JP2013220462A - 溶接方法および金属ケース - Google Patents

Abstract

【課題】ケースと、そのケースの開口を覆う封口部材との高品質な溶接を実現するための溶接方法を提供する。
【解決手段】本発明の溶接方法は、ケース１の開口部の第１長辺を形成するケース１の内壁１ａから、ケース１と封口部材２とのレーザ溶接を開始して、ケース１の開口部の外周に沿ってレーザ溶接を進めて、最後に、ケース１の開口部の第１長辺へ戻って、ケース１の内壁１ａと封口部材２との未溶接部をレーザ溶接し、溶接開始前のケース１の内壁１ａと封口部材２との間の隙間をＡ、溶接開始前の第１長辺とは反対側のケース１の開口部の第２長辺を形成するケース１の内壁１ｂと封口部材２との間の隙間をＢ、溶接完了後のケース１の内壁１ａと封口部材２との間の隙間をＡ’、溶接完了後のケース１の内壁１ｂと封口部材２との間の隙間をＢ’としたとき、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに対向する二つの長辺と、互いに対向する二つの短辺とを含む矩形枠によって外周が構成された開口部を有する筒状体のケースに、そのケースの開口部に挿入された蓋等の封口部材を、その封口部材の全周にわたって溶接する溶接方法と、その溶接方法によって封口部材が溶接された金属ケースに関する。

携帯機器等の駆動用電源として、高容量のアルカリ蓄電池に代表される水系電解液二次電池や、リチウムイオン二次電池に代表される非水系電解液二次電池などの密閉型二次電池が広く使用されている。また、電子機器のバックアップ電源等には電気二重層コンデンサが広く用いられている。近年、これらの密閉型二次電池や電気二重層コンデンサは、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源として注目されており、密閉型二次電池や電気二重層コンデンサに対する高容量化、高信頼性化、低コスト化の要望が、近年益々大きくなってきている。

以上のような電池に代表されるエネルギデバイスでは、発電素子が内部に設置されたケースから電解液が漏れないように、ケースの開口部に封口部材を挿入し、その挿入された封口部材の全周をケースに溶接して、ケースを密閉する必要があり、ケースと封口部材との高品質な溶接を、安定して、かつ低コストで実現できる技術が求められている。ケースの開口部に封口部材を挿入して、その挿入された封口部材の全周をケースに溶接する溶接方法は、例えば特許文献１に開示されている。以下、特許文献１に開示された溶接方法について、図９を用いて説明する。

図９に示す従来の溶接方法では、有底筒状体のケース９１の開口部に封口板９２を挿入した後、ＹＡＧレーザからパルス状のレーザ光を出力して、ケース９１の開口部に挿入された封口板９２の外周に沿ってレーザ光のスポット（レーザスポット）９３を間欠的に照射しながら走査することにより、封口板９２の全周をケース９１に溶接する。さらに、そのレーザ溶接の際に、ケース９１の縁部を角部９１ａと直線部９１ｂに分けて、角部９１ａでは、直線部９１ｂよりもレーザ光のスポット９３の照射密度を高くしている。具体的には、角部９１ａにおいてレーザ光のスポット９３の走査速度を下げて、レーザ光のスポット９３のオーバーラップ率を上げることにより、角部９１ａにおけるレーザ光のスポット９３の照射密度を直線部９１ｂよりも高くしている。このような溶接方法により、曲折度の大きな区間で発生し易いクラックを防止して、クラックの無い高品質な溶接を実現している。

しかし、以上のようなＹＡＧレーザを用いる溶接方法では、パルスの繰り返し周波数が低いため、２０ｍｍ／ｓ以下の低速度溶接となり、コストが増加する。また、ＹＡＧレーザでは、溶接面に形成されるスポットのスポット径を小さくできないため、低パワー密度のスポットしか照射できないことも、高速化の妨げとなっている。更に、パルス照射であるため、照射箇所の温度が急上昇してスパッタが発生したり、溶接方向に対して溶融深さが一定でない等、溶接品質に課題がある。

最近ではファイバーレーザやディスクレーザの高出力化によって、ｋＷ級の連続発振が容易に得られるようになり、例えば特許文献２に開示されているように、比較的スポット径の大きなレーザ光を照射することにより、５０ｍｍ／ｓ以上の溶接が実現されている。

特開平１１−１４４６９２号公報 特開２００９−２４５７５８号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている従来の溶接方法には、密閉型二次電池や電気二重層コンデンサ等のエネルギデバイスの量産工程に適用する場合に、以下で説明する二つの課題がある。

一つ目の課題は、ケースと蓋板との間の隙間や段差（ケースの開口部の上面と蓋板の上面との間の段差）の影響を受けて、溶接品質が安定しないことである。

実際の生産工程においては、寸法公差のある蓋体をケースの開口部に嵌め込むことから、蓋体とケースとの間に隙間が発生する。特に、ケースの開口部のコーナー部（曲線部）に対応する箇所では、ケースの開口部への蓋体の嵌め込みをスムーズに行うために、蓋体をケースの開口部よりも小さくしてあり、多少であっても隙間は発生する。

また、ケースの開口部の長辺側では、ケースが変形し易い。そのため、レーザ溶接の際に、治具によってケース全体を挟み込んで、ケースの位置を規制することにより、ケースの開口部の長辺側では、ケースが変形して隙間が埋まるので、隙間が発生し難い。一方、ケースの開口部の短辺側では、ケースが変形し難いため、治具でケース全体を挟み込んでも隙間が埋まらず残ってしまう。

更に、蓋体の上面とケースの開口部の上面が、蓋体の全周できれいに揃うことはまれで、多少であっても、ケースと蓋体との間に段差が生じる。

以上のような隙間や段差は、蓋板をケースの開口部に嵌め込む工程や、その後の搬送工程での振動によって発生するが、その発生箇所を制御することはできず、ランダムに発生する。そのため、蓋板の全周にわたって溶接品質を安定させることは極めて困難である。

二つ目の課題は、溶接の途中で隙間や段差が変化していくことである。溶接前は隙間が大きな箇所でも、溶接を開始すると、蓋板の溶融した部分とケースの溶融した部分の表面張力により、蓋板がケースの内壁へ近づいていき、隙間が小さくる。このとき、蓋板が近づいた内壁の反対側のケースの内壁と蓋板との間の隙間は拡大する。ケース内には発電素子が入っているため、蓋板が動いてもケースが動くことは無く、拡大した隙間はそのまま保持される。

更に、レーザ溶接時に、ケースは金属製の保持治具によって保持されているので、そのケースに接触している保持治具へ、ケースから熱が伝導する。したがって、ケースには大きな変形は発生しない。一方、蓋板には、溶接が進むにつれて熱が蓄積していくため、反りが発生する。特に、ケースの開口部の一方の短辺側から溶接を開始した場合、その短辺におけるケースと蓋板との溶接が完了して、ケースの開口部の一方の長辺においてケースと蓋板とを溶接をしているときに、蓋板が大きく変形し易く、ケースの開口部の他方の短辺側において、ケースと蓋体との間に大きな段差が発生する。そのため、蓋板の全周にわたって溶接品質を安定させることは極めて困難であり、場合によっては、大きな段差によって溶接できないこともある。

