JP5513928B2 - 溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、積層された金属層および樹脂層を含むフィルム状部材を溶着する装置に関するものである。

特許文献１には、フィルム状部材同士の外周を接着した接着層の耐圧強度を均一化したラミネート型電池を提供することが記載されている。ラミネート型電池は、２枚のフィルム状部材がその周囲部で接着された密封空間内に発電要素を有する。フィルム状部材は金属層の内側に樹脂層が形成されており、周囲部で樹脂層が溶着により接着されている。このラミネート型電池においては、フィルム状部材の周方向に亘って接着層の内周に接するように接着剤流出防止部材が配置され、溶着時に接着層の内周部から溶融した樹脂が密封空間内に流出することを低減する。これによって、接着層の内周部と中央部の樹脂量を均一化でき、接着層の内周部と中央部の耐圧強度を均一化できることが開示されている。

特許文献２には、溶着部の厚さが厚くならず、また封止幅の外側に余裕寸法を設けなくてよいために電池を小さくすることが可能な薄型電池の製造方法、薄型電池および薄型電池の製造装置を提供することが記載されている。このため、金属箔に樹脂層を積層したラミネートフィルムを所定寸法に裁断してなる電池外装材で発電要素を覆い、当該電池外装材の外周を溶着することによって電池ケースを形成し、当該電池ケースの内部に発電要素を内封して形成される薄型電池の製造方法であって、前記電池外装材の外周における端部から所定長さよりも内側を加圧および加熱して溶着しつつ、前記電池外装材の外周における加熱する部位の外側を加圧および冷却することが記載されている。

特許文献３には、アルミラミネートフィルムの溶着部に皺部を形成した電池およびその電池の製造装置が開示されている。特許文献３に開示されている電池においては、内面が熱可塑性樹脂のシーラント層からなるアルミラミネートフィルムを上下に重ね合わせて周縁の平坦な溶着部を熱溶着することにより、内部に発電要素を封止収納する電池ケースを構成している。アルミラミネートフィルムが上下から重なり合って熱溶着された溶着部の一部には、これらのアルミラミネートフィルムが上下方向に細かく撓んだ皺部が形成される。

特開２００７−１７２９５２号公報 特開２００８−１４６９４２号公報 特開２００６−１８５７１３号公報

近年、金属層（金属箔、金属薄膜）と樹脂層とが積層されたフィルム状の部材（ラミネートフィルム）を電池ケースに用いた電池が提供されている。このラミネート型電池を製造する過程において、２枚のフィルム状部材（ラミネートフィルム）を互いの樹脂層が内側になるように重ね、その周囲で互いの樹脂層を熱溶着することにより、２枚のフィルム状部材を接合（接着）し、電池ケースを製造する。

ラミネートフィルムを溶着して電池ケースを製造する際の溶着部に対する加熱精度（熱入力の精度）に対する要望は厳しい。すなわち、電池ケースの周囲に沿って延びた溶着部の一部に加熱不足があると、ラミネートフィルムの接着（接合）が不十分となり、電解液が漏れだす要因となる。一方、溶着部の一部でも加熱し過ぎると、樹脂層の樹脂が溶け過ぎてしまい、結果として、溶着部分が薄くなったり、金属同士が接触して接合強度が得られず電解液が漏れだしたり、ショートしたりする要因となる。さらに、溶融し過ぎた樹脂が電池ケースの内外に漏れ出すことにより電池ケースとしての性能を満たさなくなる可能性がある。また、溶着部に接合に加えて所望の機能を付加する場合は、溶着後の形状にも高い精度が要求される。

本発明の一態様は、複数のフィルム状部材を含む電池ケースを製造する際に複数のフィルム状部材を溶着（熱溶着）する装置である。それぞれのフィルム状部材は、積層された金属層（金属箔、金属薄膜）および樹脂層を含む。この装置は、一対の金型と一対の支持ユニットとを有する。一対の金型は、複数のフィルム状部材が重ね合わされた部分を挟み込んで加熱し、重ね合わされた部分の少なくとも一部を溶着するものであって、それぞれが第１の方向に延びている。一対の支持ユニットは、一対の金型をそれぞれ支持するものであって、それぞれが第１の方向に延びている。それぞれの支持ユニットは、ヒーターブロックと、ヒーターブロックと複数の棒状部材を介して連結された支持ブロックとを含む。ヒーターブロックは、金属製であって、ヒーターを内蔵するものであり、一方の側には、対応する金型が取り付けられる。そして、複数の棒状部材は、それぞれ、金属製であって、途中が括れており、複数の棒状部材は、互いに間隔をあけて配置されている。

