JP4381020B2 - 圧着機構、及びそれを用いた二次電池の製造装置並びに製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばポリマーリチウム二次電池の製造に採用して好適な圧着機構、及びそれを用いた二次電池の製造装置並びに製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、電極部材を収納した例えばアルミニウム製の容器内に電解液が注入された後密閉され、充放電の繰り返し工程を経て製造される。
【０００３】
図６は、従来のポリマーリチウム二次電池の製造工程図である。
【０００４】
図６（ａ）は、引き出し供給される長いシート材１Ａが、カッタ（切断刃）２により所定長さ寸法に切断されて、シート部材１が形成される様子を示したものである。シート材１Ａ自体はアルミラミネートシートと称され、アルミニウム箔の中間層を間に、シーラントと称されポリプロピレンやポリエチレン等からなる上面の接着層と、ポリエステル等の絶縁体で形成された下面の被覆層との３層構造で構成され、成形、折り畳み、及び圧着等の諸工程を経て袋状の容器へと変化する。
【０００５】
図６（ａ）に示したシート材１Ａからの切り離し工程で形成されたシート部材１は、図６（ｂ）に示すように、金型３のプレス操作により、内側となる上面の接着層側から絞り加工が施され、図６（ｃ）に示したように、電極部材の形状に則した凹部１ａが形成される。なお、その凹部１ａは、シート部材１の長手方向に二つ折りに畳んだとき、凹部１ａに嵌め込み収納された電極部材を包むことができる位置に設けられる。
【０００６】
電極部材嵌め込み用の凹部１ａが形成されたシート部材１は、吸引パッド４により吸着搬送され、図６（ｄ）に示すように、折り畳み成形の作業台となるパレット５上に載置される。
【０００７】
パレット５には、図示のように、載置されたシート部材１の長手方向の両縁に沿って複数個のチャック５１が設けられ、搬送載置されたシート部材１の縁部が保持されるように構成されている。なお、チャック５１は、下方の操作ロッド５２が図示矢印（上）方向へ移動して押し上げたときに、開動作してシート部材１をパレット５上に受取り載置し、図６（ｅ）に示したように、操作ロッド５２が下方向へ退避移動して閉動作を行い、シート部材１の縁部をパレット５上に保持する。
【０００８】
パレット５上のシート部材１は、これら複数個のチャック５１の選択的な開閉操作を受けつつ、不図示の折り曲げ加工機により二つ折りに折り畳まれる。
【０００９】
すなわち、シート部材１は、図６（ｆ）に示すように、後工程で嵌め込まれる電極部材と同形状のダミーワーク６が、形成された凹部１ａに嵌め込み収納され、不図示の折り曲げ加工機により二つに折り畳まれる。なお、ダミーワーク６の形状は、後で嵌め込まれる電極部材とほぼ同形状であるが、図示した例では、電極リードは省略されて設けられてはいない。
【００１０】
ダミーワーク６を凹部１ａに嵌め込み収納した状態で、二つに折りに畳まれたシート部材１は、図６（ｇ）に示すように、折り畳み側の辺を除く、残り三方の辺の縁部がカッタ（切断刃）７ａ，７ｂ，７ｃによりカット（切断）されて形状整形される。
【００１１】
整形後のシート部材１は、一旦開かれて、図６（ｈ）に示すように、中のダミーワーク６に代えて、電極部材８を、正負の各電極リード８ａ，８ｂを外側にはみ出させた状態で収納する。なお、電極部材８は、よく知られているように、電極リード８ａ，８ｂに接続された正極及び負極が、セパレータを介してコイル状に積層巻回され、全体が偏平な矩形状をなすように構成されている。
【００１２】
電極部材８が嵌め込み収納されたシート部材１は、図６（ｉ）並びに図６（ｊ）に示すように、順次、各上下一対のヒータを内蔵したシールブロック９１，９１及び９２，９２により、電極リード８ａ，８ｂが取り出された側の辺の縁部、及びこの縁部と交差する一方の縁部でそれぞれ上下接着層は押圧加熱を受けて溶融接合し、開口部を残した袋状の容器が形成される。
【００１３】
なお、図６（ｉ）に示したシールブロック９１，９１の押圧加熱に際し、各電極リード８ａ，８ｂとシート部材１との間も密着性良く接着される必要があるので、押圧加熱に先立ち予め、電極リード８ａ，８ｂを間に挟むように上下に接着仲介役のリードフィルム１ｃが貼着されている。
【００１４】
図７は、図６（ｉ）に示した工程を説明する拡大正面図で、電極部材８を収納して二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、搬送保持機構１０により保持されつつ、ヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９１，９１間に供給され位置決めされる。
【００１５】
各シールブロック９１，９１は、それぞれシリンダ１１，１１の各作動ロッド１１ａ，１１ａに連結されていて、互いに対向する図示矢印Ｚ方向へ押出すので、シート部材１の一辺（電極リード８ａ，８ｂが取り出された側の辺）は、その縁に沿い押圧加熱を受けて封止される。なお、電極リード８ａ，８ｂに厚みがあるので、シート部材１を押圧するシールブロック９１，９１の押圧端面には、その電極リード８ａ，８ｂの厚さ形状に見合う凹部が形成されている。
【００１６】
図８は、図６（ｊ）に示した工程を説明する拡大正面図で、図７で示したシート部材１に対する圧着機構と同様に構成され、上下一対のシリンダ１２，１２の作動ロッド１２ａ，１２ａにはヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９２，９２が取付け固定され、シールブロック９２，９２は図示矢印Ｚ方向へ押込み操作を受ける。そのシールブロック９２，９２の押込み操作により、電極リード８ａ，８ｂが取り出された側と交差した側の接着層も、熱圧着により溶融接合して封止される。
【００１７】
（なお、図７では省略して示していないが）、図８に示すように、一対のシールブロック９２，９２に設けられたガイド片９２ａ，９２ａがガイドレール１３に案内されて上下動するように構成されているので、精度良く安定した熱圧着が行なわれる。
【００１８】
上記のように、従来の二次電池の製造装置に採用される圧着機構は、電極部材８を収納して二つ折りにされたシート部材１が、順次、交差する二方向での押圧加熱を経て、開口部を有する袋状の容器を形成するように構成されている。（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１９】
