特開 2022-128707 接合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128707

(43)【公開日】2022-09-05

(54)【発明の名称】接合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/00 20210101AFI20220829BHJP

   B23K 1/00 20060101ALN20220829BHJP

【ＦＩ】

G02B7/00 F

B23K1/00 330Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021027073

(22)【出願日】2021-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】碓氷 孝樹

【テーマコード（参考）】

2H043

【Ｆターム（参考）】

2H043AE02

2H043AE04

2H043AE24

(57)【要約】

【課題】 ２つ以上の部材を接合材により接合した接合体において、光学ユニットの性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】 第１の部品１２と第２の部品１１とを接合材１３によって接合した接合体の製造方法であって、第１の部品１２の第１の接合面１２ａに第１の接合材１３ａを載置する工程と、第１の部品１２の第２の接合面１２ｄに第２の接合材１３ｂを載置する工程と、第１の部品１２上に第２の部品１１を載置する工程と、第１の接合材１３ａ及び第２の接合材１３ｂを溶融、固化して第１の部品１２と第２の部品１１とを接合する工程とを備えた接合体１０の製造方法とする。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の部品と第２の部品とを接合材によって接合した接合体の製造方法であって、
前記第１の部品の第１の接合面に第１の接合部材を載置する工程と、
前記第１の部品の第２の接合面に第２の接合部材を載置する工程と、
前記第１の部品上に前記第２の部品を載置する工程と、
前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材を溶融、固化して前記第１の部品と前記第２の部品とを接合する工程と、を備えたことを特徴とする接合体の製造方法。

【請求項2】

前記第１の接合面は前記第１の部品の先端面であり、前記第２の接合面は前記第２の部品が前記第１の部品に載置される面であることを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。

【請求項3】

前記第２の接合部材の厚みは、前記第１の接合部材の厚みより薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の接合体の製造方法。

【請求項4】

前記第２の接合部材の融点は、前記第１の接合部材の融点より低いことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の接合体の製造方法。

【請求項5】

前記第１の部品は前記第１の接合面の先端部に凹部を備えた筒状であり、
前記第２の部品は円柱状であり、
前記第２の部品は前記第１の部品の凹部に収容されることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の接合体の製造方法。

【請求項6】

前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材を溶融させて、前記凹部の前記環状底面と前記第２の部品の一方の主表面とを接合しながら、前記凹部の内面と前記第２の部品の外周面との間に充填することで前記第１の部品と前記第２の部品とを接合することを特徴とする請求項５に記載の接合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合体の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

２つ以上の部材を部材間に配置した接合材によって接合する技術が広く利用されている。

【0003】

例えば、特許文献１の光学ユニットでは、筒状の枠に光学部材を収容してはんだ接合することにより、筒状の枠と光学部材とを接合している。

【0004】

この光学ユニットは、筒状の枠と円柱状の光学部材とを用いており、筒状の枠の一端側には、他端側より内径が増大されている凹部が形成されている。光学部材を筒状の枠に接合する際には、筒状の枠に形成された凹部が上を向くように立置し、筒状の枠の凹部へと光学部材を収容する。この際、凹部の内面と光学部材の外周面との間に隙間が形成される。この隙間の上部開口を覆うように、半田材料によって形成されている円環状の接合材を筒状の枠の環状面に載置する。このとき、筒状の枠の凹部に収容されている光学部材の先端面は、筒状の枠の環状面より所定量突出しており、枠の環状面に載置された円環状の接合材は枠から突出した光学部材の外周面と所定の隙間をもってその内周面が対向するよう挿入されている。

【0005】

そして、治具によって光学部材に負荷を与えて筒状の枠の凹部の環状底面に光学部材を押圧し、この状態で光学部材、筒状の枠及び接合材を加熱炉内に投入する。接合材が加熱炉内で加熱されると接合材は溶融し、溶融した半田材料の所定量の半田材料は隙間に充填され、残りの半田材料は筒状の枠の環状面に滞留する。この後、接合材を冷却固化することにより、光学部材と筒状の枠とが接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６－２８８４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

２つの部材を接合材によって接合する際に、治具によって光学部材に負荷を与えて筒状の枠の凹部の環状底面に光学部材を押圧すると、治具で押圧された光学部材の表面に傷が形成される場合があり、この傷が光学ユニットへの性能に悪い影響を与える。また、治具によって光学部材に負荷を与えず２つの部材を接合材によって接合すると筒状の枠に接合された光学部材は筒状の枠の凹部の環状底面に対して傾いて接合される場合があり、やはり光学ユニットへの性能に悪い影響を与える。

