(57)【要約】【課題】複数の電池同士を電気的に接続する接続部材を溶接機を用いて接続する組電池用接続部材の接続方法において、溶接品質の向上と溶接機のメンテナンス性の向上を図る。【解決手段】一対のローラ電極１０，１０で接続部材１１Ｂの一方の面を電池１１Ａの外部端子の方向に押圧する工程と、一対のローラ電極間１０，１０に電流を流し、接続部材１１Ｂの他方の面を電池１１Ａの外部端子に接続する工程と、一対のローラ電極１０，１０と接続部材１１Ｂとの相対的な位置を変化させ、一対のローラ電極１０，１０を前記接続部材１１Ｂに転接させる工程とを有し、前記電流を停止させた後であって一対のローラ電極１０，１０を接続部材１１Ｂから離隔させる前に、一対のローラ電極１０，１０を無通電状態で接続部材１１Ｂに転接させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池同士を電気的に接続する接続部材を溶接機を用いて接続する組電池用接続部材の接続方法であって、
溶接機に備えた一対のローラ電極と電池の外部端子とのあいだにリボン状の接続部材を介在させ、前記一対のローラ電極で前記接続部材の一方の面を前記電池の外部端子の方向に押圧する工程と、
前記一対のローラ電極間に電流を流し、前記接続部材の他方の面を前記電池の外部端子に接続する工程と、
前記一対のローラ電極と前記接続部材との相対的な位置を変化させ、この一対のローラ電極を前記接続部材に転接させる工程とを有し、
前記電流を停止させた後であって前記一対のローラ電極を前記接続部材から離隔させる前に、この一対のローラ電極を無通電状態で前記接続部材に転接させることを特徴とする組電池用接続部材の接続方法。
【請求項２】
前記一対のローラ電極が前記接続部材に対して転接を開始した後に前記電流の通電を開始し、この転接を停止する前に前記通電を停止することを特徴とする請求項１に記載の組電池用接続部材の接続方法。
【請求項３】
前記一対のローラ電極を前記接続部材に転接させるとともに前記電流を流し、この一対のローラ電極への通電を停止した後、通電中に前記一対のローラ電極が転接していた方向とは逆の方向にこの一対のローラ電極を無通電状態で転接させることを特長とする請求項１に記載の組電池用接続部材の接続方法。
【請求項４】
前記接続部材として、ニッケルを素材としたリボン状部材を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の組電池用接続部材の接続方法。
【請求項５】
前記電流を流しているあいだに前記電流の極性を切替えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の組電池用接続部材の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の外部端子同士を接続部材によって接続し、単電池の集合体である組電池を構成する際の、接続部材と電池の外部端子との接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器やパーソナルコンピュータ等のコードレス化、ポータブル化が急速に促進されており、これらに幅広く使用されている駆動用電源としてリチウムイオン電池等に代表される二次電池も広く普及している。そしてこれら電池はその大半が、両端にそれぞれ正極と負極とを備え円筒形の容器に収容された単独の電池（単電池）の電極間を直列あるいは並列に電気的に接続し、一つのケースに収納したり外装絶縁チューブで被覆することで組電池の形態で使用される。
【０００３】
その様子を図７に示して説明する。図７において符号５１Ａ，５１Ｂは単電池であり、一方の単電池５１Ａは正極の外部端子を上方に、他方の単電池５１Ｂは正極の外部端子を下方に向けて互いが半径方向に平行になるように配置されている。そして、単電池５１Ａの正極の外部端子と単電池５１Ｂの負極の外部端子に跨って接続部材５２が配置されている。この接続部材５２は一般にタグやバスバーと称され、導電体からなるリボン状（薄板状）の部材が使用される。そしてこの接続部材５２の両端の近傍は、それぞれ両単電池５１Ａ，５１Ｂの外部端子と溶接により接続されている。
【０００４】
この溶接には一般的に抵抗溶接が用いられ、その方法は図８で示すように、接続部材５２を単電池５１Ａの上に載置し、その上方から一対の電極棒５３Ａ，５３Ｂを当接させる。そして一対の電極棒５３Ａ，５３Ｂの先端で接続部材５２の上面に所定の押圧力を加えつつ、両電極間に電流を流すものである。このようにすることで、前記電流は図９に示す２つの流路を流れることになる。
【０００５】
