JPH08315788A

JPH08315788A - 角形電池の製造方法

Info

Publication number: JPH08315788A
Application number: JP7331873A
Authority: JP
Inventors: Tokuichi Hosokawa; 徳一細川; Manabu Yamada; 学山田; Masaya Nakamura; 雅也中村
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接強度の低下や溶接仕上がりの悪化を招くこ
となく角形ケースの薄肉化が可能な角形電池の密閉容器
の溶接方法を提供する。【解決手段】金属ケース１の一端に形成される角形の開
口に金属板からなる蓋板２を嵌入し、嵌合部３を順次レ
ーザー溶接して角形電池の密閉容器を形成する。本構成
では、レーザービームのスポット中心を嵌合部３の内側
にオフセットする。このようにすれば、このオフセット
分だけ溶け込み領域の外周端が角形ケース１の外周端に
達しにくくなるので、角形ケース１の外周端が外側に垂
れたり、溶接領域に窪みが生じたりするなど形状不良が
生じることなく、また、それにより溶接強度が低下する
のも防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角形電池の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平６ー５４６６０号公報に開示され
る密閉型の角形電池は、金属からなる角形ケースの一端
に形成された開口に金属板からなる蓋板を嵌入し、嵌合
部にレーザー溶接して角形電池の容器を形成している。
なお、このような角形電池は円筒形電池に比べてスペー
ス使用効率が優れており、また、レーザー溶接は他の溶
接方式に比較して電解液や電気絶縁部分などに対する熱
的影響が少なく作業効率が優れるという利点を有してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電池では常に容積効率
及び重量効率の向上が望まれており、そのためには角形
ケースの薄肉化が電池ケースの軽量化や内部容積の増加
を図ることができるので非常に有効である。しかしなが
ら、レーザービームのスポット中心を上記嵌合部に一致
させて溶け込み領域の最深点と嵌合部との一致を図る従
来のレーザー溶接方法（図７参照）において、このよう
な角形ケースの薄肉化を行うと、図８に示すように溶け
込み領域の外周端が角形ケースの外周端に達して角形ケ
ースの外周端が外側に垂れた状態で固化してしまうとい
う不具合を生じる可能性があった。また、角形ケースの
外形寸法が規格寸法よりも大きくなったり、溶接領域
（溶け込み領域）にえぐれ等が発生し、溶接強度が弱く
なるという問題が生じる可能性があった。なお、図７、
図８において、１は角形ケース、２は蓋板、３は嵌合
部、ｂは上記垂れた部分である。

【０００４】もちろん、角形ケースの薄肉化につれてレ
ーザービームのスポット径を狭小化し、それにより溶け
込み領域の幅を狭小化することも考えられる。しかし、
このような溶け込み領域の幅の狭小化は溶け込み領域の
深さの減少を招き、溶接強度の低下を招いてしまう。本
発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、溶接強度
の低下や溶接仕上がりの悪化を招くことなく角形ケース
の薄肉化が可能な角形電池の製造方法を提供すること
を、その目的としている。

【０００５】

【問題を解決するための手段】請求項１記載の方法で
は、金属ケースの一端に形成される角形の開口に金属板
からなる蓋板を嵌入し、嵌合部を順次レーザー溶接して
角形電池の容器を形成する。更に、本方法では、レーザ
ービームのスポット中心を嵌合部の内側にオフセットす
る。このようにすれば、このオフセット分だけ溶け込み
領域の外周端が角形ケースの外周端に達しにくくなるの
で、角形ケースの外周端が外側に垂れたり、溶接領域に
窪みが生じたりするなど形状不良が生じることなく、ま
た、それにより溶接強度が低下するのも防止することが
できる。

【０００６】請求項２記載の方法では、内部に電池要素
を備えた断面角形の金属ケースの開口に蓋板を嵌合して
嵌合部をレーザー溶接により接合する。更に、本方法で
は、直線状の辺部と、隣接する一対の辺部を結合する曲
線状の角部とからなる線状の嵌合部の全周にわたって所
定の寸法範囲だけ内側へオフセットしたライン（走査経
路）にレーザービームのスポット中心を合わせてレーザ
ー溶接を行う。このようにすれば、請求項１と同じ作用
効果を奏することができる。

