JP4523285B2 - 均一な拡張メッシュの一工程回転成形 - Google Patents

Description

本発明は、拡張された金属網目（メッシュ）シートを製造する方法及び装置に関し、特に鉛蓄電池の製造に使用される拡張金属メッシュを一工程で製造する方法及び装置に関する。

従来技術は蓄電池の電極板の製造で使用される鉛ストリップを拡張する方法を示している。この方法は順番的に配置された工作機械（ツール）の集合体（クラスタ）を備え、第１工程でストリップを予備成形及び切込み入れ（スリッティング）を行い、第２工程でストリップの切込み形成を完了する。順番的な方法は必然的にローラ同士間の同期等、各工程（ステップ）の同期の問題を生じ、機械の位置合わせや追跡が必要となる。

順番的方法は異なる工程で異なるツールを使用し、その結果鉛ストリップは対称に加工されず、ストリップの対向する辺は常に均一にしかも同時に同じ圧力、力及び延び等を受けるとは限らない。従来例の支配的な方法では、機械加工（ツーリング）の三つの軸の集合体が三つの異なるツール装置とともに順番的に配置され、それらは予備成形機（プリフォーマ）、予備切込み機（予備スリッタ）及び切込み機（スリッタ）であり、加工を二工程で行う。プリフォーマ及び予備スリッタが第１工程で金属ストリップを引き延ばして形成し、スリッタが第２工程で切込みを完了する。

従来例に従って引延し及び成形により製造された拡張ストリップの対向する辺の線材（ワイヤ）及び節が均一でなく、また対称でもない。一方の側の輪郭及び形状は他方の側のそれらと鏡像関係になく、その結果多くの不備や欠陥が生ずる。これは、蓄電池用のより軽いグリッド電極板を製造するためにより高い伸び目標が望まれるとき、より重要となる。

１９８１年９月２９日に発行されたコミンコ特許（米国特許第４２９１４４３号、特許文献１）及び１９８２年２月１６日に発行されたコミンコ特許（米国特許第４３１５３５６号、特許文献２）はともに参考のためにここに記載されている。これらの特許公報は従来の三つの集合体から成る加工（ツーリング）又は離して配置されたローラ対が二つの順番的な工程を採用している。即ち、予備成形では、鉛ストリップにスリットが入れられ延ばされ、未だ強固に結合されて引き離された形状でないワイヤを形成し、スリッティングでは節内に交互に形成されたスリットが引き続き拡張し、それによって工程が完了する。

１９８１年１１月３日に発行されたコミンコ特許（米国特許第４２９７８６６号、特許文献３）も参考のためにここに記載されている。この特許公報はストリップの表面から外れて延長した対称なスリットワイヤの順番的な二工程の製造方法を示し、ストリップではワイヤの前方部分が後方部分よりも長くなっており、それによりワイヤの延び特性が改良されている。

ストリップを一工程で形成することはこれまでにも考えられたが、今日まで達成されていない。その理由は、グリッド設計が複雑で、グリッド部分に物理的な制約があるためで、特にストリップの前もっての短縮及び波打ちのためである。１９２３年１０月３日に発行された米国特許第１４７２７６９号（特許文献４）は金属シートを対向するローラ間で拡張するための方法及び装置を示す。ここで、ワイヤの束及び帯がシート内でスリットを入れられ、スリットの束はローラを平坦化することによりシートに平面に戻される。長手方向のしわが次に帯を延ばすために交互の一連の帯に反対方向に形成され、シートは横方向に拡張され、メッシュを形成する。均一なメッシュの形成には平坦化及び長手方向のしわ寄せの導入が必要と考えられていた。
１９９３年８月３１日付けで発行された米国特許第５２３９７３５号、及び１９９９年３月３１日に発行された欧州特許第０９０４８７０号は、拡張したメッシュシートを製造する方法及び装置を開示している。これらは、ストリップ上に複数のスリットを所定のピッチで形成し、それによって複数のストリップ状の持上げ部と、連結部とを同時に形成する。連結部は持上げ部同士をはしご状に連結する。スリットはそれぞれストリップの長手方向に間欠的にずれて形成され、ストリップの幅方向で隣接するスリットはストリップの長手方向にずれており、ストリップをその幅方向に拡張している。
米国特許第４，２９１，４４３号 米国特許第４，３１５，３５６号 米国特許第４，２９７，８６６号 米国特許第１，４７２，７６９号

