JPH06304777A - 電池の封口板を外装缶にレーザー溶接するガスノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、電池の溶接部分を空気から遮
断する。レーザー透過板の汚れを防止し、清掃回数を極
減して、寿命を延長する。 【構成】 レーザー照射路５の外周に外周噴射口８を設
け、連通孔１０を介してレーザー照射路５に外周噴射口
８に連通し、レーザー照射路５に供給される不活性なガ
スを、レーザー照射路５から外周噴射口８に流入させ
て、レーザー照射路５と外周噴射口８から不活性なガス
を電池６の溶接部分に噴射するように構成されたことを
特長とする電池６の封口板２を外装缶１にレーザー溶接
するガスノズル４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、封口板の外周を外装缶
の開口部にレーザー溶接して電池を気密に封口するのに
使用されるガスノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】外装缶の開口部を、封口板で気密に閉塞
する方法はふたつある。第１の方法は外装缶の開口端を
かしめて気密に封口する方法である。この方法は、安価
に多量生産できる特長がある。しかしながら、図１に示
す角型電池は、四隅を気密に封口するのが難しい欠点が
ある。角型電池を確実に封口する第２の方法として、外
装缶と封口板との境界をレーザー溶接する方法が採用さ
れている。

【０００３】この方法は、図２の拡大断面図に示すよう
に、外装缶１と封口板２の境界にレーザービーム３を照
射して溶接する。レーザービーム３は、破線で示す領域
で、外装缶１と封口板２の境界の金属を溶融して気密に
封口する。レーザービーム３が金属を溶融して封口する
ときに、空気を遮断して溶接することが大切である。そ
れは、外装缶１と封口板２には、表面をニッケルメッキ
した鉄を使用するからである。レーザー溶接するとき
に、溶融部分が空気に接触すると、外装缶１と封口板２
の鉄は酸化して酸化鉄となる。部分的に酸化した鉄は、
その後に腐食が進行して外装缶１と封口板２の溶接部分
の強度が低下し、液漏れ等の原因となる。

【０００４】この欠点を防止するために、図３に示す構
造のガスノズル４が開発されている。この図に示すガス
ノズル４は、レンズを通して集光されたレーザービーム
３が、レーザー透過板７を透過してガスノズル４の下方
に照射され、また、レーザー照射路５に供給された窒素
ガス等の不活性なガスが、電池６の溶接部分に噴射され
る。

【０００５】しかしながら、レーザー照射路５から噴射
される不活性なガスのみで、電池６の溶接部分を空気か
ら遮断することはできない。電池６の溶接部分をより確
実に空気から遮断するために、図３に示すガスノズル４
は、レーザー照射路５の外周に、リング状の外周噴射口
８を設けている。リング状の外周噴射口８は、レーザー
照射路５の周囲を囲むようにしてガスを噴射する。この
ガスノズル４は、レーザー照射路５と外周噴射口８の両
方からガスを噴射して、電池６の溶接部分を二重に空気
から遮断することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すガスノズル
４は、二重に不活性なガスを噴射するにもかかわらず、
電池６の溶接部分を、十分に満足できる程度に空気から
遮断することが難しい。さらに、レーザー照射路５と外
周噴射口８から噴射するガスの流量調整も極めて難し
い。レーザー照射路５と外周噴射口８から噴射するガス
の流量を多くすると、不活性なガスでもって溶接部分を
空気から十分に遮断できるように考えられる。しかしな
がら、実際にはガスの流量を多くしても、空気を遮断す
ることはできない。それは、噴射するガスの流量を多く
すると、ガスの流速が速くなって、溶接部分の空気を勢
いよくかき混ぜるからである。反対に噴射するガスの流
量を少なくしても、溶接部分を空気から十分に遮断でき
ない。それは、噴射されるガスが、エアーカーテンのよ
うになって、空気を十分に遮断できなくなるからであ
る。

【０００７】溶接するときに、空気を十分に遮断できた
かどうかは、製造した電池を食塩水等の腐食性の液体に
浸漬して簡単に測定できる。空気を遮断しないで溶接し
た電池は、食塩水に浸漬すると、数日で腐食が進行す
る。

