JP2008225138A - レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】レセプタクル部とパッケージ部が確実に固定できるレーザモジュールを提供する。
【解決手段】レーザ光発光素子２０を有するパッケージ部３と、レーザ光発光素子からの光を通すレンズ４とを有するレセプタクル部２を有するレーザモジュール１であり、レセプタクル部２は、パッケージ部３に対して、プロジェクション溶接により接合され、レセプタクル部２には、プロジェクション溶接に用いられる突起部１０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザモジュールに関し、特にレンズを保持するレセプタクル部とレーザ光発光素子を収容しているパッケージ部がプロジェクション溶接により固定されているレーザモジュールに関する。

レーザモジュールは、レンズを有するレセプタクル部と、レーザ光発光素子を有するパッケージ部とを備えており、レセプタクル部とパッケージ部は、ＹＡＧレーザ光を照射することで溶接されている。
（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−４９５８８号公報

ところが、特許文献１のレーザモジュールでは、ＹＡＧレーザ光はレセプタクル部の接合面とパッケージ部の接合面に直接照射することはできず、レセプタクル部とパッケージ部の周囲から照射せざるを得ないので、レセプタクル部とパッケージ部を確実に溶接することが難しい。すなわち、レーザ光によりレセプタクル部とパッケージ部を溶接するとポイント付けになるので気密に接合することが難しい。もし、レーザ光を用いて気密に接合するには、レーザ光で連続的に溶接する必要があり、時間がかかるし、かえってパッケージに歪みを与えてしまう。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、レセプタクル部とパッケージ部が確実に固定できるレーザモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明のレーザモジュールは、レーザ光発光素子を有するパッケージ部と、
前記レーザ光発光素子からの光を通すレンズを有するレセプタクル部と、を有するレーザモジュールにおいて、
レセプタクル部は、パッケージ部に対してプロジェクション溶接により接合されていることを特徴とする。

本発明のレーザモジュールは、好ましくは前記レセプタクル部には、プロジェクション溶接に用いられる突起部が形成されていることを特徴とする。
本発明のレーザモジュールは、好ましくは前記レセプタクル部は、前記レンズを保持する小径部分と、前記小径部分に接続されている大径部分と、を有しており、前記大径部分の平面部には、前記突起部が形成されていることを特徴とする。
本発明のレーザモジュールは、好ましくは前記レセプタクル部の前記小径部分は、前記パッケージ部内に位置されていることを特徴とする。

本発明によれば、レセプタクル部とパッケージ部が確実に固定できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のレーザモジュールの好ましい実施形態を示す分解斜視図であり、図２は、プロジェクション溶接を行う前のレーザモジュールの状態を示す図である。図３は、プロジェクション溶接を行ったレーザモジュールを示す図である。

図１と図２に示すように、レーザモジュール１は、レセプタクル部２とパッケージ部３を有しており、図３に示すようにレセプタクル部２がパッケージ部３に対してプロジェクション溶接により確実に固定されている。
図１と図２に示すように、レセプタクル部２は、レンズ４を保持するスリーブであり、例えばステンレスにより作られている。レセプタクル部２は、円筒状の大径部分５と円筒状の小径部分６を有する。小径部分６の内部には、レーザ光を導くためのレンズ４が固定されている。

図１と図２に示すように、大径部分５は、リング状の当接面部８を有しており、この当接面部８には突起部（プロジェクション）１０が当接面部８に沿って周状に連続的に形成されている。この突起部１０は例えば断面三角形状の突起部であり、プロジェクション溶接に用いられる部分であり、突起部１０の突出方向はレセプタクル部２のレンズ４の光軸Ｌ１と平行である。

図１と図２に示すように、パッケージ部３は、直方体形状の箱形部材であり、金属材料、例えばコバールにより作られている。パッケージ部３は、側面部１１，１２，１３，１４，１５を有している。側面部１１と側面部１３は平行に形成され、側面部１２と側面部１４は平行に形成されている。側面部１１と側面部１３は、側面部１２と側面部１４に対してそれぞれ垂直に形成されている。

側面部１１には円形状の開口部１７が形成されており、この開口部１７の直径Ｄはレセプタクル部２の小径部分６の外径よりもやや大きく、大径部分５の外径よりも小さい。図３に示すように、レセプタクル部２の小径部分６は、この開口部を通じてパッケージ部３内に収容される。側面部１３には、複数本の電気接続端子１６が光軸ｌ１に平行になるように突出して形成されている。図１に示すように、側面部１５に対向する反対側の部分は、長方形の開口部１８である。

