アルカリ蓄電池用極板の製造方法
【課題】アルカリ蓄電池において、極板短面の返りバリや突起の発生を防ぐとともに、刃物寿命を延長できるアルカリ蓄電池用極板製造方法を提供する。
【解決手段】長尺の芯材に、酸化カドミウム活物質粉末を主体とする活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で裁断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くこととする。
【解決手段】長尺の芯材に、酸化カドミウム活物質粉末を主体とする活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で裁断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くこととする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活物質の存在する部分と活物質の存在しない部分で使用する刃を変えるアルカリ蓄電池用極板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器のポータブル化、コードレス化が急速に進む中、これらの電源として小型、且つ軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まりつつある。中でも高容量で、安価な二次電池が要望され、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池などに代表されるアルカリ蓄電池のコストダウンと市場での信頼性向上が強く要望されている。
【０００３】
そのような中、高密度・高容量が可能であるアルカリ蓄電池用極板として、活物質の高密度充填が可能なペースト式極板が主流となってきた。ペースト式極板としては、一般に、発泡メタル、フェルトメタルなどの三次元的に連続した微空孔を有するスポンジ状の多孔金属基板（以下本願では、単に発泡メタル基板と称する）や有孔薄鋼板（以下本願では、単に多孔基板と称する）などの芯材に活物質を主体としたペースト状混練物を塗布・充填した極板原板を、所定の寸法に裁断して作製される。この極板原板の裁断は該原板をプレス金型で打ち抜く「打ち抜き方式」が行われている。
【０００４】
打ち抜き方式を用いた技術としては、三次元発泡メタルからなる芯材に活物質をプレス前に充填し、芯材露出部となる部分を除く全ての部分にプレス加工を施し、ほぼ１／２に圧縮し、活物質除去工程、集電部の形成を経て打ち抜き工程で所望の形状とする方法（特許文献１）が行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４３３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のようなうち抜き方式では、極板原板の活物質が充填された活物質層を直接裁断するため、刃物寿命が短くなり刃先の研磨または刃先の交換といった作業が頻繁に必要となり、メンテナンスが煩わしいといった問題があった。また、活物質の塗布されている極板原板を直接裁断するため、端面に返りバリや突起などが発生し易く完全に除去することはできない。このような極板を用いてセパレータを介して他の極性の極板と積層して極板群を構成しようとすると、極板の端面の返りバリや突起によりセパレータを突き破り、これに起因して正極と負極との微少短絡が生じる。
【０００７】
このような背景の下、刃物寿命を延長させ、極板の端面に返りバリや突起の発生を防いだ極板製造方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、活物質層はシャー刃で切断し、無地部はプレス刃でプレスすることにより刃物寿命を延長でき、メンテナンス時期を大幅に改善することができ、極板の短面に発生する返りバリや突起を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜５を参照して説明する。
【００１１】
本発明の特徴は、裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことにより、刃物寿命の延長ができ極板短面の返りバリや突起の発生を防ぐものである。図１および図２は本発明方法に用いる極板の製造装置の説明図で、それぞれシャー切断機およびプレス機である。図３は、図１の切断機によって切断された極板原板の形状であり、図４は図２のプレス機のプレス刃の形状、図５はプレス後の極板の形状である。
