(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面に整合する押圧面を備え、前記アンビルが集電リングの内周面に整合する支持面を備えていることを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項２】
前記ホーンの押圧面が１２０度の開き角度を持った弧状の押圧面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項３】
巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が集電リングの外周面の円弧の半径よりも小さな半径で形成されていることを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項４】
巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が１８０度の開き角度を持った押圧面であり、押圧面のうち中央部の１２０度の開き角度を持った部分は、集電リングの外周面に整合する押圧部であり、該押圧部を挟むように設けられた３０度の開き角度を持つ部分は集電リングの外周面に対して押し込みしろを与える押し込み押圧部であることを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項５】
前記ホーンを集電リングの軸方向に振動させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項６】
巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円板状の集電体とを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電体を外周側から押圧するホーンと、集電体を支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電体の外周面に整合する押圧面を備え、前記ホーンを集電体の軸方向に振動させることを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接装置。
【請求項７】
巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、弧状の押圧面を備えたホーンと弧状の支持面を備えたアンビルとで挟持して超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接方法であって、集電リングの内周面であって溶接対象部位の裏側に、集電リングに対応するアンビルの支持面を当接させた状態で配置し、集電リングの外周面の溶接対象部位に集電タブをセットし、集電リングの外周面に整合するホーンの押圧面により集電タブを集電リングに押圧すると共にホーンの振動方向を集電リングの軸方向に設定して集電タブを集電リングに溶接することを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接方法。
【請求項８】
前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集電リングを周囲から押圧することを特徴とする請求項７に記載した電池における集電タブと集電体の溶接方法。
【請求項９】
前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することを特徴とする請求項７に記載した電池における集電タブと集電体の溶接方法。
【請求項１０】
前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧方向を中心にしてホーンの押圧面の両側６０度の範囲内では、ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集電リングを押圧し、前記６０度〜９０度の範囲では、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することを特徴とする請求項７に記載した電池における集電タブと集電体の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、リチウムイオン二次電池などの電池における集電タブと集電体の溶接装置及び溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、帯状の正極電極及び負極電極をセパレータを介して渦巻き状に巻回した巻回体を円筒形状の電池ケースに収納した二次電池が知られている（特開平９−９２３３８号公報参照）。
