JP4244802B2 - 制御弁式鉛蓄電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御弁式鉛蓄電池の製造方法に関するものである。

図５は、従来から使用されている一般的な制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。すなわち、正極板1や負極板2などの発電素子がセパレータ3を介して積層されており、正極板1や負極板2の耳部8が、極柱9を有するストラップ6に溶接されて極板群を形成する。

次に、極板群を電槽4に収納した後に、ブッシング10がインサート成形されている蓋5を被せる（図３）。なお、電槽4や蓋5には熱可塑性の樹脂、例えば、ポリプロピレン樹脂が用いられている。そして、極板群の上部の極柱9を、略円筒形状をしたブッシング10の中央の穴部を貫通するように嵌合させ、電槽4と蓋5との対向部分を接合、例えば、熱溶着をして一体化する。

従来は、蓋5のブッシング10と極柱9との嵌合部を、バーナ19などで溶接をして溶接部14を形成していた（図４）。そして、溶接後、上方からエポキシ系接着剤16を流し込んで固化させて密封するとともに、端子7及び極柱9を蓋5にしっかりと固定していた（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、鉛合金製の極柱9の上方には、外部負荷に接続をするための端子7が埋め込まれており、その中央にはネジ部15が切られている（図４）。そして、端子7の部分に図示されていない圧着端子などの付いたリード線を、ボルトなどを用いて締め付けることによって、端子部1に固定していた。

特願２００２−１１３１７８号公報

しかしながら、上記したブッシング10と極柱9との嵌合部をバーナ19などで加熱して溶接をすると（図４）、溶接時の熱によってブッシング10の周辺部分の蓋5の材料である熱可塑性樹脂が軟化して変形するという問題があった。この理由は、バーナ19を用いて溶接をすると加熱範囲が広くなるためである。

一方、ブッシング10と極柱9との嵌合部をＴＩＧ溶接（タングステン・イナート・ガス溶接）をする技術も検討されている。なお、ＴＩＧ溶接を用いると、バーナ溶接に比べて加熱範囲を狭くでき、蓋の変形が少ないスポット的な溶接も可能であることが知られている。

しかしながら、ＴＩＧ溶接を用いると加熱範囲が狭いために、溶接時の制御が難しく、ブッシング10と極柱9との嵌合部における製造時のバラツキ等によって、溶接不良となる場合も認められて、逆に溶接部の信頼性が低くなるという問題点があった。

本発明の目的は、ブッシング周辺部分の蓋の変形が少ないＴＩＧ溶接を用いるとともに、ＴＩＧ溶接時の制御が容易であり、信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池の製造方法を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明に係わる請求項１の発明は、中央にネジ部を有する端子が埋め込まれている鉛合金製の極柱と、蓋にインサートされた鉛合金製のブッシングとを、ロボットで制御されるＴＩＧ溶接装置で溶接する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、前記ＴＩＧ溶接装置は、アース棒が装着されている軸受けとトーチとを有しており、前記アース棒は、前記ネジ部に当接させて回転軸とし、前記トーチは、前記軸受けに固定されており、該トーチの先の電極棒からアークを発生させながら回転をさせることによって、前記極柱と前記ブッシングとを溶接することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明の製造方法において、前記軸受けとして、スプリングが内蔵されているスプリング内蔵軸受けを用い、前記アース棒は、前記スプリングを介して前記スプリング内蔵軸受けに装着されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明の製造方法において、前記ＴＩＧ溶接装置には、足を有する位置決めシリンダが取り付けられており、前記ＴＩＧ溶接装置と前記蓋の上面との距離は、前記位置決めシリンダの足によって制御されることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３に記載の発明の製造方法において、前記アース棒は、その先端部分を前記ネジ部に当接させ、前記ロボットをＸＹ方向にフリーにすることによって、前記ネジ部の中央に移動させ、その後にＸＹ方向に固定されることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の発明の製造方法において、前記ＴＩＧ溶接装置は、前記ブッシングの外側にリングを装着した状態で溶接することを特徴とするものである。

本発明の効果として、加熱範囲が狭いＴＩＧ溶接を用いているために、ブッシング周辺部分の蓋の変形を少なくすることができる。また、ＴＩＧ溶接時の制御が容易であるとともに、信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池の製造方法を提供することができる。加えて、ブッシング10の外側にリング29を装着した状態で溶接をすることによって、溶けた鉛合金が、蓋5の部分にはみ出すこともない。

以下において、本発明の実施をするための最良の形態について、図１〜６を用いて詳細に説明する。なお、以下において、２Ｖ−１０００Ａｈ（ただし、２０時間率放電容量）の制御弁式鉛蓄電池を製造する場合について具体的に説明する。

