JP2006172891A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子の電気的な強固な接合を少ない部品点数で容易かつ確実に行う。
【解決手段】本発明の接合装置は、電極端子３、４とが重なり合った面３ａ、４ａに当接させる、留め穴５１が形成されている留め部材５０と、面３ａ、４ａにて重なりあっている電極端子３、４を留め穴５１にて変形させ、電極端子３、４の重なり合った状態を保持する加圧力保持部材８０とを有する。重なり合った状態で変形した電極端子３、４は留め穴５１から抜けにくくなる。すなわち、電極端子３、４の電気的な接合が強固に保持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属薄板接合体を引き出し端子とする電気デバイスの端子同士を接合する接合装置に関するものである。

近年、モータ駆動用の電池を搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」という）の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電池には、操縦特性、一充電走行距離を向上させるため、当然ながら、軽量化が求められている。電池を軽量化するため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムとなしたラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。

電気自動車等を電池で駆動するには、複数の電池を接続して形成した組電池化する必要がある。電池の端子を接続する方法としては、従来、図１６に示すように、一の電池の端子と他の電池の端子とを、ボルトおよびナットを用いて接合する方法、または、溶接、溶着等により接合するという方法が一般に採用されていた。

図１６（ａ）は、フィルム外装電池１２００から延出した電極端子１２０１を接続すべき他のフィルム外装電池１２００の電極端子１２０１と重ねあわせ、この重ねあわせた部分をさらに挟持板１２０２で挟み込んでからボルト１２０３およびナット１２０４により機械的に電極端子１２０１同士を締結することで電気的に接続する方法を示している。また、図１６（ｂ）は、重ねあわせられた電極端子１２０１同士を溶接１２０５にて接合している例を示している。

このような接合方法を用いる場合、電極端子１２０１は図１６および図１７（ｂ）に示すように、重ねあわせる他、図１７（ａ）に示すように、電極端子１２０１同士を向かい合わせにしておき、この向かい合わせた部分をボルトおよびナットによる締結、あるいは溶接等にて接合される。

また、上述のように構成された組電池から電圧を取り出すために図１８に示すように、電極端子１２０１には端子付きハーネス１２０６が接合される。図１８に示す端子付きハーネス１２０６はボルトおよびナットにより電極端子１２０１に締結される。

しかしながら、電極端子同士をボルトおよびナットによって接合すると部品点数が多くなる他、接合に時間と手間を要する。また、溶接の場合も同様に時間と手間を要する。また、上述した構成の場合、電極端子同士の接合とは関係なく、別作業として電圧を取り出す端子を電極端子に取り付ける必要がある。

特許文献１には、電極端子を固定装置により固定した組電池が開示されている。固定装置は、平面形状の固定ベース部の上に、略矢印形状を有する係合部材と、ダンピング材と、開口部が配置されてなるものである。この固定装置は、軸を中心に固定ベース部が折り曲げられると係合部材が開口部に挿入される。そして、一の薄型電池の正極端子と他の薄型電池の正極端子とが同方向となるように積層された２枚の薄型電池の端子を、対向して配置されたダンピング材で挟持し、さらに係合部材が開口部に係合されることにより、薄型電池が固定装置により組電池内部に固定される。この特許文献に開示されている組電池は、ボルトおよびナットによる接合に比べて接合に要する手間が省け、また、組電池からの電池の取り外しも容易な構成となっている。
特開２００４−５５３４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では固定装置を構成する部品点数が多いため、固定装置の用意に手間を要することとなる。また、ボルトおよびナットによる接合に比べて接合に要する手間が省けるとはいえ、軸を中心に固定ベース部を折り曲げ、さらに係合部材を開口部に係合する工程を要する。これらは製造コストの増大に繋がるものである。

そこで本発明は、少ない部品点数で構成され、容易かつ確実なる電極端子の電気的な接合を可能とする接合装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の接合装置は、電極端子が延出した電気デバイスの電極端子を電気的に接合する接合装置において、一の電気デバイスの電極端子と他の電気デバイスの電極端子とが重なり合った領域に当接し、少なくとも１つの貫通部が形成されている板部材と、重なり合った各電極端子を貫通部にて変形させ、各電極端子を重なり合った状態に保持する加圧力保持部材とを有する。

