(57)【要約】【課題】高品位かつ安定に電池の製造が行える缶型電池の溶接装置を提供する。【解決手段】缶型電池のキャップ体を嵌合したアウタ缶１０を把持して、位置決めする把持冶具部１と、前記把持したアウタ缶を任意の角度に回転させる回転部２と、前記キャップ体と前記アウタ缶の接続部分に溶接用レーザ光を照射するレーザ出射手段１３と、これを搭載して移動するＸＹテーブル機構１４とで構成される溶接部３とから成り、前記回転部２により回転される任意の角度に対し、前記溶接部分に対向し、かつそのレーザ光の焦点が前記溶接部分に結像するように、前記レーザ出射手段１３を前記ＸＹテーブル機構１４により移動、位置させて、溶接用レーザを出射し、前記角度を順次変えて、前記アウタ缶１０の全周を溶接する。【選択図】　図１
2004105981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶型電池のキャップ体を嵌合したアウタ缶を把持して、位置決めする把持冶具部と、
前記把持したアウタ缶を任意の角度に回転させる回転部と、
前記キャップ体と前記アウタ缶の接続部分に溶接用レーザ光を照射するレーザ出射手段と及びこれを搭載して移動するＸＹテーブル機構とで構成される溶接部とから成り、
前記回転部により回転される任意の角度に対し、前記溶接部分に対向し、かつそのレーザ光の焦点が前記溶接部分に結像するように、前記レーザ出射手段を前記ＸＹテーブル機構により移動させて、溶接用レーザを出射し、前記角度を順次変えて前記アウタ缶の全周を溶接することを特徴とする缶型電池の溶接装置。
【請求項２】
前記把持冶具部は、前記アウタ缶の下部を把持する第１のチャック体と、上部を挟持する第２のチャック体とから成り、
前記第１のチャック体は、前記回転部に接続されて回転角が伝達され、
前記第２のチャック体は、ベアリング体に支えられた自由に回転するテーブルに設けられ、前記アウタ缶の上部をスプリング体で互いに引き合い前記アウタ缶を挟持して溶接のとき発する熱を放射することを特徴とする請求項１記載の缶型電池の溶接装置。
【請求項３】
前記回転部は、ステップ的に前記アウタ缶を順次回転させ、最終的に３６０度回転させて、前記アウタ缶の溶接を終了することを特徴とする請求項２記載の缶型電池の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製外装を有する電池の製造工程において、外装缶とキャップ体の溶接加工に使用される溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製外装を有する電池の製造では、電極体を電池の外装を形成する薄型・扁平のアウタ缶に収納して、これの上部に配して電極体を封入するキャップ体とが、通常、「カシメ」、若しくは「溶接」によって接合させる。
この「溶接」による接合については、従来からレーザ溶接が広く用いられて、アウタ缶とキャップ体との嵌合方法により、主に下記の２通りの溶接方法に大別される。
その一つは、図４（ａ）に示すように、アウタ缶４１の内側上部にキャップ体４２を沈み込ませた形態４３に組立て、上方より溶接する方法であり、溶接機構４４を電池上部に配置した精密なＸＹテーブル（図示せず）に据付けて、アウタ缶４１とキャップ体４２の嵌合部に沿って、移動させながら溶接機構４４より出射するレーザ光４０ａで連続的に溶接する（例えば、特許文献１参照）。
この溶接の方法では、キャップ体を嵌合したアウタ缶は、位置決め保持機構により精密に位置決めされており、動くことはなく、一般的にサーボモーターを使用して、溶接機構のみがアウタ缶の断面形状に合わせて精密な連続動作で移動する。アウタ缶のコーナ部に面取り・円弧等が施された形状の電池に対しても、対応が可能である。
