(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の周りを周る外周面を有するワークを前記軸と平行をなす方向に押す力を前記ワークに伝える第１の構造と、
前記第１の構造が結合される上端を有し管状であり前記外周面に対向し貫通孔が前記外周面に対向する部分に形成された第２の構造と、
を備える熱圧接合体を生産するための治具。
【請求項２】
請求項１の治具であり、前記方向が第１の方向である第１の治具と、
前記軸と平行をなし前記第１の方向と反対の第２の方向に前記ワークを押す力を前記ワークに伝える第２の治具と、
を備える熱圧接合体を生産するための治具の組。
【請求項３】
前記第１の治具が前記第２の治具に嵌め合わされ、前記第１の治具が動く方向が前記軸と平行をなす方向に規制される
請求項２の熱圧接合体を生産するための治具の組。
【請求項４】
前記第１の治具がセラミックスからなり、
前記第１の構造および前記ワークに挟まれ金属または合金からなり前記ワークに前記力を伝える第３の治具
をさらに備える請求項２または３の熱圧接合体を生産するための治具の組。
【請求項５】
前記ワークが前記軸と垂直をなす方向に変形することを規制する第４の治具
をさらに備える請求項２から４までのいずれかの熱圧接合体を生産するための治具の組。
【請求項６】
請求項１の治具と、
前記軸と垂直をなす方向から前記ワークを加熱するヒーターと、
前記ワークが加熱された状態において前記治具を前記方向に押す押圧機構と、
を備える熱圧接合体を生産する装置。
【請求項７】
ワークを準備する工程と、
請求項６の熱圧接合体を生産する装置を用いて準備されたワークに熱圧接合を形成することにより熱圧接合体を得る工程と、
を備える熱圧接合体を生産する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱圧接合体の生産に関する。
【背景技術】
【０００２】
一の部材と他の部材とが熱圧接合される場合は、一の部材と他の部材との間にろう材が挟まれたワークが準備される。また、準備されたワークが加熱され、ワークが加熱された状態においてろう材が一の部材および他の部材に押し挟まれる。これにより、ろう材と一の部材との界面に界面層が形成され、ろう材と他の部材との界面に界面層が形成され、一の部材がろう材を介して他の部材に熱圧接合される。
【０００３】
熱圧接合体の生産においては、一の部材を他の部材に均一に熱圧接合することなどを目的として、治具が用いられることが多い。特許文献１に記載された熱圧接合用治具は、その一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された熱圧接合用治具に代表される従来の熱圧接合体を生産するための治具においては、治具がワークの加熱を妨げ、ワークの加熱に要する時間が長くなり、熱圧接合体の生産に要する時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、この問題を解決することを目的とする。本発明が解決しようとする課題は、熱圧接合体の生産に要する時間を短くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ワークは、軸の周りを周る外周面を有する。熱圧接合体を生産するための治具は、ワークの軸と平行をなす方向にワークを押す力をワークに伝える第１の構造と、管状でありワークの外周面に対向し貫通孔が形成された第２の構造と、を備える。第１の構造は、第２の構造の上端に結合される。第２の構造に形成される貫通孔は、ワークの外周面に対向する部分に形成される。
【発明の効果】
【０００８】
電磁波が貫通孔を経由してワークの外周面まで伝搬するため、放射伝熱によりワークを短時間で加熱できる。ワークの加熱に要する時間が短くなり、熱圧接合体の生産に要する時間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ナトリウム−硫黄電池の断面を示す模式図である。
【図２】熱圧接合体を示す模式図である。
【図３】熱圧接合体を生産する装置の断面を示す模式図である。
【図４】熱圧接合体を生産する装置の断面を示す模式図である。
【図５】治具の組などの断面を示す模式図である。
【図６】熱圧接合体を生産する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１  ナトリウム−硫黄電池
図１の模式図は、ナトリウム−硫黄電池の断面を示す。
【００１１】
