説明

電池の製造方法

【課題】外装の蓋部にシール材を介して外部端子をかしめ締結する電池において、蓋部の一部をかしめて外部端子を蓋部に締結固定する際に、蓋部の外形寸法の変形を抑制する。
【解決手段】貫通孔33・33を有する蓋部32を含む外装30と、各貫通孔33にシール材50を介して締結固定される外部端子40と、を具備する電池10を製造する方法であって、貫通孔33の周縁に、蓋部32の厚み方向外側へ向けて突出するバーリング部34を設け、バーリング部34の周囲に拘束リング35を配置し、バーリング部34の内側にシール材50を介して、外部端子40を挿入し、治具60を用いて蓋部32の延伸方向内側に向けて外力を付与した状態で、バーリング部34の突出端面の内周部をプレスして外部端子40を貫通孔33にかしめ締結する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池の製造方法に関し、特に、外部端子を外装にかしめ締結する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、外装の蓋部から外部端子が突出して設けられる電池において、蓋部と外部端子の間にシール材を介装し、蓋部におけるシール材の周辺にバーリング部を設け、バーリング部の突出方向からバーリング部をプレスしてかしめることによって、外部端子を締結固定する技術が開示されている。
【0003】
しかしながら、バーリング部をプレスしてかしめる際に蓋部に予定外の変形が生じ、蓋部の外形寸法が変わってしまう場合がある。蓋部は、外部端子が固定された後に収納部と接合されて密閉状態の外装を構成するため、蓋部の外形寸法が変わることによって収納部との間に接合不良が生じ得る。
蓋部の外形寸法の変化は、プレス力がかしめ方向に作用せずに外側に逃げてしまうこと、並びに、プレス時に外形寸法の変形方向に抑止力が作用しないこと等によって蓋部の外周面側に向けた塑性変形が生じることに起因する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第2011/010350号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、外装の蓋部にシール材を介して外部端子をかしめ締結する電池において、蓋部の一部をかしめて外部端子を蓋部に締結固定する際に、蓋部の外形寸法の変形を抑制する技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第一態様は、貫通孔を有し前記貫通孔の開口面と平行な平面方向に延伸される蓋部を含む外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、前記蓋部と前記外部端子との間に介装されるシール材と、を具備する電池を製造する方法であって、前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記蓋部の厚み方向外側へ向けて突出するバーリング部を設け、前記バーリング部の周囲に、前記蓋部よりも高強度部材からなる拘束部材を配置し、前記バーリング部の内側に前記シール材を介して、前記外部端子を挿入し、前記蓋部の延伸方向内側に向けて外力を付与した状態で、前記バーリング部の突出端面の内周部をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔にかしめ締結する。
【0007】
前記蓋部の側端面に押圧力を付与する側方治具を用いて前記蓋部の延伸方向内側に向けた外力を付与し、さらに、前記バーリング部へのプレス方向と反対方向から蓋部の厚み方向に押圧力を付与する上方治具を用いて当該蓋部の厚み方向内側に向けた外力を付与することが好ましい。
【0008】
前記蓋部の内側面、及び前記シール材の蓋部との接触面に荒らし加工を施し、これら蓋部とシール材との接触面に生じる摩擦力によって、前記蓋部の延伸方向内側に向けた外力を付与することが好ましい。
【0009】
本発明の第二態様は、貫通孔を有し前記貫通孔の開口面と平行な平面方向に延伸される蓋部を含む外装と、一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、前記蓋部と前記外部端子との間に介装され、前記蓋部の内側面に沿って前記蓋部の側端部近傍まで延出されるシール材と、を具備する電池を製造する方法であって、前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記蓋部の厚み方向外側へ向けて突出するバーリング部を設け、前記バーリング部の周囲に、前記蓋部よりも高強度部材からなる拘束部材を配置し、前記バーリング部の内側に前記シール材を介して、前記外部端子を挿入し、前記バーリング部の突出端面の内周部をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔にかしめ締結する。
【0010】
本発明の第一態様では、バーリング部の突出端面へのプレス時に、蓋部の延伸方向内側に向けた外力を付与することによって、かしめ締結時に蓋部を延伸方向内側に向けて拘束し、延伸方向外側に向けた変形を抑制している。本発明の第二態様は、蓋部の側端部付近まで延出されるシール材によってプレス力を分散させて、蓋部の厚み方向にかかるプレス力を緩和することによって、かしめ締結時の蓋部の延伸方向外側に向けた変形を抑制している。