このようにして圧着機構により電極部材８を中に収納して形成された容器は、真空チャンバ内に搬送され、電解液が注入された後に開口部が封止される。開口部が封止されて密閉された容器は、電極部材８に対する充放電の繰り返し工程を経て製品としてのポリマーリチウム二次電池が完成する。
【００２０】
【非特許文献１】
「芝浦メカトロニクス技報」（通巻第３２号）、芝浦メカトロニクス（株）２００１年７月発行、ｐ．２０−２４
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ポリマーリチウム二次電池の製造工程では、図７及び図８に示したように、二つ折りに折り畳まれたシート部材１の交差する二辺の各接着層は、シールブロック９１，９１、及び９２，９２により、順次、押圧加熱により封鎖されて容器が形成される。
【００２２】
接着層が押圧加熱を受けたとき、溶融したポリプロピレンやポリエチレン等からなるいわゆるシーラントは押圧を受けて外側にはみ出して硬化する。シート部材１の交差する二辺は、順次熱圧着をうけるので、最初にシールブロック９１，９１による押圧加熱により外側に押出され、押圧の長手方向にひも状に形成されたシーラントの山は、さらに次のシールブロック９２，９２による押圧と重なる部分でも外側に押出される。その結果、重畳した領域では、外側に押出されるシーラントの量が局部的に多くなり、図９に示すように目立った瘤１ｄ状となって突出し、硬化するので、美観が損なわれ商品価値を低下させる要因となった。
【００２３】
そこで、本発明は、接着層を構成したシーラントが押圧加熱操作の際に、瘤の形成を回避した圧着機構、及びその圧着機構を用いて美観の良好な二次電池の製造装置並びに製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、二つ折りシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を、前記二つ折りシート部材に直交する方向で外側から押圧し、開口部を有する袋状の容器を形成するように構成された圧着機構において、前記交差する二辺の縁に対応したＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、このシールブロックの重心位置を通りかつ前記二つ折りシート部材の被押圧面に直交する線に沿い、前記二つ折りシート部材に向けて前記シールブロックを押込む押圧部とを具備することを特徴とする。
【００２６】
上記のように、第１の発明の圧着機構によれば、押圧部は、シールブロックが交差する二辺を同時に押圧するＬ字状の押圧端面を設けたので、従来のように、一度押圧面からはみ出したシーラントの山を、更に次の押圧加熱により外側に向けて押出してしまい、シーラントの瘤を形成してしまうような不具合発生を回避することができる。
【００２７】
第２の発明は、順次送り込まれてくるシート部材を所定長さに切断するカッタと、前記所定長さのシート部材に、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形部と、前記凹部の開口面を覆うように、前記所定長さに切断されたシート部材を二つに折り畳む折り畳み加工機と、この折り畳み加工機により二つに折り畳まれたシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を圧着し、残りの一辺に開口部を設けて袋状の容器を形成する圧着機構と、この圧着機構により形成された容器内に、前記開口部を介して電解液を注入する注入機構と、この注入機構による電解液注入後に、前記開口部を封止する封止機構とを有する二次電池の製造装置において、前記圧着機構は、前記交差する二辺の縁を同時に押圧するようにＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、このシールブロックの重心位置を通り、かつシート部材の被押圧面に垂直な線に沿い、前記シート部材に向けてシールブロックを押込む押圧部とを具備することを特徴とする。
【００２８】
また第３の発明は、二次電池の製造方法において、シート部材を成形し、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形工程と、この成形工程により形成された前記凹部に電極部材を嵌め込む工程と、この工程の後に、前記電極部材を挟むように前記シート部材を二つ折りに畳む折り畳み工程と、この折り畳み工程により二つ折りに畳まれたシート部材を、請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の圧着機構により圧着して、開口部を有する袋状の容器を形成する工程と、この工程の後に、前記開口部から容器内に電解液を注入する工程と、この工程の後に前記開口部を封止する工程とからなることを特徴とする。
【００２９】
このように、第２の発明の二次電池の製造装置、及び第３の発明の二次電池の製造方法によれば、上記第１の発明による圧着機構により、押圧端面がＬ字状のシールブロックが交差する二辺を同時に押圧するので、シーラントの瘤の形成は回避され、美観が良好で商品価値の高い二次電池を製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による圧着機構を用いた二次電池の製造装置及び製造方法の一実施の形態を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。なお、図６ないし図９に示した従来の圧着機構を用いた二次電池の製造装置及び製造方法と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図１は、本発明の二次電池の製造方法の一実施の形態を示した主要工程図である。なお、図１に示した二次電池の製造方法でも、ポリマーリチウム二次電池を製造するものとして以下説明する。
【００３２】
すなわち、本発明における一実施の形態の二次電池の製造方法は、まず図１（ａ）に示すように、３層構造からなるアルミラミネートのシート材1Ａが、カッタ（切断刃）２により所定長さに切断されてシート部材１が形成される。
【００３３】
形成されたシート部材１は、図１（ｂ）に示す成形部における金型３によるプレス操作を受けて塑性変形し、接着層側に、電極部材の形状に対応した嵌め込み用の凹部１ａが形成される。
