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発明の名称 レンズキャップの製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5716(P2007−5716A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−186884(P2005−186884)
出願日 平成17年6月27日(2005.6.27)
代理人 【識別番号】110000040
【氏名又は名称】特許業務法人池内・佐藤アンドパートナーズ
発明者 野村 哲男
要約 課題
レンズキャップとレンズの溶着の機械的強度を強め、レンズ形状を用途に合わせた自由な設計を可能にしたレンズキャップの製造方法を提供する。

解決手段
キャップ本体1内に治具15の成形面14を有する突起部13を装着し、キャップ本体1のレンズ装着孔上にガラス材2を搭載し、ガラス材を溶融してキャップ本体のレンズ装着孔とその近傍にガラス材2を溶着し中間レンズキャップ生成品を形成する工程と、前記中間レンズキャップ生成品を、レンズ6の外側面6aと内側面6bの表面形状を成形するため下型治具11、上型治具9の成形面10、8でレンズ仮成形体6を挟圧しガラス材の溶融温度以上に加熱してレンズ13を成形するレンズキャップ成形工程と、レンズ表面部が非接触状態で前記ガラス材の軟化点以上に加熱してレンズを透化する工程とからなる。
特許請求の範囲
【請求項1】
レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を成形するための所定の成形面を有する突起部を有した治具に、レンズ装着孔を有した略筒状のキャップ本体を前記突起部がキャップ本体内側に装着されるように載置し、前記キャップ本体外側でレンズ装着孔上にレンズの素材であるガラス材を搭載するガラス材搭載工程と、
前記ガラス材を溶融する温度以上に加熱してキャップ本体のレンズ装着孔とその近傍にガラス材を溶着しレンズ仮成形体を成形する中間レンズキャップ生成品形成工程と、
前記中間レンズキャップ生成品を、レンズキャップ本体外側面側のレンズ外側面を形成するための、レンズ外側面形状と対応する成形面が形成された下型治具に、レンズ仮成形体外側面側が、前記下型治具の成形面側になるように載置し、前記中間レンズキャップ生成品のキャップ本体内側面内部にレンズ内側面形状と対応する成形面が形成された上型治具を搭載して、前記中間レンズキャップ生成品のガラス部を挟圧するとともに、前記中間レンズキャップ生成品を前記ガラス材の溶融する温度以上に加熱して前記レンズ仮成形体を所定のレンズ形状に成形するレンズキャップ成形工程と、
前記レンズキャップ成形品を、レンズ表面部が非接触状態となるようにレンズキャップ保持治具に搭載し、前記ガラス材の軟化点以上に加熱して前記レンズを透化するレンズ透化工程とを備えたことを特徴とするレンズキャップの製造方法。
【請求項2】
前記中間レンズキャップ生成品形成工程において、前記レンズキャップ本体外側面側のレンズ仮成形体外側表面は前記ガラス材の表面張力のみで成形し、前記キャップ本体の内側面側のレンズ仮成形体内側表面は前記ガラス材の自重と前記所定の成形面を有する突起部を有した治具の前記所定の成形面で形成する請求項1記載のレンズキャップの製造方法。
【請求項3】
レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を成形するための所定の成形面を有する突起部が、目的とする所定のレンズ内側面表面形状と対応するか、又はそれと近似する表面形状の成形面を有する突起部である請求項1または2に記載のレンズキャップの製造方法。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は光半導体装置に使用するレンズキャップの製造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
レーザーダイオード、フォトダイオード、発光ダイオードなどの光半導体装置に適用される従来のレンズ付き蓋体(レンズキャップ)としては、レンズ装着孔を備えた蓋体にレンズ素材を溶着しているものがあった。その製造方法としては、蓋体本体(キャップ本体)とレンズ素材とを治具内に配置したのち加熱して、レンズ素材を加熱溶融することで所定の形状にレンズ素材を成形すると共にレンズをレンズ装着孔に気密状態に溶着しているものがあった(例えば、下記特許文献1参照)。
【0003】
図2は、前記特許文献1に記載された従来のレンズ付き蓋体(レンズキャップ)の断面形状を示すものであり、図3(a)、(b)はその製造工程フローを示す工程断面図である。
【0004】
