ケースの溶接方法
【課題】 クリアランスがある蓋およびケース本体に対して溶接用のレーザ光を同時に照射すると、レーザ光の一部がクリアランスを通過し、溶接に用いられない。
【解決手段】 対象物（２０）を収容するケース本体（１１）の開口部（１１ａ）の内側に、開口部に対してクリアランス（ＣＬ）を設けた状態で蓋（１２）を配置するステップを有する。蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップとを有する。溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップを有する。
【解決手段】 対象物（２０）を収容するケース本体（１１）の開口部（１１ａ）の内側に、開口部に対してクリアランス（ＣＬ）を設けた状態で蓋（１２）を配置するステップを有する。蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップとを有する。溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケースを構成するケース本体および蓋を固定するための溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（単電池）は、一般的には、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとで構成されている。ケースは、発電要素を収容させるために、少なくとも２つの部材によって構成されている。具体的には、発電要素を収容させるための開口部を有するケース本体と、ケース本体の開口部を塞ぐ蓋とによって、二次電池のケースを構成することができる。
【０００３】
蓋は、ケース本体の開口部に固定され、ケースの内部は、密閉状態となる。蓋およびケース本体を固定する方法として、蓋およびケース本体が金属で形成されていれば、溶接を行うことができる。具体的には、蓋およびケース本体に対してレーザ光を照射することにより、蓋およびケース本体を溶融させて接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３８６２２号公報
【特許文献２】特開２００７−２０７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓋およびケース本体を溶接するときには、蓋およびケース本体に対して同時にレーザ光を照射すれば、蓋およびケース本体を同時に溶融させて接合することができる。しかし、蓋およびケース本体の間にクリアランスが設けられている場合には、レーザ光がクリアランスを通過してしまう。クリアランスを通過したレーザ光は、蓋およびケース本体の溶接に用いられず、無駄になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１の発明であるケースの溶接方法は、対象物を収容するケース本体の開口部の内側に、開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップを有する。また、蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップとを有する。さらに、溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップを有する。
【０００７】
ここで、第１レーザ光、第２レーザ光および第３レーザ光は、互いに異なる期間に照射することができる。また、第１レーザ光、第２レーザ光および第３レーザ光は、同時に照射することができる。３種類のレーザ光を同時に照射すれば、１回の照射処理によって、蓋および開口部を溶接することができる。
【０００８】
蓋および開口部に到達した第３レーザ光の径は、蓋および開口部のそれぞれに到達した第１レーザ光および第２レーザ光の径よりも大きくすることができる。これにより、溶融状態にある蓋および開口部を更に溶融させるときに、溶融領域を広げることができる。広範囲の領域を溶融させることにより、蓋および開口部の溶接部分の強度を確保することができる。
【０００９】
第１レーザ光および第２レーザ光よりもエネルギ密度が高い第３レーザ光を用いることができる。これにより、蓋および開口部の溶け込み深さを確保することができ、蓋および開口部の溶接部分の強度を確保することができる。一方、ケース本体の内壁面は、平坦面で構成することができる。これにより、ケース本体を簡素な構成とすることができる。
【００１０】
本願第２の発明であるケースの溶接方法は、対象物を収容するケース本体の開口部の内側に蓋を配置するステップを有する。また、開口部および蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、溶融状態にある開口部および蓋に対して、第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、を有する。
【００１１】
本願第２の発明によれば、開口部および蓋を溶接するときの溶け込み深さを確保することができ、開口部および蓋の溶接部分の強度を確保することができる。
【００１２】
ここで、開口部および蓋に到達した第２レーザ光の径は、開口部および蓋に到達した第１レーザ光の径よりも小さくすることができる。これにより、開口部および蓋に到達したときの第２レーザ光のエネルギ密度を、開口部および蓋に到達したときの第１レーザ光のエネルギ密度よりも高くすることができる。開口部および蓋の表面上の一点に第２レーザ光を集光させれば、第２レーザ光のエネルギ密度を最も高めることができる。
【００１３】
本願第１および第２の発明において、対象物としては、二次電池の内部に設けられ、充放電を行う発電要素を用いることができる。
【００１４】
本願第３の発明は、充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、発電要素をケース本体に収容するステップと、開口部の内側に、開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップとを有する。また、蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップと、溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、を有する。
【００１５】
本願第３の発明によれば、開口部および蓋の間のクリアランスをレーザ光が通過して、発電要素にレーザ光が到達してしまうのを阻止することができる。また、開口部および蓋の溶接部分に対して、レーザ光を無駄なく照射することができる。
【００１６】
本願第４の発明は、充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、発電要素をケース本体に収容するステップと、開口部の内側に蓋を配置するステップとを有する。また、開口部および蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、溶融状態にある開口部および蓋に対して、第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、を有する。
【００１７】
本願第４の発明によれば、開口部および蓋を溶接するときの溶け込み深さを確保することができ、開口部および蓋の溶接部分（蓄電素子）の強度を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本願第１の発明によれば、開口部および蓋の間のクリアランスをレーザ光が通過するのを防止することができる。そして、開口部および蓋の溶接部分に対して、レーザ光を無駄なく照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１における二次電池の外観図である。
【図２】実施例１における二次電池の内部構造を示す図である。
【図３】実施例１における発電要素の展開図である。
【図４】実施例１において、レーザ光の照射システムを示す概略図である。
【図５】実施例１において、レーザ光の照射によって蓋を溶融させる処理を示す図である。
【図６】実施例１において、レーザ光の照射によってケース本体を溶融させる処理を示す図である。
【図７】実施例１において、レーザ光の照射によって、蓋およびケース本体の溶融部分を増加させる処理を示す図である。
【図８】実施例２において、３種類のレーザ光の照射パターンを示す図である。
【図９】実施例２の変形例において、３種類のレーザ光の照射パターンを示す図である。
【図１０】実施例３において、蓋およびケース本体に対して第１レーザ光を照射した状態を示す図である。
【図１１】実施例３において、蓋およびケース本体に対して第２レーザ光を照射した状態を示す図である。
【図１２】蓋およびケース本体に対して第２レーザ光だけを照射した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１であるケースの製造方法（溶接方法）について説明する。本実施例におけるケースは、二次電池（蓄電素子に相当する）の外装を構成するケースとして用いられる。まず、二次電池の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、二次電池の外観図であり、図２は、二次電池の内部構造を示す図である。
