(57)【要約】【課題】蓄電要素を覆う外装フィルムを熱融着する熱融着装置において、蓄電要素を過度に加熱することなく前記外装フィルムの所定部位を熱融着する。【解決手段】ワークＷの側面を熱融着する熱融着装置１であって、前記ワークを載置するステージ部材２と、前記ステージ部材の上方に設けられ、前記ステージ部材に対し相対的に降下することにより前記ステージ部材に載置されたワークを押圧し固定可能な押圧部材３と、前記押圧部材を前記ステージ部材に対し相対的に昇降移動させる昇降手段１５と、前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱する加熱手段１６，１７，１８，１９，２５，２６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの側面側を熱融着する熱融着装置であって、
前記ワークを載置するステージ部材と、
前記ステージ部材の上方に設けられ、前記ステージ部材に対し相対的に降下することにより前記ステージ部材に載置されたワークを押圧し固定可能な押圧部材と、
前記押圧部材を前記ステージ部材に対し相対的に昇降移動させる昇降手段と、
前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする熱融着装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、
所定温度に発熱可能な加熱部材と、
前記ワークの側面に対し前記加熱部材を前進させ当接させる進退手段とを有することを特徴とする請求項１に記載された熱融着装置。
【請求項３】
前記ワークは平面視方形であって、
前記加熱部材は、前記ワークの連続する２つの側面に対応するＬ字形の当接面を有し、
２つの加熱部材が前記ワークを挟んで対角に配置されていることを特徴とする請求項２に記載された熱融着装置。
【請求項４】
前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された熱融着装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、
前記ステージ部材または押圧部材を収容する容器と、
前記容器内に所定温度の冷却気体を供給する冷却気体供給手段とを有することを特徴とする請求項４に記載された熱融着装置。
【請求項６】
前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方の側面には放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載された熱融着装置。
【請求項７】
ワークの側面側を熱融着する熱融着方法であって、
前記ワークをステージ部材に載置するステップと、
前記ステージ部材の上方から押圧部材を前記ステージ部材に対し相対的に降下させ、前記ステージ部材に載置されたワークを押圧し固定するステップと、
前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱するステップとを含むことを特徴とする熱融着方法。
【請求項８】
前記ワークの側面を加熱するステップにおいて、
前記ワークの側面に対し所定温度に発熱する加熱部材を前進させ当接させるステップを実行することを特徴とする請求項７に記載された熱融着方法。
【請求項９】
少なくとも前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱するステップの間、
前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却する冷却するステップを実行することを特徴とする請求項７または請求項８に記載された熱融着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱融着装置及び熱融着方法に関し、特に蓄電要素を外装フィルムで密封するために前記外装フィルムを熱融着する熱融着装置及び熱融着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器や自動車などの電源として用いられるリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスにおいては、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回または交互に積層されて図９に示すように蓄電要素５１が構成され、それが電解液と共に外装フィルムからなる外装容器５２に密封されたものが数多く用いられている。
【０００３】
図９に示す蓄電デバイス５０は、蓄電要素５１を一方の外装フィルム５３と他方の外装フィルム５４との間に配置し、さらにフィルム間に電解液を注入した後、要接合部であるシーラント部５５（図９においてクロスハッチングに示す外周縁部）が熱融着されて接合、密閉される。
