JP2012125775A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池容器における溶接クレータ部の残存を抑制可能なレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】本発明のレーザ溶接装置５０は、電池容器２ａの溶接対象部４４ａに溶接を施すレーザ溶接装置である。電池容器２ａにレーザ光Ｌを照射可能なレーザ溶接機６０と、レーザ溶接機６０から電池容器２ａにレーザ光Ｌが照射されるときに、電池容器２ａの表面におけるレーザ光Ｌの照射位置からレーザ溶接機６０の焦点位置までの距離が、溶接対象部４４ａのうちで溶接の終端を含む所定の領域内で終端に向うにつれて増加するように、照射位置と焦点位置との相対位置を調整する位置調整部５２と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池容器に溶接を施すためのレーザ溶接装置に関する。

リチウムイオン二次電池等の電池セルは、電気自動車や定置用電源装置、発電装置等の各種の電気システムに用いられている。電池セルの一例として、特許文献１に開示されているような角型密閉電池が挙げられる。電池セルは、例えば、電解液を貯留する電池容器の内部に、正極板及び負極板を有する電極体が収容された構造である。電池容器は、例えば、開口を有する容器本体に、開口を塞く蓋体が溶接された構造である。

上記の電池セルは、例えば、容器本体に電極体を収容した状態で容器本体に蓋体をレーザ溶接して電池容器を形成した後に、電池容器に電解液を注入すること等によって製造される。電池セルは、電解液の漏れや劣化を防止する等の観点で、電池容器の内部の密閉性が要求されることが多い。

特開平１１−１３５０８０号公報

上述の従来技術において、溶接の終端部では、レーザ光の走査が停止することによって溶融池が移動しなくなり、溶接クレータ部が形成されてしまうことがある。溶接クレータ部は、溶接ビードが他の部分よりも薄肉であり、電池容器の外部と内部とのリークを生じやすい部分になってしまう。本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電池容器における溶接クレータ部の残存を抑制可能なレーザ溶接装置を提供することを目的の１つとする。

本発明のレーザ溶接装置は、電池容器の溶接対象部に溶接を施すレーザ溶接装置であって、前記電池容器にレーザ光を照射可能なレーザ溶接機と、前記レーザ溶接機から前記電池容器に前記レーザ光が照射されるときに、前記電池容器の表面における前記レーザ光の照射位置から前記レーザ溶接機の焦点位置までの距離が、前記溶接対象部のうちで溶接の終端を含む所定の領域内で該終端に向うにつれて長くなるように、前記照射位置と前記焦点位置との相対位置を調整する位置調整部と、を備えることを特徴とする。

上記のレーザ溶接装置によれば、溶接の終端を含む所定の領域内において終端に向うにつれて、焦点位置から照射位置までの距離が長くなる。したがって、所定の領域で終端に向うにつれて溶接対象部に照射されるレーザ光のエネルギー密度が減少し、電池容器における溶接クレータ部の残存が抑制される。

本発明によれば、電池容器における溶接クレータ部の残存を抑制することができる。

電池セルの構成例を示す説明図である。 （ａ）は電池容器の溶接線に直交する断面図、（ｂ）は電池容器の溶接線に沿った断面図である。 本発明に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）はレーザ溶接装置の動作例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はレーザ溶接装置の動作例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態について説明する。説明に用いる図面において、各種構造の寸法や縮尺を実際と異ならせていることがある。以下の実施形態において、同様の構成要素については、同じ符号を付して図示して重複する説明を省略することがある。本実施形態のレーザ溶接装置は、電池セルの一部を構成する電池容器の溶接に用いられる。本実施形態のレーザ溶接装置の説明に先立ち、このレーザ溶接装置を用いて製造される電池セルの構成例について説明する。

［電池セル］
図１は、電池セルの構成例を示す説明図、図２（ａ）は電池容器の溶接線に直交する断面構造を模式的に示す図、図２（ｂ）は電池容器の溶接線に沿った断面構造を模式的に示す図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線断面図に相当し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図に相当する。

図１及び図２に示す電池セル１は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル１は、電池容器２、電極体３、正極端子４、及び負極端子５を備える。電極体３は、電池容器２に収容されている。電極体３は、正極板６及び負極板７がセパレータ８を介して交互に積層された構造である。正極端子４は、電池容器２に取付けられ、正極板６と電気的に接続されている。負極端子５は、電池容器２に取付けられ、負極板７と電気的に接続されている。電池セル１は、電池容器２の内部に電解液が貯留された状態で使用される。電池セル１は、正極端子４及び負極端子５を介して、電池セル１の外部との間で充放電可能である。

