特許 7668059 荷重付与装置、及び蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-16

(45)【発行日】2025-04-24

(54)【発明の名称】荷重付与装置、及び蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20250417BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20250417BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20250417BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M10/0562

H01M50/262 E

H01M50/262 S

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024117216

(22)【出願日】2024-07-22

【審査請求日】2024-07-31

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524276156

【氏名又は名称】合同会社Ｍａｎｕｖａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】秋田 潤

【審査官】森 透

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０４８８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０５３６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２３－００５００４０（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０９９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０５１８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

Ｈ０１Ｍ １０／０５６２

Ｈ０１Ｍ ５０／２６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

全固体電池の積層構造体に荷重を付与する荷重付与装置であって、
支持体と、
前記支持体から支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する弾性部と、
前記弾性部と前記積層構造体とに接し、前記弾性部から入力される弾性力を前記積層構造体の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達し、伝達した力の少なくとも一部から前記弾性変形の方向とは異なる前記積層構造体の積層方向の力を分割して前記積層構造体に伝達する力伝達部と、
前記支持体又は前記力伝達部の表面に設けられ、少なくとも一部に前記積層方向に対して傾斜した表面を有し、前記傾斜した表面上を前記弾性部が移動することで前記弾性部から前記力伝達部に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部と、
を備えること
を特徴とする荷重付与装置。

【請求項2】

全固体電池の積層構造体に荷重を付与する荷重付与装置であって、
支持体と、
前記支持体から支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する弾性部と、
前記弾性部と前記積層構造体とに接し、前記弾性部から回転運動自在又は揺動運動自在に軸支され、前記弾性部から入力される弾性力を前記積層構造体の膨縮に応じて回転運動又は揺動運動することで可変の力伝達方向に伝達し、伝達した力の少なくとも一部から前記弾性変形の方向とは異なる前記積層構造体の積層方向の力を分割して前記積層構造体に伝達する力伝達部と、
を備えること
を特徴とする荷重付与装置。

【請求項3】

前記支持体又は前記力伝達部の表面に設けられ、前記弾性部から前記力伝達部に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部をさらに備えること
を特徴とする請求項２に記載の荷重付与装置。

【請求項4】

前記力伝達部は、複数点で前記弾性部と接すること
を特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の荷重付与装置。

【請求項5】

全固体電池を含む積層構造体と、
請求項１～３の何れか１項に記載の１以上の荷重付与装置と、
を備えること
を特徴とする蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、全固体電池を含む積層構造体に荷重を付与する荷重付与装置、及び蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、次世代電池の一つとして全固体電池に関する技術が開発されている。全固体電池の実用化に向けては、電池内部における亀裂の発生や界面の接触不良等の課題を解決し、全固体電池の耐久性を向上させる必要がある。その手法の一つとして、全固体電池に対して一定の荷重を付与する方法がある。

【0003】

特許文献１～４には、全固体電池に対する荷重付与を維持する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－５１８６２号公報

【文献】特開２０２２－１１４６２５号公報

【文献】特開２０１９－１２５４５５号公報

【文献】特開２０２３－８４８８４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に開示されたシステムによれば、電池に対して一定の荷重付与を維持するためのソフトアクチュエーターの制御にエネルギー供給を要し、また全固体電池の体積変化に合わせてソフトアクチュエーターによる荷重を制御するために変位量の計測装置を要する。このため、特許文献１に開示されたシステムでは、エネルギーの一部を荷重付与に消費せざるを得ず、エネルギーの消費効率を向上できない問題がある。

【0006】

また、特許文献２に開示された装置によれば、電池に対して一定の荷重付与を維持するための弾性体のばね定数を切替える制御装置の制御にエネルギー供給を要し、また切替の要否又は可否を判断するための計測装置を要する。さらに、ばね定数の切替時に荷重が急変するおそれがある。このため、特許文献２に開示された装置では、全固体電池の耐久性向上及びエネルギー消費効率の向上を図ることができない問題がある。

【0007】

また、特許文献３に開示された装置によれば、電池の積層面全域において積層方向に複数配置されたばねの弾性力により電池に荷重を付与するため、電池の膨張による変形量とばねの弾性力による荷重とが単調増加関数の関係にある。また、特許文献４に開示された装置によれば、電池の外装材の弾性変形による変形応力により電池に荷重を付与するため、外装材の変形量によって変形応力が異なる。このため、特許文献３、４に開示された装置では、全固体電池の耐久性向上を図ることができない問題がある。

【0008】

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる荷重付与装置、及び蓄電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１発明における荷重付与装置は、全固体電池の積層構造体に荷重を付与する荷重付与装置であって、支持体と、前記支持体から支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する弾性部と、前記弾性部と前記積層構造体とに接し、前記弾性部から入力される弾性力を前記積層構造体の膨縮（膨張と収縮）に応じて可変の力伝達方向に伝達し、伝達した力の少なくとも一部から前記弾性変形の方向とは異なる前記積層構造体の積層方向の力を分割して前記積層構造体に伝達する力伝達部と、前記支持体又は前記力伝達部の表面に設けられ、少なくとも一部に前記積層方向に対して傾斜した表面を有し、前記傾斜した表面上を前記弾性部が移動することで前記弾性部から前記力伝達部に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部と、を備えることを特徴とする。
第２発明における荷重付与装置は、全固体電池の積層構造体に荷重を付与する荷重付与装置であって、支持体と、前記支持体から支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する弾性部と、前記弾性部と前記積層構造体とに接し、前記弾性部から回転運動自在又は揺動運動自在に軸支され、前記弾性部から入力される弾性力を前記積層構造体の膨縮に応じて回転運動又は揺動運動することで可変の力伝達方向に伝達し、伝達した力の少なくとも一部から前記弾性変形の方向とは異なる前記積層構造体の積層方向の力を分割して前記積層構造体に伝達する力伝達部と、を備えることを特徴とする。

【0010】

第３発明における荷重付与装置は、第２発明において、前記支持体又は前記力伝達部の表面に設けられ、前記弾性部から前記力伝達部に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部をさらに備えることを特徴とする。

【0011】

第４発明における荷重付与装置は、第１発明～第３発明の何れか１つにおいて、前記力伝達部は、複数点で前記弾性部と接することを特徴とする。

【0012】

第５発明における蓄電装置は、全固体電池を含む積層構造体と、第１発明～第３発明の何れか１つの１以上の荷重付与装置と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

第１発明～第４発明によれば、荷重付与装置は、弾性部から入力される弾性力を積層構造体の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向の力を分割して積層構造体に伝達する力伝達部を備える。このため、積層構造体に対して積層方向に安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【0014】

特に、第３発明によれば、荷重付与装置は、支持体又は力伝達部の表面に設けられ、弾性部から力伝達部に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部をさらに備える。このため、積層構造体に対して積層方向にさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0015】

特に、第４発明によれば、力伝達部は、複数点で接する１以上の弾性部から弾性力が入力される。このため、積層構造体に対して積層方向にさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0016】

第５発明によれば、蓄電装置は、弾性部から入力される弾性力を積層構造体の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向の力を分割して積層構造体に伝達する力伝達部を備える。このため、積層構造体に対して積層方向に安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、第１実施形態における荷重付与装置及び蓄電装置の構成の一例を示す模式斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態における荷重付与装置の構成の一例を示す模式図であり、図２（ａ）が側面図、図２（ｂ）が仰瞰図である。

【図3】図３は、第１実施形態における荷重付与装置の動作の一例を示す模式図であり、図３（ａ）が積層構造体の膨張前、図３（ｂ）が積層構造体の膨張後を示す図である。

【図4】図４は、第１実施形態における荷重付与装置が付与する荷重の一例を示す模式図である。

【図5】図５は、第１実施形態における荷重付与装置の積層方向変位量と荷重との関係の一例を示す模式図である。

【図6】図６は、第１実施形態における荷重付与装置の構成の第１変形例を示す模式図である。

【図7】図７（ａ）～図７（ｃ）は、第１実施形態における荷重付与装置の構成の第２変形例～第４変形例を示す模式図である。

【図8】図８は、第２実施形態における荷重付与装置及び蓄電装置の構成の一例を示す模式斜視図である。

【図9】図９（ａ）は、第２実施形態における荷重付与装置の構成の一例を示す模式側面図であり、図９（ｂ）は、第２実施形態における荷重付与装置の構成の一例及び第１変形例を示す模式側面図である。

