(57)【要約】【課題】密閉型電池に用いる角形ケースを、特に複数個並べて一度に溶接するに際し、コーナー部で溶接不良を発生させることなく溶接し、生産性よく角形ケースを製造する。【解決手段】複数のケースを同一の形態で並べて配置し、当該ケースの辺部及びコーナー部を含めたケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながらレーザ光を照射する。  ケース外表面とレーザ光の焦点位置と距離を一定値に保つために、レーザヘッドを、角形ケースの辺部では当該辺部に平行に直線的に走査させ、コーナー部ではコーナーｒに沿って円弧状に走査させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース横断面の４辺が直線で４角が所定半径の円弧形状となる両端開口角筒あるいは一方に開口部を有する有底角筒に、角筒の横断面の外形と同様の外側輪郭形状を有する底板あるいは蓋を前記角筒の開口部に実質隙間なく当接し、底板あるいは蓋とケース胴の突合せ部をレーザ溶接して角形ケースを製造する際に、前記のケースの辺部及びコーナー部を含めたケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら溶接することを特徴とする角形ケースの製造方法。
【請求項２】
ケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保つために、レーザヘッドを、角形ケースの辺部では当該辺部に平行に直線的に走査させ、コーナー部ではコーナーｒに沿って円弧状に走査させる請求項１に記載の角形ケースの製造方法。
【請求項３】
複数のケースを同一の形態で並べて配置して、当該複数のケースの辺部及びコーナー部を含めたケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら溶接する請求項１又は２に記載の角形ケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大型の角形ケースの底板、あるいは蓋を高能率でレーザ溶接により接合して封口する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器や携帯電話やノートパソコン等の、ポータブルな電気・電子機器の普及が急速に進んでいる。これらの電気・電子機器が急速に普及した背景として、駆動用電源としてのアルカリ蓄電池、リチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池の高性能化、高容量化が挙げられる。駆動用電源として用いる電気自動車やハイブリッド車等、今後、益々の進化が見込まれる機器等の電源装置として用いられ、その市場規模が急速に拡大してきている。
【０００３】
このような二次電池にあっては、一般に、各種の発電要素が、片側有底の筒形状を呈する、鉄製やアルミニウム製のケース内に収容され、このケースの開口部が所定の蓋体にて封止されるとともに、そこに電極端子が設けられて、構成されている。そして、このようなケースにあっては、有底角筒形状に形成された角形ケースの開口端に封口板をレーザ溶接により接合して開口端を封口している。
このレーザ溶接は、他の溶接方法に比してケース内部に収容された電解液や電気絶縁部分に対する熱的影響が少なく、作業効率に優れた特徴を有している。
【０００４】
この角形ケースと封口板との間をレーザ溶接して角形電池を製造する方法として、各種の方法が提案されているが、例えば特許文献１では、４辺の直線と平行にレーザ光で当接ラインを走査して溶接する方法が開示されている。
そして、角部については角部の曲率半径に応じてレーザ光の焦点位置との距離が変化するため、曲率半径に応じてレーザ出力あるいはパルスレーザの場合はパルス時間間隔を変化させるように制御している。また、レーザビームの照射角度を、走査ライン方向に対して傾斜させて角部に対するレーザビームの入射角度が浅くなるのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６７９０３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、レーザ溶接における焦点位置は溶け込み形状に影響を及ぼす重要な因子の一つであり、溶け込み深さ、溶け込み幅、スパッタ等の種々の観点より適正な焦点位置を求める場合においては、多くの場合比較的狭い範囲に最適な焦点位置が存在することから、溶接中に焦点位置が変化する場合、場所によっては溶け込み不足等の溶接不良が発生する懸念がある。
さらに問題となる角部においては、レーザの照射角度が浅くなるため、見かけ上材料の厚みが増加することとなり、レーザ出力等の条件により焦点位置ずれの影響を補ったとしても、角部の曲率半径の大きさによっては十分な結果が得られないことが考えられる。
