WO2020105506A1 - 端子付きケース部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
気密性に優れた端子付きケース部材を提供する。端子付きケース部材(1)は、電子部品(100)を収容するケース本体(1a)又は該ケース本体(1a)に取り付けられるケース蓋(1b)を構成するケース部材(10)に、外部機器と電気的に接続される外部端子(20)が固定されてなる。端子付きケース部材(1)は、基材(11)、外部端子(20)、封止部材(30)、端子接着層(40)を備える。基材(11)は金属製であって、ケース部材(10)を構成している。外部端子(20)は基材(11)に形成された貫通孔(12)に挿通されている。封止部材(30)は第1の樹脂材料からなり、貫通孔(12)における外部端子(20)と基材(11)との隙間(13)を封止している。外部端子(20)と封止部材(30)とは、第1の樹脂材料よりも外部端子(20)への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層(40)を介して互いに接合されている。
Description
本発明は、端子付きケース部材及びその製造方法に関する。
従来、電解液を内部に有するキャパシタやリチウムイオン電池などにおいて、そのケースとして外部機器と電気的に接続するための外部端子を設けてなる端子付きケース部材が使用されている。そして、かかるケース部材では、ケース内の気密性を維持するために、外部端子とケース部材との隙間を樹脂製の封止部材で封止している。そして、金属製のケース部材を使用する場合には、当該封止部材を樹脂製とすることによりケース部材と外部端子と間の絶縁性も確保している。
ところが、外部端子は通常、金属製であるため、樹脂製の封止部材と金属製の外部端子との間で十分な密着性が得られない場合がある。密着性が低い場合には、両者間の気密性が低下して、ケース内の気密性を維持できなくなる恐れがある。そこで、特許文献1に開示の構成では、リチウムイオン二次電池の角型ケースの蓋において、外部端子の外表面を櫛状に切り欠いて凹凸を設けるとともに封止部材がこの凹凸に入り込むようにして、外部端子と封止部材との密着性を高めている。
しかしながら、特許文献1に開示の構成では、封止部材として、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ペルフオロアルコキシフッ素(PFA)樹脂などを採用しており、封止部材を構成する樹脂材料自体が金属製の外部端子への密着性が比較的低い。そのため、上述のごとく外部端子に凹凸を設けたとしても、必ずしも十分な気密性が得られるとは限らず、改善の余地がある。また、外部端子の表面に微細な凹凸を設けて粗面化して、密着性を高めることも考えられるが、封止部材を構成する樹脂材料によっては、十分な密着性が得られない場合がある。特に封止部材を構成する樹脂材料として、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックを採用した場合には、かかる傾向が顕著となる。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、気密性に優れた端子付きケース部材を提供しようとするものである。
本発明の一の態様は、電子部品を収容するケース本体又は該ケース本体に取り付けられるケース蓋を構成するケース部材に、外部機器と電気的に接続される外部端子が固定されてなる端子付きケース部材であって、
上記ケース部材を構成する金属製の基材と、
上記基材に形成された貫通孔に挿通されている金属製の外部端子と、
上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間を封止する第1の樹脂材料からなる封止部材と、
を備え、
上記外部端子と上記封止部材とは、上記第1の樹脂材料よりも上記外部端子への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層を介して互いに接合されており、
上記第1の樹脂材料は、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックであり、
上記第2の樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂である、端子付きケース部材にある。
上記ケース部材を構成する金属製の基材と、
上記基材に形成された貫通孔に挿通されている金属製の外部端子と、
上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間を封止する第1の樹脂材料からなる封止部材と、
を備え、
上記外部端子と上記封止部材とは、上記第1の樹脂材料よりも上記外部端子への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層を介して互いに接合されており、
上記第1の樹脂材料は、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックであり、
