(57)【要約】【課題】電池外装材としてのステンレス箔を溶接するときに、溶接不良の発生を抑制する。【解決手段】本溶接方法は、ステンレス箔（１ａ・１ｂ）に対して電池室を形成する形成工程と、電池室の外周のフランジに対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含んでいる。溶接工程において、内型押え治具（４１）と外型押え治具（４２）とでフランジを押さえた上で、内型押え治具（４１）と外型押え治具（４２）との間にレーザを照射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成する形成工程と、
前記電池室の外周に形成されたフランジにおける、前記電池室の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含み、
前記溶接工程において、前記電池室の側壁に沿って前記フランジを押さえる第１の治具と、前記側壁に沿って、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置を押さえる第２の治具とで前記フランジを押さえた上で、前記第１の治具と前記第２の治具との間にレーザを照射し、
前記電池室の側壁と前記フランジとの角部におけるＲ止まりのうち、前記フランジ上のＲ止まりを基準点とし、
前記溶接工程において、前記側壁から遠ざかる外側方向に向けて前記基準点から０．５ｍｍ離れた位置と、前記外側方向に向けて前記基準点から４．５ｍｍ離れた位置との間の領域の少なくとも一部を前記第１の治具で押さえ、
前記溶接工程において、前記第２の治具の、前記側壁から遠い側には、前記フランジの変形を許容する空間が確保されていることを特徴とする電池外装材の溶接方法。
【請求項２】
前記基準点から前記レーザの光軸までの距離Ｌは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項３】
前記第１の治具によって抑えられる前記フランジの領域と、前記第２の治具によって抑えられる前記フランジの領域との間の距離Ｗは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項４】
前記第１および第２の治具の、前記フランジと当接する面は、前記側壁に沿って伸びる長軸と、当該長軸に対して垂直な短軸とを有し、
前記第２の治具の短軸は、前記第１の治具の短軸よりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項５】
前記第１の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、
前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項６】
前記第２の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、
前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項７】
前記ステンレス箔の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電池外装材の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステンレス箔の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に電気自動車が急速に普及する見込みであり、携帯末機器に用いられる２次電池だけでなく、電気自動車に用いられる２次電池も省スペース化、及び寿命延長が求められている。
【０００３】
そこで現在主流であるアルミラミネート製の２次電池よりもデッドスペースであるステンレス箔製の２次電池が注目されている。ステンレス箔製の２次電池では、フランジを短くすることができるとともに、水分透過を効果的に防止できる。ステンレス箔の溶接方法の一例が、特許文献１〜３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８４２９０号公報
【特許文献２】実開平５−２８５７８号公報
【特許文献３】特開平５−８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成した場合には、通常、フランジにシワ、波打ち形状等（以下、シワ等）が発生し、安定して溶接することが困難な場合が多い。上述の先行技術文献には、この問題に対する解決策は示されていない。
【０００６】
