JP3154669B2 - ナトリウム硫黄電池の絶縁リングと金具との熱圧接合法 - Google Patents

ナトリウム硫黄電池の絶縁リングと金具との熱圧接合法

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JP3154669B2
JP3154669B2 JP29164496A JP29164496A JP3154669B2 JP 3154669 B2 JP3154669 B2 JP 3154669B2 JP 29164496 A JP29164496 A JP 29164496A JP 29164496 A JP29164496 A JP 29164496A JP 3154669 B2 JP3154669 B2 JP 3154669B2
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heater
press head
sodium
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sulfur battery
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卓 大島
隆 五島
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Tokyo Electric Power Co Inc
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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム硫黄電
池の絶縁リングと金具との熱圧接合法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム硫黄電池は、図1に示すよう
にβ−アルミナ質の固体電解質管1の内側にアルミニウ
ム金属製の隔壁2とナトリウム収納容器3とを入れ、ま
た固体電解質管1の外側と陽極容器4との間に硫黄含浸
陽極導電体5を充填したものである。そして固体電解質
管1の上部と陽極容器4の上部との間には、α−アルミ
ナ製の絶縁リング6が設けられており、この絶縁リング
6の上下には陰極金具7及び陽極金具8と呼ばれるアル
ミニウム金属製の金具が設けられている。陰極金具7は
陰極蓋9に溶接され、陽極金具8は陽極容器4に溶接さ
れるが、セラミック製の絶縁リング6とこれらの金具
7、8との間はアルミニウム系のろう材を介在させて熱
圧接合されている。
【0003】このような構造のナトリウム硫黄電池を製
造するには、まず固体電解質管1と絶縁リング6とをガ
ラス接合したうえ、固体電解質管1の内側に隔壁2を入
れ、隔壁2の内側に圧力を加えて膨張させ、隔壁2と固
体電解質管1との隙間を調整する。この状態で絶縁リン
グ6の上下にアルミニウム系のろう材10を挟んで陰極
金具7と陽極金具8をセットし、図9に示すように側面
ヒータ11により加熱しつつ、上部プレスヘッド12、
上部押し治具13、下部プレスヘッド14、下部押し治
具15によって接合部に一軸方向に圧力を加えて熱圧接
合する方法が取られている。
【0004】この場合、図10に示すようにワークであ
るナトリウム硫黄電池を加熱室内で1本ずつ熱圧接合す
る方法を取れば、接合部を周囲全周から側面ヒータ11
により均等に加熱することができる。図11に示すよう
にワークを加熱室内で移動させつつプレス位置で熱圧接
合する方法を取れば、どのワークも側面ヒータ11から
均等に加熱することができる。しかし、生産性を高める
ために図10の配置を図3のように、あるいは図11の
配置を図4のように変更してワークを複数列配置する
と、側面ヒータ11に近いワークは高温に加熱されるが
中央のワークは加熱されにくく、この温度差が原因とな
って接合部の品質にばらつきを生じるという問題があっ
た。この接合部は溶融ナトリウムと接触するために耐ナ
トリウム性に優れた接合が要求される部分であり、接合
部の品質のばらつきがナトリウム硫黄電池の寿命を左右
するおそれがあった。
【0005】特に、熱圧接合を真空雰囲気中で行う場合
には対流による熱移動が期待できないために、接合部は
側面ヒータ11からの輻射によってのみ加熱されること
となり、上記の接合部の温度差はより大きくなるおそれ
があった。
【0006】更に、上記した従来の熱圧接合法ではワー
クの全体が加熱されるため、アルミニウム金属製の隔壁
2が熱膨張して固体電解質管1に強く接触し、前工程で
調整した隔壁2と固体電解質管1との隙間を狂わせたり
するおそれもあった。しかも接合部以外の部分も昇温さ
せるために、余分な熱量が必要となるという問題もあっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決して、ワークを加熱室の内部で複数列に
配置したような場合にも、接合部の温度差による品質の
ばらつきが生じにくく、またワークの接合部を集中的に
加熱することによって隔壁と固体電解質管との隙間の狂
いを減少させるとともに、余分な熱量が要求されること
もないようにしたナトリウム硫黄電池の絶縁リングと金
