(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下にレシプロ運動する刃物によって金属シートを切断して網目状に展開したシートを蓄電池用極板格子とする蓄電池用極板格子の製造装置において、前記刃物が、
ボンド部を形成するフラット部分の刃面２と、該刃面２からの立ち上がり部の刃面２ａと、その後に続く刃面２ｂとを有し、刃面２ａと刃面２との角度が刃面２ｂと刃面２との角度よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする蓄電池用極板格子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池用格子の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、鉛蓄電池用格子の製法としては、鋳造方式またはエキスパンド方式が主流となっている。
【０００３】
鋳造方式の長所は、電気抵抗が小さくなる形状などをはじめとして任意の形状の格子が形成でき、格子の周囲をとり囲む枠が形成できるため、機械的に変形しにくい格子を作ることができる。
【０００４】
短所としては、バッチ式であるために生産性に劣る、活物質ペースト充填などの後工程に連結した一貫ラインとすることが困難である、鉛−カルシウム系合金など強度の劣る合金の場合には鋳造が困難であることなどがあげられる。
【０００５】
一方、エキスパンド方式は、圧延などによって作製した鉛合金シートを展開して網目状格子とするものである。展開方式には、シートに回転する刃物で切れ目を入れ、後に引き伸ばすロータリー方式と、上下に運動するＶ字状の刃物でシートを切断しながら引き伸ばすレシプロ方式の２つが主流である。
【０００６】
両方式は、いずれも連続的に生産が可能であり、活物質ペースト充填・乾燥工程まで一貫したラインを設置できることから、鋳造方式に比べて極めて生産性が高いという特徴を持っている。また、鋳造性に劣る鉛−カルシウム系合金や鉛−カルシウム−錫系合金等であっても容易に鉛合金シートを作製でき、さらには、鋳造方式に比べて格子の軽量化が図れる。
【０００７】
短所としては、鉛合金の圧延もしくは鋳造シートを後加工で網目状とするため、製造時に加工ひずみが生じやすいことがあげられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レシプロ式の場合、より軽量な格子（集電体）を目指すには、網目の本数を少なくすること、すなわち、なるべく展開時の刃物角度を高くし、高さ方向に対する升目の個数を少なくすことが望ましい。しかし、この場合、加工ひずみが増し、正極格子へこれを採用した場合、電池使用期間が短くなることがあった。
【０００９】
特に、レシプロ方式では、従来、図４にその刃物形状の一例（ＤおよびＥ）を示すように、刃物１としては、切断展開角度が単一な刃物が用いられてきた。図において、２はボンド部を形成するフラット部分の刃面、２ａはボンド部形成部からの立ち上がり部の刃面である。これを用いて切断展開すると、図５にこの刃物を用いて展開した格子桟の断面観察図（ＤおよびＥ）を示したように、桟４の交点であるボンド部３の近傍部の桟４ａに伸びが集中し、この部分の桟断面積が他の部分よりも小さくなった。
【００１０】
これは、展開中に刃物と鉛合金シート表面とに滑りを生じ、最初に切断展開された部分へ伸びが集中するためと考えられる。鉛合金シートを切断展開してなる格子の正極腐食はほぼ均一に進むため、寿命原因となり得る桟の腐食破断はこの断面積の小さいボンド部３の近傍部の桟に集中していた。
【００１１】
寿命を延長させるには、このボンド近傍部の断面積を大きくすることが重要であるが、このためには、高さ方向での網目の個数を増し、桟すなわちシートの伸びを抑制することがあげられる。しかし、この方法では、エキスパンド格子の特徴の一つである質量低減が難しかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上下にレシプロ運動する刃物によって金属シートを切断して網目状に展開したシートを蓄電池用極板格子とする蓄電池用極板格子の製造装置において、前記刃物が、ボンド部を形成するフラット部分の刃面２と、該刃面２からの立ち上がり部の刃面２ａと、その後に続く刃面２ｂとを有し、刃面２ａと刃面２との角度が刃面２ｂと刃面２との角度よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする蓄電池用極板格子製造装置である。
【００１３】
請求項１記載の蓄電池用極板格子製造装置において、刃物の刃面と金属シート面とのなす角度が１０〜６０°の範囲である形状の刃物を用いることが好ましい。
【００１４】
また、請求項１の蓄電池用極板格子製造装置において、刃物の刃面が略曲面であってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、刃物の形状が略台形であり、刃物の刃面と金属シート面とのなす角度が、刃物が入り込むに従って大きくなる形状の刃物を用いる。
