(57)【要約】【課題】  Bi系の低融点ガラスのように濡れ性が比較的低いガラス封着材を使用した場合でもキャップ本体に光透過窓を確実に所要の気密性を確保して封着することができ、信頼性の高い光透過窓付キャップを製造することを可能にする。【解決手段】  加熱用の治具３０に、キャップ本体１２、光透過窓１６、低融点ガラスからなるタブレット２２をセットし、加熱炉内で前記治具３０ごと前記タブレット２２が溶融する温度にまで加熱することにより、低融点ガラス１５を介して前記光透過窓１６を前記キャップ本体１２に溶着する光透過窓付キャップの製造方法において、前記治具３０に、光透過孔１４が形成された頂部側を鉛直上向きとしてキャップ本体１２をセットし、前記キャップ本体１２の自重を低融点ガラス１５の溶着部に荷重として作用させて前記光透過窓１６を前記キャップ本体１２に溶着する。【選択図】          図１
2007150133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用の治具に、キャップ本体、光透過窓、低融点ガラスからなるタブレットをセットし、加熱炉内で前記治具ごと前記タブレットが溶融する温度にまで加熱することにより、低融点ガラスを介して前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着する光透過窓付キャップの製造方法において、
前記治具に、光透過孔が形成された頂部側を鉛直上向きとしてキャップ本体をセットし、前記キャップ本体の自重を低融点ガラスの溶着部に荷重として作用させて前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着することを特徴とする光透過窓付キャップの製造方法。
【請求項２】
前記治具に、鉛直方向に起立する形態に形成され、前記キャップ本体に内挿されてキャップ本体を吊持する支持体が設けられ、
前記支持体の頂部端面に前記光透過窓と前記タブレットをこの順に重ねてセットし、次に、支持体にセットされた前記タブレットの上方からキャップ本体を支持体に被せるようにしてセットした後、
加熱炉内で前記治具ごと前記タブレットが溶融する温度にまで加熱して、前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着することを特徴とする請求項１記載の光透過窓付キャップの製造方法。
【請求項３】
前記低融点ガラスとして、ビスマス系の低融点ガラスを使用することを特徴とする請求項１または２記載の光透過窓付キャップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光透過窓付キャップの製造方法に関し、より詳細には低融点ガラスを用いてキャップ本体に光透過窓を封着して形成する光透過窓付キャップの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、半導体レーザ素子５を搭載したステム６に光透過窓付キャップ１０を気密に封着して形成した半導体レーザ装置の例を示す。光透過窓付キャップ１０は、キャップ状に形成されたキャップ本体１２の頂部に設けられた光透過孔１４を、低融点ガラス１５を用いてキャップ本体１２の内面に光透過窓（ガラス板）１６を封着して形成されている。半導体レーザ装置は、光透過窓付キャップ１０のフランジ部１７をステム６に気密に抵抗溶接して形成される。
【０００３】
図３は、光透過窓付キャップ１０を製造する方法を示す。光透過窓付キャップ１０は、鉄−コバルト−ニッケル合金あるいは鉄−ニッケル合金からなり、低融点ガラス１５を用いて光透過窓１６を気密に封着するため、キャップ本体１２に事前に所要の処理を施して光透過窓１６が封着される。キャップ本体１２に光透過窓１６を封着する方法としては、キャップ本体１２を大気中で加熱して表面に酸化膜を形成し、酸化膜を利用して光透過窓１６を封着する方法、キャップ本体１２の表面にニッケルめっきを施し、低融点ガラス１５に含まれる鉛（Pb）成分とニッケルとの共晶反応による共晶合金層を形成して封着する方法、あるいは、キャップ本体１２の表面にニッケルめっきとパラジウムめっきを施し、Bi（ビスマス）系の低融点ガラスを用いて低融点ガラスとキャップ本体との界面に形成される共晶合金層を介して封着する方法（特許文献１参照）等がある。
