(57)【要約】【課題】この発明は、簡便にして容易に半田接合強度の向上を図り得、且つ、半田表面の平滑化の促進を図り得るようにすることにある。【解決手段】光学レンズ２６をレンズ枠２５に接合リング２８を介在した状態でチャンバー１０に位置決め収容して、このチャンバー１０内を減圧した状態で、半田の溶融温度に温度制御すると共に、チャンバー１０内に水素ラジカルを供給するように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材を支持部材に半田を介在して組み付けられた光学ユニットが収容される真空室を真空状態に減圧する減圧工程と、
前記減圧された真空室内を前記半田の溶融温度に加熱設定する加熱工程と、
前記真空室内に遊離基ガスを供給する遊離基ガス供給工程と、
を具備することを特徴とする光学ユニット組立方法。
【請求項２】
前記光学ユニットの光学部材と支持部材とは、ガス出入り口の設けられた半田接合治具に半田を介在して位置決めされて収容され、前記真空室に収容されることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット組立方法。
【請求項３】
前記半田接合治具のガス出入り口は、前記真空室の遊離基ガス放射面に対向して設けられることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット組立方法。
【請求項４】
前記遊離基ガスは、水素ラジカルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の光学ユニット組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば内視鏡先端レンズ等の光学部材を、金属枠等の支持部材に半田接合するのに好適する光学ユニット組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内視鏡においては、ＣＤＳの観点から使用後、各種の滅菌処理が行われることで、滅菌耐性が求められている。そこで、撮像部の先端を構成する光学レンズを、金属製のレンズ枠に半田接合することにより、撮像部を密閉構造に形成する方法が採られている。このような光学レンズをレンズ枠に半田接合する手法としては、水素炉による水素雰囲気下において、半田接合を行うことで、密閉構造を実現するようにした半田接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−９４０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記半田接合方法では、水素雰囲気下において、レンズと金属枠との半田接合を行うために、半田付けの際に、メッキ又は半田から発生するアウトガス、雰囲気ガスである水素ガスの巻き込みにより、半田ボイド（空孔）が発生して強度が低下されるという問題を有する。特に、この半田ボイドが半田表面に達すると、表面にクレータ状の凹凸が発生して、外観性を劣化させるという問題を有する。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡便にして容易に半田接合強度の向上を図り得、且つ、半田表面の平滑化の促進を図り得るようにした光学ユニット組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、光学部材を支持部材に半田を介在して組み付けられた光学ユニットが収容される真空室を真空状態に減圧する減圧工程と、前記減圧された真空室内を前記半田の溶融温度に加熱設定する加熱工程と、前記真空室内に遊離基ガスを供給する遊離基ガス供給工程とを備えて光学ユニット組立方法を構成した。
【０００６】
上記構成によれば、光学部材と支持部材は、チャンバー内が減圧された状態で、温度設定手段により、該チャンバー内が半田の溶融温度に設定されると共に、遊離基ガスが供給されて相互間が半田接合される。これにより、チャンバー内の減圧による半田ボイドの発生軽減が図れて接合強度の向上が図れ、しかも、遊離基ガスの還元作用による、半田濡れ性が高められて半田表面の平滑化が図れて外観品質の向上が図れる。
【発明の効果】
【０００７】
