JP4899239B2

JP4899239B2 - エキスパンド網目シートの製造方法および鉛蓄電池用格子体の製造方法

Info

Publication number: JP4899239B2
Application number: JP2000235430A
Authority: JP
Inventors: 正義結城; 省三室地
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2002050361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエキスパンド網目シートの製造方法および鉛蓄電池用格子体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に鉛蓄電池の格子の製造方法としては、鋳造方式とエキスパンド方式があるが、最近メンテナンスフリーの要求に対応して開発されたカルシウム電池の格子は、生産性のよいエキスパンド加工で生産されている傾向にある。このエキスパンド加工としてはレシプロ運動するダイスカッターを用いて鉛合金シートにスリット部を形成してスリット部分を展開することによりエキスパンド網目を形成する方法が用いられている。
【０００３】
近年、鉛蓄電池の急放電時の電圧特性改善を目的としてエキスパンド網目のマス目寸法を小さくすることが行われてきている。
【０００４】
エキスパンド網目のマス目寸法を小さくするとシートメタルのエキスパンド加工部の面積当たりのスリット数を増加させる必要がある。この場合、ダイスカッターの往復速度を早くするか、ダイスカッターの一往復で形成されるスリット数を増加させる必要がある。前者の場合、比較的重量物であるダイスカッターを高速で往復運動させる必要があり、大容量のプレス機が必要であり、製造コストを高める原因となっていた。
【０００５】
後者の場合にはダイスカッターの刃数を増やすことにより対応が可能であり、図５に示すようにダイスカッター１を構成するダイス刃２にそれぞれ凸状刃先３を２つ設けて、シートメタル４の送りピッチをエキスパンド網目のマス目ピッチの２．５倍とするものである。このような方法によればダイスカッターの１ストロークで形成されるスリット数を２倍とすることができるので、プレス機の運転速度を低くすることができる。
【０００６】
しかしながら、図５に示すような方法でエキスパンド網目加工を行う場合、一部の骨部５が他の骨部６よりも引き伸ばされて図６に示すようにエキスパンド網目の展開状態が不均一となることが確認された。
【０００７】
このような展開状態の不均一さはエキスパンド網目展開幅をばらつかせる結果、極板高さ寸法のばらつきを大きくする要因となっていた。
【０００８】
また、より引き伸ばされた骨部５とこの骨部５と他の骨部６との結節部５−１は他の骨部６同士から構成される結節部６−１と比較してエキスパンド加工時のストレスをより受けて、特に正極に用いた場合にこの部分が優先的に腐食を受けて電池寿命が短くなるという課題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような複数の凸状刃先を有したダイス刃の複数をダイス刃の刃面が階段状になるように段差を有して配列したダイスカッターの往復運動によりシートメタルにスリットを形成するレシプロ方式のエキスパンド網目シートおよびこれを用いた鉛蓄電池格子体の製造方法において、形成されたエキスパンド網目を構成する格子の骨部の一部が他の骨部よりも引き伸ばされて発生するエキスパンド展開寸法のばらつきや、他の骨部よりも引き伸ばされた骨部とこれに連なる結節部が優先的に腐食を受けて電池寿命が短くなるという課題を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための手段として本発明の請求項１記載に係る発明は、間歇的に送り込まれるシートメタルに対して垂直方向に往復運動する複数のダイス刃を刃面が階段状になるように配列したダイスカッターにより前記シートメタルに複数条の断続スリット条を互いに平行かつ互いに平行に隣接する断続スリット条を構成するスリットが千鳥状になるように形成し、前記シートメタルに形成したスリット部を展開伸長するエキスパンド網目シートの製造方法であって、前記ダイス刃は同一断続スリット条上において複数のスリットを同時に形成するように複数の凸状刃先を複数備え、前記凸状刃先の刃先面と前記シートメタルとのなす角度が前記シートメタルの送り込み方向に対して入材側の刃先面の角度を出材側の刃先面の角度よりも大きく形成することとした。
