(57)【要約】      （修正有）【課題】本開示は、鏡筒とガラスレンズを一体化した鏡筒一体型レンズに関し、鏡筒一体型レンズにおける鏡筒とガラスレンズの当接部分における気密性を高めることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために鏡筒一体型レンズ１０は、金属からなる鏡筒１１と、鏡筒１１の内周測面１１Ａに支持されたガラスレンズ１２とを備え、鏡筒１１は、一端に配置された鍔部と、他端の側に配置された押圧部と、押圧部と鍔部の間に位置する筒部と、鍔部の実装面に配置された溶接用突起と、を有し、溶接用突起を含む鍔部の表面にメッキ層１７を配置し、かつ、押圧部の外周側面に鏡筒１１を形成する金属を露出させる構造とした。【選択図】図１
2020003524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる鏡筒と、
前記鏡筒の内周測面に支持されたガラスレンズと、を備え、
前記鏡筒は、
前記鏡筒の一端に配置された鍔部と、
前記鏡筒の他端の側に配置されて、前記ガラスレンズの外周側面に接して前記ガラスレンズを押圧する押圧部と、
前記押圧部と前記鍔部の間に位置する筒部と、
前記鍔部の実装面に配置された溶接用突起と、を有し、
前記溶接用突起を含む前記鍔部の表面にはメッキ層を配置し、かつ、
前記押圧部に対応する前記鏡筒の外周側面は、前記金属を露出させた、
鏡筒一体型レンズ。
【請求項２】
前記メッキ層を前記筒部の前記一端側に対応する前記鏡筒の外周側面にも配置した、
請求項１に記載の鏡筒一体型レンズ。
【請求項３】
前記筒部に対応する前記鏡筒の内周側面は、前記金属を露出させた、
請求項１に記載の鏡筒一体型レンズ。
【請求項４】
前記ガラスレンズは、前記押圧部に対応する前記鏡筒の内周側面に露出した前記金属と接している請求項１に記載の鏡筒一体型レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鏡筒とガラスレンズを一体化した鏡筒一体型レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にレーザ光源は、レーザ光源を構成する半導体チップから出射された発散光束を集光させる光学素子が配置されている。そして、この光学素子は、筒状の鏡筒の内周部分にガラスレンズを一体化したもの（以下、鏡筒一体型レンズと称す）が知られている。
【０００３】
なお、このような鏡筒一体型レンズは、光源装置に取り付ける高低において抵抗溶接が用いられる。このため、鏡筒一体型レンズの実装面には溶接用突起が配置されている。また、鏡筒一体型レンズは、脅威等が金属で構成されている。そして、抵抗溶接の際の電気導通性を考慮して、鏡筒の表面全体にメッキ層を配置し、鏡筒の表面劣化を防止していた。
【０００４】
なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、鏡筒一体型レンズにおいてガラスレンズと鏡筒の当接部分における気密性をさらに高めるという技術的な課題があった。
【０００７】
そこで、本開示はこのような課題を解決し、鏡筒一体型レンズにおける鏡筒とガラスレンズの当接部分における気密性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本開示の鏡筒一体型レンズは、金属からなる鏡筒と、鏡筒の内周測面に支持されたガラスレンズとを備え、鏡筒は、一端に配置された鍔部と、他端の側に配置された押圧部と、押圧部と鍔部の間に位置する筒部と、鍔部の実装面に配置された溶接用突起と、を有し、溶接用突起を含む鍔部の表面にメッキ層を配置し、かつ、押圧部の外周側面に鏡筒を形成する金属を露出させる構造とした。
【発明の効果】
【０００９】
この構造により、鏡筒一体型レンズの気密性を高めることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示に係る鏡筒一体型レンズを有する光源装置を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、鏡筒一体型レンズの断面図である。
【図３】図３は、鏡筒一体型レンズの製造方法を示す模式図である。
