JP6030178B2 - 車載電池用の角形電池ケースおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池ケース同士が多数並列され、モジュールに組み込まれて使用される車載電池用の角形電池ケースおよびその製造方法に関するものである。

Ｌｉイオン電池は、従来から、携帯電話やノートＰＣなどのモバイル分野で主として用いられてきたが、近年では、自動車用（車載用）として、ＨＶ車や、プラグインハイブリッド車、電気自動車に用いられている。

これら自動車用のＬｉイオン電池は、大きな電力が必要なため、限られた車載スペースに、多数の電池ケース同士が互いに並列され、モジュールに組み込まれて収納される。このため、互いに並列しやすく、スペース効果が高い形状で、しかも実装効率が高く、放熱性能にも優れ、過大な温度上昇を避けることが重要となる。

このため、その電池ケースは、横断面形状が矩形（角型）で、側面の広幅面の幅と狭幅面の幅の比の大きい（長辺に比して短辺が著しく小さい）扁平形の電池ケースとなっている。このような薄型の角形電池ケースを用いた角形電池は、機器の薄型化や軽量化に適し、且つスペース効果も高い。以上のような自動車用のＬｉイオン電池ケースを、以下では、車載電池用の角形電池ケース、車載電池用の電池ケース、あるいは単に角形電池ケースあるいは電池ケースとも言う。

このような車載電池用の角形電池ケースは、内部空間に、電池箔や電解液、集電体などの内臓物を収めたのち、前記開口部を電池蓋（以下、単に蓋と言う）で塞ぎ、電池ケースの前記開口部と電池蓋の接合部とを、レーザ溶接を使って封止溶接することが広く行われている。

従来から、このような角形電池ケースの機能性を高めるために、角形電池ケース各部の肉厚の配分を工夫した事例などが種々提案されている。

例えば、特許文献１では、携帯電話などのポ−タブル機器用の角形電池ケースとして、主として、炭素鋼の冷延鋼板などの鉄製の金属外装缶が提案されている。同文献では、電池単品で使う用途であるため、薄肉化された角形電池ケースでも強度や剛性を必要とする。このために、蓋により封口される、開口部周辺部の壁上部厚み（封口部周辺側厚）を、封口強度を向上するために、中間部（定常部）の厚みよりも、約２５％以下程度、部分的に厚くなるように金属外装缶を製作している。

特開平１１−５４０９５号公報

ここで、車載電池用の角形電池ケースの蓋や本体（缶）を、鋼製からアルミニウム合金製に代え、アルミニウム合金板（冷延板）素材を一体にプレス成形した成形品から構成すると、耐食性や軽量化および加工性やコスト面からも有利であり、近年、検討が進められている。
また、アルミニウム合金製の車載電池用の角形電池ケースの、より低コスト化をすすめるために、薄肉化の検討も進められており、具体的には、この電池ケースの側壁の板厚を、従来の０．５〜１．０ｍｍ程度から、０．２〜０．６ｍｍ程度にまで薄くする動きがある。

ただ、車載電池用の角形電池ケースをアルミニウム合金製とした場合、前記した薄肉化を追求すると、レーザによる前記封止溶接時の溶接が安定しないという、鋼製には無い、アルミニウム合金製特有の課題が生じる。

すなわち、角形電池ケースの側壁を薄くすると、鋼よりも溶接性に劣るアルミニウム合金では、前記したレーザによる封止溶接時に、板の熱ひずみが生じてしまい、同じアルミニウム合金である蓋との溶接が安定せず、継手部が波型になったり、段差が生じたり，溶接部の側壁を貫通するような不安定なビード形状となって、電池ケースの内容物に悪影響がある。このため、健全なビード形状や溶接部とするために、レーザ照射移置を高精度に位置合わせするなど、封止溶接時に、効率を低下させるような、多大の労力を必要とする。

アルミニウム合金は融点が低く、溶融しやすいように考えられるが、アルミ合金の比熱および溶融潜熱は、鋼や他の大多数の金属よりも大きく、熱伝導の良いこととあいまって、鋼の５倍も熱が逃げやすい。このため、局部加熱が難しく、溶融させるためには鋼よりも多量の熱を供給する必要があり、これが前記した封止溶接が安定せず、不安定なビード形状となる大きな要因となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、前記封止溶接が安定して実施でき、健全な溶接部形成を可能とする、アルミニウム合金製の車載電池用角形電池ケースおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のために、本発明の車載電池用の角形電池ケースの要旨は、１枚の成形素材アルミニウム合金板からなる底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状のケースであり、前記側壁の厚みが０．２〜０．６ｍｍの範囲に薄肉化された上で、前記底部の厚みが０．６〜１．０ｍｍの範囲で、前記側壁よりも厚肉化されており、更に、前記側壁の上部の厚みが、前記ケースの内側に向かって張り出すように、この側壁の定常部の厚みの３０％以上（但し３０％を除く）、部分的に予め厚肉化されていることである。

