(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ溶接時に生じた溶接かすを、簡便に処理することが可能なレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】レーザ溶接装置１００は、透過窓１１を通過したレーザビームをワーク３０に対して照射することによって、ワークの溶接を行う。また、レーザ溶接装置は、透過窓とワークとの間に配置され、レーザビームの略進行方向に延在する電極１２と、電極に対して電圧を印加する電圧印加手段１５とを有する。これにより、溶接時にワーク３０から飛散する金属屑等の溶接かすを、帯電している電極１２に対して引き寄せて吸着させることができる。したがって、上記したレーザ溶接装置１００によれば、交換作業や廃棄物の処理などを行うことなく、簡便に、飛散した溶接かすが透過窓に付着してしまうことを防止することができる。【選択図】図１
2007313536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過窓を通過したレーザビームをワークに対して照射することによって、前記ワークの溶接を行うレーザ溶接装置であって、
前記透過窓と前記ワークとの間に配置され、前記レーザビームの略進行方向に延在する電極と、
前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
前記電極は、前記透過窓と前記ワークとの間における空間の側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記電極と前記ワークとの間で電位差を生じるように、前記電極に対して電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、前記電極と前記ワークとの間で電位差を生じるように、前記ワークに対して電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記電極は、少なくとも２つの極板によって構成され、
前記電圧印加手段は、前記極板間に電位差を生じるように電圧を印加すると共に、前記ワークに対して前記２つの極板のいずれか一方の極板と同電位になるように電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、前記ワークが載置されたトレイに対して電圧を印加することを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対して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（レーザ溶接）することが行われている。例えば、特許文献１には、透過窓とワークとの間にレーザ透過性のフィルムを配置して、溶接時にワークから生じた金属屑等のかす（以下、「溶接かす」とも呼ぶ。）をフィルムに付着させることによって、溶接を行う技術が記載されている。その他に、特許文献２及び３に、レーザビームを用い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２００４−９００６０号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２０６号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４０９５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、特許文献１に記載された技術では、溶接かすが付着したフィルムを巻き取る必要があると共に、フィルムを交換する必要があったため、手間がかかっていた。また、特許文献２及び３に記載された技術でも、簡便な手法によって、溶接かすを処理することが困難であった。
【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、レーザ溶接時に生じた溶接かすを簡便に処理することが可能なレーザ溶接装置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、透過窓を通過したレーザビームをワークに対して照射することによって、前記ワークの溶接を行うレーザ溶接装置は、前記透過窓と前記ワークとの間に配置され、前記レーザビームの略進行方向に延在する電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、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】
