WO2015093150A1 - ヒートシーラー - Google Patents

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WO2015093150A1
WO2015093150A1 PCT/JP2014/078549 JP2014078549W WO2015093150A1 WO 2015093150 A1 WO2015093150 A1 WO 2015093150A1 JP 2014078549 W JP2014078549 W JP 2014078549W WO 2015093150 A1 WO2015093150 A1 WO 2015093150A1
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WO
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heater
seal
heat
protective layer
seal top
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PCT/JP2014/078549
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English (en)
French (fr)
Inventor
澤田 康宏
泰元 金
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • B29C66/8322Joining or pressing tools reciprocating along one axis

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a heat sealer used for heat welding of an object.
  • Patent Document 1 uses a ribbon-shaped heater in a thin strip shape, and a large current is passed in a short time to heat the heater instantaneously.
  • a so-called impulse heat sealer that is melted, disconnected, cooled and solidified is disclosed.
  • the heater wire such as the iron chrome thin plate expands and contracts due to heat, which causes friction between the ceramic thin plate. The life and durability of the heater may be impaired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and the main object is to improve the reliability and durability of the heater while being an impulse heat sealer that enables thermal welding in a short time. It is said.
  • the present invention is interposed between a seal head, a seal top supported on the seal head and having a press surface for pressing an object on the upper surface, and an upper surface of the seal head and a lower surface of the seal top.
  • a thin plate heater that generates heat by energization of current and heats the seal top, and in a heat sealer that performs welding by melting an object with a press with a heated seal top,
  • a first protective layer interposed between the heater and the upper surface of the heater; and a second protective layer interposed between the heater and the seal head and in contact with the lower surface of the heater. is doing.
  • the heater since the upper and lower sides of the heater are covered with the first protective layer and the second protective layer, when the heater expands and contracts due to heating, the heater directly contacts the seal top and the seal head. Sliding can be suppressed, and the sliding of the heater can be suppressed by this sliding. As a result, the durability and life of the heater can be greatly improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a laminated lithium ion secondary battery to be manufactured by a heat sealer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the laminate type lithium ion secondary battery. Sectional drawing which follows the AA line of FIG. 1 which shows the heat sealer of a present Example. Sectional drawing which follows the AA line of FIG. 1 which shows the said heat sealer. Sectional drawing which shows the said heat sealer. Sectional drawing which expands and shows the principal part of the said heat sealer.
  • the perspective view which shows the holding structure of the seal top of the said heat sealer.
  • Explanatory drawing which shows the holding structure of the seal top of the said heat sealer.
  • a lithium ion secondary battery 1 (hereinafter simply referred to as a laminate type secondary battery).
  • the schematic structure of “battery”) is shown.
  • the battery 1 is used as a unit cell or a single battery of a lithium ion battery for an electric vehicle, for example.
  • the battery 1 has a lead terminal (positive electrode terminal portion) 2 as a positive electrode terminal and a lead terminal (negative electrode terminal) 3 as a negative electrode terminal leading out to the outside.
  • a lead terminal (positive electrode terminal portion) 2 as a positive electrode terminal
  • a lead terminal (negative electrode terminal) 3 as a negative electrode terminal leading out to the outside.
  • a rectangular laminate film exterior body 4 composed of two upper and lower laminate films 4a and 4b as exterior films.
  • a laminate 5 formed by laminating a plurality of sets of positive and negative electrodes as electrodes that are power generation elements and a separator interposed therebetween is accommodated together with an electrolytic solution.
  • the laminate film outer package 4 is hermetically sealed or sealed by the four sides of the heat-sealed portion 6 that is the peripheral portion of the laminate film outer package 4.
  • battery elements including a positive electrode and a negative electrode that are electrodes, a separator, and an electrolytic solution are surrounded by a laminate film outer package 4, and each positive and negative current collector
  • the lead terminals 2 and 3 electrically connected to each other are led out to the outside of the laminate film exterior body 4, and the peripheral portion of the laminate film exterior body 4 is sealed or sealed in a rectangular bag shape by heat welding. By performing the treatment, the airtightness as the battery 1 is secured.
  • the two upper and lower laminate films 4a and 4b forming the laminate film outer package 4 for example, a composite structure in which both front and back surfaces of an aluminum foil are covered with a heat-welding resin film is used.
  • the positive lead terminal 2 and the negative lead terminal 3 are both led out from a common side. Both lead terminals 2 and 3 may be referred to as electrode tabs.
  • the lead terminal 2 on the positive electrode side is made of, for example, aluminum
  • the lead terminal 3 on the negative electrode side is made of, for example, copper.
  • Both lead terminals 2 and 3 are preliminarily subjected to a predetermined surface treatment and are covered with a heat-weldable and insulating resin layer (not shown).
  • the lead terminals 2 and 3 are not limited to this configuration. For example, the lead terminal 2 and the lead terminal 3 may be led out from a pair of opposing sides.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the overlapping portions of the plurality of positive electrodes 8 forming a part of the laminate 5 of FIG. 2 are overlapped with each other, and the overlapping portion 8 a is connected to the positive lead terminal. 2 is connected by welding.
  • This structure is basically the same for the relationship between the negative electrode and the lead terminal 3 on the negative electrode side, and these structures are not shown in FIG.
  • the heat sealers 10 and 10 ⁇ / b> A have a lower heat sealer 10 and an upper heat sealer 10 ⁇ / b> A that are opposed to each other so as to be close to and away from each other.
  • the portion responsible for heat welding extends in the longitudinal direction of the heat welding portion 6 (see FIG. 1) of the laminate film exterior body 4 in a plan view, and the width dimension of the laminate film exterior body 4 The dimension is set to be slightly larger than the width dimension of the heat welding part 6.
