(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを溶接対象物に照射することにより溶接を行う溶接方法であって，
レーザとして，
底面が長辺と短辺からなる長方形の四角錐形状のプリズムを透過させた，
レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，
レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用い，
レーザの走査方向が前記プリズムの底面の長辺方向であることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
レーザを溶接対象物に照射することにより溶接を行う溶接方法であって，
レーザとして，
三角柱形状のプリズムを透過させた，
レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，
レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用い，
レーザの走査方向が前記プリズムの三角柱としての高さ方向であることを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の溶接方法であって，
正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて交互に配置した電極体の前記正極板もしくは前記負極板に，集電体を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層することで電極体とする電極体作成工程と，
前記電極体の前記正極板と前記負極板との少なくとも一方を集電体に溶接して溶接体とする集電体溶接工程と，
前記溶接体を電池容器の内部に配置するとともに前記電池容器の内部に電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する電池の製造方法であって，
前記集電体溶接工程では，
レーザとして，
底面が長辺と短辺からなる長方形の四角錐形状のプリズムを透過させた，
レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，
レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用い，
レーザの走査方向が前記プリズムの底面の長辺方向であることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項５】
正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層することで電極体とする電極体作成工程と，
前記電極体の前記正極板と前記負極板との少なくとも一方を集電体に溶接して溶接体とする集電体溶接工程と，
前記溶接体を電池容器の内部に配置するとともに前記電池容器の内部に電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する電池の製造方法であって，
前記集電体溶接工程では，
レーザとして，
三角柱形状のプリズムを透過させた，
レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，
レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用い，
レーザの走査方向が前記プリズムの三角柱としての高さ方向であることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項６】
レーザを発振するレーザ発振器と，
前記レーザ発振器により発振されたレーザを伝送するとともにレーザ照射口を備える光ファイバーと，
前記レーザ照射口から照射されるレーザを平行光とするコリメートレンズと，
前記コリメートレンズにより平行光とされたレーザを回折するプリズムとを有し，
レーザを溶接対象物に走査しつつ照射して溶接する溶接装置であって，
前記プリズムは，
底面が長辺と短辺からなる長方形である四角錐形状であり，
レーザを，前記底面から前記四角錐形状の頂点に向かう向きに入射するように配置されているものであり，
レーザの走査方向が前記プリズムの底面の長辺方向であることを特徴とする溶接装置。
【請求項７】
レーザを発振するレーザ発振器と，
前記レーザ発振器により発振されたレーザを伝送するとともにレーザ照射口を備える光ファイバーと，
前記レーザ照射口から照射されるレーザを平行光とするコリメートレンズと，
前記コリメートレンズにより平行光とされたレーザを回折するプリズムとを有し，
レーザを溶接対象物に走査しつつ照射して溶接する溶接装置であって，
前記プリズムは，
三角柱形状であり，
