電池組付け装置
【課題】電池とその電池を収容する枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる電池組付け装置を提供すること。
【解決手段】電池組付け装置４０は、電池回転手段５０と枠体回転手段６０とを備え、回転する電池２０と回転する枠体３０とが対向したときに電池２０と枠体３０とを組付けるものである。電池回転手段５０は、回転アーム５１と、この回転アーム５１の径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに回転アーム５１に対して所定角度傾くように取付けられていて電池２０を把持する把持治具５２とを有する。そして、電池供給マガジン５３から回転する把持治具５２に向けて電池２０が押し出されて、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持治具５２に係止しているときに、電池２０の回転方向前端部２０ｂを弾性力によって把持治具５２に向けて押圧して電池２０の姿勢を矯正する姿勢矯正機構９０が設けられている。
【解決手段】電池組付け装置４０は、電池回転手段５０と枠体回転手段６０とを備え、回転する電池２０と回転する枠体３０とが対向したときに電池２０と枠体３０とを組付けるものである。電池回転手段５０は、回転アーム５１と、この回転アーム５１の径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに回転アーム５１に対して所定角度傾くように取付けられていて電池２０を把持する把持治具５２とを有する。そして、電池供給マガジン５３から回転する把持治具５２に向けて電池２０が押し出されて、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持治具５２に係止しているときに、電池２０の回転方向前端部２０ｂを弾性力によって把持治具５２に向けて押圧して電池２０の姿勢を矯正する姿勢矯正機構９０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池とこの電池を収容する枠体との組付けを自動で連続して行う電池組付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、携帯電話やノート型パソコン等の電子機器の電源として、或いはハイブリッド自動車や電気自動車等の車両用電源として、様々な分野で利用されている。そして、電池には、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン二次電池等がある。
【０００３】
そして、電池は、様々な用途の電源として利用される際に、その用途に応じた出力を得るため、複数の単電池（セル）を電気的に接続した組電池（モジュール）として用いられている。例えば、車両用電源として利用される組電池においては、複数の単電池を電気的に直列に接続し、必要となる出力電圧を得ている。この場合、一般に、車両へ搭載する際の省スペース化の観点から、複数の角型の単電池が積層するように配置された組電池が用いられる。このような組電池においては、放熱や、隣り合う単電池同士の絶縁及び断熱等を考慮する必要があり、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
下記特許文献１に記載された組電池では、隣り合う単電池の間にスペーサが挟み込まれている。そして、このスペーサは、一定以上の熱に反応し熱分解される発泡剤を含有させた絶縁性の樹脂で形成されている。これにより、隣り合う単電池同士を絶縁しつつ、何れかの単電池が異常発熱をした際に、その隣り合う単電池に熱が伝達されることを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６５５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、単電池同士の絶縁や放熱が確保された組電池として、上記特許文献１のようなスペーサを用いた組電池以外に、単電池（以下、単に「電池」と呼ぶ）を枠体で覆うものがある。即ち、電池と枠体とが組付けられた枠付電池が積層した組電池がある。この組電池の枠付電池を製造する場合、ズレやガタが生じないように電池と枠体とを精度良く組付ける必要がある。しかし、近年、１台の車両に必要な電池の個数は多いもので数百個にもなるため、大量生産のために電池と枠体とを高速に（短時間で）組付ける必要もある。こうして、枠付電池を製造する際に、高い組付け精度と高い生産性との両方が要求される。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、電池とその電池を収容する枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる電池組付け装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における電池組付け装置は、電池を把持した状態で前記電池を第１円周りに回転させる電池回転手段と、前記電池に組付けられる枠体を把持した状態で前記枠体を第２円周りに回転させる枠体回転手段とを備え、前記回転する電池と前記回転する枠体とが対向したときに前記電池と前記枠体とを組付けるものであって、前記電池回転手段は、前記第１円の回転中心から径方向に延びていて径内方端部を回転中心として回転する回転アームと、この回転アームの径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに前記回転アームに対して所定角度傾くように取付けられていて前記電池を把持する把持治具と、前記回転する把持治具が接近したときに前記把持治具に向けて前記電池を押し出す電池供給部と、を有し、前記電池供給部から前記回転する把持治具に向けて前記電池が押し出されて、前記電池の回転方向一端部が前記把持治具に係止しているときに、前記電池の回転方向他端部を弾性力によって前記把持治具に向けて押圧して前記電池の姿勢を矯正する姿勢矯正機構が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この場合には、電池供給部が、回転する把持治具が接近したときに把持治具に向けて電池を押し出すと、電池の回転方向一端部が把持治具に係止した状態で、姿勢矯正機構が電池の回転方向他端部を弾性力によって把持治具に向けて押圧する。これにより、電池の姿勢が強制的に矯正されて、回転アームの小さな回転で把持治具が電池を確実に掴むことができる。このため、回転アームと把持治具の個数を増やして、回転アームの１回転のうちに電池が把持治具によって把持される個数を大幅に増やすことができる。従って、この電池組付け装置によれば、電池と枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の電池組付け装置において、前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を平面的に支持する板ばねとを有することが好ましい。この場合には、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したとき、板ばねは受け部材の平面方向に移動し難い。即ち、板ばねの移動方向は、ほとんど受け部材の平面方向と略直交する方向のみである。従って、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したときの付勢力をコントロールし易く、電池の姿勢を的確に矯正し易くなる。
【００１１】
また、本発明の電池組付け装置において、前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を支持するコイルスプリングとを有していても良い。この場合には、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したとき、コイルスプリングが受け部材の平面方向と直交する方向に大きく収縮する。このため、受け部材が把持治具の回転動作を阻害し難くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池とその電池を収容する枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる電池組付け装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る組電池を示した斜視図である。
【図２】図１に示した組電池の構成部材である枠付電池を示した斜視図である。
【図３】図２に示した枠付電池を単電池と枠体とに分解した斜視図である。
【図４】電池組付け装置を概略的に示した図である。
【図５】図４に示した電池回転手段と枠体回転手段を側面側から見たときの駆動機構を概略的に示した図である。
【図６】電池と枠体とが組付けられた状態を示した図である。
【図７】枠付電池が搬送される状態を示した図である。
