JP6447140B2 - マイクロホールアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホールアレイ及びその製造方法に関するものである。

光ファイバー等の光学部品を、高精度に整列させて保持するための部材として、マイクロホールアレイが知られている。特許文献１では、光ファイバー等を保持するための孔を備えた筒状部を樹脂から形成し、該筒状部の外周面をセラミックスなどからなる本体基材で保持したマイクロホールアレイが開示されている。

一方、特許文献２は、マイクロ流路ビーズアレイにおいて、ビーズを固定するための微細構造パターンを、レーザー誘起背面湿式加工法（Ｌａｓｅｒ―Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｗｅｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ 法：ＬＩＢＷＥ法）で形成することを開示している。

特開２００３−１０７２８３号公報 特開２００７−１７１５５号公報

特許文献１では、光ファイバー等を保持するための筒状部を樹脂から形成しているので、筒状部の形状精度を高めることができない。このため、筒状部内で光ファイバー等を精度良く保持することができず、光ファイバー等の位置精度を高めることができないという問題がある。

ＬＩＢＷＥ法は、レーザー光を吸収する液体を加工対象に接触させた状態で、レーザー光を液体に照射し、液体の気泡の膨張・収縮によって生じる衝撃波で切削加工する方法である。ＬＩＢＷＥ法でマイクロホールを形成しようとする場合、切削加工によって生じた切り屑がマイクロホールの壁面に固着しやすく、マイクロホールを高い形状精度で形成することができないという問題がある。

本発明の目的は、光ファイバー等を保持する場合、光ファイバー等を精度良く保持することが可能なマイクロホールアレイ、及び高い形状精度を有するマイクロホールを形成することができるマイクロホールアレイの製造方法を提供することにある。

本発明は、厚み０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下のガラス板に、１ｃｍ^２あたり３０個以上の貫通孔が形成されたマイクロホールアレイであって、貫通孔は、円筒度が貫通孔の孔径の５％以下である円筒部分を有することを特徴としている。

本発明において、孔径は、ガラス板の厚みの５０％以下であることが好ましい。

貫通孔は、ガラス板の厚み方向に延びるように形成されていることが好ましい。

ガラス板は、石英ガラス板であることが好ましい。

貫通孔は、例えば、光ファイバーを挿入し保持するための貫通孔である。

本発明の製造方法は、第１の主面及び第２の主面を有するガラス板に、第１の主面と第２の主面間を貫通する貫通孔を、レーザー照射によって複数形成するマイクロホールアレイの製造方法であって、第１の主面に、レーザーに対して透明である液体を接触させる工程と、レーザーとして、１０ピコ秒以下のパルスレーザーを用い、液体と接触する第１の主面側の部分に集光させて、レーザーを第２の主面側から照射し、貫通孔を形成する工程とを備えることを特徴としている。

レーザーの波長は、１０００ｎｍ以上であることが好ましい。

レーザーは、フェムト秒レーザーであることが好ましい。

液体は、例えば、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤である。

本発明のマイクロホールアレイを、光ファイバー等を保持するマイクロホールアレイとして用いる場合、光ファイバー等を精度良く保持することができる。

本発明の製造方法によれば、高い形状精度を有するマイクロホールを、効率良く形成することができる。

本発明の実施形態のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。 本発明の実施形態のマイクロホールアレイにおけるマイクロホールを示す模式的断面図である。 円筒度を説明するための模式的斜視図である。 本発明の実施形態のマイクロホールアレイの製造方法を説明するための模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の実施形態のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。本実施形態のマイクロホールアレイ１は、ガラス板２に多数の貫通孔３を形成することにより構成されている。本実施形態において、ガラス板２の縦方向の長さＬ_１は、２０ｍｍであり、横方向の長さＬ_２は、２０ｍｍである。貫通孔３は、横方向に１１個配列されており、縦方向に１６個配列されている。したがって、本実施形態において、貫通孔３はガラス板２に１７６個形成されており、ガラス板２に１ｃｍ^２あたり４４個形成されている。したがって、貫通孔３は、ガラス板２に１ｃｍ^２あたり３０個以上形成されている。貫通孔３の個数の上限値は、特に限定されるものではないが、一般には１０００個以下である。

図２は、本発明の実施形態のマイクロホールアレイにおけるマイクロホールを示す模式的断面図である。図２に示すように、貫通孔３は、ガラス板２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂ間を貫通するように形成されている。本実施形態において、貫通孔３は、ガラス板２の厚みｔ_１方向に延びるように形成されている。本発明は、これに限定されるものではなく、ガラス板２の厚み方向ｔ_１に対し傾斜する方向に貫通孔３が形成されていてもよい。

