(57)【要約】【課題】溶接電極のクラックの発生を抑制することのできる溶接装置を提供する。【解決手段】溶接装置３０では、二次電池の正極電極の正極タブ２１ｃと、二次電池の正極電極との間で電気を授受する正極導電部材２５とを抵抗溶接する。溶接装置３０は、正極タブ２１ｃ及び正極導電部材２５に通電させる溶接電極３１，３６を備える。溶接電極３１，３６は、金属製の基端部３２，３７と、基端部３２，３７の先端に位置する溶接部３３，３８と、を有している。基端部３２，３７は、銅製の基端層３２ａ，３７ａと銅と銀との合金からなる中間層３２ｂ，３７ｂと、を有している。基端部３２，３７においては、中間層３２ｂ，３７ｂが、溶接部３３，３８に向かって熱抵抗率が高くなり、且つ溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い部位となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置の電極と、前記蓄電装置の電極との間で電気を授受する導電部材とを抵抗溶接する溶接装置であって、
前記電極及び前記導電部材に通電させる溶接電極を備え、
前記溶接電極は、金属製の基端部と、前記基端部の先端に位置する金属製の溶接部と、を有し、
前記基端部は、前記溶接部に向かって熱抵抗率が高くなり、且つ前記溶接部よりも電気抵抗率が低い部位を有する溶接装置。
【請求項２】
前記基端部は、基端層と、前記基端層よりも熱抵抗率が高く、且つ前記溶接部よりも電気抵抗率が低い中間層とを有し、前記中間層は、前記基端層と前記溶接部との間に位置している請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記中間層は、前記基端層を構成する金属と、前記基端層を構成する金属よりも熱抵抗率が高く、且つ前記溶接部を構成する金属よりも電気抵抗率が低い金属との合金からなる合金層である請求項２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記中間層は、前記基端層を構成する金属とセラミックとの複合材からなる複合層である請求項２に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記中間層は、前記基端層を構成する金属とは異なる単一の金属からなる金属層である請求項２に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電装置の電極とその電極との間で電気を授受する導電部材とを抵抗溶接する溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、活物質層を有する正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させて積層した電極組立体を有し、その電極組立体がケース内に電解液と共に収容されている。電極組立体を構成する各電極は、電極との間で電気を授受する導電部材を介してケース外に露出する正負の電極端子と電気的に接続される。そして、各電極と導電部材との接合は、例えば特許文献１に開示されるような抵抗溶接機を用いた抵抗溶接で行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／１１０３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
抵抗溶接は、接合対象物に正負一対の溶接電極を接触させて溶接電極と接合対象物とを通電させ、その通電によって生じる抵抗熱で接合対象物を溶融し、溶接する方式である。ところで、抵抗溶接で使用する溶接電極は、その先端側に位置する溶接部に基端側に位置する基端部を介して通電させ、溶接部を接合対象物に接触させることにより接合対象物を溶接している。溶接電極では、溶接時には通電させることで発熱して温度が上昇するが、溶接終了後には温度が下降する。このため、溶接電極では、温度変化に伴う熱衝撃によってクラックが発生するおそれがある。溶接電極にクラックが発生すると溶接電極を交換する必要があるが、溶接電極を頻繁に交換することは蓄電装置の製造効率を低下させる要因となる。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、溶接電極のクラックの発生を抑制することのできる溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための溶接装置は、蓄電装置の電極と、蓄電装置の電極との間で電気を授受する導電部材とを抵抗溶接するものであり、電極及び導電部材に通電させる溶接電極を備えるものである。そして、溶接電極は、金属製の基端部と、基端部の先端に位置する金属製の溶接部と、を有し、基端部は、溶接部に向かって熱抵抗率が高くなり、且つ溶接部よりも電気抵抗率が低い部位を有している。
【０００７】
上記構成によれば、上記の部位では放熱性が低くなるため、溶接電極の温度が下がりにくくなる。このため、溶接電極の温度低下を抑えることができ、溶接時と非溶接時とで溶接電極の温度差を小さくすることができる。したがって、溶接電極のクラックの発生を抑制することができる。
【０００８】
また、上記の部位は溶接部よりも電気抵抗率が低い性質を有するため、こうした部位を溶接電極に介在させたことに起因して溶接電極の導電性が低下することを抑制することができる。
【０００９】
基端部は、基端層と、基端層よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部よりも電気抵抗率が低い中間層とを有し、中間層は、基端層と溶接部との間に位置しているものが好ましい。
