レーザシステム

新素材を使ったバッテリーが次々と開発され、充電効率や電気容量は次第に改善されてきましたが、電気はその性質上、そのままの形で貯めることができません。バッテリーでは電気を化学反応で別の形に変換して充放電するため、変換の際にエネルギーロスを生じ、充電時と同等の電力を放電することはできません。そこで生まれたのがキャパシタです。キャパシタは薄い金属片を多重化した構造となっていて、金属片と金属片の間に静電気の形で蓄電することができるため、充放電効率がバッテリーに比べ格段に向上します。

特にバッテリーと比べ、数百万回以上の充放電が可能で、廃棄時に環境問題を引き起こす可能性のある重金属を材料に含まない、回路短絡（ショート）しても故障しないなどの理由から、キャパシタは電気自動車の動力源に採用されることが増えてきました。駆動部をエンジンからモーターにできることで小型化が図れ、従来型自動車では難しかった用途にあったモビリティ開発の可能性も広がります。人の命を預かる移動体に使われるキャパシタ開発の陰で、住友重機械の技術がどのように役に立っているかをご紹介しましょう。

軽量化と品質安定の観点から、キャパシタの製造過程においては、レーザー溶接は必要不可欠な技術になっています。レーザーが得意とする局所溶接により接合部位を極小化することで軽量化に成功、また、局所溶接で接合部位以外への熱影響を最小限に抑えることができるため、精密電子部品であるキャパシタ全体の品質維持にも貢献します。代替可能な接合手段が見つけられないキャパシタへのアルミ導入は、レーザー溶接がそれを可能にしたと言っても過言ではないでしょう。

従来のキャパシタはバッテリーほどのエネルギー容量（単位容積あたり充電・蓄電可能な電気容量）を持たないものの、電圧や電流を安定・調整するコンデンサ同様の用途を備え、電気の瞬断が許されない病院、データセンター、精密機械工場などで、停電が起きた際に自家発電装置が運転を始めるまでの〝つなぎ〟のバックアップ電源などとして多用されてきました。小型化・大容量化でバッテリーに代わるメイン電源として使われるようになり、電気自動車の動力源に採用されたことは、この技術革新を象徴する動きと言えます。

住友重機械では、キャパシタの品質安定のため、レーザ出力、（反射光の）波形分析、速度、スポット径、アシストガス選定など最適な溶接条件出しで、キャパシタの製造メーカー様をサポートさせていただきました。また、こうしたキャパシタを新しい電気自動車やモビリティに採用を検討するメーカー様の性能試験のためにも、レーザー溶接を使って製造されたキャパシタの評価テストなども間接的に支援させていただいた経緯があります。

これまでのキャパシタの数百倍以上の容量を持ち、短時間で充電が可能なスーパーキャパシタやウルトラキャパシタといった新種が発表されるなど、この分野は成長が大変著しい市場です。キャパシタは電気自動車やモビリティのみならず、建機、エレベータ、産業機器など用途は多分野に拡大することが期待されますが、一方で、その製造工程ではさまざまな技術的な課題に直面することになるでしょう。そんな場面で、住友重機械が提供するレーザ溶接のソリューションがお役に立てると考えています。