JP5166504B2 - スウェージング装置 - Google Patents

Description

本記載は、２次電池のカンをスウェージングするスウェージング装置に関する。

一例を挙げれば、スウェージング装置は、スウェージング荷重を発生させる従動部、及び従動部に駆動力を伝達する駆動部を含む。一般に、駆動部のロッドは従動部のコレット（ｃｏｌｌｅｔ）に直接連結される。つまり、駆動力は駆動部のロッドを通じて従動部のコレットにスウェージング荷重として伝達される。

例えば、２次電池を製造する工程は、電極組立体の挿入を容易にするために、円筒の端部にテーパ状に拡張された開口を有するカンに電極組立体を挿入した後、カンの開口を再び円筒状態に狭めるカンスウェージング工程を含む。

カンスウェージング工程は、カンの開口を焼成加工する従動部で高荷重を必要とし、このために従動部と駆動部の摩擦面に大きい荷重を作用させる。

カンスウェージング時、駆動部の非正常的な駆動により、駆動力が過度であったり、駆動力が変動したりすることがある。したがって、ロッドのストローク（ｓｔｒｏｋｅ）が変動し得る。また、駆動部または従動部の誤組み立てにより、コレットの変位量が不適切に設定され得る。したがって、駆動部と従動部との間で変位量の差が発生し得る。

つまり、駆動部のロッドと従動部のコレットとが直接連結されて、機構的で剛体（ｒｉｇｉｄ ｂｏｄｙ）を形成した状況で、ロッドストロークの変動及び変位量の差は、カンにスウェージング不良を発生させるか、または従動部のコレット及びハウジングを損傷させる恐れがある。

本発明の一側面は、スウェージング工程中に発生し得る駆動部の非正常的な駆動においても、スウェージング工程を円滑にするスウェージング装置を提供することを目的とする。

また、本発明の一側面は、駆動部のロッドと従動部のコレットとの間で設定値を超えた荷重を吸収して、スウェージング工程を円滑にするスウェージング装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置は、直線からテーパ状態に拡張された開口を有するカンに電極組立体を挿入した後、前記開口を直線に狭めるカンスウェージング工程に使用されるコレットハウジング、前記コレットハウジングで軸方向に投入される前記カンの前記開口をスウェージングするコレット、前記コレットハウジングに内蔵されて、前記コレットに前記軸方向に連結される緩衝部、及び前記コレットの反対側で前記緩衝部に前記軸方向に連結されて、スウェージング荷重を伝達するロッドを含む。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置は、前記緩衝部と前記ロッドとの間に設けられるロッドセルをさらに含むことができる。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置は、回転運動するシャフト、前記シャフトに装着されて一体に回転し、前記コレットハウジングを複数装着するタレット、前記タレットの一側に突出する前記ロッドに装着されるベアリング、及び前記ベアリングの一側に前記タレットの回転方向に沿って形成及び固定設置されて、前記ベアリングを通じて前記ロッドを前記軸方向に昇降させるカムトラックをさらに含むことができる。

前記緩衝部は、前記ロッドの上端に備えられるピストン、前記コレットに連結されて、前記ピストンを内蔵するシリンダー、及び前記ピストンと前記シリンダーとの間に介されて、前記ロッドを上昇させ、前記コレットを下降させる方向に前記ピストンを支持する第１弾性部材を含むことができる。

記第１弾性部材は、前記ロッドを貫通させて前記シリンダーに内蔵される複数のディスクスプリングで形成することができる。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置は、前記コレットハウジングと前記緩衝部との間に介されて、前記ロッドを上昇させる方向に前記シリンダーを支持する第２弾性部材をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置は、前記コレットに投入される前記カンの上端を支持するように、前記シャフトの上端に装着されるカンプッシャーをさらに含むことができる。