【図８】姿勢矯正ガイドが設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図９】アクチュエータが設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図１０】本実施形態の姿勢矯正機構が設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図１１】電池供給マガジンから押し出された電池が、把持治具に把持されるまでの状態を示した図である。
【図１２】第２実施形態の姿勢矯正機構において、受け部材と板ばねとが移動する状態を示した図である。
【図１３】第１実施形態の姿勢矯正機構において、受け部材とコイルスプリングとが移動する状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る電池組付け装置の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態に係る組電池１を示した斜視図であり、図２は、図１に示した組電池１の構成部材である枠付電池１０を示した斜視図である。また、図３は、図２に示した枠付電池１０を単電池２０と枠体３０とに分解した斜視図である。
【００１５】
組電池１は、図１に示すように、複数の枠付電池１０が積層された電池群である。枠付電池１０は、図２及び図３に示すように、単電池２０と枠体３０とが組付けられたものである。この組電池１では、図１に示すように、枠付電池１０が一方向に並べて積層するように配置され、両端がエンドプレート２によって挟み込まれている。そして、金属プレート３が架け渡されることで、各枠付電池１０が固定されている。枠付電池１０における複数の単電池２０（以下、単に「電池２０」と呼ぶ）は、バスバー４によって、電気的に接続されている。
【００１６】
電池２０は、図２及び図３に示すように、その外形が直方体状のリチウムイオン二次電池である。この電池２０は、正極板と負極板とを、それらの間にセパレータを挟み込みつつ扁平形状に捲回してなる発電要素（捲回電極体）と、リチウム塩を溶解させた有機溶剤からなる電解液とをその内部に収容している。電池２０において、図３に示すように、枠体３０に組付けられる際、その外面のうち最初に枠体３０の内部に入り込むこととなる面を挿入面２１ということとする。
【００１７】
枠体３０は、図２及び図３に示すように、隣り合う電池２０の外面同士を絶縁するために、絶縁性の樹脂で形成されている。また、枠体３０は、組電池１に対して振動や衝撃が加えられた際に電池２０のズレ、ガタを防止するものであり、且つ耐熱機能を有するものである。この枠体３０は、底面３１と、その四辺に設けられた壁面３２とを有し、全体として扁平な直方体形状をしている。これにより、枠体３０は、電池２０を収容できるようになっている。そして、枠付電池１０において、枠体３０の底面３１が電池２０の挿入面２１と密着していて、電池２０と枠体３０とがツメの引っ掛け等によって容易に外れないようになっている。
【００１８】
このような枠付電池１０では、生産性向上のために電池２０と枠体３０との連続した自動組付けが望まれている。図４は、連続した自動組付けを行う電池組付け装置４０を概略的に示した図である。ここで、図４では、電池２０と枠体３０との組付けが分かり易いように、枠体３０をコの字の断面形状で示すことにする。なお、図４には、後述する姿勢矯正機構９０が省略されている。
【００１９】
電池組付け装置４０は、図４に示したように、電池２０を第１円Ｃ１周りに回転させる電池回転手段５０と、枠体３０を第２円Ｃ２周りに回転させる枠体回転手段６０とを備えている。そして、電池組付け装置４０は、電池回転手段５０によって把持された電池２０と、枠体回転手段６０によって把持された枠体３０とを、中央の組付け位置Ｙに搬送して組付けるようになっている。組付け位置Ｙは、電池２０と枠体３０との組付けが完了する位置であり、第１円Ｃ１の回転中心Ｏ１と第２円Ｃ２の回転中心Ｏ２とを結んだ直線上に位置する。
【００２０】
電池回転手段５０は、第１円Ｃ１の回転中心Ｏ１から径方向に延びる回転アーム５１と、この回転アーム５１の径外方端部に取付けられている把持治具５２と、この把持治具５２が接近したときに把持治具５２に向けて電池２０を押し出す電池供給マガジン５３とを有している。ここで、径方向とは、図５に示した回転中心Ｏ１に対する径方向であり、周方向とは、図５に示した回転中心Ｏ１に対する周方向である。回転アーム５１は、周方向に１８０度離れて二個設けられていて、径内方向端部を回転中心Ｏ１として図４の反時計方向に回転する。
【００２１】
把持治具５２は、電池２０を把持した状態で第１円Ｃ１周りに回転するものであり、各回転アーム５１にそれぞれ取付けられている。各把持治具５２は、略Ｔ字状に形成されていて、軸部５４と、この軸部５４の先端に取付けられている略コ字状の把持部５５とを有している。軸部５４は、回転アーム５１の径外方端部にピン結合されている。これにより、把持治具５２は、第１円Ｃ１周りに回転するとともに、旋回中心Ｘ１を支点として揺動可能である。
【００２２】
把持部５５は、ツメによって電池２０を掴むように構成されている。電池２０が掴まれた状態では、把持部５５の受け面５５ａと、電池２０の把持面２２とが平面的に対向している。言い換えると、軸部５４の中心線Ｌ１が電池２０の把持面２２に略直交している。ここで、電池２０の把持面２２とは、上述した電池２０の挿入面２１（図３参照）と反対側の面であり、電池２０が把持される際に把持部５５の内部に最初に入り込む面である。把持部５５は、第１円Ｃ１周りに回転する際に、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０を掴むようになっている。
【００２３】
回転アーム５１と把持治具５２とは、回転方向（図４の反時計方向）の前方側に設けられたスプリング５６によって連結されている。これにより、通常の状態では、把持治具５２の軸部５４の中心線Ｌ１は、回転アーム５１の中心線Ｒ１に対して回転方向に所定角度θ１傾くように設定されている。また、把持治具５２は、回転する回転アーム５１に対して旋回中心Ｘ１を支点として揺動可能であるが、スプリング５６の付勢力を受けながら揺動することになる。
【００２４】
電池供給マガジン（電池供給部）５３は、回転する把持治具５２の把持部５５に対して電池２０を一つずつ供給するものである。この電池供給マガジン５３は、複数の重なり合う電池２０を収容していて、押圧機構５３ａの押圧作動によって各電池２０をスライドさせるようになっている。これにより、重なり合う電池２０のうち、電池回転手段５０に一番近い電池２０が押し出されることになる。なお、電池２０が一つ押し出された後に、新たな電池２０が電池供給マガジン５３に補充される。電池２０が押し出されるタイミングは、回転する把持部５５が最接近する僅か前であって、電池２０の把持面２２が把持部５５の内部に入り込むことができるように制御されている。
【００２５】
枠体回転手段６０は、第２円Ｃ２の回転中心Ｏ２から径方向に延びる回転アーム６１と、この回転アーム６１の径外方端部に取付けられている把持治具６２と、この把持治具６２が接近したときに把持治具６２に向けて枠体３０を押し出す枠体供給マガジン６３とを有している。ここで、径方向とは、図４に示した回転中心Ｏ２に対する径方向であり、周方向とは、図４に示した回転中心Ｏ２に対する周方向である。回転アーム６１は、周方向に１８０度離れて二個設けられていて、径内方向端部を回転中心Ｏ２として図４の時計方向に回転する。
【００２６】
把持治具６２は、枠体３０を把持した状態で第２円Ｃ２周りに回転するものであり、各回転アーム６１にそれぞれ取付けられている。各把持治具６２は、略Ｔ字状に形成されていて、軸部６４と、この軸部６４の先端に取付けられている略コ字状の把持部６５とを有している。軸部６４は、回転アーム６１の径外方端部にピン結合されている。これにより、把持治具６２は、第２円Ｃ２周りに回転するとともに、旋回中心Ｘ２を支点として揺動可能である。
【００２７】
把持部６５は、ツメによって枠体３０を掴むように構成されている。枠体３０が掴まれた状態では、把持部６５の受け面６５ａと、枠体３０の底面３１とが平面的に対向している。言い換えると、軸部６４の中心線Ｌ２が枠体３０の底面３１に略直交している。把持部６５は、第２円Ｃ２周りに回転する際に、枠体供給マガジン６３から押し出された枠体３０を掴むようになっている。
【００２８】
回転アーム６１と把持治具６２とは、回転方向（図４の時計方向）の前方側に設けられたスプリング６６によって連結されている。これにより、通常の状態では、把持治具６２の軸部６４の中心線Ｌ２は、回転アーム６１の中心線Ｒ２に対して回転方向に所定角度θ２傾くように設定されている。ここで、所定角度θ２は、上記した所定角度θ１と同一の角度である。把持治具６２は、回転する回転アーム６１に対して旋回中心Ｘ２を支点として揺動可能であるが、スプリング６６の付勢力を受けながら揺動することになる。
【００２９】
