(57)【要約】【課題】本発明は、ブックモールド鋳造において、鉛合金溶湯温度と鋳型温度とを最適組合せとすることによって、薄型で軽量な基板格子を高品質で経済的に有利に製造できる製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明、格子厚０．５〜１．２ｍｍの電池用格子基板をブックモールド鋳造により製造する電池用格子基板の製造方法において、鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を開放する際にエアースプレーでブックモールド鋳型を冷却することを特徴とする電池用格子基板の製造方法である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブックモールド鋳造による電池用格子基板の製造方法において、鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を冷却し開放することを特徴とする電池用格子基板の製造方法。
【請求項２】
格子厚０．５〜１．２ｍｍの電池用格子基板をブックモールド鋳造により製造する電池用格子基板の製造方法において、鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を冷却し開放することを特徴とする電池用格子基板の製造方法。
【請求項３】
前記溶融鉛合金を鋳込んだ後のブックモールド鋳型を開放する際にエアースプレーで冷却することを特徴とする請求項１または２に記載の電池用極板格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は薄型・軽量の電池用格子基板の製造方法に関し、特に自動車用電池、各種バックアップ用電池等の鉛蓄電池に使用される格子基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のエネルギー事情あるいは資源事情などから、鉛蓄電池の小型軽量化あるいは長寿命化が強く要求されている。小型軽量化を図る為には使用する材料の利用率向上が有効であり、そのためには、格子基板の有効利用と活物質の利用率向上が最も重要となる。
格子基板は、電池の充放電反応に直接作用しないにも拘らず極板全体の３０〜５０重量％を占めている。この格子基板には経時的に腐食が進行する問題があり、腐食が進むとともに次第に構造体および活物質保持体としての役割を果たさなくなる。
【０００３】
そのため、最近、時効硬化処理の最適化による格子基板の機械的強度向上、および新合金の開発による耐食性向上（Ａｇ添加；特開平６−２９０２１号公報、米国特許５，２９８，３５０号公報、米国特許５，４３４，０２５号公報、Ｂａ添加；ＷＯ９７／０５７３２号公報、ＷＯ９９／０５７３２号公報）が図られ、格子基板の小型軽量化の動きが出てきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の格子基板はブックモールド鋳造で製造され、１．３〜１．８ｍｍの板厚が使用されていた。基板格子を製造するブックモールド鋳造では４００〜５５０℃で溶解した鉛合金を１２０〜２００℃に加熱した鋳型（基板格子板厚１．３〜１．８ｍｍ）に注湯し、凝固後取出し大気冷却するため、厚さが１．２ｍｍ以下の薄型基板を得ることができず、電池軽量化の一つの壁となっていた。
【０００５】
この壁を克服すべく本発明者はブックモールド鋳造による格子基板製造の薄型軽量化につき鋭意研究した結果、その問題点は鋳造時の湯流れ性と離型剤の２点にあること、即ち、従来のブックモールド鋳造では、特に、溶湯温度が４００〜５５０℃、鋳型温度が１２０〜２００℃で鋳造が行われていたために鉛合金溶湯の粘性が高く、湯流れが余りよくない状況で行われていたことを突き止めた。
そこで、本発明はかかる従来の問題点に鑑み、ブックモールド鋳造において、鉛合金溶湯温度と鋳型温度とを最適組合せとすることによって、薄型軽量基板格子を高品質で経済的に有利に製造できる製造方法を開発し、提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、ブックモールド鋳造による電池用格子基板の製造方法において、鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を冷却し開放することを特徴とする電池用格子基板の製造方法である。
【０００７】
本願発明の請求項２の発明は、格子厚０．５〜１．２ｍｍの電池用格子基板をブックモールド鋳造により製造する電池用格子基板の製造方法において、鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を冷却し開放することを特徴とする電池用格子基板の製造方法である。
【０００８】
上記請求項１または２に記載の電池用極板格子の製造方法において、溶融鉛合金を鋳込んだ後のブックモールド鋳型を開放する際の冷却を、エアースプレーで冷却することが好ましい。
【０００９】
本発明は、鉛合金溶湯温度と鋳型温度とを最適組合せとすることによって湯流れ性を向上させたため厚さが、０．５〜１．２ｍｍの薄型軽量基板を品質の良好な鋳造条件で製造可能としたものである。
