JP5650094B2 - 電池パックの組立治具 - Google Patents

Description

本発明は、電池パックの組立作業に用いる治具である組立治具の技術に関する。

近年、自動車産業等の分野においては、１又は複数の単電池からなる単位電池を複数個積層して構成される電池パックが広く使用されるに至っており、例えば、以下に示す特許文献１に開示されているような電池パックが知られている。
そして従来、特許文献１に開示されているような電池パックの組立作業においては、スタックアッシーやロアケースを位置決めした状態に保持するための位置決め装置や、スタックアッシーにバスバーを取り付けるための装置等、複数の装置を備えた大掛かりな自動組立装置が一般的に用いられている。

特開２００６−３２４１６３号公報

近年、電池パックを単位電池に分解して再組立するような構成が検討される場合があり、このような場合には、組立対象たる電池パックの規模が、従来の自動組立装置で取り扱われている電池パックに比して小規模（外径寸法が小さく、また単位電池の積層数も少ない）となることがある。
しかしながら、このような小規模の電池パックに対して、従来の自動組立装置をそのまま適用することは困難である場合が多く、また、小規模の電池パックに対応すべく、電池パックの仕様に対応させて、その都度従来の自動組立装置を改造するには多大な費用が発生するため、そのような改造を行うことも困難であった。
このため、小規模である電池パックの組立作業は、作業者にとって困難なものとなる場合があり、従来の自動組立装置では扱うことができないような小規模の電池パックを効率よく組み立てることができる簡易な治具に対するニーズが存在していた。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、従来の組立装置では取り扱うことが難しい小規模な電池パックを、効率よく組み立てることができる簡易な組立治具を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、１又は複数の単電池からなる単位電池を複数積層し、その積層方向の両端部に一対のエンドプレートを配置し、各エンドプレートによって各単位電池を挟圧して積層状態を保持した部材であるスタックアッシーに電池ケースが組み付けられることにより構成される電池パックの組立治具であって、前記スタックアッシーを挟圧して保持するクランプ機構と、前記スタックアッシーに対して位置決めした前記電池ケースを係止する係止部と、を備える把持部と、前記把持部を、該把持部の所定の基準面に対する傾斜角度を変更可能に支持する支持アームと、前記把持部を前記傾斜角度で傾斜された面上で回転可能に支持する回転機構と、を備えるものである。

請求項２においては、前記把持部は、前記クランプ機構による前記スタックアッシーを保持するための操作に従って、前記係止部が、前記電池ケースを係止するものである。

請求項３においては、さらにバランサーを備え、前記バランサーによって、前記支持アームに対して、該支持アームの傾斜角度を変更するために付与した操作力に対応する、該操作力とは逆向きの応力を付与するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、小規模な電池パックを簡易な治具によって、効率よく組み立てることができる。
特に、把持部を、傾斜角度を変更可能に、かつ当該傾斜角度で傾斜された面上で回転可能に支持することにより、効率よく電池パックの組立作業を行うことができる。

請求項２においては、電池パックの組立作業をより効率よく行うことができる。

請求項３においては、電池パックの組立作業における作業者の負担を軽減し、作業性を改善することができる。

本発明の一実施形態に係る組立治具の全体構成を示す正面側（作業面側）から見た斜視図。 本発明の一実施形態に係る組立治具の全体構成を示す背面側（作業面の反対側）から見た斜視図。 本発明の一実施形態に係る組立治具の全体構成を示す正面（作業面側）視模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具の全体構成を示す側面視模式図。 把持部の動作を示す上面視模式図。 把持部の動作を示す模式図。 回転機構の動作を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具を用いた電池パックの組立手順（ワーク配置時）を示す側面視模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具を用いた電池パックの組立手順（ワーク把持時）を示す側面視模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具を用いた電池パックの組立手順（電池ケース締結時）を示す側面視模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具を用いた電池パックの組立手順（１つめのバスバー締結時）を示す側面視模式図。 本発明の一実施形態に係る組立治具を用いた電池パックの組立手順（２つめのバスバー締結時）を示す側面視模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明に係る組立治具を用いる対象物たる電池パックについて、図１および図２を用いて説明をする。
図１および図２に示す如く、組立治具を用いて組立作業が行われる対象物である電池パックは、スタックアッシー２３、ロアケース２４、バスバー２５・２５等によって構成されている。

