以下、本発明の光配線部品、光配線部品の製造方法および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<光配線部品>
≪第1実施形態≫
まず、本発明の光配線部品の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の光配線部品の第1実施形態を示す斜視図であり、図2は、図1に示す光コネクターのうち他の光学部品に対向する面の平面図および図1のA−A線断面図であり、図3は、図2のB−B線断面図である。また、図4は、図1に示す光配線部品に含まれる光コネクターのみを示す斜視図であり、図5は、図4に示す光コネクターのうち他の光学部品に対向する面の平面図および図4のC−C線断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図2、5の上方を「上」、下方を「下」という。
図1に示す光配線部品10は、光導波路1と、光導波路1の端部に設けられた光コネクター5と、を有している。
図1に示す光導波路1は、長尺状をなし、かつ幅よりも厚さが小さい横断面形状を有する帯状(シート状)をなしている。この光導波路1では、長手方向の一端と他端との間で光信号を伝送することができる。
なお、本願の各図では、光配線部品10のうち、光導波路1の一端近傍のみを図示しており、その他の部位の図示は省略している。光配線部品10のうち、光導波路1の一端近傍以外の構成は、特に限定されないが、例えば一端近傍と同様の構成とすることができる。また、本明細書では、図2(b)における光導波路1の左端部を「先端部101」、左端の端面を「先端面102」ともいう。さらには、図2(b)における光導波路1の互いに表裏の関係にある上下面のうち、下面を「下面103(第1主面)」、上面を「上面104(第2主面)」ともいう。
このような光導波路1は、図2(b)に示すように、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12が下方からこの順で積層された積層体を備えている。また、コア層13には、図3に示すように、並列に設けられた8本の長尺状のコア部14と、各コア部14の側面に隣接する側面クラッド部15と、が形成されている。なお、図3では、光導波路1のコア層13を透視して図示している。
これらのコア部14が、光導波路1において光信号を伝送する伝送路として機能する。各コア部14の先端面102は、下面103と上面104とを繋ぐ外側面の一部であり、各コア部14に対して光結合可能な光入出射面でもある。
光導波路1の先端部101には、図1に示すように、この先端部101の下面を覆うようにして光コネクター5が設けられている。すなわち、光コネクター5は、コネクター本体51と、コネクター本体51に形成された溝50と、を備えており、この溝50内に光導波路1の先端部101が挿入されている。
図2(b)および図5(b)におけるこの光コネクター5の左端面は、光配線部品10を他の光学部品と光接続するときにこの光学部品に対向する面となる。本明細書では、図2(b)および図5(b)における光コネクター5の左端面を「対向面52」といい、図2(b)および図5(b)における光コネクター5の右端面を「非対向面53」という。換言すれば、光コネクター5は、コネクター本体51と、コネクター本体51に設けられた対向面52と、コネクター本体51に設けられた非対向面53と、コネクター本体51に形成された溝50と、を備えている。
溝50は、コネクター本体51の対向面52(第1外面)と、非対向面53(第2外面)と、を貫通するように形成されている。また、溝50は、その長手方向に直交する方向に沿って切断されたとき、長方形をなす切断面を有するように構成されている。
溝50の底面502は、光導波路1を載置する載置面となる。この底面502には、接着剤6を介して光導波路1が接着されている。
また、光導波路1の先端面102から上面104にかけて連続して覆うように、弾性体7が設けられている。弾性体7は、透光性および弾性を有しており、光入出射面である先端面102を保護する機能を有する。このため、光配線部品10と他の光学部品とを光学的に接続する際、光導波路1の先端面102が大きく傷つくのを防止することができる。加えて、弾性体7を他の光学部品と接触させたとしても、他の光学部品が傷つき難くなるので、光配線部品10と他の光学部品とを互いに十分な力で押し付け合うことが可能になる。
さらには、弾性体7が他の光学部品に密着し、その形状に追従して変形し易いため、弾性体7と他の光学部品との間には隙間が生じ難くなる。その結果、隙間によるフレネル反射の発生が抑えられることとなり、反射損失による光結合効率の低下を抑制することができる。このため、光配線部品10は、他の光学部品との間で安定した光結合効率を実現し得る。
また、光導波路1は、その先端面102が、光コネクター5の対向面52と同一面内に位置してもよく、対向面52を含む平面から突出していてもよい(非対向面53側とは反対側に位置していてもよい)が、図2(b)では、対向面52を含む平面よりも後退している(非対向面53側に位置している)。これにより、先端面102近傍には、溝50の一部が存在することとなる。この溝50の一部に弾性体7が入り込むことにより、先端面102の法線方向において弾性体7が十分な厚さを有することとなる。その結果、弾性体7が圧縮されたときの圧縮変形量も十分に確保することができ、先端面102を保護する機能をより高めることができる。
以下、光配線部品10の構成についてさらに詳述する。
(光コネクター)
光コネクター5は、前述したように、コネクター本体51と、コネクター本体51に形成された溝50と、を備えている。
光導波路1は、前述したように、接着剤6を介して底面502に接着されている。これにより、光導波路1は、溝50に挿入された状態で固定される。その結果、光導波路1を外力等から保護することができるので、光配線部品10と他の光学部品との光結合効率の低下をより確実に抑制することができる。
溝50は、コネクター本体51を貫通するように形成されており、光コネクター5の対向面52(第1外面)内および非対向面53(第2外面)内にそれぞれ開口している。すなわち、溝50は、対向面52と非対向面53とを繋ぐように貫通している。
溝50の横断面形状(開口同士を結ぶ線と直交する方向での切断面形状)は、前述したような長方形に限定されず、正方形であってもよく、平行四辺形、六角形、八角形、長円形のようなその他の形状であってもよい。
また、光導波路1の幅(コア部14の長手方向に直交する方向における長さ)をWとしたとき、溝50の幅W1は、光導波路1の幅Wより広く設定されるのが好ましい。これにより、光導波路1の先端部101の側面と溝50の内面との間に隙間を設けることができる。その結果、この空間に接着剤6のはみ出しを許容することができるので、あふれ出た接着剤6が先端面102に回り込むのを防止することができる。
この場合、溝50の幅W1は、1.01W〜3W程度であるのが好ましく、1.1W〜2W程度であるのがより好ましい。これにより、上述した効果をより高めることができる。また、光配線部品10が置かれた環境の変化によって、接着剤6や光導波路1に体積変化が生じた場合でも、光導波路1と溝50との間の隙間によって、その体積変化を吸収することができる。このため、体積変化に伴って大きな応力が発生するのを防止し、応力集中に伴う光導波路1の伝送効率の低下等を防止することができる。
また、コネクター本体51の外形状は、特に限定されず、図1、4に示すような略直方体であっても、それ以外の形状であってもよい。また、コネクター本体51は、各種コネクター規格に準拠した部位を含んでいてもよい。かかるコネクター規格としては、例えば小型(Mini)MTコネクター、JIS C 5981に規定されたMTコネクター、16MTコネクター、2次元配列型MTコネクター、MPOコネクター、MPXコネクター等が挙げられる。
本実施形態に係る光コネクター5のコネクター本体51には、図1、4に示すように、2つのガイド孔511が形成されている。このガイド孔511は、コネクター本体51のうち、対向面52(第1外面)内および非対向面53(第2外面)内にそれぞれ開口している。すなわち、2つのガイド孔511は、それぞれ第1外面と第2外面とを繋ぐように貫通している。
これらのガイド孔511には、光配線部品10を他の光学部品と接続する際、図示しないガイドピンが挿入される。これにより、光配線部品10と他の光学部品とを位置合わせする際に、互いの位置をより正確に合わせることができ、かつ、両者を互いに固定することができる。すなわち、ガイド孔511は、光配線部品10を他の光学部品と接続するための接続機構として機能する。
なお、ガイド孔511は、コネクター本体51を貫通せず、非対向面53を含む平面内に開口していなくてもよい。
また、上記接続機構に代えて、爪による係止を利用した係止機構や接着剤等を用いるようにしてもよい。
