JP6204829B2 - エネルギー貯蔵アセンブリの注入開口部を密封するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギー貯蔵アセンブリの技術分野に関する。

より具体的には、本発明は、そのような貯蔵アセンブリを製造するための方法に関する。

本発明において、「電気エネルギー貯蔵アセンブリ」は、コンデンサ（即ち、電極と絶縁体とを含む受動システム）、又は超コンデンサ（即ち、少なくとも２つの電極と、電解質と、少なくとも１つの隔離板とを含む受動システム）、又は、例えばリチウム電池タイプの電池（即ち、アノード、カソード及び、アノードとカソードとの間の電解質溶液を含むシステム）のいずれかを意味する。

先行技術では、電気絶縁隔離板で隔離された２つの電極を収容するためのハウジングを備えた筐体を含む超コンデンサが知られている。筐体は、次いでキャップで覆われ、底部を有するチューブから形成される。筐体、即ち、チューブ及び／又はキャップは、ハウジングを電解質で満たすための１つ（又は複数）の注入開口部を含む。

電解質がハウジングに配置されると、注入開口部は塵、水などに対して気密性をもたせるために密封される。

最先端技術では、注入開口部は一般に、下に密封ガスケットが位置付けされているリベット、又は、注入開口部内の筐体上に圧入された弾性材料の部品を用いて密封される。

従って、先行技術の方法では、注入開口部を密封するのみの専用の１つ又は複数の部品を用いる必要がある。

更に、筐体を密封するための密封材又は弾性部品の使用に関係する１つの欠点は、これらが経時で多孔質になり、それによって、超コンデンサの寿命を短くするかもしれないことである。更に、リベット又は弾性部品を収容するための注入開口部の寸法及びセンタリングを制御しなければならず、このことにより、これらの開口部の密封を工業規模で実施するのは相当困難になる。

このように、注入開口部を密封するための前記方法は、比較的高価である。

従って、単純で低コストである、注入開口部を密封するための方法を開発することが本発明の目的である。

この目的のために、本発明の主題は、エネルギー貯蔵アセンブリの注入開口部を密封するための方法であって、アセンブリが少なくとも２つの電極を収容する筐体を含み、開口部が、筐体の壁のうちの１つに配置され、かつ、筐体の外側に位置する外口部と、筐体の内側に位置する内口部とを有する方法であって、
−開口部近傍の筐体の領域を加熱するために、開口部の軸方向に本質的に一致する方向に回転駆動させるツールのヘッドにおける少なくとも１つの端部を、外口部を通って開口部へ挿入するステップであって、ヘッドが、その底部に少なくとも１つの第１の断面と、その端部に第１の断面より小さい寸法の第２の断面とを含むステップと、
−筐体の領域を加熱したら、内口部の方向にツールを移動させて、材料を内口部の方向に変位させ、かつ、材料の再接着によって開口部を密封するためのステップと
を含む方法である。

変位させた材料は、本方法を実施する前は開口部の壁を形成している筐体の材料である。従って、材料を追加せずに密封開口部の閉鎖を達成することができる。

開口部の密封は、開口部の領域の材料をペーストになるまで加熱し、次いでこのペーストを開口部の内口部の方へ押して、この時点で材料を再接着させることにより得られる。この方法で処理した筐体の材料のみが、開口部を密封することができる。

従って、注入開口部を密封するために追加部品を利用する必要はない。更に、注入開口部を密封するために使用する装置は、非常に単純な設計で、メンテナンスが殆ど必要ない。従って、これは非常に経済的である。更に、注入開口部の密封は、限られたエネルギーを用いて非常に短時間（約数秒）で、ひいては向上した歩留まりで、本発明の方法を用いて行うことができる。

従来の半田付け又は接着の方法の場合のように、開口部の表面を予め準備する必要はない。更に本方法は、筐体の構成材料を使用して密封を達成するため、消耗品を使用する必要がない。更に、筐体の構成材料は殆ど汚染しない物質であり、特にいかなる煙も放出しない。