本発明の一態様は、電池外装材としてのステンレス箔を溶接するときに、溶接不良の発生を抑制することができる溶接方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る電池外装材の溶接方法は、電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成する形成工程と、前記電池室の外周に形成されたフランジにおける、前記電池室の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含み、前記溶接工程において、前記電池室の側壁に沿って前記フランジを押さえる第１の治具と、前記側壁に沿って、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置を押さえる第２の治具とで前記フランジを押さえた上で、前記第１の治具と前記第２の治具との間にレーザを照射し、前記電池室の側壁と前記フランジとの角部におけるＲ止まりのうち、前記フランジ上のＲ止まりを基準点とし、前記溶接工程において、前記側壁から遠ざかる外側方向に向けて前記基準点から０．５ｍｍ離れた位置と、前記外側方向に向けて前記基準点から４．５ｍｍ離れた位置との間の領域の少なくとも一部を前記第１の治具で押さえ、前記溶接工程において、前記第２の治具の、前記側壁から遠い側には、前記フランジの変形を許容する空間が確保されている。
【０００８】
前記の構成によれば、シワ等の少ないフランジの平坦な部分、すなわち、基準点よりも外側（側壁から遠ざかる側）で、基準点から０．５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下の範囲の少なくとも一部を第１の治具によって押さえた上で、レーザが照射される位置の外側を第２の治具で押さえる。このとき、フランジのシワ等のある部分を第２の治具の外側に逃がすことができる。このようにフランジを押さえることにより、シワ等の少ない平坦な部分にレーザを照射でき、溶け落ちなどの溶接不良の発生を抑制することができる。
【０００９】
前記基準点から前記レーザの光軸までの距離Ｌは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
前記の構成によれば、第１および第２の治具によって、フランジの平坦な部分を押さえた状態で、これらの治具の間にレーザを照射することができる。
【００１１】
前記第１の治具によって抑えられる前記フランジの領域と、前記第２の治具によって抑えられる前記フランジの領域との間の距離Ｗは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
前記の構成によれば、フランジ上にレーザを照射するための、第１の治具と第２の治具との間隔を適切に確保することができる。
【００１３】
前記第１および第２の治具の、前記フランジと当接する面は、前記側壁に沿って伸びる長軸と、当該長軸に対して垂直な短軸とを有し、前記第２の治具の短軸は、前記第１の治具の短軸よりも短いことが好ましい。
【００１４】
前記の構成によれば、第１の治具によって、側壁に近い領域を幅広く安定的に押さえることができるとともに、第２の治具の外側に、フランジの変形を許容する空間を確保することができる。
【００１５】
前記第１の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることが好ましい。
【００１６】
前記第２の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることが好ましい。
【００１７】
前記の構成によれば、側壁に沿う方向における内側の治具でフランジを押さえた後に、外側の治具で押さえるため、フランジにしわが形成される可能性を低減できる。
【００１８】
前記ステンレス箔の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
前記の構成によれば、電池外装材として適した厚さの外装材を製造できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、電池外装材としてのステンレス箔を溶接するときに、溶接不良の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態における電池外装材を有する電池の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】プレス成形することにより電池室が形成された外装材の外観を示す図である。
【図３】レーザ溶接部が延びる方向に垂直な面で電池外装材を切断したときの断面を示す図である。
【図４】外型押え治具の形状を示す側面図である。
【図５】電池の製造過程において、ヒートシール部が形成される前の状態の電池を示す斜視図である。
