JPH066321Y2

JPH066321Y2 - 側周コーティングレンズ体

Info

Publication number: JPH066321Y2
Application number: JP1983069009U
Authority: JP
Inventors: 康二佐々木; 隆雄浅野
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1983-05-09
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 1998-05-09
Also published as: JPS59176011U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、半田付けによる強固な接着が可能であり、か
つ耐候性に優れた屈折率分布型レンズ体に関し、特にレ
ンズ口径に比して、光軸方向のレンズ長が大きいロッド
レンズに好適なレンズ体構造に関する。

中心から側周面に向けて、次第に変化する屈折率分布を
持つ屈折率分布型レンズは、光信号処理装置等として広
く用いられているが、このようなレンズ体を金属マウン
トに取り付ける場合、従来有機接着剤を用いて、レンズ
と金属マウントを結合していた。

一般に、このようなレンズ体を固定接着する場合には、
取り付けが容易であること，光軸合わせが正しく行える
こと，および接着が強固であること等が要求される。ま
た、例えば光通信海底ケーブルの中継器のように、その
接着面において水密・気密性が要求される場合もある。

しかし、従来の有機接着剤を使用した接着法では、接着
の硬化までの時間がかかることから、組立に於ける作業
能率が悪く、しかも光軸のずれを起こしやすい欠点があ
った。また、接着剤のガス発生に伴う時間的劣化を生
じ、充分な気密性を保てなかった。

さらにレンズの光入出射面は、一般に反射防止用の金属
膜コーティングが施されて、このコーティング膜がガラ
スの劣化防止の機能を持つため特に問題はないが、側周
面にはなんら劣化防止処理が施されてなく、特に屈折率
分布型ロッドレンズは、一般に球面レンズに比べて非常
に微小寸法のものが使用されるので、長期使用中に側周
面のガラスから溶出するアルカリ成分等が、レンズ入出
射面に流れ込むと、光伝送効率が大きく低下するという
問題がある。

本考案の目的は、上記従来の問題点を解決し、金属支持
部材に対して半田付けあるいはロウ付けにより強固な取
り付けを行うことができ、また側周面からの劣化を生じ
ない新規なレンズ体を提供することにある。

上記の目的を達成するために本考案は、屈折率分布型ガ
ラスレンズの側周面に、レンズと接触する下地層とし
て、３ないし５μｍの厚みのニッケルまたは銅の皮膜を
設け、間に０．３ないし０．５μｍの厚みのロジウムま
たはパラジウムの皮膜から成る中間層を介して、最外面
を０．３ないし０．５μｍの厚みの金，白金，ロジウム
またはパラジウム皮膜で被覆したことを要旨としてい
る。

なお、厚みの上限は主として経済的理由による。

実施例１以下本考案を図面に示した実施例について説明する。

第１図は、本考案にかかる側周コーティング屈折率分布
型ガラスレンズ体１の縦断面、第２図は同正面図であ
る。

レンズ体１は、両端面（光入出射面）２Ａ，２Ｂが、平
行平面の透明円柱状ガラス内に、中心軸上における屈折
率が最大で、中心軸から外周に向けて半径方向に二乗近
似で屈折率が、漸減するような屈折率分布型ロッドレン
ズ３の側周面４全体を、コーティング層５で被覆して構
成されている。

コーティング層５は、レンズ側周ガラス面と接触する下
地層５Ａとして、ニッケルまたは銅の皮膜を使用し、こ
の下地層５Ａ上にパラジウムまたはロジウムから成る中
間層５Ｃを設け、この中間層５Ｃ上に最外層５Ｂとして
金皮膜を設けた例である。

この他、最外層５Ｂの材質として本考案では、金（Ａ
ｕ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）またはパラジウ
ム（Ｐｄ）等の貴金属皮膜を使用する。

貴金属は耐薬品性や耐酸化性が、他の金属に比べ極めて
優れており、しかも半田ののりが良く、本考案のレンズ
最外層として最適である。しかしながら、貴金属は高価
であるがゆえに、半田付けやロウ付けに充分なほどの膜
厚にすると、非常に製造コストがかかるものとなってし
まう。

