JP2003322743A

JP2003322743A - 光導波路およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003322743A
Application number: JP2002130720A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yusa; 敦遊佐
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、光漏れがなく低損失で高性能
・高信頼が得られるとともに、安価に大量生産すること
のできる樹脂製光導波路およびその製造方法を提供す
る。【解決手段】透明樹脂からなるコア層が、該コア層よ
りも屈折率の低い熱可塑性樹脂からなるクラッド層に被
覆されている埋め込み式光導波路において、該クラッド
層は光学的に一体化されている光導波路。光導波路は、
クラッド層よりも吸水率および熱膨張係数の小さい樹脂
により被覆されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信、光学センサ
ーなどに用いられる光導波路とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野においてはＦＴＴＨ（Fiber
To The Home）に代表されるように、光ファイバーは基
幹系からメトロ系さらにはアクセス系へと伸長されつつ
あり、光導波路を基本とする光電気変換モジュールを大
量に安価に製造することが必要とされている。

【０００３】そうした背景を踏まえ、高信頼性ではある
が高スループットや低コスト化が期待できない石英系光
導波路に対し、安価に製造することができる樹脂製光導
波路の開発が進んでいる。一方、一般的な透明樹脂はＣ
−Ｈ、Ｎ−Ｈ、Ｏ−Ｈ基等を有するが、水素原子は軽く
振動しやすいのでその基準振動に基づく吸収は比較的短
波長側に存在し赤外領域ではその影響が大きいので、
１．３μｍや１．５５μｍの波長を扱う光導波路では、
吸収による損失が大きすぎて使用できない。この問題を
解決するため、水素原子を重い原子であるフッ素や重水
素に置換した樹脂が開発されているが、とりわけ熱硬化
性樹脂であるフッ素化ポリイミドは実用レベルにある
（例えば、NTT R＆D 47 No.9,1998）。その作製方法に
ついて図２８を用いて説明する。

【０００４】まず図２８（ａ）に示すように、シリコン
基板１４０上に接着層１４３を介して屈折率の低い下ク
ラッド層２ａであるフッ素化ポリイミドをスピン塗布に
より成膜した後、２００℃以上の高温でキュアーし熱硬
化させる。次に図２８（ｂ）のように、屈折率の高いフ
ッ素化ポリイミドをコア層１とし、下クラッドと同様に
スピン塗布後熱硬化させて形成した後、レジスト１４１
をスピン塗布により積層する。次に、図２８（ｃ）のよ
うに、フォトリソグラフィを用いてレジスト１４１を光
導波路の形状にパターン化した後、図２８（ｄ）のよう
にドライエッチングでコア層１を形成する。シングルモ
ード光導波路の場合、コア層の断面は８×８μｍ程度の
微細形状となる。次に、レジスト１４１を除去した後、
図２８（ｅ）のように上クラッド層２ｂを積層し、硬化
させて埋め込み型光導波路が完成する。

【０００５】本方法によれば、シングルモードで損失
０．４ｄＢ／ｃｍ程度で耐熱３８０℃の高性能の光導波
路が得られる。しかしこうした方法では、スピン塗布に
よる高価なフッ素化ポリイミドのロスが大きいこと以外
に、フォトリソグラフィやドライエッチング等の複雑な
工程を必要とするため、コスト低減に限界があった。ま
た光通信波長の透明性を維持するためには、フッ素化ポ
リイミド材料の低吸水率化と低熱膨張化に限界があっ
た。紫外線硬化樹脂であるフッ素化エポキシについても
同様な問題がある。

【０００６】さらに安価に樹脂製光導波路を作製する方
法として、下クラッド層を射出成形やプレス成形で作製
する方法が提案されている（例えば特開２００１−２６
０５２号公報）。この製法について図２９を用いて説明
する。プレス成形では図２９（ａ）に示すように、Ｎｉ
等で作製したスタンパ３３を加熱したアクリル樹脂やポ
リオレフィン等の熱可塑性樹脂からなる基材２（ａ）に
押し付けて光導波路の凹パターンを形成し下クラッド層
とする。図示しないが射出成形では可塑化溶融した樹脂
を金型に流し込み、金型に取り付けたスタンパの形状を
転写させ、同様に下クラッド層を形成する。そして、図
２９（ｂ）に示すように、コア層１はフッ素化エポキシ
等の紫外線硬化樹脂等をディスペンサーやスキージで必
要分充填し、紫外線を照射するなどして硬化させ形成す
る。さらに、図２９（ｃ）に示すように、下クラッド層
２（ａ）と同一の樹脂からなる上クラッド基板２（ｂ）
を貼り付け、埋め込み型光導波路とする。

