(57)【要約】      （修正有）【課題】側壁部の外径に対するレンズ保持孔の直径の比率と、端壁部における低融点ガラスの固着領域とを適正範囲に設定することにより、光学用キャップ部品のレンズとの相対的関連におけるコンパクト化を図りつつ、端壁部に対する低融点ガラスの固着領域を適正化して、レンズの固着状態を良好に維持し得る光学用キャップ部品を提供する。【解決手段】  基端に接続開口端２を有する円筒状の側壁部３と、側壁部３の先端に連なり且つその中心部にレンズ保持孔４を有する端壁部５とを備えた金属製シェル６を具備し、金属製シェル６のレンズ保持孔４に球レンズ７を低融点ガラス８で固着してなる光学用キャップ部品１において、レンズ保持孔４の直径ａを、側壁部３の外径ｂの４０％以上に設定すると共に、低融点ガラス８の固着領域の径方向寸法ｄを、レンズ保持孔４の直径ａの１３０％以上で且つ側壁部３の外径ｂの８５％以下に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端に接続開口端を有する筒状の側壁部と、該側壁部の先端に連なり且つその中心部にレンズ保持孔を有する端壁部とを備えた金属製シェルを具備し、該金属製シェルのレンズ保持孔にレンズを低融点ガラスで固着してなる光学用キャップ部品において、
前記レンズ保持孔の直径を、前記側壁部の外径の４０％以上に設定すると共に、前記低融点ガラスの固着領域の径方向寸法を、前記レンズ保持孔の直径の１３０％以上で且つ前記側壁部の外径の８５％以下に設定したことを特徴とする光学用キャップ部品。
【請求項２】
前記側壁部の接続開口端から前記端壁部の外表面に至るまでの軸方向寸法を、前記側壁部の外径の８０％以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の光学用キャップ部品。
【請求項３】
前記レンズは、球レンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学用キャップ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学用キャップ部品に係り、詳しくは、基端に接続開口端を有する側壁部とその先端を覆う端壁部とを主たる構成要件とする金属製シェルを備え、且つ端壁部にレンズを低融点ガラスで固着してなる光学用キャップ部品の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学用キャップ部品は、光通信や光センサ等に用いられる発光素子或いは受光素子等の光素子を覆うもので、その内部を例えば気密状態に保持することにより、光素子に対する光の入出力を適正に行わせ得る構成とされている。この種の光学用キャップ部品としては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、基端に接続開口端を有する円筒形状の側壁部と、側壁部の先端に連なり且つその中心部にレンズ保持孔を有する端壁部とを備えた有蓋筒状の金属製シェルを具備し、この金属製シェルのレンズ保持孔に球レンズを低融点ガラスで固着したものが公知となっている。
【０００３】
そして、この種の光学用キャップ部品の使用態様は、レーザダイオード等の光半導体素子を搭載したキャップ取付台に、光半導体素子を覆うように光学用キャップ部品を載置した後、接続開口端をキャップ取付台に抵抗溶接等によって溶着固定することにより、光半導体素子を封入して保護している。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５３２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記光学用キャップ部品は、金属製シェルの端壁部に設けられたレンズ保持孔に球レンズを低融点ガラスにより固着するものであるため、この低融点ガラスの固着状態に球レンズの固着強度が依存し、ひいては光学用キャップ部品の耐久性を大きく左右することとなるが、通常は特段の対策を講じることなく、単に低融点ガラスをレンズの周縁に塗布して固着しているのが実情である。そのため、低融点ガラスの塗布量にばらつきが生じ、その固着領域が適正でない場合には以下のような問題が生じていた。