ナトリウム−硫黄電池１０００は、図１に示されるように、収容容器１０２０、安全管１０２１、固体電解質管１０２２、正極容器１０２３、さや管１０２４、負極活物質１０２５、正極活物質１０２６、絶縁リング１０２７、接合材１０２８、負極金具１０２９、接合材１０３０、正極金具１０３１、接合材１０３２、バックアップリング１０３３、負極蓋１０３４および正極端子１０３５を備える。ナトリウム−硫黄電池１０００がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。これらの構成物以外の一部がナトリウム−硫黄電池１０００から省略される場合もある。
【００１２】
収容容器１０２０は、安全管１０２１に収容される。安全管１０２１は、固体電解質管１０２２に収容される。固体電解質管１０２２は、正極容器１０２３に収容される。正極容器１０２３は、さや管１０２４に収容される。
【００１３】
負極活物質１０２５は、収容容器１０２０に収容され、収容容器１０２０から安全管１０２１と固体電解質管１０２２との間隙１０４０に供給される。正極活物質１０２６は、固体電解質管１０２２と正極容器１０２３との間隙１０６０に収容される。固体電解質管１０２２は、負極活物質１０２５及び正極活物質１０２６に接触し、負極活物質１０２５と正極活物質１０２６とを隔てる。これにより、固体電解質管１０２２を介して負極活物質１０２５と正極活物質１０２６との間で電気化学反応が起こり、起電力が発生する。
【００１４】
固体電解質管１０２２は、ナトリウムイオン伝導体からなり、望ましくはβ−アルミナのセラミックスからなる。負極活物質１０２５は、ナトリウムを含む。正極活物質１０２６は、ナトリウム硫化物を含む。
【００１５】
負極蓋１０３４は、負極端子を兼ね、負極金具１０２９に電気的に接続される。これにより、負極金具１０２９および負極蓋１０３４を備える導電経路１２２０が形成される。正極端子１０３５は、正極金具１０３１に電気的に接続される。これにより、正極金具１０３１および正極端子１０３５を備える導電経路１２４０が形成される。
【００１６】
２  熱圧接合体
図２の模式図は、ナトリウム−硫黄電池に備えられる熱圧接合体を拡大して示す。
【００１７】
熱圧接合体１０７０は、図２に示されるように、固体電解質管１０２２、絶縁リング１０２７、接合材１０２８、負極金具１０２９、接合材１０３０、正極金具１０３１、接合材１０３２およびバックアップリング１０３３を備える。熱圧接合体１０７０においては、負極金具１０２９が接合材１０２８を介して絶縁リング１０２７に熱圧接合され、正極金具１０３１が接合材１０３０を介して絶縁リング１０２７に熱圧接合され、バックアップリング１０３３が接合材１０３２を介して負極金具１０２９に熱圧接合される。熱圧接合体１０７０がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。これらの構成物の一部が熱圧接合体１０７０から省略されてもよい。
【００１８】
負極金具１０２９は、フランジ１０８０を備える。フランジ１０８０の下面１１００は、接合材１０２８を介して絶縁リング１０２７の上面１１２０に熱圧接合される。正極金具１０３１は、フランジ１１４０を備える。フランジ１１４０の上面１１７０は、接合材１０３０を介して絶縁リング１０２７の下面１１２１に熱圧接合される。絶縁リング１０２７により、負極金具１０２９と正極金具１０３１とは互いに絶縁される。絶縁リング１０２７は、望ましくはα−アルミナのセラミックスからなる。
【００１９】
バックアップリング１０３３の下面１１６０は、接合材１０３２を介してフランジ１０８０の上面１１０１に熱圧接合される。バックアップリング１０３３は、絶縁リング１０２７と同じ材質からなる。これにより、同じ材質からなる絶縁リング１０２７およびバックアップリング１０３３にフランジ１０８０が挟まれ、負極金具１０２９の材質が絶縁リング１０２７の材質と異なることにより生じる応力が抑制される。
【００２０】
絶縁リング１０２７の内周面１１８０は、固体電解質管１０２２の開放端１２００の付近にガラス接合される。
【００２１】
接合材１０２８，１０３０および１０３２の各々は、リング状であり、アルミニウムろう材からなる。
【００２２】
３  熱圧接合体を生産する装置
図３の模式図および図４の模式図の各々は、熱圧接合体を生産する装置の断面を示す。
【００２３】