【図４】図４は、鏡筒一体型レンズの加圧成形過程における鏡筒の変形状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、本開示の実施の形態に係る鏡筒一体型レンズについて図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。
【００１３】
以下、本開示の一実施の形態における鏡筒一体型レンズについて図を用いて説明する。
【００１４】
図１は鏡筒一体型レンズ１０を有する光源装置１００を模式的に示した断面図である。光源装置１００はレーザ光源２０と鏡筒一体型レンズ１０を備える。レーザ光源２０から出射された光線３０は、例えば光ファイバに集光される。
【００１５】
レーザ光源２０は、ステム２１と基台２２と半導体チップ２３とを備える。基台２２はステム２１の主面２１Ａに実装されている。半導体チップ２３は基台２２の主面２２Ａに実装されている。鏡筒一体型レンズ１０は、ステム２１の主面２１Ａに実装されている。
【００１６】
図２に鏡筒一体型レンズ１０の断面図を示す。鏡筒一体型レンズ１０は、金属からなる筒状の鏡筒１１と、カップリング機能を有するガラスレンズ１２を有する。鏡筒１１を形成する金属材料は、例えばステンレスや鉄を用いることができる。ガラスレンズ１２は、半導体チップ２３からから出射された光線３０を光ファイバ等に集光するカップリング機能を有する。ガラスレンズ１２は鏡筒１１の内周側面１１Ａに支持されている。なお、図１に示すように、鏡筒一体型レンズ１０とステム２１で囲まれた領域には閉空間４０が形成される。半導体チップ２３は閉空間４０の内部に配置されている。閉空間４０には、半導体チップ２３の酸化を抑制するために窒素ガスを充填してもよい。
【００１７】
鏡筒１１は、押圧部１３と鍔部１４と筒部１５とを有する。押圧部１３は筒部１５の上端に配置されている。筒部１５の上端から鏡筒１１の開口端までを押圧部１３とする。筒部１５は厚みが一定である円筒構造である。押圧部１３は、厚みが筒部１５より大きい。鍔部１４は筒部１５の下端に配置されている。鍔部１４は、筒部１５の下端から外側に向って広がるドーナッツ板状に構成されている。鍔部１４の下面は、ステム２１に実装される実装面１４Ａである。実装面１４Ａには溶接用突起１６が配置されている。溶接用突起１６の断面形状は、実装面１４Ａからステム側に向って幅が減少する三角形状が好ましい。また、溶接用突起１６は、鍔部１４の外周に沿って環状に配置してもよい。
【００１８】
なお、鍔部１４の表面には、鏡筒１１の腐食を抑制するため、メッキ層１７が形成されている。メッキ層１７は、導電性を有する金属からなる。メッキ層１７は、例えばニッケルの単層構造や、ニッケルと金の多層構造として実現することができる。
【００１９】
次に、この鏡筒一体型レンズ１０の製造方法を説明する。図３に鏡筒一体型レンズ１０の製造方法を模式的に示す。鏡筒一体型レンズ１０は、加圧成形装置５０を用いて成形する。加圧成形装置５０は、固定型５１と摺動型５２と胴型５３とを有する。
【００２０】
固定型５１は、ガラスレンズ１２の一方のレンズ面（図２におけるガラスレンズ１２の下面１２Ｂ）を転写する成形面５１Ａを有する柱状の金型である。固定型５１は、上面が
成形面５１Ａとなる上端部５１Ｂと、径が上端部５１Ｂより大きい中間部５１Ｃと、径が中間部５１Ｃより大きい下端部５１Ｄを有する。
【００２１】
摺動型５２はガラスレンズ１２の他方のレンズ面（図２におけるガラスレンズ１２の上面１２Ｃ）を転写する成形面５２Ａを有する柱状の金型である。摺動型５２は、下面が成形面５２Ａとなる下端部５２Ｂと、径が下端部５２Ｂより大きい中間部５２Ｃと、径が中間部５２Ｃより大きい上端部５２Ｄを有する。
【００２２】
胴型５３は、円筒状の金型である。胴型５３は、上端部５３Ａと、内径が上端部５３Ａより大きい下端部５３Ｂを有する。胴型５３の下端部５３Ｂに固定型５１を挿入する。固定型５１は胴型５３に固定される。固定型５１は、中間部５１Ｃの外周側面と下端部５３Ｂの内周側面とにより位置決めされる。胴型５３の上端部５３Ａには摺動型５２が挿入される。摺動型５２は胴型５３に対して摺動することができる。胴型５３は、摺動型５２の摺動方向を制限する摺動ガイドの役割を有する。中間部５２Ｃの外周側面と、上端部５３Ａの内周側面で、摺胴型５２の摺動方向が規制される。なお、固定型５１と摺動型５２には加圧成形における金型温度を制御するヒーターブロック５５を有する。