他の一つは、図４（ｂ）に示すように、アウタ缶４５の上端部にキャップ体４６を載せる形態で組立てられる電池４７であって、その側面より溶接する方法である。この方法では、対象となる電池のアウタ缶の両側に、対となるように配置された精密な１軸テーブル（図示せず）に、同じく対となる溶接機構４８ａ、４８ｂを搭載して、これをアウタ缶の両側面の嵌合部に沿って連続的に移動させながら、溶接機構より出射するレーザ光４０ｂで溶接する（例えば、特許文献２参照）。
この方法では、キャップ体を上端部に載せたアウタ缶は、位置決め保持機構により位置決めされて、両側面を同時に溶接する方法が採られるため、一辺の溶接が終了した後、隣接するもう一辺を溶接するべく９０度向きを変える必要がある。この向き変えが行われた後、溶接機構より再度出射するレーザ光で残りの一辺を溶接して完了する。
【０００３】
上に述べた２つの従来の溶接方法では、より薄型、扁平の電池が求められてくる中で、下に述べる種々の克服すべき問題点があった。
先ず、アウタ缶の上部内側にキャップ体を沈み込ませる図４（ａ）に示す組立てでは、アウタ缶の肉厚分だけキャップ体の幅が狭くなり、キャップ体に設ける電池の正極もしくは負極となる電極ピンの側面の肉厚が不足する。これにより、溶接後の耐圧不足や液漏れ等の不具合を誘発するため、電池の厚みを薄くする薄型化を図る上で問題となる。
もう一方の、アウタ缶の上端部にキャップ体を載せて、両側面を同時に溶接する図４（ｂ）に示す方法は、前述の問題点であるアウタ缶の肉厚不足には関与せずに実施できる利点はある。しかし、溶接機構を２台要する他に、一辺毎の溶接動作となるため、これらの辺の交わるコーナ部では溶接のばらつきが発生する問題点が有ると共に、コーナ部に面取り・円弧等の辺が採用された電池のアウタ缶には対応できないことが問題となる。
【０００４】
前述の通り、薄型、扁平な電池を溶接する場合に、従来の溶接形態では、溶接母材そのものが薄肉となり、必要とする溶接条件（レーザ出力設定及び溶接位置精度）が高度の技術を要求することと、それに反比例して耐圧不足や液漏れ等の製品不良を多数発生させる問題が有る。また、多種多様な断面形状に対応するためには、それぞれの形状にあわせた専用の装置が必要であり、少量多品種生産には、容易に対応できないという問題もある。
【特許文献１】
特開平１０−１５６５６５号公報
【特許文献２】
特開平１０−５２７７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、扁平な形状のアウタ缶の肉厚不足には関与せずに実施でき、コーナ部に面面取り・円弧等の辺が採用された多種多様な断面形状に対しても、一辺の溶接動作から連続して次の一辺へ均一に溶接することで高品位かつ安定に電池の製造が行える缶型電池の溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、缶型電池のキャップ体を嵌合したアウタ缶を把持して、位置決めする把持冶具部と、前記把持したアウタ缶を任意の角度に回転させる回転部と、前記キャップ体と前記アウタ缶の接続部分に溶接用レーザ光を照射するレーザ出射手段及びこれを搭載して移動するＸＹテーブル機構とで構成される溶接部とから成り、前記回転部により回転される任意の角度に対し、前記溶接部分に対向し、かつそのレーザ光の焦点が前記溶接部分に結像するように、前記レーザ出射手段を前記ＸＹテーブル機構により移動させて、溶接用レーザを出射し、前記角度を順次変えて前記アウタ缶の全周を溶接することを特徴とする缶型電池の溶接装置を提供する。
【０００７】
本発明の請求項２によれば、前記把持冶具部は、前記アウタ缶の下部を把持する第１のチャック体と、上部を挟持する第２のチャック体とから成り、前記第１のチャック体は、前記回転部に接続されて回転角が伝達され、前記第２のチャック体は、ベアリング体に支えられた自由に回転するテーブルに設けられ、前記アウタ缶の上部をスプリング体で互いに引き合い前記アウタ缶を挟持して溶接のとき発する熱を放射することを特徴とする請求項１記載の缶型電池の溶接装置を提供する。
【０００８】
