JP4702527B2

JP4702527B2 - 外部端子接合方法

Info

Publication number: JP4702527B2
Application number: JP2005109497A
Authority: JP
Inventors: 和雄山下; 克己米倉
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: JP2006294668A

Description

本発明は、電池またはコンデンサ、キャパシタ等の圧力容器に用いられる封口板において、特に過酷な条件（例えば車載用）に耐える特性すなわち、耐振性を向上させるために案出した外部端子の接合方法に関するものである。

図８に示すように、従来から、硬質の封口板５１に設けた貫通孔５２にリベット５３を挿入し、外部端子５４を上から重ねて、位置ずれや電気的特性を低下させることなく、外部端子５４をリベット５３に溶接接合して固定する方法が提案されている。

しかしながら、この接合方法によると、外部端子５４接合部の形状は、その表面にバリ状の凸部５５を設けただけであって、この凸部５５が極めて小さいことから、厳しい条件環境下、例えば車載用として耐えるに十分な強度を得られず、よって信頼性に乏しい溶接状態となる。

特開２００２−１６４２５９号公報

本発明は以上の点に鑑みて、封口板のリベットに外部端子を溶接接合するに際して、厳しい条件環境下、例えば車載用として耐えるに十分な強度を備えた外部端子接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による外部端子接合方法は、封口板に取り付けられるとともに前記封口板から露出する外側端面に差込み用突起を設けたリベットと、前記差込み用突起を差し込む貫通穴の周縁部に前記リベットへ向けて溶接用突起を設けた外部端子とを有し、前記リベットに前記外部端子を溶接接合する外部端子の接合方法において、前記外部端子における前記溶接用突起の内周面と前記リベットにおける前記差込み用突起の外周面との間に径方向隙間を設定するとともに前記外部端子における前記溶接用突起の先端面と前記リベットにおける前記外側端面とを接触させた状態で溶接電流を通電させることにより前記リベットに対し前記外部端子を溶接接合することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２による外部端子接合方法は、請求項１記載の外部端子接合方法において、前記溶接電流を通電する前に、前記外部端子における前記溶接用突起の先端部を前記リベットにおける前記外側端面に所定量圧入することを特徴とするものである。

以下、外部端子の接合方法について記す。図１に、封口板１と、この封口板１に取り付けられた電極端子としてのリベット１１と、このリベット１１に溶接接合される外部端子２１との断面図を示す。封口板１は、電気絶縁材料、例えば樹脂にてプレート状に成形されており、リベット１１は、アルミニウム等にて円柱状に成形され、インサート成形により樹脂製の封口板１に対してその厚さ方向に貫通するように一体化されている。また、リベット１１の外側端面１２には、小径の円柱状をなす差込み用突起１３が設けられている。外部端子２１は、鉄または鉄系合金にて成形され、前記差込み用突起１３を差し込む貫通穴２３の周縁部に溶接用突起２４が設けられている。

上記リベット１１においては、差込み用突起１３の外径寸法φＡおよびリベット１１の外径寸法φＢ、外部端子２１については、溶接用突起２４の内径寸法φａを定義する。溶接用突起２４の内径寸法φａはすなわち、貫通穴２３の内径寸法でもある。ここで、

という、無次元のパラメータに関し、３つの範囲に分類する。

＜接合原理＞
外部端子２１の貫通穴２３の周縁部に設けた溶接用突起２４の一部または全部が、通電による発熱で溶融し、リベット１１を締め付けることにより、外部端子２１がリベット１１に溶接接合される。

この場合の前提条件は、
ａ≦Ｂ
である（なぜなら、
ａ＞Ｂ
であると、外部端子２１の溶接用突起２４がリベット１１ではなく封口板１と接した状態で通電がなされることになり、よって外部端子２１をリベット１１に溶接することができないからである）。