電池ケースの周囲に沿って延びた溶着部に対し、一様に、必要かつ十分な熱量を加えるために、本願の発明者らは２つの要素が重要であることに注目した。すなわち、溶着部の形状を左右する金型が、一様に、必要かつ十分な温度に加熱されることと、金型が、フィルム状部材に、所定の状態で、一様に密着（圧着）されることである。そのためには、金型を支持し、さらに、金型を加熱するヒーターブロックが、支持ブロックに対して位置精度が高く、かつ断熱された状態で支持されていることが要望される。しかしながら、断熱性に優れているといわれる樹脂製、セラミック製あるいはガラス製などのいわゆる断熱材は、熱膨張率が大きく形状が不安定であったり、断熱材自体では強度が不足してヒーターブロックを支持できなかったりするものが多い。

この装置によれば、金属製で途中が括れた複数の棒状部材を介して、ヒーターブロックと支持ブロックを連結し、ヒーターブロックを支持ブロックにより機械的に支持している。金属製で途中が括れた複数の棒状部材によるヒーターブロックから支持ブロックへの放熱量は非常に小さい。このため、いわゆる断熱材を用いずに、金属製の部品だけで、ヒーターブロックを、断熱的に支持ブロックにより支持することが可能となり、ヒーターブロックの位置精度と、温度精度（温度分布の一様性）を向上できる。したがって、溶着（熱溶着）するための金型の精度（位置や形状など）と、温度分布の精度（温度分布の一様性）とを高めることができる。

この装置においては、金型、ヒーターブロック、棒状部材を、全て熱膨張係数の小さい金属で構成することができる。このため、装置として高い精度が得られる。例えば、支持ブロックに上記を全て取り付けた状態で、金型の先端を機械加工して精度をさらに向上することも可能となる。

さらに、支持ブロックに対して、機械的強度の高い、あるいは機械的強度を高めることが容易な金属製の棒状部材を複数用いてヒーターブロックを取り付けることにより、ヒーターブロックを第１の方向に長く、さらに、大型で熱容量の大きなものにすることができる。したがって、電池ケースの周に沿って延びた形状、あるいは電池ケースの周の一辺に沿って延びた、大型のヒーターブロックを採用でき、また、ヒーターブロックの熱容量を増すことにより熱の入出力による温度変化を小さくすることができる。したがって、溶着する際の金型の温度変化を小さくすることができ、一度に溶着できる長さを長くできる。このため、溶着部に対する熱入力の精度をさらに向上できるとともに、溶着作業に要する時間（タクトタイム）を削減できる。

複数の棒状部材は、ヒーターブロックの金型が取り付けられた一方の側とは反対の他方の側に取り付けられていることが望ましい。フィルム状部材を溶着する際にフィルム状部材を挟み込む金型とは反対側（ヒーターブロックの一方の側とは反対の他方の側）に、途中が括れた棒状部材を配置することにより、金型によりフィルム状部材を挟み込む（プレスする）際の力は棒状部材の軸方向に働く。したがって、棒状部材の括れた部分に応力が集中しにくく、途中が括れた棒状部材を用いても、十分な耐久性を得ることができる。

この装置において、複数の棒状部材は、それぞれ、途中が括れたもの、より具体的には、両端に比べて中間部分（途中）の断面積が小さいものであればよい。好ましくは、複数の棒状部材は、それぞれ、２つの錐体を頂点が向かい合うように配置してこれらを繋いだ形状の部分を含む棒状部材であることが好ましい。このような棒状部材は、砂時計型と呼ばれることもあり、熱伝達性が低い。このような棒状部材を用いることにより、より断熱効果を高めることができる。

また、複数の棒状部材は、それぞれ、その両端近傍の断面形状が多角形であることが好ましく、より好ましくは、六角形である。このような棒状部材は、スタッド、ボルト、ナットなどのように使用できるため、支持ユニットの組み立てが容易となる。

