(57)【要約】  キャストオンストラッププロセスで使用されるモールドキャビティ（１２、１０２）を２つの異なる温度に維持するための二重温度モールドアセンブリ（１００）は、溶融金属が凝固された後の凝固ストラップ（７０、１７０）の除去を容易にする。モールドアセンブリ（１００）は、モールドキャビティ（１２）を異なる温度に維持できる冷却プロセスおよび熱エネルギ入力プロセスによって加熱され或いは冷却される異なるモールドアセンブリセグメント（１１０、１３０、１４０、１６０）に取り付けられる壁（１２１、１３２、１４２、１４４、１６２）を有するモールドキャビティ（１２）を含み、それにより、モールドキャビティセグメント（１４０）内のバッテリプレートラグ（４４、４６）の周囲の溶融金属（９８）は、モールドキャビティの側壁（１３２、１６２）がそれらに熱エネルギを与えるべく少なくとも１つの隣接する加熱されたセグメント（１３０、１６０）に晒される間に凝固され、その結果、キャストオンストラップ（７０、１７０）のために必要な溶融金属（９８）の量が減少されるとともに、ストラップ（７０、１７０）を製造するためのプロセスへ入力される熱エネルギの量が減少される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その１つの縁部に沿ってラグを有する蓄電池プレート上にキャストオンストラップを鋳造するための上面を含むモールドアセンブリであって、
第１の高温度に動作温度が制御されて第１のモールドキャビティ側壁を含む第１のセグメントと、モールドキャビティ底面と各モールドキャビティの対向する端壁とを実質的に画定する温度制御される第２のセグメントと、第２の高温度に動作温度が制御され、底壁の底面からモールドアセンブリ上面へと略垂直に延在する第２のモールドキャビティ側壁を含む第３のセグメントとによって画定される、溶融金属を受けるための少なくとも１つのモールドキャビティを備え、
温度制御される前記第２のセグメントの温度は、温度制御される前記第２のセグメントを備える材料と接触する冷却ジャケットにより、前記第２のセグメントの底部の下面を冷却し、それにより、モールドキャビティ底面および対向する端壁を冷却して、モールドキャビティ内に流れ込む溶融金属をモールドキャビティ内に挿入されるバッテリプレートのラグ間およびラグの周囲で凝固するために低い温度に維持され、
前記モールドキャビティ内の溶融金属を少なくとも前記第２のセグメントの低い温度よりも高い所定の温度を有する前記第１のセグメントの前記第１の側壁に対して晒すことにより少なくとも所定の最小量の熱エネルギを前記モールドキャビティへ入力するために、第１および第２のモールドキャビティ側壁を含む温度制御される第１および第３のセグメントに熱エネルギを与えるための熱エネルギ入力手段を備える、
モールドアセンブリ。
【請求項２】
温度制御される前記第３のセグメントの第２の壁は、前記第２のセグメントの温度よりも高い前記第３のセグメントの所定の温度の結果として、所定の最小量の熱エネルギ入力を前記モールドキャビティへ更に与え、それにより、前記モールドキャビティは、溶接段階中に前記モールドキャビティ内の溶融金属への熱エネルギ伝達能力を高めることができる、請求項１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項３】
前記第１のセグメントおよび前記第３のセグメントの所定の動作温度はいずれも前記第２のセグメントの所定の動作温度よりも高い、請求項１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のセグメントおよび前記第３のセグメントの所定の動作温度はいずれも前記第２のセグメントの所定の動作温度よりも高い、請求項２に記載のモールドアセンブリ。
【請求項５】
前記第１のセグメントの所定の動作温度は３００℃〜５００℃の範囲内であり、前記第３のセグメントの所定の動作温度は２００℃〜４００℃の範囲内であり、前記第２のセグメントの所定の動作温度は１１０℃〜１５０℃の範囲内である、請求項４に記載のモールドアセンブリ。
【請求項６】
前記第１のセグメントの所定の動作温度は約４２０℃であり、前記第３のセグメントの所定の動作温度は約２５０℃であり、前記第２のセグメントの所定の動作温度は約１２０℃である、請求項４に記載のモールドアセンブリ。
【請求項７】
前記第２のセグメントの所定の動作温度は、溶融金属が凝固してラグを相互に接続するときに約１２０℃であり、それにより、少なくとも第１の側壁に最小量の熱エネルギ入力を与える間の前記第２のセグメントの前記底面および端壁との接触による溶融金属の冷却は、ラグおよびラグの周囲で凝固されるストラップのより効率的な除去を可能にするとともに、溶接段階中に前記モールドキャビティが該モールドキャビティへのより効率的な熱伝達能力を有することができるようにする、請求項４に記載のモールドアセンブリ。
【請求項８】
前記各モールドキャビティの端壁および底面は、温度制御される前記第１のセグメントの一体部分である少なくとも１つの端壁スライスを更に備える、請求項１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項９】
モールドアセンブリの温度制御される前記第１および第２のセグメント間に断熱材料が介挿される、請求項１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１０】
モールドアセンブリの温度制御される前記第２および第３のセグメント間に第２の断熱材料が介挿される、請求項９に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の側壁が溶融金属を前記モールドキャビティへ流し込むための堰を含み、前記堰に最も近いモールドキャビティ底面が前記第１のセグメントの一部である第１の張り出しを有し、前記堰に最も近い２つの端壁部はそれぞれ、前記第１のセグメントの高温度で端壁スライスおよび前記張り出しと接触することにより、更なる熱エネルギ入力を前記モールドキャビティへ与えることができるようにスライスを更に含む、請求項１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１２】
前記堰から最も遠いモールドキャビティ底面が前記第３のセグメントの一部である第２の張り出しを有し、前記堰から最も遠い２つの端壁部はそれぞれ、前記第３のセグメントの高温度で前記スライスおよび前記張り出しと接触することにより更なる熱エネルギ入力を前記モールドキャビティへ与えることができるようにスライスを更に含む、請求項１１に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１３】
上面を有するとともに、蓄電池プレート上に要素を鋳造するためのモールドキャビティを含むモールドアセンブリにおいて、
上方へ面する表面を有するマニホールドセグメントと、
その長さに沿って離間される入口および出口を有するフローチャネルであって、該フローチャネルが、前記入口と前記出口との間で前記フローチャネルの略全長に沿って溶融金属の流れを案内するために前記フローチャネルの実質的に全ての部分に隣接する外周壁によって画定され、前記外周壁が、モールドアセンブリの通常の動作状態下で溶融金属をフローチャネル内に収容するのに十分な第１の高さまで上方に延在する、フローチャネルと、
底面を有するとともに、前記フローチャネルの外周壁の開口によって画定される第１の端部で前記フローチャネルと流体連通する少なくとも１つのフローシュートであって、各フローシュートが第２の端部でモールドキャビティと流体連通し、フローシュートの前記第２の端部が、前記第１の高さよりも低い第２の高さを画定する抑制部を含み、それにより、前記マニホールドセグメントが、前記モールドアセンブリの通常の動作状態下で前記フローチャネル内および前記フローシュート内の溶融金属の液位が前記第２の高さよりも上側で且つ前記第１の高さよりも下側まで上昇されるときに、溶融金属を前記抑制部を越えて溢れ出させるように適合されている、少なくとも１つのフローシュートと、
を備え、
前記各マニホールドセグメントは、上方に面する表面から前記第１の高さでモールドキャビティ底面まで略垂直に延在する第１のモールドキャビティ側壁で関連するモールドキャビティの一部を更に画定し、前記第１のモールドキャビティ側壁は、前記上方に面する表面とモールドキャビティ底面との間に前記第２の高さよりも大きい垂直高さ寸法を有し、前記側壁が前記第２の高さの前記抑制部を含み、
前記マニホールドセグメントの温度を所定の温度に維持するための温度制御器を更に含み、
前記マニホールドセグメントに隣接し、前記マニホールドモールドキャビティ部と連続するモールドセグメントキャビティ部を含むモールドセグメントであって、前記モールドセグメントキャビティ部が、前記モールドキャビティ底面からモールドセグメント上面まで延在する第１および第２の対向する端壁によって更に画定され、前記モールドセグメントが、該モールドセグメントの温度をマニホールドセグメント温度よりも低い所定の温度に維持するための温度制御器を更に有する、モールドセグメントを備え、
前記モールドキャビティセグメントに隣接し、前記マニホールドセグメントとは反対側にあるとともに、中央上面から前記モールドキャビティ底面まで延在する第２の側壁を画定する第３の中央セグメントを備える、
モールドアセンブリ。
【請求項１４】
断熱材料がモールドアセンブリの前記マニホールドと前記モールドセグメントとの間に介挿される、請求項１３に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１５】
前記第３の中央セグメントは、前記モールドキャビティセグメントと連続する前記モールドキャビティの部分を更に画定し、前記第３の中央セグメントは、モールドキャビティ底面から第３の中央セグメントの上方に面する表面まで延在する第２のモールドキャビティ側壁を有し、第３の中央セグメントは、モールドキャビティセグメント温度とは異なる所定の温度に前記第３の中央セグメントの温度を維持するための温度制御器を更に有する、請求項１３に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１６】
断熱材料がモールドアセンブリの第２のモールドキャビティセグメントと前記第３の中央セグメントとの間に介挿される、請求項１５に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１７】
前記抑制部に最も近い第１のモールドキャビティ側壁は、前記マニホールドセグメントと一体の第１の張り出しを更に含み、前記第１の張り出しは、前記マニホールドセグメントと同じ温度を有するとともに、前記第１のモールドキャビティ側壁から略水平に延在し、前記張り出しがモールドキャビティ底面と連続する、請求項１３に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１８】
