金属容器の溶接方法、金属容器、蓄電素子及び蓄電モジュール
【課題】 金属容器を精度良く溶接する。
【解決手段】 開口１１を有する容器本体１０と開口１１を塞ぐ蓋部２０とを有し、容器本体１０と蓋部２０との当接部分が側面に境界線２５として露出している、例えば非電解質二次電池の電池容器として実施される金属容器の溶接方法であって、当接部分にレーザ光４０を照射することにより溶接する工程を備え、レーザ光４０の有効直径は、蓋部１０の側壁の厚みＴの２倍未満である、金属容器の溶接方法。
【解決手段】 開口１１を有する容器本体１０と開口１１を塞ぐ蓋部２０とを有し、容器本体１０と蓋部２０との当接部分が側面に境界線２５として露出している、例えば非電解質二次電池の電池容器として実施される金属容器の溶接方法であって、当接部分にレーザ光４０を照射することにより溶接する工程を備え、レーザ光４０の有効直径は、蓋部１０の側壁の厚みＴの２倍未満である、金属容器の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子の外装である金属容器の溶接方法及びそれが適用される金属容器並びにそれを用いた蓄電素子、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。
【０００３】
図１２（ａ）は、従来の技術による、非水電解質二次電池の、外観上の模式的な構成を示す分解斜視図である。
【０００４】
図１２（ａ）に示すように、非水電解質二次電池１００は、アルミニウム製の板状の蓋部１２０と、開口１１１を有する開口箱状の容器本体１１０から構成される、外形六面体の電池容器を外装として備えている。蓋部１２０の表面には、容器本体１１０内部に収納される発電要素（図示省略）と電気的、機械的に結合され、外部負荷と着脱自在に接続する電極端子を有する、正極側及び負極側の電極部１３０ａ及び１３０ｂがそれぞれ設けられている。
【０００５】
次に、図１２（ｂ）は、従来の非水電解質二次電池１００の電池容器の、短辺に平行な直線による断面図である。ただし図中において電極部１３０ａ及び１３０ｂの構成は、簡単のため省略して示した。
【０００６】
図１２（ｂ）に示すように、蓋部１２０は、その外周に位置する側端部１２１の内側に形成され、側端部１２１を含めた他の部分よりも厚みが大きい凸部１２２を有している。凸部１２２の外周のなす平面形状は容器本体１１０の開口１１１の形状に対応しており、したがって、蓋部１２０と容器本体１１０とは、開口１１１に凸部１２２が嵌り込むことによって結合され、電池容器を構成する（例えば特許文献１、図６を参照）。
【０００７】
又、非水電解質二次電池１００の組立ては、蓋部１２０の裏面から導電性の接続部材（図示省略）を介することにより、電極部１３０ａ、１０３ｂ、蓋部１２０及び発電要素を一体的に組み合わせる。次いで、開口１１１に発電要素を挿入するようにして蓋部１２０で容器本体１１０を密閉し、接合箇所をレーザ溶接する。容器本体の表面には予め貫通孔（図示省略）が開口されており、電解液は、発電要素の収納後に密閉された容器に貫通孔を介して注入される。その後、貫通孔は金属製の封止栓により封止され、電池容器の密閉状態が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の技術による非水電解質二次電池の構成は以上のようなものであるが、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。
【００１０】
すなわち、電池容器を密封状態にするためには、蓋部１２０と容器本体１１０とを組み合わせた状態を母材としてレーザ溶接を行う必要がある。ここで図１３（ａ）は、図１２（ｂ）に示す、蓋部１２０と容器本体１１０との接合箇所を含む領域Ｒ０の要部断面図である。
【００１１】
図１３（ａ）に示すように、溶接前の状態においては、容器本体１１０の表側の側面１１２と、蓋部１２０の側端部１２１とは、電池容器の側面を形成しており、又、蓋部１２０の凸部１２２及び裏面１２３並びに容器本体１１０の裏側の側面１１３は発電要素の収納空間を形成している。
【００１２】
この状態で、蓋部１２０と容器本体１１０との当接部分が露出してなる境界線１２５を対象とし、この延伸方向に沿ってレーザ溶接を行うと、図１３（ｂ）に示すように、電池容器側面及び蓋部１２０の表面１２４を含む、境界線１２５近傍の部分は膨張し、側面から外側にはみ出す瘤状の溶接ダレ１４０を形成する。
【００１３】
溶接ダレ１４０は完成後の非水電解質二次電池１００の外形に歪みを生じさせ、これは、電池単体の強度の低下や、更には、複数の電池をモジュールとして構成する際に、各電池を設計通りにレイアウトすることの妨げや、モジュール全体を筐体に収納することが出来ない、等の不具合の原因となってしまう。
【００１４】
このように、従来の技術による電池容器の溶接においては、完成後の精度が悪いという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、精度に優れた金属容器の溶接方法及びそれを好適な金属容器、並びにそれを用いた蓄電素子及び蓄電モジュール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】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器の溶接方法であって、
前記当接部分にレーザ光を照射することにより前記当接部分を溶接する工程を備え、
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚みの２倍未満である、金属容器の溶接方法である。
【００１７】
又、本発明の第２の側面は、前記レーザ光の光軸を、前記容器本体と前記蓋部との当接部分を含むように位置合わせする、本発明の第１の側面の金属容器の溶接方法である。
【００１８】
又、本発明の第３の側面は、前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚み未満である、本発明の第１又は第２の側面の金属容器の溶接方法である。
【００１９】
又、本発明の第４の側面は、前記レーザ光の有効直径は、前記光軸に沿った向きにおける前記当接部分の幅の２倍以下である、本発明の第１から第３のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２０】
又、本発明の第５の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に平行な入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２１】
又、本発明の第６の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して仰角となる入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２２】
又、本発明の第７の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して俯角となる入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２３】
又、本発明の第８の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部の縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記蓋部の前記縁部は、前記蓋部の表面から前記側面に向かって傾斜した平面又は曲面を有するものである、本発明の第１から第７のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２４】
又、本発明の第９の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部が裏面から突出した凸部又は裏面から後退した凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部が前記金属容器の前記開口に嵌合しているものである、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２５】
又、本発明の第１０の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部の前記凸部の厚みが他の部分の厚みより大きいものであり、
前記蓋部の前記縁部の厚みが、前記凸部より更に内側の部分の厚み以上である、
本発明の第９の側面の金属容器の溶接方法である。
【００２６】
又、本発明の第１１の側面は、
開口を有する容器本体と、
前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、