上記構成によれば、基端層よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部よりも電気抵抗率が低い性質を有する中間層を基端部に設けることにより、基端部を溶接部に向かって熱抵抗率が高く、且つ溶接部よりも電気抵抗率が低い部位を有するものとすることができる。したがって、溶接電極のクラックの発生をより容易に抑制することができる。
【００１０】
中間層としては、例えば、基端層を構成する金属と、基端層を構成する金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部を構成する金属よりも電気抵抗率が低い金属との合金からなる合金層が採用可能である。
【００１１】
また、中間層としては、例えば、基端層を構成する金属とセラミックとの複合材からなる複合層が採用可能である。
また、中間層としては、例えば、基端層を構成する金属とは異なる単一の金属からなる金属層が採用可能である。
【００１２】
上記構成のように、中間層としては、複数の金属の合金からなる合金層、金属とセラミックとの複合材からなる複合層、単一の金属からなる金属層が挙げられる。こうして中間層を設けることにより、基端部を溶接部に向かって熱抵抗率が高く、且つ溶接部よりも電気抵抗率が低い部位を有するものとすることができる。したがって、溶接電極のクラックの発生をより容易に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接電極のクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】二次電池の一部破断斜視図。
【図２】電極組立体の分解斜視図。
【図３】溶接装置を示す模式図。
【図４】正極タブと正極導電部材との溶接を行っている状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、溶接装置の一実施形態について図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、直方体状の電極組立体１１及び電解液が収容されたケース１２を有している。ケース１２は、有底筒状のケース本体１３と、ケース本体１３に電極組立体１１を挿入する開口部１３ａを閉塞する平板状の蓋体１４とからなる。ケース本体１３の開口部１３ａと蓋体１４とは、レーザー溶接等により接合されている。また、ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。この実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３が有底四角筒状であり、蓋体１４が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。
【００１６】
二次電池１０は、電極組立体１１と電力のやり取りを行うのに用いられる正極端子１５及び負極端子１６を備えている。各端子１５，１６は、ケース１２の蓋体１４に取り付けられている。
【００１７】
図２に示すように、電極組立体１１は、蓄電装置の電極としての正極電極２１と、蓄電装置の電極としての負極電極２２と、正極電極２１及び負極電極２２を絶縁するセパレータ２３と、を有する。電極組立体１１は、複数の正極電極２１と複数の負極電極２２を交互に積層するとともに、正極電極２１と負極電極２２の間にセパレータ２３を介在した積層構造である。
【００１８】
正極電極２１は、矩形のシート状であり、正極金属箔（実施形態ではアルミニウム箔）２１ａの両面に正極活物質を含む正極活物質層２１ｂを有する。また、正極電極２１は、正極金属箔２１ａからなるとともに正極電極２１の一辺から突出する正極タブ２１ｃを有する。負極電極２２は、矩形のシート状であり、負極金属箔（実施形態では銅箔）２２ａの両面に負極活物質を含む負極活物質層２２ｂを有する。また、負極電極２２は、負極金属箔２２ａからなるとともに負極電極２２の一辺から突出する負極タブ２２ｃを有する。
【００１９】
図１に示すように、正極端子１５と各正極電極２１の正極タブ２１ｃは、各正極電極２１との間で電気を授受する正極導電部材（実施形態ではアルミニウム板）２５と電気的に接続されている。負極端子１６と各負極電極２２の負極タブ２２ｃは、各負極電極２２との間で電気を授受する負極導電部材（実施形態では銅板）２６と電気的に接続されている。正極タブ２１ｃと正極導電部材２５の接合、及び負極タブ２２ｃと負極導電部材２６の接合には、抵抗溶接が用いられる。抵抗溶接は、例えば、正極タブ２１ｃと正極導電部材２５などの接合対象物を、正負一対の溶接電極で挟み込んで溶着する方法である。正極タブ２１ｃ及び負極タブ２２ｃには、抵抗溶接によって接合された部分が溶接部位２７として現れている。
【００２０】
図３に示すように、抵抗溶接を行う溶接装置３０は、棒状の溶接電極３１，３６を有する。溶接電極３１，３６は、基端部３２，３７と、基端部３２，３７の先端に位置し、接合対象物との接触面を有するタングステン製の溶接部３３，３８と、を有している。基端部３２，３７は、銅製の基端層３２ａ，３７ａと、基端層３２ａ，３７ａと溶接部３３，３８との間に位置する中間層３２ｂ，３７ｂと、を有している。
【００２１】
中間層３２ｂ，３７ｂは、銅と銀との合金からなる合金層である。そして、溶接電極３１，３６における基端層３２ａ，３７ａ、中間層３２ｂ，３７ｂ、及び溶接部３３，３８は、互いの界面が摩擦圧接によって接合されている。なお、銀は銅よりも熱抵抗率が高く、タングステンよりも電気抵抗率が低い性質を有する。すなわち、基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂは、基端層３２ａ，３７ａよりも熱抵抗率が高く、溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低くなっている。そして、基端部３２，３７では、基端層３２ａ，３７ａから中間層３２ｂ，３７ｂにかけて熱抵抗率が高くなっている。すなわち、基端層３２ａ，３７ａから中間層３２ｂ，３７ｂにかけての部位は、溶接部３３，３８に向かって熱抵抗率が高くなる部位となっている。