そこで本考案では、貴金属コーティング層５Ｂとレンズ
ガラス面との間に、ニッケル（Ｎｉ）または（Ｃｕ）か
らなる下地層５Ａを設け、さらにパラジウムまたはロジ
ウムから成る中間層５Ｃを設ける。

ニッケルあるいは銅は、ガラスおよび貴金属との接着性
に優れており、本考案のレンズ側周面下地層の材質とし
て最適である。

下地層に安価なニッケルあるいは銅を用いることによ
り、高価な貴金属の使用を抑えることができ、コストダ
ウンが図れる利点もある。

ニッケルあるいは銅の下地層を設けると、レンズ体側周
部に直接貴金属コーティング層を施した場合に比べて、
半田付け時の密着力が向上する。

以下に、ニッケル下地層の効果について説明する。な
お、テストを簡単にするために、中間層を省いた２層膜
の例で説明する。

レンズ体のニッケル下地膜の膜厚を変化させ、その上に
金皮膜をコーティングした場合の半田付けの強度を調べ
た。まずレンズ体（直径：１．９mm，有効半田付け側周
面長さ：２mm，半田付け面積＝１１．９３mm²）を、黄
銅製でレンズを取り付ける円筒形の貫通穴のあいたレン
ズホルダーと、レンズ側周面を半田付けにて固定し、イ
ンストロン型引張り試験機により、レンズ体の上部から
圧力をかけて押し込み、レンズとホルダー間の半田付け
面が、破壊したときの強度の結果を表１に示す。このと
き使用した半田はＰｂ／Ｓｎ半田で、その組成はそれぞ
れ６０／４０である。

ニッケル下地層のない場合は、破壊強度は０．２５kg／
mm²以下であるが、ニッケル下地層の膜厚が１μｍ以上
のときの破壊強度は約2.5kg／mm²と、ニッケル下地層の
ない場合に比べ１０倍程度の強度を示すようになる。

また、中間層や、最外層に用いる金属が高価であるの
で、その厚みを半田付けに必要な厚みにすることは、経
済的な観点から困難である。

したがって、ニッケル下地層のない場合には、中間層や
最外層の厚みを半田付けに必要な厚みにすることはでき
ず、半田付けの条件等により、容易に半田喰われという
現象を生じやすい。この半田喰われとは、レンズ体表面
にコーティングしておいた金属が、半田付けの際に溶融
している半田に溶け込んでしまい、ガラスとの間の接着
層の役割をなくしてしまい、ガラス表面が露出すること
をいう。

金属でないガラスレンズ体には、直接半田付けすること
はできない。そのためガラスレンズ体表面をメタライズ
化するために、金属をコーティングするのであるが、こ
の半田喰われが起こるとその効果が損なわれ、半田付け
が不完全になったり、極端な場合は半田付けが不可能に
なってしまう。

特に、通信用途で用いられる微小レンズの場合では、半
田付けを行う側周面の面積が小さいのでその影響が大き
く、良好な半田付けができなくなる場合が多い。

ニッケルの下地膜の、半田喰われに対する効果をテスト
した。この場合も簡単のために２層の場合についてテス
トした。

第２表に、レンズ体のニッケルの下地膜の膜厚を変化さ
せた場合の、半田喰われテストの結果を示す。このとき
使用した半田はＰｂ／Ｓｎ半田で、その組成はそれぞれ
６０／４０である。テスト条件は２４０℃に保持した半
田浴に、金属コーティングしたレンズ体を３０秒間浸漬
した後に、肉眼にて表面を観察し半田喰われの状態を調
べた。

ニッケル下地層のない場合は、ガラス面のほとんどの部
分で半田喰われが発生しているが、ニッケル下地層の膜
厚の増加にしたがってこの半田喰われの現象は改善さ
れ、膜厚が３μｍ以上のときには、半田喰われは認めら
れなくなり、良好な半田付けが可能となる。