本発明の請求項３によれば、前記回転部は、ステップ的に前記アウタ缶を順次回転させ、最終的に３６０度回転させて、前記アウタ缶の溶接を終了することを特徴とする請求項２記載の缶型電池の溶接装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明による装置の一実施形態の構成を示す図である。
【００１１】
本実施形態の装置は、図１に示すように大きくは、溶接対象の缶型電池を把持する把持冶具部１と、把持した電池を回転させる回転部２と、溶接用レーザを放射する溶接部３と、これらが搭載される本体ベース１１とから構成される。
【００１２】
この装置は、把持冶具部１により垂直に把持された電池１０を、回転部２の闔イサーボモータ１２により回転させ、溶接部３のレーザ出射レンズユニット１３から放射するレーザ光の焦点を電池１０の接合部分に結像するように、ＸＹテーブル１４によりこのレーザ出射レンズユニット１３を逐次移動させて溶接する溶接装置である。
【００１３】
回転部２は、本体ベース１１に設けられるスプラインナット１５と、これに取付けられるスプライン軸１６と、このスプライン軸１６の下端にその回転軸を直結する闔イサーボモータ１２と、扁平な電池１０の厚み方向にスライドする第１の平行スライド２１を介して第１のチャック２０が取付けられ、前記スプライン軸１６の上端部に設けられた第１のテーブル１７と、さらに闔イサーボモータ１２、スプライン軸１６及び第１のテーブル１７をスプライン軸１６の軸方向に上下移動させる、図示しない昇降機構とから構成される。
【００１４】
図３に、電池１０にレーザ光を照射するレーザ出射レンズユニット１３と、第１の平行スライド２１の部分を拡大して示す。
【００１５】
把持治具部１は、上部と下部により構成される。把持冶具部１の下部は、本体ベース１１に固定された第１のフレーム２２と、第１のベアリング体２３を備えて、回転中心が前記スプライン軸１６の回転軸と一致して回転を可能にして、中央部分に第１のチャック２０に把持された電池１０が貫通する開口部を有する第２のテーブル２４と、この第２のテーブル２４の上部に、前記第１の平行スライド２１と直交する方向に移動する第２の平行スライド機構２５を介して設けられる、スプリング体２６を有する第２のチャック２７と、この第２のチャック２７を開閉する図示しない開閉機構とにより構成される。
【００１６】
また、把持冶具部１の上部は、同じく本体ベース１１に固定された第２のフレーム２８と、第２のベアリング３０を備えて、回転部２の前記スプライン軸１６の回転軸の延長上にその回転中心を有し、回転が可能な回転上冶具２９と、電池１０のキャップ体と一時的な連結をすると共に、その高さは溶接作動中の電池１０が規制される所定の上限の高さに設定されて、前記回転上冶具２９の下端に備えられて成る嵌め込み部２９ａとにより構成される。
【００１７】
溶接部３は、Ｘ軸サーボモータ３１及びＹ軸サーボモータ３２を備えて、これにより駆動される、本体ベース１１の上部に固定されたＸＹテーブル１４と、このＸＹテーブル１４に、台座３３を介して固定されるレーザ出射レンズユニット１３と、ファイバーケーブル３４を介して、前記レーザ出射レンズユニット１３にレーザ光を供給する、図示しないレーザ発振装置とから成る。
【００１８】
次に、本発明のこの実施形態の溶接装置の動作を説明する。
【００１９】
この溶接装置に供給される電池１０は、前工程によりアウタ缶に電極体が収納されて、アウタ缶の上部にキャップ体を嵌合した製造中間体である。電池１０の供給には、ベルトコンベア及びピックアンドプレース等の移動・供給機構が一般的に使用される。
【００２０】
先ず、一般的な移動・供給機構により移動してきた溶接対象の電池１０は、回転部２の図示しない昇降機構により、軸方向の最下位まで下げられた第１のテーブル１７に載る第１のチャック２０に供給される。このとき、第１のチャック２０に供給された電池１０は図示しないセンタリング機構により第１のテーブル１７の中心に把持される。
【００２１】
