JPH10230379A

JPH10230379A - アルミニウム合金製容器の製造方法

Info

Publication number: JPH10230379A
Application number: JP9036612A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsumoto; 松本　　剛
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接欠陥を生じさせず、安定してレーザ溶接
することができるアルミニウム合金製容器の製造方法を
提供する。【解決手段】蓋２ａ及び容器本体１ａはＪＩＳＡ５
０５２Ｐから形成されている。そして、蓋２ａと容器本
体１ａの開口端部との突合せ面４ａを連続発振型のレー
ザ加工機又はレーザ出力がゼロとなる時間が０.１ｍｓ
以下のパルス型のレーザ加工機を用いて、溶接を行い蓋
２ａと容器本体１ａとを接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は携帯機器等の電池及
び電子部品等に利用される金属製容器の製造方法に関
し、特に、容器を軽量化することができるアルミニウム
合金製容器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動手段を伴う構造物の小部品に
軽量なアルミニウム合金材を多用することが提唱されて
いる。例えば、移動電話、パーソナルコンピュータ及び
ビデオカメラ等の携帯機器のグラム単位の軽量化が進め
られており、電池及び電子部品等の各種金属容器の蓋及
び容器本体にアルミニウム合金が使用されようとしてい
る。

【０００３】従来、アルミニウム合金の接合は主として
アーク溶接により行われている。しかし、アルミニウム
合金は融点は低いものの、溶融潜熱が高く、更に、熱伝
導性が良好であるので、アルミニウム合金を溶融するた
めには大きな出力の溶接エネルギーを与える必要があ
る。しかし、上述のように大出力の溶接エネルギーを用
いた場合、溶接部近傍には、樹脂及びフィルム等の熱に
弱い微小部品等を設けることができない。このため、ア
ーク溶接により接合した場合、容器を大型化する必要が
あり、アルミニウム合金を用いることによる軽量化の効
果が半減してしまう。

【０００４】一方、レーザ溶接はアーク溶接に比べてエ
ネルギー密度が高い。このため、高速で目標の温度まで
加熱することが可能であり、溶接部近傍への溶接熱の影
響が小さいので、例えば、小型２次電池の容器等を製造
する際に使用されている。そして、レーザ加工の方法に
は、主として連続発振型レーザ又はパルス型レーザを用
いる方法が挙げられる。図６は横軸に時間をとり、縦軸
にパルス型レーザの出力をとって、両者の関係を示すグ
ラフ図である。図６に示すように、パルス型レーザのレ
ーザ出力がゼロとなる時間５において、パルス型レーザ
は出力されていない。

【０００５】また、アルミニウムを合金化することによ
りその強度を増すことができるため、容器内部の圧力上
昇による容器の膨張対策として高強度のアルミニウム合
金を使用することが望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金をレーザ溶接により溶接すると、溶接割れ欠
陥が生じることがある。そして、この溶接割れ欠陥は添
加元素量が多い高強度のアルミニウム合金において発生
しやすい。これは、添加元素量が多いアルミニウム合金
では、固液相間の範囲が広いためである。このため、溶
接割れ欠陥を生じさせないように、容器の材料として低
強度のアルミニウム又は添加元素が少ない低強度のアル
ミニウム合金を使用せざるを得ない。

【０００７】また、容器等の比較的薄板を溶接する場合
には、入熱過大による変形を抑制するためにパルス型レ
ーザを用いることが多い。しかし、アルミニウム合金材
をこのパルス型のレーザ溶接を用いて接合した場合に
は、急速加熱から急速冷却に至るまでの過程が極めて短
く、凝固収縮率が高くなる。このため、溶融状態から凝
固する際に大きなひずみが生じ、このひずみにより溶接
割れ欠陥が特に生じやすい。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であって、溶接欠陥が防止され、安定してレーザ溶接す
ることができるアルミニウム合金製容器の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金製容器の製造方法は、蓋を容器本体の開口端部に
嵌め込み、前記蓋と前記開口端部との突合せ面を溶接に
よって封止するアルミニウム合金製容器の製造方法にお
いて、前記容器本体はＭｇを２.２重量％以上含有する
アルミニウム合金材からなり、前記蓋と前記容器本体の
開口端部との突合せ面を、レーザ出力がゼロとなる時間
を０.１ｍｓ以下として、レーザ溶接し接合することを
特徴とする。

