JP5394587B1 - 電気化学デバイスの製造方法及び電気化学デバイス、並びに仮接合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型の電気化学デバイスにおいても、ケースとリッドとの仮接合を容易に行なうことができる技術を提供する。
【解決手段】電気化学デバイスの製造方法は、蓄電素子及び電解液を収容するケースにリッドを本接合する前に、上記リッドを上記ケースにレーザ溶接により仮接合する。この構成により、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、小型の電気化学デバイスの製造過程において、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保できない場合にも、リッドをケースに仮接合可能である。
【選択図】図12A
【解決手段】電気化学デバイスの製造方法は、蓄電素子及び電解液を収容するケースにリッドを本接合する前に、上記リッドを上記ケースにレーザ溶接により仮接合する。この構成により、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、小型の電気化学デバイスの製造過程において、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保できない場合にも、リッドをケースに仮接合可能である。
【選択図】図12A
Description
本発明は、電気化学デバイスの製造方法及び電気化学デバイス、並びに仮接合装置に関する。
電気化学デバイスは、リッドに封止されたケース内に蓄電素子及び電解液を収容して構成される。蓄電素子は、正極シート、セパレータ、及び負極シートにより構成され、ケース内の底面とリッドとの間に挟まれている。リッドは、一般的に、ケースに溶接されることによりケースを封止する。
特許文献1には、リッドがケースに本接合される前に、リッドがケースに仮接合される技術について記載されている。リッドがケースに仮接合されるとき、ケースを封止可能な位置にリッドが保持される。リッドはケースにスポット溶接によりケースに仮接合される。その後、リッドがケースにシーム溶接などにより本接合される。
近年、電子機器などの小型化や複雑化に伴い、当該電子機器に用いられる電気化学デバイスにも小型化が要求されている。リッドがケースに仮接合されるとき、例えば、吸着ノズルがリッドを吸着保持する。電気化学デバイスが小型化すると、吸着ノズルがリッドを吸着保持した状態では、リッド上にスポット溶接用の電極を接触させるスペースを確保することが困難になる。一方、リッドを吸着する吸着ノズルの径を小さくすると、吸着ノズルにおけるリッドへの吸着力が低下する。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、小型の電気化学デバイスにおいても、ケースとリッドとの仮接合を容易に行なうことができるようにすることにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスの製造方法は、蓄電素子及び電解液を収容するケースにリッドを本接合する前に、上記リッドを上記ケースにレーザ溶接により仮接合する。
本発明の一実施形態に係る電子デバイスは、上記の製造方法によって製造されている。
本発明の一形態に係る仮接合装置は保持部と撮像部と吸着部と照射部と制御部とを具備する。
上記保持部は蓄電素子及び電解液を収容するケースを保持する。
上記撮像部は上記保持部に保持された上記ケースを撮像する。
上記照射部は、上記ケースに対応するリッドを吸着し、上記保持部に保持された上記ケースを封止可能な封止位置に上記リッドを保持する。
上記照射部は、上記封止位置にある上記リッドにレーザ光を照射し、上記リッドを上記ケースに接合する。
上記制御部は、上記撮像部が撮像した画像に基づいて決定される照射位置にレーザ光を照射するように上記照射部を制御する。
上記保持部は蓄電素子及び電解液を収容するケースを保持する。
上記撮像部は上記保持部に保持された上記ケースを撮像する。
上記照射部は、上記ケースに対応するリッドを吸着し、上記保持部に保持された上記ケースを封止可能な封止位置に上記リッドを保持する。
上記照射部は、上記封止位置にある上記リッドにレーザ光を照射し、上記リッドを上記ケースに接合する。
上記制御部は、上記撮像部が撮像した画像に基づいて決定される照射位置にレーザ光を照射するように上記照射部を制御する。
小型の電気化学デバイスにおいても、ケースとリッドとの仮接合を容易に行なうことができるようになる。
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスの製造方法は、蓄電素子及び電解液を収容するケースにリッドを本接合する前に、上記リッドを上記ケースにレーザ溶接により仮接合する。
この構成により、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、小型の電気化学デバイスの製造過程において、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保できない場合にも、リッドをケースに仮接合可能である。