また、上記目的達成のために、本発明の車載電池用の角形電池ケースの製造方法の要旨は、１枚の素材アルミニウム合金板から、底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状のケースを一体に成形し、このケースに蓋を封止溶接にて装着する際に、前記側壁の厚みを０．２〜０．６ｍｍの範囲に薄肉化した上で、前記底部の厚みを０．６〜１．０ｍｍの範囲に、前記側壁よりも厚肉化し、更に、前記側壁の上部の厚みを、前記ケースの内側に向かって張り出すように、この側壁の定常部の厚みの３０％以上（但し３０％を除く）、部分的に前記封止溶接に先立って予め厚肉化したことである。

本発明は、アルミニウム合金板の成形体からなる角形電池ケースの側壁の上部を、アルミニウム合金製の蓋とレーザによって封止溶接するに先立って、この側壁の上部の厚みを、この側壁の定常部の厚みよりも、ビードの形成量に見合った分だけ、角形電池ケースの内側に向かって部分的に厚肉化する。

これによって、前記封止溶接が安定して実施でき、側壁の上部と蓋とに亘るとともに、側壁の上部を貫通しないようなビードが形成でき、健全な溶接部とすることができる。

本発明角形電池ケースの一態様を示す斜視図である。 図１のＡ―Ａ断面図である。 図１のＢ―Ｂ断面図である。 本発明角形電池ケースの蓋の溶接の一態様を示す断面図である。 本発明角形電池ケースの蓋の溶接の他の態様を示す断面図である。 本発明角形電池ケースの側壁の厚肉化の加工の一態様を示す断面図である。 従来の角形電池ケースの蓋の溶接の一態様を示す断面図である。 従来の角形電池ケースの蓋の溶接の他の態様を示す断面図である。 本発明角形電池ケースの側壁の厚肉化の加工の他の好ましい態様を示す断面図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

角形電池ケースの基本構造：
図１〜３に本発明角形電池ケースの一態様を示す。本発明で言う角形電池ケースとは、
底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状のアルミニウム合金製電池ケースを言う。

図１〜３において、角形電池ケース１は前提として車載電池用として使用される。すなわち、この電池ケース１同士が多数並列され、モジュールに組み込まれて使用される。このため、スペースの効率から、底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状の、扁平で薄型のアルミニウム合金製電池ケースとされている。

角形電池ケース１は、基本的に、矩形（平面視で角形）底部６と、この矩形底部６の各周縁部から立ち上がる四つの各側壁２、３、４、５と、これら各側壁２、３、４、５の上端部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ側の矩形状開口部７とを一体に有した角筒形状からなる。

本発明で言う矩形状とは、以下の記載も含めて、矩形あるいは四角の形状や、これらの形状そのものでなくても、矩形あるいは四角に近似する形状を意味する。

図１〜３の角形電池ケース１において、側壁４、５は大きくて広幅な壁面として長辺側にある対向する二つの側壁であり、側壁２、３は小さくて狭幅な壁面として短辺側にある、対向する二つの側壁である。これらの側壁は、壁面形状が角型で、広幅な壁面の幅と狭幅な壁面の幅の比の大きい（長辺側に比して短辺側が著しく小さい）、矩形で扁平な薄型の電池ケースを構成する。

矩形底部６の厚み（板厚）ｔ６は０．６〜１．０ｍｍの範囲、各側壁２、３、４、５の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの厚み（板厚）ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５は０．２〜０．６ｍｍの範囲から選択されて、均一な板厚の板の前記した成形によって、互いに差厚化されている。すなわち、これら各部の厚みが異なる、差厚角筒形状からなっている。

この矩形底部６の厚みは、薄肉化された上で立設される電池ケースの強度（剛性）の必要性から、前記各側壁よりも厚肉化されている。また、多数の電池ケース１が互いに密に並べられてモジュールに組み込まれ、隣接する電池ケースの側壁同士で接しているため、強度が比較的低くても良い、長辺側の二つの側壁４ｂ、５ｂの各厚みｔ４、ｔ５は、短辺側の二つの側壁２ｂ、３ｂの各厚みｔ２、ｔ３よりも薄くしても良い。すなわち、これら矩形底部６や側壁２〜５同士は、車載電池用として、各々の厚みを、前記した範囲内で互いに変えて、差厚化しても良い。

これらの角形電池ケース１は、汎用される公知の製造方法として、均一な厚み（ｔ１：
０．５〜１．２ｍｍ）の１枚の素材アルミニウム合金板（冷延板）を、絞りとしごきなどを順次組み合わせた、公知の多段の成形加工よって一体に成形して得ることができる。ちなみに、これら多段の成形加工自体は、例えば、特許第４１１９６１２号公報、特許第４３２５５１５号公報、塑性加工学２、Ｗ.ジョンソン、Ｐ.Ｂ．メラー共著、昭和40年10月30日培風館発行、「１１・１０底付き容器の再絞り加工」２６-２７頁などに、具体的に記載されている。この角形電池ケース１の素材となるアルミニウム合金板は、後述する合金の中から選択される。

