JP6405558B2 - 溶接装置および溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置および溶接方法に関する。

電池は、電極や電解液といった構成要素を電池ケース内に封入することによって製造される。

例えばリチウムイオン二次電池であれば、正極と負極との間にセパレータを挟んで発電要素を構成し、この発電要素を電池ケース内に配置する。電池ケースは、発電要素を収容するための容器と、容器に形成された開口部を塞ぐ蓋板と、で構成されており、開口部から容器内に発電要素を収容した後に、電池ケース内の気密性を保つために容器の開口部に蓋板を溶接する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、容器の開口部に蓋板を嵌合させ、容器の端部と蓋板の端部とをレーザー溶接する手法が示されている。

特開２０１４−０３８８１２号公報

容器や蓋板には、厚さの誤差や反りなどが生じることがある。このため、容器の開口部に蓋板を嵌合させた際に、容器と蓋板との間に隙間や段差が形成されてしまうことがある。このように隙間や段差が形成されている位置からレーザー溶接を開始すると、隙間や段差のエッジにレーザー光が当たって散乱したり、エッジにエネルギーが集中したりして、スパッタが飛散するおそれがあった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、溶接時におけるスパッタの飛散を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、以下の事項について本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１） 本発明は、正極と負極とをセパレータを挟んで積層させた発電要素（例えば、図２の発電要素１３０に相当）を収容した容器（例えば、図２の容器１１０に相当）と、当該容器の開口部を塞ぐ蓋板（例えば、図２の蓋板１２０に相当）と、の嵌合部において、当該容器と当該蓋板との境界を溶接する溶接装置（例えば、図１の溶接装置１に相当）であって、前記嵌合部の一部を平滑化する平滑化手段（例えば、図１の平滑化部１１に相当）と、前記平滑化手段により平滑化された部分（例えば、図４の平滑位置５１０に相当）から、前記嵌合部の溶接を開始する溶接手段（例えば、図１の溶接部１２に相当）と、を備えることを特徴とする溶接装置を提案している。

本発明によれば、平滑化手段により、容器と蓋板との嵌合部の一部を平滑化し、溶接手段により、平滑化手段により平滑化された部分から溶接を開始することとした。このため、溶接手段による溶接は、隙間や段差のない部分から開始されることになる。したがって、溶接時におけるスパッタの飛散を抑制することができる。

（２） 本発明は、（１）の溶接装置について、前記平滑化手段は、前記嵌合部の一部を仮溶接して、当該嵌合部の一部を平滑化することを特徴とする溶接装置を提案している。

この発明によれば、（１）の溶接装置において、平滑化手段により、嵌合部の一部を仮溶接して、嵌合部の一部を平滑化することとした。このため、仮溶接を行うことで、容器と蓋板とを封止するための溶接（本溶接）の前に容器と蓋板との位置関係を仮に固定しておくことができるとともに、嵌合部の一部の平滑化を実現することができる。

（３） 本発明は、（１）または（２）の溶接装置について、前記平滑化手段は、前記溶接手段による溶接が開始されるよりも前に、当該溶接手段による溶接のエネルギーよりも少ないエネルギーで前記嵌合部の一部を溶接して、当該嵌合部の一部を平滑化することを特徴とする溶接装置を提案している。

この発明によれば、（１）または（２）の溶接装置において、平滑化手段は、溶接手段による溶接が開始されるよりも前に嵌合部の一部を溶接して、嵌合部の一部を平滑化することとした。このため、溶接手段による溶接の前に平滑化手段による溶接を行って、平滑化した部分を形成することができる。

また、平滑化手段による溶接は、平滑化されていない部分に対して行われるので、平滑化手段による溶接を行うと、スパッタが飛散する可能性はある。しかし、この発明によれば、（１）または（２）の溶接装置において、平滑化手段による溶接を、溶接手段による溶接と比べて少ないエネルギーで行うこととした。このため、平滑化手段による溶接によってスパッタが飛散してしまうのを、抑制することができる。