【００２２】
二次電池１としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を用いることができる。また、複数の二次電池１を用いて組電池を構成し、組電池を車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、組電池と、燃料電池又は内燃機関とを用いて走行エネルギを生成する車両であり、電気自動車は、組電池だけを用いて走行エネルギを生成する車両である。
【００２３】
二次電池１は、ケース１０と、ケース１０に収容される発電要素２０とを有する。ケース１０は、金属製（例えば、アルミニウム）のケース本体１１および蓋１２を有している。ケース本体１１は、発電要素２０を収容するためのスペースを形成しており、開口部１１ａを有する。開口部１１ａは、発電要素２０をケース本体１１に組み込むときに用いられる。
【００２４】
ケース本体１１は、底面と、互いに向かい合う２組の側面とで構成されている。また、ケース本体１１の内壁面は、平坦な面で構成されている。
【００２５】
蓋１２は、ケース本体１１の開口部１１ａを塞ぐ位置に配置される。ここで、蓋１２は、開口部１１ａの内側に位置するように配置される。すなわち、蓋１２の外縁は、開口部１１ａの内側に位置しており、ケース本体１１の内壁面と向かい合う。開口部１１ａの内側に蓋１２を配置し易くするために、開口部１１ａおよび蓋１２の間には、クリアランスが設けられる。クリアランスが無くなるように、蓋１２およびケース本体１１のサイズを設定すると、ケース本体１１の開口部１１ａに蓋１２が取り付け難くなる。
【００２６】
蓋１２および開口部１１ａは、溶接されることにより、ケース１０の内部は密閉状態となる。蓋１２および開口部１１ａの溶接方法については、後述する。
【００２７】
蓋１２には、正極端子３１および負極端子３２が固定されている。また、蓋１２には、安全弁３３が設けられており、安全弁３３は、正極端子３１および負極端子３２の間に位置している。安全弁３３は、ケース１０の内部で発生したガスを、ケース１０の外部に排出させるために用いられる。
【００２８】
発電要素２０は、充放電を行うことができる要素である。発電要素２０は、図３に示すように、正極素子２１と、負極素子２２と、正極素子２１および負極素子２２の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）２３とを有する。正極素子２１は、集電板２１ａと、集電板２１ａの表面に形成された正極活物質層２１ｂとを有する。正極活物質層２１ｂは、集電板２１ａの両面に形成されており、集電板２１ａの一部の領域には、正極活物質層２１ｂが形成されていない。正極活物質層２１ｂには、正極活物質、導電剤および結着剤などが含まれている。
【００２９】
負極素子２２は、集電板２２ａと、集電板２２ａの表面に形成された負極活物質層２２ｂとを有する。負極活物質層２２ｂは、集電板２２ａの両面に形成されており、集電板２２ａの一部の領域には、負極活物質層２２ｂが形成されていない。負極活物質層２２ｂには、負極活物質、導電剤および結着剤などが含まれている。集電板２１ａ，２２ａは、アルミニウムや銅といった金属で形成することができる。
【００３０】
正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３を図３に示すように積層し、この積層体を巻くことにより、図２に示す発電要素２０が得られる。図２において、発電要素２０の領域Ａは、正極活物質層２１ｂおよび負極活物質層２２ｂが互いに重なっている領域である。
【００３１】
図２に示す発電要素２０の一端（領域Ａの左側）には、正極素子２１の集電板２１ａだけが巻かれた領域、言い換えれば、正極活物質層２１ｂが形成されていない領域がある。図２に示す発電要素２０の他端（領域Ａの右側）には、負極素子２２の集電板２２ａだけが巻かれた領域、言い換えれば、負極活物質層２２ｂが形成されていない領域がある。
【００３２】
図２に示すように、発電要素２０の一端に位置する集電板２１ａ（正極素子２１）は、正極タブ２４を介して正極端子３１と電気的に接続される。正極タブ２４は、集電板２１ａに溶接されているとともに、正極端子３１に溶接されている。発電要素２０の他端に位置する集電板２２ａ（負極素子２２）は、負極タブ２５を介して負極端子３２と電気的に接続される。負極タブ２５は、集電板２２ａに溶接されているとともに、負極端子３２に溶接されている。
【００３３】
本実施例では、正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３の積層体を巻くことにより、発電要素２０を構成しているが、これに限るものではない。具体的には、発電要素２０は、正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３を積層しただけの構成であってもよい。
【００３４】
次に、二次電池１の製造方法について、簡単に説明する。
【００３５】
まず、上述したように発電要素２０を用意しておき、発電要素２０をケース本体１１に収容する。そして、ケース本体１１の開口部１１ａに蓋１２を溶接する。ケース１０の内部を密閉状態とした後は、ケース１０の内部に電解液を充填した後、ケース１０に形成された電解液の充填口を塞ぐ。これにより、二次電池１が得られる。
【００３６】
次に、ケース本体１１および蓋１２を溶接する処理について説明する。本実施例では、ケース本体１１および蓋１２にレーザ光を照射することによって、ケース本体１１および蓋１２を溶接している。図４に示すように、レーザ照射装置１００からは、ケース本体１１および蓋１２に対してレーザ光Ｌが照射される。図４に示す構成では、レーザ照射装置１００は固定されており、レーザ照射装置１００は、レーザ光Ｌの照射方向を変更することにより、ケース本体１１および蓋１２の溶接部分に対してレーザ光Ｌを到達させている。
【００３７】
レーザ照射装置１００は、光源と、光源から射出した光を集光させる光学系とで構成することができる。ここで、光学系の焦点距離を変更することにより、ケース本体１１や蓋１２に到達するレーザ光Ｌの径を変更することができる。これにより、所望の領域だけにレーザ光Ｌを到達させることができる。光学系の焦点距離を変更するための構成としては、光学系内の一部のレンズを光軸方向に移動させる構成や、光学系内の一部のレンズを切り替えたりする構成を用いることができる。
【００３８】
本実施例では、レーザ照射装置１００を固定しているが、レーザ照射装置１００を移動させることもできる。具体的には、蓋１２と平行な二次元平面内において、レーザ照射装置１００を移動させながら、レーザ光Ｌを照射することができる。
【００３９】
次に、レーザ光Ｌの照射方法について、図５から図７を用いて説明する。図５から図７は、ケース本体１１および蓋１２の溶接部分を示す拡大図である。図５から図７に示すように、蓋１２の外面には、溝１２ａが形成されており、溝１２ａよりも蓋１２の外縁側に位置する領域Ｒは、溶接部分となる。図５に示すＣＬは、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを示す。
【００４０】
まず、レーザ照射装置１００は、図５に示すように、蓋１２の領域Ｒに対してレーザ光Ｌを照射する。ここで、レーザ照射装置１００は、上述したように、レーザ光Ｌの径を調節することができるため、蓋１２の領域Ｒだけにレーザ光Ｌを到達させることができる。蓋１２に溝１２ａを形成し、領域Ｒを設けることにより、領域Ｒにレーザ光Ｌを集中させて、領域Ｒの溶融を効率良く行うことができる。
【００４１】
蓋１２の領域Ｒは、蓋１２の外縁に沿って形成されているため、レーザ照射装置１００は、蓋１２の外縁に沿ってレーザ光Ｌを移動させる。蓋１２の領域Ｒにレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２の領域Ｒを溶融させることができる。蓋１２の領域Ｒを溶融させれば、蓋１２の溶融部分をケース本体１１に近づけることができ、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスＣＬを小さくすることができる。
【００４２】
次に、レーザ照射装置１００は、図６に示すように、ケース本体１１に対してレーザ光Ｌを照射する。上述したように、レーザ照射装置１００は、ケース本体１１だけにレーザ光Ｌを到達させることができる。そして、レーザ照射装置１００は、ケース本体１１の開口部１１ａに沿ってレーザ光Ｌを移動させる。これにより、ケース本体１１の上部を溶融させることができ、ケース本体１１の溶融部分を、蓋１２の溶融部分に接触させることができる。
【００４３】
次に、レーザ照射装置１００は、図７に示すように、蓋１２の溶融部分とケース本体１１の溶融部分に対して、レーザ光Ｌを照射する。本実施例では、図７で照射されるレーザ光Ｌの径は、図５および図６で照射されるレーザ光Ｌの径よりも大きい。ここでいうレーザ光Ｌの径は、ケース本体１１や蓋１２に到達したときのレーザ光Ｌの径である。