レーザの走査方向が前記プリズムの三角柱としての高さ方向であることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，溶接方法および溶接装置および電池の製造方法に関する。さらに詳細には，電極板（正極板および負極板）と集電板との溶接に特徴のある溶接方法および溶接装置および電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池は，携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器，ハイブリッド車両や電気自動車等の車両など，多岐にわたる分野で利用されている。このような電池は，正極板と負極板と電解質とを備えるものである。また，正極板と負極板とを絶縁するために，これらの間にセパレータを設けることが一般的である。そして，正極板および負極板を交互に配置するとともに，それらの間にセパレータをはさんで積層した積層電極体を用いることが多い。体積エネルギー密度の向上を図るためである。
【０００３】
このような積層電極体では，正極板に正極集電板が接合されるとともに，負極板に負極集電板が接合される。好適な集電を行うためには，この接合を確実に行うことが好ましい。接合箇所における接合が不充分であれば，その箇所における電気抵抗が高いからである。接合そのものがなされていなければ，これらの箇所はもちろん導通していない。したがって，その箇所では電流が流れない。
【０００４】
そのため，電極板と集電板とを好適に接合するための技術が開発されてきている。例えば，特許文献１には，電極板と集電板とをレーザ溶接する技術が開示されている。これにより，リードの加工や固定等の煩雑な工程を行うことなく，接合を行うことができるとしている。また，特許文献２には，電極板と集電板とを真空中でビーム溶接する技術が開示されている。これにより，接合箇所以外の他の部分に熱による影響を生じさせないようにして接合を行うことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０４２７６９号公報
【特許文献２】特開２００４−００６４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで，特許文献１やその他のレーザ溶接ではガウシアンモードのレーザが通常用いられる。ガウシアンモードのレーザでは，レーザの照射領域の中心で最もレーザ強度が高い。したがって，レーザの照射領域の中心から入熱される箇所が最も溶融する（特許文献１の図５参照）。そのため，レーザの照射領域の中心から入熱される箇所が溶融しすぎてしまうおそれがある。入熱量が多い場合には，セパレータに多量の熱が伝わり，セパレータ焼けが生じてしまうこととなる。
【０００７】
一方，特許文献２のように真空中でビーム溶接する場合には，溶接を真空中で行う必要がある。この真空状態を実現するため，減圧する工程や復圧する工程などの多くの工程を要する。そして，これらの工程を行うのに時間もかかる。つまり，サイクルタイムが長いものとなってしまう。さらに，真空とするための設備を設ける必要がある。
【０００８】
本発明は，前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，電極板と集電板との溶接を好適に行うことのできる溶接方法および溶接装置および電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における溶接方法は，レーザを溶接対象物に照射することにより溶接を行う方法である。そして，レーザとして，底面が長辺と短辺からなる長方形の四角錐形状のプリズムを透過させた，レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用いる。そしてレーザの走査方向をプリズムの底面の長辺方向とする。かかる溶接方法では，レーザの照射領域の中心への入熱量が抑制される。したがって，レーザの照射領域の中心で溶接の深さが深くなりすぎるおそれがない。また，レーザの照射領域の中心が走査される領域の両側に高強度外周部領域のレーザが照射されるため，十分な溶接幅で溶接を行うことができる。なお，四角錐形状のプリズムに替えて三角柱形状ものを用い，レーザの走査方向をプリズムの三角柱としての高さ方向としてもよい。
【００１０】
上記に記載の溶接方法において，正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて交互に配置した電極体の正極板もしくは負極板に，集電体を溶接するとよい。これにより，セパレータ焼けの発生を抑制しつつ，電極板と集電体との溶接を行うことができるからである。
【００１２】
また，本発明の別の態様における電池の製造方法は，正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層することで電極体とする電極体作成工程と，電極体の正極板と負極板との少なくとも一方を集電体に溶接して溶接体とする集電体溶接工程と，溶接体を電池容器の内部に配置するとともに電池容器の内部に電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する。そして，集電体溶接工程では，レーザとして，レーザの照射領域の外周部に，レーザの照射領域の中心のレーザ強度より高いレーザ強度である高強度外周部領域を有するとともに，レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用いる。かかる電池の製造方法では，集電体溶接工程でレーザの照射領域の中心への入熱量が抑制される。したがって，レーザの照射領域の中心で溶接の深さが深くなりすぎるおそれがない。また，レーザの照射領域の中心が走査される領域の両側に高強度外周部領域のレーザが照射されるため，十分な溶接幅で溶接を行うことができる。
