JP2003077428A - 孔の封止方法及び容器 - Google Patents

孔の封止方法及び容器

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JP2003077428A
JP2003077428A JP2001265203A JP2001265203A JP2003077428A JP 2003077428 A JP2003077428 A JP 2003077428A JP 2001265203 A JP2001265203 A JP 2001265203A JP 2001265203 A JP2001265203 A JP 2001265203A JP 2003077428 A JP2003077428 A JP 2003077428A
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sealing
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rotary tool
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Makoto Ishibashi
良 石橋
Hisanobu Okamura
久宣 岡村
Satoshi Hirano
平野  聡
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Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の孔の封止方法は加圧または減圧された雰
囲気中では容器内部と外部との圧力バランスがわずかで
も異なると溶融金属の噴出または吸い込みが生じるため
健全な封止は困難である。 【解決手段】前記課題はピン部と前記ピンより太いショ
ルダ部からなる回転ツールの回転作用または前記回転作
用と容器との相対移動によって前記容器の孔部に摩擦熱
と塑性流動を生じさせることにより減圧または加圧され
た雰囲気状態でも効率的に高い気密封止が可能である

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器に予め形成さ
れた孔の封止方法に関し、前記孔を効率的に封止するこ
とが可能な加工方法の発明に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、容器に予め形成されている孔を封
止する方法としては、(1)孔部にピンを挿入して機械
的に封止する方法、(2)接着材,はんだ材,ろう材な
どを用いて接着や接合によって封止する方法、(3)ア
ーク,レーザ,電子ビームの熱源によって溶接して封止
する方法、(4)前記(1)と(2)または(1)と
(3)とを併用する方法が公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の封止方法の
(1)は機械的封止のため、高い気密性を確保する点で
問題がある。(2)は封止部の耐熱性の点で問題があ
る。さらに(2)は減圧または加圧された雰囲気中で封
止する場合、封止の過程で圧力の影響を受けるため、封
止部に高い気密性の確保が困難である。(3)のアーク
を熱源とした封止方法の場合は、減圧された雰囲気中で
はアークが安定に発生しないため困難である。さらに、
(3)の溶接法の場合、加圧または減圧された雰囲気中
では容器内部と外部との圧力バランスがわずかでも異な
ると溶融金属の噴出または吸い込みが生じるため健全な
封止は困難である。
【0004】さらにレーザ及び電子ビームは、装置が高
価であるため生産コストが高くなる。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題は、ピン部と前
記ピンより太いショルダ部を有する回転ツールの回転作
用または前記回転作用と容器との相対移動によって、前
記容器の孔部に摩擦熱と塑性流動を生じさせて封止する
ことにより解決できる。
【0006】つまり、前記容器に予め設けられた孔を回
転ツールの回転攪拌作用によって孔部の周囲を摩擦攪拌
して封止するものである。このとき、前記孔の周囲は前
記回転ツールの回転作用によって摩擦熱が発生し、金属
は局部的に融点近くまで加熱される。この加熱によって
孔の近傍が軟らかくなると孔の近傍は攪拌混合されて孔
が封止される。
【0007】さらに、孔部の周囲を予め局部的に凸状に
厚くすることにより、孔の空隙を前記凸部で補うため、
より安定に封止できる。さらに、封止部の孔を前記回転
ツールの方向に対して傾斜することにより、より安定に
封止できる。さらに、前記回転ツールの角度を前記孔の
