JP7250408B2 - Hydrogen conduit structure and fabrication method - Google Patents

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Description

本発明は、水素ガスを含む気体が通る導管の構造およびその作製方法に関する。 The present invention relates to a structure of a conduit through which gas including hydrogen gas passes and a method of manufacturing the same.

自動車、船舶や飛行機の燃料には、ガソリン・軽油・重油等の炭化水素を主成分とする化石液体燃料が主として使用されている。また、人間生活に必要な電気もこれらの液体燃料、石炭や天然ガス等の炭化水素系燃料が主として用いられている。しかし、これらの炭化水素系燃料を燃焼させるとニ酸化炭素が発生し、地球温暖化の原因となるので、近年はこれらの炭化水素系燃料の消費を大幅に削減するための種々の提案がなされている。その中で最も有望なものが水素を燃料とする燃料電池である。 BACKGROUND ART Fossil liquid fuels mainly composed of hydrocarbons, such as gasoline, light oil, and heavy oil, are mainly used as fuels for automobiles, ships, and airplanes. In addition, these liquid fuels and hydrocarbon fuels such as coal and natural gas are mainly used for the electricity necessary for human life. However, when these hydrocarbon fuels are burned, carbon dioxide is generated, which contributes to global warming. In recent years, various proposals have been made to significantly reduce the consumption of these hydrocarbon fuels. ing. Among them, the most promising is a fuel cell using hydrogen as a fuel.

燃料電池の発電原理は、水の電気分解と逆反応であり、電解質を挟んだ２つの電極に酸素ガスと水素ガスを供給して電気を発生させる。図４は、固体高分子形燃料電池の構造の一例を示す図である。水素（Ｈ２）ガスが通り、燃料電池２１へ水素ガスを供給する水素（ガス）導管１７および燃料電池から排出される未反応水素ガスが流れる導管１９は、２枚の金属板１１および金属板１２（金属合板１３）が合わさり形成される。燃料電池２１において、固体電解質２４の両側にアノード電極（燃料極）２５およびカソード電極（空気極）２３が配置され、さらにアノード電極（燃料極）２５の外側には水素供給ライン２６が、カソード電極（空気極）２３の外側には空気供給ライン２２が配置されている。 The power generation principle of a fuel cell is the electrolysis and reverse reaction of water, and electricity is generated by supplying oxygen gas and hydrogen gas to two electrodes sandwiching an electrolyte. FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure of a polymer electrolyte fuel cell. Hydrogen (H 2 ) gas passes through a hydrogen (gas) conduit 17 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 21 and a conduit 19 through which unreacted hydrogen gas discharged from the fuel cell flows. 12 (metal plywood 13) are put together to form. In a fuel cell 21, an anode electrode (fuel electrode) 25 and a cathode electrode (air electrode) 23 are arranged on both sides of a solid electrolyte 24, and a hydrogen supply line 26 is arranged outside the anode electrode (fuel electrode) 25. An air supply line 22 is arranged outside the (air electrode) 23 .

空気（Ｏ２＋Ｎ２）または酸素（Ｏ２）を供給する導管（空気導管）１８および燃料電池２１から排出される水（Ｈ２Ｏ）と未反応空気が流れる導管２０は、２枚の金属板１４および金属板１５（金属合板１６）が合わさり形成される。図４に示すように、水素導管１７、その排出導管１９、および空気導管１８、その排出導管２０は凸形状であるから、金属合板１３および１６を重ねていくとそれらの間に空間ができるので、この空間に燃料電池２１を配置すると、多数の燃料電池を組み込んだ燃料電池モジュールを作製できる。上下方向には燃料電池が交互に逆に配置されており、１つの水素導管１７から上下の水素電池２１の水素供給ライン２６に入り、それらの水素供給ライン２６から排出される未反応水素は排出導管１９へ入る。また１つの空気導管１８から上下の水素電池２１の空気供給ライン２２に入り、それらの空気供給ライン２２から排出される水および未反応空気は排出導管２０へ入る。尚、図４において気体の流れは矢印記号⇒で示している。 A conduit (air conduit) 18 for supplying air (O 2 +N 2 ) or oxygen (O 2 ) and a conduit 20 for flowing water (H 2 O) and unreacted air discharged from the fuel cell 21 are made of two metal sheets. A plate 14 and a metal plate 15 (metal plywood 16) are put together to form. As shown in FIG. 4, the hydrogen conduit 17, its discharge conduit 19, and the air conduit 18, its discharge conduit 20 are convex, so that when the metal plywoods 13 and 16 are stacked, a space is created between them. By arranging the fuel cell 21 in this space, a fuel cell module incorporating a large number of fuel cells can be produced. The fuel cells are arranged alternately in the vertical direction, and one hydrogen conduit 17 enters the hydrogen supply line 26 of the upper and lower hydrogen cells 21, and the unreacted hydrogen discharged from the hydrogen supply line 26 is discharged. Enter conduit 19 . Also, one air conduit 18 enters the air supply lines 22 of the upper and lower hydrogen cells 21 , and the water and unreacted air discharged from those air supply lines 22 enter the discharge conduit 20 . In addition, in FIG. 4, the flow of gas is shown by the arrow symbol ⇒.

リン酸形燃料電池も、図４における固体電解質２４をリン酸（液体形電解質）に変更すれば図４と同様な構造で構成できる。溶融炭酸塩形燃料電池の場合も、図４における固体電解質２４を（Ｌｉ２ＣＯ３＋Ｋ２ＣＯ３）電解質に変更し、空気導管に酸化剤ガス（Ｏ２＋ＣＯ２）が通るだけであるから、図４と同様な構造で構成できる。このように、燃料電池の殆どにおいて、水素を供給する水素導管が必要であり、２枚の金属板を用いて図４に示すような燃料モジュール構造を作製できる。 A phosphoric acid fuel cell can also be constructed with the same structure as in FIG. 4 by changing the solid electrolyte 24 in FIG. 4 to phosphoric acid (liquid electrolyte). In the case of the molten carbonate fuel cell as well , the solid electrolyte 24 in FIG. , can be configured with a structure similar to that of FIG. Thus, most fuel cells require a hydrogen conduit to supply hydrogen, and two metal plates can be used to fabricate a fuel module structure as shown in FIG.

水素脆性と金属材料の安全性｛水素エネルギーシステムvol.22 No.2(1997)｝Hydrogen Embrittlement and Safety of Metal Materials {Hydrogen Energy System vol.22 No.2 (1997)}

上述したように、水素燃料電池では、水素が通る水素（ガス）導管が必須であり、その導管材料としてSUS３０４等のステンレス鋼が主として用いられている。図４では、水素導管１７を構成する金属板１１および１２が相当する。しかし、ステンレス鋼の内表面に水素（H２）ガスが長期間接触すると、水素がステンレス鋼中に侵入してステンレス鋼が脆くなるという現象（水素脆性）が発生する。特にステンレス鋼で応力が集中する部分（図４では、たとえば水素導管１７の角部）で顕著に現れる。燃料電池は高価なものであるから、コスト低減のためには燃料電池の長寿命化が必要であるが、このステンレス鋼の水素脆性による劣化が燃料電池の長寿命化の妨げとなっている。また、燃料電池では電気発生の際に化学反応で発熱する場合が多いので水素導管も温度が高くなり水素脆性が促進される。（非特許文献１） As described above, a hydrogen (gas) conduit through which hydrogen passes is essential in a hydrogen fuel cell, and stainless steel such as SUS304 is mainly used as the conduit material. In FIG. 4, the metal plates 11 and 12 constituting the hydrogen conduit 17 correspond. However, when hydrogen (H 2 ) gas contacts the inner surface of the stainless steel for a long period of time, a phenomenon (hydrogen embrittlement) occurs in which hydrogen penetrates into the stainless steel and makes the stainless steel brittle. In particular, it appears conspicuously in a portion of stainless steel where stress is concentrated (in FIG. 4, for example, the corner of the hydrogen conduit 17). Since fuel cells are expensive, it is necessary to extend the life of fuel cells in order to reduce costs. However, the deterioration of stainless steel due to hydrogen embrittlement hinders the extension of the life of fuel cells. In addition, since fuel cells often generate heat due to chemical reactions when electricity is generated, the temperature of hydrogen conduits also rises, promoting hydrogen embrittlement. (Non-Patent Document 1)

本発明者は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼の金属板表面に炭素膜を付着すると水素脆性を防止できることを発見し、２枚の金属板の凹状部分の両側をレーザー溶接して水素を通る導管（水素（ガス）導管）の作製に適用した。具体的には以下の特徴を有する。
（１）本発明は、２枚の金属板を溶接して水素ガスを含む気体を通す空間（水素導管という）を形成する方法（作製方法）であって、水素導管の内側となる金属板表面（金属板内表面という）、または、水素導管の外側となる金属板表面（金属板外表面という）に炭素膜を形成することを特徴とし、２枚の金属板はそれぞれ水素導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素導管とすることを特徴とする。
（２）本発明は、（１）に加えて、炭素膜形成前に、炭素膜を形成する金属表面（金属板内表面および／または外表面）にレーザー照射により微小な凹凸を形成し、炭素膜は、CVD法、PVD法、またはメッキ法により形成されることを特徴とする。 The present inventor discovered that hydrogen embrittlement can be prevented by attaching a carbon film to the surface of a stainless steel metal plate such as SUS304. (gas) conduit). Specifically, it has the following features.
(1) The present invention is a method (manufacturing method) for forming a space (called a hydrogen conduit) through which a gas containing hydrogen gas is allowed to pass by welding two metal plates, wherein the surface of the metal plate serving as the inside of the hydrogen conduit (referred to as the inner surface of the metal plate) or the surface of the metal plate outside the hydrogen conduit (referred to as the outer surface of the metal plate), and the two metal plates are each a concave portion for the hydrogen conduit. and a flat portion, the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are put together, the flat portion around the recessed portion (referred to as a welding portion) is laser-welded along the recessed portion, and the recessed portion is used as a hydrogen conduit. characterized by
(2) In the present invention, in addition to (1), before forming the carbon film, the metal surface (the inner surface and/or the outer surface of the metal plate) on which the carbon film is formed is irradiated with a laser to form fine unevenness, and the carbon The film is characterized by being formed by a CVD method, a PVD method, or a plating method.

（３）本発明は、（１）または（２）に加えて、２枚の金属板のレーザー溶接する部位（溶接部位という）の構造は、２枚の金属板のうちの１枚の金属板（金属板Ａという）、金属板Ａ内表面に積層した炭素膜（金属板Ａ上炭素膜という）、前記金属板Ａ上炭素膜と接触した他の１枚の金属板（金属板Ｂという）内表面に積層した炭素膜（金属板Ｂ上炭素膜という）および金属板Ｂであるか、または金属板Ａ、金属板Ａ上炭素膜または金属板Ｂ上炭素膜、および金属板Ｂであるか、または金属板Ａおよび金属板Ｂであることを特徴とする。
（４）本発明は、（１）または（２）に加えて、金属板の平坦部のレーザー溶接個所（溶接部位という）は、凹部のそれぞれ片側に３か所存在し、前記３か所のレーザー溶接部位の構造の１つは、２枚の金属板のうちの１枚の金属板（金属板Ａ）、金属板Ａ内表面に積層した炭素膜（金属板Ａ上炭素膜）、前記金属板Ａ上炭素膜と接触した他の１枚の金属板（金属板Ｂ）内表面に積層した炭素膜（金属板Ｂ上炭素膜）および金属板Ｂであり、前記３か所のレーザー溶接部位の構造の他の１つは、金属板Ａ、金属板Ａ上炭素膜または金属板Ｂ上炭素膜、および金属板Ｂであり、および前記３か所のレーザー溶接部位の構造の残り１つは、金属板Ａおよび金属板Ｂであることを特徴とする。 (3) In addition to (1) or (2), the present invention provides that the structure of the laser-welded portion of two metal plates (referred to as the welded portion) is one of the two metal plates. (referred to as metal plate A), a carbon film laminated on the inner surface of metal plate A (referred to as carbon film on metal plate A), another metal plate in contact with the carbon film on metal plate A (referred to as metal plate B) Is it a carbon film laminated on the inner surface (referred to as a carbon film on metal plate B) and metal plate B, or is it metal plate A, a carbon film on metal plate A or a carbon film on metal plate B, and metal plate B? , or metal plate A and metal plate B.
(4) In the present invention, in addition to (1) or (2), there are three laser-welded portions (referred to as welded portions) of the flat portion of the metal plate on each side of the recess, and the three locations are One of the structures of the laser welded part is one of two metal plates (metal plate A), a carbon film laminated on the inner surface of metal plate A (carbon film on metal plate A), the metal plate A carbon film (carbon film on metal plate B) laminated on the inner surface of another metal plate (metal plate B) in contact with the carbon film on plate A and metal plate B, and the three laser welding sites is metal plate A, a carbon film on metal plate A or a carbon film on metal plate B, and metal plate B, and the other one of the three laser welded site structures is , a metal plate A and a metal plate B.

（５）本発明は、（１）～（４）に加えて、２枚の金属板を合わせてレーザー溶接する場合において、レーザー照射する側の、水素導管となる金属板の複数の凸部同士を透明治具で押さえて、前記透明治具を通して金属板の溶接する部位（溶接部位という）にレーザーを照射して、前記溶接部位において、金属板Ａおよび金属板Ｂを溶融接合することを特徴とし、透明治具、金属板の凸部および金属板で囲まれた、レーザーが照射する領域を含む空間（溶接空間Ａという）は、シールドガスで充満されていることを特徴とする。
（６）本発明は、（１）～（５）に加えて、２枚の金属板を合わせてレーザー溶接する場合において、レーザー照射しない側の、水素導管となる金属板の複数の凸部同士を押さえ治具または台座で押さえて、金属板の溶接する部位（溶接部位という）において、２枚の金属板を溶融接合することを特徴とし、押さえ治具または台座、金属板の凸部および金属板で囲まれた空間（溶接空間Ｂという）は、シールドガスで充満されており、前記溶接空間のシールドガスによる圧力は、大気圧より大きいか周囲圧力より大きく、シールドガスは、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガスおよび窒素（Ｎ２）ガスから選択される少なくとも１つのガスであることを特徴とする。 (5) In addition to (1) to (4), the present invention provides, in the case of laser welding two metal plates together, a plurality of protrusions of the metal plate to serve as hydrogen conduits on the laser irradiation side. is held by a transparent jig, and a laser beam is irradiated through the transparent jig to a portion of the metal plate to be welded (referred to as a welded portion), and the metal plate A and the metal plate B are melt-joined at the welded portion. A space (referred to as a welding space A) surrounded by the transparent jig, the protrusions of the metal plate, and the metal plate and including the region to be irradiated with the laser is filled with a shielding gas.
(6) In addition to (1) to (5), the present invention provides, in the case of laser welding two metal plates together, a plurality of protrusions of the metal plates that serve as hydrogen conduits on the non-laser-irradiated side. is held by a holding jig or pedestal, and the two metal plates are melt-joined at the welded portion of the metal plate (referred to as the welding portion), and the holding jig or pedestal, the convex portion of the metal plate and the metal The space surrounded by the plates (referred to as welding space B) is filled with a shielding gas, the pressure of the shielding gas in the welding space is greater than the atmospheric pressure or greater than the ambient pressure, and the shielding gas is helium (He). gas, argon (Ar) gas, neon (Ne) gas, and nitrogen (N 2 ) gas.

（７）本発明は、（１）～（６）に加えて、レーザー照射する側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成し、レーザー照射しない側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成するし、金属板は、ＳＵＳ３０４またはステンレス鋼または鉄系材料であることを特徴とする。
（８）本発明は、２枚の金属板を溶接して作製した水素ガスを含む気体を通す空間である水素素導管の金属板表面構造は、金属板表面上に炭素膜が積層した構造であることを特徴とする水素導管であり、水素導管の内側および／または外側となる金属板表面上に炭素膜が積層した構造であり、また金属板の両表面上に炭素膜が積層した構造であり、前記炭素膜は、ＣＶＤ炭素膜、ＰＶＤ炭素膜またはメッキ炭素膜であり、金属板は、ＳＵＳ３０４またはステンレス鋼または鉄系材料であることを特徴とする。 (7) In the present invention, in addition to (1) to (6), the carbon film on the outer surface of the metal plate on the side irradiated with laser is formed after laser welding, and the carbon film on the outer surface of the metal plate on the side not irradiated with laser The film is formed after laser welding, and the metal plate is SUS304, stainless steel, or ferrous material.
(8) In the present invention, the metal plate surface structure of the hydrogen conduit, which is a space through which gas containing hydrogen gas is allowed to pass, is a structure in which a carbon film is laminated on the metal plate surface. A hydrogen conduit characterized by having a structure in which a carbon film is laminated on the surface of a metal plate that is the inside and / or outside of the hydrogen conduit, and a structure in which carbon films are laminated on both surfaces of the metal plate. and the carbon film is a CVD carbon film, a PVD carbon film or a plated carbon film, and the metal plate is SUS304, stainless steel or iron-based material.