蓋の装着：
図４、５に示す通り、角形電池ケース１の矩形開口部７には、角形電池ケース１とは別の素材アルミニウム合金板から成形された、平面視で矩形状の蓋８が装着される。因みに、蓋８は、必ずしも板の成形によらずとも、鋳造、鍛造、押出などの別の製法で制作されても良い。

この図４、５は、図１の角形電池ケース１に蓋８を装着した態様を、図１のＡ―Ａ断面図を用いて、角形電池ケース１のＡ―Ａ断面側のみを部分的に示している。以下の説明では、図１のＢ―Ｂ断面側にも共通する記載もあり、そのような場合には、Ｂ―Ｂ断面側の符号を、Ａ―Ａ断面側の符号に続いて、括弧書きにて追記する。

この蓋８は、電池ケース上部の平面視した矩形形状と同じあるいは相似する矩形（平面視）形状を有し、通常は、Ｌｉイオン電池ケースなどとして必要な、外部正極、電解液の注入口やカバー、安全弁などの他の必要部品を備える。このために、必要な強度（剛性）が高く、前記各側壁２、３、４、５、あるいは、更に矩形底部６よりも厚肉化されており、その厚み（板厚）ｔ８は１．０〜２．０ｍｍの範囲である。この蓋８の素材となるアルミニウム合金板も後述する合金の中から選択される。

この蓋８の装着に際して汎用される装着方式としては、代表的には、図４のような、おとし蓋方式で、蓋８を各側壁の上端部２ａ、３ａ（４ａ、５ａ）で囲む空間内に収容して、蓋８と各側壁の上端部２ａ、３ａ（４ａ、５ａ）とを、同じ平面の（面一の）同じレベルにして載置する方法がある。また、図５のような載蓋方式で、蓋８を各側壁の上端部２ａ、３ａ（４ａ、５ａ）上に載置して、これら各側壁の上端部を覆う方法などもある。

この蓋８の装着に際しては、図４、５の矢印で示す溶接方向から、蓋８の周縁部８ａ、８ｂと、各側壁の上端部２ａ、３ａあるいは各側壁の上部２ｃ、３ｃとが互いに、その長手方向あるいは平面視での周縁に亘って、レーザ溶接によって封止溶接される。但し、図３、４で図示しているのは、前記した通り、短辺側側壁２、３の上端部２ａ、３ａあるいは上部２ｃ、３ｃのみである。

図４は、蓋８の周縁部８ａ、８ｂと、各側壁の上端部２ａ、３ａとの境界（溶接部）に向かって、レーザが上方から下方に、矢印で示すレーザ入射線Ｘのように、入射される上打ち方式の封止溶接を示している。
図５は、蓋８の周縁部８ａ、８ｂと、各側壁の上端部２ａ、３ａあるいは各側壁の上部２ｃ、３ｃとの境界（溶接部）に向かって、レーザが横方向から水平に、矢印で示すレーザ入射線Ｘのように、入射される横打ち方式の封止溶接を示している。
これら図４、５では図示してはいないが、図１における側壁４、５の上端部４ａ、５ａや、上部４ｃ、５ｃも、同様にして、蓋８と封止溶接される。

封止溶接におけるレーザ溶接は、公知のものが使用でき、レーザ溶接機として、半導体励起パルス発信型ＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、ファイバレーザなどを使用して、レーザ溶接のスポットを照射して順次溶接する。例えば、レーザ出力：２００〜５００Ｗ、ファイバー径＝０．１〜０．４ｍｍ、溶接速度＝１０〜２０ｍ／分、シールドガス＝Ａｒ（０．１〜０．５Ｌ／ｓ）などの条件で、連続溶接で行う。

ビード形成：
この封止溶接の際に、図４、５のように、各側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）と、蓋８の例えば周縁部８ａ、８ｂとに亘るとともに、その先端部９ａが各側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）を電池ケース内部に向けて貫通しないような、安定した健全なビード９が形成されて、接合されることが必要である。このビード９は、蓋８の周縁部８ａ、８ｂと前記各側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）の封止溶接される部分に亘って、蓋と側壁上端部や側壁上部の長手方向あるいは平面視での周縁に亘って、形成される。

しかし、側壁を０．２〜０．６ｍｍの範囲に均一な厚みに薄肉化した従来例では、この側壁が薄すぎて、レーザによる封止溶接が安定しない。前記した通り、アルミニウム合金の比熱および溶融潜熱は、鋼や他の大多数の金属よりも大きく、熱伝導の良いこととあいまって、鋼の５倍も熱が逃げやすい。このため、溶接部である側壁２１が薄くなるほど、局部加熱が難しく、溶融させるために鋼よりも多量の熱を供給する必要があり、レーザによる封止溶接が安定しなくなる。