【００２３】
鏡筒一体型レンズ１０の作成は、先ず、鏡筒１１とボール硝材６０を準備する。鏡筒１１は、例えばステンレス部材に対する切削加工により上述した形状に仕上げることができる。ボール硝材６０は、光学ガラスからなる球体である。ボール硝材６０は、例えば柱状硝材を研磨より球体に加工したものを用いることができる。準備した鏡筒１１とボール硝材６０を、固定型５１と摺動型５２と胴型５３で形成される成形空間５４に配置する。この状態で、加圧成形装置５０の内部に配置されたボール硝材６０の温度を熱転移点以上のプレス成形可能な温度に昇温させる。ボール硝材６０がプレス成形可能な温度に達した後に摺動型５２を下方に摺動させてボール硝材６０を加圧する。ボール硝材６０は加圧により鏡筒１１の内周側面１１Ａにまで到達するように変形する。その後、変形したボール硝材６０を取り出し可能な温度まで冷却する。冷却後に、胴型５３から摺動型５２を取り外し、鏡筒１１とガラスレンズ１２が一体となった鏡筒一体型レンズ１０を取り出すのである。
【００２４】
なお、この鏡筒一体型レンズ１０には、上述したように、ステム２１に対して抵抗溶接で実装される。そのため、図２に示したように、溶接用突起１６を含む鍔部１４の表面にメッキ層１７を配置している。ただし、メッキ層１７は、押圧部１３に対応する鏡筒１１の外周側面１１Ｂには配置しない。言い換えれば、押圧部１３の外周側面は、鏡筒１１を構成するステンレスなどの金属を露出させた構造としている。この構造により光源装置１００は、閉空間４０における高い気密性を実現している。なお、この気密性の向上の説明に先だってガラスレンズ１２が鏡筒１１に支持される原理について説明する。
【００２５】
鏡筒一体型レンズ１０は、上述したように加圧成形装置５０を用いて製造される。ガラスレンズ１２が鏡筒１１に支持される原理は、ボール硝材６０の加圧変形による押圧部１３に対応する鏡筒１１の内周側面１１Ａへの当接に基づく。ガラスレンズ１２は、ガラスレンズ１２の外周側面１２Ａに対する鏡筒１１の内周側面１１Ａからの締め付け応力により支持されている。この締め付け応力は、鏡筒１１と硝材の線熱膨張係数の差により生じる応力と、成形体の当接による鏡筒１１の弾性変形により生じる応力がある。
【００２６】
まず、線熱膨張係数の差により生じる応力について述べる。鏡筒一体型レンズ１０において鏡筒１１の線熱膨張係数は、ガラスレンズ１２の線熱膨張係数よりも小さいものが選択される。例えば、ガラスレンズ１２の線熱膨張係数は、６〜８×１０-6／℃である。鏡筒１１は、線熱膨張係数がガラスレンズ１２より大きい金属材料からなる。上述したステンレスであれば線熱膨張係数は１０〜１６×１０-6／℃でありガラスレンズの線熱膨張係
数より大きい。これにより加圧成形の冷却過程において、鏡筒１１の収縮量がガラスレンズ１２（変形したボール硝材６０）の収縮量より大きくなるため、この収縮量の差に基づき上述した締め付け応力が生じる。
【００２７】
次に、鏡筒１１の弾性変形により生じる応力について述べる。鏡筒一体型レンズ１０は、固定型５１と摺動型５２と胴型５３で形成される成形空間５４で行われる。鏡筒１１、胴型５３、固定型５１、摺動型５２の間には、それぞれの部分における挿入が容易に行えるように所定の間隔のオフセットが設定されている。
【００２８】
つまり、ボール硝材６０の加圧変形に際して、鏡筒１１は、鏡筒１１の外周側面１１Ｂと胴型５３における上端部５３Ａの内周側面５３Ｄとの間のオフセット量に応じたオフセット空間内で変形が生じる。この加圧成形時における鏡筒１１の変形状態を図４に示す。先ず、ボール硝材６０は、摺動型５２の降下に応じてボール硝材６０が側方に押し広げられる。このボール硝材６０の変形に伴なって鏡筒１１は、鏡筒１１の外周側面１１Ｂが上端部５３Ａの内周側面５３Ｄに達するまで押し広げられる。なお、この鏡筒１１の変形は弾性変形が可能な範囲内である。この結果、変形したボール硝材６０により押し広げられた鏡筒１１には、弾性変形に伴う復元応力が生じる。