これを図１２によって説明すると、同図において１は巻回体であって、帯状の正極電極２及び負極電極３をセパレータ４を介して渦巻き状に巻回したものである。正極電極２及び負極電極３には集電タブ５が接続され、各集電タブ５は巻回体１の各端部から延出している。延出された集電タブ５は集電体６に溶接接合され、この集電体６が図示しない電池ケ−スの正極及び負極に接続されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術における、集電タブ５と集電体６とを溶接する場合に、振動するホーン７と集電体６とで集電タブ５を挟持して超音波溶接により接合するようにしている。
ところで、上記集電タブ５が溶接される集電体６には、前述したように正極電極２あるいは負極電極３から延出場所が選択された複数の集電タブ５が接合されるが、集電タブ５の接合によって電気的特性（例えば、インピーダンスなど）のアンバランスが生じないように、集電体６の接合面は円周面として形成されている。
したがって、このように円周面に形成された集電体６の溶接箇所に集電タブ５を接合する場合には、溶接箇所に集電タブ５をセットし、溶接箇所の周面にホーン７を押し付けた状態でホーン７を振動させて、振動するホーン７により超音波溶接を行っている。
【０００４】
ところが、溶接箇所が円周面で形成された集電体６の周面に集電タブ５を押し付けた状態で平坦な押圧面のホーンで超音波溶接を行うと、加工面の中心部しか溶接されないため接合面積を広く確保することができない。
よって、一定の接合面積を確保するためには集電体６を回転させながら加工面全体に繰り返し溶接を行うなどの対策が必要となり工数の増加を招いている。また、溶接の際には加工面の中心部だけに応力が集中するため、ホーンあるいはアンビルへ集電タブ５や集電体６が溶着する不具合もあり、溶着が発生するとホーンとアンビルの交換や洗浄が必要になるという不具合もある。
また、加工強度にばらつきが発生しやすく、集電タブ５の中央部に押圧力が集中するため、集電タブ５が破損する場合がある。
そこで、この発明は、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる電池における集電タブと集電体の溶接装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、巻回された帯状の両電極（例えば、実施形態における電極１７）から延出する集電タブ（例えば、実施形態における集電タブ１４）と、円環状の集電リング（例えば、実施形態における集電リング１３）とを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーン（例えば、実施形態におけるホーン１１）と、集電リングを内周側から支持するアンビル（例えば、実施形態におけるアンビル１２）とを備え、前記ホーンが集電リングの外周面（例えば、実施形態における外周面Ｇ）に整合する押圧面（例えば、実施形態における押圧面Ｏ）を備え、前記アンビルが集電リングの内周面（例えば、実施形態における内周面Ｎ）に整合する支持面（例えば、実施形態における支持面Ｓ）を備えていることを特徴とする。
【０００６】
このように構成することで、集電リングを集電タブを挟み込んだ状態で内周側と外周側とからホーンとアンビルとで挟み込むことで、集電リングを外周側のみで押圧した場合に比較して集電リング全体に偏った力を作用させることなく集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。
また、ホーンとアンビルとの間で、集電リングを変形させることなく集電タブを集電リングに確実に押圧することが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、前記ホーンの押圧面が１２０度の開き角度を持った弧状の押圧面を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、ホーンを押圧した場合に、押圧力の分力を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面に有効に作用させて集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が集電リングの外周面の円弧の半径（例えば、実施形態における半径ｒ）よりも小さな半径（例えば、実施形態における半径ｒh）で形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、ホーンにより集電リングを押圧すると、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電リングを外周側から押圧するホーンと、集電リングを内周側から支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電リングの外周面を押圧する押圧面を備え、前記ホーンの押圧面が１８０度の開き角度を持った押圧面であり、押圧面のうち中央部の１２０度の開き角度を持った部分は、集電リングの外周面に整合する押圧部（例えば、実施形態における押圧部Ｏ１）であり、該押圧部を挟むように設けられた３０度の開き角度を持つ部分は集電リングの外周面に対して押し込みしろ（例えば、実施形態における押し込み代δ）を与える押し込み押圧部（例えば、実施形態における押し込み押圧部Ｏ２）であることを特徴とする。