前記コレットは、鋼材の円筒形カンをスウェージングするように、３００ｋｇｆ±５０ｋｇｆのスウェージング荷重を作用させることができる。

前記コレットは、前記テーパ状態の開口を直線に狭めて、前記カンを円筒に形成することができる。

このように、本発明の一実施形態によれば、コレットハウジングでカンの開口をスウェージングするコレットと、スウェージング荷重を伝達するロッドとの間に緩衝部を備えて、スウェージング工程中、駆動部の非正常的な駆動時に、ロッドに作用する荷重のうちの設定値を超える荷重を緩衝部で吸収することによって、カン開口のスウェージング工程を円滑にする効果がある。

本発明の一実施形態に係るスウェージング装置の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のスウェージング装置によって製造される２次電池の断面図である。 図２の緩衝部が剛体として作動する状態の断面図である。 図２の緩衝部が緩衝作動する状態の断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付けた。

図１は、本発明の一実施形態に係るスウェージング装置の斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示すように、スウェージング装置は、２次電池１００のカン２０をスウェージングするコレットハウジング１とコレット２、コレット２にスウェージング荷重を伝達するロッド３、及びコレット２とロッド３との間に備えられる緩衝部４を含む。

一方、スウェージング装置に投入されるカン２０は、電極組立体１０（図３参照）を挿入した状態である。カン２０は、電極組立体１０の損傷を防止し、電極組立体１０の挿入を容易にするために、電極組立体１０を挿入する前に開口を拡張した状態を有する。

したがって、カン２０に電極組立体１０を挿入した後、スウェージング装置はカン２０の開口を拡張されない状態にスウェージング加工する。つまり、カン２０の開口はテーパ状の管から一定の直径を有する管に焼成変形される。例えば、カン２０は、図２において、右側の拡張された開口状態から、左側の狭くなった開口状態にスウェージングされる。

コレット２に投入されるカン２０は電極組立体１０を組み立て、開口を拡張して、開口がコレット２に向かう状態で投入される。ロッド３のスウェージング荷重は緩衝部４を通じてコレット２に伝達されて、コレットハウジング１内でカン２０の開口をスウェージングする。

例えば、駆動部が正常に駆動する状態で、緩衝部４は剛体として作動して、設定範囲内のスウェージング荷重をロッド３からコレット２に伝達する。駆動部が非正常的に駆動する状態で、緩衝部４は緩衝作動して、設定範囲を超える荷重を吸収し、設定範囲内のスウェージング荷重をロッド３からコレット２に伝達する。

一実施形態のスウェージング装置は、スウェージング荷重が過度に大きい非正常的な駆動状態でも、緩衝部４の緩衝作動により、コレットハウジング１及びコレット２の破損を防止し、カンスウェージング工程を円滑に行うことができる。

また、スウェージング装置は、緩衝部４とロッド３との間に設けられるロッドセル６をさらに含むことができる。カンのスウェージング工程時、ロッドセル６はコレット２に形成されるスウェージング荷重を測定して、スウェージング荷重が適正であるか否かを確認して、必要な措置が取れるようにする。

図３は、図１のスウェージング装置によって製造される２次電池の断面図である。図３に示すように、２次電池１００は、電流を充電及び放電する電極群１０、電極群１０を内蔵するカン２０、及びカン２０に結合されて電極群１０に電気的に接続されるキャップ組立体３０を含む。

電極群１０は、順次に積層配置される正極１１、セパレータ１２、及び負極１３を含む。例えば、電極群１０は、正極１１と負極１３、及びこれらの間に配置される絶縁体であるセパレータ１２をゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）状態に巻き取って形成される。一例として、電極群１０は円筒状に形成される。円筒形の電極群１０の中心にはセクタピン１４が配置されて、電極群１０の円筒形状を維持させる。