また、溝50の形状は、図示した形状に限定されない。例えば、図2に示す光コネクター5では、溝50の深さが一定であるが、例えば、対向面52側から非対向面53側に向かうにつれて徐々に深くなるような形状であってもよい。
コネクター本体51の構成材料としては、例えば、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、オレフィン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂のような各種樹脂材料、ステンレス鋼、アルミニウム合金のような各種金属材料等が挙げられる。
また、図1、2に示すコネクター本体51は、対向面52(第1外面)と溝50の底面502とを繋ぐ面であって、対向面52を含む平面よりも非対向面53(第2外面)側へずれている後退面504を備えている。
このような後退面504が設けられていることにより、後退面504が対向面52を含む平面より後退している(ずれている)分だけ、空間が形成される。かかる空間は、例えば弾性体7が侵入するための余地となる。弾性体7が侵入することにより、光配線部品10の先端面(他の光学部品側の面)は、より多くの面積を弾性体7によって占めることができる。このため、光配線部品10と他の光学部品とを接続する際、比較的硬質なコネクター本体51と他の光学部品とが直接接触するのを防止することができる。これにより、他の光学部品の損傷を抑制することができる。
また、弾性体7が侵入することにより、弾性体7は、単に光導波路1の先端面102や上面104に接しているだけでなく、コネクター本体51にも接することができる。しかも、後退面504は、図2(b)に示すように、光導波路1の下方に位置するため、光導波路1の上面104から先端面102を経て後退面504にかけて連続して覆うように弾性体7を設けることができる。これにより、弾性体7は光導波路1と光コネクター5の双方に対してより強固に密着し得るものとなる。その結果、弾性体7と光導波路1との間に隙間ができ難くなり、この間の光伝送効率の低下を抑制することができる。
なお、後退面504は、図1、2に示すような平坦面に限定されず、いかなる形状であってもよい。平坦面に代わる形状としては、例えば、突出あるいは凹没するように湾曲した湾曲面形状や、階段状をなす段差形状等が挙げられる。
また、後退面504の後退量L1、すなわち、対向面52を含む平面と後退面504のうち最も非対向面53側の部分を通過し対向面52と平行な平面との距離は、特に限定されないが、光導波路1の厚さの10〜1000%程度であるのが好ましく、30〜500%程度であるのがより好ましい。これにより、後退面504には弾性体7が密着するのに十分な面積が確保されるとともに、後退面504を設けた分だけ溝50の底面502の面積が減少して光導波路1の載置が不安定になるのを抑制することができる。
すなわち、後退量L1が前記下限値を下回ると、光コネクター5の大きさによっては、後退面504に十分な面積を確保することができなかったり、後退面504近傍における弾性体7の厚さを十分に確保することができなかったりするおそれがある。一方、後退量L1が前記上限値を上回ると、光コネクター5の大きさによっては、後退面504が大きくなる分だけ底面502の面積が減少するため光導波路1が載置されない面積が大きくなり、載置が不安定になるおそれがある。
さらに、後退面504の厚さL2、すなわち、溝50の底面502を含む平面と後退面504のうち最も対向面52側の部分を通過し底面502と平行な平面との距離は、特に限定されないが、光導波路1の厚さの10〜1000%程度であるのが好ましく、30〜500%程度であるのがより好ましい。この場合も、後退面504には弾性体7が密着するのに十分な面積が確保されるとともに、他の光学部品の損傷を抑制するという効果を十分に享受することができる。
さらに、図2(b)に示す光配線部品10では、光導波路1の先端面102が、対向面52を含む平面よりも非対向面53側へ後退しており(ずれており)、その分だけ、空間が形成されている。かかる空間も、例えば弾性体7が侵入するための余地となる。弾性体7が侵入することにより、光導波路1の先端面102と他の光学部品との間には、十分な体積(厚さ)の弾性体7が配置されることとなる。このため、光配線部品10と他の光学部品とを接続する際、光導波路1に対して大きな荷重が加わるのを緩和することができる。換言すれば、光配線部品10に大きな荷重が加わったとしても、光導波路1の先端面102近傍を変形させ難くすることができる。これにより、光導波路1の損傷を抑制することができ、光配線部品10と他の光学部品との光結合効率の低下を抑えることができる。
なお、上記観点から、溝50の底面502を平面視したとき、光導波路1は後退面504と重なっていてもよいが、重なっていないのが好ましい。これにより、弾性体7は、後退面504を覆うとともに、光導波路1の先端面102も十分な厚さを伴って覆うこととなる。その結果、上述したような効果がより顕著になる。
また、光コネクター5は、必要に応じて、図1〜3に示す構成に任意の構成が付加されたものであってもよい。
図6は、図1〜3に示す光配線部品および光コネクターの変形例を示す図である。なお、本変形例は、下記の事項が異なる以外、図1〜3に示す光配線部品および光コネクターと同様である。
変形例に係る光コネクター5は、図6に示すように、コネクター本体51が、基体51aと蓋体51bとを組み立ててなる組立体で構成されている。なお、図6では、弾性体7の図示を省略している。
本変形例では、図6に矢印で示すように、基体51aに設けられた溝50内に蓋体51bが収まるようになっている。すなわち、溝50の上方の開口を蓋体51bによって塞ぐようになっている。このとき、蓋体51bは、弾性体7と接触していてもよいし、接触していなくてもよい。
蓋体51bが弾性体7と接触している場合には、基体51aと蓋体51bとが互いに固定されていてもよいし、互いに離間していてもよい。
一方、蓋体51bが弾性体7と接触していない場合には、基体51aと蓋体51bとを互いに固定するようにすればよい。この固定には、例えば接着剤等を用いることができる。
(光導波路)
図7は、図3に示す光配線部品に含まれる光導波路の一部を示す部分拡大斜視図である。図7では、説明の便宜のため、図3に示す光導波路1のうち、2本のコア部14の近傍を拡大して図示している。
図7に示す2本のコア部14は、それぞれクラッド部(側面クラッド部15および各クラッド層11、12)で囲まれており、コア部14に光を閉じ込めて伝搬することができる。
コア部14の横断面における屈折率分布は、いかなる分布であってもよい。この屈折率分布は、屈折率が不連続的に変化したいわゆるステップインデックス(SI)型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化したいわゆるグレーデッドインデックス(GI)型の分布であってもよい。
また、光導波路1やその中に形成されているコア部14は、それぞれ平面視で直線状であっても曲線状であってもよい。さらに、光導波路1やその中に形成されているコア部14は、それぞれ途中で分岐または交差していてもよい。
なお、コア部14の横断面形状は特に限定されず、例えば、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であってもよいが、四角形(矩形状)であることにより、コア部14を形成し易い利点がある。
コア部14の幅および高さ(コア層13の厚さ)は、特に限定されないが、それぞれ1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、10〜70μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1の伝送効率の低下を抑えつつコア部14の高密度化を図ることができる。
一方、図7に示すように複数のコア部14が並列しているとき、コア部14同士の間に位置する側面クラッド部15の幅は、5〜250μm程度であるのが好ましく、10〜200μm程度であるのがより好ましく、10〜120μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、コア部14同士の間で光信号が混在(クロストーク)するのを防止しつつコア部14の高密度化を図ることができる。
上述したようなコア層13の構成材料(主材料)は、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、PETやPBTのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等を用いることができる。なお、樹脂材料は、異なる組成のものを組み合わせた複合材料であってもよい。
