JP4523481B2

JP4523481B2 - シーム接合方法及びシーム接合装置

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Publication number: JP4523481B2
Application number: JP2005141677A
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Inventors: 秋男小松
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
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Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2010-08-11
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Description

この発明は、シーム接合、特にローラ電極を交換したときに、ローラ電極が正規の位置に取り付けられている否かを確認するステップと手段とを有するシーム接合方法及びシーム接合装置に関する。

半導体集積回路や水晶振動子などの回路部品を気密封止するのにはシーム接合方法が適している。このシーム接合装置は、一般に特定の金属材料からなるフレームを有するセラミックパッケージと蓋とを重ねておき、一対のローラ電極が蓋の縁を加圧しながら回動することによって、蓋を前記フレームに接合し、気密封止された電子部品パッケージを得ている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されているように、一対のローラ電極は中央で逆向きのネジ山が形成されたボールねじのような駆動軸に取り付けられており、その駆動軸を回転させることによって、一対のローラ電極が互いに接近する方向、又は互いに離れる方向に動く。

実際のシーム接合装置にあっては、多種類のサイズの被溶接物を接合しなければならないので、一対のローラ電極間の間隔、つまりローラ電極の位置を検出する必要があり、センサを設けてローラ電極の位置を検出する検出方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。また、一対のローラ電極間の間隔が小さい場合における被溶接物の存在をセンサで検出するものも提案されている（例えば、特許文献４参照）。

シーム接合装置にあっては、接合作業を行うことによってローラ電極が損耗するので交換したり、あるいはサイズの異なる被溶接物を接合するときに、ローラ電極を交換しなければならない場合がある。このローラ電極の交換は、前掲の特許文献１の図５に示されるシーム接合装置にあっては、電極ホルダ（３０３と３３３）の取り付けられている軸棒をモータ（３６１）により回転させ、右ボールネジ（３２７）によって電極ホルダ（３０３）を図面左側に、また左ボールネジ（３５７）により電極ホルダ（３３３）を図面右側に移動させて、電極ホルダ（３３３）にローラ電極（３３１）を固定している不図示のネジを緩めて、一方のローラ電極（３０１）と他方のローラ電極（３３１）との間隔を広げ、それぞれの電極ホルダにローラ電極を固定している不図示のネジを緩めて、それぞれのローラ電極を電極ホルダから取り外している。しかる後に、新たなローラ電極をそれぞれの電極ホルダに挿し込んだ上で前記ネジによって固定し、ローラ電極の交換を終了する。
特許第３５３４５２５号公報特開平１１−０２８５７８号公報特開２０００−３０１３５０公報特許第３５９３６３６号公報

しかし、ローラ電極の交換は作業者が行っている。作業者によっては、ローラ電極の軸棒を電極ホルダの取り付け孔の最奥まで挿し込まずに、途中まで挿し込んだ状態で、ネジ締めを行ってローラ電極の取り付け作業を完了させることがある。この場合には、ローラ電極が少し正規位置よりも前方に突出するので、ローラ電極を設定最小間隔まで移動させたときに、ローラ電極同士が接触してしまい、短絡状態となるので、被接合物であるパッケージと蓋には接合電流が事実上流れず、シーム接合が行われない。実際の接合作業にあっては、ローラ電極同士が短絡していることに気がつかずに、接合作業を続行してしまい、不良品が多数発生するといった問題が生じる。

本発明はこのような問題点を解決するために、ローラ電極の交換後には必ずローラ電極同士を設定最小間隔となる位置まで移動させ、そのときに電流が流れるか流れないかを確認し、電流が流れるときにはローラ電極の取り付けが不良であるので、ローラ電極の取り付け状況を点検することによって、ローラ電極の取り付け不良に起因する不良品の発生の防止、及びローラ電極の短絡による装置の損傷の防止を行うことが主目的である。

第１の発明は、前述のような問題を解決するために、電極ホルダと該電極ホルダに着脱可能なローラ電極とを一対備え、前記ローラ電極間に接合用電流を流すことにより前記ローラ電極に当接している被接合物を接合するシーム接合方法であって、前記ローラ電極が前記電極ホルダに取り付けられるステップと、前記ローラ電極を予め決めた設定最小間隔まで接近させるステップと、前記設定最小間隔を保持する位置にある前記ローラ電極間に電圧を印加するステップと、前記ローラ電極間に電流が流れるか、流れないかを確認するステップと、前記電流が流れるときには、前記電極ホルダに取り付けられている前記ローラ電極の取り付けが再度点検されて正規に取り付けられるステップと、前記ローラ電極間に電流が流れないときには、前記ローラ電極の取り付けが正規であると判定され、前記シーム接合を行うステップとを有することを特徴とするシーム接合方法を提供する。