【００１３】
上記に記載の電池の製造方法において，集電体溶接工程では，底面が長方形の四角錐形状のプリズムを透過させたレーザを用いる。そしてレーザの走査方向をプリズムの底面の長辺方向とする。レーザの照射領域の外周部に，高強度外周部領域を形成することができるからである。
【００１４】
上記に記載の電池の製造方法において，集電体溶接工程では，四角錐形状のプリズムに替えて三角柱形状のプリズムを透過させたレーザを用いてもよい。その場合，レーザの走査方向はプリズムの三角柱としての高さ方向とする。レーザの照射領域の外周部に，高強度外周部領域を形成することができることに変わりないからである。
【００１７】
また，本発明のさらに別の態様における溶接装置は，レーザを発振するレーザ発振器と，レーザ発振器により発振されたレーザを伝送するとともにレーザ照射口を備える光ファイバーと，レーザ照射口から照射されるレーザを平行光とするコリメートレンズと，コリメートレンズにより平行光とされたレーザを回折するプリズムとを有し，レーザを溶接対象物に走査しつつ照射して溶接するものである。そして，プリズムは，底面が長辺と短辺からなる長方形である四角錐形状であり，レーザを，底面から四角錐形状の頂点に向かう向きに入射するように配置されている。さらに，レーザの走査方向をプリズムの底面の長辺方向とする。かかる溶接装置では，レーザの照射領域の中心よりエネルギー強度の高い高強度外周部領域のあるレーザを照射することができる。このレーザを用いることにより，十分な溶接幅を確保するとともに，溶接幅の深すぎない溶接を行うことができる。なお，四角錐形状のプリズムに替えて三角柱形状ものを用い，レーザの走査方向をプリズムの三角柱としての高さ方向としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば，電極板と集電板との溶接を好適に行うことのできる溶接方法および溶接装置および電池の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る電池を説明するための部分破断斜視図である。
【図２】実施形態に係る電池の積層電極体に集電板を溶接した溶接体の構造を説明するための断面図である。
【図３】実施形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザ溶接装置を説明するための概略構成図である。
【図４】実施形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザ溶接装置のプリズムを説明するための平面図である。
【図５】実施形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布を示す図（その１）である。
【図６】実施形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布を示す図（その２）である。
【図７】実施形態に係る電池の製造方法におけるレーザの走査方法を説明するための断面図である。
【図８】実施形態に係る電池の製造方法におけるレーザの走査方法を説明するための平面図である。
【図９】実施形態に係る電池の製造方法におけるレーザ溶接の途中を示す断面図（その１）である。
【図１０】実施形態に係る電池の製造方法におけるレーザ溶接の途中を示す断面図（その２）である。
【図１１】実施形態に係る電池の正極集電板と正極板との溶接箇所を示す断面図である。
【図１２】実施形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布と溶接箇所との対応を示す模式図である。
【図１３】従来の電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布と溶接箇所との対応を示す模式図である。
【図１４】参考形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザ溶接装置のプリズムを説明するための平面図である。
【図１５】参考形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布を示す図（その１）である。
【図１６】参考形態に係る電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布を示す図（その２）である。
【図１７】実施形態に係る別の電池の製造方法に用いられるレーザの強度分布を示す図（その３）である。
【図１８】実施形態に係る別の電池の製造方法に用いられるレーザ溶接装置のプリズム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】
【００２０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，ニッケル水素電池とその製造方法について，本発明を具体化したものである。
【００２１】
１．電池