【図10】図１０は、第２実施形態における荷重付与装置の構成の第２変形例を示す模式側面図である。

【図11】図１１（ａ）～図１１（ｃ）は、第２実施形態における荷重付与装置の構成の第３変形例を示す模式側面図である。

【図12】図１２は、第１実施例における荷重付与装置の積層方向変位量と荷重との関係の一例を示す模式図である。

【図13】図１３（ａ）～図１３（ｃ）は、第２実施例における荷重付与装置の積層方向変位量と補正幅及び荷重との関係の一例を示す模式図である。

【図14】図１４（ａ）～図１４（ｂ）は、第３実施例における荷重付与装置の積層方向変位量と補正幅及び荷重との関係の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態としての荷重付与装置１及び蓄電装置１００の一例について詳細に説明をする。なお、各図において、積層構造体２が積層される方向を積層方向Ｘとし、積層方向Ｘと直交する積層直交方向のうち１つの方向を第１積層直交方向Ｙとし、積層方向Ｘ及び第１積層直交方向Ｙのそれぞれと直交する方向を第２積層直交方向Ｚとする。各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。

【0019】

（第１実施形態：荷重付与装置１）
図面を参照して、本実施形態における荷重付与装置１の一例を説明する。

【0020】

荷重付与装置１は、例えば図１に示すように、全固体電池を含む積層方向Ｘに積層された積層構造体２に荷重を付与する装置である。荷重付与装置１は、例えば積層構造体２と組み合わせることで蓄電装置１００を構成する。

【0021】

荷重付与装置１は、例えば支持体１０と、弾性部１１と、力伝達部１２と、を備える。荷重付与装置１は、弾性部１１が弾性変形したとき、力伝達部１２を介して積層構造体２に対して荷重を付与することができる。

【0022】

このような蓄電装置１００は、荷重付与装置１の機能により、弾性部１１から入力される弾性力を積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向Ｘの力を分割して積層構造体２に伝達する力伝達部１２を備える。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【0023】

＜支持体１０＞
支持体１０は、弾性部１１を支持する。支持体１０は、例えば荷重付与装置１の各構成や積層構造体２等を内部に収容可能な中空体であり、函体、角筒体、側面視コの字状の構造体、骨組み構造体等を含む。支持体１０は、例えば弾性部１１が弾性変形したときに積層構造体２に対して荷重を付与可能な剛性を有する材質が用いられる。支持体１０は、例えば積層構造体２の周囲を覆う外装体として構成されてもよい。

【0024】

支持体１０は、例えば第１支持板１０１と、第２支持板１０２と、対向板１０３と、を含む。第１支持板１０１及び第２支持板１０２は、例えば積層方向Ｘに略平行に延長され、第１積層直交方向Ｙに互いに離間して対向する。対向板１０３は、例えば第１積層直交方向Ｙに略平行に延長され、積層構造体２に対向して配置される。対向板１０３は、一端が第１支持板１０１と接続され、他端が第２支持板１０２と接続される。第１支持板１０１、第２支持板１０２、及び対向板１０３は、例えば内面の表面が平滑な形状でもよく、扁平形状でもよく、湾曲形状でもよい。

【0025】

支持体１０は、例えば弾性部１１を構成する非弾性材料からなる第１積層直交方向Ｙに略平行に延長された基部１１１を、積層方向Ｘに運動自在に挟持する。支持体１０は、例えば基部１１１が第１支持板１０１の表面と第２支持板１０２の表面とから外れないように、基部１１１と接触する部分において、基部１１１の端部を積層方向Ｘに運動自在に遊嵌するためのレールが設けられてもよい。

【0026】

支持体１０は、例えば第１支持板１０１と第２支持板１０２とが相互に対向する側の内面のうち少なくとも何れかに平滑板１０４を有する。すなわち、支持体１０は、平滑板１０４において基部１１１を積層方向Ｘに運動自在に挟持する。ここで、平滑面とは、積層方向Ｘに対して略平行であり、積層方向Ｘへ運動する基部１１１に対してほとんど外力を作用しない面をいう。なお、本実施形態では支持体１０の内面に平滑板１０４が取り付けられる例を説明するが、支持体１０の内面が平滑板１０４と同様の平滑な面に加工されてもよい。

【0027】

支持体１０は、例えば基部１１１を積層方向Ｘにのみ直線運動するように支持してもよい。この場合、基部１１１が積層方向Ｘを含む二次元又は三次元の運動をする場合と比べて、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0028】

支持体１０の材質としては、例えば弾性定数が大きく、変形しにくい材質が用いられ、「ＪＩＳ Ｋ ６８９９－１」に示すプラスチックや、カーボン、ガラス、セラミックス、各種金属合金、又はこれらの複合材料等が用いられる。

【0029】

＜弾性部１１＞
弾性部１１は、支持体１０に支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する。弾性部１１は、例えば図２（ａ）に示すように、基部１１１と、第１摺動部１１２と、第２摺動部１１３と、第１嵌合部１１４と、第２嵌合部１１５と、固定部１１６と、弾性体１１７と、可動部１１８と、を有する。なお、弾性体１１７以外の弾性部１１の各構成は、例えば支持体１０と同様の材質が用いられてもよい。

【0030】

＜基部１１１＞
基部１１１は、例えば支持体１０に積層方向Ｘに運動自在に挟持される。基部１１１は、例えば第１積層直交方向Ｙに延長される。

【0031】

基部１１１は、例えば第１積層直交方向Ｙに延長され、その両端が第１嵌合部１１４と第２嵌合部１１５とに嵌合される。なお、基部１１１は、例えば一部が積層方向Ｘに拡幅されてもよい。

【0032】

基部１１１の形状としては、積層構造体２に対して荷重を付与可能であり、かつ、接続される力伝達部１２が基部１１１上を運動自在とされる形状及び剛性を有していればよく、直線状の棒体の他、少なくとも一部が積層方向Ｘに湾曲した湾曲体でもよく、少なくとも一部が積層方向Ｘに突出した凸曲面からなる紡錘体でもよい。また、基部１１１の材質としては、例えば支持体１０と同様の材質が用いられてもよい。

【0033】

なお、基部１１１は、例えば接続される力伝達部１２が表面から外れないように、力伝達部１２と接触する部分において、力伝達部１２を運動自在に遊嵌するためのレールが設けられてもよい。

【0034】

＜第１摺動部１１２＞
第１摺動部１１２は、例えば図１に示すように、支持体１０のうち第１支持板１０１又は平滑板１０４と接触する。第１摺動部１１２は、例えば図２（ａ）に対応する底面図の図２（ｂ）に示すように、ローラＲ１１２が取り付けられており、ローラＲ１１２を介して第１支持板１０１又は平滑板１０４の表面と接触する。このとき、第１摺動部１１２は、ローラＲ１１２が回転することにより、第１支持板１０１の表面に対して積層方向Ｘに摺動自在とされている（図３（ａ）～図３（ｂ）参照）。

【0035】

＜第２摺動部１１３＞
第２摺動部１１３は、例えば支持体１０のうち第２支持板１０２と接触する。第２摺動部１１３は、例えばローラＲ１１３が取り付けられており、ローラＲ１１３を介して第２支持板１０２の表面と接触する。このとき、第２摺動部１１３は、ローラＲ１１３が回転することにより、第２支持板１０２の表面に対して積層方向Ｘに摺動自在とされている。

【0036】

＜第１嵌合部１１４＞
第１嵌合部１１４は、例えば基部１１１の一端が挿通されるとともに第１固定具Ｂ１１４を介して第１摺動部１１２に固定されることで、基部１１１の一端が嵌合される。

【0037】

＜第２嵌合部１１５＞
第２嵌合部１１５は、例えば基部１１１の他端が挿通されるとともに第２固定具Ｂ１１５を介して基部１１１及び第２摺動部１１３に固定される。このとき、第１摺動部１１２及び第２摺動部１１３が支持体１０の表面に対して積層方向Ｘに摺動することで、基部１１１は積層方向Ｘに運動することができる。

【0038】

＜固定部１１６＞
固定部１１６は、固定支持される端部である。固定部１１６は、例えば基部１１１、第１摺動部１１２、第２摺動部１１３、第１嵌合部１１４、第２嵌合部１１５のうち少なくとも何れかと接続される。この場合、支持体１０に固定される場合と比べて、力伝達部１２が積層構造体２の膨縮に応じて積層方向Ｘ及び第１積層直交方向Ｙに運動しつつ、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。なお、固定部１１６は、例えば支持体１０に固定されてもよい。

