JP2003126979A - 金属箔の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】金属箔テープの重合部分を効率的に溶接する方
法を提供する。 【解決手段】 金属箔テープ１０，１９からなる配設体
の両面に合成樹脂シート20,22 を配置してヨミネート加
工して回路素材２４の金属箔テープの交差部分26を押圧
密着させ、合成樹脂シートを貫通して重合部分にレーザ
光Ｌを照射して溶融接合する方法であって、レーザ光を
１枚目のテープを貫通させ、２枚目のテープの20％以上
を溶融して溶接ビードを形成する金属箔の溶接方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄板あるいは
金属箔、特に金属箔テープの接合方法に関し、具体的に
は、繊細な構造のヒータあるいは温度センサーの回路パ
ターン等を形成するためのレーザ溶接方法、更にこれを
使用した温度センサーあるいは面状発熱体を製造する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば金属薄板や金属箔からなる金属テ
ープを使用して温度センサを製造する際について説明す
ると、図１２に示すように、予め金属箔テープ（クロメ
ル：プラス極）１と金属テープ（アルメル：マイナス
極）２を所定の長さに切断し、これを所定の回路に配置
した上で、２枚の金属テープ１、２の重合部分３を繊細
な電極を使用してスポット溶接ｗして熱電対の回路Ｐ
（配設体、回路パターン）を形成する。

【０００３】そしてこの熱電対の回路Ｐを、図１３に示
すようにポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレ
ン等の合成樹脂フイルム４、5 を上下面に配置して接着
して多数点の熱電対を形成する。そしてこれを異種金属
の溶接点で構成される測温点Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎを測定
対象に貼り付けると共にプラス・マイナスの金属箔テー
プ１、２にリード線（補償導線）を介して測定装置と接
続して使用する。

【０００４】ところで、前記多数点からなる熱電対式温
度センサーの回路Ｐの製造方法は、図１２のように温度
センサーの回路Ｐを形成するための工程は、切断された
金属箔テープを手作業で電気回路の形に並べて配設体を
形成し、そして金属箔テープの重なった部分のスポット
溶接が必要である。

【０００５】しかし、熱電対を構成している金属箔テー
プの厚さが２０〜３００μ、幅が０．５〜５．０ｍｍの
細いものであることから、これによって形成される配設
体、即ち回路パターンは繊細な構造のものであり、その
組立作業は極めて煩雑である。しかも、この繊細な回路
Ｐの上下面に耐熱性の絶縁性フイルム４、５を積層して
ラミネート加工する際にこの回路Ｐがズレたり、変形し
たりすることが多い。

【０００６】このような事情で、この熱電対を使用した
温度センサーの回路Ｐを形成する際は手作業によって組
立てができるように腰のある、厚さの厚目の金属テープ
（金属箔より厚いもの）を使用しなければならないと言
う問題がある上に生産性が極めて悪く、更にコスト高と
なる。

【０００７】別の温度センサーあるいはマイクロヒータ
の製造方法としてエッチング法がある。この方法は図１
４に示すように合成樹脂フイルム６上にニクロム、鉄ク
ロムあるいはステンレス等の金属薄板または金属箔（約
３０μ程度）を接着した積層シートを予め形成してお
き、これを所定のパターンにしたがってエッチング加工
して温度センサーやマイクロヒータの回路７を形成す
る。

【０００８】そしてこのヒータの回路７にリン青銅箔板
からなるテープをリード線８として配置し、このリード
線８と回路７の接合点９を交流式インバータによるスポ
ット溶接ｗ、あるいは直流コンデンサー蓄電式のスポッ
ト溶接ｗを行う。そして更にポリアミドイミドフイルム
やポリエステルフイルム、ポリエチレンフイルム、場合
によってはビニルフイルムなどをラミネートしてシート
状の回路７を形成している。

【０００９】ところで、前記のようなマイクロヒータや
微細な温度センサーなどの微細な電気回路を形成する際
は、前記のようにスポット溶接作業が必要であるが、こ
の溶接作業は顕微鏡を使用した作業となるために製品歩
留りも悪く、生産性の向上も望めない。従って、これを
使用した温度センサやマイクロヒータが高価になるざる
を得ないという本質的な問題がある。

【００１０】前記のような電気回路に使用される金属箔
テープの厚さは２０〜５０μ、あるいは１００μの薄い
もので、しかもその幅は０．５〜５．０ｍｍ程度であ
る。従って、２枚の金属箔テープを重合した部分を交流
式インバータによるスポット溶接や直流コンデンサ蓄電
式インバータによるスポット溶接の作業は、かなり繊細
な作業であり、顕微鏡を使用する精密な作業にならざる
を得ないのである。 （電気回路素材の連続製造装置）前記のように従来技術
においては手作業による溶接作業を伴うことから生産性
を向上できず、また、電気回路の信頼性も劣ることか
ら、これを改善するために本発明者は、前記のような繊
細な金属テープを２枚の合成樹脂シートで挟持した電気
回路素材を自動的かつ効率的に製造するために下記の方
法を開発した。