このように構成することで、前記押圧部では、押圧力の分力を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面に作用させることが可能となり、押し込み押圧部では、集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することが可能となる。
【００１０】
請求項５に記載した発明は、前記ホーンを加振側として集電リングの軸方向に振動させることを特徴とする。
このように構成することで、ホーンの振動が集電リングの直径方向に力を付与するのを回避することが可能となる。
【００１１】
請求項６に記載した発明は、巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円板状の集電体とを、超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接装置であって、集電体を外周側から押圧するホーンと、集電体を支持するアンビルとを備え、前記ホーンが集電体の外周面に整合する押圧面を備え、前記ホーンを集電体の軸方向に振動させることを特徴とする。
このように構成することで、ホーンの振動が集電リングの直径方向に力を付与するのを回避して、円板状の集電体に集電タブを押圧することが可能となる。
【００１２】
請求項７に記載した発明は、巻回された帯状の両電極から延出する集電タブと、円環状の集電リングとを、弧状の押圧面を備えたホーンと弧状の支持面を備えたアンビルとで挟持するようにして超音波溶接により接合する電池における集電タブと集電体の溶接方法であって、集電リングの内周面であって溶接対象部位の裏側に、集電リングに対応するアンビルの支持面を当接させた状態で配置し、集電リングの外周面の溶接対象部位に集電タブをセットし、集電リングの外周面に整合するホーンの押圧面により集電タブを集電リングに押圧すると共にホーンの振動方向を集電リングの軸方向に設定して集電タブを集電リングに溶接することを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接方法である。
このように構成することで、ホーンとアンビルとにより集電タブと集電リングとを挟持し、ホーンの直径方向には振動を付与せず集電リングを軸方向に振動させることが可能となる。
【００１３】
請求項８に記載した発明は、前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集電リングを周囲から押圧することを特徴とする集電タブと集電体の溶接方法である。
このように構成することで、ホーンの押圧面の各部から作用する押圧力の分力で集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。
【００１４】
請求項９に記載した発明は、前記請求項７において、前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接方法である。
このように構成することにより、ホーンにより集電リングを押圧すると、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電タブを集電リングに押圧することが可能となる。
【００１５】
請求項１０に記載した発明は、前記ホーンを集電リングに押圧するに際して、ホーンの押圧方向を中心にしてホーンの押圧面の両側６０度の範囲内では、ホーンの押圧面の各部における押圧力の分力で集電リングを押圧し、前記６０度〜９０度の範囲では、ホーンの押圧面により集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することを特徴とする電池における集電タブと集電体の溶接方法である。
このように構成することで、ホーンの押圧面のうち、ホーンの押圧方向の分力が作用する範囲ではホーンの押圧力により、また、ホーンの押圧力の分力が不足する部分では、ホーンの押し込み力により集電リングを変形させて、集電リングを押圧することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はこの発明の実施形態の超音波溶接装置１０を示している。この超音波装置１０は、その主たる構成部品であるホーン１１とアンビル１２により集電リング１３に後述する集電タブ１４を押圧した状態で挟み込み、クランプ１５により集電リング１３を保持した状態で、集電タブ１４を集電リング１３に超音波溶接するものである。