【図６】従来の溶接方法を示す、レーザ溶接装置の断面図である。
【図７】本発明の溶接方法を示す、レーザ溶接装置の断面図である。
【図８】ステンレス箔と押え治具との間の隙間Ｊを調製する方法を示す図である。
【図９】本発明の溶接方法によって溶接した電池外装材の写真を示す図である。
【図１０】本発明の溶接方法の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。ここでは、ステンレス箔同士を重ね合わせてレーザ溶接することにより電池室を形成した、占有スペースの小さい電池外装材について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、奥行き、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。
【００２３】
以下では、先ず、本発明の一実施形態における電池外装材の構成を説明し、次いで、本発明者らが見出した本発明の知見について説明する。
【００２４】
＜電池外装材（電池）の構成＞
図１は、本実施形態における電池外装材１を有する電池１００の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、電池外装材１は、電池室２およびフランジ（接合部）３を有している。この電池室２に電池要素２０（図７参照）が収容されるとともに、電池要素２０と電極部４とが電池室２の外部へ電力を供給可能となるように電気的に接続されることによって、電池１００が形成される。
【００２５】
電池室２は、電池要素２０を収容するための内部空間である。例えば、電池室２は、平面視したときの形状が矩形である凸部を有する二枚のステンレス箔１ａ・１ｂを、当該凸部を向い合せて重ねたときに当該２つの凸部によって形成される空間である。電池室２は、ステンレス箔１ａおよびステンレス箔１ｂを接合することにより形成されたフランジ３によって封止されている。
【００２６】
フランジ３は、電池室２の周囲の全周にわたって配置されている。フランジ３は、ステンレス箔１ａおよびステンレス箔１ｂが互いにレーザ溶接されることにより形成されたレーザ溶接部５と、二枚のステンレス箔１ａ・１ｂの間に配された熱融着シートの熱融着により形成されたヒートシール部６とを含む。ヒートシール部６は、フランジ３の一部であり、熱融着シートの熱融着によって形成されている部分である。
【００２７】
本発明では、電池外装材１としてのステンレス箔１ａ・１ｂに対して、電池要素２０を収容する電池室２を形成する（形成工程）。その後、電池室２の外周に形成されたフランジ３における、電池室２の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う（溶接工程）。
【００２８】
レーザ溶接部５は、凸部が形成された２つのステンレス箔１ａ・１ｂを、互いに異なる方向に凸部が向くように重ね合わせた状態にて、一方のステンレス箔１ａのフランジ３にレーザを照射して重ね合わせ部をレーザ溶接することにより形成される。レーザ溶接部５は、電池室２の外周の少なくとも一部に形成されており、通常は、電池室２の３辺に沿って形成されている。
【００２９】
電極部４は、電池室２内の電池要素２０と電池室２の外部の装置等とを電気的に接続するための部材であり、ヒートシール部６によって、挟持されている。
【００３０】
ステンレス箔１ａ・１ｂは、フェライト系ステンレス鋼であってもよく、その他のステンレス鋼種であってもよい。ステンレス箔１ａ・１ｂは、強度および成形加工性の観点から、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。
【００３１】
ステンレス箔１ａ・１ｂの厚さは、その強度の観点から、２０μｍ以上であることが好ましい。また、ステンレス箔１ａ・１ｂの厚さは、軽量化および溶接の安定性の観点から、１００μｍ以下であることが好ましい。ステンレス箔１ａ・１ｂの引張強さは、強度の観点から、例えば、７００ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００３２】
ステンレス箔１ａおよびステンレス箔１ｂは、互いに異なる素材であってもよい。例えば、ステンレス箔１ａおよびステンレス箔１ｂの板厚が互いに異なっていてもよい。
【００３３】
＜解決しようとする課題＞
上記のようなステンレス箔１ａ・１ｂは、アルミニウムよりも強度や剛性が高いため、電池外装材の素材として好適に用いることができる。その一方で、ステンレス鋼はアルミニウムよりも比重が大きい。よって、上記ステンレス箔１ａ・１ｂの厚さは、軽量化、省スペース化、およびコスト低減等の理由により、電池外装材１として十分な物性（例えば、強度など）を有する範囲においてなるべく薄くすることが求められる。
