JP5845879B2 - 封口方法、及び、封口装置 - Google Patents

Description

本発明は、封口方法、及び、封口装置に関し、特に、電池容器の封口孔を封止する技術に関する。

従来、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の密閉型電池においては、充放電要素（正極、負極、セパレータ等）を電池容器内に収容し、電解液を注液した後にブラインドリベットを用いて封口孔を封止する構造が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２００３−２２９１１８号公報 特開２０１１−７６８６５号公報

前記従来技術においては、ブラインドリベットで封口孔を封止する際に、リベッタ装置の内部を負圧とし、リベッタ装置における外側との圧力差を用いて、リベッタ装置によりブラインドリベットを保持する場合がある。

しかし、ブラインドリベットの保持にリベッタ装置の負圧を用いた場合、リベッタ装置の内径と、ブラインドリベットの外径とのクリアランス分の位置ずれが発生することがある。このため、ブラインドリベットを封口孔に挿入する際にブラインドリベットと封口孔との位置合わせが困難となる場合があった。

また、封口孔が電池容器に形成された注液孔である場合、電池容器の内部を減圧して封口孔を封止しようとすると、電池容器周辺（リベッタ装置の外部）の減圧度がリベッタ装置の内部における減圧度よりも大きくなり、ブラインドリベットがリベッタ装置から離脱する場合があった。

本発明は、上記の状況を鑑み、ブラインドリベットと封口孔との位置合わせを容易にするとともに、電池容器の内部を減圧して封口孔を封止する場合でもブラインドリベットがリベッタ装置から離脱することを防止できる、封口方法、及び、封口装置を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、封口孔が開口する容器の周囲を固定する固定部、その一端部が前記固定部と当接するチャンバー、及び、前記チャンバーの外部から内部に挿通されてブラインドリベットのマンドレルに対して第一の引張力と該第一の引張力よりも大きな第二の引張力とを加えることが可能なリベッタ装置を備えた封口装置を用いて、前記容器の封口孔を、前記封口孔の径よりも大径に形成された鍔部と、前記封口孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、該スリーブの内部に収容されて前記鍔部から延出するマンドレルと、を備えた前記ブラインドリベットで封止する封口方法であって、前記容器の周囲を前記固定部で固定するとともに前記チャンバーを前記固定部に当接させ、前記リベッタ装置により、前記第一の引張力にて、前記ブラインドリベットのマンドレルをチャックして保持する、保持工程と、前記リベッタ装置により保持した前記ブラインドリベットのスリーブを前記封口孔に挿入し、前記鍔部を前記封口孔の周囲に当接させる、挿入工程と、前記リベッタ装置により、前記第二の引張力にて、前記マンドレルを前記スリーブから引抜き、前記スリーブの先端部を膨径するように塑性変形させることにより前記封口孔を封止する、封止工程と、を備えるものである。

請求項２においては、前記容器の内部は負圧とされ、前記第一の引張力は前記容器の内部の負圧により発生する力よりも大きいものである。

請求項３においては、封口孔が開口する容器を、前記封口孔の径よりも大径に形成された鍔部と、前記封口孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、該スリーブの内部に収容されて前記鍔部から延出するマンドレルと、を備えたブラインドリベットで封止するための封口装置であって、前記容器の周囲を固定する固定部、その一端部が前記固定部と当接するチャンバー、及び、前記チャンバーの外部から内部に挿通されて前記ブラインドリベットのマンドレルに対して第一の引張力と該第一の引張力よりも大きな第二の引張力とを加えることが可能なリベッタ装置を備え、前記容器の周囲を前記固定部で固定するとともに前記チャンバーを前記固定部に当接させ、前記リベッタ装置で前記マンドレルに第一の引張力を加えることにより前記ブラインドリベットのマンドレルをチャックして保持した状態で、前記スリーブを前記封口孔に挿入して前記鍔部を前記封口孔の周囲に当接させた後に、前記リベッタ装置で前記マンドレルに第二の引張力を加えることにより前記マンドレルを前記スリーブから引抜き、前記スリーブの先端部を膨径するように塑性変形させて前記封口孔を封止するものである。

請求項４においては、前記容器の内部は負圧とされ、前記第一の引張力は前記容器の内部の負圧により発生する力よりも大きいものである。

本発明によれば、ブラインドリベットと封口孔との位置合わせを容易にするとともに、電池容器の内部を減圧して封口孔を封止する場合でもブラインドリベットがリベッタ装置から離脱することを防止することができる。

