JP7474148B2 - 溶接方法およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接による溶接方法およびシステムに関する。
例えば、リチウムイオン二次電池は、正極、負極を含めた電池の構成部分を、アルミニウムなどの金属によるケースに収容し、ケースに蓋を溶接して封止している。この種の溶接において、一般には、レーザ溶接が用いられている（特許文献１参照）。
特開２００４－１９５４９０号公報
ところで、レーザ溶接において、ケースや蓋の溶接する箇所が異物などにより汚染されている場合、照射したレーザが汚染物質に吸収され、当該箇所が異常に高温となる場合がある。このような異常な発熱箇所においては、ピンホールなどが発生し、溶接不良となり、結果として、蓋による封止の不良となる場合がある。このような溶接不良は、外観から確認することが容易ではなく、見落とされる場合がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、溶接の不良が容易に把握できるようにすることを目的とする。
本発明に係る溶接方法は、溶接対象のケースの側面の開口の近傍の測定領域に熱流センサを配置する第１工程と、ケースの開口の上に蓋を載置する第２工程と、熱流センサを用いて測定領域におけるケースの側面からの熱流を測定する状態で、ケースと蓋との接合部の蓋の上側よりレーザを照射してケースと蓋とを接合部でレーザ溶接する第３工程と、第３工程で測定した熱流の測定結果をもとに、ケースと蓋との接合部における溶接の状態を把握する第４工程とを備える。
上記溶接方法の一構成例において、第４工程は、接合部における溶接の良不良を把握する。
上記溶接方法の一構成例において、第１工程は、測定領域に熱流センサを複数配置し、第４工程は、複数配置した熱流センサの各々の測定結果より接合部における溶接の不良箇所を把握する。
上記溶接方法の一構成例において、第３工程は、測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御する。
また、本発明に係る溶接システムは、溶接対象のケースの側面の開口の近傍の測定領域に配置され、測定領域の熱流を測定する熱流センサと、ケースの開口の上に載置され、ケースに接合部で溶接される蓋の上側に、レーザ溶接のためのレーザを照射するレーザ溶接機と、レーザ溶接機が蓋の上側よりレーザを照射するときに、熱流センサを用いて測定領域におけるケースの側面からの熱流を測定する測定器と、測定器が測定した熱流の測定結果を表示する表示装置とを備える。
上記溶接システムの一構成例において、測定器が測定した熱流の測定結果をもとに、ケースと蓋との接合部における溶接の状態を判定する判定装置をさらに備える。
上記溶接システムの一構成例において、判定装置は、接合部における溶接の良不良を判定する。
上記溶接システムの一構成例において、測定領域に配置された複数の熱流センサを備え、判定装置は、複数配置した熱流センサの各々の測定結果より接合部における溶接の不良箇所を判定する。
上記溶接システムの一構成例において、測定器が測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御する制御装置をさらに備える。
以上説明したように、本発明によれば、ケースと蓋とのレーザ溶接において、熱流センサを用いて測定領域におけるケースの側面からの熱流を測定するので、溶接の不良が容易に把握できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接システムの構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る溶接システムの一部構成を示す構成図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る溶接方法を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２に係る溶接システムの構成を示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係る溶接システムの構成を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態に係る溶接システムについて説明する。
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る溶接システムについて図１を参照して説明する。この溶接システムは、熱流センサ１０１、レーザ溶接機１０２、測定器１０３、表示装置１０４を備える。この溶接システムは、溶接対象のケース１０５の開口の上に載置された蓋１０６を、接合部において接合するために用いられる。接合部は、例えば、ケース１０５と蓋１０６との合わせ面である。ケース１０５および蓋１０６は、例えば、リチウムイオン二次電池などの外装容器である。
熱流センサ１０１は、溶接対象のケース１０５の側面の開口の近傍の測定領域に配置され、測定領域の熱流を測定する。例えば、測定領域には、複数の熱流センサ１０１を配置することができる。例えば、ケース１０５に蓋１０６をレーザ溶接するときには、溶接中にケース１０５が膨張しないように、図２に示すように、平面視でケース１０５の四方から、押さえ治具１０７を用いてケース１０５を拘束する。熱流センサ１０１は、ケース１０５の外側側面と、押さえ治具１０７との間に配置することができる。熱流センサ１０１は、例えば、ビスマス－テルル系の熱流センサである。なお、図２は、蓋１０６が開口の上に載置されているケース１０５の上面から見た状態を模式的に示している。