次に、電池セル１の各構成要素について説明する。
電池容器２は、容器本体９及び蓋体１０を有する。本実施形態の容器本体９は、開口９ａを有する箱形状である。蓋体１０は、容器本体９の開口９ａを塞いでいる。容器本体９及び蓋体１０は、例えばアルミニウム製である。容器本体９と蓋体１０は、本実施形態に係るレーザ溶接装置で溶接されて、互いに接合されている。なお、本発明の適用範囲は、電池容器２の形状や材質に限定されない。電池容器２の外面には、絶縁性の塗料等で塗装が施されていてもよい。

容器本体９は、底部４０及び側部４１を有する。底部４０と側部４１は、一体的に形成されている。底部４０は、蓋体１０に対向して配置されている。底部４０の外周は、矩形の角を丸めた形状である。側部４１は、蓋体１０と底部４０との間に、蓋体１０と底部４０とを結ぶ軸の周りに環状に配置されている。本実施形態において、底部４０から蓋体１０へ向う方向（Ｕ方向）と直交する断面（ＳＴ面）における側部４１の形状は、矩形枠の角を丸めた形状であり、底部０１の外周とほぼ同じ形状及び寸法である。

図２（ｂ）に示すように、側部４１は、平面部４５ａ〜４５ｄ、及び曲面部４６ａ〜４６ｄを有する。平面部４５ａ〜４５ｄは、それぞれ、上記の矩形枠の各辺に対応している。平面部４５ａ及び平面部４５ｂは、電極体３の積層方向（Ｓ方向）に互いに対向している。平面部４５ｃ及び平面部４５ｄは、電極体３の積層方向と直交する方向（Ｔ方向）に互いに対向している。曲面部４６ａ〜４６ｄは、上記の矩形枠の角に相当し、電池容器２の外部を向く面が外部に向かって凸の曲面である。曲面部４６ａは、平面部４５ａと平面部４５ｃとの角に対応しており、平面部４５ａと平面部４５ｃとで、容器本体９の側部４１の一部分を形成している。以下同様に、曲面部４６ｂが平面部４５ｃと平面部４５ｂとの角に対応しており、曲面部４６ｃが平面部４５ｂと平面部４５ｄとの角に対応し、曲面部４６ｄが平面部４５ｄと平面部４５ａとの角に対応している。

側部４１において底部４０と反対側の端部には、後述する蓋体１０の嵌合凸部４３と嵌め合わされる嵌合凹部４２が形成されている。嵌合凹部４２は、側部４１の外周側が蓋体１０に対して凸形状であり、側部４１の内周側が蓋体１０に対して凹形状である。

蓋体１０は、板状であり、容器本体９の底部４０と外周の形状がほぼ同じである。蓋体１０は、その外周面が容器本体９の側部４１の外周面とほぼ面一になるように、容器本体９と嵌合されている。蓋体１０において容器本体９を向く端部は、容器本体９の嵌合凹部４２と嵌め合わされる嵌合凸部４３になっている。嵌合凸部４３は、蓋体１０の外周側が容器本体９に対して凹形状であり、蓋体１０の内周側が蓋体１０に対して凸形状である。

容器本体９の嵌合凹部４２及び蓋体１０の嵌合凸部４３は、底部４０と蓋体１０とを結ぶ軸周り（Ｕ方向周り）の全周にわたって、環状に形成されている。容器本体９と蓋体１０は、嵌合凹部４２と嵌合凸部４３とが互いに嵌合された状態で、電池容器２の外周側における継ぎ目をまたぐように、溶接されている。電池容器２は、外周の表層に容器本体９と蓋体１０とにわたって、溶接により形成された溶接線４４を有している。溶接線４４は、上記の軸周り（Ｕ方向周り）の全周にわたって連続する環状である。

正極端子４は、絶縁スリーブ１２を介して、電池容器２の蓋体１０に取付けられている。絶縁スリーブ１２は、正極端子４と電池容器２とが短絡しないように、設けられている。このように、蓋１０に取付けられた正極端子４は、一部が電池容器２の内部に配置されており、他の一部が電池容器２の外部に配置されている。負極端子５は、正極端子４と同様の構造であり、絶縁スリーブ１３を介して電池容器２の蓋体１０に取付けられている。

電極体３は、電池容器２に収容されている。電極体３は、複数の正極板６、複数の負極板７、及びセパレータ８を有する。電極体３において、正極板６及び負極板７は、セパレータ８を介して交互に繰り返し積層されている。

正極板６は、集電材２２の両面に電極活物質層２３が形成された構造である。正極板６は、電極活物質層２３が形成されている本体部２０と、電極活物質層２３が形成されていない領域を含むタブ２１とを有する。本体部２０は、例えば平面視略矩形である。タブ２１は、例えば帯状であり、本体部２０からＵ方向に延びている。本実施形態の集電材２２は、導電性の薄板やシートであり、例えば、アルミニウム製のシートである。電極活物質層２３は、正極活物質で形成されている。この正極活物質は、電池容器２の内部に貯留される電解液の種類等に応じて、適宜選択される。複数の正極板６のタブ２１は、タブ２１の先端側で束ねられてリード２５の一端と接合されている。リード２５の他端は、電池容器２の内部にて正極端子４と接合されている。すなわち、正極板６は、リード２５を介して正極端子４と電気的に接続されている。

