(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口部を有する断面一様な筒状胴材の一方の開口部に底板を嵌め込んで当該底板端部と前記胴材内面とを溶接接合して底付き容器を製造する方法であって、筒状胴材の底板嵌め込み側端部を、前記筒状胴材の端部より離れた定常部の寸法よりも小さくなるように口絞り加工した後、定常部の内側寸法よりも小さくかつ口絞りした端部の内側寸法よりも大きい外形寸法に調整された底板を前記胴材内に挿入し、当該底板を前記口絞り加工された開口部に向けて筒状胴材の端まで移動させることによって開口部を形作っている筒状胴材の端に前記底板を配置し、その位置で前記筒状胴材の端の胴材内壁と底板端とを溶接接合することを特徴とする底付き容器の製造方法。
【請求項２】
前記筒状胴材が円筒であり、前記底板が円板である請求項１に記載の底付き容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池などの密閉型電池に用いる底付き容器の製造方法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。そして、前記ポータブルな電気・電子機器のさらなる発展のためにも、非水電解液二次電池をさらに小型化しかつ高容量化することが望まれている。
【０００３】
ところで、前記二次電池は発電要素を電池容器内に収納させた構造とされている。そして、小型化された前記電気・電子機器において、電池を収めるスペースは限られているために、容器の側面外周からフランジやその他の突起がはみ出す事は許されない。さらに、電池容器には、当該容器内に充填された非水系の有機電解液に対する優れた耐食性が要求される。
したがって、一般的に、電池容器には、プレス成形が容易なＮｉめっき鋼板、アルミニウム板あるいはアルミニウム合金板を素材とした深絞り品が用いられている（例えば特許文献１参照）。そして、深絞り品の開口部を同寸法の蓋で塞ぎ、レーザー溶接法等で接合し気密容器を得ている。
【０００４】
また、電池のさらなる小型化に対応させるために、容器材料としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金に替えて高強度のステンレス鋼を用いることも提案されている。
例えば、特許文献２では、負極端子を兼ねる負極缶等にオーステナイト系ステンレス鋼を用いている。また、特許文献３でも、容器にステンレス鋼を用いている。
【特許文献１】特開平１１−８６８０９号公報
【特許文献２】特開平６−１１１８４９号公報
【特許文献３】特開２００５−９３２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容器材料として高強度のステンレス鋼を用いることにより板厚を薄くすることができ、結果として容器、すなわち電池の小型化が可能となる。しかしながら、ステンレス鋼の加工性はアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりも低い。このため、深さの深い容器を深絞り法で成形しようとすると困難を伴う。特にオーステナイト系ステンレス鋼と比べて加工性が劣るフェライト系ステンレス鋼板を素材として、深い底付き容器を深絞り法で得ることは極めて難しくなる。
そこで、例えば図１に示すように、円筒体や角筒体を胴材とし、その端部開口部に同寸法の底板を被せ、図２に示すように胴材体と底板を溶接接合して容器を形成している。
【０００６】
この方法は、胴材として筒体が使用できるため、製造する容器の深さに制限がなく、しかも材料歩留も極めてよい。しかも底のコーナーが小さいために容積率の高い容器が得られるといったメリットがある。しかしながら、胴材となる筒体端部の切口は筒体切断時に変形していることが多い。このため、底板の接合前に筒体の切口形状を本来の断面形状に矯正する必要がある。また、切断端面を平らにしないと被せた底板との溶接接合が円滑に行えない。したがって、品質の優れ容器を得ようとすると、コストが嵩んでしまう。
【０００７】
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底付き容器を、加工性に劣る材料を素材とするものであっても、あるいは深さの深い容器であっても、精度よく、簡便に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】
