JP2005153082A

JP2005153082A - 研磨加工装置

Info

Publication number: JP2005153082A
Application number: JP2003395652A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 崇山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】全長２ｍｍ程度の短い光素子を研磨治具に短時間で安定して固定し、高精度なＰＣ研磨を提供する。
【解決手段】フェルール４に光ファイバ２７を挿入固定したスタブもしくはピグテイルの光素子を複数の貫通孔に固定する研磨治具１と、螺旋回転運動する研磨盤によって光素子の先端面２９を研磨する光素子先端面研磨加工装置において、光素子の背面と側面を真空ポンプで上記貫通孔に吸着固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に使用する光素子を固定し先端面を加工するための研磨加工装置に関するものである。

光信号を電気信号に変換するための光モジュールは、半導体レーザーやフォトダイオード等の光素子をケース内に収納し、光ファイバを通じて光信号を導入又は導出するような構造となっている（特許文献１参照）。

上記光モジュールのうちコネクタを接続するようにしたレセプタクル型の光モジュールは、図５に示すような光レセプタクル１８の一端に受発光素子２２を備えるとともに、他端に光コネクタ（ＳＣコネクタ）のプラグフェルール１７を接続するものである。

上記光レセプタクル１８は、図５に示すようにジルコニア、アルミナ等のセラミック材料からなるフェルール４と、該フェルール４の貫通孔に石英ガラス等からなる光ファイバ２７を挿入固定して得られたスタブ１３の後端部をホルダ２０に圧入により固定し、先端部をスリーブ１９の内孔に挿入するとともに、それらをスリーブケース２１に圧入又は接着固定することによって構成されている。

近年、高密度実装の要求から光モジュールの小型化が求められており、光レセプタクル１８の全長も短くすることが求められている。この光レセプタクル１８の全長を短くするのに伴いスタブ１３の全長も短くする必要性がある。

また、光レセプタクル１８に接続されるコネクタもＳＣコネクタ等からＬＣコネクタ等のより小さなコネクタが使用されている。

上記光レセプタクル１８に使用されるスタブ１３は円柱形状であり、フェルール４の先端面２９は光ファイバ２７と同時に鏡面研磨されている。

前記フェルール４の外径公差は±１μm以下で、光ファイバ２７の挿入穴の同心度は１μm程度の非常に精密な部品である。

光ファイバ２７の中心部には光信号が伝搬するコアがあり、コアとコアを接続し、接続損失の少ない光コネクタを実現する為、フェルール４の先端面２９を曲面に研磨し、曲面の頂点部に光ファイバ４のコアを有するＰＣ研磨型の光コネクタが有効である。

このＰＣ研磨は、粗研磨工程、中仕上げ研磨工程及び仕上げ研磨工程の３工程からなる研磨加工により、加工変質層の少ない高精能な仕上げ研磨がなされる。

ここで用いられるスタブ１３の先端面２９を研磨する研磨加工装置としては、螺旋回転する円盤状の研磨盤２５に対して定位置に設けられた従来の研磨治具１２にスタブ１３を固定し、このスタブ１３の先端面２９を研磨盤２５に接触させ、この状態で前記研磨盤２５を螺旋回転することで、先端面２９を研磨する構成が一般的である。

図４は、前述のような研磨加工装置に適用される研磨治具の一例を示している。

図４において、従来の研磨治具１２は、プレート状の治具本体の外周面の複数箇所に固定板１６によって、スタブ１３を着脱自在に固定するようになっている。

固定板１６は、ネジ部材１４を従来の研磨治具本体１５に向けて捩じ込むことで、従来の研磨治具本体１５の外周面に形成された収納溝内に収納されたスタブ１３を、収納溝内面に押圧固定するようになっている（特許文献２参照）。この押圧固定をする際、各スタブ１３の先端面２９の背面をセット台２６に向けて押圧することにより先端面２９の高さを均一に揃え研磨量のバラツキを制御していた。
特開２００１−６６４６８号公報特開２００３−１８１７５３号公報