また、クラッド層11、12の構成材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特に(メタ)アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、およびポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される少なくとも1種であるのが好ましい。
なお、光導波路1は、その全体が樹脂材料で構成されているのが好ましい。これにより、光導波路1は、可撓性に富んだものとなり、実装作業の容易化が図られる。
光導波路1の幅は、特に限定されないが、1〜100mm程度であるのが好ましく、2〜10mm程度であるのがより好ましい。
また、光導波路1中に形成されるコア部14の数は、特に限定されないが、1〜100本程度であるのが好ましい。なお、コア部14の数が多い場合は、必要に応じて、光導波路1を多層化してもよい。具体的には、図7に示す光導波路1の上に、さらにコア層とクラッド層とを交互に重ねることにより多層化することができる。
また、図2では図示していないものの、図7に示す光導波路1は、さらに、最下層として支持フィルム2を、最上層としてカバーフィルム3を、それぞれ備えている。
支持フィルム2およびカバーフィルム3の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料が挙げられる。
また、支持フィルム2およびカバーフィルム3の平均厚さは、特に限定されないが、5〜500μm程度であるのが好ましく、10〜400μm程度であるのがより好ましい。これにより、支持フィルム2およびカバーフィルム3は、適度な剛性を有するものとなるため、コア層13を確実に支持するとともに、外力や外部環境からコア層13およびクラッド層11、12を確実に保護することができる。
なお、支持フィルム2やカバーフィルム3は、それぞれ必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。
(接着剤)
接着剤6としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤、オレフィン系接着剤、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。
接着剤6の硬化物の弾性率は、好ましくは100〜20000MPa程度とされ、より好ましくは300〜15000MPa程度とされ、さらに好ましくは500〜12500MPa程度とされ、特に好ましくは1000〜10000MPa程度とされる。接着剤6の硬化物の弾性率を前記範囲内に設定することにより、光コネクター5に対して光導波路1をより確実に固定しつつ、光導波路1中に熱応力等が集中するのを抑制し、伝送損失の増大を抑えることができる。
なお、接着剤6の弾性率は、JIS K 7127に規定された方法に準拠し、温度25℃で測定される。
また、接着剤6の硬化物のガラス転移温度は、30〜260℃程度であるのが好ましく、35〜200℃程度であるのがより好ましい。接着剤6の硬化物のガラス転移温度を前記範囲内に設定することにより、光配線部品10の耐熱性をより高めることができる。
なお、接着剤6の硬化物のガラス転移温度は、動的粘弾性測定法(DMA法)により測定することができる。
また、接着剤6は、溝50の底面502の全面に設けられている必要はなく、例えば部分的に接着剤6が設けられていない部位があってもよい。
さらに、接着剤6の全部が省略されていてもよい。その場合、光導波路1と溝50の底面502との隙間に入り込んだ弾性体7が接着剤6の機能を代替すればよい。すなわち、隙間に入り込んだ弾性体7によって光導波路1と溝50の底面502とが接着されていてもよい。
また、接着剤6は、硬化前の状態が液状であっても固体状であってもよい。硬化前に固体状である接着剤6は、熱硬化性樹脂を主成分とする。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂のようなビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のようなノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等のような芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂のほか、ポリイミド、ポリアミドイミドのようなイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(弾性体)
弾性体7は、前述したように、透光性および弾性を有し、光導波路1の先端面102から上面104にかけて連続して覆っている。
ここで、透光性とは、光導波路1に入射される光の波長において、透過性を有する性質のことをいう。本発明では、弾性体7に対して波長850nmの光を入射させたとき、挿入損失が2dB以下である状態を指して、「透光性を有する」という。
また、弾性とは、外力が与えられたときに変形し、外力が除かれると原形に回復する性質のことをいう。本発明では、引張強さが0.3MPa以上であり、かつ、弾性率が0.01〜1000MPaである状態を指して、「弾性を有する」という。
弾性体7が光導波路1の先端面102から上面104にかけて連続して覆っていることにより、弾性体7と光導波路1との接触面積を十分に広く確保することができる。その結果、弾性体7をより確実に固定することができる。
また、前述したように、弾性体7がコネクター本体51の後退面504にも接していることにより、弾性体7の接触面積をさらに広げることができる。
なお、弾性体7は、図2(a)に示すように溝50の側面に接していてもよいし、接していなくてもよい。接している場合には、弾性体7とコネクター本体51との接触面積を広げることができる。また、接していない場合には、弾性体7とコネクター本体51との接触面積を小さくすることができるので、例えば弾性体7が熱膨張した場合でも、それによって光導波路1中に応力が発生し難くなる。
すなわち、弾性体7は、先端面102(光入出射面)を覆うように設けられていればよく、必ずしも上面104や後退面504、溝50の側面に接していなくても光結合効率の低下を抑制するという効果を奏する。
また、弾性体7は、図2(b)に示すように光導波路1の下面103を覆うように設けられていてもよい。すなわち、弾性体7は、溝50の底面502と光導波路1の下面103との隙間に入り込むように設けられていてもよい。これにより、弾性体7がより強固に固定されることとなる。
なお、この場合、接着剤6と弾性体7とが互いに接していてもよいし、互いに離間していてもよい。
また、弾性体7は、図2(b)に示すように、コネクター本体51の対向面52を含む平面から突出する(非対向面53とは反対側に突出する)ように成形されているのが好ましい。これにより、弾性体7は、光配線部品10と他の光学部品とを接続する際、光コネクター5よりも先に他の光学部品と接触することになる。そして、双方の距離を徐々に詰めることで弾性体7が変形しながら両者の隙間が徐々に埋められていく。このとき、弾性体7は圧縮され、追従して変形することになるため、接続界面に空気が残存し難くなり、フレネル反射に伴う光結合効率の低下(反射損失の増大)を抑制することができる。
なお、弾性体7は、その表面が対向面52を含む平面から必ずしも突出していなくてもよく、対向面52と同一平面内にあってもよく、対向面52を含む平面から非対向面53側に後退していてもよい。これらの場合であっても、弾性体7は、他の光学部品の形状に追従することによって、上記効果を奏することができる。したがって、弾性体7の形状は、他の光学部品の形状に応じて適宜選択される。
また、弾性体7は、必ずしも他の光学部品に接触しなくてもよい。すなわち、光配線部品10と他の光学部品とを接続する際、弾性体7と他の光学部品とが離間した状態で接続するようにしてもよい。この場合、弾性体7は、外気との界面の形状によって、光学要素として機能する。かかる光学要素としては、例えば凸レンズ等が挙げられる。すなわち、弾性体7が凸状の湾曲面を有している場合、弾性体7は、凸レンズの機能を有するものとなる。
このような弾性体7は、光を集束させることができるため、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率を高めることに寄与する。これにより、光結合効率をより高めることができる。
なお、弾性体7の突出長さL3(弾性体7の先端と対向面52を含む平面との距離)は、特に限定されないが、光導波路1の厚さの0.1〜500%程度であるのが好ましく、0.5〜200%程度であるのがより好ましい。これにより、弾性体7は他の光学部品に当たったとき、その形状に追従して変化するのに十分な突出長さが確保されることとなる。このため、接続界面に空気が残存するのをより抑制することが可能になり、光結合効率の低下をより確実に抑制することができる。