枠体供給マガジン６３は、回転する把持治具６２の把持部６５に対して枠体３０を一つずつ供給するものである。この枠体供給マガジン６３は、複数の重なり合う枠体３０を収容していて、押圧機構６３ａの押圧作動によって各枠体３０をスライドさせるようになっている。これにより、重なり合う枠体３０のうち、枠体回転手段６０に一番近い枠体３０が押し出されることになる。なお、枠体３０が一つ押し出された後に、新たな枠体３０が枠体供給マガジン６３に補充される。枠体３０が押し出されるタイミングは、回転する把持部６５が最接近する僅か前であって、枠体３０の把持面３２が把持部６５の内部に入り込むことができるように制御されている。
【００３０】
ここで、図５は、図４に示した電池回転手段５０と枠体回転手段６０を側面側から見たときの駆動機構７０を概略的に示した図である。なお、図５では、説明を分かり易くするために、回転方向に１８０度離れた２組の回転アーム５１，６１及び把持治具５２，６２のうち、１組の回転アーム５１，６１及び把持治具５２，６２のみが示されている。
【００３１】
図５に示すように、駆動機構７０では、平板状のテーブル７１に直交する方向に延びる回転軸７２，７３に、回転アーム５１，６１の径内方端部が固定されている。なお、回転アーム５１，６１の径外方端部には、上述したように、把持治具５２，６２の軸部５４，６４がピン結合している。回転軸７２は、駆動モータ７４の出力軸に連結され、駆動モータ７４の回転出力が直接伝達するように構成されている。また、回転軸７２には第１ギヤ７５が一体的に接続されていて、この第１ギヤに第２ギヤ７６が噛合している。
【００３２】
そして、第２ギヤ７６には第３ギヤ７７が同軸的に連結し、回転軸７３には第４ギヤ７８が連結していて、これら第３ギヤ７７と第４ギヤ７８とが歯付ベルト７９を介して連結している。第１〜第４ギヤ７５，７６，７７，７８は、全て同じ大きさのギヤである。こうして、第１ギヤ７５と第４ギヤ７８、即ち回転アーム５１と回転アーム６１とが、同じ回転速度で逆方向に回転するようになっている。
【００３３】
次に、上述したように構成された電池組付け装置４０において、電池２０と枠体３０とが組付けられる工程について説明する。電池回転手段５０では、回転している一方側の把持治具５２が、電池供給マガジン５３から押し出された一つの電池２０を掴み取る。また、枠体回転手段６０では、回転している一方側の把持治具６２が、枠体供給マガジン６３から押し出された一つの枠体３０を掴み取る。こうして、把持された電池２０及び枠体３０は、回転アーム５１，６１の回転により、図４に示した組付け位置Ｙに同じタイミングで送られる。ここで、図６は、電池２０と枠体３０とが組付けられた状態を示した図である。
【００３４】
図６に示すように、組付け位置Ｙでは、把持治具５２，６２は、スプリング５６，６６の付勢力に抗して旋回中心Ｘ１，Ｘ２を支点に揺動していて、回転アーム５１，６１の中心線Ｒ１，Ｒ２及び把持治具５２，６２の中心線Ｌ１，Ｌ２の全てが、一直線上になる。こうして、電池２０と枠体３０とは真正面に対向した状態で、図６の左右から押し付けられる。このとき、電池２０に作用する押し付け力は、電池２０の挿入面２１の中央に直交し、枠体３０に作用する押し付け力は、枠体３０の底面３１の中央に直交する。このため、電池２０と枠体３０とは、電池２０の挿入面２１及び枠体３０の底面３１にほぼ均等に作用する圧力によって組付けられる。
【００３５】
図７は、枠付電池１０が搬送される状態を示した図である。図７に示すように、電池２０と枠体３０とが組付けられて枠付電池１０が作成された後、枠付電池１０はコンベア８０を介して次の工程へと送られる。そして、回転している一方側の把持治具５２，６２は、電池供給マガジン５３，枠体供給マガジン６３の方へ近づいていき、電池供給マガジン５３，枠体供給マガジン６３から電池２０，枠体３０を掴み取る。また、回転している他方側の把持治具５２，６２は、組付け位置Ｙの方へ近づいていき、電池２０と枠体３０との組付けを同様に行う。
【００３６】
ところで、上述したような電池組付け装置４０の電池回転手段５０において、把持治具５２が電池供給マガジン５３からから押し出される電池２０を把持する際に、以下のような問題点がある。即ち、把持治具５２は第１円Ｃ１周りに回転しているのに対して、電池２０は把持治具５２に向けて直線的に押し出されるため、把持治具５２の把持部５５が電池２０を掴み取る際に電池２０の姿勢が安定しない。このため、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態にならず、把持部５５が電池２０を確実に把持できないという問題点がある。なお、仮に把持治具５２（回転アーム５１）の回転速度を遅くした場合には、把持部５５が電池２０を掴み易くなるが、電池組付け装置４０における電池２０と枠体３０との組付け作業の速度が遅くなり、枠付電池１０を高速に大量生産できなくなる。
【００３７】
ここで、把持部５５が電池２０を掴み易くする第１案として、図８に示す姿勢矯正ガイド１９０を設けた場合について説明する。図８は、姿勢矯正ガイド１９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。姿勢矯正ガイド１９０は、回転する把持治具５２より径外方向側に配置された円弧状のプレートである。この姿勢矯正ガイド１９０は、反時計方向に進むに従って把持部５５との距離Ｄ１が徐々に小さくなるように、形成されている。
【００３８】
上記した第１案の場合、電池供給マガジン５３が回転する把持治具５２に向かって電池２０を押し出すと、電池２０の回転方向後端部２０ａは把持部５５の受け面５５ａに係止するのに対して、電池２０の回転方向前端部２０ｂは把持部５５の受け面５５ａに係止しない。即ち、電池供給マガジン５３が電池２０を押し出した直後では、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態にならず、電池２０の回転方向前端部２０ｂと把持部５５の受け面５５ａとの間に比較的大きな隙間が生じる。
【００３９】
そして、図８の仮想線で示すように、把持治具５２の回転に伴って、電池２０の姿勢が姿勢矯正ガイド１９０によって徐々に矯正される。即ち、電池２０の回転方向前端部２０ｂと把持治具５２の受け面５２ａとの間の隙間が、徐々に小さくなっていく。この結果、電池供給マガジン５３が電池２０を押し出したときから回転アーム５１が約９０度以上回転したときに、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態になる。
【００４０】
ここで、上記した第１案では、以下の問題点がある。先ず、回転アーム５１が上述したように約９０度以上回転したときに、電池２０の姿勢の矯正が完了するため、電池２０の姿勢が矯正されるまでの回転アーム５１の回転角度φ（図８参照）が大きい。このため、電池回転手段５０において、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを４個以上設けることはできない。言い換えると、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを４個以上に増やして、回転アーム５１の一回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を増やすことができない。従って、姿勢矯正ガイド１９０を用いる場合には、枠付電池１０の大量生産に対応し難い。更に、姿勢矯正ガイド１９０は円弧状の大きな部材であるため、電池組付け装置４０が大きくなり、実用的なものでなくなるという問題点がある。
【００４１】
また、把持部５５が電池２０を掴み易くする第２案として、図９に示すアクチュエータ２９０を設けた場合について説明する。図９は、アクチュエータ２９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。アクチュエータ２９０は、ピストンロッド２９１の伸縮によって把持治具５２に一番近い電池２０を把持部５５へ押し込むエアシリンダである。
【００４２】
上記した第２案の場合、回転する回転アーム５１及び把持治具５２は、把持部５５が電池供給マガジン５３に接近したとき、静止する。その後、アクチュエータ２９０が把持治具５２に一番近い電池２０を把持部５５へ押し込むことによって、図９に示すように、把持部５５が電池２０を掴む。そして、再び回転アーム５１及び把持治具５２が回転することになる。
【００４３】
ここで、上記した第２案では、以下の問題点がある。アクチュエータ２９０を用いた場合、把持部５５が電池２０を確実に掴むことができるが、上述したように回転アーム５１及び把持治具５２の回転を一旦静止させる必要がある。このため、回転アーム５１の回転速度が大きくならない。即ち回転アーム５１の一回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を増やすことができない。従って、アクチュエータ２９０を用いる場合には、枠付電池１０の大量生産に対応し難い。
【００４４】
