Brevet FR2578102A1 — publié le 19860829

I La présente invention est relative à des conducteurs formant bornes d'électrode, en particulier à des conducteurs pour électrodes du type à aiguille, et elle se rapporte également à un système permettant d'empêcher le déplacement de ces conducteurs dans les piles électrochimiques ou leur enlèvement hors de celles-ci. Dans les piles électrochimiques présentant des structu- res de type cylindrique, telles que les piles alcalines, la connexion électrique externe à l'électrode centrale se fait généralement en utilisant un long élément métallique, tel qu'une aiguille, qui est introduit ou chassé à travers l'élément formant bouchon isolant en matière plastique de la pile. La tête de l'aiguille reste à l'exté- rieur (par rapport à la pile) du bouchon en matière plastique en vue d'une connexion électrique à une coiffe, une plaque ou autre élément métallique par contact physique avec la tête de l'aiguille, la coiffe i15 ou plaque métallique obturant la pile avec l'aiguille à l'intérieur. La tige de l'aiguille (intérieur par rapport au bouchon en matière plastique) est introduite dans l'électrode centrale de manière à agir comme collecteur de courant pour l'électrode (dans les piles alcalines, cette électrode est habituellement l'anode) et une partie de la tige de l'aiguille, au voisiange de sa tête, est entourée par le bouchon en matière plastique et est en contact étanche avec lui. L'enlèvement de l'aiguille hors du bouchon en matière plastique ou même le relâchement ou le déplacement de cette aiguille par rapport à ce bouchon, en particulier dans le cas d'une pile qui se trouve sous une certaine pression, pourraient s'accompagner d'une fuite ou d'une vaporisation indésirables de l'électrolyte alcalin corro- sif à travers le trou recevant l'aiguille. Antérieurement, on a réduit ces possibilités au minimum grâce à la structure rugueuse des piles alcalines. De telles piles ont été construites avec des boîtiers ou des enveloppes métalliques dont les extrémités étaient serties sur la périphérie du bouchon en matière plastique des piles, ce bouchon retenant à son tour de manière sûre les bords des coiffes ou plaques métalliques recouvrant la tête de l'aiguille. L'extrériité sertie des boîtiers métalliques donnait une robustesse structurale suffisante pour maintenir fermement la coiffe ou plaque en place, en empêchant de la sorte un mouvement de l'aiguille vers l'extérieur lors d'une accumulation de pression de gaz à l'intérieur de la pile. En outre, ces boîtiers métalliques étaient relativement difficiles à retirer de la pile, ce qui retardait ainsi fortement une altération des pièces constitutives de la pile et l'enlèvement de l'aiguille. L'expulsion ou déplacement de l'aiguille et son enlève- ment sont devenus un problème du fait que les fabricants de piles se sont orientés vers l'utilisation de boîtiers ou enveloppes en matière plastique (ou d'une autre qualité élevée) pour maintenir à la périphérie la coiffe ou plaque métallique en place. Du reste, ces enveloppes en matière plastique n'ont pas la robustesse structurale du métal pour maintenir fermement en place la coiffe ou plaque normalement sous contrainte. Un but de, la présente invention est de prévoir une structure pour conducteur métallique, tel qu'une aiguille, de manière que ce conducteur soit ancré de façon fixe par le bouchon de la pile à l'encontre d'un enlèvement par extrusion ou par altération, et ce afin de renforcer la sécurité des piles. Un autre but de la présente invention est de prévoir un tel conducteur métallique de manière qu'il puisse être ancré au bouchon de la pile, même lorsque ce bouchon a déjà été placé sur cette pile. Ces buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres encore, apparaîtront plus clairement de la description suivante donnée avec référence aux dessins annexes. Les Figures I a et lb sont des vues en coupe partielle de bouchons de piles présentant des formes de réalisation du conduc- teur en aiguille ancré suivant la présente invention. Les Figures 2 à 4 présentent des formes de réalisation différentes du conducteur en aiguille de la présente invention. La Figure 5 est une vue agrandie de la zone cerclée des conducteurs en aiguille des Figures 2 à 4. D'une manière générale, la présente invention concer- ne une pile électrochimique comportant un bac de pile qui est fermé par un bouchon isolant souple. Un conducteur d'électrode, tel qu'une aiguille, est introduit