以上述べたように、この発明によれば、簡便にして容易に半田接合強度の向上を図り得、且つ、半田表面の平滑化の促進を図り得るようにした光学ユニット組立方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、この発明の一実施の形態に係る光学ユニット組立方法に適用されるシステムを示すもので、真空室を構成するチャンバー１０は、下部室１０１に対して蓋体を構成する上部室１０２が開閉自在に設けられる。このチャンバー１０は、下部室１０１に上部室１０２が被された状態で、内部気密が確保される。
【００１０】
下部室１０１には、その底面部に減圧手段である真空ポンプ１１の吸入口が連結される。この真空ポンプ１１は、制御部１２に接続される。この制御部１２には、上記下部室１０１に配される圧力計１３が接続され、この圧力計１３の検出信号に応動して上記真空ポンプ１１を駆動制御し、上記チャンバー１０内を真空引きして減圧制御する。
【００１１】
また、チャンバー１０内には、加熱手段を構成する平板状の支持台１４は設けられる。この支持台１４は、例えば熱容量の小さな、例えばセラミックやカーボン等の材料で形成され、その内部には、加熱ヒータ１５が埋設される。この加熱ヒータ１５には、図示しない電源が接続され、この電源（図示せず）を介して電力が供給されて発熱され、支持台１２を所望に温度、例えば半田溶融温度に加熱する。
【００１２】
さらに、上記チャンバー１０には、図示しない冷却装置が上記支持台に接離自在に設けられる。この冷却装置（図示せず）は、上記加熱ヒータ１５の駆動が停止された状態で、上記支持台１４に熱的に結合されて該支持台１４を冷却する。
【００１３】
また、上記チャンバー１０の上部室１０２には、遊離基ガス供給手段を構成する導波管１６が設けられ、この導波管１６の基端部には、マイクロ（μ）波発生装置１７が接続される。この導波管１６には、ガス放射面を構成するマイクロ波導入窓１６１が上記支持台１４のユニット載置面に対向して設けられ、上記マイクロ波発生装置１７で発振されたマイクロ波が導かれると、そのマイクロ波導入窓１６１よりチャンバー１０内に供給する。
【００１４】
上記上部室１０２内には、イオン等の不要電荷粒子捕集用の金網１８がマイクロ波導入窓１６１と支持台１４との間を仕切るように取付けられ、この金網１８と上記導波管１６のマイクロ波導入窓１６１との間には、水素ガス供給管１９の供給口が連結される。この水素ガス供給管１９には、水素ガス源２０が接続される。この水素ガス源２０には、上記制御部１２が接続され、上記圧力計１３の検出信号に応動して制御部１２を介して選択的に制御され、水素ガス（Ｈ2）を水素ガス供給管１９を介してチャンバー１０内に供給する。この水素ガスは、上記マイクロ波導入窓１６１から供給されるマイクロ波によってプラズマ化されて水素ラジカルを発生し、上記チャンバー１０内の金網１８の網目を通って上記支持台１４上に載置される半田接合治具２１に導かれる。
【００１５】
なお、上記水素ガス供給管１９は、一本を配する場合に限るものでなく、例えば複数本、上部室１０２の導波管１６のマイクロ波導入窓１６１に対応して設けるように構成しても良い。
【００１６】
上記半田接合治具２１は、耐熱性を有する炭素、ＰＴＦＥ、ステンレススチール、アルミナ等の材料で、例えば図２に示すように有低筒状の治具本体２２内に台部２３１上に柱状部２３２が突設された部材支持部２３が設けられる。そして、この冶具本体２２の開口側には、蓋体２４が着脱自在に取付けられる。即ち、部材支持部２３の柱状部２３２には、支持部材である筒状のレンズ枠２５の基端部が嵌合されて収容配置される。ここで、部材支持部２３は、その柱状部２３２の外径がレンズ枠２５の内径より小径に形成され、該柱状部２３２の突出長がレンズ枠２５の内径の長さより短く設定される。これにより、部材支持部２３は、その柱状部２３２に対してレンズ枠２５の内周部が挿入されると、該レンズ枠２５が位置決めされて組み付けられる。
【００１７】
上記レンズ枠２５には、内周部の先端部にレンズ取付け用径大部２５１が設けられ、この径大部２５１には、光学ユニットを構成する光学部材である内視鏡用光学レンズ２６がフレア防止用絞り２７を介して収容される。このうち絞り２７は、外径寸法がレンズ枠２５の径大部２５１に比して小径に形成され、該レンズ枠２５の径大部２５１に収容した状態で、該径大部２５１の底面に載置される。
【００１８】
他方の光学レンズ２６は、外径寸法がレンズ枠２５の径大部２５１の径に比して小径に形成され、絞り２７の上から挿入すると、その基端が絞り２７上に載置されると、その外周部とレンズ枠２５の径大部２５１の内周部との間に所望の間隙が生じた状態で収容される。
【００１９】
