JP5971117B2 - 二次電池溶接用治具 - Google Patents

Description

本発明は二次電池の製造に用いられる治具に関し、詳しくは、ケース体と蓋体とを溶接する際に用いられる治具に関する。

電池の一種として、金属製の缶に電極等の電池構成要素が封入されてなるものが知られている。この種の電池における缶は、略箱状をなす部分（ケース体と呼ぶ）と略板状をなす部分（蓋体と呼ぶ）とが溶接一体化されてなる。つまりこの種の電池を製造する際には、蓋体とケース体とを、ケース体の周方向に沿って溶接する工程が必要である（例えば、特許文献１参照）。

ところで、電池が角型である場合には、正極端子および負極端子を電池の同じ面に配置するのが一般的である。この場合、蓋体とケース体との溶接部は、正極端子および負極端子よりも径方向外側つまり外周側に設けられる。蓋体とケース体とを液密および気密に溶接するためには、溶接時に、蓋体をケース体に向けて押圧するのが有効である。蓋体をケース体に向けて押圧するためには、蓋体を押圧する為の押圧治具を用い、かつ、蓋体には押圧治具により押圧可能な面（押圧面と呼ぶ）を充分な大きさで設ける必要がある。また、溶接部に充分な押圧力を作用させるためには、押圧面は、溶接部と端子との間に設けるのが良いと考えられる。

しかし近年では、各種の電子機器の小型化に伴い、電子機器に搭載される二次電池にも小型化の要求がある。二次電池を小型化すると、ケース体の溶接部と端子との距離が小さくなり、上記した押圧面を充分な大きさにするのは困難である。溶接部と端子との間に押圧面を設けること自体できない場合もある。つまり、小型の二次電池を製造する場合、蓋体とケース体とを溶接する際に、蓋体に充分な押圧力を加え難く、溶接不良による製造ロスが発生する可能性がある。

また、蓋体とともに端子を押圧治具でケース体に向けて押圧すると、端子が変形する等の不具合が生じる可能性があるため、押圧治具のなかで端子に対応する部分には、貫通孔状をなす端子逃し部を設ける必要がある。端子を端子逃し部内に収容しつつ押圧治具により蓋体をケース体に押圧すれば、上述した端子の変形等を抑制できる。しかし、上述したように、二次電池の小型化により端子と溶接部とが非常に近接している場合には、端子と溶接部との間に押圧治具の押圧部を設けることができない。この場合には、溶接時に端子が押圧治具で覆われず、剥き出しになる可能性がある。溶接部と端子との間に遮蔽物がなければ、溶接時の熱や反射光等が端子に直接作用して、端子の変形等が生じる恐れがある。この場合にも、溶接不良による製造ロスが発生する可能性がある。

さらに、溶接時には、溶接部をシールドガスによって覆うことで、溶接部を空気から遮断する必要がある。しかし上記の端子逃し部を設ける場合には、端子逃し部がシールドガスの流路となり得るため、溶接に多量のシールドガスを要する問題もある。また、シールドガスにより溶接部を充分に覆うことができなければ、溶接不良が発生する恐れもある。

特開２０００−２４３４０７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型の角型二次電池にも対応可能な二次電池溶接用治具を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の二次電池溶接用治具は、端子を含む二次電池構成要素を収容する角型の箱状をなすケース体と、前記端子を挿通する貫通孔状の挿通部を有し前記ケース体の開口を覆う蓋体と、を溶接するためのものであって、
前記ケース体の外周面に当接し前記ケース体を外周側から保持するケース保持部と、
前記蓋体の外面に対面する対向面と、前記対向面に背向する押圧面と、を有し、溶接時において前記対向面の一部からなる当接領域が前記蓋体に当接するとともに前記ケース保持部と離間配置される蓋押圧部と、を有し、
前記溶接時において、前記蓋押圧部と前記ケース保持部との間には、前記蓋体と前記ケース体との溶接部を露出する隙間が形成され、
前記蓋押圧部は、前記対向面と前記押圧面との間に形成され少なくとも前記対向面に開口している端子逃し部と、前記端子逃し部の外周側に配置され前記蓋押圧部の周縁部の少なくとも一部を構成する押圧側周縁部と、を有し、
前記押圧側周縁部における前記対向面は、前記当接領域と、テーパ面状をなすテーパ領域と、を備えるものである。