【００１１】図１は多点の熱電対の回路やマイクロヒー
タ等の電気回路素材の新規な製造方法を示すもので、第
１の合成樹脂シート２０（下シート、ポリエステル）の
上面の幅方向に、金属箔テープ（第１の金属箔テープ、
横テープ）１９を、金属箔テープの横送り装置２５に支
持した金属箔テープのロール１９ａより引出し、同装置
によって所定の長さに切断し、これを所定の間隔で第１
の合成樹脂シート２０上に接着（あるいは軽く仮止め）
した状態で前記一対のピンチロール２１、２１ａの部分
に供給して加熱しながら押圧する。

【００１２】次に、前記下側の第１の合成樹脂シート２
０の上面に、複数本の金属箔テープ１０（第２の金属箔
テープ、縦金属箔テープ）を所定の間隔を保ちながら送
り出して前記第１の金属箔テープ１９上に格子状に交差
させて重ねながら、この第２の金属箔テープ１０と第１
の金属箔テープ１９の上面から挟持するように第２の合
成樹脂シート２２（上シート、ポリエステル）を重ね、
前記ピンチロール２１、２１ａ（このピンチロール２
１、２１ａは電熱あるいは熱媒体により加熱されてお
り、その表面にゴム状物の層を形成して合成樹脂シート
等に損傷を与えないように押圧するようにしている。）
によって押圧加熱して軟化状態でラミネート加工して
“下シート２０／金属テープの格子状の回路２３／上シ
ート２２”からなる回路素材２４を連続的に製造する。

【００１３】複数本の金属箔テープ１０（第２の金属箔
テープ）は、１本の軸１１に支持した複数個のテープロ
ール１０ａより引き出してガイドロール１２で案内しな
がらピンチロール２１、２１ａで構成されているラミネ
ート加工部の引取速度に合わせて繰出し、整形具１３
（ガイド部材）によって所定の間隔に保持しながら格子
状の回路素材２４を構成するように、第１の金属箔テー
プ（横テープ）１９上に重ね、前記ピンチロール２１、
２１ａで第１と第２の合成樹脂シート２０、２２を軟化
温度に加熱すると共に加圧して１枚のシート状に接合し
て図２に示すような回路素材２４を製造する。

【００１４】次に、図３に示すようにレーザ溶接装置Ｌ
を使用し、詳細を後述するように第１の金属箔テープ１
９と第２の金属箔テープ１０の交差部分２６に対してレ
ーザー光線をスポット的に照射し、瞬時に２枚の金属箔
テープ１０、１９を溶接して格子状の回路２３を形成す
る。この金属箔テープの溶接には、下記に詳述するよう
に重要な技術上のポイントがある。

【００１５】しかし、前記のように溶接を終了した格子
状の回路２３は、未だ熱電対センサあるいはマイクロヒ
ータの回路としても機能するものではない。

【００１６】そこで、前記格子状の回路２３より、例え
ばマイクロヒータの蛇行する電気回路を形成するのに不
要な金属箔テープ部分Ｃを、図４に示すように２枚の合
成樹脂シートと共にプレス装置で所定の形状、例えば孔
状に切除して抵抗回路を形成する。

【００１７】このプレス加工によって第１と第２の合成
樹脂シート２０、２２と共に不要な金属箔テープ部分Ｃ
を孔あき状に切除すると、残りの金属箔テープの一部が
この切除部より露出することになる。そこでこの金属箔
テープ部分Ｃをシールするように別の合成樹脂シート２
２Ａを当てがってラミネート処理して水密性と電気絶縁
性を与えておく（バッチ処理方法）。また、別の合成樹
脂シート（シート２２Ａに相当するもの）により、前記
第１と第２の合成樹脂シート２０、２２の表面に更に一
層ラミネート処理することもできる。

【００１８】前記格子状に接合した回路素材２４は、図
５に示すように上下面が第１と第２の合成樹脂シート２
０、２２に挟持されている。この格子状の回路２３の金
属箔テープの交差部分２６をレーザ溶接する際には、少
くとも上面の１枚の合成樹脂シート（上側のシート）は
溶融蒸発して小孔を開口することになる。従って、少な
くとも１枚の合成樹脂シート２２と金属箔テープ１０と
が重なった部分を瞬時に高温に加熱して第１と第２の金
属箔テープ１０、１９の交差部分を局部的に溶接するた
めには、局部的に大きなレーザ光によるエネルギーを与
えることが必要である。 （レーザ溶接について）前記の本発明者によって開発さ
れた電気回路の製造方法は、図１に示すように自動的な
組立方法であることから、従来のマイクロヒータを製造
する場合のように手作業で金属箔テープを扱うことがな
く、従って如何に薄く繊細な金属箔テープであっても簡
単かつ正確に取扱うことができ、しかも連続的にシート
状の回路素材２４を成形できる点において優れている。

