JP2013075297A

JP2013075297A - 金属板と金属軸の結合構造及び密閉型電池の電極構造

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Publication number: JP2013075297A
Application number: JP2011214985A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Enomoto; 明裕榎本; Takeyuki Tokunaga; 武幸徳永; Hiroaki Takashima; 浩明高島; Kenichi Hasumoto; 賢一蓮本; Misao Hirakawa; 操平川; Tatsuya Kawamoto; 達也川本; Tsukasa Kobayashi; 司小林
Original assignee: KKS KK; S K K KK; SEL JAPAN CO Ltd; Techno Associe Co Ltd
Current assignee: KKS KK; S K K KK; SEL JAPAN CO Ltd; Techno Associe Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP5639558B2

Abstract

【課題】結合力が高く、位置精度に優れ且つ安価である、金属板と金属軸の結合構造Ａを提供する。
【解決手段】結合構造Ａは、金属板１の第１面２の有底孔４に金属軸５を圧入して構成される。金属軸５は、主体部６と圧入端部７とを含む。圧入端部７は、多角形部９と細径部１０とテーパ状の案内部１１とを含む。細径部１０と案内部１１とは、多角形部９の軸方向Ｘ１の投影空間内に配置される。多角形部９と案内部１０との間に、くびれ空間Ｓ１を形成する。多角形部９が、有底孔４の入口縁部４１を第２面３側へ塑性変形させて入口縁部４１に食い込む。金属板１は、くびれ空間Ｓ１に入り込んだ塑性変形部１２を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板と金属軸の結合構造、及びこれを用いた密閉型電池の電極構造に関する。

近年、車両搭載用電源として、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池等の密閉型電池が注目されている。例えば特許文献１では、電極体及び電解質が電池ケース内に収容され、軸状の電極端子が、電池ケースに設けられた端子貫通孔と、電池ケースの表面に配置された金属板からなる外部端子に設けられた端子貫通孔とを順次に貫通して、ケースの内部から外部に引き出されている。しかしながら、金属板にも端子挿通孔が設けられているため、電池ケース内部の電解質等の外部への漏れ出しを抑制するためのシール構造が複雑になるという問題がある。

ところで、金属板の貫通孔に金属軸を結合する技術としては、金属板の貫通孔に金属軸の小径端部を挿通させて、その小径端部の先端を僅かに金属板の表面より突出させ、その突出させた先端をプレスで押し潰して貫通孔の周縁に係合させる、かしめ法が一般的である。
一方、金属板に貫通孔を設けないで金属軸をかしめる技術が提案されている。例えば、特許文献２では、外周に多数の微小な縦溝やこれと交差する横溝を形成したり、あるいは文目のローレットを形成したりした金属軸の端部を、金属板の有底孔に押し込むとともに、金属軸の端部の外周に嵌合した筒状のカシメポンチを金属軸に沿って移動させることにより、金属板において有底孔の縁部を形成していた肉を、金属軸の縦溝や横溝に押入する技術が提案されている。他方、金属板の表面に金属軸の端面を当接させて、その当接面を溶融させて結合する溶接法がある。

特開２０１０−２８２８４８号公報特開昭５９−１４７７２４号公報

前記の溶接法では、熱歪み等の影響があるうえに金属軸の溶け込み量が一定でないため、金属板に対する金属軸の位置精度があまり良くない。また、製造コストが高い。
特許文献２では、下記の欠点がある。すなわち、車両に搭載される等で振動等の過酷な条件を考慮する必要がある場合、微小な縦溝やローレットでは、振動等の影響で、金属軸に緩みを生ずるおそれがある。また、カシメパンチを用いるため、金属軸とカシメパンチの位置精度のばらつきがカシメ量に影響し、金属板に対する金属軸の位置精度が悪くなるおそれがある。さらに、定期的にカシメパンチを新品と交換する必要があり、製造コストが高くなる。