本実施形態において、ガラス板２の厚みｔ_１は、１ｍｍである。本実施形態において、貫通孔３の孔径ｄ_１は、１２５μｍである。したがって、本実施形態において、貫通孔３の孔径ｄ_１は、ガラス板２の厚みｔ_１の５０％以下である。

本発明において、貫通孔３の孔径ｄ_１は、ガラス板２の厚みｔ_１の５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがさらに好ましい。これらの範囲内にすることにより、貫通孔３に光ファイバー等を挿入して保持させた場合に、位置ずれを生じさせることなく、精度良く光ファイバー等を保持することができる。下限値は特に限定されるものではないが、一般に貫通孔３の孔径ｄ_１は、ガラス板２の厚みｔ_１の１％以上であることが好ましい。

本実施形態のマイクロホールアレイにおけるマイクロホールは、ガラス板２に形成された貫通孔３から構成されている。このため、マイクロホールが樹脂から形成される場合に比べ、高い形状精度でマイクロホールを形成することができる。

本実施形態では、第１の主面２ａ側に、テーパー部４が形成されている。テーパー部４は、第１の主面２ａ側から貫通孔３に光ファイバー等を挿入する際、光ファイバー等を挿入しやすくするため形成されている。テーパー部４の最大径ｄ_２は、３００μｍである。また、テーパー部４の厚みｔ_２は、８０μｍである。第２の主面２ｂからテーパー部４までの間には、孔径ｄ_１を有する円筒部分５が形成されている。貫通孔３の孔径ｄ_１は、円筒部分５の孔径である。本実施形態において、円筒部分５の円筒度は、貫通孔３の孔径ｄ_１の５％以下である。

図３は、円筒度を説明するための模式的斜視図である。図３に示すように、円筒度は、円筒部分５の最小外接円筒５ａの直径と最大内接円筒５ｂの直径との差Ｔであると定義される。このような円筒度は、例えば、真円度・円筒形状測定機などで測定することができる。

本発明において、円筒部分５の円筒度は、貫通孔３の孔径ｄ_１の５％以下である。このような範囲に設定することにより、貫通孔３に光ファイバー等を挿入した際、貫通孔３内において光ファイバー等が傾いて位置ずれするのを防止することができる。したがって、光ファイバー等を精度良く保持することができる。円筒度は、２％以下であることがさらに好ましい。円筒度の下限値は、特に限定されるものではない。

本発明において、ガラス板２の厚みｔ_１は、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。このような範囲内にすることにより、貫通孔３に光ファイバー等の挿入が容易に行え、しかも、貫通孔３の孔開け加工の際に発生する切屑の排出を容易に行え貫通孔３が閉塞することを防止できる。ガラス板２の厚みｔ_１は、４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

図４は、本発明の実施形態のマイクロホールアレイの製造方法を説明するための模式的断面図である。本実施形態の製造方法では、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有するガラス板２に、第１の主面２ａと第２の主面２ｂ間を貫通する貫通孔３を、レーザー照射によって形成する。

図４に示すように、ガラス板２の第１の主面２ａに透明液体１１を接触させる。透明液体１１は、レーザー光１０に対して透明な液体である。ここで、「透明」とは、レーザー光１０に対する液体の吸収率が小さいことを意味している。具体的には、レーザー光１０に対する液体の吸収率は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがさらに好ましく、１％以下であることが特に好ましい。

レーザー光１０に対する吸収率が小さい液体を用いている点において、本発明の製造方法は、ＬＩＢＷＥ法と異なっている。上述のように、ＬＩＢＷＥ法は、レーザー光に対し不透明な液体を用い、レーザー光の照射により液体の気泡を膨張・収縮させ、これによって生じる衝撃波で切削加工する方法である。このため、ＬＩＢＷＥ法では、切削加工によって生じた切り屑が、衝撃波で勢いよくマイクロホールの壁面に衝突し、切り屑がマイクロホールの壁面に固着しやすい。これに対し、本発明では、レーザー光１０に対する吸収率が小さい液体を用いているので、液体による衝撃波は生じない。そのため、貫通孔３の形成により生じるガラス屑を効率良く貫通孔３から透明液体１１へ排出させることができる。

透明液体１１の具体例としては、水や、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤等があげられる。石油系溶剤の具体例としては、少なくとも一部の水素をフッ素で置換したメチルエチルケトン及びアセトンなどが挙げられる。