また、上記レンズ枠２５は、その径大部２５１の深さ寸法が、上記光学レンズ２６の厚さ（高さ）寸法と、絞り２７の厚さ寸法を合わせたものより小さく設定され、光学レンズ２６が絞り２７を介して挿入された状態で、その径大部２５１の先端面より光学レンズ２６の先端部が突出される。この光学レンズ２６の突出部位とレンズ枠２５の径大部２５１の先端面は、接合環である接合リング２８の配置スペースを形成する。
【００２０】
この接合リング２８は、金錫合金等の半田材料を、その厚さ寸法及び外形寸法を、上記設置スペースに対応させたリング状に形成され、その内径寸法がレンズ枠２５の径大部２５１の内径寸法より、小径に形成されて上記光学レンズ２６の周囲に位置するように設けられる。そして、この接合リング２８の体積は、溶融状態になった半田がレンズ枠２５の径大部２５１の内周部と光学レンズ２６の外周部との間の隙間を、満たすように設定される。
【００２１】
また、上記蓋体２４には、部材支持部２３の柱状部２３２に対向して開口部２４１が設けられ、この開口部２４１の周囲には、例えば図３示すように複数の水素ラジカル案内用開口部２４２が、上記上部室１０２の金網１８に対応して設けられる。
【００２２】
上記開口部２４１には、押圧部材２９が挿着される。この押圧部材２９は、上記開口部２４１より小径に形成され、その先端部に押圧部２９１が上記光学レンズの先端部に対応して設けられる。これにより、押圧部材２９は、その押圧部２９１が蓋体２４の開口部２４１に挿入されると、その質量により、押圧部２９１がレンズ枠２５の径大部２５１に絞り２７を介して収容された光学レンズ２６の先端部をレンズ枠方向に押圧して位置決めする。
【００２３】
ここで、上記レンズ枠２５は、その先端面、径大部２５１の内周面に半田濡れ性の良いニッケルメッキや金メッキ等のメッキ処理を施した金属層が設けられ、その外周面に、半田濡れ性の悪い状態になるようにステレンススチールが露出される。そして、上記他方の光学レンズ２６の外周面には、真空蒸着・スパッタリング等により半田濡れ性の良いニッケルや金等の金属被膜で形成した金属層が設けられている。これにより、レンズ枠２５と光学レンズ２６との間に配した接合リング２８は、後述するように半田が溶融されて溶けた状態でも、外周面側に流れることが防止される。
【００２４】
そして、上記絞り２７は、例えばその表面に半田濡れ性が悪く、且つ光の反射の少ないブラッククロムメッキ等のメッキ処理が施されて、上記接合リング２８の半田が溶けた状態で、上記レンズ枠２５の内周部に流れ込むことが防止される。さらに、この溶融した半田は、絞り２７と光学レンズ２６とを密着するように接触させると共に、絞り２７とレンズ枠２５の径大部２５１の底面とを密着するように接触させることによっても、その流れ込み防止を実現することができる。効果的に促進することができる。
【００２５】
なお、上記レンズ枠２５の外周面をステンレススチールの露出面に形成する手法としては、例えばメッキ処理等により金属層を形成する際、主要部分に予めマスキングを施したり、メッキ処理完了後、その部分に施されたメッキ層を除去することにより実現することができる。
【００２６】
上記構成において、光学ユニット組立手順について説明する。即ち、レンズ枠２５を光学レンズ２６に半田接合する場合には、半田接合治具２１の蓋体２４を冶具本体２２から取外し、先ず、レンズ枠２５の基端部の内周部に対して、その部材支持部２３の柱状部２３２を挿入することで、該レンズ枠２５を取付ける。この状態で、レンズ枠２５は、部材支持部２３に位置決めされ、その径大部２５１に対して光学レンズ２６が絞り２７を介在して挿入されて該光学レンズ２６の先端部に接合リング２８が外装される。そして、冶具本体２２の開口側には、蓋体２４が被着され、その開口部２４１に押圧部材２９の押圧部２９１が、光学レンズ２６の先端部に当接するまで挿入される。ここで、光学レンズ２６は、押圧部材２９により、レンズ枠２５の径大部２５１に位置決めされて半田接合治具２１に収容配置される。
【００２７】
次に、チャンバー１０の上部室１０２を下部室１０１に対して開いて、上記半田接合治具２１を支持台１４上に配置し、上部室１０２を下部室１０１上に被せてチャンバー１０を閉じる。この状態で、先ず、図示しない操作スイッチを操作して真空ポンプ１１を作動させる。ここで、真空ポンプ１１は、圧力計１３からの検出信号に基づいて制御部１２により駆動制御されて、チャンバー１０内を、例えば図４に示すように、約０．０１Ｔｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）まで排気し、チャンバー１０内を略真空状態とする。続いて、マイクロ波発生器１７を作動させてマイクロ波を発振させてマイクロ波を導波管１６のマイクロ波導入窓１６１からチャンバー１０内に供給すると共に、上記制御部１２が圧力計１３からの検出信号に基づいて水素ガス源２０を制御して水素ガスを水素ガス供給管１９を通してチャンバー１０内に供給する。