具との熱圧接合法を提供するためになされたものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明のナトリウム硫黄電池の絶縁リング
と金具との熱圧接合法は、ナトリウム硫黄電池のセラミ
ック製の絶縁リングとアルミニウム金属製の金具とを熱
圧接合するに際し、側壁面にヒータを設置した加熱室の
内部に、ヒータを設置したプレスヘッドで上記両部材を
加圧するようにしたワークを複数列に配列させ、前記加
熱室の側壁ヒータにより前記ワーク全体を加熱するとと
もに、前記プレスヘッドのヒータからの熱伝導および輻
射により、各ワークの接合部を個別にヒータ出力を制御
しながら加熱して、上記両部材を熱圧接合することを特
徴とするものである。これによりプレスヘッドからの輻
射と熱伝導によって個々のワークの接合部を加熱するこ
とができ、前記した従来の問題点を解決することができ
る。なお、プレスヘッドと接合部との間に押し治具を介
在させ、その押し治具にヒータを設置して接合部を加熱
することができる。ヒータはプレスヘッドの先端部の外
周または内部に取り付けて接合部を加熱することが好ま
しい。また、プレスヘッドの中心部に絶縁リングの内部
に挿入される突起を設け、この突起に取り付けたヒータ
により内側からも接合部を加熱しつつ熱圧接合を行うこ
ともできる。以下に本発明の実施の形態を、図面を参照
しつつ詳細に説明する。
【0009】
【発明の実施の形態】〔第1の実施の形態〕 図2は本発明の第1の実施の形態を示す断面図であり、
図9について説明したと同様、1はβ−アルミナ質の固
体電解質管、2はアルミニウム金属製の隔壁、6は固体
電解質管1に予めガラス接合されているα−アルミナ製
の絶縁リング、7は陰極金具、8は陽極金具、10はア
ルミニウム系のろう材である。また12は上部プレスヘ
ッド、13は上部プレスヘッド12と接合部との間に介
在させた上部押し治具、14は下部プレスヘッド、15
は下部プレスヘッド14と接合部との間に介在させた下
部押し治具である。これらのプレスヘッド12、14は
SUS製であり、約700kgf/cm2 の圧力で一軸方向に
接合部を加圧する。この実施の形態では、上部プレスヘ
ッド12の下端部の外周にヒータ16が設置されてい
る。ヒータ16としては例えばシースヒータ、Fe-Cr ヒ
ータ、セラミックヒータなどが用いられ、上部プレスヘ
ッド12の外周に巻き付けられている。
【0010】図3は加熱室の平面図であり、この例では
加熱室の四周の側壁に側面ヒータ11が設置され、その
内部に図2に示した通りの3×3の9本のワークが配列
されている。なお、図4に示すように両側壁に側面ヒー
タ11を設置した加熱室の内部で複数列のワークを移動
させ、プレス位置で熱圧接合する方法を採用してもよ
い。何れの場合にも加熱室の内部は好ましくは真空に保
たれ、側面ヒータ11により400〜450℃に加熱さ
れている。
【0011】このため、各ワークの全体は側面ヒータ1
1により400〜450℃に加熱されるが、各ワークの
接合部は各ワークの上部プレスヘッド12のヒータ16
からの熱伝導と輻射によっても個別に加熱される。この
結果、各ワークの接合部はアルミニウム系のろう材10
の固相線よりもわずかに低い545〜555℃に加熱さ
れ、同時に加えられる約700kgf/cm2 の圧力により熱
圧接合される。
【0012】このように、本発明によれば各ワークの接
合部を上部プレスヘッド12のヒータ16により個別に
ヒータ出力を制御しながら加熱することができるので、
図3や図4に示したように加熱室の側面ヒータ11から
各ワークまでの距離が異なる場合にも、各ワークの接合
部を短時間内に均一な温度に加熱することができる。そ
の結果、接合部の温度差による品質のばらつきがなくな
り、しかも接合部のみを接合に必要な545〜555℃
に加熱し、その他の部分をこれより低温に保つことがで
きるので、隔壁2を過度に膨張させることもなく、隔壁
2と固体電解質管1との隙間の狂いを減少させることが
できる。さらに従来のように接合部以外の部分も昇温さ
せるための、余分な熱量が必要となることもない。
【0013】〔第2の実施の形態〕図5に示す本発明の
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態のよう
に上部プレスヘッド12にヒータ16を設置するほか
に、下部プレスヘッド14と接合部との間に介在させた
下部押し治具15の上部にもヒータ17を設置し、絶縁
リング6の上下から接合部を加熱する。このように上下
から接合部を加熱すれば、第1の実施の形態よりも絶縁
リング6の上下の接合部の温度差を小さくすることがで
き、接合部の品質を一段と向上させることができる。な
おこの場合、上部プレスヘッド12のヒータ16を、上
部プレスヘッド12と接合部との間に介在させた上部押
し治具13に移動させることもできる。
【0014】〔第3の実施の形態〕図6に示す本発明の
第3の実施の形態においては、上部プレスヘッド12と
上部押し治具13とが一体化され、また下部プレスヘッ
ド14と下部押し治具15とが一体化されている。そし
て一体化された上部プレスヘッド12の外周に、ヒータ
16が設置されている。このように、上部押し治具13
や下部押し治具15は省略することもできる。
【0015】〔第4の実施の形態〕図7に示す本発明の
