JP2012074321A - 金属製の有底又は密閉容器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池などの密閉型電池に使用可能な、耐変形能と耐久性に優れた金属製の有底又は密閉容器を低コストで提供する。
【解決手段】両端が開放した有限長の金属管よりなる胴体の片端又は両端の端部と金属製の底板又は底板及び蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、或いは一端が閉じられ、他端が開放された有限長の金属製有底容器の他端開口端部と金属製蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、当該二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とを重ね溶接する。
二重巻き締め部の重なり合った部分を、容器側面方向からレーザー溶接により重ね溶接することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池等を構成する筒形容器として、胴体に底板又は蓋板、或いは底板及び蓋板を密着して取り付けた金属製の有底又は密閉容器とその製造方法に関するものである。

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。これらの二次電池は、駆動用電源として用いる電気自動車やハイブリッド車等、今後、益々の進化が見込まれる機器等の電源装置として用いられ、その市場規模が急速に拡大してきている。

このような二次電池にあっては、一般に、各種の発電要素が、片側有底の筒形状を呈する、金属製の容器内に収容され、この容器の開口部が所定の蓋板にて封止されるとともに、そこに電極端子が設けられて、構成されている。そして、このような容器にあっては、有底角筒形状に形成された角形容器の開口端に封口板をレーザー溶接により接合して開口端を封口している。
このレーザー溶接は、他の溶接方法に比して容器内部に収容された電解液や電気絶縁部分に対する熱的影響が少なく、作業効率に優れた特徴を有している。

二次電池に限らず、角筒胴体に底板又は蓋板、或いは底板及び蓋板をレーザー溶接して密着状態で取り付ける方法として、各種の方法が提案されている。
例えば特許文献１では、胴体の開口端部に平板状の封口板を当接させ、胴体と封口板が当接する当接ラインに対して、胴体の側面から斜下方向に照射されるレーザービームを入射させ、このレーザービームにより当接ラインを走査する事によって胴体と封口板との間を溶接することを提案している。
レーザービームの照射角度は異なるが、例えば図１（ａ）に示すように、胴体の側面からレーザービームを照射している。

また、特許文献２では、胴体の長辺側、短辺側の少なくともいずれか一方の対向する面の開口端部の近傍を、外部から中心部へ押圧して変形した胴体に、蓋体を圧入して嵌合した後に、蓋体の上方から、胴体の開口端部内壁面と蓋体側端の当接部にレーザービームを照射して封口することを提案している。
例えば図１（ｂ）に示すように、胴体の側面からではなく、底板側或いは蓋板側からレーザービームを照射している。

さらに、前記のような容器にあって、有底筒形状に形成された容器開口端に封口板を封密状態で取り付ける方法として二重巻き締め法も提案されている（例えば特許文献３）。
この方法にあっては、容器折り返し部の先端部分と封口板折り返し部の折曲部分の内側との隙間及び封口板折り返し部の先端部分と容器折り返し部の折曲部分の内側との隙間にシール部材を配置している。

特開２０００−１３３２１１号公報 特開２００１−１８５０９２号公報 特許第４４９１７５３号公報

ところで、レーザー溶接する際には、被接合体同士が隙間なく当接されていることが要求される。このため、前記特許文献１の方法で胴体と封口板との間を溶接しようとすると、胴体端部の平面度を高めることが必要となる。胴体端面に凹凸があると封口板との間の隙間が生じて溶接不良を発生しやすくなるので、胴体端部を高い精度でカットする必要がある。
また、特許文献２の方法でも、底板の輪郭形状と、胴体の内寸の寸法差が大きいと溶接不良が発生しやすく、寸法差が小さいと底板を嵌め込む組立て作業が困難となる。すなわち、特許文献２の方法で有底又は密閉容器を製造しようとすると、底板と胴体の嵌め合い精度を高めるべく、部材の寸法精度を高める必要があって、コスト高となってしまう。

さらに、レーザービーム照射を厚みの途中までしか溶融しない部分溶け込みとなるような条件で行っても、突合せ部の隙間からスパッターやヒューム等が容器内に侵入することがある。例えばこのような態様で製造した角形容器を二次電池のケースとして使用とすると、突合せ部の隙間から侵入した金属粉等が電池性能を低下させることになるので、容器製造後に金属粉等を洗浄、除去する必要があり、コスト高となる一要因ともなっている。
さらにまた、製造された有底又は密閉容器では、突合せ溶接部は板体がそのまま突き合わせられた構造となっているために、耐圧強度もさほど高くない。しかもこの密閉容器を二次電池のケースとして使用したとき、二次電池の充放電時にケース全体が膨らんだり縮んだりするときに前記突合せ溶接部に応力が断続的に付加されるために疲労破壊を起こし易く耐久性が劣るといった問題点もある。

