JPH10294096A - 鉛蓄電池の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構造の鋳型を用いて溶鉛の温度を低く
保ちながら充分な時間的余裕のある操業を可能とする。
また、生産性も高く、機種の変更も容易であり、鋳型の
寿命も長くでき、併せてこれにより得られた製品の信頼
性を高く保つことのできる鉛蓄電池の製造装置を提案す
る。 【解決手段】 本発明は、電池各セルの極柱および該極
柱から各極板への接続部を鋳造するための鋳型と、該鋳
型に溶鉛を導入する手段と、溶鉛が凝固する前に極板の
耳を溶鉛中に浸漬する手段と、鋳型を冷却する手段と、
溶鉛が凝固した後、極板と鋳型を互いに反対方向に移動
させて極板と接続部と極柱との一体物を鋳型から分離す
る手段とからなる鉛蓄電池の製造装置において、前記鋳
型の熱容量は、その内部に導入される溶鉛の熱容量の５
倍を越えないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】鉛蓄電池の製造工程は、普通
前半の極板製造の工程と、後半の、すなわち極板とその
他の部品とを用いて極群を構成しそれに必要とされる接
続を行った後容器に収納することを含む工程とに分けら
れる。本発明は、この後半の工程のうちの、特に正、負
の極板とセパレ−タとを積み重ねて出来た極群を構成す
る正極板および負極板を、それぞれ個別に正極柱と負極
柱とに電気的、機械的に接続する部分の製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような電気的、機械的接続を行う工
程には大別して２つの方法がある。一つは極群を正立さ
せた状態で正、負それぞれの極板の耳を櫛形と称する治
具を備えた鋳型に挿入し、別に製作した正、負の極柱を
前記鋳型の所定位置に正立させ、バ−ナ−を用いて必要
な鉛またはその合金を補給しつつ極板の耳と極柱とを溶
着するもの、他は極群を倒立し、所要の形状の鋳型に満
たした溶融した鉛またはその合金（以下溶鉛という）に
正、負それぞれの極板の耳を挿入した後冷却して鋳型か
ら取り出す所謂キャスト・オン・ストラップ法（ＣＯ
Ｓ）である。後者の方法は極柱を同時に作製できる利点
があり、自動化された設備も出来て広く行はれるように
なった。その初期の例は特許第４３３３２２号（米国特
許３０８７００５号）に示され、以後多数の提案がなさ
れている。

【０００３】このＣＯＳでは所定の鋳型の中の溶鉛が固
体である極板耳の表面を濡らして両者を一体に結合する
必要があるので、耳の表面に色々の処理を施した場合で
も現実には耳と溶鉛のそれぞれの温度条件が極めて狭い
範囲に保たれる必要があり、操業条件の管理を十分に行
うと共に設備にも改善を加える必要があった。その一例
は特開平１−１９５６６２号公報に開示されている。こ
れはキャストオン鋳型に隣接して設けた鉛供給部から溶
融鉛をキャビテイ内にオ−バ−フロ−によって供給する
方式の装置であって、キャビテイと湯道を隔てる堰の、
キャビテイ側の裾野の部分においてキャストオン鋳型と
鉛供給部を分離し、両者の間に断熱材を挿入してなる鉛
蓄電池の極板群溶接装置である。この場合には鉛を供給
する部分の内部にはヒ−タ−を、鋳型のキャビテイ−の
近傍には冷却管とを備えて両者の間に断熱材を置き、且
つ部分的な温度の差が生じ難いように鋳型の熱容量を大
きくしておく必要があった。また鋳型に注入する溶鉛の
温度を十分に高く保っておく必要があった。

【０００４】これと類似の装置による操業条件の一例を
示せば鋳型の温度を２４０℃とし、５００℃の温度の溶
鉛を鋳型に注入し、溶鉛の温度が周囲の鋳型によって冷
却されて所定の温度例えば３８０℃になったとき素早く
倒立させた極群の極板の耳を溶鉛に挿入し、ついで鋳型
の冷却パイプに冷水を通じて溶鉛を凝固させた後極群と
鋳型とを引き離すという作業を行っていた。この条件で
は溶鉛の酸化が激しく、耳挿入までの時間の許容差が小
さく、熱容量の大きい鋳型の冷却に時間が掛かるなどの
問題があった。また鋳型の構造は複雑で、機種の変更に
時間と手数が掛かった。

