JPH057999A - 電池用極板基体の連続鋳造機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋳造時の欠陥発生を防止するとともに、鋳造条
件の選択を容易にする。 【構成】外周表面（２）に基体断面に相当する彫り込み
部（３）を有する円柱状鋳型（１）と、合金溶湯を彫り
込み部（３）に分配する給湯部（４）と、円柱鋳型の外
周の一部と接触し、円柱状鋳型と一体となって回転する
ベルト（１０）を主な構成要素とし、円柱状鋳型に対す
る注湯部（４）およびベルト（１０）の接触位置ならび
に円柱状鋳型（１）とベルト（１０）との接触長さのう
ちの一つ以上を可変とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蓄電池、特に自動車用鉛
蓄電池（以下、自動車用電池と記す）の極板に使用され
る基体の鋳造機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用電池の極板は「活物質」と称さ
れる、酸化鉛の粉末を希硫酸で練ってペースト状にした
のち塗付、乾燥した発電物質と、これを保持しかつ集電
体としての役割を果たす基体の二つから構成されてい
る。基体の製造方法は大別して二通りあり、その一つは
鋳造法式（以下、鋳造法式で造られた基体を鋳造基体と
記す）、他の一つはエキスパンド方式である。

【０００３】鋳造基体はその大半がバッチ式のブックモ
ールド形鋳造機により二枚一組で造られているが、例え
ばアメリカ特許第４５３４４０４号明細書に見られるよ
うに最近になって回転する円柱状鋳型を用いた連続鋳造
機が開発され、数百〜数千枚の基体が連続した形で鋳造
されている。この方法は言うまでもなく生産性が極めて
高く、連続鋳造機１台でブックモールド形鋳造機７〜８
台分に相当する生産能力を有する。図２はごく最近実用
に供された連続鋳造機の構造の概略を示したものであ
る。この連続鋳造機は外周表面２に基体の断面形状に相
当する彫り込み部３を有する円柱状鋳型１と、鉛合金の
溶湯（以下単に溶湯と記す）を前記彫り込み部に分配、
給湯する給湯部４を主な構成要素とするものである。給
湯部は接触部に溶湯８が侵入しないような十分な密着度
を有した状態で、回転する円柱状鋳型の外周に取り付け
られている。彫り込み部内に供給された溶湯は円柱状鋳
型の回転とともに前記給湯部の内面に接触しながら矢印
の方向に移動してゆき、給湯部と円柱状鋳型との接触部
（図２に示すＬ′）を通過する間に凝固する。このよう
にして形造られた基体９はスクレーパー７によって離型
され直接充填工程に送り込まれるか、コイル状に巻き取
られる。

【０００４】この連続鋳造機は前述したように高い生産
性を有しているが、大きな欠点も有している。上述した
ように彫り込み部に供給された溶湯はこれが給湯部から
離れる前に凝固を完了する。この間、凝固途中の溶湯が
給湯部と接触しながら移動する、すなわち凝固途中の基
体に外力が作用するわけである。このことは「鋳造割れ
を防止するために、凝固途中の鋳物に外力を作用させて
はならない」という基本的な条件を満たしていないこと
を意味する。事実、この連続鋳造機によって割れ感受性
の高いＰｂ−Ｓｂ合金の基体を鋳造することは困難であ
り、凝固温度範囲が殆どなく割れ感受性の低い、Ｐｂ−
Ｃａ合金の基体の鋳造にしか適用出来ない。