上記の通り本発明の接合装置は、板部材と加圧力保持部材とのみからなる、部品点数の少ない簡単な構成である。また、加圧力保持部材は重なり合った電極端子を貫通部内で変形させ、この状態を保持する。これにより、重なり合った状態で変形した電極端子は貫通部から抜けにくくなる。すなわち、本発明の接合装置は電極端子の電気的な接合を強固に保持することができる。

また、本発明の接合装置は、加圧力保持部材が、貫通部に位置する重なり合った電極端子を貫通部内へと押し込む第１の押圧部を有するものであってもよい。この場合、第１の押圧部によって電極端子を貫通部内へと押し込むだけで重なり合った電極端子を貫通部にて変形させ、電極端子の重なり合った状態を保持することができる。

また、本発明の接合装置は、加圧力保持部材が、貫通部上に位置する重なり合った電極端子を第１の押圧部とは反対の方向から貫通部内へと押し込む第２の押圧部を有するものであってもよい。この場合、第２の押圧部が第１の押圧部とは反対方向から力を加えて電極端子を変形させるので、貫通部内における電極端子の変形の度合いが増し、電極端子の貫通部から、より抜けにくくすることができる。すなわち、電極端子の電気的な接合をより強固に保持することができる。

また、本発明の接合装置は、加圧力保持部材が、板部材に当接し、かつ貫通部以外の領域の重なり合った電極端子を板部材へと押し付ける第３の押圧部を有するものであってもよい。この場合、第３の押圧部が重なり合った電極端子を板部材へと押し付けることで変形させて抜けにくくしている電極端子をさらに抜けにくくすることができる。すなわち、電極端子の電気的な接合をさらに強固に保持することができる。

また、本発明の接合装置は、加圧力保持部材が、形状記憶合金からなるものであってもよく、特にこの場合、温度の上昇に伴い、変形させる力が増す特性を有すると好ましい。この場合、電気デバイスの発熱、あるいは電極端子を流れる電流により電極端子の温度が上昇することで、電極端子の電気的な接合をさらに強固に保持することができる。

また、本発明の接合装置は、加圧力保持部材が、弾性を有する金属からなるものであってもよい。

本発明の接合装置によれば、電極端子の電気的な強固な接合を少ない部品点数で容易かつ確実に行うことができる。

図１に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。

本実施形態のフィルム外装電池１は、不図示の正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素２と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム７を熱融着部７ａの４辺で熱融着して密封した構造を有している。

フィルム外装電池１の発電要素２は、不図示のセパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよいし、あるいは、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。

また、発電要素２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素２としては、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。

フィルム外装電池１の短手方向の熱融着部７ａからは、正極側活電極に接続された正極用電極端子３および負極側活電極に接続された負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子３としてはアルミニウムが多く用いられ、また、負極用電極端子４としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子３と負極用電極端子４とをまとめて単に電極と称呼する場合もある。

次に、本実施形態の接合装置によって上述した構造の２つのフィルム外装電池１の電極どうしを接合する方法について図２〜図５を用いて説明する。図２は本発明の接合装置の一例の分解斜視図であり、図３は、図２に示す本発明の接合装置により電極を接合した状態における第１の押圧部および第２の押圧部と、留め穴との位置関係を示す図であり、図４は、図３に示すＡ−Ａ線における断面図であり、また、図５は図４の一部拡大図である。

まず、本実施形態の接合装置８０の構成について説明する。

本実施形態の接合装置８０は、金属等の線材からなるクリップ形状の加圧力保持部材３０と、留め穴５１が形成された留め部材５０とを有する。

加圧力保持部材３０は、１本の弾性を有する金属線材（通常のバネやクリップの作製に用いられる金属材）を曲げて形成されたものであり、把持部３６で左右対称の形状をなしている。

加圧力保持部材３０は、線材の端部から第１の曲げ部３４まで直線状に形成された第１の押圧部３１と、第１の曲げ部３４から第２の曲げ部３５まで直線状に形成され、第１の押圧部３１に略平行に形成された第３の押圧部３３と、第２の曲げ部３５から把持部３６まで略直線状に形成され、第１の押圧部３１および第３の押圧部３３に略平行に形成された第２の押圧部３２を有し、これら第１〜第３の押圧部３１〜３３、第１および第２の曲げ部３４、３５が把持部３６を中心に対称にそれぞれ形成されている。すなわち、加圧力保持部材３０の形状は、紙を重ねて保持するクリップが把持部３６で繋がったような形状である。第１の押圧部３１と第２の押圧部３２との間隔は、第１の押圧部３１と第３の押圧部３３との間隔よりも狭く形成されている。