本発明は、水素導管を構成するＳＵＳ３０４等の金属板内外面（水素導管の内外側金属表面）にＣＶＤ炭素膜等を積層するので、水素導管中の水素（Ｈ２）が金属板中に侵入することを防止できる。この結果水素脆性を抑制することができ、水素導管の寿命を延ばすことができる。金属板内外表面をレーザーで凹凸を形成するので、ＣＶＤ炭素膜等の密着性も向上する。水素導管は２枚の凸状部分を有する２枚の金属板の凸状部分の外側をレーザー溶接して形成するので、作製が容易である。凸状部分は透明板材および平板の押さえ板で押し付けて溶接部位における２枚の金属板の接触を確実に確保できるので、溶接部位の品質も向上することが可能となる。 In the present invention, since a CVD carbon film or the like is laminated on the inner and outer surfaces of the metal plate such as SUS304 (inner and outer metal surfaces of the hydrogen conduit) constituting the hydrogen conduit, hydrogen (H 2 ) in the hydrogen conduit penetrates into the metal plate. can be prevented. As a result, hydrogen embrittlement can be suppressed, and the life of the hydrogen conduit can be extended. Since the unevenness is formed on the inner and outer surfaces of the metal plate with a laser, the adhesion of the CVD carbon film, etc. is also improved. Since the hydrogen conduit is formed by laser-welding the outer sides of the convex portions of two metal plates having two convex portions, it is easy to manufacture. Since the convex portion is pressed by the transparent plate material and the flat holding plate to ensure the contact between the two metal plates at the welded portion, the quality of the welded portion can be improved.

図１は、本発明の水素導管の構造および作製方法を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the structure and fabrication method of the hydrogen conduit of the present invention. 図２は、本発明の水素導管を含むワーク（ワーク上板＋ワーク下板）の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a workpiece (upper workpiece plate+lower workpiece plate) including the hydrogen conduit of the present invention. 図３は、炭素膜を積層した金属板のワーク上板およびワーク下板をレーザー溶接する別の方法を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another method of laser-welding an upper workpiece plate and a lower workpiece plate of a metal plate laminated with a carbon film. 図４は、固体高分子形燃料電池の構造の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure of a polymer electrolyte fuel cell. 図５は、ワーク押さえ板を用いてワークを押さえる実施形態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which a work holding plate is used to hold down a work. 図６は、水素導管の配置状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of hydrogen conduits. 図７は、ワーク板の表側（外表面）にも炭素膜を形成したワーク板を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a work plate in which a carbon film is also formed on the front side (outer surface) of the work plate.

本発明者は、金属板表面に炭素膜を付着すると水素脆性を防止できることを発見した。本発明の水素導管において、金属製の平板（金属板）に凹状部分を形成して、凹状部分を形成した金属板２枚を凹状部分が合わさるように重ねて、凹状部分の両側の平坦部分を溶接することにより、水素が通る空間（空間は管のような閉空間となっているので、水素（ガス）導管または水素（ガス）通管とも記載する）を作製する。図１は、本発明の水素導管の構造および作製方法を示す図である。金属板の凹状部分は曲げ加工や深絞り加工により形成する。金属表面への炭素膜の形成は、図１（ａ）に示すように、金属板１１に凹状部分１７（１７－１、１７－２）を形成した後に、金属板表面（凹状部分がある側）に炭素膜３２を形成する。あるいは、平坦な金属板１１の表面に炭素膜３２を形成した後に、曲げ加工や深絞り加工により金属板１１に凹状部分１７を形成することもできる。金属板の材質は、たとえばＳＵＳ３０４やその他各種ステンレス鋼、鉄を主成分とする鉄系材料、アルミニウムやアルミ合金、銅を主成分とする銅系材料、亜鉛を主成分とする亜鉛系材料、ニッケルを主成分とするニッケル系材料あるいはチタン（Ｔｉ）を主成分とするチタン系材料である。 The inventors discovered that hydrogen embrittlement can be prevented by attaching a carbon film to the surface of a metal plate. In the hydrogen conduit of the present invention, a concave portion is formed on a flat metal plate (metal plate), two metal plates with the concave portion formed thereon are stacked so that the concave portions are aligned, and flat portions on both sides of the concave portion are formed. By welding, a space through which hydrogen passes (because the space is a closed space like a pipe, it is also described as a hydrogen (gas) conduit or a hydrogen (gas) conduit). FIG. 1 is a diagram showing the structure and fabrication method of the hydrogen conduit of the present invention. The concave portion of the metal plate is formed by bending or deep drawing. As shown in FIG. 1(a), the formation of the carbon film on the metal surface is carried out by forming the concave portions 17 (17-1, 17-2) on the metal plate 11 and then forming the metal plate surface (on the side with the concave portion). ) to form a carbon film 32 thereon. Alternatively, after the carbon film 32 is formed on the surface of the flat metal plate 11, the concave portions 17 can be formed in the metal plate 11 by bending or deep drawing. The material of the metal plate includes, for example, SUS304 and various other stainless steels, iron-based materials containing iron as a main component, aluminum and aluminum alloys, copper-based materials containing copper as a main component, zinc-based materials containing zinc as a main component, and nickel. or a titanium-based material containing titanium (Ti) as a main component.

本発明の水素導管表面への炭素膜の形成方法は、化学気相成長法（ＣＶＤ法）やスパッター・蒸着等の物理気相成長法（ＰＶＤ法）やメッキ法等がある。ＣＶＤ法として、アセチレン・メタン・ベンゼン等の炭化水素ガス、アルコール（たとえば、エタノール）等の炭素源ガスを用いた常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等が挙げられる。炭素膜の構造は、グラフェン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライク、アモルファス等であり、いずれの構造でも水素脆性には効果があるが、特にカーボンナノチューブ、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクは、膜が緻密で強固なため好適である。炭素源ガスは水素を含有しているためＣＶＤ炭素膜には水素が含まれている。（約５～３０ａｔ％）このＣＶＤ炭素膜に含まれた水素は炭素膜の中に存在しているが、炭素にも結合していると考えられ、燃料電池が発熱する温度（たとえば、１００℃～８００℃）では炭素膜から水素が分離せず、金属膜中には侵入しない。また、水素導管中の水素も炭素膜には侵入することは困難であり、かつＣＶＤ膜の場合は既に膜中に水素が存在しており、水素導管中の水素はＣＶＤ炭素膜には殆ど侵入することは困難である。この結果、ＣＶＤ炭素膜は特に水素脆性に対して耐性が強いと考えられる。 Methods of forming a carbon film on the surface of the hydrogen conduit of the present invention include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) such as sputtering and vapor deposition, and plating. Examples of the CVD method include atmospheric pressure CVD using hydrocarbon gas such as acetylene, methane, and benzene, and carbon source gas such as alcohol (e.g., ethanol), low pressure CVD, plasma CVD, and optical CVD. The structure of the carbon film is graphene, carbon nanotube, diamond, diamond-like, amorphous, etc., and any structure is effective against hydrogen embrittlement. It is suitable for Since the carbon source gas contains hydrogen, the CVD carbon film contains hydrogen. (approximately 5 to 30 at %) The hydrogen contained in this CVD carbon film is present in the carbon film, but is believed to be bound to the carbon, and the temperature at which the fuel cell generates heat (for example, 100°C) ~800°C), hydrogen does not separate from the carbon film and does not penetrate into the metal film. Moreover, it is difficult for hydrogen in the hydrogen conduit to penetrate into the carbon film, and in the case of a CVD film, hydrogen already exists in the film, and most of the hydrogen in the hydrogen conduit penetrates into the CVD carbon film. It is difficult to As a result, the CVD carbon film is considered to have particularly strong resistance to hydrogen embrittlement.

ＰＶＤ炭素膜として、スパッター装置中でたとえば炭素ターゲット板をＡｒガスでスパッターして、金属板の表面に炭素膜を成長させることができる。金属板（１１、１２）は平板でも良いし、凹状部分１７を有しても良い。（ここで凹状と記載しているが、裏側から見ると凸状であるから、凸状と記載することもできる。）当然凹状部分１７が炭素ターゲット板側を向くようにスパッター装置に配置する必要があり、凹状部分１７の側面および底面に厚みが均一になるように金属板（１１、１２）を回転させても良い。１００％炭素の炭素ターゲット板であれば金属板表面に積層する炭素膜には水素が含まれないので、ＣＶＤ炭素膜のような水素の侵入を抑制する効果は小さくなるが、積層される炭素膜は緻密で強固なので水素が炭素膜を通して金属側に侵入することは抑制され、水素脆性現象はかなり防止される。炭素ターゲット中に水素を予め含有させ（たとえば、１０～４０ａｔ％）たり、あるいはスパッタガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスとともに水素ガスを混合して（たとえば、１～１０Vol％）おけば、金属板表面に積層する炭素膜中に水素が取り込まれるので、ＣＶＤ炭素膜と同様な水素侵入防止効果を増大させることができ、金属板の水素脆性現象を大幅に抑制することができる。 As a PVD carbon film, for example, a carbon target plate can be sputtered with Ar gas in a sputtering apparatus to grow a carbon film on the surface of a metal plate. The metal plates ( 11 , 12 ) may be flat or may have concave portions 17 . (Here, it is described as concave, but since it is convex when viewed from the back side, it can also be described as convex.) Needless to say, it is necessary to place it in the sputtering apparatus so that the concave portion 17 faces the carbon target plate side. The metal plates (11, 12) may be rotated so that the side and bottom surfaces of the concave portion 17 have a uniform thickness. In the case of a 100% carbon carbon target plate, the carbon film laminated on the surface of the metal plate does not contain hydrogen. Since it is dense and strong, hydrogen is suppressed from entering the metal side through the carbon film, and the hydrogen embrittlement phenomenon is considerably prevented. If hydrogen is preliminarily contained in the carbon target (for example, 10 to 40 at%), or if hydrogen gas is mixed with argon (Ar) gas, which is a sputtering gas (for example, 1 to 10 vol%), the metal plate surface Since hydrogen is taken into the carbon film laminated on the layer, it is possible to increase the effect of preventing hydrogen entry similar to that of the CVD carbon film, and to greatly suppress the hydrogen embrittlement phenomenon of the metal plate.

金属板の表面に炭素メッキ膜も積層できる。たとえば、溶融塩としてLiCl-KClおよびLiCl-KCl-CaCl2を用い炭素源としてCaC2を添加して、約４００℃～６００℃で過熱し、この溶融塩中に金属板を作用極として、対極にアルミニウム板を用いて、金属板表面にメッキ膜を積層することもできる。この炭素膜も金属板の水素脆性耐性を高めることができる。炭素メッキの場合も、金属板に凹状部分があっても、その凹状部分の底面および側面に均一に炭素膜を積層することができる。あるいは、平坦な金属板の表面に炭素膜をメッキ法で積層した後に、金属板に凹状部分を形成することもできるし、平坦な金属板に凹状部分に形成した後に、金属板の平坦部や凹状部分に炭素メッキ膜を積層することもできる。尚、平坦な金属板に凹状部分を形成した後に、金属板の平坦部や凹状部分にＣＶＤ炭素膜、ＰＶＤ炭素膜、および炭素メッキ膜を積層した方が、凹状部分における（特に角部）炭素膜の内部応力を小さくできるので、炭素膜の信頼性が増大し長寿命化をはかることができる。 A carbon plating film can also be laminated on the surface of the metal plate. For example, LiCl-KCl and LiCl-KCl-CaCl 2 are used as molten salts, CaC 2 is added as a carbon source, heated at about 400° C. to 600° C., and a metal plate is placed in the molten salt as a working electrode and a counter electrode. It is also possible to laminate a plated film on the surface of the metal plate by using an aluminum plate for the plate. This carbon film can also improve the hydrogen embrittlement resistance of the metal plate. In the case of carbon plating, even if the metal plate has a concave portion, the carbon film can be uniformly laminated on the bottom and side surfaces of the concave portion. Alternatively, a carbon film may be laminated on the surface of a flat metal plate by a plating method, and then the concave portions may be formed on the metal plate. A carbon plating film can also be laminated on the recessed portion. After forming the recessed portions on the flat metal plate, it is better to laminate a CVD carbon film, a PVD carbon film, and a carbon plating film on the flat and recessed portions of the metal plate. Since the internal stress of the film can be reduced, the reliability of the carbon film increases and the life of the carbon film can be extended.

金属表面にＣＶＤ炭素膜、ＰＶＤ炭素膜、およびメッキ炭素膜を金属板表面へ積層する場合、金属板表面にレーザーを照射して微小な凹凸を形成することにより、金属板表面への炭素膜の密着性を向上することができる。たとえば、凹凸構造の凹部の深さは約３０～１０μｍ、幅は約３０～１２０μｍとし、凸部を山形形状にするのが良い。凸部の幅は約５～５０μｍとするのが良い。このような形状により、炭素膜と金属表面との接触面積が増大するので、金属板と炭素膜との密着強度が増大する。レーザー光を生じるレーザー発振器は、シリコン基板の表面に溝を形成することができれば特に限定されず、公知の発振器を使用することができる。例えば、エキシマレーザー、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー等のレーザー光照射で金属板表面部分を融解できるレーザー発振器が挙げられる。レーザー光の照射条件は、所望の形状の溝を形成できるように適宜調整する。たとえば、４×１０４～１×１０６Ｗ／ｃｍ２のエネルギー密度になるように、波長、周波数、照射形状等の条件が調整される。 When laminating a CVD carbon film, a PVD carbon film, or a plated carbon film on the surface of a metal plate, the surface of the metal plate is irradiated with a laser to form minute unevenness, thereby forming a carbon film on the surface of the metal plate. Adhesion can be improved. For example, it is preferable that the concave portions of the uneven structure have a depth of about 30 to 10 μm and a width of about 30 to 120 μm, and the convex portions have a mountain shape. The width of the protrusion is preferably about 5 to 50 μm. Such a shape increases the contact area between the carbon film and the metal surface, thereby increasing the adhesion strength between the metal plate and the carbon film. A laser oscillator that generates laser light is not particularly limited as long as it can form a groove on the surface of the silicon substrate, and known oscillators can be used. For example, a laser oscillator capable of melting the surface portion of the metal plate by irradiating a laser beam such as an excimer laser, a CO2 laser, or a YAG laser can be used. Irradiation conditions of the laser light are appropriately adjusted so that a groove having a desired shape can be formed. For example, conditions such as wavelength, frequency, irradiation shape, etc. are adjusted so that the energy density is 4×10 4 to 1×10 6 W/cm 2 .

図１（ａ）に示すように、凹状部分１７（１７－１）および平坦部分を含む金属板１２の表面に炭素膜３１を積層したもの（これをワーク上板３３と呼ぶ）と、凹状部分１７（１７－２）および平坦部分を含む金属板１１の表面に炭素膜３２を積層したもの（これをワーク下板３４と呼ぶ）とを凹状部分１７（１７－１、２）同士を重ね、閉空間１７が形成されるように合わせる。ワーク上板３３とワーク下板３４は表裏の関係にある同形状のワーク板であるから、凹状部分１７（１７－１、２）とその他の平坦部分はほぼ完全に一致して合わせることができる。尚、閉空間１７と記載したが、図１の左右方向では閉空間となっているが、後に（図２で）示すように閉空間１７は水素ガスが通る水素導管であるから、紙面に対して略垂直方向に空間が伸びている。水素導管１７を図４に示すような燃料電池に使用する場合は、燃料電池を取り囲むように配置されても良い。 As shown in FIG. 1(a), a carbon film 31 is laminated on the surface of the metal plate 12 including the recessed portion 17 (17-1) and the flat portion (this is called a work top plate 33), and the recessed portion 17 (17-2) and a carbon film 32 laminated on the surface of the metal plate 11 including the flat portion (this is called a work lower plate 34) are overlapped with the concave portions 17 (17-1, 2), Align so that a closed space 17 is formed. Since the upper work plate 33 and the lower work plate 34 are work plates having the same shape and having a front and back relationship, the recessed portion 17 (17-1, 2) and the other flat portions can be aligned almost perfectly. . Although it is described as a closed space 17, it is a closed space in the horizontal direction of FIG. The space extends in a substantially vertical direction. When the hydrogen conduit 17 is used in a fuel cell as shown in FIG. 4, it may be arranged so as to surround the fuel cell.