そこで、本発明の目的は、結合力が高く、位置精度に優れ且つ安価である、金属板と金属軸の結合構造、及びこれを含む密閉型電池の電極構造を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、互いに平行な第１面（２）及び第２面（３）を有し、前記第１面に有底孔（４）が形成された金属板（１；１Ａ）と、前記有底孔に圧入された金属軸（５；５Ａ）と、を備え、前記金属軸は、前記第１面に当接して前記第１面の変形を拘束した肩部（８）を有する主体部（６）と、前記有底孔に圧入された圧入端部（７）と、を含み、前記圧入端部は、前記主体部に隣接して設けられ前記主体部の軸方向（Ｘ１）の投影空間内に配置された多角形部（９）と、前記有底孔の底（４２）に当接した端面（１０２）を有し前記多角形部の軸方向の投影空間内に配置されたテーパ状の案内部（１０）と、前記案内部と前記多角形部とを接続し前記案内部と前記多角形部との間にくびれ空間（Ｓ１）を形成する細径部（１１）と、を含み、前記多角形部は、前記有底孔の入口縁部（４１）を前記第２面側へ塑性変形させて前記入口縁部に食い込んでおり、前記金属板は、前記くびれ空間に入り込んだ塑性変形部（１２）を含む、金属板と金属軸の結合構造（Ａ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記くびれ空間を区画する、前記多角形部の区画面（９１）が、第１面に平行な平坦面であってもよい。

また、請求項３のように、前記くびれ空間を区画する、前記案内部の区画面（１０１）が、第１面に平行な平坦面であってもよい。
また、請求項４のように、前記金属板の第２面において、前記案内部の軸方向の投影空間外に、前記多角形部の圧入による塑性変形痕（１３）が視認可能に形成されていてもよい。

また、請求項５の発明は、第１面としての裏面及び第２面としての表面を有し、前記裏面に有底孔が形成された外部端子としての金属板（１Ａ）と、電池ケース（２１）内から引き出され、前記有底孔に圧入された内部端子としての金属軸（５Ａ）とを備え、前記金属軸は、前記第１面に当接して前記第１面の変形を拘束した肩部を有する主体部と、前記有底孔に圧入された圧入端部と、を含み、前記圧入端部は、前記主体部に隣接して設けられ前記主体部の軸方向の投影空間内に配置された多角形部と、前記有底孔の底に当接した端面を有し前記多角形部の軸方向の投影空間内に配置されたテーパ状の案内部と、前記案内部と前記多角形部とを接続し前記案内部と前記多角形部との間にくびれ空間を形成する細径部と、を含み、前記多角形部は、前記有底孔の入口縁部を前記第２面側へ塑性変形させて前記入口縁部に食い込んでおり、前記金属板は、前記くびれ空間に入り込んだ塑性変形部を含む、密閉型電池（２０）の電極構造（Ｂ）を提供する。

請求項１の発明によれば、金属軸のくびれ空間に金属板の塑性変形部が入りこんで金属軸の軸方向への抜脱を防止しているとともに、多角形部が金属板の有底孔の入口縁部に食い込んで金属軸の回転を確実に規制しているので、金属板に対する金属軸の結合力を格段に高くすることができる。
また、金属軸の多角形部自体が、有底孔の入口縁部に食い込むので、当該入口縁部を圧入方向に押圧するための別途の治具（例えば特許文献２のカシメパンチ）が不要である。したがって、特許文献２のようにカシメパンチと軸との位置精度のばらつきの影響を受けないので、かしめ量の精度が良く、その結果、金属板に対する金属軸の位置精度を良くすることができる。また、カシメパンチの交換等が不要であり、製造コストを安くすることができる。

さらに、金属板の孔を有底孔としてあるので、金属板の表裏でシール性が要求される場合に、好適に用いることができる。
請求項２の発明によれば、くびれ空間を区画する多角形部の区画面を、第１面に平行な平坦面としたので、金属板に対する金属軸の直角度を精度良く実現することができる。
請求項３の発明によれば、くびれ空間を区画する案内部の区画面を、第１面に平行な平坦面としたので、金属板に対する金属軸の直角度を実現することができる。