つぎに、中間層の効果について述べる。

最外層５Ｂとして金を使用する場合、レンズの側周面コ
ーティング後に加熱の工程が加わる（例えば、レンズの
端面に無反射コーティング膜を蒸着するときには、その
条件にもよるが３００℃程度の加熱工程が加わる）と、
中間層がないと、ニッケルまたは銅からなる下地層と、
この金皮膜との間で拡散が生じ、それが原因で耐酸化性
等の面で金皮膜の効果の低下を招くこととなる。

この場合に、上記のように下地層５Ａと、最外層５Ｂと
の間に、パラジウムまたはロジウムから成る中間層５Ｃ
があると、熱処理時においても下地層金属の金皮膜への
拡散が防止され、金皮膜の効果を損なうことがなくな
る。

これらの原因について、ニッケル下地でパラジウム中間
層を設けた場合とそうでない場合について、電子分光分
析法を用いて調べたところ、中間層がない場合は、熱処
理の後に皮膜の最表面にニッケルの存在が確認され、一
方中間層のある場合は、最表面にはニッケルの存在が確
認されず、ニッケルの拡散が最表面まで達していないこ
とがわかった。

またパラジウムまたはロジウムそれ自体は、金皮膜に対
して悪影響を及ぼすことはない。

加熱工程のある場合において、ニッケル下地層と金の最
外層の間に、パラジウム中間層を設けた場合と設けない
場合について、半田付け時の還元雰囲気および使用フラ
ックス条件のちがいによる、半田濡れ性の結果を第３表
に示す。

半田の濡れ性は、メニスコグラフ（レスカ（株）製）を
用いて測定した。このとき使用した半田はＰｂ／Ｓｎ半
田で、その組成はそれぞれ６０／４０である。半田の濡
れ性については、メニスコグラフに表示される力の正負
とその大小によって判断する。対象物と半田が良く濡れ
た場合は引力が、濡れない場合は斥力が表示される。

また半田付け時の還元雰囲気および使用フラックスも半
田の濡れ性に影響し、その還元力は、Ｎ_２雰囲気，
非ハロゲン系フラッスス，ハロゲン系フラックス，の
順番に強くなる。なお熱処理なしの場合の半田の濡れ性
についても、比較のために示した。

熱処理なしの場合は、パラジウム中間層の有無に関わら
ず、いずれの還元雰囲気および使用フラックスにおいて
も、良好な半田濡れ性を示している。

しかし熱処理工程が加わると、パラジウム中間層がない
場合は、還元力の弱い条件での半田漏れ性が悪くなる。
一方、パラジウム中間層がある場合には、弱い還元条件
でも比較的良好な半田濡れ性を示している。

主に通信用に使用されている屈折率分布型ガラスレンズ
体では、受・発光素子に近接して固定されるため、還元
力の強いハロゲン系フラックスの残渣があると、素子の
劣化につながるために、ハロゲン系フラックスは使用し
ないことが望ましい。

しかし、レンズの端面に無反射コーティング膜を蒸着す
る必要があるときには、その条件にもよるが３００℃程
度の加熱工程が加わるため、金／ニッケルの２層コーテ
ィングでは、ハロゲン系フラックスを使用しないと、良
好な半田の濡れ性は得られない。

そこで、パラジウムまたはロジウムの中間層を設けるこ
とによって、ハロゲン系フラックスを使用しない条件下
においても、良好な半田付けを行うことができるという
特徴を有するようになる。

これは受・発光素子の劣化の原因を、未然に防止すると
いう観点で有効である。また半田濡れ性の良さは、レン
ズ体の半田付け固定の際に、作業性を向上させる上で大
きな利点となる。

レンズ側周コーティング層の膜厚については、レンズガ
ラスの組成，半田付け条件等によって異なるが、一例を
挙げると下地層５Ａがニッケルの場合：０．５ないし５
μｍ，中間層５Ｃがロジウムの場合：０．１ないし０．５μｍ，最外層が金の場合：０．０５
ないし０．５μｍ，の範囲内とするのが望ましい。