図2において、金属などから形成された略筒状の蓋体(キャップ本体)101に形成されたレンズ装着孔102にガラスなどのレンズ素材を加熱溶融しレンズ部104は所定のレンズ表面の曲面形状などに成形されている。
【0005】
図3(a)、(b)において、図2と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【0006】
従来のレンズ付き蓋体の製造方法は、頂部にレンズ装着孔102を備えた略筒体状の蓋体(キャップ本体)101とガラスなどのレンズ素材103とをカーボングラファイト製のレンズ外側面形状を規制成形するための表面形状規制部106を備えた治具105内に配置して(図3(a))、レンズ素材103を加熱して溶融することにより表面形状規制部106を利用して所定の曲面形状にレンズ素材103を成形するとともに、レンズ装着孔102に気密にレンズ素材103を溶着して蓋体101本体にレンズ部104を設けている(図3(b))。さらに図示していないが、レンズ素材材の溶着を良好にするためにキャップ本体の表面にあらかじめ設けられていた酸化被膜を化学研磨により除去し、次に、キャップ本体にめっきを施した後、チッソ雰囲気などの非酸化性雰囲気中において、レンズ素材レンズの表面の傷、曇りを除去するために加熱による透化処理を適宜施していた。
【特許文献1】特開2003−258352号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記従来の構成では、キャップ本体とガラスレンズ溶着部の溶着面積(断面図の場合、キャップ本体に接するレンズ溶着部(レンズの縁部)の厚さ)が小さいため、機械的強度が弱い、また、レンズ形状についてキャップ本体の外側の形状のみ成形されるため使用用途に制限が掛かる課題を有していた。即ち、レンズ形状についてキャップ本体の外側の形状のみ成形されるため、各種要求に応じて、配光特性を要求の満足できるものになるようレンズ形状を成形できない場合があった。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、キャップ本体とガラスレンズ溶着部の溶着面積(断面図の場合、キャップ本体に接するレンズ溶着部(レンズの縁部)の厚さ)を大きくでき、レンズ装着の機械的強度を強め、また、ガラスレンズ表面の曲面形状などをキャップ本体の内外で成形するためレンズの配光特性を要求に応じたものにすることができ、従って使用用途を広め、さらにガラスの貼り付き位置のコントロールやガラス気泡、張り付不足等のガラス溶着時の問題を解決したレンズキャップの製造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】
【0009】
前記従来の課題を解決するために、本発明のレンズキャップの製造方法は、レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を成形するための所定の成形面を有する突起部を有した治具に、レンズ装着孔を有した略筒状のキャップ本体を前記突起部がキャップ本体内側に装着されるように載置し、前記キャップ本体外側でレンズ装着孔上にレンズの素材であるガラス材を搭載するガラス材搭載工程と、
前記ガラス材を溶融する温度以上に加熱してキャップ本体のレンズ装着孔とその近傍にガラス材を溶着しレンズ仮成形体を成形する中間レンズキャップ生成品形成工程と、
前記中間レンズキャップ生成品を、レンズキャップ本体外側面側のレンズ外側面を形成するための、レンズ外側面形状と対応する成形面が形成された下型治具に、レンズ仮成形体外側面側が、前記下型治具の成形面側になるように載置し、前記中間レンズキャップ生成品のキャップ本体内側面内部にレンズ内側面形状と対応する成形面が形成された上型治具を搭載して、前記中間レンズキャップ生成品のガラス部を挟圧するとともに、前記中間レンズキャップ生成品を前記ガラス材の溶融する温度以上に加熱して前記レンズ仮成形体を所定のレンズ形状に成形するレンズキャップ成形工程と、
前記レンズキャップ成形品を、レンズ表面部が非接触状態となるようにレンズキャップ保持治具に搭載し、前記ガラス材の軟化点以上に加熱して前記レンズを透化するレンズ透化工程とを備えたことを特徴とする。
【0010】
前記レンズキャップの製造方法においては、前記中間レンズキャップ生成品形成工程において、前記レンズキャップ本体外側面側のレンズ仮成形体外側表面は前記ガラス材の表面張力のみで成形し、前記キャップ本体の内側面側のレンズ仮成形体内側表面は前記ガラス材の自重と前記所定の成形面を有する突起部を有した治具の前記所定の成形面で成形することが好ましい。
【0011】