【００３４】
成形部において凹部１ａが形成されたシート部材１は、図１（ｃ）に示した吸引パット４により吸着されて、図１（ｄ）に示したパレット５上に搬送され載置される。
【００３５】
パレット５上のシート部材１は、図１（ｅ）に示すように、チャック５１の閉動作により保持され、続いて図１（ｆ）に示すように、ダミーワーク６の凹部１ａへの嵌め込み収納を経て、不図示の折り曲げ加工機による接着層を内側にした折り畳み加工が施される。
【００３６】
ダミーワーク６を収納し、二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、図１（ｇ）に示すように、折り畳み側の縁を除く他の三方の縁をカッタ７ａ，７ｂ，７ｃでカットされて整形される。
【００３７】
整形後に、シート部材１の凹部１ａには、図１（ｈ）に示すように、ダミーワーク６に代えて、各電極リード８ａ，８ｂを接着仲介役のリードフィルム１ｃで挟んだ電極部材８が凹部１ａに嵌め込み収納される。
【００３８】
電極部材８を嵌め込み収納した二つ折りのシート部材１は、図１（ｉ）に示すように、ヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９３，９３間に供給され配置される。
【００３９】
上下一対のシールブロック９３，９３は、図示左方の開口部が形成される縁を除き、他の交差する二辺の縁部を同時に熱圧着できるように、対向するＬ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂを有する。
【００４０】
図２は、図１（ｉ）の工程で使用される圧着機構の具体的構成を示した拡大正面図で、電極部材８を収納して二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、搬送保持機構１０により保持されつつ、上下一対のシールブロック９３，９３間に位置決め配置された状態を示している。
【００４１】
Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂを有する各シールブロック９３，９３は、それぞれ押圧部を構成するシリンダ１１，１１の各作動ロッド１１ａ，１１ａに連結されていて、図示矢印Ｚ方向へ押出されるので、シート部材１の開口部を除いて交差し、Ｌ字状を形成した残りの二辺の縁は、同時に押圧加熱されて封止される。
【００４２】
なお、電極リード８ａ，８ｂには厚みがあるので、電極リード８ａ，８ｂを押圧する位置のシールブロック９３，９３の押圧端面９３ｂ，９３ｂには、従来と同様に、熱圧着時に電極リード８ａ，８ｂを挟んだときの厚さ形状に見合う凹部が形成されている。また、一対のシールブロック９３，９３にはガイド片９３ａ，９３ａが取付けられ、ガイドレール１４に案内されて上下動するので、精度良く安定した熱圧着が行なわれる。
【００４３】
図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線から矢印方向を見た断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線から矢印方向を見た断面図である。また図３（ｃ）は、図２において、一対のシールブロック９３，９３がシート部材１を熱圧着している状態を示す要部正面図である。
【００４４】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、シート部材１は、上下一対のシールブロック９３，９３により、開口部側の縁を除くＬ字状の残りの二辺の縁（辺）部が一度に同時に熱圧着されるので、従来のように、シート部材１で接着層を形成したシーラントが２度にわたって押圧面からの押出されて、瘤状に突出することは回避され、図４に示したように、突出部のない美観の良好な容器が形成される。
【００４５】
また、この実施の形態では、シリンダ１１，１１の作動ロッド１１ａ，１１ａがそれぞれ対応する各シールブロック９３，９３を連結して構成されているが、その連結された各シールブロック９３，９３がシリンダ１１，１１により押出される力は、図２に矢印Ｚで示すように、シート部材１の押圧面に直交する方向に、しかも図３（ａ）に示すように、シールブロック９３，９３の重心位置Ｐを通るように構成されている。
【００４６】
すなわち、この実施の形態の圧着機構は、シールブロック９３，９３は重心位置Ｐを通るように押込まれるので、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂではシート部材１に均一な押圧力が加わり、接着層全体に溶融接合のばらつきが生じない良好な圧着が行なわれる。
【００４７】
すなわち、もしもシリンダ１１，１１によるシールブロック９３，９３への押込み方向が重心位置Ｐから大きく外れると、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂ全体に加わる加重の均一性は損なわれ偏加重となる。従って、偏加重によりより過大な加重が加わった部分では、多くの溶融シーラントが押圧面から多く追い出されてしまい弱い接着力しか得られなくなる。また必要な加重が加わらない部分も、シーラントの溶融接合が十分行なわれない可能性が生じ、同様に、適切な封止がなされない恐れがある。
【００４８】
その点、この実施の形態では、シリンダ１１，１１のシールブロック９３，９３の重心位置Ｐを通りかつシート部材１の押圧面に直交する線に沿うように押圧力を作用させるので、均一で良好な融合接合が行なわれ、高品質な容器を製造することができる。
【００４９】
加えて、この実施の形態では、図２及び図３（ｂ）並びに図３（ｃ）に示したように、シールブロック９３，９３のＬ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂの両端部及び中間のコーナー部に隣接して、押圧端面９３ｂ，９３ｂからは先端面がわずか突出するようにストッパ部材９３ｃを設けて構成されている。
【００５０】
このストッパ部材９３ｃの存在により、シールブロック９３，９３の熱圧着時における押圧端面９３ｂ，９３ｂ間の間隔は一定となるように制限されるので、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂがシート部材１の接着面に対し、平行面を形成しつつ押圧する重心位置Ｐを通るシリンダ１１，１１の押圧操作をより確かなものとなると同時に、接着層に対する押圧力に偏りが生じないように作用するので、高品質な容器を効率良く製造することができる。
