WO2020066178A1 - ステンレス箔の溶接方法および溶接構造体 - Google Patents

Abstract

ステンレス箔をレーザ溶接する場合において、溶接時に穴あきの発生を抑制し、かつ連続的に安定して溶接する。ステンレス箔（２ａ、２ｂ）の重ね合わせ部を、重ね合わせ部を構成する２層のステンレス箔同士の板間隙間ＧがＧ≦１ｔを満足するとともに、レーザを照射する側のステンレス箔の表面（Ｓ１）におけるレーザ溶接部（１５ａ）の幅Ｗが１ｔ≦Ｗ≦１０ｔを満足するようにレーザ溶接する（ｔ：レーザを照射する側のステンレス箔の厚さ）。

Description

ステンレス箔の溶接方法および溶接構造体

　本発明はステンレス箔の溶接方法および溶接構造体に関する。

　各種の機器の軽量化および省スペース化等のため、ステンレス鋼板の軽量化および薄肉化が求められる場合がある。ステンレス鋼板の軽量化および薄肉化の手段の一つとして、ステンレス箔を用いることが挙げられる。

　特許文献１では、銅製のバッキングプレート上に金属箔を重ね、ブロック状の固定治具および帯板状弾性体のエッジで金属箔を抑えた状態にて、レーザ溶接またはプラズマ溶接を行う方法が開示されている。

　特許文献２では、２枚の薄板の重ね合わせ部を２回のレーザ照射で溶接する方法が開示されている。

日本国公開特許公報「特開平５－８０８９号公報」 日本国公開特許公報「特開２０１０－２３０４７号公報」

　しかしながら、ステンレス箔同士をレーザ溶接する場合、レーザ溶接時に局所的に加えられた熱によりステンレス箔が変形する。そして、ステンレス箔が変形することによって穴が生じる等の溶接不良が発生する虞がある。ましてや、連続的に安定して溶接することは困難であった。

　本発明の一態様は、ステンレス箔をレーザ溶接する場合において、溶接時に穴あきの発生を抑制し、かつ連続的に安定して溶接することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るステンレス箔の溶接方法は、ステンレス箔の重ね合わせ部をレーザ照射することにより溶接するステンレス箔の溶接方法であって、前記重ね合わせ部を構成する２層のステンレス箔のうち、レーザが照射される側のステンレス箔を第１のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第２のステンレス箔とすると、前記第１のステンレス箔と前記第２のステンレス箔との板間隙間Ｇが下記式（１）を満足し、かつ、前記レーザの照射によって形成されるレーザ溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第１のステンレス箔の表面における前記レーザ溶接部の幅Ｗが下記式（２）を満足する様に溶接する。
　Ｇ≦１ｔ・・・（１）
　１ｔ≦Ｗ≦１０ｔ・・・（２）
　ここで、ｔは前記第１のステンレス箔の厚さである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る溶接構造体は、ステンレス箔の重ね合わせ部がレーザ溶接された溶接部を備える溶接構造体であって、前記重ね合わせ部を構成する２層のステンレス箔のうち、レーザを照射された側のステンレス箔を第１のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第２のステンレス箔とすると、前記溶接部は、該溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、該溶接部の近傍における前記第１のステンレス箔と前記第２のステンレス箔との板間隙間Ｇが下記式（１）を満足するとともに、前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第１のステンレス箔の表面における前記溶接部の幅Ｗが下記式（２）を満足するように形成されている。
　Ｇ≦１ｔ・・・（１）
　１ｔ≦Ｗ≦１０ｔ・・・（２）
　ここで、ｔは前記第１のステンレス箔の厚さである。

