JP2015056297A - 二次電池の製造方法および二次電池用組付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶を振動させながら発電要素を効率的に電池缶に挿入する方法を提供する。【解決手段】発電要素４０を電池缶１に挿入する際、電池缶１の固有振動数を含む可聴周波数帯域の周波数の振動を電池缶１に与える。電池缶１を振動させながら発電要素４０を電池缶１に挿入する。【選択図】図１１

Description

この発明は、二次電池の製造方法および二次電池用組付け装置に関し、より詳細には、発電要素を電池容器の開口部から電池容器内に挿入する二次電池の製造方法および二次電池用組付け装置に関する。

電気自動車等の車両用の電源用電池として、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が用いられている。二次電池は、通常、正・負極電極を、セパレータを介して捲回して発電要素を形成し、この発電要素を電池容器内に収容し、電池容器内に電解液を注入して作製される。

発電要素は、通常、電池容器と絶縁するための絶縁フィルムで覆った後、電池容器の開口部から挿入される。二次電池は、外形を小さくし、かつ、電池容器内に注入される電解液の量を少なくするため、発電要素と電池缶との隙間は可能な限り小さくされている。このため、発電要素を覆った絶縁フィルムを電池缶に挿入する際、絶縁フィルムが電池容器内面に接触して摩擦力が生じる。発電要素の電池缶への挿入は、このような摩擦力に抗する作業が必要とされるため、作業性が悪い。

特許文献１には、鉛蓄電池の製造方法において、正・負極板および隔離板を備えたエレメントを電池の電槽に挿入する際、エレメントを超音波振動させながら行うことにより、生産性を向上させることが記載されている。

特開平６−２５１７９８号公報

特許文献１に記載された方法では、超音波振動を用いる方法であり、超音波振動子等の高価な超音波設備が必要とされ、効率的な生産方法を確立することができない。

本発明の二次電池の製造方法は、正・負極電極を有する発電要素を、直接または絶縁シートで覆った状態で電池缶の開口部から挿入して電池缶に収容し、発電要素の正・負極電極に接続される正・負極外部端子が設けられた電池蓋により電池缶の開口部を密封し、電池缶内に電解液を注入して二次電池を製造する方法であって、発電要素を電池缶に挿入する際、電池缶の固有振動数を含む可聴周波数帯域の周波数の振動を電池缶に与える。
また、本発明の二次電池用組付け装置は、発電要素を、直接または絶縁フィルムを介して電池缶の開口部から挿入する際、前記電池缶を振動させる。そして、この二次電池用組付け装置は、可聴周波数帯域の交流信号を発生する振動発生用電気信号発生装置と、振動発生用電気信号発生装置で発生する交流信号の周波数を調整する周波数調整装置と、振動発生用電気信号発生装置で発生された交流信号を機械振動に変換する機械振動変換部と、機械振動変換部から出力される振動が伝達される機械振動伝達部とを備え、周波数調整装置は、発電要素の電池缶に対する挿入深さに対応して定まる固有振動数の交流信号を発生するように振動発生用電気信号発生装置を調整する。

この発明によれば、電池缶を振動させながら発電要素を電池缶内に挿入するので、発電要素挿入時の電池缶との摩擦力が低減し、挿入を効率的に行うことができる。特に、振動周波数を可聴周波数とするので安価な振動発生装置を適用することが可能である。また、振動周波数には、電池缶の固有振動数が含まれているため、電池缶の振動振幅を大きくすることができ、振動発生装置により発生するエネルギーによる振動振幅への変換効率を高いものとすることができる。

本発明による二次電池の製造方法が適用される一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図。 図１に示された角形二次電池の分解斜視図。 角形二次電池内に収納された発電要素の、捲回終端部側を展開した状態の斜視図。 図１に図示された角形二次電池において、発電要素を電池缶に収納して密封するまでの工程を示す図。 図１に図示された角形二次電池において、発電要素を電池缶に挿入する方法を説明するための斜視図。 発電要素の挿入深さに対する電池缶の振動振幅の計測点を説明するための図。 一面固定における電池缶の固定点を説明するための斜視図。 （ａ）は、発電要素を電池缶に挿入する前の状態を示す斜視図、（ｂ）は、発電要素と電池缶とが（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。 （ａ）は、発電要素を電池缶の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 （ａ）は、発電要素全体が電池缶内に挿入される第２中間位置に達した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 （ａ）は、本発明による二次電池用組付け装置のブロック回路図、（ｂ）は、二次電池用組付け装置により電池缶を振動させる方法を説明するための斜視図。 （ａ）、（ｂ）は、三面固定における電池缶の固定点を説明するための斜視図。 図１２に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素を電池缶に挿入する前の状態を示す斜視図、（ｂ）は、発電要素と電池缶とが（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。 図１２に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素を電池缶の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 図１２に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素全体が電池缶内に挿入される第２中間位置に達した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 （ａ）、（ｂ）は、エッジ固定における電池缶の固定点を説明するための斜視図。 図１６に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素を電池缶に挿入する前の状態を示す斜視図、（ｂ）は、発電要素と電池缶とが（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。 図１６に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素を電池缶の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 図１６に示す電池缶の固定位置に関するものであり、（ａ）は、発電要素全体が電池缶内に挿入される第２中間位置に達した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。 電池缶を加振する加振処理フロー。

