JP2009276785A - 高分子材料被膜の形成方法及び光学接続部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光伝送媒体（ファイバ状誘電体）の端面にのみ屈折率整合体（高分子材料被膜）を再現性よく設けると共にコストダウンを図ることができる高分子材料被膜の形成方法及び光学接続部品の製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ（ファイバ状誘電体）２を帯電させた状態でその端面を液状屈折率整合体（高分子材料溶液）１２の液面に近接させ、該液状屈折率整合体１２を前記光ファイバ２の端面に吸着させた後、該吸着された液状屈折率整合体１２を固化させて屈折率整合体（高分子材料被膜）とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、ファイバ状の誘電体の端面に高分子材料被膜を形成する方法、及び光伝送媒体の端面に屈折率整合体を設けてなる光学接続部品の製造方法に関する。

従来から、光ファイバ（光伝送媒体）の端部に、他部品との光学接続を行うための光コネクタを設けることがある。この光コネクタを光ファイバの端部に取り付ける際には、該光コネクタのフェルール内に挿通された内蔵光ファイバの端面と前記光ファイバの端面との間に屈折率整合体を介在させることが多い。この屈折率整合体としては、両光ファイバ端面に塗布等する液状又はグリス状のものや（特許文献１，２）、両光ファイバ端面に挟まれるフィルム状のもの（特許文献３参照）が知られている。

特開昭６４−６５５１２号公報 特開平５−１５７９４３号公報 特開２００５−１７３５７５号公報

しかしながら、上記前者のものは、温度や振動等の影響により屈折率整合体の機能を損ねるという問題がある。また、後者のものは、固形の屈折率整合体を挟み込む際の圧力調整が困難であり、両光ファイバに折れや破損が生じるという問題がある。

さらに、本出願人が近年提案した技術として、ゲル状の粘着性屈折率整合体をシート状に形成し、該屈折率整合体に光ファイバの端面を押し当て、該端面に屈折率整合体を付着させた状態でこれを切り離すというものがあるが、この場合、光ファイバを屈折率整合体から引き離す際に光ファイバが破損したり、光ファイバ側面に屈折率整合体が付着して光コネクタに組み込む際の芯出し精度に影響を与えるという問題がある。また、光ファイバ端面に付着した屈折率整合体の形状ばらつき、及び光ファイバ端面と屈折率整合体との間への空気の混入等を抑制して再現性を向上させるには、工程が複雑化してコストアップにつながるという問題がある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光伝送媒体（ファイバ状誘電体）の端面にのみ屈折率整合体（高分子材料被膜）を再現性よく設けると共にコストダウンを図ることができる高分子材料被膜の形成方法及び光学接続部品の製造方法を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、ファイバ状の誘電体の端面に高分子材料被膜を形成する方法において、前記誘電体と高分子材料の溶液の少なくとも一方を帯電させた状態で、前記誘導体の端面を前記高分子材料の溶液の液面に近接させ、該高分子材料の溶液を前記誘電体の端面に吸着させた後、該吸着された高分子材料の溶液を固化させて前記高分子材料被膜を形成することを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、光伝送媒体の端面に屈折率整合体を設けてなる光学接続部品の製造方法において、前記光伝送媒体と液状屈折率整合体の少なくとも一方を帯電させた状態で、光伝送媒体の端面を液状屈折率整合体の液面に近接させ、該液状屈折率整合体を前記光伝送媒体の端面に吸着させた後、該吸着された液状屈折率整合体を固化させて前記屈折率整合体とすることを特徴とする。