【００２８】
ここで、この水素ガスは、上記マイクロ波導入窓１６１から供給されるマイクロ波によってプラズマ化されて水素ラジカルを発生し、チャンバー１０内の金網１８を通って上記支持台１４上に載置される半田接合治具２１に降りかかる如く照射される。この時のチャンバー１０内の圧力は、例えば約０．１乃至１Ｔｏｒｒ（約１３．３Ｐａ乃至１３３．３Ｐａ）に設定される。
【００２９】
そして、上記チャンバー１０内の圧力が上記所定の圧力に到達した状態で、支持台１４の加熱ヒータ１５に上記電源（図示せず）からの電力が供給され、該支持台１４上の半田接合治具２１を加熱する。この際、上記支持台１４は、その熱容量が小さく設定していることで、非常に短時間、例えば加熱開始後約２分で、半田の溶融温度に到達され、該溶融温度が、例えば約１分間にわたって保持される。
【００３０】
これによって、半田接合治具２１内に配した半田が溶融され、光学レンズ２６は、レンズ枠２５に半田接合される。この半田接合時、水素ラジカルが半田接合治具２１の上面に供給され、その蓋体２４の開口部２４２を通って内部に導かれ、半田に含まれる金属酸化物が、水素ラジカルによって還元される。同時に、半田内に気泡が形成されても、チャンバー１０内が真空状態であるので、半田内から大きな気泡が抜け、半田ボイドの形成が阻止される。
【００３１】
そして、上記半田が溶融した状態で、上記電源（図示せず）からの加熱ヒータ１５への電力供給が停止され、続いて、上記冷却装置（図示せず）が支持台１４に接触されて、該冷却装置（図示せず）が駆動されて支持台１４を冷却して上記半田接合治具２１を冷却する。この冷却時においても、同様に支持台１４の熱容量が小さいことで、半田接合治具２１は、その温度が、例えば約１分程度の速度で、室温に戻される。また、冷却の開始と略同時に、チャンバー１０内は、真空ポンプ１１によって約０．０１Ｔｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）まで真空引きされ、その後に図示しない窒素ガス源から窒素ガスが供給され、大気圧とされる。
【００３２】
このように、還元力の強い遊離基ガス、例えば水素ラジカルを半田接合治具２１に供給しているので、半田表面での還元作用により、半田濡れ性が向上し平滑な半田表面を得ることができる。また、真空状態にあるチャンバー１０内で、半田の加熱・溶融を行っていることにより、大きな気泡も容易に半田から抜くことができるため、半田内のボイドの発生を効果的に防止することができる。
【００３３】
さらに、ガスのプラズマ化によって得られる還元力の強い遊離基ガスである水素ガスを利用しているので、半田や被処理物の温度を、半田の溶融に必要な温度よりもかなり高い温度にまで高める必要がなく、半田接合治具２１を損傷することが殆どない。しかも、半田接合治具２１に対して上述したように急速加熱、急速冷却が行われていることで、半田接合治具２１自体が高温状態に保たれる時間が短いため、熱によって半田接合治具２１が損傷することも殆どない。
【００３４】
また、マイクロ波の導入は、チャンバー１０の上部室１０２の上面を覆う導波管１６のマイクロ波導入窓１６１によって行われているので、水素ラジカルも、マイクロ波導入窓１６１の直下で、半田接合治具２１の略全域を覆う形状、面積で発生させることができるため、高品質な半田接合を確実に実現することができる。
【００３５】
このように、上記光学ユニット組立方法は、光学レンズ２６をレンズ枠２５に接合リング２８を介在した状態でチャンバー１０に位置決め収容して、このチャンバー１０内を減圧した状態で、半田の溶融温度に温度制御すると共に、チャンバー１０内に水素ラジカルを供給するように構成した。
【００３６】
これによれば、光学レンズ２６とレンズ枠２５は、チャンバー１０内が減圧された状態で、該チャンバー１０内が半田の溶融温度に設定されると共に、水素ラジカルが供給されて相互間が半田接合されることにより、チャンバー１０内の減圧による半田ボイドの発生軽減が図れて接合強度の向上が図れ、しかも、水素ラジカルの還元作用による、半田濡れ性が高められて半田表面の平滑化が図れて外観品質の向上が図れる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、半田接合治具２１の蓋体２４に押圧部材２９を挿入する開口部２４１の周囲に複数の水素ラジカル案内用開口部２４２を設けるように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、例えば図５及び図６に示すように構成することも可能である。
