JP2014067591A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】薄型軽量化を適切に図れるとともに、ケース部材同士を良好な溶着強度で溶着して高い安全性を発揮することが可能な電池パックを提供する。
【解決手段】
外装ケース２を、一対の第１ケース部材２Ａ、第２ケース部材２Ｂで構成する。第１ケース部材２Ａを第２ケース部材２Ｂの部材よりも難燃性の高い部材で構成する。第１ケース部材２Ａの開口２２Ａの周縁に溶着溝部２３Ａ、第２ケース部材２Ｂの開口２２Ｂの周縁に溶着溝部２３Ａに挿入可能な溶着リブ２３Ｂを形成する。溶着リブ２３Ｂを溶着溝部２３Ａに挿入した状態で、超音波溶着により溶着溝部２３Ａに溶着する。
【選択図】図３

Description

本発明は電池パックに関し、特に複数のケース部材を溶着してなる外装ケースを備える電池パックに関する。

近年、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックが各種携帯型電子機器や電動工具、電動アシスト自転車等の電源として用いられている（特許文献１を参照）。
代表的な電池パックは、複数のケース部材からなる外装ケースに素電池を含むコアパック（発電要素）を収納し、ケース部材同士を互いに超音波溶着法等で溶着して内部封止されてなる。

近年では電池パックの薄型軽量化が望まれている。一方、電池パックには高温時において、安全性や高い強度を有することが要求されている。
そこで、外装ケースの材料として難燃性材料を用いることが提案されている。この構成によれば、一般的な樹脂材料を用いた場合に比べてケース部材の厚みを薄くしても、ある程度の耐燃性を確保できる。従って、難燃性材料で外装ケースを構成し、ケース部材の厚みを薄くすることで、高温時における安全性の確保と薄型軽量化に貢献することができる。

特開２００２−０４２７４８号公報 特開２００７−１３０８８０号公報

しかしながら、外装ケースを単に難燃性材料で構成すると、たとえばケース部材同士を超音波溶着する際に溶着強度を十分に確保することが難しく、溶着強度（接合強度）が低い場合がある。このため使用時において、電池パックに落下などの衝撃が加わった場合、ケース部材同士の溶着部分が開き割れを生じうる。これにより外装ケース内からコアパックが外に露出したり、外装ケースの内部に異物が混入して短絡等の問題を生じ、安全性が低下するおそれがある。このような問題は、ケース部材の溶着方法が超音波溶着法以外である場合にも同様に生じうる。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、薄型軽量化を適切に図れるとともに、ケース部材同士を良好な溶着強度で溶着して高い安全性を発揮することが可能な電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、素電池と、前記素電池を収納する樹脂製の外装ケースとを有する電池パックであって、前記外装ケースは、中空状の第１ケース部材と、前記第１ケース部材の開口を封口する第２ケース部材とを備え、前記第１ケース部材は前記開口の周縁に溝部を有し且つ前記第２ケース部材の材料よりも難燃性の高い材料からなり、前記第２ケース部材は前記溝部に挿入可能なリブを有し、前記リブが前記溝部に挿入された状態で前記溝部の内表面に対して溶着されている構成とする。

ここで、前記第１ケース部材の平均厚みが前記第２ケース部材の平均厚みよりも薄い構成とすることもできる。
また、前記素電池は角型電池であり、複数の前記素電池が積層された状態で前記外装ケースに収納されている構成とすることもできる。
また、前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材は、互いに異なる種類の樹脂材料で構成することもできる。

この場合、具体的には、前記第２ケース部材はポリカーボネート樹脂で構成され、前記第１ケース部材はポリカーボネート樹脂及びアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂の混合樹脂で構成することができる。
或いは、前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材は、互いに同一種類で且つ添加剤、架橋構造、分子量、材料密度の少なくともいずれかが異なる樹脂材料で構成することができる。

この場合、具体的には、前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材はポリカーボネート樹脂で構成することができる。
また、前記溶着は超音波溶着とすることができる。
また、前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材の各々は、底面部と、前記底面部を囲繞する側部を有し、前記溝部は前記第１ケース部材の前記側部、前記リブは前記第２ケース部材の前記側部にそれぞれ存在する構成とすることができる。