スタックアッシー２３は、複数の単位電池２１・２１・・・を積層するとともに、その積層方向の両端部において、エンドプレート２２・２２を配置し、各エンドプレート２２・２２によって各単位電池２１・２１・・・を挟圧して積層状態を保持するものである。
また、ロアケース２４は、アッパケース（図示せず）とともにスタックアッシー２３を収容する電池ケースを構成し、スタックアッシー２３を車両等に搭載するに際し、当該車両等に対するスタックアッシー２３の締結を容易にする等のために介設される部材であり、スタックアッシー２３の下面部に締結されるものである。
さらに、バスバー２５・２５は、各単位電池２１・２１・・・を電気的に接続するための導電部材であり、スタックアッシー２３の対面する２方の側面に締結されるものである。

そして、このような各部材２３・２４・２５・・・等により構成される電池パックの組立作業においては、まずスタックアッシー２３とロアケース２４を締結するために、ロアケース２４側からスタックアッシー２３側に向けて図示しないボルトを差し込むとともに、当該ボルトを締め付ける作業が予定されている。この作業により、スタックアッシー２３にロアケース２４が組み付けられて、電池パックが構成される。
各部材２３・２４・２５が、図１および図２に示すような配置状態（スタックアッシー２３とロアケース２４を締結するためのボルトを下方から上方へ向けて差し込むことになる状態）で固定されている場合には、このような作業は上向きで行うことが強いられるため、作業性が悪い。

またさらに、電池パックの組立作業においては、スタックアッシー２３の対面する２方の側面にそれぞれバスバー２５を締結する作業が予定されている。各部材２３・２４・２５が、図１および図２に示すような配置状態で固定されている場合には、このような作業は、スタックアッシー２３に対して２方向から行う必要があり、作業者の移動が伴うため、作業性が悪い。

本発明の一実施形態に係る治具は、電池パックの組立作業において予定されているスタックアッシー２３とロアケース２４の締結作業およびスタックアッシー２３に対する一対のバスバー２５・２５の締結作業を容易に行えるようにするものである。

次に、本発明の一実施形態に係る組立治具の全体構成について、図１〜図５を用いて説明をする。
図１〜図５に示す如く、本発明の一実施形態に係る組立治具１は、スタックアッシー２３、ロアケース２４、バスバー２５・２５等により構成される電池パックの組立作業において使用される治具であり、作業台２、支持アーム３、把持部４、回転機構７等を備えている。
尚、組立治具１を使用する作業者の作業方向は、図１、図２および図４に示す矢印αの方向として、その作業方向において、作業者と対面する側を組立治具１の前面と呼ぶものとする。

図１〜図４に示す如く、作業台２は、電池パックの構成要素たるスタックアッシー２３およびロアケース２４（「スタックアッシー２３」および「ロアケース２４」については、以下、適宜「部品２３」、「部品２４」と記載する）を配置するための略テーブル状の部位であり、該作業台２の上面部２ａにおいて、各部品２３・２４を載置するための一対の配置部２ｂ・２ｂが上方に向けて突設されている。

また、図５に示す如く、各配置部２ｂ・２ｂには、該配置部２ｂ・２ｂ上に載置されるロアケース２４を位置決めするための、凸状の位置決め部２ｃ・２ｃが形成されている。
さらに、図１〜図５に示す如く、作業台２の上面部２ａには、把持部４および回転機構７を支持するための部位である支持アーム３が立設されている。

支持アーム３は、第一アーム３ａと第二アーム３ｂを備える構成としており、第一アーム３ａが上面部２ａに立設され、第二アーム３ｂが第一アーム３ａに対して軸部３ｃによって回転可能な状態で連結される構成としている。
軸部３ｃは、組立治具１を前面から見たときに左右の水平方向に向くように支持されている。