電流が流れることにより、接合対象物にはジュール熱による自己発熱が発生するとともに、図中の流路ア上には単電池５１Ａの外部端子と接続部材５２との接触点ウ，エが存在するので、これら接触点に接触抵抗による発熱が生じる。そして接触点ウ，エが溶融してナゲットを形成し溶接がなされる。一方流路イは接続部材５２内を流れるにすぎないので、ナゲットの形成にはほとんど寄与せず、むしろこの流路イの電流が流路アの電流に対して相対的に大きい場合は無駄電流として、溶接の品質に支障を与える場合もある。
【０００６】
そこで、図１０のように接続部材５２にスリット５４を設け、前記無駄電流を減少させる工夫もあるが、これも回り込む電流があるため効果は限られる。さらに特許文献１に記載された技術では、図１１で示すように、独立した２枚の導電部材５５Ａ，５５Ｂを離隔させて平行に配置し、これら導電部材５５Ａ，５５Ｂを絶縁性の保持フィルム５６で保持し、この保持フィルム５６に設けた開口部に露出した導電部材５５Ａ，５５Ｂそれぞれに電極棒５３Ａ，５３Ｂを当接させて電流を流すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７１８９８号公報（第１１頁、図１〜３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電気自動車や電動二輪車のように大電流を必要とする用途ではなく、携帯機器等比較的小電流用途の組電池の端子間接続を目的とする場合、接続部材として断面積の小さなもの、つまり薄いリボン状の材料で外形切断以外に加工を施さないものが使用可能であり、素材もニッケルのように銅やアルミニウムと比較して電気抵抗の大きな素材が選択可能である。そうした場合、前述した無駄電流である流路イ（図９）に流れる電流の悪影響は許容可能な範囲となり、むしろ溶接棒５３Ａ，５３Ｂの先端部が酸化被膜で覆われたり、先端部に接続部材５２の残渣が付着することで、溶接条件にばらつきが発生することが大きな課題となる。
【０００９】
また、薄いリボン状の接続部材５２を溶接した後に溶接棒５３Ａ，５３Ｂを溶接箇所から離隔させるとき、溶接棒の先端が接続部材５２に溶着し、結果溶接部が剥がれてしまうという現象も大きな課題となっている。そこで、本発明はこれらのような課題を解決すべく、溶接電極のドレッシング（クリーニング）に要するメンテナンスの手間を削減し、また、溶接電極に被溶接物である接続部材が溶着（付着）しないようにすることで、接合品質の向上を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は第１の態様として、複数の電池同士を電気的に接続する接続部材を溶接機を用いて接続する組電池用接続部材の接続方法であって、溶接機に備えた一対のローラ電極と電池の外部端子とのあいだにリボン状の接続部材を介在させ、前記一対のローラ電極で前記接続部材の一方の面を前記電池の外部端子の方向に押圧する工程と、前記一対のローラ電極間に電流を流し、前記接続部材の他方の面を前記電池の外部端子に接続する工程と、前記一対のローラ電極と前記接続部材との相対的な位置を変化させ、この一対のローラ電極を前記接続部材に転接させる工程とを有し、前記電流を停止させた後であって前記一対のローラ電極を前記接続部材から離隔させる前に、この一対のローラ電極を無通電状態で前記接続部材に転接させることを特徴とする組電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１１】
これにより、溶接電流を流すことでローラ電極と接続部材とが溶着しても、ローラ電極を接続部材から離隔させる前に無通電状態で転接させることで溶着を回避することができる。したがって、その後ローラ電極を接続部材から離隔させるときには、接続部材を電池の外部電極から引き剥がす力が働かない。また、電極の外周面全てを接続部材との接触面とすることができるので、電極の汚れである酸化被膜や接続部材の残渣等の付着が１カ所に集中せず、メンテナンスの頻度が下がる。
【００１２】
また本発明は第２の態様として、前記一対のローラ電極が前記接続部材に対して転接を開始した後に前記電流の通電を開始し、この転接を停止する前に前記通電を停止することを特徴とする第１の態様として記載の組電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１３】
これにより、確実に電極と接続部材との接触個所が移動しているあいだのみ溶接電流が流れるので、前記溶着が発生する可能性が更に低くなる。
【００１４】
また本発明は第３の態様として、前記一対のローラ電極を前記接続部材に転接させるとともに前記電流を流し、この一対のローラ電極への通電を停止した後、通電中に前記一対のローラ電極が転接していた方向とは逆の方向にこの一対のローラ電極を無通電状態で転接させることを特長とする第１の態様として記載の組電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１５】
