JP2005347002A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】薄肉の分割ケースを用い、レーザ溶接にて一体化された樹脂筐体を供えた電池パックにおいて、ケースの接合強度を向上させることを目的とするものであり、さらに電池パックの外観意匠、面性状を損なうことない構造を採用した電池パックを提供する。
【解決手段】複数の分割ケースを組み合わせた樹脂筐体に素電池及びその関係部品を収容して、分割ケース端面の当接部を接合することにより素電池及びその関係部品を樹脂容器内に密閉封止する電池パックであり、前記樹脂筐体は、分割ケース端面の当接部を筐体外面側から覆い、レーザ光の透過性を有する樹脂から形成される接合補助部材を有してなり、前記当接部及び前記接合補助部材がレーザ光により溶着、一体化されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半殻状に形成された少なくとも複数の分割ケースを組合せ、一方の分割ケースに他方の分割ケースが当接する部位を接合した樹脂筐体を備え、この筐体内部に一次もしくは二次電池を収容した電池パックに関する。
所望の出力電圧、及び電池容量を得るために複数の一次電池、もしくは二次電池（以下、これらを総称して素電池という）を直列、並列あるいは直並列に接続し、これを樹脂筐体内に収容して電池パックが構成される。樹脂筐体は、素電池、及び接続部材や端子等の関係部品を保持する機能だけでなく、電池パックの外装を形成する機能も担っており、少なくとも一対のケース（以下、これらを分割ケースという）に分割形成されている。分割ケースは、素電池、関係部品を所定位置に収容する工程を実施した後、複数の分割ケースを組み合わせる工程、これらケースを接合する工程を経て完成されるものである。この接合工程では、各分割ケースの接合部分となる分割ケースの開口端面を当接させた後、当接部に超音波または高周波を印加することで、微視的には当接部における分割ケースの先端を溶融させて接合部分としており、巨視的には分割ケース相互を溶着することで、素電池を樹脂容器内に密閉するものである。
例えば、図３（ａ）に示す断面構造を有する従来の電池パックでは、超音波溶着を用いて分割ケースの接合を行うものである。図３（ｂ）は超音波溶着前における当接部を示しており、第１ケース１の開口端部には超音波リブ１ａが形成され、第２ケース２にはリブ１ａを受ける棚部２ａが形成されている。これらリブ１ａ、棚部２ａは超音波溶着時の振動によるケースのズレを防止すると共に、溶着バリがケース表面にはみ出るのを防止している。超音波溶着は、第２ケース２の所定位置に電池３を配置し、第１ケース１のリブ１ａと第２ケース２の棚部２ａを嵌合させた後、第１ケース１の天面に超音波ホーンを押し当てることで実施される。この時、超音波ホーンによる振動はリブ１ａまで伝わり、リブ１ａと棚部２ａとの摩擦熱によってリブが融解し、リブ１ａが棚部に溶着される。このような超音波溶着を用いた電池パックは製造コストの低さから一次電池、二次電池を問わず幅広く用いられている。
しかし、昨今では各種携帯機器の高機能化に伴い、電力供給源として充放電可能な二次電池を採用した電池パックが主流となっている。この電池パックは二次電池の充放電等を制御する電子回路を形成した回路基板も内蔵した構成としており、超音波や高周波による接合方法を主に採用している。上述の如く分割ケースの接合工程は、分割ケースに超音波や高周波を印加して溶着を実施するが、この際に分割ケース内に配置された電子回路にも超音波や高周波の振動が波及し、電子回路を構成する電子部品の基板からの脱落、ハンダ付け部分の剥がれ、電子回路の破壊等が生じる問題点があった。そこで前記問題点の回避を目的として、超音波や高周波での溶着に代えて分割ケースの当接面を溶剤により接着する接合手段を用いる方法も実施されている。しかし、接着による接合では超音波等の溶着による接合に比べて接合強度が低下する問題に加え、溶剤塗布に伴う工程の増加、溶剤の処理及び使用環境の整備により生産性が悪化する問題もあった。さらに分割ケースの当接部に溶剤を保持するための溜溝やこの溜溝に組み合わされる凸条部も必要となり、分割ケースの開口端面における形状が複雑化する問題もあった。
そこで上記の各問題に対して、分割ケースの当接部に金属皮膜を形成し、金属皮膜間をレーザ溶接により結合することで、超音波や高周波による溶着を用いることなく、且つ接合強度に優れた電池パックが提案されている（特許文献１）。
特開平１１−３１４８８号公報
