ボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具
【課題】寸法精度が高く作業効率が良く多品種対応可能な端子付きボタン形リチウム電池を提供することを目的とする。
【解決手段】ボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具において、負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるを用いることを特徴とする。
【解決手段】ボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具において、負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるを用いることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボタン形リチウム電池の端子付け作業に用いる溶接治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等にみられる技術革新はめざましく各メーカー共機能アップ、小型化、薄型化の競争にしのぎを削っている。そのためプリント基板の実装密度はますます高密度化を要求されると同時に基板を構成する各電子部品に要求される精度も厳しくなっている。
【０００３】
ボタン形リチウム電池は、特許文献１に示されるように電池単体（以下素電池と称す）の正、負極に端子を溶接したものを基板上にハンダ付けし、主としてメモリーバックアップ用として使用される。
【０００４】
ボタン形リチウム電池の端子の材質は素電池に溶接でき、且つ電気抵抗の低い材質なら何でも良いが通常素電池を構成する正、負極缶体に近いＳＵＳ系の薄板材に全面ニッケルメッキを施し基板回路とハンダ付けを容易にするため、基板とハンダ接続する部分に予備ハンダメッキされたものを使用するのが一般的である。
【０００５】
また、溶接は抵抗溶接、レーザー溶接等があり基板回路と素電池間を電気的接続を保障するものであり溶接信頼性の面から自動または半自動によるレーザー溶接が一般的である。さらに、端子の形状は素電池の大きさ、厚さによるものと基板上の回路パターンによって決められるものがあるが素電池の形状によるものより基板回路パターンによるものの方が多く各メーカーごと、機器のモデルごとに違うことが多い。また、基板と電池端子のハンダ作業にはハンダ鏝を使用する手ハンダ、基板回路上に端子先端より少し大きい穴を開けこれに端子を差し込んでハンダ浴内を通すフローハンダ、基板回路上の実装部分にハンダクリームを塗りこの上に電池端子のハンダ面を自動実装し高温雰囲気を通すことによってなるリフローハンダ等があるが作業工数、実装密度の高さ（基板の裏表に部品を装着可能なため）から近年はリフローハンダが多く使用されるようになっている。
【０００６】
端子と回路パターンは前述のように実装密度の高さから回路間の隙間は小さいところでは０．２ｍｍ位しかないため端子の形状、寸法精度の精密さが要求される。このような高い精度が要求される電池の端子溶接には基板回路と素電池間の電気的な接続を保障し、落下衝撃等に対する溶接信頼性を確保するためレーザー溶接が用いられる。しかし、レーザー溶接設備には半自動、全自動とあるが一品種大量生産の場合は自動機が最も適しており信頼性も高いが設備製作期間が長く、また設備費用は一台当たり数千万円かかり品種の切り替えにも新たに数百万円はかかる等の欠点があるため、昨今のように機器のモデルチェンジがめまぐるしい中では出来るだけ短期間に設備償却でき、かつ多品種に対応可能な軽便な設備が最も適しており半自動による溶接方法が見直されてきた。ただし、半自動の場合には人による作業が介在するため加工賃が自動機に比べて高くなる欠点があるため出来るだけ効率の良い作業方法が求められる。
【０００７】
従来この種の作業では正極端子と電池の正極面で溶接すべき位置に接するように電池を保持するよう加工された治具と負極端子が電池の負極面で溶接すべき位置に接触するように保持する一対の治具で構成される溶接治具を用い、作業者は電池と正、負極端子を樹脂で加工された治具に詰めてこの治具ごと溶接機に載せて端子付けする方法がとられていた。
【特許文献１】特開平８−５５６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながらこのような方法ではまず一方の治具へ端子と電池を詰めて溶接した後これを取り出してもう一方の負極端子を詰めた治具へ移し替えて溶接しなければならない。つまり正負極端子は別工程で溶接するため作業効率が悪く、また移し変えの際端子を変形させやすい等の欠点がある。
【０００９】
さらに電池の短絡防止の点から治具は樹脂で加工されているため費用は安価であるが樹脂加工は一般に金属加工と比べて加工精度が劣り磨耗が早い。端子を位置決めするための凹み部分は端子厚さが０．１〜０．１５ｍｍと非常に薄いため特に精度を要するが端子装着のたびに端子の打ち抜きエッジが触れるためすぐに凹部のエッジが磨耗し端子を正しい位置に保持することが難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明は、寸法精度が高く作業効率が良く多品種対応可能な端子付きボタン形リチウム電池を提供するものであり、負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具を用いることを特徴とする。