【００４４】
蓋１２およびケース本体１１の溶融部分にレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させて、蓋１２およびケース本体１１を溶接することができる。図７に示すレーザ光Ｌの照射処理では、蓋１２の溶融部分およびケース本体１１の溶融部分が互いに接触しているため、レーザ光Ｌが蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過するのを阻止することができる。
【００４５】
図７に示す照射状態は、レーザ光Ｌが一点に集光する手前の状態において、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に到達しているが、これに限るものではない。具体的には、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分の表面上において、レーザ光Ｌを一点に集光させることができる。レーザ光Ｌを集光させるほど、エネルギ密度を高めることができ、蓋１２およびケース本体１１の溶け込み深さを増加させることができる。
【００４６】
ここで、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分の全体に対して、図７に示すレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させた後に、一点に集光させた状態のレーザ光Ｌを蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に到達させることができる。
【００４７】
図５から図７で説明したレーザ光Ｌの照射方法では、蓋１２にレーザ光Ｌを照射してから、ケース本体１１にレーザ光Ｌを照射しているが、これに限るものではない。具体的には、ケース本体１１にレーザ光Ｌを照射した後に、蓋１２にレーザ光Ｌを照射することができる。
【００４８】
本実施例によれば、蓋１２およびケース本体１１のそれぞれを溶融させて、溶融部分を互いに接触させた後に、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分にレーザ光Ｌを照射しているため、レーザ光Ｌが蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過するのを防止することができる。これにより、レーザ光Ｌが、ケース１０に収容された発電要素２０に到達するのを阻止することができる。
【００４９】
蓋１２およびケース本体１１に対してレーザ光Ｌを同時に照射すると、レーザ光Ｌの一部が蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過してしまう。この場合には、レーザ光Ｌの一部は、溶接に用いられず、レーザ光Ｌのエネルギが無駄になってしまう。これに対して、本実施例では、蓋１２およびケース本体１１に対して、無駄なくレーザ光Ｌを照射することができる。
【００５０】
ここで、レーザ光Ｌがケース１０の内部に進入しないように、ケース本体１１の内壁面の形状を適宜設定することが考えられる。この場合には、ケース本体１１の加工が複雑になってしまう。本実施例では、ケース本体１１の内壁面を平坦な面で構成しながらも、レーザ光Ｌがケース１０の内部に進入するのを防止することができる。
【００５１】
本実施例では、二次電池１のケース１０について説明しているが、これに限るものではない。具体的には、二次電池１の代わりに、一次電池や電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。また、本実施例では、いわゆる角型の二次電池１について説明しているが、いわゆる円筒型の二次電池であっても、本発明を適用することができる。すなわち、円筒状のケース本体に蓋を溶接する場合において、本発明を適用することができる。
【００５２】
本実施例では、二次電池１のケース１０を溶接する場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、ケース１０の内部に収容する物は、発電要素２０に限るものではない。具体的には、本実施例と同様の構成を有するケース本体１１および蓋１２を用いるのであれば、本発明を適用することができる。
【実施例２】
【００５３】
本発明の実施例２である溶接方法について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。実施例１（図５〜図７参照）では、レーザ光Ｌを３回に分けて照射しているが、本実施例では、レーザ光Ｌの照射回数を１回としている。以下、本実施例について、具体的に説明する。
【００５４】
本実施例のレーザ照射装置１００は、図８に示すように、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を同時に照射している。図８は、二次電池１の上方から、ケース本体１１および蓋１２を見たときの図である。
【００５５】
レーザ光Ｌ１は、蓋１２に照射されており、蓋１２の溶融に用いられる。レーザ光Ｌ２は、ケース本体１１に照射されており、ケース本体１１の溶融に用いられる。レーザ光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１による蓋１２の溶融部分と、レーザ光Ｌ２によるケース本体１１の溶融部分に対して照射され、蓋１２およびケース本体１１の溶融に用いられる。
【００５６】
３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、図８に示す位置関係を保ちながら、矢印Ｄの方向に移動する。すなわち、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、ケース本体１１の開口部１１ａに沿って移動する。本実施例において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、同一の径を有しており、レーザ光Ｌ３は、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２の径よりも大きな径を有している。なお、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の径は、溶融すべき領域に基づいて、適宜設定することができる。
【００５７】
３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、レーザ照射装置１００に３つの光源を設けることにより、生成することができる。また、１つの光源から射出したレーザ光を、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３に分割することもできる。
【００５８】
本実施例では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２が蓋１２およびケース本体１１をそれぞれ溶融させることにより、蓋１２の溶融部分およびケース本体１１の溶融部分を互いに接触させることができ、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスＣＬを無くすことができる。また、レーザ光Ｌ３を用いることにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させることができる。図８に示す領域Ｍは、蓋１２およびケース本体１１が溶融した領域を示している。
【００５９】
本実施例によれば、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を用いることにより、１回の照射処理によって、蓋１２およびケース本体１１を溶接することができる。また、実施例１と同様に、レーザ光Ｌ１は蓋１２だけに照射され、レーザ光Ｌ２はケース本体１１だけに照射されるため、レーザ光Ｌ１，Ｌ２がクリアランスＣＬを通過してしまうことはない。また、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分が互いに接触している状態において、レーザ光Ｌ３が照射されるため、レーザ光Ｌ３がケース１０の内部に進入することもない。
【００６０】
本実施例では、図８に示すように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置が互いに隣り合う位置となっているが、これに限るものではない。例えば、蓋１２およびケース本体１１の溶融時間に差が発生するときには、図９に示すように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置を移動方向Ｄにおいて、ずらすことができる。具体的には、溶融時間が長い部材には、溶融時間が短い部材よりも早いタイミングにおいて、レーザ光を照射させることができる。この場合には、すべてのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３が、移動方向Ｄにおいて、互いにずれることになる。なお、図９に示す例では、レーザ光Ｌ１よりも早いタイミングでレーザ光Ｌ２が到達する構成となっているが、逆の構成であってもよい。