さらに、弾性体7は、図2(b)に示すように、上方(溝50の底面502とは反対側)に盛り上がる形状を含むように成形されているのが好ましい。かかる形状を含むことにより、弾性体7に発生した応力を分散させ易くなるため、光導波路1に対して局所的に大きな応力が加わるのを避けることができる。その結果、応力集中に伴う光導波路1の伝送損失の増大を抑制することができる。
なお、弾性体7の盛り上がり高さL4(弾性体7の上面の頂点と光導波路1との最大距離)は、特に限定されないが、光導波路1の厚さの1〜5000%程度であるのが好ましく、5〜2000%程度であるのがより好ましい。これにより、弾性体7に発生した応力をより分散させ易くなるため、光導波路1に加わる応力がより小さく緩和されることになり、応力集中に伴う光導波路1の伝送損失の増大をより確実に抑制することができる。
弾性体7の構成材料としては、例えば、透明ポリアミド、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネートのような可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、オキセタン系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、透明ポリイミドのような硬化性樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を含む材料が用いられる。
また、弾性体7の構成材料には、必要に応じて、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが含まれていてもよい。
また、弾性体7の構成材料には、熱硬化性(熱固化性)の材料であってもよいが、光硬化性(光固化性)の材料が好ましく用いられる。このような材料は、弾性体7を形成する際、短時間で効率よく形成することができる。このため、寸法精度に優れた弾性体7が得られる。
弾性体7の透光性は、前述したように、弾性体7に対して波長850nmの光を入射させたとき、挿入損失が2dB以下を満足するが、好ましくは1.5dB以下を満足する。このような弾性体7は、光導波路1と他の光学部品との間に介在した場合でも、伝送効率の低下を抑制することができる。このため、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率を十分に高めることができる。
なお、弾性体7の挿入損失は、例えば、社団法人 日本電子回路工業会が作成した規格である高分子光導波路の試験方法(JPCA−PE02−05−01S−2008)における4.6.1挿入損失の測定方法に準じて測定することができる。
ここで、弾性体7は、前述したように弾性を有しているが、それに加えて所定の圧力で押圧されたときに所定の変形量を呈するものである。具体的には、弾性体7は、常温(25℃)下において圧力2N/mm2で押圧するときの圧縮変形量が0.005mm以上であるという特性を呈する。このような弾性体7は、光配線部品10を他の光学部品と接続する際、他の光学部品(例えば光ファイバー等)が押し当てられることとなる。これにより、弾性体7が他の光学部品に追従して凹むことになるため、他の光学部品と弾性体7との間に隙間が生じ難くなる。その結果、隙間によるフレネル反射の発生が抑えられることとなり、反射損失による光結合効率の低下を抑制することができる。
また、弾性体7が凹むことによって、他の光学部品と光入出射面102との離間距離が短くなる。これにより、光結合効率の低下をより確実に抑制することができる。
なお、圧縮変形量が前記下限値を下回ると、他の光学部品が押し当てられたとしても、弾性体7がほとんど凹まないこととなる。このため、弾性体7が他の光学部品に対して追従し難くなり、隙間が生じ易くなったり、位置ずれが生じ易くなったりするおそれがある。
また、圧縮変形量は、好ましくは0.01mm以上とされ、より好ましくは0.015mm以上とされる。
また、圧縮変形量の下限値は、弾性体7の厚さの5%以上であるのが好ましく、10%以上であるのがより好ましく、15%以上であるのがさらに好ましい。
一方、圧縮変形量の上限値は、特に限定されないものの、弾性体7の厚さの50%以下であるのが好ましく、40%以下であるのがより好ましく、30%以下であるのがさらに好ましい。圧縮変形量が前記上限値を上回ると、弾性体7が変形し過ぎることによって、他の光学部品と光導波路1との距離が不安定になるおそれがある。さらには、屈折率が変化し、光結合効率が悪化するおそれがある。
なお、圧縮変形量を測定するとき、前記の圧力は、ステンレス鋼のような鉄系合金製の四角柱棒を用いて加えられる。例えば、弾性体7が押圧される面は、縦4mm横3mmの長方形である。そして、押圧によって形成される凹部の最大深さを圧縮変形量とする。また、弾性体7の厚さは、光導波路1と他の光学部品とを繋ぐ光路上における弾性体7の厚さである。
また、圧縮変形量は、弾性体7を構成する材料の組成、弾性率、硬度、分子量、密度、弾性体7の構造、形状等に応じて調整可能である。例えば、弾性率、硬度、分子量および密度をそれぞれ高めることにより、圧縮変形量を小さくする方向へ調整可能である。反対に、弾性率、硬度、分子量および密度をそれぞれ低くすることにより、圧縮変形量を大きくする方向へ調整可能である。
弾性体7のショアD硬度は、特に限定されないが、10〜60程度であるのが好ましく、15〜55程度であるのがより好ましく、20〜50程度であるのがさらに好ましい。ショアD硬度が前記範囲内であることにより、他の光学部品によって弾性体7が押圧されるとき、適度な深さの凹みが形成されることによって、前述したような効果が得られる。すなわち、弾性体7が他の光学部品に追従して凹むことにより、他の光学部品と弾性体7との間に隙間が生じ難くなるという効果と、弾性体7が凹むことによって光入出射面102との離間距離が短く抑えられ、光結合効率の低下が抑制されるという効果と、をより確実に奏することができる。
なお、弾性体7のショアD硬度は、例えばJIS K 6253:2012のタイプDデュロメーターやASTM D2240のタイプDデュロメーターにより測定される。
弾性体7の弾性は、前述したように、引張強さが0.3MPa以上であり、かつ、弾性率が0.01〜1000MPaを満足するが、好ましくは引張強さが1MPa以上であり、かつ、弾性率が0.1〜300MPaを満足し、より好ましくは引張強さが5MPa以上であり、かつ、弾性率が0.5〜100MPaを満足する。このような弾性体7は、光導波路1と他の光学部品との間に介在し、双方から圧縮力を受けた場合に、比較的容易に変形して双方の形状に追従するとともに、塑性変形を生じ難いものとなる。
なお、弾性体7の引張強さが前記下限値を下回ると、弾性体7に荷重が加わったとき、荷重の大きさによっては弾性体7が損傷を受けるおそれがある。また、弾性体7の弾性率が前記下限値を下回ると、弾性体7が極めて変形し易くなり、自重でも変形してしまうおそれがある。一方、弾性体7の弾性率が前記上限値を上回ると、弾性体7が変形し難くなり、他の光学部品に対して形状が追従し難くなるおそれがある。
なお、弾性体7の引張強さは、例えば、JIS K 7127:1999に規定されたプラスチックの引張特性の試験方法に準じて測定することができる。
また、弾性体7の弾性率は、例えば、縦20mm×横20mm×厚1mmの試験片を用い、動的粘弾性測定装置により、周波数1Hz、測定温度23℃で測定された貯蔵弾性率E’として求められる。なお、動的粘弾性測定装置としては、例えば、ティー・エイ・インスツルメンツ社製のRSAIIIや、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のDMS210、DMS6100等が挙げられる。
また、接着剤6の弾性率は、弾性体7の弾性率より大きいことが好ましい。これにより、接着剤6は相対的に変形し難いものとなる。このため、例えば弾性体7が圧縮力を受け、その圧縮力が接着剤6に波及した場合でも、接着剤6は変形し難いため、光導波路1と光コネクター5との位置関係が変化し難くなる。その結果、光コネクター5に対する光導波路1の位置精度を高く維持することができ、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率を高く維持することができる。
また、弾性体7の屈折率は、光導波路1のコア部14の屈折率と1.4との間であることが好ましい。弾性体7の屈折率がこのような範囲内にあることで、光導波路1と弾性体7との間、および、弾性体7と他の光学部品(例えば光ファイバー)との間で、屈折率差に伴う反射損失を抑制することができる。これにより、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率をより高めることができる。
