JP2009181730A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】エキスパンドの連続体より単位極板に切断する際に生じる極板の湾曲は電池作成後において短絡等により早期に容量劣化を招くため、極板加工に際しては高い寸法精度を要望されており、従来設備を大幅に変更することなくエキスパンド方式を用いたペースト充填後の連続体から高い精度の極板を得ることが求められている。
【解決手段】極板単位に切断する工程において、ダイシリンダとアンビルシリンダの組み合わせで極板単位に切断する際、極板の上枠骨と無地部側の打ち抜き部とを切断するダイシリンダに設ける刃の角度は、刃軸線に対して極板側角度をα、無地部側の角度をβとするとき、α＜βとすることで連続体から高い精度のエキスパンド極板が得られる。
【選択図】図６

Description

本発明は、鉛蓄電池用極板およびこれに関する製造装置である。

鉛蓄電池の極板を製造する方法として、帯状の鉛シートを網目加工してメッシュ状の格子体を生産しながら活物質になるペーストを充填するエキスパンド方式は、連続的に極板が製造できるため生産性の面で優れ、近年広く採用されている。

エキスパンド方式における極板および極板集電部の成形方法としては、最初に帯状鉛シートの幅方向の中心部が極板の集電部分となるように規定の長さでプレス等を用いて打ち抜き、帯状鉛シートの両幅方向にエキスパンド加工を施して網目状部分を連続的に形成する。この網目状部分に活物質ペーストを充填した連続体をロータリーカッターで単位極板に切断加工するという方法である。

しかし従来の方法では、切断工程がペースト充填前の打ち抜きと単位極板に切断する二段階あるためにそれぞれの設備を必要とし、生産設備の連動性の観点より集電部の加工と極板単位への加工とを同時に行うロータリーカッターが使用されるようになってきた。この二段階の加工を同時に行った場合、連続体の縦方向と横方向が同時に切断加工されるため、切断時に歪が生じ、生産される極板に湾曲を発生させる要因となっていた。極板の湾曲により極板の上集電体部分では、特に極板間距離が短い極板群を構成したような場合、この湾曲部がセパレータを貫通して短絡する現象を生じたりしていた。

例えば特許文献１には、ダイシリンダ（Ａ）とダイシリンダ（Ｂ）の一対の組み合わせて、回転しながらお互いの刃が重なるときに、極板を打ち抜き極板を生産する方式が示されており、さらに、両者のダイシリンダの刃幅をそれぞれ異なるように構成することにより、切断の際に一方からの応力が加わらないようにして、格子の突起が除去されるとともに極板の湾曲も低減することが記載されている。
特開平１０−２０８７３６号公報

しかしながら、極板の上枠骨は、実際の電池使用時おいても格子腐食に起因した極板変形によりセパレータを貫通して短絡を生じる場合があり、特に電池作成時において上枠骨に湾曲が存在した場合には早期に容量劣化を招くため、これらの極板加工に際しては高い寸法精度を要望されていた。このため、従来設備を大幅に変更することなく、エキスパンド方式を用いたペースト充填後の連続体から高い精度の極板を作成し、信頼性の高い鉛蓄電池を得ることが課題とされていた。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、帯状鉛シートの一部を連続的に加工した網目状部分に活物質ペーストを充填して連続体を形成し、ダイシリンダとアンビルシリンダを組合せて前記連続体を単位極板に切断する際に、上枠骨と無地部とを切断する前記ダイシリンダに設けた刃の断面角度を刃軸線に対して上枠骨側の角度をα、無地部側の角度をβとするとき、α＜βである前記ダイシリンダに設けた刃により切断した鉛蓄電池用極板を示すものである。

請求項２に係る発明は、ダイシリンダに設けた刃軸線に対する上枠骨側の刃の断面は、刃軸線に対し刃の先端部の角度をα₁、ダイシリンダ側の角度をα₂とするとき、α₁＜α₂である刃により切断した鉛蓄電池用極板を示すものである。

請求項３に係る発明は、帯状鉛シートの一部を連続的に加工して網目状部分に活物質ペーストを充填して連続体を形成する装置と、単位極板に切断するダイシリンダとアンビルシリンダを組合せた切断装置において、上枠骨と無地部とを切断する刃の断面角度が、刃軸線に対して上枠骨側の角度をα、無地部側の角度をβとするとき、α＜βであるダイシリンダを備えた鉛蓄電池用極板の製造装置を示すものである。

前記の本発明の鉛蓄電池用極板およびそれに関する製造設備によれば、従来設備を大幅に変更することなく、電池の早期容量劣化の一因となる上枠骨に生じる変形を抑制でき、エキスパンド極板の連続体より高い精度の単位極板を製造できるため、信頼性の高い鉛蓄電池用極板が得られるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、帯状鉛シートを連続的に加工した状態図である。ここではカルシウム０．０８％、スズ０．８％の鉛合金で、幅８５ｍｍ、厚さ１．３ｍｍを用いた帯状鉛シートは、中央部に幅２６ｍｍの無地部１が存在し、その両側にエキスパンド加工して展開された網目状部分２が進行方向へ連続的に形成されている。図２は、ペーストを連続的に充填した状態図である。この連続的に形成された無地部１以外の網目状部分２に連続的に最終的に活物質となるペーストを連続的に充填されたペースト充填部３を有した幅３００ｍｍの連続体４を形成する。

