JP3886746B2

JP3886746B2 - 光伝送体の製造方法

Info

Publication number: JP3886746B2
Application number: JP2001206429A
Authority: JP
Inventors: 憲史廣田; 敬佐伯; 健二八木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003021733A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送体の製造方法に関し、特に円柱状光伝送体の端面の平滑化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屈折率分布型光伝送体等の円柱状光伝送体は、一般に、その両端面が中心軸に垂直な平行平面に鏡面研磨され、単体で微小レンズとして使用されている。また、この微小レンズの複数本を密接に平行配列して接着固定し一体化してレンズアレイ（円柱状光伝送体アレイ）を形成し、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の読み取り装置やＬＥＤプリンタの書き込み装置等の部品に広く用いられている。
【０００３】
従来、円柱状光伝送体の端面加工は光伝送体単体毎に行われていたが、この方法は生産性が低い上、多数の光伝送体を光伝送体間でのバラツキがないように均一に端面加工することは困難であった。
【０００４】
一方、円柱状光伝送体アレイの端面加工方法としては、特開平９−１５２５１８号公報に、２枚の樹脂製基板間に複数の樹脂製棒状光伝送体が平行配列され接着剤で固定された光伝送体アレイの光伝送体の露出配列端面をダイヤモンド刃で切削する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の光伝送体アレイの端面加工方法は、光伝送体アレイを構成する各光伝送体が強固に接着固定されているため、その端面の加工後に光伝送体を単体として用いることができなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、端面の平滑性の高い円柱状光伝送体の単体を生産性良く形成可能な光伝送体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の光伝送体を配列する工程と、光伝送体の表面に離型剤を塗布する工程と、前記複数の光伝送体を互いに接着剤で固定して光伝送体集合体を形成する工程と、前記光伝送体集合体の光伝送体露出端面を平滑化加工する工程と、前記光伝送体を分離する工程を有する光伝送体の製造方法に関する。
【０００８】
また本発明は、複数の光伝送体を配列する工程において光伝送体を平行に配列し、光伝送体集合体を形成する工程において光伝送体を二枚の基板により挟持しながら光伝送体及び基板を接着剤で固定する上記の光伝送体の製造方法に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
本発明に用いる光伝送体は、ガラス製、プラスチック製のどちらも好ましく用いることができる。プラスチック製の光伝送体は加工が容易であるため好ましく、なかでも、アクリル樹脂製の光伝送体、すなわち（メタ）アクリレート系モノマーの（共）重合体を含有する光伝送体がより好ましい。（メタ）アクリレート系モノマーとしては、例えばメチルメタクリレート（ｎ＝１．４９）、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート、2,2,3,4,4,−ヘキサフルオロブチル（メタ）アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル（メタ）アクリレート等のフッ素化アルキル（メタ）アクリレート類（ｎ＝１．３７〜１．４４）、エチル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、脂環式（メタ）アクリレート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、アルキレングリコール（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ又はトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ、トリ又はテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセリンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート類（ｎ＝１．