发明的电池端子简单，它提供可靠的绝缘和密封，因为它在容器罩上既产生轴向压缩力又产生径向压缩力。不需要精密工具或机械。端子的装配可以手工完成。
本发明的另一优点是电池端子的通用性，它既能够用于导电的支承表面电池容器，又能够用于非导电的支承表面电池容器。此外，该端子形成非常良好的泄漏密封，并且这使得它们适宜应用于电解装置。
本发明以上和其他的特性，包括零件的各种新型结构和组合的细节，现在将参照附图作特别描述，其中

图1A，1B，1C，1D显示用于电解装置的连接件的传统结构；图2是按本发明实施例使用垫片的电解装置的支承罩顶视图；图3是图2沿线3-3处截取的支承罩的剖视图；图4a是应用本发明锁紧螺母的剖视图；图4b是应用本发明绝缘垫片的剖视图；图5是按本发明另一实施例的支承罩的立体图；图6是图5罩的部件分解图，它显示相对罩前所见的端部安装零件；图7是图5罩的部件分解图，它显示相对罩后面所见的端部安装零件；和图8是安装在图5支承罩上的连接件剖视图。
图1A到1D显示电池端子的传统安装方法。图1A显示，导电端子52通过非导电的粘接材料层54与金属容器壁56绝缘。层54用陶瓷融合、玻璃融合或环氧树脂粘接。由于这样一种构造，在非导电材料和端子之间没有持久的压缩力，漏电保护是依靠材料的粘接性能。此外，非导电材料的插入加工成本非常昂贵。在端子周围均匀地使用非导电材料而无气泡产生也很困难，而气泡的形成损害粘接性和气密密封。
显示在图1B的另一传统技术，是在导电端子62和金属容器壁68的接合处应用橡胶O型圈63。当锁紧螺母64安装在端子62时产生压缩力，压缩力作用在绝缘座圈65和67以及衬垫66和69上，以便压缩O型圈63，将电解液密封在电池容器内。
图1C表明电池端子72通过铆钉头75连接在容器的金属罩76上。在这一实施例中，绝缘衬垫78和绝缘座圈74把端子72与罩76密封和电绝缘。
上述两个技术的问题是压缩力仅在一个方向产生，即相对端轴线垂直或水平方向。如果压缩力不受控制，结果是结构的不稳定，更易于破裂、断裂和可能泄漏，或者端子对支承罩的连接可能松动，导致电解液泄漏。
图1D显示将导电端子82连接到金属容器84的另一传统方法。绝缘垫片86围绕端子82定位，以便端子82与容器84密封和电绝缘。当使容器84的外部金属壁88弯曲时产生压缩力，压缩橡胶垫片86靠紧导电端子82，以便将电解液密封在容器84内。但是，弯曲操作的控制是关键。过度的压缩可能引起对垫片的损害，而不足的压缩可能导致电解液的泄漏。压缩比根据装配机械的精度和弯曲模具/辊子设计，它需要一个复杂的制造过程。
图2是按本发明一实施例安装的具有导电端子的蓄电池顶视图。电池具有设置孔22的支承罩10，以便容纳连接件18和配置在锁紧螺母16和罩10之间的绝缘件12。每个连接件18由锁紧螺母16连接到罩10。用于这个实施例的垫片12与表示在图4、6和7本发明实施例中应用的垫片12完全相同，并参照这些附图进一步描述。
图3是图2沿线3-3处截取的罩10的剖视图。罩10具有根据容器确定的外表面13和内表面14。连接件18包括柱19和底座17。底座17大于孔22具有结合面33。当连接件18安装在罩10上时，底座17靠在罩10的内表面14。柱19具有轴向外螺纹。
正如图4a所见，锁紧螺母16具有法兰27和从法兰27垂直延伸的锥形套25。套25的内径确定的圆柱壁有轴向螺纹。套25的内螺纹尺寸适于配合地接纳柱19的外螺纹。只要锁紧螺母16沿连接件18的螺纹柱19向下扭转，柱19的纵轴线与锁紧螺母16的纵轴线就成一直线。
套25的外壁是向内的锥形，朝向导向边缘30。正如图4a也显示的，锁紧螺母16的套25具有高度“h”。
在整个描述中，使用“向内的”和“向外的”措词是相对于各自零件的纵轴线。
图4b更详细地说明垫片12，它具有带中心孔的基部26和从基部26围绕孔22垂直延伸的圆柱形颈部28。圆柱形颈部28设计成搭扣配合在罩10的孔22中。垫片12的中心孔的尺寸使之紧贴地接纳连接件18的螺纹部分19。