【００１０】本発明に係る他のアルミニウム合金製容器
の製造方法は、蓋を容器本体の開口端部に嵌め込み、前
記蓋と前記開口端部との突合せ面を溶接によって封止す
るアルミニウム合金製容器の製造方法において、前記蓋
及び前記容器本体はＭｇを２.２重量％以上含有するア
ルミニウム合金材からなり、前記蓋と前記容器本体の開
口端部との突合せ面を、レーザ出力がゼロとなる時間を
０.１ｍｓ以下として、レーザ溶接し接合することを特
徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
べく、鋭意検討を重ねた結果、少なくとも容器本体の素
材として、Ｍｇを２.２重量％以上含有するアルミニウ
ム合金材を使用し、レーザ出力がゼロとなる時間が０.
１ｍｓ以下のレーザ溶接を行うことにより、溶接割れ欠
陥を生じさせずに、高強度で軽量のアルミニウム合金製
容器を製造することができることを見出した。

【００１２】以下、本発明の実施例に係るアルミニウム
合金製容器の製造方法について具体的に説明する。図１
は容器の形状が円筒形の場合の容器本体及び蓋を示す模
式図である。先ず、図１に示すように、使用される用途
に適した形状、例えば、円筒形を有する容器本体１ａを
Ｍｇを２.２重量％以上含有するアルミニウム合金によ
り形成する。このようなアルミニウム合金として、ＪＩ
ＳＡ５０５２Ｐ又はＪＩＳＡ５１８２Ｐ等がある。
そして、容器本体１ａの開口端付近の中空部３ａの断面
とほぼ同形状及び同寸法を有する蓋２ａも同様にＭｇを
２.２重量％以上含有するアルミニウム合金、例えば、
ＪＩＳＡ５０５２Ｐにより形成する。なお、蓋２ａは
別の品種のアルミニウム合金で形成することもできる。

【００１３】ＪＩＳ５０００系アルミニウム合金材
は、強度が高く沸点が低い元素であるＭｇを含有してい
るので、溶接構造材として使用された場合、レーザ溶接
を低エネルギーで行うことができる。本発明においては
Ｍｇを２.２重量％以上含有するアルミニウム合金材を
使用しているので、膨れ等による容器の変形を抑制する
ことができると共に、溶接部近傍への溶接熱の影響を少
なくすることができる。

【００１４】また、蓋２ａは容器本体１ａの開口端付近
の中空部３ａの断面とほぼ同形状及び同寸法を有してい
るので、容器の密封性を向上させることができる。更
に、溶接時の仮止めの作用も有するので、溶接する際に
クランピングの必要性が緩和されて作業が簡略化され
る。

【００１５】図３は容器本体と蓋との位置関係を示す模
式的断面図である。容器本体１ａ及び蓋２ａを成形した
後、図３に示すように、容器本体１ａに蓋２ａを嵌め込
むと、容器本体１ａと蓋２ａとの突合せ面４ａが蓋の側
面に形成される。この突合せ面４ａにおいて、容器本体
１ａと蓋２ａとが密着しているため、溶接時に隙間が空
くことはなく安定性が高い溶接部を得ることができる。

【００１６】図４は本実施例の容器の形状が円筒形の場
合の溶接状況を示す模式図である。蓋２ａを容器本体１
ａに嵌め込んだ後、図４に示すように、突合せ面４ａを
矢印ａに沿って、レーザ出力がゼロとなる時間が０.１
ｍｓ以下であるレーザ溶接をする。このとき、例えば、
連続発振型レーザ又はレーザ出力がゼロとなる時間５が
０.０５ｍｓであるパルス型レーザにより、矢印ｃに示
すように、溶接方向は下向きで、レーザ光を蓋２ａの上
面に対して垂直に照射する。この溶接方法によれば、溶
接を開始する点と溶接を終了する点とが一致するので、
１工程で溶接工程を済ませることができ、時間の短縮を
図ることもできる。

【００１７】また、パルス型のレーザ溶接を行う際に、
レーザ出力がゼロである時間が０.１ｍｓを超えると、
急速凝固過程が著しくなり、溶接部に溶接割れ欠陥が生
じる。一方、レーザ出力がゼロである時間が０.１ｍｓ
以下であれば、溶湯が凝固する前にレーザ光が照射され
て加熱されるため、割れの発生を抑制することができ
る。従って、パルス型のレーザ溶接を行う際のレーザ出
力がゼロである時間は０.１ｍｓ以下とする。

【００１８】一方、連続発振型のレーザ溶接を行う場合
には、溶湯が急速に凝固することを防ぐことができるこ
とは明らかである。このレーザ溶接によれば、凝固する
前に十分な溶湯を確保することが可能であるので、溶接
割れ欠陥を抑制することができる。

【００１９】なお、容器本体及び蓋の素材としては板
材、押出形材、鋳物材等が挙げられ、レーザ溶接は前記
の同じ種類の素材同士又は異なった種類の素材の間に行
い接合することができる。

