JP2003300164A - 円板状ブレードおよびそれを用いた光部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高速にかつ仕上げ面粗さが良好な光部品
の反射溝を形成可能なダイヤモンド砥粒を混入した円板
状ブレードとそれを用いた光部品の製造方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 ボンド材１３として電鋳、メタル、セラ
ミックとし、粒度が♯１０００以下のダイヤモンド砥粒
１２の先端部１４を平坦に成形することによりボンド材
１３からのダイヤモンド砥粒１２の突出量を均一にし、
かつ切削加工時の被加工物とダイヤモンド砥粒とのすく
い角を負にすることにより切削性を向上し、低ダメージ
で平滑度の高い仕上げ面粗さを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光部品加工用の円板
状ブレードおよびそれを用いた光部品の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＷＤＭなどの光情報システムではその伝
送経路にさまざまな機能部品が使用されている。代表的
なものとして、伝送経路で特定の波長の光を入出力する
光Ａｄｄ−Ｄｒｏｐモジュールや各種フィルタ、伝送途
中の光パワーのモニタ部品などがある。これらの部品は
光ファイバあるいは光導波路に交差するように反射溝を
設け、その溝の側面を反射面として利用したり、あるい
は干渉フィルタを溝内に挿入した構成となつている。溝
の側面と溝の側面に露出する光導波路あるいは光ファイ
バの切断面とは、光の減衰を考慮して使用する光の波長
の１／１０〜１／１００以下の仕上げ面粗さが望まし
い。

【０００３】図３（ａ）は前述の光部品の斜視図の一例
を、図３（ｂ）はその断面図の一例を示している。１お
よび２は光導波路あるいは光ファイバを示している。３
および４は光導波路あるいは光ファイバ１および２の保
護用基板、５は光導波路あるいは光ファイバ１および２
を形成、埋設用の基板、６は光導波路あるいは光ファイ
バ１および２に交差、分断するように形成した反射溝を
示している。図３は光導波路あるいは光ファイバ１およ
び２に対し垂直に交差するように反射溝６は形成してあ
る。

【０００４】図４（ａ），（ｂ）および図５はそれぞれ
光導波路あるいは光ファイバ１および２と所定の角度θ
１およびθ２をなすように反射溝６を形成した状態を示
している。図４は断面方向からみた場合に光導波路ある
いは光ファイバ１および２とθ１の角度を持つように反
射溝６を形成してあり、図５は平面図の上面からみた場
合にθ２の角度を持つように反射溝６を形成してある。

【０００５】例えば図４において、θ１を４５度に形成
することにより光導波路あるいは光ファイバ１および２
を左から進行してきた光が反射溝６で反射され、保護用
基板３を通じて外部へ取り出すことが可能となる。ある
いは別途光源を用意することで逆に光を反射溝６を介し
て光導波路あるいは光ファイバ１および２へと入射する
ことが可能となる。

【０００６】また、図３および図５において反射溝６に
干渉フィルタを挿入することにより特定の波長領域の光
のみを取り出したり、増幅・減衰させることが可能とな
る。

【０００７】このような反射溝６の形成方法として従来
は直径３０ｍｍ、厚さ３０μｍのセラミック（ＳｉＣ）
よりなる円板状ブレードを５００００ｒｐｍの速度で高
速回転させ、研磨砥粒を含んだ冷却液を注ぎながら光導
波路あるいは光ファイバ１および２が形成、埋設された
基板５と保護用基板３を同時に切削し、加工速度０．１
〜０．２ｍｍ／ｍｉｎで行っていた。また、特開平７−
２７０６３３号公報ではダイヤモンド砥粒を混入・分散
させたブレードを用いる。その一例を図６に示す。図６
（ａ）は円板状ブレードの斜視図を、図６（ｂ）に円板
状ブレードの表層の拡大断面図を示している。７は円板
状ブレードを示しており、８はダイヤモンド砥粒の先端
部、９はダイヤモンド砥粒、１０はダイヤモンド砥粒９
を分散・固定しているボンド材を示している。Ｈ５，Ｈ
６，Ｈ７はそれぞれ個々のダイヤモンド砥粒９のボンド
材１０の主面からの突出量を示している。ここでダイヤ
モンド砥粒９の粒径は粒度が＃６０００以上（平均粒径
２〜２．５μｍ）であり、ボンド材１０はフェノール樹
脂やポリイミド樹脂などの樹脂材料を用いている。ブレ
ード７の直径は３２ｍｍ、厚さ３００μｍであり、２０
０００ｒｐｍで回転させ、研磨砥粒を含んだ冷却液を注
ぎながら加工速度０．１〜０．２ｍｍ／ｍｉｎで切削し
反射溝６を形成していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来方式による反射溝
６の形成方法における課題として以下を挙げる。