【０００６】
すなわち、低融点ガラスの塗布量が過少である場合には、低融点ガラスの固着領域が不当に狭小となることから、レンズの固着強度を十分に保つことができず、光学用キャップ部品の耐久性が低下するという問題を有していた。
【０００７】
また、上記光学用キャップ部品は、円筒状の側壁部の先端に端壁部の外周縁が直接連なっている関係上、溶着時に加えられる機械的負荷などによって側壁部に曲げ変形、或いは捩れ変形等の変形が生じた場合には、端壁部の外周縁近傍は側壁部の変形の影響を受けやすい。そして、低融点ガラスの塗布量が過多である場合には、低融点ガラスの固着領域は、レンズの周縁から端壁部の外周縁近傍に亘って不当に広がることとなる。そのため、側壁部に曲げ変形等の変形が生じた場合には、その変形の影響を受けて、低融点ガラスに割れ或いはクラック等が入るなどして光学用キャップ部品の耐久性が低下するという問題を有していた。
【０００８】
さらに、光学用キャップ部品が気密性を要する場合に、低融点ガラスの塗布量が過少であると、レンズとレンズ保持孔との間に低融点ガラスが十分満たされず、気密性を確保することが困難であるという問題を有し、また低融点ガラスの塗布量が過多であると、上述のように低融点ガラスの割れ或いはクラック等が生じて容易に気密性が破られるという問題を有していた。
【０００９】
この場合において、上記の特許文献１の図１及び図２に記載された光学用キャップ部品は、端壁部におけるレンズ保持孔の直径が、側壁部の外径の３０〜３６％程度であって、端壁部の外表面が十分に広い面積を有しており、このような寸法関係の光学用キャップ部品であれば、低融点ガラスの塗布または固着に関して、厳格な制約を受けることはない。そのため、この種の光学用キャプ部品の分野においては、上記の低融点ガラスの塗布量の過少や過多に起因する問題に対しては関心が極めて低く、或いは問題意識すら有していないのが実情であった。
【００１０】
一方、同文献に開示された光学用キャップ部品は、レンズとの相対的な関連性を加味した上での小径化或いはコンパクト化に着目すれば、端壁部の外表面が、低融点ガラスを固着する上で必要以上に広い面積を有しているために、当該キャップ部品のコンパクト化が十分に図られていないのが実情である。このような問題に対処するには、側壁部の外径に対するレンズ保持孔の直径の比率を上記の３０〜３６％程度よりも大きくして端壁部の外表面が狭小になるような構造とすれば良く、この寸法比率は大きくなるに連れてより十分なコンパクト化を図る上で有利となる。しかしながら、このような単純な手法のみでは、低融点ガラスの塗布量を適切にすることが困難となり、上記の低融点ガラスの過少及び過多に起因する問題がより一層深刻なものとなって浮かび上がる。
【００１１】
したがって、この種の光学用キャップ部品に関しては、側壁部の外径に対するレンズ保持孔の直径の比率と、端壁部における低融点ガラスの固着領域の広狭との関係について、如何なる工夫を講じれば、光学用キャップ部品のコンパクト化と、低融点ガラスの塗布量の適切化との両者の要請を一挙同時に満たすことができるかという新たな問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、側壁部の外径に対するレンズ保持孔の直径の比率と、端壁部における低融点ガラスの固着領域とを適正範囲に設定することにより、光学用キャップ部品のレンズとの相対的関連におけるコンパクト化を図りつつ、端壁部に対する低融点ガラスの固着領域を適正化して、レンズの固着状態を良好に維持することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために創案された本発明は、基端に接続開口端を有する筒状の側壁部と、該側壁部の先端に連なり且つその中心部にレンズ保持孔を有する端壁部とを備えた金属製シェルを具備し、該金属製シェルのレンズ保持孔にレンズを低融点ガラスで固着してなる光学用キャップ部品において、前記レンズ保持孔の直径を、前記側壁部の外径の４０％以上に設定すると共に、前記低融点ガラスの固着領域の径方向寸法を、前記レンズ保持孔の直径の１３０％以上で且つ前記側壁部の外径の８５％以下に設定したことに特徴づけられる。