これらに対して、本実施形態では、図１０に示すように、電池供給マガジン５３から回転する把持治具５２に向けて電池２０が押し出されたとき、電池２０の姿勢を矯正する姿勢矯正機構９０が設けられている。図１０は、姿勢矯正機構９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。姿勢矯正機構９０は、図１０に示すように、平面状に延びる受け部材９１と、この受け部材９１を支持するコイルスプリング９２とを有している。
【００４５】
受け部材９１は、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０の回転方向前端部２０ｂを把持治具５２に向けて押圧するものである。この受け部材９１は、電池の回転方向前端部２０ｂに当接するように、電池供給マガジン５３より電池２０の回転方向の前方側に配置されている。コイルスプリング９２の一端部は受け部材９１に接続されていて、コイルスプリング９２の他端部は図示しない固定された部材に接続されている。
【００４６】
本実施形態の作用効果について、図１１を用いて説明する。図１１は、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０が、把持治具５２に把持されるまでの状態を示した図である。図１１（Ａ）に示すように、電池供給マガジン５３が回転する把持治具５２に向かって電池２０を押し出すと、電池２０の回転方向後端部２０ａは把持部５５の受け面５５ａに係止するのに対して、電池２０の回転方向前端部２０ｂは把持部５５の受け面５５ａに係止しない。ここで、上記した係止とは、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持部５５の受け面５５ａに接触している状態だけでなく、電池２０の回転方向後端部２０ａが、電池２０の回転方向前端部２０ｂに比べて把持部５５の受け面５５ａに近いものの、把持部５５の受け面５５ａと僅かに離れている状態も含む。
【００４７】
そして、図１１（Ｂ）に示すように、把持治具５２の回転によって、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持部５５の受け面５５ａに係止した状態で、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接する。これにより、電池２０の回転方向前端部２０ｂは、コイルスプリング９２の付勢力（弾性力）によって、把持治具５２に向けて強制的に押圧される。ここで、電池２０の回転方向前端部２０ｂがコイルスプリング９２によって受ける付勢力が、電池２０が電池供給マガジン５３の押圧機構５３ａによって受ける押圧力と同程度になるように、コイルスプリング９２の弾性係数、コイルスプリング９２の長さ、受け部材９１の位置が設定されている。
【００４８】
これにより、図１１（Ｃ）に示すように、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態になり、把持治具５２が電池２０を確実に掴むことができる。また、このときには、コイルスプリング９２が収縮して受け部材９１が逃げるため、把持治具５２の回転動作を阻害することはない。こうして、姿勢矯正機構９０によって、回転アーム５１の回転角度φ（図１０参照）が３０度以下で、電池２０の姿勢を矯正することができる。
【００４９】
本実施形態よれば、回転アーム５１の小さな回転（例えば２０度）で、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０の姿勢を矯正しつつ、把持治具５２が電池２０を確実に掴むことができる。このため、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを例えば４個以上に増やして、回転アーム５１の１回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を大幅に増やすことができる。また、回転アーム５１及び把持治具５２の回転を一旦静止させる必要がない。従って、この電池組付け装置４０は、電池２０と枠体３０とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる。
【００５０】
次に、第２実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、第２実施形態の姿勢矯正機構９０Ａを示した図である。姿勢矯正機構９０Ａは、図１２に示すように、平面状に延びる受け部材９１と、この受け部材９１を支持する板ばね９３とを有している。受け部材９１は、第１実施形態の受け部材９１と同様のものである。板ばね９３は、１ｍｍ程度の薄いばね鋼であり、くの字状に形成されている。板ばね９３の一端部は受け部材９１に接続されていて、板ばね９３の他端部は図示しない固定された部材に接続されている。第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。
【００５１】
ここで、第２実施形態の作用効果を説明する前に、第１実施形態の姿勢矯正機構９０のメリット及びデメリットを図１３を用いて説明する。図１３に示すように、第１実施形態では、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したとき、コイルスプリング９２が受け部材９１の平面方向と直交する方向に大きく収縮する。このため、受け部材９１が把持治具５２の回転動作を阻害し難いというメリットがある。
【００５２】
しかし、コイルスプリング９２は、受け部材９１の平面方向にも移動し易いため、移動方向が安定し難い。即ち、コイルスプリング９２は、移動方向の自由度が大きいため、安定性に欠けるものである。このため、受け部材９１と電池２０の回転方向前端部２０ｂとの当たり方によっては、受け部材９１が電池２０の回転方向とは逆側（図１３の右側）に移動して、電池２０の姿勢を的確に矯正できない場合があるというデメリットがある。
【００５３】
これに対して、第２実施形態では、板ばね９３が受け部材９１を平面的に支持しているため、図１２の仮想線で示すように、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したとき、板ばね９３は受け部材９１の平面方向に移動し難い。即ち、板ばね９３の移動方向は、ほとんど受け部材９１の平面方向と略直交する方向のみである。従って、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したときの付勢力をコントロールし易く、電池２０の姿勢を的確に矯正し易い。なお、板ばね９３は受け部材９１の平面方向と直交する方向に移動し難いため、板ばね９３を用いる場合には、コイルスプリング９２を用いる場合に比して、受け部材９１が回転する把持治具５２から逃げ難い。
【００５４】
以上、本発明に係る電池組付け装置４０について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、各実施形態において、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを２個設けたが（図４参照）、回転アーム５１及び把持治具５２の個数は適宜変更可能であり、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを３個以上設けても良い。
また、各実施形態において、電池回転手段５０が電池２０を第１円Ｃ１周りに反時計方向に回転させ、枠体回転手段６０が枠体３０を第２円Ｃ２周りに時計方向に回転させたが（図４参照）、電池回転手段５０が電池２０を第１円Ｃ１周りに時計方向に回転させ、枠体回転手段６０が枠体３０を第２円Ｃ２周りに反時計方向に回転させても良い。
また、各実施形態において、姿勢矯正機構９０，９０Ａの受け部材９１、コイルスプリング９２、板ばね９３の形状、大きさ、配置等適宜変更可能である。また、姿勢矯正機構の構成は、受け部材９１とコイルスプリング９２又は板ばね９３を有する構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 組電池
１０ 枠付電池
２０ 電池
２０ａ 回転方向後端部
２０ｂ 回転方向前端部
３０ 枠体
４０ 電池組付け装置
５０ 電池回転手段
５１ 回転アーム
５２ 把持治具
５３ 電池供給マガジン
５５ 把持部
６０ 枠体回転手段
６１ 回転アーム
６２ 把持治具
７０ 駆動機構
８０ コンベア
９０ 姿勢矯正機構
９１ 受け部材
９２ コイルスプリング
９３ 板ばね
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池とこの電池を収容する枠体との組付けを自動で連続して行う電池組付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、携帯電話やノート型パソコン等の電子機器の電源として、或いはハイブリッド自動車や電気自動車等の車両用電源として、様々な分野で利用されている。そして、電池には、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン二次電池等がある。
【０００３】
