JPS635863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は鉛蓄電池用の複数の極板の耳部をスト
ラツプを成形する際に相互に溶接してなる鉛蓄電
池用極板群のストラツプ溶接方法の改良に関し、
特に、耐食性に優れ、十分な機械的強度を有し、
且つ金属学的性質も良好な溶接部を得るための極
板の耳部の表面処理に関するものである。 〔従来技術〕 周知の通り、鉛蓄電池の極板には従来よりPb
―Sb系合金からなる格子体が使用されている。
また自動車用蓄電池においては最近、電池のメン
テナンスフリー化が進んでおり、これに伴い格子
体用合金もPb―Sb系合金からPb―Ca系合金へと
変わりつつある。このPb―Ca系合金を格子体に
使用すると、電池充電時のガス発生を抑えるとと
もに、従来のPb―Sb系合金の格子体を用いた電
池に比し電解液の減少を極めて少なくすることが
できる。 ところが、このように優れたPb―Ca系合金の
格子体でもPb―Sb系合金の格子体を用いた場合
と同様に格子体で形成した複数の極板の耳部を鋳
造によりストラツプを成形する際に相互に溶接す
る場合、良好な溶接が行われ難いという問題があ
つた。次にこの点を図面を参照して説明する。第
１図は蓄電池の一部の断面を示したもので、隔壁
１で仕切られた二つのセル２，２′の中にそれぞ
れ、陽極板３と陰極板４、及び陽極板３′と陰極
板４′とがそれぞれ交互に重ねられた形で納めら
れている。そして、陽極板と陰極板とは相互に接
触しないように袋状のセパレータ５により隔離さ
れている。セル２内の各陽極板３はセル間接続導
体６と一体化されているストラツプ８に、またセ
ル２′内の各陰極板４′はセル間接続導体６′と一
体化されているストラツプ８′にそれぞれ一端が
溶接されている。各極板の耳部がストラツプで溶
接されて極板群が形成される。セル間接続導体
６，６′は隔壁１に設けた穴７を介して一体に結
合されており、各陽極板３と各陰極板４とはセル
間接続導体６，６′を介して連結されている。な
お、図示されてはいないが、各陽極板３′及び各
陰極板４もそれぞれ図示しない隣りのセルの各陰
極板又は各陽極板に上記と同様にして連結されて
いる。 第２図Ａ〜Ｃは極板とストラツプの溶接部分を
示したもので、複数（この場合は４枚）の陽極板
３の耳部３ａが鋳造により成形されたストラツプ
８に溶接されている。鋳造により成形されるスト
ラツプ８は、溶接した鉛合金を各極板３の耳部３
ａに上部位置にセル間接続導体６とつながるよう
に流し込んで形成するか、あるいは各極板３の耳
部３ａの上部に金型を配し該金型に溶接した鉛合
金を流し込んで、セル間接続導体６とストラツプ
８を同時に形成するとともに各極板３との溶接を
行う所謂、キヤストオン方式により形成する。こ
のようにして各極板３の耳部３ａは鋳造により成
形されるストラツプ８に溶接されるが、この溶接
で、欠陥のない信頼性の高い溶接部を得るのがか
なり難しい。Sbの含有量が少ないPb―Sb系合金
の格子体で形成した極板を用いた場合でもこの溶
接で欠陥が発生するが、特に、Pb―Ca系合金の
格子体で形成した極板３を用いると欠陥が大きく
なる。そこで以下欠陥が顕著にあらわれるPb―
Ca系合金の格子体を用いた場合を例にしてその
理由を述べる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 周知のように、Pb―Ca系合金はPb―Sb系合金
に比べて溶接体の流動性が悪く、且つ活性度の高
いCaを含有するために、溶融状態においても溶
融体の表面に容易に酸化被膜が形成される。例え
ば、前記のキヤストオン方式による群溶接におい
て、各極板３の各耳部３ａの周辺に溶融金属が注
