JP4463760B2

JP4463760B2 - 鉛蓄電池用鉛部品の製造方法

Info

Publication number: JP4463760B2
Application number: JP2005369464A
Authority: JP
Inventors: 秀一辻本; 孝雄松本
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007167907A

Description

本発明は、鉛蓄電池用鉛部品の製造方法に関するものである。

鉛蓄電池は安価で信頼性の高い電池として、自動車用バッテリや無停電電源装置などのさまざまな用途に用いられている。これらの鉛蓄電池のなかで制御弁式鉛蓄電池は、補水が不要であるという特徴があるために、無停電電源装置などの用途として需要が増加している。

従来から使用されている比較的大型の制御弁式鉛蓄電池は、一般には図６に示されるような内部構造をしている。そして、これらの比較的大型の制御弁式鉛蓄電池は、図５に示されるようにして各電極板の耳部9を群溶接し、電槽4に挿入し、蓋5をつけて製造されていた（例えば、特許文献１参照。）。

すなわち、図５に示されるように、複数枚の正極板1及び負極板2を、図示されていないセパレータ3を介して積層をした後に、平板状をしているそれぞれ正極板1及び負極板2の耳部9を櫛歯12で挟み込む。

次に、櫛歯12の部分に略直方体形状をした鉛部品棒14や極柱部品18と呼ばれている各種の鉛部品を置いた状態で、プラズマ溶接装置13や、図示されていないバーナなどを用いて上方から加熱をする。そして、これらの部分を溶解・凝固をさせて溶接し一体化して、極柱8及びストラップ6を有する極板群を製造していた。ここで、プラズマ溶接装置13を使用して溶接をすると、溶解時の加熱温度や加熱位置の制御が容易となり、高精度な溶接が可能になることが知られている。

そして、図６に示されるように、ストラップ6と極柱8とを有する極板群を樹脂製の電槽4に挿入した後に、その上部に樹脂製の蓋5を溶着法などで取りつけて密閉して制御弁式鉛蓄電池を製造していた。

なお、鉛部品棒14や極柱部品18と呼ばれている各種の鉛部品は、通常の手法で、一対の割型31を用い、鋳造により一度に複数個の製品、例えば、図４では３個の製品を製造していた（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、図４に示すように、底板21の突起状をした銅芯立て22に銅芯11を被せる。なお、この銅芯11は、図６に示すように、電池完成後には極柱8の先端の端子7の部分に埋め込まれて存在し、図示されていない外部の負荷と圧着端子等でボルト接続するために使用される。

底板21の上に、一対の割型31を載せ（図４において、製品部32の説明を容易にするために、奥側の半型のみを記載し、手前側の半型は省略をしている。）、該一対の割型31を閉じた状態とし、その上に湯蓋41を被せる。そして、底板21、割型31、湯蓋41に、あらかじめコルク粉末が吹き付け、ヒータで約２５０℃に加熱をしておく。

そして、杓16を用い、約５００℃に加熱をした鉛合金の溶湯15を、湯蓋41の湯口42から押湯19が形成されるまで余分に注いで給湯する。その後、約９０秒が経過し、鉛合金の溶湯15が凝固をした後に、例えば、図４（ｂ）に図示するように、湯蓋41の部分を右方向にずらして極柱部品18と押湯19との部分間を機械的に切断して分離し、割型31を開いて離型し、製品である３個の極柱部品18を取り出して製造していた。なお、押湯19の部分の原材料は、再度、加熱・溶解させて、溶湯15として再利用をしている。

特願２００４−１６７９５７号特開平７−１３２３６５号

しかしながら、上述したような従来の鉛部品の製造方法を用いると、鋳造をする際に、製品部32において、空気を巻き込んだままの状態で凝固をする場合があるという問題点があった。すなわち、鉛合金の溶湯は、比較的粘性が高いこと、製造時間を短縮するために短時間で給湯・凝固させる必要があること、割型31の製品部32を形成する形状が複雑であることなどから、杓16から溶湯15を注いで給湯する際に、巻き込まれた空気が完全に排出される前に鉛合金の溶湯が凝固をするという問題点があった。そして、製品である鉛部品に空気が巻き込まれたままで凝固をすると、後工程である溶接工程で不具合を生じたり、製品の強度が低下したり、腐食による破断が起こりやすいなどの問題点があった。

本発明の目的は、上記した課題を解決するものであり、短時間で給湯・凝固・分離・離型を可能にすることができ、鋳造時に空気を巻き込んだままでの凝固が起こりにくい鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明では、形状に特徴のある割型及び湯蓋を用いるとともに、鉛合金の溶湯を湯蓋の湯口に給湯する方法を改良したものである。