この構成により、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、小型の電気化学デバイスの製造過程において、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保できない場合にも、リッドをケースに仮接合可能である。
上記レーザ溶接では、ガルバノスキャナを用いてレーザ光の向きを調整してもよい。
この構成により、レーザ光を照射する光源の向きを変えずに、光源が照射したレーザ光の向きを調整可能となる。
この構成により、レーザ光を照射する光源の向きを変えずに、光源が照射したレーザ光の向きを調整可能となる。
上記リッドを吸着する吸着部を用いて、上記ケースを封止可能な位置に上記リッドを保持した状態で、上記リッドを上記ケースに仮接合する。
この構成により、一般的な方法によりリッドを保持可能となる。
この構成により、一般的な方法によりリッドを保持可能となる。
上記レーザ溶接では、上記ケースに対向する位置からレーザ光を照射してもよい。
この構成により、リッドにおける的確な位置にレーザ光を照射することが可能となる。また、リッドの複数の位置にレーザ光を照射する場合でも、どの位置においてもレーザ光の強度が均一になる。
この構成により、リッドにおける的確な位置にレーザ光を照射することが可能となる。また、リッドの複数の位置にレーザ光を照射する場合でも、どの位置においてもレーザ光の強度が均一になる。
上記吸着部には、上記ケースに対向する領域の外側から延びる排気路を介して、上記リッドを吸着するための吸着力が付与されてもよい。
この構成により、レーザ光を照射する光源の配置スペースを容易に確保可能となる。
この構成により、レーザ光を照射する光源の配置スペースを容易に確保可能となる。
上記吸着部には開口部が形成され、上記開口部を介して上記リッドにレーザ光を照射してもよい。
この構成により、リッドが吸着部より小さい場合にも、吸着部の開口部を介してリッドにレーザ光を照射可能となる。これにより、超小型の電気化学デバイスにおいてもケースとリッドとの仮接合が可能となる。
この構成により、リッドが吸着部より小さい場合にも、吸着部の開口部を介してリッドにレーザ光を照射可能となる。これにより、超小型の電気化学デバイスにおいてもケースとリッドとの仮接合が可能となる。
本発明の一実施形態に係る電子デバイスは、上記の製造方法によって製造されている。
この構成により、小型の電子デバイスの歩留りが向上する。
この構成により、小型の電子デバイスの歩留りが向上する。
本発明の一実施形態に係る仮接合装置は保持部と撮像部と吸着部と照射部と制御部とを具備する。
上記保持部は蓄電素子及び電解液を収容するケースを保持する。
上記撮像部は上記保持部に保持された上記ケースを撮像する。
上記照射部は、上記ケースに対応するリッドを吸着し、上記保持部に保持された上記ケースを封止可能な封止位置に上記リッドを保持する。
上記照射部は、上記封止位置にある上記リッドにレーザ光を照射し、上記リッドを上記ケースに接合する。
上記制御部は、上記撮像部が撮像した画像に基づいて決定される照射位置にレーザ光を照射するように上記照射部を制御する。
この構成によれば、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、リッドをケースに仮接合する際に、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保する必要がない。
上記保持部は蓄電素子及び電解液を収容するケースを保持する。
上記撮像部は上記保持部に保持された上記ケースを撮像する。
上記照射部は、上記ケースに対応するリッドを吸着し、上記保持部に保持された上記ケースを封止可能な封止位置に上記リッドを保持する。
上記照射部は、上記封止位置にある上記リッドにレーザ光を照射し、上記リッドを上記ケースに接合する。
上記制御部は、上記撮像部が撮像した画像に基づいて決定される照射位置にレーザ光を照射するように上記照射部を制御する。
この構成によれば、非接触でリッドをケースに仮接合可能となる。したがって、リッドをケースに仮接合する際に、リッドに、例えば、スポット溶接用の電極を接触させるスペースが確保する必要がない。
上記照射部はレーザ光の向きを調整可能なガルバノスキャナを有してもよい。
この構成により、照射部において、光源の向きを変えずに、光源が照射したレーザ光の向きを調整可能となる。
この構成により、照射部において、光源の向きを変えずに、光源が照射したレーザ光の向きを調整可能となる。
上記照射部は上記保持部に対向配置されていてもよい。
この構成により、照射部がリッドにおける的確な位置にレーザ光を照射することが可能となる。また、照射部がリッドの複数の位置にレーザ光を照射する場合でも、どの位置においてもレーザ光の強度が均一になる。
