特許 7645106 保護カバー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-05

(45)【発行日】2025-03-13

(54)【発明の名称】保護カバー

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02212 20210101AFI20250306BHJP

   H10H 20/85 20250101ALI20250306BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02212

H10H20/85

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021041995

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022142034

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2024-03-11

(73)【特許権者】

【識別番号】592205159

【氏名又は名称】山村フォトニクス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593059843

【氏名又は名称】株式会社みかど製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】松原 誠

(72)【発明者】

【氏名】新原 誠

(72)【発明者】

【氏名】生沼 貴久

(72)【発明者】

【氏名】團野 光明

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２５１６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２７６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７６７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２１３１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０１６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７５５８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１８２９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６５２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７０９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０３０８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３７９１９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７４０４０６４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８７７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

Ｈ１０Ｈ ２０／８５－２０／８５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周壁と天井とから構成されるキャップと、光透過性を有する非晶材又は結晶材とを備え、前記キャップの天井に形成された窓に、前記非晶材又は結晶材が取り付けられる保護カバーであって、
前記キャップは、プレス加工により作製され、
前記キャップの周壁は、薄肉部に連なり窓側に配置された厚肉部を備えており、
前記天井は、前記厚肉部よりも薄肉に形成されている保護カバー。

【請求項2】

前記薄肉部と、前記厚肉部との外径は、略同一に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の保護カバー。

【請求項3】

前記天井は、プレス加工により成型されていることを特徴とする請求項１または２に記載の保護カバー。

【請求項4】

前記キャップは、一枚の均一な厚みのある素材から成型されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の保護カバー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光透過性の非晶材または結晶材を用いた保護カバーに関する。

【背景技術】

【0002】

波長１５０ｎｍから１５０００ｎｍの赤外光、可視光、紫外光等を発光ないし受光する光デバイスには、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)、ＬＤ(Laser Diode)等の光デバイス用素子（単に光素子ともいう。）が用いられており、これら光素子は光透過性を有するカバーガラス（非晶材または結晶材）を備えた保護カバーにより覆われて外部から保護されている。

【0003】

保護カバーは、ハット型を成すキャップの天井の窓を塞ぐようにカバーガラスが低融点ガラスにより封着されて構成されており、キャップのフランジ部は光素子が搭載されたステムに溶接、ロウ材等によって密封状に固定されている。また、キャップは、金属板をプレス加工することにより形成されており、強度が高く、高い耐熱性を備えている点において優れている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０―４０６４７号公報（第２頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

昨今、光デバイスの小型化が進んでいることに伴い、保護カバーにおいても小型化が要求されるにつれ、キャップの外形を小さくかつ薄肉に形成する必要があり、キャップ内の光素子の収納スペースを十分に確保しながらも、キャップの強度を維持することが難しくなっている。例えば、光デバイスが水平方向に光を出射／入射するように横向き配置された場合、上下方向への振動等の負荷がかかると、キャップの天井側が僅かに傾いてしまい、光の出射／入射に対するカバーガラスの直交度が悪化し、光デバイスの精度が損なわれる虞があった。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、光素子の収納スペースを十分に確保しながらも、光素子の光の出射／入射の直交度が保たれた保護カバー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】

【0007】

前記課題を解決するために、本発明の保護カバーは、
周壁と天井とから構成されるキャップと、光透過性を有する非晶材又は結晶材とを備え、前記キャップの天井に形成された窓に、前記非晶材又は結晶材が取り付けられる保護カバーであって、
前記キャップは、プレス加工により作製され、
前記キャップの周壁は、薄肉部に連なり窓側に配置された厚肉部を備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、周壁のうち窓側に厚肉部が配置されキャップの窓側の剛性が高いことから、非晶材又は結晶材と光の出射／入射の直交度が保たれつつ、光素子を収納できるスペースを十分に確保できる。更に、キャップがプレスにより作製されているので、安価に作製できる。例えば、保護カバーが横向き配置されて使用され、キャップが振動等により上下方向の外力を受けても、キャップの窓側はステムに略平行に移動するように変形するから、非晶材又は結晶材と光の出射／入射の直交度が保たれる。