レーザー光１０の波長は、ガラス板２での吸収が小さい波長であることが好ましい。このような観点から、レーザー光１０の波長は、１０００ｎｍ以上であることが好ましく、１３００ｍｍ以上であることがより好ましく、１５００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。レーザー光１０の波長の上限値は、特に限定されるものではないが、レーザー光１０の波長は、２０００ｎｍ以下であることが一般的である。なお、本実施形態において、ガラス板２としては、石英ガラス板を用いている。なお、ガラス板２が石英ガラスであれば、２０００ｎｍ以下の波長域で光の吸収が小さく、レーザー光１０による加工が容易となる。

本実施形態において、レーザー光１０は、１０ピコ秒以下のパルスレーザーである。レーザー光１０は、より好ましくは、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーであり、特に好ましくは、フェムト秒レーザーである。このようなパルス幅の小さいレーザーを用いることにより、多光子吸収現象を生じさせ、周辺部分に熱を拡散させることなくアブレーション加工することができる。

本実施形態では、図４に示すように、第２の主面２ｂ側からレーザー光１０を照射し、透明液体１１と接する第１の主面２ａ側の部分に、レーザー光１０を集光させて、レーザー光１０を第２の主面２ｂ側へ走査させながら移動させることにより、貫通孔３を形成している。したがって、レーザー光１０を裏面側から照射している。

なお、第２の主面２ｂ側からレーザー光１０を照射し、第２の主面２ｂ側の表面に、レーザー光１０を集光させて、レーザー光１０を第２の主面２ａ側へ走査させながら移動させることによって貫通孔３を形成する場合、レーザー光１０の集光部上部に位置する径の大きなレーザー光１０が、形成した貫通孔３の壁面（第２の主面２ｂ側）に長時間照射されることなり、貫通孔３の孔の径が広がり、高い形状精度で貫通孔３を形成することができない。これに対し、図４に示すように、レーザー光１０を第１の主面２ａ側の部分に集光させるように、第２の主面２ｂ側から照射し、第２の主面２ｂ側へ走査させながら移動させる場合、形成した貫通孔３の壁面（第２の主面２ｂ側）にレーザー光１０が長時間照射されることはないため、高い形状精度で貫通孔３を形成することができる。

以上のように、本実施形態では、レーザー光１０を第２の主面２ｂ側から照射し、透明液体１１と接する第１の主面２ａ側の部分に、レーザー光１０を集光させて、高い形状精度で貫通孔３を形成することができる。また、毛細管現象により、加工部分に透明液体１１が浸入するため、加工により生じたガラス屑を透明液体１１によって効率良く除去することができる。このため、加工により生じたガラス屑が貫通孔３の壁面に付着するのを防止することができ、さらに高い形状精度で貫通孔３を形成することができる。レーザー光１０の焦点を、例えば、渦巻き状に走査させながら移動させていくことにより、貫通孔３を高い形状精度で形成することができる。

したがって、本発明の製造方法によれば、円筒度が貫通孔３の孔径の５％以下である円筒部分を有する本発明のマイクロホールアレイを、効率良く製造することができる。

なお、図４では、図２に示すテーパー部４を図示していないが、テーパー部４も、上記貫通孔３を形成する際に、テーパー部４を形成するようにレーザー光１０の焦点を走査させながら移動させて形成することができる。

上記説明においては、本発明のマイクロホールアレイの貫通孔、すなわちマイクロホールに、光ファイバー等を挿入して固定する用途について説明しているが、本発明のマイクロホールアレイは、このような用途に限定されるものではない。例えば、特許文献２に開示されたような、マイクロホールを流路として用いるような用途にも使用することができる。

１……マイクロホールアレイ
２……ガラス板
２ａ……第１の主面
２ｂ……第２の主面
３……貫通孔
４……テーパー部
５……円筒部分
５ａ……最小外接円筒
５ｂ……最大外接円筒
１０……レーザー光
１１……透明液体
ｄ_１……貫通孔の孔径
ｄ_２……テーパー部の最大径
ｔ_１……ガラス板の厚み
ｔ_２……テーパー部の厚み
Ｔ……円筒度

Claims (3)

1. 第１の主面及び第２の主面を有するガラス板に、前記第１の主面と前記第２の主面間を貫通する貫通孔を、レーザー照射によって複数形成するマイクロホールアレイの製造方法であって、
   前記第１の主面に、前記レーザーに対して透明である液体を接触させる工程と、
   前記レーザーとして、１０ピコ秒以下のパルスレーザーを用い、前記液体と接触する前記第１の主面側の部分に集光させて、前記レーザーを前記第２の主面側から照射し、前記貫通孔を形成する工程とを備え、
   前記液体が、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤である、マイクロホールアレイの製造方法。
2. 前記レーザーの波長が、１０００ｎｍ以上である、請求項１に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
3. 前記レーザーが、フェムト秒レーザーである、請求項１または２に記載のマイクロホールアレイの製造方法。

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