JP4385930B2 - 光透過キャップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発光素子、受光素子等の光素子を光透過用孔を通して光の入出力を可能にし、且つ光素子を気密に封入し保護する光透過キャップの製造方法に関するものである。

従来の光透過キャップの製造方法としては、金属キャップ本体の頂部に光透過用孔が形成された金属キャップ本体にめっき処理を施し、金属キャップ本体の内側から光透過用孔を塞ぐように酸化雰囲気中で低融点ガラスを介して光透過ガラスを封着しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図３は、前記特許文献１に記載された従来の光透過キャップの製造方法に沿った工程フローを示すものである。

少なくとも片面を粗面に形成した金属板をプレス加工して、内面が粗面に形成された金属キャップ本体１１０を成形すると共に、金属キャップ本体１１０の頂部に光透過孔１１１を形成し、金属キャップ本体１１０にニッケルめっきを施した後、光透過孔１１１を閉塞するように金属キャップ本体１１０の内面側から低融点ガラス１１４を介して光透過ガラス１１２を封着していた。金属キャップ本体１１０と光透過ガラス１１２との封着は金属の酸化防止のため、窒素雰囲気で行われていた。また、低融点ガラスとしてはＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃系やＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系が一般的に広く用いられていた。
特開２００２−７６４９１号公報

しかしながら、前記従来の製造方法では、金属キャップ本体と光透過ガラスとを封着している低融点ガラスに環境負荷物質である鉛が多く含まれている。また、低融点ガラスは結露が発生する高湿度な環境で使用された場合、低融点ガラスの成分が溶出して気密性が低下したり、溶出した低融点ガラスの成分が光透過ガラス表面を汚染し、光の透過率を低下させる。さらに、酸系やアルカリ系の耐薬品性に劣るため、金属キャップ本体と光透過ガラスとを封着する前に予め金属キャップ本体にめっきを施す必要があるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、環境負荷物質である鉛を一切使用せずに、高湿度な環境で使用されても気密性や光透過率が低下しない光透過キャップを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の光透過キャップの製造方法は、光透過用孔を有する頂部の近傍へ封着用ガラスを軟化点以上の温度で接合する第一工程と、光透過ガラスと封着用ガラスを封着用ガラスの軟化点以下の温度で圧接する第二工程とにより形成することにより光透過ガラスと同等の軟化点のガラスを封着用ガラスとして用いる事ができる。このため、耐環境、耐薬品性の高い封着用ガラスを用いる事ができ高信頼の光透過キャップの製造方法を提供することができる。

以上のように、本発明の光透過キャップの製造方法によれば、光透過ガラスと同等の軟化点のガラスを封着用ガラスとして用いる事ができる。このため、耐環境、耐薬品性の高い封着用ガラスを用いる事ができ高信頼の光透過キャップを提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１による光透過キャップの製造方法の工程フロー図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の工程フローに沿った断面図である。

図１（Ｂ）において、１は鉄−ニッケル合金または鉄−ニッケル−コバルト合金からなる金属キャップ本体であり、２は金属キャップ本体１の頂部に形成された光透過用孔であり、３は光透過用孔を塞ぐ硼珪酸ガラスやソーダ系ガラスからなる光透過ガラスであり、４は金属キャップ本体１と光透過ガラス３とを封着する硼珪酸ガラスやソーダ系ガラスからなる封着用ガラスである。

詳細な構成を以下に説明する。

金属キャップ本体１は従来技術と同様に金属薄板をプレス加工し、フランジ部５、筒体部６、頂部７を形成し、頂部７に光透過用孔２を形成する。

金属キャップ本体１を大気中またはＨ₂ＯとＮ₂との混合ガス中の雰囲気で６００℃〜９００℃で加熱処理を１０分〜３０分間行い金属キャップ本体１表面に酸化皮膜（図示せず）を形成する。酸化皮膜（図示せず）は拡散接合をより強固に促進するのに有効である。但し、酸化皮膜を形成する工程は必須ではない。

