JPWO2002079831A1 - 光ファイバーアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ガイドピン用Ｕ溝（５）と光ファイバー用Ｖ溝（７）とが形成されたＶ溝基板（２）と、Ｕ溝（５）上に配置されるガイドピン（６）とＶ溝（７）上に配置される光ファイバー（８）とを押さえるための上蓋基板（１）を備えた光ファイバーアレイ（３１）である。上蓋基板（１）のガイドピン（６）及び光ファイバー（８）との当接面の表面粗さが、当接面以外の表面粗さよりも、小さいことを特徴としている。他の光ファイバーアレイやＭＴコネクタをはじめとする光コネクタあるいは光導波路部品と、ガイドピンを使用した確実な位置決めにより固定出来、且つ、上蓋基板とＶ溝基板とを強固に接着可能であり、その結果、光ファイバーアレイの使用環境温度の変化に伴う接着剤の膨張収縮による歪み応力が低減され、信頼性に優れる光ファイバーアレイである。

Description

技術分野
本発明は、Ｖ溝に光ファイバーを整列させて固定した光ファイバーアレイ、及び、その製造方法に関する。より詳細には、光ファイバー通信や光ファイバーセンサ分野で使用され、接続にガイドピンを用い、ガイドピン用の溝にガイドピンを固定し、Ｖ溝に光ファイバーを整列させて固定した光ファイバーアレイ、及び、その製造方法に関する。
背景技術
近年、光ファイバーの高密度化に伴い、平面導波路（ＰＬＣ）の多芯化が進んでいる。この多芯化に伴って、導波路素子の大型化を回避し、更に高密度化を図るため、従来の標準的な導波路ピッチを短縮化する方向で、ＰＬＣの開発が進められている。そして、このような光ファイバーの高密度化、導波路ピッチの短縮化に合わせて、光ファイバーに接続する光ファイバーアレイのファイバー間ピッチも短縮する方向で開発が進んでおり、その中で如何に高い信頼性を保持するかが課題となっている。
図３は、従来の光ファイバーアレイの一例を示す断面図である。光ファイバーアレイ３３のＶ溝基板２にはＶ溝７が形成されており、多芯の、例えば、４芯の光ファイバー８がそれぞれＶ溝７上に配置される。又、Ｖ溝基板２にはＶ溝７の両端の外側にガイドピンを配置する導溝であるガイドピン用Ｕ溝５も形成されていて、ガイドピン６がそれぞれガイドピン用Ｕ溝５に配置される。ガイドピン６は、光ファイバーアレイ３３と、他の光ファイバーアレイやＭＴコネクタ等の光コネクタ、あるいは光導波路部品とを、より確実に接続し、より効率よく光を伝達させるための位置決めの役割を果たす部品である。
上蓋基板２１は、整列して配置された光ファイバー８及びガイドピン６を中に挟むようにして、Ｖ溝基板２に載せられ接着剤により固定される。上蓋基板２１には、ガイドピン６を固定するためのガイドピン用Ｕ溝３が形成されている。図３に示されるように、光ファイバー８もガイドピン６も、Ｖ溝基板２及び上蓋基板２１に挟まれ、３点にて固定されている。
上蓋基板２１は、ガイドピン用Ｕ溝３を、例えば研削を行い、あるいはプレスする等の加工を施して、成形することが出来る。又、Ｖ溝基板２においても、光ファイバー用のＶ溝７とガイドピン用Ｕ溝５とを、研削あるいはプレス等により加工により成形し、製造することが出来る。上蓋基板２１とＶ溝基板２の間に光ファイバー８、ガイドピン６が挿入された後、これら上蓋基板２１、Ｖ溝基板２及び光ファイバー８の間隙に紫外線硬化性接着剤を注入し、次いで、紫外線を照射して紫外線硬化性接着剤を硬化させて、各部材を固定し光ファイバーアレイ３３として完成する。
ところが、この光ファイバーアレイ３３には、加工精度のばらつきによって上蓋基板２１において、光ファイバー押さえ基準面２４と、ガイドピン押さえ基準面１３、即ち、ガイドピン用Ｕ溝３の底面との相対位置がばらつくという問題があった。
これは、換言すれば、上蓋基板２１と光ファイバー８とが当接する面と、上蓋基板２１とガイドピン６とが当接する面との相対位置が一定ではないということであるから、光ファイバーアレイ３３を組み立てたときに、光ファイバー８が押さえられず浮いた状態になったり、逆に、上蓋基板２１のガイドピン用Ｕ溝３が大きすぎて、ガイドピン６が緩いという状態が生じることがある。このような光ファイバーアレイ３３を用いる光ファイバーあるいは光導波路では、効率よく光を伝達することが出来ない。
又、上蓋基板２１の成形において、光ファイバー押さえ基準面２４とガイドピン押さえ基準面１３以外の面も平滑性が良すぎる場合には、面の接着性が低下し接着強度が出なくなるといった問題が生じる。
上記したように、光ファイバーアレイどうし、又は、光コネクタ、あるいは、光導波路部品と接続するために、ガイドピンを用いる光ファイバーアレイにおいて、上蓋基板の光ファイバー押さえ基準面と、ガイドピン押さえ基準面（図３に示す光ファイバーアレイ３３におけるガイドピン用Ｕ溝３の底面）との、相対位置精度が良く、且つ、上蓋基板とＶ溝基板の接着性において長期にわたり信頼性が高い光ファイバーアレイが求められていた。