【００１９】しかしながら、この連続的製造方法で製造
した電気回路は、レーザ溶接部の状態によって溶接強度
に大きな差が発生することが判明した。

【００２０】即ち、複数枚の金属箔テープの交差部分を
レーザ溶接して形成された電気回路の導通抵抗を測定す
ると、一見して問題なく溶接されているような状態を示
すことが多い。しかし、この溶接部分に引張力や曲げ力
を作用させると、溶接部分が剥離して導通不良となった
り、電気回路そのものが弱い力て切断されることが判明
した。

【００２１】つまり、溶接された２枚の金属箔テープ１
９、１０に溶接部を切断する方向に引張力を作用させた
場合に溶接不良であると、その金属箔テープの引張強度
の二分の一あるいは三分の一の引張力においてその溶接
部が剥離したり切断する。

【００２２】これに対して溶接部が良好であると、元の
金属箔テープの引張強度よりかなり大きな引張力で引張
らなければ破断しないし、繰返しの曲げに対しても強
く、電気回路としての導通も良好であり、電気的、機械
的に信頼性のある電気回路を得ることができることを確
認した。

【００２３】本発明は、このレーザ光線を使用した金属
箔テープあるいは広幅の金属箔の溶接方法と、この溶接
方法を利用した電気回路の形成方法と、それを利用した
電気回路を提供することを目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の金属箔の溶接方法は次の通りである。

【００２５】１）交差状態で配置した複数枚の金属箔テ
ープからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置して
積層状態で接合し、少なくとも金属箔テープの交差部分
を押圧密着させた状態で、前記交差部分に前記合成樹脂
シートを貫通してレーザ光を投射して溶融接合する方法
であって、少なくもレーザ光を照射する側の合成樹脂シ
ートをレーザ光によって溶融して小孔を開口すると共に
局部的に溶融させた金属箔テープの部分は、上側の金属
箔テープを貫通して溶融すると共に下側の金属箔テープ
の厚さの少なくとも２０％を溶融させ、前記上側の金属
箔テープの溶融部分と下側の金属箔テープの溶融部分と
が一体的になった溶接ビードを形成させたことを特徴と
している。

【００２６】２）交差状態で配置した複数枚の金属箔テ
ープからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置して
積層状態で接合し、少なくとも金属箔テープの交差部分
を押圧密着させた状態で、前記金属箔テープの交差部分
に前記合成樹脂シートを貫通してレーザ光を照射して溶
融接合する方法であって、前記少なくも上側の合成樹脂
シートを溶融して小孔を開口すると共に、上側と下側の
金属箔テープの交差部分を同時に溶融してリング状の溶
融ビードを形成したことを特徴としている。

【００２７】３）前記リング状の溶融ビードの厚さは、
ほぼ金属箔テープの厚さ以上であることを特徴としてい
る。

【００２８】４）前記レーザ光を複数パルス間隔をおい
て照射し、第１パルスは複数枚の金属箔テープを貫通さ
せる強度を持ち、以後のパルスは貫通して開口された小
孔の周囲を溶融するように照射することを特徴としてい
る。

【００２９】５）下側の合成樹脂シートは前記リング状
の溶融ビードの下側を閉鎖していることを特徴としてい
る。

【００３０】６）交差状態で配置した複数枚の金属箔テ
ープからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置して
これらの絶縁シートを積層接合し、少なくとも金属箔テ
ープの交差部分を押圧密着させた状態で、前記金属箔テ
ープの交差部分に前記合成樹脂シートを貫通してレーザ
光を照射して溶融させて接合する方法であって、前記上
側と下側の合成樹脂シートと共に金属箔テープの交差部
分を溶融してリング状の溶接ビードを形成し、このリン
グ状の溶接ビードの小孔を介して貫通するレーザ光を検
知して溶融状態を制御するようにしたことを特徴として
いる。

【００３１】７）複数枚の金属箔テープからなる配設体
は、複数の熱電対を形成していることを特徴としてい
る。

【００３２】８）複数枚の金属箔テープからなる配設体
は、ステンレス箔を使用した小型のヒータを形成してい
ることを特徴としている。

【００３３】９）複数枚の金属箔テープからなる配設体
は、ステンレス、ニッケル、ニクロム、鉄、鉄クロム、
銅及び銅合金、アルミ及びアルミ合金等からなる金属箔
を使用した電気回路であることを特徴としている。

