JP2004029216A - 光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュールにおいて、効率的な光軸合せと製造、及び経時劣化による芯ずれのない光学的結合を実現する。
【解決手段】光モジュール１は、光導波路基板２の両端に光ファイバ３を配した光ファイバ一体型光導波路基板として構成され、光ファイバ３の端面３ｄ，３ｅは、光導波路基板２の光を導波するコア部用凹部２ｄ，２ｅの開口面と互いの光学軸を一致して光学的結合がされる。下成形型内部において、コア部形成用の凹凸パターン端面と、光ファイバの端面とを突き当てて光ファイバを保持した後、上下成形型を閉じて樹脂成形により光導波路基板を形成すると共に光導波路基板への光ファイバの接合を、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して行う。このため、経時変化による芯ずれが生じない。
【選択図】 図１
【解決手段】光モジュール１は、光導波路基板２の両端に光ファイバ３を配した光ファイバ一体型光導波路基板として構成され、光ファイバ３の端面３ｄ，３ｅは、光導波路基板２の光を導波するコア部用凹部２ｄ，２ｅの開口面と互いの光学軸を一致して光学的結合がされる。下成形型内部において、コア部形成用の凹凸パターン端面と、光ファイバの端面とを突き当てて光ファイバを保持した後、上下成形型を閉じて樹脂成形により光導波路基板を形成すると共に光導波路基板への光ファイバの接合を、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して行う。このため、経時変化による芯ずれが生じない。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと光導波路を結合した光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光導波路を利用した光デバイスにおいて、特に、光導波路と光ファイバとを結合した光モジュールにおいては、それらの結合が適切に行なわれなければならない。光ファイバと光導波路を結合する方法として、例えば、特開平５−１９６８３８号公報に示される方法がある。この方法を図２３を参照して説明する。ここに示される光モジュールは、複数本の光ファイバ３（ファイバ束３０）を内蔵した光ファイバアレイ３１と、基板３４上に光導波路３２を備えた光導波路ホルダ３３とから成り、光信号の集合乃至分岐を行うものである。光ファイバと光導波路の光学的結合は、光ファイバ３と光導波路３２とを突き合わせて連接した光ファイバと光導波路を調芯し、次いで、突き合せの面の間に、紫外硬化樹脂３２を介在注入し、再度光ファイバと光導波路とを調芯した後に、光ファイバアレイ３又は光導波路ホルダ３３のいずれか一方の側から紫外線を入射させて紫外硬化樹脂を硬化させることにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図２３に示されるような光モジュールの製造方法における光ファイバと光導波路の結合方法は、紫外硬化樹脂の硬化に時間が必要であると共に，紫外硬化樹脂の硬化中に芯ずれを起こさないように注意する必要があり、また、紫外硬化樹脂の経時劣化による芯ずれの問題もある。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、光軸合わせを容易に行うことができ、十分な光学的結合の精度が得られ、結合部の経時劣化による芯ずれのおそれがなく、製造時間の短縮を図ることができ、効率的な製造を実現できる光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、光を導波させるためのコア部を形成するための凹凸パターンを有する光導波路基板と光を伝送する光ファイバとを光軸について光学的に結合すると共に、前記光導波路基板と前記光ファイバとを一体化してなる光モジュールの製造方法において、光導波路基板の成形型に設けられた、前記コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて前記成形型内の所定位置に配置し、前記光ファイバを保持する工程と、前記工程の後に、前記成形型を用いて前記光導波路基板を形成すると共に前記光ファイバを前記光導波路基板に接合する工程を用いるものである。
【０００６】
上記の光モジュールの製造方法においては、コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて光ファイバを保持した後、成形型を用いて光導波路基板を成形すると共に光ファイバを光導波路基板に接合するので、光導波路基板への光ファイバの接合を、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して行うことができる。このため、光導波路基板の膨張・収縮時の光導波路基板の寸法変化により発生する光導波路位置変化に対し、光ファイバは常に追随して位置が変化するので、光路接合部における芯ずれが発生しない。また、接着剤を用いていないので接着剤の劣化による芯ずれも発生しない。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、射出成形を用いるものである。この製造方法においては、短い製造サイクルの射出成形により、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して、光モジュールを生産性良く製造することができる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２記載の光モジュールの製造方法において、成形材料を注入するためのゲート位置を前記光ファイバの軸線に対して左右対称になるように配置した成形型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、成形材料が光ファイバの軸線に対して左右対称に流れるので、光ファイバに軸線と垂直な方向に働く力を小さくすることができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２記載の光モジュールの製造方法において、光導波路基板の形成時の射出工程が、溶融樹脂を低圧で射出した後、高圧で射出して行われるものである。この製造方法においては、光ファイバが動く可能性のある射出成形開始時に光ファイバに対して高い射出圧力を与えないので、光ファイバの保持位置が変動することがない。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、圧縮成形を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、樹脂流動が均一となるので、樹脂収縮が均一となり、残留応力による光ファイバの破断を防ぐことができる。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、光ファイバを固定するための光ファイバ保持部を内部に設けた成形型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、光ファイバを所定の位置に配置し固定することが容易となる。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、成形型に対して独立に移動可能な保持部材を用いて光ファイバを保持した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、光ファイバを保持した状態で光導波路基板を形成できるので成形時に光ファイバが保持部からはずれることを防止することができる。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、前記光ファイバを配置する部位に排気源に連通した孔を有する成形型を用いて、前記排気源から排気することにより前記光ファイバを吸引保持した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、吸引により光ファイバを保持するので、光ファイバに傷付けることがなく、また保持部からの光ファイバがはずれるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、コア部形成用の凹凸パターンを有する成形型と、この成形型と対向し、かつ光ファイバを所定の位置に配置するための溝を有する成形型とを用いて、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、コア部形成用の成形型と光ファイバ配置用の溝を有する成形型が対向して分離されているので、個別の成形型の構造が単純になり、成形型の製造が容易となる。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、光導波路基板を成形するための第１の成形型の外側に、光ファイバを保持する機構を有する第２の成形型を配置した複合型を構成し、前記第２の成形型により光ファイバを保持した後、前記複合型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、コア部形成用の成形型と光ファイバ保持用の成形型が分離されているので、それぞれの成形型の構造が単純になり、成形型の製造が容易となる。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項１０記載の光モジュールの製造方法において、前記第１の成形型と前記第２の成形型の相対位置を微調整するための駆動機構を第１の成形型又は第２の成形型に設け、この駆動機構を用いて前記第２の成形型に保持した光ファイバの位置を調整した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、２つの成形型の相対位置を調節する駆動機構を設けたので、成形型の再製作を行うことなく光軸合わせの修正ができる。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１１記載のいずれかの方法により製造された光モジュールである。この構成の光モジュールは、光導波路基板のコアの光軸と光ファイバの光軸とを合わせた状態で、光ファイバと光導波路基板とが一体成形されるので、光軸合わせの精度が良く、また経時変化による光軸のずれの少ないものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光モジュール及びその製造方法について図面を参照して説明する。図面において共通する部材については同一符号を付して重複説明を省略する。まず、図１及び図２を参照して光モジュールの一例及びそれを成形する時に用いられる下成形型の例を説明する。光モジュール１は、図に示されるように、光導波路基板２の成形時に光ファイバ３が同時に取り付けられた光ファイバ一体型導波路基板として構成されている。光導波路基板２は略直方体形状に形成され、その一方の面に一本の光ファイバ３を配し、対向する他方の面に３本の光ファイバ３を配して同時一体樹脂成形されている。光ファイバ３の端面３ｄ，３ｅ，３ｅ，３ｅは、光導波路基板２における略直方体の１面を構成する面２ａ，２ｂに設けられた凹部２ｃを臨み、互いに対向して配置されている。また、凹部２ｃには、光を導波するコア部用の凹部２ｄ，２ｅが形成されている。この凹部は、前記１本の光ファイバ３の端面から発する凹部２ｄと、点Ｐにおいて３つに分岐して前記３本の光ファイバ３の端面３ｅ，３ｅ，３ｅに終点する３つの凹部２ｅ，２ｅ，２ｅとから成る。各光ファイバの端面に対向する凹部２ｄ，２ｅの各開口面は、クラッド３ａとコア３ｂとから構成される光ファイバ３のそれぞれの中心部であるコア３に対向して、互いの光学軸を一致させて構成されている。なお、このように構成された光モジュール１は、光導波路形成用の樹脂などを凹部２ｄ，２ｅに充填すると共に蓋４を接着して、光回線における回線結合部品又は、回線分岐部品として用いられる。
【００１９】