【０００９】溝側面の仕上げ面粗さが劣る 形成した溝側面を顕微鏡にて観察すると線傷や割れ、欠
けが見られ仕上げ面粗さが悪い。この反射面に波長１．
５μｍの光を入射すると反射による損失は約１ｄＢと比
較的大きな値となる。

【００１０】装置コストが高い 厚みが３０μｍの薄い円板状ブレード７を用いるため５
００００ｒｐｍもの高速回転で切削する必要がある。５
００００ｒｐｍ以上では高周波スピンドルなどの特殊な
駆動系が必要なため装置コストが高くなる。

【００１１】加工速度が遅く生産性が低い 円板状ブレード７に砥粒９を混入、分散させないため切
削性が低く加工速度が０．１〜０．２ｍｍ／ｍｉｎと遅
い。そのためウエハプロセスにより一括で多数個を形成
する場合、生産性が低くコストが高くなる。

【００１２】上記方法の欠点に鑑みて特開平７−２７０
６３３号公報では円板状ブレード７に、粒度＃６０００
のダイヤモンド砥粒９を混入・分散したものを用いるこ
とにより切削性、生産性を改善している。また円板状ブ
レード７の厚みを３００μｍと厚くすることにより回転
時の振れを抑制し、さらにボンド材１０として樹脂材料
を選択することにより触れが生じたときの反射溝６の側
面へのダメージを低減し仕上げ面粗さを改善している。

【００１３】しかし、ダイヤモンド砥粒９の粒径が＃６
０００以上と超微粒であるため、突出量Ｈ５〜Ｈ７は小
さく、そのため加工速度が０．１〜０．２ｍｍ／ｍｉｎ
と遅いため生産性は低い。さらにダイヤモンド砥粒９の
突出量Ｈ５〜Ｈ７が個々でばらついていること、さらに
ダイヤモンド砥粒９の先端８が鋭利なままであるため形
成した反射溝６に線傷が入るのを防ぐのは困難である。
また＃６０００と超微粒のダイヤモンド砥粒９を用いる
ため選別コストが高く、超微粒のダイヤモンド砥粒９を
ボンド材１０に均一に混入・分散させることは困難であ
り円板状ブレード７のコストが必然的に高くなるという
問題点がある。

【００１４】ブレードの切削性を高めるためにはダイヤ
モンド砥粒などの混入は必須であり、加工速度を高めブ
レードのコストを低減するためにはできる限り大きな粒
径のダイヤモンド砥粒を用いることが有利である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために本発明による請求項１に記載の発明は、ボンド
材にダイヤモンド砥粒を混入した円板状ブレードにおい
て、ボンド材の表面に表出するダイヤモンド砥粒の突出
量を一定とすることを特徴とする。ダイヤモンド砥粒の
突出量を一定にすることで個々の砥粒間の切削加工時の
切り込み深さを同一にすることができるためこの円板状
ブレードを用いることにより仕上げ面粗さを小さくし反
射損失や透過損失を低減できる作用を有する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、ボンド材より表
出するダイヤモンド砥粒の先端を平坦化した請求項１に
記載の円板状ブレードであり、切削加工時に砥粒と被加
工物とがなすすくい角度を負にすることができるためこ
の円板状ブレードを用いることで仕上げ面粗さを小さく
しかつ加工時に生じるダメージを小さくできるため反射
損失や透過損失を低減する作用を有する。

