JP2002075336A - 電池における集電タブと集電体の溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一
化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる電池におけ
る集電タブと集電体の溶接装置及び溶接方法を提供す
る。 【解決手段】 巻回された帯状の両電極１７から延出す
る集電タブ１４と、円環状の集電リング１３とを、超音
波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の
溶接装置であって、集電リング１３を外周側から押圧す
るホーン１１と、集電リング１３を内周側から支持する
アンビル１２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、リチウ
ムイオン二次電池などの電池における集電タブと集電体
の溶接装置及び溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、帯状の正極電極及び負極電極を
セパレータを介して渦巻き状に巻回した巻回体を円筒形
状の電池ケースに収納した二次電池が知られている（特
開平９−９２３３８号公報参照）。これを図１２によっ
て説明すると、同図において１は巻回体であって、帯状
の正極電極２及び負極電極３をセパレータ４を介して渦
巻き状に巻回したものである。正極電極２及び負極電極
３には集電タブ５が接続され、各集電タブ５は巻回体１
の各端部から延出している。延出された集電タブ５は集
電体６に溶接接合され、この集電体６が図示しない電池
ケ−スの正極及び負極に接続されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におけ
る、集電タブ５と集電体６とを溶接する場合に、振動す
るホーン７と集電体６とで集電タブ５を挟持して超音波
溶接により接合するようにしている。ところで、上記集
電タブ５が溶接される集電体６には、前述したように正
極電極２あるいは負極電極３から延出場所が選択された
複数の集電タブ５が接合されるが、集電タブ５の接合に
よって電気的特性（例えば、インピーダンスなど）のア
ンバランスが生じないように、集電体６の接合面は円周
面として形成されている。したがって、このように円周
面に形成された集電体６の溶接箇所に集電タブ５を接合
する場合には、溶接箇所に集電タブ５をセットし、溶接
箇所の周面にホーン７を押し付けた状態でホーン７を振
動させて、振動するホーン７により超音波溶接を行って
いる。

【０００４】ところが、溶接箇所が円周面で形成された
集電体６の周面に集電タブ５を押し付けた状態で平坦な
押圧面のホーンで超音波溶接を行うと、加工面の中心部
しか溶接されないため接合面積を広く確保することがで
きない。よって、一定の接合面積を確保するためには集
電体６を回転させながら加工面全体に繰り返し溶接を行
うなどの対策が必要となり工数の増加を招いている。ま
た、溶接の際には加工面の中心部だけに応力が集中する
ため、ホーンあるいはアンビルへ集電タブ５や集電体６
が溶着する不具合もあり、溶着が発生するとホーンとア
ンビルの交換や洗浄が必要になるという不具合もある。
また、加工強度にばらつきが発生しやすく、集電タブ５
の中央部に押圧力が集中するため、集電タブ５が破損す
る場合がある。そこで、この発明は、集電タブの溶着を
減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破
損を防止できる電池における集電タブと集電体の溶接装
置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、巻回された帯状の両電
極（例えば、実施形態における電極１７）から延出する
集電タブ（例えば、実施形態における集電タブ１４）
と、円環状の集電リング（例えば、実施形態における集
電リング１３）とを、超音波溶接により接合する電池に
おける集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リン
グを外周側から押圧するホーン（例えば、実施形態にお
けるホーン１１）と、集電リングを内周側から支持する
アンビル（例えば、実施形態におけるアンビル１２）と
を備えていることを特徴とする。このように構成するこ
とで、集電リングを集電タブを挟み込んだ状態で内周側
と外周側とからホーンとアンビルとで挟み込むことで、
集電リングを外周側のみで押圧した場合に比較して集電
リング全体に偏った力を作用させることなく集電タブを
集電リングに押圧することが可能となる。

【０００６】請求項２に記載した発明は、前記ホーンが
集電リングの外周面（例えば、実施形態における外周面
Ｇ）に整合する押圧面（例えば、実施形態における押圧
面Ｏ）を備え、前記アンビルが集電リングの内周面（例
えば、実施形態における内周面Ｎ）に整合する支持面
（例えば、実施形態における支持面Ｓ）を備えているこ
とを特徴とする。このように構成することで、ホーンと
アンビルとの間で、集電リングを変形させることなく集
電タブを集電リングに確実に押圧することが可能とな
る。

【０００７】請求項３に記載した発明は、前記ホーンの
押圧面が１２０度の開き角度を持った弧状の押圧面を備
えていることを特徴とする。このように構成すること
で、ホーンを押圧した場合に、押圧力の分力を押圧面か
ら中心方向に向かって集電リングの外周面に有効に作用
させて集電タブを集電リングに押圧することが可能とな
る。

