JP6850686B2 - 圧力センサおよび中空光導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
図3は、第1の製造方法を示す図である。第1の製造方法では、光硬化性樹脂を用いて中空光導波路12を製造する。中空光導波路12の作製において、導波路材料を支持する容器が必要であり、容器と導波路材料が剥離しやすいように、容器の材料としては、フッ素系樹脂のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)容器31を用いる。
まず、中空光導波路の支持基板を作製するために、PTFE容器31に未硬化の光硬化性樹脂32を流し込む。光硬化性樹脂32の材料としては、例えば、Dow Corning社のSylpot184を用いる。但し、光硬化性樹脂の材料としては、これに限定されるものではなく、未硬化の状態で液体であり、硬化時に固体となる材料であれば何でもよい。
次に、中空のコア部を作製するために、硬化した硬化樹脂32’の上にさらに未硬化の光硬化性樹脂33を形成する。さらに、当該光硬化性樹脂33の上部に、中空のコア部に相当する凹構造の部分には光硬化させないようにパターン(遮蔽領域)を描画したマスク34を設置する。そして、前述した基板作製行程1と同様に、マスク34の上部から紫外線を照射する。その後、マスク34を除去し、現像する(非光硬化部分の光硬化性樹脂を取り除く)ことにより、コア部に相当する部分が欠けた凹構造の支持基板35を得る。なお、前述した基板作製行程1と同様に、完全に硬化するためにオーブンで熱処理を行ってもよい。
中空コア作製行程で形成した支持基板35の凹構造は、そのままでは光が上部へ逃げる構造であるから、硬化樹脂を上部に設置して中空コア構造を形成する必要がある。そのため、金属皮膜37を形成した平らな上基板38を基板作製行程1と同様に作製し、中空のコア部を形成する壁面の全体が金属皮膜で囲まれるように支持基板35の上部に設置する。なお、支持基板35と上部に設置した硬化樹脂の上基板38の密着性を向上するために、両基板の間に予め未硬化樹脂を塗布しておいてもよい。
図4は、第2の製造方法を示す図である。第2の製造方法では、第1の製造方法で用いた光硬化性樹脂ではなく、熱可塑性樹脂を用いて中空光導波路12を製造する。中空光導波路12の作製において、導波路材料を支持する金型(容器)が必要である。鋼製の金型と導波路材料が剥離しやすいように、金型の表面にテフロン加工を施して用いる。
まず、中空光導波路の支持基板および中空のコア部に相当する凹構造を作製するために、金型51に熱可塑性樹脂52を流し込む。熱可塑性樹脂52としては、例えば、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合)樹脂を用いる。当該ABS樹脂表面に凹構造を作製するために、凸構造のスタンパ53を用いる。スタンパ53は、金型51と同様に、鋼材でできており、熱可塑性樹脂52との剥離を促進するためにテフロン加工を施してある。金型51およびスタンパ53を加熱し、熱可塑性樹脂52の温度を、ガラス転移温度である130度以上に加熱した後、スタンパ53を熱可塑性樹脂52に押し当てて凹構造を形成し、金型51およびスタンパ53を冷却することで、凹構造の支持基板54を得る。
中空コア作製行程で形成した支持基板54の凹構造は、そのままでは光が上部へ逃げる構造であるから、硬化樹脂を上部に設置して中空コア構造を形成する必要がある。そのため、金属皮膜56を形成した平らな熱可塑性樹脂の上基板57を、中空のコア部を形成する壁面の全体が金属皮膜で囲まれるように支持基板54の上部に設置する。なお、支持基板54と上部に設置した硬化樹脂の上基板57の密着性を向上するために、金型51とスタンパ53をガラス転移温度付近に加熱しておき、押圧を印加しておいてもよい。
図5は、中空光導波路12に印加する圧力と光強度の関係を求めるための装置構成例を示す図である。図5(a)は、当該装置構成例の側面図であり、図5(b)は、図5(a)に示したA−A’の断面図である。
図9は、中空光導波路12の導波路長Lと光の伝搬損失の関係を求めるための装置構成例を示す図である。図9(a)は、当該装置構成例の側面図であり、図9(b)は、図9(a)に示したA−A’の断面図である。本実施の形態に係る中空のコア部121による効果を比較するため、図9(c)に示すように、コア材料で充填された従来のコア部121’を備える中空光導波路12’を作製した。当該コア材料としては、柔軟性を有する必要があるため、通常の石英ガラスではなく、エポキシ性樹脂SU−8(Micro Chem)を用いた。
図11は、中空光導波路12の温度特性を求めるための装置構成例を示す図である。図11(a)は、当該装置構成例の側面図であり、図11(b)は、その上面図であり、図11(c)は、図11(a),(b)に示したA−A’の正面図である。
11a…光源
11b…レーザ光源
12…中空光導波路
121…コア部
122…クラッド部
13…光強度測定部
13a…フォトダイオード
131…フォトダイオード
132…入力インタフェース部
133…コンピュータ
134…入出力インタフェース部
135…入出力部
14…圧力応答部
14a…被測定物
14b…ロードセル
15…ステージ
16…ペルチェプレート
17…ポリイミドテープ
31…PTFE容器
32…光硬化性樹脂
32’…硬化樹脂
33…光硬化性樹脂
34…マスク
35…支持基板
36…金属皮膜
37…金属皮膜
38…上基板
51…金型
52…熱可塑性樹脂
53…スタンパ
54…支持基板
55…金属皮膜
56…金属皮膜
57…上基板
Claims (3)
- 被測定物のひずみを計測する圧力センサにおいて、
可視光を発生する光発生部と、
前記可視光を入射し、外圧で変形する材料で構成され、外接した被測定物のひずみによる圧力で変形し、前記圧力の大きさに応じて中空のコア部を通過する可視光の強度を変化させる中空光導波路と、
前記中空光導波路を通過した可視光を映し、前記可視光の強度を前記被測定物に生じたひずみの大きさに変換するための色見本情報であって、予め可視光の強度に応じた色とひずみの大きさとを対応させた前記色見本情報を表示した光強度測定部と、を備え、
前記中空光導波路を通過した可視光の全光量が投影像の光強度に反映するように当該可視光を前記光強度測定部に投影し、
前記色見本情報は、前記光強度測定部に表示された前記可視光の投影像と対比されることを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の中空光導波路を製造する製造方法において、
容器に光硬化性樹脂を入れ、紫外線で硬化することにより、支持基板を作製する行程と、
前記支持基板の上に光硬化性樹脂を重ね、中空のコア部に対応する部分を光硬化させない遮蔽領域を有するマスクを更に重ねて、紫外線で硬化した後に、非光硬化部分の光硬化性樹脂を取り除くことにより、凹構造の支持基板を作製する行程と、
前記凹構造の支持基板に金属層を形成する行程と、
金属層が形成された上基板を当該凹構造の支持基板に重ねる行程と、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 請求項1に記載の中空光導波路を製造する製造方法において、
容器に熱可塑性樹脂を入れ、凸構造のスタンパで押圧を印加することにより、凹構造の支持基板を作製する行程と、
前記凹構造の支持基板に金属層を形成する行程と、
金属層が形成された上基板を当該凹構造の支持基板に重ねる行程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
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