JP2005302611A - パック電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケースおよび蓋などの近接部分と略同一の樹脂材料から構成された可動部品を備える場合にあっても、可動部品のスムースな可動性が確保され、且つ、低いコストでの製造が可能であるパック電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数の素電池１０が、ともに樹脂材料からなるケース１２と蓋体１１とで形成される収納空間に収納されており、且つ、ガイド１１ｄによって可動可能に保持されたラッチ部品（可動部品）１４を備えてなるパック電池１であって、ラッチ部品１４の本体部１４１は、ケース１２および蓋１１を構成する樹脂材料と略同一の溶融温度および分子構造を有する樹脂材料からなり、本体部１４１とケース１２、蓋１１との近接領域には、その間に、互いの間の溶着を抑制する塗膜１４２が介挿された状態となっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パック電池およびその製造方法に関し、特に、樹脂製のケースおよび蓋体と同じく樹脂製材料からなる可動部品を備えたパック電池およびその製造方法に関する。

パック電池は、ケースと蓋との組み合わせによって形成される外装体の内方に、１または複数の素電池と、これら素電池の保護を目的とした保護回路基板などが収納された構成を有する。そして、パック電池では、装着機器の軽量化・薄型化などの要望から、その外装体の一部が取り付け状態で装着機器の外装体の一部を兼ねるようなものもある。このため、このようなパック電池では、装着機器への着脱のためのラッチ部品が備えられている。

パック電池におけるラッチ部品は、機器への着脱のためのラッチ部と、ユーザーが着脱する際に操作する部分であるノブ部や、蓋あるいはケースに設けられたガイドに対して形成されたガイドピンなどが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、パック電池の製造においては、ケースと蓋との接合に超音波溶着法が用いられることが多い。これは、接着剤などを用いて接合を実施する場合などに比べて作業効率が高く、また、工程の管理の容易性などの優位性を有するためである。ただし、従来においては、ケースと蓋との接合に超音波溶着法を用いる場合に、ラッチ部品などをケース、蓋などと異なった材料で構成しておく必要があった。仮に、ラッチ部品などの可動部品をケース、蓋と同一の材料から構成した場合には、ケースと蓋との接合時に、可動部品とこれと近接するケース、蓋あるいはガイドなどとの間も溶着してしまう。
特開平１１−１６２４２９号公報

しかし、上記のようにケースと蓋との接合時に不所望の溶着が生じないように、可動部品をケースや蓋とは別の樹脂材料から作製することは、材料選択の選択肢を狭めることになり、また、そのために製造コストの上昇をも招くことになる。さらに、例えば、ラッチ部品などの場合には、ノブ部がパック電池の外面に露出されることになるのであるが、ケースや蓋と異なる樹脂材料から形成されていることから、その調色などが異なったものとなる。この場合には、パック電池の外観品質という観点で問題を有する。

本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、ケースおよび蓋などの近接部分と略同一の樹脂材料から構成された可動部品を備える場合にあっても、可動部品のスムースな可動性が確保され、且つ、低いコストでの製造が可能であるパック電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、以下の特徴を備えることとした。
（１）１または複数の素電池が、ともに樹脂材料からなるケースと蓋体とで形成される収納空間に収納されており、且つ、可動可能な状態で可動部品を備えてなるパック電池であって、可動部品は、ケースおよび蓋体を構成する樹脂材料と略同一の溶融温度および分子構造を有する樹脂材料からなり、可動部品における樹脂材料部と、ケースおよび蓋体の少なくとも一方との近接領域には、その間に、互いの間の溶着を抑制する溶着抑制体が介挿されていることを特徴とする。
（２）上記（１）に係るパック電池であって、可動部品の樹脂材料部、ケースおよび蓋体は、ともに同じ熱可塑性樹脂材料から構成されていることを特徴とする。
（３）上記（１）または（２）に係るパック電池であって、可動部品は、ケース、蓋との近接領域において、樹脂材料部の表面に溶着抑制体としての塗膜が積層された構成を有していることを特徴とする。
（４）パック電池の製造方法であって、次のステップを備える。

＊収納ステップ；１または複数の素電池を樹脂材料からなるケースに収納する。
＊配置ステップ；前記素電池が収納されたケースの開口部に対して、ケースと同じ樹脂材料からなる蓋体を配置する。
＊接合ステップ；ケースと蓋体との合わせ部分に超音波エネルギを印加して、ケースと蓋体とを接合する。