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、他の光ファイバーアレイやＭＴコネクタをはじめとする光コネクタあるいは光導波路部品と、ガイドピンを使用した確実な位置決めにより固定出来ていて、且つ、上蓋基板とＶ溝基板とを強固に接着可能であり、その結果、光ファイバーアレイの使用環境温度の変化に伴う接着剤の膨張収縮による歪み応力が低減された信頼性に優れる光ファイバーアレイ、及び、その製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の目的を達成するために、光ファイバーアレイの構造や製造方法について種々検討した結果、ガイドピンと接する面、及び、光ファイバーと接する面をプレスにより面整形し成形した上蓋基板を備えた光ファイバーアレイの提供により上記の目的を達成出来ることを見出した。
発明の開示
即ち、本発明によれば、ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、ガイドピン用導溝上に配置されるガイドピンとＶ溝上に配置される光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイであって、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバーとの当接面の表面粗さが、当接面以外の表面粗さよりも、小さいことを特徴とする光ファイバーアレイが提供される。尚、Ｖ溝基板に備わるガイドピン用導溝とはガイドピンを配置するための溝であって、最深部に向けて先細の溝であり断面において少なくとも２点でガイドピンと接していればよく、その断面形状はＶ字状でもＵ字状でもその他でもよく限定されない。
上蓋基板のガイドピン及び光ファイバーとの当接面が、プレスにより成形された面であることが好ましい。
又、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバーとの当接面の表面粗さは、１μｍ以下であることが好ましく、上蓋基板のガイドピン及び光ファイバーとの当接面以外の表面粗さは、概ね１．５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
本発明によれば、上記した上蓋基板をプレス成形する光ファイバーアレイ用金型が提供される。
又、本発明によれば、ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、ガイドピンと光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイの製造方法であって、プレス成形により、前記上蓋基板にガイドピン用Ｕ溝及び光ファイバー用Ｕ溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製造方法も提供される。
更には、ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、ガイドピンと光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイの製造方法であって、プレス成形により、上蓋基板にガイドピン用Ｕ溝を形成する工程を含むとともに、プレス成形により、上蓋基板におけるＶ溝基板の光ファイバー配置面と対向する面に光ファイバーに非当接な擬溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製造方法が提供される。尚、上蓋基板に備わる擬溝とは、光ファイバーに当接せず光ファイバーを押さえる上では機能しない溝であるが、この擬溝が形成されるプレス成形時に、擬溝となる部分がプレス金型凸部に押されることにより、光ファイバーに非当接である擬溝以外の部分、即ちプレス金型凹部に相対する光ファイバーとの当接面を形成する部分に、上蓋基板を構成する材料がはみ出し、結果的にその当接面を精度よくプレスし、その当接面を滑らかにし得るものである。このとき、上蓋基板を構成する材料が光ファイバーとの当接面を形成する部分に充分にはみ出すためには、上記プレス金型凸部（擬溝を形成する部分）の体積が、上記プレス金型凹部の体積（即ち、上蓋基板において光ファイバーとの当接面を形成する凸部分）以上に大きいことが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の光ファイバーアレイ及び製造方法について、実施の形態を具体約に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
