(57)【要約】      （修正有）【課題】鉛蓄電池のセル間抵抗溶接部の溶接状態を破壊検査によることなく、非破壊検査により、精度よく良否判定する手段を提供する。【解決手段】電槽２０２内で隔壁２０３により区画された複数のセル室２０４に接続体２０５を設けた極板群２０６を収納し、隔壁を介して隣接しあう極板群において、これら極板群に設けられた接続体を隔壁に設けた貫通孔２１１で対向させ、これら接続体を通電用電極１０２で加圧して接続体同士を接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電して接続体間を抵抗溶接する際、通電前の接続体の温度（Ｔ１）を計測し、通電終了の所定時間後に前記接続体の（温度Ｔ２）を計測し、温度（Ｔ１）と温度（Ｔ２）の値に基づいて、溶接部の良否判定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽内で隔壁により区画された複数のセル室に接続体を設けた極板群を収納し、隔壁を介して隣接しあう極板群において、極板群に設けた接続体を隔壁に設けた貫通孔で対向させ、これら接続体を通電用電極で加圧して接続体同士を接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電して接続体間を抵抗溶接する鉛蓄電池の製造方法において、通電前の接続体の温度（Ｔ１）を計測し、通電終了の所定時間後に前記接続体の（温度Ｔ２）を計測し、これら温度（Ｔ１）と温度（Ｔ２）の値に基づいて、溶接部の良否判定を行うことを特徴とする鉛蓄電池の製造方法。
【請求項２】
前記温度（Ｔ１）および温度（Ｔ２）の計測を非接触式温度センサーを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項３】
電槽内で隔壁により区画された複数のセル室に接続体を設けた極板群を収納し、隔壁を介して隣接しあう極板群において、これら極板群に設けられた接続体を隔壁に設けた貫通孔で対向させ、これら接続体を通電用電極で加圧して接続体同士を接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電して接続体間を抵抗溶接する鉛蓄電池の製造装置において、通電前の接続体の温度（Ｔ１）と、通電終了の所定時間後に前記接続体の（温度Ｔ２）を計測する温度計測手段を備え、これら温度（Ｔ１）と温度（Ｔ２）の値に基づいて溶接部の良否判定を行う良否判定手段を備えたことを特徴とする鉛蓄電池の製造装置。
【請求項４】
前記温度計測手段として非接触式温度センサーを用いることを特徴とする請求項３に記載の鉛蓄電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池のセル間を抵抗溶接するための製造方法と、その製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、正極の活物質に二酸化鉛、負極の活物質に金属鉛、電解液に希硫酸を用いる電池である。一般に鉛蓄電池は、多孔性で絶縁性のセパレータを介して正極と負極を任意の枚数を積層して極板群を構成し、これらを電槽に収納してセルを構成し、希硫酸を注入して構成される。用途としては、自動車始動用、電気自動車用、無停電電源装置用など幅広く使用されている。中でも、自動車始動用や電気自動車用といった用途では、車両走行時の激しい衝撃や振動が電池に加わるため、これら衝撃や振動に対する信頼性が重要視される。
【０００３】
鉛蓄電池は、セル電圧が原理的に約２Ｖと低いため、電池の形態や用途に拘わらず、一般には複数のセルを集合し、必要に応じて直列あるいは並列にセル間接続し、所定の電圧や容量を形成し、一体化されたモノブロック構造を用いるのが普通である。
【０００４】
特に、セル間接続部に、前記したような衝撃や振動が加わると、セル間接続部に応力が発生して、接続部にクラックや破断が生じたり、クラックを起点とした腐食が進行する場合がある。このような要因により、セル間接続部が破損した場合には、電池が使用不能となる。したがって、セル間接続部には高い信頼性が求められている。
【０００５】
一方、自動車始動用や電気自動車用鉛蓄電池のセル間接続方法として、抵抗溶接方式が広く採用されている。抵抗溶接は、セル室を区画する隔壁に貫通孔を設け、各セルの極板群の同極性極板を電気的に集合するストラップに設けた接続体を貫通孔を介して対向配置し、接続体同士を通電用電極で加圧して互いに接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電し、通電時のジュール熱により溶接を行う。
【０００６】
抵抗溶接による接続体の溶接状態は、接続体の電気抵抗値、接続体同士を貫通孔内で接触させる際に得られる接触抵抗値、接続体と通電用電極との接触抵抗値によって大きく左右され、これらのばらつきは溶接過多や溶接不足の要因となる。
【０００７】
セル間接続部の溶接状態の判定は、溶接部を取り出して破断強度を測定したり、その破断面の状態や、溶接部断面の鉛合金結晶状態で確認することが一般的である。ただし、このような方法は破壊試験となるため、全数検査は不可能であり、抜き取り検査として行われる。