レーザ溶接条件にも勿論よるが、この種のアルミニウム合金板製の車載用電池ケースに汎用されるレーザによる封止溶接の条件範囲では、後述する図４、５に示すビードの溶け込み深さＨは、これら側壁の厚みの８０％以上となる。したがって、側壁２１の厚みが前記０．２〜０．６ｍｍの範囲に薄肉化されるほど、ビードの溶け込み深さＨに対する側壁２１の厚みの余裕が無く、アルミニウム合金の前記特性上、レーザ出力やファイバー径、ピーク出力、溶接速度を大きくするなどの溶接条件によっては、側壁の上部２１ａを、その先端２２ａが貫通するような不安定なビード２２の形状となりやすい。

図７、８に、側壁の上部２１ａも定常部と均一な厚みを有する、従来の薄肉化した側壁２１の溶接部を示す。この図７、８に示す通り、レーザ溶接による封止溶接が安定しないと、側壁の上部２１ａを、その先端２２ａが貫通するような不安定なビード２２の形状となりやすい。これは図７のような上打ち方式でも、図８のような横打ち方式の封止溶接でも同様である。
このように、その先端２２ａが貫通するような不安定なビード形状となった場合には、接合強度が低下するとともに、スパッタが電池ケース内部に飛んで、電池ケースの内容物に大きな損傷やダメージを与える。
このため、健全なビード形状や溶接部とするため、封止溶接時に余分で多大の労力やコストを必要とする。より具体的に言うと、従来は、健全なビード形状や溶接部とするために、溶接効率を犠牲にして、溶接電流や溶接速度を低くして、多段階に細分化したような溶接工程とするか、高い制御精度のより高価な溶接機が必要であった。

側壁の厚肉化：
これに対して、前記した安定した健全なビード９の形成のため、本発明では、蓋８と封止溶接される、各側壁２、３、４、５の上部を、図１〜３に示す２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの通り、前記封止溶接によって形成されるビードの溶け込み深さＨよりも厚くなるよう、各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの厚みよりも、部分的に、前記封止溶接に先立って予め厚肉化する。
これら各側壁の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃは、図１〜３の通り、角形電池ケース１ａの内側に向かってのみ張り出すように、あるいは膨らむように、部分的に予め厚肉化されている。したがって、各側壁の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの外側の壁は、好ましくは図１〜３の通り、各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの外壁と同じく、厚肉化による膨らみや凹凸が無い、平坦な壁面であって、前記各定常部の外壁と同じ平面でつながり、角形電池ケース１ａの平坦な外壁面を各々構成している。

ここで、ビードの溶け込み深さＨは、図４、５において図示するごとく、レーザの入射方向に関わらず、矢印で示すレーザの入射線Ｘの延長線上にある、ビード９の外表面部９ｂから、その先端部９ａまでの、ビードの最大深さ（最大の溶け込み深さ）である。

各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの厚み（板厚）：ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５は前記した通り０．２〜０．６ｍｍの範囲から選択される。これに対して、各側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚み（板厚）：ｔ２ｃ、ｔ３ｃ、ｔ４ｃ、ｔ５ｃは、これら定常部の厚みｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５よりも厚くする。この目安として、ビード９の形成量に見合った分だけ、これら側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃにおける各々のビードの溶け込み深さＨよりも厚くなるように、部分的に厚肉化することが好ましい。
しかも、この厚肉化は、角形電池ケース１の内側（内側空間）に向かってのみ張り出すように、部分的に厚肉化している。図１の本発明角形電池ケースは、図２のＡ―Ａ断面図における厚肉化部分２ｃ、３ｃと、図３のＢ―Ｂ断面図における厚肉化部分４ｃ、５ｃとを有する。

このような厚肉化によって、安定したレーザ溶接が可能となり、前記図４、５の右側に示したように、側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）と、蓋の周縁部８ａ、８ｂとに亘るとともに、その先端部９ａが側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）を貫通しないような、安定した健全なビード９が形成される。
また、側壁の上部２ｃ、３ｃ（４ｃ、５ｃ）の厚肉化によって、側壁の上部を貫通しない範囲で許容されるビード９の溶け込み深さＨ（あるいは許容されるビード９の大きさ）が、薄肉化された元の側壁厚みから、厚肉化された厚みへと、大きく増大する効果も大きい。
また、側壁２、３、４、５の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを、ビード９の溶け込み深さＨ以上に、部分的に厚肉化することによって、溶接条件の選択範囲や許容範囲も広がり、安定した溶接が可能となり、安定した健全なビード９が形成される効果もある。
すなわち、側壁の上部をビード９が貫通しない、封止溶接条件の許容範囲を緩和させ、溶接条件を安定化させる効果も大きい。本発明では、前記角形電池ケースの基本構造（蓋
８、矩形底部６、側壁の各厚み範囲も含めて）を前提とした上で、安定したレーザ溶接を可能とする。

