JPH01306085A - 金属箔接合方法ならびにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属箔接合方法ならびにその装置に係り、詳し
くは、厚さ１００μｍ以下の金属箔を少なくとも２枚重
ねて高密度エネルギーにより良好な接合状態で接合する
ことができる金属箔接合方法ならびにその１ｍに係る。

従　　来　　の　　技　　術 これまで、薄板の分野においてその厚み限界は１００μ
ｍであったが、近年の圧延技術の進歩により、例えば、
ステンレスにおいては３０μｍまで厚み限界が下がって
きている。この進歩によりステンレス等の耐腐食性、耐
熱性、高強度性を活用する建築用素材、カラーステンレ
スを用いたインテリア素材、磁気電磁波のシールド材さ
らには光ファイバーの被覆材、ＩＣの保護材、各種風袋
、ハニカム構造体等の製造、さらには箔自身の製造にお
けるコイル継ざに溶接の必要性が生じてきた。

従来、薄物の溶接には小人熱が適していることは良く知
られている。この観点から適用が試みられているのが、
ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接及びプラズマ溶接等であるが、
何れの場合もその熱源の大きさ故に溶は落ちが発生して
健全な溶接が行なえない。この問題はパルス電源の使用
による入熱の分散によっである程度改善されるが、その
適用範囲もせいぜい０．１ｍｍであり、問題とする薄物
の金属箔への適用は難しい。例えば、３０μｍまでの薄
物になると、歪みの問題が新たに発生し、やはり十分な
健全な溶接性を付与するものとは言えないのが現状であ
る。

最近になって、マイクロプラズマ溶接が開発改良され、
この分野に用いられるようになってきた。しかし、この
方法によっても金属箔を連続重ね溶接することは困難と
されており、また、歪みの問題も残されている。さらに
、溶接能率が低い点も工業的には改善の余地を残してい
る。

このような背景から注目を集めているのが、レーザー光
などの極めて微小な熱源を利用する溶接である。例えば
、ＹＡＧレーザなとでは、数１−１　ｍオーダーのスポ
ット径の熱源が容易に得られる。このような熱源を用い
れば、少なくともスポット溶接による金属箔の接合は容
易に行なうことができる。この理由は、熱源の寸法がほ
ぼ金属箔の板厚に匹敵するためであり、これにより、ビ
ード幅は板厚に対して十分狭くなり溶は落ちが発生せず
、また、歪みもほとんど出ない。しかし、スポット溶接
では不連続であるため前述のような気密水密性が求めら
れる用途には適用できない。

また、このレーザーを用いる場合でも、例えば、１００
μｍ以下の厚みのステンレス等の金属箔を連続接合しよ
うとすると、ただ重ね合わせただけでは溶接ビード幅が
一定しないとか、重ねの一枚しか溶けないとか、溶融池
が過熱し抜は落ちたりして溶接不良となる場合がある。

例えば、第４図に示すように銅製の平らなバッキング３
の上方からレーザー光７を金属箔２．２に照射すると、
金属箔間に隙間があるため、投与された熱エネルギーの
入熱がほとんど金属箔に吸収され、そのため過熱状態と
なり、この結果、溶接ビード幅が拡がり、これが板厚に
対しである程度以上になると、ヒユーズ効果により溶接
線が切断してしまい目的を達し得ない。

この観点から、特開昭５８−１６３５８７号公報に示さ
れる蛸＜、車輪のつばにより金属箔の溶接線近傍を押え
密着させ、隙間をなくそうとしているが、１００ｕＲ１
以下の厚さのものではかえってしわが発生し逆効果とな
り、レーザー光が金属箔にほとんど吸収され、過熱状態
となり、十分な接合ができない。

発明が解決しようとする課題 本発明はこれらの問題を解決することを目的とし、具体
的には、レーザー光などの高エネルギー熱源を用いて金
属箔を接合する場合、従来の技術では金属箔間の隙間を
防止し、熱エネルギーを制御し溶接することがむづかし
いこと、また、このように隙間を防止して熱エネルギー
を制御し溶接する方法や装置の研究開発されていない等
の問題を解決することを目的とする。

以上要するに、上記の９１＜、従来例では１００μｍ以
上の金属箔を重ねて高密度エネルギーによりその幅方向
にシーム溶接する方法や装置の研究開発が行なわれてい
るが、薄物の金属箔の溶接方法、例えば、特開昭５８−
１６３５８７号公報に記載されている程度の実用性の少
ない溶接方法が提案されているに過ぎない。