【０００８】
上記のような、破壊検査とは異なり、溶接部を非破壊で検査するいくつかの方法が試みられている。例えば、特許分献１には溶接前後に貫通孔を介して対面するセル間溶接部間の距離、変位測定を行い、それぞれの距離、変位変化を比較して溶接状態を推定し、これから溶接部の良否判定する方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１によるものは、抵抗溶接時の変位量が正常とされる基準範囲内であっても、内部が溶接過多や溶接不足となっているものがあり、不良品を良品と判定してしまう場合があった。
【特許文献１】特開２００２−３２４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記したような鉛蓄電池のセル間の抵抗溶接工程において、破壊検査によることなく、非破壊検査で精度よく、抵抗溶接部の溶接状態の良否を判定する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、電槽内で隔壁により区画された複数のセル室に接続体を設けた極板群を収納し、隔壁を介して隣接しあう極板群において、これら極板群に設けられた接続体を隔壁に設けた貫通孔で対向させ、これら接続体を通電用電極で加圧して接続体同士を接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電して接続体間を抵抗溶接する鉛蓄電池の製造方法において、通電前の接続体の温度（Ｔ１）を計測し、通電終了の所定時間後に前記接続体の（温度Ｔ２）を計測し、これら温度（Ｔ１）と温度（Ｔ２）の値に基づいて溶接部の良否判定を行うことを特徴とする鉛蓄電池の製造方法を示すものである。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池の製造方法において、温度（Ｔ１）および温度（Ｔ２）の計測を非接触式温度センサーを用いて行うことを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、電槽内で隔壁により区画された複数のセル室に接続体を設けた極板群を収納し、隔壁を介して隣接しあう極板群において、これら極板群に設けられた接続体を隔壁に設けた貫通孔で対向させ、これら接続体を通電用電極で加圧して接続体同士を接触させ、通電用電極間に溶接電流を通電して接続体間を抵抗溶接する鉛蓄電池の製造装置において、通電前の接続体の温度（Ｔ１）と、通電終了の所定時間後に前記接続体の（温度Ｔ２）を計測する温度計測手段を備え、これら温度（Ｔ１）と温度（Ｔ２）の値に基づいて溶接部の良否判定を行う良否判定手段を備えたことを特徴とする鉛蓄電池の製造装置を示すものである。
【００１４】
そして、本発明の請求項４に係る発明は、請求項３の鉛蓄電池の製造装置において、温度計測手段として非接触式温度センサーを用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、抵抗溶接時に発生する、ジュール熱を溶接部の温度上昇として計測するため、溶接過多や溶接不足といった溶接不良を精度よく判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態による鉛蓄電池の製造装置と製造方法とを図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は溶接前段階において、これよりセル間接続される未溶接状態の仕掛電池２０１を本発明の鉛蓄電池の製造装置１０１に配置した状態を示す図である。
【００１８】
ここで、仕掛電池２０１は、電槽２０２内で隔壁２０３により区画された複数のセル室２０４を有しており、各セル室２０４に接続体２０５を設けた極板群２０６を収納した構成を有している。なお、極板群２０６は正極板２０７と負極板２０８がセパレータ２０９を介して組み合わされており、正極板２０７と負極板２０８のそれぞれの同極性極板の耳部を集合溶接する棚部２１０を有している。接続体２０５はこの棚部２１０に設けられている。
【００１９】
そして、隔壁２０３には貫通孔２１１を設け、隣接しあう極板群２０６において、貫通孔２１１で接続体２０５が対向配置する。
【００２０】
図１に示したように、本発明の鉛蓄電池の製造装置１０１には、従来の抵抗溶接装置と同様、通電用電極１０２が設けられている。通電用電極１０２には、溶接用の電力を供給する電源装置１０３と、溶接電流・電圧や溶接時間を制御するための溶接コントローラ１０４を備えている。また、通電用電極１０２によって接続体２０５を加圧し、接続体２０５同士を接触させるための加圧手段１０５を備える。なお、加圧手段１０５は溶接コントローラ１０４により、その加圧力が制御される。
【００２１】
