JP2005283959A - 光ファイバアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接着剤を用いて組み立てる光ファイバアレイの構造において、接着剤の浸透を均一にし、硬化した接着剤中に気泡が形成されてしまう問題を解決する。
【解決手段】 第１の基板１０１に形成されたＶ字型の溝１０４に光ファイバ１００を配置し、第２の基板１０２によって押さえ付けて固定する構造において、第２の基板側に突起１１０を形成する。突起１１０によって、毛管現象による第２の隙間１１２おける接着剤の浸透速度を大きくし、浸透速度の違いに起因して、第１の隙間の先端側から第２の隙間に接着剤が回り込み、それにより気泡が形成されてしまう事態を防止することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光導波路等と光ファイバとの接続に用いられる光ファイバアレイの構造および製造方法に関する。

大容量の通信路を実現する技術として、光ファイバ通信が知られている。光ファイバを使った通信網を構築する技術において、光ファイバアレイと呼ばれる光デバイスが必要とされる。光ファイバアレイは、例えば光導波路によって１本の光ファイバの信号を複数の光ファイバへと分岐する部分に用いられる。

光ファイバアレイは、一対の基板を用意し、その一方の表面にＶ字型の溝を複数形成し、その溝のそれぞれに光ファイバを位置させ、他方の基板で並べた光ファイバを押さえ付けて接着剤で張り合わせた構造を有している。光ファイバアレイに関しては、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。

図４は、従来技術における光ファイバアレイの概略の構造を示す分解斜視図である。図５は、図４に示す光ファイバアレイの断面構造の概略を示す断面図である。図６は、図５の符号４０９の部分をさらに拡大した拡大断面図である。

図４に示す光ファイバアレイ４１０は、一対の基板４０１および４０２の間に光ファイバ４００を複数アレイ状に配置した光ファイバ群４０３を挟んで保持した構造を有している。また、一方の基板４０１の表面には、各光ファイバ４００を所定の位置に配置するためにＶ字型の溝４０４が形成されている。

光ファイバアレイ４１０は、以下のようにして製造される。まず、図４に示すように、基板４０１と４０２の間に複数の光ファイバ４００を挟み込む。そして、図５にその断面構造を示す状態とし、両基板間の隙間４０５に適当な粘度に調整した紫外線硬化型接着剤を滴下または塗布し、隙間４０５に毛管現象によって接着剤を浸透してゆく。この際、浸透した接着剤中に気泡が発生しないように一つの辺から接着剤を一方向に浸透させるように注意する。接着剤を基板４０１と４０２との間に浸透させたら、紫外線を照射して接着剤を硬化させ、光ファイバアレイ４１０を得る。

特開２００１−２７２５７０号公報

しかしながら、図４に示す光ファイバアレイは、基板間に接着剤を浸透させる工程において、浸透した接着剤中に気泡が形成され易いという問題がある。接着剤中に気泡が存在すると、温度変化等により接着剤の耐久性が落ち、そのため剥離等が生じる可能性が高くなる。このため、光ファイバとしては不良となり、製品として使用できなくなる。

気泡が形成されるのは、一方の基板における光ファイバが接する面側と他方の基板における光ファイバが接する面側において、接着剤の浸透速度が異なり、そのために先に他端に到達した接着剤がまだ接着剤が浸透していない部分に前方から先回りして浸透するからである。

接着剤の浸透速度が違うのは、光ファイバ４００の上側における隙間の構造と下側における隙間の構造とが異なることに起因する。すなわち、図６に示すように、上側の基板４０２の光ファイバ４００に接する面は平坦であるのに対して、下側の基板４０１の光ファイバ４００に接する面は、溝４０４が形成されているので、隙間４１１と４１２との断面形状および断面積が異なってしまい、そのため毛管現象に従う接着剤の浸透速度に違いが生じてしまう。

接着剤は、毛管現象により隙間４１１と４１２に浸透する。したがって、隙間４１１と４１２の断面形状および断面積は、接着剤の浸透速度に影響を与える。そのため、隙間４１１と４１２との断面形状および断面積が異なると、隙間４１１を浸透する接着剤の浸透速度と、隙間４１２を浸透する接着剤の浸透速度とは、異なるものとなる。このような理由により、上述した隙間４１１を浸透する接着剤と隙間４１２を浸透する接着剤との浸透速度に差が生じ、その結果、先に基板の先端に到達した側の接着剤が他方の隙間に回り込み、隙間４１１あるいは４１２のいずれかに気泡が形成されてしまう。

