JP4058629B2 - 光ファイバアレイ用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数本の光ファイバを接続する光デバイスに用いられるものであり、複数本の光ファイバを収容して位置決めするための溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の大容量化及び高速化の要求が高まり、光ファイバアレイ型の光デバイスが注目されている。一般に、このような複数本の光ファイバのアライメントには直線状のＶ溝を有する基板が用いられており、その作製には、板状材料の研削・研磨加工、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工、またはシリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工等の方法により作製されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１３９１３号公報（第３−５頁、第２−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の研削・研磨加工方法により光ファイバアレイ用基板に要求される厳しい寸法精度を満足するためには、高い角度精度のＶ溝を一本ずつ精密に研削し、互いのＶ溝を所要の間隔及び高さに仕上げる必要があるので、加工工数が多くかつ煩雑であり、良品率が上がらずコスト高になるという問題がある。
【０００５】
また、上記の研削・研磨加工方法で作製された光ファイバアレイ用基板の場合、直線状のＶ溝の表面が粗くなること、Ｖ溝の形状が非常にシャープになり過ぎるため光ファイバを装着する際に光ファイバを傷つけること、光ファイバアレイ用基板自身にも傷や欠けが発生しやすく、そのため抗折強度が低下して折れる虞等が生じる。その上、労力をかけて仕上がったＶ溝を、加工中やその後の洗浄工程中に傷つけてしまう場合もあり、さらには、Ｖ溝の底部及び頂上部に研削工程等でクラックが入り、抗折強度が小さくなっており、光ファイバアレイ用基板を取り扱う場合には、しばしば破損し、歩留まりの低下により生産効率が低く、大量生産に不適であるという問題もある。
【０００６】
また、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、そのままでは寸法公差が大容量で高速の光通信に使用するための規格を満たさず、所定の寸法公差に入るまでＶ溝を精密研磨仕上げする必要がありコスト削減が不十分であるという問題がある。
【０００７】
さらに、シリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、材料そのものが高価な上に、加工設備も高価であり、その上、加工に要する時間も長くなるので、工業的量産には不適であるという問題がある。
【０００８】
さらに、図８（Ａ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１は、光ファイバ固定用Ｖ溝２のうち、外側のＶ溝２ａ、２ｂを形成する外側の山部２ｄ、２ｅが内側の山部２ｃと形状が大きく異なるので、光ファイバアレイ用基板１に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバ４を固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバ４ａ、４ｂと内側の光ファイバ４ｃとでＶ溝２内に支持されている山部２ｄ、２ｅと山部２ｃとの熱容量の差により、熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になるという問題がある。
【０００９】
さらに、 図８（Ｂ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１では、光ファイバ４を板５で押さえて接着剤６で固定する際、接着剤の量が少ない場合は、すべての光ファイバを固定するのに接着剤６がいき渡らず全ての光ファイバ４が完全に固定されないという問題点がある。逆に接着剤６の量が多過ぎる場合は、図８（Ｃ）に示すように、基板１の側面から接着剤６がはみ出してしまい、所定の寸法を満たすために、はみ出した接着剤６ａを後に拭き取るか光ファイバアレイ用基板１の側面を研磨しなければならないといった手間のかかる作業を要するため、接着剤量を厳しく管理しなければならないという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１には、ガラス母材を加熱・軟化させて１／１０の寸法に線引き（延伸成形と同じ意味）する光ファイバアレイ用基板の作製方法が記載されているが、実際には延伸成形の際に母材を軟化変形させるので、形状の維持及び寸法精度の制御が困難であり、Ｖ溝の形状が変形し、特に、外側のＶ溝の形状が大きく変形する他、それぞれのＶ溝の高さにばらつきが生じて一様にならず、高い精度が要求される用途に用いられる光ファイバアレイ用基板としては使用に耐えないものである。具体的には、従来の延伸成形方法により成形される基板は、Ｖ溝を形成した母材の表面が加熱されて軟化するときに若干引き延ばされ、その中央部分が数μｍ凹状に変形する。この変形によって中央部のＶ溝が、周辺部のＶ溝に対して高さが数μｍ低くなり、このようなＶ溝に光ファイバを並べると、光ファイバのコア中心の高さが数μｍばらつくことになるので、高精度のＶ溝基板を作製が極めて困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度を有し、かつ装着される光ファイバにダメージを与えることがない光ファイバアレイ用基板を生産効率が高く大量生産するために適した光ファイバアレイ用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であることを特徴とする。
【００１３】
本発明で基板の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。このように基板の側面の断面形状が凸Ｒ形とすることで、約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、光デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、基板の内部に溝部に略平行な孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、この孔部にガイドピンを挿入させることや、接着剤、半田等を嵌入させることで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して最小の掴み代で容易かつ強固に組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、光ファイバアレイ用基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもない。
【００１６】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板に設ける孔部としては、略楕円形の孔、略円形の孔、または略円形の複数個の孔等が使用可能であり、本体を貫通する断面積がほぼ一定の孔部であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略楕円形等であると、光ファイバを熱硬化型接着剤で接着硬化させる際、基板全体の温度の均質化がさらに計られ、光ファイバの一部に接着剤硬化時の応力集中がなくなり、光学特性を劣化させることもない。