【０００７】請求項３記載の方法では、請求項１又は２
記載の方法において更に、Ｘ、Ｙテーブルを用いるとと
もに、その載置面を溶接すべき嵌合部を含む平面に平行
とすることによりレーザースポットの平面走査制御を行
うので、装置構成の簡素化を図ることができる。請求項
４記載の方法では、請求項１乃至３のいずれか記載の方
法において更に、蓋板を圧入によりケースの開口に嵌合
するようにしたので、溶接又は仮止め前に蓋板がずれる
ことを防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の好適な態様を実施例に基
づいて以下に説明する。（実施例）本発明の角形電池の製造方法の一実施例を図
１〜図３を参照して説明する。パルス式レーザー溶接機
を図１に示す。この溶接機は、溶接対象としての電池組
立体１００が載置、固定されてそれぞれ水平なＸ方向及
びＹ方向へ変位するＸ、Ｙテーブル６と、このＸ、Ｙテ
ーブル６の上方に位置して垂直にレーザーパルスを照射
するレーザー発振器７と、パソコンから構成されてこれ
らＸ、Ｙテーブル６及びレーザー発振器７を制御するコ
ントローラ８とからなる。７０はレーザー発振器７から
照射されたレーザービームを結像（集光）するための対
物レンズである。なお、レーザー発振器７はＸ、Ｙテー
ブル６の上方に固定されている。

【０００９】本実施例の溶接方法が適用される角形電池
を図２に示す。この電池の容器は角形ケース（本発明で
いう金属ケース）１と、この角形ケース１の上端の開口
に嵌入され、レーザー溶接されてこの開口を密閉する蓋
板２とからなる。なお、蓋板２の中央部には蓋板２から
電気絶縁されて固定された正極ターミナル（図示せず）
が配設されている。

【００１０】角形ケース１は、角箱形状を有し、ニッケ
ルめっき鋼板を成形してなる。角形ケース１内には、電
池要素９、すなわち、リチウムコバルト酸化物からなる
正極活物質、セパレータ、カーボンからなる負極活物質
及び非水系電解液が収容されている。蓋板２は、上記開
口に圧入されることにより、その開口の全周囲との間で
極めて僅かなクリアランスを有して嵌入したニッケルめ
っき鋼板（周縁はめっき無し）からなり、角形ケース１
の開口に嵌め込まれた後、蓋板２の外周縁を角形ケース
１の開口の内周（開口端縁）に突き合わせた状態を保ち
つつ、嵌合部３を全周にわたって上述した出力３１０
（Ｗ）のパルス式ＹＡＧレーザー溶接機で溶接して角形
ケース１を容器としている。したがって、嵌合部３は角
形ケース１の開口端縁（開口部の内周端）と蓋板２の外
周縁とで構成されている。

【００１１】レーザー溶接の状態を図３に示す。角形ケ
ース１の開口の角部及びそれに嵌入される蓋板２の角部
は一定曲率とされており、このため嵌合部３の角部３２
も一定曲率で湾曲している。３１は嵌合部３の直線部を
なす辺部である。以下、溶接工程を更に図２を参照して
説明する。まず角形ケース１は、横が１６ｍｍ、縦が
７．５ｍｍ、高さが８３．５ｍｍとされ、厚さが０．３
ｍｍのニッケルめっき鋼板を成形してなる。蓋板２は、
横が１５．４ｍｍ、縦が６．９ｍｍ、厚さが０．６ｍｍ
のニッケルめっき鋼板を成形してなる。レーザーパルス
は１００個／秒の間隔で発射され、レーザービームの嵌
合部３に沿っての走査速度は５００ｍｍ／分である。パ
ルス照射面積（スポット）の直径であるビード幅（図２
のＷ×２）は約０．７ｍｍ（パルスによる溶融面積の直
径のこと）である。これにより、嵌合部３のレーザー溶
接が完了して密閉がなされる。なお、角形ケースの材質
は、ステンレス鋼板等を用いても良い。図２中のＣはレ
ーザービームのスポット中心、ｍはビードの端部位置、
ｗはレーザービームの中心からビードの端部位置までの
距離を示す。

【００１２】ここで、嵌合部３から蓋板２側へスポット
中心をオフセットさせ、このオフセット量（ｍｍ）を種
々代えて、溶接領域すなわち溶け込み領域５の外側への
だれ及び溶け込み深さを調べた。角形ケース１の外側へ
のだれの評価はデジタルノギスを用いて測定した。嵌合
部３における溶接部分の溶け込み深さａ（図２参照）
は、断面カットをしてふたの板厚の何％まで溶け込んで
いるかで評価をした。

【００１３】図４にその結果を示す。ケースの側面の厚
さｔ１は０．３ｍｍ、蓋板２の厚さｔ２は０．６ｍｍと
して検討を行った。オフセット量が０の場合、図８に示
すように溶け込み割合は充分であるが、ケース外側への
だれ量が大きく、ケースの外形寸法が規格に入らなくな
ってしまう。オフセット量を板厚差（ｔ２−ｔ１）の
０．２倍程度以上に増加すれば、だれ量はほとんど発生
しなくなる。また、オフセット量をさらに大きくしてい
くと、だれについては全く問題なくなるが、突き合わせ
部分の溶け込み深さａが減るので溶接強度が低下する。
オフセット量が板厚差の０．８倍になると、溶け込み割
合は５０％となる。ここで、溶け込み割合とは図２にお
けるａ／ｔ２を意味する。したがって、溶け込み割合を
５０％以上確保するためには、オフセット量を板厚差の
０．８倍以下とすればよい。