上記の光モジュール１は、図２に示されるような下成形型５を用いて成形される。下成形型５は、上下の成形型で構成される成形型の下側の成形型である。この下成形型５には光ファイバを型内部に導入配置するための半円溝５１が左右に設けられており、半円溝５１の中心線を通る面が、上下成形型のパーティ面ＰＴとなっている。半円溝５１が向かう成形型５の内部には、光モジュール１において光を導波するコア部用の凹部を形成するための凹凸パターンが設けられ、内部全体はパーティ面ＰＴよりも大略凹部となっており、この凹部の左右においては底面により平面２０ａ，２０ｂが構成され、凹部中央には、前記平面２０ａ，２０ｂより一段上がった平面２０ｃが構成されている。平面２０ａ，２０ｂには、半円溝５１の軸方向に伸びるＶ溝５２が、半円溝５１の端面から発して、凹部中央の平面２０ｃの左右の境界である端面３０ｄ，３０ｅに終端して形成されている。この平面２０ａ，２０ｂ及びＶ溝５２から成る領域は光ファイバを位置決め・保持する光ファイバ保持部に成る。平面２０ｃには、平面左端から発する断面直方形の凸形状２０ｄが点Ｑで３つに分岐して平面右端に終端する断面直方形の凸形状２０ｅ，２０ｅ，２０ｅが形成されている。この平面２０ｃ及び凸形状２０ｄ，２０ｅによる凹凸パターン領域は導波路基板型部に成る。凸形状２０ｄ，２０ｅの端面における断面中心は、半円溝５２に配置される光ファイバの中心と一致して形成されている。従って、凸形状２０ｄ，２０ｅの上面は、パーティ面よりも若干突出する。
【００２０】
上記構成の下成形型５は、光モジュールの製造において次のように用いられる。被覆を剥がし、端面を研磨した光ファイバが、光ファイバ端面を前記端面３０ｄ，３０ｅに突き当てられて、半円溝５２及びＶ溝５２に横たえてセットされる。このとき、光ファイバの外周円がＶ溝５２の斜面に線接触することにより自動的に光ファイバの軸と前記突起２０ｄ，２０ｅの断面中心との調軸が行われる。この後、下成形型５と図示しない上成形型とを閉じて、射出成形等により、光モジュール１が形成される。
【００２１】
次に、図３乃至図５を参照して、上記のような光モジュールを成形するための光導波路基板成形用下成形型を含む製造装置及び成形工程の詳細を説明する。光モジュールの製造装置は、図３（ａ）に示されるように、互いにパーティ面ＰＴにおいて接合される下成形型５と上成形型６とを備えている。下成形型５は、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部と、光導波路基板型部の端部３０ｄ，３０ｅに光ファイバ３の端面３ｅを突き当てて支持し、設置するためのＶ溝５２からなる光ファイバ位置決め部、及び光ファイバ３を矢印ＩＮで示されるように外部から成形型内部に導入するための半円溝５１を有する。光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に光ファイバ３が配置されたとき、光ファイバ３の中心線と光導波路基板型部の端部における凸形状２０ｄ，２０ｅの中心線とが一致するような成形型構成とすることによって、光ファイバ３の光軸を光導波路の光軸に合わせて光ファイバ３を配置して固定することが容易となり、生産性の向上が図れる。光ファイバ位置決め部は、図中ではＶ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。
【００２２】
また、上成形型６は、光導波路基板の外形を形成するためのキャビティ６２、キャビティ６２の内部に光ファイバ３を導入するための半円溝６１、成形された導波路基板を離型させるための光ファイバ突き出しピン６３及び突き出しスリーブピン６５、及び、型閉じ時及び成形時に光ファイバ３を押さえる光ファイバ押えピン６４（保持部材）を有している。下成形型５における光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に設置された光ファイバ３を、光ファイバ押さえピン６４で上から押さえ付けることにより、型閉じ後の成形樹脂注入（後述）時にも光ファイバ３を確実に固定でき、光ファイバ支持構造から光ファイバがはずれることを防止できる。光ファイバ押さえピン６４の中心は、前記Ｖ溝５２の形状断面の中央線及び凸形状２０ｄ，２０ｅ断面の中心線と一致している。光ファイバ押さえピン６４について、図中では上成形型６とは別部品として示しているが、上成形型と一体となった突起部であっても構わない。また、光ファイバ押さえピン６４をエアシリンダ等の適当な駆動源に接続することにより、押圧力を個々に調整して最適な押圧力で光ファイバ３を保持するようにしてもよい。さらに、別の実施例として、光ファイバ押さえピン６４が、光ファイバ３を押さえる反力を圧力センサ等で検知し、その値をフィードバックして押圧力を調整する方法も可能であるし、反力値が所定値以上になった場合にアラームを出すことによって光ファイバ径の異常を検出するようにすることも可能となる。
【００２３】
光ファイバの設置は、上成形型６と下成形型５とが開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２上に光ファイバ３を載せ、光導波路基板型部の端面に光ファイバ端面を突き合せて行われる。この光ファイバの設置は、手動で行ってもよいし、自動設置装置（ロボット等）を用いてもよい。光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅをフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバ３の光軸方向の位置決めが可能となっている。
【００２４】
下成形型５に光ファイバ３が配置されると、図３（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じられ、光ファイバ３は、光ファイバ押さえピン６４により位置決め保持される。そして、図３（ｃ）に示されるように、この状態で、樹脂供給部（不図示）からキャビティ６２内に光導波路基板材料Ｍが注入される。このとき、矢視Ａ１−Ａ１，Ａ２−Ａ２，Ａ３−Ａ３断面において図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、横に並んだ３本の光ファイバ３は、Ｖ溝５２に光ファイバ押さえピン６４に押さえられ、光ファイバ３の断面の半分以上の周り、及び凸形状２０ｅの周りには光導波路基板材料Ｍが充填されている。このため、光導波路基板材料Ｍが冷却して固化したとき、光ファイバ３は、光導波路基板材料Ｍにより光導波路基板に固定され、また、凸形状２０ｅが離型したところには、光導波路基板材料Ｍにより光を導波するコア部用の凹部が形成される。
【００２５】
注入された光導波路基板材料Ｍが十分冷却された段階で、図５（ａ）に示されるように、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２はキャビティ６２の内側壁との摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ６２内に保持される。キャビティ６２内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図５（ｂ）に示されるように、上成形型内６に配置された突き出しスリーブピン６５及び光ファイバ突き出しピン６３を、図示しないエアシリンダ等の駆動源によって同期駆動し、突き出すことによりキャビティ６２内から、光ファイバ３が一体に成形された光導波路基板２が取り出される。以上の装置、方法によれば、光導波路基板２と光ファイバ３とを同時に突き出すことができるため、光導波路基板２の取り出し時に、光導波路基板への光ファイバの取付部への応力集中を防ぐことができ、光ファイバ破損を防止することが可能となる。また、光ファイバ一体型光導波路基板として得られた光モジュールは、光導波路基板に光ファイバが一体結合して取り付けられた状態であるため、従来のような別部品として形成された光導波路基板に光ファイバを取り付けるという工程が不要であり、生産性向上、コスト低減が可能となる。
【００２６】
次に、図６乃至図８を参照して、上記の製造装置において射出成形過程の詳細を説明する。射出成形による光モジュールの製造装置は、図６（ａ）に示されるように、下側ダイプレート５００に取り付けられた下成形型５と、上側ダイプレート６００に取り付けられた上成形型６とその周辺機構、及び成型機ノズル７を備えている。下成形型５は、前出のものと同じものである。上成形型６とその周辺機構について説明する。上成形型６の上面には、光導波路基板材料Ｍをキャビティに導入するスプルランナ６７を形成する凹部があり、その凹部の上面は、ランナプレート保持板６８ａに一体保持されたランナプレート６８により開閉自在とされている。ランナプレート６８には前出のものと同様の光ファイバ押さえピン６４が固定されている。また、上側ダイプレート６００に一端を固定されたランナプレート駆動シリンダ６８ｂがランナプレート保持板６８ａを上下することにより、ランナプレート６８が上下に駆動される。また、光ファイバ突き出しピン６３と基板突き出し６６一端が、ランナプレート６８とランナプレート保持板６８ａ、及び上成形型６を貫通し、他端がランナプレート保持板６８ａの上方にある突出プレート６９に固定して備えられている。突出プレート６９は、これと一体になった突出プレート保持板６９ａが、上側ダイプレート６００に一端を固定された製品突き出しシリンダ６９ｂにより上下駆動されることにより上下する。成型機ノズル７は、その下端に備えた光導波路基板材料Ｍの吐出口を、ランナプレート保持板６８ａとランナプレート６８の中央に設けられた貫通孔に離合自在に接続できると共に、ランナプレート保持板６８ａ等と共に又は、独立に上下移動可能に構成されている。
【００２７】
このような構成の射出成形による製造装置において、下成形型５内に光ファイバ３を位置決め完了後、ランナプレート６８、上成形型６、下成形型５が閉じた状態で、図６（ｂ）に示されるように、成形機ノズル７により光導波路基板材料（樹脂）Ｍを注入される。樹脂Ｍがスプルランナ６７を通過してキャビティ６２内に注入されるゲート６７ａは、各光ファイバ３の軸の直上方に設けられている。このため、樹脂注入初期において樹脂Ｍが光ファイバ３の上方から各光ファイバ３について左右ほぼ対称に注入されるので、光ファイバ３は樹脂注入圧により初期の設置位置からずれてしまうことがない。
【００２８】
樹脂注入後、図６（ｃ）に示されるように、注入された光導波路基板材料が十分冷却された段階で、ランナプレート駆動シリンダ６８ｂが駆動され、ランナプレート６８が上方に移動しスプルランナ６７が開かれる。この時、廃棄されるスプルランナ６７Ｘは、ランナプレート６８に設置されたランナロックピン（図示せず）に保持されているためランナプレート６８と共に上昇する。次に、図６（ｄ）に示されるように、ロボット等の取出し機によってスプルランナ６７Ｘが除去される。
【００２９】
スプルランナ６７Ｘの除去後、図７（ａ）に示されるように、再びランナプレート駆動シリンダ６８ｂが駆動され、ランナプレート６８が閉じられる。その後、図７（ｂ）に示されるように、下成形型５を保持する下側ダイプレート５００が下降して、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、キャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持される。キャビティ内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図７（ｃ）に示されるように、製品突き出しシリンダ６９ｂを駆動させて上成形型内６に配置された光ファイバ突き出しピン６３及び基板突き出しピン６６を突き出すことによりキャビティ内から、光ファイバ３が一体に成形された光導波路基板２が取り出される。以上のような射出成形による光導波路基板製造方法では、短い成形サイクルで光ファイバ一体型の光導波路基板を製造することができるため生産性の向上が可能となる。
【００３０】
射出成形における射出速度は、光導波路基板の体積が５ｃｍ３であるとすると、図８における破線ａで示されるように、従来のファイバなしで光導波路基板を射出成形する場合、通常２０〜６０ｃｍ３／ｓである。しかし、光ファイバ一体型光導波路基板の成形を行う際には、最初、低射出速度で樹脂注入を行い（図８における曲線ｂ）、全射出量の１／３程度注入された段階で、通常の射出速度に戻して樹脂注入する（図８における曲線ｃ）方法が、製品歩留まりを上げるために有効である。低射出速度として２０ｃｍ３／ｓ以下、好ましくは、３〜８ｃｍ３／ｓ程度が望ましい。この２段階の注入速度による方法では、樹脂注入初期の樹脂流によって光ファイバが設置位置からずれてしまうことがないため、不良製品の発生が抑えられる。
【００３１】
次に、図９乃至図１１を参照して、上記射出成形とは別の成形方法として圧縮成形による光モジュールの成形を説明する。圧縮成形による光モジュールの製造装置の下成形型５は、前出の図９（ａ）に示されるものと同様である。上成形型６は、上下に摺動可能な基板圧縮ブロック８と基板突き出しピン６６及び光ファイバ突き出しピン６３を備え、光導波路基板の外形を形成するキャビティ６２を有している。上成形型６と下成形型５が開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２上に光ファイバ３を載せ、光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅに光ファイバの端面を突き合せて設置する。光ファイバ３の設置は手動で行ってもよいし、又は、自動設置装置（ロボット等）を用いてもよい。光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅをフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバの光軸方向の位置決めが可能となる。その後、光導波路基板材料Ｗを下成形型５上に設置した後に型閉じを開始する。