【００５１】
また、図２に示すように、この実施の形態では、一対のシールブロック９３，９３に設けられたガイド片９３ａ，９３ａがガイドレール１４に案内されて上下動するので、安定した熱圧着が行なわれる。
【００５２】
図５は、図１ないし図３に示したこの実施の形態の圧着機構による容器の形成を経て、ポリマーリチウム二次電池が製造される工程図を示したものである。
【００５３】
すなわち、図５（ａ）に示すように、正，負の各電極リード８ａ，８ｂを有して矩形状をなして偏平な電極部材８は、図５（ｂ）に示した二つ折りに折り曲げ加工されたシート部材１と組み合わされ、その組み合わされたシート部材１は、図５（ｃ）に示したように電極部材８を中に収納し、前述の圧着機構により袋状の容器に形成される。
【００５４】
圧着機構により形成される袋状の容器は、ベースがアルミニウム製ということもあり、上部の開口部１ｅは狭まった状態となる。
【００５５】
そこで二次電池を製造するために、真空チャンバ内において、予め計量された一定量の電解液を容器内に注入するとき、例えば図５（ｄ）に示すように、開口部１ｅの両外側にバキュームチャック１５，１５を吸着し、図示矢印１５ａ，１５ａ方向に引張ることで開口部１ｅを広げ、図５（ｅ）に示すように、注入機構を構成する供給パイプ１６のノズル１６ａを容器内に向けて挿入して電解液の注入が行なわれる。
【００５６】
電解液が注入された後の容器の開口部１ｅは、図５（ｆ）に示したように封止機構を構成するヒートブロック１７，１７による熱圧着により封止される。
【００５７】
容器内で電解液の注入を受けた電極部材８は、充放電の繰返し工程を経て、商品とし完成されたポリマーリチウム二次電池が製造される。
【００５８】
なお、上記説明の実施の形態において、圧着機構のシールブロック９３は、上下に一対対向するように配置され、相対的に対応した押圧移動によりシート部材１を押圧する旨説明したが、要するに中間に位置決め配置されたシート部材１が適切に押圧されれば良いので、シート部材１をいずれか一方の位置固定したシールブロック９３側に寄せて配置するようにし、他方のシールブロック９３のみを押圧移動させるように構成しても良い。
【００５９】
また、シート部材１を押圧する圧着機構は、上下いずれか一方のシールブロック９３を他方のシールブロック９３を受ける平坦な受け台に置き換えるように構成しても良い。
【００６０】
さらにまた、上記実施の形態では、シールブロック９３はヒータを内蔵し、熱圧着するように説明したが、接着層を形成した接着剤の種類によっては、加熱することなく単に押圧するのみで接着するように構成しても良い。
【００６１】
いずれにしても、この実施の形態による圧着機構によれば、一度の押圧操作により高精度で均一な圧着が可能であり、この圧着機構を採用した容器の形成により、高品質なポリマーリチウム二次電池あるいはリチウムイオン二次電池等の二次電池を効率良く製造することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明による圧着機構によれば、美観が優れかつ電解液等の液漏れをも回避した良好な容器を形成できるので、この圧着機構を用いた二次電池の製造により、高品質な二次電池を効率良く製造することができ実用に際し得られる効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧着機構の一実施の形態を示したもので、二次電池に採用可能な容器の製造工程図である。
【図２】図１（ｉ）に示した工程での圧着機構の構成を示した正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、図３（ｃ）は図２のシート部材を圧着した状態を示す要部正面図である。
【図４】図１に示した製造工程で製造された容器の一部切り欠け斜視図である。
【図５】本発明による二次電池の製造方法の一実施の形態を示した製造工程図である。
【図６】従来の圧着機構による容器の製造工程図である。
【図７】図６（ｉ）に示した工程における圧着機構の構成を示した正面図である。
【図８】図６（ｊ）に示した工程における圧着機構の構成を示した正面図である。
【図９】図６に示した工程で製造された容器の一部切り欠け斜視図である。
【符号の説明】
１ シート部材（容器）
１ａ 凹部
１ｄ 瘤
１ｅ 開口部
３ 金型（成形部）
４ 吸引パッド
６ ダミーワーク
７ａ，７ｂ，７ｃ カッタ（切断刃）
８ 電極部材
８ａ，８ｂ 電極リード
９１，９２，９３ シールブロック
９３ａ ガイド片
９３ｂ 押圧端面
９３ｃ ストッパ部材
１０ 搬送保持機構
１１，１２ シリンダ（押圧部）
１３，１４ ガイドレール
１６ 供給パイプ（注入機構）
１７ ヒートブロック（封止機構）
Ｐ 重心位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばポリマーリチウム二次電池の製造に採用して好適な圧着機構、及びそれを用いた二次電池の製造装置並びに製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、電極部材を収納した例えばアルミニウム製の容器内に電解液が注入された後密閉され、充放電の繰り返し工程を経て製造される。
【０００３】
図６は、従来のポリマーリチウム二次電池の製造工程図である。
【０００４】
図６（ａ）は、引き出し供給される長いシート材１Ａが、カッタ（切断刃）２により所定長さ寸法に切断されて、シート部材１が形成される様子を示したものである。シート材１Ａ自体はアルミラミネートシートと称され、アルミニウム箔の中間層を間に、シーラントと称されポリプロピレンやポリエチレン等からなる上面の接着層と、ポリエステル等の絶縁体で形成された下面の被覆層との３層構造で構成され、成形、折り畳み、及び圧着等の諸工程を経て袋状の容器へと変化する。
【０００５】
図６（ａ）に示したシート材１Ａからの切り離し工程で形成されたシート部材１は、図６（ｂ）に示すように、金型３のプレス操作により、内側となる上面の接着層側から絞り加工が施され、図６（ｃ）に示したように、電極部材の形状に則した凹部１ａが形成される。なお、その凹部１ａは、シート部材１の長手方向に二つ折りに畳んだとき、凹部１ａに嵌め込み収納された電極部材を包むことができる位置に設けられる。