図３は、連続体より単位極板を切断した状態図であり、図４は、単位極板を切断する装置を示す概要図である。

単位極板５は連続体４の両側から切断により作成されるが、両側の単位極板５の集電耳部６は一回の切断操作で両者の極板耳部を得るため、交互に接触する位置にように配置するのが望ましい。このため無地部１は、連続体４の両側に対応する極板の集電耳部６と打ち抜き部７と上枠骨８に相当し、打ち抜き部は再溶融されて新たに帯状鉛シートとして使用される。一方、ペースト充填部３の単位極板５の切断部９は、両側の極板に対応する集電耳部６が隣接位置に設けられることで連続体４の進行方向に対し直角方向へ一直線にならず、交互に存在することになる。

図４において、切断装置であるロータリーカッター１０は、それぞれ直径２００ｍｍのダイシリンダ１１とアンビルシリンダ１２の組み合わせにより構成されており、ダイシリンダの表面には連続体４から単位極板５を切断する刃１３が設けられている。連続体４は、回転するロータリーカッター１０に送り込まれ、ダイシリンダ１１の刃により連続体の両側のペースト充填部３が切断されるとともに、無地部１の集電耳部６を切断形成しつつ打ち抜き部７は無地部より取り除かれる。ここで、特にアンビルシリンダ１２の表面は平面でも良いが、極板の湾曲等考慮した場合にはダイシリンダ１１の刃より広い幅の刃を設けても良い。

図５は、単位極板の状態図である。ロータリーカッター１０により連続体４より切断された単位極板５は、主にペースト充填部３、上枠骨８および上枠骨に接続する集電耳部６で構成されている。

図６は、単位極板を切断する刃の断面形状を示す図である。連続体４の進行方向に対応する刃１３の断面図であり、（ａ）は本発明による刃の断面形状図、（ｂ）は本発明による他の実施例における刃の断面形状図である。

図６（ａ）は、連続体４の無地部１から上枠骨８を形成するためにダイシリンダ１１に設けた刃１３の断面形状である。刃１３の断面は、刃軸線１４に対して断面角度が、上枠骨８側の角度をαとし、無地部１側の角度をβとするとき、上枠骨側の角度を無地部側の角度よりも小さく設定する。

このように角度を左右対称にするのではなくα＜βとすること、さらにαを小さくして上枠骨８の断面を直角に近づけることにより、上枠骨における高い寸法精度を得ることができる。一方、αの角度が減少するにともないβの角度を大きく設けることで刃の断面積が確保できるため刃の強度を維持することができる。

図６（ｂ）は、ダイシリンダ１１に存在する他の刃１３の断面形状図であり、同様に刃軸線１４に対して断面角度が、上枠骨８側の角度がαで、無地部１側の角度がβとした場合、同様にα＜βなる関係を有しており、上枠骨側の角度αは、刃の先端部１５の角度をα₁、ダイシリンダ側の角度をα₂とするとき、刃の先端部１５の角度がダイシリンダ１１側の角度よりも小さくした形状に設定する。この際、刃の先端部α₁の高さｈは切断される無地部１の厚み以上に設定しておくことで上枠骨８を良好に切断できる。

すなわち刃軸線１４への角度がα₁＜α₂である形状を有した刃にすることにより、極板側の上枠骨８を直角に近く切断することにより、寸法精度の高い単位極板５を得ることができる。さらに、ダイシリンダ１１側の刃の角度α₂を広く保有することができることにより、刃全体の強度が得られる。

次に、ダイシリンダの刃が角度の異なるものを用意して、極板連続体より無地部を打ち抜き、上枠骨は高さ２ｍｍ、厚み１．３ｍｍであり、単位極板としては高さ１２０ｍｍ、幅１１０ｍｍ、厚み１．２ｍｍに形成した。これらの単位極板における極板変形の有無および刃の耐久性について調査を行った。

（実施例１）
極板変形の有無に関しては、刃の角度を刃軸線に対して上枠骨側の角度αを１°、５°および３０°と変化させ、無地部側の刃の角度βは３０°と設定したダイシリンダを用意した。これらのダイシリンダを用いて各１０００枚を連続加工して得られた単位極板を平面上に置き、極板の各辺の最大高さと最小高さの差を測定して各極板の四辺における最大値をその極板の変形量とした。これらの組み合わせとその試験結果を表１に示した。