ぎ込まれて各耳部３ａの表面が溶融する際にも、
巻込まれた空気中の酸素と反応して容易に酸化被
膜が形成される。また、各耳部３ａの表面には溶
接時以前から種々の原因で生じた酸化被膜が存在
している。かかる酸化被膜が溶接を良好に行う上
で支障となるのである。 次にその理由を説明する。前述のように、Pb
―Ca系合金はPb―Sb系合金に比し流動性が悪い
ので、溶融してもキヤストオンによる溶接時に周
囲に注ぎ込まれたPb―Sb系合金と融合しにくい。
このことは、各極板３の耳部３ａの表面に存在す
る比較的比重の小さい酸化被膜が、周囲の溶融金
属の中を移動してストラツプ８の表面まで浮上し
にくいことを意味している。また、キヤストオン
時に注ぎ込まれた鉛合金が凝固する時間が３〜４
秒程度の短時間であることも酸化被膜の浮上を困
難にしている。そこで、浮上できない酸化被膜は
ストラツプ８の内部に残留した形になる。 第３図Ａは良好な溶接がなされた場合の溶接個
所の状態を示したもので、極板３の耳部３ａとス
トラツプ８との間には仕上がりの良好な接合部ａ
が形成されて、ストラツプ８の内部における耳部
３ａの表面は適当に溶融し、耳部３ａとストラツ
プ８との境界ｂは見分けがつかない状態になつて
いる。第３図Ｂは溶接個所における欠陥の発生状
態を示す曲型的な一例で、第３図Ａに符号ａで示
したような良好な接合部の形成が認められない。
そればかりでなく、符号ｃで示したように、大き
いき裂が生じている。また、各耳部３ａの表面に
存在していた酸化被膜がストラツプ８の内部に閉
じ込められた形となるため、この部分では酸化被
膜によつて上下左右の金属が分断され、介在物の
巻込み、あるいは融合不良といつた欠陥の発生を
見ることになる。第３図Ｂに符号ｄで示した部分
はこの種の欠陥部であり、これは溶接される前の
耳部３ａの表面に相当する位置に存在している。
このような欠陥が生ずると耳部３ａがストラツプ
８から脱落しやすくなることは明らかである。ま
た、このような欠陥の発生は電流を流すための有
効断面積を減少させるため、特に大電流放電の場
合にはこの部分での電圧降下を大ならしめて、負
荷に充分な電力を供給するのを妨げることにな
る。 以上、極板の耳部を形成するPb―Ca系合金が
極めて酸化し易いことから生ずる溶接上の問題を
述べたが、更に加えて、溶接に関与する２種類の
合金、即ち極板の耳部を形成するPb―Ca系合金
と、溶接時に該耳部の周囲にストラツプを溶接す
るために注ぎ込まれるSb含有量の小さいPb―Sb
系合金との融点の差が小さいという点も良好な溶
接を行う上で問題となる。即ち、融点の差が小さ
いと、ストラツプを成形するためのPb―Sb系合
金の溶湯の作業温度をある程度高くしなければ
Pb―Ca系合金を局部的に溶融させることができ
ず、温度が高くなりすぎるとキヤストオン工程で
注入される前記Pb―Sb系合金の溶湯中に極板の
耳部が溶解してしまうおそれがあり、良好な溶接
が行われにくくなるからである。 以上溶接の欠陥が顕著にあらわれるPb―Ca系
合金の格子体を用いた極板に対してPb―Sb系合
金を用いてストラツプを溶接する場合における問
題点について述べたが、格子の構成材料がPb―
Sb系合金である場合にも、Pb―Ca系合金の場合
ほど強固なものではないが、極板の耳部表面に酸
化被膜が存在しており、またPb―Ca系合金ほど
多くないがストラツプの溶接時に酸化被膜が生成
される。この酸化被膜が溶接上好ましくない結果
を生じさせることは前述の通りである。また、特
に溶接における前述の融点の問題は、融点が高く
なるSb含有量の少ないPb―Sb系合金の格子体の
場合にも同様に生ずる。本発明はかかる問題点を
解決して、耐食性に優れ、十分な機械的強度を有
し、且つ金属学的性質も良好な溶接部が得られる