前記抑制部に最も近い前記マニホールドと関連付けられる前記モールドキャビティの部分は、前記第１のモールドキャビティ側壁に沿って略垂直に延在する端壁スライスを含み、１つのスライスがそれぞれ前記モールドキャビティセグメントにより画定される第１および第２の端壁と連続する、請求項１７に記載のモールドアセンブリ。
【請求項１９】
バッテリ用のキャストオンストラップを製造するためのモールドアセンブリであって、バッテリが該バッテリのセルを画定する隣接するプレートを有し、前記各プレートが突出するラグを有し、それぞれのストラップのための隣接する前記ラグがモールドキャビティ内に適合するように位置決めされて方向付けられるモールドアセンブリにおいて、
ａ）モールドアセンブリのマニホールドセグメントの上面で開放するとともに、底面と、全てが前記底面から前記上面へと延在する第１および第２の端壁並びに第２の側壁と、モールドの前記底面と前記上面との間で途中まで延在する第１の側面とによって画定され、２つの前記端壁が２つの前記側壁間を接続する少なくとも１つのモールドキャビティを備え、
ｂ）前記第１および第２の端壁は、前記底面および前記端壁を第１の温度まで冷却できる冷却機構を含むモールドアセンブリセグメントと接触し、少なくとも前記第２の側壁は、少なくとも前記第１の側壁の温度を前記端壁の温度よりも高い温度に維持する加熱機構を含むマニホールドセグメントと接触する、
モールドアセンブリ。
【請求項２０】
バッテリプレートアセンブリのラグ上にキャストオンストラップを形成する方法において、
第１の高さまで延在する溶融金属フローチャネルと、モールドキャビティに接続されるフローシュートとを有するモールドアセンブリを用意するステップであって、前記モールドキャビティが、前記第１の高さよりも低い第２の高さを有する堰によって前記フローシュートから分離され、前記モールドアセンブリが複数のモールドキャビティを画定する第１、第２、および、第３のセグメントを更に備え、前記セグメントのそれぞれが前記各モールドキャビティの少なくとも１つの壁を含み、前記第１のセグメントが所定のマニホールド温度に維持され、温度制御される第２のセグメントが溶融金属鋳込みステップ中にモールドキャビティ温度に維持され、第３の中央セグメントが所定の第３の温度に維持され、前記モールドアセンブリが、前記フローチャネル内および前記フローシュート内の溶融金属の液位を制御するためのポンプを更に備える、ステップと、
前記ポンプを作動させて、前記モールドアセンブリ内の溶融金属の液位を前記第２の高さよりも上側であるが前記第１の高さよりも下側まで上昇させ、それにより、溶融金属が前記各フローシュートの端部で前記堰の上面を越えて溢れ出て前記モールドキャビティ内に流れ込むようにするステップと、
バッテリアセンブリの前記プレートをモールドアセンブリへ向けて下降させるステップであって、前記プレートが互いにグループを成して配置されるラグを有し、前記ラグの各グループが、前記モールドキャビティの容積よりも小さい六角形の容積を備え、前記ラググループが前記モールドキャビティ内へ挿入できるように形成されて方向付けられるステップと、
前記ラグの少なくとも一端が前記モールドキャビティ内の溶融金属中に浸漬されるときに前記プレートの下降を終了させるステップと、
前記ラグの各グループにおける隣接するプレートのラグを、電気的および機械的な接続を与えるべく前記ラグの周囲で溶融金属を凝固させることにより溶接するステップと、
前記溶接ステップ中に熱エネルギを溶融金属へ入力するために前記第１のセグメントおよび前記第３のセグメントのそれぞれから前記モールドキャビティ内へ熱エネルギを導入して、隣接する前記ラグ間に画定される空間内へ溶融金属が流れるようにし、それにより、前記各ラググループ内の前記ラグ間に電気的な接続を与えるステップと、
前記モールドキャビティ内の溶融金属を、温度制御される前記第２のセグメントの端壁およびモールドキャビティ底面との接触によって冷却するステップであって、溶融金属の温度がほぼモールドキャビティ温度まで下げられ、それにより、溶融金属が各ラググループの前記ラグの周囲で凝固し、各ラググループ内の前記ラグ間で機械的な接続が形成されるステップと、
前記プレートおよび前記ラグを前記モールドキャビティから引き出すステップと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、バッテリストラップ・ポストキャストオンマシン、バッテリ、および、バッテリを製造するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、マルチセルバッテリ内のプレート間およびプレートとバッテリポストとの間の電気接続部の製造において効率を向上させてエネルギ使用を減少させるためのキャストオンストラップ（ＣＯＳ）構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型バッテリ、例えば自動車やトラックのバッテリは、製造の特別な装置および方法を必要とする。大型バッテリのハウジング内の別個のプレート間およびプレート接続部とバッテリハウジングの外側で接続を行なうポストとの間で電気的接続を行なうためのプロセスは特に重大である。バッテリは、プレート間の不適切な接続、バッテリハウジング内での短絡に起因して故障し、または更には、破滅的な故障が生じて、圧力増大によりセルまたはハウジングが破壊されて環境危機および安全上の問題をもたらす可能性がある。
【０００３】
更なる考慮は、製品信頼性も維持しつつ効率的で費用効率が高い自動バッテリ製造プロセスを行なう場合に生じる。理想的なプロセスは、材料要件および製造中のエネルギ入力を最小限に抑えると同時に、バッテリ製品が故障の危険を減少させるようにする。これらの属性はバッテリ製造メーカーがバッテリ製造を近代化するための目標を与えるが、効率と信頼性との間の最適なバランスを与えようとする多くの以前の試みは、当技術分野の知識を著しく増大させることなく、改良の増加を与えるにすぎなかった。
【０００４】
鋳造工程は、通常は、逆鏡像を有するモールド内に位置されるバッテリの全てのセルにおいて同時に達成されるが、セルが完成したバッテリセル構造をなすように方向付けられる。積層セル要素は、下方に延在するプレートラグが互いに隣接する状態で互いにクランプされる。望ましいストラップ形状を与えるために適切に方向付けられた複数のモールドキャビティが予熱されてもよい。溶融金属、通常は、鉛（Ｐｂ）または主に鉛を含む合金を利用することができ、この溶融金属はモールドキャビティに隣接するチャネルに沿って連続的に循環される。チャネル内の鉛または溶融金属は、通常はリザーバ内で予熱され、  通常はモールドの下側に位置され、その後、チャネル内へ圧送される。
【０００５】
溶融金属は、所望の状態に達すると、その液位が上昇されてチャネルと各モールドキャビティとの間に配置される堰を越えて溢れ出るまでモールドに隣接するチャネル内へ圧送される。したがって、溶融金属はモールドキャビティを満たし、その後、堰よりも上側の高さまでモールド内へ圧送された溶融金属は、引き出されることにより堰の上端よりも下側の高さまで減少される。一般に、チャネル内の溶融金属の液位は所定の組のパラメータ間で維持される。堰を越えて溢れ出ることが望ましい場合には、液位は、チャネル底部の高さよりもおそらく約１２ｍｍ上側まで上昇され、また、溶融金属が引き出されるときには、液位はチャネル底部よりも約６ｍｍ上側である。幾つかのシステムは、リザーバからのおよびリザーバへの溶融金属の連続的な循環を必要とする。他のシステムは、モールドキャビティ内へと溢れ出るように液位を上昇させるだけであり、その後、溶融金属をリザーバからチャネルへ圧送する。
【０００６】
熱エネルギ源が除去され、また、互いに対して所望の方向でクランプされるセルプレートアセンブリが、各プレート上のプレート接続ラグの一部を適切なコネクタストラップモールドキャビティ内の溶融マスに浸漬してラグ間で溶融金属接続を行なうように位置決めされる。その後、モールド本体の１つ以上の部分に水を流通させることによりキャビティが冷却されて、冷却水とモールドキャビティ壁との接触が溶融鉛を冷却し、それにより、溶融鉛が凝固される。殆どの場合、モールドキャビティは、必要時に或いはモールド温度を監視する熱電対によって管理されるときにモールドキャビティを選択的に冷却するウォータージャケットによって一定の温度に維持される。溶融金属の冷却は、ラグの周囲の金属を凝固させる。成型されたストラップおよびポストが十分に凝固した後、それらは、金属（鉛）ストラップに融合され或いは溶接されたバッテリセルプレートのラグと共にモールドから引き抜かれ、それにより、それらの間で必要な電気的および機械的な接続が形成される。
【０００７】
大量生産の場合、先の処理は、通常、商業効率をもたらすために繰り返しサイクルで行なわれる。サイクル時間、すなわち、先の完成したストラップが除去される時間から次のストラップが完成されるまでの時間が理想的には最小値まで減少され、それにより、利用できる時間内で最大生産量が得られる。最適な製造パラメータを与えることによってもたらされる効率は、必要な労力、時間、および、材料の減少を含む多くの要因に起因する。サイクル時間のかなりの部分がモールド本体の部分の加熱および冷却に関与することが分かった。鉛が溶融状態に維持されなければならない時間を最小値まで減少させることにより、システムへの全体の熱エネルギ入力が減少される。また、溶融状態まで加熱されてその後に冷却されなければならない鉛の量が最小限に抑えられる場合には、熱エネルギ入力および冷却能力も減少され、それに伴って、サイクル時間、材料コスト、処理コスト等も減少する。
【０００８】
最適な製造パラメータは、ストラップ、タブ、および、ポストの溶接、すなわち、凝固または凍結中に溶融金属流が妨げられるような度合までチャネル壁が冷却されないようにする。これにより、モールドアセンブリに隣接するフローチャネル内に存在する溶融鉛は、鉛チャネルからモールドキャビティ内へと自由に流れることができる。モールドアセンブリの温度制御における最小精度は、エネルギ入力を所望のレベルに維持することが求められる。それにもかかわらず、堰を含むモールド全体の冷却は、後述するように不必要な場所で溶融金属の凝固を引き起こす。少なくともあまり大きくないストラップ部と同じ程度に急速にポスト、特に端子ポストの冷却を可能にするためには、モールドアセンブリの局所的温度の更に優れた制御が望ましい。これは、ポストのゆっくりとした冷却は機械的に脆弱な端子をもたらすからである。
【０００９】
モールド費用は、考慮中のタイプの機械において特筆すべき要因である。製造プロセスおよびシステムに入り込む他の要因のうちの１つを犠牲にすることなくモールド形態を大量に形成できる適切な鋳造を得ることは困難であった。これは、プロセスの他のポイント、例えばサイクル時間、熱エネルギ入力の量等の向上を可能にするために、労力、材料、エネルギ、または、他のコストにかかわらず、何らかのコストの増大をもたらす場合がある。大型鉛酸バッテリのために必要とされる様々なセルおよび端子の配置は、プロセスパラメータのうちの１つ以上を変えることによって達成され得る効率を損ねてモールド構造も複雑にした。