また、前記リブは、前記開口の周縁に沿って断続的に設けることができる。

本発明に係る電池パックでは、樹脂製の外装ケースにおいて、第２ケース部材よりも高い難燃性を有するように第１ケース部材を構成する。これにより第１ケース部材の厚みを薄くしてもある程度の耐燃性を維持できるので、第１ケース部材の厚みを薄くすることで、電池パックの薄型軽量化を適切に図ることができる。
一方、第２ケース部材は第１ケース部材よりも低い難燃性を有するように構成する。このため第２ケース部材は、第１ケース部材よりも溶融し易い性質を呈する。従って、リブを溝部の内表面に対して溶着させる際に、リブが溝部の内部で良好に溶融するため、リブを溝部の内表面に高度に密着できる。これにより第１ケース部材と第２ケース部材とを良好な溶着強度で溶着し、高い安全性を発揮することができる。

電池パック１を上面側から見た外観図である。 電池パック１を下面側から見た外観図である。 電池パック１の内部構成を示す展開図（組図）である。 コアパック４の構成を示す展開図である。 コアパック４の構成を示す展開図である。 第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの構成を示す部分拡大図である。 第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの構成を示す部分断面図である。 溶着後の第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの部分断面図である。 変形例に係る、第１ケース部材及び第２ケース部材の構造を示す部分断面図である。 落下試験における電池パックの落下方向を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。尚、当然ながら本発明は以下に示す各実施の形態に限定されず、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
＜実施の形態＞
（電池パック１の外観構成）
本発明の実施の形態に係る電池パック１の外観構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は、同順に電池パック１を上面側及び下面側からそれぞれ見た外観図である。

電池パック１は、一対のケース部材（第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂ）が溶着により接合されてなる外装ケース２を有し、Ｚ方向を厚み方向、Ｘ方向を幅方向、Ｙ方向を長手方向とする。第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂは、一例として、超音波溶着法により接合されている。第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの外観形状は、電池パック１の給電対象機器側の形状に合わせている。第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの外表面にはそれぞれシート部３Ａ、３Ｂが貼着される。第１ケース部材２Ａの一側面（図２、３の各紙面手前側の面）には複数の端子窓２０Ａが設けられ、それぞれより外部端子９１が露出している。

電池パック１のサイズは、一例として幅４８ｍｍ×長手方向長さ５６ｍｍ×厚み１８ｍｍであるが、当然ながらこれに限定されない。
（電池パック１の内部構成）
電池パック１の全体的な内部構成を図３に基づいて説明する。図３は電池パック１の内部構成を示す展開図（組図）である。

図３に示すように、電池パック１は、外装ケース２（第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂ）と、シート部３Ａ、３Ｂと、コアパック４とを有してなる。
コアパック４は、素電池５（５Ａ、５Ｂ）と、スペーサ６と、絶縁部材７と、リード部材８と、保護回路基板９と、固定用テープ１０Ａ、１０Ｂとを有してなる。
図３に示すように、電池パック１の全体的な内部構成としては、第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの各収納空間２１Ａ、２１Ｂにコアパック４を収納して構成される。Ｚ方向に沿ったコアパック４の下方及び上方が同順に第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの各収納空間２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ収納される。

以下、各図を用いて電池パック１の各構成要素を順に説明する。
［素電池５Ａ、５Ｂ］
素電池５Ａ、５Ｂは扁平角型電池のリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池である。ここで図４は、固定用テープ１０Ｂと保護回路基板９、絶縁部材７を素電池５Ａ、５Ｂ側より離間した、コアパック４の展開図である。また図５は、リード板８Ｃを素電池５Ａ、５Ｂ及び保護回路基板９側より離間した、コアパック４の構成を示す展開図である。

図４、図５に示すように、素電池５Ａ（５Ｂ）はＡｌまたはＡｌ合金からなる有底角筒状の外装缶５０Ａ（５０Ｂ）の内部に、正負両極板をセパレータを介して巻回し、これを側面より押し潰してなる電極体（不図示）と、電解液が収納され、封口板５１Ａ（５１Ｂ）で内部封止されて構成される。封口板５１Ａ（５１Ｂ）には負極端子５２Ａ（５２Ｂ）が配設される。外装缶５０Ａ（５０Ｂ）の底面には正極端子５３Ａ（５３Ｂ）が配設される。正極端子５３Ａ（５３Ｂ）は、Ａｌ−Ｎｉクラッド材で構成される。コアパック４では図４、図５に示すように、素電池５Ａ、５ＢがＹ方向を長手方向として互いに逆向きに配列され、スペーサ６を挟んでＺ方向に積層される。