本実施の形態に係るニッケル水素電池について説明する。図１は，本形態の電池セル１０の部分破断斜視図である。図１に示すように，電池セル１０は，電池容器１１と，封口板１２と，安全弁１３と，積層電極体１００とを有している。電池容器１１は，その内部に積層電極体１００を挿入されるものであるとともに，電解液を収容するためのケースである。封口板１２は，電池セル１０を封止するためのものである。安全弁１３は，電池セル１０の内圧が上昇しすぎた場合に開弁する弁である。積層電極体１００には，後述するように，正極集電板および負極集電板が接合されている。これらは，図１の破断した箇所からは見えない位置にある。
【００２２】
図２は，電池セル１０から溶接体２００を抜き出して描いた断面図である。ここでいう溶接体２００とは，積層電極体１００に正極集電板１１０および負極集電板１２０が接合されたものである。積層電極体１００は，図２に示すように，正極板Ｐと，負極板Ｎと，セパレータＳとを有している。そして，正極板Ｐと負極板Ｎとの間には必ずセパレータＳが間に配置されるように積層されている。正極板Ｐと負極板Ｎとを絶縁するためである。つまり，積層電極体１００は，正極板Ｐと負極板Ｎとを交互に配置するとともに，正極板Ｐと負極板Ｎとの間にセパレータＳを介在させた状態で積層された電極体である。なお，図２中の矢印Ｆの示す方向は，図１中の矢印Ａの示す方向と同じであり，これらの部材の積層方向である。
【００２３】
正極板Ｐは，正極基板の一部に正極活物質が充填されたものである。正極板Ｐは，正極充填部Ｐ１と正極非充填部Ｐ２とを備えている。正極充填部Ｐ１は，図２に示すように，セパレータＳに挟まれている位置にある。正極非充填部Ｐ２は，図２に示すように，セパレータＳに挟まれていない位置にある。正極充填部Ｐ１は，正極基板に正極活物質が充填されている正極板反応部である。一方，正極非充填部Ｐ２は，正極基板に正極活物質が充填されていない正極板非反応部である。正極板反応部は，その表面で電極反応が生じる部分であるとともに，実際に発電に寄与する部分である。ここで，正極基板は，例えば発泡ニッケルである。正極活物質は，例えば水酸化ニッケルである。なお，正極活物質は図２には表れていない。発泡ニッケルの表面にはわずかに形成されているにすぎないからである。
【００２４】
負極板Ｎは，負極基板の一部に負極活物質が充填されたものである。負極板Ｎは，負極充填部Ｎ１と負極非充填部Ｎ２とを備えている。負極充填部Ｎ１は，図２に示すように，セパレータＳに挟まれている位置にある。負極非充填部Ｎ２は，図２に示すように，セパレータＳに挟まれていない位置にある。負極充填部Ｎ１は，負極基板に負極活物質が充填されている負極板反応部である。一方，負極非充填部Ｎ２は，負極基板に負極活物質が充填されていない負極板非反応部である。負極板反応部は，その表面で電極反応が生じる部分であるとともに，実際に発電に寄与する部分である。ここで，負極基板は，例えばニッケルのパンチングメタルである。負極活物質は，例えば水素吸蔵合金である。なお，負極活物質も図２には表れていない。
【００２５】
また，図２に示すように，正極充填部Ｐ１と負極充填部Ｎ１とは，セパレータＳに接して積層されている。正極非充填部Ｐ２の一部は，積層電極体１００の一方に突出している。正極非充填部Ｐ２の先端部ＰＸは，正極集電板１１０に接合されている。すなわち，正極基板と正極集電板１１０とは導通している。負極非充填部Ｎ２の一部は，積層電極体１００の他方に突出している。その突出する方向は，正極非充填部Ｐ２の突出している方向の反対側である。負極非充填部Ｎ２の先端部ＮＸは，負極集電板１２０に接合されている。すなわち，負極基板と負極集電板１２０とは導通している。ここで，各集電板１１０，１２０の厚みは０．４〜１ｍｍ程度である。電極板Ｐ，Ｎの厚みは５０〜２００μｍ程度である。
【００２６】
図２に示すように，正極集電板１１０の両端には屈曲部１１１が形成されている。屈曲部１１１には，端面１１１ａが形成されている。端面１１１ａは，電極板Ｐ，Ｎに対して垂直である。同様に，負極集電板１２０の両端にも屈曲部１２１が形成されている。
【００２７】
２．電極板と集電板との溶接方法
本形態の溶接方法について説明する。本形態では，レーザ溶接に用いるレーザの種類に特徴がある。したがって，本形態で用いるレーザ溶接装置およびレーザの強度分布について説明する。
【００２８】
２−１．レーザ溶接装置の構成
本形態におけるレーザ溶接装置１０００の構成を図３に示す。図３には，正極集電体１１０等の溶接対象となる部材も一緒に描かれている。
【００２９】
図３に示すように，レーザ溶接装置１０００は，レーザ発振器１００１と，光ファイバー１０１０と，コリメートレンズ１０２０と，プリズム１０３０と，集光レンズ１０４０とを有している。レーザ発振器１００１は，レーザを発振させるための装置である。光ファイバー１０１０は，レーザを伝送するためのものである。その内壁の断面は長方形である。したがって，光ファイバー１０１０から照射されるレーザの断面形状は長方形形状である。光ファイバー１０１０の先端には，照射口１０１１がある。コリメートレンズ１０２０は，光ファイバー１０１０の照射口１０１１から拡散するレーザを平行な光にするためのものである。プリズム１０３０は，透過するレーザの強度分布を変えるためのものである。集光レンズ１０４０は，プリズム１０３０によりやや拡散したレーザを集光するためのものである。
【００３０】