なお、光ファイバーのコアの屈折率は、通常、1.46程度であるので、弾性体7の屈折率が、好ましくはコア部14の屈折率と1.46との間になるようにすればよい。
さらに、コア部14の屈折率は、1.4より大きいことが好ましい。
また、他の光学部品が光ファイバー以外の場合には、弾性体7の屈折率が、光導波路1のコア部14の屈折率と他の光学部品の屈折率との間になるようにするのが好ましい。これにより、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率をより高めることができる。
また、接着剤6は、図2(b)に示すように、光導波路1の先端面102よりも基端側(光コネクター5の非対向面53側)に位置しているのが好ましい。これにより、光導波路1の先端面102近傍には、光導波路1と底面502との間に、接着剤6の厚さに相当する厚さの隙間が形成される。かかる隙間には、弾性体7が入り込むことができるので、アンカー効果によって弾性体7をより強固に密着させることができる。その結果、光配線部品10の信頼性をより高めることができる。
なお、弾性体7の表面には、必要に応じて表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理のような表面改質処理、撥液処理、低反射コーティング、保護コーティングのような成膜処理等が挙げられる。
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光配線部品の第2実施形態について説明する。
図8は、本発明の光配線部品の第2実施形態を示す断面図である。
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図8において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
第2実施形態に係る光配線部品10は、第1実施形態に係る接着剤6が省略され、その代わりに、弾性体7が光導波路1と光コネクター5とを接着する機能を有している以外、第1実施形態に係る光配線部品10と同様である。
図8に示す弾性体7は、光導波路1の先端面102から上面104にかけて連続して覆うように設けられているだけでなく、光導波路1と光コネクター5との間にも介挿されている。そして、弾性体7は、光導波路1と光コネクター5との間を接着している。これにより、本実施形態に係る弾性体7は、第1実施形態に係る弾性体7に比べて、光導波路1や光コネクター5に対するより広い接触面積を確保することができる。その結果、弾性体7をより確実に固定することができる。
また、本実施形態によれば、接着剤6を省略することができるので、構造の簡素化が図られる。さらに、接着剤6が省略されるため、例えば接着剤6と弾性体7との間に隙間が生じるおそれがなくなる。このため、隙間が膨張することによる不具合等が発生するおそれもなくなり、光配線部品10のさらなる高信頼化を図ることができる。
以上の第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光配線部品の第3実施形態について説明する。
図9は、本発明の光配線部品の第3実施形態を示す断面図である。
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図9において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態に係る光配線部品10は、光コネクター5の形状が異なる以外、第1実施形態に係る光配線部品10と同様である。
すなわち、図9に示す光コネクター5は、図2に示す溝50に代えて、コネクター本体51に形成された貫通孔50’を備えている。貫通孔50’は、コネクター本体51の対向面52(第1外面)と、非対向面53(第2外面)と、を貫通するように形成されている。また、貫通孔50’は、その長手方向に直交する方向に沿って切断されたとき、長方形をなす切断面を有するように構成されている。また、図9に示す光コネクター5には、第1実施形態に係る後退面が設けられていてもよいが、本実施形態では省略されている。
さらに、図9に示す光コネクター5では、貫通孔50’の内面のうち、図9において下方に位置する下面502’が光導波路1を載置する載置面となる。この下面502’には、接着剤6を介して光導波路1が接着されている。
また、光導波路1の先端面102から上面104にかけて連続して覆うように、弾性体7が設けられている。
また、弾性体7は、図9に示すように、コネクター本体51の対向面52にも接している。すなわち、弾性体7は、光導波路1の上面104から先端面102を経てコネクター本体51の対向面52(第1外面)に至るまで連続して覆うように構成されている。これにより、弾性体7が光導波路1や光コネクター5に対して接触する面積をさらに広げることができるので、弾性体7をより確実に固定することができる。
なお、弾性体7は、図9に示すように、貫通孔50’の上面(図9の上方に位置する内面)に接触していてもよいが、上面から離間していてもよい。同様に、弾性体7は、図9(a)に示すように、貫通孔50’の側面(図9(a)の左右の内面)に接触していてもよいが、側面から離間していてもよい。
以上の第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、第3実施形態によれば、光導波路1の載置面として貫通孔50’の下面502’が設定されている。このため、光導波路1は、その側面全体が光コネクター5で囲まれることとなる。これにより、外力や環境変化等から光導波路1を保護する機能をより高度化することができ、光配線部品10の信頼性をより高めることができる。
また、図9では、光導波路1の下面のみが接着剤6を介して貫通孔50’の下面502’に接着されている一方、光導波路1の上面104は貫通孔50’の上面から離間している。しかしながら、かかる構成には限定されず、例えば、光導波路1の上面104のみが貫通孔50’の上面に接着されていてもよいし、光導波路1の下面と上面の双方が貫通孔50’の内面に接着されていてもよい。なお、後者の場合、貫通孔50’の高さは、接着剤の厚さに応じて図9に示す高さよりも低くするのが好ましい。
≪第4実施形態≫
次に、本発明の光配線部品の第4実施形態について説明する。
図10は、本発明の光配線部品の第4実施形態を示す断面図である。
以下、第4実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図10において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態に係る光配線部品10は、弾性体7の構成が異なる以外、第1実施形態に係る光配線部品10と同様である。
図10に示す弾性体7は、弾性を有する弾性体本体71と、弾性体本体71の表面に設けられ弾性体本体71よりも硬度が高い被覆層72と、を備えている。このような弾性体7によれば、弾性体本体71によって全体の弾性が確保され、光ファイバー9に対して弾性体7が追従する一方、被覆層72によって弾性体7の表面にキズが付き難くなる。その結果、仮に光ファイバー9が硬度の高いものであっても、弾性体7が奏する効果を長期にわたって維持することができる。
被覆層72の構成材料は、被覆層72の硬度が弾性体本体71よりも高くなるような材料であれば、特に限定されない。一例として、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、各種ガラスのような無機材料が挙げられる。また、無機材料に限定されず、ポリプロピレンのようなポリアルキレン、ポリイミド、フッ化ポリイミド、ポリエステル、ナイロン、シリコーン樹脂、アクリル樹脂のような有機材料であってもよいし、無機材料と有機材料の双方が含まれている材料であってもよい。
被覆層72の硬度は、弾性体本体71の硬度より高ければよいが、具体的にはモース硬度が3以上であるのが好ましく、4以上であるのがより好ましく、5以上であるのがさらに好ましい。このような硬度の被覆層72であれば、光ファイバー9等が接触したとしても、よりキズが付き難くなる。
また、被覆層72の厚さは、特に限定されないが、0.01μm以上5μm以下であるのが好ましく、0.1μm以上1μm以下であるのがさらに好ましい。被覆層72の厚さを前記範囲内に設定することにより、弾性体本体71に対して被覆層72が追従し易くなる。このため、弾性体7の表面における光ファイバー9の追従性も良好になる。
なお、被覆層72の厚さが前記上限値を上回ると、被覆層72が厚くなり過ぎるため、被覆層72の機械的強度が弾性体7全体の機械的強度に影響を及ぼし易くなり、弾性体7の表面における追従性が低下するおそれがある。また、被覆層72が厚くなり過ぎると、結合損失が悪化するおそれがある。
被覆層72の形成方法は、特に限定されず、例えばスパッタリング法、真空蒸着法のような気相成膜法、ゾルゲル法、塗布法のような液相成膜法等が挙げられる。