【０００７】
本発明の好適な実施形態では、透過窓を通過したレーザビームをワークに対して照射することによって、前記ワークの溶接を行うレーザ溶接装置は、前記透過窓と前記ワークとの間に配置され、前記レーザビームの略進行方向に延在する電極と、前記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、を備える。
【０００８】
上記のレーザ溶接装置は、透過窓を通過したレーザビームをワークに対して照射することによって、ワークの溶接を行う装置である。また、レーザ溶接装置は、透過窓とワークとの間に配置され、レーザビームの略進行方向に延在する電極と、電極に対して電圧を印加する電圧印加手段とを有する。これにより、溶接時にワークから飛散する金属屑等の溶接かすを、帯電している電極に引き寄せて吸着させることができる。したがって、上記したレーザ溶接装置によれば、交換作業や廃棄物の処理などを行うことなく、簡便に、溶接かすが透過窓に付着してしまうことを防止することができる。
【０００９】
上記のレーザ溶接装置の一態様では、前記電極は、前記透過窓と前記ワークとの間における空間の側面を覆うように形成されている。これにより、ワークから飛散した溶接かすを確実に電極に吸着させることができる。
【００１０】
上記のレーザ溶接装置の他の一態様では、前記電圧印加手段は、前記電極と前記ワークとの間で電位差を生じるように、前記電極に対して電圧を印加することができる。
【００１１】
上記のレーザ溶接装置の他の一態様では、前記電圧印加手段は、前記電極と前記ワークとの間で電位差を生じるように、前記ワークに対して電圧を印加する。この場合には、ワークが帯電することによって溶接かすも帯電する。そのため、溶接かすを効果的に電極に対して吸着させることができる。
【００１２】
上記のレーザ溶接装置の他の一態様では、前記電極は、少なくとも２つの極板によって構成され、前記電圧印加手段は、前記極板間に電位差が生じるように電圧を印加すると共に、前記ワークに対して前記２つの極板のいずれか一方の極板と同電位になるように電圧を印加する。これによっても、溶接かすを極板に吸着させることができる。
【００１３】
上記のレーザ溶接装置において好適には、前記電圧印加手段は、前記ワークが載置されたトレイに対して電圧を印加することができる。これにより、トレイを介してワークに対して電圧を印加することによって、溶接かすを帯電させることができる。
【実施例】
【００１４】
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。
【００１５】
［レーザ溶接装置の構成］
図１は、本発明の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。具体的には、図１は、レーザビームＬＢ２の進行方向に沿った断面図を示している。
【００１６】
レーザ溶接装置１００は、主に、レーザビーム出射装置１と、ガルバノヘッド２と、ＸＹテーブル６と、絶縁プレート７と、トレイ８と、真空チャンバ９と、筒部１０と、透過窓１１と、電極１２と、電極取付部１３と、高圧電源１５と、配線１６と、を備える。レーザ溶接装置１００は、トレイ８上に載置された複数のワーク３０に対して溶接を行う装置である。
【００１７】
レーザビーム出射装置１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２に対して照射する。ガルバノヘッド２は、レーザビームＬＢ１を受光し、当該レーザビームＬＢ１を照射する位置をミラーなどによって変更する。ガルバノヘッド２から出射されたレーザビームＬＢ２は、ガラスなどによって構成される透過窓１１を通過して、真空チャンバ９内に進入する。そして、透過窓１１を通過したレーザビームＬＢ２は、ワーク３０に対して照射される。
【００１８】
ワーク３０は、内部が真空に維持された真空チャンバ９内で溶接が実行される。この場合、ワーク３０は、トレイ８上に載置される。また、トレイ８は、絶縁素材で構成される絶縁プレート７を介してＸＹテーブル６上に配置される。
【００１９】