　本発明の一態様によれば、ステンレス箔をレーザ溶接する場合においても、溶接時に穴あきの発生を抑制でき、かつ連続的に安定して溶接することができる。

本発明の一実施形態に係る溶接構造体の構成を概略的に示す斜視図である。 ２枚のステンレス箔を板押え治具にて固定するとともに板間隙間を調節可能とした状態にて行ったレーザ溶接試験について説明するための図である。 本発明の一実施形態におけるステンレス箔の溶接方法に用いられるレーザ溶接装置の一例を示す図である。 レーザ溶接部の断面について、光学顕微鏡を用いて観察した様子を示す模式図であって、（ａ）～（ｃ）はステンレス箔の板厚４０μｍであって、それぞれ板間隙間が１０μｍ、８０μｍ、４０μｍの場合の結果について示し、（ｄ）はステンレス箔の板厚４００μｍ、板間隙間が１２０μｍの場合の結果について示す図である。

　〔実施形態１〕
　以下に、本発明の一実施形態における、ステンレス箔同士を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、奥行き、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。

　始めに、図１を参照して、ステンレス箔同士を長距離（例えば１００ｍｍ以上の長さ）にわたって連続的にレーザ溶接する方法について、本発明者らが見出した本発明の知見について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る溶接構造体１の構成を概略的に示す斜視図である。

　図１に示すように、溶接構造体１は、板厚１００μｍ程度以下のステンレス箔（第１のステンレス箔）２ａおよびステンレス箔（第２のステンレス箔）２ｂを重ね合わせて、ステンレス箔２ａにレーザを照射することにより形成された構造体である。溶接構造体１は、ステンレス箔２ａおよびステンレス箔２ｂが互いにレーザ溶接された溶接部３を有している。ステンレス箔２ａおよびステンレス箔２ｂは、平面視したときの形状が長方形であり、長手方向の寸法が１００ｍｍ以上である。溶接構造体１も同様に、平面視したときの形状が長方形となっている。

　上記溶接部３は、溶接構造体１の３辺に形成されており、例えば端から１０ｍｍの位置に、１００ｍｍ以上の長さにわたって形成されている。

　なお、本実施形態では、図１に示す溶接構造体１を例示して説明するが、本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法を用いて形成される溶接構造体は、必ずしもこれに限らない。本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法は、板厚の薄い（例えば板厚１００μｍ程度以下）ステンレス箔同士を重ね合わせてレーザ溶接する場合に好適に用いることができる。特に、１００ｍｍ程度以上の長さの溶接部を形成するような場合に、より一層好適に用いることができる。本発明の一態様における溶接構造体は、そのような溶接方法により形成された溶接部を有するものであればよく、特に限定されない。

　（発明の知見の概要）
　上記ステンレス箔２ａ・２ｂは、通常のステンレス鋼板よりも板厚が薄いことから、シワが非常に生じ易く、かつ熱歪みの影響を大きく受ける。そして、ステンレス箔が変形することによって溶接部に穴があく等の溶接不良が発生し易い。従来、このようなステンレス箔２ａ・２ｂを重ね合わせてレーザ溶接することによって、溶接部３を安定的に形成すること、特に長距離にわたって安定的に形成することは困難であった。

　本発明者らは、鋭意検討を行い、以下の知見を得て本発明を想到した。本発明の知見について、以下に経緯とともに説明する。

　治具等を用いてステンレス箔２ａ・２ｂを押さえ込むとしても、レーザ溶接時の熱歪みによってシワが生じ易い。該シワが生じると、板間隙間が大きくなり溶接部３に穴あきなどの溶接不良が発生し得る。

　一方、レーザの照射を受けた側のステンレス箔の溶融により形成される溶融金属が、ステンレス箔同士の板間隙間を埋める。しかし、該板間隙間が広すぎると穴あき（溶け落ち）の不具合が生じ易い。特に、ステンレス鋼は、鉄やアルミニウムに比べて熱伝導率が小さいことから局所的な温度変化が生じ易く、そのため熱歪によるシワが発生し易い。加えて、例えばＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系のステンレス鋼を用いる場合、熱膨張係数が比較的大きいことから、レーザによって加熱された際の熱歪が大きく成り得る。