また、前記レンズキャップの製造方法においては、レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を成形するための所定の成形面を有する突起部が、目的とする所定のレンズ内側面表面形状と対応するか、又はそれと近似する表面形状の成形面を有する突起部であることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
以上のように、本発明のレンズキャップの製造方法によれば、レンズ仮成形体内側表面を支持し成形するための所定の成形面を有する突起部の高さ、成形面の形状などでレンズとキャップ本体との溶着部の面積を調整することができ、機械的強度が強く、レンズキャップ外側面側と内側面側の目的とするレンズの両面の表面形状を所定の位置で所定の形状に成形でき、しかも溶着時の気泡、張り付き不足が無いレンズキャップを作製することができる。
【0013】
また、前記中間レンズキャップ生成品形成工程において、前記レンズキャップ本体外側面側のレンズ仮成形体外側表面は前記ガラス材の表面張力のみで成形し、前記キャップ本体の内側面側のレンズ仮成形体内側表面は前記ガラス材の自重と前記所定の成形面を有する突起部を有した治具の前記所定の成形面で形成する本発明の好ましい態様とすることにより、レンズ仮成形体外側表面形成時に、その面を治具の表面形状成形部で挟圧しないので、レンズ仮成形体成形時に空気の抱きこみを防止して、気泡の発生をより少なくでき好ましい。気泡の発生は、レンズ性能を低下、場合によっては、レンズを不良品としてしまうばかりでなく、キャップ本体とレンズの縁である溶着部界面に発生した気泡はレンズのキャップ本体への張り付き不足の原因となる。通常、発生した気泡はキャップ本体とレンズの縁である溶着部界面に比較的集中しやすくなる傾向がある。本発明方法は、これらを結果的に防止でき、好ましい。
【0014】
また、前記レンズキャップの製造方法において、レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を成形するための所定の成形面を有する突起部が、目的とする所定のレンズ内側面表面形状と対応するか、又はそれと近似する表面形状の成形面を有する突起部である本発明の好ましい態様とすることにより、レンズ仮成形体内側表面の形状が、最終目的とする所定のレンズ内側面表面形状と同一かそれに近似しているので、最終工程の下型治具と上型治具とによる前記中間レンズキャップ生成品のガラス部を挟圧する際に、上型治具によるレンズ内側面形状に対応する成形面の形状が、レンズ仮成形体内側表面の形状と大きく異ならないので、空気の抱きこみがより良好に防止でき、気泡の発生をより少なくできるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
(実施の形態)
図1(a)〜(e)は、本発明の実施の形態におけるレンズキャップの製造工程フローを示す断面図である。
【0017】
図1(a)〜(e)において、レンズ装着孔を備え表面に予め酸化皮膜が形成されたキャップ本体1は、カーボングラファイト製の治具15にレンズを構成する素材である円盤状に形成されたガラス材2とともに配置する(図1(a))。
【0018】
キャップ本体1は、特に限定するものではないが、通常、素材として金属が用いられ、本実施の形態では、レンズ用ガラス材として用いる硼珪酸ガラスの熱膨張係数とほぼ同等ないしはそれに近い熱膨張係数を有する、通称「コバール」と称される鉄−ニッケル−コバルト合金(鉄53wt%、Ni28wt%、Co18wt%含有)を用いた。レンズ用ガラスとの接着性を向上させるために設けられる酸化被膜は、このキャップ本体1の表面を酸化することにより形成されている。キャップ本体1は、胴部が筒状(通常、円筒状)であり、一方の開口部はキャップ本体1の径より若干狭められた径を有し、レンズが装着されるキャップ開口端1aを有する。他方の開口部は、キャップ本体1より裾部1bが外側に張り出しているものを用いた。図1(a)における上方から見たと仮定した裾部1bの最外縁部の平面形状ラインは、丸が一般的であるが、これに限定されるものではなく、四角形その他の多角形など、支障がない限り任意である。
【0019】
また、治具の材料としても、レンズ用のガラスの溶融成形の温度で変形や軟化が生じないこと、溶融ガラスを成形後、ガラスと離型性があればよいが、更に、所望の特定の形に加工しやすいこと、コストが比較的安いことなどから、ここではカーボングラファイト製の治具を用いた。
【0020】
キャップ本体1とガラス材2とを治具15に配置する方法は、レンズ用ガラス溶着時、治具上のレンズ仮成形体内側表面を支持し成形するための所定の成形面4を有する突起物3がキャップ本体1内側に収まるように載置し、キャップ本体1上面のレンズ装着孔(キャップ開口端1a側)の上側にガラス材2を載置し、キャップ本体1外周側を固定治具5により固定している。
