JP2008087059A - 電池用溶接装置および電池の製造方法 - Google Patents

電池用溶接装置および電池の製造方法 Download PDF

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【課題】振動による悪影響を排除してスムーズに部材が供給できる、信頼性の高い溶接工程を実現する。
【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する電池用溶接装置であって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に前記金属リードを溶接するための電池用溶接装置に関し、より詳しくは金属リードを連続供給するときに生じる不具合を回避する技術に関する。
アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。中でも比較的エネルギー密度が高く耐久性に優れるニッケル水素蓄電池については、電気自動車用電源などの高出力タイプを中心にその用途が広がりつつある。
このような高出力タイプの電池は、正極および負極からの集電性を向上するため、金属リードを介してこれら帯状の電極の一端と電極端子とを直接接続する方法に代わって、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に集電板を接続し、この集電板と電極端子とを、金属リードを介して接続する構造を採ることになる。
図5は高出力タイプの電池の模式断面図である。正極芯材1aと正極活物質層1bとからなる正極1と、負極芯材2aと負極活物質層2bとからなる負極2とを、セパレータ3を介して捲回して電極群4を形成し、正極芯材1aに正極集電板5を接続し、この正極集電板5と正極端子6とを、金属リード7を介して接続している。一方で負極芯材1bは負極集電板8と接続し、この負極集電板8を、負極端子を兼ねる外装缶9と直接接続している。さらには正極1と電気的に接続された箇所と、負極2と電気的に接続された箇所とを絶縁するために、適所に絶縁物10を配置することにより、高出力タイプの電池が構成される。
正極集電板5に金属リード7を接続させる方法としては、抵抗溶接が一般的である。具体的には正極集電板5と金属リード7とを一対の溶接電極で挟み込むことができないので、正極集電板5の上に金属リード7を配置した後、平行配置された一対の溶接電極を金属リード7に当接させ、溶接電極間に通電する方法が採られることになる。なお図5においては、負極集電板8が外装缶9と電気的に接続された例を示したが、正極集電板5が電極群4の下部に配置されて外装缶9と電気的に接続された場合、正極端子6が負極端子となり、負極集電板8を金属リード7に接続させることになる。
特許文献1には、溶接対象物の平面性の如何にかかわらず、安定した溶接を行うことができる電池用溶接電極が記載されている。このような電池用溶接電極を量産ラインに展開し、一定周期で連続して溶接する場合、図4に示す模式外観図のように、一対の溶接電極11を支持するヘッド12を上端に備えたシャフト13の下端に、円盤状のカム14の外周部に設けた円周状の溝15に嵌め合わせたカムフロア16を備えるようにし、カム14の回転によりヘッド12を図中の矢印のように上下動させる方法が採られる。
特開2002−050339号公報
上述したように、量産ラインでは一定周期で溶接を行うことになるので、溶接対象物も一定周期で溶接工程に供給される必要がある。ここで集電板(図5では正極集電板5)のように比較的大きな部材は、パーツフィーダなどで安定的に連続供給させることができるが、金属リード7のような微小な部材は、溶接工程に隣接して前駆体を配置し、さらにこ
の前駆体の打ち抜き工程を配置することにより、安定的に連続供給させることになる。
ところでカム14を安定的に回転させるためには、溝15の幅Aをカムフロア16の嵌合部の径Bよりもやや広くして(A>B)、いわゆる「遊び」を設ける必要がある。しかしながら、金属リード前駆体を打ち抜いて金属リードを作製する際には振動が生じるので、この遊びの寸法分だけ溶接電極の加圧が効かなくなり、溶接不良が生じることになる。
本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、振動による悪影響を排除しつつスムーズに部材が供給できる、量産ラインに適合した信頼性の高い溶接工程を実現することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電池用溶接装置は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接するものであって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させ、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。