留め部材５０は、概ね第１の押圧部３１と第２の押圧部３２とに対応する位置であって、これらが概ね収まる寸法の留め穴５１が形成された板材である。留め穴５１は、対称に形成された第１の押圧部３１および第２の押圧部３２に応じて２つ形成されている。

次に、接合装置８０による電極に接合方法について説明する。

まず、図２に示すように、正極用電極端子３および負極用電極端子４をコの字形状に折り曲げ、正極用電極端子３の面３ａと、負極用電極端子４の面４ａとを接触させておく。

次に、面３ａあるいは面４ａのいずれかの面であって、電極同士が接触していない面に留め部材５０を矢印Ａ方向から重ね合わせる。図２においては、留め部材５０は矢印Ａ方向から面３ａ’に重ね合わせられる。

面３ａ’に留め部材５０を重ね合わせた状態で、続いて、接触させている電極の端部側から、正極用電極端子３の面３ａ、負極用電極端子４の面４ａ、および留め部材５０を加圧力保持部材３０にて挟み込む。すなわち、まず、加圧力保持部材３０は、把持部３６を留め部材５０の面５０ａ側にやや曲げ、かつ第３の押圧部３３と第１の押圧部３１とを負極用電極端子４の面４ａ側に曲げることで把持部３６と第３の押圧部３３と矢印Ｃ方向に開いておく。把持部３６と第３の押圧部３３との間であって矢印Ｃ方向に隙間をつくっておいた状態で加圧力保持部材３０を矢印Ｂ方向へと押し込む。そして、第１の押圧部３１と第２の押圧部３２とが留め穴５１の位置に到達するまで加圧力保持部材３０を押し込む。接合装置８０により電極を接合した状態における第１の押圧部３１および第２の押圧部３２と、留め穴５１との位置関係を図３に示す。

図４および図５に示すように、留め穴５１の部分の面３ａおよび面４ａは、第１の押圧部３１と第２の押圧部３２の断面形状に沿って略Ｓ字形状に弾性変形あるいは塑性変形させられるとともに、留め穴５１の縁に沿って変形する。さらには、把持部３６および第３の押圧部３３が加圧力保持部材３０の弾性により電極の上記変形を保持する。

つまり、第１の押圧部３１は矢印ａ方向から重なり合った電極を留め穴５１内に押し込むことで電極を変形させている。また、第２の押圧部３２は矢印ａとは反対方向の矢印ｂ方向から電極を留め穴５１内に押し込むことでこの変形の度合いを増している。このように電極を留め穴５１内にて変形、すなわち、留め穴５１から抜けにくい形状に変形させることで電極の電気的な接合を強固に保持することができる。さらには第３の押圧部３３が電極を留め部材５０に押し付けることで電極の電気的な接合はより強固に保持されることとなる。

以上のように、本発明の接合装置によれば、正極用電極端子３と負極用電極端子４との電気的な接合を容易、かつ強固に行うことができる。すなわち、本発明の電極の接合は、線材を折り曲げるだけで形成可能な加圧力保持部材３０と板部材に穴を形成しただけの留め部材５０という簡単な構成の接合装置８０を用いるだけである。また、接合方法も、いわゆるクリップ留めにて行うものであるので、特別な冶具等も必要がない。このように、簡単な構成、かつ簡単な方法でありながら、留め穴５１部分にて電極を変形させることで電極が接合装置８０から抜けにくくすることで、強固な接合を実現している。一方、本発明は溶接等による接合ではないため、電極同士の接合の解除も加圧力保持部材３０を引き抜くだけでできる。もちろん、ネジ止めによる接合に比べても、電極同士の接合、解除は容易に行うことができる。

なお、図２においては、正極用電極端子３および負極用電極端子４がコの字形状に折り曲げられた後に、加圧力保持部材３０および留め部材５０にて接合する状態が示されているが、まず面３ａ、４ａを併せてＬ字形状に折り曲げて、この状態で接合してから、最終的にコの字形状に折り曲げるものであってもよい。

以下に本発明の接合装置の他の例を説明する。

図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す加圧力保持部材１３０は把持部１３６の部分を角度αだけ開いたものである。これにより、加圧力保持部材１３０によるクリップ留めを行う際、加圧力保持部材１３０を開き易くすることができ、よって、電極の挟み込みがより容易になる。また、第１の押圧部１３１に段部１３１ａを設けている。これにより、第１の押圧部１３１と第２の押圧部１３２の断面形状に沿わせて電極を略Ｓ字形状に変形させる、その程度をより多くすることができ、よって、より強固な接合が可能となる。