一実施形態に係る封口装置の概略構成を示す正面断面図。 封口方法の工程を示すフロー図。 同じく封口装置の挿入工程途中の状態を示す正面断面図。 同じく封口装置の挿入工程後の状態を示す正面断面図。 （ａ）から（ｄ）はそれぞれ各工程における封口孔周辺を示す断面図。 リベッタ装置の引張力とブラインドリベットの変形量との関係を示した図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

［封口装置１０］
図１等を参照して、本発明に係る封口装置の一実施形態である封口装置１０の概略構成について説明する。本実施形態の封口装置１０は、密閉型電池の容器７０を閉塞する蓋部７１に開口された封口孔７１ａを封止するものである。ただし、封口装置１０で封止する封口孔は電池容器に開口されている必要はなく、他の容器に開口された封口孔を封止するために用いることも可能である。

本実施形態に係る容器７０は密閉型電池の外装として用いられるものであるため、その内部には、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させた図示しない発電要素が収容されている。そして、本実施形態において封口孔７１ａは、密閉型電池の外装である容器７０に電解液を充填する際の注液孔として用いられる。

封口装置１０は、容器７０を載置する基部１１、容器７０の周囲を固定する固定部１２、下面が開口した箱体であってその下端部が固定部１２の上面と当接することによりその内部を気密状態にする減圧チャンバー１５、ブラインドリベット３１で封口孔７１ａを封止するリベッタ装置２１、リベッタ装置２１に加える油圧力を変化させる油圧ポンプＰ１、減圧チャンバー１５に配置される減圧弁１４、及び、減圧チャンバー１５の内部を減圧する減圧ポンプＰ２などを主な構成として備えている。

基部１１は容器７０を立てた状態（上側に封口孔７１ａが配置された状態）で載置可能な板状部材である。基部１１の上面には、容器７０の外周形状と略同一の内周形状を有する筒状部材である固定部１２が配置されている。固定部１２の上方には、図示せぬ駆動装置により固定部１２に対して図１中の矢印Ａに示す如く近接（及び離間）可能に構成され、その下端部が固定部１２の上端面に当接可能な形状に形成された減圧チャンバー１５が配設されている。容器７０の周囲が固定部１２に固定された状態で減圧チャンバー１５が固定部１２に当接すると、図３及び図４に示す如く、減圧チャンバー１５の内部に収容される容器７０の周囲が気密状態となるのである。

封口装置１０において、減圧チャンバー１５が固定部１２に当接して容器７０の周囲を気密状態とした時（図３及び図４に示した状態）に基部１１、固定部１２、減圧チャンバー１５、リベッタ装置２１、及び、減圧弁１４が互いに当接する部分には、それぞれシール部材１６・１７・１８・１９が配設され、気密状態における減圧チャンバー１５の内部のシール性を確保している。

減圧チャンバー１５が固定部１２に当接してその内部が気密状態となったときに減圧ポンプＰ２を駆動させることによって、図３及び図４中の破線矢印ｐに示す如く減圧弁１４を介して減圧チャンバー１５の内部が減圧される。これにより、封口孔７１ａで連通されている容器７０の内部も減圧されるのである（図５（ｂ）中の矢印ｐを参照）。

リベッタ装置２１は油圧ポンプＰ１に接続されており、油圧ポンプＰ１を駆動させることにより、後述するようにブラインドリベット３１で封口孔７１ａを封止する。リベッタ装置２１は減圧チャンバー１５の上方から減圧チャンバー１５の内部に挿通されており、図示しない駆動装置によって上下方向に（減圧チャンバー１５の内側に向かって）摺動可能に構成されている（図３中の矢印Ｂを参照）。

リベッタ装置２１は具体的には図５（ａ）から（ｄ）に示す如く、筒状のリベッタ本体２２と、リベッタ本体２２の内部で軸心方向（図５中における上下方向）に摺動可能に構成された筒状の内側シリンダ２３と、内側シリンダ２３の内周側先端に設けられたジョー２４と、ジョー２４を支持するジョーケース２５と、を備える。内側シリンダ２３は油圧ポンプＰ１の駆動によって、図１、図３及び図４中の破線矢印ａ・ｂに示す油圧による引張力が加えられて、リベッタ本体２２の内部を摺動するように構成されている。内側シリンダ２３の先端部は図５（ａ）から（ｄ）に示す如く先端に向かって縮径するテーパ形状に形成されているため、内側シリンダ２３が上方に向かって摺動するとジョー２４には内側に向かって押圧されることになる。