【0039】

＜弾性体１１７＞
弾性体１１７は、自身が弾性変形して弾性力を生成する。弾性体１１７は、例えば略直線状に弾性変形自在であり、固定部１１６と可動部１１８とを接続する。本実施形態では、弾性体１１７が第１積層直交方向Ｙに略直線状に弾性変形する例を説明するが、これに限定されない。弾性部１１は、積層方向Ｘと異なる方向に略直線状に弾性変形するように配置されてもよい。

【0040】

弾性体１１７としては、略直線状に弾性変形自在の公知のコイルばね（圧縮コイルばね、引張コイルばね、ねじりコイルばね）の他、板ばね、渦巻ばね、輪ばね等が用いられてよい。また、弾性体１１７の材質は、略直線状に弾性変形自在の公知の金属ばね（鋼ばね、銅合金ばね、ニッケル合金ばね）等が用いられてよい。

【0041】

＜可動部１１８＞
可動部１１８は、可動自在の端部である。可動部１１８は、例えば固定部１１６を基準として、弾性体１１７の弾性変形に応じて弾性方向に可動である。

【0042】

可動部１１８は、力伝達部１２と接続される。ここで、可動部１１８は、積層構造体２の膨縮に応じて力伝達部１２から外力を受けるとき、固定部１１６に近接する。すなわち、弾性体１１７が固定部１１６と可動部１１８とにより圧縮されて弾性変形する。その結果、可動部１１８は、弾性体１１７から弾性方向に弾性力を受け、力伝達部１２に対して反力を与える。これにより、荷重付与装置１は、弾性体１１７が生成した弾性力を荷重として、力伝達部１２を介して積層構造体２に付与することができる。

【0043】

＜力伝達部１２＞
力伝達部１２は、弾性部１１と積層構造体２とに接する。力伝達部１２は、弾性部１１から弾性方向に入力される弾性力を、積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達する。力伝達部１２は、力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から弾性方向とは異なる積層構造体２の積層方向Ｘの力を分割して、積層構造体２に伝達する。

【0044】

力伝達部１２は、例えば一の部材、又は複数の部材から構成される。力伝達部１２は、例えば一以上の部材１２１を有する。なお、力伝達部１２の各構成は、例えば支持体１０と同様の材質が用いられてもよい。

【0045】

＜部材１２１＞
部材１２１は、弾性部１１から弾性方向に弾性力が入力される。部材１２１は、積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達する。部材１２１は、例えば図２（ａ）に示すように、可動部連結部１２１ａと、第１アーム部１２１ｂと、第１アーム連結部１２１ｃと、を有する。

【0046】

可動部連結部１２１ａは、例えば基部１１１の延長方向に運動自在に基部１１１に遊嵌される。可動部連結部１２１ａは、例えば可動部１１８に固定され、可動部１１８の運動に応じて基部１１１の延長方向に運動する。可動部連結部１２１ａは、例えば基部１１１を挿通可能な中空空間を有し、基部１１１がその中空空間に挿通されることで、第１積層直交方向Ｙに運動自在に遊嵌される。なお、可動部連結部１２１ａは、例えば中空空間を有さなくてもよい。この場合、可動部連結部１２１ａは、基部１１１の表面に設けられたレールに遊嵌されることで、第１積層直交方向Ｙに運動自在とされてもよい。

【0047】

可動部連結部１２１ａは、例えば基部１１１上を、基部１１１に対して第１積層直交方向Ｙにのみ直線運動する。この場合、可動部連結部１２１ａが基部１１１に対して第１積層直交方向Ｙを含む二次元又は三次元の運動をする場合と比べて、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0048】

第１アーム部１２１ｂは、例えば一方向に延長された部材であり、延長方向の一端が可動部連結部１２１ａを介して基部１１１に接続される。第１アーム部１２１ｂは、例えば可動部連結部１２１ａの運動に応じて可動部連結部１２１ａを軸として回転運動又は揺動運動するように、可動部連結部１２１ａに軸支される。

【0049】

第１アーム部１２１ｂは、可動部連結部１２１ａを介して弾性部１１から弾性方向に弾性力が入力される。第１アーム部１２１ｂは、例えば延長方向の他端が積層構造体２に接触しており、入力された弾性力を一端から他端に向かって伝達し、積層構造体２に対して荷重として付与することができる。

【0050】

第１アーム連結部１２１ｃは、例えば第１アーム部１２１ｂの延長方向の他端に接続され、第１アーム部１２１ｂと積層構造体２又は部材１２１の他の部材とを連結する。第１アーム連結部１２１ｃは、例えば第１アーム部１２１ｂと積層構造体２とを連結するとき、第１アーム部１２１ｂに入力された弾性力を積層構造体２に対して荷重として付与することができる。

【0051】

ここで、従来の装置では、弾性力と付与する荷重との向きが略同一であり、また、電池の膨張の反力としての弾性力をそのまま荷重として付与するが、本発明によれば、力伝達部１２が積層構造体２の膨縮に応じて回転運動又は揺動運動することにより可変の力伝達方向に力を伝達し、かつ、伝達した力の少なくとも一部から弾性方向とは異なる積層構造体２の積層方向Ｘの力を分割して積層構造体２に伝達することができる。

【0052】

すなわち、部材１２１は、弾性部１１から弾性方向に入力される弾性力を積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向Ｘの力を分割して積層構造体２に伝達する。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【0053】

また、力伝達部１２は、例えば複数点において積層構造体２に荷重を付与する。この場合、一点において積層構造体２に荷重を付与する場合と比べて、局所的な荷重付与による全固体電池内部の亀裂発生を抑制しやすい。また、力伝達部１２を積層構造体２の表面に嵌合又は固定する場合において、荷重の変動に伴う当該嵌合部分又は当該固定部分への応力を複数点に分散できる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0054】

部材１２１は、例えば第２アーム部１２１ｄと、第２アーム連結部１２１ｅと、第３アーム部１２１ｆと、第３アーム連結部１２１ｇと、をさらに有してもよい。このとき、部材１２１は、各アーム部１２１ｂ、１２１ｄ、１２１ｆが連結されてなる。詳しくは、第２アーム部１２１ｄは、延長方向の一端が第１アーム連結部１２１ｃに回転運動自在に軸支され、延長方向の他端が第２アーム連結部１２１ｅを介して第３アーム部１２１ｆと連結される。また、第３アーム部１２１ｆは、延長方向の一端が第２アーム連結部１２１ｅに回転運動自在に軸支され、延長方向の他端が第３アーム連結部１２１ｇを介して基部１１１と連結されるとともに、第３アーム連結部１２１ｇに回転運動自在に軸支される。第３アーム連結部１２１ｇは、例えば可動部連結部１２１ａと同様の構成を有してもよく、基部１１１の延長方向（第１積層直交方向Ｙ）に運動自在に基部１１１に遊嵌されてよい。

【0055】

部材１２１は、例えばローラＲ１２１をさらに有してもよい。ローラＲ１２１は、例えば第１アーム連結部１２１ｃに取り付けられるローラＲ１２１ｃと、第２アーム連結部１２１ｅに取り付けられるローラＲ１２１ｅと、を有する。部材１２１は、例えば第２アーム部１２１ｄが各ローラＲ１２１ｃ、Ｒ１２１ｅを介して積層構造体２の表面と接触する。このとき、第２アーム部１２１ｄは、各ローラＲ１２１ｃ、Ｒ１２１ｅが回転することにより、積層構造体２の表面に対して摺動自在とされている。ここで、積層構造体２が全固体電池の膨縮に伴い膨縮するとき、部材１２１は、例えば第１アーム部１２１ｂの一端、第２アーム部１２１ｄの両端、第３アーム部１２１ｆの一端、あるいは各ローラＲ１２１ｃ、Ｒ１２１ｅを介して、積層構造体２に荷重を付与することができる。なお、第２アーム部１２１ｄは、例えば第１アーム連結部１２１ｃ及び第２アーム連結部１２１ｅの少なくとも何れかが積層構造体２の表面に設けられたレールに遊嵌されることで、積層構造体２の表面に沿って運動自在とされてもよい。