次に、把持冶具部１の第２のテーブル２４に設けられたスプリング体２６により引き合う１対の第２のチャック２７が、図示しない開閉機構により開かれる。その後、前記回転部２の昇降機構により、第１のテーブル１７、スプライン軸１６、及び闔イサーボモータ１２を上昇さて、第１のテーブル１７に載る第１のチャック２０に把持された電池１０が、把持冶具部１の回転上冶具２９の嵌め込み部２９ａに押し当てられる高さまで到達すると、その上昇を停止する。
【００２２】
ここで、本実施形態では嵌め込み部２９ａは、キャップ体に設けられた電解液を注入するための注入口と、キャップ体の組立て時に使用する捨て穴の形状に対応したピンを設けて、それぞれに挿入して一時的な結合をする。
【００２３】
なお、この一時的結合には、嵌め込み部２９ａを電池１０の上面より大きくしてキャップ体上部の周囲に引っ掛る小突起を設けたもの、さらには回転上冶具２９そのものに闔イサーボモータ１２と同期する回転機構を設けるもの等の構成によっても同様の作動が行える。
【００２４】
次に、前記開閉機構が作動して、開いていた第２のチャック２７を閉じ、上昇が停止した電池１０は、その扁平なアウタ缶の側壁をスプリング体２６により加圧挟持される。なおこの加圧挟持により、その内部に収納した電極体により扁平なアウタ缶が膨らむことを抑制して、その後行うキャップ体との溶接の品位を均一にすると共に溶接によって生じた熱を放射することができる。
【００２５】
上述のように、溶接対象の電池１０の上端のキャップ体は、回転上冶具２９の嵌め込み部２９ａに連結され、アウタ缶の上部は第２のチャック２７で挟持される。さらに、これらの把持冶具は、それぞれその回転中心が、回転部２の回転軸と一致する回転上冶具２９及び第２のテーブル２４に設けられて自由に回転するため、回転部２の第１のデーブル１７に闔イサーボモータ１２の発生する任意の回転角がスプライン軸１６を介して伝達されると、第１のテーブルに設けた第１のチャック２０に固定される電池１０と共に、前記回転軸を軸として回転する。
【００２６】
次に、上述の回転部２に連結された把持冶具部１で把持される電池１０の溶接について、電池１０が円弧形状のコーナ部分を有する場合を例に説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態による装置の電池の溶接工程を上方から見た模式図であり、同図（ａ）は扁平な部分の直線の溶接の状況について、同図（ｂ）は円弧状コーナ部の溶接の状況について、電池の回転とレーザ出射レンズユニットの動きを連続的に示した図である。
【００２８】
電池１０の扁平な側面部のように長辺の直線の溶接では、図２（ａ）に示すように、回転部２の闔イサーボモータ１２の回転は、電池の長軸がＸ軸に一致した方向１０ａで停止している。ＸＹテーブル１４のＹ軸サーボモータ３２は、台座３３に固定したレーザ出射レンズユニット１３から照射される溶接レーザ光の焦点が溶接部分に結像する距離だけ後退した位置で同じく停止している。Ｘ軸サーボモータ３１のみがＸ軸の正方向（図では右方向）移動の回転をして、レーザ出射レンズユニット１３は左から右の方向に１次元的な移動をしながら、レーザ光を照射して電池の片面の扁平部の溶接対象部分が溶接される。
【００２９】
なお、レーザ出力、発振周期及び移動速度などは、最適な溶接条件になるように設定されている。
【００３０】
次に、扁平な直線部分に隣接する円弧状のコーナ部分では、図２（ｂ）に示すように、同図（ａ）に示した溶接に引き続いて、停止していた回転部２の闔イサーボモータ１２を作動させる。この回転による溶接箇所の移動軌跡は、事前に解析的に計算されて、その計算結果に基いて、回転角閧マ化させると共に、ＸＹテーブル１４のＸ軸サーボモータ３１及びＹ軸サーボモータ３２も作動させる。
【００３１】
この各軸のサーボモータの作動は、電池１０の回転による溶接部分の移動で変化する溶接箇所の位置が、先ずレーザ出射レンズユニット１３の正面になるように、レーザ出射レンズユニット１３をＸ軸方向に移動させるＸ軸サーボモータ３１の回転を行う。次に、レーザ光の焦点距離だけＹ軸方向に後退または前進させた位置に、Ｙ軸サーボモータ３２を回転して、レーザ出射レンズユニット１３を移動させる。すなわち図２（ｂ）の場合では、Ｘ軸は負方向（図では左方向）へ、Ｙ軸は後退方向（図では下方向）へ移動させ、レーザ光を照射して溶接する。