【００３２】
図９（ｂ）に示されるように、上下成形型の型閉じ完了後、上下成形型６、７が金型に配置されたカートリッジヒータ等（図示せず）によって昇温される。昇温は、例えば光導波路基板材料Ｗがメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である場合、金型温度が１００℃程度の温度になるまで行われる。図に示されるように、基板材料Ｗにより光ファイバ３を押さえることができるので、光ファイバ押さえ用のピン等は描いていないが、光ファイバ押さえピン等を用いる構成としてもよい。また、光ファイバ押さえピンについては上成形型と一体となった突起部であっても構わない。次に、十分に樹脂が昇温した後、図９（ｃ）に示されるように、基板圧縮ブロック８が降下して樹脂圧縮が行われ、光導波路形状部の凸形状２０ｄ，２０ｅの賦形が行われる。このとき、矢視Ｃ１−Ｃ１，Ｃ２−Ｃ２，Ｃ３−Ｃ３断面において図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、横に並んだ３本の光ファイバ３は、Ｖ溝５２に基板材料Ｗに押さえられ、光ファイバ３の断面の半分以上の周り、及び凸形状２０ｅの周りには基板材料Ｗが充填されている。
【００３３】
その後、上下成形型５，６は冷却工程に入り、金型に配置された冷却管（図示せず）内を通るオイル又は加圧水等によって冷却される。光導波路基板材料ＷがＰＭＭＡである場合には、成形型の温度が６０℃〜９０℃程度の温度になるまで冷却が行われる。基板材料が十分冷却された段階で、図１１（ａ）に示されるように、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、キャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持される。キャビティ内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図１１（ｂ）に示されるように、上成形型６を貫通して設けられた基板突き出しピン６６及び光ファイバ突き出しピン６３が図示しない駆動源（エアシリンダ等）によって同期駆動して下方に突き出され、光ファイバ３を取り込んで一体成形された光導波路基板２がキャビティ６２内から取り出される。以上のような圧縮成形では樹脂流動が少なく、射出成形における樹脂流動方向による収縮の差異等がない。このため、圧縮成形において光ファイバは、冷却工程及びその後の成形品の不均一収縮による応力を受けることが少なく、光ファイバ３の破断や位置ずれ等を防止することが可能である。以上、光導波路基板材料Ｗとして熱可塑性樹脂を用いた圧縮成形方法について述べたが、熱硬化性材料、又は、光硬化性材料を用いた場合においても略同様な方法を用いて光ファイバ一体型光導波路基板を成形することが可能である。
【００３４】
次に、図１２乃至図１４を参照して、上記成形型とは異なる実施形態に係る成形型を用いた光モジュールの成形方法について説明する。図１２（ａ）及び図１３に示されるように、上成形型６には、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部ブロック６Ａが埋設されており、また、下成形型５には、光ファイバ３を支持して設置するための光ファイバ位置決めブロック５Ａが埋設されている。光ファイバ位置決めブロック５ＡのＶ溝形状をしたＶ溝５２は、その断面中心線が、光導波路基板型部ブロック６Ａにおける凸形状２０ｄ，２０ｅの断面中心線と一致するような構成とされている。そして、光ファイバ３をＶ溝５２に配置すれば光ファイバ３の円周とＶ溝５２が線接触して光ファイバ３の位置が定まるため、Ｖ溝５２のＶ溝の開き角度又はＶ溝５２の上下位置を予め所定の構成にしておくことで、光ファイバ３の外形寸法で決まる光ファイバ３の中心軸の上下方向の高さ位置が所定の位置に自動的に定まる。このため、光ファイバ３の中心軸と光導波路の中心軸の位置合わせ及び光ファイバ３の固定が同時かつ容易に行われる。光ファイバ位置決め部について、図中ではＶ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。光ファイバ３は、このようにして上成形型６と下成形型５が開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に配置される。
【００３５】
その後、図１２（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じて半開の状態において、光導波路基板型部ブロック６Ａの端面３０ｅ等に光ファイバ端面３ｅが突き合せられる。光ファイバ３の配置は、手動で行ってもよいし、又は、自動設置装置（ロボット等）を用いて行ってもよい。光導波路基板型部ブロック６Ａの端面（端面３０ｅ等）をフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバ３の光軸方向の位置決めが可能となる。この状態で、図１２（ｃ）に示されるように、上成形型６に配置された突き出しピン６３が下降して、光ファイバ３が仮固定される。次に、図１２（ｃ）に示されるように、上成形型と下成形型が閉じられる。この状態で、図示しない樹脂供給部からキャビティ内に光導波路基板材料Ｍが注入される。
【００３６】
注入された光導波路基板材料Ｍが十分冷却された段階で、図１４（ａ）に示されるように、上下成形型６，５が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、前出と同様にキャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持されている。その後、図１４（ｂ）に示されるように、上成形型６及び光導波路基板型部ブロック６Ａを貫通して設けられた突き出しピン６３が図示しない駆動源（エアシリンダ等）によって同期駆動して下方に突き出され、光ファイバ３を取り込んで一体成形された光導波路基板２がキャビティ内から取り出される。
【００３７】
このように、上下成形型６，５に埋設された光導波路基板型部ブロック６Ａ及び光ファイバ位置決めブロック５Ａを用いる方法によれば、以下の利点がある。光ファイバ位置決めブロック５Ａは、研削盤のみによって高精度な加工により容易に製作することができる。また、光ファイバ位置決めブロック５Ａは、一体物として構成されれば、入光側、出光側の光軸ずれが起こらない。また、光導波路基板型部ブロック６Ａは、単純な凸形状部を持つブロックとして製作できるため加工が容易になる。さらに、各々のブロックを上下成形型に分けてそれぞれ配置するようにしているので、それぞれ一つの型に一つのブロックを配置するだけで成形型全体の組立を行うことができ、組立作業が容易になり、組立位置精度を出し易いという利点がある。
【００３８】
次に、図１５を参照して、さらに別の実施形態に係る成形型を用いた光モジュールの成形方法について説明する。図１５（ａ）に示されるように、上成形型６は前出のものと同様であるが、下成形型５は、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部ブロック５Ｃ（第１の成形型）と、光導波路基板型部ブロック５Ｃの端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部ブロック５Ｂ（第２の成形型）を入れ子として有する。光ファイバ位置決め部ブロック５ＢのＶ溝５２の断面中心線を光導波路基板型部端面３０ｄ，３０ｅの凸形状断面の中心線と一致するような成形型構成とすることによって、前出のように光ファイバ３と光導波路との光軸位置合わせと固定を容易に行うことができ、生産性の向上が図れる。光ファイバ位置決め部について、図１５（ｃ）にＶ溝５２として示されるように、Ｖ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。光ファイバ３の設置及び固定保持方法は前出のものと同様であり、また、光ファイバ３と光導波路形状を賦形する凸形状２０ｅ等との位置関係は、図１５（ｃ）に示されるように、前出のものと同様である。
【００３９】
光ファイバ３が下成形型内に設置された状態で、図１５（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じられ、図示しない樹脂供給部からキャビティ６２内に光導波路基板材料Ｍが注入される。以下、光ファイバ３と光導波路基板２が一体成形された光モジュール１の取り出しまでの工程は、前出のものと同様である。上記の方法によれば、光ファイバ位置決め部ブロック５Ｂは、研削盤のみによって高精度な加工により容易に製作することができる。また、光導波路基板型部ブロック５Ｃについても単純な凸形状部を持つブロックとして製作できるため加工が容易になる。
【００４０】
次に、図１６を参照して、上記とは別の実施形態に係る光ファイバ保持機構について説明する。上成型型６は前出のいずれかと同じであり、下成形型５も以下に述べる点以外、前出のいずれかと同じである。下成形型５は、その上面中央に光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部を有し、この光導波路基板型部の端部に光ファイバを支持して設置するためのＶ溝５２から成る光ファイバ位置決め部を有している。光ファイバ位置決め部のＶ溝５２には、排気孔Ｈが設けられ、排気孔Ｈは、排気管Ｒ及び排気バルブＶ１を介して真空ポンプ（排気源）Ｓに連通している。排気管Ｒに設置されたバルブＶ１及びリーク用バルブＶ２は、成型工程と連動して開閉が可能である。バルブＶ１，Ｖ２が閉じた状態で光ファイバ位置決め部に光ファイバが取り付けられた後、バルブＶ１を開くことによって、光ファイバ位置決め部のＶ溝５２の真空排気が行われる。これにより、光ファイバ３が光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に吸着固定される。このように、光ファイバ３が光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に吸着されることで、型閉じ時や型閉じ後の成型樹脂注入時にも光ファイバを確実に固定でき、光ファイバ位置決め部から光ファイバがはずれることが防止される。また、押さえピンで光ファイバを光ファイバ位置決め部に押さえ付ける方法に比べて、強過ぎる押し圧力のため押さえピンが光ファイバを傷付けるといったこともなく、光ファイバ心線を保護する効果もある。
【００４１】
次に、図１７乃至図２１を参照して、さらに別の実施形態に係る光モジュールの成形方法につき、成形型の水平方向位置決めを説明する。図１７に示される下成形型５は、光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部５Ｃと、光導波路基板型部５Ｃの両端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂを組み込む構造を有する。光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂを下成形型５に組み込む際に、下成形型５の左端にある組み込み部Ｃに位置決めブロックＬＢが設置される。光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂは、下成形型５の右端に設けられた水平方向に移動可能な押さえピン５３により、位置決めブロックＬＢの一面向けて押さえ付けられる。このようにして、下成形型５に光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂが組み込まれ、Ｖ溝５２と光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅ，２０ｅの光軸合わせが自動的に行われる。このような構成の下成形型５を用いる方法では、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂとが独立に交換できるため、図に示したような入出力が１対２の光ファイバ構成から、１対３の光ファイバ構成に組み替えることなどが容易に行える。
【００４２】