そして、電池は、様々な用途の電源として利用される際に、その用途に応じた出力を得るため、複数の単電池（セル）を電気的に接続した組電池（モジュール）として用いられている。例えば、車両用電源として利用される組電池においては、複数の単電池を電気的に直列に接続し、必要となる出力電圧を得ている。この場合、一般に、車両へ搭載する際の省スペース化の観点から、複数の角型の単電池が積層するように配置された組電池が用いられる。このような組電池においては、放熱や、隣り合う単電池同士の絶縁及び断熱等を考慮する必要があり、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
下記特許文献１に記載された組電池では、隣り合う単電池の間にスペーサが挟み込まれている。そして、このスペーサは、一定以上の熱に反応し熱分解される発泡剤を含有させた絶縁性の樹脂で形成されている。これにより、隣り合う単電池同士を絶縁しつつ、何れかの単電池が異常発熱をした際に、その隣り合う単電池に熱が伝達されることを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６５５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、単電池同士の絶縁や放熱が確保された組電池として、上記特許文献１のようなスペーサを用いた組電池以外に、単電池（以下、単に「電池」と呼ぶ）を枠体で覆うものがある。即ち、電池と枠体とが組付けられた枠付電池が積層した組電池がある。この組電池の枠付電池を製造する場合、ズレやガタが生じないように電池と枠体とを精度良く組付ける必要がある。しかし、近年、１台の車両に必要な電池の個数は多いもので数百個にもなるため、大量生産のために電池と枠体とを高速に（短時間で）組付ける必要もある。こうして、枠付電池を製造する際に、高い組付け精度と高い生産性との両方が要求される。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、電池とその電池を収容する枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる電池組付け装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における電池組付け装置は、電池を把持した状態で前記電池を第１円周りに回転させる電池回転手段と、前記電池に組付けられる枠体を把持した状態で前記枠体を第２円周りに回転させる枠体回転手段とを備え、前記回転する電池と前記回転する枠体とが対向したときに前記電池と前記枠体とを組付けるものであって、前記電池回転手段は、前記第１円の回転中心から径方向に延びていて径内方端部を回転中心として回転する回転アームと、この回転アームの径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに前記回転アームに対して所定角度傾くように取付けられていて前記電池を把持する把持治具と、前記回転する把持治具が接近したときに前記把持治具に向けて前記電池を押し出す電池供給部と、を有し、前記電池供給部から前記回転する把持治具に向けて前記電池が押し出されて、前記電池の回転方向一端部が前記把持治具に係止しているときに、前記電池の回転方向他端部を弾性力によって前記把持治具に向けて押圧して前記電池の姿勢を矯正する姿勢矯正機構が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この場合には、電池供給部が、回転する把持治具が接近したときに把持治具に向けて電池を押し出すと、電池の回転方向一端部が把持治具に係止した状態で、姿勢矯正機構が電池の回転方向他端部を弾性力によって把持治具に向けて押圧する。これにより、電池の姿勢が強制的に矯正されて、回転アームの小さな回転で把持治具が電池を確実に掴むことができる。このため、回転アームと把持治具の個数を増やして、回転アームの１回転のうちに電池が把持治具によって把持される個数を大幅に増やすことができる。従って、この電池組付け装置によれば、電池と枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の電池組付け装置において、前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を平面的に支持する板ばねとを有することが好ましい。この場合には、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したとき、板ばねは受け部材の平面方向に移動し難い。即ち、板ばねの移動方向は、ほとんど受け部材の平面方向と略直交する方向のみである。従って、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したときの付勢力をコントロールし易く、電池の姿勢を的確に矯正し易くなる。
【００１１】
また、本発明の電池組付け装置において、前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を支持するコイルスプリングとを有していても良い。この場合には、電池の回転方向他端部が受け部材に当接したとき、コイルスプリングが受け部材の平面方向と直交する方向に大きく収縮する。このため、受け部材が把持治具の回転動作を阻害し難くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池とその電池を収容する枠体とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる電池組付け装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る組電池を示した斜視図である。
【図２】図１に示した組電池の構成部材である枠付電池を示した斜視図である。
【図３】図２に示した枠付電池を単電池と枠体とに分解した斜視図である。
【図４】電池組付け装置を概略的に示した図である。
【図５】図４に示した電池回転手段と枠体回転手段を側面側から見たときの駆動機構を概略的に示した図である。
【図６】電池と枠体とが組付けられた状態を示した図である。
【図７】枠付電池が搬送される状態を示した図である。
【図８】姿勢矯正ガイドが設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図９】アクチュエータが設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図１０】本実施形態の姿勢矯正機構が設けられている場合に把持治具が電池を掴む状態を示した図である。
【図１１】電池供給マガジンから押し出された電池が、把持治具に把持されるまでの状態を示した図である。
【図１２】第２実施形態の姿勢矯正機構において、受け部材と板ばねとが移動する状態を示した図である。
【図１３】第１実施形態の姿勢矯正機構において、受け部材とコイルスプリングとが移動する状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る電池組付け装置の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態に係る組電池１を示した斜視図であり、図２は、図１に示した組電池１の構成部材である枠付電池１０を示した斜視図である。また、図３は、図２に示した枠付電池１０を単電池２０と枠体３０とに分解した斜視図である。
【００１５】
組電池１は、図１に示すように、複数の枠付電池１０が積層された電池群である。枠付電池１０は、図２及び図３に示すように、単電池２０と枠体３０とが組付けられたものである。この組電池１では、図１に示すように、枠付電池１０が一方向に並べて積層するように配置され、両端がエンドプレート２によって挟み込まれている。そして、金属プレート３が架け渡されることで、各枠付電池１０が固定されている。枠付電池１０における複数の単電池２０（以下、単に「電池２０」と呼ぶ）は、バスバー４によって、電気的に接続されている。
【００１６】
電池２０は、図２及び図３に示すように、その外形が直方体状のリチウムイオン二次電池である。この電池２０は、正極板と負極板とを、それらの間にセパレータを挟み込みつつ扁平形状に捲回してなる発電要素（捲回電極体）と、リチウム塩を溶解させた有機溶剤からなる電解液とをその内部に収容している。電池２０において、図３に示すように、枠体３０に組付けられる際、その外面のうち最初に枠体３０の内部に入り込むこととなる面を挿入面２１ということとする。
【００１７】
枠体３０は、図２及び図３に示すように、隣り合う電池２０の外面同士を絶縁するために、絶縁性の樹脂で形成されている。また、枠体３０は、組電池１に対して振動や衝撃が加えられた際に電池２０のズレ、ガタを防止するものであり、且つ耐熱機能を有するものである。この枠体３０は、底面３１と、その四辺に設けられた壁面３２とを有し、全体として扁平な直方体形状をしている。これにより、枠体３０は、電池２０を収容できるようになっている。そして、枠付電池１０において、枠体３０の底面３１が電池２０の挿入面２１と密着していて、電池２０と枠体３０とがツメの引っ掛け等によって容易に外れないようになっている。
