(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体と、正極体と負極体から突出する電極リード部と、各電極リード部に導通する一対の端子板とを備える電気二重層キャパシタセルの製造方法において、治具を用いて電極リード部に端子板を重ねる配置工程と、各電極リード部を端子板と共に挟んで結束する結束工程と、各電極リード部と端子板をスポット溶接する溶接工程とを順に行い、前記治具として、前記積層体を支持するセル本体クランパーと、前記端子板を吸着支持する吸着パットと、前記各電極リード部と前記端子板を挟んで結束する対の電極クランパーとを用い、前記電極クランパーに前記電極リード部の基端部に押し付けられる湾曲部を形成し、前記各電極リード部が前記対の電極クランパーの間に挟まれることにより前記積層体を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形されることを特徴とする電気二重層キャパシタセルの製造方法。
【請求項２】
正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体と、正極体と負極体からそれぞれ突出する電極リード部と、各電極リード部に導通する一対の端子板とを備える電気二重層キャパシタセルの製造装置において、電極リード部に端子板を重ねて配置する治具と、各電極リード部を端子板と共に挟んで結束する結束機構と、各電極リード部と端子板をスポット溶接する溶接機とを備え、前記治具として、前記積層体を支持するセル本体クランパーと、前記端子板を吸着支持する吸着パットと、前記各電極リード部と前記端子板を挟んで結束する対の電極クランパーとを備え、前記電極クランパーに前記電極リード部の基端部に押し付けられる湾曲部を形成し、前記各電極リード部が前記対の電極クランパーの間に挟まれることにより前記積層体を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形されることを特徴とする電気二重層キャパシタセルの製造装置。
【請求項３】
前記治具を積層体及び端子板の搬送が行われる原位置と溶接が行われる溶接位置との間で移動するスライドテーブルを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタセルの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタセルの製造方法及び製造装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタの適用技術が注目されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層して構成される（特許第３００５９９２号，特開平７−９４３７４号、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような電気二重層キャパシタの従来技術を踏まえつつ、電気二重層キャパシタセルの電極に端子板を自動的に溶接する製造方法およびその製造装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体と、正極体と負極体から突出する電極リード部と、各電極リード部に導通する一対の端子板とを備える電気二重層キャパシタセルの製造方法において、治具を用いて電極リード部に端子板を重ねる配置工程と、各電極リード部を端子板と共に挟んで結束する結束工程と、各電極リード部と端子板をスポット溶接する溶接工程とを順に行い、治具として、積層体を支持するセル本体クランパーと、端子板を吸着支持する吸着パットと、各電極リード部と端子板を挟んで結束する対の電極クランパーとを用い、電極クランパーに電極リード部の基端部に押し付けられる湾曲部を形成し、各電極リード部が対の電極クランパーの間に挟まれることにより積層体を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形されるものとした。
【０００６】