  • the upper and lower heat sealers 10 and 10A are moved close to each other while the upper and lower laminate films 4a and 4b to be the laminate film outer package 4 surrounding the laminate 5 shown in FIG.
  • the heat welding part 6 is heat-welded by pressurizing and restraining the two upper and lower laminate films 4 a and 4 b from above and below, and the laminate film exterior body 4 is finished.
  • the lead terminal 2 on the positive electrode side is interposed between the portion of the laminate film outer package 4 where the upper and lower laminate films 4a and 4b are directly heat-welded and the upper and lower laminate films 4a and 4b.
  • the thicknesses of the laminated films 4a and 4b and the lead terminal 2 on the positive electrode side are inevitably different from each other, so that a step is inevitable at the boundary between them.
  • the press surface 12a used as the contact surface with laminate film 4a, 4b also has a predetermined level
  • the impulse type heater 13 as described above completes the thermal welding in about 4 seconds.
  • cooling is performed while maintaining the pressurized state for a predetermined time.
  • the upper heat sealer 10 ⁇ / b> A has the same structure as the lower heat sealer 10, and is not described here.
  • the seal head is disposed below and the seal top is disposed above. It does not mean the vertical position of the seal head or the seal top.
  • the seal head 11 is arranged vertically upward and the seal top 12 is arranged vertically downward in the usage form.
  • Each heat sealer 10 includes a seal head 11, a seal top 12 that is supported on the seal head 11, and has a press surface 12 a that presses the heat-welded portion 6 of the laminate film outer package 4 as an object on the upper surface, and a seal A thin plate-like heater 13 is provided between the upper surface of the head 11 and the lower surface of the seal top 12 and generates heat by energizing current to heat the seal top 12.
  • the heater 13 is an impulse heater having a ribbon-like thin strip shape in which a heater wire such as iron chrome is uniformly incorporated in a cloth woven from heat-resistant glass fibers.
  • the heater 13 is depicted as having a certain thickness for the sake of clarity, but in actuality, it is extremely thin with a thickness of 1 mm or less.
  • the seal top 12 is made of a substantially rectangular parallelepiped as simple as possible in order to minimize the heat capacity and improve the thermal conductivity to the heat-welded portion 6 while ensuring the rigidity against pressure (press) at the time of heat-welding.
  • the shape is a thin plate shape.
  • the width dimension of the seal top 12 is set larger than the width dimension of the heater 13.
  • the seal top 12 is formed of a metal material, and copper, aluminum alloy, stainless steel, or the like can be used as the material, but preferably has low thermal conductivity, in other words, high heat storage and thermal expansion. Carbon steel (S45C) or stainless steel (SUS) having a low rate, more preferably stainless steel having excellent rigidity is used.
  • Chamfered portions 14 having a predetermined radius of curvature are formed on both edges of the top surface of the seal top 12 having the press surface 12a so as not to damage the surface of the laminate film exterior body 4 as an object. .
  • the seal head 11 is made of a metal material like the seal top 12, and a metal material such as copper, aluminum alloy, stainless steel or the like can be used for the material, but preferably the thermal conductivity is low, in other words. Carbon steel (S45C) or stainless steel (SUS) having high heat storage and low thermal expansion coefficient is used. In this embodiment, since the seal head 11 is not required to be as rigid and strong as the seal top 12, relatively inexpensive carbon steel is used.
  • the first protective layer 16 is formed over the entire surface of the seal top 12 by a coating process.
  • a second protective layer 17 is formed on the seal head 11 by a coating process on the bottom surface and both side surfaces of a deep bottom portion 19 to be described later. That is, the entire surface including the upper and lower surfaces of the heater 13 is covered with the protective layers 16 and 17.
  • the second protective layer 17 is not provided on the bottom surface and both side surfaces of the shallow bottom portion 18 that accommodates and holds the seal top 12 by masking or the like. I have to.
  • the material of these protective layers 16 and 17 is preferably a material having a low friction coefficient, and typically, a synthetic resin material having a friction coefficient of 0.05 to 0.15 such as a fluororesin is preferable.
  • PFA tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether polymer
  • the thickness of the first protective layer 16 of the first protective layer 16 and the second protective layer 17 is set to be relatively thin so that heat is efficiently transmitted to the seal top 12 as compared with the seal head 11. ing.
  • the thickness of the first protective layer 16 is set to 30 ⁇ m
  • the thickness of the second protective layer 17 is set to 50 ⁇ m.
  • a shallow bottom portion 18 for accommodating and holding the seal top 12 and a deep bottom portion 19 for accommodating and holding the heater 13 are recessed. That is, the deep bottom portion 19 of the channel shape that is further deeply recessed is recessed in two steps on the bottom surface of the shallow bottom portion 18 that is recessed in the channel shape.
  • the seal head 11 is placed on the bottom surface of the shallow bottom portion 18 from above while the heater 13 is accommodated and disposed in the deep bottom portion 19. Then, the seal 13 is pressed against the seal head 11 by a holding mechanism 23 (see FIGS. 6 to 8), which will be described later, to fix the heater 13 between the seal head 11 and the seal top 12 in the deep bottom portion 19. Retained.