しかしながら、このような従来の研磨加工においては、研磨治具の厚みより全長の短い光素子の先端面を研磨加工する場合、研磨治具と光素子の固定面積が不充分であることから、研磨治具の固定板をネジ部材によって研磨治具本体に向けて捩じ込む際に、光素子が傾いた状態で固定される場合があり、曲面の頂点ずれの原因となっていた。

また、研磨治具の厚みより全長の短い光素子の先端面の高さを均一に揃えて研磨治具に固定する際、光素子の背面が研磨治具に埋もれてしまうため、セット台に向けて光素子の背面を押圧することができなかった。

上記問題点に鑑みて本発明の光素子先端面研磨加工装置は、フェルールに光ファイバを挿入固定したスタブもしくはピグテイルの光素子を固定する複数の貫通孔を備えた研磨治具と、螺旋回転運動する研磨盤とを有し、該研磨盤によって上記光素子の先端面を研磨する研磨加工装置において、上記光素子の背面及び／又は側面を真空ポンプで上記貫通孔に吸着固定するようにしたことを特徴とするものである。

また、上記真空ポンプが３０ｋＰａ以下の真空度で上記光素子を吸着固定することを特徴とするものである。

また、上記貫通孔の光素子挿入部の内径が、上記光素子の外径よりも０．００５ｍｍ〜０．０１０ｍｍ大きく、上記光素子挿入部以外の内径が、上記光素子の外径よりも小さく、上記光ファイバの外径よりも大きいことを特徴とするものである。

また、上記貫通孔の内壁が１２５０ＨＶ以上の硬度を有している部材で形成されていることを特徴とするものである。

また、上記研磨治具の中心から上記各貫通孔までの距離がそれぞれ異なることを特徴とするものである。

また、上記貫通孔が研磨治具に同心円状に配置されたことを特徴とするものである。

このように本発明によれば、曲面の頂点ずれが起こらず、より高精度な光素子のＰＣ研磨を実現することができる。

また、従来のようなネジ部材を捩じ込む作業が省かれるので、光素子の研磨治具への固定がより短時間で済む。

また、各貫通孔の位置を治具の中心から異なる距離としたことによって、光素子の先端面が研磨盤２５上に描く軌跡が同一の円軌跡上とならないので、研磨部材の効率的な使用でコスト削減が可能となる。

ここで、本発明の実施形態を説明する。

図１（ａ）は、本発明の研磨加工装置の一実施形態を示す断面図である。

本発明の研磨加工装置の研磨治具１には段形状の貫通孔３が複数あり、該貫通孔３に光素子を裁置し、その先端面２９の背面を真空ポンプにて吸着固定するものである。

スタブ１３を吸着固定する方法としては、図２（ｂ）に示すように、スタブ１３を貫通孔３に裁置し、その先端面２９の背面側に吸気口の役目をなすホース６を接続し、スタブ１３を吸着固定する。

また、ピグテイル３０の先端面２９を研磨する方法としては、図２（ｃ）に示すように、貫通孔３にピグテイル３０を裁置し、貫通孔３の側面に吸気口の役目をなすホース６を接続し、ピグテイル３０を吸着固定する。

本発明に用いるスタブ１３は、円筒状のフェルール４に光ファイバ２７を接着剤にて接着固定する構成からなる。

このフェルール４の材質は、接着剤との硬度差を利用するため、ジルコニア、アルミナ等のセラミック製が最もよく、次に金属、ガラス製と続くが、樹脂製フェルールは推奨しない。

研磨治具１の貫通孔３において、光素子挿入部３２の内径Ｄ２は、光素子の外径Ｄ３よりも０．００５ｍｍ〜０．０１０ｍｍ大きな範囲であることが好ましい。

０．００５ｍｍより小さな寸法差では、光素子を貫通孔３に裁置する際に、光素子が貫通孔３に引っ掛かり光素子の側面及び先端面に傷が発生する。

一方、寸法差が０．０１０ｍｍ以上では光素子と貫通孔３に隙間が生じ、その状態でＰＣ研磨を行うと先端面２９の曲面の頂点ずれが発生する。この頂点ずれが大きいと、コネクタ同士を接続した際、光信号が伝搬するコア同士が充分に接続することができなく、接続損失が大きくなってしまう。