このように、本発明の第一態様及び第二態様は、共にかしめ締結時の蓋部の延伸方向外側に向けた変形を抑制するものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、外装の蓋部にシール材を介して外部端子をかしめ締結する電池において、蓋部の一部をかしめて外部端子を蓋部に締結固定する際に、蓋部の外形寸法の変形を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】電池の概略構成を示す図である。
【図2】外装と外部端子の固定形態を示す図である。
【図3】治具を用いたバーリング部へのプレスを示す図である。
【図4】バーリング部へのプレス時の治具の配置を示す平面図である。
【図5】外装と外部端子の固定形態の別実施形態を示す図である。
【図6】バーリング部表面への荒らし加工の一例を示す図である。
【図7】シール材表面への荒らし加工の一例を示す図である。
【図8】外装と外部端子の固定形態の他の別実施形態を示す図である。
【図9】バーリング部へのプレスによるシール材の変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[電池の全体構成]
図1を参照して、電池10の概略構成について説明する。本実施形態の電池10は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である。
電池10は、発電要素20と、発電要素20を内部に収納する外装30と、外装30から外方に向けて突出する外部端子40・40と、外部端子40・40と外装30の間に介装されるシール材50・50と、を具備する。
【0014】
発電要素20は、正極、負極及びセパレータを巻回(又は積層)してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池10の充放電時に発電要素20内で化学反応が起こる(厳密には、正極と負極の間で電解液を介したイオンの移動が起こる)ことによって電流の流れが発生する。本実施形態の発電要素20は、扁平状に複数回巻回された状態で外装30内に収納される。
【0015】
外装30は、収納部31と蓋部32を有する角型缶である。収納部31は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素20を収納する。収納部31は、発電要素20の形状に応じた形状を有し、発電要素20の巻回軸方向を長手方向とする角型容器形状に形成される。
蓋部32は、収納部31の開口面に応じた形状を有する平板であり、収納部31の開口面を塞いだ状態で収納部31と接合される。蓋部32は、収納部31の開口面と平行な平面方向に延伸され、発電要素20の巻回軸方向を長手方向とする平板状に形成される。蓋部32は、厚み方向に貫通する貫通孔33・33を有する。
貫通孔33・33は、所定の内径を有する孔であり、貫通孔33・33内に外部端子40・40が固定される。貫通孔33・33は、蓋部32の長手方向に沿って並んだ状態で配置される。貫通孔33・33から見れば、蓋部32は、貫通孔33・33の開口面と平行な平面方向に延伸されており、貫通孔33・33の穿設方向と直交する平面方向に延伸されている。
【0016】
外部端子40・40は、その一部が蓋部32の外側面から電池10の外方に突出した状態で貫通孔33・33に固定される。外部端子40・40は、集電端子45・45を介して発電要素20の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子40・40及び集電端子45・45は、発電要素20に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素20に取り入れる通電経路として機能する。
各集電端子45は、発電要素20の正極板、負極板と接続されている。集電端子45の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。また、集電端子45と外部端子40とは、別体として構成して接合しても良いし、一体的に構成しても良い。
【0017】
外部端子40には、電池10の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池10の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子40にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子40には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子40の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。また、外部端子40の材料として、正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用しても良い。
【0018】