  • the height dimension H1 of the deep bottom portion 19 is a dimension (H2 + H3) obtained by adding the thickness H2 of the heater 13 and the thickness H3 of the second protective layer 17 provided on the bottom surface of the deep bottom portion 19 of the seal head 11. It is set almost the same. Therefore, as shown in FIGS. 5 and 6, the heater 13 is accommodated in the deep bottom portion 19 with substantially no gap in the vertical direction, and the upper and lower surfaces of the heater 13 are arranged on the first and second protective layers 16. , 17 (including a state of being opposed to each other through a slight gap). It should be noted that a thermal joint may be further applied to the surfaces of the protective layers 16 and 17 as necessary so as to more reliably fill the gap with the heater 13.
  • the width dimension of the deep bottom portion 19 is set slightly larger than the width dimension of the heater 13. Therefore, on both sides of the heater 13, a slight gap 22 that allows and absorbs the expansion and contraction in the width direction of the heater 13 is secured between both sides of the deep bottom portion 19.
  • the width of the seal top 12 is set larger than the deep bottom portion 19 and smaller than the shallow bottom portion 18. Therefore, the seal top 12 is placed on the bottom surface of the shallow bottom portion 18 without entering the deep bottom portion 19, and the lower surface of the seal top 12 covers the upper side of the heater 13.
  • the seal top 12 is detachably held and fixed on the seal head 11 by holding mechanisms 23 provided on both sides of the seal head 11 in the width direction.
  • the holding mechanism 23 includes an L-shaped holding member 24 in which a claw 26 that bends substantially perpendicularly to the upper end of a plate-like base 25 is formed, and a lower end of the base 25 of the holding member 24 as a seal head. 11 and a bolt 27 as a fixture to be fixed to the motor 11.
  • the holding member 24 is integrally formed of a metal material or a synthetic resin material having moderate flexibility.
  • the base 25 is fastened and fixed in a bolt fastening direction F ⁇ b> 1 along the width direction of the seal top 12 in a form extending vertically along the side surface of the seal head 11 by a bolt 27.
  • the claw portion 26 extends in the same direction as the bolt fastening direction F ⁇ b> 1 from the upper end of the base portion 25, and the tip thereof is fitted into a groove portion 28 that is recessed on both side surfaces in the width direction of the seal head 11. .
  • the base 25 is formed with through holes 29 through which the bolts 27 are inserted, and screw holes 30 into which the bolts 27 are screwed are formed on both side surfaces of the seal head 11 in the width direction.
  • notch grooves 31 for avoiding interference with the claw portions 26 are formed at the upper end portions on both sides in the width direction of the seal head 11.
  • FIG. 8 schematically shows the claw portion 26 and the groove portion 28 that are fitted to each other.
  • the tip of the claw portion 26 has a tapered shape in which the lower surface side is inclined upwardly toward the tip, and the lower surface side is directed to the bolt fastening direction F1.
  • an inclined surface portion 32 (second inclined surface) inclined upward is formed.
  • a tapered inclined surface portion 33 that is inclined upward as it goes in the bolt fastening direction F1 is also formed on the lower surface side of the groove portion 28.
  • Both inclined portions 32 and 33 are inclined surfaces inclined at substantially the same angle so as to be in surface contact with each other.
  • the vertical dimension L1 of the groove part 28 is set sufficiently larger (for example, twice or more) than the vertical dimension L2 of the claw part 26. Therefore, the inclined surface portion 33 of the groove portion 28 is larger than the inclined surface portion 32 of the claw portion 26.
  • the claw portion 26 moves toward the groove portion 28 in the bolt fastening direction F1, and first, as shown in FIG.
  • the inclined surface portion 32 of the claw portion 26 contacts the lower portion of the inclined surface portion 33 of the groove portion 28.
  • the bolt 27 is not yet completely tightened, and there is still room for movement to some extent in the bolt fastening direction F1.
  • the tip shape of the claw portion 26 does not necessarily have the inclined surface portion 32.
  • the tip shape of the claw portion 26 is a rectangular shape without the inclined surface portion 32. Even in the case of the shape, a downward force can be obtained by the inclined surface portion 33 of the groove portion.
  • an appropriate number of thin plate-like shims 21 are interposed as gap adjusting members.
  • the height position of the seal top 12 relative to the seal head 11 can be adjusted by adjusting the thickness and number of the shims 21.
  • the shim 21 is omitted in FIGS.
  • a plurality (two in the illustrated example) of shims 21 are provided in advance before adjustment so that the height of the seal top 12 can be reduced.
  • the vertical dimension L1 of the opening of the groove 28 is sufficiently larger than the vertical dimension L2 of the claw 26 (for example, twice or more).
  • the depth of the groove portion 28 in the bolt axial direction F1 is also set sufficiently large. Therefore, regardless of the height adjustment by the shim 21, the claw portion 26 can be satisfactorily inserted into the groove portion 28, and the opening portion of the groove portion 28 in which the tip of the claw portion 26 is widely opened at the time of bolt fastening. Thus, it can be surely inserted into the groove 28.
  • the height of the seal top 12 different in the width direction, that is, to incline in the width direction, by changing the thickness and the number of the shims 21 arranged on both sides of the seal top 12 in the width direction. Further, by disposing the shim 21 only on one side in the longitudinal direction of the seal top 12, the height of the seal top can be varied in the longitudinal direction, that is, it can be inclined in the longitudinal direction. Therefore, the press surface 12a of the heat sealer 10 arranged above and below the object seems to be inclined in the longitudinal direction or the width direction due to an error or variation in dimensional accuracy of each part of the facility, variation due to mold processing accuracy, or the like. Even in such a case, it is possible to adjust the position of the seal top 12 including such an inclination, and the sealing thickness of the laminate film outer package 4 that is the object can be made uniform with high accuracy.
  • FIG. 9 shows a seal top holding structure according to a comparative example.