一方、溶接接合法を用いずに、有底筒形状に形成された容器開口端と封口板とを二重巻き締め法で封密して取り付ける特許文献３で提案された方法も、シール部材を配するために手間が掛かる。しかも主に有機系素材からなるシール部材の経年劣化より長期間に亘っての密封性の観点からは不安が残る。
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、胴体と封口板とを密閉して取り付けることにより、二次電池などの密閉型電池に使用可能な、耐変形能と耐久性に優れた金属製の有底又は密閉容器と、その生産性に優れた製造方法を提供することを目的とする。

本発明の金属製の有底又は密閉容器は、その目的を達成するため、両端が開放した有限長の金属管よりなる胴体の片端又は両端に金属製の底板又は底板と蓋板が取付けられた金属製の有底又は密閉容器あって、前記底板又は底板及び蓋板の全周側端部と前記胴体の片端又は両端の端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、当該二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とが重ね溶接されていることを特徴とする。

一端が閉じられ、他端が開放された有限長の金属製有底容器の他端開口部に金属製の蓋板が取付けられた金属製密閉容器にあっては、前記容器の開放された側の端部と前記蓋板の全周側端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、当該二重巻き締め部において蓋板と容器の端部とが重ね溶接されている。
そして、前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分が、容器側面方向から重ね溶接により接合されている構造を有していることが好ましい。二重巻き締め部の形状によっては容器上方から重ね溶接により接合されている構造を有していてもよい。
なお、前記溶接はレーザー溶接であることが好ましい。

上記のような金属製の有底又は密閉容器は、両端が開放した有限長の金属管よりなる胴体の片端又は両端の端部と底板又は底板及び蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、当該二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とを重ね溶接することにより製造される。
また、一端が閉じられ、他端が開放された有限長の金属製有底容器の他端開口端部と金属製蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、当該二重巻き締め部において蓋板と容器の開口端部を重ね溶接することにより製造される。

そして、前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分を、容器側面方向からレーザー溶接により重ね溶接することが好ましい。二重巻き締め部の形状によっては容器上方からレーザー溶接により重ね溶接してもよい。

本発明により提供される金属製の有底又は密閉容器は、容器を構成する管体の管端と底板又は底板と蓋板の全周側端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、当該二重巻き締め部において蓋板と容器の端部とが重ね溶接されているので、コーナー部の強度が高く耐変形能に優れたものが得られる。また、容器を構成する底板又は底板及び蓋板の全周側端部と胴体の片端又は両端の端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とが重ね溶接されているので耐疲労強度の優れた密閉容器が得られ、特に得られる容器を各形とすれば、例えば二次電池用の容器として耐久性に優れたものを提供できる。
また、本発明の製造方法では、前記した通り、容器を構成する管体の端部と底板又は底板と蓋板とを突合せ接合するのではなく、重ね接合方を採用することになるので、例えばレーザー溶接を行う際にレーザービーム照射の狙い位置の許容範囲が広がって生産性が飛躍的に向上する。

胴材に底板、蓋板を被せレーザー溶接する一般的な態様を説明する図 胴材に底板を二重巻き締め法で接合する本発明方法を説明する図 胴材と底板の二重巻き締め構造の別態様を説明する図

角筒胴体に底板又は底板及び蓋板を密着して取り付けた金属製の有底又は密閉容器を製造する一般的な方法は、図１に見られるように、角筒体を胴材とし、その端部開口部に同寸法の蓋を被せ、胴材と蓋材をレーザー溶接接合している。
このような製造法を採用すると、前記した通りの問題点がある。
また特許文献２に見られるように、胴材と蓋材をそれらの端部で二重巻き締めにより接合することもあるが、シール部材の経年劣化より長期間に亘っての密封性という点では不安が残る。
本発明は、前記問題点を解消するべく胴材と蓋材との間の封密構造について鋭意検討を重ねることにより、耐変形能と耐久性に優れた金属製の有底又は密閉容器を安価に提供できるようになったものである。
以下にその詳細を説明する。

まず、本発明の好ましい製造方法から説明する。
二次電池のケース等に用いられる容器の素材としてアルミニウム合金板やステンレス鋼の薄板が用いられるが、本明細書ではステンレス薄鋼板を素材とした有底又は密閉容器の製造法について説明する。説明を簡単にするため、円筒体のパイプに底板を取り付ける態様について説明する。また、巻き締め部の構造によりパイプの端部にフランジ加工が必要なものと不要なものがあるが、ここではパイプの端部にフランジ部を形成し二重巻き締め構造にて結合する場合について説明する。
まず、板厚０．２〜０．４ｍｍ程度のステンレス鋼板を素材としたパイプと、同程度の板厚を有するステンレス鋼の円板を準備する。なお、円板の径は造管したパイプ径よりもわずかに大きくする。

