JP3845283B2 - 円筒型電気二重層キャパシタにおける電極巻回体と集電板とのレーザ溶接用治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，円筒型電気二重層キャパシタにおける電極巻回体と集電板とのレーザ溶接用治具，特に，帯状正極，帯状負極およびそれらの一方を挟む２つの帯状セパレータよりなり，且つ帯状正極における帯状集電箔の長手方向に沿う一端縁部および帯状負極における帯状集電箔の長手方向に沿う他端縁部をそれぞれ両帯状セパレータの長手方向に沿う両端縁部から突出させた重合せ物を渦巻状に巻回した電極巻回体と，両集電箔の長手方向に沿う一，他端縁部の巻回による両接続部にそれぞれレーザ溶接された２つの集電板とを有する接合体を得るための治具に関する。
【０００２】
【関連技術】
現在，電気二重層キャパシタは自動車用クリーン動力源として大きな期待を寄せられている。その電気二重層キャパシタの量産に対応するためには前記接合体の生産性の向上を図ることは重要であり，そのためには好適なレーザ溶接用治具は欠くことができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の治具には，位置決め作業能率の向上を図るべく，電極巻回体および両集電板の組付け作業性が良好であること，また接合体の歩留りの向上を図るべく，集電板を接続部にレーザ溶接する前に，溶接後と同じ状態を現出させて各接続部において正，負極側集電箔の接触，つまり短絡が生じていないことを確認し得ることが要求される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，前記要求を満足することが可能であって，前記接合体の生産性の向上を図る上で好適な前記レーザ溶接用治具を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば，一端に開口部を，他端にレーザビームを照射するための溶接作業孔を持つ端壁をそれぞれ有する第１円筒体と，一端に，前記第１円筒体の開口部と合致する開口部を，他端にレーザビームを照射するための溶接作業孔を持つ端壁をそれぞれ有する第２円筒体と，前記第１，第２円筒体の両開口部を合致させて，それらの内部に入れられた前記電極巻回体の一方の前記接続部に一方の前記集電板を前記一方の端壁により加圧すると共に他方の前記接続部に他方の前記集電板を前記他方の端壁により加圧した状態にて前記第１，第２円筒体間を連結する連結部材と，連結状態にある前記第１，第２円筒体間を電気的に絶縁する手段とを有する，円筒型電気二重層キャパシタにおける電極巻回体と集電板とのレーザ溶接用治具が提供される。
【０００６】
前記のように二分割式に構成された第１，第２円筒体を合せてそれらの内部に電極巻回体および両集電板を保持させるようにすると，治具に対する電極巻回体等の組付け作業性が良好となる。また両端壁，したがって両円筒体によって両集電板を両接続部にそれぞれ加圧し，その加圧状態を連結部材により保持し，これにより両集電板を両接続部に確実に密着させることができる。
【０００７】
前記加圧保持状態にてレーザ溶接が行われるので，その加圧保持状態はレーザ溶接後と殆ど変わらない。その上，両円筒体間は電気的に絶縁されているので，レーザ溶接前において両集電板間の抵抗測定を行うことによって，正，負極側の集電箔の接触，特に両接続部における短絡の有無を調べることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１，２において，円筒型電気二重層キャパシタ１は円筒状密閉容器２を有し，その密閉容器２内に電極巻回体３，２つの円盤状集電板４，５および電解液が収容されている。
【０００９】