【００１４】
ここで、「筒状の側壁部」には、円筒状のみならず、角筒状（例えば断面多角形の角筒状）をなすものも含まれるが、この場合における「側壁部の外径」は、側壁部の最小外径を意味するものとする（以下、同様）。
【００１５】
上記の構成によれば、レンズ保持孔の直径が側壁部の外径の４０％以上とされていることから、従来に比して、低融点ガラスを固着する上で端壁部の外表面が無駄な面積部分を有しなくなり、レンズとの相対的な関連性を考慮した上での光学用キャップ部品の小径化或いはコンパクト化を図ることが可能となる。しかも、この設定に加えて、低融点ガラスの固着領域の径方向寸法がレンズ保持孔の直径の１３０％以上とされていることから、低融点ガラスの固着領域が不当に狭小になることが阻止されて、レンズの固着強度を十分に確保することができる。それと同時に、低融点ガラスの固着領域の径方向寸法が側壁部の外径の８５％以下とされていることから、低融点ガラスの固着領域が端壁部の外周縁側に不当に広がることが阻止されて、側壁部の変形に起因する低融点ガラスの割れ等の発生を防止することができる。したがって、側壁部の外径、レンズ保持孔の直径、及び低融点ガラスの固着領域の径方向寸法の３つの要素について、上記の３つの数値限定を行ったことにより、光学用キャップ部品のコンパクト化を図りつつ、低融点ガラスによるレンズの固着状態を良好に維持することができると共に、光学用キャップ部品が気密性を要する場合であっても容易且つ確実に気密性を確保することができる。なお、以上の事項を勘案すれば、上記低融点ガラスの固着領域の径方向寸法は、レンズ保持孔の直径の１４０％以上で且つ側壁部の外径の７５％以下に設定することが好ましい。
【００１６】
上記の構成において、側壁部の接続開口端から前記端壁部の外表面に至るまでの軸方向寸法は、前記側壁部の外径の８０％以上とすることができる。
【００１７】
このようにすれば、側壁部の軸方向寸法が相対的に長くなるので、例えば側壁部の基端部に径方向の外力が作用した場合には、その先端に連なる端壁部の外周縁近傍に大きな変形が生じるおそれがあるものの、既に述べたような数値限定を行っていることにより、この変形による低融点ガラスの固着に関する不具合は生じ難くなる。したがって、端壁部の外周縁近傍が大きく変形しやすい構造であっても、この変形から低融点ガラスを有効に保護することが可能となる。
【００１８】
また、本発明に適用できるレンズは例えばロッドレンズ等の既存のレンズを適宜選択し得るが、例えば、レンズを球レンズとしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、球レンズは機械加工のみによって高精度のレンズを容易且つ安価に製造でき、しかも光学的な異方性がないことから、レンズをレンズ保持孔に実装する際の方位調整が不要となり金属製シェルへの組み付けが容易となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、側壁部の外径、レンズ保持孔の直径、及び低融点ガラスの固着領域の径方向寸法の３つの要素について、適切な３つの数値限定を行ったことにより、光学用キャップ部品のコンパクト化を図りつつ、低融点ガラスの固着強度不足或いは割れやクラックの発生を抑止してレンズの固着状態を良好に維持できるようになると共に、光学用キャップ部品が気密性を要する場合であっても容易且つ確実に気密性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る光学用キャップ部品１は、基端に接続開口端２を有する円筒状の側壁部３と、この側壁部３の先端に連なり且つその中心部にレンズ保持孔４を有する端壁部５と、を備えた有蓋筒状の金属製シェル６を具備し、この金属製シェル６のレンズ保持孔４に球レンズ７を低融点ガラス８で固着してなる。