(57)【要約】【課題】リッドの発熱を抑制できるとともに、使用電力量を低減できる溶接装置及び溶接法を提供する。【解決手段】内側導体ローラ３１ａ１と外側導体ローラ３１ａ２の間に絶縁体３１ｂを介装してなる一対のローラ電極３１を、その回転軸方向に所定間隔をおいて設け、一対のローラ電極３１の対向する側に設けられた内側導体ローラ３１ａ１同士を接続導体３４で電気的に接続するとともに、内側導体ローラ３１ａ１及び接続導体３４を、リッド３７よりも高い電気伝導度を有する材料で形成してなり、一対のローラ電極３１を電気伝導性のリッド３７に当接させ、外側導体ローラ３１ａ２間に通電してリッド３７をセラミックパッケージ３５に溶接することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側導体ローラと外側導体ローラの間に絶縁体を介装してなる一対のローラ電極を、その回転軸方向に所定間隔をおいて設け、前記一対のローラ電極の対向する側に設けられた内側導体ローラ同士を接続導体で電気的に接続するとともに、前記内側導体ローラ及び前記接続導体を、被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する材料で形成してなり、前記一対のローラ電極を電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記外側導体ローラ間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接することを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
接続導体は伸縮可能であることを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
【請求項３】
基体はセラミックパッケージであり、被溶接部材は金属製リッドであることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置。
【請求項４】
内側導体ローラは、溶接部以外における被溶接部材表面に当接することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の溶接装置。
【請求項５】
一対のローラ電極を電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記被溶接部材を基体に溶接する溶接法であって、前記一対のローラ電極が、内側導体ローラと外側導体ローラの間に絶縁体を介装してなるとともに、該一対のローラ電極の対向する側に設けられた内側導体ローラ同士が接続導体で電気的に接続されており、前記内側導体ローラ及び前記接続導体が、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する材料で形成された溶接装置を用い、前記一対のローラ電極の外側導体ローラ間に溶接電流を印加しながら、前記ローラ電極を転動させ、前記被溶接部材を基体に溶接することを特徴とする溶接法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接装置及び溶接法に関し、特に、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子、ハイブリッドＩＣ等のセラミックパッケージの気密封止を行う溶接装置及び溶接法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来から、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子、ハイブリッドＩＣ等に使用されるセラミックパッケージは、製品の特性安定性、信頼性ならびに耐環境性能を向上するために気密封止することが行われている。
【０００３】
気密封止するためには、セラミックパッケージ内に機能部品、電子回路等を搭載後、不活性ガス雰囲気中において該セラミックパッケージ封止部にリッド（金属キャップ）を載置し封止する。
【０００４】
このセラミックパッケージ封止部にリッドを載置し封止するためには、金属系ロウ材又はガラス材を用いてセラミックパッケージとリッドを封止するか、又は、セラミックパッケージの金属枠部（金属化部）とリッドに局部的に電流を流し、抵抗発熱により金属枠部とリッドとを溶融させて接合する。
【０００５】
一方、機能部品、電子回路等は、高温における動作信頼性が低いため、セラミックパッケージ内の電子部品等を熱から守る局所加熱による気密封止法が採用され、その一方法として、一般にパラレルシーム溶接が用いられている。