前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記蓋部は、
その縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記縁部より内側の部分で前記金属容器の前記開口に嵌合しており、
前記容器本体の前記開口に嵌合している部分の厚みは、他の部分の厚みより大きいものであって、
前記縁部の厚みは、前記前記容器本体の前記開口に嵌合している部分より更に内側の部分の厚み以上である、
金属容器である。
【００２７】
又、本発明の第１２の側面は、
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記当接部分を含む領域は溶接されており、
前記溶接の影響により溶融した部分の幅又は奥行きの寸法は、前記蓋部の、前記側面に露出している厚み以下である、金属容器である。
【００２８】
又、本発明の第１３の側面は、
本発明の第１から第１０のいずれかの側面の金属容器の溶接方法により溶接された金属容器、又は本発明の第１１もしくは第１２の側面の金属容器と、
前記金属容器内に収納される発電要素とを備え、
前記金属容器の表面に設けられた、前記発電要素と電気的に接続された電極部を有する、蓄電素子である。
【００２９】
又、本発明の第１４の側面は、
本発明の第１３の側面の蓄電素子を複数配列してなる蓄電モジュールであって、
それぞれの前記蓄電素子は、前記当接部分同士が対向するように配列されている、蓄電モジュールである。
【００３０】
又、本発明の第１５の側面は、
配列された複数の前記蓄電素子の外側に設けられ、それぞれの前記蓄電素子を拘束するエンドプレートを備えた、本発明の第１４の側面の蓄電モジュールである。
【発明の効果】
【００３１】
以上のような本発明によれば、金属容器を精度良く溶接することが可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構成を示す斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電池容器の構成を示す模式的断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態に係る電池容器の蓋部の構成を示す裏面図（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ直線による断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法を説明するための要部断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法を実施するための構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図６】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部平面図
【図８】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図９】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態に係る金属容器の構成を示す要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図（ｃ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図（ｄ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図
【図１１】本発明の実施の形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図
【図１２】（ａ）従来の技術に係る非水電解質二次電池の構成を示す斜視図（ｂ）従来の技術に係る非水電解質二次電池の電池容器の構成を示す模式的断面図
【図１３】（ａ）従来の技術に係る金属容器の構成を説明するための要部断面図（ｂ）従来の技術に係る金属容器の溶接方法を説明するための要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池１の、外観上の模式的な構成を示す分解斜視図である。
【００３５】
図１（ａ）に示すように、非水電解質二次電池１は従来例と同様、アルミニウム製の板状の蓋部２０と、開口１１を有する開口箱状の容器本体１０から構成される外形六面体の電池容器とを、外装として備えている。蓋部２０の表面に、容器本体１０内部に収納される発電要素（図示省略）と電気的、機械的に結合され、外部負荷と着脱自在に接続する電極端子を有する、正極側及び負極側の電極部３０ａ及び３０ｂがそれぞれ設けられている点も、従来例と同様である。
【００３６】
又、図１（ｂ）の、電池容器の側面に平行な直線による断面図に示すように、蓋部２０は、容器本体１０の開口１１に嵌合するように、側端部２１の内側に形成され、側端部２１を含めた他の部分よりも厚みが大きい凸部２２を有している。
【００３７】
次に、図２（ａ）は、本実施の形態の非水電解質二次電池１の電池容器の蓋部２０の構成を模式的に示す裏面図である。図２（ａ）に示すように、蓋部２０は側端部２１の内側に、蓋部２０の外形と相似形の凸部２２が形成されており、凸部２２で囲まれた内側の領域は裏面２３を形成している。又、図２（ｂ）の、図２（ａ）のＡ−Ａ直線による断面図に示すように、蓋部２０の厚みは、凸部２２において最も大きく、次いで側端部２１、裏面２３の順に小さくなっている。
【００３８】
図３は、非水電解質二次電池１の電池容器の、蓋部２０と容器本体１０とを組み合わせた状態を示す、図１（ｂ）の領域Ｒ１に相当する要部断面図である。
【００３９】
図３に示すように、容器本体１０の壁部は、外側に露出する外壁１２、発電要素の収納空間を形成する内壁１３、及び開口１１と平行な端面１４から構成される。又、蓋部２０の側端部２１は、表面２４、表面２４から周辺２１ｂにて容器本体１０側に向かって屈曲した側面２１ｃ、及び表面２４と平行な裏面２１ａから構成される。
【００４０】
蓋部２０と容器本体１０とは、凸部２２の外壁２２ａが内壁１３と当接し、かつ、側端部２１の裏面２１ａが端面１４と当接することにより嵌合している。そして、これら当接部分のうち、端面１４と裏面２１ａとの当接面は、電池容器の側壁において蓋部２０と容器本体１０との境界線２５として露出している。
【００４１】
なお、上記の構成において、容器本体１０は本発明の容器本体に、蓋部２０は本発明の蓋部に、開口１１は本発明の開口に、側端部２１は本発明の蓋部の厚みに、又、端面１４と裏面２１ａとの当接面は本発明の当接部分に相当する。又、容器本体１０と蓋部２０を組み合わせてなる電池容器は、本発明の金属容器に相当する。
【００４２】
本実施の形態に係る金属容器の溶接方法は、以上のように構成された非水電解質二次電池１の電池容器を対象としてレーザ溶接を行うものである。すなわち、境界線２５に照準を定め、境界線２５を含む裏面２１ａと内壁１３の当接面に対して平行な光軸４１を有するレーザ光４０を電池容器の側壁に照射する。
【００４３】
さらに、レーザ光４０の有効直径Ｄを、蓋部２０の側端部２１の厚みＴ未満に絞っている。図３に示す例では、有効直径Ｄは厚みＴの約８０％とした。レーザ光４０が対象を溶接するのに有効な熱量を与える範囲は、図中点線で示すように、レーザ光４０の到達位置を起点として、レーザ光４０の有効半径を半径とし、半球状の（図中には半円として示される）作用領域４２である。すなわち、レーザ光の溶接による影響は作用領域４２の内部に生ずる。
【００４４】
溶接後の電池容器においては、その表面において容器本体１０の外壁１２及び蓋部２０の側面２１ｃに渡る部位、又、その断面においては、蓋部２０の裏面２１ａ及び容器本体１０の端面１４の面方向に沿った電池容器の奥行きに渡る部位のそれぞれについて、レーザ光により実際に溶融したことが認められる部分が含まれることとなる。
【００４５】
作用領域４２は裏面２１ａと内壁１３との当接面を含みつつ、側端部２１の周辺２１ｂからは離れている。図１０（ｂ）に示した従来例においては、レーザ光の照射領域は蓋部と容器本体との境界線のみならず、蓋部の周辺を含めた広い領域であり、溶接ダレの主要な原因となっていた。
【００４６】
これに対し、本発明は、溶接ダレの原因が、周辺２１ｂを含めた蓋部２０の上端が過熱されることに着目し、蓋部２１においては側端部２１の厚みＴを他の部位よりも大きくとるとともに、レーザ光の直径及び照射位置を調節して、周辺２１ｂを含めた蓋部２０の上端にレーザ光が照射されないようにしている。これにより、溶接ダレの発生を抑制し、溶接完了後の電池容器の外形に歪みが生ずることを防ぐことを可能としている。
【００４７】