【００１７】請求項３に記載の発明は、ダイヤモンド砥
粒の先端の平坦部の長さを１０μｍ以上とした請求項２
に記載の円板状ブレードであり、請求項１および２と同
等の作用を有する。またガラス系光ファイバでは光を導
波するコア部の直径が１０μｍであるため、ダイヤモン
ド砥粒の先端の平坦部の長さを１０μｍ以上とすること
で光ファイバのコア部を１個の砥粒で一括で切削加工が
可能となる。そのためダイヤモンド砥粒が均一に分散し
ていることによりコア部に生じる線傷を低減できる作用
も有する。

【００１８】請求項４に記載の発明は、ダイヤモンド砥
粒として粒度が＃１０００以下のものを用いた請求項１
に記載の円板状ブレードであり、請求項１および２と同
等の作用を有する。また粒度が大きいため円板状ブレー
ドの製造も容易であり、製作コストを低減できる作用も
有する。また、ダイヤモンド砥粒の粒径が大きいため、
切削能力が高く加工速度を向上できる作用も有する。

【００１９】請求項５に記載の発明は、ボンド材として
電鋳、メタル、またはセラミックを用いた請求項１に記
載の円板状ブレードであり、ボンド材の選定が容易であ
り円板状ブレードの製作コストを低減できる作用を有す
る。また、電鋳ボンドでは砥粒の保持能力が高いため円
板状ブレードの厚みを薄くすることができる作用も有す
る。

【００２０】請求項６に記載の発明は、基板上に形成さ
れた光導波路と交叉した反射用溝を形成する光部品の製
造方法において、ボンド材の表面に表出するダイヤモン
ド砥粒の突出量を一定とした円板状ブレードを回転させ
て基板に反射用溝を形成する光部品の製造方法であり、
反射溝側面の仕上げ面粗さが小さく、損失の小さい光部
品を提供できる作用を有する。

【００２１】請求項７に記載の発明は、基板の反射用溝
を光導波路に対して傾斜させて形成する請求項６に記載
の光部品の製造方法であり、反射溝にフィルタなどを挿
入する場合フィルタの表面の反射による干渉を低減でき
る作用を有する。

【００２２】請求項８に記載の発明は、円板状ブレード
により反射用溝を形成した後、この反射用溝にテープラ
ッピング加工を施す請求項６に記載の光部品の製造方法
であり、さらに仕上げ面粗さを改善できるため、よりい
っそう損失を小さくできる作用を有する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明による、円板状ブレ
ードおよびそれを用いた光部品の製造方法の実施の形態
を図を用いて説明する。

【００２４】図１は本発明による円板状ブレードの一例
を示している。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は表層
の一部を拡大した断面図を示している。１１は円板状ブ
レード、１２はダイヤモンド砥粒、１３はダイヤモンド
砥粒１２を分散・固定しているボンド材を示している。
１４はダイヤモンド砥粒１２の平坦化した先端部であ
り、Ｄ１はその平坦化した先端部の長さを示している。
Ｈ１〜Ｈ３はダイヤモンド砥粒１２のボンド材１３主面
からの突出量を示している。

【００２５】本発明による円板状ブレード１１は、ダイ
ヤモンド砥粒１２の粒子径を＃１０００以下（平均粒径
１０．５〜１２．５μｍ）の比較的大きな粒径のものを
用いる。大きな粒径のダイヤモンド砥粒１２を選択でき
るので分級して選別するコストを安価にすることができ
る。円板状ブレード１１の主面にはダイヤモンド砥粒１
２が均一に分散されている。

【００２６】まず初めに円板状ブレード１１にドレス処
理を行いボンド材１３に埋没しているダイヤモンド砥粒
１２の一部をボンド材１３の表層より突出させる。この
とき、ダイヤモンド砥粒１２の先端は図６（ｂ）に示す
従来例のように鋭利なままであり、ボンド材１３の表層
からの突出量Ｈ１〜Ｈ３はばらついている。次に円板状
ブレード１１の主面を両面研削することにより、ドレス
処理で露出したダイヤモンド砥粒１２の先端部１４を形
成し平坦化させる。