【０００５】このような従来の連続鋳造機の大きな欠点
を解決するものとして、我々は先願の特願平３−６２１
１７号明細書において円柱状鋳型、給湯部、それに円柱
状鋳型と一体になって回転するベルトと主な構成要素と
する鋳造機を使用する基体の新しい連続鋳造法を提案し
た。我々はこれをベルトドラム方式と呼んでいるが、図
３にこの方式による連続鋳造機の概要を示す。この鋳造
機は従来の連続鋳造機と同様、その外周表面２に基体断
面形状に相当する彫り込み部３を有する円柱状鋳型１
（ドラム）と、溶湯を前記彫り込み部に分配する給湯部
４と、円柱状鋳型の外周の一部に接触しこれと一体とな
って回転するエンドレスのベルト１０を主な構成要素と
するものである。この方式においては溶解釜から給湯部
に供給された溶湯８はここで彫り込み部に分配される点
は図２の方法と同じである。しかしながら図２では彫り
込み部内の溶湯を給湯部と鋳型との間で凝固させるのに
対して、ベルトドラム方式では溶湯が給湯部と円柱状鋳
型との接触部を通過する際にこれを凝固させないように
し、その後方の位置するベルトと円柱状鋳型との間で凝
固させる。すなわち、この方式ではベルトと円柱状鋳型
が一体となって回転するため凝固途中の溶湯にベルトか
らの力が作用することがなく、図２の方法では困難であ
ったＰｂ−Ｓｂ合金の鋳造が可能となるわけである。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】前述したように、
ドラム方式による連続鋳造機は従来法の大きな問題を完
全に解決するものである。当初我々が開発したベルトド
ラム方式の連続鋳造機は給湯部を円柱状鋳型の直上に固
定し、またテンションロールや２本のガイドロールの位
置も固定であった。しかしながら生産性の向上や組成の
異なる多くの合金基体の鋳造等に対応するためには、よ
り幅広い鋳造条件の選択が可能なように改良が必要とな
った。それは例えば以下に述べるような問題点があった
ためである。すなわち、図２の方法でも同じであるが、
ベルトドラム方式の連続鋳造法に於いては鋳型が回転す
るために、彫り込み部内の溶湯には複雑な力が作用す
る。特に鋳造速度すなわち円柱状鋳型の回転速度が大き
い場合には溶湯に対して大きな遠心力が作用するため
に、給湯部とベルトとの間で溶湯が彫り込み部から溢
れ、隣接する彫り込み部内の溶湯とブリッジするような
現象が生じる。その結果、溶湯が基体の桟と桟の間の空
間を埋めてしまい目的とする基体が形成出来なくなる。
このような状態は給湯部内の溶湯温度（鋳込み温度）や
円柱状鋳型の温度を調節することによって解消できる時
もあるが、全く不可能な時もある。

【０００７】また、Ｐｂ−Ｓｂ合金の場合には凝固温度
範囲がＳｂ量の低下とともに増加し、Ｓｂ１％の場合の
それは約７０℃にも達する。すなわちＳｂ量が少ない合
金は凝固に長時間を要するわけであり、生産量を確保す
るため鋳造速度を低下させることが許されなければ、何
らかの手段によって凝固時間を短縮しなければならな
い。もちろん鋳込み温度や鋳型温度の調節で鋳造条件の
設定が可能であるが、時にはそれだけでは対応不可能な
場合がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決し
幅広い鋳造条件の選択を可能にするために、 注湯部
を円柱状鋳型の外周表面に沿って移動できるようにす
る。

【０００９】 ベルトと円柱状鋳型との接触開始位置
並びに接触長さを可変とする。

【００１０】の二つの機能を付加する。図１に上記機能
を付加したベルトドラム方式の連続鋳造機の構造を示
す。の目的を達するために、給湯部４は円柱状鋳型１
の回転軸１１を支点とし同軸の回りを回転する支持枠１
２に支えられた構造としている。また給湯部４はスプリ
ング１３を介して円柱状鋳型の外周表面２に密着するよ
うに造られており、その密着力はハンドル１４により前
記スプリング１３の圧縮量を変化させて調節する。一方
円柱状鋳型表面に沿った給湯部の移動は、ハンドル１５
によって前記支持枠１２に結合されている連結棒１６を
動かして行なう。このようすることによって円柱状鋳型
上部のある範囲内で給湯部の位置を可変にする。

【００１１】の目的を達するためには、テンションロ
ール１７ならびにベルトと円柱状鋳型とが接触しはじめ
る側（上側）に位置するガイドロール１８の位置を調節
することによって行なう。すなわち、ガイドロール１８
は上記給湯部と同様に円柱状鋳型１の回転軸１１を支点
として同軸の回りを回転する支持枠１９に支えられてお
り、その位置の調節はハンドル２０によって支持枠１９
に結合している連結棒２１を動かして行なう。なお、ベ
ルトが円柱状鋳型１から離れる側（下側）にあるガイド
ロール２２の位置は固定されている。さらにテンション
ロール１７はベルトに張力を付与するスプリング２３と
一体になって支持枠２４上を移動可能な構造としてい
る。そして例えばベルトと円柱状鋳型との接触長さを大
きくする場合には、ハンドル２５によりテンションロー
ル１７を支持枠２４に沿って円柱状鋳型側に移動させる
と同時にガイドロール１８を給湯部側に移動させる。