表１に示した結果より、刃の刃軸線に対する角度がα＜βとすることにより、極板変形が抑制される結果が得られ、特に角度が小さくなるにつれて極板変形が少なくなると言える。これは、ダイシリンダに備えられた刃が、極板連続体の無地部を切断しようとする際、刃の体積分がこれに置き換わろうとするため、上枠骨に変形を与えてしまうためである。このため刃の角度αおよびβは小さいほど望ましいが、αおよびβの角度を小さくし過ぎると、ダイシリンダに設けられた刃の物理的強度が低下し、刃の耐久性に影響を及ぼす。

したがって（α＋β）の角度は、ダイシリンダの極板連続体の厚みや回転速度により影響を受けやすく一概には言えない部分もあるが、所定の強度を確保できるように一定に保ちながら、変形の許されない範囲において極板側の角度αを小さく、打ち抜かれて製品として使用されない無地部側の角度βを相対的に大きくすることにより、刃の耐久性を確保しながら極板側の変形を抑制することが可能となる。

この試験においてβの角度を３０°と一定にしているが、特にこれに拘るものではなく設計の自由度は存在する。このように、ダイシリンダに用いる材質には制限はなく、（α＋β）の角度はダイシリンダに用いる材質にも影響するが、本発明で用いた１％カーボン、８％クロムの鋼材においては、３０°程度以上あれば実用的な刃の耐久性の確保が可能であった。

（実施例２）
また、前記の試験結果よりダイシリンダに設ける刃の刃軸線に対する角度がα＜βとすることで極板変形の抑制される結果より、次にダイシリンダの刃の先端部における上枠骨側の角度α₁とダイシリンダに近いほうの角度α₂を変化させた刃を用意してその耐久性についての試験を行った。ここでも無地部側の刃の角度βは３０°に設定した。

刃の耐久性は、２５０枚／分の加工速度により連続的に運転し、使用開始から刃の破損が発生するまでの期間を測定した。その試験結果を表２に示した。

その結果、ダイシリンダの刃の先端部の角度α₁よりもダイシリンダに近いほうの角度α₂を大きくすることにより、ダイシリンダと刃の付け根近傍の断面積を確保することができるため刃の耐久性が向上する。α₁の角度に制限は無いが、０°に近いほど切断時の極板の変形を抑制でき高い寸法精度を得ることができるが、刃の物理的な強度確保には１°〜５°とするのが好ましい。

刃の先端部の角度α₁から角度α₂に移行するまでの刃先の角度α₁の高さｈは、切断する極板厚みと同じにするか若しくはそれ以上とすることが好ましい。刃の先端部の角度α₁の高さｈが極板厚みより少ないと極板の変形に影響を与え、本発明の効果が発揮できなくなる。一方、これとは反対に、必要以上に刃の先端部の角度α₁の高さｈを設定すると刃自体の物理的強度が低下し、刃の耐久性が劣化する結果となる。

本発明の構成によれば、従来設備を大幅に変更することなく、エキスパンド極板の連続体から高い精度の鉛蓄電池用極板を提供できるものであり、産業上極めて有用である。

帯状鉛シートを連続的に加工した状態図 ペーストを連続的に充填した状態図 連続体より単位極板を切断した状態図 単位極板を切断する装置を示す概要図 単位極板の状態図 本発明の単位極板を切断する刃の断面形状を示す図（（ａ）本発明の刃の断面形状図、（ｂ）本発明の他の実施例における刃の断面形状図）

符号の説明

１ 無地部
２ 網目状部分
３ ペースト充填部
４ 連続体
５ 単位極板
６ 集電耳部
７ 打ち抜き部
８ 上枠骨
９ 切断部
１０ ロータリーカッター
１１ ダイシリンダ
１２ アンビルシリンダ
１３ 刃
１４ 刃軸線
１５ 刃の先端部

Claims (3)

1. 帯状鉛シートの一部を連続的に加工した網目状部分に活物質ペーストを充填して連続体を形成し、ダイシリンダとアンビルシリンダを組合せて前記連続体を単位極板に切断する際に、上枠骨と無地部とを切断する前記ダイシリンダに設けた刃の断面角度が、刃軸線に対して上枠骨側の角度をα、無地部側の角度をβとするとき、α＜βである前記ダイシリンダに設けた刃により切断したことを特徴とした鉛蓄電池用極板。
2. 前記ダイシリンダに設けた刃軸線に対する上枠骨側の刃の断面は、前記刃軸線に対し刃の先端部の角度をα₁、ダイシリンダ側の角度をα₂とするとき、α₁＜α₂である刃により切断したことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池用極板。
3. 帯状鉛シートの一部を連続的に加工して網目状部分に活物質ペーストを充填して連続体を形成する装置と、単位極板に切断するダイシリンダとアンビルシリンダを組合せた切断装置において、上枠骨と無地部とを切断する刃の断面角度が、刃軸線に対して上枠骨側の角度をα、無地部側の角度をβとするとき、α＜βであるダイシリンダを備えたことを特徴とする鉛蓄電池用極板の製造装置。

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