【００１４】（制御例１）次に、図１のレーザー溶接機
を用いた本実施例の制御例を図５のフローチャートを参
照して説明する。このフローチャートはコントローラ８
により実施される。コントローラ８は、その内蔵プログ
ラムに従って、レーザースポットの中心（対物レンズ７
０の焦点）が電池組立体１００の嵌合部３に沿って順次
移動するようにＸ、Ｙテーブル６を制御しているものと
する。このような制御自体は本発明の要旨ではないので
その詳細な説明は省略する。

【００１５】まず、現在、レーザービームのスポット中
心（対物レンズ７０の焦点位置）が走行中（走査中）か
どうか（すなわち、Ｘ、Ｙテーブル６が所定のプログラ
ムで駆動されているかどうか）を調べ（１００）、そう
でなければ待機し、そうであれば、内蔵プログラム又は
Ｘ、Ｙテーブル６の位置センサ（図示せず）から現在の
レーザービームのスポット中心の座標位置（以下、現在
位置という）を入力する（１０２）。又は、位置センサ
を用いる代わりに、予めＲＯＭに内蔵された走行プログ
ラムから現在位置を読み出してもよい。なお、この走行
プログラムは、嵌合部３上をレーザービームのスポット
中心が走行するように組み込まれているものとする。

【００１６】次に、検出した現在位置と内蔵の走行プロ
グラムに基づいて、現在位置から所定の小距離だけ離
れ、かつ、嵌合部３から所定のオフセット距離Ｌｘだけ
内側に位置するオフセット地点の座標（Ｘ，Ｙ座標）を
次位置として算出し（１０６）、現在位置からこの次位
置までの距離ベクトルを算出し（１０７）、この距離ベ
クトルと逆の距離ベクトルだけ、すなわち大きさが等し
く方向が反対の距離ベクトルだけ、Ｘ、Ｙテーブル６を
移動させる（１０８）。

【００１７】このようにすれば、円滑に走行プログラム
に記憶された嵌合部３の形状より一定のオフセット距離
だけ内側を走行することができ、良好な溶接を行うこと
ができる。なお、コントローラ８はレーザー発振器７に
上記設定された又は一定の発射間隔で、上記設定された
又は一定のレーザー出力で発射を指令するものであるこ
とはもちろんである。

【００１８】（制御例２）なお、上記制御例の変更例を
以下に説明する。嵌合部３の角部３２近傍ではレーザー
ビームの各スポットの内側の部分が重なるので、走査速
度一定、照射間隔一定の条件ではレーザービームのスポ
ット中心を角部３２上に合焦しても最高溶け込み深さの
点はそれよりも内側へ自然にオフセットしてしまう。こ
の事実は、角部３２においてはこの自然オフセット量だ
け制御例１におけるオフセット距離Ｌｘを調整すれば最
良の結果が得られる筈である。

【００１９】この制御例は上記知見に基づきなされたも
のであり、以下、図６に示すフローチャートを参照して
説明する。このフローチャートは図５に示すフローチャ
ートにおいてステップ１０３〜１０５を追加したもので
あるので、ステップ１０３〜１０５だけを説明する。ま
ず、現在、レーザービームのスポット（レンズ７０の焦
点）が角部３２の近傍を走行中かどうか、すなわち旋回
中かどうかを調べ（１０３）、そうでなければ上記オフ
セット距離Ｌｘを一定値Ｌｃに設定し（１０４）、そう
でなければ現在位置に基づいてオフセット距離ＬｘをＲ
ＯＭ内蔵のテーブルから読み出す（１０５）。

【００２０】なお、このテーブルには角部３２近傍にお
ける現在位置とオフセット量との関係を記憶させてお
く。すなわち、辺部３１から角部３２に沿っての湾曲開
始とともに上記一定値Ｌｃを徐々に減らした値にオフセ
ット量を設定していき、その後、角部３２から次の辺部
３１へ近づく湾曲終了が近づくにつれて上記一定値Ｌ
ｃを徐々に減らしていき、その後、角部３２から次の辺
部３１へ近づくにつれて上記一定値Ｌｃを徐々に増やし
た値にオフセット量を設定していけば、連続的なオフセ
ット量の変更ができるので、レーザービームのスポット
中心の走行軌跡のジャンプは生じることがなく、また角
部３２における実質的なオフセット量（溶け込み深さが
最大となる点から嵌合部３までの距離）を嵌合部３の全
周にわたって一定とすることができる。