負極板７は、正極板６と同様の形状及び寸法であり、集電材３２の両面に電極活物質層３３が形成された構造である。負極板７は、電極活物質層３３が形成されている本体部３０と、電極活物質層３３が形成されていない領域を含むタブ３１とを有する。本実施形態の集電材３２は、例えば、銅製のシートである。電極活物質層３３は、負極活物質で形成されている。この負極活物質は、電池容器２の内部に貯留される電解液の種類等に応じて、適宜選択される。複数の負極板７は、正極板６と同様に、リード２５とは別のリードを介して負極端子５と電気的に接続されている。

本実施形態のセパレータ８は、袋形状に形成されている。本実施形態において、セパレータ８は、負極板７を包装している。本実施形態において、負極板７を包装したセパレータ８と正極板６とが交互に積層されている。これにより、隣り合う正極板６と負極板７との間に袋状のセパレータ８の互いに対向するフィルム状の部材の一方が介装されることとなる。このように、電極体３は、正極板６と負極板７とが互いに接触しないように構成されている。なお、正極板６がセパレータ８に包装されていてもよい。また、セパレータは、正極板６と負極板７との間ごとに独立した部材を介装する構成であっても構わない。

電極体３の縁端には、絶縁性の固定部材１１が設けられている。固定部材１１は、互いに積層された正極板６と負極板７とセパレータ８とを互いに固定する。本実施形態の固定部材１１は、固定用テープであり、電極体３の側面のうちで電極板の積層方向（Ｓ方向）に沿う側面に貼設されている。固定部材１１は、電極体３のＴ方向の両縁端のそれぞれに配置されている。固定部材１１は、電極体３の各縁端においてＵ方向の複数箇所に配置されている。

上記の電池セル１の製造方法は、例えば、電極体３を形成する工程と、蓋体１０に取り付けられた電極端子と電極体３のリードとを電気的に接続する工程と、電極端子と電気的に接続された電極体３を容器本体９に収容して容器本体９と蓋体１０とを溶接する工程と、電池容器２の内部に電解液を注入する工程と、を有する。次に説明するレーザ溶接装置は、容器本体９と蓋体１０とを溶接する工程で用いられる。

［レーザ溶接装置］
図３は、本実施形態のレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態のレーザ溶接装置（溶接システム）５０は、溶接前の電池容器（以下、電池容器２ａという）に対して、容器本体９と蓋体１０とを溶接する溶接処理を実行することができる。電池容器２ａは、例えば電極体３が収容された容器本体９と、電極体３の複数の正極板６及び負極板７がそれぞれリード２５を介して接続させた正極端子４及び負極端子５が取付けられた蓋体１０とが互いに嵌合された構造である。レーザ溶接装置５０は、電池容器２ａの表面上でレーザ光Ｌを走査させ、電池容器２ａにおいてレーザ光Ｌが入射した部分を溶接することができる。

本実施形態のレーザ溶接装置５０は、制御部５１、レーザ溶接機６０、及び容器移動部７０を備える。本実施形態において、制御部５１及び容器移動部７０は、位置調整部５２を構成している。容器移動部７０は、電池容器２ａを保持することができ、電池容器２ａを移動させることができる。レーザ溶接機６０は、容器移動部７０に保持された電池容器２ａに、レーザ光Ｌを照射することができる。容器移動部７０が電池容器２ａを移動させると、電池容器２ａの表面におけるレーザ光Ｌの照射位置（以下、電池容器上の照射位置という）が変化する。換言すると、電池容器２ａの表面をレーザ光Ｌが走査する。

制御部５１は、容器移動部７０を制御して、電池容器２ａの位置を制御することができる。すなわち、レーザ溶接装置５０は、容器移動部７０に保持された電池容器２ａ上の照射位置とレーザ溶接機６０の焦点位置との相対位置を、制御部５１と容器移動部７０により調整することができる。制御部５１は、溶接の終端処理において、レーザ溶接機６０の焦点位置から電池容器２ａ上の照射位置までの距離が溶接の終端を含む所定の領域内で終端に向うにつれて増加するように、照射位置と焦点位置との相対位置を調整する。

次に、レーザ溶接装置５０の各構成要素について説明する。
本実施形態のレーザ溶接装置５０は、例えば定盤等のベース５３を備える。ベース５３は、平面状の上面５３ａを有する。図３に示すＸＹＺ直交座標系において、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに直交し、かつ上面５３ａに平行な方向である。また、Ｚ方向は、上面５３ａの法線方向である。例えば、Ｘ方向及びＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である。

容器移動部７０は、ステージ７１、固定部７２、及びステージ駆動部７３を有する。ステージ７１は、ベース５３の上面５３ａに配置される。ステージ７１は、ベース５３の上面５３ａでＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向周りの回転方向の３方向に移動可能に設けられている。ステージ７１は、その上面７１ａに電池容器２ａを載置可能である。

