(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を含んだ発電要素に接続するためのリードを含むキャップ体と、このキャップ体に設けられた孔に挿入されると共に、一対の電極とそれぞれ接続され、前記キャップ体の材料とは異なる組成を有する材料を含む２つの端子とを備えた密閉型２次電池の溶接方法において、
前記端子の先端側を潰して前記キャップ体に沿って拡げ、
前記端子の先端側の周囲と前記キャップ体との境界線に沿うと共に、前記境界線を基準として前記端子側と前記キャップ体側とを交互に経由し、振幅をＷ、波状の周期をＬ、溶接幅をＢとした場合、周期がＢ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たし、かつ、少なくとも溶接軌跡の一部が前記端子側から前記キャップ体側に向けた波状の軌跡を有して連続溶接することを特徴とする密閉型２次電池の溶接方法。
【請求項２】
前記キャップ体の材料と前記端子の材料とは、同等の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１に記載の密閉型２次電池の溶接方法。
【請求項３】
一対の電極と電解液を収容するケースと、
このケースを蓋し、かつ電解液を含んだ発電要素に接続するためのリードを含むキャップ体と、
前記キャップ体に設けられた孔に挿入されると共に、前記一対の電極とそれぞれ接続され、前記キャップ体の材料とは異なる組成を有する材料を含む２つの端子と、
前記端子の先端側が前記キャップ体に沿って拡げられ、前記端子の先端側の周囲と前記キャップ体との境界線に沿うと共に、前記境界線を基準として前記端子側と前記キャップ体側とを交互に経由し、振幅をＷ、波状の周期をＬ、溶接幅をＢとした場合、周期がＢ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たし、かつ、少なくとも溶接軌跡の一部が前記端子側から前記キャップ体側に向けた波状の軌跡を有して連続溶接された接合部とを備えていることを特徴とする密閉型２次電池。
【請求項４】
前記キャップ体の材料と前記端子の材料とは、同等の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項３に記載の密閉型２次電池。
【請求項５】
一対の電極と電解液を収容するケースを蓋し、かつ電解液を含んだ発電要素に接続するためのリードを含むキャップ体において、
板状のキャップ本体と、
このキャップ本体に設けられた一対の孔部と、
これら一対の孔部に前記キャップ本体の一方の面側からそれぞれ挿入されると共に、前記一対の電極とそれぞれ接続され、前記キャップ体の材料とは異なる組成を有する材料を含む一対の端子と、
前記キャップ本体の他方の面側に設けられ、前記端子の先端側が前記キャップ体に沿って拡げられ、前記端子の先端側の周囲と前記キャップ本体との境界線に沿うと共に、前記境界線を基準として前記端子側と前記キャップ本体側とを交互に経由し、振幅をＷ、波状の周期をＬ、溶接幅をＢとした場合、周期がＢ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たし、かつ、少なくとも溶接軌跡の一部が前記端子側から前記キャップ体側に向けた波状の軌跡を有して連続溶接された接合部とを備えていることを特徴とするキャップ体。
【請求項６】
前記キャップ体の材料と前記端子の材料とは、同等の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項５に記載のキャップ体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、異なる種類の金属材料を溶接する箇所を有する密閉型２次電池の溶接方法、及び、この溶接方法を用いて形成される、密閉型２次電池及びキャップ体に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型２次電池は、電極と電解液を収容するケースと、このケースを蓋するキャップ体と、キャップ体に設けられた端子とリードとを備えている。
【０００３】
端子は、キャップ体に設けられた孔に挿入された後、プレス機でキャップ体の裏面側からカシメられる。このとき、端子とキャップ体間には絶縁物が存在し、互いに絶縁されている。端子は円板状に拡げられ、その円周部がキャップ体の裏面に対し、レーザ溶接されてキャップ体の裏面側に接合される。溶接は、端子の円周部に沿って連続又は断続的に行われる。
【０００４】
なお、端子は例えばアルミ合金５０５２材等の材料、キャップ体は５０５２材よりも高い熱伝導率を有する純アルミ材（１０５０材等）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００１４５２号公報
