JP6031770B2 - 導電部材接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、電池を構成する導電部材同士を接続する導電部材接続構造に関するものである。

従来の電池において、電池筐体内の発電要素に接続された集電体と外部端子との接続、集電体及び外部端子の間に介在する構成部品同士の接続、又は、当該構成部品と集電体又は外部端子との接続は、円筒状のリベットを用いたカシメ加工により行われている。

例えば、特許文献１に示すように、集電体に電気的に接続される円筒状リベットの一端部をガスケットを介して電池筐体外に導出し、その導出されたリベットの一端部を、外部端子の接続板（端子台）に形成された貫通孔に挿入してかしめることにより、集電体と外部端子の接続板とが電気的及び機械的に接続される。

しかしながら、従来の電池において、接続板は、カシメ加工により潰された部分の圧力によって固定されており、カシメ加工におけるカシメ圧力が弱いと、接続板が回転方向に動いてガタついてしまう等、機械的接続が不十分となってしまう。また、接続板とリベットとの電気的接続も、カシメ加工により潰された部分の圧力によって行われているため、機械的接続が不十分であると、電気抵抗が上昇するという不具合がある。

上記の問題を解決するためには、カシメ圧力を大きくしてカシメ加工を強力にする必要があり、そのため、リベットにカシメ加工の際に接続板を受けるための台座部を設けたものが考えられている。

しかしながら、リベットに台座部を設けることで、接続板を含む外部端子全体の高さ寸法が大きくなる傾向がある。また、リベットに台座部を設けることにより、リベットの材料コストや加工コストが高くなり、部品質量も大きくなる傾向がある。

ここで、特許文献２に示すように、接続板に形成された貫通孔に逃げ部を形成し、リベットをかしめたときに、当該リベットを逃げ部に食い込ませるように構成したものがある。これにより、周方向に対するガタつきを無くし、接触状態を良好に保つようにしている。

しかしながら、接続板の厚さによっては、逃げ部への食い込みが不十分となってしまう場合がある。そのため、依然としてカシメ加工により潰された部分の圧力により、機械的接続を確保しなければならず、上記と同様の問題が生じてしまう。

特開２００３−３１２０５号公報 特開２００９−２７７６０３号公報

そこで本発明は、カシメ加工の強弱に関わらず、導電部材同士の機械的接続を確実にして回転方向のガタつき等を防止することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る導電部材接続構造は、導電部材同士を接続する導電部材接続構造であって、一方の導電部材に形成されたリベット部と、他方の導電部材に形成されて前記リベット部が挿入される貫通孔とを備え、前記リベット部の軸方向に直交する断面形状と前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状とが互いに異なり、前記リベット部が前記貫通孔に圧入され、前記リベット部又は前記貫通孔の一方の軸方向に直交する断面形状が、他方の軸方向に直交する断面形状に対応した形状となっている部分を有することを特徴とする。

前記リベット部の軸方向に直交する断面形状又は前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一方が非円形であることが望ましい。なお、非円形の例としては、例えば、三角形、四角形、八角形等の多角形、円の周方向に１つ以上の凸部が形成された形状、又は楕円形状等が考えられる。

前記貫通孔に圧入されたリベット部がかしめられていることが望ましい。

前記一方の導電部材及び前記他方の導電部材のうち、硬い方の導電部材に形成されたに形成されたリベット部又は貫通孔の軸方向に直交する断面形状が非円形であることが望ましい。

前記一方の導電部材が、前記他方の導電部材よりも軟らかい材料から形成されていることが望ましい。

前記リベット部の軸方向に直交する断面形状が円形であり、前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状が非円形であることが望ましい。

前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状が、周方向に凹凸形状を有するものであることが望ましい。

単電池を構成する導電部材同士の接続としては、前記一方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体又は外部端子の一方であり、前記他方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体又は外部端子の他方であることが望ましい。また、前記一方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体及び外部端子の間に介在する接続体であり、前記他方の導電部材が前記集電体又は前記外部端子であることが望ましい。さらに、単電池を構成する導電部材同士が、電池筐体内の発電要素に接続された集電体及び外部端子の間に介在する接続体同士であっても良い。

本発明の導電部材接続構造は、組電池を構成する複数の単電池及びバスバーにおいても適用可能であり、この場合、前記一方の導電部材が電池筐体の外部端子であり、前記他方の導電部材がバスバーであることが望ましい。