【００１０】
本発明において、鉛合金の溶融温度を該合金融点の１．７〜２倍に加熱する理由は、融点の２倍超になると凝固速度が遅くなるために鋳型隙間からの溶湯沁み出しおよび格子部でのバリが多くなるためであり、鉛合金の融点の２倍が良好な格子形状発現の溶湯温度上限となる。
一方、鉛合金の溶融温度が該合金融点の１．７倍未満では湯流れが悪く、基板の底部格子において溶湯が回りきらないために目切れが発生することになり、鉛合金の融点の１．７倍が良好な格子形状発現の溶湯温度下限となる。
【００１１】
本発明において、鋳型温度を鉛合金溶融温度の０．７〜０．９倍の温度に加熱する理由は、鉛合金融点の０．９倍超になると溶湯の凝固速度が遅くなるために鋳型隙間からの溶湯沁み出しおよび格子部でのバリが多くなるなどの問題を生じ、鋳型温度の上限は鉛合金融点の０．９倍が上限となる。
一方、鋳型温度が鉛合金融点の０．７倍未満では湯流れが悪く、溶湯が回りきらないことによる目切れが発生するため、鉛合金融点の０．７倍が鋳型温度の下限となる。
【００１２】
ブックモールド鋳造最終工程において、鋳造格子基板における鉛合金の結晶粒界や亜粒界の凝固が完了する前に鋳造基板格子を鋳型から取り出すと、ハンドリング等による変形が加わり熱間割れを発生する問題がある。そこで、ブックモールド鋳造鋳型を開放する際にエアースプレーで冷却することより熱間割れを有効に防止することができる。
【００１３】
本発明に適用できる鉛合金としては、Ｐｂ−Ｃａ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金およびこれら合金にＡｇ、Ｂａの内１種類以上を添加したＰｂ−Ｓｎ系合金が適しているが、これら鉛合金に限定されるものではない。
【００１４】
実施例１
Ｐｂ−０．０７ｗｔ％Ｃａ−１．３ｗｔ％Ｓｎ−０．０２ｗｔ％Ａｌ合金（該合金の融点は３２５℃）について、中格子厚０．６ｍｍ、外格子厚１．０ｍｍの基板格子を掘り込んだ割型ブックモールド鋳型を用い、注湯温度を５８０℃（鉛合金融点の１．８倍）とし、鋳型温度を種々変化させて鋳造を行った。なお、鋳型を開くときの冷却は大気冷却とした。その結果を図１に示す。なお、図において縦軸は外観評価点で符号１は鋳造した格子基板の縦格子や横格子の形成が不完全で目切れが極めて多い製品、２は目切れが「中」程度の製品、３は一部に僅かに目切れが見られる製品、４は外観良好な製品、５は鋳バリが僅かに見られる製品、６は鋳バリが大きい製品を示し、横軸は鋳型の温度である。
【００１５】
図１から明らかなように、鋳型温度が２３０℃（鉛合金融点の０．７倍）以上で良好な鋳造品が得られることが判明した。しかし、３００℃（鉛合金融点の０．９２倍）以上では鋳型の隙間から溶湯が沁み出しバリ発生となり、２３０℃（鉛合金融点の０．７倍）以下では湯流れが悪く基板の底部に目切れが発生していた。従って、鋳型温度２３０〜２９０℃（鉛合金融点の０．７〜０．９倍）が良好な条件である。
次に、鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につきＸ線透過試験で鋳造良好品の品質チェックを行った結果、全てに問題がないことが実証された。
続いて、鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につき熱間割れチェックを行った結果、格子の折曲げ試験において、一部製品の外格子の一部に僅かに割れが認められが、これは大気冷却の為、格子基板の冷却度合いに差が出た為である。
【００１６】
実施例２
実施例１と同じ条件でブックモールド鋳造を行い、割型のブックモールド鋳型を開放する際にエアースプレーで冷却して格子基板を作製した。
次に、鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につきＸ線透過試験で鋳造良好品の品質チェックを行った結果、全てに問題がないことが実証された。
続いて、鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につき熱間割れチェックを行った結果、全てに問題のないことが確認できた。
エアースプレーにより冷却したので、比較的短時間で格子基板を取り出し得ると共に、取出した格子基板の品質（熱間割れ）も安定していた。
【００１７】
実施例３
次に、Ｐｂ−３．５Ｗｔ％Ｓｂ−０．０３Ａｓ合金（該合金の融点は３１５℃）について、上記ブックモールド鋳型を用いて鋳造を行った。注湯温度を５６０℃（鉛合金融点の１．７８倍）とし、鋳型温度を変化させて鋳造を行い、鋳型を開く際にエアースプレーで冷却して基板格子を作製した。その結果を図２に示す。縦軸は外観評価点で、符号の意味するところは図１と同様であり、横軸は鋳型温度である。図からも明らかな通り、鋳型温度は約２２０℃〜２８０℃（鉛合金融点の０．７〜０．９倍）が良好な条件であった。
【００１８】
実施例４
