JP2003242984A - 蓄電池用格子の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レシプロ式エキスパンド格子の製造速度を高
めたままで、エキスパンド格子の耐食性を改善しうる格
子の製造装置を提供する。 【解決手段】 間欠移動する鉛合金シート上で、端部か
ら順にこの合金シートの進行方向に沿って階段状に配置
された複数の上刃を上下動させることにより、この金属
シートに切り込みを入れると同時に押し広げ、シート中
央部または端部に未展開部を残してマス目を網状に形成
する蓄電池用格子の製造装置において、階段状に配置さ
れた各段の前記上刃が、金属シートの進行方向に沿って
並んだ２枚以上の刃を備えると共に、これら各段の上刃
における２枚以上の刃の刃先の高さが、全段の半分以上
において、各段の刃の少なくとも１つで相違し、その高
さの差が、各段の高い側の刃物の刃先の高さの１〜２０
％であることを特徴とする蓄電池用格子の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池用格子の製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から蓄電池の極板として、網状の格
子に活物質を保持させたものが用いられている。網状の
格子を形成する代表的な方法としては、鋳造による方法
（鋳造格子）と、エキスパンダによる方法（エキスパン
ド格子）とがある。エキスパンダは、鉛シートに機械加
工を施すことによりマス目を形成する装置であり、この
鉛シートに多数の切り込みを入れて両側から引っ張るこ
とによりこの切り込みを開いてマス目を形成するロータ
リ方式のものと、この鉛シートを間欠移動させながら上
刃によって切り込みを入れ押し広げることにより順にマ
ス目を形成するレシプロ方式のものとがある。

【０００３】一般にロータリ方式は格子の製造速度が速
いが、格子の強度や耐食性に劣ると言われ、レシプロ方
式は格子の製造速度は遅いが、格子の強度や耐食性に優
れると言われる。

【０００４】上記レシプロ方式のエキスパンダは、図１
に示すように、１点鎖線で示す長尺な鉛シート１を、複
数の側面２ａが階段状に配置された下刃金具２上におい
て、図示矢印Ｖで示す方向に間欠的に移動させながら、
多数の上刃３を取り付けた上刃金具４を上下動させるこ
とにより、この鉛シート１にマス目を形成する電池用格
子の製造装置である。上刃金具４は端部から順に図示矢
印Ｖ方向に沿って階段状となる側面４ａを有する金具で
あり、実際には図示よりも下方、鉛シート１のすぐ上に
配置され、高速プレスにより繰り返し上下動をおこな
う。上刃３は下端に１枚の刃３ａを形成した工具であ
り、上刃金具４の各段の側面４ａにボルト等によって１
個ずつ取り付け固定される。

【０００５】なお、図１では図面を簡単にするために、
上刃金具４の側面４ａを４段のみとし、これらの側面４
ａにそれぞれ上刃３を取り付けた図を示しているが、実
際には、もっと多数の段の側面４ａにそれぞれ上刃３が
取り付けられている。また図１では上刃金具４と下刃金
具２の、それぞれ図面の手前側と奥側とに階段状の側面
４ａと側面２ａとを設けているが、設計によっては図面
手前側、あるいは図面奥側の一方のみに階段状の側面４
ａと２ａとを設けてもよい。

【０００６】図２は、レシプロ式で製造されたエキスパ
ンド格子の一例である。このエキスパンド格子は鉛シー
ト１に複数のマス目１ａが形成されており、このマス目
１ａに活物質が保持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は図１に示すよう
に、上刃金具４の側面４ａに、１つの刃３ａを備えた上
刃３が１つずつ取り付けられており、上刃金具４の１回
の上下動によってエキスパンド格子の上流側から下流側
に向かって１マスずつ形成されていた。しかし、１回の
上下動で１マスずつしか形成できないのでは、その製造
速度が遅いため、上刃金具４の側面４ａに、図３に示す
ような２つの刃３ａ、３ｂを備えた上刃３を１つずつ取
り付けることによって、上刃金具４の１回の上下動によ
ってエキスパンド格子の上流側から下流側に向かって２
マスずつ形成させることが試みられた。