【００２７】このときダイヤモンド砥粒１２には非常に
大きなせん断応力がかかるため、ボンド材１３として電
鋳、メタル、セラミックなどを選択する。電鋳、メタ
ル、セラミックはダイヤモンド砥粒１２との固着力が強
いため、ダイヤモンド砥粒１２が脱落せずに先端部１４
を平坦に成形することが可能となる。特に電鋳、メタル
はダイヤモンド砥粒１２との固着力が強いため、ボンド
材１３の表層からの突出量Ｈ１〜Ｈ３を長くできる利点
もある。

【００２８】さらにボンド材１３とダイヤモンド砥粒１
２の表面をニッケルなどで被覆することによりさらに固
着力を強くすることができる。また、ボンド材１３とし
て電鋳を選択することにより円板状ブレード１１の厚み
を１００μｍ以下と薄くすることも可能である。これ
は、メタルとセラミックの場合と電鋳とでは円板状ブレ
ード１１の製法が異なるためである。電鋳では台金表面
に多数のダイヤモンド砥粒１２を分散・固着させた後、
ダイヤモンド砥粒１２どうしの空隙をめっきによりメタ
ルで充填する。そのため厚さが３０μｍの円板状ブレー
ド１１の製作も可能である。

【００２９】ダイヤモンド砥粒１２の先端部１４を平坦
化するときの研削量の目安としてダイヤモンド砥粒１２
の平坦化する先端部１４の長さＤ１が１０μｍ以上にな
るように設定する。この値は、ガラス系光ファイバのコ
ア部の直径とほぼ等しい。また、ダイヤモンド砥粒１２
の先端を平坦に成形することでボンド材１３からのダイ
ヤモンド砥粒１２の突出量Ｈ１〜Ｈ３を等しく揃えるこ
とが可能となる。

【００３０】このようにダイヤモンド砥粒１２の突出量
を均一に揃えること、またダイヤモンド砥粒１２の先端
部１４を平坦化し、その先端部１４の長さＤ１を使用す
るガラス系光ファイバのコア部よりも長く設定すること
で１つのダイヤモンド砥粒１２でガラス系光ファイバの
コア部全体を同時に一括で切削加工することが可能であ
るため、従来の円板状ブレードで生じる線傷を著しく低
減することができる。

【００３１】ダイヤモンド砥粒１２の先端部１４を平坦
化することは上述の線傷の低減のほかに加工時に生じる
ダメージを低減し平滑度の高い仕上げ面を得る効果もあ
る。

【００３２】図２は本発明による円板状ブレード１１を
用いた場合の切削加工の模式図を示している。１２はダ
イヤモンド砥粒、１３はダイヤモンド砥粒１２を分散・
固定しているボンド材、１５は被加工物、θ３はダイヤ
モンド砥粒１２と被加工物１５との切削加工時のすくい
角を示している。

【００３３】また、図７は従来の円板状ブレードを用い
た場合の切削加工の模式図を示している。９はダイヤモ
ンド砥粒、１０はダイヤモンド砥粒９を分散・固定して
いるボンド材、１５は被加工物、１６は切削加工により
被加工物１５の表層に生じるマイクロクラック、１７は
切削加工により被加工物１５の表層に生じる加工ダメー
ジ、θ４はダイヤモンド砥粒９と被加工物１５との切削
加工時のすくい角を示している。

【００３４】図７の従来の円板状ブレードではダイヤモ
ンド砥粒９の先端は成形されていないため鋭利であり、
被加工物１５とダイヤモンド砥粒９の先端がなすすくい
角θ４は正の値をとる。この場合、切削加工時の振動や
ダイヤモンド砥粒９の先端の磨耗などにより被加工物１
５に与えるダメージは大きく、加工後の被加工物１５の
表層にはマイクロクラック１６やマイクロクラック１６
と切削加工時の応力が残留する加工ダメージが生じるこ
とになる。光が通過する際にこの加工ダメージ１７で散
乱や屈折が生じることによりパワーが大きく減衰するこ
とになる。

