JP6756414B2

JP6756414B2 - 芯金の製造方法

Info

Publication number: JP6756414B2
Application number: JP2020506479A
Authority: JP
Inventors: 角田　大輔; 大輔角田; 芳揮三輪; 涼平小川
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: CN111770802B; JPWO2019176799A1; WO2019176799A1; CN111770802A

Description

本発明は、芯金の製造方法に関する。

鉛蓄電池の鉛電極に用いられる芯金は、成型金型に対して溶融金属を供給することで製造される（例えば、特許文献１参照）。従来の芯金の製造方法では、芯金の成形金型を一の油圧機構によって閉型すると共に、他の油圧機構によって、溶融釜で溶融された鉛を成形金型に対して供給する。

特開平１０−２０２３５４号公報

芯金の製造では、生産性の向上が求められている。生産性の向上を図るためには、生産速度を上げることが必要になる。上記従来の製造方法において生産速度を上げるためには、上記他の油圧機構において、成形金型に対して鉛を供給するときの圧力を高める必要がある。しかしながら、鉛を供給するときの圧力が高くなると、成形金型に対して鉛が過剰に供給され得ると共に高い圧力で鉛が供給されるため、鉛が金型の隙間等に入り込む等してバリが発生するおそれがある。これにより、従来の製造方法では、バリの除去等の作業が発生するため、生産性の向上を図ることが難しい。

本発明の一側面は、生産性の向上を図れる芯金の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る芯金の製造方法は、鉛蓄電池に用いられる鉛電極の芯金を加圧鋳造で製造する製造方法であって、第１金型及び第２金型を有する芯金の成形金型において、第１金型と第２金型とを油圧機構によって閉じて、成形金型の閉状態を油圧機構により維持させる第１工程と、サーボモータで駆動する供給機構によって、閉状態の成形金型に対して、溶融した鉛を加圧しつつ鉛の供給量を制御して供給する第２工程と、成形金型から芯金を離型する第３工程と、を含む。

本発明の一側面に係る芯金の製造方法では、サーボモータで駆動する供給機構によって、閉状態の成形金型に対して鉛を供給する。サーボモータにより駆動する供給機構では、鉛の供給量を精度良く制御できる。そのため、本製造方法では、成形金型に対して、所定量の鉛を精度良く供給できる。これにより、本製造方法では、供給機構から成形金型に対して鉛を迅速に供給したとしても、鉛が成形金型に対して高い圧力で過剰に供給されることが回避されるため、成形金型においてバリが発生することを回避できる。したがって、本製造方法では、生産性の向上を図れる。

一実施形態においては、第２工程では、鉛の供給開始から供給終了までの間に、サーボモータの回転数を変化させて、成形金型に対する単位時間当たりの鉛の供給量を変化させてもよい。この方法では、成形金型に対して、鉛を適切に供給することができる。

一実施形態においては、第２工程では、供給開始時よりも供給終了時において、サーボモータの回転数を低くして、単位時間当たりの鉛の供給量を少なくしてもよい。この方法では、供給終了時においては鉛の供給量を少なくして鉛の供給速度を遅くすることで、成形金型に対して鉛を均一に供給することができる。

一実施形態においては、成形金型は、当該成形金型の一端部が下端部となるとなるように水平方向に対して傾斜して配置されており、第２工程において、供給機構は、成形金型の一端部から鉛を供給してもよい。この方法では、傾斜して配置される成型金型の下端部から鉛を供給するため、成型金型内において鉛が上昇しながら充填される。したがって、本製造方法では、成型金型に鉛を均一に供給することができる。

一実施形態においては、供給機構から鉛が成形金型に供給される供給位置と、成形金型から芯金が離型される離型位置と、に成形金型を移動させる移動機構によって、第２工程では成形金型を供給位置に位置させ、第２工程の後の第３工程では成形金型を離型位置に位置させてもよい。

本発明の一側面によれば、芯金の生産性の向上を図れる。

図１は、芯金の製造方法を実施する製造システムを模式的に示す図である。図２は、供給装置及び成形装置を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、成形装置の動作を示す図である。図４は、芯金の製造方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、製造システム１は、供給装置３と、成形装置５と、搬送装置７と、切断装置９と、制御装置１０と、を備えている。製造システム１では、鉛蓄電池に用いられる鉛電極の芯金Ｅを製造する。具体的には、例えば、クラッド式鉛蓄電池（クラッド弁式鉛蓄電池）において、クラッドチューブを有する鉛蓄電池用クラッド式正極に使用される芯金を製造する。