更に、各側壁の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃは、角形電池ケース１ａの内側に向かってのみ張り出すように、あるいは膨らむように部分的に予め厚肉化されている。このため、これら各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの外側の壁面は、各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの外壁面と同じく、厚肉化による膨らみや凹凸が無い、平坦な壁面となっている。すなわち、これらの側壁の外側の壁面は、厚肉化されている側壁の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを含めて、同じ平面（面一）に平坦化されている。
この結果、前記各側壁の定常部の外壁面と同じ平面でつながり、角形電池ケース１ａの平坦な外壁面を各々構成できる。したがって、自動車用のＬｉイオン電池として、限られた車載スペースにおいても、多数の電池ケース（の外壁）同士を互いに並列して載置しやすく、スペース効果が高いという特徴もある。
このような各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの外側の壁面の、各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの外壁面との、同じ平面での平坦化は、必須ではないが、上記した優れたスペース効果を有する。

ここで、電池ケースとして、健全な使用に耐えうるためには、封止溶接部に十分な継手強度が必要である。この継手強度はビード９の溶け込み深さＨに依存する。レーザ溶接条件にも勿論よるが、汎用されるレーザによる封止溶接条件の範囲では、十分な継手強度を確保するためには、ビードの溶け込み深さＨは、側壁２、３、４、５の定常部の厚みｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に対し、これら側壁の厚みの６０％以上、好ましくは８０％以上となることが好ましい。
しかしながら，側壁２、３、４、５の定常部の厚みｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５が０．２〜０．６ｍｍの範囲と薄い場合には、溶接の際に前記のような熱ひずみが生じるため、溶け込みが不安定となり、一部には側壁をビードが貫通してしまう。
こうした問題を解決するには、レーザによる封止溶接部の肉厚を部分的に増加させ，熱ひずみを抑制することが必要となる。そして、このような溶接の問題は、前記特許文献１のような鋼板の場合よりも多量の入熱を必要とする、アルミニウム合金板に特有の問題である。

このため、これらの側壁の上部厚肉部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを、ビードの溶け込み深さＨよりも厚肉化する目安として、各側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚み（板厚）：ｔ２ｃ、ｔ３ｃ、ｔ４ｃ、ｔ５ｃは、側壁２、３、４、５の定常部の厚みｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の３０％以上、より好ましくは４０％以上、部分的に厚肉化されていることが好ましい。
側壁２、３、４、５の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの厚みが、各々異なる場合には、厚肉化する側壁自体（厚肉化する当該側壁）の定常部の厚みを各々基準とする。
この厚肉化の上限は、内容積の設計限界や厚肉化の加工限界から、７０％程度である。すなわち、この厚肉化の好ましい範囲は、前記側壁定常部厚みの１３０〜１７０％、より好ましくは１４０〜１７０％である。

この側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚肉化が、側壁２、３、４、５の定常部の厚みｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の３０％未満では、側壁２、３、４、５の厚みが０．２〜０．６ｍｍの範囲のアルミニウム合金板の場合、前記レーザ溶接条件では、熱ひずみが生じてしまい、溶け込みや、ビード深さが不安定となる。このため、レーザ出力やファイバー径、ピーク出力、溶接速度を大きくするなどの溶接条件を修正したとしても、側壁の上部２１ａを、その先端２２ａが貫通するような、図７、８に示す不安定なビード２２の形状となりやすい。

因みに、前記特許文献１では、鉄製の角形電池ケースとして、蓋により封口される上部開口部周辺部の壁の側厚（封口部周辺側厚）を、前記した通り、強度（剛性）を高めるために、中間部の側厚よりも、約２５％以下程度厚くなるようにしている。
この特許文献１のように、本発明の封止溶接の課題を認識せずに、角形電池ケースの強度、剛性のみを高める場合には、剛性は、板厚の三乗に比例して増加するので、板厚を１０％厚くすれば、剛性を３０％以上高めることができる。
したがって、前記特許文献１にとって、本発明のような３０％以上の厚肉化は全く不要であり、その記載範囲でもある、２５％以下程度の、できるだけ少ない厚肉化で済ませることが、その目的でもある軽量化を阻害しないことにもつながる。

しかし、本発明のように、その先端部９ａが各側壁の上部を貫通しないような、健全なビード９の形成のためには、溶接時の熱ひずみを防止する必要があり、そのため、側壁２、３、４、５の元々の薄肉化をも考慮して、より大きな厚肉化をさせる必要がある。

この厚肉化する各側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの延在長さ（領域）は、前記電池ケースや溶接の前提条件のもとでは、少なくともビードが及ぶ（形成される）範囲、好ましくは溶接の熱影響部の範囲をカバーできるものとすることが好ましい。

更に、これら各側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚肉化が、角形電池ケース１の外側に向かうことは、壁面の凹凸となって、壁面の平滑化と平面化の妨げとなるので、避けるようにする。すなわち、あくまで角形電池ケース１の内側（内側空間）に向かって部分的に厚肉化し、角形電池ケース１の外側に向かっては厚肉化せずに、角形電池ケース１の各外壁面（側壁の外表面）は平滑化と平面化を保持する。