電池パック１では素電池５Ａ、５Ｂとして充電容量に優れるリチウムイオン電池を利用する。しかしながら素電池５Ａ、５Ｂの種類はこれに限定されず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、その他の二次電池を使用できる。また素電池５Ａ、５Ｂは扁平角型電池に限定されず、例えば厚みのある角型電池や円筒型電池であってもよい。
［スペーサ６］
スペーサ６は絶縁材料（一例として樹脂材料）からなる板状体であり、素電池５Ａ、５Ｂの間に一定の間隙を確保し、素電池５Ａ、５Ｂ同士の不要な接触を防止する目的で配される（図４、図５）。
［絶縁部材７］
絶縁部材７は板状の絶縁材料で構成され、保護回路基板９とリード部材８間の不要な短絡を防止するために用いられる。絶縁部材７は例えば樹脂材料で構成される。
［リード部材８］
リード部材８は、複数のリード板８Ａ、８Ｂ、８Ｃで構成され、素電池５Ａ、５Ｂを所定の接続配列（ここでは直列）で電気接続するとともに、保護回路基板９と素電池５Ａ、５Ｂとを電気接続するために用いられる（図４、図５）。

リード板８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、一例として通電性及び溶接特性に優れる板状の金属材料（ＮｉＰまたはＮｉ−Ｆｅ−Ｎｉクラッド材）を用いて構成される。具体的にリード板８Ａ（８Ｂ）は、端子接続部８０（８２）と、基板接続部８１（８３）と、異常電流が流れた際に通電を遮断するＰＴＣ素子８４Ａ（８４Ｂ）とを有してなる。ＰＴＣ素子８４Ａ（８４Ｂ）は端子接続部８０（８２）と基板接続部８１（８３）の間に電気接続されている（図４）。リード板８Ｃは、２つの端子接続部８６、８７と、基板接続部８５とを有してなる（図５）。

リード板８Ａ、８Ｂ、８Ｃの具体的な電気接続例を図４、図５に基づいて説明する。
負極端子５２Ａには、リード板８Ａの端子接続部８０が電気接続される。正極端子５３Ａには、リード板８Ｃの端子接続部８７が電気接続される。負極端子５２Ｂには端子接続部８６が電気接続される。正極端子５３Ｂには、リード板８Ｂの端子接続部８２が電気接続される。このような各リード板８Ａ〜８Ｃと各素電池５Ａ、５Ｂとの電気接続は、例えばスポット溶接により実施される。

リード板８Ａ、８Ｂ、８Ｃの基板接続部８１、８３、８５は、保護回路基板９に電気接続される。リード板８Ａ、８Ｂ、８Ｃと保護回路基板９との電気接続は、例えばリフローはんだ法により実施される。
［保護回路基板９］
保護回路基板９は、ガラスエポキシ樹脂等のコンポジット材料からなる基板本体９０の表面に、複数の電気素子（セラミックコンデンサやＩＣチップ）が実装されてなる（図４）。さらに基板本体９０の表面には、素電池５Ａ、５Ｂを充放電するための充放電端子を含む複数の外部端子９１と、テストポイント端子９２とが設けられる。
［固定用テープ１０Ａ、１０Ｂ］
固定用テープ１０Ａ、１０Ｂは片面に粘着層を有する粘着テープである。固定用テープ１０Ａは素電池５Ａ、５Ｂを、スペーサ６を介して積層した状態で維持するために、素電池５Ａ、５Ｂの外周に亘って配設される（図３）。

固定用テープ１０Ｂは、素電池５Ａ、５Ｂの所定の位置でリード板８Ａ、８Ｂを保持するために、素電池５Ａ、５Ｂに亘って配設される（図３）。
［シート部３Ａ、３Ｂ］
シート部３Ａ、３Ｂはポリカーボネート（ＰＣ）フィルムで構成され、電池パック１の定格や使用上の注意事項等を表示する。シート部３Ａ、３Ｂは第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの表面にそれぞれ貼着される（図１、図２）。
［外装ケース２］
外装ケース２は、樹脂製の第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂとを有してなる（図３）。第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂは、互いにグレードが異なるポリカーボネート（ＰＣ）材料等の樹脂材料を用いた射出成形品で構成される。ここで言う「グレード」の違いとは、樹脂材料に含まれる添加剤、架橋構造、分子量、材料密度の少なくともいずれかが異なることを指す。