尚、図９に示す蓄電デバイス５０にあっては、熱融着によって形成された外装容器５２は、平面視方形の形状であり、一辺側から蓄電要素５１の正極に電気的に接続された正極リード端子５６が引き出され、反対側の辺から蓄電要素５１の負極に電気的に接続された負極リード端子５７が引き出されている。
【０００４】
ところで、前記のように蓄電デバイス５０の製造工程において、外装フィルム５３と他方の外装フィルム５４のシーラント部５５を熱融着させる際、従来は、重ね合わされた外装フィルム５３と外装フィルム５４とに対し、上下から板状のヒータ部材（図示せず）でデバイス全体を挟み込み、所定温度（例えば１６０℃〜１７０℃）に加熱することにより行われていた。これにより、蓄電要素５１の周囲のシーラント部５５が融着温度（例えば１５０℃）に達し、シーラント部５５において外装フィルム５３，５４が熱融着され、蓄電要素５１が密封されていた。
尚、このような外装フィルムを熱融着する蓄電デバイスの製造方法については、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記のように重ね合わされた外装フィルム５３、５４に対し、デバイス全体を上下から板状のヒータ部材で挟み込み熱融着する方法にあっては、蓄電素子５１がヒータ部材によって直接的に加熱され、その温度が高くなるため、例えば電極材料として用いるリチウムの劣化温度に達し、製品性能に悪影響を及ぼすという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電要素を覆う外装フィルムを熱融着する熱融着装置において、蓄電要素を過度に加熱することなく前記外装フィルムの所定部位を熱融着することのできる熱融着装置及び熱融着方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するために、本発明に係る熱融着装置は、ワークの側面側を熱融着する熱融着装置であって、前記ワークを載置するステージ部材と、前記ステージ部材の上方に設けられ、前記ステージ部材に対し相対的に降下することにより前記ステージ部材に載置されたワークを押圧し固定可能な押圧部材と、前記押圧部材を前記ステージ部材に対し相対的に昇降移動させる昇降手段と、前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱する加熱手段とを備えることに特徴を有する。
尚、前記加熱手段は、所定温度に発熱可能な加熱部材と、前記ワークの側面に対し前記加熱部材を前進させ当接させる進退手段とを有することが望ましい。
また、前記ワークは平面視方形であって、前記加熱部材は、前記ワークの連続する２つの側面に対応するＬ字形の当接面を有し、２つの加熱部材が前記ワークを挟んで対角に配置されていることが望ましい。
【０００９】
このようにステージ部材に載置されたワークの上面を押圧部材により固定し、熱融着が必要な側面側に加熱部材を当接させ加熱する構成とすることにより、ワーク側面側のみを加熱して熱融着することができ、ワーク内（例えば蓄電要素）を過度に加熱することがないため、ワーク内（蓄電要素）への悪影響を抑制することができる。
【００１０】
また、前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却する冷却手段を備えることが望ましく、具体的には前記冷却手段は、前記ステージ部材または押圧部材を収容する容器と、前記容器内に所定温度の冷却気体を供給する冷却気体供給手段とを有することが望ましい。
このように、前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却することにより、ワーク内部（例えば蓄電要素）に対する加熱を効果的に抑制することができる。
【００１１】
また、前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方の側面には放熱フィンが設けられていることが望ましい。
このように構成することにより、ワークから伝導される熱を放熱フィンから放出し、ワークをより効果的に冷却することができる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る熱融着方法は、ワークの側面側を熱融着する熱融着方法であって、前記ワークをステージ部材に載置するステップと、前記ステージ部材の上方から押圧部材を前記ステージ部材に対し相対的に降下させ、前記ステージ部材に載置されたワークを押圧し固定するステップと、前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱するステップとを含むことに特徴を有する。
