JP2006253153A - バッテリーパック及びバッテリーパックの製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】 板厚が薄い溶着面のケースであっても、内部に収納されている物品に損傷を与えることなく、容易に超音波で溶着することができる（超音波溶着用）薄肉ケース及びその超音波溶着方法を得ること。
【解決手段】 本発明の薄肉ケース１００は開口溶着面にエネルギーダイレクタ１１５とスリット１１６などが形成された有底側ケース半体１１０と前記エネルギーダイレクタ１１５が嵌合できる受け１２１と係合爪１２２とが形成された蓋側ケース半体１２０とからなり、本発明の超音波溶着方法は、物品を収納した後、両者を嵌合し、前記有底側ケース半体の外周縁部分Ｈのみに超音波ホーン１で超音波振動を印加して樹脂を溶融し、合体させる方法である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、リチュームイオン電池などの二次電池、その他の電子部品（以下、実施例の説明以外は総称して「物品」と記す）を収納したバッテリーパック及びその製造法に関するものである。

従来、超音波振動を利用してポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂からなる２以上の板体などを溶着する場合には、それらの溶着面の板の厚みが少なくとも１．０ｍｍ以上あることが必須用件とされ、しかも電池ケースの内部に１本以上のリチュームイオン電池の円筒セルを収納した後、超音波振動を印加して電池ケースを溶着し、リチュームイオン電池を製造することは、印加した超音波振動の熱がリチュームイオン電池に加わり、爆発する恐れがあって、この超音波溶着方法は用いられておらず、これまでこの種の電池の封入には有機溶剤を用いて電池ケースを接着し、封入していた。

しかし、有機溶剤を使用して部品を封入する接着方法は、
１．製造工程において接着し、固定するまでに時間が掛かり、生産効率が悪い
２．溶剤を使用するため、ケースの接着面から溶剤がはみ出したり、撥ねたりし て、その溶剤がケースの接着面以外の部位に付着し、ケースなどの外観を汚す 外観不良が多く発生する
３．製造工程で定期的に溶剤を管理する必要があり、工程管理が繁雑になる
４．有機溶剤のため、作業環境に注意する必要がある
５．有機溶剤を使用するため、地球環境には良くない
などという課題がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするものであって、板厚が薄い溶着面のケースであっても、内部に収納されている物品に損傷を与えることなく、超音波振動で容易に溶着することができる薄肉ケース及びその超音波溶着方法を得ることを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明のバッテリーパックは、超音波により溶着される開口周縁部の厚さが薄く、少なくとも周辺部が平面状態に仕上げられている有底のケース半体と、前記ケース半体の蓋となるケース半体或いはこれらの中間体とから構成されている薄肉ケースであって、前記有底側ケース半体の開口周縁部には、その全厚みより更に厚さが薄い突起状のエネルギーダイレクタが形成されており、前記有底側ケース半体の受け側となる前記中間体或いは前記蓋側ケース半体の開口周縁部には前記エネルギーダイレクタを受け入れる受けが形成されており、前記受けは、その内周面側が低く、外周面側が高く、かつ前記エネルギーダイレクタを受け入れた時に、そのエネルギーダイレクタの外側面と前記受けの外周面側の内壁との間に若干の隙間が形成される、断面が段状の構造で形成されていることを特徴とする。

そして本発明のバッテリーパックの製造方法は、前記薄肉ケースに部品を収納した後、前記有底側ケース半体に前記中間体或いは前記蓋側ケース半体を超音波溶着するに当たって、前記中間体或いは前記蓋側ケース半体の開口周縁部に形成した段部の受けに前記有底側ケース半体の開口周縁部に形成した前記エネルギーダイレクタを嵌め込み、その後、この状態の有底側ケース半体の前記平面部に、その外周縁部分のみに超音波振動を印加することができる構造の超音波ホーンを当接し、その状態の超音波ホーンに超音波振動を印加して、前記エネルギーダイレクタ及び前記有底側ケース半体と前記蓋側ケース半体或いは前記中間体との前記受けの一部を溶融し、前記有底側ケース半体と前記蓋側ケース半体或いは前記中間体とを溶着するようにして、前記課題を解決している。

従って、本発明によれば、内部に収納した物品及び薄肉ケースそのものに損傷を与えることなく、瞬時に薄肉ケースを溶着し、その物品を封入することができるので、以下に記すような数々の優れた効果が得られる。
１．ケース半体を瞬時に溶着できるため、作業時間を大幅に短縮できる
２．従って、量産設備に最適である
３．有機溶剤を使用しないため、環境を良好に保つことができる
４．有機溶剤を使用しないため、工程管理がし易い
５．内蔵する物品に損傷を与えない
６．完成した製品の外観不良も出にくい
などである。