【００３４】１０）２枚の合成樹脂シートの間に金属箔
テープからなる電気回路用配設体を挟持させて前記合成
樹脂シートを押圧接着して１枚のシート状物とした上
で、前記金属箔テープの交差部分にレーザ光線を照射し
て局部的に溶融して前記交差部分を溶接する方法におい
て、１枚の合成樹脂シート上に第１の金属箔テープを配
置して押圧部に移送し、前記第１の金属箔テープを挟持
するように別の合成樹脂シートを前記押圧部に供給し、
更に２枚の合成樹脂シートの間であって、前記第１の金
属箔テープに交差部分を形成するように第２の金属箔テ
ープを連続して前記押圧部に供給する工程と、前記２枚
の合成樹脂シートの間に、交差状に配置された第１と第
２の金属箔テープを挟持して前記押圧部で押圧して前記
２枚の合成樹脂シートを積層状態で接着して回路素材を
製造する工程と、前記回路素材を形成している第１と第
２の金属箔テープの交差部分にレーザ光線を照射して２
枚の金属箔テープを溶融して溶接ビードを形成して接合
する工程と、前記回路素材を形成している金属箔テープ
の電気回路として不要な部分を切除する工程と、更に前
記工程により露出した金属箔テープ部分を別の合成樹脂
シートで被覆する工程とからなるシート状電気回路であ
る。 １１）前記各工程を連続的に行うことを特徴としてい
る。

【００３５】本発明に係る金属箔のレーザ溶接方法は、
溶接すべき金属箔を交差状に配置すると共にこの金属箔
の両面を合成樹脂シートでラミネート加工して一体的な
シート状の回路素材を製造する。そしてこの回路素材の
合成樹脂シートを貫通させて複数枚の金属箔シートまで
溶融するようにレーザ光を照射して瞬時に被溶接部分を
加熱するものである。

【００３６】換言すれば、あたかも洋服の上から身体に
注射するようなものであり、注射に際して洋服を脱着す
るような煩雑さがなく、極めて効率的であることは明ら
かである。

【００３７】更に、レーザ溶接の際に金属箔テープによ
って形成した電気回路の上下面を合成樹脂シートをラミ
ネート加工して要部を押圧・密着させて保護しているこ
とから、溶接等の操作の際に被溶接部が移動したり、あ
るいは離れたりすることがない。そして必要とする場所
を「ピンポイント的」に、効率的かつ正確に溶接するこ
とができるのである。前記のようにピンポイント的に溶
接できることから、同一箇所に複数回のレーザ照射する
ことも可能であり、また、特殊な形状に溶接ビードを形
成することも可能である。

【００３８】また、レーザ光をパルスで複数回に分けて
被溶接部に照射できることから、溶接ビードの形状を溶
接状態に応じて色々と調節できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明にお
ける溶接部の構造を説明する。

【００４０】図５は、図１に示した回路素材を連続的に
製造する装置（ラミネート加工装置）を使用して製造し
たレーザ溶接前の回路素材２４の要部を拡大した断面図
を示している。

【００４１】第１の金属箔テープ１９（横テープ：ステ
ンレス製の厚さが５０μ、幅が５．０ｍｍ）と第２の金
属箔テープ１０（縦テープ：ステンレス製の厚さが５０
μ、幅が５．０ｍｍ）とを重ね、その下面に合成樹脂シ
ート２０（厚さが８０μのポリエステルフイルム）を、
上面に合成樹脂シート２２（厚さが８０μのポリエステ
ルフイルム）をそれぞれ配置し、これらをピンチロール
２１、２１ａによって加熱加圧してラミネート加工した
回路素材２４の一部の拡大図を示している。

【００４２】前記回路素材２４の上面より図示しないレ
ーザ溶接装置より照射されるレーザ光（１０〜６０Ｊ／
ｍｍ³ ）を交差部２６に向けて１〜５パルスだけ照射す
ると図６のように、高温により上側の合成樹脂シート２
２が蒸発して小孔３０が開口され、第２の金属箔テープ
１０と、第１の金属箔テープ１９の上面の一部１９ａが
溶融して強固な溶接ビード３１を形成している。

【００４３】図７は、前記溶接ビード３１の平面図を示
しており、皿形の溶接ビード３１を形成しており、その
小径ｄが０．４ｍｍ、大径Ｄが１．２ｍｍの大きさであ
る。なお、ｅの部分は合成樹脂シート２２に開口された
小孔３０の下方の円形の部分を示している。この円形の
部分は後述するように空気の流動を阻止して溶融金属面
の酸化防止に役立つものである。

【００４４】そしてこのタイプの溶接ビード３１の場合
は、上側の第２の金属箔テープ１０が円形でその全厚み
が溶融し、更に下側の第１の金属箔テープ１９の上面の
一部１９ａが溶融して一体化しており、この溶融部分１
９ａで第１と第２の金属箔テープ１９、１０が溶接され
ていることになる。

【００４５】更に詳細に説明すると、複数枚の金属箔テ
ープ１０、１９は合成樹脂シート（絶縁シート）２２、
２０によって空気との接触を断たれた状態になってい
る。そしてこれにレーザ光が照射されると上側の合成樹
脂シート２２に図６に示すように小孔３０が開口すると
共に瞬時に金属箔シート１０が蒸発して発生したプラズ
マが前記小孔３０を中心として炎のように立ち昇るが、
このプラズマの周囲には前記小孔３０の周縁部に盛り上
がりが形成される。この盛り上がり部分は空気の流れ、
特に小孔内に空気が流入することを阻止する防護壁のよ
うな役目をしており、これが溶接ビードの酸化による劣
化を防止するのである。 （溶接ビードの形態）図８は、レーザ光線の出力を変化
させた場合の溶接部を拡大した断面の説明図である。