正如图4b的显示，圆柱形颈部28的内壁终止于在离开基面26的一区域中向外的锥形环带34。向外的锥形环带34终止于圆形边界32。圆形边界32的直径表示为“D”。直径“D”稍大于锥形套25的前边缘30的直径“d”。垫片12也具有边缘31，它从基部26沿与圆柱形颈部28相反的方向以直角延伸。边缘31的尺寸使之紧密与底座17接合，从而连接件18不能转动。
现回过头来参照图3，它显示按本发明的端子组件如何安装在电解装置的罩10上。垫片12由通过孔22伸出的圆柱形颈部28定位在罩10上，基部26邻近罩10的内表面14。然后，连接件18的螺纹部分19插入进垫片12的圆柱形颈部28内部，同时头部17的表面33与垫片12的边缘31紧密接合。最后，各连接件18通过连接件18的螺纹柱19上转动锁紧螺母16固定在罩10上。
当锁紧螺母16在连接件18的螺纹柱19上推进时，套25的导向边缘30首先与垫片向外的锥形环带34的圆形边界32接触。其后，锁紧螺母16沿着垫片12的圆柱形颈部28的中心孔和向内的锥形套25被引导，开始压缩可变形垫片12的圆柱形颈部28。逐渐地，颈部28变形并通过锥形套25弯曲在罩10的外表面13之上，并被迫使均匀地包盖在孔22周围。最后，垫片12的圆柱形颈部28被锁紧螺母16的法兰27压缩靠在罩10的表面13，从而垫片12成为插入在锁紧螺母16的锥形套25和连接件18的底座17之间，同时垫片12的基部26受挤压，既靠在罩10的内表面14，又靠在孔22周围。
当锁紧螺母16的前边缘30接触底座17时，锁紧螺母16完全定位在端子18上并因此不能再转动，而单件式可变形垫片12覆盖锁紧螺母16和罩10之间存留的所有自由空间。
高度“h”以及套25锥形壁的斜角设计成当预定的压力(F)产生在锁紧螺母16和罩10之间时，使锁紧螺母16停止围绕连接件18转动。高度“h”和套25锥形壁的斜角决定锁紧螺母16直至它完全拧紧，它沿连接件18的螺纹部分19能够推进多远，以及在变形状态下垫片12的厚度。因此，垫片12在垂直方向的过度压缩被阻止。同时，提供接触孔22的垫片12部分的足够径向压缩。
具有适宜回弹性和绝缘性能，以便制造垫片12的材料是热塑性注塑材料，它具有足够的延伸率和弹性，例如尼龙、聚砜等。
如图3所示，产生在套25和孔22之间的压缩力(F)具有轴向分力(Fv)和径向分力(Fh)。轴向压缩力(Fv)作用在锁紧螺母16的法兰27和底座17的表面33之间，以便沿平行于纵轴线Z-Z’的方向压缩垫片12靠紧罩10的内、外两个表面13和14。径向压缩力(Fh)压缩垫片12靠紧孔22的壁。
当连接件18首次安装在罩10上后，垫片12将保持与罩10的连接，使得当需要时连接件18能够容易替换，而无需替换垫片12。为防止腐蚀，在安装垫片12之前，一种反腐蚀涂层例如焦油沥青可以施加在罩10和垫片12上。
图5描绘另一实施例的罩10’，它具有凸台15和中心排气孔36。排气孔36释放多余的气体压力，该气体压力可能在电池内的化学反应其间增大。凸台15形成在具有矩形形状的罩10’的外表面13上。圆形孔道22形成在凸台15中心。
在这个实施例中，如图6显示，端子18’具有三个部分外螺纹部分20，头部29和底座部分24。连接件18’的头部29用于与电池内部的电路形成电连接，而且它可以具有适宜这一目的的任何形状和尺寸。在螺纹部分20上还形成一内螺纹孔，以便将外部载荷连接在电池上。
图8是图5、6和7的电池连接件18’安装在罩10’上的剖视图。垫片12的凸台15、基面26和连接件18’的底座部分24具有相同的几何形状和预选的尺寸，以便将电池端子固定到容器罩10上。
底座部分24大于孔22，并具有与垫片12的边缘3 1相同的形状。底座部分24的周边设计成被紧密容纳在边缘31内。因此，当连接件18’安装在罩10’上，垫片12就与凸台15中形成的孔22搭扣配合，且连接件18’的底座部分24由垫片12的边缘31围绕，使得连接件18’不能再在孔22内转动。凸台15内零件的设置便于形成紧密的夹紧定位，并防止连接件18’的任何位移，而这种位移可能由锁紧螺母16在连接件18’螺施引起。
在图5-8描绘的实施例中，凸台15的形状是矩形，但应理解，任何容易的、可制造的形状应是适宜的。锁紧螺母16和垫片12与那些关于图2、3和4实施例的描述相类似。