このような構成により、第二アーム３ｂは、軸部３ｃ回りに、図４中に示す矢印Ａの方向に往復回動することができ、第二アーム３ｂが上面部２ａに対して水平となる姿勢から第二アーム３ｂが上面部２ａに対して略垂直となる姿勢の範囲で回動できる構成としている。

また、第二アーム３ｂには、接続部１２において、バランサー１１から巻き出されたワイヤー１１ａが接続されている。バランサー１１は、第一アーム３ａの後方に配置されている。
バランサー１１から巻き出されたワイヤー１１ａには、バランサー１１の図示しない内部機構によって、ワイヤー１１ａに作用する操作力に応じた、その操作力を相殺する方向への力が作用する構成としている。
このため、第二アーム３ｂを回動させると、ワイヤー１１ａの巻出し長さが変化して、第二アーム３ｂには、そのとき第二アーム３ｂに対して加えた操作力を相殺する力がバランサー１１によって付与されるため、作業者は、第二アーム３ｂをほとんど負担を感じることなく回動させることができる。

また、第二アーム３ｂを回動させる動作をやめたとき（即ち、操作力が「０」のとき）には、そのとき第二アーム３ｂに作用している重力に応じた力がバランサー１１から付与されるため、回動操作をやめた位置で第二アーム３ｂの回動位置（傾斜角度）が保持される。

把持部４は、組立治具１における各部品２３・２４を把持するための部位であり、第二アーム３ｂによって支持され、フレーム５、クランプ部材６・６、トグルクランプ９等を備えている。
また、把持部４と第二アーム３ｂの間には、回転機構７が介設されている。

回転機構７は、第二アーム３ｂと固定される部位である基部７ａと、該基部７ａから突設される軸状の部位である軸部７ｂと、該軸部７ｂにより回転可能に支持される部位である回転部７ｃと、を備える構成としている。
そして、回転部７ｃは、軸部７ｂを軸心として、基部７ａに対して相対回転可能に構成されている。

ここで、把持部４の構成および把持部４による把持動作について、図６を用いてさらに詳細に説明をする。
図６に示す如く、把持部４は、フレーム５、クランプ部材６・６、爪部８・８・・・、トグルクランプ９・９等を備えている。

把持部４は、フレーム５が、回転機構７の回転部７ｃに対して固定されている。
このような構成により、把持部４は、軸部７ｂを軸心として、第二アーム３ｂに対して回転可能に支持される構成としている。

フレーム５には、回転部７ｃに対して固定するための部位である基部５ａが形成されており、また、基部５ａの両端部には、一対の支持部５ｂ・５ｂが立設されている。そして、各支持部５ｂ・５ｂには、一対のトグルクランプ９・９を配設しており、フレーム５の内側に向けて、各トグルクランプ９・９が備える変位軸９ａ・９ａを突設させる構成としている。
そして、各変位軸９ａ・９ａの端部には、クランプ部材６・６を設けている。

クランプ部材６は、組立対象たるスタックアッシー２３を挟圧して保持するための部位であって、変位軸９ａに固定される基部６ａと、スタックアッシー２３に直接当接する部位であって、弾性を有する部材からなる当接部６ｂを備えている。

把持部４では、トグルクランプ９・９のハンドル９ｂ・９ｂを回動させると、変位軸９ａ・９ａが、組立治具１における左右の水平方向に変位する構成としている。
そして、変位軸９ａ・９ａが、フレーム５の内側方向に伸びるように変位すると、各クランプ部材６・６の離間距離が小さくなり、各クランプ部材６・６間にその離間距離より大きな幅を有する部材を配置したときには、各クランプ部材６・６の当接部６ｂ・６ｂが前記部材に圧接して、各クランプ部材６・６によって当該部材を挟圧することができる構成としている。
尚、この変位軸９ａ・９ａがフレーム５の内側方向に伸びるようなハンドル９ｂ・９ｂの回転方向を拘束方向と呼び、その逆の回転方向を解除方向と呼ぶものとする。

