JP2016162550A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースへの電解液の注入の際に注液口の内周面に電解液が付着することを抑止すること。【解決手段】シール装置２０は、ゴムチューブ２１と、プランジャ３１と、挿入治具４１とを備えている。ゴムチューブ２１は、円筒状である本体２２を備える。ゴムチューブ２１は、本体２２を、軸線方向に貫通する円形の貫通孔２４を備え、この貫通孔２４にはプランジャ３１が挿入される。貫通孔２４にプランジャ３１が挿入されると、ゴムチューブ２１はプランジャ３１によって挿入孔３４の内側から外周に向けて押し拡げられるように弾性変形する。【選択図】図４

Description

本発明は、ケース内に電解液を注入する際に注液口をシールするシール装置に関する。

二次電池は、例えば特許文献１に記載されるように、ケース内に電極組立体などの電池要素を備える。ケースは、有底筒状のケース本体の開口部を蓋体で閉塞することで構成されている。また、ケースは、ケース本体の開口部を閉塞した後のケース内に電解液を注入するための注液口を備えており、その注液口は電解液の注入後に封止部材によって封止されている。また、特許文献２には、注液口の封止にブラインドリベットを用いることが提案されている。

特開２０００−９０９１４号公報 特開２０１１−７６８６５号公報

ところで、ケース内に電解液を注入する際には、注液口の内周面に電解液が付着するおそれがある。注液口の内周面に電解液が付着したまま封止部材によって注液口が封止されると、注液口のシール性が低下し、ケース内で発生した気体や電解液がケースの外部に漏れ出すおそれがある。特許文献２には、電解液を拭き取った後、封止することが記載されているが、拭き取りが可能なのはケースの表面側に留まり、細かな傷・溝を有する注液口の内周面にて拭き取りを行うことは困難である。

本発明の目的は、ケース内への電解液の注入の際に注液口の内周面に電解液が付着することを抑止することができるシール装置を提供することにある。

上記課題を解決するシール装置は、ケースに設けられた注液口から前記ケース内に電解液を注入する際に前記注液口をシールするシール装置であって、前記注液口に挿入される筒状の弾性体と、前記弾性体の内側に挿入されるプランジャとを備え、前記弾性体は、軸線方向に沿う寸法が前記注液口の軸線方向に沿う寸法以上であり、前記プランジャは、前記弾性体への挿入方向の先端部に向けて先細り形状であり、かつ、前記弾性体の内側に挿入されることで前記注液口に挿入された前記弾性体を内側から押し拡げる。

これによれば、プランジャを弾性体の内側に挿入することで、注液口の内周面に弾性体の外周面が密着する。この状態でケース内に電解液を注入すると、電解液の一部が注液口に向けて飛散しても、注液口の内周面に電解液が付着しにくい。このため、注液口を封止部材によって封止したときに、注液口と封止部材との間に電解液が介在しにくく、注液口と封止部材との間に電解液が介在することに起因して注液口のシール性が低下することが抑止される。また、注液口の内周面から電解液を拭き取る必要もない。

上記シール装置について、前記プランジャを前記弾性体の内側に押し込むために前記プランジャに挿入される挿入治具を備え、該挿入治具は、前記プランジャへの挿入先で、該プランジャと係止する係止部と、前記電解液を前記ケースに注入する注液ノズルを有する。

これによれば、係止部がプランジャと係止することで挿入治具によってプランジャを弾性体の内側に押し込み、押し込みによって弾性体を内側から押し拡げることができる。そして、挿入治具は、注液ノズルを有しているため、プランジャを弾性体の内側に押し込んだ後には、注液ノズルを介してケース内に電解液を注入することができる。したがって、挿入治具と注液ノズルを別体にする場合に比べて、容易に電解液の注入をすることができる。

上記シール装置について、前記プランジャは、前記係止部が挿入されるキー溝を有し、前記キー溝は、前記プランジャにおける前記挿入治具が挿入される開口側に開口し、かつ、前記挿入治具を前記プランジャの内側に挿入した際に前記係止部と係止可能な第１係止面と、前記挿入治具を前記プランジャの内側から引き抜く際に前記係止部と係止可能な第２係止面とを備える。

