JP5480726B2 - 電池用ケースの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電池用ケースの製造方法に係り、特に、２つのラミネート鋼板を貼り合わせて形成される電池用ケースの製造方法に関する。

２つのラミネート鋼板を貼り合わせて形成される従来の電池用ケースが、特許文献１に記載されている。この電池用ケースのラミネート鋼板は、発電要素を収容するための窪みが形成されたアルミニウム箔製の金属芯材の表面に樹脂をコーティングしたものである。この電池用ケースは、樹脂がコーティングされた表面同士が重なり合うように、窪みの周囲の融着代を貼り合わせてヒートシールすることにより、２つのラミネート鋼板を融着させた後、融着代の周縁を折り曲げることによって製造される。

電池用ケースの材質は、現在のところアルミニウムが主流であるが、アルミニウムは柔らかいので成形中にしわが生じやすく、また、発電要素を収容するための窪みの深さを深くしようとすると、強度不足のため限界があるといった問題点があった。そのため、ステンレス鋼製の電池用ケースの開発が期待されている。

特開２００１−３２５９２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法によってステンレス鋼製の電池用ケースを製造すると、ラミネート鋼板同士をヒートシールした後に融着代の占有体積の低減等を目的として周縁を折り曲げるので、アルミニウムよりも強度の高いステンレス鋼では、曲げ加工時の負荷が大きく、折り曲げたときに、融着面により大きなせん断力が生じ融着した部分が剥がれてしまうおそれがあるといった問題点があった。ただし、この問題点は、ステンレスだけに生じるものではなく、アルミニウムの場合でも少なからず同様の問題が生じる可能性がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、２つのラミネート鋼板同士の融着性を向上した電池用ケースの製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電池用ケースの製造方法は、２つのラミネート鋼板を貼り合わせて形成される電池用ケースの製造方法であって、ラミネート鋼板は、窪み部と、窪み部の周囲の平坦な融着部とを備え、融着部の一方の表面である融着面には、ヒートシール用の樹脂がコーティングされており、この製造方法は、２つのラミネート鋼板を準備して、融着面同士を重ね合わせる工程と、融着部の周囲を曲げながら融着部に熱を加えて融着部同士をヒートシールする工程とを含む。
ヒートシールする工程は、融着部の周囲をカール状に曲げながら融着部に熱を加えて融着部同士をヒートシールすることにより行ってもよい。
ヒートシールする工程は、曲げヒートシール装置を用いて行われ、曲げヒートシール装置は、回転方向に沿って半円形状の断面を有する溝部が形成されたローラ部と、ローラ部を加熱する加熱手段とを備え、溝部に融着部を挿入してローラ部を融着部に押しあてながら、ローラ部を融着部の周囲に沿って転がすと共に、加熱手段がローラ部を加熱してローラ部の熱が融着部に伝わることにより、融着部同士を曲げながらヒートシールする。
曲げヒートシール装置は、溝部の曲率半径が異なる前記ローラ部を複数備えてもよい。
ヒートシールする工程の前に、融着部の周縁部を予備曲げする工程を含んでもよい。または、溝部の断面の半円形状が偏心していてもよい。
ヒートシールする工程の後に、曲げられた融着部の周囲を押し付ける工程を含んでもよい。
ラミネート鋼板はステンレス鋼であってもよい。

この発明によれば、融着部の周縁部を曲げながら融着部に熱を加えて融着部同士をヒートシールして、２つのラミネート鋼板を貼り合わせることにより、融着した融着部間を曲げによって剥がしてしまうことがないので、２つのラミネート鋼板同士の融着性を向上することができる。

この発明の実施の形態に係る製造方法によって製造された電池用ケースの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法において、ラミネート鋼板を準備して、融着部の融着面同士を重ね合わせる工程を説明するための図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法において使用される曲げヒートシール装置の構成を示す図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法において、２つのラミネート鋼板の融着部の周縁部をカール状に曲げながら融着部同士をヒートシールする工程を説明するための図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法における、曲げられた融着部の周縁部の押し付け工程を説明するための図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法において使用されるローラ部の変形例を示す正面図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法の変形例において使用される金型の上型の斜視図である。 この実施の形態に係る電池用ケースの製造方法の変形例を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る製造方法によって製造された電池用ケースの斜視図を図１に示す。電池用ケース１は、内部に発電要素を収容するための矩形の収容部２と、収容部２の周囲の平坦な融着部３とを備えている。融着部３の周縁部３ａは、一対の長辺部３ａ１，３ａ１と、長辺部３ａ１よりも短い一対の短辺部３ａ２，３ａ２との４つの直線状の部分を有している。一方の長辺部３ａ１及び両方の短辺部３ａ２，３ａ２は、カール状に曲げられている。