次に図１（ｂ）に示すように、凹状部分１７の左右にあるワーク上板３３およびワーク下板３４の部分（溶接部位という）３５にワーク上板３３の上方からレーザー光３６を照射して、溶接部位３５でワーク上板３３とワーク下板３４を溶融接合させる。溶接部位３５においてワーク上板３３とワーク下板３４は炭素膜（３１、３２）同士で接触している。炭素膜の融点は、約３０００℃～３６００℃（炭素結合の強さにより変化する）であるから、炭素膜同士が接触する部分で上記温度以上になるようにレーザーパワーを調節すれば炭素膜が溶融し、また金属板は上記温度では溶融しているから、溶接部位３５においてワーク上板３３とワーク下板３４は完全に溶融接合させることができる。あるいは、炭素膜は金属板よりかなり薄い（たとえば、金属板１ｍｍ、炭素膜１～１０～１００μｍ）ので、金属板（特にワーク上板側）を溶融する温度になるようにレーザーパワーを調節すれば、炭素膜は金属板に固溶していき、やはり溶接部位３５においてワーク上板３３とワーク下板３４は完全に溶融接合させることができる。特にＳＵＳ３０４等のステンレス鋼や鉄系材料の場合、容易に炭素が固溶される。炭素膜は熱伝導性が良いので、ワーク上板３３側の金属板１２が溶融すれば、ワーク下板３４側の溶接部位３５の接触部分側における金属板１１も溶融するので、充分な溶融接合を実現できる。金属板がステンレス鋼ＳＵＳ３０４の場合は、融点は約１４２０℃であるから、この温度以上になるようにレーザーパワーを調節してレーザーを照射すれば、ワーク上板３３側のステンレス板１２およびワーク下板３４側のステンレス板１１の一部（上側、すなわち接触部分側）が溶融し、それらの間に挟まれた炭素膜３１および３２は溶融したステンレス中に固溶していき固溶層を形成して強固に溶融接合する。 Next, as shown in FIG. 1(b), a laser beam 36 is irradiated from above the work top plate 33 to the work top plate 33 and the work bottom plate 34 on the left and right of the recessed portion 17 (referred to as a welding portion) 35. Then, the workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 are fusion-bonded at the welding portion 35 . At the welded portion 35, the work upper plate 33 and the work lower plate 34 are in contact with each other at the carbon films (31, 32). Since the melting point of the carbon film is about 3000° C. to 3600° C. (which varies depending on the strength of the carbon bond), the carbon film can be melted by adjusting the laser power so that the temperature is higher than the above temperature at the portion where the carbon films are in contact with each other. Since the metal plate is melted at the above temperature, the workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 can be completely melted and joined at the welding portion 35 . Alternatively, since the carbon film is considerably thinner than the metal plate (for example, the metal plate is 1 mm and the carbon film is 1-10-100 μm), the laser power can be adjusted to a temperature that melts the metal plate (especially the upper plate side of the workpiece). , the carbon film dissolves in the metal plate, and the work upper plate 33 and the work lower plate 34 can be completely melted and joined at the welding portion 35 as well. Especially in the case of stainless steel such as SUS304 and ferrous materials, carbon is easily dissolved. Since the carbon film has good thermal conductivity, if the metal plate 12 on the upper work plate 33 side melts, the metal plate 11 on the contact portion side of the welding portion 35 on the lower work plate 34 side also melts, so sufficient fusion bonding is achieved. can be realized. When the metal plate is made of stainless steel SUS304, the melting point is about 1420° C. Therefore, if the laser power is adjusted so that the temperature is higher than this temperature, the stainless steel plate 12 on the side of the work upper plate 33 and the work bottom can be removed. A portion of the stainless steel plate 11 on the plate 34 side (the upper side, that is, the contact portion side) melts, and the carbon films 31 and 32 sandwiched between them melt into the melted stainless steel to form a solid solution layer. and strongly fused and joined.

図１（ｃ）は、溶接部位３５の構造を変化させた場合の溶接方法を示す図である。溶接部位３５－４は、図１（ｂ）に示す構造と同じである。溶接部位３５－１は、レーザー照射側のワーク上板３３の炭素膜３１を除去している。従って、溶接部位３５－１の構造は、金属板１２(ワーク上板３３側)／炭素膜３２(ワーク下板３４側)／金属板１１(ワーク上板３４側)の３層構造となっているので、溶接部位３５－４の構造の場合に比べて、炭素膜が少ない分レーザーパワーや照射時間を少し少なくでき、かつレーザー照射条件の余裕度が大きい。溶接部位３５－２は、レーザー照射と反対側のワーク下板３４の炭素膜３２を除去している。従って、溶接部位３５－２の構造は、金属板１２(ワーク上板３３側)／炭素膜３１(ワーク上板３３側)／金属板１１(ワーク下板３４側)の３層構造となっているので、溶接部位３５－４の構造の場合に比べて、炭素膜が少ない分レーザーパワーや照射時間を少し少なくでき、かつレーザー照射条件の余裕度が大きい。溶接部位３５－３は、レーザー照射側のワーク上板３３の炭素膜３１およびレーザー照射と反対側のワーク下板３４の炭素膜３２を除去している。すなわち、溶接部位３５－３において、炭素膜は存在しない。従って、溶接部位３５－３の構造は、金属板１２(ワーク上板３３側)／金属板１１(ワーク下板３４側)の２層構造となっているので、溶接部位３５－１、２、４の構造の場合に比べて、炭素膜がなくなっている分レーザーパワーや照射時間を少なくでき、かつレーザー照射条件の余裕度を大きくできる。溶接部位３５－３では、金属板同士の溶接とほぼ同じ条件でレーザー照射できる。 FIG. 1(c) is a diagram showing a welding method when the structure of the welded portion 35 is changed. The welded portion 35-4 has the same structure as shown in FIG. 1(b). The welded portion 35-1 is obtained by removing the carbon film 31 of the workpiece upper plate 33 on the laser irradiation side. Therefore, the structure of the welding portion 35-1 is a three-layer structure of metal plate 12 (work upper plate 33 side)/carbon film 32 (work lower plate 34 side)/metal plate 11 (work upper plate 34 side). Therefore, compared with the structure of the welded portion 35-4, the laser power and the irradiation time can be slightly reduced due to the smaller carbon film, and the latitude in the laser irradiation conditions is large. The welded portion 35-2 is obtained by removing the carbon film 32 of the workpiece lower plate 34 on the side opposite to the laser irradiation. Therefore, the structure of the welded portion 35-2 is a three-layer structure of metal plate 12 (work upper plate 33 side)/carbon film 31 (work upper plate 33 side)/metal plate 11 (work lower plate 34 side). Therefore, compared with the structure of the welded portion 35-4, the laser power and the irradiation time can be slightly reduced due to the smaller carbon film, and the latitude in the laser irradiation conditions is large. At the welded portion 35-3, the carbon film 31 of the workpiece upper plate 33 on the laser irradiation side and the carbon film 32 of the workpiece lower plate 34 on the opposite side to the laser irradiation are removed. That is, no carbon film exists at the welded portion 35-3. Therefore, the structure of the welded portion 35-3 is a two-layer structure of the metal plate 12 (on the upper work plate 33 side)/the metal plate 11 (on the lower work plate 34 side). Compared to the structure of 4, the laser power and irradiation time can be reduced by the amount of the absence of the carbon film, and the latitude in the laser irradiation conditions can be increased. At the welding portion 35-3, laser irradiation can be performed under substantially the same conditions as for welding between metal plates.

凹状部分１７には炭素膜が必要であるから、溶接部位３５の部分において炭素膜を付着させないか、または除去する方法について説明する。一例として、金属板の溶接部位となる領域に予めマスキングしておき、その後で炭素膜を積層する。ＣＶＤ炭素膜やＰＶＤ炭素膜の場合は、マスキングした状態で炭素膜を積層するとマスキング領域にも炭素膜が積層するので、炭素膜を積層した後にマスキング部材を除去すれば、マスキング領域における炭素膜はマスキング部材とともに除去されて、金属板の溶接部位となる領域には炭素膜が存在しない。たとえば、プラズマＣＶＤ炭素膜はたとえば約４００℃～８００℃で積層されるので、マスキング部材はこれらの温度でも変形や反応しない部材である必要がある。たとえば、金属板がＳＵＳ３０４ステンレス鋼である場合は、ステンレステープ（ＳＵＳ３０４でも良いし、それ以外でも良い）を金属板の溶接部位となる領域に貼り付けて、プラズマＣＶＤ炭素膜を積層後、そのステンレステープを剥がせば良い。スパッター炭素膜の場合は、スパッター温度が約１００℃以下であるから、たとえば、アルミニウムテープを金属板の溶接部位となる領域に貼り付けて、スパッター炭素膜を積層後、そのステンレステープを剥がせば良い。スパッター温度が常温である場合は、アルミニウムテープの代わりにプラスチックテープでも良い。尚、マスキングテープを使用した場合、マスキングテープの側面にも炭素膜が付着するので、マスキングテープを剥がしたときにその境目の側面（エッジ部）の炭素膜も剥がれる可能性がある。それを防止するために、金属板に炭素膜を積層した後、マスキングテープを付着した状態で、酸素（Ｏ２）プラズマで軽く炭素膜エッチングすると、側面（エッジ部）の炭素膜の膜質は平坦部分よりも弱いので、平坦部分の炭素膜が殆どエッチングされない間に、側面（エッジ部）の炭素膜がエッチング初期段階でエッチングされてしまう。側面（エッジ部）の炭素膜がエッチングされたら、酸素（Ｏ２）プラズマ装置から出すと、マスキングテープと平坦部分の炭素膜は分離されているので、マスキングテープを剥がしても平坦部分の炭素膜に影響を与えないようにすることができる。 Since the recessed portion 17 requires a carbon film, a method for removing or not depositing the carbon film at the welded portion 35 will be described. As an example, the area of the metal plate to be welded is masked in advance, and then the carbon film is laminated. In the case of a CVD carbon film or a PVD carbon film, if the carbon film is laminated in a masked state, the carbon film is also laminated in the masking region. There is no carbon film in the area that is removed together with the masking member and becomes the welding site of the metal plate. For example, plasma CVD carbon films are deposited at, for example, about 400° C. to 800° C., so the masking member should be a member that does not deform or react at these temperatures. For example, if the metal plate is SUS304 stainless steel, a stainless steel tape (SUS304 or other) is attached to the area of the metal plate to be welded, and after laminating a plasma CVD carbon film, the stainless steel Just peel off the tape. In the case of a sputtered carbon film, the sputtering temperature is about 100°C or less. good. If the sputtering temperature is room temperature, a plastic tape may be used instead of the aluminum tape. When masking tape is used, the carbon film also adheres to the side surface of the masking tape, so when the masking tape is removed, the carbon film on the side surface (edge portion) of the boundary may also come off. In order to prevent this, after laminating a carbon film on a metal plate, with a masking tape attached, the carbon film is lightly etched with oxygen (O 2 ) plasma. Since it is weaker than the portion, the carbon film on the side surface (edge portion) is etched in the initial stage of etching while the carbon film on the flat portion is hardly etched. After the carbon film on the side (edge) has been etched, the carbon film on the flat part is removed from the oxygen (O2) plasma device. can be made to have no effect.

他の例として、金属板表面全体に炭素膜を積層後、溶接部位となる領域以外の部分をマスキングしておき、溶接部位となる領域において露出した炭素膜をエッチング除去することもできる。たとえば、溶接部位となる領域以外の部分にアルミニウムテープやステンレステープを付着させて、プラズマエッチング装置にワークを配置して、酸素プラズマで炭素膜をエッチング除去すれば良い。炭素膜は酸素プラズマでＣＯまたはＣＯ２として除去される。基材の金属板（たとえば、ＳＵＳ３０４）は酸素プラズマではエッチグされないので、溶接部位となる領域に存在した炭素膜を完全に除去できる。また、マスキング材のアルミニウムテープやステンレステープも酸素プラズマでは殆どエッチングされないので、炭素膜の除去後マスキング材のアルミニウムテープやステンレステープを剥がせば、溶接部位となる領域以外の部分には炭素膜が存在し、溶接部位となる領域において炭素膜のない状態を有する金属板を作製できる。尚、溶接部位となる領域における炭素膜を除去する場合は、凹状部分に炭素膜が存在すれば良いので、凹状部分だけをマスキングして溶接部位となる領域以外の領域（たとえば、平坦部分）における炭素膜を除去することもできる。炭素膜を除去した部分の隙間の高さ（これは炭素膜の厚みでもある）は約１～１０～１００μｍ程度であるから、レーザー光が照射されて金属板が溶融すれば即座にこの隙間が充填されるので、溶接品質に影響を与えることはない。ここで、溶接品質とは、たとえば溶接部位におけるワーク板同士（上板、下板）の接触が不十分であったり、溶接部位において酸化等が生じたり、あるいはレーザー溶接条件が不十分であったりするなどして、溶融接合が十分でなく接合の寿命が短くなったり、溶融接合の溶接強度が弱いなどの現象である。 As another example, after laminating a carbon film on the entire surface of the metal plate, the areas other than the area to be welded may be masked, and the carbon film exposed in the area to be welded may be removed by etching. For example, an aluminum tape or a stainless steel tape may be attached to a portion other than the region to be welded, the work may be placed in a plasma etching apparatus, and the carbon film may be removed by etching with oxygen plasma. The carbon film is removed as CO or CO2 with an oxygen plasma. Since the metal plate (for example, SUS304) of the base material is not etched by oxygen plasma, the carbon film present in the area to be welded can be completely removed. Also, masking materials such as aluminum tape and stainless steel tape are hardly etched by oxygen plasma, so if the masking material such as aluminum tape or stainless tape is peeled off after the carbon film is removed, the carbon film will remain on the areas other than the area to be welded. It is possible to produce a metal plate having no carbon film in the areas where it is present and which will be the weld sites. In addition, when removing the carbon film in the area to be the welding site, it is sufficient if the carbon film is present in the concave part, so only the concave part is masked and the area (for example, the flat part) other than the area to be the welding site is removed. Carbon films can also be removed. The height of the gap at the portion where the carbon film is removed (this is also the thickness of the carbon film) is about 1 to 10 to 100 μm. Since it is filled, it does not affect the weld quality. Here, the welding quality means, for example, insufficient contact between the work plates (upper plate, lower plate) at the welded portion, oxidation at the welded portion, or insufficient laser welding conditions. As a result, fusion bonding is not sufficient and the life of the bonding is shortened, or the welding strength of the fusion bonding is weak.