【０００７】本方法では、上下のクラッド層を貼り合せ
た際にわずかに隙間が生じることが避けられないことか
ら、そこからの損失が問題となった。そしてコア層を形
成する場合、スキージやディペンサーによる方法では硬
化前の樹脂がコア層上面である図２９（ｃ）Ａ部にわず
かにはみ出てしまうので、それが光の漏れの原因となっ
た。特にシングルモードであるコア寸法が８μｍ程度角
と小さい場合顕著となり、クラッド層に漏れなくコア材
料を充填するのが困難となっていた。また、従来方法で
提案されているクラッド層に使用されるアクリル樹脂等
の熱可塑性樹脂材料は、上述したように赤外領域を光通
信波長として使う場合、吸収および損失が大きく実用上
の問題があった。

【０００８】また、コア部となる凹凸形状が形成されて
いる金型上に、溶融樹脂の光硬化樹脂や熱硬化樹脂を塗
布してから硬化させた後、液体に浸漬して金型を剥離す
ることにより下クラッド層とし、さらにコア部にコア層
となる同様な樹脂を塗布および硬化させ光導波路とする
方法が開示されている（特開２００２−３１７３２号公
報）が、コア層への樹脂の埋め込み方式およびクラッド
層へのコア材の漏れこみや硬化収縮に伴う寸法変化の抑
制方法についてはなんら開示されていない。そして、熱
膨張や吸水による悪影響は避けられないものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の樹
脂製光導波路では、まず熱可塑性樹脂材料をクラッド層
に用い埋め込み型光導波路とした場合、上下のクラッド
層を光学的に完全に一体化することができず、またコア
層形成時におけるクラッド層へのにじみがあるため、光
がコア層より漏れる問題があった。そしてクラッド層に
おける樹脂材料の１．３μｍや１．５５μｍにおける光
損失が大きいという課題があった。

【００１０】さらに、フッ素化ポリイミドやフッ素化エ
ポキシ等、赤外領域の透明性を改善した熱硬化や紫外線
硬化樹脂材料を用いて作製した場合においては、コスト
低減および、樹脂の吸水や熱膨張による悪影響を回避す
るのに限界があった。

【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決するため
になされたものであり、耐熱性に優れ、光漏れがなく低
損失で高性能・高信頼が得られるとともに、安価に大量
生産することのできる樹脂製光導波路およびその製造方
法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】前記目的を達成するた
め、第一の態様として、本発明は、透明樹脂からなるコ
ア層が、該コア層よりも屈折率の低い熱可塑性樹脂から
なるクラッド層に被覆されている埋め込み式光導波路に
おいて、該クラッド層は光学的に一体化されていること
を特徴とする光導波路を提供するものである。本発明に
おける光導波路の略式的構造図を図１に示すが、コア層
１を被覆する熱可塑性樹脂からなるクラッド層２が継ぎ
目無く光学的に一体化されている。従って、クラッド層
の隙間から光漏れが生ずることがないため低損失の光導
波路が得られる。

【００１３】本発明において、上下クラッド層は、例え
ば本発明者の発明である特願２００１−１５１７９６に
記載した射出成形方法を用いて形成することができる。
なお、本発明では、スクリューで可塑化溶融した樹脂を
金型に充填して固化させ成形品を得る成形方法を射出成
形と定義する。

【００１４】したがって、本発明は、キャビティを形成
する金型が少なくとも二つ以上の部材より構成され、前
記金型に溶融樹脂を充填させ、成形品を得る射出成形方
法において、前記金型を構成する二つ以上の部材（上下
クラッド層）が充填工程、プレス工程および成形品取り
出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを
移動し、充填工程で前記一つの部材（上クラッド層また
は下クラッド層）の閉塞されていないキャビティ内に溶
融樹脂を充填させた後、プレス工程で成形品を形成する
ことを特徴とする射出成形方法を提供するものである。
この射出成型方法においては、前記二つ以上の部材（上
下クラッド層）は、射出工程では使用樹脂材料の（Tg-2
0）℃以上（Tg:ガラス転移温度）に加熱されたステージ
上に、プレス工程では（Tg＋100）℃以下に加熱された
ステージ上に移動することを特徴とする。

【００１５】この成形方法は、移動金型が射出、プレ
ス、取り出しの各工程を移動し、射出時には熱可塑性樹
脂のガラス転移温度以上に金型が加温されているため、
金型表面におけるスキン層が成長しにくく、転写性や光
学特性が改善される他、低圧充填、低圧プレスで高精度
の成形品が得られる。そして、従来の射出成形方法によ
れば耐熱性は高いがガラス転移温度も高いため成形性が
悪い熱可塑性樹脂を用いても、高アスペクト比の微細形
状も精度よく転写できる。

【００１６】また本発明においては、クラッド層を形成
する熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりもコア層を形成
する樹脂のガラス転移温度を高くすることで、下クラッ
ド層の上から直接同一の溶融した熱可塑性樹脂をコア層
の形状を維持したまま積層できるので、上下クラッド層
を光学的に完全に一体化できる。そして下クラッド層上
にコア層を形成する樹脂材料のにじみがあった場合に
も、下クラッド層表面が半溶融して上クラッド層と一体
化するので、該にじみ部の境界が不明瞭になり悪影響が
少なくなる。