詳しくは、この光学用キャップ部品１は、端壁部５の外表面及び内表面が軸心と直交する平坦面をなし、この端壁部５の中心部に設けられたレンズ保持孔４の直径ａが、側壁部３の外径ｂの４０％以上（ａ／ｂ≧０．４）で且つ側壁部３の接続開口端２から端壁部５の外表面に至るまでの軸方向寸法ｃが、側壁部３の外径ｂの８０％以上（ｃ／ｂ≧０．８）の寸法範囲に設定されている。そして、球レンズ７は、その直径と同一或いは僅かに大きい直径ａを有するレンズ保持孔４に嵌め込まれると共に、その周囲から端壁部５の外表面に亘って低融点ガラス８が固着されている。この場合、低融点ガラス８の固着領域は、その径方向寸法ｄが、レンズ保持孔４の直径ａの１３０％以上（ｄ／ａ≧１．３）で且つ側壁部３の外径ｂの８５％以下（ｄ／ｂ≦０．８５）の範囲内に設定されている。なお、低融点ガラス８の固着領域が平面視で円形状ではなく、例えば楕円形状等をなして径方向寸法ｄが一定でない場合には、径方向寸法の最大値ｄmax及び最小値ｄminのそれぞれが、ｄmax／ｂ≦０．８５で且つｄmin／ａ≧１．３の関係を満たすように、低融点ガラス８の固着領域が設定されるものとする。なお、図示例では、低融点ガラス８は、端壁部５の外表面に固着したものを例示しているが、低融点ガラス８を端壁部５の内表面に上記数値範囲内で固着したものであってもよい。
【００２３】
そして、上記のように構成された光学用キャップ部品１は、キャップ取付台１０に搭載された光半導体素子１１を覆うように載置され、キャップ取付台１０に抵抗溶接（例えば、プロジェクション溶接）により溶着固定される。勿論、この溶着作業は、抵抗溶接に限らず、例えばレーザ溶接等を用いることもできる。なお、この溶着作業をドライ窒素の雰囲気下で行って、光学用キャップ部品１とキャップ取付台１０とで囲繞された空間にドライ窒素を充填させてもよい。この場合、ドライ窒素は水分を除去した純粋なガスなので、水分による光半導体素子１１の劣化をより確実に防止することができる。
【００２４】
上記のように構成された光学用キャップ部品１によれば、レンズ保持孔４の直径ａが側壁部の外径ｂの４０％以上（ａ／ｂ≧０．４）に設定されていることから、従来に比して、低融点ガラス８を固着する上で端壁部５の外表面が無駄な面積部分を有しなくなり、球レンズ７との相対的な関連性を考慮した上での光学用キャップ部品１の小径化或いはコンパクト化を図ることが可能となる。さらに、低融点ガラス８の固着領域の径方向寸法ｄを、レンズ保持孔４の直径ａの１３０％以上（ｄ／ａ≧１．３）に設定することで、低融点ガラス８の固着領域が不当に狭小になることが阻止されて、球レンズ７の固着強度を十分に確保することができる。それと同時に、低融点ガラス８の固着領域の径方向寸法ｄを、側壁部３の外径ｂの８５％以下（ｄ／ｂ≦０．８５）に設定することで、低融点ガラス８の固着領域が端壁部５の外周縁側に不当に広がることが阻止されて、側壁部３の外周縁近傍の変形に起因する低融点ガラスの割れ等の発生を防止することができる。したがって、光学用キャップ部品１のコンパクト化を図りつつ、低融点ガラス８による球レンズ７の固着状態を良好に維持することができると共に、光学用キャップ部品１が気密性を要する場合であっても容易且つ確実に気密性を確保することができる。なお、より好ましくは、上記低融点ガラス８の固着領域の径方向寸法ｄは、レンズ保持孔ａの直径の１４０％以上で且つ側壁部３の外径ｂの７５％以下に設定される。また、別の観点から数値限定を行えば、上記低融点ガラス８の固着領域の外周縁は、端壁部５の内周縁（レンズ保持孔４の周縁）を基準として、その内周縁から側壁部３の外周面に至るまでの径方向寸法の１／４以上で３／４以下、好ましくは１／３以上で２／３以下に設定される。
【００２５】
