JP2019032459A - フェルール及びフェルールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路の端面とフェルールとの間に気泡が入り込むことなく接着することができ、光の減衰が抑制されたフェルールを提供する。【解決手段】光導波路が入れられるスリットと、第一の接続面とが設けられた本体部と、レンズが設けられ、前記第一の接続面と接触する第二の接続面とが設けられたレンズ部と、を有し、前記本体部と前記レンズ部とは、前記第一の接続面と前記第二の接続面とが対向している状態で接着剤により接着され、前記第一の接続面あるいは前記第二の接続面の少なくとも一方は曲面により形成されていることを特徴とするフェルールを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】 図１２

Description

本発明は、フェルール及びフェルールの製造方法に関する。

スーパーコンピュータ、ハイエンドサーバの高速インターフェースにおける通信では、信号の高速伝送化に対応し、伝送距離を長くすることが可能な光通信が普及しつつある。

伝送距離が数十ｍと長いIBTA EDR（登録商標）、100G Ethernet（登録商標）等の規格で検討されている次世代インターフェースでは光通信が用いられ、電気信号を光信号に変換する光モジュールが用いられている。光モジュールは、光ケーブルとサーバ等とを接続し、光ケーブルからの光信号を電気信号に変換してサーバに出力し、また、サーバからの電気信号を光信号に変換して光ケーブルへと出力する。

光モジュールには、電気信号を光信号に変換する発光素子、光信号を電気信号に変換する受光素子、発光素子を駆動する駆動ＩＣ（Integrated Circuit）、電流を電圧に変換するＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）が設けられている。発光素子及び受光素子と、レンズ付きフェルール等のフェルールとの間は、フレキシブルなシート状の光導波路が設けられている。

特開２０１５−２３１４３号公報 特開２０１５−２２１３０号公報 特開２０１３−２００２７号公報

シート状の光導波路とレンズ付きフェルールとは接着材により接着されるが、接着材に含まれている気泡が光導波路の端面とレンズ付きフェルールとの間に入り込んだ状態のまま硬化してしまうと、気泡により光が減衰し所望の特性を得ることができない。

このため、光導波路とフェルールとの間に気泡が入り込むことなく接着することのできるフェルールが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、光導波路が入れられるスリットと、第一の接続面とが設けられた本体部と、レンズが設けられ、前記第一の接続面と接触する第二の接続面とが設けられたレンズ部と、を有し、前記本体部と前記レンズ部とは、前記第一の接続面と前記第二の接続面とが対向している状態で接着剤により接着され、前記第一の接続面あるいは前記第二の接続面の少なくとも一方は曲面により形成されていることを特徴とする。

開示のフェルールによれば、光導波路とフェルールとの間に気泡が入り込むことなく接着することができるため、光の減衰を抑制することができる。

レンズ付きフェルールの説明図（１） レンズ付きフェルールの説明図（２） 第１の実施の形態のフェルールの構造図 第１の実施の形態のフェルール本体部の構造図 第１の実施の形態のフェルールレンズ部の構造図 第１の実施の形態のフェルールレンズ部の斜視図 光導波路の構造図 第１の実施の形態のフェルールの製造方法のフローチャート 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（１） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（２） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（３） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（４） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（５） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（６） 第１の実施の形態のフェルールの製造方法の説明図（７） 第１の実施の形態のフェルールの変形例の説明図 第２の実施の形態のフェルール本体部の構造図 第２の実施の形態のフェルールレンズ部の構造図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

レンズ付きフェルール（以下、フェルール）と光導波路との接着について、図１及び図２に基づき説明する。図１（ａ）はフェルールの上面図であり、図１（ｂ）は断面図である。図２（ａ）は光導波路が入れられた状態のフェルールの上面図であり、図２（ｂ）は断面図である。

フェルール９１０は、光を透過するＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等の樹脂材料により形成されている。シート状の光導波路９５０は樹脂材料により形成されており、光が伝播するコア９５１が周囲を覆うクラッドにより挟まれている。

フェルール９１０には、光導波路９５０を入れるための開口９１１が設けられており、開口９１１の奥に光導波路９５０の端面が差し込まれるスリット９１２が設けられている。光導波路９５０は、端面９５２がスリット９１２に入れられた状態で、紫外線硬化樹脂等の接着剤９６０により固定される。

スリット９１２の最も奥は接続面９１３となっており、接続面９１３よりも更に奥のスリット９１２の中心の延長線上には、複数のレンズ９１４が設けられている。また、開口９１１の上面側には、窓部９１５が設けられており、接続面９１３の両側の端には空気抜き穴９１６が設けられている。