【0008】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、２つ以上の部材を接合材により接合した接合体において、光学ユニットの性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の部品と第２の部品とを接合材によって接合した接合体の製造方法であって、前記第１の部品の第１の接合面に第１の接合部材を載置する工程と、前記第１の部品の第２の接合面に第２の接合部材を載置する工程と、前記第１の部品上に前記第２の部品を載置する工程と、前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材を溶融、固化して前記第１の部品と前記第２の部品とを接合する工程とを備えた接合体の製造方法とする。前記第１の接合面は前記第１の部品の先端面であり、前記第２の接合面は前記第２の部品が前記第１の部品に載置される面である。また、前記第２の接合部材の厚みは、前記第１の接合部材の厚みより薄い。前記第２の接合部材の融点は、前記第１の接合部材の融点より低い。さらに、前記第１の部品は前記第１の接合面の先端部に凹部を備えた筒状であり、前記第２の部品は円柱状であり、前記第２の部品は前記第１の部品の凹部に収容される。前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材を溶融させて、前記凹部の前記環状底面と前記第２の部品の一方の主表面とを接合しながら、前記凹部の内面と前記第２の部品の外周面との間に充填することで前記第１の部品と前記第２の部品とを接合する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の接合体の製造方法によれば、２つ以上の部材を接合材により接合した接合体において、光学ユニットの性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の接合体の一実施例を示す図であり、（ａ）は接合体の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａの断面図である。

【図2】閉塞部材を示す図であり、（ａ）は閉塞部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図3】枠体を示す図であり、（ａ）は枠体の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図4】接合体の製造方法を示す模式図である。

【図5】接合部材を示す図であり、（ａ）は接合部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。また図面においては各構成をわかりやすくするために実際の形状や実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。図１は、本発明の接合体の一実施例を示す図であり、（ａ）は接合体の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａの断面図である。接合体１０は、筒状の枠体１２（第１の部品）と、枠体１２の一端に接合材１３を介して取り付けられた円柱状の閉塞部材１１（第２の部品）とを備える。

【0013】

図２は、閉塞部材を示す図であり、（ａ）は閉塞部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。閉塞部材１１は、例えば、ガラスや水晶などからなる透光性部材からなる円柱状の部材である。図示しないが閉塞部材１１の外周面（側面）及び一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面には接合材１３の濡れ性を向上するための金属膜が形成されている。金属膜は、下地層にＮｉ膜、表面層にＡｕ膜の積層膜により構成されている。金属膜はＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜に限らず、閉塞部材１１や接合材１３との密着性を考慮して適宜選択することができる。なお、本実施例において、閉塞部材１１の外径は５ｍｍ、高さは１ｍｍであり、閉塞部材１１の対向する主表面はそれぞれ平坦である。

【0014】

図３は枠体を示す図であり、（ａ）は枠体の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。枠体１２は筒状であり、例えば、ステンレス製部材からなる。枠体１２は、中心軸に沿って貫通孔１２ｂを有し、枠体１２の一端側の先端部である環状先端面１２ａに、貫通孔１２ｂの直径より大きな直径を有し、貫通孔１２ｂと同軸に形成された凹部１２ｃを備える。これにより凹部１２ｃの底面には平坦な環状底面１２ｄが形成される。環状底面１２ｄとは、凹部１２ｃの内面と貫通孔１２ｂの外径との差分の箇所である。図示しないが枠体１２の環状先端面１２ａ、凹部１２ｃの内面及び環状底面１２ｄには、接合部材１３ａ（第１の接合部材）及び接合部材１３ｂ（第２の接合部材）との濡れ性を向上するための金属膜が形成されている。金属膜は、下地層にＮｉ膜、表面層にＡｕ膜の積層膜により構成されている。金属膜はＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜に限らず、閉塞部材１１や接合材１３との密着性を考慮して適宜選択することができる。なお、本実施例において、枠体１２の外径は６ｍｍ、高さは１２ｍｍであり、凹部１２ｃの内径は５．２ｍｍ、高さは１ｍｍ、貫通孔１２ｂの内径は４ｍｍである。環状底面１２ｄの外径は凹部１２ｃの内径と同じ５．２ｍｍである。環状底面１２ｄの片側の長さは０．６ｍｍである。