本発明は上記従来例の問題点を克服でき、均一な網目シートの一工程での製造を可能にし、特に鉛や鉛合金のような延性及び展性がある金属に有効である。均一なワイヤの引き延ばし、節の形成及び拡張したメッシュダイヤモンドが、望ましくは本発明によってツール装置を採用した回転式引き延ばし機により達成される。これまでは約３０％に限られていたワイヤの延長が５０％まで上昇し、又はＳＬＩ（始動、点灯及び点火）バッテリ産業で使用される軽量の蓄電池の製造ではより延長される。

類似した組合せの成形及び切込み装置を含む一対の対向した軸を利用したクラスタツールモジュールが、連続した運動で全ての必要なグリッドワイヤを成形し、切り込みを入れ、その結果剥離や離脱は生じない。第３のツール軸は単に成形されスリットが入れられた材料に中央及び端の案内特性を付加し、例えば中央をロール形状にし、端に孔をあけて達成される。その結果得られるスリット及び成形される鉛材料は均一に引き延ばされ、ストリップの何れの側でも形状が整っている。この一工程の製造方法は現存するツールの再整理や改装により実現できる。

広い見地において、変形可能なストリップから拡張したメッシュシートを形成する本発明の方法は、孔のあいていない縁部分内のストリップの少なくとも一部分に同時にスリットを入れ成形する工程を含む。それにより長手方向に延びるワイヤ状の複数の部分が提供される。これらの部分はストリップの平面の外に変形した長く延びたスリット片と、ストリップの平面内に保持され長く延びたスリット片と交互に位置するスリット片とから成る。

長く延びたスリット片は横方向で隣接するスリット片及び縁部分を切断され、ストリップの平面から凸形状に突出している。それにより横方向に隣接する部分のスリット片はストリップの平面の反対側から延びている。ストリップの平面に保持された交互のスリット片は共同して節を区画し、この節はストリップの上記部分を横切りワイヤ状部分の少なくとも幅を横方向に延びている。

変形可能なストリップ内に長く延びた交互のスリット片を形成する本発明の装置は、一対の対向するローラを含み、各ローラは一対のディスクとツール面とを持つ。各ディスクは離れた側壁を有する。ツール面は円周方向に延び等間隔で離れ、凸形状を持ち、平坦面と交互に位置している。このディスクは交互の円周方向の平坦面の反対側の側壁に形成された半径方向のノッチを有する。それによって、対向するローラの円周面はそれらの間を通過する変形可能なストリップに相互に作用し、ツール面相互の噛合いにより、ストリップにスリットを入れ、凸形状のセグメント及び節を形成する。

装置は更に、一対の対向するローラの一方と対向する平滑な外周面を有する第３のローラを含むことができる。それにより、第３ローラ及び前記第１の対向ローラはそれらの間を通過する変形したストリップ上で相互に作用し、ストリップの中央をローラ成形し、ストリップの端部に孔をあけ、広がりを促進する。

まず、図１に示す従来例において、ストリップ１０は切込み及び予備成形アセンブリ１４に垂直方向に進入する。このアセンブリ１４は３つのローラ１６，１８及び２０の集まりから成り、各ローラは複数の離れたディスク２０，２４及び２６を有している。各ディスクは加工用外周縁（エッジ）を有している。移動するストリップは第１ローラ１６と第１８との間、及び第２ローラ１８と第３ローラ２０との間に連続的に係合する。第１ローラ１６及び第２ローラ１８は急速に前進するストリップにディスク２２の凸形状のツール面３６で作用し、ディスク２４の同様のツール面３８で係合して、図２に示すように、ストリップの帯状部３２間の部分４０に切込み（スリット）を入れ、スリット片４２をストリップの平面の外に長く延ばす。

