(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板の上に、一対の割型、湯口を有する湯蓋を順に載せ、該湯口から鉛合金の溶湯を下方の前記割型に注いで給湯し、凝固・離型して製造する鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法において、
前記割型のヒータ用穴部には、長手方向に２本のカートリッジヒータが反対方向から挿入されており、該カートリッジヒータは、先端部には低発熱部を有し、根元部には高発熱部を有しており、
前記２本のカートリッジヒータは、前記反対方向から挿入された低発熱部同士が接近するように前記ヒータ用穴部に挿入されており、
前記割型の長手方向の両端部分を中央部分よりも強く加熱をしながら鋳造することを特徴とする鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は安価で信頼性の高い電池として、自動車用バッテリや無停電電源装置などのさまざまな用途に用いられている。これらの鉛蓄電池のなかで制御弁式鉛蓄電池は、補水が不要であるという特徴があるために、無停電電源装置などの用途として需要が増加している。
【０００３】
従来から使用されている無停電電源装置用の比較的大型の制御弁式鉛蓄電池は、一般には図８に示されるような内部構造をしている。そして、これらの比較的大型の制御弁式鉛蓄電池は、図７に示されるようにして、極柱部品１８と各電極板の耳部９とを群溶接し、電槽４に挿入し、蓋５をつけて製造されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
すなわち、図７に示されるように、複数枚の正極板1及び負極板２を、図示されていないセパレータ３を介して積層をした後に、平板状をしているそれぞれ正極板1及び負極板２の耳部９を櫛歯１２で挟み込む。
【０００５】
次に、櫛歯１２の部分に略直方体形状をした鉛部品棒１４や極柱部品１８と呼ばれている各種の鉛部品を配置した状態で、プラズマ溶接装置１３や、図示されていないバーナなどを用いて上方から加熱をする。そして、これらの部分を溶解・凝固をさせて溶接し一体化して、極柱８及びストラップ６を有する極板群を製造していた。ここで、プラズマ溶接装置１３を使用して溶接をすると、溶解時の加熱温度や加熱位置の制御が容易となり、高精度な溶接が可能になることが知られている。
【０００６】
そして、ストラップ６と極柱８とを有する極板群を樹脂製の電槽４に挿入した後に、その上部に樹脂製の蓋5を熱溶着法などで取りつけて密閉して制御弁式鉛蓄電池を製造していた（図８）。
【０００７】
なお、上述した鉛部品棒１４や極柱部品１８と呼ばれている各種の鉛部品は、通常の手法で、一対の割型３１を用い、鋳造により一度に複数個の製品、例えば、図６では３個の製品を製造していた（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、図６に示すように、底板２１の突起状をした銅芯立て２２に銅芯１１を被せる。なお、この銅芯１１は、電池完成後には極柱８の先端の端子７の部分に埋め込まれて存在し、図示されていない外部の負荷と圧着端子等でボルト接続をするために使用される（図８）。
【０００８】
底板２１の上に、一対の割型３１を載せ（図６において、製品部３２の説明を容易にするために、奥側の半型のみを記載し、手前側の半型は省略をしている。）、該一対の割型３１を閉じた状態とし、その上に湯蓋４１を被せる。そして、底板２１、割型３１、湯蓋４１に、あらかじめ断熱作用や離型容易等を目的としてコルク粉末を吹き付け、割型３１のヒータ用穴部３７にカートリッジヒータ３６を挿入し、あらかじめ２４０℃程度に加熱をしておく（図５）。
【０００９】
そして、杓１６を用い、約５００℃に加熱をした鉛合金の溶湯１５を、湯蓋４１の湯口４２から押湯１９が形成されるまで余分に注いで給湯する。その後、約９０秒が経過し、鉛合金の溶湯１５が凝固をした後に、例えば、図６（ｂ）に図示するように、湯蓋４１の部分を右方向にずらして極柱部品１８と押湯１９との部分間を機械的に切断して分離し、割型３１を開いて離型し、製品である３個の極柱部品１８を取り出して製造していた。なお、押湯１９の部分の原材料（鉛合金）は、再度、加熱・溶解させて、溶湯１５として再利用をしている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３４７１８３