これによれば、挿入治具をプランジャに挿入すると、係止部と第１係止面との係止によりプランジャを弾性体に押し込むことができる。また、挿入治具をプランジャから引き抜こうとすると、係止部と第２係止面との係止によりプランジャを弾性体から引き抜くことができる。

上記シール装置について、前記弾性体は、前記注液口の周囲に位置した前記ケースの外面と接することで前記弾性体の位置決めを行うフランジを有する。
これによれば、弾性体の位置決めを容易に行うことができる。

本発明によれば、ケースへの電解液の注入の際に注液口の内周面に電解液が付着することを抑止することができる。

（ａ）は二次電池の外観を示す斜視図、（ｂ）は封止部材を示す図１（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）はケースを封止する前の封止部材を示す断面図。 シール装置を示す分解斜視図。 （ａ）はシール装置の断面図、（ｂ）はプランジャのキー溝を示す部分破断斜視図。 シール装置を用いた注液状態を示す部分断面図。 ケースに電解液を注入した後のシール装置を示す断面図。

以下、シール装置の一実施形態について説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、二次電池１０は、ケース１１と、ケース１１内に収容された電極組立体１２及び電解液（図示せず）とを備える。ケース１１は、有底筒状のケース本体１３と、ケース本体１３に電極組立体１２を挿入するための開口部を塞ぐ平板状の蓋体１４とを有する。蓋体１４は、その厚み方向に貫通する注液口１５を有する。注液口１５は、封止部材１６によって封止され、ケース１１内からの気体及び電解液の漏れが抑止されている。本実施形態の封止部材１６は、ブラインドリベットである。封止部材１６は、樹脂製であり、かつ、有底筒状のリベット本体１６ａと、リベット本体１６ａ内に収容され、先端に拡径部１６ｂを有する金属製の軸部１６ｃよりなる。

図１（ｃ）に示すように、ケース１１を封止する前の封止部材１６は、軸部１６ｃがリベット本体１６ａの上方まで延びており、軸部１６ｃの途中には図示しない切欠きが形成されている。

図１（ｂ）に示すように、封止状態の封止部材１６は、軸部１６ｃが上方に引っ張り上げられることで、拡径部１６ｂがリベット本体１６ａの周壁の一部を外周側へ膨らませるとともに、軸部１６ｃが切欠きで破断することで、軸部１６ｃはリベット本体１６ａの内部に一部のみ残る。これにより、リベット本体１６ａが注液口１５の内周面及び蓋体１４の内面における注液口１５の周辺に密着する。

ケース本体１３と蓋体１４は、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。本実施形態において、二次電池１０はリチウムイオン電池である。
電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質層を備える。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質層を備える。正極活物質層は、正極活物質粒子同士が樹脂製のバインダにより相互に固定された多孔質層である。また、負極活物質層は、負極活物質粒子同士が樹脂製のバインダにより相互に固定された多孔質層である。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極が交互に積層されるとともに、両電極の間にセパレータが介在された積層構造である。セパレータは、絶縁性の樹脂よりなり、電解液を含浸することでイオンの行き来を可能とする多孔性の樹脂シートである。

図１（ａ）に示すように、二次電池１０は、電極組立体１２の正極電極に接続された正極端子１７、及び、電極組立体１２の負極電極に接続された負極端子１８を備える。正極端子１７及び負極端子１８は蓋体１４に固定されている。

一般的な二次電池の製造方法を挙げる。まず、電極組立体１２を製造した後、電極組立体１２に正極端子１７及び負極端子１８を接続し、それらを蓋体１４に固定する。次に、蓋体１４をケース本体１３に接合して、ケース本体１３の開口部を蓋体１４で閉塞する。次に、注液口１５からケース１１内に電解液を注入し、その後、注液口１５を封止部材１６で封止する。

