JP2009087736A - 端子装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外装缶との絶縁に用いられる樹脂の組み立て時における損傷を防止でき、しかも液漏れなどが生じることのない端子装置の製造方法を提供する。
【解決手段】外装缶１２の内外を貫通する孔１５内に、樹脂１６を介在させた電気的絶縁状態で軸部が取り付けられた端子１３の、外装缶１２内の端部１３ｂに、一面がこの外装缶１２内面と樹脂１６を介在させて接するリード板１７を、かしめによって一体的に取り付け、さらに、このリード板１７の、端子端部１３ｂとのかしめ部分をレーザ溶接することを特徴とする
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電池用セルの端子等に適用可能な端子装置の製造方法に関する。

近年、電池の性能が向上し、小形で高出力が得られることから、各種の電源装置として利用されるようになってきた。例えば、自動車や自転車に搭載して、所望の電力を供給する小形で高性能の電源装置が考えられ、そのための提案も多くみられる（例えば、特許文献１参照）。このような電源装置では、電力供給対象機器を駆動可能なレベルの電圧と、長時間の使用を可能とする容量を得るため、複数個の電池セルを接続して電源装置を構成している。このため、他の電池セルとの接続に用いられる端子装置が必要となる。
特許第３３５０１８９号公報

この種の端子装置は、電池セルを構成する外装缶の内外を貫通して設けられるため、外装缶との絶縁構造が必要である。また、この端子部からの液漏れなどが生じないように、強固に構成する必要がある。

本発明の目的は、外装缶との絶縁に用いられる樹脂の組み立て時における損傷を防止でき、しかも液漏れなどが生じることのない端子装置の製造方法を提供することにある。

本発明による端子装置の製造方法は、外装缶の内外を貫通する孔内に、樹脂を介在させた電気的絶縁状態で軸部が取り付けられた端子の、前記外装缶内に位置する端部に、一面がこの外装缶内面と前記樹脂を介在させて接するリード板をかしめによって一体的に取り付けた端子装置の製造方法であって、前記リード板の、端子端部とのかしめ部分をレーザ溶接することを特徴とする。

本発明では、前記端子にアルミニウム−マグネシウム系材料を用い、リード板に純アルミニウム系材料を用いている。

また、本発明では、かしめ部における、リード板と端子との接合部の全周を、連続発振のレーザ光にて溶接する。

また、本発明では、リード板と端子とのレーザ溶接による樹脂部の温度上昇が設定温度以下となるように、リード板と端子との接合部の全周を複数区間に区分し、これら区間の溶接順を、隣り合う区間での溶接が連続しないように設定するとよい。

さらに、本発明では、リード板と端子とをレーザ溶接する際、前記外装缶の溶接部近くの樹脂との接触面の裏側に、良熱伝導性の冷却板を密着させてもよい。

本発明によれば、端子部の外装缶内における取り付け構造として、かしめとともにレーザ溶接を施すことにより、液漏れなどが生じることのない端子装置を構成できると共に、外装缶との絶縁に用いられる樹脂の組み立て時における損傷を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）（ｂ）は、本発明の製造方法が適用される端子装置の構成例を示しており、図２はその端子装置が用いられる電池セルのキャップ部分を示し、さらに、図３は上記電池セルの外観を示している。

まず、図３により電池セル（以下、単にセルと呼ぶ）１１の外観構成を説明する。セル１１は、外装缶１２内に図示しない電池本体を設置したもので、外装缶１２の上面部（以下キャップ部と呼ぶ）１２ａには、外装缶１２の内外を貫通する端子１３が取り付けられている。図２は、このキャップ部１２ａにおける端子１３の取り付け状態を示しており、その具体的構造は図１（ａ）の断面図によって説明される。

図１（ａ）において、端子１３は、上部にフランジ部１３ａを一体形成した軸状のもので、その下部軸部は、外装缶１２のキャップ部１２ａに形成された内外を貫通する孔１５内に、樹脂１６を介在させた電気的絶縁状態で取り付けられている。この端子１３の、外装缶１２内の端部（図示下端）１３ｂは、外装缶１２内においてリード板１７に連結している。リード板１７は、その一面（図示上面）が、この外装缶１２の内面（キャップ部１２ａの裏面）と、樹脂１６を介在させて接している。このリード板１７は端子１３の図示下端１３ｂとかしめられ、キャップ部１２ａの下面との間で樹脂１６を狭圧する状態で一体的に連結している。

本発明の製造方法では、このリード板１７と端子端部１３ｂとのかしめ部分を、さらにレーザ溶接することを特徴としている。

ここで、端子１３の材質としては、良導電材であり、機械的強度の高いアルミニウム−マグネシウム（Ａ５０００番）系材料を用い、リード板１７にはより導電性に優れた純アルミニウム（Ａ１０００番）系材料を用いる。このような材料を用いることにより、かしめによる充分な機械的強度が得られ、かつ導電性に優れた端子装置を構成することができる。すなわち、端子１３の母材の強度が向上するので、かしめ部の強度が増し、樹脂１６部分からの液漏れや、端子１３自体の損傷を防止することができる。

本発明では、前述のように、このかしめ部分をレーザ溶接するが、その溶接は、図４で示すように、かしめ部におけるリード板１７と端子端部１３ｂとの接合部全周を、ノズル２０から照射されるレーザ光２１によりレーザ溶接するものである。このようにかしめ部分を全周溶接することにより、かしめだけの場合に比べ、格段に強度が向上し、樹脂１６部分からの液漏れや端子の損傷を、より確実に防止することができる。