【０００５】これらの改善のため、特開平５−３０２８
号公報では離型剤を塗布した鋳型を溶鉛中に浸して均等
に加熱することを含む一連の工程からなる製造法を開示
している。この方法は安定した操業ができ大量生産に適
するストラップ形成法を提供するが、生産機種の変更は
簡単でなくエネルギ−の使用量も多いうらみがあった。
一方、特開平７−１２２５９号公報ではその主たる目的
に併せて、鋳型を単純化する方法と昇温、冷却時間の短
縮を計っている。この鋳型は単純であるが、成形される
ストラップ部分に比べてなお寸法、重量とも過大であ
り、また狭い範囲の操業条件を守る自動化設備を目的と
はしていない。また特開平８−２１２９９９号公報でも
鋳型のストラップ成形用キャビテイ−周辺の一部または
周辺部全体の肉厚がストラップの厚さよりも薄いモ−ル
ドを用い、成形されたストラップを冷却する方法、およ
び鋳型に電流を流しジュ−ル熱で鋳型の両キャビテイ−
を加熱する方法を提案しているが、この場合には通電加
熱を行う必要上、鋳型に熱発生の少ない厚肉部の存在が
不可欠であり、特にその説明にも”ストラップの成形”
と限定してあるように、この方法の手段と作用では極柱
および極柱から各極板への接続部分を同時に鋳造するこ
とは不可能であることは明らかである。また極端に厚さ
の異なる鋳型の一部に加熱冷却を繰り返すため鋳型の歪
みが甚だしい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の諸問題
を解決しようとするもので、単純な構造の鋳型を使用
し、溶鉛の温度を低く保ちながら充分な時間的余裕のあ
る操業を可能とする。また生産性も高く、機種の変更も
容易であり、鋳型の寿命も長くできる。併せてこれによ
り得られた製品の信頼性も高く保つことのできる製造装
置を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、電池各セルの極柱および極柱から各極板
への接続部を鋳造するための鋳型と、この鋳型に溶融し
た金属鉛または鉛合金を導入する手段と、この金属の凝
固する前に極板の耳を金属中に浸漬する手段と、鋳型を
冷却する手段と、この溶融した金属が凝固した後極板と
鋳型を互いに反対の方向に移動させて極板と接続部と極
柱の一体物を鋳型から分離する手段と、を備えた鉛蓄電
池の製造装置において、前記鋳型の熱容量はその内部に
導入される金属の熱容量の５倍を越えないことを特徴と
するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。

【０００９】図１は本発明の一実施形態により鉛蓄電池
を製造する途中の断面図、図２は図１において鋳型を溶
鉛に没入する前の要部斜視図、図３は図１において極群
の耳を鋳型の溶鉛中に浸漬した要部断面図、図４は鋳型
を冷却装置により冷却している状態を示す要部断面図、
図５は本発明により作製した極群の正面図である。

【００１０】図において、１は本体２１と定液面部２２
からなる溶鉛炉（加熱装置等は省略）であり、本体２１
内の溶鉛２の一部がポンプ（図示せず）により静かに定
液面部２２の下から定液面部２２内に送り込まれ、余剰
の溶鉛２は定液面部２２の上面の一部または周囲から溶
鉛２に戻り、それにより定液面部２２内の液面２３は操
業に必要な清浄さと高さが保たれるようになっている。

【００１１】３，３’はそれぞれ正極および負極の鋳型
であり、材質は機械的強度、特に約４００℃前後までの
高温における強度と熱サイクルに対する強度、高温の溶
鉛への耐蝕性、およびフラックスへの耐蝕性を考慮した
上、熱膨張係数の小さいものを選んでいる。本実施形態
では溶鉛の温度は実際上４００℃を大きく越えることは
ないので薄い板で造られていても充分長期間使用するこ
とができる。