［角形二次電池の全体構造］
以下、この発明の二次電池の製造方法および二次電池用組付け装置の一実施の形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明による二次電池の製造方法が適用される一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。
以下の説明では、二次電池を、リチウムイオン角形電池として説明する。
角形二次電池Ｃ１は、電池缶１および電池蓋６を備える。電池缶１及び電池蓋６の材料としては、アルミニウム系金属が用いられる。電池缶１は、矩形の底面２２と、底面２２から立ち上がる角筒状の側壁部２１と、側壁部２１の上端で上方に向かって開放された開口部１ａ（図２参照）とを有している。側壁部２１は、一対の幅広側面２１ａと一対の幅狭側面２１ｂとを有している。電池缶１内には、発電要素４０が収納され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封止されている。

電池蓋６は、その周縁部が電池缶１の開口部１ａの周縁部にレーザ溶接により接合され、電池缶１と電池蓋６によって密閉された電池容器１０が構成される。電池蓋６には、正極外部端子８Ａと、負極外部端子８Ｂが設けられている。
正極外部端子８Ａはアルミニウム系金属により形成され、負極外部端子８Ｂは銅系金属により形成されている。正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂとは、材料が異なる以外は、同一の構造を有する。
正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを介して発電要素４０が充電され、また、発電要素４０から外部負荷に電力が供給されることにより、放電する。電池蓋６には、ガス排出弁１２が一体的に設けられており、電池容器１０内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１２が開いて内部からガスが排出され、電池容器１０内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池Ｃ１の安全性が確保される。

電池蓋６には、ガス排出弁１２に隣接して注液栓１１が設けられている。電池容器１０内に発電要素４０を収納し、電池容器１０の開口部１ａを電池蓋６により密封し、電池蓋６に設けられた注液口９から非水電解液を電池缶１内に注入した後、注液口９を注液栓１１により封口する。

非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

［発電要素］
図３は、発電要素４０の斜視図である。図３では、発電要素４０は、その捲回終端部側を展開した状態で図示されている。
発電要素４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、セパレータ４３、４４を介在して軸芯Ｃ−Ｃの周囲に捲回して、扁平直方体状に形成されている。
正極電極４１は、アルミニウム系金属からなる正極金属箔４１ａの表・裏両面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部４１ｂを有する。正極合剤塗工部４１ｂは、正極金属箔４１ａの一側縁に、正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未塗工部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤を塗工して形成される。
負極電極４２は、銅系金属からなる負極金属箔４２ａの表・裏両面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部４２ｂを有する。負極合剤塗工部４２ｂは、正極合剤未塗工部４１ｃの側縁と反対側に配置された他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未塗工部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに負極合剤を塗工して形成される。

セパレータ４３、４４は、正極金属箔４１ａと負極金属箔４２ａとを絶縁する。負極電極４２の負極合剤塗工部４２ｂは、正極電極４１の正極合剤塗工部４１ｂよりも幅方向および長手方向に大きく形成され、これにより正極合剤塗工部４１ｂは、始端部から周端部までの全領域が負極合剤塗工部４２ｂに覆われている。

図３に図示されるように、発電要素４０は、高さ方向の両端部に形成された一対の円弧状の湾曲部４０Ｔと、両湾曲部４０Ｔの間に位置する一対の平坦部４０Ｐとを有し、扁平直方体形状に形成されている。平坦部４０Ｐは、僅かに、中央部が厚い湾曲状とされていることもある。
発電要素４０は、一方の湾曲部４０Ｔを下に向け、軸芯Ｃ−Ｃを電池缶１の底面２２と平行にして、電池缶１内に収容されている。電池缶１内に収容された状態では、発電要素４０の一対の平坦部４０Ｐは、それぞれ、電池缶１の幅広側面２１ａにほぼ平行に対面している。

図２を参照して、角形二次電池Ｃ１の電池缶１には、絶縁シート２を介して発電要素４０が収容されている。
上述した如く、発電要素４０は、セパレータ４３、４４を介して正極電極４１と負極電極４２を扁平形状に捲回した電極群であり、捲回軸方向の両端面側には、正極合剤および負極合剤が塗布されていない正極合剤未塗工部４１ｃおよび負極合剤未塗工部４２ｃが設けられている。
発電要素４０は、一方の湾曲部４０Ｔ側から電池缶１内に挿入され、他方の湾曲部４０Ｔ側が電池缶１の開口部１ａ側に配置される。

発電要素４０の電極箔露出部である正極合剤未塗工部４１ｃおよび負極合剤未塗工部４２ｃは、少なくとも一部が束ねられて平板状とされており、それぞれ、正極集電板４Ａおよび負極集電板４Ｂに、超音波溶接により接合されている。このとき、重ね合わされた正極合剤未塗工部４１ｃ同士および負極合剤未塗工部４２ｃ同士も、それぞれ、相互に接合されている。

正極集電板４Ａの他端と負極集電板４Ｂの他端は、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂにそれぞれ接続されている。

正極集電板４Ａと負極集電板４Ｂ、および正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。

正極接続部１４ａ、負極接続部１４ｂのそれぞれは、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂの下面から突出しており、その先端が電池蓋６の正極側貫通孔６Ａ、負極側貫通孔６Ｂに挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１４ａ、負極接続部１４ｂは、電池蓋６を貫通し、さらに正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂの正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂを貫通して電池缶１の内部側に突出して先端がかしめられている。このかしめにより、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂを電池蓋６に一体に固定され、これにより電池蓋組立体２０が構成されている。