【０００６】
電極部材嵌め込み用の凹部１ａが形成されたシート部材１は、吸引パッド４により吸着搬送され、図６（ｄ）に示すように、折り畳み成形の作業台となるパレット５上に載置される。
【０００７】
パレット５には、図示のように、載置されたシート部材１の長手方向の両縁に沿って複数個のチャック５１が設けられ、搬送載置されたシート部材１の縁部が保持されるように構成されている。なお、チャック５１は、下方の操作ロッド５２が図示矢印（上）方向へ移動して押し上げたときに、開動作してシート部材１をパレット５上に受取り載置し、図６（ｅ）に示したように、操作ロッド５２が下方向へ退避移動して閉動作を行い、シート部材１の縁部をパレット５上に保持する。
【０００８】
パレット５上のシート部材１は、これら複数個のチャック５１の選択的な開閉操作を受けつつ、不図示の折り曲げ加工機により二つ折りに折り畳まれる。
【０００９】
すなわち、シート部材１は、図６（ｆ）に示すように、後工程で嵌め込まれる電極部材と同形状のダミーワーク６が、形成された凹部１ａに嵌め込み収納され、不図示の折り曲げ加工機により二つに折り畳まれる。なお、ダミーワーク６の形状は、後で嵌め込まれる電極部材とほぼ同形状であるが、図示した例では、電極リードは省略されて設けられてはいない。
【００１０】
ダミーワーク６を凹部１ａに嵌め込み収納した状態で、二つに折りに畳まれたシート部材１は、図６（ｇ）に示すように、折り畳み側の辺を除く、残り三方の辺の縁部がカッタ（切断刃）７ａ，７ｂ，７ｃによりカット（切断）されて形状整形される。
【００１１】
整形後のシート部材１は、一旦開かれて、図６（ｈ）に示すように、中のダミーワーク６に代えて、電極部材８を、正負の各電極リード８ａ，８ｂを外側にはみ出させた状態で収納する。なお、電極部材８は、よく知られているように、電極リード８ａ，８ｂに接続された正極及び負極が、セパレータを介してコイル状に積層巻回され、全体が偏平な矩形状をなすように構成されている。
【００１２】
電極部材８が嵌め込み収納されたシート部材１は、図６（ｉ）並びに図６（ｊ）に示すように、順次、各上下一対のヒータを内蔵したシールブロック９１，９１及び９２，９２により、電極リード８ａ，８ｂが取り出された側の辺の縁部、及びこの縁部と交差する一方の縁部でそれぞれ上下接着層は押圧加熱を受けて溶融接合し、開口部を残した袋状の容器が形成される。
【００１３】
なお、図６（ｉ）に示したシールブロック９１，９１の押圧加熱に際し、各電極リード８ａ，８ｂとシート部材１との間も密着性良く接着される必要があるので、押圧加熱に先立ち予め、電極リード８ａ，８ｂを間に挟むように上下に接着仲介役のリードフィルム１ｃが貼着されている。
【００１４】
図７は、図６（ｉ）に示した工程を説明する拡大正面図で、電極部材８を収納して二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、搬送保持機構１０により保持されつつ、ヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９１，９１間に供給され位置決めされる。
【００１５】
各シールブロック９１，９１は、それぞれシリンダ１１，１１の各作動ロッド１１ａ，１１ａに連結されていて、互いに対向する図示矢印Ｚ方向へ押出すので、シート部材１の一辺（電極リード８ａ，８ｂが取り出された側の辺）は、その縁に沿い押圧加熱を受けて封止される。なお、電極リード８ａ，８ｂに厚みがあるので、シート部材１を押圧するシールブロック９１，９１の押圧端面には、その電極リード８ａ，８ｂの厚さ形状に見合う凹部が形成されている。
【００１６】
図８は、図６（ｊ）に示した工程を説明する拡大正面図で、図７で示したシート部材１に対する圧着機構と同様に構成され、上下一対のシリンダ１２，１２の作動ロッド１２ａ，１２ａにはヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９２，９２が取付け固定され、シールブロック９２，９２は図示矢印Ｚ方向へ押込み操作を受ける。そのシールブロック９２，９２の押込み操作により、電極リード８ａ，８ｂが取り出された側と交差した側の接着層も、熱圧着により溶融接合して封止される。
【００１７】
（なお、図７では省略して示していないが）、図８に示すように、一対のシールブロック９２，９２に設けられたガイド片９２ａ，９２ａがガイドレール１３に案内されて上下動するように構成されているので、精度良く安定した熱圧着が行なわれる。
【００１８】
上記のように、従来の二次電池の製造装置に採用される圧着機構は、電極部材８を収納して二つ折りにされたシート部材１が、順次、交差する二方向での押圧加熱を経て、開口部を有する袋状の容器を形成するように構成されている。（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１９】
このようにして圧着機構により電極部材８を中に収納して形成された容器は、真空チャンバ内に搬送され、電解液が注入された後に開口部が封止される。開口部が封止されて密閉された容器は、電極部材８に対する充放電の繰り返し工程を経て製品としてのポリマーリチウム二次電池が完成する。
【００２０】
【非特許文献１】
「芝浦メカトロニクス技報」（通巻第３２号）、芝浦メカトロニクス（株）２００１年７月発行、ｐ．２０−２４
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ポリマーリチウム二次電池の製造工程では、図７及び図８に示したように、二つ折りに折り畳まれたシート部材１の交差する二辺の各接着層は、シールブロック９１，９１、及び９２，９２により、順次、押圧加熱により封鎖されて容器が形成される。
【００２２】
接着層が押圧加熱を受けたとき、溶融したポリプロピレンやポリエチレン等からなるいわゆるシーラントは押圧を受けて外側にはみ出して硬化する。シート部材１の交差する二辺は、順次熱圧着をうけるので、最初にシールブロック９１，９１による押圧加熱により外側に押出され、押圧の長手方向にひも状に形成されたシーラントの山は、さらに次のシールブロック９２，９２による押圧と重なる部分でも外側に押出される。その結果、重畳した領域では、外側に押出されるシーラントの量が局部的に多くなり、図９に示すように目立った瘤１ｄ状となって突出し、硬化するので、美観が損なわれ商品価値を低下させる要因となった。
【００２３】
