(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な複数条のスリットを断続的に、錫を０．６〜２．０重量％含有する鉛合金シートの長手方向に沿って千鳥状となるよう形成するとともに、互いに平行に隣接しあうスリットにより形成される線条部を鉛合金シート面から表裏両方向に交互に凸状に突出するよう塑性変形させた後、この鉛合金シートを幅方向へ展開伸張することにより形成した網目部を格子体として用いる鉛蓄電池の製造方法において、前記の断続的に形成されるスリットはその円周上から間隔を設けて突出する凸状加工面を備えた円盤状カッターを間隔を設けて積層したロールからなるロール対に前記鉛合金シートを通過させることにより形成され、前記凸状加工面の間には前記のスリットの断続部に対応するよう平坦部を設けその平坦部に対応する両方の側壁に交互に円周径の外側方向に薄くなるよう傾斜した薄肉部を設けるとともに、薄肉部の側壁と前記凸状加工刃面とが連続した曲面である円盤状カッターを用いることを特徴とする鉛蓄電池の製造方法。
【請求項２】
前記鉛合金シートの引張強度が３．９×１０7〜６．９×１０7Ｎ／ｍｍ2である圧延シートを用いることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項３】
前記鉛合金シートの伸び率が５〜１３％以下であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項４】
円周上から間隔を設けて突出する凸状加工面を備えられた円盤状カッターが、間隔を設けて積層されたロールが複数かみ合わせられたロール対であって、前記凸状加工面の間には平坦部が設けられ、この平坦部に対応して交互に円周径の外側方向に薄くなるよう傾斜した薄肉部を隣接する円盤状カッターの側壁に設けるとともに、前記薄肉部の側壁と前記凸状加工面とが連続した曲面でつなげられている円盤状カッターを用いたロール対を備えた、錫を０．６〜２．０重量％含有する鉛合金シート加工に用いる鉛蓄電池用格子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉛蓄電池の生産性向上を目的として特に格子体の製造方法を鋳造方式による生産に加えて、鉛合金の圧延体等のシート材に連続的にスリットを形成しエキスパンド加工を施すエキスパンド工法が広く用いられるようになってきている。
【０００３】
このエキスパンド工法には、そのスリット形成方法によってレシプロ方式と、特公昭６０−２９５７３号公報や特公平８−２５６２８５号公報に記載されている様なロータリー方式に大別される。レシプロ方式は、往復運動をするダイス刃によって鉛シートにスリットを形成するものである。このようなレシプロ方式は、その生産速度を向上させようとするとダイス刃の往復運動の周期を短くする必要があり、一般にダイス刃は重量が大であることからダイス刃自体の慣性によって生産速度を向上させることは困難であった。さらに格子目を細かく設計した場合、ダイス刃の一度の往復運動によって形成されるスリット長が短くなるために、生産速度が極端に落ちる欠点があった。
【０００４】
このような欠点を解決するために、ロータリー方式によるエキスパンド加工が用いられつつある。ロータリー方式は、円盤状カッターの回転運動によってスリット形成するために円盤状カッターの慣性をレシプロ方式に比較してあまり考慮する必要がなく、円盤状カッターの回転速度の増加が容易であることから、生産速度の向上に関して有利である。
【０００５】
一般的なロータリー方式のエキスパンド格子の製造工程は、以下に記載するような２つの工程に区分することができる。
【０００６】
その第１工程としては、鉛合金シートの長手方向に沿って複数条の平行なスリットを千鳥状に形成し、この平坦部は鉛合金シート幅方向に連続するよう形成されるとともに、鉛シート幅方向に隣合うスリットにより形成される線条部を、鉛シート厚み方向に上下かつ交互に突出するよう塑性変形させる工程である。
【０００７】
この第１工程を図示すると、図１に示すような、円周部に凸状加工刃１を所定ピッチで配置した円盤状カッター２（２’）を、所定の間隔で複数枚重ね合わせたロール３・３’の対に鉛合金シート４を通過させ、鉛合金シート４に凸状加工刃１が押し付けられることにより、図２に示すような格子骨となる線条部５が鉛合金シート４の面に対して上下方向に互いに逆向きの湾曲状に塑性変形される。なお、図１のロール対３・３’は円盤状カッター２が円盤状カッター２’間に位置するよう位置決めされる。また、円盤状カッター２・２’に形成された凸状加工刃１・１’は互いに対向するよう設けられる。このような構成により、鉛合金シート４は回転するロール対３・３’間を通過する間に円盤状カッター２・２’によりせん断を受け、スリットが千鳥状に形成されるとともに図４に示したように凸状加工刃１に沿って塑性加工を受け、鉛合金シート面に対して上下方向に交互に線条部が突出するよう形成される。そして、図５に示したように円盤状カッター２に設けられた凸状加工刃１の間には平坦部９が形成されるとともに、この平坦部９に対応した薄肉部１０を円盤状カッター２の厚み方向に交互に設けた。この薄肉部１０は対向する円盤状カッター２’にも同様に設けて、両者の薄肉部１０が交互に対向するよう構成する。この薄肉部１０が対向した部分は、鉛合金シート４の逃げ部となって図２に示す結節部６ａが形成され、薄肉部が対向しない部分では鉛合金シート４はせん断により切断され（図２の位置７）スリットが千鳥状に形成される。このような従来の構成においては、薄肉部１０の側壁部１２と凸状加工刃１の刃面（凸状加工面１２）の間にコーナー部１１が形成されていた。