これにより、溶接が終了し電流を停止させた位置が接続部材の端部であっても、逆方向にローラ電極を転接させることで、確実に溶着を回避したのち電極を接続部材から離隔させることができる。
【００１６】
また本発明は第４の態様として、前記接続部材として、ニッケルを素材としたリボン状部材を使用することを特徴とする第１乃至第３のいずれかの態様として記載の組電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１７】
これにより、適当な電気抵抗の素材による安定した溶接品質が得られ、また、耐食性に優れた素材であることから、組電池として完成した後の信頼性も確保できる。さらに、単純なリボン状の部材であり、穴あけ、プレス、接着等の加工が必要ないことから、巻き回した収納形態から引き出し、単に切断するだけで接合部材として使用することができる。したがって低コストであり、また量産性に優れる。
【００１８】
さらに本発明は第５の態様として、前記電流を流しているあいだに前記電流の極性を切替えることを特徴とする第１乃至第４のいずれかの態様として記載の組電池用接続部材の接続方法を提供する。
【００１９】
これにより、電流の方向に起因する極性効果を低減することができるので、接続信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
前述したように、従来の電極棒においては接続部材との接触箇所が棒状の電極の先端面のみであるから、酸化被膜や接続部材の残渣等の付着物を頻繁に除去しなければならない。このいわゆるドレッシング作業には研磨作業を伴うので、手間がかかるばかりではなく、電極を磨耗させることになり、電極そのものの寿命を短くしてしまうことになる。これに換えて電極をローラ電極にすることで、ドレッシング作業つまりメンテナンスの頻度が大幅に減少し、電極の寿命も長くなる。
【００２１】
またローラ電極を使用した場合は、電極を回転させながら、換言すると電極と接続部材との接触位置を変化させながら溶接を行うことができる。これに対して従来の電極棒を使用した場合は、溶接電流を通電しているあいだ一定の位置で接続部材と接触し続けることにより、接触箇所が過熱し電極と接続部材が溶着してしまう可能性が高い。さらにローラ電極と接続部材が溶着した場合でも、その後無通電状態で転接を行うことで溶着を回避できる。したがって本発明によれば、溶接工程が終了して電極を溶接部から退避させるときに、溶接部を破壊してしまうことがなく、溶接品質が安定するとともに溶接工程の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態を示す溶接装置の概略図
【図２】本発明の実施形態を示す部分詳細図
【図３】本発明の実施形態の要部斜視図
【図４】本発明の他の第１実施形態を示す模式図
【図５】本発明の他の第２実施形態を示す模式図
【図６】本発明の他の第３実施形態を示す模式図
【図７】従来の技術を示す斜視図
【図８】従来の技術を示す斜視図
【図９】従来の技術を示す断面図
【図１０】従来の技術を示す斜視図
【図１１】従来の技術を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、添付図面を参照して本発明に係る組電池用接続部材の接続方法の実施形態を詳細に説明する。図１は本実施形態で使用する溶接機の全体構成を示す概略図である。この溶接機は、被溶接物（以下ワークと記載する）の搬送や位置決めを人手で行うものであり、以下このマニュアル方式の装置に基づいて説明する。図１において符号１は溶接機、２は制御部、３は電源部である。また符号４は基台、５は基台４から立設された支柱、６は支柱５に上下動可能に保持された昇降部、７，７は昇降部６にそれぞれ独立して上下動自在に保持された一対の電極ホルダ、８，８は電極ホルダ７，７にそれぞれ固定された一対の絶縁ブロック、９，９は絶縁ブロック８，８にそれぞれ固定された給電ブロック、１０，１０は給電ブロック９，９にそれぞれ回動自在に保持された一対のローラ電極である。
【００２４】
給電ブロック９，９に保持されたローラ電極１０，１０は絶縁ブロック８，８を介することによって電極ホルダ７，７と電気的に絶縁されつつ、電極ホルダ７，７と一体的に上下動するものである。また、昇降部６は第１のアクチュエータ６Ａの駆動により支柱５に対して昇降可能であり、昇降することにより一対のローラ電極１０，１０をワーク１１に向けて近接又は離隔させる。ワーク１１はステージ１２上に載置されており、ステージ１２は第２のアクチュエータ１２Ａの駆動により矢印オの方向に移動する。ここで矢印オの方向はローラ電極１０，１０の回転方向と一致している。
【００２５】