　本発明者らは、以下のように着想した。すなわち、レーザ溶接により形成される溶接部の幅（以下、溶接幅と称することがある）が広いと溶融金属量も多くなり、溶け落ち等の不具合を防止し得る。その一方で、溶接幅が広すぎると溶接部近傍に熱歪によるシワが生じ易く、局所的に板間隙間を増大させる要因となり得る。上記のような板厚の薄いステンレス箔２ａ・２ｂをレーザ溶接するにあたって、溶接時の溶け落ちや穴開きを防止するには、板間隙間を制御するのみならず、溶接幅を適切に管理することが重要であると推察した。

　そこで、本発明者らは、図２に示すような試験を行い、板間隙間および溶接幅の適切な条件について詳細に調べた。図２は、２枚のステンレス箔を板押え治具にて固定するとともに板間隙間を調節可能とした状態にて行ったレーザ溶接試験について説明するための図である。

　図２に示すように、支持台１１の上に、下側板押え治具１２ｂ、ステンレス箔１０ｂ、シム板１３、ステンレス箔１０ａ、および上側板押え治具１２ａをこの順に載置して試験を行った。シム板１３は、ステンレス箔１０ａおよびステンレス箔１０ｂに挟持されており、シム板１３の厚さを変化させることによって、ステンレス箔１０ａとステンレス箔１０ｂとの間の距離（板間隙間Ｇ１）を調節することができる。なお、当該試験において用いたステンレス箔１０ａ、およびステンレス箔１０ｂは、板間隙間Ｇ１をシム板１３の厚みに制御するため、シワのないステンレス箔を用いた。そのため、板間隙間Ｇ１は、シム板１３の厚さと略同一である。

　上側板押え治具１２ａには、ステンレス箔１０ａにレーザビームＬＢ１を照射するための溝１４ａが形成されている。下側板押え治具１２ｂには、溝１４ａに対応する位置に溝１４ｂが形成されている。この下側の溝１４ｂは、レーザビームＬＢ１の照射熱の伝熱により下側板押え治具１２ｂが溶解することを防止する。なお、溝１４ａおよび溝１４ｂは、実際は、紙面を貫く方向の手前側から奥側に連続して形成されている（図２のように断面で見た場合、矩形の開口部となる）。

　ステンレス箔（第１のステンレス箔）１０ａにレーザビームＬＢ１が照射されることにより、ステンレス箔１０ａおよびステンレス箔（第２のステンレス箔）１０ｂが互いにレーザ溶接されて、図中、２つのシム板１３の間の部分に溶接部（図示せず）が形成される。ここで、本明細書において、レーザビームＬＢ１が照射されたステンレス箔１０ａの面における、溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の上記溶接部の幅を溶接幅と称する。

　本発明者らは、種々の条件にて試験を行った結果、レーザ溶接時の板間隙間Ｇ１の増大を抑制するためには、熱変形を低減させる必要があり、溶接幅の上限を制御しなければならないことを見出した。また、一方で溶接幅を狭くしすぎると、ステンレス箔１０ａ（上板）の溶け落ちが生じてしまうということも見出した。

　そして、更なる検討の結果、ステンレス箔１０ａの板厚をｔとすると、上記板間隙間Ｇ１を１ｔ以下とし、レーザ溶接後の溶接幅が１ｔ～１０ｔの範囲となるようにレーザ溶接の条件を管理することによって、溶接部を安定的に形成できることを見出した。

　＜溶接方法＞
　本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法について、図３を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法に用いられるレーザ溶接装置の一例を示す図である。

　図３に示すように、本実施形態におけるレーザ溶接装置２０は、支持台１１の上に下側板押え治具２２を載置し、下側板押え治具２２と板押えローラ２３・２４とによってステンレス箔１０ａ・１０ｂを挟持した状態にて、レーザビームＬＢ２を照射するようになっている。

　板押えローラ２４は、レーザビームＬＢ２をステンレス箔１０ａに照射するための光路を形成するように、板押えローラ２３から離間して配置されている。

　図３に示す断面において、板押えローラ２３がステンレス箔１０ａに接触する位置と、板押えローラ２４がステンレス箔１０ａに接触する位置との間の距離（板押え間距離）Ｘは、適宜設定されてよく、例えば２．５ｍｍであってよい。また、板押え間距離Ｘは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってよい。