【００１２】
図１は本発明方法を実施するためのシャー切断機の説明図である。１はシャー切断機、１１は駆動装置、１２は上部シャー刃、１３は下部シャー刃、１４は下部シャー刃１３が取り付けられた台座、１５は駆動ローラの速度を可変するための制御装置、１６は駆動ローラ、１７は送りローラをそれぞれ示す。本発明のペースト式極板は、正極板または負極板のいずれにも適用できるが、以下は、負極板であるカドミウム極板で説明する。
【００１３】
３は長尺の芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成してなる極板原板であり、酸化カドミウム活物質粉末、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機粘結剤、ナイロン繊維、アクリル繊維などの補強剤をエチレングリコールなどの有機溶媒ともに混練してペースト状とし、これをニッケルめっきを施した導電性のある多孔基板からなる芯材の両面に塗着、乾燥してこれをロール状に巻いたものである。
【００１４】
シャー切断機１の中央上部には駆動装置１１が設置されており、駆動装置１１に先端が尖った平板状の上部シャー刃１２が取り付けられ、それと対向するように角部に刃部を有する平板状の下部シャー刃１３が台座１４に取り付けられている。これらシャー刃は、上部シャー刃１２が下降して下部シャー刃１３と噛合い、直線状に切断するものである。また、下部シャー刃１３は台座１４に有した螺着部（図示せず）にボルトを螺着することで取り付けられ、交換ができるようになっている。また、切断機１の入口（極板原板の移入側）上部には送りローラ制御装置１５が設置されており、その下部には駆動ローラ１６を備え、ローラの回転速度を制御している。この制御装置１５の下方には対向して多数の送りローラ１７が設置され制御装置１５の駆動ローラ１６と送りローラ１７で極板原板３を挟み込みながら移送することでロール状に巻回されて巻き癖がついている極板原板３の巻き癖を矯正して水平状態に保て、シャー刃と直角な状態で切断することができる。なお、送りローラ制御装置１５下部の駆動ローラ１６はその下方の送りローラ１７とは上下部シャー刃１２、１３の近傍の送りローラとのみに対向させ設けたが、その全部の送りローラと対向して設けても良い。
【００１５】
上下部シャー刃１２，１３の前方にはベルトコンベア５が配置され、該ベルトコンベアの先端には衝立６が設けられている。
【００１６】
このようなシャー切断機を用いて、ロール状に巻いた極板原板３を解いて送りローラ制御装置１５と送りローラ１６とで極板原板３を挟んで前方の上下部シャー刃１２、１３へと移送し、上下部シャー刃１２、１３間を所定距離だけ通り抜けたところで駆動装置１１により上部シャー刃１２を下降させ下部シャー刃１３と噛合せて極板原板３を所定の幅に切断する。この所定の幅に切断された切断原板４は前方のベルトコンベア５上に落下して搬送される。この時、該ベルトコンベア５の先端には衝立６があるので切断原板４がコンベア５から落下することはない。
【００１７】
この切断原板４を図３に示す。斜線部で示される部分が芯材の多数開口された部分に活物質が充填された活物質層４１で左右に２列形成されている。その他の部分は活物質が充填されない芯材の無地部４２である。中央の無地部４２はやや広幅に形成されている。この切断原板４はその切断部にバリや突起は発生しなかった。
そして切断原板４は次のプレス機へと移送される。
【００１８】
図２は本発明方法を実施するためのプレス機の説明図である。２はプレス機、２１は駆動装置、２２はパンチ、２３はダイをそれぞれ示す。
【００１９】
プレス機２の前面上部に駆動装置２１が設置させており、駆動装置２１の下部に一体形成されたパンチ２２が取り付けられ、パンチ２２に対向配置するようにその下方にダイ２３が取り付けられ、該パンチ２２とダイ２３とでプレス刃を構成している。プレス機２は、パンチ２２が駆動装置２１により下降してダイ２３と噛合い押圧することで、図５に示すような所定形状の極板７を得るものである。図４はダイ２３の上面図で、得るべき極板の所定形状と同一形状に突出して形成されている。このプレス機では１枚の切断原板４から２枚の極板を打ち抜くので、ダイ２３は２個形成されている。そして、図４に斜線部で示されている広い面積をもった所定形状のパンチ２２が上方より下降してダイ２３と噛合うものである。
【００２０】