本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたもので、二次電池等のケースと、そのケースの開口を覆う蓋等の封口部材との高品質な溶接を安定して実現するための溶接方法、およびその溶接方法によって封口部材が溶接された金属ケースを提供することを目的とする。

本発明の溶接方法は、互いに対向する第１長辺及び第２長辺と、互いに対向する第１短辺及び第２短辺を含む矩形枠からなる外周を有する開口部を持つ筒状体のケースに、そのケースの開口部に挿入された封口部材の全周を、レーザ光によって溶接する溶接方法において、前記開口部に前記封口部材を挿入し、前記開口部の前記第１長辺を形成する前記ケースの第１の内壁と前記封口部材との溶接を開始した後、前記開口部の前記第１短辺を形成する前記ケースの第２の内壁と前記封口部材との溶接、前記開口部の前記第２長辺を形成する前記ケースの第３の内壁と前記封口部材との溶接、前記開口部の前記第２短辺を形成する前記ケースの第４の内壁と前記封口部材との溶接をこの順で行い、次に、前記第１の内壁と前記封口部材との未溶接部を溶接し、溶接開始前の前記第１の内壁と前記封口部材との間の隙間をＡ、溶接開始前の前記第３の内壁と前記封口部材との間の隙間をＢ、溶接完了後の前記第１の内壁と前記封口部材との間の隙間をＡ’、溶接完了後の前記第３の内壁と前記封口部材との間の隙間をＢ’としたとき、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立することを特徴とする。

また、上記した本発明の溶接方法において、前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、第１ないし第３スポットからなる前記レーザ光のスポットを前記ケースと前記封口部材に照射するとともに、前記第１スポットを前記ケースと前記封口部材に照射し、前記第１スポットよりもパワー密度が高く、かつ前記第１スポットに内包された前記第２スポットを前記ケースに照射し、前記第１スポットよりもパワー密度が高く、かつ前記第１スポットに内包された前記第３スポットを前記封口部材に照射してもよい。

また、上記した本発明の溶接方法において、前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、前記レーザ光のスポットをウィービングさせてもよい。

また、上記した本発明の溶接方法において、前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、前記レーザ光のスポットの向きを揺動させてもよい。

また、上記した本発明の溶接方法において、前記開口部の前記第１長辺側及び前記第２長辺側の前記ケースの厚みが、前記開口部の前記第１短辺側及び前記第２短辺側の前記ケースの厚みよりも薄くてもよい。

また、本発明の金属ケースは、互いに対向する第１長辺及び第２長辺と、互いに対向する第１短辺及び第２短辺を含む矩形枠からなる外周を有する開口部を持つ筒状体のケースに、そのケースの開口部に挿入された封口部材の全周が、レーザ光によって溶接された金属ケースにおいて、前記レーザ光の照射によって溶融した前記封口部材の溶融部の溶融深さと、前記レーザ光の照射によって溶融した前記ケースの溶融部の溶融深さが共に、前記封口部材の厚みより小さく、かつ０．１ｍｍ以上であり、前記封口部材の溶融部と前記ケースの溶融部が連続して繋がっており、前記ケースと前記封口部材との間の隙間が０．２ｍｍ以下であり、前記封口部材の上面と前記開口部の上面との段差が０．４ｍｍ以下であって、前記封口部材の溶融部の溶融深さが、前記ケースの溶融部の溶融深さ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、溶接対象部材の寸法公差や、溶接対象部材の位置決めのばらつき、レーザ溶接装置に設けられた光学系の光軸ズレ等が発生しても、ケースの開口部に配置された封口部材と当該ケースとの高品質な溶接を、封口部材の全周において、安定して、かつ高速に実施することが可能となる。また、ケースと封口部材との間（ケースの上面すなわちケースの開口部の上面と封口部材の上面との間）に段差が生じても、封口部材の全周において、封口部材とケースとの高品質かつ高速な溶接を安定して実現できる。更に、溶接中にケースと封口部材との間に隙間や段差が発生したり、その隙間や段差の大きさが変化しても、封口部材の全周において、封口部材とケースとの高品質かつ高速な溶接を安定して実現できる。また、ケースと封口部材との間に大きな隙間や段差が生じ易い、ケースの開口部のコーナー部（曲線部）においても、封口部材とケースとの高品質かつ高速な溶接を安定して実現できる。

したがって、本発明によれば、二次電池等のケースと、そのケースの開口を覆う蓋等の封口部材との高品質な溶接を、安定して、かつ高速に実現することができる。よって、高容量で信頼性の高い二次電池や、二次電池と同様の構造を持つ高容量で信頼性の高い電気二重層コンデンサを低コストで製造することができる。

（ａ）〜（ｅ）本発明の実施の形態１における溶接方法を示す上面図 （ａ）図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った縦断面図、（ｂ）図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図 （ａ）図１（ｅ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図、（ｂ）図３（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態２におけるケースの位置規制方法を示す上面図 （ａ）〜（ｅ）本発明の実施の形態３における溶接方法を示す上面図、（ｆ）本発明の実施の形態３におけるレーザスポットを示す上面図 （ａ）本発明の実施の形態３における溶融部の拡大縦断面図、（ｂ）蓋がケースに対して高い場合の溶融部の拡大縦断面図、（ｃ）蓋がケースに対して低い場合の溶融部の拡大縦断面図 本発明の実施の形態４におけるスポットの走査を示す上面図 本発明の実施の形態５におけるスポットの走査を示す上面図 従来の溶接方法を示す上面図

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。但し、説明の簡略化のために、実質的に同一の機能を有する構成要素は、同一の参照符号で示す。また、図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を模式的に示している。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は、一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における溶接方法及び金属ケースを示している。この実施の形態１における溶接方法は、矩形状の開口部を有し、その開口部の外周が、対向する２本の長辺と対向する２本の短辺を含む矩形枠によって構成された有底筒状体の金属ケース（筒状体のケースの一例）１に、その金属ケース１の開口部に挿入された蓋（封口部材の一例）２を、その蓋２の全周にわたって溶接する方法である。

図１（ａ）は、蓋２が挿入された金属ケース１を、治具３によって位置規制した状態を示している。この溶接開始前の、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間をＡとし、その第１長辺の反対側の金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間をＢとする。この実施の形態１では、レーザ光のスポット（レーザスポット）４の照射が、金属ケース１の開口部の第１長辺から開始される。

図１（ｂ）は、レーザ光のスポット４の照射を開始した状態を示している。レーザ光のスポット４の照射は、金属ケース１の開口部の第１長辺上の任意の箇所、好適には中央またはその近傍の箇所から開始する。レーザ光のスポット４は、溶接開始位置（レーザ光の照射開始位置）から、図１（ｂ）に示す矢印の方向へ走査される。具体的には、レーザ光のスポット４は、第１長辺に沿って、金属ケース１の開口部の第１短辺へ向けて走査される。また、レーザ光のスポット４は、金属ケース１と蓋２の両方に跨るように照射される。なお、治具３の図示は、説明に必要な場合を除いて省略される。

図１（ｃ）は、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁（第１の内壁）１ａと蓋２との溶接が完了した後、第１長辺と第１短辺とを繋ぐ金属ケース１の開口部の第１コーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁１ｅと蓋２との溶接を経て、金属ケース１の開口部の第１短辺を形成する金属ケース１の内壁（第２の内壁）１ｃと蓋２との溶接を行っている状態を示している。