【０００８】請求項４に記載した発明は、巻回された帯
状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リン
グとを、超音波溶接により接合する電池における集電タ
ブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側か
ら押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持する
アンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を
押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が集電リン
グの外周面の円弧の半径（例えば、実施形態における半
径ｒ）よりも小さな半径（例えば、実施形態における半
径ｒ_h）で形成されていることを特徴とする。このよう
に構成することで、ホーンにより集電リングを押圧する
と、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように
変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電
タブを集電リングに押圧することが可能となる。

【０００９】請求項５に記載した発明は、巻回された帯
状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リン
グとを、超音波溶接により接合する電池における集電タ
ブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側か
ら押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持する
アンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を
押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が１８０度
の開き角度を持った押圧面であり、押圧面のうち中央部
の１２０度の開き角度を持った部分は、集電リングの外
周面に整合する押圧部（例えば、実施形態における押圧
部Ｏ１）であり、該押圧部を挟むように設けられた３０
度の開き角度を持つ部分は集電リングの外周面に対して
押し込みしろ（例えば、実施形態における押し込み代
δ）を与える押し込み押圧部（例えば、実施形態におけ
る押し込み押圧部Ｏ２）であることを特徴とする。この
ように構成することで、前記押圧部では、押圧力の分力
を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面に
作用させることが可能となり、押し込み押圧部では、集
電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押
圧することが可能となる。

【００１０】請求項６に記載した発明は、前記ホーンを
加振側として集電リングの軸方向に振動させることを特
徴とする。このように構成することで、ホーンの振動が
集電リングの直径方向に力を付与するのを回避すること
が可能となる。

【００１１】請求項７に記載した発明は、巻回された帯
状の両電極から延出する集電タブと、円板状の集電体と
を、超音波溶接により接合する電池における集電タブと
集電体の溶接装置であって、集電体を外周側から押圧す
るホーンと、集電体を支持するアンビルとを備え、前記
ホーンが集電体の外周面に整合する押圧面を備え、前記
ホーンを集電体の軸方向に振動させることを特徴とす
る。このように構成することで、ホーンの振動が集電リ
ングの直径方向に力を付与するのを回避して、円板状の
集電体に集電タブを押圧することが可能となる。

【００１２】請求項８に記載した発明は、巻回された帯
状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リン
グとを、弧状の押圧面を備えたホーンと弧状の支持面を
備えたアンビルとで挟持するようにして超音波溶接によ
り接合する電池における集電タブと集電体の溶接方法で
あって、集電リングの内周面であって溶接対象部位の裏
側に、集電リングに対応するアンビルの支持面を当接さ
せた状態で配置し、集電リングの外周面の溶接対象部位
に集電タブをセットし、集電リングの外周面に対応する
ホーンの押圧面により集電タブを集電リングに押圧する
と共にホーンの振動方向を集電リングの軸方向に設定し
て集電タブを集電リングに溶接することを特徴とする電
池における集電タブと集電体の溶接方法である。このよ
うに構成することで、ホーンとアンビルとにより集電タ
ブと集電リングとを挟持し、ホーンの直径方向には振動
を付与せず集電リングを軸方向に振動させることが可能
となる。

【００１３】請求項９に記載した発明は、前記ホーンを
集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧面の各部
における押圧力の分力で集電リングを周囲から押圧する
ことを特徴とする集電タブと集電体の溶接方法である。
このように構成することで、ホーンの押圧面の各部から
作用する押圧力の分力で集電タブを集電リングに押圧す
ることが可能となる。

【００１４】請求項１０に記載した発明は、前記請求項
８において、前記ホーンを集電リングに押圧するに際し
て、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方向に
変位させながら押し込んで押圧することを特徴とする電
池における集電タブと集電体の溶接方法である。このよ
うに構成することにより、ホーンにより集電リングを押
圧すると、集電リングはホーンの押圧面により縮径する
ように変形するため、集電リングの押圧面の全域にわた
り集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。

【００１５】請求項１１に記載した発明は、前記ホーン
を集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧方向を
中心にしてホーンの押圧面の両側６０度の範囲内では、
ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集電リン
グを押圧し、前記６０度〜９０度の範囲では、ホーンの
押圧面により集電リングを縮径する方向に変位させなが
ら押し込んで押圧することを特徴とする電池における集
電タブと集電体の溶接方法である。このように構成する
ことで、ホーンの押圧面のうち、ホーンの押圧方向の分
力が作用する範囲ではホーンの押圧力により、また、ホ
ーンの押圧力の分力が不足する部分では、ホーンの押し
込み力により集電リングを変形させて、集電リングを押
圧することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
と共に説明する。図１はこの発明の実施形態の超音波溶
接装置１０を示している。この超音波装置１０は、その
主たる構成部品であるホーン１１とアンビル１２により
集電リング１３に後述する集電タブ１４を押圧した状態
で挟み込み、クランプ１５により集電リング１３を保持
した状態で、集電タブ１４を集電リング１３に超音波溶
接するものである。