鉛蓄電池用極板群のストラツプ溶接方法を提案し
たものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、Pb―Ca系またはSb含有量が少ない
Pb―Sb系合金よりなる格子体で形成した複数の
極板３の耳部をPb―Sb系合金又は純鉛を用いて
ストラツプ８を鋳造成形する際に該ストラツプ８
で相互に溶接する鉛蓄電池用極板群のストラツプ
溶接方法において、上記問題点を解消する。そこ
で本発明においては、各極板３の耳部３ａの表面
に９〜13重量パーセントのSbを含有するPb―Sb
系合金の被覆層３ｂを形成し、被覆層３ｂを形成
した後ストラツプ８を成形するようにした。 〔発明の作用〕 本発明においては９〜13重量パーセントのSb
を含むPb―Sb系合金の被覆層３ｂを形成するの
で、溶接の対象となるPb―Ca系合金又はSbの含
有量の少ないPb―Sb系合金からなる極板３の耳
部３ａの表面に良好な溶接の妨げになる酸化被膜
がストラツプを溶接する際に多く生成されるのを
防止する。また、被覆層３ｂの形成により耳部３
ａの表面の融点を極板の耳部３ａの融点よりも適
宜に下げることができるので、ストラツプの鋳造
成形に用いる金属の温度を比較的低温度にして
も、耳部３ａの表面を容易に適宜の厚さだけ溶融
させることができる。特に耳部がPb―Ca系合金
で形成された場合には、上記の被覆層３ｂがスト
ラツプを形成する金属と同種のPb―Sb系合金に
より形成されるので、極板３の耳部３ａが極めて
溶接されやすい状態になる。以上により良好な溶
接を行うことができる。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
尚以下の例においては、溶接欠陥が多く発生する
Pb―Ca系合金の格子体を用いた場合について説
明する。 前述の９〜13重量パーセントのSbを含有する
Pb―Sb系合金としては、具体的には共晶組成即
ちこの場合は重量パーセントで11％のSbを含有
するPb―Sb系合金（以下、Pb―11Sb系合金と称
す）が最も好ましい。そして、かかる合金を被覆
する方法は電気めつき、化学めつき、蒸着等があ
るが、電池の組立上最も生産性に優れているのは
上記合金の溶湯中に極板の耳部を浸漬して被覆す
る方法である。即ち、第４図Ａ，Ｂに示したよう
に、前述のキヤストオンに先立つて極板３の耳部
３ａを、その表面の酸化膜を適当に除去してから
Pb―11Sb系合金の溶湯９の中に浸漬して引上げ
るのである。 極板３の耳部３ａを前記のように被覆する理由
は、耳部３ａの表面に前記のキヤストオン時に有
害な酸化被膜が多く生成されるのを防止するため
である。更に、耳部３ａを構成する鉛合金と、前
記のキヤストオンに用いられるPb―Sb系合金又
は純鉛との融点の差を極力大として、キヤストオ
ン工程で注入される前記の金属溶湯中に耳部３ａ
が溶解してしまうのを防止するためと、上記の
Pb―Sb系合金又は純鉛との金属学的なマツチン
グのためである。前述のPb―11Sb系合金はこの
種の合金系では最低の252℃の融点を有し、共晶
組成であるため溶湯の流動性は最も良い。これに
対して極板に用いられているPb―Ca系合金、即
ち重量パーセントで0.06〜0.1％のCaを含むPb―
Ca系合金（以下、Pb―0.1Ca系合金と称す）の融
点はSbを全く含まない純鉛の融点とほとんど同
一の327℃程度である。 実際に極板３の耳部３ａを溶湯９の中に浸漬す
る場合には、溶湯９の温度は該溶湯形成用合金の
融点よりも僅かに高くするに止めるというわけに
はいかず、流動性及びPb―Ca系合金の融点との
差を考慮してある程度高い280℃程度にする。耳
部３ａを溶湯９中に浸漬する時間は通常10〜15秒