図２は、上下一対の溶接電極３１，３２にて、外部端子２１およびリベット１１を挟み込んだ状態を示している。この場合、図示するように

であると、溶接電流Ｉは溶接用突起２４の先端部を通らず、溶接用突起２４の内周部からリベット１１の差込み用突起１３を通る。なぜなら、外部端子２１とリベット１１との接触面積が径方向（外部端子２１における溶接用突起２４の内周面とリベット１１における差込み用突起１３の外周面との接触部）よりも軸方向（外部端子２１における溶接用突起２４の先端面とリベット１１における外側端面１２との接触部）の方が小さいことから、接触抵抗は径方向よりも軸方向の方が大きく、よって溶接電流Ｉは径方向を通り易いからである。したがって、溶接用突起２４の先端部を溶接電流Ｉが通らないことから、溶接用突起２４が発熱・溶融せず、よって溶接用突起２４の溶融物によるリベット１１の締付け効果が得られないことから、溶接不十分な状態が発生する。

これに対して、図３に示すように

であると、外部端子２１とリベット１１との間に径方向隙間（外部端子２１における溶接用突起２４の内周面とリベット１１における差込み用突起１３の外周面との間の径方向隙間）が生じて、外部端子２１とリベット１１とは軸方向（外部端子２１における溶接用突起２４の先端面とリベット１１における外側端面１２との接触部）のみにて接触することから、溶接電流Ｉは溶接用突起２４の先端部を通る。したがって、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、溶接用突起２４の一部２４ａが通電による発熱で溶融してリベット１１の差込み用突起１３を締め付けることから、外部端子２１がリベット１１に対して強固に溶接接合されることになる。

一方、図５（Ａ）に示すように、外部端子２１は、通電する前に、その先端部をリベット１１の外側端面１２に所定量ΔＬ圧入すると、溶接強度を最大限にすることが判っており、図５（Ｂ）または上記図４に示すように、溶接後は、溶融した溶接用突起２４の一部（溶融部）２４ａがリベット１１の差込み用突起１３を締め付けることにより、溶接強度が発現する。

また、そのときの溶接用突起２４の長さＬに対する圧入後のギャップｇの比すなわちｇ／Ｌと、差込み用突起１３の外径Ａに対する締込み量ｄの比すなわちｄ／Ａとの関係は、図６のグラフに示すようになっており、ｄ／Ａは７×１０^−２弱で飽和している。すなわち、
ｄ／Ａ≦７×１０^−２
となる。

また、締込み量ｄと溶接用突起２４の内径ａおよび差込み用突起１３の外径Ａとの関係は、図４（Ｂ）より、
ａ−２ｄ＜Ａ
だから、

となる。
以上の結果から、

の値は、

の両値よりも小さくなければならない。

また、図７に示すように、

であると、溶接電流Ｉは溶接用突起２４の先端部を通るが、同時にリベット１１の外周側を通ることから、溶接用突起２４の溶融部２４ａとリベット１１とが十分に接合しない。すなわち、十分な締付け効果が現れないので、所望の強度が発現しない。

以上のように、接合強度を確保するには、適正な範囲が存在することが判り、その範囲は、

である必要がある。

そして、この範囲であれば、所期の目的どおり、過酷な使用条件（例えば車載用）に耐える特性すなわち、耐振性を十分に備えた外部端子２１の接合構造を得ることができる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備える本発明の外部端子接合方法においては、外部端子における溶接用突起の内周面とリベットにおける差込み用突起の外周面との間に径方向隙間を設定するとともに外部端子における溶接用突起の先端面とリベットにおける外側端面とを接触させた状態で溶接電流を通電させることによりリベットに対し外部端子を溶接接合することによって、またこれに加えて、溶接電流を通電する前に、外部端子における溶接用突起の先端部をリベットにおける外側端面に所定量圧入することによって、過酷な使用条件（例えば車載用）に耐える特性すなわち、耐振性を十分に備えた外部端子接合方法を得ることができる。