以下、本発明のバッテリーパック及びその製造方法を図を用いて説明する。
図１は本発明のバッテリーパックに使用される薄肉ケースの斜視図であり、図２は図１に示した薄肉ケースのＡ−Ａ線上における一部拡大断面図であり、図３は図１に示した薄肉ケースのＢ−Ｂ線上における一部拡大断面図であり、図４は本発明の超音波溶着方法に用いる超音波溶着用ホーンを示していて、同図Ａはその正面図、同図Ｂはその長辺側の側面図、同図Ｃはその短辺側の側面図であり、図５は図１に示した薄肉ケースを反転させて電池の円筒セルを収納し、封入する前の状態の薄肉ケースの斜視図であり、図６は本発明の超音波溶着方法を説明するための、図５に示した円筒セル収納状態の薄肉ケースと図４に示した超音波溶着用ホーンとを示す断面側面図であり、図７は図１に示した薄肉ケースの中間体または蓋側ケース半体に形成された受けの他の構造を示していて、同図Ａはその一部拡大斜視図であり、同図Ｂは同図Ａの一部を更に拡大して示した斜視図であり、そして図８は図１に示した薄肉ケースの中間体または蓋側ケース半体に形成された受けの更に他の構造を示す一部拡大斜視図である。

先ず最初に、図１乃至図３を用いて、本発明のバッテリーパックに用いられる薄肉ケースの構造を説明する。
符号１００は本発明の薄肉ケースを指す。この薄肉ケース１００は、比較的深さが浅い有底側ケース半体１１０と比較的深さが深い蓋側ケース半体１２０と、或いはこれらに収納しなければならない物品のかさ高によっては、これらの間に挿入し、ケースの容積を増やすための中間体１３０とから構成されている。
この薄肉ケース１００の肉厚は、例えば、リチュームイオン電池Ｂａを封入するようなケースの場合には、通常、厚い部分でも１．０ｍｍ程度である。

なお、本明細書における「有底側ケース半体」の「底」は、場合によって「蓋」を意味する場合もあり、また、「蓋側ケース半体」の「蓋」は、場合によって「底」を意味する場合もある。これら「底」、「蓋」は理解し易く説明するために便宜上名付けた名称であることを断っておく。

そしてこの薄肉ケース１００を、例えば、リチュームイオン電池Ｂａを封入したバッテリーパックのケースに用いる場合には、その蓋側ケース半体１２０側に、例えば、２本の円筒セルのリチュームイオン電池Ｂａを収納し、一方の有底側ケース半体１１０側には、内蔵されているリチュームイオン電池Ｂａの充電状態を表示する電子回路など容積のかさばる電子部品を収納する。

有底側ケース半体１１０に収納しようとする物品の容積がかさばる場合には、図１に示したように、比較的浅い有底側ケース半体１１０と蓋側ケース半体１２０との間に前記中間体１３０を挿入し、薄肉ケース１００としての全体の容積を増大させることができる。
従って、この中間体１３０を組み合わせた薄肉ケース１００に、例えば、リチュームイオン電池Ｂａを封入するような場合には、その深さが浅い蓋側ケース半体１２０側に、例えば、２本の円筒セルのリチュームイオン電池Ｂａを収納し、一方の深さが浅い有底側ケース半体１１０Ｂ側及び前記中間体１３０に、内蔵されているリチュームイオン電池Ｂａの充電状態を表示する電子回路など容積のかさばる電子部品を分割して収納するとよい。

次に、有底側ケース半体１１０、蓋側ケース半体１２０及び中間体１３０のそれぞれの構造を説明する。
前記有底側ケース半体１１０は、長方形の底板１１１と、この底板１１１の各辺から底板１１１の平面に対して垂直に形成された長い側板１１２と短い側板１１３とから構成されており、その底板１１１の外表面の外周縁部分Ｈの少なくとも２ｍｍ幅部分は平面に形成されている（図５のハッチ部分）。この図５に示した電池ケースの場合には、その電池をビデオなどの電子機器に装着するために、その電子機器の電池装着部に形成されている係合爪などが嵌合できる複数の雌型係合穴１１４が前記外周縁部分Ｈから長側板１１２或いは短側板１１３にわたって形成されている。