次に、図３に示したように、接続体２０５が所定の加圧力で互いに接触した状態で、通電用電極１０２間に通電が行われ、接触部で発生するジュール熱により、接触部近傍が溶融する。所定の溶接時間が経過した時点で通電を停止し、溶融した接触部の冷却凝固が進行する。冷却凝固の間、通電用電極１０２による接続体２０５の加圧が維持され、溶接部中のクラックや気泡の残留が抑制される。溶融・凝固した部分は溶接ナゲット２１２が形成される。
【００２２】
冷却凝固が完了すると、通電用電極１０２による接続体２０５の加圧が解除され、溶接完了となる。なお、これらの通電用電極１０２、電源装置１０３、溶接コントローラ１０４および加圧手段と、その動作は、従来の鉛蓄電池セル間接続方法やその装置にも用いられているものであり、本発明の製造方法や製造装置を特徴づけるものではない。
【００２３】
本発明の鉛蓄電池の製造装置１０１には、接続体２０５を介して隣接しあう極板群２０６において、これら極板群２０６に設けられた接続体２０５の温度を計測するための温度計測手段１０５を有している。温度計測手段１０５によって、通電前（溶接前）の接続体２０５の温度（Ｔ１）と、通電終了の所定時間後に接続体２０５の温度（Ｔ２）を計測する。そして、これらの温度（Ｔ１）および温度（Ｔ２）の値に基づいて、良否判定手段１０６により、溶接部の良否判定を行う。
【００２４】
良否判定手段１０６では、温度（Ｔ２）と温度（Ｔ１）の温度差（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）を算出し、温度差（ΔＴ）が所定範囲内の場合に、適切な溶接熱量が発生し、溶接状態が適切であると判定する。
【００２５】
温度差（ΔＴ）が所定範囲を超える場合には、発生した溶接熱量が過多であり、溶接過多の状態であると、良否判定手段１０６で判定する。
【００２６】
温度差（ΔＴ）が所定範囲未満である場合には、発生した溶接熱量が過少であり、溶接不足の状態であると、良否判定手段１０６で判定する。
【００２７】
温度差（ΔＴ）の良否判定のための判定値設定は、あらかじめ調査された温度差（ΔＴ）と溶接状態との相関関係によって設定される。溶接状態の指標としては、例えば、溶接ナゲット２１２の径寸法（Ｌ）や幅寸法（Ｗ）を採用することができる。この場合、溶接ナゲット２１２径を温度差（ΔＴ）との相関関係から良否判定のための判定値設定を行う。
【００２８】
また、接続体２０５や棚部２１０の形状によって、溶接時の熱上昇・冷却の状態が変化するため、これらの形状に応じて、良否判定のための判定値設定を行うことが必要である。
【００２９】
さらに、溶接終了後の接続体２０５の温度（Ｔ２）を計測するタイミングを一定とすることが必要である。図３は溶接工程における接続体温度（Ｔ）の時間変化を示す模式図である。通電前の接続体２０５の温度は雰囲気温度に影響され、時間変化は殆どなく、一定とみてよい。一方、通電開始直後から数百ｍ秒〜数秒のタイムラグの後、接続体２０５の温度は急激に上昇しはじめ、最大温度に達した後、次第に冷却され、温度低下する。
【００３０】
通電により接続体２０５の溶融部の温度は８００℃といった高温になるが、溶接終了直後の接続体２０５の表面温度は溶接前の温度から大きく上昇していない。その後、時間経過とともに、溶接部で発生した熱が接続体２０５の表面まで熱伝導され、表面温度が上昇し始める。その後、接続体２０５表面から熱が通電用電極１０２および大気中へ放熱され、冷却が進行する。
【００３１】
このように、通電終了からの時間によって、接続体温度が変化するため、温度（Ｔ２）は通電終了後の所定時間に設定し、計測タイミングを一定とすることが必要である。一例としては、通電直後の数秒間の通電用電極が加圧状態に保持されている間、もしくは加圧状態が解除された直後に温度（Ｔ２）の計測を完了させれば、溶接工程内で良否判定を完了できるため、工程所要時間短縮の面で好ましい。
【００３２】
温度（Ｔ２）に関しては、従来からの熱電対を用いた接触式の温度計測装置を用いることができるが、計測タイミングのばらつきが判定精度に影響するため、温度計測手段１０５として、接続体２０５から放出される赤外線から、接続体２０５の温度を計測する非接触式の温度計測装置を用いることがより好ましい。
【００３３】
だだし、赤外線検知で非接触式の温度計測手段１０５は、接続体２０５の表面光沢の度合いによっては計測誤差を生じるため、温度計測手段１０５と接続体２０５間に接続体２０５の反射光を抑制するための偏光フィルター（図示せず）を配置したり、接続体２０５の温度計測位置に黒色艶消しペイント塗布等の反射抑制処理を施すことが好ましい。
【００３４】
上記したような、本発明の構成によれば、鉛蓄電池のセル間抵抗溶接部の溶接状態を非破壊で精度よく、良否判定できるため、鉛蓄電池の信頼性を向上する上で、極めて有効である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の具体的な実施例を示す。
【００３６】
まず、図１に示した電槽２０２として、ポリプロピレン樹脂電槽を準備した。内部は５枚の隔壁２０３より、セル室２０４に区画されている。隔壁の厚みは１．３０ｍｍであり、接続体２０５に対応して直径１０ｍｍの貫通孔２１１を形成したものを用いた。