【００１１】
本発明のボタン形リチウム電池用端子付け治具によると、正、負極電端子と電池を保持する一対の治具で構成されることは従来例と同じであるが寸法精度にかかわる主要な部分は全て樹脂の替わりに金属製で加工精度を高め、磨耗による端子保持部の損傷をなくしたことにより端子付き電池の寸法精度の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、寸法精度が高く作業効率が良く多品種対応可能な端子付きボタン形リチウム電池用の治具を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、負極側治具と正極側治具からなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、前記負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、前記正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、複数の負極端子を保持する凹部およびレーザー光の通過孔を配置した負極側樹脂部材からなる負極側治具の集合体と、複数の正極端子を保持する凹部およびレーザーの通過孔を有する金属部を配置した正極側樹脂部材からなる正極側治具の集合体が一対のピンで係合されてなることを特徴とする。さらに樹脂部材が、負極側治具の集合体と係合し正極側治具の集合体と対応する位置に設けられた吸引孔と、前記吸引孔を連結してなる通路とを有すとともに、前記通路と吸引孔との接続部に開閉手段を有する治具を備えることが好ましい。
【００１５】
また負極側治具において、前記端子を保持する凹部における保持面が前記樹脂部材よりも突出するとともに、前記樹脂部材面まで伸縮自在な構成とされていることが好ましく、正極側治具において、前記電池を保持する樹脂板の厚みが電池の厚み以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、正極端子、負極端子および電池と接する金属部の表面に絶縁性のコーティング処理を施していることがより好ましい。なお、絶縁処理としてはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）処理等が挙げられる。
【００１７】
上記のような構成とすることで、正極端子と電池を保持する治具と負極端子のみを保持する治具を嵌合させ一体の治具として使用し、電池の移し替え作業をなくしたため端子の変形要因を除き作業工数も半減させることが出来る。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明による溶接治具を用いる端子付きボタン形電池の一般的な形状を示す。１はケースで電池の正極、２は封口板で電池の負極であり正極要素、負極要素、電解液を内包し絶縁樹脂を介して密封することによってひとつの素電池を構成している。３は正極端子、４は負極端子でそれぞれ素電池の一方の極にレーザーにより複数の点溶接部５で接続されている。電池の大きさはΦ４（公称）で厚さ１．４ｍｍ、端子は厚さ０．１ｍｍ、幅２ｍｍ、長さは電池端面より１．５ｍｍが一般的であり、この電池に求められる端子溶接の製品寸法公差は±０．２ｍｍである。製品寸法公差が±０．２ｍｍということは測定実績としてバラツキはσ＝０．０３以内でなければ安定した製品を作ることが出来なくなるなど非常に厳しい精度が要求される。
【００２０】
これより、本発明である溶接治具について、実施例として図２〜図８に基づき詳述する。
【実施例】
【００２１】
図２（ａ）は負極側治具で、負極端子４を保持する負極側凹部６（深さは端子厚さとほぼ同じ０．１ｍｍ）とレーザー光が通るレーザー光通過孔７が加工された負極金具８およびこれに圧入固定された２本のピン９と負極金具８を保持する樹脂部材１０を表す。図２（ｂ）は正極側治具で樹脂板１２と金属板１３をネジ１８で締め付けて一体構造にしている。樹脂板１２には電池保持孔１４と負極端子３を保持する正極側凹部１５（深さは端子厚さとほぼ同じ０．１ｍｍ）とレーザー光通過孔１６及び図２（ａ）のピン９と嵌合する絶縁ブッシュ１７が金属板１３まで貫通して圧入されている。
【００２２】