また、上記貫通孔３の光素子挿入部３２以外の内径Ｄ１は、光素子の先端面２９の背面を真空ポンプによる空気圧にて吸着固定する際の吸気口の役目をなしており、内径は光素子の外径Ｄ３よりも小さく光ファイバの外径Ｄ４より大きければ良い。

上記貫通孔３の光素子挿入部３２は、研磨最中に応力がかかるため１２５０ＨＶ以上の硬度を有する部材で形成されることが好ましい。

光素子挿入部３２が磨耗することによって、光素子挿入部３２の内径Ｄ２が広がってしまい、光素子の外径Ｄ３との寸法差が大きくなり、上記に示した通り先端面２９の曲面の頂点ずれが発生する。光素子挿入部３２の材質は、金属やジルコニアセラミックなどが良い。

上記真空ポンプによる真空度は光素子を研磨治具１の貫通孔３に裁置した際、光素子が研磨治具１から落下しない程度の真空度で充分であり３０ｋＰａ以下が好ましい。

ここで、スタブのＰＣ研磨方法について述べる。

ＰＣ研磨は一般的に研磨機７を用い、研磨機７には図３に示すような螺旋回転する研磨盤２５を具備する。研磨盤２５上にはスタブ１３の先端面２９を研磨する研磨部材１１が脱着可能に取り付けられている。この研磨部材１１は研磨盤２５の上面に固定される弾性部材９の上面に裁置される。弾性部材９の硬度は５５±１０Ｈｓ程度が適当であり、この硬度より硬度が大きい場合は、弾性部材９の厚み方向への弾性変形が少ない為、先端面２９の曲率半径が大きくなり、また、前記硬度より小さい場合は、弾性部材９の厚み方向への弾性変形が大きくなる為、スタブ１３の曲率半径が小さくなり、コネクタ同士を接続させた際に接続損失が大きくなってしまう。

また、研磨部材１１は、荒研磨工程から仕上げ研磨工程毎に研磨部材１１の研磨砥粒を高硬度から低硬度に順次交換して研磨することになる。この研磨砥粒は例えばダイヤモンド、炭化ケイ素、シリカ等がある。

この研磨部材１１の上にスタブ１３が吸着固定された研磨治具１を裁置した後、研磨機７に具備されている加圧ピン１０を研磨治具１の加圧孔２に挿入することによって、スタブ１３の先端面２９が研磨部材１１に押し付ける構造になっており、研磨盤２５が螺旋回転することにより研磨を行うが、このとき荒研磨工程から仕上げ研磨工程毎に研磨砥粒を高硬度から低硬度の研磨部材へ順次交換して研磨することによって、スタブ１３の先端面２９を鏡面に仕上げていく。

さらに、研磨冶具１は、図１（ｂ）のように貫通孔３から研磨治具１の中心までの距離Ｌをそれぞれ異ならせることで軌跡をずらしたり、（ｃ）のように同心円状に貫通孔３を配分することで、各貫通孔３の軌跡が極力重ならない設計にすることが研磨部材１１の消耗を防止するうえで好ましい。

次に、本発明の実施例を示す。

ここで、以下に示す方法で実験を行った。

ＰＣ研磨するスタブとして全長２．２ｍｍのＪＩＳＣ５９７３に制定されるＳＣ形光コネクタ（ＳＣ：ＳｉｎｇｌｅｆｉｂｅｒＣｏｕｐｌｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）を用い、本発明実施例として図２（ａ）、（ｂ）に示すように、真空度が３０ｋＰａの真空ポンプと研磨治具１の貫通孔３とをホース６で接続して、光素子挿入部３２の内径Ｄ２がスタブ１３の外径Ｄ３より０．００５ｍｍ大きい貫通孔３にスタブ１３を１２個裁置し、吸着固定してＰＣ研磨を行った。