以下、上記図１を用いて本発明の実施例を説明する。

上記したように、図１は、封口板１、リベット１１および外部端子２１の接合前の状態を示す断面図である。封口板１は、フェノール樹脂など電気絶縁材料にて例えば円板状に成形されている。リベット１１は、アルミニウムにて円柱状に成形され、インサート成形により樹脂製の封口板１に対してその厚さ方向（図上上下方向）に貫通するように一体化されている。また、リベット１１の外側端面（図上上面）１２にはその平面中央に位置して、小径の円柱状をなす差込み用突起１３が上方へ向けて設けられている。リベットの種類によっては、リベットの外周に環状の鍔部（図示せず）を設け、この鍔部を封口板１の材料に埋め込むことにより抜け止めの強化を図ったものがあるが、この場合でもリベットの外径寸法Ｂは、鍔部を含まないリベット本体の外径寸法のことを云う。外部端子２１は、鉄または鉄系合金にて成形され、リベット１１の差込み用突起１３を差し込む貫通穴２３を設けた平面状取付部２２を有している。また、貫通穴２３の周縁部には、溶接用突起２４が下方へ向けて設けられており、この溶接用突起２４は複数が貫通穴２３の周りに並ぶように設けられているが、全体としては略円筒形をなすように形成されている。

上記構成において、例えば、溶接用突起２４の内径寸法ａを２．３ｍｍ、差込み用突起１３の外径寸法Ａを２．２ｍｍ、リベット１１の外径寸法Ｂを５．０ｍｍとして、これらの数値を上記（イ）式に代入すると、これらの数値は上記（イ）式を充足する。そして、その試料を実際に作成して外部端子２１とリベット１１の接合強度を測定したところ、十分な接合強度を確認することができた。

本発明の実施例に係る外部端子接合構造の接合前の状態を示す断面図比較例に係る外部端子接合構造の接合開始時の状態を示す断面図本発明の実施例に係る外部端子接合構造の接合開始時の状態を示す断面図（Ａ）は同外部端子接合構造の接合完了時の状態を示す断面図、（Ｂ）はその一部拡大図同外部端子接合構造の接合過程を示す断面図溶接用突起の長さＬに対する圧入後のギャップｇの比（ｇ／Ｌ）と差込み用突起の外径Ａに対する締込み量ｄの比（ｄ／Ａ）との関係を示すグラフ図比較例に係る外部端子接合構造の接合開始時の状態を示す断面図従来例に係る図であって、（Ａ）は封口板の分解斜視図、（Ｂ）は封口板の要部断面図、（Ｃ）は封口板の他の例を示す要部断面図

１封口板
１１リベット
１２外側端面
１３差込み用突起
２１外部端子
２２平面状取付部
２３貫通穴
２４溶接用突起
２４ａ溶融部
３１，３２溶接電極

Claims

封口板（１）に取り付けられるとともに前記封口板（１）から露出する外側端面（１２）に差込み用突起（１３）を設けたリベット（１１）と、前記差込み用突起（１３）を差し込む貫通穴（２３）の周縁部に前記リベット（１１）へ向けて溶接用突起（２４）を設けた外部端子（２１）とを有し、前記リベット（１１）に前記外部端子（２１）を溶接接合する外部端子の接合方法において、
前記外部端子（２１）における前記溶接用突起（２４）の内周面と前記リベット（１１）における前記差込み用突起（１３）の外周面との間に径方向隙間を設定するとともに前記外部端子（２１）における前記溶接用突起（２４）の先端面と前記リベット（１１）における前記外側端面（１２）とを接触させた状態で溶接電流（Ｉ）を通電させることにより前記リベット（１１）に対し前記外部端子（２１）を溶接接合することを特徴とする外部端子接合方法。
請求項１記載の外部端子接合方法において、
前記溶接電流（Ｉ）を通電する前に、前記外部端子（２１）における前記溶接用突起（２４）の先端部を前記リベット（１１）における前記外側端面（１２）に所定量（ΔＬ）圧入することを特徴とする外部端子接合方法。