ビーム溶接装置、及びビーム溶接方法
【課題】パワー出力を低減しつつ、確実に溶接を行うことが可能なビーム溶接装置及びビーム溶接方法を提供する。
【解決手段】リッド１０ａとパッケージ１０ｂを備えるワークに対してレーザビームＬＢ２又は電子ビームを照射することによってワークが封止されるように溶接を行う方法であって、リッドとパッケージの双方同時にビームスポットがかかる位置にビームを照射する。これにより、リッドの側面が溶融すると共に、パッケージの温度上昇によってリッドの底面が効果的に溶融し、さらにパッケージ自体が加熱されることによって、パッケージのシール面の濡れ性が向上する。したがって、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。また、リッド上の熱の拡散が抑制されるため、ビームのパワー出力を低減することが可能となる。
【解決手段】リッド１０ａとパッケージ１０ｂを備えるワークに対してレーザビームＬＢ２又は電子ビームを照射することによってワークが封止されるように溶接を行う方法であって、リッドとパッケージの双方同時にビームスポットがかかる位置にビームを照射する。これにより、リッドの側面が溶融すると共に、パッケージの温度上昇によってリッドの底面が効果的に溶融し、さらにパッケージ自体が加熱されることによって、パッケージのシール面の濡れ性が向上する。したがって、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。また、リッド上の熱の拡散が抑制されるため、ビームのパワー出力を低減することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対してビームを照射することによって溶接を行うビーム溶接装置、及びビーム溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光デバイス素子や水晶振動子などのパッケージ封止において、リッド（蓋）に対してレーザビームを照射することによって、リッドとパッケージとを溶接（即ち、レーザ溶接）することが行われている。例えば、特許文献１及び２には、リッドの外周付近にレーザビームを照射することによって溶接を行うレーザ溶接装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４１４２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、主に、リッドのみにレーザビームを照射していたため、レーザビームの照射による熱がリッド上で拡散することによって、レーザビームのパワー出力を無駄に消費してしまう場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、パワー出力を低減しつつ、確実に溶接を行うことが可能なビーム溶接装置及びビーム溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置であって、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項７に記載の発明は、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法であって、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好適な実施形態では、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置は、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備える。
【０００９】
上記のビーム溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームや電子ビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う。具体的には、ビーム溶接装置はビーム照射手段を備え、リッドとパッケージの両方に対して同時にビームを照射する。詳しくは、ビーム照射手段は、リッドにビームが照射される位置と、パッケージにビームが照射される位置とが近傍に位置するようにビームを照射する。これにより、リッドの側面が溶融すると共に、パッケージの温度上昇がリッドに伝達されることによってリッドの底面が効果的に溶融する。この場合、リッドとパッケージとの溶接部分の面積が広くなる。また、パッケージ自体が加熱されることによって、パッケージのシール面の濡れ性が向上する。したがって、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。更に、リッドの端部にビームを照射した場合には、リッド上の熱の拡散が抑制されるため、即ちビームによるリッドの温度上昇を効率的に溶接に用いることができるため、ビームのパワー出力を低減することが可能となる。
【００１０】
上記のビーム溶接装置において好適には、前記ビーム照射手段は、前記ビームを出射するビーム出射部と、前記ビーム出射部から出射されたビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、を備え、前記照射位置変更部は、前記リッドと前記パッケージの両方に前記ビームによるビームスポットが形成されるように、前記ビームを照射する位置を変更する。この場合、照射位置変更部は、リッドの外周の端部からはみ出るようにビームを照射することによって、リッドとパッケージの両方にビームスポットを形成させる。
【００１１】
上記のビーム溶接装置の一態様では、前記照射位置変更部は、前記パッケージの温度上昇を利用することによって、前記ビームのパワー出力を小さくしても前記ワークの溶接が十分に行われるような位置に前記ビームスポットを形成する。これにより、ビームのパワー出力を適切に低減しつつ、確実なワークの溶接を行うことが可能となる。
【００１２】
好適には、前記照射位置変更部は、前記リッドの厚さ、前記ビームの幅、及び前記ビームの貫通力に基づいて、前記ビームスポットを形成する位置を決定することができる。
【００１３】
上記のビーム溶接装置の他の一態様では、前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行う。これにより、封止する際に生じるリッドとパッケージとの位置ずれや、リッドの溶け出しなどに因るリッドとパッケージとの浮きや、ワークを搬送する際の振動や衝撃に因るリッドとパッケージとの位置ずれなどを防止することができる。即ち、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。
【００１４】
上記のビーム溶接装置の他の一態様では、磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定する。これにより、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法は、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備える。上記のビーム溶接方法によっても、ビームのパワー出力を低減しつつ、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００１７】
［レーザ溶接装置の構成］
まず、本実施例に係るレーザ溶接装置の構成について説明する。
【００１８】
図１は、本実施例に係るレーザ溶接装置１００の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置１００は、主に、レーザビーム出射装置３５と、ガルバノヘッド３６と、トレイ２０を備える。レーザ溶接装置１００は、トレイ２０上に載置された複数のワーク１０に対して溶接を行う装置である。なお、図１中の白抜き矢印は、レーザビームの進行する方向を示している。
【００１９】