【００１２】鋳型３，３’の材料の線熱膨張係数は小さ
いもの、具体的には１８×１０^-6／Ｋ以下のものが望ま
しく、鋳型の表面を充分に平滑に加工し、必要な抜き勾
配（例えば１乃至２度角）をとれば離型剤を使用せずに
鋳型と鉛合金とを分離出来る。しかし、少量の離型剤の
使用を妨げない。また、分離の際に鋳型に振動または軽
い衝撃を与えれば分離は更に容易になる。

【００１３】鋳型３，３’の材質は、金属またはセラミ
ックスが使用できる。セラミックスは線膨張係数が小さ
く型離れの良い利点がある。しかし、機械的強度と熱伝
導度のおよび加工し易さの点から金属のほうが使用しや
すい。固体金属の原子熱は、デュ−ロン・プチ−（Dulo
ng-Petit）の法則によりいずれも２６Joule ／Ｋとみて
よく、また合金のモル熱はノイマン・コップ（Neumann-
Kopp）の法則により成分元素のそれの和として算出でき
る。従って、主要な成分元素の比率を知れば元素の原子
量と設計重量から使用する鉛合金と鋳型材料の熱容量を
知ることができる。実際には鉄、鋼、不銹鋼、チタンや
その合金が利用できる。

【００１４】なお、鋳型３，３’は、金属の塊または厚
い板に凹部を彫り込んで製作することも出来るが、薄い
金属板またはパイプを加工すれば容易に造られる。板は
上記したように鉄、鋼、不銹鋼など耐熱性に富み強度の
高いものがよく、電池に併せて設計された正、負の極柱
と、それぞれの極板の耳と極柱の連結部とを接続する部
分の形状を倒立した形で鋳造できるように形成される。

【００１５】鋳型３，３’の厚さは特に限定しないが、
後述するようにその中に鋳造される鉛またはその合金の
熱容量の５倍を越えない熱容量とする為には上限は５ミ
リメ−トル程度、下限は機械的強度の面から１ミリメ−
トル程度としている。それぞれの内面は必要な抜き勾配
が設けられている。断面が円形の長い極柱の部分は板の
曲げて溶接する加工、絞り加工などでの製作できる。し
かし、丸棒から放電加工で必要な抜き勾配を付けて作製
する等の精度の高い加工が推奨される。

【００１６】なお、ここで言う鋳型３，３’とはその内
側にいれた溶鉛２に接する壁面を構成する部分を指し、
その壁面に接続する保持または補強のための部分（鋳型
保持機構等）は含まれない。

【００１７】鋳型３，３’への溶鉛２の供給は、パイプ
または樋を経て重力またはポンプの作用で行うことが出
来、小型の杓で汲み上げて行うこともできるが、鋳型全
体を流動している溶鉛２を入れた容器または鍋の中に浸
漬して後引き上げるのがよく、本実施形態では移動機構
４１，４１’と連結された鋳型保持機構４，４’により
鋳型３，３’を溶鉛炉１の定液面部２２内に浸漬して引
き上げる。すなわち、本実施形態における溶鉛の導入手
段は、溶鉛炉１と移動機構４１，４１’と鋳型保持機構
４，４’である。これによって溶鉛２の供給の際の加熱
手段が不要になり、この間の鉛の酸化を防ぐことができ
る。また、鋳型３，３’と溶鉛２の温度が同じになり、
鋳型３，３’が溶鉛２より引き上げられても鋳型３、
３’内に導入された溶鉛２の温度の低下割合が小さくな
るので溶鉛全体の温度を低く保って操業することがで
き、酸化滓の生成が抑えられる。また、溶鉛２の表面の
流動により多少は生成する酸化滓を除き新鮮な溶鉛２を
鋳型３，３’に供給することができる。これらは材料の
節約、良好な接合、清掃工数の引き下げに貢献する。

【００１８】また、導入された溶鉛２の温度が鋳型３，
３’で冷やされて急降下することがないので、極板耳５
１，５１’の挿入までの時間の選択に巾ができ操業が安
定する。一般に溶けた金属の流動は温度差による対流や
電磁誘導のような加熱方法によっても起こし得るが、前
述したように、溶鉛炉１の定液面部２２への溶鉛２の供
給をポンプによると、静かな流れとなり、酸化滓を増や
さない点で好ましい。なお、溶鉛２の不規則な流動は鋳
型３，３’の、特に大きな鋳型のその中への没入と引き
上げによっても起こるが、この場合は表面の酸化滓を除
くことにはならない。