図７（ａ）（ｂ）に示す加圧力保持部材２３０は、把持部２３６が開いた形状であるとともに、第１の押圧部２３１の端部を把持部２３６が開く方向とは逆方向に折り曲げ、把持端２３１ａを形成している。すなわち、加圧力保持部材２３０を開く際、把持部２３６および把持端２３１ａを持って開くことで加圧力保持部材２３０の開きをより容易にしている。

図８（ａ）（ｂ）に示す加圧力保持部材３３０も１本の線材を折り曲げて形成されている。加圧力保持部材３３０の場合、第１の押圧部３３１と交差する方向となる交差挟み部３３５を形成するため複数箇所でＵ字形状に折り曲げている。加圧力保持部材３３０は第１の押圧部３３１等による電極の挟み込みに加えて交差挟み部３３５と留め部材５０とによる電極の挟み込みがなされる。これにより、より強固な接合が可能となる。

図９（ａ）（ｂ）に示す加圧力保持部材４３０も１本の線材を折り曲げて形成されている。加圧力保持部材４３０は第１の押圧部４３１により留め穴５１内の電極を押さえ込むことで電極を変形させる構成であり、端部に係合部４４０とこの係合部４４０が引っかかる係止部４４１とを有する。すなわち、加圧力保持部材４３０は、係合部４４０を係止部４４１に引っ掛けることで、その弾性により第１の押圧部４３１を留め穴５１内方向へと押し付ける。そして、この押し付け力により留め穴５１内の電極を押さえ込む。なお、係合部４４０を係止部４４１に引っ掛ける際にはＵ字部４５０を撓ませてから引っ掛ける。

図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す加圧力保持部材５３０は、係合部５４０を板部材で構成した点、係合部５４０を引っ掛ける際に曲げ部５５０の部分を中心にして第３の押圧部５３３を撓ませる（係合部５４０は図中矢印Ｄ方向に回動する）点で図９に示した加圧力保持部材４３０と異なるが、基本的構成は加圧力保持部材４３０である。

以上、接合装置は加圧力保持部材が主に線材で構成されている例を示した。以下に、加圧力保持部材を板部材で構成した例について示す。

図１１〜図１３に示す加圧力保持部材６３０は、一枚の板部材を折り曲げてなるものであり、曲げた部分である曲げ部６５０の間に通し孔６４０が形成されている。また、加圧力保持部材６３０は、その概ね中央部分には第１の押圧部６３１が形成されており、第１の押圧部６３１が形成された側の板に対して曲げ部６５０にて対面するように曲げられてなる第３の押圧部６３３を有する。第１の押圧部６３１は第３の押圧部６３３側に突出するようにして形成されている。また、加圧力保持部材６３０には、外部に電圧を取り出すための端子ネジ８００を貫通させるための貫通穴６７０が第１の押圧部６３１を挟んだ曲げ部６５０の反対側に形成されている。

なお、図１１（ａ）（ｂ）の接合装置は電極を挟み込んだ状態を示しており、図１２は分解斜視図であり、図１３は図１１に示すＢ−Ｂ線における断面図である。

図１２に示すように、留め部材５０および加圧力保持部材６３０からなる接合装置は、Ｌ字形状に折り曲げて重ね合わせた電極を留め部材５０と加圧力保持部材６３０とで挟み込み、端子ネジ８００ネジおよびナット８０１で締結する構成となっている。挟み込まれた電極は重ね合わせられた面３ａ、４ａが第１の押圧部７３１にて留め穴５１内に押し込まれる（図１３参照）。端子ネジ８００を締めこむことで留め穴５１内での電極の変形は大きくなるとともに、板部材である留め部材５０および加圧力保持部材６３０による挟み込みによって電極の接合は強固なものとなる。

図１４（ａ）（ｂ）に示す加圧力保持部材７３０は、一枚の板部材を折り曲げてなるものの他の例であり、曲げた部分である曲げ部７５０の間に通し孔７４０が形成されている。第１の押圧部７３１が形成されている側の概ね中央に、緩やかな曲線からなる山形状に突出した撓み部７６０を設けている。第１の押圧部７３１はこの撓み部７６０の両側に、撓み部７６０と逆方向に突出して形成されている。また、第１の押圧部７３１が形成された側の板の端部はロールさせて係止部７４１を形成している。曲げ部７５０で繋がる第３の押圧部７３３となる板の端部には係止部７４１に係合する係合部７４０が形成されている。