請求項１，２に記載した発明によれば、ファイバ状誘電体（光伝送媒体）の端面と高分子材料溶液（液状屈折率整合体）の液面とを相対的に近接させて、ファイバ状誘電体の端面にのみ高分子材料溶液を吸着させた後に、該高分子材料溶液を固化させて高分子材料被膜（屈折率整合体）とすることで、ファイバ状誘電体の厳密な位置合わせ等を不要にして工程を簡素化すると共に、ファイバ状誘電体の端面と高分子材料被膜との間への空気の混入等を効果的に防止することができる。
また、ファイバ状誘電体の端面にのみ高分子材料被膜が形成されることで、該ファイバ状誘電体を光コネクタに組み込む際の芯出し精度を確保できるため、互いに接続されるファイバ状誘電体間の良好な光学接続を実現することができる。
さらに、ファイバ状誘電体の帯電量及び高分子材料溶液の液面に対する移動量、並びに高分子材料溶液の粘度を調整することで、ファイバ状誘電体の端面に対する高分子材料溶液の吸着量を調整することが可能となり、高分子材料被膜の形状や厚みを安定させ易くなるため、ファイバ状誘電体の端面に高分子材料被膜を再現性よく設けると共に、工程の簡素化によるコストダウンを図ることができる。

この発明の実施例における屈折率整合体付き光ファイバ等の長手方向に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 上記屈折率整合体付き光ファイバに他の光ファイバを接続した際の各ファイバの長手方向に沿う断面図である。 上記屈折率整合体付き光ファイバの製造装置の側面図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 上記製造装置を用いて光ファイバの端面に液状屈折率整合体を吸着させる際の図４に相当する側面図である。 上記光ファイバの端面に液状屈折率整合体が吸着した後の図４に相当する側面図である。 上記実施例の変形例を示す図４の一部に相当する側面図である。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１に示す光ファイバ（光伝送媒体）２は、例えば石英やプラスチック等の材料からなる既存のもので、所定長さにカットされてその前半部分が光コネクタ３のフェルール４内に挿通保持されると共に、その前端面がフェルール４の前端面４ａと面一をなすように研磨される。このフェルール４をコネクタ本体５前端部に取り付けた状態で、光ファイバ２の後半部分がコネクタ本体５内に挿通保持される。以下、光ファイバ２を内蔵光ファイバということがある。

図２を併せて参照し、コネクタ本体５は、Ｖ溝プレート６及び押さえプレート７を一体的に挟持してなる。Ｖ溝プレート６のＶ溝８の前半部分には、光ファイバ２の後半部分が収容され、該光ファイバ２の側面（外周面）がＶ溝８の各傾斜面に密接するように、押さえプレート７が光ファイバ２をＶ溝８の内側に向けて押さえつける。この状態でＶ溝プレート６及び押さえプレート７がクランプされることで、Ｖ溝８に対する光ファイバ２の芯出しがなされる。

コネクタ本体５の後部開口からは、当該光コネクタ３の取り付け相手である光ファイバ９（以下、被接続光ファイバということがある）の一端側が挿入され、該光ファイバ９がＶ溝８の後半部分に収容される。この光ファイバ９は前記光ファイバ２と同一径であり、その側面（外周面）がＶ溝８の各傾斜面に密接した状態で押さえプレート７によりＶ溝８の内側に向けて押さえつけられることで、前記光ファイバ２と同芯となるように配置される。なお、両光ファイバ２，９のＶ溝８内への収容は、コネクタ本体５のクランプを緩めた状態で行われる。

ここで、図３を併せて参照し、内蔵光ファイバ２は、その後端面２ａに両光ファイバ２，９間の屈折率整合性を有する屈折率整合体１１を備えることで、被接続光ファイバ９の前端面９ａとの間の良好な光学接続を可能とした屈折率整合体付き光ファイバ（光学接続部品）１０として構成される。屈折率整合体１１は弾性及び粘着性を有し、両光ファイバ２，９の端面２ａ，９ａに密着すると共にこれらを接合する。これにより、両光ファイバ２，９の端面２ａ，９ａが切断したままの未研磨状態であっても、該両光ファイバ２，９間に屈折率の異なる空気を挟み込むことなく、光信号の良好な伝播を可能としている。

上記屈折率整合体１１としては、光伝送媒体（上記光ファイバ２，９等）又は光学部品に接触した際、これらに適度なタック性を伴って密着する部材であればよい。好ましくは、光伝送媒体等との間で脱着性を有し、凝集破壊せず、取り外した光伝送媒体等に粘着性物質が付着しない材料がよい。具体的には、高分子材料（例えばアクリル系、エポキシ系、ビニル系、シリコーン系、ゴム系、ウレタン系、メタクリル系、ナイロン系、ビスフェノール系、ジオール系、ポリイミド系、フッ素化エポキシ系、フッ素化アクリル系等の各種粘着材料）の使用が好ましい。中でも、耐環境性及び接着性の面から、シリコーン系及びアクリル系が特に好ましい。また、架橋剤、添加剤、軟化剤、粘着調整剤等の添加により適宜に接着力、濡れ性を調節してもよく、また耐水性や耐湿性、耐熱性を付加してもよい。