図１は、本発明の一実施形態を示す光ファイバーアレイ３１の断面図である。光ファイバーアレイ３１は、先に図３に示した従来の光ファイバーアレイ３３と同様に、Ｖ溝７、及び、ガイドピンを配置する導溝であるガイドピン用Ｕ溝５、が形成されたＶ溝基板２と、ガイドピン用Ｕ溝３が形成されていて、且つ、Ｖ溝７上に整列して配置される光ファイバー８を押さえるためのファイバー押さえ基準面４を有する上蓋基板１を備えている。図１に示されるように、光ファイバー８もガイドピン６も、従来と同じく、Ｖ溝基板２、及び、上蓋基板１に挟まれ３点にて固定されている。
このように配置された上蓋基板１、Ｖ溝基板２、及び、光ファイバー８の間隙に、種々の接着剤を注入し、硬化させて光ファイバーアレイ３１が作製される。
本発明においては、上蓋基板１において、光ファイバー用Ｕ溝９が形成されていて、この光ファイバー用Ｕ溝９とガイドピン用Ｕ溝３とがプレスにより成形されることに大きな特徴がある。
先ず、光ファイバー用Ｕ溝９とガイドピン用Ｕ溝３とが同じくプレスで成形されることによって、上蓋基板１と光ファイバー８とが当接する面、即ち、光ファイバー押さえ基準面４と、上蓋基板１とガイドピン６とが当接する面、即ち、ガイドピン押さえ基準面１３との間の相対位置が、ほぼ一定になる。このことから従来問題であった、光ファイバーアレイを組み立てたときの、光ファイバー若しくはガイドピンのがたつきを解消出来る。
プレスすることによって得られる光ファイバー押さえ基準面４とガイドピン押さえ基準面１３との間の相対位置の精度は、１μｍ以下であることが好ましい。
次いで、光ファイバー用Ｕ溝９を新たに設け、この部分とガイドピン用Ｕ溝３のみをプレスで成形されることによる結果、上蓋基板１と光ファイバー８とが当接する面、即ち、光ファイバー押さえ基準面４の表面粗さと、上蓋基板１とガイドピン６とが当接する面、即ち、ガイドピン押さえ基準面１３の表面粗さとを、上蓋基板１のガイドピン６及び光ファイバー８と当接しない面の表面粗さよりも小さくすることが出来る。
尚、ここで、表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１”表面粗さ−定義及び表示”による表面粗さを指し、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。
換言すれば、上記したように光ファイバー押さえ基準面４とガイドピン押さえ基準面１３との間の相対位置の精度を上げながら、上蓋基板１とＶ溝基板２の接着する面として、プレスされていない表面の粗い部分を残すことが出来る。このことによって、多くの接着剤を要することなく、長期にわたり信頼性の得られる接着性を確保することが出来る。
プレスすることによって得られる光ファイバー押さえ基準面４及びガイドピン押さえ基準面１３の表面粗さは、最大で１μｍ、好ましくは０．５μｍである。それ以外の接着性に寄与するプレスされていない面の表面粗さは、概ね１．５〜３０μｍ、好ましくは５〜２０μｍである。
図２は、本発明の他の一実施形態を示す光ファイバーアレイ３２の断面図である。光ファイバーアレイ３２は、図３に示した従来の光ファイバーアレイ３３や図１に示した光ファイバーアレイ３１と同様に、Ｖ溝７、及び、ガイドピンを配置する導溝であるガイドピン用Ｕ溝５、が形成されたＶ溝基板２と、ガイドピン用Ｕ溝３が形成されていて、且つ、Ｖ溝７上に整列して配置される光ファイバー８を押さえるためのファイバー押さえ基準面１４を有する上蓋基板１１から構成され、光ファイバー８もガイドピン６も、Ｖ溝基板２、及び、上蓋基板１１に挟まれ３点にて固定されている。
光ファイバーアレイ３２では、光ファイバー用Ｕ溝１９が、図１に示すような多芯光ファイバーと当接する面を１つの光ファイバー用Ｕ溝９の底面で形成するのではなく、図２に示すように、多芯光ファイバーの１本毎のファイバーが上蓋基板１１と当接する面を、他のファイバーとは区切って１つずつの光ファイバー用Ｕ溝１９を形成している。その結果、図２に示す光ファイバーアレイ３２は、図１に示す光ファイバーアレイ３１よりも、接着性に寄与するプレスされていない面、つまり、表面粗さが大きな面の面積を広げていて、アンカー効果により接着強度を大きくすることが出来る。本接着力強化によりファイバアレイの信頼性を向上することが可能となる。
この点で、光ファイバーアレイ３２は、光ファイバーアレイ３１よりも、より好ましい本発明の実施形態である。上蓋基板に形成する光ファイバー用Ｕ溝１９は光ファイバー用Ｕ溝９よりも複雑になるが、プレス金型の形状変更だけで対応出来、大きなコスト増にはならない。