【0056】

部材１２１は、例えば図２（ｂ）に示すように、各アーム部１２１ｂ、１２１ｄ、１２１ｆの延長方向の他端が、延長方向の一端よりも第２積層直交方向Ｚにずれて相互に独立して運動自在とされてもよい。すなわち、力伝達部１２は、各アーム部１２１ｂ、１２１ｄ、１２１ｆを介して第２積層直交方向Ｚにおいて異なる複数点において積層構造体２に荷重を付与する。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘに面的に安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【0057】

部材１２１は、例えば図２（ａ）に示すように、第４アーム部１２１ｂ’と、第４アーム連結部１２１ｃ’とをさらに有してもよい。なお、第４アーム部１２１ｂ’は第１アーム部１２１ｂに、第４アーム連結部１２１ｃ’は第１アーム連結部１２１ｃに、それぞれ対応する構成及び機能を有する。

【0058】

第４アーム部１２１ｂ’は、例えば一方向に延長された部材であり、延長方向の一端が可動部連結部１２１ａを介して基部１１１に接続される。第４アーム部１２１ｂ’は、例えば基部１１１に対して第１アーム部１２１ｂとは反対側において、可動部連結部１２１ａの運動に応じて可動部連結部１２１ａを軸として回転運動又は揺動運動するように、可動部連結部１２１ａに軸支される。

【0059】

第４アーム部１２１ｂ’は、可動部連結部１２１ａを介して弾性部１１から弾性方向に弾性力が入力される。第４アーム部１２１ｂ’は、例えば延長方向の他端が対向板１０３に接触しており、入力された弾性力を一端から他端に向かって伝達し、対向板１０３に対して荷重として付与することができる。

【0060】

第４アーム連結部１２１ｃ’は、例えば第４アーム部１２１ｂ’の延長方向の他端に接続され、第４アーム部１２１ｂ’と対向板１０３又は部材１２１の他の部材とを連結する。第４アーム連結部１２１ｃ’は、例えば第１アーム部１２１ｂと対向板１０３とを連結するとき、第４アーム部１２１ｂ’に入力された弾性力を対向板１０３に対して荷重として付与することができる。

【0061】

すなわち、部材１２１は、弾性部１１から弾性方向に入力される弾性力を積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向Ｘの力を分割して対向板１０３に伝達する。ここで、可動部連結部１２１ａに入力される弾性部１１からの弾性力は、第１アーム部１２１ｂと第４アーム部１２１ｂ’とに分散され、積層構造体２に付与される荷重の変化が抑制されやすい。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率のさらなる向上を図ることができる。

【0062】

部材１２１は、例えば第５アーム部１２１ｄ’と、第５アーム連結部１２１ｅ’と、第６アーム部１２１ｆ’と、をさらに有してもよい。なお、第５アーム部１２１ｄ’は第２アーム部１２１ｄに、第５アーム連結部１２１ｅ’は第２アーム連結部１２１ｅに、第６アーム部１２１ｆ’は第３アーム部１２１ｆに、それぞれ対応する構成及び機能を有する。このとき、部材１２１は、各アーム部１２１ｂ’、１２１ｄ’、１２１ｆ’が連結されてなる。詳しくは、第５アーム部１２１ｄ’は、延長方向の一端が第４アーム連結部１２１ｃ’に回転運動自在に軸支され、延長方向の他端が第５アーム連結部１２１ｅ’を介して第６アーム部１２１ｆ’と連結される。また、第６アーム部１２１ｆ’は、延長方向の一端が第５アーム連結部１２１ｅ’に回転運動自在に軸支され、延長方向の他端が第３アーム連結部１２１ｇを介して基部１１１と連結されるとともに、第３アーム連結部１２１ｇに回転運動自在に軸支される。

【0063】

部材１２１のローラＲ１２１は、例えば第４アーム連結部１２１ｃ’に取り付けられるローラＲ１２１ｃ’と、第５アーム連結部１２１ｅ’に取り付けられるローラＲ１２１ｅ’と、をさらに有してもよい。部材１２１は、例えば第５アーム部１２１ｄ’が各ローラＲ１２１ｃ’、Ｒ１２１ｅ’を介して対向板１０３の表面と接触する。このとき、第５アーム部１２１ｄ’は、各ローラＲ１２１ｃ’、Ｒ１２１ｅ’が回転することにより、対向板１０３の表面に対して摺動自在とされている。ここで、積層構造体２が全固体電池の膨縮に伴い膨縮するとき、部材１２１は、例えば第４アーム部１２１ｂ’の一端、第５アーム部１２１ｄ’の両端、第６アーム部１２１ｆ’の一端、あるいは各ローラＲ１２１ｃ’、Ｒ１２１ｅ’を介して、対向板１０３に荷重を付与することができる。なお、第５アーム部１２１ｄ’は、例えば第４アーム連結部１２１ｃ’及び第５アーム連結部１２１ｅ’の少なくとも何れかが対向板１０３の表面に設けられたレールに遊嵌されることで、対向板１０３の表面に沿って運動自在とされてもよい。

【0064】

＜積層構造体２＞
積層構造体２は、積層方向Ｘに積層された構造体であり、公知の全固体電池を含む。積層構造体２は、例えば図１に示すように、正極材２１と、固体電解質２２と、負極材２３と、保護材２４と、を含み、これらが断面視において積層方向Ｘに積層される。

【0065】

荷重付与装置１が積層構造体２に対して積層方向Ｘに荷重を付与することで、積層構造体２は、保護材２４を介して正極材２１及び固体電解質２２が負極材２３に向かって押圧され、その結果、正極材２１と固体電解質２２との界面、又は負極材２３と固体電解質２２との界面の接触を良好に保つことができる。

【0066】

（第１実施形態：荷重付与装置１の動作）
次に、図面を参照して、本実施形態における荷重付与装置１の動作の一例を説明する。

【0067】

荷重付与装置１の動作については、例えば図３（ａ）に示す電池収縮モードと、図３（ｂ）に示す電池膨張モードと、の２つに大別される。図３（ａ）～図３（ｂ）は、各構成の説明のため弾性体１１７の記載を省略している。なお、図３（ｂ）に示す破線で示す六角形の各辺は、図３（ａ）における互いに連結された第１アーム部１２１ｂ、第２アーム部１２１ｄ、第３アーム部１２１ｆと、互いに連結された第４アーム部１２１ｂ’、第５アーム部１２１ｄ’、第６アーム部１２１ｆ’の位置をそれぞれ示し、六角形の頂点は、図３（ａ）における可動部連結部１２１ａ、第１アーム連結部１２１ｃ、第２アーム連結部１２１ｅ、第３アーム連結部１２１ｇ、第４アーム連結部１２１ｃ’、第５アーム連結部１２１ｅ’の位置をそれぞれ示す。

【0068】

荷重付与装置１は、図３（ｂ）に示すように、電池収縮モードから電池膨張モードへの移行に伴い、弾性部１１が積層方向Ｘに運動する。また、弾性部１１の積層方向Ｘへの運動に伴い、可動部連結部１２１ａと、第１アーム部１２１ｂと、第１アーム連結部１２１ｃと、第２アーム部１２１ｄと、第２アーム連結部１２１ｅと、第３アーム部１２１ｆと、第３アーム連結部１２１ｇとが、積層方向Ｘに運動する。また、積層方向Ｘへの運動と同時に、可動部連結部１２１ａと、第１アーム部１２１ｂと、第１アーム連結部１２１ｃと、第２アーム部１２１ｄと、第２アーム連結部１２１ｅと、第４アーム部１２１ｂ’と、第４アーム連結部１２１ｃ’と、第５アーム部１２１ｄ’と、第５アーム連結部１２１ｅ’とが、第１積層直交方向Ｙに運動する。なお、電池収縮モードから電池膨張モードへの移行において、支持体１０は、積層方向Ｘ及び第１積層直交方向Ｙに運動しない。

【0069】

まず、積層方向Ｘの運動の詳細について説明する。電池収縮モードから電池膨張モードへの移行に伴い、積層構造体２は、積層方向Ｘのうち膨張方向（積層構造体２から荷重付与装置１に向かう方向）に膨張する。

