JP5106270B2

JP5106270B2 - 鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置

Info

Publication number: JP5106270B2
Application number: JP2008169168A
Authority: JP
Inventors: 博幸飯塚
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010005669A

Description

本発明は、鋳造欠陥が生じ難い鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置に関する。

鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置は、図６に示すように、固定鋳型１１と移動鋳型１２を一体的に組み合わせたブックモールド式鋳型（組み合わせた状態は図示せず)を主要部とし、前記鋳型の湯口（１１ａ、１２ａ）から鋳型内部の格子基板形状の空洞部（キャビティ：１１ｂ、１２ｂ）内に鉛合金溶湯を注入して格子基板を鋳造する装置である。そして固定鋳型１１および移動鋳型１２には鋳型温度を制御するための主要ヒーター２と冷却管３が設けられている。主要ヒーター２には、例えば、金属製のヒーター冶具２に電熱線などの発熱体２ｂを内蔵させたものが用いられる。
図６で、１３は両鋳型を位置合わせするためのガイド棒、１４はガイド孔である。

前記鋳造装置は、固定鋳型１１と移動鋳型１２の所要箇所に熱電対を埋め込んで鋳型温度を測定し、その測定結果に応じて前記主要ヒーター（発熱体）の発熱量および冷却管３内の冷媒の流量を調節して所定の温度に制御される（特許文献１）。

特開昭５６−１９９６７号公報

前記特許文献１に記載の方法は、鋳型に温度測定器を取付け、該測定器の測定値に基づいて鋳型内を流通する温度調節用流体の流量を制御することで、鋳造の難しい薄肉の鉛蓄電池用格子基板等の製造ができるとしている。

しかしながら、冷却管に流通させる冷却媒体を冷却管の一方（流入側）から他方（導出管）へ流通させる構造の冷却管を設けた鋳型を用いた場合、冷却媒体の流入側付近では局所的に鋳型の温度が低いこと、鋳型の湯口部付近の温度が両端の鋳型両端の温度に比べ高いことが判明した。この温度差によって、冷却媒体の流入側付近の格子基板は、局部的凝固遅れ（焼き折れを誘発）やボイド（ガス孔）集合（ボイド折れを誘発）が発生したり、不完全充填部（以下、目切れと称する）が発生したりするなどの鋳造欠陥が生じてしまう。
前記鋳造欠陥を低減するため、種々検討を行った結果、鋳型温度の均一化（鋳型温度の中央部と両端部との温度分布の緩和）により防止できることを突き止め、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、鋳造欠陥が生じ難い鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置の提供を目的とする。

本発明は、固定鋳型と移動鋳型からなる鋳型を主要部とし、前記固定鋳型と移動鋳型の少なくとも一方にはヒーター冶具が当接され、前記鋳型中央部より上方に冷却媒体を流通させる冷却管が設けられた鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置において、前記鋳型とヒーター冶具との間に冷却媒体の流入側が冷却媒体の流出側より鋳型との接触面積が大きい熱伝導性金属材料からなる介在部材を設ける、又は／及びヒーター冶具の鋳型当接部に溝部を設けると共に、前記溝部は流入側に比し流出側の接触面積を小さくすることを特徴とする鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置である。

また、前記鋳型とヒーター冶具との間に鋳型との接触面積が異なる介在部材を少なくとも２個以上設け、前記介在部材の内、最も接触面積の大きい介在部材を冷却媒体の流入側に設けることを特徴とする鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置である。

本発明の鋳造装置は、固定鋳型と移動鋳型の少なくとも一方に当接されたヒーター冶具に、熱伝導性を有する介在部材を設ける又は／及びヒーター冶具に溝部を施すことにより、冷却媒体の流入側と流出側との鋳型の温度分布を緩和し、均一化することが可能である。従って、本発明の鋳造装置によれば、目切れやボイドなどの鋳造欠陥が生じ難い高品質の格子基板が得られる。

更に、本発明の鋳造装置は、前記鋳型とヒーター冶具との間に鋳型との接触面積が異なる介在部材を少なくとも２個以上設け、前記介在部材の内、最も接触面積の大きい介在部材を冷却媒体の流入側に設けることにより、鋳型温度が低い冷却媒体の流入側は接触面積の大きい介在部材を設けることで、冷却媒体の流入側と流出側の鋳型の温度分布を緩和し、均一化するのみでなく、鋳型の中央部の温度分布も制御することが可能であるので、より一層の鋳型の温度分布の緩和、均一化が可能である。
また、介在部材を所望の位置に設けるので、介在部材をヒーター冶具全体に設ける場合に比し安価に作製することが可能である。