为安装端子，执行与图2、3和4实施例的有关描述相同的步骤。导向边缘30的直径“d”和套25的高度“h”的选择是当螺母16与连接件18的底座部分24接触并停止沿螺纹部分20的方向推进时，对绝缘垫片12产生预定的压缩力，正如上文关于对本发明第一实施例的讨论。
本发明使用带锥形套的锁紧螺母，以便在压缩作用之前，迫使单件式垫片围绕容器的孔并密封连接件。单件式垫片的应用与现有技术的方法相比，现有技术应用多个垫片或多个绝缘零件，而单件式垫片形成单一的结构。螺母16与垫片12和连接件18’结合的设计，使之克服施加过度或不足压缩力的反面效果，也不需要精密工具。
按本发明的密封导电端子在电化电池、蓄电池和其他电解装置直接使用的同时，它也能够用在任何需要上述性能的其他电子装置上。
应当理解，体现本发明的特有端子密封仅以举例的方式公开而不作为本发明的限制。这一发明的原理和特性可以应用在各种和许多的实施例中而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.电解装置容器的端子组件包括一绝缘垫片，它具有带中心孔的基部，该孔由从上述基部的一侧延伸的圆柱形颈部环绕，圆柱形颈部具有的外径以便与形成在上述容器的罩内的孔配合；连接件，它具有底座和位于上述底座上的螺纹柱，以便通过上述垫片的圆柱形颈部插入；和带锥形套的锁紧螺母，它具有适宜接纳上述连接件的上述螺纹柱的螺纹中心孔，以便将上述锥形套推入上述垫片的圆柱形颈部内，从而在上述颈部产生径向和轴向力，使上述颈部变形，并使它包盖在容器的上述罩内的上述孔周围，并成为插入在上述锁紧螺母的锥形套和上述连接件的底座之间，以便在上述罩、上述连接件和上述锁紧螺母之间形成密封。
2.按权利要求1的端子组件，其特征在于，上述垫片还包括一边缘，它围绕上述垫片的上述基部周边延伸，以便围绕上述连接件的底座，并将上述连接件固定在上述垫片上。
3.按权利要求1的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部具有在内部定位的向外的锥形环带，它终止于一圆形边缘，以便容纳上述锥形套上的圆形导向边缘，上述锥形导向边缘具有的直径稍小于上述圆形边缘的直径，以便拧紧锁紧螺母时其可被容纳在里面。
4.按权利要求1的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部的外直径的定形尺寸使其可搭扣配合在上述孔中。
5.按权利要求1的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部以直角围绕上述中心孔延伸，上述边缘以直角从上述基部延伸，上述柱从上述底座垂直地延伸，上述孔以直角从上述法兰延伸。
6.按权利要求3的端子组件，其特征在于，上述锥形套的高度和斜角这样选择，当上述锁紧螺母的上述前边缘完全就位在上述容器的底座上时，可获得上述径向和上述轴向力的预定值。
7.按权利要求1的端子组件，其特征在于，上述垫片由具有足够延伸率和弹性的工程塑料制造。
8.电解装置容器的端子组件包括一容器罩，它具有限定在上述罩中的凸台，上述凸台具有一中心孔；绝缘垫片，它具有基部和从上述基部一侧延伸的圆柱形颈部，和沿上述颈部轴线延伸的中心孔，以及垫片具有的外径尺寸使之便于配合在上述凸台内；连接件，它具有底座部分和从上述底座部分的一个表面延伸的螺纹部分，以便插入上述颈部；锁紧螺母，它包括法兰和锥形套，锥形套具有适宜容纳上述连接件的螺纹部分以便将上述锥形套推进到上述圆柱形颈部内的螺纹中心孔，从而在上述颈部产生径向和轴向压缩力，使上述颈部变形并使其包盖在上述容器罩的凸台中的孔周围，而在上述罩、上述连接件和上述锁紧螺母之间形成密封，并将上述连接件固定在上述容器上。
9.按权利要求8的端子组件，其特征在于，上述垫片还包括边缘，它围绕上述垫片的上述基部周边延伸，以便围绕上述连接件的底座部分，并将上述连接件固定在上述垫片上。
10.按权利要求8的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部具有圆形边缘，以便容纳上述孔上的圆形导向边缘，上述导向边缘具有的直径稍小于上述边缘的直径。