この構成により、照射部がリッドにおける的確な位置にレーザ光を照射することが可能となる。また、照射部がリッドの複数の位置にレーザ光を照射する場合でも、どの位置においてもレーザ光の強度が均一になる。
上記吸着部をポンプに接続する排気路を更に具備し、上記排気路は、上記保持部と上記照射部との対向領域の外側から上記吸着部まで延びていてもよい。
この構成により、照射部の配置スペースを容易に確保可能となる。
この構成により、照射部の配置スペースを容易に確保可能となる。
上記吸着部は上記照射位置に対向する開口部を更に有してもよい。
この構成により、リッドが吸着部より小さい場合にも、照射部が吸着部の開口部を介してリッドにレーザ光を照射可能となる。これにより、超小型の電気化学デバイスにおいてもケースとリッドとの仮接合が可能となる。
この構成により、リッドが吸着部より小さい場合にも、照射部が吸着部の開口部を介してリッドにレーザ光を照射可能となる。これにより、超小型の電気化学デバイスにおいてもケースとリッドとの仮接合が可能となる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面には、適宜相互に直交するX軸、Y軸、およびZ軸が示されている。X軸、Y軸、およびZ軸は全図において共通である。
<第1の実施形態>
[概略構成]
図1は本発明の第1の実施形態に係る電気化学デバイス100の斜視図であり、図2は図1に示した電気化学デバイス100のA―A’線に沿った断面図である。本実施形態に係る電気化学デバイス100は、例えば、X軸方向の寸法が2.5mmであり、Y軸方向の寸法が3.2mmである小型電気二重層キャパシタとして構成される。
[概略構成]
図1は本発明の第1の実施形態に係る電気化学デバイス100の斜視図であり、図2は図1に示した電気化学デバイス100のA―A’線に沿った断面図である。本実施形態に係る電気化学デバイス100は、例えば、X軸方向の寸法が2.5mmであり、Y軸方向の寸法が3.2mmである小型電気二重層キャパシタとして構成される。
電気化学デバイス100はケース11とシールリング18とリッド12とを具備する。ケース11及びリッド12は、電気化学デバイス100の筐体としての機能を有する。
ケース11は、直方体形状に形成されており、Z軸方向上方に開放された空間11aを形成している。空間11aは、ケース11の底面11b及び開口形状が矩形の内側面11cに囲まれている。
シールリング18はケース11のZ軸方向上方の縁部の全周にわたって設けられている。シールリング18は、ケース11とリッド12とが溶接により密着するように設けられている。
リッド12は、シールリング18に接合され、シールリング18に囲まれる領域を覆う長方形の平板状の部材である。リッド12は、その周縁部がケース11側にやや窪んでおり、当該周縁部がシールリング18に接合されている。これにより、ケース11内の空間11aがリッド12によって気密かつ液密に閉塞されている。
ケース11は、セラミック材料により形成されている。具体的には、ケース11は、例えば、高温同時焼成セラミックス(HTCC:High Temperature Co− fired Ceramics)や低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co− fired Ceramics)により形成されている。
ケース11には、正極電極14及び負極電極15が設けられている。正極電極14及び負極電極15は、ケース11のZ軸方向下面のY軸方向における両端部に露出している。正極電極14及び負極電極15は、例えば、コバールやタングステンや銀を主成分とする導電性材料により形成されている。正極電極14及び負極電極15を形成する材料は、ケース11の焼結温度においてケース11を形成するセラミック材料と間の熱膨張率の差が小さい材料で形成されることが好ましい。
また、ケース11には、正極電極14からZ軸方向上方へ延び、空間11aの底面11bまで貫通しているビア16が設けられている。より詳細には、正極電極14が、ケース11の外側面まで引き出され、ケース11の外側面に沿ってZ軸方向上方に延び、さらにY軸方向にケース11内部に向けてビア16まで延びている。ビア16も、正極電極14及び負極電極15と同様の材料で形成されている。
負極電極15は、ケース11の外側面まで引き出され、ケース11の外側面に沿ってZ軸方向上方に延び、さらにY軸方向にケース11内部に向けて所定距離延びている。負極電極15は、ケース11を形成する材料内部において負極配線17に接続され、負極配線17はケース11の側壁のZ軸方向上端部まで貫通している。負極配線17はケース11の側壁の上端部においてシールリング18に接続している。
リッド12及びシールリング18は金属材料で形成されている。具体的には、リッド12及びシールリング18はタングステンやコバールや銀を主成分とする導電性材料で形成されている。なお、リッド12及びシールリング18を形成する材料は、正極電極14、負極電極15、及びビア16を形成する材料と同種の材料であることが好ましい。