図１（ｃ）に示すように、レーザ光のスポット４が走査されると、そのレーザ光のスポット４の軌跡に沿って溶融部（金属が溶融した部分）５が形成される。溶融部５は、レーザ光のスポット４の照射によって溶融した金属ケース１を構成する金属と、レーザ光のスポット４の照射によって溶融した蓋２を構成する金属とからなる。レーザ光のスポット４は、第１コーナー部を経た後、図１（ｃ）に示す矢印の方向へ走査される。具体的には、レーザ光のスポット４は、第１短辺に沿って、金属ケース１の開口部の第２長辺へ向けて走査される。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示す状態から溶接が更に進んだ状態を示している。具体的には、図１（ｄ）は、金属ケース１の開口部において、第１短辺と第２長辺とを繋ぐ第２コーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁１ｆと蓋２との溶接、第２長辺を形成する金属ケース１の内壁（第３の内壁）１ｂと蓋２との溶接、第２長辺と第２短辺を繋ぐ第３コーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁１ｇと蓋２との溶接、第２短辺を形成する金属ケース１の内壁（第４の内壁）１ｄと蓋２との溶接、及び、第２短辺と第１長辺を繋ぐ第４コーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁１ｈと蓋２との溶接をこの順に経て、第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との未溶接部の溶接を行っている状態を示している。

図１（ｅ）は、金属ケース１と蓋２の全周との溶接を終えて、レーザ光のスポット４の照射を終了した状態を示している。溶接は、レーザ光のスポット４の走査が、レーザ光の照射開始位置を越えてから終了させる。

以上説明した溶接により、金属ケース１が蓋２によって密封される。なお、実際の電池製造工程では、蓋２に注液用の孔が開いている場合が多い。

図２（ａ）は図１（ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿った断面図である。詳しくは、溶接前の金属ケース１と蓋２を、図１（ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿って切断して、金属ケース１の開口部の第１短辺側から見た断面を示している。

図２（ａ）に示すように、治具３の内壁によって形成されている位置規制用の穴部に、蓋２が挿入された金属ケース１がはめ込まれる。治具３の内壁は、金属ケース１の寸法よりも僅かに大きい寸法の位置規制用の穴部を形成する。溶接前は、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間に隙間Ａが存在し、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間に隙間Ｂが存在する。

図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。詳しくは、溶接前の金属ケース１と蓋２を、蓋２の下部に位置するＩＩ−ＩＩ線で切断して、金属ケース１の上面側から見た断面を示している。

図３（ａ）は図１（ｅ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。詳しくは、レーザ光のスポット４の照射によって蓋２の全周を金属ケース１に溶接した後の金属ケース１と蓋２を、図１（ｅ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断して、金属ケース１の開口部の第１短辺側から見た断面を示している。

図３（ａ）に示すように、レーザ溶接完了後は、金属ケース１の開口部に挿入された蓋２を当該金属ケース１に固定接続する溶融部５よりも下側の位置において、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間に隙間Ａ’が存在し、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間に隙間Ｂ’が存在する。溶融部５は、金属ケース１を構成する金属と蓋２を構成する金属がレーザ光のスポット４の照射によって溶融して、その両方の溶融した金属が繋がることにより形成され、金属ケース１と蓋２との間の隙間を埋める。また、図３（ａ）から明らかなように、溶融部５の溶融深さは、蓋２の板厚よりも浅い。したがって、この実施の形態１における溶接は非貫通溶接である。

図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。詳しくは、溶接後の金属ケース１と蓋２を、溶融部５よりも下側に位置するＩＶ−ＩＶ線で切断して、金属ケース１の上面側から見た断面を示している。

図１（ａ）及び図２に示す溶接前は、金属ケース１の開口部に蓋２を挿入するために、蓋２の幅は金属ケース１の開口幅と同じであるか、あるいはそれよりも小さい。実際の電池製造工程においては、溶接対象部材に寸法公差があるため、金属ケース１と蓋２との間に隙間が発生する。また、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａのばらつき、および金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂのばらつきは、制御できない。

図１（ｂ）に示すように金属ケース１の開口部の第１長辺上の任意の箇所よりレーザ溶接を開始した場合、まず、金属ケース１の開口部の第１長辺において、隙間Ａに溶融金属が流れ込んで、金属ケース１に蓋２が溶接される。具体的には、金属ケース１のうちのレーザ光のスポット４が照射されている部分と、蓋２のうちのレーザ光のスポット４が照射されている部分が、レーザ光を吸収して加熱され溶融し、溶融した金属ケース１を構成する金属と、溶融した蓋２を構成する金属が、隙間Ａの中に流れ込み、隙間Ａを覆う。レーザ光のスポット４が走査されて、溶融した金属にレーザ光のスポット４が照射されなくなると、溶融した金属の温度が下がって、溶融した金属が固化し、溶融部５が形成される。このとき、溶融した金属の表面張力によって、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２が互いに近づこうとするが、金属ケース１の内部には発電部が設置されているため、金属ケース１の内壁１ａは蓋２に近づくことができない。一方、蓋２は、金属ケース１の開口部の第１コーナー部、第１短辺、第２コーナー部、第２長辺、第３コーナー部、第２短辺及び第４コーナー部を形成する金属ケース１の内壁１ｅ、１ｃ、１ｆ、１ｂ、１ｇ、１ｄ及び１ｈには未だ溶接されておらず、金属ケース１と蓋２との間の隙間の範囲内で自由に動くことができる。したがって、蓋２が金属ケース１の内壁１ａに近づく。

このため、溶接後の、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’は、溶接前の隙間Ａよりも小さくなる。もし、溶接前の隙間Ａが“０”の場合には、溶接後の隙間Ａ’も“０”であり、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１ａの内壁と蓋２との間の距離は、溶接の前後で変化しない。したがって、第１長辺の反対側の金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との溶接が開始される直前の隙間Ｂは、溶接開始位置にレーザ光のスポット４が照射される前と同じか、又は、それよりも大きくなっている。

金属ケース１の開口部の第２長辺に沿ってレーザ光のスポット４が走査されるときには、隙間Ｂの中に流れ込んだ溶融金属が固化するときに、溶融金属の表面張力によって、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂに蓋２が引きつけられる。しかし、このときには既に、金属ケース１の内壁の一部分と蓋２との溶接が完了しているため、蓋２は移動しない。したがって、溶接後の、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’は、溶接開始位置にレーザ光のスポット４の照射が開始される前の隙間Ｂと同じか、又は、それよりも大きくなっている。

続いて、この実施の形態１の実施例について説明する。この実施例では、金属ケース１の開口部の長辺の長さが１５０ｍｍ、金属ケース１の開口部の短辺の長さが３０ｍｍで、板厚が０．６ｍｍのアルミニウムを主成分とする金属ケース１と、板厚が１．５ｍｍのアルミニウムを主成分とする蓋（封口板）２を準備して、図１（ａ）に示すように、金属ケース１の開口部に蓋２を挿入した後、銅を主成分とする治具３の内壁によって形成されている金属ケース１の寸法よりも僅かに大きい寸法の位置規制用の穴部に、蓋２が挿入された金属ケース１を嵌合した。