【００１７】１６は巻回体を示し、この巻回体１６は帯
状の電極（正極電極及び負極電極）１７をセパレータを
介して渦巻き状に巻回した部材であって、図示しない筒
状の電池ケースに収納して電池としてのリチウムイオン
二次電池を構成するものである。巻回体１６の電極１７
には集電タブ１４が接続され、各集電タブ１４は巻回体
１６の各端部から延出している。延出された集電タブ１
４は各極側の集電リング１３（図１には一方のみを示
す）に溶接接続され、これら各集電リング１３が図示し
ない電池ケ−スの正極及び負極に接続される。図１は巻
回体１６の一端側の電極１７から延出する３つの集電タ
ブ１４に集電リング１３が溶接された状態を示してい
る。集電リング１３はアルミ材により円環状に形成され
ており、この集電リング１３の外周面Ｇに集電タブ１４
が溶接される。尚、この実施形態では集電リング１３は
外周面Ｇの直径が約２０ｍｍ程度である。

【００１８】前記ホーン１１は、ホーンブラケット１８
に支持され、図示しない駆動装置を介して、集電リング
１３に対して進退可能に設けられている。また、このホ
ーン１１は、集電リング１３の軸方向に、例えば、４０
ｋＨｚ程度で振動するようになっている。この実施形態
ではホーン１１はホーンブラケット１８に一対設けら
れ、ホーンブラケット１８の向きを１８０度切り換える
ことで双方のホーン１１を使用できるようになってい
る。ホーン１１は、焼き入れされた金属により成形さ
れ、集電リング１３の外周面Ｇを押圧する弧状の押圧面
（後述する）Ｏを備えている。

【００１９】前記アンビル１２もホーン１１と同様に焼
き入れされた金属により成形され、集電タブ１４の内周
面を支持する弧状の支持面Ｓを備え、アンビルブラケッ
ト１９から突出するようにして、アンビルブラケット１
９に支持されている。アンビルブラケット１９は、図示
しない駆動装置を介して集電リング１３の内部にアンビ
ル１２を進退可能にしており、かつ、集電リング１３の
内周面Ｎを押圧できるようになっている。ここで、アン
ビル１２はアンビルブラケット１９に一対設けられ、ホ
ーン１１と同様に、１８０度向きを変えることで双方の
アンビル１２を使用できるようになっている。

【００２０】前記クランプ１５は巻回体６を挟む位置に
一対設けられ、ホーン１１の押圧面Ｏとアンビル１２の
支持面Ｓとで集電リング１３を挟持している際に、集電
リング１３を外側から保持するもので、集電リング１３
の外周面Ｇに整合する保持面Ｈを備えている。各クラン
プ１５は図示しない駆動装置を介して集電リング１３に
対して進退可能に構成されている。ここで、整合とは、
外周面Ｇと保持面Ｈが互いに変形することなく一致して
いることをいう。

【００２１】この実施形態の超音波溶接装置１０により
溶接する場合の手順について説明する。まず、クランプ
１５を駆動装置により前進させ、クランプ１５の保持面
Ｈにより集電リング１３の外周面Ｇを保持する。次に、
アンビルブラケット１９を駆動装置を介して前進させ、
更に集電リング１３の内周面Ｎであって溶接対象部位の
裏側に、集電リング１３に対応するアンビル１２の支持
面Ｓを当接させた状態で配置する。この状態で、集電リ
ング１３の外周面Ｇの溶接対象部位に集電タブ１４をセ
ットする。そして、ホーンブラケット１８を駆動装置に
より前進させ、ホーン１１の押圧面Ｏにより集電タブ１
４を集電リング１３に押圧する（図２参照）。

【００２２】そして、図２に破線で示すようにホーン１
１の振動方向を集電リング１３の軸方向に設定して振動
させて、集電タブ１４を集電リング１３に押圧すること
により、集電リング１３に集電タブ１４を溶接すること
ができる。ここで、図１，図２において１つの集電タブ
１４の溶接が終了すると、ホーン１１、アンビル１２、
クランプ１５を退避した後、今度は巻回体１６あるいは
ホーン１１を後述するホーン１１の押圧面Ｏの形状に対
応して所定角度回動させ、残りの２つの集電タブ１４を
同様の手順により溶接する。そして、同様に他の電極１
７から延出する集電タブ１４も集電リング１３に溶接す
る。