次に、二次電池１０の製造過程において、ケース１１内に電解液を注入する際に用いられるシール装置について説明する。
図２に示すように、シール装置２０は、弾性体としてのゴム製のゴムチューブ２１と、ゴムチューブ２１に挿入され、ゴムチューブ２１の内径を押し拡げる拡張部材としてのシリコンゴム製のプランジャ３１と、プランジャ３１に挿入される金属製の挿入治具４１とを備えている。プランジャ３１は、ゴムチューブ２１よりも硬い。

ゴムチューブ２１は、円筒状である本体２２を備える。ゴムチューブ２１において、本体２２の中心軸が延びる方向を軸線方向とすると、ゴムチューブ２１は軸線方向に沿う一端に第１端部２２ａを有し、他端に第２端部２２ｂを有する。ゴムチューブ２１は、第１端部２２ａに位置する円環状のフランジ２３を有する。ゴムチューブ２１は、本体２２を、軸線方向に貫通する円形の貫通孔２４を備え、この貫通孔２４にはプランジャ３１が挿入される。

ゴムチューブ２１の軸線方向に沿う寸法は、注液口１５の軸線方向に沿う寸法以上である。本体２２の外径は、ゴムチューブ２１の貫通孔２４にプランジャ３１が押し込まれていない状態において、注液口１５の直径よりも僅かに短い。また、フランジ２３の外径は、注液口１５の直径よりも長い。

ゴムチューブ２１は、第２端部２２ｂから注液口１５に挿入される。また、ゴムチューブ２１を第２端部２２ｂから注液口１５に挿入すると、フランジ２３は、蓋体１４の外面のうち、注液口１５の周囲に接する。

プランジャ３１は、筒状である。プランジャ３１の中心軸の延びる方向を軸線方向とすると、プランジャ３１は、円筒状の第１筒部３２と、円錐台形状の第２筒部３３とを軸線方向に連続して有している。第２筒部３３は、プランジャ３１の軸線方向に沿って、第１筒部３２から離れるに従い徐々に縮径している。プランジャ３１は、軸線方向に沿う一端で、かつ、第２筒部３３の先端に先端部３１ａを有し、軸線方向の他端で、かつ、第１筒部３２の先端に基端部３１ｂを有する。プランジャ３１は、軸線方向に沿って先端部３１ａに向かうに従い縮径する先細り形状である。なお、先細り形状とは、先端部３１ａに向けて徐々にプランジャ３１が縮径している形状に限られず、先端部３１ａに向けて段階的にプランジャ３１が縮径している形状も含む。

プランジャ３１において基端部３１ｂを含む第１筒部３２の外径は貫通孔２４の直径よりも長い。プランジャ３１の第２筒部３３において、先端部３１ａの外径は、貫通孔２４の直径よりも短い。また、図２に仮想線で示すように、プランジャ３１の第２筒部３３には、外径が、貫通孔２４の直径と同一となる境界部３３ａが存在しており、この境界部３３ａよりも基端部３１ｂ側は貫通孔２４の直径よりも外径が長くなっている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、プランジャ３１は、当該プランジャ３１を軸線方向に貫通する円形状の挿入孔３４を有している。また、プランジャ３１は、内周面から径方向に凹み、かつ、挿入孔３４と連通するキー溝３５を有している。キー溝３５は、プランジャ３１の軸線方向に沿う直線状の挿入溝３６と、この挿入溝３６よりもプランジャ３１の周方向に沿って幅広な係止溝３７とを有する。

挿入溝３６は、プランジャ３１の軸線方向に沿う一端が基端部３１ｂで開口し、他端で係止溝３７に繋がっている。係止溝３７は、第１係止面としての底面３７ａと、底面３７ａに対向する第２係止面としての上面３７ｂとを有している。