【００１８】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略円形であり、複数の該孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、それぞれの孔部に断面形状が円形で所定直径のガイドピンを挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して容易かつ安定して正確に組み付けることができる。
【００１９】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であることを特徴とする。
【００２０】
光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とが異なる高さである場合や、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にない場合には、光ファイバと溝部との接点よりも上の部分における外側の山部の形状が内側の山部の形状と異なり、光ファイバアレイ用基板に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバを固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差により熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になる。本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とほぼ同じ高さに位置し、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にあるので作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差が大きく生じることがない。
【００２１】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差がほとんど生じることがない。
【００２２】
さらに、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、前記外側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けているので、その溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００２３】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、溝部を形成する山部の頂上が平面であることを特徴とする。
【００２４】
光ファイバを装着して位置決めするための光ファイバ固定用溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板の山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、さらには、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００２５】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることを特徴とする。
【００２６】
石英系光ファイバの直径は１２５μｍであり、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から上方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、山部の頂上から石英系光ファイバの外周が山部の頂上よりも１０μｍ未満の突出または溝部中に位置するので、溝部に装着され固定される光ファイバの高さを一定に保持するため上から押し当てる平面板の表面粗さや平面度によっては、光ファイバを溝部の側面に押し当てて固定することができなくなり、結果として光ファイバの高さにばらつきが発生することがある（後述の図４を参照）。他方、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、直径が１２５μｍである石英系光ファイバの外周が溝部に１０μｍ未満しか嵌入しておらず、石英系光ファイバに対して溝部が浅くなりすぎて溝部に光ファイバを装着して固定するときに光ファイバがＶ溝に収まらずに外れてしまう可能性が高くなる。従って、光ファイバをＶ溝に収容する上で、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に約４０μｍ以内であることが好ましい。このように本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、光ファイバを溝部に装着して安定して固定する上で、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることが重要である。また、光ファイバの中心を結ぶ線と下方向の距離は、４０μｍ以内であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなることが重要である。ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、光ファイバと研磨特性が近いので、光ファイバを固着した後に、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができる。また、紫外線等に対して透明なガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、Ｖ溝に光硬化性樹脂を塗布して光ファイバを配置し、光ファイバアレイ用基板を透過させて紫外線等を照射させることにより、光ファイバを固着させることが可能である。
【００２８】
光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなることが好ましい。本発明では、切削等によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなる。さらに光ファイバを光ファイバアレイ用基板に装着する際に、光ファイバにも傷がつき難い。
【００２９】
これは、成形される光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍以上の大きな断面寸法の母材を延伸成形するため、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に母材を加工することができるので、加工にかかる手間やコストを著しく低減することができる。さらに延伸成形時に縮小比を変化させることで、直線状の溝部間隔を自在に変えることもできる。
【００３０】
また、延伸成形によって作製された光ファイバアレイ用基板の表面は、ファイヤポリッシュされた滑らかな表面であり、後に光ファイバを装着するときに、光ファイバ表面に傷がつき難く、さらに基板表面に切削等で発生した傷もなくなり、光ファイバアレイ用基板自体が折れるなどのトラブルもほとんどなくなる。
【００３１】
また、母材から延伸成形して作製された本発明の光ファイバアレイ用基板は、電気炉内で熱軟化し引き延ばされ、その後、急冷されるため、表面に１０ＭＰａ程度の応力値を有する圧縮応力層が形成されている。そのために強度が増し、光ファイバが溝部分を繰り返し移動する場合でも十分な強度を有している。
【００３２】