さらに、ヒーターブロックは、断面形状が四角形であって、中央にヒーターが挿入される孔を含むものであることが好ましい。この場合、複数の棒状部材は、それぞれ、孔に対し、金型が取り付けられた面とは反対側の面に分散して配置することが好ましい。金型の温度分布をさらに一様に保ちやすい。

また、この場合、複数の棒状部材は、それぞれ、孔から離れた位置であって、孔を挟んだ上下または左右に位置するように、分散して配置することが好ましい。大型のヒーターブロックは、熱容量も大きいため、金型の温度を一様にしやすい。このように、大型のヒーターブロックを用いた場合であっても、上下または左右に複数の棒状部材を配置し、ヒーターブロックを上下または左右において支持することにより、ヒーターブロックを機械的に安定して支持することができる。

ヒーターブロックの端は、温度分布が一様になりにくい場合がある。このため、ヒーターブロックの第１の方向に沿った長さは、金型の第１の方向に沿った長さよりも長いことが好ましい。ヒーターブロックの温度分布が比較的一様な部分に金型を取り付けることにより、金型の温度分布を一様にすることができる。

さらに、ヒーターブロックと複数の棒状部材との接合部分はそれぞれ凹んでいることが好ましい。あるいは、ヒーターブロックに対する複数の棒状部材の設置部分は、それぞれ、ヒーターブロックの先端面よりも窪むように切り欠かれた位置に設けられていることが好ましい。比較的狭い空間であっても、ヒーターブロックの体積を確保して熱容量をより大きく保つとともに、棒状部材の長さを確保して良好な断熱性能を保った状態で、棒状部材を配置（収納）することができる。

この装置は、一対の金型および一対の支持ユニットを内蔵する真空容器をさらに有することが好ましい。周囲を真空にすることにより、対流による熱伝達による散逸を抑制することができるため、温度分布のより良好な均一化が図れる。

また、この装置は、複数のフィルム状部材が重ね合わされた部分を一対の金型で挟み込んで加熱するために、一対の支持ユニットの距離を可変させて複数のフィルム状部材が重ね合わされた部分の少なくとも一部を一対の金型によって挟み込む駆動機構をさらに有することが望ましい。

本発明の一実施形態にかかる溶着装置を示す平面図。 図１の溶着装置の一部を示す図であって、フィルム状部材を挟み込む前の一対の金型が離れている状態を示す図。 図１の溶着装置の一部を示す図であって、フィルム状部材を一対の金型により挟み込んでいる状態を示す図。 溶着装置を図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断して示す断面であり、フィルム状部材を挟み込む前の一対の金型が離れている状態を示す図。 溶着装置を図３のＶ−Ｖ線に沿って切断して示す断面であり、フィルム状部材を一対の金型により挟み込んでいる状態を示す図。 溶着装置を、図２のＶＩ−ＶＩ線に沿って切断して示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる装置を上方から見た図（平面図）である。図２および図３は、それぞれ、図１の装置の一部を上方から見た図であって、図２は、フィルム状部材を挟み込む前の一対の金型が離れている状態を示しており、図３は、フィルム状部材を一対の金型により挟み込んでいる状態を示している。

これらの図に示す装置１は、２枚のフィルム状部材（ラミネートフィルム、フィルム）９１ａおよび９１ｂを重ねて一部を溶着し、ラミネートパック９０を製造する装置である。それぞれのラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂは、積層された金属層（金属箔、金属薄膜）と樹脂層とを含み、互いの樹脂層が内側になるように真空引きした状態で重ねられ、２枚のフィルム９１ａおよび９１ｂが重ね合わされた部分のうちの少なくとも一部が装置１により溶着（熱溶着）され、ラミネートパック９０が製造される。ラミネートパック９０の一例は電池ケース（ラミネート型電池のケース）である。

ラミネート型電池は、ラミネートパック９０からなる電池ケースの内部に電解液や電極を含む発電要素が充填され、その後、さらに封止して製造される。この装置１は、電池ケース用のラミネートパック９０を溶着する際に好適に用いることができるものであり、発電要素を充填する前のパック（電池ケース）９０の外形を形成したり、発電要素を充填した後にラミネートパック９０の開口部を溶着するために用いられる。以下、この装置１を溶着装置と称する。