上記第2の樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂である、端子付きケース部材にある。
上記端子付きケース部材によれば、封止部材と外部端子とは端子接着層を介して互いに接合されており、端子接着層を構成する第2の樹脂材料は封止部材を構成する第1の封止部材よりも外部端子への密着性が高い。そのため、端子接着層を備えない場合に比べて、外部端子と封止部材と間の密着性を高めることができるため、外部端子と基材との間の気密性を十分確保することができる。
以上のごとく、本発明によれば、気密性に優れた端子付きケース部材を提供することができる。
上記第1の樹脂材料は、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックであり、上記第2の樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂である。このように、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックを第1の樹脂材料とすることにより、封止部材の絶縁性、耐熱性、耐薬品性、機械特性を向上できる。第2の樹脂材料として採用したエポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂は、熱溶融されたエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックと濡れ性がよく互いになじみやすく、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックに対して親和性及び相溶性の高い表面特性を有する。また、これらの材料は耐熱性に優れるため、成型時に熱溶融したエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックによる熱劣化も生じにくい。従って、第1の樹脂材料及び第2の樹脂材料を上述のごとく採用することにより、端子接着層と金属製の外部端子との間及び封止部材と端子接着層との間に十分な密着性が得られる。また、封止部材と端子接着層とは樹脂同士のため互いに十分な密着性が得られる。その結果、外部端子と基材との間の気密性を一層向上させることができる。
なお、本明細書では、エンジニアリングプラスチックとは、耐熱温度が100℃以上であって、いわゆる汎用プラスチックよりも引張強度及び弾性率が優れた樹脂材料を指す。また、スーパーエンジニアリングプラスチックとは、エンジニアリングプラスチックのうち耐熱温度が150℃以上の樹脂材料を指す。
上記端子接着層は電着塗装被膜からなることが好ましい。電着塗装は、水溶性の電着塗装用塗料を入れた浴中に、導体である被塗物を浸漬し、被塗物と対向電極との間に電圧を印加し、電流を流すことにより被塗物の表面に均一な水不溶性の塗膜を形成し、これを焼付乾燥することにより、被塗物の表面に強固な高分子薄膜を形成する技術である。そして、電着塗装によれば、被塗物が金属などの導電体であれば、複雑な形状であってもその表面に均一な樹脂製の薄膜を形成することができる。従って、上記端子接着層が電着塗装被膜からなることにより、外部端子が複雑な形状であっても端子接着層を均一な膜厚にすることができる。また、端子接着層を強固な樹脂被膜にして耐熱性に優れたものとすることができる。その結果、封止部材を形成する際の溶融熱による端子接着層の熱劣化を防止することができ、一層気密性に優れる。
上記端子接着層の厚さは、10~80μmの範囲内であることが好ましい。この場合には、端子接着層が外部端子及び封止部材の両方に対して十分な密着性を有することができ、外部端子と基材との間の気密性を一層向上させることができる。
上記外部端子の外周面には凹部又は貫通孔が形成されており、上記端子接着層の一部が上記凹部又は上記貫通孔に入り込んでいるとともに、上記封止部材の一部が上記凹部又は上記貫通孔に入り込んだ上記端子接着層の上記一部と接合されていることが好ましい。この場合は、外部端子に対する端子接着層と密着性が向上するため、外部端子と基材との間の気密性が一層向上する。
上記基材と上記封止部材との間には、上記第1の樹脂材料よりも上記基材への密着性が高い第3の樹脂材料からなる基材接着層が介在している。この場合には、基材接着層を介して封止部材と基材との間の気密性が向上する。
本発明の他の態様は、端子付きケース部材の製造方法であって、
上記貫通孔を有する上記基材を準備する準備工程と、
上記外部端子に上記端子接着層を形成する端子接着層形成工程と、
上記外部端子を上記貫通孔に挿通させた状態で、上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間に上記第1の樹脂材料を充填して上記封止部材を形成し、上記端子接着層を介して上記外部端子と上記封止部材とを互いに接合させて上記隙間を封止する封止工程と、
を含む、端子付きケース部材の製造方法にある。
かかる製造方法によれば、上述のごとく、気密性に優れた端子付きケース部材を製造することができる。
上記貫通孔を有する上記基材を準備する準備工程と、
上記外部端子に上記端子接着層を形成する端子接着層形成工程と、