また、図１８に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂ，５Ｂとの３者について共通に用いられる位置決めブロックＬＢの他に、２者について用いられる位置決めブロックＬＢ１，ＬＢ２を備えたものである。このように、位置決めブロックを複数個用いて光導波路基板型部５Ｃ、及び光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂの位置を個々に調整することも可能である。また、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂについて、図示されたものとは別構成として、それぞれ逆側面に位置決めブロック及び押さえピン５３を設置して各部の水平位置の調整をすることも可能である。また、図１９に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃの両端に設ける光ファイバ位置決め部５Ｂを一体構成として、その内部に光導波路基板型部５Ｃを位置決めブロックＬＢを用いて組み込むものである。
【００４３】
また、図２０に示される下成形型５は、光導波路形状を成型可能な凸形状を持つ光導波路基板型部５Ｃと、光導波路基板型部５Ｃの端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部５Ｂ，５Ｂとを有している。これらは、それぞれ、ねじ５４，５５，５６により挟み込まれ、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示すごとく図示しない駆動機構によりそれぞれ水平方向の移動が行われ、光導波路基板型部５Ｃ及び光ファイバ位置決め部５Ｂの取り付け位置が微調整されて、固定される。また、光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に光ファイバ３を設置し、外部からレーザ光を光ファイバ３に入光して、光ファイバ先端からレーザ光Ｌを出光させる。そのレーザ光Ｌを基準として用いて光導波路基板型部５Ｃの位置を調整することによって、光導波路基板型部端面の凸形状２０ｄ，２０ｅ中心線と光ファイバ位置決め部５ＢのＶ溝５２の断面中心線を一致させることができる。また、図２１に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃの両端に設ける光ファイバ位置決め部５Ｂを一体構成とし、その内部に光導波路基板型部５Ｃをねじ５５，５５を用いて組み込まれ、図示しない駆動機構により光導波路基板型部５Ｃ及び光ファイバ位置決め部５Ｂの取り付け位置が微調整されるものである。
【００４４】
次に、図２２を参照して、上記の光ファイバ一体型光導波路基板を成形する製造装置に光ファイバを供給する機構を加えた製造ラインを説明する。図２２（ａ）に示される光モジュール製造装置は、光ファイバ供給部９と、上記において説明した下成形型５，上成形型６、及び光ファイバ位置決め部５２の構成を有する光導波路基板成形部１０を備えている。光ファイバ供給部９において、光ファイバ３は、光ファイバ３を蓄えたドラムＤから光ファイバ誘導装置９１，９１により引き出されると共に光導波路基板成形部１０に向けて送り出され、光ファイバ被覆除去部９２、光ファイバ研磨部９３、光ファイバカット部９４，９４を経由して光導波路基板成型部１０に供給される。この間に、光ファイバ３は、光ファイバ被覆除去部９２において被覆が除去され、被覆除去された光ファイバ３は、光ファイバ研磨部９３においてその先端面が研磨される。そして、下成型部５に誘導された光ファイバ３は、光導波光ファイバ位置決め部５２に押さえ付けられた後、光ファイバカット部９４により切断される。ドラムＤ側の光ファイバ３は、逆回転された光ファイバ誘導装置９１及びドラムＤにより引き戻され、光ファイバ先端が光ファイバ被覆除去部９２に位置させられる。以後は、上記と同じ動作が繰り返される。また、図２２（ｂ）に示される光モジュール製造装置においては、光導波路基板成型部１０の上下成形型６，５に光ファイバカット用の刃が一体化されたものである。光ファイバは、上下成形型６，５の閉動作の工程と同時に切断されるので、別途の光ファイバカット部の駆動が不要となり、製造装置の簡略化と工程の省略による生産性の向上が可能となる。
【００４５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、光導波路基板で接合する光ファイバの対は、１対３又は１対２に限らずこれらの対を並列に複数構成することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて光ファイバを保持した後、成形型を用いて光導波路基板の成形と共に光導波路基板に光ファイバを接合して一体化した光モジュールが形成されるので、光導波路基板に接着剤により別途光ファイバを接合する従来の方法に比べ、生産性向上、製品品質の向上、コスト低減の効果がある。また、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して光導波路基板と光ファイバとの接合が行われるので、光導波路基板の膨張・収縮時の光導波路基板の寸法変化により発生する光導波路位置変化に対し、光ファイバは常に追随して位置が変化し、光路接合部における芯ずれが発生しない。また、接着剤を用いていないので接着剤の劣化による芯ずれも発生しない。これらにより、光モジュールの品質向上、信頼性向上の効果がある。
【００４７】
請求項２の発明によれば、短い製造サイクルの射出成形により、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して、光モジュールを生産性良く製造することができる。また、請求項３の発明によれば、成形材料の射出時に、光ファイバの位置ずれを起こす力が低減されており、請求項４の発明によれば、光ファイバが動く可能性のある射出成形開始時に光ファイバに対して高い射出圧力を与えることが避けられており、共に光ファイバの保持位置を保って精度良く光モジュールを製造できる。また、請求項５の発明によれば、樹脂流動が均一となるので、樹脂収縮が均一となり、残留応力による光ファイバの破断を防ぐことができる。
【００４８】
請求項６の発明によれば、光導波路基板と光ファイバとを光結合させる端面接触部の直近において、光ファイバの末端位置を確実に位置決めすることができる。さらに、請求項７の発明によれば、光ファイバを位置決めした位置に保持した状態で光導波路基板の形成と光導波路基板への光ファイバ接合ができるので、接合部形成過程において光ファイバが保持部からはずれることなく、光学的結合精度の良い光モジュールが得られる。また、請求項８の発明によれば、吸引により光ファイバを保持するので、光ファイバに傷付けることがなく、また、保持部から光ファイバがはずれるのを防ぐことができる。
【００４９】
請求項９の発明によれば、コア部形成用の成形型と光ファイバ配置用の溝を有する成形型が対向して分離されており、個別の成形型の構造が単純になるため、成形型の製造が容易となる。また、請求項１０の発明によれば、コア部形成用の成形型と光ファイバ保持用の成形型が分離されており、それぞれの成形型の構造が単純になるため、成形型の製造が容易となり、生産性向上、コスト低減が図れる。また、請求項１１の発明によれば、２つの成形型の相対位置を調節する駆動機構を設けたので、成形型の再製作を行うことなく光軸合わせの修正ができるので、生産効率向上やコスト低減が図れる。
【００５０】
請求項１２の発明によれば、光導波路基板のコアの光軸と光ファイバの光軸とを合わせた状態で、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して光モジュールが製造されている。この光モジュールは、光軸合わせの精度がよく、また経時変化による光軸のずれが生じず、信頼性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ一体型光導波路基板からなる光モジュールの斜視図。
【図２】同上光モジュールを製造する下成形型の斜視図。
【図３】（ａ）は同上光モジュールを製造する成形型開状態の断面図、（ｂ）は同閉状態の断面図、（ｃ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図。
【図４】（ａ）は図３（ｃ）におけるＡ１−Ａ１断面図、（ｂ）は同Ａ２−Ａ２断面図、（ｃ）は同Ａ３−Ａ３断面図。
【図５】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図６】（ａ）は同上光モジュールを射出成形により製造する装置の成形型閉状態断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図、（ｃ）は同装置のスプルランナ開状態の断面図、（ｄ）は同装置からスプルランナ除去を説明する断面図。
【図７】（ａ）は同上装置のスプルランナ閉状態断面図、（ｂ）は同成形型開状態の断面図、（ｃ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図８】同上装置における射出速度の図。
【図９】（ａ）は同上光モジュールを圧縮成形により製造する装置の成形型閉状態断面図、（ｂ）は同装置の成形型閉状態の断面図、（ｃ）は同装置の圧縮成形状態の断面図。
【図１０】（ａ）は図９（ｃ）におけるＣ１−Ｃ１断面図、（ｂ）は同Ｃ２−Ｃ２断面図、（ｃ）は同Ｃ３−Ｃ３断面図。
【図１１】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図１２】（ａ）は上記とは異なる実施形態に係る成形型を用いた同上光モジュールを製造する装置の成形型開状態の断面図、（ｂ）は同半閉状態の断面図、（ｃ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図。
【図１３】（ａ）は図１２（ｃ）におけるＤ１−Ｄ１断面図、（ｂ）は同Ｄ２−Ｄ２断面図、（ｃ）は同Ｄ３−Ｄ３断面図。
【図１４】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図１５】（ａ）は上記とはさらに異なる実施形態に係る成形型を用いた同上光モジュールを製造する装置の成形型開状態の断面図、（ｂ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ２−Ｅ２断面図、（ｄ）は同Ｅ３−Ｅ３断面図。
【図１６】同上光モジュールを製造する装置において光ファイバの吸引保持を説明する概念断面図。
【図１７】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置への分割下成形型の組み込みを説明する水平断面図、（ｂ）は同分割した下成形型の位置合わせ前段階の水平断面図、（ｃ）は同位置合わせ後の水平断面図。
【図１８】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図１９】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図２０】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置への分割下成形型の他の組み込み例を説明する水平断面図、（ｂ）は同分割した下成形型の位置合わせ段階の水平断面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ部詳細平面図。
【図２１】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図２２】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置に光ファイバ供給部を連結した装置の概念図、（ｂ）は同他の実施形態を示す概念図。
【図２３】（ａ）は従来の光ファイバと光導波路とを結合する光モジュールの外形斜視図、（ｂ）は同内部を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 光モジュール（光ファイバ一体型光導波路基板）
２ 光導波路基板
３ 光ファイバ
５ 下成形型（成形型）
６ 上成形型（成形型）
３ｅ 光ファイバの端面
２０ｄ、２０ｅ 凸形状（凹凸パターン）
３０ｄ，３０ｅ 端面（凹凸パターンの端面）
５Ｂ 光ファイバ位置決め部（第２の成形型）
５Ｃ 光導波路基板型部（第１の成形型）
５２ Ｖ溝（溝）
５４，５５，５６ ねじ（駆動機構）
６４ 光ファイバ押えピン（保持部材）
Ｍ 光導波路基板材料（成形材料）
Ｗ 光導波路基板材料（成形材料）
Ｓ 排気源
