JP4545427B2 - 二次電池用捲回電極の溶接方法および同溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、自動車、自動二輪車などの電源に用いられる二次電池用捲回電極に係り、特に、捲回電極に集電体を電気抵抗溶接により溶接する技術に関する。
この種の二次電池としては、例えば、ニッケル水素化物電池が広く利用されている。このニッケル水素化物電池では、図８に示すような捲回電極１０が用いられている。図９は、捲回電極１０を渦巻き状に加工する前の捲回電極１０の構成要素を示している。この捲回電極１０は、それぞれ帯状の正極板２と負極板４とを幅方向にずらして重ね合わせるとともに、両者の間には絶縁体として帯状のセパレータ６を介在させたものを渦巻き状に曲げ加工してなる電極である。正極板２の外側端縁が正極になり、この外側端縁に沿って正極の集電タブ８が固着されている。同じように負極板４の外側端縁には負極の集電タブ９が固着されている。
捲回電極１０の正極側、負極側には、それぞれ円盤状の集電体１２がそれぞれ溶接されている。集電体１２は、図１０に示されるように、捲回電極１０の外径よりも若干な直径のもつ円盤状の集電体であり、多数の溶接ポイントにて溶接できるように、集電体１２には、半径方向に延びるスリット１４が複数形成されている。
集電体１２の中央部には、円形の穴１３が形成され、この穴１３の外側から放射状にスリット１４が外周まで延びている。スリット１４は、６０°ずつ集電体１２の中心に関して対称である。なお、集電体１２の各スリット１４では、両側長辺の縁部は直角に折れ曲げられた曲折部１５が形成されている。
捲回電極１０に集電体１２を溶接するには、従来は、図１１に示すような電極１６ａ、１６ｂをもった抵抗溶接機の溶接ヘッドをスリット１４に押し当てながら電流を流して溶接している。
抵抗溶接により集電体１２を捲回電極１０に溶接する場合、電極間に流れる電流が溶接に関与する有効電流と、関与しない無効電流とに分かれるという大きな問題がある。
集電体１２上の溶接ポイントの位置によって無効電流の電流値の大きさは変わってくる。一般的な傾向としては、集電体１２の中心部に近い溶接ポイントほど無効電流は大きくなり、その反面、実際に溶接に使われる有効電流は小さくなる。これは、中心部に近くなると、スリット１４を迂回して流れる電流が増えるのに対して、外周側ではスリット１４により分断されて無効電流の流れる余地はなくなるからである。
集電体１２上の各溶接ポイントは、いずれも必要十分な強度をもつように溶接される必要があるので、集電体１２の中心部に近い溶接ポイントに最低限必要な電流が流れるように、全体として溶接電流を大きくしている。
このような大きな電流を流すと、外側の溶接ポイントでは、無効電流が小さい分だけ必要以上の有効電流が流れるため、溶融した金属がスパッタとなって飛び散るという現象が起こる。このスパッタはスリット１４から捲回電極１０の中に入り込み、セパレータに付着して穴をあけ、電池短絡の原因となる。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、集電体上の位置によらずに溶接時の電流のばらつきをなくし、スパッタの発生を防止し、不良品を発生率を大幅に低減できるようにした二次電池用捲回電極の溶接方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、スパッタの発生を防止し、不良品を発生率を大幅に低減できるように、上記捲回電極の溶接方法を実施するための抵抗溶接機の溶接ヘッドを提供することにある。
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、前記スリットに沿って溶接領域を内側溶接領域と外側溶接領域とに略等分割し、抵抗溶接機の溶接電極に、分割した各溶接領域に溶接範囲を限定する溶接端面を持つ溶接電極を用い、前記内側溶接領域を先に、前記スリットに沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した前記内側溶接領域ごとに溶接を行い、次いで、前記スリットに沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した前記外側溶接領域ごとに溶接を行うことを特徴とするものである。
また、請求項３に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、異なる電気抵抗の金属を内側と外側に組み合わせて一つの電極とした溶接電極を用い、内側の溶接領域に電気抵抗の高い方の金属を、外側の溶接領域に電気抵抗の低い方の金属を押し付け、前記両方の溶接領域を同時に抵抗溶接することを特徴とするものである。