【００４６】（ａ）は、所定の値より低い出力のレーザ
光の照射により、上側の第２の合成樹脂シート２２に小
孔３０が開口されると共に、上側の第２の金属箔テープ
１０が溶融するが、下側の第１の金属箔テープ１９はレ
ーザ光のエネルギー不足から溶融するに至らなく、溶接
が未完で明らかな溶接不良である。

【００４７】（ｂ）は、中程度のレーザ光の出力を照射
した場合であって、上側の第２の合成樹脂シート２２と
上側の第２の金属箔テープ１０（この例では薄い金属箔
テープ１０を使用）と下側の第１の金属箔テープ１９の
一部（または全部）にレーザ光のエネルギーが到達して
おり、溶接ビード３２が上側と下側の金属箔テープ１０
Ａ、１９を連結している状態を示し、この溶接部は良好
である。

【００４８】（ｃ）は、レーザ光の照射条件が最適な条
件の場合に得られる溶接ビード３３の断面図である。こ
の溶接ビード３３は上側の第２の金属箔テープ１０と下
側の第１の金属箔テープ１９を全体的に溶融して溶接ビ
ード３３（溶接部）を形成しており、この場合は良好な
溶接である。

【００４９】なお、この例においてはレーザ光により２
枚の金属箔テープ１０、１９を溶融するだけで、下側の
合成樹脂シート２０まで溶融しておらず、従って、この
合成樹脂シート２０が溶接ビード３３の下面を支持して
おり、この場合は比較的広い面積の溶接ビードを形成す
ることができる。

【００５０】この例においては溶接ビード３３の下面が
下側の合成樹脂シート２０に支持されているが、レーザ
光の出力が高くなるとこの下側の合成樹脂シート２０側
にも小孔が開口するので、この場合は溶接ビードは中央
部が抜けたリング状のものとなる。

【００５１】前記溶接ビードを最適な条件とする因子と
して、下記のものがある。

【００５２】イ）レーザ光の単位面積当たりのエネルギ
ーと照射面積、ロ）パルス数、そしてハ）パルス間隔が
ある。

【００５３】図９は、レーザ光の強度、即ち、１パルス
あたりのエネルギー（Ｊ：ジュール）と合成樹脂シート
と金属箔で構成される回路素材（溶接対象物）の溶接深
さμを模式的に表したグラフである。

【００５４】このグラフの縦軸における０点からａ点ま
でレーザ光の照射エネルギーを増加すると、上側の合成
樹脂シート２２は溶融して深さｅまでが開口する。その
後、徐々にエネルギーＪを増加して行くと、上側の金属
箔テープ１９の表層部が若干溶融を始め、ｂジュールの
出力で溶融深度はｆに到達する。以下、エネルギーを高
めるにしたがい、遂には下側の合成樹脂シート２０を貫
通して開孔する状態となる。

【００５５】この時、レーザ光エネルギーは最初のレー
ザ光パルスのエネルギー強度を示しており、溶接結果の
良否の大部分を決定する。

【００５６】図１０は、金属箔テープ等の金属材料に含
まれる加工上の不具合、特に広幅の金属箔を所定の幅に
切断（スリット）加工するときに発生するバリ４０或い
は取扱中に発生する打痕４０ａなどの原因によって２枚
の金属箔テープ１９、１０を重ね合わせた場合に間の重
ね合わせ点において発生する間隙４１が発生した場合の
溶接不良となった部分を示している。

【００５７】図（ａ）のように金属箔テープ１０の上面
が瞬時に加熱されると、図（ｂ）に示すように円弧形に
変形した上に両端に発生したバリ４０の嵩上げの影響を
受けて間隙４１が拡大する。また、図（ｃ）は金属箔テ
ープ１０の縁部に突出しているバリ４０を、更に図
（ｄ）は金属箔テープ１０の取扱中に発生した打痕４０
ａをそれぞれ示している。

【００５８】このように被溶接物である金属箔テープ１
０側（あるいは双方）に不具合な部分があるような場合
にレーザ光のエネルギーが不足していると、金属箔テー
プ１０に熱的な変形を与えて加熱された部分が膨張して
図１０（ｂ）に示すように２枚の金属箔テープの間に間
隙４１が拡大するように変形することになり、これが起
因して溶接不良となるのである。

【００５９】図１１はレーザ光のエネルギーを被溶接部
に瞬間的に与えられることなく、例えば徐熱による溶接
のとき、あるいは低い出力の多数のパルスによるときの
例を示している。このようにエネルギーの供給が溶接す
るのに十分でない場合は、上側の金属箔テープ１０のレ
ーザ光Ｌを受けた部分ｐが局部的に加熱されて上方に膨
出して下側の金属箔テープ１９との間にドーム形の間隙
４２を発生する。この間隙４２の発生により熱伝達が不
良となり、その結果、下側の金属箔テープ１９を溶融せ
ず溶接不良を発生するのである。