図６は、本発明の更に他の実施形態を示す光ファイバーアレイ３４の断面図である。光ファイバーアレイ３４は、図３に示した従来の光ファイバーアレイ３３や図１、図２に示した光ファイバーアレイ３１，３２と同様に、Ｖ溝７、及び、ガイドピンを配置する導溝が形成されたＶ溝基板１２を有するが、ガイドピンを配置する導溝は断面がＶ字状のガイドピン用Ｖ溝１５である。又、光ファイバーアレイ３４は、ガイドピン用Ｕ溝３が形成されていて、且つ、Ｖ溝７上に整列して配置される光ファイバー８を押さえるためのファイバー押さえ基準面２５を有する上蓋基板２２から構成され、光ファイバー８もガイドピン６も、Ｖ溝基板１２、及び、上蓋基板２２に挟まれ３点にて固定されている。
光ファイバーアレイ３４では、光ファイバーアレイ３１，３２のように光ファイバー８と当接する面を有する光ファイバー用Ｕ溝が形成されているのではなく、図６に示すように、上蓋基板２２におけるＶ溝基板１２の光ファイバー８が配置される面と対向する面に、光ファイバー８に当接しない擬溝２９を形成している。
光ファイバーアレイ３４においてファイバー押さえ基準面２５はプレス金型凸部で形成される面ではなく、又、プレス金型凸部で形成される擬溝２９は光ファイバーに当接せず光ファイバーを押さえる上では機能しない。しかしながら、プレス成形時において、擬溝２９となる部分がプレス金型凸部に押され、擬溝２９以外の部分、即ちプレス金型凹部に相対する光ファイバー８との当接面を形成する部分に、上蓋基板２２を構成する材料がはみ出すことにより、その当接面は精度よくプレスされ得るのである。その結果、光ファイバー８との当接面、即ち光ファイバーアレイ３４におけるファイバー押さえ基準面２５は、滑らかで、表面粗さの小さい面になり得る。
尚、光ファイバーアレイ３４においては、擬溝の形成により光ファイバーと当接するファイバー押さえ基準面の表面粗さを小さくしているが、同様の方法で、ガイドピン押さえ基準面の表面粗さを小さくすることが可能である。即ち、ガイドピン押さえ基準面をプレス金型凸部で形成せず、ガイドピン押さえ基準面に隣接して擬溝をプレス金型凸部で形成し、ガイドピン押さえ基準面に、上蓋基板を構成する材料をはみ出させることにより、ガイドピン押さえ基準面の表面粗さを小さくすることが出来る。
光ファイバーアレイ３４は、光ファイバーアレイ３２と同様に、上蓋基板とＶ溝基板とに優れた接着性を有する。表面粗さが同等であれば、接着強度は接着面積で決まるから、仮に光ファイバーアレイ３２における光ファイバー用Ｕ溝１９と光ファイバーアレイ３４における擬溝２９とが、同じ形状の凹部であるとすれば、光ファイバーアレイ３４と光ファイバーアレイ３２とにおける上蓋基板とＶ溝基板との接着面積は同等になり、接着強度も概ね等しくなる。
又、光ファイバーアレイ３４は、光ファイバーアレイ３１に比較して、上蓋基板の形状が、より複雑になるが、プレス金型の形状変更だけで対応出来、大きなコスト増にはならない。
このような上蓋基板を得るためのプレス成形には、溶融物（流動体）を直接に成形プレスする場合と、一定形状に成型された部品を再加熱しながら再プレスするプレス成形の両方が含まれる。上記した本発明の光ファイバーアレイ３１，３２，３３等を形成する上蓋基板１，１１，２２及びＶ溝基板２，１２は、光を透過する材料で構成されており、例えば、ガラス材料やプラスチック材料を用いることが出来る。従って、上蓋基板１，１１，２２とＶ溝基板２，１２及び光ファイバー８の間隙に紫外線硬化性接着剤を充填し、紫外線を当てて硬化を行うことが容易である。紫外線の照射方向に限定はないが、発明者らが、先に特願平１１−５４５３５号に開示しているように、光ファイバーの光ファイバーアレイへの挿入方向と平行となるように行うことが、接着剤の発生により生ずる収縮応力自体を低減することが出来て好ましい。
（実施例） 以下、本発明を、実施例に基づいて更に具体的に説明する。
Ｐｙｒｅｘ（コーニング社製のガラス材料）を用いて、３心の光ファイバーアレイを作製した。
先ず、加工されたウエハを準備し、プレス成形により上面に光ファイバー用Ｖ溝及びガイドピン用導溝（Ｕ溝とした）を形成しＶ溝成形ウエハを得た。このウエハをそれぞれチップに切断を行いＶ溝基板を得た。
次いで、別のウエハを用いて、上面に光ファイバー用Ｕ溝及びガイドピン用Ｕ溝をプレス成形して上蓋成形ウエハを得た。このウエハをそれぞれチップに切断を行い上蓋基板を得た。
得られたＶ溝基板チップ上において、Ｖ溝に光ファイバーを、ガイドピン用導溝にガイドピンを、それぞれに搭載させた後、溝が形成された面が向き合うようにして、上蓋基板により光ファイバー及びガイドピンを押さえ、接着剤にて硬化し、端面を研磨して、光ファイバーアレイを得た（実施例１）。