  • this downward direction is generally set in the fastening direction F2 of the bolt 27H as in the comparative example shown in FIG. It is conceivable to fix both together.
  • the heater 13 is interposed between the seal head 11 and the seal top 12, and the pressure is not directly applied to the heater 13 accommodated in the deep bottom portion 19 of the seal head 11. Therefore, the durability and life of the heater 13 can be improved.
  • the upper and lower surfaces of the heater 13 are covered by the first protective layer 16 and the second protective layer 17, and the heater 13 does not directly contact the seal head 11 and the seal top 12, and the protective layers 16 and 17 having a low friction coefficient. It is configured to touch. Therefore, when the heater 13 expands / shrinks due to heating, the heater 13 does not slide directly with the seal top 12 or the seal head 11, and the friction of the heater 13 due to this sliding can be prevented. . As a result, the durability of the heater 13 is further improved, and basically it is not necessary to replace the heater 13.
  • the two layers are substantially in contact with each other so that no space is formed between the protective layers 16 and 17 and the heater 13, the occurrence of the whitening phenomenon due to the above-described emptying is suppressed. can do.
  • the first protective layer 16 may be made of a material having high thermal conductivity
  • the second protective layer 17 may be made of a material having low thermal conductivity.
  • the first protective layer 16 is coated on the entire surface of the seal top 12, the first protective layer 16 is also provided on the press surface 12a, and the laminate film 4a, which is an object to be thermally welded, The effect which prevents sticking with 4b can also be acquired collectively.
  • the seal top 12 is made of a metal such as stainless steel, it is easy to transfer heat during welding, and since the thermal expansion is small, the welding quality is stable.
  • the chamfered part with an appropriate radius of curvature is provided on both sides of the press surface. It is difficult to provide and there is a risk of damaging the laminate film.
  • a metal seal top 12 that is wider and thicker than the heater 13 is provided on the heater 13, and the press surface 12 a is provided on the seal top 12. It is possible to easily form the chamfered portions 14 having a predetermined radius of curvature on both side edges by machining.
  • the present invention has been described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications and changes.
  • the protective layers 16 and 17 are formed by a coating process.
  • the method of providing the protective layer is not limited to this. For example, a thin protective layer separate from the seal head 11 and the seal top 12 is used. You may make it interpose between the heaters 13.