【００１１】
また、本発明の請求項２記載に係る発明は、請求項１記載に係るエキスパンド網目シートの製造方法を鉛蓄電池用格子体の製造方法とした。
【００１２】
また、本発明の請求項３記載に係る発明は、請求項２におけるシートメタルを鉛−カルシウム系合金からなる圧延シートとし、得られたエキスパンド網目シートを格子網目部とした鉛蓄電池用格子体の製造方法とした。
【００１３】
また、本発明の請求項４記載に係る発明は、請求項３に記載する鉛−カルシウム系合金はカルシウム含有量が０．０４質量％〜０．１０質量％、スズ含有量が０．８質量％〜２．０質量％とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態によるエキスパンド網目シートの製造過程を示す図である。ダイス刃７ａ，ダイス刃７ｂ，ダイス刃７ｃ，ダイス刃７ｄがそれぞれの刃面８ａ，刃面８ｂ，刃面８ｃ，刃面８ｄと階段状の段差９を設けて配列され、ダイスカッター１０を構成している。この段差９はエキスパンド加工時の切幅、すなわち格子骨の幅に相当するもので必要に応じて変化させることができる。
【００１７】
入材側の第１刃目にあたるダイス刃７ａはエキスパンド網目の最外側部となり、通常は格子の底部に対応するために台形状をなしている。以降のダイス刃７ｂ，ダイス刃７ｃ，ダイス刃７ｄにはそれぞれ２つの凸状刃先１１が設けられている。この２つの凸状刃先１１は同一刃面にあり、１ストロークでお互いに延長線上に、すなわち、同一線条にあるスリットを２本形成することができる。
【００１８】
図２は凸状刃先１１を示す図である。本発明においてはこの凸状刃先１１の入材側の刃先面１２と出材側の刃先面１３とがシートメタル４面に対してなす角度の関係を規定するものである。すなわち、入材側の刃先面１２とシートメタル４面とのなす角度をｘ、出材側の刃先面１３とシートメタル４面とのなす角度をｙとした場合にｘ＞ｙとするものである。ここでｘ，ｙともに９０度を超えると刃先を形成しないので９０度未満とすることは言うまでもない。通常使用されるｘ，ｙの範囲は３０度〜５０度であり、ｘ−ｙの値は２〜５度程度が最も好ましい。このような角度の関係とすることにより、凸状刃先１１の先端は入材側に偏芯するため、図３に示すように入材側の骨部１４の展開長が出材側の骨部１５の展開長に比較して短く形成される。従来は刃先が複数存在する場合、この骨部が過大、かつより下方に引き伸ばされてマス目が通常の菱形から正方形状に変化していたため、あらかじめ短く形成しておくことにより図３に示したようにエキスパンド網目１６を展開した後の骨の長さを均一とし、マス目形状を均一な菱形形状とすることができる。よって従来発生していたエキスパンド網目の展開幅（Ｗ）のばらつきを抑制することができる。また、図６に示すような過大に引き伸ばされた骨部５を発生させることができないのでこの骨部５および骨部５に連なった結節部５−１でのストレスを低減することができる。加工時のストレスが過大となると骨部や結節部にクラックが発生し、エキスパンド網目部の強度を低下させるが、本発明の方法によればこのような従来発生していた現象を抑制することができる。
【００１９】
なお、入材側の第１番目のダイス刃７ａはエキスパンド網目の最外側に対応するため、凸状刃先を有さず、図１に示したように台形状刃先を設ける場合があるが、このような場合は少なくとも第２番目のダイス刃７ｂ以降に前記した刃先面とシートメタルとのなす角度の関係を適用すればよい。
【００２０】
シートメタルとして鉛−カルシウム系合金を用いて形成したエキスパンド網目を鉛蓄電池の格子体として用いた場合にはエキスパンド網目展開幅、すなわち、極板高さのばらつきを少なくできる。また、特に正極エキスパンド格子として適用した場合には骨部や結節部での酸化腐食を抑制して、電池寿命を改善することができる。
【００２１】
さらにはシートメタル４の組成中、カルシウム含有量が０．０４質量％〜０．１０質量％の場合、スズの含有量を増加させて、０．８質量％〜２．０質量％の領域とした場合にはシートメタル４の伸び率が低下する。この伸び率の低下により加工ストレスによる図６に示す骨部５や結節部５−１でのクラックの発生率が増加し、電池寿命に悪影響を及ぼす。よってシートメタル４としてカルシウムを０．０４質量％〜０．１０質量％含有する場合には０．８質量％〜２．０質量％のスズを含有する鉛−カルシウム−スズ系合金の圧延体を用いればより本発明の効果を顕著に得ることができる。
【００２２】