このような製造工程の途中で、３心の光ファイバーと当接する上蓋基板の３つの光ファイバー用Ｕ溝において、その底面の長手方向１μｍ毎に、上蓋基板のガイドピン用Ｕ溝の底面中心との相対位置Ｚ０値を形状測定機によって測定した。その結果は、図４に示されるように相対位置の差が、ほぼ１μｍ以内で収まっていて優れた精度であることが確認出来た。又、１つ毎の上蓋基板の光ファイバー用Ｕ溝のＺ０値の振れも１μｍ以内であり表面粗さも小さいことが確認出来た。
上蓋基板に光ファイバー用Ｕ溝を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして光ファイバーアレイを作製した（比較例１）。
製造工程の途中で、上蓋基板の３本の光ファイバーと当接する面において、実施例１に相当する位置で１μｍ毎に、上蓋基板のガイドピン用Ｕ溝の底面中心との相対位置Ｚ０値を形状測定機によって測定した。その結果は、図５に示されるように相対位置の差は、最大７μｍ程度認められ、又、表面粗さも大きいことが確認された。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の光ファイバーアレイ及び製造方法によれば、ガイドピンを使用して光コネクタあるいは光導波路部品と確実に光ファイバーを位置決めして固定出来ることと、上蓋基板とＶ溝基板とを強固に接着することが両立されるので、光ファイバーアレイの使用環境温度の変化に伴う接着剤と上蓋及びＶ溝基板との剥離を防止出来、光ファイバーアレイの長期における信頼性がより高まるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の光ファイバーアレイの一実施形態を示す断面図である。
図２は、本発明の光ファイバーアレイの他の実施形態を示す断面図である。
図３は、従来の光ファイバーアレイの一例を示す断面図である。
図４は、本発明の光ファイバーアレイの一実施形態を示す図であり、光ファイバー押さえ基準面と光ファイバー中心までの距離のばらつきの一例を示す説明図である。
図５は、従来の光ファイバーアレイの一実施形態を示す図であり、光ファイバー押さえ基準面と光ファイバー中心までの距離のばらつきの一例を示す説明図である。
図６は、本発明の光ファイバーアレイの更に他の実施形態を示す断面図である。

Claims (7)

1. ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、前記導溝上に配置されるガイドピンと前記Ｖ溝上に配置される光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイであって、
   前記上蓋基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバーとの当接面の表面粗さが、前記当接面以外の表面粗さよりも、小さいことを特徴とする光ファイバーアレイ。
2. 前記上蓋基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバーとの当接面が、プレスにより成形された面である請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
3. 前記上蓋基板の前記ガイドピン及び前記光ファイバーとの当接面の表面粗さが、１μｍ以下である請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
4. 前記上蓋基板の前記ガイドピン乃び前記光ファイバーとの当接面以外の表面粗さが、略１．５μｍ乃至３０μｍである請求項１に記載の光ファイバーアレイ。
5. 請求項１に記載の前記上蓋基板をプレス成形する光ファイバーアレイ用金型。
6. ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、ガイドピンと光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイの製造方法であって、
   プレス成形により、前記上蓋基板にガイドピン用Ｕ溝及び光ファイバー用Ｕ溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製造方法。
7. ガイドピン用導溝と光ファイバー用Ｖ溝とが形成されたＶ溝基板と、ガイドピンと光ファイバーとを押さえるための上蓋基板を備えた光ファイバーアレイの製造方法であって、
   プレス成形により、前記上蓋基板にガイドピン用Ｕ溝を形成する工程を含むとともに、
   プレス成形により、前記上蓋基板における前記Ｖ溝基板の光ファイバー配置面と対向する面に光ファイバーに非当接な擬溝を形成する工程を含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製造方法。

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