図３（ａ）は図２（ａ）と図２（ｂ）に示される正負極治具を組み合わせる前の状態の断面図を表し、図３（ｂ）は正負極治具が嵌合された状態の断面図を表す。図３（ａ）上図で負極金具８にはピン９が圧入固定されており、バネ２２によって図面中の下方に押さえられ負極側樹脂部材１０より寸法Ａｍｍだけ突き出している。金具には負極端子４が図に表されるような状態で保持される。バネ押さえ蓋１１はバネ２２の蓋でレーザー光を通すためのレーザー光通過孔２３があけられておりネジ１９により負極側樹脂部材１０と固定されている。図３（ａ）の下図では正極側の治具で電池と正極端子３が図のように保持されている。図２（ｂ）に表される正極治具は正極側樹脂部材２０にネジ２５で固定されている。レーザー光通過孔２４は正極側樹脂部材２０にあけられたレーザー光の通る穴であり、負極金具８に固定されたピン９は絶縁ブッシュ１７と嵌まりあって端子、電池の位置関係を保証する。この状態で負極金具８は電池と正負極端子を押さえつけることになり図上方に後退する。レーザー光は２３及び７の開口部を通って負極端子４の上面に当たり負極端子を電池に溶接する。また正極端子溶接はこの状態で治具を反転し同じく正極側の開口部２４及び１６を通って正極端子表面に当たり溶接する。レーザーによる端子溶接では各端子が必ず電池と隙間のないように接することが重要である。そのために図３（ａ）の寸法Ａは実施例では０．５ｍｍ以上とし、電池を保持する樹脂板１２の厚さを上限として電池の厚さより薄く加工してあり図３（ｂ）のように治具を組み合わせた時、各端子が確実に電池に押さえつけられるようにした。端子の加圧力は強すぎると端子及び電池を変形させるし、弱すぎると端子と電池の接触が保てなくなる。そのためバネ２２の加圧適性値は４．９〜９．８Ｎであり実施例では７．８Ｎとした。
【００２３】
図４（ａ）は図２（ａ）の負極治具単体を１０個、負極側樹脂部材１０に配列してなる実施例の負極治具５０を表す。２７は正極治具と組み合わせる時の位置決め穴である。
【００２４】
図４（ｂ）は図２（ｂ）の正極治具単体を１０個、正極側樹脂部材２０に配列してなる実施例の正極治具５１を表す。ピン２６は図４（ａ）の位置決め穴２７と嵌まり合って負極治具５０、正極治具５１の位置関係を保証する。
【００２５】
図５は図４（ａ）及び図４（ｂ）を組み合わせた状態を表し、図６はその断面図を表す。図６で負極治具５０、正極治具５１はネジ２８によって隙間なく一体に固定される。
【００２６】
図７は負極治具５０に負極端子４を挿入し（図４（ａ））、正極治具５１と組み合わせる際に使用する治具で樹脂部材２９に負極治具５０に配列された各治具のピッチに合わせて空気穴２１（１０個）を設け、さらにこれら空気孔を集合して一つの通路３０が加工されている。集合された通路３０はホース３２でコンプレッサー等の吸引手段に接続されている。図７で負極治具５０上に挿入された負極端子４は矢印の方向に前記空気穴２１、３０を介して負極金具８に吸着されている。図４（ａ）で負極端子の挿入が終わり矢印方向に反転して正極治具に組み合わせる際に負極端子が落下しないようにするために使用される。また吸引ホース上には開閉弁６０が設けてあり負極治具５０を正極治具５１に組み合わせたところで吸引力を解除できるよう構成されている。
【００２７】
図８は前記順序で組み合わされた本発明の治具５２をレーザー溶接装置にセットして溶接している状態を表す。６１は治具ベースで一対のクランプ装置５４を備え溶接台６３に回転自在に装着されている。６２は治具ベース６１の反転装置で治具５２はクランプ装置５４により所定の位置に保持される。５５はレーザー照射口であり矢印６５方向に等ピッチで移動してまず負極側の端子を溶接する。負極側の溶接が終了すると矢印５２方向に治具ベースごと反転し正極側端子を溶接する。
【００２８】
この製造法によれば端子および電池をそれぞれ治具に挿入するまでは手作業で行った後、治具５２を図８の治具ベース６１にセットした状態から治具のクランプ、負極端子溶接、反転、正極端子溶接、クランプ解除までをすべて自動的に作業できるよう構成されている。
【００２９】
また図４（ａ）および図４（ｂ）の負極治具５０、正極治具５１はそれぞれ図２（ａ）および図２（ｂ）の各正負極治具単体の集合体でありベース部材は共通なため品種切り替えに際してはこれら治具単体を交換するだけでよい。
【００３０】
以下に従来例による製造法を説明する。
【００３１】
図９（ａ）は負極治具の組み合わせ部の断面図を示す。３５は負極端子を保持する樹脂部材で端子を保持する凹部とレーザー光が通る孔５０が加工されている。３６は電池を保持する樹脂部材で端子保持部材３５と一体に固定され負極治具５６を構成している。５８は溶接する際の押さえ治具で樹脂部材３７に押さえピン３８とこれを押圧するバネ３９を具備しており正負極の溶接に共通に使用する。図９（ｂ）は正極治具の組み合わせ部の断面図を表しており構成は負極治具とほぼ同じである。
【００３２】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、は図９（ａ）、図９（ｂ）の全体図を表し、図１０（ｃ）は共通の押さえ治具５８の全体図であり、負極側を溶接する際には図１０（ａ）に示される負極治具と図１０（ｃ）に示される押さえ治具を組み合わせ、正極側を溶接するときは図１０（ｂ）に示される正極治具と図１０（ｃ）に示される押さえ治具を組み合わせて行う。
【００３３】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は前記正負極治具と押さえ治具の組み合わせ断面図を表し、それぞれピン４８で位置決め嵌合されたのちネジ４９によって固定される。