そこで、本発明は、接着層を構成したシーラントが押圧加熱操作の際に、瘤の形成を回避した圧着機構、及びその圧着機構を用いて美観の良好な二次電池の製造装置並びに製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、二つ折りシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を、前記二つ折りシート部材に直交する方向で外側から押圧し、開口部を有する袋状の容器を形成するように構成された圧着機構において、前記交差する二辺の縁に対応したＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、このシールブロックの重心位置を通りかつ前記二つ折りシート部材の被押圧面に直交する線に沿い、前記二つ折りシート部材に向けて前記シールブロックを押込む押圧部とを具備することを特徴とする。
【００２６】
上記のように、第１の発明の圧着機構によれば、押圧部は、シールブロックが交差する二辺を同時に押圧するＬ字状の押圧端面を設けたので、従来のように、一度押圧面からはみ出したシーラントの山を、更に次の押圧加熱により外側に向けて押出してしまい、シーラントの瘤を形成してしまうような不具合発生を回避することができる。
【００２７】
第２の発明は、順次送り込まれてくるシート部材を所定長さに切断するカッタと、前記所定長さのシート部材に、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形部と、前記凹部の開口面を覆うように、前記所定長さに切断されたシート部材を二つに折り畳む折り畳み加工機と、この折り畳み加工機により二つに折り畳まれたシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を圧着し、残りの一辺に開口部を設けて袋状の容器を形成する圧着機構と、この圧着機構により形成された容器内に、前記開口部を介して電解液を注入する注入機構と、この注入機構による電解液注入後に、前記開口部を封止する封止機構とを有する二次電池の製造装置において、前記圧着機構は、前記交差する二辺の縁を同時に押圧するようにＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、このシールブロックの重心位置を通り、かつシート部材の被押圧面に垂直な線に沿い、前記シート部材に向けてシールブロックを押込む押圧部とを具備することを特徴とする。
【００２８】
また第３の発明は、二次電池の製造方法において、シート部材を成形し、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形工程と、この成形工程により形成された前記凹部に電極部材を嵌め込む工程と、この工程の後に、前記電極部材を挟むように前記シート部材を二つ折りに畳む折り畳み工程と、この折り畳み工程により二つ折りに畳まれたシート部材を、請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の圧着機構により圧着して、開口部を有する袋状の容器を形成する工程と、この工程の後に、前記開口部から容器内に電解液を注入する工程と、この工程の後に前記開口部を封止する工程とからなることを特徴とする。
【００２９】
このように、第２の発明の二次電池の製造装置、及び第３の発明の二次電池の製造方法によれば、上記第１の発明による圧着機構により、押圧端面がＬ字状のシールブロックが交差する二辺を同時に押圧するので、シーラントの瘤の形成は回避され、美観が良好で商品価値の高い二次電池を製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による圧着機構を用いた二次電池の製造装置及び製造方法の一実施の形態を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。なお、図６ないし図９に示した従来の圧着機構を用いた二次電池の製造装置及び製造方法と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図１は、本発明の二次電池の製造方法の一実施の形態を示した主要工程図である。なお、図１に示した二次電池の製造方法でも、ポリマーリチウム二次電池を製造するものとして以下説明する。
【００３２】
すなわち、本発明における一実施の形態の二次電池の製造方法は、まず図１（ａ）に示すように、３層構造からなるアルミラミネートのシート材1Ａが、カッタ（切断刃）２により所定長さに切断されてシート部材１が形成される。
【００３３】
形成されたシート部材１は、図１（ｂ）に示す成形部における金型３によるプレス操作を受けて塑性変形し、接着層側に、電極部材の形状に対応した嵌め込み用の凹部１ａが形成される。
【００３４】
成形部において凹部１ａが形成されたシート部材１は、図１（ｃ）に示した吸引パット４により吸着されて、図１（ｄ）に示したパレット５上に搬送され載置される。
【００３５】
パレット５上のシート部材１は、図１（ｅ）に示すように、チャック５１の閉動作により保持され、続いて図１（ｆ）に示すように、ダミーワーク６の凹部１ａへの嵌め込み収納を経て、不図示の折り曲げ加工機による接着層を内側にした折り畳み加工が施される。
【００３６】
ダミーワーク６を収納し、二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、図１（ｇ）に示すように、折り畳み側の縁を除く他の三方の縁をカッタ７ａ，７ｂ，７ｃでカットされて整形される。
【００３７】
整形後に、シート部材１の凹部１ａには、図１（ｈ）に示すように、ダミーワーク６に代えて、各電極リード８ａ，８ｂを接着仲介役のリードフィルム１ｃで挟んだ電極部材８が凹部１ａに嵌め込み収納される。
【００３８】
電極部材８を嵌め込み収納した二つ折りのシート部材１は、図１（ｉ）に示すように、ヒータを内蔵した上下一対のシールブロック９３，９３間に供給され配置される。
【００３９】
上下一対のシールブロック９３，９３は、図示左方の開口部が形成される縁を除き、他の交差する二辺の縁部を同時に熱圧着できるように、対向するＬ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂを有する。
【００４０】