そして、ケースおよび蓋体の少なくとも一方には、可動可能な状態で可動部品を備え、可動部品には、ケースおよび蓋体を構成する樹脂材料と略同一の溶融温度および分子構造を有する樹脂材料からなるものを用い、少なくとも接合ステップの前に、可動部品を構成する樹脂材料部と、ケースおよび蓋体の少なくとも一方との近接領域において、その間に、互いの間の溶着を抑制する溶着抑制体を介挿させておくことを特徴とする。

ここで、「略同一の溶融温度および分子構造」とは、間に溶着抑制体を介挿させなかった場合には近接する部分間が超音波の印加によって溶着される範囲のものを示している。
（５）上記（４）に係るパック電池の製造方法であって、可動部品の樹脂材料部、ケースおよび蓋体には、ともに同じ熱可塑性樹脂材料から構成されたものを用い、近接領域における可動部品の樹脂材料部の表面には、溶着抑制体としての塗膜が積層されていることを特徴とする。

本発明に係るパック電池およびその製造方法では、可動部品の樹脂材料部とケースおよび蓋体の少なくとも一方との近接領域において、その間に溶着抑制体を介挿させた構成としているので、ケースと蓋体との接合時に可動部品と近接部分とが溶着してしまうことがない。また、可動部品を構成する樹脂材料としてこれに近接するケースおよび蓋体を構成する樹脂材料と同一、または、溶融温度および分子構造等が近い材料を用いているので、製造コストの低減を図ることができる。

従って、本発明に係るパック電池では、可動部品のスムースな可動性を確保できるとともに、ケースおよび蓋と可動部品とが略同一の樹脂材料から構成されているので、低コストで製造することができ、且つ、調色などの観点から高い外観品質を有する。
なお、具体的な溶着抑制体としては、可動部品における樹脂材料部の表面に積層さてた塗膜や、逆に可動部品に近接するケースおよび蓋の少なくとも一方における表面に積層させた塗膜などとすることができる。また、溶着抑制体は、必ずしも可動部品あるいはこれとの近接部分との何れかの表面に形成した塗膜である必要はなく、間に溶融温度や分子構造の異なる別個の部材を介挿させておいてもよい。この場合には、可動部品およびこれに近接する部分に用いられる樹脂材料と溶融温度および分子構造が異なる物質を用いておくことが望ましい。例えば、溶着抑制体の材料として可動部品等の樹脂材料と溶融温度が２５℃程度以上異なる材料を用いれば、超音波溶着の際に可動部品とこれに近接する領域との間の溶着が確実に抑制されることになる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、ノートＰＣ５００に装着するパック電池１を一例として、図面を用い説明する。なお、本実施の形態は、本発明の一例にすぎず、本発明が特徴とする範囲内であれば適宜変更可能である。
（パック電池１の構成）
本実施の形態に係るパック電池１の構成について、図１および図２を用いて説明する。

図１に示すように、パック電池１は、蓋１１とケース１２とが接合され、略矩形の外観形状を有する。ここで、蓋１１およびケース１２は、ともに同じ樹脂材料（例えば、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂など）から構成されており、超音波溶着法によって接合されている。そして、これらの外周面には、ノートＰＣ５００との電力および信号の入出力などを行うためのコネクタ１３と、パック電池１をノートＰＣ５００に対し装着する際のラッチ部１４ａが露出されている。

また、パック電池１の外周面には、パック電池１をノートＰＣに着脱する際に、ラッチ部１４ａの可動のためのユーザーの操作部分としてのノブ部１４ｃも露出されている。
図２に示すように、パック電池１は、蓋１１とケース１２との接合によって形成される内部領域には、６つの角型密閉二次電池（以下では、単に「電池」と記載する。）１０と、これら電池１０およびコネクタ１３の双方に接合され充放電時におけるその間の電力流通制御を司る制御回路基板（不図示）とが収納されている。

６つの電池１０は、例えば、内部配線等によって３直２並で接続されている。制御回路基板とともに、電池１０の接合については、従来から用いられている一般的な構成によってなされているので、説明および図示を省略する。なお、収納される電池１０には特に限定はないが、例えば、ニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池やニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池等などのアルカリ二次電池、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの非水系二次電池、さらには、鉛二次電池などを採用することができる。

蓋１１には、上記ラッチ部１４ａおよびノブ部１４ｃが設けられたラッチ部品１４が取り付けられている。ラッチ部品１４には、この他にピン部１４ｂが設けられており、全体が蓋１１およびケース１２の構成材料と同一の樹脂材料から本体部１４１（図３参照。）が構成されている。ラッチ部品１４のピン部１４ｂは、蓋１１の内壁面に一体に形成されたガイド部１１ｄのガイド孔１１ｄｈに挿入され、間にスプリング１５が介挿され取り付けられている。なお、ガイド部１１ｄについては、蓋１１に一体に成形されていることから、ラッチ部品１４と同一の樹脂材料から構成されていることになる。