ここで、ワークの具体的な構成と、ワークが載置されたトレイ２０の状態について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は、ワーク１０を拡大して示した図である。具体的には、図２（ａ）は、ワーク１０の上面図を示し、図２（ｂ）はワークの側面図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）中の切断線Ａ１−Ａ２に沿った断面図を示している。ワーク１０は、板状のリッド１０ａと、箱状のパッケージ１０ｂと、電子部品１０ｃと、を備える。具体的には、リッド１０ａは、Ｎｉメッキを施したコバール材、４２アロイ材、ステンレス材又はＡｇロークラッド材などからなる金属材料で構成されている。パッケージ１０ｂは、リッド１０ａと接触する面（以下、「シール面」とも呼ぶ。）に、Ａｕなどによってメッキ（例えば、Ｎｉ−Ａｕメッキなど）を施したセラミック材料で構成される。また、リッド１０ａの外形は、パッケージ１０ｂの外形よりも小さい。これは、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して載置したときに、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対してはみ出してしまうことを抑制するためである。
【００２１】
電子部品１０ｃは、水晶素子や半導体素子などの素子や圧電体などを有しており、パッケージ１０ｂ内に収納される。前述したレーザ溶接装置１００は、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対してレーザビームを照射する。これにより、リッド１０ａが溶融してパッケージ１０ｂに対して溶接されることにより、ワーク１０が封止される。
【００２２】
図３は、ワーク１０が載置されたトレイ２０の状態の具体例を示す図である。具体的には、図３（ａ）はワーク１０が載置されたトレイ２０の上面を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に沿った断面図を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、複数のワーク１０は、トレイ２０に形成された複数の溝２０ｘ内に載置される。例えば、トレイ２０には、６００個程度のワーク１０が載置される。
【００２３】
図１に戻って、レーザ溶接装置１００について説明を行う。レーザビーム出射装置３５は、レーザビームＬＢ１を出射し、このレーザビームＬＢ１をガルバノヘッド３６に対して照射する。ガルバノヘッド３６は、レーザビームＬＢ１を受光し、当該レーザビームＬＢ１を照射する位置を変更する。具体的には、ガルバノヘッド３６は、トレイ２０上のワーク１０を画像計測するカメラや、画像計測結果に基づいて照射する位置を補正する位置補正機構や、レーザビームを走査する走査機構や、レーザビームを反射するミラーや、レーザビームを集光する集光レンズなどを備える。ガルバノヘッド３６から出射されたレーザビームＬＢ２がワーク１０に対して照射されることにより、ワーク１０の溶接が行われる。このように、レーザビーム出射装置３５及びガルバノヘッド３６は、ビーム照射手段として機能する。具体的には、レーザビーム出射装置３５はビーム出射部として機能し、ガルバノヘッド３６は照射位置変更部として機能する。
【００２４】
なお、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態にあるワーク１０に対して、ワーク１０を封止するための溶接を行う。この仮付けについては、詳細は後述する。更に、本実施例では、トレイ２０の下に磁石を有するマグネットベッドが挿入されており、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定する。即ち、磁石によって上記のように固定した状態で、封止するための溶接を行う。なお、磁石を用いた固定方法については、詳細は後述する。
【００２５】
［レーザ溶接方法］
次に、本実施例に係るレーザ溶接方法について説明する。本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対して同時にレーザビームＬＢ２を照射する。詳しくは、リッド１０ａにレーザビームＬＢ２が照射される位置と、パッケージ１０ｂにレーザビームＬＢ２が照射される位置とが近傍に位置するようにレーザビームＬＢ２を照射する。
【００２６】
図４は、本実施例に係るレーザ溶接方法の基本概念を説明するための図である。図４（ａ）は、ワーク１０の上面図を示している。図４（ａ）に示すように、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対して同時にレーザビームＬＢ２を照射する。具体的には、ガルバノヘッド３６は、レーザビームＬＢ２によるビームスポット３０が、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に形成されるようにレーザビームＬＢ２を照射する。言い換えると、ガルバノヘッド３６は、ビームスポット３０がリッド１０ａの外周の端部からはみ出るようにレーザビームＬＢ２を照射する。なお、レーザビーム出射装置３５は、リッド２０ａに形成されるビームスポット３０の位置にレーザビームＬＢ２の焦点が位置するようなレーザビームＬＢ１を出射する。
【００２７】
図４（ｂ）は、図４（ａ）中の切断線Ｄ１−Ｄ２に沿った断面図を示しており、リッド１０ａが溶融する前の状態を示している。一方、図４（ｃ）は、図４（ａ）中の切断線Ｄ１−Ｄ２に沿った断面図を示しており、リッド１０ａが溶融した後の状態を示している。図４（ｃ）より、矢印４９で示すように、リッド１０ａの外周の端部が形成する角が丸まるように溶融していることがわかる。この場合、リッド１０ａの側面１０ａａにおけるＮｉメッキが溶融している。一方、パッケージ１０ｂは、レーザビームＬＢ２が照射されることによって加熱され、この熱をリッド１０ａの底面１０ａｂに対して伝達する。これにより、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射する場合よりも、リッド１０ａの底面１０ａｂにおけるＮｉメッキは即座に溶融する。
【００２８】
このように、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対してレーザビームＬＢ２を照射することにより、リッド１０ａの側面１０ａａと底面１０ａｂにおけるＮｉメッキが効果的に溶融する。この場合、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの溶接部分の面積が広くなる。また、パッケージ１０ｂ自体が加熱されることによって、パッケージ１０ｂのシール面の濡れ性が向上する。以上より、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを確実に溶接することができる。更に、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、パッケージ１０ｂに直接レーザビームＬＢ２を照射することによるパッケージ１０ｂの温度上昇を利用して、リッド１０ａの底面を溶融することができるため、レーザビーム出射装置３５が出射するレーザビームＬＢ１のパワー出力を低減することが可能となる。
【００２９】
ここで、図５を用いて、本実施例に係るレーザ溶接方法と、一般的に行われるレーザ溶接方法とを比較する。図５は、ワーク１０の上面図を示しており、レーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）では、レーザビームＬＢ２におけるパワー出力は同一である。
【００３０】
図５（ａ）は、本実施例に係るレーザ溶接方法を示している。本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方にレーザビームＬＢ２を照射する。そのため、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂの両方に、ビームスポット３０が形成されている。破線領域３１は、ビームスポット３０を形成した際のレーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。一方、図５（ｂ）は、一般的に行われるレーザ溶接方法を示している。この場合には、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射している。そのため、リッド１０ａのみにビームスポット３２が形成されている。破線領域３３は、ビームスポット３２を形成した際のレーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。