そしてこのようにして得たエキスパンド格子体に鉛蓄電池の正極用活物質ペーストを充填し、熟成乾燥して正極板を構成し、この正極板と従来のセパレータ、従来の負極板を用いて極板群を構成し、以降は通常の方法に従い、鉛蓄電池を構成することができる。
【００２３】
なお、ダイス刃の刃先数を２とした例について述べたが、この数を３以上とすることも可能である。この場合には生産速度をさらに向上させることができる。
【００２４】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明と従来例および比較例の方法によりエキスパンド網目シートを作製し、評価を行った。なお、本発明例、従来例および比較例ともにシートメタルとしては鉛−０．０６質量％カルシウム−１．８質量％スズ合金の鋳造スラブを圧延した圧延鉛合金シートを用いた。なお、圧延前の鋳造スラブの厚みは１０ｍｍ、圧延後の圧延鉛合金シートの厚みは１．０ｍｍである。
【００２５】
▲１▼本発明例
前記した発明の実施の形態によりエキスパンド網目を形成した。
【００２６】
ダイス刃の形状としては図１および図２に示した凸状刃先１１の入材側の刃先面１２とシートメタル４との角度ｘを４４度、出材側の刃先面１３とシートメタル４との角度ｙを４０度に形成し、エキスパンド網目を形成した。
【００２７】
▲２▼従来例
図５に示したダイスカッター１を用いてエキスパンド網目を作製した。この時の凸状刃先３の入材側の刃先面とシートメタル４との角度ｘと出材側の刃先面とシートメタル４との角度ｙはいずれも４２度と一定に構成した。
【００２８】
▲３▼比較例
図４に示したダイスカッター１７を用いてエキスパンド網目を作製した。このダイスカッター１７を構成するダイス刃１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆは単一の刃先を有するものであり、第２刃目以降（ダイス刃１８ｂ以降）の凸状刃先１９の入材側の刃先面２０とシートメタル４との角度ｘと出材側の刃先面２１とシートメタル４との角度ｙはいずれも４２度の一定に構成した。
【００２９】
上記の本発明例によるエキスパンド網目は図３に示したように網目を構成する骨の長さは均一であり、網目を構成する菱形のマス目形状にもばらつきは認められなかった。また、比較例によるエキスパンド網目も図３に示した本発明例のエキスパンド網目と同様の均一な骨長さを有し、マス目形状にもほとんどばらつきは認められなかった。
【００３０】
一方、従来例によるエキスパンド網目は図６に示したように網目を構成する骨に長い骨と短い骨があり、網目を構成するマス目形状も通常の菱形のものからほぼ正方形のものまでばらつきが認められた。
【００３１】
これらの本発明例、従来例および比較例によるエキスパンド網目の展開幅（図３における展開幅（Ｗ）寸法、設計値は１２０ｍｍ）を１００ｍｍ間隔毎にそれぞれ５００個所測定し、平均値，最大値，最小値および標準偏差を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００３２】
表１の結果によれば従来例によるエキスパンド網目の展開幅の標準偏差が１．０５８である一方で比較例および本発明例の展開幅の標準偏差はいずれも０．２４４であった。これらの結果から本発明例および比較例の構成によれば従来例に比較して展開幅のばらつきを少なく、精度よくできることがわかる。
【００３３】
【表１】

【００３４】
図５に示したように本発明例および比較例の構成によれば従来例に比較して展開幅のばらつきを少なくすることができることがわかる。展開幅が極板高さに対応する場合には極板高さのばらつきを抑制することができる。比較例のエキスパンド網目は従来例のような問題もなく、ばらつきの少ない良好なエキスパンド網目を得ることができるが、エキスパンド加工時間は２倍となるために好ましくない。この加工時間が２倍になるという問題はダイスカッターを往復運動させるプレス機の加工速度を倍にする必要があり、製造コスト上、いずれも好ましくない。
【００３５】
＜実施例２＞
前記した実施例１での本発明例、従来例および比較例のそれぞれの製造方法によるエキスパンド網目に鉛蓄電池用の活物質ペーストを充填して所定形状に切断加工した後、熟成乾燥工程を経て鉛蓄電池用の正極板を作製した。
【００３６】
さらに前記した実施例１の本発明例，従来例および比較例のそれぞれの製造方法によるエキスパンド網目において、シートメタルのカルシウム含有量を０．０６質量％と一定とし、スズ含有量を０．３質量％，０．８質量％および２．０質量％と変化させたものを作製した。ここでこれらのエキスパンド網目についてそれぞれ鉛蓄電池用の正極活物質ペーストを充填後、熟成乾燥して正極板を作製した。これらの正極板と従来の微孔性ポリエチレンセパレータおよび従来の負極板とを組み合わせて１２Ｖ４８Ａｈの自動車用鉛蓄電池を構成した。これらの電池の構成について表２に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