また、ラッチ部品１４のノブ部１４ｃは、蓋１１の該当部分に設けられたノブ孔１１ｅに挿入されることになる。
蓋１１には、ラッチ部品１４のラッチ部１４ａが出没するのとは反対側の箇所に、３つの爪部１１ａが形成されている。この爪部１１ａは、図１に示すノートＰＣ５００の電池格納部分５００ａに臨む壁面に３つの凹部５００ｂが形成されている。図１に示すように、パック電池１は、３つの爪部１１ａと２つのラッチ部１４ａによって、ノートＰＣ５００の電池格納部分５００ａに装着されることになる。ラッチ部品１４におけるラッチ部１４ａは、蓋１１に設けられたラッチ孔１１ｃを通して、出没できる構成とされる。

蓋１１とケース１２とは、互いの端面１１ｂ、１２ａどうしを突合せ、突き合わせた部分に対して超音波を印加することで接合されている。これについては、後述する。
（ラッチ部品１４の構成）
次に、本実施の形態で最も特徴的な部分であるラッチ部品１４の構成について、図３を用いて説明する。

図３に示すように、ラッチ部品１４には、上述のようにラッチ部１４ａ、ピン部１４ｂ、ノブ部１４ｃが設けられているのであるが、拡大断面部分に示すように、各部１４ａ、１４ｂ、１４ｃにおいては、ラッチ部品１４は樹脂材料からなる本体部１４１とこれの表面をコートする塗膜１４２とから構成されている。なお、塗膜１４２の形成については、ラッチ部品１４の作製の容易性および塗膜１４２形成の確実性等を考慮して、ラッチ部品１４の表面全体に形成することにしてもよい。

塗膜１４２は、上述のように超音波溶着法を用いて蓋１１とケース１２とを接合する際にも、ラッチ部品１４の各部１４ａ、１４ｂ、１４ｃがこれに近接する蓋１１の各部（例えば、ピン部１４ｂであればガイド部１１ｄが対応）に溶着するのを抑制する機能を有するものであって、例えば、構成する材料にはアクリルやウレタンなどの材料を用いることができる。

また、塗膜１４２の厚みについては、超音波の印加時において、ラッチ部品１４の各部１４ａ、１４ｂ、１４ｃとこれに近接する蓋１１の各部などとの間の溶着が抑制される範囲であればよく、本実施の形態においては、吹き付け塗装による一般的な膜厚みである８〜１５μｍとしている。
（ラッチ部品１４と近接部分との配置関係）
上記構成を有するラッチ部品１４を組み込んだ際のラッチ部品１４とその近接部分との配置関係について、図４を用いて説明する。図４は、（ａ）が図１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図であり、（ｂ）が図１におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。

図４（ａ）に示すように、ラッチ部品１４におけるノブ部１４ｃは、蓋１１のノブ孔１１ｅを臨む周壁１１ｆに近接することになるが、当該図の拡大部分に示すように、ラッチ部品１４のノブ部１４ｃにおける本体部１４１と蓋１１の周壁１１ｆとの間には、塗膜１４２が介挿された状態となる。即ち、この塗膜１４２の介在によって、蓋１１とラッチ部品１４との間は、蓋１１とケース１２との超音波溶着の際にもその溶着が抑制される。

図４（ｂ）に示すように、ラッチ部品１４のラッチ部１４ａと蓋１１およびケース１２との間、さらには、ラッチ部品１４のピン部１４ｂと蓋１１のガイド部１１ｄのガイド孔１１ｄｈの内周面との間についても、蓋１１などと同一の樹脂材料からなる本体部１４１と上記各部分との間に塗膜１４２が介挿された状態となっている。これより、上述のように、蓋１１とケース１２とを超音波溶着する際にも、上記各間の溶着が確実に抑制されることになる。
（ラッチ部品１４を備えるパック電池１の優位性）
以上の構成を有する本実施の形態に係るパック電池１では、次のような優位性を有する。