【００３４】
そして、ステンレス箔１ａ・１ｂを電池外装材に適用するにあたって、上記のようにフランジ３にレーザ溶接部５を形成することができれば、フランジ長さを短くすることができる。なお、レーザ溶接を行う場合、ステンレス箔１ａ・１ｂは、ラミネート樹脂による表面被覆を要しない。
【００３５】
図２は、プレス成形することにより電池室２が形成された外装材２００の外観を示す図である。電池室２としての凸部を形成するために、ステンレス箔１ａまたは１ｂに対してプレス成形等を行った外装材２００には、凸部の周辺（フランジ３）にシワ、波打ち形状（以下、シワ等）が生じる。つまり、凸部を形成後のフランジ３は、平坦ではなく、波打ったりひねりが生じたりしている。また、ステンレス箔１ａ・１ｂは、厚さが薄いことから、シワ等が非常に生じ易くかつ熱歪みの影響を大きく受ける。
【００３６】
このようなステンレス箔１ａ・１ｂのフランジ同士を重ね合わせてレーザ溶接することによって、気密性を確保したレーザ溶接部５を形成することは容易では無い。ましてや、そのようなレーザ溶接部５を電池室２の周囲に（或る程度の長距離にわたって）安定して形成することは非常に困難であった。
【００３７】
例えば、レーザ溶接で板厚が２０〜１００μｍのステンレス箔同士を１００ｍｍ以上（例えば２００ｍｍ）連続して気密性を確保した状態で溶接するには、プレス成形品のフランジ３のシワ等の問題を考慮し、フランジ３同士を重ね合わせたときの隙間が広くならないように拘束する必要がある。
【００３８】
＜本発明の技術的思想＞
本発明者らは、薄厚のステンレス箔同士をレーザ溶接して電池外装材を製造するに際して、レーザ溶接部５を安定して形成するために要求される条件について鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、以下の着想および知見を得て本発明を想到した。
【００３９】
レーザ溶接の際、レーザの照射を受けた側のステンレス箔の溶融により形成される溶融金属が、ステンレス箔同士の隙間を埋める。そのため、当該隙間が広すぎると溶け落ち等の不具合が生じ易い。
【００４０】
上述のように、プレス成形後のフランジ３には、シワ等が発生することが多く、シワ等が発生している箇所にレーザを照射して溶接しようとしても、適切に溶接されず、溶け落ち等の不具合が発生する。
【００４１】
本発明者らは、薄厚のステンレス箔同士をレーザ溶接して電池外装材１を製造するに際して、レーザ溶接部５を安定して形成するために要求される条件について鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、以下の着想および知見を得て本発明を想到した。
【００４２】
図３は、レーザ溶接部５が延びる方向（レーザ溶接部５の延伸方向）に垂直な面で電池外装材１を切断したときの断面を示す図である。図３に示すように、上記断面において、ステンレス箔１ａにおける電池室２を形成する凸部の側壁を側壁２１とする。
【００４３】
側壁２１に沿ってフランジ３を押さえる内型押え治具４１（第１の治具）と、側壁２１に沿って、内型押え治具４１よりも側壁２１から遠い位置を押さえる外型押え治具４２（第２の治具）とでフランジ３を押さえる。この状態で、内型押え治具４１と外型押え治具４２との間にレーザを照射し、フランジ３におけるステンレス箔１ａ・１ｂ同士を溶接する。
【００４４】
この溶接工程において、内型押え治具４１及び外型押え治具４２の位置が重要である。当該位置を規定するために、側壁２１とフランジ３との角部２２におけるＲ止まりのうち、フランジ３上のＲ止まりをＲ止まり点（基準点）２３とする。側壁２１から遠ざかる外側方向（図３において左側方向）に向けてＲ止まり点２３から０．５ｍｍ離れた位置（点２４）と、前記外側方向に向けてＲ止まり点２３から４．５ｍｍ離れた位置（点２５）との間の領域Ｂの少なくとも一部を内型押え治具４１で押さえる。
【００４５】
側壁２１の近傍に位置する領域Ｂは、形状効果により剛性が高く、加工によるシワ等が比較的少なく、ステンレス箔１ａとステンレス箔１ｂとの間の隙間Ｇ１が小さいためレーザ溶接に好適である。シワ等により隙間Ｇ１が大きくなると、溶け落ち等の不具合が生じ易いからである。
【００４６】
ただし、内型押え治具４１が側壁２１に近すぎると側壁２１に物理的に接触するため、領域ＢはＲ止まり点２３から０．５ｍｍ以上離れていることが好ましい。一方、領域ＢがＲ止まり点２３から４．５ｍｍよりも離れると、外型押え治具４２によって押さえられる領域の平坦さが低下してしまうため、領域ＢはＲ止まり点２３から４．５ｍｍ以内の範囲であることが好ましい。
【００４７】