（４） 本発明は、（１）から（３）のいずれか１つの溶接装置について、前記溶接手段は、前記嵌合部の溶接をレーザー溶接により行うことを特徴とする溶接装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（３）のいずれか１つの溶接装置において、溶接手段による嵌合部の溶接をレーザー溶接により行うこととした。このため、嵌合部の溶接強度を確保することができる。

（５） 本発明は、（１）から（４）のいずれか１つの溶接装置について、前記平滑化手段および前記溶接手段は、レーザー溶接を行う同一のレーザー溶接手段で構成されることを特徴とする溶接装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（４）のいずれか１つの溶接装置において、平滑化手段および溶接手段を、レーザー溶接を行う同一のレーザー溶接手段で構成することとした。このため、嵌合部の一部の平滑化と、嵌合部の溶接と、を同一の構成で行うことができる。

（６） 本発明は、正極と負極とをセパレータを挟んで積層させた発電要素（例えば、図２の発電要素１３０に相当）を収容した容器（例えば、図２の容器１１０に相当）と、当該容器の開口部を塞ぐ蓋板（例えば、図２の蓋板１２０に相当）と、の嵌合部において、当該容器と当該蓋板との境界を溶接する溶接方法であって、前記嵌合部の一部を平滑化する第１のステップと、前記第１のステップにより平滑化された部分（例えば、図４の平滑位置５１０に相当）から、前記嵌合部の溶接を開始する第２のステップと、を備えることを特徴とする溶接方法を提案している。

この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、溶接時におけるスパッタの飛散を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る溶接装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の上面図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置に設けられた平滑化部による平滑化が行われた様子を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置に設けられた平滑化部による平滑化が行われた様子を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置に設けられた溶接部による本溶接を開始した様子を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置に設けられた溶接部を本溶接中に移動させた様子を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶接装置１のブロック図である。溶接装置１は、図２に示す電池ケース１００に設けられた容器１１０と蓋板１２０との嵌合部において、平滑化と、容器１１０の開口部を蓋板１２０にて封止するための溶接（以降では、本溶接と呼ぶこととする）と、を行うものであり、平滑化部１１および溶接部１２を備える。

図２は、リチウムイオン二次電池の断面図である。図２において、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、紙面奥向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

容器１１０には、開口部が形成されており、正極と負極との間にセパレータを挟んで構成される発電要素１３０がこの開口部から収容される。

蓋板１２０は、長方形状の基部１２１と、基部１２１の４辺の端部から立設して設けられる壁部１２２と、で構成される（図３参照）。壁部１２２の外側の面と、容器１１０の内側の面と、が接触するとともに、壁部１２２の端部上面と、容器１１０の開口端部上面と、が略同一平面上に位置する状態に、蓋板１２０は容器１１０の開口部に嵌合される。

図３は、リチウムイオン二次電池の上面図である。図３において、図２で示した方向に合わせて、上方に向かう向きをＸプラス方向とし、左方に向かう向きをＹプラス方向とし、紙面手前向きをＺプラス方向とする。

溶接装置１は、上述のように嵌合された容器１１０と蓋板１２０とを、嵌合部のうち容器１１０の開口端部上面と蓋板１２０の壁部１２２の端部上面との境界部分において、まず平滑化し、その後本溶接する。

図１に戻って、平滑化部１１は、容器１１０の開口端部上面と、蓋板１２０の壁部１２２の端部上面と、の境界部分の一部を平滑化する。具体的には、平滑化部１１は、まず、容器１１０の開口端部上面と、壁部１２２の端部上面と、で形成される平面上のうち、これら容器１１０と壁部１２２との境界上の１点を、平滑位置５１０として設定する。次に、この平滑位置５１０（図３参照）において、レーザー溶接により拝み溶接する。なお、この溶接は、容器１１０と蓋板１２０との位置関係を、本溶接の前に仮に固定しておくことになる（以降では、仮溶接と呼ぶこととする）。また、ここでいう拝み溶接は、上述の特許文献１における拝み溶接と同じ意味のものである。