１．蓋の作製
ブッシング10がインサート成型されており、ポリプロピレン樹脂を材料とする従来から使用されている蓋5を用いて以下の検討をした。ブッシング10は鉛合金製であり、略円筒形状をしており、その外側面部分には多数の環状突部11を有している（図１）。なお、使用したブッシング10は、鋳造によって作製されている。

２．制御弁式鉛蓄電池
図５は、従来から使用されている一般的な制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。すなわち、正極板1や負極板2などの発電素子がセパレータ3を介して積層されており、正極板1や負極板2の耳部18が鉛合金製の極柱9を有するストラップ6に溶接されて極板群を形成する。

次に、図３に示すように、極柱9を有する極板群を電槽4に収納した後に、図示されていないブッシング10がインサート成形されている蓋5を極柱９の上方から被せる。すなわち、極板群の極柱9は、略円筒形状をしたブッシング10の中央の穴部を貫通するように嵌合させ、電槽4と蓋5との対向部分を接合、例えば、熱溶着をして一体化する。

ここで、極柱9の上方には、外部の負荷に接続をするための端子7が埋め込まれており、その中央にはネジ部15を有し、雌ネジが切られている。そして、端子7に、図示されていない圧着端子などの付いたリード線をボルトなどを用いて締め付けることによって、圧着端子がこの部分に固定される。

３．ＴＩＧ溶接
蓋5にインサートされているブッシング10と極柱9の嵌合部とを、本発明に係わるＴＩＧ溶接方法を用いて溶接する場合について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。ここで、ＴＩＧ溶接される極柱9の先端部分の直径は約３５ｍｍであり、ブッシング10の内径は約５７ｍｍである。

本発明に係わるＴＩＧ溶接装置20は、主に、位置決めシリンダ25と、先端が略円錐状をしたアース棒24が装着されているスプリング内臓軸受け27と、トーチ21が固定されている固定アーム26とで構成されている。ここで、スプリング内臓軸受け27の内部には、スプリング28が内蔵されており、制御弁式鉛蓄電池の端子7の高さ方向の多少のバラツキを調整できるようにした。すなわち、アース棒24は、スプリング28を介してスプリング内蔵軸受け27に装着されていることを特徴とするものである。

トーチ21の先端にはタングステン製の電極棒22が取り付けられており、不活性のアルゴンガスを流しながらアーク23を発生させて、極柱9とブッシング10とを溶接するものである（図１）。そして、ＴＩＧ溶接装置20は、図示されていないＸＹＺ方向に作動させることができ、Ｚ軸に回転することが可能なロボットに固定されている。以下に、図２を用いて溶接方法を説明する。
（１）プログラムによってロボットをＸＹ方向に移動させて、ＴＩＧ溶接装置20のアース棒24が、極柱9の中央部に存在する端子7のほぼ真上になるように移動させる（図２（ａ））。
（２）ロボットをＺ軸方向にフリーとして、ＴＩＧ溶接装置20をＺ軸方向に下降させる。そして、位置決めシリンダ25の足が蓋5の上面に到達することを確認すると、ロボットはＴＩＧ溶接装置20をＺ軸の高さ方向に固定する。すなわち、ＴＩＧ溶接装置20と蓋5の上面との距離は、位置決めシリンダ25の足の長さによって制御するようにした。

ここで、上記したように、スプリング内臓軸受け27の内部には、スプリング28が内蔵されているために、製造時における制御弁式鉛蓄電池の端子7の高さに多少のバラツキがあっても、問題なくアース棒24の先端部分が端子7のネジ部15と接触させることができる（図２（ｂ））。なお、位置決めシリンダ25の足の高さは、常に、スプリング28によってアース棒24に反発力が生じている程度に調整した。
（３）ここで、製造時における制御弁式鉛蓄電池の端子7のＸＹ方向に多少のバラツキが生じて、アース棒24の先端付近が端子7のネジ部15の中央に来ない場合がある。そこで、ロボットをＸＹ方向にフリーにするようにした。

そうすると、（図２（ｂ））の上方の図に示すように、ＴＩＧ溶接装置20の自重によって、数秒間でアース棒24の先端が端子7のネジ部15の中央に位置するように移動する。なお、スプリング内臓軸受け27の内部には、スプリング28が内蔵されており、適度な反発力が生じる程度に高さ調整がされているために、アース棒24の先端が端子7のネジ部15から外れたりすることはない。

アース棒24の先端が端子7のネジ部15の中央に移動をした状態で、ロボットをＸＹ方向に固定するようにした。このように、一度、ロボットをＸＹ方向にフリーにし、その後、ＸＹ方向に固定することによって、常にアース棒24の先端を端子7のネジ部15の中央に位置するように制御することができる。
（４）次に、位置決めシリンダ25の足を上昇させて蓋5の上面から離した状態とする。この状態で、ロボットによりＴＩＧ溶接装置20をアース棒24を回転軸（Ｚ軸）として回転させながら溶接するようにした（図２（ｃ））。