図４は，レーザ溶接装置１０００のプリズム１０３０を説明するための平面図である。プリズム１０３０は，先端１０３９を頂点とする四角錐形状をしている。プリズム１０３０は，その表面を面１０３３，１０３４，１０３５，１０３６と，底面とで覆われた５面体である。そして，プリズム１０３０の底面は，長辺１０３１と短辺１０３２とで囲まれた長方形である。
【００３１】
続いて，レーザ溶接装置１０００が照射するレーザについて説明する（図３参照）。まず，レーザ発振器１００１がレーザを発振する。そのレーザを光ファイバー１０１０により伝送する。そのレーザは光ファイバー１０１０の照射口１０１１から拡散的に照射される。拡散的に照射されたレーザは，コリメートレンズ１０２０を透過することにより平行に進行する。この段階では，レーザの断面形状は長方形であり，その強度は，照射中心で最も高いものとなっている。続いて，その平行レーザはプリズム１０３０により回折する。そのとき，レーザは底面から四角錐の頂点に向かう向きに入射する。この段階では，後述するように，照射中心以外の箇所でレーザの強度が最大となっている。そして，そのレーザを集光レンズ１０４０により集光する。このように得られたレーザの強度分布について次に説明する。
【００３２】
２−２．レーザの強度分布
レーザ溶接装置１０００により照射されるレーザの強度分布を図５に示す。図５中の矢印Ｉ，Ｊの示す方向は，図４中の矢印Ｉ１，Ｊ１で示す方向と対応する方向である。すなわち，図５中の矢印Ｉの方向と図４中の矢印Ｉ１の方向とは平行である。図５中の矢印Ｊの方向と図４中の矢印Ｊ１の方向とは平行である。
【００３３】
線Ｌは，レーザの照射中心を示している。レーザの強度分布は，図５に示すように線Ｌに対して軸対称（回転対称）ではない。ただし，レーザの強度分布は，線Ｖと線Ｌを含む平面に対して対称である。また，線Ｗと線Ｌを含む平面に対して対称である。ここで線Ｖは，線Ｌとゼロエネルギー面との交点である中心Ｏを通る線である。線Ｗは，中心Ｏを通り，線Ｖに垂直な線である。
【００３４】
図５から明らかなように，本形態で用いられるレーザは，その照射領域の中心の強度より高い強度である領域が存在する。図５のレーザの強度で表すと，照射領域の中心付近に凹みが表れている。この凹みは，図４のプリズム１０３０における，面１０３３，１０３５と底面とのなす角と，面１０３４，１０３６と底面とのなす角とに差があることに起因する。面１０３３，１０３５と底面とのなす角は，面１０３４，１０３６と底面とのなす角より大きい。このずれがあるため，レーザの強度が最大値となる箇所を，レーザの照射領域の中心からずらすことができるのである。
【００３５】
このレーザを溶接に用いる場合には，後述するように，レーザの走査方向を図５の矢印Ｊの方向とする。詳細については後述する。
【００３６】
図６の左図は，図５における線Ｌと線Ｖを含む平面でのレーザ強度を示す図である。レーザの走査方向（図５の矢印Ｊ）に平行な断面を示すものである。図６の左図に示すように，そのエネルギー分布では，レーザの照射領域の中心（線Ｌ）付近がフラットである。ここで，Ｒ０は，線Ｌ上におけるレーザの強度である。Ｒ１，Ｒ２は，レーザの外周部におけるレーザの強度である。レーザの外周部におけるレーザの強度の変化は図５や図６に示すとおりであるが，説明のためにレーザの強度Ｒ１，Ｒ２を代表点として選んだ。レーザの強度Ｒ１，Ｒ２は，レーザの強度Ｒ０とほとんど同じ値である。もしくはわずかに強度が弱い。Ｒ１，Ｒ２は，レーザの照射領域の外周部であって走査方向の前後の領域にある箇所におけるレーザの強度である。
【００３７】
図６の右図は，図５における線Ｌと線Ｗを含む平面でのレーザ強度を示す図である。レーザの走査方向（図５の矢印Ｊ）に垂直な断面を示すものである。図６の右図に示すように，そのエネルギー分布では，レーザの照射領域の中心（線Ｌ）付近が凹んでおり，その両側に凸形状が表れている。レーザの強度Ｑ１，Ｑ２は，レーザの照射領域におけるレーザの強度の最大値である。レーザの強度Ｑ１，Ｑ２は，レーザの強度Ｒ０の１．２倍程度である。
【００３８】
図６の右図に示すように，レーザの照射領域の外周部には，高強度外周部領域Ｙがある。ここで，高強度外周部領域Ｙは，レーザの照射中心のレーザ強度Ｒ０よりも有意に大きいレーザ強度の値をとる領域である。高強度外周部領域Ｙは，レーザの照射領域の外周部であってレーザの走査方向における照射中心の前後を除く領域にある。そして高強度外周部領域Ｙは，レーザの照射中心領域Ｚの両側にある。レーザの照射中心領域Ｚは，レーザの照射領域の全幅の１０〜３０％程度である。この場合，後述するように，十分な溶接幅を確保するとともに，溶接の深さが深くなりすぎない溶接を行う上で好適である。
【００３９】
２−３．溶接方法
続いて，本形態のレーザの溶接方法について説明する。本形態のレーザの溶接方法は，正極集電板１１０と正極板Ｐとを溶接する場合および負極集電板１２０と負極板Ｎとを溶接する場合の双方に用いることができる。そのため，これらの代表として，正極集電板１１０と正極板Ｐとを溶接する場合について説明する。
【００４０】
図７は，本形態のレーザを用いる溶接方法を説明する図である。レーザ溶接を行うに際して，加圧治具２０００により，積層電極体１００を，図７中の左右方向（矢印Ｅ）に加圧する。加圧治具２０００は，積層電極体１００の積層方向（図２の矢印Ｆの方向）の厚みを薄いものとするための治具である。このように加圧しつつ溶接することにより，電池容器１１への収容を可能とするとともに，電池の体積エネルギー密度を高いものとするためである。なお，加圧治具２０００は，溶接工程に用いるだけであり，電池セル１０には残らない。