【0008】

前記厚肉部と前記薄肉部との外径は、略同一に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、光素子の収容空間を確保しつつ、キャップが幅方向に嵩張らずコンパクトに形成できる。

【0009】

前記天井は、前記厚肉部よりも薄肉に形成されている。
この特徴によれば、キャップ上部の重量を軽くできる。

【0010】

前記天井は、プレス加工により成型されている。
この特徴によれば、薄肉の平滑面を安価に用意できる。

【0011】

前記キャップは、一枚の均一な厚みのある素材から成型されている。
この特徴によれば、キャップが一体的に成型されるので強度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例における保護カバーを光デバイス用素子の保護に適用した例を示す正面視断面図である。

【図2】実施例におけるキャップの一部を切り欠いて示す組立て前の保護カバーの分解斜視図である。

【図3】実施例における保護カバーを示す正面視断面図である。

【図4】（ａ）はプレス加工で製作したキャップのファイバーフローを示す模式図であり、（ｂ）は切削加工で製作したキャップのファイバーフローを示す模式図である。

【図5】実施例における保護カバーが横向き配置され、キャップが変形した態様を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明に係る保護カバーを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例】

【0014】

実施例１に係る保護カバー及びその製造方法につき、図１から図５を参照して説明する。以下、図１の紙面手前側を保護カバーの正面側（前方側）とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準として説明する。

【0015】

図１に示されるように、光デバイス１は、複数の光デバイス用素子２（光素子）と、光デバイス用素子２がマウントされる円板状の金属であるステム３と、ステム３の貫通孔に配設・固定されるとともに図示しないワイヤによって光デバイス用素子２にそれぞれ電気接続されている端子４と、ステム３に固定されて光デバイス用素子２を密封状に封止して保護する保護カバー５と、から主に構成されている。

【0016】

図２及び図３に示されるように、保護カバー５は、正面視略ハット構造を成す金属製のキャップ６と、該キャップ６の天井１６に形成された円形状の開口としての窓８を下方より封着するカバーガラス１１（非晶材又は結晶材）と、を備えている。キャップ６とカバーガラス１１との間には、低融点ガラス９が配置され、カバーガラス１１はキャップ６に融着されている。

【0017】

また、キャップ６はＦｅ－Ｎｉ系合金薄板をプレス加工することにより成型され、略環状かつ略均一の厚みを有する天井１６と、該天井１６の外径側から連続して下方に延び円筒状を成す周壁６２と、該周壁６２の下端から外径側に所定寸法延びるフランジ部６３と、によって主に構成される。尚、キャップ６は、機械的強度を有する観点、カバーガラス１１との熱膨張係数が近いという観点等からＦｅ－Ｎｉ合金が好ましいが、他の金属材を利用することとしてもよい。

【0018】

また、周壁６２は、薄肉の薄肉部６２Ａと、厚肉の厚肉部６２Ｂと、から構成されている。薄肉部６２Ａは、周壁６２の下部側に形成されており、厚肉部６２Ｂは薄肉部６２Ａに連続して周壁６２の上部側に形成されている。また、薄肉部６２Ａと厚肉部６２Ｂとの外径は、略同一に形成されており、薄肉部６２Ａの内径は厚肉部６２Ｂの内径よりも大きく形成され、薄肉部６２Ａは厚肉部６２Ｂよりも薄くなっている。

【0019】

図３を参照し、本実施例においての薄肉部６２Ａの厚みＴ１は約０．２ｍｍあり、厚肉部６２Ｂの厚みは薄肉部６２Ａの厚みＴ１の約２倍から３倍となっている。また、天井１６の厚みＴ３は、薄肉部６２Ａの厚みＴ１と略同じ、もしくは僅かに厚肉となっている。また、後述するが、薄肉部６２Ａと厚肉部６２Ｂとは、キャップ６のプレス加工時に形成される。

【0020】

また、カバーガラス１１は円板状を成し、天面１１ａと、底面１１ｂと、周面１１ｃとから構成されている。カバーガラス１１は、低融点ガラス９を介して天面１１ａ側からキャップ６の天井１６の下面１６ａに融着されるようになっている。