【００１８】
このような枠付電池１０では、生産性向上のために電池２０と枠体３０との連続した自動組付けが望まれている。図４は、連続した自動組付けを行う電池組付け装置４０を概略的に示した図である。ここで、図４では、電池２０と枠体３０との組付けが分かり易いように、枠体３０をコの字の断面形状で示すことにする。なお、図４には、後述する姿勢矯正機構９０が省略されている。
【００１９】
電池組付け装置４０は、図４に示したように、電池２０を第１円Ｃ１周りに回転させる電池回転手段５０と、枠体３０を第２円Ｃ２周りに回転させる枠体回転手段６０とを備えている。そして、電池組付け装置４０は、電池回転手段５０によって把持された電池２０と、枠体回転手段６０によって把持された枠体３０とを、中央の組付け位置Ｙに搬送して組付けるようになっている。組付け位置Ｙは、電池２０と枠体３０との組付けが完了する位置であり、第１円Ｃ１の回転中心Ｏ１と第２円Ｃ２の回転中心Ｏ２とを結んだ直線上に位置する。
【００２０】
電池回転手段５０は、第１円Ｃ１の回転中心Ｏ１から径方向に延びる回転アーム５１と、この回転アーム５１の径外方端部に取付けられている把持治具５２と、この把持治具５２が接近したときに把持治具５２に向けて電池２０を押し出す電池供給マガジン５３とを有している。ここで、径方向とは、図５に示した回転中心Ｏ１に対する径方向であり、周方向とは、図５に示した回転中心Ｏ１に対する周方向である。回転アーム５１は、周方向に１８０度離れて二個設けられていて、径内方向端部を回転中心Ｏ１として図４の反時計方向に回転する。
【００２１】
把持治具５２は、電池２０を把持した状態で第１円Ｃ１周りに回転するものであり、各回転アーム５１にそれぞれ取付けられている。各把持治具５２は、略Ｔ字状に形成されていて、軸部５４と、この軸部５４の先端に取付けられている略コ字状の把持部５５とを有している。軸部５４は、回転アーム５１の径外方端部にピン結合されている。これにより、把持治具５２は、第１円Ｃ１周りに回転するとともに、旋回中心Ｘ１を支点として揺動可能である。
【００２２】
把持部５５は、ツメによって電池２０を掴むように構成されている。電池２０が掴まれた状態では、把持部５５の受け面５５ａと、電池２０の把持面２２とが平面的に対向している。言い換えると、軸部５４の中心線Ｌ１が電池２０の把持面２２に略直交している。ここで、電池２０の把持面２２とは、上述した電池２０の挿入面２１（図３参照）と反対側の面であり、電池２０が把持される際に把持部５５の内部に最初に入り込む面である。把持部５５は、第１円Ｃ１周りに回転する際に、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０を掴むようになっている。
【００２３】
回転アーム５１と把持治具５２とは、回転方向（図４の反時計方向）の前方側に設けられたスプリング５６によって連結されている。これにより、通常の状態では、把持治具５２の軸部５４の中心線Ｌ１は、回転アーム５１の中心線Ｒ１に対して回転方向に所定角度θ１傾くように設定されている。また、把持治具５２は、回転する回転アーム５１に対して旋回中心Ｘ１を支点として揺動可能であるが、スプリング５６の付勢力を受けながら揺動することになる。
【００２４】
電池供給マガジン（電池供給部）５３は、回転する把持治具５２の把持部５５に対して電池２０を一つずつ供給するものである。この電池供給マガジン５３は、複数の重なり合う電池２０を収容していて、押圧機構５３ａの押圧作動によって各電池２０をスライドさせるようになっている。これにより、重なり合う電池２０のうち、電池回転手段５０に一番近い電池２０が押し出されることになる。なお、電池２０が一つ押し出された後に、新たな電池２０が電池供給マガジン５３に補充される。電池２０が押し出されるタイミングは、回転する把持部５５が最接近する僅か前であって、電池２０の把持面２２が把持部５５の内部に入り込むことができるように制御されている。
【００２５】
枠体回転手段６０は、第２円Ｃ２の回転中心Ｏ２から径方向に延びる回転アーム６１と、この回転アーム６１の径外方端部に取付けられている把持治具６２と、この把持治具６２が接近したときに把持治具６２に向けて枠体３０を押し出す枠体供給マガジン６３とを有している。ここで、径方向とは、図４に示した回転中心Ｏ２に対する径方向であり、周方向とは、図４に示した回転中心Ｏ２に対する周方向である。回転アーム６１は、周方向に１８０度離れて二個設けられていて、径内方向端部を回転中心Ｏ２として図４の時計方向に回転する。
【００２６】
把持治具６２は、枠体３０を把持した状態で第２円Ｃ２周りに回転するものであり、各回転アーム６１にそれぞれ取付けられている。各把持治具６２は、略Ｔ字状に形成されていて、軸部６４と、この軸部６４の先端に取付けられている略コ字状の把持部６５とを有している。軸部６４は、回転アーム６１の径外方端部にピン結合されている。これにより、把持治具６２は、第２円Ｃ２周りに回転するとともに、旋回中心Ｘ２を支点として揺動可能である。
【００２７】
把持部６５は、ツメによって枠体３０を掴むように構成されている。枠体３０が掴まれた状態では、把持部６５の受け面６５ａと、枠体３０の底面３１とが平面的に対向している。言い換えると、軸部６４の中心線Ｌ２が枠体３０の底面３１に略直交している。把持部６５は、第２円Ｃ２周りに回転する際に、枠体供給マガジン６３から押し出された枠体３０を掴むようになっている。
【００２８】
回転アーム６１と把持治具６２とは、回転方向（図４の時計方向）の前方側に設けられたスプリング６６によって連結されている。これにより、通常の状態では、把持治具６２の軸部６４の中心線Ｌ２は、回転アーム６１の中心線Ｒ２に対して回転方向に所定角度θ２傾くように設定されている。ここで、所定角度θ２は、上記した所定角度θ１と同一の角度である。把持治具６２は、回転する回転アーム６１に対して旋回中心Ｘ２を支点として揺動可能であるが、スプリング６６の付勢力を受けながら揺動することになる。
【００２９】
枠体供給マガジン６３は、回転する把持治具６２の把持部６５に対して枠体３０を一つずつ供給するものである。この枠体供給マガジン６３は、複数の重なり合う枠体３０を収容していて、押圧機構６３ａの押圧作動によって各枠体３０をスライドさせるようになっている。これにより、重なり合う枠体３０のうち、枠体回転手段６０に一番近い枠体３０が押し出されることになる。なお、枠体３０が一つ押し出された後に、新たな枠体３０が枠体供給マガジン６３に補充される。枠体３０が押し出されるタイミングは、回転する把持部６５が最接近する僅か前であって、枠体３０の把持面３２が把持部６５の内部に入り込むことができるように制御されている。
【００３０】
ここで、図５は、図４に示した電池回転手段５０と枠体回転手段６０を側面側から見たときの駆動機構７０を概略的に示した図である。なお、図５では、説明を分かり易くするために、回転方向に１８０度離れた２組の回転アーム５１，６１及び把持治具５２，６２のうち、１組の回転アーム５１，６１及び把持治具５２，６２のみが示されている。
【００３１】
図５に示すように、駆動機構７０では、平板状のテーブル７１に直交する方向に延びる回転軸７２，７３に、回転アーム５１，６１の径内方端部が固定されている。なお、回転アーム５１，６１の径外方端部には、上述したように、把持治具５２，６２の軸部５４，６４がピン結合している。回転軸７２は、駆動モータ７４の出力軸に連結され、駆動モータ７４の回転出力が直接伝達するように構成されている。また、回転軸７２には第１ギヤ７５が一体的に接続されていて、この第１ギヤに第２ギヤ７６が噛合している。
【００３２】
そして、第２ギヤ７６には第３ギヤ７７が同軸的に連結し、回転軸７３には第４ギヤ７８が連結していて、これら第３ギヤ７７と第４ギヤ７８とが歯付ベルト７９を介して連結している。第１〜第４ギヤ７５，７６，７７，７８は、全て同じ大きさのギヤである。こうして、第１ギヤ７５と第４ギヤ７８、即ち回転アーム５１と回転アーム６１とが、同じ回転速度で逆方向に回転するようになっている。
【００３３】
次に、上述したように構成された電池組付け装置４０において、電池２０と枠体３０とが組付けられる工程について説明する。電池回転手段５０では、回転している一方側の把持治具５２が、電池供給マガジン５３から押し出された一つの電池２０を掴み取る。また、枠体回転手段６０では、回転している一方側の把持治具６２が、枠体供給マガジン６３から押し出された一つの枠体３０を掴み取る。こうして、把持された電池２０及び枠体３０は、回転アーム５１，６１の回転により、図４に示した組付け位置Ｙに同じタイミングで送られる。ここで、図６は、電池２０と枠体３０とが組付けられた状態を示した図である。
【００３４】