上述のように内型押え治具４１によってフランジ３の平坦な領域を押さえた上で、内型押え治具４１の外側におけるフランジ３の平坦な領域にレーザを照射するためには、Ｒ止まり点２３からレーザの光軸３０までの距離Ｌは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、レーザの光軸３０は、後述する距離Ｗの中間点（Ｗ／２）に位置する。
【００４８】
レーザのスポットの径は、例えば、２００μｍであり、レーザがフランジ３に照射されるまでの光路の拡がりを考慮すると。レーザの光軸３０は、Ｒ止まり点２３から１ｍｍ以上離れていることが好ましい。一方、光軸３０がＲ止まり点２３から５ｍｍよりも離れていると、外型押え治具４２によって押さえられる領域の平坦さが低下してしまうため、光軸３０は、Ｒ止まり点２３から５ｍｍ以内の位置にあることが好ましい。
【００４９】
また、内型押え治具４１によって抑えられるフランジ３の領域と、外型押え治具４２によって抑えられるフランジ３の領域との間の距離Ｗ（治具間距離Ｗとも称する）は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。図３では、内型押え治具４１がステンレス箔１ａに当接する面における最も外側の位置は、点２５に位置している。また、外型押え治具４２は、線状にステンレス箔１ａ・１ｂを押さえる治具であり、内型押え治具４１よって押さえられる部分を図３において点２６で示している。この場合、距離Ｗは、点２５と点２６との間の距離となる。なお、外型押え治具４２が、ある程度の幅のある面でステンレス箔１ａと当接する場合には、当該当接面における最も内側の位置が点２６となる。
【００５０】
レーザのスポットの径及び、レーザがフランジ３に照射されるまでの光路の拡がりを考慮すると。距離Ｗは、１ｍｍ以上であることが好ましい。一方、距離Ｗが４ｍｍを超えると、外型押え治具４２によって押さえられる領域の平坦さが低下してしまうため、距離Ｗは４ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
まとめると、距離Ｌ、距離Ｗ及び領域Ｂの長さ（便宜上、「Ｂ」で表す）は、下記式（１）の関係を満たす。
【００５２】
Ｌ＝Ｂ＋Ｗ／２  ・・・（１）
内型押え治具４１よって押さえられる点２６よりも外側の領域では、フランジ３にシワ等が発生する可能性がある。そのため、外型押え治具４２の、側壁２１から遠い側（図３における左側）かつ、外型押え治具４２とステンレス箔１ａとの間には、フランジ３の変形を許容する空間６０が確保されている。そのため、フランジ３のシワ等が発生している部分を外型押え治具４２の外側に逃がすことができる。
【００５３】
このようにフランジ３を内型押え治具４１および外型押え治具４２によって押さえることにより、シワ等のない平坦な部分にレーザを照射でき、溶け落ちなどの溶接不良の発生を抑制することができる。
【００５４】
図４は、外型押え治具４２の形状を示す側面図である。図３及び図４に示すように、外型押え治具４２のステンレス箔１ａと当接する面の幅５２（当該面において溶接方向に対して垂直な方向の幅）は、内型押え治具４１の対応する幅５１よりも小さい。詳細には、内型押え治具４１及び外型押え治具４２の、フランジ３と当接する面は、側壁２１に沿って伸びる長軸と、当該長軸に対して垂直な短軸とを有している。外型押え治具４２の短軸は、内型押え治具４１の短軸よりも短い。すなわち、内型押え治具４１は、面でステンレス箔１ａ・１ｂを押さえるのに対して、外型押え治具４２は、線でステンレス箔１ａ・１ｂを押さえる。
【００５５】
外型押え治具４２をこのような形状にすることにより、空間６０を確保することができる。ただし、空間６０を確保することができ、内型押え治具４１の幅５１が比較的小さい場合には、外型押え治具４２の幅５２が内型押え治具４１の幅５１と同じ幅になることもあり得る。
【実施例１】
【００５６】
本発明の一実施例について以下に説明する。図５は、電池１００の製造過程において、ヒートシール部６が形成される前の状態の電池１００を示す斜視図である。
【００５７】
板厚が２０、４０、６０、８０、１００μｍであり、寸法が１６５×２２０ｍｍのＳＵＳ３０４の箔をそれぞれ供試材とし、プレス成形にて電池室２を成形した。このとき、高さ４ｍｍまで張出し加工を行った。電池室２に相当する凸部の寸法は、１４０×１９０ｍｍ角とし、パンチＲを１ｍｍ、ダイＲを１ｍｍ、コーナＲを５ｍｍとした。また、レーザ溶接する３辺のフランジ３の長さを側壁２１から１０ｍｍ、電極部４が取り付けられヒートシールする辺のフランジ３の長さを側壁２１から１５ｍｍとした。
【００５８】