レーザ溶接機１０２は、ケース１０５の開口の上に載置され、ケース１０５に接合部で溶接される蓋１０６の上側に、レーザ溶接のためのレーザ１２１を照射する。レーザ溶接機１０２は、例えば、日本アビオニクス株式会社製のＬＷ－Ｓ１０００やＬＷ－Ｓ１５００とすることができる。
測定器１０３は、レーザ溶接機１０２が蓋１０６の上側よりレーザを照射するときに、熱流センサ１０１を用いて測定領域におけるケース１０５の側面からの熱流を測定する。表示装置１０４は、測定器１０３が測定した熱流の測定結果を表示する。
次に、本発明の実施の形態１に係る溶接方法について、図３を参照して説明する。
まず、第１工程Ｓ１０１で、溶接対象のケース１０５の外側側面の開口の近傍の測定領域に熱流センサ１０１を配置する。ケース１０５の開口に、蓋１０６がレーザ溶接される。
次に、第２工程Ｓ１０２で、ケース１０５の開口の上に蓋１０６を載置する。次いで、第３工程Ｓ１０３で、レーザ溶接機１０２を用い、ケース１０５と蓋１０６との接合部の蓋１０６の上側よりレーザ１２１を照射し、ケース１０５と蓋１０６とを接合部でレーザ溶接する。このとき、熱流センサ１０１および測定器１０３を用いて、測定領域におけるケース１０５の側面からの熱流を測定する。測定器１０３による測定結果は、逐次に表示装置１０４に表示される。
次に、第４工程Ｓ１０４で、上述したように、溶接時に測定した熱流の測定結果をもとに、ケース１０５と蓋１０６との接合部における溶接の状態を把握する。例えば、接合部における溶接の良不良を把握する。例えば、表示装置１０４に表示される熱流の測定結果を、予め測定することで用意してある正常値と比較することで異常な値が確認された場合、この測定結果が得られたときに溶接していた製品は、接合部に接合不良があるものとして不良品とする。
また、測定領域に熱流センサ１０１を複数配置している場合、複数配置した熱流センサ１０１の各々の測定結果より、接合部における溶接の不良箇所を把握することもできる。また、第３工程Ｓ１０３の溶接の一構成例において、測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御することもできる。
例えば、レーザ溶接を実施しているときに（過程で）、表示装置１０４に表示される熱流の測定結果（熱流値）を逐次に確認し、熱流値の変動（熱流値が下がる）状態が見られた場合、レーザ溶接機１０２におけるレーザ１２１の出力値を若干低下させる。この種のレーザ溶接では、溶接時に、ケース１０５および蓋１０６の蓄熱により、時間とともに溶接ビートが大きくなる場合がある。この状態では、熱流センサ１０１により測定される熱流値が低下する。この状態が確認された場合は、レーザ１２１の出力値を若干低下させる。このようにすることで、溶接ビートの拡大が防止でき、接合部全域で、均一な大きさの溶接ビートを得ることができるようになる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る溶接システムについて、図４を参照して説明する。この溶接システムは、熱流センサ１０１、レーザ溶接機１０２、測定器１０３、表示装置１０４を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。実施の形態２では、さらに、判定装置１０８を備える。
判定装置１０８は、測定器１０３が測定した熱流の測定結果をもとに、ケース１０５と蓋１０６との接合部における溶接の状態を判定する。判定装置１０８は、例えば、接合部における溶接の良不良を判定する。判定装置１０８は、例えば、実験により求められた熱流センサ１０１の測定による正常値を記憶している。判定装置１０８は、実際の溶接時に測定器１０３が測定した結果と、予め測定することで用意してある正常値とを比較し、良不良を判定する。例えば、測定結果が正常値から所定の範囲で外れている場合、判定装置１０８は、この測定結果が得られたときに溶接していた製品は、接合部に接合不良があるものとして不良品と判定する。
また、判定装置１０８は、複数配置した熱流センサ１０１の各々の測定結果より接合部における溶接の不良箇所を判定することもできる。例えば、各々の熱流センサ１０１の測定結果と正常値とを比較し、測定結果が正常値から所定の範囲で外れている熱流センサ１０１の配置箇所に、溶接の不良が発生しているものと判定する。
判定装置１０８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置となどを備えたコンピュータ機器である。主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作する（プログラムを実行する）ことで、判定装置１０８の上述した各機能が実現される。上記プログラムは、上述した判定装置１０８の各機能をコンピュータが実行するためのプログラムである。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る溶接システムについて、図５を参照して説明する。この溶接システムは、熱流センサ１０１、レーザ溶接機１０２、測定器１０３、表示装置１０４を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。また、この溶接システムにおいても、前述した実施の形態２と同様に、判定装置１０８を備える。