【００１０】
バッテリストラップ・ポストキャストオンマシンを提供するための従来技術の方法およびシステムは、例えば、１９７３年２月２７日および１９７４年４月９日にそれぞれいずれも発明者Ｄｏｎａｌｄ  Ｒ．ＨｕｌｌおよびＲｏｂｅｒｔ  Ｄ．Ｓｉｍｏｎｔｏｎの名前で発行された米国特許第３，７１８，１７４号および第３，８０２，４８８号に開示されている。ここに記載されているのは、鉛酸蓄電池を形成する複数のセルのための積層されたバッテリプレートおよびセパレータがキャストオンストラップによって相互に接続される各セルのプラスおよびマイナスのプレートのそれぞれごとに対応する接続ラグを有するシステムおよびマシンである。また、各ストラップの一体部における同時鋳造のためにセル間接続または端子ポストキャストが設けられる。このタイプの従来構造は先に記載されている。従来のタイプのモールドは、モールドキャビティ内の金属が凝固されるときに溶融金属が加熱および冷却されるように循環しているチャネルを含む完全なモールドを必要とする。完全なモールドアセンブリの加熱は、非常に非効率であり、不必要に増大するサイクル時間および各サイクルで費やされる熱エネルギの量の両方に関して各サイクルにおける同じ要素の加熱および冷却の形態で熱エネルギの浪費をもたらす。
【００１１】
米国特許第４，１０８，４１７号は、溶融金属をモールドキャビティへ流し込むためのシステムを記載して示しており、この場合、モールドキャビティを含むモールド部分は溶融金属流チャネルから部分的に分離される。すなわち、より急速なサイクル時間を与えるとともにモールドキャビティを鋳造直前に急速に加熱して、ラグがモールドキャビティ内に配置されるときにモールドキャビティを冷却できるようにするために、モールドキャビティ壁がチャネル壁から分離される熱的な分離技術が使用される。
【００１２】
図１〜３に示されるように、モールドアセンブリ１００（図３）は、フローチャネル（３０、図３）から分離される分離部１０を含む。モールドアセンブリの分離部１０はモールドキャビティ１６を含み、モールドキャビティの一部は、ストラップをそれが凝固された後にバッテリの端子ポストに取り付ける端子ポストまたは他の接続部、例えばタブまたはツームストーンのための１つ以上のモールドキャビティと連通する別個のフローシュート３４（図３）を有してもよい。フローチャネル３０からモールドキャビティ部１０への熱エネルギの流れを抑制するために、分離部材、通常は何らかのタイプの絶縁材料１５がモールドキャビティ部１０とモールドアセンブリ１００の残りの部分との間に介挿される。
【００１３】
１つ以上のモールドキャビティ１２と端子ポストキャビティ３６との間の別個のフローシュート３４がバッテリ端子ポストの同時鋳造のために設けられ、それにより、キャストオンストラップに対する端子ポストの別個のその後の溶接が回避される。背景として、また、本発明のより明確な理解を与えるために、様々な特許で教示される従来の方法の更に詳しい説明を行なう。
【００１４】
「Ｌｅａｄ  ａｃｉｄ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｂａｔｔｅｒｙ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｓａｍｅ」と題されるＴｓｕｃｈｉｄａ等の米国特許第５，７７６，２０７号は、モールドに対する熱エネルギの瞬時の正確な供給を行なうための誘導コイルを含む加熱機構の使用について説明して示している。この特許は、溶融鉛の表面が、プレートのフランジまたはラグの周囲でそのまま冷却されるときに均一の状態で凝固せず、また、ラグがモールドから除去されるときにストラップ「ウェーブ」をもたらす場合があるという問題について記載する。誘導コイル加熱は、ストラップ形態における構造的な問題を回避するために温度制御を向上させるように開示される。冷却は、水などの冷却剤の噴射によりモールドの下面に対して行なわれるように記載される。
【００１５】
図４および図５の断面図に示されるように、モールド部１０は、別個のプレート４２から下方へ延在する複数のプレートラグ４４、４６を受け入れるために各モールドキャビティ１２を設ける。図５はプレート４４を示しており、各プレート４４は適切な半透過性の電気絶縁材料４８によって隣接するプレート４６から分離され、隣接するプレート対４４、４６のそれぞれはバッテリセルを備える。絶縁材料４８を含むプレート４２の全ては、バッテリセルアセンブリを取り囲んでラグの相対的な位置を所望の方向および位置に維持する適切なクランプによって一括して挟持される。マイナスイオンプレートのためのラグ４４はプレート４２の一縁部に隣接し、一方、バッテリの通常の動作中にプラスである隣接するプレートは、イオンを引き付けるために、隣接するプレートの他の縁部にある。モールドキャビティは、マイナスのプレートラグ４４の全てがマイナスのラグモールド１８のキャビティ１２内に嵌まり込むことができ、且つプラスのプレートラグ４４の全てがプラスのラグモールド１９のキャビティ１２に嵌まり込むことができるように、適切に位置決めされて方向付けられる（図４）。モールドは、絶縁材料１５によって周囲のモールドアセンブリから分離されるように概略的に示される。
【００１６】
これらは、モールドアセンブリのモールドキャビティ部の分離を行なう一般に知られた方法であり、これについては、方法を教示するための米国特許第４，１０８，４１７号および第５，７７６，２０７号を参照されたい。溶融金属鋳込み方法の背景を理解するために、また、溶融金属がモールドキャビティ１２へ導入されるようにゲート高さよりも高い高さへの溶融金属の上昇を理解するために、前述の米国特許第４，１０８，４１７号を参照されたい。この特許は、一般に知られる方法、および、キャストオンストラップモールドシステムのサポート要素、例えば溶融金属のためのリザーバ、冷却剤の供給、および、鋳造工程の前に熱エネルギをモールドへ導入するための手段について例示して説明している。
【００１７】
「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｓｔｒａｐｓ  ｏｎｔｏ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐｌａｔｅｓ」と題される米国特許第６，７０８，７５３号は、一般に、鉛をモールドへ流し込む際の熱的状態のかなりの精度の必要性について例示して説明する。この特許は、一群のプレートのラグを複数のモールドキャビティ内へ挿入して鉛をモールドキャビティ内に注入するための自動プロセスについて記載する。この特許は、バッテリセル抜き取りの前に鉛ストラップ金属を凝固するためにモールドキャビティを十分に冷却する必要性について説明する。
【００１８】
１９８４年に発行されてＧＮＢ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社に譲渡された米国特許第４，５７３，５１４号は、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｈｅａｔａｂｌｅ  ｍｏｌｄ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｍｅｔａｌ  ｓｔｒａｐｓ」と題されており、モールドの温度の正確な制御および鉛の連続的な流し込みを行なうモールドおよび自動的方法について記載して例示する。更なる特徴は、介在絶縁材料を有するモールドのセグメントと、成型されたストラップ・ポスト構造をモールドキャビティから押し出すことが求められるピストンロッドとの間の舌−溝（ｔｏｎｇｕｅ−ｉｎ−ｇｒｏｏｖｅ）接続を含む。金属要素間に接続を形成するためにプレートタブが溶融鉛中に浸漬されると直ぐにストラップを冷却する強制空気冷却法では、冷却時間が約３０秒程度と見なされている。１つの改良は、各サイクル中に冷却とその後の再加熱とを必要とするモールドの質量を減少させるためにモールド本体のその一部のみに対する冷却を分離することに関連する。この特徴は、開示されるプロセスのために必要な温度制御を行なうように主張され、また、幾つかのプロセスが連続的に進行し得るように成型プロセスの様々なポイントに連続的なステージを設けるためのカルーセル配置も含む。
【００１９】
１９９８年に発行されてＧＮＢ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社に譲渡された米国特許第５，８３６，３７１号は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａｔｔａｃｈｉｎｇ  ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｐｏｓｔ  ｓｔｒａｐｓ  ｔｏ  ａ  ｂａｔｔｅｒｙ」と題されており、ポストの鋳造前に除去されるプラスチック挿入体を使用してラグが互いに電気的および機械的に接続された後に、バッテリ端子のポストをストラップに溶接するモールドおよび方法について記載して例示する。
【００２０】
「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｓｔｒａｐｓ  ｏｎｔｏ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐｌａｔｅｓ」と題されるＨｏｐｗｏｏｄの米国特許第７，０８２，９８５号は、鉛をモールドに流し込む際の熱的状態の適用におけるかなりの精度の必要性について例示して説明するとともに、鉛をモールドキャビティ内へ挿入するための既知の自動プロセスについて記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第３，７１８，１７４号
【特許文献２】米国特許第３，８０２，４８８号
【特許文献３】米国特許第４，１０８，４１７号
【特許文献４】米国特許第５，７７６，２０７号
【特許文献５】米国特許第６，７０８，７５３号
【特許文献６】米国特許第４，５７３，５１４号
【特許文献７】米国特許第５，８３６，３７１号
【特許文献８】米国特許第７，０８２，９８５号
【発明の概要】
【００２２】
必要とされるものは、急速に且つ効率的に溶融金属をモールドキャビティ内へ導入して該キャビティ内において一群のクランプされたバッテリセルプレートのラグの周囲で溶融金属を凝固させることができ、それにより、信頼性を高めて、サイクル時間を減少させたストラップ上で鋳造するとともに、鋳造ごとに使用される鉛の量と金属を溶融状態に維持するためにシステムへ入力される熱エネルギの量とを著しく減少させるモールドキャビティおよびプロセスである。
【００２３】