第４の発明は、前述のような問題を解決するために、入力端子から入力される電力を制御する電力制御装置と、接合用トランスと、電極ホルダと、該電極ホルダに着脱可能な一対のローラ電極と、前記電極ホルダを互いに接近する方向又は離れる方向に駆動する駆動機構とを備え、前記ローラ電極間に接合用電流を流すことにより前記ローラ電極に当接している被接合物を接合するシーム接合装置において、前記一対のローラ電極に流れる短絡電流を検出する電流検出手段と、前記駆動機構を動作させて前記一対のローラ電極を設定最小間隔まで接近させる電極移動ステップと、電極位置確認用電力を前記一対のローラ電極間に供給させる電力供給ステップと、該電力供給ステップが行われるときに前記一対のローラ電極を介して前記短絡電流が流れるか、流れないかを確認する電流確認ステップとからなる電極位置確認シーケンスを有するコントローラとを備え、該コントローラが前記短絡電流の通流を確認するときに、前記電極移動ステップに戻り、前記ローラ電極の前記電極ホルダに対する取り付け点検作業又は前記ローラ電極が前記電極ホルダに正規に取り付けられる作業が行われた後に、前記電力供給ステップと前記電流検出ステップとを再び行うことを特徴とするシーム接合装置を提供する。

第１の発明によれば、従来のコントローラに電極位置確認シーケンスを付加すると共に、電流検出手段などごく簡単な部材を付加するだけで、確実にローラ電極の電極ホルダに対する取り付け状態を確認でき、その取り付け状態の不良に起因する接合不良を払拭でき、また短絡電流の通流によるローラ電極の損傷などを防ぐことができるシーム接合方法を提供できる。

第２の発明によれば、電極位置確認シーケンスを実行する際のローラ電極間の設定最小間隔を正確に検出することができ、ローラ電極の電極ホルダに対する取り付け状態をより精確に確認できる方法を提供できる。

第３の発明によれば、ローラ電極の移動停止時における速度を低下させ、慣性を小さくしているので、電極位置確認シーケンスを実行する際におけるローラ電極間を設定最小間隔に維持することができる方法を提供できる。

第４の発明によれば、従来のコントローラに電極位置確認シーケンスを付加すると共に、電流検出手段などごく簡単な部材を付加するだけで、確実にローラ電極の電極ホルダに対する取り付け状態を確認でき、その取り付け状態の不良に起因する接合不良を払拭でき、また短絡電流の通流によるローラ電極の損傷などを防ぐことができるシーム接合装置を提供できる。

第５の発明及び第６の発明によれば、接合用電源とは別の開閉電源を用いることによって、より設計上で裕度のあるシーム接合装置を提供することができる。

第７の発明によれば、ローラ電極の電極ホルダに対する取り付け状態の良否を確認する際における電力を節減できる。

[実施形態１]
図１ないし図６によって本発明を実施するための実施形態１について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るシーム接合装置１００を示す図である。図２は本発明に係る接合方法を説明するためのフローチャートを示す図である。図３はローラ電極の交換時における状態を示す図、図４はローラ電極が電極ホルダに正規に取り付けられた状態を示す図、図５はローラ電極の電極ホルダへの取り付けが不良である場合を示す図である。図６は本発明に係るシーム接合装置のローラ電極の位置検出とその駆動速度とを説明するための図である。

図１において、入力端子１、２は入力電源端子であり、商用交流電源電圧、又は発電機の交流電圧、あるいは直流電圧が印加される。交流電圧が入力される場合には、電力制御装置３はサイリスタ、あるいはＩＧＢＴ、又はＭＯＳＦＥＴなどのようなスイッチ素子を逆並列に接続した電力制御素子とその電力制御素子を駆動するパルス幅制御回路のような制御回路などからなる。また、商用交流電源電圧を不図示の整流装置で整流して得られた直流電圧が入力端子１、２に入力される場合には、電力制御装置３は前記スイッチ素子をフルブリッジ構成又はハーフブリッジ構成に接続してなる通常の回路構成のインバータ部とそのインバータ部をパルス幅制御する制御部とからなるインバータ装置であることが好ましい。接合用トランス４は、電力制御装置３の出力に接続された１次巻線４Ａと１次巻線４Ａの巻数に比べて巻数の僅かな２次巻線４Ｂとを有する。

２次巻線４Ｂの一端ａは第１の電極ホルダ６の給電軸棒７に接続され、２次巻線４Ｂの他端ｂは電流検出手段５を介して第２の電極ホルダ８の給電軸棒９に接続されている。給電軸棒７、９は回転しない。第１の電極ホルダ６、第２の電極ホルダ８にはそれぞれ第１のローラ電極１０、第２のローラ電極１１が着脱可能に取り付けられている。ローラ電極１０の回転軸棒１２、ローラ電極１１の回転軸棒１３は、電極ホルダ６、８の内部において不図示の回転部材を介して回転しない給電軸棒７、９にそれぞれ機械的にも電気的にも結合されている。ここで電流検出手段５はカレントトランス（変流器）又はホール素子などのように、１次側と２次側とを絶縁する電流検出器が好ましい。あるいは、検出した電気信号を光信号に変換するホトカプラとその光信号を受けて伝記信号に変換する受光素子などからなる光電変換素子を組み合わせた電流検出手段でもよい。