そして、正極、負極、セパレータをフィルムで覆って絶縁を施し、電極部４を付けた状態で、これらを同じ板厚同士のステンレス箔１ａ・１ｂのプレス成形品の内部にセットした。
【００５９】
＜従来の方法＞
図６は、従来の溶接方法を示す、レーザ溶接装置８０の断面図である。図６に示す方法では、光軸３０を有するレーザの照射位置の周辺を押え治具４１０および押え治具４２０で、全面的に押えている。プレス成形品では、フランジ３が波打ち、シワとなっているため、フランジ３をフラットな面で押えれば、拘束されていない押え治具間の領域３１で、ステンレス箔１ａ・１ｂの板厚を超えるシワが発生する。この状態でレーザ溶接すると、ステンレス箔１ａの溶け落ちや穴あきが発生する。
【００６０】
＜本発明の方法＞
図７は、本実施例の溶接方法を示す、レーザ溶接装置９０の断面図である。図７に示すように、本実施例におけるレーザ溶接装置９０では、支持台４４の上に下側板押え治具４３が載置され、下側板押え治具４３と、内型押え治具４１及び外型押え治具４２とによってステンレス箔１ａ・１ｂのフランジ３を挟持した状態にて、レーザが照射される。ステンレス箔１ａ・１ｂには電池室２が形成されており、その内部に電池要素２０が収納されている。
【００６１】
そして上述の問題を解消すべく、レーザ溶接装置９０では、レーザ溶接部５の外側に、外型押え治具４２として、フラットバー状のブロックが、フランジ３の表面に対して斜めに配置されている。シワの大きなフランジ３の端部（図７において左側の端部）をフリーにして、外型押え治具４２のエッジで線状にフランジ３を拘束した。また、内型押え治具４１によって、側壁２１に近い領域Ｂを拘束した。
【００６２】
次に、電極部４を設けないフランジ３の短辺側において、治具間距離Ｗ（図３参照）の中間点に対してレーザを照射し、レーザ溶接した。そしてフランジ３の長手側２辺も同様に治具間距離Ｗの中間点に対してレーザを照射し、先のレーザ溶接部５と新たな２本のレーザ溶接部５とを交差させ、３辺を溶接した。なお、電極部４が設けられる辺のフランジ３の端から１３ｍｍまでは、未溶接のままとした。
【００６３】
その後、残り１辺の未溶接面を接合するため、１６５×２６×０．１ｔのオレフィン系熱溶着フィルム（大日本印刷（株）製）で電極部４を挟むようにして、当該熱溶着フィルムを長辺側２辺のレーザ溶接部５の端部に突き当てて位置決めした。なお、本明細書で「ｔ」は、ステンレス箔１ａ・１ｂの膜厚を意味する。
【００６４】
その後、ＳＵＳ箔で当該熱溶着フィルムを覆うようにして、ヒートシーラーで１９０℃、１０秒間加圧して接合し、図１に示すような電池１００とした。
【００６５】
本発明の好適な溶接条件を設定するため、平板に対してレーザスポット径φ５０、１００、２００μｍを使用し、溶接速度（１２．５ｍ／分）一定で、各板厚に合せて溶接幅が板厚の４〜５倍になるようにレーザ出力を調整した。
【００６６】
本発明を実施するため、図７に示す金属製の箱状のブロックを内型押え治具４１とし、側壁２１近傍のＲ止まり２３（図３参照）よりも外側（図７において左側）において、内型押え治具４１の幅５１を０．５〜４．５ｍｍの範囲で変化させて、フランジ３を拘束した。
【００６７】
そしてレーザ溶接部５の外側に関しては、フラットバーにテーパーを施したブロックを外型押え治具４２として用いて、そのエッジで線状にフランジ３を拘束した。両押え治具間の距離Ｗを１〜４ｍｍとして、当該距離Ｗの中点を狙い、側壁２１のＲ止まり２３から１〜５ｍｍの位置を線状にレーザで連続溶接した。
【００６８】
表1は、レーザの光軸３０の、側壁２１のＲ止まり２３からの距離と溶接状態との関係を示す表である。
【００６９】
【表１】
2020166987.tif 000003
【００７０】
溶接位置については、側壁２１のＲ止まり２３から１〜６ｍｍの範囲にて１ｍｍピッチで変化させ、治具間距離Ｗは１ｍｍまたは４ｍｍに設定した。
【００７１】
今回用いたＳＵＳ箔の板厚では、溶接位置として側壁２１のＲ止まり２３から１〜５ｍｍの位置を溶接すれば、安定的にレーザ溶接部５を形成することができた。これは、側壁２１の周辺は電池室２の形状に起因した剛性が高く、フランジ３の端部に比べ、フランジ３にシワ等がほとんど無いことが影響していると考えられる。
【００７２】
表２は、溶接前のステンレス箔１ａ・１ｂと治具（内型押え治具４１または外型押え治具４２）との隙間Jと、溶接によって生じた穴あきとの関係を示す表である。
【００７３】
【表２】
2020166987.tif 000004
【００７４】
図８は、ステンレス箔１ａ・１ｂと押え治具（例えば、外型押え治具４２）との間の隙間Ｊを調製する方法を示す図である。押え治具の押え方や剛性、工作精度によって、隙間Jが発生する。この隙間Jを定量的に再現すべく、図８に示すように治具の中央に隙間ができるよう溶接の始点及び終点付近にシム板５０を挟み、隙間Ｊの大きさを調整した。