この復元応力は、ガラスレンズ１２の外周側面を締め付ける応力となる。つまり、ボール硝材６０の変形に伴なう鏡筒１１の変形は、鏡筒１１の弾性変形の範囲内であれば、鏡筒１１の変形量が大きいほど、ガラスレンズ１２に対する締め付け応力が大きくなる。したがって、押圧部１３に対応する鏡筒１１の外周側面１１Ｂをメッキ層１７が配置されない領域と定めることで、メッキ層１７の厚み分だけオフセット量が大きくなり、ガラスレンズ１２に対する締め付け応力を高めることができる。言い換えれば、押圧部１３の外周側面１１Ｂにおいて鏡筒１１を形成する金属を露出させることで、ガラスレンズ１２に対する鏡筒１１の締め付け応力をより多く確保することができる。
【００２９】
また、鏡筒１１の下端側の外周側面１１Ｂ、つまり筒部１５の下端側（鍔部１４の側）の外周側面１１Ｂにもメッキ層１７を配置することが好ましい。なぜなら、鏡筒１１と胴型５３のオフセット量は、鏡筒１１の弾性変形の範囲内で設定すればより大きな締めつけ応力が得ることができる。しかしながら、鏡筒１１は、胴型５３の内周側面５３Ｄにより位置決めされる。つまり、鏡筒１１は、筒部１５の外周側面１１Ｂが胴型５３の上端部５３Ａの内周側面５３Ｄとの当接により位置決めされる構造である。そのため、胴型５３と鏡筒１１のオフセット量が大きければ、固定型５１に対する胴型５３の位置決め精度が低くなる。そこで、筒部１５における下端側の外周側面１１Ｂにメッキ層１７を配置する構造とすることで、鏡筒１１と胴型５３のオフセット量を小さくし、胴型５３に対する鏡筒１１の位置決め精度の低下を抑制することができる。なお、メッキ層１７は、筒部１５の下端側の外周側面１１Ｂに配置されるので、上述した鏡筒１１によるガラスレンズ１２の締め付け応力への影響は小さい。また、筒部１５のメッキ層１７と鍔部１４のメッキ層１７とが連続したメッキ構成とすれば、一連のメッキ工程で実現することができる。
【００３０】
さらに、筒部１５に対応する鏡筒１１の内周側面１１Ａには、メッキ層１７を配置しないことが好ましい。言い換えれば、筒部１５の内周側面は鏡筒１１の金属を露出させることが好ましい。なぜなら、図３に示す加圧成形装置５０において、温度制御部を形成するヒーターブロック５５から胴型５３に至る伝熱経路は主に二つの経路を有する。一つ目の経路は、ヒーターブロック５５から固定型５１、鏡筒１１を介して胴型５３に至る経路である。二つ目の経路は、ヒーターブロック５５から摺動型５２介して胴型５３に至る経路である。一つ目の経路と二つ目の経路との大きな違いは、経路内に鏡筒１１が介在していることである。なお、伝熱経路における熱抵抗として大きく寄与するのは異なる部材の境界の存在である。つまり、筒部１５におけるメッキ層１７は、伝熱経路における境界を構成する。したがって、胴型５３の位置決め精度に影響が少ない筒部１５に対応する鏡筒１
１の内周側面１１Ｂにメッキ層１７を配置しないことが好ましい。
【００３１】
また、メッキ層１７を形成する金属は、ガラスとの親和性が低いので、鏡筒１１とガラスレンズ１２の当接部分、つまり、押圧部１３とガラスレンズ１２の界面において気密性の劣化が起きる。したがって、ガラスレンズ１２と当接する押圧部１３に対応する鏡筒１１の内周側面１１Ｂにはメッキ層１７を配置しないことが好ましい。言い換えれば、押圧部１３の内周側面がガラスレンズ１２と直に接していることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本開示に係る鏡筒一体型レンズは、気密性を高めることができ、特に、半導体レーザを用いた光源装置において有用となるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  鏡筒一体型レンズ
１１  鏡筒
１１Ａ  （鏡筒の）内周側面
１１Ｂ  （鏡筒の）外周側面
１２  ガラスレンズ
１３  押圧部
１４  鍔部
１４Ａ  実装面
１５  筒部
１６  溶接用突起
１７  メッキ層
【図１】
2020003524.tif 000003
【図２】
2020003524.tif 000004
【図３】
2020003524.tif 000005
【図４】
2020003524.tif 000006