Ｈ 孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと光導波路を結合した光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光導波路を利用した光デバイスにおいて、特に、光導波路と光ファイバとを結合した光モジュールにおいては、それらの結合が適切に行なわれなければならない。光ファイバと光導波路を結合する方法として、例えば、特開平５−１９６８３８号公報に示される方法がある。この方法を図２３を参照して説明する。ここに示される光モジュールは、複数本の光ファイバ３（ファイバ束３０）を内蔵した光ファイバアレイ３１と、基板３４上に光導波路３２を備えた光導波路ホルダ３３とから成り、光信号の集合乃至分岐を行うものである。光ファイバと光導波路の光学的結合は、光ファイバ３と光導波路３２とを突き合わせて連接した光ファイバと光導波路を調芯し、次いで、突き合せの面の間に、紫外硬化樹脂３２を介在注入し、再度光ファイバと光導波路とを調芯した後に、光ファイバアレイ３又は光導波路ホルダ３３のいずれか一方の側から紫外線を入射させて紫外硬化樹脂を硬化させることにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図２３に示されるような光モジュールの製造方法における光ファイバと光導波路の結合方法は、紫外硬化樹脂の硬化に時間が必要であると共に，紫外硬化樹脂の硬化中に芯ずれを起こさないように注意する必要があり、また、紫外硬化樹脂の経時劣化による芯ずれの問題もある。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、光軸合わせを容易に行うことができ、十分な光学的結合の精度が得られ、結合部の経時劣化による芯ずれのおそれがなく、製造時間の短縮を図ることができ、効率的な製造を実現できる光モジュールの製造方法及びその方法により製造された光モジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、光を導波させるためのコア部を形成するための凹凸パターンを有する光導波路基板と光を伝送する光ファイバとを光軸について光学的に結合すると共に、前記光導波路基板と前記光ファイバとを一体化してなる光モジュールの製造方法において、光導波路基板の成形型に設けられた、前記コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて前記成形型内の所定位置に配置し、前記光ファイバを保持する工程と、前記工程の後に、前記成形型を用いて前記光導波路基板を形成すると共に前記光ファイバを前記光導波路基板に接合する工程を用いるものである。
【０００６】
上記の光モジュールの製造方法においては、コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて光ファイバを保持した後、成形型を用いて光導波路基板を成形すると共に光ファイバを光導波路基板に接合するので、光導波路基板への光ファイバの接合を、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して行うことができる。このため、光導波路基板の膨張・収縮時の光導波路基板の寸法変化により発生する光導波路位置変化に対し、光ファイバは常に追随して位置が変化するので、光路接合部における芯ずれが発生しない。また、接着剤を用いていないので接着剤の劣化による芯ずれも発生しない。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、射出成形を用いるものである。この製造方法においては、短い製造サイクルの射出成形により、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して、光モジュールを生産性良く製造することができる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２記載の光モジュールの製造方法において、成形材料を注入するためのゲート位置を前記光ファイバの軸線に対して左右対称になるように配置した成形型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、成形材料が光ファイバの軸線に対して左右対称に流れるので、光ファイバに軸線と垂直な方向に働く力を小さくすることができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２記載の光モジュールの製造方法において、光導波路基板の形成時の射出工程が、溶融樹脂を低圧で射出した後、高圧で射出して行われるものである。この製造方法においては、光ファイバが動く可能性のある射出成形開始時に光ファイバに対して高い射出圧力を与えないので、光ファイバの保持位置が変動することがない。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、圧縮成形を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、樹脂流動が均一となるので、樹脂収縮が均一となり、残留応力による光ファイバの破断を防ぐことができる。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１記載の光モジュールの製造方法において、光ファイバを固定するための光ファイバ保持部を内部に設けた成形型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、光ファイバを所定の位置に配置し固定することが容易となる。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、成形型に対して独立に移動可能な保持部材を用いて光ファイバを保持した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、光ファイバを保持した状態で光導波路基板を形成できるので成形時に光ファイバが保持部からはずれることを防止することができる。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、前記光ファイバを配置する部位に排気源に連通した孔を有する成形型を用いて、前記排気源から排気することにより前記光ファイバを吸引保持した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、吸引により光ファイバを保持するので、光ファイバに傷付けることがなく、また保持部からの光ファイバがはずれるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、コア部形成用の凹凸パターンを有する成形型と、この成形型と対向し、かつ光ファイバを所定の位置に配置するための溝を有する成形型とを用いて、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、コア部形成用の成形型と光ファイバ配置用の溝を有する成形型が対向して分離されているので、個別の成形型の構造が単純になり、成形型の製造が容易となる。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項６記載の光モジュールの製造方法において、光導波路基板を成形するための第１の成形型の外側に、光ファイバを保持する機構を有する第２の成形型を配置した複合型を構成し、前記第２の成形型により光ファイバを保持した後、前記複合型を用いて光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、コア部形成用の成形型と光ファイバ保持用の成形型が分離されているので、それぞれの成形型の構造が単純になり、成形型の製造が容易となる。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項１０記載の光モジュールの製造方法において、前記第１の成形型と前記第２の成形型の相対位置を微調整するための駆動機構を第１の成形型又は第２の成形型に設け、この駆動機構を用いて前記第２の成形型に保持した光ファイバの位置を調整した後、光導波路基板を形成するものである。この製造方法においては、２つの成形型の相対位置を調節する駆動機構を設けたので、成形型の再製作を行うことなく光軸合わせの修正ができる。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１１記載のいずれかの方法により製造された光モジュールである。この構成の光モジュールは、光導波路基板のコアの光軸と光ファイバの光軸とを合わせた状態で、光ファイバと光導波路基板とが一体成形されるので、光軸合わせの精度が良く、また経時変化による光軸のずれの少ないものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光モジュール及びその製造方法について図面を参照して説明する。図面において共通する部材については同一符号を付して重複説明を省略する。まず、図１及び図２を参照して光モジュールの一例及びそれを成形する時に用いられる下成形型の例を説明する。光モジュール１は、図に示されるように、光導波路基板２の成形時に光ファイバ３が同時に取り付けられた光ファイバ一体型導波路基板として構成されている。光導波路基板２は略直方体形状に形成され、その一方の面に一本の光ファイバ３を配し、対向する他方の面に３本の光ファイバ３を配して同時一体樹脂成形されている。光ファイバ３の端面３ｄ，３ｅ，３ｅ，３ｅは、光導波路基板２における略直方体の１面を構成する面２ａ，２ｂに設けられた凹部２ｃを臨み、互いに対向して配置されている。また、凹部２ｃには、光を導波するコア部用の凹部２ｄ，２ｅが形成されている。この凹部は、前記１本の光ファイバ３の端面から発する凹部２ｄと、点Ｐにおいて３つに分岐して前記３本の光ファイバ３の端面３ｅ，３ｅ，３ｅに終点する３つの凹部２ｅ，２ｅ，２ｅとから成る。各光ファイバの端面に対向する凹部２ｄ，２ｅの各開口面は、クラッド３ａとコア３ｂとから構成される光ファイバ３のそれぞれの中心部であるコア３に対向して、互いの光学軸を一致させて構成されている。なお、このように構成された光モジュール１は、光導波路形成用の樹脂などを凹部２ｄ，２ｅに充填すると共に蓋４を接着して、光回線における回線結合部品又は、回線分岐部品として用いられる。
【００１９】
上記の光モジュール１は、図２に示されるような下成形型５を用いて成形される。下成形型５は、上下の成形型で構成される成形型の下側の成形型である。この下成形型５には光ファイバを型内部に導入配置するための半円溝５１が左右に設けられており、半円溝５１の中心線を通る面が、上下成形型のパーティ面ＰＴとなっている。半円溝５１が向かう成形型５の内部には、光モジュール１において光を導波するコア部用の凹部を形成するための凹凸パターンが設けられ、内部全体はパーティ面ＰＴよりも大略凹部となっており、この凹部の左右においては底面により平面２０ａ，２０ｂが構成され、凹部中央には、前記平面２０ａ，２０ｂより一段上がった平面２０ｃが構成されている。平面２０ａ，２０ｂには、半円溝５１の軸方向に伸びるＶ溝５２が、半円溝５１の端面から発して、凹部中央の平面２０ｃの左右の境界である端面３０ｄ，３０ｅに終端して形成されている。この平面２０ａ，２０ｂ及びＶ溝５２から成る領域は光ファイバを位置決め・保持する光ファイバ保持部に成る。平面２０ｃには、平面左端から発する断面直方形の凸形状２０ｄが点Ｑで３つに分岐して平面右端に終端する断面直方形の凸形状２０ｅ，２０ｅ，２０ｅが形成されている。この平面２０ｃ及び凸形状２０ｄ，２０ｅによる凹凸パターン領域は導波路基板型部に成る。凸形状２０ｄ，２０ｅの端面における断面中心は、半円溝５２に配置される光ファイバの中心と一致して形成されている。従って、凸形状２０ｄ，２０ｅの上面は、パーティ面よりも若干突出する。
【００２０】
上記構成の下成形型５は、光モジュールの製造において次のように用いられる。被覆を剥がし、端面を研磨した光ファイバが、光ファイバ端面を前記端面３０ｄ，３０ｅに突き当てられて、半円溝５２及びＶ溝５２に横たえてセットされる。このとき、光ファイバの外周円がＶ溝５２の斜面に線接触することにより自動的に光ファイバの軸と前記突起２０ｄ，２０ｅの断面中心との調軸が行われる。この後、下成形型５と図示しない上成形型とを閉じて、射出成形等により、光モジュール１が形成される。
【００２１】