このように圧縮応力層により機械強度を強化させることによって、たとえ光ファイバアレイ用基板が多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となる。
【００３３】
母材から延伸成形して作製された好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある前記溝部に略平行な孔部の大きさが、溝部が形成されている一面に垂直方向（高さ）の１０％以上となっているものである。
【００３４】
１０％未満の場合は、孔部内を高圧にしても延伸成形時に溝部を有する一面の凹みを十分に解消することができない。
【００３５】
より好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある溝部に略平行な孔部の内径は、基板断面で溝部が形成されている表面に水平方向の大きさが、複数の溝部が形成されている幅寸法の２０％以上となっているものである。
【００３６】
基板断面において、孔部の内径は溝部を有する一面に平行で溝部の幅方向において、複数の溝部全体の幅寸法（例えば、０．２５０ｍｍピッチの８芯光ファイバ用の場合、０．２５０×８＝２．０ｍｍ）の２０％以上が必要になる。また、孔部が複数個の場合は、溝部の幅方向と平行なそれらの内径の合計が２０％以上である。２０％未満の場合、溝部を有する一面の十分な範囲に亘って凹みを補正することができず、結果として溝部の高さのばらつきを小さくすることができない。
【００３７】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に複数の直線状の母材溝部が設けられたガラス、又は結晶化ガラスからなる母材を準備し、該母材を送り込み手段の固定部に固定し、該母材を加熱炉に送り込むことにより母材を所定の温度に加熱し、該母材の下方を引張手段で延伸成形して母材と略相似形の成形体を得、該成形体を所定長さに切断する光ファイバアレイ用基板の製造方法において、前記母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備することを特徴とする。
【００３８】
本発明で母材の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。延伸成形を行う際に、母材の側面が平面であると不均一に加熱されることにより平面内に大きい温度分布が生じて成形体の断面形状が変形する。そこでこのように母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、母材の側面が均一に加熱され易くなり、軟化した際に表面張力が母材の側面に働いた場合でも、成形体の精密な寸法安定化が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。また、延伸成形を行う際に、母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、成形体の側面間の最大寸法を管理することで、寸法管理が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。さらに、先記の基板と同様に約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、母材の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、母材当たりの延伸成形される基板の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備することを特徴とする。
【００４０】
本発明の製造方法は、予め延伸成形される母材の内部に、長さ方向に沿った母材孔部を形成しておき、延伸成形により本発明の光ファイバアレイ基板を効率的に作製することができるものである。本発明では、母材内部に断面が略円形等の母材孔部を設けてあることが重要であり、断面が略楕円、断面が略円または略円の複数個の母材孔部であれば使用可能であり、一端に開口して母材本体内で断面積がほぼ一定の母材孔部であることが光ファイバアレイ用基板の孔部の寸法制御する上で好ましい。
【００４１】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時に母材孔部の内径を変化させることを特徴とし、延伸成形時に母材孔部内の気圧を制御することが好ましい。
【００４２】
予め内部に断面積がほぼ一定の貫通する母材孔部を有する母材を準備し、延伸成形時に母材孔部を任意の大きさに変化させることで、溝部が形成された表面の凹みを修正することができる。特に、延伸成形中に母材孔部内を大気圧よりも高圧に加圧することで、内孔径が大きくなり、溝部を有する一面の孔部に直線距離で最も近い部分を中心にして凹みを修正することができる。さらに減圧することで逆に内孔径を小さくすることもできる。このため、光ファイバアレイ基板の高さを自在に変えることができ、溝部の高さのばらつきを小さくすることができ、寸法精度のよい光ファイバアレイ基板を作製することができる。
【００４３】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部が変形することなく中央部の溝部と同様に高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が得られる。また、母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であることが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。また、延伸成形時に母材の温度を調整して粘度を制御することにより、溝部の形状及び間隔を微小に変化させることもできる。
【００４５】
本発明の製造方法では、光ファイバアレイ用基板に比べて断面積が数十倍以上の大きな寸法の母材を延伸成形するので、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に加工することができるので、加工にかかる手間やコストを低減することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の一例を、図を用いて説明する。
【００４７】
図１は本発明に係る光ファイバアレイ用基板の説明図であって、１０は透明なホウケイ酸ガラスからなり、８本の光ファイバを整列させて固定する光ファイバアレイ用基板を、１０ａ、１０ｂは断面形状が凸Ｒ形の側面を、１１は光ファイバアレイ用基板１０の内部に形成された孔部を、１２は光ファイバ固定用の８本のＶ溝をそれぞれ示している。
【００４８】
光ファイバアレイ用基板１０は、間隔が０．２５０ｍｍで８個のＶ溝１２が設けてあり、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、側面１０ａ、１０ｂは、光ファイバアレイ用基板１０の中心に曲率中心Ｍが位置する部分円柱面である。また、図１（Ｃ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０内に位置するもの、図１（Ｄ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０外に位置するもの等が使用可能であり、図示は省略するが、曲率が単一のＲ面だけでなく複合Ｒ面でもよい。
【００４９】
