JP2006106504A

JP2006106504A - 光学用キャップ部品

Info

Publication number: JP2006106504A
Application number: JP2004295266A
Authority: JP
Inventors: Tadahito Furuyama; 忠仁古山
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】低融点ガラスの塗布作業の容易性を維持し且つ低融点ガラスの固着面を充分な広さに確保した上で、金属製シェルの側壁部の変形に起因する低融点ガラスの割れの発生を可及的に抑制する。
【解決手段】基端に接続開口端２を有する円筒形状の側壁部３と、側壁部３の先端に設けられ、その中心部にレンズ保持孔４を有する端壁部５を備えた金属製シェル６と、この金属製シェル６のレンズ保持孔４に低融点ガラス８で気密固着された球レンズ７とを備えた光学用キャップ部品１において、金属製シェル６の端壁部５を、レンズ保持孔４の周縁から外周方向に延びて所定直径の位置に至る内径側平面部９と、内径側平面部９の外周縁から先端側に向かって立ち上がった周壁部１０と、周壁部１０から外周方向に延びて側壁部３の先端に連なる連結壁部１１とで構成し、球レンズ７を固着する低融点ガラス８の実質的な固着面を、内径側平面部９とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学用キャップ部品に係り、詳しくは、基端に接続開口端を有する側壁部とその先端を覆う端壁部とを主たる構成要件とする金属製シェルを備え且つ端壁部にレンズを低融点ガラスで固着してなる光学用キャップ部品の改良技術に関する。

一般に、光学用キャップ部品は、光通信や光センサ等に用いられる発光素子或いは受光素子等の光素子を覆うもので、その内部を例えば気密状態に保持することにより、光素子に対する光の入出力を適正に行わせ得る構成とされている。この種の光学用キャップ部品としては、種々のものが提案され或いは実用化されているが、その具体例として、図３及び図４に示すような構成を備えたものが公知となっている。

そのうち、図３（ａ）に示す光学用キャップ部品２０は、基端に接続開口端２１を有する円筒形状の側壁部２２と、この側壁部２２の先端に設けられ且つその中心部にレンズ保持孔２３を有する端壁部２４とから構成された金属製シェル２５と、この金属製シェル２５のレンズ保持孔２３に低融点ガラス２６で固着された球レンズ２７と、から構成されている。そして、この光学用キャップ部品２０における側壁部２２の接続開口端２１には、外周側に向かって張り出された鍔部２８が一体形成されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、この光学用キャップ部品２０の使用態様は、ステム３０に搭載されたレーザダイオード等の光半導体素子３１の上方を覆うように光学用キャップ部品２０を載置した後、接続開口端２１の鍔部２８をステム３０に抵抗溶接等によって溶着固定することにより、光半導体素子３１を気密に封入して保護している。この溶着作業は、例えば光学用キャップ部品２０の接続開口端２１における鍔部２８の突起部２８ａを、円筒形状の電極３２によってステム３０に押圧すると共に、電極３２に通電して、光学用キャップ部品２０をステム３０に溶着することによって行われる。

また、図４に示す光学用キャップ部品４０は、側壁部４１の先端を覆う端壁部４２が、レンズ保持孔４３の周縁から先端側に向かって立ち上がる周壁部４４と、該周壁部４４の先端から外周側に延びて側壁部４１の先端に連なる平面部４５とから構成された金属製シェル４６と、この金属製シェル４６のレンズ保持孔４３に溶着等により固着されたレンズ４７と、から構成されている（例えば、特許文献２参照）。なお、この光学用キャップ部品４０も、ステム３０に搭載された光半導体素子３１の上方を覆うように配置されると共に、接続開口端４８における鍔部４９がステム３０に抵抗溶接等により固定されている。

