TWI770826B - 焊接用夾具及雷射加工機 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可藉由雷射焊接電池罐和電極而不使電池罐變形的焊接用夾具。本發明的焊接用夾具用於藉由前述雷射焊接電池罐（22）和電極（21），其特徵在於，包括板狀支撐部件（11）、棒狀支撐部件（12）和壓力調節機構（13），板狀支撐部件（11）具有可通過雷射的貫通孔，棒狀支撐部件（12）可插卸於捲繞型電極組件（23）的中空軸芯部，且在其一端可支撐配置於捲繞型電極組件（23）的一端側的電極（21）和電池罐底部，壓力調節機構（13）可調節施加於板狀支撐部件（11）和棒狀支撐部件（12）之間的壓力。

Description

焊接用夾具及雷射加工機
本發明關於一種焊接用夾具和雷射加工機。
在電池的製造中，作為用雷射焊接有底筒狀電池罐和捲繞型(jelly roll)電極組件的電極(例如負極)的方法，提出了將前述雷射的照射出口插入前述捲繞型電極組件的中空軸芯部內，使前述電池罐底部與前述電極緊貼，藉由從前述電池罐內部照射前述雷射，焊接前述電池罐和前述電極的方法(專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：特許第5602050號公報。
但是，因為藉由從前述電池罐內部照射前述雷射進行焊接需要對每個前述電池罐重複前述照射出口的插卸，存在間隔時間(Tact Time)長的問題。
作為解決該問題的方法，考慮使用一種夾具，前述夾具具備板狀支撐部件，其具有雷射可通過的貫通孔；和棒狀支撐部件，其可在捲繞型電極組件的中空軸芯部插卸，且在其一端可支撐配置於前述捲繞型電極組件的一端側的電極和電池罐底部；藉由在前述板狀支撐部件和前述棒狀支撐部件之間施加壓力，可將電池罐底部內表面與電極壓接。在使用該夾具時，因為將電池罐底部內面與電極壓接，藉由雷射照射與電池罐底部內表面和電極的接觸區域相對應的電池罐底部外表面，可焊接電池罐和電極。
但是，在使用前述夾具的焊接中，在前述板狀支撐部件和前述棒狀支撐部件之間施加壓力時，會產生電池罐變形的問題。
因此，本發明的目的是提供一種可不使電池罐變形而藉由雷射焊接前述電池罐和電極的焊接用夾具，以及使用上述夾具的雷射加工機。
為達到上述目的，本發明的焊接用夾具用於藉由雷射焊接電池罐和電極，其特徵在於，包括板狀支撐部件、棒狀支撐部件和壓力調節機構，前述板狀支撐部件具有可通過雷射的貫通孔，前述棒狀支撐部件可插卸於捲繞型電極組件的中空軸芯部，且在其一端可支撐配置於前述捲繞型電極組件一端側的電極和電池罐底部，前述壓力調節機構可調節施加於前述板狀支撐部件和前述棒狀支撐部件之間的壓力。
本發明的雷射加工機的特徵在於，包括雷射振盪器和焊接用夾具，前述焊接用夾具是前述本發明的焊接用夾具，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的前述板狀支撐部件的貫通孔。
根據本發明，可不使電池罐變形而藉由雷射焊接前述電池罐和電極。
11:板狀支撐部件
11a:貫通孔
12:棒狀支撐部件
13、13a、13b、13c、13d:壓力調節機構
14:支撐體
15:支撐台
16:電池罐導引件
21:電極
21a、21b:極耳
22:電池罐
23:捲繞型電極組件
23a:第一電極片
23b:第二電極片
23c、23d:隔膜
23e:軸芯部
30:雷射
41、42:振鏡掃描器
43:聚光透鏡
411、421:馬達
412、422:鏡子
圖1是示出實施方式1的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖2是說明本發明中的捲繞型電極組件的概略立體圖。
圖3是說明本發明中的捲繞型電極組件和電池罐的示意剖視圖， (A)是縱向剖視圖，(B)是橫向剖視圖。
圖4是示出實施方式2的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖5是示出實施方式3的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖6是示出實施方式4的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖7之(A)至(D)是示出使用實施方式1的焊接用夾具的焊接方法的一例的示意剖視圖。