フェルール９１０に光導波路９５０を接着剤により接着する際には、最初に窓部９１５よりスリット９１２の中に接着剤９６０を供給し、この後、開口９１１より光導波路９５０を入れる。光導波路９５０は、開口９１１より、端面９５２がスリット９１２側となるように入れられる。光導波路９５０の端面９５２は、スリット９１２内の奥の接続面９１３に突き当たるまで入れる。

この際、接続面９１３と端面９５２との間に存在している空気が接着剤９６０により押し出され、更に接着剤９６０の多くは空気抜き穴９１６より抜け出るが、光導波路９５０の端面９５２と接続面９１３との間には接着剤９６０が薄く残る。

接着剤９６０を塗布する際に、接着剤９６０の内部に泡が発生する場合がある。また、光導波路９５０の端面９５２をスリット９１２内の奥に入れる際に接着剤９６０が流動するため、泡が発生する場合がある。このような接着剤９６０内に発生した泡が、接続面９１３と光導波路９５０の端面９５２との間に存在している状態のまま接着剤９６０を硬化させると、接続面９１３と端面９５２との間に泡が残ってしまう。

一方、光導波路９５０を伝播する光は、コア９５１の端面９５２より出射され接続面９１３に入射し、フェルール９１０内を透過した後、レンズ９１４より集光されて出射する。また、フェルール９１０内に入射した光は、フェルール９１０内を透過して接続面９１３より出射され、光導波路９５０のコア９５１に入射する。

接続面９１３と光導波路９５０の端面９５２との間の接着剤９６０に気泡が存在していると、硬化した接着剤９６０と気泡との界面で光が反射されたり進む方向が変えられたりするため、光が減衰し、特性が低下してしまう。

このため、フェルールと光導波路とを接着する際に、接着剤に気泡が生じることなく接着できるものが求められている。

〔第１の実施の形態〕
（フェルール）
次に、第１の実施の形態におけるフェルールについて説明する。本実施の形態におけるフェルールは、図３に示されるように、本体部１０とレンズ部２０とを有している。

尚、図４（ａ）は、本体部１０の正面図であり、図４（ｂ）は上面図であり、図４（ｃ）は背面図であり、図４（ｄ）は側面図であり、図４（ｅ）は図４（ｂ）の一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図である。

本体部１０は、樹脂材料を用いて、金型を用いた樹脂成形によって形成されている。

本体部１０には、光導波路を入れるための開口１１が設けられており、開口１１の奥に光導波路の端面が差し込まれるスリット１２が設けられている。スリット１２は、レンズ部２０と接続される接続面１３の側まで貫通している。また、本体部１０の上面側には、接着剤を供給するための窓部１４が設けられている。本体部１０には、接続面１３より長手方向に沿った貫通する２本のガイドピン孔１５が設けられている。本実施の形態においては、接続面１３は平面である。

図５（ａ）は、レンズ部２０の正面図であり、図５（ｂ）は上面図であり、図５（ｃ）は背面図であり、図５（ｄ）は側面図であり、図５（ｅ）は図５（ｂ）の一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図である。図６はレンズ部２０を裏面側から見た斜視図である。

レンズ部２０は、光を透過するＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂等の樹脂材料を用いて、金型を用いた樹脂成形によって形成されている。この樹脂材料の屈折率は約１．５６１である。

レンズ部２０の正面側には複数のレンズ２１が設けられており、これによりレンズアレイが形成される。レンズ部２０のレンズ２１が設けられている側とは反対側は本体部１０との接続面となり、中央のレンズ２１が形成されている領域に対応する領域に曲面部２２が形成されており、曲面部２２の両側には貫通している２つのガイドピン孔２３が設けられており、ガイドピン孔２３の周囲には、本体部１０の接続面１３と接触する平面により形成された平面部２４が設けられている。曲面部２２は、２つの平面部２４の間に形成されており、半径が１．２５ｍｍの円柱面の一部により形成されている。曲面部２２の、本体部１０と接続される側に最も出っ張っている円柱面の母線となる部分は２つの平面部２４と略同じ高さであって、平面部２４と略平行となるように形成されている。尚、曲面部２２は、円柱面以外にも、楕円柱面、双曲柱面、放物柱面等の曲面の一部により形成してもよい。

図７に示されるように、本実施の形態において用いられる光導波路３０は樹脂材料により形成されており、光が伝播するコア３１を上下方向よりクラッドにより挟み覆った構造のものであり、シート状に形成されている。光導波路３０の一方の側は本実施の形態によるフェルールと接続される端面３２が形成されており、他方の側は不図示の発光素子からの光を入射させ、また受光素子に光を入射させるためにコア３１の部分にはミラーが設けられている。