【００１７】本発明の光導波路において、クラッド層を
形成する熱可塑性樹脂としては、コア層よりも屈折率が
低く、ガラス転移温度が２００℃以上のものであること
が望ましいが、それ以外であっても、例えば公知のポリ
メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や非晶質ポリオレフ
ィン等の熱可塑性樹脂や、光通信波長１．３μｍ、１．
５５μｍ帯での透明性が高い非晶質パーフルオロ（完全
フッ素化）フッ素樹脂などを用いることもできる。特
に、非晶質フッ素樹脂であるデュポン（株）製「テフロ
ンＡＦ２４０」は透明性に優れる他、屈折率は約１．３
と低くクラッド材料として最適な上、耐熱性が２４０℃
と高いので、コア材に熱硬化性樹脂であるフッ素化ポリ
イミドを用いて高温にて加熱キュアーし硬化させる工程
においても、パターンの形状精度を維持できる。クラッ
ド層を形成する熱可塑性樹脂は、ハンダ耐性および成形
加工性の観点より、ガラス転移温度が２００℃以上３０
０℃以下のものが望ましい。

【００１８】前記のコア層を形成する樹脂材料は、透明
性の高いものであれば任意であるが、光通信波長におい
て透明性に優れた公知の樹脂、例えば光硬化性樹脂であ
るフッ素化エポキシや熱硬化性のフッ素化ポリイミド、
重水素化ＰＭＭＡなどを用いることが望ましい。これら
材料は非常に高価であるが、本発明の方法であるとスピ
ン塗布のように材料をロスすることなく必要最小限の材
料で充填できるので、比較的安価に製造できる。特に、
耐熱性の点より、フッ素化ポリイミドが好適に用いられ
る。

【００１９】したがって、本発明の光導波路において
は、コア層がフッ素化ポリイミドからなり、クラッド層
がガラス転移温度２００℃以上３００℃以下の非晶質フ
ッ素樹脂からなるものがとくに望ましい。

【００２０】また、本発明の光導波路は、第二の態様と
して、前記した透明樹脂からなるコア層が該コア層より
も屈折率の低い熱可塑性樹脂からなるクラッド層に被覆
されている埋め込み式光導波路において、クラッド層よ
りも吸水率および熱膨張係数の小さい樹脂により被覆さ
れていることを特徴とする。光導波路の略式的構造図を
図２に示すが、コア層１の周囲がクラッド層２で被覆さ
れ、クラッド層２は継ぎ目無く光学的に一体化されてい
る他、その周りを耐候性に優れた必ずしも透明でない樹
脂材料５で被覆する。これにより、光導波路の信頼性が
向上する。

【００２１】本発明において光導波路を被覆する材料
は、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂等の
いかなる樹脂材料であっても、クラッド層を形成する材
料よりも熱膨張係数および吸水率が小さければよい。ま
た任意の無機フィラー、ガラス繊維等を混練させること
で、前記の熱膨張係数および吸水率を制御することがで
きる。また、この被覆材料は耐熱性が高いことが好適で
あるので、熱可塑性樹脂であればポリエーテルイミド、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリエチレンテレフタレート、熱硬化性樹脂であ
ればポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドビスマ
レイミド、光硬化性樹脂であればエポキシ樹脂等を、単
独又は組み合わせて用いることができる。又、これらの
無機フィラーやガラス繊維入り樹脂材料を用いることも
できる。なお、クラッド層被覆材料は耐熱２００℃以上
であることが望ましい。

【００２２】第二の態様では、クラッド層、コア層とも
に樹脂材料は任意であり、上記の第一の態様で記載した
樹脂材料を用いることができる。なかでも、光通信波長
において透明性に優れた公知のフッ素化ポリイミドやフ
ッ素化エポキシもしくは重水素化ＰＭＭＡなどを用いる
ことが望ましい。これら材料は非常に高価であるが、本
発明の方法であるとスピン塗布のように材料をロスする
ことなく必要最小限の材料で充填できるので比較的安価
に製造できる。透明性に優れる点より、コア層およびク
ラッド層ともに、フッ素化ポリイミドが好適に用いられ
る。

【００２３】したがって、この第二の態様の光導波路
は、コア層およびクラッド層がフッ素化ポリイミドから
なり、クラッド層を覆う樹脂がガラス転移温度２００℃
以上４００℃以下であることがとくに望ましい。

【００２４】さらに、本発明は第三の態様として、透明
樹脂からなるコア層が、Ａｕの反射膜を介し、吸水率
０．１％以下で熱膨張係数３×１０^-5cm/cm℃以下の樹
脂材料に被覆されていることを特徴とする光導波路を提
供するものである。この第三の態様で用いる樹脂材料
は、吸水率０．１％以下で熱膨張係数３×１０^-5cm/cm
℃以下のものであれば、任意の熱可塑性樹脂、紫外線硬
化樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。また、
任意の無機フィラー、ガラス繊維等を混練させること
で、前記の熱膨張係数および吸水率を制御することもで
きる。