表面に対してツールの進行方向または進行方向と直角方
向に5〜45度傾斜することにより、より安定に封止で
きる。
【0008】前記摩擦攪拌加工方法は加工物の融点以下
の温度で加工できるため、加工後の歪が少ないなど多く
の特徴がある。さらにアークの発生もないため、減圧さ
れた雰囲気または窒素ガスなどの加圧された雰囲気中で
も安定に加工が可能である。従って、容器に予め形成さ
れた孔の封止を前記加工方法によって減圧または加圧さ
れた雰囲気中でも容易に可能となる。つまり、前記孔の
周囲を前記回転ツールの回転作用で攪拌して金属の融点
近くまで加熱する。この加熱によって粘性が低下した金
属を前記回転ツールの加圧力で孔の中に充填して封止す
る方法である。
【0009】本発明において、前記回転ツールを前記孔
の方向に対して5〜45度傾斜した状態で配置または前
記回転ツールの方向に対して孔の方向を5〜45度傾斜
した状態で形成することにより、より安定に封止でき
る。これは以下の理由による効果である。
【0010】前記回転ツールによって摩擦攪拌され加熱
された孔の近傍の金属は粘性が低下する。この粘性が低
下した金属は、回転ツールの加圧力によって孔に沿って
下方向へ押し出されて孔の外部へ流出する。このため、
孔を充填する金属の量に不足が生じて孔部に欠陥が発生
する。つまり、本発明の前記傾斜によって金属の流出が
阻止されるため欠陥が防止できる。従って、孔の径が大
きい場合でもより安定に気密性の高い封止が可能であ
る。
【0011】さらに孔の周囲を局部的に凸状に厚くして
おくことにより、孔の外部へ流出して不足した金属を凸
部の金属で補うことができるため、封止部の欠陥を防止
できる。
【0012】
【発明の実施の形態】実施例1 図1は本発明の実施例を示す断面図である。図1におい
て、回転ツール1はピン部2とピン部2より太いショル
ダ部3を有する。前記回転ツール1は回転軸4を通じて
回転駆動モータ5に連結されている。
【0013】一方、孔が形成されている容器6はアルミ
合金で製作され、高さ100mm,50mm角,蓋7の厚さ
は5mmである。前記蓋7には予め、直径が2mmの孔8が
形成されている。
【0014】前記容器6の内部9は減圧された状態で使
用される。従って、孔8の封止も減圧中で封止する必要
がある。このため、前記孔8の周囲と回転ツール1の周
囲10も減圧状態を維持するためのシールが必要であ
る。このため、前記回転ツール1と容器6は気密用ボッ
クス11で覆われている。回転軸4と気密用ボックス1
1との気密シールは、前記回転軸4との間に設けたOリ
ング12で気密シールされる。なお、Oリング12は前
記回転軸4が上下及び前後方向に移動した場合でも気密
が維持される構造になっている。
【0015】一方、前記容器6と気密用ボックス11と
の気密シールはOリング13で気密シールされる。
【0016】前記容器6の内部9及び回転ツール1の周
囲10は減圧用の排気管14を通じて真空ポンプ15に
よって減圧される。
【0017】図2は図1を上方向から観察した観察図で
ある。回転ツール1のピン部2の径は孔の径(2mm)よ
り太い3mm、ショルダ部の径は6mm、ピン部の長さは1
mmである。図2に示すごとく、前記回転ツール1のピン
部を前記孔8の位置から10mm程度離れた位置に回転し
た状態で挿入する。ここで、前記回転ツール1のピン部
2が蓋7の中に完全に挿入された後、ショルダ部3もわ
ずかに挿入する。この状態で前記ツール1を孔8の方向
に回転した状態で移動する。ツール1が孔8を通過して
から10mm程度離れた位置で前記ツール1を引き抜く。
この過程で前記孔は前記回転ツール1と前記蓋7との間
の摩擦熱と塑性流動によって攪拌混合されて完全に封止
される。なお、加工容器の孔の径が1.5mm 以下の場合
は前記ツールと前記加工容器の相対移動がない、つま
り、ツール及び加工容器を固定してツールの回転作用だ
けでも封止が可能である。
【0018】図3は前記方法によって孔8が封止された
後の蓋7の断面図を示す。孔8は封止部16によって完
全に封止されている。この封止部は前記容器6の内部9
に二次電池用の活物質が収められた状態でも10−3パ
スカルの高い気密性を維持している。従って、二次電池
用の容器として使用されている。
【0019】実施例2 図4は実施例1の図1における上方向からの観察図、図
5は図4の断面図である。本発明によって蓋7に設けら
れた孔8を封止する場合、実施例1の図1は回転ツール
1の中心が蓋7に設けられた孔8の中心を通過する。こ
れに対して、実施例2では前記ツール1の中心は孔8中
心から外れた孔の側面を通過する点が特徴である。ただ
し、前記ショルダ部3は孔8の中心を通過する。つま
り、孔8を回転ツールによって直接摩擦攪拌することな