【００１６】
また、刃物の刃面と金属シート面とのなす角度が１０〜６０°の範囲である形状の刃物を用いる。さらに、刃物の刃面が略曲面であるものを用いる。
【００１７】
本発明は、従来の問題点を改善したもので、ボンド近傍部の伸びを抑制しつつ、段数の少ない、すなわち軽量化が可能な格子の製造が可能である。本製造装置を用いれば、従来より軽量で、かつ、寿命性能にも優れた蓄電池を得ることが出来る。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。
【００１９】
レシプロ方式のエキスパンド展開装置の概略図を図１に示す。上下する台に刃物１が桟幅に相当する幅（刻み幅）だけずれて、一列に並ぶ。この刃物１は網目状シート６の網目横幅の１．５倍の間隔で取り付けられている。下刃１ａは平坦である。刃物１と下刃１ａとの間に、鉛合金シート５が挿入され、刃物１が上下することで、切断展開され、網目状シート６が形成されていく。これに正極もしくは負極ペーストを充填した後、所定形状に切断して正負極板を得る。
【００２０】
本発明による刃物形状の一実施例（Ａ、ＢおよびＣ）を図２に示す。本刃物は、ボンド部近傍に集中する伸びを抑制するため、ボンド部を形成するフラット部分の刃面２からボンド部形成部からの立ち上がり部の刃面２ａの角度を比較的小さくしたもので、本実施例として３種類の刃物を示す。
【００２１】
刃物Ａはボンド部形成部からの立ち上がり部の刃面２ａの角度が１０°であり、その後に続く刃面２ｂが６０°となっている。刃物Ｂは立ち上がり部の刃面２ａの角度が４０°であり、その後に続く刃面２ｂの角度が５５°となっている。いずれも角度が変わるところにはＲ＝１程度の面取りを施した。刃物Ｃは、立ち上がり部の刃面２ａの角度を１０°とし、シートの最大入り込み部の刃面２ｃのところで６０°となるような楕円面をもつ刃物とした。
【００２２】
従来の刃物の詳細を図４に示す。従来の刃物ＤおよびＥは、その切断展開する刃物部の角度が均一である。刃物Ｄは該角度が４５°であり、刃物Ｅは５０°である。
【００２３】
これらの刃物Ａ〜Ｅを図１に示した展開装置に取り付け展開試験をおこなった。本発明の刃物Ａ〜Ｃを用いて展開した格子桟の断面観察図を図３に示す。いずれも均一な断面を示した。一方、図５に示すように、従来の刃物Ｄ、Ｅで展開した格子の断面を観察すると、ボンド部３の近傍の桟４ａの断面が、他の部分の桟４と比較して細くなっていた。これは、展開時に刃面１ａと鉛合金シート５表面との間に滑りが生じ、初期に切断展開されたボンド部３の近傍の桟４ａが特に大きく伸ばされたためと思われる。
【００２４】
これら本発明および従来の刃物で作製した格子および本発明で作製した格子を正極の格子に用い、表１に示す５種の電池を得た。格子の質量も併せて示す。
【００２５】
【表１】
0004876328.tif 000002
【００２６】
電池１から３は本発明の展開角度が途中で変化する刃物Ａ，Ｂ，Ｃで展開した格子を正極格子に用いたもので、展開段数が少なく、従来よりも軽量化を果たしている。
【００２７】
電池４は従来の単一の展開角度をもつ刃物Ｄで展開した格子を用いたものであり、格子質量は本発明のものよりも重い。電池５は、電池４と同様に従来の単一の展開角度をもつ刃物Ｅで展開した格子を用いたものであるが、展開段数を少なくできるよう、刃物角度を増してあるので、格子質量は本発明と同等まで軽くなっている。
【００２８】
ここで、正極用の鉛合金シートにはいずれもＰｂ−０．０７質量％Ｃａ−２質量％Ｓｎ合金からなる圧延シートを用い、圧延後、すぐに展開した。また、その厚みは１．８ｍｍとした。
【００２９】
試験電池は以下の方法で作製した。上記のように得た正極格子に、所定の正極活物質ペーストを充填し、熟成・乾燥し、未化成正極板を得た。
【００３０】
ここで、正極活物資ペーストには、鉛丹と鉛粉および補強材とを混合したものに、水および希硫酸を滴下し、混練したものを用いた。鉛丹は通常、完成した電池の初期の放電容量を向上させたり、化成性を向上させる目的で添加され、その量は０（鉛粉のみ）〜１００％（鉛丹のみ）の間で製造業者が任意に選択できる。通常、５〜２０％程度添加されている。補強材は、微細ガラス繊維や有機繊維が用いられ、ペースト充填後の極板のハンドリング性を向上させる目的で添加されており、通常０．１％程度添加されている。
【００３１】
負極板は、正極と同様に展開したエキスパンド格子に所定の負極活物質ペーストを充填し、熟成・乾燥して得た。ここで、負極格子の製造に用いた鉛合金シートは、正極のものと異なり、Ｐｂ−０．０９質量％Ｃａ−０．５質量％Ｓｎ合金からなる圧延シートで、厚みは０．８ｍｍとした。負極格子は、腐食を生じないので通常正極よりも、シート厚みを薄くできる。一方、薄いためシート強度が低下するので、合金中のＣａ添加量を増すなどし、シート強度を高くする。このときの展開刃物には図２中の刃物Ｂを用いた。
【００３２】