【００３１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）より、破線領域３３の面積は、破線領域３１の面積よりも大きいことがわかる。このようになる理由は、以下の通りである。本実施例に係るレーザ溶接方法では、リッド１０ａの外周の端部にレーザビームＬＢ２を照射しているので、熱がリッド１０ａの厚さ方向にも拡散していくため、リッド１０ａの照射面の水平方向への熱の拡散が抑制される。この場合には、リッド１０ａの溶接箇所に、熱が伝達される速度は速い。これに対して、一般的に行われるレーザ溶接方法では、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射するため、リッド１０ａの照射面の水平方向へ大きく熱が拡散していく。この場合には、リッド１０ａの溶接箇所に、熱が伝達される速度は遅い。
【００３２】
以上より、本実施例に係るレーザ溶接方法は、一般的に行われるレーザ溶接方法と比較すると、リッド１０ａの溶接箇所に熱が伝達される速度が速い。また、本実施例に係るレーザ溶接方法は、リッド１０ａ上の熱の拡散が抑制されるため、レーザビームＬＢ２によるリッド１０ａの温度上昇を効率的に溶接に用いることができる。したがって、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、一般的に行われるレーザ溶接方法と比較すると、レーザビーム出射装置３５が出射するレーザビームＬＢ１のパワー出力を小さくすることができる。
【００３３】
ここで、ビームスポット３０を形成させる位置、言い換えるとリッド１０ａの外周の端部に対してビームスポット３０の中心を位置させる場所、を決定する方法について説明する。
【００３４】
本実施例では、パッケージ１０ｂから伝達される熱を最大限利用しつつ、できる限り小さなパワー出力のレーザビームＬＢ１によって、ワーク１０の溶接が適切に行われるようにビームスポット３０を形成させる位置を決定する。具体的には、リッド１０ａの厚みや、ビームスポット３０の幅や、レーザビームＬＢ２の貫通力などを考慮に入れて、ビームスポット３０を形成させる位置を決定する。この場合、レーザビームＬＢ２の貫通力はリッド１０ａの厚みに応じて決められると共に、ビームスポット３０の幅はレーザビームＬＢ２の貫通力に応じて変動するため、これらの相対的関係を考慮に入れてビームスポット３０を形成させる位置を決定することが好ましい。更に、レーザビーム出射装置３５から出射されるレーザビームＬＢ１の断面において、位置によってエネルギーが変わる場合には、即ちビームスポット３０における位置によって熱エネルギーが変わる場合には、これも考慮してビームスポット３０を形成させる位置を決定することが好ましい。例えば、リッド１０ａに形成されるビームスポットの面積と、パッケージ１０ｂに形成されるビームスポットの面積の比が、「７：３」となるような位置にビームスポット３０を形成させる。
【００３５】
［仮付け溶接方法］
ここで、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの仮付けについて説明する。なお、本明細書では、「仮付け」とは、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止する前に行う仮の接着をいう。
【００３６】
本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態にあるワーク１０に対して、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止するための溶接（以下、「封止溶接」とも呼ぶ。）を行う。詳しくは、封止溶接を行う前に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを仮付けするための溶接（以下、「仮付け溶接」とも呼ぶ。）を行う。具体的には、仮付け溶接は、封止溶接されるリッド１０ａ上のエリアの一部分に対して溶接を行う。
【００３７】
仮付け溶接を行うのは、封止溶接時に生じるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれや、リッド１０ａの溶け出しなどに因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの浮きや、ワーク１０を搬送する際の振動や衝撃に因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれなどを防止するためである。即ち、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの封止溶接を適切に行うために、封止溶接前に仮付け溶接を行う。
【００３８】
図６を用いて、本実施例に係る仮付け溶接方法について説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ワーク１０の上面図を示している。図６（ａ）は、レーザビーム又は電子ビームによる仮付け溶接の具体例を示している。この場合、リッド１０ａの４隅の点４０にレーザビーム又は電子ビームを照射して仮付け溶接を行っている。詳しくは、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対してレーザビーム又は電子ビームを照射することによって、仮付け溶接を行う。
【００３９】
図６（ｂ）は、シーム溶接などの抵抗溶接による仮付け溶接の具体例を示している。この場合、リッド１０ａの対向する２辺４１に抵抗溶接を行っている。このような２辺４１の仮付け溶接は、一対のローラ電極などによって押し付け溶接又は転がり溶接を行うことによって形成される。
【００４０】
一般的にビーム溶接では、上記した仮付け溶接を封止溶接前に行わずに、封止溶接を行う際に治具などを用いて、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置決めと固定や、パッケージ１０ｂへのリッド１０ａの押し付けを行っている。この場合、リッド１０ａの外周部分を治具で押さえるので、リッド１０ａの内側に封止溶接を行う必要がある。そのため、治具を用いる方法では、パッケージ１０ｂのシール幅（壁幅）が必要になり、パッケージ１０ｂの内容積が狭くなって小型のパッケージ１０ｂへの対応が困難となったり、リッド１０ａのマーキングスペースが狭くなったりする場合がある。また、治具の取り付け作業なども必要である。
【００４１】
これに対し、本実施例では、仮付け溶接を行ったワーク１０に対して封止溶接を行うため、リッド１０ａの外周を溶接することができる（即ち、治具で押さえる部分を確保する必要がない）ため、パッケージ１０ｂのシール幅を狭くすることができる。そのため、本実施例に係る仮付け溶接を行うことにより、パッケージ１０ｂの内容積を広く確保することができ、小型のパッケージ１０ｂへの対応が容易であると共に、リッド１０ａのマーキングスペースを広く確保することができる。また、治具が不要であるため、治具の取り付け作業などを行う必要がない。以上より、本実施例に係る仮付け溶接によれば、簡便な作業によって、適切に封止溶接を行うことが可能となる。
【００４２】
なお、仮付け溶接は上記したレーザ溶接装置１００が行ってもよいし、他の装置が仮付け溶接を行い、仮付け溶接されたワーク１０をレーザ溶接装置１００に対して供給してもよい。レーザ溶接装置１００が仮付け溶接を行う場合には、レーザ溶接装置１００は仮付け溶接を実行する仮付け溶接機構などを備える。
【００４３】
また、レーザビームを用いて仮付け溶接を行う場合には、レーザビームのレーザパワーを、封止溶接時に設定するレーザパワーＬＢ１よりも弱く設定することが好ましい。こうするのは、仮付け溶接を確実に行うと共に、仮付け溶接によるリッド１０ａの溶け過ぎを防止するためである。
【００４４】
［磁石による固定方法］
ここで、磁石を用いてリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定する方法について説明する。本実施例では、封止溶接を行う際に、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定する。こうするのは、封止溶接時に、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して動かなくすると共に、ワーク１０がトレイ２０に対して動かなくするためである。なお、前述したように、封止溶接時にワーク１０は仮付け溶接された状態にあるが、本実施例では、封止溶接時におけるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定を更に確実にするために磁石を用いて固定を行っている。例えば、封止溶接時には仮付け部分が溶融するためリッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して移動し易くなるが、磁石を用いて固定を行うことにより、このような移動を確実に抑制することが可能となる。また、封止溶接時に、ワーク１０がトレイ２０に対して移動することを抑制することが可能となる。