【００１２】

【作用】給湯部を円柱状鋳型の外周表面に沿って移動可
能にする、すなわち給湯位置を調節可能にすることは鋳
造条件の選択を容易にする。上述した様に円柱状鋳型が
回転しているために溶湯には遠心力が作用する。この力
は溶湯を彫り込み部から浮き上がらせるように働く。ま
た重力の影響もあるわけで、これは言うまでもなく溶湯
に対して常に下方に作用する。遠心力と重力の両方の作
用を考えれば、溶湯がもっとも安定なのは重力の彫り込
み底部に垂直な成分が大きくなる位置、すなわち円柱状
鋳型の真上あるいはその近傍にある時である。（ただ
し、溶湯は彫り込み部に供給された時点から温度が低下
してゆくため、流動性もそれにつれて低下する。これは
彫り込み部内の溶湯を安定させるように働くため、すべ
ての場合にあてはまることではないが。）本発明のよう
に給湯部を移動できる構造にすることによって、彫り込
み部内の溶湯を上から抑えるものが無い部分すなわち給
湯部からベルトに至るまでの部分を円柱状鋳型の真上あ
るいはその近傍に設定できるわけである。換言すれば給
湯位置が可変であることによって、鋳造条件の選択が容
易になるわけである。

【００１３】また、上述したようにテンションロールと
ガイドロールの位置を可変とすることで、ベルトと円柱
状鋳型との接触長さを変えることが出来る。特に接触長
さを大きく出来る点に関しては、Ｐｂ−Ｓｂ合金のよう
に割れ易いことに対する鋳造条件の設定が容易になるた
めその効果は大きい。さらに上述した構造においては、
給湯部からベルトまでの距離も調節可能となる。給湯部
で彫り込み部内に供給された溶湯はベルトと接触しなが
ら凝固するわけであるが、給湯部からベルトまでの距離
を変えるとこの部分で溶湯温度の低下度合いが変化す
る。すなわち凝固時の溶湯の冷却速度が変化するわけ
で、これによって基体の時効硬化特性が変化する。この
間の距離を短くすると溶湯はより急冷されるため、時効
硬化し易くなり、反対に長くすると時効硬化は緩慢にな
る。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。前述し
たように給湯部の位置およびベルトと円柱状鋳型との接
触長さが変えられるベルトドラム方式の連続鋳造機を試
作し、本発明の効果を確認した。試作した鋳造機の概要
は下記の通りである。円柱状鋳型は直径４１３ｍｍ、幅
２２０ｍｍの鋳鉄製で、内部に冷却管を設け５０±２℃
に温調された水を循環させる構造を有する。給湯部はア
ルミ青銅製で円柱状鋳型との接触部の寸法は、その周方
向のそれが９６ｍｍ、幅方向のそれが２００ｍｍであ
る。また給湯部の高さは８５ｍｍである。給湯部の底部
には円柱状鋳型の軸方向の寸法が２ｍｍ、周方向のそれ
が２８ｍｍのスリットを２１本、同じく軸方向の寸法が
４ｍｍ、周方向のそれが１５ｍｍのスリットを１本設
け、ここから溶湯を彫り込み部に供給した。円柱状鋳型
には幅１４４ｍｍ、高さ１０６ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの
基体９枚分の彫り込みを設けた。なお給湯部は円柱状鋳
型の直上の位置を基準とし円柱状鋳型の軸を中心に±２
０度だけ移動可能となっている。なお、給湯部の支持方
法および移動機構は既に記した通りである。

【００１５】ベルトはステンレス鋼製で、厚さは０．２
５ｍｍ、幅は１６０ｍｍである。ガイドロールはいずれ
もステンレス鋼製でその直径は１２０ｍｍ、幅は１８０
ｍｍである。下側のガイドロールは固定されており、ベ
ルトが円柱状鋳型から離れる位置は円柱状鋳型の直下を
基準に円柱状鋳型の軸を中心として時計方向に２０度の
ところである。テンションロールを移動することによっ
て調節可能なベルトと円柱状鋳型との接触長さは約４３
０〜５５０ｍｍである。また上記給湯部４と上側ガイド
ロール１８の位置を移動した結果調節可能となる給湯部
からベルトまでの距離は約２０〜１４０ｍｍである。

【００１６】表１、Ｐｂ−１．５Ｓｂ−０．１Ａｓ−
０．０２Ｓｅ合金の基体を注湯温度４８０℃、鋳型温度
１６０℃、鋳造速度（鋳型の周速）３０ｍ／分で給湯部
の位置を変えて鋳造した時の、溶湯のブリッジに起因す
る基体の形不良を調べた結果である。