なお、単に外形の歪みを修正するだけなら、発生後の溶接ダレを切除することも考えられるが、この場合は、その分母材としての電池容器を削ってしまうことになり、容器の強度が低下する。そこで従来は溶接ダレが発見されても放置されていた。これに対し、本発明は、金属容器の強度を確保しながら精度の高い溶接を実現すべく、溶接ダレそのものを抑えるようにしたことを特徴とするものである。
【００４８】
次に、図４は、本発明の溶接方法を実施するための構成の一例を模式的に示す図である。図４に示すように、レーザ溶接機４３は、可撓性のファイバーケーブル４４の先端に設けられたノズル部４５の操作によってレーザ光４０の照射位置を自在に変化させることができる。レーザ光４０の光軸４１を、母材としての電池容器の容器本体１０及び蓋部２１の境界線２５に位置合わせし、境界線２５に沿って走査することにより溶接を行う。
【００４９】
レーザ光４０と境界線２５との位置合わせは相対的なものであるから、溶接に際しては、ノズル部４５及び電池容器のいずれか一方又は両方を移動させればよい。なお、図４においては、説明のため、レーザ溶接機４３側と電池容器側とでは縮尺を変更して示した。
【００５０】
レーザ溶接機４３としては、通常、出力６００〜４０００Ｗ、ノズル部４３のレーザファイバ径としては１００〜６００μｍのものが用いられる。この場合、レーザ光４０の、電池容器表面における有効スポット径は０．１〜２ｍｍとなり、したがって蓋部２０の厚みＴはこれらのスポット径以上とすることが望ましい。ただし、これらレーザ溶接において慣用されるレーザ光の出力、スポット径その他機器の定格は例示であって、本発明は、金属容器の蓋部の厚みとレーザ光の有効直径との関係によって効果を奏するものであり、これらの条件の上限、下限より大きな値を用いることができる。
【００５１】
一例として、出力２６００ＷのＣＷレーザ光を用い、境界線２５に対してフォーカス±０ｍｍ、溶接速度３５ｍｍ／秒で走査した場合は、図３に示す例と同様、溶接ダレの発生はみられず、電池容器の歪みが公差内に収まることが確認された。一方、同一規格のレーザ光を用い、かつ境界線２５より上方に焦点を合わせた場合は、図１１（ｂ）に示すような、公差を逸脱する溶接ダレ１４０が確認された。
【００５２】
なお、上記の説明においては、レーザ光４０は、その光軸４１が、蓋部２０の凸部２２の外壁２２ａと容器本体１０の端面１４との当接面に平行となるように調整されているものとしたが、光軸４１は当接面と交差するように調整してもよい。
【００５３】
図５に示す例は、レーザ光４０を、当接面を延長してなる基準線４６に対して仰角をなす入射角θで照射し、光軸４１を境界線２５に一致させたものである。容器本体１０の内部に迷光や溶接に伴うスパッタその他の異物の侵入が直接入射することを防ぐことができる。なお、この場合において、レーザ光４０の光軸４１の位置を、境界線２５より下方にとることが望ましい。蓋部２０の上端が過剰に熱せられることを防ぐとともに、位置決めのマージンを大きくとることができる。
【００５４】
又、図６に示すように、レーザ光４０を、基準線４４に対して俯角をなす入射角φで照射し、光軸４１を境界線２５に一致させるようにしてもよい。特にこの場合は、レーザ光の作用領域を周辺２１ｂの対角方向に沿って、電池容器の内部へ遠ざかるようにシフトさせることにより、蓋部２０の上端が過剰に熱せられることをさらに防止することが可能となる。更にこの場合は、容器本体１０の内部への迷光等の影響を避けるために、凸部２２の厚みを大きくとることが望ましい。
【００５５】
又、上記の説明においては、図７（ａ）の斜視図に示すように、レーザ光４０は、光軸４１が、蓋部２０の表面２４に平行な面内において、境界線２５に対し直交するように照射するものとして説明を行ったが、光軸４１は、図７（ａ）の領域Ｒ２の要部平面図である図７（ｂ）に示すように、上記平行面内にて回転し、境界線２５に対し斜行させるようにしてもよい。図中には一例として、基準線４６に対して入射角ψ０だけ回転させた例を示した。
【００５６】
このように、平面におけるレーザ光４０の入射角を変化させることにより、レーザ光４０の単位面積当りのエネルギー密度を抑えて、容器本体１０及び蓋部２０の急激な温度上昇を防ぎ、より確実に溶接ダレの発生を抑制することが可能となる。なお、この効果は図５、６に示す例でも同様に得られるが、本構成例の場合は、図７（ｂ）に示すように、平面上の入射角の範囲ψが垂直方向の場合より広範囲であり、調整の幅が大きいという利点を有する。
【００５７】
更に、図５、６に示す例と組み合わせて境界線２５への入射角を立体的に調整すれば、それぞれの構成例の効果を重畳的に奏することができ、より好適である。
【００５８】
又、上記の説明においては、レーザ光４０の有効直径を、蓋部２０の側端部２１の厚みＴ未満に絞るものとしたが、本実施の形態に例示される本発明の要旨は、蓋部２１の周辺２１ｂを含めた上端にレーザ光が直接照射されることを防ぐことにより、電池容器側面の溶接ダレの発生を抑制することである。したがって、周辺２１ｂにレーザ光４０が直接照射されない限り、有効直径はより大きくとるようにしてもよい。
【００５９】
具体的には、図８に示すように、光軸４１の位置は固定したまま、有効半径が側端部２１の厚みＴ未満となる範囲、つまり有効直径Ｄに換算して厚みＴの２倍未満の範囲内であれば、レーザ光４０の有効直径は任意の大きさに調節することができる。慣用されるレーザ光４０の、電池容器表面における有効スポット径が０．１〜２ｍｍであることに鑑みれば、側端部２１の厚みはこれらのスポット径の１／２まで薄くすることもできる。
【００６０】
ただし、図３に示したように、レーザ光４０の作用領域４２の大きさは、レーザ光４０の有効半径に依存し、容器本体１０の端面１４と蓋部２１の裏面２１ａとの当接面の幅を超える大きさとなることは、母材に、溶接に必要な量以上のエネルギーを与えることを意味する。そこで、図８に示すように、レーザ光の有効直径Ｄを当接面の幅Ｗの２倍以下に定めることがより望ましい。この場合、本発明の効果を奏しつつ、適切な大きさの出力で、かつ確実に電池容器を溶接することが可能になる。
【００６１】
更に、上記の説明においては、電池容器を構成する蓋部２０は、その側端部２１が、表面２４から周辺２１ｂにて容器本体１０側に向かって屈曲した側面２１ｃを有するものとしたが、図９に示すように、表面２４から側面２１ｃの間に傾斜面２１ｄを形成した構成としてもよい。傾斜面２１ｄは、図３の蓋部２１の辺の部分が省かれたのと同一の状態となる。これにより、レーザ光４０の照射範囲が広すぎた場合や、出力が強過ぎた場合であっても、側端部２１の膨張分２６の大きさを抑制することが可能となる。
【００６２】
すなわち、この構成例においては、蓋部２１はレーザ溶接によって歪みを生ずるが、その歪みを所期の公差の範囲内に収めることができ、結果として精度の高い溶接が実現されている。なお、傾斜面２１ｄは平面であるとしたが、曲面として形成されていてもよい。要するに、蓋部の側端部の体積が減じられる形状であればよい。
【００６３】
又、上記の説明においては、電池容器を構成する蓋部２０は、図２（ｂ）や図１０（ａ）に示すように、凸部２２、側端部２１、及び裏面２３の厚みがこの順序で徐々に小さくなる構成としたが、図１１、図１２の各図に示す従来例と同様に、側端部２２と裏面２３の厚みが同一であってもよい。
【００６４】
又、蓋部と容器本体とが嵌合する構成でなくともよい。具体的には、図１０（ｂ）に示す蓋部５０のように、側端部５１の端面のみで容器本体１０の壁部の端面に当接する構成や、図１０（ｃ）に示す、板状の蓋部６０のように、その裏面で容器本体１０の壁部の端面に当接する構成としてもよい。更には、図１０（ｄ）に示す容器本体７０のように、壁部の端面に段差７１が形成されており、この段差７１と蓋部５０の側端部５１とが嵌合する構成としてもよい。なお、図１０（ｄ）の場合において、蓋部５０の、側端部５１を除いた、より厚みが薄くなっている裏面を含めた部分は、本発明の凹部に相当する。
【００６５】
要するに、本発明の金属容器は、開口を有する容器本体と当該開口を塞ぐ蓋部とから構成されており、当接箇所が側面から露出している態様を有していればよく、蓋部と容器本体との結合の態様によって限定されるものではない。
【００６６】
又、上記の説明においては、当接箇所が露出する側面は、例えば図１、３、７等に示すように、電池容器の正面又は側面であるとしたが、本発明の側面は、電池容器の上面又は底面側に形成されるようにしてもよい。すなわち、本発明の、蓋部と容器本体との当接箇所としての側面は、当該当接箇所が溶接対象として露出している面であれば、金属容器の表面上の任意の箇所としてよい。
【００６７】
又、電池本体はアルミニウム製であるとしたが、アルミニウム合金、ステンレスその他任意の金属又は金属化合物を材料とするものであってもよい。又、形状は外形六面体としたが、円筒形状であってもよい。要するに、本発明の金属容器は、形状、材質その他の具体的な構成によって限定されるものではない。