【００６０】また、金属箔テープにバリの発生等の問題
がない場合であっても、２枚の合成樹脂シートのラミネ
ート加工が不完全で、２枚の金属箔テープに十分な押圧
力が作用してない場合にも同様に間隙が発生する場合が
ある。従って、回路素材の表面シートを形成している２
枚の合成樹脂シートの間が気密的にしっかりと密着させ
てテープの交差部分に十分な押圧力が発生するようにラ
ミネート加工することが重要である。 （各種の条件について） １）本発明において使用する金属箔テープの材料は、ス
テンレス、ニッケル、ニクロム、鉄、鉄クロム、銅及び
銅合金、アルミ及びアルミ合金等からなる金属箔を使用
する。

【００６１】そしてその金属箔の厚さは２０〜３００
μ、好ましくは５０〜１００μ、幅は０．５〜１０ｍ
ｍ、好ましくは３．０〜５．０ｍｍである。

【００６２】本発明において適用する金属箔テープは、
基本的には同種の材料からなる２枚を使用するが、３
枚、あるいは必要に応じてそれ以上の枚数のものであっ
ても良い。また、例えば熱電対のように異種金属のテー
プを使用する必要がある場合には、必要に応じて異種金
属を使用しても良い。

【００６３】２）本発明においては金属箔テープを交差
状に配置した回路素材におけるテープの交差部をレーザ
溶接することに特徴があるが、この金属箔テープによっ
て電気回路を形成する場合に従来技術のように手操作を
使用することなく、自動的に行うことができる。このよ
うに金属箔テープの溶接を自動化することによって如何
なる繊細な電気回路も容易に形成することができる。

【００６４】３）本発明においては、繊細な金属箔テー
プの多数の交差部を良好な溶接ができるように、その表
裏面を合成樹脂シートでラミネート加工して金属箔テー
プの交差部に溶接時の応力によって金属箔テープが離間
しないような押圧力を作用させ、その合成樹脂テープの
上からレーザ光による溶接を行う点に特徴がある。

【００６５】つまり、合成樹脂シートによって２枚ある
いはそれ以上の枚数の金属箔テープを押圧状態で保持し
たまま溶接する点に特徴があり、あたかも洋服を着たま
まで体に注射するような状態に似ている。そして溶接す
る素材としては電気回路を形成する直前の回路素材を使
用している。

【００６６】また、表裏面が合成樹脂シートによって被
覆された複数枚の金属箔テープにレーザ光を照射して溶
接する場合は、急激な受熱によって金属箔テープが湾曲
しようとするので、この変形力を抑制するだけのラミネ
ート力が必要である。

【００６７】４）複数枚の金属箔テープの交差部に形成
した溶接部の電気的あるいは機械的な良否は、溶接ビー
ドの形状によって異なるものである。

【００６８】この溶接ビードの形状はレーザ光の強度に
よって変化するものであり、具体的には、金属箔テープ
の材料、金属箔テープの厚さ、耐熱性のある合成樹脂シ
ートの種類と厚さ、２枚の合成樹脂シートのラミネート
部分の強さ、更に溶接部の合成樹脂フイルムの小孔の直
径や溶接ビードの形状、即ちプール形かリング形かであ
る。

【００６９】また、溶接ビードの直径が必要以上に大き
くならないことが重要である。

【００７０】溶接に使用するレーザ光の強さとしては、
ステンレス板、鉄板の場合は１０〜６０Ｊ／ｍｍ³、好
ましくは２０〜４０Ｊ／ｍｍ³、最適には、２７．０プ
ラスマイナス６Ｊ／ｍｍ³である。このときの分母は溶
接ビードの体積である。

【００７１】レーザ光の波長は１．０６ｍμ、レーザ光
のパルス数は２〜５、そのパルスの間隔は５０〜５００
ｍｓｅｃが好ましい。 （実施例）図１に示す方法で小型ヒータを製作した。

【００７２】図で示す第１の金属箔テープ１９として厚
さ０．０５ｍｍ、幅５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０
４）をリール巻としてテープロール２１ａを準備してテ
ープ横送り装置２５にセットし、この装置で定尺加工の
上合成樹脂フイルム２０上に１，７６０ｍｍと４０ｍｍ
の間隔で熱融着で仮止めした。

【００７３】第２の金属箔テープ１０は、厚さ０．０７
５ｍｍ、幅５ｍｍで２９０ｍｍの合成樹脂全幅に対して
１４．２ｍｍピッチで２０条等間隔で配置した。

【００７４】また、合成樹脂フイルム２０、２２は、全
厚み８０μ、全幅２９０ｍｍのポリエステルフイルムを
使用したラミネート用フイルム（片面に低融点の合成樹
脂層を設けたもの）を使用した。