実開平６−７８９０８号公報実開平２−１２８１０９号公報

ところで、上記の図３（ａ）に示す光学用キャップ部品２０は、円筒状の側壁部２２の先端に平面状の端壁部２４の外周縁が直接連なっている関係上、側壁部２２に曲げ変形等が生じた場合には、その変形は直接的に端壁部２４に影響を及ぼすことになる。詳述すると、図３（ｂ）に示すように、溶着時に加えられる電極３２による機械的負荷によって鍔部２８の突起部２８ａの潰れ方に偏りが生じ、側壁部２２に曲げ変形が生じた場合、例えば側壁部２２が軸心に対して傾斜状態となるような変形、或いは側壁部２２の一部分が軸心に沿う方向に位置ズレを来たすような変形が生じた場合には、端壁部２４もこれに伴って曲げ変形する。そのため、球レンズ２７を気密固着している低融点ガラス２６に割れ或いはクラックが入るなどして、光学用キャップ部品２０の耐久性が低下するのみならず、光学用キャップ部品２０とステム３０とで囲繞された空間の気密性が容易に破られる等の問題を有していた。

一方、上記の図４に示す光学用キャップ部品４０は、側壁部の先端に平板状の端壁部の外周縁が直接連なる構成とはされておらず、この光学用キャップ部品の端壁部４２は、レンズ保持孔４３から立ち上がる周壁部４４と、該周壁部４４の先端から側壁部４１の先端に連なる平面部４５とから構成されている。このような構成は、端壁部４２にフェルールＦを当接させた場合に、レンズ４７とフェルールＦとの干渉を防止するために採用されたものであることに加えて、この光学用キャップ部品４０は、レンズ４７を固着するために低融点ガラスを使用しておらず、従って既述のように側壁部４１に曲げ変形等が生じても、低融点ガラスに割れやクラック等が発生するという事態は起こり得ない。

この場合において、図４に示す光学用キャップ部品４０におけるレンズ４７の固着に、仮に低融点ガラスを使用したならば、周壁部４４がレンズ保持孔４３の周縁から即座に立ち上がっていることから、低融点ガラスの実質的な固着面は周壁部４４の内表面となり、このためレンズ４７を的確に固着するための充分な固着面積を確保できなくなるおそれがある。しかも、このように周壁部４４がレンズ保持孔４３の周縁から即座に立ち上がっていると、レンズ４７と周壁部４４との間の空間、即ち低融点ガラスを例えば塗布するための作業用空間が狭くなり、作業の困難化や作業能率の悪化を招くという新たな問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低融点ガラスの塗布作業の容易性を維持し且つ低融点ガラスの固着面を充分な広さに確保した上で、金属製シェルの側壁部の変形に起因する低融点ガラスの割れやクラックの発生を可及的に抑制することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、基端に接続開口端を有する筒状の側壁部と、該側壁部の先端に設けられ且つその中心部にレンズ保持孔を有する端壁部とを備えた金属製シェルと、この金属製シェルのレンズ保持孔に低融点ガラスで固着されたレンズと、を備えた光学用キャップ部品において、前記金属製シェルの端壁部は、前記レンズ保持孔の周縁から平面に沿うように外周方向に延びて所定直径の位置に至り且つ表面が低融点ガラスの実質的な固着面となる内径側面壁部と、該内径側面壁部の外周縁から先端側に向かって立ち上がる周壁部と、該周壁部の先端から外周側に延びて前記側壁部の先端に連なる連結壁部とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、上記の「レンズ保持孔の周縁から平面に沿うように外周方向に延びて」なる内径側面壁部とは、内径側面壁部の外周方向に延びる際の方向性が平面に沿っていることを意味し、従って内径側面壁部の詳細な形態が、周壁部の存在による段差よりも小さな高低差を有する波形状や凹凸形状であっても、その方向性が平面に沿っていればよく、また内径側面壁部が、軸心と直交する面に対して１０°程度以内の角度で傾斜していても、「平面に沿う」という概念に含まれる。更に、上記の「表面が低融点ガラスの実質的な固着面となる内径側面壁部」とは、内径側面壁部の表面が、低融点ガラスの固着面における全領域の一部となる場合のみならず、低融点ガラスの固着面が、内径側面壁部の表面から周壁部の一部分に達している場合であっても、この周壁部の一部分がレンズを固着するという点で殆ど関与していない場合は、内径側面壁部の表面が低融点ガラスの実質的な固着面となる。また、上記の周壁部が、内径側面壁部から湾曲しつつ先端側に向かって立ち上がっている場合には、その湾曲部も周壁部に含まれる。