【００６８】
又、上記の説明において、非水電解質二次電池１の、蓋部２０及び容器本体１０から構成される電池容器は、本発明の金属容器に相当するものであるが、本発明は、非水電解質二次電池１、ニッケル水素電池その他各種の二次電池、一次電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子の外装の他に、燃料や薬品といった液体又は粉体を収蔵する容器に適用してもよい。すなわち、本発明は、任意の金属容器に対して適用することができ、当該金属容器の用途等によって限定されるものではない。
【００６９】
又、非水電解質二次電池１のように、本発明の金属容器の溶接方法により作成された金属容器又は本発明の金属容器を電池容器として用いた二次電池その他の、上述した各種蓄電素子も本発明に含まれる。電池容器が精度よく組立てられていることで強度が確保され、又、外部負荷の筐体に確実に収納可能となる。
【００７０】
更に、本発明は、蓄電素子単体ではなく、それを単セルとして用いた蓄電モジュールとして実施してもよい。
【００７１】
図１１は、本発明の蓄電モジュールの一例として、非水電解質二次電池１を単セルとして構成した電源モジュール８０の構成を模式的に示す斜視図である。図１１に示すように、電源モジュール８０は、非水電解質二次電池１を単セルとしてマトリックス状に配列して、それぞれの単セルの、蓋部と容器本体との境界線２５ａ又は２５ｂを含む主面同士又は側面同士が対向して配列される構成を有し、各単セルを直列接続することにより大出力を得るようにした電源である。
【００７２】
それぞれ配列された非水電解質二次電池１全体の周囲にはエンドプレート８０が設けられており、電源モジュール８０の外形を保持している。エンドプレート８０は、非水電解質二次電池１の正面側及び側面側をそれぞれ被覆する、ステンレス等の金属製の横板８１ａ及び８１ｂから構成される。横板８１ａ及び８１ｂをボルト８１ｃにより締結することで、エンドプレート８０は配列された非水電解質二次電池１を拘束する。又、電源モジュール８０は筐体８２内に収納して用いられる。
【００７３】
このような電源モジュール８０において、単セルである非水電解質二次電池１に対して本発明を適用することにより、個々の単セルの電池のサイズ、寸法の精度が高まるため、単セルを配列した状態でのモジュール全体の精度が高まる。そのため、筐体８０に電源モジュール８０を収納することができなくなる可能性を低減でき、電源モジュールの歩留まりを高めることが可能となる。
【００７４】
又、エンドプレート８０により複数の非水電解質二次電池１を拘束した状態においては、配列された各非水電解質二次電池１は、境界線２５ａや２５ｂを含む正面や側面同士が押圧されることとなるが、本発明が適用されることにより、各面がフラットに形成されることで、拘束による押圧は面として加えられることとなり、セルの容器本体や蓋部の、接合線２５ａや２５ｂを含む溶接部分の一箇所に拘束圧力が集中することを防ぐことができる。
【００７５】
すなわち、本発明を用いた蓄電素子であれば、モジュール化してエンドプレートによりセルとしての蓄電素子全体を拘束した場合の拘束圧が、溶接ダレ部に集中することによる各単セルへの物理的・機械的な影響を防ぐこともできる。なお、図１１には本発明の蓄電モジュールはエンドプレート８０を備えた構成として示したが、エンドプレートを省略した構成として実現してもよい。
【００７６】
要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のような本発明は、金属容器を精度良く溶接することが可能になる効果を有し、例えば二次電池その他の蓄電素子の電池容器において有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 非水電解質二次電池
１０ 容器本体
１１ 開口
１２ 外壁
１３ 内壁
１４ 端面
２０ 蓋部
２１ 側端部
２１ａ 裏面
２１ｂ 周辺
２１ｃ 側面
２１ｄ 傾斜面
２２ 凸部
２２ａ 外壁
２３ 裏面
２４ 表面
２５ 境界線
２６ 膨張分
４０ レーザ光
４１ 光軸
４２ 作用領域
４３ レーザ溶接機
４４ ファイバーケーブル
４５ ノズル部
４６ 基準線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子の外装である金属容器の溶接方法及びそれが適用される金属容器並びにそれを用いた蓄電素子、蓄電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。
【０００３】
図１２（ａ）は、従来の技術による、非水電解質二次電池の、外観上の模式的な構成を示す分解斜視図である。
【０００４】
図１２（ａ）に示すように、非水電解質二次電池１００は、アルミニウム製の板状の蓋部１２０と、開口１１１を有する開口箱状の容器本体１１０から構成される、外形六面体の電池容器を外装として備えている。蓋部１２０の表面には、容器本体１１０内部に収納される発電要素（図示省略）と電気的、機械的に結合され、外部負荷と着脱自在に接続する電極端子を有する、正極側及び負極側の電極部１３０ａ及び１３０ｂがそれぞれ設けられている。
【０００５】
次に、図１２（ｂ）は、従来の非水電解質二次電池１００の電池容器の、短辺に平行な直線による断面図である。ただし図中において電極部１３０ａ及び１３０ｂの構成は、簡単のため省略して示した。
【０００６】
図１２（ｂ）に示すように、蓋部１２０は、その外周に位置する側端部１２１の内側に形成され、側端部１２１を含めた他の部分よりも厚みが大きい凸部１２２を有している。凸部１２２の外周のなす平面形状は容器本体１１０の開口１１１の形状に対応しており、したがって、蓋部１２０と容器本体１１０とは、開口１１１に凸部１２２が嵌り込むことによって結合され、電池容器を構成する（例えば特許文献１、図６を参照）。
【０００７】
又、非水電解質二次電池１００の組立ては、蓋部１２０の裏面から導電性の接続部材（図示省略）を介することにより、電極部１３０ａ、１０３ｂ、蓋部１２０及び発電要素を一体的に組み合わせる。次いで、開口１１１に発電要素を挿入するようにして蓋部１２０で容器本体１１０を密閉し、接合箇所をレーザ溶接する。容器本体の表面には予め貫通孔（図示省略）が開口されており、電解液は、発電要素の収納後に密閉された容器に貫通孔を介して注入される。その後、貫通孔は金属製の封止栓により封止され、電池容器の密閉状態が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の技術による非水電解質二次電池の構成は以上のようなものであるが、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。
【００１０】
すなわち、電池容器を密封状態にするためには、蓋部１２０と容器本体１１０とを組み合わせた状態を母材としてレーザ溶接を行う必要がある。ここで図１３（ａ）は、図１２（ｂ）に示す、蓋部１２０と容器本体１１０との接合箇所を含む領域Ｒ０の要部断面図である。
【００１１】
図１３（ａ）に示すように、溶接前の状態においては、容器本体１１０の表側の側面１１２と、蓋部１２０の側端部１２１とは、電池容器の側面を形成しており、又、蓋部１２０の凸部１２２及び裏面１２３並びに容器本体１１０の裏側の側面１１３は発電要素の収納空間を形成している。
【００１２】
この状態で、蓋部１２０と容器本体１１０との当接部分が露出してなる境界線１２５を対象とし、この延伸方向に沿ってレーザ溶接を行うと、図１３（ｂ）に示すように、電池容器側面及び蓋部１２０の表面１２４を含む、境界線１２５近傍の部分は膨張し、側面から外側にはみ出す瘤状の溶接ダレ１４０を形成する。
【００１３】
溶接ダレ１４０は完成後の非水電解質二次電池１００の外形に歪みを生じさせ、これは、電池単体の強度の低下や、更には、複数の電池をモジュールとして構成する際に、各電池を設計通りにレイアウトすることの妨げや、モジュール全体を筐体に収納することが出来ない、等の不具合の原因となってしまう。
【００１４】
このように、従来の技術による電池容器の溶接においては、完成後の精度が悪いという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、精度に優れた金属容器の溶接方法及びそれを好適な金属容器、並びにそれを用いた蓄電素子及び蓄電モジュール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】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器の溶接方法であって、
前記当接部分にレーザ光を照射することにより前記当接部分を溶接する工程を備え、