すなわち、請求項１の発明は、底板に、製品部を有する割型、湯口を有する湯蓋を順に載せ、該湯口から鉛合金の溶湯を下方の前記製品部に注いで給湯し、凝固・離型をして製造する鉛蓄電池用鉛部品の製造方法において、
前記割型は、複数枚のプレートを上下方向に積み重ねて構成されており、該プレートの上面又は底面の一方又は両方には前記製品部を横切る窪部を有していることを特徴とするものである。

そして、前記湯蓋は、湯口を有する湯口プレートと、複数個の穴部を有する湯蓋プレートとで構成されており、前記湯口プレートには、逆円錐形状の漏斗状をしており、鉛合金の溶湯の受けとなる湯口が形成されていることを特徴とするものである。

さらに、前記穴部は、中央穴部と複数個の周囲穴部とで構成されており、前記溶湯は、前記湯口の壁面に沿って、回転をしながら下方の前記製品部に給湯されるとともに、前記周囲穴部から前記製品部に給湯され、空気は、前記中央穴部から上方向に排出されることを特徴とするものである。

本発明に係わる製造方法を用いると、短時間で給湯・凝固・分離・離型を可能にでき、空気を巻き込んだままでの凝固が起こりにくい鉛蓄電池用鉛部品の製造方法を提供することができる。

本発明に係わる鉛蓄電池用鉛部品の製造方法は、後述するように、形状に特徴のある割型31及び湯蓋41を用いるとともに、鉛合金の溶湯15の湯蓋41の湯口42へ給湯する方法を改良したものである。以下において、図５に示す各種の鉛部品のうちで、形状が比較的複雑な極柱部品18の製造方法について詳細に説明をする。
１．本発明に係わる割型
本発明に係わる割型31の半型構造の概略図を図１に示す。すなわち、本発明に係わる割型31は、略直方体形状をしており、製品部32を形成する彫り込みのある割型Ａ31a〜割型Ｄ31dの計４枚のプレートを上下方向に積み重ねた状態とし、図示されていないボルトを用いて、それぞれを固定して形成されている（図１（ａ））。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、割型Ａ31a〜割型Ｄ31dのそれぞれの上面又は底面の一方又は両方には、製品部32を横切るように、空気抜きを目的とする窪部33が設けられている。そして、それらを積み重ねた状態でも、窪部33を通して、製品部32からの空気が容易に外側に流れ出ることが可能な構造としている。

例えば、割型Ｂ31bに示すように（図１（ｂ））、略直方体形状をしているそれぞれの割型Ａ31a〜割型Ｄ31dの上面には、３個の製品部32を横切るような、空気抜きを目的とする深さが約０．０７ｍｍの窪部33を横方向及び縦方向に設けるようにした。図１（ｂ）に示すように、略直方体形状をしている割型Ｂ31bの上面に、製品部32を横切るように、すなわち、横方向（長辺方向）及び縦方向（長辺方向と垂直な方向）に、深さが約０．０７ｍｍ、詳細には０．０４〜０．０８ｍｍの窪部33を連続して設けるようにした。なお、窪部33を０．０７ｍｍ程度と狭くすることによって、鉛合金の溶湯15が給湯時に、割型Ａ31a〜割型Ｄ31dの外側へ染み出すこともない。

上述したように、割型Ａ31a〜割型Ｄ31dのそれぞれの上面には、窪部33が形成されており、それらを積み重ねた状態でも、それぞれの割型Ａ31a〜割型Ｄ31dの窪部33によって隙間部分が形成される。この隙間部分を通して、割型31の内側の製品部32から外側に向かって、容易に空気が流れ出ることが可能な構造となっている。その結果、後述するように、溶湯15を給湯する際に、空気が排出されやすくなり、その結果、空気を巻き込んだままで凝固をすることのない鉛蓄電池用鉛部品を提供することができる。

なお、加熱をした鉛合金の溶湯15の給湯及び凝固・分離・離型等のヒートサイクルを加えることによって、図３に示すように、次第に割型Ａ31a〜割型Ｄ31dで構成される割型31に「反り」が生ずることが明らかになった。そこで、図３に示すように、ボルト34と一対の矯正板35を用いることによって割型31を固定し、矢印方向の力が常にかかるようにして、割型31に「反り」が発生しないような構造とした。
２．本発明に係わる湯蓋
本発明に係わる湯蓋41構造の概略図を図２に示す。すなわち、本発明に係わる湯蓋41は、略直方体形状をしており、掘り込みのある湯口42を有する湯口プレート43と、複数の穴部45を有する湯蓋プレート44の２枚を重ねた状態で構成されており、図示されていないボルトを用いて、固定して形成されている（図２（ａ））。