　また、板押えローラ２３および板押えローラ２４は、バネまたはゴム等の弾性体２５を介して押さえつけるとよい。或いは、板押えローラ２３および板押えローラ２４は、弾性体２５の代わりにまたは弾性体２５と組み合わせて、図示しない油圧シリンダまたは空圧シリンダが接続されていてもよい。この場合、油圧シリンダまたは空圧シリンダは、板押えローラ２３・２４に対してステンレス箔１０ａを押圧するように力を加える。

　そして、バネまたはゴム等の弾性体２５による押付け量またはバネ定数を変化させることにより板押えローラ２３および板押えローラ２４による押え力を調節してもよい。或いは、油圧シリンダまたは空圧シリンダを用いる場合では、圧力調整バルブを用いて油圧シリンダまたは空圧シリンダによる押え力を調整してもよい。このように、押え力を調節することにより板間隙間Ｇを調整することができる。

　本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法は、レーザビームＬＢ２を用いてステンレス箔１０ａ・１０ｂの重ね合わせ部をレーザ溶接する方法であって、ステンレス箔１０ａとステンレス箔１０ｂとの板間隙間Ｇが下記式（１）を満足するように、レーザ溶接する。
　Ｇ≦１ｔ・・・（１）
ここで、ｔは前記第１のステンレス箔の厚さである。

　そして、本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法は、上記式（１）を満足するとともに、さらに下記式（２）を満足するようにレーザ溶接する。
　１ｔ≦Ｗ≦１０ｔ・・・（２）
ここで、Ｗは、溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、ステンレス箔１０ａの表面における溶接部の幅である。

　上記の構成によれば、レーザ溶接の際に適正量の溶融金属によって板間隙間Ｇを埋めることができ、溶接部を安定して形成することができる。

　本実施形態における溶接方法では、複数回のレーザ照射ではなく１回のレーザ照射にてレーザ溶接を行うことによって、溶接部を形成する。

　なお、上記レーザ溶接装置は一例であって、本発明の一態様における溶接方法は、上述の板間隙間および溶接幅の条件を満たすようにレーザ溶接を行うことができればよい。レーザ溶接装置の具体的な態様は特に限定されるものではない。

　（ステンレス箔）
　ステンレス箔１０ａ・１０ｂはフェライト系ステンレス鋼であってもよく、その他のステンレス鋼種であってもよい。ステンレス箔１０ａ・１０ｂは、強度および成形加工性の観点から、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。該オーステナイト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が比較的大きいため熱歪の影響を大きく受ける。本溶接方法によれば、そのようなオーステナイト系ステンレス鋼のステンレス箔同士についても、安定してレーザ溶接を行うことができる。

　また、ステンレス箔１０ａ・１０ｂの厚さは、その強度の観点から、２０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましく、４０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、ステンレス箔１０ａ・１０ｂの厚さは、軽量化および溶接の安定性の観点から、１００μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。ステンレス箔１０ａ・１０ｂの厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

　より具体的に、ステンレス箔１０ａ・１０ｂは、強度、化学的安定性および成形加工性などの観点から、その引張強さが７００ＭＰａ以上であり、その伸びが４５％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼であることが好ましい。

　ステンレス箔１０ａ・１０ｂの引張強さは、上記強度の観点から、７００ＭＰａ以上であることが好ましく、７５０ＭＰａ以上であることがより好ましい。また、ステンレス箔１０ａ・１０ｂの引張強さの上限値は、入手の容易さなどの実現性の観点から適宜に決めることができ、例えば、９００ＭＰａ以下であることが好ましく、８００ＭＰａ以下であることがより好ましい。ステンレス箔１０ａ・１０ｂの引張強さは、引張試験によって測定することができ、例えば焼鈍または調質圧延によって調整することができる。