次に、一対のローラ電極１０，１０の回動自在な保持構造を図２に示す。図２は左右対称なローラ電極の保持構造を示しており、図を見て右側を断面図で示し、右側に付した符号で説明する。ローラ電極１０は導電シャフト１３の一端に固定されており、この導電シャフト１３は給電ブロック９に設けた貫通穴に貫挿されている。また、この貫通穴の内面と導電シャフト１３とのあいだには導電性グリースが充填されており、両者の導電性を確保しつつ回動可能に保持している。ここで、導電シャフト１３の小径部１３Ａは導電性グリースのグリース溜まりとしている。
【００２６】
そして図１に示す給電ケーブル１４、１４が給電ブロック９，９に接続されることで、溶接時には、導電シャフト１３、１３を経由してローラ電極１０，１０間に電流が流れる。また図２に示すように、両ローラ電極１０，１０は符号カで示す間隙をあけて対向する方向で配置され、両者の回転軸の方向が一致するように設けられており円盤状のローラ電極１０の最大外径部の外周面１０Ａがワーク１１に接触する形状となっている。
【００２７】
次に図１に示した溶接機１の動作を説明する。ワーク１１をステージ１２上に位置決めして載置したのち制御部２の動作を開始させる。制御部２はステージ１２を矢印オの方向に移動させ、所定の位置、つまりワーク１１の溶接箇所の始点が一対のローラ電極１０，１０の直下となる位置に位置決めする。次に昇降部６を下降させることで、これと共に一対のローラ電極１０，１０も下降し、ワーク１１の溶接箇所にローラ電極１０，１０の外周面１０Ａが接触する。その後昇降部６は下降を続けるがローラ電極１０，１０と一体となった電極ホルダ７，７は下降を停止する。
【００２８】
これにより、昇降部６と電極ホルダ７，７との相対的な位置が上下方向に変化し、ローラ電極１０，１０が所定の押圧力で溶接箇所を押圧した時点で、昇降部６に内蔵した図示しないマイクロスイッチの接点が切替わる。ここで、電極ホルダ７，７はそれぞれ独立して昇降部６に対し上下動する構造であるので、一対のローラ電極１０，１０がそれぞれ当接する２カ所の溶接箇所に上下方向の位置の差がある場合でも、この２カ所に均等な押圧力で当接させることができる。また、ローラ電極１０，１０とワーク１１との相対的な位置が変化し、ローラ電極が回転している状態、換言するとローラ電極１０，１０がワーク１１に転接している状態において、ワーク１１表面に若干の凹凸が存在しても、電極ホルダ７，７のそれぞれ独立した上下動でこの凹凸を吸収し、所定の押圧力を維持することができる。そしてこのようにして、前記マイクロスイッチの接点切替え信号を入力した制御部２は、ローラ電極１０，１０がワーク１１の溶接箇所の始点に所定の押圧力で当接したことを認識する。
【００２９】
次に制御部２はステージ１２の移動を制御すると共に電源部３の電流出力を制御する。図３はその様子を示すもので、ワーク１１を構成する単電池１１Ａの外部電極上に接続部材１１Ｂが載置され、この接続部材１１Ｂ上をローラ電極１０，１０が転接しながら通電している様子を示している。このときワーク１１は矢印キの方向に移動しているので、一対のローラ電極１０，１０は矢印クの方向に回転する。電流は一対のローラ電極１０，１０の一方から他方へ接続部材１１Ｂと単電池１１Ａの外部電極とを経由して流れ、接続部材１１Ｂと単電池１１Ａの外部電極との接触点にナゲットを形成して溶接がなされる。
【００３０】
このとき電流を供給する電源は、瞬間的に大電流をパルス状に出力するパルスヒート電源が好ましい。さらに、電流は一方向でもよいが、電流の方向によって両電極側の発熱に差が生じる等の極性効果を軽減するために、通電中に例えば数ミリ秒毎に極性を切替えることができる極性切替え方式の電源であることが尚好ましい。また、一対のローラ電極１０，１０が転接する方向は、図３ではリボン状の接続部材１１Ｂの幅方向となっているが、これが接続部材１１Ｂの長手方向でもよく、特に単電池の外部電極が広い面積を有している場合は、長手方向にローラ電極を転接させれば、幅方向に転接させた場合よりも長い溶接部が得られる。
【００３１】
次に図４に基づいて本発明の第１の実施形態について説明する。図４（ａ）は図３に矢印ケで示した方向から溶接の様子を描いたものである。図４（ａ）において、符号１０１，１０２はローラ電極１０，１０の位置を示し、符号１１Ａはワーク１１の外部電極の断面、１１Ｂは接続部材の幅方向の断面を示している。第１の実施形態においては、まずローラ電極を符号１０１で示す一定の位置に静止させた状態で電極間に電流を流す。次いで通電を停止したうえでローラ電極１０，１０を符号１０２の位置まで転接させ、その後接続部材１１Ｂから離隔させる。
【００３２】