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚みの２倍未満である、金属容器の溶接方法である。
【００１７】
又、本発明の第２の側面は、前記レーザ光の光軸を、前記容器本体と前記蓋部との当接部分を含むように位置合わせする、本発明の第１の側面の金属容器の溶接方法である。
【００１８】
又、本発明の第３の側面は、前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚み未満である、本発明の第１又は第２の側面の金属容器の溶接方法である。
【００１９】
又、本発明の第４の側面は、前記レーザ光の有効直径は、前記光軸に沿った向きにおける前記当接部分の幅の２倍以下である、本発明の第１から第３のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２０】
又、本発明の第５の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に平行な入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２１】
又、本発明の第６の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して仰角となる入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２２】
又、本発明の第７の側面は、前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して俯角となる入射角で前記当接部分に照射する、本発明の第１から第４のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２３】
又、本発明の第８の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部の縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記蓋部の前記縁部は、前記蓋部の表面から前記側面に向かって傾斜した平面又は曲面を有するものである、本発明の第１から第７のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２４】
又、本発明の第９の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部が裏面から突出した凸部又は裏面から後退した凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部が前記金属容器の前記開口に嵌合しているものである、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の金属容器の溶接方法である。
【００２５】
又、本発明の第１０の側面は、
前記金属容器は、
前記蓋部の前記凸部の厚みが他の部分の厚みより大きいものであり、
前記蓋部の前記縁部の厚みが、前記凸部より更に内側の部分の厚み以上である、
本発明の第９の側面の金属容器の溶接方法である。
【００２６】
又、本発明の第１１の側面は、
開口を有する容器本体と、
前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、
前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記蓋部は、
その縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記縁部より内側の部分で前記金属容器の前記開口に嵌合しており、
前記容器本体の前記開口に嵌合している部分の厚みは、他の部分の厚みより大きいものであって、
前記縁部の厚みは、前記前記容器本体の前記開口に嵌合している部分より更に内側の部分の厚み以上である、
金属容器である。
【００２７】
又、本発明の第１２の側面は、
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記当接部分を含む領域は溶接されており、
前記溶接の影響により溶融した部分の幅又は奥行きの寸法は、前記蓋部の、前記側面に露出している厚み以下である、金属容器である。
【００２８】
又、本発明の第１３の側面は、
本発明の第１から第１０のいずれかの側面の金属容器の溶接方法により溶接された金属容器、又は本発明の第１１もしくは第１２の側面の金属容器と、
前記金属容器内に収納される発電要素とを備え、
前記金属容器の表面に設けられた、前記発電要素と電気的に接続された電極部を有する、蓄電素子である。
【００２９】
又、本発明の第１４の側面は、
本発明の第１３の側面の蓄電素子を複数配列してなる蓄電モジュールであって、
それぞれの前記蓄電素子は、前記当接部分同士が対向するように配列されている、蓄電モジュールである。
【００３０】
又、本発明の第１５の側面は、
配列された複数の前記蓄電素子の外側に設けられ、それぞれの前記蓄電素子を拘束するエンドプレートを備えた、本発明の第１４の側面の蓄電モジュールである。
【発明の効果】
【００３１】
以上のような本発明によれば、金属容器を精度良く溶接することが可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構成を示す斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電池容器の構成を示す模式的断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態に係る電池容器の蓋部の構成を示す裏面図（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ直線による断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法を説明するための要部断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法を実施するための構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図６】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部平面図
【図８】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図９】本発明の実施の形態に係る金属容器の溶接方法の他の例を説明するための要部断面図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態に係る金属容器の構成を示す要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図（ｃ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図（ｄ）本発明の実施の形態に係る金属容器の他の構成例を示す要部断面図
【図１１】本発明の実施の形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図
【図１２】（ａ）従来の技術に係る非水電解質二次電池の構成を示す斜視図（ｂ）従来の技術に係る非水電解質二次電池の電池容器の構成を示す模式的断面図
【図１３】（ａ）従来の技術に係る金属容器の構成を説明するための要部断面図（ｂ）従来の技術に係る金属容器の溶接方法を説明するための要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池１の、外観上の模式的な構成を示す分解斜視図である。
【００３５】
図１（ａ）に示すように、非水電解質二次電池１は従来例と同様、アルミニウム製の板状の蓋部２０と、開口１１を有する開口箱状の容器本体１０から構成される外形六面体の電池容器とを、外装として備えている。蓋部２０の表面に、容器本体１０内部に収納される発電要素（図示省略）と電気的、機械的に結合され、外部負荷と着脱自在に接続する電極端子を有する、正極側及び負極側の電極部３０ａ及び３０ｂがそれぞれ設けられている点も、従来例と同様である。
【００３６】
又、図１（ｂ）の、電池容器の側面に平行な直線による断面図に示すように、蓋部２０は、容器本体１０の開口１１に嵌合するように、側端部２１の内側に形成され、側端部２１を含めた他の部分よりも厚みが大きい凸部２２を有している。
【００３７】
次に、図２（ａ）は、本実施の形態の非水電解質二次電池１の電池容器の蓋部２０の構成を模式的に示す裏面図である。図２（ａ）に示すように、蓋部２０は側端部２１の内側に、蓋部２０の外形と相似形の凸部２２が形成されており、凸部２２で囲まれた内側の領域は裏面２３を形成している。又、図２（ｂ）の、図２（ａ）のＡ−Ａ直線による断面図に示すように、蓋部２０の厚みは、凸部２２において最も大きく、次いで側端部２１、裏面２３の順に小さくなっている。