【０００８】しかし、図３に示すような２つの刃３ａ、
３ｂを備えた上刃３を取り付けるだけでは、それによっ
てできるエキスパンド格子は図４に示すように、下部ラ
イン（図２の上下端に相当する部分）が曲がってしま
い、電槽挿入時に不具合を生じた。この問題は特願２０
００-２７５８５４号に記載のように図３に示す上刃３
の刃３ａと３ｂとの高さを変えることや、特願２００１
−３３８１５０号に記載のように、図３に示す上刃の刃
３ａと刃３ｂの形状を変えることによって解消すること
ができる。なお、レシプロ式エキスパンド格子の製造工
程の詳細については、前記特願２０００-２７５８５４
号に詳しく説明されている。

【０００９】ところが、このようにして製造したエキス
パンド格子を正極に用いた電池は、図１に示すような１
枚刃を用いて製造したエキスパンド格子を正極格子に適
用した電池よりも、１０％程度短寿命であった。解体を
おこなったところ、従来の１枚刃を用いて製造したもの
よりも正極の格子腐食が顕著であった。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、レシプロ式エキスパンド格子の製造速
度を高めたままで、エキスパンド格子の耐食性を改善し
うる格子の製造装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になした第１の発明は、間欠移動する鉛合金シート上
で、端部から順にこの合金シートの進行方向に沿って階
段状に配置された複数の上刃を上下動させることによ
り、この金属シートに切り込みを入れると同時に押し広
げ、シート中央部または端部に未展開部を残してマス目
を網状に形成する蓄電池用格子の製造装置において、階
段状に配置された各段の前記上刃が、金属シートの進行
方向に沿って並んだ２枚以上の刃を備えると共に、これ
ら各段の上刃における２枚以上の刃の刃先の高さが、全
段の半分以上において、各段の刃の少なくとも１つで相
違し、その高さの差が、各段の高い側の刃物の刃先の高
さの１〜２０％であることを特徴とする蓄電池用格子の
製造装置である。

【００１２】第２の発明は、シート進行方向に沿って、
最終もしくは最初の段に備えられた上刃を除いて、各段
に備えられた２枚以上の刃を備えた上刃の最も高い刃の
高さが、シート進行方向に沿って連続的もしくは段階的
に低くなっていくことを特徴とする請求項１に記載の蓄
電池用格子の製造装置である。

【００１３】第３の発明は、請求項１または２記載の製
造装置を用いて製造された蓄電池用格子である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者は、図３に示すような上
刃３の２つの刃３ａ、３ｂの位置関係について各種の検
討をおこない、製造速度を速めたままで耐食性に優れた
エキスパンド格子を製造する刃３ａ、３ｂの位置関係を
見だした。

【００１５】以下、本発明の実施形態について図面を参
照して説明する。

【００１６】図５はレシプロ式エキスパンド格子製造装
置の模式図であり、（Ａ）は上刃金具４の平面図、
（Ｂ）は上刃金具４の側面図、（Ｃ）は鉛シート１、
（Ｄ）は下刃金具２の側面図、（Ｅ）は下刃金具２の平
面図である。実際に側面から見た場合は図中（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）の配置となる。ただし、実際は（Ｃ）と
（Ｄ）とは接しており、（Ｂ）と（Ｃ）との間隔は図よ
りも狭くなっている。また図５の（Ａ）と（Ｂ）とに示
すように、上刃金具４には２枚の刃３ａ、３ｂを備えた
上刃３が取り付けられているが、図５では図の簡略化の
ために上刃３本体を省略して刃３ａ、３ｂのみを記載し
ている。図５（Ａ）と（Ｂ）に示す上刃金具４と、
（Ｄ）と（Ｅ）に示す下刃金具２とにはそれぞれ、複数
の階段状の段（図では１２段）が設けてある。この装置
を用いて鉛シート１にレシプロ式エキスパンド加工を施
した。

【００１７】ここで検討した項目は、上刃３に取り付け
られた刃３ａと３ｂの高さの差と上刃３の配置とであ
る。まず、「刃３ａと３ｂの高さの差」の定義を明確に
する。図６に前記定義を明確にするための図５（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）の要部拡大図（図５中のＸで囲った部
分）を示す。図６中の４は上刃金具であり、そのうちの
１つの側面４ａに刃３ａと刃３ｂとが取り付けられてい
る。４ｄで示される直線は、上刃金具４の下面を示す。
２は下刃金具であり２ａはその側面である。２ｕで示さ
れる直線は、下刃金具２の上面を示す。上刃金具４の下
面４ｄと下刃金具２の上面２ｕとの間に鉛シート１が上
流側（図左側）から下流側（図右側）に向かって間欠的
に進む。ここで図６は上下動する上刃金具４が最も下に
あるときを示している。図示の通り、上刃金具４の下面
４ｄと鉛シート１とは接触する必要はないが、接触させ
ることもできる。但し、上刃金具４の側面４ａに取り付
けられた刃３ａと３ｂの先端（図の下側）は、下刃金具
２の上面２ｕよりも下にないとエキスパンド加工を施す
ことができない。