図３に示すように，電極巻回体３は次のように構成されている。即ち，帯状正極６，帯状負極７およびそれらの一方，実施例では帯状正極６を挟む２つの帯状セパレータ８，９よりなり，且つ帯状正極６におけるＡｌ製帯状集電箔１０の長手方向に沿う一端縁部１０ａおよび帯状負極７におけるＡｌ製帯状集電箔１１の長手方向に沿う他端縁部１１ｂをそれぞれ両帯状セパレータ８，９の長手方向に沿う両端縁部から突出させた重合せ物を，帯状正極６の内側に在る一方の帯状セパレータ８が最も内側に位置するようにＡｌ製巻心１２を中心に渦巻状に巻回したものである。この場合，帯状正，負極６，７間に存する他方の帯状セパレータ９は，最外周の帯状負極７を覆うべく略一巻分だけ帯状負極７の終端より延出している。
【００１０】
帯状正，負極６，７において，それらの帯状集電箔１０，１１の両面に一対の分極性電極１３がそれぞれ積層形成されている。ただし，両集電箔１０，１１において，両セパレータ８，９から突出する，長手方向に沿う前記一，他端縁部１０ａ，１１ａには電極は存在せず，それら両端縁部１０ａ，１１ａは巻回によって集電板４，５との接続部１４，１５を形成する。
【００１１】
図１，２，４に示すように，密閉容器２はＡｌ製有底筒形本体２ａと，その開口を閉鎖する蓋体１６とよりなり，その蓋体１６は次のように構成される。蓋体１６はＡｌ合金製短円筒体１７を有し，その一端部が筒形本体２ａの開口に嵌合され，その一端部近傍外周面に存する環状突出部１８が筒形本体２ａにレーザ溶接される。また短円筒体１７の一端部近傍内周面に存する環状突出部１９に電気絶縁性樹脂製環状板２０の外周溝２１が嵌着され，またその環状板２０の内周溝２２にＡｌ合金製筒状正極端子２３の外周面に存する環状突出部２４が嵌着されている。
【００１２】
図５にも示すように，一方のＡｌ合金製円盤状集電板４において，その中心に在るボス２６は筒状正極端子２３の中心孔２７に挿入されてそれにレーザ溶接されている。また円盤部２８は，放射状に配列されて下方に突出する複数，実施例では６つの横断面Ｕ字形をなす凹条２９を有し，それら凹条２９の底部に帯状正極６の接続部１４が押し潰された状態にてレーザ溶接されている。
【００１３】
このレーザ溶接に当っては，図６に示すように電極巻回体３の接続部１４に集電板４を当て，次いで，図７に示すようにその集電板４を接続部１４に向け加圧して各凹条２９の底部を接続部１４にそれを押し潰しながら食込ませ，この状態で凹条２９の開口側からその底部にレーザビームを照射してその底部および接続部１４の底部対応部を溶融，接合するものである。このように接続部１４を押し潰す理由は次の通りである。即ち，１枚の箔にレーザビームを照射した場合，溶融金属が流出して底部との接合を行うことができないが，押し潰しによって箔が重なり合った部分を形成すると，溶融金属を凹条２９近傍にとどめて，その底部の溶融金属と融合させることができるのである。
【００１４】
図８にも示すように，他方のＡｌ合金製円盤状集電板５において，その中心に在るボス３０は，図９にも示すように，負極端子３２である有底筒形本体２ａの底壁にある中心孔３３に挿入されてレーザ溶接されている。また円盤部３４は，放射状に配列されて上方へ突出する複数，実施例では６つの横断面逆Ｕ字形をなす凸条３５を有し，それら凸条３５の稜線状部分に帯状負極７の接続部１５が前記と同様の理由から押し潰された状態にてレーザ溶接されている。底壁外面には，中心孔３３を囲む環状突出部３６が存する。
【００１５】
正極側集電板４と負極側集電板５の両円盤部２８，３４は同一の形状を有し，相隣る両凹条２９間および両凸条３５間には電解液を通すための貫通孔３７が形成されている。
【００１６】
電解液は，負極側円盤状集電板５のボス３０に形成された注入孔３８から密閉容器２内に注入され，その後，注入孔３８は，図示しないゴム栓により封鎖される。
【００１７】
電気二重層キャパシタ１の組立て時において，電極巻回体３と両集電板４，５とは，図１０（図６，７も参照）に示すように，電極巻回体３の両接続部１４，１５に両集電板４，５をそれぞれレーザ溶接して得られる接合体３９として用いられる。
【００１８】
以下，この接合体３９を得るために用いられるレーザ溶接用治具について説明する。
【００１９】