次に、図３乃至図５を参照して、上記のような光モジュールを成形するための光導波路基板成形用下成形型を含む製造装置及び成形工程の詳細を説明する。光モジュールの製造装置は、図３（ａ）に示されるように、互いにパーティ面ＰＴにおいて接合される下成形型５と上成形型６とを備えている。下成形型５は、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部と、光導波路基板型部の端部３０ｄ，３０ｅに光ファイバ３の端面３ｅを突き当てて支持し、設置するためのＶ溝５２からなる光ファイバ位置決め部、及び光ファイバ３を矢印ＩＮで示されるように外部から成形型内部に導入するための半円溝５１を有する。光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に光ファイバ３が配置されたとき、光ファイバ３の中心線と光導波路基板型部の端部における凸形状２０ｄ，２０ｅの中心線とが一致するような成形型構成とすることによって、光ファイバ３の光軸を光導波路の光軸に合わせて光ファイバ３を配置して固定することが容易となり、生産性の向上が図れる。光ファイバ位置決め部は、図中ではＶ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。
【００２２】
また、上成形型６は、光導波路基板の外形を形成するためのキャビティ６２、キャビティ６２の内部に光ファイバ３を導入するための半円溝６１、成形された導波路基板を離型させるための光ファイバ突き出しピン６３及び突き出しスリーブピン６５、及び、型閉じ時及び成形時に光ファイバ３を押さえる光ファイバ押えピン６４（保持部材）を有している。下成形型５における光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に設置された光ファイバ３を、光ファイバ押さえピン６４で上から押さえ付けることにより、型閉じ後の成形樹脂注入（後述）時にも光ファイバ３を確実に固定でき、光ファイバ支持構造から光ファイバがはずれることを防止できる。光ファイバ押さえピン６４の中心は、前記Ｖ溝５２の形状断面の中央線及び凸形状２０ｄ，２０ｅ断面の中心線と一致している。光ファイバ押さえピン６４について、図中では上成形型６とは別部品として示しているが、上成形型と一体となった突起部であっても構わない。また、光ファイバ押さえピン６４をエアシリンダ等の適当な駆動源に接続することにより、押圧力を個々に調整して最適な押圧力で光ファイバ３を保持するようにしてもよい。さらに、別の実施例として、光ファイバ押さえピン６４が、光ファイバ３を押さえる反力を圧力センサ等で検知し、その値をフィードバックして押圧力を調整する方法も可能であるし、反力値が所定値以上になった場合にアラームを出すことによって光ファイバ径の異常を検出するようにすることも可能となる。
【００２３】
光ファイバの設置は、上成形型６と下成形型５とが開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２上に光ファイバ３を載せ、光導波路基板型部の端面に光ファイバ端面を突き合せて行われる。この光ファイバの設置は、手動で行ってもよいし、自動設置装置（ロボット等）を用いてもよい。光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅをフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバ３の光軸方向の位置決めが可能となっている。
【００２４】
下成形型５に光ファイバ３が配置されると、図３（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じられ、光ファイバ３は、光ファイバ押さえピン６４により位置決め保持される。そして、図３（ｃ）に示されるように、この状態で、樹脂供給部（不図示）からキャビティ６２内に光導波路基板材料Ｍが注入される。このとき、矢視Ａ１−Ａ１，Ａ２−Ａ２，Ａ３−Ａ３断面において図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、横に並んだ３本の光ファイバ３は、Ｖ溝５２に光ファイバ押さえピン６４に押さえられ、光ファイバ３の断面の半分以上の周り、及び凸形状２０ｅの周りには光導波路基板材料Ｍが充填されている。このため、光導波路基板材料Ｍが冷却して固化したとき、光ファイバ３は、光導波路基板材料Ｍにより光導波路基板に固定され、また、凸形状２０ｅが離型したところには、光導波路基板材料Ｍにより光を導波するコア部用の凹部が形成される。
【００２５】
注入された光導波路基板材料Ｍが十分冷却された段階で、図５（ａ）に示されるように、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２はキャビティ６２の内側壁との摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ６２内に保持される。キャビティ６２内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図５（ｂ）に示されるように、上成形型内６に配置された突き出しスリーブピン６５及び光ファイバ突き出しピン６３を、図示しないエアシリンダ等の駆動源によって同期駆動し、突き出すことによりキャビティ６２内から、光ファイバ３が一体に成形された光導波路基板２が取り出される。以上の装置、方法によれば、光導波路基板２と光ファイバ３とを同時に突き出すことができるため、光導波路基板２の取り出し時に、光導波路基板への光ファイバの取付部への応力集中を防ぐことができ、光ファイバ破損を防止することが可能となる。また、光ファイバ一体型光導波路基板として得られた光モジュールは、光導波路基板に光ファイバが一体結合して取り付けられた状態であるため、従来のような別部品として形成された光導波路基板に光ファイバを取り付けるという工程が不要であり、生産性向上、コスト低減が可能となる。
【００２６】
次に、図６乃至図８を参照して、上記の製造装置において射出成形過程の詳細を説明する。射出成形による光モジュールの製造装置は、図６（ａ）に示されるように、下側ダイプレート５００に取り付けられた下成形型５と、上側ダイプレート６００に取り付けられた上成形型６とその周辺機構、及び成型機ノズル７を備えている。下成形型５は、前出のものと同じものである。上成形型６とその周辺機構について説明する。上成形型６の上面には、光導波路基板材料Ｍをキャビティに導入するスプルランナ６７を形成する凹部があり、その凹部の上面は、ランナプレート保持板６８ａに一体保持されたランナプレート６８により開閉自在とされている。ランナプレート６８には前出のものと同様の光ファイバ押さえピン６４が固定されている。また、上側ダイプレート６００に一端を固定されたランナプレート駆動シリンダ６８ｂがランナプレート保持板６８ａを上下することにより、ランナプレート６８が上下に駆動される。また、光ファイバ突き出しピン６３と基板突き出し６６一端が、ランナプレート６８とランナプレート保持板６８ａ、及び上成形型６を貫通し、他端がランナプレート保持板６８ａの上方にある突出プレート６９に固定して備えられている。突出プレート６９は、これと一体になった突出プレート保持板６９ａが、上側ダイプレート６００に一端を固定された製品突き出しシリンダ６９ｂにより上下駆動されることにより上下する。成型機ノズル７は、その下端に備えた光導波路基板材料Ｍの吐出口を、ランナプレート保持板６８ａとランナプレート６８の中央に設けられた貫通孔に離合自在に接続できると共に、ランナプレート保持板６８ａ等と共に又は、独立に上下移動可能に構成されている。
【００２７】
このような構成の射出成形による製造装置において、下成形型５内に光ファイバ３を位置決め完了後、ランナプレート６８、上成形型６、下成形型５が閉じた状態で、図６（ｂ）に示されるように、成形機ノズル７により光導波路基板材料（樹脂）Ｍを注入される。樹脂Ｍがスプルランナ６７を通過してキャビティ６２内に注入されるゲート６７ａは、各光ファイバ３の軸の直上方に設けられている。このため、樹脂注入初期において樹脂Ｍが光ファイバ３の上方から各光ファイバ３について左右ほぼ対称に注入されるので、光ファイバ３は樹脂注入圧により初期の設置位置からずれてしまうことがない。
【００２８】
樹脂注入後、図６（ｃ）に示されるように、注入された光導波路基板材料が十分冷却された段階で、ランナプレート駆動シリンダ６８ｂが駆動され、ランナプレート６８が上方に移動しスプルランナ６７が開かれる。この時、廃棄されるスプルランナ６７Ｘは、ランナプレート６８に設置されたランナロックピン（図示せず）に保持されているためランナプレート６８と共に上昇する。次に、図６（ｄ）に示されるように、ロボット等の取出し機によってスプルランナ６７Ｘが除去される。
【００２９】
スプルランナ６７Ｘの除去後、図７（ａ）に示されるように、再びランナプレート駆動シリンダ６８ｂが駆動され、ランナプレート６８が閉じられる。その後、図７（ｂ）に示されるように、下成形型５を保持する下側ダイプレート５００が下降して、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、キャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持される。キャビティ内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図７（ｃ）に示されるように、製品突き出しシリンダ６９ｂを駆動させて上成形型内６に配置された光ファイバ突き出しピン６３及び基板突き出しピン６６を突き出すことによりキャビティ内から、光ファイバ３が一体に成形された光導波路基板２が取り出される。以上のような射出成形による光導波路基板製造方法では、短い成形サイクルで光ファイバ一体型の光導波路基板を製造することができるため生産性の向上が可能となる。
【００３０】
射出成形における射出速度は、光導波路基板の体積が５ｃｍ３であるとすると、図８における破線ａで示されるように、従来のファイバなしで光導波路基板を射出成形する場合、通常２０〜６０ｃｍ３／ｓである。しかし、光ファイバ一体型光導波路基板の成形を行う際には、最初、低射出速度で樹脂注入を行い（図８における曲線ｂ）、全射出量の１／３程度注入された段階で、通常の射出速度に戻して樹脂注入する（図８における曲線ｃ）方法が、製品歩留まりを上げるために有効である。低射出速度として２０ｃｍ３／ｓ以下、好ましくは、３〜８ｃｍ３／ｓ程度が望ましい。この２段階の注入速度による方法では、樹脂注入初期の樹脂流によって光ファイバが設置位置からずれてしまうことがないため、不良製品の発生が抑えられる。
【００３１】
次に、図９乃至図１１を参照して、上記射出成形とは別の成形方法として圧縮成形による光モジュールの成形を説明する。圧縮成形による光モジュールの製造装置の下成形型５は、前出の図９（ａ）に示されるものと同様である。上成形型６は、上下に摺動可能な基板圧縮ブロック８と基板突き出しピン６６及び光ファイバ突き出しピン６３を備え、光導波路基板の外形を形成するキャビティ６２を有している。上成形型６と下成形型５が開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２上に光ファイバ３を載せ、光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅに光ファイバの端面を突き合せて設置する。光ファイバ３の設置は手動で行ってもよいし、又は、自動設置装置（ロボット等）を用いてもよい。光導波路基板型部の端面３０ｄ，３０ｅをフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバの光軸方向の位置決めが可能となる。その後、光導波路基板材料Ｗを下成形型５上に設置した後に型閉じを開始する。
【００３２】
図９（ｂ）に示されるように、上下成形型の型閉じ完了後、上下成形型６、７が金型に配置されたカートリッジヒータ等（図示せず）によって昇温される。昇温は、例えば光導波路基板材料Ｗがメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である場合、金型温度が１００℃程度の温度になるまで行われる。図に示されるように、基板材料Ｗにより光ファイバ３を押さえることができるので、光ファイバ押さえ用のピン等は描いていないが、光ファイバ押さえピン等を用いる構成としてもよい。また、光ファイバ押さえピンについては上成形型と一体となった突起部であっても構わない。次に、十分に樹脂が昇温した後、図９（ｃ）に示されるように、基板圧縮ブロック８が降下して樹脂圧縮が行われ、光導波路形状部の凸形状２０ｄ，２０ｅの賦形が行われる。このとき、矢視Ｃ１−Ｃ１，Ｃ２−Ｃ２，Ｃ３−Ｃ３断面において図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるように、横に並んだ３本の光ファイバ３は、Ｖ溝５２に基板材料Ｗに押さえられ、光ファイバ３の断面の半分以上の周り、及び凸形状２０ｅの周りには基板材料Ｗが充填されている。
【００３３】