【００３８】
図３は、非水電解質二次電池１の電池容器の、蓋部２０と容器本体１０とを組み合わせた状態を示す、図１（ｂ）の領域Ｒ１に相当する要部断面図である。
【００３９】
図３に示すように、容器本体１０の壁部は、外側に露出する外壁１２、発電要素の収納空間を形成する内壁１３、及び開口１１と平行な端面１４から構成される。又、蓋部２０の側端部２１は、表面２４、表面２４から周辺２１ｂにて容器本体１０側に向かって屈曲した側面２１ｃ、及び表面２４と平行な裏面２１ａから構成される。
【００４０】
蓋部２０と容器本体１０とは、凸部２２の外壁２２ａが内壁１３と当接し、かつ、側端部２１の裏面２１ａが端面１４と当接することにより嵌合している。そして、これら当接部分のうち、端面１４と裏面２１ａとの当接面は、電池容器の側壁において蓋部２０と容器本体１０との境界線２５として露出している。
【００４１】
なお、上記の構成において、容器本体１０は本発明の容器本体に、蓋部２０は本発明の蓋部に、開口１１は本発明の開口に、側端部２１は本発明の蓋部の厚みに、又、端面１４と裏面２１ａとの当接面は本発明の当接部分に相当する。又、容器本体１０と蓋部２０を組み合わせてなる電池容器は、本発明の金属容器に相当する。
【００４２】
本実施の形態に係る金属容器の溶接方法は、以上のように構成された非水電解質二次電池１の電池容器を対象としてレーザ溶接を行うものである。すなわち、境界線２５に照準を定め、境界線２５を含む裏面２１ａと内壁１３の当接面に対して平行な光軸４１を有するレーザ光４０を電池容器の側壁に照射する。
【００４３】
さらに、レーザ光４０の有効直径Ｄを、蓋部２０の側端部２１の厚みＴ未満に絞っている。図３に示す例では、有効直径Ｄは厚みＴの約８０％とした。レーザ光４０が対象を溶接するのに有効な熱量を与える範囲は、図中点線で示すように、レーザ光４０の到達位置を起点として、レーザ光４０の有効半径を半径とし、半球状の（図中には半円として示される）作用領域４２である。すなわち、レーザ光の溶接による影響は作用領域４２の内部に生ずる。
【００４４】
溶接後の電池容器においては、その表面において容器本体１０の外壁１２及び蓋部２０の側面２１ｃに渡る部位、又、その断面においては、蓋部２０の裏面２１ａ及び容器本体１０の端面１４の面方向に沿った電池容器の奥行きに渡る部位のそれぞれについて、レーザ光により実際に溶融したことが認められる部分が含まれることとなる。
【００４５】
作用領域４２は裏面２１ａと内壁１３との当接面を含みつつ、側端部２１の周辺２１ｂからは離れている。図１０（ｂ）に示した従来例においては、レーザ光の照射領域は蓋部と容器本体との境界線のみならず、蓋部の周辺を含めた広い領域であり、溶接ダレの主要な原因となっていた。
【００４６】
これに対し、本発明は、溶接ダレの原因が、周辺２１ｂを含めた蓋部２０の上端が過熱されることに着目し、蓋部２１においては側端部２１の厚みＴを他の部位よりも大きくとるとともに、レーザ光の直径及び照射位置を調節して、周辺２１ｂを含めた蓋部２０の上端にレーザ光が照射されないようにしている。これにより、溶接ダレの発生を抑制し、溶接完了後の電池容器の外形に歪みが生ずることを防ぐことを可能としている。
【００４７】
なお、単に外形の歪みを修正するだけなら、発生後の溶接ダレを切除することも考えられるが、この場合は、その分母材としての電池容器を削ってしまうことになり、容器の強度が低下する。そこで従来は溶接ダレが発見されても放置されていた。これに対し、本発明は、金属容器の強度を確保しながら精度の高い溶接を実現すべく、溶接ダレそのものを抑えるようにしたことを特徴とするものである。
【００４８】
次に、図４は、本発明の溶接方法を実施するための構成の一例を模式的に示す図である。図４に示すように、レーザ溶接機４３は、可撓性のファイバーケーブル４４の先端に設けられたノズル部４５の操作によってレーザ光４０の照射位置を自在に変化させることができる。レーザ光４０の光軸４１を、母材としての電池容器の容器本体１０及び蓋部２１の境界線２５に位置合わせし、境界線２５に沿って走査することにより溶接を行う。
【００４９】
レーザ光４０と境界線２５との位置合わせは相対的なものであるから、溶接に際しては、ノズル部４５及び電池容器のいずれか一方又は両方を移動させればよい。なお、図４においては、説明のため、レーザ溶接機４３側と電池容器側とでは縮尺を変更して示した。
【００５０】
レーザ溶接機４３としては、通常、出力６００〜４０００Ｗ、ノズル部４３のレーザファイバ径としては１００〜６００μｍのものが用いられる。この場合、レーザ光４０の、電池容器表面における有効スポット径は０．１〜２ｍｍとなり、したがって蓋部２０の厚みＴはこれらのスポット径以上とすることが望ましい。ただし、これらレーザ溶接において慣用されるレーザ光の出力、スポット径その他機器の定格は例示であって、本発明は、金属容器の蓋部の厚みとレーザ光の有効直径との関係によって効果を奏するものであり、これらの条件の上限、下限より大きな値を用いることができる。
【００５１】
一例として、出力２６００ＷのＣＷレーザ光を用い、境界線２５に対してフォーカス±０ｍｍ、溶接速度３５ｍｍ／秒で走査した場合は、図３に示す例と同様、溶接ダレの発生はみられず、電池容器の歪みが公差内に収まることが確認された。一方、同一規格のレーザ光を用い、かつ境界線２５より上方に焦点を合わせた場合は、図１１（ｂ）に示すような、公差を逸脱する溶接ダレ１４０が確認された。
【００５２】
なお、上記の説明においては、レーザ光４０は、その光軸４１が、蓋部２０の凸部２２の外壁２２ａと容器本体１０の端面１４との当接面に平行となるように調整されているものとしたが、光軸４１は当接面と交差するように調整してもよい。
【００５３】
図５に示す例は、レーザ光４０を、当接面を延長してなる基準線４６に対して仰角をなす入射角θで照射し、光軸４１を境界線２５に一致させたものである。容器本体１０の内部に迷光や溶接に伴うスパッタその他の異物の侵入が直接入射することを防ぐことができる。なお、この場合において、レーザ光４０の光軸４１の位置を、境界線２５より下方にとることが望ましい。蓋部２０の上端が過剰に熱せられることを防ぐとともに、位置決めのマージンを大きくとることができる。
【００５４】
又、図６に示すように、レーザ光４０を、基準線４４に対して俯角をなす入射角φで照射し、光軸４１を境界線２５に一致させるようにしてもよい。特にこの場合は、レーザ光の作用領域を周辺２１ｂの対角方向に沿って、電池容器の内部へ遠ざかるようにシフトさせることにより、蓋部２０の上端が過剰に熱せられることをさらに防止することが可能となる。更にこの場合は、容器本体１０の内部への迷光等の影響を避けるために、凸部２２の厚みを大きくとることが望ましい。
【００５５】
又、上記の説明においては、図７（ａ）の斜視図に示すように、レーザ光４０は、光軸４１が、蓋部２０の表面２４に平行な面内において、境界線２５に対し直交するように照射するものとして説明を行ったが、光軸４１は、図７（ａ）の領域Ｒ２の要部平面図である図７（ｂ）に示すように、上記平行面内にて回転し、境界線２５に対し斜行させるようにしてもよい。図中には一例として、基準線４６に対して入射角ψ０だけ回転させた例を示した。
【００５６】
このように、平面におけるレーザ光４０の入射角を変化させることにより、レーザ光４０の単位面積当りのエネルギー密度を抑えて、容器本体１０及び蓋部２０の急激な温度上昇を防ぎ、より確実に溶接ダレの発生を抑制することが可能となる。なお、この効果は図５、６に示す例でも同様に得られるが、本構成例の場合は、図７（ｂ）に示すように、平面上の入射角の範囲ψが垂直方向の場合より広範囲であり、調整の幅が大きいという利点を有する。
【００５７】
更に、図５、６に示す例と組み合わせて境界線２５への入射角を立体的に調整すれば、それぞれの構成例の効果を重畳的に奏することができ、より好適である。
【００５８】
又、上記の説明においては、レーザ光４０の有効直径を、蓋部２０の側端部２１の厚みＴ未満に絞るものとしたが、本実施の形態に例示される本発明の要旨は、蓋部２１の周辺２１ｂを含めた上端にレーザ光が直接照射されることを防ぐことにより、電池容器側面の溶接ダレの発生を抑制することである。したがって、周辺２１ｂにレーザ光４０が直接照射されない限り、有効直径はより大きくとるようにしてもよい。
【００５９】
具体的には、図８に示すように、光軸４１の位置は固定したまま、有効半径が側端部２１の厚みＴ未満となる範囲、つまり有効直径Ｄに換算して厚みＴの２倍未満の範囲内であれば、レーザ光４０の有効直径は任意の大きさに調節することができる。慣用されるレーザ光４０の、電池容器表面における有効スポット径が０．１〜２ｍｍであることに鑑みれば、側端部２１の厚みはこれらのスポット径の１／２まで薄くすることもできる。