供給装置３は、鉛を溶融して、成形装置５に鉛を供給する。図２に示されるように、供給装置３は、溶融釜１１と、供給機構１２と、を有している。

溶融釜１１は、鉛（鉛合金を含む）を溶融する。溶融釜１１には、例えば、鉛のインゴットが供給される。溶融釜１１は、供給装置３において、例えば下部に配置される。溶融釜１１には、供給部１３が設けられている。供給部１３は、成形装置５の後述する成形金型３０に接続され、溶融釜１１内の鉛を成形金型３０に供給する。

供給機構１２は、サーボモータ１４と、駆動機構１６と、を有している。サーボモータ１４は、供給装置３において、例えば上部に配置される。サーボモータ１４の動作は、制御装置１０によって制御される。制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットである。

駆動機構１６は、伝達部１８と、ボールねじ部２０と、ピストン２２と、を含んで構成されている。

伝達部１８は、サーボモータ１４の出力軸１４ａとボールねじ部２０とを接続している。伝達部１８は、例えば、ベルトである。ボールねじ部２０は、軸部材２４を有している。ボールねじ部２０は、サーボモータ１４の出力軸１４ａの回転運動を、軸部材２４の直線運動に変換する。ボールねじ部２０は、サーボモータ１４の出力軸１４ａの回転に応じて、軸部材２４を上下方向に移動させる。

ピストン２２は、溶融釜１１に接続されている。ピストン２２は、溶融釜１１内の鉛を供給部１３に押し出す。ピストン２２には、軸部材２４が連結されている。ピストン２２は、軸部材２４の移動に応じて、上下方向に移動する。供給装置３では、ピストン２２が下方向に移動することにより、鉛に圧力を加えた状態で、溶融釜１１から成形装置５に対して鉛が供給（注入）される。

図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、成形装置５は、成形金型３０と、移動機構３１と、油圧機構３２と、を有している。

成形金型３０は、芯金Ｅを成形する鋳造金型である。成形金型３０は、第１金型３０ａと、第２金型３０ｂと、を有している。本実施形態では、第１金型３０ａは、第２金型３０ｂに対して、近づく方向及び離間する方向に移動可能に設けられている。具体的には、第１金型３０ａは、一端部（供給装置３側の端部）に設けられた軸を中心として、揺動可能に設けられている。成形金型３０は、水平方向（図２における左右方向）に対して、傾斜して配置されている。具体的には、成形金型３０は、供給装置３側の一端部が下端部となるように傾斜している。成形金型３０の水平方向に対する傾斜角度は、適宜設定される。

成形金型３０には、接続部３４が設けられている。本実施形態では、接続部３４は、第２金型３０ｂに設けられている。接続部３４は、供給装置３の供給部１３が接続され、供給装置３から鉛の供給を受ける。接続部３４は、第１金型３０ａと第２金型３０ｂとが閉じられたときに、第１金型３０ａと第２金型３０ｂとにより画成される空間に連通している。なお、接続部３４には、成形金型３０から供給装置３への鉛の逆流を防止する弁（図示省略）が設けられている。接続部３４は、第２金型３０ｂの下端部に配置されている。この構成では、成形金型３０には、下端部から鉛が供給される。これにより、鉛は、成形金型３０に供給されると、成形金型３０内を上昇するようにして充填される。

本実施形態では、第２金型３０ｂには、複数の押出しピン３６が設けられている。押出しピン３６のそれぞれは、成形金型３０で成形された芯金Ｅが第２金型３０ｂから離型するように、芯金Ｅを下方から突き上げる。押出しピン３６のそれぞれは、第２金型３０ｂの表面から突出する突出位置（図３（ｂ）に示す位置）と、当該表面から突出しない待機位置と、に移動可能に設けられている。押出しピン３６は、図示しないシリンダで駆動される。押出しピン３６のそれぞれは、突出位置に移動することにより、芯金Ｅを第２金型３０ｂから離型させる。