このため、１００μｍ以下の金属箔を重ねて連続溶接す
る如く、高密度エネルギーにより薄物の金属箔を良好な
接合状態で接合する溶接方法ならびに装ばにいたっては
全く１是案さねていない。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 本発明は、少なくとも２枚以上の金属箔を重ねて高密度
エネルギービームによりその幅方向にシーム溶接する際
に、溶接予定部位をへだてたその両側を拘束するととも
に、前記溶接予定部位に引張ハタ付与しながら溶接する
ことを特徴とし、また、高密度エネルギービームにより
金属箔をシーム溶接−する装置において、層状の金属箔
のシーム溶接予定部位を抑圧支持する昇降自在な下部部
材と前記金属箔のシーム溶接予定部位の近傍をその上面
から押付は固定する上部部材とから成る金＠箔の拘束＆
買を具えて成ることを特徴とする。

そこで、本発明の手段たる偶成ならびにその作用につい
て更に具体的に説明すると、次の通りである。

本発明者等は少なくとも二枚以上の金属箔を重ねて幅方
向にシーム溶接する際に、ｊ９さの１００μｍ以下のも
のが厚さの１１００１ｉを越えるものに比べて、溶接条
件が相当苛酷になることに看目し、これら適する溶接条
件を求め！こところ、次のような溶接条件が必要である
ことがわかった。

（１）金属箔同志間等の隙間をなくし、レーザービーム
等の高密度エネルギーの来光性を向上させること、 （２）溶接予定部位の金属箔の引張り強度企金属箔自身
の引張り強度より強くない程度、つまり、弾性限界を越
えない範囲に引張って高密度エネルギーにより金属箔間
の隙間や熱歪を生じないようにすること、 （３）バッキングはある程度の曲率を有し、かつ熱伝導
性を有するものであること、 （４）低入熱上安定した出力制御ができる溶接装置であ
ること、 等であった。

史に進んで、このような条件舎満足する溶接条件を研究
し、この研究にもとずいて本発明は成立したものである
。

本発明者等の研究によれば、通常の薄鋼板の溶接に比べ
、金属箔の溶接は非常に困難であるが、溶接に当っては
まず極薄であるが故に、溶接する際に低入熱下での安定
した出力制御が必要である。この点、高密度の高エネル
ギーのレーザー光等を用いる金属箔の溶接ではその溶接
Ｓ！置に関して十分対応でき、問題はない。そこで、問
題となるのｌＬ’；ｐ接する場合の金属箔の重ね状態で
ある。金属箔三重ねて溶接プる場合、上、下金属箔の間
に数μｍでも隙間が生じていると、上面の金属箔が溶融
し、下側の金属箔に熱エネルギーが伝）ヱされにくいた
め、上面の金属箔にエネルギー密度が集中し、上面の金
属箔だけが溶は落ちる。このような理由から、重ね溶接
は常に溶接される金属箔同志が、十分密着されていなけ
ればならないという知見を得た。

以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

なお、第１図は本発明を実施する際に用いられる溶接装
置の一例を示すＸ３４視図であり、第２図ならびに第３
図はそれぞれ本発明に係る他の実施例に用いられる溶接
装置の要部断面図であり、第４図は従来例の溶接装置を
説明する縦断面図であり、第５図は第４図の接合部の拡
大説明図であり、第６図（ａ）ならびに（ｂｌはそれぞ
れ接合部の熱流の流れの説明図である。

符号１ａ、　ｌｂは押え板、２は金属箔、３はバッキン
グ（銅製、平）、３８はバッキング（銅製、Ｒつき）、
３ｂはバッキング（セラミックス）、１３は台、５は溶
接点、６は隙間、７はレーザー光、８は溶接ビード、９
は熱流、１０は接合線、１１ａ、１１ｂは金属箔クラン
プ、１２ａ、１２ｂ、１３．１４ハ板材、１５ハ張力発
生ボルト、２０は巻き取りローラ、２１は案内ローラ、
２２ａ、２２ｂは巻き取りローラ、２３は弾性部材を示
す。

まず、第１図に示すように本発明に用いられる溶接装置
は、層状の金属箔２．２のシーム溶接予定部位を押圧支
持する昇降自在なバッキング３ａ（下部部材）と、前記
金属箔２．２のシーム溶接予定部位の近傍をその上面か
ら押付は固定する金属箔クランプ１１ａ、１１ｂ（上部
部材）とからなる金属箔の拘束装置を具えたものから成
る。前記バッキング３ａは銅等の熱伝導性に優れた材料
で、しかも、その上面の金属箔２．２と接触する面を曲
″＄（Ｒ）例えば５０〜１００ｍｍ程度を有する材料の
ものから構成される。