なお、この厚肉化は、封止溶接されてビード９が形成される、各側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃについて各々全部、そして全長乃至全幅に亘って行っても良いが、封止溶接されビード９が形成される側壁上部のみ、選択的に行っても良い。ただ、後述する厚肉化加工のやりやすさなどとの関係で、封止溶接されない各側壁の上部や上端部を厚肉化しても良い。

側壁上部の厚肉化加工：
このような側壁の厚肉化は、例えば、図６に示すような、側壁の圧縮加工によって可能である。この図６に示す圧縮加工自体は公知であって、側壁３の上部３ｃを電池ケースの内側に向かって厚肉化する態様を示している。
図６において、元の均一な厚みである側壁３の上部３ｃを中心に、側壁３の外側より型１２によって、側壁３の内側より中子１１によって、側壁３を挟持した上で、カム構造１０により、側壁３の上部３ｃを上方から圧縮加工して、角形電池ケース１の内側（内側空間）に向かって部分的に厚肉化する。この圧縮加工は、厚肉化の程度により複数段に分けて行う。
このような加工によって、図１〜３に示すように、各側壁の各上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、
５ｃを、角形電池ケース１ａの内側に向かってのみ膨らむように部分的に予め厚肉化させ、これら各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの外側の壁面は、各側壁の定常部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂの外壁面と同じ平面（面一）で、厚肉化による膨らみや凹凸が無い、平坦な壁面とすることが可能である。

側壁上部の厚肉化の好ましい加工方法：
各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚肉化の加工方法として、前記図６の圧縮加工よりも好ましい加工方法を、図９（a）〜（e）に、加工工程順に各断面図で示す。

この加工方法の概要は、各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚肉化の厚みを、角形電池ケース１ａの内側に向かって、部分的に予め厚肉化するに際して、各側壁上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの上部以外の、当該側壁の部位にしごき加工を加えて厚みを減少させる一方で、前記各側壁の上部には、前記しごき加工を加えず、元の側壁の厚みを有するとともに、角形電池ケース１ａの外側に向かって張り出す厚肉部としてそのまま残すものである。
そして、その上で、更に、前記側壁２、３、４、５の上部の厚肉部に加工を加えて、この厚肉部の張り出す方向を、角形電池ケース１ａ内側に向かうよう反転させ、かつ、前記側壁２、３、４、５の上部の厚肉部の外側の壁面は、前記しごき加工された他の側壁部位の外側の壁面と同じ平面の平坦面に成形する。

以下に、図９を用いて説明するが、図９は、図９（a）のように、厚肉化加工前の電池ケース、すなわち、横断面形状が略矩形になるように成形した中間成形品としての、図１のＢ―Ｂ断面における、長辺側側壁４、５と矩形底部６、および矩形開口部７のみを示している。
したがって、以下の加工方法の説明は、長辺側壁４、５についてのみ行うが、前記した短辺側壁２、３についても、同様の加工が行われ、角形電池ケース１ａの全側壁が、前記各側壁上部厚肉部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを含めて、同様の形状、構造に成形されるものである。

図９（b）は、側壁４、５の外方からのしごきダイス１３、１３と、開口部７から電池ケース１a（以下、単にケースと言う）の内部空間に挿入したパンチ１４との協働で、側壁４、５の上部４e、５e以外の側壁部分４b、５bに、しごき加工を順次施していく、第一の工程の態様を示している。
この第一の工程では、前記側壁上部４e、５e以外の部分の、側壁４b、５bは、前記しごき加工により薄肉化される。したがって、前記側壁上部４e、５eの部分だけが、しごき加工を受けずに、元の側壁４、５の各板厚（肉厚）として残され、しごき加工された他の側壁４b、５bの部分に比して、ケースの外側に向って張り出す凸部を有する形状に、部分的に厚肉化される。

図９（c）、（d）、（e）は、前記側壁上部４e、５eの厚肉化（厚肉部）の張り出し方向をケースの内側に向かうものとすべく、前記したケースの外側に向かう張り出し方向から反転させる、第二の工程の態様を示している。
図９（c）では、先ず、開口部７からケース内にパンチ１５を挿入する。

次に、図９（d）のように、ケース内に挿入したパンチ１５を下降させ、パンチ１５の下方の周囲に配した環状スリーブ１６の内部空間（内壁面）の最下方側に設けた細孔１６ｃ内に、その棒状の先端部１５ｂを挿入する。
そして、環状スリーブ１６の内壁面の、前記細孔１６ｃの上方に形成した漏斗状の（下方に縮径する）テーパ部１６ｂに、パンチ１５の先端部１５ｂの上方に位置する漏斗状の（下方に縮径する）テーパ部１５aを押圧して、環状スリーブ１６（テーパ部１６ｂ）を左右方向に押し広げて拡径する。