次に、図１（ｂ）に示すように、金属ケース１の開口部の第１長辺上の任意の箇所、好適には中央又はその付近の箇所に、ファイバーレーザによって、スポット４の形状が円形状となる３ｋＷのレーザ光を照射した。このとき、金属ケース１と蓋２に同時にレーザ光のスポット４が照射されるように、レーザ光のスポット４の照射位置を設定した。また、レーザ光のスポット径は０．５ｍｍとした。

その後、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、金属ケース１の開口部の外周に沿って、第１長辺から、第１短辺、第２長辺、第２短辺を経て、再び第１長辺に戻る順序で（なお、コーナー部の表記は省略する）、レーザ光のスポット４を、１５０ｍｍ／ｓの速度で走査した。このとき、金属ケース１と蓋２に同時にレーザ光のスポット４が照射されるように、レーザ光のスポット４を走査した。

レーザ光のスポット４が再び第１長辺に戻り、溶接開始点に到達すると、徐々にレーザ出力を下げて、レーザ光のスポット４が溶接開始点を１ｍｍ通過したところで、金属ケース１と蓋２の全周との溶接を終了した。図１（ｅ）は、全周溶接を終了した状態を示している。このように溶接軌道を１ｍｍ重ねることにより、溶接開始時からその直後にかけてのレーザ光４のスポットの照射領域と、溶接終了直前から溶接終了時にかけてのレーザ光４のスポットの照射領域において、溶融深さを一定以上に確実に保つことができる。また、溶接軌道が重なる箇所は入熱が大きくなるため、レーザ光が蓋２を貫通して、金属ケース１の内部の発電部等にダメージを与えるおそれがある。このため、レーザ光のスポット４が溶接開始点に戻った後は、レーザ出力を徐々に下げる必要がある。

以上説明した実施例において、金属ケース１を治具３に嵌合したときの初期状態における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ、並びに、レーザ溶接完了後における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’をそれぞれ測定したところ、
Ａ＝０．０６ｍｍ、Ｂ＝０．０３ｍｍ、Ａ’＝０．０４ｍｍ、Ｂ’＝０．０５ｍｍ
であった。

また、隙間Ａ’及び隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ（溶接深さ）を測定したところ、
隙間Ａ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．５ｍｍ
隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．４ｍｍ
であった。したがって、この実施例によれば、十分な接合強度を得ることができた。

以上説明した実施例を１０回行って、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、全ての溶接において、
Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’
の関係が成立した。また、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間及び段差（金属ケース１の開口部の上面と蓋２の上面との間の、第２短辺側における段差）が共に、金属ケース１と蓋２を安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。なお、金属ケース１の内壁と蓋２との間の隙間は０．２ｍｍ以下が好適であり、金属ケース１の開口部の上面と蓋２の上面との間の段差は０．４ｍｍ以下が好適である。

なお、この実施例では、金属ケース１の金属材料の主成分および蓋２の金属材料の主成分としてアルミニウムを用いたが、金属ケース１と蓋２の金属材料の組み合わせは、溶接可能な組合せであれば特に制限されるものではなく、勿論、異種金属の溶接であってもよい。治具３の材料も、金属ケース１を安定して保持可能であればよく、銅に限るものではない。

また、レーザ光のスポット径や、レーザ光のスポット４の形状、レーザ出力、レーザ溶接速度等の条件は、溶接対象の金属部材１、２の材料や表面状態、板厚、ならびに総熱容量に依存するため、上記した数値例に限定されるものではない。

また、この実施例では、レーザ発振器としてファイバーレーザを用いたが、高出力が得られるディスクレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、半導体レーザ等の他のレーザを用いても、この実施例と同様の効果が得られる。

続いて、この実施の形態１に対する比較例について説明する。この比較例の溶接は、金属ケース１の開口部の第１短辺上からレーザ光のスポット４の照射を開始し、レーザ光のスポット４の走査を、その第１短辺で終了させたことを除いて、上記した実施例の溶接と同様である。

この比較例では、金属ケース１の開口部の第１短辺上からレーザ光のスポット４の照射を開始したため、金属ケース１の開口部の第２長辺の第１短辺側の端部において金属ケース１と蓋２が溶接されたときに、金属ケース１と蓋２がまだ溶接されていない箇所で蓋２が変形し始めて、第１短辺の反対側の金属ケース１の開口部の第２短辺側が大きく持ち上がる反りが蓋２に発生した。蓋２の変形は、金属ケース１と蓋２とが溶接された箇所では、蓋２の熱が治具３へ逃げるが、金属ケース１と蓋２とが溶接されていない箇所では、蓋２の熱は逃げることができず、そのため、溶接された箇所と溶接されていない箇所との間で蓋２の温度に温度差が生じるために、発生する。金属ケース１の開口部の第１短辺から溶接を開始した場合、金属ケース１の開口部の第２長辺において溶接が開始されたときに、金属ケース１の開口部の第１短辺側の溶接された箇所の蓋２の温度と、その第１短辺の反対側の金属ケース１の開口部の第２短辺側の溶接されていない箇所の蓋２の温度との温度差が大きくなり、また、溶接が行なわれた一方の短辺から、他方の短辺までの距離が長いために、金属ケース１の開口部の第２短辺側において、蓋２の変形が顕著に現れたものと考えられる。この結果、金属ケース１の開口部の第２短辺側において、金属ケース１の開口部の上面よりも蓋２の上面が０．４ｍｍよりも高い状態で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とが溶接された。この比較例においても、上記した実施例と同様に各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、
Ａ＝０．０５ｍｍ、Ｂ＝０．０４ｍｍ、Ａ’＝０．０６ｍｍ、Ｂ’＝０．０３ｍｍ
となった。

また、隙間Ａ’及び隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さを測定したところ、
隙間Ａ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．３ｍｍ
隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．３ｍｍ
であった。したがって、この比較例の溶接では、接合強度が上記した実施例と比較して低下した。これは、蓋２の変形によって、蓋２がレーザ光の焦点位置からずれて、蓋２の溶融量が減少し、また、金属ケース１と蓋２はそれらの表面から溶融していくが、金属ケース１と蓋２との段差が大きくなったために、金属ケース１の溶融金属と蓋２の溶融金属が繋がり難くなり、所定の照射時間内での接合量が減少したためであると考えられる。

この比較例を１０回行って、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、全ての溶接において、
Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’
の関係が成立しなかった。この１０回の比較例の溶接によって形成された各溶融部を詳細に観察した結果、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、上記した実施例と比較して大きくなっていた。さらに、１０回の比較例のうち、第２短辺において未溶接部が発生した溶接が１回あった。

このように、金属ケース１の開口部の第１短辺上からレーザ光のスポット４の照射を開始した場合、その第１短辺の反対側の第２短辺において、溶接部の不良が発生するおそれがある。

これに対して、この実施の形態１の実施例では、前述したように、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間及び段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。これは、金属ケース１の開口部の第１長辺の中央またはその近傍の箇所から溶接を開始した場合、その第１長辺側の溶接された箇所の蓋２の温度と、金属ケース１の開口部の他の辺側の溶接されていない箇所の蓋２の温度との温度差が、金属ケース１の開口部の第１短辺側から溶接を開始した場合の、その第１短辺側の蓋２の温度と、金属ケース１の開口部の第２短辺側の蓋２の温度との温度差と比較して、小さくなり、また、溶接された箇所と溶接されていない箇所との間の距離が、金属ケース１の開口部の第１短辺側から溶接を開始した場合と比較して、短いためであると考えられる。

