JP2002196155A

JP2002196155A - コイル状光導通路の製造方法及びコイル状光導通路の構造

Info

Publication number: JP2002196155A
Application number: JP2000394143A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Sekiya; 健之関谷
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】光導通路を高密度に形成するとともに、導通
路が劣化し難く、安価で品質の安定したコイル状光導通
路の製造方法及びコイル状光導通路の構造を提供する。【解決手段】石英ガラス円筒体１上に無機コア層２を
積層した後、フォトプロセスにより、幅が０．０００１
ｍｍ以上、高さが０．０００１ｍｍ以上の螺旋状の無機
コア層３を形成し、その上にクラッド層４が０．０００
１ｍｍ以上に形成しものを１層形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装飾、照明、撮
像、通信、センサ等の用途に用いられるコイル状光導通
路の製造方法及びコイル状光導通路の構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイル状光導通路は、直径２５０
μｍの通信用光ファイバが、金属、樹脂、セラミックな
どで作られた円筒コアに、所定の長さに整層巻きもしく
は乱層巻きされた構造であった。その製造方法として
は、円筒コアを回転させながら光ファイバ供給位置を回
転と同期・移動させ巻きコイルを形成する方法や、円筒
コアを固定し光ファイバの供給ボビンを円筒コア周りか
ら直接回転あるいは回転式のガイドを用いて巻きコイル
を形成する方法がある。また、用途によっては、隣り合
う光ファイバ同士および円筒コアを一体固定するため
に、コイル形成と同時あるいは形成終了後に、有機・無
機の接着剤で接着固定することもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の通信用光ファイバの巻き線構造のコイルは、光
ファイバを入手しやすいという利点がある反面、以下の
ように改善が困難であるという欠点がある。

【０００４】（１）通信用ファイバには、高分子保護層
がコーティングされているため、これをコイルにした場
合、導通路の隣接ピッチをファイバ外径よりも小さくで
きず、小型化が難しい。

【０００５】（２）上記（１）の問題を解決するために
高分子保護層を化学的・物理的処理により除去し、クラ
ッド・コアのみを残した光ファイバを用いる方法もある
が、このような光ファイバは極端に折れやすくなるた
め、取り扱いが難しく、歩留まり良くコイルを製造する
ことは極めて困難である。また、たとえ切断しないよう
に扱えたとしても、光ファイバ表面にマイクロクラック
を生じさせてしまう。このような光ファイバは、光導通
損失の経時劣化が激しく、極端に信頼性が落ちてしま
う。

【０００６】（３）隣り合う光ファイバ同士を接着・固
定する際、無機・有機接着剤を用いた場合は、大きな環
境温度変化でファイバ・接着剤硬化物の熱膨張係数の差
に起因する伸縮差が生じ、接着界面の剥離が起きてしま
う。剥離部分では、環境中の水蒸気・水素ガスが長時間
をかけて高分子を透過・蓄積、反応し、ファイバ表面の
マイクロクラック成長を助長するため、ファイバ強度を
低下させる原因となっている。

【０００７】（４）光ファイバと高分子保護膜の界面
は、外力による剥離が生じやすい。たとえファイバ同士
が接着固定されていたとしても、光ファイバ・高分子保
護膜の熱膨張変化等で容易に剥離してしまう。

【０００８】（５）コイル形成においては、光ファイバ
の張力を常に一定に保つ必要があるが、そのためには、
特別な張力制御装置が必要となるので、製造設備が複雑
になってしまう。

【０００９】（６）さらに、一本の連続した光ファイバ
を用いるため、コイル形成はバッチ処理となり、生産方
式の自由度が制限される。

【００１０】（７）光ファイバの外径寸法のバラツキ
は、樹脂被覆のために、量産品でも最大約２０％もあ
る。このため、センサなど、光ファイバを多重に線整列
させて用いる使い方では、多重度が高まれば高まる程、
径方向のずれ幅が大きくなってしまう。この結果、機械
的精度が要求される小型コイルなどでは、寸法的歩留ま
りが低下してしまう。