（製造方法）
次に、本実施の形態におけるフェルールの製造方法について、図８に基づき説明する。

最初に、Ｓ１０２に示すように、定盤の表面に本体部１０を置く。具体的には、図９に示されるように、定盤８０の表面に本体部１０の接続面１３が接触するように置く。定盤８０は金属材料により形成されており、表面は平らになっている。尚、図９（ａ）は、この状態を示す上面図であり、図９（ｂ）は側面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）の一点鎖線９Ａ−９Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、Ｓ１０４に示すように、本体部１０の開口１１よりスリット１２に光導波路３０を入れる。具体的には、図１０に示されるように光導波路３０は端面３２から、開口１１よりスリット１２内に入れられる。スリット１２は接続面１３まで貫通しているため、端面３２が定盤８０の表面に接触するまで光導波路３０をスリット１２内に入れることができる。これにより、定盤８０の表面により接続面１３と光導波路３０の端面３２とが揃えられ、接続面１３と端面３２は面一になる。尚、図１０（ａ）は、この状態を示す上面図であり、図１０（ｂ）は側面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、Ｓ１０６に示すように、本体部１０と光導波路３０とを接着するための接着剤６０を供給する。具体的には、図１１に示されるように、接着剤６０は、本体部１０の窓部１４より、開口１１のスリット１２が設けられている部分と光導波路３０の双方に付着するように供給される。この際用いられる接着剤６０はＵＶ硬化の接着剤であってもよく、また、ＵＶ硬化以外、例えば、シアノアクリレートを主成分とする接着剤であってもよい。尚、図１１（ａ）は、この状態を示す上面図であり、図１１（ｂ）は側面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、Ｓ１０８に示すように、供給された接着剤６０を硬化させることにより、本体部１０と光導波路３０とを接着する。具体的には、ＵＶ硬化の接着剤の場合にはＵＶ光を照射し、シアノアクリレートを主成分とする接着剤の場合には所定の時間放置することにより接着剤６０を硬化させ、本体部１０と光導波路３０とを接着する。尚、本願においては、この工程を第１の接着工程と記載する場合がある。

次に、Ｓ１１０に示すように、本体部１０の接続面１３、レンズ部２０の曲面部２２及び平面部２４を表面処理することにより、ＵＶ硬化時の接着剤に対する濡れ性をよくする。具体的には、接続面１３、曲面部２２及び平面部２４にＵＶのエキシマ光を照射するエキシマＵＶ処理を施すことにより行われる。この際用いられる光源はＸｅ（キセノン）エキシマランプであり、光源より発せられる光の波長は１７２ｎｍである。また、濡れ性をよくするための他の表面処理としては、エキシマＵＶ処理以外にも、接続面１３、曲面部２２及び平面部２４をプラズマに曝すことにより表面処理を行うプラズマ処理等が挙げられる。

次に、Ｓ１１２に示すように、接続面１３に接着剤６１を塗布する。具体的には、真空処理又は遠心分離によって脱泡処理した接着剤６１を図１２に示すように接続面１３に塗布する。

次に、Ｓ１１４に示すように、本体部１０の接続面１３とレンズ部２０の曲面部２２とを接着剤６１により接着する。尚、本願においては、この工程を第２の接着工程と記載する場合がある。

具体的には、図１３に示されるように、接着剤６１の塗布されている接続面１３とレンズ部２０の曲面部２２とが対向する状態にして、本体部１０のガイドピン孔１５にガイドピン４０を入れ、レンズ部２０のガイドピン孔２３にガイドピン４０を入れ、本体部１０とレンズ部２０とを近づけて、接続面１３と曲面部２２とを接触させる。

この際、図１４（ａ）に示されるように、接続面１３と曲面部２２とが離れている状態から、本体部１０をレンズ部２０に近づけることにより、最初に、接続面１３に塗布されている接着剤６１に曲面部２２が接触し、更に本体部１０をレンズ部２０に近づけることにより、図１４（ｂ）に示すように、曲面部２２により接着剤６１が押され、接続面１３及び曲面部２２に濡れ広がる。このため、接着剤６１内に気泡が存在していたとしても、濡れ広がる接着剤６１とともに、気泡は光導波路３０の端面３２より離れる方向に移動するため、光導波路３０の端面３２とレンズ部２０の曲面部２２との間には気泡は存在していない状態となる。

即ち、図１４（ｂ）に示されるように、本体部１０に入れられた光導波路３０の端面３２とレンズ部２０の曲面部２２とが接着剤６１を介して接触している状態となり、塗布された接着剤６１は、濡れ性を高める処理のなされている接続面１３及び曲面部２２を図示横方向に濡れ広がっている。この際、接続面１３と曲面部２２の一部及び平面部２４とが接触する。この状態で紫外線を照射しＵＶ硬化の接着剤６１を硬化させることにより、本体部１０とレンズ部２０とを接着剤６１により接着することができる。

以上の工程により、図１５に示されるように、本実施の形態におけるフェルールに光導波路が接着されたものを作製することができる。本実施の形態においては、光導波路３０の端面３２とレンズ部２０の曲面部２２との間には気泡が存在していないため、気泡により光が減衰し特性が低下してしまうことはない。

