JP5071028B2 - 鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型 - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池用エキスパンド格子体を製造する型に関するものである。

鉛蓄電池の格子を製造する方法で、鉛シートをエキスパンド加工する方法が、生産性向上の面で優れているため多く使用されている。しかし、近年の電池への要望は、小型、高容量化へ移行しつつあり、そのためエキスパンド格子の網目を細かくすることにより対応している。エキスパンド方式は、カッターと、上下運動をするＶ字形刃を有したダイスからなる装置に、鉛合金シートを送り込み、網状に加工するいわゆるレシプロ方式のエキスパンド加工方法において、加工後のエキスパンド格子の生産スピードを維持するには、網目を細かくするにつれ切断加工の回数が増えることになる。さらにそれ以上の生産スピードを得るには、エキスパンド加工機のさらなるＶ字形刃の上下運動における切断加工を高速化する必要がある。

そのため、レシプロ方式のエキスパンド加工機は、ダイスを稼動するプレス機が高速化するのに伴い、鉛合金シートの幅方向の中央に位置する非加工部を上下に掴んで正確に送り、鉛合金シートを放した後に元の位置に戻る間欠送りする送り装置は、鉛合金シートの出材側（進行方向）に対して速い行き戻りの動作を繰返す必要があり、このため稼働部は軽量な構造で搬送力を極力小さくすることが求められる。

さらに、鉛蓄電池のエキスパンド加工機においてエキスパンド加工する際の鉛合金シートを送る負荷には、シート重量と、加工後に伸展された網目を構成する骨の一部とカッター側面との摩擦による負荷を極力小さくすることが、送り装置の搬送力低減のために必要とされている。

エキスパンド加工時の加工性向上のため、特許文献１では刃先の刃軸線に対する交差角度の改良により、格子体を形成する骨の破断を抑制する技術が提案されている。

しかしながら、Ｖ字形刃において出材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度が、入材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度よりも小さくすることで骨の破断は解消されたが、格子の網目を細かくするためにダイスを稼動するプレスが高速化するにつれ、鉛合金シートを送る負荷の増加とともに、大きなプレス機が必要となり、さらに骨の破断が増加することになった。
特開平８−２７３６７３号公報

本発明は、細かい網目有するエキスパンド格子を作成するため、鉛合金シートの送り装置の送り負荷を減少させ、プレスの高速回転にも対応できる加工型を得るとともに、エキスパンド加工された格子体の骨の破断を低減させることを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、エキスパンド加工された鉛合金シートが出材する方向に従って左右の間隔が階段状に狭まる平面を有するカッターと、多数のＶ字形刃を有し、前記カッターに対して上下運動をするダイスからなり、前記カッターと前記ダイスの間に送り込まれる鉛合金シートを網状に加工するエキスパンド格子体の製造型において、前記カッターは、網状に加工する際の前記Ｖ字刃に対応する
前記カッターの切断線が、鉛合金シートの進行方向に対し内側になるようにテーパーを有したことを特徴とする鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型を示すものである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記Ｖ字形刃における出材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度が、入材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度よりも小さいことを特徴とする鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型を示すものである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記入材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度と出材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度の比が０．８２〜０．９２である請求項２記載の鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型を示すものである。

本発明の鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型は、上記構成を有し、鉛合金シートの送り装置の負荷を減少させ、プレスの高速回転にも対応することが可能となる。さらに、エキスパンド加工された格子体の骨の破断も低減できるという顕著な効果が得られ、工業上極めて有用である。

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（ａ）は、本発明のカッター２の説明用上面図である。図２は、本発明のダイスの説明用側面図である。図３は、鉛合金シートの加工状態の説明図である。図６（ａ）は、従来例のカッター２の説明用上面図である。

一般的に鉛蓄電池用エキスパンド格子体を作成する際に、鉛合金シート１をエキスパンド装置の、図６（ａ）に示したカッター２上を移動させ、カッター２の上面に位置する複数のＶ字形刃３を有した図２のダイス４が、鉛合金シート１を両側面から加工して行く。ダイス４に一体に取り付けるＶ字形刃３は、最終的な格子体の形状により網目数、切込み深さ等に形状や数等を決定するが、左右２列で、カッター２に対応して鉛合金シート１の進行方向に向かい間隔が狭くなるように片側で約２０刃程度配置されている。