上記外部端子を上記貫通孔に挿通させた状態で、上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間に上記第1の樹脂材料を充填して上記封止部材を形成し、上記端子接着層を介して上記外部端子と上記封止部材とを互いに接合させて上記隙間を封止する封止工程と、
を含む、端子付きケース部材の製造方法にある。
かかる製造方法によれば、上述のごとく、気密性に優れた端子付きケース部材を製造することができる。
上記端子接着層形成工程では、電着塗装により上記外部端子に上記端子接着層を形成することが好ましい。この場合は、電着塗装により端子接着層を強固な薄膜に形成し、熱劣化しにくくすることができ、気密性に優れた端子付きケース部材を製造することができる。さらに、端子接着層の形成材料の付き回り性が良いため、端子接着層を形成しようとする所望の領域における塗り残しの発生が防止されるとともに、形成材料の垂れが生じにくいため均一な樹脂被膜を形成することができる。その結果、端子接着層の形成の管理が容易となる。
上記封止工程では、インサート成形により、上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間に、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる上記第1の樹脂材料を充填して上記封止部材を形成することができる。従来、金属とエンジニアリングプラスチックのインサート成形時に、それらの接合のために予め金属表面に接着層として樹脂層を形成すること、いわゆるプライマーや下塗りを適用することはほとんど行われていない。しかしながら、端子接着層を電着塗装により強固な薄膜に形成して熱劣化しにくくすることにより、上述のごとく、インサート成形により、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる第1の樹脂材料を上記隙間に充填して封止部材を形成することができる。その結果、封止部材により上記隙間を確実に封止して、一層気密性に優れた端子付きケース部材を製造することができる。
上記端子接着層形成工程では、電着塗装によって、熱硬化性のエポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂からなる上記第2の樹脂材料を上記外部端子に付着させて上記第2の樹脂材料の硬化温度未満の温度環境で乾燥して半硬化状態の上記端子接着層を形成し、上記封止工程では、上記半硬化させた上記端子接着層が上記貫通孔内に位置するように、上記外部端子を上記貫通孔内に挿通して、加熱溶融したエンジニアリングプラスチックからなる上記第1の樹脂材料を上記隙間に充填して、上記第1の樹脂材料に上記第2の樹脂材料の一部を相溶させて、上記第2の樹脂材料の硬化温度以上に加熱して上記樹脂被膜を完全に硬化させることが好ましい。この場合には、端子接着層と封止部材とを強固に密着した状態にすることができるため、基材と外部端子との間の気密性を一層向上することができる。さらに、端子接着層と封止部材との間に両樹脂材料が相溶してなる端子側相溶層が形成される。当該端子側相溶層により、金属製の外部端子と樹脂製の封止部材との間の熱膨張収縮差に起因する応力を緩和することができるため、温度変化に伴う気密性の低下を抑制できる。
(実施例1)
上記端子付きケース部材の実施例について、図1~5を用いて以下に説明する。
図1に示すように、実施例1の端子付きケース部材1は、電子部品100を収容するケース本体1a又は該ケース本体1aに取り付けられるケース蓋1bを構成するケース部材10に、外部機器と電気的に接続される外部端子20が固定されてなる。
端子付きケース部材1は、図2に示すように、基材11、外部端子20及び封止部材30を備える。
基材11は金属製であって、ケース部材10を構成している。
外部端子20は、基材11に形成された貫通孔12に挿通されている。
封止部材30は第1の樹脂材料からなり、貫通孔12における外部端子20と基材11との隙間13を封止している。
外部端子20と封止部材30とは、第1の樹脂材料よりも外部端子20への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層40を介して、互いに接合されている。
上記端子付きケース部材の実施例について、図1~5を用いて以下に説明する。
図1に示すように、実施例1の端子付きケース部材1は、電子部品100を収容するケース本体1a又は該ケース本体1aに取り付けられるケース蓋1bを構成するケース部材10に、外部機器と電気的に接続される外部端子20が固定されてなる。
端子付きケース部材1は、図2に示すように、基材11、外部端子20及び封止部材30を備える。
基材11は金属製であって、ケース部材10を構成している。
外部端子20は、基材11に形成された貫通孔12に挿通されている。
封止部材30は第1の樹脂材料からなり、貫通孔12における外部端子20と基材11との隙間13を封止している。
外部端子20と封止部材30とは、第1の樹脂材料よりも外部端子20への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層40を介して、互いに接合されている。