【００１７】
１６は巻回体を示し、この巻回体１６は帯状の電極（正極電極及び負極電極）１７をセパレータを介して渦巻き状に巻回した部材であって、図示しない筒状の電池ケースに収納して電池としてのリチウムイオン二次電池を構成するものである。巻回体１６の電極１７には集電タブ１４が接続され、各集電タブ１４は巻回体１６の各端部から延出している。延出された集電タブ１４は各極側の集電リング１３（図１には一方のみを示す）に溶接接続され、これら各集電リング１３が図示しない電池ケ−スの正極及び負極に接続される。
図１は巻回体１６の一端側の電極１７から延出する３つの集電タブ１４に集電リング１３が溶接された状態を示している。
集電リング１３はアルミ材により円環状に形成されており、この集電リング１３の外周面Ｇに集電タブ１４が溶接される。尚、この実施形態では集電リング１３は外周面Ｇの直径が約２０ｍｍ程度である。
【００１８】
前記ホーン１１は、ホーンブラケット１８に支持され、図示しない駆動装置を介して、集電リング１３に対して進退可能に設けられている。また、このホーン１１は、集電リング１３の軸方向に、例えば、４０ｋＨｚ程度で振動するようになっている。この実施形態ではホーン１１はホーンブラケット１８に一対設けられ、ホーンブラケット１８の向きを１８０度切り換えることで双方のホーン１１を使用できるようになっている。
ホーン１１は、焼き入れされた金属により成形され、集電リング１３の外周面Ｇを押圧する弧状の押圧面（後述する）Ｏを備えている。
【００１９】
前記アンビル１２もホーン１１と同様に焼き入れされた金属により成形され、集電タブ１４の内周面を支持する弧状の支持面Ｓを備え、アンビルブラケット１９から突出するようにして、アンビルブラケット１９に支持されている。アンビルブラケット１９は、図示しない駆動装置を介して集電リング１３の内部にアンビル１２を進退可能にしており、かつ、集電リング１３の内周面Ｎを押圧できるようになっている。ここで、アンビル１２はアンビルブラケット１９に一対設けられ、ホーン１１と同様に、１８０度向きを変えることで双方のアンビル１２を使用できるようになっている。
【００２０】
前記クランプ１５は巻回体６を挟む位置に一対設けられ、ホーン１１の押圧面Ｏとアンビル１２の支持面Ｓとで集電リング１３を挟持している際に、集電リング１３を外側から保持するもので、集電リング１３の外周面Ｇに整合する保持面Ｈを備えている。各クランプ１５は図示しない駆動装置を介して集電リング１３に対して進退可能に構成されている。ここで、整合とは、外周面Ｇと保持面Ｈが互いに変形することなく一致していることをいう。
【００２１】
この実施形態の超音波溶接装置１０により溶接する場合の手順について説明する。
まず、クランプ１５を駆動装置により前進させ、クランプ１５の保持面Ｈにより集電リング１３の外周面Ｇを保持する。次に、アンビルブラケット１９を駆動装置を介して前進させ、更に集電リング１３の内周面Ｎであって溶接対象部位の裏側に、集電リング１３に対応するアンビル１２の支持面Ｓを当接させた状態で配置する。この状態で、集電リング１３の外周面Ｇの溶接対象部位に集電タブ１４をセットする。そして、ホーンブラケット１８を駆動装置により前進させ、ホーン１１の押圧面Ｏにより集電タブ１４を集電リング１３に押圧する（図２参照）。
【００２２】
そして、図２に破線で示すようにホーン１１の振動方向を集電リング１３の軸方向に設定して振動させて、集電タブ１４を集電リング１３に押圧することにより、集電リング１３に集電タブ１４を溶接することができる。
ここで、図１，図２において１つの集電タブ１４の溶接が終了すると、ホーン１１、アンビル１２、クランプ１５を退避した後、今度は巻回体１６あるいはホーン１１を後述するホーン１１の押圧面Ｏの形状に対応して所定角度回動させ、残りの２つの集電タブ１４を同様の手順により溶接する。そして、同様に他の電極１７から延出する集電タブ１４も集電リング１３に溶接する。
【００２３】
したがって、ホーン１１とアンビル１２とにより集電タブ１４と集電リング１３とを挟持し、ホーン１１の直径方向には振動を付与せず集電リング１３をその軸方向に振動させるため、ホーン１１の振動を集電リング１３の直径方向に作用させた場合のように集電リング１３に偏った力を作用させて集電リング１３を変形させたり、ホーン１１とアンビル１２によるクランプ作用に悪影響を与えることはなく、確実に集電リング１３に集電タブ１４を溶接することができる。
【００２４】
次に、ホーン１１の押圧面Ｏの形状について説明する。