本発明は、上述した光ファイバアレイの接着剤中に気泡が形成されてしまう問題を解決した光ファイバアレイおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバアレイは、断面がＶ字型の溝が複数平行に形成された第１の基板と、前記複数のＶ字型の溝のそれぞれに配置され、前記Ｖ字型の溝によって位置決めされた複数の光ファイバと、前記光ファイバを前記第１の基板に押さえつける第２の基板と、前記第１の基板と前記複数の光ファイバとの間に形成される第１の隙間と、前記第２の基板と前記複数の光ファイバとの間に形成される第２の隙間と、前記第１の隙間および前記第２の隙間に充填された接着剤とを含み、前記第２の基板は、前記第２の隙間に前記接着剤の浸透速度を調整する毛管現象調整手段を備え、前記第１の隙間における前記接着剤の浸透速度と前記第２の隙間における前記接着剤の浸透速度とを略等しくしていることを特徴とする。

本発明においては、第１の基板にアレイ状に形成された断面形状がＶ字型の複数の溝によって光ファイバの位置が決定される。本発明の光ファイバアレイは、光導波路等の光学デバイスとの接続に用いられるので、光ファイバの位置決めは重要である。本発明においては、Ｖ字型の溝を利用することで、この光ファイバの位置決めを精度良く実現することができる。

第１の隙間における接着剤の浸透速度と第２の隙間における接着剤の浸透速度とを略等しくするというのは、一方の隙間の先端から溢れ出した接着剤が他方の隙間に回り込まない程度の速度差以下にすることをいう。

本発明においては、第２の基板の光ファイバ側の面に毛管現象調整手段を備え、第２の基板と光ファイバとの間に形成される第２の隙間を浸透する接着剤の浸透速度を調整する。毛管現象調整手段は、例えば光ファイバの延長方向に沿って形成された断面が凸状の突起によって構成される。この突起の形状や大きさを調整することで、第２の隙間における毛管現象による接着剤の浸透速度を調整することができる。そして、この第２の隙間における接着剤の浸透速度を、第１の隙間における接着剤の浸透速度に合わせることで、一方の隙間において接着剤が速く浸透し、それにより接着剤が前方から回り込むことによる気泡の形成を防止することができる。

毛管現象調整手段としては、第２の基板の表面において、溝を形成する、点々と突起を形成する、適当な凹凸を形成する、接着剤との濡れ性を制御する材料を線状にコーティングするあるいは部分的にコーティングする、これらの構成を複数組み合わせる、といった手段を採用することができる。

また、第２の基板側に形成される突起の形状を工夫することで、第２の隙間における接着剤の浸透速度を遅くすることもできる。例えば、何らかの理由により、第１の基板側の隙間（第１の隙間）における接着剤の浸透速度が第２の基板側の隙間（第２の隙間）より遅くなるような場合、第２の基板側に突起ではなく、凹型形状の溝あるいは窪みを形成し、毛管現象の作用を弱くし、第２の隙間における接着剤の浸透速度を遅くする方向で調整することもできる。

このように、本発明においては、第１の基板によって光ファイバの位置決めを行い、その位置決めを行うために形成されたＶ字型の溝が存在するが故に生じる第１の隙間と第２の隙間における接着剤の浸透速度の違いを、第２の基板側に設けた毛管現象調整手段により是正する。こうすることで、第１の隙間の先端側から第２の隙間に接着剤が回り込む不都合、あるいは第２の隙間の先端側から第１の隙間に接着剤が回り込む不都合を防止することができる。

また、第２の基板に形成した突起が光ファイバに接触しない構造とすることは好ましい。上述したように、光ファイバアレイにおいては、光ファイバの位置決めは重要であり、それ故第１の基板側のＶ字型の溝のみよって、光ファイバの位置が決まる構造の方が、製造上の観点からは好ましい。したがって、第２の基板は、光ファイバの位置決めに影響を与えないように、光ファイバを第１の基板に押さえつけるだけの機能を発揮することが好ましい。上述した第２の基板に設けた突起が光ファイバに接触しない構造とすることで、第１の基板が有する光ファイバを位置決めする機能を阻害しない構成を実現することができる。