11.按权利要求8的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部的上述外径的定形尺寸以便在上述孔中紧配合。
12.按权利要求8的端子组件，其特征在于，上述圆柱形颈部以直角围绕上述中心孔延伸，上述边缘以直角从上述基部延伸，上述柱从上述底座垂直地延伸，上述孔以直角从上述法兰延伸，上述凸台沿平行于上述罩的平面延伸，上述孔定位在上述凸台中心。
13.按权利要求10的端子组件，其特征在于，上述锥形套的高度和斜角这样选择，当上述锁紧螺母的上述导向边缘完全就位在上述容器的底座上时，与获得上述径向和上述轴向力的预定值。
14.按权利要求8的端子组件，其特征在于，上述连接件还包括从上述底座部分的与上述一个表面相对置的第二表面延伸的头部，以便固定在电解板上。
15.电解装置容器的端子组件包括容器罩，它具有限定在上述罩中的凸台，上述凸台具有中心孔；绝缘垫片，它具有带中心孔的基部，该孔由从上述基部一侧以直角延伸的圆柱形颈部环绕，一边缘以直角从上述基部的对置侧延伸，上述圆柱形颈部具有在内部限定的向外的锥形环带，上述环带终止于圆形边缘，圆形边缘具有的直径尺寸使之便于搭扣配合在上述凸台的上述孔中；连接件，它具有底座部分，螺纹部分，和头部，底座部分大于上述罩内的上述孔，螺纹部分从上述部分的一个表面垂直延伸，头部从上述底座部分的对置表面延伸，上述螺纹部分插入上述垫片的上述圆柱形颈部；锁紧螺母，它包括法兰和以直角从上述法兰延伸的锥形套，锁紧螺母还具有螺纹中心孔和导向边缘，导向边缘的外径小于上述垫片的上述圆形边缘的内径，上述锁紧螺母的螺纹孔适于接纳上述连接件的螺纹部分，以便将上述锥形套推进到上述垫片的上述圆柱形颈部里面，从而在上述圆柱形颈部产生径向和轴向压缩力，使上述颈部变形，并使它包盖在上述容器的上述凸台内的上述孔周围，并成为插入在上述锁紧螺母的锥形套和上述连接件的上述底座部分之间，从而在上述罩、上述连接件和上述锁紧螺母之间形成密封，并将上述连接件固定在上述容器上。
16.将端子安装在电解装置容器上的方法包括下列步骤a)提供连接件和锁紧螺母，上述连接件具有底座和从上述底座延伸的螺纹柱，上述锁紧螺母包括法兰和锥形套，它具有适宜接纳上述连接件的螺纹柱的螺纹中心孔；b)提供具有基部的绝缘垫片，基部有中心孔，它被从上述基部的一侧延伸的圆柱形颈部环绕；c)在上述容器罩内设置的孔中插入上述垫片，以使上述圆柱形颈部通过上述罩的孔伸出；d)通过上述垫片的中心孔插入上述连接件，以使上述螺纹柱被容纳在上述圆柱形颈部里面，并通过上述罩的上述孔伸出；e)在上述连接件的上述螺纹柱上旋拧上述锁紧螺母，并使上述锁紧螺母的锥形套推进到上述垫片的圆柱形颈部里面，以便在上述圆柱形颈部上产生径向和轴向压缩力，使它包盖在上述罩内的孔周围，并成为插入在上述锁紧螺母的锥形套和上述连接件的底座之间，从而在上述罩、上述连接件和上述锁紧螺母之间提供密封。
17.按权利要求16的方法，其特征在于，步骤(e)还包括，当上述锁紧螺母完全就位在上述连接件的底座上，而上述径向和上述轴向压缩力产生预定值时，上述锁紧螺母的转动停止。
18.电解装置容器的端子组件包括通过限定在上述容器罩内的孔伸出的连接件装置；与上述连接件装置螺纹接合的紧固装置；和可变形密封装置，当上述紧固装置完全拧到上述连接件装置上，且产生预定值的径向和轴向压缩力时，上述密封装置包盖在上述罩内的孔周围，可变形密封装置插入在上述连接件装置和上述紧固装置之间，以便在上述连接件装置、上述紧固装置和上述罩之间形成紧密的密封。
全文摘要
用于导电端子与对电解装置的容器密封和电绝缘的端子组件,它使用锁紧螺母和单件式可变形垫片。当锁紧螺母下旋到端子时,锁紧螺母向内的锥形套与垫片向外的锥形环带相配合,以迫使垫片围绕容器的孔,并在压缩作用之前密封端子。由于预定的轴向和径向压缩力产生在容器的孔上,形成可靠的密封和电绝缘。形成增强密封的端子,同时可防止单件式垫片的过度压缩。
文档编号H01M2/06GK1264183SQ9912690
公开日2000年8月23日 申请日期1999年12月23日 优先权日1998年12月23日
发明者凌沛铮 申请人:凌沛铮