ほぼ中央を境にして左ネジ部と右ネジ部とが形成されている駆動軸棒１４の右ネジ部には、第１の電極ホルダ６を支承する支承部材１５が螺合され、前記左ネジ部には第２の電極ホルダ８を支承する支承部材１６が螺合されている。駆動軸棒１４の一端はモータ１７の回転軸に直接、又は図示しないギヤなどを介して結合されており、どちらかに回転するとき、支承部材１５と支承部材１６とが互いに接近する方向に移動したり、あるいは互いに離れる方向に移動する。これに伴って、ローラ電極１０とローラ電極１１とが接近したり、あるいは離れたりする。モータ１７は、駆動回路１８によって回転方向と回転速度などが決定される。この実施形態ではローラ電極１０とローラ電極１１との間隔を高い精度で制御するために、第１と第２のセンサ１９、２０を有する。第１のセンサ１９は、ローラ電極１１と１２とが設定最小間隔Ｗの近傍の位置になったことを検出し、駆動回路１８に位置検出信号を供給する。第２のセンサ２０は、駆動軸棒１４に固定されて一緒に回転する円板部２０Ａ、円板部２０Ａにおいて放射方向に形成された不図示の細いスリット又は小孔を検出する光検出部２０Ｂとからなり、前記スリット又は小孔を検出するとき位置検出信号を駆動回路１８に送る。ここで、駆動軸棒１４、モータ１７、駆動回路１８、センサ１９及び２０は駆動機構Ｄを構成する。

コントローラ２１は、予め決められたシーケンスにしたがって電力制御装置３を制御する点、及びシーム接合時に駆動機構Ｄを駆動するシーケンスは従来と同じである。しかし、本発明のシーム接合装置１００におけるコントローラ２１は新たな電極位置確認シーケンスを有する。コントローラ２１のシーム接合モードＸを選択すると、従来と同じシーケンスが行われ、電力制御装置３の制御シーケンスと駆動機構Ｄの制御シーケンスとが行われる。このとき、コントローラ２１は電流検出手段５からの電流検出信号を無視する。そして、ローラ電極の交換などを行って、電極ホルダ６、８に新たなローラ電極１０、１１を取り付けた場合には、コントローラ２１における電極位置確認モードＹを選択することによって、電極位置確認シーケンスが有効になり、電流検出手段５からの電流検出信号がコントローラ２１内で有効になる。

このシーム接合装置１００の電極位置確認シーケンスは、前記駆動機構Ｄを動作させて一対のローラ電極１０、１１を設定最小間隔まで接近させる電極駆動シーケンスと、電力制御手段３における不図示のスイッチ素子のスイッチング動作の半周期ないし数周期程度の設定時間だけ電力制御手段３を動作させて電極位置確認用電力を供給する電力供給シーケンスと、この電力供給シーケンスが行われるときに一対のローラ電極１０、１１を介して短絡電流が流れるか、流れないかを電流検出手段５によって検出する電流検出シーケンスと、前記短絡電流が流れるときには電極駆動シーケンスに戻るシーケンスと、前記短絡電流が流れないときには必要に応じてシーム接合モードＸ、又は手動モードなど他のモードに自動的に移行させる移行シーケンスとを有する。

次に、このシーム接合装置の動作について説明するが、シーム接合動作については前掲の引用文献１又は引用文献４とほぼ同様であるので、説明を省略する。ここでは特に、ローラ電極１０、１１が損耗したことなどによって新たなローラ電極に交換する場合などについての動作について説明する。先ず、図２に示すように、ローラ電極を交換するときには、第１のステップＳ１として、図示しない制御盤における電極交換スイッチをオンにする。すると、コントローラ２１から駆動機構Ｄに信号が送られ、駆動機構Ｄの駆動回路１８がモータ１７を高速で回転させ、これに伴い駆動軸棒１４が回転し、図３で示すように電極ホルダ６、８を設定最大間隔まで広げて停止する（第２のステップＳ２）。その設定最大間隔はローラ電極の取り外し、取り付けが容易にできる程度の間隔に設定されている。作業者がローラ電極１０、１１をそれぞれの電極ホルダ６、８から取り外し、新たなものに交換してローラ電極１０、１１をそれぞれの電極ホルダ６、８に取り付ける（第３のステップＳ３）。しかる後に、不図示の前記電極交換スイッチをオフにすることによって、駆動機構Ｄはローラ電極１０と１１とが互いに接近するように駆動軸棒１４を高速で回転させる（第４のステップＳ４）。