また本発明の電池の製造方法は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含み、この溶接工程は、平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、カムの回転によりヘッドを下降させる第1の動作と、ヘッドが下端近傍に達した時点でシリンダーの作動によりヘッドを下方に加圧する第2の動作と、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電する第3の動作とからなることを特徴とする。
ヘッド12が下端近傍に達するまでは周期性の高いカム14の回転によりヘッド12を下降させ、振動の悪影響を除去するために溶接電極11を溶接対象物に強固に当接させたい下端近傍ではシリンダー17の加圧を加えるよう、制御部18に制御させることにより、量産性が高くかつ安定性の高い溶接が可能となる。
以上のように本発明によれば、金属リードを打ち抜き供給する場合や、近隣を大型輸送車両(貨物列車やトラックなど)が通過する際などに発生する振動の悪影響を排除できるので、信頼性が高く量産ラインに適合した溶接工程を実現することができる。
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。
第1の発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接する電池用溶接装置であって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させ、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。
図1は本発明の電池用溶接装置を示す模式外観図である。平行配置された一対の溶接電極11を支持するヘッド12を上端に備えたシャフト13の下端に、円盤状のカム14の外周部に設けた円周状の溝15に嵌め合わせたカムフロア16を備えるようにし、カム14の回転によりヘッド12を図中の矢印のように上下動させるのだが、本発明ではヘッド12を下方に加圧するシリンダー17を設け、ヘッド12が上下動における下端近傍に達した時点でこのシリンダー17を作動させて、ヘッド12が最下端に達した時点で、制御部(図示せず)が溶接電極11に通電するよう制御する形態を採っている。
図2は本発明の電池用溶接装置におけるシリンダー17の周辺を示す模式図であり、一例としてシリンダー17を圧縮空気で作動させる形態を示している。空気供給口20を経た空気は、第1のライン21、第2のライン22および第3のライン23に分割される。この3つのラインにはそれぞれ精密レギュレータ19が設置されており、第1のライン21には高圧の圧縮空気を、第2のライン22および第3のライン23には低圧の圧縮空気を、それぞれ供給している。第1のライン21および第2のライン22はそれぞれ電磁弁18に接続されている。常時は第2のライン22から低圧の圧縮空気がシリンダー17に供給されているので、シリンダー17がヘッド12を下方に加圧することはない。しかしカム14の回転によりヘッド12が上下動における下端近傍に達した時点で電磁弁18が作動し、シリンダー17には第1のライン21から高圧の圧縮空気が供給されるよう切り替わり、シリンダー17はヘッド12を下方に加圧する。このようなシリンダー17による加圧力は、カム14によるシャフト13の下降による加圧力より大きいので、ヘッド12が最下端に達した時点で制御部が溶接電極11に通電する際に、溶接電極11を溶接対象物に強固に当接できるようになり、振動が加わった場合でも溶接の安定性が飛躍的に向上する。なお第3のライン23から低圧の圧縮空気がシリンダー17に供給されることで、第2のライン22から低圧の圧縮空気が送られていてもこの圧縮空気を相殺できるので、第3のライン23から高圧の圧縮空気が供給されない間、カムフロア16への負担を軽減することができる。
なお図2には、シリンダー17を圧縮空気で作動させる形態を示したが、例えばシリンダー17を油圧で作動させても、同様の効果が得られることは云うまでもない。
第2の発明は、第1の発明において、溝15のうち、ヘッド12の上下動における下端近傍に相応する箇所を、他の箇所より幅が広い広溝部とし、制御部はカムフロア16が広溝部に達した時点でシリンダー17を作動させるようにしたことを特徴とする。
図3は第2の発明におけるカム14を示す模式外観図である。溝15の一部を広溝部15aとし、カムフロア16の嵌合部が広溝部15aの略中間地点に達したときに、ヘッド12が上下動における最下端に達するよう、カムフロア16とカム14とを連結することにより、第2の発明の態様とすることができる。このような態様とすることにより、広溝部がない場合と比べてカムフロア16の嵌合部が溝15の外周面に当たらなくなるので、「遊び」の寸法を精緻に配慮しなくて良い上に、カムフロア16の破損を防止できる。