【００４５】
図７は、磁石による固定方法を説明するための図である。図７（ａ）は、ワーク１０、トレイ２０、マグネットベッド４６、及びステージ２３の断面図（図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に対応する線分による断面図）を示している。マグネットベッド４６は、複数の磁石４５が設けられており、トレイ２０の下に配置されている。複数の磁石４５は、トレイ２０がマグネットベッド４６上に載置された状態において、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対向する位置に設けられている。また、磁石４５は矩形形状を有していると共に、磁石４５の大きさは、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂの大きさと概ね同一である。更に、磁石４５は、ワーク１０がトレイ２０に載置された状態において、ワーク１０の中心と磁石４５の中心が概ね一致するような位置に配置されている。
【００４６】
リッド１０ａは、前述したような金属材料で構成されているため、磁石４５によって白抜き矢印で示すような磁力を受ける。これに対して、パッケージ１０ｂは、セラミック材料で構成されているため磁力は受けない。したがって、リッド１０ａが磁力を受けることによって、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して付勢されて、リッド１０ａはパッケージ１０ｂに対して固定されると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂはトレイ２０に対して固定される。
【００４７】
図７（ｂ）は、図７（ａ）中の矢印Ｃ方向からマグネットベッド４６を観察した図であり、マグネットベッド４６の一例を示す図である。図７（ｂ）に示すように、磁石４５のＮ極とＳ極とが形成する軸の方向がマグネットベッド４６の水平方向に一致するように、マグネットベッド４６に磁石４５を配置している。具体的には、磁石４５のＮ極とＳ極が隣り合うように磁石４５を横方向に配置し、縦方向にも磁石４５のＮ極とＳ極が隣り合うように配置する。このように磁石４５を配置することにより、磁石４５に対向する位置（即ちワーク１０が載置される位置）に及ぼす磁力が概ね均一になるため、マグネットベッド４６にトレイ２０を載置する際に、トレイ２０上のワーク１０が磁力によって反転などしてしまうことを抑制することができる。
【００４８】
一般的にビーム溶接では、上記したような磁石４５による固定を行わずに、治具を用いて機械的にリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂを押え付けて封止溶接する方法が行われている。この場合には、複雑な形状（即ちリッド１０ａとパッケージ１０ｂの形状に適合する形状）を有する治具が必要であると共に、溶接する際にはそれらの治具を組む必要がある。更に、治具を用いて固定する方法の他に、パッケージ１０ｂに搭載したリッド１０ａの表面をガラス板で押え付けて固定する方法が一般的に行われているが、この方法を用いた場合にはガラス板に付着した汚れを除去する手間が必要となる。
【００４９】
これに対し、本実施例では、治具やガラス板を用いる代わりに磁石４５を用いているため、手間を要せず、且つ簡便な作業によって、封止溶接時にリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定することができる。また、治具を用いて固定する場合、治具で押さえていないリッド１０ａの内側にレーザビームなどを照射する必要があるため、シール幅の狭い小型のパッケージ１０ｂに対応することは困難であるが、本実施例に係る磁石４５を用いた固定方法によれば、機械的に固定を行わないため（即ちリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対して直接接触しないため）、レーザビームの照射を妨げることがないので、シール幅の狭い小型のパッケージにも対応することができる。
【００５０】
［変形例］
以下で、本発明の変形例に係るレーザ溶接装置について説明する。
【００５１】
第１の変形例に係るレーザ溶接装置は、リッド１０ａの外周を画像処理し、この画像処理結果に基づいてガルバノヘッドがレーザビームを照射する位置を位置補正することができる。これにより、リッド１０ａの外周の端部に正確にレーザビームを照射することができ、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを更に確実に溶接することが可能となる。
【００５２】
第２の変形例に係るレーザ溶接装置は、レーザビーム出射装置を２つ有し、一方のレーザビーム出射装置はリッド１０ａに対して照射するためのレーザビームを出射し、他方のレーザビーム出射装置はパッケージ１０ｂを加熱するために用いるレーザビームを出射する。この場合、パッケージ１０ｂを加熱するために用いるレーザビームを受光するガルバノヘッドは、リッド１０ａに形成されているビームスポット近傍のパッケージ１０ｂにレーザビームが照射されるように、照射位置の変更を行う。
【００５３】
なお、本発明は、レーザビームを用いて溶接を行う装置（レーザ溶接装置）対する適用に限定はされない。本発明は、電子ビームを用いて溶接を行う装置に対しても適用することができる。
【００５４】
なお、本発明は、Ｎｉなどによってメッキしたリッド１０ａに対する適用に限定はされず、Ｎｉ以外のロー材を用いたリッドに対しても適用することができる。
【００５５】
以上のように、本実施例に係るレーザ溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う装置であり、溶接を行う際に、リッドとパッケージの両方に対して同時にレーザビームを照射するレーザビーム出射装置及びガルバノヘッドを備える。これにより、レーザビームのパワー出力を低減しつつ、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】ワークの具体的な構成を示す図である。
【図３】ワークが載置されたトレイの状態を示す図である。
【図４】本実施例に係るレーザ溶接方法を説明するための図である。
【図５】本実施例に係るレーザ溶接方法と、一般的に行われるレーザ溶接方法とを比較するための図である。
【図６】仮付け溶接方法を説明するための図である。
【図７】磁石を用いた固定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ ワーク
１０ａ リッド
１０ｂ パッケージ
２０ トレイ
３０ ビームスポット
３５ レーザビーム出射装置
３６ ガルバノヘッド
１００ レーザ溶接装置
ＬＢ１、ＬＢ２ レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対してビームを照射することによって溶接を行うビーム溶接装置、及びビーム溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光デバイス素子や水晶振動子などのパッケージ封止において、リッド（蓋）に対してレーザビームを照射することによって、リッドとパッケージとを溶接（即ち、レーザ溶接）することが行われている。例えば、特許文献１及び２には、リッドの外周付近にレーザビームを照射することによって溶接を行うレーザ溶接装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４１４２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、主に、リッドのみにレーザビームを照射していたため、レーザビームの照射による熱がリッド上で拡散することによって、レーザビームのパワー出力を無駄に消費してしまう場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、パワー出力を低減しつつ、確実に溶接を行うことが可能なビーム溶接装置及びビーム溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置であって、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項７に記載の発明は、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法であって、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好適な実施形態では、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置は、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備える。