一方、弾性体本体71の機械的特性等は、第1実施形態における弾性体7の機械的特性等と同様である。
なお、被覆層72は、弾性体本体71の表面全体を覆っている必要はなく、少なくとも光路上に存在していればよい。
また、被覆層72を設けた場合であっても、弾性体7の表面硬度等の表面に依存するもの以外の特性、例えば圧縮変形量、弾性率、ショア硬度、ポアソン比等の機械的特性や屈折率等の光学的特性は、弾性体本体71のそれら特性とほぼ同程度であるため、弾性体本体71の特性を弾性体7の特性としてみなすことができる。
<光配線部品の接続方法>
次に、図1に示す光配線部品10を他の光学部品と接続する方法(本発明の光配線部品の接続方法の実施形態)について説明する。
図11は、図1に示す光配線部品10と光ファイバー9(他の光学部品)とを接続する方法を説明するための図である。
本実施形態では、光配線部品10の弾性体7に対して8本の光ファイバー9を押し付けた状態で、両者を固定する。具体的には、図11(a)に示すように、光導波路1の一端に装着された光コネクター5と、8本の光ファイバー9の一端に装着された光コネクター91とを、互いに近づける。そして、図11(b)に示すように、弾性体7に対して8本の光ファイバー9を押し付ける。これにより、弾性体7には光ファイバー9から圧力が付与されるとともに、弾性体7は光ファイバー9の形状に追従して変形する。この状態で、図示しないガイドピンやクリップ等を用いて光コネクター5と光コネクター91とを互いに固定する。これにより、光配線部品10と光ファイバー9とが光学的および機械的に接続される。
このとき、弾性体7は、0.25〜3MPaの圧力で押圧されているのが好ましい。このような圧力が加わることにより、弾性体7は適度な深さの凹部を伴って変形する。その結果、光ファイバー9と弾性体7との間には、より隙間が生じ難くなる。また、光ファイバー9の位置ずれをより確実に抑えることができる。
なお、光ファイバー9によって弾性体7に加えられる圧力が前記下限値を下回ると、弾性体7に生じる凹部の深さが浅くなり過ぎるため、光ファイバー9を長手方向に引っ張る力や径方向にずらす力等が加わったときに、光ファイバー9と弾性体7との間に隙間が生じるおそれがある。一方、圧力が前記上限値を上回ると、光ファイバー9が弾性体7を突き抜けてしまうおそれがある。
また、弾性体7が押圧されるときの圧力は、好ましくは0.5〜2.75MPa程度とされ、より好ましくは0.75〜2.5MPa程度とされる。
なお、光ファイバー9は、他の光学部品の一例である。したがって、例えば光導波路、発光ダイオード、半導体レーザー、レンズ、プリズム等の各種光学要素で代替可能である。
<光配線部品の製造方法>
≪第1製造方法≫
次に、図1、2に示す光配線部品10を製造する第1の方法の一例について説明する。
図12〜15は、それぞれ、図1、2に示す光配線部品を製造する方法を説明するための図である。なお、図12〜15の(a)は、それぞれ図2(a)と同様の平面図であり、図12〜15の(b)は、それぞれ、図2(b)と同様の断面図である。また、以下の説明では、説明の便宜上、図12〜15の上方を「上」、下方を「下」という。また、図12〜15において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
光配線部品10の第1製造方法は、[1]光導波路1と光コネクター5とを備えるコネクター付き光導波路4を準備する準備工程と、[2]成形型8に対して樹脂組成物70を配置した後、樹脂組成物70に対して光導波路1の少なくとも先端面102(光入出射面)を押し当て、樹脂組成物70を密着させるとともに成形する成形工程と、[3]樹脂組成物70を硬化させ、弾性体7を得る硬化工程と、[4]成形型8を離型する離型工程と、を有する。以下、各工程について詳述する。
[1]準備工程
まず、光導波路1と光コネクター5とを準備する。そして、図12に示すように、接着剤6を介して光導波路1と光コネクター5とを接着、固定する。これにより、図13に示すコネクター付き光導波路4を得る。
このとき、光コネクター5の溝50に対して光導波路1を配置するため、光導波路1を溝50の上方から降下させることによって配置作業を行うことができる。このような作業では、例えば図12に示すようなツール100によって光導波路1を把持し、ツール100を駆動することによって光導波路1を目的とする位置に配置することが可能になる。
換言すれば、光コネクター5に設けられた光導波路1の載置面(溝50の底面502)は、光コネクター5の外部から平面視可能な状態になっているため、図12の上方から底面502に向けて光導波路1を降下させたとき、光コネクター5との干渉を避けつつ、降下させることができる。そして、載置位置の微調整も、光コネクター5に妨げられることなく光導波路1を直接視認しながら行うことができるので、位置合わせの精度を容易に高めることができる。
このため、光コネクター5に対する光導波路1の相対位置を、ツール100の駆動位置精度と同等の位置精度で決定することができる。その結果、光コネクター5に対する光導波路1の位置を、迅速かつ正確に決定することができ、他の光学部品との光結合効率に優れた光配線部品10が得られる。
なお、このようなツール100を備えた装置として、例えば、フリップチップボンダーのような各種ボンディング装置を用いることができる。
[2]成形工程
次に、図14に示す成形型8を用意する。この成形型8は、樹脂組成物70を成形することにより、目的とする形状の弾性体7を形成するための成形型である。具体的には、図14に示す成形型8は、平板状をなす第1部分801と、第1部分801の一方の主面に位置し平板状をなす第2部分802と、を含んでいる。第1部分801および第2部分802は、主面同士が互いに直交するように配置されている。
また、成形型8は、その幅が、光コネクター5の溝50の幅よりも小さくなるよう構成されている。これにより、溝50に対して成形型8を挿入することが可能になる。このため、溝50内に挿入され固定されている光導波路1に対して成形型8を容易に近づけることができる。その結果、成形型8に配置されている樹脂組成物70を、光導波路1に対して容易に押し付けることができ、かつ、光導波路1と成形型8との間で挟み込んだ状態で成形することができる。
換言すれば、成形型8が溝50の内部に入り込んだ状態で樹脂組成物70を成形することができるので、成形型8とコネクター本体51との干渉を避けることができる。このため、樹脂組成物70を目的とする形状に確実に成形することができる。
また、成形型8は、形成しようとする弾性体7の形状に対応したキャビティー81を備えている。このキャビティー81は、成形型8の表面の一部を凹没させてなる凹部である。この凹部によって樹脂組成物70が成形されることにより、弾性体7に突出した形状を形成することができる。
樹脂組成物70は、硬化することにより弾性体7となる組成物である。この樹脂組成物70をキャビティー81に配置する。なお、樹脂組成物70は、キャビティー81内にのみ配置されていてもよく、キャビティー81から一部がはみ出していてもよい。また、成形時に樹脂組成物70が移動することを見越して、キャビティー81外にのみ配置されていてもよい。
次いで、樹脂組成物70と光導波路1とが接触するように、成形型8に対してコネクター付き光導波路4を近づける。これにより、樹脂組成物70がコネクター付き光導波路4と成形型8との間に挟まれて成形されるとともに、光導波路1に密着する。これにより、樹脂組成物70は、図15に示すような目的とする形状に成形される。
なお、成形型8の形状は、上述した形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。例えば、成形型8は、複数の部分の集合体で構成されていてもよい。
成形型8の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂系材料、ガラス系材料、結晶系材料、炭素系材料、セラミックス系材料、金属系材料等が挙げられる。
また、樹脂組成物70としては、例えば、前述した弾性体7の硬化前の樹脂材料と、溶媒とを含むワニス等が挙げられる。
[3]硬化工程
次に、成形した樹脂組成物70を硬化させる。これにより、図2に示す弾性体7が得られる。
樹脂組成物70の硬化方法は、特に限定されず、光硬化であっても、熱硬化であってもよい。なお、成形型8に光透過性を付与することにより、樹脂組成物70に対して成形型8越しに光を照射することができる。このため、成形型8によって樹脂組成物70を成形した状態を維持しながら、樹脂組成物70を硬化させることができる。その結果、寸法精度の高い弾性体7を得ることができる。かかる弾性体7は、光配線部品10と他の光学部品との間の光結合効率をより高めることに寄与する。
[4]離型工程
次に、弾性体7から成形型8を離型する。これにより、図2に示す光配線部品10が得られる。