【0021】

また、低融点ガラス９はビスマス系またはテルル系の低融点ガラスを封着前の状態においてリング状のタブレットに成形したものである（図２参照）。後述するように、低融点ガラス９は加熱により溶解状態となり、キャップ６とカバーガラス１１とを封着する。尚、低融点ガラス９は、ガラス転移温度が低く６００℃以下で軟化するガラスが好ましい。さらに尚、低融点ガラス９は、上述したビスマス系またはテルル系以外であってもよく、粉末ガラスをタブレット状に成形したものを用いてもよいし、ペースト状のものを塗布してもよい。

【0022】

以降、保護カバー５の製造・組立について説明する。まずキャップ６について図２を参照して説明する。

【0023】

まず、プレス機械により、円柱状のパンチを台座上に載置された均一な厚みの金属薄板に複数回圧接させることで、薄肉部６２Ａと、該薄肉部６２Ａよりも厚肉に形成された厚肉部６２Ｂと、天井１６と、を形成させている。また、天井１６に穿孔により窓８を形成させている。このようにして、図２に示されるようにキャップ６を製造している。

【0024】

次いで、図２を参照して、キャップ６へのカバーガラス１１の組立及び封止について説明する。キャップ６、低融点ガラス９、カバーガラス１１の順に上下に重合し、図示しない加熱炉に入れ、窒素ガス雰囲気中で５００度まで加熱した状態で１０分間保持し、低融点ガラス９を溶融させてキャップ６の天井１６の下面１６ａにカバーガラス１１を融着して封着する。

【0025】

ここで、図４（ａ）に示されるプレス加工によって製造されたキャップ６６のファイバーフローと、図４（ｂ）に示される切削加工によって製造された本実施例のキャップ６のファイバーフローとについて説明する。ファイバーフローは、顕微鏡等を用いて確認することができる繊維状の金属組織の流れのことを指しており、加工方法によって異なっている。尚、キャップ６６とキャップ６との形状は略同一である。

【0026】

プレス加工によって製造されたキャップ６は、図４（ａ）に示されるように、ファイバーフローがキャップ６の表面輪郭に沿って形成されている。これにより、キャップ６はキャップ６６よりも引張応力に強くなっている。更に、ステップ１～３において周壁６２の薄肉部６２Ａと、天井１６とは絞り加工により薄く成型されているので、薄肉部６２Ａと天井１６とのファイバーフロー同士の幅間が狭くなっている。これにより、外力からの衝撃耐性や疲労強度が切削品のキャップ６６よりも高くなっている。このことから、薄肉部６２Ａを薄肉に形成しても強度を保持できるようになっている。

【0027】

参考までに、円柱状の金属材を切削により加工したキャップ６６のファイバーフローは、図４（ｂ）に示されるように、周壁６６Ａが立ち上がる軸方向に対して略直交して径方向に延びており、また、周壁６６Ａ及び天井６６Ｂにおいて、隣接するファイバーフロー同士の幅間が略均一かつ長くなっている。更に、それぞれのファイバーフローは起端から終端までの長さが短くなっている。

【0028】

また、図５に示されるように、光デバイス１を横向き配置し長期に亘って使用を続けると、光デバイス１にかかる上下方向の振動等によりキャップ６が変形することがある。本発明のキャップ６の周壁６２は、窓８側に厚肉部６２Ｂが周方向に亘って配置されているので、キャップ６の窓８側の剛性が高くなっており、図５に示されるように、キャップ６の窓８側はステム３に略平行に移動するように変形するようになっている。これにより、カバーガラス１１と光デバイス用素子２との光の出射／入射の直交度が保たれるようになっている。

【0029】

また、図３に示されるように、厚肉部６２Ｂの外周面から内周面までの厚さが十分に厚いことにより、天井１６の上面と厚肉部６２Ｂの上面からなる剛性の高い平坦面としての領域Ｈを確保できることから、領域Ｈに溶接等を施すことが容易になっている。

