JP7081929B2 - 電池用外部端子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等に適用可能な電池用外部端子の製造方法に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池が自動車の動力源として採用されている。自動車の動力源として使用する場合、大容量の電池が必要になることから、例えば、特許文献１に示すように、複数の電池セルをモジュール化したものが搭載される。

前記電池セルの外部端子は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料で形成されており、頭部と、この頭部に一体成形される軸部とから構成される。軸部は、電池セルの内部に収納された集電板に接続される。

また、電池用外部端子の製造方法としては、特許文献２に示すように、冷間圧造による成型が知られている。

特許第６２５８８５８号公報 特許第６１１２１５７号公報

しかしながら、電池用外部端子を冷間圧造（ヘッダー加工）によって成形した場合、スプリングバックの影響により頭部表面が部分的に膨張してまう。電池セルは、外部端子同士を導電性のバスバーで溶接によって接続することでモジュール化されるものであるが、バスバーとの接合面である外部端子の頭部表面の平滑性が低いと、バスバーとの密着性が低くなり、安定した導電性を確保することができなくなる問題を有していた。

また、ヘッダー加工では加工油を用いるが、その加工油が頭部上面に滞留した状態でヘッダーパンチを押圧すると、頭部表面とヘッダーパンチとの境界面で逃げ場を失った加工油が、ヘッダーパンチに押圧されて頭部表面に打痕を発生させてしまう問題もあった。

本発明は、上記問題に鑑みて創成されたものであり、バスバーを溶接するにあたり、接合面の平滑性を高め、安定した導電性を確保することができる電池用外部端子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題は、溶接によりバスバーが接合される頭部と、集電板が接続される軸部とを備える電池用外部端子の製造方法であって、所定の長さに切断された金属片を一端が突出させるように受け駒で保持し、押圧面の中心部に突部を有し、その突部の側面が傾斜状に成形されたパンチで金属片の一端を押圧することにより頭部を成形するとともに、頭部表面の中心部に傾斜状の内周面を有する凹みを形成し、頭部表面の中心部を除いて平滑に仕上げて、その平滑に仕上げられた頭部表面にバスバーを接合する電池用外部端子の製造方法によって解決できる。

なお、前記パンチの突部は、基端側から先端側にかけて外径が小さくなるように形成されていることが好ましい。

なお、前記パンチの突部は、その側面が傾斜面に形成されていることが好ましい。

本発明の電池用外部端子の製造方法によれば、押圧面に突部が設けられたパンチで頭部を成形するので、スプリングバックの影響により頭部表面に膨張部が発生することを抑制するため、頭部表面の平滑性に優れた電池用外部端子を製造することができる。

また、仮に、押圧面が平坦なパンチを用いて頭部を成形した場合、スプリングバックの影響により頭部表面に発生する膨張部は山形状となる。そこで、突部が基端側から先端側にかけて外径が小さくなるように形成されたパンチを用いることにより、山形状の膨張部を概ね過不足なく相殺することで、頭部表面の平滑性がより優れたものとなる。

また、押圧面に突部を有するパンチで頭部を成形した場合、頭部表面に若干の凹部が成形される。頭部の成形は、加工油を用いたヘッダー加工で行われるため、この凹部に加工油が滞留し、滞留した加工油が突部に押し出されて頭部表面に溢れでる。このため、溢れ出た加工油がパンチに押圧されることにより、頭部表面に打痕を発生させる問題がある。そこで、突部の側面を傾斜面にすることで、このような突部によって形成された凹部の側面は、加工油を塞き止める機能を果たし、加工油が凹部から溢れ出ないようになっている。

本発明の電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子の正面視一部切り欠き断面図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子の平面図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子の使用形態を示す斜視図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法における切断工程を示す工程図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法における絞り工程を示す工程図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法における予備成形工程を示す工程図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法における仕上げ工程を示す工程図である。 本発明の電池用外部端子の製造方法における排出工程を示す工程図である。 図７に示す仕上げ工程で用いられるパンチの正面視一部切り欠き断面図である。 図９に示すパンチの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子の正面視一部切り欠き断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池用外部端子の製造方法において仕上げ工程で用いられるパンチの正面視一部切り欠き断面図である。 図１３に示すパンチの平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１および図２において、１０は、本発明である電池用外部端子の製造方法によって製造される電池用外部端子１０である。この電池用外部端子１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料で形成されており、頭部１１と、この頭部に一体成形される軸部１２とから構成される。