　ステンレス箔１０ａ・１０ｂの伸びは、上記成形加工性の観点から、４５％以上であることが好ましく、５５％以上であることがより好ましい。ステンレス箔１０ａ・１０ｂの伸びの上限値は、入手の容易さなどの実現性の観点から適宜に決めることができ、例えば、７５％以下であることが好ましく、７０％以下であることがより好ましい。ステンレス箔１０ａ・１０ｂの伸びは、引張試験によって測定することができ、例えば圧延した後に希ガスまたは非酸化性ガス（水素ガスなど）の雰囲気で焼鈍することによって高めることができる。

　また、ステンレス箔１ａ・１ｂは、溶接の安定性の観点から、ラミネートなどの樹脂層を表面に有さないことが好ましい。

　（溶接条件）
　レーザビームＬＢ１が照射されたステンレス箔１０ａは、レーザビームＬＢ１によって溶融したステンレス箔１０ａ（ステンレス箔１０ａのレーザビームＬＢ１によって溶融した部分を溶融金属と称する）が、重力によって垂下することによりステンレス箔１０ｂと接触する。次に、レーザビームＬＢ１の照射による熱が、溶融金属を介してステンレス箔１０ｂに伝播してステンレス箔１０ａおよびステンレス箔１０ｂが融合する。その後、急冷されて、凝固収縮することにより溶接される。そのため、板間隙間の大きさに比べ溶融金属の量が少ない場合では、溶融金属がステンレス箔１０ｂと接触する前にステンレス箔１０ａから溶け落ち、穴あきの要因となる。

　本実施形態の溶接方法では、板間隙間Ｇをステンレス箔１０ａの板厚ｔ以下にすることにより、溶融金属が下方に曲がるように垂れていき、ステンレス箔１０ｂ（下板）に接触するという現象が生じる安定性を高めることができる。

　また、溶接幅Ｗがステンレス箔１０ａの板厚ｔの１．０倍未満の場合、レーザが局所的に照射されることによって溶融部が狭くなりすぎ、板間隙間を埋めるための溶融金属を生成し難い。そして、溶接幅Ｗがステンレス箔１０ａの板厚ｔの１０倍を超えると、熱歪により深いシワが発生する。そのため、板間隙間が大きくなりすぎてステンレス箔１０ａの穴あきを誘発し得る。したがって、溶接幅Ｗは、ステンレス箔１０ａの板厚ｔの１．０倍以上１０倍以下の大きさとする。

　以上のような板間隙間Ｇおよび溶接幅Ｗの条件を共に満たすように、レーザ溶接を行うことによって、レーザ溶接部を安定して形成することができる。

　＜溶接構造体＞
　溶接構造体１について、図１および図４の（ａ）を用いて以下に説明する。図４の（ａ）は、溶接部３が延びる方向（溶接部３の延伸方向）に垂直な面で切ったときの断面を拡大して示す断面図である。

　図４の（ａ）に示す様に、上記断面において、レーザが照射された側のステンレス箔（第１のステンレス箔）１０ａの表面Ｓ１と、溶接部３との境界を２点特定することができる。特定された境界の間の距離が、溶接部３の溶接幅Ｗ１となる。

　また、溶接構造体１における板間隙間Ｇ１は、溶接部３の近傍のステンレス箔１０ａ・１０ｂの間の距離として特定する。これは、レーザ溶接を行う際のステンレス箔１０ａ・１０ｂの板間隙間について、レーザ溶接を行った後には、もはや直接的に知ることはできないためである。

　なお、溶接部３の近傍とは、例えば溶接部３から４０～８０μｍ離れた位置である。該位置は、溶接部３の両脇に存在するが、それぞれの位置における板間隙間が異なる場合、値が大きい方をレーザ溶接前の板間隙間Ｇとして採用できる。板間隙間Ｇ１は、上記断面を観察することにより直接的に計測してもよく、非接触光学式厚み計を用いて溶接部３の近傍を計測することにより得られた計測値からステンレス箔１０ａ・１０ｂの合計板厚を減じることにより測定してもよい。板間隙間Ｇ１は、溶接部３から４０～８０μｍの範囲内の複数箇所を測定して得られた結果を平均した平均値であってよい。或いは、板間隙間Ｇ１は、上記範囲内における測定結果のうち最大値を採用してもよい。

