JP3472808B2

JP3472808B2 - ガラス複合体の製造方法とその製造装置

Info

Publication number: JP3472808B2
Application number: JP2000217424A
Authority: JP
Inventors: 眞市轟
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: JP2002031734A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、ガラス複
合体の製造方法とその製造装置に関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、気相反応で合成する
ことができないガラスの光部品と他の光部品とを容易に
接合できるガラス複合体を、熔融プロセスで、精密かつ
容易に製造することができる方法と、その製造装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】光通信や光情報処理等の分野
においては、近年の光情報処理の高速化等に伴い、光部
品の小型化および集積化等が強く望まれている。光部品
を大別すると、光ファイバ、平面光波回路、レンズアレ
イ等の受動的機能を有する光部品（以下、受動的光部品
という）と、発光素子、光増幅素子、光変調素子等の能
動的機能を有する光部品（以下、能動的光部品という）
とに分けることができる。前者の受動的光部品として
は、半導体製品等とともにガラス製のものが多く用いら
れており、光を閉じ込めたり集光したりする屈折率分布
構造をガラス内部に有し、後者の能動的光部品間の接合
あるいは分岐等を行うことで光回路を構成している。

【０００３】光部品の小型化および集積化に際しては、
この受動的光部品を介して、能動的光部品同士を効率よ
く接合することが重要となり、光ファイバ型デバイス
や、ハイブリッド平面光波回路等のように、能動的機能
と受動的機能を組み合わせた光部品の開発が進められて
いる。

【０００４】一方、近年になって、従来の光部品では得
られがたかった能動的機能を、Ｂｉ₂Ｏ₃系ガラス、カル
コゲナイド系ガラス、フッ化ガラス、テルライトガラス
等（以下、非シリカガラスという）を用いることで実現
しようとする提案が多数なされてきてもいる。たとえ
ば、非線型効果を有するＢｉ₂Ｏ₃系ガラスやカルコゲナ
イド系ガラスを利用した超高速光スイッチ、フッ化ガラ
スをホストにした利得平坦性を有する光ファイバアン
プ、テルライトガラスやＢｉ₂Ｏ₃系ガラスをホストにし
た超広帯域利得を有する光ファイバアンプ、ポーリング
処理を施したテルライトガラスによる第二次高調波発生
等がその一例である。

【０００５】このような能動的機能を有する非シリカガ
ラスを、ミリ〜サブミリオーダーの微小なバルクチップ
に加工して小型の光部品を製造したり、光導波路を形成
することができれば、光部品の小型化および集積化に大
きく寄与することが期待される。

【０００６】一般に、光部品間の接合は、お互いの部品
の光軸を精密に一致させることが重要であり、光部品の
製造過程においては、極微小な寸法制御および位置制御
を精密かつ容易に行うことが必要とされる。多元半導体
製の受動的光部品やシリカガラス製の受動的光部品につ
いては、精密な寸法制御が可能な気相反応で合成するこ
とができるため、平面光波回路等を形成することで光部
品間の接合および集積化を比較的容易に行うことが既に
可能となっている。

【０００７】しかしながら、非シリカガラスについて
は、気相反応で合成することが極めて困難であり、原料
粉末をるつぼに入れて熔融攪拌した後、鋳型に流し込む
といった、古典的な熔融プロセスによって合成されてい
る。このような合成方法においては、未だに精密な寸法
制御技術が確立されておらず、平面光波回路等を形成す
ることはできなかった。さらに、非シリカガラスは、シ
リカガラスと比較して熱加工時の結晶析出に対する安定
性が劣るため、一般に精密な製造および加工が困難であ
り、集積化のための小型の光部品さえも作成するのが困
難という問題がある。

【０００８】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、気相反応で合成できないガラスの光部品と他の
光部品とを容易に接合できるガラス複合体を、熔融プロ
セスで、精密かつ容易に製造することができる方法と、
その製造装置を提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供
する。

【００１０】すなわち、まず第１には、基板に配設した
空隙内にガラス融液を入れて固化させてなるガラス複合
体の製造方法であって、ガラスが融液となる温度にまで
加熱する工程と、そのガラス融液を１本の針からなる接
触子の先端に付着させる工程と、接触子の先端に付着さ
せたガラス融液を基板の貫通孔に接触させて閉塞器を移
動させながら基板の空隙に入れる工程と、冷却させてガ
ラスを固化させる工程からなるガラス複合体の製造方法
を提供する。

【００１１】そして、第２には、基板に配設した空隙内
にガラス融液を入れて固化させてなるガラス複合体の製
造方法であって、ガラスが融液となる温度にまで加熱す
る工程と、そのガラス融液を２本の針からなる接触子の
間に付着させる工程および片方の針の先端に配置させる
工程と、接触子の先端に付着させたガラス融液を基板の
空隙に入れる工程と冷却させてガラスを固化させる工程
からなるガラス複合体の製造方法を提供する。

【００１２】第３には、２本の針からなる接触子の針間
の最短距離を構成する線分の一端が第１の針の先端と一
致する状態に配置して、２本の針の最短距離部を含む部
分にガラス融液を付着させた状態を保ったまま２本の針
間の距離を広げることによってガラス融液を第１の針の
先端に配置させる上記ガラス複合体の製造方法を提供す
る。

【００１３】また、第４には、軸部が平行で先端部が異
なる角度に曲げられた２本の針からなる接触子におい
て、針の先端部の角度が小さい方の第１の先端が、角度
が大きい第２の針の先端よりもわずかに下に位置する状
態に配置してガラス融液を付着させた後、前記第２の針
を軸方向に平行に上方に移動させて２本の針の先端距離
を広げてガラス融液を前記第１の針の先端に配置させる
上記ガラス複合体の製造方法を提供する。