【００４１】
そして，正極集電板１１０の屈曲部１１１は，加圧治具２０００の上面２００１で支持されている。端面１１１ａは，上面２００１と対面して加圧治具２０００に接触している。このとき，正極板Ｐの先端部ＰＸは，正極集電板１１０に接触している。
【００４２】
続いて，レーザを正極集電板１１０に照射しつつ，図７の矢印Ｂの向きにレーザを走査する。ここでレーザの走査速度は，例えば６５ｍｍ／ｓｅｃである。もちろん，これ以外の走査速度であってもよい。図７の矢印Ｂの方向は，図２に示した矢印Ｆの方向，すなわち積層電極体１００の積層方向に平行である。これにより，正極集電板１１０におけるレーザ照射箇所は加熱されて溶融する。
【００４３】
図８は，図７の矢印Ｃの方向から見た平面図である。図８の矢印Ｍは，レーザの走査方向を示している。図８の線Ｍ０は，図６の右図で示したレーザの強度Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の部分が走査される領域を示す線である。図８の線Ｍ１は，図６の右図で示したレーザの強度のうちレーザの強度Ｑ１の部分が走査される領域を示す線である。図８の線Ｍ２は，図６の右図で示したレーザの強度のうちレーザの強度Ｑ２の部分が走査される領域を示す線である。
【００４４】
図８に示すように，最大値をとるレーザの強度Ｑ１，Ｑ２が溶接幅方向の中心（線Ｍ０）の両側を通過するように，レーザを走査する。そのため，溶接幅方向の中心（線Ｍ０）には，高強度外周部領域Ｙが通過することはない。後述するように，溶接幅方向の中心（線Ｍ０）への過剰な入熱を抑制するためである。
【００４５】
図９は，図８のＧＧ断面の一部を示す断面図である（図２でいえばＨＨ断面に相当）。なお，図９負極板Ｎを省略して描いてある（図１０〜図１３も同様）。図９は，レーザによる正極集電板１１０への入熱が始まった直後の状態を示している。図９に示すように，正極集電板１１０のうち照射されるレーザの強度の高い箇所から溶融する。図９には，正極集電板１１０の一部が溶融している溶融部分１１２が表れている。溶融部分１１２は，高強度外周部領域Ｙからの入熱により溶融している部分である。一方，図９に示す初期の段階では，レーザの照射中心（線Ｌ）により入熱される箇所は未だ溶融していない。
【００４６】
その後，レーザによる入熱が進行する。図１０は，図９と同様の断面についてさらに時間が経過している状態を示す断面図である。図１０の溶融部分１１３は図９の溶融部分１１２より広い領域にわたって存在している。この状態に至っても，溶融部分１１３のうち最も深い位置まで溶融しているのは，レーザの強度の高い箇所である。ここで，溶接幅方向には，十分に広い領域が溶融している。そして，レーザの照射領域における中心付近では，それほど深い位置まで溶融していない。
【００４７】
レーザによる入熱が終わると，レーザの照射を受けた領域の温度は下がり始める。そして，その溶融部分１１３は再度凝固する。図１１は，図１０に示した溶融部分１１３が凝固した場合を示す図である。図１１に示すように，正極集電板１１０から正極板Ｐの先端部ＰＸの一部にわたって，熱影響部Ｘが形成されている。この段階で，正極集電板１１０と正極板Ｐとは溶接されている。
【００４８】
同様に負極集電板１２０と負極板Ｎとを溶接することにより，図２に示した溶接体２００が得られる。
【００４９】
３．電池における溶接箇所の断面形状
ここで，本形態の電池における溶接箇所の断面形状について図１１により説明する。図１１は，溶接箇所におけるレーザの走査方向に垂直な断面の一部を示す断面図である。図１１に示す熱影響部Ｘの断面には，凸部Ｘ２，Ｘ３が表れている。そして，これらの凸部Ｘ２，Ｘ３の間には凹部Ｘ１が表れている。凸部Ｘ２および凸部Ｘ３は，レーザを照射する向きに突出している。凹部Ｘ１は，凸部Ｘ２と凸部Ｘ３との間に位置している。そして，レーザを照射する向きの反対向きに凹んでいる。
【００５０】
図１１では，熱影響部Ｘは，セパレータＳの箇所に達していない。そのため，セパレータＳも燃焼していない。溶接深さＴがセパレータＳの箇所に達しない程度の深さであるためである。ここで溶接深さＴとは，正極集電板１１０の表側の面１１０ａから熱影響部における凸部Ｘ２の頂部Ｘ２Ａ（または凸部Ｘ３の頂部Ｘ３Ａ）までの距離のことをいう。
【００５１】
このときの溶接幅Ｄは，例えば０．５ｍｍである。この溶接幅Ｄは十分な幅である。つまり，正極集電板１１０と正極板Ｐとの溶接強度は十分である。溶接幅Ｄは，図１１に示すとおりである。ここで溶接幅Ｄとは，正極板Ｐと正極集電板１１０との間の接合部における熱影響部Ｘの幅のことをいう。
【００５２】
図１２は，レーザの強度分布とそのレーザにより溶接された溶接箇所の断面との関係を示す図である。図１２に示すように，レーザの高強度外周部領域Ｙにより入熱された箇所が，熱影響部Ｘの凸部Ｘ２，Ｘ３の箇所となる。そして，レーザの照射中心（線Ｌ）により入熱された箇所が，熱影響部Ｘの凹部Ｘ１の箇所となる。なお，図１２の線Ｕ１は，仮想的に描いたものである。
【００５３】