本発明によって与えられる重要な特徴および目立った利点は、効率的で、急速なサイクル時間を有するとともに、モールドに流し込まれる鉛に与えられる鋳造ごとの熱エネルギ入力を大幅に減少させる、これらの特徴を与えるためのポストキャストオンマシンおよびシステムのための、バッテリストラップを鋳造するための改良されたモールドアセンブリおよびプロセスを含む。また、鉛または鉛合金から作成されるキャストオンストラップをモールド内で形成するためのプロセスは、自動化されるとともに、サイクル時間と各ストラップで使用される鉛の量とを減少させる。これは、予期しない利点をキャストオンストラップ製造にもたらすとともに、以下に例示して説明する装置の本発明のプロセスを使用して製造されるキャストオンストラップごとの時間、材料、労力コストにおいて著しいコスト節減をもたらす。その１つの縁部に沿ってラグを有する蓄電池プレート上にキャストオンストラップを鋳造するための上面を含むモールドアセンブリであって、第１の高温度に動作温度が制御されて第１のモールドキャビティ側壁を含む第１のセグメントと、モールドキャビティ底面と各モールドキャビティの対向する端壁とをほぼ画定する温度制御される第２のセグメントと、第２の高温度に動作温度が制御され、底壁の底面からモールドアセンブリ上面へと略垂直に延在する第２のモールドキャビティ側壁を含む第３のセグメントとによって画定される溶融金属を受けるための少なくとも１つのモールドキャビティを備え、温度制御される前記第２のセグメントの温度が、温度制御される前記第２のセグメントを備える材料と接触する冷却ジャケットにより、前記第２のセグメントの底部の下面を冷却し、それにより、モールドキャビティ底面および対向する端壁を冷却して、モールドキャビティ内に流れ込む溶融金属をモールドキャビティ内に挿入されるバッテリプレートのラグ間およびラグの周囲で凝固するために低い温度に維持され、前記モールドキャビティ内の溶融金属を少なくとも前記第２のセグメントの温度よりも高い所定の温度を有する前記第１のセグメントの前記第１の側壁に対して晒すことにより少なくとも所定の最小量の熱エネルギを前記モールドキャビティへ入力するために、第１および第２のモールドキャビティ側壁を含む温度制御される第１および第３のセグメントに熱エネルギを与えるための熱エネルギ入力手段を備える、モールドアセンブリが提供される。
【００２４】
広い範囲の本発明は、モールドアセンブリの少なくとも２つの、好ましくは３つの部分に温度差を有する分割鉛キャストオンストラップ（「ＣｏＳ」）モールドを備え、本明細書中ではマニホールドセグメントおよび中央セグメントと称される２つの側部が中央セグメントに対して高い温度にある。マニホールド、随意的には中央セグメントは、これらのセグメントを高い温度レベルに維持して金属を溶融状態に維持するために熱エネルギ入力を備える温度制御を有し、そのため、溶融金属は幾つかのバッテリプレートのラグへと流れることができ、また、モールドキャビティセグメントは、モールドの温度を所定の温度間で冷却するために冷却ジャケットを有し、その場合、モールド内の溶融金属は、モールドキャビティ内の溶融金属を凝固させてキャストオンストラップを形成するために低いレベルに維持される。理想的には、第１のマニホールドセグメントおよび第３の中央セグメントである２つのセグメントのそれぞれがモールドキャビティのうちの少なくとも１つの壁を画定し、それにより、キャストオンストラップサイクルの全体にわたって維持されるモールド部よりも高い温度を有する少なくとも１つの壁からモールドキャビティへ熱エネルギ入力が行なわれる。広い範囲において、本発明の装置および方法は、モールドキャビティの壁に隣接して該壁を画定する高温隔壁のうちの少なくとも１つを含む。更なる特徴は、第１のセグメントすなわちマニホールドセグメントにおけるその位置に起因して高温に維持される小さな鉛体積のゲートまたは堰構造を有するモールドキャビティを与えることができる能力を含み、それにより、その能力にわたって、より効率的で清浄な流れが可能になるとともに、低温隔壁に対して高温に晒されるキャビティの比率が良好になる。
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明を更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】モールドキャビティを収容するための別個のセグメントを含む従来のモールドアセンブリ構造の平面図である。
【図２】図１の従来のモールドアセンブリ構造の側面図である。
【図３】モールドキャビティを収容し且つ溶融金属チャネルを収容するための別個のセグメントを含む従来のモールドアセンブリ構造の平面図である。
【図４】当技術分野において周知のモールド内に挿入されるように示される一群のバッテリプレートのラグを伴うバッテリセル形態の正断面図である。
【図５Ａ】図４の切断線５ａ−５ａにほぼ沿うバッテリセル形態の側断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されるバッテリセル形態の側断面図の詳細である。
【図６】モールドキャビティを収容する中央領域を含むモールドアセンブリの斜視切断図である。
【図７】図６に示される本発明のモールドアセンブリの平面図である。
【図８】本発明の動作および幾つかの特徴をより簡単に且つ明確に示すための図６に示される本発明のモールドアセンブリの一部の切断詳細図である。
【図９】その形状および寸法を概略的に示す従来の方法にしたがって形成されるキャストオンストラップを示している。
【図１０】本発明にしたがって形成されるキャストオンストラップを示している。
【図１１】従来のモールドキャビティおよび本発明に係るキャストオンストラップの溶接ステップ直後の形状を示す断面図である。
【図１２】図１０のキャストオンストラップを形成するために使用されるモールドの形状および寸法を示す、図７の１２−１２線にほぼ沿う本発明に係るモールドキャビティの断面図である。
【図１３】図１０のキャストオンストラップを形成するために使用されるモールドの形状および寸法を示す、図７の１３−１３線にほぼ沿う本発明に係るモールドキャビティの断面図である。
【図１４】堰の形状を示す、本発明に係るモールドキャビティの別の実施形態の詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１〜５に関して前述した従来の方法および形態は、以下で更に詳しく説明される本発明における背景を与える。本発明のモールドアセンブリと前述した引用文献のモールドアセンブリとの間には共通の主題が存在する場合があり、また、説明または説明図に重複がある場合、バッテリキャストオンストラップ装置およびプロセスの知識を有する者は、これらの引用文献の教示内容の一部が適切な場合には本願に組み入れられ得ることを理解する。溶融金属を上方に露出されたモールドキャビティへ圧送する従来の溶融金属法、例えば米国特許第４，１０８，４１７号に記載されるような溶融金属法、および、本発明との類似点を含んでもよいフローチャネル構造は、参照することによって本願に組み入れられたと見なされるべきである。
【００２８】
重要な特徴および明確な利点は、この出願において説明され、また、図６〜８に示されるモールド形態によって説明される。図６および図７を併せて参照すると、図６は、モールドアセンブリ１００の中央領域の斜視図を示しており、また、図７は、幾つかの更なる要素が構造を完成させるように示される図６の形態の平面図を示している。モールドアセンブリ１００は、アセンブリをより容易に識別できるように示す目的で部分断面として図６に示される中央領域を画定するように長手方向に延在する幾つかのセグメントに分けられる。完全なモールドアセンブリ１００に存在する幾つかのセグメントは図６に示されておらず、例えば図７にはマニホールドセグメント１１０’が示されている。
【００２９】
図８は、図６、７に示される更に完全なモールドアセンブリ１００の部分切断図であるが、一方、図６に示されるモールドアセンブリは幾つかのモールドキャビティ１１２、１１２’の斜視図であり、図８の詳細な切断図は、モールドキャビティ１１２のうちの２つだけと、隣接するモールドキャビティ１１２’の部分側壁部とを示している。図８の詳細切断図の描写は、モールドキャビティ構造の性質および重要な本発明の特徴についての以下の議論を簡略化する。しかしながら、切断図は、より大きな更に完全なモールドアセンブリ中央領域１１０の簡単な概略図であるため、本明細書中の議論は図６、７に示されるモールドキャビティにも当てはまり、また、実際には、本発明の概念を利用するモールドキャビティを含む任意の他のバッテリ形態にも当てはまる。
【００３０】
本発明の重要な特徴のうちの１つは、モールドキャビティ１１２の１つの側壁を画定するためのマニホールドセグメント１１０の一部である側壁の開口、および、キャストオンストラップを行なうためにモールドアセンブリの動作中にモールドキャビティ内への熱エネルギの流入を許容するための他のセグメント、すなわち、中央セグメント１６０と反対側の側壁の随意的であるが好ましい対応する開口である。図６、７に示されるように、複数の全部で１２個のモールドキャビティがモールドアセンブリ１００の上面に配置される。前述した図４および図５における従来技術のキャストオンストラップ接続に関して示されるように、モールドキャビティ１１２、１１２’は、バッテリセルの個々のグリッドまたはプレートのラグの接続点を与える。ラグは、周知のように、鉛または他の溶融金属と共に溶接される。１２個のキャビティのうち、モールドアセンブリ１００は、プラスおよびマイナスのバッテリポストを与えるためにモールド延出部１３６を含むモールドキャビティの列の最後における特殊なモールドキャビティ１１８も備える。プラスおよびマイナスのグリッドまたはプレートのそれぞれのラグは、例えばプラスプレートのために配列されているそれらのそれぞれのキャビティ１１２内およびマイナスプレートのためのモールドキャビティ１１２’内で溶接される。
【００３１】
図６および図７のモールドアセンブリ１００は、本発明のモールドキャビティ構造を使用する単一の車両バッテリのための配置を特徴としている。しかしながら、モールドアセンブリが複数のバッテリのために十分なモールドキャビティ１１２、１１２を含むことが好ましく、より効率的であると考えられる。例えば、２つのバッテリのためのストラップが同時に鋳造されてもよく、これには２４個のモールドキャビティを有する構造（図示せず）が利用され、そのうちの４個は、例えば米国特許第５，５２０，２３８号の図１に示されるモールドアセンブリのバッテリポストモールド延出部を含む。この形態では、それぞれのモールドが２つのバッテリを完成させるために２つの別個のプレート構造を形成するが、幾つかのケースでは、製造メーカーが１つのバッテリだけを形成するモールドを使用することを選択する場合がある。この説明では、説明を簡単にするために１つのバッテリだけのための構造が取り上げられるが、好ましい方法は、周知のように、二重バッテリモールドを使用するようになっている。同様に、当技術分野において周知のカルーセル型配置、例えば前述した米国特許第６，７０８，７５３号に記載されるカルーセル型配置を利用できるが、本発明のモールドキャビティ構造は、より効率的な動作および更に急速なサイクルタイムをもたらすために後述する本発明の特徴を含むように使用されてもよい。
【００３２】