à travers le bouchon de la pile et dans une électrode de celle-ci, le conducteur d'électrode restant accessible du point de vue électrique depuis l'extérieur de la pile, de sorte qu'il agit comme borne pour l'électrode. Comme le conducteur d'électrode est généralement aussi physiquement accessible depuis l'extérieur (en particulier si la coiffe métallique le recouvrant est aisément amovible), il est en conséquence sujet a extraction par altération ou à un dépJ-.cement ou une expulsion par la formation d'une pression de gaz à l'intérieur de la pile. Suivant la présente invention, on incorpore des moyens dans la pile pour limiter ou res- treindre fortement le déplacement relatif entre le bouchon de la pile et le conducteur d'électrode, celui-ci étant ancré à l'encontre d'un relâchement, d'une expulsion ou d'un enlèvement indésirables hors du bouchon de pile. Ces moyens de contrainte sont de préférence formés d'une pièce avec le conducteur afin d'assurer le degré requis d'ancrage entre le conducteur et le bouchon de pile, pour empêcher ou retarder un tel relâchement du conducteur. Suivant une forme de réalisation préférée de la présente invention, le conducteur est constitué par une aiguille présentant des moyens formant épaulements, s'étendant radialement, sur sa tige. Les moyens formant épaulements sont prévus sur une partie de ia tige de l'aiguille, qui est intérieure par rapport au bouchon de la pile et ils s'adaptent en étroite juxtaposi- tion par rapport à la surface périphérique inférieure des parois de l'ouverture par laquelle l'aiguille a été introduite. Les moyens formant épaulements permettent l'introduction de l'aiguille mais empêchent son extraction ou son expulsion du fait d'une coopération par verrouillage avec le bouchon de la pile. Une forme préférée pour ces épaulements est celle d'un ardillon circonférentiel longitudi- nal ou de plusieurs ardillons distincts et de préférence prévus symétri- quement, formés d'une pièce avec l'aiguille, pour permettre l'introduc- tion à sens unique de l'aiguille dans le bouchon de la pile. L'ardillon présente une section droite en forme de coin (ou d'un coin simple pour chacun des ardillons - distincs), et ce avec un rebord supérieur qui, lorsqu'il a été totalement introduit à travers le bouchon de pile et audelà de celui-ci, résiste à l'enlèvement de l'aiguille du fait que ce rebord est retenu par la surface inférieure des parois de l'ouverture en assurant ainsi un contact à verrouillage. En utilisant l'ardillon mentionné ci-dessus, l'aiguille peut être introduite dans une pile déjà terminée sans qu'il soit nécessaire d'ancrer préalable- ment l'aiguille au bouchon de la pile avant la mise en place de ce 0 bouchon sur cette pile (un ancrage préalable est évidemment possible aussi dans le cas de la présente invention). Le bouchon de la pile est d'une nature souple permet- tant ainsi l'introduction de l'aiguille à ardillon. Dans le cas de bouchons de pile constitués par une matière relativement molle, comme le polypropylène, il est particulièrement préférable que l'ardillon ne présente pas une arête vive car une telie arête formerait facilement une entrée par éraflure et également un parcours de sortie à travers le polypropylène, en permettant ainsi un enlèvement facile et une suppression du contact à verrouillage. Un arrondissement du bord de l'ardillon peut être nécessaire pour certaines applications (dans le cas de plusieurs ardillons, le conducteur peut être introduit et tourné partiellement pour assurer un contact à verrouillage d'une manière semblable à une connexion du type "baïonnette"). L'introduc- tion d'un conducteur en aiguille dans un bouchon de pile exige généra- lement aussi que la tige de l'aiguille et le bouchon de pile dans lequel cette aiguille est en contact soient en contact étanche pour empêcher des fuites.. En conséquence, on place une matière d'étan- chéification entre la tige de l'aiguille et le bouchon de pile aux points de contact. Une arête vive sur l'ardillon aurait tendance à enlever cette matière d'étanchéification. Le bord arrondi n'affecte pas, de façon surprenante, l'intégrité de la couche de cette matière. Dans des matières plus dures, comme le Nylon, il y a peu ou pas de formation d'un passage par éraflure et d'enlèvement de la matière d'étanchéification, le bord du ou des ardillons ne devant pas nécessai- rement être arrondi. Le degré de saillie des épaulements, tels que des ardillons, dépend généralement