ここで、溶接用のレーザ光としては連続発振のレーザ光を用いる。このように連続発振のレーザ光で溶接することにより、一般的に用いられているパルス発振のレーザ光による溶接に比べ、溶接熱ひずみによる凝固割れを防止して、接合強度を向上させることができる。すなわち、パルス発振のレーザ光溶接では瞬間的な加熱が所定間隔で繰り返されるため、溶接熱ひずみによる凝固割れを生じ易い。これに対し、連続発振のレーザ光で溶接する場合は、連続した一定の加熱により溶接が行われるため、溶接熱ひずみによる凝固割れを確実に防止できる。

また、この溶接による樹脂１６の温度上昇が、例えば１２０℃を超えると、樹脂が熱で損傷することがある。このため、樹脂１６の温度上昇を抑える必要があり、そのための手段として、図５で示すように、リード板１７と端子１３との接合部の全周を複数区間に区分して区間ごとに溶接する。また、その溶接順を、隣り合う区間での溶接が連続しないように設定する。例えば、図５ではリード板１７と端子１３との接合部の全周を４つの区間に均等分割し、その溶接順を、図示のように隣り合う区間での溶接が連続しないように設定する。

ここで、リード板１７の板圧を１ｍｍとした場合、上述のようにリード板１７と端子１３との接合部の全周を４つの区間に均等に区分し、その溶接順を図５で示すように設定して、以下の溶接条件でレーザ溶接を行った。

レーザ出力：４００W〜２０００W
溶接速度：１０００ｍｍ/分〜５０００ｍｍ/分
シールドガス流量：１０〜１００リットル/分
レーザ照射スポット径：０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ
レーザ入射角度：面直から±３０°
この場合、樹脂１６の温度上昇は１２０℃を超えず、また、溶接部における溶け込み深さは０．１〜０．８ｍｍとなった。すなわち、図６で示すように、溶接部における溶け込み深さは板厚近くまでとなり、十分な強度を得ることができる。

なお、樹脂１６が熱で損傷する温度上昇値として、１２０℃を例示したが、樹脂１６の種類によってはこの値が異なるので、熱で損傷する温度上昇値に対応してリード板１７と端子１３との接合部全周の分割数を変えればよい。

また、溶接による樹脂１６の温度上昇を抑えるためには、図７で示すように冷却板２５を用いるとよい。すなわち、リード板１７と端子１３とをレーザ溶接する際、外装缶１２の溶接部近くの一部であるキャップ部１２ａの表面、すなわち、樹脂１６との接触面の裏側に、良熱伝導性の冷却板２５を密着させる。

図７の例では、端子１３とリード板１７とがかしめられ、樹脂１６を介して一体的に取り付けられたキャップ部１２を、冶具２６により溶接個所が上向きとなるように保持する。この溶接個所、すなわち前述したリード板１７と端子１３との接合部全周には、ノズル２０からレーザ光２１が照射され、溶接が行われる。

このとき、キャップ部１２ａの表面及び端子１３の端部には、下側から冷却板２５を、接合させ、ばね２７により加圧して、冷却板２５をキャップ部１２ａ及び端子１３の先端部に密着させている。冷却板２５としては、キャップ部１２ａの材質（ここでは純アルミ系）より熱伝導性の良い、例えば、銅板を冷却板２５として用いる。

このようにすると、溶接によって生じた熱はキャップ部１２ａの表面及び端子１３の先端部から冷却板２５に吸収され冷却される。このため、キャップ部１２ａの裏面や端子１３の軸部外面に接する樹脂１６の温度上昇を有効に抑止することができる。

なお、上記実施の形態では端子装置が適用されるものとして電池セルを例示したが、本発明は、もちろんこれ以外の電気機器にも適用でき、外装缶を内外に貫通する端子を有するものであればどのような電気機器にも適用可能である。

このように本発明方法によれば、端子とリード板とをかしめるとともに、この部分をレーザ溶接したことにより、強固に構成でき、液漏れなどを防止すると共に、絶縁用の樹脂が組み立て時に損傷を受けることも有効に防止することができる。

本発明による製造方法が適用される端子装置の構成例を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）はその底面図である。 上記端子装置部分を取り出して示す正面図である。 上記端子装置の適用例である電池セルの外観図である。 本発明の製造方法における溶接作業を説明する図である。 本発明の製造方法により溶接される部分を示す図である。 本発明の製造方法により溶接された部分を示す断面図である。 本発明の製造方法により、冷却板を用いて溶接する場合を示す図である。

符号の説明

１２ 外装缶
１３ 端子
１４ 接続孔
１５ 孔
１６ 樹脂
１７ リード板
２５ 冷却板

Claims (5)

1. 外装缶の内外を貫通する孔内に、樹脂を介在させた電気的絶縁状態で軸部が取り付けられた端子の、前記外装缶内に位置する端部に、一面がこの外装缶内面と前記樹脂を介在させて接するリード板をかしめによって一体的に取り付けた端子装置の製造方法であって、
   前記リード板の、端子端部とのかしめ部分をレーザ溶接することを特徴とする端子装置の製造方法。
2. 前記端子にアルミニウム−マグネシウム系材料を用い、リード板に純アルミニウム系材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載の端子装置の製造方法。
3. 前記かしめ部における、リード板と端子との接合部の全周を、連続発振のレーザ光にて溶接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の端子装置の製造方法。
4. 前記リード板と端子とのレーザ溶接による樹脂部の温度上昇が設定温度以下となるように、リード板と端子との接合部の全周を複数区間に区分し、これら区間の溶接順を、隣り合う区間での溶接が連続しないように設定した特徴とする請求項３に記載の端子装置の製造方法。
5. 前記リード板と端子とをレーザ溶接する際、前記外装缶の溶接部近くの前記樹脂との接触面の裏側に、良熱伝導性の冷却板を密着させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の端子装置の製造方法。