以上のことから、この実施の形態１によれば、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立する。また、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するときに、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間及び段差を共に、金属ケース１と蓋２を安定して溶接することが可能な程度の大きさにできる。したがって、蓋２の全周にわたって安定した溶接が実現でき、歩留りが高く低コストな溶接を実現することができる。

（実施の形態２）
続いて、本発明の実施の形態２について、図４を用いて説明する。但し、前述した実施の形態１と異なる点を説明し、前述した実施の形態１と重複する説明は省略する。

この実施の形態２は、治具３の構成、及び治具３による金属ケース１の位置規制の方法が実施の形態１と異なり、それ以外は実施の形態１と同様である。

まず、図４（ａ）に示すように、蓋２が挿入された金属ケース１を、例えば図４（ａ）に矢印で示す方向へ動かして、金属ケース１の開口部の第２長辺の位置を規制する治具３ａと、金属ケース１の開口部の第２短辺の位置を規制する治具３ｂに、金属ケース１を押し当てる。

次に、図４（ｂ）に示すように、第２短辺の反対側の金属ケース１の開口部の第１短辺の位置を規制する治具３ｃを、金属ケース１に押し当て、金属ケース１の左右方向の位置を規制する。

次に、図４（ｃ）のように、第２長辺の反対側の金属ケース１の開口部の第１長辺の位置を規制する治具３ｄを、金属ケース１に押し当て、金属ケース１の前後方向の位置を規制する。

以上の方法により、図４（ｄ）に示すように、金属ケース１の左右方向及び前後方向の位置規制が完了する。このような方法で、蓋２が挿入された金属ケース１の位置規制を行った後、前述した実施の形態１と同様の溶接を行う。

この実施の形態２によれば、前述した実施の形態１と同様に、溶接後の、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’は、溶接前の隙間Ａと同じか、又はそれよりも小さくなる。したがって、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との溶接が開始される直前の隙間Ｂは、溶接開始位置にレーザ光のスポット４の照射が開始される前と同じか、又は、それよりも大きくなっている。また、溶接後の、金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’は、溶接開始位置にレーザ光のスポット４の照射が開始される前の隙間Ｂと同じか、又は、それよりも大きくなっている。つまり、この実施の形態２によれば、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立する。

また、この実施の形態２によれば、金属ケース１と蓋２との間の隙間全体の量およびその隙間全体の変化量が、前述した実施の形態１に比べて減る傾向となる。これは、金属ケース１は、その金属ケース１の開口部の長辺側で変形し易く、金属ケース１の位置を規制するときに、治具３ａ〜３ｄの押圧によって、その開口部の長辺を形成する金属ケース１の内壁が蓋２に接近したためであると考えられる。したがって、溶接前の隙間ＡおよびＢ、ならびに溶接後の隙間Ａ’およびＢ’を、実施の形態１よりも小さくすることができるとともに、金属ケース１の開口部の短辺を形成する金属ケース１の内壁と蓋２との間の隙間の拡大を実施の形態１よりも抑えることができる。よって、この実施の形態２によれば、蓋２の全周にわたって、より安定した溶接が実現でき、より歩留りが高く、より低コストな溶接を実現することができる。

なお、この実施の形態２では、金属ケース１の開口部の第２長辺及び第２短辺の位置を先に規制したが、金属ケース１を治具に押し当てたり、治具を金属ケース１に押し当てたりして、金属ケース１の位置を規制する構造であれば、他の構成の治具を用いても、この実施の形態２と同様の効果が得られる。

続いて、この実施の形態２の実施例について説明する。但し、前述した実施の形態１の実施例と異なる点を説明し、前述した実施の形態１の実施例と重複する説明は省略する。

この実施の形態２の実施例は、治具３の構成及び治具３による金属ケース１の位置規制の方法が実施の形態１の実施例と異なり、それ以外は実施の形態１の実施例と同様である。また、この実施の形態２の実施例では、図４に示す構成の治具３ａ〜３ｄを用いて、図４に示す方法で金属ケース１の位置規制を行った後に、実施の形態１の実施例と同様の溶接を行った。

この実施の形態２の実施例において、治具３ａ〜３ｄによって金属ケース１を保持したときの初期状態における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ、並びに、レーザ溶接完了後における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’をそれぞれ測定したところ、
Ａ＝０．０２ｍｍ、Ｂ＝０．０３ｍｍ、Ａ’＝０．０１ｍｍ、Ｂ’＝０．０３ｍｍ
であった。

また、隙間Ａ’及び隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さを測定したところ、
隙間Ａ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．６ｍｍ
隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．５ｍｍ
であった。したがって、この実施の形態２の実施例も、実施の形態１の実施例と同様に、十分な接合強度を得ることができた。

また、この実施の形態２の実施例を１０回行って、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、実施の形態１の実施例と比較して、隙間全体の量および隙間全体の変化量は減る傾向にあったが、全ての溶接において、実施の形態１の実施例と同様に、
Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’
の関係が成立した。また、実施の形態１の実施例と同様に、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。

なお、レーザ光のスポット径や、レーザ光のスポット４の形状、レーザ出力、レーザ溶接速度等の条件は、溶接対象の金属部材１、２の材料や表面状態、板厚、ならびに総熱容量に依存するため、上記した数値例に限定されるものではない。

（実施の形態３）
続いて、本発明の実施の形態３について、図５及び図６を用いて説明する。但し、前述した実施の形態１及び２と異なる点を説明し、前述した実施の形態１及び２と重複する説明は省略する。

この実施の形態３は、図５（ｆ）に拡大して示すように、３つのスポット（レーザスポット）４ａ〜４ｃから構成されるレーザ光のスポット４を用いる点で前述した実施の形態１または２と異なり、それ以外は実施の形態１または２と同様である。なお、金属ケース１の位置規制の方法は、実施の形態１で説明した方法と実施の形態２で説明した方法のいずれであってもよい。

具体的には、スポット（第１スポット）４ａは、金属ケース１と蓋２の両方に跨って照射される比較的大きなスポットで、パワー密度は低い。図面には、円形のスポット４ａを例示しているが、スポット４ａの形状は特に限定されるものではなく、例えば楕円、長方形、正方形あるいは任意の形状でも構わない。スポット（第２スポット）４ｂは、スポット４ａよりも小さく、かつスポット４ａよりも高いパワー密度を有している。スポット４ｂは、スポット４ａ内に存在し、必ず金属ケース１上を走査される。また、スポット（第３スポット）４ｃは、スポット４ａよりも小さく、かつスポット４ａよりも高いパワー密度を有している。スポット４ｃは、スポット４ａ内に存在し、必ず蓋２上を走査される。

このようなレーザ光のスポット４を前述した実施の形態１と同様に走査すると、レーザ光のスポット４が照射される各箇所において、まずスポット４ａが金属ケース１および蓋２の表面に照射され、そのスポット４ａが照射された箇所の温度が徐々に上昇する。次に、スポット４ａが照射された箇所に、パワー密度が高いスポット４ｂ及び４ｃが照射され、そのスポット４ｂ及び４ｃが照射された箇所の温度が急激に上昇して、その箇所の金属が溶融する。更に、そのスポット４ｂ及び４ｃによって金属ケース１と蓋２にキーホールが形成されるため、短時間で深い溶融が可能となり、高速溶接が実現できる。その後、スポット４ｂ及び４ｃが照射された箇所にスポット４ａが再び照射されることにより、キーホールが閉じて、そのスポット４ａが再び照射された箇所の金属は、通常の溶融状態に変わる。やがて、レーザ光のスポット４が走査されて、通常の溶融状態となった金属にレーザ光のスポット４（スポット４ａ）が照射されなくなると、その通常の溶融状態となった金属は、温度が下がって固化する。