【００１１】本発明は、上記状況に鑑みて、光導通路を
高密度に形成するとともに、導通路が劣化し難く、安価
で品質の安定したコイル状光導通路の製造方法及びコイ
ル状光導通路の構造を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕コイル状光導通路の製造方法において、基材上に
無機コア層を積層した後、フォトプロセスにより、幅が
０．０００１ｍｍ以上、高さが０．０００１ｍｍ以上の
螺旋状の無機コア層を形成し、次いでクラッド層を０．
０００１ｍｍ以上に形成したものを１層形成することを
特徴とする。

【００１３】〔２〕コイル状光導通路の製造方法におい
て、樹脂基材表面に幅が０．０００１ｍｍ以上、深さ
０．０００１ｍｍ以上の溝を０．０００１ｍｍ以上のピ
ッチで螺旋状に切削加工し、コア材を塗布した後、スキ
ージ材で掃いて前記溝の外部の余分な前記コア材を取り
除き、紫外線を照射して前記溝の内部のコア材を硬化さ
せた後に、クラッド層を０．０００１ｍｍ以上になるよ
う塗布して形成したものを１層形成することを特徴とす
る。

【００１４】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のコイル
状光導通路の製造方法において、前記１層上に同様の層
を繰り返し複数に積層することを特徴とする。

【００１５】〔４〕コイル状光導通路の構造において、
基材と、この基材上に形成される螺旋状の無機コア層
と、この無機コア層上に形成されるクラッド層とを具備
することを特徴とする。

【００１６】〔５〕コイル状光導通路の構造において、
基材と、この基材表面に形成される螺旋状の溝と、この
溝を埋めるように形成される螺旋状の無機コア層と、こ
の無機コア層上に形成されるクラッド層とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１７】〔６〕上記〔４〕又は〔５〕記載のコイル
状光導通路の構造において、前記基材は円筒形状である
ことを特徴とする。

【００１８】〔７〕上記〔４〕又は〔５〕記載のコイル
状光導通路の構造において、前記基材はディスク形状で
あることを特徴とする。

【００１９】〔８〕上記〔４〕又は〔５〕記載のコイル
状光導通路の構造において、前記基材は平面形状である
ことを特徴とする。

【００２０】

〔９〕上記〔４〕記載のコイル状光導通路
の構造において、前記基材は石英ガラス基材、アルミナ
基材、ジルコニア基材、又は快削セラミック基材である
ことを特徴とする。

【００２１】〔１０〕上記〔５〕記載のコイル状光導通
路の構造において、前記基材はアクリル系またはエポキ
シ系またはシリコン系樹脂基材であることを特徴とす
る。

【００２２】〔１１〕上記〔５〕記載のコイル状光導通
路の構造において、前記無機コア層はアクリル系または
エポキシ系樹脂またはポリカーボネートからなることを
特徴とする。

【００２３】〔１２〕上記〔４〕又は〔５〕記載のコイ
ル状光導通路の構造において、前記クラッド層はアクリ
ル系またはエポキシ系またはシリコン系樹脂からなるこ
とを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００２５】図１は本発明の第１実施例を示すコイル状
光導通路の構造を示す図であり、図１（ａ）はその正面
図、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）
のＡ−Ａ線断面図である。

【００２６】これらの図において、円筒形状の基材１の
外周面には螺旋状の無機コア層３が形成され、その上に
クラッド層４が形成されている。

【００２７】図２は本発明の第１実施例を示すコイル状
光導通路の製造方法を示す概要図である。

【００２８】（１）まず、図２（ａ）に示すように、無
機基材からなる円筒体１を用意する。ここでは、外径１
０ｍｍ・肉厚１ｍｍ・長さ３０ｍｍの石英ガラス円筒体
１を心材とした。