de la force minimale néces.aire pour déloger ou enlever l'aiguille. Une telle force minimale est proportion- *nelle à la dureté du bouchon en matière plastique et à sa résistance aux forces de traction exercées par l'ardillon, et aussi à la grandeur de l'aire superficielle du bouchon de pile, qui est en contact avec le rebord supérieur de l'ardillon. Des matières plus dures, comme le Nylon, et une aire superficielle plus élevée, par exemple dans le cas d'un ardillon circonférentiel, exigent une -saillie vers l'extérieur d'une moindre importance, tandis que des matières plus molles, comme le polypropylène, et des ardillons distincts peuvent exiger une saillie plus importante pour une force minimale similaire d'extrac- tion ou de délogement. En tout cas, les moyens formant épaulements, tels qu'un ardillon, ne devraient pas présenter une extension de leur saillie au point qu'une introduction de l'aiguille dans le bouchon de pile soit empêchée ou sensiblement retardée. D'autres facteurs à considérer dans la détermination du degré de saillie de l'ardillon sont la forme de l'aiguille et l'ouverture dans le bouchon de pile en matière plastique à travers lequel cette aiguille est introduite. Dans certaines piles, l'aiguille comprend une section de tige large au voisinage de sa tête, l'ouverture du bouchon de pile étant conformée pour y correspondre afin de renforcer la relation d'étanchéité entre l'aiguille et les parois de l'ouverture du bouchon de pile. De la sorte, une extension de saillie sur l'ardillon, inférieure au diamètre de la partie la plus large de l'ouverture du bouchon de pile mais supérieure au diamètre de la partie la plus étroite de cette ouverture, permettrait l'introduction d'une aiguille à ardillon avec peu d'effet, s'il y en a, sur la relation d'étanchéité entre l'aiguille et le bouchon de pile. La force nécessaire pour retirer une aiguille non ancrée hors d'un bouchon de pile est d'environ 6,8 kg et il est désira- ble qu'une telle force soit augmentée jusqu'à environ 11,4 kg au moins. Les méthodes d'essai de force diffèrent toutefois et une règle générale est que la force avec ancrage soit d'au moins 50% supérieure à la force sans ancrage, de préférence supérieure d'au moins 100%. En plus des moyens formant épaulements, tels que le ou les ardillons décrits ci-dessus, on peut utiliser des moyens secondaires pour augmenter la force d'enlèvement nécessaire pour retirer l'aiguille ou pour empêcher l'extraction de celle-ci. La fiabilité de l'étanchéité peut aussi être renforcée. A titre d'exemple, un ardillon à arete vive peut être prévu dans la partie de l'aiguille restant en contact avec les parois de l'ouverture du bouchon de pile. Dans des matières dures de bouchon de pile, comme le Nylon, un tel ardillon aurait tendance à mordre dans les parois de l'ouverture du bouchon et à agir ainsi comme épaulement secondaire. Dans des matières plus molles, comme le polypropylène, l'arête vive telle que décrite ci-dessus éraflerait les parois de l'ouverture, la matière enlevée par éraflure étant déposée entre l'aiguille et les parois de l'ouverture dans la zone comprise entre l'ardillon à arête vive et l'ardillon de retenue agissant comme moyen d'ancrage au-delà de la surface inférieure du bouchon de pile. Un tel dépôt de polypropy- lène renforce la relation d'étanchéité entre l'aiguille et la paroi de l'ouverture, dans cette zone, et augmente la somme du contact de frottement entre cette aiguille et cette paroi, en accroissant ainsi la force nécessaire pour extraire l'aiguille. Suivant une autre forme de réalisation, l'aiguille peut comporter une section délibérément affaiblie dans sa portion de tige, cette section étant noyée dans le bouchon de la pile. Dans cette forme de réalisation, la force nécessaire pour rompre cette section affaiblie est inférieure à la force requise pour l'extraction de l'aiguille. Il en résulte qu'un essai d'extraction de l'aiguille aura pour résultat une rupture de la tête de celle-ci, le reste de l'aiguille n'étant pas retiré facilement du bouchon de pile. Si on se reporte aux dessins, la Figure la montre un bac de pile 12 fermé par un bouchon en polypropylène 13. Ce bouchon de pile 13 présente une ouverture centrale 13a à travers laquelle un conducteur en aiguille 11 est introduit en vue d'un contact électrique avec une anode 14. Une coiffe métallique 15 est soudée à la tête 21 de l'aiguille et est en contact périphérique avec les extrémités de l'enveloppe externe 