図３に示すように、電池用外部端子１０は、電池の一例であるリチウムイオン電池１の正極端子として用いられ、電池用外部端子１０の軸部１２には、リチウムイオン電池１の筐体内部に収納された集電板（図示せず）が接続される。また、電池用外部端子１０の頭部１１同士をバスバー２で溶接により接続することによって、複数のリチウムイオン電池１がモジュール化されている。

ここで、本発明である電池用外部端子の製造方法を、図３に基づいて説明する。本発明の電池用外部端子の製造方法は、図４ないし図８に示すように、線材２０を所定の長さに切断する切断工程と、前記切断工程により切断した棒状素材２３の先端部２３ａを絞り加工して軸部１２を成形する絞り工程と、前記棒状素材２３の他端部２３ｂを押圧して頭部１１を予備成形する予備成形工程と、予備成形された棒状素材の他端部２３ｂを押圧して頭部１１を圧造成形する仕上げ工程と、仕上げ工程によって棒状素材２３を成形することにより製作された電池用外部端子１０を受け駒から排出する排出工程とから成る。

図４に示すように、切断工程は、材質がアルミニウムである線材２０を切り駒２１の貫通孔２１ａへ挿通するとともに、線材２０の先端がストッパ２２に当接するまで繰出し、切り駒２１の貫通孔２１ａの開口部分から突出した線材２０を所定の長さに切断し、金属片の一例である棒状素材２３を製作する工程である。また、線材２０の切断は、線材２０の軸線と直交する方向（矢印Ａで示す方向）へ移動するカッター２４により行われる。

図５に示すように、絞り工程は、前記切断工程によって切断した棒状素材２３の先端部２３ａを絞り駒３１を用いて小径に絞り込む工程である。この絞り駒３１には、棒状素材２３の外径より小径の絞り孔３１ａと、この絞り孔３１ａに連通するとともに棒状素材２３の外径より若干大径の挿通孔３１ｂとが中心軸線上に穿設されている。

そこで、絞り工程では、まず、絞り駒３１の挿通孔３１ｂに棒状素材２３を挿入する。続いて、この棒状素材２３を絞りピン３２で絞り孔３１ａの位置する方向（矢印Ｂで示す方向）へ押圧する。すると、棒状素材２３の先端部２３ａは、塑性変形により絞り孔３１ａへ流入し、小径に絞り込まれる。最後に、絞り駒３１の絞り孔３１ａ側から挿入されたノックアウトピン３３を挿通孔３１ｂの位置する方向（矢印Ｃで示す方向）へ移動させることによって、棒状素材２３は絞り駒３１から排出する。

図６に示すように、予備成形工程は、受け駒４１および予備成形パンチ４２を用いて、前記絞り工程によって成形された棒状素材２３の他端部２３ｂを頭部１１の完成形状に近づけるための工程である。この受け駒４１は、棒状素材２３の先端部２３ａを挿入可能で、かつ他端部２３ｂを挿入不可能な内径に設定された挿入孔４１ａと、挿入孔４１ａに連通するとともに、棒状素材２３の他端部２３ｂを一部突出した状態で収容可能な予備成形穴部４１ｂとを有する。

また、予備成形パンチ４２は、端面にすり鉢形状の予備成形凹部４２ａを有する。予備成形パンチの予備成形凹部４１ｂを棒状素材２３の他端部２３ｂに向かって（矢印Ｄで示す方向）押圧する。これにより、棒状素材２３の他端部２３ｂは予備成形穴部４１ｂの内周面に沿って胴部膨れするように変形して頭部１１（他端部２３ｂ）が予備成形される。

さらに、予備成形パンチ４２の予備成形凹部４２ａの底面は、その中央部分に突部４２ｂを有している。このため、予備成形された棒状素材２３の頭部１１（他端部２３ｂ）の表面には中央部分に凹み２３ｃが形成される。

図７に示すように、前記仕上げ工程は、予備成形された棒状素材２３の頭部１１（他端部２３ｂ）を、パンチ５２で押圧することによって、図１及び図２に示す完成品である電池用外部端子１０の頭部形状に成形する工程である。このパンチ５２は、図９及び図１０に示すように、端面にはその中央部分に半円球状の突部５２ｂを有している。このように構成されたパンチ５２で、受け駒４１に保持されている予備成形された棒状素材２３の頭部１１（他端部２３ｂ）を押圧する。すると、棒状素材２３の頭部１１（他端部２３ｂ）が予備成形凹部４１ｂを充填するように塑性変形することによって、頭部１１が完成する。もちろん、突部５２ｂを有するパンチ５２で成形したため、棒状素材２３の頭部表面の中央部分には凹み２３ｅが形成されている。