以上のように、スポット４ａによって、溶接箇所の急激な温度上昇及び急激な温度降下を防ぐことができる。したがって、この実施の形態３によれば、金属の突沸や溶融金属の暴れを防止して、スパッタやブローホール、溶融金属が固化する際に発生するクラック等の溶接欠陥を抑制することができ、高品質の溶接が可能となる。

続いて、この実施の形態３の２つの実施例について説明する。但し、前述した実施の形態１及び２の実施例と異なる点を説明し、前述した実施の形態１及び２の実施例と重複する説明は省略する。

この実施の形態３の第１の実施例では、金属ケース１の開口部の長辺の長さが１５０ｍｍ、金属ケース１の開口部の短辺の長さが３０ｍｍで、板厚が０．６ｍｍのアルミニウムを主成分とする金属ケース１と、板厚が１．５ｍｍのアルミニウムを主成分とする蓋（封口板）２を準備して、図５（ａ）に示すように、金属ケース１の開口部に蓋２を挿入した後、前述した実施の形態１の実施例と同様に、銅を主成分とする治具３を用いて、蓋２が挿入された金属ケース１を保持した。

次に、図５（ｂ）に示すように、金属ケース１の開口部の第１長辺上の任意の箇所、好適には中央又はその付近の箇所に、スポット径が０．５ｍｍの円形状のスポット４ａ内に、スポット径が０．０１ｍｍのスポット４ｂ及び４ｃが配置される３ｋＷのレーザ光のスポット４を照射した。このとき、金属ケース１と蓋２に同時にスポット４ａが照射され、金属ケース１にスポット４ｂが照射され、蓋２にスポット４ｃが照射されるように、レーザ光のスポット４の照射位置を設定した。このスポット４ａ〜４ｃは、例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）によって１つのレーザ光をビーム成形することにより、実現してもよい。または、例えばファイバーレーザのような小さなスポットを得られる２個のレーザ光源と、例えばレーザダイオード等のような大きなスポットを得られる１個のレーザ光源とを用いて、実現してもよい。

その後、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、金属ケース１の開口部の外周に沿って、第１長辺から、第１短辺、第２長辺、第２短辺を経て、再び第１長辺に戻る順序で（なお、コーナー部の表記は省略する）、レーザ光のスポット４を、１５０ｍｍ／ｓの速度で走査した。このとき、金属ケース１の表面にスポット４ｂが照射され、蓋２の表面にスポット４ｃが照射されるように、金属ケース１の開口部の４箇所のコーナー部（曲線部）では、レーザ光のスポット４の向きを９０度回転させた。レーザ光のスポット４が再び第１長辺に戻り、溶接開始点に到達すると、徐々にレーザ出力を下げて、レーザ光のスポット４が溶接開始点を１ｍｍ通過したところで、金属ケース１と蓋２の全周との溶接を終了した。図５（ｅ）は、全周溶接を終了した状態を示している。

以上説明した第１の実施例において、治具３によって金属ケース１を保持したときの初期状態における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ、並びに、レーザ溶接完了後における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’をそれぞれ測定したところ、
Ａ＝０．０５ｍｍ、Ｂ＝０．０３ｍｍ、Ａ’＝０．０４ｍｍ、Ｂ’＝０．０５ｍｍ
であった。

また、隙間Ａ’及び隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さを測定したところ、
隙間Ａ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．８ｍｍ
隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．８ｍｍ
であった。したがって、この実施の形態３の第１の実施例も、実施の形態１の実施例と同様に、十分な接合強度を得ることができた。

以上説明した第１の実施例を１０回行って、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、全ての溶接において、実施の形態１の実施例と同様に、
Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’
の関係が成立した。また、実施の形態１の実施例と同様に、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。

金属ケース１と蓋２の全周との溶接が終了した後の金属ケース１と蓋２を、図５（ｅ）に示すＶ−Ｖ線に沿って切断して、金属ケース１の開口部の第１短辺側から見た断面を、更に詳しく観察した。図６（ａ）は、図５（ｅ）に示すＶ−Ｖ線に沿った断面のうち、第１長辺側の断面を示している。

図６（ａ）に示すように、金属ケース１と蓋２の主成分は共にアルミニウムであるが、両者は、アルミニウムに添加した僅かな量の添加物が違うため、金属ケース１と蓋２のいずれが溶融してできた溶融部であるのかを分析して、蓋２を構成する金属が溶融してできた溶融部５ａにおける溶融深さ６ａ、および金属ケース１を構成する金属が溶融してできた溶融部５ｂにおける溶融深さ６ｂを測定した。なお、図６（ａ）には、参考として、蓋２に発生するキーホール７ａと、金属ケース１に発生するキーホール７ｂを模式的に図示している。

蓋２の溶融深さ６ａと金属ケース１の溶融深さ６ｂの関係を調べたところ、図６（ａ）に示すように、溶融深さ６ａ≧溶融深さ６ｂという関係が成立することが分かった。これは、蓋２の上面と金属ケース１の上面にレーザ光のスポット４が照射されて、蓋２と金属ケース１が溶融する際に、金属ケース１の外側の側面（外壁）も溶融するため、金属ケース１の溶融量が蓋２の溶融量よりも多くなり、溶融金属が固化する際に、溶融金属の表面張力の影響で、金属ケース１の外側の側面（外壁）の断面が図６（ａ）に示すように丸くなり、それによって蓋２側へ移動した金属ケース１の溶融金属が、蓋２と金属ケース１との間の隙間に入り込むためであると考えられる。

レーザ光の出力を下げると、金属ケース１の溶融量と蓋２の溶融量も減るが、溶融深さ６ａ及び６ｂが０．１ｍｍより小さくなると、溶融深さ６ａと溶融深さ６ｂが等しくなった。これは、金属ケース１の外側の側面（外壁）が溶融されないためであると考えられる。また、溶融深さ６ａ及び６ｂが０．１ｍｍより小さくなると、接合強度が低くなりすぎて、実用上耐えられなくなる。

また、溶融部５ａおよび５ｂよりも下側の位置に存在する金属ケース１と蓋２との間の隙間の量と、溶融深さ６ａおよび６ｂとの関係を調べたところ、溶接後の隙間が０．２ｍｍ以下の場合には、溶融深さ６ａ≧溶融深さ６ｂの関係が成立して、安定した溶接を実現できたが、溶接後の隙間が０．２ｍｍよりも大きくなると、その隙間に対応する箇所の溶融深さが不安定となり、場合によっては蓋２と金属ケース１との間に未接合の部分が発生することも観察された。