【００７５】
図９は、本発明の溶接方法によって溶接した電池外装材１の写真を示す図である。図９に示すように、隙間Jが、ステンレス箔１ａ・１ｂの板厚ｔ以下であれば、ステンレス箔１ａに穴あきなどの不具合もなく溶接ができた。このことから溶接する際は、治具による隙間Jが板厚ｔ以下になるように管理することが好ましい。
【００７６】
表３に治具間距離Ｗの溶接への影響を検証した結果を示す。
【００７７】
【表３】
2020166987.tif 000005
【００７８】
今回用いたＳＵＳ箔の板厚では、治具間距離Ｗが４ｍｍ以下において安定して溶接が行えた。治具間距離Ｗを５ｍｍ以上にするとステンレス箔１ａに穴が生じたのは、次の理由によるものと考えられる。すなわち、内型押え治具４１及び外型押え治具４２で、ステンレス箔１ａとステンレス箔１ｂとの間の隙間Ｇ１（図３参照）が板厚分以下になるようにステンレス箔１ａ・１ｂを押えても、溶接にて一旦金属が溶け軟化すると、拘束力が弱まり、フランジ３のシワによる残留応力が解放される。治具間距離Ｗが長い場合、変形量が大きくなり、箔同士の隙間Ｇ１が、適切に溶接できる範囲を超えていたものと考えられる。
【００７９】
なお、表３に示した外観観察で問題のなかった電池外装材１をヒートシールした後、電池外装材１の一部に穴を開け、電池外装材１内の空気を抜きながら負圧にした状態で、Ｈｅリーク試験を行い気密性の調査を行った。その結果、外観観察で問題のない電池外装材１では、Ｈｅリーク試験でも問題はなく、気密性が保たれていた。
【００８０】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００８１】
図１０は、本発明の溶接方法の変形例を示す図である。図１０の（ａ）に示すように、内型押え治具４１は、側壁２１に沿う方向に配列された３つの治具４１Ａ〜Ｃを備えていてもよい。内型押え治具４１が備える治具の数は、４つ以上でもよい。これら３つの治具４１Ａ〜Ｃのうち、当該治具４１Ａ〜Ｃの配列方向における内側の治具４１Ｂでフランジ３を押さえた後、外側の治具４１Ａ・Ｃでフランジ３を押さえることが好ましい。
【００８２】
この方法によれば、側壁２１に沿う方向における内側の治具４１Ｂで先にフランジ３を押さえることにより、仮にわずかなシワ等が当該箇所に存在していても、当該シワ等を側壁２１に沿う方向における外側に押しやることができる。そのため、レーザ溶接部５の溶接をより確実に行うことができる。
【００８３】
図１０の（ｂ）に示すように、外型押え治具４２は、側壁２１に沿う方向に配列された３つ以上の治具４２Ａ〜Ｃを備え、当該治具４２Ａ〜Ｃの配列方向における内側の治具４２Ｂでフランジ３を押さえた後、外側の治具４２Ａ・Ｃでフランジ３を押さえることが好ましい。この構成の作用効果は、内型押え治具４１のそれと同様である。
【００８４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１  電池外装材
１ａ、１ｂ  ステンレス箔
２  電池室
３  フランジ
５  レーザ溶接部
２０  電池要素
２１  側壁
３０  光軸
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ  内型押え治具（第１の治具）
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ  外型押え治具４２（第２の治具）
６０  空間
９０  レーザ溶接装置
１００  電池
【図１】
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【図２】
2020166987.tif 000007
【図３】
2020166987.tif 000008
【図４】
2020166987.tif 000009
【図５】
2020166987.tif 000010
【図６】
2020166987.tif 000011
【図７】
2020166987.tif 000012
【図８】
2020166987.tif 000013
【図９】
2020166987.tif 000014
【図１０】
2020166987.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月7日(2020.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成する形成工程と、
前記電池室の外周に形成されたフランジにおける、前記電池室の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含み、