【特許文献２】特開２００７−１６７９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したような従来の鉛部品の製造方法を用いると、鋳造をする際に、割型３１の温度のバラツキが大きいという問題点があった。特に、割型の長手方向の両端部分の温度が低くなりやすい傾向が認められていた。そして、多数個の極柱部品１８の製造が可能な割型３１の場合には、鋳造される位置によって、温度のバラツキがさらに大きくなる（例えば、図５に６個の極柱部品１８を製造する場合の割型３１の一例が記載されている。）。そして、温度のバラツキの大きな割型３１を使用すると、溶湯の冷却・凝固時間にも影響し、その結果、鋳造時の欠陥が発生しやすいなどの問題点があった。
【００１２】
加えて、温度のバラツキが大きくなると、溶湯の冷却・凝固時間として最も高温になる割型の部分を基準にして製造タクトを決める必要があるために量産性に適さないこと、加熱用ヒータに過大な負荷が掛かるために切れやすくなること、断熱等を目的とするコルク粉末が脱落しやすくなるなどの問題点もあった。
【００１３】
本発明の目的は、上記した課題を解決するものであり、割型３１の温度バラツキを抑えることができる鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するために、本発明では、割型を加熱するためのカートリッジヒータの構造を改良することによって、割型温度のバラツキを抑えるようにした。
【００１５】
参考例の発明は、底板の上に、一対の割型、湯口を有する湯蓋を順に載せ、該湯口から鉛合金の溶湯を下方の前記割型に注いで給湯し、凝固・離型して製造する鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法において、
前記割型のヒータ用穴部には、長手方向に１本のカートリッジヒータが挿入されており、
該カートリッジヒータの中央部分には低発熱部を、先端部と根元部には高発熱部を有しており、
前記割型の長手方向の両端部分を強く加熱をしながら鋳造することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明は、底板の上に、一対の割型、湯口を有する湯蓋を順に載せ、該湯口から鉛合金の溶湯を下方の前記割型に注いで給湯し、凝固・離型して製造する鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法において、
前記割型のヒータ用穴部には、長手方向に２本のカートリッジヒータが反対方向から挿入されており、該カートリッジヒータは、先端部には低発熱部を有し、根元部には高発熱部を有しており、
前記２本のカートリッジヒータは、前記反対方向から挿入された低発熱部同士が接近するように前記ヒータ用穴部に挿入されており、
前記割型の長手方向の両端部分を中央部分よりも強く加熱をしながら鋳造することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係わる製造方法を用いると、鉛部品を鋳造する際に、割型温度のバラツキを低減することができるために、鋳造時の欠陥が発生しにくい鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法を提供することができる。加えて、製造タクトを短くできるために量産性があり、加熱用ヒータの寿命も長くでき、コルク粉末の脱落も起こりにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係わる鉛蓄電池用鉛部品の製造方法は、後述するように、割型３１を加熱するカートリッジヒータ３６の構造、特に、発熱部を改良したものである。
【００１９】
１．カートリッジヒータ及び割型の構造
今回、ともにステンレス製のチューブを使用しており、外観は円筒形状をしているものの、異なる内部構造をした３種類のカートリッジヒータ３６を使用して実験をした（図１〜３：参考例、実施例、比較例）。なお、３種類のカートリッジヒータ３６のうちで、従来は、図３に示すように、一種類のニクロム線コイルで構成される発熱部３５を有する構造のものが使用されていた。
【００２０】
ここで、後述する実施例に使用する本発明に係わるカートリッジヒータ３６の概略図を図４に示す。すなわち、ステンレス製のチューブの内側にはニクロム線コイルで構成される発熱部３５が埋め込まれている。発熱部３５の先端部には低発熱部３８を有し、根元部には高発熱部３９を有しており、長さ方向の寸法が約２００ｍｍのやや短いものである。なお、参考例及び比較例に使用したカートリッジヒータ３６は、長さ方向の寸法は約４００ｍｍであり、図４のカートリッジヒータ３６に比べて２倍程度長いものである。
【００２１】
ここで、図４に示されるカートリッジヒータ３６では、一例として、低発熱部３８の出力を１００Ｗとし、高発熱部３９の出力を４５０Ｗとした。すなわち、このカートリッジヒータ３６に、一定時間の通電をすると、先端部の低発熱部３８よりも、根元部の高発熱部３９を４．５倍の出力で加熱をすることができる。
【００２２】