図３および図４の各々に示される熱圧接合体を生産する装置１３００は、ナトリウム−硫黄電池１０００の一部である熱圧接合体１０７０の生産に使用される。熱圧接合体を生産する装置１３００が熱圧接合体１０７０以外の熱圧接合体を生産する場合に使用されてもよい。生産される熱圧接合体は、ナトリウム−硫黄電池１０００の部品に限られない。
【００２４】
熱圧接合体を生産する装置１３００は、図３および図４の各々に示されるように、熱圧接合体を生産するための治具の組１３４０、支持管１３４１、押圧機構１３４２および１３４３、排気機構１３４４ならびに加熱炉１３４５を備える。加熱炉１３４５は、本体１３６０ならびにヒーター１３６１および１３６２を備える。本体１３６０には、加熱室１３８０が形成される。
【００２５】
４  熱圧接合体を生産するための治具の組
図５の模式図は、治具の組、支持管およびワークの断面を示す。
【００２６】
ワーク１４００は、図５に示されるように、熱圧接合体１０７０を構成する固体電解質管１０２２、絶縁リング１０２７、接合材１０２８、負極金具１０２９、接合材１０３０、正極金具１０３１、接合材１０３２およびバックアップリング１０３３を仮組み立てしたものである。
【００２７】
治具の組１３４０は、治具１４２０，１４２１，１４２２および１４２３を備える。
【００２８】
熱圧接合体１０７０が生産される場合は、治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられる。治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられた状態においては、治具１４２１が支持管１３４１の上に載せられ、ワーク１４００が治具１４２１の上に載せられ、ワーク１４００の上に治具１４２２が載せられ、治具１４２０が治具１４２２の上に載せられ、ワーク１４００が治具１４２０および支持管１３４１に覆われる。ワーク１４００が治具１４２０および支持管１３４１に覆われことにより、伝熱が抑制される。
【００２９】
治具１４２０は、板状の構造１４４０を備える。治具１４２０が治具１４２２の上に載せられる場合は、板状の構造１４４０が治具１４２２の上に載せられる。板状の構造１４４０は、ワーク１４００を鉛直方向下方１４６０に押す力を受ける。板状の構造１４４０および治具１４２２は、ワーク１４００を鉛直方向下方１４６０へ押す力をワーク１４００に伝える。支持管１３４１は、ワーク１４００を鉛直方向上方１４６１へ押す力を受ける。支持管１３４１および治具１４２１は、ワーク１４００を鉛直方向上方１４６１へ押す力をワーク１４００に伝える。これにより、ワーク１４００は、上方からワーク１４００の軸１４８０と平行をなす鉛直方向下方１４６０に押され、下方からワーク１４００の軸１４８０と平行をなす鉛直方向上方１４６１に押され、押し挟まれる。ワーク１４００の軸１４８０が鉛直方向と平行をなす方向から傾けられる場合は、ワーク１４００を押す方向も鉛直方向下方１４６０および鉛直方向上方１４６１から傾けられる。より一般的には、ワーク１４００は、一方からワーク１４００の軸１４８０と平行をなす第１の方向に押され、他方からワーク１４００の軸１４８０と平行をなし第１の方向と反対の第２の方向に押される。板状の構造１４４０以外の構造がワーク１４００を鉛直方向下方１４６０に押す力を受けてもよい。支持管１３４１以外の構成物がワーク１４００を鉛直方向上方１４６１に押す力を受けてもよい。
【００３０】
治具１４２０は、管状の構造１４４１を備える。板状の構造１４４０は、管状の構造１４４１の上端に結合される。ワーク１４００の外周面１５００は、ワーク１４００の軸１４８０の周りを周る。治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられた状態においては、管状の構造１４４１および支持管１３４１がワーク１４００の外周面１５００に対向する。管状の構造１４４１は、ワーク１４００の熱圧接合を含む上端部の外周面に対向する。支持管１３４１は、ワーク１４００の熱圧接合を含まない残余部の外周面に対向する。
【００３１】