また、上記屈折率整合体１１において、光伝送媒体等との間の屈折率整合性とは、屈折率整合体１１の屈折率と光伝送媒体等の屈折率との近似の程度をいう。したがって、屈折率整合体１１の屈折率は、光伝送媒体の屈折率と近いものであれば特に限定されないが、フレネル反射の回避による伝送損失の面からそれぞれの屈折率の差が±０．１以内であることが好ましく、特に０．０５以内であることが好ましい。なお、前記光伝送媒体の屈折率と被接続光ファイバ９や光学部品の屈折率との差が大きい場合には、これらの屈折率の平均値と屈折率整合体１１の屈折率とが上記範囲内であることが好ましい。

さらに、上記屈折率整合体１１は、単一の層から構成されている。これは、複数層のもののように異種材料が接する界面が内部に存在しないという意味であり、光の波長オーダで均一に混ざり合った系を排除するものではない。すなわち、上記屈折率整合体１１は、粘着性を持つ単一の層からなる極めて単純な構成を有しており、このような単層構造の部材を用いることで、光反射が起きることなく光伝送媒体等を接続でき、低損失な接続を行うことが可能となる。

また、光伝送媒体等の面にバリ等があっても屈折率整合体１１に傷が付き難く、かつ表面に濡れ性を有することで、光伝送媒体等の面に容易に密着させることができ、しかも表面に接着力を有することで、光伝送媒体等との密着性を保持することができる。その上、光伝送媒体等を密着させる際に過剰な押圧力を加える必要がなく、光伝送媒体の折れや破損等が生じるおそれもない。また、再剥離性を有することで、複数回の着脱を行っても繰り返し使用することも可能である。

次に、上記屈折率整合体付き光ファイバ１０の製造方法について説明する。
まず、光ファイバ２を後述する静電チャック２１により帯電状態で保持する一方、屈折率整合体１１を溶媒との混合により溶液（以下、液状屈折率整合体１２という）として保持する。そして、帯電により静電気を帯びた光ファイバ２の端面を液状屈折率整合体１２の液面（界面）に近接させることで、前記静電気のクーロン力により液状屈折率整合体１２の液面が光ファイバ２の端面に吸着され、その後に光ファイバ２と液状屈折率整合体１２とを離反させることで、光ファイバ２の端面にのみ液状屈折率整合体１２が塗布、転写された状態となり、この状態で液状屈折率整合体１２の溶媒を揮発させて溶質のみとすることで、光ファイバ２の端面に弾性を有するゲル状の粘着性屈折率整合体１１の被膜が形成され、もって屈折率整合体付き光ファイバ１０が構成される。

次に、上記屈折率整合体付き光ファイバ１０の製造装置２０について説明する。
図４に示すように、製造装置２０は、光ファイバ２をホルダ２２を介して保持すると共にこれを帯電させる静電チャック（媒体帯電手段）２１と、光ファイバ２の一端側で液状屈折率整合体１２を保持する保持装置（整合体保持手段）２６と、光ファイバ２の端面と液状屈折率整合体１２の液面とを近接離反させる移動機構（相対移動手段）２９とを備える。なお、ホルダ２２を設けずに静電チャック２１上に直接あるいは適宜ギャップを設けて光ファイバ２を載置してもよい。なお、図８のように、ホルダ２２と静電チャック２１を可動ステージ３１の上に並置し、光ファイバ２と静電チャック２１の間にギャップが存在するような構成にしてもよい。ギャップの大きさは１００μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。