また、金属箔２．２は金属箔クランプ１１ａによって板
材１２ａを介して台４にボルトナツト等の常法の固定手
段により固定される。また、他方の金屈筋２．２は金属
箔クランプ１１１〕と板材１２ｔ）との間に前記と同様
の手［９により固定され、板材１ム）と台４上に接合線
１０と平行でかつ垂直に設けた板材１３．１４を目通す
る張力発生ボルト１５によって溶接線方向に対して垂直
方向から引張られ、平行に移動できるように取付けられ
、金属箔の弾性限界を越えない範囲、例えば、溶接予定
部位の引張強度を常に金属箔自身の引張強度の６０〜９
０％となるように固定する。

溶接を行なおうとしている部分の引張強度を金属箔自身
の６０〜９０％に予め設定しておくのは、９０（ｌ’ｏ
より高いと溶′ｆ￥ｉにより溶融（−２だ部分が凝固割
れを生じ、溶接性に優れたビードが得られないからであ
り、また、６０％より低いと、溶接線ト平行に生じた凝
固収縮応力が金属箔の張りの為の引張応力より大きい為
、溶接ヒートｌｆ非常に不規則な形状となり、がっ、し
わが多数の箇所に発生し、良好な溶接部がｊｑられない
がらである。

以上のように構成すると、金属箔２．２に弾性限界を越
えない範囲の張カタ与えることができ、金属箔２．２間
の隙間を推力減少させると共に、レーザー光等の高密度
エネルギーににる金属箔の変形（熱歪）を防止すること
ができる。

このように金属箔２．２に弾性限界を越えない範囲の張
力を与えるようにすることは従来例では全く知られてい
なかったことである。例えば、従来例の第４図に示すよ
うな両側から押え扱１ａ、１ｂで単に金属箔２．２を押
さえた上胴製平板のバッキング３を用いる方法でも、弾
性限界を越えない範囲の張力を金属箔２．２に与えるこ
とができるが、十分に隙間をなくすことはできない。

本発明法においては、金属箔が待つ柔軟性を利用してバ
ッキングに馴染せることが、この隙間をなくｖ最大のポ
イントであり、かつ金属箔の持つ特長を最大に利用する
ことができる。

そして、ここで用いるバッキングは当然ながらレーザー
ビーム照射方向と反対方向に設ける必要があるが、これ
は全溶接線にわたっても必要である。何故なら、溶接途
中に生じた隙間により発生した切断現家は一度おこると
その後堰浚まで続くからである。

この張力による金属箔のバッキングへの馴染ませは長い
溶接線に対して隙間を防止することにも効果がある。

ざらに、このバッキングは前記したＪ：うに曲率を有す
ることが必要である。この理由は従来例の第５図に示ず
ように溶接予定部位とバッキング３との間ならびに金属
箔２．２の間に隙間６を生じ、たとえ平面＋ＪＯ工精度
をいくら向上させても数μｍ程度の凹凸は長い溶接の場
合には避けられず、隙間６の発生を完全に防止できない
。

また、曲率を有することによってバッキング面の面当り
精度も大幅に緩和できる。更に、前記したにうにバッキ
ングは良好な熱伝導体であることが必要であり、これは
切断現象の原因であるオーバーヒーｊ−を防止する上に
必須である。

例えば、第６図（ａ）はバッキング材料としてヒラミッ
クス製平板のバッキング３１）を用いた場合の熱流の流
れの説明図であり、第６図（旧（まバッキング材料とし
°Ｃ銅製Ｒつきバッキング３ａを用いた場合の熱流の流
れの説明図であるが、図面から明らかなようにバッキン
グ材料としてセラミックスを用いた場合はセラミックス
によりレーザー光による熱流が反射し、オーバーヒート
となり溶接ビード幅は拡がり、溶接部位が脱落したりし
て接合状態が不良となるが、銅等の熱伝尋性を有するも
のを用いた場合は、熱流が銅パツキング３ａの方向に流
れ、溶接ビード幅の拡がりは抑制され、良好な接合状態
が得られる。

また、溶接ど一ド直下に溝がある場合は溶接熱エネルギ
ーが放熱しに＜＜、例えば、ステンレスのようなものは
、熱伝導率がＡｌに比べて低く、その結果、溶融池が抜
は落ち、オーバーヒートによる接合状態の不良が発生づ
−る。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

第２図に示すように金属箔２．２を押え板１ａ、１１〕
と先端に曲率を有するバッキング３ａとにより２枚の金
属箔を重ねてレーザー光により溶接する南は前記実施例
と同様であるが、金属箔２、２の一方の端部を巻き取り
ローラ２０にさき取り、他方は案内ローラ２１を介して
浮き取りローラ２２ａと２２ｂにより巻き取り、溶接予
定部位を接合するように構成したしのである。