パッケージ部３の内部空間には、レーザ光発光素子としてのレーザダイオード２０が配置されている。図３に示すように、レーザダイオード２０の射出端２１が通る光軸Ｌ２は、レンズ４の光軸Ｌ１と一致している。レーザダイオード２０は電気接続端子１６に電気的に接続されている。

図３に示すように、レセプタクル部２のリング状の当接面部８は、パッケージ部３の平面状の側面部１１に対して、複数の突起部１０を用いてプロジェクション溶接により確実に固定されている。この固定状態では、レセプタクル部２の小径部分６は、開口部１７を通ってパッケージ部３の内部空間内に配置されており、レンズ４はレーザダイオード２０に対面する位置に保持されている。レンズ４の光軸Ｌ１とレーザダイオード２０の光軸Ｌ２は、一致している。

次に、図４と図５を参照して、レーザモジュールの溶接装置１００を説明する。
図４は、レセプタクル部２とパッケージ部３をプロジェクション溶接する前の状態を示しており、図５は、通電と加圧によりレセプタクル部２とパッケージ部３をプロジェクション溶接している状態を示している。図６は、図４に示す可動部７０などを含む部分Ｓの構造を拡大して示している。

図４に示すように、レーザモジュールの溶接装置１００は、ベース部５０と、ホルダー部５１と、加圧装置５２と、サポート部６０と、電源５５を有している。
電源５５はベース部５０とホルダー部５１に対して電気的に接続されて通電回路を構成しており、レセプタクル部２とパッケージ部３に対して通電することができる。加圧装置５２は、ホルダー部５１をベース部５０側に対して矢印Ｔに沿って例えば１００ｋｇの荷重を加えることができる。

図４に示すベース部５０は、基板６１と、支持部６２を有しており、支持部６２は基板６１の上に固定されている。図４に示すホルダー部５１は、基部６５と取付部６６を有しており、取付部６６は、図２に示すレセプタクル部２を着脱可能に保持するために凹部６７を有している。
図４に示すサポート部６０は、可動部７０と、棒状部材７１と、棒状の上下動作部材７２と、スプリング７３と、固定部材７４を有している。固定部材７４はフランジ７６を有しており、フランジ７６は支持部６２に対して固定されており、固定部材７４は支持部６２内に位置されている。

固定部材７４は、内部に断面円形状の空間部分７８を有しており、この空間部７８には上下動作部材７２とスプリング７３が配置されている。上下動作部材７２は、大径部７７と小径部７９を有しており、段差部８０と固定部材７４のストッパ８１の間には、スプリング７３が配置されている。スプリング７３は、上下動作部材７２をＺ１方向に付勢するための付勢部材である。

これにより、上下動作部材７２は、Ｚ方向に沿ってスプリング７３の付勢力に抗して、Ｚ１方向とＺ２方向に沿って上下移動することができる。ただし、上下動作部材７２の下端部８２が基板６１の上面８３に突き当たることで、上下動作部材７２のＺ２方向への移動は停止する。
図４に示す棒状部材７１は、上下動作部材７２の中空部分において同軸状に配置されている。棒状部材７１の上端部８７は断面で見てＴ字型に形成されている。棒状部材７１の下端部８８は上下動作部材７２の先端部８２側に座金８９を用いて固定されているが、棒状部材７１は、図示しないアクチュエータの動作により、上下動作部材７２に対してＺ２方向には下げることができる。

図６を参照して、図４の部分Ｓの構造をさらに説明する。
図６の部分Ｓにおいては、可動部７０と、棒状部材７１の上端部８７と、上下動作部材７２の受け部９０を示している。
図６の可動部７０は、直方体形状のブロック体９１と、平板９２と、球面部分９３を有している。ブロック体９１と平板９２と球面部分９３は固定されており、平板９２がブロック体９１と球面部分９３の間に配置されている。ブロック体９１は、パッケージ部３を収容して保持するための凹部９４を有している。この凹部９４は、取付部６６の凹部６７に対向した位置にあり、平板９２に接する部分は半円形の拡張部分９４Ｃを有している。

図６の平板９２には、下側に向けて凹部９５が形成されている。球面部分９３は、断面で見て円弧形状を有しており、球面状の内周面１０１と球面状の外周面１０２を有する。内周面１０１は、中心位置Ｐから半径Ｒ１の円周上に沿って形成されている。この中心位置Ｐは、図１に示すレセプタクル部２のリング状の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１の接合部の中心位置である。
また、外周面１０２は、中心位置Ｐから半径Ｒ２の円周上に沿って形成されている。半径Ｒ２は半径Ｒ１よりも大きい。すなわち、内周面１０１と外周面１０２は、中心位置Ｐを中心として同心円状に形成されている。