この第４のステップＳ４の動作について詳述すると、コントローラ２１からの信号によって、駆動機構Ｄにおける駆動回路１８はモータ１７を駆動する。モータ１７は、ローラ電極１０と１１とを接近させる方向に駆動軸棒１４を高速で回転させる。ローラ電極１０と１１とが接近している過程で、第１のセンサ１９が、駆動軸棒１４の回転によって図１の図面右方向に移動する支承部材１６における不図示の検出点を検出すると、図６（Ａ）に示すような第１の位置検出信号ｇ１を駆動回路１８に送出する。駆動回路１８はこの第１の位置検出信号ｇ１を記憶すると同時に、図６（Ｃ）に示しように、モータ１７の回転速度を低速に切り替える。この第１の位置検出信号ｇ１は、一対のローラ電極１０と１１との間隔が設定最小間隔Ｗになる位置近傍に到達したことを示す信号である。この設定最小間隔Ｗは、経験的に設定される距離である。ローラ電極の取り付け不良は取り付け時の僅かな不注意から生じるものが圧倒的に多く、最終的にローラ電極を電極ホルダに押し込むときの注意と確認との不足に起因することがほとんどであるために、正規の位置より０．５ｍｍ程度突出し、この誤差が数ミリメートル以下の幅の被接合物を接合する場合に特に問題になる。したがって、設定最小間隔Ｗは０．５ｍｍ以下で設定されることが好ましい。

設定位置近傍の位置を検出するセンサとして働く第１のセンサ１９は、図示しない発光素子から発光される光を前記検出点が遮るときに受光素子が信号を生じる一般的なものでよい。又は前記検出点に相当する位置に配置された発光素子から発光される光を受光素子が受光するときに信号を出すセンサであってもよい。駆動回路１８が第１の位置検出信号ｇ１を受けるとき、図６（Ｃ）に示すように、モータ１７は駆動軸棒１４の回転速度を高速から低速に切り替える、例えば高速の５０〜６０％に低下させる。駆動軸棒１４の更なる回転に伴い、図６（Ｂ）に示すように、第２のセンサ２０が検出点を検出すると、第２の位置検出信号ｇ２を駆動回路１８に与える。正確な設定位置を検出するセンサとして働く第２のセンサ２０は、前述したように、駆動軸棒１４に固定されて一緒に回転する円板部２０Ａと光検出部２０Ｂとからなる。円板部２０Ａはその放射方向に形成された不図示の細いスリット又は小孔である検出点を有する。光検出部２０Ｂは、図示しない光を発光する発光素子と、前記検出点となる細いスリット又は小孔を通過する前記光を受光する受光素子とからなる。

したがって、駆動回路１８は第１のセンサ１９から第１の位置検出信号ｇ１を受けた後、短い一定時間後に第２の位置検出信号ｇ２を第２のセンサ２０から受けることになる。駆動回路１８は、第１の位置検出信号ｇ１を受けた後、短い一定時間後に第２の位置検出信号ｇ２を受けるときだけ、モータ１７を停止させて駆動軸棒１４の回転を止め、第１、第２のローラ電極１０、１１がそれ以上接近するのを禁止する。このように、第１の位置検出信号ｇ１を受けるとき、ローラ電極１０、１１の接近速度を低下させ、しかる後にローラ電極１０、１１の接近速度に依存する一定時間後に停止させているので、慣性を小さくでき、したがって、高精度でローラ電極１０、１１を設定最小間隔Ｗとなる位置で停止させることができる。なお、ここで第２のセンサ２０を用いずに、第１のセンサ１９が前記検出点を検出した後、予め決めた短い所定時間の経過後にモータ１７を停止させても良い。この場合にはタイマ機能が有効である。また、モータ１７としてサーボモータを用いることができる。サーボモータを用いる場合には、第１のセンサ１９が前記検出点を検出した時点から、シーケンスに従いサーボモータの１回転毎に発生されるＺ相信号の位相に合わせてサーボモータを停止すれば、設定最小間隔Ｗとなる位置で停止させることができ、第２のセンサ２０を省略することができる。