上記のような技術的背景に加えて、最近の電池パックは各種携帯機器における小型、軽量化の大幅な進展に伴い、機器側に対応した小型軽量化を要求されている。限られた電池パックの容積内に最大限の電池容量を有する素電池を収容するために、電池パックにはケース厚みを減少させた薄肉の分割ケースを採用するケースが増加している。特許文献１に記載のレーザ溶接による接合を採用した電池パックでは、ケース厚みの減少により接合に供される部位、すなわち分割ケース端面の面積も減少し、接合強度の低下を来たす新たな問題点を生じてしまう。また、ケース接合部分に嵌合構造等を採用し、接合面積の増大を図った場合であってもケース内面側の部位までレーザ光を導入できず、ケース外面側近傍のみの溶着になるため、接合強度の向上は期待できない。さらにケースの当接部に形成された金属皮膜にて分割ケースの接合を行うことから、ケース成型後に溶射や無電解鍍金等の工程を付加し、金属皮膜を形成する必要があり、部品コストの上昇にも繋がってしまう。
本発明は、薄肉の分割ケースを用い、これらケースがレーザ溶接にて一体化された樹脂筐体を供えた電池パックにおいて、ケースの接合強度を向上させることを主たる目的とするものであり、さらに電池パック外観の意匠及び面性状を損なうことのない構造を採用した電池パックを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の電池パックは、複数の分割ケースを組み合わせた樹脂筐体に素電池及びその関係部品を収容して、分割ケース端面の当接部を接合することにより素電池及びその関係部品を樹脂筐体内に密封止する構造を採用してなり、樹脂筐体が、分割ケース端面の当接部を筐体外面から覆い、且つレーザ光に対して透過性を有する樹脂から形成される接合補助部材を有してなり、分割ケースの当接部及び接合補助部材がレーザ光を使用した溶着、いわゆるレーザ溶着が施され、これらを一体化した構成を採用することに特徴を有している。
この構成では、接合補助部材の透明樹脂を通過したレーザ光は、レーザ光の吸収能を有する部位、すなわちレーザ光が不透過性となる着色が施された分割ケースの端面近傍にて吸収される。さらにレーザ光が吸収された部位において局部的な発熱を生じることで、分割ケースの当接部が溶融されるものである。同時に発熱部分からの熱伝達により透明樹脂も分割ケースに接する微小な部位で溶融され、これらが溶着される。このように本発明の構成は、互いに当接する少なくとも一対の分割ケースと接合補助部材とが一体に接合されており、単に分割ケースのみを接合した構成に比べて接合に供せられる面積が大きくなり、分割ケースの接合強度を大幅に向上させるものである。
また、従来の超音波溶着による工法を採用した場合に必要であったリブの形成や、接着による工法を採用した場合の溜溝や凸条部の形成を必要せず、分割ケースの薄肉化が可能になることは言うまでもない
さらに上記の構成においてレーザ溶着は、分割ケース及び接合補助部材が一体に溶融される様にレーザ光の光径が大きい状態、すなわちレーザ光の焦点位置よりレザー光の発振側に変位した位置で実施される。この溶着は通常のレーザ溶着に比較してレーザ光が拡がった状態で溶着が実施されることになり、分割ケースの当接部分にレーザ光を集中させる周知公用の溶着方法のようなエネルギー集中を生じない。このため、レーザ光の集中による分割ケース端面への悪影響、すなわち熱による分割ケース端部の過大な変形（過大な場
合にはレーザ光による焼損）、収縮の発生を防止できるだけでなく、これら変形、収縮に起因する電池パック寸法の精度の悪化も抑制できるものである。またさらに特許文献１では、レザー光による樹脂材料への悪影響を回避するために分割ケースの端部に予め金属皮膜を形成する構成を採用していたが、本発明の構成であれば金属皮膜の形成は必要なく、工程の簡素化も実現できるものである。
さらに上記の通り接合補助部材はレーザ光の透過性を有する透明樹脂で形成されており、この補助部材の内面側、すなわち分割ケースに接する部位で溶着されることになる。よって、電池パックの筐体外面側において接合補助部材は当初状態（分割ケースの接合前の状態）を保持しており、接合による外観上の影響を受けないことから、電池パック筐体の外観意匠への影響は極めて小さい。このため、筐体表面の性状を悪化させることは無く、電池パックの商品性を低下させる因子とはなり得ない。併せて電池パックの外形寸法への影響も少ないことから、高い寸法精度が要求される携帯機器用の電池パックであっても高い信頼性を発揮するものである。
またさらに分割ケースの接合部位が接合補助部材で覆われていることから電池パックの外観からは接合部位を直接確認することはできない。このため、電池パックの分解が極めて困難になり、且つ分解には接合補助部材の破壊が必要になる。例えば、悪意を持った使用者が電池パックを解体し、改造等の実施を試みた場合でも、電池パックの解体が困難であり、解体の有無を接合補助部材の状況から容易に確認できることから、電池パックへの信頼性が大きく向上し、不適切な使用から電池パックを保護し、使用者への悪影響を抑制するものでもある。