さらに、請求項４に係る発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、抵抗溶接機の溶接電極に、溶接領域を外側に向かって次第に厚さの増す横断面台形の溶接電極を用い、前記スリットに沿って溶接電極を押し付け、電圧を印加した後少なくとも５００(msec)の間、前記溶接電極を押さえ込むことを特徴とするものである。
本発明によれば、集電体上の位置によらずに溶接電流のばらつきをなくすことができ、また、溶接電極で溶接部に発生した熱を吸収することにより、スパッタの発生を抑制できるので、スパッタのセパレータへの付着による穴あき等の不良品の発生率を大幅に低減できる。
以下、本発明による二次電池用捲回電極の溶接方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本実施形態の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。図２は、捲回電極１０に溶接される集電体１２を示す。 図１において、参照番号２０は、溶接ヘッドのヘッド本体を示す。捲回電極１０、集電体１２は、図８乃至図１０に示した従来の捲回電極、集電体と変わるところはないので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
第１実施形態
図１は、本実施形態の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。図２は、捲回電極１０に溶接される集電体１２を示す。 図１において、参照番号２０は、溶接ヘッドのヘッド本体を示す。捲回電極１０、集電体１２は、図８乃至図１０に示した従来の捲回電極、集電体と変わるところはないので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明は省略する。
このヘッド本体２０の下端には、電極ホルダ２１ａ、２１ｂを介して一対の溶接電極２２、２２が取り付けられている。各溶接電極２２、２２は、それぞれ正極、負極の一組の電極から構成されている。
図２に示すように、本実施の形態では、各スリット１４に沿った溶接領域を内側溶接領域２４と外側溶接領域２６とに分割しているので、この分割した溶接領域に溶接範囲を限定するように、溶接電極２２の寸法を設定している。特に、溶接電極２２の縦横の幅、高さのうち、縦の幅はスリット１４の長さの略半分である。
また、電極ホルダ２１ａ、２１ｂは、ヘッド本体２０の端面に形成された案内溝に沿ってスライド可能に取り付けられるとともに、ネジ止め等により固定できるようになっており、これにより、一対の溶接電極２２、２２の間隔を調整できるように構成されている。
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、図２に示すように、集電体１２について、各スリット１４に沿った溶接領域を内側溶接領域２４と外側溶接領域２６に略二等分している。そして、内側溶接領域２４を先に溶接する。
本実施形態では、図２に示すように、集電体１２について、各スリット１４に沿った溶接領域を内側溶接領域２４と外側溶接領域２６に略二等分している。そして、内側溶接領域２４を先に溶接する。
すなわち、溶接電極２２、２２の間隔を、集電体１２の直径上にあるスリット１４の内側溶接領域２４同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド２０を降下させて溶接電極２２、２２を集電体１２の内側溶接領域２４、２４に押し付け電圧を印加し溶接を行う。
次に、外側溶接領域２６に溶接を行う場合には、溶接ヘッド２０を上昇させてから、溶接電極２２、２２の間隔を外側溶接領域２６同士の間隔に合わせてから、同じようにして外側溶接領域２６の溶接を行えばよい。外側溶接領域２６を溶接する場合には、電流は内側溶接領域２４を溶接するときに較べて弱くすることが好ましい。
そして、隣のスリット１４を溶接するには、捲回電極１０ごと集電体１２を６０°回して、同様に溶接することができる。
このように、内側溶接領域２４と外側溶接領域２６とに二回に分けて溶接することにより、一回あたり溶接電極２２により溶接される範囲には、スリット１４の折り返し部１５と、捲回電極１０とが交差するところ、すなわち溶接ポイントの数が少なくなるので、一度に溶接する場合に較べて低電流で溶接できるとともに、各溶接ポイントの電流値のバラツキを小さくすることができる。
さらに、内側溶接領域２４を先に溶接する場合には、図３（ａ）に矢印で示すように、無効電流が流れる。その後、外側溶接領域２６を溶接する場合にも、図３（ｂ）に矢印で示すように、最初の内側溶接領域２４で既に溶接された部分を通って同じような無効電流が流れることになる。つまり、外側溶接領域２６の溶接では電流の流れる経路がスリット１４で分断されず、内側溶接領域２４を溶接するときと同じ程度に無効電流が流れるようになる。したがって、従来のようにスリット１４を一度で溶接する場合と異なり、無効電流の大きな内側部分に合わせて溶接電流を大きくする必要がない。