【００３２】
なお、これらの各サーボモータへの制御信号は、図示していない制御装置から、溶接工程の進行に対応した電池の回転角に同期して、回転部の闔イサーボモータ１２とＸ軸サーボモータ３１及びＹ軸サーボモータ３２とに出力される。
【００３３】
上述のように、直線部分ではＸ軸のみ、湾曲のコーナ部分では角度閧フ回転とＸ軸及びＹ軸の移動を組み合わせて、電池１０の長辺、コーナ、短辺と外周に沿って溶接部分を連続した動作により、順次溶接して溶接を完了する。
【００３４】
溶接が完了すれば、図示しない開閉機構により第２のチャック２７を開き、回転部２の同じく図示しない昇降機構を作動させて、電池１０を把持したまま第１のテーブル１７を降下する。第１のテーブル１７が最下位になると第１のチャック２０を開放して、ピックアンドプレース及びベルトコンベア等の移動機構が、溶接した電池を本実施形態の溶接装置から搬出して、溶接工程を完了する。
【００３５】
なお、本実施形態によれば、コーナ部の円弧が極端に小さいものや、短辺が無く、コーナ部のみの円弧で構成される場合、及び多角形のコーナ部を有する電池の場合も、回転角閧ニＸＹテーブルの精密な移動により、高品位の溶接が可能である。
【００３６】
本実施形態ではキャップ体の肉厚不足を解消する側方から溶接する。従来の溶接が１軸移動する１対の溶接機構を設けるものであるのに対し、本実施形態では、位置決めされた状態で溶接対象の電池を、任意の角度に順次回転する回転機構により回転しつつ、唯１つの溶接機構を備えて、この唯一つの溶接機構を搭載するＸＹテーブルをＸ軸及びＹ軸の２軸方向に移動・制御し、溶接対称部分を連続的にこの唯一つの溶接機構を対向させ、溶接機構から出射するレーザ光が規則的且つ連続して、電池の溶接対象部分を照射して均質に溶接することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による溶接装置は、扁平な形状のアウタ缶の側方からレーザを照射し、アウタ缶の肉厚には関係無く溶接できる。また、溶接対象の電池を回転させて、ＸＹテーブルに設けた唯一つの溶接用レーサー照射手段が溶接部に絶えず対向するように位置を変えながら、一辺の溶接動作から連続して次の一辺へ均質に溶接するので、電池の形状に拘わらず高品位かつ安定な電池の溶接を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶接装置の一実施形態の構成を示す図。
【図２】本実施形態による装置の電池の溶接状況を上から見た模式図。
【図３】本発明による一実施形態の電池溶接部分を拡大して示す図。
【図４】従来の缶型電池の溶接の様子を示す図。
【符号の説明】
１・・・把持冶具部、
２・・・回転部、
３・・・溶接部、
１０・・・電池、
１１・・・本体ベース、
１２・・・闔イサーボモータ、
１３・・・レーザ出射レンズユニット、
１４・・・ＸＹテーブル、
１５・・・スプラインナット、
１６・・・スプライン軸、
１７・・・第１のテーブル、
２０・・・第１のチャック、
２１・・・第１の平行スライド、
２２・・・第１のフレーム、
２３・・・第１のベアリング体、
２４・・・第２のテーブル、
２５・・・第２の平行スライド、
２６・・・スプリング体、
２７・・・第２のチャック、
２８・・・第２のフレーム、
２９・・・回転上冶具、
３０・・・第２のベアリング体、
３１・・・Ｘ軸サーボモータ、
３２・・・Ｙ軸サーボモータ、
３３・・・台座、
３４・・・ファイバーケーブル。
【図１】
2004105981.tif 000003
【図２】
2004105981.tif 000004
【図３】
2004105981.tif 000005
【図４】
2004105981.tif 000006