電気化学デバイス100は蓄電素子13と電解液とを具備する。蓄電素子13及び電解液はケース11の空間11a内に封入されている。
蓄電素子13は、正極シート13a、負極シート13b、及びセパレートシート13cとの3枚の長方形状のシートを有する。正極シート13a及び負極シート13bはいずれも活性炭で形成されている。セパレートシート13cは、正極シート13aと負極シート13bとに挟持され、正極シート13aと負極シート13bとを絶縁している。蓄電素子13は、正極シート13aがケース11の底面11bに対面し、負極シート13bがリッド12に対面するように配置されている。
電解液は、一般的なものを用いることが可能である。電解液に用いる塩及び溶媒の組み合わせは適宜決定することができる。電解液としては、例えば、溶媒としてプロピレンカーボネートを用い、塩としてエチルメチルイミダゾリウム・テトラフルオロボラートを用いることができる。電解液の塩濃度は、例えば、2mol/lとすることができる。
電気化学デバイス100は蓄電素子13の正極側の集電膜である正極集電膜19を具備する。正極集電膜19は、ケース11の底面11bに設けられる。なお、電気化学デバイス100では、リッド12が負極集電膜の機能を兼ねる。
蓄電素子13には、Z軸方向を向いた両面に、導電性接着層20,21が設けられている。より詳細には、蓄電素子13の正極シート13aには正極集電膜19を介して導電性接着層20が設けられ、蓄電素子13の負極シート13bには導電接着層21が設けられている。
したがって、正極シート13aは、正極集電膜19及び導電性接着層20を介して、ケース11の底面11bに露出したビア16に接続されている。また、負極シート13bは、導電性接着層21、リッド12、及びシールリング18を介して負極配線17に接続されている。
電気化学デバイス100は、上記の構成により、正極電極14と負極電極15との間に電圧を印加することにより蓄電素子13に蓄電することができるともに、蓄電素子13に蓄えられた電力を正極電極14及び負極電極15から出力することができる。
[電気化学デバイス100の製造方法]
(概要)
図3は電気化学デバイス100の製造方法を示すフローチャートである。図4A〜図4Cは電気化学デバイス100のケースユニット200の製造過程における断面図である。また、図5A,図5Bは電気化学デバイス100のリッドユニット300の製造過程における断面図である。更に、図6,図7は、ケースユニット200とリッドユニット300とを接合する過程における断面図である。以下、図3に沿って電気化学デバイス100の製造方法の概要について説明する。
(概要)
図3は電気化学デバイス100の製造方法を示すフローチャートである。図4A〜図4Cは電気化学デバイス100のケースユニット200の製造過程における断面図である。また、図5A,図5Bは電気化学デバイス100のリッドユニット300の製造過程における断面図である。更に、図6,図7は、ケースユニット200とリッドユニット300とを接合する過程における断面図である。以下、図3に沿って電気化学デバイス100の製造方法の概要について説明する。
まず、図4Aに示すケース11の構造体を用意する。ケース11の構造体は、セラミックスの積層技術を用いて電極などが形成されたセラミックスの焼結体として構成される。ケース11の側壁上にはシールリング18が設けられている。
ステップS1では、ケース11内に導電性接着層20が形成される。これにより、導電性接着層20はビア16に接続される。ステップS2では、ケース11内に正極シート13aが挿入される。具体的には、正極シート13aが正極集電膜19を介して導電性接着層20上に設けられる。ステップS3では、正極シート13aの乾燥が行われる。図4BはステップS3後の状態を示している。
ステップS4では、ケース11に電解液が注入される。電解液の注入量は適宜決定可能である。これにより、電解液が正極シート13aに十分に浸透する。ステップS5では、ケース11にセパレータ13cが挿入される。具体的には、セパレータ13cが正極シート13a上に設けられる。図4CはステップS5後の状態を示している。これにより、ケースユニット200が完成する。
ステップS6では、リッド12の内面に導電性接着層21が形成される。図5AはステップS6後の状態を示している。ステップS7では、リッド12に負極シート13cが挿入される。具体的には、負極シート13bが導電性接着層21上に設けられる。ステップS8では、負極シート13bの乾燥が行われる。ステップS9では、リッド12に電解液が注入される。電解液の注入量は負極シート13bに浸透可能な量とすることができる。図5BはステップS9後の状態を示している。これにより、リッドユニット300が完成する。
図6は、吸着ノズル3に吸着されたリッドユニット300がケースユニット200上に移動する過程を示す断面図である。図7は、吸着ノズル3に吸着されたリッドユニット300がケースユニット200に位置決めされた状態を示した断面図である。図7に示す状態では、リッド12がシールリング18に接触しているとともに、吸着ノズル3がリッドユニット300を吸着保持している。また、負極シート13bがセパレータ13cに当接している。