【００１９】５はそれを構成する正負それぞれの極板の
耳５１、５１’に接続部を形成しようとする極群であっ
て、保持機構６によって鋳型３，３’の上方に正しく保
持されている。鋳型３、３’に所定の溶鉛２が満たされ
た後、移動機構４１、４１’により鋳型３、３’が持ち
上げられ、必要に応じ極群５も降下し、図３に示すよう
に極板の耳５１、５１’が鋳型３、３’の中の溶鉛に浸
漬される。この場合、極板耳５１，５１’の挿入に伴い
湯面が上昇するが、耳表面に溶鉛２が濡れることによっ
て溶鉛２が這い上がり良好なメニスカスを形成するので
溶鉛２が鋳型３，３’からこぼれ落ちるのが防がれる。
しかし、浸漬する耳５１，５１’の体積が大きい場合に
は湯面をやや下げておく場合もある。この時は鋳型３，
３’を斜めに溶鉛２の中に浸漬して引き上げる等の方法
が応用できる。また、鋳型３，３’上部の縁の上面に厚
さ方向に傾斜を設ければ縁の上面に余分の溶鉛２が留ま
り固化四散することがない。なお、極板耳５１，５１’
の接合される表面を予め清掃または研磨し、あるいは、
フラックス、錫または半田メッキを施すことにより接合
を良好にすることは公知である。

【００２０】鋳型３，３’の中の溶鉛２に耳５１，５
１’を挿入した後、溶鉛２が固まる迄は鋳型３，３’及
び極群５は静止状態に保つ必要があるが、動揺を与えな
い範囲で鋳型３，３’の周囲から均等に冷風を送り、ま
たは、水のスプレ−を行うなどの鋳型を冷却する手段に
より冷却することができる。鋳型の一部または大部分を
水浴に漬けることもできる。図４において７は水冷装置
外箱、７１は水浴用の水７２を入れる水槽、７３は空気
吹き出しパイプ、７４、７４’は排気ダクトである。こ
れまで溶鉛炉１の傍に待機していた水冷装置７は溶鉛炉
１の退去と共に鋳型３、３’を水冷する。この際生じる
湯気は空気吹き出しパイプ７３より噴出する空気により
追い出され排気ダクトに吸収される。水を使用するとき
は安全の為に溶鉛の容器または鍋と確実に隔絶しておく
必要がある。本発明では鋳型は小形軽量であるからこれ
らの操作が容易に行える。水浴による冷却は、得られた
極柱や接続部の品質を向上させる。

【００２１】溶鉛２が凝固した後極群５と鋳型３，３’
を移動機構４１，４１’（極板と接続部分と極柱との一
体物を鋳型から分離する手段）により互いに反対方向に
引き離すことにより、図５に示すような極柱５２および
接続部５２’の付いた極群５が形成できる。この際鋳型
に振動、衝撃を与えると鋳型からの一体物の離脱が更に
容易となる。

【００２２】次に、本実施形態を用いて耳の接続部分と
極柱を形成した極群を作製する方法について説明する。

【００２３】図１の如き設備で温度を３８０乃至４００
度（セ氏）に保った定液面部２２の中に鋳型３、３’を
浸漬し約２秒の後、移動装置４１，４１’により鋳型
３、３’を水平に上昇させ、真上に位置する極群５の耳
５１、５１’が鋳型３、３’の中に半ば挿入された所で
約６秒保持する。ついで、側方より送られた冷却水槽
（図示せず）に約３秒間鋳型３，３’を浸漬して後、鋳
型３、３’を移動装置４１，４１’により下降させ極群
５と分離する。