【００３４】
従来例ではまず図１１（ａ）に示される負極側治具の構成後、図８に示されるような溶接装置に装着し負極端子を溶接した後治具を取り出す。 次に図１０（ｃ）に示される押さえ治具と負極治具を分解して電池を取り出し図１０（ｂ）に示される正極治具にこれを挿入する。次に押さえ治具と組み合わせて再度溶接装置に装着して正極溶接をする。
【００３５】
かかる一連の作業では二回に分けて溶接作業を行うため作業効率も悪いし、電池の入れ替え作業を伴うため端子を曲げたりする恐れがある。また端子の装着部が樹脂で加工されているため精度が落ちる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
作業効率が良く、安価で多品種切り替えが可能な本発明の治具を用いることで寸法精度の高いボタン形端子付き電池を提供する。
【００３７】
本発明の製造法によれば端子および電池をそれぞれ治具に挿入するまでは手作業で行なうが、治具を溶接機にセットした後は負極端子溶接、反転、正極端子溶接までをすべて自動的に作業できるよう構成されているため作業効率は従来の１／２以下ですむ。
【００３８】
また端子を保持する部分には金属を使用しており磨耗が少なく極めて寸法精度の高い端子付き電池の製造が可能でありきわめて工業的な利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例にかかる端子付き電池の概観図
【図２】（ａ）本発明の実施例にかかる負極治具を表す図（ｂ）本発明の実施例にかかる正極治具を表す図
【図３】（ａ）本発明の実施例にかかる正負極治具単体を組み合わせる直前の断面図（ｂ）本発明の実施例にかかる正負極治具単体が組み合わされた状態の断面図
【図４】（ａ）本発明の実施例にかかる負極治具の全体図（ｂ）本発明の実施例にかかる正極治具の全体図
【図５】本発明の実施例にかかる正負極治具が組み合わされた状態の全体図
【図６】本発明の実施例にかかる正負極治具が組み合わされた状態の断面図
【図７】本発明の実施例にかかる治具の全体図
【図８】本発明の実施例にかかる製造法で使用するレーザー溶接装置図
【図９】（ａ）従来の負極治具の単体構成の断面図（ｂ）従来の正極治具の単体構成の断面図
【図１０】（ａ）従来の負極治具の全体図（ｂ）従来の正極治具の全体図（ｃ）従来の治具の全体図
【図１１】（ａ）従来の負極治具の断面図（ｂ）従来の正極治具の断面図
【符号の説明】
【００４０】
１ 正極
２ 負極
３ 正極端子
４ 負極端子
６ 負極側凹部
７ レーザー光通過孔
８ 負極金具
９ ピン
１０ 負極側樹脂部材
１１ バネ押さえ蓋
１２ 樹脂板
１３ 金属板
１４ 電池保持孔
１５ 正極側凹部
１６ レーザー光通過孔
１７ 絶縁ブッシュ
２０ 正極側樹脂部材
２２ バネ
２３ レーザー光通過孔
２４ レーザー光通過孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボタン形リチウム電池の端子付け作業に用いる溶接治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等にみられる技術革新はめざましく各メーカー共機能アップ、小型化、薄型化の競争にしのぎを削っている。そのためプリント基板の実装密度はますます高密度化を要求されると同時に基板を構成する各電子部品に要求される精度も厳しくなっている。
【０００３】
ボタン形リチウム電池は、特許文献１に示されるように電池単体（以下素電池と称す）の正、負極に端子を溶接したものを基板上にハンダ付けし、主としてメモリーバックアップ用として使用される。
【０００４】
ボタン形リチウム電池の端子の材質は素電池に溶接でき、且つ電気抵抗の低い材質なら何でも良いが通常素電池を構成する正、負極缶体に近いＳＵＳ系の薄板材に全面ニッケルメッキを施し基板回路とハンダ付けを容易にするため、基板とハンダ接続する部分に予備ハンダメッキされたものを使用するのが一般的である。
【０００５】
また、溶接は抵抗溶接、レーザー溶接等があり基板回路と素電池間を電気的接続を保障するものであり溶接信頼性の面から自動または半自動によるレーザー溶接が一般的である。さらに、端子の形状は素電池の大きさ、厚さによるものと基板上の回路パターンによって決められるものがあるが素電池の形状によるものより基板回路パターンによるものの方が多く各メーカーごと、機器のモデルごとに違うことが多い。また、基板と電池端子のハンダ作業にはハンダ鏝を使用する手ハンダ、基板回路上に端子先端より少し大きい穴を開けこれに端子を差し込んでハンダ浴内を通すフローハンダ、基板回路上の実装部分にハンダクリームを塗りこの上に電池端子のハンダ面を自動実装し高温雰囲気を通すことによってなるリフローハンダ等があるが作業工数、実装密度の高さ（基板の裏表に部品を装着可能なため）から近年はリフローハンダが多く使用されるようになっている。
【０００６】