【００１４】また、この出願の発明は、第５には、基板
に配設した空隙内にガラス融液を入れて固化させてなる
ガラス複合体の製造方法であって、ガラスが融液となる
温度にまで加熱する工程と、ガラス融液を毛細管からな
る接触子の先端に付着させる工程と、接触子の先端に付
着させたガラス融液を毛細管の圧力を調整しながら基板
の空隙に入れる工程と、冷却させてガラスを固化させる
工程からなるガラス複合体の製造方法を、そして、第６
には、先端に付着したガラス融液を基板の貫通孔に接触
して閉塞器を移動させて基板の空隙に入れるガラス複合
体の製造方法を、また、第７には、基板および接触子の
先端がガラスの融液となる温度にまで加熱されている上
記ガラス複合体の製造方法を提供する。

【００１５】この出願の発明は、第８には、上記ガラス
複合体の製造方法に使用する装置であり、基板を支える
基板ホルダと、ガラス融液を貯蔵する容器と、ガラス融
液を採取する１本の針からなる接触子と、基板に設けら
れた貫通孔と符合する閉塞器と位置制御装置と、容器、
接触子の先端および基板ホルダ上の基板を加熱する加熱
手段とが備えられていることを特徴とするガラス複合体
の製造装置を提供する。

【００１６】また、第９には、基板を支える基板ホルダ
と、ガラス融液を貯蔵する容器と、ガラス融液を採取す
る先端部が異なる角度に曲げられた２本の針からなる接
触子と、位置制御装置と、容器、接触子の先端および基
板ホルダ上の基板を加熱する加熱手段とが備えられてい
るガラス複合体の製造装置を、第１０には、位置制御装
置は、２本の針の角度および位置を個々に制御する上記
ガラス複合体の製造装置を提供する。

【００１７】そして、この出願の発明は、第１１には、
基板を支える基板ホルダと、ガラス融液を貯蔵する容器
と、ガラス融液を採取する内圧調整が可能な毛細管から
なる接触子と、位置制御装置と容器、接触子の先端およ
び基板ホルダ上の基板を加熱する加熱手段とが備えられ
ているガラス複合体の製造装置を提供する。

【００１８】また、この出願の発明は、第１２には、基
板に設けられた貫通孔と符合する閉塞器が設けられてい
る上記ガラス複合体の製造装置を、第１３には、位置制
御装置が接触子の位置および基板に設けられた貫通孔と
符合する閉塞器の位置を制御する上記ガラス複合体の製
造装置を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の.形態につ
いて説明する。

【００２０】まず、この出願の発明が提供するガラス複
合体の製造方法は、基板に配設した空隙内にガラス融液
を入れて固化させてなるガラス複合体の製造方法であっ
て、ガラスが融液となる温度にまで加熱する工程（Ａ）
と、そのガラス融液を接触子の先端に付着させる工程
（Ｂ）と、接触子の先端に付着させたガラス融液を空隙
に入れる工程（Ｃ）と、冷却させてガラスを固化させる
工程（Ｄ）とから構成されている。

【００２１】この出願の発明が対象とするガラス複合体
は、光部品として有用な、高精度に制御された微小なガ
ラス体を基板に有している。そのガラス体は、基板に予
め配設された空隙に、ガラス融液を入れて固化させるこ
とで製造される。基板は、そのガラス体と他の光部品等
との接合点を提供するものとして用いられる。

【００２２】ガラス体としては、Ｂｉ₂Ｏ₃系ガラス、カ
ルコゲナイド系ガラス、フッ化ガラス、テルライトガラ
ス等のように、気相反応で合成できない非シリカガラス
を対象としているが、もちろん、非シリカガラス以外の
ガラスを用いることもできる。

【００２３】基板は、上記ガラスが流動性を持つような
温度にまで加熱されても、変形したり、反応を起こすこ
と等がなく、熱衝撃に強いものを用いることができる。
たとえば、シリコンウエハや、石英ガラス板、ガラスフ
ェルール等を用いることが例示される。また、基板とガ
ラス体との界面で光を全反射させる必要がある場合は、
基板の屈折率をガラス体の屈折率よりも低くする等して
もよい。

【００２４】この出願の発明の方法においては、まず、
基板に、所望のガラス体と同じ大きさおよび形状の空隙
を、ガラス体が配置されるべき位置に配設する。空隙、
すなわちガラス体の大きさおよび形状としては、以下の
点を考慮することができる。

【００２５】１．ガラス体が、所望の光機能を発現する
に足る大きさおよび形状である。

【００２６】２．この出願の発明のガラス複合体と接続
する全ての光部品の光導波路に、光学的な接続が可能な
大きさおよび形状である。

【００２７】３．基板とガラス体との熱膨張率差によっ
て発生する応力が、基板あるいはガラス体を破壊に至ら
しめることのない大きさおよび形状である。

【００２８】ここで重要となることは、精密に制御され
た微小のガラス体を基板に形成することであり、微量の
ガラス融液を精密に空隙に入れることである。上記の点
を考慮した空隙は、大きくてもその体積は１ｍｍ³程度
であり、極微少量のガラス融液を取り扱う技術が必要と
される。

【００２９】そのため、この出願の発明の方法において
は、接触子を用い、その先端にガラス融液を付着させる
ことで、極微少量のガラス融液を取り扱うようにしてい
る。また、微細な空隙へガラス融液を入れる導入路とし
て、および／あるいは、ガラス融液の導入の際の空気排
出路として、孔を基板に配設することが好ましい。孔
は、毛細管現象が生じる程度の幅あるいは径とすること
が好ましい。