第3の発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含む電池の製造方法であって、溶接工程は、平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に、円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、カムの回転によりヘッドを下降させる第1の動作と、ヘッドが下端近傍に達した時点でシリンダーの作動によりヘッドを下方に加圧する第2の動作と、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電する第3の動作とからなることを特徴とする。第3の発明の作用および効果は、第1の発明において説明したとおりである。
第4の発明は、第3の発明において、第2の動作におけるヘッドの下降をシリンダーのみで行うようにしたことを特徴とする。第4の発明の作用および効果は、第2の発明において説明したとおりである。
本発明の構成についてさらに詳述する。溶接対象物である正極集電板5(あるいは負極集電板8)の一般的な材質がニッケルメッキした鉄であり、金属リード7の一般的な材質が鉄やニッケルであることから、溶接電極11の材質は、溶接性を高めるために銅やモリブデンなどを選択することができる。また第2の発明や第4の発明を精度よく達成するために、一般的な溝15の幅Aに対する広溝部15aの幅Cは、A<C≦2Aにするのが好ましい。
本発明によれば、振動の悪影響を排除しながら連続的に部材を供給し続けることができるので、量産規模の大きな電池、例えば電気自動車の補助電源である電池モジュールを構成する単電池の大量生産などに利用できる上、その有用性は極めて大きい。
本発明の電池用溶接装置を示す模式外観図 本発明の電池用溶接装置におけるシリンダーの周辺を示す模式図 第2および第4の発明におけるカムを示す模式外観図 従来の電池用溶接装置を示す模式外観図 高出力タイプの電池の模式断面図
符号の説明
1 正極
1a 正極芯材
1b 正極活物質層
2 負極
2a 負極芯材
2b 負極活物質層
3 セパレータ
4 電極群
5 正極集電板
6 正極端子
7 金属リード
8 負極集電板
9 外装缶
10 絶縁物
11 溶接電極
12 ヘッド
13 シャフト
14 カム
15 溝
15a 広溝部
16 カムフロア
17 シリンダー
18 電磁弁
19 精密レギュレータ
20 空気供給口
21 第1のライン
22 第2のライン
23 第3のライン

Claims (4)

  1. 正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接するための電池用溶接装置であって、
    平行配置された一対の溶接電極と、
    前記溶接電極を支持するヘッドと、
    前記ヘッドを上端に備え、カムフロアを下端に備えたシャフトと、
    外周部に設けた円周状の溝に前記カムフロアを嵌め合わせ、回転により前記ヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、
    前記ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、
    前記カムの回転により前記ヘッドが上下動における下端近傍に達した時点で、前記シリンダーを作動させ、前記ヘッドが最下端に達した時点で前記溶接電極に通電するよう制御する制御部と、
    からなることを特徴とする、電池用溶接装置。
  2. 前記カムの溝のうち、前記ヘッドの上下動における下端近傍に相応する箇所を、他の箇所より幅が広い広溝部とし、
    前記制御部は前記カムフロアが前記広溝部に達した時点で前記シリンダーを作動させるようにしたことを特徴とする、請求項1記載の電池用溶接装置。
  3. 正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含む電池の製造方法であって、
    前記溶接工程は、
    平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に、円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、前記カムの回転により前記ヘッドを下降させる第1の動作と、
    前記ヘッドが下端近傍に達した時点で、シリンダーの作動により前記ヘッドを下方に加圧する第2の動作と、
    前記ヘッドが最下端に達した時点で前記溶接電極に通電する第3の動作と、
    からなることを特徴とする、電池の製造方法。
  4. 前記第2の動作において、前記ヘッドの下降を前記シリンダーのみで行うようにしたことを特徴とする、請求項3記載の電池の製造方法。
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