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接合・実装

リチウムイオン電池の高効率・製造コスト削減を実現するリモートレーザ溶接ヘッドの開発に成功

神奈川県

有限会社牛方商会

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 リチウムイオン電池の高効率・製造コスト削減を実現する超々高速・高品質リモートレーザ溶接ヘッドの開発
基盤技術分野 接合・実装
対象となる産業分野 環境・エネルギー、自動車、農業、産業機械、電池、工作機械、エレクトロニクス
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成23年度~平成25年度

プロジェクトの詳細

事業概要

リチウムイオン電池は、次世代自動車のキーデバイスであり、蓄エネルギー媒体として期待され、高効率工法での大幅な製造コスト削減が必須である。特に電池の密閉溶接は難しく、本提案は、中空光学系による理想レーザビームを用い、焦点を1KM毎分で移動させ、レーザ出力2倍相当の溶接効果を得る世界初の超々高速リモートレーザ溶接ヘッドを開発し、その場画像認識と組合せ、高品質溶接、設備投資の半減と省エネを実現する

開発した技術のポイント

従来式のリチウムイオン電池のレーザ溶接技術に対し、高効率工法で製造コストを大幅に削減し、且つ、高速・高品質の溶接が行えるリモートレーザ溶接ヘッドを開発する
(新技術)
リモートレーザ溶接ヘッドを用いたレーザ溶接技術を開発する
(新技術の特徴)
深い焦点深度を有するレンズを用いた焦点光軸方向超高速移動機構により、溶込み深さが良化し、溶接品質の向上とともに製造コストの削減につながる

具体的な成果

・理想レーザビームレンズユニットの開発
-合成石英製球面平凸レンズに中空の穴あけ加工を施したレンズ群(中空光学系)を用いてレンズユニットを開発し、従来の単焦点の加工光学(レンズ)系が持つ焦点深度(±0.33mm)の3倍以上を達成することができた
・リモートレーザ溶接ヘッドの試作開発と実証実験
-開発したレンズユニットおよび照射方法、全数検査システムを用いてリモートレーザ溶接ヘッドを開発した
-実際の中・大型リチウムイオン電池の溶接サイズ(175mm×45mm・角R無し)のアルミニウム合金(A3003)製サンプルを用意し、擬似的な筐体密閉溶接を実施した結果、良好な結果が得られた

研究開発成果の利用シーン

・アルミニウム合金製リチウムイオン電池の筐体密閉溶接
・チタニウム合金製各種医療用器具の精密溶接

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・中・大型リチウムイオン電池の市場が本格化するのは平成27年頃であるとの川下事業者からの情報をもとに、このタイミングを逃さぬよう、本研究開発の成果を事業化に結び付けていく予定である

製品・サービスのPRポイント

・リチウムイオン電池の筐体密閉溶接において、高効率・製造コスト削減が可能なリモートレーザ溶接ヘッドの提供が可能
-実際の中・大型リチウムイオン電池の溶接サイズ(175mm×45mm・角R無し)のアルミニウム合金(A3003)製サンプルを用意し、擬似的な筐体密閉溶接を実施した
-レーザ出力1.75kW・スキャン速度120mm/秒・焦点位置-2mmの条件にて良好な溶接結果を得ることができ、高効率かつ製造コストの削減が可能である
・医療用器具で使用されるチタニウム合金においても高効率・製造コスト削減が可能
-最適なレーザ出力、パルス幅及び焦点位置の条件出しを行った後に、振動機構による溶込み深さの評価を行った結果、良好な結果を得ることができた

今後の実用化・事業化の見通し

・今後は、より具体的な顧客からのサンプル加工を積極的に行うことと、加工ノウハウの蓄積が重要であり、係る補完研究を進めていく
・本研究開発の結果は、システムインテグレータが持つリチウムイオン電池製造装置内に組込む等して川下企業への評価を進め、拡販に努めていくとともに、リチウムイオン電池だけでなく、今後、成長が期待されているチタニウム合金を用いた医療用器具等の溶接分野にも応用展開可能だと考えている

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 有限会社牛方商会
事業管理機関 国立大学法人大阪大学 接合科学研究所
研究等実施機関 国立大学法人大阪大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 有限会社牛方商会
事業内容 精密機器製造業
本社所在地 〒224-0053 神奈川県横浜市都筑区池辺町4666
ホームページ http://www.ushikata.co.jp/
連絡先窓口 営業部 片柳裕
メールアドレス hkatayanagi@Ushikata.co.jp
電話番号 045-345-0001