図５を併せて参照し、静電チャック２１は、プリント電極シート２３ａを例えばポリアミド等の誘電体で被覆してなる電極シート板２３を、金属基板２４上に高絶縁性接着剤２５を介して接着した静電誘電装置として構成され、この静電チャック２１上にホルダ２２を介して光ファイバ２が配置される。この状態で、プリント電極シート２３ａに電圧を印加することで、光ファイバ２が帯電状態でホルダ２２に保持される。この静電チャック２１は、例えば可動ステージ３１上に配置されている。

保持装置２６は、静電チャック２１に保持された光ファイバ２の端面との対向面２７ａを形成する保持壁（保持機構）２７と、該保持壁２７の対向面２７ａ上に液状屈折率整合体１２を供給するディスペンサ（供給器）２８とを有してなる。ディスペンサ２８は、シリンダ内に貯留される液状屈折率整合体１２をノズルを介して対向面２７ａ上に適宜供給する。ディスペンサ２８の作動は、例えば不図示の制御回路により電子制御される。この保持装置２６は、例えば固定ステージ３２上に配置されている。なお、ここでは液状屈折率整合体１２を付着させる保持機構として、装置構成が簡便な保持壁２７を用いているが、前記保持機構としては、壁以外にも、角柱又は円柱状の容器や液溜め、あるいは液状屈折率整合体１２を付着させる平面状あるいは曲面状のもの等を用いることもできる。

移動機構２９は前記可動ステージ３１側に設けられ、例えばモータ及びボールネジ機構の組み合わせによりフレーム３３に対して可動ステージ３１を略水平方向に沿って移動させることで、該可動ステージ３１をフレーム３３に固定された固定ステージ３２に対して近接離反させる。移動機構２９の作動は、前記制御回路により電子制御される。この移動機構２９の作動により、静電チャック２１に保持された光ファイバ２の端面と保持壁２７に付着した液状屈折率整合体１２の液面とが近接離反する。

このような構成の製造装置２０において屈折率整合体付き光ファイバ１０を製造する際には、まず光ファイバ２をホルダ２２上に配置し、静電チャック２１に電圧を印加して光ファイバ２を帯電状態で保持すると共に、ディスペンサ２８を作動させて保持壁２７の対向面２７ａに液状屈折率整合体１２を供給して新規の液面を形成する。

次いで、図６に示すように、移動機構２９の作動により可動ステージ３１を固定ステージ３２側に移動させ、光ファイバ２の端面２ａと対向面２７ａ上の液状屈折率整合体１２の液面１２ａとを近接させる。このとき、光ファイバ２が帯びた静電気のクーロン力により、対向面２７ａ上の液状屈折率整合体１２が引き寄せられ、その液面１２ａが光ファイバ２の端面２ａに吸着される。なお、上記では、光ファイバ２を帯電させた後、光ファイバと液状屈折率整合体１２を近接させたが、これとは逆に、光ファイバ２と液状屈折率整合体１２を近接させた後、光ファイバを帯電させてもよい。

その後、図７に示すように、移動機構２９の作動により可動ステージ３１を固定ステージ３２と反対側に移動させ、光ファイバ２の端面２ａを対向面２７ａ上の液状屈折率整合体１２の液面１２ａから離反させると、光ファイバ２の端面２ａに液状屈折率整合体１２が塗布、転写された状態となる。このように形成された液状屈折率整合体１２を強制乾燥させて溶媒を揮発させることで、光ファイバ２の端面にのみ屈折率整合体１１の被膜が形成された屈折率整合体付き光ファイバ１０が構成される。

以下、本実施例の製造方法（及び製造装置２０）を用いて製造を行った屈折率整合体付き光ファイバ１０の一例についてさらに説明する。
まず、光ファイバ２として、古河電工製の外径２５０μｍ、クラッド外径１２５μｍの光ファイバ心線を用意し、その一端から２０ｍｍの範囲の被覆を除去して光ファイバ素線を剥き出しにした後、前記一端から１０ｍｍの部位で光ファイバ素線をカットした。