第２の発明は、正極体と負極体及びセパレータを積層した積層体と、正極体と負極体からそれぞれ突出する電極リード部と、各電極リード部に導通する一対の端子板とを備える電気二重層キャパシタセルの製造装置において、電極リード部に端子板を重ねて配置する治具と、各電極リード部を端子板と共に挟んで結束する結束機構と、各電極リード部と端子板をスポット溶接する溶接機とを備え、治具として、積層体を支持するセル本体クランパーと、端子板を吸着支持する吸着パットと、各電極リード部と端子板を挟んで結束する対の電極クランパーとを備え、電極クランパーに電極リード部の基端部に押し付けられる湾曲部を形成し、各電極リード部が対の電極クランパーの間に挟まれることにより積層体を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形されるものとした。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、治具を積層体及び端子板の搬送が行われる原位置と溶接が行われる溶接位置との間で移動するスライドテーブルを備えるものとした。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、電極リード部を端子板と共に挟んで結束した後、各電極リード部と端子板を溶接することにより、積層体を精度良く積層することが可能となり、生産性を高められる。
【００１１】
第２の発明において、製造装置によって電極リード部に端子板を自動的に溶接する作業の自動化が可能となり、この製造装置を含む製造ラインをグローブボックス内に収めることにより、電気二重層キャパシタセルを外気にさらすことなく製造することが可能となり、品質の安定化がはかれる。
【００１２】
第１、２の発明において、治具は、セル本体クランパーに積層体を支持し、吸着パットに端子板を吸着支持し、対の電極クランパーに各電極リード部と端子板を挟んで結束することにより、溶接をする前に各電極リード部と端子板の位置決めが精度良く行われ、溶接品質の向上がはかられる。
【００１３】
第１、２の発明において、電極リード部は対の電極クランパーの湾曲部に沿って湾曲することにより、積層位置との関係から生じる電極リード部の長さのバラツキが最小限に抑えられ、充放電効率の向上がはかられる。
【００１４】
第３の発明において、スライドテーブルが治具を積層体及び端子板の搬送が行われる原位置と溶接が行われる溶接位置との間で移動することにより、搬送作業および溶接作業の効率化がはかれ、生産性を高められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体１ａと負極体１ｂと、これらを１個ずつ挟み込む二つ折りのセパレータ４とが積層される。電気二重層キャパシタは、この電気二重層キャパシタセルの積層体６が電解液と共に密閉容器の中に収容される。
【００１７】
正極体１ａおよび負極体１ｂは、集電極２の両面に分極性電極３を備える同一の電極シート１から構成される。電極シート１は集電極２とその両面に重合する活性炭電極３（分極性電極）とから組成される。集電極２は、矩形状の金属箔（例えば、アルミ箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状の電極リード部２ａが一体に形成される。
【００１８】
電極シート１を挟み込むセパレータ４は、生地（テフロン（登録商標）やポリプロピレンなどの樹脂製または紙製の多孔質膜に作られる）を二つ折りに形成される。電極シート１はセパレータ４の内側に差し込まれ、二つ折りの折れ曲げ線４ａを基準に位置決めされる。二つ折りのセパレータ４は、集電極２の電極リード部２ａの一部（先端側）を露出させる一方、電極シート１の両面（分極性電極３）を覆うと共にその周囲の三辺（折れ曲げ線４ａに直交する二辺と折れ曲げ線４ａと平行な一辺）に所定幅の余白（半面どうしの重なり合う部分）を生じる、大きさ（展開面積）に設定される。
【００１９】
偶数の電極シート１（同数の正極体と負極体）は、図１のように１個ずつ二つ折りのセパレータ４に挟み込まれ、所定数の積層体６（電気二重層キャパシタセル）に構成される。電極シート１は、集電極２の一辺の片側へ寄る電極リード部２ａとの関係から、交互に表裏を反転させることにより、正極体の電極リード部２ａが集電極２の一辺の片側、負極体の電極リード部２ａがその反対側、に並ぶ積層状態に組み付けられる。
【００２０】
このような構成により、二つ折りのセパレータ４において、その折れ曲げ線４ａを基準に電極シート１の位置決めが可能となる。例えば、電極シート１を挟み込む二つ折りのセパレータ４をその折れ曲げ線４ａが水平な下辺となる縦置き状態で積層などを処理すると、二つ折りのセパレータ４の折れ曲げ線４ａが電極シート１の位置を規制するため、製造過程における、薄物どうし（正極体１ａおよび負極体１ｂとこれらの間に介在させるセパレータ４と）のズレが防止される。
【００２１】