第１ローラ及び第２ローラ上で、ツール面３６及び３８は平坦部４４及び４６と交互に形成され、円周方向に等間隔で配置され、ローラの回転につれて相互作用する円周面を提供している。ローラの回転中に、第１ローラ１６のディスク２２の凸形状のツール面３６は隣接する第２ローラ１８のディスク２４の凸形状のツール面３８に係合され、それによって長手形状のスリットを提供する。スリットは、湾曲したツール面３６がストリップの平面を貫通するとき、隣接する第２ローラ１８のディスク２４間の空間にスリット片４２を延ばことにより、形成される。第１及び第２ローラのディスクの平坦部４４及び４６は次に円周方向で整列し互いに離れ、横方向に延びる帯状部３２を形成するスリットがないセグメントを保持する。

同様に、第２ローラ１８のディスク２４の凸形状のツール面３８がストリップの平面を反対方向に貫通し、ストリップの平面の反対側において、隣接するロール２２間の空間にスリット片５４を延ばす。各ディスク２２と直線をなして、ストリップ１０内に、ストリップの平面を外れて一方向に変形したスリット片４２が形成され、このスリット片４２はストリップの平面内に保持されたスリットなしの片（セグメント）により離されている。

これらの部分は他の部分と交互に位置し、各ディスク２４と直線を成し、ストリップの平面を外れて反対方向に変形したスリット片５４を有している。全ての部分のスリットの入っていないセグメントが複数の連続的な帯状部３２を区画し、これらの帯状部３２はディスク２２及び２４の平坦部４４及び４６にそれぞれ対応して、ストリップを横切って延びている。

ストリップ１０が第１ローラ１６と第２ローラ１８との係合領域を離れるとき、ストリップバー６０のセットが予備成形されたストリップ６２を第１ローラ１６から確実に分離する。第１ローラ１６から開放されて、予備成形ストリップ６２は適当な距離即ち図１において４分の１周にわたり第２ローラ１８に倣う。この倣いは第２ローラ１８と、切断縁（エッジ）７２及び側壁溝７５から成るディスク部７４を有する第３ローラ２６との係合領域まで続く。

ディスク２６の複数の切断縁７２及び複数の側壁溝７５は円周方向に離れ、ローラの回転時に交互の側で第２ローラのディスクの側壁溝７７及び切断縁７９から成るディスク部７６と整列する。これは交互に位置する平坦部４６から円周方向に延びて、隣接する部分間に形成された各列のスリットの交互の帯状部の通過を、第１ローラ１６と第２ローラ１８との係合によりスリットなしで許す。

第２ローラ及び第３ローラのディスクの反対面の交互位置に同様の側壁溝７５又は７７が発生する。ディスク周縁の切断縁７２がストリップを貫通し、スリットを交互の帯状部３２（図２参照）を通って千鳥状に延ばす。こうして二工程（二段階）切込みが完了し、ストリップエッジの横方向の発散を許し、ダイアモンド形状の網目（メッシュ）を形成する。３つのローラの隣接するディスク２２，２４及び２６間にスペーサディスク７８が位置決めされている。