このようなプレス機２を用いて、切断原板４は作業者によって１枚ずつダイ２３上に乗せられ、作業者がスイッチを押すことで動作する駆動装置２１によりパンチ２２を下降させ、下部に取り付けられたダイ２３と噛合わされて切断原板４の無地部４２の部分のみを所定形状に打ち抜かれた極板を得るものである。所定形形状に打ち抜かれた極板７は、作業者によって取り出され、新たに切断原板４をダイ２３上に乗せることにより繰り返し行われる。なお、図５に示すように一回のプレスで２枚の極板７を得ることができる。７１は極板７の耳部である。
【００２１】
従来、極板の作製はプレス機のみを用いて打ち抜きだけを行っており、活物質の塗布されている部分のプレス刃の磨耗が激しく、プレス刃の早期寿命を引き起こしていた。またこれにより、極板の裁断面にはバリや突起を生じていた。本発明では、活物質層と無地部とで刃を変えることにより刃の磨耗を低減し交換時期を延ばすことができ、また極板の裁断面に生じるバリや突起を防止することが可能である。なお、従来のプレス機のみで製造した場合のプレス刃は、約１万回打ち抜くごとに刃先を研磨したりして交換する必要があったが、本発明方法による場合はシャー刃、プレス刃何れも約３万回まで交換する必要はなかった。また、従来はプレスする際に押さえ代が必要であったが、本発明方法によれば押さえ代は不要となり従来のプレス機のみの打ち抜きより歩留まりが５％向上した。
【００２２】
なお、本実施例の極板は多孔基板を用いたが、発泡メタルを用いた場合でも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明一実施形態を示す極板製造装置（シャー切断機）の説明図。
【図２】本発明一実施形態を示す極板製造装置（プレス機）の説明図。
【図３】本発明一実施形態を示すシャー刃を用いて裁断した極板の形状。
【図４】本発明一実施形態を示すプレス刃の形状。
【図５】本発明一実施形態を示す極板の加工形状。
【符号の説明】
【００２４】
１ シャー切断機
１１ 駆動装置
１２ 上部シャー刃
１３ 下部シャー刃
２ プレス機
２１ 駆動装置
２２ パンチ
２３ ダイ
３ 極板原板
４ 切断原板
４１ 活物質層
４２ 無地部
５ ベルトコンベア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活物質の存在する部分と活物質の存在しない部分で使用する刃を変えるアルカリ蓄電池用極板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器のポータブル化、コードレス化が急速に進む中、これらの電源として小型、且つ軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まりつつある。中でも高容量で、安価な二次電池が要望され、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池などに代表されるアルカリ蓄電池のコストダウンと市場での信頼性向上が強く要望されている。
【０００３】
そのような中、高密度・高容量が可能であるアルカリ蓄電池用極板として、活物質の高密度充填が可能なペースト式極板が主流となってきた。ペースト式極板としては、一般に、発泡メタル、フェルトメタルなどの三次元的に連続した微空孔を有するスポンジ状の多孔金属基板（以下本願では、単に発泡メタル基板と称する）や有孔薄鋼板（以下本願では、単に多孔基板と称する）などの芯材に活物質を主体としたペースト状混練物を塗布・充填した極板原板を、所定の寸法に裁断して作製される。この極板原板の裁断は該原板をプレス金型で打ち抜く「打ち抜き方式」が行われている。
【０００４】
打ち抜き方式を用いた技術としては、三次元発泡メタルからなる芯材に活物質をプレス前に充填し、芯材露出部となる部分を除く全ての部分にプレス加工を施し、ほぼ１／２に圧縮し、活物質除去工程、集電部の形成を経て打ち抜き工程で所望の形状とする方法（特許文献１）が行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４３３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のようなうち抜き方式では、極板原板の活物質が充填された活物質層を直接裁断するため、刃物寿命が短くなり刃先の研磨または刃先の交換といった作業が頻繁に必要となり、メンテナンスが煩わしいといった問題があった。また、活物質の塗布されている極板原板を直接裁断するため、端面に返りバリや突起などが発生し易く完全に除去することはできない。このような極板を用いてセパレータを介して他の極性の極板と積層して極板群を構成しようとすると、極板の端面の返りバリや突起によりセパレータを突き破り、これに起因して正極と負極との微少短絡が生じる。