図１１〜１５において，治具４０は，第１円筒体４１と，その第１円筒体４１に，それと同軸上において合致する第２円筒体４２と，第１，第２円筒体４１，４２間を連結する連結部材４３と，連結状態にある第１，第２円筒体４１，４２間を電気的に絶縁する手段とを有する。
【００２０】
第１円筒体４１は，前記電気的絶縁手段を具現化すべく，合成樹脂より構成されており，両端を開放された中空筒形本体４４と，その中空筒形本体４４の一端に，その開口部を覆うように取付けられて端壁を構成する端板４５とを有する。中空筒形本体４４は，その一端部に幅の狭い環状端面４６と，それの内周側から突出する環状大径突出部４７を有し，またその他端部に幅の広い環状端面４８と，それの内周側から突出する環状小径突出部４９を有する。その環状小径突出部４９は第１円筒体４１の開口部５０を形成する。
【００２１】
大径突出部４７の内周側に存する環状凹部５１に端板４５が嵌合されて複数の小ねじ５２によって大径突出部４７に固定されている。端板４５は，図１１に明示するように，各集電板４，５のボス２６，３０を受容し得る中心孔５３と，その中心孔５３から放射状に延びて各集電板４，５の凹条２９および凸条３５に合致し得ることが可能な６つのスロット状溶接作業孔５４と，各溶接作業孔５４と，各凹条２９および各凸条３５とを合致させるべく，中心孔５３を挟んで形成された２つの位置決め孔５５と，両位置決め孔５５にそれぞれ嵌着された２つの位置決めピン５６とを有する。両位置決めピン５６は，各集電板４，５においてボス２６，３０を挟む位置にある２つの貫通孔３７に挿入されるようになっている。各溶接作業孔５４はレーザビームを各集電板４，５の各凹条２９および各凸条３５に照射するために用いられる。 第２円筒体４２は，第１円筒体４１同様に，合成樹脂より構成されており，両端を開放された中空筒形本体５７と，その中空筒形本体５７の一端に，その開口部を覆うように取付けられて端壁を構成する，前記と同一構造の端板４５とを有する。中空筒形本体５７は，その一端部に幅の狭い環状端面５８と，それの内周側から突出する環状大径突出部５９を有し，またその他端部に幅の広い環状端面６０と，それの内周側から落ち込む環状小径凹部６１を有する。その環状小径凹部６１はその環状底面内周部によって第２円筒体４２の開口部６２を形成する。
【００２２】
大径突出部５９の内周側に存する環状凹部６３に端板４５が嵌合されて複数の小ねじ５２によって大径突出部５９に固定されている。この大径突出部５９，幅の狭い環状端面５８および環状凹部６３に関するサイズは，それぞれ第１円筒体４１におけるそれら４７，４６，５１のサイズと同一である。また環状小径凹部６１は第１円筒体４１の環状小径突出部４９と嵌合関係にあるが，その凹部６１の深さは突出部４９の高さよりも大である。
【００２３】
第２円筒体４２に，それの幅の広い環状端面６０から突出するように１つの位置決めピン６４が設けられている。一方，第１円筒体４１には，それの幅の広い環状端面４８に開口するように１つの位置決め孔６５が設けられている。この位置決め孔６５と位置決めピン６４とを嵌合させることによって両円筒体４１，４２が相互に位置決めされ，両端板４５の各溶接作業孔５４および各位置決めピン５６が合致する。
【００２４】
また第１，第２円筒体４１，４２間を連結する連結部材４３としては，図１４，１５に示すように市販の，トグル機構を用いた簡易連結金具が用いられている。その連結部材４３は，第２円筒体４２外周面の平坦面部６６にＡｌ合金製取付台６７を介して配設された，可動側係合爪６８を有する部材本体６９と，第１円筒体４１外周面の平坦面部７０にＡｌ合金製取付台７１を介して配設された固定側係合爪７２とよりなる。部材本体６９において，それは取付台６７に固定され，且つ一対の立上り部７３を有する支持体７４を有し，その両立上り部７２に架設された支持軸７５に操作子７６における両側板部７７の一端側が回転可能に取付けられる。両側板部７７の他端側にはそれぞれ長孔７８が形成され，それら長孔７８に架設された摺動軸７９にコ字形をなす可動側係合孔６８の両端部が回転可能に取付けられる。操作子７６の一部であって，両側板部７７の支持軸取付部分側において両側板部７７間に位置するようにリテーナ部８０が折曲げ形成されており，そのリテーナ部８０と，摺動軸７９と一体化されているリテーナ部８１との間に２つのコイルばね８２が圧縮状態で保持されている。