端子と回路パターンは前述のように実装密度の高さから回路間の隙間は小さいところでは０．２ｍｍ位しかないため端子の形状、寸法精度の精密さが要求される。このような高い精度が要求される電池の端子溶接には基板回路と素電池間の電気的な接続を保障し、落下衝撃等に対する溶接信頼性を確保するためレーザー溶接が用いられる。しかし、レーザー溶接設備には半自動、全自動とあるが一品種大量生産の場合は自動機が最も適しており信頼性も高いが設備製作期間が長く、また設備費用は一台当たり数千万円かかり品種の切り替えにも新たに数百万円はかかる等の欠点があるため、昨今のように機器のモデルチェンジがめまぐるしい中では出来るだけ短期間に設備償却でき、かつ多品種に対応可能な軽便な設備が最も適しており半自動による溶接方法が見直されてきた。ただし、半自動の場合には人による作業が介在するため加工賃が自動機に比べて高くなる欠点があるため出来るだけ効率の良い作業方法が求められる。
【０００７】
従来この種の作業では正極端子と電池の正極面で溶接すべき位置に接するように電池を保持するよう加工された治具と負極端子が電池の負極面で溶接すべき位置に接触するように保持する一対の治具で構成される溶接治具を用い、作業者は電池と正、負極端子を樹脂で加工された治具に詰めてこの治具ごと溶接機に載せて端子付けする方法がとられていた。
【特許文献１】特開平８−５５６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながらこのような方法ではまず一方の治具へ端子と電池を詰めて溶接した後これを取り出してもう一方の負極端子を詰めた治具へ移し替えて溶接しなければならない。つまり正負極端子は別工程で溶接するため作業効率が悪く、また移し変えの際端子を変形させやすい等の欠点がある。
【０００９】
さらに電池の短絡防止の点から治具は樹脂で加工されているため費用は安価であるが樹脂加工は一般に金属加工と比べて加工精度が劣り磨耗が早い。端子を位置決めするための凹み部分は端子厚さが０．１〜０．１５ｍｍと非常に薄いため特に精度を要するが端子装着のたびに端子の打ち抜きエッジが触れるためすぐに凹部のエッジが磨耗し端子を正しい位置に保持することが難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明は、寸法精度が高く作業効率が良く多品種対応可能な端子付きボタン形リチウム電池を提供するものであり、負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具を用いることを特徴とする。
【００１１】
本発明のボタン形リチウム電池用端子付け治具によると、正、負極電端子と電池を保持する一対の治具で構成されることは従来例と同じであるが寸法精度にかかわる主要な部分は全て樹脂の替わりに金属製で加工精度を高め、磨耗による端子保持部の損傷をなくしたことにより端子付き電池の寸法精度の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、寸法精度が高く作業効率が良く多品種対応可能な端子付きボタン形リチウム電池用の治具を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、負極側治具と正極側治具からなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、前記負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、前記正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、複数の負極端子を保持する凹部およびレーザー光の通過孔を配置した負極側樹脂部材からなる負極側治具の集合体と、複数の正極端子を保持する凹部およびレーザーの通過孔を有する金属部を配置した正極側樹脂部材からなる正極側治具の集合体が一対のピンで係合されてなることを特徴とする。さらに樹脂部材が、負極側治具の集合体と係合し正極側治具の集合体と対応する位置に設けられた吸引孔と、前記吸引孔を連結してなる通路とを有すとともに、前記通路と吸引孔との接続部に開閉手段を有する治具を備えることが好ましい。
【００１５】
また負極側治具において、前記端子を保持する凹部における保持面が前記樹脂部材よりも突出するとともに、前記樹脂部材面まで伸縮自在な構成とされていることが好ましく、正極側治具において、前記電池を保持する樹脂板の厚みが電池の厚み以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、正極端子、負極端子および電池と接する金属部の表面に絶縁性のコーティング処理を施していることがより好ましい。なお、絶縁処理としてはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）処理等が挙げられる。
【００１７】