外部端子40・40は、シール材50・50を介して蓋部32に固定される。シール材50は、樹脂製の部材であり、外部端子40の周囲を巻装し、外装30と外部端子40を電気的に絶縁する。シール材50は、蓋部32の内側側面に沿って貫通孔33から外側に向けて延出される。これにより、外部端子40と外装30を絶縁することに加えて、集電端子45と外装30の間を電気的に絶縁している。
シール材50は、樹脂の射出成形等の樹脂成形手法によって成形される。シール材50の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池10の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PPS(ポリフェニレンスルファイド)、PFA(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂)等の合成樹脂(スーパーエンプラ)が挙げられる。
【0019】
[外装と外部端子の固定形態]
図2から図4を参照して、外装30と外部端子40の固定形態について説明する。
【0020】
図2(a)に示すように、外装30の各貫通孔33の周縁部には、外装30の外方側(蓋部32の厚み方向外側)に向けて突出するバーリング部34が形成される。バーリング部34は、外装30の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。
【0021】
バーリング部34の外周部には、拘束リング35が配置される。
拘束リング35は、外装30(蓋部32)を構成する材料よりも高強度の材料で製造されるリング状の部材であり、バーリング部34を外周側から拘束することによって、バーリング部34の径方向の強度を補強している。拘束リング35の内径は、バーリング部34の外径と略同一である。
【0022】
図2(b)に示すように、貫通孔33内にシール材50を巻装した外部端子40を配置した状態で、バーリング部34の突出端面の内周部(バーリング部34の内周側面とシール材50の外周側面が接する部位及びその近傍)をプレスしてかしめることによって、バーリング部34の一部を塑性変形させて、貫通孔33の内周側面から径方向内側に向けて膨出する膨出部34aを形成する。
このとき、バーリング部34の外周側に高強度材料の拘束リング35が存在することにより、かしめ時の押圧力が逃げることがなく、径方向内側に向けて働くこととなる。これにより、膨出部34aが内側に向けて膨出するように形成される。
【0023】
内側に膨出した膨出部34aは、シール材50を圧迫し、この圧迫力がシール材50への面圧として付与される。シール材50において膨出部34aによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて変形し、この変形により生じる外力が外部端子40への面圧として付与される。
このように、膨出部34aによりシール材50及び外部端子40にそれぞれ圧迫力が付与されて、外部端子40及びシール材50が蓋部32の貫通孔33に固定される。本実施形態では、このようにバーリング部34の一部を塑性変形させて膨出部34aを形成し、膨出部34aの面圧により外部端子40を固定することをかしめ締結すると言う。
このとき、膨出部34aは、プレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、シール材50と外部端子40を締結固定しているため、外装30、シール材50、及び外部端子40のそれぞれの間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池10を使用する際の冷熱サイクルを受けても膨出部34aは変形し難く、固定部が容易に緩むことがない。
【0024】
また、外部端子40の外周側面における軸方向中途部には、気密溝41が形成されている。気密溝41は、外部端子40の周方向に沿って、外周全周に亘って形成される半円状(又は半楕円状、三角形状等)の凹部であり、溝両端部にエッジラインを有する。気密溝41は、外部端子40の軸方向に所定の溝幅にて形成されている。
バーリング部34の内周面から内側に膨出した膨出部34aの一部が気密溝41のエッジラインに食い付くことによって、シール材50と外部端子40間の密着力が向上する。
【0025】
[蓋部拘束用の治具]
図3及び図4に示すように、各バーリング部34へのプレスは、治具60を用いて蓋部32を延伸方向(貫通孔33の径方向)及び厚み方向に拘束し、蓋部32の内側に向けて外力を付与した状態で行われる。
治具60は、蓋部32の側面を押さえて延伸方向に押圧力を付与する側方治具61と、蓋部32の上面を押さえて厚み方向に押圧力を付与する上方治具62とを具備する。側方治具61及び上方治具62は、それぞれエアシリンダ、油圧シリンダ、スプリング等のアクチュエータ(不図示)によって駆動され、蓋部32の側面及び上面に対して近接方向及び離間方向に移動可能に構成されている。
【0026】
側方治具61は、蓋部32の短手方向側端面に接触し、蓋部32を押圧する第一治具61a・61a・61a・61aと、蓋部32の長手方向側端面に接触し、蓋部32を押圧する第二治具61b・61bを含む。つまり、側方治具61は、蓋部32の延伸方向における直交する二方向外側から押圧力を付与することで、蓋部32のバーリング部34から外側に向けた変形に抗する拘束力を付与する。