【００２３】したがって、ホーン１１とアンビル１２と
により集電タブ１４と集電リング１３とを挟持し、ホー
ン１１の直径方向には振動を付与せず集電リング１３を
その軸方向に振動させるため、ホーン１１の振動を集電
リング１３の直径方向に作用させた場合のように集電リ
ング１３に偏った力を作用させて集電リング１３を変形
させたり、ホーン１１とアンビル１２によるクランプ作
用に悪影響を与えることはなく、確実に集電リング１３
に集電タブ１４を溶接することができる。

【００２４】次に、ホーン１１の押圧面Ｏの形状につい
て説明する。ホーン１１の押圧面Ｏの形状は、集電タブ
１４を集電リング１３に押圧する状況を決定するため重
要な要素となる。前述したように、ホーン１１の押圧面
Ｏの形状は、押圧面Ｏが平坦な場合であると前述したよ
うに様々な問題が生ずるため、基本的には集電リング１
３の外周面Ｇの形状に沿うようなものとなる。ところ
が、ホーン１１により集電リング１３に押圧力を作用さ
せる場合に、ホーン１１を集電リング１３に対して一方
向（図１においてＡ方向）に押圧するものであるため、
このような制約の中で押圧面Ｏから集電リング１３の中
心部に向かって押圧力を作用させるためには、ホーン１
１の最適な形状を決定する必要がある。

【００２５】（１）ホーンの押圧面を真円形状とした場
合 真円形状の押圧面Ｏを備えたホーン１１とした場合に、
押圧面Ｏの開き角度が大きい側での押圧力の分力は、開
き角度が小さい側に比較して小さくなるためその溶接可
能領域が限定される。図３に示すように、集電リング１
３に対してｙ軸負方向にホーン加圧（ベクトルＰ）を発
生させたときのＰ１点における集電リング１３の外周面
Ｇの法線方向（円の中心方向）に働く力をベクトルＰｒ
とする。このとき、次式が成立する。 （ベクトルＰ）ｓｉｎθ₁＝ベクトルＰｒ また、ここでθ₁をｘの関数として表すと、 ｓｉｎθ₁＝（ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2／ｒとなる。 よって、ベクトルＰｒ＝ベクトルＰ×（ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2
／ｒ

【００２６】つまり、ｘがｒに限りなく近づくと ベクトルＰｒ＝０となる。 この場合、超音波溶接による接合強度を得るために、ベ
クトルＰｒをある一定の力以上にする必要がある。

【００２７】ここで、図５によって、出力（Ｗ）とクラ
ンプ力（ｋＰａ）の関係を見ると、材料がＡｌ−１１０
０（アルミ材）の場合には、被接合部材である集電リン
グ１３に割れ、ひびなどの塑性変形を発生させないで接
合できる領域は図５中ＭＥＣの領域であり、この領域で
は最大クランプ力と最小クランプ力の比はおよそ２：１
である。また、これがＳＵＳ（ステンレス材）の場合に
は、図６に示すように、被接合部材である集電リング１
３に割れ、ひびなどの塑性変形を発生させないで接合で
きる領域は図６中ＭＥＣの領域であり、この領域では最
大クランプ力と最小クランプ力の比はおよそ３：２とな
る。よって、ホーン１１をｙ軸方向にクランプする際の
ｘ軸投影圧力は、以下の通りでなくてはならない。

【００２８】ベクトルＰｒ≧１／２・（ベクトルＰ） このとき ベクトルＰｒ＝ベクトルＰ×（ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2／ｒ であるから、 ベクトルＰ×（ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2／ｒ≧１／２・（ベクト
ルＰ） となり、ベクトルＰが相殺され、 （ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2／ｒ≧１／２ となる。

【００２９】ここで、 （ｒ²−ｘ₁ ²）^1/2／ｒ＝ｓｉｎθ₁ であることから、 ｓｉｎθ₁≧１／２ である。よって、θ₁≧３０度となる。 つまり、図４においてハッチングで示す境域６０度の部
分、つまりホーン１１の押圧方向を中心にして６０度の
範囲内での接合が可能となる。ここで、実際のホーン
（あるいは集電リング１３）１１はｙ軸に対して鏡面対
象であることから、押圧面Ｏのうち中央部の１２０度
（６０度×２）の開き角度を持った部分が円周状に超音
波溶接ができる範囲となる。つまり、この範囲であれ
ば、集電リング１３がＳＵＳの場合も含めて超音波溶接
ができることとなる。