一般に、鋳型は湯口部が上部中央（鋳型の長さ方向の上部中央）に設けられているため、鋳造を繰り返すうちに移動鋳型の長さ方向の中央部の温度が高くなる傾向がある。そこで、本発明では鋳型とヒーター冶具間に介在部材を設けることで、鋳型の両端部、特に冷却媒体の流入側を加熱して、鋳型の両端部および中央部の温度分布を均一化するものである。

本発明の鋳造装置は、鋳型を構成する固定鋳型と移動鋳型の少なくとも一方の鋳型とヒーター冶具との間に冷却媒体の流入側が冷却媒体の流出側より接触面積が大きい介在部材を設ける又は／及びヒーター冶具に溝部を施すものであり、ここでは移動鋳型について説明する。

図１に示すように、移動鋳型１（以下、移動鋳型を鋳型とする）は、その鋳型１の高さ方向の中央部１ａより下部の外表面にヒーター冶具２が螺子止め、またはろう付け、溶接等により当接されており、鋳型１の高さ方向の中央部１ａより上部に冷却管３が鋳型１を横方向（長さ方向）に貫通して設けられている。鋳型１とヒーター冶具２との間には、熱伝導性を有する介在部材４が設けられおり、前記介在部材４とヒーター冶具との当接する接触面積は、冷却媒体の流入側３１側から流出側に向けて徐々に減少するように形成（例えば、台形、三角形）されている。これは、冷却媒体（図示せず）の流入側３１の鋳型温度が冷却媒体の流出側の鋳型温度に比べ低いためであり、冷却媒体の流入側３１の介在部材４とヒーター冶具２とが当接する接触面積を大きくすることにより、冷却媒体の流入側３１の鋳型温度を他の部分より高くすることで、容易に鋳型１の温度分布を均一に制御するものである。

具体的には、図１に示すように、介在部材４は冷却媒体の流入側３１と流出側とで、冷却媒体の流入側３１から流出側に向けてヒーター冶具２との当接する接触面積を流入側から流出側に向けて徐々に減少するように形成し、鋳型１中央部（長さ方向の中央部）、冷却媒体の流出側の鋳型の加熱を弱めて鋳型１の長さ方向の温度分布を均一化する。
この場合、介在部材４には銅、アルミ、鉄などの高熱伝導性金属材料を用いて熱伝導を促進させることが好ましい。
また、ヒーター冶具２の中央部と鋳型１間に断熱材を配して中央部分の加熱をさらに弱めることも可能である。

前記介在部材４の材質、厚みなどは鋳型の大きさ、材質などに応じて予め設定する。その形状は三角形、四角形、台形、円形など任意であり、該三角形、台形、円形などの介在部材４は、冷却媒体の流入側３１と流出側との鋳型温度の急激な温度変化、即ち、温度分布を緩和することが可能である。
より好ましくは、鋳型１とヒーター冶具２との間に接触面積の異なる介在部材を少なくとも２個以上設け、最も接触面積の大きい介在部材４を冷却媒体の流入側３１とし、更に、鋳型１の長さ方向の中央に向けて接触面積を減少させるものであり、前述するように、鋳型１の長さ方向の中央部では鋳型１の温度が最も高くなるため、介在部材４の接触面積が鋳型１の長さ方向の中央部に向けて減少するように設置することで、より温度分布を均一にすることが可能である。

また、本発明の鋳造装置では、鋳造中の鋳型１温度を、温度測定器具（例えば、熱電対など）を挿入孔５ａ〜５ｃに挿入に測定を行い、その結果に応じて、ヒーターの発熱量および冷却管３に導入される冷却媒体の流量を調節して鋳型１温度を所定温度にする。前記鋳型１温度の調節は、鋳型１の所要個所に温度測定器具などを埋め込むなど任意の方法により測定することで可能である。

また、冷却媒体として、水やオイル、エアーなど湯口１２から投入される溶湯より低温で、鋳型温度を低下させる可能な材料であれば、種々適応することが可能である。

以上、ヒーター冶具２を鋳型１（移動鋳型）に設ける場合について説明したが、ヒーター冶具２を固定鋳型（図示せず）に設けても略同様の効果が得られる。更に、ヒーター冶具２を移動鋳型と固定鋳型の両方に設けると、より良好な効果が得られる。

また、鋳型１の両端部および中央部の温度分布を均一化する他の方法として、ヒーター冶具２に溝部２ａを設ける（図３参照）ことで、介在部材４を設けた場合と同様に温度分布を均一にすることが可能である。ヒーター冶具２に設ける溝部２ａは、鋳型１とヒーター冶具２とが当接する部分を低減して温度分布を均一にするためのものであり、流入側に比し流出側でも当接する部分を小さくして介在部材を設けた場合と同様の作用効果を得ることが出来る。