本発明の二次電池用治具は、以下の（１）〜（３）の何れかを備えるのが好ましく、（１）〜（３）の複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記押圧側周縁部は、前記蓋押圧部の周縁部を前記蓋押圧部の全周にわたって構成している。
（２）前記ケース保持部のなかで前記押圧側周縁部に対面する面は、テーパ面状をなす第２のテーパ領域を備える。
（３）前記蓋体および前記ケース体はアルミニウム製である。

本発明の二次電池溶接用治具によると、溶接部と端子とが近接していても、押圧治具（すなわち蓋押圧部）における押圧面を充分な大きさにできる。つまり、押圧側周縁部がテーパ形状をなすため、押圧側周縁部の対向面において蓋体に実際当接する部分（すなわち、対向面の当接領域）の面積が小さくても、この当接領域に力を加えるための押圧面は比較的大きくできる。押圧面が充分に大きければ、当接領域に充分な押圧力を加えることができ、蓋体をケース体に向けて充分な押圧力で押圧できる。

また、押圧側周縁部は蓋押圧部における逃し孔の外周部に配置されるため、溶接部と端子との間には押圧側周縁部が介在する。このため、溶接時の熱や反射光等は押圧側周縁部に遮られ、端子に到達し難い。このため、溶接時に生じる端子の劣化を抑制できる。

さらに、蓋押圧部とケース保持部との間には隙間が形成されている。この隙間には溶接部が露出する。換言すると、蓋押圧部の押圧周縁部とケース保持部とによって、溶接部の周囲は区画されている。このため、溶接部近傍から外部へのシールドガスの漏出を抑制できる。

実施例の二次電池溶接用治具を模式的に表す分解斜視図である。 実施例の二次電池溶接用治具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す上面図である。 実施例の二次電池溶接用治具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す要部拡大断面図である。 実施例の二次電池溶接用治具および補助具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す説明図である。

本発明の二次電池溶接用治具は、レーザー溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接、スポット溶接、ガス溶接等に代表される種々の方法で溶接する際の治具として使用可能である。何れの場合にも、端子と溶接部との間に蓋押圧部の押圧側周縁部が介在することによって、溶接時の熱や反射光を蓋押圧部によって遮断でき、熱や反射光による端子への悪影響を抑制できる。また、少なくとも蓋押圧部を熱伝導性に優れる材料で構成すれば、溶接時の熱を蓋押圧部に伝導させ、さらに蓋押圧部を介して外気に逃すことができる。つまり、この場合には、蓋押圧部はラジエータのように機能する。この場合には端子に作用する熱量をさらに低減でき、熱による端子への悪影響をさらに抑制できる。熱伝導性に優れる材料としては、銅やアルミニウム、鉄等に代表される金属や合金を使用するのが好ましいが、これに限定されるものではない。また、腐食防止のため、蓋押圧部にはメッキ処理を施しても良い。特にレーザー溶接の場合、反射光による熱の影響を低減するため、クロムやニッケル等、反射率の高い材料を用いてメッキ処理をおこなうのが好ましい。

本発明の二次電池溶接用治具における蓋押圧部およびケース保持部は、各々、１つの部材であっても良いし、複数の分体で構成されていても良い。また、本発明の二次電池溶接用治具は、蓋押圧部およびケース保持部以外の部材を含んでも良い。例えば、蓋押圧部および／またはケース保持部を複数の分体で構成する場合に、各分体を固定し一体化するための連結部等である。