図１に示すように、この溶着装置１は、一対の金型１０ａおよび１０ｂと、一対の金型１０ａおよび１０ｂをそれぞれ支持する支持ユニット２０ａおよび２０ｂと、一対の金型１０ａおよび１０ｂおよび一対の支持ユニット２０ａおよび２０ｂを内蔵する真空容器３０と、一対の支持ユニット２０ａおよび２０ｂのうちの一方の支持ユニット２０ａを他方の支持ユニット２０ｂの方向Ｙに駆動する駆動機構４０とを有する。

図２および図３に示すように、一対の金型１０ａおよび１０ｂは、２枚のラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを挟み込んで加熱し、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを重ね合わせた状態で溶着する。一対の金型１０ａおよび１０ｂは、耐熱性および耐久性に優れた金属、たとえば、ステンレススチールにより構成されている。一対の金型１０ａおよび１０ｂは、それぞれが第１の方向（図１において左右方向、以下、長手方向とも言う）Ｘに延びている。一対の支持ユニット２０ａおよび２０ｂもまた、一対の金型１０ａおよび１０ｂをそれぞれ支持するように、それぞれが第１の方向Ｘに延びている。

この例では、金型１０ａおよび１０ｂが一直線に方向Ｘに延びており、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂに直線状の溶着部９５を形成し、長方形のラミネートパック９０の周囲の４辺のうちの１辺を形成する。したがって、金型１０ａおよび１０ｂの長さは、ラミネートパック９０の直線状の溶着部９５の長さに等しく、たとえば、数ｃｍから数１０ｃｍである。金型１０ａおよび１０ｂは、直線的に長い形状に限らず、ラミネートパック９０の４辺のうちの２辺あるいは３辺を同時に溶着するようなＬ字型あるいはコ字型の形状であってもよい。また、以下において、支持ユニット２０ａおよび２０ｂは、金型１０ａおよび１０ｂの形状に合わせて直線的に長く延びた形状のものを例に説明するが、金型１０ａおよび１０ｂの形状に合わせてＬ字型あるいはコ字型に延びた形状のものであってもよい。

一対の支持ユニット２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、ヒーターブロック２１と、支持ブロック２２とを含む。ヒーターブロック２１は、ステンレススチールなどの金属製であって、ヒーター２３を内蔵している。より具体的には、ヒーターブロック２１は、第１の方向Ｘに沿った長さＬ２が金型１０ａおよび１０ｂの第１の方向Ｘに沿った長さＬ１よりも長い、略直方体状の金属ブロック（断面形状が四角形の金属ブロック）であって、断面のほぼ中央に、ヒーター２３が挿入される孔２１ａが第１の方向Ｘに沿って形成されている。

ヒーターブロック２１の孔２１ａには、ヒーター２３として、ヒーターブロック２１とほぼ同じ長さのカートリッジヒータが装着されるようになっており、ヒーター２３をヒーターブロック２１から取り外してメンテナンス可能となっている。ヒーター２３は、長手方向の中央が両端に対して発熱量が低い（中央に対して両端の発熱量が高い）バランスヒート型（バランスヒーター）が採用される。したがって、ヒーター２３を第１の方向Ｘに沿ってヒーターブロック２１の内部に収納することにより、簡易な装置により（複雑な制御をしなくても）、ヒーターブロック２１を、第１の方向Ｘに沿った温度分布が一様になるように加熱できる。

金型１０ａおよび１０ｂは、それそれ、対応する支持ユニット２０ａおよび２０ｂのヒーターブロック２１の一方の側（内側）の面（内側の面）２１ｂに、スタッド２１ｓなどにより密着するように取り付けられている。金型１０ａおよび１０ｂと、ヒーターブロック２１とは同じ種類の金属なので、熱膨張による隙間などが発生する可能性は小さく、ヒーターブロック２１と金型１０ａおよび１０ｂとの間の熱伝導性は良好である。さらに、ヒーターブロック２１は、金型１０ａおよび１０ｂの２倍程度の容積（重量）を備えており、熱容量も大きい。したがって、ヒーター２３によりヒーターブロック２１は、長手方向Ｘの温度分布がほぼ一様になるよう加熱され、金型１０ａおよび１０ｂも、長手方向Ｘの温度分布がほぼ一様になるように温度が維持される。そして、溶着のために熱が消費される場面においても、金型１０ａおよび１０ｂはヒーターブロック２１と合わせて十分な熱容量を備えているために温度変動は抑制され、溶着の際の熱入力の精度を向上できる。