図８に示すように、前記排出工程では、電池用外部端子１０に成形された棒状素材２３が、受け駒４１の挿入孔４１ａ側から挿入されたノックアウトピン４３を予備成形穴部４１ｂの位置する方向（矢印Ｅで示す方向）へ移動させることによって、受け駒４１から排出される。

ここで、前記仕上げ工程において、パンチ５２の押圧面（端面）５２ｃの中央部分に突部５２ｂを設ける理由としては、従来のように、押圧面に突部が無く平らなものを用いた場合、電池用外部端子の頭部表面が平滑性の低いものが成形されてしまう問題があった。これに対し、本発明のようなパンチ５２を用いて成形された電池用外部端子１０の頭部１１の表面においては、凹み２３ｅの周辺部２３ｄが平滑性の高いものとなり、ここにバスバー２をレーザー溶接あるいはスポット溶接するのに好適なものとなる。

以下、本発明の他の実施形態として、パンチ５２に代えて、図１３及び図１４に示すパンチ１５２を用いて、図１１及び図１２に示す電池用外部端子１１０を製造する方法を説明する。なお、当該他の実施形態においては、仕上げ工程で用いるパンチ１５２の構成以外の部分は、前述した電池用外部端子の製造方法と同様であるため、相違点のみ説明する。パンチ１５２は、押圧面１５２ｃの中央部分に円錐台の突部１５２ｂを有しており、突部１５２ｂの側面は傾斜面１５２ｄに成形されている。

図１１及び図１２に示すように、パンチ１５２を用いて成形された電池用外部端子１１０は、頭部１１１の表面に凹み１２３ｅが成形されるとともに、その周辺部１２３ｄは平滑性の高いものとなる。また、パンチ１５２の突部１５２ｂの傾斜面１５２ｄによって成形された凹み１２３ｅの内周面も傾斜面１２３ｆに成形される。

ここで、凹み１２３ｅに傾斜面１２３ｆを成形する理由としては、仕上げ工程では、加工油を用いて棒状素材２３の成形が行われる。このため、その加工油が電池用外部端子１１０の頭部１１１の表面に滞留した状態でパンチ１５２を押圧すると、頭部１１１の表面とパンチ１５２との境界面で逃げ場を失った加工油が、パンチ１５２の押圧面１５２ｃに押圧されて頭部１１１の表面に打痕を発生させてしまう問題もあった。これに対し、本発明のようなパンチ１５２を用いて成形された電池用外部端子１０においては、頭部１１に成形された凹み１２３ｅの内周面が傾斜面１２３ｆに成形されているので、凹み１２３ｅに滞留した加工油が傾斜面１２３ｆによって塞き止められる。このため、加工油は、周辺部１２３ｄへ溢れ出ないので、周辺部１２３ｄの平滑性が損なわれることがない。凹み１２３ｅの内周面および底面には加工油によって多少の打痕ができてしまうが、この部分はバスバー２の溶接に影響を与えない部分であるから問題ない。

１ リチウムイオン電池
２ バスバー
１０，１１０ 電池用外部端子
１１，１１１ 頭部
１２，１１２ 軸部
２３ 棒状素材（金属片）
２３ｄ、１２３ｄ 周辺部
２３ｅ，１２３ｅ 凹み
１２３ｆ 傾斜面
４１ 受け駒
５２，１５２ パンチ
５２ｂ，１５２ｂ 突部
５２ｃ，１５２ｃ 押圧面
１５２ｄ 傾斜面

Claims (1)

1. 溶接によりバスバーが接合される頭部と、集電板が接続される軸部とを備える電池用外部端子の製造方法であって、
   所定の長さに切断された金属片を一端が突出させるように受け駒で保持し、押圧面の中心部に突部を有し、その突部の側面が傾斜状に成形されたパンチで金属片の一端を押圧することにより頭部を成形するとともに、頭部表面の中心部に傾斜状の内周面を有する凹みを形成し、頭部表面の中心部を除いて平滑に仕上げて、その平滑に仕上げられた頭部表面にバスバーを接合することを特徴とする電池用外部端子の製造方法。

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