圖8是示出實施方式5的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖9之(A)至(D)是示出使用實施方式5的焊接用夾具的焊接方法的一例的示意剖視圖。
圖10是示出實施方式6的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。
圖11是示出實施方式7的雷射加工機中的振鏡掃描器(Galvano scanner)的一例的概略立體圖。
在本發明中，“縱向”是指後述的捲繞型電極組件的捲繞軸方向，“橫向”是指與前述捲繞軸垂直的方向。
下文參照圖式對本發明的焊接用夾具和雷射加工機進行說明。但是，本發明不限於以下說明。另外，在圖1至圖11中，對同一部分賦予相同符號，會省略其說明。另外，在圖式中，為便於說明，會對各部分的構造進行適當簡化而示出，有時各部分的尺寸比等與實際不同，為示意性示出。另外，各實施方式若無特別說明，可相互援用其說明。
[實施方式1]
圖1是示出本實施方式的焊接用夾具構成的一例的示意剖視圖。本實施方式是從上方向電池罐22的底部外表面照射雷射30的焊接用夾具的一例。如圖1所示，焊接用夾具包括板狀支撐部件11、棒狀支撐部件12和壓力調節機構13。板狀支撐部件11具有雷射30可通過的貫通孔11a。棒狀支撐部件12可插卸於 捲繞型電極組件23的中空軸芯部，且在其一端(圖1中的上端)，可支撐配置於捲繞型電極組件23的一端側(圖1中的上側)的電極21和電池罐22的底部。電極21在圖1中有1個，但也可以數個層疊。在圖1中，捲繞型電極組件23、電極21和電池罐22均不是焊接用夾具的構成部件，是焊接對象(工件)，後文進行詳述。壓力調節機構13可調節施加於板狀支撐部件11和棒狀支撐部件12間的壓力。焊接用夾具可以進一步包括防止捲繞型電極組件23掉落的支撐體14和設置支撐體14的支撐台15作為任意構成部件。在圖1中，作為支撐體14舉例示出了彈簧，但只要是可防止捲繞型電極組件23掉落的部件，可以使用彈簧以外的部件。
在說明焊接用夾具的構成部件前，使用圖2和圖3，說明捲繞型電極組件23和電池罐22。圖2是說明捲繞型電極組件23的概略立體圖。如圖2所示，捲繞型電極組件23由附接有細長片狀的極耳21a的第一電極片23a(例如正極)、附接有極耳21b的第二電極片(例如負極)23b、隔膜23d、和隔膜23c組成，以隔膜23d、第二電極片23b、隔膜23c、第一電極片23a的順序層疊，在與捲繞軸垂直的方向切斷時的截面藉由捲繞形成為圓形或橢圓形。另外，捲繞後的捲繞型電極組件23例如用膠帶等固定，收納於電池罐22內，用含有電解質的有機溶劑組成的電解液浸漬，作為鋰離子二次電池等使用。圖2中的極耳21b相當於作為本發明中的焊接對象(工件)的圖1示出的電極21。如上所述，在圖1中，電極21為一個，但也可以是複數個層疊。
圖3是說明捲繞型電極組件23和電池罐22的示意剖視圖，(A)是縱向(捲繞軸方向)的剖視圖，(B)是橫向(與捲繞軸垂直的方向)的剖視圖。另外，在圖3之(A)中，與圖1上下相反。如圖3之(A)和(B)所示，捲繞型電極組件23收納於電池罐22內，捲繞型電極組件23的軸芯部23e為中空。在圖2和圖3中，捲繞型電極組件23和電池罐22的橫向(與捲繞軸垂直的方向)的截面為圓形，但捲繞型電極組件23的軸芯部為中空即可，該截面的形狀可以是正方形、長方形等矩形等。
在本實施方式中，板狀支撐部件11配置於電池罐22底部的上方，以使其貫通孔11a位於捲繞型電極組件23的中空軸芯部的上部。板狀支撐部件11具有可通過雷射30的貫通孔11a即可，其材質、厚度等沒有特殊限制，其平面形狀是圓形、矩形等任意形狀即可，但較佳為其橫向的截面面積比電池罐22底部的橫向的截面面積大。在圖1中，板狀支撐部件11為一個，但也可以是3個或4個等複數個。貫通孔11a的形狀等在後文中進行說明。
棒狀支撐部件12的橫向的截面面積略小於捲繞型電極組件23的中空軸芯部的橫向的截面面積。在本實施方式中，棒狀支撐部件12的長度與捲繞型電極組件23的中空軸芯部的長度和支撐體14的高度的總和大致相同。棒狀支撐部件12例如可使用陶瓷棒等。