く、ピンの側面に摩擦熱と塑性流動を生じて封止する方
法である。図6に封止後の断面図を示すが、封止部16
の位置は孔の中心から外れている。つまり、孔8の周囲
を摩擦攪拌することにより、加熱されて粘性が低下した
金属が孔に沿って下方向へ流出し、孔への充填金属の減
少を阻止できる。このため、孔8の径が大きい場合でも
欠陥なく、安定に気密性の高い封止が可能である。な
お、実施例2の場合はツールと加工材を移動しない状態
で前記ツールの回転作用だけでも封止が可能である。
【0020】実施例3 図7は封止する孔8の方向に対して、前記回転ツール1
を傾斜して封止する実施例を示す。この傾斜角度(θ)
は5〜45度が望ましい。この傾斜によって摩擦攪拌さ
れて粘性の低下した金属が孔8に沿って下方に流出する
ことを阻止できる。このため、孔8の径が大きい場合で
もより安定に気密性の高い封止が可能である。
【0021】実施例4 図8は本発明の実施例を示す断面図である。孔が形成さ
れている容器6は銅合金で製作され、直径100mm,高
さ200mm、底部は円錐形である。蓋7の平滑部の厚さ
は7mmである。前記蓋7には直径が2mmの孔8が予め形
成されている。
【0022】前記容器6の内部9は加圧された状態で使
用される。従って、孔8の封止も加圧した状態で封止す
る必要がある。このため、前記孔8の周囲及び回転ツー
ル1の周囲10も加圧状態を保持するためのシールが必
要である。このため、前記回転ツール1の周囲は気密用
ボックス11で覆われている。前記気密用ボックス11
と回転軸4との気密シールは、前記回転軸4との間に設
けたOリング12で気密シールされる。なお、前記回転
ツール1が上下及び孔方向に移動した場合でも前記Oリ
ング12によって気密が維持される。
【0023】一方、前記容器6と気密用ボックス11と
の気密シールは前記容器6の蓋部7に配置されたOリン
グ13で気密シールされる。
【0024】前記容器6の内部9及び回転ツール1の周
囲10加圧用の排気管17を通じて加圧ポンプ18によ
って加圧される。本実施例では窒素ガスによって容器の
内部を2000パスカルに加圧した状態で封止される。
【0025】図9は前記蓋7に設けられた孔8と回転ツ
ール1との位置関係を示す断面図である。孔8は前記回
転ツール1に対して傾斜して設けられている。この傾斜
は5〜45度が望ましい。この傾斜によって回転ツール
によって摩擦攪拌されて粘性の低下した金属が孔に沿っ
て下方に流出して封止部に欠陥が発生することを防止で
きる。このため、孔8の径が大きい場合でもより安定に
気密性の高い封止が可能である。
【0026】前記回転ツール1のピン部2の径は孔の径
より太い3mm、ショルダ部の径は6mm、ピン部の長さは
1mmである。封止は実施例1と同様に行うことにより、
前記回転ツール1と前記蓋7との間の摩擦熱と塑性流動
によって孔8は完全に封止される。
【0027】図10は前記方法によって、孔8が封止さ
れた後の蓋7の断面図を示す。孔8は封止部16によっ
て封止されている。封止後の容器内部の圧力は、前記容
器の内部9には化学物質が収められた状態でも2000
パスカルに維持されている。
【0028】実施例5 図11は実施例4の容器に設けられた蓋7と孔8及び回
転ツール1の位置関係を示す断面図である。図11に示
すごとく、蓋7は局部的に凸状に高くなっている。前記
凸部19の一部に直径2mmの孔8が設けられている。回
転ツールは前記孔8に対して直角方向に配置され、直角
方向から摩擦攪拌される。
【0029】図12は封止後の断面を示す。孔8に対し
て直角方向に封止部16が形成されている。前記実施例
によって、摩擦攪拌されて粘性が低下した金属が孔に沿
って流出し、封止部に欠陥が発生することを防止でき
る。このため、孔8の径が大きい場合でもより安定に気
密性の高い封止が可能である。
【0030】実施例6 図13は容器6の縁に設けられた孔8及び回転ツール1
の位置関係を示す断面図である。図14は封止後の断面
を示す。回転ツール1は前記孔8に対して直角方向に配
置され、直角方向から摩擦攪拌される。図14は封止後
の断面を示す。図14に示すごとく、孔8に対して直角
方向に封止部16が形成されている。前記実施例によっ
て、摩擦攪拌されて粘性が低下した金属が孔に沿って流
出し、封止部に欠陥が発生することを防止できる。この
ため、孔8の径が大きい場合でもより安定に気密性の高
い封止が可能である。
【0031】なお、図13の場合はツールと加工材とを
相対移動させても可能であるが、相対移動が無い場合で
も封止は可能である。
【0032】実施例7 図15及び図16は容器6の蓋7に設けられた孔8,回
転ツール1、さらに前記孔8に挿入する金属棒20の配