図１（ａ）に示したカッター２は、先（以下、出材側と称す）に行くに従って幅が狭まる階段状のカッター側面５を持ち、この階段状の部分を移動する鉛合金シート１に同期して、Ｖ字形刃３がカッター側面５の切断線６に下降し、左右で鉛合金シート１を加工する。鉛合金シート１の搬送は、カッター中央部に位置するシート送り装置７が、上部に対応する位置に取り付けられたシート送り装置（図示はしていない）で鉛合金シート１の中央部の非展開部を両者で掴み、出材側８に移動する。

図６（ａ）、（ｂ）中のＢ部の要部拡大図に示した通り、従来は、カッター側面５の切断線６が概ね直角に階段状に幅が狭まるのであるが、本発明におけるカッター図１（ａ）は、カッター側面５の切断線６を図１（ｂ）のＡ部拡大図として示したように鉛合金シート１の出材側８に向かい幅方向に対し狭まるように、テーパー９を設ける。ここでもシート送り装置７はカッター２の中央部に設けられている。

ここでは、鉛合金シート１の両側面とも同じ動作になるため、その片側についてのみ説明する。図３には鉛合金シート１の加工状態を示したもので、カッター側面５の切断線６は、鉛合金シート１の出材側８に向かい幅方向に対し狭くなるようテーパー９を設けてある。これに対応するように、複数のＶ字形刃３も幅方向の中心に向かい内側にテーパーを設け、骨の切り幅ずつＶ字形刃３を出材側８の方向に幅を減じながらダイス４に列状に固定される。

鉛合金シート１はカッター２上に送り込まれた後に、多数のＶ字形刃３が下降し、シート送り装置７により間欠的に送り込まれた鉛合金シート１の側面を刻み、格子体の網目１０を構成する骨１１を形成する。その後、ダイスのＶ字形刃３をカッター２の上方まで上昇させ、鉛合金シート１を出材側８に送るのと同期して再度Ｖ字形刃を下降させ、鉛合金シート１に切込みを入れる。第２刃以降のＶ字形刃は入材側１２の刃先の面および出材側刃先の面によってそれらに接する部分を伸張させ、菱形の網目１０を形成する。前記のようにして複数のＶ字形刃は高速で順次網目１０を形成していく。

ここでＶ字形刃３は、幅方向で狭くなるように中心に向かいテーパーを設けるようダイス４に取り付けられており、Ｖ字形刃の厚みは出材側３ｂと入材側３ｃとが同じであっても良いが、出材側厚み３ｂを入材側厚み３ｃよりも大きくすることでダイスに安定して取り付けられる。

カッター２上に送り込まれた鉛合金シート１を切断線６で刻まれた骨１１は、カッター側面５を下降するＶ字形刃の先端３ａで伸展される。その際にＶ字形刃３はカッター側面５に沿って降下し、骨１１は前記カッター側面５に沿って伸張されるため、網目１０が形成されたときの骨１１は、カッター側面５に接触した状態となる。

次に鉛合金シート１を間欠的に送る際にはカッター側面５における骨の接触部１１ａの摩擦に対抗する力が必要であるが、カッター２の切断線６が出材側８にテーパー９を有していると、最初の移動時の負荷は必要であるが、カッター２から伸展した骨１１が外れてしまえば、骨の接触部１１ａにおける摩擦による負荷は無くなる。

一方、従来のほぼ直角な階段状の切断線６ａを有したカッター２は、鉛合金シート１を送る際にカッター２の切断線６下部のカッター側面５と、網目１０を形成する骨の接触部１１ａで骨の移動に伴い摩擦による負荷は徐々に減少するが、カッター２の切断線６を出材側８にテーパー９を有している本発明と比較すると、鉛合金シート１を送り込む力が必要になる。

上記のように構成することで、送り込み負荷を減少させることができるが、高速のプレス回転数でダイスを上下させた場合、Ｖ字形刃の先端３ａで形成される網目１０の骨１１を均一に伸張することが求められる。図４に本発明のＶ字形刃３を示す。