【０００８】
本発明の底付き容器の製造方法は、その目的を達成するため、両端に開口部を有する断面一様な筒状胴材の一方の開口部に底板を嵌め込んで当該底板端部と前記胴材内面とを溶接接合して底付き容器を製造する方法であって、筒状胴材の底板嵌め込み側端部を、前記筒状胴材の端部より離れた定常部の寸法よりも小さくなるように口絞り加工した後、定常部の内側寸法よりも小さくかつ口絞りした端部の内側寸法よりも大きい外形寸法に調整された底板を前記胴材内に挿入し、当該底板を前記口絞り加工された開口部に向けて筒状胴材の端まで移動させることによって開口部を形作っている筒状胴材の端に前記底板を配置し、その位置で前記筒状胴材の端の胴材内壁と底板端とを溶接接合することを特徴とする。
筒状胴材が円筒である場合に、円板状の底板を用いることにより円筒形の容器が製造される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の底付き容器の製造方法では、底板を嵌め込もうとする筒状胴材の端部を、離れた定常部の寸法よりも小さくなるように口絞り加工した後、定常部の内側寸法よりも小さくかつ口絞りした端部の内側寸法よりも大きい外形寸法に調整された底板を前記胴材内に挿入し、当該底板を前記口絞り加工された開口部に向けて開口端まで移動させることによって開口部端に底板を配置している。底板の移動時に、一旦口絞り加工された開口端子近傍の胴材内壁が広げられるように変形されて、開口部端の胴材内壁と底板端との間隔が狭くなり、いわゆるしまり嵌めとなっている。したがって、開口部端胴材内壁と底板端との溶接接合が行いやすくなって、形状精度に優れた底付き容器を低コストで製造することができる。特に高速での接合が可能なレーザー溶接のような寸法精度の高い継ぎ手を要求される場合に好適な、隙間の少ない突合せ形状を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前記した通り、円筒体や角筒体を胴材とし、その端部開口部に同寸法の蓋を被せ、胴材と蓋材を溶接接合して容器を形成する際には、胴体となる筒体の切断端部に加工変形が起こりやすく、矯正が必要となる。また、蓋と切断端面との当接部には、不規則な隙間が形成されやすい。したがって、両者の溶接接合には手間がかかる。
そこで、本発明者等は、胴材を素材とし、その開口端に蓋となる板を配した際、蓋材と胴材との当接部の隙間を均一かつ狭くする方法について鋭意検討し、本発明に到達した。
以下にその詳細を説明する。
【００１１】
まず、所要径を有する筒体を所要長さにカットする。
カット法としては筒体が円筒形状の場合は、円筒の内外に回転刃を配してせん断する方法、外側の回転刃を押し込んで切断する方法、旋盤での突っ切りバイトでの切削による方法、回転鋸刃や砥石等による切断の後にバリ取りを行う方法等、多様な方法を適用することができる。前者の２つの回転刃による方法においては、円筒に押し込まれる外刃側の端部が定常部よりも縮径して小さくなる場合があるが、そのような場合には切断によって縮径した端部の内径を調整することによって後述する口絞り加工を兼ねることもできる。
【００１２】
筒体が四角形等の円筒形状以外のものでは、後者の回転鋸刃や砥石等による方法等の筒体を回転させないで切断する方法に限られるが、このような方法では多くの場合切断の後にバリ取りを行う必要がある。切断後の端部のバリを除去するために面取りを行う際は、溶接の施工性を損なわないように面取り量は筒体の厚みの２０％程度以下の最小限の大きさとすることが好ましい。
【００１３】
次に、カットされた筒体の閉じようとする筒端に縮径の口絞り加工を施す。
まず筒体が円筒形状であって、さらに閉じようとする筒体の端部が端部から離れた定常部とほぼ同等かあるいは目的とする端部の径よりも大きい径である場合について説明する。なお、このような端部の径の寸法の差異は主に前述したカット法の影響によるものである。口絞り加工は筒体の断面形状と相似形状の穴を持つテーパーダイスに端部を押し込むことにより行われる。
【００１４】