以下、本発明の二次電池溶接用治具について具体的に説明する。

（実施例）
実施例の二次電池溶接用治具を模式的に表す分解斜視図を図１に示す。実施例の二次電池溶接用治具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す上面図を図２に示す。詳しくは、図２は二次電池および二次電池溶接用治具を図１に示す上側から見た様子を表す図である。実施例の二次電池溶接用治具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す要部拡大断面図を図３に示す。実施例の二次電池溶接用治具、および、当該治具を二次電池の蓋体およびケース体に組み付けるための補助具を二次電池に組み付けた様子を模式的に表す説明図を図４に示す。なお、図３および図４は、実施例の二次電池および二次電池溶接用治具を図２に示すＡ−Ａ位置で切断した様子を表す。以下実施例において、上、下、左、右、前、後とは、図１に示す上、下、左、右、前、後を指す。

実施例１の二次電池溶接用治具１は、二次電池４を溶接する際に用いられるものである。二次電池４は蓋体４０、ケース体４１、および、ケース体４１に収容される二次電池構成要素を備える角型電池である。ケース体４１は上面が開口した断面矩形の箱状をなす。ケース体４１の内部には二次電池構成要素が収容されている。二次電池構成要素は端子４２および電極４３等を含むものであり、二次電池の構成要素としては一般的なものである。蓋体４０は略矩形の板状をなす。図３に示すように、蓋体４０は開口を覆うようにケース体４１の上面に載置され、溶接される。蓋体４０の外径はケース体４１の内径よりも大きい。換言すると、蓋体４０の外周面４０ｖはケース体４１の内周面４１ｗよりも外側に配置され、ケース体４１の外周面４１ｖと略面一である。したがって、蓋体４０とケース体４１との溶接部４５は、蓋体４０およびケース体４１の上面側ではなく側面側（外周面４０ｖ、４１ｖ側）に形成される。

蓋体４０には、上下方向に延びる２つの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、端子４２を挿通するための挿通部４９である。端子４２は挿通部４９を経てケース体４１および蓋体４０の外方（図１における上方）に露出する。なお、蓋体４０およびケース体４１はアルミニウム製である。

図１に示すように、二次電池溶接用治具１は、ケース保持部２および蓋押圧部３で構成されている。ケース保持部２は、略Ｌ字の柱状をなす２つの分体２１、２２が組み合わされてなり、全体として略枠状をなす。一方の分体２１は、ケース体４１の外周面４１ｖのなかで前面および右面に当接する。また、他方の分体は、ケース体４１の外周面４１ｖのなかで後面および左面に当接する。２つの分体２１、２２は図４に示す締結具１９により一体化されている。なお、実施例では締結具１９としてクランプを用いている。クランプは、分体２１における右前側の角（図２における角部２１ａ）と、分体２２における左後側の角（図２における角部２２ａ）とに各々取り付けられ、分体２１、２２をケース保持部２の対角方向に締結している。締結具１９としては、例えば締結バンド等のクランプ以外のものを用いても良い。或いは、締結具１９を用いず、分体２１、２２自体に係合部を設けることで、分体２１、２２を係合一体化しても良い。それ以外の方法で分体２１、２２を一体化しても良い。何れの場合にも、分体２１、２２はケース体４１を外側から内側に向けて締め付けるのが好ましい。こうすることで、ケース体４１を外周側から安定して保持できる。なお、ケース保持部２はケース体４１の上端部よりもやや下側に配置されている。

蓋押圧部３は、蓋体４０側に配置される面（対向面３０ａ）と、蓋体４０の逆側に配置される面（つまり対向面３０ａに背向する面、押圧面３０ｂ）と、を有する。対向面３０ａは、溶接時に蓋体４０の外面４０ｃ（上側の面、図１に示す）に当接する当接領域３０ｘを持つ。蓋押圧部３は蓋体４０の上側に配置され、ケース保持部２はケース体４１の上端部よりもやや下側に配置されている。したがって、溶接時においては、蓋押圧部３とケース保持部２とは離間配置される。つまり、図３に示すように、蓋押圧部３とケース保持部２との間には隙間９０が形成されている。この隙間９０には、蓋体４０とケース体４１との接合部分が露出する。この接合部分は溶接一体化される部分、つまり、溶接部４５である。