本実施の形態に係るパック電池１においては、樹脂材料からなる本体部１４１の表面が溶着抑制体としての塗膜１４２で覆うことでラッチ部品１４が構成されている。これより、パック電池１の製造においては、ラッチ部品１４の本体部１４１を構成する樹脂材料として蓋１１およびケース１２と同じ材料を用いた場合にも、蓋１１とケース１２との超音波溶着時にラッチ部品１４がこれに近接する部分との間で溶着を生じることはない。これは、同じ樹脂材料からなるラッチ部品１４の本体部１４１と、蓋１１（ガイド部１１ｄを含む。）およびケース１２の樹脂材料が同じであっても、その間にアクリルやウレタンからなる塗膜１４２を介挿させることで、超音波印加時においても、ラッチ部品１４の本体部１４１の樹脂材料と近接する部分の樹脂材料とが混ざり合うことがないため、その間の溶着が抑制されるものである。

従って、パック電池１では、その製造において可動部品の使用材料に対する制約が少なくなり、製造過程における煩雑さを回避しうるので、従来のパック電池に比べて製造コストを低減するのに優位である。
超音波溶着法を用いた樹脂の溶着では、原則として同じ種類の熱可塑性樹脂材料からなる部材どうしが溶着することになるが、本実施の形態に係るラッチ部品１４のように表面に塗膜１４２を形成することで、その表面が改質された状態となる。このため、ラッチ部品１４は、その表面において、近接する蓋１１やケース１２とは溶融温度、溶融インデックス（フロー）弾性係数（剛性）などが異なってくる。これらの相違点に起因して、本実施の形態では、超音波印加時におけるラッチ部品１４とこれに近接する各部分との間の溶着が抑制されることになる。

また、本実施の形態に係るパック電池１では、可動部品であるラッチ部品１４の本体部１４１を蓋１１、ケース１２等と同一の樹脂材料を用いて形成しているので、ラッチ部品１４のノブ部１４ｃがパック電池１の外部に露出されていても、高い外観品質が維持される。即ち、従来のパック電池においては、蓋とケースとの超音波溶着の際に可動部品とこれに近接する蓋やケースとの間での溶着を抑制するのに、可動部品に蓋やケースなどとは異なる溶融温度、分子構造を有する樹脂材料を用いることが必要とされていた。そのため、パック電池１では、従来のパック電池に比べて高い外観品質を有する。

また、本実施の形態に係るパック電池１では、可動部品であるラッチ部品１４を、樹脂材料からなる本体部１４１の表面に塗膜１４２を被膜して形成することとしているので、本体部１４１の形成時に多少の傷などが存在していても、塗膜１４２の形成において、その修正を実施することが可能となる。これより、パック電池１の製造では、歩留まりの向上も図ることが可能となる。
（パック電池１の製造方法）
次に、上記パック電池１を製造する方法について、図２、３、５などを用いて説明する。

１．ラッチ部品１４の作製
図３に示すように、ラッチ部品１４は、先ず樹脂成形法などによって本体部１４１を作製する。このとき、本体部１４１のサイズについては、この後に被覆する塗膜１４２の膜厚み（例えば、８〜１５μｍ）の分を考慮しておく。
本体部１４１が完成したら、その表面全体に塗膜１４２を被覆する。この塗膜１４２の被覆には、一般的に用いられている吹き付け塗装法などを用いることができる。この後、塗膜１４２を十分に乾燥させて、ラッチ部品１４が完成する。

２．電池１０、ラッチ部品１４等の収納
次に、図２に示すように、上記作製されたラッチ部品１４をスプリング１５とともに、蓋１１の所定の箇所に取り付ける。このとき、ラッチ部品１４と蓋１１の各部（例えば、ガイド部１１ｄやノブ孔１１ｅなど）とは、ラッチ部品１４の可動に支障のない程度に近接状態となる。

また、同図に示すように、ケース１２の内方空間には、コネクタ１３が予め接続された制御回路基板（不図示）および６つの電池１０を収納する。このとき、上述のように、６つの電池は、３直２並に接続される。
３．蓋１１とケース１２との接合
上記のように各部品（電池１０、ラッチ部品１４等）を収納した後、蓋１１とケース１２との各端面１１ｂ、１２ａどうしを突合せ、突合せた状態を維持し、次のように超音波を印加して接合する。

図５に示すように、端面１１ｂ、１２ａどうしが付き合わされた状態の蓋１１とケース１２とを台座１００１の上に載置する。そして、ケース１２の主面に超音波ホーン１００２を押し当て、蓋１１およびケース１２に超音波を印加する。この超音波の印加条件等に関しては、通常行われている電池の製造での条件と変わりはないので、説明を省略する。
このようにして、蓋１１の端面１１ｂとケース１２の端面１２ａとが溶着接合されることになる。そして、この超音波の印加によっても、塗膜１４２の存在により、ラッチ部品１４とこれに近接する蓋１１の各部（ガイド部１１ｄ、ノブ孔１１ｅ等）との間に溶着を生じることはない。
（その他の事項）
上記実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を説明する上で、一例として用いたものであって、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、蓋１１、ケース１２の内方に収納される電池については、その種類、形態、収納数などを適宜変更することが可能である。