図２に示すように、挿入治具４１は、円柱状の挿入部４２と、挿入部４２の外周面の一部から突出する矩形状の係止部４３とを有している。挿入部４２の外径は、プランジャ３１の内径よりも僅かに短い。挿入部４２の周方向に沿う係止部４３の寸法は、プランジャ３１の周方向に沿う挿入溝３６の寸法よりも短く、挿入部４２の軸線方向に沿う係止部４３の寸法は、プランジャ３１の軸線方向に沿う係止溝３７の寸法よりも短い。したがって、係止部４３の大きさは、キー溝３５の挿入溝３６に挿入可能であり、かつ、キー溝３５の係止溝３７内で周方向に移動可能な大きさである。

また、本実施形態の挿入治具４１は、電解液が貯留されるタンクＴと連通する注液ノズル５１と、真空ポンプＰと連通する排気ノズル５２とを有しており、注液ノズル５１と排気ノズル５２とは挿入部４２を軸線方向に貫通している。挿入治具４１がプランジャ３１の挿入孔３４に挿入された状態で、注液ノズル５１からは、電解液がケース１１内に流出する。挿入治具４１がプランジャ３１の挿入孔３４に挿入された状態で、排気ノズル５２からは、空気が吸引される。したがって、本実施形態のシール装置２０は、ケース１１内に電解液を注入する注液装置としても機能する。

次に、上記シール装置２０を用いたケース１１内への電解液の注入方法について作用とともに説明する。
図４に示すように、ケース１１内に電解液６０を注入するときには、注液口１５にゴムチューブ２１を第２端部２２ｂ側から挿入する。フランジ２３が注液口１５の周囲に位置する蓋体１４の外面に係止することで、ゴムチューブ２１の注液口１５への挿入が規制され、ゴムチューブ２１の蓋体１４上での位置決めが行われる。ゴムチューブ２１が位置決めされた状態では、注液口１５の内周面の全面がゴムチューブ２１の外周面と対向している。

次に、ゴムチューブ２１の貫通孔２４に、プランジャ３１を先端部３１ａ側から挿入する。プランジャ３１は、境界部３３ａと貫通孔２４の内周縁との接触によりケース１１内に向けた挿入が規制される。

次に、ゴムチューブ２１の挿入孔３４に、挿入治具４１を挿入する。この際、挿入治具４１の係止部４３をキー溝３５に挿入するように位置合わせする。そして、挿入治具４１の挿入部４２を挿入孔３４に挿入し、かつ、挿入治具４１の係止部４３をキー溝３５の挿入溝３６に挿入していく。挿入治具４１の係止部４３がキー溝３５の底面３７ａまで達した状態で更に挿入治具４１をケース１１内に向けて挿入しようとすると、挿入治具４１の係止部４３とキー溝３５の底面３７ａとの係止によりケース１１内に向けた荷重がプランジャ３１に作用する。そして、この荷重によってプランジャ３１はケース１１内に向けて押し込まれ、貫通孔２４に圧入されていく。プランジャ３１において、貫通孔２４の直径よりも外径が大きい部分がゴムチューブ２１に押し込まれることになるため、ゴムチューブ２１はプランジャ３１によって内側から外周に向けて押し拡げられるように弾性変形する。プランジャ３１は、境界部３３ａがゴムチューブ２１の第２端部２２ｂを超えるまでゴムチューブ２１に押し込まれる。ゴムチューブ２１が押し拡げられることでゴムチューブ２１の外周面と注液口１５の内周面とが密着する。したがって、注液口１５の内周面について、蓋体１４の厚み方向も含め全面がゴムチューブ２１によってシールされる。

そして、注液ノズル５１からケース１１内に向けて電解液６０を注入する。電解液６０を注入する際には、真空ポンプＰを駆動することでケース１１内から空気を排出し、電解液６０の注入と並行して行うことで、注液作業の時間を短縮できる。ケース１１内からの空気の排出は、電解液６０の注入と並行して行われてもよいし、ケース１１内への電解液６０の注入を開始する前に行われてもよい。

図５に示すように、ケース１１内への電解液６０の注入が終わった後には、挿入治具４１を回転させて、係止部４３を係止溝３７内に位置させる。この状態で、挿入治具４１を引き抜こうとすると、係止部４３と上面３７ｂとが係止し合うことでプランジャ３１にはケース１１外に向けた力が作用し、プランジャ３１と挿入治具４１は一体となってゴムチューブ２１から引き抜かれる。そして、プランジャ３１が引き抜かれたゴムチューブ２１を注液口１５から取り外す。