【００１８】刃３ａの高さとは、図６のａで示すよう
に、上刃金具４が最も下にあるときの、下刃金具２の上
面２ｕから刃３ａの先端（図示下側）までの距離を指
し、刃３ｂの高さとは、図６のｃで示すように、上刃金
具４が最も下にあるときの、下刃金具２の上面２ｕから
刃３ｂの先端（図示下側）までの距離を指す。そして刃
の高さの差とは図６のｂで示すように刃３ａの高さａ
と、刃３ｂの高さｂとの差の絶対値を示す。なお図６で
は、上流側（図の左側）の刃３ａの高さを低く描いてい
るが、刃３ａを高くすることもできる。ただし、上流側
の刃の高さが低い方がわずかに良いようであった。

【００１９】前述のように、各種の刃３ａの高さａと、
刃３ｂの高さｃと、刃の高さの差ｂとを備えた上刃３
（図５、図６では図示省略）を上刃金具４の各側面４ａ
に取り付けて、鉛シートにレシプロ式エキスパンド加工
を施し、各種形状のエキスパンド格子を製造し、そのエ
キスパンド格子に常法によって正極活物質を充填して正
極板とし、常法によって製造した負極板とセパレータと
を介して積層して発電要素とした。この発電要素を備え
た蓄電池を寿命試験に供することによって好ましいエキ
スパンド格子の形状を評価したところ、下記のような特
徴を見出した。

【００２０】（１）上刃金具４の各段４ａにおける半分
以上（図５では６段以上）の段で、刃３ａの高さａと刃
３ｂの高さｃとの差ｂが異なるものを使用すること。 （２）刃の高さの差は高いほうの刃に対して１〜２０
％、好ましくは５〜１５％であること、 （３）各段の２枚の刃３ａ、３ｂの高い方の刃先の高さ
が、シート進行方向に沿って最上流側および最下流側の
段の刃物を除いて、連続的もしくは段階的に低くなるこ
と。

【００２１】上記（１）〜（３）のいずれか、又は組み
合わせた特徴を備えたレシプロ式エキスパンダで製造し
たエキスパンド格子は、従来の１枚刃による製造速度の
遅いレシプロ式エキスパンダで製造したエキスパンド格
子と同等、あるいは同等以上の寿命性能を備えることが
できた。この理由の詳細は不明であるが、上記（１）〜
（３）の特徴によって、鉛シートの切断、展開時に鉛シ
ートに加わる応力の分布が適当なものとなり、エキスパ
ンド格子の結晶学的構造が腐食に対する耐性を保つこと
ができたのではないかと思われる。なお、前述の鉛シー
トとは鉛または鉛合金からなるシートのことを指す。

【００２２】

【実施例】図５に示したような１２段の側面４ａを備え
たレシプロ式エキスパンド格子製造装置の上刃金具４の
各側面４ａに、各種上刃３（図５では図示省略）を取り
付けた。上刃３には１枚または２枚の刃が備えられる。
各種刃の詳細を表１〜３に示す。左端列の１〜１２はレ
シプロ式エキスパンド格子製造装置の段を示し、最上行
の０〜８は本実施例での試験番号を示した。表内の数値
は刃の高さ（ｍｍ）を示す。

【００２３】なお、表１は上刃３の高さの差ｄを検討し
たものであり、表２は各段の上刃の高さが異なる段数の
影響を示したものであり、表３は各段に備えられた上刃
の高い方の刃の高さの変化について検討したものであ
る。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】試験をしたシートは、厚み１．８ｍｍ、合
金組成Ｐｂ−０．０６％Ｃａ-２％Ｓｎ-０．００５％Ａ
ｌの鉛合金シートであり、これは、厚み約１２ｍｍの連
続鋳造スラブを、連続的に並ぶ一対のローラで圧延して
得た。展開速度は、５００回／分、１枚刃のものの送り
ピッチはマス目ピッチの１．５倍である３０ｍｍとし、
２枚刃のものの送りピッチはマス目ピッチの２．５倍で
ある５０ｍｍとした。また、各段での刻み幅は１．８ｍ
ｍとした。この方法でエキスパンド加工をしたエキスパ
ンド格子のマス目１ａの形状を観察した結果を表４〜６
に示す。