【００３０】基板に配設される空隙および孔の形態は、
様々なものが考慮される。たとえば、図１の三面図
（ア）のように、基板の平面上に空隙としての溝を形成
し、その溝の両端に、溝の幅よりも大きく開放された空
間としての孔を形成することが例示される。この場合、
孔は、図示されたうちのどちらか１つであってもよい
が、ガラス融液を容易に導入するためには、２つ以上設
けることが好ましい。

【００３１】また、図１の三面図（イ）のように、空隙
としての溝と孔としての溝を、等しい幅で十分長く形成
することや、図１の三面図（ウ）のように、基板の内部
に空隙を設け、その空隙と基板表面とに通じる孔を２つ
形成すること等もできる。（ウ）では、基板内に１本の
貫通孔を設け、貫通孔の中程を空隙とし、その端部を２
つの孔とした場合を例示している。

【００３２】空隙および孔を形成する方法としては、た
とえば、イオンビーム（ＦＩＢ）や強いレーザー光等を
照射する方法や、溝を切った基板を張り合わせる方法、
ガラス棒の長さ方向に孔を空けて延伸したものを切り取
って利用する方法等が例示される。

【００３３】以上のような構成の空隙に、ガラス融液を
導入する。すなわち、ガラス体の原料をガラス融液とな
る温度にまで加熱し（工程Ａ）、そのガラス融液を接触
子の先端に付着させて（工程Ｂ）、接触子の先端に付着
させたガラス融液を空隙に入れる（工程Ｃ）。

【００３４】この出願の発明においては、基板および接
触子の先端は、ガラスが融液となる温度にまで加熱され
ていることを特徴としている。工程（Ａ）〜（Ｃ）で
は、ガラスを融液として扱うため、ガラス融液はもちろ
ん、ガラス融液と接触する基板、接触子もガラスが融液
となる温度を保つようにしている。

【００３５】ガラス融液を空隙に入れる方法としては、
様々な方法が考慮される。たとえば、図１の（イ）のよ
うに空隙および孔が基板の表面に設けられている場合に
は、図１の（エ）に示したように、空隙の直上にガラス
融液を接触させることで、毛細管現象を利用して空隙を
ガラス融液で埋めることができる。この場合、孔は空隙
よりも大きな空間とすることで、孔は空隙から追い出さ
れる空気の通路として機能する。

【００３６】また、空隙が基板の内部に設けられている
場合には、孔を通じてガラス融液を空隙に流入させるこ
ともできる。この場合、空隙から基板の表面に通じる孔
を２つ以上設けておくと、ガラス融液が導入される際に
別の孔から空気が排出されるため、ガラス融液の流入を
良くすることができる。

【００３７】孔および溝は、以上のような機能を担うも
のであれば、その形状は図示されたものに限定されな
い。

【００３８】次いで、冷却させて（工程Ｄ）、空隙内の
ガラス融液を固化させる。これによって、微小なガラス
体を有するガラス複合体を得ることができる。

【００３９】このガラス複合体と他の光部品との接合手
段としては、たとえば、以下のような方法が示される。
図２の（イ）に示したように、製造したガラス複合体の
基板表面に、ガラス体に向かって溝を設け、この溝に光
ファイバ等を配置して光学的接続を図ってもよい。基板
に光ファイバ等の外径と同じ寸法の孔を設けた場合に
は、ガラス複合体と他の光部品を接合する手段として孔
を直接用いる等してもよい。

【００４０】また、（ロ）に示したように、予め基板に
気相法などで光導波路を形成しておき、その光導波路と
接するようにガラス体の配置位置を決定してガラス複合
体を製造する等してもよい。この場合、たとえば、シリ
コン基板上にシリカガラス厚膜を堆積して光導波路を形
成した平面光波回路や、ガラス板の表面からイオン交換
によって光導波回路を形成した平面光波回路等を基板と
して用いることができる。

【００４１】これによって、高精度に制御された微小な
ガラス体と他の光部品とを接合可能とするガラス複合体
を製造できる。

【００４２】この出願の第１の発明が提供するガラス複
合体の製造方法は、上記発明の方法において、接触子
が、１本の針であることを特徴としている。

【００４３】接触子は、全体が針状であってもよいし、
先端部が針状であってもよい。接触子が針状であると、
接触子の先端に、極少量のガラス融液を容易に付着させ
ることができる。また、基板に設けた微細な孔に、ガラ
ス融液を接触させることもできる。

【００４４】この出願の第２の発明が提供するガラス複
合体の製造方法は、上記発明の方法において、接触子
が、２本の針であることを特徴としている。

【００４５】接触子が一本の針の場合で針先に十分な量
のガラス融液が残らない場合には、接触子を２本の針と
し、狭い間隔を保ったままで接触子の先端をガラス融液
に浸漬させることでも、毛細管現象を利用してガラス融
液を接触子に確保することができる。そして２本の針の
先端部に付着させたガラス融液を、基板の孔に付着させ
ることができる。

【００４６】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造方法は、上記発明の方法の、工程Ｂにおいて、２本
の針からなる接触子を、２本の針の間の最短距離を構成
する線分の一端が第１の針の先端と一致する状態に配置
して、２本の針の最短距離部を含む部分にガラス融液を
付着させた後、前記状態の関係を保ったまま２本の針の
間の距離を広げることで、ガラス融液を前記第１の針の
先端に配置させることを特徴としている。

