JPS634312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野」 本発明は鉛蓄電池用の複数の極板の耳部を成形
されるストラツプにより相互に溶接する鉛蓄電池
用極板群のストラツプ溶接方法に関するものであ
る。 ［従来技術］ 周知の通り、鉛蓄電池の極板としては従来より
Pb−Sb系合金からなる格子体が使用されている。
また、特に自動車用鉛蓄電池においては、最近電
池のメンテナンスフリー化が急速に進んでおり、
これにともない、格子用合金の材質も前述した
Pb−Sb系合金からPb−Ca系合金へと変りつつあ
る。これは水素過電圧の高いPb−Ca系合金を使
用することにより充電時のガス発生を抑え、電解
液の減少を従来のPb−Sb系合金の格子を用いた
電池に比べて極めて少くすることができるからで
ある。このようにPb−Ca系合金の格子を用いる
ことにより電池のメンテナンスフリー化が図られ
るという大きな利点があるわけであるが、必ずし
も利点ばかりではなく、Pb−Sb系合金からなる
格子を用いた場合と同様の欠点も有している。そ
れらは例えばPb−Sb系合金又はPb−Ca系合金の
格子の表面に生成される酸化被膜によつて耳部と
成形されるストラツプとの間の溶接が難しくなる
といつた問題である。 この困難性は、Pb−Ca系合金の格子を用いた
場合に顕著にあらわれるため、以下Pb−Ca系合
金を用いた場合を例にとつて、具体的に説明す
る。周知の如く、自動車用鉛蓄電池としては通常
端子電圧が約12Vのものが使用されるが、この電
池は約2Vの起電力を有する電池（セル）を６個
直列につないだ形で構成されている。第１図は自
動車用電池の断面の一部を示したものである。隔
壁１で仕切られたセル２，２′の中に陽極板３，
３′は、陰極板４，４′が交互に重ねられた形で納
められている。そして陽極板３，３′と陰極板４，
４′とは接触することがないように袋状セパレー
タ５によつて隔離されている。またセル２内の陽
極板３とセル２′内の陰極板４′はストラツプ９、
セル間接続導体６，６′及びストラツプ９′を介し
て電気的に接続された形となつている。ここでセ
ル間接続導体６とストラツプ９とは一体化された
もので、各陽極板３はストラツプ９を成形する際
にストラツプ９に溶接される。同様に、各陰極板
４′はセル間接続導体６′と一体化されたストラツ
プ９′に溶接されている。そして、セル間接続導
体６，６′は隔壁１に設けた穴７を介して一体に
結合されている。なお図には示していないが、セ
ル２内の各陰極板４あるいはセル２′内の各陽極
板３′も同様な方法でそれぞれとなりのセルの各
陽極板及び各陰極板と接続されている。 第２図ａ乃至ｃはこの各極板の耳部とストラツ
プの溶接についてより詳細に説明するための溶接
部の部分簡略図である。群を構成している多数
（この図では４枚）の陽極板３の耳部８とセル間
接続導体６とが少なくともストラツプ９を成形す
る際に該ストラツプ９を介して一体化されてい
る。ここでストラツプ９を形成する場合には、足
し鉛と称して溶融した鉛合金をこの部分に注ぎ込
んで形成することが多いが、時にはあらかじめ極
板の耳部８を充分長くしておき、これを溶融させ
ることにより、外部から溶融金属を加えることな
しに形成することもある。またさらにキヤストオ
ン方式と称して各極板の耳部８の上部に溶融した
Pb合金を流し込み、セル間接続導体６とストラ
ツプ９とを同時に形成すると共に各極板の耳部８
との溶接を行なう方式もある。いづれにしても最
終的にはストラツプを介してセル間接続導体と各
極板とが溶接されて一体化されるわけであるが、
欠陥のない信頼性の高い接続部を得ることはかな
り難しい。Pb−Sb系合金で極板を形成した場合