【００２５】また、被覆材料は耐熱性が高いことが好適
であるので、熱可塑性樹脂であればポリエーテルイミ
ド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリエチレンテレフタレート、熱硬化性樹脂
であればポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドビ
スマレイミド、光硬化性樹脂であればエポキシ樹脂等
を、単独又は組み合わせて用いることができる。又、こ
れらの無機フィラーおよびガラス繊維入り樹脂材料を用
いることもできる。前記の各樹脂材料は、耐熱２００℃
以上であることが望ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明における熱可塑性樹
脂をクラッド層に用いた樹脂製光導波路の製造方法およ
び製造装置について図３〜図１５を用いて詳細に説明す
る。

【００２７】本発明における製造装置の構成例を図３に
示す。図中Ａ〜Ｃは熱可塑性樹脂で下クラッド層を作製
するステージであり、Ｄ〜Ｆはコア層を作製するステー
ジ、Ｈ〜Ｋは熱可塑性樹脂による上クラッドの積層ステ
ージである。両クラッド層を熱可塑性樹脂で作製するス
テージでは、減圧もしくは真空にされた密閉釜６の中で
移動金型３が各工程を移動することが望ましい。上下ク
ラッド層２を形成する熱可塑性樹脂は、可塑化計量およ
び射出を行うインライン方式のスクリュー５３を備えた
可塑化装置１０により、ＡおよびＩ工程において射出さ
れるが、該可塑化装置１０の矢印Ｘ方向からの断面図は
図４に示した。

【００２８】図４中、樹脂のペレット５１は、ホッパ５
２内に図示しない乾燥機により乾燥脱水された後供給さ
れ、可塑化スクリュー５３がバンドヒーター５４により
温度制御された可塑化シリンダー５５内で回転すること
で、可塑化溶融されながらスクリュー５３前方に送り出
されるとともに、スクリュー５３が後退することで計量
される。可塑化時に発生するガスは、排気口２０から図
示しない真空ポンプで吸引される。必要に応じて供給ホ
ッパ５２も加熱温調することができる。

【００２９】可塑化装置１０の先端であるノズル部１
１，１２は双頭となっており、該ノズル部分における矢
印Ｙ方向からの断面図を図５に示すが、それぞれ独立し
たエアーシリンダー２１，２２を備えており、該エアー
シリンダーに連結したそれぞれのノズルシャッター２
３，２４が図中上下に駆動することにより、可塑化装置
１０から射出された溶融樹脂が任意のステージ方向に充
填できるように切り換えられる。

【００３０】ノズルのＡ−Ａ’断面図を図６（ａ）に、
Ｂ−Ｂ’断面図を図６（ｂ）に、ノズル全体の斜視図を
図７に示す。溶融樹脂は、ノズルシャッター２３，２４
を支えるピン２７周りの樹脂通過路２５を通過し、多点
のゲート２６から移動金型３上に射出される。射出時の
ノズルシャッター２３の動きおよび樹脂充填の様子を図
８（ａ）〜（ｄ）に示す。加熱プレート４上で熱可塑性
樹脂のガラス転移温度以上に昇温された移動金型３上
に、図８（ｂ）のようにノズルシャッター２３が覆うこ
とでゲート２６とスクリュー５３間における樹脂流動路
がつながるので、スクリューが前進することで溶融樹脂
が金型３内に充填される。

【００３１】金型温度が高いために、従来の射出成形方
法において、剪断応力発生や粘度上昇等の原因となる金
型壁面に形成される固化層であるスキン層は抑制され
る。また、流動抵抗が少ないために、低粘度を維持した
まま樹脂を低圧で充填することが可能となる。充填後は
図８（ｄ）に示すように、金型３とノズルシャッター２
３間には隙間が確保されることで、溶融樹脂のノズルシ
ャター２３表面への焼きつきやこびりつきは防止され
る。また、ノズルシャッター２３表面の温度を溶融樹脂
温度より低くすることや、該シャッター２３表面に撥水
処理を施すことでも溶融樹脂の焼きつき防止ができるの
で、その場合充填後の樹脂はノズルシャッター２３に接
していてもよい。

【００３２】そして、移動金型３は射出工程Ａからプレ
ス転写工程Ｂに移動するが、本発明において、移動金型
３周りの雰囲気は真空釜で密閉されているので、溶融樹
脂内にエアーがとりこまれ気泡が発生することはない。
また、樹脂内部に存在するモノマーや残留溶媒等の低沸
点材料が揮発し、溶融樹脂の内部より発泡することや、
気化熱により樹脂表面が冷えることも真空度の制御によ
って抑制可能となる。