また、上記実施の形態では、可動部品としてラッチ部品１４を備えるパック電池１を用いて説明したが、本発明における可動部品がラッチ部品１４に限定を受けるものではない。例えば、パック電池に備えられるスイッチの操作部分や、電池搬送用のハンドルのヒンジ部品、その他冷却口の開閉蓋などにも適用可能である。そして、可動部品は、必ずしも蓋１１およびケース１２で形成される内部空間に収納されるものでなくてもよく、その外方に露出されたものでもよい。

また、上記実施の形態においては、溶着抑制体の一例として、アクリル、ウレタンからなる塗膜１４２を採用したが、溶着抑制体としては、ラッチ部品１４の本体部１４１や蓋１１を構成する樹脂材料（ＡＢＳ樹脂）とは分子構造および溶融温度等の異なる樹脂材料、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸塩、シリコン等の離型剤、ワックス、エステル等の潤滑剤などを用いることもできる。この場合に、これら溶着抑制体を可動部品の構成要素の一部とする必要は必ずしもなく、可動部品を樹脂材料から構成しておき、これと蓋などの近接部分との間に上記溶着抑制体が介挿するように塗布しておくだけでもよい。ただし、少なくともパック電池の製造過程において、超音波を外装体に印加する時点では、溶着抑制体が介挿された状態に維持しておく必要がある。

本発明は、装着機器に対応してラッチ部品などの可動部品を備える場合にも、低コストで高い品質を有するパック電池を実現する上で有効な技術である。

実施の形態に係るパック電池１を示す外観斜視図である。 パック電池１の構成を示す展開斜視図である。 パック電池１に備えられているラッチ部品１４を示す斜視図である。 ラッチ部品１４とこれに近接する周辺部品との配置関係を示すパック電池１の一部断面図である。 パック電池１の製造において、蓋１１とケース１２との超音波接合の過程を示す工程図である。

符号の説明

１．パック電池
１０．素電池
１１．蓋
１２．ケース
１３．コネクタ
１４．ラッチ部品
１５．スプリング
１４１．本体部
１４２．塗膜
１００２．超音波ホーン

Claims (5)

1. １または複数の素電池が、ともに樹脂材料からなるケースと蓋体とで形成される収納空間に収納されており、且つ、可動可能な状態で可動部品を備えてなるパック電池であって、
   前記可動部品は、前記ケースおよび蓋体を構成する樹脂材料と略同一の溶融温度および分子構造を有する樹脂材料からなり、
   前記可動部品を構成する樹脂材料部と、前記ケースおよび蓋体の少なくとも一方との近接領域には、その間に、互いの間の溶着を抑制する溶着抑制体が介挿されている
   ことを特徴とするパック電池。
2. 前記可動部品の樹脂材料部、ケースおよび蓋体は、ともに同じ熱可塑性樹脂材料から構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパック電池。
3. 前記可動部品は、前記近接領域において、前記樹脂材料部の表面に溶着抑制体としての塗膜が積層された構成を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパック電池。
4. １または複数の素電池を樹脂材料からなるケースに収納する収納ステップと、
   前記素電池が収納されたケースの開口部に対して、当該ケースと同じ樹脂材料からなる蓋体を配置する配置ステップと、
   前記ケースと蓋体との合わせ部分に超音波エネルギを印加して、前記ケースと蓋体とを接合する接合ステップとを有するパック電池の製造方法であって、
   前記ケースおよび蓋体の少なくとも一方には、可動可能な状態で可動部品を備え、
   前記可動部品は、前記ケースおよび蓋体を構成する樹脂材料と略同一の溶融温度および分子構造を有する樹脂材料からなり、
   少なくとも前記接合ステップの前には、前記可動部品を構成する樹脂材料部と、前記ケースおよび蓋体の少なくとも一方との近接領域において、その間に、互いの間の溶着を抑制する溶着抑制体を介挿させておく
   ことを特徴とするパック電池の製造方法。
5. 前記可動部品の樹脂材料部、ケースおよび蓋体には、ともに同じ熱可塑性樹脂材料から構成されたものを用い、
   前記近接領域における前記可動部品の樹脂材料部の表面には、溶着抑制体としての塗膜が積層されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のパック電池の製造方法。

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