【０００８】図３に示すガスノズル４は、二重に不活性
なガスを噴射するにもかかわらず、経時的に発生する溶
接部分の腐食を解消できない。この弊害を防止するため
に、このガスノズル４で溶接した電池６は、溶接部分の
表面に腐食を防止する塗料を塗布している。したがっ
て、塗料を塗る余分な工程を必要とした。さらに、塗料
を塗布しても、経時的に発生する腐食を完全に防止する
ことが難しい欠点があった。

【０００９】さらに、図３に示すガスノズル４は、製造
工程において、レーザービーム３集光レンズを保護する
レーザー透過板７の清掃に著しく手間がかかる欠点があ
った。実際の使用状態において、レーザー透過板７を頻
繁に清掃する必要がある。それは、レーザー溶接すると
きに、溶融された金属からカーボン等が飛散し、これが
レーザー透過板７の内面に付着するからである。また、
溶接時に、外装缶１と封口板２の金属から飛散してレー
ザー透過板７に衝突する付着物は、レーザー透過板７の
表面を荒す。したがって、レーザー透過板７は、何回か
清掃した後に、新しいものに交換する必要がある。レー
ザー透過板７を頻繁に清掃し、また、レーザー透過板７
の寿命が短いことは、電池６の製造能率を低下させるば
かりでなく、ランニングコストを高くする欠点がある。

【００１０】本発明は、従来のガスノズルが有するこれ
等の欠点を解決することを目的に開発されたものであ
る。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、電池
の溶接部分を空気から理想的な状態に遮断でき、しか
も、レーザー透過板の汚れを防止し清掃回数を極減し
て、寿命を著しく延長できる電池の封口板を外装缶にレ
ーザー溶接するガスノズルを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の電池の封口板を
外装缶にレーザー溶接するガスノズルは、前述の目的を
達成するために下記の構成を備える。本発明のガスノズ
ル４は、レーザービーム３を通過させるレーザー照射路
５を備える。レーザー照射路５は、電池６の溶接部分と
対向する面を開口し、レーザー発振ユニット（図示せ
ず）に接続する部分をレーザー透過板７で閉塞してい
る。さらに、レーザー照射路５は、ここから溶接部分に
不活性なガスを噴射するために、ここにガスを供給する
ガス供給路９を連結している。さらにまた、レーザー照
射路５の外周には、不活性なガスを噴射する外周噴射口
８を開口している。レーザー照射路５と外周噴射口８の
両方から不活性なガスを噴射して、不活性なガスでもっ
て電池６の溶接部分を空気遮断してをレーザー溶接する
ように構成されている。

【００１２】さらに本発明のガスノズル４は、レーザー
照射路５を、連通孔１０を介して外周噴射口８に連通す
る独得の構成を備える。この構造のガスノズル４は、レ
ーザー照射路５に供給された不活性なガスを、レーザー
照射路５から外周噴射口８に流入して、レーザー照射路
５と外周噴射口８の両方から不活性なガスを電池６の溶
接部分に噴射するように構成している。

【００１３】

【作用】本発明の好ましい実施例にかかるガスノズル
は、図４に示す構造をしている。このガスノズル４は、
連通孔１０を介して、外周噴射口８をレーザー照射路５
に連結している。連通孔１０は、レーザー照射路５に供
給される窒素ガス等の不活性なガスを、レーザー照射路
５から外周噴射口８に流入させる。外周噴射口８に流入
したガスは、レーザー照射路５の外周にガスを噴射す
る。この状態で不活性なガスを二重に噴射するガスノズ
ル４は、レーザー照射路５と外周噴射口８とがバランス
よくガスを噴射して、確実に空気を遮断して電池６を溶
接できる特長がある。

【００１４】とくに、この構造のガスノズル４は、レー
ザー照射路５のガス噴射圧力を、外周噴射口８よりも少
し高く設定できる。それは、レーザー照射路５は、供給
されたガスを直接に噴射し、外周噴射口８は連通孔１０
を介してレーザー照射路５から供給されたガスを噴射す
るからである。したがって、ガスノズル４は、中心から
高い圧力で不活性なガスを噴射し、その外周から多少低
い圧力でガスを噴射するようになる。この状態で噴射さ
れるガスは、理想的な状態で空気を遮断することができ
る。それは、外周噴射口８から噴射されるガスの流れ
が、中心に噴射されるガスの流動状態を乱すことがな
く、レーザー照射路５から噴射されるガスは、溶接部分
から外側に流動される状態で噴射され、さらに、その外
側のガス流動が空気を遮断するからである。さらに、外
周噴射口８から噴射されるガスの流量は、連通孔１０の
開口面積と数とで調整でき、使用時にレーザー照射路５
と外周噴射口８のガス流量を正確に制御する必要がな
い。