【００３３】また、ほかの発泡抑制方法としては、釜内
や移動金型３上の樹脂露出表面に適正な量の加圧された
炭酸ガスや、その超臨界流体を充満させることを選択で
きる。炭酸ガスおよびその超臨界流体は、熱可塑性樹脂
の可塑剤として有効に働くので樹脂の粘度上昇も抑制で
きる。さらに、移動速度を高速にすることや移動金型上
の隙間を狭くすることで、必ずしも釜内を真空、減圧し
なくても発泡を抑制できる。

【００３４】移動金型３はプレス工程Ｂでコア形状が転
写される。プレス工程Ｂにおける転写の様子を図９
（ａ）〜（ｃ）に示す。移動金型３が、冷却水等によっ
て熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下に温度制御された
冷却ステージ７に移動した後、プレスピストン１３の駆
動により任意の温度で温調された金型１９およびそれに
取り付けられコアの凸パターンが形成されたスタンパ３
３が移動金型３上の溶融樹脂に加圧されることにより、
スタンパ３３の形状が転写される。

【００３５】図９（ｂ）において、熱可塑性樹脂の表面
は溶融状態を維持しているので、従来の射出成形方法に
比べ、プレス圧が低くても高アスペクト比のコア形状を
容易に転写できるため、複屈折の発生も抑制できる。勿
論、スタンパ３３およびパターンの形成面は移動金型３
側にあってもよい。スタンパ３３の形成方法は任意であ
るが、例えばシリコン基板上にフォトリソグラフィプロ
セス、ドライエッチングプロセスを使ってコアの凹パタ
ーンを形成し、その上に光ディスク等と同様な電鋳プロ
セス等を用いることで、凸パターンを転写したＮｉスタ
ンパを得ることができる。

【００３６】熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度近傍にお
いて比容積が大きく変化するため、それに伴いひけが発
生するが、それについては、本発明の成形方法ではプレ
ス圧の多段制御やプレス間距離を位置制御することで調
整可能である。これら新規な熱可塑性樹脂の成形方法に
よって、転写性や光学特性に優れた成形品を得ることが
できる。プレス転写後は図９（ｃ）に示すように冷却ガ
ス４３等を用いてスタンパ３３から成形品２ａを離型す
ることができる。

【００３７】次に、下クラッド層２ａをのせた移動金型
３は取り出し工程Ｃに移動し、図９（ｄ）に示すように
釜内から成形品２ａが大気中に取り出される。

【００３８】前記の炭酸ガスおよびその超臨界流体を充
満させる場合においては、炭酸ガスの超臨界流体が浸透
した固化前もしくは硬化前の樹脂材料を、炭酸ガスの超
臨界状態に到達する以上の温度にて温調制御された密閉
金型内で、炭酸ガスの超臨界到達以上の圧力で金型を加
圧しながら樹脂を固化および硬化させ転写させるのがよ
い。上記樹脂を固化もしくは硬化させた後、金型圧力を
開放することで超臨界流体をガス化し、ガス圧力により
樹脂成形品を金型より離型させることもできる。

【００３９】コア層の凹パターンが形成された下クラッ
ド層２ａとなる成形品は、図３におけるＤ〜Ｆ工程でコ
ア層を形成される。コア材である光硬化性樹脂や熱硬化
性樹脂は、スキージやディスペンサー等で下クラッド層
２ａの凹部に形成されるが、図１０に光硬化樹脂を用い
た製造方法を例示的に示す。

【００４０】例えば図１０（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、Ｄ工程にて硬化前樹脂の低粘度モノマー８をディス
ペンサー１４で滴下させ、ついで図１０（ｃ）、（ｄ）
に示すようにＥ工程にてスキージ１５で液剤をコア層１
に充填、最後にＦ工程において図１０（ｅ）に示すよう
に紫外線ランプ１６を照射させ、コア材を硬化させコア
層１を形成させる。熱硬化樹脂であれば充填後に例えば
２００℃以上の高温にて加熱キュアーさせ硬化させる
が、本発明ではクラッド層を耐熱性の高い熱可塑性樹脂
にて形成することができるため、高温にてキュアーして
もクラッド材が変形することはない。

【００４１】コア層１が形成された成形品１７は、移載
コンベアＧ工程と釜内挿入ステージＨ工程より釜６内に
おける移動金型３上に移載される。そしてＩ工程におい
て上クラッド層が射出充填される。

【００４２】Ｉ工程における射出充填の様子を図１１に
示すが、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、成形品が
静置され任意の温度で加熱された加熱ステージ１８上に
おける移動金型３にノズルシャッター２４が覆いかぶさ
り、下クラッド層と同様な材料が射出充填される。この
際、射出される溶融樹脂９の温度は、固化した下クラッ
ド層を形成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも高
いので、下クラッド層の表面は軟化し、上クラッド層と
の界面はなくなるため光学的にクラッド層は一体とな
る。よって、上クラッド層の充填前にコア層からのにじ
みが下クラッド層表面にあっても、クラッド層が一体化
することで悪影響が抑制される。