【００２４】次に、上記装置において、鋳型の熱容量を
表１のように変化させ、上記方法により図５のような極
群を作製した。その後、該極群の極柱５２、接続部５
２’を切断してその断面の状態と、耳５１，５１’と接
続部５２’との接続の状態を調査した。その結果を表１
に示す。なお、表１における鋳型の熱容量は、鋳型内に
入れる溶鉛の熱容量の倍数で示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１のように、鋳型の熱容量がその中の金
属のそれの５倍を大きく越える場合は、極柱と接続部の
一体物や接続部と耳の接続箇所が不良になる。これは、
鋳型の熱容量が大きくなれば、その中に導入した溶融金
属の温度が下がり、また、完全に凝固する時間が長くな
るためである。この対策として、鋳型の溶融金属中への
浸漬時間を延ばしたり、溶融金属の温度を上昇させ、ま
た、冷却時間を延ばしたりすると、生産性が低下するば
かりでなく溶鉛の酸化も激しく、また耳の熱による劣化
も起こり、品質も下がる。また、一般に行われている所
謂ＣＯＳの鋳型の熱容量はそれに導入される金属のそれ
の数十倍から数百倍またはそれ以上であるが、厚い型の
急速な加熱冷却は型の材料の熱応力を起こさせて歪みの
原因となるだけでなく、１サイクルに４０秒ないし６０
秒以上を要し、生産性が大幅に下がる。さらに、熱経済
の上でも不利になる。

【００２７】なお、本発明は全ての形式の鉛蓄電池の製
造に利用できる。使用する溶鉛は純鉛、及び鉛−アンチ
モン、鉛−錫、鉛−錫−カルシウム系など現用の合金に
適用できる。また、一日または短期間に複数の機種の電
池を生産する設備に使用でき有用である。また、各図に
は説明を分かりやすくするために、鋳型３、３’を一対
のみ示してあるが、１２ボルト電池を扱う場合には６対
の鋳型を並列させて同時に操業することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明は次に記載する効
果を奏する。

【００２９】（１）重厚で、ヒ−タ−や通電設備、水冷
管等をもつ複雑な構造の鋳型を用いる必要がなく、材料
の節約になり、装置も簡素化され、設備費、保守費が安
くなる。また、扱う機種の変更の時の交換の工数が大幅
に削減できる。

【００３０】（２）溶鉛の温度を従来より下げることが
できるので、酸化滓の生成が減少するだけでなく、設備
の傷みが少なく長持ちし、また、エネルギも節約され
る。

【００３１】（３）極板耳挿入迄の温度変化が緩やかで
あるから、耳挿入の時間に多少の前後があっても安定し
た接合が得られ、操業が安定する。

【００３２】（４）酸化滓等の混入がなく品質の優れた
接合部が得られる。

【００３３】（５）耳挿入後の冷却は熱容量が小さいの
で、容易である。

【００３４】（６）鋳型に極端な厚さの差を設ける必要
がなく、その一部に大きい温度差を与えないので鋳型の
歪みが起こりにくい。

【００３５】（７）鋳型の加熱、冷却が短時間で行われ
るので、生産性が向上する。

【００３６】（８）鋳型の水冷は、極柱および接続部の
品質向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を用いて極群に極柱と接続
部を形成する方法を示す断面図である。

【図２】図１において、鋳型を溶鉛に没入する前の要部
斜視図である。

【図３】図１において、極群の耳を鋳型の溶鉛中に浸漬
した要部断面図である。

【図４】鋳型を水浴により冷却している状態を示す要部
断面図である。

【図５】本発明により作製した極群を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 溶鉛炉 ２ 溶鉛 ３，３’ 鋳型 ４，４’ 鋳型保持機構 ５ 極群 ６ 極群保持機構 ７ 水冷装置外箱 ４１，４１’ 移動機構 ５１，５１’ 極板の耳 ５２ 極柱 ５２’ 接続部 ７１ 水槽 ７２ 水浴用の水 ７３ 空気吹き出しパイプ ７４、７４’ 排気ダクト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池各セルの極柱および該極柱から各極
   板への接続部を鋳造するための鋳型と、 この鋳型に溶融した金属鉛または鉛合金を導入する手段
   と、 この金属の凝固する前に前記極板の耳を該金属中に浸漬
   する手段と、 前記鋳型を冷却する手段と、 この溶融した金属が凝固した後、前記極板と前記鋳型を
   互いに反対の方向に移動させて該極板と前記接続部と前
   記極柱の一体物を前記鋳型から分離する手段とを備えた
   鉛蓄電池の製造装置において、 前記鋳型の熱容量はその内部に導入される前記金属の熱
   容量の５倍を越えないことを特徴とする鉛蓄電池の製造
   装置。