本実施形態において、電池容器２ａは、例えば搬送ロボットＲによって、電池セル１の製造ラインの上流側からステージ７１の上面７１ａの所定の位置に搬入（ロード）される。本実施形態において、搬送ロボットＲは、電池容器２ａの側部４１を把持して電池容器２ａをベース５３の上方で搬送し、電池容器２ａをステージ７１に載置する。搬送ロボットＲは、電池容器２ａの底部４０をステージ７１の上面７１ａに向けて、電池容器２ａを上面７１ａに載置する。搬送ロボットＲは、電池容器２ａを載置した後に、ベース５３の上方に電池容器２ａから退避する。搬送ロボットＲは、溶接後の電池容器２ａをステージ７１から搬出（アンロード）することもできる。

なお、搬送ロボットＲは、レーザ溶接装置５０の一部でもよいし、レーザ溶接装置５０の外部の装置でもよい。電池容器２ａは、上記の搬送ロボットＲの代わりに、手動でステージ７１の上面７１ａに載置されても構わない。また、電池容器２ａは、上記の搬送ロボットＲの代わりに、ステージ７１から手動で搬出されても構わない。

固定部７２は、ステージ７１に載置された電池容器２ａをステージ７１に固定することができる。本実施形態の固定部７２は、ステージ７１に設けられている。固定部７２は、ステージ７１の上面から突出する複数（ここでは４つ）の押え板７４ａ〜７４ｄ、及び駆動部７５を有する。固定部７２は、電池容器２ａを複数の押え板７４ａ〜７４ｄで把持して、電池容器２ａを固定することができる。

複数の押え板７４ａ〜７４ｄは、ステージ７１において電池容器２ａが配置される領域を囲むように、配置されている。複数の押え板７４ａ〜７４ｄは、それぞれ、上記の領域に対して進退移動可能に設けられている。固定部７２の駆動部７５は、複数の押え板７４ａ〜７４ｄを進退移動させることができる。押え板７４ａと押え板７４ｂは、互いに対向して配置されている。固定部７２の駆動部は、押え板７４ａと押え板７４ｂを互いに接近する方向に移動させると、押え板７４ａが電池容器２ａの平面部４５ａ（図２参照）に接触するともに押え板７４ｂが平面部４５ｂに接触する。このようにして、押え板７４ａ及び押え板７４ｂは、電池容器２ａを電極板の積層方向（図２に示すＳ方向）に把持する。押え板７４ｃ及び押え板７４ｄは、押え板７４ａと押え板７４ｂと同様に駆動されて、電池容器２ａを上記の積層方向と交差する方向（図２に示すＴ方向）に把持する。

制御部５１は、固定部７２の駆動部７５を制御して、電池容器２ａをステージ７１に固定させることができる。また、電池容器２ａがステージ７１に固定されているときに、制御部５１は、駆動部７５を制御して、固定部７２による電池容器２ａの固定を解除させることができる。

ステージ駆動部７３は、電池容器２ａがステージ７１上に固定されているときに、ベース５３の上面５３ａでステージ７１をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向周りの回転方向の３方向に移動させることができる。電池容器２ａがステージ７１に固定されているときに、制御部５１は、ステージ駆動部７３を制御してステージ７１を移動させ、ベース５３上での電池容器２ａの位置を制御することができる。

本実施形態のレーザ溶接機６０は、レーザ光源部６１、導光部６２、及び光学モジュール６３を有する。本実施形態のレーザ光源部６１は、ＹＡＧレーザ光を射出可能である。導光部６２は、例えば光ファイバー等である。導光部６２は、一端がレーザ光源部６１に接続されており、他端が光学モジュール６３に接続されている。導光部６２は、レーザ光源部６１から射出されるレーザ光を、導光部６２の内部を通して光学モジュール６３に導くことができる。光学モジュール６３は、複数のレンズ等の光学部品を内包している。光学モジュール６３は、導光部６２から入射したレーザ光を、光学モジュール６３の外部の所定の焦点位置に向けて集光させることができる。

本実施形態の光学モジュール６３は、焦点距離が固定（単焦点）の光学系である。本実施形態では、レーザ溶接機６０におけるレーザ光Ｌの射出位置及び射出方向が、ベース５３に対して固定されている。本実施形態において、光学モジュール６３の位置及び姿勢は、溶接処理中にベース５３に対して固定される。すなわち、レーザ溶接機６０の焦点位置は、溶接処理中にベース５３に対して固定される。制御部５１は、レーザ光源部６１を制御して、レーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌの射出を開始させること及び停止させることができる。