【００２２】
溶接装置３０は、各溶接電極３１，３６に電圧を印加する通電部４１を有する。また、溶接装置３０は、溶接電極３６に対して溶接電極３１を接離移動させる移動機構４２を有する。移動機構４２により、溶接電極３１は、溶接時において接合対象物に溶接部３３が接触するように移動され、溶接後において接合対象物から溶接部３３が離れるように移動される。
【００２３】
以下、溶接装置３０の作用を、正極タブ２１ｃと正極導電部材２５との溶接方法とともに説明する。なお、負極タブ２２ｃと負極導電部材２６との溶接も、以下に説明する正極タブ２１ｃと正極導電部材２５との溶接と同じ方法で行われる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、溶接時には、離間した状態の溶接電極３１，３６の間に接合対象物を配置する。そして、移動機構４２により溶接電極３１の溶接部３３を接合対象物に接触させる。溶接時には、作業者などの外部操作に基づく溶接開始信号を入力した通電部４１が電圧を印加させることにより、各溶接電極３１，３６と接合対象物との接触によって接合対象物である正極タブ２１ｃと正極導電部材２５とに通電される。この通電により、接合対象物は、抵抗熱で加熱されるとともに溶融し、溶接装置３０からの加圧力を受けて接合される。
【００２５】
溶接電極３１，３６への通電時には、通電部４１から基端部３２，３７に電圧が印加されることにより、基端部３２，３７が高温になる。ここで、上述の通り、基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂは、溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低くなっているため、中間層３２ｂ，３７ｂから溶接部３３，３８に電気を通しやすくなる。このため、溶接部３３，３８を高温にさせることができ、抵抗溶接を好適に行うことができる。
【００２６】
溶接終了後、通電部４１は、溶接電極３１，３６への電圧の印加を停止する。溶接電極３１，３６への通電が停止されると、溶接電極３１，３６の温度が低下する。ここで、上述の通り、基端部３２，３７では、中間層３２ｂ，３７ｂが基端層３２ａ，３７ａよりも熱抵抗率が高いため、中間層３２ｂ，３７ｂでの放熱性が低くなる。このため、中間層３２ｂ，３７ｂと圧接される基端層３２ａ，３７ａ及び溶接部３３，３８の温度が下がりにくくなる。すなわち、溶接終了時における溶接電極３１，３６の温度低下を抑えることができるため、溶接時と非溶接時とでの溶接電極３１，３６の温度変化が小さくなっている。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂでは放熱性が低くなるため、溶接電極３１，３６の温度が下がりにくくなる。このため、溶接電極３１，３６の温度低下を抑えることができ、溶接時と非溶接時とで溶接電極３１，３６の温度差を小さくすることができる。したがって、溶接電極３１，３６のクラックの発生を抑制することができる。
【００２８】
また、基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂは溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い性質を有するため、中間層３２ｂ，３７ｂを溶接電極３１，３６に介在させたことに起因して溶接電極３１，３６の導電性が低下することを抑制することができる。
【００２９】
（２）中間層３２ｂ，３７ｂは、銅と銀との合金からなる合金層である。銀は、基端層３２ａ，３７ａを構成する銅よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成するタングステンよりも電気抵抗率が低い性質を有している。このため、溶接電極３１，３６の基端部３２，３７に中間層３２ｂ，３７ｂを設けることにより、基端部３２，３７を溶接部３３，３８に向かって熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い部位を有するものとすることができる。したがって、溶接電極３１，３６のクラックの発生をより容易に抑制することができる。
【００３０】
なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
○  基端層３２ａ，３７ａは銀等、銅以外の金属であってもよい。
○  溶接部３３，３８は、モリブデン等、タングステン以外の金属であってもよい。
【００３１】
○  基端層３２ａ，３７ａと溶接部３３，３８とは、銅等の同一の金属であってもよい。
○  基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂは、銅等、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属と、銀以外の金属との合金からなる合金層としてもよい。なお、この銀以外の金属は、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成する金属よりも電気抵抗率が低い金属であればよい。すなわち、この銀以外の金属としては、基端層３２ａ，３７ａが銅で構成され、溶接部３３，３８がタングステンで構成される場合では、例えばイリジウム、ロジウム、金等が挙げられる。
【００３２】