　（変形例１）
　上記実施の形態におけるステンレス箔の溶接方法では、レーザを照射する箇所のステンレス箔は２枚の構成となっていた。しかし、本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法は、これに限定されない。本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法は、２層のステンレス箔により構成された重ね合わせ部に適用することができる。

　例えば、一変形例におけるステンレス箔の溶接方法は、１枚のステンレス箔を折り曲げること、または円筒形状に湾曲させることによって形成される重ね合わせ部を溶接する場合に適用することもできる。上記重ね合わせ部は、１枚のステンレス箔における一方の第１の端部付近と、該第１の端部の反対側の第２の端部付近とが重なり合うことにより形成される。この場合、上記第１の端部付近が第１のステンレス箔となり、上記第２の端部付近が第２のステンレス箔となる。

　本発明の実施例について以下に説明する。
　ステンレス箔として、寸法１６５ｍｍ×２２０ｍｍ、板厚２０、４０、６０、８０、１００μｍのＳＵＳ３０４のＢＡ材を用いた。
　（実施例１）
　溶接前の板間隙間を変えてレーザ溶接を行った試験（図２参照）の結果について、図４を用いて説明する。図４は、溶接部の断面が観察可能となるように処理を行った観察用試料について、光学顕微鏡を用いて上記断面を観察した様子について示す模式図である。図４の（ａ）～（ｃ）は、板厚が４０μｍのステンレス箔１０ａおよびステンレス箔１０ｂを用いて、それぞれ板間隙間Ｇ１が１０μｍ、８０μｍ、４０μｍの場合の結果について示す図である。また、図４の（ｄ）は、板厚が４００μｍのステンレス箔１８ａおよびステンレス箔１８ｂを用いて、板間隙間Ｇ１が１２０μｍの場合の参考例の結果について示す図である。ここで、図４に示す断面は、レーザ溶接部が延びる方向（延伸方向）に垂直な面で切ったときの断面である。なお、図４で網掛けを施した部位は、ステンレス箔の内、レーザ溶接により溶融した部位である。

　図４の（ａ）に示すように、板間隙間Ｇ１を１０μｍ（ステンレス箔１０ａの板厚ｔの板間隙間に対する板厚比０．２５ｔ）として試験した結果、均整のとれた形状のレーザ溶接部１５ａが形成された。図４の（ｃ）に示すように、板間隙間Ｇ１を４０μｍ（ステンレス箔１０ａの板厚ｔの板間隙間に対する板厚比１．０ｔ）として試験した結果、レーザ溶接部１６ｂが形成された。
　一方で、図４の（ｂ）に示すように、板間隙間Ｇ１を８０μｍ（ステンレス箔１０ａの板厚ｔの板間隙間に対する板厚比２．０ｔ）として試験した結果、ステンレス箔１０ａが溶け落ち、レーザ溶接部を形成することができなかった。これは、板間隙間Ｇ１が溶融金属の延展できる範囲を超えたため、溶融金属が溶け落ちたと考えられる。つまり、図４の（ｃ）に示すようなレーザ溶接部１６ｂとステンレス箔１０ａの表面Ｓ１との境界を示す境界点１７ａ・１７ｂにて溶融金属を支えきれず、溶け落ちると推察される。
　また、板厚が４００μｍのステンレス箔１８ａおよびステンレス箔１８ｂを用いた場合の参考例では、図４の（ｄ）に示すように、レーザ溶接により穴あきが発生した。この場合、板間隙間Ｇ１は１２０μｍであり、ステンレス箔１８ａの板厚ｔの板間隙間に対する板厚比は０．３ｔとなっている。この参考例では、板厚が４００μｍと厚いためステンレス箔の熱容量が大きい。そのため、レーザ溶接時に溶融状態が比較的長く続き、溶融金属が垂れてしまって穴あきが生じる。
　図４の（ａ）に示す実施例と図４の（ｄ）に示す参考例とを比較すると、板厚比が同程度であっても、板厚が小さい場合は溶け落ちが生じることなく健全な溶接部を形成することができ、その一方で、板厚４００μｍの厚いステンレス箔の場合は穴あきが生じ得ることがわかる。
　（実施例２）
　前述したレーザ溶接装置（図３参照）を用いてレーザ溶接することにより溶接部を形成した。レーザビームＬＢ２は、焦点位置をステンレス箔１０ａの表面とし、レーザスポット径はφ３０、１００、２００μｍ、レーザ出力は３００Ｗ以下とした。溶接速度は最大１２．５ｍ／ｍｉｎとした。板押え間距離は２．５ｍｍとした。