図１〜３に示すように、蓋押圧部３における端子４２に対応する位置には、貫通孔状をなす端子逃し部３９がそれぞれ設けられている。端子逃し部３９は上下方向に延びる。換言すると、端子逃し部３９は、蓋押圧部３の対向面３０ａと押圧面３０ｂとの間にわたって貫通形成されている。各端子逃し部３９には、それぞれ対応する端子４２が挿通される。実施例の二次電池溶接用治具１においては、端子逃し部３９は貫通孔状をなし、端子４２は端子逃し部３９を経て蓋押圧部３の外方（上方）に露出するが、端子逃し部３９の形状はこれに限定されない。例えば、蓋押圧部３が厚肉である場合には、端子逃し部３９を行き止まり穴状にしても良い。この場合、端子４２の端部は端子逃し部３９の内部に収容される。つまり、端子逃し部３９は、対向面３０ａと押圧面３０ｂとの間に形成され、かつ、少なくとも対向面３０ａに開口すれば良い。

図３に示すように、蓋押圧部３の外周面３０ｖと端子逃し部３９との間は離間している。したがって、実施例の二次電池溶接用治具１において、端子逃し部３９の外周側（すなわち径方向外側、図３においては前側および後側）には、蓋押圧部３の周方向全周にわたって連続する押圧側周縁部３３が形成されている。換言すると押圧側周縁部３３は、蓋押圧部３の周縁部を蓋押圧部３の全周にわたって構成している。

図１、３に示すように、押圧側周縁部３３における対向面３０ａは、当接領域３０ｘとテーパ領域３０ｙとで構成されている。押圧側周縁部３３における当接領域３０ｘは、端子逃し部３９の周縁部を構成する平坦面状をなす。テーパ領域３０ｙは、当接領域３０ｘの外周側に配置され、蓋押圧部３の内周側下方から外周側上方に向けて傾斜するテーパ面状をなす。換言すると、押圧側周縁部３３における対向面３０ａのテーパ領域３０ｙは、ケース保持部２の逆側に向けて部分的に傾斜している。したがって、押圧側周縁部３３における押圧面３０ｂを充分な大きさにでき、蓋押圧部３に充分な押圧力を加えることができ、かつ、蓋体４０の特に外周部をケース体４１に向けて充分な力で押圧できる。すなわち、溶接部４５において蓋体４０とケース体４１とが充分に密着する。また、図３に示すように、蓋押圧部３とケース保持部２との間には大きな隙間９０が確保されている。また、ケース保持部２の上側部分は、押圧側周縁部３３と対称なテーパ形状をなす。具体的には、ケース保持部２の上面（押圧側周縁部３３に対面する面）には、押圧側周縁部面３３の逆側に傾斜するテーパ面状をなす第２のテーパ領域２０ｙが設けられている。このことによって、蓋押圧部３とケース保持部２との間の隙間９０はさらに大きくなっている。蓋押圧部３およびケース保持部２は銅製である。

実施例の二次電池溶接用治具１は、図４に示すように、補助具５によって二次電池４に組み付けられる。補助具５は、スペーサ５０、押圧要素６０および駆動要素７０を備える。スペーサ５０は全体として略筒状をなし、筒を縦割り２分割した形状をなす２つのスペーサ分体５１、５２で構成されている。スペーサ分体５１、５２の内周面５１ｗ、５２ｗは、ケース体４１の外周面４１ｖに対応した形状をなす。スペーサ５０は、ケース保持部２よりもさらに下側において、ケース体４１に外周側から装着されている。スペーサ５０とケース保持部２とは当接している。スペーサ５０はアルミニウム製である。なお、スペーサ５０の材料はこれに限らず、例えばステンレススチール等の金属材料を用いても良い。但し、二次電池溶接用治具１および二次電池４をスペーサ５０を介してラジエータフィン等の他の冷却構造に熱的に接続する場合には、スペーサ５０の材料として熱伝導性に優れる材料（例えば銅等）を用いるのが好ましい。