【０００６】
図３は、従来のパラレルシーム溶接によるセラミックパッケージの気密封止作業状況を模式図で示すもので、図４において、符号６はセラミックパッケージ、７はコバールにニッケル・金めっきを施したリッド（ふた）、８はコバールにニッケル・金めっきを施したシールフレーム、９はシールフレーム８をセラミックパッケージ６に予め銀ローにより接合したロー付け部、１０はシーム溶接用ローラ電極である。
【０００７】
ここで、シールフレーム８はリッド７と溶融接合する役割とともに、溶接電流を分流することでリッド７の過度な温度上昇を防ぐ役割も務める。図４のパラレルシーム溶接は比較的安価な溶接電源で足りるが、セラミックパッケージ封止部にシールフレーム８をロー付けする必要があり、シールフレーム８の分だけ高さが大きく重くなり、シールフレーム８のコストもかかってしまう。
【０００８】
これらの欠点を回避するために、図４に示すように、テーパ付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させるパラレルシーム溶接法が知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
この特許文献１には、リッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させ、リッド７の熱による極端な膨張を阻止し、リッド７とセラミックパッケージ６の熱膨張係数の違いによる応力を減少させ、シールフレームが存在せず、これへの分流が無くてもセラミックパッケージ６を破損から守ることができると記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−９３９２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した特許文献１のパラレルシーム溶接法では、テーパー付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させることが記載されているものの、リッド７の発熱温度が未だ高く、セラミックパッケージ６との熱膨張係数の違いによる応力を十分には減少させることができないという問題があった。
【００１２】
即ち、外形形状が円筒面をなす吸熱ローラ１５と平面をなすリッド７とは幾何学的には線接触状態であるのに対して、テーパ付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱領域は、直線状とは異なり、リッド全域の３割程と広いため、吸熱ローラ１５と未接触のリッド部分の温度はいまだ高く、セラミックパッケージ６の熱膨張係数の違いによる応力を十分には減少させることができないという問題があった。
【００１３】
また、外形形状が円筒面をなす吸熱ローラ１５と平面をなすリッド７とは線接触状態であり、吸熱ローラ１５のリッド７への押付力を増すことにより接触面積を確保しているが、押付力によるセラミックパッケージ６の破壊、リッド７のたわみ変形による接触部の乖離による接触面積の減少のため、おのずと押付力を増加させることによるリッド７と吸熱ローラ１５の接触面積の増加には限界がある。
【００１４】
さらに、低い押付力のもとで接触面積を広くするためには、吸熱ローラ１５の直径を増せばよいが、リッド寸法やテーパ付きローラ電極１０間の配置等によって吸熱ローラ１５の直径にも限界がある。
【００１５】
さらにまた、吸熱ローラ１５からの放熱が起こるため、溶接部の温度を銀ローの融点以上に維持するために大きな電力を必要とするという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リッドの発熱を抑制できるとともに、使用電力量を低減できる溶接装置及び溶接法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶接装置は、内側導体ローラと外側導体ローラの間に絶縁体を介装してなる一対のローラ電極を、その回転軸方向に所定間隔をおいて設け、前記一対のローラ電極の対向する側に設けられた内側導体ローラ同士を接続導体で電気的に接続するとともに、前記内側導体ローラ及び前記接続導体を、被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する材料で形成してなり、前記一対のローラ電極を電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記外側導体ローラ間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接することを特徴とする。