正極集電板４Ａは、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の正極集電板基部４１Ａと、正極集電板基部４１Ａの側端で折曲されて、電池缶１の幅広側面２１ａに沿って底面２２側に向かって延出され、発電要素４０の正極合剤未塗工部４１ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４５Ａとを有している。負極集電板４Ｂは、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の負極集電板基部４１Ｂと、負極集電板基部４１Ｂの側端で折曲されて、電池缶１の幅広側面２１ａに沿って底面２２側に向かって延出され、発電要素４０の負極合剤未塗工部４２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される負極側接続端部４５Ｂを有している。正極集電板基部４１Ａ、負極集電板基部４１Ｂのそれぞれには、正極接続部１４ａが挿通される正極側開口孔４３Ａ、負極接続部１４ｂが挿通される、負極側開口孔４３Ｂがそれぞれ形成されている。

発電要素４０は絶縁シート２により覆われて電池缶１に挿入される。つまり、発電要素４０は折り畳まれた絶縁シート２に包まれた状態、すなわち、発電要素４０の下部側および全周囲が絶縁シートで覆われた状態で、電池缶１に挿入される。

［二次電池製造方法の概要］
図４は、図１に図示された角形二次電池において、発電素子を電池缶に収納して電池蓋６により密封するまでの工程を示す図である。
ステップＳ１で、電池蓋組立体２０（図２参照）を作製する。
電池蓋６の上方にガスケット５を、電池蓋６の下方に、絶縁板７および正極集電板４Ａを、それぞれ、電池蓋６の正極側貫通孔６Ａに、ガスケット５の貫通孔、絶縁板７の貫通孔および正極集電板４Ａの正極集電板基部４１Ａの正極側開口孔４３Ａを位置合せして配置する。正極外部端子８Ａの正極接続部１４ａを、ガスケット５の貫通孔、電池蓋６の正極側貫通孔６Ａ、絶縁板７の貫通孔および正極集電板４Ａの正極集電板基部４１Ａの正極側開口孔４３Ａに挿通する。正極集電板４Ａの正極集電板基部４１Ａの下面側において正極外部端子８Ａの正極接続部１４ａをかしめ、電池蓋６に正極外部端子８Ａ、ガスケット５、絶縁板７および正極集電板４Ａを固定する。

同様に、電池蓋６の上方にガスケット５を、電池蓋６の下方に、絶縁板７および負極集電板４Ｂを、それぞれ、電池蓋６の負極側貫通孔６Ｂに、ガスケット５の貫通孔、絶縁板７の貫通孔および負極集電板４Ｂの負極集電板基部４１Ｂの負極側開口孔４３Ｂを位置合せして配置する。負極外部端子８Ｂの負極接続部１４ｂを、ガスケット５の貫通孔、電池蓋６の負極側貫通孔６Ｂ、絶縁板７の貫通孔および負極集電板４Ｂの負極集電板基部４１Ｂの負極側開口孔４３Ｂに挿通する。負極集電板４Ｂの負極集電板基部４１Ｂの下面側において負極外部端子８Ｂの負極接続部１４ｂをかしめ、電池蓋６に負極外部端子８Ｂ、ガスケット５、絶縁板７および負極集電板４Ｂを固定する。これにより、電池蓋組立体２０が作製される。

ステップＳ２で、電池蓋・発電要素組立体３０（図２参照）を作製する。
予め、図３に図示される発電要素４０を作製しておく。発電要素４０の正極合剤未塗工部４１ｃの最外周の部分に電池蓋組立体２０の正極集電板４Ａを積層し、超音波溶接により接合する。このとき、捲回されて重ね合わされた正極合剤未塗工部４１ｃ同士も接合される。同様に、発電要素４０の負極合剤未塗工部４２ｃの最外周の部分に電池蓋組立体２０の負極集電板４Ｂを積層し、超音波溶接により接合する。このとき、捲回されて重ね合わされた負極合剤未塗工部４２ｃ同士も接合される。これにより、電池蓋・発電要素組立体３０が作製される。

ステップＳ３で、電池蓋・発電要素組立体３０を電池缶１内に収容する。
この工程は、上述したように、発電要素４０を絶縁シート２で覆った状態で、図２に図示するように、発電要素４０の一方の湾曲部４０Ｔ側を電池缶１の開口部１ａから挿入していく。発電要素４０は、軸芯Ｃ−Ｃが電池缶１の底面２２および一対の幅広側面２１ａと平行な状態に収容される。つまり、発電要素４０の下側の湾曲部４０Ｔは、絶縁シート２を介して電池缶１の底面２２と僅かな隙間を存して平行に収容され、発電要素４０の一対の平坦部４０Ｐのそれぞれは、絶縁シート２を介して電池缶１の一対の幅広側面２１ａと僅かな隙間を存して平行に収納される。電池缶１と発電要素４０との隙間は、可能な限り小さく設定されており、挿入時には、絶縁シート２は電池缶１に接触し、両部材間に大きな摩擦力が作用するので、挿入作業は時間を要する。このため、本実施形態では、電池缶１を振動させながら発電要素４０を挿入する。この詳細は後述する。