【０００９】
上記のビーム溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームや電子ビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う。具体的には、ビーム溶接装置はビーム照射手段を備え、リッドとパッケージの両方に対して同時にビームを照射する。詳しくは、ビーム照射手段は、リッドにビームが照射される位置と、パッケージにビームが照射される位置とが近傍に位置するようにビームを照射する。これにより、リッドの側面が溶融すると共に、パッケージの温度上昇がリッドに伝達されることによってリッドの底面が効果的に溶融する。この場合、リッドとパッケージとの溶接部分の面積が広くなる。また、パッケージ自体が加熱されることによって、パッケージのシール面の濡れ性が向上する。したがって、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。更に、リッドの端部にビームを照射した場合には、リッド上の熱の拡散が抑制されるため、即ちビームによるリッドの温度上昇を効率的に溶接に用いることができるため、ビームのパワー出力を低減することが可能となる。
【００１０】
上記のビーム溶接装置において好適には、前記ビーム照射手段は、前記ビームを出射するビーム出射部と、前記ビーム出射部から出射されたビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、を備え、前記照射位置変更部は、前記リッドと前記パッケージの両方に前記ビームによるビームスポットが形成されるように、前記ビームを照射する位置を変更する。この場合、照射位置変更部は、リッドの外周の端部からはみ出るようにビームを照射することによって、リッドとパッケージの両方にビームスポットを形成させる。
【００１１】
上記のビーム溶接装置の一態様では、前記照射位置変更部は、前記パッケージの温度上昇を利用することによって、前記ビームのパワー出力を小さくしても前記ワークの溶接が十分に行われるような位置に前記ビームスポットを形成する。これにより、ビームのパワー出力を適切に低減しつつ、確実なワークの溶接を行うことが可能となる。
【００１２】
好適には、前記照射位置変更部は、前記リッドの厚さ、前記ビームの幅、及び前記ビームの貫通力に基づいて、前記ビームスポットを形成する位置を決定することができる。
【００１３】
上記のビーム溶接装置の他の一態様では、前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行う。これにより、封止する際に生じるリッドとパッケージとの位置ずれや、リッドの溶け出しなどに因るリッドとパッケージとの浮きや、ワークを搬送する際の振動や衝撃に因るリッドとパッケージとの位置ずれなどを防止することができる。即ち、上記のビーム溶接装置によれば、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。
【００１４】
上記のビーム溶接装置の他の一態様では、磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定する。これにより、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法は、前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備える。上記のビーム溶接方法によっても、ビームのパワー出力を低減しつつ、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００１７】
［レーザ溶接装置の構成］
まず、本実施例に係るレーザ溶接装置の構成について説明する。
【００１８】
図１は、本実施例に係るレーザ溶接装置１００の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置１００は、主に、レーザビーム出射装置３５と、ガルバノヘッド３６と、トレイ２０を備える。レーザ溶接装置１００は、トレイ２０上に載置された複数のワーク１０に対して溶接を行う装置である。なお、図１中の白抜き矢印は、レーザビームの進行する方向を示している。
【００１９】
ここで、ワークの具体的な構成と、ワークが載置されたトレイ２０の状態について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は、ワーク１０を拡大して示した図である。具体的には、図２（ａ）は、ワーク１０の上面図を示し、図２（ｂ）はワークの側面図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）中の切断線Ａ１−Ａ２に沿った断面図を示している。ワーク１０は、板状のリッド１０ａと、箱状のパッケージ１０ｂと、電子部品１０ｃと、を備える。具体的には、リッド１０ａは、Ｎｉメッキを施したコバール材、４２アロイ材、ステンレス材又はＡｇロークラッド材などからなる金属材料で構成されている。パッケージ１０ｂは、リッド１０ａと接触する面（以下、「シール面」とも呼ぶ。）に、Ａｕなどによってメッキ（例えば、Ｎｉ−Ａｕメッキなど）を施したセラミック材料で構成される。また、リッド１０ａの外形は、パッケージ１０ｂの外形よりも小さい。これは、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して載置したときに、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対してはみ出してしまうことを抑制するためである。
【００２１】
電子部品１０ｃは、水晶素子や半導体素子などの素子や圧電体などを有しており、パッケージ１０ｂ内に収納される。前述したレーザ溶接装置１００は、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対してレーザビームを照射する。これにより、リッド１０ａが溶融してパッケージ１０ｂに対して溶接されることにより、ワーク１０が封止される。
【００２２】
図３は、ワーク１０が載置されたトレイ２０の状態の具体例を示す図である。具体的には、図３（ａ）はワーク１０が載置されたトレイ２０の上面を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に沿った断面図を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、複数のワーク１０は、トレイ２０に形成された複数の溝２０ｘ内に載置される。例えば、トレイ２０には、６００個程度のワーク１０が載置される。
【００２３】
図１に戻って、レーザ溶接装置１００について説明を行う。レーザビーム出射装置３５は、レーザビームＬＢ１を出射し、このレーザビームＬＢ１をガルバノヘッド３６に対して照射する。ガルバノヘッド３６は、レーザビームＬＢ１を受光し、当該レーザビームＬＢ１を照射する位置を変更する。具体的には、ガルバノヘッド３６は、トレイ２０上のワーク１０を画像計測するカメラや、画像計測結果に基づいて照射する位置を補正する位置補正機構や、レーザビームを走査する走査機構や、レーザビームを反射するミラーや、レーザビームを集光する集光レンズなどを備える。ガルバノヘッド３６から出射されたレーザビームＬＢ２がワーク１０に対して照射されることにより、ワーク１０の溶接が行われる。このように、レーザビーム出射装置３５及びガルバノヘッド３６は、ビーム照射手段として機能する。具体的には、レーザビーム出射装置３５はビーム出射部として機能し、ガルバノヘッド３６は照射位置変更部として機能する。
【００２４】
なお、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態にあるワーク１０に対して、ワーク１０を封止するための溶接を行う。この仮付けについては、詳細は後述する。更に、本実施例では、トレイ２０の下に磁石を有するマグネットベッドが挿入されており、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定する。即ち、磁石によって上記のように固定した状態で、封止するための溶接を行う。なお、磁石を用いた固定方法については、詳細は後述する。