加圧力保持部材７３０は通し孔７４０から留め部材５０を通し（図中矢印Ｅ方向）、撓み部７６０を大きく撓ませた後、係止部７４１を係合部７４０に係合させる。これにより、留め部材５０の留め穴５１内の電極を押さえ込む。なお、図１１（ｂ）では２つの第１の押圧部７３１が嵌りこむことができる長穴形状のものが１つ形成された例を示している。

なお、以上説明した各接合装置は形状記憶合金で形成しておき、図１５に示すような温度特性となるようにしておいてもよい。すなわち、接合装置の温度が上昇するにつれ電極同士を接合させる締結力が高くなるような形状に変化するようにしておく。なお、本発明においてはフィルム外装電池１の発電により電極の温度は上昇するので、この熱を用いて形状変化させることとなる。

以上説明したように、本実施形態の接合装置によれば、簡単な構成にて電極同士の強固な接合を実現することが可能となる。

本発明に適用可能なフィルム外装電池の外観斜視図である。 本発明の接合装置の一例の分解斜視図である。 図２に示す本発明の接合装置により電極を接合した状態における第１の押圧部および第２の押圧部と、留め穴との位置関係を示す図である。 図３に示すＡ−Ａ線における断面図である。 図４の一部拡大図である。 本発明の接合装置の他の例の三面図である。 本発明の接合装置の他の例の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の他の例の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の他の例の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の他の例の側面図およびその一部の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の他の例の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の他の例の分解斜視図である。 図１２に示すＢ−Ｂ線における断面図である。 本発明の接合装置の他の例の平面図および側面図である。 本発明の接合装置の温度特性の一例を示すグラフである。 フィルム外装電池における、電極端子の従来の接合方法の一例を示す図である。 フィルム外装電池における、電極端子の従来の接合方法の他の例を示す図である。 フィルム外装電池における、電極端子の従来の電圧の取り出し方法の一例を示す図である。

符号の説明

１ フィルム外装電池
２ 発電要素
３ 正極用電極端子
３ａ、４ａ、５０ａ 面
４ 負極用電極端子
７ ラミネートフィルム
７ａ 熱融着部
３０ 加圧力保持部材
３１ 第１の押圧部
３２ 第２の押圧部
３３ 第３の押圧部
３４ 第１の曲げ部
３５ 第２の曲げ部
３６ 把持部
５０ 留め部材
５１ 留め穴
８０ 接合装置
４４０ 係合部
４４１ 係止部
１３１ａ 段部
２３１ａ 把持端
３３５ 交差挟み部
４５０ Ｕ字部
６３０ 加圧力保持部材
６４０ 通し孔
６５０ 曲げ部
６７０ 貫通穴
７６０ 撓み部
８００ 端子ネジ
８０１ ナット

Claims (7)

1. 電極端子が延出した電気デバイスの前記電極端子を電気的に接合する接合装置において、
   一の前記電気デバイスの前記電極端子と他の前記電気デバイスの前記電極端子とが重なり合った領域に当接し、少なくとも１つの貫通部が形成されている板部材と、
   前記重なり合った各電極端子を前記貫通部にて変形させ、前記各電極端子を前記重なり合った状態に保持する加圧力保持部材とを有することを特徴とする接合装置。
2. 前記加圧力保持部材が、前記貫通部に位置する前記重なり合った電極端子を前記貫通部内へと押し込む第１の押圧部を有する請求項１に記載の接合装置。
3. 前記加圧力保持部材が、前記貫通部上に位置する前記重なり合った電極端子を前記第１の押圧部とは反対の方向から前記貫通部内へと押し込む第２の押圧部を有する請求項２に記載の接合装置。
4. 前記加圧力保持部材が、前記板部材に当接し、かつ前記貫通部以外の領域の前記重なり合った電極端子を前記板部材へと押し付ける第３の押圧部を有する請求項２または３に記載の接合装置。
5. 前記加圧力保持部材が、形状記憶合金からなる請求項１ないし４のいずれか1項に記載の接合装置。
6. 前記加圧力保持部材が形状記憶合金からなり、温度の上昇に伴い、変形させる力が増す特性を有する請求項１ないし５のいずれか1項に記載の接合装置。
7. 前記加圧力保持部材が、弾性を有する金属からなる請求項１ないし６のいずれか1項に記載の接合装置。

Images