【００４３】次に、図３中Ｊ工程のプレス工程に移動金
型３が移動し、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上
クラッド層２ｂがプレスピストン１３によってプレスさ
れることで冷却固化される。そして図１２（ｄ）に示す
ようにＫステージに移動して大気中に製品として取り出
される。

【００４４】上述した製造方法によれば、図１に示すよ
うなクラッド層が熱可塑性樹脂であっても光学的に一体
化された高品質な樹脂製光導波路が得られる。

【００４５】本発明において、コア層を形成する際に
は、上述した方法以外にもプレスで形成する方法もあ
る。その方法を略式的に図１３、１４に示す。まず図１
３（ａ）に示すように、スタンパ３３にコアパターンと
は別に位置決め用のテーパーパターン３２を形成してお
き、下クラッド層に同パターンを転写させる。次にテー
パーパターン３２と同じテーパー角度３０を有するコア
層プレス用スタンパ２８にて位置決めしてコア層をプレ
スする。コア層１を形成する以外における余剰のコア材
２９は、コア層１と分離される。本方法によれば、コア
層のプレススタンパ２８を加熱することで、コア材が熱
硬化樹脂であった場合でも、硬化させながら正確な形状
を形成することができる。紫外線硬化樹脂を用いた場合
も、同様にプレスしながら露光することで収縮によるヒ
ケの影響を抑制しながら硬化させることができるので、
シングルモードにおけるコアサイズが小さい場合におい
てもコア形状を正確に形成できる。図１４に示すよう
に、上クラッド層２ｂを充填した後は、余剰のコア材２
９とコア層１は分離されクラッド層２は光学的に一体化
する。

【００４６】さらに図１５に示すように、本発明の成形
方法を用いて、多層の樹脂製光導波路を容易に作製する
ことができる。図中Ａ工程は全クラッド層の射出充填工
程、Ｂ〜Ｄ工程は各々図１６（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に各クラッド層のプレス工程とし、さらにＥ工程で釜６
内と各コア層を形成する工程との成形品（い）〜（ほ）
の取り出しおよび挿入を行うことで、一貫して多層の光
導波路が安価に製造できる。

【００４７】次に第二の態様の光導波路の作製方法につ
いて、例示的に図１７〜図２７を用い詳細に説明する。

【００４８】まず、第一の工程においてはクラッド層を
被覆する層５を形成するが、熱可塑性樹脂材料を用いた
場合について次に例示的に説明する。可塑化装置１０お
よび射出機構は本発明の第一の態様における熱可塑性樹
脂によるクラッド層を形成するための装置および方法を
用いることができるが、図１７に射出機構の断面構成図
を示す。可塑化装置１０により可塑化計量された樹脂材
料は、ノズルシャッター３１に連結したシリンダー２１
の上下駆動によって開放および閉鎖することのできる多
点のゲート部３４より射出される。溶融樹脂は加熱ステ
ージ４上に樹脂材料のガラス転移温度よりも高い温度に
加熱された移動金型３のキャビティに射出される。図１
７のア部詳細を示す移動金型３の拡大斜視図を図１８に
示すが、このような各多点ゲート部３４に対応した超小
型のキャビティが多数形成されている。

【００４９】ゲート部３４からの射出時における模式図
を図１９（ａ）、（ｂ）に示す。ゲート開閉ピン３５が
上下することでゲート部３４が開閉し、スクリュー５３
に押し出された溶融樹脂９が移動金型３内に充填され
る。各ゲートにおける充填量は、ゲート調整リング３６
の内径を変更することで微調整できる。本成形方法にお
いては、耐熱の高い熱可塑性樹脂に無機フィラーやガラ
ス繊維等を混練させた非常に粘性の低い樹脂材料を用い
たとしても、金型内に充填する際の流動抵抗がほとんど
ないので射出可能になるとともに、超小型の成形品をゲ
ートレスで成形できるので量産効率に優れる。

【００５０】次に、該溶融樹脂が充填された移動金型３
はプレス工程に移動し、図２０および図２１に示すよう
に、スタンパ３３における光導波路の凸形状４５および
テーパー４６部が転写される。なお図２１は図２０のイ
部詳細を示す拡大図である。次に移動金型３は、図２２
および図２３（ウ部詳細を示す拡大図）に示す下クラッ
ド層の充填工程に移動し、被覆層５の上から多点ディス
ペンサー３７における個々のディスペンサー３８より、
硬化前の熱硬化樹脂もしくは光硬化樹脂が低粘度で充填
される。ディスペンサーではなく射出機構を用いれば、
熱可塑性樹脂を充填することもできる。