尚、前記ワークの側面を加熱するステップにおいて、前記ワークの側面に対し所定温度に発熱する加熱部材を前進させ当接させるステップを実行することが望ましい。
【００１３】
このようなステップにより、ワーク側面のみを加熱して熱融着することができ、ワーク内（例えば蓄電要素）を過度に加熱することがないため、ワーク内（蓄電要素）への悪影響を抑制することができる。
【００１４】
また、少なくとも前記ステージ部材と押圧部材とにより固定されたワークの側面を加熱するステップの間、前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却する冷却するステップを実行することが望ましい。
このように、前記ステージ部材と押圧部材の少なくともいずれか一方を所定温度に冷却することにより、ワーク内部（例えば蓄電要素）に対する加熱を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蓄電要素を覆う外装フィルムを熱融着する熱融着装置において、蓄電要素を過度に加熱することなく前記外装フィルムの所定部位を熱融着することのできる熱融着装置及び熱融着方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る熱融着装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の熱融着装置の主要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１の熱融着装置の動作の流れを示すフローである。
【図４】図４は、図３のフローに対応した熱融着装置の動作状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図３のフローに対応した熱融着装置の動作状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、図３のフローに対応した熱融着装置の動作状態を示す斜視図である。
【図７】図７は、図３のフローに対応した熱融着装置の動作状態を示す斜視図である。
【図８】図８は、図３のフローに対応した熱融着装置の動作状態を示す斜視図である。
【図９】図９は、蓄電要素を外装フィルムで覆う蓄電デバイスの構成を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる実施の形態につき、図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る熱融着装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の熱融着装置の主要部を示す斜視図である。
この熱融着装置１は、例えばリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタなどの蓄電デバイスの製造工程において用いられ、蓄電要素を外装するフィルムの要接合部位（以下、シーラント部と称する）を熱融着して蓄電要素を密封するための装置である。
【００１８】
熱融着装置１は、外装フィルムのシーラント部が熱融着されていない状態の蓄電デバイス（以下、ワークＷと称呼する）を載置する円柱状のステージ部材２と、ステージ部材２上面のステージ面２ａに載置されたワークＷの上方に昇降可能に設けられ、ワークＷをステージ面２ａに対し押圧して固定可能な押圧部材３とを有する。
ステージ部材２は、放熱効果及び軽量化の向上のために、例えばアルミニウムにより中空に形成され、更にその側周面には複数枚の放熱フィン２ｂが設けられている。
【００１９】
また、ステージ部材２は、箱状の容器４に収容され、容器内水平方向に仕切り板５が設けられることによって、その上面のステージ面２ａは常に上方に露出し、それより下方の部分が室内空間Ｒ１に配置された状態となっている。
また、ステージ部材２は、容器４内の仕切り板５に対して上下動自在に設けられており、スプリング６により底部が支持されている。
【００２０】
また、容器４の側面には、冷却エア供給部７から供給される所定温度の冷却エア（冷却気体）を室内空間Ｒ１に導入するための導入口４ａが設けられている。
この構成により、室内空間Ｒ１に冷却エアが導入されると室内温度が低下し、ステージ部材２が効果的に冷却されるようになっている。
また、前記仕切り板５が設けられているため、ワークＷの側面Ｗ１が、導入口４ａから導入された冷却エアに晒されないようになされている。
尚、ステージ部材２を冷却する冷却手段は、冷却エア供給部７（冷却気体供給手段）と容器４とにより構成される。
【００２１】
また、押圧部材３は、前記ステージ部材２と同様の材質及び形状であり、押圧面３ａが下方のステージ部材２に向けられて配置されている。
また、円柱状に形成された押圧部材３の側周面には放熱効果を高めるために複数枚の放熱フィン３ｂが設けられている。