さらに、蓋２の上面と金属ケース１の開口部の上面（金属ケース１の上面）との間に段差が生じている状態を観察した。図６（ｂ）は、蓋２が金属ケース１よりも持ち上がった状態で、蓋２が金属ケース１に溶接された場合の断面を示している。図６（ｃ）は逆に、蓋２が金属ケース１の中に落ち込んだ状態で、蓋２が金属ケース１に溶接された場合の断面を示している。何れの場合も、蓋２の上面と金属ケース１の開口部の上面との間の段差が０．４ｍｍ以下であれば、溶融深さ６ａ≧溶融深さ６ｂの関係が成立して、安定した溶接を実現できた。一方、蓋２の上面と金属ケース１の開口部の上面との間の段差が０．４ｍｍよりも大きくなると、蓋２と金属ケース１との間の隙間に対応する箇所の溶融深さが大きくばらつき、場合によっては蓋２と金属ケース１との間に未接合の部分が発生することも観察された。

なお、スポット４ａ〜４ｃのスポット径や、スポット４ａ〜４ｃの形状、レーザ出力、レーザ溶接速度等の条件は、溶接対象の金属部材１、２の材料や表面状態、板厚、ならびに総熱容量に依存するため、上記した数値例に限定されるものではない。

また、この第１の実施例では、治具３を用いて、前述した実施の形態１と同様に、蓋２が挿入された金属ケース１を保持したが、治具を用いた金属ケース１の位置規制の方法は特に限定されるものではなく、例えば、実施の形態２で説明した方法で金属ケース１の位置を規制した場合でも、この実施の形態３の第１の実施例と同様の効果が得られる。

続いて、この実施の形態３の第２の実施例について説明する。この第２の実施例は、金属ケース１の開口部の長辺側の金属ケース１の板厚が上記した第１の実施例と異なり、それ以外は上記した第１の実施例と同様である。この第２の実施例では、金属ケース１の開口部の長辺側の板厚が０．４ｍｍで、金属ケース１の開口部の短辺側の板厚が０．６ｍｍの金属ケース１を準備した。

この第２の実施例において、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’をそれぞれ測定したところ、
Ａ＝０．０３ｍｍ、Ｂ＝０．０２ｍｍ、Ａ’＝０．０１ｍｍ、Ｂ’＝０．０４ｍｍ
であった。

また、隙間Ａ’及び隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さを測定したところ、
隙間Ａ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．９ｍｍ
隙間Ｂ’に対応する箇所の溶融深さ＝０．８ｍｍ
であった。したがって、この第２の実施例も、実施の形態１の実施例と同様に、十分な接合強度を得ることができた。

また、この第２の実施例を１０回行って、各隙間Ａ、Ｂ、Ａ’及びＢ’を測定した結果、全ての溶接において、実施の形態１の実施例と同様に、
Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’
の関係が成立した。また、実施の形態１の実施例と同様に、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。

さらに、この第２の実施例では、金属ケース１の開口部の長辺側の金属ケース１の板厚が、金属ケース１の開口部の短辺側の金属ケース１の板厚よりも薄くなっているので、金属ケース１は、その金属ケース１の開口部の長辺側で、より変形し易くなっており、金属ケース１の位置を規制するときに、例えば前述した実施の形態２と同様に、治具３ａ〜３ｄによって金属ケース１を押圧することにより、金属ケース１の開口部の長辺を形成する金属ケース１の内壁を、実施の形態２よりも蓋２に接近させることができる。したがって、溶接前の隙間ＡおよびＢ、並びに溶接後の隙間Ａ’およびＢ’を、実施の形態２よりも小さくすることができる。よって、金属ケース１の開口部の短辺を形成する金属ケース１の内壁と蓋２との間の隙間の拡大を実施の形態２よりも抑えることができる。よって、蓋２の全周にわたって、より安定した溶接が実現でき、より歩留りが高く、より低コストな溶接を実現することができる。

なお、この実施の形態３の第２の実施例のように、金属ケース１の開口部の長辺側の金属ケース１の板厚を、金属ケース１の開口部の短辺側の金属ケース１の板厚よりも薄くすることは、前述した実施の形態１及び２や、後述する実施の形態４及び５にも適用することができる。

（実施の形態４）
続いて、本発明の実施の形態４について、図７を用いて説明する。但し、前述した実施の形態１ないし３と異なる点を説明し、前述した実施の形態１ないし３と重複する説明は省略する。この実施の形態４では、実施の形態３と同様に、３つのスポット４ａ〜４ｃから構成されるレーザ光のスポット４を走査する。

実際の電池製造工程では、金属ケース１の開口部に蓋２をスムーズにはめ込むために、蓋２は、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）に対応する箇所において、金属ケース１の開口部よりも小さくしてある。また、実際の電池製造工程では、金属ケース１の開口部に、寸法公差のある蓋２をはめ込む。したがって、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）に対応する金属ケース１の内壁と蓋２との間の隙間は大きくなりやすく、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）において、溶融深さが浅くなる、ブローホールが発生する等の溶接品質不良が発生し易くなる。

そこで、この実施の形態４では、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁と蓋２を溶接する際に、図７に示すように、３つのスポット４ａ〜４ｃから構成されるレーザ光のスポット４の中心が、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中心線８に対して、金属ケース１側→蓋２側→金属ケース１側というように交互に移動する軌跡９を描くように、レーザ光のスポット４を走査する。以下、このような走査をウィービングと称す。

このウィービングの際にも、金属ケース１にスポット４ｂが照射され、かつ蓋２にスポット４ｃが照射されるようにする。これにより、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）において、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中にパワー密度が高いレーザ光が入って、金属ケース１の中の素子にダメージを与えることを防ぐことができる。

また、ウィービングによって、パワー密度の高いスポット４ｂ、４ｃの軌跡が、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）に沿った通常の軌道に交差するので、その通常の軌道よりもスポット４ｂ、４ｃの軌跡が長くなる。その結果、金属ケース１と蓋２との間の隙間の大きさに関係なく、金属ケース１と蓋２を深く溶融することができると同時に、金属ケース１と蓋２の溶融量を増加させることができる。したがって、金属ケース１と蓋２との間の隙間に流れ込む溶融金属の量が、通常の軌道でスポット４ｂ、４ｃを移動させる場合よりも多くなるので、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においても、金属ケース１と蓋２との間の隙間を確実に埋めた溶接が可能となる。

なお、レーザ光のスポット４のウィービングは、蓋２の全周にわたって実施してもよい。

続いて、この実施の形態４の実施例について説明する。この実施例は、レーザ光のスポット４を、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においてのみウィービングさせる以外は、前述した実施の形態３の第１の実施例と同様である。

この実施例では、レーザ光のスポット４を、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においてのみ、図７に示すように、振幅０．１５ｍｍ、周波数１ｋＨｚでウィービングさせて、金属ケース１と蓋２とを溶接した。

この実施の形態４の実施例において、レーザ光照射開始前の初期状態における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ、並びに、レーザ溶接完了後における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’をそれぞれ測定したところ、実施の形態３の第１の実施例と同様に、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立した。また、実施の形態３の第１の実施例と同様に、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。

さらに、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）における溶融部５を観察したところ、実施の形態３の第１の実施例と比較して、溶融幅が大きく、且つ溶融深さが深くなっていた。また、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）において、ブローホールやヒケ等の溶接欠陥は見られなかった。

（実施の形態５）
続いて、本発明の実施の形態５について、図８を用いて説明する。但し、前述した実施の形態１ないし４と異なる点を説明し、前述した実施の形態１ないし４と重複する説明は省略する。