一方、本発明の電池パックは上記の構成に加えて分割ケースがその外面における端部近傍に段部を有しており、この段部に接合補助部材を配置するものである。この構成であれば、分割ケースと接合補助部材が電池パックの筐体表面でほぼ面一な状態となり、電池パックの外観意匠等を一層向上させるものである。
以上の通り、本発明の電池パックは分割ケースの接合強度を確保できるのでケースの薄肉化が図れ、従来の電池パックに比べて更なる小型化を可能にするものである。さらに筐体表面から接合部位を確認できないことから、電池パックの商品性を向上させると同時に信頼性にも優れるという特有の効果を奏するものである。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本実施形態における電池ケースの模式断面図である。第１ケース１は黒色のポリカーボネートからなる分割ケースであり、第２ケース２は同じく黒色のポリカーボネートからなる分割ケースである。これらを組み合わせた電池パックの筐体内に電池３を配置している。
第１ケース１、第２ケース２の開口部はいずれも平坦な端面としており、これらケースをつき合わせることで、ケース開口部の端面全体が当接した状態となる。第１ケース１と第２ケース２が当接した当接部の外周側には、接合補助部材４が配置されてる。この接合補助部材４は帯状の透明ポリカーボネート４にて形成されており、レーザ光を透過させる光学的特性を有している。
図１（ｂ）は、ケース接合部分における拡大図であり、この拡大図を用いて本実施形態における溶着工程を説明する。半導体レーザ光５が照射された当接部では、透明のポリカ
ーボネートからなる接合補助部材４を透過して黒色のポリカーボネートからなる第１ケース１及び第２ケース２に照射される。レーザ光は、接合補助部材４を透過する段階では接合可能な程度の発熱を生ずることは無いが、黒色のポリカーボネートに吸収されることで局所的な発熱を生じ、第１ケース１、及び第２のケースの当接部及びその近傍を溶融状態とする。さらに発熱部位からの伝熱によって透明のポリカーボネートも溶融して、溶融部６によって、第１ケース１、第２ケース２、及び接合補助部材４の三者が互いに接合される。この時、レーザ光５の焦点よりもレーザ側に少し上にずれた位置が第１，２の各ケース１，２、及び接合補助部材４との接する位置になるようにレーザの照射位置が調整され、さらにケースの当接部に沿って照射位置を移動させることでレーザによる溶着が実施され、第１ケース１、第２ケース２の当接部全体が接合された状態となる。
図２は、本発明の別の実施形態であり、黒色のポリカーボネートからなる第１ケース１及び同じく黒色のポリカーボネートからなる第２ケース２を用いる点で先の実施形態と同じである。さらに第１ケース１、第２ケース２の開口端部外面に段差部（図番なし）を設けており。この段差部には帯状のポリカーボネートからなる接合補助部材４が埋設された状態に配置されている。これら第１ケース１、第２ケース２及び接合補助部材４の接合方法は、先の実施形態と全く同様である。この実施形態では、完成された電池パックの筐体表面から透明ポリカーボネートからなる接合補助部材４が突出することがなく、電池パックの外観意匠を向上させるものである。
以上のように本発明は、主として携帯機器用の電源と使用される電池パックの分野に使用されるものであり、電池パックの筐体を構成する分割ケースにおける接合部の接合強度を高めると同時に、ケース肉厚の薄肉化を図り、従来の電池パックに比べ更に小型化を可能にした電池パックを提供するものである。
（ａ）本発明の実施形態における電池ケースの模式断面図（ｂ）同電池ケースにおける接合部分の構造を示す模式断面図 （ａ）本発明の別の実施形態における電池ケースの模式断面図（ｂ）同電池ケースにおける接合部分の構造を示す模式断面図 （ａ）従来例における電池ケースの模式断面図（ｂ）同電池ケースにおける接合部分の構造を示す模式断面図
符号の説明
１ 第１ケース（黒色ポリカーボネート）
２ 第２ケース（黒色ポリカーボネート）
３ 電池
４ 接合補助部材
５ レーザ光

Claims (2)

  1. 複数の分割ケースを組み合わせた樹脂筐体に素電池及びその関係部品を収容し、分割ケース端面の当接部を接合して前記素電池、関係部品を樹脂筐体内に密封止した電池パックであって、
    前記樹脂筐体は、分割ケース端面の当接部を樹脂筐体の外面側から覆い、且つレーザ光に対して透過性を有する樹脂からなる接合補助部材を備えており、前記分割ケース及び前記接合補助部材がレーザ光により溶着、接合されたことを特徴とする電池パック。
  2. 分割ケースはその外面における端部近傍に段部を有し、前記段部に接合補助部材を配置する請求項１記載の電池パック。
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