図１（ｄ）は、ワーク板を押さえるワーク押さえ板を用いてレーザー照射する方法を示す図である。レーザー溶接部位３５の品質を向上するために、レーザー照射時に溶接部位３５において上下のワーク板（ワーク上板およびワーク下板）が密着して接触している必要がある。ワーク上板３３およびワーク下板３４とも外側に凸状になった部分（すなわち、凹状部分１７の裏返し）が存在し、かつ複数の凸状になった部分の高さは同じであるから、平板で上下から押さえて、ワーク上板３３は上方からワーク下板３４は下方から押し付けることにより、レーザー溶接部位３５を密着して接触させることができる。レーザーを照射する側（ワーク上板３３側）の平板の押さえ板（ワーク押さえ（上）板、または（ワーク上板）押さえ治具ともいう）３７をレーザー光３６に対して透明な（透過率が高い）部材（透明板、または透明板材または透明治具とも記載する）とする。反対側のワーク下板３４を押さえる平板の押さえ板（ワーク押さえ下板、または（ワーク下板）押さえ治具ともいう）３８はワーク下板３４を確実に押さえる部材であれば良い。たとえば、金属板（たとえば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼）、鉄を主成分とする鉄系材料、各種金属材料やセラミック板でも良いし、あるいはワークを載せる平坦で変形しない台座または基台でも良い。図１（ｄ）に示すように、ワーク上板３３およびワーク下板３４を上下から押さえて溶接部位を確実に接触させた状態で、レーザー光３６は透明板材３７を通して溶接部位３５に照射して、ワーク上板３３およびワーク下板３４を溶接部位３５でレーザー溶融接合する。この結果溶接部位３５の溶融接合の品質が向上し、水素導管となる閉空間１７は左右の外側に対して完全密閉の状態ができ、かつ長寿命の閉空間を作製できる。透明板材３７は、またレーザー光により損傷等しない材料が望ましい。たとえば、ＹＡＧレーザーを使用する場合は、透明板材３７はたとえば石英、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等の耐熱ガラス、コランダム（以下、石英ガラス等と言う）が良い。炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーの場合は、透明部材はたとえばジンクセレン（ＺｎＳｅ）が良い。 FIG. 1(d) is a diagram showing a method of laser irradiation using a work pressing plate that presses the work plate. In order to improve the quality of the laser welded portion 35, the upper and lower work plates (work upper plate and work lower plate) must be in close contact with each other at the welded portion 35 during laser irradiation. Since both the upper work plate 33 and the lower work plate 34 have outward convex portions (that is, the recessed portions 17 are turned over), and the heights of the plural convex portions are the same, the flat plate By pressing the workpiece from above and below, the workpiece upper plate 33 is pressed from above and the workpiece lower plate 34 is pressed from below, so that the laser welded portion 35 can be brought into intimate contact. A flat holding plate (also referred to as a work holding (upper) plate or (work upper plate) holding jig) 37 on the laser irradiation side (work upper plate 33 side) is transparent to the laser beam 36 (transmittance high) member (also referred to as a transparent plate, a transparent plate material, or a transparent jig). A flat pressing plate (also referred to as a lower work pressing plate or (lower work plate) pressing jig) 38 that presses the lower work plate 34 on the opposite side may be a member that reliably presses the lower work plate 34 . For example, it may be a metal plate (for example, stainless steel such as SUS304), a ferrous material containing iron as a main component, various metal materials, a ceramic plate, or a flat and non-deformable pedestal or base on which the work is placed. As shown in FIG. 1(d), the upper work plate 33 and the lower work plate 34 are pressed from above and below to ensure that the welded portions are brought into contact with each other. , the workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 are welded together by laser fusion at the welding portion 35 . As a result, the quality of fusion joining of the welded portion 35 is improved, and the closed space 17 serving as the hydrogen conduit can be completely sealed with respect to the left and right outsides, and a long-life closed space can be produced. The transparent plate material 37 is preferably made of a material that is not damaged by laser light. For example, when a YAG laser is used, the transparent plate material 37 is preferably quartz, quartz glass, heat-resistant glass such as borosilicate glass, or corundum (hereinafter referred to as quartz glass or the like). In the case of a carbon dioxide (CO 2 ) laser, the transparent member is preferably zinc selenide (ZnSe), for example.

水素導管１７（１７－１、２）同士の間と透明なワーク押さえ板３７の間の空間３９は、レーザー光３６が通る空間であるから、溶接空間（レーザー照射側）３９と呼ぶ。溶接部位３５はレーザー照射により高温になるので、溶接空間３９の雰囲気が空気であると、溶接空間３９に露出したワーク上板３３の金属板１２の溶接部位３５およびその周囲は酸化されてしまう。特にレーザー照射により金属板１２が溶融する場合は酸化が急速に進む。その結果、酸化された溶接部位３５の劣化が進み、ワーク上板33の寿命が短くなる。また溶接部位３５における溶接品質も悪くなり、溶接部位３５から水素導管１７の水素が漏れる可能性もある。そこで、溶接空間３９をシールドガス雰囲気として、溶接部位３５にレーザー照射しても溶接部位３５が酸化されないようにする。水素導管１７が溶接空間３９を取り囲んでいる場合は、ワーク押さえ板３７でワーク上板３３を押さえたときに閉空間になるが、このときにワーク押さえ板３７にシールドガス導入孔７１を設けて、このシールドガス導入孔７１からシールドガスを溶接空間３９へ導入して溶接空間３９をシールドガス雰囲気にすることができる。ワーク押さえ板３７にシールドガス排出孔７２も設けておけば、ワーク押さえ板３７でワーク上板３３を押さえる前に溶接空間３９に存在した空気がシールドガス排出孔７２から排出されて溶接空間３９をシールドガスで完全に充填することができる。 A space 39 between the hydrogen conduits 17 (17-1, 2) and between the transparent work pressing plate 37 is a space through which the laser beam 36 passes, and is called a welding space (laser irradiation side) 39. Since the welded portion 35 becomes hot due to the laser irradiation, if the atmosphere of the welding space 39 is air, the welded portion 35 of the metal plate 12 of the workpiece upper plate 33 exposed in the welding space 39 and its surroundings will be oxidized. In particular, when the metal plate 12 is melted by laser irradiation, oxidation progresses rapidly. As a result, the deterioration of the oxidized welding portion 35 progresses, shortening the life of the work top plate 33 . Also, the weld quality at the welded portion 35 is deteriorated, and hydrogen from the hydrogen conduit 17 may leak from the welded portion 35 . Therefore, the welding space 39 is made into a shielding gas atmosphere so that the welding portion 35 is not oxidized even if the welding portion 35 is irradiated with the laser. When the hydrogen conduit 17 surrounds the welding space 39, the space becomes closed when the workpiece upper plate 33 is pressed by the workpiece holding plate 37. At this time, the workpiece holding plate 37 is provided with a shield gas introduction hole 71. Shield gas can be introduced into the welding space 39 from the shield gas introduction hole 71 to create a shield gas atmosphere in the welding space 39 . If the workpiece holding plate 37 is also provided with a shield gas discharge hole 72, the air existing in the welding space 39 before the workpiece upper plate 33 is held down by the workpiece holding plate 37 is discharged from the shield gas discharging hole 72 and the welding space 39 is discharged. It can be completely filled with shielding gas.

シールドガス（アシストガスとも言う）として、不活性ガス（たとえば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガスが挙げられる）、炭素系ガス（たとえばＣＯ２、や炭化水素系ガス）、その他のガス（たとえば、Ｈ２）やこれらの混合ガスが挙げられる。あるいは、溶接空間３９を低圧（大気圧以下または外側圧力以下）または真空にしても、溶接空間３９の空気がなくなるので、レーザー照射時の金属板１２の酸化を防止することができる。たとえば、孔７１や７２に真空ポンプを接続して溶接空間３９の空気を抜けば溶接空間３９を低圧または真空にすることができる。溶接空間３９を低圧または真空にすると、ワーク押さえ板３７は大気圧または外気圧で外側から押されるので、ワーク上板３３も上方から押されて、ワーク下板３４とワーク上板３３の密着性も良くなる。ワーク押さえ板３７が可視光に対しても透明な場合（石英ガラス等はそれに該当する）は、ワーク上板３３とワーク下板３４の合わせや溶接部位を肉眼や拡大鏡で確認できるので、ワーク上板３３とワーク下板３４の合わせ精度を高め、溶接部位へ正確にレーザー照射することも可能となる。 Shield gas (also referred to as assist gas) includes inert gas (for example, noble gas such as helium (He) gas, argon (Ar) gas, neon (Ne) gas, and nitrogen (N 2 ) gas), carbon system gases (eg, CO 2 and hydrocarbon gases), other gases (eg, H 2 ), and mixed gases thereof. Alternatively, even if the welding space 39 is at a low pressure (below the atmospheric pressure or below the external pressure) or even in a vacuum, the air in the welding space 39 is eliminated, so that oxidation of the metal plate 12 during laser irradiation can be prevented. For example, by connecting a vacuum pump to holes 71 and 72 to evacuate the welding space 39, the welding space 39 can be brought to a low pressure or a vacuum. When the welding space 39 is set to a low pressure or a vacuum, the work holding plate 37 is pushed from the outside by the atmospheric pressure or the external pressure, so the work upper plate 33 is also pushed from above, and the adhesion between the work lower plate 34 and the work upper plate 33 is reduced. gets better too. If the work holding plate 37 is also transparent to visible light (quartz glass, etc. corresponds to this), the alignment of the work upper plate 33 and work lower plate 34 and the welded portion can be confirmed with the naked eye or a magnifying glass, so the work can be It is also possible to improve the alignment accuracy of the upper plate 33 and the lower plate 34 of the work, and to accurately irradiate the laser to the welding portion.

水素導管１７（１７－１、２）同士の間とワーク押さえ板３８の間の空間４０は、レーザー光３６が通る空間ではないが、溶接する領域に面しているからこちらも溶接空間（レーザー照射裏側）４０と呼ぶ。レーザー照射する側と反対側におけるワーク下板３４の金属板１１の溶接部位３５およびその周辺もレーザー溶接時は高温になるので、溶接空間４０の雰囲気が空気である場合は、溶接部位３５およびその周辺の金属板１１もやはり酸化する。この酸化を防止するために、溶接空間４０もシールドガス雰囲気にすることが望ましい。水素導管１７が溶接空間４０を取り囲んでいる場合は、ワーク押さえ板３８でワーク下板３４を押さえたときに閉空間になるが、このときにワーク押さえ板３８にシールドガス導入孔７３を設けて、このシールドガス導入孔７３からシールドガスを溶接空間４０へ導入して溶接空間４０をシールドガス雰囲気にすることができる。ワーク押さえ板３８にシールドガス排出孔７４も設けておけば、ワーク押さえ板３８でワーク上板３４を押さえる前に溶接空間４０に存在した空気がシールドガス排出孔７４から排出されて溶接空間４０をシールドガスで完全に充填することができる。ワーク押さえ板３８が台座や基台等である場合は、台座や基台から溶接空間４０にシールドガスが導入できるラインやそれを排出するラインを設けておけば良い。溶接空間４０を低圧（大気圧以下または外側圧力以下）または真空にしても、溶接空間４０の空気がなくなるので、レーザー照射時の金属板１１の酸化を防止することができる。（金属板１１が高温になるので、空気があると酸化が促進される。）たとえば、孔７３や７４に真空ポンプを接続して溶接空間４０の空気を抜けば溶接空間４０を低圧または真空にすることができる。溶接空間４０を低圧または真空にすると、ワーク押さえ板３８は大気圧または外気圧で外側から押されるので、ワーク下板３４も上方から押されて、ワーク下板３４とワーク上板３３の密着性も良くなる。 The space 40 between the hydrogen conduits 17 (17-1, 2) and between the workpiece holding plate 38 is not a space through which the laser beam 36 passes, but faces the area to be welded, so it is also a welding space (laser Illuminated back side) 40 . The welded portion 35 of the metal plate 11 of the work lower plate 34 on the side opposite to the laser irradiation side and its surroundings also become hot during laser welding. The peripheral metal plate 11 is also oxidized. In order to prevent this oxidation, it is desirable that the welding space 40 also be in a shield gas atmosphere. When the hydrogen conduit 17 surrounds the welding space 40, the work holding plate 38 presses the work lower plate 34 to create a closed space. Shield gas can be introduced into the welding space 40 from the shield gas introduction hole 73 to create a shield gas atmosphere in the welding space 40 . If the work holding plate 38 is also provided with shield gas discharge holes 74, the air existing in the welding space 40 before the work holding plate 38 holds the work upper plate 34 is discharged from the shield gas discharge holes 74, and the welding space 40 is cleared. It can be completely filled with shielding gas. If the workpiece holding plate 38 is a pedestal, a base, or the like, a line through which the shielding gas can be introduced from the pedestal or the base into the welding space 40 and a line through which it is discharged may be provided. Even if the welding space 40 is at a low pressure (below the atmospheric pressure or below the external pressure) or in a vacuum, there is no air in the welding space 40, so oxidation of the metal plate 11 during laser irradiation can be prevented. (Since the metal plate 11 becomes hot, the presence of air promotes oxidation.) For example, if a vacuum pump is connected to the holes 73 and 74 to remove air from the welding space 40, the welding space 40 can be brought to a low pressure or a vacuum. can do. When the welding space 40 is set to a low pressure or a vacuum, the work holding plate 38 is pushed from the outside by atmospheric pressure or external pressure, so the work lower plate 34 is also pushed from above, and the adhesion between the work lower plate 34 and the work upper plate 33 is reduced. gets better too.

ワーク押さえ（上）板３７でワーク上板３３を押さえる方法として、ワーク押さえ（上）板３７の上方から押し付ける方法、たとえばプレスで押す方法やワーク押さえ（上）板３７の上方から全体へ圧力をかける方法があるが、他の種々の方法も採用することができる。ワーク押さえ（下）板３８でワーク下板３４を押さえる方法として、ワーク押さえ（下）板３８の下方から押し付ける方法、たとえばプレスで押す方法やワーク押さえ（下）板３８の下方から全体へ圧力をかける方法があるが、他の種々の方法も採用することができる。台座や基台の場合にはワーク押さえ（上）板３７からの反作用力でワーク下板３４を押さえることができる。溶接空間３９へ導入したシールドガスの圧力を高めることによっても、溶接部位３５においてワーク上板３３を押さえることができ（この場合は、ワーク上板３３の平坦部全体を押し付ける）、溶接部位３５においてワーク上板３３とワーク下板３４を確実に密着でき、溶接品質を増大することができる。同様に、溶接空間４０へ導入したシールドガスの圧力を高めることによっても、溶接部位３５においてワーク下板３４を押さえることができ（この場合は、ワーク下板３４の平坦部全体を押し付ける）、溶接部位３５においてワーク上板３３とワーク下板３４を確実に密着でき、溶接品質を増大することができる。尚、溶接空間の圧力を高める場合は、ワーク押さえ板が外れないように、溶接空間の圧力以上の力でワーク押さえ板を外側から押さえる必要がある。 As a method of pressing the work upper plate 33 with the work holding (upper) plate 37, there is a method of pressing from above the work holding (upper) plate 37, for example, a method of pressing with a press, or a method of applying pressure from above the work holding (upper) plate 37 to the whole. Although there is a method of applying, various other methods can also be adopted. As a method of pressing the work lower plate 34 with the work holding (lower) plate 38, there is a method of pressing from below the work holding (lower) plate 38, for example, a method of pressing with a press, or a method of applying pressure from below the work holding (lower) plate 38 to the whole. Although there is a method of applying, various other methods can also be adopted. In the case of a pedestal or a base, the work lower plate 34 can be held down by reaction force from the work holding (upper) plate 37 . By increasing the pressure of the shielding gas introduced into the welding space 39, the work top plate 33 can be pressed at the welding portion 35 (in this case, the entire flat portion of the work top plate 33 is pressed), The workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 can be brought into close contact with each other, and welding quality can be increased. Similarly, by increasing the pressure of the shielding gas introduced into the welding space 40, the workpiece lower plate 34 can be pressed at the welding portion 35 (in this case, the entire flat portion of the workpiece lower plate 34 is pressed), The work upper plate 33 and the work lower plate 34 can be reliably brought into close contact with each other at the portion 35, and the welding quality can be increased. When increasing the pressure in the welding space, it is necessary to press the work holding plate from the outside with a force greater than the pressure in the welding space so that the work holding plate does not come off.

ワーク上板３３およびワーク下板３４の溶接する部材全体をシールドガス雰囲気中に配置する方法もある。たとえば、レーザー装置も含めた全体をシールドガス雰囲気中の容器の中に入れて、レーザー照射をすれば良い。あるいは、上面がレーザー光に透明なふたを有する容器中にワーク上板３３およびワーク下板３４、ワーク押さえ上板３３およびワーク押さえ下板３４をその容器中に入れて、容器内をシールドガス雰囲気にして、レーザー光を透明なふたを通してワークに照射する。凸状の水素導管１７が溶接空間３９、４０を取り囲んでいる場合は、ワーク押さえ板３７、３８でワーク板３３、３４を押さえたときに溶接空間３９、４０が閉空間となるので、シールドガスで溶接空間３９、４０を充填できるが、凸状の水素導管１７が溶接空間３９、４０を一部でも取り囲んでいない場合は、ワーク押さえ板３７、３８でワーク板３３、３４を押さえたときに溶接空間３９、４０が閉空間とならない。そのときは、上記のワーク上板３３およびワーク下板３４の溶接する部材全体をシールドガス雰囲気中に配置する方法により、シールドガスで溶接空間３９、４０を充填できる。他の方法として、ワーク押さえ板３３、３４の一部がワーク上板３３およびワーク下板３４の平坦部にも合うような形状にすれば、ワーク押さえ板３７、３８でワーク板３３、３４を押さえたときに溶接空間３９、４０が閉空間とすることができる。 There is also a method of arranging the entire members to be welded, the workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34, in a shielding gas atmosphere. For example, the entire device including the laser device may be placed in a container in a shielding gas atmosphere, and laser irradiation may be performed. Alternatively, the workpiece upper plate 33, the workpiece lower plate 34, the workpiece retainer upper plate 33, and the workpiece retainer lower plate 34 are placed in a container having a lid whose upper surface is transparent to the laser beam, and the inside of the container is filled with a shield gas atmosphere. and irradiate the workpiece with laser light through the transparent lid. When the convex hydrogen conduit 17 surrounds the welding spaces 39 and 40, the welding spaces 39 and 40 become closed spaces when the work plates 33 and 34 are pressed by the work pressing plates 37 and 38, so shield gas However, if the convex hydrogen conduit 17 does not surround even a part of the welding spaces 39, 40, when the work plates 33, 34 are pressed by the work holding plates 37, 38, The welding spaces 39, 40 do not become closed spaces. In that case, the welding spaces 39 and 40 can be filled with the shield gas by the method of arranging the entire members to be welded of the workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 in the shield gas atmosphere. As another method, if a part of the work holding plates 33 and 34 are shaped so as to fit the flat portions of the upper work plate 33 and the lower work plate 34, the work plates 33 and 34 are held by the work holding plates 37 and 38. The welding spaces 39, 40 can be closed spaces when pressed.