【００６１】
本実施例では、蓋１２やケース本体１１に到達した各レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状が円形に形成されているが、これに限るものではない。レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状は、適宜設定することができる。実施例１で説明したレーザ光Ｌについても同様である。なお、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状が円形であれば、光源から射出した光を効率良く蓋１２やケース本体１１に到達させやすくなる。
【実施例３】
【００６２】
本発明の実施例３である溶接方法について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。本実施例は、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域（言い換えれば、溶け込み深さ）を増大させるものである。
【００６３】
まず、蓋１２の外縁（エッジ）をケース本体１１の内壁面に接触させる。そして、蓋１２およびケース本体１１の接触部分に対して、図１０に示すように、第１レーザ光Ｌ４を照射する。ここで、第１レーザ光Ｌ４は、一点に集光する前の状態において、蓋１２およびケース本体１１に到達している。
【００６４】
蓋１２およびケース本体１１に対して第１レーザ光Ｌ４を同時に照射することにより、蓋１２およびケース本体１１を同時に溶融させることができる。ここで、第１レーザ光Ｌ４は、一点に集光する前の状態で、蓋１２およびケース本体１１に到達しているため、このときの第１レーザ光Ｌ４のエネルギ密度は、第１レーザ光Ｌ４が一点に集光したときのエネルギ密度よりも低くなる。このため、蓋１２およびケース本体１１を溶融させることはできても、十分な溶け込み深さを確保しにくい。
【００６５】
そこで、本実施例では、第１レーザ光Ｌ４を照射して蓋１２およびケース本体１１を溶融させた後に、図１１に示すように、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に対して、第２レーザ光Ｌ５を照射している。
【００６６】
第２レーザ光Ｌ５は、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分における表面上の一点で集光するようになっている。このように、溶融部分の表面上の一点に対して第２レーザ光Ｌ５を集光させることにより、最も高いエネルギ密度を有する第２レーザ光Ｌ５を溶融部分に到達させることができる。これにより、第２レーザ光Ｌ５の照射方向において、蓋１２およびケース本体１１の溶け込み深さを確保することができる。
【００６７】
上述したように、２つのレーザ光Ｌ４，Ｌ５を使い分けることにより、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域を増大させることができる。すなわち、蓋１２およびケース本体１１の溶接部分における強度を向上させることができる。
【００６８】
蓋１２およびケース本体１１に対して、第２レーザ光Ｌ５だけを照射すると、蓋１２およびケース本体１１に到達する第２レーザ光Ｌ５の面積が不十分となりやすい。すなわち、第２レーザ光Ｌ５は、エネルギ密度が最も高くなるが、第２レーザ光Ｌ５の到達する領域が制限されてしまう。
【００６９】
この場合には、図１２に示すように、蓋１２やケース本体１１を溶融させることができても、蓋１２の溶融部分と、ケース本体１１の溶融部分とを互いに接触させることができないおそれがある。特に、蓋１２およびケース本体１１の間に僅かなクリアランスが存在していれば、蓋１２の溶融部分と、ケース本体１１の溶融部分とを互いに接触させにくくなる。これにより、蓋１２およびケース本体１１の溶接が不十分となってしまう。
【００７０】
一方、レーザ光Ｌ４，Ｌ５を照射する順序を、本実施例の照射順序と逆にしても、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域を増大させることはできない。すなわち、第２レーザ光Ｌ５を最初に照射したときには、図１２を用いて説明したように、蓋１２およびケース本体１１の溶接が不十分となる。このような状態において、第１レーザ光Ｌ４を照射したとしても、蓋１２およびケース本体１１の表面部分だけを溶融させることができるだけであり、十分な溶け込み深さを確保し難くなる。
【符号の説明】
【００７１】
１：二次電池（蓄電素子） １０：ケース
１１：ケース本体 １１ａ：開口部
１２：蓋 １２ａ：溝
２０：発電要素 ２１：正極素子
２１ａ：集電板 ２１ｂ：正極活物質層
２２：負極素子 ２２ａ：集電板
２２ｂ：負極活物質層 ２３：セパレータ
２４：正極タブ ２５：負極タブ
３１：正極端子 ３２：負極端子
３３：安全弁 １００：レーザ光照射装置
Ｌ，Ｌ１〜Ｌ５：レーザ光 ＣＬ：クリアランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケースを構成するケース本体および蓋を固定するための溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（単電池）は、一般的には、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとで構成されている。ケースは、発電要素を収容させるために、少なくとも２つの部材によって構成されている。具体的には、発電要素を収容させるための開口部を有するケース本体と、ケース本体の開口部を塞ぐ蓋とによって、二次電池のケースを構成することができる。
【０００３】
蓋は、ケース本体の開口部に固定され、ケースの内部は、密閉状態となる。蓋およびケース本体を固定する方法として、蓋およびケース本体が金属で形成されていれば、溶接を行うことができる。具体的には、蓋およびケース本体に対してレーザ光を照射することにより、蓋およびケース本体を溶融させて接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３８６２２号公報
【特許文献２】特開２００７−２０７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓋およびケース本体を溶接するときには、蓋およびケース本体に対して同時にレーザ光を照射すれば、蓋およびケース本体を同時に溶融させて接合することができる。しかし、蓋およびケース本体の間にクリアランスが設けられている場合には、レーザ光がクリアランスを通過してしまう。クリアランスを通過したレーザ光は、蓋およびケース本体の溶接に用いられず、無駄になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１の発明であるケースの溶接方法は、対象物を収容するケース本体の開口部の内側に、開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップを有する。また、蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップとを有する。さらに、溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップを有する。
【０００７】
ここで、第１レーザ光、第２レーザ光および第３レーザ光は、互いに異なる期間に照射することができる。また、第１レーザ光、第２レーザ光および第３レーザ光は、同時に照射することができる。３種類のレーザ光を同時に照射すれば、１回の照射処理によって、蓋および開口部を溶接することができる。
【０００８】
蓋および開口部に到達した第３レーザ光の径は、蓋および開口部のそれぞれに到達した第１レーザ光および第２レーザ光の径よりも大きくすることができる。これにより、溶融状態にある蓋および開口部を更に溶融させるときに、溶融領域を広げることができる。広範囲の領域を溶融させることにより、蓋および開口部の溶接部分の強度を確保することができる。
【０００９】
第１レーザ光および第２レーザ光よりもエネルギ密度が高い第３レーザ光を用いることができる。これにより、蓋および開口部の溶け込み深さを確保することができ、蓋および開口部の溶接部分の強度を確保することができる。一方、ケース本体の内壁面は、平坦面で構成することができる。これにより、ケース本体を簡素な構成とすることができる。
【００１０】
本願第２の発明であるケースの溶接方法は、対象物を収容するケース本体の開口部の内側に蓋を配置するステップを有する。また、開口部および蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、溶融状態にある開口部および蓋に対して、第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、を有する。
【００１１】
本願第２の発明によれば、開口部および蓋を溶接するときの溶け込み深さを確保することができ、開口部および蓋の溶接部分の強度を確保することができる。
