JP6304625B2 - 超音波処理装置および超音波処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波処理装置および超音波処理方法に関する。

電池は、電極や電解液といった構成要素を電池ケース内に封入することによって製造される。

例えばリチウムイオン二次電池であれば、正極と負極との間にセパレータを挟んで発電要素を構成し、この発電要素を複数積層させて電池ケース内に配置した後に、電解液を電池ケース内に注液する。

特許文献１に示されているリチウムイオン二次電池では、１つの電池ケース内に２つの発電要素が同じ向きに配置されている。２つの発電要素のそれぞれでは、発電要素の一方の端部において正極同士が１つにまとめられているとともに、発電要素の他方の端部において負極同士が１つにまとめられている。

２つの発電要素のうち一方の発電要素における１つにまとめられた正極と、２つの発電要素のうち他方の発電要素における１つにまとめられた正極と、の間には、長尺状の正極集電体が配置され、一方の発電要素に設けられた全ての正極と、他方の発電要素に設けられた全ての正極とは、正極集電体を介して外部接続端子に電気的に接続されている。また、一方の発電要素における１つにまとめられた負極と、他方の発電要素における１つにまとめられた負極と、の間には、長尺状の負極集電体が配置され、一方の発電要素に設けられた全ての負極と、他方の発電要素に設けられた全ての負極とは、負極集電体を介して外部接続端子に電気的に接続されている。

上述の電極と集電体とは、例えば超音波溶接（例えば、特許文献２参照）により、接合される。

特開２０１３−２４６９３３号公報 特開２０１２−１５２８１０号公報

電池ケースは、発電要素を収容するための容器と、発電要素を容器内に収容するために容器に形成された開口部を塞ぐ蓋部材と、で構成されており、蓋部材には、上述の長尺状の正極集電体および負極集電体が固定されているとともに、安全弁が形成されている。また、電極と集電体とは、これら電極と集電体とを電気的に接続するために、発電要素を電池ケース内に収容するよりも前に溶接される。これら電極と集電体との溶接を超音波溶接により行うと、超音波による振動が集電体を介して蓋部材に伝わって、安全弁が破れてしまったり、安全弁の強度が低下してしまったりするおそれがあった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、超音波溶接や超音波洗浄といった超音波を用いた処理を行う際に、安全弁を保護することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１） 本発明は、安全弁（例えば、図２の安全弁１２０に相当）が設けられた電池容器（例えば、図２の電池ケース１１０に相当）、または当該電池容器に取り付けられた部材（例えば、図３の集電体１３０ａ、１３０ｂに相当）を処理対象物とし、当該処理対象物に対して超音波を用いた処理を行う超音波処理装置（例えば、図１の超音波溶接装置１に相当）であって、前記超音波を用いた処理を行う際に、前記安全弁の少なくとも一部に弾性体（例えば、図１の弾性体１１に相当）を接触させる弾性体接触手段（例えば、図１の弾性体接触部１０に相当）を備えることを特徴とする超音波処理装置を提案している。

この発明によれば、処理対象物に対して超音波を用いた処理を行う際に、安全弁の少なくとも一部に弾性体を接触させることとした。このため、安全弁の振動を弾性体で吸収することができるので、超音波を用いた処理を行う際に安全弁を保護することができる。

（２） 本発明は、（１）の超音波処理装置について、前記弾性体接触手段は、前記処理対象物（例えば、図３の蓋部材１１２に固定されている集電体１３０ａ、１３０ｂに相当）を保持する保持手段（例えば、図１の保持部１２に相当）を備え、前記弾性体は、前記保持手段のうち、当該保持手段が前記処理対象物を保持した状態で前記安全弁に接触する位置に、取り付けられることを特徴とする超音波処理装置を提案している。

この発明によれば、（１）の超音波処理装置において、処理対象物を保持する保持手段を弾性体接触手段に設け、この保持手段のうち、保持手段が処理対象物を保持した状態で安全弁に弾性体が接触する位置に、弾性体を取り付けることとした。このため、処理対象物を保持手段で保持させることで、安全弁に弾性体を接触させることができる。