その後、注液口１５を仮封止栓により封止して所定の温度環境下で自己放電させるエージングなどを行い、仮封止栓を開放して内部のガスなどを放出した後、封止部材１６により注液口１５を封止することで、二次電池１０が得られる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）注液口１５に挿入したゴムチューブ２１をプランジャ３１によって内側から押し拡げることでゴムチューブ２１を注液口１５の内周面に密着させている。このため、注液ノズル５１から電解液６０をケース１１内に注入するときに、注液口１５に向けて電解液６０の一部が飛散しても、注液口１５の内周面に電解液６０が付着することを抑止することができる。このため、注液口１５の内周面に電解液６０が付着したまま注液口１５が封止部材１６によって封止されることが抑止され、注液口１５と封止部材１６との間に電解液６０が介在することによる注液口１５のシール性の低下が抑止される。また、注液口１５の内周面に電解液６０が付着することが抑止されるため、注液口１５の内周面から電解液６０を拭き取る作業が不要となる。

（２）特に、本実施形態では、真空ポンプＰによってケース１１内の空気を排出しながら電解液６０を注液することで作業時間を短縮しているため、空気の排出に伴い、電解液６０が飛散しやすい。電解液６０の一部は、注液口１５に向けて飛散するが、注液口１５の内周面は、全面に亘ってゴムチューブ２１に覆われているため、注液口１５の内周面に電解液６０が付着することが抑止されている。

（３）挿入治具４１は、注液ノズル５１を有している。このため、挿入治具４１によるゴムチューブ２１へのプランジャ３１の圧入と同時に、注液ノズル５１を注液口１５に挿通できる。よって、挿入治具４１によって注液口１５の内周面をシールすると同時に、注液ノズル５１を注液口１５に挿通できる。したがって、注液口１５をシールした後に、注液ノズル５１を注液口１５に挿入する場合と比べて、注液作業性を向上できる。

（４）プランジャ３１は、挿入溝３６と係止溝３７とを有している。挿入治具４１をプランジャ３１に挿入する際には、キー溝３５の底面３７ａが挿入治具４１の係止部４３と係止し合う。このため、挿入治具４１を押し込むと、この係止によってプランジャ３１をゴムチューブ２１に押し込むことができる。また、キー溝３５は、係止溝３７を有する。このため、挿入治具４１を回転させて、挿入治具４１の係止部４３を係止溝３７内に位置させることで、挿入治具４１を引き抜こうとする際に係止部４３と上面３７ｂとを係止させて挿入治具４１とともにプランジャ３１を貫通孔２４から引き抜くことができる。

（５）ゴムチューブ２１は、フランジ２３を有している。このため、フランジ２３が蓋体１４の外面に接するまでゴムチューブ２１を注液口１５に挿入することで、容易にゴムチューブ２１の軸線方向に沿う位置決めを行うことができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○挿入治具４１は、注液ノズル５１と排気ノズル５２を有していなくてもよい。この場合、挿入治具４１をプランジャ３１に挿入し、プランジャ３１をゴムチューブ２１に挿入することで、挿入治具４１でゴムチューブ２１を押し拡げた後に、挿入治具４１をプランジャ３１から引き抜く。挿入治具４１をプランジャ３１から引き抜いた後には、プランジャ３１の挿入孔３４に挿入治具４１とは別体の注液ノズルを挿入し、電解液６０の注入を行う。この際、注液ノズルとともに排気ノズルも挿入孔３４に挿入してもよい。

○挿入治具４１は、排気ノズル５２を有さず、注液ノズル５１のみを有していてもよい。この場合、電解液６０の注入の際に真空ポンプＰによるケース１１内の空気の排出を行わない。