また、必要に応じて、成形型8のキャビティー81に離型剤を塗布したり、樹脂組成物70に離型剤を添加することにより、かかる離型作業をより円滑に行うことができる。
なお、図示しないものの、本実施形態に係る光配線部品の製造方法は、図9に示す光配線部品を製造する方法にも適用可能である。すなわち、貫通孔50’内に樹脂組成物70を配置し、その後、後述する第2実施形態の変形例で挙げるような成形型8によって樹脂組成物70を成形すればよい。
≪第2製造方法≫
次に、図1、2に示す光配線部品10を製造する第2の方法の一例について説明する。
図16は、図1、2に示す光配線部品を製造する方法を説明するための図である。なお、図16の(a)は、図2(a)と同様の平面図であり、図16の(b)は、図2(b)と同様の断面図である。また、以下の説明では、説明の便宜上、図16の上方を「上」、下方を「下」という。また、図16において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
以下、第2製造方法について説明するが、以下の説明では、第1製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
光配線部品10の第2製造方法は、[1]光導波路1と光コネクター5とを備えるコネクター付き光導波路4を準備する準備工程と、[2]成形型8に対してコネクター付き光導波路4を配置する配置工程と、[3]成形型8と光導波路1の先端面102との間に樹脂組成物70を供給し、樹脂組成物70を先端面102に接触させるとともに成形する成形工程と、[4]樹脂組成物70を硬化させ、弾性体7を得る硬化工程と、[5]成形型8を離型する離型工程と、を有する。以下、各工程について詳述する。
[1]準備工程
まず、図16に示すコネクター付き光導波路4を用意する。
[2]配置工程
次に、成形型8を用意する。そして、成形型8に対してコネクター付き光導波路4を配置する。このとき、コネクター付き光導波路4と成形型8との間に隙間を設けるようにする。
[3]成形工程
次に、図16に示すように、コネクター付き光導波路4と成形型8との隙間に樹脂組成物70を供給する。これにより、樹脂組成物70は隙間に貯留され、光導波路1の先端面102に接触するとともに、隙間によって成形される。
[4]硬化工程
次に、成形した樹脂組成物70を硬化させる。これにより、図2に示す弾性体7が得られる。
[5]離型工程
次に、弾性体7から成形型8を離型する。これにより、図2に示す光配線部品10が得られる。
≪第2製造方法の変形例≫
なお、第2製造方法は、図9に示す光配線部品を製造する方法にも適用可能である。
図17は、図9に示す光配線部品を製造する方法(第2製造方法の変形例)を説明するための図である。
[1]準備工程
まず、図17(a)に示すコネクター付き光導波路4を用意する。
[2]配置工程
次に、成形型8を用意する。そして、成形型8に対してコネクター付き光導波路4を配置する。このとき、光導波路1の先端面102と成形型8との間に隙間を設けるようにする。
[3]成形工程
次に、図17(b)に示すように、光導波路1の先端面102と成形型8との隙間に樹脂組成物70を供給する。これにより、樹脂組成物70は隙間に貯留され、光導波路1の先端面102に接触するとともに、隙間によって成形される。
また、樹脂組成物70は、貫通孔50’内にも侵入し、光導波路1を内包するように貫通孔50’内に充填される。
なお、樹脂組成物70の供給方法としては、特に限定されないが、例えばディスペンサー等の供給装置を用いる方法が挙げられる。また、供給経路は、特に限定されず、例えば、貫通孔50’の非対向面53側の開口を介する経路であってもよく、成形型8に設けた孔を介する経路であってもよい。なお、図17では、一例として、成形型8を貫通する経路を介して樹脂組成物70を供給する様子を図示している。
また、成形型8の形状は、特に限定されないが、図17(b)に示す成形型8は、一例として、光コネクター5の対向面52から突出する樹脂組成物70をレンズ状に成形するとともに、樹脂組成物70の一部が対向面52に接するように成形するよう構成されてい
る。
[4]硬化工程
次に、成形した樹脂組成物70を硬化させる。これにより、図9に示す弾性体7が得られる。なお、樹脂組成物70が光硬化性を有している場合には、図17(c)に示すように、成形型8として光透過性を有するものを使用し、樹脂組成物70に対して成形型8越しに光Lを照射すればよい。これにより、成形型8によって樹脂組成物70を成形した状態を維持しながら、樹脂組成物70を硬化させることができる。その結果、寸法精度の高い弾性体7を得ることができる。
なお、樹脂組成物70の硬化方法は、上記の方法に限定されず、例えば樹脂組成物70が熱硬化性を有している場合には、加熱により硬化させることができる。
[5]離型工程
次に、弾性体7から成形型8を離型する(図17(d)参照)。これにより、図9に示す光配線部品10が得られる。
≪第3製造方法≫
次に、図8に示す光配線部品10を製造する方法の一例を、第3製造方法として説明する。
図18は、図8に示す光配線部品を製造する方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図18の上方を「上」という。また、図18において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
以下、第3製造方法について説明するが、以下の説明では、第1製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
光配線部品10の第3製造方法は、[1]光導波路1に接するように樹脂組成物70を供給する供給工程と、[2]樹脂組成物70を圧縮するように光導波路1と光コネクター5とを互いに近づけるとともに、樹脂組成物70を成形型8で成形する成形工程と、[3]樹脂組成物70を硬化させ、弾性体7を得るとともに、弾性体7を介して光導波路1と光コネクター5とを接着する硬化工程と、[4]成形型8を離型する離型工程と、を有する。以下、各工程について詳述する。
[1]供給工程
まず、図18(a)に示すように、成形型8に対して光導波路1を配置する。
続いて、光導波路1の上面に樹脂組成物70を供給する。これにより、樹脂組成物70は、光導波路1の上面に溜まることとなる。
[2]成形工程
次に、図18(a)に示すように、樹脂組成物70を圧縮するように光導波路1と光コネクター5とを互いに近づける。これにより、樹脂組成物70は、光導波路1と光コネクター5との間に挟まれて圧縮されるとともに、一部がこれらの間からはみ出す。はみ出した樹脂組成物70は、成形型8のキャビティー81に貯留する。その結果、樹脂組成物70は、図18(b)に示すように、光導波路1と光コネクター5との間に塗り広げられるとともに、キャビティー81によって成形される。
[3]硬化工程
次に、成形した樹脂組成物70を硬化させる。これにより、図8に示す弾性体7が得られる。
[4]離型工程
次に、弾性体7から成形型8を離型する。これにより、図8に示す光配線部品10が得られる。
また、本製造方法では、弾性体7が光導波路1と光コネクター5とを接着する機能も有しているので、接着剤6を用いて接着する作業を省略することができる。このため、本製造方法は、製造作業のさらなる簡略化が図られるという点で有用である。
≪第4製造方法≫
次に、図8に示す光配線部品10を製造する方法の一例を、第4製造方法として説明する。
図19は、図8に示す光配線部品を製造する方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図19の上方を「上」という。また、図19において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
以下、第4製造方法について説明するが、以下の説明では、第1製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
光配線部品10の第4製造方法は、[1]光コネクター5に接するように樹脂組成物70を供給する供給工程と、[2]樹脂組成物70を圧縮するように光導波路1と光コネクター5とを互いに近づけるとともに、樹脂組成物70を成形型8で成形する成形工程と、[3]樹脂組成物70を硬化させ、弾性体7を得るとともに、弾性体7を介して光導波路1と光コネクター5とを接着する硬化工程と、[4]成形型8を離型する離型工程と、を有する。すなわち、本製造方法は、樹脂組成物70を形成する位置が異なる以外、第3製造方法と同様である。以下、各工程について詳述する。
[1]供給工程
まず、図19(a)に示すように、光コネクター5の溝50の底面502に樹脂組成物70を供給する。これにより、樹脂組成物70は、底面502に溜まることとなる。
一方、成形型8に対して光導波路1を配置する。
[2]成形工程