ホーン１１の押圧面Ｏの形状は、集電タブ１４を集電リング１３に押圧する状況を決定するため重要な要素となる。前述したように、ホーン１１の押圧面Ｏの形状は、押圧面Ｏが平坦な場合であると前述したように様々な問題が生ずるため、基本的には集電リング１３の外周面Ｇの形状に沿うようなものとなる。ところが、ホーン１１により集電リング１３に押圧力を作用させる場合に、ホーン１１を集電リング１３に対して一方向（図１においてＡ方向）に押圧するものであるため、このような制約の中で押圧面Ｏから集電リング１３の中心部に向かって押圧力を作用させるためには、ホーン１１の最適な形状を決定する必要がある。
【００２５】
（１）ホーンの押圧面を真円形状とした場合
真円形状の押圧面Ｏを備えたホーン１１とした場合に、押圧面Ｏの開き角度が大きい側での押圧力の分力は、開き角度が小さい側に比較して小さくなるためその溶接可能領域が限定される。
図３に示すように、集電リング１３に対してｙ軸負方向にホーン加圧（ベクトルＰ）を発生させたときのＰ１点における集電リング１３の外周面Ｇの法線方向（円の中心方向）に働く力をベクトルＰｒとする。このとき、次式が成立する。
（ベクトルＰ）ｓｉｎθ１＝ベクトルＰｒ
また、ここでθ１をｘの関数として表すと、
ｓｉｎθ１＝（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒとなる。
よって、ベクトルＰｒ＝ベクトルＰ×（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒ
【００２６】
つまり、ｘがｒに限りなく近づくと
ベクトルＰｒ＝０となる。
この場合、超音波溶接による接合強度を得るために、ベクトルＰｒをある一定の力以上にする必要がある。
【００２７】
ここで、図５によって、出力（Ｗ）とクランプ力（ｋＰａ）の関係を見ると、材料がＡｌ−１１００（アルミ材）の場合には、被接合部材である集電リング１３に割れ、ひびなどの塑性変形を発生させないで接合できる領域は図５中ＭＥＣの領域であり、この領域では最大クランプ力と最小クランプ力の比はおよそ２：１である。また、これがＳＵＳ（ステンレス材）の場合には、図６に示すように、被接合部材である集電リング１３に割れ、ひびなどの塑性変形を発生させないで接合できる領域は図６中ＭＥＣの領域であり、この領域では最大クランプ力と最小クランプ力の比はおよそ３：２となる。
よって、ホーン１１をｙ軸方向にクランプする際のｘ軸投影圧力は、以下の通りでなくてはならない。
【００２８】
ベクトルＰｒ≧１／２・（ベクトルＰ）
このとき
ベクトルＰｒ＝ベクトルＰ×（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒ
であるから、
ベクトルＰ×（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒ≧１／２・（ベクトルＰ）
となり、ベクトルＰが相殺され、
（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒ≧１／２
となる。
【００２９】
ここで、
（ｒ２−ｘ１２）１／２／ｒ＝ｓｉｎθ１
であることから、
ｓｉｎθ１≧１／２
である。
よって、θ１≧３０度となる。
つまり、図４においてハッチングで示す境域６０度の部分、つまりホーン１１の押圧方向を中心にして６０度の範囲内での接合が可能となる。ここで、実際のホーン（あるいは集電リング１３）１１はｙ軸に対して鏡面対象であることから、押圧面Ｏのうち中央部の１２０度（６０度×２）の開き角度を持った部分が円周状に超音波溶接ができる範囲となる。つまり、この範囲であれば、集電リング１３がＳＵＳの場合も含めて超音波溶接ができることとなる。
【００３０】
（２）ホーンの押圧面を集電リングの外周面の円弧の半径よりも小さな半径で形成する場合
ホーン１１により集電リング１３の外周面Ｇから中心に向かって押圧力を作用させるためには、ホーン１１の押圧面Ｏを集電リング１３の外周面Ｇの円弧の半径よりも小さな半径で形成すればホーン１１により集電リング１３に押圧力を均一に作用させることができる（図７参照）。この場合、ホーン１１により集電リング１３の周囲から破壊が発生しない範囲内で押圧力を作用させることが必要である。
【００３１】
集電リング１３がＡｌ（アルミ材）製の部品である場合には、集電リング１３の変形量は、ホーン１１あるいはアンビル１２に接している集電リング１３の最小厚さｔｓｍａｌｌの１／２以下の塑性変形量にとどめなければ、集電リング１３の破壊が発生する。よって、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒｈの条件を、図７に示すように、集電リング１３の外周面Ｇの半径ｒと関連づけて表すと以下のような関係でなければならない。