　表１は、板間隙間Ｇ１を１ｔに固定した場合における溶接幅Ｗ１とステンレス箔の板厚ｔとの関係を示す表である。

　溶接幅Ｗ１の調整は以下のように行った。すなわち、レーザビームＬＢ１のスポット径をφ３０μｍ、１００μｍ、２００μｍに変化させるとともに、レーザ出力を３００Ｗ以下、溶接速度を１２．５ｍ／ｍｉｎ以下の範囲にて種々変化させて調整した。

　上記表１では、レーザ照射側の板（上板）であるステンレス箔１０ａに穴が開いたり溶け落ちが生じたりした条件に×印を付している。また、ステンレス箔１０ａに穴が開くことなくレーザ溶接部を形成することができた条件に○印を付している。また、板厚に対する溶接幅の長さの比（板厚比）を示している。

　いずれの板厚ｔの条件においても、溶接幅Ｗ１が１０ｔを超えると不適であった。これは、熱歪により深いシワが発生することによって、板間隙間が大きくなりすぎてステンレス箔１０ａの穴開きを誘発したと考えられる。また、溶接幅Ｗ１が１ｔ未満の場合も不適であった。これは、レーザが局所的に照射されることによって溶融部が狭くなりすぎ、板間隙間１ｔを埋めるための溶融金属を生成することができず、ステンレス箔１０ａに穴が開いたと考えられる。
　（実施例３）

　次に、板厚ｔが２０、４０、６０、８０、１００μｍのステンレス箔１０ａについて、溶接部の種々の位置における板間隙間Ｇを測定するとともに穴あきの有無を調べた。また、参考例として、板厚ｔが４００μｍのステンレス箔１８ａについても試験を行い、穴開きの有無を評価した。結果をまとめて表２に示す。

　表２に示すように、板間隙間Ｇが１ｔ以下の場合、上板の溶け落ちが生じることなく、穴開きは発生しなかった（本発明例）。一方で、板間隙間Ｇが１ｔを超えると、上板の溶け落ちが生じることによって穴開きが発生した（比較例）。

　また、板厚ｔが４００μｍのステンレス箔（Ｎｏ．２２および２３の参考例）の場合、板間隙間Ｇが０．８ｔの条件であっても穴開きが生じることがあった。これは、本発明例である板厚ｔが２０～１００μｍのステンレス箔の場合とは異なる結果である。本発明例では、板間隙間Ｇが０．８ｔの場合であっても、正常に溶接することができる。

　この理由は、参考例のように板厚が厚い場合、熱容量が大きくレーザ溶接時に抜熱しにくいため金属の溶融状態が本発明例に比べて長く続くことから、溶融金属が垂れて穴あきを生じ易いためであると考えられる。

　（参考例：板間隙間）
　また、本発明例との比較のために、板厚ｔが４００μｍの参考例について、板間隙間がさらに小さい場合におけるレーザ溶接部の穴あきの有無を調査する試験を行った。具体的には、溶接幅Ｗが３．５ｔの条件にて板間隙間を１１０μｍ～２００μｍ、すなわち板厚比０．２８ｔ～０．５ｔとした場合について試験した。結果を表３に示す。

　表３に示すように、板厚ｔが４００μｍのステンレス箔を用いる場合、板厚比０．２８ｔでは穴あきが生じなかったものの（Ｎｏ．３１）、０．２８ｔよりも大きい板厚比では穴開きが生じた（Ｎｏ．３２～３４）。