本発明の光ファイバアレイにおいて、Ｖ字型の溝が形成されていない部分の平坦部の位置は、Ｖ字型の溝に位置する光ファイバの中心位置よりも高い構造とすることは好ましい。

ここで、Ｖ字型の溝が形成されていない部分の平坦部とは、アレイ状に複数並列に形成されたＶ字型の溝の周囲における第１の基板の平坦部のことをいう。また、平坦部の位置とは、第１の基板をＶ字型の溝が上になるように水平に置いた状態における平坦部の高さ方向における位置のことをいう。

上記の態様によれば、Ｖ字型の溝が形成されている以外の部分における両基板間の隙間を意図的に狭くし、その隙間部分における接着剤の浸透速度を光ファイバが配置されている部分における接着剤の浸透速度（つまり第１の隙間および第２の隙間における接着剤の浸透速度）に合わせている。これにより、Ｖ字型の溝が形成されている領域から接着剤が回り込み、気泡が形成されてしまう不都合を防止することができる。

また、光ファイバの重心（中心位置）が断面Ｖ字型の溝の外側の平坦部より低くなるので、光ファイバの断面Ｖ字型の溝への収まりが良く、光ファイバの位置決め精度の向上、位置決めの容易性、製造工程における不良の発生の低減、といった効果を得ることができる。

本発明の光ファイバアレイの製造方法は、第１の基板上に形成された断面がＶ字型の複数の溝のそれぞれに光ファイバを配置し、前記Ｖ字型の溝によって前記光ファイバの位置決めを行う工程と、第２の基板によって前記光ファイバを押さえつける工程と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の隙間に接着剤を浸透させる工程とを含み、前記第１の基板は、前記接着剤の浸透速度を調整する毛管現象調整手段を備え、前記光ファイバの前記第１の基板側における前記接着剤の浸透速度と前記光ファイバの前記第２の基板側における前記接着剤の浸透速度とを略等しくしていることを特徴とする。本発明の光ファイバアレイの製造方法によれば、一方の隙間から他方の隙間への接着剤の回り込みによる気泡の形成が抑えられるので、歩留まりを高めることができる。

上記本発明の光ファイバアレイの製造方法において、第１の基板および／または第２の基板がモールド成形技術を利用して製造されることは好ましい。モールド成形技術を利用することで、生産性を向上させ、さらに寸法精度を高くすることができる。

本発明によれば、一対の基板間に複数の光ファイバが挟まれた構造において、一対の基板の光ファイバに接する面側のそれぞれにおいて、基板面と光ファイバとの間に形成される隙間に突起が位置するようにしているので、この隙間における接着剤の毛管作用のアンバランスが是正され、上下の基板側における接着剤の浸透速度の違いに起因する気泡の発生を抑制することができる。

（第１の実施形態）
１．実施形態の構成
図１は、本実施形態の光ファイバアレイの概略の構造を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す光ファイバアレイの断面構造の概略を示す断面図である。図３は、図２に示す１０９の部分を拡大した断面図である。図１および図２に示すように、光ファイバアレイ１０６は、下側の第１の基板１０１、上側の第２の基板１０２、２つの基板に挟まれて保持された複数の光ファイバ１００からなる光ファイバ群１０３を有している。

本実施形態では、第１の基板１０１および第２の基板１０２の材料として、石英ガラスを用いている。光ファイバ１００は、特に限定されず任意のものを採用することができる。

第１の基板１０１の光ファイバ群１０３が配置される面側には、直線方向に延在し、断面Ｖ字型の溝１０４がアレイ状に複数平行に形成されている。図３に示すように、Ｖ字型の溝１０４の谷の部分の両側（Ｖ字に傾斜した2つの斜面）に光ファイバ１００が接触することで、光ファイバ１００の位置決めが行われる。光ファイバ１００は、第２の基板１０２によって基板１０１に押さえ付けられ、それにより両基板間に固定される。つまり、複数の光ファイバ１００のそれぞれが、複数のＶ字型の溝１０４のそれぞれに配置され、第２の基板１０２によって第１の基板に押さえつけられて固定された構造となっている。

図３（Ｂ）により詳細に示されるように、第２の基板１０２には、隣り合う光ファイバ１００の間に突起１１０を備えている。この突起１１０は、光ファイバ１００の延在方向（延長方向）に沿って延在する長手形状を有し、断面が略三角形の形状を有している。また、突起１１０は、光ファイバ１００に接触しないように寸法が設定されている。光ファイバ１００は、第２の基板１０２の平坦部分１１３によって第１の基板１０１側に押さえ付けられる。