このように本発明の方法では、単純で低コストの方法を用いて、注入開口部を密封することが可能である。

超コンデンサを劣化させるリスクがなく、本発明の方法を実施することができることに留意されたい。材料がペースト状の時は再接着が得られるため、筐体の加熱を低減する。これにより、注入開口部に近接する電極を破損させずに注入開口部を密封することができる。

更に、筐体の熱影響域が非常に小さいため、本方法は筐体の機械的強度の低下を起こさない。筐体の構成材料以外に材料を追加する必要がないため、前記方法によって超コンデンサの電気伝導率が乱されることもない。

本発明の方法の好ましいが限定しない態様は、下記である。
−ツールを所定位置に移動させたら、本方法は、ツールを回転駆動させ続けるステップを含む。このステップでは、開口部の内口部で材料が確実により良好に再接着するように、加熱した材料を作用させる。
−ツールヘッドは先端部を有する。別の言い方をすると、ツールヘッドの少なくとも一部の断面は、連続的に変化する。
−先端部は、開口部の少なくとも１つの断面が、先端部の底部での断面より小さいが、先端部の端部での断面より大きく、ツールの先端部に特に一致するように大きさで形成される。これにより、ツールをその回転軸の方向に対して垂直に動かす必要がなく、開口部の周辺全体の周りの材料を加熱することができる。
−先端部は、材料をより均一に加熱するための回転形状を有する。ツール全体もまた、回転の形状を有してもよい。
−先端部は円錐台形状である。
−ツールヘッドはまた、回転軸に本質的に垂直な平面上に延在する周辺ショルダ部を含んでもよい。
−注入開口部は変断面を有し、ヘッドのショルダ部の断面は、開口部の最小断面と最大断面との間になるように選択する。これによっても、追加でツールを動かすことが不要になる。
−ツールはヘッドの先端部にピンを有してもよい。
−ツールは、鋼、例えば高速度鋼ＨＳＳなどの金属で作られ、前記材料は耐熱性があり、ツールの摩耗を制限するのに十分硬い。
−本方法を実施する際、ツールを６００〜２，０００ｒｐｍ、好ましくは８００〜１，２００ｒｐｍの速度で回転駆動させ、この速度は、加熱すべき材料の種類、即ち、殆どの場合の材料のアルミニウムに適している。
−所定位置及び／又は異なるステップの継続時間は、例えばツール内で統合した力及び／又は位置及び／又は温度を制御するための手段によって決定し、これにより、本方法の工業化に関係した変更、例えば分散させた筐体寸法にかかわらず、密封における一定品質を保証することが可能になる。
−本方法は、ツールヘッドがツールの本体に対して脱着可能であり、ヘッドが筐体上の所定位置に残ったまま、ツールの本体を筐体から引き抜くステップを含む。次いで、ヘッドは、エネルギー貯蔵アセンブリ上の所定位置に永久に残る。筐体の材料は、このヘッドと共に形作られているため、ヘッドの形状は、筐体の形状と正確に一致する。従って、ヘッドは、嵌め合い形状によって筐体の上で所定位置に保持される。たとえこの実施形態によりコストがかかっても、筐体上にこのヘッドを保持することにより、注入開口部の密封に関する安全性を加え、この方法によって生成することができるであろう不良率の低下が可能になる。本実施形態では、ストッパが存在しても、最初は開口部の壁を形成している筐体材料の再接着を妨げない。
−本方法は、ツールヘッドが筐体に接触しないように、例えば材料が冷えて固化する前にツールを筐体から引き抜くステップを含む。この引き抜きステップ中に、ツール、特にヘッドをまだ回転駆動させることができる。これにより、（筐体を形成している材料が冷えることが原因で）ヘッドがアセンブリに接着するのを防ぐ。しかしながら、引き抜きが十分速ければ、いずれの場合も、アセンブリに接着することなく、ツールをアセンブリから容易に引き抜くことができるため、回転駆動は強制ではない。従って、ツールは完全に再使用可能であり、更に製造コストを節約することができる。
−筐体は、底部を任意選択で備えた少なくとも１つのチューブと、少なくとも１つのキャップとを含み、注入開口部はチューブ又はキャップ内に配置されている。