押圧部材３は、箱状の容器１０に収容され、容器内水平方向に仕切り板１１が設けられることによって、その押圧面３ａ（下面）は常に露出し、それより上方の部分が室内空間Ｒ２に配置された状態となっている。また、押圧部材３は、容器１０内の仕切り板１１に対して上下動自在に設けられており、スプリング１２により上部が支持されている。
【００２２】
また、容器１０の側面には、冷却エア供給部７から供給される所定温度の冷却エアを室内空間Ｒ２に導入するための導入口１０ａが設けられている。
この構成により、室内空間Ｒ２に冷却エアが導入されると室内温度が低下し、押圧部材３が効果的に冷却されるようになっている。
また、前記仕切り板１１が設けられているため、ワークＷの側面Ｗ１が、導入口１０ａから導入された冷却エアに晒されないようになされている。
尚、押圧部材３を冷却する冷却手段は、冷却エア供給部７（冷却気体供給手段）と容器１０とにより構成される。
【００２３】
また、押圧部材３を収容する容器１０は、昇降機構１５（昇降手段）によって昇降自在に保持されており、下降することによって、ステージ部材２に載置されたワークＷを押圧部材３が押圧（プレス）するように構成されている。
ここで、前記したようにステージ部材２の下部はスプリング６に支持され、押圧部材３の上部はスプリング１２に支持されているため、ステージ部材２のステージ面２ａ及び押圧部材３の押圧面３ａのワークＷへの密着性がそれぞれ向上するようになっている。
【００２４】
尚、図２に示すようにステージ部材２を収容する容器４の上端の対角の位置には、２つの位置決めピン３０が上方に突出して設けられている。これら位置決めピン３０は、ワークＷをステージ部材２のステージ面２ａに載置する際のワークＷの位置決めと、容器１０が下降した際に、容器１０の下端に係合し、容器４，１０同士の位置ずれを防止するために設けられている。
【００２５】
また、この熱融着装置１は、ステージ２に載置されたワークＷの側面Ｗ１に対し、加熱しながら水平方向から押さえ付けるＬ字板状（Ｌ字形の当接面を有する）の加熱板１６，１７（加熱部材）を備える。加熱板１６，１７は、それぞれ平面視方形のワークＷの連続する２側面をそれぞれ押さえ付けるようになっており、図２に示すようにステージ２（ワークＷ）を挟んで対角に配置されている。
【００２６】
また、加熱板１６，１７は、それぞれ押圧駆動部１８，１９（進退手段）によりステージ２に対して水平方向に進退可能に設けられている。押圧駆動部１８，１９は、例えば図２に示すように、レール２０、２１に沿ってスライダ２２、２３がそれぞれ移動することにより構成される。
このため、ステージ２に載置されたワークＷに対し、押圧駆動部１８，１９の駆動により、Ｌ字板状の加熱板１６，１７が前進し、ワークＷの全ての側面Ｗ１（４辺）が加熱板１６，１７により押さえ付けられるようになっている。
【００２７】
また、加熱板１６，１７の内部には、複数のヒータ２５が埋設されており、それらはヒータ駆動部２６から所定値の電流が供給されることにより所定温度に発熱するようになっている。
したがって、ヒータ２５が発熱した状態で、加熱板１６，１７がワークＷの側面Ｗ１に押し当てられると、ワークＷの側面Ｗ１が所定温度に加熱されるように構成されている。
尚、ヒータ２５、ヒータ駆動部２６、加熱板１６，１７、及び押圧駆動部１８，１９により加熱手段が構成される。
【００２８】
続いて、このように構成された熱融着装置１におけるワークＷに対する熱融着の動作について図３乃至図８を用いて説明する。図３は、熱融着装置１の動作の流れを示すフローであり、図４乃至図８は、図３のフローに対応した熱融着装置１の動作状態を示す斜視図である。
尚、図４乃至図８において示す熱融着装置１は、箱状の筐体４０内に収容され、押圧部材３を昇降させる昇降機構１５は筐体４０の天井部に固定されているものとしている。
また、ワークＷは、平面視方形であり、その４つの側面Ｗ１側に要接合部であるシーラント部が位置し、その一辺側から蓄電要素の電極に接続されたリード端子Ｗ２が引き出された形状とする。
【００２９】
先ず、図４に示すようにステージ部材２の上方に押圧部材３が離れた状態で配置され、ステージ部材２の側方に、加熱板１６，１７が離れた状態で配置される。
この状態から図５に示すようにステージ部材２上にワークＷ（蓄電要素及び電解液を、その上下から外装フィルムで挟んだもの）を載置する（図３のステップＳ１）。
【００３０】
次いで、図６に示すように昇降機構１５が押圧部材３を降下させ、ワークＷの上下面をステージ部材２と押圧部材３とにより挟み込み、ワークＷを、その上下面を所定圧力で押圧した状態で固定する（図３のステップＳ２）。