  • the present invention is applied to a pair of upper and lower heat sealers having the same structure.
  • the upper and lower heat sealers may have different structures, and the present invention may be applied to only one heat sealer.

Abstract

 シールヘッド(11)上に支持され、上面に対象物をプレスするプレス面(12a)を有するシールトップ(12)とシールヘッド(11)との間に、電流の通電により発熱してシールトップ(12)を加温する薄板状のヒーター(13)を介在させる。シールトップ(12)の表面にコーティングされた第1保護層(16)と、ヒーター(13)を収容するシールヘッド(11)の深底部(19)の表面にコーティングされた第2保護層(17)と、をヒーター(13)と接する状態として、ヒーター(13)の擦れを抑制する。

Description

ヒートシーラー
 本発明は、対象物の熱溶着に用いられるヒートシーラーの改良に関する。
 熱可塑性樹脂を用いた対象物を熱溶着する装置として、特許文献1には、薄板帯状のリボン式のヒーターを用い、短時間に大電流を流してヒーターを瞬間的に加熱して対象物を溶融し、断電して冷却して固める、いわゆるインパルス式のヒートシーラーが開示されている。
 このヒートシーラーでは、ヒーターの上に、窒化アルミ等の熱は良く伝えるが電気的には絶縁体のセラミック薄板を密着して重ねている。このようにセラミック薄板を設けることで、ヒーターの耐久性・寿命を向上しつつ、感電の危険を抑制し、かつ、ヒーターからの熱を素早く伝達させている。
国際公開第2010/116567号
 しかしながら、ヒーターの発熱部の上に密着してセラミック薄板を直接的に重ねていると、鉄クロム薄板などのヒーター線は熱により膨張、収縮するために、セラミック薄板との間に擦れが生じて、ヒーターの寿命や耐久性を損ねるおそれがある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、短時間での熱溶着を可能とするインパルス式のヒートシーラーでありながら、ヒーターの信頼性・耐久性を向上することを主たる目的としている。
 そこで、この発明は、シールヘッドと、このシールヘッド上に支持され、上面に対象物をプレスするプレス面を有するシールトップと、上記シールヘッドの上面と上記シールトップの下面との間に介在し、電流の通電により発熱して上記シールトップを加温する薄板状のヒーターと、を備え、加温したシールトップによるプレスにより対象物を溶融することで溶着を行うヒートシーラーにおいて、上記シールトップと上記ヒーターとの間に介在し、上記ヒーターの上面と接する第1の保護層と、上記ヒーターと上記シールヘッドとの間に介在し、上記ヒーターの下面と接する第2の保護層と、を有している。
 本発明によれば、第1の保護層と第2の保護層とによりヒーターの上下が覆われているので、加温によりヒーターが膨張・収縮したときに、ヒーターがシールトップやシールヘッドと直接的に摺動することが抑制され、この摺動によってヒーターが擦れることを抑制することができる。この結果、ヒーターの耐久性・寿命が大幅に向上ることができる。
本発明の一実施例に係るヒートシーラーによる製造の対象となるラミネート型リチウムイオン二次電池の概略構造を示す斜視図。 上記ラミネート型リチウムイオン二次電池の分解斜視図。 本実施例のヒートシーラーを示す図1のA-A線に沿う断面図。 上記ヒートシーラーを示す図1のA-A線に沿う断面図。 上記ヒートシーラーを示す断面図。 上記ヒートシーラーの要部を拡大して示す断面図。 上記ヒートシーラーのシールトップの保持構造を示す斜視図。 上記ヒートシーラーのシールトップの保持構造を示す説明図。 比較例のヒートシーラーのシールトップの保持構造を示す斜視図。
 以下、図示実施例により本発明を説明する。先ず、図1及び図2を参照して、本実施例に係るヒートシーラー10(10A)による製造の対象となる対象物として、ラミネート型二次電池であるリチウムイオン二次電池1(以下、単に「電池」という。)の概略構造を示している。この電池1は、例えば電気自動車用のリチウムイオンバッテリの単位セルまたは単電池として用いられる。
 図1及び図2に示すように、電池1は、正極側の電極端子としてのリード端子(正極端子部)2と負極側の電極端子としてのリード端子(負極端子部)3とが外部に導出された状態で外装フィルムとしての上下二枚のラミネートフィルム4a,4bからなる矩形状のラミネートフィルム外装体4によって収納・密閉されている。ラミネートフィルム外装体4の内部には、発電要素である電極としての正極及び負極と、それら両者の間に介在するセパレータと、を複数組積層してなる積層体5が電解液とともに収容されていて、ラミネートフィルム外装体4の周縁部である4辺の熱溶着部6により気密に封止または封口処理が施されている。
 すなわち、図1,図2に示した電池1にあっては、電極である正極や負極、セパレータおよび電解液を含む電池要素をラミネートフィルム外装体4で包囲し、正極および負極の各集電体に電気的に接続されたそれぞれのリード端子2,3をラミネートフィルム外装体4の外部に導出させた上で、ラミネートフィルム外装体4の周縁部を熱溶着により例えば矩形袋状に封止または封口処理を施すことで、電池1としての気密性を確保してある。なお、ラミネートフィルム外装体4を形成している上下二枚のラミネートフィルム4a,4bとしては、例えばアルミニウム箔の表裏両面を熱溶着性樹脂フィルムで被覆した複合構造のものが使用される。
 そして、矩形状のラミネートフィルム外装体4のうち、共通の一辺部から正極側のリード端子2と負極側のリード端子3とが共に外部に導出されている。双方のリード端子2,3は電極タブと称されることもある。正極側のリード端子2としては、例えばアルミニウム製のものが使用され、負極側のリード端子3としては、例えば銅製のものが使用される。また、双方のリード端子2,3は予め所定の表面処理が施された上で、熱溶着性および絶縁性のある樹脂層(図示省略)で被覆されている。なお、リード端子2,3の導出形態としてはこれに限らず、例えば対向する一対の辺部のそれぞれからリード端子2とリード端子3をそれぞれ導出する構成としても良い。
 矩形状のラミネートフィルム外装体4における四辺の熱溶着は、本実施例に係るヒートシーラー10,10Aにより例えば数工程に分けて行われる。熱溶着時における図1のA-A線に沿う拡大断面図を図3に、B-B線に沿う拡大断面図を図4に示している。