ここで、図２を参照して、ワーク３０及びＸＹテーブル６等の詳細を説明する。図２（ａ）は、図１中の矢印Ａ方向からワーク３０等を観察した図を示す。図２（ｂ）は、ワーク３０の斜視図を示す。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、トレイ８上に複数のワーク３０が配置されている。ワーク３０は、図２（ｂ）に示すように、板状のリッド３０ａと、箱状のパッケージ３０ｂとを有しており、内部に電子部品（不図示）が収納されている。上記したレーザビームＬＢ２がリッド３０ａに照射され、リッド３０ａがパッケージ３０ｂに対して溶接されることにより、ワーク３０の封止が実行される。
【００２１】
前述したように、ワーク３０が配置されたトレイ８は、絶縁プレート７を介して、ＸＹテーブル６に載置されている。ＸＹテーブル６は、図２（ａ）中の矢印Ｂ１方向及び矢印Ｂ２方向に移動可能に構成されている。例えば、ガルバノヘッド２が現在のトレイ８の位置においてレーザビームＬＢ２を照射することが可能なエリア（以下、このエリアを「照射可能エリア」と呼ぶ。）内に存在する全てのワーク３０に対する溶接が終了すると、ＸＹテーブル６は、トレイ８を移動させる。この場合、ＸＹテーブル６は、溶接が行われていないワーク３０がガルバノヘッド２の照射可能エリア内に入るような位置へと、トレイ８を移動させることができる。
【００２２】
図１に戻って説明を再開する。真空チャンバ９の上部には、筒部１０が設けられている。筒部１０は、中空部分１０ｘを有する略円筒形状によって構成されており、上部に透過窓１１を保持する。筒部１０に形成された中空部分１０ｘには、透過窓１１を通過したレーザビームＬＢ２が通過していく。なお、ワーク３０の溶接を行う際には、真空チャンバ９及び筒部１０の内部の空間が真空に維持される。
【００２３】
また、筒部１０の内壁面には、電極取付部１３を介して電極１２が設けられている。電極取付部１３は、絶縁素材のＯリングやねじ止め等で構成されており、筒部１０の内壁面に対して電極１２を固定する。電極１２は、銅などによって構成され、レーザビームＬＢ２の略進行方向に延在するように配置されている。また、電極１２は、配線１６を介して高圧電源１５に接続されている。これにより、電極１２は、高圧電源１５によって電圧を印加される。この場合、電極１２は絶縁素材で構成された電極取付部１３によって固定されているため、筒部１０などには電圧は印加されない。
【００２４】
更に、高圧電源１５は、配線１６を介して、トレイ８に対しても電圧を印加する。このようにトレイ８に電圧が印加されることによって、ワーク３０にも電圧が印加されることになる。この場合、トレイ８は絶縁プレート７に載置されているため、ＸＹテーブル６などには電圧は印加されない。なお、高圧電源１５は、例えば１０００（Ｖ）程度の電圧を印加可能に構成されている。
【００２５】
ここで、図３を参照して、電極１２等に電圧が印加される様子を説明する。
【００２６】
図３（ａ）は、図１中の矢印Ａ方向から電極１２を観察した図を示している。図示のように、電極１２は、中空部１２ｘを有する略円筒形状によって構成される。電極１２に形成された中空部１２ｘには、透過窓１１を通過したレーザビームＬＢ２が通過していく。
【００２７】
図３（ｂ）は、図１においてトレイ８、電極１２、ワーク３０、高圧電源１５、及び配線１６を抽出して、簡略化して示した図である。この例では、電極１２は高圧電源１５の正極（プラス極）側に接続され、トレイ８は高圧電源１５の負極（マイナス極）側に接続されている。このように高圧電源１５が電圧を印加することによって、電極１２に正の電荷が帯電し、トレイ８及びワーク３０に負の電荷が帯電する。
【００２８】
［溶接かす吸着方法］
次に、本実施例に係る溶接かす吸着方法について説明する。
【００２９】
ワーク３０に対してレーザビームＬＢ２を照射した際に、ワーク３０から金属屑など（溶接かす）が飛散する場合がある。このように飛散した溶接かすが透過窓１１に付着した場合、レーザビームＬＢ２が溶接かすが付着した透過窓１１の部分を通過してしまうと、レーザビームＬＢ２の照射パワーが減衰してしまう可能性がある。また、透過窓１１に付着した溶接かすにレーザビームＬＢ２が照射されてしまうと、溶接かすが透過窓１１に焼き付いてしまう場合がある。したがって、本実施例では、上記した不具合を解消するために、ワーク３０から発生した溶接かすを電極１２に吸着（付着）させることによって、溶接かすが透過窓１１に付着してしまうことを防止する。