【００４７】前記発明の方法の様に、ガラス融液を２本
の針で確保した場合には、ガラス融液は２本の針の間に
挟まれた広い位置に存在する。そして、針先に十分な量
のガラス融液が配置されず、基板の孔にガラス融液を接
触させることができなくなることも考えられる。このよ
うなときには、２本の針の距離を広げることで、ガラス
融液を１本の針に配置させる。図３に、２本の針で確保
したガラス融液を、一本の針に配置させる様子を示し
た。ただし、図３に示すような場合には、一本の針の先
端にガラス融液を配置することはできない。

【００４８】（イ）では、ガラス融液を介して２本の針
がほぼ平行であるため、一方の針をそのまま上方に移動
させると、移動させた針に応じてガラス融液も上方に移
動してしまい、一本の針の先端にガラス融液を配置させ
ることができなくなってしまう。（ロ）では、片方の針
を上方に動かすにつれて、もう片方の針に接触している
ガラス融液が針の先端から移動してしまっている。これ
らは、（ハ）および（ニ）に示すように、一方の針
（１）の先端から他方の針（４）までの最短距離Ｒが、
２本の針（１）（４）の最短距離ｒよりも長くなってい
るために起こるのである。すなわち、Ｒ＝ｒの関係を保
って２本の針（１）（４）の距離を広げていくことで、
一方の針の先端にガラス融液を配置することができる。

【００４９】そこで、２本の針の先端の動きを一般化し
たものを図４に例示し、一本の針の先端にガラス融液を
配置させる方法について、詳しく説明する。この図で
は、２本の針（１）（４）に分かれたガラス融液（２）
に働く重力の影響は、ほとんどないものとしている。２
本の針（１）（４）を、毛細管現象が働く程度の短い距
離を隔て、両者が平行にならない角度で配置し、両者の
最短距離を形成する線分ＡＢの一端が針（１）の先端と
なるように配置する。このとき、針（１）の先端は、針
（４）に接していてもよい。この状態で、２本の針
（１）（４）の先端部をガラス融液（２）に浸漬させて
引き上げることで、２本の針（１）（４）の間にガラス
融液（２）を絡め採ることができる。この状態から、２
本の針（１）（４）の間の最短距離を形成する線分ＡＢ
の一端が、針（１）の先端となる関係を保ちながら、線
分ＡＢの距離が広がる方向に針（４）を動かすことで、
針（１）の先端にガラス融液（２）を配置させることが
できる。このような動きは、図４中の矢印の方向に針
（４）を動かすことで実現される。

【００５０】なお、２本の針に絡め採られたガラス融液
が２本の針に分離された後には、もちろん、Ｒ=ｒの関
係を満たす必要はない。また、便宜上、図中では針
（１）（４）の先端側面が長方形となっているが、針
（１）（４）の先端はもちろん尖っていてもよいし、こ
れに限定されるものではない。

【００５１】これによって、ガラス融液を針の先端に配
置させることができ、ガラス融液を基板の孔に容易に付
着させることができる。

【００５２】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造方法は、上記発明の方法において、接触子は、各々
異なる角度を成すように先端部を曲げた２本の針であっ
て、工程Ｂにおいて、２本の針を、先端部以外の軸部が
平行で、成す角度の小さい方の第１の針の先端が、他方
の第２の針の先端よりもわずかに下に位置する状態で配
置してガラス融液を付着させた後、前記第２の針を軸方
向を一致させたまま上方に移動させて２本の針の先端距
離を広げることで、ガラス融液を前記第１の針の先端に
配置させることを特徴としている。

【００５３】この発明の方法によっても、ガラス融液を
２本の針で確保した場合に、ガラス融液を１本の針に容
易に配置させることができる。そして、上記発明の方法
よりも、１本の針の単純な移動のみで、ガラス融液を１
本の針に配置させることができる。

【００５４】たとえば図５に示したように、接触子は各
々異なる角度を成すように先端部を曲げた２本の針
（１）（４）からなり、２本の針は、成す角度の小さい
方の針（４）の先端が、他方の針（１）の先端よりもわ
ずかに下に位置する状態で、先端部以外の軸部が平行と
なるように配置されている。２本の針（１）（４）のこ
のような関係は、上記発明の方法における針の移動を、
極めて単純なものとすることができる。

【００５５】すなわち２本の針（１）（４）の関係は、
既に、両者の先端が平行にならない角度で、かつ、両者
の最短距離を形成する線分ＡＢの一端が針（１）の先端
となるように配置されることになる。

【００５６】また、成す角度の小さい針（４）を上方に
平行に移動させるだけで、両者の最短距離を形成する線
分ＡＢの一端が針（１）の先端となる関係を保ちなが
ら、両者の距離を広げることができる。

【００５７】これによって、より単純な操作によってガ
ラス融液を針の先端に配置させることができ、ガラス融
液を基板の孔に容易に付着させることができる。

【００５８】この出願の第５の発明が提供するガラス複
合体の製造方法は、上記発明の方法において、接触子
が、毛細管であることを特徴としている。前記発明の方
法の様に、接触子が一本の針の場合は、針とガラス融液
との間の濡れ性によっては、針先に十分な量のガラス融
液が残らない場合が考えられる。この場合、接触子とし
て毛細管を用いてもよい。毛細管を用いることによって
毛細管現象が利用でき、ガラス融液に毛細管を接触させ
るだけで、ガラス融液を毛細管内に確保することが可能
となる。

【００５９】また、この出願の発明が提供するガラス複
合体の製造方法においては、毛細管からなる接触子の内
圧を、圧力調整装置で制御することができる。

【００６０】ガラス融液を付着させない側の毛細管の端
を、圧力調整装置に接続して、毛細管内の圧力を微調整
できるようにする。たとえば、毛細管内の気体の温度を
部分的に変化させたり、機械的な運動で毛細管の体積を
変化させたり、ポンプを接続する等して、制御しつつ圧
力を変化させることができる。これによって、十分量の
ガラス融液を毛細管内に確保することができ、さらに、
必要量のガラス融液を基板上の孔に付着させることが可
能となる。