したがって、一回当たりの溶接を低電流で行えるので、過剰な溶接電流が流れることなくスパッタの発生を抑制し、スパッタがセパレータに付着して穴があき不良品となることを防止できる。実際、一度に溶接する場合には、７割程度の確率でセパレータに穴があく不良品となったが、２度に分けて溶接することにより、ほとんどセパレータに穴があく不良品は発生しなかった。
第２実施形態
図４は、第２実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
溶接電極３０は、それぞれ正極、負極の一組の電極からなり、一対の溶接電極３０は電極ホルダ２１ａ、２１ｂを介してヘッド本体２０に取り付けられている。
図４は、第２実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
溶接電極３０は、それぞれ正極、負極の一組の電極からなり、一対の溶接電極３０は電極ホルダ２１ａ、２１ｂを介してヘッド本体２０に取り付けられている。
この実施形態では、溶接電極３０は、アルミナ分散銅を材料とする電極本体３１ａと、タングステン鋼を材料とするタングステン片３１ｂとからなる。タングステン片３１ｂは、電極本体３１ａにロウ付けにより接合されている。これにより、溶接電極の端面は、電極本体３１ａの端面とタングステン片３１ｂの端面により２分されている。また、左右の溶接電極３０は、タングステン片３１ｂ、３１ｂが外側に向くようにヘッド本体２０に取り付けられている。
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、図５に示すように、集電体１２について、各スリット１４に沿った溶接領域を分割せずに一度に溶接する。すなわち、左右の溶接電極３０、３０の間隔を、スリット１４同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド２０を降下させて溶接電極３０、３０を集電体１２のスリットの両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。
本実施形態では、図５に示すように、集電体１２について、各スリット１４に沿った溶接領域を分割せずに一度に溶接する。すなわち、左右の溶接電極３０、３０の間隔を、スリット１４同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド２０を降下させて溶接電極３０、３０を集電体１２のスリットの両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。
このとき、タングステン片３１ｂは、アルミナ分散銅を材質としている電極本体３１ａよりも電気抵抗が大きいので、タングステン片３１ｂが接触している部分、すなわち外側の溶接領域には、電極本体３１ａが接触している内側の溶接領域に較べて流れる電流の大きさは小さくなる。他方、外側領域は無効電流が小さく、内側領域は無効電流が大きいので、全体としてみれば、実際に溶接に関与する電流値は、位置によるばらつきがなくなる。このため、あらかじめスパッタが発生しない程度の適当な電流が流れるように溶接電極３０に電圧を印加すれば、スパッタを発生させずに集電体１２を溶接することができる。
なお、電極本体３１ａに接合する金属小片には、タングステン鋼の他、ベリリウム鋼、モリブデン鋼などの材料も適用することができる。
第３実施形態
次に、本発明の第３の実施形態による捲回電極の溶接方法について図６、図７を参照しながら説明する。
図６は、第３実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
次に、本発明の第３の実施形態による捲回電極の溶接方法について図６、図７を参照しながら説明する。
図６は、第３実施形態による捲回電極の溶接方法に用いる抵抗溶接機の溶接ヘッドを示す。
溶接電極４０は、それぞれ正極、負極の一組の電極からなり、一対の溶接電極４０を電極ホルダ２１ａ、２１ｂを介してヘッド本体２０に取り付けている点は、第２実施形態と同様であるが、この第３実施形態では、アルミナ分散銅を材質として、図７に示すように横断面を台形とすることによって、熱容量を増加させている。
次に、以上のように構成される溶接ヘッドを用いて実施する溶接方法について説明する。
本実施形態では、左右の溶接電極４０、４０の間隔を、スリット１４同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド２０を降下させて溶接電極４０、４０を集電体１２のスリット１４の両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。そして、電流が流れて集電体１２が溶接される間、最低でも５００（msec）好ましくは、それ以上の時間、溶接電極４０、４０を押さえ込んだままにしておく。