ブラインドリベット３１は、図５（ａ）から（ｄ）に示す如く、封口孔７１ａの径よりも大径に形成された封止部である鍔部３４と、封口孔７１ａの径よりも小径に形成されて封口孔７１ａに挿通可能な筒状のスリーブ３３と、スリーブ３３内に収容されて鍔部３４から延び出るマンドレル３２と、で構成される。マンドレル３２は、その一端部が鍔部３４から一定長さだけ延出されるとともに、マンドレル３２の他端部には一端部より大径の頭部３２ａが形成されている。

そして、後述するようにリベッタ装置２１によって、マンドレル３２のうち鍔部３４から延び出た部分を鍔部３４から引抜くことによってマンドレル３２の頭部３２ａがスリーブ３３を図５（ｄ）に示す膨径部３３ａの如く膨径するように塑性変形させる。さらに、一定の大きさの膨径部３３ａを形成した後、鍔部３４の側のマンドレル３２が破断して排出される。このようにブラインドリベット３１がかしめられることで、鍔部３４と膨径部３３ａとの間に蓋部７１を挟持することによって封口孔７１ａを封止するのである。なお、本実施形態においては封口孔７１ａの周囲に図示しないガスケットを配置して、鍔部３４と膨径部３３ａとの間に挟持することで、封口孔７１ａにおけるシール性を確保する構成としている。

［封口方法］
次に、図２等を参照して、封口装置１０で行う封口方法について説明する。
まず図２中のステップＳ０１においては、ブラインドリベット３１をリベッタ装置２１にセットする。具体的には図５（ａ）中の矢印αに示す如く、リベッタ本体２２の先端からブラインドリベット３１のマンドレル３２を挿入する。

本実施形態においては、リベッタ装置２１の内部でジョーケース２５の内側は、図示しない減圧装置によって減圧されることにより負圧となっている。このため、マンドレル３２の一部がリベッタ本体２２に挿入されると、その内部の負圧により図５（ａ）中の破線矢印βの如くブラインドリベット３１が引き込まれ、鍔部３４がリベッタ本体２２の先端に当接する構成としている。なお、リベッタ装置２１の内部を負圧とせずに、鍔部３４がリベッタ本体２２の先端に当接するまで、作業者が手作業でマンドレル３２を挿入する構成とすることも可能である。

次に、図２中のステップＳ０２においては、リベッタ装置２１によってマンドレル３２を保持する（保持工程）。ここで、リベッタ装置２１は、ブラインドリベット３１のマンドレル３２に対して、第一の引張力と、第一の引張力よりも大きな第二の引張力と、を加えることができる。具体的には前記の如く、油圧ポンプＰ１がリベッタ装置２１に加える油圧力を調整することによって、内側シリンダ２３が摺動する力を変更できるのである。

つまり、内側シリンダ２３に対して図５（ｂ）中の矢印ｘに示す如く上方に摺動する力が加わると、ジョー２４を内側に向かって押圧する力が発生し、ジョー２４がマンドレル３２をチャックするとともに、マンドレル３２に上方への引張力が加わるため、ブラインドリベット３１がリベッタ装置２１により保持されることとなる。
即ち、リベッタ装置２１は油圧ポンプＰ１によって、図１及び図３中の破線矢印ａに示す如くマンドレル３２をチャックして保持する程度の油圧力が加えられており、このときにリベッタ装置２１がマンドレル３２に対して加える力を第一の引張力とする。換言すれば、リベッタ装置２１でマンドレル３２をチャックして第一の引張力を加えることにより、リベッタ装置２１によりブラインドリベット３１のマンドレル３２を保持するのである。

ここで、第一の引張力は、リベッタ装置２１がスリーブ３３を大きく塑性変形させる力よりも小さく、マンドレル３２を引抜くことはない。図６に示す如く、ブラインドリベット３１におけるスリーブ３３の変形量は、マンドレル３２を引張る力の大きさと正の相関性をもつ。つまり、第一の引張力は、スリーブ３３に加える変形を図６に示すチャック領域における変形に留める程度の大きさに調節されているのである。