図２に示されるように、電池用ケース１は、２つのラミネート鋼板４，４を貼り合わせることにより形成されている。ステンレス鋼製のラミネート鋼板４は、中央部に、収容部２を構成するための矩形の窪み部５を形成したものであって、窪み部５の周囲には、平坦な融着部３が構成されている。融着部３の一方の表面である融着面３ｂには、ポリプロピレン等のヒートシール用の樹脂がコーティングされている。２つのラミネート鋼板４，４は、それぞれの融着面３ｂを互いに重ね合わせて、コーティングされている樹脂を融着することにより、貼り合わされている。

次に、この電池用ケース１の製造方法について説明する。
図３に示されるように、矩形板状のステンレス鋼製ラミネート鋼板１０にプレス加工を施して、中央部に矩形の窪み部５を形成する。これにより、窪み部５の周囲には、平坦な融着部３が構成される。この際、融着部３の２つの表面のうち、窪み部５が突出する方とは反対側の表面である融着面３ｂに、ポリプロピレン等のヒートシール用の樹脂がコーティングされていることとなる。このようにして形成されたラミネート鋼板４を２つ準備し、それぞれの窪み部５によって収容部２が構成されるようにして、それぞれの融着部３の融着面３ｂを互いに重ね合わせる。前述したように、融着部３の一方の長辺部３ａ１及び両方の短辺部３ａ２，３ａ２（図１参照）は、カール状に曲げられるが、そのための予備曲げとして、融着部３の一方の長辺部３ａ１及び両方の短辺部３ａ２，３ａ２をカール状に曲げられる方向である上方に向けて曲げる。これにより、所望の方向にかつ安定したカール状の曲げを行うことができる。また、カール状の曲げを行う際に重ね合わせたラミネート鋼板がずれるのを防止する効果もある。

次に、融着部３の周縁部３ａをカール状に曲げながら融着部３同士をヒートシールするが、これには、図４に示される曲げヒートシール装置１１を用いる。曲げヒートシール装置１１は、曲げヒートシール装置１１の動作を制御する本体部１２と、融着部３の周縁部３ａをカール状に曲げながら融着部３同士をヒートシールする作用部１３と、本体部１２の制御に基づいて作用部１３を動かすアーム部１４とを備えている。

作用部１３は、フレーム１５と、フレーム１５に回転可能に設けられたローラ部１６とを有している。フレーム１５には、加熱手段であるヒータ１７が埋め込まれ、ヒータ１７は電源装置１８に接続されている。また、フレーム１５には、上方に向かって突出するように被把持部１９が設けられており、アーム部１４の端部に設けられた把持部２０が被把持部１９を掴むことにより、作用部１３は、本体部１２の制御に基づいてアーム部１４によって動かされるようになっている。

さらに、フレーム１５には、上下方向に間隔をあけて、２つの矩形の平板部１５ａ及び１５ｂが互いに平行に設けられている。平板部１５ａ及び１５ｂをそれぞれ貫通するように鉛直方向に延びる回転軸２１がボルト２２，２３によって固定されている。ローラ部１６には、その回転中心位置に貫通穴２４が形成されており、回転軸２１が貫通穴２４内に挿入するようにして、ローラ部１６は、回転軸２１を中心として回転可能にフレーム１５に設けられている。ローラ部１６は、回転軸２１が挿入可能なベアリング２５を有している。また、ローラ部１６には、半円形状の断面形状を有する溝部２６が、回転方向に沿って形成されている。尚、図示しないが、溝部の断面の半円形状の曲率半径（以下、単に「溝部の曲率半径」という）が異なるローラ部を含む作用部を複数準備しておき、フレーム１５の把持部２０が、任意の作用部を交換可能に把持できるようになっている。各作用部は、ローラ部に形成された溝部の曲率半径が異なるだけであり、その他の構成は全て同一である。

次に、この曲げヒートシール装置１１を用いて、融着部３の周縁部３ａをカール状に曲げながら融着部３同士をヒートシールする工程を説明する。
まず、アーム部１４の把持部２０は、最も大きな曲率半径ｒを有する溝部２６が形成されたローラ部１６を含む作用部１３を把持する。次に、電源装置１８を起動しヒータ１７に電力を供給して、ヒータ１７を加熱する。すると、ヒータ１７によりフレーム１５が加熱され、フレーム１５の熱が回転軸２１及びベアリング２５を介してローラ部１６に伝達され、ローラ部１６も加熱される。ローラ部１６は、ヒートシールに必要な温度になるように加熱される。