（３） 本発明は、（１）または（２）の超音波処理装置について、前記弾性体の硬度は、予め定められた上限値（例えば、後述のアスカーＣ６２に相当）以下であることを特徴とする超音波処理装置を提案している。

ここで、弾性体が硬すぎると、安全弁の振動を弾性体で十分に吸収することができず、安全弁が変形したり破れてしまったりするおそれがある。そこで、この発明によれば、（１）または（２）の超音波処理装置において、弾性体の硬度を、予め定められた上限値以下にすることとした。このため、安全弁の振動を吸収できるように弾性体の硬度の上限値を設定することで、安全弁が変形したり破れてしまったりするのを防止することができる。

（４） 本発明は、（１）から（３）のいずれか１つの超音波処理装置について、前記弾性体の硬度は、予め定められた下限値（例えば、後述のアスカーＣ７に相当）以上であることを特徴とする超音波処理装置を提案している。

ここで、弾性体が柔らかすぎると、安全弁と接触することによる弾性体の摩耗が急激に進んでしまい、弾性体を頻繁に交換する必要が生じてしまう。そこで、この発明によれば、（１）から（３）のいずれか１つの超音波処理装置において、弾性体の硬度を、予め定められた下限値以上にすることとした。このため、弾性体の摩耗を抑制できるように弾性体の硬度の下限値を設定することで、弾性体を交換する頻度を減少させることができる。

（５） 本発明は、（１）から（４）のいずれか１つの超音波処理装置について、前記弾性体における前記安全弁と接触する側の表面の形状は、平面状で、前記弾性体における前記安全弁と接触する側の表面の面積は、当該安全弁の投影面積よりも大きいことを特徴とする超音波処理装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（４）のいずれか１つの超音波処理装置において、弾性体について、安全弁と接触する側の表面の形状を平面状にすることとした。このため、安全弁に対する弾性体の位置がずれた場合とずれていない場合とで、弾性体の安全弁への接触状態が大きくばらつかないようにすることができる。

また、この発明によれば、（１）から（４）のいずれか１つの超音波処理装置において、安全弁と接触する側の表面の面積を安全弁の投影面積よりも大きくすることとした。このため、安全弁に対する弾性体の位置が多少ずれたとしても、安全弁に弾性体を確実に接触させることができる。

（６） 本発明は、（１）から（５）のいずれか１つの超音波処理装置について、前記超音波を用いた処理とは、超音波を用いた溶接のことであることを特徴とする超音波処理装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（５）のいずれか１つの超音波処理装置において、超音波を用いた処理とは、超音波を用いた溶接のこととした。このため、処理対象物に対して超音波溶接を行う際に、安全弁を保護することができる。

（７） 本発明は、安全弁（例えば、図２の安全弁１２０に相当）が設けられた電池容器（例えば、図２の電池ケース１１０に相当）、または当該電池容器に取り付けられた部材（例えば、図３の集電体１３０ａ、１３０ｂに相当）を処理対象物とし、当該処理対象物に対して超音波を用いた処理を行う超音波処理方法であって、前記安全弁の少なくとも一部に弾性体（例えば、図１の弾性体１１に相当）を接触させる第１のステップと、前記第１のステップにより前記安全弁に前記弾性体を接触させた状態で、超音波を用いた処理を行う第２のステップと、を備えることを特徴とする超音波処理方法を提案している。

この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（８） 本発明は、（７）の超音波処理方法について、前記弾性体は、前記処理対象物（例えば、図３の蓋部材１１２に固定されている集電体１３０ａ、１３０ｂに相当）を保持する保持手段（例えば、図１の保持部１２に相当）のうち、当該保持手段が前記処理対象物を保持した状態で前記安全弁に接触する位置に設けられ、前記第１のステップにおいて、前記保持手段により前記処理対象物を保持して、前記安全弁の少なくとも一部に前記弾性体を接触させることを特徴とする超音波処理方法を提案している。

この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（９） 本発明は、（７）または（８）の超音波処理方法について、前記超音波を用いた処理とは、超音波を用いた溶接のことであることを特徴とする超音波処理方法を提案している。

この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、超音波を用いた処理を行う際に安全弁を保護することができる。