その後、上下成形型５，６は冷却工程に入り、金型に配置された冷却管（図示せず）内を通るオイル又は加圧水等によって冷却される。光導波路基板材料ＷがＰＭＭＡである場合には、成形型の温度が６０℃〜９０℃程度の温度になるまで冷却が行われる。基板材料が十分冷却された段階で、図１１（ａ）に示されるように、上下成形型５，６が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、キャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持される。キャビティ内側壁に光導波路基板２を係止するためのアンダーカット形状を設ける等の方法を用いれば上成形型のキャビティ内に保持することが容易になる。その後、図１１（ｂ）に示されるように、上成形型６を貫通して設けられた基板突き出しピン６６及び光ファイバ突き出しピン６３が図示しない駆動源（エアシリンダ等）によって同期駆動して下方に突き出され、光ファイバ３を取り込んで一体成形された光導波路基板２がキャビティ６２内から取り出される。以上のような圧縮成形では樹脂流動が少なく、射出成形における樹脂流動方向による収縮の差異等がない。このため、圧縮成形において光ファイバは、冷却工程及びその後の成形品の不均一収縮による応力を受けることが少なく、光ファイバ３の破断や位置ずれ等を防止することが可能である。以上、光導波路基板材料Ｗとして熱可塑性樹脂を用いた圧縮成形方法について述べたが、熱硬化性材料、又は、光硬化性材料を用いた場合においても略同様な方法を用いて光ファイバ一体型光導波路基板を成形することが可能である。
【００３４】
次に、図１２乃至図１４を参照して、上記成形型とは異なる実施形態に係る成形型を用いた光モジュールの成形方法について説明する。図１２（ａ）及び図１３に示されるように、上成形型６には、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部ブロック６Ａが埋設されており、また、下成形型５には、光ファイバ３を支持して設置するための光ファイバ位置決めブロック５Ａが埋設されている。光ファイバ位置決めブロック５ＡのＶ溝形状をしたＶ溝５２は、その断面中心線が、光導波路基板型部ブロック６Ａにおける凸形状２０ｄ，２０ｅの断面中心線と一致するような構成とされている。そして、光ファイバ３をＶ溝５２に配置すれば光ファイバ３の円周とＶ溝５２が線接触して光ファイバ３の位置が定まるため、Ｖ溝５２のＶ溝の開き角度又はＶ溝５２の上下位置を予め所定の構成にしておくことで、光ファイバ３の外形寸法で決まる光ファイバ３の中心軸の上下方向の高さ位置が所定の位置に自動的に定まる。このため、光ファイバ３の中心軸と光導波路の中心軸の位置合わせ及び光ファイバ３の固定が同時かつ容易に行われる。光ファイバ位置決め部について、図中ではＶ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。光ファイバ３は、このようにして上成形型６と下成形型５が開いた状態で、下成形型５の光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に配置される。
【００３５】
その後、図１２（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じて半開の状態において、光導波路基板型部ブロック６Ａの端面３０ｅ等に光ファイバ端面３ｅが突き合せられる。光ファイバ３の配置は、手動で行ってもよいし、又は、自動設置装置（ロボット等）を用いて行ってもよい。光導波路基板型部ブロック６Ａの端面（端面３０ｅ等）をフラットな面とすることにより、特別な構造を用いずに、光ファイバ３の光軸方向の位置決めが可能となる。この状態で、図１２（ｃ）に示されるように、上成形型６に配置された突き出しピン６３が下降して、光ファイバ３が仮固定される。次に、図１２（ｃ）に示されるように、上成形型と下成形型が閉じられる。この状態で、図示しない樹脂供給部からキャビティ内に光導波路基板材料Ｍが注入される。
【００３６】
注入された光導波路基板材料Ｍが十分冷却された段階で、図１４（ａ）に示されるように、上下成形型６，５が開かれる。この時、成形された光導波路基板２は、前出と同様にキャビティ内側壁の摩擦抵抗によって上成形型６のキャビティ内に保持されている。その後、図１４（ｂ）に示されるように、上成形型６及び光導波路基板型部ブロック６Ａを貫通して設けられた突き出しピン６３が図示しない駆動源（エアシリンダ等）によって同期駆動して下方に突き出され、光ファイバ３を取り込んで一体成形された光導波路基板２がキャビティ内から取り出される。
【００３７】
このように、上下成形型６，５に埋設された光導波路基板型部ブロック６Ａ及び光ファイバ位置決めブロック５Ａを用いる方法によれば、以下の利点がある。光ファイバ位置決めブロック５Ａは、研削盤のみによって高精度な加工により容易に製作することができる。また、光ファイバ位置決めブロック５Ａは、一体物として構成されれば、入光側、出光側の光軸ずれが起こらない。また、光導波路基板型部ブロック６Ａは、単純な凸形状部を持つブロックとして製作できるため加工が容易になる。さらに、各々のブロックを上下成形型に分けてそれぞれ配置するようにしているので、それぞれ一つの型に一つのブロックを配置するだけで成形型全体の組立を行うことができ、組立作業が容易になり、組立位置精度を出し易いという利点がある。
【００３８】
次に、図１５を参照して、さらに別の実施形態に係る成形型を用いた光モジュールの成形方法について説明する。図１５（ａ）に示されるように、上成形型６は前出のものと同様であるが、下成形型５は、光導波路形状を賦形可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部ブロック５Ｃ（第１の成形型）と、光導波路基板型部ブロック５Ｃの端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部ブロック５Ｂ（第２の成形型）を入れ子として有する。光ファイバ位置決め部ブロック５ＢのＶ溝５２の断面中心線を光導波路基板型部端面３０ｄ，３０ｅの凸形状断面の中心線と一致するような成形型構成とすることによって、前出のように光ファイバ３と光導波路との光軸位置合わせと固定を容易に行うことができ、生産性の向上が図れる。光ファイバ位置決め部について、図１５（ｃ）にＶ溝５２として示されるように、Ｖ溝断面形状としているが、矩形断面又はＵ字型断面その他の形状であっても構わない。光ファイバ３の設置及び固定保持方法は前出のものと同様であり、また、光ファイバ３と光導波路形状を賦形する凸形状２０ｅ等との位置関係は、図１５（ｃ）に示されるように、前出のものと同様である。
【００３９】
光ファイバ３が下成形型内に設置された状態で、図１５（ｂ）に示されるように、上成形型６と下成形型５が閉じられ、図示しない樹脂供給部からキャビティ６２内に光導波路基板材料Ｍが注入される。以下、光ファイバ３と光導波路基板２が一体成形された光モジュール１の取り出しまでの工程は、前出のものと同様である。上記の方法によれば、光ファイバ位置決め部ブロック５Ｂは、研削盤のみによって高精度な加工により容易に製作することができる。また、光導波路基板型部ブロック５Ｃについても単純な凸形状部を持つブロックとして製作できるため加工が容易になる。
【００４０】
次に、図１６を参照して、上記とは別の実施形態に係る光ファイバ保持機構について説明する。上成型型６は前出のいずれかと同じであり、下成形型５も以下に述べる点以外、前出のいずれかと同じである。下成形型５は、その上面中央に光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部を有し、この光導波路基板型部の端部に光ファイバを支持して設置するためのＶ溝５２から成る光ファイバ位置決め部を有している。光ファイバ位置決め部のＶ溝５２には、排気孔Ｈが設けられ、排気孔Ｈは、排気管Ｒ及び排気バルブＶ１を介して真空ポンプ（排気源）Ｓに連通している。排気管Ｒに設置されたバルブＶ１及びリーク用バルブＶ２は、成型工程と連動して開閉が可能である。バルブＶ１，Ｖ２が閉じた状態で光ファイバ位置決め部に光ファイバが取り付けられた後、バルブＶ１を開くことによって、光ファイバ位置決め部のＶ溝５２の真空排気が行われる。これにより、光ファイバ３が光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に吸着固定される。このように、光ファイバ３が光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に吸着されることで、型閉じ時や型閉じ後の成型樹脂注入時にも光ファイバを確実に固定でき、光ファイバ位置決め部から光ファイバがはずれることが防止される。また、押さえピンで光ファイバを光ファイバ位置決め部に押さえ付ける方法に比べて、強過ぎる押し圧力のため押さえピンが光ファイバを傷付けるといったこともなく、光ファイバ心線を保護する効果もある。
【００４１】
次に、図１７乃至図２１を参照して、さらに別の実施形態に係る光モジュールの成形方法につき、成形型の水平方向位置決めを説明する。図１７に示される下成形型５は、光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅを持つ光導波路基板型部５Ｃと、光導波路基板型部５Ｃの両端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂを組み込む構造を有する。光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂを下成形型５に組み込む際に、下成形型５の左端にある組み込み部Ｃに位置決めブロックＬＢが設置される。光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂは、下成形型５の右端に設けられた水平方向に移動可能な押さえピン５３により、位置決めブロックＬＢの一面向けて押さえ付けられる。このようにして、下成形型５に光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂが組み込まれ、Ｖ溝５２と光導波路形状を成型可能な凸形状２０ｄ，２０ｅ，２０ｅの光軸合わせが自動的に行われる。このような構成の下成形型５を用いる方法では、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂとが独立に交換できるため、図に示したような入出力が１対２の光ファイバ構成から、１対３の光ファイバ構成に組み替えることなどが容易に行える。
【００４２】
また、図１８に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂ，５Ｂとの３者について共通に用いられる位置決めブロックＬＢの他に、２者について用いられる位置決めブロックＬＢ１，ＬＢ２を備えたものである。このように、位置決めブロックを複数個用いて光導波路基板型部５Ｃ、及び光ファイバ位置決め部５Ｂ、５Ｂの位置を個々に調整することも可能である。また、光導波路基板型部５Ｃと光ファイバ位置決め部５Ｂについて、図示されたものとは別構成として、それぞれ逆側面に位置決めブロック及び押さえピン５３を設置して各部の水平位置の調整をすることも可能である。また、図１９に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃの両端に設ける光ファイバ位置決め部５Ｂを一体構成として、その内部に光導波路基板型部５Ｃを位置決めブロックＬＢを用いて組み込むものである。
【００４３】
また、図２０に示される下成形型５は、光導波路形状を成型可能な凸形状を持つ光導波路基板型部５Ｃと、光導波路基板型部５Ｃの端部に光ファイバを支持して設置するための光ファイバ位置決め部５Ｂ，５Ｂとを有している。これらは、それぞれ、ねじ５４，５５，５６により挟み込まれ、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示すごとく図示しない駆動機構によりそれぞれ水平方向の移動が行われ、光導波路基板型部５Ｃ及び光ファイバ位置決め部５Ｂの取り付け位置が微調整されて、固定される。また、光ファイバ位置決め部のＶ溝５２に光ファイバ３を設置し、外部からレーザ光を光ファイバ３に入光して、光ファイバ先端からレーザ光Ｌを出光させる。そのレーザ光Ｌを基準として用いて光導波路基板型部５Ｃの位置を調整することによって、光導波路基板型部端面の凸形状２０ｄ，２０ｅ中心線と光ファイバ位置決め部５ＢのＶ溝５２の断面中心線を一致させることができる。また、図２１に示される下成形型５は、光導波路基板型部５Ｃの両端に設ける光ファイバ位置決め部５Ｂを一体構成とし、その内部に光導波路基板型部５Ｃをねじ５５，５５を用いて組み込まれ、図示しない駆動機構により光導波路基板型部５Ｃ及び光ファイバ位置決め部５Ｂの取り付け位置が微調整されるものである。