この実施の形態５では、実施の形態３と同様に、３つのスポット４ａ〜４ｃから構成されるレーザ光のスポット４を走査する。また、この実施の形態５では、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）を形成する金属ケース１の内壁と蓋２とを溶接する際に、図８に示すように、３つのスポット４ａ〜４ｃから構成されるレーザ光のスポット４の中心の軌跡９が、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中心線８と常に一致し、かつ、レーザ光のスポット４の向きが、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中心線８の接線方向に対して、金属ケース１側→蓋２側→金属ケース１側というように交互に変化するように、レーザ光のスポット４を走査する。以下、このような走査を揺動と称す。

この揺動の際にも、金属ケース１にスポット４ｂが照射され、かつ蓋２にスポット４ｃが照射されるようにする。これにより、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）において、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中にパワー密度が高いレーザ光が入って、金属ケース１の中の素子にダメージを与えることを防ぐことができる。

また、揺動によって、パワー密度の高いスポット４ｂ、４ｃの軌跡が、金属ケース１の開口部のコーナー部に沿った通常の軌道に交差するので、その通常の軌道よりもスポット４ｂ、４ｃの軌跡が長くなる。その結果、金属ケース１と蓋２との間の隙間の大きさに関係なく、金属ケース１と蓋２を深く溶融することができると同時に、金属ケース１と蓋２の溶融量を増加させることができる。したがって、金属ケース１と蓋２との間の隙間に流れ込む溶融金属の量が、通常の軌道でスポット４ｂ、４ｃを移動させる場合よりも多くなるので、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においても、金属ケース１と蓋２との間の隙間を確実に埋めた溶接が可能となる。

なお、レーザ光のスポット４の向きの揺動は、蓋２の全周にわたって実施してもよい。

続いて、この実施の形態５の実施例について説明する。この実施例は、レーザ光のスポット４の向きを、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においてのみ揺動させる以外は、前述した実施の形態３の第１の実施例と同様である。

この実施例では、レーザ光のスポット４の向きを、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）においてのみ、図８に示すように、金属ケース１と蓋２との間の隙間の中心線８の接線方向に対して、±３０度以下の角度で、かつ１ｋＨｚの周波数で周期的に揺動させて、金属ケース１と蓋２とを溶接した。

この実施の形態５の実施例において、レーザ光照射開始前の初期状態における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ、並びに、レーザ溶接完了後における、金属ケース１の開口部の第１長辺を形成する金属ケース１の内壁１ａと蓋２との間の隙間Ａ’、及び金属ケース１の開口部の第２長辺を形成する金属ケース１の内壁１ｂと蓋２との間の隙間Ｂ’をそれぞれ測定したところ、実施の形態３の第１の実施例と同様に、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立した。また、実施の形態３の第１の実施例と同様に、蓋２の全周にわたる溶接の終わりの方で、金属ケース１の開口部の第２短辺を形成する金属ケース１の内壁１ｄと蓋２とを溶接するとき、その第２短辺を形成する内壁１ｄと蓋２との間の隙間および段差が共に、金属ケース１と蓋２とを安定して溶接することが可能な程度に小さい寸法であった。したがって、蓋２の全周溶接を安定して実施することができた。

さらに、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）における溶融部５を観察したところ、実施の形態３の第１の実施例と比較して、溶融幅が大きく、且つ溶融深さが深くなっていた。また、金属ケース１の開口部のコーナー部（曲線部）において、ブローホールやヒケ等の溶接欠陥は見られなかった。

本発明の溶接方法は、金属製のケースと蓋との高品質な溶接を低コストで実現できるので、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用の駆動電源、あるいは電子機器のバックアップ電源等を、低コストで提供することができる。更には、高出力を必要とするハイブリッド自動車や電気自動車の電源の製造にも適用できる。

１ 金属ケース
１ａ〜１ｈ 金属ケースの内壁
２ 蓋
３、３ａ〜３ｄ 治具
４、４ａ〜４ｃ レーザスポット
５、５ａ、５ｂ 溶融部
６ａ、６ｂ 溶融深さ
７ａ、７ｂ キーホール
８ 金属ケースと蓋との間の隙間の中心線
９ レーザスポットの中心の軌跡
９１ ケース
９１ａ 角部
９１ｂ 直線部
９２ 封口板
９３ レーザスポット

Claims (6)

1. 互いに対向する第１長辺及び第２長辺と、互いに対向する第１短辺及び第２短辺を含む矩形枠からなる外周を有する開口部を持つ筒状体のケースに、そのケースの開口部に挿入された封口部材の全周を、レーザ光によって溶接する溶接方法において、
   前記開口部に前記封口部材を挿入し、前記開口部の前記第１長辺を形成する前記ケースの第１の内壁と前記封口部材との溶接を開始した後、前記開口部の前記第１短辺を形成する前記ケースの第２の内壁と前記封口部材との溶接、前記開口部の前記第２長辺を形成する前記ケースの第３の内壁と前記封口部材との溶接、前記開口部の前記第２短辺を形成する前記ケースの第４の内壁と前記封口部材との溶接をこの順で行い、次に、前記第１の内壁と前記封口部材との未溶接部を溶接し、
   溶接開始前の前記第１の内壁と前記封口部材との間の隙間をＡ、溶接開始前の前記第３の内壁と前記封口部材との間の隙間をＢ、溶接完了後の前記第１の内壁と前記封口部材との間の隙間をＡ’、溶接完了後の前記第３の内壁と前記封口部材との間の隙間をＢ’としたとき、Ａ≧Ａ’、Ｂ≦Ｂ’の関係が成立する
   ことを特徴とする溶接方法。
2. 前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、第１ないし第３スポットからなる前記レーザ光のスポットを前記ケースと前記封口部材に照射するとともに、前記第１スポットを前記ケースと前記封口部材に照射し、前記第１スポットよりもパワー密度が高く、かつ前記第１スポットに内包された前記第２スポットを前記ケースに照射し、前記第１スポットよりもパワー密度が高く、かつ前記第１スポットに内包された前記第３スポットを前記封口部材に照射することを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
3. 前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、前記レーザ光のスポットをウィービングさせることを特徴とする請求項２記載の溶接方法。
4. 前記ケースと前記封口部材とを前記レーザ光によって溶接する際に、前記レーザ光のスポットの向きを揺動させることを特徴とする請求項２記載の溶接方法。
5. 前記開口部の前記第１長辺側及び前記第２長辺側の前記ケースの厚みが、前記開口部の前記第１短辺側及び前記第２短辺側の前記ケースの厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溶接方法。
6. 互いに対向する第１長辺及び第２長辺と、互いに対向する第１短辺及び第２短辺を含む矩形枠からなる外周を有する開口部を持つ筒状体のケースに、そのケースの開口部に挿入された封口部材の全周が、レーザ光によって溶接された金属ケースにおいて、
   前記レーザ光の照射によって溶融した前記封口部材の溶融部の溶融深さと、前記レーザ光の照射によって溶融した前記ケースの溶融部の溶融深さが共に、前記封口部材の厚みより小さく、かつ０．１ｍｍ以上であり、
   前記封口部材の溶融部と前記ケースの溶融部が連続して繋がっており、
   前記ケースと前記封口部材との間の隙間が０．２ｍｍ以下であり、
   前記封口部材の上面と前記開口部の上面との段差が０．４ｍｍ以下であって、
   前記封口部材の溶融部の溶融深さが、前記ケースの溶融部の溶融深さ以上である
   ことを特徴とする金属ケース。
   

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