【００７５】前記材料を使用して前記方法により、金属
箔テープ１９、１０からなる電気回路２３を合成樹脂シ
ート２０、２２でラミネート加工により積層絶縁して回
路素材２４を製造し、レーザ溶接、不要な回路部分の打
抜きを行ない、更に打抜いた部分を含めたカバーリング
を行うための第２回目のラミネート加工を施し、図４に
示すような厚み０．３７ｍｍ、長さ１８００ｍｍ、幅２
９０ｍｍ、抵抗値１０，０００オーム、電気容量９６ワ
ット（但し電圧ＡＣ１００ボルト、周波数５０ヘルツに
おいて測定）の特性を持つ面状発熱体を製造した。

【００７６】このとき用いた光レーザ溶接機種はＹＡＧ
レーザ、出力波長１．０６ｍμであった。さらに、本発
明の要分である図３に記号ｗで示す光レーザ溶接の信頼
性を従来のスポット溶接法との比較で引張試験と屈曲試
験を行なって結果は次の通りであった。

【００７７】引張試験最大強度比＝（レーザ溶接法／ス
ポット溶接法）＝１．５〜３．０ 屈曲試験破断回数＝ （レーザ溶接法／スポット溶接
法）＝１．０〜１．５

【００７８】前記実施例に示した小型ヒータの製造法に
より、従来のスポット溶接を中心とする生産方法と比較
すると、生産量は５倍以上、１０〜１５倍の出荷が可能
であり、また、その生産に関係する要員数は１／３〜１
／５と大幅に減少させることができ、その結果、仕掛品
や製品のストックが大幅に減り、従来のスポット溶接法
による方法に比較して製造コストは「約１／１０」とな
り、大幅なコスト削減となった。

【００７９】さらに、品質水準も格段に向上し、特に溶
接ビードの形状をリング状とし、レーザ光貫通時の貫通
レーザ光を検出して発光制御にフイードバックした結
果、溶接不良の確率はP.P.M レベルまで低下させること
が可能になった。

【００８０】

【発明の効果】本発明は、薄い金属箔あるいは金属箔テ
ープを溶接する際に、この金属箔テープの両面を合成樹
脂シート（絶縁性シート）でラミネートして溶接する部
分を保持しておき、その合成樹脂シートの表面より、金
属箔の重なり部分に向けてレーザ光を貫通するように照
射して溶接するようにしたことを特徴としている。

【００８１】従って、前記ラミネート加工から光レーザ
溶接加工等、各種の工程を連続して行うことができるこ
とから、生産性を著しく向上させることができる。

【００８２】また、溶接は従来のスポット溶接のように
手操作により行わないので、溶接強度が均一で、効率的
に溶接を行うことができ、溶接不良を実質的に発生しな
い。また、溶接部が固定されていることから、複数回の
レーザ光のパルスを同一箇所に照射してエネルギーを供
給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路素材のラミネート工程の説明図である。

【図２】回路素材の製造途中の構造を示す斜視図であ
る。

【図３】回路素材の製造途中の構造を示す斜視図であ
る。

【図４】回路素材の製造途中の構造を示す斜視図であ
る。

【図５】金属箔テープの積層部分の拡大断面図である。

【図６】金属箔テープの溶接部分の拡大断面図である。

【図７】金属箔テープの溶接部分の拡大平面図である。

【図８】各種の溶接の状態を示すもので、（ａ）は金属
箔テープの溶接不良部分、（ｂ）は良好な溶接部分、
（ｃ）は良好な溶接部分の拡大断面図である。

【図９】レーザ光の強度と回路素材の溶接深さとの関係
を示すグラフである。

【図１０】溶接不良が発生する場合の説明図であって、
（ａ）は溶接不良部分の断面図、（ｂ）は溶接不良とな
った金属箔テープの状態を示す断面図、（ｃ）は金属箔
テープの切断の際に形成されたバリの説明図、（ｄ）は
金属箔テープの取扱中に発生した打痕の説明図である。

【図１１】レーザ光の量が不適当な場合の変形した溶接
部の拡大断面図である。

【図１２】熱電対のスポット溶接工程の説明図である。

【図１３】熱電対のラミネート工程の説明図である。

【図１４】エッチング加工による小型ヒータの製造方法
の説明図である。

【符号の説明】

１０、１９ 金属箔テープ １０ａ 金属箔テープロ
ール １３ 整形具 ２０、２２ 合成樹脂シート １９ａ テープロール ２３ 成形具 ２３ 格子
状の回路 ２４ 回路素材 ２５ テープ横送装置 ２６ 交差部分（被溶接部） ３０ 小孔 ３１，３２，３３ 溶接ビード Ｌ レーザ光 ｗ 溶接部 Ｃ 打抜部分