程度あれば十分である。この時間は従来のキヤス
トオンにおいて、注入された溶湯と耳部３ａとが
接してから該溶湯が凝固を完了するまでの時間３
〜４秒に比べると十分に長い時間である。このよ
うに耳部３ａを溶湯９の中に比較的長い時間浸漬
しておいても、溶湯９の温度が耳部３ａを形成す
るPb―Ca系合金の融点よりも40〜50℃低く保た
れているため、耳部３ａが溶湯９の中に溶解して
しまうことはない。ただし、Pb―Ca系合金から
なる耳部３ａの周囲をSb含有量の高いPb―Sb系
合金で覆うので、両者の接触面では融点の低下が
生じて、溶湯９に浸漬された耳部３ａの表面は
0.1mm程度の厚さの部分が溶融することになる。
上記の溶湯９中への耳部３ａの浸漬により、該耳
部３ａの表面に0.05〜0.1mmの厚さで250〜260℃
程度の融点を持つたPb―Sb系合金からなる被覆
層３ｂが形成される。この被覆層の融点は耳部３
ａの基体であるPb―Ca系合金の融点より数10℃
低いものである。 前述のように、溶湯９に耳部３ａを比較的長い
時間浸漬できるので、耳部３ａの表面に残存した
酸化膜を溶湯９の中に遊離させることが可能とな
り、溶湯９中への浸漬により耳部３ａの表面に形
成された被覆層３ｂと、本来の耳部３ａとの境界
には酸化被膜が全く存在しない状態となつてい
る。 前述のようにしてキヤストオンに先立つて耳部
３ａに被覆層３ｂを形成することにより、該耳部
３ａがキヤストオン時に酸化され易いという心配
がなくなる。また、キヤストオン時に注入される
合金系と同種の合金の被覆がなされるために、極
めて溶接され易い状態が作り出され、溶接不良の
発生原因が大幅に除去されることになる。 次に、本発明の具体的な実施例を述べる。組成
がPb―0.07Ca―0.5Snの合金を鋳造して製作した
格子体にペーストを充填した後、一次乾燥、熟
成、化成、二次乾燥を経た極板３に対して、本発
明の方法で極板３の耳部３ａにSb含有量が適当
に高いPb―Sb系合金の被覆を施した後にキヤス
トオンにより極板３の耳部３ａの溶接を行なつた
ものと、従来通り二次乾燥後そのままキヤストオ
ンにより溶接を行なつたものとについて、溶接部
の外観、断面組織検査による欠陥発生状況、及び
引張試験による機械的強度測定結果等を比較し
て、本発明の効果について評価を行なつた。 これに用いた極板３の格子体は厚さが1.4mmで、
耳部３ａの長さが1.5mm、幅が10mmのものである。
この極板５枚で極板群を構成し、極板相互間には
セパレータを配した。そして、各極板３の耳部３
ａに対する所要のPb―Sb系合金の被覆は以下の
ようにして行なつた。先ず、被覆に用いる合金に
はPb―11Sb合金を使用することとし、この合金
を槽内に溶解して溶湯９の温度が280±５℃にな
るように温度制御するとともに、溶湯９の温度分
布が不均一になつたり、溶湯表面が酸化被膜で覆
われたままにならないように溶湯９を槽内で十分
に流動させた。そして、この溶湯中に前述の極板
群の各耳部３ａを、その先端から長さ８mmまでの
部分を、表面の酸化被膜を大ざつぱに除去してか
ら10秒間浸漬して速やかに引上げた。この操作に
より各耳部３ａの表面に厚さが0.05〜0.08mmのPb
―11Sb合金の被覆層３ｂが形成された。 次のキヤストオン工程で、セル間接続導体６と
一体のストラツプ８を形成するために耳部３ａの
周辺に注ぎ込む合金溶湯にはPb―3Sb合金を用
い、耳部３ａのストラツプ８中に取り込まれる部
分の長さを５mmとした。キヤストオンの条件は、
耳部３ａの表面に前記の被覆を行なつたものと行
なわないものとでは最適と考えられる溶湯の温度
条件が多少異なり、被覆を行なわないものの場合
には温度が520℃のPb―3Sb合金の溶湯を用いた
