JP2004348008A - Ｖ溝基板およびその製造方法、ならびにｖ溝成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】欠けがないＶ溝基板を成形により良好な転写性や離型性を有した状態で成形できるＶ溝基板およびその製造方法、ならびにＶ溝成形金型を提供する。
【解決手段】Ｖ溝２を、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面５で構成し、これらの傾斜面５の上端部同士および下端部同士を、湾曲面６，７を介してなだらかに接続する。これにより、Ｖ溝成形金型におけるＶ溝用突状部のエッジ部（上端部および下端部）の応力集中が軽減され、この結果、Ｖ溝成形金型の寿命を延ばすことができると同時に、Ｖ溝基板のエッジ部での欠けを防いで品質を安定させることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＶ溝基板およびその製造方法、ならびにＶ溝成形金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバの敷設、利用が飛躍的に進んでいる。この光ファイバを整列させる部品として、光ファイバと他の光学部品との接続を目的とした光ファイバアレイが知られている。この光ファイバアレイにおいては、光ファイバをＶ溝に載せて整列させるＶ溝基板が使用されている。このＶ溝基板の製造方法は、機械加工、成形、異方性エッチングなどの方法があるが、成形による製造が製造コストや量産性に優れる利点を有することから多く用いられており、この場合の基板材料としては樹脂やガラスがある。
【０００３】
基板材料として樹脂を採用する場合には、成形温度が比較的低温（３００℃程度）ででき、金型母材も加工が容易な材料が選択でき、金型寿命も長い長所がある。しかしながら、熱等の環境による精度が劣化しやすい問題がある。
【０００４】
これに対して、基板材料としてガラスを採用する場合には、成形温度が高温（６００℃程度）であるため、金型母材に耐熱性が高い硬脆材料を用いなければならなくて加工が困難であり、金型寿命が短い短所がある。しかしながら、基板材料として樹脂を採用する場合と比較して、熱等の環境による精度が劣化しにくい長所があるため、ガラスを基板材料に使用することが増えている。
【０００５】
ここで、Ｖ溝の形状は光ファイバの固定方法等によりＶ溝の角度、形状が決まっている（例えば特許文献１参照）。図１０は前記特許文献１に記載された従来のＶ溝基板などを示すものである。
【０００６】
従来のＶ溝基板７０のＶ溝７１は、図１０に示すように、互いに鈍角で接触する第１傾斜面７２と、これらの第１傾斜面７２の上端に続いて形成され、その延長ラインが互いに鋭角で交差する第２傾斜面７３との２段の斜面７２、７３を有しており、Ｖ溝７１間は水平面７４でつながれている。なお、図１０における７５は光ファイバ、７６は上基板である。
【０００７】
また、このようなＶ溝基板７０をプレス成形により製造しようとすると、溶融ガラスを粗プレスした後、図１１に示すような、２段の傾斜面７７、７８と、水平面部７９とを有するリヒートプレス用のＶ溝成形金型８０を用いて、金型形状を精密に転写させることになる。なお、図１１における８１は、鋭利な傾斜面７７同士が交差する山頂部、８２は傾斜面７７、７８と水平面部７９とが接続する谷部である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２７５４７９号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のＶ溝基板７０では鋭角から鈍角の複数の角度からなる傾斜面７２、７３でＶ溝７１が構成されており、Ｖ溝成形金型８０には鋭角な山頂部８１が設けられているため、成形工程において、前記鋭角な山頂部８１によりＶ溝基板７０への転写性、離型性を悪くし、Ｖ溝成形金型８０の寿命が短くなる欠点がある。また、山頂部８１や谷部８２は、直線同士をつないだエッジ形状であるため、Ｖ溝成形金型８０の欠けや、成形したＶ溝基板７０の欠けを発生し易いという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は上記課題を解決するもので、欠けがないＶ溝基板を成形により良好な転写性や離型性を有した状態で成形できるＶ溝基板およびその製造方法、ならびにＶ溝成形金型を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＶ溝基板は、Ｖ溝が、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面で構成され、これらの傾斜面の上端部同士および下端部同士がなだらかに接続されていることを特徴とする。また、本発明のＶ溝成形金型は、Ｖ溝を形成するＶ状の突条部が、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面で構成され、これらの傾斜面の上端部同士および下端部同士がなだらかに接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、成形によりＶ溝基板を製造する際に、良好な転写性や離型性を得られ、欠けのない良好なＶ溝基板を製造できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるＶ溝基板などの断面図である。図１において、１はＶ溝２が形成されたＶ溝基板、３は光ファイバで、この光ファイバ３は、Ｖ溝２上に載せられるとともに上基板４によって押さえられた姿勢で固定される。