も勿論であるが、特に極板に使用している格子が
Pb−Ca系合金の場合にその傾向は極めて顕著で
ある。したがつて欠陥が顕著にあらわれるPb−
Ca系合金を用いる場合を例にとつて以下にその
理由について述べる。 周知の如く、Pb−Ca系合金はPb−Sb系合金に
比べて流動性が悪くかつ活性度の高いCaを含有
するため、溶融状態においては溶湯表面に極めて
容易に酸化被膜が形成される。Pb−Ca系合金格
子を有する極板の溶接を難しいものにしているの
はこの酸化被膜の存在である。例えばキヤストオ
ン方式でPb−Ca系合金格子の各極板をストラツ
プにより相互に溶接する場合には、各極板の耳部
の上部がその中に含まれるような鋳型の中に、例
えば約500℃程度のPb−Sb合金を鋳込むことによ
り、セル間接続導体とストラツプを形成するとと
もにストラツプ内部に各極板の耳部を抱えこむよ
うな形で溶接する。この際鋳込まれたPb−Sb系
合金が凝固するのに要する時間は３〜５秒程度で
ある。この間に各極板の耳部は周囲に注ぎ込まれ
たPb−Sb系合金の溶湯からの熱を受取つて表面
が溶融し、形成されたストラツプと一体化され
る。前述した通りPb−Ca系合金は極めて酸化さ
れ易く、特に溶融状態での酸化被膜の生成は容易
である。したがつて上述した如く溶融した金属が
周辺に注ぎ込まれて耳部の表面が溶融する際に
も、巻込まれた空気中の酸化と反応して酸化被膜
が形成される。また耳部の表面の酸化被膜はキヤ
ストオン時以前から存在しているものも考えねば
ならない。例えば、エキスパンド格子の場合には
素材であるPb−Ca系合金シート製作用のインゴ
ツトの段階で生じた酸化被膜や、シートに圧延す
る段階で生じた酸化被膜がある。鋳造格子の場合
には約500℃のPb−Ca系合金溶湯が金型に鋳込ま
れるため、出来上がつた格子の表面には酸化被膜
が生じている。また格子の製造段階ばかりでなく
極板製造工程に於て、例えばペーステイングの後
の乾燥の際に生じる酸化被膜もある。 ［発明が解決しようとする問題点］ このような酸化被膜が存在すると以下に示すよ
うに溶接を良好に行なうことができない。言うま
でもなく、酸化物は一般に融点が高く簡単には溶
融しない。しかしながらそれ自体の比重は鉛合金
のそれより小さいため酸化被膜が溶融しなくても
その周囲の金属が溶融すれば比重の小さい酸化被
膜は溶融した金属の表面へ浮上するはずである。
キヤストオン時に周囲に注ぎ込まれた鉛合金の溶
湯から熱を受け耳部の表面が溶融すれば酸化被膜
は前記の溶湯の中を移動し表面に浮上できるはず
である。ところが特にPb−Ca系合金は、Pb−Sb
系合金に比べて非常に流動性が悪く、溶融しても
キヤストオン時に周囲に注ぎ込まれたPb−Sb系
合金と融合しにくい。このことは耳部の表面に存
在する酸化被膜が周囲の溶融金属の中を移動しス
トラツプの表面まで浮上しにくいことを意味して
いる。またキヤストオン時に注ぎ込まれた鉛合金
が凝固する時間が３〜５秒程度であることも酸化
被膜の浮上を困難にしている原因である。もつと
長い時間をかけて凝固させれば相当量浮上させる
ことができるはずであるが、そのように長い時間
を掛けると、その間に耳部の温度が上昇しすぎて
耳部全体が溶融し、ストラツプ下部で耳部が溶断
する現象が生じる。 上記のような理由から酸化被膜は浮上できず、
ストラツプ内部に残留した形になる。第３図はこ
の情況を示したものである。第３図ａは極めて良
好な溶接がなされた場合の断面形状を示したもの
で、ストラツプ９と耳部８との間には美しいフイ
レツト（Ａ部）が形成され、ストラツプ９内部の
耳部８の表面は適度に溶融し、ストラツプ９と耳
部８との境界（図中の点線）は見分けがつかない