図２は、図１（ｉ）の工程で使用される圧着機構の具体的構成を示した拡大正面図で、電極部材８を収納して二つ折りに折り畳まれたシート部材１は、搬送保持機構１０により保持されつつ、上下一対のシールブロック９３，９３間に位置決め配置された状態を示している。
【００４１】
Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂを有する各シールブロック９３，９３は、それぞれ押圧部を構成するシリンダ１１，１１の各作動ロッド１１ａ，１１ａに連結されていて、図示矢印Ｚ方向へ押出されるので、シート部材１の開口部を除いて交差し、Ｌ字状を形成した残りの二辺の縁は、同時に押圧加熱されて封止される。
【００４２】
なお、電極リード８ａ，８ｂには厚みがあるので、電極リード８ａ，８ｂを押圧する位置のシールブロック９３，９３の押圧端面９３ｂ，９３ｂには、従来と同様に、熱圧着時に電極リード８ａ，８ｂを挟んだときの厚さ形状に見合う凹部が形成されている。また、一対のシールブロック９３，９３にはガイド片９３ａ，９３ａが取付けられ、ガイドレール１４に案内されて上下動するので、精度良く安定した熱圧着が行なわれる。
【００４３】
図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線から矢印方向を見た断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線から矢印方向を見た断面図である。また図３（ｃ）は、図２において、一対のシールブロック９３，９３がシート部材１を熱圧着している状態を示す要部正面図である。
【００４４】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、シート部材１は、上下一対のシールブロック９３，９３により、開口部側の縁を除くＬ字状の残りの二辺の縁（辺）部が一度に同時に熱圧着されるので、従来のように、シート部材１で接着層を形成したシーラントが２度にわたって押圧面からの押出されて、瘤状に突出することは回避され、図４に示したように、突出部のない美観の良好な容器が形成される。
【００４５】
また、この実施の形態では、シリンダ１１，１１の作動ロッド１１ａ，１１ａがそれぞれ対応する各シールブロック９３，９３を連結して構成されているが、その連結された各シールブロック９３，９３がシリンダ１１，１１により押出される力は、図２に矢印Ｚで示すように、シート部材１の押圧面に直交する方向に、しかも図３（ａ）に示すように、シールブロック９３，９３の重心位置Ｐを通るように構成されている。
【００４６】
すなわち、この実施の形態の圧着機構は、シールブロック９３，９３は重心位置Ｐを通るように押込まれるので、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂではシート部材１に均一な押圧力が加わり、接着層全体に溶融接合のばらつきが生じない良好な圧着が行なわれる。
【００４７】
すなわち、もしもシリンダ１１，１１によるシールブロック９３，９３への押込み方向が重心位置Ｐから大きく外れると、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂ全体に加わる加重の均一性は損なわれ偏加重となる。従って、偏加重によりより過大な加重が加わった部分では、多くの溶融シーラントが押圧面から多く追い出されてしまい弱い接着力しか得られなくなる。また必要な加重が加わらない部分も、シーラントの溶融接合が十分行なわれない可能性が生じ、同様に、適切な封止がなされない恐れがある。
【００４８】
その点、この実施の形態では、シリンダ１１，１１のシールブロック９３，９３の重心位置Ｐを通りかつシート部材１の押圧面に直交する線に沿うように押圧力を作用させるので、均一で良好な融合接合が行なわれ、高品質な容器を製造することができる。
【００４９】
加えて、この実施の形態では、図２及び図３（ｂ）並びに図３（ｃ）に示したように、シールブロック９３，９３のＬ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂの両端部及び中間のコーナー部に隣接して、押圧端面９３ｂ，９３ｂからは先端面がわずか突出するようにストッパ部材９３ｃを設けて構成されている。
【００５０】
このストッパ部材９３ｃの存在により、シールブロック９３，９３の熱圧着時における押圧端面９３ｂ，９３ｂ間の間隔は一定となるように制限されるので、Ｌ字状の押圧端面９３ｂ，９３ｂがシート部材１の接着面に対し、平行面を形成しつつ押圧する重心位置Ｐを通るシリンダ１１，１１の押圧操作をより確かなものとなると同時に、接着層に対する押圧力に偏りが生じないように作用するので、高品質な容器を効率良く製造することができる。
【００５１】
また、図２に示すように、この実施の形態では、一対のシールブロック９３，９３に設けられたガイド片９３ａ，９３ａがガイドレール１４に案内されて上下動するので、安定した熱圧着が行なわれる。
【００５２】
図５は、図１ないし図３に示したこの実施の形態の圧着機構による容器の形成を経て、ポリマーリチウム二次電池が製造される工程図を示したものである。
【００５３】
すなわち、図５（ａ）に示すように、正，負の各電極リード８ａ，８ｂを有して矩形状をなして偏平な電極部材８は、図５（ｂ）に示した二つ折りに折り曲げ加工されたシート部材１と組み合わされ、その組み合わされたシート部材１は、図５（ｃ）に示したように電極部材８を中に収納し、前述の圧着機構により袋状の容器に形成される。
【００５４】
圧着機構により形成される袋状の容器は、ベースがアルミニウム製ということもあり、上部の開口部１ｅは狭まった状態となる。
【００５５】
そこで二次電池を製造するために、真空チャンバ内において、予め計量された一定量の電解液を容器内に注入するとき、例えば図５（ｄ）に示すように、開口部１ｅの両外側にバキュームチャック１５，１５を吸着し、図示矢印１５ａ，１５ａ方向に引張ることで開口部１ｅを広げ、図５（ｅ）に示すように、注入機構を構成する供給パイプ１６のノズル１６ａを容器内に向けて挿入して電解液の注入が行なわれる。
【００５６】
電解液が注入された後の容器の開口部１ｅは、図５（ｆ）に示したように封止機構を構成するヒートブロック１７，１７による熱圧着により封止される。
【００５７】
容器内で電解液の注入を受けた電極部材８は、充放電の繰返し工程を経て、商品とし完成されたポリマーリチウム二次電池が製造される。
【００５８】