このような方法で溶接を行った結果のワークの状態を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は溶接箇所の平面視であり、実線で囲いハッチングを施した部分が溶接された領域を示し、点線で囲んだ部分が、溶接はされていないがローラ電極が接触していた領域を示す。第１の実施形態においては、図４（ｂ）に示すように２カ所のスポット状の溶接部が形成される。また、ローラ電極１０，１０を静止させた状態で電極間に通電し、通電を停止したうえで別の位置まで転接させ、この別の位置でローラ電極１０，１０を静止させて再度通電し、次いで通電を停止した上でローラ電極１０，１０を再度転接させ、その後接続部材１１Ｂから離隔させたものを図４（ｃ）に示す。このようにすれば、スポット状の溶接部の数を増やすことができる。
【００３３】
次に図５に基づいて本発明の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）の構成は図４と同様であるので説明は省略する。第２の実施形態においては図５（ａ）に示すように、まずローラ電極１０，１０を符号１１１の位置に位置させ電極間に通電を行わずに転接を開始する。ローラ電極１０，１０が転接を開始し符号１１２の位置に至ったとき電極間に通電し、そのまま符号１１３の位置まで転接とともに通電を継続する。次いで符号１１３の位置で通電は停止するが、符号１１４の位置まで転接は継続しその後接続部材１１Ｂから離隔させる。
【００３４】
このような方法で溶接を行った結果のワークの状態を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）において実線で囲いハッチングを施して示すように２本の帯状の溶接部が生成されている。またそれぞれの溶接部の両端に点線で囲って示した領域は、溶接はされていないがローラ電極は接触していた領域である。さらに前記転接のあいだに通電を中断することで、図５（ｃ）に示すように溶接部を分割することができる。
【００３５】
次に図６に基づいて本発明の第３の実施形態について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）の構成も図４と同様であるので説明は省略する。第３の実施形態においては図６（ａ）に示すように、まずローラ電極１０，１０を符号１２１の位置に位置させ電極間に通電を行うと同時に転接を開始する。その後通電とともに転接を継続し、ローラ電極１０，１０が符号１２２の位置まで到達したら通電を停止すると同時に転接を停止する。次いで符号１２２の位置から通電を停止したままこれまでとは逆の方向に転接を開始し、符号１２３の位置までローラ電極が到達した時点で転接を停止して接続部材１１Ｂから離隔させる。
【００３６】
このような方法で溶接を行った結果のワークの状態を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）において実線で囲いハッチングを施して示すように２本の帯状の溶接部が生成されている。この場合第２の実施形態の説明で示した図５（ｂ）の溶接部よりも長い帯状の溶接部が形成可能となっている。本実施形態ではローラ電極１０，１０の電極間の通電を停止してから逆方向に転接を行うので、接続部材１１Ｂの端部近傍まで溶接部を形成することが可能となる。また、ローラ電極１０，１０の転接の開始と同時に電極間の通電を開始し、転接の停止と同時に通電を停止するのではなく、転接を開始する前の静止状態で所定時間電極間に通電を行い、通電とともに行う転接を停止した後であって逆方向に転接させる前に静止状態で所定時間通電を行うことにより、図６（ｃ）に示すように帯状の溶接部の両端のみに長時間電流を流しナゲットを成長させることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態ではワーク１１をステージ１２上に載置し、ステージ１２を移動させることでローラ電極１０，１０の転接を実現するようになっているが、ローラ電極１０，１０とワーク１１との相対的な位置が変化すればよいので、ローラ電極１０，１０を転接の方向に移動させる溶接機の構造としても同様の効果を奏することは言うまでもない。同様に、ワーク１１を上下動させることで、ローラ電極１０，１０がワーク１１に当接又は離隔するようにしてもよい。さらに、ワーク１１としての電池は、円筒型の容器の両端に外部電極を備えた形態に限るものではなく、角型容器であっても、突出した板状の電極であっても適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  溶接機
２  制御部
３  電源部
４  基台
５  支柱
６  昇降部
６Ａ  第１のアクチュエータ
７  電極ホルダ
８  絶縁ブロック
９  給電ブロック
１０  ローラ電極
１１  ワーク
１１Ａ  端電池
１１Ｂ  接続部材
１２  ステージ
１２Ａ  第２のアクチュエータ
１３  導電シャフト
１４  給電ケーブル
【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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