第１の基板１０１、光ファイバ１００および第２の基板１０２の一体化は、第１の基板１０１と光ファイバ１００との間の隙間１１１（第１の隙間）、および第２の基板１０２と光ファイバ１００との間の隙間１１２（第２の隙間）に接着剤を浸透させ、硬化させることで行われる。

本実施形態においては、図３に示されるように、第２の隙間１１２に突起１１０を配置し、後述する接着剤の浸透工程における第１の隙間１１１における接着剤の浸透速度と第２の隙間１１２における接着剤の浸透速度とを合わせている。すなわち、突起１１０を設けることで、第２の隙間１１２おける接着剤の浸透速度を調整し、それにより両隙間を浸透する接着剤の浸透速度が同じになるように調整している。

本実施態様では、より断面積の小さい第１の隙間１１１における接着剤の浸透速度の方が速くなってしまう現象を是正するために、第２の隙間１１２に突起１１０を設けている。すなわち、突起１１０を配置することで、第２の隙間１１２を浸透する接着剤の浸透速度を速め、第１の隙間１１１における接着剤の浸透速度と第２の隙間１１２における接着剤の浸透速度との間における差を是正している。

また、本実施形態においては、第１の基板１０１において、Ｖ字型の溝が形成されている以外の領域の平坦部１１４を高くし、Ｖ字型の溝１０４に光ファイバ１００が配置された状態において、平坦部１１４の位置が光ファイバ１００の中心位置より高くなるようにしてある。こうすることで、平坦部１１４の部分における両基板間の隙間を狭くし、それによりこの隙間部分における接着剤の浸透速度を、第１の隙間１１１および第２の隙間１１２における接着剤の浸透速度に合わせることができ、全体で一様な接着剤の浸透を可能にした構造を得ることができる。

２．実施形態の製造方法
まず、ガラスモールド技術を用いて石英ガラスから構成される第１の基板１０１および第２の基板１０２を製造する。そして、第１の基板１０１のＶ字型の溝１０４のそれぞれに光ファイバアレイ１００が位置するように第１の基板１０１上に光ファイバ群１０３を配置する。次に第２の基板１０２を第１の基板１０１上に配置された光ファイバ群１０３の上に置き、図示しない固定部材により両基板を挟み、仮固定する。

この仮固定した状態で、光ファイバ１００の端面側に紫外線硬化型のエポキシ樹脂の接着剤を塗布すると、毛管現象により、基板間の隙間１０５に接着剤が浸透してゆく。この際、図３に示されるように第２の隙間１１２において、隣り合う光ファイバ１００の中間に位置するように突起１１０が形成されているので、第２の隙間１１２おける接着剤の浸透速度が、突起１１０が存在しない場合に比較して速くなる。

第１の基板には、Ｖ字型の溝１０４が形成されているので、仮に第２の基板１０２の光ファイバ１００に面する側の表面が平坦であると、第１の隙間１１１の方が第２の隙間１１２より断面積が小さくなり、それ故に第１の隙間１１１における接着剤の浸透速度が第２の隙間１１２におけるものに比較して速くなってしまう。

本実施形態においては、隣り合う光ファイバ１００の間に位置するように、第２の基板１０２の表面に突起１１０を形成しているので、第２の隙間１１２における毛管作用をより効果的に発現させ、それにより接着剤の浸透速度を速め、結果、第１の隙間１１１における接着剤の浸透速度と第２の隙間１１２における接着剤の浸透速度とを略同じにしている。これにより、浸透速度の速い第１の隙間１１１の先端（接着剤の浸透した先の先端）から溢れ出した接着剤が第２の隙間１１２の先端から回り込み、第２の隙間１１２の一部に気泡が形成されてしまう不都合を解決することができる。

また、平坦部１１４を高くし、その高さを光ファイバ１００の中心位置（軸中心の位置）より高くし、平坦部１１４の面と第２の基板との間の隙間を意図的に狭くしている。これにより、この隙間における接着剤の浸透速度を速くし、第１の隙間１１１および第２の隙間１１２における接着剤の浸透速度とに問題となるレベルでの差が出ないようにしている。