【０００７】
例えば、上記特許文献１では、複数のケースを辺部が直線となるように並べて配置し、一直線上に並んだ当接ラインに沿って直線的にレーザ光を走査させて溶接し、ケースを９０°ずつ回転させて４回繰り返す、あるいは４箇所同時にレーザ光を走査して角形ケースの外周一周を溶接する方法が開示されている。このような方法は、小型の電池ケースではコーナー部がレーザ光の焦点深度に比べて十分に小さいことから問題とならなかったが、自動車用等の大型ケースではコーナーｒ寸法がレーザ光の焦点深度に対して相対的に大きくなり、例えば複数のケースを並べて一度に溶接するとコーナー部で溶接不良を発生しやすいことから、大型ケースでは溶接の生産性を高めることが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、非水電解液二次電池などの密閉型電池に用いる角形ケースを、特に複数個並べて一度に溶接するに際し、コーナー部で溶接不良を発生させることなく溶接し、生産性よく角形ケースを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の角形ケースの製造方法は、その目的を達成するため、ケース横断面の４辺が直線で４角が所定半径の円弧形状となる両端開口角筒あるいは一方に開口部を有する有底角筒に、角筒の横断面の外形と同様の外側輪郭形状を有する底板あるいは蓋を前記角筒の開口部に実質隙間なく当接し、底板あるいは蓋とケース胴の突合せ部をレーザ溶接して角形ケースを製造する際に、前記のケースの辺部及びコーナー部を含めたケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら溶接することを特徴とする。
ケース外表面とレーザ光の焦点位置と距離を一定値に保つために、レーザヘッドを、角形ケースの辺部では当該辺部に平行に直線的に走査させ、コーナー部ではコーナーｒに沿って円弧状に走査させることが好ましい。
【００１０】
複数のケースを同一の形態で並べて配置して複数個を同時に溶接する際には、前記複数のケースの辺部及びコーナー部を含めたケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら溶接する。
複数のケースを辺部が直線となるように並べて配置し場合には、レーザヘッドを角形ケースの辺部では水平に走査させることになり、複数のケースをコーナー部が上向きになるように配置した場合には、レーザヘッドを角形ケースの辺部では斜めに走査させることになる。
なお、ケース外表面とレーザ光の焦点位置との関係を図１に示すが、レーザ光の焦点位置をケース外表面と一致させる場合は、前記ケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離は「０」となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による方法の採用により、辺部及びコーナー部ともにケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保っているので、特に複数の角形ケースを並べて同時にレーザ溶接しても、溶け込み不足等の溶接不良を発生させることなく、連続的に溶接することができる。このため、角形ケースを生産性よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ケース外表面とレーザ光の焦点位置との関係を示す図
【図２】角形ケース胴材に底板あるいは蓋を当接しレーザ溶接する態様を説明する図
【図３】本発明方法におけるレーザ照射方法を説明する図（その１）
【図４】本発明方法におけるレーザ照射方法を説明する図（その２）
【図５】本発明方法におけるレーザ照射方法を説明する図（その３）
【図６】本発明方法におけるレーザ照射方法を説明する図（その４）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
前記した通り、角筒体を胴材とし、その端部開口部に同寸法の蓋を被せ、胴材と蓋材をレーザ溶接接合して角形ケースを製造するに当たって、特に複数のケースを並べて一度に溶接するとコーナー部で溶接不良を発生しやすいことから、大型ケースでは溶接の生産性を高めることが困難であった。
その原因が、溶接中にコーナー部で焦点位置が変化して溶け込み不足となることであると推測し、角形ケースをレーザ溶接するに当たって、当該角形ケースの辺部及びコーナー部ともにケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保てば、溶け込み不足を生ずることなく、安定したレーザ溶接が行えると推測し、本発明に到達した。
以下にその詳細を説明する。
【００１４】