同時に、図９（d）のように、厚肉化された側壁上部４e、５e（側壁上部の厚肉部４e、５e）の壁面に、外方からしごきダイス１８、１８を押圧する。そして、その一方で、側壁上部の厚肉部４e、５eの内側壁面の上部に、パンチ１５の上方に設けた環状外周部１７の垂直方向に延在する平坦面を当接させる。また、側壁上部の厚肉部４e、５eの内側の下部には、環状スリーブ１６の上部の外周に設けられた、下方に拡径するテーパ部１６aを当接させる。

そして、側壁上部の厚肉部４e、５eの壁面への、しごきダイス１８、１８の押圧と、これに伴う、環状外周部１７の前記平坦面、環状スリーブ１６上部のテーパ部１６aへの、側壁上部の厚肉部４e、５eの押し当てを行う。
これらの作用により、側壁上部の厚肉部４e、５eの厚肉化の方向を、前記ケースの外側方向から、前記ケースの内側方向に向かって張り出すべく、反転させ（窪ませ）、ケースの外側方向に向かって張り出す凸部を有する形状である、側壁上部の厚肉部４ｃ、５ｃに成形する。
同時に、側壁上部の厚肉部４e、５e（４ｃ、５ｃ）の外側の壁面も、前記図９（b）でしごき加工された他の側壁４b、５b部分の外側の壁面と同じ平面（面一）である、垂直方向に延在する平坦な壁面に成形される。
また、これらと同時に、前記環状外周部１７の平坦面により、側壁上部の厚肉部４e、５e（４ｃ、５ｃ）の上部側を垂直方向に延在する平坦な壁面に成形しつつ、前記下方に拡径するテーパ部１６aにより、側壁上部の厚肉部４e、５e（４ｃ、５ｃ）の下部側を、下方に拡径する内壁面テーパ部４ｄに成形される。
ここで、前記しごきダイス１８、１８として、前記図９（b）でしごき加工に用いたしごきダイス１３、１３を用いても良く、別のしごきダイスを用いても良い。

これらの第２のしごき加工後には、パンチ１５の側面が平坦（長手方向の外径が均一）になるように、カム機構で制御することで、前記のケース内側に厚肉化した部分を変形させずに、パンチを離脱させることができる。
図９（e）は、以上説明した側壁上部の厚肉部４e、５eの成形終了後に、開口部７からパンチ１５を、このカム機構により取り出す態様を示している。
すなわち、前記図９（d）とは逆に、ケース内に挿入したパンチ１５を上昇させ、パンチ１５の下方に配した環状スリーブ１６の孔１６ｃ内から、その先端部１５ｂを抜き出す。そして、パンチ１５の漏斗状のテーパ部１５aの押圧から、環状スリーブ１６のテーパ部１６ｂを開放して、環状スリーブ１６を縮径させて、パンチ１５をケース内から抜けやすくしている。
以上説明した、図９の一連の加工方法は、他の各側壁上部２ｃ、３ｃの厚肉部の加工にも、そのまま適用できる。

図９の加工方法は、側壁４、５の、上部４e、５e以外の、側壁部位４b、５bにしごき加工を加えて板厚を減少させ、この側壁上部４e、５e（厚肉部４ｃ、５ｃ）には、前記しごき加工を加えずに、元の側壁４、５の各板厚（肉厚）として、そのまま残している。
このような側壁上部のみを部分的にケース外側に厚肉化する加工は容易にでき、前記図６の圧縮加工のように、側壁に大きな圧縮力を加える必要がないため、側壁が座屈する可能性が低く、効率的に部分厚肉化ができる利点がある。
また、しごき加工により薄肉化された側壁部分も、加工硬化によって高強度化されるため、板厚の減少に伴う、側壁部分の強度低下が少ない。
あるいは、アルミニウム合金組成やしごき加工量の選択によって、加工硬化の程度を制御して、側壁部分が薄肉化しても、より高強度化することも可能となる。
これらの利点は、他の各側壁上部２ｃ、３ｃの厚肉部の加工でも同じである。

次に、一旦形成した側壁上部の厚肉部４e、５eの厚肉化の方向を、ケースの内側方向に向かうべく、前記ケースの外側方向から反転させ（窪ませ）、厚肉部４ｃ、５ｃとする加工も容易である。
そして、同時に、側壁上部厚肉部４e、５eの外側の壁面を、前記図９（b）でしごき加工された他の側壁４b、５b部分の外側の壁面と、同一平面に平坦化する成形も容易である。
これらの利点は、他の各側壁上部２ｃ、３ｃの厚肉部の加工でも同じである。

更に、上記図９の一連の加工工程は、使用する各パンチと各ダイスとの上下運動のみからなる、１段あるいは多段の連続的な加工で行うことができる。このため、通常の電池ケース成形に用いられるトランスファープレスに容易に組み込むことが可能であり、高効率で安価に加工ができる利点がある。