【００２９】本実施例におけるこの心材は石英ガラスバ
ルク材を切削加工して得たものであるが、心材材質とし
ては、石英ガラスの他に、アルミナ、ジルコニア、その
他の快削性セラミックを用いることができる。

【００３０】（２）次に、図２（ｂ）に示すように、火
炎堆積法を用いて、無機コア層２をコーティングする。
ここでは、無機コア層２を０．０１ｍｍ積層した。すな
わち、ハロゲン化Ｇｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐを酸水素バーナー
に供給し、ガラス微粒子を生成させ、これを石英ガラス
円筒体１上に堆積・焼結した。この火炎堆積法は、Ｍ．
Ｋａｗａｃｈｉ，”Ｓｉｌｉｃａｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓｏｎｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｔｈｅｉｒａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−ｏ
ｐｔｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”，Ｏｐｔｉｃａｌ
ａｎｄＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ２
２，３９１−４１６（１９９０）に示されている。

【００３１】（３）更に、図２（ｃ）に示すように、フ
ォトリソグラフィープロセスにより無機コア層２に螺旋
状の溝を形成する。ここでは、幅０．０１ｍｍ、高さ
０．０１ｍｍ、ピッチ０．０２ｍｍで長さ２５ｍｍの範
囲に渡り溝を螺旋状にエッチング形成した。つまり、螺
旋状の無機コア層３を形成した。

【００３２】（４）次いで、図２（ｄ）に示すように、
火炎堆積法により、クラッド層４としてＳｉＯ₂を０．
０１ｍｍ積層して完成させた。

【００３３】コア層２及びクラッド層４の形成方法とし
ては火炎堆積法の他には、電子ビーム蒸着法、スパッタ
リング、プラズマＣＶＤ法等を用いることができるが、
ガラス微粒子を厚さ数十μｍのガラス膜にするには火炎
堆積法を利用することが多い。また、無機コア層２、ク
ラッド層４は幅、高さが０．０００１ｍｍ程度でも使え
る。

【００３４】（５）これらの積層を繰り返して、図２
（ｅ）に示すように、光導通コイル構造の多重化を行う
ことも容易にできる。つまり、多重化されたコイル状光
導通路５を得ることができる。

【００３５】第１実施例におけるこのコイルの光路長は
３９．２５ｍになった。これには設計値との差異は無
く、この導通路端子の一方より可視光を入射したとこ
ろ、もう一方の導通路端子より光の射出が確認できた。

【００３６】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。

【００３７】図３は本発明の第２実施例を示すコイル状
光導通路の製造方法を示す概要図である。

【００３８】（１）まず、図３（ａ）に示すように、樹
脂基材からなる円筒体１１を用意する。ここでは、外径
１０ｍｍ・肉厚１ｍｍ・長さ３０ｍｍのポリメチルメタ
クリレート（以下ＰＭＭＡと略す）円筒体１１を心材と
した。この心材はＰＭＭＡバルク材を切削加工して得
た。材質はＰＭＭＡの他には、エポキシ系樹脂、シリコ
ン系樹脂等を用いても良い。

【００３９】（２）次に、図３（ｂ）に示すように、樹
脂基材からなる円筒体１１表面を切削又は成型加工で螺
旋状に溝を形成する。ここでは、心材表面に幅０．０１
ｍｍ・深さ０．０１ｍｍの溝を０．０２ｍｍピッチで、
長さ２５ｍｍの範囲に渡り螺旋状に切削加工し、螺旋状
溝パターン１２を形成した。ここまでは、射出成型によ
って製作しても同等のものが得られる。また、溝サイズ
や幅、深さは０．０００１ｍｍ程度に加工しても使え
る。