【００２５】
［レーザ溶接方法］
次に、本実施例に係るレーザ溶接方法について説明する。本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対して同時にレーザビームＬＢ２を照射する。詳しくは、リッド１０ａにレーザビームＬＢ２が照射される位置と、パッケージ１０ｂにレーザビームＬＢ２が照射される位置とが近傍に位置するようにレーザビームＬＢ２を照射する。
【００２６】
図４は、本実施例に係るレーザ溶接方法の基本概念を説明するための図である。図４（ａ）は、ワーク１０の上面図を示している。図４（ａ）に示すように、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対して同時にレーザビームＬＢ２を照射する。具体的には、ガルバノヘッド３６は、レーザビームＬＢ２によるビームスポット３０が、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に形成されるようにレーザビームＬＢ２を照射する。言い換えると、ガルバノヘッド３６は、ビームスポット３０がリッド１０ａの外周の端部からはみ出るようにレーザビームＬＢ２を照射する。なお、レーザビーム出射装置３５は、リッド２０ａに形成されるビームスポット３０の位置にレーザビームＬＢ２の焦点が位置するようなレーザビームＬＢ１を出射する。
【００２７】
図４（ｂ）は、図４（ａ）中の切断線Ｄ１−Ｄ２に沿った断面図を示しており、リッド１０ａが溶融する前の状態を示している。一方、図４（ｃ）は、図４（ａ）中の切断線Ｄ１−Ｄ２に沿った断面図を示しており、リッド１０ａが溶融した後の状態を示している。図４（ｃ）より、矢印４９で示すように、リッド１０ａの外周の端部が形成する角が丸まるように溶融していることがわかる。この場合、リッド１０ａの側面１０ａａにおけるＮｉメッキが溶融している。一方、パッケージ１０ｂは、レーザビームＬＢ２が照射されることによって加熱され、この熱をリッド１０ａの底面１０ａｂに対して伝達する。これにより、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射する場合よりも、リッド１０ａの底面１０ａｂにおけるＮｉメッキは即座に溶融する。
【００２８】
このように、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対してレーザビームＬＢ２を照射することにより、リッド１０ａの側面１０ａａと底面１０ａｂにおけるＮｉメッキが効果的に溶融する。この場合、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの溶接部分の面積が広くなる。また、パッケージ１０ｂ自体が加熱されることによって、パッケージ１０ｂのシール面の濡れ性が向上する。以上より、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを確実に溶接することができる。更に、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、パッケージ１０ｂに直接レーザビームＬＢ２を照射することによるパッケージ１０ｂの温度上昇を利用して、リッド１０ａの底面を溶融することができるため、レーザビーム出射装置３５が出射するレーザビームＬＢ１のパワー出力を低減することが可能となる。
【００２９】
ここで、図５を用いて、本実施例に係るレーザ溶接方法と、一般的に行われるレーザ溶接方法とを比較する。図５は、ワーク１０の上面図を示しており、レーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）では、レーザビームＬＢ２におけるパワー出力は同一である。
【００３０】
図５（ａ）は、本実施例に係るレーザ溶接方法を示している。本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方にレーザビームＬＢ２を照射する。そのため、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂの両方に、ビームスポット３０が形成されている。破線領域３１は、ビームスポット３０を形成した際のレーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。一方、図５（ｂ）は、一般的に行われるレーザ溶接方法を示している。この場合には、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射している。そのため、リッド１０ａのみにビームスポット３２が形成されている。破線領域３３は、ビームスポット３２を形成した際のレーザビームＬＢ２の照射による熱が拡散する領域を示している。
【００３１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）より、破線領域３３の面積は、破線領域３１の面積よりも大きいことがわかる。このようになる理由は、以下の通りである。本実施例に係るレーザ溶接方法では、リッド１０ａの外周の端部にレーザビームＬＢ２を照射しているので、熱がリッド１０ａの厚さ方向にも拡散していくため、リッド１０ａの照射面の水平方向への熱の拡散が抑制される。この場合には、リッド１０ａの溶接箇所に、熱が伝達される速度は速い。これに対して、一般的に行われるレーザ溶接方法では、リッド１０ａのみにレーザビームＬＢ２を照射するため、リッド１０ａの照射面の水平方向へ大きく熱が拡散していく。この場合には、リッド１０ａの溶接箇所に、熱が伝達される速度は遅い。
【００３２】
以上より、本実施例に係るレーザ溶接方法は、一般的に行われるレーザ溶接方法と比較すると、リッド１０ａの溶接箇所に熱が伝達される速度が速い。また、本実施例に係るレーザ溶接方法は、リッド１０ａ上の熱の拡散が抑制されるため、レーザビームＬＢ２によるリッド１０ａの温度上昇を効率的に溶接に用いることができる。したがって、本実施例に係るレーザ溶接方法によれば、一般的に行われるレーザ溶接方法と比較すると、レーザビーム出射装置３５が出射するレーザビームＬＢ１のパワー出力を小さくすることができる。
【００３３】
ここで、ビームスポット３０を形成させる位置、言い換えるとリッド１０ａの外周の端部に対してビームスポット３０の中心を位置させる場所、を決定する方法について説明する。
【００３４】
本実施例では、パッケージ１０ｂから伝達される熱を最大限利用しつつ、できる限り小さなパワー出力のレーザビームＬＢ１によって、ワーク１０の溶接が適切に行われるようにビームスポット３０を形成させる位置を決定する。具体的には、リッド１０ａの厚みや、ビームスポット３０の幅や、レーザビームＬＢ２の貫通力などを考慮に入れて、ビームスポット３０を形成させる位置を決定する。この場合、レーザビームＬＢ２の貫通力はリッド１０ａの厚みに応じて決められると共に、ビームスポット３０の幅はレーザビームＬＢ２の貫通力に応じて変動するため、これらの相対的関係を考慮に入れてビームスポット３０を形成させる位置を決定することが好ましい。更に、レーザビーム出射装置３５から出射されるレーザビームＬＢ１の断面において、位置によってエネルギーが変わる場合には、即ちビームスポット３０における位置によって熱エネルギーが変わる場合には、これも考慮してビームスポット３０を形成させる位置を決定することが好ましい。例えば、リッド１０ａに形成されるビームスポットの面積と、パッケージ１０ｂに形成されるビームスポットの面積の比が、「７：３」となるような位置にビームスポット３０を形成させる。
【００３５】
［仮付け溶接方法］
ここで、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの仮付けについて説明する。なお、本明細書では、「仮付け」とは、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止する前に行う仮の接着をいう。
【００３６】
本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態にあるワーク１０に対して、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止するための溶接（以下、「封止溶接」とも呼ぶ。）を行う。詳しくは、封止溶接を行う前に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを仮付けするための溶接（以下、「仮付け溶接」とも呼ぶ。）を行う。具体的には、仮付け溶接は、封止溶接されるリッド１０ａ上のエリアの一部分に対して溶接を行う。