【００６０】
ただし、図３に示したように、レーザ光４０の作用領域４２の大きさは、レーザ光４０の有効半径に依存し、容器本体１０の端面１４と蓋部２１の裏面２１ａとの当接面の幅を超える大きさとなることは、母材に、溶接に必要な量以上のエネルギーを与えることを意味する。そこで、図８に示すように、レーザ光の有効直径Ｄを当接面の幅Ｗの２倍以下に定めることがより望ましい。この場合、本発明の効果を奏しつつ、適切な大きさの出力で、かつ確実に電池容器を溶接することが可能になる。
【００６１】
更に、上記の説明においては、電池容器を構成する蓋部２０は、その側端部２１が、表面２４から周辺２１ｂにて容器本体１０側に向かって屈曲した側面２１ｃを有するものとしたが、図９に示すように、表面２４から側面２１ｃの間に傾斜面２１ｄを形成した構成としてもよい。傾斜面２１ｄは、図３の蓋部２１の辺の部分が省かれたのと同一の状態となる。これにより、レーザ光４０の照射範囲が広すぎた場合や、出力が強過ぎた場合であっても、側端部２１の膨張分２６の大きさを抑制することが可能となる。
【００６２】
すなわち、この構成例においては、蓋部２１はレーザ溶接によって歪みを生ずるが、その歪みを所期の公差の範囲内に収めることができ、結果として精度の高い溶接が実現されている。なお、傾斜面２１ｄは平面であるとしたが、曲面として形成されていてもよい。要するに、蓋部の側端部の体積が減じられる形状であればよい。
【００６３】
又、上記の説明においては、電池容器を構成する蓋部２０は、図２（ｂ）や図１０（ａ）に示すように、凸部２２、側端部２１、及び裏面２３の厚みがこの順序で徐々に小さくなる構成としたが、図１１、図１２の各図に示す従来例と同様に、側端部２２と裏面２３の厚みが同一であってもよい。
【００６４】
又、蓋部と容器本体とが嵌合する構成でなくともよい。具体的には、図１０（ｂ）に示す蓋部５０のように、側端部５１の端面のみで容器本体１０の壁部の端面に当接する構成や、図１０（ｃ）に示す、板状の蓋部６０のように、その裏面で容器本体１０の壁部の端面に当接する構成としてもよい。更には、図１０（ｄ）に示す容器本体７０のように、壁部の端面に段差７１が形成されており、この段差７１と蓋部５０の側端部５１とが嵌合する構成としてもよい。なお、図１０（ｄ）の場合において、蓋部５０の、側端部５１を除いた、より厚みが薄くなっている裏面を含めた部分は、本発明の凹部に相当する。
【００６５】
要するに、本発明の金属容器は、開口を有する容器本体と当該開口を塞ぐ蓋部とから構成されており、当接箇所が側面から露出している態様を有していればよく、蓋部と容器本体との結合の態様によって限定されるものではない。
【００６６】
又、上記の説明においては、当接箇所が露出する側面は、例えば図１、３、７等に示すように、電池容器の正面又は側面であるとしたが、本発明の側面は、電池容器の上面又は底面側に形成されるようにしてもよい。すなわち、本発明の、蓋部と容器本体との当接箇所としての側面は、当該当接箇所が溶接対象として露出している面であれば、金属容器の表面上の任意の箇所としてよい。
【００６７】
又、電池本体はアルミニウム製であるとしたが、アルミニウム合金、ステンレスその他任意の金属又は金属化合物を材料とするものであってもよい。又、形状は外形六面体としたが、円筒形状であってもよい。要するに、本発明の金属容器は、形状、材質その他の具体的な構成によって限定されるものではない。
【００６８】
又、上記の説明において、非水電解質二次電池１の、蓋部２０及び容器本体１０から構成される電池容器は、本発明の金属容器に相当するものであるが、本発明は、非水電解質二次電池１、ニッケル水素電池その他各種の二次電池、一次電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子の外装の他に、燃料や薬品といった液体又は粉体を収蔵する容器に適用してもよい。すなわち、本発明は、任意の金属容器に対して適用することができ、当該金属容器の用途等によって限定されるものではない。
【００６９】
又、非水電解質二次電池１のように、本発明の金属容器の溶接方法により作成された金属容器又は本発明の金属容器を電池容器として用いた二次電池その他の、上述した各種蓄電素子も本発明に含まれる。電池容器が精度よく組立てられていることで強度が確保され、又、外部負荷の筐体に確実に収納可能となる。
【００７０】
更に、本発明は、蓄電素子単体ではなく、それを単セルとして用いた蓄電モジュールとして実施してもよい。
【００７１】
図１１は、本発明の蓄電モジュールの一例として、非水電解質二次電池１を単セルとして構成した電源モジュール８０の構成を模式的に示す斜視図である。図１１に示すように、電源モジュール８０は、非水電解質二次電池１を単セルとしてマトリックス状に配列して、それぞれの単セルの、蓋部と容器本体との境界線２５ａ又は２５ｂを含む主面同士又は側面同士が対向して配列される構成を有し、各単セルを直列接続することにより大出力を得るようにした電源である。
【００７２】
それぞれ配列された非水電解質二次電池１全体の周囲にはエンドプレート８０が設けられており、電源モジュール８０の外形を保持している。エンドプレート８０は、非水電解質二次電池１の正面側及び側面側をそれぞれ被覆する、ステンレス等の金属製の横板８１ａ及び８１ｂから構成される。横板８１ａ及び８１ｂをボルト８１ｃにより締結することで、エンドプレート８０は配列された非水電解質二次電池１を拘束する。又、電源モジュール８０は筐体８２内に収納して用いられる。
【００７３】
このような電源モジュール８０において、単セルである非水電解質二次電池１に対して本発明を適用することにより、個々の単セルの電池のサイズ、寸法の精度が高まるため、単セルを配列した状態でのモジュール全体の精度が高まる。そのため、筐体８０に電源モジュール８０を収納することができなくなる可能性を低減でき、電源モジュールの歩留まりを高めることが可能となる。
【００７４】
又、エンドプレート８０により複数の非水電解質二次電池１を拘束した状態においては、配列された各非水電解質二次電池１は、境界線２５ａや２５ｂを含む正面や側面同士が押圧されることとなるが、本発明が適用されることにより、各面がフラットに形成されることで、拘束による押圧は面として加えられることとなり、セルの容器本体や蓋部の、接合線２５ａや２５ｂを含む溶接部分の一箇所に拘束圧力が集中することを防ぐことができる。
【００７５】
すなわち、本発明を用いた蓄電素子であれば、モジュール化してエンドプレートによりセルとしての蓄電素子全体を拘束した場合の拘束圧が、溶接ダレ部に集中することによる各単セルへの物理的・機械的な影響を防ぐこともできる。なお、図１１には本発明の蓄電モジュールはエンドプレート８０を備えた構成として示したが、エンドプレートを省略した構成として実現してもよい。
【００７６】
要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のような本発明は、金属容器を精度良く溶接することが可能になる効果を有し、例えば二次電池その他の蓄電素子の電池容器において有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 非水電解質二次電池
１０ 容器本体
１１ 開口
１２ 外壁
１３ 内壁
１４ 端面
２０ 蓋部
２１ 側端部
２１ａ 裏面
２１ｂ 周辺
２１ｃ 側面
２１ｄ 傾斜面
２２ 凸部
２２ａ 外壁
２３ 裏面
２４ 表面
２５ 境界線
２６ 膨張分
４０ レーザ光
４１ 光軸
４２ 作用領域
４３ レーザ溶接機
４４ ファイバーケーブル
４５ ノズル部
４６ 基準線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器の溶接方法であって、
前記当接部分にレーザ光を照射することにより前記当接部分を溶接する工程を備え、
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚みの２倍未満である、金属容器の溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ光の光軸を、前記容器本体と前記蓋部との当接部分を含むように位置合わせする、請求項１に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚み未満である、請求項１又は２に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ光の有効直径は、前記光軸に沿った向きにおける前記当接部分の幅の２倍以下である、請求項１から３のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に平行な入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項６】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して仰角となる入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項７】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して俯角となる入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項８】