図５（ａ）は、ワーク押さえ板を用いてワークを押さえる別の実施形態を示す図である。ワーク押さえ板にはワーク押さえ部材が取り付けられており、実際にはワーク押さえ板ではなくワーク押さえ部材でワークを押さえる。たとえば、ワーク押さえ上板３７は平坦な平板（な透明板）となっており、そのワーク押さえ上板３７に水素導管１７やワーク上板３３の平坦部を押さえるワーク押さえ部材８１が取り付けられている。ワーク押さえ部材８１－１は水素導管１７－１の凸形状に適合するような凹形状をした部材であり、ワーク押さえ部材８１－１の凹形状部分に水素導管１７－１の凸形状部分を入れて、ワーク押さえ上板３７を上方から押すと、ワーク押さえ部材８１－１がワーク上板３３の凸状の水素導管１７部を押し付けることができる。ワーク押さえ部材８１－１の下部はワーク上板３３の平坦部にも接触しているので、ワーク上板３３の平坦部も押し付けることができる。ワーク押さえ部材８１－１の下部でワーク上板３３の平坦部に接触している部分は、溶接部位３５に近いので、ワーク押さえ上板３７だけでワーク上板３３を押し付ける場合に比べて、溶接部位３５におけるワーク上板３３とワーク下板３４をより密着させることができ、その結果レーザー溶接の溶接品質を向上させることができる。ワーク押さえ部材８１－２についてもワーク押さえ部材８１－１と同様の効果を有する。ワーク押さえ部材８１－３は、水素導管１７には接触せずワーク上板３３の平坦部に接触するような形状および大きさとなっており、ワーク押さえ部材８１－１、２をワーク上板３３の水素導管部に嵌めて合わせたときにワーク上板３３の平坦部に接触する。そしてワーク押さえ上板３７を押すとワーク押さえ部材８１－３はワーク上板３３の平坦部を押し付けることができる。ワーク押さえ部材８１－３をレーザー溶接部位３５に近づけて配置すれば、ワーク押さえ部材８１－３の下部でワーク上板３３の平坦部に接触している部分は、溶接部位３５に近いので、ワーク押さえ上板３７だけでワーク上板３３を押し付ける場合に比べて、溶接部位３５におけるワーク上板３３とワーク下板３４をより密着させることができ、その結果レーザー溶接の溶接品質を向上させることができる。 FIG. 5(a) is a diagram showing another embodiment in which a work holding plate is used to hold down the work. A work holding member is attached to the work holding plate, and the work is actually held by the work holding member instead of the work holding plate. For example, the work-holding upper plate 37 is a flat flat plate (a transparent plate), and a work-holding member 81 is attached to the work-holding upper plate 37 to hold down the flat portion of the hydrogen pipe 17 and the work-upper plate 33 . . The workpiece holding member 81-1 is a member having a concave shape that fits the convex shape of the hydrogen conduit 17-1. When the work holding upper plate 37 is pushed from above, the work holding member 81-1 can press the convex hydrogen conduit 17 of the work upper plate 33. As shown in FIG. Since the lower portion of the work pressing member 81-1 is also in contact with the flat portion of the work upper plate 33, the flat portion of the work upper plate 33 can also be pressed. Since the lower portion of the work holding member 81-1 that contacts the flat portion of the work upper plate 33 is close to the welded portion 35, welding is more difficult than when the work holding plate 37 alone is used to press the work upper plate 33. The work upper plate 33 and the work lower plate 34 can be brought into closer contact with each other at the portion 35, and as a result, the welding quality of laser welding can be improved. The work pressing member 81-2 also has the same effect as the work pressing member 81-1. The work holding member 81-3 is shaped and sized so that it does not come into contact with the hydrogen conduit 17 but comes into contact with the flat portion of the work upper plate 33. It contacts the flat portion of the workpiece upper plate 33 when fitted into the hydrogen conduit portion. When the upper work holding plate 37 is pushed, the work holding member 81-3 can press the flat portion of the upper work plate 33. As shown in FIG. If the work holding member 81-3 is arranged close to the laser welding portion 35, the lower part of the work holding member 81-3 that is in contact with the flat portion of the work upper plate 33 is close to the welding portion 35, so that the work can be Compared to the case where the upper work plate 33 is pressed only by the upper presser plate 37, the upper work plate 33 and the lower work plate 34 can be brought into closer contact at the welding portion 35, and as a result, the welding quality of laser welding can be improved. can.

ワーク押さえ下板３８は平坦な平板となっているが、ワーク押さえ下板３８にも水素導管１７の凸形状に適合する形状のワーク押さえ部材８２－１、２およびワーク下板３４の平坦部に接触するワーク押さえ部材８２－３が取り付けられている。これらのワーク押さえ部材８２－１、２、３の作用や効果はワーク押さえ部材８１－１、２、３の作用や効果と同様であるが、上下方向からワーク上板３３およびワーク下板３４を押し付けるので、それらの作用効果はさらに増大する。図５（ａ）に示すようなワーク押さえ部材８１－１、２、３やワーク押さえ部材８２－１、２、３を用いると、溶接空間３９や４０をそれらのワーク押さえ部材の間に設けることができるので、溶接空間３９や４０はワーク押さえ板３７、３８、ワーク押さえ部材８１、８２、ワーク板３３、３４で囲まれた閉空間とすることができる。従って、溶接空間３９や４０につながるシールドガス導入孔やその排出孔をワーク押さえ板３７、３８、ワーク押さえ部材に設けることによって、溶接空間３９や４０をシールドガスで充填することもでき、また溶接空間の圧力を高めることも容易である。すなわち、ワーク押さえ部材の外側の気圧（たとえば、大気圧）や周囲圧力よりも溶接空間の圧力を高めれば、溶接部位においてワーク板を押し付けてワーク板同士（ワーク上板とワーク下板）の接触を確実にして、溶接品質を高めることができる。あるいは、溶接空間３９や４０を低圧または真空にしても、前述したような効果を得ることができる。 The lower work-holding plate 38 is a flat flat plate. A contacting work pressing member 82-3 is attached. These work holding members 82-1, 2 and 3 have the same functions and effects as those of the work holding members 81-1, 2 and 3. Since they are pressed, their effects are further increased. When work holding members 81-1, 2, 3 and work holding members 82-1, 2, 3 as shown in FIG. 5(a) are used, welding spaces 39 and 40 can be provided between these work holding members. Therefore, the welding spaces 39 and 40 can be closed spaces surrounded by the work holding plates 37 and 38, the work holding members 81 and 82, and the work plates 33 and 34. Therefore, by providing shield gas introduction holes and exhaust holes leading to the welding spaces 39 and 40 in the work holding plates 37 and 38 and the work holding member, the welding spaces 39 and 40 can be filled with the shield gas, and welding can be performed. It is also easy to increase the pressure in the space. That is, if the pressure in the welding space is higher than the air pressure outside the work holding member (for example, atmospheric pressure) or the ambient pressure, the work plates are pressed at the welded portion, and the work plates (the upper work plate and the lower work plate) contact each other. can be ensured and welding quality can be improved. Alternatively, the weld spaces 39 and 40 can be under pressure or vacuum to achieve the effects described above.

水素導管１７は複数存在し、それらの複数の水素導管１７の上面（または下面）にワーク押さえ板３７、３８に取り付けたワーク押さえ部材８１、８２に接触するわけであるが、水素導管１７の高さがばらつく場合には複数の水素導管１７の中でワーク押さえ部材８１、８２に接触しないことも考えられる。特にワーク押さえ上板に用いられる石英ガラス等は柔軟性を殆ど有しないので、問題となる（もちろん水素導管のバラツキを小さくすればこの問題も小さくなる）。そこで、ワーク押さえ部材の材質を柔軟性材料とすれば、水素導管１７の高さがばらついてもワーク押さえ部材を水素導管に接触させることができる。柔軟性材料として、高さ方向に変形（伸縮）可能なたとえばゴムや弾性プラスチックや柔軟性のある金属や合金等が挙げられる。レーザー溶接部位は高温になるので、ゴムや弾性プラスチックの場合は耐熱性を持つ材料が望ましい。ワーク押さえ部材８１－３や８２－３のようなワーク板の平坦部に接触する場合も同様であり、これらを柔軟性材料とすることにより、容易にワーク押さえ部材とワーク板との接触を確実に実現することができる。尚、柔軟性材料と言ってもある程度押し付けた時にワーク板を押し付けることができるように、水素導管の高さばらつきや柔軟性材料の選定をする必要がある。また、ワーク押さえ部材に柔軟性材料を用いることによって、隙間をなくすことができるので、溶接空間の密閉度も格段に向上する。 There are a plurality of hydrogen conduits 17, and the upper surfaces (or lower surfaces) of the plurality of hydrogen conduits 17 are in contact with work holding members 81 and 82 attached to work holding plates 37 and 38. If there is variation, it is conceivable that the plurality of hydrogen conduits 17 do not come into contact with the workpiece holding members 81 and 82 . In particular, since the quartz glass or the like used for the upper plate for holding the workpiece has almost no flexibility, it poses a problem (of course, if the variation in the hydrogen conduits is reduced, this problem will also be reduced). Therefore, if the work holding member is made of a flexible material, the work holding member can be brought into contact with the hydrogen conduit even if the height of the hydrogen conduit 17 varies. Examples of flexible materials include rubbers, elastic plastics, flexible metals and alloys, and the like, which can be deformed (expanded and contracted) in the height direction. Since the laser welded part becomes high temperature, a material with heat resistance is desirable in the case of rubber or elastic plastic. The same is true when the work pressing members 81-3 and 82-3 come into contact with the flat portions of the work plate. can be realized. In addition, even if it is a flexible material, it is necessary to select the flexible material and the height variation of the hydrogen conduit so that the work plate can be pressed when pressed to some extent. In addition, by using a flexible material for the workpiece holding member, gaps can be eliminated, so that the degree of sealing of the welding space is greatly improved.

ワーク押さえ部材がワーク板と接触する部分に柔軟性材料を用いても一定の効果がある。たとえば、ワーク押さえ部材の本体を石英等または金属等で構成して、ワーク板との接触部に柔軟性材料を付着する方法もある。図５（ｂ）は、ワーク押さえ板を用いてワークを押さえるさらに別の実施形態を示す図である。図５（ｂ）では、ワーク板の凸部となる水素導管１７の凸部のみにワーク押さえ部材８３、８４を配置して、これらのワーク押さえ部材８３、８４の材質を柔軟性材料とするものである。すなわち、ワーク押さえ上板の水素導管１７の凸部に接触する部分にワーク押さえ部材８３を配置し、ワーク押さえ下板の水素導管１７の凸部に接触する部分にワーク押さえ部材８４を配置する。ワーク押さえ部材８３、８４の形状は単純な直方体形状で良いし、ワーク押さえ部材８３、８４が水素導管１７に接触すれば良いので位置合わせが容易（たとえば、水素導管１７の凸部上面より大きめにワーク押さえ部材８３、８４を作製して付着させれば、ワーク押さえ部材８３、８４は水素導管１７の凸部上面に必ず接触する）であるから作製費用がかなり安くなる。ワーク押さえ部材８３、８４は柔軟性部材であるから、水素導管１７の高さばらつきが多少あってもワーク押さえ板３７、３８で押していくことによって、水素導管１７の上面（または下面）がワーク押さえ部材８３、８４は柔軟性部材に接触してワーク板を押し付けることができる。 A certain effect can be obtained by using a flexible material in the portion where the work holding member contacts the work plate. For example, there is a method in which the main body of the work holding member is made of quartz or the like or metal or the like, and a flexible material is adhered to the contact portion with the work plate. FIG. 5(b) is a diagram showing still another embodiment in which a work holding plate is used to hold down the work. In FIG. 5(b), the workpiece holding members 83 and 84 are arranged only on the convex portions of the hydrogen pipe 17 which are the convex portions of the work plate, and these workpiece holding members 83 and 84 are made of a flexible material. is. That is, a work holding member 83 is arranged on the portion of the upper work holding plate that contacts the convex portion of the hydrogen conduit 17 , and a work holding member 84 is arranged on the portion of the lower work holding plate that contacts the convex portion of the hydrogen conduit 17 . The shape of the work holding members 83 and 84 may be a simple rectangular parallelepiped shape, and since the work holding members 83 and 84 only need to be in contact with the hydrogen conduit 17, alignment is easy (for example, the height is larger than the upper surface of the convex portion of the hydrogen conduit 17). If the work holding members 83 and 84 are manufactured and attached, the work holding members 83 and 84 will inevitably come into contact with the upper surface of the convex portion of the hydrogen conduit 17), so the manufacturing cost can be considerably reduced. Since the work holding members 83 and 84 are flexible members, the work holding plates 37 and 38 push the work holding plates 37 and 38 even if the height of the hydrogen conduit 17 varies to some extent. The members 83, 84 can contact the flexible member to press against the work plate.

図２は、本発明の水素導管を含むワーク（ワーク上板＋ワーク下板）６０の斜視図である。ワーク上板３３およびワーク下板３４の凹状部分が合わさり、水素導管１７を形成している。ワーク上板３３およびワーク下板３４は溶接部位３５でレーザー溶接されて水素導管１７は閉空間となる。ワーク上板３３の表面において、溶接部位３５は溶接ライン６１として線状に現れる。すなわち、レーザーは水素導管１７を閉空間にするためにワーク上板３３上を走査して溶接ライン６１が形成される。図２では、溶接ライン６１は直線状に描写されているが、水素導管１７の配置状態により曲線状に形成されても良い。溶接部位３５において、溶接部分はワーク下板３５の金属板１１の内部で終点して金属板１１を貫かないようにするのが良い。溶接部分が金属板１１を貫くとワークが変形する可能性があるからである。水素導管１７の部分は凸部６２（ワーク上板３３側）と凸部６３（ワーク下板３４側）となり、凸部６２同士の間は凹部となり凹部の底部は平坦面６４となる。燃料電池を作製する場合、水素導管含有基板６０を重ねていく。すなわち、凸部６２（ワーク上板３３側）の上に凸部６３（ワーク下板３４側）を配置して、それらの間の凹部で形成される空間の平坦面６４に燃料電池を配置していく。水素導管１７の側面６５の一部から燃料電池へ水素（Ｈ２）ガスまたは空気（この場合は、空気導管と言うべきであるが便宜上水素導管とする）が供給され、燃料電池から対向する側の水素導管（この場合は排気導管または排出導管と言うべきであるが便宜上水素導管とする）へ排出され、この間に電荷交換されて電気が発生する。 FIG. 2 is a perspective view of a workpiece (upper workpiece plate+lower workpiece plate) 60 including the hydrogen conduit of the present invention. The recessed portions of the upper work plate 33 and the lower work plate 34 meet to form the hydrogen conduit 17 . The workpiece upper plate 33 and the workpiece lower plate 34 are laser-welded at the welding portion 35, and the hydrogen conduit 17 becomes a closed space. On the surface of the work upper plate 33, the welding portion 35 appears linearly as a welding line 61. As shown in FIG. That is, the laser scans the workpiece top plate 33 to form a weld line 61 in order to make the hydrogen conduit 17 a closed space. In FIG. 2, the weld line 61 is drawn as a straight line, but it may be formed in a curved line depending on the arrangement of the hydrogen conduits 17. As shown in FIG. At the welded portion 35 , the welded portion should preferably end inside the metal plate 11 of the workpiece lower plate 35 so as not to penetrate the metal plate 11 . This is because the work may be deformed if the welded portion penetrates the metal plate 11 . The portion of the hydrogen conduit 17 forms a convex portion 62 (on the upper work plate 33 side) and a convex portion 63 (on the lower work plate 34 side). When fabricating a fuel cell, substrates 60 containing hydrogen conduits are layered. That is, the convex portion 63 (work lower plate 34 side) is arranged on the convex portion 62 (work upper plate 33 side), and the fuel cell is arranged on the flat surface 64 of the space formed by the concave portion between them. To go. Hydrogen (H 2 ) gas or air (in this case, it should be called an air conduit, but for the sake of convenience it will be referred to as a hydrogen conduit) is supplied to the fuel cell from a part of the side surface 65 of the hydrogen conduit 17, and the opposite side from the fuel cell is supplied. (In this case, it should be called an exhaust conduit or an exhaust conduit, but for convenience it will be referred to as a hydrogen conduit), during which charge is exchanged and electricity is generated.