【０００７】
このような背景の下、刃物寿命を延長させ、極板の端面に返りバリや突起の発生を防いだ極板製造方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、活物質層はシャー刃で切断し、無地部はプレス刃でプレスすることにより刃物寿命を延長でき、メンテナンス時期を大幅に改善することができ、極板の短面に発生する返りバリや突起を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜５を参照して説明する。
【００１１】
本発明の特徴は、裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことにより、刃物寿命の延長ができ極板短面の返りバリや突起の発生を防ぐものである。図１および図２は本発明方法に用いる極板の製造装置の説明図で、それぞれシャー切断機およびプレス機である。図３は、図１の切断機によって切断された極板原板の形状であり、図４は図２のプレス機のプレス刃の形状、図５はプレス後の極板の形状である。
【００１２】
図１は本発明方法を実施するためのシャー切断機の説明図である。１はシャー切断機、１１は駆動装置、１２は上部シャー刃、１３は下部シャー刃、１４は下部シャー刃１３が取り付けられた台座、１５は駆動ローラの速度を可変するための制御装置、１６は駆動ローラ、１７は送りローラをそれぞれ示す。本発明のペースト式極板は、正極板または負極板のいずれにも適用できるが、以下は、負極板であるカドミウム極板で説明する。
【００１３】
３は長尺の芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成してなる極板原板であり、酸化カドミウム活物質粉末、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機粘結剤、ナイロン繊維、アクリル繊維などの補強剤をエチレングリコールなどの有機溶媒ともに混練してペースト状とし、これをニッケルめっきを施した導電性のある多孔基板からなる芯材の両面に塗着、乾燥してこれをロール状に巻いたものである。
【００１４】
シャー切断機１の中央上部には駆動装置１１が設置されており、駆動装置１１に先端が尖った平板状の上部シャー刃１２が取り付けられ、それと対向するように角部に刃部を有する平板状の下部シャー刃１３が台座１４に取り付けられている。これらシャー刃は、上部シャー刃１２が下降して下部シャー刃１３と噛合い、直線状に切断するものである。また、下部シャー刃１３は台座１４に有した螺着部（図示せず）にボルトを螺着することで取り付けられ、交換ができるようになっている。また、切断機１の入口（極板原板の移入側）上部には送りローラ制御装置１５が設置されており、その下部には駆動ローラ１６を備え、ローラの回転速度を制御している。この制御装置１５の下方には対向して多数の送りローラ１７が設置され制御装置１５の駆動ローラ１６と送りローラ１７で極板原板３を挟み込みながら移送することでロール状に巻回されて巻き癖がついている極板原板３の巻き癖を矯正して水平状態に保て、シャー刃と直角な状態で切断することができる。なお、送りローラ制御装置１５下部の駆動ローラ１６はその下方の送りローラ１７とは上下部シャー刃１２、１３の近傍の送りローラとのみに対向させ設けたが、その全部の送りローラと対向して設けても良い。
【００１５】
上下部シャー刃１２，１３の前方にはベルトコンベア５が配置され、該ベルトコンベアの先端には衝立６が設けられている。
【００１６】
このようなシャー切断機を用いて、ロール状に巻いた極板原板３を解いて送りローラ制御装置１５と送りローラ１６とで極板原板３を挟んで前方の上下部シャー刃１２、１３へと移送し、上下部シャー刃１２、１３間を所定距離だけ通り抜けたところで駆動装置１１により上部シャー刃１２を下降させ下部シャー刃１３と噛合せて極板原板３を所定の幅に切断する。この所定の幅に切断された切断原板４は前方のベルトコンベア５上に落下して搬送される。この時、該ベルトコンベア５の先端には衝立６があるので切断原板４がコンベア５から落下することはない。
【００１７】
この切断原板４を図３に示す。斜線部で示される部分が芯材の多数開口された部分に活物質が充填された活物質層４１で左右に２列形成されている。その他の部分は活物質が充填されない芯材の無地部４２である。中央の無地部４２はやや広幅に形成されている。この切断原板４はその切断部にバリや突起は発生しなかった。