【0015】

接合体１０は、枠体１２の凹部１２ｃに閉塞部材１１が収容され、閉塞部材１１と枠体１２とが接合材１３により接合されている。接合材１３は、例えばＡｕＧｅはんだ及びＡｕＳｎはんだであり、閉塞部材１１の外周面（側面）及び一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面に形成された金属膜と、枠体１２の環状先端面１２ａ、凹部１２ｃの内面及び環状底面１２ｄに形成された金属膜とに濡れ広がり、また、それぞれの金属膜間に架橋し、閉塞部材１１と枠体１２との接合部において接合部を挟んで一方の側より大気成分の侵入がない、つまりリークが生じないよう閉塞部材１１と枠体１２とを接合している。

【0016】

次に、前述した接合体１０の製造方法について説明する。図４は、接合体の製造方法を示す模式図である。接合体１０は、以下の工程により製造される。

【0017】

［枠体載置工程：図４（ａ）］
まず、枠体１２の外形に対応する収容部１４ａを備えたトレイ１４を準備し、枠体１２を凹部１２ｃが上を向くように収容部１４ａ内に立置する。

【0018】

［接合部材載置工程：図４（ｂ）］
次に、接合部材１３ａを枠体１２の環状先端面１２ａ上に載置する。言い換えれば、環状先端面１２ａが第１の接合面である。また、接合部材１３ｂを枠体１２の環状底面１２ｄに載置する。言い換えれば、環状底面１２ｄが第２の接合面である。図５は接合部材を示す図であり、（ａ）は接合部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。接合部材１３ａは、例えば、円環状のＡｕＧｅはんだ材（融点は略３５６℃）である。接合部材１３ａの内径と外径は枠体１２の環状先端面１２ａと同一であり、円環状の接合部材１３ａの内径は５．２ｍｍ、外径は６ｍｍである。また、厚みは０．２ｍｍである。接合部材１３ｂは、例えば、円環状のＡｕＳｎはんだ材（融点は略２８０℃）である。接合材１３ｂの内径と外径は枠体１２の環状底面１２ｄと同一であり、円環状の接合部材１３ｂの内径は４ｍｍ、外径は５．２ｍｍである。また、厚みは０．１ｍｍである。

【0019】

接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂの枠体１２への載置は、まず、枠体１２の環状底面１２ｄ上に接合部材１３ｂを載置する。前述したように、接合部材１３ｂの外径は枠体１２の凹部１２ｃの内径と同一のため、枠体１２の環状底面１２ｄに載置された接合部材１３ｂは凹部１２ｃの内面で位置決めされる。次に、枠体１２の凹部１２ｃへ円柱状のジグ１５を挿入する。ジグ１５は、外径が凹部１２ｃの内径よりわずかに小さく、高さは凹部１２ｃの高さより大きく設定されており、凹部１２ｃへ収容した際にジグ１５の一部は枠体１２の環状先端面１２ａより上方へ突出している。次いで、環状先端面１２ａより上方へ突出したジグ１５へ接合部材１３ａの内周面を通し、環状先端面１２ａ上に接合部材１３ａを載置する。このようにジグ１５を利用することで、接合部材１３ａの内周面がジグ１５の外周面で位置決めされ、環状先端面１２ａに接合部材１３ａを精度よく配置できる。ジグ１５は、接合部材１３ａを環状先端面１２ａに載置した後、凹部１２ｃから取り除く。

【0020】

［閉塞部材載置工程：図４（ｃ）］
次に、閉塞部材１１を枠体１２の凹部１２ｃへ載置する。このとき閉塞部材１１の外径が凹部１２ｃの内径より小さいことから、閉塞部材１１は閉塞部材１１の外周面と凹部１２ｃの内面との間に所定の隙間が形成された状態で、凹部１２ｃ内に収容される。

【0021】

［接合工程：図４（ｄ）］
次に、枠体１２、閉塞部材１１、接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂを搭載したトレイ１４を加熱炉に搬送、投入して接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂを溶融し、その後、溶融した接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂを冷却固化することで閉塞部材１１と枠体１２とを接合する。加熱炉内に投入された各部材は、例えば、大気雰囲気、窒素雰囲気下、真空雰囲気下において、接合部材１３ａの融点以上の温度で加熱され、先に溶融する接合部材１３ｂは枠１２の環状底面１２ｄに形成された金属膜及び閉塞部材１１の外周面（側面）及び一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面に形成されたそれぞれの金属膜に濡れ広がる。次に、溶融する接合部材１３ａは、環状先端面１２ａに形成された金属膜及び閉塞部材１１の外周面（側面）に形成された金属膜上に濡れ広がり、溶融した接合部材１３ａの所定量は、凹部１２ｃの内面と閉塞部材１１の外周面との間に形成された隙間に充填される。また、この隙間に充填されない残りの接合部材１３ａは、環状先端面１２ａの表面に滞留する。この後、溶融された接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂを冷却固化することで、接合部材１３ａ及び接合部材１３ｂは接合材１３となり閉塞部材１１と枠体１２とを接合した図１に示す接合体１０が得られる。