ステップS10では、図7に示す状態で、ケースユニット200とリッドユニット300とが仮接合される。具体的には、ケース12の4隅にレーザ光Lが照射されることにより、ケース12がシールリング18にレーザ溶接により接合される。ステップS10の仮接合工程の詳細については後述する。
ステップS11では、ケースユニット200とリッドユニット300とが本接合される。具体的には、まず、図7に示すように、吸着ノズル3によるケースユニット200に対する吸着保持が解除される。そして、リッド12の4辺に沿ってレーザ光Lが連続して照射されることにより、リッド12とシールリング18とがその全周にわたってレーザ溶接により接合される。これにより、リッド12がケース11を密封する。
ケースユニット200とリッドユニット300との本接合には、シーム溶接(抵抗溶接)を用いてもよい。しかし、ケースユニット200とリッドユニット300との本接合に非接触であるレーザ溶接を用いることにより、ケースユニット200のリッドユニット300に対する位置ずれが防止される。また、レーザ溶接では、ケースユニット200及びリッドユニット300に衝撃が加わることがないため、電気化学デバイス100の歩留りが向上する。
(ケースユニット200とリッドユニット300との仮接合方法)
本実施形態では、ケースユニット200とリッドユニット300との仮接合が仮接合装置1を用いて行われる。なお、以下の説明における図面では、ケースユニット200のケース11以外の構成やリッドユニット300のリッド12以外の構成を適宜省略する。
本実施形態では、ケースユニット200とリッドユニット300との仮接合が仮接合装置1を用いて行われる。なお、以下の説明における図面では、ケースユニット200のケース11以外の構成やリッドユニット300のリッド12以外の構成を適宜省略する。
図8は本実施形態に係る仮接合装置1の模式図である。仮接合装置1は、本体2と、本体2からZ軸方向下方に延びる吸着ノズル3と、本体2のZ軸方向下面に設けられたカメラ4と、ケースユニット200を所定の位置に保持する保持部9と、本体2内に設けられた制御部10と、を具備する。
吸着ノズル3は、排気路3aを有する円筒状のパイプ部材として構成される。吸着ノズル3のZ軸方向下端は、本体2に接続されたポンプ(不図示)による吸引力により、リッド12を吸着可能な吸着部3bとして構成される。吸着ノズル3は、制御部10による制御のもと、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に移動可能である。仮接合装置1は、吸着ノズル3のみが移動可能な構成であっても、吸着ノズル3が本体2とともに移動可能な構成であってもよい。
また、吸着ノズル3は、排気路3aの中心を通るZ軸方向に平行な中心軸を中心に回転可能である。つまり、吸着ノズル3はリッド12のX軸方向及びY軸方向の向きを変化させることができる。したがって、仮接合装置1は、吸着したリッド12の向きとケース11の向きとが揃っていない場合、吸着ノズル3を回転させてその姿勢を変化させる。これにより、仮接合装置1は、リッド12の向きをケース11の向きに合わせることができる。
カメラ4は、ケースユニット200をZ軸方向上方から撮像し、撮像した画像を制御部10に出力する撮像部として構成される。制御部10は、カメラ4が撮像した画像を解析することにより、ケースユニット200のシールリング18の正確な位置を算出する。そして、仮接合装置1は、制御部10の算出結果に基づき、シールリング18の位置や姿勢に合わせて吸着ノズル3によってリッドユニット300を移動させる。
図9A〜図9Cは、仮接合装置1における、保持部9に保持されたケースユニット200のシールリング18上にリッドユニット300のリッド12に移動させる過程を示す模式図である。
図9Aに示すように、吸着ノズル3が回転し、リッドユニット300の向きが、ケースユニット200の向きに合わせられる。次に、図9Bに示すように、吸着ノズル3がX軸方向及びY軸方向に移動し、リッドユニット300がケースユニット200のZ軸方向上方に配置させられる。そして、図9Cに示すように、吸着ノズル3がZ軸方向下方に移動し、リッドユニット300のリッド12がケースユニット200のシールリング18の全周にわたって接触させられる。
図10は仮接合装置1が吸着ノズル3によってリッドユニット300をケースユニット200上に保持している状態を示した図である。図11はリッド12における仮接合位置Mを示した図である。
図10に示すように、吸着ノズル3がリッドユニット300を正確な位置に吸着保持した状態でリッドユニット300がケースユニット200に仮接合される。これにより、仮接合装置1では、仮接合時におけるリッドユニット300のケースユニット200に対する位置ずれが防止される。