このような構成によれば、内径側面壁部が、周壁部と連結壁部からなる折り曲げ部を介して側壁部に連なっていることから、側壁部に曲げ変形等が生じても、その折り曲げ部で曲げ変形等が適度に吸収されることになり、従来のように内径側面壁部の外周縁が側壁部に直接連結されている場合と比較して、内径側面壁部に対する側壁部の曲げ変形等による悪影響を抑制することができる。これにより、内径側面壁部の表面に固着されている低融点ガラスに対して、側壁部の変形による影響が生じ難くなり、低融点ガラスの割れやクラックの発生確率が可及的に低減されて、光学用キャップ部品の耐久性が向上すると共に、その内部が気密封止される場合においては、気密性破壊の問題も生じ難くなる。また、周壁部は、レンズ保持孔の周縁から即座に立ち上がっているわけではなく、レンズ保持孔の周縁から平面に沿うように外周方向に延びて所定直径の位置に至る内径側面壁部の外周縁から立ち上がっているため、レンズ保持孔にレンズを固着する際の低融点ガラスの塗布作業は、内径側面壁部の上部空間を利用して行うことができ、作業スペースが不当に狭小であることに起因する作業の困難化や作業能率の悪化が効果的に回避される。しかも、このようにレンズ保持孔の周縁から平面に沿うように外周方向に延びて所定直径の位置に至る内径側面壁部の表面が、低融点ガラスの実質的な固着面となることから、低融点ガラスの固着面積を充分な広さに確保して、固着強度を向上させることができる。更に、内径側面壁部に対して周壁部が先端側に立ち上がって隆起しているので、低融点ガラスの流れ止めの役割も果たし得ることになり、低融点ガラスの不当な流れによる無駄な広がりを抑制できると共に、低融点ガラスの外周縁の直径が周壁部で規制されることになるので、低融点ガラスはレンズ保持孔の周辺に充分充填され、光学用キャップ部品の気密封止を容易かつ確実に行うことができる。

上記の構成において、内径側面壁部は、軸心と直交する平面部であることが好ましい。

このようにすれば、上述の種々の利点をより確実に享受できるばかりでなく、光学用キャップ部品の簡素化及び作製の容易化を図ることができる。

上記の構成において、前記内径側面壁部の径方向寸法は、前記レンズ保持孔の周縁から前記側壁部の外周面に至るまでの径方向寸法の１／３以上に設定されていることが好ましい。

このようにすれば、特に、上述の作業スペース上の利点、及び低融点ガラスの充分な固着面確保の利点等を、より的確に享受することができると共に、側壁部の変形に起因する低融点ガラスの割れ等の問題にも充分に対処することが可能である。

上記の構成において、低融点ガラスの外周縁は、内径側面壁部の範囲内にあってもよく、また周壁部に接触することにより低融点ガラスの外周縁の直径が規制されていてもよい。

前者によれば、低融点ガラスの使用量を極力抑えて無駄を低減した上で、その固着面を適切に確保したいという要請に応じる場合に有利であり、後者によれば、既述のように低融点ガラスをレンズ保持孔の周辺に充分充填したいという要請に応じる場合に有利となる。

また、上記の構成を備えた光学用キャップ部品に適用できるレンズは、既存の形状のものを適宜選択し得るが、例えばレンズを球レンズとした場合であっても上記と同様の効果を奏し得る。

この場合、球レンズは機械加工のみによって高精度のレンズを容易に製造できるため安価であり、しかも光学的な異方性がないことから、レンズをレンズ保持孔に実装する際の方位調整が不要であり且つ金属製シェルへの組み付けが容易となる利点を更に享受できることになる。