第一治具61a・61aは、バーリング部34の側方に配置される。第一治具61a・61aは、拘束リング35の外径よりも大きい幅を有し、バーリング部34へのプレスによって変形力が伝達し得る領域に対して押圧力を付与可能である。第二治具61bは、蓋部32の長手方向両端部に配置される。第二治具61bは、拘束リング35の外径よりも大きい幅を有し、第一治具61aと同様にバーリング部34へのプレスによって変形力が伝達し得る領域に対して押圧力を付与可能である。
ここでの「バーリング部34へのプレスによって変形力が伝達し得る領域」とは、バーリング部34から同心円状に広がる領域であって、バーリング部34へのプレスによるプレス力が径方向外側に伝達され得る(逃げる)範囲内を含む領域を示す。このように定義される領域に対して側方治具61を用いて押圧力を付与することによって、バーリング部34へのプレスによる径方向外側に向けた変形(蓋部32の延伸方向外側への変形)を抑制することが可能となる。
【0027】
以上のように、側方治具61によって蓋部32を延伸方向に拘束し、延伸方向内側に向けた外力を付与することによって、バーリング部34をプレスしてかしめる際に、径方向外側に向けた変形を抑制できる。これにより、かしめ締結時に蓋部32の外形寸法の変化を防止できる。蓋部32の外形寸法の変化を防止することによって、蓋部32と収納部31との寸法誤差の発生を抑えて良好な接合が実現される。
【0028】
上方治具62は、蓋部32の外方側側面の外縁部に接触し、外装30の外方側から内方側に向けて(図中上から下に向けて)押圧する。
上方治具62は、バーリング部34の周囲、特に蓋部32の縁部に配置される。図4に示すように、上方治具62は、蓋部32の長手方向側端部から短手方向両側面に沿って延出された平面視「コ」字状に配置される。この場合、長手方向の反対側端部までの距離が短手方向側端部までの距離と比べて十分に大きく、必要な剛性が確保されている。このような場合は、上方治具62は必ずしもバーリング部34の周囲を全周取り囲む必要はない。
すなわち、上方治具62は、バーリング部34に対して外装30の外方側から内方側に向けてプレスする際のバーリング部34の変形に伴って蓋部32内部に発生するプレス方向と逆方向へのモーメントを打ち消す方向に押圧力を発揮できる位置に配置されることが好ましい。
【0029】
以上のように、上方治具62によって蓋部32の厚み方向内側に向けた外力を付与し、蓋部32の厚み方向への変形を拘束することによって、バーリング部34をプレスしてかしめる際に、プレス方向と逆側に向けた反り変形を抑制できる。これにより、かしめ締結時に蓋部32の変形を防止し、収納部31との接合部における寸法誤差の発生を抑制できる。
【0030】
また、側方治具61及び上方治具62は、適宜の移動装置を介して蓋部32に当接する構成を採用している。このため、蓋部32の外形寸法に誤差があっても、各治具の移動によってその誤差を吸収できる。従って、蓋部32の製造誤差の影響を受けることなく、十分な力での拘束が可能である。
【0031】
[外装と外部端子の固定形態の別実施形態]
上述の実施形態では、バーリング部34をかしめて外部端子40を蓋部32の貫通孔33に締結固定する際に、側方治具61及び上方治具62を具備する治具60を用いて蓋部32に延伸方向内側に向けた外力を加えることによって、バーリング部34から外側への蓋部32の変形を抑制する構成について説明した。
以下では、図5から図7、及び図8、図9を参照して、同様に蓋部32の外側への変形を抑制する別実施形態について説明する。
【0032】
図5に示す固定形態では、蓋部32の内側面とシール材50のそれぞれの接触面に荒らし加工を施して荒らし面71・72を設けることによって、これらの荒らし面71・72の摩擦係数を増大させて蓋部32の外側への変形を抑制する。
すなわち、バーリング部34をプレスし、蓋部32の一部を塑性変形させる際に、延伸方向外側への変形力を蓋部32の内側面とシール材50の上面との間に生じる摩擦力によって打ち消すことによって、蓋部32の外側への変形を抑えている。言い換えれば、蓋部32の内側面とシール材50の上面との間に発生する摩擦力を蓋部32の延伸方向内側への外力として付与している。
【0033】
蓋部32の内側面とシール材50における蓋部32との接触面への荒らし加工はショットブラスト、やすりがけ等の公知の手法を用いることが可能である。
他には、図6及び図7に示すように、蓋部32にバーリング部34を形成する時と同時に蓋部32の内側面に荒らし加工を施すこと、並びに、樹脂製のシール材50を成形する時と同時に、シール材50の蓋部32と接触する面に荒らし加工を施すことも可能である。このように各部材を用意する際に荒らし加工を施すことによって、後工程での荒らし加工を不要として、工数を削減できるという効果を奏する。
【0034】
図6に示すように、蓋部32においてバーリング部34が設けられる位置には予め貫通孔32aが設けられており、その貫通孔32aにパンチ80を押し込むことによってバーリング加工を行う。このように、バーリング部34を設ける際に用いるパンチ70の型表面に荒らし加工を施して荒らし面81を形成した状態でバーリング加工を行うことにより、荒らし面81を蓋部32の内側面の荒らし面71に転写する。
