CN115315334B - 蓄电池用端子的制造方法以及蓄电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种蓄电池用端子的制造方法以及蓄电池，其能够抑制端子极柱的焊接不良造成的焊接强度降低。蓄电池用端子的制造方法通过凸焊来形成端子极柱，其中，集电部的上端部具有并排设置的至少三个突起部，突起部中包括第一突起部和第二突起部，第一突起部位于第二突起部之间，第一突起部的高度比第二突起部的高度低，第一突起部的高度方向(Z轴方向)的中心线到第二突起部的高度方向(Z轴方向)的中心线的长度与第一突起部41的连接部位到第二突起部的连接部位的最小长度的比率为0.25以上且0.50以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用凸焊的蓄电池用端子的制造方法以及蓄电池。
背景技术
以往，以镍-镉蓄电池或镍-氢蓄电池等为代表的碱蓄电池的充放电的可逆性优异、功率高且容量高，不仅被用作手机、电动工具之类的小型设备的动力源，还有效地用作电动汽车、混合动力汽车的大型动力源。通常而言，这些碱蓄电池大多采用如下结构：将包括镍正极、负极以及分隔件的极板组配置在电池槽内，所述镍正极包含氢氧化镍作为主材料，所述负极包含氢氧化镉、储氢合金等作为主材料，所述分隔件介存于所述正极与负极之间，与正极及负极电连接的极柱端子从电池槽内贯通电池槽盖，极柱的一部分突出至电池槽外而取出电流。作为此情况下的极柱端子的材质，广泛使用有镍、镍合金、铁、钢材等。
如图4所示，碱蓄电池的极柱端子包括端子部2和倒U字形的集电部3，通过进行焊接将端子部2的下端部21与集电部3的上端部31接合。并且，端子部2的下端部21与集电部3的上端部31接合而成的极柱端子1的以下结构为公众所知：将从极板组的正极板及负极板导出的极耳(舌片)插入集电部3的倒U字内而通过点焊等来相互接合(参照专利文献1的图2)。
端子部2与集电部3的焊接一直以来使用有弧焊，其中，通常为钨极惰性气体(Tungsten Inert Gas，TIG)焊接。TIG焊接是使用耐热性强的钨电极或钨合金电极来产生电弧，通过其电弧热将端子部2与集电部3熔融而加以焊接。然而，为了防止熔融金属因大气中的氧、氮等而发生氧化、氮化，要借助氩气、氦气等惰性气体而在与大气隔绝的情况下进行焊接，所以焊接速度慢、极柱端子的制作耗时。进而，惰性气体价格高昂、费用也高。
作为其他焊接方法，有凸焊，即，在要接合的焊接构件中的一者上形成突起部，使所述突起部与另一焊接构件抵接，通过一对电极进行加压并流通焊接电流而使电阻发热(后面有时也记作“焦耳热”)集中于突起部，由此使得所述突起部熔融而将焊接构件彼此接合，是一种焊接速度快、价格低廉的焊接方法。
然而，因流通焊接电流而产生的焦耳热容易集中到位于焊接部的中央附近的突起部。因此，突起部熔融而产生的熔融金属集中于焊接部的中央而在焊接部产生喷溅，若所述喷溅接触到对极，则有引发蓄电池的短路之虞。另外，若熔融金属集中于焊接部的中央，则会发生爆炸或飞散而在焊接部产生空腔，从而还有引发端子极柱的焊接强度的降低或者导电电阻的上升之虞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-288217号公报
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明人进行了各种研究，结果发现，在基于凸焊的蓄电池用端子的制造方法中，通过规定突起部的高度以及突起部的间隔，能够抑制端子极柱的焊接不良，从而完成了本申请发明。
因而，本发明的目的在于提供一种能够抑制端子极柱的焊接不良的蓄电池用端子的制造方法。
解决问题的技术手段
本发明的一实施例的蓄电池用端子的制造方法如下，即，一种蓄电池用端子的制造方法，对端子部的下端部与集电部的上端部进行凸焊来形成端子极柱，其主旨在于，集电部的上端部具有并排设置的至少三个突起部，突起部中包括第一突起部和第二突起部，第一突起部位于第二突起部之间，第一突起部的高度比第二突起部的高度低，第一突起部的连接部位到两个第二突起部的连接部位的最小长度相对于第一突起部的高度方向的中心线到第二突起部的高度方向的中心线的长度的比率为0.25以上且0.50以下。
发明的效果