○挿入治具４１は、係止部４３を有していなくてもよい。また、挿入治具４１が係止部４３を有していない場合には、プランジャ３１にキー溝３５を設けなくてもよい。この場合、挿入治具４１を挿入孔３４に挿入したときに、挿入治具４１と係止する部分をプランジャ３１に設ける。例えば、挿入孔３４においてプランジャ３１の先端部３１ａ側に位置している部分の内径を挿入治具４１の外径よりも小さくすることで挿入孔３４内に段差を形成し、この部分と挿入治具４１が係止し合うようにしてもよい。また、プランジャ３１を挿入治具４１から引き抜く機構を別に設けることが好ましい。

○ゴムチューブ２１は、フランジ２３を有さず、本体２２のみで構成されていてもよい。
○フランジ２３は環状でなくてもよく、本体２２の外周面の一部から突出してもよい。

○貫通孔２４の形状は、円形とは異なる形状であってもよく、例えば、四角状などでもよい。この場合、貫通孔２４に挿入されるプランジャ３１の外形も貫通孔２４の形状に合わせて変更することが好ましい。同様に、注液口１５、ゴムチューブ２１の外形、挿入孔３４の形状、挿入治具４１などの形状は適宜変更してもよい。

○挿入治具４１において、係止部４３の形状は、適宜変更してもよい。
○シール装置２０は、挿入治具４１を有していなくてもよい。例えば、作業者などがプランジャ３１をゴムチューブ２１に挿入してもよい。

○注液口１５は、ケース本体１３に設けられていてもよい。
○二次電池１０は、ニッケル水素二次電池など、リチウムイオン電池とは異なる二次電池であってもよい。

○弾性体として、筒状に巻回された金属線材、すなわち、コイル状のバネを用いてもよい。
○挿入治具４１を回転させて、係止部４３を係止溝３７内に位置させるタイミングは、ケース１１内への電解液６０の注入を行う前でもよいし、プランジャ３１を挿入治具４１によって貫通孔２４に挿入する前でもよい。

○ゴムチューブ２１の軸線方向に沿う寸法は、注液口１５の軸線方向に沿う寸法と同一でもよい。
○封止部材１６は、ブラインドリベットに限定されるものではなく、金属製の封止栓をレーザー溶接により固定する構造であってもよい。

１１…ケース、１５…注液口、２０…シール装置、２１…ゴムチューブ、２３…フランジ、３１…プランジャ、３１ａ…先端部、３５…キー溝、３６…挿入溝、３７…係止溝、３７ａ…底面、３７ｂ…上面、４１…挿入治具、４３…係止部、５１…注液ノズル、６０…電解液。

Claims (4)

1. ケースに設けられた注液口から前記ケース内に電解液を注入する際に前記注液口をシールするシール装置であって、
   前記注液口に挿入される筒状の弾性体と、
   前記弾性体の内側に挿入されるプランジャとを備え、
   前記弾性体は、軸線方向に沿う寸法が前記注液口の軸線方向に沿う寸法以上であり、
   前記プランジャは、前記弾性体への挿入方向の先端部に向けて先細り形状であり、かつ、前記弾性体の内側に挿入されることで前記注液口に挿入された前記弾性体を内側から押し拡げるシール装置。
2. 前記プランジャを前記弾性体の内側に押し込むために前記プランジャに挿入される挿入治具を備え、
   該挿入治具は、前記プランジャへの挿入先で、該プランジャと係止する係止部と、
   前記電解液を前記ケースに注入する注液ノズルを有する請求項１に記載のシール装置。
3. 前記プランジャは、前記係止部が挿入されるキー溝を有し、
   前記キー溝は、前記プランジャにおける前記挿入治具が挿入される開口側に開口し、かつ、前記挿入治具を前記プランジャの内側に挿入した際に前記係止部と係止可能な第１係止面と、前記挿入治具を前記プランジャの内側から引き抜く際に前記係止部と係止可能な第２係止面とを備える請求項２に記載のシール装置。
4. 前記弾性体は、前記注液口の周囲に位置した前記ケースの外面と接することで前記弾性体の位置決めを行うフランジを有する請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のシール装置。