図１では、ヒーター冶具は鋳型の中央部より下部の外表面に当接した例を示したが、この部位に限定されるものではなく、例えば、中央部、上部に当接しても略同様の鋳型の温度分布を緩和し、鋳型温度を均一化するという結果を得ることが可能である。

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

図１に示すように、固定鋳型（図示せず）および移動鋳型１の寸法は、共に、長さ約４５０ｍｍ、高さ約２５０ｍｍ、幅約５０ｍｍである。夫々の鋳型の中央部より上部に冷却管３を貫通して設けた。また、移動鋳型１の中央部より下部の外表面に介在部材４を介してヒーター冶具２を設置し、該ヒーター冶具２には、断面長方形状の銅製のヒーター（図示せず）を内蔵させた。前記ヒーター冶具２の寸法は長さ約４００ｍｍ、高さ約５０ｍｍ、幅約２５ｍｍである。
なお、冷却管３には外径約１０ｍｍ、肉厚約１ｍｍの鉄製の円管を用い、冷却媒体として水を用いた。また、移動鋳型１とヒーター冶具２および介在部材４は螺子止めにより接合した。

鋳型１とヒーター冶具２との間に設けた介在部材４は、長さ約３５０ｍｍ、上底約２０ｍｍ、下底約７０ｍｍ、肉厚約３ｍｍの鉄製の台形板を用いた。前記台形板からなる介在部材４は、冷却管３に導入される冷却媒体の流入側に台形板の下底を配置し、鋳型との接触面積が大きくなるように配置した。

移動鋳型１の中央部の所定箇所に熱電対ａ（図示せず）を各１本ずつ埋め込み、この箇所の温度が１９０℃になるようにヒーターの電源をＯＮ・ＯＦＦさせ温度制御を行った。冷却管には３５℃の冷却水を毎分５００ｍｌ流した。

この状態で、鋳型湯口１２からキャビティ内に約５２０℃の鉛合金溶湯を注入して格子基板を連続して１０００個鋳造した。

得られた格子基板についてボイド数、目切れなどの鋳造欠陥を調べた。また、鋳型中央部に熱電対挿入孔（図１の５ａ〜５ｃ）を各３個等間隔に設け、そこに熱電対を挿入して鋳造中の鋳型の温度分布を調べた。

ヒーター冶具２を移動鋳型、固定鋳型の両方に設け（ヒーター冶具２の位置は相対応する部分）、更に、夫々の鋳型とヒーター冶具２との間に長さ約３５０ｍｍ、上底約２０ｍｍ、下底約７０ｍｍ、肉厚約３ｍｍの鉄製の台形板からなる介在部材４を、冷却管３に導入される冷却媒体の流入側３１に台形板の下底を配置して設けた以外は、実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。

図２に示すように、介在部材４を２個用い、鋳型との接触面積の大きい介在部材４を冷却媒体の流入側に、小さい介在部材４はその反対の流出側に配置し、夫々の台形板からなる介在部材４は上底を鋳型の長さ方向の中央に向けて設置した以外は、実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。
なお、介在部材は鋳型との接触面積が大きいものを長さ約８０ｍｍ、上底約４５ｍｍ、下底約７０ｍｍ、肉厚約３ｍｍ、鋳型との接触面積が小さいものを長さ約８０ｍｍ、上底約２０ｍｍ、下底約４０ｍｍ、肉厚約３ｍｍの鉄製の台形板を用いた。
なお、当該実施例３では介在部材４を２個の例を示したが、３個以上設けても良く、例えば、同じ大きさの介在部材４を３個用いる場合、冷却媒体の流入側に２個、流出側に１個とし、結果として、冷却媒体の流入側を他の部分より加熱するように介在部材４を設置する。

図３に示すように、介在部材は用いず、ヒーター冶具２の中央に広い溝部２ａを形成して、移動鋳型１への該ヒーター冶具２の当接を両端部のみにすると共に、冷却媒体の流入側とは反対の流出側に位置するヒーター治具２の当接する部分に狭い複数本（図示の例では３本）の溝部２ａを設け、移動鋳型１へのヒーター冶具２の当接面積を冷却媒体の流入側を大きくした以外は、実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。

図４に示すように、介在部材４を２個用い、鋳型との接触面積の大きい介在部材４を冷却媒体の流入側とし、夫々の台形板からなる介在部材４は上底を鋳型の長さ方向の中央に向けて設置し、更に、ヒーター治具２として上記実施例４に記載のものと同様に溝部２ａを設けた以外は、実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。
なお、介在部材４は長さ約３５０ｍｍ、上底約２０ｍｍ、下底約７０ｍｍ、肉厚約３ｍｍの鉄製の台形板を用いた。