次に、第５のステップＳ５として、コントローラ２１においてファイル番号の呼び出し、つまり、電極位置確認モードＹの選択を行う。この電極位置確認モードＹの選択はシーケンスに従って自動的に行っても良いし、あるいは手動でコントローラ２１を操作することによっても行うことができる。電極位置確認モードＹを選択すると、電極位置確認シーケンスが実行される。先ず、コントローラ２１が電力制御装置３に通電用の信号を送り、電力制御装置３を短い短時間だけ動作させ、電力制御装置３が接合用電力に比べて小さい値に調整された確認用電力を供給する。例えば、電力制御装置３における不図示の電力制御素子のスイッチング周期の半周期又はその半周期のほぼ０〜３０度程度の導通角まで電力制御素子をオン、あるいは電流を制限する小さな導通角で数周期にわたって電力制御素子をオンさせる。ここで、ローラ電極１０、１１が電極ホルダ６、７にほぼ正規に取り付けられていれば、図４に示すように、ローラ電極１０と１１との間には設定最小間隔Ｗに等しい距離だけ離れているので、ローラ電極１０と１１との間を短絡電流は流れない。つまり、通電は無いと判定され、電極交換は完了したとされる。しかし、ローラ電極１０、１１が電極ホルダ６、７に正規に取り付けられておらず、図５に示すように、ローラ電極１０と１１との対向面が接触していると、接合電流よりも小さく制限された短絡電流が入力端子１、２から電力制御装置３、接合用トランス４、一方の給電軸７、回転軸棒１２、ローラ電極１０、ローラ電極１１、回転軸棒１３、給電軸棒９、電流検出手段５などを介して流れる。

電流検出手段５は、この短絡電流の通電を検出すると、短絡検出信号を電力制御装置３に送出する。電力制御装置３は、このアナログの短絡検出信号を内蔵する不図示のアナログ−ディジタル（Ａ−Ｄ）変換器でディジタル信号に変換し、コントローラ２１に送出する。このとき、コントローラ２１は通電があったものとして確認、つまりローラ電極１０と１１の間が短絡しているものと判定する（第６のステップＳ６）。このように通電用の信号を電力制御装置３に送ってから、一定時間内に電流検出手段５から短絡検出信号を受け取ると、コントローラ２１は電極ホルダ６、８に対するローラ電極１０、１１の取り付けが正規でなく、取り付け不良であると判定して、シーケンスに従って前記電極交換スイッチを自動的にオンさせ、再度、前記第１のステップＳ１から第６のステップＳ６までが繰り返される。つまり、前記第１のステップＳ１で前記電極交換スイッチがオンすると、再び駆動回路１８はモータ１７を動作させ、駆動軸棒１４を逆方向に高速で回転させて、ローラ電極１０と１１との間の距離を設定最大間隔まで広げる。ローラ電極１０と１１との間の距離が設定最大間隔になると、モータ１７は停止する。

そして、図示しない作業者が電極点検作業、つまり電極ホルダ６、８に取り付けられているローラ電極１０、１１の取り付けを再度点検して、正規に取り付ける作業を行う。その点検作業が終了した後に、前記電極交換スイッチをオフさせる。このように第１のステップＳ１から第３のステップＳ３が行われた後、前述した第４から第６のステップＳ４〜Ｓ６が行われ、第６のステップＳ６で通電が検出されなければ、電極ホルダ６、８に対するローラ電極１０、１１の取り付けが正規であると判定され、電極位置確認シーケンスは完了し、次のモード、例えばシーム接合モードＸの選択に移行し、通常のシーム接合動作が行われる。

以上述べたように、この実施形態１では、従来のシーム接合装置に電流検出手段を設けると共に、電極位置確認シーケンスを従来のコントローラに付加するか、又は電極位置確認シーケンスをプログラミングした新たなコントローラを付加するだけでよい。また、前述動作では第１、第２のセンサ１９、２０からの位置検出信号が駆動回路１８に入力されたが、コントローラ２１に入力され、コントローラ２１からの指令により制御されても勿論よい。また、シーム接合モードＸが選択され、有効なときには、電流検出手段５の短絡検出信号はコントローラ２１内で無効にされる。

[実施形態２]
次に、図７、図８によって実施形態２に係る接合装置２００について説明する。図７において、図１で用いた記号と同じ記号は同一の名称の部材を示すものとする。図７において、端子ｃとｄ間に接続された開閉電源２２は、直流遮断用コンデンサ２３と電流検出手段５と接合用トランス４の２次巻線４Ｂとで閉回路を構成するように接続されていると共に、第１の電極ホルダ６の給電軸棒７と第２の電極ホルダ８の給電軸棒９との間に接続されている。開閉電源２２は、図８に示すように、直流電源２２Ａとこれに直列接続されたＦＥＴのような開閉可能なスイッチ素子２２Ｂとこのスイッチ素子２２Ｂをコントローラ２１からの信号に同期してオンオフ駆動する駆動手段２２Ｃと保護用抵抗２２Ｄからなる。他についてはシーム接合装置１００とほぼ同じであるので、説明を省略する。図２に示したように、ローラ電極１０、１１を交換したときには、コントローラ２１において不図示の制御盤における電極交換スイッチをオンする。この電極交換スイッチがオンすると、自動的に電極位置確認シーケンスが作動する。このシーケンスにおいて、前記第１のステップＳ１〜第４のステップＳ４はシーム接合装置１００の場合と同じである。第５のステップＳ５が、シーム接合装置１００と異なるので以下に説明する。