【００４０】（３）次に、その表面に、図３（ｃ）に示
すように、コア材１３をスキージなどで螺旋状溝パター
ン１２に埋め込む。ここでは、アクリル系樹脂のコア材
１３を塗布した後、スキージ材で掃いて溝１２の外部の
余分なコア材１３を取り除いた。コア材１３としてはア
クリル樹脂の他に、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート
等を用いても良い。そして、紫外線を照射して溝１２の
内部のコア材１３を硬化させる。

【００４１】（４）次に、その表面に、図３（ｄ）に示
すように、クラッド材１４としてＰＭＭＡを、コイル表
面に乾燥・硬化後の厚さが０．０１ｍｍになるよう塗布
して完成させた。クラッド材１４にはＰＭＭＡの他に、
エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂を用いても良い。

【００４２】（５）また、これらの積層を繰り返して、
図３（ｅ）に示すように、光導通コイル構造の多重化を
行うことも容易にできる。つまり、多重化されたコイル
状光導通路１５を得ることができる。

【００４３】第２実施例におけるこのコイルの光路長は
３９．２５ｍになった。この場合も、設計値との差異
く、この導通路端子の一方より可視光を入射したとこ
ろ、もう一方の導通路端子より光の射出が確認できた。（比較例）比較例として、外径１０ｍｍ・肉厚１ｍｍ・
長さ３２０ｍｍのアルミ円筒心材に外径０．２５ｍｍ・
長さ３９．２５ｍの光ファイバを整列させて巻き付け、
２液性エポキシ樹脂接着剤で固定したコイルを製作し
た。このとき光路長の実測値は４２．１５ｍで、長さが
７．３％増加した。これは、光ファイバの巻き付け時に
張力を掛けるため、長さ方向に伸びを生じたからと考え
られる。

【００４４】このように、実施例の構造の光導通コイル
は、従来の光ファイバコイルに比べ光路の高密度光路配
線が可能になり、コイル巻き数及び光路長を大きくする
ことが容易で、小型化が可能になる。本発明の実施例で
は、従来に比べ約１３分の１のサイズになった。

【００４５】また、従来の光ファイバコイルは製造時に
伸び量が発生し、ファイバ断面に残留応力が発生してい
ると考えられるが、本発明のコイル構造ではそれがな
い。

【００４６】また、この構造の光導通コイルは製造工程
のプロセス化・自動化が容易なため、大幅な製造工数削
減及び光導通コイル単価削減が期待できる。

【００４７】また、特殊用途としては、この構造の光導
通コイルは高絶縁性・高耐圧性・無誘導特性・低損失性
・広帯域性・小型軽量などの多くの優れた利点を有して
いるので、従来の電子技術のみでは困難だった引火爆発
雰囲気・高磁場などの悪環境下においても安全・高精度
・無給電の遠隔操作が可能になる。

【００４８】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。

【００４９】図４は本発明の第３実施例を示すディスク
型（平面型）コイルの構造を示す図であり、図４（ａ）
はその平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面
図である。

【００５０】これらの図において、ディスク状の基材２
１に第１又は第２の実施例の製造方法で螺旋状の無機コ
ア層２２を形成し、その上にクラッド層２３を形成す
る。

【００５１】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。

【００５２】図５は本発明の第４実施例を示すフレキシ
ブルフィルム型コイルの構造を示す図であり、図５
（ａ）はその斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ
線断面図である。

【００５３】これらの図において、フレキシブルフィル
ム状の基材３１に第１又は第２の実施例の製造方法で蛇
行形状のコア層３２を形成し、その上にクラッド層３３
を形成する。

【００５４】このように、本発明によれば、図１乃至図
３に示した円筒型のコイル構造のみでなく、平面型、デ
ィスク型、フレキシブルフィルム型にも適用可能であ
る。

【００５５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００５６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、光導通路を高密度に形成するとともに、導通路
が劣化し難く、安価で品質の安定した光導通コイルを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すコイル状光導通路の
構造を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すコイル状光導通路の
製造方法を示す概要図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すコイル状光導通路の
製造方法を示す概要図である。