【００３８】
図５の蓋体３０は、上記押圧部材２９の挿着される開口部３０１を、略中央部に設け、この開口部３０１の周囲を囲んで、４個の扇状の水素ラジカル案内用開口部３０２を所定の間隔に設けるように構成したもので、さらに有効な効果が期待される。
【００３９】
図６の蓋体３１は、上記押圧部材２９の挿着される開口部３１１を略中央部に設け、この開口部３１１を挟んで上記治具本体２２の周縁に載置される一対の載置部３１２を延設するように構成したもので、さらに有効な効果が期待される。
【００４０】
また、上記実施の形態では、半田接合治具２１として、冶具本体２２内に、柱状部２３２を有する部材支持部２３を設けて構成したが、この治具構造に限ることなく、各種の治具構造のものを用いて構成することが可能である。
【００４１】
さらに、上記実施の形態では、光学部材として内視鏡の先端光学レンズに適用した場合について説明したが、これに限ることなく、その他の光学部材の半田接合に適用することも可能である。
【００４２】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００４３】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００４４】
また、この発明は、上記実施の形態によれば、その他、次のような構成を得ることもできる。
【００４５】
（付記１）
内視鏡光学部材を支持部材に半田を介在して組み付けられた光学ユニットが収容される真空室を真空状態に減圧する減圧工程と、
前記減圧された真空室内を前記半田の溶融温度に加熱設定する加熱工程と、
前記真空室内に遊離基ガスを供給する遊離基ガス供給工程と、
を具備することを特徴とする内視鏡用光学ユニット組立方法。
【００４６】
（付記２）
前記光学ユニットの内視鏡光学部材と支持部材とは、ガス出入り口の設けられた半田接合治具に半田を介在して位置決めされて収容され、前記真空室に収容されることを特徴とする付記１記載の内視鏡用光学ユニット組立方法。
【００４７】
（付記３）
前記半田接合治具のガス出入り口は、前記真空室の遊離基ガス放射面に対向して設けられることを特徴とする付記２記載の内視鏡用光学ユニット組立方法。
【００４８】
（付記４）
前記遊離基ガスは、水素ラジカルであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか記載の内視鏡用光学ユニット組立方法。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の一実施の形態に係る光学ユニット組立方法に適用されるシステムの構成を示した構成図である。
【図２】図１の半田接合治具の構成を示した構成図である。
【図３】図２の蓋体を取出して示した平面図である。
【図４】図１の半田接合動作を説明するために示した特性図である。
【図５】この発明の他の実施の形態に係る光学ユニット組立方法に適用されるシステムの要部を取出して示した平面図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る光学ユニット組立方法に適用されるシステムの要部を取出して示した平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…チャンバー、１０１…上部室、１０２…下部室、１１…真空ポンプ、１２…制御部、１３…圧力計、１４…支持台、１５…加熱ヒータ、１６…導波管、１６１…マイクロ波導入窓、１７…マイクロ波発生装置、１８…金網、１９…水素ガス供給管、２０…水素ガス源、２１…半田接合治具、２２…冶具本体、２３…部材支持部、２３１…台部、２３２…柱状部、２４…蓋体、２４１…開口、２４２…開口、２５…レンズ枠、２５１…径大部、２６…光学レンズ、２７…絞り、２８…接合リング、２９…押圧部材、２９１…押圧部、３０…蓋体、３０１…開口部、３０２…開口部、３１…蓋体、３１１…開口、３１２…載置部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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