次に円筒体の上端部にフランジ部を形成するとともに、底板となる円板に対してプレス加工を施して当該円板の全周端部にフランジ部を形成する。
その後、円筒体上端のフランジ部或いは端部に底板となる円板の外周フランジ部を載置し、底板の上方への移動を規制しつつ加工部が湾曲したロールを、その湾曲した内面を円筒体のフランジ部と底板となる円板の外周フランジ部とに対して円筒体の径方向沿いに外側から押圧する。加工部が湾曲したロールを徐々に円筒体の中心側に移動することによりその回転軌跡の径を小さくして、円筒体上端のフランジ部と底板となる円板の外周フランジ部とをさらに大きく湾曲させるようにする。

上記のような加工を行うことにより、底板となる円板の外周部分にはこの外周部分を外側に屈曲させたカール部が一体形成されており、円筒体の上端開口部周縁部分にはこの周縁部分を外側に向けて折り曲げたフランジ部が一体形成されている。そして、底板のカール部を円筒体のフランジ部に巻き込むようにして相互に重ね合わせた構造体が得られる。
その後さらに、さらに重ね合わせた同部をローラ等の押圧手段によって外方から圧着することによって円筒体と底板とを二重巻き締めにより接合できたことになる。
本発明ではさらに、二重巻き締め部において円筒体及び底板を形作っている板材の端部をレーザー溶接に溶融接合する。
二重巻き締め部により円筒体及び底板を形作っている板材の端部間の隙間はほとんどないくらいに密着されているので、レーザー溶接は容易かつ確実に行える。
以上、巻き締め部については、図２に示す二重巻き締め構造で説明したが、この構造に限定されるものではなく、その他の例として図３（ａ）、（ｂ）に示すような構造であってもよい。いずれについても、基本的には前記と同様の方法で加工できる。

以上、円筒体に底板を取り付ける態様について説明した。
同様に蓋板を取り付ければ密閉容器が製造されるし、深絞り等の手段により得られた有底の容器の開口端に蓋体を取り付けても密閉容器が製造される。
また、胴体は必ずしも円筒体に限ったものではない。円筒体に何らの加工を施して断面矩形の角筒体を胴体として用いても良い。

前記のような方法で製造された金属製の有底又は密閉容器は、底板又は底板と蓋板はその全周側端部において容器胴体の端部と二重巻き締め接合され、かつその二重巻き締め接合部で底板又は底板と蓋板を構成する板材と容器胴体を構成する板材とが溶融接合されている。
このため、二重巻き締め接合部では複数枚の板材が複層される形態となっており、蓋板あるいは底板の外側周辺部の強度が高く容器としての耐変形能が優れることになる。
また本発明の金属製密閉容器を例えば二次電池のケースとして用いれば、膨張・収縮の疲労作用を受けたとしても受ける箇所が突合せ溶接部ではなく、底板又は底板と蓋板の全周側端部と容器胴体の端部との二重巻き締め接合・溶接部となり、耐疲労性にも優れることとなって、二次電池としての耐久性向上に資することになる。

Claims (8)

1. 両端が開放した有限長の金属管よりなる胴体の片端又は両端に金属製の底板又は底板と蓋板が取付けられた金属製の有底又は密閉容器あって、前記底板又は底板及び蓋板の全周側端部と前記胴体の片端又は両端の端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、当該二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とが重ね溶接されていることを特徴とする金属製の有底又は密閉容器。
2. 一端が閉じられ、他端が開放された有限長の金属製有底容器の他端開口部に金属製の蓋板が取付けられた金属製密閉容器にあっては、前記容器の開放された側の端部と前記蓋板の全周側端部とが二重巻き締めにより接合されるとともに、当該二重巻き締め部において蓋板と容器の端部とが重ね溶接されていることを特徴とする金属製の密閉容器。
3. 前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分が、容器側面方向から重ね溶接により接合されている請求項１又は２に記載の金属製の有底又は密閉容器。
4. 前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分が、容器上方から重ね溶接により接合されている請求項１又は２に記載の金属製の有底又は密閉容器。
5. 両端が開放した有限長の金属管よりなる胴体の片端又は両端の端部と金属製の底板又は底板及び蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、当該二重巻き締め部において底板又は底板及び蓋板と胴体の片端又は両端の端部とを重ね溶接することを特徴とする金属製の有底又は密閉容器の製造方法。
6. 一端が閉じられ、他端が開放された有限長の金属製有底容器の他端開口端部と金属製蓋板の全周側端部とを二重巻き締めにより接合した後、当該二重巻き締め部において蓋板と容器の開口端部を重ね溶接することを特徴とする金属製の密閉容器の製造方法。
7. 前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分を、容器側面方向からレーザー溶接により重ね溶接する請求項５又は６に記載の金属製の有底又は密閉容器の製造方法。
8. 前記蓋板の全周側端部と前記胴体の開放された側の端部との二重巻き締め部において、その重なり合った部分を、容器上方からレーザー溶接により重ね溶接する請求項５又は６に記載の金属製の有底又は密閉容器の製造方法。

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