接着剤が浸透したら、紫外線を照射して浸透した接着剤を硬化させ、さらに接着剤を滴下した端辺を研磨して、光ファイバアレイを得る。

本実施形態において、接着剤の浸透方法は、接着剤を塗布する代わりに、圧力を加えて接着剤を注入するといった方法を採用することができる。

また、基板を構成する材料としては、石英ガラスの他に、パイレックス（登録商標）ガラス、ほう珪酸ガラス等のガラス材料、シリコン、セラミックス等から選ばれた材料を利用することができる。また、接着剤としては、紫外線硬化型エポキシ樹脂の他に、熱硬化性エポキシ樹脂、紫外線および熱硬化併用のエポキシ樹脂、紫外線硬化アクリル樹脂、紫外線硬化ポリイミド樹脂等から選ばれたものを利用できる。

本発明は、光ファイバアレイの構造およびその製造技術に利用することができる。本発明を利用した光ファイバアレイは、多芯光ファイバと光導波路との接続、多芯光ファイバ同士の接続、多芯光ファイバと光デバイス（例えば発光素子や受光素子）との接続、多芯光ファイバの光通信モジュールへの接続、といった用途に利用することができる。

発明を利用した光ファイバアレイの概要を示す分解斜視図である。 発明を利用した光ファイバアレイの断面構造を示す断面図である。 発明を利用した光ファイバアレイのより詳細な断面構造を示す断面図である。 従来技術における光ファイバアレイの概要を示す分解斜視図である。 従来技術における光ファイバアレイの断面構造を示す断面図である。 従来技術における光ファイバアレイのより詳細な断面構造を示す断面図である。

符号の説明

１００…光ファイバ、１０１…第１の基板、１０２…第２の基板、１０３…光ファイバ群、１０４…Ｖ字型の溝、１０５…基板間の隙間、１０６…光ファイバアレイ、１０９…拡大部分、１１０…突起、１１１…第１の隙間、１１２…第２の隙間、１１３…第２の基板１０２の平坦部、１１４…平坦部、４０１…第１の基板、４０２…第２の基板、４０３…光ファイバ群、４０４…Ｖ次型の溝、４０５…基板間の隙間、４０９…拡大部分、４１０…光ファイバアレイ、４１１…光ファイバとの間に形成される隙間、４１２…光ファイバとの間に形成される隙間。

Claims (9)

1. 断面がＶ字型の溝が複数平行に形成された第１の基板と、
   前記複数のＶ字型の溝のそれぞれに配置され、前記Ｖ字型の溝によって位置決めされたた複数の光ファイバと、
   前記光ファイバを前記第１の基板に押さえつける第２の基板と、
   前記第１の基板と前記複数の光ファイバとの間に形成される第１の隙間と、
   前記第２の基板と前記複数の光ファイバとの間に形成される第２の隙間と、
   前記第１の隙間および前記第２の隙間に充填された接着剤と
   を含み、
   前記第１の基板は、前記第１の隙間に前記接着剤の浸透速度を調整する毛管現象調整手段を備え、前記第１の隙間における前記接着剤の浸透速度と前記第２の隙間における前記接着剤の浸透速度とを略等しくしていることを特徴とする光ファイバアレイ。
2. 前記毛管現象調整手段は、前記第１の基板に設けられた前記第１の隙間に位置する突起であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ。
3. 前記突起は、前記光ファイバに接していないことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバアレイ。
4. 前記第１の基板において、前記Ｖ字型の溝が形成されていない部分の平坦部の位置は、前記Ｖ字型の溝に位置する前記光ファイバの中心位置よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバアレイ。
5. 第１の基板上に形成された断面がＶ字型の複数の溝のそれぞれに光ファイバを配置し、 前記Ｖ字型の溝によって前記光ファイバの位置決めを行う工程と、
   第２の基板によって前記光ファイバを押さえつける工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間の隙間に接着剤を浸透させる工程と
   を含み、
   前記第１の基板は、前記接着剤の浸透速度を調整する毛管現象調整手段を備え、
   前記光ファイバの前記第１の基板側における前記接着剤の浸透速度と前記光ファイバの前記第２の基板側における前記接着剤の浸透速度とを略等しくしていることを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
6. 前記毛管現象調整手段は、前記第１の基板に設けられた突起であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバアレイの製造方法。
7. 前記突起は、前記光ファイバアレイに接していないことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバアレイの製造方法。
8. 前記第１の基板において、前記Ｖ字型の溝が形成されていない部分の平坦部の位置は、前記Ｖ字型の溝に位置する前記光ファイバの中心位置よりも高いことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法。
9. 前記第１の基板および／または前記第２の基板がモールド成形技術を利用して製造されることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の光ファイバアレイの製造方法。

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