正極体１ａおよび負極体１ｂとセパレータ４との間にズレを生じると、正極体１ａと負極体１ｂとの絶縁が不完全となり、短絡する可能性も考えられる。この点、二つ折りのセパレータ４により、正極体１ａおよび負極体１ｂとのズレを簡便に防止され、製品（電気二重層キャパシタ）の歩留まりが大いに高められるのである。また、正極体１ａおよび負極体１ｂについては、同一の電極シート１が共用され、これらの製作コストを大幅に低減できる効果も得られる。
【００２２】
図２は、別の実施形態（積層体６の構成）を説明するものであり、二つ折りのセパレータ４は、正極体１ａまたは負極体１ｂの一方にのみ組み付けられる。積層体６の１個置きに電極シート１は二つ折りのセパレータ４に挟み込まれ、各正極体１ａの活性炭電極３と各負極体１ｂの活性炭電極３との間にそれぞれ二つ折りのセパレータ４の半面が介在（１対の活性炭電極間を絶縁）する形になる。
【００２３】
この場合、図３の例（積層体６を構成する全ての電極シート１に二つ折りのセパレータ４が組み付けられる）に比較すると、二つ折りのセパレータ４が半減するので、電極シート１に対する二つ折りのセパレータ４の位置決めについては、その機能が半減するものの、二つ折りのセパレータ４の半面どうしの重なりが解消され、電気二重層キャパシタセルの厚みを減らしてコンパクト化がはかれるとともに、電気二重層キャパシタセルの静電容量を増やすことができる。
【００２４】
図３は、電気二重層キャパシタの製造工程（一部分）を説明するものであり、（ａ）〜（ｃ）は電極シート１を製作する工程、（ｄ）〜（ｆ）は二つ折りのセパレータ４を製作する工程、（ｇ）は電極シート１を二つ折りのセパレータ４に挟み込む（組み付ける）工程、を表す。
【００２５】
（ａ）において、１０は電極シート１に加工されるシートであり、ロールに巻いて搬送される。シート１０は、金属箔（集電極２の構成材質）の両面に分極性電極３の構成材質としてペースト状の活性炭（結着剤を含む混合物）を塗布するか、または板状に成形した活性炭（結着剤を含む混合物）を貼り合わせることにより製作される。（ｂ）において、シート１０はロールから引き伸ばされ、所定の大きさ（サイズ）のシート１１に裁断される。（ｃ）において、所定の大きさのシート１１は、プレスにより型抜き加工され、所定形状（矩形平面の一辺に集電極２の電極リード部２ａを備える）の電極シート１に成形される。なお、（ｂ）および（ｃ）において、１２は金属箔の一側（両面）に集電極２の電極リード部２ａの形成領域となる露出部であり、（ａ）において、シート１０に設定される。
【００２６】
（ｄ）において、セパレータ４の生地（テフロン（登録商標）やポリプロピレンなどの樹脂製または紙製の多孔質膜に作られる）は、所定の大きさに裁断される。（ｅ）において、所定の大きさの生地１３は、既定の折り曲げ線４ａ（生地４の縦を２等分する）で二つ折りのセパレータ４に形成される。
【００２７】
（ｆ）において、二つ折りのセパレータ４は、その折り曲げ線４ａと直交する折り曲げ線４ｂをもって折り返し部４ｃが設けられる。なお、これら折り返し部４ｃは、二つ折りのセパレータ４（所定の大きさの生地１３）において、その折り曲げ線４ａの形成する一辺と交わる二辺に形成される。
【００２８】
（ｇ）において、（ｃ）の電極シート１に（ｆ）のセパレータ４が組み付けられる。電極シート１は、開放される（折り曲げのない）一辺からセパレータ４の内側へ差し入れられるのである。
【００２９】
このような工程により、正極体１ａおよび負極体１ｂは、シート１０から型抜き加工することにより、所定形状の電極シート１に容易かつ能率的に作成される。二つ折りのセパレータ４に折り返し部４ｃが加わるため、二つ折りの折れ曲げ線４ａおよび折り返し部４ｃの折り曲げ線４ｂを基準に電極シート１は縦横の２方向に位置決め可能となり、薄物どうし（正極体および負極体とこれらの間に位置されるセパレータ４と）のズレが適確に防止される。
【００３０】
図４に示すように、密閉容器２１からは各電極リード部２ａに導通する一対の端子板２２が突出している。集電極２の電極リード部２ａは、同極どうしが結束され、密閉容器２１の内部において、各端子板２２にそれぞれ対応する極性の電極リード部２ａが溶接される。
【００３１】
そして本発明の要旨とするところであるが、電極リード部２ａに各端子板２２を結合する電気二重層キャパシタセルの製造方法は、電極リード部２ａに端子板２２を重ねる配置工程と、電極リード部２ａを端子板２２と共に挟んで結束する結束工程と、各電極リード部２ａと端子板２２を溶接する溶接工程とを順に行うものとする。
【００３２】
次に、図５〜図７は電極リード部２ａに各端子板２２を自動的に溶接する製造装置を示している。この製造装置は、電極リード部２ａに端子板２２を重ねて配置する治具３０と、各電極リード部２ａを端子板２２と共に挟んで結束する結束機構４０と、各電極リード部２ａと端子板２２を溶接する溶接機５０とを備える。
