JPH04294845A - 電池用極板基体の連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄電池、特に自動車用鉛
蓄電池（以下、自動車用電池と記す）の極板に使用され
る基体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用電池の極板は「活物質」と称さ
れる、酸化鉛の粉末を希硫酸で練ってペースト状にした
のち塗布、乾燥した発電物質と、これを保持しかつ集電
体としての役割を果す基体の二つから構成されている。 基体の製造方法は大別して二通りあり、その一つは鋳造
方式（以下鋳造方式で造られた基体を鋳造基体と記す）
他の一つはエキスパンド方式である。鋳造基体はその大
半がブックモールドタイプの鋳造機で２枚１組で造られ
ているが、例えばアメリカ特許第４，５３４，４０４号
明細書に見られるように最近になって円柱状の鋳型を用
いた連続鋳造機が開発され、数百〜数千枚の基体が連続
した形で鋳造されている。この方法は言うまでもなく生
産性が極めて高く、連続鋳造機１基でブックモールドタ
イプの鋳造機７〜８台分に相当する生産能力を有してい
る。但しブックモールドタイプの鋳造機は１名の作業者
が複数台を受け持つのが普通であるから、生産性は１．
５〜２倍ということになる。図２はごく最近実用に供さ
れた連続鋳造機の構造の概略を示したものである。この
連続鋳造機は外周表面２に基体の断面に相当する彫り込
み部３を有する円柱状鋳型（以下単に鋳型と記す）１と
、鉛合金の溶湯（以下単に溶湯と記す）を前記彫り込み
部に分配、供給する給湯部４を主な構成要素とするもの
である。給湯部はその内面５が、溶湯がそこに侵入しな
いような密着度を有した状態で鋳型の外周表面に接触す
るように取り付けられている。溶湯は鋳型の回転ととも
に前記給湯部の内面に接触しながら矢印方向に移動して
ゆき、給湯部と鋳型との接触部（図２に示すＬ’）を通
過する間に凝固する。この様にして形造られた基体９は
スクレーパー６によって離型され直接充填工程に送り込
まれるか、あるいはコイル状に巻き取られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記連続鋳造法の要点
は、前述した様な接触状態を有する給湯部と鋳型との間
で、供給された溶湯を彫り込み部のみに分配し（彫り込
み部以外の部分には絶対に溶湯が供給されないようにし
）、かつこれを接触部から逸脱する以前に完全に凝固さ
せる点にある。勿論、鋳造された基体に割れなどの欠陥
があってはならない。この様な観点からみるとこの鋳造
法には大きな問題がありその解決が望まれている。以下
に発明が解決しようとする問題について記す。問題の基
体は給湯部と鋳型との接触部で溶湯を凝固させるという
点にある。これに関連する事項について順次述べてゆく
。まず構造的な面からみると給湯部と鋳型との接触部の
長さが十分に確保できない点が挙げられる。すなわち両
者の接触は曲面でなされるため前述したような接触状態
、すなわち彫り込み部以外の部分には溶湯が供給されな
いような接触状態を常に確保することが難しい。曲面の
長さを大きくしようとすればする程難しくなることは説
明するまでもない。この様に接触部の長さを大きく出来
ないと言うことは、この部分で溶湯を凝固させるこの方
式は高い生産性を確保するのが難しいことを意味する。 実用に供されている連続鋳造機のそれは、例えば鋳型の
直径が４００〜４５０ｍｍの場合に１００〜１５０ｍｍ
程度である。同じく基体を連続的に生産できるエキスパ
ンド方式の場合、鉛−カルシウム系合金の基体の生産速
度は１分間に約２００枚に達する。同じ鉛−カルシウム
系合金の基体を造るとして、これと同等の生産性を確保
するためには上記長さの接触部を０．２秒間程度で通過
するように鋳型を回転させる必要がある。しかしながら
この様な短時間ではもはや供給した溶湯を凝固させるこ
とが困難であり、基体の生産は難しい。接触長さを大き
くとれないと言うことは鋳造しようとする鉛合金の材質
も制限されることを意味する。現在、自動車用電池はハ
イブリッドタイプ、すなわち陽極板の基体に鉛−アンチ
モン系合金を、陰極板の基体に鉛−カルシウム系合金を
使った電池が主流になりつつある。鉛−カルシウム系合
金はカルシウムがごく僅かしか含有されていないためそ
の融点は純鉛のそれとほぼ同じである。すなわち３２６
〜３２７℃で凝固温度幅もほとんど無い状態で、換言す
るとその温度に達すればごく短時間で凝固を完了する。 これに対し鉛−アンチモン系合金の場合はかなり大きな
凝固温度幅を有している。例えば２％のアンチモンを含
む鉛−アンチモン系合金の場合、凝固開始が約３１０℃
、終了が約２５０℃であり６０℃にも及ぶ温度幅がある
。当然のことながら鉛−カルシウム系合金と比べると凝
固完了までに長時間を要する。すなわち接触部分をゆっ
くりと通過させないと彫り込み部内の溶湯は凝固させら
れない。接触部が長ければそれだけ鋳型の回転速度を高
められるが、それが不可能であれば生産性の低下は避け
られない。