【００２０】また、成形される容器の断面形状及び大き
さは特に限定されるものではない。図２は容器の形状が
角筒形の場合の容器本体及び蓋を示す模式図である。容
器が角筒形の場合でも、先ず、図２に示すように、容器
本体１ｂの中空部３ｂの断面とほぼ同形状及び同寸法を
有する蓋２ｂを容器本体１ｂの開口端部に嵌め込む。図
５は本実施例の容器の形状が角筒形の場合の溶接状況を
示す模式図である。蓋２ｂを開口端部に嵌め込んだ後、
図５に示すように、突合せ面４ｂを容器が円筒形の場合
と同様にして、連続発振型のレーザ溶接をするか、又は
レーザ出力がゼロとなる時間５が０.１ｍｓ以下のパル
ス型のレーザ溶接をする。こうして、良好な溶接部を有
する軽量なアルミニウム合金製容器を製造することがで
きる。

【００２１】なお、アルミニウム合金材の溶接に使用さ
れるレーザ溶接の溶接条件は特に限定されるものではな
い。例えば、通常、レーザ溶接においては、ワイヤ等の
添加材は供給する必要はないが、特に、余盛が必要とさ
れる場合にはワイヤ等を供給してもよい。この場合、特
に指定がない限り添加材としてＪＩＳ５０００系アル
ミニウム合金材を用いることが望ましい。

【００２２】また、連続発振型のレーザ溶接を行うに際
してレーザの照射条件は特に限定されるものではない。
例えば、レーザ自体を選定する場合、アルミニウム合金
を溶融させるためには、炭酸ガスレーザを用いる場合に
は平均出力約８００Ｗ以上、ＹＡＧレーザを用いる場合
には平均出力約２００Ｗ以上であることが望ましい。そ
して、レーザ出力、溶接速度等の溶接条件は用いられる
レーザの種類、被加工部材によって選定することができ
る。

【００２３】また、シールドガスの流量も特に限定され
るものではなく、溶接条件によって決定することができ
る。但し、良好な溶接部を得るためには５乃至３０ｌ／
分程度の流量が望ましい。

【００２４】なお、溶接姿勢及び方向は安全上の問題が
ない限り、上向き、下向き又は横向きのいずれの方向で
も行うことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００２６】先ず、表１に示す合金板材を素材として、
円筒形及び角筒形の形状を有する容器を成形した。この
とき、円筒形の容器本体の外径は２０ｍｍ、高さは１０
０ｍｍ、板厚は１ｍｍとした。そして、円筒形の容器の
蓋の直径は１８ｍｍ、厚さは１ｍｍとした。また、角筒
形の容器本体の底面の１辺は１０ｍｍ、他の１辺は２０
ｍｍとし、高さは１００ｍｍ、板厚は１ｍｍとした。そ
して、角筒形の容器の蓋の板面の１辺は８ｍｍ、他の１
辺は１８ｍｍとし、板厚は１ｍｍとした。

【００２７】

【表１】

【００２８】次に、成形された各実施例及び比較例の容
器の重量を測定し評価した。この結果を表２に示す。表
２中、○は重量が軽いことを示しており、×は重いこと
を示している。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示すように、実施例１及び２並びに
比較例３、４及び６においては、アルミニウム合金を用
いて容器が形成されているので、ＪＩＳＳＰＣＥを用
いて形成された比較例５と比して、重量が約１／３と軽
い。

【００３１】次に、前記蓋を前記容器本体に嵌め込んだ
後、容器本体と蓋との突合せ面を上記表１に示す溶接方
法により、溶接方向を下向きとして蓋の表面に対して垂
直に溶接した。表１中、ＡはＴＩＧ溶接を示し、Ｂは連
続レーザ溶接を示し、Ｃはレーザ出力がゼロとなる時間
が０.１ｍｓを超えるパルスレーザ溶接を示し、Ｄはレ
ーザ出力がゼロとなる時間が０.１ｍｓ以下のパルスレ
ーザ溶接を示す。

【００３２】そして、溶接試験として溶接による欠陥の
発生及び母材の溶込性を目視により評価した後、内圧充
填試験として溶接による残留膨れの評価を行った。この
残留膨れの評価は、溶接された容器内部に空気を１気圧
充填した後、内圧を抜き、そのときの側面の膨れを測定
することにより行った。但し、角筒形の容器では、面積
が大きい側の側面にて測定した。また、膨れの測定は、
膨れが発生する前の位置を０としてダイヤルゲージにて
測定した。これらの結果を表３に示す。表３中の内圧充
填試験の欄において、○は膨れが０.２ｍｍ以下である
ことを示しており、目視により殆ど認識できないことを
示している。×は膨れが０.２ｍｍを超えているが、充
填した空気の漏れは発生していないことを示しており、
膨れを目視により認識できる。××は充填した空気の漏
れが発生し、膨れの測定が不可能であることを示してい
る。