Ｖ字形刃３の出材側８の刃先面の刃軸線１３に対する交差角度βが、入材側１２の刃先面に対する交差角度αよりも小さくすることで、加工の際のＶ字形刃の先端３ａに接する骨１１の部分における伸張差を調整することで、展開する網目１０を形成する骨１１にかかる応力を分散させ骨が均一に伸張されるため、高速回転数にも対応することができる。

以下、本発明の実施例により本発明の効果を説明する。

図１のカッター２はＶ字形刃３が降下する切断線６は、長さを８ｍｍとし、出材側８に向かい狭くなるように３度の角度でテーパー９を設けた。Ｖ字形刃は刃軸線１３に対し左右対称と従来と同じ形状で、刃先角度が１００度であるＶ字形刃を用いた。鉛合金シート１がカッター２上にシート送り装置７にて、間欠的に送り込まれ、上部に位置するＶ字形刃を有したダイス４が下降して、鉛合金シート１の外側に刻みを入れる。Ｖ字形刃の先端３ａを中心に、網目１０に展開して行く際に出材側の骨１１は、次の工程で菱形の網目を構成する骨の一辺になるため隣のＶ字形刃で伸ばされ、実際に展開された後では出材側の骨１１が結果的に伸びることになる。

（実験１）
そこで、展開する網目１０の寸法は、高さ８ｍｍ長さ１０ｍｍで、片側の連続した網目部分の高さは１０５ｍｍになるように設定し、プレスの回転数を８００ｒｐｍ、から２００ｒｐｍ毎に回転数を増加させ、１８００ｒｐｍまで変化させ、ダイス４のＶ字形刃３によりエキスパンド加工を行った。本発明によるカッター２は、長さ８ｍｍの切断線６が出材側８に向かい狭くなるように３度の角度でテーパー９を有し、多数のＶ字形刃３は、前記カッターのテーパーに対応するように装備したダイスをエキスパンド装置に装着し、鉛合金シート１が送り込まれる負荷を調査した。

本発明の比較として、カッター側面５の切断線６の長さを同じように８ｍｍとし、概ね直角に階段状に幅が狭まるテーパーの無いカッターを従来例としてその比較を行った。なお、この実験に用いた鉛合金シートは、厚み２．０ｍｍ、鉛―０．００８質量％カルシウム−１．５％スズの組成を用いた。その結果を回転数と負荷の関係図として、図４に示した。

図４において、一般的な８００ｒｐｍにおいては、本発明のカッターにおける鉛合金シートの送り装置負荷は２．６ｋｇｆであるのに対し、従来のカッターの負荷は６ｋｇｆであった。一方、比較的高速プレスにおける１２００ｒｐｍの回転数においては、従来例の負荷が９．３ｋｇｆであったのに対し、本発明の構成においては負荷が５．９ｋｇｆであり、さらに、高速プレスの１８００ｒｐｍまで回転数を上昇させた場合、本発明のシートの送り装置負荷は１３．２ｋｇｆであるのに対し、従来カッターの負荷は１６．６ｋｇｆであった。

上記の結果より、カッターのＶ字形刃に対応する辺に位置する切断線を、出材側に狭くなるようにテーパーを設けることにより、カッター側面の摩擦抵抗を減少させ、負荷が小さくても送り込むことができた。すなわち、シート送り装置が必要な負荷は、従来のカッターで回転数が８００ｒｐｍあれば、本発明のカッターを用いることで１２００ｒｐｍと同等に駆動することができる。同様に、従来のカッターで１２００ｒｐｍ時に必要な送り装置の負荷が９．３ｋｇｆあれば、本発明のカッターを用いることで約１５００ｒｐｍまで回転数を増加することができる。

（実験２）
一般的に鉛合金シート１を網目状に展開する際のＶ字形刃３の先端３ａは、図５に示した刃軸線１３に対する入材側刃先角度αと出材側刃先角度βとした場合に刃先角度（α＋β）は、９０〜１００度が最適である。この角度が小さい、すなわち鋭角になるにつれ骨の伸張度は増加し、鉛合金組成や熱処理の影響にもよるが、一般的には伸張度がシート材料の２５％以上になると骨が破断する傾向がある。