【０００４】上述した構造上の問題のほかに、鋳造欠陥
の発生に関する問題がある。この方式では彫り込み部に
分配された合金溶湯は給湯部の内面に接触しながら移動
し、その状態で凝固してゆく。すなわち、凝固途中の鋳
物（基体）にはいつも外力が作用している。これは鋳物
に割れを発生させるため、絶対に避けなければならない
ことである。事実、上述の凝固温度幅のほとんど無い鉛
−カルシウム系合金を用いた基体でも割れがしばしば認
められる。凝固温度幅の大きい鉛−アンチモン系合金の
場合には割れの発生が著しく基体にならない場合もある
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】次に上述した従来技術の
問題点を解決するための手段について記す。図１は本発
明による基体の連続鋳造法を示したものである。本発明
においては図の様にその外周表面２に基体断面に相当す
る彫り込み部３を有する鋳型１と、溶湯を前記彫り込み
部に分配する給湯部４と、鋳型の外周の一部に接触しこ
れと一体となって回転するエンドレスのベルト７を主な
構成要素とする鋳造機を使用する。溶解釜から給湯部に
供給された溶湯８はここで鋳型の外周表面に設けられて
いる彫り込み部に分配される点は図２の従来法と同じで
ある。しかしながら本発明においては彫り込み部に供給
された溶湯が給湯部と鋳型との接触部を通過する際に、
これを凝固させないようにし、その後方に位置するベル
トと鋳型との間で凝固させる点が従来法と大きく異なる
ものである。なお円柱状鋳型とベルトとを組合わせた連
続鋳造方式は本発明が初めてではない。板状の鋳物の連
続鋳造には比較的古くから用いられているし、電池用基
体の連続鋳造法としても、特公昭４４−２９２４２号公
報に二つの方法が示されている。しかしながら該公報に
示されている二つの方法では目的とする基体の製造は事
実上困難である。何故ならばこの方法は彫り込み部以外
に注入された溶湯を、ベルトとベルトあるいはベルトと
円柱状鋳型の間から絞り出し、結果的に彫り込み部だけ
に溶湯を分配しようというものであるが、実際には溶湯
を完全に絞り出すことは困難であり、骨と骨との間が鉛
合金の薄皮状のもので埋められたような基体しか出来な
いからである。このような基体では活物質を満足な形で
充填することは不可能である。

【０００６】

【作用】次に本発明によって前述の問題がどのように解
決されるかについて述べる。まず給湯部と鋳型との接触
部の長さが大きくとれない問題であるが、これは本質的
なものでありその解決策を見出すことは容易ではない。 両者の接触部において溶湯を凝固させようと言う考え方
を捨てなければ生産性の向上は難しい。本発明では、接
触部を長くとることが本質的に困難な給湯部との接触部
で凝固させることを止めて、フレキシビリティーに富ん
だベルトを鋳型に接触させることにより、従来と同じ効
果を有しかつ従来法では得られなかった十分な長さの接
触部（図１に示すＬ）を確保している。これにより、給
湯部は「溶湯を彫り込み部に分配する」と言う本来の役
割だけに果たせば良いことになり、鋳型との接触部の長
さも短くてすみ、また接触状態の制御も格段に容易にな
る。また彫り込み部にある溶湯も未凝固状態であるから
、これが給湯部内面と接触していてもこの部分で割れの
発生を心配する必要もない。さらにベルトと鋳型との接
触部の長さは、従来法におけるものと同じ大きさの鋳型
を用いた場合でも４００〜５００ｍｍを確保できる。そ
れ故生産性は飛躍的に向上し、エキスパンド方式のそれ
を十分上回るものとなる。またベルト鋳型との組み合せ
の最大の利点は割れ発生を大幅に抑制できる点にある。 従来法においては凝固途中の基体に外力が作用するため
割れが発生しやすく、特に凝固温度幅の大きい鉛−アン
チモン系合金の場合には基体にならない場合もあること
は前述した通りである。本発明の場合には彫り込み部内
の溶湯は鋳型と一体になって移動するベルトで保持され
ているので、凝固途中に外力が作用することはない。従
って割れの発生は著しく少なく基体の品質も大幅に控除
上することになる。