【００６１】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造方法は、上記発明の方法において、基板は、一部区
間の断面形状が一定である貫通孔を設けて、貫通孔のそ
の区間と符号する閉塞器で閉塞したものであって、工程
Ｃにおいて、接触子の先端に付着したガラス融液を基板
の貫通孔に接触させ、閉塞器を移動させることによっ
て、貫通孔内へのガラス融液の流入量を制御することを
特徴としている。

【００６２】基板内部に空隙および孔としての貫通孔を
設けた場合、貫通孔が上下方向となるように基板を固定
して、ガラス融液を基板の上面の貫通孔を塞ぐように接
触させる。するとガラス融液は、毛細管現象および重力
により貫通孔内部に移動する。しかしながら、基板とガ
ラス融液との組み合わせによっては、ガラス融液の重力
による貫通孔内部への流入が起こりにくい場合もある。

【００６３】ガラス融液が重力のみでは貫通孔内部に流
入しにくい場合には、工程Ｃにおいて、貫通孔と符号す
る閉塞器を用いることで、貫通孔内へのガラス融液の流
入を促し、またその流入量を精密に制御することもでき
る。図５の（ニ）〜（ト）に、基板に貫通孔を設けた場
合に、貫通孔にガラス融液を導入する様子の一例を示し
た。（ニ）は、貫通孔にガラス融液を接触させる前の、
基板および閉塞器を示している。基板には、一部区間の
断面形状が一定である貫通孔が設けてあり、貫通孔が上
下方向となるように配置してある。貫通孔は、予め貫通
孔と符号する閉塞器で、貫通孔の一部区間を閉塞してあ
る。（ホ）において、ガラス融液を貫通孔を塞ぐように
基板に接触させ、（へ）次いで閉塞器を貫通孔から引抜
く方向に移動させることによって、（ト）貫通孔内へガ
ラス融液を導入する。これによって、ガラス融液が重力
のみでは貫通孔内部に流入しにくい場合であっても、貫
通孔内へのガラス融液を導入することができる。また、
閉塞器の移動を２段階で行い、１回目の閉塞器の移動後
に貫通孔内部の外にあるガラス融液を取り除き、２回目
の閉塞器の移動を行うことで、一定量のガラス融液を貫
通孔に導入することも可能となる。

【００６４】これによって、気相反応で合成できないガ
ラスの光部品と他の光部品とを容易に接合できるガラス
複合体を、熔融プロセスで、精密かつ容易に製造するこ
とができる。

【００６５】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明のガラス複合体の製造方法を実現
するための装置であって、基板を支える基板ホルダと、
ガラス融液を貯蔵する容器と、ガラス融液を採取する接
触子と、その接触子を移動させる位置制御装置と、加熱
手段とが備えられ、位置制御装置は、接触子の先端にガ
ラス融液を付着させて、付着されたガラス融液を基板上
の所定の位置に接触させ、加熱手段は、容器、接触子の
先端および基板ホルダ上の基板を加熱することを特徴と
している。

【００６６】図６に、この出願の発明のガラス複合体の
製造装置の概念を示した図を例示した。

【００６７】基板ホルダは、ガラス複合体の作成過程を
通じてガラス複合体の基板を支えている。この基板ホル
ダは、１つの基板を支えるものであってもよいし、複数
の基板を支えるようにしてもよい。基板ホルダの形状
は、特に制限されない。たとえば、図示したように基板
を載せる台等であってもよいし、図には示していないが
基板を吊り下げるもの等であってもよい。その材質は、
ガラスが融液となる温度にまで加熱される基板を支える
ため、そのような高温に耐えられるものとする。また、
基板ホルダは、基板のホルダへの設置・ホルダからの取
り出し、および基板の冷却を効率よく行うために、容易
に移動できるようにしておいてもよい。さらに複数の基
板を支える基板ホルダの場合は、基板の空隙へのガラス
融液の導入を効率よく行うために、回転あるいは移動等
ができるようにしてもよい。

【００６８】ガラス融液を貯蔵する容器は、その形状は
特に制限されない。ガラス融液を採取する接触子は、微
量のガラス融液を扱うために、先端が細い棒状であるも
のが好ましい。また図示したように、接触子を長くする
ことで、接触子の先端と位置制御装置との距離を広げる
ことができ、位置制御装置を加熱手段の影響を受けない
位置に設置することが可能となる。この場合、接触子の
移動に伴う接触子先端の振動を抑制するために、図示し
ていないが、耐熱性の材料でできたレールや管等で接触
子の一部を支える等してもよい。

【００６９】容器および接触子の材質については、ガラ
ス融液の温度に耐え、ガラス融液と接しても侵されるこ
とのないものを、ガラス融液の温度とガラスの化学組成
に応じて選択することができる。たとえば、白金、金、
ステンレス等を用いることが例示される。

【００７０】位置制御装置は、接触子を移動させる手段
であり、接触子を容器上方および基板ホルダ上方間で
移動させ、接触子の先端部をガラス融液に浸漬させて
引き上げるために接触子を昇降させる、接触子の先端
に付着したガラス融液を基板に接触させるために接触子
を昇降させるといった機能が備えられている。