本発明の更なる主題は、複数のエネルギー貯蔵アセンブリの注入開口部を密封するための方法であって、各アセンブリが、少なくとも２つの電極を収容する筐体と、筐体の壁のうちの１つの中に配置され、かつ、筐体の外側に位置する外口部及び筐体の内側に位置する内口部を有する密封開口部とを含む方法であって、
−開口部近傍の筐体の領域を加熱するために、開口部の軸方向に本質的に一致する方向に回転駆動させるツールのヘッドにおける少なくとも１つの端部を、外口部を通って第１のアセンブリの開口部に挿入し、ヘッドがその底部に少なくとも第１の断面と、その端部に第１の断面より小さい寸法の第２の断面とを含む挿入ステップと、
−筐体の領域を加熱すると、内口部の方向にツールを移動させ、最初は開口部の壁を形成している筐体の材料を内口部の方向に変位させ、かつ、前記筐体材料の再接着を引き起こすことにより開口部を密封するステップとを含み、
ツールの挿入及び移動ステップを少なくとも一度繰り返し、少なくとも１つの他のエネルギー貯蔵アセンブリの注入開口部を密封する
方法である。

本発明の他の特徴、目的及び利点は、以下の記述から明白になるであろう。その記述は単なる例示であり、限定するものではなく、添付図面に関連して読まれる。

本発明の方法を実施する超コンデンサの概略的な断面図である。 本発明の一実施形態を実施するために使用するツールの概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による超コンデンサの注入開口部を密封するための方法における、異なるステップでの図１の超コンデンサの詳細Ａを示す。 本発明の一実施形態による超コンデンサの注入開口部を密封するための方法における、異なるステップでの図１の超コンデンサの詳細Ａを示す。 本発明の一実施形態による超コンデンサの注入開口部を密封するための方法における、異なるステップでの図１の超コンデンサの詳細Ａを示す。 本発明の一実施形態による超コンデンサの注入開口部を密封するための方法における、異なるステップでの図１の超コンデンサの詳細Ａを示す。

ここで、本発明の一実施形態による注入開口部を密封するための方法について、より詳細に説明する。

図１に関して、本発明の方法を行う超コンデンサにおける実施形態の一例を示す。

超コンデンサ１０は、筒状側壁１６Ａと、底部１６Ｂと、チューブ１６を閉じるためにチューブ１６に蓋をするキャップ１８とを含むチューブ１６についての記述した実施形態において形成された筐体１４に位置付けした螺旋巻線１２を含む。チューブ１６及びキャップ１８をそれらの周辺全体上で溶接し、超コンデンサの不浸透性を確保する。チューブ１６及びキャップは、一般にアルミニウムで作られる。

螺旋巻線１２は、重ね合わせた２つの電極箔２０、２１及び絶縁隔離板２２を含むユニットから形成し、隔離板は２つの電極箔２０と２１との間に挿入している。

各電極箔は、コレクタと、顕著には活性炭を含み、かつ、コレクタの２つの対向面に配置された活性材料から形成した電極とを含む。

キャップ１８は、その中心に配置された貫通注入開口部２４Ｅを含む。前記開口部は、超コンデンサの機能に不可欠である電解質を筐体に注入するために使用する。この注入開口部は、密封するためのものである。注入開口部は、筐体の外側へ開いている外口部２４Ｅと、筐体の内側へ開いている内口部２４Ｉとを有する。

図３からより良く分かるように、開口部は、その外口部２４で漏斗状に広がったものである。開口部は、内口部２４Ｉを含む一定断面の第１の部分２６と、その小断面の第１の部分２６に導き、かつ、その大断面の他方端部に外口部２４Ｅを含む広がった断面の第２の部分２８とを含む。

超コンデンサの不浸透性を保証するために、電解質を注入したら、注入開口部を密封しなければならない。この方法について、残りの記述で詳しく説明する。

まず、本発明の一実施形態による方法を実施するために使用するツールについて説明する。

ツールは、回転軸Ａ−Ａ’に沿って延在する筒状本体１を含む。本体１の構成材料は例えば鋼、又は筐体材料、即ち、ここで記述した例におけるアルミニウムより高い硬度を有する任意の種類の材料である。

