JP2017004834A - 電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子から導電性材料の異物を容易に除去でき、また、電極端子の凹部における導電性材料の異物の有無を判定することができる電極端子の製造装置および電極端子の製造方法の提供にある。【解決手段】電極端子から異物を除去する異物除去装置３１と、電極端子における異物を検出する異物検出装置３２と、を備える電極端子の製造装置３０において、異物検出装置３２は、電極端子が備える凹部にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置３７と、電極端子の凹部におけるマイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出する光検出装置と、光検出装置の検出結果に基づいて電極端子における導電性材料の異物の有無を判定する判定装置４１と、を備える。【選択図】 図３

Description

この発明は、電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法に関する。

近年、リチウムイオン二次電池は、蓄電装置として、電子機器の電源だけでなく、ハイブリッド車や電気自動車の電源として採用されている。
通常、リチウムイオン二次電池の電池ケース内には、発電要素としての電極組立体が収容されている。電極組立体は、正極と、負極と、正極と負極との間に配された絶縁部材としてのセパレータと、を備え、正極、負極およびセパレータは交互に積層されている。正極には、電池ケースの外部に露出される正極端子が備えられ、負極には、電池ケースの外部に露出される負極端子が備えられている。

ところで、正極端子および負極端子は電池の電極端子に相当するが、電極端子と電池ケースの間には気密性を保つためのシール部材を介在させる必要がある。例えば、シール部材としてＯリングを用いる場合には、電極端子にはＯリングを装着するための環状の凹部（溝）が設けられる。電極端子の製造時において、切削時に発生する切削粉や、溶接時に発生するスパッタ等の導電性材料の異物が凹部（溝）に入り、残留する恐れがある。

電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法に関連する従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された表面状態検査装置を挙げることができる。特許文献１に開示された装置では、光源手段からの光束を平面状の検査面に照射し、検査面から生ずる散乱光を受光手段で受光して検査面上の異物の有無を検出し、検出信号に基づいて検査面上にエアーを吹き付ける。特許文献１に開示された表面状態検査装置では、平面状の検査面上に付着したゴミや埃等の異物の有無を検査して、異物を除去している。

特開平７−９２０９３号公報

しかし、特許文献１で開示された表面状態検査装置では、マスクの裏面等のように凹凸のない平面を検査対象としており、例えば、電極端子のように検査対象に凹部（溝）が存在すると、この凹部（溝）に存在する異物の有無については検出できない問題がある。さらに言うと、特許文献１で開示された表面状態検査装置において散乱光により導電性材料の異物の有無を検出しているが、この散乱光は反射光であり、導電性材料の異物の有無を確実に検出できない恐れがある。例えば、リチウムイオン二次電池の電極を製造する際、電極端子の凹部（溝）に異物が残留していると、導電性材料の異物によって凹部（溝）のシール部材を傷つけたり、通電時に導電性材料の異物がシール部材を溶融させる恐れがあり、凹部（溝）のシール部材のシール性能が低下してしまう恐れがある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、電極端子から導電性材料の異物を容易に除去でき、電極端子の凹部における導電性材料の異物の有無を判定することができる電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、電極端子から異物を除去する異物除去装置と、前記電極端子における前記異物を検出する異物検出装置と、を備える電極端子の製造装置において、前記異物検出装置は、前記電極端子が備える凹部にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、前記電極端子の凹部におけるマイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出する光検出装置と、前記光検出装置の検出結果に基づいて前記電極端子における前記導電性材料の異物の有無を判定する判定装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出することにより、電極端子の凹部における導電性材料の異物の有無を判定することができる。

また、上記の電極端子の製造装置において、前記光検出装置は、前記電極端子の凹部を撮像する撮像機であり、前記撮像機により撮像された画像データを三値化処理する画像処理部を有しても良い。
この場合、異物を他の部材等と容易に区別して検出することができる。

また、上記の電極端子の製造装置において、前記異物除去装置は、エアーを噴射するエアー噴射装置を備え、前記電極端子が備える前記凹部は環状溝であり、前記エアー噴射装置のエアーの噴射方向は、前記環状溝の深さ方向に対して傾斜する方向としても良い。
この場合、凹部に存在する異物が環状溝の外部に出易くなる。