更に、前記長側板１１２及び短側板１１３の溶着面の一部になる端面には、図２にも示したように、エネルギーダイレクタ１１５と、図３にも示したように、複数のスリット１１６とが形成されている。
前記エネルギーダイレクタ１１５は、その一部を図２に拡大して示したように、長側板１１２及び短側板１１３の外表面からやや後退した垂直面１１５１が形成されたナイフエッジ状の構造になっている。ナイフエッジの角度は４５度の角度に設定されていて、溶けた樹脂が後記の隙間Ｇに入り込み易くされている。
前記スリット１１６は前記エネルギーダイレクタ１１５の一部分が存在しない複数箇所に形成されている。

次に、前記蓋側ケース半体１２０の構造について説明する。この蓋側ケース半体１２０は前記有底側ケース半体１１０の受け側になるもので、その開口周縁部には前記エネルギーダイレクタ１１５を受け入れる受け１２１が形成されている。この受け１２１は、その内周面側１２１１が低く、外周面側１２１２が高く、そして前記エネルギーダイレクタ１１５を受け入れた時に、そのエネルギーダイレクタ１１５の垂直面１１５１（外側面）と前記受け１２１の外周面側１２１２の内面との間に若干の隙間Ｇが形成される、断面が段状の構造で形成されている。
そして更に図３に示したように、前記蓋側ケース半体１２０の開口の溶着面の一部になる端面には、前記有底側ケース半体１１０の開口端面に形成された前記スリット１１６の数、位置に対応して、各スリット１１６に挿入できる大きさの複数個の係合爪１２２が形成されている。

次に、前記中間体１３０の構造を説明する。この中間体１３０の前記蓋側ケース半体１２０が嵌め込まれ、溶着される開口側の端面の構造は、図１乃至図３に示したような前記有底側ケース半体１１０の開口端面の構造と同一であって、エネルギーダイレクタ１３５（図２）と複数のスリット１３６（図３）とが形成されている。
また、この中間体１３０の前記有底側ケース半体１１０が嵌め込まれ、溶着される開口側（図１においては中間体１３０の裏側）の端面の構造は、図１乃至図３に示したような、前記蓋側ケース半体１２０の開口端面の構造と同一であって、受けと係合爪（いずれも不図示）が形成されている。

図２に示したように、有底側ケース半体１１０の板の厚みは、例えば、１．０ｍｍであり、そして蓋側ケース半体１２０の板の厚みは、例えば、０．８ｍｍである。

次に、図４を参照しながら、本発明の超音波溶着方法に用いる超音波ホーンの構造を説明する。
この超音波ホーン１は、ホーン本体２の下端面３（図４Ａ）に前記有底側ケース半体１１０の外周縁部分Ｈに当接する複数の、形状の異なる突起４が形成されている。これらの突起４は前記有底側ケース半体１１０の外周縁部分Ｈに形成されている係合穴１１４を避けて、その外周縁部分Ｈの外周縁から、例えば、２〜３ｍｍの幅で形成されている。この幅を広く取ると、印加した超音波振動が薄肉ケース１００の中に封入されている電池に作用し、例えば、爆発を誘発する恐れがあるからであって、従って、前記幅は可能な限り狭くすることが望ましい。これら突起４の高さは同一であって、それらの突起４の先端部を結んでできる面は同一平面となる。

次に、この超音波ホーン１を用いて、リチュームイオン電池Ｂａを収納した前記薄肉ケース１００を超音波振動により溶着する超音波溶着方法を図５及び図６を参照しながら説明する。
先ず、図５に示したように、蓋側ケース半体１２０の中に、図示の場合、２本のリチュームイオン電池Ｂａを所定の極性で収納する。そして、図２及び図３に示したように、この収納状態の蓋側ケース半体１２０の受け１２１に有底側ケース半体１１０のエネルギーダイレクタ１１５を嵌合するように、そして蓋側ケース半体１２０の係合爪１２２を有底側ケース半体１１０のスリット１１６に挿入して、両者を合体する。

その後、この状態の薄肉ケース１００を、図６に示したように、その蓋側ケース半体１２０側を下にして、受け治具１０の凹部１１に据え付け、固定し、その有底側ケース半体１１０の底板１１１の上方から前記超音波ホーン１を降下させる。この場合、超音波ホーン１の各突起４が底板１１１の外周縁部分Ｈの係合穴１１４を避けて、その外周縁から２〜３ｍｍの幅の所に当接するように調整することは言うまでもない。