根据本发明的蓄电池用端子的制造方法，由于第一突起部的高度比第二突起部的高度低且充分保持第一突起部与第二突起部的间隔，所以，能够抑制对端子部和集电部流通焊接电流时产生的焦耳热集中于第一突起部，从而能抑制端子极柱的焊接不良。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式的蓄电池用端子的制造方法的焊接装置的要部的局部右侧视图。
图2为表示本发明的实施方式的集电部的局部正面图。
图3为表示本发明的实施方式的集电部的俯视图。
图4为表示蓄电用端子极柱的立体图。
[附图标记说明]
1：端子极柱
2：端子部
21：端子部的下端部
3：集电部
31：集电部的上端部
4：突起部
41：第一突起部
411：第一突起部的连接部位
42(42')：第二突起部
421(421')：第二突起部的连接部位
5：焊接装置
51：一对电极
CL1：第一突起部的高度方向的中心线
CL2(CL2')：第二突起部的高度方向的中心线
具体实施方式
使用附图，对本发明的实施方式进行说明。再者，以下所说明的实施方式展示的是本发明的一例，本发明并不限定于本实施方式。另外，可以对本实施方式加入各种变更或改良，这样的加入了变更或改良的形态也能包含在本发明中。
在以下的附图的记载中，同一符号表示同一结构构件。但附图是示意性的，厚度与平面尺寸的关系、各构件的厚度的比率等可能与现实不一样。另外，在附图相互之间，相互的尺寸的关系、比率等也可能不一样。进而，有时会使用X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向来表示方向。例如，X轴方向为后文叙述的集电部的长度方向。Y轴方向为后文叙述的集电部的宽度方向。Z轴方向为后文叙述的集电部的高度方向。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互正交。XYZ轴呈右手定则。
图1为表示本发明的实施方式的蓄电池用端子的制造方法的焊接装置的要部的局部右侧视图。图2为表示本发明的实施方式的集电部的局部正面图。图3为图2的集电部的俯视图。图4为表示蓄电用端子极柱的立体图。
如图1所示，本发明的蓄电池用端子的制造方法是在集电部3的上端部31至少并排设置三个突起部4，以所述突起部4与端子部2的下端部21抵接的方式设置到焊接装置5上，通过一对电极51一边对端子部2和集电部3进行加压一边流通焊接电流而使焦耳热集中于突起部4，由此使得所述突起部4熔融而将端子部2与集电部3加以焊接。
如图2所示，本发明的蓄电池用端子的制造方法中的集电部3包括并排设置于上端部31的突起部4中的第一突起部41和两个第二突起部42(42')，第一突起部41位于第二突起部42(42')之间，第一突起部41的高度H1形成得比第二突起部42(42')的高度H2(H2')低。进而形成为第一突起部41的高度方向(Z轴方向)的中心线CL1到第二突起部42(42')的高度方向(Z轴方向)的中心线CL2(CL2')的长度L0(L0')与第一突起部41的连接部位411到第二突起部42(42')的连接部位421(421')的最小长度L(L')的比率L/L0(比率L'/L0')为0.25以上且0.50以下。
通过将并排设置于集电部3的上端部31的突起部4设为这样的结构，在端子部2的下端部21与集电部3的上端部31的凸焊中，在对端子部2和集电部3流通焊接电流时，由于第一突起部41的高度比第二突起部42的高度低且充分保持第一突起部41与第二突起部42(42')的间隔，所以，因焊接电流而产生的焦耳热不易集中于第一突起部41，能将焦耳热分散至第二突起部42(42')。由此，能够抑制熔融金属集中于焊接部的中央，从而能抑制喷溅、爆炸、飞散等焊接不良的发生。再者，本说明书中的所谓“焊接部”，是通过端子部2的下端部21与集电部3的上端部31的凸焊来接合的、端子部2的下端部21与集电部3的上端部31的接合部分。
另一方面，在并排设置于集电部3的上端部31的突起部4中的第一突起部41的高度H1和第二突起部42(42')的高度H2(H2')形成为H1≥H2(H2')的情况下，焊接电流或电阻所产生的焦耳热容易集中于第一突起部41而发生作为焊接不良的喷溅。