図３に示すように、第１ケース部材２Ａは有底中空体（一例として皿状体）であり、素電池５Ａ、５Ｂのサイズに合わせた矩形状の底面部２５Ａが側部２６Ａで囲繞されてなる。側部２６ＡのＺ方向頂部に沿って開口２２Ａの周縁が存在する。側部２６Ａの内方にはコアパック４の下方側を収納するための収納空間２１Ａが存在する。ここで図６は第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂの部分拡大図（コアパック４は省略している）である。図６に示すように、第１ケース部材２Ａの開口２２Ａの周縁に沿って、第２ケース部材２Ｂの各溶着リブ２３Ｂを挿入可能な複数の溶着溝部２３Ａと、複数の段差部２４Ａとが、それぞれ交互に断続的に配設されている。

第２ケース部材２Ｂは第１ケース部材２Ａと同様に有底中空体（一例として皿状体）であって、図３、図６に示すように、矩形状の底面部２５Ｂの周囲が側部２６Ｂで囲繞されてなる。側部２６Ｂの頂部に沿って開口２２Ｂの周縁が存在する。側部２６Ｂの高さは側部２６Ａよりも高く設定され、側部２６Ｂの内方にコアパック４の上方を収納するための収納空間２１Ｂが存在する（図６）。当図に示すように、開口２２Ｂの周縁に沿って、複数の溶着リブ２３Ｂと複数の縁端部２４Ｂとがそれぞれ交互に断続的に配設される。溶着リブ２３Ｂは、溶着溝部２３Ａの内部に挿入された状態で、超音波溶着により溶着溝部２３Ａの内表面に対して高い密着性で溶着されている（図８参照）。これにより第２ケース部材２Ｂは第１ケース部材２Ａの開口２２Ａを封口するように配される。

尚、溶着溝部２３Ａと溶着リブ２３Ｂとは断続的に複数設ける例に限定されず、それぞれ連続して設けてもよい。また、第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂのいずれか一方の側壁を省略し、溶着溝部２３Ａまたは溶着リブ２３Ｂを有する蓋体として構成するか、側壁２６Ａまたは側壁２６Ｂの高さを調節して電池パック1のＺ方向厚みを調節することもできる。

ここで第１ケース部材２Ａを第２ケース部材２Ｂよりも難燃性の高い材料で構成することで、第１ケース部材２Ａの厚みＤ（図８参照）を薄くしてもある程度の耐燃性を確保できる。すなわち第１ケース部材２Ａの側部２５Ａと底面部２６Ａの平均厚みをＤ１、第２ケース部材２Ｂの側部２５Ｂと底面部２６Ｂの平均厚みをＤ２とする場合、Ｄ１≦Ｄ２を満たすように厚み設計を実施することができる。尚、ここで言う「難燃性」とは相対的な意味を指し、絶対的な難燃性を有する場合に限定されない。

具体例として、米国燃焼性ＵＬ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）９４規格に準拠した厚み設計を例示する。電池パックの外装ケースとしては、ＵＬ９４−Ｖ１規格に準拠した厚み設計が要求される。そこで第１ケース部材２Ａの材料として厚み０．７５ｍｍでＵＬ９４Ｖ−１に準拠する燃焼性を有する材料を用いる。また、第２ケース部材２Ｂの材料に厚み０．７５ｍｍでＵＬ９４Ｖ−０に準拠する燃焼性を有し、且つ、ＵＬ９４Ｖ−１に準拠する燃焼性までは有さない材料を用いる。このような第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂの各材料としては、グレードの異なるＰＣ材料が好適である。これによりＤ１を約０．４ｍｍ以上の厚み、Ｄ２を約０．８ｍｍ以上の厚みでそれぞれ設定できる。一例として、第２ケース部材２Ｂの側部２６Ｂの厚みを０．７７ｍｍ、第１ケース部材２Ａの底面部２５Ａの厚みを０．５５ｍｍ、底面部２５Ａ近傍の側部２６Ａの厚みを０．５９ｍｍ、溝部２３Ａ近傍の側部２６Ａの厚みを０．８ｍｍに設定することができる。