【0022】

この接合工程において、図４で説明したように接合部材１３ｂは接合部材１３ａより内径、外径を小さく、また、厚みを薄くすることで以下の効果を有する。接合部材１３ｂは接合部材１３ａより内径、外径が小さく、また、厚みが薄いため、接合部材１３ａより先に溶融する。先に溶融する接合部材１３ｂには、閉塞部材１１の一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面に形成された金属膜と環状底面１２ｄに対して薄く均等に濡れ広がる作用が働く。その結果、閉塞部材１１の一方の主表面は環状底面１２ｄに対して平坦に接合される。これにより、光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。なお、このときの接合部材１３ｂの融点は接合部材１３ａの融点より低い。

【0023】

仮に、接合部材１３ｂの厚みが接合部材１３ａより厚くなると、閉塞部材１１の一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面に形成された金属膜と環状底面１２ｄに対して薄く均等に濡れ広がらないので閉塞部材１１は環状底面１２ｄに対して平坦に接合できない。

【0024】

また、この接合工程において、図４で説明したように接合部材１３ｂは接合部材１３ａより融点を低くすることで以下の効果を有する。枠体１２の環状底面１２ｄと閉塞部材１１の一方の主表面との間に挟まれている接合部材１３ｂの融点は環状先端面１２ａ上に載置された接合部材１３ａの融点より低いために、接合部材１３ｂは接合部材１３ａより先に溶融する。先に溶融する接合部材１３ｂには閉塞部材１１の一方の主表面の接合部材１３ｂとの対向面に形成された金属膜と環状底面１２ｄに対して濡れ広がる。このとき、閉塞部材１１の自重により閉塞部材１１の一方の主表面は環状底面１２ｄに押し付けられながら接合される。その結果、閉塞部材１１の一方の主表面は環状底面１２ｄに対して平坦に接合される。これにより、光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。なお、このときの接合部材１３ｂの厚みは接合部材１３ａの厚みより薄い。

【0025】

仮に、接合部材１３ｂの融点が接合部材１３ａより高くなると、接合部材１３ｂは接合部材１３ａより先に溶融しないので、閉塞部材１１の自重により閉塞部材１１の一方の主表面は環状底面１２ｄに押し付けられながら接合される前に、溶融した接合部材１３ａの所定量が凹部１２ｃの内面と閉塞部材１１の外周面との間に形成された隙間に充填され冷却固化するので、閉塞部材１１は環状底面１２ｄに対して平坦に接合できない。

【0026】

前述したように本発明の接合体の製造方法において、接合部材それぞれの厚み及び融点を変え、接合部材１３ｂが接合部材１３ａより先に溶融するようにコントロールすることで光学部材の性能に悪い影響を与えない接合体の製造方法を提供することができる。接合部材１３ｂが接合部材１３ａより先に溶融するようにコントロールする手段として前述した手段以外に以下の手段がある。接合部材１３ｂの厚みが接合部材１３ａの厚みと同じときは、接合部材１３ｂの融点を接合部材１３ａの融点より低くすればよい。接合部材１３ｂの融点が接合部材１３ｂの融点と同じときは、接合部材１３ｂの厚みを接合部材１３ａの厚みより薄くすればよい。

【0027】

以上、本発明の接合体の製造方法について、実施例に基づき説明してきたが、本発明の範囲は前述の実施例に限定されるものではなく本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。例えば、接合部材１３ｂをＡｕＳｎはんだとしたが、ＡｕＳｎはんだに限定されずＡｇＳｎはんだ（融点は略２２１℃）を用いても構わない。また、接合体１０の一例として、閉塞部材１１と枠体１２とを接合した例を示したが、本発明の接合体は閉塞部材１１と枠体１２との接合に限らず、接合材を介して２つ以上の部材を接合したあらゆる接合体に適用することができる。また、枠体は、例えば、角柱でも構わない。

【符号の説明】

【0028】

１０ 接合体
１１ 閉塞部材
１２ 枠体
１２ａ 環状先端面
１２ｂ 貫通孔
１２ｃ 凹部
１２ｄ 環状底面
１３ 接合材
１３ａ 接合部材（第１の接合部材）
１３ｂ 接合部材（第２の接合部材）
１４ トレイ
１４ａ 収容部
１５ ジグ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】