前記金属容器は、
前記蓋部の縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記蓋部の前記縁部は、前記蓋部の表面から前記側面に向かって傾斜した平面又は曲面を有するものである、請求項１から７のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項９】
前記金属容器は、
前記蓋部が裏面から突出した凸部又は裏面から後退した凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部が前記金属容器の前記開口に嵌合しているものである、
請求項１から８のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項１０】
前記金属容器は、
前記蓋部の前記凸部の厚みが他の部分の厚みより大きいものであり、
前記蓋部の前記縁部の厚みが、前記凸部より更に内側の部分の厚み以上である、
請求項９に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項１１】
開口を有する容器本体と、
前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、
前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記蓋部は、
その縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記縁部より内側の部分で前記金属容器の前記開口に嵌合しており、
前記容器本体の前記開口に嵌合している部分の厚みは、他の部分の厚みより大きいものであって、
前記縁部の厚みは、前記前記容器本体の前記開口に嵌合している部分より更に内側の部分の厚み以上である、
金属容器。
【請求項１２】
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記当接部分を含む領域は溶接されており、
前記溶接の影響により溶融した部分の幅又は奥行きの寸法は、前記蓋部の、前記側面に露出している厚み以下である、金属容器。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれかに記載の金属容器の溶接方法により溶接された金属容器、又は請求項１１もしくは１２に記載の金属容器と、
前記金属容器内に収納される発電要素とを備え、
前記金属容器の表面に設けられた、前記発電要素と電気的に接続された電極部を有する、蓄電素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の蓄電素子を複数配列してなる蓄電モジュールであって、
それぞれの前記蓄電素子は、前記当接部分同士が対向するように配列されている、蓄電モジュール。
【請求項１５】
配列された複数の前記蓄電素子の外側に設けられ、それぞれの前記蓄電素子を拘束するエンドプレートを備えた、請求項１４に記載の蓄電モジュール。
【請求項１】
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器の溶接方法であって、
前記当接部分にレーザ光を照射することにより前記当接部分を溶接する工程を備え、
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚みの２倍未満である、金属容器の溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ光の光軸を、前記容器本体と前記蓋部との当接部分を含むように位置合わせする、請求項１に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光の有効直径は、前記蓋部の側壁の厚み未満である、請求項１又は２に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ光の有効直径は、前記光軸に沿った向きにおける前記当接部分の幅の２倍以下である、請求項１から３のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に平行な入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項６】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して仰角となる入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項７】
前記レーザ光を、前記容器本体と前記蓋部との当接面に対して俯角となる入射角で前記当接部分に照射する、請求項１から４のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項８】
前記金属容器は、
前記蓋部の縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記蓋部の前記縁部は、前記蓋部の表面から前記側面に向かって傾斜した平面又は曲面を有するものである、請求項１から７のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項９】
前記金属容器は、
前記蓋部が裏面から突出した凸部又は裏面から後退した凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部が前記金属容器の前記開口に嵌合しているものである、
請求項１から８のいずれかに記載の金属容器の溶接方法。
【請求項１０】
前記金属容器は、
前記蓋部の前記凸部の厚みが他の部分の厚みより大きいものであり、
前記蓋部の前記縁部の厚みが、前記凸部より更に内側の部分の厚み以上である、
請求項９に記載の金属容器の溶接方法。
【請求項１１】
開口を有する容器本体と、
前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、
前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記蓋部は、
その縁部が前記容器本体との前記当接部分を形成しており、
前記縁部より内側の部分で前記金属容器の前記開口に嵌合しており、
前記容器本体の前記開口に嵌合している部分の厚みは、他の部分の厚みより大きいものであって、
前記縁部の厚みは、前記前記容器本体の前記開口に嵌合している部分より更に内側の部分の厚み以上である、
金属容器。
【請求項１２】
開口を有する容器本体と前記開口を塞ぐ蓋部とを有し、前記容器本体と前記蓋部との当接部分が側面に露出している金属容器であって、
前記当接部分を含む領域は溶接されており、
前記溶接の影響により溶融した部分の幅又は奥行きの寸法は、前記蓋部の、前記側面に露出している厚み以下である、金属容器。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれかに記載の金属容器の溶接方法により溶接された金属容器、又は請求項１１もしくは１２に記載の金属容器と、
前記金属容器内に収納される発電要素とを備え、
前記金属容器の表面に設けられた、前記発電要素と電気的に接続された電極部を有する、蓄電素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の蓄電素子を複数配列してなる蓄電モジュールであって、
それぞれの前記蓄電素子は、前記当接部分同士が対向するように配列されている、蓄電モジュール。
【請求項１５】
配列された複数の前記蓄電素子の外側に設けられ、それぞれの前記蓄電素子を拘束するエンドプレートを備えた、請求項１４に記載の蓄電モジュール。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９１０８５（Ｐ２０１３−９１０８５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５３７４（Ｐ２０１１−２３５３７４）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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