上記の側周面コーティング屈折率分布型レンズ体１の使
用例を第３図に示す。

図示のように発光素子６からの拡散光を平行光束に変換
し、対向配置して他のレンズ体によって集束して、光フ
ァイバーに入射させたり、あるいは発光素子６からの拡
散光束を直接集束して、レンズ端面に接続された光ファ
イバーに入射させるレンズ体として、外周面コーティン
グを施した屈折率分布型ガラスレンズ体１を使用し、こ
のレンズ体１を金属製レンズマウント７に対して、外周
面において半田８により接合するとともに、両者間を気
密・水密状態に封止することができる。

上記構造によれば、レンズ体とレンズマウントとの間
を、半田付けにより直接接合するため、取り付け強度が
非常に強固であり、しかも有機樹脂を用いた接着のよう
に長期間使用しても劣化がなく、レンズ体とマウントと
の間の気密・水密シールが完全に保持され、またレンズ
側周ガラス面の劣化に起因した溶出物によるレンズ面の
汚れを生じることがなく、特に光ファイバーの海底ケー
ブルの接合部等のように使用環境の条件が厳しく、取り
替え保守の困難な箇所での、伝送光中継器用レンズとし
て好適である。

本考案に係るレンズ側周面コーティング層の形成方法は
特に制限はないが、生産性を上げるには、電解めっきあ
るいは無電解めっきによるのが望ましく、その好適な具
体例を第４図に示す。

まず最終的な製品レンズ長の数百倍の長さを有し、内部
に所定の屈折率分布を形成した、長尺のレンズ素材ガラ
スロッド９を製作し、この素材ロッド９の多数を支持具
１０に吊り下げた状態で洗浄した後、まず塩化第１すず
溶液に、つぎに塩化パラジウム溶液に浸漬して、上記ロ
ッド９の側周面を感受化，活性化し、次に上記支持具１
０に吊り下げたまま、下地コーティング用，中間コーテ
ィング用および最外層コーティング用の、それぞれの電
解あるいは無電解めっき浴に順次浸漬して、素材ロッド
９のほぼ全長にわたる側周面に所定の被覆を形成させ
る。

なお、第４図（ロ）において、１３はめっき浴１２を均
一に加熱するためのウォーターバスであり、１４はこの
ウォーターバスを加熱するヒータである。

次にめっき浴１２から、取り出した素材ロッド群９……
を洗浄した後、この素材ロッド９を最終製品レンズ長に
研磨代を見込んだ長さに分割切断し、得られたロッドレ
ンズ素子９Ａ……の光軸を互いに平行にして、多数束ね
熱可塑性樹脂等の接合材で固着して、研磨具１５で両端
面を光軸に垂直な平行平面に研磨した後に、鏡面研磨仕
上げする。このようにして、本考案に係る側周面コーテ
ィングロッドレンズを、能率良く量産することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る３層コーティングレンズ体の縦断
面図で、第２図は同正面図である。第３図は上記レンズ体をマウントに取り付けた例を示す
縦断面図である。第４図（イ），（ロ），（ハ）は、本考案に係る側周面
コーティングレンズ体を、量産製造する工程の一例を段
階的に示す縦断面図である。１……側周コーティングレンズ体３……屈折率分布型レンズ４……側周面５Ａ……下地層５Ｂ……最外層５Ｃ……中間層６……発光素子７……レンズマウント８……半田９……レンズ素材ロッド１２……めっき浴

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】屈折率分布型ガラスレンズの側周面に、レ
ンズと接触する下地層として、３ないし５μｍの厚みの
ニッケルまたは銅の皮膜を設け、間に０．３ないし０．
５μｍの厚みのロジウムまたはパラジウムの皮膜から成
る中間層を介して、最外面を０．３ないし０．５μｍの
厚みの金，白金，ロジウムまたはパラジウム皮膜で被覆
したことを特徴とする側周コーティング屈折率分布型レ
ンズ体。
【請求項２】前記下地層，中間層および外側皮膜は、電
解または無電解めっきで付着形成されたものである実用
新案登録請求の範囲第１項記載の側周コーティング屈折
率分布型レンズ体。