ここで、Ｄ２を従来の第２ケース部材２Ｂの平均厚みと同等とし、Ｄ１をＤ２に比べて薄く設定することで、特に外装ケース２の全体（Ｚ）厚みを従来よりも薄くできる。従って、電池パック１の薄型軽量化に貢献することができる。
また、第２ケース部材２Ｂを第１ケース部材２Ａよりも低い難燃性を有するように構成することで、溶着時に溶着リブ２３Ｂが良好に溶融し、溶着溝部２３Ａの内表面に対して溶着する。これにより第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂが高い溶着強度（接合強度）で接合されるので、電池パック１のように複数の素電池５Ａ、５Ｂを備え、比較的質量が大きいコアパック４を収納する場合でも、落下等の衝撃によりケース部材２Ａ、２Ｂ同士が開き割れを生じるのを防止でき、高い安全性を発揮できる。
（電池パック１の製造工程）
以下、電池パック１の製造工程を例示する。
［コアパック４の組立］
素電池５Ａ、５Ｂを各長手方向が逆向きになるように揃え、スペーサ６を介して積層する。素電池５Ａ、５Ｂの外周に固定用テープ１０Ａを貼着し、素電池５Ａ、５Ｂ、スペーサ６を積層した状態で固定する（図４参照）。

リード板８Ａ、８Ｂを用意する。素電池５Ａの負極端子５２Ａ、素電池５Ｂの正極端子５３Ｂにリード板８Ａ、８Ｂの端子接続部８０、８２を同順に電気接続する。リード板８Ａ、８Ｂの上から素電池５Ａ、５Ｂに亘って固定用テープ１０Ｂを貼着し、リード板８Ａ、８Ｂを素電池５Ａ、５Ｂ側に固定する。
リード板８Ｃを用意する。素電池５Ａの正極端子５３Ａ、素電池５Ｂの負極端子５２Ｂに端子素接続部８７、８６を同順に電気接続する（図５参照）。

さらに基板接続部８１、８３、８５を保護回路基板９に電気接続する。
以上によりコアパック４が完成する（図３）。
［コアパック４の収納］
コアパック４の下方を第１ケース部材２Ａの収納空間２１Ａに収納する。このとき、保護回路基板９の外部端子９１を端子窓２０Ａから露出させる（図３）。

コアパック４の上方を第２ケース部材２Ｂの収納空間２１Ｂに収納する（図３）。ここで図７（ａ）及び図７（ｂ）は第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂの部分断面図である。溶着リブ２３Ｂを溶着溝部２３Ａの真上に位置合わせし、溶着リブ２３Ｂのリブ先端２３０Ｂを溶着溝部２３Ａの内部に挿入する（図７（ａ））。また、縁端部２４Ｂの先端を段差部２４Ａに当接させる（図７（ｂ））。

この状態で第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂに対し、公知の超音波溶着装置のホーンを押し当て、超音波振動により溶着リブ２３Ｂを溶着溝部２３Ａの内表面に対して溶着する。この際の具体的な超音波溶着の設定例としては、溶着エネルギー１５（Ｊ）、溶着時間（０．５ｓｅｃ）に設定することができる。
ホーンから伝わる超音波振動及び加圧力によって、溶着リブ２３Ｂのリブ先端２３０Ｂと溶着溝部２３Ａの界面では数秒以内の極短時間で摩擦熱が発生し、第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂの各樹脂が溶融する。ここで第２ケース部材２Ｂは第１ケース部材２Ａよりも低い難燃性の材料で構成されているため、超音波振動によって特に溶融しやすい。図８は溶着後の第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂの部分断面図である。当図に示すように、溶着リブ２３Ｂは溶着溝部２３Ａの内部で比較的容易に溶融する。超音波振動を停止させると、第１ケース部材２Ａ及び第２ケース部材２Ｂの溶融樹脂が再凝固する。これによって溶着リブ２３Ｂが溶着溝部２３Ａの内表面に対して適切に溶着され、第１ケース部材２Ａと第２ケース部材２Ｂとを互いに高い溶着強度（接合強度）で溶着することができる。

第１ケース部材２Ａ、第２ケース部材２Ｂの各外表面に、シート部３Ａ、３Ｂを貼着する（図１、２）。
以上で電池パック１が完成する。
＜変形例＞
次に、本発明の変形例について、実施の形態１との差異を中心に説明する。