本形態の電池セル１０では，好適な溶接のなされた溶接体２００を有するものである。溶接体２００では，セパレータ焼けがほとんど生じていない。また，正極集電板１１０，負極集電板１２０に貫通孔がほとんど生じていない。したがって，積層電極体１００から好適に集電できる電池セル１０が実現されている。そして，正極板Ｐと負極板Ｎとの絶縁性が保たれている。
【００５４】
４．従来技術との比較
本形態と従来技術との比較のために，ガウシアン型のレーザを用いて溶接を行った場合について説明する。図１３の上図は，ガウシアン型のレーザの強度分布を示すプロファイルである。図１３の下図は，ガウシアン型のレーザを用いてレーザ溶接を行った場合を示す断面図である。ガウシアン型のレーザでは，その照射領域の中心でエネルギー強度が最も強い。
【００５５】
ガウシアン型のレーザを用いてレーザ溶接を行うと，図１３の下図に示すように，レーザによる熱がセパレータＳの箇所にまで到達する場合がある。これにより，セパレータＳが燃焼するおそれがある。セパレータＳが燃焼すると，その燃焼部分で電解質の透過が起こらないことがある。さらに，その燃焼部分で正極板Ｐと負極板Ｎとが絶縁されない場合がある。
【００５６】
ガウシアン型のレーザを用いた場合であっても，もちろんセパレータＳまで熱がそれほど伝わらないこともありうる。しかし，照射領域の中心でレーザの強度が最大値をとるため，本形態のレーザを用いた場合に比べてセパレータＳまで熱が伝わりやすい。また，セパレータＳの燃焼を抑制するために，レーザの強度を全体的に弱くすることも考えられる。しかし，その場合には溶接幅が不足するおそれがある。すなわち，溶接強度が十分でない。
【００５７】
５．電池の製造方法
本実施の形態に係る電池の製造方法は，積層電極体１００と正極集電板１１０や負極集電板１２０との溶接に前述の溶接方法を実施することに特徴のあるものである。
【００５８】
５−１．電極板作成工程
正極板Ｐは，正極基板に正極活物質を充填することにより作成される。ここで，正極基板のうち正極活物質を充填された箇所が正極充填部Ｐ１となる。正極基板のうち正極活物質を充填されていない箇所が正極非充填部Ｐ２となる。負極板Ｎは，負極基板に負極活物質を塗着することにより作成される。ここで，負極基板のうち負極活物質を充填された箇所が負極充填部Ｎ１となる。負極基板のうち負極活物質を充填されていない箇所が負極非充填部Ｎ２となる。
【００５９】
５−２．電極体作成工程
続いて，正極板Ｐ，負極板Ｎ，セパレータＳを積層する。その際に，正極板Ｐと負極板Ｎとが交互になるように配置する。そして，正極板Ｐと負極板Ｎとの間に必ずセパレータＳをはさんだ状態で積層する。その際に，正極板Ｐの正極非充填部Ｐ２が一方から突出するようにするとともに，負極板Ｎの負極非充填部Ｎ２がその反対側に突出するように積み重ねる。これにより，積層電極体１００が作成される。
【００６０】
５−３．集電体溶接工程
次に，正極集電板１１０および負極集電板１２０を積層電極体１００に溶接する。図７に，溶接前の積層電極体１００と正極集電板１１０を示す。ここでは，前述のレーザを用いて正極集電板１１０を正極非充填部Ｐ２の先端部ＰＸに溶接する。同様に，負極集電板１２０を負極非充填部Ｎ２の先端部ＮＸに溶接する。これらの接合の順序はどちらでもよい。
【００６１】
５−４．電池組立工程
続いて，電池容器１１の内部に積層電極体１００を配置する。そして電池容器１１の内部に電解液を注入する。これにより，積層電極体１００は，電解液に浸されることとなる。続いて，封口板１２を電池容器１１に接合する。これにより，本形態の電池セル１０が組み立てられる。この後，各種の検査工程を行うとよい。以上の工程を経ることにより，本形態の電池セル１０が製造される。
【００６２】
６．変形例および参考例
６−１．高強度外周部領域（変形例）
本形態では，図６に示すように，レーザの外周部であってレーザの走査方向の前後におけるレーザの強度Ｒ１，Ｒ２を，レーザの照射中心におけるレーザの強度Ｒ０以下とした。しかし，レーザの走査方向の前後におけるレーザの強度Ｒ１，Ｒ２を，レーザの照射中心におけるレーザの強度Ｒ０より大きいこととしてもよい。ただし，レーザの強度Ｒ１，Ｒ２は，レーザの強度Ｑ１，Ｑ２よりも小さい。つまり，レーザの照射領域の中心からみてレーザの走査方向の前後の外周部におけるレーザ強度が，他の外周部におけるレーザ強度より低いレーザを用いればよい。
【００６３】
６−２．プリズムの形状とレーザの強度分布（参考例）
本形態では，図４に示した底面が長方形のプリズム１０３０を用いた。ここで参考例として，図１４に示すような底面が正方形のプリズム１１３０を用いる例を挙げる。この場合，レーザのエネルギー強度のプロファイルは，図１５のようになる。
【００６４】
図１５の断面を図１６に示す。図１６には，高強度外周部領域Ｙ１と，高強度外周部領域Ｙ２とが表れている。このレーザを用いて製造された電池セルでは，図１１に示した断面は，凹部Ｘ１よりやや凹みの小さい凹部を有している。この場合であっても，溶接幅Ｄを確保しつつ溶接深さＴが深くなりすぎない溶接を行うことができる。
【００６５】
６−３．ツインビーム（変形例）