さらに、ヒーターブロック２１の端は端面からの放熱があるため、温度分布が一様となりにくい場合がある。したがって、この装置１においては、ヒーターブロック２１の中間部、すなわち、温度分布が比較的一様な部分に金型１０ａおよび１０ｂを取り付けることにより、金型１０ａおよび１０ｂの温度分布をより一様にすることができる。また、それぞれの金型１０ａおよび１０ｂの先端に近い位置に、１または複数の測温抵抗体８１を挿入し、ヒーター２３の出力を制御し、金型１０ａおよび１０ｂの温度をより安定して維持できるようにしている。このため、この装置１においては、金型１０ａおよび１０ｂの長手方向Ｘに沿った温度を±１〜３℃程度の範囲で一様になるように維持できる。

このヒーターブロック２１を支持する支持ブロック２２は、ステンレススチールなどの金属製の略直方体状の金属ブロック（断面形状が四角形の金属ブロック）である。ヒーターブロック２１は、金型１０ａまたは１０ｂが取り付けられた内側の面２１ｂとは反対の他方の側（外側）の面２１ｃが、金属製の複数の棒状部材５０を介して支持ブロック２２に連結されている。したがって、ラミネートパック９０の溶着部９５の溶着後の形状を決定する金型１０ａおよび１０ｂは、それぞれ、金属製のヒーターブロック２１、金属製の複数の棒状部材５０を介して、金属製の支持ブロック２２に支持される。このため、この溶着装置１においては、金型１０ａおよび１０ｂの位置を調整しやすく、高い精度を確保しやすい。

複数の棒状部材５０は一方の端がネジ部５５、他方の端がナット部５６がとなっており、この棒状部材５０と、他方の端のナット部５６に差し込まれるボルトあるいはスタッド５７によりヒーターブロック２１および支持ブロック２２とを機械的に接続できる。棒状部材５０の両端の構成はこれに限定されず、たとえば、両端がネジ部であってもよく、両端がナット部であってもよい。

複数の棒状部材５０は、それぞれ、ステンレススチールなどの耐熱性および耐久性（耐腐食性）の高い金属製の部材であって、軸方向の途中の部分（中間部分）５１が括れた形状を有している。本例においては、複数の棒状部材５０は、軸方向の途中の部分（中間部分）５１が、２つの円錐体を、それぞれの頂点が向かい合うように配置してこれらを繋いだ形状であり、軸方向の両端近傍の部分５３が正六角柱（断面形状が正六角形）となり、全体として、いわゆる砂時計型の棒状部材となっている。

この砂時計型の棒状部材５０は、中間部分５１が括れているので軸方向の熱流れが中間部分５１で詰まり（チョークし）、金属製の部材ではあるが断熱性を有するということができる。特に、中間部分５１が円錐状に括れた形状は軸方向の熱流れを抑制し、軸方向の熱伝達量が低く、高い断熱性を有する。したがって、ヒーターブロック２１と支持ブロック２２とを棒状部材５０により接続することで、ヒーターブロック２１と支持ブロック２２とを断熱できる。たとえば、この棒状部材５０において中間部分５１の最も括れた部分の直径が３ｍｍ程度であり、両端近傍の部分５３の直径が１２ｍｍ程度である。棒状部材５０は、中間部分５１の直径あるいは幅が、両端の直径あるいは幅に対して１／１０〜１／２程度であることが望ましく、１／６〜１／３程度であることがさらに好ましい。中間部分５１の直径あるいは幅が、両端の直径あるいは幅に対して小さいほど断熱効果は大きいが、中間部分５１の機械的強度を確保することが難しくなる。