 図3,図4に示すように、図2の積層体5の一部を形成している複数枚の正極8の延長部同士を重ね合わせた上で、当該重合部8aを正極側のリード端子2に溶接にて接続してある。なお、この構造は負極とその負極側のリード端子3との関係についても基本的に同様であり、これらの構造は図3では図示省略している。
 図4に示すように、ヒートシーラー10,10Aは、互いに接近離間可能に対向配置された下側のヒートシーラー10と上側のヒートシーラー10Aと、を有している。双方のヒートシーラー10,10Aは、熱溶着を司る部分が平面視ではラミネートフィルム外装体4の熱溶着部6(図1参照)の長手方向に延び、かつ、幅寸法がラミネートフィルム外装体4の熱溶着部6の幅寸法よりもわずかに大きい寸法に設定されている。
 そして、図2の積層体5を包囲するラミネートフィルム外装体4となるべき上下二枚のラミネートフィルム4a,4bを図示外の支持部材で支えた状態で、上下のヒートシーラー10,10Aを接近動作させて、上下二枚のラミネートフィルム4a,4bを上下から加圧拘束することで熱溶着部6を熱溶着し、ラミネートフィルム外装体4として仕上げられることになる。
 なお、ラミネートフィルム外装体4のうち、上下二枚のラミネートフィルム4a,4b同士が直接熱溶着される部分と、上下二枚のラミネートフィルム4a,4b同士の間に正極側のリード端子2が介在していてそれらのラミネートフィルム4a,4bと正極側のリード端子2とが熱溶着される部分とでは、必然的に厚みが異なるため、両者の境界部分では段差の発生が不可避となる。この段差に対応するために、図示していないが、ラミネートフィルム4a,4bとの接触面となるプレス面12aも所定の段差を有したものとなっている。
 熱溶着の際には、上下のヒートシーラー10,10Aが相互に離間している状態で、図2の積層体5を包囲するラミネートフィルム外装体4となるべき上下二枚のラミネートフィルム4a,4bを図示外の支持部材で支えて、これらのラミネートフィルム4a,4bの熱溶着部6を上下のヒートシーラー10,10Aの間に配置・位置決めし、両者を接近動作させて、上下二枚のラミネートフィルム4a,4bを上下から加圧拘束する。そして、この加圧拘束状態のままでそれぞれのヒーター13にインパルス通電して熱溶着を施す。なお、従来のいわゆる熱板方式のヒーターでは溶着完了までに13秒程度を要するのに対して、上記のようなインパルス方式のヒーター13では4秒程度で熱溶着が完了する。なお、通電完了後も所定時間だけ加圧状態のままとして冷却させることになる。
 次に、ヒートシーラーの具体的な構造について、図3~図8に示す下側のヒートシーラー10を用いて詳細に説明する。なお、上側のヒートシーラー10Aは下側のヒートシーラー10と上下を反転させただけで同じ構造のものであり、ここでは説明を省略する。
 ここで本明細書では、シールヘッドやシールトップの相対的な位置関係を説明するために、便宜上、シールヘッドを下、シールトップを上に配置したものとして説明しているが、実際の使用形態におけるシールヘッドやシールトップの鉛直方向の位置を意味するものではない。例えば上側のヒートシーラー10Aの場合、使用形態ではシールヘッド11が鉛直上側、シールトップ12が鉛直下側に配置されることとなる。
 各ヒートシーラー10は、シールヘッド11と、このシールヘッド11上に支持され、上面に対象物としてのラミネートフィルム外装体4の熱溶着部6をプレスするプレス面12aを有するシールトップ12と、シールヘッド11の上面とシールトップ12の下面との間に介在し、電流の通電により発熱してシールトップ12を加温する薄板状のヒーター13と、を備えている。
 ヒーター13は、耐熱ガラス繊維で織り上げられた布の中に鉄クロム等のヒーター線を均一に組み込んだリボン状の薄板帯状をなすインパルス式のヒーターである。なお、図3~図5では、分かり易くするために、ヒーター13をある程度厚さのあるものとして描いているが、実際には厚さが1mm以下の極めて薄いものである。
 シールトップ12は、上述した熱溶着時の加圧(プレス)に対する剛性を確保しつつ、熱容量量を最小化して熱溶着部6への熱伝導性を向上するために、極力シンプルなほぼ直方体の形状をなす薄板状の形状とされている。シールトップ12の幅寸法はヒーター13の幅寸法よりも大きく設定されている。
 このシールトップ12は金属材料により形成されており、その材質には、銅,アルミ合金,ステンレス等を用いることができるが、好ましくは熱伝導率が低く、言い換えると蓄熱性が高く、かつ熱膨張率が低い炭素鋼(S45C)やステンレス鋼(SUS)、より好ましくは剛性に優れたステンレス鋼が用いられる。
 プレス面12aを有するシールトップ12の上面の両縁部には、対象物としてのラミネートフィルム外装体4の表面を傷つけることのないように、所定の曲率半径を有する面取り部14が形成されている。
 シールヘッド11はシールトップ12と同様に金属材料により形成されており、その材質には、銅,アルミ合金,ステンレス等の金属材料を用いることができるが、好ましくは熱伝導率が低く、言い換えると蓄熱性が高く、かつ熱膨張率が低い炭素鋼(S45C)やステンレス鋼(SUS)が用いられる。この実施例では、シールヘッド11はシールトップ12ほど高い剛性・強度が要求されないので、比較的安価な炭素鋼を用いている。
 シールトップ12の表面には、その全面にわたって、第1保護層16がコーティング処理により形成されている。また、シールヘッド11には、後述する深底部19の底面及び両側面に、第2保護層17がコーティング処理により形成されている。つまり、ヒーター13の上下両面を含めた全面の周囲を保護層16,17で覆う形となっている。なお、シールヘッド11に対するシールトップ12の位置精度を向上するために、シールトップ12を収容・保持する浅底部18の底面及び両側面には、マスク処理等により第2保護層17を設けないようにしている。
 これらの保護層16,17の材質は、摩擦係数が低いものが好ましくは、典型的には、フッ素樹脂などの摩擦係数が0.05~0.15の合成樹脂材料が好ましい。この実施例ではPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル重合体)が保護層16,17の材質として用いられている。
 また、シールヘッド11に比してシールトップ12に効率良く熱が伝わるように、第1保護層16と第2保護層17のうち、第1保護層16の厚さが相対的に薄く設定されている。一例として、第1保護層16の厚さが30μ、第2保護層17の厚さが50μに設定される。