本形態では，図５および図６に示したレーザ強度のプロファイルを有するレーザを用いた。しかし，レーザを２本用いることとしても同様の効果が得られる。その場合のレーザのプロファイルを，図１７に示す。図１７に示すプロファイルのレーザを用いるためには，図１８に示す形状のプリズム１２３０を用いればよい。プリズム１２３０の形状は三角柱形状である。ここで，図１８の矢印Ｉ３は，図４の矢印Ｉ１に平行な方向を示している。図１８の矢印Ｊ３は，図４の矢印Ｊ１に平行な方向を示している。
【００６６】
または，ツインビームを発生するのであれば，光ファイバーを２本用いて，レーザを照射することとしてもよい。レーザのエネルギー強度を調整することにより，必要な溶接幅を得るとともに，セパレータ焼けを生じにくくすることができる。
【００６７】
７．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る溶接方法は，正極集電板１１０を正極板Ｐの先端部ＰＸに溶接する際に，レーザの照射領域のうち照射中心のレーザの強度Ｒ０よりも高いレーザの強度をとる高強度外周部領域Ｙを有するレーザを用いる方法である。そして，高強度外周部領域Ｙは，溶接幅方向の中心を通過しないようにする。そのため，このレーザ溶接によりセパレータの燃焼のおそれがほとんどない。また，ビーム溶接のように，真空状態化で溶接を行う必要性がない。そのため，真空引きする工程が必要ない。すなわち，サイクルタイムが短い。負極集電板１２０を負極板Ｎの先端部ＮＸに溶接する場合も同様である。これにより，レーザ溶接の際にセパレータＳが溶損するおそれのほとんどない溶接方法および電池の製造方法が実現されている。
【００６８】
また，本形態に係る電池では，溶接箇所の熱影響部における溶接方向に垂直な断面において，凸部Ｘ２，Ｘ３が表れている。凸部Ｘ２および凸部Ｘ３は，レーザを照射する向きに突出している。レーザ照射面の反対側に向かって凸形状である２箇所の凸部Ｘ２，Ｘ３と，それらの凸部Ｘ２，Ｘ３の間に凹部Ｘ１が形成されている。そのため，熱影響部Ｘの形状は，溶接幅Ｄの方向に広く，溶接深さＴの方向に浅い。つまり，溶接体２００は，十分な溶接幅Ｄを備えるとともに，セパレータＳが燃焼していない。したがって，本形態の電池は，内部短絡を起こしにくい。
【００６９】
また，本形態の溶接装置は，底面が長方形の四角錐形状のプリズム１０３０を有するものである。そのため，レーザの照射領域のうち照射中心のレーザの強度Ｒ０よりも高いレーザの強度をとる高強度外周部領域Ｙを有するレーザを発振させることができる。
【００７０】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，ニッケル水素電池に限らない。リチウムイオン電池にも適用することができる。その場合であっても，正極板反応部および正極板非反応部を有する正極板と，負極板反応部および負極板非反応部を有する負極板とを有し，それぞれ正極集電板と負極集電板とに溶接すればよい。その他，正極非充填部Ｐ２の先端部ＰＸを正極集電板１１０に溶接し，あるいは負極非充填部Ｎ２の先端部ＮＸを負極集電板１２０に溶接するような電池であれば，適用することができる。また，電極体は，平積みした積層電極体１００に限らない。例えば，捲回した捲回型電極体であってもよい。
【００７１】
また本形態では，溶接の際に，正極集電板１１０と正極板Ｐの先端部ＰＸとが既に接触していることとした。しかし，これらの間にわずかな隙間があってもよい。溶接を行うことができることに変わりないからである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…電池セル
１００…積層電極体
１１０…正極集電板
１１１，１２１…屈曲部
１２０…負極集電板
２００…溶接体
１０００…レーザ溶接装置
１００１…レーザ発振器
１０１０…光ファイバー
１０２０…コリメートレンズ
１０３０，１１３０，１２３０…プリズム
１０４０…集光レンズ
Ｄ…溶接幅
Ｐ…正極板
Ｐ１…正極充填部
Ｐ２…正極非充填部
ＰＸ…先端部
Ｎ…負極板
Ｎ１…負極充填部
Ｎ２…負極非充填部
ＮＸ…先端部
Ｓ…セパレータ
Ｘ…熱影響部
Ｘ１…凹部
Ｘ２，Ｘ３…凸部
Ｘ２Ａ，Ｘ３Ａ…頂部
Ｙ，Ｙ１，Ｙ２…高強度外周部領域
Ｚ…照射中心領域
【図１】
0005630202.tif 000002
【図２】
0005630202.tif 000003
【図３】
0005630202.tif 000004
【図４】
0005630202.tif 000005
【図５】
0005630202.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005630202.tif 000008
【図８】
0005630202.tif 000009
【図９】
0005630202.tif 000010
【図１０】
0005630202.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005630202.tif 000013
【図１３】
0005630202.tif 000014
【図１４】
0005630202.tif 000015
【図１５】
0005630202.tif 000016
【図１６】
0005630202.tif 000017
【図１７】
0005630202.tif 000018
【図１８】
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