【００２５】
図１１，１２，１３において，レーザ溶接用ノズルは１つの溶接作業孔５４をその長手方向に沿って移動するようになっており，１つの溶接作業孔５４について溶接を行った後は，隣りの溶接作業孔５４について溶接作業を行うべく，治具４０を６０°回転させなければならない。そのため，治具４０を，回転装置のチャック８３に取付けられた保持部材８４に立設するようになっている。その保持部材８４は，上向きに開口する浅い凹部８５を有する円筒状部８６と，その外周に存するフランジ部８７とよりなり，そのフランジ部８７に，その中心を挟むと共にその環状端面から突出するように２つの位置決めピン８８が設けられている。これに対応して，第１，第２円筒体４１，４２には，それらの軸線を挟んで，幅の狭い環状端面４６，５８に開口する２つの位置決め孔８９が形成されている。
【００２６】
接合体３９の製造に当っては，図１３，１６において，先ず，第１円筒体４１と非連結状態にある第２円筒体４２を，それの環状大径突出部５９を下側にして作業台上に立設し，その第２円筒体４２内に開口部６２から負極側の集電板５をそのボス３０を下側に向けて，例えばピンセットにより摘んで入れ，ボス３０を端板４５の中心孔５３に，また２つの貫通孔３７を２つの位置決めピン５６に嵌める。これにより各溶接作業孔５４と各凸条３５とが合致する。次いで電極巻回体３を第２円筒体４２内に入れて一方の接続部１５を集電板５に当て，さらに電極巻回体３の他方の接続部１４上に正極側の集電板４をそのボス２６を上側に向けて載せ，その後第１円筒体４１を電極巻回体３および集電板４に被せて端板４５の中心孔５３をボス２６に嵌め，また第２円筒体４２の位置決めピン６４に第１円筒体４１の位置決め孔６５を嵌合させ，さらに環状小径突出部４９を環状小径凹部６１に嵌めて両開口部５０，６２を合致させ，さらにまた集電板４を必要に応じ動かして２つの貫通孔３７を２つの位置決めピン５６に嵌め，各溶接作業孔５４と各凹条２９とを合致させる。この状態では両接続部１４，１５は殆ど潰れておらず，また第１円筒体４１の幅の広い環状端面４８は第２円筒体４２の幅の広い環状端面６０に当接していない。
【００２７】
そこで，各連結部材４３の可動側係合爪６８を固定側係合爪７２に係合させ，次いで操作子７６を，図１５，時計方向に回動させることにより思案点を越えさせて倒伏させ，図１４に示すように第１，第２円筒体４１，４２を連結する。これにより正極側の接続部１４および端板４５間に存する集電板４がその接続部１４に，また負極側の接続部１５および端板４５間に存する集電板５がその接続部１５にそれぞれ加圧されて，各凹条２９および各凸条３５がそれら接続部１４，１５に食込むと共にそれら接続部１４，１５が押し潰される。
【００２８】
この状態において，両集電板４，５のボス２６，３０間の抵抗測定を行う。この場合，例えば両接続部１４，１５等で正，負極側集電箔１０，１１が接触する等の短絡が生じていれば抵抗値が下がることによってそれを知ることができる。
【００２９】
短絡が生じていない場合には，図１２に示すように例えば第２円筒体４２の環状大径突出部５９を保持部材８４の凹部８５に嵌合すると共に両位置決め孔８９を両位置決めピン８８にそれぞれ嵌める。これにより，レーザ溶接用ノズルに対して正極側の１つの溶接作業孔５４が位置決めされる。
【００３０】
レーザ溶接用ノズルから溶接作業孔５４を通して集電板４の凹条２９の底壁にレーザビームを照射し，その底壁および接続部１４，したがって重なり合った集電箔間を溶接する。その後，治具を６０°宛間欠回転させて前記同様にレーザ溶接を行う。
【００３１】