また、液状屈折率整合体１２として、上記光ファイバ２に合わせて屈折率を１．４６に調整したアクリル系粘着剤を用意した。具体的には、ｎ−ブチルアクリレート／メチルアクリレート／アクリル酸／２−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体（配合比＝８２／１５／２．７／０．３）からなるアクリル系樹脂の３０％酢酸エチル溶液１００部に、コロネートL（日本ポリウレタン工業社製、トリメチロールプロパンのトリレンジイソシアネートアダクト）１．０部を配合して混合してなる溶液を用意した。なお、液状屈折率整合体１２の粘度としては、特に限定されないが０．００５〜１Ｐａ・ｓ程度が好ましい。

次いで、上記光ファイバ２を古河電工製のホルダ２２にセットすると共に、該ホルダ２２を静電チャック２１上に配置した後、静電チャック２１に電圧（約３ｋＶ）を印加して静電気を発生させ、ホルダ２２上に光ファイバ２を保持すると共に該ホルダ２２を介して光ファイバ２を帯電させた。
このように帯電させた光ファイバ２の端面を保持壁２７上の液状屈折率整合体１２の液面に近接させると、光ファイバ２の端面に液状屈折率整合体１２が吸着され、その後に光ファイバ２を液状屈折率整合体１２から離反させることで、光ファイバ２の端面に膜厚５〜５０μｍ程度（実測値）の液状屈折率整合体が塗布、転写された。

このように、光ファイバ２の端面に液状屈折率整合体１２を付着させた後、該光ファイバ２に７０℃程度のオーブンで１．５時間程度の加熱を施して液状屈折率整合体１２の溶媒を蒸発させることで、光ファイバ２の端面にのみ弾性のある粘着性屈折率整合体１１の被膜が形成された。
この屈折率整合体１１（実測膜厚１５．７μｍ）とカットしたままの（未研磨の）被接続光ファイバ９の端面とを突き合わせて接続したところ、その反射減衰量は５１．４ｄＢ、接続損失は０．１〜０．２ｄＢであった。
なお、本実施例では、電界を用いる代表的な静電誘電装置である静電チャック２１を用いたが、例えば回転摩擦装置等の摩擦帯電装置を用いても同様である。

以上説明したように、上記実施例における屈折率整合体付き光ファイバ１０の製造方法は、光ファイバ２を帯電させた状態でその端面を液状屈折率整合体（高分子材料の溶液）１２の液面に近接させ、該液状屈折率整合体１２を前記光ファイバ２の端面に吸着させた後、該吸着された液状屈折率整合体１２を固化させて屈折率整合体１１とするものである。

この構成によれば、光ファイバ２の端面と液状屈折率整合体１２の液面とを相対的に近接させて、光ファイバ２端面にのみ液状屈折率整合体１２を吸着させた後に、該液状屈折率整合体１２を固化させて屈折率整合体１１とすることで、光ファイバ２の厳密な位置合わせ等を不要にして工程を簡素化すると共に、光ファイバ２端面と屈折率整合体１１との間への空気の混入等を効果的に防止することができる。
また、光ファイバ２端面にのみ屈折率整合体１１が形成されることで、該光ファイバ２を光コネクタ３に組み込む際の芯出し精度を確保できるため、互いに接続される光ファイバ２，９間の良好な光学接続を実現することができる。

さらに、光ファイバ２の帯電量及び液状屈折率整合体１２の液面に対する移動量、並びに液状屈折率整合体１２の粘度を調整することで、光ファイバ２端面に対する液状屈折率整合体１２の吸着量を調整することが可能となり、屈折率整合体１１の形状や厚みを安定させ易くなるため、光ファイバ２端面に屈折率整合体１１を再現性よく設けると共に、工程の簡素化によるコストダウンを図ることができる。

しかも、光ファイバ２端面にのみ屈折率整合体１１が設けられることで、その占有範囲が極めて小さくなって設計自由度が向上すると共に、粘着性屈折率整合体１１が光ファイバ２の側面を汚すこともなく、かつ周囲からの汚れが付着することもない。また、屈折率整合体１１が単一構造であるため、その内部で光の反射が起きることもない。しかも、屈折率整合体１１を保持する特別な支持手段を新たに設ける必要がなく、省スペース化が図れ、現行の光コネクタへの取り付けも容易である。