【0070】

積層構造体２が膨張方向に積層方向変位量ΔＨだけ膨張したとき、力伝達部１２は、第１アーム連結部１２１ｃと、第２アーム部１２１ｄと、第２アーム連結部１２１ｅとが、膨張方向に積層方向変位量ΔＨだけ運動する。このとき、第１アーム部１２１ｂは、延長方向の他端に第１アーム連結部１２１ｃを介して入力された膨張方向の力を延長方向の一端まで伝達するとともに、可動部連結部１２１ａを介して基部１１１に伝達する。また、第３アーム部１２１ｆは、延長方向の一端に第２アーム連結部１２１ｅを介して入力された膨張方向の力を延長方向の他端まで伝達するとともに、第３アーム連結部１２１ｇを介して基部１１１に伝達する。その結果、可動部連結部１２１ａと、第３アーム連結部１２１ｇと、基部１１１とは、膨張方向に積層方向変位量ΔＩだけ運動する。

【0071】

なお、基部１１１の膨張方向への運動に伴い、第４アーム連結部１２１ｃ’、第５アーム部１２１ｄ’、第５アーム連結部１２１ｅ’にも膨張方向の力が作用するが、同時に対向板１０３から積層方向Ｘのうち縮小方向（荷重付与装置１から積層構造体２に向かう方向）の垂直抗力が作用する。ここで、第４アーム連結部１２１ｃ’と、第５アーム部１２１ｄ’と、第５アーム連結部１２１ｅ’とは、膨張方向の力と縮小方向の力とがつり合うため、積層方向Ｘには運動しない。

【0072】

次に、第１積層直交方向Ｙの運動の詳細について説明する。

【0073】

第３アーム部１２１ｆは、延長方向の一端に第２アーム連結部１２１ｅを介して入力された膨張方向の力を延長方向の他端まで伝達するとき、延長方向の力成分のみを分割して他端まで伝達するとともに、延長方向以外の力成分をトルクとして第３アーム連結部１２１ｇを軸として基部１１１に近接するように回転運動する。その結果、第２アーム連結部１２１ｅは、第１積層直交方向Ｙに第１積層直交方向変位量ΔＪだけ運動する。

【0074】

第２アーム部１２１ｄと第１アーム連結部１２１ｃとは、第２アーム連結部１２１ｅの運動に伴い、積層構造体２の表面に沿って第１積層直交方向変位量ΔＫだけ運動する。図３（ｂ）の例では、第２アーム部１２１ｄと第１アーム連結部１２１ｃとは、第２アーム連結部１２１ｅを軸に回転運動せずに第１積層直交方向Ｙに運動しており、このときΔＫ＝ΔＪとなる。

【0075】

第１アーム部１２１ｂは、第１アーム連結部１２１ｃの第１積層直交方向Ｙの運動に伴い第１積層直交方向Ｙに運動する。また、第１アーム部１２１ｂは、延長方向の他端に第１アーム連結部１２１ｃを介して入力された膨張方向の力を延長方向の一端まで伝達するとき、延長方向の力成分のみを分割して一端まで伝達するとともに、延長方向以外の力成分をトルクとして可動部連結部１２１ａを軸として基部１１１に近接するように回転運動する。その結果、可動部連結部１２１ａは、第１積層直交方向Ｙに第１積層直交方向変位量ΔＬだけ運動する。このときΔＬ＝ΔＪ＋ΔＫとなる。

【0076】

また、第６アーム部１２１ｆ’は、第３アーム部１２１ｆの回転運動と同様に、延長方向の一端に第５アーム連結部１２１ｅ’を介して入力された縮小方向の力を延長方向の他端まで伝達するとき、延長方向の力成分のみを分割して他端まで伝達するとともに、延長方向以外の力成分をトルクとして第３アーム連結部１２１ｇを軸として基部１１１に近接するように回転運動する。その結果、第５アーム連結部１２１ｅ’は、第２アーム連結部１２１ｅと同様に、第１積層直交方向Ｙに第１積層直交方向変位量ΔＪだけ運動する。

【0077】

第５アーム部１２１ｄ’と第４アーム連結部１２１ｃ’とは、第５アーム連結部１２１ｅ’の運動に伴い、対向板１０３の表面に沿って第１積層直交方向変位量ΔＫだけ運動する。図３（ｂ）の例では、第５アーム部１２１ｄ’と第４アーム連結部１２１ｃ’とは、第５アーム連結部１２１ｅ’を軸に回転運動せずに第１積層直交方向Ｙに運動しており、このときΔＫ＝ΔＪとなる。

【0078】

第４アーム部１２１ｂ’は、第４アーム連結部１２１ｃ’の第１積層直交方向Ｙの運動に伴い第１積層直交方向Ｙに運動する。また、第４アーム部１２１ｂ’は、延長方向の他端に第４アーム連結部１２１ｃ’を介して入力された縮小方向の力を延長方向の一端まで伝達するとき、縮小方向の力成分のみを分割して一端まで伝達するとともに、延長方向以外の力成分をトルクとして可動部連結部１２１ａを軸として基部１１１に近接するように回転運動する。その結果、可動部連結部１２１ａは、第１積層直交方向Ｙに第１積層直交方向変位量ΔＬだけ運動する。

【0079】

可動部１１８は、可動部連結部１２１ａの運動に伴い、基部１１１の延長方向に沿って第１積層直交方向変位量ΔＬだけ運動する。図３（ｂ）の例では、可動部連結部１２１ａは、第１積層直交方向Ｙに運動している。

【0080】

弾性体１１７は、可動部１１８の運動により可動部１１８と固定部１１６との間で圧縮され、弾性方向に対する弾性力を生成する。その後、弾性体１１７により生成された弾性力は、可動部１１８、可動部連結部１２１ａ、第１アーム部１２１ｂ、第１アーム連結部１２１ｃを介して積層構造体２に伝達される。

【0081】

以上の動作により、荷重付与装置１は、積層構造体２に対して積層方向Ｘに安定性の高い荷重を付与することができる。

【0082】

次に、図４を参照して、可動部連結部１２１ａに対して作用する力Ｆと、積層構造体２に対して付与される荷重Ｐとの関係について説明する。なお、力Ｆの方向に対する第１アーム部１２１ｂ及び第４アーム部１２１ｂ’の延長方向の角度をαとする。

【0083】

基部１１１は、例えば図４に示すように、弾性体１７から可動部連結部１２１ａに向かう方向であり、かつ、第１積層直交方向Ｙに対して角度θだけ傾斜した方向に力Ｆ_Ｄを受ける（図１～図３の例はθ＝０の場合を示す）。このとき、可動部連結部１２１ａは、例えば基部１１１を介して、第１積層直交方向Ｙのうち弾性体１７から可動部連結部１２１ａに向かう方向に力Ｆ（＝Ｆ_Ｄ×ｃｏｓθ）を受ける。その後、可動部連結部１２１ａは、第１アーム部１２１ｂ及び第４アーム部１２１ｂ’に対して、力Ｆのうち、第１アーム部１２１ｂ及び第４アーム部１２１ｂ’の延長方向に伝達する伝達方向に分割した伝達方向成分（Ｆ_Ｂ＝１／２×Ｆ／ｃｏｓα）だけ荷重を付与する。その後、第１アーム部１２１ｂは、積層構造体２に対して、伝達方向成分のうち、積層方向Ｘに分割した積層方向成分（＝Ｆ_Ｂ×ｓｉｎα＝１／２×Ｆ×ｔａｎα）だけ荷重を付与する。

【0084】

この場合、荷重Ｐは、力Ｆ_Ｄのうち第１積層直交方向Ｙの力Ｆの積層方向成分と、積層方向Ｘの力Ｆ_Ｐと、の和として、式［１］のとおり算出される。

【0085】

【数1】

【0086】

次に、図５を参照して、積層構造体２の膨張の程度を示す積層方向変位量ΔＨと、積層構造体２に付与される荷重Ｐとの関係について説明する。図５中の実線は本発明の荷重Ｐを、破線は従来技術の荷重Ｐを、一点鎖線はそれぞれの初期荷重（基準線）を示している。なお、図５に示す積層方向変位量ΔＨ及び荷重Ｐの数値は、同様の単位系において比較可能に相対的に示された値を示しているため、任意単位a.u.（arbitrary unit）を適用することができる。また、図５に示す積層方向変位量ΔＨの範囲においては、例えば基部１１１が対向板１０３に接触するなど弾性部１１の積層方向Ｘへの運動が制限される状態に至っておらず、また可動部１１８が固定部１１６に接触するなど弾性部１１の第１積層直交方向Ｙへの運動が制限される状態に至っていないものとする。