 シールヘッド11の上面側には、シールトップ12を収容・保持する浅底部18と、ヒーター13を収容・保持する深底部19、とが凹設されている。つまり、チャンネル形状に凹設された浅底部18の底面に、更に深く窪んだチャンネル形状の深底部19が二段階に凹設されている。組付の際には、ヒーター13を深底部19に収容・配置した状態で、その上方からシールヘッド11が浅底部18の底面に載置される。そして、後述する保持機構23(図6~図8参照)によりシールトップ12をシールヘッド11上に押し付けて固定することで、ヒーター13が深底部19内でシールヘッド11とシールトップ12との間に保持される。
 深底部19の高さ寸法H1は、ヒーター13の厚さH2と、シールヘッド11の深底部19の底面に設けられた第2保護層17の厚さH3、とを加算した寸法(H2+H3)とほぼ同等に設定されている。従って、図5及び図6にも示すように、ヒーター13は、上下方向に関して実質的に隙間なく深底部19内に収容配置されており、ヒーター13の上下両面が第1,第2保護層16,17に実質的に接触している状態(わずかな隙間を介して対向している状態を含む)に保持される。なお、ヒーター13との隙間をより確実に埋めるように、必要に応じて保護層16,17の表面に更にサーマルジョイントを塗布するようにしても良い。
 深底部19の幅寸法は、ヒーター13の幅寸法よりわずかに大きく設定されている。従って、ヒーター13の両側には、深底部19の両側面との間に、ヒーター13の幅方向の膨張・伸縮を許容・吸収する僅かな間隙22が確保されている。
 シールトップ12の幅寸法は、深底部19よりも大きく、かつ、浅底部18よりも小さく設定されている。従って、シールトップ12は、深底部19に入り込むことなく、浅底部18の底面上に載置され、このシールトップ12の下面がヒーター13の上方を覆う構造となっている。
 シールトップ12は、シールヘッド11の幅方向両側に設けられた保持機構23によって、シールヘッド11上に着脱可能に保持・固定される。この保持機構23は、板状の基部25の上端にほぼ直角に折れ曲がる爪部26が折曲形成されたL字状をなす保持部材24と、この保持部材24の基部25の下端部をシールヘッド11に固定する固定具としてのボルト27と、を有している。
 保持部材24は、適度な可撓性を有する金属材料もしくは合成樹脂材料により一体的に形成されている。基部25はボルト27によってシールヘッド11の側面に沿って上下方向に延在する形で、シールトップ12の幅方向に沿うボルト締結方向F1に締結・固定される。爪部26は、基部25の上端よりボルト締結方向F1と同方向に延在し、その先端がシールヘッド11の幅方向の両側面に凹設された溝部28に嵌合するようになっている。
 なお、図7に示すように、基部25には、ボルト27が挿通する貫通孔29が貫通形成され、シールヘッド11の幅方向の両側面には、ボルト27が螺合するねじ孔30が形成されている。また、シールヘッド11の幅方向両側の上端部には、爪部26との干渉を回避するための切欠溝31が形成されている。
 図8は、互いに嵌合する爪部26と溝部28とを模式的に示している。図8(A)に示すように、爪部26の先端部は、先端へ向かうに従って下面側が上方へ傾斜して先細りするテーパ形状となっており、その下面側には、ボルト締結方向F1へ向かうに従って上方へ傾斜する傾斜面部32(第2の傾斜面)が形成されている。この傾斜面部32と対応するように、溝部28の下面側にも、ボルト締結方向F1へ向かうに従って上方へ傾斜するテーパ形状の傾斜面部33が形成されている。両傾斜部32,33は、互いに面接触するようにほぼ同じ角度で傾斜する傾斜面となっている。また、溝部28の上下寸法L1は、爪部26の上下寸法L2よりも十分に大きく(例えば2倍以上に)設定されている。従って、溝部28の傾斜面部33は爪部26の傾斜面部32よりも大きいものとなっている。
 ボルト27により保持部材24をシールヘッド11のねじ孔30に締め付けていくと、爪部26が溝部28に向かってボルト締結方向F1へ移動していき、先ず、図8(B)に示すように、爪部26の傾斜面部32が溝部28の傾斜面部33の下側部分に接触する。このとき、未だボルト27は完全に締め付けられておらず、ボルト締結方向F1へある程度移動する余地が残されている。
 その後、更にボルト27を締め付けていくと、図8(C)に示すように、爪部26の先端がボルト締結方向F1に押し込まれて、保持部材24の撓み変形を伴いつつ溝部28内に入り込んでいく。この際、爪部の傾斜面部32が溝部28の傾斜面部33の上を斜め上方に上っていく形で摺動し、このときの傾斜面部32,33の傾斜によって、保持部材24からシールトップ12に下向きの力が作用し、シールトップ12がその下方のシールヘッド11側に押し付けられる。これによって、シールトップ12がシールヘッド11の深底部19の底面上に後述のシム21を介して押し付けられて固定される。
 なお、爪部26の先端形状は必ずしも傾斜面部32を有するものである必要はなく、例えば図8(A)の破線32Aで示すように、爪部26の先端形状が傾斜面部32のない矩形の形状の場合であっても、溝部の傾斜面部33により下向きの力は得られる。
 再び図6を参照して、シールトップ12の底面と浅底部18の底面との間には、隙調整部材として、適宜枚数の薄板状のシム21が介装されている。このシム21の厚さや枚数を調整することにより、シールヘッド11に対するシールトップ12の高さ位置を調整可能となっている。なお、図5及び図7等ではシム21を省略して描いている。また、シールトップ12の高さを低くすることも可能なように、調整前に予め複数(図示の例では2枚)のシム21が介装されている。
 このようなシム21による高さの変動を考慮して、保持機構23にあっては、溝部28の開口部分の上下寸法L1が爪部26の上下寸法L2よりも十分に大きく(例えば2倍以上に)設定されているとともに、溝部28のボルト軸方向F1の深さも十分に大きく設定されている。このため、シム21による高さの調整にかかわらず、爪部26を溝部28内に良好に入り込ませていくことができるとともに、ボルト締結時に爪部26の先端を大きく開いた溝部28の開口部から溝部28内に確実に入り込ませることができる。
 シールトップ12の幅方向の両側に配置されるシム21の厚さや枚数を異ならせることで、シールトップ12の高さを幅方向で異ならせる、つまり幅方向に傾けることが可能である。また、シールトップ12の長手方向の一側にのみシム21を配置することで、シールトップの高さを長手方向で異ならせる、つまり長手方向に傾けることも可能である。従って、設備の各部の寸法精度の誤差やばらつきや、型の加工精度によるばらつき等によって、対象物の上下に配置されたヒートシーラー10のプレス面12aが長手方向や幅方向に傾斜しているような場合であっても、このような傾斜を含めたシールトップ12の位置調整を行うことが可能となり、対象物であるラミネートフィルム外装体4の封止厚みを精度良く均一にすることができる。