上記の導電部材接続構造を用いて蓄電素子を構成することが望ましい。

このように構成した本発明によれば、カシメ加工の強弱に関わらず、導電部材同士の機械的接続を確実にして回転方向のガタつき等を防止するとともに導電部材同士の電気的接続を確実にして電気抵抗を低減することができる。

本実施形態における電池の構成を模式的に示す断面図。 同実施形態における外部端子及び集電体の接続構造を示す断面図。 同実施形態における接続板部材の平面図。 同実施形態における接続軸部材の側面図。 同実施形態における接続板部材及び接続軸部材の接続方法を示す図。 変形実施形態における貫通孔を示す平面図。

以下に本発明に係る電池の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る電池１００は、例えばハイブリッド電気自動車といった電気自動車等に搭載されるものであり、例えばリチウムイオン電池等の非水電解液二次電池である。

具体的にこの電池は、図１に示すように、全体として扁平な概略直方体形状の電池筐体２と、前記電池筐体２に収容される発電要素３と、当該発電要素３の幅方向両端部に接続される正極集電体４及び負極集電体５と、正極集電体４及び負極集電体５それぞれに電気的に接続された外部正極端子６及び外部負極端子７とを有する。発電要素３は、正極活物質を塗布した長尺シート状の箔状正極板と負極活物質を塗布した長尺シート状の箔状負極板とをセパレータを介して、断面概略長円形状となるように巻回して構成されている。

この電池１００における外部正極端子６及び正極集電体４の詳細な構造を、図２に示す。なお、外部正極端６子及び正極集電体４の構造と、外部負極端子７及び負極集電体５の接続構造とは同一であるため、図２においては、正極側の構造について示している。

具体的には、電池筐体２の蓋体２１の上面側に端子側パッキン８が重ねられ、端子側パッキン８の上面側に、外部正極端子６の正極側プレート端子部６１（以下、接続板部材６１という。）が重ねられている。

接続板部材６１は、図３に示すように、蓋体２１に形成された軸部材挿入孔２１ａに対応して、一端側に形成された貫通孔６１ａを有している。そして、この貫通孔６１ａが、端子側パッキン８の貫通孔８ａ及び蓋体２１の軸部材挿入孔２１ａに対応するように重ねられる。また、接続板部材６１の他端側には、正極ねじ部材６２が挿入される端子挿入孔６１ｂが形成されている。この端子挿入孔６１ａに挿入された正極ねじ端子部６２の頭部は、端子側パッキン８に埋設され、正極ねじ端子部６２のねじ部は、接続板部材６１に形成された端子挿入孔６１ａを貫通して、接続板部材６１の上部に突出している。

端子側パッキン８は、接続板部材６１が蓋体２１に接触しないように接続板部材６１及び蓋体２１の上面の間に介在して設けられており、平面視において接続板部材６１よりも大きな面積を有する平板状をなし、蓋体２１に形成された軸部材挿入孔２１ａに対応して形成された貫通孔８ａと、前記軸部材挿入孔２１ａに挿入される筒状部８ｂを有している。

また、蓋体２１の下面側に集電体側パッキン９が重ねられ、集電体側パッキン９の下面側に、集電体４の被取付部４１が重ねられている。

集電体４の被取付部４１は、平板状をなすものであり、蓋体２１に形成された軸部材挿入孔２１ａに対応して貫通孔４１ａを有している。そして、この貫通孔４１ａが、集電端子側パッキン９に形成された貫通孔９ａ及び蓋体２１の軸部材挿入孔２１ａに対応するように重ねられる。

集電体側パッキン９は、集電体４の被取付部４１が蓋体２１に接触しないように被取付部４１及び蓋体２１の下面の間に介在して設けられており、蓋体２１に形成された軸部材挿入孔２１ａに対応して形成された貫通孔９ａを有している。

そして、図２に示すように、接続軸部材１０（リベット部材）が、接続板部材６１の貫通孔６１ａ、端子側パッキン８の貫通孔８ａ、蓋体２１の軸部材挿入孔２１ａ、集電体側パッキン９の貫通孔９ａ、及び、集電体４の被取付部４１の貫通孔４１ａを貫通して、接続軸部材１０の下端部１０１（筐体内側端部）が集電体４の被取付部４１にかしめられ、接続軸部材１０の上端部１０２（筐体外側端部）が接続板部材６１にかしめられている。このようにして、本実施形態では、１つの接続軸部材１０によって、外部正極端子６、端子側パッキン８、蓋体２１、集電体側パッキン９及び集電体４を一体化している。