負極活物質ペーストには、鉛粉、有機エキスパンダー、無機エキスパンダー、カーボンおよび補強材と水および希硫酸とを混練したものを用いた。有機エキスパンダーとは、電池使用中に負極活物質が収縮する現象を抑制させるために添加されているもので、通常は木材パルプ製造時に副産物として得られるリグニン、もしくはその誘導体が用いられている。最近は、合成有機物が用いられる例もある。無機エキスパンダーも有機エキスパンダーと同様に活物質の収縮を抑制するもので、これには、バリウム塩がもっともよく用いられている。これらの添加量は０．１〜０．３％程度であるが、特殊な用途では２％程度添加されることもある。
【００３３】
このようにして得た正負極板を、微細ガラス繊維を主体とした弾力のあるセパレータを介して積層し、正極板３枚、負極板４枚のエレメントを得た。このエレメントの正極板群および負極板群をそれぞれ溶接し、これら６個のエレメントをＡＢＳ樹脂製の電槽へ収納した。
【００３４】
この時、電槽内で正負極板はセパレータによって約３０ｋＰａで圧迫されるようにした。圧迫力は高いほうが、寿命性能に優れるが、高すぎると電槽が変形することがある。通常は２０〜８０ｋＰａ程度で使用用途によって選択される。セパレータはこの圧迫を維持できるものが好ましく、シリカ粉末や有機繊維などをこの目的で配合されることがある。
【００３５】
電槽に収納した後、エポキシ系接着剤でＡＢＳ製の蓋を接着し、正負極端子部の処理を施した。所定の希硫酸を蓋の孔より注液し、安全弁および弁押さえを装着したのち、化成を施し、公称電圧１２Ｖ、容量７Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を得た。
【００３６】
このようにして得た５種の電池をトリクル寿命試験に供した。すなわち、６５℃気槽中で湿度３０％とし、セルあたり２．２３Ｖ、電池あたり１３．３８Ｖで定電圧充電をおこない、２ヶ月毎に１ＣＡ放電容量を調査した。また、１０ヶ月目もしくは１ＣＡ放電容量が初期の６０％となった時に解体調査をおこない、正極集電体の腐食状況を調査した。１ＣＡ放電容量の推移を図６に示す。
【００３７】
本発明による電池１〜３はいずれも従来品４および５よりも優れた。従来刃物で高角度で展開し、段数を少なくすることで軽量化を図った正極格子を採用した電池５は、８ヶ月で寿命に達した。ここでこの電池を解体し、正極格子の腐食状態を調査したところ、ボンド部近傍の桟４ａが非常に細くなっており、一部では破断もみられた。軽量化対策をほどかさなかった従来品である電池４は１０ヶ月目に寿命に達した。解体調査をおこなったところ、同様にボンド近傍部が細くなっていた。この部分での抵抗増大が、１ＣＡ放電時の抵抗となり、放電容量の低下を招いたものと考えられた。
【００３８】
一方、本発明による電池は１０ヶ月目も初期の８５％程度の容量を示していた。解体調査の結果、本発明の途中で角度が変わる刃物を用いたものは、従来の単一の角度を持つ刃物で切断展開したものと異なり、各部が均一に腐食されており、一部の抵抗が高くなっているようなことは避けられたものとおもわれる。
【００３９】
以上の結果は、制御弁式電池に限られたものではなく、開放形（液式）電池に適用してもその効果は変わらないものであり、さらに、ＳＬＩ用や他の用途でも軽量化と寿命性能の向上に寄与することができる。
【００４０】
上記実施例では、鉛合金シートを展開加工した網目状格子を鉛蓄電池に用いた場合に関して主として述べたが、鉛合金以外の銅などの金属シートを展開加工して網目状格子とし、この格子を鉛蓄電池や鉛蓄電池以外の蓄電池に用いても、格子桟の断面積をより均一に加工できる点等同様であり、本発明装置は鉛蓄電池以外の蓄電池にもほぼ同様の効果を奏するものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本製造装置によって得られた格子を蓄電池へ適用することで、従来より軽量で、かつ、寿命性能にも優れた蓄電池を得ることができ、その工業的価値は甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エキスパンド式展開装置の概略図
【図２】本発明による刃物形状の一実施例を示した図
【図３】本発明による刃物を用いて展開した格子桟の断面観察図
【図４】従来の刃物形状の一例を示した図
【図５】従来の刃物を用いて展開した格子桟の断面観察図
【図６】１ＣＡ放電容量の推移を比較した図
【符号の説明】
１    刃物
１ａ  下刃
２    ボンド部を形成するフラット部分の刃面
２ａ  ボンド部形成部からの立ち上がり部の刃面
２ｂ  刃面２ａに続く刃面
２ｃ  シートへ最大入り込み部の刃面
３    ボンド部
４    桟
４ａ  ボンド部近傍の桟
５    鉛合金シート
６    網目状シート
【図１】
0004876328.tif 000003
【図２】
0004876328.tif 000004
【図３】
0004876328.tif 000005
【図４】
0004876328.tif 000006
【図５】
0004876328.tif 000007
【図６】
0004876328.tif 000008