湯口プレート43には、逆円錐形状の漏斗状をしており、鉛合金の溶湯15の受けとなる掘り込みのある３個の湯口42が形成されている（図２（ｂ））。そして、湯口42の出口部からは、湯蓋プレート44を通して、下方向の割型31の製品部32に鉛合金の溶湯15が給湯される。本発明に係る鉛部品の製造方法では、杓16内の鉛合金の溶湯15は、湯口42の壁面に沿って、サイクロン等で見られるように、回転をしながら下方向の湯蓋プレート44に給湯されるようにした（図２（ｂ））。

一方、下方の湯蓋プレート44において、前記湯口42の出口の下方の位置には複数個の穴部45が形成されているようにした（図２（ｃ））。そして、前記穴部45として、湯口42の出口の中心部のほぼ真下に中央穴部45aと、それを囲むように複数の周囲穴部45bとを形成するようにした（図２（ｃ））。すなわち、湯蓋プレート44に複数個の穴部45を設けることによって、湯道の断面積を小さくしている。

湯口42の側面の壁面に沿って、回転をしながら給湯された鉛合金の溶湯15は、湯口42の下方に位置し、湯道となる湯蓋プレート44の穴部45を通って、割型31の製品部32に給湯される。ここで、湯口42の側面の壁面に沿って、回転をしながら給湯された鉛合金の溶湯15は、湯蓋プレート44の複数個の穴部45のうちで、主に湯道として周囲穴部45bから割型31の製品部32に給湯されるようにした。そして、溶湯15を割型31の製品部32に給湯する際に巻き込まれた空気は、穴部45の複数の穴のうちで、主に中央穴部45aから上方向に抜けられるようにした。

すなわち、湯蓋プレート44に中央穴部45aと、それを囲むように複数の周囲穴部45bとを設けることによって、溶湯15の給湯時に巻き込まれた空気は、容易に中央穴部45aから上方向に排出させることができる。さらに、上述したように、それぞれの割型Ａ31a〜割型Ｄ31dには、空気抜きを目的とする窪部33が設けられており、該窪部33の部分から、製品部32内の空気が外側に流れ出ることが可能な構造としているために、短時間で給湯時に巻き込まれた空気の排出が可能とすることができる。

また、湯蓋プレート44の底面、すなわち、割型Ａ31aと接する面に、上述した割型Ａ〜Ｄ31a〜dと同様の形状をした深さが約０．０７ｍｍ、より詳細には０．０４〜０．０８ｍｍの窪部33を連続して設けることもできる。そうすると、割型Ａ31aの上面に窪部33が形成されていない場合でも、溶湯15給湯時に巻き込まれた空気の排出をさらに容易にすることができる。
３．鉛蓄電池用鉛部品の製造方法
各種の鉛蓄電池用鉛部品のうちで、極柱部品18の製造方法について、図１、２、４を用いて詳細に説明する。なお、各種の鉛蓄電池用鉛部品は、いわゆる重力鋳造方式で製造をしている。

図４に示すように、あらかじめ底板21の突起状をした銅芯立22に、ナット状をした銅芯11を被せておく。なお、この銅芯11は、図６に示すように、電池完成後には端子7の部分に埋め込まれて存在し、図示されていない外部の負荷と圧着端子等でボルト接続するために使用される。

底板21の上に、上述した本発明に係る４枚のプレートで構成され、該プレートの上面には窪部33を有する一対の割型31を載せる（なお、製品部32形状の説明を容易にするために、奥側の半型のみを記載し、手前側の半型は省略をしている。）。次に、該割型31を閉じた状態とし、その上に上述した本発明に係る湯口プレート43と湯蓋プレート44とで構成される湯蓋41を被せる。なお、これらの鉄鋼製の底板21、割型31、湯蓋41には、断熱性の向上や離型作業時の容易化等を目的としてコルク粉末を吹き付けておく。そして、これらの底板21、割型31、湯蓋41を、あらかじめヒーターで約２５０℃に加熱をする。

そして、杓16を用い、約５００℃に加熱をした鉛合金の溶湯15を、湯蓋41の湯口42から、下方の湯蓋プレート44及び割型31の製品部32に、湯口42の部分に押湯19が形成されるまで余分に注いで供給する。ここで、鉛合金の溶湯15を、湯蓋41の湯口42に給湯する際には、注がれた鉛合金の溶湯15が湯口42の壁面に沿って、サイクロン等で見られるように、回転をしながら下方の湯蓋プレート44に給湯されるようにした（図２（ｂ））。