一方、上下動作部材７２の上端部には、受け部９０が形成されている。この受け部９０は、水平線Ｇに対して角度θで傾斜している傾斜面部である。この水平線Ｇは、光軸Ｌ１，Ｌ２に対して垂直である。これにより、可動部７０の外周面１０２は、上下動作部材７２の受け部９０に倣って中心位置Ｐを中心として矢印Ｗ方向に揺動することができる。
図６に示すように、内周面１０１と凹部９５により形成される空間１１５には、棒状部材７１の上端部８７が収容されているが、空間１１５の大きさは、上端部８７よりも大きくなっていて、上端部８７は、空間１１５内で移動可能である。

図６に示すように、上下動作部材７２は、エア導入路１１６を有しており、エア導入路１１６は受け部９０の内面側に通じている。可動部７０の外周面１０２が上下動作部材７２の受け部９０に倣って中心位置Ｐを中心として矢印Ｗ方向に揺動する際には、この揺動動作をスムーズにするために、エア供給源１５０からエアを、エア導入路１１６を通じて空間１１５と内周面１０１と外周面１０２と受け部９０の間に供給することができる。

次に、図１〜図６および図７を参照しながら、レーザモジュール１の溶接方法を説明する。
図２に示すレーザモジュール１のレセプタクル部２の大径部分５が、図４に示すように取付部６６の凹部６７に対して装着される。また、図４に示すようにパッケージ部３は可動部７０の凹部９４内に装着される。パッケージ部３が可動部７０の凹部９４内に装着された状態では、電気接続端子１６が凹部６７内に収容されている。

次に、図４に示すように、取付部６６とレセプタクル部２がＺ２方向に下がると、図７（Ａ）に示すように、大径部分５の当接面部８がパッケージ部３の側面部１１に接近することで、複数の突起部１０が側面部１１に接触して通電可能な状態になる。この状態では、レンズ４の光軸Ｌ１とパッケージ部３のレーザダイオード２０の光軸Ｌ２は、一致している。

その後、図４に示す加圧装置５２が所定の荷重、例えば１００ｋｇを取付部６６に与えると、図５に示すように、上下動作部材７２がスプリング７３の力に抗してＺ２方向に下がって、上下動作部材７２の下端部８２と基板６１が接触点１２１で電気的に機械的に接触する。

図５の電源５５が、基部６５と基板６１との間の電気経路に通電すると、複数の突起部１０は、図７（Ｂ）と図３に示すようにつぶれて、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８がパッケージ部３の側面部１１に対してプロジェクション溶接により強固に気密接合できる。この際に、突起部１０の数を増やせば、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１は、より強固に気密接合できる。このように、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１が平行に保持され、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１は気密に面接合できることから、従来のレーザ光を用いた接合に比べて強固に気密接合できる。

図４に示す電源５５が溶接電流を通電する経路は、基部６５と取付部６６、レセプタクル部２、複数の突起部１０，パッケージ部３の側面部１１、図６に示す可動部７０のブロック体９１、平板９２、球面部分９３と上下動作部材７２の受け部９０との接触部１２０、図５に示す上下動作部材７２の下端部８２と基板６１の接触点１２１により形成される。

エア供給源１５０はエア導入路１１６を通じて空間１１５と内周面１０１と外周面１０２と受け部９０の間に供給することができる。パッケージ部３の形状がゆがんでおらず側面部１１，１２，１３，１４が互いに直角になるように形成されている場合には、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１が平行になるので、可動部７０はＷ方向には摺動せずに図６に示すように正立状態を維持する。なお、可動部７０は、棒状部材７１を図示しないアクチュエータを用いて図６のＺ２方向に下げることで、受け部９０に対して固定することができる。

しかし、図８に示すように、パッケージ部３が規定の形状に比べてゆがんでおり、側面部１１と側面部１３が側面部１２，１４に対して垂直度を確保できていない場合には、側面部１１，１３は角度αで傾いている。このように傾く場合が生じるのは、パッケージ部３が角パイプを切断することで加工された部品であり、角パイプを切断する際にゆがんでしまうためである。

このような場合には、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１が平行になってプロジェクション溶接により強固に気密接合できるようにするために、図８に示すように、可動部７０は、図６に示す状態から角度αだけ受け部９０に対してＷ方向に沿って摺動することで、レセプタクル部２の大径部分５の当接面部８とパッケージ部３の側面部１１を平行することができる。