【００２１】なお、上記嵌合部３の角部３２では湾曲に
より隣接する各レーザービームのスポット中心間の距離
が短縮され（それらが面的に接近する）ので、溶け込み
深さの最大値は増大する。したがって、ステップ１０３
にて角部３２近傍を旋回中であることがわかった場合、
ステップ１０５にて、レーザービームのスポット当たり
の電力を多少低減することが好ましい。

【００２２】あるいは、図６に示すフローチャートのよ
うな制御を行う代わりに、例えば嵌合部３の角部３２に
レーザービームのスポットを照射する際は、辺部３１へ
照射する場合に比較してレーザー照射エネルギを弱めた
り、ビームの走査速度を増大するなどして角部３２にお
ける溶け込み深さを減少してもよい。（変形例）上記実施例では、レーザー発振器７を固定
し、Ｘ、Ｙテーブル６を駆動してレーザービームのスポ
ットを走査したが、他に、電池組立体１００を固定して
おき、レーザー発振器７を水平駆動してもよいことは明
白である。レーザー発振器７を駆動する場合の例を以下
に説明する。

【００２３】まず角形ケース１は、横が１６ｍｍ、縦が
７．５ｍｍ、高さが８３．５ｍｍとされ、厚さが０．３
ｍｍのニッケルめっき鋼板を成形してなる。蓋板２は、
横が１５．４ｍｍ、縦が６．９ｍｍ、厚さが０．６ｍｍ
のニッケルめっき鋼板を成形してなる。レーザーパルス
は１００個／秒の間隔で発射され、レーザービームの嵌
合部３に沿っての走査速度は５００ｍｍ／分であり、パ
ルス照射面積（スポット）の直径であるビード幅（図２
のＷ×２）は約０．７ｍｍ（パルス照射面積の直径のこ
と）である。レーザービームは図示しない６軸ロボット
で走査される。これにより、嵌合部３のレーザー溶接が
完了して密閉がなされる。なお、角形ケースの材質は、
ステンレス鋼板等を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ溶接機を用いた角形電池ケース溶接の方
法を説明する模式斜視図である。

【図２】本実施例方法を用いた角形ケースの溶接部分の
縦断面図である。

【図３】本実施例方法が適用される角形電池の密閉容器
の一例を示す斜視図である。

【図４】板の嵌合部に対するレーザービームのスポット
中心のオフセット量とケース外側へのだれ量及び溶け込
み割合との関係を示すグラフである。

【図５】実施例の溶接制御例１を示すフローチャートで
ある。

【図６】実施例の溶接制御例２を示すフローチャートで
ある。

【図７】従来の角形ケースの溶接部分の縦断面図であ
る。

【図８】従来の角形ケースの溶接部分の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１は角形ケース（金属ケース）、２は蓋板、３は嵌合
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ケースの一端に形成される角形の開口
に金属板からなる蓋板を嵌入し、嵌合部を順次レーザー
溶接して角形電池の容器を形成する角形電池の製造方法
において、レーザービームのスポット中心を前記嵌合部の内側にオ
フセットすることを特徴とする角形電池の製造方法。
【請求項２】内部に電池要素を備えた断面角形の金属ケ
ースと、該ケースの開口に嵌合されて該ケースを塞ぐ金
属蓋板との嵌合部をレーザー溶接により接合する角形電
池の製造方法において、前記嵌合部の平面形態を、直線状の辺部と、隣接する一
対の辺部を結合する曲線状の角部とからなる線状に形成
し、前記嵌合部の全周にわたって前記嵌合部から所定の寸法
範囲だけ内側にオフセットした位置に設定された走査経
路上にレーザービームのスポット中心を合わせて前記レ
ーザー溶接を行うことを特徴とする角形電池の製造方
法。
【請求項３】前記ケースと、該ケースの開口部に嵌合さ
れた前記蓋板とを含む電池組立体をＸ、Ｙテーブルの載
置面上に載置し、レーザービームの照射位置が前記載置面の所定位置に固
定するように前記テーブルの上方にレーザー発振器を配
設し、前記テーブルを前記載置面に平行でかつ互いに直交する
Ｘ座標方向及びＹ座標方向に駆動して前記レーザービー
ムのスポット中心を前記嵌合部から所定の寸法範囲だけ
内側にオフセットした位置に設定された走査経路に沿っ
て移動する請求項１又は２記載の角形電池の容器溶接方
法。
【請求項４】前記蓋板は、圧入により前記ケースの開口
に嵌合される請求項１乃至３のいずれか記載の角形電池
の製造方法。