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交差状態で配置した複数枚の金属箔テー
   プからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置して積
   層状態で接合し、少なくとも金属箔テープの交差部分を
   押圧密着させた状態で、前記交差部分に前記合成樹脂シ
   ートを貫通してレーザ光を投射して溶融接合する方法で
   あって、 少なくもレーザ光を照射する側の合成樹脂シートを溶融
   して小孔を開口すると共に局部的に溶融させた金属箔テ
   ープの部分は、上側の金属箔テープを貫通して溶融する
   と共に下側の金属箔テープの厚さの少なくとも２０％を
   溶融させ、前記上側の金属箔テープの溶融部分と下側の
   金属箔テープの溶融部分とが一体的になった溶接ビード
   を形成させた金属箔の溶接方法。
2. 【請求項２】 交差状態で配置した複数枚の金属箔テー
   プからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置して積
   層状態で接合し、少なくとも金属箔テープの交差部分を
   押圧密着させた状態で、前記金属箔テープの交差部分に
   前記合成樹脂シートを貫通してレーザ光を投射して溶融
   接合する方法であって、 前記少なくも上側の合成樹脂シートを溶融して小孔を開
   口すると共に、上側と下側の金属箔テープの交差部分を
   同時に溶融してリング状の溶融ビードを形成したことを
   特徴とする金属箔の溶接方法。
3. 【請求項３】 前記リング状の溶融ビードの厚さは、ほ
   ぼ金属箔テープの厚さ以上であることを特徴とする請求
   項１あるいは２に記載の金属箔の溶融方法。
4. 【請求項４】 前記レーザ光を複数パルス間隔をおいて
   照射し、第１パルスは複数枚の金属箔テープを貫通させ
   る強度を持ち、以後のパルスは貫通して開口された小孔
   の周囲を溶融するように照射することを特徴とする請求
   項２記載の金属箔の溶接方法。
5. 【請求項５】 下側の合成樹脂シートは前記リング状の
   溶融ビードの下側を閉鎖していることを特徴とする請求
   項２に記載の金属箔の溶接方法。
6. 【請求項６】 交差状態で配置した複数枚の金属箔テー
   プからなる配設体の両面に合成樹脂シートを配置してこ
   れらの合成樹脂シートを積層接合し、少なくとも金属箔
   テープの交差部分を押圧密着させた状態で、前記金属箔
   テープの交差部分に前記合成樹脂シートを貫通してレー
   ザ光を照射して溶融させて接合する方法であって、 前記上側と下側の合成樹脂シートと共に金属箔テープの
   交差部分を溶融してリング状の溶接ビードを形成し、こ
   のリング状の溶接ビードの小孔を介して貫通するレーザ
   光を検知して溶融状態を制御するようにしたことを特徴
   とする金属箔の溶接方法。
7. 【請求項７】 複数枚の金属箔テープからなる配設体
   は、複数の熱電対を形成していることを特徴とする請求
   項１ないし６のいずれかに記載の金属箔の溶接方法。
8. 【請求項８】 複数枚の金属箔テープからなる配設体
   は、ステンレス箔を使用した小型のヒータを形成してい
   ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載
   の金属箔の溶接方法。
9. 【請求項９】 複数枚の金属箔テープからなる配設体
   は、ステンレス、ニッケル、ニクロム、鉄、鉄クロム、
   銅及び銅合金、アルミ及びアルミ合金等から選ばれた金
   属箔を使用した電気回路であることを特徴とする請求項
   １ないし８のいずれかに記載の金属箔の溶接方法。
10. 【請求項１０】 ２枚の合成樹脂シートの間に金属箔テ
    ープからなる電気回路用配設体を挟持させて前記合成樹
    脂シートを押圧接着して１枚のシート状物とした上で、
    前記金属箔テープの交差部分にレーザ光線を照射して局
    部的に溶融して前記交差部分を溶接する方法において、 １枚の合成樹脂シート上に第１の金属箔テープを配置し
    て押圧部に移送し、前記第１の金属箔テープを挟持する
    ように別の合成樹脂シートを前記押圧部に供給し、更に
    ２枚の合成樹脂シートの間であって、前記第１の金属箔
    テープに交差部分を形成するように第２の金属箔テープ
    を連続して前記押圧部に供給する工程と、前記２枚の合
    成樹脂シートの間に、交差状に配置された第１と第２の
    金属箔テープを挟持して前記押圧部で押圧して前記２枚
    の合成樹脂シートを積層状態で接着して回路素材を製造
    する工程と、前記回路素材を形成している第１と第２の
    金属箔テープの交差部分にレーザ光線を照射して２枚の
    金属箔テープを溶融して溶接ビードを形成して接合する
    工程と、前記回路素材を形成している金属箔テープの電
    気回路として不要な部分を切除する工程と、更に前記工
    程により露出した金属箔テープ部分を別の合成樹脂シー
    トで被覆する工程とからなるシート状電気回路の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 前記各工程を連続的に行うことを特徴
    とする請求項１０記載のシート状電気回路の製造方法。