なお、上記説明の実施の形態において、圧着機構のシールブロック９３は、上下に一対対向するように配置され、相対的に対応した押圧移動によりシート部材１を押圧する旨説明したが、要するに中間に位置決め配置されたシート部材１が適切に押圧されれば良いので、シート部材１をいずれか一方の位置固定したシールブロック９３側に寄せて配置するようにし、他方のシールブロック９３のみを押圧移動させるように構成しても良い。
【００５９】
また、シート部材１を押圧する圧着機構は、上下いずれか一方のシールブロック９３を他方のシールブロック９３を受ける平坦な受け台に置き換えるように構成しても良い。
【００６０】
さらにまた、上記実施の形態では、シールブロック９３はヒータを内蔵し、熱圧着するように説明したが、接着層を形成した接着剤の種類によっては、加熱することなく単に押圧するのみで接着するように構成しても良い。
【００６１】
いずれにしても、この実施の形態による圧着機構によれば、一度の押圧操作により高精度で均一な圧着が可能であり、この圧着機構を採用した容器の形成により、高品質なポリマーリチウム二次電池あるいはリチウムイオン二次電池等の二次電池を効率良く製造することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明による圧着機構によれば、美観が優れかつ電解液等の液漏れをも回避した良好な容器を形成できるので、この圧着機構を用いた二次電池の製造により、高品質な二次電池を効率良く製造することができ実用に際し得られる効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧着機構の一実施の形態を示したもので、二次電池に採用可能な容器の製造工程図である。
【図２】図１（ｉ）に示した工程での圧着機構の構成を示した正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、図３（ｃ）は図２のシート部材を圧着した状態を示す要部正面図である。
【図４】図１に示した製造工程で製造された容器の一部切り欠け斜視図である。
【図５】本発明による二次電池の製造方法の一実施の形態を示した製造工程図である。
【図６】従来の圧着機構による容器の製造工程図である。
【図７】図６（ｉ）に示した工程における圧着機構の構成を示した正面図である。
【図８】図６（ｊ）に示した工程における圧着機構の構成を示した正面図である。
【図９】図６に示した工程で製造された容器の一部切り欠け斜視図である。
【符号の説明】
１ シート部材（容器）
１ａ 凹部
１ｄ 瘤
１ｅ 開口部
３ 金型（成形部）
４ 吸引パッド
６ ダミーワーク
７ａ，７ｂ，７ｃ カッタ（切断刃）
８ 電極部材
８ａ，８ｂ 電極リード
９１，９２，９３ シールブロック
９３ａ ガイド片
９３ｂ 押圧端面
９３ｃ ストッパ部材
１０ 搬送保持機構
１１，１２ シリンダ（押圧部）
１３，１４ ガイドレール
１６ 供給パイプ（注入機構）
１７ ヒートブロック（封止機構）
Ｐ 重心位置
Claims (6)
- 二つ折りシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を、前記二つ折りシート部材に直交する方向で外側から押圧し、開口部を有する袋状の容器を形成するように構成された圧着機構において、
前記交差する二辺の縁に対応したＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、
このシールブロックの重心位置を通りかつ前記二つ折りシート部材の被押圧面に直交する線に沿い、前記二つ折りシート部材に向けて前記シールブロックを押込む押圧部と
を具備することを特徴とする圧着機構。 - 前記シールブロックは、前記二つ折りシート部材を間にして両外側に一対配置され、
前記押圧部は、前記一対のシールブロックそれぞれに対応して一対備えられていることを特徴とする請求項１記載の圧着機構。 - 前記シールブロックは、前記Ｌ字状の押圧端面の両端部及び中間のコーナー部の３箇所に、前記二つ折りシート部材に対する押圧間隔を制限するストッパ部材を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧着機構。
- 順次送り込まれてくるシート部材を所定長さに切断するカッタと、前記所定長さのシート部材に、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形部と、前記凹部の開口面を覆うように、前記所定長さに切断されたシート部材を二つに折り畳む折り畳み加工機と、この折り畳み加工機により二つに折り畳まれたシート部材における折り目を含まない交差する二辺の縁を圧着し、残りの一辺に開口部を設けて袋状の容器を形成する圧着機構と、この圧着機構により形成された容器内に、前記開口部を介して電解液を注入する注入機構と、この注入機構による電解液注入後に、前記開口部を封止する封止機構とを有する二次電池の製造装置において、
前記圧着機構は、前記交差する二辺の縁を同時に押圧するようにＬ字状の押圧端面を有するシールブロックと、このシールブロックの重心位置を通り、かつシート部材の被押圧面に垂直な線に沿い、前記シート部材に向けてシールブロックを押込む押圧部とを具備することを特徴とする二次電池の製造装置。 - 前記シールブロックは、二つ折りシート部材の前記交差する二辺の縁を両外側から押圧するように、前記二つ折りにされたシート部材を間に対をなして対向配置されたことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の製造装置。
- シート部材を成形し、電極部材嵌め込み用の凹部を形成する成形工程と、
この成形工程により形成された前記凹部に電極部材を嵌め込む工程と、
この工程の後に、前記電極部材を挟むように前記シート部材を二つ折りに畳む折り畳み工程と、
この折り畳み工程により二つ折りに畳まれたシート部材を、請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の圧着機構により圧着して、開口部を有する袋状の容器を形成する工程と、
この工程の後に、前記開口部から容器内に電解液を注入する工程と、
この工程の後に前記開口部を封止する工程と
からなることを特徴とする二次電池の製造方法。
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