以下、実施例1の端子付きケース部材1について詳述する。
図1に示すように、ケース本体1aは電子部品100を収容しており、ケース本体1aの開口部にケース蓋1bが取り付けられている。そして、本例では、ケース蓋1bをケース部材10として、当該ケース部材10に後述の外部端子20を取り付けている。本例では、電子部品100は電極体であって、ケース本体1aの開口部がケース蓋1bにより封止された状態でケース内部に電解液が充填されて二次電池が構成されている。
図1に示すように、ケース本体1aは電子部品100を収容しており、ケース本体1aの開口部にケース蓋1bが取り付けられている。そして、本例では、ケース蓋1bをケース部材10として、当該ケース部材10に後述の外部端子20を取り付けている。本例では、電子部品100は電極体であって、ケース本体1aの開口部がケース蓋1bにより封止された状態でケース内部に電解液が充填されて二次電池が構成されている。
図2に示すように、ケース部材10を構成する金属製の基材11には2つの貫通孔12と、安全弁15とが設けられている。本例では、基材11はアルミニウム合金製である。そして、貫通孔12には外部端子20が挿通されている。外部端子20は金属製であって、銅製、アルミニウム合金製などとすることができ、本例では銅製である。また、本例では外部端子20は円柱形をなしている。外部端子20において、ケース本体1a内に位置することとなる下端には、電子部品100に接続される集電体25が溶接されている。
図3に示すように、外部端子20の外表面には、貫通孔12内に位置する部位を含む軸方向Yの中央領域には、端子接着層40が設けられている。端子接着層40は、電着塗装により形成された樹脂被膜である。端子接着層40を構成する樹脂材料(第2の樹脂材料)は、後述する封止部材30を構成する第1の樹脂材料よりも、外部端子20への密着性が高いものが採用される。例えば、端子接着層40を構成する樹脂材料(第2の樹脂材料)として、カチオン電着塗料である熱硬化性のエポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂を採用することができ、本例では、熱硬化性のエポキシ樹脂を採用している。端子接着層40の平均厚さは、10~80μmの範囲内とすることができ、好ましくは20~50μmの範囲内であり、本例では平均厚さを30μmとしている。端子接着層40の平均厚さが10μm未満である場合は、端子表面の微細な凹凸等に起因して、端子接着層40が薄すぎるなどの塗りむらが生じたり、端子接着層40が形成されない塗り残しが生じたりするため好ましくない。また、端子接着層40の平均厚さが80μmを超える場合は、層形成に過度の時間がかかるおそれがあり現実的でない。
本例では、図3に示すように、基材11における貫通孔12の壁面12aと、基材11の表側面111における貫通孔12の周辺領域と、基材11の裏側面112における貫通孔12の周辺領域とに亘る領域に、基材接着層50が形成されている。本例では、基材接着層50は、端子接着層40と同様に、電着塗装により形成された樹脂被膜であって、端子接着層40と同様の構成を有している。
図3に示すように、貫通孔12において、基材11と外部端子20との隙間13は封止部材30により封止されている。そして、外部端子20と封止部材30との間には端子接着層40が介在しており、端子接着層40を介して外部端子20と封止部材30とが互いに接合されている。また、基材11と封止部材30との間には基材接着層50が介在しており、基材11と封止部材30とが互いに接合されている。
封止部材30を構成する樹脂材料(第1の樹脂材料)としては、後述するインサート成形が可能なように熱可塑性の樹脂材料であることが好ましく、インサート成形時に高温に曝されることに鑑みて、耐熱温度が150℃以上であることが好ましい。また、第1の樹脂材料と第2の樹脂材料との相溶性及び接着性を確保する観点から、両者の溶解性パラメータ(SP値)を近い値とすることが好ましい。例えば、第2の樹脂材料としてSP値11程度のエポキシ樹脂や、SP値13.6程度のポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂などを採用する場合を考慮して、第1の樹脂材料として溶解性パラメータ(SP値)が9.5~15の範囲内のものを採用とすることができる。
例えば、第1の樹脂材料としては、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂などのエンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリアミド・イミド(PAI)樹脂などのスーパーエンジニアリングプラスチックを採用することができ、本例では、PPS樹脂を採用している。
本例では、図4に示すように、端子接着層40と封止部材30との間には、両者の樹脂材料が互いに相溶してなる端子側相溶層45が形成されている。また、基材接着層50と封止部材30との間には、両者の樹脂材料が互いに相溶してなる基材側相溶層55が形成されている。なお、端子側相溶層45と封止部材30及び端子接着層40との境界は実際には不明瞭となっている。同様に、基材側相溶層55と封止部材30及び基材接着層50との境界も実際には不明瞭となっている。