この砂時計型の棒状部材５０は、中間部分５１が括れているので、軸方向に沿った力に対してある程度の強度を備えているが、ねじりなどの他の方向の力に対しての強度は低下しやすい。このため、この棒状部材５０は、両端近傍の部分５３を六角柱などの治具により操作しやすい形状とし、両端のネジ部５５および／またはナット部５６を、それぞれその近傍の部分５３を介して操作できるようにしている。したがって、中間部分５１に大きな負荷をかけずに、複数の棒状部材５０によりヒーターブロック２１と支持ブロック２２とを組み立てることができる。棒状部材５０の両端近傍の部分５３の形状は六角柱に限定されず、適当な道具により把持しやすい形状であればよく、特に、両端近傍の部分５３は断面が多角形であることが望ましい。

さらに、複数の棒状部材５０は、ヒーターブロック２１の、金型１０ａまたは１０ｂが取り付けられた面２１ｂに対してヒーター用の孔２１ａを挟んで反対側の面２１ｃに取り付けられ、金型１０ａおよび１０ｂによりラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂをプレスする際に、圧力が棒状部材５０の軸方向に作用するようになっている。したがって、中間部分５１が括れて断面積が小さい棒状部材５０であっても、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを溶着する程度の圧力であれば、支持ブロック２２からヒーターブロック２１に確実に、無理なく伝達できる。さらに、複数の棒状部材５０をヒーターブロック２１の長手方向Ｘに分散して配置することにより、個々の棒状部材５０の負荷を分散できるとともに、溶着の際のプレス圧力を分散してヒーターブロック２１に伝達でき、ヒーターブロック２１および金型１０ａおよび１０ｂの歪みや撓みを抑制できる。

これら複数の棒状部材５０は、ヒーターブロック２１の、金型１０ａまたは１０ｂが取り付けられた面２１ｂに対してヒーター用の孔２１ａを挟んで反対側の面２１ｃに分散した状態で、互いに間隔をあけて配置されている。より具体的には、複数の棒状部材５０は、ヒーターブロック２１の面２１ｃの長手方向Ｘに断続的に、また、孔２１ａに対して上側および下側に離れた位置に、互いに適当な間隔をあけて配置されている。

また、この溶着装置１においては、ヒーターブロック２１の複数の棒状部材５０が設置された面２１ｃには、面２１ｃよりも窪むように切り欠かれ、凹んだ部分２１ｄが形成され、その凹んだ部分２１ｄに棒状部材５０が設置されている。本例では、ヒーターブロック２１の複数の棒状部材５０が設置される部分（設置部分）２１ｄは、それぞれ、少なくとも一方の面が開放状態となった断面略Ｌ字状に切削されており、複数の棒状部材５０は、それぞれ、この切削された略Ｌ字状に凹んだ部分２１ｄの中（内側）に設けられている。少なくとも一方の面が開放状態となった凹み２１ｄであれば、棒状部材５０の両端近傍の部分５３をレンチなどの道具により容易に操作できる。

このように、ヒーターブロック２１に凹んだ部分２１ｄを設け、その凹んだ部分２１ｄに複数の棒状部材５０を取り付けて、ヒーターブロック２１と支持ブロック２２とを連結することにより、狭いスペースを用いて大熱容量のヒーターブロック２１を配置でき、さらに、ヒーターブロック２１と支持ブロック２２との間に断熱効果の高い棒状部材５０を配置できる。

図４および図５に、ヒーターブロック２１の凹んだ部分２１ｄに棒状部材５０が取り付けられた状態を、断面図を用いて示している。また、図６に、ヒーターブロック２１の凹んでいない部分の構造を、断面図を用いて示している。図４および図５に示すように、棒状部材５０の一部をヒーターブロック２１の凹んだ部分２１ｄに収納することにより、棒状部材５０の長さを確保でき、棒状部材５０は長い方が良好な断熱性能を発揮できる。

一方、図６に示すように、ヒーターブロック２１の棒状部材５０が取り付けられていない部分は、断面がほぼ四角形になり、狭い空間に容積が大きく、熱容量の大きなヒーターブロック２１を配置できる。なお、この溶着装置１では、凹んだ部分２１ｄの間隔はほぼ一定（均等）であるが、互いに隣り合う凹んだ部分２１ｄおよび隣り合う棒状部材５０の間隔はかならずしも一定でなくてもよい。