図６は、モールドキャビティ１１２の第１の列に対して溶融金属を供給するために溶融金属フローチャネル１０２を含む開放上端を上面に備えるマニホールドセグメント１１０を示している。図６は、第１のモールドキャビティ１１２とは反対側に配置されて中央セグメント１６０によって分離されるモールドキャビティ１１２’の第２の列に対して同じ機能を与えるためにモールドアセンブリ１００の後側に同様の構造を有する対応するマニホールドを示していない。しかしながら、この第２の溶融金属フロー供給チャネル１１０’は図７の平面図に示されている。これは、中央セグメント１６０に隣接するモールド形態が本発明の重要なかなりの部分であると考えられるからである。いずれにせよ、フローチャネル１０２がマイナス電極モールドキャビティ１１２の第１の列に対して与える機能と同じ機能をプラス電極モールドキャビティ１１２’の第２の列に与えるために、図７に示されるそのようなマニホールドセグメント（図６に示されない）がモールドアセンブリ１００の後側に存在することは言うまでもない。
【００３３】
本発明の目的のため、マニホールドセグメント１１０’（図７）は、その構造および動作を含めて、後述するマニホールドセグメント１１０とほぼ同じであると考えられてよい。無論、本明細書中に記載される概念を依然として利用するバッテリ形態の特定のタイプを受け入れるために、想定し得る改変または変形がモールド構造に対してなされてもよい。１つのそのような改変は、溶融金属リザーバ（図示せず）への共通のマニホールドアクセスを行なえるように、図７に示されるような両端ではなく、フローチャネル１０２の同じ長手方向端部に、溶融金属流入口１０４を含んでもよい。第２のマニホールドセグメントは、モールドアセンブリセグメント１１０の鏡像に類似し得るが、図７に示されるようにその完全な鏡像である必要はない。異なるモールドアセンブリおよびフローチャネル構造を必要とする他の想定し得るバッテリ形態が考えられてもよく、また、これらは、実際のモールドアセンブリ構造がこのモールドアセンブリ構造のために考えられ得るものと異なる場合があるにせよ、本発明によって包含されると考えられる。
【００３４】
ここで、図６および図７を参照すると、当技術分野において周知の鉛または鉛合金などの溶融金属は、一般に、溶融金属流入口１０４を介してフローチャネル１０２内へ導入され、フローチャネル１０２に沿って流れる。谷部が、外壁１０５と、壁１０５とは反対側のマニホールドセグメント１１０の縁部に沿って配置される島１０７によって画定される一連の壁とによって画定され、また、長手方向端部に見出される他の外壁部１０５’が更にフローチャネル１０２を画定する。島１０７間には複数のフローシュート１０６が存在し、それぞれのフローシュートは、フローシュート１０６をモールドキャビティ１１２から分離するゲートまたは堰１０８で終端する。堰１０８は、マニホールドセグメント１１０のそれぞれのモジュールモールドキャビティ１１２に面しており、同様に、モールドセグメント１１０’のモールドキャビティ１１２’にも面している。２つの別個のモールドセグメント１１０、１１０’の構造および動作はほぼ同一であるため、議論を図６および図７の両方に示されるセグメント１１０の議論に限定するが、言うまでもなく、その議論をモールドセグメント１１０’にも適用できる。フローチャネル１０２は、流入口１０４とは長手方向で反対側のフローチャネル１０２の端部に配置される対応する溶融金属流出ポート１０９も含む。
【００３５】
外壁１０５、１０５’および島１０７はそれぞれ、図示のようにモールドアセンブリ全体にわたって共通の面内にあってもよいモールドアセンブリ上面１１１へと上方へ延在する。通常の動作中、フローチャネル１０２は、溶融金属が流入口１０４から流出ポート１０９へと流れるように形成される谷部を画定する。したがって、フローチャネル１０２内に収容される任意の溶融金属は、直立壁１０５、１０５’および島１０７によって画定される谷部を通じて流れて、それがチャネル１０２から出ることができる流出ポート１０９へ流れ続ける。この形態は、フローチャネル１０２およびフローシュート１０６内の溶融金属の液位を制御する必要があるため、望ましい。また、この形態は、溶融金属温度が所定温度に維持されるリザーバ（図示せず）に対して流出ポート１０９が接続されることから、溶融金属の連続的な循環が異常を減らして溶融金属を流動状態に維持するため、望ましい。
【００３６】
チャネル１０２の溶融金属流入口１０４は、フローチャネル１０２内の溶融金属の垂直液位を選択的に増大または減少させることができるポンプまたは他の鋳込み機構によって制御される。制御機構は、ポンプ、または、当技術分野において周知の他のそのような装置、例えば前述した米国特許第４，１０８，４１７号に記載される装置であってもよい。流れ機構のための制御は、外壁１０５、１０５’および島１０７によって画定されるモールドアセンブリ上面１１１の高さよりも十分下側に溶融金属の液位を維持するために必要とされる。フローチャネル１０２内へ圧送される溶融金属の液位が特定の液位を超えるのに十分である場合、溶融金属は、それが堰１０８に達するまで、フローチャネル１０２から側方へとそれぞれのフローシュート１０６に沿って流れ続ける。
【００３７】
一般に、溶融金属の液位は、ラグが溶融金属中に浸漬される溶接ステップ中に低液位に維持される。すなわち、溶融金属の液位は、溶接サイクルの開始時、フローチャネル１０２の底面１０１およびフローシュート１０６の底面１０３よりも約６ｍｍ上側の高さに維持されてもよい。この液位は、堰１０８の上端の高さよりも下側である。溶接サイクルの第２の段階では、溶融金属の液位が、流入口１０４を通じたポンプ作用により、一般に１２ｍｍの液位まで上昇されてもよい。この液位は、堰１０８の最大高さよりも上側であるが、モールドアセンブリ１００の上面１１１の高さよりも下側である。
【００３８】
フローシュート１０６のそれぞれは、フローチャネル１０２からモールドキャビティ１１２内への流体連通をもたらし、また、溶融金属の液位の上昇により、溶融金属が堰１０８を越えて溢れ出る。フローチャネル１０２内の溶融金属の液流が更に高い液位まで上昇されると、各フローシュート１０６の側壁は、溶融金属流を該液流が堰１０８に達するまでフローシュート１０６に沿って方向付ける。堰１０８は、シュートに沿う更なる流れを妨げて、溶融金属がチャネル１０６に沿ってそれ以上流れ続けないように保ち、それにより、溶融金属がモールドキャビティ１１２へと流出することなくシュート１０６内に維持される。しかしながら、溶融金属の液位が堰１０８の上縁の高さを越えるまで上昇され続けると、溶融金属は、堰１０８を越えて溢れ出し、モールドキャビティ１１２内に流れ込む。無論、溶融金属の液位は、過度に高い液位まで、例えばモールドアセンブリ１００の上面１１１に達する或いは上面１１１を越えて溢れ出る程度の高さの液位まで上昇しないようにポンプ制御によって抑制される。しかしながら、堰１０８の上端の高さは上面１１１よりも十分に下側であるため、溶融金属は堰１０８の縁部を越えて流出し続けることができるが、溶融金属の液位はモールドアセンブリ上面１１１を越えて流れることはできず、そのため、モールドアセンブリ１００に損傷をもたらすこともなく、および／または、近くに立っている誰かに負傷を負わせることもない。
【００３９】
図６に示されるモールドアセンブリ１００を参照すると、また、図８のモールドアセンブリの一部の概略的な細部も参照すると、マニホールドセグメント１１０は、堰１０８が通じるモジュールモールドキャビティ１１２に直接に隣接して示されている。より容易に思い浮かべることができるように、以下、図８の詳細な概略図について説明した後、概略的に示される部分２００について、それが関係するように図６および図７に示されるモールドアセンブリ１００のより完全な中央部分との関連で説明する。言うまでもなく、図８に示される概略的なモデルは図示のように単一の２モールドキャビティ部分構造のための実際の構成を与え得るが、図は、本発明のモールドキャビティの動作および構造およびその加熱および冷却の方法を示すために殆ど例示的な目的で与えられている。図６〜８に示される要素に十分な類似性が存在する場合には、同一の識別数字が使用される。例えば、壁構造１０５および島１０７は形状および方向性が幾分異なる場合があるが、これらは図面の全体にわたって同じ数字により特定される。
【００４０】
一般に２００で特定される図８のモールドアセンブリの概略図はモールドキャビティ１１２を含み、モールドキャビティ１１２は、堰１０８が配置される第１の側壁１３２によって、略六面体形状のモールドキャビティ１１２の両側にあって大部分が中央セグメント１４０の一部である２つの対向する端壁１４２、１４４によって、および、中央セグメント１６０の一部である第２の側壁１６２によって画定される。モールドキャビティ１１２は、端壁１４２、１４４間で延在してモールドキャビティセグメント１４０に大部分が配置される底面１４３によって更に画定される。タブ開口またはウェル１２１が、図８に輪郭を成して示されており、隣接するモールドキャビティ１１２の底面１４３よりも下側で延在している。典型的な配置では、端壁のうちの一方、すなわち、１４２または１４４のうちのいずれかが底面１４３で終端し、一方、対向する端壁がタブウェル１２１を含む。この形態では、隣接するモールドキャビティ１１２は、端壁１４２と、対向する端壁１４２と連続する隣接するモールドキャビティ１１２とに連続するように、タブウェル１２１を含む。したがって、タブウェル１２１を有する端壁が１４２であり、対向する壁が壁１４４として特定される。モールドキャビティ１１２’に関しては端壁１４２’、１４４’の一部だけが見えるが、図７、１３を参照して以下で説明される接続タブ１７２の一般的な輪郭が示される。モールドキャビティ１１２は、モールドアセンブリ１００の上面１１１よりも上側で上端へ向けて開放している。
【００４１】
フローチャネル１０２およびフローシュート１０６の容積は知られているため、流入口１０４と出口ポート１０９との相対的な圧送能力を調整することによってフローチャネル１０２内の溶融金属の液位を制御できる。フローチャネル１０２内および供給シュート１０６内の液位がより高いポイントで、例えば堰１０８の上縁よりも高い高さで望まれる場合には、流入口１０４がより多くの溶融金属をフローチャネル１０２へ圧送するように仕向けられ、および／または、出口ポート１０９が圧送を停止し或いは圧送を少なくする。角部または他の領域での溶融金属の凝固または突起形成を回避するのに役立つように、システムを通じた溶融金属の一定の流れが望ましい場合がある。フローチャネル１０２内の溶融金属の内部液位のより迅速な制御および変更のため、底面１０１の適切な位置にフローチャネル１０２に沿って幾つかの更なる流入口１０４（図７に仮想線で示される）が配置されてもよく、また、その流入口に隣接して幾つかの出口ポート１０９（図７に仮想線で示される）が配置されてもよい。流入口１０４および出口ポート１０９は、理想的には、それらを通じたポンプ作用が同時にタンデム状態で働くように、マニホールド形態で互いに接続されて、溶融金属リザーバ（図示せず）と流体連通する。
【００４２】