本実施形態のレーザ溶接装置５０は、光散乱部８０を備える。光散乱部８０は、レーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌの射出方向に配置される。光散乱部８０は、電池容器２ａが配置される位置と比較して、レーザ溶接機６０から遠い位置に配置される。本実施形態において、光散乱部８０は、レーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌがステージ７１上の電池容器２ａに遮られないときに、すなわち、レーザ光Ｌが電池容器２ａに照射されないときに、レーザ溶接機６０からのレーザ光が入射する位置に配置されている。光散乱部８０は、レーザ光Ｌが入射しうる面がレーザ光Ｌを後方散乱（反射散乱）させる特性を有している。光散乱部８０は、例えば表面粗度が高められた（鏡面加工でない）金属板等で構成される。

なお、光散乱部８０は、レーザ光Ｌの少なくとも一部を前方散乱（透過散乱）させる部材で構成されていてもよい。また、レーザ溶接装置５０は、光散乱部８０で散乱されたレーザ光Ｌが入射する位置に配置され、散乱されたレーザ光Ｌの少なくとも一部を吸収する光吸収部を備えていてもよい。また、光散乱部８０は、設けられていなくとも構わないし、光散乱部８０の代わりに、レーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌの少なくとも一部を吸収する光吸収部が配置されていてもよい。上記の光吸収部は、例えば黒体化された金属板等で構成される。

本実施形態の制御部５１は、メモリ及びＣＰＵ等を有するコンピュータシステムと、ハードディスク等の不揮発性の記憶媒体と、コンピュータシステムの外部の装置との通信を実行可能なインターフェースとを有する。上記の記憶媒体には、コンピュータシステムを制御するオペレーティングシステム（ＯＳ）がインストールされている。上記の記憶媒体には、上述したようなレーザ溶接装置５０の各部の動作の制御を、制御部５１に実行させるプログラムが格納されている。

制御部５１の記憶媒体には、電池容器２ａに対するレーザ光Ｌの照射を開始してからの時間に対するステージ７１の位置を規定する位置データが格納されている。制御部５１は、上記の位置データに基づいて、ステージ駆動部７３を制御することにより、溶接対象部４４ａ上をレーザ光Ｌが走査するように電池容器２ａの位置を制御する。溶接対象部４４ａは、溶接後に溶接線４４になる部分である。後に詳しく説明するが、制御部５１は、電池容器２ａ上の照射位置からレーザ溶接機６０の焦点位置までの距離が、溶接の終端を含む所定の領域内で終端に向うにつれて増加するように、レーザ溶接機６０とステージ７１との相対位置を制御する。

なお、制御部５１は、レーザ溶接装置５０の各部の制御に要する各種処理を実行するＡＳＩＣ等の論理回路を含んでいてもよい。制御部５１の機能は、ソフトウエアで実現されてもよいし、ハードウエアで実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組合せで実現されても構わない。また、制御部５１に、入力信号を入力可能な入力装置が接続されていてもよい。入力装置は、キーボード、マウス等の入力機器、あるいはコンピュータシステムの外部の装置からのデータを入力可能な通信装置等を含む。制御部５１は、液晶表示ディスプレイ等の表示装置を含んでいてもよいし、表示装置と接続されていてもよい。

次に、図４及び図５を参照しつつ、溶接を行うときのレーザ溶接装置５０の一連の動作について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のレーザ溶接装置の動作例を示す説明図である。上述のように、本実施形態の制御部５１は、レーザ溶接装置５０の各部の動作を制御し、レーザ溶接装置５０が行う各処理を各部に実行させる。

本実施形態では、電池容器２ａがステージ７１の上面７１ａに搬送ロボットＲによって載置された後に、制御部５１は、固定部７２の駆動部７５を制御して、駆動部７５に固定処理を実行させる。固定処理は、電池容器２ａをステージ７１に固定する処理である。制御部５１は、例えば搬送ロボットＲの動作タイミングを示す情報に基づいて、固定処理を開始させる。

制御部５１は、固定処理の後に必要に応じて、初期配置処理を容器移動部７０のステージ駆動部７３に実行させる。初期配置処理は、溶接対象部４４ａ内に予め設定された溶接の開始点がレーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌの照射位置になるように、電池容器２ａが固定されたステージ７１を移動させる処理である。本実施形態では、上記の溶接の開始点がレーザ溶接機６０の焦点位置とほぼ一致するように、制御部５１がステージ駆動部７３を制御する。

溶接対象部４４ａ（図４（ａ）参照）は、電池容器２ａの側部４１における平面部４５ａ〜４５ｄにそれぞれ設定された直線部４７ａ〜４７ｄ、及び曲面部４６ａ〜４６ｄにそれぞれ設定された曲線部４８ａ〜４８ｄを有する。本実施形態において、溶接の終端Ｅ（後述する）は、曲線部４８ａに予め設定されており、溶接の開始点Ｓは、曲線部４８ａに近接する部分の直線部４７ａに設定されている。