【0087】

荷重付与装置１が積層構造体２に付与する荷重Ｐは、例えば図５に示すとおり、積層方向変位量ΔＨが０（a.u.）から約３０（a.u.）までの間上昇した後、約３０（a.u.）をピークとして減少し、約７０（a.u.）を超過した時点で０（a.u.）における荷重Ｐを下回る。すなわち、弾性部１１による弾性力の方向と力伝達部１２による積層構造体２に付与する荷重の方向とが異なる本発明は、図５の破線で示した、弾性力の方向と荷重（積層構造体２に付与する荷重）の方向とが同じである従来技術と比べて、荷重Ｐの変化が明確に抑制されている。

【0088】

（第１実施形態：荷重付与装置１の第１変形例）
弾性部１１は、例えば図６に示すように、第１摺動部１１２と、固定部１１６と、弾性体１１７と、可動部１１８とを有し、第２摺動部１１３を有さなくてもよい。この場合、力伝達部１２は、第２摺動部１１３の代わりに第２支持板１０２の表面に対して積層方向Ｘに摺動自在とされてよい。

【0089】

図６の例では、力伝達部１２は、可動部連結部１２１ａに接続されるローラＲ１２１ａをさらに有し、ローラＲ１２１ａが対向板１０３の表面上を第１積層直交方向Ｙに摺動可能とされている。また、第２アーム連結部１２１ｅに接続されるローラＲ１２１ｅが第２支持板１０２の表面上を積層方向Ｘに摺動可能とされている。なお、図６に示す破線は、それぞれ電池収縮モード時の可動部連結部１２１ａ、第１アーム部１２１ｂ、第１アーム連結部１２１ｃ、第２アーム部１２１ｄ、第２アーム連結部１２１ｅの位置をそれぞれ示しており、図３（ｂ）に示す例と同様に運動する。

【0090】

この場合において、可動部連結部１２１ａに対して作用する力Ｆと、積層構造体２に対して付与される荷重Ｐとの関係は、上述の式［１］と同様である。詳しくは、上述の式［１］において、θ＝０とし、第４アーム部１２１ｂ’が存在しないためＰ＝Ｆ×ｔａｎαとして得られる等式により説明することができる。

【0091】

（第１実施形態：荷重付与装置１の第２変形例）
荷重付与装置１は、例えば図７（ａ）に示すように、第１の弾性体１１７ａ（弾性体１１７）を備える第１の荷重付与装置１ａと、第２の弾性体１１７ｂ（弾性体１１７）を備える第２の荷重付与装置１ｂとを備え、各荷重付与装置１ａ、１ｂがそれぞれ独立して運動できるように配置されてもよい。この場合、一の荷重付与装置１を用いる場合と比べて、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに面的に安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0092】

荷重付与装置１は、例えば図７（ｂ）に示すように、第１の弾性体１１７ａ（弾性体１１７）を備える第１の荷重付与装置１ａと、第２の弾性体１１７ｂ（弾性体１１７）を備える第２の荷重付与装置１ｂとを備え、各荷重付与装置１ａ、１ｂが積層構造体２を挟持するように配置されてもよい。この場合、積層構造体２の膨張方向（例えば積層方向に平行な２方向のうちの何れか）に応じて付与する荷重の向き及び荷重量を調整することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0093】

荷重付与装置１は、例えば図７（ｃ）に示すように、第２アーム部１２１ｄ、第２アーム連結部１２１ｅ、第５アーム部１２１ｄ’、第５アーム連結部１２１ｅ’を有さず、第３アーム部１２１ｆが第１アーム連結部１２１ｃに連結され、第６アーム部１２１ｆ’が第４アーム連結部１２１ｃ’に連結された力伝達部１２を備えてもよい。また、荷重付与装置１は、可動部連結部１２１ａを弾性運動自在に支持する弾性体１１７－１（弾性体１１７）と、第３アーム連結部１２１ｇを弾性運動自在に支持する弾性体１１７－２（弾性体１１７）と、を備えてもよい。この場合、力伝達部１２の部材点数を低減することができる。これにより、荷重付与装置１の製造性及び修復性の向上を図ることができる。なお、基部１１１を積層方向Ｘへ適切に運動させるために、第１アーム連結部１２１ｃが積層構造体２の表面に遊嵌され、第４アーム連結部１２１ｃ’が対向板１０３の表面に遊嵌されてもよい。

【0094】

なお、本実施形態においては、弾性体１１７が圧縮による弾性変形に伴い積層構造体２に荷重を付与する例を説明したが、弾性体１１７は、例えば可動部連結部１２１ａと第３アーム連結部１２１ｇとの間において可動部連結部１２１ａと連結されることにより、引張による弾性変形に伴い積層構造体２に荷重を付与してもよい。

【0095】

本実施形態によれば、荷重付与装置１及び蓄電装置１００は、弾性部１１から入力される弾性力を積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層方向Ｘの力を分割して積層構造体２に伝達する力伝達部１２を備える。このため、積層構造体２に対して積層方向Ｘに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。

【0096】

（第２実施形態：荷重付与装置１）
図面を参照して、本実施形態における荷重付与装置１の一例を説明する。本実施形態は、荷重付与装置１が弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部１３をさらに備える点で、第１実施形態とは異なる。なお、上述の内容と同様の構成については、説明を省略する。

【0097】

＜力補正部１３＞
力補正部１３は、例えば図８に示すように、支持体１０の内面に設けられてよい。具体的には、力補正部１３として例えば積層方向Ｘに対して傾斜した傾斜板１３１が第１支持板１０１の内面に設けられてもよい。

【0098】

傾斜板１３１は、例えば少なくとも一部の面が積層方向Ｘに対して傾斜しており、傾斜板１３１の表面と第２支持板１０２の内面との間隔は、例えば積層方向Ｘ上を積層構造体２に近接する方向に向かうにつれて拡幅又は狭幅される。ここで、傾斜板１３１の表面と第２支持板１０２の内面との間隔が拡幅されるほど弾性体１１７に加わる圧縮力が小さくなるように補正され、一方でその間隔が狭幅されるほど弾性体１１７に加わる圧縮力が大きくなるように補正される。なお、本実施形態では支持体１０の内面に傾斜板１３１が取り付けられる例を説明するが、支持体１０の内面が傾斜板１３１と同様の傾斜した面に加工されてもよい。

【0099】

すなわち、荷重付与装置１は、支持体１０の表面に設けられ、弾性部１１から力伝達部１２に入力される弾性力の少なくとも一部を補正する力補正部１３をさらに備える。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0100】

傾斜板１３１は、例えば図９（ａ）に示すように、側面視で表面が凹曲面状である。図９（ａ）の例では、第１摺動部１１２は、積層方向Ｘに対して所定の傾斜角度で設計された傾斜板１３１の表面と接触している。ここで、傾斜板１３１は、初期位置から積層構造体２の膨張方向（図９（ａ）の上方）に表面上を第１摺動部１１２が移動する場合において、弾性体１１７の弾性力を増強させる増強補正域１３１ａと、弾性体１１７の弾性力を低減させる低減補正域１３１ｂと、を有する。これは、増強補正域１３１ａが膨張方向に向かうにつれて第２支持板１０２との間隔が減幅され、低減補正域１３１ｂが膨張方向に向かうにつれて第２支持板１０２との間隔が拡幅されることによる。また、増強補正域１３１ａ又は低減補正域１３１ｂは、各領域内において傾斜板１３１の表面の傾斜角度すなわち表面の接線の傾きが異なってもよく、初期位置から所定の補正幅ΔＹだけ第１積層直交方向Ｙにずれた位置に表面が形成されてもよい。このとき、第１摺動部１１２は、傾斜板１３１の表面上で積層方向Ｘの座標に応じて傾斜板１３１から弾性方向に受ける力が異なるため、斜面の傾斜角度に応じて弾性力が変化する。このため、傾斜板１３１の表面は、第１摺動部１１２に対する力作用点の軌跡に相当し、積層構造体２の膨張の程度、すなわち積層方向Ｘの座標に応じて傾斜角度を設計して傾斜板１３１の表面に補正曲線（補正曲面）を形成することで、積層構造体２に対する積層方向Ｘの荷重が平滑板１０４と比べて均一化されやすい傾斜板１３１の形状を特定することができる。