ローラ部１６がヒートシールに必要な温度にまで加熱されたら、図５に示されるように、上方に向けて曲げられた融着部３の周縁部３ａを、ローラ部１６の溝部２６内に挿入し、ローラ部１６を周縁部３ａに押しあてながら、ローラ部１６を周縁部３ａに沿って転がしていく。すると、周縁部３ａは、予備曲げされた上方に向かって溝部２６に沿ってカール状に曲げられ、溝部２６の曲率半径ｒを有するようになる。また、これとともに、ローラ部１６の熱が融着部３に伝えられることにより、融着面３ｂにコーティングされた樹脂は溶けた状態になる。周縁部３ａがカール状に曲げられている間、融着部３，３間の樹脂は溶けた状態であるので、周縁部３ａの曲げによって、融着していた部分が剥がれてしまうことはない。

次に、アーム部１４の把持部２０（図４参照）は、溝部２６の曲率半径ｒよりも小さな曲率半径ｒ’を有する溝部２６’が形成されたローラ部１６’を有する作用部を把持する。ローラ部１６によってカール状に曲げられた周縁部３ａを溝部２６’に挿入し、ローラ部１６’を周縁部３ａに押しあてながら、ローラ部１６’を周縁部３ａに沿って転がしていく。すると、周縁部３ａは、曲率半径ｒ’を有するようになる。以下、同様にして、溝部２６’の曲率半径ｒ’よりも小さな曲率半径ｒ”を有する溝部２６”が形成されたローラ部１６”によって、周縁部３ａは、曲率半径ｒ”を有するようになる。カール状の曲げ加工が進むにつれてローラ溝部の曲率半径を小さくすることにより、加工後のスプリングバックを抑制し所望の曲げ形状が得られる。尚、ローラ部１６’及び１６”によって周縁部３ａを曲げる最中も、ローラ部１６’及び１６”の熱が融着部３に伝わるので、融着部３，３間の樹脂は溶けた状態にあり、周縁部３ａの曲げによって、融着していた部分が剥がれてしまうことはない。そして、ローラ部１６，１６’，１６”による周縁部３ａの曲げ及び加熱が終了することにより、融着部３，３間の樹脂が固化し、融着部３同士が融着される。すなわち、融着部３同士は、その周縁部がカール状に曲げられながらヒートシールされることとなる。
この発明に係る製造方法は、融着部を曲げながら熱を加えてヒートシールするため、温間加工による加工負荷の低減効果により、強度の高いステンレス鋼製ラミネート鋼板を用いる場合でも優れた融着性が得られる。特に、加工硬化し易いＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼においては、温間加工により加工中に発生する加工誘起マルテンサイトの生成が抑制されるため、加工後のスプリングバック低減や加工ローラの摩耗低減の効果が得られる。

次に、図６に示されるように、表面に溝部が形成されていない通常のローラ３０を、カール状に曲げられた周縁部３ａに押しあてながら周縁部３ａに沿って転がしていく。これにより、カール状に曲げられた周縁部３ａが窪み部５の縦壁に向けて折り曲げられ、融着部３の幅を低減することができる。この際、周縁部３ａはカール状に曲げられ強固に融着しているため、折り曲げによって融着部が剥がれることはない。

このように、融着部３の周縁部３ａをカール状に曲げながら融着部３に熱を加えて融着部３同士をヒートシールして、２つのラミネート鋼板４，４を貼り合わせることにより、融着した融着部３，３間を曲げによって剥がしてしまうことがないので、２つのラミネート鋼板４，４同士の融着性を向上することができる。

この実施の形態では、溝部２６内において、融着部３の周縁部３ａが確実に上方に向けてカール状に曲げられるように、周縁部３ａを上方に予備曲げしていたが、上方に限定するものではない。予備曲げなしに周縁部３ａを溝部２６に挿入してローラ部１６を周縁部３ａに沿って転がすと、周縁部３ａが溝部２６内においてカール状に曲げられる方向が上方又は下方のどちらになるかがわからないので、この実施の形態では、曲げる方向を上方に確定するために予備曲げを上方に向けて行ったに過ぎない。従って、溝部２６内においてカール状に曲げる方向を下方にする場合には、予備曲げの方向を下方にすることとなる。

一方、この発明に係る製造方法において、必ずしも予備曲げが不可欠な工程であるわけではない。図７に示されるように、断面の半円形状が上方に偏心した溝部３６を形成したローラ部３７を用いることにより、溝部３６に挿入された周縁部は確実に上方に向けて折り曲げられるようになる。図示しないが、断面の半円形状を下方に偏心した溝部を形成したローラ部用いると、この溝部に挿入された周縁部は確実に下方に向けて折り曲げられるようになる。