【００３７】
仮付け溶接を行うのは、封止溶接時に生じるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれや、リッド１０ａの溶け出しなどに因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの浮きや、ワーク１０を搬送する際の振動や衝撃に因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれなどを防止するためである。即ち、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの封止溶接を適切に行うために、封止溶接前に仮付け溶接を行う。
【００３８】
図６を用いて、本実施例に係る仮付け溶接方法について説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、ワーク１０の上面図を示している。図６（ａ）は、レーザビーム又は電子ビームによる仮付け溶接の具体例を示している。この場合、リッド１０ａの４隅の点４０にレーザビーム又は電子ビームを照射して仮付け溶接を行っている。詳しくは、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対してレーザビーム又は電子ビームを照射することによって、仮付け溶接を行う。
【００３９】
図６（ｂ）は、シーム溶接などの抵抗溶接による仮付け溶接の具体例を示している。この場合、リッド１０ａの対向する２辺４１に抵抗溶接を行っている。このような２辺４１の仮付け溶接は、一対のローラ電極などによって押し付け溶接又は転がり溶接を行うことによって形成される。
【００４０】
一般的にビーム溶接では、上記した仮付け溶接を封止溶接前に行わずに、封止溶接を行う際に治具などを用いて、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置決めと固定や、パッケージ１０ｂへのリッド１０ａの押し付けを行っている。この場合、リッド１０ａの外周部分を治具で押さえるので、リッド１０ａの内側に封止溶接を行う必要がある。そのため、治具を用いる方法では、パッケージ１０ｂのシール幅（壁幅）が必要になり、パッケージ１０ｂの内容積が狭くなって小型のパッケージ１０ｂへの対応が困難となったり、リッド１０ａのマーキングスペースが狭くなったりする場合がある。また、治具の取り付け作業なども必要である。
【００４１】
これに対し、本実施例では、仮付け溶接を行ったワーク１０に対して封止溶接を行うため、リッド１０ａの外周を溶接することができる（即ち、治具で押さえる部分を確保する必要がない）ため、パッケージ１０ｂのシール幅を狭くすることができる。そのため、本実施例に係る仮付け溶接を行うことにより、パッケージ１０ｂの内容積を広く確保することができ、小型のパッケージ１０ｂへの対応が容易であると共に、リッド１０ａのマーキングスペースを広く確保することができる。また、治具が不要であるため、治具の取り付け作業などを行う必要がない。以上より、本実施例に係る仮付け溶接によれば、簡便な作業によって、適切に封止溶接を行うことが可能となる。
【００４２】
なお、仮付け溶接は上記したレーザ溶接装置１００が行ってもよいし、他の装置が仮付け溶接を行い、仮付け溶接されたワーク１０をレーザ溶接装置１００に対して供給してもよい。レーザ溶接装置１００が仮付け溶接を行う場合には、レーザ溶接装置１００は仮付け溶接を実行する仮付け溶接機構などを備える。
【００４３】
また、レーザビームを用いて仮付け溶接を行う場合には、レーザビームのレーザパワーを、封止溶接時に設定するレーザパワーＬＢ１よりも弱く設定することが好ましい。こうするのは、仮付け溶接を確実に行うと共に、仮付け溶接によるリッド１０ａの溶け過ぎを防止するためである。
【００４４】
［磁石による固定方法］
ここで、磁石を用いてリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定する方法について説明する。本実施例では、封止溶接を行う際に、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定する。こうするのは、封止溶接時に、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して動かなくすると共に、ワーク１０がトレイ２０に対して動かなくするためである。なお、前述したように、封止溶接時にワーク１０は仮付け溶接された状態にあるが、本実施例では、封止溶接時におけるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定を更に確実にするために磁石を用いて固定を行っている。例えば、封止溶接時には仮付け部分が溶融するためリッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して移動し易くなるが、磁石を用いて固定を行うことにより、このような移動を確実に抑制することが可能となる。また、封止溶接時に、ワーク１０がトレイ２０に対して移動することを抑制することが可能となる。
【００４５】
図７は、磁石による固定方法を説明するための図である。図７（ａ）は、ワーク１０、トレイ２０、マグネットベッド４６、及びステージ２３の断面図（図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に対応する線分による断面図）を示している。マグネットベッド４６は、複数の磁石４５が設けられており、トレイ２０の下に配置されている。複数の磁石４５は、トレイ２０がマグネットベッド４６上に載置された状態において、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対向する位置に設けられている。また、磁石４５は矩形形状を有していると共に、磁石４５の大きさは、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂの大きさと概ね同一である。更に、磁石４５は、ワーク１０がトレイ２０に載置された状態において、ワーク１０の中心と磁石４５の中心が概ね一致するような位置に配置されている。
【００４６】
リッド１０ａは、前述したような金属材料で構成されているため、磁石４５によって白抜き矢印で示すような磁力を受ける。これに対して、パッケージ１０ｂは、セラミック材料で構成されているため磁力は受けない。したがって、リッド１０ａが磁力を受けることによって、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して付勢されて、リッド１０ａはパッケージ１０ｂに対して固定されると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂはトレイ２０に対して固定される。
【００４７】
図７（ｂ）は、図７（ａ）中の矢印Ｃ方向からマグネットベッド４６を観察した図であり、マグネットベッド４６の一例を示す図である。図７（ｂ）に示すように、磁石４５のＮ極とＳ極とが形成する軸の方向がマグネットベッド４６の水平方向に一致するように、マグネットベッド４６に磁石４５を配置している。具体的には、磁石４５のＮ極とＳ極が隣り合うように磁石４５を横方向に配置し、縦方向にも磁石４５のＮ極とＳ極が隣り合うように配置する。このように磁石４５を配置することにより、磁石４５に対向する位置（即ちワーク１０が載置される位置）に及ぼす磁力が概ね均一になるため、マグネットベッド４６にトレイ２０を載置する際に、トレイ２０上のワーク１０が磁力によって反転などしてしまうことを抑制することができる。
【００４８】
一般的にビーム溶接では、上記したような磁石４５による固定を行わずに、治具を用いて機械的にリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂを押え付けて封止溶接する方法が行われている。この場合には、複雑な形状（即ちリッド１０ａとパッケージ１０ｂの形状に適合する形状）を有する治具が必要であると共に、溶接する際にはそれらの治具を組む必要がある。更に、治具を用いて固定する方法の他に、パッケージ１０ｂに搭載したリッド１０ａの表面をガラス板で押え付けて固定する方法が一般的に行われているが、この方法を用いた場合にはガラス板に付着した汚れを除去する手間が必要となる。