【００７１】加熱手段は、固体のガラスを加熱してガラ
ス融液とし、そのガラス融液の状態を保つために備えら
れる。従って、ガラスを溶融させるのみでなく、熔融し
たガラスが接触するものをも加熱する。すなわち、容
器、接触子の先端および基板ホルダ上の基板を加熱して
いる。これらのものを加熱するために、もちろん、接触
子の先端部以外、基板ホルダ等が加熱されてもよい。加
熱手段としては、縦型環状炉等の加熱手段を用いること
ができる。また、赤外線を利用して、接触子の先端部等
を部分的に加熱すること等も例示される。

【００７２】以上のような構成をもつこの発明の装置に
おいて、ガラス複合体は、たとえば以下のように製造さ
れる。すなわち、予め微小な空隙および孔を設けた基板
を基板ホルダーにて支え、所望のガラスあるいはガラス
原料粉末を容器に入れて、基板、接触子、ガラス、およ
びそのガラスを入れた容器を、ガラスが融液となる温度
にまで加熱手段によって加熱する。ガラスが融液となっ
たら、移動手段によって接触子をガラス融液の入った容
器上方にまで移動させ、接触子を降下および上昇させて
接触子の先端にガラス融液を付着させる。次いで、移動
手段によって接触子を基板ホルダの上方にまで移動さ
せ、接触子を降下および上昇させて基板上の所望の位置
にガラス融液を接触させる。基板の空隙にガラス融液が
入ったら、基板ホルダを加熱手段の外に移動させる等し
て基板を冷却させる。これによって、微小なガラス体を
有するガラス複合体を製造することができる。

【００７３】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明の装置において、接触子が、１本
の針であることを特徴としている。接触子の先端を針状
とすることで、微量のガラス融液を扱うことができ、ま
た、基板上にガラス融液を接触させる際にも位置の制御
を精密に行うことが可能となる。

【００７４】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明の装置において、接触子が、毛細
管であることを特徴としている。ガラス融液が接触子に
付着しにくい場合であっても、接触子に毛細管を用いる
ことで、接触子をガラス融液に浸漬させた際に毛細管現
象を利用して、ガラス融液を接触子に確保することが可
能となる。

【００７５】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明の装置において、毛細管の内圧を
制御する圧力調整装置が備えられていることを特徴とし
ている。毛細管は、全長にわたって均一な内径を持つ必
要はなく、たとえば、圧力を制御される部分の内径を大
きくする等してもよい。圧力調整装置としては、毛細管
内の圧力を微調整できるものが利用できる。たとえば、
圧電素子やポンプ等を利用したり、毛細管内の気体の温
度を変化させたり、機械的な運動で毛細管の体積を変化
させる等して、毛細管内の圧力を微調整すること等が例
示される。これによって、十分な量のガラス融液を毛細
管内に確保することができる。また、毛細管内のガラス
融液を、必要量だけ吐出することができる。

【００７６】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明の装置において、接触子が、２本
の針であることを特徴としている。ガラス融液が接触子
に付着しにくい場合に、接触子を２本の針とすることで
も、ガラス融液を確保することが可能となる。この場
合、２本の接触子を狭い間隔を隔てて設けることで、２
本の接触子の間に働く毛細管現象を利用することができ
る。また重力によって接触子の先端に集まるガラス融液
を、基板上の所定の位置に接触させることができる。

【００７７】また、この出願の発明は、上記発明の装置
において、位置制御装置は、２本の針の角度および位置
を個々に制御することを特徴としている。この発明の装
置においては、位置制御装置によって２本の針の角度お
よび位置を個々に移動させることによって、ガラス融液
を１本の針の先端に配置させることができる。すなわ
ち、２本の針は、毛細管現象が働く程度の短い距離を隔
て、両者が平行にならない角度で、両者の最短距離を形
成する線分ＡＢの一端が一方の針の先端となるように配
置されている。このとき、その一方の針の先端は、他方
の針に接していてもよい。位置制御装置は、まずは２本
の針をこの状態を保ったまま同時に制御して、２本の針
の先端部をガラス融液に浸漬させて引き上げ、２本の針
の間にガラス融液を確保させる。次いで、位置制御装置
は、２本の針の間の最短距離を形成する線分ＡＢの一端
が、前記一方の針の先端となる関係を保ちながら、前記
他方の針を線分ＡＢの距離が広がる方向に動かすこと
で、一方の針の先端にガラス融液を配置させる。

【００７８】このように２本の針の角度および位置を個
々に制御することで、ガラス融液が接触子に付着しにく
い場合であっても、ガラス融液を確保することができ、
また、基板上にガラス融液を接触させる際にも位置の制
御を精密に行うことができる。

【００７９】この出願の発明は、上記発明の装置におい
て、接触子が、各々が異なる角度を成すように先端部を
曲げられた２本の針であることを特徴としている。この
発明の装置においては、接触子は各々が異なる角度を成
すように先端部を曲げられた２本の針からなり、２本の
針は、成す角度の小さい方の針の先端が、他方の針の先
端よりもわずかに下に位置する状態で、先端部以外の軸
部が平行となるように配置されている。

【００８０】この場合、２本の針の間に確保されたガラ
ス融液は、成す角度の小さい針を上方に平行に移動させ
るだけで、一方の針の先端に配置される。

【００８１】これによって、２本の針を個々に制御する
位置制御装置の動きを、より単純化することができる。

【００８２】この出願の発明が提供するガラス複合体の
製造装置は、上記発明の装置において、基板に設けられ
た貫通孔と符合する閉塞器と、その閉塞器の位置制御手
段が備えられ、閉塞器を移動させることによって貫通孔
内へのガラス融液の流入量を制御することを特徴として
いる。この出願の発明の装置は、基板に貫通孔を設けて
ガラス複合体を製造する場合を対象としている。