【００３３】
溶接機５０は溶接部を挟んで互いに対向するスポット溶接電極５１と５２を備え、スポット溶接電極５１が架台２９に固定される一方、スポット溶接電極５２が昇降機５３を介してスポット溶接電極５１と同軸上で平行移動するようになっている。
【００３４】
図８〜図１１に示すように、治具３０は、電極シート１の積層体６を載せるベース３１と、積層体６をベース３１に押し付け保持するセル本体クランパー３２と、各電極リード部２ａに下側から押し付けられる固定電極クランパー３３とを備える。
【００３５】
セル本体クランパー３２は、ロータリアクチュエータ３９を介して水平軸まわりに回動可能に支持される。セル本体クランパー３２は図１１に実線で示すように積層体６をベース３１に押し付け保持するクランプ位置と、図１１に２点鎖線で示すように９０度回動したアンクランプ位置とに切り換えられる。
【００３６】
積層体６は図示しないロボットハンドをベース３１上の所定位置に置かれる。ベース３１には積層体６を挟んで投光器３４と光電スイッチ４８が設けられ、これらによって積層体６の有無を検出するようになっている。
【００３７】
ベース３１に固定して設けられる固定電極クランパー３３は、電極リード部２ａの基端部に押し付けられる湾曲部３３ａと、溶接機５０のスポット溶接電極５１を挿通させる２つの穴３３ｂを有する。積層体６がセル本体クランパー３２を介してベース３１に押し付けられるとき、各電極リード部２ａが固定電極クランパー３３に押し付けられて湾曲部３３ａに沿って湾曲するようになっている。
【００３８】
端子板２２は図示しないロボットハンドを介して各電極リード部２ａとベース３１に渡る所定位置に置かれ、吸着パット３５に吸着支持されるようになっている。吸着パット３５はニトリルゴムによって形成され、図示しない配管を介して吸引ポンプからの負圧が導かれることにより、端子板２２を接触させて吸着支持するようになっている。
【００３９】
結束機構４０は、各電極リード部２ａを端子板２２と共に固定電極クランパー３３との間に挟んで結束する一対の可動電極クランパー４１を備える。可動電極クランパー４１は軸４２を介して回動可能に支持され、エアシリンダ４３によって回動される。可動電極クランパー４１は図８に実線で示すように各電極リード部２ａに押し付けられるクランプ位置と、図８に２点鎖線で示すように回動したアンクランプ位置とに切り換えられる。
【００４０】
可動電極クランパー４１は、電極リード部２ａの基端部に押し付けられる湾曲部４１ａと、溶接機５０のスポット溶接電極５２を挿通させる２つの穴４１ｂを有する。各電極リード部２ａは可動電極クランパー４１に押し付けられることにより湾曲部４３ａに沿って湾曲するようになっている。
【００４１】
可動電極クランパー４１がアンクランプ位置からクランプ位置へと回動することにより、電極リード部２ａは固定電極クランパー３３との間に挟まれて結束され、積層体６を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形される。これにより、積層位置との関係から生じる電極リード部２ａの長さのバラツキが最小限に抑えられ、充放電効率の向上がはかられる。 このクランプ時、端子板２２は吸着パット３５によって吸着支持されているため、その位置ズレが防止される。
【００４２】
電動アクチュエータ２６はスライドテーブル３６とガイドレール２８からなり、スライドテーブル３６はガイドレール２８に対して平行移動可能に支持され、治具３０を図５に実線で示す原位置と、溶接位置とに切り換える。スライドテーブル３６が治具３０を積層体６及び端子板２２の搬送が行われる原位置と溶接が行われる溶接位置との間で移動することにより、搬送作業および溶接作業の効率化がはかれ、サイクルタイムを短縮化して生産性を高められる。
【００４３】
ガイドレール２８は架台２９に対してリフタ３７を介して昇降可能に支持される。リフタ３７がガイドレール２８を持ち上げた上昇位置にて、治具３０が溶接機５０と干渉することなく、治具３０がスライドテーブル３６を介して原位置と溶接位置の間で移動できる。治具３０が溶接位置にあるとき、リフタ３７がガイドレール２８を下降させることにより、固定電極クランパー３３の各穴３３ｂに溶接機５０のスポット溶接電極５１が挿通して各電極リード部２ａの溶接点に押し付けられるようになっている。
【００４４】
製造装置は以上のように構成され、次にその動作について説明する。
【００４５】