駆動機構４０は、真空容器３０の一側方（図１において上側）に設けられている。駆動機構４０は、一対の支持ユニット２０ａおよび２０ｂのうちの一方の支持ユニット２０ａを、他方の支持ユニット２０ｂの方向Ｙに向けて往復動させるものである。駆動機構４０は、真空容器３０の外部に設けられた複数（図１には２つを図示）のアクチュエータ４１と、真空容器３０の内部に配置された連結部材４２とを含んでいる。

この溶着装置１において一方の支持ユニット（図１において上側であって図４において右側の支持ユニット）２０ａの支持ブロック２２は、駆動機構４０の連結部材４２と連結されている。他方の支持ユニット（図１において下側であって図４において左側の支持ユニット）２０ｂの支持ブロック２２は、真空容器３０の一部、または真空容器３０に固定されている。しかしながら、ヒーターブロック２１は断熱性の棒状部材５０を介して支持ブロック２２に取り付けられており、ヒーターブロック２１の熱が支持ブロック２２を介して真空容器３０あるいは駆動機構４０に逃げにくい構成となっている。

その一方、ヒーターブロック２１を加熱する際に、棒状部材５０を介して若干の熱は真空容器３０などに流れ、真空容器３０を加温する。その際、真空容器３０が、部分的に急激に温度が上昇すると溶着装置１のアライメントが狂ったり、真空容器３０の密封性が損なわれる可能性がある。したがって、それぞれの支持ブロック２２には、適当な位置に１または複数の測温抵抗体８２が配置され、過度な温度上昇の有無を検出できるようにしている。

以上のような溶着装置１によれば、一方の金型（図１において上側であって図４において右側の金型）１０ａは、一方の支持ユニット２０ａとともに駆動機構４０によりＹ方向に動き、一方の金型１０ａを他方の金型１０ｂに所定の力で押しつけることができる。このため、２枚のラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂの溶着したい部分を重ね合わせた状態で、一対の金型１０ａおよび１０ｂによって挟み込んで加熱することにより、２枚のラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを溶着でき、ラミネートパック９０を製造できる。駆動機構４０は、一方の金型１０ａを駆動するものであっても、両方の金型１０ａおよび１０ｂを駆動するものであってもよい。

さらに、この溶着装置１によれば、中間部分５１が括れて断熱性能を備えた金属製の複数の棒状部材５０を介して、ヒーターブロック２１と支持ブロック２２とを機械的に連結している。このため、ヒーターブロック２１から支持ブロック２２への熱伝達を抑制できる（断熱できる）。特に、砂時計型と呼ばれる棒状部材５０は、ヒーターブロック２１から支持ブロック２２への熱伝達をより良好に抑制できる。

ヒーターブロック２１を支持ブロック２２に対して断熱することにより、内蔵されたヒーター２３によりヒーターブロック２１の温度を制御しやすくなり、第１の方向Ｘに長いヒーターブロック２１であっても、長手方向Ｘの温度分布を一様に保持することが容易になる。そして、金型１０ａおよび１０ｂは、それぞれ、ヒーターブロック２１に密着して取り付けられているので、金型１０ａおよび１０ｂの長手方向Ｘの温度を一定に保持できる。さらに、ヒーターブロック２１は熱容量が大きいので、金型１０ａおよび１０ｂの先端（第１の方向、典型的には、長手方向に沿って伸びる先端）１１でラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを挟み込んで溶着する際に、必要かつ十分な所定の熱量を確実にラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂに印加しやすい。

さらに、この溶着装置１においては、金型１０ａおよび１０ｂ、２つのヒーターブロック２１、複数の棒状部材５０を、全て熱膨張係数の小さい金属、たとえばステンレススチールなどの耐熱性金属で構成することができ、樹脂、セラミック、ファイバーなどのいわゆる断熱材を挟まずに金型１０ａおよび１０ｂを支持できる。したがって、樹脂、セラミック、ファイバーなどのいわゆる断熱材を用いる際の熱膨張、組立精度、耐久性などの問題を解消または抑制できる。このため、溶着装置１として、金型１０ａおよび１０ｂによりラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを挟み込む、あるいは成形する位置および形状の精度を高めることができる。例えば、この溶着装置１においては、支持ブロック２２に、ヒーターブロック２１および、金型１０ａまたは１０ｂを取り付けた状態で、金型１０ａまたは１０ｂの先端１１を機械加工して、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂをプレスする際の精度を出すこともできる。