図３は、炭素膜を積層した金属板のワーク上板およびワーク下板をレーザー溶接する別の方法を示す図である。図１（ｃ）において炭素膜の有無の構造を１つの図で示したが、図１（ｂ）は同じ炭素膜構造にしたワーク上板およびワーク下板を同じ条件でレーザー溶接するものである。図３は、ワーク上板およびワーク下板に異なる炭素膜構造を作り、レーザー溶接するものである。たとえば、水素導管１７（１７－１）の右側に溶接部位５１、５２、５３の３か所を設けて、溶接部位５１の構造はワーク上板およびワーク下板とも炭素膜があり、その隣の溶接部位５２の構造はワーク上板には炭素膜があるがワーク下板には炭素膜がない構造であり、その外側の溶接部位５３の構造はワーク上板およびワーク下板とも炭素膜がない構造である。レーザー光の直径は約０．１ｍｍ～１ｍｍ程度に絞ることができるので、レーザー照射条件を調節すれば、溶接部位同士を約１ｍｍ～３ｍｍ程度離しておくことにより隣と干渉せずにレーザー溶接することができる。レーザー照射位置の誤差も考慮すれば隣接する溶接部位を約５ｍｍ～１ｃｍ程度離しておけば充分である。このようにお互いに干渉しない程度の距離で離間させて３か所の溶接部位を配置して、それぞれの炭素構造の条件に合わせ、照射条件を調節したレーザー光４１、４２、４３を照射してそれぞれの溶接部位を溶融接合する。このように３か所でレーザー溶接すると、１か所で不十分な接合があっても他で補うことができ、水素導管１７（１７－１）を確実に閉空間とすることができ、水素導管から水素が漏れることがなくなる。 FIG. 3 is a diagram showing another method of laser-welding an upper workpiece plate and a lower workpiece plate of a metal plate laminated with a carbon film. In FIG. 1(c), the structure with and without the carbon film is shown in one figure, but FIG. 1(b) shows the laser welding of the work upper plate and the work lower plate having the same carbon film structure under the same conditions. . In FIG. 3, different carbon film structures are formed on the work upper plate and the work lower plate, and laser welding is performed. For example, three welded portions 51, 52, and 53 are provided on the right side of the hydrogen conduit 17 (17-1). The structure of the welded portion 52 is such that the upper work plate has a carbon film, but the lower work plate does not have a carbon film. Structure. Since the diameter of the laser beam can be narrowed down to about 0.1 mm to 1 mm, by adjusting the laser irradiation conditions, the welding parts can be laser welded without interfering with each other by keeping the welding parts about 1 mm to 3 mm apart. be able to. Considering the error of the laser irradiation position, it is sufficient to separate the adjacent welding parts by about 5 mm to 1 cm. In this way, the three welding parts are arranged at a distance that does not interfere with each other, and the laser beams 41, 42, and 43 whose irradiation conditions are adjusted according to the conditions of each carbon structure are irradiated. The respective welds are fusion-bonded. When laser welding is performed at three locations in this manner, even if there is insufficient bonding at one location, it can be compensated for at another location, and the hydrogen conduit 17 (17-1) can be reliably closed. Hydrogen will not leak from the conduit.

水素導管１７（１７－２）の左側にも３か所の溶接部位５４、５５、５６を設けて、溶接部位５４の構造はワーク上板およびワーク下板とも炭素膜があり、その隣の溶接部位５５の構造はワーク上板には炭素膜がなくワーク下板には炭素膜がある構造であり、その外側の溶接部位５３の構造はワーク上板およびワーク下板とも炭素膜がない構造である。この場合もお互いに干渉しない程度の距離で離間させて３か所の溶接部位を配置して、それぞれの炭素構造の条件に合わせて照射条件を調節したレーザー光４４、４５、４６を照射してそれぞれの溶接部位を溶融接合する。尚、図３に示すように、溶接部位を３か所配置する場合、水素導管１７に近い方に炭素膜が両方ともある構造とし、中間部分は炭素膜が片方だけある構造とし、外側の溶接部位は炭素膜が両方ない構造とするのが良い。炭素膜がある構造の場合は溶接条件が厳しくなるからであり、水素導管１７に近い溶接部位５１や５４で仮に溶接が不十分でも、次の溶接部位５２や５４で溶接が十分に行われ、さらに外側の溶接部位５３や５５で確実に溶接を行なうことができる。図１に示すように水素導管１７の周囲１か所で溶接する場合に比べて、図３に示す方法により水素導管１７を確実に閉空間にすることができるという点で信頼性を格段に向上させることができる。尚、余裕があれば隣接する溶接部位は上記の離間距離よりも大きくしても良い。 Three welded portions 54, 55, and 56 are also provided on the left side of the hydrogen conduit 17 (17-2). The structure of the portion 55 has no carbon film on the upper work plate and the lower work plate has a carbon film, and the structure of the welded portion 53 outside it has no carbon film on both the upper work plate and the lower work plate. be. In this case also, the three welding sites are arranged at a distance that does not interfere with each other, and the laser beams 44, 45, and 46 whose irradiation conditions are adjusted according to the conditions of each carbon structure are irradiated. The respective welds are fusion-bonded. In addition, as shown in FIG. 3, when three welding parts are arranged, a structure in which both carbon films are provided near the hydrogen conduit 17, and a structure in which only one carbon film is provided in the intermediate part, is used for the outer welding. It is preferable that the part has a structure without both carbon films. This is because welding conditions become severe in the case of a structure with a carbon film, and even if welding is insufficient at the welding portions 51 and 54 near the hydrogen conduit 17, welding is sufficiently performed at the next welding portions 52 and 54, Furthermore, welding can be reliably performed at the welding portions 53 and 55 on the outer side. Compared to the case where the hydrogen conduit 17 is welded at one place around the hydrogen conduit 17 as shown in FIG. 1, the method shown in FIG. can be made Incidentally, if there is a margin, the adjacent welded portions may be made larger than the separation distance described above.

溶接部位５７は、３種類の炭素膜構造を近接して配置して、１回のレーザー照射４７で３種類の溶接部位それぞれにおいて溶融接合させるものである。３種類の炭素膜構造は、水素導管１７（１７－１）に近い側を炭素膜が両方ともある構造であり、中間部をワーク上板が炭素膜がない構造として、その外側を両方とも炭素膜がない構造とする。レーザー照射条件をうまく調節することによって、１度の照射により３種類の炭素膜構造部分のそれぞれで溶融接合することができ、狭い幅で良好な接合を実現して水素漏れのない閉空間となる水素導管１７（１７－１）を作製できる。溶接部位５８も、３種類の炭素膜構造を近接して配置して、１回のレーザー照射４８で３種類の溶接部位それぞれにおいて溶融接合させるものである。３種類の炭素膜構造は、水素導管１７（１７－２）に近い側を炭素膜が両方ともある構造であり、中間部をワーク下板の炭素膜がない構造として、その外側を両方とも炭素膜がない構造とする。レーザー照射条件をうまく調節することによって、１度の照射により３種類の炭素膜構造部分のそれぞれで溶融接合することができ、狭い幅で良好な接合を実現して水素漏れのない閉空間となる水素導管１７（１７－２）を作製できる。このように炭素膜で水素導管を被覆したワークをレーザー溶接する場合、３種類の炭素膜構造部分を近接して配置することによって、１回のレーザー照射で確実に溶融接合でき、レーザー溶接の作業性も向上することもできる。溶接部位５７および５８の場合、水素導管１７から約１～５ｍｍ以上離しておけば、レーザー溶接の際水素導管１７に影響を与えることはない。また、両方炭素膜がない領域を約０．５ｍｍ～２ｍｍ、すぐ隣に炭素膜の一方がない領域を約０．５ｍｍ～２ｍｍ、すぐ隣に両方に炭素膜のない領域を約０．５ｍｍ～２ｍｍとして、全体で約１．５ｍｍ～８ｍｍの溶接部位領域とすれば良い。図３では、種々の構造のものを記載したが、炭素膜構造を作製する作業性を考慮し、またレーザー照射条件は少ない方が作業性は良いので、どれか一つの構造を採用して、どの溶接部位も同じ構造とすれば品質レベルも安定する。 The welded portion 57 is formed by arranging three types of carbon film structures close to each other and melt-bonding each of the three types of welded portions by one laser irradiation 47 . The three types of carbon film structures are a structure with both carbon films on the side close to the hydrogen conduit 17 (17-1), a structure with no carbon film on the upper work plate in the middle part, and a carbon film on both sides. The structure has no membrane. By properly adjusting the laser irradiation conditions, each of the three types of carbon film structure parts can be melt-bonded with a single irradiation, achieving good bonding in a narrow width and creating a closed space without hydrogen leakage. A hydrogen conduit 17 (17-1) can be made. The welded portion 58 is also formed by arranging three types of carbon film structures close to each other and melt-bonding each of the three types of welded portions by one laser irradiation 48 . The three types of carbon film structures are a structure with both carbon films on the side close to the hydrogen conduit 17 (17-2), a structure with no carbon film on the lower work plate in the middle part, and a carbon film on both sides. The structure has no membrane. By properly adjusting the laser irradiation conditions, each of the three types of carbon film structure parts can be melt-bonded with a single irradiation, achieving good bonding in a narrow width and creating a closed space without hydrogen leakage. A hydrogen conduit 17 (17-2) can be made. When laser welding workpieces in which the hydrogen conduit is covered with a carbon film in this way, by arranging the three types of carbon film structure parts close to each other, it is possible to reliably melt and join them with a single laser irradiation. You can also improve your sex. For weld sites 57 and 58, a distance of about 1-5 mm or more from hydrogen conduit 17 will not affect hydrogen conduit 17 during laser welding. Also, the area without both carbon films is about 0.5 mm to 2 mm, the area without one of the carbon films immediately adjacent is about 0.5 mm to 2 mm, and the area without carbon films on both sides is about 0.5 mm to 2 mm. 2 mm, which may result in a total weld site area of about 1.5 mm to 8 mm. Although various structures are shown in FIG. 3, considering the workability of fabricating the carbon film structure, and since the workability is better when the laser irradiation conditions are less, any one structure is adopted, If all welded parts have the same structure, the quality level will be stable.

図２では、水素導管（一方は水素または空気等が流れるライン、他方（対向する方）はその排出ラインとなる）は平行に走っているため、水素導管同士の平坦面には燃料電池が並んで配置されていく。従って、溶接ライン６１は水素導管に沿って直線的である。ただし、終点で溶接ライン６１同士を結んで閉曲線としても良い。閉曲線とすることにより、２枚の金属板同士を確実に結合することができる。この場合、水素導管１７の一方側からガス（水素や空気）が流れ、他方側から出ていく。図６は、別の水素導管の配置方法を示す図である。図６は水素導管の配置状態が分かるように平面的に描写している。水素導管９５、９６はコの字を作りながら配置され、隣の水素導管（９５と９６）とコの字の部分合わさって配置されている。９５を水素導管（空気の場合は空気導管と呼んでも良い）とすれば、９６はその排出導管となる。コの字の終点部分では水素導管９５、９６同士は近接して平行に走り、その間に溶接ライン９２が走っている。コの字で囲まれた部分９７は燃料電池が配置される領域である。またコの字で囲まれた部分９７には水素導管９５および９６で囲まれるように溶接ライン９１が配置されている。ここで溶接ライン９１は閉曲線となっているので、レーザーの照射は一筆書きで描写できる。これらの溶接ライン９１同士を結ぶのが溶接ライン９２となる。水素導管９５、９６は溶接ライン９１および９２に挟まれて閉空間となり、外側に水素等が漏れることはない。尚、図３で示したように３か所にレーザーを照射する場合は、溶接ラインは３本となる。２か所ならば２本である。図６は、燃料電池モジュールの一部を示したものであるから、これらを多数接続していくことにより、より多数の燃料電池を搭載した燃料電池モジュールを作製できる。図１から分かるように、これらを縦（高さ）方向に積層することもできるので、さらに多数の燃料電池を搭載した燃料電池モジュールを作製できる。図６に示すように水素導管をコの字形に配置することにより、多数の燃料電池を配置することができるとともに、個々の燃料電池が独立しているため、仮に１個の燃料電池が故障して動かなくなっても、他の燃料電池に影響を与えることがないので、信頼性の高い燃料電池（モジュール）を実現できる。 In FIG. 2, the hydrogen conduits (one is a line through which hydrogen or air flows, and the other (the opposite side) is a discharge line) run in parallel, so the fuel cells are lined up on the flat surfaces of the hydrogen conduits. will be placed. The weld line 61 is therefore straight along the hydrogen conduit. However, the welding lines 61 may be connected at the end points to form a closed curve. By forming a closed curve, the two metal plates can be reliably joined together. In this case, gas (hydrogen or air) flows from one side of the hydrogen conduit 17 and exits from the other side. FIG. 6 is a diagram showing another method of arranging hydrogen conduits. FIG. 6 is a two-dimensional drawing so that the arrangement of the hydrogen conduits can be understood. The hydrogen conduits 95 and 96 are arranged forming a U-shape, and are arranged so that adjacent hydrogen conduits (95 and 96) are combined with the U-shaped portions. If 95 is a hydrogen conduit (which may be called an air conduit in the case of air), 96 is its discharge conduit. At the end of the U-shape, the hydrogen conduits 95 and 96 run close to each other in parallel, and the weld line 92 runs between them. A portion 97 surrounded by a U-shape is a region where the fuel cell is arranged. A weld line 91 is arranged so as to be surrounded by hydrogen conduits 95 and 96 in a portion 97 surrounded by a U-shape. Here, since the welding line 91 is a closed curve, laser irradiation can be drawn with a single stroke. A welding line 92 connects these welding lines 91 . The hydrogen conduits 95 and 96 are sandwiched between the weld lines 91 and 92 to form a closed space so that hydrogen and the like do not leak outside. In addition, as shown in FIG. 3, when irradiating a laser to three places, there will be three welding lines. If there are two places, it is two. Since FIG. 6 shows a part of the fuel cell module, by connecting a large number of these, a fuel cell module equipped with a larger number of fuel cells can be produced. As can be seen from FIG. 1, these can be stacked in the vertical (height) direction, so that a fuel cell module having a larger number of fuel cells can be produced. By arranging the hydrogen conduits in a U-shape as shown in FIG. 6, a large number of fuel cells can be arranged, and since each fuel cell is independent, even if one fuel cell fails, A highly reliable fuel cell (module) can be realized because even if it stops working, it does not affect other fuel cells.