状態となつている。同図ｂは通常の工程に於て作
られたもので欠陥の発生状況を示す典型的な一例
である。まず第１に第３図ａで見られたフイレツ
トの形成が見られない。これは耳部８の表面に存
在する酸化被膜のためにストラツプ９を形成する
溶融金属が耳部８の表面に濡れにくいためであ
る。そして単にフイレツトが形成され難いばかり
でなく、符号Ｂで示したように大きなクレバス状
の欠陥が現われてくる。また耳部８の表面に存在
していた酸化被膜がストラツプ９の表面まで浮上
できず、ストラツプ９内に閉じこめられた形とな
るため、この部分では酸化被膜によつて上下左右
の金属が分断されて所謂、介在物の巻込、あるい
は融合不良といつた欠陥の発生を見ることにな
る。図中のＣはこの種の欠陥の発生を示したもの
であり、この欠陥は丁度溶融が起こる前の耳部の
表面に相当する位置に存在している。このような
欠陥が発生すれば耳部がストラツプから抜け落ち
易くなることは明らかである。特にＢのようにフ
イレツトができないことから進展した大きなクレ
バスはノツチの役目を果し、極板が左右に多少曲
げられるとクレバスの先端で亀裂が発生し、この
ため極板がストラツプより脱落することがある。
さらにこのような欠陥が発生すると電流が流れる
ための有効断面積を減少させるため、特に大電流
放電の場合にはこの部分での電圧効果を大ならし
め、自動車のエンジンの起動性能を低下させる原
因となつている。 以上Pb−Ca系合金の格子を用いた極板に対し
てPb−Sb系合金によるキヤストオン方式での溶
接を例にあげて説明したが、この種の現象は多用
されているガスバーナによる足し鉛方式を採つた
場合も同じであり、またストラツプを形成する金
属にPb−Ca系合金を用いた場合にはいつそう顕
著である。また、Pb−Ca系合金の格子を用いた
場合にも、酸化被膜の発生に程度の差はあるが酸
化被膜の存在による溶接欠陥は同様に発生する。 本発明は、鉛蓄電池用極板の耳部をストラツプ
を成形する際に相互に溶接する際に生じる上述し
たような問題を解決し、金属学的にも機械的にも
優れかつ耐食性にも優れた溶接部を得ることを可
能ならしめた鉛蓄電池用極板群のストラツプ溶接
方法を提案することを目的としたものである。 ［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するために本発明では、極
板３の耳部８の表面にレーザビームの如き高エネ
ルギ密度を有するビーム１１を照射して該耳部８
の表面層を蒸発除去することにより該耳部８の表
面に存在していた酸化膜の如き被膜を除去する表
面処理を施し、しかる後ストラツプの成形工程を
行なうのである。 ［発明の作用］ 周知の通り、レーザビームは位相のそろつた特
殊な光であり、適当な手段により集光することに
より極めて高いエネルギ密度を得ることが可能と
なる。それ故適当に集光したビームを物体に照射
すると、ビームが当つた所は著しく高温になり物
質の溶融はもちろんのこと沸とう、蒸発が起る。
またエネルギ密度が高いということは熱影響を最
小限にとどめ、必要な個所だけを加熱することが
可能であることを意味し、例えば極めて薄い材料
でも全体を溶かすことなくごく表面だけに溶融部
分を限定することができる。これにより、溶接に
供される極板３の耳部８の表面層のみを溶融・蒸
発させて、この部分に存在していた酸化物等を除
去し、清浄な金属表面を露出させることができ
る。このような処理を施してからストラツプの成
形工程を行うことにより、溶接状態が極めて良好
で溶接部の機械的強度や耐食性の充分な溶接が行
われる。 ［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明においては、前記のような性質を有するレ