【００１７】

【表１】

【００１８】表中の給湯部の位置は円柱状鋳型直上を基
準として円柱状鋳型の軸を中心に測った角度で表してあ
り、プラスは時計方向、マイナスは反時計方向を意味す
る。なお給湯部からベルトまでの距離２５ｍｍ一定とし
てしている。表から明らかなように、給湯部がベルト側
にあるうちは不良が発生しており、良好な基体を得るに
は円柱状鋳型の直上から＋５度以上移動させて鋳造する
必要があることがわかる。なおこの場合には＋２０度ま
で移動させても良好な結果を得ることが出来たが、鋳造
速度が小さくなると＋２０度では溶湯が給湯部から一部
垂れ落ちる現象がみられ、良好な結果が得られなくなっ
た。

【００１９】表２はベルトと円柱状鋳型との接触長さを
変えたときの鋳造割れの発生状況を調べた結果である。
鋳造速度が２５ｍ／分の時と３５ｍ／分の二つの場合に
ついて調査した。なお給湯部の位置は＋１０度で、注湯
温度、鋳型温度は表１の場合と同じである。

【００２０】

【表２】

【００２１】Ｐｂ−Ｓｂ系合金ではＳｂ含有量が低く凝
固温度範囲が大きいために、接触長さが短く冷却不足気
味になると鋳造割れが発生する。接触長さが大きくなる
と減少し、鋳造速度が２５ｍ／分の場合には、接触長さ
が４９０ｍｍ以上で割れの発生が認められなくなった。
３５ｍ／分の場合には調整可能な限界である５５０ｍｍ
ではじめて割れが認められなくなった。一方Ｐｂ−Ｃａ
系合金の場合には殆ど凝固温度範囲が無いため、実験し
た範囲内で割れの発生は認められなかった。表２の結果
から、ベルトと鋳型との接触長さが変えられることは非
常に有効であることが理解されよう。特にＰｂ−Ｓｂ系
合金の鋳造速度を変えた場合の結果のように、接触長さ
を６０ｍｍ長くすることによって鋳造速度を１．４倍に
出来るわけで、生産性か飛躍的に向上している点は注目
に値する。

【００２２】

【発明の効果】実施例で詳細に述べた通り、本発明によ
り鋳造機は幅広い鋳造条件の選択が可能であり、例えば
設計変更によって鋳造欠陥の発生し易い材料になった
り、基体の寸法が変化した場合などにも容易に対応が可
能なものである。さらに生産性の向上にも有効に対応で
き、本発明の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基体の連続鋳造機の構造を示した
図である。

【図２】従来の連続鋳造機の構造の概要を示した図であ
る。

【図３】従来の連続鋳造機の構造の概要を示した図であ
る。

【符号の説明】

１：円柱状鋳型、２：円柱状鋳型の外周表面、３：彫り
込み部、４：給湯部、５：ヒータ、６：冷却管、７：ス
クレーパ、８：溶湯、９：基体、１０：ベルト、１１：
回転軸、１２，１９，２４：支持枠、１３，２３：スプ
リング、１４，１５，２０，２５：ハンドル、１６，２
１：連結棒、１７：テンションロール、１８，２２：ガ
イドロール

フロントページの続き (72)発明者 堂園 利徳 茨木県勝田市堀口832番地２号 株式会社 日立製作所日立研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周表面に基体断面に相当する彫り込み部
   を有する円柱状鋳型と、合金溶湯を前記彫り込み部に分
   配する給湯部と、円柱状鋳型の外周の一部と接触し、該
   接触部で円柱状鋳型と一体になって回転するベルトを主
   な構成要素とするものであって、前記給湯部が円柱状鋳
   型の上部に位置することを特徴とする電池用極板基体の
   連続鋳造機。
2. 【請求項２】外周表面に基体断面に相当する彫り込み部
   を有する円柱状鋳型と、合金溶湯を前記彫り込み部に分
   配する給湯部と、円柱状鋳型の外周の一部と接触し、該
   円柱状鋳型に対する注湯部およびベルトの接触位置なら
   びにベルトと円柱状鋳型との接触長さの一つ以上が可変
   であることを特徴とする電池用極板基対の連続鋳造機。
3. 【請求項３】ベルトが一個のテンションロールと二個の
   ガイドロールを介して回転し、一個のガイドロールの位
   置は固定されており、テンションロールと他の一個のガ
   イドロールの位置が可変であることを特徴とする請求項
   ２記載の電池用極板基対の連続鋳造機。
4. 【請求項４】位置が可変であるガイドロールおよび給湯
   部が円柱状鋳型の回転軸を支点として回転する支持枠に
   支持された構造であることを特徴とする請求項２記載の
   電池極板用基体の連続鋳造機。