本発明の一実施形態に係る超音波溶接装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外観を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面図である。 本発明の一実施形態に係る集電体の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面図である。 本発明の一実施形態に係る弾性体を安全弁に接触させた様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係る弾性体を安全弁に接触させた様子を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波溶接装置１のブロック図である。超音波溶接装置１は、リチウムイオン二次電池１００（図２参照）に設けられた集電体１３０ａ、１３０ｂのそれぞれと電極接続部１４１ａ、１４１ｂのそれぞれとを超音波溶接するものであり、弾性体接触部１０および溶接部２０を備える。

弾性体接触部１０は、弾性体１１および保持部１２を備える。この弾性体接触部１０は、弾性体１１を、安全弁１２０（図２参照）の少なくとも一部に接触させる。

溶接部２０は、弾性体接触部１０により安全弁１２０の少なくとも一部に弾性体１１が接触されている状態で、集電体１３０ａ、１３０ｂのそれぞれと電極接続部１４１ａ、１４１ｂのそれぞれとを超音波溶接する。

以降では、まず、リチウムイオン二次電池１００について、図２から５を用いて詳述する。次に、弾性体接触部１０について、図６、７を用いて詳述する。

図２は、リチウムイオン二次電池１００の概略上面図である。図２において、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、上方に向かう向きをＹプラス方向とし、紙面手前向きをＺプラス方向とする。

リチウムイオン二次電池１００は、電池ケース１１０を備える。電池ケース１１０は、発電要素１４０（図３参照）を収容するための容器１１１と、発電要素１４０を容器１１１の内部に収容するために容器１１１に形成された開口部を塞ぐ蓋部材１１２と、を備える。蓋部材１１２には、安全弁１２０が形成されている。

図３は、リチウムイオン二次電池１００の、図２のＡ−Ａ断面における断面図である。図３において、図２で示した方向に合わせて、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、紙面奥向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

発電要素１４０の長手方向（Ｘ方向）の一端側からは、正極の電極接続部１４１ａが突出し、発電要素１４０の長手方向の他端側からは、負極の電極接続部１４１ｂが突出する。溶接部２０による超音波溶接により、正極の電極接続部１４１ａは、接続部１３３ａと接合され、負極の電極接続部１４１ｂは、接続部１３３ｂと接合されている。接続部１３３ａ、１３３ｂについて、図４を用いて説明する。

図４は、接続部１３３ａを備える集電体１３０ａの斜視図である。接続部１３３ａは、コの字形の断面を有して長尺状に形成される。この接続部１３３ａには、略９０度に屈曲する屈曲部１３４ａを介して基部１３１ａが一体に設けられている。基部１３１ａには、円柱状の突出部１３２ａが設けられる。

突出部１３２ａは、図３に示したように、蓋部材１１２に設けられた貫通孔と、正の外部接続端子１５１ａに設けられた貫通孔と、を介して正の外部接続端子１５１ａの上方に突出する。この突出部１３２ａは、正の外部接続端子１５１ａに接触している状態で先端部をカシメることで、正の外部接続端子１５１ａとともに蓋部材１１２に固定される。このため、正極の電極接続部１４１ａは、集電体１３０ａを介して正の外部接続端子１５１ａに電気的に接続される。

なお、集電体１３０ａの基部１３１ａと蓋部材１１２との間には、絶縁部材１６１ａが設けられ、蓋部材１１２と正の外部接続端子１５１ａとの間には、絶縁部材１６２ａが設けられている。このため、蓋部材１１２が導電性材料を用いて構成されていても、蓋部材１１２が集電体１３０ａや正の外部接続端子１５１ａと電気的に接続されることを防ぐことができる。

接続部１３３ｂは、接続部１３３ａと同様に、コの字形の断面を有して長尺状に形成され、集電体１３０ｂに設けられる。この接続部１３３ｂには、略９０度に屈曲する屈曲部１３４ｂを介して基部１３１ｂが一体に設けられる。基部１３１ｂには、円柱状の突出部１３２ｂが設けられる。