ーザビームを極板の耳部の表面に照射するわけで
あるが、その状況は例えば第４図に示した通りで
ある。レーザ発振装置１０から出たレーザビーム
１１を、凹面鏡１２により極板３の耳部８の表面
上での直径が０・５〜1.0mm程度になるように集
光させる。また凹面鏡１２を矢印Ｘ，X′の方向
に反復させて動かすことにより、集光したビーム
１１を耳部８の表面上で左右（矢印Ｙ，Y′の方
向）に反復させて動かす。さらに凹面鏡１２によ
るビーム１１の移動方向（Ｙ，Y′の方向）と直
角な方向（第４図の紙面と直角な方向）に極板３
を移動させる。第５図はこのような操作をした時
の極板３の耳部８の表面上での集光されたレーザ
ビーム１１の動きを示したもので、Ｚ方向の矢印
が極板３の移動方向、１５が耳部８の表面上での
レーザビーム１１の動きを示している。 さてこのような状況下でレーザ発振装置１０を
出る時のビーム１１のエネルギおよび耳部８の表
面でのビーム径、さらにＹ，Y′方向で反復させ
るビーム１１の移動速度を適当に選ぶことによ
り、耳部８のうち溶接に供される部分の表面層
（例えば厚さ0.05〜0.1mm）だけ著しい高温状態に
し、表面に存在していた酸化物および生地のPb
−Ca系合金又はPb−Sb系合金の一部を蒸発除去
させることが可能となる。好ましくは、このよう
な操作はArあるいはN2等の不活性ガス中で行
う。上記の操作により、レーザビーム１１が照射
されてできた耳部８の表面は、酸化膜が除去され
た金属本来の清浄な表面となる。 以上のように、本発明による方法を適用するこ
とにより、耳部表面に存在する酸化膜等を除去す
ることができるが、前述したように耳部表面に照
射されているレーザビーム１１は耳部８のごく表
面層のみを除去するように直径が0.5〜１mm程度
に絞られているため、例えば第４図においてビー
ム１１をＹ，Y′方向に１回移動させることによ
り形成される清浄な金属表面は幅がほぼビーム径
と同程度の帯状となる。したがつて溶接に供せら
れる耳部８の表面全体に清浄な金属表面を形成す
るには、極板３の移動速度を比較的小さなものに
することが必要となつてくる。しかしながら極板
３の移動速度をあまり小さくすることは生産能率
を低下させるので好ましくない。これに対する解
決策としてはレーザビーム１１を照射するための
ヘツドを数個設け、一度照射した表面をくり返し
照射するようにすれば良い。ただしこのためにレ
ーザ発振装置１０を何台も用意する必要はなく、
発振装置１０から出たビーム１１を適当な鏡で分
割することで目的を達することができる。次に、
本発明の実験例につき説明する。実験ではPb−
0.07Ca−0.5Sn合金を鋳造して製作した格子にペ
ーストを充填した後、一次乾燥、熟成、化成、及
び二次乾燥を経た極板３に対し、本発明による方
法で耳部８の表面処理を行なつた後にキヤストオ
ンにより群溶接を行なつたものと、従来通り二次
乾燥終了後そのままキヤストオンで溶接したもの
とについて溶接部の外観（フイレツトの生成状
況）、断面組織検査による欠陥発生状況ならびに
引張試験による機械的強度測定を行い、本発明の
効果について評価した。本発明による耳部８の表
面処理は次のようにして行なつた。レーザビーム
１１は最大出力2kwのCO₂ガスレーザ発振装置１
０を用いて発生させ、第４図に示した如く凹面鏡
１２を用いて耳部８の表面でビーム径が約0.8mm
になるように集光させた。さらに凹面鏡１２を10
Hzの速さで第４図のＸ，X′方向にくり返し動か
し、耳部表面上での振幅が15mmになるようにビー
ム１１を振らせた。この時ビーム１１の振幅方向
と直角な方向（第５図参照）に極板１３を0.5
ｍ／分の速さで移動させ、レーザビーム１１によ