テーパーダイスの角度としては押し込み力低減、あるいは座屈防止等の観点よりダイス半角で５°から１５°程度とするのが好ましい。好ましい口絞り量（定常部と端部の内径の差）としては筒体および底板の寸法や材質によって異なるが、口絞りされた端部が底板により押し広げられる際のひずみ量が筒体の弾性限界（おおよそ０．２％程度）から２%程度となるように調整するのが好ましい。押し広げられる量が弾性ひずみ限界より小さい場合には筒体と底板の拘束が弱く、振動あるいは溶接途中の熱ひずみ等により底板が所定の位置よりずれる恐れがある。また、押し広げられる量が２%を超えると底板を筒体の端部に押し込む際に底板の周囲に座屈等の形状不良が発生したり、筒体の内部に疵を生じる恐れがある。口絞り加工を施す部分の長さはテーパーダイスの角度と口絞りによって決まり、実際には筒体の端部をテーパーダイスに押し当てて荷重が立ち上がる時点を起点として、スプリングバック後の内径が目的値となるように適正な押し込み量を求めることにより、口絞り量を調整することができる。
【００１５】
次にカット法に起因して閉じようとする筒体の端部が目的とする端部の径と同等か小さい場合について説明する。
端部寸法が小さすぎる場合には短部の内径よりも大きい外径を有したパンチあるいはプラグを筒体に押し通すことによって拡径する。この場合にも底板の固定が確実に行われるように端部の内径は定常部から端部に行くに従って次第に小さくなるようにすることが好ましい。
【００１６】
上記とは別に、底板となる板体を準備する。底板は筒体の内径と相似な平面形状を有し、その外形寸法は筒体の定常部を抵抗なく移動できる程度の隙間が確保される程度に小さく、かつ口絞りされた端部の内径寸法よりも０．２％〜２％大きい寸法とする。
上記で準備された胴体内に底板を挿入し、この底板を前記口絞り加工された胴体開口部に向けて開口端まで移動させる。その際、底板を取り付ける側の端部を平坦な面に押し当てて、開口部より先端が平坦で外径が底板より若干小さく長さが筒体よりも長い丸棒を先端が底板に接触するまで挿入し、筒体の開口部より突き出たもう一方の端部をプレス等により底板が筒体の端部が押し当てられた平坦な面に当接するまで押すことで、底板を所定の位置に固定する。
【００１７】
上記の底板の押圧移動時に、口絞り加工された胴体部は次第に拡げられ、筒端開口部に到達した時点で、底板の端部が胴材端開口部の内壁に密接した状態となっており、さらに底板は筒材の弾性回復力により締め付けられた状態にあることから、製造工程中の取り扱い中の振動や衝撃で底板が筒材の所定の位置からずれたり外れたりすることがない。また、溶接工程中には既に溶接された部分の熱ひずみにより未溶接部がずれる恐れがあることから、嵌合力が弱い場合には本溶接前に溶接線上の数箇所を数点仮留め溶接する必要があるが、本発明法では底板が筒材により強固に保持されているため、仮留め溶接を省略することができる。
このため、胴材端開口部内壁と底板端との溶接接合が行いやすくなる。すなわち、被接合部材が密接されているため、レーザー照射による溶接が簡便かつ精度良く行える。
【００１８】
本発明の底付き容器の製造方法は、筒状胴材が円筒で、円筒形の容器を製造する際に好適に用いられるが、被加工筒体が角筒であっても構わない。
角筒を被加工体とする場合には、胴体端の口絞り加工に使用するテーパーダイスの穴形状を角筒のコーナーＲ部も含めた断面形状と相似な形状にすればよい。
【実施例】
【００１９】
板厚０．５ｍｍ、外径２６ｍｍのＳＵＳ４３６ステンレス鋼パイプを供試材とした。このパイプを７０ｍｍの長さにカットし、パイプ端から約１．５ｍｍの範囲で次第に細くなるように、そしてパイプ端の最小内径が２４．６ｍｍになるように、パイプ端の一端に縮径の口絞り加工を施した。
一方、同材質、同板厚のステンレス鋼板から、直径２４．９ｍｍの円板を切り出した。
前記一端に縮径の口絞り加工を施したパイプの他端から、上記円板を挿入した。
続いて、円板を挿入した側から、前記円板を、補助棒を用いて口絞り加工を施したパイプ端方向に垂直に前記円板の前面がパイプ端面と合致するまで最大圧１０ｋＮで押圧した。
その後、円板端面とパイプ内面の当接面にレーザーを照射して、両者を溶接接合した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】筒体の一端を板体で被って底付き容器を製造する従来法を説明する図
【図２】従来の胴体と底板との組立て・溶接方法を説明する図
【図３】本発明の底付き容器の製造方法を説明する図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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