請求項４の発明によれば、金属板の第２面において、案内部の軸方向の投影空間外に、多角形部の圧入による塑性変形痕が視認可能に形成されるので、圧入工程に関する検査を省略することが可能となり、製造コストを安くすることかできる。
請求項５の発明によれば、請求項１と同じ効果を奏することができる。すなわち、外部端子（金属板）に対する内部端子（金属軸）の結合力が高く、また、外部端子（金属板）に対する内部端子（金属軸）の位置精度が高く、しかも製造コストを安くすることができる。また、金属板に端子貫通孔を設けないので、内部の電解質等の漏れ出しを防ぐためのシール構造を簡素化することができる密閉型電池の電極構造を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る、金属板と金属軸の結合構造の部分破断正面図である。金属板と金属軸の結合前の分解斜視図である。図３（ａ）は金属軸の側面図であり、図３（ｂ）は金属軸の正面図である。図４（ａ）は、図３（ａ）とは別角度から見た金属軸の側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ｂ）とは別角度から見た金属軸の側面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は金属板と金属軸を結合する工程を順次に示す部分断面正面図である。結合後の金属板の表面の概略図である。本発明の別の実施形態に係る密閉型電池の概略斜視図である。図７の密閉型電池の電極構造の断面図である。

本発明の好ましい態様を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態の金属板と金属軸の結合構造Ａの部分断面正面図である。図１を参照して、金属板１は、板厚方向Ｔ１に対向する互いに平行な第１面２と第２面３とを有している。金属板１の第１面２には、有底孔４が形成されている。図２に示すように、金属板１の第１面２の有底孔４に、金属軸５が圧入されて、図１に示した、金属板と金属軸の結合構造Ａが構成されている。金属板１は、例えばアルミニウムにより構成され、金属軸５は、例えば銅により構成されており、両者の硬度が比較的近い。

図１、図２、図３（ａ）及び（ｂ）、並びに図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属軸５は、中空丸棒状の主体部６と、有底孔４に圧入された圧入端部７とを備えている。金属軸５の主体部６は、金属板１の第１面２に当接して第１面２の変形を拘束した肩部８を有している。肩部８は第１面２に平行な平坦面に形成されている。主体部６の中空部は、圧入端部７とは反対側に開放されている。

圧入端部７は、例えば略矩形の多角形部９と、テーパ状の案内部１０と、細径部１１とを、主体部６から金属軸５の先端側に向けて順次に有している。多角形部９は、主体部６に隣接して設けられ、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、主体部６の軸方向Ｘ１の投影空間内に配置されている。多角形部９は、図１に示すように、有底孔４の入口縁部４１を第２面３側へ塑性変形させて入口縁部４１に食い込んでいる。本実施の形態では、多角形部が略矩形であるが、三角形であってもよいし、五角形以上であってもよい。

細径部１１は、多角形部９と案内部１０とを接続し、多角形部９と案内部１０との間に、くびれ空間Ｓ１を形成している。金属板１は、くびれ空間Ｓ１に入り込んだ塑性変形部１２を含んでいる。くびれ空間Ｓ１を区画する、多角形部９の区画面９１及び案内部１０の区画面１０１は、第１面２に平行な平坦面により形成されている。
案内部１０は、図１に示すように、有底孔４の底４２に当接した端面１０２を有し、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、多角形部９の軸方向Ｘ１の投影空間内に配置されている。有底孔４の底４２及び案内部１０の端面１０２は、第１面２に平行な平坦面により形成されている。

中空丸棒状の主体部６の直径は、例えば４〜６ｍｍの範囲内の所定値が採用されている。案内部１０の直径は、例えば３〜４ｍｍの範囲内の所定値が採用されている。略矩形をなす多角形部９の一辺の長さは、案内部１０の直径と例えば略等しくされている。圧入端部７の高さ（軸長）は、金属板１の板厚（例えば２〜３ｍｍ）よりも、例えば０．４〜０．６ｍｍ程度小さくされている。多角形部９の高さ（軸長）は、圧入端部７の高さ（軸長）の例えば１／２に設定されている。細径部１１の直径は、案内部１０の直径よりも例えば１〜２ｍｍ程度小さくされている。細径部１１の軸長は、例えば０．４〜０．５ｍｍとされている。

次いで、図５（ａ）〜（ｃ）は金属板１と金属軸５とを結合させる工程を順次に示している。図５においての上下は実際の上下とは逆であってもよい。図５（ａ）に示すように、図示しないプレス機械の受け部によって第２面３が受けられた状態の金属板１の有底孔４に、金属軸５を圧入端部７側からプレスにより押し込む。金属軸５が圧入される前の有底孔４の直径Ｄ１は、案内部１０の直径Ｄ２と同等かまたは若干大きく設定されている（Ｄ１≧Ｄ２）。また、金属軸５が圧入される前の有底孔４の直径Ｄ１は、多角形部の外接円の直径Ｄ３と同等または若干小さくされている（Ｄ１≦Ｄ３）。