図９（ａ）は変形例１に係る第１ケース部材２Ｃ及び第２ケース部材２Ｄの部分断面図である。当図に示す構成では、第２ケース部材２Ｄの開口２２Ｄの周縁に二重に溶着リブ２３Ｄを設け、第１ケース部材２Ｃの開口２２Ｃの周縁には各溶着リブ２３Ｄを個別に挿入可能な溶着溝部２３Ｃを二重に設けている。
このような構成を有する変形例１においても、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、溶着リブ２３Ｄを二重に設けているため、第１ケース部材２Ｃと第２ケース部材２Ｄとの溶着部分を増加できるので、一層の溶着強度の向上を期待することができる。

図９（ｂ）は変形例２に係る第１ケース部材２Ｅ及び第２ケース部材２Ｆの部分断面図である。当図に示す構成では、第１ケース部材２Ｅに溶着リブ２７Ｅと、第２ケース部材２Ｆの溶着リブ２３Ｆを挿入可能な溶着溝部２３Ｅを設ける。さらに第２ケース部材２Ｆに溶着リブ２３Ｆと、第１ケース部材２Ｅの溶着リブ２７Ｅを挿入可能な溶着溝部２７Ｆを設ける。

このような構成によっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに超音波溶着の際、溝部２７Ｆが溶融して溶着リブ２７Ｅの表面に一定の強度で溶着するため、総じて高い溶着強度を確保することができる。
＜性能確認試験＞
本発明の奏する効果を確認するため、以下の手順で性能確認試験を行った。
［落下試験］
外装ケースの材料が異なる点以外は共通の構成を有する電池パック（比較例１〜３、実施例）をそれぞれ５個ずつ作製した。実施例は実施の形態１の電池パック１とした。

各電池パックの外装ケースの材料にはＰＣを用い、第１ケース部材及び第２ケース部材同士で材料のグレードが同一または異なる組み合わせとした（表１参照）。ここでは市販品のＰＣ材料として、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製の「ＦＰＲ３５００」または「ＦＰＲ４５４０」を用いた。
尚、「ＦＰＲ３５００」は厚み０．７５ｍｍでＵＬ９４Ｖ−０に準拠する燃焼性を有し、ＵＬ９４Ｖ−１に準拠する燃焼性までは有さない。「ＦＰＲ４５４０」は厚み０．４ｍｍでＵＬ９４Ｖ−１に準拠する燃焼性を有する。このように「ＦＰＲ４５４０」は「ＦＰＲ３５００」と比較して難燃性が高い（すなわち、溶融しにくい）材料である。尚、以下では便宜上、「ＦＰＲ３５００」の燃焼性を「通常燃焼性」と称する。

比較例１では第１ケース部材及び第２ケース部材をともに難燃性の材料で構成した。比較例２では第２ケース部材を難燃性の材料、第１ケース部材を通常燃焼性の材料で構成した。比較例３では第１ケース部材及び第２ケース部材をともに通常燃焼性の材料で構成した。実施例では第２ケース部材を通常燃焼性の材料、第１ケース部材を難燃性の材料で構成した。

作製した各電池パックを１．０ｍの高さから堅木製の床に落下させた。落下に際しては、図１０に示すように、各電池パックの６面（ａ〜ｆ）及びＺ方向に平行な角（４稜、ｇ〜ｊ）が順に各矢印方向に沿って床に当たるように計１０回落下させ、これを１サイクルとし、最大５サイクルまで落下させた。１サイクル中の落下方向の順は、図１０に示すａ〜ｊの順とした。１度落下させる毎に、各電池パックの第１ケース部材と第２ケース部材の間の溶着部における開き割れの発生の有無を目視にて確認した。

各比較例及び実施例につき、１サイクルの落下試験中に開き割れが生じなかった場合に次のサイクルの落下試験を続行した。溶着部の開き割れの発生を確認した時点で評価終了とした。
［試験結果］
上記試験結果を表１〜４に示す。表２〜４中の丸は良評価を示す。

［厚み限界評価］
比較例１〜３及び実施例の外装ケースに用いた部材の材料について、米国燃焼性規格ＵＬ９４に準拠する最小の限界厚みを算出した。その結果を表５に示す。表５中の「合計限界厚」は第１ケース部材と第２ケース部材の最小の合計限界厚みを示している。表５中の丸は良評価、二重丸は優評価をそれぞれ示す。