【００３０】
ここで、図４を参照して、本実施例に係る溶接かす吸着方法について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に、トレイ８、透過窓１１、電極１２、ワーク３０、及び高圧電源１５などを簡略化して示した図である。
【００３１】
図４（ａ）は、ワーク３０から溶接かす４０が飛散する様子を示した図である。ここでは、電極１２を高圧電源１５の正極側に接続し、トレイ８を高圧電源１５の負極側に接続する。そのため、電極１２は正の電荷で帯電し、トレイ８及びワーク３０は負の電荷で帯電する。この場合、ワーク３０は負の電荷で帯電しているため、溶接時にワーク３０から飛散する溶接かす４０も負の電荷に帯電することになる。
【００３２】
図４（ｂ）は、溶接かす４０が電極１２に吸着する様子を示した図である。上記したように、電極１２には正の電荷が帯電しており、溶接かす４０には負の電荷が帯電している。そのため、ワーク３０より飛散した溶接かす４０は、ワーク３０から透過窓１１の方向に進行していく際に、電極１２の方向に引き寄せられていく。その結果、溶接かす４０は、透過窓１１まで到達することなく、電極１２に付着する。即ち、溶接かす４０は、電極１２によって吸着される。
【００３３】
このように、本実施例に係る溶接かす吸着方法によれば、溶接かす４０が透過窓１１に付着してしまうことを適切に防止することができる。ここで、本実施例に係る溶接かす吸着方法と、透過窓とワークの間に設けたフィルムによって溶接かすを付着させる比較例に係る方法とを比較すると、本実施例に係る方法によれば、フィルムの定期的な交換作業の必要はなく、廃棄物なども発生しない。したがって、本実施例に係る方法によれば、手間を要することなく、溶接かす４０を適切に処理することができると言える。
【００３４】
［変形例］
上記では、電極１２を円筒形状で構成する実施例を示したが、これに限定はされない。図５に変形例に係る電極の形状を示す。なお、図５（ａ）〜（ｆ）は、図１中の矢印Ａに対応する方向から電極１２ａ〜１２ｆを観察した図を示している。
【００３５】
図５（ａ）は、電極１２ａを示している。電極１２ａは、略円筒形状の一部に隙間１２ａａが形成された形状を有している。図５（ｂ）は、電極１２ｂを示している。電極１２ｂは、底面部が略円弧形状を有する２つの電極１２ｂａ、１２ｂｂによって構成される。２つの電極１２ｂａ、１２ｂｂは、配線１８ｂによって接続される。これにより、高圧電極１５によって電圧を印加されたときの電位が同一になる。
【００３６】
図５（ｃ）は、電極１２ｃを示している。電極１２ｃは、内部に中空部分１２ｃａが形成された円柱形状を有している。図５（ｄ）は、電極１２ｄを示している。電極１２ｄは、図５（ｃ）に示した電極１２ｃに隙間１２ｄａを形成した形状を有している。
【００３７】
図５（ｅ）は、電極１２ｅを示している。電極１２ｅは、底面部がコの字形状を有する２つの電極１２ｅａ、１２ｅｂによって構成される。２つの電極１２ｅａ、１２ｅｂは、配線１８ｅによって接続される。そのため、電極１２ｅに対して電圧を印加した場合、電極１２ｅａ、１２ｅｂの電位は同一になる。図５（ｆ）は、電極１２ｆを示している。電極１２ｆは、平板形状を有する２つの電極１２ｆａ、１２ｆｂによって構成される。２つの電極１２ｆａ、１２ｆｂは、配線１８ｆによって接続される。そのため、電極１２ｆに対して電圧を印加した場合、電極１２ｆａ、１２ｆｂの電位は同一になる。
【００３８】
なお、電極形状はレーザを走査して照射する際に、レーザの進行を阻害しない範囲で中空部の面積が最も小さくなるように構成することが望ましく、電極の形状は問われない。
【００３９】
次に、電極１２及びトレイ８に対する電圧の印加方法の変形例について説明する。上記では、電極１２を高圧電源１５の正極側に接続し、トレイ８を高圧電源１５の負極側に接続する実施例を示したが、電極１２及びトレイ８に対する電圧の印加方法は、これに限定はされない。
【００４０】
図６に、変形例に係る電圧の印加方法を示す。図６は、上記の図３（ｂ）と同様に、トレイ８、電極１２、ワーク３０などを簡略化して表した図を示している。
【００４１】
図６（ａ）は、電極１２を高圧電源１５ａの負極側に接続し、トレイ８を高圧電源１５ａの正極側に接続する例を示している。この場合、電極１２は負の電荷で帯電し、トレイ８及びワーク３０は正の電荷で帯電する。よって、ワーク３０から飛散する溶接かすは正の電荷で帯電するため、溶接かすは、負の電荷で帯電する電極１２に吸着される。