しかして本実施形態では、接続板部材６１と接続軸部材１０の上端部であるリベット部１０１との接続構造、及び、集電体４及び接続軸部材１０の下端部であるリベット部１０２との接続構造が、以下の構成を有している。なお、図５では、接続板部材６１と接続軸部材１０の一端部であるリベット部１０１との接続方法を示しており、端子側パッキン８は省略している。また、以下の説明においては、接続板部材６１と接続軸部材１０の一端部であるリベット部１０１との接続構造について説明するが、集電体４及び接続軸部材１０の他端部であるリベット部１０２との接続構造も同様である。

接続軸部材１０は、図４に示すように、回転体形状をなすものであり、端子側パッキン８の貫通孔８ａ及び接続板部材６１の貫通孔６１ａに嵌め入れられる第１のリベット部１０１と、当該第１のリベット部１０１の下端に連続して形成された前記第１のリベット部１０１よりも大径であり、集電体側パッキン９の貫通孔９ａ及び集電体４の被取付部４１の貫通孔４１ａに嵌め入れられる第２のリベット部１０２とを有する。つまり、本実施形態の軸接続部材１０は段付き円柱又は円筒形状をなしている。

そして、第１のリベット部１０１の軸方向に直交する断面輪郭形状と、接続板部材６１の貫通孔６１ａの軸方向に直交する断面開口形状とは互いに異なる。

本実施形態の第１のリベット部１０１は、その軸方向に直交する断面輪郭形状が等断面形状をなすものであり、接続板部材６１の貫通孔６１ａは、その軸方向に直交する断面開口形状が等断面形状をなすものである。このようにいずれも等断面形状とすることで、リベット部１０１及び貫通孔６１ａの加工を容易にしている。

そして、本実施形態では、第１のリベット部１０１の軸方向に直交する断面輪郭形状が円形であり、貫通孔６１ａの軸方向に直交する断面開口形状が非円形である。より詳細には、貫通孔６１ａの軸方向に直交する断面開口形状は、円周方向全体に複数の凸部６１ａ１及び凹部６１ａ２を有する概略歯車形状である（図３参照）。なお、円周方向に部分的に歯車状の凹凸を有するものであっても良い。

また、リベット部１０１の断面輪郭形状及び貫通孔６１ａの断面開口形状との関係は、リベット部１０１を貫通孔６１ａに嵌め入れる場合に、圧力を加えて、リベット部１０１が変形しなければ嵌らない関係である。本実施形態では、リベット部１０１の直径が、歯車形状をなす貫通孔６１ａの内接円よりも大きく、歯車における基準円に相当する部分の直径と略同一となるようにしている。

ここで、リベット部１０１を有する接続軸部材１０は、貫通孔６１ａを有する接続板部材６１より軟らかい材料から形成されている。これにより、硬い方の導電部材（本実施形態では接続板部材６１）に形成されたリベット部又は貫通孔（本実施形態では貫通孔６１ａ）が非円形となるように構成している。このように硬い材質の部材に非円形の貫通孔６１ａを形成することで、当該貫通孔６１ａに圧入されたリベット部１０１が非円形に変形することになり、導電部材６１、１０同士の回転方向のガタつきを防止するように構成している。

例えば正極端子６側においては、接続軸部材１０はアルミニウムからなり、接続板部材６１は銅からなる。これにより、正極端子６側の接続軸部材１０を接続板部材６１よりも軟らかくしている。このようなことから、正極端子６側の接続軸部材１０は、接続板部材６１により変形され易く本発明の効果を一層顕著にできる。一方、負極端子側においては、接続軸部材及び接続板部材ともに銅からなる。