【００１２】
ここで、開口部および蓋に到達した第２レーザ光の径は、開口部および蓋に到達した第１レーザ光の径よりも小さくすることができる。これにより、開口部および蓋に到達したときの第２レーザ光のエネルギ密度を、開口部および蓋に到達したときの第１レーザ光のエネルギ密度よりも高くすることができる。開口部および蓋の表面上の一点に第２レーザ光を集光させれば、第２レーザ光のエネルギ密度を最も高めることができる。
【００１３】
本願第１および第２の発明において、対象物としては、二次電池の内部に設けられ、充放電を行う発電要素を用いることができる。
【００１４】
本願第３の発明は、充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、発電要素をケース本体に収容するステップと、開口部の内側に、開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップとを有する。また、蓋の外縁および開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、蓋の外縁および開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、一方の溶融部分と接触させるステップと、溶融状態にある蓋の外縁および開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、を有する。
【００１５】
本願第３の発明によれば、開口部および蓋の間のクリアランスをレーザ光が通過して、発電要素にレーザ光が到達してしまうのを阻止することができる。また、開口部および蓋の溶接部分に対して、レーザ光を無駄なく照射することができる。
【００１６】
本願第４の発明は、充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、発電要素をケース本体に収容するステップと、開口部の内側に蓋を配置するステップとを有する。また、開口部および蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、溶融状態にある開口部および蓋に対して、第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、を有する。
【００１７】
本願第４の発明によれば、開口部および蓋を溶接するときの溶け込み深さを確保することができ、開口部および蓋の溶接部分（蓄電素子）の強度を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本願第１の発明によれば、開口部および蓋の間のクリアランスをレーザ光が通過するのを防止することができる。そして、開口部および蓋の溶接部分に対して、レーザ光を無駄なく照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１における二次電池の外観図である。
【図２】実施例１における二次電池の内部構造を示す図である。
【図３】実施例１における発電要素の展開図である。
【図４】実施例１において、レーザ光の照射システムを示す概略図である。
【図５】実施例１において、レーザ光の照射によって蓋を溶融させる処理を示す図である。
【図６】実施例１において、レーザ光の照射によってケース本体を溶融させる処理を示す図である。
【図７】実施例１において、レーザ光の照射によって、蓋およびケース本体の溶融部分を増加させる処理を示す図である。
【図８】実施例２において、３種類のレーザ光の照射パターンを示す図である。
【図９】実施例２の変形例において、３種類のレーザ光の照射パターンを示す図である。
【図１０】実施例３において、蓋およびケース本体に対して第１レーザ光を照射した状態を示す図である。
【図１１】実施例３において、蓋およびケース本体に対して第２レーザ光を照射した状態を示す図である。
【図１２】蓋およびケース本体に対して第２レーザ光だけを照射した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１であるケースの製造方法（溶接方法）について説明する。本実施例におけるケースは、二次電池（蓄電素子に相当する）の外装を構成するケースとして用いられる。まず、二次電池の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、二次電池の外観図であり、図２は、二次電池の内部構造を示す図である。
【００２２】
二次電池１としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を用いることができる。また、複数の二次電池１を用いて組電池を構成し、組電池を車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、組電池と、燃料電池又は内燃機関とを用いて走行エネルギを生成する車両であり、電気自動車は、組電池だけを用いて走行エネルギを生成する車両である。
【００２３】
二次電池１は、ケース１０と、ケース１０に収容される発電要素２０とを有する。ケース１０は、金属製（例えば、アルミニウム）のケース本体１１および蓋１２を有している。ケース本体１１は、発電要素２０を収容するためのスペースを形成しており、開口部１１ａを有する。開口部１１ａは、発電要素２０をケース本体１１に組み込むときに用いられる。
【００２４】
ケース本体１１は、底面と、互いに向かい合う２組の側面とで構成されている。また、ケース本体１１の内壁面は、平坦な面で構成されている。
【００２５】
蓋１２は、ケース本体１１の開口部１１ａを塞ぐ位置に配置される。ここで、蓋１２は、開口部１１ａの内側に位置するように配置される。すなわち、蓋１２の外縁は、開口部１１ａの内側に位置しており、ケース本体１１の内壁面と向かい合う。開口部１１ａの内側に蓋１２を配置し易くするために、開口部１１ａおよび蓋１２の間には、クリアランスが設けられる。クリアランスが無くなるように、蓋１２およびケース本体１１のサイズを設定すると、ケース本体１１の開口部１１ａに蓋１２が取り付け難くなる。
【００２６】
蓋１２および開口部１１ａは、溶接されることにより、ケース１０の内部は密閉状態となる。蓋１２および開口部１１ａの溶接方法については、後述する。
【００２７】
蓋１２には、正極端子３１および負極端子３２が固定されている。また、蓋１２には、安全弁３３が設けられており、安全弁３３は、正極端子３１および負極端子３２の間に位置している。安全弁３３は、ケース１０の内部で発生したガスを、ケース１０の外部に排出させるために用いられる。
【００２８】
発電要素２０は、充放電を行うことができる要素である。発電要素２０は、図３に示すように、正極素子２１と、負極素子２２と、正極素子２１および負極素子２２の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）２３とを有する。正極素子２１は、集電板２１ａと、集電板２１ａの表面に形成された正極活物質層２１ｂとを有する。正極活物質層２１ｂは、集電板２１ａの両面に形成されており、集電板２１ａの一部の領域には、正極活物質層２１ｂが形成されていない。正極活物質層２１ｂには、正極活物質、導電剤および結着剤などが含まれている。
【００２９】
負極素子２２は、集電板２２ａと、集電板２２ａの表面に形成された負極活物質層２２ｂとを有する。負極活物質層２２ｂは、集電板２２ａの両面に形成されており、集電板２２ａの一部の領域には、負極活物質層２２ｂが形成されていない。負極活物質層２２ｂには、負極活物質、導電剤および結着剤などが含まれている。集電板２１ａ，２２ａは、アルミニウムや銅といった金属で形成することができる。
【００３０】
正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３を図３に示すように積層し、この積層体を巻くことにより、図２に示す発電要素２０が得られる。図２において、発電要素２０の領域Ａは、正極活物質層２１ｂおよび負極活物質層２２ｂが互いに重なっている領域である。
【００３１】
図２に示す発電要素２０の一端（領域Ａの左側）には、正極素子２１の集電板２１ａだけが巻かれた領域、言い換えれば、正極活物質層２１ｂが形成されていない領域がある。図２に示す発電要素２０の他端（領域Ａの右側）には、負極素子２２の集電板２２ａだけが巻かれた領域、言い換えれば、負極活物質層２２ｂが形成されていない領域がある。
【００３２】
図２に示すように、発電要素２０の一端に位置する集電板２１ａ（正極素子２１）は、正極タブ２４を介して正極端子３１と電気的に接続される。正極タブ２４は、集電板２１ａに溶接されているとともに、正極端子３１に溶接されている。発電要素２０の他端に位置する集電板２２ａ（負極素子２２）は、負極タブ２５を介して負極端子３２と電気的に接続される。負極タブ２５は、集電板２２ａに溶接されているとともに、負極端子３２に溶接されている。
【００３３】
本実施例では、正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３の積層体を巻くことにより、発電要素２０を構成しているが、これに限るものではない。具体的には、発電要素２０は、正極素子２１、負極素子２２およびセパレータ２３を積層しただけの構成であってもよい。