そして切断原板４は次のプレス機へと移送される。
【００１８】
図２は本発明方法を実施するためのプレス機の説明図である。２はプレス機、２１は駆動装置、２２はパンチ、２３はダイをそれぞれ示す。
【００１９】
プレス機２の前面上部に駆動装置２１が設置させており、駆動装置２１の下部に一体形成されたパンチ２２が取り付けられ、パンチ２２に対向配置するようにその下方にダイ２３が取り付けられ、該パンチ２２とダイ２３とでプレス刃を構成している。プレス機２は、パンチ２２が駆動装置２１により下降してダイ２３と噛合い押圧することで、図５に示すような所定形状の極板７を得るものである。図４はダイ２３の上面図で、得るべき極板の所定形状と同一形状に突出して形成されている。このプレス機では１枚の切断原板４から２枚の極板を打ち抜くので、ダイ２３は２個形成されている。そして、図４に斜線部で示されている広い面積をもった所定形状のパンチ２２が上方より下降してダイ２３と噛合うものである。
【００２０】
このようなプレス機２を用いて、切断原板４は作業者によって１枚ずつダイ２３上に乗せられ、作業者がスイッチを押すことで動作する駆動装置２１によりパンチ２２を下降させ、下部に取り付けられたダイ２３と噛合わされて切断原板４の無地部４２の部分のみを所定形状に打ち抜かれた極板を得るものである。所定形形状に打ち抜かれた極板７は、作業者によって取り出され、新たに切断原板４をダイ２３上に乗せることにより繰り返し行われる。なお、図５に示すように一回のプレスで２枚の極板７を得ることができる。７１は極板７の耳部である。
【００２１】
従来、極板の作製はプレス機のみを用いて打ち抜きだけを行っており、活物質の塗布されている部分のプレス刃の磨耗が激しく、プレス刃の早期寿命を引き起こしていた。またこれにより、極板の裁断面にはバリや突起を生じていた。本発明では、活物質層と無地部とで刃を変えることにより刃の磨耗を低減し交換時期を延ばすことができ、また極板の裁断面に生じるバリや突起を防止することが可能である。なお、従来のプレス機のみで製造した場合のプレス刃は、約１万回打ち抜くごとに刃先を研磨したりして交換する必要があったが、本発明方法による場合はシャー刃、プレス刃何れも約３万回まで交換する必要はなかった。また、従来はプレスする際に押さえ代が必要であったが、本発明方法によれば押さえ代は不要となり従来のプレス機のみの打ち抜きより歩留まりが５％向上した。
【００２２】
なお、本実施例の極板は多孔基板を用いたが、発泡メタルを用いた場合でも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明一実施形態を示す極板製造装置（シャー切断機）の説明図。
【図２】本発明一実施形態を示す極板製造装置（プレス機）の説明図。
【図３】本発明一実施形態を示すシャー刃を用いて裁断した極板の形状。
【図４】本発明一実施形態を示すプレス刃の形状。
【図５】本発明一実施形態を示す極板の加工形状。
【符号の説明】
【００２４】
１ シャー切断機
１１ 駆動装置
１２ 上部シャー刃
１３ 下部シャー刃
２ プレス機
２１ 駆動装置
２２ パンチ
２３ ダイ
３ 極板原板
４ 切断原板
４１ 活物質層
４２ 無地部
５ ベルトコンベア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことを特徴とするアルカリ蓄電池用極板の製造方法。
【請求項１】
芯材に活物質を充填した活物質層と活物質を充填しない無地部を形成し、これを裁断して所定形状の極板を製造するアルカリ蓄電池用極板の製造方法において、その裁断個所に活物質が存在する部分はシャー刃で切断し、活物質が存在しない部分はプレス刃で打ち抜くことを特徴とするアルカリ蓄電池用極板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２５２８０５（Ｐ２００６−２５２８０５Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６３９１０（Ｐ２００５−６３９１０）
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月８日（２００５．３．８）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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