また、容器４，１０内の室内空間Ｒ１，Ｒ２に、導入口４ａ、１０ａを介し、冷却エア供給部７から所定温度に冷却されたエアを導入し、ステージ部材２及び押圧部材３を所定温度（例えば８０℃以下）に冷却する（図３のステップＳ３）。
【００３１】
次に図７に示すように、押圧駆動部１８，１９により加熱板１６，１７を前進させ、ワークＷの側面Ｗ１を押し付けると共に、ヒータ駆動部２６によりヒータ２５を発熱させ、ワークＷの側面Ｗ１を所定温度（例えば１６０℃〜１７０℃）で加熱する（図３のステップＳ４）。これにより、ワークＷの側面Ｗ１側に位置するシーラント部が融着温度（例えば１５０℃）に達し熱融着される。
【００３２】
また、ワークＷの上下面は、所定温度（例えば８０℃以下）に冷却されたステージ部材２及び押圧部材３により固定されるため、過度に温度上昇することがなく、ワークＷ内の蓄電要素（図示せず）への悪影響が抑制される。
また、ワークＷが固定されるため、リード端子Ｗ２が引き出されていても、ワークＷの位置がずれることなく加熱板１６，１７がワーク側面Ｗ１に押し当てられる。
【００３３】
ステップＳ４の加熱状態が所定時間経過すると、押圧駆動部１８，１９により加熱板１６，１７が後退され、ワーク側面Ｗ１の加熱が終了する（図３のステップＳ５）。
また、昇降機構１５により押圧部材３が上昇されて、ワークＷの固定状態が解除され、ワークＷに対する熱融着作業が終了する（図３のステップＳ６）。
【００３４】
以上のように、本発明に係る熱融着装置の一実施形態によれば、ステージ部材２に載置されたワークＷの上面を押圧部材３により固定し、熱融着が必要な側面Ｗ１（シーラント部）側に加熱板１６，１７を押し当て加熱する構成となっている。
これにより、ワークＷの側面Ｗ１のみを加熱して熱融着することができ、ワークＷ内の蓄電要素を過度に加熱することがないため、蓄電要素への悪影響を抑制することができる。
また、ステージ部材２及び押圧部材３を所定温度に冷却するため、ワークＷ内部に対する加熱を効果的に抑制することができる。
【００３５】
尚、前記実施の形態においては、ステージ部材２と押圧部材３とを冷却手段により所定温度に冷却する構成としたが、冷却手段を設けない構成であっても、ワークＷの側面Ｗ１のみを加熱する構成であるため、ワークＷ内の蓄電要素への加熱による悪影響を抑制することができる。
【００３６】
また、前記実施の形態においては、ステージ部材２と押圧部材３とを共に冷却手段により冷却する構成としたが、いずれか一方を冷却手段により冷却する構成としても、ワークＷ内部の蓄電要素への加熱抑制の効果を期待することができる。
【００３７】
また、前記実施の形態においては、固定されたステージ部材２に対し、その上方から押圧部材３を降下させ、ステージ上のワークＷを押圧し固定する構成としたが、それに限らず、例えば固定された押圧部材３に対しステージ部材２を上昇移動させ、押圧部材３との間でワークＷを挟み込んで固定する構成としてもよい（即ち、押圧部材３がステージ部材２に対し相対的に降下する構成であればよい）。
【００３８】
また、前記実施の形態においては、冷却手段として、容器４，１０内の室内空間Ｒ１，Ｒ２に冷却エアを導入し、ステージ部材２及び押圧部材３を所定温度に冷却する構成としたが、本発明の熱融着装置にあっては、その構成に限定されるものではない。
例えば、所定温度に冷却された冷却水をステージ部材２と押圧部材３の内部にそれぞれ循環させることにより、ステージ部材２と押圧部材３とを冷却するように冷却手段を構成してもよい。或いは、ペルチェ素子等を用いて、ステージ部材２と押圧部材３とを所定温度に冷却する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１          熱融着装置
２          ステージ部材
２ｂ        放熱フィン
３          押圧部材
３ｂ        放熱フィン
４          容器（冷却手段）
７          冷却エア供給部（冷却気体供給手段、冷却手段）
１０        容器（冷却手段）
１５        昇降機構（昇降手段）
１６        加熱板（加熱部材、加熱手段）
１７        加熱板（加熱部材、加熱手段）
１８        押圧駆動部（進退手段、加熱手段）
１９        押圧駆動部（進退手段、加熱手段）
２５        ヒータ（加熱手段）
２６        ヒータ駆動部（加熱手段）
Ｗ          ワーク
Ｗ１        ワークの側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013166287.tif 000007
【図６】
2013166287.tif 000008
【図７】
2013166287.tif 000009
【図８】
2013166287.tif 000010
【図９】
2013166287.tif 000011