ワーク押さえ板３７は透明部材と説明したが、全体が必ずしも透明でなくても良い。レーザー光が通る部分が少なくとも透明であれば良い。たとえば、レーザー光が通る部分だけに透明部材、たとえば石英ガラス等板を配置したワーク押さえ板であり、それ以外を他の材料、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼や鉄を主成分とする鉄系材料、アルミニウム系材料、銅系材料等の金属板、あるいはポリプロピレンやアクリル等の各種プラスチック材料としても良い。あるいは、レーザー光を通る部分に孔があいたワーク押さえ板でも良い。孔があいたワーク押さえ板の場合、溶接空間を完全密閉にすることは難しいが、ワーク押さえ板を含む全体をシールドガスで充満できる容器内に配置するとか、レーザー装置全体をシールドガス雰囲気にするなどの方法もある。また、ワーク押さえ板３７は平板と記載したが、ワーク押さえ板３７が複数の水素導管１７に接触するワーク押さえ板下面が、それらの複数部分で同じ高さであれば、（あるいは、水素導管の高さに応じて、ワーク押さえ板３７の各所がほぼ同時にそれらの複数の水素導管に接触できれば）、ワーク押さえ板３７は必ずしも平板でなくても良い。言い換えれば、本発明で平板と記載した場合、このようなケースも含まれる。また、図５（ａ）では、水素導管１７の形状に合わせたワーク押さえ部材８１、８２はワーク板３３、３４の平坦部に接触しているが、上部のみが水素導管１７の形状に合わせた形状であり下部は必ずしもワーク板３３、３４の平坦部に接触していなくても良い。尚、ワーク押さえ下板に関しても同様である。 Although the work holding plate 37 has been described as a transparent member, the whole may not necessarily be transparent. At least the part through which the laser beam passes should be transparent. For example, a work holding plate in which a transparent member such as a quartz glass plate is arranged only in a portion through which a laser beam passes, and other materials such as stainless steel such as SUS304 or an iron-based material containing iron as a main component. Metal plates such as aluminum-based materials and copper-based materials, or various plastic materials such as polypropylene and acrylic may be used. Alternatively, a work pressing plate having a hole in a portion through which laser light passes may be used. In the case of a perforated workpiece holding plate, it is difficult to completely seal the welding space, but the whole including the workpiece holding plate should be placed in a container that can be filled with shielding gas, or the entire laser device should be placed in a shielding gas atmosphere. There is also a method of Also, although the work holding plate 37 is described as a flat plate, if the lower surface of the work holding plate 37 in contact with the plurality of hydrogen conduits 17 has the same height at a plurality of portions thereof (or the hydrogen conduits Workholding plate 37 need not necessarily be flat, as long as various portions of workholding plate 37 can contact those hydrogen conduits substantially simultaneously (depending on height). In other words, such a case is also included in the description of a flat plate in the present invention. In FIG. 5(a), the workpiece holding members 81 and 82, which are shaped to match the shape of the hydrogen conduit 17, are in contact with the flat portions of the work plates 33 and 34, but only the upper parts are shaped to match the shape of the hydrogen conduit 17. It is not necessary that the lower part of the work plates 33 and 34 is in contact with the flat parts. It should be noted that the same applies to the work holding lower plate.

ワーク上板の厚みは、レーザー光が通れば比較手的厚くても良い。たとえば、１ｍｍ～１ｃｍ、またはこれ以上でも良い。ワーク下板の厚みは特に限定されないが、ワーク上板と代替可能とすれば作製しやすい。水素導管の高さは、燃料電池の大きさに合わせて選定できる。ただし、本発明では図４に示すように燃料電池の大きさにより水素導管の高さは高くなる。余り高くなるとその導管を流す水素量が増大するので、燃料電池に必要な水素量を確保できる程度の高さとするのが良い。その場合、水素導管の高さと燃料電池の大きさと合わせるために、ダミーを水素導管の上面に取り付けても良い。ただし、レーザー溶接する場合は、このダミーは必要ない。また、燃料電池の構造を工夫すれば、このダミーをなくすこともでき、燃料電池により適宜変更すれば良い。ワーク押さえ上板の厚みは、押さえる強さに耐える厚みである必要があるが、石英や石英ガラスである場合は約０．１ｍｍ～１ｃｍ、またはそれ以上でも良い。ワーク押さえ下板の圧みも押さえる強さに耐える厚みである必要があるが、ステンレス板の場合は約１ｍｍ～１ｃｍ、またはそれ以上でも良い。ワーク板およびワーク押さえ板の幅（縦、横）は、燃料電池の大きさに合わせて適宜変更すれば良い。ただし、これらが変形しないようにそれらの大きさに合わせて厚みを変更することは当然である。さらに、レーザー光がワーク上板と下板の接触部分まで溶融させる必要があるので、ワーク板が厚い場合は、ワーク板（特にワーク上板）の溶接部位の厚みを薄くして（たとえば、溝部を作る）置く必要もある。 The thickness of the workpiece upper plate may be relatively thick as long as the laser beam passes through it. For example, 1 mm to 1 cm, or even more. The thickness of the work lower plate is not particularly limited, but if it can be replaced with the work upper plate, it is easy to manufacture. The height of the hydrogen conduit can be selected according to the size of the fuel cell. However, in the present invention, as shown in FIG. 4, the height of the hydrogen conduit increases depending on the size of the fuel cell. If the height is too high, the amount of hydrogen flowing through the conduit increases. In that case, a dummy may be attached to the top surface of the hydrogen conduit to match the height of the hydrogen conduit with the size of the fuel cell. However, this dummy is not necessary for laser welding. Further, if the structure of the fuel cell is devised, this dummy can be eliminated, and the dummy may be changed as appropriate depending on the fuel cell. The thickness of the work pressing upper plate must be sufficient to withstand the pressing force, but in the case of quartz or quartz glass, it may be about 0.1 mm to 1 cm or more. The thickness of the lower plate for pressing the workpiece must be sufficient to withstand the pressing force, but in the case of a stainless steel plate, the thickness may be about 1 mm to 1 cm or more. The widths (vertical and horizontal) of the work plate and the work holding plate may be appropriately changed according to the size of the fuel cell. However, it is natural to change the thickness according to their sizes so that they are not deformed. Furthermore, since the laser beam must melt up to the contact area between the upper and lower work plates, if the work plate is thick, the work plate (especially the upper work plate) should be made thinner at the welded area (e.g., grooves). ) also need to be placed.

図７は、ワーク板の表側（すなわち、内表面ではなく外表面）にも炭素膜を形成したワーク板を示す図である。図２や図４から分かるように、ワーク（板）６０の外表面の平坦部６４に燃料電池２１が配置され、水素供給ライン２６を水素等が流れる。すなわち、ワーク（板）６０の外表面と水素等が接触する場合がある。図１等で示したワーク（板）６０の外表面側は、金属板１１や金属板１２であるから、燃料電池は発熱して温度が高くなった場合に、ワーク（板）６０の外表面である金属板１１や金属板１２の（外）表面側でから水素が金属板中に拡散して水素脆性を起こす可能性がある。そこで、図７に示すように、金属板１１や金属板１２の外表面にも炭素膜を積層する。炭素膜は、金属板１１や金属板１２の内表面側と同じ方法、すなわちＣＶＤ法、ＰＶＤ法およびメッキ法で形成できる。金属板１１および金属板１２の両面（外表面となる側および内表面なる側）に炭素膜８５および８６を積層した後、図１に示した方法と同様に、金属板１１および金属板１２を凹部が合うように合わせて、レーザー照射する。炭素膜は薄いので、炭素膜を通してレーザー光が金属板内に入り金属板が溶融したときに炭素膜も金属中へ固溶する。あるいはワーク外表面（特にレーザーが照射される側の金属板１２の外表面）の溶接部位３５における炭素膜を予め除去しておいても良い。尚、この場合のワーク上板３３は、金属板１２の両表面に炭素膜３１、８５を形成した構造であり、ワーク下板３４は、金属板１１の両表面に炭素膜３２、８６を形成した構造となる。 FIG. 7 shows a work plate having a carbon film formed also on the front side of the work plate (that is, on the outer surface instead of the inner surface). As can be seen from FIGS. 2 and 4, the fuel cell 21 is arranged on the flat portion 64 of the outer surface of the work (plate) 60, and hydrogen or the like flows through the hydrogen supply line 26. FIG. That is, the outer surface of the workpiece (plate) 60 may come into contact with hydrogen or the like. Since the outer surface side of the workpiece (plate) 60 shown in FIG. Hydrogen may diffuse into the metal plate from the (outer) surface side of the metal plate 11 or the metal plate 12 to cause hydrogen embrittlement. Therefore, as shown in FIG. 7, carbon films are laminated on the outer surfaces of the metal plate 11 and the metal plate 12 as well. The carbon film can be formed by the same method as that for the inner surfaces of metal plate 11 and metal plate 12, ie, CVD, PVD and plating. After laminating the carbon films 85 and 86 on both surfaces of the metal plate 11 and the metal plate 12 (the side to be the outer surface and the side to be the inner surface), the metal plate 11 and the metal plate 12 are separated in the same manner as the method shown in FIG. Align the concave portions and irradiate the laser. Since the carbon film is thin, when the laser beam enters the metal plate through the carbon film and melts the metal plate, the carbon film also dissolves into the metal. Alternatively, the carbon film at the welded portion 35 on the outer surface of the workpiece (in particular, the outer surface of the metal plate 12 on the laser-irradiated side) may be removed in advance. In this case, the work upper plate 33 has a structure in which the carbon films 31 and 85 are formed on both surfaces of the metal plate 12, and the work lower plate 34 has the carbon films 32 and 86 formed on both surfaces of the metal plate 11. structure.

金属板の表面に炭素膜８５、８６の積層は、炭素膜３１、３２と同様に、金属板に凹状（逆から見れば凸状）部分１７を形成する前に積層することもできるし、形成後に積層することもできる。炭素膜８５、８６の膜厚は約１０μm～１００μm以下が望ましいので、レーザー光３６は炭素膜８５を突き抜けて溶接部位３５における金属板１２および１１（一部が望ましい）を溶融して金属板１２および１１を溶接できるが、レーザー照射前に、溶接部位３５における炭素膜８５を除去しても良い。炭素膜の除去方法は前述した図１（ｃ）の溶接部位３５－１、２，３で説明した方法と同様で良い。あるいは、金属板１２を溶かさないような条件で溶接部位３５における炭素膜８５にレーザー照射して炭素膜を除去しても良い。炭素膜８５は、レーザー照射により加熱されて空気中の酸素と反応してＣＯまたはＣＯ２となり、除去される。炭素膜３１を除去しなくてもレーザー照射後は炭素膜８５は金属板１２中へ固溶されるので、溶接部位３５において金属板１２上の炭素膜８５はなくなるので、この部分から水素が侵入する可能性がある。 Like the carbon films 31 and 32, the carbon films 85 and 86 can be laminated on the surface of the metal plate before forming the concave (convex) portion 17 on the metal plate. It can also be laminated later. Since the film thickness of the carbon films 85 and 86 is preferably about 10 μm to 100 μm or less, the laser beam 36 penetrates the carbon film 85 and melts the metal plates 12 and 11 (preferably partly) at the welded portion 35 to form the metal plate 12 . and 11 can be welded, but the carbon film 85 at the welded portion 35 may be removed before laser irradiation. The method for removing the carbon film may be the same as the method described for the welded portions 35-1, 2, and 3 in FIG. 1(c). Alternatively, the carbon film 85 may be removed by irradiating the carbon film 85 at the welding portion 35 with a laser under conditions that do not melt the metal plate 12 . The carbon film 85 is heated by laser irradiation and reacts with oxygen in the air to become CO or CO 2 and is removed. Even if the carbon film 31 is not removed, the carbon film 85 is solid-dissolved into the metal plate 12 after laser irradiation. there's a possibility that.

そこで、図１に示すように金属板１２の外表面には炭素膜８５を形成せずに、レーザー溶接後に炭素膜８５を金属板１２の表面に形成することもできる。溶接後のワーク（図２においては６０）をＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置やメッキ装置へセットして炭素膜を積層すれば良い。この方法によれば、レーザー溶接後に金属板１２の全表面（凸部および平坦部等）に均一に炭素膜を形成することができる。特に溶接部位３５における金属板１２の表面にも炭素膜を積層できるので、水素が金属板内への侵入を防止することができ、その結果水素脆性の発生を防ぐことができる。金属板１１側は、レーザー照射されないので、レーザー照射前に炭素膜３２を積層しても特に問題はないが、レーザー照射前には炭素膜３２を形成せずに、レーザー照射後に炭素膜８６を積層しても良い。 Therefore, the carbon film 85 can be formed on the surface of the metal plate 12 after laser welding without forming the carbon film 85 on the outer surface of the metal plate 12 as shown in FIG. The workpiece after welding (60 in FIG. 2) may be set in a CVD device, a PVD device, or a plating device to laminate a carbon film. According to this method, a carbon film can be uniformly formed on the entire surface (convex portions, flat portions, etc.) of the metal plate 12 after laser welding. In particular, since the carbon film can also be laminated on the surface of the metal plate 12 at the welded portion 35, hydrogen can be prevented from entering the metal plate, and as a result, the occurrence of hydrogen embrittlement can be prevented. Since the metal plate 11 side is not irradiated with the laser, there is no problem even if the carbon film 32 is laminated before the laser irradiation. It may be laminated.

以上詳細に説明した様に、本発明の炭素膜を内面に積層した水素導管は水素脆性耐性が大きく、水素導管の寿命や信頼性を向上することができる。水素導管は２枚の金属板をレーザー溶接で作製するが、本発明のワーク押さえ板を用いれば良好な溶接品質を得ることもできる。本発明を用いて作製した水素導管は燃料電池に使用できるが、燃料電池の長寿命化に大きく寄与できる。尚、図４は燃料電池の一例で便宜上冷却ラインを省略したが、本発明の水素導管の作製方法と同様の方法を用いて冷却ラインを作製して図４に示す燃料電池に組み込むことができる。たとえば、導管を作製した後金属板の平坦部をくり抜いて水素導管１７と空気導管１８の間に組み込むことができる。冷却方法としては、冷却水を流す方法や冷却ガス（たとえば、冷却したＣＯ２や冷却した不活性ガス）を流す方法が挙げられる。また、水素導管１７と空気導管１８は互いに垂直に交叉させることもできる。このように、本発明の水素導管を用いれば、種々の燃料電池の大きさや構造に対応できる。また、燃料電池は図４に示す構造以外の種々の構造があるが、どのような構造においても水素導管は必須なので、本発明の水素導管を採用することができる。尚、本明細書において、明細書のある部分に記載し説明した内容について記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。また、本出願文書で記載した実施例や実施形態等の内容は、他の実施例や実施形態等の内容と組み合わせて使用できることも当然である。さらに、前記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が前記実施形態に限定されないことも言うまでもない。 As explained in detail above, the hydrogen conduit having the carbon film of the present invention laminated on the inner surface has high resistance to hydrogen embrittlement, and the service life and reliability of the hydrogen conduit can be improved. A hydrogen conduit is produced by laser welding two metal plates, and good welding quality can be obtained by using the workpiece holding plate of the present invention. A hydrogen conduit manufactured using the present invention can be used in a fuel cell, and can greatly contribute to prolonging the life of the fuel cell. Although FIG. 4 is an example of the fuel cell and the cooling line is omitted for the sake of convenience, the cooling line can be fabricated using the same method as the method for fabricating the hydrogen conduit of the present invention and incorporated into the fuel cell shown in FIG. . For example, after the conduits are made, a flat portion of a metal plate can be hollowed out and incorporated between the hydrogen conduit 17 and the air conduit 18 . Cooling methods include a method of flowing cooling water and a method of flowing cooling gas (for example, cooled CO2 or cooled inert gas). Hydrogen conduit 17 and air conduit 18 can also cross each other perpendicularly. As described above, the hydrogen conduit of the present invention can be applied to various sizes and structures of fuel cells. Fuel cells have various structures other than the structure shown in FIG. 4, but since a hydrogen conduit is essential in any structure, the hydrogen conduit of the present invention can be adopted. In this specification, it is needless to say that the contents described and explained in a certain part of the specification can be applied to other parts without contradiction, and the contents can be applied to the other parts. In addition, it is a matter of course that the contents of the examples, embodiments, etc. described in this application document can be used in combination with the contents of other examples, embodiments, etc. Further, the above-described embodiment is merely an example, and can be implemented with various modifications within the scope of the invention, and the scope of rights of the present invention is not limited to the above-described embodiment.

本発明の内面に炭素膜を積層しレーザー溶接で作製する水素導管は、燃料電池以外の水素ガス管や水素を収容する容器にも使用できる。 The hydrogen conduit produced by laminating a carbon film on the inner surface of the present invention and laser welding can also be used for hydrogen gas pipes and containers for storing hydrogen other than fuel cells.