【００３４】
次に、二次電池１の製造方法について、簡単に説明する。
【００３５】
まず、上述したように発電要素２０を用意しておき、発電要素２０をケース本体１１に収容する。そして、ケース本体１１の開口部１１ａに蓋１２を溶接する。ケース１０の内部を密閉状態とした後は、ケース１０の内部に電解液を充填した後、ケース１０に形成された電解液の充填口を塞ぐ。これにより、二次電池１が得られる。
【００３６】
次に、ケース本体１１および蓋１２を溶接する処理について説明する。本実施例では、ケース本体１１および蓋１２にレーザ光を照射することによって、ケース本体１１および蓋１２を溶接している。図４に示すように、レーザ照射装置１００からは、ケース本体１１および蓋１２に対してレーザ光Ｌが照射される。図４に示す構成では、レーザ照射装置１００は固定されており、レーザ照射装置１００は、レーザ光Ｌの照射方向を変更することにより、ケース本体１１および蓋１２の溶接部分に対してレーザ光Ｌを到達させている。
【００３７】
レーザ照射装置１００は、光源と、光源から射出した光を集光させる光学系とで構成することができる。ここで、光学系の焦点距離を変更することにより、ケース本体１１や蓋１２に到達するレーザ光Ｌの径を変更することができる。これにより、所望の領域だけにレーザ光Ｌを到達させることができる。光学系の焦点距離を変更するための構成としては、光学系内の一部のレンズを光軸方向に移動させる構成や、光学系内の一部のレンズを切り替えたりする構成を用いることができる。
【００３８】
本実施例では、レーザ照射装置１００を固定しているが、レーザ照射装置１００を移動させることもできる。具体的には、蓋１２と平行な二次元平面内において、レーザ照射装置１００を移動させながら、レーザ光Ｌを照射することができる。
【００３９】
次に、レーザ光Ｌの照射方法について、図５から図７を用いて説明する。図５から図７は、ケース本体１１および蓋１２の溶接部分を示す拡大図である。図５から図７に示すように、蓋１２の外面には、溝１２ａが形成されており、溝１２ａよりも蓋１２の外縁側に位置する領域Ｒは、溶接部分となる。図５に示すＣＬは、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを示す。
【００４０】
まず、レーザ照射装置１００は、図５に示すように、蓋１２の領域Ｒに対してレーザ光Ｌを照射する。ここで、レーザ照射装置１００は、上述したように、レーザ光Ｌの径を調節することができるため、蓋１２の領域Ｒだけにレーザ光Ｌを到達させることができる。蓋１２に溝１２ａを形成し、領域Ｒを設けることにより、領域Ｒにレーザ光Ｌを集中させて、領域Ｒの溶融を効率良く行うことができる。
【００４１】
蓋１２の領域Ｒは、蓋１２の外縁に沿って形成されているため、レーザ照射装置１００は、蓋１２の外縁に沿ってレーザ光Ｌを移動させる。蓋１２の領域Ｒにレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２の領域Ｒを溶融させることができる。蓋１２の領域Ｒを溶融させれば、蓋１２の溶融部分をケース本体１１に近づけることができ、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスＣＬを小さくすることができる。
【００４２】
次に、レーザ照射装置１００は、図６に示すように、ケース本体１１に対してレーザ光Ｌを照射する。上述したように、レーザ照射装置１００は、ケース本体１１だけにレーザ光Ｌを到達させることができる。そして、レーザ照射装置１００は、ケース本体１１の開口部１１ａに沿ってレーザ光Ｌを移動させる。これにより、ケース本体１１の上部を溶融させることができ、ケース本体１１の溶融部分を、蓋１２の溶融部分に接触させることができる。
【００４３】
次に、レーザ照射装置１００は、図７に示すように、蓋１２の溶融部分とケース本体１１の溶融部分に対して、レーザ光Ｌを照射する。本実施例では、図７で照射されるレーザ光Ｌの径は、図５および図６で照射されるレーザ光Ｌの径よりも大きい。ここでいうレーザ光Ｌの径は、ケース本体１１や蓋１２に到達したときのレーザ光Ｌの径である。
【００４４】
蓋１２およびケース本体１１の溶融部分にレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させて、蓋１２およびケース本体１１を溶接することができる。図７に示すレーザ光Ｌの照射処理では、蓋１２の溶融部分およびケース本体１１の溶融部分が互いに接触しているため、レーザ光Ｌが蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過するのを阻止することができる。
【００４５】
図７に示す照射状態は、レーザ光Ｌが一点に集光する手前の状態において、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に到達しているが、これに限るものではない。具体的には、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分の表面上において、レーザ光Ｌを一点に集光させることができる。レーザ光Ｌを集光させるほど、エネルギ密度を高めることができ、蓋１２およびケース本体１１の溶け込み深さを増加させることができる。
【００４６】
ここで、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分の全体に対して、図７に示すレーザ光Ｌを照射することにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させた後に、一点に集光させた状態のレーザ光Ｌを蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に到達させることができる。
【００４７】
図５から図７で説明したレーザ光Ｌの照射方法では、蓋１２にレーザ光Ｌを照射してから、ケース本体１１にレーザ光Ｌを照射しているが、これに限るものではない。具体的には、ケース本体１１にレーザ光Ｌを照射した後に、蓋１２にレーザ光Ｌを照射することができる。
【００４８】
本実施例によれば、蓋１２およびケース本体１１のそれぞれを溶融させて、溶融部分を互いに接触させた後に、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分にレーザ光Ｌを照射しているため、レーザ光Ｌが蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過するのを防止することができる。これにより、レーザ光Ｌが、ケース１０に収容された発電要素２０に到達するのを阻止することができる。
【００４９】
蓋１２およびケース本体１１に対してレーザ光Ｌを同時に照射すると、レーザ光Ｌの一部が蓋１２およびケース本体１１のクリアランスを通過してしまう。この場合には、レーザ光Ｌの一部は、溶接に用いられず、レーザ光Ｌのエネルギが無駄になってしまう。これに対して、本実施例では、蓋１２およびケース本体１１に対して、無駄なくレーザ光Ｌを照射することができる。
【００５０】
ここで、レーザ光Ｌがケース１０の内部に進入しないように、ケース本体１１の内壁面の形状を適宜設定することが考えられる。この場合には、ケース本体１１の加工が複雑になってしまう。本実施例では、ケース本体１１の内壁面を平坦な面で構成しながらも、レーザ光Ｌがケース１０の内部に進入するのを防止することができる。
【００５１】
本実施例では、二次電池１のケース１０について説明しているが、これに限るものではない。具体的には、二次電池１の代わりに、一次電池や電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。また、本実施例では、いわゆる角型の二次電池１について説明しているが、いわゆる円筒型の二次電池であっても、本発明を適用することができる。すなわち、円筒状のケース本体に蓋を溶接する場合において、本発明を適用することができる。
【００５２】
本実施例では、二次電池１のケース１０を溶接する場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、ケース１０の内部に収容する物は、発電要素２０に限るものではない。具体的には、本実施例と同様の構成を有するケース本体１１および蓋１２を用いるのであれば、本発明を適用することができる。
【実施例２】
【００５３】
本発明の実施例２である溶接方法について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。実施例１（図５〜図７参照）では、レーザ光Ｌを３回に分けて照射しているが、本実施例では、レーザ光Ｌの照射回数を１回としている。以下、本実施例について、具体的に説明する。
【００５４】
本実施例のレーザ照射装置１００は、図８に示すように、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を同時に照射している。図８は、二次電池１の上方から、ケース本体１１および蓋１２を見たときの図である。