次に、実験に使用した割型構造の概略図を図５に示す。すなわち、左右一対の割型３１で構成されており、長手方向の寸法は約４００ｍｍである。そして、それぞれの割型３１のやや下方部には、カートリッジヒータ３６を挿入するためのヒータ用穴部３７が長手方向に貫通するように空けられている。
【００２３】
２．鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法
各種の鉛蓄電池用鉛部品のうちで、極柱部品１８の製造方法について、図６、図７及び図８を用いて詳細に説明する。なお、各種の鉛蓄電池用鉛部品は、通常、溶湯を自然落下させて鋳造する方式、いわゆる重力鋳造方式で製造をしている。
【００２４】
図６に示すように、あらかじめ底板２１の突起状をした銅芯立２２に、ナット状をした銅芯１１を被せておく。なお、この銅芯１１は、図８に示すように、電池完成後には端子７の部分に埋め込まれて存在し、図示されていない外部の負荷と圧着端子等でボルト接続するために使用される。
【００２５】
底板２１の上に一対の割型３１を載せる（なお、図６では、製品部３２の形状の説明を容易にするために、奥側の半型のみを記載し、手前側の半型は省略をしている。）。次に、該割型３１を閉じた状態とし、その上に湯口４２を有する湯蓋４１を被せる。なお、これらの鉄鋼製の底板２１、割型３１、湯蓋４１には、断熱性の向上や離型作業の容易化等を目的としてコルク粉末を吹き付けておく。割型３１を、あらかじめカートリッジヒータ３６で約２４０℃に加熱をしておく。そして、杓１６を用い、約５００℃に加熱をした鉛合金の溶湯１５を、湯蓋４１の湯口４２から割型３１の製品部３２に、押湯１９が形成されるまで余分に注いで供給する。
【００２６】
その後、約９０秒が経過し、鉛合金の溶湯１５が冷却されて凝固をした後、例えば、図６（ｂ）に図示するように、湯蓋４１の部分のみを右方向にずらして、製品部３２で形成された極柱部品１８と、湯蓋プレート４４で形成された押湯１９とを機械的に切断して分離をする。なお、湯蓋４１の部分を右方向にずらしているが、この部分をねじるなどの方法で切断・分離をすることもできる。
【００２７】
極柱部品１８と押湯１９との部分間の切断をした後に、割型３１を機械的に開き、製品である極柱部品１８を離型し、取り出して鉛部品を製造する。なお、湯蓋４１の湯口４２で形成された押湯１９の部分の鉛合金材料は、再度、加熱・溶解をさせて、溶湯１５として再利用をしている。
【００２８】
３．参考例、実施例及び比較例
以下において、本発明の特徴部分である割型３１に挿入されているカートリッジヒータ３６の構造について詳細に説明する。
（１）参考例
参考例の概略図を図２に示す。ここで、参考例に使用する本発明に係わるカートリッジヒータ３６は、中央部分には低発熱部３８を、先端部と根元部には高発熱部３９を有しており、長さ方向の寸法が約４００ｍｍである。そして、一対の割型３１のヒータ用穴部３７には、それぞれ長手方向に１本ずつ、計２本のカートリッジヒータ３６が挿入されている（図２）。
【００２９】
ここで、一例として、中央部分の低発熱部３８の出力を１００Ｗとし、先端部と根元部の高発熱部３９の出力を４５０Ｗとした。すなわち、１本のカートリッジヒータ３６によって、割型３１ごとに長手方向の両端部分を中央部分よりも強く加熱しながら鉛蓄電池用の鉛部品を鋳造することができる。したがって、金型温度が低くなりやすい割型の長手方向の両端部分を中央部分よりも強く加熱することができる。
【００３０】
図２に示すように、一対の割型３１の温度を、熱電対を用いた２本の温度センサ４０で測定し、それぞれのカートリッジヒータ３６が２４０℃でＯＮ−ＯＦＦされるように設定し、約１時間放置をした後に、図２に示すように（１）〜（１４）の部分の温度を測定した。その結果、図２に示すように、温度バラツキを２１℃にすることができた。この結果は、従来の３２℃の温度バラツキに比べて、大幅な低減をすることができた（後述する比較例参照：図３）。
【００３１】
したがって、鋳造時の欠陥が発生しにくい鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法を提供することができる。加えて、製造タクトを短くできるために量産性があり、加熱用ヒータの寿命
も長くでき、コルク粉末の脱落も起こりにくくすることができる。
（２）実施例
実施例に使用する本発明に係わるカートリッジヒータ３６の概略図を図４に示す。すなわち、その先端部には低発熱部３８を、根元部には高発熱部３９を有しており、長さ方向の寸法が約２００ｍｍである。そして、一対の割型３１のヒータ用穴部３７には、それぞれ長手方向に２本ずつ、低発熱部３８が接近するような配置で、計４本が挿入されている（図１）。
【００３２】