【特許文献２】特開２００１−０４３９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した密閉型２次電池の溶接方法では、次のような問題があった。すなわち、アルミ合金５０５２材と純アルミ材１０５０材とは、線膨張係数は同等であるものの、熱拡散率が例えば５７．０［ｍｍ２／ｓ］と９２．９［ｍｍ２／ｓ］と大きく異なる。このため、連続的な溶接を行うと、溶接時に受ける熱によって端子とキャップ体との間で高い熱応力が発生し、クラックが発生することがある。クラックが発生すると接合部において電気抵抗が増加する原因となる可能性がある。
【０００７】
また、レーザの照射と未照射を繰り返す断続的な溶接を行うと、溶接の終点で急冷されるためクラックが発生しやすい問題がある。
【０００８】
そこで、クラックの発生率が低く、安定的な溶接を行える密閉型２次電池の溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電極と電解液を収容するケースと、このケースを蓋し、かつ電解液を含んだ発電要素に接続するためのリードを含むキャップ体と、前記キャップ体に設けられた孔に挿入されると共に、一対の電極とそれぞれ接続され、前記キャップ体の材料とは異なる組成を有する材料を含む２つの端子と、前記端子の先端側が前記キャップ体に沿って拡げられ、前記端子の先端側の周囲と前記キャップ体との境界線に沿うと共に、前記境界線を基準として前記端子側と前記キャップ体側とを交互に経由し、振幅をＷ、波状の周期をＬ、溶接幅をＢとした場合、周期がＢ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たし、かつ、少なくとも溶接軌跡の一部が前記端子側から前記キャップ体側に向けた波状の軌跡を有して連続溶接された接合部とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施の形態に係る密閉型２次電池を示す分解斜視図。
【図２】同密閉型２次電池に組み込まれたキャップ体を示す分解斜視図。
【図３】同キャップ体を形成するための端子の溶接方法を示す説明図。
【図４】同キャップ体を形成するための端子の溶接方法の実験結果から得られた溶接の振幅から導き出される境界線への溶接軌跡の入射角度とクラック長を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は一実施の形態に係る密閉型２次電池に組み込まれたキャップ体５０を示す斜視図、図３はキャップ体５０を形成するための端子の溶接方法を示す説明図、図４は実験結果から得られた溶接の振幅から導き出される境界線Ｐへの溶接軌跡の入射角度とクラック長を示す説明図である。
【００１２】
密閉型２次電池は、上面に開口部が設けられ、電解液及び一対の電極を収容するケースと、このケースの開口部を蓋するキャップ体５０と、一対の電極にそれぞれ接続される一対の端子６０，６１とを備えている。
【００１３】
図２に示すように、キャップ体５０は、キャップ本体５１と熱拡散率が異なるアルミニウム合金材料からなる端子６０，６１とを備えている。
【００１４】
キャップ本体５１は、熱拡散率が約９２．９［ｍｍ２／ｓ］である純アルミ材１０５０材（純アルミ材又は第１のアルミニウム合金材料）で形成され、後述する端子６０，６１は、熱拡散率が約５７．０［ｍｍ２／ｓ］であるアルミ合金５０５２材（第２のアルミニウム合金材料）で形成されている。アルミ合金５０５２材は、マグネシウムを２．５６％含有している。なお、いずれの金属材料も線膨張係数は２４［μｍ／ｍ・℃］である。
【００１５】
端子６０，６１の先端６０ａ，６１ａは、キャップ本体５１の裏面（他方の面）側に設けられ、先端６０ａ，６１ａがキャップ本体５１の裏面に沿って円板状に拡げられている。図３に示すように、先端６０ａ，６１ａの周囲とキャップ本体５１との境界線Ｐに沿うと共に、境界線Ｐを基準として先端６０ａ，６１ａ側とキャップ本体５１側とを交互に経由して連続溶接された接合部７０とを備えている。
【００１６】
このように構成された密閉型２次電池１０は、次のような工程で製造される。すなわち、キャップ本体５１に設けられた一対の孔部５２，５３に、一対の端子６０，６１の先端６０ａ，６１ａを挿入する。次に、先端６０ａ，６１ａをプレス機械等を用いて潰して円板状（円形状）とし、孔部５２，５３から抜けないようにかしめる。
【００１７】
次に、先端６０ａ，６１ａの周囲とキャップ本体５１との境界線Ｐに沿うと共に、境界線Ｐを基準として先端６０ａ，６１ａ側とキャップ本体５１側とを交互に経由してレーザ溶接で後述する条件下で波状溶接軌跡で連続溶接する。なお、溶接軌跡の一部が端子６０，６１側からキャップ本体５１側に向けた波状の軌跡を有するように設定されることになる。