正極１１と負極１３は、薄板の金属箔で形成される集電体の両面に活物質が塗布されたコーティング部（１１ａ、１３ａ）、及び活物質を塗布しなくて集電体が露出した領域であって、互いに反対側に位置する無地部（１１ｂ、１３ｂ）を含む。ゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）状態で、正極１１の無地部１１ｂに正極集電板１１ｄが連結され、負極１３の無地部１３ｂに負極集電板１３ｄが連結される。

カン２０は、電極群１０を挿入することができるように一側が開放され、円筒形の電極群１０を収容するように円筒に形成される。カン２０は負極集電板１３ｄに連結され、２次電池１００で負極端子として作用する。カン２０は導電性金属、例えば、鋼材（ｓｔｅｅｌ）で形成することができる。

キャップ組立体３０は、ガスケット４０を介在してカン２０の開放側に結合されて、電極群１０と電解液を内蔵するカン２０を密閉する。また、キャップ組立体３０は電流遮断装置を備え、電流遮断装置によって電極群１０に電気的に接続される。

例えば、キャップ組立体３０は、キャッププレート３１、ベントプレート３２、絶縁板３３、サブプレート３４、陽性温度素子（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）３５、及びミドルプレート３８を含む。

キャッププレート３１は、最終的に正極集電板１１ｄに連結されて、２次電池１００で正極端子として作用する。キャッププレート３１は、カン２０の外部に突出する突出部３１ａ、及び突出部３１ａの側方に開放される排気口３１ｂを形成する。

実質的に、電流遮断装置は、ベントプレート３２とサブプレート３４によって形成され、電流遮断装置の連結部は、ベントプレート３２とサブプレート３４の溶接によって形成される。電流遮断装置の一側を形成するベントプレート３２はキャッププレート３１の内側に設置されて、電流遮断装置の他側を形成するサブプレート３４に電気的に接続される。

また、ベントプレート３２は、予め設定された圧力条件下で破損されて、２次電池１００内部のガスを放出し、サブプレート３４との電気的接続を遮断することができるように形成されるベント３２ａを含む。電流遮断装置の作動時、つまり、ベント３２ａの破損によってベントプレート３２とサブプレート３４との連結部が分離される時、電極群１０とキャッププレート３１は電気的に分離される。

例えば、ベント３２ａは、ベントプレート３２からカン２０の内側に向かって突出形成される。ベントプレート３２は、ベント３２ａの周囲にベント３２ａの破損を案内する切欠３２ｂを備える。切欠３２ｂは、カン２０内で発生するガスによって圧力が上昇する場合、予め破損されてガスを排出することにより、２次電池１００の爆発を防止する。

陽性温度素子３５は、キャッププレート３１とベントプレート３２との間に設置されて、キャッププレート３１とベントプレート３２との間で電流の流れを断続する。予め設定された温度超過状態で、陽性温度素子３５は無限大まで大きくなる電気抵抗を有し、これによって充電または放電電流の流れを遮断する。

サブプレート３４は、絶縁板３３を介在してベントプレート３２と対向し、ベント３２ａに電気的に接続される。ミドルプレート３８は絶縁板３３とサブプレート３４との間に配置される。絶縁板３３とミドルプレート３８の貫通口を通じて突出するベント３２ａはサブプレート３４に連結される。

したがって、ミドルプレート３８は、一側にサブプレート３４及びベント３２ａを通じてベントプレート３２に電気的に接続され、他側に連結部材３７を通じて正極集電板１１ｄに接続される。

結局、正極集電板１１ｄは、連結部材３７、ミドルプレート３８、サブプレート３４、ベント３２ａ、ベントプレート３２、及び陽性温度素子３５を通じてキャッププレート３１に電気的に接続される。

このように形成されるキャップ組立体３０は、電極組立体１０を内蔵するカン２０のスウェージング工程を経由した後、カン２０の開口に組み付けられる。したがって、２次電池１００は、カン２０にビーディング部２１及びクランピング部２２を形成する。