また、上記の電極端子の製造装置において、前記エアー噴射装置はエアーを間欠的に噴射されても良い。
この場合、異物が凹部の外部に吹き飛ばされ易い。

また、上記の電極端子の製造装置において、前記環状溝の中心を中心軸として前記電極端子を回転可能に支持する端子台を有しても良い。
この場合、凹部に存在する異物を確実に除去することができる。

また、本発明は、電極端子から異物を除去し、前記電極端子における前記異物の有無を検出する電極端子の製造方法において、前記電極端子の凹部にマイクロ波を照射し、マイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出し、前記導電性材料の異物の放電発光の検出結果に基づいて前記電極端子における前記導電性材料の異物の有無を判定することを特徴とする。

本発明によれば、電極端子から導電性材料の異物を容易に除去でき、電極端子の凹部における導電性材料の異物の有無を判定することができる電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る二次電池の斜視図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の負極端子を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る電極端子の製造装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電極端子の製造装置の端子台に支持される負極端子を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の負極端子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の負極端子とエアー噴射装置を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る電極端子の製造方法を示したフローチャート図である。

以下、実施形態に係る電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法について図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態では、リチウムイオン二次電池の負極端子を製造する電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法について例示し、具体的には、負極端子の異物除去及び異物の有無の検出を行う電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法について例示する。

図１に示すように、本実施形態の電池１０は角型のリチウムイオン二次電池である。電池１０の電池ケース１１には電極組立体（図示せず）が収容されている。電池ケース１１は有底筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の開口を閉塞する蓋体１４を有している。電極組立体は、充電及び放電などの電池機能を生じさせる発電要素である。電極組立体は、複数の正極と、複数の負極と、正極と負極との間を絶縁するセパレータとが交互に積層されて形成されている。蓋体１４には、安全弁１５が設けられている。安全弁１５は、電池ケース１１内の圧力が所定圧力以上となった場合に破断して、電池ケース１１内の圧力を下げることができる弁である。

正極には、蓋体１４から電池ケース１１の外部に露出される正極端子２０が備えられる。負極には、蓋体１４から電池ケース１１の外部に露出される負極端子２１が備えられる。正極端子２０及び負極端子２１は、外部と電気的に接続可能な電極端子に相当し、ナット１６によって電池ケース１１にそれぞれ固定されている。

負極端子２１は、銅製であり、図２に示すように、小径円柱部２２と大径円柱部２３とを有する。大径円柱部２３は組み付けられた状態で電池ケース１１の内部に位置する。小径円柱部２２は大径円柱部２３よりも小径であり、大径円柱部２３と同軸に一体形成されている。小径円柱部２２のほとんどは、組み付けられた状態では、蓋体１４を貫通して電池ケース１１の外部に露出される。小径円柱部２２の外周にはナット１６と螺合する雄ねじ部が形成されている。

大径円柱部２３の小径円柱部２２側の端面２２Ａには環状溝２４が形成されている。環状溝２４は大径円柱部２３および小径円柱部２２と同心円状の環状の溝であり凹部に相当する。したがって、大径円柱部２３、小径円柱部２２および環状溝２４の中心軸は一致し、この中心軸は、負極端子２１の中心軸Ａである。環状溝２４の深さ方向は中心軸Ａの方向と平行である。環状溝２４の内側面２４Ａは小径円柱部２２の外周面と連続して形成され、環状溝２４の外側面２４Ｂは大径円柱部２３の端面２２Ａに対して垂直である。内側面２４Ａと外側面２４Ｂとの間を繋ぐ底面２４Ｃが形成されており、内側面２４Ａと底面２４Ｃとの間には中心軸Ａに対して傾斜するテーパ面２４Ｄが形成されている。

負極端子２１が組み付けられた状態では、環状溝２４にはシール部材としてのＯリング１７が挿入され、Ｏリング１７は蓋体１４との間に介在される。Ｏリング１７は負極端子２１付近を通じた電解液の外部への漏えいを防止する。

次に、電極端子の製造装置３０について説明する。図３に示すように、電極端子の製造装置３０は、負極端子２１に付着した異物をエアー噴射により除去する異物除去装置３１と、除去後の負極端子２１に異物が付着しているか否かを検出する異物検出装置３２と、を備える。また、電極の製造装置３０は、負極端子２１を支持するための複数の端子台３３と、端子台３３を搬送方向Ｘに搬送する搬送機３４とを備える。