このセッティングが終了すると、次に、例えば、出力周波数２０Ｈｚ、振幅６０〜７０μｍの超音波振動を印加する。印加された超音波振動は前記超音波ホーン１の突起４から前記有底側ケース半体１１０に形成されているエネルギーダイレクタ１１５やスリット１１６に伝導し、前記蓋側ケース半体１２０に形成した受け１２１などに応力が掛かり、摩擦熱が発生して、有底側ケース半体１１０と蓋側ケース半体１２０とは、０．２〜０．３ｍｍ秒のような短時間で瞬時に溶着する。

この場合、エネルギーダイレクタ１１５の一部は溶融して図２に示した隙間Ｇに流れ、受け１２１の内周面側１２１１のみならず、外周面側１２１２の内壁にも溶着する。
また、有底側ケース半体１１０の底板１１１に形成されている係合穴１１４部分には超音波ホーン１の突起４は当接しておらず、それら係合穴１１４の直下には直接超音波振動は印加されないが、それら各係合穴１１４の両側から超音波振動が回り込み、ケースの樹脂を溶融する。
従って、有底側ケース半体１１０と蓋側ケース半体１２０とは強固に溶着し、これまで不可能とされていた薄肉ケース１００の超音波溶着が可能となった。

更に、有底側ケース半体１１０の開口溶着面に複数の係合爪１２２が形成されているため、超音波ホーン１の押圧力が掛かって、有底側ケース半体１１０の両長側板１１２が、矢印Ｘで示したように、外方に広がることを阻止するため、超音波振動はそのままエネルギーダイレクタ１１５から受け１２１に伝導し、溶融エネルギーが逃げてしまうことがなく、一層強固に溶着させることができる。

図１に示した中間体１３０を有底側ケース半体１１０と蓋側ケース半体１２０との間に挿入して超音波溶着する場合には、本明細書と同日付けで出願した特許願（特開平１０−２３６４３９号）に開示した超音波溶着方法を採れば、三者を容易に超音波で溶着することができる。即ち、有底側ケース半体１１０と中間体１３０との嵌合部には、図６に示したように、有底側ケース半体１１０の上方から上下方向に超音波振動を印加し、そしてこの他に、その中間体１３０と蓋側ケース半体１２０との嵌合部には、その横方向、或いはその部分の斜め上方から超音波ホーンで超音波振動を印加することによって、これら三者を溶着することができる。

図２に示したように、蓋側ケース半体１２０など受け側の前記受け１２１の内周面側１２１１の溶着面、即ち、エネルギーダイレクタ１１５の受け１２１の面を、図７に示したように、鏡面でなく、例えば、角度が９０°で山の高さが０．２５ｍｍ、幅が０．５ｍｍの三角波のような表面に仕上げておくとか、図８に示したように、ナシ地に仕上げておけば、超音波振動による摩擦力が高まり、鏡面仕上げの場合に比較して溶着強度が２０％〜３０％向上し、両者をより一層短時間で溶着することができる。

前記実施例では、薄肉ケースに収納する物品として電池を取り上げて説明したが、本発明の薄肉ケースに収納する物品は電池や電子部品に限定されるものではないことを断っておく。

本発明のバッテリーパックに用いられるケース（薄肉ケース）の斜視図である。 図１に示した薄肉ケースのＡ−Ａ線上における一部拡大断面図である。 図１に示した薄肉ケースのＢ−Ｂ線上における一部拡大断面図である。 本発明の製造方法に用いる超音波溶着用ホーンを示していて、同図Ａはその正面図、同図Ｂはその長辺側の側面図、同図Ｃはその短辺側の側面図である。 図１に示した薄肉ケースを反転させて電池の円筒セルを収納し、封入する前の状態の薄肉ケースの斜視図である。 本発明の超音波溶着方法を説明するための、図５に示した円筒セル収納状態の薄肉ケースと図４に示した超音波溶着用ホーンとを示す断面側面図である。 図１に示した薄肉ケースの中間体または蓋側ケース半体に形成された受けの他の構造を示していて、同図Ａはその一部拡大斜視図であり、同図Ｂは同図Ａの一部を更に拡大して示した斜視図である。 図１に示した薄肉ケースの中間体または蓋側ケース半体に形成された受けの更に他の構造を示す一部拡大斜視図である。