【００３７】
セル室２０４には極板群２０６が収納され、接続体２０５が貫通孔２１１を介して向き合った状態に配置される。本実施例においては、棚部２１０および接続体２０５はＰｂ−３．０質量％Ｓｂ合金であり、棚部２１０厚みが７．０ｍｍ、接続体２０５の高さ寸法（ｈ）＝２０．５ｍｍ、幅寸法（ｄ）＝１８．０ｍｍ、および厚み寸法（ｔ）＝５．０ｍｍとした。
【００３８】
通電用電極１０２としては先端が円錐台形状を有した銅合金のものを用い、先端径は６．０ｍｍである。
【００３９】
接続体２０５の温度計測位置は、図４に示したように、接続体２０５の通電用電極１０２が配置される位置４０１を除く位置であり、通電用電極１０２を保持するためのアーム等の部材と干渉しない位置に設定する。図４では温度計測位置４０２を位置４０１の側部に配置した例を示した。
【００４０】
次に、通電用電極１０２を駆動し、接続体２０５同士を加圧する。そして、赤外線検知式の非接触式温度センサーを用いて通電前の温度計測位置における接続体２０５の表面温度を温度（Ｔ１）として計測した。なお、温度（Ｔ１）は通電用電極１０２の加圧動作以前に行ってもよい。
【００４１】
ここで、通電用電極１０２による加圧の圧力は５００ＭＰａに設定した。そして、通電用電極１０２間に通電を行った。通電条件は６０Ｈｚの交流電流（９０００Ａ）を８サイクル、すなわち、８／６０秒間通電し、その直後に加圧力を７００ＭＰａに増加させ、この加圧力を１．００秒間保持した。加圧力を増加させ、冷却を進行させることにより、溶接ナゲット２１２中のクラックや気泡の残留を抑制することができる。
【００４２】
そして、８／６０秒間の通電終了から１．２０秒後に温度計測位置４０２における接続体２０５の温度（Ｔ２）を計測した。
【００４３】
温度（Ｔ２）と温度（Ｔ１）との温度差（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）の値から良否判定手段で良否判定を行う。良否判定基準としては、温度差（ΔＴ）が２６．５．０〜３８．０℃の温度範囲にあるものを良品、それ以外のものを不良品と判定した。
【００４４】
この良否判定基準設定は、図５に示したように、あらかじめ温度差（ΔＴ）と溶接ナゲット幅（Ｗ）との関係を計測しておき、正常溶接ナゲット幅から、温度差（ΔＴ）を設定する。ただし、同一温度差においても溶接ナゲット幅（Ｗ）にはばらつきが生じるため、統計的処理により、不良品を良品と誤判定しない範囲で判定基準を設定すべきであることは言うまでもない。
【００４５】
図５に示した例では、正常溶接ナゲット幅を３．０ｍｍ〜４．５ｍｍとし、その場合に対応する温度差（Δｔ）２５．０〜３９．５℃に対して、判定基準を２６．５〜３８．０℃と設定した。
【００４６】
このような判定基準によって良品判定された接続体を分解調査して溶接ナゲット幅（Ｗ）をｎ数＝１００で計測したところ、溶接ナゲット幅（Ｗ）は３．３〜４．２ｍｍであり、本発明の方法および装置によって良品判定されたものは、破壊検査によっても全数良品であることが確認できた。
【００４７】
以上、本発明によれば、鉛蓄電池のセル間接続部の溶接状態を、破壊検査によることなく、精度よく、良否判定できる。
【００４８】
なお、実施例においては、溶接ナゲット幅（Ｗ）と温度差（ΔＴ）との相関関係を判定基準としたが、溶接ナゲット径（Ｌ）と温度差（ΔＴ）あるいは、これら両者の相関関係から判定基準を設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、セル間の抵抗溶接部の溶接状態を精度よく良否判定できることから、振動衝撃が加わる使用環境から、セル間接続部の高い信頼性が要求される始動用鉛蓄電池、電気自動車用鉛蓄電池等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による鉛蓄電池の製造装置を示す図
【図２】溶接中の仕掛電池を示す図
【図３】接続体温度の時間変化を示す図
【図４】温度計測位置を示す図
【図５】溶接ナゲット幅（Ｗ）と温度差（ΔＴ）との相関関係を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１０１    （本発明の鉛蓄電池の）製造装置
１０２    通電用電極
１０３    電源装置
１０４    溶接コントローラ
１０５    温度計測手段
１０６    良否判定手段
２０１    仕掛電池
２０２    電槽
２０３    隔壁
２０４    セル室
２０５    接続体
２０６    極板群
２０７    正極板
２０８    負極板
２０９    セパレータ
２１０    棚部
２１１    貫通孔
２１２    溶接ナゲット
４０１    （通電用電極が配置される）位置
４０２    温度計測位置
【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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