以下に、本例の端子付きケース部材1の製造方法について説明する。
まず、図5(a)に示す準備工程S1を行う。準備工程S1では、貫通孔12を有する基材11を用意する貫通孔12は、外部端子20が遊嵌可能なように外部端子20の径よりも大きく形成される。
まず、図5(a)に示す準備工程S1を行う。準備工程S1では、貫通孔12を有する基材11を用意する貫通孔12は、外部端子20が遊嵌可能なように外部端子20の径よりも大きく形成される。
次に、図5(b)に示す端子接着層形成工程S2を行う。端子接着層形成工程S2では、外部端子20に端子接着層40を形成する。本例の端子接着層形成工程S2では、電着塗装により、水溶性化された熱硬化性のポリエポキシ樹脂からなる樹脂被膜を形成して端子接着層40を形成する。なお、外部端子20において、貫通孔12内に位置する領域とその周辺領域とに端子接着層40が形成されるように、これら以外の両端領域にはマスキングを施して電着塗装を行う。本例では、端子接着層形成工程S2において、電着塗装によって、熱硬化性のエポキシ樹脂を外部端子20に付着させて当該エポキシ樹脂の硬化温度未満の温度環境で乾燥して半硬化状態の端子接着層40を形成する。
本例における端子接着層形成工程S2での電着塗装は以下のように行う。まず、外部端子20の表面に対して洗浄及び脱脂を行う。その後、20%の固形分濃度のカチオン型エポキシ樹脂系電着塗料(株式会社日本ペイント社製、型番インシュリード3030)を満たした電着塗装用の浴槽中に上記洗浄及び脱脂後の外部端子20を浸漬し、印加電圧200Vで3分間通電させる。その後、外部端子20を浴槽から取り出して水洗いし、130℃の乾燥炉で20分乾燥させる。これにより、平均厚さ50μmの半硬化状態のエポキシ樹脂被膜からなる端子接着層40を形成することができる。
また、本例では、図5(c)に示す基材接着層形成工程S3を行う。基材接着層形成工程S3では、基材11における貫通孔12の壁面と、基材11の表側面111における貫通孔12の周辺領域と、基材11の裏側面112における貫通孔12の周辺領域とに基材接着層50を形成する。基材接着層形成工程S3は端子接着層形成工程S2と同様に電着塗装により行う。
その後、図5(d)及び図5(e)に示す封止工程S4を行う。封止工程S4では、図5(d)に示すように外部端子20を貫通孔12に挿通させた状態で、図5(e)に示すように貫通孔12における外部端子20と基材11との隙間13をPPS樹脂からなる封止部材30で封止する。封止部材30の形成はインサート成形により行う。本例では、半硬化状態のエポキシ樹脂被膜からなる端子接着層40が設けられた外部端子20を、基材11の貫通孔12に挿通した状態で、図示しないインサート成形用金型にセットした後、330℃に加熱して溶融させたPPS樹脂をインサート成形用金型に流し込んで、図5(e)に示すように隙間13に充填して隙間13を封止して封止部材30を形成する。これにより、封止部材30と外部端子20との間に端子接着層40を介在させて端子接着層40を介して封止部材30と外部端子20とを互いに接合させるとともに、封止部材30と基材11との間に基材接着層50を介在させて封止部材30と基材11とを互いに接合させる。その後、外部端子20に集電体25を溶接して、図2に示す端子付きケース部材1が形成される。
本例では、上述のインサート成形により、図4に示す端子接着層40と封止部材30との間に両者の形成材料が互いに相溶してなる端子側相溶層45と、基材接着層50と封止部材30との間に両者の形成材料が互いに相溶してなる基材側相溶層55とが形成される。
次に、本例の端子付きケース部材1における作用効果について、詳述する。
本例の端子付きケース部材1によれば、外部端子20と封止部材30とは端子接着層40を介して互いに接合されており、端子接着層40を構成する第2の樹脂材料は封止部材30を構成する第1の封止部材よりも外部端子20への密着性が高い。そのため、端子接着層40を備えない場合に比べて、外部端子20と封止部材30と間の密着性を高めることができるため、外部端子20と基材11との間の気密性を十分確保することができる。
本例の端子付きケース部材1によれば、外部端子20と封止部材30とは端子接着層40を介して互いに接合されており、端子接着層40を構成する第2の樹脂材料は封止部材30を構成する第1の封止部材よりも外部端子20への密着性が高い。そのため、端子接着層40を備えない場合に比べて、外部端子20と封止部材30と間の密着性を高めることができるため、外部端子20と基材11との間の気密性を十分確保することができる。