另外，在以比率L/L0(比率L'/L0')不到0.25的方式形成第一突起部41和第二突起部42(42')的情况下，由于第一突起部41与第二突起部42(42')的间隔窄，所以因流通焊接电流而产生的焦耳热集中于第一突起部41而发生作为焊接不良的喷溅。进而，容易发生爆炸或飞散，在焊接部产生空腔而导致端子极柱1的焊接强度降低。
在以比率L/L0(比率L'/L0')超过0.50的方式形成第一突起部41和第二突起部42(42')的情况下，突起部4的长度短，导致端子极柱1的焊接强度降低。
再者，在本说明书中，将“第一突起部”定义为并排设置于集电部3的上端部31的突起部4中的高度最低的突起部，将“第二突起部”定义为并排设置于集电部3的上端部31的突起部4中的第一突起部41两邻的突起部。另外，将“突起部的高度”定义为集电部3的上端部31到突起部4的顶点的高度。进而，将“第一突起部的连接部位”定义为集电部3的上端部31与第一突起部41的连接部分，将“第二突起部的连接部位”定义为集电部3的上端部31与第二突起部42(42')的连接部分。另外，“CL2”为其中一第二突起部42的高度方向(Z轴方向)的中心线，“CL2'”为另一第二突起部42'的高度方向(Z轴方向)的中心线，“H2”为其中一第二突起部42的高度，“H2'”为另一第二突起部42'的高度，“L0”为第一突起部41的高度方向(Z轴方向)的中心线CL1到其中一第二突起部42的高度方向(Z轴方向)的中心线CL2的长度，“L0'”为第一突起部41的高度方向(Z轴方向)的中心线CL1到另一第二突起部42'的高度方向(Z轴方向)的中心线CL2'的长度，“L”为第一突起部41的连接部位411到其中一第二突起部42的连接部位421的最小长度，“L'”为第一突起部41的连接部位411到另一第二突起部42'的连接部位421'的最小长度。
另外，第二突起部42(42')的高度H2(H2')能以H2≠H2'的方式形成，也能以H2＝H2'的方式形成，第一突起部41的高度H1只要形成得比其中一第二突起部42的高度H2以及另一第二突起部42的高度H2'低即可。
进而，第一突起部41和第二突起部42(42')能以L0≠L0'的方式形成，也能以L0＝L0'的方式形成。并且，能以L≠L'的方式形成，也能以L＝L'的方式形成。其中，第一突起部41和第二突起部42(42')形成为比率L/L0及比率L'/L0'两者为0.25以上且0.50以下。
比率L/L0及比率L'/L0'可通过适当变更第一突起部41或第二突起部42(42')的突起部4的长度来加以调整，也可通过适当变更使第一突起部41或第二突起部42(42')并排设置的位置来加以调整。再者，本说明书中的“突起部的长度”定义为附图中的X轴方向的突起部的长度尺寸。
另外，优选第一突起部41的高度H1为0.2mm以上且0.4mm以下、第一突起部41的高度H1与第二突起部42(42')的高度H2(H2')的差为0.1mm以上且0.2mm以下，能够获得更可靠的焊接不良发生的抑制效果。再者，在其中一第二突起部42的高度H2与另一第二突起部42'的高度H2'不一样的情况下，优选以H2－H1及H2'－H1为0.1mm以上且0.2mm以下的方式形成第一突起部41及第二突起部42(42')。
另外，如图3所示，第一突起部41优选形成于集电部3的上端部31的中央，由于并排设置于集电部3的上端部31的突起部中的高度最低的第一突起部位于焊接部的中央，所以能进一步抑制焦耳热集中于焊接部的中央，从而能进一步抑制喷溅、爆炸、飞散等焊接不良的发生。
进而，包括并排设置于集电部的上端部的至少三个突起部中的第一突起部41和两个第二突起部42(42')，两个第二突起部42(42')优选设置于以第一突起部41为中心而相互大致对称的位置，优选以满足L0＝L0'且L＝L'的条件的方式设置第一突起部41和两个第二突起部42(42')。
再者，突起部4的形状无特别限定，可为半球状，也可为圆锥状，也可为圆柱状，也可为多棱锥状，也可为多棱柱状。另外，第一突起部41与第二突起部42(42')的形状可不同。进而，也可将区别于集电部的上端部处并排设置的突起部4中的第一突起部41及两个第二突起部42(42')的别的突起部进而设置于第二突起部42(42')的外方向(X轴方向)侧。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明。但本发明并不限定于以下实施例。