搬送機３４には負極端子２１を載置する複数の端子台３３が固定されている。図４に示されるように、端子台３３は、搬送機３４に固定される基部３３Ａと、基部３３Ａの上部に回転自在に設けた回転部３３Ｂを備えている。基部３３Ａには回転部３３Ｂを回転させる回転機構（図示せず）を備えている。回転部３３Ｂは負極端子２１の大径円柱部２３を把持する複数の把持爪３３Ｃを備えている。回転部３３Ｂの回転中心は鉛直方向に対して傾斜している。したがって、端子台３３に負極端子２１が載置された状態では、図４に示すように、負極端子２１の環状溝２４の中心軸Ａが鉛直方向Ｇに対して傾斜角度αで傾斜している。端子台３３の回転部３３Ｂが回転することにより負極端子２１が中心軸Ａを中心として回転方向Ｙに回転される（図５を参照）。端子台３３は負極端子２１が載置された状態で電気的に接地されている。

図３に示すように、異物除去装置３１は、複数のエアー噴射装置３５を備える。エアー噴射装置３５はエアーを噴射するノズル３６を備え、ノズル３６は、端子台３３に支持される負極端子２１の環状溝２４に向かって配されている。図４に示すように、ノズル３６のエアーの噴射方向Ｚは中心軸Ａと直交する方向に対する傾斜角度βが３０°となるように設定されている。ノズル３６のエアーの噴射方向Ｚの傾斜角度βは、１５°〜４５°の範囲に設定されていることが好ましい。

図６に示すように、本実施形態では、１台の端子台３３に載置される１つの負極端子２１に対し１台のエアー噴射装置３５が設けられている。環状溝２４の底面２４Ｃ上の中心軸Ａを中心とする仮想正円Ｃの、環状溝２４の傾斜方向に延びる接線Ｂから、仮想正円Ｃに対して外側へ傾斜角度γで傾斜する位置にエアー噴射装置３５が配置されている。本実施形態では、角度γを３０°とした。エアー噴射装置３５は、仮想正円Ｃに対して内側へ傾斜角度δで傾斜する位置にあっても良い。好ましくは、一対のエアー噴射装置３５は、接線Ｂを介して角度γが３０°の位置から角度βが１５°の位置の間にあると良い。エアー噴射装置３５は間欠的にエアーを噴射する機能を有する。本実施形態のエアー噴射装置３５は、例えば、エアーを１分間に１０００回噴射することができる。

図３に示すように、異物検出装置３２は、マイクロ波照射装置３７と、撮像機３８とを備える。マイクロ波照射装置３７は周波数０．２５〜８．０ＧＨｚ（ギガヘルツ）のマイクロ波を出力する機能を有する。マイクロ波照射装置３７は、異物検出装置３２の内部において、少なくとも端子台３３に載置される負極端子２１の環状溝２４にマイクロ波を照射することができる位置に配置されている。

撮像機３８は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ３９と、画像処理部４０を備えている。撮像機３８は光検出装置に相当し、負極端子２１の環状溝２４におけるマイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出する機能を有する。放電発光は、マイクロ波等の電磁波により電磁誘導が起き、導電性の異物に電流が流れて滞留し、放電するときに起きる。異物が薄い場合や体積当たりの表面積が大きい場合は負極端子２１へ電流が流れにくく異物の放電発光が起きやすい。撮像機３８は異物検出装置３２の外部から端子台３３に載置された負極端子２１を撮像できる位置に配置される。異物検出装置３２には撮像機用の窓が設けられている。画像処理部４０は、撮像機３８により撮像した画像データを、輝度に基づく三値化処理を行う機能を有する。画像処理部４０は、判定装置４１と接続されている。判定装置４１には、画像データの三値化処理の結果により導電性材料の異物の有無を判定する機能を有する。判定装置４１には、具体的には、あらかじめ設定された判定条件が記憶され、判定を実行するプログラムが格納されている。

以上の構成を有する電極端子の製造装置３０を利用した電極の製造方法について図７を参照して説明する。
各端子台３３には負極端子２１があらかじめ支持されて、搬送機３４により端子台３３が異物除去装置３１、異物検出装置３２の順に搬送される。図７に示す異物除去工程Ｓ１では、異物除去装置３１による負極端子２１の異物の除去がエアー噴射により行われる。密閉された異物除去装置３１内では、エアー噴射装置３５のノズル３６からエアーが噴射されて、負極端子２１の環状溝２４に吹き付けられる。