この実験では、実験１における本発明のカッター２を用い、ダイス４に取り付けたＶ字形刃３は、刃先角度を１００度に一定とし、Ｖ字形刃３の刃軸線１３に対する入材側刃先角度αと出材側刃先角度βとしてそれぞれ変化させ、エキスパンド加工した際の骨１１の破断実験を行なった。プレスの回転数は影響の出やすい１６００ｒｐｍを選定し、実験１と同じにように網目１０の寸法は、高さ８ｍｍ長さ１０ｍｍとし、展開された網目の寸法は、シート片側で高さ１０５ｍｍに設定した。次に実験１で用いた同組成の長さ５０ｍの鉛合金シートをエキスパンド装置に送り込み、エキスパンド加工し、骨の破断不良率の発生状況を調べた。これらの刃先角度の組合せと破断不良率の発生を表１に示した。

実施例Ａおよび実施例Ｂにおける刃先角度比はそれぞれ１．２２と１．１３であり、これらの破断発生率は７％以上と従来例の実施例Ｃよりも高くなっている。これは、鉛合金シートにつながっている骨の部分が伸張に耐えられないため骨の破断が発生し、破断不良率が上昇する。

一方、実施例Ｇの刃先角度比が０．７５以上では出材側の骨自体の伸張度が大きくなるため、その部分の破断による破断不良率が上昇する。この結果、破断不良率が２％以下の良好な結果が得られたのは、実施例Ｄ，実施例Ｅおよび実施例Ｆであり、その刃先角度比が０．８２〜０．９２の範囲が好適な条件と考えられた。この実験は刃先角度を１００度で実施したが、刃先角度を１１０度にして実験を行っても同様な結果を得ることができた。

これらの結果から、本発明におけるカッター２における切断線６が出材側８に狭まるテーパー９を有することで、網目１０を形成する出材側の骨が入材側の骨に比較して、刻み幅が広くなる。次のＶ字形刃３はその広い部分を伸張する際にその伸張度は、出材側８の方が入材側１２の骨よりも大きくなるため、出材側の太さを十分に取ることで骨の破断の少ない、安定した網目を得ることができたと考えられる。

このように、プレス回転数を高速の１６００ｒｐｍまで上昇させた場合でも、カッターの切断線６が出材側に狭まるテーパー９を有することで、網目形成後の骨の破断を抑制することができる。

本発明の構成によれば、鉛合金シートのエキスパンド加工における装置内の搬送時の送り込む負荷を減少させ、高速回転能力を向上できるとともに、格子体の骨を確実に加工できるため、産業上、有益な装置である。

（ａ）本発明のカッターの説明用上面図、（ｂ）本発明のカッターの説明用上面図のＡ部拡大図 本発明のダイスの説明用側面図 鉛合金シートの加工状態の説明図 回転数と負荷の関係図 本発明のＶ字形刃を示す図 （ａ）従来例のカッターの説明用上面図、（ｂ）従来例のカッターの説明用上面図のＢ部拡大図

符号の説明

１ 鉛合金シート
２ カッター
３ Ｖ字形刃
３ａ Ｖ字形刃の先端
３ｂ 出材側厚み
３ｃ 入材側厚み
４ ダイス
５ カッター側面
６ 切断線
６ａ 直角な階段状の切断線
７ シート送り装置
８ 出材側
９ テーパー
１０ 網目
１１ 骨
１１ａ 骨の接触部
１２ 入材側
１３ 刃軸線

Claims (3)

1. エキスパンド加工された鉛合金シートが出材する方向に従って左右の間隔が階段状に狭まる平面を有するカッターと、多数のＶ字形刃を有し、前記カッターに対して上下運動をするダイスからなり、前記カッターと前記ダイスの間に送り込まれる鉛合金シートを網状に加工するエキスパンド格子体の製造型において、前記カッターは、網状に加工する際の前記Ｖ字刃に対応する前記カッターの切断線が、鉛合金シート１の進行方向に対し内側になるようにテーパーを有したことを特徴とする鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型。
2. 前記Ｖ字形刃における出材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度βが、入材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度αよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型。
3. 前記入材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度と出材側の刃先面の刃軸線に対する交差角度の比が０．８２〜０．９２である請求項２記載の鉛蓄電池用エキスパンド格子体の製造型。