したがって、図５（ｂ）に示すように、圧入端部７が有底孔４に押し込まれる途中の段階で、多角形部９により押された有底孔４の入口縁部４１周辺の肉が、くびれ空間Ｓ１内に流れ込んで来る。
次いで、図５（ｃ）に示すように、十分な量の肉が、多角形部９と案内部１０との間のくびれ空間Ｓ１に入り込んだ状態で、案内部１０の平坦面からなる端面１０２が、有底孔４の底４２に当接することにより、金属軸５の圧入が完了し、金属板と軸の結合構造Ａが完成する。

図６に示すように、圧入完了後の金属板１の第２面３において、案内部１０の軸方向Ｘ１（図６において、紙面に直交する方向）の投影空間Ｐ外に、多角形部９の圧入による塑性変形痕１３が視認可能に形成されている。塑性変形痕１３は、第２面３の光沢に変化が見て取れる程度であり、第２面３の平面度としては、例えば５／１００以下の精度が維持されている。

本実施の形態によれば、図１に示すように、金属軸５のくびれ空間Ｓ１に金属板１の塑性変形部１２が入りこんで金属軸５の軸方向Ｘ１への抜脱を防止しているとともに、多角形部９が金属板１の有底孔４の入口縁部４１に食い込んで金属軸５の回転を確実に規制しているので、金属板１に対する金属軸５の結合力を格段に高くすることができる。
また、金属軸５の多角形部９自体が、有底孔４の入口縁部４１に食い込むので、当該入口縁部４１を圧入方向に押圧するための別途の治具（例えば特許文献２のカシメパンチ）が不要である。したがって、特許文献２のようにカシメパンチと軸との位置精度のばらつきの影響を受けないので、かしめ量の精度が良く、その結果、金属板１に対する金属軸５の位置精度を良くすることができる。また、カシメパンチの交換等が不要であり、製造コストを安くすることができる。

さらに、金属板１の孔を有底孔４としてあるので、金属板１の表裏でシール性が要求される場合に、好適に用いることができる。
また、くびれ空間Ｓ１を区画する多角形部９の区画面９１を、第１面２に平行な平坦面としたので、金属板１に対する金属軸５の直角度を精度良く実現することができる。また、くびれ空間Ｓ１を区画する案内部１０の区画面１０１を、第１面２に平行な平坦面としたので、この点からも、金属板１に対する金属軸５の直角度を精度良く実現することができる。また、有底孔４の底４２及び案内部１０の端面１０２を、第１面２に平行な平坦面としたので、この点からも、金属板１に対する金属軸５の直角度を精度良く実現することができる。

また、図６に示すように、金属板１の第２面３において、案内部１０の軸方向Ｘ１の投影空間外に、多角形部９の圧入による塑性変形痕１３が視認可能に形成されるので、圧入工程に関する検査を省略することが可能となり、製造コストを安くすることかできる。
次いで、図７は金属板と金属軸の結合構造Ａが適用された密閉型電池の電極構造Ｂを示している。図７に示すように、密閉型電池２０は、例えば直方体形状をなす外装容器しての電池ケース２１と、電池ケース２１の端子配置面２２に配置された一対の外部端子としての金属板１Ａと、金属板１Ａの表面としての第２面３に突出形成された電極棒２３とを備えている。一方の金属板１Ａとこれに形成された電極棒２３が正極を構成し、他方の金属板１Ａとこれに形成された電極棒２３が負極を構成している。

図８に示すように、電池ケース２１の端子配置面２２に凹部２４が形成され、その凹部２４に、金属板１Ａの少なくとも一部が収容されている。凹部２４の底２４１及び内壁面２４２とこれに対向する金属板１Ａの第１面２（裏面）及び側面２５との間には、絶縁性の例えばゴムからなるシール部材２６が介在している。
電池ケース２１には、端子貫通孔２７が形成されており、内部端子としての金属軸５Ａの圧入端部７が、端子挿通孔２７に挿通され、金属板１Ａの第１面２（裏面２）の有底孔４に圧入されている。シール部材２６は、端子貫通孔２７を挿通した金属軸５Ａを取り囲んだ状態で、金属板１Ａの第１面２と電池ケース２１の凹部２４の底２４１との間に弾性的に挟持されることで、金属板１Ａにおける金属軸５Ａの貫通部分をシールしている。