発電要素４０を電池缶１内に収容したら、ステップＳ４に示すように、電池蓋６で電池缶１の開口部１ａを覆い、電池蓋６の周縁部を電池缶１の開口部１ａの周縁部にレーザ溶接により接合して密封する。そして、ステップＳ５で電池蓋６に設けられた注液口９から非水電解液を電池缶１内に注入し、レーザ溶接等により注液栓１１を電池蓋６に接合して封口する。これにより、図１に図示される角形二次電池Ｃ１が作製される。
次に、発電要素４０を電池缶１内に挿入する際、電池缶１を振動させる方法、つまり、電池缶の加振方法について説明する。

［電池缶の加振方法］
図５は、図１に図示された角形二次電池において、発電素子を電池缶に挿入する方法を説明するための斜視図である。但し、図５においては、電池蓋組立体２０および絶縁シート２は、図示を省略してある。
電池缶１は、厚さ０．６ｍｍｍの材質アルミニウム合金Ａ３００３で形成されており、密度２７３０ｋｇ／ｍ³、弾性率６９ＧＰａ、ポアソン比０．３３の機械的特性を有する。

上述したように、発電要素４０は、電池蓋・発電要素組立体３０の状態で、発電要素４０の一方側の湾曲部４０Ｔ側を電池缶１の開口部１ａから挿入していく。
このとき、図５の白抜き矢印に示すように、電池缶１を電池蓋・発電要素組立体３０の挿入方向に対する垂直方向に加振する。つまり、電池缶１の幅広側面２１ａを垂直方向に振動させる。すなわち、電池缶１に付与する振動の方向は、発電要素挿入時において発電要素４０と電池缶１が接触する電池缶側面２１ａに対して垂直方向である。したがって、効率よく、電池缶１と発電要素４０の接触面での摩擦を低減することができる。
２つの摺動物体間に作用する摩擦力は、振動振幅を増加させると低減することが知られている（例えば、日本機械学会論文集（Ｃ編）６７巻６３７号（２００１−５）Ｐ．２３−Ｐ．２８「超音波振動による摩擦低減に関する基礎研究」Ｆｉｇ．７（Ｐ．２５）参照）。しかし、固定された容器内に摺動により部材を挿入する際の具体的な事例に関する記載は無い。
そこで、発電要素４０と、電池缶１の低摩擦化について以下に示す確認を行った。

電池缶１を加振する場合、電池缶１の固定点は、発電要素４０との間に間隙が有る位置が好ましい。そこで、電池缶１の固定点を下記の３つの位置とした場合について、電池缶１の固有振動強度を計測した。
（Ｉ）電池缶の固定点を電池缶の底面とする（一面固定）。
（ＩＩ）電池缶の固定点を、電池缶の底面２２および一対の幅狭側面２１ｂとする（三面固定）。
（ＩＩＩ）電池缶の固定点を、電池缶の底面２２のエッジおよび一対の幅狭側面２１ｂのエッジとする（エッジ固定）。

発電要素４０が電池缶１内に挿入されていくに伴って、発電要素４０と電池缶１とが接触する領域が増大すると共に電池缶１内における空間深さが縮小するので、電池缶１における振動条件が変化する。そこで、電池缶の固有振動強度の計測において、電池缶１の振動振幅が最大となる位置、換言すれば、電池缶１内における空間深さのほぼ中間となるように、発電要素４０の電池缶１への挿入深さに対応して、計測位置を変えた。

図６は、発電要素の挿入深さに対する電池缶の振動振幅の計測点を説明するための図である。
計測点Ａ_０は、発電要素４０が電池缶１に挿入する前および挿入し始める時の計測点である。計測点Ａ_０は、電池缶１の幅広側面２１ａの高さのほぼ中央位置である。
計測点Ａ_１は、発電要素４０が電池缶１の第１中間位置（高さのほぼ半分）に挿入された状態の計測点である。具体的な一例では、計測点Ａ_１は、計測点Ａ_０の下方１５ｍｍであり、このとき、発電要素４０の電池缶１への挿入深さ、換言すれば、発電要素４０と電池缶１との高さ方向における接触面の長さは３０ｍｍである。
計測点Ａ_２は、発電要素４０のほぼ全体が電池缶１内に挿入された、第２中間位置の計測点である。具体的な一例では、計測点Ａ_２は計測点Ａ_１の下方１５ｍｍであり、このとき、発電要素４０の電池缶への挿入深さ、換言すれば、発電要素４０と電池缶１との高さ方向における接触面の長さは６０ｍｍである。発電要素４０は、さらに、下方に挿入されるが、既に、その全面積が電池缶１内に挿入されているので、以降は、発電要素４０と電池缶１との高さ方向における接触面の長さ６０ｍｍは変化しない。

図１１（ａ）は、本発明による加振装置（二次電池用組付け装置）のブロック回路図であり、図１１（ｂ）は、加振装置により電池缶を振動させる方法を説明するための斜視図である。
加振装置８０により電池缶１を加振する振動数は、設備導入費を廉価にするために可聴周波数帯域とした。
加振装置８０は、コントローラ８５と機械振動付与部８６とを備えている。コントローラ８５は、振動発生用電気信号発生部８１と、電気信号増幅部８２と、周波数調整装置８３とを備えている。振動発生用電気信号発生部８１では、可聴周波数帯域の正弦波の交流信号を発生し出力する。電気信号増幅部８２では、振動発生用電気信号発生部８１から出力される交流信号を増幅する。周波数調整装置８３は、振動発生用電気信号発生装置８１で発生する交流信号の周波数を調整する。