また、Ｖ溝１２に略平行な孔部１１として、図１（Ｂ）のような断面形状が略楕円形のもの、図１（Ｃ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部分に集中して配設したもの、図１（Ｄ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部に１個と両端にそれぞれ一つずつ配設したものがある。
【００５０】
図１（Ｂ）、（Ｃ）は共に延伸成形される際に孔部１１を加圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されて実質的に凹みが形成されておらず、また、図１（Ｄ）は延伸成形される際に中央部の孔部を加圧し、両端の２個の孔部をそれぞれ減圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されているものである。測定は光ファイバアレイ用基板１０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバを固定する直線状のＶ溝１２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝１２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝１２間の間隔は図１（Ｂ）〜（Ｄ）共に、２５０μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２の高さのばらつきは図１（Ｂ）が±０．６μｍ以内。図１（Ｃ）が±０．５μｍ以内。図１（Ｄ）が±０．５μｍ以内であった。
【００５１】
また、他の光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ａ）に示すように、側面２０ａ、２０ｂは、光ファイバアレイ用基板２０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝２２と、Ｖ溝２２を構成する頂上に平面２２ｂが形成された山部２２ａと、Ｖ溝２２の外側に形成された側溝部２３とからなり、外側の山部２２ｃ、２２ｄの頂点は内側の山部２２ａの頂点と同じ高さにあり、図１（Ｂ）の拡大図で示すように、側溝部２３の底部２３ａの高さはＶ溝２２の稜線と光ファイバ１４との接点２２ｅよりも低い位置にある。また、Ｖ溝２２に略平行な断面形状が略円形の孔部２１が設けられている。
【００５２】
図２（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板２０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板２０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝２２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝２２の谷の角度、及びＶ溝２２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝２２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝２２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝２２の高さのばらつきは±０．５μｍ以内であった。また、側溝部２３は、谷の角度は９８°であった。
【００５３】
また、光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝２２の山部２２ａ頂上に形成された平面２２ｂの長さは約１０μｍであった。
【００５４】
また、他の光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ａ）に示すように、側面３０ａ、３０ｂは、光ファイバアレイ用基板３０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝３２と、Ｖ溝３２を構成する頂上に平面３２ｂが形成された山部３２ａと、Ｖ溝３２の外側に形成された側溝部３３とからなり、外側の山部３２ｃ、３２ｄの形状は内側の山部３２ａと略同じ寸法形状に形成されているものである。また、Ｖ溝３２に略平行な断面形状が略円形の孔部３１が設けられている。
【００５５】
図３（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板３０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝３２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝３２の谷の角度、及びＶ溝３２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝３２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝３２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝３２の高さのばらつきは０．５μｍ以内であった。また、側溝部３３は、谷の角度は９８°であった。
【００５６】
また、光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝３２の山部３２ａ頂上に形成された平面３２ｂの長さは約２０μｍであった。
【００５７】
また、図４（Ａ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３５は、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２に間隔Ｐで固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の２０μｍである。
【００５８】
また、図４（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３６は、Ｖ溝１２の谷の角度が９６°であり、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍのＶ溝１２に固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の３０μｍである。
【００５９】
次に、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法の一例を、図を用いて説明する。
【００６０】
発明者らは、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の一例として、予めホウケイ酸ガラス製の円柱材を加工して、図５（Ａ）に示すように部分円柱面である側面４１ａ、４１ｂを残して互いに平行な二つの平面４１ｃ、４１ｄを形成したガラス板４１を作製した。その後、一面４１ｃに加工を施すことにより、図５（Ｂ）に示すように、一面４２ｃに、成形後に光ファイバ固定用のＶ溝となる直線状で谷の角度が９０°である８本の母材溝部４２ｅ及びその外側に母材側溝部４２ｆの加工を施し、母材溝部４２ｅに略平行な断面形状が略円形の母材孔部４２ｄを設けた凸Ｒ形の側面４２ａ、４２ｂを有する母材４２を準備した。
【００６１】
次に、母材４２を、図６に示すような延伸成形装置５０に取り付けて、パイプ５１から母材孔部４２ｄ内を加圧しながら電気炉５２によって加熱し、電気炉５２からでてきた延伸成形部４２ｇを図示しない駆動ローラーで引っ張り、図示しないレーザー光によって延伸成形部４２ｇの側面の直径を測定しながら一定の外径に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する長尺体４３を形成する。