（１）治具３０が原位置にある状態で、積層体６がロボットハンドを介してベース３１上の所定位置に置かれ、セル本体クランパー３２が積層体６をベース３１に押し付けて保持する。これにより、各電極リード部２ａが固定電極クランパー３３に押し付けられて湾曲部３３ａに沿って湾曲する。
【００４６】
（２）端子板２２はロボットハンドを介して各電極リード部２ａとベース３１に渡る所定位置に置かれ、吸着パット３５に吸着支持される。
【００４７】
（３）可動電極クランパー４１をアンクランプ位置からクランプ位置へと回動させ、電極リード部２ａと端子板２２は固定電極クランパー３３と可動電極クランパー４１の間に挟まれて結束される。これにより、電極リード部２ａは固定電極クランパー３３の湾曲部３３ａに沿って、積層体６を略二等分する基準面を中心として略対称になるように成形される。これにより、積層位置との関係から生じる電極リード部２ａの長さのバラツキが最小限に抑えられ、充放電効率の向上がはかられる。
【００４８】
（４）治具３０を原位置から溶接位置へと移動し、ガイドレール２８を下降させることにより、固定電極クランパー３３の各穴３３ｂに溶接機５０のスポット溶接電極５１を挿通させて各電極リード部２ａの溶接点に押し付ける。
【００４９】
（５）溶接機５０を下降させることにより、スポット溶接電極５１を可動電極クランパー４１の穴４１ｂを挿通させて各電極リード部２ａの溶接点に押し付け、電極リード部２ａと端子板２２のスポット溶接を行う。この溶接時に、積層体６はセル本体クランパー３２に保持され、電極リード部２ａと端子板２２が固定電極クランパー３３と可動電極クランパー４１の間に結束させて保持されていることにより、溶接部に位置ズレやスパッタが生じることが防止され、溶接品質の向上がはかられる。また、材料のスポット溶接電極５１、５２への付着が抑えられる。
【００５０】
（６）溶接機５０を上昇させ、続いてガイドレール２８を上昇させることにより、スポット溶接電極５２と５１を各電極リード部２ａから離す。
【００５１】
この（５）と（６）の工程を４箇所の溶接点毎に行う。
【００５２】
（７）治具３０を原位置に移動し、可動電極クランパー４１をクランプ位置からアンクランプ位置へと回動させる。クランプ時に端子板２２が可動電極クランパー４１に当接しているため、可動電極クランパー４１が溶接打点の全周をクランプしているため、溶接電極５２と端子板２２が溶着した時のはがし機能が得られる。同様に溶接電極５１と電極リード部２ａが溶着した際、リフタ３７を上昇させると固定電極クランパー３３がはがし機能を果たす。
【００５３】
（８）セル本体クランパー３２をクランプ位置からアンクランプ位置へと回動させ、ベース３１上に載った電極シート１をロボットハンドを介して搬送する。
【００５４】
以上のように構成され、電極シート１の電極リード部２ａと端子板２２を自動的に溶接することにより、溶接精度を十分に確保できるとともに、サイクルタイムを短縮化して生産性を高められる。
【００５５】
また、この製造装置を含む製造ラインをグローブボックス内に収めることにより、電気二重層キャパシタセルを外気にさらすことなく製造することが可能となり、品質の安定化がはかれる。
【００５６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気二重層キャパシタセルの分解斜視図。
【図２】他の実施の形態を示す電気二重層キャパシタセルの分解斜視図。
【図３】電気二重層キャパシタセルの製造工程を示す説明図。
【図４】電気二重層キャパシタセルの分解斜視図。
【図５】製造装置を示す側面図
【図６】同じく製造装置の正面図。
【図７】同じく製造装置の平面図。
【図８】治具の正面図。
【図９】同じく治具の平面図。
【図１０】同じく図９のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図１１】同じく図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１  電極シート
１ａ  正極体
１ｂ  負極体
２  集電極
２ａ  電極リード部
４  セパレータ
６  積層体
２２  端子板
２６  電動アクチュエータ
２８  ガイドレール
３０  治具
３１  ベース
３２  セル本体クランパー
３３  固定電極クランパー
３３ａ  湾曲部
３５  吸着パット
３６  スライドテーブル
４０  結束機構
４１  可動電極クランパー
４１ａ  湾曲部
【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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