從防止焊接時產生的熱影響捲繞型電極組件23的角度，較佳為板狀支撐部件11的貫通孔11a的橫向截面的形狀和大小與棒狀支撐部件12和捲繞型電極組件23的中空軸芯部的橫向截面的形狀和大小大致相同。此時，例如其截面形狀若為圓形，則板狀支撐部件11的貫通孔11a的直徑與棒狀支撐部件12和捲繞型電極組件23的中空軸芯部的直徑大致相同。
壓力調節機構13的構成只要可調節在板狀支撐部件11和棒狀支撐部件12之間施加的壓力即可，沒有特殊限制。在本實施方式中，如圖1的示例，壓力調節機構13配置於板狀支撐部件11和電池罐22底部之間。在圖1中，壓力調節機構13是彈簧，但也可以是彈簧以外的彈性體。
接下來，使用圖7說明使用本實施方式的焊接用夾具的焊接方法的一例。首先，如圖7之(A)所示，捲繞型電極組件23收納於電池罐22，棒狀支撐部件12插入捲繞型電極組件23的中空軸芯部23e。接著，如圖7之(B)所示，藉由棒狀支撐部件12的一端(圖7之(B)中的上端)，使電池罐22底部內表面與電極21接觸。接著，如圖7之(C)所示，藉由板狀支撐部件11和壓力調節機構13，從上方按壓電池罐22底部。此時，藉由壓力調節機構13，以不使電池罐 22變形的壓力，使電池罐22底部內表面與電極21緊貼。接著，如圖7之(D)所示，從板狀支撐部件11的貫通孔11a照射雷射30，焊接電池罐22和電極21。在圖7之(D)所示的示例中，通過板狀支撐部件11的貫通孔11a的雷射30從作為壓力調節機構13的彈簧的間隙向電池罐22底部外表面照射。使用彈簧以外的彈性體作為壓力調節機構13時，在彈性體上設置雷射30可通過的貫通孔等，向電池罐22底部外表面照射雷射30即可。
根據本實施方式，藉由壓力調節機構13調節在板狀支撐部件11和棒狀支撐部件12之間施加的壓力，可藉由雷射30焊接電池罐22和電極21而不使電池罐22變形。另外，根據本實施方式，與現有的藉由使用插入至捲繞型電極組件的中空軸芯部內的照射出口從電池罐內部照射雷射來進行焊接不同，藉由向與電池罐22底部內表面和電極21的接觸區域相對應的電池罐22底部外表面照射雷射30，可焊接電池罐22和電極21。因此，根據本實施方式，焊接部可為任意形狀。此外，參見圖1、圖4至圖10，壓力調節機構13直接或間接地按壓電池罐22或棒狀支撐部件13，並且在朝向作為另一者的棒狀支撐部件13或電池罐22的方向上施加壓力，因此壓力調節機構可以調節施加在電池罐22底部和棒狀支撐部件13之間的壓力。
[實施方式2]
圖4是示出本實施方式的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。如圖4所示，本實施方式的焊接用夾具除壓力調節機構13的彈簧為2個(彈簧(13a)，彈簧(13b))外，與實施方式1的焊接用夾具相同。在圖4中，壓力調節機構13的彈簧為2個，但也可以是3個以上。若像這樣將壓力調節機構13的彈簧設為複數個，易於維持電池罐22的水平。
[實施方式3]
圖5是示出本實施方式的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。如圖5所示，本實施方式的焊接用夾具除進一步包括電池罐導引件16，可藉由電 池罐導引件16調節電池罐22的位置外，與實施方式1的焊接用夾具相同。電池罐導引件16例如如圖5所示，是從板狀支撐部件11突出，包圍電池罐22的上部的筒狀等即可。設置電池罐導引件16可在向板狀支撐部件11和棒狀支撐部件12之間施加壓力時，防止電池罐22傾斜。
[實施方式4]
圖6是示出本實施方式的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。如圖6所示，在本實施方式的焊接用夾具中，壓力調節機構13未配置於板狀支撐部件11和電池罐22底部之間，而是介由支撐台15，配置於棒狀支撐部件12的另一端(圖6中的下端)側。在本實施方式中，作為壓力調節機構13，例如可使用可按壓棒狀支撐部件12的另一端的馬達、氣缸等。除此以外，本實施方式的焊接用夾具與圖1示出的實施方式1的焊接用夾具相同。
[實施方式5]