【００１８】
連続溶接軌跡の振幅Ｗ、波状の周期Ｌの設定について説明する。すなわち、振幅をＷ、波状の周期をＬ、溶接幅をＢとした場合、Ｂ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たす条件に設定される。
【００１９】
例えば、先端６０ａ，６１ａの周囲の直径が５．４ｍｍ、６個の山・谷を有する波状、レーザ溶接の幅Ｂを０．６ｍｍとすると、波状溶接軌跡の振幅Ｗは０．３〜０．４５ｍｍとなる。溶接が一周した時点で接合部７０が形成される。
【００２０】
上述した条件の導出過程を説明する。すなわち、任意の波の式は、ｙ＝Ｗｓｉｎωｘとなる。この波の傾きは、次のように定義される。なお、実験値より溶接軌跡と接合面での交点における接線成分の傾きは４５°以下であることが必須であるため、条件式は次の通りとなる。
【００２１】
ｄｙ／ｄｘ＝Ｗωｃｏｓωｘ＜１、ω＝２π／Ｌ
節と接合面が重なるような軌跡とするため、ωｘ＝０，π，２πの箇所となり、ｃｏｓωｘ＝１となる。したがって、Ｗω＜１より、Ｗ＜Ｌ／２πとなる。
【００２２】
一方、振幅Ｗは溶接幅Ｂより大きいため、Ｗ＞Ｂ／２となる。したがって、溶接軌跡は上述したＢ／２＜Ｗ＜Ｌ／２πを満たす条件となる。
【００２３】
一方、少なくとも溶接軌跡の一部が端子６０，６１側からキャップ本体５１側に向けた波状の軌跡を有するように設定される。その理由について説明する。
【００２４】
溶接は、ビームが照射される位置であるキーホールにおいて金属材料が溶融・蒸発する。ビームを移動すると、このキーホールを先頭にして、溶融された金属材料からなる溶接プールが形成され、この時、キーホール側から後側に向けて溶融された金属材料の流れが生じる。
【００２５】
このため、純アルミ材であるキャップ本体５１側からマグネシウムを含むアルミ合金である端子６０，６１側に溶接を進めると、マグネシウムを含むアルミ合金が純アルミ材側に流れ込む。このように形成された接合部７０はマグネシウムを含有することになり、実験からクラック発生率が高く、かつ、クラック長が長くなる。
【００２６】
これに対し、マグネシウムを含むアルミ合金である端子６０，６１側から純アルミ材であるキャップ本体５１側に溶接を進めると、マグネシウムを含むアルミ合金が純アルミ材側に流れ込むことはない。このように形成された接合部７０はマグネシウムをごく僅かにしか含まず（例えば、１％以下）、クラック発生率が低く、かつ、クラック長が短くなる。
【００２７】
なお、図４に示すように、溶接軌跡の振幅から導き出される境界線Ｐへの溶接軌跡の入射角度とクラック長とは、入射角度が４５°以下であり、かつ、溶接軌跡の方向が端子６０，６１側からキャップ本体５１側に向けて溶接される時に、クラック長が短くなる関係になることが判る。
【００２８】
このような密閉型２次電池の溶接方法によれば、溶接の対象となるキャップ本体５１と端子６０，６１との熱拡散率の差が大きい場合であっても、熱拡散率の差が大きい箇所（境界線Ｐ）を通過する箇所を少なくすることができるため、膨張量が異なることによって発生する熱応力を緩和することが見込まれる。
【００２９】
さらに、境界線Ｐを横切る接合部７０の角度は３０°前後になるため、境界線Ｐにおける接合幅が十分長くなる。このため、膨張量が異なることにより発生する応力が分散され、クラックが発生することを防止できる。また、接合部７０へのマグネシウムの流れ込みを抑制することでクラック発生率を減らし、クラック長を短くすることが可能となる。
【００３０】
さらにまた、溶接軌跡を波状にすることにより、端子６０，６１とキャップ本体５１間の接合部７０が断続的となる。そのため、接合部７０の一部にクラックが発生したとしても、隣接する接合部７０にクラックが進展することがなく、導通が保たれるという特長を有している。
【００３１】
このように本実施の形態に係る密閉型２次電池の溶接方法によれば、クラックの発生率が低く、安定的な溶接を行えると共に、品質及び信頼性の高い密閉型２次電池１０及びキャップ体５０が得られる。
【００３２】
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】
【００３３】
１０…密閉型２次電池、２０…ケース、３０…電極部、３１，３２…電極シート（電極）、４０…電解液、５０…キャップ体、５１…キャップ本体、５２，５３…孔部、６０，６１…端子、７０…接合部、Ｐ…境界線。
【図１】
0005571137.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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