【００３０】（２）ホーンの押圧面を集電リングの外周
面の円弧の半径よりも小さな半径で形成する場合ホーン
１１により集電リング１３の外周面Ｇから中心に向かっ
て押圧力を作用 させるためには、ホーン１１の押圧面Ｏを集電リング１
３の外周面Ｇの円弧の半径よりも小さな半径で形成すれ
ばホーン１１により集電リング１３に押圧力を均一に作
用させることができる（図７参照）。この場合、ホーン
１１により集電リング１３の周囲から破壊が発生しない
範囲内で押圧力を作用させることが必要である。

【００３１】集電リング１３がＡｌ（アルミ材）製の部
品である場合には、集電リング１３の変形量は、ホーン
１１あるいはアンビル１２に接している集電リング１３
の最小厚さｔ_smallの１／２以下の塑性変形量にとどめ
なければ、集電リング１３の破壊が発生する。よって、
ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒ_hの条件を、図７に示す
ように、集電リング１３の外周面Ｇの半径ｒと関連づけ
て表すと以下のような関係でなければならない。 ｒ_h＝ｒ−δ（条件としてはδ≦１／２・ｔ_small） ここで、最小厚さｔ_smallとは、集電リング１３あるい
は集電タブ１４のうち小さい方の厚さの１／２の値であ
る。したがって、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒ_hを、
集電リング１３の半径ｒに対して破壊しない程度に小さ
くすることで、集電リング１３の外周面Ｇから押圧力を
付与して、超音波溶接を行うことができる。

【００３２】（３）ホーンの押圧面１８０度の範囲全体
を用いて超音波溶接を行う場合 前記（１）において説明したように、ホーン１１の押圧
面Ｏを真円形状の円弧にした場合には１２０度の範囲ま
で超音波溶接を行うことができるが、その１２０度の範
囲を超える範囲、つまり１２０度〜１８０度の開き角度
を持った部分においても超音波溶接を可能とすれば、で
きる限り集電リングを塑性変形させることなく２度（１
８０度×２＝３６０度）の溶接で集電リング１３全周へ
の溶接が行えることとなる。１２０度〜１８０度の開き
角度を持った部分、つまり、図４におけるＢの領域は、
単にホーン１１を集電リング１３に押圧するだけでは押
圧力を作用させることができない領域であるが、集電リ
ング１３を塑性変形させて接合することが可能である。
よって、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒ_hを、集電リン
グ１３の半径ｒに対して破壊しない程度に小さくするこ
とで、集電リング１３の外周面Ｇから押圧力を付与して
溶接を行うことができる。

【００３３】図８に示すように、集電リング１３の外周
面Ｇの半径をｒとした場合に、ｙ＝０の点Ｐ２のｘ座標
を ｘ＝ｒ−δ とし、その点Ｐ２とθ＝３０度の円弧上の点Ｐ３を直線
あるいは円弧（曲率半径ｒ）で結んだ形状とすることに
より、１８０度の範囲までも溶接を行うことができる。
尚、δの範囲は前述と同様、δ≦１／２・ｔ_smallであ
る。

【００３４】つまり、前述した２つの手法（１）（２）
を用い、集電リング１３を塑性変形させる範囲を最小限
にしてホーン１１の押圧面Ｏの１８０度全体にわたって
超音波溶接を可能とするのである。ここで、前記１２０
度の範囲を挟むようにして設定された３０度の開き角度
を持った部分については、ｘ座標上の点からｒ−δに設
定されているため、集電リング１３が破壊することはな
い点は前述した通りである。

【００３５】図９〜図１１は、図１に示すホーン１１の
押圧面Ｏの形状を具体的に示すものである。図９に示す
のは、前記（１）の手法に対応して、ホーン１１が集電
リング１３の外周面Ｇに整合し、かつ１２０度の開き角
度を持った弧状の押圧面Ｏを備えたものである。このよ
うに構成することで、ホーン１１とアンビル１２との間
で、集電リング１３を変形させることなく集電タブ１４
を集電リング１３に確実に押圧することができるため、
集電リング１３の曲率半径を変化させることなく溶接を
行うことができる。

【００３６】また、ホーン１１を集電リング１３に押圧
した場合に、押圧力の分力を押圧面Ｏから中心方向に向
かって集電リング１３の外周面Ｇに有効に作用させて集
電タブ１４を集電リング１３に押圧することができるた
め、集電タブ１４の配置場所に影響されず確実に溶接を
行うことができる。したがって、集電タブ１４の溶着を
減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４
の破損を防止できる。ここで、このホーン１１を使用し
た場合には、集電リング１３の外周面Ｇを１２０度の範
囲づつ溶接するため、１サイクルの溶接が終了すると、
ホーン１１あるいは巻回体１６を１２０度回転させ、３
サイクルで巻回体１６の片側の集電リング１３への溶接
作業を行うことになる。