符号の説明

１…超音波ホーン、２…ホーン本体、３…超音波ホーン１の下端面、４…突起、１０…受け治具、１１…受け治具１０の凹部、１００…本発明の薄肉ケース（パッケージ用ケース）、１１０…有底側ケース半体、１１４…係合穴、１１５，１３５…エネルギーダイレクタ、１１５１…エネルギーダイレクタ１１５の垂直面、１１６，１３６…スリット、１２０…蓋側ケース半体、１２１…受け、１２１１…受け１２１の内周面側１２１１、１２１２…受け１２１外周面側、１２２…係合爪、１３０…中間体、Ｇ…隙間、Ｈ…外周縁部分、Ｂａ…リチュームイオン電池

Claims (5)

1. 電池セルを収納した後に、バッテリーパック用ケースを超音波により溶着して製造するバッテリーパックであって、
   前記バッテリーパック用ケースが、超音波により溶着される開口周縁部の厚さが薄く、少なくとも周辺部が平面状態に仕上げられ、深さが浅い有底側ケース半体と、
   前記有底側ケース半体蓋となり、前記有底側ケース半体の深さより深い蓋側ケース半体或いはこれらの中間体とから構成されていることを特徴とするバッテリーパック。
2. 電池セルを収納した後に、バッテリーパック用ケースを超音波により溶着して製造するバッテリーパックであって、
   前記バッテリーパック用ケースが、超音波により溶着される開口周縁部の厚さが薄く、少なくとも周辺部が平面状態に仕上げられている有底側ケース半体と、前記有底側ケース半体の蓋となる蓋側ケース半体或いはこれらの中間体とから構成されていると共に、
   前記有底側ケース半体の開口周縁部には、その全厚みより更に厚さが薄い突起状のエネルギーダイレクタが形成されており、
   前記有底側ケース半体の受け側となる前記中間体或いは前記蓋側ケース半体の開口周縁部には前記エネルギーダイレクタを受け入れる受けが形成されており、
   前記受けは、その内周面側が低く、外周面側が高く、かつ前記エネルギーダイレクタを受け入れた時に、そのエネルギーダイレクタの外側面と前記受けの外周面側の内面との間に若干の隙間が形成される、断面が段状の構造で形成されていることを特徴とするバッテリーパック。
3. 電池セルを収納した後に、バッテリーパック用ケースを超音波により溶着して製造するバッテリーパックであって、
   前記バッテリーパック用ケースが、超音波により溶着される開口周縁部の厚さが薄く、少なくとも周辺部が平面状態に仕上げられている有底側ケース半体と、前記有底側ケース半体の蓋となる蓋側ケース半体或いはこれらの中間体とから構成されていると共に、
   前記有底側ケース半体の受け側となる前記中間体或いは前記蓋側ケース半体の開口溶着面に、超音波溶着時の圧着力により前記各開口が開くことを防止するための複数個の係合爪が形成されており、
   前記蓋側ケース半体或いは中間体の前記開口溶着面に、前記各係合爪を嵌め込める大きさのスリットが形成されていることを特徴とするバッテリーパック。
4. 電池セルを収納した後に、バッテリーパック用ケースを超音波により溶着して製造するバッテリーパックの製造方法であって、
   前記バッテリーパック用ケースは、有底側ケース半体と蓋側ケース半体或いはこれらの中間体とから構成され、
   前記有底側ケース半体に前記中間体或いは前記蓋側ケース半体を超音波溶着するに当たっては、
   前記有底側ケース半体の前記平面部側から、その外周縁部分のみに超音波振動を印加して、前記エネルギーダイレクタ及び前記有底側ケース半体と前記蓋側ケース半体或いは前記中間体とを溶着することを特徴とするバッテリーパックの製造方法。
5. 電池セルを収納した後に、バッテリーパック用ケースを超音波により溶着して製造するバッテリーパックの製造方法であって、
   前記バッテリーパック用ケースは、有底側ケース半体と蓋側ケース半体或いはこれらの中間体とから構成され、
   前記有底側ケース半体に前記中間体或いは前記蓋側ケース半体を超音波溶着するに当たっては、
   前記中間体或いは前記蓋側ケース半体の開口周縁部に形成した段部の受けに前記有底側ケース半体の開口周縁部に形成した前記エネルギーダイレクタを嵌め込み、その後、この状態の有底側ケース半体の前記平面部に、その外周縁部分のみに超音波振動を印加することができる構造の超音波ホーンを当接し、その状態の超音波ホーンに超音波振動を印加して、前記エネルギーダイレクタ及び前記有底側ケース半体と前記蓋側ケース半体或いは前記中間体との前記受けの一部を溶融し、前記有底側ケース半体と前記蓋側ケース半体或いは前記中間体とを溶着することを特徴とするバッテリーパックの製造方法。

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