このように構成した接続軸部材１０及び接続板部材６１を接続する場合には、図５に示すように、接続軸部材１０のリベット部１０１を接続板部材６１に貫通孔６１ａに圧入し、この圧入により、リベット部１０１が貫通孔６１ａに嵌め入れられると同時に変形して、リベット部１０１の断面形状が、貫通孔６１ａの断面形状に対応するように変形する。つまり、リベット部１０１が貫通孔６１ａに嵌め入れられるときに、リベット部１０１の外周部において、貫通孔６１ａの凸部に突き当たる部分が、当該凸部６１ａ１により凹部６１ａ２側に押し退けられて、凹部６１ａ２内に充填されて、貫通孔６１ａの断面開口形状がリベット部１０１の断面輪郭形状に転写される。このとき、リベット部１０１が等断面形状の場合には、リベット部１０１の先端部を貫通孔６１ａに挿入する作業が難しくなるため、リベット部１０１の先端部を先細り形状のテーパ形状としていることが望ましい。まお、貫通孔６１ａのリベット部挿入側（下面側）に、リベット部１０１をガイドするためのテーパ面を形成しても良い。

そして、リベット部１０１は接続軸部材６１の段付き部（大径部の端面）に貫通孔６１ａ（接続板部材６１の下面が接触するまで挿入される。この状態において、貫通孔６１ａにより変形されたリベット部１０１が接続板部材６１の上面から突出する。この突出した部分は、貫通孔６１ａの断面開口形状に対応した形状となっている。この突出した部分をかしめることによって、接続軸部材１０及び接続板部材６１同士が接続される。ここで、接続軸部材６１の段付き部が、従来の台座部としての機能を発揮するが、カシメ圧力を大きくする必要が無いため、段付き部はそれほど大きいものでなくても良い。なお、接続軸部材１０及び集電体４の被取付部４１との接続も上記と同様である。

このように構成した本実施形態に係る電池１００によれば、リベット部１０１及び貫通孔６１ａの軸方向に直交する断面形状が互いに異なり、リベット部１０１が貫通孔６１ａに圧入されることにより、リベット部１０１の断面形状が、貫通孔６１ａの断面形状に対応するように変形することから、カシメ加工の強弱に関わらず、導電部材である接続板部材６１及び接続軸部材１０同士の回転方向のガタつきを防止することができる。ここで、接続軸部材１０よりも硬い接続板部材６１の貫通孔６１ａが非円形であることから、貫通孔６１ａに圧入されたリベット部１０１が非円形に変形し易く、接続板部材６１及び接続軸部材１０同士の回転方向のガタつきをより一層防止することができる。

また、リベット部１０１が貫通孔６１ａに圧入されて、リベット部１０１の断面形状が、貫通孔６１ａの断面形状に対応するように変形することから、接続板部材６１及び接続軸部材１０同士の電気的接触が、圧入による接触面圧及びカシメ加工により潰された部分の圧力の両方で行われるため、接続板部材６１及び接続軸部材１０同士間の電気抵抗を低減することができる。仮に、カシメ加工が緩んだとしても、圧入による接触面圧により電気的接触が確保されているため、電気抵抗の上昇を抑えることができる。ここで、貫通孔６１ａの断面開口形状が周方向に凹凸形状を有するものであるため、圧入された後のリベット部１０１の外側周面及び貫通孔６１ａの内側周面の接触面積を増大させて電気的接触を向上させることができる。

さらに、圧入により接合力稼ぐことで、接続板部材６１及び接続軸部材１０の回転方向のガタつき防止と電気抵抗の上昇を抑えることができるため、従来のように特別な台座部を設けて強力にかしめる必要が無く、リベット部１０１の形状をコンパクトにすることができる。また、リベット部１０１に台座を設ける必要が無いため、リベット部１０１に伴う材料コストや加工コストの増大、部品質量の増大を無くすことができる。

加えて、リベット部１０１を構成する接続軸部材１０がアルミニウムであり、貫通孔６１ａを構成する接続板部材６１が銅である正極端子側において、本実施形態の効果を一層顕著にすることができる。つまり、接続軸部材１０が接続板部材６１よりも軟らかいことから、リベット部１０１をかしめ易い。なお、接続軸部材１０の方が硬い場合には、リベット部１０１をかしめるときに、接続板部材６１の貫通孔６１ａが変形してしまい、電気的接触が不十分になってしまう等の恐れがある。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、接続軸部材１０が外部端子６、７及び集電体４、５とは別体の構成であったが、接続軸部材１０を外部端子６、７又は集電体４、５と一体の構成としても良い。つまり、外部端子６、７（例えば外部正極端子６を構成する接続板部材６１）がリベット部を有するものであり、集電体４の被取付部４１に形成された貫通孔４１ａに圧入されるように構成しても良い。また、集電体４がリベット部を有するものであり、外部正極端子（例えば外部正極端子６を構成する接続板部材６１）に形成された貫通孔６１ａに圧入されるように構成しても良い。