制御部５１は、電池容器２ａの溶接の開始点がレーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌの照射位置に配置された後に、レーザ溶接機６０を制御して、レーザ溶接機６０に溶接処理を開始させる。レーザ溶接機６０は、レーザ光Ｌの射出を開始して、溶接処理を開始する。制御部５１は、ステージ駆動部７３を制御して、溶接処理の開始とともにステージ駆動部７３にステージ移動処理を実行させる。ステージ移動処理は、制御部５１の記憶媒体に格納されたレーザ光Ｌの照射を開始してからの時間に対するステージ７１の位置を規定する位置データにしたがって、ステージ７１を移動させる処理である。

図４（ａ）に示すように、溶接処理が開始されたときに、レーザ溶接機６０からのレーザ光Ｌは、溶接の開始点Ｓに入射する。制御部５１は、溶接処理の開始後に、レーザ光Ｌが直線部４７ａを開始点Ｓから曲線部４８ａに向かって走査するように、ステージ７１を移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。本実施形態において、ステージ駆動部７３は、ステージ７１を直線部４７ａに平行な方向に移動させる。これにより、電池容器２ａ上の照射位置からレーザ溶接機６０の焦点位置までの距離が、直線部４７ａを溶接するときにほぼ一定値（ここでは０）に保たれる。

図４（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌが曲線部４８ａに入射するときに、制御部５１は、曲線部４８ａの曲率中心を通りＺ方向に平行な軸周りにステージ７１を回転させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。これにより、電池容器２ａ上の照射位置からレーザ溶接機６０の焦点位置までの距離が、曲線部４８ａを溶接するときにほぼ一定値（ここでは０）に保たれる。

図４（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌが直線部４７ｃに入射するときに、制御部５１は、ステージ７１を直線部４７ｃと平行な方向に移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。以下同様に、制御部５１は、レーザ光Ｌが曲線部４８ｂに入射するときに、ステージ７１をＺ方向と平行な軸周りに回転させる処理をステージ駆動部７３に実行させ、次いでレーザ光Ｌが直線部４７ｂに入射するときに、ステージ７１を直線部４７ｂと平行な方向に移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。次いで、制御部５１は、レーザ光Ｌが曲線部４８ｃに入射するときに、ステージ７１をＺ方向と平行な軸周りに回転させる処理をステージ駆動部７３に実行させ、次いでレーザ光Ｌが直線部４７ｄに入射するときに、ステージ７１を直線部４７ｄと平行な方向に移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。次いで、制御部５１は、レーザ光Ｌが曲線部４８ｄに入射するときに、ステージ７１をＺ方向と平行な軸周りに回転させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。

次いで、レーザ光Ｌが直線部４７ａに入射するとき（図５（ａ）参照）に、制御部５１は、ステージ７１を直線部４７ａと平行な方向（Ｘ方向）に移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させる。制御部５１は、溶接の終端Ｅに向って直線部４７ａを溶接するときに、直線部４７ａの溶接処理と終端処理とを連続して、ステージ駆動部７３に実行させる。直線部４７ａの溶接処理は、レーザ光Ｌが開始点Ｓに入射するまで、ステージ７１をＸ方向に移動させる処理である。図５（ｂ）に示すように、終端処理は、レーザ光Ｌが開始点Ｓを通過した後も直線部４７ａの溶接処理から継続して、ステージ７１Ｘ方向への移動を継続させる処理である。

このとき、曲線部４８ａは直線部４７ａとＹ方向に平行な直線部４７ｃの角に対応するため、レーザ光Ｌが開始点Ｓを通過したもステージ７１がＸ方向に継続して移動すると、レーザ溶接機６０の焦点位置から曲線部４８ａ上の照射位置までの距離が次第に長くなる。よって、ステージ７１がＸ方向に移動するにつれて、曲線部４８ａ上のレーザ光Ｌのスポットサイズが次第に大きくなり、曲線部４８ａ上でのレーザ光Ｌのエネルギー密度が次第に低くなる。結果として、溶接クレータ部の残存を抑制することができる。

図５（ｃ）に示すように、制御部５１は、電池容器２ａにレーザ光Ｌが入射しなくなるまでステージ７１のＸ方向への移動をステージ駆動部７３に継続させる。電池容器２ａにレーザ光Ｌが入射しなくなることによって、終端処理が終了する。すなわち、直線部４７ｃの近傍の曲線部４８ａが溶接の終端Ｅになる。このようにして、電池容器２ａの側部４１の外周面を環状に溶接することができ、溶接線４４が形成された電池容器２が得られる。レーザ溶接機６０から電池容器２に遮られることなく進行したレーザ光Ｌは、光散乱部８０に入射して拡散され、拡散光Ｌａになる。拡散光Ｌａは、光散乱部８０に入射する前のレーザ光Ｌよりも、エネルギー密度が低くなる。したがって、レーザ溶接機６０から射出されたレーザ光Ｌによって、レーザ溶接装置５０の外部の設備等が損傷することが防止される。