所定のファイル番号、つまり電極位置確認モードＹが選択されると、コントローラ２１は信号を開閉電源２２の駆動手段２２Ｃに与える。これに伴い、駆動手段２２Ｃは駆動信号をスイッチ素子２２Ｂに与えて、スイッチ素子２２Ｂをオンさせる。先ず、直流電流が直流電源２２Ａの正極からスイッチ素子２２Ｂ、保護用抵抗２２Ｄ、端子ｃ、直流遮断用コンデンサ２３、端子ａ、接合トランス４の２次巻線４Ｂ、端子ｂ、端子ｄを通して直流電源２２Ａの負極に流れ、直流遮断用コンデンサ２３を図示極性に短時間で充電する。直流遮断用コンデンサ２３の充電電圧が直流電源２２Ａの電圧に等しくなると、直流電流は直流遮断用コンデンサ２３を通して流れなくなり、直流電源２２Ａの電圧は一対のローラ電極１０、１１に印加される。

このとき、ローラ電極１０、１１が電極ホルダ６、８に正規にそれぞれ取り付けられていれば、ローラ電極１０、１１は設定最小間隔Ｗに等しい距離だけ隔てて離れているので、ローラ電極１０、１１を通して電流が流れないが、ローラ電極１０、１１が電極ホルダ６、８に正規に取り付けられていないために、図５（Ｃ）に示したようにローラ電極１０と１１とが互いに接触していると、短絡電流が流れる。この短絡電流は、直流電源２２Ａの正極からスイッチ素子２２Ｂ、保護用抵抗２２Ｄ、端子ｃ、給電軸棒７、電極ホルダ６、ローラ電極１０、ローラ電極１１、電極ホルダ８、給電軸棒９、電流検出手段５、端子ｄを通して流れ、電流検出手段５がその短絡電流を検出し、電力制御装置３を通してコントローラ２１に短絡検出信号を送る。ここで短絡電流は、初期には直流遮断用コンデンサ２３の充電電荷の放電と、直流電源２２Ｂからの電流との和に等しい電流となる。したがって、スイッチ素子２２Ｂは直流遮断用コンデンサ２３の充電時定数にほぼ等しい時間、最小限導通していれば足る。この場合には、ローラ電極１０と１１とを流れる短絡電流は、直流遮断用コンデンサ２３の放電電流にほぼ等しいパルス状の電流となり、電流検出手段５はこのパルス状の電流を検出することになる。なお、シーム接合装置２００においては、電極位置確認モードＹでコントローラ２１が電力制御装置３を動作させることはない。なお、直流電源２２Ｂは、不図示の商用交流電源からの交流電圧を不図示の整流手段で直流に変換された直流電圧を出力する電源が好ましい。この電源の好ましい一例として、コントローラ２１用の不図示の直流電源を用いることが考えられる。

コントローラ２１は電流検出手段５から短絡検出信号を受けると、電極ホルダ６、８に対するローラ電極１０、１１の取り付けが不良であると判定して、シーム接合装置１００における第２のステップＳ２と同じステップを自動的に行い、作業者が前記第３のステップＳ３と同様にローラ電極の取り付け状態について点検作業を行って、ローラ電極１０、１１を正規に電極ホルダ６、８に取り付け直す。しかる後に、不図示の電極交換スイッチをオフにして、ローラ電極１０、１１の取り付け状態を実施形態１で述べたのと同様なステップで確認する。したがって、電極位置確認モードＹの選択時には、電流検出手段５が短絡電流を検出しなくなるまで、電極位置確認シーケンスが行われる。なお、シーム接合装置２００において、直流遮断用コンデンサ２３は交流電流に何ら悪影響を与えることなく通電するので、シーム接合の際に直流遮断用コンデンサ２３を設けたことの悪影響は生じない。また、シーム接合モードＸが選択され、シーム接合が行われているときには、コントローラ２１は開閉電源２２のスイッチ素子２２Ｂをオフの状態に維持すると共に、シーム接合時に検出される電流検出手段５の検出信号を無視する。

[実施形態３]
次に、図９、図１０によって第３の実施形態であるシーム接合装置３００について説明する。図９において、図１、図７で用いた記号と同じ記号は同一の名称の部材を示すものとする。図９において、開閉電源２２が図８に示した構成と同じ場合には、図１０に示すように、双方向スイッチ手段２４は端子ａ側をアノードとする整流素子２４Ａと端子ａ側をカソードとするオンオフ可能なスイッチ素子２４Ｂとを並列接続、つまり互いに逆並列接続してなる双方向性のスイッチ素子とこれを駆動する駆動回路２４Ｃとからなるのが好ましい。