【００４４】
次に、図２２を参照して、上記の光ファイバ一体型光導波路基板を成形する製造装置に光ファイバを供給する機構を加えた製造ラインを説明する。図２２（ａ）に示される光モジュール製造装置は、光ファイバ供給部９と、上記において説明した下成形型５，上成形型６、及び光ファイバ位置決め部５２の構成を有する光導波路基板成形部１０を備えている。光ファイバ供給部９において、光ファイバ３は、光ファイバ３を蓄えたドラムＤから光ファイバ誘導装置９１，９１により引き出されると共に光導波路基板成形部１０に向けて送り出され、光ファイバ被覆除去部９２、光ファイバ研磨部９３、光ファイバカット部９４，９４を経由して光導波路基板成型部１０に供給される。この間に、光ファイバ３は、光ファイバ被覆除去部９２において被覆が除去され、被覆除去された光ファイバ３は、光ファイバ研磨部９３においてその先端面が研磨される。そして、下成型部５に誘導された光ファイバ３は、光導波光ファイバ位置決め部５２に押さえ付けられた後、光ファイバカット部９４により切断される。ドラムＤ側の光ファイバ３は、逆回転された光ファイバ誘導装置９１及びドラムＤにより引き戻され、光ファイバ先端が光ファイバ被覆除去部９２に位置させられる。以後は、上記と同じ動作が繰り返される。また、図２２（ｂ）に示される光モジュール製造装置においては、光導波路基板成型部１０の上下成形型６，５に光ファイバカット用の刃が一体化されたものである。光ファイバは、上下成形型６，５の閉動作の工程と同時に切断されるので、別途の光ファイバカット部の駆動が不要となり、製造装置の簡略化と工程の省略による生産性の向上が可能となる。
【００４５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、光導波路基板で接合する光ファイバの対は、１対３又は１対２に限らずこれらの対を並列に複数構成することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて光ファイバを保持した後、成形型を用いて光導波路基板の成形と共に光導波路基板に光ファイバを接合して一体化した光モジュールが形成されるので、光導波路基板に接着剤により別途光ファイバを接合する従来の方法に比べ、生産性向上、製品品質の向上、コスト低減の効果がある。また、接着剤を用いることなく、光導波路基板の成形に用いられる成形材料の硬化収縮を利用して光導波路基板と光ファイバとの接合が行われるので、光導波路基板の膨張・収縮時の光導波路基板の寸法変化により発生する光導波路位置変化に対し、光ファイバは常に追随して位置が変化し、光路接合部における芯ずれが発生しない。また、接着剤を用いていないので接着剤の劣化による芯ずれも発生しない。これらにより、光モジュールの品質向上、信頼性向上の効果がある。
【００４７】
請求項２の発明によれば、短い製造サイクルの射出成形により、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して、光モジュールを生産性良く製造することができる。また、請求項３の発明によれば、成形材料の射出時に、光ファイバの位置ずれを起こす力が低減されており、請求項４の発明によれば、光ファイバが動く可能性のある射出成形開始時に光ファイバに対して高い射出圧力を与えることが避けられており、共に光ファイバの保持位置を保って精度良く光モジュールを製造できる。また、請求項５の発明によれば、樹脂流動が均一となるので、樹脂収縮が均一となり、残留応力による光ファイバの破断を防ぐことができる。
【００４８】
請求項６の発明によれば、光導波路基板と光ファイバとを光結合させる端面接触部の直近において、光ファイバの末端位置を確実に位置決めすることができる。さらに、請求項７の発明によれば、光ファイバを位置決めした位置に保持した状態で光導波路基板の形成と光導波路基板への光ファイバ接合ができるので、接合部形成過程において光ファイバが保持部からはずれることなく、光学的結合精度の良い光モジュールが得られる。また、請求項８の発明によれば、吸引により光ファイバを保持するので、光ファイバに傷付けることがなく、また、保持部から光ファイバがはずれるのを防ぐことができる。
【００４９】
請求項９の発明によれば、コア部形成用の成形型と光ファイバ配置用の溝を有する成形型が対向して分離されており、個別の成形型の構造が単純になるため、成形型の製造が容易となる。また、請求項１０の発明によれば、コア部形成用の成形型と光ファイバ保持用の成形型が分離されており、それぞれの成形型の構造が単純になるため、成形型の製造が容易となり、生産性向上、コスト低減が図れる。また、請求項１１の発明によれば、２つの成形型の相対位置を調節する駆動機構を設けたので、成形型の再製作を行うことなく光軸合わせの修正ができるので、生産効率向上やコスト低減が図れる。
【００５０】
請求項１２の発明によれば、光導波路基板のコアの光軸と光ファイバの光軸とを合わせた状態で、光ファイバと光導波路基板とを一体成形して光モジュールが製造されている。この光モジュールは、光軸合わせの精度がよく、また経時変化による光軸のずれが生じず、信頼性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ一体型光導波路基板からなる光モジュールの斜視図。
【図２】同上光モジュールを製造する下成形型の斜視図。
【図３】（ａ）は同上光モジュールを製造する成形型開状態の断面図、（ｂ）は同閉状態の断面図、（ｃ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図。
【図４】（ａ）は図３（ｃ）におけるＡ１−Ａ１断面図、（ｂ）は同Ａ２−Ａ２断面図、（ｃ）は同Ａ３−Ａ３断面図。
【図５】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図６】（ａ）は同上光モジュールを射出成形により製造する装置の成形型閉状態断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図、（ｃ）は同装置のスプルランナ開状態の断面図、（ｄ）は同装置からスプルランナ除去を説明する断面図。
【図７】（ａ）は同上装置のスプルランナ閉状態断面図、（ｂ）は同成形型開状態の断面図、（ｃ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図８】同上装置における射出速度の図。
【図９】（ａ）は同上光モジュールを圧縮成形により製造する装置の成形型閉状態断面図、（ｂ）は同装置の成形型閉状態の断面図、（ｃ）は同装置の圧縮成形状態の断面図。
【図１０】（ａ）は図９（ｃ）におけるＣ１−Ｃ１断面図、（ｂ）は同Ｃ２−Ｃ２断面図、（ｃ）は同Ｃ３−Ｃ３断面図。
【図１１】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図１２】（ａ）は上記とは異なる実施形態に係る成形型を用いた同上光モジュールを製造する装置の成形型開状態の断面図、（ｂ）は同半閉状態の断面図、（ｃ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図。
【図１３】（ａ）は図１２（ｃ）におけるＤ１−Ｄ１断面図、（ｂ）は同Ｄ２−Ｄ２断面図、（ｃ）は同Ｄ３−Ｄ３断面図。
【図１４】（ａ）は同上光モジュール成形後の成形型開状態を示す断面図、（ｂ）は同状態から光ファイバ一体型光導波路基板が離型された状態の断面図。
【図１５】（ａ）は上記とはさらに異なる実施形態に係る成形型を用いた同上光モジュールを製造する装置の成形型開状態の断面図、（ｂ）は同閉状態においてキャビティ内に光導波路基板材料が注入された状態の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ２−Ｅ２断面図、（ｄ）は同Ｅ３−Ｅ３断面図。
【図１６】同上光モジュールを製造する装置において光ファイバの吸引保持を説明する概念断面図。
【図１７】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置への分割下成形型の組み込みを説明する水平断面図、（ｂ）は同分割した下成形型の位置合わせ前段階の水平断面図、（ｃ）は同位置合わせ後の水平断面図。
【図１８】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図１９】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図２０】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置への分割下成形型の他の組み込み例を説明する水平断面図、（ｂ）は同分割した下成形型の位置合わせ段階の水平断面図、（ｃ）は（ｂ）のＦ部詳細平面図。
【図２１】同上他の変形例を示す水平断面図。
【図２２】（ａ）は同上光モジュールを製造する装置に光ファイバ供給部を連結した装置の概念図、（ｂ）は同他の実施形態を示す概念図。
【図２３】（ａ）は従来の光ファイバと光導波路とを結合する光モジュールの外形斜視図、（ｂ）は同内部を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 光モジュール（光ファイバ一体型光導波路基板）
２ 光導波路基板
３ 光ファイバ
５ 下成形型（成形型）
６ 上成形型（成形型）
３ｅ 光ファイバの端面
２０ｄ、２０ｅ 凸形状（凹凸パターン）
３０ｄ，３０ｅ 端面（凹凸パターンの端面）
５Ｂ 光ファイバ位置決め部（第２の成形型）
５Ｃ 光導波路基板型部（第１の成形型）
５２ Ｖ溝（溝）
５４，５５，５６ ねじ（駆動機構）
６４ 光ファイバ押えピン（保持部材）
Ｍ 光導波路基板材料（成形材料）
Ｗ 光導波路基板材料（成形材料）
Ｓ 排気源
Ｈ 孔
Claims (12)
- 光を導波させるためのコア部を形成するための凹凸パターンを有する光導波路基板と光を伝送する光ファイバとを光軸について光学的に結合すると共に、前記光導波路基板と前記光ファイバとを一体化してなる光モジュールの製造方法において、
前記光導波路基板の成形型に設けられた、前記コア部形成用の凹凸パターンの端面と、光ファイバの端面とを対向させて前記成形型内の所定位置に配置し、前記光ファイバを保持する工程と、
前記工程の後に、前記成形型を用いて前記光導波路基板を形成すると共に前記光ファイバを前記光導波路基板に接合する工程を用いることを特徴とする光モジュールの製造方法。 - 射出成形を用いて光導波路基板を形成することを特徴とする請求項１記載の光モジュールの製造方法。
- 成形材料を注入するためのゲート位置を前記光ファイバの軸線に対して左右対称になるように配置した成形型を用いて光導波路基板を形成することを特徴とする請求項２記載の光モジュールの製造方法。
- 光導波路基板の形成時の射出工程が、溶融樹脂を低圧で射出した後、高圧で射出して行われることを特徴とする請求項２記載の光モジュールの製造方法。
- 圧縮成形を用いて光導波路基板を形成することを特徴とする請求項１記載の光モジュールの製造方法。
- 光ファイバを固定するための光ファイバ保持部を内部に設けた成形型を用いて光導波路基板を形成することを特徴とする請求項１記載の光モジュールの製造方法。
- 成形型に対して独立に移動可能な保持部材を用いて光ファイバを保持した後、光導波路基板を形成することを特徴とする請求項６記載の光モジュールの製造方法。
- 前記光ファイバを配置する部位に排気源に連通した孔を有する成形型を用いて、前記排気源から排気することにより前記光ファイバを吸引保持した後、光導波路基板を形成することを特徴とする請求項６記載の光モジュールの製造方法。
- コア部形成用の凹凸パターンを有する成形型と、この成形型と対向し、かつ光ファイバを所定の位置に配置するための溝を有する成形型とを用いて、光導波路基板を形成することを特徴とする請求項６記載の光モジュールの製造方法。
- 光導波路基板を成形するための第１の成形型の外側に、光ファイバを保持する機構を有する第２の成形型を配置した複合型を構成し、前記第２の成形型により光ファイバを保持した後、前記複合型を用いて光導波路基板を形成することを特徴とする請求項６記載の光モジュールの製造方法。
- 前記第１の成形型と前記第２の成形型の相対位置を微調整するための駆動機構を第１の成形型又は第２の成形型に設け、この駆動機構を用いて前記第２の成形型に保持した光ファイバの位置を調整した後、光導波路基板を形成することを特徴とする請求項１０記載の光モジュールの製造方法。
- 請求項１乃至請求項１１記載のいずれかの方法により製造された光モジュール。
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