【００５５】
レーザ光Ｌ１は、蓋１２に照射されており、蓋１２の溶融に用いられる。レーザ光Ｌ２は、ケース本体１１に照射されており、ケース本体１１の溶融に用いられる。レーザ光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１による蓋１２の溶融部分と、レーザ光Ｌ２によるケース本体１１の溶融部分に対して照射され、蓋１２およびケース本体１１の溶融に用いられる。
【００５６】
３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、図８に示す位置関係を保ちながら、矢印Ｄの方向に移動する。すなわち、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、ケース本体１１の開口部１１ａに沿って移動する。本実施例において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、同一の径を有しており、レーザ光Ｌ３は、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２の径よりも大きな径を有している。なお、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の径は、溶融すべき領域に基づいて、適宜設定することができる。
【００５７】
３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、レーザ照射装置１００に３つの光源を設けることにより、生成することができる。また、１つの光源から射出したレーザ光を、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３に分割することもできる。
【００５８】
本実施例では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２が蓋１２およびケース本体１１をそれぞれ溶融させることにより、蓋１２の溶融部分およびケース本体１１の溶融部分を互いに接触させることができ、蓋１２およびケース本体１１のクリアランスＣＬを無くすことができる。また、レーザ光Ｌ３を用いることにより、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分を増加させることができる。図８に示す領域Ｍは、蓋１２およびケース本体１１が溶融した領域を示している。
【００５９】
本実施例によれば、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を用いることにより、１回の照射処理によって、蓋１２およびケース本体１１を溶接することができる。また、実施例１と同様に、レーザ光Ｌ１は蓋１２だけに照射され、レーザ光Ｌ２はケース本体１１だけに照射されるため、レーザ光Ｌ１，Ｌ２がクリアランスＣＬを通過してしまうことはない。また、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分が互いに接触している状態において、レーザ光Ｌ３が照射されるため、レーザ光Ｌ３がケース１０の内部に進入することもない。
【００６０】
本実施例では、図８に示すように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置が互いに隣り合う位置となっているが、これに限るものではない。例えば、蓋１２およびケース本体１１の溶融時間に差が発生するときには、図９に示すように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置を移動方向Ｄにおいて、ずらすことができる。具体的には、溶融時間が長い部材には、溶融時間が短い部材よりも早いタイミングにおいて、レーザ光を照射させることができる。この場合には、すべてのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３が、移動方向Ｄにおいて、互いにずれることになる。なお、図９に示す例では、レーザ光Ｌ１よりも早いタイミングでレーザ光Ｌ２が到達する構成となっているが、逆の構成であってもよい。
【００６１】
本実施例では、蓋１２やケース本体１１に到達した各レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状が円形に形成されているが、これに限るものではない。レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状は、適宜設定することができる。実施例１で説明したレーザ光Ｌについても同様である。なお、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の形状が円形であれば、光源から射出した光を効率良く蓋１２やケース本体１１に到達させやすくなる。
【実施例３】
【００６２】
本発明の実施例３である溶接方法について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。本実施例は、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域（言い換えれば、溶け込み深さ）を増大させるものである。
【００６３】
まず、蓋１２の外縁（エッジ）をケース本体１１の内壁面に接触させる。そして、蓋１２およびケース本体１１の接触部分に対して、図１０に示すように、第１レーザ光Ｌ４を照射する。ここで、第１レーザ光Ｌ４は、一点に集光する前の状態において、蓋１２およびケース本体１１に到達している。
【００６４】
蓋１２およびケース本体１１に対して第１レーザ光Ｌ４を同時に照射することにより、蓋１２およびケース本体１１を同時に溶融させることができる。ここで、第１レーザ光Ｌ４は、一点に集光する前の状態で、蓋１２およびケース本体１１に到達しているため、このときの第１レーザ光Ｌ４のエネルギ密度は、第１レーザ光Ｌ４が一点に集光したときのエネルギ密度よりも低くなる。このため、蓋１２およびケース本体１１を溶融させることはできても、十分な溶け込み深さを確保しにくい。
【００６５】
そこで、本実施例では、第１レーザ光Ｌ４を照射して蓋１２およびケース本体１１を溶融させた後に、図１１に示すように、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分に対して、第２レーザ光Ｌ５を照射している。
【００６６】
第２レーザ光Ｌ５は、蓋１２およびケース本体１１の溶融部分における表面上の一点で集光するようになっている。このように、溶融部分の表面上の一点に対して第２レーザ光Ｌ５を集光させることにより、最も高いエネルギ密度を有する第２レーザ光Ｌ５を溶融部分に到達させることができる。これにより、第２レーザ光Ｌ５の照射方向において、蓋１２およびケース本体１１の溶け込み深さを確保することができる。
【００６７】
上述したように、２つのレーザ光Ｌ４，Ｌ５を使い分けることにより、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域を増大させることができる。すなわち、蓋１２およびケース本体１１の溶接部分における強度を向上させることができる。
【００６８】
蓋１２およびケース本体１１に対して、第２レーザ光Ｌ５だけを照射すると、蓋１２およびケース本体１１に到達する第２レーザ光Ｌ５の面積が不十分となりやすい。すなわち、第２レーザ光Ｌ５は、エネルギ密度が最も高くなるが、第２レーザ光Ｌ５の到達する領域が制限されてしまう。
【００６９】
この場合には、図１２に示すように、蓋１２やケース本体１１を溶融させることができても、蓋１２の溶融部分と、ケース本体１１の溶融部分とを互いに接触させることができないおそれがある。特に、蓋１２およびケース本体１１の間に僅かなクリアランスが存在していれば、蓋１２の溶融部分と、ケース本体１１の溶融部分とを互いに接触させにくくなる。これにより、蓋１２およびケース本体１１の溶接が不十分となってしまう。
【００７０】
一方、レーザ光Ｌ４，Ｌ５を照射する順序を、本実施例の照射順序と逆にしても、蓋１２およびケース本体１１の溶接領域を増大させることはできない。すなわち、第２レーザ光Ｌ５を最初に照射したときには、図１２を用いて説明したように、蓋１２およびケース本体１１の溶接が不十分となる。このような状態において、第１レーザ光Ｌ４を照射したとしても、蓋１２およびケース本体１１の表面部分だけを溶融させることができるだけであり、十分な溶け込み深さを確保し難くなる。
【符号の説明】
【００７１】
１：二次電池（蓄電素子） １０：ケース
１１：ケース本体 １１ａ：開口部
１２：蓋 １２ａ：溝
２０：発電要素 ２１：正極素子
２１ａ：集電板 ２１ｂ：正極活物質層
２２：負極素子 ２２ａ：集電板
２２ｂ：負極活物質層 ２３：セパレータ
２４：正極タブ ２５：負極タブ
３１：正極端子 ３２：負極端子
３３：安全弁 １００：レーザ光照射装置
Ｌ，Ｌ１〜Ｌ５：レーザ光 ＣＬ：クリアランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を収容するケース本体の開口部の内側に、前記開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、前記一方の溶融部分と接触させるステップと、