上記のような構成とすることで、正極端子と電池を保持する治具と負極端子のみを保持する治具を嵌合させ一体の治具として使用し、電池の移し替え作業をなくしたため端子の変形要因を除き作業工数も半減させることが出来る。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明による溶接治具を用いる端子付きボタン形電池の一般的な形状を示す。１はケースで電池の正極、２は封口板で電池の負極であり正極要素、負極要素、電解液を内包し絶縁樹脂を介して密封することによってひとつの素電池を構成している。３は正極端子、４は負極端子でそれぞれ素電池の一方の極にレーザーにより複数の点溶接部５で接続されている。電池の大きさはΦ４（公称）で厚さ１．４ｍｍ、端子は厚さ０．１ｍｍ、幅２ｍｍ、長さは電池端面より１．５ｍｍが一般的であり、この電池に求められる端子溶接の製品寸法公差は±０．２ｍｍである。製品寸法公差が±０．２ｍｍということは測定実績としてバラツキはσ＝０．０３以内でなければ安定した製品を作ることが出来なくなるなど非常に厳しい精度が要求される。
【００２０】
これより、本発明である溶接治具について、実施例として図２〜図８に基づき詳述する。
【実施例】
【００２１】
図２（ａ）は負極側治具で、負極端子４を保持する負極側凹部６（深さは端子厚さとほぼ同じ０．１ｍｍ）とレーザー光が通るレーザー光通過孔７が加工された負極金具８およびこれに圧入固定された２本のピン９と負極金具８を保持する樹脂部材１０を表す。図２（ｂ）は正極側治具で樹脂板１２と金属板１３をネジ１８で締め付けて一体構造にしている。樹脂板１２には電池保持孔１４と負極端子３を保持する正極側凹部１５（深さは端子厚さとほぼ同じ０．１ｍｍ）とレーザー光通過孔１６及び図２（ａ）のピン９と嵌合する絶縁ブッシュ１７が金属板１３まで貫通して圧入されている。
【００２２】
図３（ａ）は図２（ａ）と図２（ｂ）に示される正負極治具を組み合わせる前の状態の断面図を表し、図３（ｂ）は正負極治具が嵌合された状態の断面図を表す。図３（ａ）上図で負極金具８にはピン９が圧入固定されており、バネ２２によって図面中の下方に押さえられ負極側樹脂部材１０より寸法Ａｍｍだけ突き出している。金具には負極端子４が図に表されるような状態で保持される。バネ押さえ蓋１１はバネ２２の蓋でレーザー光を通すためのレーザー光通過孔２３があけられておりネジ１９により負極側樹脂部材１０と固定されている。図３（ａ）の下図では正極側の治具で電池と正極端子３が図のように保持されている。図２（ｂ）に表される正極治具は正極側樹脂部材２０にネジ２５で固定されている。レーザー光通過孔２４は正極側樹脂部材２０にあけられたレーザー光の通る穴であり、負極金具８に固定されたピン９は絶縁ブッシュ１７と嵌まりあって端子、電池の位置関係を保証する。この状態で負極金具８は電池と正負極端子を押さえつけることになり図上方に後退する。レーザー光は２３及び７の開口部を通って負極端子４の上面に当たり負極端子を電池に溶接する。また正極端子溶接はこの状態で治具を反転し同じく正極側の開口部２４及び１６を通って正極端子表面に当たり溶接する。レーザーによる端子溶接では各端子が必ず電池と隙間のないように接することが重要である。そのために図３（ａ）の寸法Ａは実施例では０．５ｍｍ以上とし、電池を保持する樹脂板１２の厚さを上限として電池の厚さより薄く加工してあり図３（ｂ）のように治具を組み合わせた時、各端子が確実に電池に押さえつけられるようにした。端子の加圧力は強すぎると端子及び電池を変形させるし、弱すぎると端子と電池の接触が保てなくなる。そのためバネ２２の加圧適性値は４．９〜９．８Ｎであり実施例では７．８Ｎとした。
【００２３】
図４（ａ）は図２（ａ）の負極治具単体を１０個、負極側樹脂部材１０に配列してなる実施例の負極治具５０を表す。２７は正極治具と組み合わせる時の位置決め穴である。
【００２４】
図４（ｂ）は図２（ｂ）の正極治具単体を１０個、正極側樹脂部材２０に配列してなる実施例の正極治具５１を表す。ピン２６は図４（ａ）の位置決め穴２７と嵌まり合って負極治具５０、正極治具５１の位置関係を保証する。
【００２５】
図５は図４（ａ）及び図４（ｂ）を組み合わせた状態を表し、図６はその断面図を表す。図６で負極治具５０、正極治具５１はネジ２８によって隙間なく一体に固定される。
【００２６】
図７は負極治具５０に負極端子４を挿入し（図４（ａ））、正極治具５１と組み合わせる際に使用する治具で樹脂部材２９に負極治具５０に配列された各治具のピッチに合わせて空気穴２１（１０個）を設け、さらにこれら空気孔を集合して一つの通路３０が加工されている。集合された通路３０はホース３２でコンプレッサー等の吸引手段に接続されている。図７で負極治具５０上に挿入された負極端子４は矢印の方向に前記空気穴２１、３０を介して負極金具８に吸着されている。図４（ａ）で負極端子の挿入が終わり矢印方向に反転して正極治具に組み合わせる際に負極端子が落下しないようにするために使用される。また吸引ホース上には開閉弁６０が設けてあり負極治具５０を正極治具５１に組み合わせたところで吸引力を解除できるよう構成されている。
【００２７】
図８は前記順序で組み合わされた本発明の治具５２をレーザー溶接装置にセットして溶接している状態を表す。６１は治具ベースで一対のクランプ装置５４を備え溶接台６３に回転自在に装着されている。６２は治具ベース６１の反転装置で治具５２はクランプ装置５４により所定の位置に保持される。５５はレーザー照射口であり矢印６５方向に等ピッチで移動してまず負極側の端子を溶接する。負極側の溶接が終了すると矢印５２方向に治具ベースごと反転し正極側端子を溶接する。