図11はリッド12における仮接合を行なう仮接合位置Mをバツ印で示している。本実施形態では、レーザ光Lが、照射部リッド12の4隅にある仮接合位置Mに照射されることによって、リッドユニット300のリッド12をケースユニット200のシールリング18に仮接合する。リッド12における仮接合位置Mは、シールリング18に沿った位置であればよく、適宜決定される。また、仮接合位置Mは、1ヶ所以上であれば何カ所であっても構わないが、複数の相互に対象性のある位置であることが好ましい。
図12A及び図12Bは仮接合装置1の模式図である。仮接合装置1は、レーザ光Lを照射する光源5と、光源5が照射したレーザ光Lの向きを調整可能なガルバノスキャナ6と、リッド12に向けて不活性ガスを吹き出す不活性ガス導入部7とを更に具備する。
光源5とガルバノスキャナ6とはレーザ光Lをリッド12の所定の仮接合位置Mに照射するための照射部8を構成する。図12A及び図12Bに示すように、光源5が照射するレーザ光Lは各仮接合位置Mに入射するようにガルバノスキャナ6によりその向きが調整される。これにより、各仮接合位置Mにおいてリッドユニット300がケースユニット200にレーザ溶接される。
光源5及びガルバノスキャナ6は制御部10によって制御される。具体的には、制御部10は、光源5によるレーザ光Lの出射のタイミングやガルバノスキャナ6によるレーザ光Lの向きの調整を制御する。制御部10は、カメラ4が撮像した画像を解析することにより、リッドユニット300の正確な仮接合位置Mを算出する。そして、仮接合装置1は、制御部10の算出結果に基づき、照射部8によりリッドユニット300の仮接合位置Mにレーザ光Lを照射する。
レーザ溶接の条件は適宜調整可能である。本実施形態では、照射部8が照射するレーザ光はファイバレーザである。レーザ光の波長は1080nmとし、レーザ光の出力は100Wとした。
不活性ガス導入部7は、レーザ溶接においてリッド12などに酸化による焦げ付きが発生しないように仮接合位置Mに向けて不活性ガスを吹き出す。不活性ガス導入部7が吹き出す不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴンなどが採用可能である。
不活性ガス導入部7の構成は適宜決定可能である。仮接合装置1では、図12Bに示すように2つの不活性ガス導入部7が用いている。各不活性ガス導入部7はXY平面に対する角度αが60°であり、不活性ガス導入部7間の開き角度βが15°である。また、不活性ガスとしては窒素を用い、窒素ガスの流量は20l/minとした。また、各不活性ガス導入部7におけるリッド12の上面の中心からの距離は10mmとした。
なお、一般的なスポット溶接による仮接合では、仮接合時にリッドにスポット溶接用の電極を接触させる必要があるため、リッドの位置がケースの位置に対してずれる場合がある。また、スポット溶接では、電極の接触によりリッド及びケースに衝撃が加わるため、ケースユニット及びリッドユニットの各構成が損傷を受ける場合がある。このような場合としては、例えば、ケース内の電解液がシールリングとリッドとの間に付着する場合が挙げられる。この場合、リッドとケースとの接合不良が発生する場合がある。一方、レーザ溶接による仮接合は、非接触であるため、リッドのケースに対する位置ずれが発生することや、リッド及びケースに衝撃が加わることがない。
また、一般的なスポット溶接による仮接合は、抵抗溶接として行われるため、溶接位置に電流を一定時間流す必要があり、溶接時間の短縮が困難である。一方、レーザ溶接による仮接合は、その条件を適切に設定することにより、溶接時間の短縮が可能である。
さらに、リッドは、一般的に打ち抜き加工により形成されるため、その端部にバリが発生する。スポット溶接では、バリに過度のジュール熱が発生することによりスポット溶接用の電極が消耗することがある。したがって、スポット溶接では、リッドのバリを除去するための手間がかかる。一方、レーザ溶接による仮接合は、バリが過熱することがないため、リッドのバリによる上記の問題は発生しない。
このように、本実施形態に係る仮接合装置1によれば、リッドユニット300がケースユニット200に正確に接合されるとともに、リッドユニット300とケースユニット200との溶接時間を短縮することができる。したがって、仮接合装置1によれば、電気化学デバイス100の歩留りが向上するとともに、リッドユニット300とケースユニット200との仮接合のためのタクトタイムが短縮する。
<第2の実施形態>
図13A及び図13Bは本発明の第2の実施形態に係る仮接合装置31の模式図である。本実施形態に係る仮接合装置31は、以下に説明する構成以外、第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様に構成されている。第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様の構成については、図13A,図13Bにおいて同一の符号を付すとともに、適宜その説明を省略する。