最近開発されたＰｂ−０．０４ｗｔ％Ｃａ−１．１ｗｔ％Ｓｎ−０．００８ｗｔ％Ｂａ合金（該合金の融点は３２６℃）について、同じ割型ブックモールド鋳型を用いて鋳造を行った。注湯温度を６２０℃（鉛合金融点の１．９倍）とし、鋳型温度を変化させて鋳造を行い、割型のブックモールド鋳型を開放する際にエアースプレーで冷却して格子基板を作製した。その結果は図１に示した実施例１の結果とほぼ同様であり、鋳型温度は約２３０℃〜２９０℃（鉛合金融点の０．７〜０．９倍）が良好な条件であった。
鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につきＸ線透過試験と格子の折り曲げ試験を行った結果、問題のないことが確認できた。
【００１９】
実施例５
同様にＰｂ−０．０４ｗｔ％Ｃａ−０．６ｗｔ％Ｓｎ−０．００８ｗｔＢａ−０．０３ｗｔ％Ａｇ合金（該合金の融点は３２５℃）について、上記割型ブックモールド鋳型を用いて鋳造を行った。注湯温度５８０℃（鉛合金融点の１．７８倍）とし、鋳型温度を変化させて鋳造を行い、割型のブックモールド鋳型を開放する際にエアースプレーで冷却して格子基板を作製した。その結果は図１と同様であり、鋳型温度２３０〜２９０℃が良好な条件であった。
鋳型温度２３０〜２９０℃の温度範囲で製造した格子基板につきＸ線透過試験と折り曲げ試験の結果、品質的に問題のないことが確認できた。
【００２０】
実施例６
実施例１の鉛合金（該合金の融点は３２５℃）について、中格子厚０．４ｍｍ〜１．５、外格子厚１．０ｍｍ〜１．８ｍｍの基板格子を掘り込んだ種々の割型ブックモールド鋳型を用い、実施例２と同製法で格子基板を製造し、製造した各格子基板につきＸ線透過試験と折り曲げ試験の結果、中格子厚０．４ｍｍの製品には一部湯流れの影響で品質的に問題が発生したが、０．５ｍｍ以上の製品については全く問題のない良好な格子基板であることが確認できた。
【００２１】
実施例７
実施例４の鉛合金（該合金の融点は３２６℃）について、鋳型温度を２６０℃に保持し、溶湯温度を種種変えて鋳造し溶湯温度の影響を調べた。その結果を図３に示す。縦軸は外観評価点、横軸は溶湯温度である。外観評価点の符号の意味するところは、図１のそれと同様である。
図からも明らかな如く約５５０〜６５０℃（合金の融点の１．７倍〜２倍）の範囲で良好に鋳造し得た。
【００２２】
比較例１
中格子厚０．６ｍｍ、外格子厚１．０ｍｍの基板格子を掘り込んだ割型ブックモールド鋳型を用い、上記実施例１〜５の合金で注湯温度を４５０℃（鉛合金融点の約１．４倍）とし、鋳型温度１５０℃で鋳造を行った。その結果、格子基板には湯流れの悪さにより溶湯が回りきらず目切れが発生し、製品としての品質が維持できないものであった。
【００２３】
参考例１
なお、参考のため、中格子０．９ｍｍ、外格子１．４ｍｍの基板格子を掘り込んだ割型ブックモールド鋳型を用いて、実施例１〜５の鉛合金を注湯温度４５０℃、鋳型温度１５０℃で鋳造を行い、実施例１〜５の製品との重量比較を行ったところ、実施例製品は参考例製品の０．６９倍と３１％の重量減となることが確認された。
【００２４】
本発明により製造した格子基板並びに参考例１の格子基板を使用して鉛蓄電池を組み立て、７５°Ｃの環境下でＪＩＳ　Ｄ　５３０１に規定された軽負荷寿命に順じた試験を行い、両者を比較した結果、格子基板が３１％重量減となったにもかかわらず寿命は実施例１と３に記載のものを使用した場合は参考例１に記載のものを使用した場合に比し０．９倍で１０％の減少に留まり、実施例４と５に記載のものを使用した場合は１．５倍以上と寿命は延び、寿命をそれ程減少させず或いは向上させ、材料削減ができたことを確認した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ブックモールド鋳造の鋳型を鉛合金融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱し、該鋳型に鉛合金融点の１．７〜２倍の温度に溶融加熱した鉛合金を鋳込んだ後、ブックモールド鋳型を冷却し開放することを特徴とする電池用格子基板の製造方法であり、格子厚０．５〜１．２ｍｍと従来の格子基板に比較して薄く（小型化された）、軽量な格子基板が提供でき、その製造は鋳型の彫り込みを替えるだけで従来のブックモールド鋳造装置がそのまま活用でき、設備改造等の費用が軽減でき、材料費（鉛合金の使用量）が少なくて済むだけ経済的に有利なものであり、且つ熱間割れ等の問題もなく、品質的に優れた薄型軽量基板格子を提供しうる工業的に優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉛合金を用い、溶湯温度を一定として鋳型温度を変えた場合の鋳造された格子基板の外観評価結果を示すグラフである。
【図２】融点の異なる他の鉛合金を用い、溶湯温度を一定として鋳型温度を変えた場合の鋳造された格子基板の外観評価結果を示すグラフである。
【図３】鉛合金を用い、鋳型温度を一定として溶湯温度を変えた場合の鋳造された格子基板の外観評価結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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