【００８３】図８に、この出願の発明の装置における、
基板、基板ホルダ、閉塞器とその閉塞器の位置制御手段
の関係を、図７に、装置全体の概要を例示した。

【００８４】貫通孔が設けられた基板（３）は、貫通孔
が上下方向となるように、基板（３）の下端を基板ホル
ダ（３６）に支えられている。基板（３）には、貫通孔
と符合する閉塞器（３５）が、貫通孔の上方に空隙を一
部残して、下方から挿入されている。この状態で、たと
えば、基板（３）の上面にガラス融液（２）を接触させ
て、貫通孔を塞ぐようにガラス融液（２）を配置させ
る。次いで、閉塞器（３５）を位置制御装置（３７）に
よって貫通孔から引抜く方向に移動させることにより、
貫通孔を塞いでいるガラス融液（２）を貫通孔内に流入
させることができる。貫通孔内へのガラス融液（２）の
流入量は、閉塞器（３５）の移動量によって制御するこ
とができる。また、必要量のガラス融液（２）を貫通孔
内に流入させた後に、貫通孔の外にある余分なガラス融
液（２）を除去し、再び閉塞器（３５）を引抜く方向に
移動させることによって、必要量のガラス融液（２）を
貫通孔内の所望の位置に配置させること等もできる。

【００８５】図では、貫通孔は一定の断面となっている
が、閉塞器が移動する区間において一定の断面であれば
よい。また、閉塞器は全体が基板ホルダの中に設置され
る必要はなく、基板ホルダは位置制御装置と並べて設置
する必要はない。たとえば、閉塞器としてフレキシブル
な光ファイバ等を利用することによって、閉塞器をＪ字
型とすることができ、閉塞器の位置制御手段を装置上方
に配置させることができる。この場合、基板ホルダは基
板を支えるだけでもよいし、基板ホルダもＪ字型にして
閉塞器のガイドにする等してもよい。

【００８６】これによって、気相反応で合成できないガ
ラスの光部品と他の光部品とを容易に接合できるガラス
複合体を、熔融プロセスで、精密かつ容易に製造できる
装置が提供される。

【００８７】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。

【００８８】

【実施例】基板内部にガラス体を有するガラス複合体
を、図７に示す装置を用いて製造した。図８は、その装
置の加熱炉内の様子を詳しく示した図である。

【００８９】基板（３）としては、シリカガラス製のフ
ェルール（外径１．８ｍｍ、内径０．１２６ｍｍ、長さ
２０ｍｍ）を用い、空隙および孔は、フェルールの貫通
孔を利用した。基板（３）は、下部をシリカガラス製の
基板ホルダ（３６）によって固定し、基板（３）の孔に
は、下方より、外径０．１２５ｍｍのシリカガラス性フ
ァイバからなる閉塞器（３５）の一端を適当な長さだけ
挿入してある。閉塞器（３５）は、基板ホルダ（３６）
内を通して他端を閉塞器制御装置（３７）に接続した。
この閉塞器制御装置（３７）は、閉塞器（３５）を貫通
孔内で移動させる機能を有するものである。

【００９０】基板（３）とほぼ同じ高さには、組成が８
０ＴｅＯ₂−２０ＺｎＯ［ｍｏｌ％］の非シリカガラス
系のガラス融液（２）を満たした容器（２１）を配置し
た。容器（２１）を固定する手段は図示さなかったが、
台の上に配置させてある。

【００９１】２本の針（１）と針（４）は、その先端が
各々異なる角度で曲げたものを使用した。２本の針
（１）（４）は、軸部が平行となるように、アルミナ管
製のガイド（１２）内を通して、針位置制御装置（１
１）に接続した。針位置制御装置（１１）は、２本の針
（１）（４）が容器（２１）と基板（３）の間を行き来
できるようにガイド（１２）移動させることや、２本の
針（１）（４）にガラス融液（２）を確保させて、ガラ
ス融液（２）を一本の針（１）の先端に配置させるよう
に、針（４）のみを上下に移動させることができる。

【００９２】上記のような構成を、図７に示したよう
に、縦型環状炉からなる加熱手段（３１）内に配置し、
炉内を約７００℃の温度に保った。図示してないが、加
熱手段（３１）には、各装置の位置確認用の窓を設け
た。

【００９３】ガラス複合体の製造は、図５に示した手順
に従って、以下のように行った。＜工程イ〜ロ＞まず、
針位置制御装置により針（１）と針（４）を降下・上昇
させて、針（１）と針（４）の間にガラス融液（２）の
微小量を絡め採った。＜工程ハ〜ニ＞次に、針（４）の
みを上昇させ、針（１）の先端にガラス融液（２）を配
置させた。この際、針（４）の操作は、針（１）の先端
と針（４）との距離Ｒが、針（１）と針（４）のガラス
融液（２）を介した部分における最短距離ｒと等しくな
っている。＜工程ホ＞今度は、針（１）を降下させて、
針（１）先ののガラス融液（２）を基板（３）に、孔を
覆うように接触させた。＜工程へ〜ト＞閉塞器制御装置
により閉塞器（３５）を下方に移動させて、ガラス融液
（２）を基板（３）の孔内の所望の位置に移動させた。

【００９４】基板（３）を加熱手段（３１）から取り出
し、閉塞器（３５）を外してから冷却させた。これによ
って、基板（３）内部にガラスを挿入させたガラス複合
体が得られた。このガラス複合体は両端に孔を有するた
め、両端に光ファイバを挿入することで、内部のガラス
と光ファイバとを光学的に接続することができる。