【００６２】
この延伸成形の時に、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、測定器６０のレーザー光Ｌによって延伸成形部４２ｇの側面の幅（部分円柱面の直径）Ｗを受光部の信号６０ａにより測定するが、延伸成形部４２ｇの側面の断面形状が凸Ｒ形であり、特に部分円柱面であると、延伸成形中に延伸成形部４２ｇが多少斜めになった場合でも、幅（部分円柱面の直径）Ｗが正確に測定されるため、幅（部分円柱面の直径）Ｗ寸法を正確に制御することで光ファイバアレイ用基板の寸法を正確に制御することができる。
【００６３】
これに対して、図７（Ｃ）に示すように、断面形状が略矩形で延伸成形部４２ｈの側面が平面の場合には、延伸成形中に延伸成形部４２ｈが多少でも斜めになると、図７（Ｄ）に示すように、幅Ｗが大きくＷ＋ΔＷに変動するので、正確な寸法情報が得られず、制御が困難でなり、歩留まりが極端に低下する。
【００６４】
その後、形成部をカッター５３により長さ２５０ｍｍに切断し成形体として長尺材４３を得る。このようにして得られた長尺材４３を所定の長さに精密切断することにより、先記の図２（Ａ）に示すような光ファイバアレイ用基板２０の作製を行った。
【００６５】
このように作製した光ファイバアレイ用基板２０のＶ溝１２の表面粗さを測定したところ、表面粗さのＲａ値が、０．０４μｍであった。これは、熱軟化によって光ファイバアレイ用基板の表面がファイヤポリッシュされ、表面が滑らかになったことを示している。
【００６６】
次に、光ファイバアレイ用基板の表面に急冷法（クエンチング）によって圧縮応力層を形成する場合、炉から出てきた所定の断面寸法・形状を有する光ファイバアレイ用基板用の長尺材４３に冷風や冷媒を吹き付けて急冷することによりガラス表面に圧縮応力層を発生させる。
【００６７】
また、イオン交換により強化する場合、約２５０ｍｍの光ファイバアレイ用基板の長尺材をイオン交換槽内の約４００°Ｃに保持されたＫＮＯ3の溶融塩中に約１０時間浸漬する。その後、洗浄によりＫＮＯ3を除去し、機械強度として３点曲げによる抗折強度が未処理のものに比べて２倍以上に増加した光ファイバアレイ用基板長尺材を得る。このイオン交換処理では、ガラスを除冷温度よりも低い温度でガラス中のアルカリイオン（Ｎａ+）を、それよりもイオン半径の大きいアルカリイオン（Ｋ+）で置換することにより、ガラス表面に１００ＭＰａ程度の圧縮応力層を発生させて実用強度を増大させることができる。
【００６８】
次に、図６に示すように、延伸成形装置５０の図示しない駆動ローラーの回転速度を変えることで、同じ母材４２からＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍの２種類の光ファイバアレイ用基板３５及び３６を作製した。
【００６９】
先記の図４（Ａ）に示すような、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍで山部１２ａの平面１２ｂ部分が１０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３５を作製することができた。
【００７０】
また、同じ母材３２から、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の他の例として、図４（Ｂ）に示すようなＶ溝１２の谷の角度が９６°で、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、山部１２ａの平面１２ｂ部分が２０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３６を作製することができた。
【００７１】
次いで、本発明に係る他の実施の形態として、 表１に示す結晶化ガラスからなり、上記実施の形態と同様な寸法形状を有する母材を作製し、このような母材を用いて光ファイバアレイ用基板の作製を行った。
【００７２】
【表１】
【００７３】
この場合も、上記実施の形態と同様なＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍである２種類の結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板をＶ溝の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝に固定された光ファイバの高さのばらつきが±０．５μｍ以内である高い寸法精度で作製することができた。また、結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板は、ガラス製のものに比べて抗折強度が向上していたが、その研磨性は石英系光ファイバに近い優れたものであった。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、光ファイバ固定用の溝部の外側に側溝部を形成することにより外側の山部の形状を内側の山部と略同じ寸法に形成しているが、これに限らず、Ｖ溝の外側を全て平らに下げた形状としてもよい。また、谷の角度が９０°であるＶ溝を有する母材から、Ｖ溝の谷の角度が９８°及び９６°の光ファイバアレイ用基板を作製しているが、光ファイバアレイ用基板のＶ溝の角度は９０°や１００°でもよく、また、光ファイバ固定用の溝部の断面形状もＶ溝に限らず、矩形状その他の形状でもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であるので、角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落としたりした場合でも、カケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生もなくなり、デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００７６】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、前記基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有するので、光デバイスを組み上げる際に、孔部にガイドピン等を挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に容易且つ安定して組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもないため、従来にない高い信頼性を有する光デバイスを作製することができる。
【００７７】
発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であり、好ましくは母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差による熱履歴に差が大きく生じることがなく、光信号の安定性及び信頼性の高いものとなる。
【００７８】
発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けたので、この溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００７９】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、溝部を形成する山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００８０】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であるので、光ファイバを溝部に装着して安定して固定することが可能となる。