【0021】
固定治具5は、キャップ本体1外周側を取り囲んでキャップ本体1を内部に挿入できる円柱状の穴を有している。
【0022】
ガラス材2の大きさは、目的とするレンズの形状、大きさ、キャップ本体1の内側面とガラスレンズ溶着部との溶着面積をどの程度にするかなどに応じて変わるので、特に限定するものではないが、通常、レンズ装着孔の径より大きく、キャップ本体1の胴部外径より若干大きく、具体的には、例えば、キャップ本体1の胴部外径より直径で0.2〜0.5mm程度大きくしたものを用いると、キャップ本体1とガラス材との接着力が向上しやすく好ましい。尚、1´は、複数個のレンズキャップを同時に製造する場合の、隣接して設けられる同様の製造ユニット(図示省略)に配置されるキャップ本体の一部を図示したものである。
【0023】
治具15の突起物3の成形面4はガラス材2を溶融してレンズ仮成形体を形成する中間レンズキャップ生成品形成工程(図1(b)で示す工程)のレンズ仮成形体の内面形状(レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面6b側)に合わせた表面形状の成形面4を有している。
【0024】
つぎに、治具全体をガラス材2が溶融する温度まで加熱し、キャップ本体1の内側にガラス材2を溶着するとともに、内側面側の表面形状が成形面4で成形され所定の形状のレンズ仮成形体とした中間生成品を形成する(図1(b))。
【0025】
このとき、溶融したガラス材2の自重による重力により、成形面4上にガラス材2が導入されることになる。
【0026】
これによれば、溶融したガラス材2をキャップ本体に溶着させると同時に、レンズキャップ本体内側面側のレンズ仮成形体内側表面を所定の形状に予備成形することができ、ガラス材2に外部から加圧力を加えずに、溶着させるため、気泡の抱きこみや、気泡がガラスとキャップ本体内側面の界面に存在することによるレンズの貼り付き不足が生じることがない。
【0027】
また、ガラス材2をキャップ本体1の内側にまで延在しているため(図1(b)の溶着部16参照)、機械的強度が強くすることを可能としている。
【0028】
さらに、治具突起物3の高さと成形面4の形状などでキャップ本体1の内側のガラス貼り付き位置とガラス量を設定できる。
【0029】
このように、治具15における成形面4を有する突起物3は、突起物3の高さや、成形面4の形状などを適宜選択することにより、キャップ本体1の内側のガラス貼り付き位置とキャップ本体1の内側面とガラスレンズとの溶着部16の面積を調整することができる。したがって、キャップ本体とガラスレンズ溶着部の溶着面積を必要な大きさにコントロールでき、レンズ装着の機械的強度を強めることができる。
【0030】
以上に説明した中間レンズキャップ生成品形成工程は、本来、キャップ本体とガラスレンズ溶着部の溶着面積を必要な大きさにコントロールするための工程であるから、成形面4の形状は、必ずしも最終的に得られる目的とするレンズのレンズキャップ本体内側面側のレンズ内側表面6b(図1(d)または(e)参照)と全く同一形状にしておく必要はない。それでも前述したように、目的とするレンズ内側面表面形状と対応するか、又はそれと近似する表面形状の成形面4、言い換えれば、図1(c)の上型治具9のレンズ内側表面6bを成形するための成形面8の形状と同一ないしはそれと近似する表面形状の成形面4としたものを用いて予備成形しておく方が、成形面4の形状と成形面8の形状が大きく異なっている場合に比べ図1(c)のガラスレンズ内側表面と外側表面を目的とする所定のレンズ表面形状に最終的に成形する際に、空気の抱きこみがより生じにくく、気泡の発生をより少なくできるので好ましい。
【0031】
つぎに、図1(c)に示すように、レンズキャップ本体外側面側のレンズ外側面を形成するための、レンズ外側面6aの目的とする形状と対応する成形面10が形成されており中間レンズキャップ生成品が装着し得る凹部を有する下型治具11に前記中間レンズキャップ生成品を載置し、中間レンズキャップ生成品の内側に挿入可能で、レンズの内側面6b成形面8を有した上型治具9を中間レンズキャップ生成品の内側に載置した後、前記ガラス材の溶融する温度以上に加熱しガラスレンズ6の内側面6b及び外側面6aをそれぞれ治具9と11の成形面8、10と同じ形状に成形する(図1(c))。尚、成形面8、10の形状は、目的とするレンズの形状、例えば、両凸型の凸レンズ、平凸型の凸レンズ、両凹型の凹レンズ、正メニスカス型、負メニスカス型、などなどに応じて選択される。
【0032】