【００３７】図１０に示すのは、前記（２）の手法に対
応して、ホーン１１の押圧面Ｏが１８０度の開き角度を
持った弧状の押圧面Ｏであり、図７に示したように、集
電リング１３の外周面Ｇの円弧の半径ｒよりも小さな半
径ｒ_hで形成されたものである。具体的には、ホーン１
１の押圧面Ｏの半径ｒ_hが二点鎖線で示す集電リング１
３の外周面Ｇに対して、押し込みしろδ（ｒ−ｒ_h）の
範囲内で小さい半径ｒ_hに形成されている。このように
構成することで、ホーン１１により集電リング１３を押
圧すると、集電リング１３はホーン１１の押圧面Ｏによ
り縮径するように（径が小さくなるように）変形するた
め、集電リング１３の外周面Ｇの全域にわたり集電タブ
１４を集電リング１３に押圧することができる。よっ
て、１８０度の範囲であっても全域にわたって確実に溶
接を行うことができる。したがって、集電タブ１４の溶
着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ
１４の破損を防止できる。また、ホーン１１による溶接
作業を２回（１８０度×２＝３６０度）行うだけで集電
タブ１４を集電リング１３に溶接することができるた
め、生産効率を向上させることができる。

【００３８】図１１に示すのは、前記（３）の手法に対
応して、前記ホーン１１の押圧面Ｏが１８０度の開き角
度を持った押圧面Ｏであり、押圧面Ｏのうち中央部の１
２０度の開き角度を持った部分は、集電リング１３の外
周面Ｇに整合する押圧部Ｏ１であり、該押圧部Ｏ１を挟
むように設けられた３０度の開き角度を持つ部分は集電
リング１３の外周面Ｇに対して押し込みしろδ（図８に
示す）を与える押し込み押圧部Ｏ２である。

【００３９】このように構成することで、前記押圧部Ｏ
１では、押圧力の分力を押圧面Ｏから中心方向に向かっ
て集電リング１３の外周面Ｇに作用させることができ、
押し込み押圧部Ｏ２では、集電リング１３を縮径する方
向に変位させながら押し込んで押圧することができる。
したがって、ホーン１１の押圧面Ｏの開き角度を、例え
ば、１８０度にした場合でも、集電リング１３の全周に
わたり集電タブ１４を集電リング１３に確実に押圧して
溶接を行うことができる。よって、集電タブ１４の溶着
を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１
４の破損を防止できる。また、ホーン１１による溶接作
業を２回（１８０度×２＝３６０度）行うだけで集電タ
ブ１４を集電リング１３に溶接することができるため、
生産効率を向上させることができる。

【００４０】尚、この発明は上記実施形態に限られるも
のではなく、例えば、電池は二次電池に限られず、巻回
体１６を備えているものであれば一次電池にも適用する
ことができる。また、前記実施形態においては円環状の
集電リング１３に溶接をする場合について説明したが、
円板状の集電体に溶接する場合にも適用することができ
る。この場合にはアンビルはホーン１１と反対側から集
電リング１３の外周面Ｇを支持することとなる。このよ
うに構成することにより、ホーン１１の振動が集電リン
グ１３の直径方向に力を付与するのを回避して、円板状
の集電体に集電タブ１４を押圧することが可能となるた
め、ホーン１１の振動が集電体に対する集電タブ１４の
押圧に悪影響を与えることなく、集電タブ１４の溶着を
減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４
の破損を防止して溶接することができる。そして、前記
実施携帯では集電タブ１４が３箇所に設けられた場合に
ついて説明したが、これは一例であって、３箇所以外に
設けられている場合についても適用することができる。
更に、ホーン１１の押圧面Ｏが集電リング１３の外周面
Ｇに整合する場合には、ホーン１１の押圧面Ｏとして設
定できる開き角度は１２０度に限定されるものではな
く、それより小さい角度ならば、開き角度は限定されな
い。更にまた、クランプ１５により集電リング１３を保
持する場合を例にして説明したが、クランプを省略する
ことも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、集電リングを集電タブを挟み込ん
だ状態で内周側と外周側とからホーンとアンビルとで挟
み込むことで、集電リングを外周側のみで押圧した場合
に比較して集電リング全体に偏った力を作用させること
なく集電タブを集電リングに押圧することが可能となる
ため、集電リングを変形させることなく、ホーンの押圧
力により精度の高い溶接を行うことができる効果があ
る。