実施の形態３では、さらに、制御装置１０９を備える。制御装置１０９は、測定器１０３が測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御する。例えば、制御装置１０９は、レーザ溶接を実施しているときに、熱流センサ１０１および測定器１０３で測定される熱流の測定結果（熱流値）を逐次に確認する。この確認の中で、制御装置１０９は、熱流値の変動（熱流値が下がる）状態が見られた場合、レーザ溶接機１０２におけるレーザ１２１の出力値を若干低下させる。
この種のレーザ溶接では、溶接時に、ケース１０５および蓋１０６の蓄熱により、時間とともに溶接ビートが大きくなる場合がある。この状態では、熱流センサ１０１により測定される熱流値が低下する。この状態を確認した制御装置１０９は、レーザ１２１の出力値を若干低下させる。この制御により、溶接ビートの拡大が防止でき、接合部全域で、均一な大きさの溶接ビートを得ることができるようになる。
制御装置１０９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置となどを備えたコンピュータ機器である。主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作する（プログラムを実行する）ことで、制御装置１０９の上述した各機能が実現される。上記プログラムは、上述した制御装置１０９の各機能をコンピュータが実行するためのプログラムである。
以上に説明したように、本発明によれば、ケースと蓋とのレーザ溶接において、熱流センサを用いて測定領域におけるケースの側面からの熱流を測定するので、溶接の不良が容易に把握できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…熱流センサ、１０２…レーザ溶接機、１０３…測定器、１０４…表示装置、１０５…ケース、１０６…蓋、１０７…押さえ治具、１２１…レーザ。

Claims (9)

  1. 溶接対象のケースの側面の開口の近傍の測定領域に熱流センサを配置する第１工程と、
    前記ケースの前記開口の上に蓋を載置する第２工程と、
    前記熱流センサを用いて前記測定領域における前記ケースの側面からの熱流を測定する状態で、前記ケースと前記蓋との接合部の前記蓋の上側よりレーザを照射して前記ケースと前記蓋とを前記接合部でレーザ溶接する第３工程と、
    前記第３工程で測定した熱流の測定結果をもとに、前記ケースと前記蓋との前記接合部における溶接の状態を把握する第４工程と
    を備える溶接方法。
  2. 請求項１記載の溶接方法において、
    前記第４工程は、前記接合部における溶接の良不良を把握することを特徴とする溶接方法。
  3. 請求項１または２記載の溶接方法において、
    前記第１工程は、前記測定領域に前記熱流センサを複数配置し、
    前記第４工程は、複数配置した前記熱流センサの各々の測定結果より前記接合部における溶接の不良箇所を把握する
    ことを特徴とする溶接方法。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の溶接方法において、
    前記第３工程は、測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御することを特徴とする溶接方法。
  5. 溶接対象のケースの側面の開口の近傍の測定領域に配置され、前記測定領域の熱流を測定する熱流センサと、
    前記ケースの前記開口の上に載置され、前記ケースに接合部で溶接される蓋の上側に、レーザ溶接のためのレーザを照射するレーザ溶接機と、
    前記レーザ溶接機が前記蓋の上側よりレーザを照射するときに、前記熱流センサを用いて前記測定領域における前記ケースの側面からの熱流を測定する測定器と、
    前記測定器が測定した熱流の測定結果を表示する表示装置と
    を備える溶接システム。
  6. 請求項５記載の溶接システムにおいて、
    前記測定器が測定した熱流の測定結果を元に、前記ケースと前記蓋との前記接合部における溶接の状態を判定する判定装置をさらに備えることを特徴とする溶接システム。
  7. 請求項６記載の溶接システムにおいて、
    前記判定装置は、前記接合部における溶接の良不良を判定することを特徴とする溶接システム。
  8. 請求項６記載の溶接システムにおいて、
    前記測定領域に配置された複数の前記熱流センサを備え、
    前記判定装置は、複数配置した前記熱流センサの各々の測定結果より前記接合部における溶接の不良箇所を判定する
    ことを特徴とする溶接システム。
  9. 請求項６～８のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
    前記測定器が測定している熱流の変動に対応させて、照射するレーザの出力を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする溶接システム。
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