図13A及び図13Bは本発明の第2の実施形態に係る仮接合装置31の模式図である。本実施形態に係る仮接合装置31は、以下に説明する構成以外、第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様に構成されている。第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様の構成については、図13A,図13Bにおいて同一の符号を付すとともに、適宜その説明を省略する。
仮接合装置31は、リッドユニット300を吸着する吸着部33bが本体2からY軸方向にオフセットされている。詳細には、吸着ノズル33は、本体2からZ軸方向下方に所定距離延び、Y軸方向に屈曲して所定距離延び、更にZ軸方向下方に屈曲して吸着部33bまで延びるパイプ部材として構成される。吸着ノズル33の内部の排気路33aも、吸着ノズル33とともに屈曲している。
仮接合装置11では、吸着ノズル33の吸着部33bのZ軸方向上方、つまりケースユニット200を保持する保持部9の上方に本体2がないため、吸着部33bのZ軸方向上方に照射部8を配置することができる。そのため、仮接合装置31の照射部8は、ケースユニット200を保持する保持部9に対向配置可能である。つまり、吸着ノズル33の吸着部33bに吸着されたリッドユニット300、ケースユニット200、及び保持部9にZ軸方向に対向するように配置されている。
したがって、仮接合装置31では、リッドユニット300の仮接合位置Mのほぼ直上からレーザ光Lを照射するため、リッドユニット300に対して斜めにレーザ光Lを照射する場合よりも、レーザ光Lがより正確な仮接合位置Mに入射するようになる。これにより、仮接合装置31では、照射部8によるレーザ光Lの照射位置が仮接合位置Mからずれることが防止される。そのため、仮接合装置31では、仮接合不良を抑制可能である。
更に、仮接合装置31では、照射部8がリッドユニット300の仮接合位置Mのほぼ直上からレーザ光Lを照射するため、照射部8と各仮接合位置Mとの距離がほぼ等しくなる。そのため、各仮接合位置Mにおけるレーザ光Lの強度が均一となり、各仮接合位置Mにおいてリッドユニット300がケースユニット200に同程度に接合されるようになる。
<第3の実施形態>
図14A及び図14Bは本発明の第3の実施形態に係る仮接合装置41の模式図である。本実施形態に係る仮接合装置41は、以下に説明する構成以外、第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様に構成されている。第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様の構成については、図14A,図14Bにおいて同一の符号を付すとともに、適宜その説明を省略する。
図14A及び図14Bは本発明の第3の実施形態に係る仮接合装置41の模式図である。本実施形態に係る仮接合装置41は、以下に説明する構成以外、第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様に構成されている。第1の実施形態に係る仮接合装置1と同様の構成については、図14A,図14Bにおいて同一の符号を付すとともに、適宜その説明を省略する。
仮接合装置41は、第2の実施形態に係る仮接合装置31と同様に、リッドユニット300を吸着する吸着部43bが本体2からY軸方向にオフセットされている。
仮接合装置41は、本体2からY軸方向に延びる板状の吸着板43を具備する。吸着板43には、Z軸方向下面に矩形に開口した吸着部43bと、吸着部43bから吸着板43内に延びる排気路43aとが設けられている。また、仮接合装置41は、本体2からZ軸方向下方に延び、本体2と吸着板43とを接続する接続部42を具備する。接続部42には、吸着板43の排気路43aを本体2に接続する排気路42aが設けられている。
仮接合装置41では、カメラ4が接続部42の下方で、吸着板43の下面に設けられている。しかし、カメラ4の位置は適宜決定可能であり、カメラ4は第1の実施形態及び第2の実施形態と同様に本体2のZ軸方向下面に設けられていてもよい。
仮接合装置41では、吸着板43の吸着部43bのZ軸方向上方に本体2がないため、吸着部43bのZ軸方向上方に照射部8を配置することができる。そのため、仮接合装置41の照射部8は、吸着板43の吸着部43bに吸着されたリッドユニット300、ケースユニット200、及び保持部9にZ軸方向に対向するように配置されている。
吸着板43のY軸方向の寸法は、リッドユニット200よりのY軸方向の寸法よりも大きい。吸着板43には、リッドユニット200の仮接合位置Mに対応する位置にそれぞれ開口部43cが設けられている。仮接合装置41では、照射部8が、吸着板43の開口部43c内にレーザ光Lを照射する。これにより、照射部8が照射したレーザ光Lは、開口部43cを介してリッドユニット200の仮接合位置Mに照射される。
仮接合装置41では、リッドユニット300の仮接合位置Mのほぼ直上からレーザ光Lを照射するため、レーザ光Lが吸着板43の開口部43c内を通過してリッドユニット200の仮接合位置Mに入射する。一方、リッドユニット300に対して斜めにレーザ光Lを照射する場合には、レーザ光Lが開口部43cを通過できずに、例えば、開口部43cの側面に入射する場合がある。