【００９５】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。

【００９６】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、光導波回路の製造にも有用で、気相反応で合成す
ることができないガラスの光部品と他の光部品とを容易
に接合できるガラス複合体を、熔融プロセスで、精密か
つ容易に製造することができる方法と、その製造装置が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ア）（イ）（ウ）はガラス複合体の基板に形
成される空隙および孔の形態の一例を示した三面図であ
り、（エ）は空隙にガラス融液が入る様子を例示した概
要断面図である。

【図２】ガラス複合体と他の光部品との接合手段の一例
を例示した図である。

【図３】接触子としての２本の針で確保したガラス融液
を１本の針に配置させる際に、その１本の針の先端にガ
ラス融液が残らない様子を例示した図である。

【図４】接触子としての２本の針の先端の動きを一般化
して例示した図である。

【図５】接触子として先端部を曲げた２本の針を用い、
閉塞器を利用してガラス融液を孔に導入する様子を例示
した図である。

【図６】この出願の発明のガラス複合体の製造装置を例
示した概念図である。

【図７】この出願の発明のガラス複合体の製造装置の一
例としての概念図である。

【図８】この出願の発明のガラス複合体の製造装置の加
熱炉内の様子を例示した図である。

【符号の説明】

１、４針２ガラス融液３基板１１位置制御装置１２ガイド２１容器３１加熱手段３２空隙３３孔３５閉塞器３６基板ホルダ３７位置制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に配設した空隙内にガラス融液を入
れて固化させてなるガラス複合体の製造方法であって、
ガラスが融液となる温度にまで加熱する工程と、そのガ
ラス融液を１本の針からなる接触子の先端に付着させる
工程と、接触子の先端に付着させたガラス融液を基板の
貫通孔に接触させて閉塞器を移動させながら基板の空隙
に入れる工程と、冷却させてガラスを固化させる工程か
らなることを特徴とするガラス複合体の製造方法。
【請求項２】基板に配設した空隙内にガラス融液を入
れて固化させてなるガラス複合体の製造方法であって、
ガラスが融液となる温度にまで加熱する工程と、そのガ
ラス融液を２本の針からなる接触子の間に付着させる工
程および片方の針の先端に配置させる工程と、接触子の
先端に付着させたガラス融液を基板の空隙に入れる工程
と冷却させてガラスを固化させる工程からなることを特
徴とするガラス複合体の製造方法。
【請求項３】２本の針からなる接触子の針間の最短距
離を構成する線分の一端が第１の針の先端と一致する状
態に配置して、２本の針の最短距離部を含む部分にガラ
ス融液を付着させた状態を保ったまま２本の針間の距離
を広げることによってガラス融液を第１の針の先端に配
置させることを特徴とする請求項２のガラス複合体の製
造方法。
【請求項４】軸部が平行で先端部が異なる角度に曲げ
られた２本の針からなる接触子において、針の先端部の
角度が小さい方の第１の先端が、角度が大きい第２の針
の先端よりもわずかに下に位置する状態に配置してガラ
ス融液を付着させた後、前記第２の針を軸方向に平行に
上方に移動させて２本の針の先端距離を広げてガラス融
液を前記第１の針の先端に配置させることを特徴とする
請求項２のガラス複合体の製造方法。
【請求項５】基板に配設した空隙内にガラス融液を入
れて固化させてなるガラス複合体の製造方法であって、
ガラスが融液となる温度にまで加熱する工程と、ガラス
融液を毛細管からなる接触子の先端に付着させる工程
と、接触子の先端に付着させたガラス融液を毛細管の圧
力を調整しながら基板の空隙に入れる工程と、冷却させ
てガラスを固化させる工程からなることを特徴とするガ
ラス複合体の製造方法。
【請求項６】先端に付着したガラス融液を基板の貫通
孔に接触して閉塞器を移動させて基板の空隙に注入する
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかのガラス
複合体の製造方法。
【請求項７】基板および接触子の先端がガラスの融液
となる温度まで加熱されていることを特徴とする請求項
１〜６のガラス複合体の製造方法。
【請求項８】基板を支える基板ホルダと、ガラス融液
を貯蔵する容器と、ガラス融液を採取する１本の針から
なる接触子と、基板に設けられた貫通孔と符合する閉塞
器と位置制御装置と、容器、接触子の先端および基板ホ
ルダ上の基板を加熱する加熱手段とが備えられているこ
とを特徴とするガラス複合体の製造装置。
【請求項９】基板を支える基板ホルダと、ガラス融液
を貯蔵する容器と、ガラス融液を採取する先端部が異な
る角度に曲げられた２本の針からなる接触子と、位置制
御装置と、容器、接触子の先端および基板ホルダ上の基
板を加熱する加熱手段とが備えられていることを特徴と
するガラス複合体の製造装置。
【請求項１０】位置制御装置は、２本の針の角度およ
び位置を個々に制御することを特徴とする請求項９のガ
ラス複合体の製造装置。
【請求項１１】基板を支える基板ホルダと、ガラス融
液を貯蔵する容器と、ガラス融液を採取する内圧調整が
可能な毛細管からなる接触子と、位置制御装置と容器、
接触子の先端および基板ホルダ上の基板を加熱する加熱
手段とが備えられていることを特徴とするガラス複合体
の製造装置。
【請求項１２】基板に設けられた貫通孔と符合する閉
塞器が設けられていることを特徴とする請求項９ないし
１１のいずれかのガラス複合体の製造装置。
【請求項１３】位置制御装置が接触子の位置および基
板に設けられた貫通孔と符合する閉塞器の位置を制御す
ることを特徴とする請求項８ないし１２いずれかのガラ
ス複合体の製造装置。