ｒｈ＝ｒ−δ（条件としてはδ≦１／２・ｔｓｍａｌｌ）
ここで、最小厚さｔｓｍａｌｌとは、集電リング１３あるいは集電タブ１４のうち小さい方の厚さの１／２の値である。
したがって、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒｈを、集電リング１３の半径ｒに対して破壊しない程度に小さくすることで、集電リング１３の外周面Ｇから押圧力を付与して、超音波溶接を行うことができる。
【００３２】
（３）ホーンの押圧面１８０度の範囲全体を用いて超音波溶接を行う場合
前記（１）において説明したように、ホーン１１の押圧面Ｏを真円形状の円弧にした場合には１２０度の範囲まで超音波溶接を行うことができるが、その１２０度の範囲を超える範囲、つまり１２０度〜１８０度の開き角度を持った部分においても超音波溶接を可能とすれば、できる限り集電リングを塑性変形させることなく２度（１８０度×２＝３６０度）の溶接で集電リング１３全周への溶接が行えることとなる。
１２０度〜１８０度の開き角度を持った部分、つまり、図４におけるＢの領域は、単にホーン１１を集電リング１３に押圧するだけでは押圧力を作用させることができない領域であるが、集電リング１３を塑性変形させて接合することが可能である。よって、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒｈを、集電リング１３の半径ｒに対して破壊しない程度に小さくすることで、集電リング１３の外周面Ｇから押圧力を付与して溶接を行うことができる。
【００３３】
図８に示すように、集電リング１３の外周面Ｇの半径をｒとした場合に、
ｙ＝０の点Ｐ２のｘ座標を
ｘ＝ｒ−δ
とし、その点Ｐ２とθ＝３０度の円弧上の点Ｐ３を直線あるいは円弧（曲率半径ｒ）で結んだ形状とすることにより、１８０度の範囲までも溶接を行うことができる。尚、δの範囲は前述と同様、δ≦１／２・ｔｓｍａｌｌである。
【００３４】
つまり、前述した２つの手法（１）（２）を用い、集電リング１３を塑性変形させる範囲を最小限にしてホーン１１の押圧面Ｏの１８０度全体にわたって超音波溶接を可能とするのである。ここで、前記１２０度の範囲を挟むようにして設定された３０度の開き角度を持った部分については、ｘ座標上の点からｒ−δに設定されているため、集電リング１３が破壊することはない点は前述した通りである。
【００３５】
図９〜図１１は、図１に示すホーン１１の押圧面Ｏの形状を具体的に示すものである。
図９に示すのは、前記（１）の手法に対応して、ホーン１１が集電リング１３の外周面Ｇに整合し、かつ１２０度の開き角度を持った弧状の押圧面Ｏを備えたものである。このように構成することで、ホーン１１とアンビル１２との間で、集電リング１３を変形させることなく集電タブ１４を集電リング１３に確実に押圧することができるため、集電リング１３の曲率半径を変化させることなく溶接を行うことができる。
【００３６】
また、ホーン１１を集電リング１３に押圧した場合に、押圧力の分力を押圧面Ｏから中心方向に向かって集電リング１３の外周面Ｇに有効に作用させて集電タブ１４を集電リング１３に押圧することができるため、集電タブ１４の配置場所に影響されず確実に溶接を行うことができる。したがって、集電タブ１４の溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４の破損を防止できる。ここで、このホーン１１を使用した場合には、集電リング１３の外周面Ｇを１２０度の範囲づつ溶接するため、１サイクルの溶接が終了すると、ホーン１１あるいは巻回体１６を１２０度回転させ、３サイクルで巻回体１６の片側の集電リング１３への溶接作業を行うことになる。
【００３７】
図１０に示すのは、前記（２）の手法に対応して、ホーン１１の押圧面Ｏが１８０度の開き角度を持った弧状の押圧面Ｏであり、図７に示したように、集電リング１３の外周面Ｇの円弧の半径ｒよりも小さな半径ｒｈで形成されたものである。具体的には、ホーン１１の押圧面Ｏの半径ｒｈが二点鎖線で示す集電リング１３の外周面Ｇに対して、押し込みしろδ（ｒ−ｒｈ）の範囲内で小さい半径ｒｈに形成されている。このように構成することで、ホーン１１により集電リング１３を押圧すると、集電リング１３はホーン１１の押圧面Ｏにより縮径するように（径が小さくなるように）変形するため、集電リング１３の外周面Ｇの全域にわたり集電タブ１４を集電リング１３に押圧することができる。よって、１８０度の範囲であっても全域にわたって確実に溶接を行うことができる。したがって、集電タブ１４の溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４の破損を防止できる。また、ホーン１１による溶接作業を２回（１８０度×２＝３６０度）行うだけで集電タブ１４を集電リング１３に溶接することができるため、生産効率を向上させることができる。