［考察］
表１に示すように、外装ケースを難燃性の材料のみで構成した比較例１では、落下試験において外装ケースの開き割れが全て１サイクル目で発生した（Ｎｏ．１−１〜１−５）。この結果より、ともに難燃性の材料からなる第１ケース部材及び第２ケース部材を超音波溶着した場合、溶着強度は比較的低いと考えられる。この結果の理由としては、材料が高温下で比較的安定であり、摩擦熱によって溶融しにくいことが一因であると推測される。比較例１は表５に示されるように、部材の限界厚みを最も薄い０．８ｍｍまで抑えることができるが、溶着強度が優れないため、溶着強度と部材厚みとのバランス評価は低い結果となった。

表２に示すように、外装ケースのうち第１ケース部材を通常燃焼性の材料、第２ケース部材を難燃性の材料で構成した比較例２では、２サイクル目までに全て開き割れが発生した（Ｎｏ．２−１〜２−５）。比較例２は比較例１よりは溶着強度が高いが、電池パックの通常使用に耐えうる溶着強度としては不足していると言える。この結果の理由として、比較例２では超音波溶着時に第２ケース部材の溶着リブが溶着溝部の内部で適切に溶融しなかったため、溶着強度が不足したものと考えられる。比較例２は表５に示されるように、部材の限界厚みを比較的薄い１．０ｍｍまで抑えることができ、その分電池パックの厚みも薄くできるが、溶着強度の不足により、溶着強度と部材厚みのバランス評価はやや低い結果となった。

表３に示すように、外装ケースを通常燃焼性の材料のみで構成した比較例３は、５サイクル全ての落下試験をクリアできる溶着強度を有していることが確認された（Ｎｏ．３−１〜３−５）。これは溶着リブが溶着溝部の内部で良好に溶融し、高い溶着強度で溶着しているためであると考えられる。しかしながら表５に示されるように、比較例３は部材の限界厚みが１．６ｍｍであり、電池パックの薄型化を図ることは困難である。このような理由によって、比較例３の溶着強度と部材厚みのバランス評価は低い結果となった。

一方、外装ケースのうち、第１ケース部材を難燃性の材料、第２ケース部材を通常燃焼性の材料で構成した実施例は、表４に示すように、ほぼ５サイクルに至る落下試験に耐えられる溶着強度を有していることが確認された（Ｎｏ．４−１〜４−５）。一方、表５に示されるように、実施例は第１ケース部材の厚みを０．４ｍｍにすることで合計限界厚を比較的薄い１．０ｍｍまで抑え、電池パックの厚みを薄くできる。よって実施例の溶着強度と部材厚みのバランス評価は高い結果となった。

尚、溶着溝部が溶着リブよりも溶融し易い構成（比較例２）に比べて溶着リブが溶着溝部よりも溶融し易い構成（実施例）が高い溶着強度を有する理由は定かではないが、たとえば以下のように推測される。
一般に超音波溶着法では、溶融し易い部材であるほど超音波振動が伝わり易い。従って比較例２では、溶融し易い第１ケース部材側から溶融しにくい第２ケース部材側に超音波振動が伝わり、超音波振動が溶着溝部側から溶着リブに集中し易い。この場合、溶着リブ付近で音波干渉が生じ、その結果、溶着強度が低下し易い。

一方、実施例では、溶融し易い第２ケース部材側から溶融しにくい第１ケース部材側に超音波振動が伝わり、超音波振動が溶着リブから溶着溝部に及び易い。この場合、溶着リブからの超音波振動が溶着溝部内に拡散するため、これに伴って溶着が効率的に進行する。その結果、良好な溶着強度が得られる。
このように実施例では、第１ケース部材及び第２ケース部材に難燃性の材料を用いた場合（比較例１）に比べて遜色のない程度に外装ケースの薄型軽量化を図れるとともに、第１ケース部材及び第２ケース部材の溶着強度（接合強度）を良好に確保でき、高い安全性を有していることが分かった。

以上の結果より、従来技術に対する本発明の優位性を確認することができた。
＜その他の事項＞
本発明において、外装ケースに収納する素電池の数は当然ながら２個に限定されず、これ以外の数であってもよい。また外装ケース内において、２個以上積層した素電池をＸ方向またはＹ方向に並設することもできる。