突出部１３２ｂは、図３に示したように、蓋部材１１２に設けられた貫通孔と、負の外部接続端子１５１ｂに設けられた貫通孔と、を介して負の外部接続端子１５１ｂの上方に突出する。この突出部１３２ｂは、負の外部接続端子１５１ｂに接触している状態で先端部をカシメることで、負の外部接続端子１５１ｂとともに蓋部材１１２に固定される。このため、負極の電極接続部１４１ｂは、集電体１３０ｂを介して負の外部接続端子１５１ｂに電気的に接続される。

なお、集電体１３０ｂの基部１３１ｂと蓋部材１１２との間には、絶縁部材１６１ｂが設けられ、蓋部材１１２と負の外部接続端子１５１ｂとの間には、絶縁部材１６２ｂが設けられている。このため、蓋部材１１２が導電性材料を用いて構成されていても、蓋部材１１２が集電体１３０ｂや負の外部接続端子１５１ｂと電気的に接続されることを防ぐことができる。

図５は、リチウムイオン二次電池１００の、図３のＢ−Ｂ断面における断面図である。図５において、図２、３で示した方向に合わせて、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、上方に向かう向きをＹプラス方向とし、紙面手前向きをＺプラス方向とする。

容器１１１の内部には、発電要素１４０が２つ収容される。これら２つの発電要素１４０は、同じ向きで配置され、２つの正極の電極接続部１４１ａは、ともにＸマイナス方向に延在し、２つの負極の電極接続部１４１ｂは、ともにＸプラス方向に延在する。２つの正極の電極接続部１４１ａの間には接続部１３３ａが配置され、これら２つの正極の電極接続部１４１ａと接続部１３３ａとが溶接部２０により超音波溶接される。また、２つの負極の電極接続部１４１ｂの間には接続部１３３ｂが配置され、これら２つの負極の電極接続部１４１ｂと接続部１３３ｂとが溶接部２０により超音波溶接される。

図６は、正極の電極接続部１４１ａと接続部１３３ａとを超音波溶接するとともに、負極の電極接続部１４１ｂと接続部１３３ｂとを超音波溶接する際の様子を示す図である。図６において、図２、３、５で示した方向に合わせて、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、紙面奥向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

上述の超音波溶接が行われる際には、集電体１３０ａ、１３０ｂは、図６に示すように蓋部材１１２に固定されている。このため、集電体１３０ａに設けられた接続部１３３ａと正極の電極接続部１４１ａとを超音波溶接すると、超音波による振動が集電体１３０ａを介して蓋部材１１２に伝わる。また、集電体１３０ｂに設けられた接続部１３３ｂと負極の電極接続部１４１ｂとを超音波溶接すると、超音波による振動が集電体１３０ｂを介して蓋部材１１２に伝わる。

そこで、上述の超音波溶接が行われる際には、弾性体接触部１０により、図７に示すように弾性体１１を安全弁１２０に接触させる。弾性体１１は、アスカーＣ７以上かつアスカーＣ６２以下の硬度を有する材料、例えばポリウレタンスポンジや、シリコンスポンジや、ポリイミド発泡体で構成される。この弾性体１１は、保持部１２に取り付けられている。

なお、弾性体１１における安全弁１２０と接触する側の表面の形状は、平面状で、弾性体１１における安全弁１２０と接触する側の表面の面積は、安全弁１２０の投影面積よりも大きいものとする。

保持部１２は、上述の超音波溶接が行われる際に、蓋部材１１２を保持する。これによれば、蓋部材１１２に固定されている集電体１３０ａ、１３０ｂも保持部１２で保持されることになる。保持部１２のうち、保持部１２が蓋部材１１２を保持した状態で安全弁１２０に接触する位置に、弾性体１１は取り付けられている。

以上の超音波溶接装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

超音波溶接装置１は、集電体１３０ａ、１３０ｂのそれぞれと電極接続部１４１ａ、１４１ｂのそれぞれとを超音波溶接する際に、安全弁１２０に弾性体１１を接触させる。このため、安全弁１２０の振動を弾性体１１で吸収することができるので、超音波溶接を行う際に安全弁１２０を保護することができる。

また、超音波溶接装置１は、蓋部材１１２を保持する保持部１２を備え、保持部１２のうち、保持部１２が蓋部材１１２を保持した状態で安全弁１２０に接触する位置に、弾性体１１は取り付けられている。このため、蓋部材１１２を保持部１２で保持させれば、安全弁１２０に弾性体１１を接触させることができる。