【００１５】さらに、本発明のガスノズル４は、連通孔
１０を介してレーザー照射路５のガスを外周噴射口８に
流動させる。すなわち、連通孔１０によって、レーザー
照射路５から外周噴射口８にガスの流れを発生させる。
このガスの流れは、電池６をレーザー溶接するときに、
レーザー照射路５の内部に飛散するカーボン等を、レー
ザー照射路５から外周噴射口８に排出する。すなわち、
レーザー照射路５から外周噴射口８への不活性なガスの
流れが、カーボン等をレーザー照射路５から効果的に排
出する。このため、本発明のガスノズル４は、溶接時に
おけるレーザー透過板７の汚れを防止でき、また、レー
ザー透過板７の損傷を少なくして寿命を長くできる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための電池の封口板を外装缶にレーザー溶
接するガスノズルを例示するものであって、本発明のガ
スノズルは、構成部品の材質、構造、配置等を下記のも
のに特定するものでない。本発明のガスノズルは、特許
請求の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。

【００１７】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１８】図４に示す電池６の封口板２を外装缶１に
レーザー溶接するガスノズル４は、中心を上下に貫通し
てレーザー照射路５を有する。レーザー照射路５は、レ
ーザービーム３を通過させると共に、下端から、不活性
なガスを、電池６溶接部分に向けて噴射する。したがっ
て、レーザー照射路５は、上方に、レーザー発振ユニッ
ト（図示せず）を連結する。レーザー照射路５は、ここ
に供給されるガスが上に漏れないように、上端をレーザ
ー透過板７で閉塞している。レーザー透過板７は、ガス
は通過しないが、レーザービーム３を透過させる必要が
ある。したがって、レーザー透過板７には、ガラスのよ
うに、レーザービーム３を透過させて、ガスを通過させ
ないものが使用される。

【００１９】レーザー照射路５の下端は、不活性なガス
を集束して電池６の溶接部分に噴射するために、開口端
を細く絞っている。レーザー照射路５の上部には、不活
性なガスを供給するガス供給路９を連結している。ガス
供給路９は、可撓性のホースと流量調整弁を介して加圧
されたガスを充填するガスボンベに連結している。ガス
ボンベのガスは、流量調整弁１２とホース１１とを介し
て、レーザー照射路５に供給される。レーザー照射路５
に供給されるガスの流量は、例えば１５リットル／分に
調整される。図４に示す本発明のガスノズル４は、レー
ザー照射路５と外周噴射口８から理想適な状態で電池６
にガスを噴射できる。すなわち、噴射するガスが、電池
６の溶接部分を、空気から確実に遮断する。したがっ
て、ガスの流量を変化させても、電池６の溶接部分を空
気から遮断でき、流量を精密に調整する必要がない。

【００２０】さらに、図４に示すガスノズル４は、レー
ザー照射路５の外周に、リング状の外周噴射口８を設け
ている。外周噴射口８は、レーザー照射路５の外側に円
筒状に設けられて、上端を閉塞して下端を開口してい
る。外周噴射口８は、中心に向かってガスを噴射するよ
うに、中心にガスを集束させる形状となっている。外周
噴射口８の開口面積は、レーザー照射路５の開口面積よ
りも大きく、レーザー照射路５よりも低い圧力で電池６
の溶接部分にガスを噴射する。

【００２１】外周噴射口８は、レーザー照射路５からガ
スが供給される。したがって、レーザー照射路５と外周
噴射口８とを区画する円筒状の隔壁を貫通して、連通孔
１０を開口している。連通孔１０は、レーザー照射路５
と外周噴射口８の上部に位置して、半径方向に等間隔に
４つ開口している。レーザー照射路５に供給されたガス
は、連通孔１０を通過して外周噴射口８に流入し、外周
噴射口８から電池６の溶接部分に噴射される。