【００５１】次に、図２４および図２５（エ部詳細を示
す拡大図）に示すように、コアを充填するための凹形状
を形成する。ここでは熱硬化性樹脂を用いた場合を例示
的に示したが、プレスシリンダー３９に内蔵されたプレ
スピストン４０には、金型４１およびそれを熱硬化性樹
脂のキュアー温度まで加熱するヒーター４２が取り付け
られている。さらに、金型表面には各製品のキャビティ
に対応したコア形成用ピストン４４が多数配置されてお
り、個々のピストン４４は独立して図２５の矢印方向に
移動可能なので、先にクラッド被覆層５に設けられたテ
ーパー４６にガイドされながら、コア層の凹部が形成さ
れた下クラッド層２ａが作製される。

【００５２】下クラッド層の厚みは光導波路を通過する
光が漏れない程度であれば任意であるが、１０〜１００
μｍ程度が望ましい。

【００５３】本発明の製造方法においては、下クラッド
層を薄く形成した後、図２６（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、下クラッド層と同様にコア層を形成する。コア層１
はクラッド被覆層５に設けられたテーパー４６にガイド
され高精度にてプレス成形され、余剰の樹脂２９とは分
離されるので、硬化収縮や下クラッド層２ａへのにじみ
が抑制される。

【００５４】さらに本発明においては、図２７に示すよ
うに、上クラッド層２ｂを下クラッド層２ａと同一の材
料で形成する。上クラッド層２ｂは、光が漏れない程度
に隙間なくコア層１表面を覆うことができればよい。さ
らに上クラッド被覆層５を充填プレスして、図２に示す
耐候性に優れた光導波路が安価に大量生産できる。

【００５５】次に、第三の態様の光導波路の作製方法に
ついて説明する。この光導波路は、例えば以下のような
方法で製造できる。まず第二の態様におけるクラッド被
覆層５の形成方法と同様に、低熱膨張、低吸水率の樹脂
材料でコア層の凹パターンを形成した後、このコア部表
面にＡｕをスパッタ、蒸着、メッキ等で形成し、次に任
意の光硬化もしくは熱硬化性樹脂材料でコア層を形成
し、その表面にＡｕを再形成し、さらに前記の低熱膨
張、低吸水率の樹脂材料を被覆することで全反射型の光
導波路が完成する。

【００５６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、耐
熱性に優れ、光漏れがなく低損失で高性能・高信頼が得
られるとともに、安価に大量生産することのできる樹脂
製光導波路が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の態様の樹脂製光導波路の構造を
表した断面構造図である

【図２】本発明の第二の態様の樹脂製光導波路の構造を
表した断面構造図である

【図３】本発明の射出成形機を上から見た全体構成図で
ある。

【図４】本発明の射出成形機における可塑化装置の要部
断面構造図である。

【図５】本発明の射出成形機におけるノズル部の要部断
面構造図である。

【図６】本発明の射出成形機におけるノズルの断面図で
ある。

【図７】本発明の射出成形機におけるノズル全体の斜視
図である。

【図８】本発明の射出成形機における射出工程部の要部
断面構造図で、溶融樹脂の充填状態を模式的に表した図
である。

【図９】本発明の射出成形機におけるプレス工程部の要
部断面構造図で、プレス時の状態、スタンパとの転写時
の様子、プレス開放時の状態、および取り出し状態を模
式的に表した図である。

【図１０】本発明の射出成形機におけるコア層形成部の
要部断面構造図で、モノマーの滴下から硬化までの様子
を模式的に表した図である。

【図１１】本発明の射出成形機における射出成形部の要
部断面構造図で、上クラッド層の射出充填時の状態を模
式的に表した図である。

【図１２】本発明の射出成形機におけるプレス工程部の
要部断面構造図で、上クラッド層の充填およびプレス時
の状態、プレス開放時および取り出しの状態を模式的に
表した図である。

【図１３】本発明の射出成形機における他のプレス工程
部の要部断面構造図で、下クラッド層の形成、コア層の
充填、およびプレス時の状態を模式的に表した図であ
る。

【図１４】本発明の射出成形機における他のプレス工程
部の要部断面構造図で、上クラッド層形成時の状態を模
式的に表した図である。

【図１５】本発明の他の例の射出成形機を上から見た全
体構成図である。

【図１６】本発明の他の例の射出成形機におけるプレス
工程部の要部断面構造図で、多層の光導波路形成時の状
態を模式的に表した図である。

【図１７】本発明の射出成形機における可塑化装置およ
び射出工程部の要部断面構造図である。

【図１８】本発明の第二の態様の射出成形機における移
動金型の拡大斜視図である。

【図１９】本発明の第二の態様の射出成形機における射
出工程部のゲート部断面構造図で、ゲート部から溶融樹
脂が充填される様子を模式的に表した図である。

【図２０】本発明の第二の態様の射出成形機におけるプ
レス部の要部断面構造図で、スタンパとの転写時の様子
を模式的に表した図である。

【図２１】本発明の第二の態様の射出成形機におけるプ
レス部の拡大断面構造図で、スタンパとの転写時の様子
を模式的に表した図である。

【図２２】本発明の第二の射出成形機における下クラッ
ド層充填工程部の要部断面構造図で、ディスペンサーか
ら未硬化樹脂が充填される様子を模式的に表した図であ
る。

【図２３】本発明の第二の態様の射出成形機における下
クラッド層充填工程部の拡大断面構造図で、ディスペン
サーから未硬化樹脂が充填される様子を模式的に表した
図である。