このように、仮接合装置41では、吸着板43に開口部43cが設けられ、かつ、照射部8が吸着部43bの直上に設けられていることにより、照射部8が開口部43cを介してリッドユニット200の仮接合位置Mにレーザ光Lを照射することができる。なお、照射部8の位置は、吸着板43の厚さや開口部43cの大きさに応じて変更可能である。つまり、仮接合装置41は、照射部8が照射したレーザ光Lが、吸着板43の開口部43cを通過可能な構成であればよい。
本実施形態に係る仮接合装置41は、特に電気化学デバイスの更なる小型化が図られる際に非常に有効である。つまり、吸着ノズルを用いてリッドユニット300を吸着保持する場合には、吸着ノズルがリッドユニット300の仮接合位置Mを遮蔽してしまう場合がある。一方、本実施形態に係る吸着板43では、吸着板43がリッドユニット300より大きい場合に、リッドユニット300の仮接合位置Mを開口部43cによって露出させることができる。したがって、仮接合装置41は、電気化学デバイスの更に小型化が図られる際にも、リッドユニット300をケースユニット200に仮接合することが可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、本発明を適用可能な電気化学デバイスは電気二重層キャパシタに限らない。電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ以外の電気化学キャパシタであってもよい。このような電気化学キャパシタとしては、例えば、PAS(PolyAcenic Semiconductor)キャパシタが挙げられる。この場合、蓄電ユニット13の正極シート13a及び負極シート13bがいずれもポリアセン系有機半導体で形成されていればよい。更に、本発明は、リチウムイオン二次電池などのキャパシタ以外の電気化学デバイスにも適用可能である。
1…仮接合装置
2…本体
3…吸着ノズル
4…カメラ
5…光源
6…ガルバノスキャナ
7…不活性ガス導入部
8…照射部
9…保持部
10…制御部
100…電気化学デバイス
200…ケースユニット
300…リッドユニット
2…本体
3…吸着ノズル
4…カメラ
5…光源
6…ガルバノスキャナ
7…不活性ガス導入部
8…照射部
9…保持部
10…制御部
100…電気化学デバイス
200…ケースユニット
300…リッドユニット
Claims (9)
- 蓄電素子及び電解液を収容するケースにリッドを本接合する前に、
開口部が形成され、前記リッドを吸着する吸着部によって、前記ケースを封止可能な位置に前記リッドを保持し、
前記吸着部によって保持された前記リッドに前記開口部を介してレーザ光を照射することにより、前記リッドを前記ケースにレーザ溶接により仮接合する
電気化学デバイスの製造方法。 - 請求項1に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記レーザ溶接では、ガルバノスキャナを用いてレーザ光の向きを調整する
電気化学デバイスの製造方法。 - 請求項1又は2に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記レーザ溶接では、前記ケースに対向する位置からレーザ光を照射する
電気化学デバイスの製造方法。 - 請求項3に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記吸着部には、前記ケースに対向する領域より外側から延びる排気路を介して、前記リッドを吸着するための吸着力が付与される
電気化学デバイスの製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法によって製造された
電気化学デバイス。 - 蓄電ユニット及び電解液を収容するケースを保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記ケースを撮像する撮像部と、
開口部を有し、前記ケースに対応するリッドを吸着し、前記保持部に保持された前記ケースを封止可能な封止位置に前記リッドを保持する吸着部と、
前記封止位置にある前記リッドにレーザ光を照射し、前記リッドを前記ケースに接合する照射部と、
前記撮像部が撮像した画像に基づいて決定される照射位置に前記開口部を介してレーザ光を照射するように前記照射部を制御する制御部と
を具備する仮接合装置。 - 請求項6に記載の仮接合装置であって、
前記照射部はレーザ光の向きを調整可能なガルバノスキャナを有する
仮接合装置。 - 請求項6又は7に記載の仮接合装置であって、
前記照射部は前記保持部に対向配置されている
仮接合装置。 - 請求項8に記載の仮接合装置であって、
前記吸着部をポンプに接続する排気路を更に具備し、
前記排気路は、前記保持部と前記照射部との対向領域の外側から前記吸着部まで延びる
仮接合装置。
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