このように鉛合金の溶湯15を湯口42の壁面に沿って回転をしながら給湯すると、溶湯15は湯蓋プレート44の複数個の穴部45のうちで、湯道として主に周囲穴部45bから下方向の割型31の製品部32に注ぐことができる。そして、溶湯15を割型31の製品部32に給湯する際に巻き込まれた空気は、複数個の穴部45のうちで、主に中央穴部45aから容易に上方向に排出をさせることができる（図２（ｃ））。加えて、上述したように、それぞれの割型Ａ31a〜割型Ｄ31dには窪部33が設けられている。すなわち、窪部33の部分から、内側の製品部32の空気が外側に流れ出ることが可能な構造としているために、溶湯15の給湯時に巻き込まれた空気の排出が容易にできる。

したがって、鋳造時に空気を巻き込んだままでの凝固が起こりにくい鉛蓄電池用鉛部品の製造方法を提供することができる。そして、そのまま鉛合金の溶湯15の給湯が続くと、製品部32、穴部45の順で満たされていき、最後に押し湯として湯口42の一部にも鉛合金の溶湯15が上がってくる。

その後、約９０秒が経過し、鉛合金の溶湯15が冷やされて凝固をした後、例えば、図４（ｂ）に図示するように、湯蓋41の部分のみを右方向にずらして、製品部32で形成された極柱部品18と、湯蓋プレート44で形成された押湯19とを、湯道としての穴部45の部分で機械的に切断して分離をする。

ここで、本発明に係る湯蓋41には、湯蓋プレート44を有しており、該湯蓋プレート44には複数個の穴部45が形成されているために、切断部分の断面積を小さくすることができる。その結果、製品部32内の極柱部品18と、押湯19との部分間の機械的な分離も容易に、かつ、短時間ですることができる。なお、上述した実施例では、湯蓋41の部分を右方向にずらしているが、この部分をねじるなどの方法で切断・分離をすることもできる。

極柱部品18と押湯19との部分間の切断をした後に、割型31を機械的に開き、製品である極柱部品18を離型し、取り出して鉛部品を製造する。なお、湯蓋41の湯口42で形成された押湯19の部分の鉛合金材料は、再度、加熱・溶解をさせて、溶湯15として再利用をしている。

上述した発明を実施するための最良の形態では、極柱部品18の製造方法について詳細に説明をしたが、形状がより簡単な構造をしている鉛部品棒14などの他の鉛蓄電池用鉛部品の製造方法にも同様に用いることができる。

本発明は、鉛蓄電池の製造時おいて、極板群を溶接する際に使用をする鉛蓄電池用の鉛部品の製造などに用いることができる。

本発明に係わる割型の概略図である。本発明に係わる湯蓋の概略図である。本発明に係わる割型の矯正構造の概略図である。極柱部品の製造方法の概略図である。鉛蓄電池の極板群の溶接方法の概略図である。制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。

符号の説明

１：正極板、２：負極板、３：セパレータ、４：電槽、５：蓋、６：ストラップ、
７：端子、８：極柱、９：耳部、１０：安全弁部、１１：銅芯、１２：櫛歯、
１３：プラズマ溶接装置、１４：鉛部品棒、１５：溶湯、１６：杓、１８：極柱部品、
１９：押湯、２１：底板、２２：銅芯立て、３１：割型、３１ａ：割型Ａ、
３１ｂ：割型Ｂ、３１ｃ：割型Ｃ、３１ｄ：割型Ｄ、３２：製品部、３３：窪部、
３４：ボルト、３５：矯正板、４１：湯蓋、４２：湯口、４３：湯口プレート、
４４：湯蓋プレート、４５：穴部、４５ａ：中央穴部、４５ｂ：周囲穴部

Claims

底板に、製品部を有する割型、湯口を有する湯蓋を順に載せ、該湯口から鉛合金の溶湯を下方の前記製品部に注いで給湯し、凝固・離型をして製造する鉛蓄電池用鉛部品の製造方法において、
前記割型は、複数枚のプレートを上下方向に積み重ねて構成されており、該プレートの上面又は底面の一方又は両方には前記製品部を横切る窪部を有しており、
前記湯蓋は、湯口を有する湯口プレートと、複数個の穴部を有する湯蓋プレートとで構成されており、前記湯口プレートには、逆円錐形状の漏斗状をしており、鉛合金の溶湯の受けとなる湯口が形成されており、前記穴部は、中央穴部と複数個の周囲穴部とで構成されており、
前記溶湯は、前記湯口の壁面に沿って、回転をしながら下方の前記製品部に給湯されるとともに、前記周囲穴部から前記製品部に給湯され、空気は、前記中央穴部から上方向に排出されることを特徴とする鉛蓄電池用鉛部品の製造方法。