(57)【要約】【課題】振動による悪影響を排除してスムーズに部材が供給できる、信頼性の高い溶接工程を実現する。【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する電池用溶接装置であって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接するための電池用溶接装置であって、
平行配置された一対の溶接電極と、
前記溶接電極を支持するヘッドと、
前記ヘッドを上端に備え、カムフロアを下端に備えたシャフトと、
外周部に設けた円周状の溝に前記カムフロアを嵌め合わせ、回転により前記ヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、
前記ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、
前記カムの回転により前記ヘッドが上下動における下端近傍に達した時点で、前記シリンダーを作動させ、前記ヘッドが最下端に達した時点で前記溶接電極に通電するよう制御する制御部と、
からなることを特徴とする、電池用溶接装置。
【請求項２】
前記カムの溝のうち、前記ヘッドの上下動における下端近傍に相応する箇所を、他の箇所より幅が広い広溝部とし、
前記制御部は前記カムフロアが前記広溝部に達した時点で前記シリンダーを作動させるようにしたことを特徴とする、請求項１記載の電池用溶接装置。
【請求項３】
正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含む電池の製造方法であって、
前記溶接工程は、
平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に、円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、前記カムの回転により前記ヘッドを下降させる第１の動作と、
前記ヘッドが下端近傍に達した時点で、シリンダーの作動により前記ヘッドを下方に加圧する第２の動作と、
前記ヘッドが最下端に達した時点で前記溶接電極に通電する第３の動作と、
からなることを特徴とする、電池の製造方法。
【請求項４】
前記第２の動作において、前記ヘッドの下降を前記シリンダーのみで行うようにしたことを特徴とする、請求項３記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に前記金属リードを溶接するための電池用溶接装置に関し、より詳しくは金属リードを連続供給するときに生じる不具合を回避する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池などの電池は、ポータブル機器や電動工具、あるいは電気自動車用の電源として広く用いられている。中でも比較的エネルギー密度が高く耐久性に優れるニッケル水素蓄電池については、電気自動車用電源などの高出力タイプを中心にその用途が広がりつつある。
【０００３】
このような高出力タイプの電池は、正極および負極からの集電性を向上するため、金属リードを介してこれら帯状の電極の一端と電極端子とを直接接続する方法に代わって、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に集電板を接続し、この集電板と電極端子とを、金属リードを介して接続する構造を採ることになる。
【０００４】
図５は高出力タイプの電池の模式断面図である。正極芯材１ａと正極活物質層１ｂとからなる正極１と、負極芯材２ａと負極活物質層２ｂとからなる負極２とを、セパレータ３を介して捲回して電極群４を形成し、正極芯材１ａに正極集電板５を接続し、この正極集電板５と正極端子６とを、金属リード７を介して接続している。一方で負極芯材１ｂは負極集電板８と接続し、この負極集電板８を、負極端子を兼ねる外装缶９と直接接続している。さらには正極１と電気的に接続された箇所と、負極２と電気的に接続された箇所とを絶縁するために、適所に絶縁物１０を配置することにより、高出力タイプの電池が構成される。
【０００５】
正極集電板５に金属リード７を接続させる方法としては、抵抗溶接が一般的である。具体的には正極集電板５と金属リード７とを一対の溶接電極で挟み込むことができないので、正極集電板５の上に金属リード７を配置した後、平行配置された一対の溶接電極を金属リード７に当接させ、溶接電極間に通電する方法が採られることになる。なお図５においては、負極集電板８が外装缶９と電気的に接続された例を示したが、正極集電板５が電極群４の下部に配置されて外装缶９と電気的に接続された場合、正極端子６が負極端子となり、負極集電板８を金属リード７に接続させることになる。
【０００６】
特許文献１には、溶接対象物の平面性の如何にかかわらず、安定した溶接を行うことができる電池用溶接電極が記載されている。このような電池用溶接電極を量産ラインに展開し、一定周期で連続して溶接する場合、図４に示す模式外観図のように、一対の溶接電極１１を支持するヘッド１２を上端に備えたシャフト１３の下端に、円盤状のカム１４の外周部に設けた円周状の溝１５に嵌め合わせたカムフロア１６を備えるようにし、カム１４の回転によりヘッド１２を図中の矢印のように上下動させる方法が採られる。