図１に示すように、一対の割型３１のヒータ用穴部３７のそれぞれには、長さ方向にそれぞれ２本のカートリッジヒータ３６を反対方向から挿入する。すなわち、２本のカートリッジヒータ３６は、割型３１の中央部分には反対方向から挿入された低発熱部３８同士が接近するように、割型３１両端部分には高発熱部３９が配置されるように挿入されるようにした。
【００３３】
ここで、一例として、カートリッジヒータ３６の低発熱部３８の出力を１００Ｗとし、高発熱部３９の出力を４５０Ｗとした。すなわち、実施例に使用する本発明に係わるカートリッジヒータ３６の配置は、割型３１の長手方向の両端を中央部分よりも強く加熱しながら鉛蓄電池用の鉛部品を鋳造することができる。したがって、金型温度が低くなりやすい割型の長手方向の両端部分を中央部分よりも強く加熱することができる。
【００３４】
図１に示すように、割型３１の温度を、熱電対を用いた４本の温度センサ４０で測定し、それぞれのカートリッジヒータ３６が２４０℃でＯＮ−ＯＦＦされるように設定し、約１時間放置をした後に、図に示すように（１）〜（１４）の部分の温度を測定した。その結果、図１に示すように、温度バラツキを１３℃にすることができ、参考例よりもさらに温度バラツキを低減することができた。すなわち、計４本のカートリッジヒータ３６のそれぞれに温度センサ４０を用いて温度制御しているために、きめ細かな温度制御をすることができる。
【００３５】
上述した参考例と同様の効果に加えて、本実施例に使用したカートリッジヒータ３６は、参考例に使用したカートリッジヒータ３６に比べて長さ方向の寸法が約半分であり、割型３１との焼付きを起こすこともほとんどない。したがって、経時劣化等によって、発熱部３５が断線をしたような場合でもカートリッジヒータ３６の交換が容易であるために、設備のメンテナンスの面からも優れている。
（３）比較例
比較例として、先端部分に一種類の発熱部３５を有するものが従来から使用されていた。すなわち、比較例に使用するカートリッジヒータ３６は、出力が３００Ｗの一種類の発熱部３５のみで構成されており、長さ方向の寸法が約４００ｍｍである。そして、一対の割型３１ごとに１本ずつ、計２本が挿入されている（図３）。
【００３６】
図３に示すように、割型３１の温度を、熱電対を用いた２本の温度センサ４０で測定し、それぞれのカートリッジヒータ３６が２４０℃でＯＮ−ＯＦＦされるように設定し、約１時間放置をした後に、図３に示すように（１）〜（１４）の部分の温度を測定した。その結果、図３に示すように、３２℃の温度バラツキが測定された。
【００３７】
上述したように、本発明に係わる製造方法を用いると、割型温度のバラツキを低減することができるために、鋳造時の欠陥が発生しにくい鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法を提供することができる。加えて、製造タクトを短くできるために量産性があり、加熱用ヒータの寿命も長くでき、コルク粉末の脱落も起こりにくくすることができる。
【００３８】
上述した発明を実施するための最良の形態では、極柱部品１８の製造方法について詳細に説明をしたが、形状がより簡単な構造をしている鉛部品棒１４（図７）などのように、他の鉛蓄電池用の鉛部品の製造方法にも同様に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、鉛蓄電池の製造時おいて、極板群を溶接する際に使用をする極柱部品１８や鉛部品棒１４などの鉛蓄電池用の鉛部品の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例に係わる加熱方式を用いた場合の割型温度分布の概略図である。
【図２】参考例に係わる加熱方式を用いた場合の割型温度分布の概略図である。
【図３】従来から使用されている加熱方式を用いた場合の割型温度分布の概略図である。
【図４】実施例に係わるカートリッジヒータの概略図である。
【図５】割型構造とカートリッジヒータの概略図である。
【図６】極柱部品の製造方法の概略図である。
【図７】極板群の溶接方法の概略図である。
【図８】制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：正極板、２：負極板、３：セパレータ、４：電槽、５：蓋、６：ストラップ、
７：端子、８：極柱、９：耳部、１０：安全弁部、１１：銅芯、１２：櫛歯、
１３：プラズマ溶接装置、１４：鉛部品棒、１５：溶湯、１６：杓、１８：極柱部品、
１９：押湯、２１：底板、２２：銅芯立て、３１：割型、３２：製品部、
３３：シリコンゴム、３４：ガラスリード線、３５：発熱部、３６：カートリッジヒータ、
３７：ヒータ用穴部、３８：低発熱部、３９：高発熱部、４０：温度センサ、
４１：湯蓋、４２：湯口
【図１】
0005053049.tif 000002
【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】
0005053049.tif 000009