また、超音波溶接装置１において、弾性体１１の硬度の上限値は、アスカーＣ６２である。このため、安全弁１２０が、弾性体１１と接触することによって変形したり破れてしまったりするのを、防止することができる。

また、超音波溶接装置１において、弾性体１１の硬度の下限値は、アスカーＣ７である。このため、安全弁１２０と接触することによる弾性体１１の摩耗を抑制して、弾性体１１を交換する頻度を減少させることができる。

また、超音波溶接装置１において、弾性体１１における安全弁１２０と接触する側の表面の形状は、平面状である。このため、安全弁１２０に対する弾性体１１の位置がずれた場合とずれていない場合とで、弾性体１１の安全弁１２０への接触状態が大きくばらつかないようにすることができる。

また、超音波溶接装置１において、弾性体１１における安全弁１２０と接触する側の表面の面積は、安全弁１２０の投影面積よりも大きい。このため、保持部１２による蓋部材１１２の保持位置がずれるといった原因によって、安全弁１２０に対する弾性体１１の位置が多少ずれたとしても、安全弁１２０に弾性体１１を確実に接触させることができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

例えば、上述の実施形態では、安全弁１２０に弾性体１１を接触させるのは、蓋部材１１２に固定されている集電体１３０ａ、１３０ｂのそれぞれと、電極接続部１４１ａ、１４１ｂのそれぞれと、を超音波溶接する際とした。しかし、これに限らず、超音波洗浄のように超音波を用いた処理の際であれば、安全弁１２０に弾性体１１を接触させるものとしてよい。

また、上述の実施形態では、容器１１１の内部に収容される発電要素１４０の数は、２つであるものとしたが、これに限らず、例えば３つや４つであるものとしてもよい。

１；超音波溶接装置
１０；弾性体接触部
１１；弾性体
１２；保持部
２０；溶接部
１００；リチウムイオン二次電池
１１２；蓋部材
１２０；安全弁
１３０ａ、１３０ｂ；集電体
１４１ａ、１４１ｂ；電極接続部

Claims (9)

1. 安全弁が設けられた電池容器、または当該電池容器に取り付けられた部材を処理対象物とし、当該処理対象物に対して超音波を用いた処理を行う超音波処理装置であって、
   前記超音波を用いた処理を行う際に、前記安全弁の少なくとも一部に弾性体を接触させる弾性体接触手段を備えることを特徴とする超音波処理装置。
2. 前記弾性体接触手段は、前記処理対象物を保持する保持手段を備え、
   前記弾性体は、前記保持手段のうち、当該保持手段が前記処理対象物を保持した状態で前記安全弁に接触する位置に、取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波処理装置。
3. 前記弾性体の硬度は、予め定められた上限値以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波処理装置。
4. 前記弾性体の硬度は、予め定められた下限値以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波処理装置。
5. 前記弾性体における前記安全弁と接触する側の表面の形状は、平面状で、
   前記弾性体における前記安全弁と接触する側の表面の面積は、当該安全弁の投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波処理装置。
6. 前記超音波を用いた処理とは、超音波を用いた溶接のことであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波処理装置。
7. 安全弁が設けられた電池容器、または当該電池容器に取り付けられた部材を処理対象物とし、当該処理対象物に対して超音波を用いた処理を行う超音波処理方法であって、
   前記安全弁の少なくとも一部に弾性体を接触させる第１のステップと、
   前記第１のステップにより前記安全弁に前記弾性体を接触させた状態で、超音波を用いた処理を行う第２のステップと、
   を備えることを特徴とする超音波処理方法。
8. 前記弾性体は、前記処理対象物を保持する保持手段のうち、当該保持手段が前記処理対象物を保持した状態で前記安全弁に接触する位置に設けられ、
   前記第１のステップにおいて、前記保持手段により前記処理対象物を保持して、前記安全弁の少なくとも一部に前記弾性体を接触させることを特徴とする請求項７に記載の超音波処理方法。
9. 前記超音波を用いた処理とは、超音波を用いた溶接のことであることを特徴とする請求項７または８に記載の超音波処理方法。

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