第4の実施の形態においては、ヒータ16が上部プレス
ヘッド12の内部に埋設されている。このように上部プ
レスヘッド12の内部にヒータ16を設けておけば、ヒ
ータ16の熱が輻射によって逃げることなく効率的に接
合部を加熱することができる。
【0016】〔第5の実施の形態〕図8に示す本発明の
第5の実施の形態においては、上部プレスヘッド12の
中心部に絶縁リング6の内部に挿入される突起18が設
けられており、この突起18の外周に取り付けたヒータ
19により接合部を内側からも加熱する。またこの実施
の形態においては、図示のように上部プレスヘッド12
の下端部に突起18とほぼ等しい長さの円筒状の垂下部
20が設けられており、この垂下部20にヒータ16が
設けられている。このように第5の実施の形態において
は接合部を内外両面から加熱することができ、他の実施
の形態と比較して最も迅速かつ均一に接合部を加熱する
ことができる。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の熱圧接
合法によれば、生産性を上げるために加熱室内に複数列
にワークを配置し、加熱室の側面ヒータから各ワークま
での距離が異なるような場合にも、各ワークの接合部を
均一な温度に加熱することができる。このためナトリウ
ム硫黄電池の寿命を左右するセラミック製の絶縁リング
とアルミニウム金属製の金具とを、耐ナトリウム性に優
れた熱圧接合とすることができる。また本発明の熱圧接
合法によれば、ワークの接合部以外の部分は比較的低温
に維持することができ、ナトリウム硫黄電池の隔壁が過
度に加熱されることによる隔壁と固体電解質管との隙間
の狂いをなくすることができる。更にワークの全体を接
合温度まで加熱する必要もないので、熱量の無駄を省く
こともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ナトリウム硫黄電池の断面図である。
【図2】第1の実施の形態を示す断面図である。
【図3】加熱室内部の平面図である。
【図4】加熱室内部の平面図である。
【図5】第2の実施の形態を示す断面図である。
【図6】第3の実施の形態を示す断面図である。
【図7】第4の実施の形態を示す断面図である。
【図8】第5の実施の形態を示す断面図である。
【図9】従来法を示す断面図である。
【図10】加熱室内でワークを1本ずつ熱圧接合する場
合の平面図である。
【図11】加熱室内でワークを1列に移動させながら熱
圧接合する場合の平面図である。
【符号の説明】
1 固体電解質管、2 隔壁、3 ナトリウム収納容
器、4 陽極容器、5硫黄含浸陽極導電体、6 絶縁リ
ング、7 陰極金具、8 陽極金具、9 陰極蓋、10
ろう材、11 側面ヒータ、12 上部プレスヘッ
ド、13 上部押し治具、14 下部プレスヘッド、1
5 下部押し治具、16 ヒータ、17ヒータ、18
上部プレスヘッドの突起、19 ヒータ、20 垂下部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 晃一 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日本碍子株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−229683(JP,A) 特開 平2−132775(JP,A) 特開 平2−112147(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 B23K 1/19 B23K 20/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナトリウム硫黄電池のセラミック製の絶
    縁リングとアルミニウム金属製の金具とを熱圧接合する
    に際し、側壁面にヒータを設置した加熱室の内部に、ヒ
    ータを設置したプレスヘッドで上記両部材を加圧するよ
    うにしたワークを複数列に配列させ、前記加熱室の側壁
    ヒータにより前記ワーク全体を加熱するとともに、前記
    プレスヘッドのヒータからの熱伝導および輻射により、
    各ワークの接合部を個別にヒータ出力を制御しながら加
    熱して、上記両部材を熱圧接合することを特徴とするナ
    トリウム硫黄電池の絶縁リングと金具との熱圧接合法。
  2. 【請求項2】 プレスヘッドと接合部との間に押し治具
    を介在させ、その押し治具にヒータを設置して接合部を
    加熱する請求項1記載のナトリウム硫黄電池の絶縁リン
    グと金具との熱圧接合法。
  3. 【請求項3】 ヒータをプレスヘッドの先端部の外周ま
    たは内部に取り付けて接合部を加熱する請求項1〜2の
    何れかに記載のナトリウム硫黄電池の絶縁リングと金具
    との熱圧接合法。
  4. 【請求項4】 プレスヘッドの中心部に絶縁リングの内
    部に挿入される突起を設け、この突起に取り付けたヒー
    タにより内側からも接合部を加熱しつつ熱圧接合を行う
    請求項1〜3の何れかに記載のナトリウム硫黄電池の絶
    縁リングと金具との熱圧接合法。
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