【００２８】
この製造法によれば端子および電池をそれぞれ治具に挿入するまでは手作業で行った後、治具５２を図８の治具ベース６１にセットした状態から治具のクランプ、負極端子溶接、反転、正極端子溶接、クランプ解除までをすべて自動的に作業できるよう構成されている。
【００２９】
また図４（ａ）および図４（ｂ）の負極治具５０、正極治具５１はそれぞれ図２（ａ）および図２（ｂ）の各正負極治具単体の集合体でありベース部材は共通なため品種切り替えに際してはこれら治具単体を交換するだけでよい。
【００３０】
以下に従来例による製造法を説明する。
【００３１】
図９（ａ）は負極治具の組み合わせ部の断面図を示す。３５は負極端子を保持する樹脂部材で端子を保持する凹部とレーザー光が通る孔５０が加工されている。３６は電池を保持する樹脂部材で端子保持部材３５と一体に固定され負極治具５６を構成している。５８は溶接する際の押さえ治具で樹脂部材３７に押さえピン３８とこれを押圧するバネ３９を具備しており正負極の溶接に共通に使用する。図９（ｂ）は正極治具の組み合わせ部の断面図を表しており構成は負極治具とほぼ同じである。
【００３２】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、は図９（ａ）、図９（ｂ）の全体図を表し、図１０（ｃ）は共通の押さえ治具５８の全体図であり、負極側を溶接する際には図１０（ａ）に示される負極治具と図１０（ｃ）に示される押さえ治具を組み合わせ、正極側を溶接するときは図１０（ｂ）に示される正極治具と図１０（ｃ）に示される押さえ治具を組み合わせて行う。
【００３３】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は前記正負極治具と押さえ治具の組み合わせ断面図を表し、それぞれピン４８で位置決め嵌合されたのちネジ４９によって固定される。
【００３４】
従来例ではまず図１１（ａ）に示される負極側治具の構成後、図８に示されるような溶接装置に装着し負極端子を溶接した後治具を取り出す。 次に図１０（ｃ）に示される押さえ治具と負極治具を分解して電池を取り出し図１０（ｂ）に示される正極治具にこれを挿入する。次に押さえ治具と組み合わせて再度溶接装置に装着して正極溶接をする。
【００３５】
かかる一連の作業では二回に分けて溶接作業を行うため作業効率も悪いし、電池の入れ替え作業を伴うため端子を曲げたりする恐れがある。また端子の装着部が樹脂で加工されているため精度が落ちる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
作業効率が良く、安価で多品種切り替えが可能な本発明の治具を用いることで寸法精度の高いボタン形端子付き電池を提供する。
【００３７】
本発明の製造法によれば端子および電池をそれぞれ治具に挿入するまでは手作業で行なうが、治具を溶接機にセットした後は負極端子溶接、反転、正極端子溶接までをすべて自動的に作業できるよう構成されているため作業効率は従来の１／２以下ですむ。
【００３８】
また端子を保持する部分には金属を使用しており磨耗が少なく極めて寸法精度の高い端子付き電池の製造が可能でありきわめて工業的な利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例にかかる端子付き電池の概観図
【図２】（ａ）本発明の実施例にかかる負極治具を表す図（ｂ）本発明の実施例にかかる正極治具を表す図
【図３】（ａ）本発明の実施例にかかる正負極治具単体を組み合わせる直前の断面図（ｂ）本発明の実施例にかかる正負極治具単体が組み合わされた状態の断面図
【図４】（ａ）本発明の実施例にかかる負極治具の全体図（ｂ）本発明の実施例にかかる正極治具の全体図
【図５】本発明の実施例にかかる正負極治具が組み合わされた状態の全体図
【図６】本発明の実施例にかかる正負極治具が組み合わされた状態の断面図
【図７】本発明の実施例にかかる治具の全体図
【図８】本発明の実施例にかかる製造法で使用するレーザー溶接装置図
【図９】（ａ）従来の負極治具の単体構成の断面図（ｂ）従来の正極治具の単体構成の断面図
【図１０】（ａ）従来の負極治具の全体図（ｂ）従来の正極治具の全体図（ｃ）従来の治具の全体図
【図１１】（ａ）従来の負極治具の断面図（ｂ）従来の正極治具の断面図
【符号の説明】
【００４０】
１ 正極
２ 負極
３ 正極端子
４ 負極端子
６ 負極側凹部
７ レーザー光通過孔
８ 負極金具
９ ピン
１０ 負極側樹脂部材
１１ バネ押さえ蓋
１２ 樹脂板
１３ 金属板
１４ 電池保持孔
１５ 正極側凹部
１６ レーザー光通過孔
１７ 絶縁ブッシュ
２０ 正極側樹脂部材
２２ バネ
２３ レーザー光通過孔