図６に示すように、組付け位置Ｙでは、把持治具５２，６２は、スプリング５６，６６の付勢力に抗して旋回中心Ｘ１，Ｘ２を支点に揺動していて、回転アーム５１，６１の中心線Ｒ１，Ｒ２及び把持治具５２，６２の中心線Ｌ１，Ｌ２の全てが、一直線上になる。こうして、電池２０と枠体３０とは真正面に対向した状態で、図６の左右から押し付けられる。このとき、電池２０に作用する押し付け力は、電池２０の挿入面２１の中央に直交し、枠体３０に作用する押し付け力は、枠体３０の底面３１の中央に直交する。このため、電池２０と枠体３０とは、電池２０の挿入面２１及び枠体３０の底面３１にほぼ均等に作用する圧力によって組付けられる。
【００３５】
図７は、枠付電池１０が搬送される状態を示した図である。図７に示すように、電池２０と枠体３０とが組付けられて枠付電池１０が作成された後、枠付電池１０はコンベア８０を介して次の工程へと送られる。そして、回転している一方側の把持治具５２，６２は、電池供給マガジン５３，枠体供給マガジン６３の方へ近づいていき、電池供給マガジン５３，枠体供給マガジン６３から電池２０，枠体３０を掴み取る。また、回転している他方側の把持治具５２，６２は、組付け位置Ｙの方へ近づいていき、電池２０と枠体３０との組付けを同様に行う。
【００３６】
ところで、上述したような電池組付け装置４０の電池回転手段５０において、把持治具５２が電池供給マガジン５３からから押し出される電池２０を把持する際に、以下のような問題点がある。即ち、把持治具５２は第１円Ｃ１周りに回転しているのに対して、電池２０は把持治具５２に向けて直線的に押し出されるため、把持治具５２の把持部５５が電池２０を掴み取る際に電池２０の姿勢が安定しない。このため、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態にならず、把持部５５が電池２０を確実に把持できないという問題点がある。なお、仮に把持治具５２（回転アーム５１）の回転速度を遅くした場合には、把持部５５が電池２０を掴み易くなるが、電池組付け装置４０における電池２０と枠体３０との組付け作業の速度が遅くなり、枠付電池１０を高速に大量生産できなくなる。
【００３７】
ここで、把持部５５が電池２０を掴み易くする第１案として、図８に示す姿勢矯正ガイド１９０を設けた場合について説明する。図８は、姿勢矯正ガイド１９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。姿勢矯正ガイド１９０は、回転する把持治具５２より径外方向側に配置された円弧状のプレートである。この姿勢矯正ガイド１９０は、反時計方向に進むに従って把持部５５との距離Ｄ１が徐々に小さくなるように、形成されている。
【００３８】
上記した第１案の場合、電池供給マガジン５３が回転する把持治具５２に向かって電池２０を押し出すと、電池２０の回転方向後端部２０ａは把持部５５の受け面５５ａに係止するのに対して、電池２０の回転方向前端部２０ｂは把持部５５の受け面５５ａに係止しない。即ち、電池供給マガジン５３が電池２０を押し出した直後では、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態にならず、電池２０の回転方向前端部２０ｂと把持部５５の受け面５５ａとの間に比較的大きな隙間が生じる。
【００３９】
そして、図８の仮想線で示すように、把持治具５２の回転に伴って、電池２０の姿勢が姿勢矯正ガイド１９０によって徐々に矯正される。即ち、電池２０の回転方向前端部２０ｂと把持治具５２の受け面５２ａとの間の隙間が、徐々に小さくなっていく。この結果、電池供給マガジン５３が電池２０を押し出したときから回転アーム５１が約９０度以上回転したときに、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態になる。
【００４０】
ここで、上記した第１案では、以下の問題点がある。先ず、回転アーム５１が上述したように約９０度以上回転したときに、電池２０の姿勢の矯正が完了するため、電池２０の姿勢が矯正されるまでの回転アーム５１の回転角度φ（図８参照）が大きい。このため、電池回転手段５０において、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを４個以上設けることはできない。言い換えると、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを４個以上に増やして、回転アーム５１の一回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を増やすことができない。従って、姿勢矯正ガイド１９０を用いる場合には、枠付電池１０の大量生産に対応し難い。更に、姿勢矯正ガイド１９０は円弧状の大きな部材であるため、電池組付け装置４０が大きくなり、実用的なものでなくなるという問題点がある。
【００４１】
また、把持部５５が電池２０を掴み易くする第２案として、図９に示すアクチュエータ２９０を設けた場合について説明する。図９は、アクチュエータ２９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。アクチュエータ２９０は、ピストンロッド２９１の伸縮によって把持治具５２に一番近い電池２０を把持部５５へ押し込むエアシリンダである。
【００４２】
上記した第２案の場合、回転する回転アーム５１及び把持治具５２は、把持部５５が電池供給マガジン５３に接近したとき、静止する。その後、アクチュエータ２９０が把持治具５２に一番近い電池２０を把持部５５へ押し込むことによって、図９に示すように、把持部５５が電池２０を掴む。そして、再び回転アーム５１及び把持治具５２が回転することになる。
【００４３】
ここで、上記した第２案では、以下の問題点がある。アクチュエータ２９０を用いた場合、把持部５５が電池２０を確実に掴むことができるが、上述したように回転アーム５１及び把持治具５２の回転を一旦静止させる必要がある。このため、回転アーム５１の回転速度が大きくならない。即ち回転アーム５１の一回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を増やすことができない。従って、アクチュエータ２９０を用いる場合には、枠付電池１０の大量生産に対応し難い。
【００４４】
これらに対して、本実施形態では、図１０に示すように、電池供給マガジン５３から回転する把持治具５２に向けて電池２０が押し出されたとき、電池２０の姿勢を矯正する姿勢矯正機構９０が設けられている。図１０は、姿勢矯正機構９０が設けられている場合に把持治具５２が電池２０を掴む状態を示した図である。姿勢矯正機構９０は、図１０に示すように、平面状に延びる受け部材９１と、この受け部材９１を支持するコイルスプリング９２とを有している。
【００４５】
受け部材９１は、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０の回転方向前端部２０ｂを把持治具５２に向けて押圧するものである。この受け部材９１は、電池の回転方向前端部２０ｂに当接するように、電池供給マガジン５３より電池２０の回転方向の前方側に配置されている。コイルスプリング９２の一端部は受け部材９１に接続されていて、コイルスプリング９２の他端部は図示しない固定された部材に接続されている。
【００４６】
本実施形態の作用効果について、図１１を用いて説明する。図１１は、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０が、把持治具５２に把持されるまでの状態を示した図である。図１１（Ａ）に示すように、電池供給マガジン５３が回転する把持治具５２に向かって電池２０を押し出すと、電池２０の回転方向後端部２０ａは把持部５５の受け面５５ａに係止するのに対して、電池２０の回転方向前端部２０ｂは把持部５５の受け面５５ａに係止しない。ここで、上記した係止とは、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持部５５の受け面５５ａに接触している状態だけでなく、電池２０の回転方向後端部２０ａが、電池２０の回転方向前端部２０ｂに比べて把持部５５の受け面５５ａに近いものの、把持部５５の受け面５５ａと僅かに離れている状態も含む。
【００４７】
そして、図１１（Ｂ）に示すように、把持治具５２の回転によって、電池２０の回転方向後端部２０ａが把持部５５の受け面５５ａに係止した状態で、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接する。これにより、電池２０の回転方向前端部２０ｂは、コイルスプリング９２の付勢力（弾性力）によって、把持治具５２に向けて強制的に押圧される。ここで、電池２０の回転方向前端部２０ｂがコイルスプリング９２によって受ける付勢力が、電池２０が電池供給マガジン５３の押圧機構５３ａによって受ける押圧力と同程度になるように、コイルスプリング９２の弾性係数、コイルスプリング９２の長さ、受け部材９１の位置が設定されている。
【００４８】
これにより、図１１（Ｃ）に示すように、電池２０の把持面２２が把持部５５の受け面５５ａに対して平面的に対向する状態になり、把持治具５２が電池２０を確実に掴むことができる。また、このときには、コイルスプリング９２が収縮して受け部材９１が逃げるため、把持治具５２の回転動作を阻害することはない。こうして、姿勢矯正機構９０によって、回転アーム５１の回転角度φ（図１０参照）が３０度以下で、電池２０の姿勢を矯正することができる。