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】すなわち、階段状に配置された各段の上刃
の刃先の高さが全段の半分以上において各段の刃の少な
くとも１つで相違し、その高さの差が、各段の高い側の
刃物の、刃先の高さの１〜２０％とすることで、マス目
の大きさのばらつきを小さくすることができた。さら
に、概刃先の高さの差を５〜１５％とすることで、マス
目の大きさのばらつきをなくすことができた。

【００３２】参考として、検討番号１の方法で製造した
エキスパンド格子を図７に、検討番号４の方法で製造し
たエキスパンド格子を図８に示す。

【００３３】これらのエキスパンド格子を用いて鉛蓄電
池を試作し、その寿命性能を確認した。上記のように得
たエキスパンド格子を、一対のローラでプレスして厚さ
３．７ｍｍとし、これに所定の正極ペーストを充填し、
所定幅で切断、集電耳部の打ち抜き形成を施した。この
ようにして、得られた充填済み格子を所定の熟成乾燥工
程を施して未化成の正極板を得た。ここで、正極ペース
トには、鉛粉、鉛丹および短繊維を希硫酸および水で混
練したものを用いた。

【００３４】負極板には、通常のエキスパンド格子を用
いてシート厚み１ｍｍの鉛合金（Ｐｂ-０．１％Ｃａ-
０．５％Ｓｎ−０．００３％Ａｌ）を展開し、厚み１．
７mmにプレスしたものを用いた。これに、所定の負極ペ
ーストを充填後、通常の熟成・乾燥工程を経て、未化成
の負極板を得た。ここで、負極ペーストには鉛粉、リグ
ニン、バリウム化合物、カーボンなどを希硫酸および水
で混練したものを用いた。

【００３５】このようにして得た正負極板と微細ガラス
繊維を主体とした吸液性を備えたリテーナマットとを交
互に積層し、正極４枚、負極５枚のエレメントを得た。
このエレメントをストラップおよびセル間接続を構成
し、これら６個を一つのＡＢＳ製電槽に納めた後、蓋を
接着した。その後、蓋上部の孔より希硫酸を注液し、制
御弁をとりつけ、その弁を押さえるべく上蓋を超音波溶
着してから電槽化成を施し、公称電圧１２Ｖ公称容量１
０Ａｈ（２０時間率）の制御弁式蓄電池を得た。

【００３６】これらの電池を、ＪＩＳ Ｃ ８７０２−
１記載のフロート寿命試験に供した。すなわち、温度２
５℃で、セル当たり２．２７５Ｖ、電池当たり１３．６
５Ｖで充電するもので、２ヶ月毎に２．５Ａの定電流で
セル当たり１．７Ｖ（電池当たり１０．２Ｖ）に至るま
で放電し、その放電容量を確認するものである。なお、
放電容量が公称容量の半分（本実施例では５Ａｈ）にな
った時点を寿命とした。試験結果を表１〜３に示す。す
なわち、表１〜３の寿命欄に示したように、本発明によ
る、階段状に配置された各段の上刃の刃先の高さが全段
の半分以上において各段の刃の少なくとも１つで相違
し、その高さの差が、各段の高い側の刃物の、刃先の高
さの１〜２０％とすることで、さらに、概刃先の高さの
差を５〜１５％とすることで、また、さらに、各段の２
枚の刃３ａ、３ｂの高い方の刃先の高さが、シート進行
方向に沿って最上流側および最下流側の段の刃物を除い
て、連続的もしくは段階的に低くすることで、検討番号
０番の寿命性能と同等または同等以上の寿命性能を達成
することが可能になった。