16 en matière plastique. Il en résulte qu'il y a peu de force de contact pour retenir la coiffe métalli- que 15 sur la pile 10. Le conducteur en aiguille 11 pourrait par conséquent être normalement enlevé facilement ou pourrait être sujet à un délogement aisé. Pour empêcher ceci, la tige 22 de l'aiguil- le comporte un ardillon circonférentiel 23 qui est prévu en dessous de la surface inférieure 13b des parois de l'ouverture 13a, le rebord de cet ardillon se mettant en contact avec cette surface inférieure pour résister à des forces de délogement ou d'extraction. La partie de la tige d'aiguille 22, noyée dans le bouchon de pile 13, présente des sections de large diamètre et de diamètre étroit la et ilb, l'ouverture 13a étant conformée de façon correspondante.Une matière d'étanchéification 17 est disposée entre la partie large!la et les parois de l'ouverture la pour empocher une fuite entre elles. En outre, le diamètre de l'ardillon circonférentiel 23 est légèrement inférieur à celui de la partie large l la de sorte que cet ardillon 23, lorsqu'il est introduit dans l'ouverture 13, n'érafle pas la paroi de l'ouverture au voisinage de la partie large 1la et n'enlève pas la matière d'étanchéification qui y est placée. La Figure lb montre une pile ayant une conformation identique, sauf pour ce qui concerne la!orme de la section d'ardillon de l'aiguille, cette section compre- nant des ardillons distincts 23' qui agissent d'une manière analogue à celle de l'ardillon circonférentiel de la Figure la. Les ardillons 23 et 23' sont illustrés comme étant légèrement espacés de la surface inférieure 13b des parois de l'ouverture 13a, afin de permettre des tolérances dans les dimensions du bouchon en matière plastique de la pile. Un tel espacement devrait toutefois être réduit au minimum pour éviter un délogement partiel préjudiciable de l'aiguille. L'aiguille de la Figure 2 diffère légèrement de celle illustrée par la Figure la, et ce par la présence d'une découpure circonférentielle 24. Une telle découpure résulte de la formation de l'ardillon 23, de la matière étant déplacée sur l'aiguille en ce point pour former l'ardillon. Une aiguille présentant des formes d'ardillon du type des Figures la et lb peut être obtenue par une simple coulée initiale de l'aiguille avec l'ardillon désiré. L'aiguille 2578 102 de la Figure 2 représente, par contre, une variante d'une aiguille existante. Cette dernière forme d'aiguille avec une découpure 24 est en outre avantageuse car elle crée un allongement de la zone de rebord 25 sans extension supplémentaire de l'ardillon vers l'extérieur. Le bouchon de pile en matière plastique souple s'étend partiellement dans cette découpure avec pour résultat une force accrue de retenue de l'ardillon 23. Les aiguilles utilisées comme conducteurs formant bornes dans les piles électrochimiques sont généralement obtenues au départ d'un fil métallique, par exemple en laiton, en nickel-argent et en acier étamé. L'acier étamé présente le plus de difficUltés dans la fabrication de l'aiguille de la Figure 2 en raison des complica- tions de placage. Par contre, la coiffe métallique qui y est soudée est la plus difficile à enlever. L'aiguille de la Figure 3 diffère en outre de l'aiguille de la Figure. 2 par la prévision d'un élément d'éraflement 26 présen- tant une arête vive 26a. Lorsque l'aiguille est introduite dans un bouchon de pile en polypropylène, tel qu'illustré par les Figures la et lb, l'arête 26a érafle le polypropylène en avant d'elle dans la zone 27 pour renforcer la relation d'étanchéité entre l'aiguille et les parois de l'ouverture du bouchon de pile, ainsi que le contact de frottement entre cette aiguille et ces parois avec une certaine augmentation de la force nécessaire pour l'extraction. L'aiguille de la Figure 4 présente une caractéristique supplémentaire constituée par la rainure circonférentielle 29 prévue dans la tige de l'aiguille au voisinage de la tête 21 de celle-ci. Cette rainure affaiblit la tige de l'aiguille en cet endroit au point qu'une action s'exerçant sur la tête de l'aiguille à l'encontre de la force d'ancrage assurée par l'ardillon 23 a pour résultat la rupture et la séparation de la section 28 par rapport au restant de la tige de l'aiguille, qui reste noyée dans la matière plastique. Il en résulte qu'un enlèvement de force de l'aiguille avec une mise à nu simultanée de l'ouverture 13 et une expulsion possible de l'électrolyte alcalin corrosif est pratiquement