実施の形態１では回路基板として保護回路基板９を示したが、当然ながら保護回路基板９以外の回路基板を用いても良い。
第１ケース部材と第２ケース部材は、同じ樹脂種類でグレードが異なる材料で構成する場合に限定されず、互いに樹脂種類が異なる材料で構成することもできる。例えば第１ケース部材をＰＣ（ポリカーボネート）樹脂とＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂の混合材料で構成し、第１ケース部材を第２ケース部材（例えばＰＣで構成する）よりも難燃性とすることができる。このような第１ケース部材の樹脂材料の市販品としては、例えばＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックスジャパン合同会社製「ＣＸ７２４０」を挙げることができる。「ＣＸ７２４０」は「ＦＰＲ３５００」よりは難燃性が高く（溶融しにくく）、「ＦＰＲ４５４０」よりは難燃性が低い（溶融し易い）特性を有する材料である。

第１ケース部材及び第２ケース部材の各材料としては、溶着時に部材が溶融するように、熱可塑性の材料を用いる必要がある。
第１ケース部材及び第２ケース部材の溶着方法としては、超音波溶着法に限定されず、振動溶着法、高周波溶着法を採用しても良い。
第２ケース部材に設ける溶着リブは、部分的に高さ（Ｚ方向長さ）を変化させることもできる。

尚、第１ケース部材及び第２ケース部材は、それぞれ側壁の４面のみからなる所定の樹脂部材を用い、各樹脂部材の天面又は底面を窓部とし、窓部にＵＬ規格を満足する難燃性のシートを貼着した構成としてもよい。

本発明に係る電池パックは、例えばノート型コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、タブレット、ポータブルＤＶＤプレーヤ、携帯型ＧＰＳ、トランシーバ等の携帯型電子機器、或いは電動工具、ハンディ型掃除機等の主電源またはバックアップ用電源として幅広く利用できる。或いはパワーアシスト自転車の主電源としても利用できる。

１ 電池パック
２ 外装ケース
２Ａ、２Ｃ、２Ｅ 第１ケース部材
２Ｂ、２Ｄ、２Ｆ 第２ケース部材
３Ａ、３Ｂ シート部
４ コアパック
５、５Ａ、５Ｂ 素電池
６ スペーサ
７ 絶縁部材
８ リード部材
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ リード板
９ 保護回路基板
１０Ａ、１０Ｂ 固定用テープ
２０Ａ 端子窓
２１Ａ、２１Ｂ 収納空間
２２Ａ、２２Ｂ 開口
２３Ｂ、２３Ｄ、２３Ｆ、２７Ｅ 溶着リブ
２３Ａ、２３Ｃ、２３Ｅ、２７Ｆ 溶着溝部
２４Ｂ 縁端部
２４Ａ 段差部
２５Ａ、２５Ｂ 底面部
２６Ａ、２６Ｂ 側部
２３０Ｂ、２３０Ｄ リブ先端

Claims (10)

1. 素電池と、前記素電池を収納する樹脂製の外装ケースとを有する電池パックであって、
   前記外装ケースは、中空状の第１ケース部材と、前記第１ケース部材の開口を封口する第２ケース部材とを備え、
   前記第１ケース部材は前記開口の周縁に溝部を有し且つ前記第２ケース部材の材料よりも難燃性の高い材料からなり、
   前記第２ケース部材は前記溝部に挿入可能なリブを有し、前記リブが前記溝部に挿入された状態で前記溝部の内表面に対して溶着されている
   ことを特徴とする、パック電池。
2. 前記第１ケース部材の平均厚みが前記第２ケース部材の平均厚みよりも薄い
   ことを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記素電池は角型電池であり、
   複数の前記素電池が積層された状態で前記外装ケースに収納されている
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の電池パック。
4. 前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材は、互いに異なる種類の樹脂材料で構成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
5. 前記第２ケース部材はポリカーボネート樹脂で構成され、前記第１ケース部材はポリカーボネート樹脂及びアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂の混合樹脂で構成されている
   ことを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材は、互いに同一種類で且つ添加剤、架橋構造、分子量、材料密度の少なくともいずれかが異なる樹脂材料で構成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
7. 前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材はポリカーボネート樹脂で構成されている
   ことを特徴とする、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記溶着は超音波溶着である
   ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電池パック。
9. 前記第１ケース部材及び前記第２ケース部材の各々は、底面部と、前記底面部を囲繞する側部を有し、前記溝部は前記第１ケース部材の前記側部、前記リブは前記第２ケース部材の前記側部にそれぞれ存在する
   ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電池パック。
10. 前記リブは、前記開口の周縁に沿って断続的に設けられている
    ことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の電池パック。

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