【００４２】請求項２に記載した発明によれば、請求項
１の効果に加え、ホーンとアンビルとの間で、集電リン
グを変形させることなく集電タブを集電リングに確実に
押圧することが可能となるため、集電リングの曲率半径
を変化させることなく溶接を行うことができるという効
果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較
して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と
溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。

【００４３】請求項３に記載した発明によれば、請求項
２の効果に加え、ホーンを押圧した場合に、押圧力の分
力を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面
に有効に作用させて集電タブを集電リングに押圧するこ
とが可能となるため、集電タブを配置場所に影響されず
確実に溶接を行うことができるという効果がある。

【００４４】請求項４に記載した発明によれば、ホーン
により集電リングを押圧すると、集電リングはホーンの
押圧面により縮径するように変形するため、集電リング
の押圧面の全域にわたり集電タブを集電リングに押圧す
ることが可能となるため、ホーンの押圧面の開き角度
を、例えば、１８０度にした場合でも、押圧面に対応す
る部位にある集電タブを集電リングに押圧して確実に溶
接を行うことができるという効果がある。また、平面で
集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を
減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破
損を防止できる効果がある。

【００４５】請求項５に記載した発明によれば、前記押
圧部では、押圧力の分力を押圧面から中心方向に向かっ
て集電リングの外周面に作用させることが可能となり、
押し込み押圧部では、集電リングを縮径する方向に変位
させながら押し込んで押圧することが可能となるため、
ホーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした
場合でも、集電リングの全周にわたり集電タブを集電リ
ングに確実に押圧して溶接を行うことができるという効
果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較
して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と
溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。

【００４６】請求項６に記載した発明によれば、前記各
請求項の効果に加え、ホーンの振動が集電リングの直径
方向に力を付与するのを回避することが可能となるた
め、ホーンの振動がホーンとアンビルによる集電リング
と集電タブとのクランプに悪影響を与えることなく溶接
を行うことができるという効果がある。

【００４７】請求項７に記載した発明によれば、ホーン
の振動が集電リングの直径方向に力を付与するのを回避
して、円板状の集電体に集電タブを押圧することが可能
となるため、ホーンの振動が集電体に対する集電タブの
押圧に悪影響を与えることなく溶接を行うことができる
という効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場
合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の
均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果が
ある。

【００４８】請求項８に記載した発明によれば、ホーン
とアンビルとにより集電タブと集電リングとを挟持し、
ホーンの直径方向には振動を付与せず集電リングを軸方
向に振動させることが可能となるため、確実に集電リン
グに集電タブを溶接することができるという効果があ
る。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、
集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の
際の集電タブの破損を防止できる効果がある。

【００４９】請求項９に記載した発明によれば、請求項
８の効果に加え、ホーンの押圧面の各部から作用する押
圧力の分力で集電タブを集電リングに押圧することが可
能となるため、集電リングに変形させることなく安定し
た状態で集電リングに集電タブを溶接することができる
という効果がある。

【００５０】請求項１０に記載した発明によれば、請求
項８の効果に加え、ホーンにより集電リングを押圧する
と、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように
変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電
タブを集電リングに押圧することが可能となるため、ホ
ーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場
合でも、押圧面に対応する部位にある集電タブを集電リ
ングに押圧して確実に溶接を行うことができるという効
果がある。

【００５１】請求項１１に記載した発明によれば、請求
項８の効果に加え、ホーンの押圧面のうち、ホーンの押
圧方向の分力が作用する範囲ではホーンの押圧力によ
り、また、ホーンの押圧力の分力が不足する部分では、
ホーンの押し込み力により集電リングを変形させて、集
電リングを押圧することが可能となるため、ホーンの押
圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、
集電リングの全周にわたり集電タブを集電リングに確実
に押圧して溶接を行うことができるという効果がある。
したがって、ホーンによる溶接作業を２回行うだけで集
電タブを集電リングに溶接することができるため、生産
効率を向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の斜視図である。