この実施の形態では、曲率半径の異なる溝部が形成されたローラ部を３つ使用したが、３つに限定するものではなく、電池用ケース１の材質、大きさ等により、適宜変更することができる。また、電池用ケース１の材質は、ステンレス鋼に限定するものではなく、アルミニウム等、任意の材質であってもよい。

この実施の形態では、ヒータ１７がフレーム１５を加熱し、その熱が回転軸２１及びベアリング２５を介してローラ部１６に伝わり、ローラ部１６の熱によって融着部３同士をヒートシールしているが、この形態に限定するものではない。任意の公知手段によって直接ローラ部１６のみを加熱してもよい。また、ローラ部１６によって融着部３の周縁部３ａをカール状に曲げながら、ローラ部１６を加熱することなしに、任意の公知手段によって融着部３同士を直接ヒートシールしてもよい。

さらに、ヒートシール工程でのカール状の曲げを、ローラではなく、電池用ケース１の融着部３の各辺に沿って半円形状の断面を有する溝部を形成した金型を用いて行なってもよい。この方法に使用される金型のうち、上金型４１を図８に示す。上金型４１には、周縁部３ａの一方の長辺部３ａ１及び両方の短辺部３ａ２，３ａ２（図１参照）が挿入される溝部４０が形成されている。

金型による方法を、図９に基づいて説明する。周縁部３ａの先端部分を僅かに上方に向けて折り曲げた後、さらに、融着部３の任意の個所を上方に約９０°の角度で折り曲げる（予備曲げ工程）。次に、下金型４２の上に融着部３を載置し、予備曲げされた周縁部３ａが上金型４１の溝部４０内に挿入されるようにして上金型４１を下金型４２に向けて押し付ける。上金型４１には、ヒータ１７が埋め込まれると共にヒータ１７は電源装置１８に接続されているので、上金型４１をヒートシールに必要な温度にして下金型４２に向けて押し付けるようにすれば、溝部４０内で周縁部３ａがカール状に曲げられながら、融着部３同士がヒートシールされる。その後は、実施の形態で説明したのと同様の方法で、ローラ３０を周縁部３ａに押しあてながら周縁部３ａに沿って転がすことにより（図６参照）、融着部３の幅を低減する。

１ 電池用ケース、３ 融着部、３ａ （融着部の）周縁部、３ｂ （融着部の）融着面、４ ラミネート鋼板、５ 窪み部、１１ 曲げヒートシール装置、１６，１６’，１６”，３７ ローラ部、１７ ヒータ（加熱手段）、２６，２６’，２６”，３６ ，４０ 溝部 ４１ 上金型、４２ 下金型。

Claims (8)

1. ２つのラミネート鋼板を貼り合わせて形成される電池用ケースの製造方法であって、
   前記ラミネート鋼板は、窪み部と、該窪み部の周囲の平坦な融着部とを備え、該融着部の一方の表面である融着面には、ヒートシール用の樹脂がコーティングされており、
   前記製造方法は、
   前記２つのラミネート鋼板を準備して、前記融着面同士を重ね合わせる工程と、
   前記融着部の周囲を曲げながら該融着部に熱を加えて該融着部同士をヒートシールする工程と
   を含む電池用ケースの製造方法。
2. 前記ヒートシールする工程は、前記融着部の周囲をカール状に曲げながら該融着部に熱を加えて該融着部同士をヒートシールすることにより行われる、請求項１に記載の電池用ケースの製造方法。
3. 前記ヒートシールする工程は、曲げヒートシール装置を用いて行われ、
   該曲げヒートシール装置は、
   回転方向に沿って半円形状の断面を有する溝部が形成されたローラ部と、
   該ローラ部を加熱する加熱手段と
   を備え、
   前記溝部に前記融着部を挿入して前記ローラ部を前記融着部に押しあてながら、前記ローラ部を前記融着部の周囲に沿って転がすと共に、前記加熱手段が前記ローラ部を加熱して該ローラ部の熱が前記融着部に伝わることにより、該融着部同士を曲げながらヒートシールする、請求項１または２に記載の電池用ケースの製造方法。
4. 前記曲げヒートシール装置は、前記溝部の曲率半径が異なる前記ローラ部を複数備える、請求項３に記載の電池用ケースの製造方法。
5. 前記ヒートシールする工程の前に、前記融着部の周縁部を予備曲げする工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池用ケースの製造方法。
6. 前記溝部の断面の半円形状が偏心している、請求項３または４に記載の電池用ケースの製造方法。
7. 前記ヒートシールする工程の後に、曲げられた前記融着部の周囲を押し付ける工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池用ケースの製造方法。
8. 前記ラミネート鋼板はステンレス鋼からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池用ケースの製造方法。

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