exclu. La Figure 5 montre une partie agrandie de la section 2578 102 d'ardillon d'ancrage des aiguilles illustrées sur les Figures 2 à 4, convenant particulièrement bien avec un bouchon de pile en matière plastique relativement molle. L'ardillon 23 comporte un rebord dont l'extrémité est arrondie pour supprimer les arêtes vives qui pourraient créer, de façon indésirable, un parcours de sortie par éraflement dans le bouchon en polypropylène, sortie par laquelle l'ardillon 23 pourrait être retiré facilement. En outre, cet arrondisse- ment empêche pratiquement totalement l'enlèvement de la matière d'étanchéification, en particulier dans des piles o l'ouverture du bouchon de pile et la tige de l'aiguille sont d'un diamètre uniforme. Il doit être entendu que la description précédente des dessins est purement illustrative et que des changements peuvent être apportés aux formes, aux matières constitutives, aux relations entre les pièces constitutives, etc., sans sortir pour autant du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS. 1. Pile électrochimique, comprenant un bac de pile qui est fermé par un bouchon de pile isolant souple, et un conducteur d'électrode introduit à travers ce bouchon dans une électrode de la pile, ce conducteur d'électrode étant accessible physiquement et électriquement depuis l'extérieur de la pile de manière à agir comme borne pour l'électrode, une partie de ce conducteur d'électrode étant enfermée dans le bouchon de pile susdit, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (23, 23') pour entraver pratique- ment totalement un déplacement du conducteur d'électrode par rapport au bouchon (13) de la pile. 2. Pile suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur d'électrode présente l'allure d'une aiguille (11), comportant une tête (21) et une tige (22), la tête de cette aiguille assurant l'accessibilité physique et électrique susdite depuis l'extérieur. 3. Pile suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens d'entrave susdit sont formés d'une pièce avec la tige (22) de l'aiguille (11). 4. Pile suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'entrave sont prévus sur la tige (22) intérieure- ment au bac (10) de la pile et en dessous de la surface intérieure du bouchon (13) de cette pile, et ce en juxtapositiion étroite avec cette surface intérieure. 5. Pile suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'entrave consistent en un ardillon circonférentiel (23) prévu longitudinalement sur la tige (22) et comportant une partie supérieure qui entre en contact avec la surface intérieure susdite du bouchon (13) pour assurer l'entrave pratiquement totale susdite du déplacement. 6. Pile suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'entrave consistent en deux ardillons (23') ou plus, chaque ardillon étant prévu longitudinalement sur la tige (22) et comportant une partie supérieure qui entre en contact avec la surface intérieure susdite du bouchon (13) pour assurer l'entrave Il pratiquement totale susdite du mouvement. 7. Pile suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la tige (22) de l'aiguille comporte en outre une découpure circonférentielle (29) prévue directement au-dessus de l'ardillon de manière à former un rebord s'étendant vers l'intérieur pour accroître le contact d'entrave entre le bouchon (13) de la pile et la partie supérieure de l'ardillon. 8. Pile suivant l'une quelconque des revendications à 7, caractérisée en ce que la tige (22) de l'aiguille comporte une partie de diamètre large et une partie de dianmètre étroit (1 la, I lb), la partie large étant adjacente de la tête (21) de l'aiguille et en contact étanche avec le bouchon (13) de la pile, le diamètre du ou des ardillons (23, 23') étant supérieur à celui de la partie étroite susdite (I lb) et inférieur à celui de la partie large (I la). 9. Pile suivant l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisée en ce que des moyens supplémentaires pour entraver les déplacements, constitués par un ardillon circonféren iel (26) à arête vive (26a), sont formés d'une pièce avec la partie enfermée de la tige (22) de l'aiguille. 10. Pile suivant l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisée en ce que des. moyens (29) sont prévus sur la partie enfermée de la tige (22) de l'aiguille de manière qu'une force de violation inférieure à celle nécessaire à l'extraction de l'aiguille et exercée sur la tête de cette aiguille casse et sépare celle-ci.