【図２】 この発明の実施形態の溶接状態を示す斜視図
である。

【図３】 （１）の手法を説明するグラフ図である。

【図４】 （１）の手法を説明するグラフ図である。

【図５】 アルミ材における出力とクランプ力との関係
を示すグラフ図である。

【図６】 ステンレス材における出力とクランプ力との
関係を示すグラフ図である。

【図７】 （２）の手法を説明するグラフ図である。

【図８】 （３）の手法を説明するグラフ図である。

【図９】 ホーンの第１の実施形態を示す平面図であ
る。

【図１０】 ホーンの第２の実施形態を示す平面図であ
る。

【図１１】 ホーンの第３の実施形態を示す平面図であ
る。

【図１２】 従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１１ ホーン １２ アンビル １３ 集電リング １４ 集電タブ １７ 電極 Ｏ 押圧面 Ｓ 支持面 Ｇ 外周面 Ｎ 内周面 Ｏ１ 押圧部 Ｏ２ 押し込み押圧部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 保憲 神奈川県厚木市岡田４丁目３番14号 日本 エマソン株式会社ブランソン事業本部内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BF00 CA04 EA04 EB09 5H022 BB28 CC02 CC12 CC15 5H050 AA14 AA19 DA04 FA05 GA03 GA07 GA29 GA30 HA00 HA12

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻回された帯状の両電極から延出する集
   電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により
   接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であ
   って、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電
   リングを内周側から支持するアンビルとを備えているこ
   とを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接装
   置。
2. 【請求項２】 前記ホーンが集電リングの外周面に整合
   する押圧面を備え、前記アンビルが集電リングの内周面
   に整合する支持面を備えていることを特徴とする請求項
   １に記載の電池における集電タブと集電体の溶接装置。
3. 【請求項３】 前記ホーンの押圧面が１２０度の開き角
   度を持った弧状の押圧面を備えていることを特徴とする
   請求項２に記載の電池における集電タブと集電体の溶接
   装置。
4. 【請求項４】 巻回された帯状の両電極から延出する集
   電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により
   接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であ
   って、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電
   リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホ
   ーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前
   記ホーンの押圧面が集電リングの外周面の円弧の半径よ
   りも小さな半径で形成されていることを特徴とする電池
   における集電タブと集電体の溶接装置。
5. 【請求項５】 巻回された帯状の両電極から延出する集
   電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により
   接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であ
   って、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電
   リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホ
   ーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前
   記ホーンの押圧面が１８０度の開き角度を持った押圧面
   であり、押圧面のうち中央部の１２０度の開き角度を持
   った部分は、集電リングの外周面に整合する押圧部であ
   り、該押圧部を挟むように設けられた３０度の開き角度
   を持つ部分は集電リングの外周面に対して押し込みしろ
   を与える押し込み押圧部であることを特徴とする電池に
   おける集電タブと集電体の溶接装置。
6. 【請求項６】 前記ホーンを集電リングの軸方向に振動
   させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか
   に記載の電池における集電タブと集電体の溶接装置。
7. 【請求項７】 巻回された帯状の両電極から延出する集
   電タブと、円板状の集電体とを、超音波溶接により接合
   する電池における集電タブと集電体の溶接装置であっ
   て、集電体を外周側から押圧するホーンと、集電体を支
   持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電体の外周面
   に整合する押圧面を備え、前記ホーンを集電体の軸方向
   に振動させることを特徴とする電池における集電タブと
   集電体の溶接装置。
8. 【請求項８】 巻回された帯状の両電極から延出する集
   電タブと、円環状の集電リングとを、弧状の押圧面を備
   えたホーンと弧状の支持面を備えたアンビルとで挟持し
   て超音波溶接により接合する電池における集電タブと集
   電体の溶接方法であって、集電リングの内周面であって
   溶接対象部位の裏側に、集電リングに対応するアンビル
   の支持面を当接させた状態で配置し、集電リングの外周
   面の溶接対象部位に集電タブをセットし、集電リングの
   外周面に対応するホーンの押圧面により集電タブを集電
   リングに押圧すると共にホーンの振動方向を集電リング
   の軸方向に設定して集電タブを集電リングに溶接するこ
   とを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接方
   法。
9. 【請求項９】 前記ホーンを集電リングに押圧するに際
   して、ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集
   電リングを周囲から押圧することを特徴とする請求項８
   に記載した電池における集電タブと集電体の溶接方法。
10. 【請求項１０】 前記ホーンを集電リングに押圧するに
    際して、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方
    向に変位させながら押し込んで押圧することを特徴とす
    る請求項８に記載した電池における集電タブと集電体の
    溶接方法。
11. 【請求項１１】 前記ホーンを集電リングに押圧するに
    際して、ホーンの押圧方向を中心にしてホーンの押圧面
    の両側６０度の範囲内では、ホーンの押圧面の各部にお
    ける押圧力の分力で集電リングを押圧し、前記６０度〜
    ９０度の範囲では、ホーンの押圧面により集電リングを
    縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧すること
    を特徴とする請求項８に記載した電池における集電タブ
    と集電体の溶接方法。