圖8是示出本實施方式的焊接用夾具的構成一例的示意剖視圖。本實施方式是從下方向電池罐22的底部外表面照射雷射30的焊接用夾具的一例。如圖8所示，在本實施方式中，板狀支撐部件11、電池罐22、電極21、捲繞型電極組件23和插入至其中空軸芯部的棒狀支撐部件12的位置關係與圖6示出的實施方式4上下顛倒。另外，棒狀支撐部件12的長度略長於捲繞型電極組件23的中空軸芯部的長度。並且，壓力調節機構13c和13d配置於棒狀支撐部件12的另一端(圖8中的上端)側。壓力調節機構13c與圖1示出的實施方式1的壓力調節機構13相同。壓力調節機構13d與圖6示出的實施方式4的壓力調節機構13相同。本實施方式的焊接用夾具如圖8所示，可以包括壓力調節機構13c和13d兩者，也可以僅包括二者中的任一個。
接著，使用圖9說明使用本實施方式的焊接用夾具的焊接方法的一例。首先，如圖9之(A)所示，板狀支撐部件11上設置電池罐22和捲繞型電極組件23。接著，如圖9之(B)所示，將棒狀支撐部件12插入捲繞型電極組件23 的中空軸芯部23e。接著，如圖9之(C)所示，藉由壓力調節機構13c和13d，下壓棒狀支撐部件12，使電極21和棒狀支撐部件12的一端(圖9之(C)中的下端)接觸。此時，藉由壓力調節機構13c和13d，以不使電池罐22變形的壓力使電池罐22底部內表面和電極21緊貼。接著，如圖9之(D)所示，從板狀支撐部件11的貫通孔11a照射雷射30，焊接電池罐22和電極21。
[實施方式6]
圖10是示出本實施方式的焊接用夾具的構成的一例的示意剖視圖。如圖10所示，本實施方式除4個焊接用夾具以壓力調節機構13c連結以外，與圖8示出的實施方式5的焊接用夾具相同。在圖10中，焊接用夾具為4個，但可根據需要增減。根據本實施方式的焊接用夾具，可一次支撐複數個電極21和電池罐22底部，將其焊接，由此可進行量產。
[實施方式7]
本實施方式是雷射加工機的一例。本實施方式的雷射加工機包括雷射振盪器和上述實施方式的焊接用夾具，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的板狀支撐部件11的貫通孔11a。前述雷射振盪器例如可使用可用於焊接電池罐和電極的市售品。
本實施方式的雷射加工機在包括圖10示出的實施方式6的可一次支撐複數個電極21和電池罐22底部的焊接用夾具時等，前述雷射加工機可進一步包括振鏡掃描器。圖11是示出前述振鏡掃描器的一例的概略立體圖。振鏡掃描器41和42藉由用馬達411和421(例如，伺服馬達、步進馬達等)等使反射雷射30的鏡子412和422旋轉，可使雷射30的光軸變化。在圖11示出的例中，具備使雷射30的光軸向X軸方向變化的X軸振鏡掃描器41，和使雷射30的光軸向Y軸方向變化的Y軸振鏡掃描器42，可在XY二維方向控制雷射30的照射位置。另外，在圖11中，符號43表示聚光透鏡(例如，Fθ透鏡等)。前述振鏡掃描器可以為自製，也可以使用市售品。若使用前述振鏡掃描器，例如在圖10示出的實施方 式6的焊接用夾具中，可以以依次通過4個板狀支撐部件11的貫通孔11a的方式繪製從前述雷射振盪器照射的雷射。其結果是，根據本實施方式的雷射加工機，與現有的重複向每個電池罐1插卸照射出口進行焊接相比，可縮短間隔時間。
本發明主張以2020年2月19日所申請的日本專利申請特願2020-026347為基礎的優先權，其公開的所有內容納於此。
[附記]
上述實施方式的一部分或全部以下述附記的形式記載，但不限於此。
[附記1]
一種用於藉由雷射焊接前述電池罐和前述電極的焊接用夾具，其特徵在於，包括板狀支撐部件、棒狀支撐部件和壓力調節機構，前述板狀支撐部件具有可通過雷射的貫通孔，前述棒狀支撐部件可插卸於捲繞型電極組件的中空軸芯部，且在其一端可支撐配置於前述捲繞型電極組件一端側的電極和電池罐底部，前述壓力調節機構可調節施加於前述板狀支撐部件和前述棒狀支撐部件之間的壓力。
[附記2]
根據附記1前述的焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是配置於前述板狀支撐部件和前述電池罐底部之間的彈性體。
[附記3]
根據附記1前述的焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是配置於前述棒狀支撐部件的另一端側的彈性體。