さらに、図１及び図２を参照すれば、スウェージング対象のカン２０は、電極組立体１０を組み立て、キャップ組立体３０を組み立てる前の状態で投入される。一実施形態のスウェージング装置は、コレットハウジング１、コレット２、ロッド３及び緩衝部４で形成することも可能であるが、コレットハウジング１とコレット２、及びロッド３を複数具備してロッド３を作動させる構成をさらに含むことにより、カンスウェージング工程の効率を上げることができる。

以下、コレットハウジング１とコレット２、及びロッド３を複数具備したスウェージング装置を例に挙げて説明する。また、説明の便宜のために、コレットハウジング１とコレット２、及びロッド３をそれぞれ２つずつ備えたスウェージング装置を例に挙げて説明する。

一実施形態のスウェージング装置は、複数具備するコレットハウジング１とコレット２、及びロッド３を作動させるために、シャフト５１、タレット５２、ベアリング５３、カムトラック５４、及びカンプッシャー５５をさらに含む。

例えば、シャフト５１は、駆動部（図示せず）に連結されて回転運動し、カンスウェージングを効果的に行えるように垂直状態に設けられる。また、タレット５２は、シャフト５１に装着されてシャフト５１と一体に回転し、コレットハウジング１を複数装着する円板形状を有する。

コレットハウジング１は、タレット５２の中心から直径方向に離隔して、タレット５２の円周方向に沿って等間隔で配置される。タレット５２の直径が大きいほど、より多くの個数のコレットハウジング１とコレット２を備えることができる。

したがって、シャフト５１及びタレット５２が回転することによって、一つのコレットハウジング１でカンスウェージング工程が進められ、他のコレットハウジング１でスウェージング対象のカン２０が投入されたり、スウェージングが完了したカン２０が引き出されたりすることができる。

コレットハウジング１はタレット５２に対して垂直方向に設置され、コレット２は、コレットハウジング１で垂直方向（つまり、軸方向）に投入されるカン２０の開口をスウェージングするように形成される。

例えば、コレット２は、鋼材の円筒形カン２０の開口をスウェージングするように３００ｋｇｆ±５０ｋｇｆスウェージング荷重を作用させられるように構成される。コレットハウジング１及びコレット２は公知の構成を適用することができるので、これに対する具体的な説明を省略する。但し、円筒形カン２０を使用する場合、コレット２はカン２０のテーパ状の開口を受容して、直線の円筒開口にスウェージングすることができるように形成される。

緩衝部４は、コレットハウジング１に内蔵されて、コレット２に軸方向に連結され、ロッド３はコレット２の反対側で緩衝部４に軸方向に連結される。つまり、コレット２は緩衝部４を介在してスウェージング荷重を伝達するロッド３に連結される。したがって、スウェージング荷重はロッド３及び緩衝部４を経由してコレット２に伝達される。この時、緩衝部４はスウェージング荷重の大きさによって剛体として作動するか、または緩衝作動する。

ベアリング５３は、コレット２の反対側、つまり、コレットハウジング１を通じてタレット５２の下方に突出するロッド３に装着される。ロッド３は、軸方向に設置され、ベアリング５３はロッド３の下端に直角状態に装着される。例えば、ベアリング５３は円筒形に形成され、円筒の中心延長線はシャフト５１に向かう。

カムトラック５４は、ベアリング５３の一側に備えられて、タレット５２の回転方向に沿って弧状態に形成されて固定設置される。つまり、シャフト５１及びタレット５２が回転運動するにおいて、カムトラック５４はベアリング５３を支持して昇降させるように設定された位置に固定状態を維持する。したがって、タレット５２の回転により、ベアリング５３はカムトラック５４を順次に経由しながらロッド３にスウェージング荷重を伝達することができる。

例えば、カムトラック５４は、リーブ５４１を通じてシャフト５１の外側に位置する外側シャフト５４２に固定装着される。外側シャフト５４２は、シャフト５１の回転を妨げないように、ベアリング５４３を介在してスウェージング装置に固定装着される。また、カムトラック５４はベアリング５３の円滑な昇降のために両端に傾斜面５４４を形成する。