【特許文献１】特開２００２−０５０３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、量産ラインでは一定周期で溶接を行うことになるので、溶接対象物も一定周期で溶接工程に供給される必要がある。ここで集電板（図５では正極集電板５）のように比較的大きな部材は、パーツフィーダなどで安定的に連続供給させることができるが、金属リード７のような微小な部材は、溶接工程に隣接して前駆体を配置し、さらにこ
の前駆体の打ち抜き工程を配置することにより、安定的に連続供給させることになる。
【０００８】
ところでカム１４を安定的に回転させるためには、溝１５の幅Ａをカムフロア１６の嵌合部の径Ｂよりもやや広くして（Ａ＞Ｂ）、いわゆる「遊び」を設ける必要がある。しかしながら、金属リード前駆体を打ち抜いて金属リードを作製する際には振動が生じるので、この遊びの寸法分だけ溶接電極の加圧が効かなくなり、溶接不良が生じることになる。
【０００９】
本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、振動による悪影響を排除しつつスムーズに部材が供給できる、量産ラインに適合した信頼性の高い溶接工程を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電池用溶接装置は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接するものであって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させ、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の電池の製造方法は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含み、この溶接工程は、平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、カムの回転によりヘッドを下降させる第１の動作と、ヘッドが下端近傍に達した時点でシリンダーの作動によりヘッドを下方に加圧する第２の動作と、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電する第３の動作とからなることを特徴とする。
【００１２】
ヘッド１２が下端近傍に達するまでは周期性の高いカム１４の回転によりヘッド１２を下降させ、振動の悪影響を除去するために溶接電極１１を溶接対象物に強固に当接させたい下端近傍ではシリンダー１７の加圧を加えるよう、制御部１８に制御させることにより、量産性が高くかつ安定性の高い溶接が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、金属リードを打ち抜き供給する場合や、近隣を大型輸送車両（貨物列車やトラックなど）が通過する際などに発生する振動の悪影響を排除できるので、信頼性が高く量産ラインに適合した溶接工程を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。
【００１５】
第１の発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に、金属リードを溶接する電池用溶接装置であって、平行配置された一対の溶接電極と、溶接電極を支持するヘッドと、ヘッドを上端に備えカムフロアを下端に備えたシャフトと、外周部に設けた円周状の溝にカムフロアを嵌め合わせて回転によりヘッドを一定周期で上下動させる円盤状のカムと、ヘッドを下方に加圧するシリンダーと、カムの回転によりヘッドが上下動における下端近傍に達した時点でシリンダーを作動させ、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電するよう制御する制御部とからなることを特徴とする。
【００１６】
図１は本発明の電池用溶接装置を示す模式外観図である。平行配置された一対の溶接電極１１を支持するヘッド１２を上端に備えたシャフト１３の下端に、円盤状のカム１４の外周部に設けた円周状の溝１５に嵌め合わせたカムフロア１６を備えるようにし、カム１４の回転によりヘッド１２を図中の矢印のように上下動させるのだが、本発明ではヘッド１２を下方に加圧するシリンダー１７を設け、ヘッド１２が上下動における下端近傍に達した時点でこのシリンダー１７を作動させて、ヘッド１２が最下端に達した時点で、制御部（図示せず）が溶接電極１１に通電するよう制御する形態を採っている。
【００１７】