【００３５】従来の円板状ブレードに対し、本発明によ
る円板状ブレード１１ではダイヤモンド砥粒１２の先端
部１４が成形され平坦化している。さらにダイヤモンド
砥粒１２と被加工物１５とが切削加工時になすすくい角
θ３は負の値となる。そのため切削加工時の振動などに
よる被加工物１５の厚み方向に対するダメードが小さ
く、またダイヤモンド砥粒１２の磨耗も小さい。そのた
め被加工物１５にかかる切削加工時の応力は被加工物１
５の主面に平行なせん断応力となるため被加工物１５の
厚み方向のダメージは極小となり平滑度の高い仕上げ面
が得られる。

【００３６】図３（ａ）は本発明による円板状ブレード
を用いて製造した光部品の一例の斜視図を、図３（ｂ）
はその断面図を示している。ここで、１および２は光導
波路あるいは光ファイバ、３および４は光導波路あるい
は光ファイバ１および２の保護用基板、５は光導波路あ
るいは光ファイバ１および２の形成用、あるいは埋設用
の基板、６は本発明の円板状ブレードを用いて形成した
反射溝を示している。

【００３７】１および２が光ファイバの場合、埋設用の
基板５の主面と保護用基板３および４のどちらか一方あ
るいは両方にＶ溝を形成することにより位置ずれがなく
光ファイバ１および２を埋設、固定することが可能とな
る。またこのＶ溝を光ファイバ１および２の外形に合わ
せた丸溝にしても同様の効果が得られる。埋設用の基板
５の材料は、ガラス材料や樹脂材料を用いる。樹脂材料
であれば光ファイバ１および２を埋設するための溝をプ
レス成形などで安価に製作することが可能である。信頼
性を考慮すると線膨張係数を合わせるため、埋設用の基
板５の材料は埋設する光ファイバ１および２の材料に合
わせることが望ましい。

【００３８】図４（ａ），（ｂ）および図５も本発明に
よる円板状ブレードを用いて製造した光部品の一例を示
している。基本構成は図３と同じであるため詳細説明は
省略する。図４（ａ），（ｂ）および図５に示す光部品
は、光導波路あるいは光ファイバ１および２に所定の角
度θ１、θ２で交差するように反射溝６を形成した例で
ある。

【００３９】図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面図
を示している。反射溝６は断面方向に対し光導波路ある
いは光ファイバ１および２とθ１の角度で交差するよう
に形成されている。例えばθ１を４５度で形成すると光
導波路あるいは光ファイバ１から入射した光は反射溝６
の側面で反射し、反射溝６の側面に露出している光導波
路あるいは光ファイバ１の直上へ保護用基板３を透過し
て外部へ取り出すことができる。この位置に例えばフォ
トダイオードなどを設置することにより光伝送経路での
光のパワーをモニタリングすることができる。あるいは
同位置にＬＥＤ、ＬＤなどの光源を設置することにより
反射用溝６を介して光導波路あるいは光ファイバ１に光
を入射することができる。

【００４０】図５は平面図の上面からみて光導波路ある
いは光ファイバ１および２に対しθ２の角度で交差する
よう反射溝６を形成した一例である。幾何学的には図４
および図５は等価である。図４と同様にθ２を４５度に
形成することにより光部品の側面から光を入出力させる
ことが可能である。このとき交差角度を選定することに
より全反射のみならず一部反射、一部透過の面とするこ
ともできる。一例として反射溝６にフィルタを挿入する
ことにより特定の波長帯のみを透過させたり、増幅ある
いは減衰させることも可能である。この場合、挿入する
フィルタの表裏面からの反射による干渉を防止するた
め、交差角度θ２は０〜１０度程度に設定する。

【００４１】図３〜図５の反射溝６の形成方法として
は、あらかじめ埋設用あるいは形成用の基板５に反射溝
６を形成し、光導波路あるいは光ファイバ１および２を
それぞれ埋設あるいは形成し、保護用基板３および４を
被覆する。または、埋設用あるいは形成用の基板５に１
本の光ファイバあるいは光導波路を埋設あるいは形成
し、１枚の保護用基板を被覆し、光ファイバあるいは光
導波路と保護用基板、埋設あるいは形成用の基板５とを
同時に一括で反射溝６を切削加工して形成する方法があ
る。また、反射溝６を形成した後側面に沿わせるように
テープ状の研磨布により研磨することでさらに反射面の
仕上げ面粗さを向上することができる。