【００３８】
図１１に示すのは、前記（３）の手法に対応して、前記ホーン１１の押圧面Ｏが１８０度の開き角度を持った押圧面Ｏであり、押圧面Ｏのうち中央部の１２０度の開き角度を持った部分は、集電リング１３の外周面Ｇに整合する押圧部Ｏ１であり、該押圧部Ｏ１を挟むように設けられた３０度の開き角度を持つ部分は集電リング１３の外周面Ｇに対して押し込みしろδ（図８に示す）を与える押し込み押圧部Ｏ２である。
【００３９】
このように構成することで、前記押圧部Ｏ１では、押圧力の分力を押圧面Ｏから中心方向に向かって集電リング１３の外周面Ｇに作用させることができ、押し込み押圧部Ｏ２では、集電リング１３を縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することができる。したがって、ホーン１１の押圧面Ｏの開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、集電リング１３の全周にわたり集電タブ１４を集電リング１３に確実に押圧して溶接を行うことができる。よって、集電タブ１４の溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４の破損を防止できる。
また、ホーン１１による溶接作業を２回（１８０度×２＝３６０度）行うだけで集電タブ１４を集電リング１３に溶接することができるため、生産効率を向上させることができる。
【００４０】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、電池は二次電池に限られず、巻回体１６を備えているものであれば一次電池にも適用することができる。また、前記実施形態においては円環状の集電リング１３に溶接をする場合について説明したが、円板状の集電体に溶接する場合にも適用することができる。この場合にはアンビルはホーン１１と反対側から集電リング１３の外周面Ｇを支持することとなる。このように構成することにより、ホーン１１の振動が集電リング１３の直径方向に力を付与するのを回避して、円板状の集電体に集電タブ１４を押圧することが可能となるため、ホーン１１の振動が集電体に対する集電タブ１４の押圧に悪影響を与えることなく、集電タブ１４の溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブ１４の破損を防止して溶接することができる。そして、前記実施携帯では集電タブ１４が３箇所に設けられた場合について説明したが、これは一例であって、３箇所以外に設けられている場合についても適用することができる。
更に、ホーン１１の押圧面Ｏが集電リング１３の外周面Ｇに整合する場合には、ホーン１１の押圧面Ｏとして設定できる開き角度は１２０度に限定されるものではなく、それより小さい角度ならば、開き角度は限定されない。
更にまた、クランプ１５により集電リング１３を保持する場合を例にして説明したが、クランプを省略することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、集電リングを集電タブを挟み込んだ状態で内周側と外周側とからホーンとアンビルとで挟み込むことで、集電リングを外周側のみで押圧した場合に比較して集電リング全体に偏った力を作用させることなく集電タブを集電リングに押圧することが可能となるため、集電リングを変形させることなく、ホーンの押圧力により精度の高い溶接を行うことができる効果がある。
【００４２】
さらに、ホーンとアンビルとの間で、集電リングを変形させることなく集電タブを集電リングに確実に押圧することが可能となるため、集電リングの曲率半径を変化させることなく溶接を行うことができるという効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。
【００４３】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、ホーンを押圧した場合に、押圧力の分力を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面に有効に作用させて集電タブを集電リングに押圧することが可能となるため、集電タブを配置場所に影響されず確実に溶接を行うことができるという効果がある。
【００４４】
請求項３に記載した発明によれば、ホーンにより集電リングを押圧すると、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電タブを集電リングに押圧することが可能となるため、ホーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、押圧面に対応する部位にある集電タブを集電リングに押圧して確実に溶接を行うことができるという効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。