押圧要素６０は、蓋押圧部３を蓋体４０の押圧部に向けて押圧するためのものである。押圧要素６０は、ゲート６１、第１の支持台６２、第２の支持台６３、エアシリンダ６４、および従動軸部６５を備える。ゲート６１は略枠状をなし、床８０に設置されている。ゲート６１は左右方向、すなわち、図４における紙面手前側−紙面奥側方向に開口している。ゲート６１の内部は、前後方向に延びる区画壁６７によって、上室６１ａおよび下室６１ｂに区画されている。区画壁６７の略中央部には貫通孔状の連絡孔６８が設けられている。

下室６１ｂには、駆動要素７０が配設されている。駆動要素７０は、溶接時にケース体４１、蓋体４０および二次電池溶接用治具１を回転駆動するためのものであり、これらが回転することで、固定配置されている図略のレーザー溶接機によって溶接部４５全体を一筆書き状に溶接することが可能である。駆動要素７０はターンテーブルからなり、床８０に設置されている。上記した押圧要素６０のエアシリンダ６４は、駆動要素７０の上に固定されている。エアシリンダ６４は駆動要素７０とともに回転する。エアシリンダ６４の上部は連絡孔６８を経て上室６１ａに露出している。エアシリンダ６４上には、第１の支持台６２が固定されている。エアシリンダ６４は、第１の支持台６２を上方に押圧可能である。第１の支持台６２上にはスペーサ５０、ケース体４１、蓋体４０および二次電池溶接用治具１が載置される。このときスペーサ５０の底面５０ｚ（実施例においては、さらにケース体４１の底面４１ｚ）は第１の支持台６２に当接する。したがって、スペーサ５０、ケース体４１、蓋体４０および二次電池溶接用治具１は、第１の支持台６２とともに上動可能である。

蓋押圧部３の上面すなわち押圧面３０ｂには、第２の支持台６３が当接している。第２の支持台６３は、従動軸部６５を介して、ゲート６１に回転可能に枢支されている。スペーサ５０、ケース体４１、蓋体４０および二次電池溶接用治具１は、第１の支持台６２と第２の支持台６３とによって挟持され、駆動要素７０によって回転駆動される。なお、スペーサ５０とケース体４１との間は僅かに離間している。これは、ケース保持部２をケース体４１に積極的に面接触させて、溶接部４５に近いケース保持部２で吸熱をおこなうためである。また、溶接時にケース保持部２に伝導した熱がスペーサ５０を介してケース体４１に伝達するのを抑制するためである。

溶接時には、スペーサ５０、ケース体４１、蓋体４０および二次電池溶接用治具１を回転駆動し、隙間９０にシールドガスを吹き込みつつ、溶接部４５にレーザービームをあてる。このとき、上述したように、蓋押圧部３により蓋体４０をケース体４１に向けて充分な力で押圧でき、溶接部４５において蓋体４０とケース体４１とが密着しているため、蓋体４０とケース体４１とは精度高く溶接され、溶接不良を抑制できる。

また、隙間９０が充分な大きさであり、二次電池溶接用治具１が溶接作業の妨げになることもない。また、溶接部４５の周囲には蓋押圧部３の押圧側周縁部３３とケース保持部２とで区画形成された隙間９０が設けられている。この隙間９０がシールドガスのガス溜まりとして機能するため、溶接部４５に効率良くシールドガスを供給できる。さらに、蓋押圧部３によって溶接部４５と端子４２との間を区画しているため、溶接時に生じる熱や反射光が端子４２に到達し難い。さらに、蓋押圧部３およびケース保持部２は熱伝導性に優れる銅製であるため、溶接時の熱を逃すラジエータとして機能する。このため溶接時における端子４２の変形や損傷、劣化を抑制できる。よって、実施例の二次電池溶接用治具１によると、端子４２と溶接部４５とが近接した角型の二次電池４における蓋体４０とケース体４１とを、溶接不良を抑制しつつ溶接することができる。また、シールドガスの使用量増大を抑制することもできるため、低コストで溶接することができる。

実施例の二次電池溶接用治具１においては、押圧側周縁部３３が蓋押圧部３における周縁部の全周を構成しているため、溶接部４５を一筆書き状に溶接することができる。しかし、押圧側周縁部３３は、蓋押圧部３における周縁部の一部のみを構成しても良い。この場合には、溶接すべき溶接部４５と端子との間に押圧側周縁部３３が介在するように、蓋体４０およびケース体４１に対する二次電池溶接用治具１の向きを変えつつ、複数回に分けて溶接を行えば良い。