り加熱されて除去される耳部表面層の厚さが約
0.05mmになるように発振装置１０の出力をコント
ロールした。なおレーザビーム１１の照射は極板
３の上下両方向から行い、耳部８のうち溶接に供
される部分の表面全体が十分な処理がなされるよ
うにした。また処理はArガス雰囲気中で行なつ
た。 ストラツプの成形及びストラツプと極板の耳部
との溶接はキヤストオン方式で行なつたが、この
時の鋳造合金の材質はPb−3.0Sb−0.3Asであり、
鋳込時の溶湯温度は、480℃、キヤストオン用金
型の予熱温度は180℃である。またこの溶接は大
気中で行い、不活性ガス被覆等の特別な処理は行
わなかつた。 前述した方法によつて本発明の効果について調
べた結果を下表に示す。

【表】 上記の表から明らかな如く、極板の耳部に対し
てレーザビームによる表面処理を施した本発明に
よるものはこのような処理を施さないものに比べ
て非常にすぐれた結果を示しており、本発明がす
ぐれた溶接部を得るための手法として有効である
ことがわかる。 なお、これまでの説明はPb−Ca系合金格子を
用いた極板を対象として行なつてきたが、本発明
はPb−Sb系合金格子を用いた極板の耳部に対し
て適用しても何らその効果が減じたり、失なわれ
たりすることはない。また、ビームによる処理は
空気中で行なうこともできる。 更に、本発明による方法はレーザビームの代り
に電子ビームを用いても実施できる。ただし、電
子ビームの場合には真空中での照射が必要である
ため、作業性が或程度犠牲になるのは避けられな
い。実用上はレーザビームを用いる方が好ましい
ことは言うまでもない。 ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、鉛蓄電池
用極板の耳部表面に高エネルギ密度を有するビー
ムを照射することにより、該耳部の表面に存在し
ていた酸化膜のごとき溶接に有害な被膜を除去し
てのち、ストラツプの成形と同時に極板の耳部の
溶接を行なうので、溶接状態の極めて良好な溶接
を行うことができる。これにより、鉛蓄電池用極
板群の溶接の歩留りを大巾に向上させることがで
きるだけでなく、溶接部の機械的強度や耐食性の
増大をも図ることができるので、実益が大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉛蓄電池の構造の一例を示した部分断
面図、第２図ａ乃至ｃはそれぞれ溶接部の構造を
概略的に示した平面図、正面図及び左側面図、第
３図ａは溶接部の良好な状態を示す説明図、同図
ｂは欠陥のある溶接部を示す説明図、第４図は本
発明の実施例で極板の耳部にビームを照射してい
る状態を示す説明図、第５図は極板の耳部におけ
る上記のビーム照射の軌跡を示す説明図である。 ３，３′……陽極板、４，４′……陰極板、６，
６′……セル間接続導体、８……耳部、９，９′…
…ストラツプ、１０……レーザ発振装置、１１…
…レーザビーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Pb−Ca系又はPb−Sb系合金よりなる格子体
   で形成した複数の極板３の耳部８をストラツプ９
   を成形する際に該ストラツプで相互に溶接する鉛
   蓄電池用極板群のストラツプ溶接方法において、
   前記極板３の前記耳部８の表面にレーザビームの
   如き高エネルギ密度を有するビーム１１を照射し
   て該耳部８の表面層を蒸発除去することにより該
   耳部８の表面に存在していた酸化膜の如き被膜を
   除去する表面処理を施し、しかる後前記ストラツ
   プを成形する工程を行なうことを特徴とする鉛蓄
   電池用極板群のストラツプ溶接方法。