(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製治具の外表面を密着させて、アルミニウム製部材とセラミックス製部材とを、正極容器及び固体電解質管の開口端の間に熱圧接合することによって、正極用部材、負極用部材、絶縁部材及び固体電解質管を有するナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ電池）を製作するための金属製治具であって、
固体電解質管の軸方向に垂直な断面の内周に密着する外表面を有する金属製の中空円筒状の外形を有し、かつ、上記密着する外表面が窒化処理を施されてなり、
上記密着する外表面でアルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合するに際して、これらの部材の内側方向への変形を防止することが可能であるとともに、これらの部材との離型性に優れたことを特徴とするＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【請求項２】
鋼製又はステンレス製である請求項１に記載のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【請求項３】
前記アルミニウム製部材及びセラミックス製部材が、正極用部材、負極用部材及び絶縁部材の形成に用いられるものである請求項１又は２に記載のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ電池）製作用窒化処理済金属製治具に関する。さらに詳しくは、アルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合してＮＡＳ電池を製作する際、これらの部材の内側方向への変形を防止することが可能であるとともに、熱圧接合後、これらの部材との離型性に優れたＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナトリウム−硫黄電池は、一方に負極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離し、３００〜３５０℃で作動させる高温二次電池である。
【０００３】
図３に示すように、このようなナトリウム−硫黄電池の構造としては、例えば、カーボンフェルト等に含浸された溶融硫黄（Ｓ）を収容する有底円筒状の正極容器１と、溶融金属ナトリウム（Ｎａ）を収容するカートリッジ（ナトリウム保護管）６と、このカートリッジ６を内部に収納し、ナトリウムイオン（Ｎａ+）を選択的に透過させる機能を有する有底円筒状の固体電解質管５と、カートリッジ６と固体電解質管５との間の間隙部に、そのカートリッジ６及び固体電解質管５からそれぞれ所定の間隔をおいて配設された有底円筒状の隔壁管１１からなるものを挙げることができる。
【０００４】
固体電解質管５はその開口端にガラス接合されたα−アルミナ製の絶縁リング４及び正極筒状金具３を介して正極容器１と結合されている。また、絶縁リング４の上端面には負極金具８が熱圧接合され、この負極金具８に負極蓋９が溶接固定されている。正極容器１の側面と負極蓋９の上面には、それぞれ正極端子２と負極端子１０とが取り付けられている。カートリッジ６の上部空間には、不活性ガス（Ｇ）が所定の圧力で封入され、この不活性ガス（Ｇ）によりカートリッジ６内のナトリウム（Ｎａ）がカートリッジ６底部に設けられた小孔７から流出する方向へ加圧されている。
【０００５】
従来、このようなナトリウム−硫黄電池の製作に際しては、正極用部材（例えば、アルミニウム製の正極筒状金具３）及び負極用部材（例えば、アルミニウム製の負極金具８）と、絶縁部材（例えば、セラミックス製の絶縁リング４）とを５００〜６００℃の温度、及び３〜６×１０3ｋｇ／ｃｍ2の荷重で熱圧接合していた。その際、これらの部材の内側方向への変形を防止するため、固体電解質管の軸方向に垂直な断面に対応した断面を有するステンレス製で中空円筒状の外形を有する治具を用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の治具では、熱圧接合を完了した後、治具と、アルミニウム製の部材等とが固着してしまうことがあり、両者を無理に引き離すと、部材は変形してしまい、寸法的に不良な製品を生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、アルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合してＮＡＳ電池を製作する際、これらの部材の内側方向への変形を防止することが可能であるとともに、熱圧接合後、これらの部材との離型性に優れたＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、外表面に窒化処理を施したものとすることにより、上記目的を達成することができることを知見し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製の治具を提供するものである。
【０００９】