［比較例１］
介在部材４に、長さ約４５０ｍｍ、高さ約７０ｍｍ、肉厚約３ｍｍの鉄製の方形板（ヒーター冶具より大きいもの）を用いた他は実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。
［従来例１］
鋳型１とヒーター冶具２との間に介在部材４を設けず、ヒーター冶具２の全長を鋳型１に当接して加熱した移動鋳型を用いた他は実施例１と同じ方法により格子基板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。

図５には実施例１乃至５、比較例１及び従来例１の鋳造中の鋳型の温度分布を示す。
図５から明らかなように、本発明例（実施例１乃至５）の冷却媒体の流入側と流出側との温度差は２０℃未満であったのに対し、比較例１及び従来例１は夫々の温度差が２０℃以上であり、本発明例は比較例１及び従来例１に比しいずれも鋳型温度の変動幅が小さかった。
これは、比較例１ではヒーター冶具よりも大きな方形の介在部材を設けたこと、従来例１では介在部材を設けずヒーター冶具を移動鋳型、固定鋳型の両者に直接当接しているため、ヒーターが当接された移動鋳型の両端の温度上昇に加え、中央部の温度上昇も起こり、温度分布を一定にすることができなかった。

表１には、実施例１〜５、比較例１、従来例１で製造したＡ流入側と流出側の温度差および格子基板の鋳造欠陥数（Ｂ目切れ数、Ｃボイド個数）を併記したものである。
ここで、目切れ数の確認は、目視によって行った。また、ボイド個数は表面ボイドを目視によって行った。
なお、目切れおよびおボイド個数は、夫々の基板の平均値を示したものである。

表１から明らかなように、本発明例（実施例１〜５）はいずれも鋳型温度変動幅が小さく、目切れ数、ボイド数などの欠陥が減少した。特に実施例３および実施例５では、冷却媒体の流入側と流出側の鋳型の温度分布を緩和し、均一化するのみでなく、介在部材を２個以上設けたり、介在部材を２個以上設け、更にヒーター冶具に溝部を設けることによって、鋳型の中央部の温度分布も緩和することが可能となり、鋳型全体の温度分布を均一化することによって、欠陥は皆無となった。

これに対し、比較例１ではヒーター冶具よりも大きな方形の介在部材を設けたこと、従来例１では介在部材を設けずヒーター冶具を鋳型に直接当接しているため、鋳型温度変動幅が大きくなり、目切れ数やボイド数を低減することができなかった。

本発明の鋳造装置の第１の実施形態を示す移動鋳型部分の斜視説明図である。本発明の鋳造装置の第２の実施形態を示す移動鋳型部分の斜視説明図である。本発明の鋳造装置の第３の実施形態を示す移動鋳型部分の斜視説明図である。本発明の鋳造装置の第４の実施形態を示す移動鋳型部分の斜視説明図である。鋳型の温度分布の測定結果である。従来の鋳造装置の斜視分解説明図である。

符号の説明

１移動鋳型
１ａ移動鋳型の高さ方向の中央部
１ｂ移動鋳型の長さ方向の中央部
１２湯口
２ヒーター冶具
２ａ溝部
３冷却管
３１冷却媒体の流入側
４介在部材
５ａ〜５ｃ挿入孔
１１固定鋳型
１１ａ湯口
１１ｂ格子基板形状の空洞部（キャビティ）
１２移動鋳型
１２ａ湯口
１２ｂ格子基板形状の空洞部（キャビティ）
１３固定鋳型と移動鋳型を位置合わせするためのガイド棒
１４固定鋳型と移動鋳型を位置合わせするためのガイド孔

Claims

固定鋳型と移動鋳型からなる鋳型を主要部とし、前記固定鋳型と移動鋳型の少なくとも一方にはヒーター冶具が当接され、前記鋳型中央部より上方に冷却媒体を流通させる冷却管が設けられた鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置において、前記鋳型とヒーター冶具との間に冷却媒体の流入側が冷却媒体の流出側より鋳型との接触面積が大きい熱伝導性金属材料からなる介在部材を設ける、又は／及びヒーター冶具の鋳型当接部に溝部を設けると共に、前記溝部は流入側に比し流出側の接触面積を小さくすることを特徴とする鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置。
前記鋳型とヒーター冶具との間に鋳型との接触面積が異なる介在部材を少なくとも２個以上設け、前記介在部材の内、最も接触面積の大きい介在部材を冷却媒体の流入側に設けることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用格子基板の鋳造装置。