以上のように本発明に係る光学用キャップ部品によれば、内径側面壁部が設けられていることにより、低融点ガラスの塗布作業が困難になることを回避できると共に、低融点ガラスの固着面が不当に狭くなることをも抑止することができる。しかも、側壁部に変形が生じた場合であっても、内径側面壁部が、周壁部と連結壁部からなる折り曲げ部を介して側壁部に連なっているので、この折り曲げ部によってその変形を阻止し、内径側面壁部には側壁部の変形の影響が殆ど生じなくなる。これにより、レンズを固着している低融点ガラスには側壁部の変形に起因する割れやクラックが発生し難くなり、光学用キャップ部品の気密性を確保する上で有利となる。また、周壁部が、内径側面壁部に対して、先端側に立ち上がっているので、低融点ガラスの流れ止めの役割も奏し得る。この結果、レンズ保持孔の周辺に十分な量の低融点ガラスが溜まり、容易かつ確実に光学用キャップ部品の気密性を確保することができる。

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る光学用キャップ部品１は、基端に接続開口端２を有する円筒状の側壁部３と、この側壁部３の先端に設けられ且つその中心部にレンズ保持孔４を有する端壁部５とを備えた金属製シェル６を具備してなる。そして、この金属製シェル６のレンズ保持孔４に、球レンズ７が嵌め込まれ、低融点ガラス８でその周囲が気密固着されている。この金属製シェル６の端壁部５は、レンズ保持孔４の周縁から外周方向に延びて所定直径の位置に至る内径側面壁部（内径側平面部）９と、この内径側平面部９の外周縁から先端側に向かって立ち上がる周壁部１０と、この周壁部１０から外周側に延びて側壁部３の先端に連なる連結壁部１１とを備えており、球レンズ７を気密固着する低融点ガラス８の外周縁が内径側平面部９の範囲内に収まるように、低融点ガラス８が固着されている。この場合、内径側平面部９の径方向寸法ａは、レンズ保持孔４の周縁から側壁部３の外周面に至るまでの径方向寸法ｂの１／３以上になるように設定されている。

そして、上記のように構成された光学用キャップ部品１は、同図に示すように、ステム３０に搭載された光半導体素子３１を覆うように載置され、ステム３０に抵抗溶接（例えば、プロジェクション溶接）により溶着固定される。勿論、この溶着作業は、抵抗溶接に限らず、例えばレーザ溶接等を用いることもできる。なお、この溶着作業をドライ窒素の雰囲気下で行って、光学用キャップ部品１とステム３０とで囲繞された空間にドライ窒素を充填させてもよい。この場合、ドライ窒素は水分を除去した純粋なガスなので、水分による半導体光素子の劣化をより確実に防止することができる。

上記のように構成された光学用キャップ部品１によれば、図２に仮想線で示すように、金属製シェル６の側壁部３に変形が生じた場合であっても、内径側平面部９が、周壁部１０と連結壁部１１から成る折り曲げ形状を介して側壁部３へと連なっているので、内径側平面部９に変形が及ぶ前に、折り曲げ形状によってその変形が阻止され、内径側平面部９には側壁部３の変形の影響が殆ど生じない。そして、低融点ガラス８をこの内径側平面部９の範囲内で固着すれば、低融点ガラスの使用量を極力抑え無駄を低減した上で、その固着面積を適切に確保することができると共に、側壁部３の変形に起因して生じる低融点ガラスの割れやクラックの発生を防止することができる。

さらに、低融点ガラス８の外周縁が周壁部１０に接触しその直径が規制されている場合であっては、周壁部１０により低融点ガラス８はその流れを規制されているので、球レンズ７の周囲には低融点ガラス８が十分に溜まり、球レンズ７がレンズ保持孔４により高い気密性をもって固着されることになる。また、低融点ガラス８が内径側平面部９の全域にわたって固着されるので、固着面積を十分に確保することができ、より堅固に球レンズ７を保持することができ、光学用キャップ部品１の耐久性の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態に係る金属製シェル６の製造方法は、例えば板状素材をプレス加工によって、内径側平面部９、周壁部１０及び連結壁部１１からなる端壁部５と、これに連なる側壁部３とを一体成形し、端壁部５の中心部に球レンズ７の直径より僅かに大きいレンズ保持孔４を打ち抜き成形することでなされる。この場合、切削加工によって金属製シェル６を製造した場合に比して加工時間を短縮することができ、斯かる製造コストを低減することができる。また、この金属製シェル６の材質は、通電により溶接可能な金属材料であればステンレス等の材料も使用可能であり、特にレンズに使用されるガラス材料と膨張係数が近く、金属製の薄板からプレス成形などにより安価に大量生産可能な鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金（コバール合金）などの材料が好ましい。また、金属製シェル６の肉厚は、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。