つぎに、溶着工程として金属キャップ本体１の内面側の光透過用孔２周縁８に予め環状に形成した封着用ガラス４を載置し、その封着用ガラス４にカーボンからなる治具を当接し溶着する。このとき、溶着する温度はガラスが軟化変化を始めるとされる温度（以下、軟化点と称す）以上で行う。例えば封着用ガラス４として硼珪酸ガラスであれば８００℃〜１２００℃が好適である。これによれば、金属キャップ本体１と封着用ガラス４とは酸化皮膜（図示せず）を介して接合されるのでガラスの金属中への拡散を促進させ拡散結合されるので接合強度、密着強度に優れる。

また、封着用ガラス４は予め環状に形成されており、その内径が光透過用孔２より大きく、外形が金属キャップ本体１の内面側の内径よりも小さく加工されており、その厚みは０．１〜０．５ｍｍである。

金属キャップ本体１や封着用ガラス４の表面に付着している酸化皮膜やカーボン屑や油脂成分を酸またはアルカリの溶液に浸漬し除去する。

金属キャップ本体１に酸化防止、溶接性向上などの機能向上を目的とした機能めっき（図示せず）を施す。このとき、封着用ガラス４に前述の如く硼珪酸ガラスを用いるので、機能めっき（図示せず）の際に使用する酸系やアルカリ系の薬品の影響が殆ど無い。機能めっき（図示せず）としては例えば、ニッケルの電解めっきを２μｍ〜７μｍ施したものが挙げられる。

つぎに、封着工程として金属キャップ本体１内面側の封着用ガラス４に予め板状またはレンズ状に成形した光透過ガラス３を載置し、金属キャップ本体１の外面側と光透過ガラス３とを挟持した状態で単位面積当たり約１×１０⁷Ｐａの加重圧を加え封着する。このとき、封着部は熱膨張曲線の傾きが急激に変わる温度（以下、転移点と称す）以上で軟化点以下の温度中で加重圧が加えられている。例えば、封着用ガラス４と光透過ガラス３とが共に硼珪酸ガラスであれば６００℃〜７００℃が好適である。ガラスはその温度域においては自重での変形は無いがガラス状態(粘性を持つ弾性体)であり、高圧力を加えることにより一体化させることができる。接合面はガラス内部と同様、酸素の共有結合により接合される為、信頼性の高い強固な封着となる。これによれば、ガラス板状またはレンズ状の形態を保持したまま封着することが出来る。

環境汚染を防止する無鉛化技術として有用であり、特に発光素子、受光素子等の光素子を光透過用孔を通して光の入出力を可能にし、且つ光素子を気密に封入し保護する光透過キャップの製造方法に適している。

本発明工法の工程の流れを示す説明図 本発明の実施の形態における光透過キャップの断面図 従来の工法の工程の流れを示す説明図

符号の説明

１ 金属キャップ本体
２ 光透過用孔
３ 光透過ガラス
４ 封着用ガラス
５ フランジ部
６ 筒体部
７ 頂部
８ 周縁
１１０ 金属キャップ本体
１１１ 光透過孔
１１２ 光透過ガラス
１１４ 低融点ガラス

Claims (3)

1. 金属キャップ本体の頂部に光透過ガラスを封着した光透過キャップの製造方法であって、有鉛の低融点封着用ガラスを使用せず、前記金属キャップ本体と封着用ガラスとを前記封着用ガラスの軟化点以上の温度で溶着する溶着工程と、光透過ガラスと前記封着用ガラスとを前記封着用ガラスの転移点以上で、かつ軟化点以下の温度で加重を加え封着する封着工程とを備えたことを特徴とする光透過キャップの製造方法。
2. 前記封着工程の加重圧力が接合部で１×１０⁶Ｐa以上、１×１０¹⁰Ｐa以下であることを特徴とする請求項１記載の光透過キャップの製造方法。
3. 前記光透過ガラスが板状またはレンズ状に予め成形されていることを特徴とする請求項１または２記載の光透過キャップの製造方法。

Images