ここで、図６〜８を参照すると、モールドキャビティセグメント１４０が中間セグメント１３０に直接に隣接しており、中間セグメント１３０それ自体はマニホールドセグメント１１０に隣接している。中間セグメント１３０は、マニホールドセグメント１１０とモールドキャビティセグメント１４０との間に介挿されて示されている。しかしながら、図６を参照すれば分かるように、中間セグメント１３０は、後述するように、その熱エネルギ入力火力機能に起因して、モールドアセンブリ１００の本体内へと部分的にのみ下方へ延在する。同様に、中央セグメント１６０もモールドアセンブリ１００の本体内へと部分的にのみ下方へ延在する。また、以下で更に詳しく説明するように、セグメント１３０、１６０はいずれも、２つのそれぞれの側壁１３２、１６２の熱入力・温度レベルを所望の所定のレベルに維持するように機能する。
【００４３】
様々なセグメント１１０、１３０、１４０、１６０間に著しい温度差が存在することが考えられ、それは本発明の一部である。したがって、適切な断熱材料を備える平面フィルムまたはマット１１５が、任意の２つの隣接するセグメント１１０、１３０、１４０、１６０の隣り合う各表面同士の間に介挿される必要がある。任意の適した断熱材料、例えば前述した米国特許第４，４２５，９５９号に記載される断熱材料と同様の断熱材料、または、高温、一般的には４００℃を超える温度に耐えることができる任意の他の適した断熱材料が利用されてもよい。断熱材料は、セグメント間に適切な断熱特性を与えつつマット１１５の厚さが可能な限り小さくなるように低い熱伝導率を有することが重要である。これによっても、動作中に必要に応じて溶融金属に直接に熱を伝える能力を備える各セグメントの壁、例えば壁１３２、１６２は、モールドキャビティ１１２内の隣接する溶融金属と最大限に直接に接触することができる。すなわち、マット１１５の厚さを可能な限り小さく維持することにより、溶融金属に晒されて溶融金属と接触するセグメント間の表面領域が最小となるが、この表面は、その低い熱伝導率に起因して、熱伝達能力を全く与えない。一般に、マット１１５の厚さは約０．００５”（０．１３ｍｍ）〜約０．１００”（２．５４ｍｍ）の範囲内にあり、この場合、厚さは前記範囲の下端へ向かう方が好ましい。無論、使用されるバッテリ形態に応じて、異なる厚さのマット１１５も想定し得る。
【００４４】
なお、底面１４３および端壁１４２、１４４の大部分はモールドキャビティセグメント１４０に配置され、モールドキャビティセグメント１４０は、各モールドキャビティ１１２の容積の大部分を底面１４３よりも上側の壁１４２、１４４間に組み込む。モールドキャビティセグメント１４０は、関連するマニホールドセグメント１１０に隣接する中間セグメント１３０に直接に隣接する。
【００４５】
本発明のＣＯＳモールドアセンブリ１００は、バッテリのプラスおよびマイナスのグリッドまたはプレートのラグを接合するために、溶融金属、または、大部分が鉛である合金を利用し、そのそれぞれの対は、図４、５Ａ、５Ｂに示される既知のプロセスおよび構造と同様のセルを共に備えている。例えば、図８の概略図では、ラグ４４（図４）と同様のマイナスラグがモールドキャビティ１１２の１つの組の中に配置され、また、プラスラグ４６がモールドキャビティ１１２’（図６）の他の組へと流し込まれた溶融金属槽の中に配置される。このプロセスは、ラグ４４、４６間におよび１つ以上のバッテリポスト（図８に示されない）に対して適切な溶接部を形成するために所定量の熱エネルギを必要とする。過度な熱エネルギ入力を不要にしつつ良好な溶接を行なうのに十分な熱さに鉛を維持するためのシステムへの熱エネルギ入力の減少は、業界における定められた目標であり、温度が前述したレベルまで上昇するこのモールドアセンブリ形態によって満たされる。
【００４６】
本発明のＣＯＳモールドは本質的に３つの領域を有しており、それらの領域の一部は前述したセグメントを複数備えてもよい。例えば、中間セグメント１３０およびマニホールドセグメント１１０は一体のセグメントであってもよいが、これらは、より高い温度をモールドキャビティ１１２の側面に与えることができるように別個であることが好ましい。これらの領域のうちの２つ、すなわち、マニホールドセグメント１１０と中間セグメント１３０との組み合わせを備える領域は、単一のセグメント領域として示されていないが、そのような形態で使用できる。２つの別個のセグメントが使用される場合には、２つのセグメント１１０、１３０の温度が異なるレベルに維持されてもよい。例えば、マニホールドセグメント１１０の温度は、溶融金属を溶融した流動状態に保つのに十分なレベルに維持され、一方、中間セグメントの温度は、モールドキャビティ１１２内への射出直前に溶融金属を更に高い温度まで加熱するために更に高い温度に維持されてもよい。溶融金属がモールドキャビティ１１２に入る際の溶融金属温度が高ければ高いほど、溶融金属が堰の上縁を越えて溢れ出て溶融金属がキャビティ１１２に流れ込むときにモールドキャビティ内へ挿入されるラグ４４、４６間で良好な溶接を行なうことができる。他の領域はモールドキャビティセグメント１４０と中央セグメント１６０とを備える。モールドキャビティ１１２、１１２’の容積の大部分をその中に含むこれらの２つのセグメントは、第３のモールドキャビティセグメント１４０の温度よりも本質的に高い温度に維持される。
【００４７】
モールドキャビティ１１２がより高い温度のセグメントの一部である側壁を含むという概念は、本発明の欠くことのできない部分である。モールドキャビティ容積、および、モールドキャビティに流し込まれるその後の溶融金属は、壁１３２、１６２に晒され、そのため、キャビティ内へのおよび該キャビティ内に流し込まれる溶融金属への更なる熱エネルギ入力を与える。２つの側壁によって与えられるモールドキャビティへの熱エネルギ入力は、鋳込みステップおよび溶接ステップにおいてモールドキャビティ内の溶融金属への加熱能力を高め、それにより、大型バッチの或いは過剰な質量の金属をモールドキャビティ１１２、１１２’内に要するという要件を伴うことなく、ラグ間で良好な溶接が行なわれる。
【００４８】
また、熱エネルギの更なる入力が必要であると見なされる場合、２つの熱的に高いセグメント１３０、１６０の一部を構成するキャビティ側壁１３２、１６２は、モールドキャビティ１１２の部分だけである必要はない。図６〜８に示されるように、側壁１３２、１６２はモールドキャビティ１１２の端部に直接に接しておらず、底壁および端壁の小さい部分がそれぞれセグメント１３０、１６０の更なる部分によって侵入される。これらは、それぞれが例えば端壁１４２、１４４および底面１４３の一部を形成する幾つかのスライスまたは張り出し１４６、１６６の形態をなし、壁１３２、１６２に直接に隣接している。これらは、幾分か三角形の形状を成すが熱的に高いセグメントの一部であるスライス１４６、１６６をもたらし、それにより、必要に応じて、更なる熱エネルギをモールドキャビティ１１２に入力できる。同様に、モールドキャビティ１１２の底面１４３のスライスまたは張り出し１４７は、中間セグメントの一部でもあり、更なる熱をキャビティへ導入できる。
【００４９】
スライス或いは張り出し１４６、１６６、１４７、１６７における幅または更には必要性は、ラグ挿入ステップ中に金属の溶融状態を維持するためにキャビティ１１２で必要とされる熱エネルギの量の初期計画の考慮に依存する。図１２で最も明確に見えるのは、張り出し１４７とは反対のキャビティの側にある同様の張り出し１６７であり、この張り出し１６７は中央セグメント１６０と一体である。本発明を理解する人であれば分かるように、張り出し或いはスライスの幅は、所望の状態、ストラップのために必要とされ得る溶融金属の量、および、他の検討材料に応じて変えることができる。側壁１３２、１６２と底面１４３および端壁１４２、１４４の一部とを通じて熱エネルギを与えることができる能力は、特定のキャストオンストラップを必要に応じて受け入れてパラメータを最適化するための形態をこの知識を有する者が設計できるようにする形態に対して柔軟性をもたらし、それにより、必要とされる熱エネルギ入力、および、バッテリの製造で使用される鉛の量が減少される。
【００５０】
図６〜８に最も明確に示されるように、２つのセグメント１３０、１６０は第３の真ん中のセグメント１４０の側面に位置する。例えばモールドセグメント１４０と隣接するセグメント１３０、１６０との間に断熱マット１１５を含めることによって領域を分離してモールドセグメント１４０を断熱することにより、モールドアセンブリがセグメント間の温度を制御できる。マニホールドセグメント１１０のための温度は、溶融金属が流体を維持してフローチャネル１０２により形成される谷部を通過できるように、約４２０℃から約４６０℃までの範囲内に維持されるが、より一般的には、約４５０℃に維持される。溶融金属は、溶融金属流入口１０４を通じて上方へ圧送されて、フローチャネル１０２に沿って溶融金属流出口１０９へ向けて流れる。一般に、溶融金属（大部分が鉛）は、動作中に熱の連続的な印加によって金属を溶融状態に維持するリザーバ（図示せず）からポンプまたは他の手段によって引き上げられる。同様の構成が前述した米国特許第４，１０８，４１７号に記載され、また、適切な場合には、そのプロセスの理解を得るために、この特許の教示内容を参照することにより本願に組み入れる。
【００５１】
他のセグメント１３０、１１０、１４０’等の温度も特定の温度の所定の範囲内に維持される。中間セグメント１３０は、約３００℃から約５００℃までの範囲内、より好ましくは約４３０℃から約４５０℃までの範囲内の高い温度に維持され、中央セグメント１６０の温度は、貫通穴１１９内に挿入される加熱コイル（図示せず）などの適切な加熱機構によって、約２００℃〜約４００℃、好ましくは約２５０℃に維持される。モールドキャビティセグメント１４０の温度は、水流入ポート１５０（図６）を含む冷却ジャケットにより、１１０℃〜１５０℃の範囲内の一定の温度、好ましくは約１２０℃に維持される。モールドキャビティセグメント１４０の壁１４２、１４４および底面１４３の表面温度は、より高い温度の中間セグメント１３０から溶融金属を直接に流し込むことにより溶接ステップの直前に増大される。これは、各ラグ間に良好な溶接を形成するように十分に熱く溶融金属を維持しなければならないからである。ラグ４４、４６が（図１２に示されるように）それらを上から落とすことにより溶融金属中に浸漬されると直ぐに、開口１５０を貫通して延在するウォータージャケットによって溶融金属が冷却され始め、それにより金属が凝固し、その結果、この鋳造ステップで良好な溶接が形成される。モールドキャビティ部分の温度は、溶融金属がラグ４４、４６の周囲で凝固させられる鋳造ステップ中に再び約１２０℃まで下げられる。
【００５２】