また、上記光学用キャップ部品１は、側壁部３の接続開口端２から端壁部５の外表面に至るまでの軸方向寸法ｃが、側壁部３の外径ｂの８０％以上（ｃ／ｂ≧０．８）に設定されているため、側壁部３の軸方向寸法ｃが側壁部３の外径ｂに対して相対的に長くなり、例えば、上述のように光学用キャップ部品１をキャップ取付台１０に溶着する際に側壁部３の基端部に径方向の外力が作用した場合には、その先端に連なる端壁部５の外周縁近傍に大きな変形が生じやすい形態となっている。しかしながら、既に述べたような他の数値限定を行っていることにより、この変形による低融点ガラス８の固着に関する不具合は生じ難くなる。したがって、端壁部５の外周縁近傍が大きく変形しやすい構造であっても、この変形から低融点ガラス８を有効に保護し、低融点ガラス８の割れ等の発生を防止することが可能となる。
【００２６】
なお、上記金属製シェル６の材質としては、通電により溶接可能な金属材料であればステンレス等の材料も使用可能であり、特にレンズに使用されるガラス材料と膨張係数が近く、金属製の薄板からプレス成形などにより安価に大量生産可能な鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金（コバール合金）などの材料が好ましい。
【００２７】
また、上記低融点ガラス８の組成としては、ＰｂＯを６５〜９０ｗｔ％（好ましくは７５〜８８ｗｔ％）、Ｂ2Ｏ3を５〜２０ｗｔ％（好ましくは８〜１５ｗｔ％）、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3のいずれも０〜１０ｗｔ％を調合したものを用いることができる。さらに、低融点ガラスにＢｉ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｕＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯを１０ｗｔ％以下で含有させてもよい。また、上記成分以外にも、５ｗｔ％以下のＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｖ2Ｏ5、Ａｇ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｃｏ2Ｏ3、Ｍｏ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｇａ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＭｇＯ等の酸化物や、Ｆ2、Ｉ2等のハロゲン及びＣｅＯ2等の希土類酸化物を含有させてもよい。さらには、低融点ガラスの熱膨張係数の調整や、機械的強度の向上を図る観点から、上記低融点ガラスに耐火性フィラーを混合してもよい。耐火性フィラ−を混合する場合、その混合割合は低融点ガラス４５〜９２ｖｏｌ％に対して、耐火性フィラ−粉末８〜５５ｖｏｌ％であることが好ましい。両者の割合をこのように限定した理由は、耐火性フィラ−粉末が８ｖｏｌ％より少ないとその効果がなく、５５ｖｏｌ％より多くなると流動性が悪くなるためである。耐火性フィラ−粉末としては、ウィレマイト系セラミック、チタン酸鉛系セラミック、コーディエライト、酸化スズ固溶体、ジルコン系セラミック等の粉末を単独、或いは組み合わせて使用することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態に係る光学用キャップ部品１の各構成要素の具体的数値は、以下に示す通りである。すなわち、金属製シェル６は、レンズ保持孔４の直径ａが２ｍｍ、側壁部の外径ｂが３．５５ｍｍ、側壁部の接続開口端から側壁部の外表面に至るまでの軸方向寸法ｃが３ｍｍ、側壁部３の外径ｂに対するレンズ保持孔４の直径ａの比率ａ／ｂが５６％、側壁部の外径ｂに対する軸方向寸法ｃの比率ｃ／ｂが８４％である。また、低融点ガラス８の固着領域は、径方向寸法ｄが２．６ｍｍ〜３．０ｍｍ程度であり、金属製シェル６の肉厚が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  光学用キャップ部品
２  接続開口端
３  側壁部
４  レンズ保持孔
５  端壁部
６  金属製シェル
７  球レンズ
８  低融点ガラス
ａ  レンズ保持孔の直径
ｂ  側壁部の外径
ｃ  接続開口端から側壁部の外表面に至るまでの軸方向寸法
ｄ  低融点ガラスの固着領域の径方向寸法
【図１】
2006133504.tif 000003