【０００８】
第２の工程は、線条部５が形成された鉛合金シート４を幅方向に展開伸張して図３に示したような格子体を形成する工程である。通常、これ以降の段階で格子体に活物質ペーストが充填された後、所望の寸法に切断して極板が形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなロータリー方式のエキスパンド格子の製造工程では、前記した第１工程において鉛シート面の上下方向に線条部５を交互に塑性変形させるために、第２工程での展開伸張時に結節部６ａがねじれるように塑性変形を受け、結節部６ａに微少なクラックが発生することがある。このようなクラックが入った格子体を鉛蓄電池の正極格子体として用いた場合、クラックを起点として結節部での腐食が進行することにより鉛蓄電池の容量低下、寿命低下が発生する。
【００１０】
また、このようなクラックは鉛合金シートの物性によってその発生頻度が異なる。特に近年、鉛蓄電池の寿命向上を目的として、正極格子体に用いる鉛合金中のスズ量を増加させることが行われている。鉛合金中のスズ量の増加は鉛合金自体の耐食性・強度を向上させるものの、伸び率を低下させるためにエキスパンド加工時に塑性変形だけでなく、クラックの発生という形で破断が進行することがあり、スズの増量による寿命向上効果が意図に反して損なわれることがあった。
【００１１】
本発明は前記したようなロータリーエキスパンド格子体を正極格子として用いた鉛蓄電池において、ロータリーエキスパンド格子の網目の結節部でのクラックの発生を抑制することにより、これによる鉛蓄電池の寿命低下を抑制することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、互いに平行な複数条のスリットを断続的に、錫を０．６〜２．０重量％含有する鉛合金シートの長手方向に沿って千鳥状となるよう形成するとともに、互いに平行に隣接しあうスリットにより形成される線条部を、鉛合金シート面から表裏両方向に交互に凸状に突出するよう塑性変形させた後、この鉛合金シートを幅方向へ展開伸張することにより形成した網目部を格子体として用いる鉛蓄電池の製造方法において、前記の断続的に形成されるスリットはその円周上から間隔を設けて突出する凸状加工面を備えた円盤状カッターを間隔を設けて積層したロールからなるロール対に前記鉛合金シートを通過させることにより形成され、前記凸状加工面の間には前記のスリットの断続部に対応するよう平坦部を設けその平坦部に対応する両方の側壁に交互に円周径の外側方向に薄くなるよう傾斜した薄肉部を設けるとともに、薄肉部の側壁と前記凸状加工刃面とが連続した曲面である円盤状カッターを用いることを特徴とする鉛蓄電池の製造方法を開示するものである。
【００１３】
特に、鉛合金シートの引張強度が３．９×１０7〜６．９×１０7Ｎ／ｍｍ2であり、伸び率が５〜１３％以上である圧延シートを用いる場合に有効である。本発明によれば、鉛蓄電池の寿命特性向上効果を顕著に得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の発明者らは、前記したロータリーエキスパンド格子の結節部６ａのクラックは前記したロータリーエキスパンド工程で用いる円盤状カッターにおける凸状加工刃と、その間に設けた薄肉部の形状によって発生の有無が左右されることを見出したものである。すなわち、図６に示したように間隔を設けて配置した円盤状カッター１９の凸状加工刃１４の刃面（凸状加工面１３）と平坦部１５に対応して交互に設けた薄肉部１６の側壁部１７との間を連続した曲面（Ｒ部１８）としたものである。このような構成により、対向する薄肉部１６により形成される結節部６ｂでのクラックの発生を防止することができる。これは、図４に示した従来の構成において鉛合金シート４が薄肉部９に逃げる過程において側壁部１４とのコーナー部１１で急激な折り曲げの変位により鉛合金シートに微少なクラックが発生していたものを、本発明では図７に示したように凸状加工面１３と薄肉部１６の側壁部１７との間をＲ面等の連続した曲面とすることにより、図８に示すように、前記したような結節部６ａに発生していたクラックの発生を抑制するとともに、このようなクラックに起因する正極格子体の腐食とこれによる鉛蓄電池の寿命低下抑制が可能となる。
【００１５】
また、このようなクラックは鉛蓄電池の寿命向上を目的として鉛合金シートに添加する錫が増加すると、鉛合金シート自体の強度が増加するとともに変形時の伸び量が低下するためにより発生しやすくなる。よって、鉛合金シート中の錫量が０．６〜２．０ｗｔ％、引張強度が３．９×１０7〜６．９×１０7Ｎ／ｍｍ2、伸び率が５〜１３％であるものがより本発明の効果を顕著に得ることができる。
【００１６】
【実施例】