次に、図４、５及び６において、離れた複数のディスク１２２及び１２４を有する一対のローラ１１６及び１１８がそれぞれ軸１２３及び１２５に搭載され、類似のツールリング（仕上げ加工）された外周縁１２６及び１２８を有している。一対の離れた側壁１２７（ここでは明確化のためにその一方のみを図示）間に軸１２３及び１２５が回転可能に取り付けられている。各ディスク１２２の外周縁１２６は凸形状のツール面１３６を有し、このツール面は対向し隣接するディスク１２４の同様に突出したツール面１３８と係合している。これにより図６及び図７に示すように、両者間に位置するストリップ１１０の部分にスリットを入れ、ストリップの平面のそれぞれの側の外で、横切る方向の帯状部１３２に列を成す凸形状のスリット片１４２を変形させ延ばしている。これは、図２では帯状部３２を横切る方向の帯状部３２として説明した
各ディスク上でツール面１３６及び１３８は平坦部１４４及び１４６と交互に位置し、互いに離れて、ローラが回転するにつれて相互作用する外周面を提供している。ディスク１２２及び１２４は半径方向ノッチ１７４及び１７６を有し、これらは図６に示すように、交互の円周方向の平坦部１４４及び１４６の反対側の側壁に、互いに対向するように形成されている。

これらのローラの回転中に、ローラ１１６の各ディスク１２２の凸形状のツール面１３６は対向するローラ１１８のディスク１２４の凸形状のツール面１３８に係合され、長手形状のスリットを提供する。スリットの提供は、湾曲した面がストリップの平面を、凸形状に突出したツール面１３６の変わりに貫通し、狭い半径のスペーサディスクにより形成され、隣接するローラのディスク間の空間にスリット片１４２を延ばすとき、形成される。隣接するローラのディスクの平坦部１４４及び１４６は次に円周方向で横断方向に整列し互いに離れ、図７，図８及び図９に明確に示す横方向に延びる帯状部１３２を形成するスリットがないセグメントを保持する。同様に、ディスク１２４の凸形状のツール面１３８が、ストリップの平面の反対側において、隣接するロール間の空間に隣接するスリット片１５４を延ばす。

隣接するディスクの側壁の対向して交互に位置する半径方向ノッチ１７４及び１７６が上記図６に示したように隣接する平坦部１４４及び１４６でのスリットの形成を防止する。一方、このようなノッチが平坦部分１４４及び１４６毎になければ、平坦面が半径方向に重なり、それらの間のストリップをせん断し及びスリットを入れる。ストリップに設けられた図９の左側に示したスリットパターンは、ストリップの右半分に示したような横方向の拡張を許し、ダイアモンド形状のメッシュ１４９が形成される。このような回転する拡張の詳細は米国特許第４２９１４３３及び４３１５３５６に記載されている。

図４及び図５において、ローラ１８０は回転する軸１２９上に搭載されローラ１１８に当接している。これにより、ローラ１８０の円周方向の隆起部１８３がローラ１１８の円周方向のくぼみ１８４に係合し、長手方向のセンタリブ１８２（図８及び図９参照）をロール成形することにより中央及び端の案内部を提供している。ローラ１８０の各端部に形成された等間隔の円周方向の突起１８６と、ローラ１１８上の円周方向のくぼみ１８８との係合により孔１８５が形成される。こうして完成したメッシュ製品への引き続く横方向の拡張のために、エッジの把持が促進される。円周方向のくぼみとかみ合っている隆起部１８３及び突起部１８６は対向するロールにおいて反転される。

図１０に、上記図１から図３に示した従来例により製造されたストリップのスリット部及び成形部の長手方向断面図の拡大写真を示す。これによれば、ストリップの上方部分のワイヤ及び節はストリップの下方部分のそれらに対して非対称であることが分かる。第２ローラ１８上に予めスリットを形成したので、ストリップの反対側即ち第３ローラ２０に隣接するストリップの側に追加的な延び、ワイヤ成形及び節形成が追加される。第２ローラ１８と共同して交互の節にスリットを入れる第３ローラ２０は対応する延び、ワイヤ成形及び節成形をストリップの対向する側即ち第２ローラ１８に隣接するスロリップの側に追加しない。図１０に示すようにストリップの一側における要素の不十分な成形及び延び（延びは５０％程度）により、ワイヤが不均一に延ばされ、その結果引き続く延びの間にワイヤが破断したり、バッテリ寿命の間に早すぎる腐食が生ずる。