【００１４】
ここで、固定されたときの光ファイバ３の位置決め精度はＶ溝２を構成している傾斜面５同士のなす角度θ（詳しくは、傾斜面５の延長ライン同士が交差する角度）に依存する。図９に示すように、この角度θが大きくなると、Ｖ溝２に接触している光ファイバ３がＶ溝２から受ける反力Ｆの水平方向成分Ｆｘが小さくなり、横方向の保持力を小さくする。これを考慮するとＶ溝２の角度θが９０゜以上になると水平方向の成分が小さくなって、光ファイバ３の保持力が減少することから、Ｖ溝２の角度θは９０゜以下にする必要がある。
【００１５】
また、図２の線図は、Ｖ溝基板１を、図３に示すＶ溝成形金型１０を用いて一定圧力で成形した場合のＶ溝２の角度と転写性を示し、この図に示すように、Ｖ溝２の角度θが小さくなると成形の転写率が悪くなる。転写率をよくするためには成形のプレス圧力を高くしたり、成形時間を長くしたりする必要がある。これはＶ溝成形金型１０の寿命を短くするので、できるだけ低いプレス圧力で成形時間を短くするのが望ましい。よってＶ溝成形金型１０の寿命を考慮するとＶ溝２の角度θは６０゜以上が望ましい。これらを考慮して、Ｖ溝２の角度θは６０゜〜９０゜であるのがよい。
【００１６】
また、図１１に示す従来のＶ溝成形金型８０のように、Ｖ溝成形用の傾斜面７７、７８間の山頂部８１がエッジ形状だと、プレス成形の時に、この箇所で応力集中が起こるため、Ｖ溝基板７０（図１０参照）に欠けが発生しやすい。そして、谷部８２がエッジ形状だと、成形したＶ溝基板７０におけるＶ溝７１間の水平面７４の両端部がエッジ形状になり欠けが発生しやすい。
【００１７】
このため、本実施の形態のＶ溝基板１では、Ｖ溝２をなす傾斜面５の上端部および下端部に湾曲面部６，７を形成し、これらの湾曲面部６，７を介して、Ｖ溝２をなす傾斜面５の上端部同士（いわゆる山頂部）および下端部同士（いわゆる谷部）をなだらかに接続させている。また、これに対応させるべく、Ｖ溝成形金型１０において、図３に示すように、Ｖ溝２の傾斜面５を成形するＶ溝用突条部１４を、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面１１で構成し、これらの傾斜面１１の上端部同士および下端部同士を、湾曲面部１２，１３を介してなだらかに接続している。これにより、Ｖ溝成形金型１０を用いてＶ溝基板１を成形した際に、欠けが発生しにくいように図っている。
【００１８】
本実施の形態１では、図４に示すダイヤモンド砥石２０で研削加工を行ってＶ溝成形金型１０を形成した。ここで、ダイヤモンド砥石２０のＶ溝２１の角度θは７５゜、Ｖ溝２１の上端部および下端部の湾曲部２２、２３の曲率半径は０．０４ｍｍである。ダイヤモンド砥石１１は荒さ＃１５００の、レジンなどを配合した金属系接着剤によりダイヤ砥粒を結合したものを使用した。そして、幅５ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚み２ｍｍの超硬金属からなるＶ溝成形金型１０の母材に１０本のＶ溝用突条部１４を１２５μｍピッチで加工し、図３に示すようなＶ溝成形金型１０を作製した。なお、図３においては、Ｖ溝用突条部１４を５本設けたものを図示している。このＶ溝成形金型１０のＶ溝用突条部１４の測定を接触式の形状測定器で行い、光ファイバ３の接触する直線のみをデータ解析し、光ファイバ３を固定する箇所の寸法測定を行ったところ、前記固定箇所のピッチ誤差と上下方向のズレとはそれぞれ±０．５μｍ以内であった。
【００１９】
図５に示すように、このＶ溝成形金型１０と平板金型１５を用いて、Ｖ溝基板１の母材としての、幅４ｍｍ×長さ８ｍｍ×厚み２ｍｍの平板ガラス８を加熱しながらプレスして成形してＶ溝基板１を作製した。このようにして成形したＶ溝基板１に、図１に示すように、光ファイバ２を置き上基板４で押さえて固定した状態で光ファイバ３の中心ピッチ誤差と各Ｖ溝２の上下方向のズレとを光学顕微鏡で測定すると±０．５μｍ以内であり、Ｖ溝成形金型１０の形状を忠実に転写し、固定したときの横方向のズレも発生してないことを確認できた。また、Ｖ溝基板１の上端部および下端部に湾曲面部６、７を設けた構成により、Ｖ溝成形金型１０におけるＶ溝用突状部１４のエッジ部（上端部および下端部）の応力集中が軽減され、この結果、Ｖ溝成形金型１０の寿命を延ばすことができると同時に、Ｖ溝基板１のエッジ部での欠けを防いで品質を安定させている。
【００２０】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるＶ溝基板のＶ溝部分の拡大断面図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２１】