なお、本実施形態に係るリベッタ装置２１は油圧ポンプＰ１によってマンドレル３２をチャックして保持する構成としているが、その駆動方法は油圧に限定されるものではない。つまり、ブラインドリベット３１のマンドレル３２に対して、第一の引張力と、第一の引張力よりも大きな第二の引張力と、を加えることができる構成であれば、電動モータやエアーを用いて駆動するリベッタ装置を用いることも可能である。

次に、図２中のステップＳ０３においては、前記の如く減圧チャンバー１５を移動させて固定部１２に当接させた後に減圧ポンプＰ２を駆動させて、減圧チャンバー１５の内部及び容器７０の内部を減圧する。これにより、容器７０の内部に発生するガスを抜く工程を不要としている。この際、本実施形態においては、リベッタ装置２１における第一の引張力によりブラインドリベット３１のマンドレル３２をチャックして保持する構成であり、第一の引張力は容器７０の内部の負圧により発生する力よりも大きくなるように設定されている。

このため、容器７０の周辺の減圧度が大きくなっても、ブラインドリベット３１がリベッタ装置２１から離脱することがない。つまり、リベッタ装置２１の内部における負圧を利用してブラインドリベット３１の保持する構成ではなく、リベッタ装置２１におけるジョー２４でマンドレル３２をチャックして保持する構成としているため、減圧チャンバー１５の内部の減圧度が大きくなっても、ブラインドリベット３１のリベッタ装置２１からの離脱を防止することができるのである。

次に、図２中のステップＳ０４においては、図３中の矢印Ｂに示す如くリベッタ装置２１を減圧チャンバー１５の内側に向かって摺動させ、スリーブ３３を封口孔７１ａに挿入する（挿入工程）。そして、図４及び図５（ｃ）に示す如く、ブラインドリベット３１の鍔部３４を封口孔７１ａの周囲に当接させるのである。

この際、本実施形態においては、リベッタ装置２１における第一の引張力によりブラインドリベット３１のマンドレル３２をチャックして保持する構成としているため、リベッタ装置２１においてブラインドリベット３１の位置決め精度を高くすることができる。このため、ブラインドリベット３１を封口孔７１ａに挿入する際にブラインドリベット３１と封口孔７１ａとの位置合わせを容易にすることができるのである。

上記の如く、本実施形態に係る封口装置１０によれば、ブラインドリベット３１と封口孔７１ａとの位置合わせを容易にするとともに、容器７０の内部を減圧して封口孔７１ａを封止する場合でもブラインドリベット３１がリベッタ装置２１から離脱することを防止できるのである。

次に、図２中のステップＳ０５においては、リベッタ装置２１でマンドレル３２に第二の引張力を加えることによりマンドレル３２をスリーブ３３から引抜く。そして、前記の如くスリーブ３３の先端部を図５（ｄ）に示す膨径部３３ａのように膨径させ、塑性変形させるのである。

詳細には、リベッタ装置２１は油圧ポンプＰ１によって、図４中の破線矢印ｂに示す如くマンドレル３２をスリーブ３３から引抜く程度の油圧力が加えられる。そして、内側シリンダ２３に対して図５（ｃ）中の矢印ｙに示す如く上方に摺動する力が加わり、このときにリベッタ装置２１がマンドレル３２に対して加える力を第二の引張力とする。換言すれば、リベッタ装置２１でマンドレル３２に第二の引張力を加えることにより、スリーブ３３を膨径部３３ａの如く膨径するように塑性変形させるのである。

ここで、第二の引張力は、リベッタ装置２１がスリーブ３３を大きく塑性変形させる力よりも十分に大きい。つまり、第二の引張力は、スリーブ３３に加える変形を図６に示すかしめ領域における変形に至る程度の大きさに調節されているのである。

次に、図２中のステップＳ０６においては、図５（ｄ）に示す如く一定の大きさの膨径部３３ａを形成した後、マンドレル３２のうち、鍔部３４から延出した部分が破断する。そして、図５（ｄ）に示す如く、鍔部３４を備えたブラインドリベット３１における封止部である鍔部３４と、膨径部３３ａとの間に蓋部７１を挟持することによって封口孔７１ａを封止するのである（封止工程）。こうして、容器７０を密閉状態として密閉型の電池が完成する。