【００３３】そして、総合評価として、上述の重量測
定、溶接試験及び内圧充填試験の結果を包括して評価し
た。この結果を表３に示す。表３中の総合評価におい
て、○は評価結果が良好であること、×は不良であるこ
とを示している。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３に示すように、実施例１及び２におい
ては、Ｍｇを２.２重量％以上含有するＪＩＳＡ５０
５２Ｐを素材として容器本体及び蓋を成形し、夫々連続
波レーザ溶接及びレーザ出力がゼロとなる時間が０.１
ｍｓ以下であるパルス溶接により容器本体と蓋とを接合
したので、溶接割れ欠陥は生じず、溶湯の溶け込み性も
良好であった。また、内圧充填試験においても、膨れは
目視により認識できなかった。

【００３６】一方、比較例３においては、ＴＩＧ溶接に
より容器本体と蓋とを接合したため、溶接部に穴が開
き、アルミニウム合金材は溶け落ちてしまった。更に、
内圧充填試験を行う際に、穴が開いた部分から充填した
空気の漏れが発生した。これは、素材の板厚が厚く、容
器が小型構造物なので、熱吸収が良すぎて入熱過剰とな
り、溶接熱に影響される範囲が広くなったためである。

【００３７】比較例４においては、レーザ出力がゼロと
なる時間が０.１ｍｓを超えるパルスレーザにより容器
本体と蓋とを接合したため、溶接割れ欠陥が生じた。そ
して、この欠陥のため、内圧充填試験において充填した
空気が漏れてしまった。

【００３８】比較例５においては、ＪＩＳＳＰＣＥを
素材として容器本体及び蓋を成形し、連続波レーザ溶接
により前記容器本体と前記蓋とを接合しているので、溶
接試験及び内圧充填試験の結果は良好であった。しか
し、素材としてＪＩＳＳＰＣＥを用いているので、容
器全体の重量が重く、容器の軽量化には適さない。

【００３９】比較例６においては、連続波レーザ溶接に
より容器本体と蓋とを接合しているので、溶接試験の結
果は良好である。しかし、素材としてＭｇの含有量が
２.２重量％未満であるＪＩＳＡ１１００Ｐを用い
ているので強度不足であり、角筒形の容器に対して内圧
充填試験を行ったところ、降伏点に達してしまい残留変
形が生じ、目視で認識できる膨れが生じた。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｍｇを２.２重量％以上含有するアルミニウム合金を素
材として容器を成形し、連続発振型のレーザ溶接又はレ
ーザ出力がゼロとなる時間が０.１ｍｓ以下であるパル
ス型レーザにより前記容器の本体及び蓋を接合するの
で、溶接部が良好で、高品位なアルミニウム合金製容器
を製造することができる。このため、金属容器を軽量化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る容器が円筒形の場合の容
器本体及び蓋の模式図である。

【図２】本発明の実施例に係る容器が角筒形の場合の容
器本体及び蓋の模式図である。

【図３】容器本体と蓋との位置関係を示す模式的断面図
である。

【図４】本発明の実施例に係る容器が円筒形の場合の溶
接の状況を示す模式図である。

【図５】本発明の実施例に係る容器が角筒形の場合の溶
接の状況を示す模式図である。

【図６】パルス型レーザ溶接におけるパルス型レーザの
出力の時間との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ；容器本体２ａ、２ｂ；蓋３ａ、３ｂ；中空部４ａ、４ｂ；突合わせ面５；レーザ出力がゼロとなる時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 101:12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓋を容器本体の開口端部に嵌め込み、前
記蓋と前記開口端部との突合せ面を溶接によって封止す
るアルミニウム合金製容器の製造方法において、前記容
器本体はＭｇを２.２重量％以上含有するアルミニウム
合金材からなり、前記蓋と前記容器本体の開口端部との
突合せ面を、レーザ出力がゼロとなる時間を０.１ｍｓ
以下として、レーザ溶接し接合することを特徴とするア
ルミニウム合金製容器の製造方法。
【請求項２】蓋を容器本体の開口端部に嵌め込み、前
記蓋と前記開口端部との突合せ面を溶接によって封止す
るアルミニウム合金製容器の製造方法において、前記蓋
及び前記容器本体はＭｇを２.２重量％以上含有するア
ルミニウム合金材からなり、前記蓋と前記容器本体の開
口端部との突合せ面を、レーザ出力がゼロとなる時間を
０.１ｍｓ以下として、レーザ溶接し接合することを特
徴とするアルミニウム合金製容器の製造方法。