すなわち、アース棒24を回転軸（Ｚ軸）として、アルゴンガスを流しながら極柱9との間でアーク23を発生させる。なお、このアーク23によって極柱9と、極柱9に近いブッシング10の鉛合金が溶解する。

ここで、いわゆるコンパスで円を描くように、トーチ21の先端からアーク23を発生させながら約３６０度回転させて、極柱9とブッシング10とを溶接するようにした（図２（ｃ）、図１）。なお、本実施例では、アース棒24を回転軸（Ｚ軸）として、トーチ21の先端の電極棒22が、直径が約５０ｍｍの円を描くように回転させて極柱9とブッシング10とを溶接した（図１）。

ここで、図６に示すように、ブッシング10の外側にリング29を装着した状態で溶接をするようにした。ブッシング10の外側にリング29を装着した状態で溶接をすることによって、アーク23によって溶けた鉛合金が、蓋5の部分にはみ出すこともなく溶接をすることができる。なお、リング29の材質としては、鉛合金が貼りつくことのないセラミックを用いることができる。また、溶接後に磁石を用いて容易にリング29を脱着できる鉄やニッケルをリング29の材質として用いることもできる。

本発明を用いると、アース棒24の先端を、常に端子7のネジ部15の中央に移動させることができる。そして、トーチ21がアース棒24を軸（Ｚ軸）としする回転軸として回転をしているために、プログラムによってＸＹ方向にトーチ21を動かしながら溶接をする場合に比べて、その軌跡が真円を描くように溶接をすることができる。

したがって、ＴＩＧ溶接時におけるトーチ21の位置の制御が容易であるとともに、溶接不良がなく、信頼性の高い溶接をすることができる。さらに、ＴＩＧ溶接を用いているために、バーナ溶接に比べて加熱範囲が狭く、蓋5の変形を少なくできる。加えて、ブッシング10の外側にリング29を装着した状態で溶接をすることによって、溶けた鉛合金が、蓋5の部分にはみ出すこともない。

本発明を用いると、ブッシング周辺部分の蓋の変形が少なく、溶接時の位置の制御が容易であるとともに、信頼性の高い鉛蓄電池の製造方法を提供することができる。

本発明に係わる溶接方法を示す要部概略図である。 本発明に係わる溶接方法の概略図である。 電槽に蓋を被せて溶着をする工程の概略図である。 従来の溶接方法の概略図である。 制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。 本発明に係わる溶接方法を示す要部概略図である。

符号の説明

１：正極板、２：負極板、３：セパレータ、４：電槽、５：蓋、６：ストラップ、
７：端子、８：安全弁部、９：極柱、１０：ブッシング、１１：環状突部、
１４：溶接部、１５：ネジ部、１６：エポキシ系接着剤、１８：耳部、１９：バーナ、
２０：ＴＩＧ溶接装置、２１：トーチ、２２：電極棒、２３：アーク、２４：アース棒、
２５：位置決めシリンダ、２６：アーム、２７：スプリング内臓軸受け、
２８：スプリング、２９：リング

Claims (5)

1. 中央にネジ部を有する端子が埋め込まれている鉛合金製の極柱と、蓋にインサートされた鉛合金製のブッシングとを、ロボットで制御されるＴＩＧ溶接装置で溶接する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、前記ＴＩＧ溶接装置は、アース棒が装着されている軸受けとトーチとを有しており、前記アース棒は、前記ネジ部に当接させて回転軸とし、前記トーチは、前記軸受けに固定されており、該トーチの先の電極棒からアークを発生させながら回転をさせることによって、前記極柱と前記ブッシングとを溶接することを特徴とする制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
2. 前記軸受けとして、スプリングが内蔵されているスプリング内蔵軸受けを用い、前記アース棒は、前記スプリングを介して前記スプリング内蔵軸受けに装着されていることを特徴とする請求項１記載の制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
3. 前記ＴＩＧ溶接装置には、足を有する位置決めシリンダが取り付けられており、前記ＴＩＧ溶接装置と前記蓋の上面との距離は、前記位置決めシリンダの足によって制御されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
4. 前記アース棒は、その先端部分を前記ネジ部に当接させ、前記ロボットをＸＹ方向にフリーにすることによって、前記ネジ部の中央に移動させ、その後にＸＹ方向に固定されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
5. 前記ＴＩＧ溶接装置は、前記ブッシングの外側に、リングを装着した状態で溶接することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の制御弁式鉛蓄電池の製造方法。

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