シーム接合装置３００において、電極位置確認モードＹが選択された場合には、シーム接合装置２００と全く同じ第１から第６までのステップが行われるので説明は省略する。電極位置確認モードＹでは、コントローラ２１は双方向スイッチ手段２４に信号を与えず、したがって、スイッチ素子２４Ｂがオンすることは無くオフのままであり、整流素子２４Ａは逆バイアス状態にあるから、開閉電源２２から接合トランス４の２次巻線４Ｂに電流は流れない。したがって、開閉電源２２の電圧はローラ電極１０、１１間に印加され、ローラ電極１０と１１とが短絡している場合のみ、短絡電流が流れ、その短絡電流を電流検出手段５が検出して電力制御装置３を介してコントローラ２１に送出する。そして、シーム接合装置１００、２００で説明したのと同様な電極位置確認シーケンスが行われる。

シーム接合モードＸが選択された場合には、コントローラ２１はスイッチ素子２４Ｂがフル導通するように、電力制御装置３のスイッチング周期の半周期に相当するパルス数の信号を駆動回路２４Ｃに与え、スイッチ素子２４Ｂと整流素子２４Ａとは交互に１８０度ずつ導通して交流電流を被接合物２５に流してシーム接合が行われる。ここで、開閉電源２２において直流電源２２Ａに代えて交流電源を用いる場合には、双方向スイッチ手段２４の整流素子２４Ａに代えてスイッチ素子２４Ｂと同様なスイッチ素子を用いるのが好ましく、コントローラ２１は双方向スイッチ手段２４が双方向にフル導通するように、電力制御装置３のスイッチング周期に同期する交互のパルス信号を駆動回路２４Ｃに与える。なお、双方向スイッチ手段２４は必ずしも必要でない。例えば、コントローラ２１が開閉電源２２のスイッチ素子２２Ｂ（図７）を短い設定時間だけオンさせる信号を送出するならば、パルス状の電流が接合用トランス４の２次巻線４Ｂを含む回路とローラ電極１０、１１及び電流検出手段５などを含む回路に分流し、双方のインピーダンスの値にほぼ反比例する電流が流れる。実際のシーム接合装置にあっては、電流検出手段５はこのパルス状電流を十分に検出できることを確認しており、双方向スイッチ手段２４を省略しても事実上、ほとんどの場合に問題はない。双方向スイッチ手段２４を削除できることの経済的な効果は大きい。この場合、開閉電源２２の電源はパルス電源が好ましい。

以上説明したシーム接合装置１００〜３００は、シーム接合時には同じ動作を行う。コントローラ２１によるシーケンスでローラ電極１０と１１との間の間隔が被接合物のサイズによって決められる設定値になると、モータ１７が停止し、駆動軸棒１４が回転を止める。すると、図示しない上下動機構によって駆動軸棒１４ごとローラ電極１０、１１は下降し、図８に示す被接合物２５に当接する。そして、適当な加圧力を被接合物２５に加えながら不図示の水平動機構によってローラ電極１０、１１が被接合物２５上を転がりながら水平方向に移動し、他方では電力制御装置３が動作して電力の供給を開始することにより、シーム接合を行う。このシーム接合動作は従来と同様である。

以上の実施形態では、電極位置確認モード時におけるローラ電極１０と１１との間を厳密に設定最小間隔にする位置にこれらローラ電極を停止させ、また、シーム接合モード時にはローラ電極１０と１１との間を厳密に設定間隔にする位置にこれらローラ電極を停止させために、第１、第２のセンサを用い、駆動軸棒１４の回転速度を切り替えたが、ローラ電極１０と１１との間の間隔の精度がさほど要求されない場合には、第１のセンサだけでもよい。また、電極位置確認モード時に高速性が要求されない場合には、駆動軸棒１４を低速で回転させることによって、第１のセンサだけで比較的高い電極間隔精度を得ることができる。

なお、電極ホルダ６、８に対するローラ電極１０、１１の取り付け構造は任意であるが、ごく簡単にローラ電極の交換を行うことができ、かつ簡潔で一般的な構造としては、電極ホルダ６、８がローラ電極１０の回転軸棒１２、ローラ電極１１の回転軸棒１３の直径よりも若干だけ大きな径の不図示の取り付け長孔を有し、その取り付け長孔に回転軸棒１２、１３に挿し込んだ状態で、電極ホルダ６、８の外面から取り付け長孔まで延びる不図示のネジ孔を通して外側からネジによって回転軸棒１２、１３を締め付ける構造が知られている。勿論、これ以外の構造でもよい。