【００２２】この構造の電池６の封口板２を外装缶１に
レーザー溶接するガスノズル４は、下記のようにして、
外装缶１と封口板２とをレーザー溶接して、電池６を封
口する。 流量調整弁１２とホース１１とを介して、窒素等の
不活性なガスを、レーザー照射路５に供給する。不活性
なガスには、窒素に代わって、電池６の溶接部分を空気
から遮断して金属を酸化から防止できる全てのガス、た
とえば、ヘリウム等の不活性ガスも使用できる。 レーザー照射路５の下端から、溶接部分に不活性な
ガスを噴射すると共に、レーザー照射路５のガスは外周
噴射口８にも流入する。したがって、レーザー照射路５
には、連通孔１０を通過して、外周噴射口８に向かって
ガスの流れができる。 外周噴射口８に流入したガスは、レーザー照射路５
の外周から電池６の溶接部分に噴射される。すなわち、
電池６の溶接部分には、レーザー照射路５と外周噴射口
８から二重にガスが噴射される。 溶接部分にガスを噴射する状態で、外装缶１と封口
板２との境界にレーザービーム３を照射する。レーザー
ビーム３は、レーザー透過板７を透過し、レーザー照射
路５を通過して電池６の溶接部分に照射される。レーザ
ービーム３にはＹＡＧレーザーを使用する。 電池６の外装缶１と封口板２との溶接部分は、二重
に噴射されるガスによって空気を遮断し、その中心にレ
ーザービーム３を照射して封口する。 外装缶１と封口板２の境界に沿って溶接するため
に、ガスを噴射しながらレーザービーム３を照射し、こ
の状態で電池６を移動させる。電池６を固定して、ガス
ノズル４を移動して外装缶１と封口板２の境界にレーザ
ービーム３を走査することもできる。

【００２３】図４に示すガスノズル４は、レーザー照射
路５の外周に、リング状の外周噴射口８を設けている。
この形状のガスノズル４は、外周噴射口８から理想的な
状態で不活性なガスを噴射できる。ただ、本発明のガス
ノズル４は、外周噴射口８の構造をこの形状に特定しな
い。レーザー照射路５の外周に、複数に分割して外周噴
射口８を配設し、各外周噴射口８を連通孔１０を介して
レーザー照射路５に連結することもできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の電池の封口板を外装缶にレーザ
ー溶接するガスノズルは、極めて簡単な構造で、電池の
溶接部分を空気から理想的な状態に遮断して、外装缶に
封口板を溶接できる特長がある。それは、本発明のガス
ノズルが、連通孔を介して外周噴射口をレーザー照射路
に連結しているからである。この構造のガスノズルは、
レーザー照射路と外周噴射口から、理想的な状態で二重
にガスを噴射できる。中心のレーザー照射路から多少高
い圧力でガスを噴射し、その外周の外周噴射口からは多
少低い圧力で、空気を遮断するようにガスを噴射する。
このように、外周から噴射されるガス圧を、中心のガス
圧よりも低くすると、外周噴射口から噴射されるガス圧
が、レーザー照射路から噴射されるガスの流動を乱すこ
とがない。したがって、中心のレーザー照射路から噴射
されるガス流と、その外周から噴射される二重のガス流
で、空気を確実に遮断して溶接できる特長がある。

【００２５】本発明のガスノズルがいかに優れた特長を
有するかは、表１に示す測定データーによって明白であ
る。この表は、図３に示す従来のガスノズルと、図４に
示す本発明のガスノズルとを使用して電池を封口し、そ
の後に電池を飽和食塩水に浸漬して腐食した個数を示し
ている。ただし、図３に示す従来のガスノズルで溶接し
た電池は、そのままの状態では溶接部分が極めて腐食し
やすいので、溶接部分の表面に、油性のカラーインキを
塗布して腐食を防止して、食塩水に浸漬した。カラーイ
ンキには、ニグロシンとロンジンエステルとアスファル
トとを溶媒に混合したインキを使用した。本発明のガス
ノズルは、カラーインキを塗布することなく、溶接した
電池を直接に食塩水に浸漬した。

【００２６】

【表１】

【００２７】この表に示すように、図３に示す従来のガ
スノズルで溶接した電池は、食塩水に浸漬して７日経過
後に５０個の電池の３５個が腐食し、１４日後には５０
個の電池全てが腐食した。これに対し、本発明のガスノ
ズルで溶接した電池は、カラーインキを塗布しないにも
かかわらず、食塩水に浸漬して２１日までは全く腐食せ
ず、３０日経過後に５０個の電池のわずか２個が腐食し
たにすぎない。このことは、本発明のガスノズルが極め
て有効に空気を遮断して溶接できたことを明示する。