図６に示すように、このＶ溝基板１のＶ溝２の角度θは上記実施の形態１と同じ７５゜である。ただし、このＶ溝基板１では、Ｖ溝２間の山頂部と谷部とをそれぞれ、２つの湾曲面部３１、３１、３３、３３と、これらの間の直線部３２、３４とで構成することでエッジのない形状に構成している。また、これに対応して、図７に示すように、Ｖ溝２の傾斜面５を成形するＶ溝成形金型１０のＶ溝用突条部１４を、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面１１で構成し、これらの傾斜面１１の上端部同士および下端部同士を、２つの湾曲面部３５、３５、３６、３６とこれらの間の直線部３７、３８とを介してなだらかに接続している。
【００２２】
ところで、実施の形態１においてはＶ溝基板１の谷部では湾曲面部７の曲率半径は光ファイバ３の半径６２．５μｍ以下でなければ、光ファイバ３を押さえたときにＶ溝２の両面で固定できないことになる。
【００２３】
これに対して、この実施の形態２の構成によれば、Ｖ溝基板１におけるＶ溝２間の谷部を、２つの湾曲面部３３、３３と、これらの間の直線部３４とを組み合わせて形成しているので、前記湾曲面部３３の曲率半径は光ファイバ３の半径に関係なくなり、Ｖ溝２の傾斜面５と直線３４に接する円弧半径で決定されることとなり、金型加工が容易になる。
【００２４】
なお、本実施の形態２では、図８に示すダイヤモンド砥石２０で研削加工を行って、図７に示すようなＶ溝成形金型１０を形成した。ここで、ダイヤモンド砥石２０のＶ溝２１の角度θは７５゜、Ｖ溝２１における下端部の湾曲部２３の曲率半径は０．１ｍｍである。ダイヤモンド砥石１１は荒さ＃１５００の、レジンなどを配合した金属系接着剤によりダイヤ砥粒を結合したものを使用した。そして、幅５ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚み２ｍｍの超硬金属からなるＶ溝成形金型１０の母材に１０本のＶ溝用突条部１４を１２５μｍピッチで加工した。また、Ｖ溝用突条部１４の上端部の湾曲部３３は研削加工後に研磨で加工してＶ溝成形金型１０を作製した。なお、測定およびＶ溝基板１の成形工程は実施の形態１と同様なので省略する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＶ溝基板およびＶ溝成形金型によれば、Ｖ溝やＶ状突条部の傾斜面の上端部同士および下端部同士がなだらかに接続されているので、良好な転写性や離型性を得られ、平板ガラスから成形してＶ溝基板を良好に作製できるとともに、Ｖ溝成形金型の寿命を延ばすことができ、Ｖ溝基板の品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＶ溝基板などの断面図
【図２】Ｖ溝角度に対する成形ガラスの転写性の関係を示す線図
【図３】本発明の実施の形態１におけるＶ溝成形金型の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるダイヤモンド砥石の断面図
【図５】本発明の実施の形態１におけるＶ溝基板をプレスする工程を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２におけるＶ溝基板のＶ溝部分の拡大断面図
【図７】本発明の実施の形態２におけるＶ溝成形金型の斜視図
【図８】本発明の実施の形態２におけるダイヤモンド砥石の断面図
【図９】Ｖ溝角度に対する反力を示す図
【図１０】従来のＶ溝基板の断面図
【図１１】従来のＶ溝成形金型の断面図
【符号の説明】
１ Ｖ溝基板
２、２１ Ｖ溝
３ 光ファイバ
４ 上基板
５、１１ 傾斜面
６、７、１２、１３、２２、２３、３１、３５、３６
湾曲面部
８ 平板ガラス
１０ Ｖ溝成形金型
１４ Ｖ溝用突条部
１５ 平板金型
２０ ダイヤモンド砥石
３２、３４、３７、３８ 直線部

Claims (6)

1. 光ファイバを載せるＶ溝が形成されたＶ溝基板であって、前記Ｖ溝が、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面で構成され、これらの傾斜面の上端部同士および下端部同士がなだらかに接続されていることを特徴とするＶ溝基板。
2. 傾斜面の上端部同士および下端部同士の接続部分が、曲線または曲線と直線との組み合わせにより構成されて、曲線形状に近い多角形の形状であることを特徴とする請求項１に記載のＶ溝基板。
3. 平板ガラスをプレス成形することにより請求項１または請求項２に記載のＶ溝基板を製造することを特徴とするＶ溝基板の製造方法。
4. 光ファイバを載せるＶ溝が形成されたＶ溝基板を成形するＶ溝成形金型であって、前記Ｖ溝を形成するＶ状の突条部が、６０゜〜９０゜の角度でＶ形状に傾斜する傾斜面で構成され、これらの傾斜面の上端部同士および下端部同士がなだらかに接続されていることを特徴とするＶ溝成形金型。
5. 傾斜面の上端部同士および下端部同士の接続部分が、曲線または曲線と直線との組み合わせにより構成されて、曲線形状に近い多角形の形状であることを特徴とする請求項４に記載のＶ溝成形金型。
6. 母材が超硬金属であることを特徴とする請求項４または５に記載のＶ溝成形金型。

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