また、本例では、封止部材30の形成材料である第1の樹脂材料としてエンジニアリングプラスチックを採用し、端子接着層40の形成材料である第2の樹脂材料としてエポキシ樹脂としている。これにより、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックを第1の樹脂材料とすることにより、封止部材30の絶縁性、耐熱性、耐薬品性、機械特性を向上できる。そして、第2の樹脂材料として採用したエポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂は、熱溶融されたエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックと濡れ性がよく互いになじみやすく、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックに対して親和性及び相溶性の高い表面特性を有する。また、これらの材料は耐熱性に優れるため、成型時に熱溶融したエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックによる熱劣化も生じにくい。従って、第1の樹脂材料及び第2の樹脂材料を上述のごとく採用することにより、端子接着層40と金属製の外部端子20との間及び封止部材30と端子接着層40との間に十分な密着性が得られる。また、封止部材30と端子接着層40とは樹脂同士のために互いに十分な密着性が得られる。その結果、外部端子20と基材11との間の気密性を一層向上させることができる。
また、本例では、端子接着層40は電着塗装被膜からなる。これにより、外部端子20が複雑な形状であっても端子接着層40は均一な膜厚にすることができる。また、端子接着層40を強固な樹脂被膜にして耐熱性に優れたものとすることができる。その結果、封止部材30を形成する際の溶融熱による端子接着層40の熱劣化を防止することができ、一層気密性に優れる。特に封止部材30の形成材料である第1の樹脂材料としてスーパーエンジニアリングプラスチックを採用した場合には、スーパーエンジニアリングプラスチックの耐熱性が150℃以上と高いため、端子接着層40を耐熱性に優れた電着塗装被膜とすることにより、スーパーエンジニアリングプラスチックの溶融熱による熱劣化を効果的に防止することができる。
また、本例では、端子接着層40の厚さは、10~80μmの範囲内であって、30μmとしている。これにより、端子接着層40が外部端子20及び封止部材30の両方に対して十分な密着性を有することができ、外部端子20と基材11との間の気密性を一層向上させることができる。
また、本例では、基材11と封止部材30とは、第1の樹脂材料よりも外部端子20への密着性が高い第3の樹脂材料からなる基材接着層50を介して互いに接合されている、これにより、基材接着層50を介して封止部材30と基材11との間の気密性が向上する。なお、本例では、基材接着層50を形成する第3の樹脂材料は、端子接着層40の形成材料(第2の樹脂材料)と同一である。さらに、本例では、基材接着層50と封止部材30との間に両樹脂材料が相溶してなる基材側相溶層55が形成される。基材側相溶層55により、金属製の基材11と樹脂製の封止部材30との間の熱膨張収縮差に起因する応力を緩和することができるため、温度変化に伴う封止部材30と基材11との間の気密性の低下を抑制できる。
本例における端子付きケース部材1の製造方法は、貫通孔12を有する基材11を準備する準備工程S1と、外部端子20に端子接着層40を形成する端子接着層形成工程S2と、外部端子20を貫通孔12に挿通させた状態で、貫通孔12における外部端子20と基材11との隙間13に封止部材30を充填し、端子接着層40を介して封止部材30と外部端子20とを互いに接合させて隙間13を封止する封止工程S4とを含む。かかる製造方法によれば、上述のごとく、気密性に優れた端子付きケース部材1を製造することができる。
また、本例では、端子接着層形成工程S2において、電着塗装により外部端子20に端子接着層40を形成する。これにより、電着塗装により端子接着層40を強固な薄膜に形成し、熱劣化しにくくすることができ、気密性に優れた端子付きケース部材1を製造することができる。さらに、電着塗装は端子接着層40の形成材料の付き回り性が良いため、端子接着層40を形成しようとする所望の領域における塗り残しの発生が防止されるとともに、形成材料の垂れが生じにくいため均一な被膜を形成することができる。その結果、端子接着層40の形成の管理が容易となる。
また、本例では、封止工程S4では、インサート成形により、貫通孔12における外部端子20と基材11との隙間に、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる第1の樹脂材料を充填して封止部材30を形成している。そして、本例では、端子接着層40を電着塗装により強固な薄膜に形成して熱劣化しにくくしているため、上述のごとく、インサート成形により、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる第1の樹脂材料を隙間13に充填して封止部材30を形成することができる。その結果、封止部材30により隙間13を確実に封止して、一層気密性に優れた端子付きケース部材1を製造することができる。