図２は本発明の電池用溶接装置におけるシリンダー１７の周辺を示す模式図であり、一例としてシリンダー１７を圧縮空気で作動させる形態を示している。空気供給口２０を経た空気は、第１のライン２１、第２のライン２２および第３のライン２３に分割される。この３つのラインにはそれぞれ精密レギュレータ１９が設置されており、第１のライン２１には高圧の圧縮空気を、第２のライン２２および第３のライン２３には低圧の圧縮空気を、それぞれ供給している。第１のライン２１および第２のライン２２はそれぞれ電磁弁１８に接続されている。常時は第２のライン２２から低圧の圧縮空気がシリンダー１７に供給されているので、シリンダー１７がヘッド１２を下方に加圧することはない。しかしカム１４の回転によりヘッド１２が上下動における下端近傍に達した時点で電磁弁１８が作動し、シリンダー１７には第１のライン２１から高圧の圧縮空気が供給されるよう切り替わり、シリンダー１７はヘッド１２を下方に加圧する。このようなシリンダー１７による加圧力は、カム１４によるシャフト１３の下降による加圧力より大きいので、ヘッド１２が最下端に達した時点で制御部が溶接電極１１に通電する際に、溶接電極１１を溶接対象物に強固に当接できるようになり、振動が加わった場合でも溶接の安定性が飛躍的に向上する。なお第３のライン２３から低圧の圧縮空気がシリンダー１７に供給されることで、第２のライン２２から低圧の圧縮空気が送られていてもこの圧縮空気を相殺できるので、第３のライン２３から高圧の圧縮空気が供給されない間、カムフロア１６への負担を軽減することができる。
【００１８】
なお図２には、シリンダー１７を圧縮空気で作動させる形態を示したが、例えばシリンダー１７を油圧で作動させても、同様の効果が得られることは云うまでもない。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、溝１５のうち、ヘッド１２の上下動における下端近傍に相応する箇所を、他の箇所より幅が広い広溝部とし、制御部はカムフロア１６が広溝部に達した時点でシリンダー１７を作動させるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
図３は第２の発明におけるカム１４を示す模式外観図である。溝１５の一部を広溝部１５ａとし、カムフロア１６の嵌合部が広溝部１５ａの略中間地点に達したときに、ヘッド１２が上下動における最下端に達するよう、カムフロア１６とカム１４とを連結することにより、第２の発明の態様とすることができる。このような態様とすることにより、広溝部がない場合と比べてカムフロア１６の嵌合部が溝１５の外周面に当たらなくなるので、「遊び」の寸法を精緻に配慮しなくて良い上に、カムフロア１６の破損を防止できる。
【００２１】
第３の発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極群の少なくとも一端に接続された集電板に金属リードを溶接する溶接工程を含む電池の製造方法であって、溶接工程は、平行配置された一対の溶接電極を支持するヘッドを上端に備えたシャフトの下端に、円盤状のカムの外周部に設けた円周状の溝に嵌め合わせたカムフロアを備えるようにし、カムの回転によりヘッドを下降させる第１の動作と、ヘッドが下端近傍に達した時点でシリンダーの作動によりヘッドを下方に加圧する第２の動作と、ヘッドが最下端に達した時点で溶接電極に通電する第３の動作とからなることを特徴とする。第３の発明の作用および効果は、第１の発明において説明したとおりである。
【００２２】
第４の発明は、第３の発明において、第２の動作におけるヘッドの下降をシリンダーのみで行うようにしたことを特徴とする。第４の発明の作用および効果は、第２の発明において説明したとおりである。
【００２３】
本発明の構成についてさらに詳述する。溶接対象物である正極集電板５（あるいは負極集電板８）の一般的な材質がニッケルメッキした鉄であり、金属リード７の一般的な材質が鉄やニッケルであることから、溶接電極１１の材質は、溶接性を高めるために銅やモリブデンなどを選択することができる。また第２の発明や第４の発明を精度よく達成するために、一般的な溝１５の幅Ａに対する広溝部１５ａの幅Ｃは、Ａ＜Ｃ≦２Ａにするのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、振動の悪影響を排除しながら連続的に部材を供給し続けることができるので、量産規模の大きな電池、例えば電気自動車の補助電源である電池モジュールを構成する単電池の大量生産などに利用できる上、その有用性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の電池用溶接装置を示す模式外観図
【図２】本発明の電池用溶接装置におけるシリンダーの周辺を示す模式図
【図３】第２および第４の発明におけるカムを示す模式外観図
【図４】従来の電池用溶接装置を示す模式外観図
【図５】高出力タイプの電池の模式断面図
【符号の説明】
【００２６】
１    正極
１ａ  正極芯材
１ｂ  正極活物質層
２    負極
２ａ  負極芯材
２ｂ  負極活物質層
３    セパレータ
４    電極群
５    正極集電板
６    正極端子
７    金属リード
８    負極集電板
９    外装缶
１０    絶縁物
１１    溶接電極
１２    ヘッド
１３    シャフト
１４    カム
１５    溝
１５ａ  広溝部
１６    カムフロア
１７    シリンダー
１８    電磁弁
１９    精密レギュレータ
２０    空気供給口
２１    第１のライン
２２    第２のライン
２３    第３のライン
【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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