【００３７】本実施例の他、各種上刃の形状、刃の高
さ、上刃金具の段数、鉛シート組成、鉛シート厚み等の
製造条件を変更しても同様の試験結果が得られた。ま
た、上記実施例では２枚刃について説明したが、刃の数
を２枚以上としても同様の効果が得られた。その例とし
て、表７および８に刃の数を３枚とした結果を示す。こ
こで、表７には、各段の刃の高さおよび前述と同様の電
池試験をおこなった結果を示した。また、表８では、エ
キスパンドをおこなった格子マス目の状態を示した。

【００３８】

【表７】

【００３９】

【表８】

【００４０】表８によると、各段の刃の数を３枚とした
場合でも、本発明によって、格子マス目の大きさのばら
つきを低減もしくはなくすことができた。

【００４１】表７の寿命試験結果によると、３枚刃にお
いても、２枚刃と同様に、本発明によって、検討番号０
番の寿命性能と同等または同等以上の寿命性能を達成す
ることが可能になった。

【００４２】なお、表１に示した刃物の列は、それぞれ
１枚の刃としても良いが、この場合、各段について２個
の上刃３を刃３ａの刃先の高さだけ相違するように取り
付ける必要があり、この取り付け調整が面倒なものにな
る可能性がある。そこで、２枚の刃物が一体となった形
状（図３）を用いることで、面倒な調整をなくすことが
可能になる。

【００４３】また、上記実施形態では、鉛シート１の両
側に展開部を形成する場合について説明したが、上刃金
具４の片側にのみ階段状の側面４ａを形成し、ここに上
刃３を取り付けることにより、鉛シート１に片側の展開
部だけを形成することもできる。

【００４４】また、上記実施形態では、メッシュ横ピッ
チ×高さが２０×平均８ｍｍのものについて説明した
が、この他、２０×平均１０ｍｍおよび４０×平均１４
ｍｍのものについても同様の結果が得られた。すなわ
ち、本発明はこのメッシュサイズに限定されるものでは
ない。

【００４５】また、上記実施形態では、鉛シート１のマ
ス目１ａの形状が長六角形（ダイアモンド形）である場
合について説明したが、このマス目形状は特に限定され
ない。しかも、端部を除いたマス目１ａの形状が全て同
じである必要もない。例えば、本実施形態では、各段の
上刃３について、刃先の形状が同じ２枚の刃３ａ，３ｂ
を高さだけを相違させる場合について示したが、刃先の
形状の異なる刃を高さも相違させるようにすれば、隣接
するマス目１ａの形状が異なるようになる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池用格子の製造装置によれば、レシプロ式エキスパ
ンド格子の製造速度を高めたままで、エキスパンド格子
の耐食性を改善しうる格子の製造装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レシプロ式エキスパンダの斜視図

【図２】 エキスパンド格子

【図３】 ２枚の刃を備えた上刃

【図４】 従来の２枚刃で製造したエキスパンド格子

【図５】 レシプロ式エキスパンダの平面図

【図６】 レシプロ式エキスパンダの平面拡大図

【図７】 エキスパンド格子

【図８】 エキスパンド格子

【符号の説明】

１ 鉛シート １ａ マス目 ２ 下刃金具 ２ａ 下刃金具の側面 ３ 上刃 ３ａ 刃（上流側） ３ｂ 刃（下流側） ４ 上刃金具 ４ａ 上刃金具の側面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間欠移動する鉛合金シート上で、端部か
   ら順にこの合金シートの進行方向に沿って階段状に配置
   された複数の上刃を上下動させることにより、この金属
   シートに切り込みを入れると同時に押し広げ、シート中
   央部または端部に未展開部を残してマス目を網状に形成
   する蓄電池用格子の製造装置において、 階段状に配置された各段の前記上刃が、金属シートの進
   行方向に沿って並んだ２枚以上の刃を備えると共に、 これら各段の上刃における２枚以上の刃の刃先の高さ
   が、全段の半分以上において、各段の刃の少なくとも１
   つで相違し、 その高さの差が、各段の高い側の刃物の刃先の高さの１
   〜２０％であることを特徴とする蓄電池用格子の製造装
   置。
2. 【請求項２】 シート進行方向に沿って、最終もしくは
   最初の段に備えられた上刃を除いて、各段に備えられた
   ２枚以上の刃を備えた上刃の最も高い刃の高さが、シー
   ト進行方向に沿って連続的もしくは段階的に低くなって
   いくことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用格子の
   製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の製造装置を用い
   て製造された蓄電池用格子。