【0030】

また、領域Ｈのファイバーフローは軸方向に延びる周壁６２から連続して略９０度屈曲し内径方向に延びているので、キャップ６が変形しにくく、カバーガラス１１と光デバイス用素子２との光の出射／入射の直交度が保たれるようになっている（図４（ａ）参照）。

【0031】

このように、周壁６２と天井１６とから構成されるキャップ６と、カバーガラス１１とを備え、キャップ６の天井１６に形成された窓８に、カバーガラス１１が取り付けられる保護カバー５であって、キャップ６は、プレス加工により作製され、キャップ６の周壁６２は、薄肉部６２Ａに連なり窓８側に配置された厚肉部６２Ｂを備えていることから、カバーガラス１１と光の出射／入射の直交度が保たれつつ、光デバイス用素子２を収納できるスペースを十分に確保できる。更に、キャップ６がプレスにより作製されているので、安価に作製できる。例えば、保護カバー５が横向き配置されて使用され、キャップ６が振動等により上下方向の外力を受けても、キャップ６の窓８側はステム３に略平行に移動するように変形するから、カバーガラス１１と光の出射／入射の直交度が保たれる。

【0032】

また、厚肉部６２Ｂと薄肉部６２Ａとの外径は、略同一に形成されていることから、光デバイス用素子２の収容空間を確保しつつ、キャップ６が幅方向に嵩張らずコンパクトに形成できる。

【0033】

また、天井１６は、厚肉部６２Ｂよりも薄肉に形成されていることから、キャップ６上部の重量を軽くできるので、横向き配置した際においてキャップ６が振動等により上下方向の外力を受けても変形し難い。

【0034】

また、天井１６は、プレス加工により成型されていることから、薄肉の平滑面を安価に用意できる。

【0035】

また、キャップ６は、一枚の均一な厚みのある素材から成型されていることから、キャップ６が一体的に成型されるので強度を確保できる。

【0036】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0037】

例えば、前記実施例では、キャップ６の素材としてＦｅ－Ｎｉ合金を用いる形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、素材としてＦｅ－Ｎｉ合金以外の金属材を用いることとしてもよい。

【0038】

また、前記実施例では、窓８に円板状のカバーガラス１１が取り付けられている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、球レンズを取り付けることとしてもよいし、また、非球面レンズや溶融レンズを取り付けることとしてもよい。

【0039】

また、前記実施例では、キャップ６の周壁６２の下端にフランジ部６３が形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジ部を省略した有底筒状体のキャップであってもよい。

【0040】

また、前記実施例では、薄肉部６２Ａと厚肉部６２Ｂとの外径は、略同一に形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄肉部６２Ａと厚肉部６２Ｂとの内径が略同一で外径が異なるキャップ６としてもよい。

【0041】

また、前記実施例では、窓８は、円形状に形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、四角形状及び多角形状や楕円形状等、円形状以外の形状としてもよい。

【0042】

また、前記実施例では、キャップ６は、上面視円形状に形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上面視四角形状及び多角形状や上面視楕円形状等、上面視円形状以外の形状としてもよい。

【0043】

また、前記実施例では、天井１６の厚みＴ３は、薄肉部６２Ａの厚みＴ１と略同じ、もしくは僅かに厚肉となっている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、天井１６の厚みＴ３を薄肉部６２Ａの厚みＴ１よりも薄くすることとしてもよい。

【0044】

また、前記実施例では、周壁６２は、それぞれ厚みの異なる薄肉部６２Ａと厚肉部６２Ｂとから形成されている形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周壁６２を３種類以上のそれぞれ異なる厚みを有する周壁としてもよい。

【0045】

また、前記実施例では、天井１６は、周壁６２と略直交するようにプレス加工で成型される形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、天井１６と周壁６２とをプレス加工で成型した後に、天井１６を周壁６２に対して略直交するように曲げ加工を施すこととしてもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 光デバイス
２ 光デバイス用素子（光素子）
３ ステム
４ 端子
５ 保護カバー
６ キャップ
８ 窓
９ 低融点ガラス
１１ カバーガラス（非晶材又は結晶材）
１６ 天井
６２ 周壁
６２Ａ 薄肉部
６２Ｂ 厚肉部
６３ フランジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】