したがって、シャフト５１及びタレット５２が回転することによって、コレット２に連結されたロッド３がベアリング５３によって支持されながら、カムトラック５４に沿って昇降作動する。図２に示すように、カムトラック５４を逸脱した右側のロッド３は、後述する第２弾性部材４４の弾性力によって上昇し、カムトラック５４によって支持される左側のロッド３は、カムトラック５４によって下降する。

カンプッシャー５５は、シャフト５１の上端に装着されて、コレット２それぞれに向かって具備される。ロッド３に連結されたコレット２が第２弾性部材４４の弾性力によってコレットハウジング１から上昇した状態で、カンプッシャー５５は投入されたカン２０の上端をコレット２の上昇力に対する反作用で加圧して、カン２０をコレット２内に位置させる。カンプッシャー５５の加圧により、カン２０はコレット２から離脱せずにスウェージングできる。

タレット５２が回転すれば、ベアリング５３がカムトラック５４の支持を受けてロッド３を下降させる。ロッド３に連結されたコレット２が下降しながらカン２０をスウェージングする。この時、カンプッシャー５５はスウェージングされるカン２０の上端から離隔する。

図４は、図２の緩衝部が剛体として作動する状態の断面図である。図４に示すように、緩衝部４はロッド３の上端に備えられるピストン４１、コレット２に連結されてピストン４１を内蔵するシリンダー４２、及びシリンダー４２内でピストン４１を支持する第１弾性部材４３を含む。

第１弾性部材４３は、ピストン４１及びロッド３を上昇させ、コレット２を下降させるように、ピストン４１とシリンダー４２との間に設けられる。つまり、第１弾性部材４３は、ピストン４１の下側面と、これに対向するシリンダー４２の下側上面との間に介される。

例えば、第１弾性部材４３は、ロッド３を貫通させてシリンダー４２に内蔵されるディスクスプリングで形成することができる。第１弾性部材４３は、ピストン４１の下側面のシリンダー４２の対向面間の間隔によって複数備えることができる。

さらに、図２を参照すれば、第２弾性部材４４は、コレットハウジング１と緩衝部４との間に介されて、ロッド３及び緩衝部４を上昇させる方向に緩衝部４のシリンダー４２を支持する。

図２及び図４に示すように、シャフト５１の回転によってタレット５２が回転すれば、ロッド３に装着されたベアリング５３がカムトラック５４の支持を受けて下降する（図２の左側）。この時、ロッド３を通じて緩衝部４のピストン４１、第１弾性部材４３、及びシリンダー４２に正常的が荷重が伝達されると、緩衝部４が剛体として作動する。

つまり、緩衝部４とロッド３は、同一距離（Ａ１＝Ａ２）（矢印の長さで表示）ほど下降する。したがって、ベアリング５３及びロッド３に伝達されるスウェージング荷重は、コレット２にそのまま伝達されて、カン２０を正常にスウェージングする。

図５は、図２の緩衝部が緩衝作動する状態の断面図である。図２及び図５に示すように、ロッド３に装着されたベアリング５３がカムトラック５４の支持を受けて下降する時（図２の左側）、ロッド３を通じて緩衝部４のピストン４１、第１弾性部材４３、及びシリンダー４２に非正常的な荷重、つまり、設定値より大きい荷重が伝達されると、緩衝部４は緩衝作動する。

ベアリング５３及びロッド３を通じてピストン４１に作用する非正常的な荷重のうち、設定された荷重の超過分は第１弾性部材４３で吸収され、設定された荷重は第１弾性部材４３及びシリンダー４２を通じてコレット２に伝達される。