正極側のレーザ溶接を終了した後は治具４０を上下逆様にして，正極側と同様に負極側についてレーザ溶接を行う。この場合，正極側の集電板４におけるボス２６の突出量が大きいが，その端板４５からの先端部側は保持部材８４の底壁に形成された貫通孔９０に受容される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば前記のように構成することによって，電極巻回体および両集電板の組付け作業性を良好にして位置決め作業能率を向上させることができ，また両集電板を電極巻回体の両接続部に確実に密着させることができ，さらにレーザ溶接前に電極巻回体における短絡の有無を確認して接合体の歩留りを向上させることができる，円筒型電気二重層キャパシタにおける電極巻回体と集電板とのレーザ溶接用治具を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒型電気二重層キャパシタの正面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】電極巻回体の構造説明用要部破断斜視図である。
【図４】図１の４矢視図である。
【図５】正極側の円盤状集電板を上方から見た場合の斜視図である。
【図６】接続部に集電板を載せた状態を示す部分正面図である。
【図７】接続部を集電板を介して押し潰した状態を示す部分正面図である。
【図８】負極側の円盤状集電板を下方から見た場合の斜視図である。
【図９】図１の９矢視図である。
【図１０】接合体の正面図である。
【図１１】治具の平面図で，図１２の１１矢視図に相当する。
【図１２】図１１の１２−１２線断面図である。
【図１３】連結部材を省略した治具の分解斜視図である。
【図１４】治具の連結部における拡大側面図である。
【図１５】治具の連結部における拡大斜視図である。
【図１６】治具に電極巻回体および両集電板を組付けた状態を示す断面図で，図１２に対応する。
【符号の説明】
１……………円筒型電気二重層キャパシタ
３……………電極巻回体
４，５………円盤状集電板
６……………帯状正極
７……………帯状負極
８，９………帯状セパレータ
１０，１１…帯状集電箔
１０ａ………一端縁部
１１ａ………他端縁部
１４，１５…接続部
３９…………接合体
４０…………治具
４３…………連結部材
４５…………端板（端壁）
５０…………開口部
５４…………溶接作業孔
６２…………開口部

Claims (1)

1. 帯状正極（６），帯状負極（７）およびそれらの一方を挟む２つの帯状セパレータ（８，９）よりなり，且つ前記帯状正極（６）における帯状集電箔（１０）の長手方向に沿う一端縁部（１０ａ）および前記帯状負極（７）における帯状集電箔（１１）の長手方向に沿う他端縁部（１１ａ）をそれぞれ前記両帯状セパレータ（８，９）の長手方向に沿う両端縁部から突出させた重合せ物を渦巻状に巻回した電極巻回体（３）と，前記両帯状集電箔（１０，１１）の長手方向に沿う一，他端縁部（１０ａ，１１ａ）の巻回による両接続部（１４，１５）にそれぞれレーザ溶接された２つの集電板（４，５）とを有する接合体（３９）を得るための治具であって，一端に開口部（５０）を，他端にレーザビームを照射するための溶接作業孔（５４）を持つ端壁（４５）をそれぞれ有する第１円筒体（４１）と，一端に，前記第１円筒体（４１）の開口部（５０）と合致する開口部（６２）を，他端にレーザビームを照射するための溶接作業孔（５４）を持つ端壁（４５）をそれぞれ有する第２円筒体（４２）と，前記第１，第２円筒体（４１，４２）の両開口部（５０，６２）を合致させて，それらの内部に入れられた前記電極巻回体（３）の一方の前記接続部（１４）に一方の前記集電板（４）を前記一方の端壁（４５）により加圧すると共に他方の前記接続部（１５）に他方の前記集電板（５）を前記他方の端壁（４５）により加圧した状態にて前記第１，第２円筒体（４１，４２）間を連結する連結部材（４３）と，連結状態にある前記第１，第２円筒体（４１，４２）間を電気的に絶縁する手段とを有することを特徴とする，円筒型電気二重層キャパシタにおける電極巻回体と集電板とのレーザ溶接用治具。

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