前記したロータリーエキスパンド工程において、図５に示した従来の円盤状カッターと図６に示した本発明の円盤状カッターを用いて鉛蓄電池用の正極エキスパンド格子８・１９を作成した。なお、本発明の円盤状カッターにおける薄肉部１６の側壁部１７と凸状加工面１３との間にＲ１のＲ部を形成した（図６参照）。鉛合金シートとしては合金Ａ（Ｐｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−０．４ｗｔ％Ｓｎ）、合金Ｂ（Ｐｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−０．６ｗｔ％Ｓｎ）、合金Ｃ（Ｐｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−２．０ｗｔ％Ｓｎ）、および合金Ｄ（Ｐｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−２．５ｗｔ％Ｓｎ）からなる鋳造板（１５ｍｍ厚み）をそれぞれ冷間圧延し厚み１．０ｍｍの鉛合金シートＡ、ＢおよびＣを作成した。これら鉛合金シートのエージング後の引張強度および伸び率は表１に示した通りであった。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１に示した鉛合金シート（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）について、それぞれ図５に示した従来の円盤状カッターおよび図６に示した本発明による円盤状カッターを用いてロータリーエキスパンド法による鉛蓄電池用の正極格子体を作成した。なお、エキスパンド加工におけるスリットは従来通り圧延方向に沿って形成した。そして、エキスパンド網目部の結節部でのクラックの発生状態を実態顕微鏡で観察した。これらの結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
表２に示した結果から、本発明による円盤状カッターを用いたエキスパンド格子体は各鉛合金の比較において結節部のクラック発生を抑制することが確認できた。クラック発生を抑制するという効果においては鉛合金中の錫濃度は０．６〜２．０ｗｔ％が適当であった。特に格子Ａ（錫濃度が０．５ｗｔ％の従来例）はクラックの発生率はもともと低いために他のものと比較してその効果は顕著ではなかった。合金Ｄ（錫濃度が２．５ｗｔ％）は、伸び率が低く結節部にてクラックを発生していた。
【００２１】
次に、表２に示した８種の格子体に鉛と鉛酸化物（ＰｂＯ、Ｐｂ3Ｏ4）とを主体とする混合粉体を水および希硫酸で混練した活物質ペーストを充填、熟成乾燥して正極板とした。この正極板と常法による負極板および微孔性のポリエチレンを主体とするセパレータとを組み合わせて自動車用の鉛蓄電池（５５Ｄ２３形）を作成した。これらの電池についてＪＩＳ規格（Ｄ５３０１）での軽負荷寿命試験を７５℃中の気相雰囲気下で行った。表３にこれらの電池の構成と前記の軽負荷寿命試験結果を示す。なお、寿命試験結果は電池Ａ（従来例）の寿命を１００とした時の指数で表記した。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３に示したように、本発明による円盤状カッターを用いたロータリーエキスパンド格子を正極格子に用いることにより、鉛蓄電池の寿命特性が向上することがわかる。また、これは同時に格子体の結節部でのクラック発生を抑制できたものである。一方、電池Ｈに用いた合金Ｄのシート物性は表１に示したように、低い伸び率で高い引張強度を有するため寿命試験では良好な結果が得られたが、エキスパンド格子作成時の結節部のクラック発生による切断不良が増加するので、工程上、錫濃度を２．５ｗｔ％にするのは望ましくない。
【００２４】
本発明の実施例においては活物質中にＰｂ3Ｏ4を含有した構成について記載したが、本発明の効果は格子体結節部のクラック抑制からもたらされることから活物質中にＰｂ3Ｏ4を含有しない構成でも効果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
また、鉛合金組成に関してはカルシウムおよび錫の量のみ規定したが、それ以外のＡｇ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｅと言った不可避不純物を０．００００１〜０．００１ｗｔ％程度含有しても本発明の効果を得る上で差し支えない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の構成によれば生産性に優れたロータリーエキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池について課題となる格子体結節部のクラックとこれによる電池寿命の低下を抑制することが可能となることから、工業上、極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なロータリー式によるエキスパンド加工工程を示す図
【図２】一般的なロータリー式のエキスパンド加工工程により鉛合金シートにスリット形成された状態を示す図
【図３】従来のロータリー式によるエキスパンド格子体を示す図
【図４】 従来のロータリー式によるエキスパンド加工の進行状態を示す図
【図５】従来のロータリー式のエキスパンド加工に用いる円盤状カッターを示す図
【図６】本発明のロータリー式のエキスパンド加工に用いる円盤状カッターを示す図
【図７】本発明のロータリー式によるエキスパンド加工の進行状態を示す図
【図８】本発明のロータリー式によるエキスパンド格子体を示す図
【符号の説明】
１          凸状加工刃
２、２’    円盤状カッター
３          ロール
４          鉛合金シート
５          線条部
６ａ、６ｂ  結節部
７          切断位置
１１        コーナー部
１３        凸状加工面
１４        凸状加工刃
１５        平坦部
１６        薄肉部
１７        側壁部
１８        Ｒ部
１９        エキスパンド格子体
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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