移動機構３１は、成形金型３０を移動させる。移動機構３１は、図示しない油圧シリンダにより、成形金型３０を移動させる。移動機構３１は、第２金型３０ｂを摺動可能に支持する。移動機構３１は、成形金型３０が上記傾斜角度で配置されるように、水平方向に対して所定角度で傾斜している。成形金型３０は、移動機構３１によって、供給装置３から鉛が供給される供給位置（図３（ａ）で示される位置）と、供給装置３から離間して芯金Ｅが離型される離型位置（供給部１３と接続部３４との接続が解除される位置）（図３（ｂ）に示される位置）と、に移動する。

油圧機構３２は、成形金型３０の第１金型３０ａ及び第２金型３０ｂを開ける動作及び閉める動作を行う。油圧機構３２は、油圧シリンダ３８を有している。油圧シリンダ３８は、例えば、複数設けられている。油圧機構３２は、所定の圧力（例えば、３０ｔ−５０ｔ程度）で、成形金型３０の閉状態を維持する。油圧機構３２の動作は、制御装置１０によって制御される。

図１に示されるように、搬送装置７は、成形金型３０において成形された芯金Ｅを切断装置９に搬送する。搬送装置７は、例えば、ロボットハンドである。搬送装置７は、アーム４０の先端部に設けられた保持機構４２により芯金Ｅを保持する。搬送装置７の動作は、制御装置１０により制御される。

切断装置９は、芯金Ｅの一部を切断する。具体的には、切断装置９は、芯金Ｅにおいて、成形金型３０において成形されたときに上端部に位置していた部分の一部を切断する。切断装置９の動作は、制御装置１０によって制御される。

続いて、製造システム１による芯金Ｅの製造方法について、図４を参照して説明する。

図４に示されるように、最初に、成形装置５において、油圧機構３２によって、成形金型３０の第１金型３０ａが移動されて、第１金型３０ａと第２金型３０ｂとが閉じられる（閉型工程（第１工程）：ステップＳ０１）。これにより、成形金型３０の閉状態が維持される。このとき、成形金型３０は、供給位置（図３（ａ）参照）に位置している。成形金型３０は、所定の温度で加熱されている。例えば、成形金型３０の加熱温度は、１００℃〜１５０℃に設定される。

続いて、供給装置３において、サーボモータ１４が作動して、溶融釜１１内の鉛が成形金型３０に対して加圧された状態で供給される（供給工程（第２工程）：ステップＳ０２）。供給工程では、所定量の鉛を成形金型３０に対して供給する。供給工程では、鉛の供給開始から供給終了までの間に、サーボモータ１４の回転数を変化させて、成形金型３０に対する単位時間当たりの鉛の供給量を変化させる。具体的には、供給工程では、供給開始時よりも供給終了時において、サーボモータ１４の回転数を低くして、単位時間当たりの鉛の供給量を少なくする。すなわち、供給工程では、供開始時よりも供給終了時において、ピストン２２の移動速度を遅くする。これにより、鉛の供給開始から供給終了まで、ピストン２２の圧力を一定にすることができる。

続いて、成形金型３０において、芯金Ｅが所定時間冷却される（冷却工程：ステップＳ０３）。これにより、鉛が加圧された状態で凝固し、芯金Ｅが加圧鋳造により成形される。芯金Ｅの冷却時間は、適宜設定される。次に、移動機構３１によって、成形金型３０が離型位置（図３（ｂ）参照）に移動する（移動工程：ステップＳ０４）。

続いて、油圧機構３２によって、第１金型３０ａが開く方向に移動されて、成形金型３０が開状態とされる（開型工程：ステップＳ０５）。次に、第２金型３０ｂに設けられた押出しピン３６が突出位置に移動する（離型工程（第３工程）：ステップＳ０６）。これにより、成形金型３０により成形された芯金Ｅが第２金型３０ｂから離型される。

続いて、搬送装置７の保持機構４２によって芯金Ｅが保持され（保持工程：ステップＳ０７）、芯金Ｅが成形装置５（成形金型３０）から切断装置９に搬送される（搬送工程：ステップＳ０８）。そして、切断装置９において、芯金Ｅの一部が切断される（ステップＳ０６）。なお、搬送装置７によって芯金Ｅが保持されると、第２金型３０ｂの押出しピン３６は、待機位置に移動する。また、成形装置５では、移動機構３１によって、成形金型３０が供給位置（図３（ａ）参照）に移動する。以上により、芯金Ｅが製造される。