溶融状態にある前記蓋の外縁および前記開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、
を有することを特徴とするケースの溶接方法。
【請求項２】
前記第１レーザ光、前記第２レーザ光および前記第３レーザ光を、互いに異なる期間に照射することを特徴とする請求項１に記載のケースの溶接方法。
【請求項３】
前記第１レーザ光、前記第２レーザ光および前記第３レーザ光を、同時に照射することを特徴とする請求項１に記載のケースの溶接方法。
【請求項４】
前記蓋および前記開口部に到達した前記第３レーザ光の径は、前記蓋および前記開口部のそれぞれに到達した前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項５】
前記第３レーザ光は、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光よりもエネルギ密度が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項６】
前記ケース本体の内壁面が平坦面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項７】
対象物を収容するケース本体の開口部の内側に蓋を配置するステップと、
前記開口部および前記蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
溶融状態にある前記開口部および前記蓋に対して、前記第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、
を有することを特徴とするケースの溶接方法。
【請求項８】
前記開口部および前記蓋に到達した前記第２レーザ光の径は、前記開口部および前記蓋に到達した前記第１レーザ光の径よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のケースの溶接方法。
【請求項９】
前記第２レーザ光は、前記開口部および前記蓋の表面上の一点に集光していることを特徴とする請求項８に記載のケースの溶接方法。
【請求項１０】
前記対象物は、二次電池の内部に設けられ、充放電を行う発電要素であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項１１】
充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、前記ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、
前記発電要素を前記ケース本体に収容するステップと、
前記開口部の内側に、前記開口部に対してクリアランスを設けた状態で前記蓋を配置するステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、前記一方の溶融部分と接触させるステップと、
溶融状態にある前記蓋の外縁および前記開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、
を有することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【請求項１２】
充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、前記ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、
前記発電要素を前記ケース本体に収容するステップと、
前記開口部の内側に前記蓋を配置するステップと、
前記開口部および前記蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
溶融状態にある前記開口部および前記蓋に対して、前記第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、
を有することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【請求項１】
対象物を収容するケース本体の開口部の内側に、前記開口部に対してクリアランスを設けた状態で蓋を配置するステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、前記一方の溶融部分と接触させるステップと、
溶融状態にある前記蓋の外縁および前記開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、
を有することを特徴とするケースの溶接方法。
【請求項２】
前記第１レーザ光、前記第２レーザ光および前記第３レーザ光を、互いに異なる期間に照射することを特徴とする請求項１に記載のケースの溶接方法。
【請求項３】
前記第１レーザ光、前記第２レーザ光および前記第３レーザ光を、同時に照射することを特徴とする請求項１に記載のケースの溶接方法。
【請求項４】
前記蓋および前記開口部に到達した前記第３レーザ光の径は、前記蓋および前記開口部のそれぞれに到達した前記第１レーザ光および前記第２レーザ光の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項５】
前記第３レーザ光は、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光よりもエネルギ密度が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項６】
前記ケース本体の内壁面が平坦面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項７】
対象物を収容するケース本体の開口部の内側に蓋を配置するステップと、
前記開口部および前記蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
溶融状態にある前記開口部および前記蓋に対して、前記第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、
を有することを特徴とするケースの溶接方法。
【請求項８】
前記開口部および前記蓋に到達した前記第２レーザ光の径は、前記開口部および前記蓋に到達した前記第１レーザ光の径よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のケースの溶接方法。
【請求項９】
前記第２レーザ光は、前記開口部および前記蓋の表面上の一点に集光していることを特徴とする請求項８に記載のケースの溶接方法。
【請求項１０】
前記対象物は、二次電池の内部に設けられ、充放電を行う発電要素であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のケースの溶接方法。
【請求項１１】
充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、前記ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、
前記発電要素を前記ケース本体に収容するステップと、
前記開口部の内側に、前記開口部に対してクリアランスを設けた状態で前記蓋を配置するステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の一方を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
前記蓋の外縁および前記開口部の他方を、第２レーザ光の照射によって溶融させて、前記一方の溶融部分と接触させるステップと、
溶融状態にある前記蓋の外縁および前記開口部を、第３レーザ光の照射によって更に溶融させるステップと、
を有することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【請求項１２】
充放電を行う発電要素がケース本体に収容され、前記ケース本体の開口部が蓋で塞がれた蓄電素子の製造方法であって、
前記発電要素を前記ケース本体に収容するステップと、
前記開口部の内側に前記蓋を配置するステップと、
前記開口部および前記蓋の接触部分を、第１レーザ光の照射によって溶融させるステップと、
溶融状態にある前記開口部および前記蓋に対して、前記第１レーザ光よりもエネルギ密度の高い第２レーザ光を照射して溶融させるステップと、
を有することを特徴とする蓄電素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３０９４６（Ｐ２０１２−１３０９４６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５７５４（Ｐ２０１０−２８５７５４）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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