【０００４】
図３は、キャップ本体１２に光透過窓１６を封着する際に使用する治具２０の構成と、治具２０を用いて光透過窓１６をキャップ本体１２に溶着する方法を示す。従来方法では、治具２０に形成されたセット孔２０ａに、光透過孔１４が形成された頂部側を下向きにしてキャップ本体１２をセットし、リング状に形成された低融点ガラスのタブレット２２と光透過窓（ガラス板）１６をセットし（図３（ａ））、キャップ本体１２とタブレット２２と光透過窓１６を治具２０にセットした状態で加熱炉内で加熱してタブレット２２を溶融し、光透過窓１６をキャップ本体１２に溶着する（図３（ｂ））。治具２０にはキャップ本体１２をセットするセット孔２０ａが多数個設けられており、実際の工程では、一度に多数個のキャップ本体１２に光透過窓１６が溶着される。
【特許文献１】特開２００５−１０１４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３に示すように、キャップ本体１２に光透過窓１６を封着する従来方法では、低融点ガラスのタブレット２２が溶融する温度に加熱して、低融点ガラス１５の濡れ性、いいかえれば光透過窓１６の自重によって封着される。この封着方法は、鉛系の低融点ガラスのように濡れ性が良いガラス封着材を使用する場合は問題がないのであるが、Bi系の低融点ガラスのように、鉛系の低融点ガラスにくらべて粘性が高いために濡れ性が悪く、低融点ガラスが溶融する温度にまで加熱しても、封着領域でガラス封着材が十分に広がりにくいガラス封着材を使用する場合には、光透過窓１６とキャップ本体１２との封着性が不確実になるといった問題があった。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、Bi系の低融点ガラスのように濡れ性が比較的低いガラス封着材を使用した場合でもキャップ本体に光透過窓を確実に所要の気密性を確保して封着することができ、信頼性の高い光透過窓付キャップを生産することができる光透過窓付キャップの製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、加熱用の治具に、キャップ本体、光透過窓、低融点ガラスからなるタブレットをセットし、加熱炉内で前記治具ごと前記タブレットが溶融する温度にまで加熱することにより、低融点ガラスを介して前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着する光透過窓付キャップの製造方法において、前記治具に、光透過孔が形成された頂部側を鉛直上向きとしてキャップ本体をセットし、前記キャップ本体の自重を低融点ガラスの溶着部に荷重として作用させて前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着することを特徴とする。
【０００８】
また、前記治具に、鉛直方向に起立する形態に形成され、前記キャップ本体に内挿されてキャップ本体を吊持する支持体が設けられ、前記支持体の頂部端面に前記光透過窓と前記タブレットをこの順に重ねてセットし、次に、支持体にセットされた前記タブレットの上方からキャップ本体を支持体に被せるようにしてセットした後、加熱炉内で前記治具ごと前記タブレットが溶融する温度にまで加熱して、前記光透過窓を前記キャップ本体に溶着することを特徴とする。なお、支持体にキャップ本体を吊持するとは、支持体にキャップ本体をセットした際に、キャップ本体の頂部の内面側に支持体の頂部端面が当接し、キャップ本体のフランジ部が治具から離間した状態になること、すなわち、キャップ本体の荷重がキャップ本体の頂部の内面からのみ支持体に支持されたタブレット、光透過窓に作用することを意味する。
【０００９】