溶接処理が終了した後に、制御部５１は、ステージ７１を所定の位置で停止させる移動停止処理をステージ駆動部７３に実行させる。本実施形態において、移動停止処理の後に、制御部５１は、固定部７２による電池容器２の固定を解除させる固定解除処理を、固定部７２に実行させる。固定解除処理の後に、制御部５１は、搬送ロボットＲを制御して、溶接後の電池容器２をステージ７１から搬出させる搬出処理を、搬送ロボットＲに実行させる。製造された電池容器２は、例えば搬送ロボットＲによってステージ７１から電池セル１の製造ラインの下流側へ、搬出される。

以上のように本実施形態のレーザ溶接装置５０は、電池容器２上の照射位置からレーザ溶接機６０の焦点位置までの距離が、溶接の終端Ｅを含む所定の領域（曲線部４８ａ）内で終端Ｅに向うにつれて長くなるように、照射位置と焦点位置との相対位置を調整する。したがって、溶接クレータ部が電池容器２に残存することが抑制され、電池容器２の内部の密閉性を高めることができる。よって、電池容器２の内部に貯留された電解液の漏れや劣化が抑制されるとともに、電池セル１の歩留りを向上させることができる。

また、レーザ溶接機６０の出力を調整しなくとも溶接の終端部（曲線部４８ａ）上でレーザ光Ｌのエネルギー密度を次第に低下させることができる。したがって、レーザ溶接機６０の制御をシンプルにすることができるとともに、レーザ溶接機６０の出力を安定させることができる。

本実施形態において、曲線部４８ｄを溶接した後に直線部４７ａ及び曲線部４８ａを溶接するときに、制御部５１は、ステージ７１が直線部４７ａに平行な方向（所定の方向）に移動するように、ステージ駆動部７３を制御する。したがって、直線部４７ａの溶接と同じ処理で曲線部４８ａにおける終端処理を実行することができ、シンプルな終端処理で溶接クレータ部の残存を抑制することができる。

また、溶接の開始点Ｓが、溶接の終端Ｅを含んだ曲線部４８ａに近接する部分の直線部４７ａに設定されているので、開始点Ｓから終端Ｅの間で重複して溶接される部分を減らすことができ、溶接に要する時間を減らすことができる。

本実施形態において、レーザ溶接装置５０は、レーザ溶接機６０の光学モジュール６３がベース５３に固定されており、電池容器２ａが固定されたステージ７１を移動させて、電池容器２ａ上のレーザ光Ｌの照射位置とレーザ溶接機６０の焦点位置との相対位置を調整する。したがって、光学モジュール６３の移動を減らすことや省略することができ、レーザ溶接機６０の焦点位置のずれを抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
上記の実施形態では、電池容器２が略矩形箱状であるが、電池容器２の形状は適宜変更可能である。電池容器２が円筒状であってもよい。電池容器が中空の円柱状であって電池容器の外周部に溶接を施す場合には、電池容器の溶接対象部にレーザ光が照射されるときに、制御部５１は、電池容器を中心軸周りに回転させる処理をステージ駆動部７３に実行させればよい。また、制御部５１は、円柱状の電池容器２の外周部が環状に溶接された後に、例えば、レーザ光Ｌの射出方向と交差する方向に電池容器２を直線的に移動させる終端処理をステージ駆動部７３に実行させればよい。

また、上記の実施形態では、電池容器２の外周が矩形の角を丸めた形状であるが、電池容器２の外周は、例えば矩形の角を面取りした形状でも構わない。この場合には、面取りされた部分を曲面部に代えて溶接の終端に設定することにより、終端を含む領域で
、溶接クレータ部の残存を抑制可能である。

レーザ溶接装置５０は、電池容器２の形状に応じて、電池容器２ａに対するレーザ光Ｌの照射を開始してからの時間に対するステージ７１の位置を規定する位置データを変更することにより、多様な形状の電池容器２に溶接を施すことができる。位置データは、例えば、ステージ７１上での電池容器２ａの固定位置を示す固定位置データと、電池容器２ａの形状及び寸法を示す形状データと、電池容器２ａ上での溶接対象部４４ａの位置を示す処理位置データとに基づいて、設定可能である。

制御部５１は、ユーザーの入力等によって、上記の固定位置データ、形状データ、及び処理位置データを取得して、位置データを求めることが可能でもよい。制御部５１の記憶媒体は、複数の型の電池容器について、各型に対応する位置データを予め格納しており、制御部５１は溶接処理を施す電池容器の型を示すデータの入力を受けて、電池容器の型に応じた位置データを読み出して、上記の各処理を実行させてもよい。

また、電池容器２ａに溶接対象部４４ａの位置を示すマークが設けられており、レーザ溶接装置５０は上記のマークを検出するイメージセンサー等を備え、制御部５１は、イメージセンサーの検出結果に基づいて、各部を制御してもよい。上記のマークは、例えば溶接対象部４４ａに描画された線でもよい。