図１１は、本発明により製造されたストリップのスリット部及び成形部の長手方向断面の拡張写真である。これからわかるように、ストリップの上方部分と下方部分とで、ワイヤ及び節が対称になっている。本発明では節の切り込みを一工程（一段階）で完了することにより同時にしかも均一な延び及びワイヤ成形が達成され、高い目標の延び（５０％又はそれ以上）が達成される。スリット全体にわたって均一に延ばされたワイヤ及び長手方向に形成されたストリップが得られ、それによってワイヤの破断や金属の応力を最小限に抑えつつ軽いメッシュ製品の拡張が可能になる。

ワイヤはローブ形状や丸みを帯びた三角形に形成することが望ましい。これらではその移動方向において前方となる辺の後方となる辺に対する比は１：１より大きく、望ましくは１：１．３から１：１．５の間である。それによって米国特許第４２９７８６６に記載されているような望ましくない引きずりや薄肉を最小限に抑えることができる。これに対して、図１０に示した従来のストリップでは、上方のローブでは前方辺の後方辺に対する比は約１：１であり、上方のローブは下方のローブよりも延びが小さい。図１１に示した本発明の成形されたストリップは上方部分の前方辺に対する後方辺の比率も、下方部分での前方辺の後方辺に対する比率も１：１．３であり、上方部分と下方部分とで延びが均一となり、５０％程度の延びが得られる。

図１２にプラスチック製のケーシング１０２とカバー１０４とを有するバッテリ１０８を示し、カバー１０４は本発明の方法により製造された電極板を含むベントカバー１０６を有する。ペースト１０７を含む電極板が負極板として垂直方向において正極板９４と交互に配置され、分離板１１２により互いに分離されている。負極板９２のグリッドタブ１１４は負極ポスト１１３に金属リーダ１１５で相互結合されている。また正極板９４のグリッドパブ（不図示）は正極ポスト１１９に金属ヘッダ１１７で相互結合されている。硫酸溶液（不図示）が電極板が浸る程度の量だけ追加されバッテリを作動されている。

尚本発明の技術思想の範囲内において上記実施例以外の実施例及び変形例が当業者によって容易になし得ることは言うまでもない。

従来例の二工程スリット入れ及びローラ予備成形アセンブリの側面図である。 図１の従来のアセンブリの第１工程により製造される中間ストリップの斜視図である。 図１における３−３断面図で、予備成形されたストリップに交互にスリットを入れるための共同ディスクの拡張図である。 本発明による一工程スリット入れ及び予備成形ローラアセンブリを説明する斜視図である。 図４に示した本発明の一工程スリット入れ及びロール成形の側面図である。 図５に示したスリット入れ及びロール成形アセンブリの側面図で、十分にスリットを入れ成形されたストリップを示す。 図４、５及び６に示した本発明の一工程の製造方法及び装置により製造されたストリップのスリット及び成形部分の拡大側面図（一部断面）である。 図７に示したストリップの斜視図で、ストリップがスリット入れ及び成型アセンブリを離れるにつれて引き続いて横方向に拡張する様子を示す。 図８に示したストリップの一部分の平面図で、蓄電池の電極板への分離前の、単一の成形及びスリット入れ工程から横方向の拡張の完成までを示す。 図１から図３の従来例により製造されたストリップのスリットが入り成形された部分の拡張した長手方向断面の写真である。 本発明により製造されたストリップのスリットが入り成形された部分の拡張した長手方向断面の写真である。 本発明の拡張したストリップから製造された電極板のグリッドを有する蓄電池の斜視図（一部破断）である。

符号の説明

１１０：ストリップ １１６、１１８：対向ローラ
１２２、１２４：離れたディスク １３２：スリット片
１３６，１３８：ツール面 １４２，１５４：長いスリット片
１４９：拡張メッシュシート １７４，１７６：ノッチ
１８２：中央リブ １８５：孔

Claims (6)