４３〜１．６２）が挙げられ、その他にも、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、フッ素化アルキレングリコールポリ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。（メタ）アクリレート系モノマーの共重合体を用いる場合、上記の（メタ）アクリレート系モノマー同士の共重合体が好ましく、また、（メタ）アクリレート系モノマーと、スチレン（ｎ＝１．５９）、クロルスチレン（ｎ＝１．６１）、酢酸ビニル（ｎ＝１．４７）、などの重合性官能基を有するモノマーとの共重合体も好ましい。
【００１１】
光伝送体の形状は特に限定されないが、円柱状のものが好ましく用いられる。
【００１２】
本発明においては、複数の光伝送体を配列した状態で互いに接着剤で固定する前に、光伝送体の表面に離型剤を塗布する。離型剤は後述する光伝送体を分離する工程において分離される光伝送体の接着剤に接触する表面に塗布され、通常光伝送体の側面に塗布される。離型剤を塗布する工程は、接着剤で光伝送体を固定する前であれば良く、複数の光伝送体を配列する前であっても、配列した後であってもよい。
【００１３】
離型剤は一般に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の成形時の離型に用いられるが、本発明では光伝送体と接着剤をスムーズに離型する目的で用いる。離型剤としては、一般に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の成型時の離型に用いられる公知のものを用いることができるが、ジメチルシリコーンまたはその誘導体を含有するシリコーン系離型剤は光伝送体の材料を侵したりしないことと離型性に優れているため好ましい。離型剤の塗布方法としては、公知の方法が用いられるが、スプレー塗布法は離型剤を容易に均一塗布することができるため好ましい。離型剤の塗布量は、光伝送体の半径、長さ、本数に応じて適宜設定される。
【００１４】
本発明においては、光伝送体の複数本を配列させ接着剤で固定して光伝送体集合体を形成し、この光伝送体集合体の光伝送体露出端面を平滑化加工する。
【００１５】
光伝送体集合体としては、配列された光伝送体を二枚の基板で挟持した状態で光伝送体及び基板が接着剤で固定された構成のものを用いることが好ましく、この構成により、光伝送体集合体を形成するに際して、後述するように光伝送体を接着剤で固定する際の作業性を向上させることができるとともに、端面の平滑化加工に際して光伝送体集合体の各光伝送体が動かないように十分に保持することが容易になる。
【００１６】
光伝送体集合体を構成する複数の光伝送体は平行に配列することが好ましい。光伝送体は一列に配列してもよいし、光伝送体間の隙間が最小となるように俵積み状に２列以上に積層配列してもよい。端面の平滑化加工として切削を行う場合は、光伝送体間で均一な切削を行う点から、光伝送体集合体の端面の形状が一度の切削処理で切削可能な形状となるように配列あるいは積層配列することが好ましい。
【００１７】
図１は、円柱状光伝送体を一列に配列した場合の光伝送体集合体の一例を光伝送体端面側から見た側面図である。図１において、光伝送体１１は平行に密接配列され、基板１２間により挟持されている。基板１２としては、一般に光伝送体アレイ製造用に使用される公知の基板を用いることができ、例えば、フェノール樹脂等からなる平板状の基板や、片面に光伝送体の外周面の形状に対応する形状の溝を持つ基板を用いることができる。
【００１８】
光伝送体集合体は、所望のレンズ長（光伝送方向の長さ）の光伝送体及びその光伝送体の長さと同じ長さの幅を有する基板を用い、これら基板間に光伝送体を平行配列し、基板と光伝送体を接着固定して形成することができる。あるいは、所望のレンズ長よりも長い光伝送体とその光伝送体の長さと同じ幅を有する基板を用い、これら基板間に光伝送体を平行配列し、基板と光伝送体を接着固定した後、所望のレンズ長となるように切断して（光伝送方向に垂直に切断して）形成することもできる。
【００１９】
光伝送体集合体を構成する光伝送体同士および光伝送体と基板間は接着剤を用いて固定する。
【００２０】