機械振動付与部８６は、伝送部８７を介して送られる交流信号を機械振動に変換する機械振動変換部８４と、機械振動変換部８４で変換された機械振動を電池缶に付与する機械振動伝達部８８とを備えている、機械振動変換部８４は、例えば、圧電素子と、圧電素子を挟む一対の金属板を含んで構成され、電気信号増幅部８２から出力される交流信号を機械的振動に変換する。

従って、機械振動伝達部８８のケースを保持して、振動機構部を電池缶１の幅広側面２１ａに押し当てることにより、電池缶１を振動させる。上述した如く、振動機構部の振動方向は、電池缶１の幅広側面２１ａに垂直方向とする。また、振動機構部の押し当て位置は、電池缶１内に挿入される発電要素４０の挿入深さに応じて、例えば、計測点Ａ_０〜Ａ_２の位置に順次に変えることが好ましい。但し、最初から最後まで、発電要素４０の電池缶１への挿入が完了した状態で、発電要素４０と電池缶１との間の空間に対応する位置、例えば、計測点Ａ_２の位置に固定しておいてもよい。なお、機械振動伝達部８８による電池缶１の幅広側面２１ａへの圧力は、１００ｋＰａとした。

なお、コントローラ８５は、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび演算装置等を有しており、後述する処理フローにより、発電要素４０の電池缶１への挿入深さに対応して、異なる周波数の機械的振動を出力するように構成されている。

［電池缶一面固定］
先ず、電池缶の固定点を一面（電池缶一面固定）とした場合について説明する。
図７は、一面固定における電池缶の固定点を説明するための斜視図である。
図７（ａ）は、電池缶１を斜め上方から観た斜視図であり、図７（ｂ）は電池缶１を反対側側面側の斜め下方から観た斜視図である。
以下の図８〜図１０の（ｂ）は、第１の拘束条件で測定した電池缶の固有振動数強度データを示しているが、その拘束条件、すなわち、シミュレーション条件は次のとおりである。電池缶１の固定点は底面２２であり、底面２２を法線方向に拘束する。但し、底面２２は、その面内においては非拘束とされ、振動可能である。

図８〜図１０は、上記電池缶一面固定に関する図である。
図８（ａ）は、発電要素を電池缶に挿入する前（および挿入初期）の状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、発電要素と電池缶とが図８（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図９（ａ）は、発電要素を電池缶の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が図９（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図１０（ａ）は発電要素全体が電池缶内の第２中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が図１０（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
なお、図８〜図１０に図示された固有振動強度データにおける電池缶の変位量は、最大変位量を１とする相対値である。

図８（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１に挿入する前（なお、挿入初期も同様）の状態では、図８（ｂ）に図示されるように、周波数９１５Ｈｚと５５２０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数５５２０Ｈｚにおける変位が大きい。なお、図６には、変位量が０（ゼロ）の等高線Ｂを図示してある。
すなわち、発電要素４０を電池缶１に挿入し始める状態では、９１５Ｈｚ付近または５５２０Ｈｚ付近に電池缶１の固有振動数を有すると考えられる。振動振幅を大きくすると２つの摺動物体間に作用する摩擦力が低減することが知られている。従って、電池缶１を固有振動数で振動させながら、挿入装置を用いて、または手作業により、電池蓋・発電要素組立体３０を電池缶１に挿入すれば、発電要素４０と電池缶１との摩擦力が低減され、円滑に挿入することができる。

図９（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１の第１中間位置まで挿入した状態では、図９（ｂ）に図示されるように、周波数４８５５Ｈｚ、７６７５Ｈｚおよび１３６１５Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数７６７５Ｈｚにおける変位量が大きい。

図１０（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１の第２中間位置まで挿入した状態では、図１０（ｂ）に図示されるように、周波数１３９８０Ｈｚ、１７２３５Ｈｚおよび２００００Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数２００００Ｈｚにおける変位量が大きい。発電要素４０は、第２中間位置から、さらに、数ｍｍ程度あるいはそれ以上、電池缶１の底面２２側に挿入される。しかし、上述したように、第２中間位置以降は、発電要素４０は、その全体が電池缶１内に挿入されているため、最終挿入位置まで、電池缶との高さ方向における接触の長さは一定であり、変化しない。

上記各電池缶の固有振動強度データから、発電要素４０の電池缶１への挿入深さにより、電池缶１の固有振動数が変化することが判る。従って、発電要素４０の電池缶１への挿入深さに対応して、電池缶１を加振する加振周波数を、電池缶１の振動振幅が最も大きくなる固有振動数に切替えると、発電要素４０の電池缶１への挿入を、挿入開始から終了までの全体に亘り能率的とすることができる。

図２０は、加振装置８０のコントローラ８５に設けられた加振処理フローである。
電池蓋・発電要素組立体３０は、不図示の挿入装置により保持され、電池缶１の開口部１ａから挿入され、挿入される。挿入装置は、電池蓋・発電要素組立体３０が電池缶１内に挿入された深さを検出する挿入深さ検出センサを備えており、検出結果を、逐次、加振装置に送信する。コントローラ８５には、予め、発電要素４０が電池缶１に挿入される前の固有振動数（５５２０Ｈｚ）、発電要素４０が第１中間位置（接触長３０ｍｍ）における固有振動数（７６７５Ｈｚ）および発電要素４０が第２中間位置（接触長６０ｍｍ）における固有振動数（２００００Ｈｚ）が記憶されている。