また、本発明方法は、低融点ガラスとして、ビスマス系の低融点ガラスを使用して光透過窓付キャップを製造する方法として有効に利用できる。本発明方法によれば、粘性が高く比較的濡れ性が劣るビスマス系の低融点ガラスを使用する場合でも、光透過窓とキャップ本体とを確実に封着できるからである。また、ビスマス系の低融点ガラスを使用することで鉛フリーの光透過窓付キャップとすることができる。なお、ビスマス系の低融点ガラスとは、ガラス成分として鉛成分を含有せず、Ｂｉ2Ｏ3を主要成分とする低融点ガラスの意である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光透過窓付キャップの製造方法によれば、低融点ガラスを用いて、光透過窓とキャップ本体とを確実に溶着（封着）することができ、光透過窓とキャップ本体との溶着部分の気密性にすぐれ、信頼性の高い光透過窓付キャップを確実に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明に係る光透過窓付キャップの製造方法についての一実施形態を示す説明図である。なお、本実施形態の光透過窓付キャップの製造方法においても、光透過孔１４が形成されたキャップ本体１２に、低融点ガラス１５を用いて光透過窓１６を気密に封着して光透過窓付キャップを製造する。キャップ本体１２、光透過窓１６等の構成については従来の構成と同一であるので、説明を省略する。
【００１２】
本実施形態においては、図１に示すように、光透過孔１４が形成された頂部側を鉛直上向きとしてキャップ本体１２を治具３０にセットして光透過窓１６をキャップ本体１２に溶着する。治具３０には、キャップ本体１２を頂部側を上向きとしてセットするための支持体３２が、支持プレート３１の上面から鉛直上方に突出するように起立して形成されている。
【００１３】
本実施形態では、支持体３２は円筒体に形成され、円筒体の頂部側部分は光透過窓１６と低融点ガラスからなるタブレット２２をセットするセット部３２ａとして形成され、セット部３２ａは光透過窓１６の外径よりもわずかに小径となるように形成されている。また、支持体３２の基部側部分については、キャップ本体１２の内周径よりもわずかに小径に形成され、キャップ本体１２を支持体３２にガイドしてセットするためのガイド部３２ｂとして形成されている。また、支持体３２が支持プレート３１から突出する突出寸法は、支持体３２にキャップ本体１２をセットした状態でキャップ本体１２のフランジ部１７が支持プレート３１の上面から上方に離間する配置となるように設定される。
【００１４】
なお、本実施形態では治具３０に設ける支持体３２を円筒体として形成しているが、支持体３２は、必ずしも円筒体に形成しなければならないわけではない。支持体３２は光透過窓１６と低融点ガラスからなるタブレット２２を支持するとともに、光透過孔１４が形成された側を上向きとしてキャップ本体１２を吊持する（フランジ部１７を支持プレート３１から離間させる）形態で支持することができればよく、支持体３２を円柱体として形成したり、矩形のブロック体として形成したりすることも可能である。
【００１５】
本実施形態の光透過窓付キャップの製造方法においては、まず、図１（ａ）に示すように、支持体３２の頂部端面に光透過窓１６と低融点ガラスからなるタブレット２２をこの順に重ねてセットし、次に、支持体３２にセットされたタブレット２２の上方からキャップ本体１２を支持体３２に被せるようにしてセットする。
支持体３２のセット部３２ａは光透過窓１６およびタブレット２２よりも若干小径に形成されているから、光透過窓１６とタブレット２２をセット部３２ａに位置合わせしてセットすることにより、光透過窓１６およびタブレット２２はこれらの外周縁部がセット部３２ａの外周面からわずかに外方に突出して支持される。したがって、支持体３２にセットされた光透過窓１６とタブレット２２に合わせてキャップ本体１２をセットすることによりキャップ本体１２と支持体３２とが干渉することはない。セット部３２ａの頂部端面は平坦面に形成され、光透過窓１６およびタブレット２２は支持体３２により水平に支持される。
【００１６】
キャップ本体１２を支持体３２にセットする際には、支持体３２のガイド部３２ｂによりキャップ本体１２の内周面がガイドされてキャップ本体１２がセットされ、光透過窓１６とタブレット２２に位置合わせしてキャップ本体１２がセットされる。
なお、図１は、支持プレート３１に装着した一つの支持体３２を示したもので、実際には支持プレート３１には、所定間隔をあけて多数個の支持体３２が整列して設けられている。これらのすべての支持体３２に光透過窓１６とタブレット２２とキャップ本体１２をセットする。