また、前記実施形態では、１つの電池において、当該電池を構成する導電部材同士を接続する態様について説明したが、組電池を構成する導電部材、つまり、単電池における外部端子と、隣接した単電池の端子間を接続するバスバーとを接続する場合にも適用可能である。この場合、外部端子の軸方向に直交する断面形状とバスバーの端子接続孔の軸方向に直交する断面形状とが互いに異なり、外部端子が端子接続孔に圧入されることにより、外部端子又は端子接続孔の一方の断面形状が、他方の断面形状に対応するように変形することになる。

さらに、前記実施形態の貫通孔の断面形状は概略歯車形状をなすものであったが、非円形であれば特に限定されず、図６（Ａ）に示すように、六角形等の多角形状であっても良い。また、図６（Ｂ）に示すように、円周方向に凸部が形成されたものであっても良い。さらに、図６（Ｃ）に示すように、周方向にギザギザの凹凸形状を有するものであっても良い。特に図６（Ｃ）に示すように、ギザギザの凹凸形状であれば、リベット部を変形させ易くすることができ、リベット部を貫通孔に圧入しやすくするとともに、圧入した後のリベット部の外側周面及び貫通孔の内側周面の接触面積を増大させて電気的接触を向上させることができる。その他、リベット部及び貫通孔共に非円形としても良い。この場合、リベット部が貫通孔に圧入された状態において、リベット部の外側周面と貫通孔の内側周面との接触部の断面形状が非円形であれば、回転方向のガタつきを防止することができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・電池
３・・・発電要素
４、５・・・集電体
６・・・外部正極端子
７・・・外部負極端子
１０・・・一方の導電部材（接続軸部材）
１０１・・・リベット部
６１・・・他方の導電部材（接続板部材）
６１ａ・・・貫通孔

Claims (10)

1. 導電部材同士を接続する導電部材接続構造の製造方法であって、
   一方の導電部材はリベット部を有し、他方の導電部材は前記リベット部が挿入される貫通孔を有するとともに、前記リベット部の軸方向に直交する断面形状又は前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一方が非円形であり、
   前記リベット部を前記貫通孔に圧入することによって、前記リベット部又は前記貫通孔の一方の軸方向に直交する断面形状を、他方の軸方向に直交する断面形状に対応した形状とし、その対応した部分の断面形状を非円形とすることを特徴とする導電部材接続構造の製造方法。
2. 前記貫通孔に圧入されたリベット部を、かしめることを特徴とする請求項１記載の導電部材接続構造の製造方法。
3. 前記一方の導電部材及び前記他方の導電部材のうち、硬い方の導電部材に形成されたリベット部又は貫通孔の軸方向に直交する断面形状が非円形である請求項１又は２記載の導電部材接続構造の製造方法。
4. 前記一方の導電部材が、前記他方の導電部材よりも軟らかい材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の導電部材接続構造の製造方法。
5. 前記リベット部の軸方向に直交する断面形状が円形であり、
   前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状が非円形であることを特徴とする請求項４記載の導電部材接続構造の製造方法。
6. 前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状が、周方向に凹凸形状を有するものであることを特徴とする請求項５記載の導電部材接続構造の製造方法。
7. 前記一方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体又は外部端子の一方であり、
   前記他方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体又は外部端子の他方であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の導電部材接続構造の製造方法。
8. 前記一方の導電部材が電池筐体内の発電要素に接続された集電体及び外部端子を接続する接続体であり、
   前記他方の導電部材が前記集電体又は前記外部端子であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の導電部材接続構造の製造方法。
9. 前記一方の導電部材が電池筐体の外部端子であり、
   前記他方の導電部材がバスバーであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の導電部材接続構造の製造方法。
10. 導電部材同士を接続する導電部材接続構造を有する蓄電素子の製造方法であって、
    一方の導電部材はリベット部を有し、他方の導電部材は前記リベット部が挿入される貫通孔を有するとともに、前記リベット部の軸方向に直交する断面形状又は前記貫通孔の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一方が非円形であり、
    前記リベット部を前記貫通孔に圧入することによって、前記リベット部又は前記貫通孔の一方の軸方向に直交する断面形状を、他方の軸方向に直交する断面形状に対応した形状とし、その対応した部分の断面形状を非円形とすることを特徴とする蓄電素子の製造方法。