制御部５１は、終端処理において、レーザ光Ｌの射出方向と平行な方向でステージ７１がレーザ溶接機６０から離れる向きにステージ７１を移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させても構わない。この場合にも、溶接の終端に向うにつれて電池容器の表面に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低下し、溶接クレータ部の残存が抑制される。

上記の実施形態において、電池容器２は、容器本体９と蓋体１０との継ぎ目が側部４１に配置される構造であるが、容器本体と蓋体との継ぎ目が容器本体の底部とは反対側を向く蓋体の上面に配置される構造であっても構わない。この場合には、蓋体の上面側から上記の継ぎ目にレーザ光が照射されるようにレーザ溶接機の配置を変更し、終端処理において、制御部は、レーザ光Ｌの射出方向と平行な方向でステージ７１がレーザ溶接機６０から離れる向きにステージ７１を移動させる処理をステージ駆動部７３に実行させてもよい。この場合にも、溶接の終端に向うにつれて電池容器の表面に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低下し、溶接クレータ部の残存が抑制される。

制御部５１は、レーザ光Ｌの射出位置を変化させることによってレーザ溶接機６０の焦点位置と電池容器２上の照射位置との相対位置を調整しても構わない。この場合にも、溶接の終端に向うにつれて電池容器の表面に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低下し、溶接クレータ部の残存が抑制される。

レーザ溶接機６０は、焦点距離が可変でも構わない。制御部５１は、レーザ溶接機６０の焦点距離を調整することによって、レーザ溶接機６０の焦点位置と電池容器２上の照射位置との相対位置を調整しても構わない。この場合にも、溶接の終端に向うにつれて電池容器の表面に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低下し、溶接クレータ部の残存が抑制される。

上記の実施形態において、レーザ光Ｌが電池容器２の表面に垂直に入射しているように図示しているが、レーザ光Ｌが電池容器２の表面に対して斜方から入射するようになっていてもよい。これにより、例えば、電池容器２の表面で反射したレーザ光Ｌのレーザ溶接機への戻り光を減らすこと等ができる。

１・・・電池セル、２、２ａ・・・電池容器、３・・・電極体、４・・・正極端子、５・・・負極端子、６・・・正極板、７・・・負極板、８・・・セパレータ、９・・・容器本体、９ａ・・・開口、１０・・・蓋体、１１・・・固定部材、１２、１３・・・絶縁スリーブ、２０・・・本体部、２１・・・タブ、２２・・・集電材、２３・・・電極活物質層、２５・・・リード、３０・・・本体部、３１・・・タブ、３２・・・集電材、３３・・・電極活物質層、４０・・・底部、４１・・・側部、４２・・・嵌合凹部、４３・・・嵌合凸部、４４・・・溶接線、４４ａ・・・溶接対象部、４５ａ〜４５ｄ・・・平面部、４６ａ〜４６ｄ・・・曲面部、４７ａ〜４７ｄ・・・直線部、４８ａ〜４８ｄ・・・曲線部、５０・・・レーザ溶接装置、５１・・・制御部、５２・・・位置調整部、５３・・・ベース、５３ａ・・・上面、６０・・・レーザ溶接機、６１・・・レーザ光源部、６２・・・導光部、６３・・・光学モジュール、７０・・・容器移動部、７１・・・ステージ、７１ａ・・・上面、７２・・・固定部、７３・・・ステージ駆動部、７４ａ〜７４ｄ・・・押え板、７５・・・駆動部、８０・・・光散乱部、Ｅ・・・終端、Ｌ・・・レーザ光、Ｌａ・・・拡散光、Ｒ・・・搬送ロボット、Ｓ・・・開始点

Claims (3)

1. 電池容器の溶接対象部に溶接を施すレーザ溶接装置であって、
   前記電池容器にレーザ光を照射可能なレーザ溶接機と、
   前記レーザ溶接機から前記電池容器に前記レーザ光が照射されるときに、前記電池容器の表面における前記レーザ光の照射位置から前記レーザ溶接機の焦点位置までの距離が、前記溶接対象部のうちで溶接の終端を含む所定の領域内で該終端に向うにつれて長くなるように、前記照射位置と前記焦点位置との相対位置を調整する位置調整部と、を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記溶接対象部は、前記レーザ溶接機の前記レーザ光の射出方向と交差する所定の方向に延びて配置される直線部と、前記所定の領域を含む曲線部と、を有し、
   前記位置調整部は、前記直線部及び前記曲線部を溶接するときに、前記レーザ溶接機と前記電池容器の相対位置を前記所定の方向に直線的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
3. 前記射出方向において、前記電池容器が配置される位置と比較して前記レーザ溶接機から遠い位置に配置され、前記レーザ光を散乱する光散乱部を備え、
   前記位置調整部は、前記電池容器に前記レーザ光が入射しなくなるまで前記相対位置を変化させることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接装置。

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