が、前記の被覆を行なつたものの場合には溶湯温
度は460℃で十分であつた。なお、被覆を施さな
いものの場合には、耳部３ａの過剰溶融を防止す
るために、溶湯を注ぎ込む1.5秒間に金型周辺に
水を流し込んで溶接部の冷却を促進させていた
が、被覆を施したものの場合には、注ぎ込む溶湯
の温度を下げることができるためにこの操作は不
要であつた。上述のようにして本発明の溶接方法
の効果を調べた結果を次表に示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Pa―Ca系合金又はSbの含有
量の少ないPb―Sb系合金からなる極板の耳部表
面に９〜13重量パーセントのSbを含有するPb―
Sb系合金の被覆層を形成するので、鋳造成形さ
れるストラツプの溶接時に極板の耳部の基体表面
に良好な溶接の妨げになる酸化被膜が多く生成さ
れるのを有効に防止することができる。また上記
の被覆層の形成により、ストラツプの鋳造成形に
用いられる金属の融点よりも、耳部表面の融点を
適宜に下げることができるので、比較的低温度の
金属溶湯により耳部の表面を容易に適宜の厚さだ
け溶融させて良好な溶接を行うことができる。更
に、特に格子体がPb―Ca系合金からなる場合に
は、被覆層をストラツプを鋳造成形する金属と同
種のPb―Sb系合金により形成するので、極板の
耳部が極めて溶接されやすい状態になるととも
に、該耳部とストラツプを形成する金属との金属
学的マツチングも良好になる利点がある。 上記のように本発明によれば、鉛蓄電池用極板
群のストラツプ溶接における溶接不良の発生原因
を大幅に除去することができて、溶接部の仕上り
が良好で耐食性に優れ、溶接部の内部組織にも空
所や融合不良等の欠陥を生ぜずして十分な機械的
強度を有し、且つ金属学的性質も良好な溶接部を
容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉛蓄電池のセル間接続構造の一例を示
す要部縦断面図、第２図Ａ〜Ｃは極板とストラツ
プの溶接部の一例を示す図で、Ａは平面図、Ｂは
正面図、Ｃは側面図である。第３図Ａ，Ｂはそれ
ぞれ溶接個所の異なる溶接状態を示す説明図、第
４図Ａ，Ｂは本発明で極板の耳部に所要の被覆層
を形成する手段の一例を示す説明図である。 ３，３′…陽極板、３ａ…耳部、３ｂ…被覆層、
４，４′…陰極板、６，６′…セル間接続導体、
８，８′…ストラツプ、９…被覆層形成用Pb―Sb
系合金の溶湯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Pb―Ca系またはSb含有量が少ないPb―Sb
   系合金よりなる格子体で形成した複数の極板３の
   耳部をPb―Sb系合金又は純鉛を用いてストラツ
   プ８を鋳造成形する際に該ストラツプ８で相互に
   溶接する鉛蓄電池用極板群のストラツプ溶接方法
   において、前記各極板３の前記耳部３ａの表面に
   ９〜13重量パーセントのSbを含有するPb―Sb系
   合金の被覆層３ｂを形成し、該被覆層３ｂを形成
   した後前記ストラツプ８を成形することを特徴と
   する鉛蓄電池用極板群のストラツプ溶接方法。 ２ 前記被覆層３ｂを形成した各極板３の前記耳
   部３ａの周辺にPb―Sb系合金又は純鉛の溶湯を
   注ぐことにより前記ストラツプ８を鋳造する特許
   請求の範囲第１項に記載の鉛蓄電池用極板群のス
   トラツプ溶接方法。 ３ 前記被覆層３ｂは、前記各極板３の前記耳部
   ３ａを、９〜13重量パーセントのSbを含有する
   Pb―Sb系合金の溶湯９の中に浸漬して引上げる
   ことにより形成する特許請求の範囲第１項に記載
   の鉛蓄電池用極板群のストラツプ溶接方法。