置を示す断面図である。容器6の蓋7に予め形成された
孔8には前記孔と同形状の金属棒20が埋め込まれる。
前記ツール1のピン部21の径より大きい。前記孔に金
属棒を挿入後、前記回転ツール1を回転した状態で前記
棒の中心に挿入する。ここで、前記ショルダ部3が蓋7
の表面からわずかに挿入した状態で前記ツール1を引き
上げる。図17に封止後の断面を示す。孔8は前記方法
による封止部16によって完全に封止されている。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、容器に予め設けられた
孔を前記容器の内部を減圧または加圧の状態で効率的に
封止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例を示す図1の上面図である。
【図3】本発明の実施例を示す封止後の蓋の断面図であ
る。
【図4】本発明の実施例を示す図1の上面図である。
【図5】本発明の実施例を示す図4の断面図である。
【図6】本発明の実施例を示す封止後の断面図である。
【図7】本発明の実施例を示す封止前の断面図である。
【図8】本発明の実施例を示す断面図である。
【図9】本発明の実施例を示す封止前の断面図である。
【図10】本発明の実施例を示す封止後の断面図であ
る。
【図11】本発明の実施例を示す断面図である。
【図12】本発明の実施例を示す封止後の断面図であ
る。
【図13】本発明の実施例を示す封止前の断面図であ
る。
【図14】本発明の実施例を示す封止後の断面図であ
る。
【図15】容器の蓋に設けられた孔,回転ツール,穴に
挿入される金属棒の配置を示す断面図である。
【図16】容器の蓋に設けられた孔,回転ツール,穴に
挿入される金属棒の配置を示す断面図である。
【図17】本発明の実施例を示す封止後の断面図であ
る。
【符号の説明】
1…回転ツール、2…ピン部、3…ショルダ部、4…回
転軸、5…回転駆動モータ、6…容器、7…蓋、8…
孔、9…容器の内部、10…回転ツールの周囲、11…
気密用ボックス、12,13…Oリング、14…排気
管、15…真空ポンプ、16…封止部、17…ガス供給
管、18…ガス加圧ポンプ、19…凸部、20…金属
棒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 聡 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H011 AA17 FF02 GG09 JJ03 JJ27

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器の一部に予め形成されている孔を、ピ
    ン部と前記ピン部より太いショルダ部を有する回転ツー
    ルの摩擦攪拌作用によって封止することを特徴とする孔
    の封止方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記孔の封止は、加圧
    または減圧された雰囲気内で行うことを特徴とする孔の
    封止方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記回転ツール
    を、前記孔の方向に対して5〜45度傾斜した状態で封
    止することを特徴とする孔の封止方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記孔は、前
    記回転ツールの方向に対して5〜45度傾斜した状態で
    形成されていることを特徴とする孔の封止方法。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1つにおいて、前
    記孔の周囲は局部的に凸状に厚くなっていることを特徴
    とする孔の封止方法。
  6. 【請求項6】請求項1または2において、前記孔の封止
    は、前記孔の方向に対して前記回転ツールを直角方向に
    配置して直角方向から封止することを特徴とする孔の封
    止方法。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法
    によって孔が封止されていることを特徴とする容器。
  8. 【請求項8】請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法
    によって孔が封止されていることを特徴とする電池容
    器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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