本実施形態では、左右の溶接電極４０、４０の間隔を、スリット１４同士の間隔に合わせておき、溶接ヘッド２０を降下させて溶接電極４０、４０を集電体１２のスリット１４の両側縁部に押し付け電圧を印加し溶接を行う。そして、電流が流れて集電体１２が溶接される間、最低でも５００（msec）好ましくは、それ以上の時間、溶接電極４０、４０を押さえ込んだままにしておく。
この間、溶接電極４０は、通常の溶接電極よりも溶接領域を外側に向かって熱容量が大きくなるようになっているので、外側溶接領域では有効電量が大きくなることに伴って増加する熱の一部を吸収して、過熱によるセパレータの溶ける量を抑制することができる。
２ 正極板
４ 負極板
６ セパレータ
１０ 捲回電極
１２ 集電体
１４ スリット
１５ 曲折部
２０ ヘッド本体
２２ 溶接電極
２４ 内側溶接領域
２６ 外側溶接領域
３０ 溶接電極
３１ａ 電極本体
３１ｂ タングステン片
４０ 溶接電極
４ 負極板
６ セパレータ
１０ 捲回電極
１２ 集電体
１４ スリット
１５ 曲折部
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２２ 溶接電極
２４ 内側溶接領域
２６ 外側溶接領域
３０ 溶接電極
３１ａ 電極本体
３１ｂ タングステン片
４０ 溶接電極
Claims (7)
- 帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、
前記スリットに沿って溶接領域を内側溶接領域と外側溶接領域とに略等分割し、
抵抗溶接機の溶接電極に、分割した各溶接領域に溶接範囲を限定する溶接端面を持つ溶接電極を用い、
前記内側溶接領域を先に、前記スリットに沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した前記内側溶接領域ごとに溶接を行い、
次いで、前記スリットに沿って前記溶接電極の位置を変えながら分割した前記外側溶接領域ごとに溶接を行うことを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 - 前記スリットに沿って略等分割した前記溶接領域のうち、最内側の溶接領域から始めて、順次外側の溶接領域に抵抗溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用捲回電極の溶接方法。
- 帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、
異なる電気抵抗の金属を内側と外側に組み合わせて一つの電極とした溶接電極を用い、
内側の溶接領域に電気抵抗の高い方の金属を、外側の溶接領域に電気抵抗の低い方の金属を押し付け、
前記両方の溶接領域を同時に抵抗溶接することを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 - 帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接する方法であって、
抵抗溶接機の溶接電極に、溶接領域を外側に向かって次第に厚さの増す横断面台形の溶接電極を用い、
前記スリットに沿って溶接電極を押し付け、電圧を印加した後少なくとも５００(msec)の間、前記溶接電極を押さえ込むことを特徴とする二次電池用捲回電極の溶接方法。 - 帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接するための抵抗溶接機の溶接ヘッドにおいて、
前記スリットに沿って内側溶接領域と外側溶接領域とに略等分割した溶接領域にそれぞれ溶接範囲を限定する溶接端面を有する一対の溶接電極と、
前記一対の溶接電極を保持するとともに、その間隔を調整可能なヘッド本体を有することを特徴とする抵抗溶接機の溶接ヘッド。 - 帯状の正極板と負極板とをセパレータを間に介在させて渦巻き状に捲いてなる二次電池用の捲回電極に、放射状に延びる複数のスリットを有する集電体を抵抗溶接により溶接するための抵抗溶接機の溶接ヘッドにおいて、
異なる電気抵抗の２種類の金属を内側と外側に組み合わせて一つの電極とした溶接電極を有し、前記スリットに沿った内側の溶接領域と外側の溶接領域とで接触する電極の端面が異なる金属からなることを特徴とする抵抗溶接機の溶接ヘッド。 - 前記溶接電極は、アルミナ分散銅を材料とする電極本体に、タングステンを材料とする小片を接合してなることを特徴とする請求項６に記載の抵抗溶接機の溶接ヘッド。
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