【０００７】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。図２に
示した従来法と図１の本発明による方法で鉛−カルシウ
ム系合金および鉛−アンチモン系合金を鋳造し、生産性
、鋳造欠陥発生状況等を比較した。従来法における鋳造
機の概略は下記の通りである。鋳造は鋳鉄製で直径４１
６ｍｍ、幅１４０ｍｍの大きさであり、その外周表面に
幅１４５ｍｍ、高さ１０５ｍｍ、厚さ１ｍｍ、耳部の幅
、長さがそれぞれ１０ｍｍ、１５ｍｍの基体９枚分の彫
り込み部が形成されている。また鋳型の内部には鋳型温
調用のオイルを流すための空間が設けられている。給湯
部は鋳鉄を主体とし一部に青銅を使用したもので、温調
には電熱とオイルを併用している。給湯部の鋳型との接
触部（図２に示すＬ’）は１２０ｍｍである。一方本発
明による方法で用いた連続鋳造機の概略は次のようなも
のである。鋳型は従来法のそれと全く同じものである。 給湯部は彫り込み部に鉛合金の溶湯を分配する役目のみ
を果せば良いことから比較的小形であり、鋳型との接触
部の長さは５５ｍｍと短い。また給湯部本体は鋳鉄で出
来ているが、鋳型と接触する内面はグラファイト系の材
料を用いている。 これによって給湯部内面と鋳型外周表面との緊密な接触
をはかり、彫り込み部以外の場所への溶湯の分配防止を
確実にしている。ベルトは厚さ０．２５ｍｍ、幅１３０
ｍｍのステンレス鋼製のもので、鋳型との接触部の長さ
（図１に示すＬ）は４２０ｍｍである。なお比較検討に
用いた合金はＰｂ−０．０７Ｃａ−０．５　Ｓｎおよび
Ｐｂ−２．０Ｓｂ−０．２　Ａｓの２種類である。表１
は従来法と本発明による方法について基体の生産性を比
較したものである。

【０００８】

【表１】

【０００９】鉛−カルシウム系合金、鉛−アンチモン系
合金それぞれについて、いくつかの鋳造条件に対する１
直（８時間）当たり基体の生産枚数を示した。鉛−カル
シウム系合金の場合、従来法では鋳型回転数１７ｒｐｍ
で最も生産枚数がもっとも多いという結果となっている
。１８ｒｐｍで生産枚数が少なくなっているのは、回転
数が大きいために溶湯が給湯部と鋳型との接触部で溶湯
が完全に凝固出来ないことに因るものである。これに対
し本発明による方法では２７ｒｐｍで従来法の約１．７
倍の生産枚数が記録されている。これはベルトと鋳型と
の接触部の長さが十分に大きいことに因るものである。 また２９ｒｐｍで生産枚数が減少しているのは、従来法
におけるそれと同様の理由によるものである。一方鉛−
アンチモン系合金の場合には、従来法と本発明による方
法の違いは極端である。従来法では基体の割れが著しく
、７５３３枚とブックモールドタイプの生産枚数にも及
ばない状況であった。これに対し本発明によるものでは
最高５６９１６枚の生産枚数が記録された。これはベル
トと円柱状鋳型との接触長さが十分あるために、凝固温
度範囲の大きい鉛−アンチモン系合金でも凝固に必要な
時間が確保できるからである。さらに凝固中の基体に外
力が作用しないので従来法のもっとも大きな問題の一つ
であった割れの発生が完全に抑制されたことが著しい効
果をもたらしたものである。表２は鋳造欠陥の発生状況
を調べた結果である。

【００１０】

【表２】

【００１１】従来法でボイドが多いのは給湯部と鋳型と
の摩擦力の減少と基体の離型を目的に使用しているオイ
ルが主原因である。本発明においては給湯部が小形で接
触長も短いので上記目的のオイルは不要であり、それ故
ボイドは大幅に減少する。また本発明において鉛−アン
チモン系合金の割れが大幅に減少しているが、その理由
は上述した通りである。さらに従来法では凝固途中の溶
湯を摺切るような状態で鋳造されがちになるため「ばり
」が発生しやすい。本発明は給湯部では完全に溶融状態
にある溶湯を摺切っていることと、凝固段階でも外力が
作用しないので「ばり」が発生する機会は極めて少ない
からである。

【００１２】

【発明の効果】本発明は効果は表１、表２に見られる通
りである。従来法の問題点が解決されたために、高品質
の基体が高い生産性のもとに生産されるようになり、本
発明の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基体の連続鋳造法を示す説明図で
ある。

【図２】従来法による基体の連続鋳造法を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１は円柱状鋳型、２は円柱状鋳型の外周表面、３は彫り
込み部、４は給湯部、５は給湯部の内面、６はスクレー
パー、７はベルト、８は溶湯、９は基体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周表面に基体断面に相当する彫り込み部
   を有する円柱状鋳型と、合金溶湯を前記彫り込み部に分
   配する給湯部と、円柱状鋳型の外周の一部と接触し該接
   触部で円柱状鋳型と一体となって回転するベルトを主な
   構成要素とする鋳造装置を使用する方法であって、合金
   溶湯を給湯部に供給し、該給湯部においてこれを回転す
   る円柱状鋳型の彫り込み部に分配し、円柱状鋳型とベル
   トが接触する位置までは彫り込み部内の合金溶湯を未凝
   固のまま移動させ、前記円柱状鋳型とベルトとの接触部
   において合金溶湯を凝固させ、該接触部の終端から基体
   として連続的に取り出すことを特徴とした電池用極板基
   体の連続鋳造法。