前記溶接工程において、前記電池室の側壁に沿って前記フランジを押さえる第１の治具と、前記側壁に沿って、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置を押さえる第２の治具とで前記フランジを押さえた上で、前記第１の治具と前記第２の治具との間にレーザを照射し、
前記電池室の側壁と前記フランジとの角部におけるＲ止まりのうち、前記フランジ上のＲ止まりを基準点とし、
前記溶接工程において、前記側壁から遠ざかる外側方向に向けて前記基準点から０．５ｍｍ離れた位置と、前記外側方向に向けて前記基準点から４．５ｍｍ離れた位置との間の領域の少なくとも一部を前記第１の治具で押さえ、
前記溶接工程において、前記第２の治具の、前記側壁から遠い側には、前記フランジの変形を許容する空間が確保されており、
前記第１および第２の治具の、前記フランジと当接する面は、前記側壁に沿って伸びる長軸と、当該長軸に対して垂直な短軸とを有し、
前記第２の治具の短軸は、前記第１の治具の短軸よりも短いことを特徴とする電池外装材の溶接方法。
【請求項２】
前記レーザが照射される位置は、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置であり、前記基準点から前記レーザの光軸までの距離Ｌは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項３】
前記第１の治具によって抑えられる前記フランジの領域と、前記第２の治具によって抑えられる前記フランジの領域との間の距離Ｗは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池外装材の溶接方法。
【請求項４】
電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成する形成工程と、
前記電池室の外周に形成されたフランジにおける、前記電池室の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含み、
前記溶接工程において、前記電池室の側壁に沿って前記フランジを押さえる第１の治具と、前記側壁に沿って、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置を押さえる第２の治具とで前記フランジを押さえた上で、前記第１の治具と前記第２の治具との間にレーザを照射し、
前記電池室の側壁と前記フランジとの角部におけるＲ止まりのうち、前記フランジ上のＲ止まりを基準点とし、
前記溶接工程において、前記側壁から遠ざかる外側方向に向けて前記基準点から０．５ｍｍ離れた位置と、前記外側方向に向けて前記基準点から４．５ｍｍ離れた位置との間の領域の少なくとも一部を前記第１の治具で押さえ、
前記溶接工程において、前記第２の治具の、前記側壁から遠い側には、前記フランジの変形を許容する空間が確保されており、
前記第１の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、
前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることを特徴とする電池外装材の溶接方法。
【請求項５】
電池外装材としてのステンレス箔に対して、電池要素を収容する電池室を形成する形成工程と、
前記電池室の外周に形成されたフランジにおける、前記電池室の外周の少なくとも一部に対してレーザ溶接を行う溶接工程とを含み、
前記溶接工程において、前記電池室の側壁に沿って前記フランジを押さえる第１の治具と、前記側壁に沿って、前記第１の治具よりも前記側壁から遠い位置を押さえる第２の治具とで前記フランジを押さえた上で、前記第１の治具と前記第２の治具との間にレーザを照射し、
前記電池室の側壁と前記フランジとの角部におけるＲ止まりのうち、前記フランジ上のＲ止まりを基準点とし、
前記溶接工程において、前記側壁から遠ざかる外側方向に向けて前記基準点から０．５ｍｍ離れた位置と、前記外側方向に向けて前記基準点から４．５ｍｍ離れた位置との間の領域の少なくとも一部を前記第１の治具で押さえ、
前記溶接工程において、前記第２の治具の、前記側壁から遠い側には、前記フランジの変形を許容する空間が確保されており、
前記第２の治具は、前記側壁に沿う方向に配列された３つ以上の治具を備え、
前記３つ以上の治具のうち、当該治具の配列方向における内側の治具で前記フランジを押さえた後、外側の治具で前記フランジを押さえることを特徴とする電池外装材の溶接方法。
【請求項６】
前記ステンレス箔の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電池外装材の溶接方法。