【００２８】さらに、本発明のガスノズルは、ガスノズ
ルのメンテナンスを極減できる特長も備える。それは、
本発明のガスノズルは、独得のガス流動によって、レー
ザー透過板の汚れを効果的に防止できるからである。す
なわち、本発明のガスノズルは、連通孔を介してレーザ
ー照射路から外周噴射口にガスが流動する。このガス流
動は、溶接時にレーザー照射路に飛散するカーボン等
を、レーザー照射路から外周噴射口に排出する。このた
め、レーザー照射路に設けたレーザー透過板にカーボン
が付着するのを極減して、レーザー透過板の払拭時間間
隔を飛躍的に延長できる。

【００２９】表２は、レーザー透過板の払拭時間間隔
と、新品に交換する寿命とを示している。この表に示す
ように、従来のガスノズルは、１日に４８回、すなわち
３０分に１回の割合でレーザー透過板をガスノズルから
取り出して、表面に付着するカーボン等を払拭する必要
があった。これに対し、本発明のガスノズルは、１日に
１回、すなわち２４時間に１回清掃すれば足りる。ただ
し、レーザー透過板は、レーザービームが、外装缶と封
口板とを溶融して溶接する深さが２０％浅くなると、ガ
スノズルから取り出して綺麗に払拭した。

【００３０】

【表２】

【００３１】さらに、この表に示すように、従来のガス
ノズルは、溶接部分からの飛散物の衝撃で、レーザー透
過板の表面が損傷を受けるので、毎日レーザー透過板を
新品に交換する必要があった。これに対し、本発明のガ
スノズルは、１０日間もレーザー透過板を交換する必要
がなく、レーザー透過板の寿命が１０倍も延長された。

【００３２】さらに、本発明のガスノズルは、連通孔を
介してレーザー照射路から外周噴射口に不活性なガスを
流入させる。この状態は、外周噴射口から理想的な状態
でガスを噴射すると共に、従来のガスノズルのように、
レーザー照射路と外周噴射口から噴射するガスの流量バ
ランスを精密に制御する必要がない。したがって、本発
明のガスノズルは、ガスの流量調整を簡素化して空気を
確実に遮断できる特長がある。さらにまた、本発明のガ
スノズルは、レーザー照射路と外周噴射口から理想的な
状態でガスを噴射できるので、ガスの噴射流量を従来の
ように精密に調整する必要がなく、ガス流量の調整を簡
単にでき特長もある。

【００３３】また、従来のガスノズルのように、溶接後
の錆止処理を省略し、あるいは簡素化できるので、この
ことによっても生産能率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】角型電池の一例を示す斜視図

【図２】外装缶と封口板とを溶接する状態を示す断面図

【図３】従来のガスノズルの一例を示す断面図

【図４】本発明の実施例にかかるガスノズルの一例を示
す断面図

【符号の説明】

１…外装缶 ２…封口板 ３…レーザービーム ４…ガスノズル ５…レーザー照射路 ６…電池 ７…レーザー透過板 ８…外周噴射口 ９…ガス供給路 １０…連通孔 １１…ホース １２…流量調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 毅 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザービーム(3)を通過させるレーザ
   ー照射路(5)を有し、レーザー照射路(5)は電池(6)の溶
   接部分と対向する面を開口し、レーザー発振ユニットに
   接続する部分をレーザー透過板(7)で閉塞しており、さ
   らに、レーザー照射路(5)には不活性なガスを供給する
   ガス供給路(9)を連結しており、さらにまた、レーザー
   照射路(5)の外周には、不活性なガスを噴射する外周噴
   射口(8)が開口されており、レーザー照射路(5)と外周噴
   射口(8)から不活性なガスを噴射して、不活性なガスで
   もって電池(6)の溶接部分を空気遮断してレーザー溶接
   するように構成された電池の封口板を外装缶にレーザー
   溶接するガスノズルにおいて、 レーザー照射路(5)を連通孔(10)を介して外周噴射口(8)
   に連通し、レーザー照射路(5)に供給される不活性なガ
   スを、レーザー照射路(5)から外周噴射口(8)に流入させ
   て、レーザー照射路(5)と外周噴射口(8)から不活性なガ
   スを電池(6)の溶接部分に噴射するように構成されたこ
   とを特長とする電池の封口板を外装缶にレーザー溶接す
   るガスノズル。