また、低融点ガラス８の組成としては、ＰｂＯを６５〜９０ｗｔ％（好ましくは７５〜８８ｗｔ％）、Ｂ₂Ｏ₃を５〜２０ｗｔ％（好ましくは８〜１５ｗｔ％）、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃のいずれも０〜１０ｗｔ％を調合したものを用いることができる。さらに、低融点ガラスにＢｉ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｕＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯを１０ｗｔ％以下で含有させてもよい。また、上記成分以外にも、５ｗｔ％以下のＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｖ₂Ｏ₅、Ａｇ₂Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅、Ｃｏ₂Ｏ₃、Ｍｏ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＭｇＯ等の酸化物や、Ｆ₂、Ｉ₂等のハロゲン及びＣｅＯ₂等の希土類酸化物を含有させてもよい。さらには、低融点ガラスの熱膨張係数の調整や、機械的強度の向上を図る観点から、上記低融点ガラスに耐火性フィラーを混合してもよい。耐火性フィラ−を混合する場合、その混合割合は低融点ガラス４５〜９２ｖｏｌ％に対して、耐火性フィラ−粉末８〜５５ｖｏｌ％であることが好ましい。両者の割合をこのように限定した理由は、耐火性フィラ−粉末が８ｖｏｌ％より少ないとその効果がなく、５５ｖｏｌ％より多くなると流動性が悪くなるためである。耐火性フィラ−粉末としては、ウィレマイト系セラミック、チタン酸鉛系セラミック、コーディエライト、酸化スズ固溶体、ジルコン系セラミック等の粉末を単独、あるいは組み合わせて使用することができる。

また、レンズの形状は球レンズに限らず、例えばロッドレンズ等であっても良く、使用形態に応じてその形状を適宜選択し得る。また、連結壁部１１は、側壁部３から複数回にわたり折り返して周壁部１０へと連なるものであってもよい。

本発明の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る光学用キャップ部品の作用を示す縦断面図である。従来の光学用キャップ部品を示す縦断面図である。従来の光学用キャップ部品を示す縦断面図である。

符号の説明

１光学用キャップ部品
２接続開口端
３側壁部
４レンズ保持孔
５端壁部
６金属製シェル
７球レンズ
８低融点ガラス
９内径側平面部
１０周壁部
１１連結壁部

Claims

基端に接続開口端を有する筒状の側壁部と、該側壁部の先端に設けられ且つその中心部にレンズ保持孔を有する端壁部とを備えた金属製シェルと、
前記金属製シェルのレンズ保持孔に低融点ガラスで固着されたレンズと、を備えた光学用キャップ部品において、
前記金属製シェルの端壁部は、前記レンズ保持孔の周縁から平面に沿うように外周方向に延びて所定直径の位置に至り且つ表面が低融点ガラスの実質的な固着面となる内径側面壁部と、該内径側面壁部の外周縁から先端側に向かって立ち上がる周壁部と、該周壁部の先端から外周側に延びて前記側壁部の先端に連なる連結壁部とを備えたことを特徴とする光学用キャップ部品。
前記内径側面壁部は、軸心と直交する平面部であることを特徴とする請求項１に記載の光学用キャップ部品。
前記内径側面壁部の径方向寸法は、前記レンズ保持孔の周縁から前記側壁部の外周面に至るまでの径方向寸法の１／３以上に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学用キャップ部品。
前記低融点ガラスの外周縁が、前記内径側面壁部の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光学用キャップ部品。
前記低融点ガラスの外周縁が、前記周壁部に接触することにより該低融点ガラスの外周縁の直径が規制されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光学用キャップ部品。
前記レンズが球レンズであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光学用キャップ部品。