前述したように、マニホールドセグメント１１０は、本質的に、溶融金属をシュート１０６を通じて流し込んで、システムが溶融金属液位を堰１０８から溢れ出るように十分高く上昇させることにより、鉛などの溶融金属を図６〜７に示されるモールドキャビティ１１２、１１２’内へ供給する。露出された側壁１３２、１６２が幾らかの熱エネルギを金属に加える間、それにもかかわらず、溶融金属は、セグメント１３０、１６０からのこの連続的な熱エネルギ入力にもかかわらず、モールドキャビティ１１２内においてラグ４４、４６（図４）の周囲で完全に凝固する。驚くべきことに、モールドキャビティ全容積内で冷却が起きないにもかかわらず、加熱された側壁が例えば図１〜５Ｂに示される従来技術の装置において進行するほど鋳造プロセスに著しく影響を及ぼさないことが本発明者らによって見出された。すなわち、従来技術では、モールド全体、すなわち、モールドキャビティの底部および４つの壁の全ての冷却は、完全なキャストオンストラップを得ることが求められる。しかしながら、本発明のモールドキャビティ形態は、冷却作用だけが底面１４３および端壁１４２、１４４或いはその主要部分だけに適用されることによって、凝固されたストラップを与える。本発明に係るモールドアセンブリ１００の３つの表面の一部だけに沿うこの冷却作用は、十分な熱冷却を行なって、鋳造プロセス中にストラップを完全に凝固させる。更なる加熱または冷却能力が必要とされる場合には、図８に示されるように、加熱コイル（図示せず）または冷却水の挿入のための更なるポート、例えばポート１８０が設けられてもよい。システムおよびモールドアセンブリ１００に与えられる熱エネルギ入力および冷却能力は、遠隔的に制御されてもよく、所定の温度を維持することが求められる別個の表面と接触した状態に配置される熱電対などのセンサによって監視されてもよい。
【００５３】
驚くべきことに、それにもかかわらず、本発明のモールド構造では、モールドキャビティ表面のうちの３つだけ、すなわち、端壁１４２、１４４および底面１４３を冷却する冷却ジャケットにより、溶融金属がモールドキャビティ１１２内で完全に凝固する。これは、冷却ジャケットにより与えられる冷却能力がモールドキャビティ１１２内の溶融金属の全質量を冷却するのに十分だからである。ラグ４４、４６を溶融金属中へ挿入するステップ中にラグ４４、４６間の溶接が成された後、モールドキャビティセグメント１４０は冷却ジャケット温度まで戻る。これは、冷却水が冷却ジャケットを通じて連続的に圧送されて、モールドキャビティセグメントが約１２０℃まで冷却されるからである。金属がキャビティ１１２内に流し込まれた後の最初の僅かな瞬間内に溶融金属が表面１４２、１４４および底面１４３との接触点で凝固され始めると考えられ、そのため、溶融金属がモールドキャビティ１１２内に入った直後にラグが金属中に浸漬されることが重要である。このプロセスの所要のタイミングは、サイクルを更にスピードアップさせ、サイクル時間を減らす。
【００５４】
溶融金属の冷却がほぼ瞬間的に始まるため、初期凝固後の金属の熱エネルギ伝達特性は、側壁１３２、１６２に隣接する側面でヒートシンクプロセスにより金属を冷却する。加熱された表面と接触している側壁１３２、１６２と接触するキャストオンストラップのストラップ表面は、それらが固体の形態を成すにもかかわらず、ストラップ表面を僅かに可鍛性が高い状態のままにするゆっくりとした相転移を受け、それにより、キャビティ１１２、１１２’のそれぞれからのキャストオンストラップの更に容易な除去が可能になる。
【００５５】
側壁接触によってモールドキャビティ１１２、１１２’内へ熱エネルギを与える或いは導入する他の更なる利点は、「適切な」溶接を形成するために必要とされる溶融金属の量の著しい減少である。従来技術のモールド構造は、モールドキャビティ全体を低い温度相に維持する必要があり、それにより、キャビティ内への溶融金属の流入があるときに、高い熱エネルギ容量を単に維持するための大量の溶融金属が、モールドキャビティ内の溶融金属の温度をそれぞれのラグ４４、４６間に達するのに十分な流動状態に維持するために必要とされる。モールドキャビティ内へ流し込まれる溶融金属の量の任意の減少は、適切な溶接を形成するために必要な全てのラグ位置へと溶融金属が達する前に金属の凝固の危険をもたらす。この起こり得る事態を回避するためには、導入される鉛または溶融金属の量が特定の臨界レベルを上回らなければならず、それにより、ラグ間の必要な接触を与えない可能性が回避される。
【００５６】
本発明のモールドアセンブリは、多くの理由のため、従来技術のモールドアセンブリに対して著しい改善を与える。隣接する中間セグメント１３０、１６０の熱的に高い（４５０℃）側壁と接触する側壁によって熱エネルギをモールドキャビティ１１２、１１２’へ導入することにより、完全な溶接を形成するための十分な熱エネルギが与えられる。また、従来技術は、溶接ステップ中に流体特性を保つために過剰な質量の溶融金属に依存するため、側壁１４２、１４４からの熱エネルギ入力は同じ機能を与えるが、モールドキャビティ内で必要とされる鉛または溶融金属の量は著しく少ない。セグメント１３０、１６０の加熱された側壁１３２、１６２は溶融金属を高い度合の流動状態に維持し、それにより、溶融金属は、ラグ４４、４６間で非常に容易に流れることができるとともに、適切な接触がなされない危険を回避するのに十分な深さまでラグのそれぞれに対して溶接を形成することができる。ラグ間の溶接を完了するために必要な鉛の量の減少は、各キャストオンストラップごとに使用される必要がある溶融金属が少なく、鋳込みステップ前に溶融金属を流動状態に維持するために必要とされる熱エネルギが少ないという利点をもたらす。
【００５７】
具体的には、必要とされる溶融金属の量が著しく減少され、それにより、使用される鉛または溶融金属合金、および、各サイクルごとに必要とされる熱エネルギの量をいずれも著しく節約できる。したがって、モールドキャビティ１１２、１１２’を従来技術において周知の標準的なストラップよりも著しく小さくできる。例えば、従来のストラップの幅を標準的な２２ｍｍ（約７／８”）からたった約１５ｍｍ（約５／８”）へと減らすことができるのが分かった。また、ストラップの厚さも約７ｍｍ（約１／４”）から約４ｍｍ（約０．１５０”）〜６ｍｍ（約０．２７０”）の範囲、好ましくは約４．０〜４．５ｍｍ（約０．１７７”）の範囲へと著しく減少させることができる。ストラップ厚さを減らすことにより、図１１および図１３の断面図の比較から明らかなように、モールドキャビティ１１２の深さを従来の深さから同様に減らすことができる。
【００５８】
ここで、図９および図１１を参照すると、標準的な寸法を有する従来のキャストオンストラップ１７０が示されている。ストラップ本体は、それに埋め込まれるラグ４４、４６と、隣接するストラップを互いに接続するとともにポストに接続するために使用されるタブ１７２とを含む。図１１に示されるように、溶融金属槽が前述したように最初に標準的なモールドキャビティ１２内に流し込まれ、また、例えば図５Ａに示されるようなプレート４２とラグ４４、４６と断熱材料４８とを含むプレート形態がモールドキャビティ１２内の溶融金属９８の表面９９へ向けて下降され、それにより、ラグ４４、４６の端部が表面９９よりも下側の溶融金属槽中に浸漬されるようにされた。熱い溶融金属９８と冷たいラグ４４、４６との間の温度差は、溶融金属の温度を即座に低下させる。これは、ラグもヒートシンクとして作用し、それにより、熱エネルギが溶融金属からラグ４４、４６の上側のプレートへ向けて引き出されるからである。現在のモールド構造を用いると、溶融金属の温度は、溶融状態から固体状態への移行時に急激に下がる。従来技術の装置が溶融金属９８に対して十分な流動性を与えるためには、金属がラグ４４、４６間で流れてそれによりキャストオンストラップ１７０でラグの良好な溶接および接触がもたらされるべく金属が十分に熱く維持されるように、接続のために最終的に必要とされるよりも多くの質量の溶融金属９８をモールドキャビティ１２内に流し込まなければならない。標準的な寸法は、前述したように、約２２ｍｍの幅、および、約７ｍｍの厚さである。
【００５９】
本発明のモールドキャビティ形態は、図１０、１２、１３に示されるように、キャストオンストラップに対して異なる形状をもたらす。寸法を幅が約１５ｍｍ（約５／８”）となるように減少させることができ、また、ストラップ厚の厚さを約４．５ｍｍ（約０．１７７”）まで減らすことができ、更に、寸法は、プラス接続およびマイナス接続のために両側でラグ間の適切な一貫した機械的および電気的な接続を与える。本発明では、接続を行なうために従来のモールドにより使用される大量の溶融金属が必要ない。これは、溶融金属をラグ４４、４６間に浸透させる温度を維持するために多くの溶融金属が必要とされないからである。この結果は、モールドキャビティセグメント１４０の温度よりも著しく高い温度の側壁１３２、１６２との直接的な接触により本発明のモールドキャビティ１１２内の溶融金属へ熱エネルギを導入できる能力の直接的な帰結である。補償ファクタは、熱エネルギをもはや溶融金属の質量中に内的に含ませる必要がないということである。十分な量の熱エネルギを与えるための過剰な鉛の必要性はもはやない。これは、側壁１３２、１６２と直接に接触する溶融金属を通じて熱エネルギが入力されるからである。正確な制御された温度管理を行なうことができるこの能力により、キャビティの幅を調整できるとともに、ストラップの最終的な厚さを減少させることができる。
【００６０】
モールドキャビティからのストラップの除去を更に容易にするために、モールドキャビティ１１２、１１２’の側壁１３２、１６２のそれぞれおよび端壁１４２、１４４は、垂直線に対して傾けられ、底面１４３からモールドアセンブリ表面１１１へ向かう方向で発散している。これは、図９および図１１に示されるように、ストラップが凝固した後のストラップの従来の形態と同様である。しかしながら、２つの側壁１３２、１６２における熱エネルギによって成型されたストラップに与えられる有利な表面品質により、よりコンパクトな形状をストラップに与えるために傾斜度合が減少されてもよい。例えば、傾斜は、モールドキャビティからストラップを迅速に且つ効率的に除去できる能力に影響を及ぼすことなく、垂線から１５°からたった１０°へと減少されてもよく、或いは更には、垂線から７°の小ささまで減少されてもよい。容積に関しては、各ストラップで使用される溶融金属の減少によって実現される節約量を容積で１／２にすることができる。
【００６１】
ストラップの効率的な除去に更に役立つように、その開口１３６が示されるコネクタポストを有する２つの両端のモールドキャビティ１１８（図７）は、ポストが開口１３６内で鋳造された後にポストを押し出すために１つ、好ましくは２つのオフセットしたエジェクタピンを利用してもよい。エジェクタピンは、キャストオンストラップをモールドアセンブリから除去する既知の方法であるが、この形態においても、これらがモールドキャビティ１１２からのストラップ１７０の除去で利用されてもよい。より高い温度にある加熱された側壁１３２、１６２の本発明の特徴は、ストラップが更に容易に引き出されるように可鍛性が更に高い摺動面をストラップに与えるとともに、大きな労力を伴うことなくエジェクタピンがそれらの機能を果たすように可鍛性が更に高い摺動面をエジェクタピンに与える。
【００６２】