このように構成すると、巻取りローラにより金属箔に弾
性限界を越えない張力を付与するため、均一に張力が付
与でき、歪等が全く生じない利点がある。

また、本発明においては、第３図に示すように押え板１
ａ、ｌｌ）と台４．４とにより金属箔２．２を８１ゴム
又は硬質ゴム等の弾性部材２３を介して固定するように
し、史に、金属箔の溶接予定部位３先端が曲率を有する
材料で形成したバッキング３ｂにより押上げ、金属箔２
．２の強度の６０〜９０％の応力がかがっている金属箔
２．２のだ接予定部位を溶接するように構成したもので
ある。

このように構成すると、金属箔は弾性部材を介して固定
されるので、金属箔表面の線状のキズ等の損傷を防止で
き、また、弾性部材を用いるため、すべりが防止され重
ね密度が高く固定でき、また、所望の張力を付与でき、
溶接後の金属箔の接合が良好である。

実　　施　　例 以下、実施例をあげて本発明を説明する。

第１表に実施例の条件及びｆ８県を示すが、熱源として
は、１００Ｗ出力のＹＡＧレーザーを用い１ｒｎｒ’ｍ
ｉｎのスピードで溶接した。供試材は１００μｍ〜３０
ａｍのステンレス箔（弾性限：３５ｋｑ／ｍｍ２）を用
いた。シールドガスは特に用いなかった。なお、実施例
に用いた装置は′Ｎ４１図に示すような〉ｈ具を有する
ものにより行なった。すなわち、箔の両端を溶接長にわ
たり引張り、そのほぼ中央で裏側から銅製の曲率（約５
０ｍｍ　）なもつバッキングで密着保持するものである
。

本発明によれば切断現象が生じず、良好な溶く発明の効
果〉 以上説明したように、本発明は、少なくとも２枚以上の
金属箔を重ねて高密度エネルギービームによりその幅方
向にシーム溶接する際に、溶接予定部位をへだてたその
両側を拘束するとともに、前記溶接予定部位に引張力を
付与しながら溶接することを特徴とし、また、高密度エ
ネルギーど−ムにより金属筋金シーム溶接する装置にお
いて、躍状の金属箔のシーム溶接予定部位を押圧支持す
る胃降自在な下部部材と前記金属箔のシーム溶接予定部
位の近傍をその上面から押付は固定する上部部材とから
成る金属箔の拘束装置を具えて成ることを特徴とする。

従って、従来では、１００μｍ以下のステンレス等の金
属箔の接合が、非常に困難であったものが可能となり、
しかち、良好な接合状態で接合でき、建築前の各分野へ
の拡大応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を寅施する際に用いられる溶接装置の一
例を示す斜視図、第２図ならびに第３図はそれぞれ本発
明に係る他の実施例に用いられる溶接装置の要部断面図
、第４図は従来例の溶接装置を説明する縦断面図、第５
図は第４図の接合部の拡大説明図、第６図（ａ）ならび
に（ｂ）はそれぞれ接合部の熱流の流れの説明図である
。 符号１８．１ｂ・・・・・・押え板　　２・・・・・・
金属箔３・・・・・・バッキング（銅製、平）３ａ・・
・・・・バッキング（銅製、Ｒつき）３ｂ・・・・・・
バッキング（セラミックス）４・・・・・・台　　　　
　　５・・・・・・溶接点６・・・・・・隙間　　　　
　７・・・・・・レーザー光８・・・・・・溶接ビード
　　９・・・・・・熱流１０・・・・・・接合線 １１ａ、　１１ｂ・・・・・・金属箔クランプ１２ａ、
　１２ｂ、　１３．１４・・・・・・板材１５・・・・
・・張力発生ボルト ２０・・・・・・巻き取りローラ ２１・・・・・・案内ローラ ２２ａ、　２２ｂ・・・・・・巻き取りローラ２３・・
・・・・弾性部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも２枚以上の金属箔を重ねて高密度エネル
   ギービームによりその幅方向にシーム溶接する際に、溶
   接予定部位をへだてたその両側を拘束するとともに、前
   記溶接予定部位に引張力を付与しながら溶接することを
   特徴とする金属箔接合方法。 ２）引張力が金属箔強度の６０〜９０％である請求項１
   記載の金属箔接合方法。 ３）高密度エネルギービームにより金属箔をシーム溶接
   する装置において、層状の金属箔のシーム溶接予定部位
   を押圧支持する昇降自在な下部部材と前記金属箔のシー
   ム溶接予定部位の近傍をその上面から押付け固定する上
   部部材とから成る金属箔の拘束装置を具えて成ることを
   特徴とする金属箔接合装置。 ４）下部部材が先端に曲率を有する材料から形成された
   請求項３記載の金属箔接合装置。