本発明に係る第１の実施形態であるシーム接合装置１００を示す図である。シーム接合装置１００におけるローラ電極の交換時における各ステップを説明するための図である。本発明に係るシーム接合装置のローラ電極の交換時における状態を示す図である。本発明に係るシーム接合装置のローラ電極の交換が正規に行われた状態を示す図である。本発明に係るシーム接合装置のローラ電極の交換が正規に行われなかった状態を示す図である。本発明に係るシーム接合装置のローラ電極の位置検出とその駆動速度とを説明するための図である。本発明に係る第２の実施形態であるシーム接合装置２００を示す図である。シーム接合装置２００における開閉電源２２の回路構成の一例を示す図である。本発明に係る第３の実施形態であるシーム接合装置３００を示す図である。シーム接合装置３００における双方向スイッチ手段２４の回路構成の一例を示す図である。

符号の説明

１、２・・・入力端子
３・・・電力制御装置
４・・・接合用トランス
５・・・電流検出手段
６・・・電極ホルダ
７・・・給電軸棒
８・・・電極ホルダ
９・・・給電軸棒
１０、１１・・・ローラ電極
１２、１３・・・回転軸棒
１４・・・駆動軸棒
１５、１６・・・支承部材
１７・・・モータ
１８・・・駆動回路
１９・・・第１のセンサ
２０・・・第２のセンサ
２１・・・コントローラ
２２・・・開閉電源
２３・・・直流遮断用コンデンサ
２４・・・双方向スイッチ手段

Claims

電極ホルダと該電極ホルダに着脱可能なローラ電極とを一対備え、前記ローラ電極間に接合用電流を流すことにより前記ローラ電極に当接している被接合物を接合するシーム接合方法であって、
前記ローラ電極が前記電極ホルダに取り付けられるステップと、
前記ローラ電極を予め決めた設定最小間隔まで接近させるステップと、
前記設定最小間隔を保持する位置にある前記ローラ電極間に電圧を印加するステップと、
前記ローラ電極間に電流が流れるか、流れないかを確認するステップと、
前記電流が流れるときには、前記電極ホルダに取り付けられている前記ローラ電極の取り付けが再度点検されて正規に取り付けられるステップと、
前記ローラ電極間に電流が流れないときには、前記ローラ電極の取り付けが正規であると判定され、前記シーム接合を行うステップと、
を有することを特徴とするシーム接合方法。
請求項１において、
前記設定最小間隔の位置近傍の設定位置を検出する第１の位置検出信号が発生した後、前記ローラ電極の移動に伴い第２の位置検出信号が発生するときには、又は前記第１の位置検出信号が発生した後、予め決めた短い所定時間の経過後には、前記ローラ電極が前記設定最小間隔の位置にあるとすることを特徴とするシーム接合方法。
請求項２において、
前記設定位置を検出する前記第１の位置検出信号が発生したとき、前記ローラ電極の接近移動速度を低下させることを特徴とすることを特徴とするシーム接合方法。
入力端子から入力される電力を制御する電力制御装置と、接合用トランスと、電極ホルダと、該電極ホルダに着脱可能な一対のローラ電極と、前記電極ホルダを互いに接近する方向又は離れる方向に駆動する駆動機構とを備え、前記ローラ電極間に接合用電流を流すことにより前記ローラ電極に当接している被接合物を接合するシーム接合装置において、
前記一対のローラ電極に流れる短絡電流を検出する電流検出手段と、
前記駆動機構を動作させて前記一対のローラ電極を設定最小間隔まで接近させる電極移動ステップと、電極位置確認用電力を前記一対のローラ電極間に供給させる電力供給ステップと、該電力供給ステップが行われるときに前記一対のローラ電極を介して前記短絡電流が流れるか、流れないかを確認する電流確認ステップとからなる電極位置確認シーケンスを有するコントローラと、
を備え、
該コントローラが前記短絡電流の通流を確認するときに、前記電極移動ステップに戻り、前記ローラ電極の前記電極ホルダに対する取り付け点検作業又は前記ローラ電極が前記電極ホルダに正規に取り付けられる作業が行われた後に、前記電力供給ステップと前記電流検出ステップとを再び行うことを特徴とするシーム接合装置。
請求項４において、
前記入力端子から入力される電力によって又は前記電流検出手段を介して一対の前記ローラ電極間に供給されるように接続される開閉電源によって、前記電極位置確認用電力が供給されることを特徴とするシーム接合装置。
請求項４において、
前記電極位置確認用電力が前記電流検出手段を介して一対の前記ローラ電極間に供給されるように接続される開閉電源と、
前記開閉電源から前記原点検出用の電力が一対の前記ローラ電極間に供給されるときに、前記開閉電源を介して一対の前記ローラ電極間を含んでいない経路に電流が流れないように接続される整流素子若しくはスイッチ素子又はコンデンサとを有することを特徴とすることを特徴とするシーム接合装置。
請求項４ないし請求項６のいずれかにおいて、
一対の前記ローラ電極間に流れる電流は、前記接合用電流の電流値よりも前記短絡電流の電流値の方が小さいことを特徴とするシーム接合装置。