板状の構造１４４０には、貫通孔１５１０が形成される。管状の構造１４４１には、貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３が形成される。形成される貫通孔の数が増減されてもよい。貫通孔１５１０，１５２０，１５２１，１５２２および１５２３が形成された治具１４２０によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔１５１０，１５２０，１５２１，１５２２および１５２３を経由してワーク１４００の表面まで伝搬するため、放射伝熱によりワーク１４００を加熱できる。特に、貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３が形成された管状の構造１４４１によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３を経由してワーク１４００の表面の広い範囲を占めるワーク１４００の外周面１５００まで伝搬するため、放射伝熱によりワーク１４００を短時間で加熱できる。このことは、ワーク１４００の加熱に要する時間を短くし、熱圧接合体１０７０の生産に要する時間を短くすることに寄与する。
【００３２】
管状の治具１４２１の外周面１５４０の形状は、管状の構造１４４１の内周面１５６０の形状に適合する。このため、管状の構造１４４１に形成された円筒状の空間１５８０に治具１４２１を収容することにより治具１４２０を治具１４２１に嵌め合わせることができる。治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられた状態においては、治具１４２０が治具１４２１に嵌め合わされる。治具１４２０が治具１４２１に嵌め合わされた場合は、治具１４２１の外周面１５４０が管状の構造１４４１の内周面１５６０に周方向の全体にわたって接し、ワーク１４００、治具１４２０および治具１４２１が同軸配置され、治具１４２０が動く方向がワーク１４００の軸１４８０と平行をなす方向のみに規制される。これにより、ワーク１４００を押す方向がワーク１４００の軸１４８０と平行をなす方向から傾きにくくなり、熱圧接合が均一に行われる。
【００３３】
治具１４２０は、望ましくはセラミックスからなり、さらに望ましくは窒化ケイ素セラミックスからなる。これにより、治具１４２０を押す押圧機構１３４２が金属または合金からなる場合でも、治具１４２０が押圧機構１３４２に焼きつきにくくなる。治具１４２２は、板状の構造１４４０およびワーク１４００に挟まれる。治具１４２２は、望ましくは金属または合金からなり、さらに望ましくはステンレス鋼からなる。これにより、治具１４２２の靱性が高くなり、治具１４２２が割れにくくなる。このように治具１４２２を治具１４２０と一体化せず治具１４２２の材質を治具１４２０の材質と異ならせることには利点があるが、治具１４２２を治具１４２０と一体化することも許される。
【００３４】
治具１４２１は、望ましくはセラミックスからなる。治具１４２３は、望ましくはＳＵＳ３０４からなる。
【００３５】
負極金具１０２９は、管状の構造１０８１を備える。管状の治具１４２３の外周面１６００の形状は、管状の構造１０８１の内周面１６２０の形状に適合する。このため、管状の構造１０８１に形成された円筒状の空間に治具１４２３を収容することにより負極金具１０２９に治具１４２３を装着できる。治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられた状態においては、治具１４２３が負極金具１０２９に装着される。治具１４２３が負極金具１０２９に装着された場合は、治具１４２３の外周面１６００が管状の構造１０８１の内周面１６２０に周方向の全体にわたって接し、負極金具１０２９がワーク１４００の軸１４８０と垂直をなす径方向内側に変形することが規制される。径方向内側への変形を規制する治具が負極金具１０２９以外のワーク１４００の構成物に装着されてもよい。径方向外側への変形を規制する治具がワーク１４００の構成物に装着されてもよい。
【００３６】
５  熱圧接合体の生産
図６のフローチャートは、熱圧接合体を生産する手順を示す。
【００３７】
熱圧接合体１０７０が生産される場合は、図６に示されるように、工程１８００において加熱炉１３４５が準備され、工程１８０１においてワーク１４００が準備される。準備された加熱炉１３４５においては、排気機構１３４４により加熱室１３８０が高真空にされており、ヒーター１３６１および１３６２により加熱室１３８０が加熱されている。
【００３８】
続いて、工程１８０２において、治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００に取り付けられる。
【００３９】