エアー噴射装置３５より噴射されるエアーは、環状溝２４の内部空間を通り、底面２４Ｃと外側面２４Ｂとテーパ面２４Ｄに案内されて環状溝２４に沿う旋回流が生じる。エアー噴射による旋回流は環状溝２４の底面２４Ｃから外部へ向かう。旋回流は中心軸Ａ方向へ移動する。また、異物除去装置３１においては、端子台３３の回転部３３Ｂの回転により負極端子２１は中心軸Ａを中心に回転する。このため、負極端子２１が一回転されると、環状溝２４の全周にエアーが直接吹き付けられたこととなる。環状溝２４に異物が存在すると、異物は噴射されるエアーによる旋回流とともに環状溝２４から除去される。また、間欠的なエアー噴射により異物は除去されやすい。

異物除去工程Ｓ１が終了すると、負極端子２１は異物検出装置３２へ搬送され、異物検出装置３２において、図７に示す異物検出工程Ｓ２が実施される。密閉された異物検出装置３２内では、搬送機３４が停止されると、マイクロ波照射装置３７からマイクロ波が出力されて、負極端子２１の環状溝２４に照射される。負極端子２１は異物検出装置３２内では電気的に接地された状態にある。また、異物検出装置３２内では、端子台３３の回転部３３Ｂは回転せず、環状溝２４が撮像機３８に向くように負極端子２１の位置が設定される。

異物除去工程Ｓ１において、少なくともマイクロ波が照射されている間は、撮像機３８により環状溝２４を撮像する。画像処理部４０は、撮像した画像データを輝度に基づく三値化処理し、三値化処理した画像データを判定装置４１に転送する。導電性材料の異物が環状溝２４に存在している場合、マイクロ波の照射により、異物は放電発光を生じる。三値化処理した画像データにおいて放電発光は高輝度として示される。導電性の異物が環状溝２４に存在しない場合（許容範囲以下の異物が存在する場合を含む）、三値化処理したデータにおいて高輝度として示されない。画像データの三値化処理では、輝度に応じて白色、グレー色及び黒色の三段階により区分される。導電性の異物の放電発光は高輝度を示す白色で示される。銅製の負極端子２１はグレー色で示される。負極端子２１が樹脂製の部材を備える場合、樹脂製の部材は黒色で示される。

判定装置４１では、図７に示す判定Ｓ３が実施される。判定Ｓ３では、判定装置４１が三値化処理された画像データに基づいて環状溝２４における異物の有無を判定する。あらかじめ設定された判定条件との比較から三値化処理した画像データに高輝度として示されるデータが含まれる場合には、環状溝２４に異物が存在すると判定する（ＮＧ判定）。環状溝２４に異物が存在すると判定された場合、異物が残留する負極端子２１を再び異物除去工程Ｓ１へ戻す指令を出す。具体的には、異物が残留する負極端子２１が、異物除去装置３１へ移送され、再度、異物除去工程Ｓ１から実施される。あらかじめ設定された判定条件との比較から三値化処理された画像データに高輝度として示されるデータが含まれない場合には、環状溝２４に導電性の異物が存在しないと判定する（ＯＫ判定）。環状溝２４に異物が存在しないと判定された場合は、次工程へ進む。

本実施形態に係る電極端子の製造装置及び電極端子の製造方法は以下の作用効果を奏する。
（１）マイクロ波照射装置３７から出力されたマイクロ波を環状溝２４に照射すると、導電性材料の異物は放電発光を生じ、マイクロ波が照射されている間、撮像機３８により環状溝２４を撮像し、判定装置４１により異物の有無を検出する。したがって、負極端子２１の環状溝２４における導電性材料の異物の有無を判定することができる。

（２）撮像機３８により撮像した画像データを画像処理部により三値化処理し、判定装置４１が画像データの三値化処理の結果により導電性材料の異物の有無を判定する。したがって、異物を他の部材等と容易に区別して検出することができる。

（３）エアー噴射装置３５のエアーの噴射方向Ｚは、環状溝２４の深さ方向に対して傾斜している。したがって、環状溝２４の内部に存在する異物が環状溝２４の外部に出易くなる。