また、本例では、端子接着層形成工程S2において、電着塗装によって熱硬化性のエポキシ樹脂からなる第2の樹脂材料を外部端子20に付着させて上記第2の樹脂材料の硬化温度未満の温度環境で乾燥して半硬化状態の端子接着層40を形成する。そして、封止工程S4では、外部端子20を貫通孔12内に挿通して端子接着層40を貫通孔12内に位置させて、エンジニアリングプラスチックからなる第1の樹脂材料を加熱溶融して隙間13に充填して、第1の樹脂材料と第2の樹脂材料の一部とを相溶させて、第2の樹脂材料の硬化温度以上に加熱して端子接着層40を完全に硬化させる。これにより、端子接着層40と封止部材30とを強固に密着した状態にすることができるため、封止部材30と外部端子20との間の気密性を一層向上することができる。さらに、端子接着層40と封止部材30との間に両樹脂材料が相溶してなる端子側相溶層45が形成される。端子側相溶層45により、金属製の外部端子20と樹脂製の封止部材30との間の熱膨張収縮差に起因する応力を緩和することができるため、温度変化に伴う封止部材30と外部端子20との間の気密性の低下を抑制できる。
なお、本例の外部端子20に替えて、図6に示す変形例1のように、外部端子20の外周面には凹部21が形成されており、端子接着層40の一部46が凹部21に入り込んでいるとともに、封止部材30の一部35が、凹部21に入り込んだ端子接着層40の一部46と接合されている構成としてもよい。当該変形例1によれば、端子接着層40と外部端子20との密着性を高めることができ、封止部材30と外部端子20との間の気密性が一層向上する。
また、本例の外部端子20に替えて、図7(a)、図7(b)に示す変形例2のように、外部端子20には端子貫通孔22が形成されており、端子接着層40の一部46が端子貫通孔22に入り込んでいるとともに、封止部材30の一部35が、端子貫通孔22に入り込んだ端子接着層40の一部46と接合されている構成としてもよい。当該変形例2によっても、端子接着層40と外部端子20との密着性を高めることができるとともに、端子接着層40と封止部材30との密着性を高めることができ、封止部材30と外部端子20との間の気密性が一層向上する。
なお、本例では、ケース部材10としてケース蓋1bを採用し、ケース蓋1bに外部端子20を設けたが、これに替えて、図8に示す変形例3のように、ケース部材10としてケース本体1aを採用し、ケース本体1aに外部端子20を設けてもよい。なお、変形例3において、ケース本体1aは扁平状の箱型をなしており、長手面側に開口部を有する。そして、外部端子20は開口部に隣接する側壁に設けられている。なお、当該開口部は図示しないケース蓋により覆われて封止可能に構成されている。当該変形例3においても実施例1の場合と同等の作用効果を奏する。
以上のごとく、本例によれば、気密性に優れた端子付きケース部材1を提供することができる。
(比較試験)
次に、比較試験1として、以下の気密試験を行った。
まず、試験例1として、図9(a)及び図9(a)におけるIXb-IXb線位置での断面図である図9(b)に示すように、上記実施例1の端子付きケース部材1と同一構成の基材11、外部端子20、封止部材30、端子接着層40及び基材接着層50を有する試験体1pを用意した。なお、試験体1pでは、外部端子20は一つのみ設けており、安全弁15は設けていない。
また、試験例2として、図9(c)及び図9(c)におけるIXd-IXd線位置での断面図である図9(d)に示すように、上記変形例1の端子付きケース部材1と同一構成の基材11、外部端子20、封止部材30、端子接着層40及び基材接着層50を有する試験体1qを用意した。なお、試験体1qでも、外部端子20は一つのみ設けており、安全弁15は設けていない。
また、比較例として、図10(a)及び図10(a)におけるXb-Xb線位置での断面図である図10(b)に示すように、上記試験体1pにおいて、端子接着層40及び基材接着層50を有しない構成の試験体9pを用意した。
次に、比較試験1として、以下の気密試験を行った。
まず、試験例1として、図9(a)及び図9(a)におけるIXb-IXb線位置での断面図である図9(b)に示すように、上記実施例1の端子付きケース部材1と同一構成の基材11、外部端子20、封止部材30、端子接着層40及び基材接着層50を有する試験体1pを用意した。なお、試験体1pでは、外部端子20は一つのみ設けており、安全弁15は設けていない。
また、試験例2として、図9(c)及び図9(c)におけるIXd-IXd線位置での断面図である図9(d)に示すように、上記変形例1の端子付きケース部材1と同一構成の基材11、外部端子20、封止部材30、端子接着層40及び基材接着層50を有する試験体1qを用意した。なお、試験体1qでも、外部端子20は一つのみ設けており、安全弁15は設けていない。
また、比較例として、図10(a)及び図10(a)におけるXb-Xb線位置での断面図である図10(b)に示すように、上記試験体1pにおいて、端子接着層40及び基材接着層50を有しない構成の試験体9pを用意した。
比較試験1の気密試験はHeリーク試験とし、以下のように行った。まず、試験例1、2及び比較例1における各試験体1p、1q、9pを所定のHeリーク試験治具にセットし、その後、Heリークディテクタ(アルバック社製、型番
HELIOT 904)を使用し、内部真空法(吹き付け法)により各々のHe漏れ量を測定した。なお、合格基準は1.0×10-7Pa・m3/sec以下とした。
HELIOT 904)を使用し、内部真空法(吹き付け法)により各々のHe漏れ量を測定した。なお、合格基準は1.0×10-7Pa・m3/sec以下とした。