　以上の結果を総括すると、本発明例では板厚が２０～１００μｍという薄い材料を対象としており、溶融状態での熱容量が小さいことから、溶融金属の冷却が早く、かつ熱影響部は収縮を伴って凝固してレーザ溶接部を形成する。そのため、板間隙間Ｇの板厚比が１．０ｔと大きい場合であっても、また溶接幅Ｗが１０ｔと大きい場合であっても、穴あきを生じることなくレーザ溶接部を形成することができる。換言すれば、本発明例では、板厚が薄いことによって熱容量が小さいこと等の理由により、例えば４００μｍのような板厚のステンレス箔を用いる場合とは明確に異なる現象が生じている。よって、従来技術に基づいて、本発明の板間隙間および溶接幅の条件範囲（技術的思想）には容易に想到し得ないことがわかる。

　（気密性評価）
　袋状に３辺をレーザ溶接した溶接構造体１（図１参照）を作成し、外観検査にて問題の無かった（穴あきが生じなかった）試料を供試材とした。供試材の内部に赤色浸透液を充填し、漏れの発生の有無を調べた。その結果、外観観察で問題のなかった供試材は、１時間経過後も漏れが発生せず、溶接部が気密性を有していることが確認された。

　本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池に好適に利用することができる。例えば、電気自動車等の車両に搭載される二次電池、各種電子機器に搭載される二次電池、等に利用することができる。

１　溶接構造体
２ａ、２ｂ、１０ａ、１０ａ・１０ｂ、１０ｂ、１８ａ、１８ｂ　ステンレス箔
３　溶接部
１１　支持台
１２ａ　上側板押え治具
１２ｂ　下側板押え治具
１３　シム板
１４ａ、１４ｂ　溝
１５ａ、１６ａ　レーザ溶接部
１７ａ、１７ｂ　境界点
２３、２４　板押えローラ
２５　弾性体
ＬＢ１、ＬＢ２　レーザビーム
Ｓ１　ステンレス箔１０ａの表面
ｔ　板厚
Ｗ１　溶接幅

Claims (4)

1. 　ステンレス箔の重ね合わせ部をレーザ照射することにより溶接するステンレス箔の溶接方法であって、
   　前記重ね合わせ部を構成する２層のステンレス箔のうち、レーザが照射される側のステンレス箔を第１のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第２のステンレス箔とすると、
   　前記第１のステンレス箔と前記第２のステンレス箔との板間隙間Ｇが下記式（１）を満足し、かつ、
   　前記レーザの照射によって形成されるレーザ溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第１のステンレス箔の表面における前記レーザ溶接部の幅Ｗが下記式（２）を満足する様にレーザ溶接することを特徴とする溶接方法。
   　Ｇ≦１ｔ・・・（１）
   　１ｔ≦Ｗ≦１０ｔ・・・（２）
   　（ここで、
   　　　ｔ：前記第１のステンレス箔の厚さ）
2. 　前記第１および第２のステンレス箔は、板厚が２０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
3. 　ステンレス箔の重ね合わせ部がレーザ溶接された溶接部を備える溶接構造体であって、
   　前記重ね合わせ部を構成する２層のステンレス箔のうち、レーザを照射された側のステンレス箔を第１のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第２のステンレス箔とすると、
   　前記溶接部は、該溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、
   　　該溶接部の近傍における前記第１のステンレス箔と前記第２のステンレス箔との板間隙間Ｇが下記式（１）を満足するとともに、
   　前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第１のステンレス箔の表面における前記溶接部の幅Ｗが下記式（２）を満足するように形成されていることを特徴とする溶接構造体。
   　Ｇ≦１ｔ・・・（１）
   　１ｔ≦Ｗ≦１０ｔ・・・（２）
   　（ここで、
   　　　ｔ：前記第１のステンレス箔の厚さ）
4. 　前記第１および第２のステンレス箔は、板厚が２０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の溶接構造体。

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