図２０に図示された加振処理フローは、不図示の電池蓋・発電要素組立体３０の挿入装置のスタートと同時にスタートする。すなわち、加振処理はコントローラ８０に予め格納したプログラムを実行してスタートする。加振処理がスタートされると、ステップＳ１１で、直ちに、振動発生用電気信号発生部８１において、発電要素４０が電池缶１に挿入される前の固有振動数（５５２０Ｈｚ）に対応する第１の周波数の信号を発生させる。第１の周波数の信号は、電気信号増幅部８２で増幅され、機械振動変換部８４で機械的信号に変換されて機械振動伝達部８８に伝達される。これにより、電池缶１は、第１の固有振動数（５５２０Ｈｚ）で振動され、これと共に、電池蓋・発電要素組立体３０は、不図示の挿入装置により電池缶１内に挿入される。

ステップＳ１２では、発電要素４０が電池缶１の第１中間位置（接触長３０ｍｍ）に達したか否かが判断される。ステップＳ１２で否定されると、ステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１２で肯定されると、ステップＳ１３に進み、コントローラ８５の制御により、第１中間位置における電池缶１の固有振動数（７６７５Ｈｚ）の機械的振動が、機械振動変換部８４から出力され、機械振動伝達部８８に伝達される。これにより、電池缶１が第２の固有振動数（７６７５Ｈｚ）で振動し、これと共に電池蓋・発電要素組立体３０は、不図示の挿入装置により、さらに、電池缶１内に挿入される。

ステップＳ１４では、発電要素４０が電池缶１の第２中間位置（接触長６０ｍｍ）に達したか否かが判断される。ステップＳ１４で否定されると、ステップＳ１３に戻る。
ステップＳ１４で肯定されると、ステップＳ１５に進み、コントローラ８５の制御により、第２中間位置における電池缶１の固有振動数（２００００Ｈｚ）の機械的振動が、機械振動変換部８４から出力され、機械振動伝達部８８に伝達される。これにより、電池缶１が第２の固有振動数（２００００Ｈｚ）で振動し、これと共に電池蓋・発電要素組立体３０は、不図示の挿入装置により、さらに、電池缶１内に挿入される。
図２０の処理手順により、発電要素挿入開始から挿入完了までの期間において、発電要素４０が電池缶１に挿入された深さに対応して電池缶１に付与する振動の周波数が切換えられる、すなわち変更される。

ステップＳ１６では、発電要素４０が電池缶１の挿入最終位置に達したか否かが判断される。ステップＳ１６で否定されると、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１６で肯定されると処理が終了する。

上記加振処理フローでは、電池缶１を加振する固有振動数の切換えを発電要素４０の電池缶１への挿入深さに関連付けておこなうものとして例示した。しかし、電池缶１を加振する固有振動数の切換えを、各固有振動数で駆動する時間に関連付けて行うようにしてもよい。この場合には、第１、第２、第３の固有振動数（５５２０Ｈｚ，７６７５Ｈｚ、２００００Ｈｚ）で振動させる時間を予め設定しておき、設定時間に達したら順次切換える。このような時間管理切換えの場合には、挿入処理時間が一律に定まるので、生産量の管理には都合がよい。
あるいは、発電要素４０の電池缶１に対する挿入深さに対応して定まる複数の固有振動数を含む可聴周波数帯域の所定の帯域の交流信号を生成して振動を与えてもよい。

［電池缶三面固定］
図１２は、三面固定における電池缶の固定点（電池缶三面固定）を説明するための斜視図である。
図１２（ａ）は、電池缶１を反対側側面側の斜め上方から観た斜視図であり、図１２（ｂ）は電池缶１を反対側側方の斜め下方から観た斜視図である。
以下の図１３〜図１５の（ｂ）は、第２の拘束条件で測定した電池缶の固有振動数強度データを示しているが、その拘束条件、すなわち、シミュレーション条件は次のとおりである。電池缶１の固定点は、底面２２および底面２２両側の幅狭側面２１ｂであり、各面を法線方向に拘束する。但し、底面２２および両幅狭側面２１ｂの各面は、その面内においては非拘束とされ、振動変形可能である。

図１３〜図１５は、上記電池缶三面固定に関する図である。
図１３（ａ）は、発電要素を電池缶に挿入する前の状態を示す斜視図であり、図１３（ｂ）は、発電要素と電池缶とが図１３（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図１４（ａ）は、発電要素を電池缶の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が図１４（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図１５（ａ）は、発電要素全体が電池缶内に挿入される第２中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が図１５（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
なお、図１３〜図１５に図示された固有振動強度データにおける電池缶の変位量は、最大変位量を１とする相対値である。

図１３（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１に挿入する前の状態では、図１３（ｂ）に図示されるように、周波数９７０Ｈｚ、２４００Ｈｚおよび４２７０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数９７０Ｈｚにおける変位が大きい。

図１４（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１の第１中間位置まで挿入した状態では、図１４（ｂ）に図示されるように、周波数４８８０Ｈｚ、７９００Ｈｚおよび１４１５０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数４８８０Ｈｚにおける変位量が大きい。

１５（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１の第２中間位置まで挿入した状態では、図１５（ｂ）に図示されるように、周波数１４９６０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。