【００４５】
請求項４に記載した発明によれば、前記押圧部では、押圧力の分力を押圧面から中心方向に向かって集電リングの外周面に作用させることが可能となり、押し込み押圧部では、集電リングを縮径する方向に変位させながら押し込んで押圧することが可能となるため、ホーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、集電リングの全周にわたり集電タブを集電リングに確実に押圧して溶接を行うことができるという効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。
【００４６】
請求項５に記載した発明によれば、前記各請求項の効果に加え、ホーンの振動が集電リングの直径方向に力を付与するのを回避することが可能となるため、ホーンの振動がホーンとアンビルによる集電リングと集電タブとのクランプに悪影響を与えることなく溶接を行うことができるという効果がある。
【００４７】
請求項６に記載した発明によれば、ホーンの振動が集電リングの直径方向に力を付与するのを回避して、円板状の集電体に集電タブを押圧することが可能となるため、ホーンの振動が集電体に対する集電タブの押圧に悪影響を与えることなく溶接を行うことができるという効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。
【００４８】
請求項７に記載した発明によれば、ホーンとアンビルとにより集電タブと集電リングとを挟持し、ホーンの直径方向には振動を付与せず集電リングを軸方向に振動させることが可能となるため、確実に集電リングに集電タブを溶接することができるという効果がある。また、平面で集電タブを押圧した場合に比較して、集電タブの溶着を減少させ、加工強度の均一化と溶接の際の集電タブの破損を防止できる効果がある。
【００４９】
請求項８に記載した発明によれば、請求項７の効果に加え、ホーンの押圧面の各部から作用する押圧力の分力で集電タブを集電リングに押圧することが可能となるため、集電リングに変形させることなく安定した状態で集電リングに集電タブを溶接することができるという効果がある。
【００５０】
請求項９に記載した発明によれば、請求項７の効果に加え、ホーンにより集電リングを押圧すると、集電リングはホーンの押圧面により縮径するように変形するため、集電リングの押圧面の全域にわたり集電タブを集電リングに押圧することが可能となるため、ホーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、押圧面に対応する部位にある集電タブを集電リングに押圧して確実に溶接を行うことができるという効果がある。
【００５１】
請求項１０に記載した発明によれば、請求項７の効果に加え、ホーンの押圧面のうち、ホーンの押圧方向の分力が作用する範囲ではホーンの押圧力により、また、ホーンの押圧力の分力が不足する部分では、ホーンの押し込み力により集電リングを変形させて、集電リングを押圧することが可能となるため、ホーンの押圧面の開き角度を、例えば、１８０度にした場合でも、集電リングの全周にわたり集電タブを集電リングに確実に押圧して溶接を行うことができるという効果がある。したがって、ホーンによる溶接作業を２回行うだけで集電タブを集電リングに溶接することができるため、生産効率を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の斜視図である。
【図２】この発明の実施形態の溶接状態を示す斜視図である。
【図３】（１）の手法を説明するグラフ図である。
【図４】（１）の手法を説明するグラフ図である。
【図５】アルミ材における出力とクランプ力との関係を示すグラフ図である。
【図６】ステンレス材における出力とクランプ力との関係を示すグラフ図である。
【図７】（２）の手法を説明するグラフ図である。
【図８】（３）の手法を説明するグラフ図である。
【図９】ホーンの第１の実施形態を示す平面図である。
【図１０】ホーンの第２の実施形態を示す平面図である。
【図１１】ホーンの第３の実施形態を示す平面図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１１  ホーン
１２  アンビル
１３  集電リング
１４  集電タブ
１７  電極
Ｏ  押圧面
Ｓ  支持面
Ｇ  外周面
Ｎ  内周面
Ｏ１  押圧部
Ｏ２  押し込み押圧部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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