さらに、把持部４では、トグルクランプ９・９を所定の回転角度で拘束位置まで回動させると、変位軸９ａ・９ａの変位状態が保持されるため、各クランプ部材６・６により部材を挟圧した状態を保持することができる。
また把持部４では、トグルクランプ９・９を所定の解除方向に回動させたときには、クランプ部材６・６の離間距離を、当該部材の幅以上の距離とすることができ、各クランプ部材６・６による部材の挟圧状態を解除することができる。

そして、把持部４では、トグルクランプ９・９を所定の解除方向に回動させたときには、クランプ部材６・６の離間距離を、スタックアッシー２３の積層方向における幅以上の距離とすることができ、また、トグルクランプ９・９を所定の拘束方向に回動させたときには、スタックアッシー２３の積層方向における幅より小さい距離となるように設定している。
これにより、把持部４によって、スタックアッシー２３を確実に把持することができる構成としている。

把持部４に備えられた各爪部８・８・・・は、スタックアッシー２３に対して位置決めされたロアケース２４を、位置決めされた状態に保持するための部位である。
爪部８は、その一端部８ａが、フレーム５からクランプ部材６の変位方向に対して直交する向き（前後の水平方向）に突設されたピン５ｃにより回転可能な状態で支持されており、また、爪部８の長さ方向における中途部に形成された長孔８ｂには、クランプ部材６からピン５ｃに対して平行に突設されたピン６ｃが挿通されている。

このため、爪部８は、クランプ部材６が往復変位すると、それに従って、ピン５ｃによる支持位置を支点として、往復回動するように構成されている。
このとき、爪部８の他端部に形成された爪先部８ｃは、ロアケース２４をスタックアッシー２３側に押圧する方向に変位するように、長孔８ｂの形成位置や爪先部８ｃの形成角度等を調整している。

これにより、爪先部８ｃで、スタックアッシー２３の下方に配置されたロアケース２４をその下方において支持する構成としており、ロアケース２４は、爪部８・８・・・により支持されることによって、スタックアッシー２３に対して位置決めされた状態を保持することができる。

そして、把持部４では、各トグルクランプ９・９を拘束方向に回動させる操作に伴って、各爪部８・８・・・の爪先部８ｃ・８ｃ・・・を略上下方向に変位させる構成としており、トグルクランプ９・９の操作のみで、スタックアッシー２３を把持する動作と、ロアケース２４の位置決め状態を保持する動作を実現する構成としている。

ここで、回転機構７の動作について、図７を用いて説明をする。
図７に示す如く、回転機構７は、基部７ａ、軸部７ｂ、回転部７ｃ等を備えている。
また、回転機構７には、該回転機構７の回転を規制するための部位であるトグルクランプ１０が付設されている。

回転部７ｃの外周部には、軸部７ｂの軸心回りに１８０度位相が異なる位置において、２箇所の切欠き部７ｄ・７ｄが形成されている。
そして、トグルクランプ１０の変位軸１０ａが切欠き部７ｄに挿入されている状態では、回転部７ｃが軸部７ｂ回りの回転することが規制される構成としている。

組立治具１では、回転機構７において、切欠き部７ｄ・７ｄが、１８０度位相が異なる位置に形成されているため、把持部４を１８０度反転させた２通りの姿勢を取ることができるとともに、その２通りの姿勢を保持することができる構成としている。

本発明の一実施形態に係る組立治具１を用いた一連の組立作業の流れについて、図８〜図１２を用いて説明をする。
図８に示す如く、まず始めに、第二アーム３ｂを矢印Ｂの方向（上方）に向けて回動させておき、作業台２上の配置部２ｂ・２ｂにロアケース２４およびスタックアッシー２３を配置することができる状態とする。

そして、まず配置部２ｂ・２ｂ上にロアケース２４を配置する（図５参照）。
このとき、ロアケース２４に形成されているボルト孔２４ａ・２４ａに、各配置部２ｂ・２ｂに形成されている凸状の位置決め部２ｃ・２ｃを挿通させることによって、上面部２ａ上（各配置部２ｂ・２ｂ）の所定位置にロアケース２４を位置決めする。