上記の如く、本実施形態に係る封口方法は、リベッタ装置２１の第一の引張力により、ブラインドリベット３１のマンドレル３２をチャックして保持する、保持工程と、スリーブ３３を封口孔７１ａに挿入し、鍔部３４を封口孔７１ａの周囲に当接させる、挿入工程と、リベッタ装置２１の第一の引張力よりも大きな第二の引張力により、マンドレル３２をスリーブ３３から引抜き、スリーブ３３の先端部を膨径するように塑性変形させることにより封口孔７１ａを封止する、封止工程と、を備える。

このように、本実施形態によれば保持工程でリベッタ装置２１における第一の引張力によりブラインドリベット３１のマンドレル３２をチャックして保持する構成としているため、リベッタ装置２１においてブラインドリベット３１の位置決め精度を高くすることができる。このため、ブラインドリベット３１を封口孔７１ａに挿入する際にブラインドリベット３１と封口孔７１ａとの位置合わせを容易にすることができる。

また、本実施形態に係る封口方法によれば、容器７０の内部は負圧とされ、第一の引張力は容器７０の内部の負圧により発生する力よりも大きくなるように設定されている。このため、減圧チャンバー１５の内部の減圧度が大きくなっても、ブラインドリベット３１のリベッタ装置２１からの離脱を防止することができるのである。加えて、本実施形態に係る封口方法によれば、既存のリベッタ装置２１を使用しており、新たな構成を追加することがないため、コスト増を抑制することができる。

１０ 封口装置
２１ リベッタ装置
３１ ブラインドリベット
３２ マンドレル
３３ スリーブ
７１ 蓋部
７１ａ 封口孔

Claims (4)

1. 封口孔が開口する容器の周囲を固定する固定部、その一端部が前記固定部と当接するチャンバー、及び、前記チャンバーの外部から内部に挿通されてブラインドリベットのマンドレルに対して第一の引張力と該第一の引張力よりも大きな第二の引張力とを加えることが可能なリベッタ装置を備えた封口装置を用いて、前記容器の封口孔を、前記封口孔の径よりも大径に形成された鍔部と、前記封口孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、該スリーブの内部に収容されて前記鍔部から延出するマンドレルと、を備えた前記ブラインドリベットで封止する封口方法であって、
   前記容器の周囲を前記固定部で固定するとともに前記チャンバーを前記固定部に当接させ、前記リベッタ装置により、前記第一の引張力にて、前記ブラインドリベットのマンドレルをチャックして保持する、保持工程と、
   前記リベッタ装置により保持した前記ブラインドリベットのスリーブを前記封口孔に挿入し、前記鍔部を前記封口孔の周囲に当接させる、挿入工程と、
   前記リベッタ装置により、前記第二の引張力にて、前記マンドレルを前記スリーブから引抜き、前記スリーブの先端部を膨径するように塑性変形させることにより前記封口孔を封止する、封止工程と、を備えることを特徴とする、封口方法。
2. 前記容器の内部は負圧とされ、前記第一の引張力は前記容器の内部の負圧により発生する力よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の封口方法。
3. 封口孔が開口する容器を、前記封口孔の径よりも大径に形成された鍔部と、前記封口孔の径よりも小径に形成されたスリーブと、該スリーブの内部に収容されて前記鍔部から延出するマンドレルと、を備えたブラインドリベットで封止するための封口装置であって、
   前記容器の周囲を固定する固定部、その一端部が前記固定部と当接するチャンバー、及び、前記チャンバーの外部から内部に挿通されて前記ブラインドリベットのマンドレルに対して第一の引張力と該第一の引張力よりも大きな第二の引張力とを加えることが可能なリベッタ装置を備え、
   前記容器の周囲を前記固定部で固定するとともに前記チャンバーを前記固定部に当接させ、前記リベッタ装置で前記マンドレルに第一の引張力を加えることにより前記ブラインドリベットのマンドレルをチャックして保持した状態で、前記スリーブを前記封口孔に挿入して前記鍔部を前記封口孔の周囲に当接させた後に、前記リベッタ装置で前記マンドレルに第二の引張力を加えることにより前記マンドレルを前記スリーブから引抜き、前記スリーブの先端部を膨径するように塑性変形させて前記封口孔を封止する、ことを特徴とする、封口装置。
4. 前記容器の内部は負圧とされ、前記第一の引張力は前記容器の内部の負圧により発生する力よりも大きいことを特徴とする、請求項３に記載の封口装置。

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