【００４９】
本実施形態よれば、回転アーム５１の小さな回転（例えば２０度）で、電池供給マガジン５３から押し出された電池２０の姿勢を矯正しつつ、把持治具５２が電池２０を確実に掴むことができる。このため、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを例えば４個以上に増やして、回転アーム５１の１回転のうちに電池２０が把持治具５２によって把持される個数を大幅に増やすことができる。また、回転アーム５１及び把持治具５２の回転を一旦静止させる必要がない。従って、この電池組付け装置４０は、電池２０と枠体３０とを高精度に組付けることができるとともに、生産性を向上させることができる。
【００５０】
次に、第２実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、第２実施形態の姿勢矯正機構９０Ａを示した図である。姿勢矯正機構９０Ａは、図１２に示すように、平面状に延びる受け部材９１と、この受け部材９１を支持する板ばね９３とを有している。受け部材９１は、第１実施形態の受け部材９１と同様のものである。板ばね９３は、１ｍｍ程度の薄いばね鋼であり、くの字状に形成されている。板ばね９３の一端部は受け部材９１に接続されていて、板ばね９３の他端部は図示しない固定された部材に接続されている。第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。
【００５１】
ここで、第２実施形態の作用効果を説明する前に、第１実施形態の姿勢矯正機構９０のメリット及びデメリットを図１３を用いて説明する。図１３に示すように、第１実施形態では、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したとき、コイルスプリング９２が受け部材９１の平面方向と直交する方向に大きく収縮する。このため、受け部材９１が把持治具５２の回転動作を阻害し難いというメリットがある。
【００５２】
しかし、コイルスプリング９２は、受け部材９１の平面方向にも移動し易いため、移動方向が安定し難い。即ち、コイルスプリング９２は、移動方向の自由度が大きいため、安定性に欠けるものである。このため、受け部材９１と電池２０の回転方向前端部２０ｂとの当たり方によっては、受け部材９１が電池２０の回転方向とは逆側（図１３の右側）に移動して、電池２０の姿勢を的確に矯正できない場合があるというデメリットがある。
【００５３】
これに対して、第２実施形態では、板ばね９３が受け部材９１を平面的に支持しているため、図１２の仮想線で示すように、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したとき、板ばね９３は受け部材９１の平面方向に移動し難い。即ち、板ばね９３の移動方向は、ほとんど受け部材９１の平面方向と略直交する方向のみである。従って、電池２０の回転方向前端部２０ｂが受け部材９１に当接したときの付勢力をコントロールし易く、電池２０の姿勢を的確に矯正し易い。なお、板ばね９３は受け部材９１の平面方向と直交する方向に移動し難いため、板ばね９３を用いる場合には、コイルスプリング９２を用いる場合に比して、受け部材９１が回転する把持治具５２から逃げ難い。
【００５４】
以上、本発明に係る電池組付け装置４０について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、各実施形態において、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを２個設けたが（図４参照）、回転アーム５１及び把持治具５２の個数は適宜変更可能であり、回転アーム５１と把持治具５２との１セットを３個以上設けても良い。
また、各実施形態において、電池回転手段５０が電池２０を第１円Ｃ１周りに反時計方向に回転させ、枠体回転手段６０が枠体３０を第２円Ｃ２周りに時計方向に回転させたが（図４参照）、電池回転手段５０が電池２０を第１円Ｃ１周りに時計方向に回転させ、枠体回転手段６０が枠体３０を第２円Ｃ２周りに反時計方向に回転させても良い。
また、各実施形態において、姿勢矯正機構９０，９０Ａの受け部材９１、コイルスプリング９２、板ばね９３の形状、大きさ、配置等適宜変更可能である。また、姿勢矯正機構の構成は、受け部材９１とコイルスプリング９２又は板ばね９３を有する構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 組電池
１０ 枠付電池
２０ 電池
２０ａ 回転方向後端部
２０ｂ 回転方向前端部
３０ 枠体
４０ 電池組付け装置
５０ 電池回転手段
５１ 回転アーム
５２ 把持治具
５３ 電池供給マガジン
５５ 把持部
６０ 枠体回転手段
６１ 回転アーム
６２ 把持治具
７０ 駆動機構
８０ コンベア
９０ 姿勢矯正機構
９１ 受け部材
９２ コイルスプリング
９３ 板ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を把持した状態で前記電池を第１円周りに回転させる電池回転手段と、
前記電池に組付けられる枠体を把持した状態で前記枠体を第２円周りに回転させる枠体回転手段とを備え、
前記回転する電池と前記回転する枠体とが対向したときに前記電池と前記枠体とを組付ける電池組付け装置において、
前記電池回転手段は、
前記第１円の回転中心から径方向に延びていて径内方端部を回転中心として回転する回転アームと、
この回転アームの径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに前記回転アームに対して所定角度傾くように取付けられていて前記電池を把持する把持治具と、
前記回転する把持治具が接近したときに前記把持治具に向けて前記電池を押し出す電池供給部と、を有し、
前記電池供給部から前記回転する把持治具に向けて前記電池が押し出されて、前記電池の回転方向一端部が前記把持治具に係止しているときに、前記電池の回転方向他端部を弾性力によって前記把持治具に向けて押圧して前記電池の姿勢を矯正する姿勢矯正機構が設けられていることを特徴とする電池組付け装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電池組付け装置において、
前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を平面的に支持する板ばねとを有することを特徴とする電池組付け装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電池組付け装置において、
前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を支持するコイルスプリングとを有することを特徴とする電池組付け装置。
【請求項１】
電池を把持した状態で前記電池を第１円周りに回転させる電池回転手段と、
前記電池に組付けられる枠体を把持した状態で前記枠体を第２円周りに回転させる枠体回転手段とを備え、
前記回転する電池と前記回転する枠体とが対向したときに前記電池と前記枠体とを組付ける電池組付け装置において、
前記電池回転手段は、
前記第１円の回転中心から径方向に延びていて径内方端部を回転中心として回転する回転アームと、
この回転アームの径外方端部に揺動可能に取付けられるとともに前記回転アームに対して所定角度傾くように取付けられていて前記電池を把持する把持治具と、
前記回転する把持治具が接近したときに前記把持治具に向けて前記電池を押し出す電池供給部と、を有し、
前記電池供給部から前記回転する把持治具に向けて前記電池が押し出されて、前記電池の回転方向一端部が前記把持治具に係止しているときに、前記電池の回転方向他端部を弾性力によって前記把持治具に向けて押圧して前記電池の姿勢を矯正する姿勢矯正機構が設けられていることを特徴とする電池組付け装置。
【請求項２】
請求項１に記載された電池組付け装置において、
前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を平面的に支持する板ばねとを有することを特徴とする電池組付け装置。
【請求項３】
請求項１に記載された電池組付け装置において、
前記姿勢矯正機構は、平面状に延びる受け部材と、この受け部材を支持するコイルスプリングとを有することを特徴とする電池組付け装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９３２３４（Ｐ２０１３−９３２３４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５１１４（Ｐ２０１１−２３５１１４）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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