【００１８】
本発明の溶接装置によれば、外側導体ローラ間に流した電流は、内側導体ローラと外側導体ローラ間では被溶接部材を流れて発熱させ、一方のローラ電極と他方のローラ電極の内側導体ローラ間では、内側導体ローラ及び接続部材が、被溶接部材よりも高い電気伝導度を有するため、電流が内側導体ローラ、接続部材を流れ、溶接するためのジュール発熱が必要な外側導体ローラ近傍の被溶接部材を高温とできるとともに、外側導体ローラ間の溶接しない被溶接部中央部では、ジュール発熱を大幅に低減し、リッドの熱による極端な膨張を阻止することができ、セラミックパッケージの熱膨張係数の違いによる応力を減少でき、これにより、シールフレームへの分流が無くてもセラミックパッケージを破損から守ることができる。
【００１９】
また、本発明の溶接装置は、接続導体は伸縮可能であることを特徴とする。このような溶接装置では、ローラ電極間の距離（リッドの幅）が異なる場合であっても、一対の内側導体ローラを接続する接続部材が伸縮可能であるため、異なる寸法のリッド（ローラ電極の間隔）に対応して内側導体ローラ間の距離を変更することができる。
【００２０】
さらに、本発明の溶接装置は、基体はセラミックパッケージであり、被溶接部材は金属製リッドであることを特徴とする。
【００２１】
本発明の溶接法は、一対のローラ電極を電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記被溶接部材を基体に溶接する溶接法であって、前記一対のローラ電極が、内側導体ローラと外側導体ローラの間に絶縁体を介装してなるとともに、該一対のローラ電極の対向する側に設けられた内側導体ローラ同士が接続導体で電気的に接続されており、前記内側導体ローラ及び前記接続導体が、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する材料で形成された溶接装置を用い、前記一対のローラ電極の外側導体ローラ間に溶接電流を印加しながら、前記ローラ電極を転動させ、前記被溶接部材を基体に溶接することを特徴とする。
【００２２】
このような溶接法では、ローラ電極の外側導体ローラに印加された溶接電流は、外側導体ローラと内側導体ローラ間では被溶接部材を流れて発熱させ、一方のローラ電極と他方のローラ電極の内側導体ローラ間では、内側導体ローラ及び接続導体が、被溶接部材よりも高い電気伝導度を有するため、電流が内側導体ローラ、接続部材を流れ、溶接するためのジュール発熱が必要な外側導体ローラ近傍の被溶接部材を高温とできるとともに、ローラ電極間の溶接しない被溶接部中央部では、ジュール発熱を大幅に低減し、リッドの熱による極端な膨張を阻止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の溶接装置の一形態を示す模式図である。図１の溶接装置は、溶接電源に接続された一対のローラ電極３１を具備して構成され、これらの一対のローラ電極３１は回転軸が同一方向を有している。一対のローラ電極３１は、回転軸方向に所定間隔をおいて、即ち、溶接するリッド幅に対応した距離をおいて対向配置されており、ローラ電極３１は、導体ローラ３１ａで絶縁体３１ｂを挟持して構成されている。
【００２４】
導体ローラ３１ａは、それぞれ内側導体ローラ３１ａ１と、外側導体ローラ３１ａ２からなり、ローラ電極３１は、内側導体ローラ３１ａ１と外側導体ローラ３１ａ２の間に絶縁体３１ｂを介装して構成されている。一対のローラ電極３１は、その回転軸方向に所定間隔をおいて設けられ、一方のローラ電極３１と他方のローラ電極３１の内側導体ローラ３１ａ１同士は対向している。
【００２５】
そして、一方のローラ電極３１と他方のローラ電極３１の内側導体ローラ３１ａ１同士は、伸縮可能な接続部材３４で電気的に接続されている。この接続部材３４、及び内側導体ローラ３１ａ１、外側導体ローラ３１ａ２は、後述するリッドよりも高い電気伝導度を有している。
【００２６】
即ち、内側導体ローラ３１ａ１、外側導体ローラ３１ａ２は、電気伝導度の高い材質、例えば銅合金やアルミ合金を用いて構成されており、絶縁体３１ｂは、セラミックスや樹脂等から構成されている。
【００２７】
接続部材３４は電気伝導度の高い材質、例えば銅合金やアルミ合金からなり、ローラ３３ａ間の距離をリッドの寸法に応じて変えることができ、内側導体ローラ３１ａ１同士を電気的に結合するためのものであり、伸縮変形可能なより線等の線材によって形成されている。尚、接続部材３４は、内側導体ローラ３１ａ１同士を電気的に結合するためのものであるので、線材以外の剛体を用いたリンク構造によっても実現できる。