次に、比較試験2として、以下の引張強度試験を行った。試験例1,2及び比較例は比較試験1の場合と同様とした。比較試験2の引張強度試験では、電子式引張試験機(米倉製作所社製、型番
CATY-1005Z)を用いて、試験例1、2及び比較例1における各試験体1p、1q、9pの外部端子20と基材11とをそれぞれチャックし、25.4mm/minの引張速度で破断するまで外部端子20の軸方向Yに引っ張り、ピーク荷重を測定した。
CATY-1005Z)を用いて、試験例1、2及び比較例1における各試験体1p、1q、9pの外部端子20と基材11とをそれぞれチャックし、25.4mm/minの引張速度で破断するまで外部端子20の軸方向Yに引っ張り、ピーク荷重を測定した。
表1に示すように、比較試験1において、試験例1、2では、比較例よりもHeリーク量が有意に少ないことが確認できた。そして、比較試験2において、試験例1では、比較例と同等の引張強度を有しており、試験例2では比較例に対して有意に引張強度が大きいことが確認できた。
本発明は上記各実施形態及び各変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
Claims (9)
- 電子部品を収容するケース本体又は該ケース本体に取り付けられるケース蓋を構成するケース部材に、外部機器と電気的に接続される外部端子が固定されてなる端子付きケース部材であって、
上記ケース部材を構成する金属製の基材と、
上記基材に形成された貫通孔に挿通されている金属製の外部端子と、
上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間を封止する第1の樹脂材料からなる封止部材と、
を備え、
上記外部端子と上記封止部材とは、上記第1の樹脂材料よりも上記外部端子への密着性が高い第2の樹脂材料からなる端子接着層を介して互いに接合されており、
上記第1の樹脂材料は、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックであり、
上記第2の樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂である、端子付きケース部材。 - 上記端子接着層は電着塗装被膜からなる、請求項1に記載の端子付きケース部材。
- 上記端子接着層の厚さは、10~80μmの範囲内である、請求項1又は2に記載の端子付きケース部材。
- 上記外部端子の外周面には凹部又は貫通孔が形成されており、上記端子接着層の一部が上記凹部又は上記貫通孔に入り込んでいるとともに、上記封止部材の一部が上記凹部又は上記貫通孔に入り込んだ上記端子接着層の上記一部と接合されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の端子付きケース部材。
- 上記基材と上記封止部材とは、上記第1の樹脂材料よりも上記外部端子への密着性が高い第3の樹脂材料からなる基材接着層を介して互いに接合されている、請求項1~4のいずれか一項に記載の端子付きケース部材。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の端子付きケース部材の製造方法であって、
上記貫通孔を有する上記基材を準備する準備工程と、
上記外部端子に上記端子接着層を形成する端子接着層形成工程と、
上記外部端子を上記貫通孔に挿通させた状態で、上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間に上記第1の樹脂材料を充填して上記封止部材を形成し、上記端子接着層を介して上記外部端子と上記封止部材とを互いに接合させて上記隙間を封止する封止工程と、
を含む、端子付きケース部材の製造方法。 - 上記端子接着層形成工程では、電着塗装により上記外部端子に上記端子接着層を形成する、請求項6に記載の端子付きケース部材の製造方法。
- 上記封止工程では、インサート成形により、上記貫通孔における上記外部端子と上記基材との隙間に、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる上記第1の樹脂材料を充填して上記封止部材を形成する、請求項7に記載の端子付きケース部材の製造方法。
- 上記端子接着層形成工程では、電着塗装によって、熱硬化性のエポキシ樹脂、ポリアミド・イミド樹脂又はポリイミド樹脂からなる上記第2の樹脂材料を上記外部端子に付着させて上記第2の樹脂材料の硬化温度未満の温度環境で乾燥して半硬化状態の上記端子接着層を形成し、
上記封止工程では、上記外部端子を上記貫通孔内に挿通して上記端子接着層を上記貫通孔内に位置させて、エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる上記第1の樹脂材料を加熱溶融して上記隙間に充填して、上記第1の樹脂材料と上記第2の樹脂材料の一部とを相溶させて、上記第2の樹脂材料の硬化温度以上に加熱して上記端子接着層を完全に硬化させる、請求項7又は8に記載の端子付きケース部材の製造方法。
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