このように可動部７０がＷ方向に沿って摺動する際には、エア供給源１５０は、エアをエア導入路１１６を通じて、空間１１５と内周面１０１と外周面１０２と受け部９０の間に供給することができるので、可動部７０は浮かせた状態で容易に滑らかに動かすことができる。すなわち、電源５５から溶接電流を付加でき、可動部７０が受け部９０に対して中心位置Ｐを中心として回転できるようにしたパッケージ部３のフローティング構造を採用しているので、パッケージ部の歪みを吸収できる。これにより、レーザモジュール１は、パッケージ部３の歪みが存在してもその歪みを吸収して、レセプタクル部２とパッケージ部３の良好な気密接合を安定して得ることができる。

ここで、上述した本発明の実施形態に対する比較例の溶接装置を、図９を参照して説明する。

図９は、パッケージ部３が所定の形状からゆがんでいる場合に、比較例の溶接装置では確実には気密溶接できないことを示している。

図９（Ａ）において、取付部５００にはレセプタクル部２が保持されており、固定部５０１にはパッケージ部３が固定されている。パッケージ部３の側面部１１，１３は側面部１２，１４に対して傾いており、レセプタクル部２と側面部１１の間には隙間Ｈが形成されてしまう。このように隙間Ｈが形成された状態で図９（Ｂ）に示すように荷重Ｊを加えると、レセプタクル部２が側面部１１に倣って傾いた状態で溶接されてしまうことになる。このため、取付部５００とレセプタクル部２の間には隙間５２０ができてしまい、レセプタクル部２に加えるべき荷重が不足してしまうので、レセプタクル部２とパッケージ部３の側面部１１が確実にプロジェクション溶接できなくなってしまう。

本発明の実施形態のレーザモジュール１は、レーザ光発光素子であるレーザダイオード２０を有するパッケージ部３と、レーザダイオード２０からの光を通すレンズ４を有するレセプタクル部２とを有する。レセプタクル部２は、パッケージ部３に対してプロジェクション溶接により接合されている。これにより、レセプタクル部とパッケージ部が確実に固定できる。

レーザモジュール１のレセプタクル部２には、プロジェクション溶接に用いられる突起部１０が形成されている。これにより、レセプタクル部とパッケージ部が突起部１０を用いて固定できる。

レーザモジュール１のレセプタクル部２は、レンズ４を保持する小径部分６と、小径部分６に接続されている大径部分５を有しており、大径部分５の平面部である当接面部８には、複数の突起部１０が形成されている。これにより、大径部分５の当接面部８とパッケージ部とは、気密に溶接して固定できる。

レーザモジュール１のレセプタクル部２の小径部分６は、パッケージ部３内に位置されている。これにより、レセプタクル部２のレンズ４とレーザダイオード２０を対面して配置することができる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
例えば、パッケージ部の形状は、直方体形状の物に限らず、例えば円筒状あるいは他の形状であっても良い。レセプタクルの形状は大径部分と小径部分を有する円筒状の物に限らず他の形状あっても良い。

本発明のレーザモジュールの好ましい実施形態を示す分解斜視図である。 プロジェクション溶接を行う前のレーザモジュールの状態を示す図である。 プロジェクション溶接を行ったレーザモジュールを示す図である。 レセプタクル部とパッケージ部を溶接する前の状態を示す図である。 レセプタクル部とパッケージ部を溶接した後の状態を示す図である。 図４の部分Ｓを拡大して示す図である。 プロジェクション溶接の例を示す図である。 パッケージ部が規定の形状に比べてゆがんでおり、側面部の垂直度を確保できていない場合の例を示す図である。 溶接装置の比較例を示す図である。

符号の説明

１ レーザモジュール
２ レセプタクル分
３ パッケージ部
４ レンズ
５ 大径部分
６ 小径部分
８ 当接面部（平面部）
１１，１２，１３，１４ 側面部
１７ 開口部
２０ レーザダイオード（レーザ光発光素子、半導体光素子）
５２ 押圧装置
５５ 電源
７０ 可動部
９０ 受け部
１００ レーザモジュールの溶接装置
Ｌ１，Ｌ２ 光軸

Claims (4)

1. レーザ光発光素子を有するパッケージ部と、
   前記レーザ光発光素子からの光を通すレンズを有するレセプタクル部と、を有するレーザモジュールにおいて、
   レセプタクル部は、パッケージ部に対してプロジェクション溶接により接合されていることを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記レセプタクル部には、プロジェクション溶接に用いられる突起部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
3. 前記レセプタクル部は、前記レンズを保持する小径部分と、前記小径部分に接続されている大径部分と、を有しており、前記大径部分の平面部には、前記突起部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザモジュール。
4. 前記レセプタクル部の前記小径部分は、前記パッケージ部内に位置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
   

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