１１・・・金属板、１２・・・金属板、１７・・・水素導管、３１・・・炭素膜、３２・・・炭素膜、３３・・ワーク上板、３４・・・ワーク下板、３５・・・（レーザー）溶接部位、３６・・・レーザー光、３７・・・透明板材（ワーク押さえ上板）、３８ワーク押さえ下板、３９・・・溶接空間（レーザー照射側）、４０・・・溶接空間（レーザー照射裏側）、７１・・・シールドガス導入孔、７２・・・シールドガス排出孔 11... Metal plate 12... Metal plate 17... Hydrogen conduit 31... Carbon film 32... Carbon film 33... Work upper plate 34... Work lower plate 35... (laser) welding site, 36... laser beam, 37... transparent plate material (upper plate for holding work), 38 lower plate for holding work, 39... welding space (laser irradiation side), 40. .. Welding space (back side of laser irradiation) 71 .. Shield gas introduction hole 72 .. Shield gas discharge hole

Claims (21)

２枚の金属板を溶接して水素ガスを含む気体を通す空間（水素ガス導管という）を形成し、水素ガス導管の内側となる金属板表面（金属板内表面という）に炭素膜を形成する方法であって、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
金属板の平坦部のレーザー溶接個所（溶接部位という）は、凹状部のそれぞれ片側に３か所存在し、前記３か所のレーザー溶接部位の構造の１つは、２枚の金属板のうちの１枚の金属板（金属板Ａ）、金属板Ａ内表面に積層した炭素膜（金属板Ａ上炭素膜）、前記金属板Ａ上炭素膜と接触した他の１枚の金属板（金属板Ｂ）内表面に積層した炭素膜（金属板Ｂ上炭素膜）および金属板Ｂであり、
前記３か所のレーザー溶接部位の構造の他の１つは、金属板Ａ、金属板Ａ上炭素膜または金属板Ｂ上炭素膜、および金属板Ｂであり、および
前記３か所のレーザー溶接部位の構造の残り１つは、金属板Ａおよび金属板Ｂであることを特徴とする、
水素ガス導管の作製方法。
Two metal plates are welded to form a space (called a hydrogen gas conduit) through which gas containing hydrogen gas passes, and a carbon film is formed on the metal plate surface (called the inner surface of the metal plate) inside the hydrogen gas pipe. a method,
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
There are three laser-welded portions (referred to as welded portions) in the flat portion of the metal plate on each side of the concave portion, and one of the three laser-welded portion structures is one of the two metal plates. One metal plate (metal plate A), a carbon film laminated on the inner surface of metal plate A (carbon film on metal plate A), another metal plate in contact with the carbon film on metal plate A (metal Plate B) a carbon film laminated on the inner surface (carbon film on metal plate B) and metal plate B,
The other one of the structures of the three laser welding sites is metal plate A, a carbon film on metal plate A or a carbon film on metal plate B, and metal plate B, and the three laser welding sites The remaining one of the structure of the part is a metal plate A and a metal plate B,
A method of making a hydrogen gas conduit.
 前記水素ガス導管の外側となる金属板表面（金属板外表面という）に炭素膜を形成することを特徴とする、請求項１に記載の水素ガス導管の作製方法。
2. The method for producing a hydrogen gas conduit according to claim 1, wherein a carbon film is formed on the surface of the metal plate (referred to as the outer surface of the metal plate) that is to be the outside of the hydrogen gas conduit.
 ２枚の金属板を溶接して水素ガスを含む気体を通す空間（水素ガス導管という）を形成し、水素ガス導管の内側となる金属板表面（金属板内表面という）に炭素膜を形成する方法であって、
さらに、前記水素ガス導管の外側となる金属板表面（金属板外表面という）に炭素膜を形成し、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
レーザー照射する側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成することを特徴とする、
水素ガス導管の作製方法。
Two metal plates are welded to form a space (called a hydrogen gas conduit) through which gas containing hydrogen gas passes, and a carbon film is formed on the metal plate surface (called the inner surface of the metal plate) inside the hydrogen gas pipe. a method,
Furthermore, forming a carbon film on the surface of the metal plate outside the hydrogen gas conduit (referred to as the outer surface of the metal plate),
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
The carbon film on the outer surface of the metal plate on the laser irradiation side is formed after laser welding,
A method of making a hydrogen gas conduit.
 レーザー照射しない側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成することを特徴とする、
請求項３に記載の水素ガス導管の作製方法。
The carbon film on the outer surface of the metal plate on the side not irradiated with the laser is formed after laser welding,
A method for producing a hydrogen gas conduit according to claim 3.
 ２枚の金属板を溶接して水素ガスを含む気体を通す空間（水素ガス導管という）を形成し、水素ガス導管の内側となる金属板表面（金属板内表面という）に炭素膜を形成する方法であって、
前記水素ガス導管の外側となる金属板表面（金属板外表面という）に炭素膜を形成し、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
レーザー照射しない側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成することを特徴とする、
水素ガス導管の作製方法。
Two metal plates are welded to form a space (called a hydrogen gas conduit) through which gas containing hydrogen gas passes, and a carbon film is formed on the metal plate surface (called the inner surface of the metal plate) inside the hydrogen gas pipe. a method,
forming a carbon film on the surface of the metal plate outside the hydrogen gas conduit (referred to as the outer surface of the metal plate);
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
The carbon film on the outer surface of the metal plate on the side not irradiated with the laser is formed after laser welding,
A method of making a hydrogen gas conduit.
 レーザー照射する側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成することを特徴とする、
請求項５に記載の水素ガス導管の作製方法。
The carbon film on the outer surface of the metal plate on the laser irradiation side is formed after laser welding,
A method for producing a hydrogen gas conduit according to claim 5.
 ２枚の金属板を溶接して水素ガスを含む気体を通す空間（水素ガス導管という）を形成し、水素ガス導管の内側となる金属板表面（金属板内表面という）に炭素膜を形成する方法であって、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
凹状部分以外の平坦部の不要な炭素膜を除去するために、
炭素膜形成前に炭素膜を除去する部分にマスキンテープを貼り付けた後に、炭素膜を積層し、さらに酸素（Ｏ２）プラズマエッチングによりマスキングテープ側面エッジ部の炭素膜を除去し、その後でマスキングテープを剥がして、不要な炭素膜を除去することを特徴とする、
水素ガス導管の作製方法。
Two metal plates are welded to form a space (called a hydrogen gas conduit) through which gas containing hydrogen gas passes, and a carbon film is formed on the metal plate surface (called the inner surface of the metal plate) inside the hydrogen gas pipe. a method,
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
In order to remove the unnecessary carbon film on the flat part other than the concave part,
After attaching a masking tape to the part where the carbon film is to be removed before forming the carbon film, the carbon film is laminated, and the carbon film on the side edge of the masking tape is removed by oxygen (O2) plasma etching, and then the masking tape. by removing the unnecessary carbon film,
A method of making a hydrogen gas conduit.
 マスキングテープは、ステンレステープ、アルミニウムテープ、またはプラスチックテープであることを特徴とする、
請求項７に記載の水素ガス導管の作製方法。
The masking tape is stainless steel tape, aluminum tape, or plastic tape,
A method of making a hydrogen gas conduit according to claim 7 .
 炭素膜形成前に、炭素膜を形成する金属表面（金属板内表面および／または外表面）にレーザー照射により微小な凹凸を形成することを特徴とする、請求項１～８のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that, before the carbon film is formed, the metal surface (the inner surface and/or the outer surface of the metal plate) on which the carbon film is to be formed is irradiated with a laser to form fine irregularities. 3. A method of making a hydrogen gas conduit according to claim 1.
 炭素膜は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、またはメッキ法により形成されることを特徴とする、請求項１～９のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
The method for producing a hydrogen gas conduit according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon film is formed by CVD, PVD, or plating.
 ２枚の金属板のレーザー溶接する部位（溶接部位という）の構造は、２枚の金属板のうちの１枚の金属板（金属板Ａという）、金属板Ａ内表面に積層した炭素膜（金属板Ａ上炭素膜という）、前記金属板Ａ上炭素膜と接触した他の１枚の金属板（金属板Ｂという）内表面に積層した炭素膜（金属板Ｂ上炭素膜という）および金属板Ｂであるか、または
金属板Ａ、金属板Ａ上炭素膜または金属板Ｂ上炭素膜、および金属板Ｂであるか、または
金属板Ａおよび金属板Ｂであることを特徴とする、請求項３～１０のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
The structure of the part to be laser-welded (referred to as the welded part) of two metal plates consists of one metal plate (referred to as metal plate A) of the two metal plates, and a carbon film laminated on the inner surface of metal plate A ( (referred to as a carbon film on metal plate A), a carbon film laminated on the inner surface of another metal plate (referred to as metal plate B) in contact with the carbon film on metal plate A (referred to as a carbon film on metal plate B) and a metal It is a plate B, or a metal plate A, a carbon film on a metal plate A or a carbon film on a metal plate B, and a metal plate B, or a metal plate A and a metal plate B. Item 11. A method for producing a hydrogen gas conduit according to any one of items 3 to 10.
 ２枚の金属板を合わせてレーザー溶接する場合において、レーザー照射する側の、水素ガス導管となる金属板の複数の凸部同士を透明治具で押さえて、前記透明治具を通して金属板の溶接する部位（溶接部位という）にレーザーを照射して、前記溶接部位において、２枚の金属板を溶融接合することを特徴とする、請求項１～１１のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
In the case of laser welding two metal plates together, a plurality of convex portions of the metal plate to be the hydrogen gas conduit on the laser irradiation side are held together by a transparent jig, and the metal plates are welded through the transparent jig. The hydrogen gas conduit according to any one of claims 1 to 11, wherein a laser is irradiated to a portion to be welded (referred to as a welded portion) to melt and join two metal plates at the welded portion. method of making.
 透明治具、金属板の凸部および金属板で囲まれた、レーザーが照射する領域を含む空間（溶接空間Ａという）は、シールドガスで充満されていることを特徴とする、請求項１２に記載の水素ガス導管の作製方法。
A space (referred to as a welding space A) surrounded by the transparent jig, the convex portion of the metal plate, and the metal plate and including the region to be irradiated with the laser is filled with a shielding gas. A method of making the described hydrogen gas conduit.
 ２枚の金属板を合わせてレーザー溶接する場合において、レーザー照射しない側の、水素ガス導管となる金属板の複数の凸部同士を押さえ治具または台座で押さえて、金属板の溶接する部位（溶接部位という）において、２枚の金属板を溶融接合することを特徴とする、請求項１～１３のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
When laser welding two metal plates together, a plurality of protrusions of the metal plate that will be the hydrogen gas conduit on the non-laser-irradiated side are held together by a holding jig or a pedestal, and the portion of the metal plate to be welded ( 14. The method for producing a hydrogen gas conduit according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the two metal plates are melt-joined at the welded portion.
 押さえ治具または台座、金属板の凸部および金属板で囲まれた空間（溶接空間Ｂという）は、シールドガスで充満されていることを特徴とする、請求項１４に記載の水素ガス導管の作製方法。
15. The hydrogen gas conduit according to claim 14, wherein the space surrounded by the pressing jig or the base, the convex portion of the metal plate, and the metal plate (referred to as welding space B) is filled with a shielding gas. How to make.
 前記溶接空間Ａのシールドガスによる圧力は、大気圧より大きいか周囲圧力より大きいことを特徴とする、請求項１３に記載の水素ガス導管の作製方法。
14. The method of manufacturing a hydrogen gas conduit according to claim 13, wherein the pressure of the shielding gas in the welding space A is greater than atmospheric pressure or greater than ambient pressure.
 前記溶接空間Ｂのシールドガスによる圧力は、大気圧より大きいか周囲圧力より大きいことを特徴とする、請求項１５に記載の水素ガス導管の作製方法。
16. The method of manufacturing a hydrogen gas conduit according to claim 15, wherein the pressure of the shielding gas in the welding space B is greater than atmospheric pressure or greater than ambient pressure.
 シールドガスは、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、二酸化炭素ガスから選択される少なくとも１つのガスであることを特徴とする、請求項１３、および１５～１７のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
13. The shielding gas is at least one gas selected from helium (He) gas, argon (Ar) gas, neon (Ne) gas, nitrogen (N2) gas, and carbon dioxide gas. , and the method for producing a hydrogen gas conduit according to any one of 15 to 17.
 金属板は、ＳＵＳ３０４またはステンレス鋼または鉄系材料であることを特徴とする、請求項１～１８のいずれかの項に記載の水素ガス導管の作製方法。
The method for manufacturing a hydrogen gas conduit according to any one of claims 1 to 18, wherein the metal plate is SUS304, stainless steel, or iron-based material.
 ２枚の金属板を溶接して作製した水素ガスを含む気体を通す空間である水素ガス導管の金属板表面構造は、金属板表面上に炭素膜が積層した構造である水素ガス導管であって、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
水素ガス導管の内側は、金属板表面上に炭素膜が積層した構造であり、
金属板の平坦部のレーザー溶接個所（溶接部位という）は、凹部のそれぞれ片側に３か所存在し、前記３か所のレーザー溶接部位の構造の１つは、２枚の金属板のうちの１枚の金属板（金属板Ａ）、金属板Ａ内表面に積層した炭素膜（金属板Ａ上炭素膜）、前記金属板Ａ上炭素膜と接触した他の１枚の金属板（金属板Ｂ）内表面に積層した炭素膜（金属板Ｂ上炭素膜）および金属板Ｂであり、
前記３か所のレーザー溶接部位の構造の他の１つは、金属板Ａ、金属板Ａ上炭素膜または金属板Ｂ上炭素膜、および金属板Ｂであり、および
前記３か所のレーザー溶接部位の構造の残り１つは、金属板Ａおよび金属板Ｂであることを特徴とする、
水素ガス導管。
The metal plate surface structure of the hydrogen gas conduit, which is a space through which gas containing hydrogen gas is allowed to pass, is made by welding two metal plates. ,
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
The inside of the hydrogen gas pipe has a structure in which a carbon film is laminated on the surface of the metal plate,
There are three laser welded portions (referred to as welded portions) on the flat portion of the metal plate on each side of the recess, and one of the three laser welded portion structures is one of the two metal plates. One metal plate (metal plate A), a carbon film laminated on the inner surface of metal plate A (carbon film on metal plate A), another metal plate in contact with the carbon film on metal plate A (metal plate B) a carbon film laminated on the inner surface (carbon film on metal plate B) and metal plate B,
The other one of the structures of the three laser welding sites is metal plate A, a carbon film on metal plate A or a carbon film on metal plate B, and metal plate B, and the three laser welding sites The remaining one of the structure of the part is a metal plate A and a metal plate B,
Hydrogen gas conduit.
 ２枚の金属板を溶接して作製した水素ガスを含む気体を通す空間である水素ガス導管の金属板表面構造は、金属板表面上に炭素膜が積層した構造である水素ガス導管であって、
２枚の金属板はそれぞれ水素ガス導管用の凹状部分および平坦部分を有し、２枚の金属板の凹状部分および平坦部分を合わせて、凹状部分の周囲の平坦部分（溶接部位という）を凹状部分に沿ってレーザー溶接し、凹状部分を水素ガス導管とし、
水素ガス導管の内側は、金属板表面上に炭素膜が積層した構造であり、
さらに、前記水素ガス導管の外側となる金属板表面（金属板外表面という）に炭素膜が存在し、
レーザー照射する側の金属板外表面上の炭素膜はレーザー溶接後に形成された炭素膜であることを特徴とする、
水素ガス導管。
The metal plate surface structure of the hydrogen gas conduit, which is a space through which gas containing hydrogen gas is allowed to pass, is made by welding two metal plates. ,
The two metal plates each have a recessed portion and a flat portion for the hydrogen gas conduit, and the recessed portion and the flat portion of the two metal plates are brought together to form a recessed portion around the recessed portion (referred to as a weld site). laser welding along the part, with the recessed part as a hydrogen gas conduit,
The inside of the hydrogen gas pipe has a structure in which a carbon film is laminated on the surface of the metal plate,
Furthermore, a carbon film exists on the surface of the metal plate outside the hydrogen gas conduit (referred to as the outer surface of the metal plate),
The carbon film on the outer surface of the metal plate on the laser irradiation side is a carbon film formed after laser welding,
Hydrogen gas conduit.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006027850A1 (en) 2004-09-06 2006-03-16 Canon Machinery Inc. Method for enhancing adhesion of thin film
JP2011111381A (en) 2009-11-30 2011-06-09 Tasohiro Sugie Method of forming conductive carbon membrane
JP2018527716A (en) 2015-09-18 2018-09-20 レインツ デッチタングス ゲー エム ベー ハー Separator plate for electrochemical system
JP2019115928A (en) 2017-11-08 2019-07-18 コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔ Ａ Ｌ’Ｅｎｅｒｇｉｅ Ａｔｏｍｉｑｕｅ Ｅｔ Ａｕｘ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ Method using laser for welding between two metallic materials or for sintering of powders, and use for making bipolar plates for pem fuel cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006027850A1 (en) 2004-09-06 2006-03-16 Canon Machinery Inc. Method for enhancing adhesion of thin film
JP2011111381A (en) 2009-11-30 2011-06-09 Tasohiro Sugie Method of forming conductive carbon membrane
JP2018527716A (en) 2015-09-18 2018-09-20 レインツ デッチタングス ゲー エム ベー ハー Separator plate for electrochemical system
JP2019115928A (en) 2017-11-08 2019-07-18 コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔ Ａ Ｌ’Ｅｎｅｒｇｉｅ Ａｔｏｍｉｑｕｅ Ｅｔ Ａｕｘ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ Method using laser for welding between two metallic materials or for sintering of powders, and use for making bipolar plates for pem fuel cells

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