[端子极柱的制作]
(实施例1、2及比较例2)
首先，以变为图4的端子部2的形状的方式对圆柱状的钢材进行切削加工。然后，通过模压加工在长度尺寸67.1mm、宽度尺寸35mm、厚度尺寸3mm的短条状的钢材的中央形成高度尺寸0.3mm(H1)的第一突起部41和高度尺寸0.5mm(H2及H2')的两个第二突起部42(42')。其后，以变为图4的集电部3的形状的方式将短条状的钢材弯折成倒U字形。这时，是以第一突起部41和第二突起部42(42')沿所述上端部31的长边方向并排设置于倒U字形的钢材的上端部31(4.5mm×35mm)的方式进行弯折。再者，第一突起部41设置于所述上端部31的中央，两个第二突起部42(42')设置于以第一突起部41为中心而相互大致对称的位置。
关于比率L/L0，适当变更通过模压加工来设置两个第二突起部42(42')的位置而在实施例1中调整为0.25，在实施例2中调整为0.44，在比较例2中调整为0.10。再者，比率L'/L0'是与比率L/L0相同的值。另外，第一突起部41及第二突起部42(42')的突起直径为4.5mm。
其后，将得到的端子部2和集电部3如图1那般设置到焊接装置5上，使端子部2的下端部21与集电部3的突起部4抵接，通过一对电极51进行加压并流通焊接电流来制作端子极柱1。将所述蓄电池用端子的制造方法设为实施例1、2及比较例2。
(实施例3)
将第一突起部41及第二突起部42(42')的突起直径设为3.0mm，将比率L/L0及比率L'/L0'设为0.50，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为实施例3。
(实施例4)
将第一突起部41的高度尺寸(H1)设为0.2mm，将两个第二突起部42(42')的高度尺寸H2及H2'设为0.4mm，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为实施例4。
(实施例5)
将两个第二突起部42(42')的高度尺寸H2及H2'设为0.4mm，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为实施例5。
(实施例6)
将第一突起部41的高度尺寸H1设为0.4mm，将两个第二突起部42(42')的高度尺寸H2及H2'设为0.6mm，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为实施例6。
(比较例3)
将第一突起部41及第二突起部42(42')的突起直径设为2.5mm，将比率L/L0及比率L'/L0'设为0.58，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为比较例3。
(比较例1)
将第一突起部41的高度尺寸H1以及两个第二突起部42(42')的高度尺寸H2及H2'设为0.5mm，除此以外与实施例1同样地制作端子极柱1，将所述蓄电池用端子的制造方法设为比较例1。
[焊接性的评价]
(喷溅的发生)
首先，对通过实施例1～6及比较例1～3的蓄电池用端子的制造方法得到的端子极柱的焊接部分处的喷溅(焊接不良)的发生进行目视观察。
(拉伸强度试验)
在对通过实施例1～6及比较例1～3的蓄电池用端子的制造方法得到的端子极柱进行所述喷溅的发生的评价后，使用拉伸试验装置(岛津制作所AG-100kNX)以拉伸速度15MPa/sec来测定拉伸强度。
(导电电阻试验)
另外，通过实施例1～6及比较例1～3的蓄电池用端子的制造方法而同样地再逐一制作端子极柱，视为与对所述喷溅的发生及拉伸强度进行了评价的端子极柱在实质上相同，通过以下试验对由各实施例及各比较例得到的端子极柱的导电电阻进行测定。
首先，对端子极柱流通40A的电流，使用直流电压计来测定电压(V)。其后，根据流通的电流值和得到的电压值、通过欧姆定律来算出电阻值(μΩ)。
将这些评价结果示于表1。
[表1]
根据表1所示的评价结果，通过第一突起部41的高度H1比两个第二突起部42(42')的高度H2(H2')低、比率L/L0及比率L'/L0'为0.25以上且0.50以下的实施例1～6的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱在端子部2与集电部3的焊接部未发生作为焊接不良的喷溅，拉伸强度高达40.0～40.8kN，导电电阻低至32.3～34.2μΩ。