［電池缶のエッジ固定］
図１６は、エッジ固定における電池缶の固定点（電池缶エッジ固定）を説明するための斜視図である。
図１６（ａ）は、電池缶１を斜め上方から観た斜視図であり、図１６（ｂ）は電池缶１を反対側側方の斜め下方から観た斜視図である。
以下の図１７〜図１９の（ｂ）は、第３の拘束条件で測定した電池缶の固有振動数強度データを示しているが、その拘束条件、すなわち、シミュレーション条件は次のとおりである。電池缶１の固定点は、図１６（ａ）、（ｂ）において、太い実線で図示するように、底面２２の長手方向に延出される一対のエッジ２５、幅方向に延出される一対のエッジ２６、一対の幅狭側面２１ｂそれぞれの高さ方向に延出される一対のエッジ２７である。各エッジ２５〜２７は、それぞれの面に垂直な方向、換言すれば、幅広側面２１ａ幅狭側面２１ｂまたは底面２２のそれぞれに平行な二方向から拘束される。電池缶１をこのように拘束する部材の具体的な一例としては、例えば、電池缶１の底面２２および一対の幅狭側面２１ｂを嵌入する溝を有し、各溝に、電池缶１のエッジ２５〜２７のそれぞれに当接する傾斜状のエッジが形成された保持部材が挙げられる。

図１７〜図１９は、上記電池缶のエッジ固定に関する図である。
図１７（ａ）は、発電要素４０を電池缶１に挿入する前の状態を示す斜視図であり、図１７（ｂ）は、発電要素と電池缶とが図１７（ａ）に示す位置関係における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図１８（ａ）は、発電要素４０を電池缶１の第１中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図１８（ｂ）は、電池缶に対する発電要素の挿入位置が図１８（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
図１９（ａ）は、発電要素４０を電池缶１の第２中間位置まで挿入した状態を示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、電池缶に対する発電要素４０の挿入位置が図１９（ａ）に示す状態における、電池缶の固有振動強度データを示す。
なお、図１７〜図１９に図示された固有振動強度データにおける電池缶の変位量は、最大変位量を１とする相対値である。

図１７（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１に挿入する前の状態では、図１７（ｂ）に図示されるように、周波数１０４０Ｈｚおよび１３４８０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数１３４８０Ｈｚにおける変位が大きい。

図１８（ａ）に図示されるように、発電要素４０を電池缶１の第１中間位置まで挿入した状態では、図１８（ｂ）に図示されるように、周波数５１３０Ｈｚ、８２９０Ｈｚおよび１４９５０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。特に、周波数５１３０Ｈｚにおける変位量が大きい。

図１９（ａ）に図示されるように、発電要素全体が電池缶１内に挿入される第２中間位置に達した状態では、図１９（ｂ）に図示されるように、周波数１７１８０Ｈｚにおいて、電池缶１の振動振幅に大きな変位が生じた。

以上説明した通り、電池缶１の固定点を変えることにより、発電要素４０を含む電池缶１の固有振動数が変化することが判った。しかし、いずれの固定点においても、可聴周波数帯域の範囲内に、振動振幅の変位量を大きくする固有振動数が有ることを確認することができた。従って、発電要素４０を電池缶１に挿入する際、可聴周波数帯域において電池缶１を振動させながら発電要素４０を挿入する方法を採用することができる。

なお、上記一実施の形態では、電池缶１の加振を１つの固有振動数で行う方法で例示した。しかし、電発電要素４０の電池缶１に対する挿入深さに対応して定まる複数の固有振動数を含む可聴周波数帯域の所定の帯域の交流信号を生成して振動を与えてもよい。さらには、電池缶１の加振をホワイトノイズ信号で行うようにしてもよい。

［ホワイトノイズによる加振］
ホワイトノイズは、すべての周波数で同じ強度となるノイズである。フーリエ変換を行い、パワースペクトルにするとすべての周波数で同じ強度となる。
一般的にも、可聴域のホワイトノイズを指すことが多いが、本明細書においては、特に、可聴域のホワイトノイズを指すものとする。
上述したように、可聴域において、電池缶１の固有振動数が存することを確認することができた。よって、可聴域のホワイトノイズは、電池缶１の少なくとも１つの固有振動数が含まれていることが明らかであり、ホワイトノイズにより電池缶１を振動させながら発電要素４０を挿入するようにした場合においても、発電要素４０と電池缶１との摩擦力を低減することができる。

以上説明した実施形態の二次電池の製造方法は、正・負極電極を有する発電要素４０を、直接または絶縁シート２で覆った状態で電池缶１の開口部１ａから挿入して電池缶に収容し、発電要素４０の正・負極電極４１ｃ，４２ｃに接続される正・負極外部端子８Ａ，８Ｂが設けられた電池蓋６により電池缶１の開口部１ａを密封し、電池缶１に電解液を注入して二次電池を製造する。そして、発電要素４０を電池缶１に挿入する際、電池缶１の固有振動数を含む可聴周波数帯域の周波数の振動を電池缶１に与える。
ここで、固有振動数は、発電要素４０と電池蓋１を一体にした電池蓋・発電要素組立体３０を電池缶１に挿入する際の電池缶１の固有振動数である。したがって、小さいエネルギで大きな振幅を電池缶に発生させることができる。