【００４２】本発明の円板状ブレード１１を用いた加工
結果を示す。直径５２ｍｍ、厚み８０μｍ、電鋳ボンド
の円板状ブレード１１を３００００ｒｐｍで回転し、研
磨材を混入しない純水を冷却液として加工速度６０ｍｍ
／ｍｉｎで加工した。その結果、反射溝６の側面の仕上
げ面粗さはＲａで約１０ｎｍ、反射による損失は０．３
ｄＢと良好な値を得ることができた。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明はボンド材を電鋳、
メタル、セラミックで、粒度を♯１０００以下の比較的
大きなダイヤモンド砥粒の先端部を平坦に成形した円板
状ブレードであり、ダイヤモンド砥粒のボンド材からの
突出量を均一にでき、さらに切削加工時のダイヤモンド
砥粒と被加工物とがなすすくい角を負にすることができ
る。この円板状ブレードを光部品の反射溝の切削加工に
用いることにより高速に反射溝の加工が可能となり、さ
らに残留するダメージの小さい良好な反射面を得ること
ができる。また、本発明の円板状ブレードは切削能力が
高いため、冷却液に研磨材を混入する必要はなく環境に
やさしい加工方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施の形態における本発明の
円板状ブレードの斜視図 （ｂ）同一部拡大断面図

【図２】本発明による円板状ブレードによる切削加工の
模式図

【図３】（ａ）同実施の形態における光部品の構造の斜
視図 （ｂ）同断面図

【図４】（ａ）同実施の形態における光部品の構造の斜
視図 （ｂ）同断面図

【図５】実施の形態における光部品の構造の一例を示す
図

【図６】（ａ）従来の円板状ブレードの斜視図 （ｂ）同一部拡大断面図

【図７】従来の円板状ブレードによる切削加工の模式図

【符号の説明】

１，２ 光導波路あるいは光ファイバ ３，４ 保護用基板 ５ 埋設用あるいは形成用の基板 ６ 反射溝 １１ 本発明による円板状ブレード １２ ダイヤモンド砥粒 １３ ボンド材 １４ ダイヤモンド砥粒の先端部 １５ 被加工物 １６ マイクロクラック １７ 加工ダメージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 3/14 Ｂ２４Ｄ 3/14 Ｆターム(参考） 3C049 AA03 AA09 CA01 CB01 CB03 3C063 AA02 AB03 BA37 BB02 BC02 BC05 BG07 EE01 EE23

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンド材にダイヤモンド砥粒を混入した
   円板状ブレードにおいて、ボンド材の表面に表出するダ
   イヤモンド砥粒の突出量を一定とした円板状ブレード。
2. 【請求項２】 ボンド材より表出するダイヤモンド砥粒
   の先端を平坦化した請求項１に記載の円板状ブレード。
3. 【請求項３】 ダイヤモンド砥粒の先端の平坦部の長さ
   を１０μｍ以上とした請求項２に記載の円板状ブレー
   ド。
4. 【請求項４】 ダイヤモンド砥粒として粒度１０００以
   下のものを用いた請求項１に記載の円板状ブレード。
5. 【請求項５】 ボンド材として電鋳、メタル、またはセ
   ラミックを用いた請求項１に記載の円板状ブレード。
6. 【請求項６】 基板上に形成された光導波路と交叉した
   反射用溝を形成する光部品の製造方法において、ボンド
   材の表面に表出するダイヤモンド砥粒の突出量を一定と
   した円板状ブレードを回転させて基板に反射用溝を形成
   する光部品の製造方法。
7. 【請求項７】 基板の反射用溝を光導波路に対して傾斜
   させて形成する請求項６に記載の光部品の製造方法。
8. 【請求項８】 円板状ブレードにより反射用溝を形成し
   た後、この反射用溝にテープラッピング加工を施す請求
   項６に記載の光部品の製造方法。