接着剤としては、光伝送体集合体の各光伝送体がその端面の平滑化加工時にずれない程度に、離型剤が塗布された光伝送体同士および離型剤が塗布された光伝送体と基板間を固定可能であり、且つその固定後に光伝送体へ光学的および物理的なダメージを与えずに各光伝送体が単離可能であるものを使用する。例えば、光伝送体がアクリル系樹脂から構成される場合は、接着剤として無溶剤タイプのエポキシ系接着剤を用いることが好ましい。アクリル系樹脂を溶解する溶剤が混入されているエポキシ系接着剤を使用すると、光伝送体が若干溶解されるため、光伝送体との密着力が強くなりすぎ、光伝送体の単離が困難になるおそれがある。
【００２１】
平行配列された光伝送体を接着剤で固定する方法としては、使用する接着剤に応じて公知の方法を使用することが可能である。例えば、基板間に平行配列された光伝送体の一方の端面側を液状接着剤に浸漬し、他方の端面側を減圧して液状接着剤を光伝送体間や光伝送体と基板間の隙間に充填し、その接着剤を硬化する方法が簡便であり、かつムラなく接着剤を配置できるので好ましい。
【００２２】
次に、光伝送体集合体の光伝送体露出端面を平滑化加工する。平滑化加工としては切削処理が好ましい。平滑化加工の対象となる光伝送体がプラスチック製の光伝送体である場合は、ダイヤモンド刃を用いて切削することが好ましく、これにより平滑性が高い端面を作業性良く得ることができる。
【００２３】
ダイヤモンド刃による光伝送体端面の切削方法の一例を図２及び図３を用いて説明する。図２は光伝送体集合体の固定治具の斜視図であり、図３は光伝送体集合体の切削装置の斜視図である。
【００２４】
まず、図２に示すように、光伝送体集合体を、切削時の負荷により光伝送体集合体１がずれたり振動したりしないように固定治具２に固定用クランプ３で固定する。その際、クランプ用エアシリンダー４の圧力により固定用クランプ３を十分に押圧する。
【００２５】
次いで、図３に示すように、ダイヤモンド刃６が取り付けられた回転ヘッド７をモータ８で回転させながら、光伝送体集合体１を保持した固定治具２を移動レール５に沿って移動させることにより、光伝送体集合体１の光伝送体露出端面をダイヤモンド刃６で切削し、各光伝送体の端面を光伝送体の光軸に対して垂直な鏡面とする。
【００２６】
本発明において用いるダイヤモンド刃は、単結晶ダイヤモンドからなる切削刃であることが好ましく、天然のものも、人工のものも使用可能である。ダイヤモンド刃を用いた切削法はプラスチック製の光伝送体を切削する場合に好適である。
【００２７】
光伝送体集合体の切削は、光伝送体に要求される性能に応じて片側の端面だけを切削してもよいし、両側の端面を切削してもよい。
【００２８】
切削の際の切削代（切削により削り取られる光伝送体の厚さ）は２０〜５００μｍとすることが好ましい。切削代が５００μｍを超えると光伝送体に与えられる衝撃が大きくなるため割れや欠けが発生しやすくなる傾向がある。切削代が２０μｍ未満では端面を精度良く鏡面とすることが困難になる傾向がある。光伝送体の端面の凹凸が著しい場合は、光伝送体に与えられる衝撃を小さくし、端面の変形による寸法精度の低下を防ぐために、荒切削等の予備切削を行うことにより端面の凹凸を小さくしておくことが好ましい。
【００２９】
光伝送体集合体の光伝送体の露出端面を平滑化加工する方法は上記方法に限定されず、公知の研磨法や切削法が使用可能である。
【００３０】
上記のようにして光伝送体集合体の光伝送体露出端面の切削を行った後、光伝送体集合体の各光伝送体を、硬化した接着剤部分から剥離して光伝送体を１本または複数本毎に別々に分離する。光伝送体を何本毎に分離するかは光伝送体の用途によるが、本発明は光伝送体を１本毎に分離する場合に適用すると生産性向上の効果が最もよく発揮されるため好ましい。
【００３１】
本発明では、複数の光伝送体の端面を一括に平滑化加工処理するため、端面の平滑性が高い光伝送体を生産性良く得ることができる。また、各光伝送体は、その端面が同様な条件で処理されるため、光伝送体間の端面の平滑性のバラツキが抑えられ均一に平滑化することができる。
【００３２】
本発明において切削対象となる光伝送体の種類は特に限定されないが、特に、中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少する円柱状の屈折率分布型光伝送体は、その用途において端面の平滑性が要求されるため、本発明の方法により製造すると本発明の効果を十分に生かすことができる。図４はこのような屈折率分布型光伝送体の一例を示す斜視図である。光伝送体１１は、中心軸（光軸）１３上の屈折率をＮ_o、屈折率分布定数をＡとしたとき、中心軸から半径方向に距離ｒ離れた点での屈折率Ｎ（ｒ）が、ほぼ次式の関係で表される屈折率分布を有することが好ましい。
【００３３】
Ｎ（ｒ）＝Ｎ_o（１−Ａ・ｒ²）