【図４】本発明の第３実施例を示すディスク型（平面
型）コイルの構造を示す図である。

【図５】本発明の第４実施例を示すフレキシブルフィル
ム型コイルの構造を示す図である。

【符号の説明】

１円筒形状の基材（石英ガラス円筒体）２無機コア層３，２２螺旋状の無機コア層４，１４，２３，３３クラッド層５，１５多重化されたコイル状光導通路１１樹脂基材からなる円筒体（ポリメチルメタクリ
レートＰＭＭＡ）１２螺旋状溝パターン１３コア材２１ディスク状の基材３１フレキシブルフィルム状の基材３２蛇行形状の無機コア層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H047 KA04 KB00 KB08 PA02 PA04 PA05 PA21 PA24 PA28 QA01 QA04 QA05 TA00 2H050 AA01 AB04Y AB05X AB07X AB08X AB42X AB42Z AB43Z AB46Y AC71 AC76 AC81 AD00 4G014 AH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に無機コア層を積層した後、フォ
トプロセスにより、幅が０．０００１ｍｍ以上、高さが
０．０００１ｍｍ以上の螺旋状の無機コア層を形成し、
次いでクラッド層を０．０００１ｍｍ以上に形成したも
のを１層形成することを特徴とするコイル状光導通路の
製造方法。
【請求項２】樹脂基材表面に幅が０．０００１ｍｍ以
上、深さ０．０００１ｍｍ以上の溝を０．０００１ｍｍ
以上のピッチで螺旋状に切削加工し、コア材を塗布した
後、スキージ材で掃いて前記溝の外部の余分な前記コア
材を取り除き、紫外線を照射して前記溝の内部のコア材
を硬化させた後に、クラッド層を０．０００１ｍｍ以上
になるよう塗布して形成したものを１層形成することを
特徴とするコイル状光導通路の製造方法。
【請求項３】請求項１又は２記載のコイル状光導通路
の製造方法において、前記１層上に同様の層を繰り返し
複数に積層することを特徴とするコイル状光導通路の製
造方法。
【請求項４】（ａ）基材と、（ｂ）該基材上に形成され
る螺旋状の無機コア層と、（ｃ）該無機コア層上に形成
されるクラッド層とを具備することを特徴とするコイル
状光導通路の構造。
【請求項５】（ａ）基材と、（ｂ）該基材表面に形成さ
れる螺旋状の溝と、（ｃ）該溝を埋めるように形成され
る螺旋状の無機コア層と、（ｄ）該無機コア層上に形成
されるクラッド層とを具備することを特徴とするコイル
状光導通路の構造。
【請求項６】請求項４又は５記載のコイル状光導通路
の構造において、前記基材は円筒形状であることを特徴
とするコイル状光導通路の構造。
【請求項７】請求項４又は５記載のコイル状光導通路
の構造において、前記基材はディスク形状であることを
特徴とするコイル状光導通路の構造。
【請求項８】請求項４又は５記載のコイル状光導通路
の構造において、前記基材は平面形状であることを特徴
とするコイル状光導通路の構造。
【請求項９】請求項４記載のコイル状光導通路の構造
において、前記基材は石英ガラス基材、アルミナ基材、
ジルコニア基材、又は快削セラミック基材であることを
特徴とするコイル状光導通路の構造。
【請求項１０】請求項５記載のコイル状光導通路の構
造において、前記基材はアクリル系またはエポキシ系ま
たはシリコン系樹脂基材であることを特徴とするコイル
状光導通路の構造。
【請求項１１】請求項５記載のコイル状光導通路の構
造において、前記無機コア層はアクリル系またはエポキ
シ系樹脂またはポリカーボネートからなることを特徴と
するコイル状光導通路の構造。
【請求項１２】請求項４又は５記載のコイル状光導通
路の構造において、前記クラッド層はアクリル系または
エポキシ系またはシリコン系樹脂からなることを特徴と
するコイル状光導通路の構造。