 図9は、比較例に係るシールトップの保持構造を示している。ヒーター13Hを挟んでシールトップ12Hをシールヘッド11Hの上に下方向に押し付けて固定する構造としては、一般的には図9に示す比較例のように、この下方向をボルト27Hの締結方向F2として両者を共締め固定することが考えられる。しかしながら、この場合、シールトップ12Hに、シールヘッド11H側のボルトボス部34とともに共締め固定されるボルト挿通用のフランジ35などを設ける必要があり、シールトップ12Hが大型で複雑な形状となる。このため、加圧に対する剛性の確保が難しく、また、大型化により熱容量が増加し、熱エネルギーの損失が大きくなる。
 このような比較例に対し、本実施例のシールトップ12の保持構造では、ボルト締結方向F1をシールトップ12の幅方向とし、爪部26と溝部28との嵌合部分に設定した傾斜面部33,34によって下方向の力を作用させる構造としたので、シールヘッド11の形状を、側面に溝部28が設けられることを除き、極めてシンプルなほぼ直方体の形状とすることができる。このため、剛性・強度の向上を図りつつ、その体積を少なくして熱容量を低下させることで、ヒーター13による加温時間や加温エネルギーを抑制することができる。
 以上のように本実施例では、シールヘッド11とシールトップ12との間にヒーター13を介在するとともに、シールヘッド11の深底部19に収容配置されたヒーター13に直接的に圧力が作用しない構造としているために、ヒーター13の耐久性・寿命を向上することができる。
 また、第1保護層16と第2保護層17によりヒーター13の上下両面を覆い、ヒーター13がシールヘッド11やシールトップ12に直接的に接触せずに、摩擦係数の低い保護層16,17に接するように構成している。従って、加温によりヒーター13が膨張・収縮したときに、ヒーター13がシールトップ12やシールヘッド11と直接的に摺動することがなく、この摺動によるヒーター13の擦れを防止することができる。この結果、ヒーター13の耐久性が更に向上し、基本的にヒーター13の交換を不要とすることが可能となる。
 ここで、仮に保護層16,17とヒーター13との間にある程度の空間が存在していると、ヒーター13の加熱によりこの空間部分が空焚き状態となって、その周辺の温度が過度に高くなり、表面が白く濁る、いわゆる白化現象を招くおそれがある。本実施例では、保護層16,17とヒーター13との間に空間が生じることのないように両者を実質的に接触した状態としたために、上記の空焚きに起因する白化現象の発生を抑制することができる。
 更に、第2保護層17の厚さを厚くして、熱伝導率を相対的に低くすることによって、ヒーター13からシールヘッド11への伝熱を抑制する一方、第1保護層16の厚さを薄くして、熱伝導率を相対的に高くすることによって、ヒーター13からシールトップ12への伝熱を促進し、シールトップ12の加温を効率よく行うことができる。
 なお、第1保護層16と第2保護層17の材質を変えることで、両者の熱伝導率に差を持たせるようにしても良い。つまり、第1保護層16を熱伝導率の高い材質とし、第2保護層17を熱伝導率の低い材質としても良い。
 また、第1保護層16をシールトップ12の表面の全面にコーティングしているために、プレス面12aにも第1保護層16が設けられることとなり、熱溶着の対象物であるラミネートフィルム4a,4bとの貼り付きを防止する効果も併せて得ることができる。
 更に、シールトップ12がステンレス鋼等の金属製であるために、溶着時に熱を伝え易く、また、熱膨張も少ないので、溶着品質が安定する。
 仮にシールトップを省略し、ヒーター(もしくはヒーターをシールヘッドに貼り付けるガラステープ)を直接的に対象物であるラミネートフィルムに押し付ける構造とした場合、プレス面の両側に適宜な曲率半径の面取り部を設けることが困難であり、ラミネートフィルムを傷つけるおそれがある。本実施例では、ヒーター13に比して幅広で厚肉な金属製のシールトップ12をヒーター13の上に設け、このシールトップ12にプレス面12aを設けているために、このプレス面12aの両側縁部に所定の曲率半径の面取り部14を加工により容易に形成することが可能である。
 そしてヒーター13と金属製のシールトップ12の間に介在する第1保護層16によって、両者の絶縁性を確保できるので、感電を招くことなく、通電により安全かつ確実にシールトップ12を昇温させることができる。
 以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では保護層16,17をコーティング処理により形成しているが、保護層を設ける方法としてはこれに限らず、例えばシールヘッド11やシールトップ12とは別体の薄い保護層をヒーター13との間に介装させるようにしても良い。
 また上記実施例では、同じ構造の上下一対のヒートシーラーに本発明を適用しているが、上下のヒートシーラーを異なる構造のものとし、一方のヒートシーラーにのみ本発明を適用することもできる。

Claims (4)

  1.  シールヘッドと、
     このシールヘッド上に支持され、上面に対象物をプレスするプレス面を有するシールトップと、
     上記シールヘッドの上面と上記シールトップの下面との間に介在し、電流の通電により発熱して上記シールトップを加温する薄板状のヒーターと、を備え、
     加温したシールトップによるプレスにより対象物を溶融することで溶着を行うヒートシーラーにおいて、
     上記シールトップと上記ヒーターとの間に介在し、上記ヒーターの上面と接する第1の保護層と、
     上記ヒーターと上記シールヘッドとの間に介在し、上記ヒーターの下面と接する第2の保護層と、
    を有するヒートシーラー。
  2.  上記第2の保護層は、上記第1の保護層よりも熱伝導率が低い請求項1に記載のヒートシーラー。
  3.  上記シールトップが金属製であり、
     上記第1の保護層及び第2の保護層が絶縁性を有する請求項1又は2に記載のヒートシーラー。
  4.  上記第2の保護層は、上記第1の保護層よりも厚さが厚い請求項1~3のいずれかに記載のヒートシーラー。
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