このとき、レンズがレンズ外側面6a成形用治具11とレンズ内側面6b成形用治具9とにより挟圧されるとともに、中間生成品を載置した治具11と9はガラスの溶融温度以上になるように加熱し、レンズ素材のガラス材として、硼珪酸ガラスを用いた場合、約880℃を最高温度として溶融成形し、その後冷却される。
【0033】
これによれば、ガラスレンズ13の外側面6aおよび内側面6bを目的とする任意の形状に成形することができ、様々な用途に対応することのできるレンズキャップを得ることができる。
【0034】
また、加熱処理を施す前に予め、エアーガンなどの圧縮空気などを用いてガラスレンズ6表面の付着物を除去しても良い。
【0035】
つぎに、ガラスレンズの外側面6aおよび内側面6bが治具に接触することが無いよう、キャップ本体1を支持する様にレンズキャップ保持治具14に載置し、成形後のガラスレンズ13のガラス材が軟化する温度約600〜780℃に加熱する(図1(d))。
【0036】
このとき、成形後のガラスレンズ13の最表面のみが溶融し流動性を有する状態とし、化学研磨によるガラスレンズ13の表面の荒れや、それに伴うくもり現象や、製品同士や治具との接触による物理的な傷を、極表面のみを溶融すること(加熱時間を短時間にするなど)でレンズを透化、即ち透明にしている。
【0037】
これによれば、ガラスレンズ13の極表面のみを溶融することから、成形後のガラスレンズ13の外形寸法は殆どが変わることなく、表面の荒れや、それに伴うくもり現象や、製品同士や治具との接触による物理的な傷のみを取り除くことができる。
【0038】
つぎに、要求性能、用途などに応じてキャップ本体に必要に応じ、適宜めっき皮膜を形成する。めっきは、防錆、発光および受光の効率を良くするためとか、その他にステムなどとの接着性改善、装飾目的などで形成される。無電解ニッケルめっき、電解ニッケルめっき、金めっき、銀めっきなどが用いられ、めっき方法としては、特に限定するものではないが、主にバレルめっき法が採用される。その他、要求に応じ整列めっき法なども用いられる。
【0039】
かくして、本実施形態による製造方法で得られたレンズキャップの断面図を図1(e)に示した。但し、図1(e)には、めっき被膜などの図示は省略している。
【0040】
なお、本実施の形態例においては、レンズキャップ本体と溶融ガラスとの溶着工程において、レンズキャップ本体とガラスとの接着性を向上させるために、レンズキャップ本体の表面にあらかじめ酸化被膜を設けているが、このようにレンズキャップ本体の表面に酸化被膜を設けた場合には、レンズキャップ本体とガラスとの溶着工程後、レンズの透化処理の前、めっきする場合にはめっき工程の前に、酸化被膜を化学研磨により除去しておく。化学研磨剤としては、酸化被膜を除去できるものであればよいが、例えば、過酸化水素、弗化アンモニウムを主成分とした溶液や、過酸化水素、硫酸、弗酸を主成分とした溶液などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は光半導体装置に使用するレンズキャップの製造方法として有用であり、特にガラスレンズの成形及びキャップ本体とガラスレンズ溶着部の溶着面積を調整でき、レンズ装着の機械的強度を強め、また、ガラスレンズの両表面の形状をキャップ本体のレンズ内側面及び外内側面の両面とも治具の成形面で成形するためレンズの配光特性を要求に応じたものにすることができ、従って使用用途を広め、さらにガラスの貼り付き位置のコントロールやガラス気泡、張り付不足等のガラス溶着時の問題を解決したレンズキャップの製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施の形態におけるレンズキャップの製造工程フローを示す断面図
【図2】従来のレンズキャップの断面図
【図3】従来のレンズキャップの製造工程フローを示す断面図
【符号の説明】
【0043】
1 キャップ本体
1a レンズが装着されるキャップ開口端
1b キャップ本体の裾部
2 ガラス材
3 治具15の成形面4を有する突起物
4 レンズ仮成形体内側表面を成形するための成形面
5 固定治具
6 溶着後のガラスレンズ(レンズ仮成形体)
8 上型治具9のレンズ内側面6b用の成形面
9 上型治具
10 下型治具11のレンズ外側面6a用の成形面
11 下型治具
12 成形後のレンズキャップ
13 成形後のガラスレンズ
14 レンズ透化時に使用するレンズキャップ保持治具
15 中間レンズキャップ生成品形成工程で用いる治具
16 キャップ本体1の内側面とガラスレンズとの溶着部
101 従来例のキャップ本体
102 従来例のレンズ装着孔
103 従来例のレンズ素材
104 従来例のレンズ部
105 従来例の治具
106 従来例の表面形状規制部





 

 


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