【００４９】
これに対し、本実施例では、治具やガラス板を用いる代わりに磁石４５を用いているため、手間を要せず、且つ簡便な作業によって、封止溶接時にリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定することができる。また、治具を用いて固定する場合、治具で押さえていないリッド１０ａの内側にレーザビームなどを照射する必要があるため、シール幅の狭い小型のパッケージ１０ｂに対応することは困難であるが、本実施例に係る磁石４５を用いた固定方法によれば、機械的に固定を行わないため（即ちリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対して直接接触しないため）、レーザビームの照射を妨げることがないので、シール幅の狭い小型のパッケージにも対応することができる。
【００５０】
［変形例］
以下で、本発明の変形例に係るレーザ溶接装置について説明する。
【００５１】
第１の変形例に係るレーザ溶接装置は、リッド１０ａの外周を画像処理し、この画像処理結果に基づいてガルバノヘッドがレーザビームを照射する位置を位置補正することができる。これにより、リッド１０ａの外周の端部に正確にレーザビームを照射することができ、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを更に確実に溶接することが可能となる。
【００５２】
第２の変形例に係るレーザ溶接装置は、レーザビーム出射装置を２つ有し、一方のレーザビーム出射装置はリッド１０ａに対して照射するためのレーザビームを出射し、他方のレーザビーム出射装置はパッケージ１０ｂを加熱するために用いるレーザビームを出射する。この場合、パッケージ１０ｂを加熱するために用いるレーザビームを受光するガルバノヘッドは、リッド１０ａに形成されているビームスポット近傍のパッケージ１０ｂにレーザビームが照射されるように、照射位置の変更を行う。
【００５３】
なお、本発明は、レーザビームを用いて溶接を行う装置（レーザ溶接装置）対する適用に限定はされない。本発明は、電子ビームを用いて溶接を行う装置に対しても適用することができる。
【００５４】
なお、本発明は、Ｎｉなどによってメッキしたリッド１０ａに対する適用に限定はされず、Ｎｉ以外のロー材を用いたリッドに対しても適用することができる。
【００５５】
以上のように、本実施例に係るレーザ溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う装置であり、溶接を行う際に、リッドとパッケージの両方に対して同時にレーザビームを照射するレーザビーム出射装置及びガルバノヘッドを備える。これにより、レーザビームのパワー出力を低減しつつ、リッドとパッケージとを確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】ワークの具体的な構成を示す図である。
【図３】ワークが載置されたトレイの状態を示す図である。
【図４】本実施例に係るレーザ溶接方法を説明するための図である。
【図５】本実施例に係るレーザ溶接方法と、一般的に行われるレーザ溶接方法とを比較するための図である。
【図６】仮付け溶接方法を説明するための図である。
【図７】磁石を用いた固定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ ワーク
１０ａ リッド
１０ｂ パッケージ
２０ トレイ
３０ ビームスポット
３５ レーザビーム出射装置
３６ ガルバノヘッド
１００ レーザ溶接装置
ＬＢ１、ＬＢ２ レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置であって、
前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備えることを特徴とするビーム溶接装置。
【請求項２】
前記ビーム照射手段は、
前記ビームを出射するビーム出射部と、
前記ビーム出射部から出射されたビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、を備え、
前記照射位置変更部は、前記リッドと前記パッケージの両方に前記ビームによるビームスポットが形成されるように、前記ビームを照射する位置を変更することを特徴とする請求項１に記載のビーム溶接装置。
【請求項３】
前記照射位置変更部は、前記パッケージの温度上昇を利用することによって、前記ビームのパワー出力を小さくしても前記ワークの溶接が十分に行われるような位置に前記ビームスポットを形成することを特徴とする請求項２に記載のビーム溶接装置。
【請求項４】
前記照射位置変更部は、前記リッドの厚さ、前記ビームの幅、及び前記ビームの貫通力に基づいて、前記ビームスポットを形成する位置を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載のビーム溶接装置。
【請求項５】
前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のビーム溶接装置。
【請求項６】
磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のビーム溶接装置。
【請求項７】
リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法であって、
前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備えることを特徴とするビーム溶接方法。
【請求項１】
リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接装置であって、
前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射手段を備えることを特徴とするビーム溶接装置。
【請求項２】
前記ビーム照射手段は、
前記ビームを出射するビーム出射部と、
前記ビーム出射部から出射されたビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、を備え、
前記照射位置変更部は、前記リッドと前記パッケージの両方に前記ビームによるビームスポットが形成されるように、前記ビームを照射する位置を変更することを特徴とする請求項１に記載のビーム溶接装置。
【請求項３】
前記照射位置変更部は、前記パッケージの温度上昇を利用することによって、前記ビームのパワー出力を小さくしても前記ワークの溶接が十分に行われるような位置に前記ビームスポットを形成することを特徴とする請求項２に記載のビーム溶接装置。
【請求項４】
前記照射位置変更部は、前記リッドの厚さ、前記ビームの幅、及び前記ビームの貫通力に基づいて、前記ビームスポットを形成する位置を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載のビーム溶接装置。
【請求項５】
前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のビーム溶接装置。
【請求項６】
磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のビーム溶接装置。
【請求項７】
リッドとパッケージを備えるワークに対してビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うビーム溶接方法であって、
前記溶接を行う際に、前記リッドと前記パッケージの両方に対して同時に前記ビームを照射するビーム照射工程を備えることを特徴とするビーム溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−９０３６９（Ｐ２００７−９０３６９Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８０３８２（Ｐ２００５−２８０３８２）
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【出願人】（５９６０４１９２８）株式会社パイオニアエフ・エー (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【出願人】（５９６０４１９２８）株式会社パイオニアエフ・エー (38)
【Ｆターム（参考）】
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