【図２４】本発明の第二の態様の射出成形機におけるプ
レス部の要部断面構造図で、コア充填のための凹形状形
成時の状態を模式的に表した図である。

【図２５】本発明の第二の態様の射出成形機におけるプ
レス部の拡大断面構造図で、コア充填のための凹形状形
成時の状態を模式的に表した図である。

【図２６】本発明の第二の態様の射出成形機におけるプ
レス部の要部断面構造図で、コア充填およびプレス時の
状態を模式的に表した図である。

【図２７】本発明の第二の態様の樹脂製光導波路におけ
る上クラッド層形成後の状態を模式的に表した図であ
る。

【図２８】従来の樹脂製光導波路の製造工程を表す断面
構造図である。

【図２９】従来の樹脂製光導波路の製造工程を表す断面
構造図である。

【符号の説明】

１コア層２クラッド層２ａ下クラッド層２ｂ上クラッド層３移動金型４加熱プレート５被覆樹脂材料６密閉釜７冷却ステージ８モノマー９樹脂材料１０可塑化装置１１，１２ノズル部１３プレスピストン１４ディスペンサー１５スキージ１６紫外線ランプ１７成型品１８加熱ステージ１９金型２０排気口２１，２２エアーシリンダー２３，２４ノズルシャッター２５樹脂通過路２６ゲート２７ピン２８プレススタンパ２９余剰のコア材３０テーパー角度３１ノズルシャッター３２テーパーパターン３３スタンパ３４ゲート部３５ゲート開閉ピン３６ゲート調整リング３７，３８ディスペンサー３９プレスシリンダー４０プレスピストン４１金型４２ヒーター４３冷却ガス４４コア形成用ピストン４５光導波路の凸形状４６テーパー５１樹脂ペレット５２ホッパ５３可塑化スクリュー５４バンドヒーター５５可塑化シリンダー１４０シリコン基板１４１レジスト１４３接着層

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）Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｇ０２Ｂ 6/12 ＭＦターム(参考） 2H047 KA04 PA26 PA28 QA05 TA31 4F206 AA40 AE10 AG03 AG14 AH77 AR06 AR07 JA07 JB23 JC01 JD03 JF01 JL02 JM04 JQ06 JQ81 JQ90 4F213 AA40 AD05 AH77 AJ08 WA02 WA04 WA05 WA15 WA32 WA33 WA37 WA38 WA39 WA43 WA53 WA56 WA60 WA86 WA87 WB01 WB11 WB21 WC01 WC05 WE02 WE06 WE07 WE09 WE16 WF01 WF05 WF27 WK01 WK03 WW01 WW06 WW15 WW21 WW33 WW34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明樹脂からなるコア層が、該コア層よ
りも屈折率の低い熱可塑性樹脂からなるクラッド層に被
覆されている埋め込み式光導波路において、該クラッド
層は光学的に一体化されていることを特徴とする光導波
路。
【請求項２】コア層がフッ素化ポリイミドからなり、
クラッド層がガラス転移温度２００℃以上３００℃以下
の熱可塑性樹脂からなる請求項１記載の光導波路。
【請求項３】透明樹脂からなるコア層が、該コア層よ
りも屈折率の低い樹脂からなるクラッド層に被覆されて
いる埋め込み式光導波路において、該光導波路は該クラ
ッド層よりも吸水率および熱膨張係数の小さい樹脂によ
り被覆されていることを特徴とする光導波路。
【請求項４】コア層およびクラッド層がフッ素化ポリ
イミドからなり、クラッド層を覆う樹脂がガラス転移温
度２００℃以上４００℃以下である請求項３記載の光導
波路。
【請求項５】透明樹脂からなるコア層が、Ａｕの反射
膜を介し、吸水率０．１％以下で熱膨張係数３×１０^-5
cm/cm℃以下の樹脂材料に被覆されていることを特徴と
する光導波路。
【請求項６】キャビティを形成する金型が少なくとも
二つ以上の部材より構成され、前記金型に溶融樹脂を充
填させ、成形品を得る射出成形方法において、前記金型
を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程お
よび成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分か
れたステージを移動し、充填工程で前記一つの部材の閉
塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を充填させた
後、プレス工程で成形品を形成する工程を含むことを特
徴とする請求項１、３、５記載の光導波路の射出成形方
法。
【請求項７】前記一つの部材は、射出工程では使用樹
脂材料の（Tg-20）℃以上（Tg:ガラス転移温度）に加熱
されたステージ上に、プレス工程では（Tg＋100）℃以
下に加熱されたステージ上に移動することを特徴とする
請求項６記載の光導波路の射出成形方法。