ツールはまた、本体１の軸方向端部のうちの１つへ延在するヘッド２を含む。ヘッドは、円錐台形状の先端部３と、本体１の回転軸Ａ−Ａ’に実質的に垂直な平面上に延在する周辺ショルダ部４とを有する。

ツールの本体１及びヘッドは、本体１の回転軸Ａ−Ａ’に一致する回転軸の周りに回転駆動するのに適している。ツールはまた、その回転軸の方向にツールを移動させることができる少なくとも１つの自由度を有する。

ツールは、装置の本体及びヘッドを回転駆動させるためのモータ（図示せず）を含む。モータは、例えば、６００〜２，０００ｒｐｍ、好ましくは１，０００ｒｐｍの速度で装置の本体及びヘッドを回転させることができる。

有利なことに、ツールは、本体及びヘッドを筐体に入れるのを制御するための位置参照手段を含んでもよい。ツールはまた、回転ツールによって筐体材料上にかかる力を制御するための力測定手段、及び／又は、筐体材料が達した温度を決定する温度測定手段を含んでもよい。

ここで、注入開口部２４を密封するための方法について、図３Ａ〜３Ｄを参照して、より詳細に説明する。

図３Ａに示した方法の第１のステップでは、ツールの本体１及びヘッド２を軸Ａ−Ａ’に関して、モータによって回転駆動させる。ヘッドは、注入開口部２４上方に位置付けする。

次いで、装置の本体１を、その回転軸Ａ−Ａ’に沿って移動させ、ヘッド、特に先端部３を、外口部２４Ｅを通って注入開口部２４へ挿入する。図３Ｂからわかるように、先端部は、先端部の端部での断面が開口部の第１の部分の断面より小さく、一方、先端部の底部での断面が、第１の部分の断面より大きいように、大きさを形成する。同様に、ツールは、ショルダ部４が開口部２４の第２の広がった部分と接触するように大きさを形成する。

次いで、ツールの先端部３及びショルダ部４は、開口部の周辺全体に接触している。

この構造を達成すれば、開口部２４近傍に位置するキャップ１８の領域と、（円錐台形の先端部及びショルダ部の）ヘッドとの間の摩擦により、その部分の材料が約４５０℃の温度まで加熱される。次いで、材料は固体状態からペーストに変化する。

材料がこの状態に達すると、図３Ｃに示した所定位置まで注入開口部の内口部２４Ｉの方へツールを移動させる。

所定位置は、特にツールの位置参照手段によって決定する。

このステップでは、またペースト材料をこの方向に変位させるショルダ部及び先端部の表面の移動作用下で、図３Ｂの矢印によって示すように内口部２４Ｉの方へ注入開口部２４の後部まで材料を押す。従って、以前に注入開口部の壁を形成していた材料を、内口部２４Ｉ近傍に位置する再接着ライン３０で開口部の下部に再接着させる。ツールの尖った形状は、開口部を閉じやすくする。

図３Ｃに示した構造では、本方法は、ツールを所定位置に保持しながら、ツールを回転駆動させ続けるステップを含む。これにより、再接着点でキャップの材料を確実により良好に凝集させるように作用させることができる。

次いで、ツールを筐体から引き抜き、ツールは筐体の材料と接触しない。従って、材料は、図３Ｄに示した構造内で冷えて固化する。このように注入開口部を密封する。ツール引き抜きステップは、ツールを回転し続けることによって行うことができる。

ツールを引き抜いた後、ツールは他のアセンブリの注入開口部を密封するために使用することができ、アセンブリの開口部を密封する際、このツールにいかなる修正も行っていない。

当業者は、本明細書で記載した新規の教示から実質上逸脱することなく、上記方法に多くの修正を行うことができることを理解するであろう。従って、まさに挙げた例は、全く限定しない、明らかに単なる特定の例示である。例えば、本発明は以下の変形例を含んでもよい。

注入開口部の形状は、上記形状に限定されない。注入開口部は、例えば一定断面で構成してもよい。筐体はまた、その両端部にそれぞれ２つのキャップを備えた底のないチューブを含んでもよい。アセンブリはまた、チューブ上に配置した複数の注入開口部、及び／又は１つの注入開口部を含んでもよい。