すると、図４、５に示すように、レーザー溶接のためのレーザーが当たる平滑位置５１０と、この平滑位置５１０の近傍と、において容器１１０および壁部１２２が溶融して一体化し、溶接跡５００が形成される。このため、容器１１０の開口端部上面と、壁部１２２の端部上面と、で形成される平面上のうち平滑位置５１０および平滑位置５１０の近傍が、平滑化されることになる。

図４は、平滑化部１１による平滑化が完了した時点での容器１１０の開口端部上面と、壁部１２２の端部上面と、を示す模式図である。図４において、図２、３で示した方向に合わせて、上方に向かう向きをＸプラス方向とし、左方に向かう向きをＹプラス方向とし、紙面手前向きをＺプラス方向とする。

図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。図５において、図２から４で示した方向に合わせて、紙面奥向きをＸプラス方向とし、左方に向かう向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

図１に戻って、溶接部１２は、容器１１０の開口端部上面と、壁部１２２の端部上面と、で形成される平面上のうち、容器１１０と壁部１２２との合わせ面に沿って１周に亘って、容器１１０と蓋板１２０とをレーザー溶接により拝み溶接で本溶接する。

ここで、溶接部１２は、本溶接を、平滑化部１１による平滑化が行われた平滑位置５１０から開始する。このため、溶接部１２から出力されたレーザー溶接のためのレーザー７０１は、最初に、図６に示すように平滑位置５１０に当たることになる。

図６は、図５に示した状態において溶接部１２による本溶接を開始した様子を示す模式図である。図６において、図２から５で示した方向に合わせて、紙面奥向きをＸプラス方向とし、左方に向かう向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

また、溶接部１２は、平滑位置５１０から本溶接を開始してから、容器１１０と壁部１２２との合わせ面に沿って１周に亘って本溶接を完了するまで、レーザー７０１を出力し続ける。このため、レーザー７０１は、平滑位置５１０から、上述の合わせ面に沿って１周して平滑位置５１０に戻るまで、容器１１０と蓋板１２０との嵌合部に当たり続けることになる。ここで、溶接部１２による本溶接の際にも、平滑化部１１による平滑化の際と同様に、レーザー７０１の当たった部分と、レーザー７０１の当たった部分の近傍と、において容器１１０および壁部１２２が溶融して一体化する。このため、図７に示すように、溶接部１２から出力されたレーザー７０１が上述の合わせ面に沿って移動する際、レーザー７０１が当たるよりも前に容器１１０と壁部１２２との嵌合部において仮溶接程度の溶融が先行して進むことになるので、移動後にレーザー７０１が当たる部分は、既に平滑化されていることになる。したがって、溶接部１２から出力されたレーザー７０１を、容器１１０と壁部１２２との合わせ面に沿って１周に亘って移動させている期間でも、レーザー７０１は常に平滑化された部分に当たることになる。

図７は、図６に示した状態から溶接部１２を移動させた様子を示す模式図である。図７において、図２から６で示した方向に合わせて、紙面奥向きをＸプラス方向とし、左方に向かう向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。

以上の溶接装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

溶接装置１は、平滑化部１１により、容器１１０と蓋板１２０との嵌合部を平滑位置５１０において平滑化し、溶接部１２により、平滑化部１１により平滑化された平滑位置５１０から本溶接を開始する。このため、溶接部１２による本溶接は、隙間や段差のない部分から開始されることになる。したがって、溶接時におけるスパッタの飛散を抑制することができる。

また、溶接装置１は、平滑化部１１により、嵌合部のうち溶接部１２により本溶接される領域の一部を仮溶接して、嵌合部のうち溶接部１２により本溶接される領域の一部を平滑化する。このため、仮溶接を行うことで、本溶接の前に容器１１０と蓋板１２０との位置関係を仮に固定しておくことができるとともに、嵌合部のうち溶接部１２により本溶接される領域の一部の平滑化を実現することができる。