[附記4]
根據附記2或3前述的焊接用夾具，其中前述彈性體是彈簧。
[附記5]
根據附記4前述的焊接用夾具，其包括複數個前述彈簧。
[附記6]
根據附記1前述的焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是可按壓前述棒狀支撐部件的另一端的馬達和氣缸中的至少一種。
[附記7]
根據附記1至6任一項前述的焊接用夾具，其中前述棒狀支撐部件是陶瓷棒。
[附記8]
根據附記1至7任一項前述的焊接用夾具，其可一次支撐複數個前述電極和前述電池罐底部。
[附記9]
根據附記1至8任一項前述的焊接用夾具，其中前述板狀支撐部件的貫通孔的直徑與前述捲繞型電極組件的中空軸芯部的直徑大致相同。
[附記10]
根據附記1至9任一項前述的焊接用夾具，其進一步包括電池罐導引件，可藉由前述電池罐導引件調節前述電池罐的位置。
[附記11]
一種雷射加工機，其特徵在於，包括雷射振盪器和焊接用夾具，前述焊接用夾具是附記1至10任一項前述的焊接用夾具，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的前述板狀支撐部件的貫通孔。
[附記12]
根據附記11前述的雷射加工機，其進一步包括振鏡掃描器， 藉由前述振鏡掃描器，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的前述板狀支撐部件的貫通孔。
[產業上利用可能性]
如上述說明，藉由本發明，可不使電池罐變形而藉由雷射焊接前述電池罐和電極。因此，本發明例如在鋰離子二次電池等各種電池的生產上十分有用。
11:板狀支撐部件
11a:貫通孔
12:棒狀支撐部件
13:壓力調節機構
14:支撐體
15:支撐台
21:電極
22:電池罐
23:捲繞型電極組件
30:雷射

Claims (12)

  1. 一種用於藉由雷射焊接電池罐和電極的焊接用夾具，其包括：板狀支撐部件；棒狀支撐部件；和壓力調節機構，前述板狀支撐部件具有可通過雷射的貫通孔，前述棒狀支撐部件可插卸於捲繞型電極組件的中空軸芯部，且在其一端可支撐配置於前述捲繞型電極組件一端側的電極和電池罐底部，前述壓力調節機構可調節施加於前述電池罐底部和前述棒狀支撐部件之間的壓力。
  2. 如請求項1所記載之焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是配置於前述板狀支撐部件和前述電池罐底部之間的彈性體。
  3. 如請求項1所記載之焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是配置於前述棒狀支撐部件的另一端側的彈性體。
  4. 如請求項2或3所記載之焊接用夾具，其中前述彈性體是彈簧。
  5. 如請求項4所記載之焊接用夾具，其更包括複數個前述彈簧。
  6. 如請求項1所記載之焊接用夾具，其中前述壓力調節機構是可按壓前述棒狀支撐部件的另一端的馬達和氣缸中的至少一種。
  7. 如請求項1至3中任一項所記載之焊接用夾具，其中前述棒狀支撐部件是陶瓷棒。
  8. 如請求項1至3和6中任一項所記載之焊接用夾具，其可一次支撐複數個前述電極和前述電池罐底部。
  9. 如請求項1至3和6中任一項所記載之焊接用夾具，其中前述板狀支撐部件的貫通孔的直徑與前述捲繞型電極組件的中空軸芯部的直徑大致相同。
  10. 如請求項1至3和6中任一項所記載之焊接用夾具，其進一步 包括電池罐導引件，可藉由前述電池罐導引件調節前述電池罐的位置。
  11. 一種雷射加工機，其包括雷射振盪器和焊接用夾具，前述焊接用夾具是如請求項1至10中任一項所記載之焊接用夾具，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的前述板狀支撐部件的貫通孔。
  12. 如請求項11所記載之雷射加工機，其進一步包括振鏡掃描器，藉由前述振鏡掃描器，從前述雷射振盪器照射的雷射可通過前述焊接用夾具的前述板狀支撐部件的貫通孔。
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