本実施形態によれば、図１〜図６の実施形態と同じ効果を奏することができる。すなわち、外部端子（金属板１Ａ）に対する内部端子（金属軸５Ａ）の結合力が高く、また、外部端子（金属板１Ａ）に対する内部端子（金属軸５Ａ）の位置精度が高く、しかも製造コストを安くすることができる。また、金属板１Ａに端子貫通孔を設けないので、内部の電解質等の漏れ出しを防ぐためのシール構造を簡素化することができて、安価な密閉型電池の電極構造Ｂを実現することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、金属板や金属軸の材料としては、アルミニウム、銅、スチール、ステンレススチール（ＳＵＳ）等、導電性に優れた材料を用いることができる。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…金属板、１Ａ…金属板（外部端子）、２…第１面、３…第２面、４…有底孔、４１…入口縁部、４２…底、５…金属軸、５Ａ…金属軸（内部端子）、６…主体部、７…圧入端部、８…肩部、９…多角形部、９１…区画面、１０…案内部、１０１…区画面、１０２…端面、１１…細径部、１２…塑性変形部、１３…塑性変形痕、２０…密閉型電池、２１…電池ケース、２２…端子配置面、２３…電極棒、２４…凹部、２４１…底面、２４２…内壁面、２５…側面、２６…シール部材、２７…端子貫通孔、Ａ…金属板と金属軸の結合構造、Ｂ…密閉型電池の電極構造、Ｄ１…（案内部）の直径、Ｄ２…（圧入前の有底孔の）直径、Ｄ３…（多角形部の外接円の）直径、Ｐ…投影空間、Ｓ１…くびれ空間、Ｔ１…板厚方向、Ｘ１…軸方向

Claims

互いに平行な第１面及び第２面を有し、前記第１面に有底孔が形成された金属板と、
前記有底孔に圧入された金属軸と、を備え、
前記金属軸は、前記第１面に当接して前記第１面の変形を拘束した肩部を有する主体部と、前記有底孔に圧入された圧入端部と、を含み、
前記圧入端部は、前記主体部に隣接して設けられ前記主体部の軸方向の投影空間内に配置された多角形部と、前記有底孔の底に当接した端面を有し前記多角形部の軸方向の投影空間内に配置されたテーパ状の案内部と、前記案内部と前記多角形部とを接続し前記案内部と前記多角形部との間にくびれ空間を形成する細径部と、を含み、
前記多角形部は、前記有底孔の入口縁部を前記第２面側へ塑性変形させて前記入口縁部に食い込んでおり、
前記金属板は、前記くびれ空間に入り込んだ塑性変形部を含む、金属板と金属軸の結合構造。
前記くびれ空間を区画する、前記多角形部の区画面が、第１面に平行な平坦面である請求項１に記載の金属板と金属軸の結合構造。
前記くびれ空間を区画する、前記案内部の区画面が、第１面に平行な平坦面である請求項１または２に記載の金属板と金属軸の結合構造。
前記金属板の第２面において、前記案内部の軸方向の投影空間外に、前記多角形部の圧入による塑性変形痕が視認可能に形成されている請求項１から３の何れか１項に記載の金属板と金属軸の結合構造。
第１面としての裏面及び第２面としての表面を有し、前記裏面に有底孔が形成された外部端子としての金属板と、
電池ケース内から引き出され、前記有底孔に圧入された内部端子としての金属軸とを備え、
前記金属軸は、前記第１面に当接して前記第１面の変形を拘束した肩部を有する主体部と、前記有底孔に圧入された圧入端部と、を含み、
前記圧入端部は、前記主体部に隣接して設けられ前記主体部の軸方向の投影空間内に配置された多角形部と、前記有底孔の底に当接した端面を有し前記多角形部の軸方向の投影空間内に配置されたテーパ状の案内部と、前記案内部と前記多角形部とを接続し前記案内部と前記多角形部との間にくびれ空間を形成する細径部と、を含み、
前記多角形部は、前記有底孔の入口縁部を前記第２面側へ塑性変形させて前記入口縁部に食い込んでおり、
前記金属板は、前記くびれ空間に入り込んだ塑性変形部を含む、密閉型電池の電極構造。