更に、平行六面体形状の筐体と、電極箔と、隔離板とを、巻かずに単に積み重ねることを想定することができる。

ツールはまた、記述した形状と異なる形状を有してもよい。例えばツールは、ショルダ部と、端部がより小さい寸法である筒状又は矩形形状の要素とを含んでもよい。更にツールは、いかなるショルダ部も有さず、その端部に先細り要素のみを有することもできるであろう。

更に、ツールは、必ずしもそのヘッドの底部の断面が開口部の少なくとも１つの断面より大きいように大きさを形成しないことを想定することができるであろう。この場合、本方法は、例えばツールの回転軸と本質的に平行な法線面内でツールを回転移動させる追加の移動ステップを含む。

ツールの速度はまた、記述した速度と異なってもよく、又は、可変であってもよい。筐体及び／又はツールの材料はまた、記載した説明と異なってもよい。

更に、ツールのヘッドは脱着可能で、ツールを筐体から引き抜く前に、ヘッドをツールの本体から取り外すことを想定することができるであろう。次いで、ヘッドの形状は、筐体の形状と正確に合う。従って、ヘッドは筐体上の所定位置に残り、ストッパとして働く。

更に、ツールを移動させた後の、ツールの回転ステップは任意であることに留意されたい。

Claims (11)

1. エネルギー貯蔵アセンブリの注入開口部を密封するための方法であって、前記アセンブリが、少なくとも２つの電極を収容する筐体を含み、前記注入開口部が、前記筐体の壁のうちの１つに配置され、かつ、前記筐体の外側に位置する外口部と、前記筐体の内側に位置する内口部とを有する方法であって、
   前記注入開口部は、前記内口部を含む一定断面の第１の部分と、前記内口部に導き、かつ、前記内口部より大断面の前記外口部に向けて広がる第２の部分と、を含み、
   ツールのヘッドが、前記ツールの回転軸に垂直な平面上に延在する周辺ショルダが設けられた先端を備え、前記周辺ショルダは、前記ツールが前記注入開口部に挿入された際に前記周辺ショルダが前記第２の部分に接触可能に大きさが形成されており、前記先端の端部は、前記注入開口部の前記第１の部分の断面より小さな断面を有し、一方で、前記先端の底部の断面は、前記第１の部分の断面より大きく、
   前記注入開口部近傍の前記筐体の領域を加熱するために、前記注入開口部の軸方向に一致する方向に回転駆動させる前記ツールの前記ヘッドの少なくとも１つの端部を、前記外口部を通って前記注入開口部へ挿入するステップと、
   前記領域を加熱すると、前記内口部の方向に前記ツールを移動させて、最初は前記注入開口部の前記壁を形成している前記筐体の材料を前記内口部の方向に変位させ、かつ、材料を追加することなく、以前に前記注入開口部の壁を形成していた材料を、前記内口部近傍に位置する再接着ラインで前記注入開口部の下部に再接着させることで前記注入開口部を密封するためのステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ツールを一度所定位置まで移動させたら、前記ツールを回転駆動させ続けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ツールの前記先端が、円錐台形状の先端部を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ツールの前記ヘッドを６００〜２，０００ｒｐｍで回転駆動させる、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記ツールの前記ヘッドを、８００〜１，２００ｒｐｍの速度で回転駆動させる、請求項４に記載の方法。
6. 前記所定位置及び／又は前記ステップの継続時間を、前記筐体材料上に前記ツールにより印加される力、及び／又は、前記ツールの本体及び前記ヘッドの前記筐体に対する位置、及び／又は、前記筐体の材料によって到達される温度を制御するための手段によって決定する、請求項２に記載の方法。
7. 前記制御するための手段は、前記ツール内で統合されていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記材料が冷えて固化する前に、前記ツールを前記筐体から引き抜くステップを含む、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記ツールの前記ヘッドが前記筐体に接触しないように、前記ツールを前記筐体から引き抜くステップを含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
10. 前記ツールを回転し続けながら、前記ツール引き抜きステップを行う、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記筐体が、底部及び少なくとも１つのキャップを任意選択的に備えたチューブを含み、前記注入開口部が、キャップ上又はチューブ上、特に底壁上に位置付けされている、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。