【００１７】
支持体３２に光透過窓１６とタブレット２２とキャップ本体１２とをセットした後、治具３０ごと加熱炉に送入し、低融点ガラスからなるタブレット２２が溶融する温度まで加熱して光透過窓１６をキャップ本体１２に溶着する。
図１（ｂ）は、タブレット２２が溶融して低融点ガラス１５を介してキャップ本体１２に光透過窓１６が溶着（封着）された状態を示す。低融点ガラス１５が光透過窓１６とキャップ本体１２とに挟まれた領域に内に広がり、光透過窓１６が確実にキャップ本体１２に溶着され、光透過孔１４が光透過窓１６によって封止される。
【００１８】
本実施形態においては、タブレット２２を挟んで光透過窓１６の上方側にキャップ本体１２を配置する構成とし、キャップ本体１２を支持体３２にセットした状態でキャップ本体１２のフランジ部１７が支持プレート３１から離間する状態になるように設定されていることから、タブレット２２が加熱されて溶融した際にキャップ本体１２の自重がタブレット２２を押圧する荷重として作用し、このキャップ本体１２の自重が荷重として作用する効果によって、低融点ガラス１５が光透過窓１６とキャップ本体１２とに挟まれた領域内に広がり、低融点ガラスの濡れ性を助長して光透過窓１６を確実にキャップ本体１２に溶着することが可能になる。
【００１９】
実際に、鉛系の低融点ガラスにくらべて粘性が高く、濡れ性に劣るビスマス系の低融点ガラスを使用して光透過窓１６をキャップ本体１２に溶着する実験を行った。実験で使用した低融点ガラスは、Ｂｉ2Ｏ3を５０重量％含有するものである。キャップ本体１２は、鉄−コバルト−ニッケル合金を基材とし、基材の表面にニッケルめっきとパラジウム（Pd)めっきをこの順に施したものを使用した。図１に示す方法により、加熱炉中で加熱し、ガラスからなる光透過窓を封着したところ、光透過窓１６は所定の強度でキャップ本体１２に溶着され、光透過窓１６の溶着部も十分な気密性を保持していることを確認した。
【００２０】
このように、本実施形態の光透過窓付キャップの製造方法は、ガラス封着材の濡れ性を助長するようにして光透過窓１６を溶着（封着）することができることから、ビスマス系の低融点ガラスのような粘性が高く、比較的濡れ性の低い低融点ガラスを使用してキャップ本体に光透過窓を溶着する場合に有効に利用することができる。なお、Biを主成分とする低融点ガラスは、電子部品として鉛の使用が制約されることから鉛系の低融点ガラスにかえて光透過窓付キャップを製造するガラス封着材として好適に使用される。本発明方法は、ビスマス系以外の鉛フリーの低融点ガラスについてももちろん適用可能であり、また濡れ性が良好な鉛系の低融点ガラスを用いる場合に適用することももちろん可能である。
【００２１】
また、支持プレート３１に支持体３２を取り付けて形成した治具３０は簡易な構成からなるから、治具３０の製作は容易であり、一度に多数個の光透過窓付キャップを製造する構成とすることも容易であり、光透過窓付キャップの量産にも容易に対応できるという利点がある。また、上記実施形態では、支持プレート３１と支持体３２とを別体とした構成として示したが、支持プレート３１と支持体３２とを一体的に形成することも可能である。これらの治具３０の構成、材質等についてもとくに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光透過窓付キャップの製造方法を示す説明図である。
【図２】光透過窓付キャップを備えた半導体レーザ装置の断面図である。
【図３】光透過窓付キャップの従来の製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  光透過窓付キャップ
１２  キャップ本体
１４  光透過孔
１５  低融点ガラス
１６  光透過窓
１７  フランジ部
２０  治具
２０ａ  セット孔
２２  タブレット
３０  治具
３１  支持プレート
３２  支持体
３２ａ  セット部
３２ｂ  ガイド部
【図１】
2007150133.tif 000003
【図２】
2007150133.tif 000004
【図３】
2007150133.tif 000005