つまり、緩衝部４は、図４の正常的な荷重の作用時の下降距離（Ａ１）と同一距離（Ａ１）に下降し、ロッド３は緩衝部４の下降距離（Ａ１）に追加距離（Ａ２）ほどさらに下降する（Ａ１＋Ａ２）（矢印の長さで表示）。この時、ピストン４１はシリンダー４２の上側内面から離隔して第１弾性部材４３を圧縮させる。追加距離（Ａ２）はピストン４１の下降距離または第１弾性部材４３の圧縮距離である。

ロッド３の下降中、追加距離（Ａ２）は非正常的な荷重によって増減し、超過荷重に比例する。このように、ロッド３が追加距離（Ａ２）ほどさらに下降することによって、ロッド３に設定値より大きい荷重が作動する場合にも、カン２０のスウェージングが正常に進められる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施でき、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

１ コレットハウジング
２ コレット
３ ロッド
４ 緩衝部
６ ロッドセル
２０ カン
４１ ピストン
４２ シリンダー
４３、４４ 第１、第２弾性部材
５１ シャフト
５２ タレット
５３、５４３ ベアリング
５４ カムトラック
５５ カンプッシャー
１００ ２次電池
５４１ リーブ
５４２ 外側シャフト
５４４ 傾斜面

Claims (9)

1. 直線からテーパ状態に拡張された開口を有するカンに電極組立体を挿入した後、前記開口を直線状に狭めるカンスウェージング工程に使用されるコレットハウジングと、
   前記コレットハウジングで軸方向に投入される前記カンの前記開口をスウェージングするコレットと、
   前記コレットハウジングに内蔵されて、前記コレットに前記軸方向に連結される緩衝部と、
   前記コレットの反対側で前記緩衝部に前記軸方向に連結されて、スウェージング荷重を伝達するロッドと、を含み、
   前記緩衝部が、前記ロッドから前記コレットに向かう方向の力は全て伝達するが、前記コレットから離れる方向に働く前記スウェージング荷重が、設定された荷重を超えた場合には、前記設定された荷重の超過分を吸収するスウェージング装置。
2. 前記緩衝部と前記ロッドとの間に設けられるロッドセルをさらに含む、請求項１に記載のスウェージング装置。
3. 回転運動するシャフト、
   前記シャフトに装着されて一体的に回転し、前記コレットハウジングを複数装着するタレット、
   前記タレットの一側に突出する前記ロッドに装着されるベアリング、及び、
   前記ベアリングの一側に前記タレットの回転方向に沿って形成及び固定設置されて、前記ベアリングを通じて前記ロッドを前記軸方向に昇降させるカムトラック、
   をさらに含む、請求項１に記載のスウェージング装置。
4. 前記緩衝部は、
   前記ロッドの上端に備えられるピストン、
   前記コレットに連結され、前記ピストンを内蔵するシリンダー、及び、
   前記ピストンと前記シリンダーとの間に介されて、前記ロッドを上昇させ、前記コレットを下降させる方向に前記ピストンを支持する第１弾性部材、
   を含む、請求項３に記載のスウェージング装置。
5. 前記第１弾性部材は、
   前記ロッドを貫通させて、前記シリンダーに内蔵される複数のディスクスプリングで形成される、請求項４に記載のスウェージング装置。
6. 前記コレットハウジングと前記緩衝部との間に介されて、前記ロッドを上昇させる方向に前記シリンダーを支持する第２弾性部材をさらに含む、請求項４に記載のスウェージング装置。
7. 前記コレットに投入される前記カンの上端を支持するように、前記シャフトの上端に装着されるカンプッシャーをさらに含む、請求項３に記載のスウェージング装置。
8. 前記コレットは、
   鋼材の円筒形のカンをスウェージングするように、３００ｋｇｆ±５０ｋｇｆスウェージング荷重を作用させる、請求項１に記載のスウェージング装置。
9. 前記コレットは、
   前記テーパ状態の開口を直線に狭めて、前記カンを円筒に形成する、請求項１に記載のスウェージング装置。

Images