このような一実施の形態による二次電池の製造方法は下記の効果を奏する。
（１）電池缶１を、可聴数周波数で電池缶１の固有振動数の１つの周波数またはホワイトノイズ信号により振動させながら発電要素４０を電池缶１内に挿入するようにした。このため、発電要素４０挿入時に電池缶１との摩擦力が低減し、挿入を効率的に行うことができる。特に、振動周波数を可聴周波数とするので、適用することが可能である。また、振動周波数には、電池缶１の固有振動数の少なくとも１つが含まれているため、電池缶１の振動振幅を大きくすることが可能であり、振動発生装置により発生するエネルギーによる振動振幅への変換効率を高いものとすることができる。

（２）発電要素４０が電池缶１に挿入する深さに応じて、そのときの電池缶１の固有振動数が含まれるように段階的に切り換えるようにした。電池缶１の固有振動数は、発電要素４０が挿入される電池缶１への深さに対応して変化するが、段階的にそのときの電池缶１の固有振動数に切替えることにより、電池缶１を固有振動数付近で振動させる期間を長くすることができ、挿入初期から挿入完了までの作業の効率を向上することができる。

なお、上記一実施の形態では、発電要素４０を絶縁シート２で覆う構造として例示した。しかし、絶縁シート２を用いず、電池缶１の内面に、絶縁処理を施すようにしてもよい。

上記一実施の形態では、発電要素４０は、両端部の湾曲部４０Ｔの間が平坦部４０Ｐであるとして例示したが、平坦部４０Ｐは、平坦ではなく、多少、円弧状に湾曲する形状であってもよい。

上記一実施の形態では、角形二次電池Ｃ１をリチウムイオン電池として説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる角形二次電池Ｃ１にも適用が可能である。

その他、本発明は、発明の趣旨の範囲内において種々変形して適用することができるものであり、要は、電池缶を、可聴周波数帯域内の、電池缶の固有振動数の少なくとも１つを含む周波数で振動させながら、発電要素を前記電池缶に挿入するものであればよい。

１ 電池缶
２ 絶縁シート
６ 電池蓋
８Ａ 正極外部端子
８Ｂ 負極外部端子
１０ 電池容器
２０ 電池蓋組立体
２１ 側壁部
２１ａ 幅広側面
２１ｂ 幅狭側面
２２ 底面
３０ 電池蓋・発電要素組立体
４０ 発電要素
４０Ｐ 平坦部
４０Ｔ 湾曲部
４１ 正極電極
４２ 負極電極
８０ 加振装置
８１ 振動発生用電気信号発生部
８２ 電気信号増幅部
８３ 機械振動変換部
８５ コントローラ
８６ 機械振動伝達部
Ａ_０〜Ａ_２ 計測点
Ｂ 変位量０の等高線
Ｃ１ 角形二次電池

Claims (7)

1. 正・負極電極を有する発電要素を、直接または絶縁シートで覆った状態で電池缶の開口部から挿入して前記電池缶に収容し、
   前記発電要素の正・負極電極に接続される正・負極外部端子が設けられた電池蓋により前記電池缶の開口部を密封し、
   前記電池缶内に電解液を注入して二次電池を製造する方法であって、
   前記発電要素を前記電池缶に挿入する際、前記電池缶の固有振動数を含む可聴周波数帯域の周波数の振動を前記電池缶に与える、二次電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の二次電池の製造方法において、
   前記固有振動数は、前記発電要素と前記電池蓋を一体にした電池蓋・発電要素組立体を前記電池缶に挿入する際の前記電池缶の固有振動数である、二次電池の製造方法。
3. 請求項１に記載の二次電池の製造方法において、
   前記電池缶に付与する振動の方向は、発電要素挿入時において前記発電要素と前記電池缶が接触する電池缶側面に対して垂直方向である、二次電池の製造方法。
4. 請求項１に記載の二次電池の製造方法において、
   発電要素挿入開始から挿入完了までの期間において、前記発電要素が前記電池缶に挿入された深さに対応して前記電池缶に付与する振動の周波数を変更する、二次電池の製造方法。
5. 請求項１に記載の二次電池の製造方法において、
   前記電池缶に付与する振動の周波数は、前記発電要素の前記電池缶に対する挿入深さに対応して定まる複数の固有振動数を含む可聴周波数帯域の所定の帯域の周波数である、二次電池の製造方法。
6. 請求項１に記載の二次電池の製造方法において、
   前記電池缶に付与する振動は、前記発電要素の前記電池缶に対する挿入深さに対応して定まる複数の固有振動数を含む可聴帯域のホワイトノイズ信号に基づいて生成する、二次電池の製造方法。
7. 発電要素を、直接または絶縁フィルムを介して電池缶の開口部から挿入する際、前記電池缶を振動させる二次電池用組付け装置であって、
   可聴周波数帯域の交流信号を発生する振動発生用電気信号発生装置と、
   前記振動発生用電気信号発生装置で発生する交流信号の周波数を調整する周波数調整装置と、
   前記振動発生用電気信号発生装置で発生された交流信号を機械振動に変換する機械振動変換部と、
   前記機械振動変換部から出力される振動が伝達される機械振動伝達部とを備え、
   前記周波数調整装置は、前記発電要素の前記電池缶に対する挿入深さに対応して定まる固有振動数の交流信号を発生するように前記振動発生用電気信号発生装置を調整する、二次電池用組付け装置。
   

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