表２に示した電池について７５℃の気相中で軽負荷寿命試験（ＪＩＳＤ５３０１）を行った。この軽負荷寿命試験結果を同じく表２に示す。なお、寿命試験結果は従来例の製造方法による電池Ｄの寿命サイクル数を１００とした指数で表示した。
【００３９】
表２に示した結果から、本発明の製造方法による電池Ａ，Ｂ，Ｃは従来例の製造方法による電池Ｄ，Ｅ，Ｆに比較してそれぞれ良好な寿命特性を得られることがわかる。また、特に格子中のスズ濃度を高くした０．８質量％および２．０質量％の電池に関して、スズ濃度を増加させることによる寿命向上効果が従来例の製造方法による電池Ｅ，Ｆでは本発明例の製造方法による電池Ｂ，Ｃに比較して少ないものであった。これらの従来例の製造方法による電池を分解調査したところ、正極エキスパンド格子体において他よりも引き伸ばされた図６に示す骨部５とこの骨部５に連なる結節部５−１で腐食が進行し、結節部５−１が切断されていた。また、骨部５自体も腐食が進行し、骨の断面積の減少が見られた。
【００４０】
よって、寿命向上を目的として正極格子体のスズ濃度を０．８質量％から２．０質量％程度に高めた電池に本発明を適用すれば従来例の製造方法による電池に比較してスズによる寿命向上効果をより顕著に得られることから、このようなスズ濃度を有する電池に本発明を適用することが好ましいことがわかる。
【００４１】
さらに比較例の製造方法による電池においては本発明例の製造方法による電池と同様の寿命特性を有するが、エキスパンド加工速度等の生産性の面において劣るために好ましくない。
【００４２】
【発明の効果】
前記したように本発明によれば鉛蓄電池に用いるエキスパンド格子体において格子網目の展開寸法を均一化によりバラツキを低減して、精度の高い極板を生産性を高く保持して製造することができる。また、正極格子体として用いた場合には電池の寿命を改善することが容易となりその工業的価値は大きなものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエキスパンド網目の製造工程を示す略図
【図２】本発明による製造方法に用いるダイス刃を示す正面図
【図３】本発明によるエキスパンド網目を示す正面図
【図４】比較例によるエキスパンド加工に用いるダイスカッターを示す略図
【図５】従来のエキスパンド網目の製造工程を示す略図
【図６】従来方法によるエキスパンド網目を示す正面図
【符号の説明】
１，１０，１７ダイスカッター
２，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆダイス刃
３，１１，１９凸状刃先
４シートメタル
５，６骨部
５−１，６−１結節部
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ刃面
９段差
１２，２０入材側の刃先面
１３，２１出材側の刃先面
１４入材側の骨部
１５出材側の骨部
１６エキスパンド網目

Claims

間歇的に送り込まれるシートメタルに対して垂直方向に往復運動する複数のダイス刃を刃面が階段状になるように配列したダイスカッターにより前記シートメタルに複数条の断続スリット条を互いに平行かつ互いに平行に隣接する断続スリット条を構成するスリットが千鳥状になるように形成し、前記シートメタルに形成したスリット部を展開伸長するエキスパンド網目シートの製造方法であって、前記ダイス刃は同一断続スリット条上において複数のスリットを同時に形成するように複数の凸状刃先を備え、前記凸状刃先の刃先面と前記シートメタルとのなす角度が前記シートメタルの送り込み方向に対して入材側の刃先面の角度を出材側の刃先面の角度よりも大きく形成したことを特徴とするエキスパンド網目シートの製造方法。
請求項１記載に係るエキスパンド網目シートの製造方法を鉛蓄電池用格子体の製造方法としたことを特徴とする鉛蓄電池用格子体の製造方法。
請求項２におけるシートメタルを鉛−カルシウム系合金からなる圧延シートとし、得られたエキスパンド網目シートを格子網目部としたことを特徴とする鉛蓄電池用格子体の製造方法。
請求項３に記載する鉛−カルシウム系合金はカルシウム含有量が０．０４質量％〜０．１０質量％、スズ含有量が０．８質量％〜２．０質量％としたことを特徴とする請求項３に記載の鉛蓄電池用格子体の製造方法。