以上説明したように、本実施形態に係る製造システム１による芯金Ｅの製造方法では、サーボモータ１４で駆動する供給機構１２によって、閉状態の成形金型３０に対して鉛を供給する。サーボモータ１４により駆動する供給機構１２では、鉛の供給量を精度良く制御できる。そのため、芯金Ｅの製造方法では、成形金型３０に対して、所定量の鉛を精度良く供給できる。これにより、芯金Ｅの製造方法では、供給機構１２から成形金型３０に対して鉛を迅速に供給したとしても、鉛が成形金型３０に対して高い圧力で過剰に供給されることが回避されるため、成形金型３０においてバリが発生することを回避できる。したがって、芯金Ｅの製造方法では、生産性の向上を図れる。

また、芯金Ｅの製造方法では、サーボモータ１４で駆動する供給機構１２によって、成形金型３０に対する鉛の供給量を制御するため、成形金型３０に対して所定量の鉛を精度良く供給できる。これにより、芯金Ｅの製造方法では、油圧機構３２によって成形金型３０を締め付けるための圧力を高くする必要がない。そのため、芯金Ｅの製造方法では、成形装置５の大型化及びコストの増大を回避できる。

また、芯金Ｅの製造方法では、油圧機構３２による成形金型３０に対する締め付け圧力を高くする必要がないため、成形金型３０に加わる負荷を低減できると共に、油圧機構３２の製品寿命の向上が図れる。

本実施形態に係る製造システム１により芯金Ｅの製造方法では、供給工程において、鉛の供給開始から供給終了までの間に、サーボモータ１４の回転数を変化させて、成形金型３０に対する単位時間当たりの鉛の供給量を変化させる。具体的には、供給工程では、供給開始時よりも供給終了時において、サーボモータ１４の回転数を低くして、単位時間当たりの鉛の供給量を少なくする。この方法では、供給終了時においては鉛の供給量を少なくして鉛の供給速度を遅くすることで、成形金型に対して鉛を均一に供給することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、芯金Ｅとして、クラッド式鉛蓄電池（クラッド弁式鉛蓄電池）において、クラッドチューブを有する鉛蓄電池用クラッド式正極に使用される芯金である形態を一例に説明した。しかし、芯金Ｅは、ペースト式鉛蓄電池（制御弁式鉛蓄電池）において、正極及び負極に使用される電極であってもよい。

上記実施形態において、供給装置３、成形装置５、搬送装置７及び切断装置９の構成は、適宜変更されてもよい。

１２…供給機構、１４…サーボモータ、３０…成形金型、３０ａ…第１金型、３０ｂ…第２金型、３２…油圧機構、Ｅ…芯金、Ｓ０１…閉型工程（第１工程）、Ｓ０２…供給工程（第２工程）、Ｓ０６…離型工程（第３工程）。

Claims

鉛蓄電池に用いられる鉛電極の芯金を加圧鋳造で製造する製造方法であって、
第１金型及び第２金型を有する前記芯金の成形金型において、前記第１金型と前記第２金型とを油圧機構によって閉じて、前記成形金型の閉状態を前記油圧機構により維持させる第１工程と、
サーボモータで駆動する供給機構によって、閉状態の前記成形金型に対して、溶融した鉛を加圧しつつ前記鉛の供給量を制御して供給する第２工程と、
前記成形金型から前記芯金を離型する第３工程と、を含む、芯金の製造方法。
前記第２工程では、前記鉛の供給開始から供給終了までの間に、前記サーボモータの回転数を変化させて、前記成形金型に対する単位時間当たりの前記鉛の供給量を変化させる、請求項１に記載の芯金の製造方法。
前記第２工程では、前記供給開始時よりも前記供給終了時において、前記サーボモータの回転数を低くして、単位時間当たりの前記鉛の供給量を少なくする、請求項２に記載の芯金の製造方法。
前記成形金型は、当該成形金型の一端部が下端部となるとなるように水平方向に対して傾斜して配置されており、
前記第２工程において、前記供給機構は、前記成形金型の前記一端部から前記鉛を供給する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の芯金の製造方法。
前記供給機構から前記鉛が前記成形金型に供給される供給位置と、前記成形金型から前記芯金が離型される離型位置と、に前記成形金型を移動させる移動機構によって、前記第２工程では前記成形金型を前記供給位置に位置させ、前記第２工程の後の前記第３工程では前記成形金型を前記離型位置に位置させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の芯金の製造方法。