２４ レーザー光通過孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極側治具と正極側治具からなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、前記負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、前記正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項２】
ボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、複数の負極端子を保持する凹部およびレーザー光の通過孔を配置した負極側樹脂部材からなる負極側治具の集合体と、複数の正極端子を保持する凹部およびレーザーの通過孔を有する金属部を配置した正極側樹脂部材からなる正極側治具の集合体が一対のピンで係合されてなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項３】
請求項２に記載の樹脂部材が、負極側治具の集合体と係合し正極側治具の集合体と対応する位置に設けられた吸引孔と、前記吸引孔を連結してなる通路とを有すとともに、前記通路と吸引孔との接続部に開閉手段を有する治具を備えたボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項４】
請求項１に記載の負極側治具において、前記端子を保持する凹部における保持面が前記樹脂部材よりも突出するとともに、前記樹脂部材面まで伸縮自在な構成とされているボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項５】
請求項１に記載の正極側治具において、前記電池を保持する樹脂板の厚みが電池の厚み以下であるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項６】
正極端子、負極端子および電池と接する金属部の表面に絶縁性のコーティング処理を施したことを特徴とする請求項１に記載のボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項１】
負極側治具と正極側治具からなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、前記負極側治具が負極端子を保持する凹部と、レーザー光の通過孔と一対のピンを有する金具と、前記金具を押圧するバネと、前記金具がバネによって伸縮可能に保持される樹脂部材とで構成され、前記正極側治具が正極端子を保持する凹部と、レーザーの通過孔を有する金属部と、電池を保持する樹脂板と、前記負極側治具のピンと嵌合する絶縁材よりなるブッシュを有し、前記金属部と前記樹脂板と前記ブッシュを固定保持する樹脂部材とで構成されるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項２】
ボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具であって、複数の負極端子を保持する凹部およびレーザー光の通過孔を配置した負極側樹脂部材からなる負極側治具の集合体と、複数の正極端子を保持する凹部およびレーザーの通過孔を有する金属部を配置した正極側樹脂部材からなる正極側治具の集合体が一対のピンで係合されてなるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項３】
請求項２に記載の樹脂部材が、負極側治具の集合体と係合し正極側治具の集合体と対応する位置に設けられた吸引孔と、前記吸引孔を連結してなる通路とを有すとともに、前記通路と吸引孔との接続部に開閉手段を有する治具を備えたボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項４】
請求項１に記載の負極側治具において、前記端子を保持する凹部における保持面が前記樹脂部材よりも突出するとともに、前記樹脂部材面まで伸縮自在な構成とされているボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項５】
請求項１に記載の正極側治具において、前記電池を保持する樹脂板の厚みが電池の厚み以下であるボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【請求項６】
正極端子、負極端子および電池と接する金属部の表面に絶縁性のコーティング処理を施したことを特徴とする請求項１に記載のボタン形リチウム電池用正負極端子付け治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１４７３９４（Ｐ２００６−１４７３９４Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３７１１３（Ｐ２００４−３３７１１３）
【出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２２日（２００４．１１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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