研磨治具の材質は、ステンレスＳＵＳ４２０を使用した。

また、比較例として図４に示すような従来の研磨治具本体１５の外周面に形成された収納溝内にスタブ１３を裁置し、固定板１６をネジ部材１４によってセット台２６に向けて押圧固定し、ＰＣ研磨を行った。

各研磨工程は、荒研磨工程及び中仕上げ研磨工程では、ダイヤモンドが印刷された研磨部材を用い、仕上げ研磨工程では、シリカが印刷された研磨部材を用いて研磨を行い、本発明実施例と比較例の方法でのスタブ１３の研磨治具１への固定作業時間と先端面２９の曲面の頂点ずれを測定した。

結果は表１に示す通りである。

表１よりスタブ１３の研磨治具１への固定時間は、９０秒から２７秒と従来の研磨治具１２よりも約１／３の時間短縮となった。

また、頂点ずれは平均値が４８．２５μｍから２３．２０μｍと約１／２の頂点ずれ量となり、安定した固定ができていることがわかる。

（ａ）は本発明の光素子の研磨治具の一実施形態を示す断面図、（ｂ）は各貫通孔がいずれも研磨治具の中心からの距離が異なっている本発明の研磨治具を上方から見た平面図、（ｃ）は各貫通孔が複数の同心円上に位置する本発明の研磨治具を上方から見た平面図である。（ａ）は本発明の研磨加工装置の一実施形態を示す全体図、（ｂ）は本発明の研磨加工装置の研磨治具にスタブを固定した拡大断面図、（ｃ）は本発明の研磨加工装置の研磨治具にピグテイルを固定した拡大断面図である。研磨盤の螺旋回転運動による貫通孔の軌跡を上方から見た平面図である。（ａ）は従来の研磨治具を上方から見た平面図、（ｂ）は従来の研磨治具全体とセット台を示す断面図である。光モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１：研磨治具
２：加圧ピン孔
３：貫通孔
４：フェルール
５：研磨治具本体
６：ホース
７：研磨機
８：駆動装置
９：弾性部材
１０：加圧ピン
１１：研磨部材
１２：従来の研磨治具
１３：スタブ
１４：ネジ部材
１５：従来の研磨治具本体
１６：固定板
１７：プラグフェルール
１８：光レセプタクル
１９：スリーブ
２０：ホルダ
２１：スリーブケース
２２：受発光素子
２３：レンズ
２４：ケース
２５：研磨盤
２６：セット台
２７：光ファイバ
２８：研磨加工装置
２９：先端面
３０：ピグテイル
３１：螺旋回転運動
３２：光素子挿入部
Ｄ１：光素子挿入部以外の内径
Ｄ２：光素子挿入部の内径
Ｄ３：光素子の外径
Ｄ４：光ファイバの外径
Ｌ：貫通孔から研磨治具の中心までの距離

Claims

フェルールに光ファイバを挿入固定したスタブもしくはピグテイルの光素子を固定する複数の貫通孔を備えた研磨治具と、螺旋回転運動する研磨盤とを有し、該研磨盤によって上記光素子の先端面を研磨する研磨加工装置において、上記光素子の背面及び／又は側面を真空ポンプで上記貫通孔に吸着固定するようにしたことを特徴とする研磨加工装置。
上記真空ポンプが３０ｋＰａ以下の真空度で上記光素子を吸着固定することを特徴とする請求項１記載の研磨加工装置。
上記貫通孔の光素子挿入部の内径が、上記光素子の外径よりも０．００５ｍｍ〜０．０１０ｍｍ大きく、上記光素子挿入部以外の内径が、上記光素子の外径よりも小さく、上記光ファイバの外径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の研磨加工装置。
上記貫通孔の内壁が１２５０ＨＶ以上の硬度を有している部材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の研磨加工装置。
上記研磨治具の中心から上記各貫通孔までの距離がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１記載の研磨加工装置。
上記貫通孔が研磨治具に同心円状に配置されたことを特徴とする請求項１記載の研磨加工装置。