したがって、この溶着装置１によれば、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂを長手方向Ｘに沿って溶着（熱溶着）する際に、金型１０ａおよび１０ｂの温度分布を一様に保つことができ、さらに、金型１０ａおよび１０ｂをラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂに高い精度で押しつけることができる。このため、ラミネートパック９０の周囲を溶着する際に、ラミネートフィルム９１ａおよび９１ｂの所定の部分（溶着部）９５に対して、金型１０ａおよび１０ｂにより、溶着に必要な熱量を過不足なく与えることができる。したがって、溶着部９５の接合力が不足したり、溶着部９５から樹脂が内外に流れだしたりすることを未然に防止でき、耐久性が高く、品質の高いラミネートパック９０を製造できる。

なお、本例の棒状部材５０は、中間部分５１が２つの円錐体を頂点が向かい合うように配置してこれらを繋いだ形状となっているが、中間部分５１は２つの多角錐体を頂点が向かい合うように配置してこれらを繋いだ形状としてもよい。さらに、棒状部材５０の中間部分５１は段階的に絞られた形状などの、途中が括れた他の形状であってもよい。

１ 溶着装置、 １０ａ、１０ｂ 金型
２０ａ、２０ｂ 支持ユニット、 ２１ ヒーターブロック、 ２２ 支持ブロック
２３ ヒーター、 ３０ 真空容器、 ４０ 駆動機構
５０ 棒状部材、 ９１ａ、９１ｂ フィルム状部材

Claims (10)

1. 積層された金属層および樹脂層を含む複数のフィルム状部材を含む電池ケースを製造する際に前記複数のフィルム状部材を溶着する装置であって、
   前記複数のフィルム状部材が重ね合わされた部分を挟み込んで加熱し、前記重ね合わされた部分の少なくとも一部を溶着する一対の金型であって、それぞれが第１の方向の延びた一対の金型と、
   前記一対の金型をそれぞれ支持する一対の支持ユニットであって、それぞれが前記第１の方向の延びた一対の支持ユニットとを有し、
   前記一対の支持ユニットのそれぞれの支持ユニットは、
   ヒーターを内蔵する金属製のヒーターブロックであって、一方の側に前記金型が取り付けられるヒーターブロックと、
   前記ヒーターブロックと複数の棒状部材を介して連結された支持ブロックとを含み、前記複数の棒状部材は、それぞれ、金属製であって、途中が括れており、前記複数の棒状部材は、互いに間隔をあけて配置されている、装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の棒状部材は、前記ヒーターブロックの前記金型が取り付けられた前記一方の側とは反対の他方の側に取り付けられている、装置。
3. 請求項１または２において、前記複数の棒状部材は、それぞれ、２つの錐体を頂点が向かい合うように配置してこれらを繋いだ形状の部分を含む棒状部材である、装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記複数の棒状部材は、それぞれ、その両端近傍の断面形状が多角形である、装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ヒーターブロックは、断面形状が四角形であって、中央に前記ヒーターが挿入される孔を含み、
   前記複数の棒状部材は、それぞれ、前記孔に対し前記金型が取り付けられた面とは反対側の面に分散して配置されている、装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記ヒーターブロックの前記第１の方向に沿った長さは前記金型の前記第１の方向に沿った長さよりも長い、装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記ヒーターブロックと前記複数の棒状部材との接合部分はそれぞれ凹んでいる、装置。
8. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記ヒーターブロックに対する前記複数の棒状部材の設置部分は、それぞれ、前記ヒーターブロックの先端面よりも窪むように切り欠かれた位置に設けられている、装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記一対の金型および前記一対の支持ユニットを内蔵する真空容器をさらに有する、装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記一対の支持ユニットの距離を可変させて前記重ね合わされた部分の少なくとも一部を前記一対の金型によって挟み込む駆動機構をさらに有する、装置。

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