1. 変形可能なストリップ（１１０）から拡張したメッシュシート（１４９）を形成するためのスリットが入れられ予備成形された鉛蓄電池の製造に使用されるシートを一工程で形成する方法であって、
   縁部分内の前記ストリップ（１１０）の両面の少なくとも一部分に同時にスリットを入れ及び成形する工程を含み、それにより長手方向に延びる複数のワイヤ状の部分（１４２、１５４）が提供され、該部分は該ストリップの平面の外に変形した長く延びたスリット片（１４２，１５４）と、該ストリップの平面内に保持され長く延びたスリット片と交互に位置するスリット片（１３２）とから成り、長く延びた前記スリット片（１４２）は横方向で隣接するスリット片及び縁部分を切断され、前記ストリップの平面から凸形状に突出し、
   それにより横方向に隣接する部分の該スリット片（１５４）はストリップの平面の反対側から延び、該ストリップの平面に保持された交互の該スリット片は共同して節（１３２）を区画し、該節は該ストリップの前記部分を横切りワイヤ状部分（１４２，１５４）の少なくとも幅を横方向に延びているものにおいて、
   前記ストリップに該ストリップを中央で案内する長く延びた中央リブ（１８２）を形成し、ストリップの反対側の縁に等間隔で複数の孔（１８５）を前記スリットを入れ及び成形する工程に引き続く工程で形成し、及びスリットが入り孔があいたシートを拡張したメッシュシート（１４９）の製造のために拡張し、拡張の際中央を案内しつつ横方向の拡張のために回転拡張機で等間隔の孔（１８５）を把持する、ことを特徴とする方法。
2. 前記変形可能なストリップは鉛又は鉛合金である請求項１に記載の製造方法。
3. 凸形状のスリット片（１４２，１５４）が５０％長さまで変形されている請求項１又は２に記載の方法。
4. 鉛蓄電池の製造に使用される変形可能なストリップ（１１０）内に長く延びた交互のスリット片を一工程で形成する装置であって、
   一対の対向するローラ（１１６，１１８）を含み、各該ローラは一対のディスクとツール面（１３６，１３８）とを持ち、各該ディスクは離れた側壁を有し、該ツール面は円周方向に延び等間隔で離れ凸形状を持ち、平坦面（１４６，１４８）と交互に位置し、該ディスクは交互の円周方向の平坦面（１４６，１４８）の反対側の側壁に形成された半径方向のノッチ（１７４，１７６）を有し、
   それにより対向する該ローラ（１１６，１１８）の円周面（１３６，１３８）はそれらの間を通過する変形可能な前記ストリップ（１１０）に相互作用し、前記ツール面の相互噛合いにより該ストリップにスリットを入れ、凸形状のセグメント（１４２，１５４）及び節を形成するものにおいて、
   前記一対の対向するローラ（１１６，１１８）の一方のローラと対向する、変形したストリップ（１１０）を受ける平滑な外周面を持つ第３ローラ（１８０）を含み、
   該第３ローラ又は前記対向するローラ（１１６，１１８）の一方の各端に円周方向に等間隔で形成された突起（１８６）が前記他方のローラの円周方向のくぼみ（１８８）と係合して前記変形したストリップ（１１０）の側縁に孔をあけ、該第３ローラ又は前記対向するローラ（１１６，１１８）の一方の中央に円周方向に形成された盛上り（１８４）が前記他方のローラの円周方向のくぼみ（１８５）と係合して前記変形したストリップ（１１０）の中央にリブ（１８２）を形成し、
   それによって第３ローラ（１８０）及び前記対向したローラがそれらの間を通過する前記変形したストリップ上で相互作用し、変形したストリップ上に、端を中央に寄せる手段及び孔のあいた端を提供している、ことを特徴とする装置。
5. 請求項１から３の何れかの方法で製造され、蓄電池の電極板として使用される鉛合金である拡張網目シート。
6. 請求項５の複数の電極板を持つ硫酸蓄電池。

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