相对于此，通过第一突起部41的高度H1以及两个第二突起部42(42')的高度H2(H2')为0.5mm的比较例1的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱在端子部2与集电部3的焊接部发生了作为焊接不良的喷溅，拉伸强度与通过实施例1～6的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱相比低至29.5kN，导电电阻高达56.2μΩ。认为这是因为第一突起部41的高度H1与两个第二突起部42(42')的高度H2(H2')相同，所以因流通焊接电流而产生的焦耳热集中于第一突起部41而在焊接部发生了喷溅。另外，认为由于焦耳热向第一突起部41的集中而发生爆炸或飞散而在焊接部产生空腔，导致端子极柱的焊接强度降低、导电电阻上升。
另外，通过比率L/L0及比率L'/L0'为0.10的比较例2的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱在端子部2与集电部3的焊接部发生了作为焊接不良的喷溅，拉伸强度与通过实施例1～6的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱相比低至28.8kN，导电电阻高达58.6μΩ。认为这是因为第一突起部41与两个第二突起部42(42')的间隔窄，所以因流通焊接电流而产生的焦耳热集中于第一突起部41而导致焊接部发生了喷溅。另外，认为由于焦耳热向第一突起部41的集中而容易发生爆炸或飞散而在焊接部产生空腔，导致端子极柱的焊接强度降低、导电电阻上升。
另一方面，通过比率L/L0及比率L'/L0'为0.58的比较例3的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱的拉伸强度与通过实施例1～6的蓄电池用端子的制造方法制作的端子极柱相比低至29.2kN，导电电阻高达57.3μΩ。认为虽然第一突起部41与两个第二突起部42(42')的间隔得到充分的保持但反过来突起直径短，所以端子极柱的焊接强度降低、导电电阻上升。
因而，在通过凸焊来形成端子极柱的蓄电池用端子的制造方法中，在集电部的上端部并排设置至少三个突起部，设置所述突起部中的第一突起部和两个第二突起部，将第一突起部配置于两个第二突起部之间，第一突起部41的高度H1比两个第二突起部42(42')的高度H2(H2')低，比率L/L0及比率L'/L0'为0.25以上且0.50以下，在这样的蓄电池用端子的制造方法中确认到，能够抑制通过所述方法获得的端子极柱的端子部与集电部的焊接部处的焊接不良。
Claims (5)
1.一种蓄电池用端子的制造方法，对端子部的下端部与集电部的上端部进行凸焊来形成端子极柱，其特征在于，
所述集电部的上端部具有并排设置的至少三个突起部，
所述突起部中包括第一突起部和第二突起部，
所述第一突起部位于所述第二突起部之间，
所述第一突起部的高度比所述第二突起部的高度低，
所述第一突起部的连接部位到所述第二突起部的连接部位的最小长度相对于所述第一突起部的高度方向的中心线到所述第二突起部的高度方向的中心线的长度的比率为0.25以上且0.50以下。
2.根据权利要求1所述的蓄电池用端子的制造方法，其特征在于，
所述第一突起部的高度为0.2mm以上且0.4mm以下，
所述第一突起部的高度与所述第二突起部的高度的差为0.1mm以上且0.2mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池用端子的制造方法，其特征在于，
所述第一突起部配置于所述集电部的上端部的中央。
4.根据权利要求3所述的蓄电池用端子的制造方法，其特征在于，
所述突起部中包括第一突起部和两个第二突起部，
所述两个第二突起部配置于以所述第一突起部为中心而相互对称的位置。
5.一种蓄电池，其特征在于，
包括由权利要求1至4中任一项所述的蓄电池用端子的制造方法所制造的蓄电池用端子。
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