まず、図２に示すように、レーザヘッドとワークの距離を調整する方向の軸をＺ軸とし、Ｘ軸に平行な軸周りにケース胴材が回転する軸の方向をＣ軸とする。ケース胴材はその開口面をＺ−Ｙ平面に平行に設置され、少なくとも一方の開口部に、ケース胴材の外側輪郭形状を有する底板あるいは蓋を該開口部の輪郭形状に沿うように実質隙間無く当接する。
そして、レーザヘッドを、レーザ光の焦点が所定の位置に合致するようにセットして溶接を始める。
【００１５】
溶接を進行させるに当たって、図３に示すように、レーザヘッドを、断面長方形ケースの辺部にあっては当該辺部に平行に、コーナー部にあっては当該コーナー部の円弧に沿って、ケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら走査させる。
コーナー部については円弧の角度が直辺部終点から４５°を超える範囲（５０〜６０°程度まで）までレーザヘッドを走査させた後、被処理物を９０°回転させ、その状態でケース外表面とレーザ光の焦点位置との距離を一定値に保ちながら溶接を進める。
なお、コーナー部においてはレーザ光に対するワーク表面の角度が傾くにつれて見かけの厚みが大きくなることから、ワーク表面の角度に応じてレーザ光の出力を増大させたり、溶接速度を遅くすることが好ましい。
【００１６】
図４は、断面長方形のケースを複数個、その直辺部（長辺）を一直線に並べて連続的にレーザ溶接する態様を説明する図である。
２個あるいは３個以上のケースを直辺部あるいはコーナー部の高さ(Ｚ方向位置)を揃えてレーザ走査方向であるＹ軸に沿って並べる。並べたケースの間にはケースをＸ軸に平行な中心軸回りに自転させた時に隣り合うケースが干渉しないような隙間を設けることが好ましい。
【００１７】
一直線に並べた直辺部（長辺）については、レーザヘッドを当該直辺部（長辺）に沿って平行に走査させ、コーナー部については円弧の角度が直辺部終点から４５°を超える範囲（５０〜６０°程度まで）までレーザの焦点をＺ方向に追従させる。すなわち、円弧状に走査させる。次いで、９０°回転して短辺を溶接する。コーナー部においてレーザヘッドのＺ軸をワーク表面に追従させることにより、コーナー部での溶接ビードのラップ代が確保できて溶接不良が回避できる。
引き続いて残りの長辺と短辺を同様に溶接する。
この際においても、コーナー部においてはレーザ光に対するワーク表面の角度が傾くにつれて見かけの厚みが大きくなることから、ワーク表面の角度に応じてレーザ光の出力を増大させたり、溶接速度を遅くすることが好ましい。
【００１８】
図５は、断面正方形のケースのコーナー部を一直線に、すなわちコーナー部の高さを揃えて連続的にレーザ溶接する態様を説明する図である。
直辺部については、直辺部の長さの半分に溶接ビードのラップ代を加えた範囲まで、レーザ光の焦点位置とワーク外表面との距離が一定となるように直辺部に沿って平行に走査させ、コーナー部については、コーナーｒに沿って円弧状に走査させる。
【００１９】
この際、ラップ代については溶接時間短縮の観点より、溶接ビードの継ぎ目において溶接不良が発生しない範囲でできる限り少なくするのが好ましい。また、直辺部及びコーナー部の一部の頂点を除く範囲においてはレーザ光に対するワーク表面の角度が傾くにつれて見かけの厚みが大きくなることから、ワーク表面の角度に応じてレーザ光の出力を増大させたり、溶接速度を遅くすることが好ましい。
【００２０】
図６は、断面長方形のケースのコーナー部を一直線に、すなわちコーナー部の高さを揃えて連続的にレーザ溶接する態様を説明する図である。
断面が長方形のケースの場合は、コーナー部の高さを揃えると共に、Ｚ軸方向に平行な軸線がコーナー部の角度を二等分（４５°に等分）するように配置することで、レーザヘッドを辺部およびコーナーｒに沿ってレーザ光の焦点位置とワーク外表面との距離を一定に保ちながら走査させた際、辺部およびコーナーr部共に無理のない照射角度で溶接できる。
その他については図５の溶接方法と同様である。
【００２１】
なお、本明細書中では、「レーザヘッドを直辺部に沿って水平に走査させる」や「コーナーｒに沿って円弧状に走査させる」なる表現をしているが、これは相対的な表現であって、必ずしもレーザヘッドのみを走査するのではなく、被処理物を動かすことも包含しているものである。
現実的には、レーザヘッドを水平に走査させる際には、レーザヘッドは動かさずに被処理物をＹ軸方向に動かしても良く、円弧状に走査させる際には、レーザヘッドを図中のＺ軸方向にのみ上下させるとともに被処理物をＹ軸方向に動かしてＹ−Ｚ面で円弧形状を作り出しても良い。
【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】
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【図６】
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