続いて、工程１８０３において、治具の組１３４０および支持管１３４１が取り付けられたワーク１４００が加熱室１３８０に搬入される。これにより、ヒーター１３６１および１３６２の各々が管状の構造１４４１を挟んでワーク１４００の外周面１５００と対向し、ヒーター１３６１および１３６２によりワーク１４００の軸１４８０と垂直をなす方向からワーク１４００が加熱される。このとき、加熱室１３８０は高真空にされているため、熱圧接合が行われる箇所への空気の巻き込みは起こりにくく、空気の巻き込みにより熱圧接合が阻害されることは起こりにくい。また、加熱室１３８０が高真空にされた場合はワーク１４００の加熱が専ら放射伝熱により行われるが、貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３が形成された管状の構造１４４１によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３を経由してワーク１４００の外周面１５００まで到達するため、放射伝熱によりワーク１４００が短時間で加熱される。
【００４０】
続いて、工程１８０４において、ワーク１４００が加熱された状態において、押圧機構１３４２により板状の構造１４４０が鉛直方向下方１４６０に押され、押圧機構１３４３により支持管１３４１が鉛直方向上方１４６１に押される。押圧機構１３４２が発生した力は、板状の構造１４４０および治具１４２２によりバックアップリング１０３３の上面１１６１に伝えられ、ワーク１４００を鉛直方向下方１４６０に押す力になる。押圧機構１３４３が発生した力は、支持管１３４１および治具１４２１によりフランジ１１４０の下面１１７１に伝えられ、ワーク１４００を鉛直方向上方１４６１に押す力になる。押圧機構１３４２および１３４３の各々は、図２に示されるフランジ１０８０の下面１１００、絶縁リング１０２７の上面１１２０、フランジ１１４０の上面１１７０、絶縁リング１０２７の下面１１２１、バックアップリング１０３３の下面１１６０およびフランジ１０８０の上面１１０１と垂直をなす方向にワーク１４００を押す。このため、押圧機構１３４２および１３４３の各々がワーク１４００を押すことにより、接合材１０２８がフランジ１０８０および絶縁リング１０２７に押し挟まれ、接合材１０３０がフランジ１１４０および絶縁リング１０２７に押し挟まれ、接合材１０３２がバックアップリング１０３３およびフランジ１０８０に押し挟まれる。これにより、負極金具１０２９が接合材１０２８を介して絶縁リング１０２７に熱圧接合され、正極金具１０３１が接合材１０３０を介して絶縁リング１０２７に熱圧接合され、バックアップリング１０３３が接合材１０３２を介して負極金具１０２９に熱圧接合され、熱圧接合体１０７０が得られる。
【００４１】
続いて、工程１８０５において、押圧機構１３４２および１３４３による押圧が終了し、治具の組１３４０および支持管１３４１が取り付けられたワーク１４００が加熱室１３８０から搬出される。
【００４２】
続いて、工程１８０６において、治具の組１３４０および支持管１３４１がワーク１４００から取り外される。
【００４３】
貫通孔１５２０，１５２１，１５２２および１５２３を通過する赤外線などの電磁波によりワーク１４００の外周面１５００が加熱された場合は、ワーク１４００の外周面１５００に相対的に近い高温部分１６４０の温度がワーク１４００の外周面１５００から相対的に遠い低温部分１６４１の温度より高くなる傾向が強くなり、高温部分１６４０が低温部分１６４１より熱膨張しやすくなり、ガラス接合界面１６６０などの脆弱部分の損傷が懸念されるが、実験の結果懸念された損傷は起こらなかった。
【符号の説明】
【００４４】
１０００  ナトリウム−硫黄電池
１０２２  固体電解質管
１０２７  絶縁リング
１０２８  接合材
１０２９  負極金具
１０３０  接合材
１０３１  正極金具
１０３２  接合材
１０３３  バックアップリング
１０７０  熱圧接合体
１３００  熱圧接合体を生産する装置
１３４０  治具の組
１３４２  押圧機構
１３４３  押圧機構
１３６１  ヒーター
１３６２  ヒーター
１４００  ワーク
１４２０  治具
１４２１  治具
１４２２  治具
１４２３  治具
【要約】
【課題】熱圧接合体の生産に要する時間を短くする。
【解決手段】ワークは、軸の周りを周る外周面を有する。熱圧接合体を生産するための治具は、ワークの軸と平行をなす方向にワークを押す力をワークに伝える第１の構造と、管状でありワークの外周面に対向し貫通孔が形成された第２の構造と、を備える。
【選択図】図５【図１】
0005965534.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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