【００３４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
ポリメチルメタクリレート（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ中，２５℃にて測定、以下本実施例および他の実施例においてポリメチルメタクリレートとしてはこれと同じものを用いた）５２質量部、ベンジルメタクリレート３５質量部、メチルメタクリレート１３質量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５質量部及びハイドロキノン０．１質量部を７０℃に加熱混練して第１層形成用原液とした。
【００３６】
ポリメチルメタクリレート４８質量部、ベンジルメタクリレート１０質量部、メチルメタクリレート３５質量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレート７質量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５質量部、ハイドロキノン０．１質量部を７０℃に加熱混練して第２層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート４７質量部、メチルメタクリレート３０質量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレート２３質量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５質量部、ハイドロキノン０．１質量部を７０℃に加熱混練して第３層形成用原液とした。
【００３７】
ポリメチルメタクリレート４０質量部、メチルメタクリレート１８質量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレート４２質量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５質量部、ハイドロキノン０．１質量部を７０℃に加熱混練して第４層形成用原液とした。
【００３８】
ポリメチルメタクリレート３７質量部、メチルメタクリレート４質量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレート５９質量部、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５質量部、ハイドロキノン０．１質量部を７０℃に加熱混練して第５層形成用原液とした。
【００３９】
上記の５種類の原液を、中心から順次硬化後の屈折率が低くなるように配列して同心円状５層複合紡糸ノズルから同時に押し出して糸状体を形成した。このとき、複合紡糸ノズルの温度は４８℃であった。各層の吐出比は半径方向の厚さの比に換算して（中心層については半径）１層目／２層目／３層目／４層目／５層目＝３４．７／３８．７／１９．５／６．３／０．８であった．
この糸状体を、各層を構成する未硬化物を層間において拡散させる長さ３０ｃｍの相互拡散処理部に通過させ、次いで、長さ１２０ｃｍ、４０Ｗのケミカルランプ１２本が中心軸の周囲に等間隔に配設された硬化処理部（光照射部）の中心軸上に糸状体を通過させて硬化してニップローラーで引き取り長尺光伝送体を得た。なお、相互拡散処理部には、窒素が導入されており、その流量は６４Ｌ／分であった。得られた長尺光伝送体の半径は０．４６ｍｍであった。
【００４０】
この長尺光伝送体を切断して複数の長さ５０ｍｍの光伝送体を形成し、これらの光伝送体の全側面に行き渡るように光伝送体を回転させながらシリコーン系離型剤（ＫＦ９６ＳＰ、信越シリコーン製）をスプレー塗布した後、表面からエアーを吸引する機構をもつ平板上に光伝送体の複数本を吸引して７０ｍｍの幅分平行に密着配列した。
【００４１】
これらの平行配列された光伝送体を、エポキシ系２液混合型接着剤（商品名：アラルダイトラピッド、チバ・ガイギー製）の主剤と硬化剤を１：１に混合したものを塗ったフェノール樹脂基板（厚さ０．５ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）に移し取り、移し取られた光伝送体を、もう１枚の同様に接着剤を塗ったフェノール樹脂基板とで挟持し、接着剤を室温２４時間で硬化させた。これにより、基板と光伝送体との間および光伝送体同士の間の隙間に接着剤が充填され、光伝送体が一列に平行に密着配列された光伝送体集合体を得た。
【００４２】
この光伝送体集合体を短冊状に切断して、レンズ長が４ｍｍの短冊状光伝送体集合体を１０個形成した。
【００４３】