【0101】

（第２実施形態：荷重付与装置１の第１変形例）
傾斜板１３１は、例えば図９（ｂ）に示すように、一部において弾性体１１７の弾性力が初期位置から増減しない領域１３１ｃを含んでもよい。弾性力が増減しない領域１３１ｃは、例えば表面が側面視で積層方向Ｘに平行な直線状の平滑面であり、すなわち、傾斜板１３１の表面と第２支持板１０２との間隔がほぼ変化しない。積層方向Ｘに略平行な平滑面を含んでもよい。

【0102】

（第２実施形態：荷重付与装置１の第２変形例）
力伝達部１２は、例えば図１０に示すように、部材１２１の表面に力補正部１３として傾斜面１３２が形成される。

【0103】

弾性部１１は、傾斜面１３２を介して力伝達部１２と接触する。弾性部１１は、第１支持板１０１上に設けられた基部直動案内部１１１ｓをさらに有し、固定部１１６が基部直動案内部１１１ｓ又は第１支持板１０１に固定されており、積層方向Ｘには運動しない。

【0104】

部材１２１は、傾斜面１３２が形成された一端で弾性部１１と接触し、他端で第２支持板１０２と接触する。部材１２１は、第２支持板１０２上を摺動することで積層方向Ｘに運動自在であり、第１積層直交方向Ｙには運動しない。傾斜面１３２は、側面視で、弾性部１１に対して膨出した円弧形状であり、弾性部１１の延長方向に対する円弧の接線方向の傾斜角度が縮小方向（図１０において下方向）に向かうにつれて最大値９０°まで大きくなり、膨張方向（図１０において上方向）に向かうにつれて小さくなる。なお、傾斜角度＝９０°のとき、弾性力Ｆは部材１２１の表面に対して垂直に付与されるため、部材１２１に積層方向Ｘの力成分が伝達せず、積層構造体２に荷重Ｐが付与されない。

【0105】

この場合において、積層構造体２の膨張により部材１２１は積層方向Ｘに直線運動し、傾斜面１３２の表面と第１支持板１０１の内面との間隔が狭幅されるため、弾性力Ｆが増加する。また、弾性部１１が部材１２１の縮小方向側、すなわち傾斜角度がより大きい面に接触する。その結果、部材１２１に伝達する積層方向Ｘの力成分が小さくなり、積層構造体２に付与される荷重Ｐを減少させる補正量が大きくなる。一方で、積層構造体２の縮小により弾性部１１がより傾斜角度の小さい面に接触する。その結果、部材１２１に伝達する積層方向Ｘの力成分が大きくなり、積層構造体２に付与される荷重Ｐを減少させる補正量が小さくなる。すなわち、積層構造体２が膨張するほど弾性力Ｆが減少されやすく、縮小するほど弾性力Ｆが減少されにくい。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0106】

（第２実施形態：荷重付与装置１の第３変形例）
力伝達部１２は、例えば図１１（ａ）に示すように、部材１２１の表面に力補正部１３として複数の傾斜面１３２（第１傾斜面１３２ａ、第２傾斜面１３２ｂ）が形成される。なお、部材１２１及び傾斜面１３２の形状及び機能、弾性力Ｆと荷重Ｐとの関係については、図１０と同様である。

【0107】

弾性部１１は、第１傾斜面１３２ａと接触する第１弾性部１１ａと、第２傾斜面１３２ｂと接触する第２弾性部１１ｂと、を有する。第１弾性部１１ａは、端部が第１支持板１０１に固定され、第１積層直交方向Ｙに運動するように案内される。第２弾性部１１ｂは、端部が第２支持板１０２に固定され、第１積層直交方向Ｙに運動するように案内される。

【0108】

この場合において、積層構造体２の膨張により部材１２１は積層方向Ｘに直線運動し、第１傾斜面１３２ａの表面と第１支持板１０１の内面との間隔が狭幅されるとともに、第２傾斜面１３２ｂの表面と第２支持板１０２の内面との間隔が狭幅されるため、弾性力Ｆが増加する。また、第１弾性部１１ａ及び第２弾性部１１ｂが部材１２１の縮小方向側、すなわち傾斜角度がより大きい面に接触する。その結果、部材１２１に伝達する積層方向Ｘの力成分が小さくなり、積層構造体２に付与される荷重Ｐを減少させる補正量が大きくなる。一方で、積層構造体２の縮小により第１弾性部１１ａ及び第２弾性部１１ｂがより傾斜角度の小さい面に接触する。その結果、部材１２１に伝達する積層方向Ｘの力成分が大きくなり、積層構造体２に付与される荷重Ｐを減少させる補正量が小さくなる。すなわち、積層構造体２が膨張するほど弾性力Ｆが減少されやすく、縮小するほど弾性力Ｆが減少されにくい。この場合、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0109】

また、力伝達部１２は、複数点で接する第１弾性部１１ａ及び第２弾性部１１ｂから弾性力が入力される。この場合、積層構造体２に対して積層方向にさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0110】

弾性部１１は、例えば図１１（ｂ）に示すように、板バネが用いられてよい。このとき、傾斜面１３２は、膨張方向に反発するように支持体１０に固定された板バネと接触してもよい。また、傾斜面１３２は、例えば図１１（ｃ）に示すように、圧縮方向に反発するように支持体１０に固定された板バネの可動面と接触してもよい。なお、図１１（ｂ）～図１１（ｃ）に示す破線は、それぞれ電池膨張モード時の弾性部１１及び部材１２１の位置をそれぞれ示している。

【0111】

力伝達部１２は、板バネの第１弾性部１１ａ及び板バネの第２弾性部１１ｂと同等の機能を有する円筒型、環状又は角筒型の一の板バネが用いられてもよい。この場合も同様に、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができ、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0112】

また、この場合において、部材１２１は可撓性又は弾性を有する材質が用いられてよい。この場合、荷重Ｐの方向がぶれにくく、かつ、部材１２１が自ら膨縮することで積層構造体２の膨縮の幅を所定量吸収することができ、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0113】

本実施形態によれば、荷重付与装置１は、支持体１０又は力伝達部１２の表面に設けられ、弾性部１１から力伝達部１２に入力される弾性力Ｆの少なくとも一部を補正する力補正部１３をさらに備える。このため、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0114】

また、本実施形態によれば、力伝達部１２は、複数点で接する１以上の弾性部１１から弾性力Ｆが入力される。このため、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重Ｐを付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【実施例】

【0115】

本実施例では、荷重付与装置１を用いたときの積層方向変位量ΔＨに対する荷重Ｐについて、図１に示す平滑板１０４を有する荷重付与装置１を用いた場合と、図８に示す傾斜板１３１を有する荷重付与装置１を用いた場合と、図１０に示す傾斜板１３１を有する荷重付与装置１を用いた場合と、のそれぞれについて、シミュレーション結果を説明する。

【0116】

本シミュレーションでは、図１又は図８に示す例については、力Ｆの方向に対する第１アーム部１２１ｂ及び第４アーム部１２１ｂ’の延長方向の角度αについて、初期角度α_０＝３０（°）、３５（°）、４０（°）、４５（°）としたときの荷重Ｐをそれぞれ算出した。図１０に示す例については、力Ｆの方向に対する傾斜面１３２の法線方向の角度αについて同様に初期角度α_０（初期荷重Ｐ_０）を設定したときの荷重Ｐをそれぞれ算出した。

【0117】

本シミュレーションの前提条件としては、次のとおりである。力伝達部１２の第１アーム部１２１ｂ、第２アーム部１２１ｄ、第３アーム部１２１ｆ、第４アーム部１２１ｂ’、第５アーム部１２１ｄ’、第６アーム部１２１ｆ’の長さＬ_Ａは、それぞれ１００（a.u.）とした。また、弾性部１１の可動部１１８の初期圧縮量（初期長さ）Ｌ_０を２０（a.u.）、ばね定数ｋを０．３（a.u.）、ばね初期弾性力Ｆ_０を６（a.u.）とした。このとき、式［１］により、初期角度α_０＝４０（°）における初期荷重Ｐ_０は約２．５２（a.u.）となる。なお、上述の「初期」とは、積層方向変位量ΔＨが０（a.u.）であるときの値をいう。