また、溶接装置１では、溶接部１２は、平滑位置５１０から本溶接を開始してから、容器１１０と壁部１２２との合わせ面に沿って１周に亘って本溶接を完了するまで、レーザー７０１を出力し続ける。このため、溶接部１２から出力されたレーザー７０１を、容器１１０と壁部１２２との合わせ面に沿って１周に亘って移動させている期間でも、レーザー７０１は常に平滑化された部分に当たることになる。したがって、溶接部１２により本溶接する位置を移動させている期間でも、スパッタの飛散を抑制することができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

例えば、上述の実施形態では、平滑化部１１は、平滑化を実現するために、平滑位置５１０において仮溶接するものとした。しかし、これに限らず、例えば、平滑位置５１０を削ることによって、容器１１０と蓋板１２０の壁部１２２との間の隙間や段差をなくすものとしてもよい。また、例えば、平滑位置５１０に、ロウ材のような液状の金属を塗布したり、柔らかい金属を埋めたりすることによって、容器１１０と蓋板１２０の壁部１２２との間の隙間や段差を埋めるものとしてもよい。

また、上述の実施形態では、平滑化部１１は仮溶接を行い、溶接部１２は本溶接を行うものとしたが、平滑化部１１による仮溶接では、溶接部１２による本溶接時と比べて少ないエネルギーで溶接を行うこととしてもよい。これによれば、平滑化部１１による仮溶接を行う際に、スパッタが飛散してしまうのを抑制することができる。

また、上述の実施形態では、平滑化部１１は仮溶接を行い、溶接部１２は本溶接を行うものとしたが、平滑化部１１による仮溶接と、溶接部１２による本溶接と、を同一の溶接装置で実現することとしてもよい。

１；溶接装置
１１；平滑化部
１２；溶接部
１００；電池ケース
１１０；容器
１２０；蓋板
１３０；発電要素
５００；溶接跡
５１０；平滑位置

Claims (9)

1. 正極と負極とをセパレータを挟んで積層させた発電要素を収容した容器と、当該容器の開口部を塞ぐ蓋板と、の嵌合部において、当該容器と当該蓋板との境界をレーザーにより溶接する溶接装置であって、
   前記嵌合部の一部を平滑化する平滑化手段と、
   前記平滑化手段により平滑化された部分にレーザーを当てて前記嵌合部の溶接を開始し、当該開始後はレーザーを出力し続ける溶接手段と、
   を備えることを特徴とする溶接装置。
2. 前記平滑化手段は、前記嵌合部の一部を仮溶接して、当該嵌合部の一部を平滑化することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記溶接手段は、前記嵌合部の仮溶接をレーザー溶接により行うことを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
4. 前記平滑化手段は、前記溶接手段による溶接が開始されるよりも前に、当該溶接手段による溶接のエネルギーよりも少ないエネルギーで前記嵌合部の一部を仮溶接して、当該嵌合部の一部を平滑化することを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
5. 前記平滑化手段および前記溶接手段は、レーザー溶接を行う同一のレーザー溶接手段で構成されることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の溶接装置。
6. 正極と負極とをセパレータを挟んで積層させた発電要素を収容した容器と、当該容器の開口部を塞ぐ蓋板と、の嵌合部において、当該容器と当該蓋板との境界をレーザーにより溶接する溶接方法であって、
   前記嵌合部の一部を平滑化する第１のステップと、
   前記第１のステップにより平滑化された部分にレーザーを当てて前記嵌合部の溶接を開始し、当該開始後はレーザーを出力し続けて溶接を行う第２のステップと、
   を備えることを特徴とする溶接方法。
7. 前記第１のステップにおける平滑化は前記嵌合部の一部を溶接するものであることを特徴とする請求項６に記載の溶接方法。
8. 前記平滑化のための溶接はレーザー溶接で行うことを特徴とする請求項７に記載の溶接方法。
9. 前記平滑化のためのレーザー溶接のエネルギーを前記第２ステップでのレーザー溶接のエネルギーに比べて少ないエネルギーで行うことを特徴とする請求項８に記載の溶接方法。

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