尚、レンズ部２０を形成する光を透過する樹脂材料の屈折率は例えば１．５６１であり、接着剤６０も、硬化させた後の屈折率がレンズ部２０を形成している樹脂材料の屈折率に近い値、即ち、１．５６１に近い値のものが用いられている。このため、レンズ部２０と光導波路３０の端面３２との間に接着剤６１が残ったとしても、界面において光損失が生じることはない。

また、本実施の形態は、図１６に示されるように、接続面１３のスリット１２の周囲に溝１６を設けた構造のものであってもよい。これにより、接着剤６１を用いて本体部１０とレンズ部２０とを接着する際に、接続面１３に濡れ広がった接着剤６１は接続面１３に設けられた溝１６に入り込む。このため、本体部１０やレンズ部２０の側面部分まで流れ出ることを防ぐことができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本体部の接続面に曲面部を形成し、レンズ部の接続面を平面により形成した構造のものである。この構造であっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１７（ａ）は第２の実施形態による本体部１１０の正面図であり、図１７（ｂ）は上面図であり、図１７（ｃ）は背面図であり、図１７（ｄ）は側面図であり、図１７（ｅ）は図１７（ｂ）の一点鎖線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図である。本体部１１０は、樹脂材料を用いて、金型を用いた樹脂成形によって形成されている。

本体部１１０には、光導波路を入れるための開口１１が設けられており、開口１１の奥に光導波路の端面が差し込まれるスリット１２が設けられている。また、レンズ部１２０と接続される接続面となる領域には曲面部１１３が形成されており、スリット１２は曲面部１１３の表面まで貫通している。また、本体部１１０の上面側には、接着剤を供給するための窓部１４が設けられている。

また、本体部１１０には、長手方向に沿った貫通する２本のガイドピン孔１５が設けられており、このガイドピン孔１５が設けられている領域は平面１１７となっている。

図１８（ａ）は、レンズ部１２０の正面図であり、図１８（ｂ）は上面図であり、図１８（ｃ）は背面図であり、図１８（ｄ）は側面図であり、図１８（ｅ）は図１８（ｂ）の一点鎖線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図である。レンズ部１２０はＣＯＰ樹脂等の樹脂材料を用いて、金型を用いた樹脂成形によって形成されている。

レンズ部１２０の正面側には複数のレンズ２１が設けられており、これによりレンズアレイが形成される。レンズ部１２０のレンズ２１が設けられている側とは反対側は、本体部１１０との接続面となる平面部１２２が形成されている。また、複数のレンズ２１が設けられている両側には、貫通する２つのガイドピン孔２３が設けられている。

尚、本体部１１０とレンズ部１２０との接着することにより作製される本実施の形態のフェルールの製造方法の工程は、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態は、レンズ部１２０の本体部１１０と接続される面を曲面により形成してもよい。即ち、本体部１１０とレンズ部１２０との接続面の双方を曲面により形成してもよい。また、上記以外の内容については第１の実施の形態と同様である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１０、１１０ 本体部
１１ 開口
１２ スリット
１３ 接続面
１４ 窓部
１５、２３ ガイドピン孔
２０、１２０ レンズ部
２１ レンズ
２２、１１３ 曲面部
２４、１２２ 平面部

Claims (4)

1. 光導波路が入れられるスリットと、第一の接続面とが設けられた本体部と、
   レンズが設けられ、前記第一の接続面と接触する第二の接続面とが設けられたレンズ部と、
   を有し、
   前記本体部と前記レンズ部とは、前記第一の接続面と前記第二の接続面とが対向している状態で接着剤により接着され、
   前記第一の接続面あるいは前記第二の接続面の少なくとも一方は曲面により形成されていることを特徴とするフェルール。
2. 前記レンズは、前記レンズ部の、前記第二の接続面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のフェルール。
3. 光導波路が入れられるスリットが設けられた本体部の接続面と、レンズが設けられたレンズ部の接続面とを接着剤により接着することにより作製されるフェルールの製造方法において、
   前記本体部の接続面若しくは前記レンズ部の接続面の少なくとも一方は曲面により形成されているものであって、
   前記本体部の前記スリットに前記光導波路を入れる工程と、
   前記光導波路の端面を前記本体部の接続面と揃える工程と、
   前記光導波路と前記本体部とを接着する第１の接着工程と、
   前記本体部の接続面と前記レンズ部の接続面とを接着剤により接着する第２の接着工程と、
   を有することを特徴とするフェルールの製造方法。
4. 前記第２の接着工程の前に、前記本体部の接続面あるいは前記レンズ部の接続面の少なくとも一方に対し、接着剤の濡れ性を高める処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のフェルールの製造方法。

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