（４）エアー噴射装置３５から間欠的にエアーを噴射させ、環状溝２４に存在する異物に吹き付ける。異物は不規則に振動し、したがって、異物が環状溝２４の外部に吹き飛ばされ易い。

（５）端子台３３は、環状溝２４の中心軸Ａを中心として回転される。したがって、エアー噴射装置３５から噴射されるエアーを環状溝２４の全周に亘って吹き付けることができる。したがって、環状溝２４に存在する異物を確実に除去することができる。

なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○上記の実施形態では、負極端子２１について異物除去を行い、異物の有無を検査したが、これに限らない。正極の正極端子２０について異物除去を行い、異物の有無を検査しても良い。

○上記の実施形態では、電極端子としての負極端子は銅製であったが、電極端子の材料は銅に限らない。電池に用いることができるアルミニウム等の金属製の端子であれば良い。

○上記の実施形態では、異物除去装置および異物検出装置を通過する搬送機を用いたが、端子台の搬送はこの種の搬送機に限定されない。例えば、端子台を載置可能な搬送台車や端子台を受承するパレットを移載する移載装置を搬送機に替えて用いても良い。

○上記の実施形態では、撮像機３８により撮像した画像データを三値化処理して異物を検出したが、これに限らない。カメラ装置により撮像した画像データを、二値化処理して異物の有無を検出しても良い。

○上記の実施形態では、導電性材料の異物の放電発光を検出する光検出装置として撮像機３８を用いたが、光検出装置は撮像機３８に限定されない。光検出装置は、例えば、輝度（明度）のみを検出する光センサであっても良い。

○本実施形態では、高輝度として示される白色で表示された箇所がある場合、環状溝２４に異物が存在すると判定したが、これに限らない。導電性材料の異物の発光が高輝度の場合には白色に示し、低輝度の発光の場合は、他部材に影響を及ぼさない程度の大きさの異物であるとしてグレー色等に示しても良い。つまり、他部材に影響を及ぼさない程度の大きさの異物の発光は検出しないようにしても良い。

２０ 正極端子（電極端子としての）
２１ 負極端子（電極端子としての）
２４ 環状溝（凹部としての）
３１ 異物除去装置
３２ 異物検出装置
３３ 端子台
３５ エアー噴射装置
３７ マイクロ波照射装置
３８ 撮像機（光検出装置としての）
４０ 画像処理部
４１ 判定装置
Ａ 中心軸
Ｚ 噴射方向

Claims (7)

1. 電極端子から異物を除去する異物除去装置と、前記電極端子における前記異物を検出する異物検出装置と、を備える電極端子の製造装置において、
   前記異物検出装置は、前記電極端子が備える凹部にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
   前記電極端子の凹部におけるマイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出する光検出装置と、
   前記光検出装置の検出結果に基づいて前記電極端子における前記導電性材料の異物の有無を判定する判定装置と、を備えることを特徴とする電極端子の製造装置。
2. 前記光検出装置は、前記電極端子の凹部を撮像する撮像機であり、
   前記撮像機により撮像された画像データを三値化処理する画像処理部を有することを特徴とする請求項１に記載の電極端子の製造装置。
3. 前記異物除去装置は、エアーを噴射するエアー噴射装置を備え、
   前記電極端子が備える前記凹部は環状溝であり、前記エアー噴射装置のエアーの噴射方向は、前記環状溝の深さ方向に対して傾斜する方向とすることを特徴とする請求項１または２に記載の電極端子の製造装置。
4. 前記エアー噴射装置はエアーを間欠的に噴射することを特徴とする請求項３に記載の電極端子の製造装置。
5. 前記環状溝の中心軸を中心として前記電極端子を回転可能に支持する端子台を有することを特徴とする請求項３または４に記載の電極端子の製造装置。
6. 前記端子台は、前記電極端子を傾斜させて支持することを特徴とする請求項５記載の電極端子の製造装置。
7. 電極端子から異物を除去し、前記電極端子における前記異物の有無を検出する電極端子の製造方法において、
   前記電極端子の凹部にマイクロ波を照射し、
   マイクロ波照射による導電性材料の異物の放電発光を検出し、
   前記導電性材料の異物の放電発光の検出結果に基づいて前記電極端子における前記導電性材料の異物の有無を判定することを特徴とする電極端子の製造方法。

Images