そして次に、ロアケース２４上の所定位置にスタックアッシー２３を配置する（図５参照）。
このようにして、組立治具１における所定位置にロアケース２４およびスタックアッシー２３を配置する構成としている。

図９に示す如く、組立治具１における所定位置にロアケース２４およびスタックアッシー２３が配置されると、次に、第二アーム３ｂが前後の水平方向に向く角度まで矢印Ｃの方向（下方）に回動させて、配置部２ｂ・２ｂ上のロアケース２４およびスタックアッシー２３を、把持部４によって把持できる状態としておく。

そして、まずトグルクランプ９・９の各ハンドル９ｂ・９ｂを拘束方向に回動させて、各クランプ部材６・６により、スタックアッシー２３を挟持する。
またこのとき同時に、トグルクランプ９・９の各ハンドル９ｂ・９ｂを拘束方向に回動させることによって、各爪部８・８・・・の爪先部８ｃ・８ｃ・・・により、ロアケース２４を下方から支持して、該ロアケース２４がスタックアッシー２３に対して位置決めされた状態を保持する。

このように本発明の一実施形態に係る組立治具１では、トグルクランプ９・９の各ハンドル９ｂ・９ｂを拘束方向に回動させる一つの動作で、スタックアッシー２３の挟持と、ロアケース２４の位置決め状態の保持という二つの作用を得ることができ、効率よく組立作業を行うことができるように構成している。

即ち、本発明の一実施形態に係る組立治具１において、把持部４は、クランプ部材６・６によるスタックアッシー２３を保持するための操作（即ち、トグルクランプ９・９のハンドル９ｂ・９ｂを拘束方向に回動する操作）に従って、各爪部８・８・・・の爪先部８ｃ・８ｃ・・・が、電池ケースを構成するロアケース２４を係止するものである。
このような構成により、電池パックの組立作業をより効率よく行うことができる。

図１０に示す如く、把持部４によってロアケース２４およびスタックアッシー２３が把持されると、次に、ロアケース２４をスタックアッシー２３に対して締結する作業を行うために、第二アーム３ｂを矢印Ｄの方向（上方）に回動させる。

このとき、第二アーム３ｂは、水平方向に対して角度θ１の傾きを有する角度に保持される。また、このときの第二アーム３ｂを回動させる動作は、バランサー１１の作用により、作業者が小さな操作力を負担するだけで行うことができる。さらに、このときの第二アーム３ｂの傾斜角度（回動位置）は、バランサー１１の作用により保持される。
角度θ１としては、約７５度程度とするのが好適であるが、作業者の体格等に応じて、作業者が作業しやすい角度を自由に選択することができる。また、ロアケース２４をスタックアッシー２３に対して締結する作業を行うときに、第二アーム３ｂの角度θ１を所定の角度で固定しておくためのストッパー等（図示せず）を別途備える構成としても良い。

そして作業者は、目前にボルトを締結すべき部位が配置されているため、無理の無い姿勢で作業性よくロアケース２４をスタックアッシー２３に対して締結する作業を行うことができる。

図１１に示す如く、ロアケース２４をスタックアッシー２３に対して締結する作業が完了すると、次に、スタックアッシー２３に対してバスバー２５・２５を締結する作業を行うべく、第二アーム３ｂを矢印Ｅの方向（下方）に回動させる。

このとき、第二アーム３ｂは、水平方向に対して角度θ２の傾きを有する角度に保持される。また、このときの第二アーム３ｂを回動させる動作も、バランサー１１の作用により、作業者が小さな操作力を負担するだけで行うことができる。またさらに、このときの第二アーム３ｂの傾斜角度（回動位置）も、バランサー１１の作用により保持される。
角度θ２としては、約１５度程度とするのが好適であるが、ここでも作業者の体格等に応じて、作業者が作業しやすい角度を自由に選択することができる。また、バスバー２５をスタックアッシー２３に対して締結する作業を行うときに、第二アーム３ｂの角度θ２を所定の角度で固定しておくためのストッパー等（図示せず）を別途備える構成としても良い。