【0118】

また、積層方向変位量ΔＨ、可動部連結部１２１ａの積層方向変位量ΔＩ、可動部連結部１２１ａの第１積層直交方向変位量ΔＬ、弾性体１１７の弾性力Ｆ、補正幅ΔＹについては、以下の［式２］～［式１０］に基づいて算出した。なお、［式２］及び［式４］の「２」と、［式３］の「１／２」とは、力伝達部１２に対する第１アーム部１２１ｂ及び第４アーム部１２１ｂ’の延長方向の角度が互いに同じ角度αを維持しながら変化することに基づく。［式７］は、荷重Ｐが初期荷重Ｐ_０から変化せずに一定値を維持することに基づく。［式８］については、[式７]の荷重Ｐについて［式１］を代入し、[式１]の力Ｆ_Ｄについて［式５］を、[式５]の第１積層直交方向変位量ΔＬについて［式４］をそれぞれ代入した上で、両辺に２／ｋを乗じて導出した。［式９］は、[式８]についてΔＹの二次方程式として整理して導出した。［式１０］については、［式９］について解の公式を適用してΔＹの解として導出した。

【0119】

【数2】

【0120】

＜実施例１：図１の荷重付与装置１を用いた場合＞
図１に示すように、平滑板１０４を有する荷重付与装置１を用いた場合のシミュレーション結果を図１２に示す。図１２によれば、初期角度α_０に応じて、荷重Ｐが所定値をピークとして抑制される。また、荷重付与装置１は、積層方向変位量ΔＨの許容量に応じて初期角度α_０が設定されることで、積層構造体２に付与する荷重Ｐの範囲を制御することができる。

【0121】

以上から、荷重付与装置１によれば、弾性力の方向と荷重の方向とが同じである従来技術と比べて荷重Ｐの変化を抑制でき、積層構造体２に対して積層方向Ｘに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる。また、初期角度α_０の設定に応じて荷重Ｐの変化をさらに抑制でき、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0122】

＜実施例２：図８に示す荷重付与装置１を用いた場合＞
図８に示すように、傾斜板１３１を有する荷重付与装置１を用いた場合について、初期角度α_０＝３０（°）、３５（°）、４０（°）、４５（°）としたときの荷重Ｐをそれぞれ算出した。傾斜板１３１は、初期角度に応じて積層方向変位量ΔＨに対応する補正幅ΔＹが図１３（ａ）に示すとおり設計されている。補正幅ΔＹは、初期角度α_０ごとに積層方向変位量ΔＨ＝０の初期荷重Ｐ_０と略同値となる荷重Ｐを付与可能な角度θ（上述の式１参照）に基づいて算出する。

【0123】

傾斜板１３１を有する荷重付与装置１を用いた場合のシミュレーション結果を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）によれば、図１３（ａ）に示す補正幅ΔＹを満足する傾斜面１３２を適用することで、初期角度α_０に応じて、荷重Ｐが初期荷重から略変化しない。

【0124】

なお、図１３（ｃ）は、図１に示す荷重付与装置１の荷重Ｐ（補正前荷重）と、本実験例の荷重Ｐ（補正後荷重）及び補正幅ΔＹと、の関係を示している。図１３（ａ）に示す補正幅ΔＹを満足する傾斜板１３１を適用することで、積層方向変位量ΔＨが０～９０（a.u.）の位置で荷重Ｐを均一化することができる。すなわち、図１３（ａ）に示す補正幅ΔＹが、荷重Ｐの変化を最も抑制できる傾斜板１３１の傾斜表面の最適形状であるといえる。

【0125】

以上から、図８に示す荷重付与装置１によれば、荷重Ｐの変化をさらに抑制でき、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0126】

＜実施例３：図１０の荷重付与装置１を用いた場合＞
図１０に示すように、弾性部１１が力伝達部１２の曲面上を運動する荷重付与装置１を用いた場合を説明する。なお、本実施例においては、傾斜板１３１表面の初期位置を基準とした第１積層直交方向Ｙの補正幅ΔＹと区別するため、部材１２１の傾斜面１３２表面の初期位置を基準とした第１積層直交方向Ｙの補正幅ΔＹ’とする。詳しくは、図１０の傾斜板１３１表面の座標（Ｘ、Ｙ）について、基準座標（Ｈ_０、Ｙ’_０）、力作用位置の座標（Ｈ、Ｙ’）とし、積層方向Ｘの差分を積層方向変位量ΔＨ、第１積層直交方向Ｙの差分を補正幅ΔＹ’とした。また、傾斜面１３２に力Ｆが作用する方向（力作用点法線方向）は、力Ｆの方向（図１０の第１積層直交方向Ｙ）に対して傾きα_１だけ傾斜するものとし、このとき、力作用点接線方向も積層方向Ｘに対して傾きα_１だけ傾斜する。また、基準座標と力作用位置の座標とを通過する直線は積層方向Ｘに対して傾きα_２だけ傾斜するものとした。

【0127】

また、荷重Ｐ、弾性体１１７の弾性力Ｆ、補正幅ΔＹ’については、上述の［式７］、及び以下の［式１１］～［式１５］に基づいて算出した。［式１４］は、［式７］に［式１１］～［式１３］を代入した結果を示す。［式１５］については、［式１４］について解の公式を適用して補正幅ΔＹ’の解として導出した。なお、［式１２］のΔＹ’_０は、第１積層直交方向Ｙについて基準座標のＹ’_０との差分の初期値（補正幅ΔＹ’の初期値）を示す。また、［式１１］のα（図１０中のα_１）と［式１３］のα（図１０中のα_２）とは、荷重Ｐについて傾斜面１３２上の隣り合う２つの測定点が非常に近い場合、すなわちΔＹ’、ΔＬ、ΔＨが何れも十分小さい場合を仮定して、α＝α_１＝α_２とみなしている。また、［式１５］の補正幅ΔＹ’の導出式は、初期角度α_０の記載がないが、初期角度α_０が荷重Ｐ＝初期荷重Ｐ_０となるときの角度αに相当するため、初期角度α_０に応じて初期荷重Ｐ_０が変化し、その結果、補正幅ΔＹ’が異なる値を取る。

【0128】

【数3】

【0129】

［式１５］によれば、補正幅ΔＹ’は、例えば図１４（ａ）に示すように積層方向変位量ΔＨの平方根に比例することがわかる。また、図１４（ａ）に示す補正幅ΔＹ’を満足する傾斜面１３２を適用することで、例えば図１４（ｂ）に示すように、積層方向変位量ΔＨが０～４０（a.u.）の位置で荷重Ｐを均一化することができる。すなわち、図１４（ａ）に示す補正幅ΔＹ’が傾斜面１３２の傾斜表面の最適形状であるといえる。

【0130】

以上から、図１０に示す荷重付与装置１によれば、荷重Ｐの変化をさらに抑制でき、積層構造体２に対して積層方向Ｘにさらに安定性の高い荷重を付与することができる。これにより、全固体電池の耐久性のさらなる向上を図ることができる。

【0131】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0132】

１００ 蓄電装置
１ 荷重付与装置
１０ 支持体
１０１ 第１支持板
１０２ 第２支持板
１０３ 対向板
１０４ 平滑板
１１ 弾性部
１１１ 基部
１１２ 第１摺動部
１１３ 第２摺動部
１１４ 第１嵌合部
１１５ 第２嵌合部
１１６ 固定部
１１７ 弾性体
１１８ 可動部
１２ 力伝達部
１２１ 部材
１３ 力補正部
１３１ 傾斜板
１３２ 傾斜面
２ 積層構造体
２１ 正極材
２２ 固体電解質
２３ 負極材
２４ 保護材
Ｘ 積層方向
Ｙ 第１積層直交方向
Ｚ 第２積層直交方向

【要約】

【課題】全固体電池の耐久性及びエネルギー消費効率の向上を図ることができる荷重付与装置、及び蓄電装置を提供する。
【解決手段】荷重付与装置１は、全固体電池の積層構造体２に荷重を付与する荷重付与装置１であって、支持体１０と、支持体１０から支持され、自身が弾性変形して弾性力を生成する弾性部１１と、弾性部１１と積層構造体２とに接し、弾性部１１から入力される弾性力を積層構造体２の膨縮に応じて可変の力伝達方向に伝達した力の少なくとも一部から積層構造体２の積層方向の力を分割して積層構造体２に伝達する力伝達部１２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】