［１］  金属製治具の外表面を密着させて、アルミニウム製部材とセラミックス製部材とを、正極容器及び固体電解質管の開口端の間に熱圧接合することによって、正極用部材、負極用部材、絶縁部材及び固体電解質管を有するナトリウム−硫黄電池（ＮＡＳ電池）を製作するための金属製治具であって、固体電解質管の軸方向に垂直な断面の内周に密着する外表面を有する金属製の中空円筒状の外形を有し、かつ、上記密着する外表面が窒化処理を施されてなり、上記密着する外表面でアルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合するに際して、これらの部材の内側方向への変形を防止することが可能であるとともに、これらの部材との離型性に優れたことを特徴とするＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【００１０】
［２］  鋼製又はステンレス製である前記［１］に記載のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【００１１】
［３］  前記アルミニウム製部材及びセラミックス製部材が、正極用部材、負極用部材及び絶縁部材の形成に用いられるものである前記［１］又は［２］に記載のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具の一の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
図２は、本発明のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具を用いて、その外表面の周囲でアルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合する場合を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の治具２０は、固体電解質管の軸方向に垂直な断面の内周に密着する外表面を有する金属製、例えば、鋼製又はステンレス製の中空円筒状の外形を有し、脱着用の第１の貫通孔２１ａ、２１ｂ、及び第２の貫通孔２２ａ、２２ｂを備えていることが好ましい。また、上記密着する外表面は窒化処理を施されている。
【００１５】
本発明の治具の外表面を窒化処理する方法としては特に制限はないが、例えば、タフトライド法（液体軟窒化法）やガス軟窒化法を挙げることができる。この場合、窒化処理の深さは、外表面から０．０５〜０．１５ｍｍまでとすることが好ましい。
【００１６】
図２に示すように、本発明の治具２０は、第１〜第３のアルミニウム製部材２３、２４及び２５と第１〜第２のセラミックス製部材２６及び２７とを矢印のＰ方向から圧力をかけて熱圧接合する際に用いられる。第２のセラミックス製部材２７は、強度の補強用の部材である。
【００１７】
本発明の治具２０の上記密着する外表面は窒化処理が施されているため、熱圧接合された後に、第１のアルミニウム製部材２３は、治具２０の外表面に固着することなく、そこから容易に脱離することができる。
【００１８】
また、熱圧接合後は、治具を上方に引き上げることによって、容易に第１のアルミニウム製部材２３等から脱離させることができる。
【００１９】
本発明の治具と従来の治具を用い、所定のサンプル数の熱圧接合を行った結果、部材が治具の外表面に固着した割合を算出した結果を表１に示す。この場合、固着したとの判断は、専用の取り外し治具を用い、力を強く加えないと外せない場合をカウントした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１から、本発明の治具を用いた場合は、固着数が極めて少ないことがわかる。
また、本発明の治具を用いた場合は、取り外し治具を用いなくても脱離させることができる場合が多く、作業性の向上を図ることができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、アルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合してＮＡＳ電池を製作する際、これらの部材の内側方向への変形を防止することが可能であるとともに、熱圧接合後、これらの部材との離型性に優れたＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具の一の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】  本発明のＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具を用いて、その外表面の周囲でアルミニウム製部材とセラミックス製部材とを熱圧接合する場合を模式的に示す断面図である。
【図３】  本発明の治具が用いられるナトリウム−硫黄電池を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１…正極容器、２…正極端子、３…正極筒状金具、４…絶縁リング、５…固体電解質管、６…カートリッジ、７…小孔、８…負極金具、９…負極蓋、１０…負極端子、１１…隔壁管、２０…ＮＡＳ電池製作用窒化処理済金属製治具、２１ａ、２１ｂ…第１の貫通孔、２２ａ、２２ｂ…第２の貫通孔、２３…第１のアルミニウム製部材、２４…第２のアルミニウム製部材、２５…第３のアルミニウム製部材、２６…第１のセラミックス製部材、２７…第２のセラミックス製部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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