本発明の二次電池溶接用治具１は種々の材料からなる蓋体４０およびケース体４１を溶接する際の治具として用いることができるが、アルミニウム製の蓋体４０およびケース体４１を溶接する際に特に好ましく用いられる。アルミニウム材は、一般に、溶接が困難だとされている。これは、反射率が高い、酸化し易い、および、歪み易い等のアルミニウムの特性によるものである。本発明の二次電池溶接用治具１は、押圧側周縁部３３によって、シールドガスの流出を阻害するガス溜まりを形成し、かつ、溶接時の反射光や熱を遮る。このため、一般には溶接困難とされているアルミニウム材同士の溶接をおこなう場合にも、溶接箇所の酸化劣化を抑制して高品質の溶接体を得ることができ、かつ、端子４２の熱変形等を抑制できる。充分な大きさの押圧面３０ｂを確保することで、歪みに抗して蓋体４０およびケース体４１の溶接部４５を密着させることもできる。つまり、本発明の二次電池溶接用治具１は、アルミニウム製の蓋体４０およびケース体４１を溶接するための治具として特に適している。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

本発明の二次電池溶接用治具は、例えば電気自動車用のバッテリーやハイブリッド自動車用のバッテリーに代表される各種電子機器用の二次電池を製造するための治具として、好ましく用いることができる。

１：二次電池溶接用治具 ２：ケース保持部 ３：蓋押圧部
３０ａ：対向面 ３０ｂ：押圧面 ３０ｘ：当接領域
３０ｙ：テーパ領域 ３３：押圧側周縁部 ３９：端子逃し部
４：二次電池 ４０：蓋体 ４０ｖ：蓋体の外周面
４０ｃ：蓋体の外面 ４１：ケース体 ４１ｗ：ケース体の内周面
４１ｖ：ケース体の外周面 ４２：端子 ４５：溶接部
４９：挿通部 ９０：隙間 ５：補助具
５０：スペーサ ６０：押圧要素 ７０：駆動要素

Claims (4)

1. 端子を含む二次電池構成要素を収容する角型の箱状をなすケース体と、前記端子を挿通する貫通孔状の挿通部を有し前記ケース体の開口を覆う蓋体と、を溶接するための二次電池溶接用治具であって、
   前記ケース体の外周面に当接し前記ケース体を外周側から保持するケース保持部と、
   前記蓋体の外面に対面する対向面と、前記対向面に背向する押圧面と、を有し、溶接時において前記対向面の一部からなる当接領域が前記蓋体に当接するとともに前記ケース保持部と離間配置される蓋押圧部と、を有し、
   前記溶接時において、前記蓋押圧部と前記ケース保持部との間には、前記蓋体と前記ケース体との溶接部を露出する隙間が形成され、
   前記蓋押圧部は、前記対向面と前記押圧面との間に形成され少なくとも前記対向面に開口している端子逃し部と、前記端子逃し部の外周側に配置され前記蓋押圧部の周縁部の少なくとも一部を構成する押圧側周縁部と、を有し、
   前記押圧側周縁部における前記対向面は、前記当接領域と、前記ケース保持部の逆側に向けて傾斜するテーパ面状をなすテーパ領域と、を備え、
   前記当接領域と前記テーパ領域とは、前記端子逃し部側から順に、前記当接領域、前記テーパ領域の順に配置されている二次電池溶接用治具。
2. 前記押圧側周縁部は、前記蓋押圧部の周縁部を前記蓋押圧部の全周にわたって構成している請求項１に記載の二次電池溶接用治具。
3. 前記ケース保持部のなかで前記押圧側周縁部に対面する面は、前記押圧側周縁部の逆側に向けて傾斜するテーパ面状をなす第２のテーパ領域を備える請求項１または請求項２に記載の二次電池溶接用治具。
4. 前記蓋体および前記ケース体はアルミニウム製である請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の二次電池溶接用治具。

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