【００４２】
また、図６（ｂ）は電極１２を高圧電源１５ｂの正極側に接続し、トレイ８を高圧電源１５ｂの負極側に接続し、負極側の配線１６ｂの一端をグランドＧに接続した例を示している。この場合には、トレイ８はグランドＧに接続されているので、トレイ８上に載置されたワーク３０から飛散した溶接かすは帯電していないが、溶接かすと電極１２との間には電位差が生じているため、溶接かすは電極１２の中空部１２ｘを通過するときに帯電している電極に吸着される。
【００４３】
更に、他の例では、電極１２及びトレイ８の両方に対して電圧を印加する代わりに、電極を２つの極板によって構成し、この２つの極板間に電位差が生じるように電圧を印加すると共に、ワーク３０に対して２つの極板のいずれか一方の極板と同電位になるように電圧を印加することができる。
【００４４】
図７は、極板間に電位差が生じるように電圧を印加する例を示す図である。なお、図７（ａ）、（ｂ）は、図１中の電極やワークなどを観察した斜視図である。ここでは、説明の便宜上、トレイ、ワーク、電極、高圧電源、及び配線のみを示している。
【００４５】
図７（ａ）は、底面部が略円弧形状を有する２つの極板１２ｇａ、１２ｇｂによって構成される電極１２ｇを用いた場合の例を示している。この場合、極板１２ｇａには高圧電源１５ｇの正極側が接続され、極板１２ｇｂ及びワーク３０には高圧電源１５ｇの負極側が接続されている。これにより、極板１２ｇａは正の電荷で帯電し、極板１２ｇｂ及びワーク３０は負の電荷で帯電する。一方、図７（ｂ）は、平板形状を有する２つの極板１２ｆａ、１２ｆｂによって構成される電極１２ｈを用いた場合の例を示している。この場合には、高圧電源１５ｈによって電圧を印加されることによって、極板１２ｈａは正の電荷で帯電し、極板１２ｈｂ及びワーク３０は負の電荷で帯電する。
【００４６】
図７に示すように電極１２ｇ、１２ｈを構成して電圧を印加した場合、以下のような手順で、ワーク３０から飛散する溶接かすを吸着することができる。上記したようにトレイ８を介してワーク３０に電圧を印加して溶接かすを帯電させることによって、ワーク３０より飛散した溶接かすは、ワーク３０から透過窓１１の方向に進行していく際に、負の電荷で帯電している極板１２ｇｂからは引き離される方向に力を受け、正の電荷で帯電している極板１２ｇａからは電極に引き寄せられる方向に力を受ける。これにより、溶接かすは、極板１２ｇａに吸着される。
【００４７】
以上のように、本実施例に係るレーザ溶接装置は、透過窓を通過したレーザビームをワークに対して照射することによって、ワークの溶接を行い、透過窓とワークとの間に配置され、レーザビームの略進行方向に延在する電極と、電極に対して電圧を印加する高圧電源と、を備える。これにより、手間を要することなく、溶接時にワークから生じる溶接かすが透過窓に付着してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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】ワーク及びＸＹテーブル等の詳細を説明するための図である。
【図３】電極及びワークに電圧が印加される様子を説明するための図である。
【図４】本実施例に係る溶接かす吸着方法を説明するための図である。
【図５】変形例に係る電極の形状を示す図である。
【図６】電圧の印加方法の他の例を説明するための図である。
【図７】電圧の印加方法の更に他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザビーム出射装置
２  ガルバノヘッド
６  ＸＹテーブル
７  絶縁プレート
８  トレイ
９  真空チャンバ
１０  筒部
１１  透過窓
１２  電極
１５  高圧電源
４０  溶接かす
１００  レーザ溶接装置
【図１】
2007313536.tif 000003
【図２】
2007313536.tif 000004
【図３】
2007313536.tif 000005
【図４】
2007313536.tif 000006
【図５】
2007313536.tif 000007
【図６】
2007313536.tif 000008
【図７】
2007313536.tif 000009