【００２８】
この溶接装置を用いたパラレルシーム溶接法について、図２を基に説明する。図２（ａ）は封止進行方向正面図、図２（ｂ）は側面図を示すもので、セラミックパッケージ（基体）３５にリッド（被溶接部材）３７を溶接する場合を示すもので、リッド３７が接合されるセラミックパッケージ３５の封止部３９は、予めモリブデンやタングステン等の高融点材でメタライズした上にニッケルめっき、金めっきが施されている。
【００２９】
リッド３７は、コバール薄板の全面にニッケル・金めっきが施され、セラミックパッケージ３５が接合されるコバール薄板の内面に銀ローがクラッドされ、既定寸法に裁断されたものである。
【００３０】
リッド３７は、セラミックパッケージ３５の開口部を閉塞するように配置されており、このリッド３７上面には、図１の溶接装置が載置されている。
【００３１】
この溶接装置の一対のローラ電極３１間距離は、リッド幅に対応するように設定されており、ローラ電極３１がリッド３７の外周部上面に当接している。ローラ電極３１間の接続部材３４は、リッド３７表面とは離間している。
【００３２】
そして、セラミックパッケージ３５へリッド３７を溶接する際には、溶接装置、セラミックパッケージ３５、リッド３７が、図示しないが、不活性ガス、例えば窒素ガス雰囲気中で作業できるチャンバー内に収容され、ローラ電極３１の外側導体ローラ３１ａ２間に溶接電流が入力された状態で、ローラ電極３１をリッド３７表面で転動させる。
【００３３】
一対の外側導体ローラ３１ａ２間に流された電流は、内側導体ローラ３１ａ１と接続部材３３ｂの存在により、リッド３７の外周部以外では、リッド３７に比べ電気抵抗の小さな（電気伝導度が高い）内側導体ローラ３１ａ１と接続部材３１ｂを主に通過する。これにより主にリッド３７の外周部のみがジュール熱により加熱され、リッド３７の外周内面にクラッドされている銀ローを溶融してセラミックパッケージ３５の封止部３９に接合される。
【００３４】
即ち、内側導体ローラ３１ａ１は、リッド中央部の発熱を阻止すために設けられたもので、シーム作業中常にリッド３７表面に接しながら、外側導体ローラ３１ａ２と同時に回転し、外側導体ローラ３１ａ２に印加した電流の８０％以上が接続部材３４を通過するため、外側導体ローラ３１ａ２に印加した電流はリッド３７の外周部でのみジュール発熱させることが出来る。従って、従来法の場合のように薄いリッド３７の中央部が高温になってしまうことは無いため、セラミックパッケージ３５との熱膨張係数が異なることに起因する大きな応力が発生せず、セラミックパッケージ３５が割れてしまうことは無い。
【００３５】
また、内側導体ローラ３１ａ１間の間隔を自在に調整できるので、幅広いリッド寸法に対応できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、外側導体ローラ間に流した電流は、内側導体ローラと外側導体ローラ間では被溶接部材を流れて発熱させ、一方のローラ電極と他方のローラ電極の内側導体ローラ間では、電流が内側導体ローラ、接続部材を流れ、被溶接部材中央部の過度な昇温を防止できるため、従来のように、吸熱ローラが無くてもセラミックフレームに損傷を来すことが無く、吸熱ローラからの放熱が不要となるため消費電力を大幅に低減でき、さらに、例えば、接続部材の長さを調整することで、ローラ電極間の距離をリッド寸法に幅広く対応できるので、パラレルシームロー付けによるセラミックパッケージ気密封止工程の作業性を大きく向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の溶接装置の模式図である。
【図２】本発明の溶接法を説明するための説明図であり、（ａ）は封止方向に向いた正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】従来のパラレルシーム溶接法を説明するためのの説明図である。
【図４】吸熱ローラーを用いる従来のシーム溶接法を説明するための説明図であり、（ａ）は封止方向に向いた正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
３１・・・ローラ電極
３１ａ・・・導体ローラ
３１ａ１・・・内側導体ローラ
３１ａ２・・・外側導体ローラ
３４・・・接続部材
３５・・・セラミックパッケージ（基体）
３７・・・リッド（被溶接部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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