上記図９の加工工程で得られた電池ケース１aも、アルミニウム合金板の成形体からなる角形電池ケースの側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚みを、この側壁の定常部の厚みよりも、ビードの形成量に見合った分だけ、角形電池ケースの内側に向かって部分的に厚肉化できる。

これによって、アルミニウム合金製の蓋８（図９では図示せず）をレーザによって封止溶接するに際して、この封止溶接が安定して実施でき、前記図４、５で示したビード９が形成でき、健全な溶接部にすることができる。
すなわち、前記図４、５で示したように、側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃと蓋８とに亘るとともに、側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを貫通しないような、ビード９が形成できる。
そして、これらの効果を、側壁の上部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃの厚肉部以外は薄肉化して、使用する材料を節約し、材料コストを低減した上で実現できる。

素材アルミニウム合金板：
前記素材アルミニウム合金板は、必要強度と成形性、耐食性、耐クリープ性（耐クリープ変形性）、そして封止溶接性などの、角形電池ケース用素材としての要求特性から選択される。
この点、室温での機械的な特性で、０．２％耐力が３０〜２００ＭＰａおよび全伸びが３〜２０％であるような、ＪＩＳ乃至ＡＡに規格される１０００系または３０００系のアルミニウム合金板であることが好ましい。中でもＡ３００３アルミニウム合金が好ましく、ＪＩＳ乃至ＡＡに規格される１０００系アルミニウム合金、中でもレーザ溶接を用いて封口される場合には、純アルミニウム合金であるＡ１０５０合金が好ましい。

これらのアルミニウム合金板は、均一な厚みの冷延板を、必要により溶体化および焼入れ処理や時効硬化処理あるいは焼鈍などの調質処理を施して、前記特性とする。ただ、使用条件や成形条件によっては、これら合金の耐クリープ性（耐クリープ変形性）などをより改良した合金や、２０００系あるいは、より高強度な５０００系や６０００系アルミニウム合金を用いても良い。

以上の通り、本発明は、前記封止溶接時に安定したビード形状の形成が可能で、健全な溶接部形成を可能とするアルミニウム合金製の車載電池用角形電池ケースおよびその製造方法を提供できる。このため、車載用の角形電池ケースや、その製造方法好適に使用することができる。

１：電池ケース、２、３、４、５：側壁、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ：側壁上端部、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ：側壁定常部、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ：側壁上部（厚肉部）、６：矩形底部、７：矩形開口部、８：蓋、９：ビード、９ａ：ビード先端部、９ｂ：ビード外表面、１０：カム構造、１１：中子、１２：型、１４、１５：パンチ、１３、１８：しごきダイス、１６：環状スリーブ、１７：環状外周部、Ｈ：ビード溶け込み深さ、Ｘ：レーザ入射線

Claims (5)

1. 車載電池用角形電池ケースであって、１枚の成形素材アルミニウム合金板からなる底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状のケースであり、前記側壁の厚みが０．２〜０．６ｍｍの範囲に薄肉化された上で、前記底部の厚みが０．６〜１．０ｍｍの範囲で、前記側壁よりも厚肉化されており、更に、前記側壁の上部の厚みが、前記ケースの内側に向かって張り出すように、この側壁の定常部の厚みの３０％以上（但し３０％を除く）、部分的に予め厚肉化されていることを特徴とする車載電池用角形電池ケース。
2. 前記側壁の外側の壁面は、前記厚肉化されている側壁の上部を含めて同一平面に平坦化されている請求項１に記載の車載電池用角形電池ケース。
3. 車載電池用の角形電池ケースの製造方法であって、１枚の素材アルミニウム合金板から、底部、側壁、開口部を各々有する横断面形状が矩形状のケースを一体に成形し、このケースに蓋を封止溶接にて装着する際に、前記側壁の厚みを０．２〜０．６ｍｍの範囲に薄肉化した上で、前記底部の厚みを０．６〜１．０ｍｍの範囲に、前記側壁よりも厚肉化し、更に、前記側壁の上部の厚みを、前記ケースの内側に向かって張り出すように、この側壁の定常部の厚みの３０％以上（但し３０％を除く）、部分的に前記封止溶接に先立って予め厚肉化したことを特徴とする車載電池用角形電池ケースの製造方法。
4. 前記側壁の上部の厚みを、前記ケースの内側に向かって、部分的に予め厚肉化するに際して、前記側壁の上部以外の部位にしごき加工を加えて厚みを減少させる一方で、前記側壁の上部は、前記しごき加工を加えず、元の側壁の厚みを有するとともに前記ケースの外側に向かって張り出す厚肉部としてそのまま残し、その上で、更に、前記側壁の上部の厚肉部に加工を加えて、前記厚肉部の張り出す方向を、前記ケースの内側に向かうよう反転させる、請求項３に記載の車載電池用角形電池ケースの製造方法。
5. 前記しごき加工に際して、側壁の上部の厚肉部の外側の壁面を、前記しごき加工された他の側壁部位の外側の壁面と同一平面に平坦化する、請求項４に記載の車載電池用角形電池ケースの製造方法。