本発明のモールドアセンブリ１００の他の利点および目立った特徴は、より高い温度にある壁１３２、１６２の使用により、堰も高い温度にあるという点において、完成した凝固ストラップをよりきれいに除去できることである。図１２に示されるように、モールドキャビティは３つの別個の部品を成し、各部品は、モールドキャビティ１１２のための表面を与える３つのセグメントによって画定される。溶融金属が別の実施形態の堰２０８を越えて溢れ出るにつれて、また、溶融金属を冷却して溶融金属を凝固させた後、中間セグメント１３０の熱エネルギが熱源を堰２０８に与え、それにより、溶融金属は堰２０８の上縁２０９から直ちに遠ざかって、フローシュート２０６へと流れ戻ることができる。これにより、フローシュート２０６で凝固する任意の溶融金属が断ち切られ、これは堰２０８の形状によって更に容易にされる。
【００６３】
図示のように、堰２０８は、ラグが下降されてモールドキャビティ内の溶融金属中に浸漬されるときに溶融金属流が堰２０８から離れて流れるようにする、より鋭利な縁部２０９を含む。ラグの体積が溶融金属を押し退けるにつれて、溶融金属はフローシュート２０６へと流れ戻る。その後、溶融金属がポンプ機構（図示せず）によってフローシュート２０６から引き出され、溢れ出た流れは、モールドキャビティ内の溶融金属の凝固時に流体のままであるが、高温中間セグメント１３０の一部であるキャビティの部分では溶融状態のままであり、したがって、張り出した残留物（例えば、従来技術の装置の図１１に示される残留物９７）が結果として生じない。これは、より均一なストラップ１７０をもたらし（図１３）、過剰な溶融金属の無駄を更に回避する。
【００６４】
また、ラグ４４、４６の典型的な或いは標準的な幅が１２．８ｍｍであることにも留意すべきである。従来技術および本発明はいずれも標準的なサイズのラグを受け入れるが、従来技術は、従来技術のストラップ７０の幅寸法に関して２２ｍの幅を与える（図１１）。これは、単に、必要な接続を行なうために溶融金属がラグ間の空間に流入するようにすべく溶融金属に十分な熱エネルギがなければならないからである。しかしながら、図１２に示されるように、同じサイズのラグ４４、４６をたった１５ｍｍの幅を有するモールドキャビティ内に受け入れることができる。これは、ラグ間の狭い空間に入り込むのに十分な流体状に溶融金属を維持するために必要とされる熱エネルギが壁１３２、１６２または張り出し１４７、１６７からの熱エネルギ入力によって与えられるからである。
【００６５】
図１４の詳細図を参照すると、堰３０８の更なる他の実施形態が示されている。真っ直ぐな垂直壁３１１である後壁３１１によって更に画定される堰３０８の上端の著しく鋭利な縁部３０９が、モールドキャビティ１１２の外側で凝固され得る溶融金属の量を更にまた減少させることができることが更に見出された。図１４の実施形態の詳細図において、モールドキャビティ領域３４０は断熱マット３１５によって中間セグメント３３０から分離され、図１２の実施形態と図１４の実施形態との間の唯一の大きな違いは後壁３１１の形状である。図１４の実施形態は、堰の他の実施形態、すなわち、堰の実施形態１０８、２０８よりも好ましい場合があると考えられる。これは、より薄い壁が、熱エネルギを中間セグメント３３０から上縁部３０９へと容易に伝えることができるとともに、更なる熱エネルギをフローシュート３０６内の溶融金属から与えることができるからである。
【００６６】
これに対し、従来のモールドアセンブリでは、凝固プロセスの過程で堰も冷却されるため、溶融金属がモールドキャビティ１２から引き出されるにつれて張り出した残留物９７（図１１）が後に残る。しばしば従来のキャストオンストラップの一部である張り出し物９７は、それが著しく過剰な溶融金属を利用しているため望ましくない。
【００６７】
堰２０８は、図１１に示されるように張り出し部の一部として残る場合がある任意のスラグまたは過剰な溶融金属を容易に断ち切るために特殊な形状を有して示されている。しかしながら、モールドキャビティに面する側壁を有する温度制御されるセグメントから得られる利益は、堰および側壁が第１の或いは中間のセグメント１３０の一部である限り、堰１０８（図６〜８）などの従来の形状の堰にも適用できる。側壁１３２および堰１０８に固有の熱は、通常の状態下では、キャストオンストラップの凝固後であっても溶融金属を流動状態に維持し、また、溶融金属は、堰１０８の縁部に張り出し部を残すことなく、フローチャネル１０２へ向けて流れ戻る。
【００６８】
ここで、図６および図７を参照すると、図８の概略図は、図６の斜視図および図７の平面図のより大きな図へと至らされる。具体的には、図６、７には、２つだけのモールドキャビティ１１２と更に２つのキャビティ１１２’の一部とを示す詳細図が本発明に係るモールドアセンブリ１００の他の要素と共に示されている。２つの側、すなわち、モールドアセンブリ１００のモールドキャビティ１１２を伴うマイナス側とモールドキャビティ１１２’を伴うプラス側とが、中央セグメント１６０が２つの側を分離する状態の鏡像をほぼ成すように示されている。識別を容易にするために、図示のように、マイナス側要素が識別数字を用いて示され、また、プラス側要素が同一の数字であるがプライム符号を伴う数字によって示される。
【００６９】
図６に示される２つのキャビティモールドセグメント１４０、１４０’は一体構造を有し、この場合、中央セグメント１６０は、両方に共通であって、貫通穴１１９内に挿入されるニクロム線コイルなどのその別個の加熱要素を有する細長いストリップを備える。この構造により、２つのモールドキャビティ領域１４０、１４０’は、単一のウォータージャケットを有することができるとともに、開口１５０を通じた貫通穴により動作できる制御器を有することができ、それにより、冷却ジャケットによるモールドキャビティセグメント１４０、１４０’の温度のより正確な監視および制御が可能になる。それぞれのセグメント１１０、１３０、１６０は、各セグメントの別個の温度制御を与える加熱要素（図示せず）を挿入するための１つ以上の開口１１９を含む。
【００７０】
図６、７のモールドアセンブリ１００の形態は、互いにグループ化されるラグ４４、４６を各モールドキャビティ１１２、１１２’に挿入できるようにするとともに、ポストキャビティ１１８、１１８’を含むことによって効率的な動作を可能にする。溶融金属が堰１０８を越えて溢れ出るように溶融金属の液位が上昇されるにつれて、全てのキャビティ１１２、１１２’で一度に全てのクランプ５０（図４、５Ａ）を同時に接続する統合クランプアセンブリ（図示せず）によってプレート１４２が下降される。液位がポンプ機構（図示せず）によって上昇されるときには溶融金属が既にモールドキャビティ１１２、１１２’内に流れ込んでしまっている。溶融金属がキャビティ１１２、１１２’に流れ込むと直ぐにラグ４４、４６が溶融金属９８中に浸漬される（図１２）ため、余分な溶融金属は、元のフローシュート２０６へ向けて堰２０８を越えて溢れ出て、余剰分をシュート２０６内の残りの溶融金属２０５へと戻し、そこから、ポンプ機構（図示せず）による出口ポート１０９を通じた溶融金属液位の低下によって余分な溶融金属が引き出される。
【００７１】
前述したように、溶融金属は、それがモールドキャビティセグメント１４０の冷却面１４２、１４３、１４４に達すると直ぐに凝固プロセスを開始し、そのため、タイミングが重大である。これは、これらの溶融金属が固体になる前にシステムがラグを溶融金属内に挿入しなければならないからである。側壁１３２、１６２からの連続的な熱エネルギ入力により、ラグ間で良好な溶接を依然として形成するためにこれが行なわれる時間が十分にある。このとき、システムは、モールドキャビティのサイズおよび他のファクタ、例えばラグサイズ等に応じて、一定の時間にわたって静的なままである。一般に、溶融金属を凝固させるために必要な時間は、約１０秒〜約４０秒であり、好ましくは約１０〜１５秒である。このサイクル時間により、キャビティ１１２、１１２’内の残りの溶融金属は凝固してストラップ１７０を形成することができ、その後、ストラップは、更なる処理のためにクランプ機構（図示せず）によりモールドアセンブリ１００から一体で除去される。クランプ機構がストラップ１７０により統合されたバッテリアセンブリを除去すると、モールドアセンブリ１００は、処理のためにモールドアセンブリ１００に配置されるべきラグ１４４、１４６を有する新たな組のプレート１４２をクランプすることを含む次のバッテリアセンブリ製造ができる状態になっている。プロセスは続くが、凝固されなければならない過剰な量の溶融金属が排除されるため、サイクル時間が著しく減少される。
【００７２】
サイクル時間がプロセスの別個のステップにより設定されるように、プロセスが連続的に作用して、ステップが続けざまに互いに追従する。本発明のプロセスは、モールドキャビティ内のストラップごとの溶融金属が著しく少なく、そのため、溶融金属が凝固するための長い遅延時間の必要性が著しく減少される。鉛を含む溶融金属の量の減少も、材料コストを最小限に抑えるべく減少される。また、溶融金属のごく一部だけが冷却ジャケットによってその溶融状態から固体状態へと凝固されなければならないため、従来のプロセスで利用される全ての過剰な金属を融点まで加熱するのに多くの熱エネルギを無駄にする必要がない。
【００７３】
他の別の実施形態も可能である。例えば、単一の大きなバッテリのために６個のプラスおよび６個のマイナスのモールドキャビティ１１２、１１２’を有する単一のバッテリの製造に関して本発明を示してきたが、幾つかのそのようなバッテリを含むモールド構造が設けられ、それにより、溶融金属鋳込みおよび同時のラグ浸漬を含むプロセスが別個のバッテリモールドの全てにおいて生じるようになっていてもよい。そのうちの１つのモールド１００が実質的に図７に示されている。互いに隣接する図７に示されるような２つのモールドを有する２バッテリ構造を、堰上縁部２０９の高さが同じになるように較正することができ、それにより、１つのモールド内の溶融金属液位の上昇も隣接するモールドにおいて同じになる。そのような構造は１２個のプラスモールドキャビティ１１２’および１２個のマイナスモールドキャビティ１１２を有してもよく、これらのキャビティはそれらの中へ下降されるべきラグを必要とする。他の実施形態は、前述した特許の幾つかに示されるようなカルーセル構造であってもよく、また、これらの実施形態のうちのいずれかが先に詳しく説明したような本明細書中の本発明の概念を利用してもよい。
【００７４】
ここでは図６〜８、１０、１２〜１４の実施形態を参照して本発明を図示して説明してきたが、言うまでもなく、本発明の思想から著しく逸脱することなく、説明された本発明の特徴および動作を改変し或いは変更することができる。例えば、様々な要素の寸法、サイズ、および、形状は、特定のバッテリ構造および用途に適合するように変更されてもよい。したがって、本明細書中で図示して説明される特定の実施形態は単なる例示目的で与えられ、本発明は、以下の特許請求の範囲による場合を除き限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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