○  中間層３２ｂ，３７ｂとして採用する合金層は、銅等、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属の一部分に、銀等の金属が偏析するように、銅等の金属と銀等の金属とを混合させて形成した合金からなるものとしてもよい。この形態では、基端部３２，３７の中間層３２ｂ，３７ｂにおいて、銀等の金属が偏析する部位が、溶接部３３，３８に向かって熱効率が高くなり、且つ溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い部位に相当するようになる。
【００３３】
○  中間層３２ｂ，３７ｂは、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属以外の単一の金属からなる金属層としてもよい。なお、この金属は、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成する金属よりも電気抵抗率が低い金属であればよい。すなわち、この金属としては、基端層３２ａ，３７ａが銅で構成され、溶接部３３，３８がタングステンで構成される場合では、例えばイリジウム、ロジウム、金、銀等が採用可能である。
【００３４】
○  中間層３２ｂ，３７ｂは、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属とセラミックとの複合材からなる複合層としてもよい。なお、このセラミックは、基端層３２ａ，３７ａを構成する金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成する金属よりも電気抵抗率が低い性質を有するものであればよい。すなわち、このセラミックとしては、基端層３２ａ，３７ａが銅で構成され、溶接部３３，３８がタングステンで構成される場合では、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等が挙げられる。また、複合材は、金属中にセラミックを混入させて形成したものであり、合金とは異なるものである。また、複合材は、金属中に均一にセラミックを混入させて形成してもよいし、金属の一部分にセラミックが偏析するように金属中にセラミックを混入させて形成してもよい。
【００３５】
○  基端層３２ａ，３７ａを省略して、基端部３２，３７全体を銅等の金属と銀等の金属との合金としてもよい。なお、この銀等の金属は、合金中にその金属と共に混合される金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成する金属よりも電気抵抗率が低い金属であればよい。すなわち、この銀等の金属としては、合金中にその金属と共に混合される金属が銅であり、溶接部３３，３８がタングステンで構成される場合では、例えば銀、イリジウム、ロジウム、金等が挙げられる。また、この形態の合金は、銅等の金属の一部分に、銀等の金属が偏析するように、銅等の金属と銀等の金属とを混合させて形成する。そして、合金の銀等の金属が偏析する部位が、基端部３２，３７における中間部分や溶接部３３，３８側の端部等、基端部３２，３７における溶接部３３，３８と反対側の端部と溶接部３３，３８との間に位置している。これにより、基端部３２，３７において、銀等の金属が偏析する部位が、溶接部３３，３８に向かって熱効率が高くなり、且つ溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い部位に相当するようになる。
【００３６】
○  基端層３２ａ，３７ａを省略して、基端部３２，３７全体を銅等の金属とセラミックとの複合材としてもよい。なお、このセラミックは、複合材としてセラミックと共に混入される金属よりも熱抵抗率が高く、且つ溶接部３３，３８を構成する金属よりも電気抵抗率が低い性質を有するものであればよい。すなわち、このセラミックとしては、複合材としてセラミックと共に混入される金属が銅であり、溶接部３３，３８がタングステンで構成される場合では、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等が挙げられる。また、この形態の複合材は、金属の一部分にセラミックが偏析するように金属中にセラミックを混入させて形成する。そして、複合材のセラミックが偏析する部位が、基端部３２，３７における中間部分や溶接部３３，３８側の端部等、基端部３２，３７における溶接部３３，３８と反対側の端部と溶接部３３，３８との間に位置している。これにより、基端部３２，３７において、セラミックが偏析する部位が、溶接部３３，３８に向かって熱効率が高くなり、且つ溶接部３３，３８よりも電気抵抗率が低い部位に相当するようになる。
【００３７】
○  ケース１２の形状を変更してもよい。例えば、ケース１２は円筒型でもよい。
○  電極組立体１１は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でもよい。
【００３８】
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。
【００３９】
○  二次電池１０は、車両電源装置として自動車に搭載してもよいし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…二次電池、１１…電極組立体、１２…ケース、１３…ケース本体、１３ａ…開口部、１４…蓋体、１５…正極端子、１６…負極端子、２１…正極電極、２１ｃ…正極タブ、２２…負極電極、２２ｃ…負極タブ、２３…セパレータ、２５…正極導電部材、２６…負極導電部材、２７…溶接部位、３０…溶接装置、３１，３６…溶接電極、３２，３７…基端部、３２ａ，３７ａ…基端層、３２ｂ，３７ｂ…中間層、３３，３８…溶接部、４１…通電部、４２…移動機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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