【0035】
図7に示すように、シール材50は成形型90を用いて成形される。成形型90において、シール材50の上面、かつ、蓋部32の内側面と接触する型表面に荒らし加工を施して荒らし面91を形成する。このような成形型90を用いてシール材50を成形することによって、荒らし面91をシール材50の上面の荒らし面72に転写する。
【0036】
図8に示す固定形態では、シール材50の端部を蓋部32の延伸方向に沿って、蓋部32の側端部まで、つまり蓋部32の側端面と収納部31の内側面との当接部にまで延出する。これにより、バーリング部34へのプレスによって受ける圧力をシール材50の大きな面積で受けることによって分散させて、蓋部32のプレス方向への変形を抑制し、さらには蓋部32の外側への塑性変形の伝達を防止する。
このように、シール材50の延出長さを変更する簡易な方法によって蓋部32の外側への変形を抑制できる。
【0037】
図9に示すように、バーリング部34へのプレス形態(例えば、大きなプレス力でプレス、大きいプレス体積でプレス)によっては、蓋部32の内側面がシール材50との接触面を押し潰して変形させることがある。シール材50の変形に伴って、蓋部32の内側面とシール材50の上面との間に隙間が生じ、蓋部32の変形(膨出部34aの形成)時に係る隙間へ部材が逃げるため、蓋部32の径方向外側への変形が助長される。
しかし、図8(b)に示すように、シール材50の上面の面積を大きくし、プレスによる圧力を蓋部32の延伸方向全体に分散させることによってシール材50の押し潰れによる変形を抑止し、蓋部32の厚み方向に加わるプレス力を緩和することによって、蓋部32の延伸方向外側への変形を抑制できる。
なお、必ずしもシール材50を蓋部32の側端部にまで延出する必要はなく、シール材50の上面と蓋部32の内側面との間に十分な面積が確保される程度に延出すれば良く、蓋部32の側端部近傍まで延出されていても良い。
【符号の説明】
【0038】
10 電池
30 外装
32 蓋部
33 貫通孔
34 バーリング部
34a 膨出部
40 外部端子
50 シール材
60 治具
61 側方治具
62 上方治具

【特許請求の範囲】
【請求項1】
貫通孔を有し前記貫通孔の開口面と平行な平面方向に延伸される蓋部を含む外装と、
一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、
前記蓋部と前記外部端子との間に介装されるシール材と、を具備する電池を製造する方法であって、
前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記蓋部の厚み方向外側へ向けて突出するバーリング部を設け、
前記バーリング部の周囲に、前記蓋部よりも高強度部材からなる拘束部材を配置し、
前記バーリング部の内側に前記シール材を介して、前記外部端子を挿入し、
前記蓋部の延伸方向内側に向けて外力を付与した状態で、前記バーリング部の突出端面の内周部をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔にかしめ締結する電池の製造方法。
【請求項2】
前記蓋部の側端面に押圧力を付与する側方治具を用いて前記蓋部の延伸方向内側に向けた外力を付与し、
さらに、前記バーリング部へのプレス方向と反対方向から蓋部の厚み方向に押圧力を付与する上方治具を用いて当該蓋部の厚み方向内側に向けた外力を付与する請求項1に記載の電池の製造方法。
【請求項3】
前記蓋部の内側面、及び前記シール材の蓋部との接触面に荒らし加工を施し、これら蓋部とシール材との接触面に生じる摩擦力によって、前記蓋部の延伸方向内側に向けた外力を付与する請求項1に記載の電池の製造方法。
【請求項4】
貫通孔を有し前記貫通孔の開口面と平行な平面方向に延伸される蓋部を含む外装と、
一部を前記外装の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される外部端子と、
前記蓋部と前記外部端子との間に介装され、前記蓋部の内側面に沿って前記蓋部の側端部近傍まで延出されるシール材と、を具備する電池を製造する方法であって、
前記蓋部の貫通孔の周縁に、前記蓋部の厚み方向外側へ向けて突出するバーリング部を設け、
前記バーリング部の周囲に、前記蓋部よりも高強度部材からなる拘束部材を配置し、
前記バーリング部の内側に前記シール材を介して、前記外部端子を挿入し、
前記バーリング部の突出端面の内周部をプレスして前記貫通孔の内周面から内側に塑性変形させることにより、前記外部端子を前記貫通孔にかしめ締結する電池の製造方法。

【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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【公開番号】特開2012−238510(P2012−238510A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−107455(P2011−107455)
【出願日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】