短冊状光伝送体集合体を図１に示す治具に固定し、図２に示す装置を用いて光伝送体の中心軸に垂直な面でダイヤモンド切削刃を用いて切削し、その両端面を鏡面とした。切削後の光伝送体のレンズ長は２．８４ｍｍであった。
【００４４】
その後、光伝送体を固定している基板と接着剤を光伝送体からはがして取り除き、端面が鏡面処理され長さが２．８４ｍｍの光伝送体を合計約７６０本得た。端面の平滑性が高い光伝送体を生産性良く得ることができた。
【００４５】
（実施例２）
実施例１と同様にして得られた長尺光伝送体を切断して複数の長さ１２０ｍｍの光伝送体を形成し、表面からエアーを吸引する機構をもつ平板上に光伝送体の複数本を吸引して２５０ｍｍの幅分平行に密着配列した。
【００４６】
次に、平板上で吸引され平行配列された光伝送体の吸引面と反対側の面にシリコーン系離型剤（ＫＦ９６ＳＰ、信越シリコーン製）をスプレー塗布した後、粘着剤を塗布した１枚のフェノール樹脂基板（厚さ０．５ｍｍ、幅２５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）上に平行配列された光伝送体を移しとり、次いで吸引面側に離型剤をスプレー塗布し、もう１枚のフェノール樹脂基板で挟み、２枚の基板間に光伝送体が平行に密着配列された光伝送体集合体を作製した。
【００４７】
次に、基板と光伝送体との間および光伝送体同士の間の隙間に、２液混合型エポキシ系接着剤（商品名：エピフォーム、ソマール社製）の主剤（Ｒ−２１００）、硬化剤（Ｈ−１０５）を４：１の割合で混合したものを、一方の光伝送体端面側から減圧吸引して充填した。充填した接着剤を室温４８時間で硬化させ、光伝送体集合体を得た。
【００４８】
この光伝送体集合体を短冊状に切断して、レンズ長が４ｍｍの短冊状光伝送体集合体を２４個形成した。
【００４９】
得られた光伝送体集合体を実施例１と同様にして光伝送体露出端面を切削した後、光伝送体を固定している基板と接着剤を光伝送体からはがして取り除き、端面が鏡面処理され長さが２．８４ｍｍの光伝送体を合計約６５００本得た。端面の平滑性が高い光伝送体を生産性良く得ることができた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、端面の平滑性の高い光伝送体を生産性良く形成することができる。また、端面の平滑性を光伝送体間で均一に形成することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における円柱状光伝送体を一列に配列した光伝送体集合体の一例を光伝送体端面側から見た側面図である。
【図２】本発明に用いられる光伝送体集合体の固定治具の斜視図である。
【図３】本発明に用いられる光伝送体集合体の切削装置の斜視図である。
【図４】屈折率分布型光伝送体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１光伝送体アレイ
２固定治具
３固定用クランプ
４クランプ用エアシリンダー
５固定治具移動レール
６ダイヤモンド刃
７回転ヘッド
８モータ
１１光伝送体
１２基板
１３中心軸

Claims

複数の光伝送体を配列する工程と、光伝送体の表面に離型剤を塗布する工程と、前記複数の光伝送体を互いに接着剤で固定して光伝送体集合体を形成する工程と、前記光伝送体集合体の光伝送体露出端面を平滑化加工する工程と、前記光伝送体を分離する工程を有する光伝送体の製造方法。
光伝送体の表面に離型剤を塗布した後、離型剤が塗布された複数の光伝送体を配列する請求項１記載の光伝送体の製造方法。
複数の光伝送体を配列した後、配列された光伝送体の表面に離型剤を塗布する請求項１記載の光伝送体の製造方法。
複数の光伝送体を配列する工程において光伝送体を平行に配列し、光伝送体集合体を形成する工程において光伝送体を二枚の基板により挟持しながら光伝送体及び基板を接着剤で固定する請求項１、２又は３記載の光伝送体の製造方法。
前記平滑化加工として切削処理を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の光伝送体の製造方法。
前記光伝送体としてプラスチック製の光伝送体を用い、前記切削処理としてダイヤモンド刃を用いた切削処理を行う請求項５記載の光伝送体の製造方法。
前記光伝送体としてアクリル系樹脂製の光伝送体を用い、前記接着剤として溶剤を含有しないエポキシ系接着剤を用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の光伝送体の製造方法。
前記離型剤としてシリコーン系離型剤を用いる請求項７記載の光伝送体の製造方法。