次に、図19(a)に示すように、樹脂組成物70を圧縮するように光導波路1と光コネクター5とを互いに近づける。これにより、樹脂組成物70は、光導波路1と光コネクター5との間に挟まれて圧縮されるとともに、一部がこれらの間からはみ出す。はみ出した樹脂組成物70は、成形型8のキャビティー81に貯留する。その結果、樹脂組成物70は、図19(b)に示すように、光導波路1と光コネクター5との間に塗り広げられるとともに、キャビティー81によって成形される。
[3]硬化工程
次に、成形した樹脂組成物70を硬化させる。これにより、図8に示す弾性体7が得られる。
[4]離型工程
次に、弾性体7から成形型8を離型する。これにより、図8に示す光配線部品10が得られる。
また、本製造方法では、弾性体7が光導波路1と光コネクター5とを接着する機能も有しているので、接着剤6を用いて接着する作業を省略することができる。このため、本製造方法は、製造作業のさらなる簡略化が図られるという点で有用である。
<電子機器>
上述したような本発明の光配線部品は、前述したように、他の光学部品と接続しても光接続に伴う光結合効率の低下が抑えられる。したがって、本発明の光配線部品を備えることにより、高品質の光通信を行い得る信頼性の高い電子機器(本発明の電子機器)が得られる。
本発明の光配線部品を備える電子機器としては、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話、ゲーム機、ルーター装置、WDM装置、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類が挙げられる。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光配線部品を備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消され、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
また、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
以上、光配線部品、光配線部品の接続方法および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、光導波路の一端部に光コネクターが装着されているが、他端部にも同様の光コネクターが装着されていてもよく、これとは異なる光コネクターが装着されていてもよい。また、他端部には、光コネクターに代えて、各種の受発光素子が実装されていてもよい。また、前記実施形態に任意の要素が付加されていてもよい。
また、本発明の光配線部品の接続方法は、前記各実施形態における工程順を入れ替えたものも含み、さらに任意の工程が追加されていてもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.光配線部品の製造
(実施例1)
(1)光導波路の作製
まず、クラッド層形成用の組成物としてノルボルネン系樹脂(PNB)を含む組成物を調製した。次いで、この組成物を厚さ25μmのポリイミドフィルム(支持フィルム)上に塗布し、乾燥、硬化させて厚さ10μmのクラッド層を得た。
次いで、得られたクラッド層上に、コア層形成用の組成物としてノルボルネン系樹脂(PNB)を含む組成物を塗布し、乾燥、硬化させて厚さ50μmのコア層を得た。続いて、紫外線を露光し、コア層中にコア部と側面クラッド部とを形成した。なお、形成したコア部の本数は8本、コア部の幅は50μmであった。
一方、別のポリイミドフィルム(カバーフィルム)上に組成物を塗布し、乾燥、硬化させて厚さ10μmのクラッド層を得た。
そして、コア層とクラッド層とが接するように重ねた。これにより、ポリイミドフィルム、クラッド層、コア層、クラッド層およびポリイミドフィルムがこの順で積層されてなる光導波路を得た。なお、光導波路の厚さは120μm、幅は2mm、長さは10cmであった。また、コア部の屈折率は1.55であった。
(2)光コネクターの装着
次に、図1に示す形状のポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂製の光コネクターを用意した。
次いで、光導波路の2つの主面のうち、一方の主面にエポキシ系接着剤を塗布した。
次に、光コネクターの貫通部内に、エポキシ系接着剤を塗布した光導波路を挿入した。そして、接着剤を介して光導波路と光コネクターとを接着した。
次に、シリコーン系樹脂を含む樹脂組成物を用意し、成形型を利用して樹脂組成物を成形した。これにより、光導波路の先端面を覆うように設けられた弾性体を得た。なお、光路上における弾性体の厚さは50μm(0.050mm)であった。
以上のようにして図1に示す光配線部品を得た。
(実施例2〜5)
弾性体の構成を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして光配線部品を得た。
(比較例1、2)
弾性体の構成を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして光配線部品を得た。
(実施例6)
以下のようにして弾性体本体と被覆層とで構成された弾性体を用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光配線部品を得た。
まず、実施例1と同様にしてシリコーン系樹脂を含む樹脂組成物を用意し、成形型を利用して樹脂組成物を成形した。これにより、光導波路の先端面を覆うように設けられた弾性体本体を得た。
次に、スパッタリング法により、弾性体本体の表面に被覆層を形成した。
以上のようにして図10に示す光配線部品を得た。なお、光配線部品の構成については、表2に示す通りである。
(実施例7〜10)
弾性体の構成を表2に示すように変更した以外は、実施例6と同様にして光配線部品を得た。
(比較例3、4)
弾性体の構成を表2に示すように変更した以外は、実施例6と同様にして光配線部品を得た。
2.光配線部品の評価
2.1 温度サイクル試験
まず、各実施例および各比較例で得られた光配線部品と、光コネクター付きの光ファイバーと、を接続し、接続体を得た。このとき、弾性体が0.25〜3MPaの圧力で押圧されるように、光配線部品と光コネクター付き光ファイバーとを接続した。
次に、得られた接続体を温度サイクル試験装置に入れた。
次いで、装置内を−40℃で30分間保持した後、20℃で10分間保持した。
次いで、装置内を85℃で30分間保持した後、20℃で10分間保持した。
以上の昇降温を1サイクルとして、かかる温度サイクルを1000サイクル繰り返す試験を行った。
次いで、試験前の接続体の挿入損失と試験後の接続体の挿入損失とを比較し、挿入損失の増分を算出した。なお、これらの挿入損失は、社団法人 日本電子回路工業会が規定した「高分子光導波路の試験方法(JPCA−PE02−05−01S−2008)」の4.6.1挿入損失の測定方法に準拠して測定した。
そして、100サイクル後、500サイクル後、および1000サイクル後における挿入損失の増分をそれぞれ算出し、以下の評価基準に照らして評価した。
<挿入損失の増分の評価基準>
○:挿入損失の増分が0.30dB未満である
×:挿入損失の増分が0.30dB以上である
以上の評価結果を表1、2に示す。
2.2 着脱サイクル試験
まず、各実施例および各比較例で得られた光配線部品と、光コネクター付きの光ファイバーと、を接続し、接続体を得た。
次に、接続状態を解除した。
以上のような接続とその解除とを1サイクルとして、かかる着脱サイクルを5000サイクル繰り返す試験を行った。
次いで、試験前の接続体の挿入損失と試験後の接続体の挿入損失とを比較し、挿入損失の増分を算出した。なお、これらの挿入損失は、社団法人 日本電子回路工業会が規定した「高分子光導波路の試験方法(JPCA−PE02−05−01S−2008)」の4.6.1挿入損失の測定方法に準拠して測定した。
そして、1000サイクル後、3000サイクル後、および5000サイクル後における挿入損失の増分をそれぞれ算出し、以下の評価基準に照らして評価した。
<挿入損失の増分の評価基準>
○:挿入損失の増分が0.30dB未満である
×:挿入損失の増分が0.30dB以上である
以上の評価結果を表1、2に示す。
表1、2から明らかなように、各実施例の光配線部品では、他の光学部品と接続された状態で温度サイクル試験に供されたとしても、挿入損失の著しい増加が抑えられていた。このことから、本発明によれば、温度サイクル試験のような環境変化が加わったとしても、他の光学部品との間で安定した光結合効率を実現し得る光配線部品を得られることが認められた。
また、各実施例の光配線部品では、弾性体に被覆層を設けることによって、着脱サイクル試験に対する耐性が高まることが認められた。これは、被覆層が設けられることによって、耐摩耗性が向上し、光結合効率の低下が抑えられたことに起因するものと考えられる。