また、上記製造方法においては、屈折率整合体１１が弾性及び粘着性を有することで、光ファイバ２，９の端面形状に対応して柔軟に変形することとなり、該端面に密着して光ファイバ２，９間の空気の挟み込みを防止し、かつこの密着状態を良好に維持できるため、端面研磨工程を不要とした上で低損失での光学接続が可能となり、かつその復元力により複数回の光学接続を行うことが可能となる。

ここで、上記屈折率整合体付き光ファイバの製造装置２０においては、光ファイバ２を帯電させる手段として、該光ファイバ２を帯電させた状態で保持する静電チャック２１を用いたことで、光ファイバ２を載置するのみでその帯電及び保持を行うことが可能となり、装置自身及び工程の簡素化によるコストダウンを図ることができる。

また、上記製造装置２０においては、液状屈折率整合体１２を保持する手段が、該液状屈折率整合体１２を付着させる保持壁２７と、該保持壁２７に液状屈折率整合体１２を供給するディスペンサ２８とを有してなることで、液状屈折率整合体１２の液面を常時新規に保つことができ、液面の固化等を防止して液状屈折率整合体１２を光ファイバ２の端面に良好に吸着させることができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、光ファイバ２を帯電させる帯電手段と該光ファイバ２を保持する保持手段とを個別に設けた構成であったり、光ファイバ２端面と液状屈折率整合体１２液面との相対移動手段や保持壁２７への液状屈折率整合体１２の供給手段が手動であったり、光ファイバ２に対して液状屈折率整合体１２を移動させる構成であったり、光ファイバ２と液状屈折率整合体１２とが例えば垂直方向に沿って近接離反する構成であってもよい。このとき、液状屈折率整合体１２を保持する手段が、例えば水平な保持面に液状屈折率整合体１２を滴下する構成のものであったり、容器内に液状屈折率整合体１２を貯留した構成のものであってもよい。
しかも、多数本の光ファイバ２に対しても一括で均一に液状屈折率整合体１２を塗布、転写することも可能である。また、液状屈折率整合体１２が屈折率整合体１１の溶液であることから、液状屈折率整合体１２を固化する際の工程を簡素化してコストダウンを図ることもできる。また、液状屈折率整合体１２が光ファイバ２の端面に設けられるので、溶媒の気化性が向上して固化し易くなる。
上記実施例では、光ファイバを予め帯電させたが、液状屈折率整合体を予め帯電させてもよい。また、両者が逆電荷を持つように予め帯電させておいてもよい。また、上記実施例における構成は一例であり、光ファイバ以外の光伝送媒体や光学部品、並びにガラス、セラミック、プラスチック等のファイバ状の誘電体に高分子材料被覆を形成する方法にも適用可能であることはもちろん、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

２ 光ファイバ（光伝送媒体、ファイバ状誘電体）
１０ 屈折率整合体付き光ファイバ（光学接続部品）
１１ 屈折率整合体（高分子材料被膜）
１２ 液状屈折率整合体（高分子材料溶液）
２０ 製造装置
２１ 静電チャック（媒体帯電手段、静電誘電装置）
２６ 保持装置（整合体保持手段）
２７ 保持壁（保持機構）
２８ ディスペンサ（供給器）
２９ 移動機構（相対移動手段）

Claims (2)

1. ファイバ状の誘電体の端面に高分子材料被膜を形成する方法において、前記誘電体と高分子材料の溶液の少なくとも一方を帯電させた状態で、前記誘導体の端面を前記高分子材料の溶液の液面に近接させ、該高分子材料の溶液を前記誘電体の端面に吸着させた後、該吸着された高分子材料の溶液を固化させて前記高分子材料被膜を形成することを特徴とする高分子材料被膜の形成方法。
2. 光伝送媒体の端面に屈折率整合体を設けてなる光学接続部品の製造方法において、前記光伝送媒体と液状屈折率整合体の少なくとも一方を帯電させた状態で、光伝送媒体の端面を液状屈折率整合体の液面に近接させ、該液状屈折率整合体を前記光伝送媒体の端面に吸着させた後、該吸着された液状屈折率整合体を固化させて前記屈折率整合体とすることを特徴とする光学接続部品の製造方法。
   

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