そして作業者は、目前にバスバー２５を締結すべき第一の部位（矢印Ｘで指し示す側の部位）が配置されており、無理の無い姿勢で作業性よく第一の部位に対してバスバー２５を締結する作業を行うことができる。

さらに図１２に示す如く、次に、バスバー２５を締結すべき第二の部位（矢印Ｙで指し示す側の部位）に対してバスバー２５を締結する作業を行うべく、第３のトグルクランプ１０のハンドル１０ｂを解除方向に回動させて、変位軸１０ａによる回転部７ｃの係止を解除する。これにより、回転機構７における回転部７ｃが角度θ２で傾斜した面上を回転可能な状態とする。

そして、回転機構７により把持部４を１８０度回転させて、バスバー２５を締結すべき第二の部位（矢印Ｙで指し示す側の部位）が、作業者に対面する位置となる姿勢にスタックアッシー２３およびロアケース２４を配置する。
そして、作業者は、目前にバスバー２５を締結すべき第二の部位（矢印Ｙで指し示す側の部位）が配置された状態で、無理の無い姿勢で作業性よく第二の部位に対してバスバー２５を締結する作業を行うことができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る組立治具１は、さらにバランサー１１を備え、バランサー１１によって、支持アーム３に対して、該支持アーム３の傾斜角度を変更するために付与した操作力に対応する、該操作力とは逆向きの応力を付与するものである。
このような構成により、電池パックの組立作業における作業者の負担を軽減し、作業性を改善することができる。

尚、組立治具１は、組立治具１を使用する作業者が、組立治具１の周囲を動き回らなくても全ての作業を行える構成としている。
このように、組立治具１を用いて組立作業を行う場合、作業者の作業方向は、常に図１、図２および図４に示す矢印αの方向となっており、組立治具１の回りを動き回らなくても、スタックアッシー２３における２方向の各側面にバスバー２５・２５を締結することができるため、効率よく電池パックの組立作業を行うことができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る組立治具１は、スタックアッシー２３を挟圧して保持するクランプ部材６・６と、スタックアッシー２３に対して位置決めした電池ケースを構成するロアケース２４を係止する係止部たる爪部８・８・・・と、を備える把持部４と、把持部４を支持する、該把持部４の基準面（本実施形態では水平面（上面部２ａ））に対する傾斜角度を変更可能な支持アーム３と、把持部４を前記傾斜角度で傾斜された面上で回転可能に支持する回転機構７と、を備えるものである。
このような構成により、電池パックの組立作業を、簡易な治具によって、効率よく行うことができる。

１ 組立治具
３ 支持アーム
３ａ 第一アーム
３ｂ 第二アーム
３ｃ 軸部
４ 把持部
５ フレーム
６ クランプ部材
７ 回転機構
１１ バランサー
２３ スタックアッシー
２４ ロアケース

Claims (3)

1. １又は複数の単電池からなる単位電池を複数積層し、その積層方向の両端部に一対のエンドプレートを配置し、各エンドプレートによって各単位電池を挟圧して積層状態を保持した部材であるスタックアッシーに電池ケースが組み付けられることにより構成される電池パックの組立治具であって、
   前記スタックアッシーを挟圧して保持するクランプ機構と、前記スタックアッシーに対して位置決めした前記電池ケースを係止する係止部と、を備える把持部と、
   前記把持部を、該把持部の所定の基準面に対する傾斜角度を変更可能に支持する支持アームと、
   前記把持部を前記傾斜角度で傾斜された面上で回転可能に支持する回転機構と、
   を備える、
   ことを特徴とする電池パックの組立治具。
2. 前記把持部は、
   前記クランプ機構による前記スタックアッシーを保持するための操作に従って、
   前記係止部が、前記電池ケースを係止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池パックの組立治具。
3. さらにバランサーを備え、
   前記バランサーによって、
   前記支持アームに対して、該支持アームの傾斜角度を変更するために付与した操作力に対応する、該操作力とは逆向きの応力を付与する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パックの組立治具。

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