【００８１】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなるので、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができ、反射減衰量等の光学特性に優れた光ファイバアレイを作製することが可能となる。
【００８２】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなるので、切削によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部部分が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、光ファイバを装着する際に、光ファイバに傷がつき難い。さらに、過去にない高い生産効率で、上記特性を備える光ファイバアレイ用基板が得られ安価となる。
【００８３】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、表面に圧縮応力層が形成されてなるので、多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となり、信頼性が高くなる。
【００８４】
以上のように、光ファイバを装着して各々位置決めする複数の直線状の溝部を有し、光ファイバを各々の溝部に装着した際に、光ファイバ相互のコア同士の間隔や高さにばらつきが生じず、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、厳しい要求寸法精度及び信頼性を満足することができる。
【００８５】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備するので、延伸成形時にレーザー光線等によって延伸成形部の凸Ｒ形側面の幅（直径）を測定しながら一定値に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部を形成する。この時に側面が凸Ｒ形で延伸成形中に延伸形成部が多少斜めになった場合でも、幅（直径）が正確に測定されるため、正確に測定された幅（直径）寸法を制御することが可能となり、光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部の寸法を正確に制御することができる。そのために高精度の光ファイバアレイ基板を大量かつ安価に作製することができる。
【００８６】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備して延伸成形するので、延伸成形時に孔部を任意の大きさに変化させることで、延伸成形によってＶ溝を有する面が熱軟化されるときに若干引き延ばされ、面の中央部分が数μｍ凹状に変形することを修正することができる。そのため、Ｖ溝の高さのばらつきを１μｍ以下におさえることができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を作製することができる。
【００８７】
また本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部形状が変形することなく中央部の溝部と同様であり、高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が再現性よく安定して得られる。
【００８８】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。
【００８９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形によって縮小されるので、母材に要求される寸法精度が緩和され、加工にかかる手間やコストを大幅に低減することができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を短時間で大量に生産することが可能となる。
【００９０】
以上のように、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法によれば、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度及び高強度を有し、かつ安価な光ファイバアレイを実現することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本説明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面である光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｂ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、断面形状が略楕円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｃ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板内に位置し、Ｖ溝の中央付近に３個の断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｄ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板外に位置し、Ｖ溝の中央付近に１個、Ｖ溝の両端に一つずつの断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図。
【図２】 本発明の製造方法によって作製した他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図３】 本発明の製造方法によって作製した他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図４】 本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）はＶ溝の間隔Ｐが１２７μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図、（Ｂ）はＶ溝部間の間隔Ｐが２５０μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図。
【図５】 母材の説明図であって、（Ａ）は母材の材料の説明図、（Ｂ）は母材の説明図。
【図６】 母材を延伸成形する説明図。
【図７】 母材から成形された延伸成形体の寸法測定の説明図。
【図８】 従来の光ファイバアレイ用基板の説明図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、３５、３６ 光ファイバアレイ用基板
１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ 側面
１１、２１、３１ 孔部
１２、２２、３２ Ｖ溝
１２ａ、２２ａ、３２ａ 山部
２２ｃ、２２ｄ、３２ｃ、３２ｄ 外側の山部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ 平面
１４ 光ファイバ
１４ａ 光ファイバの中心
２３、３３ 側溝部
４１ ガラス板
４１ａ、４１ｂ ガラス板の側面
４１ｃ、４１ｄ ガラス板の平面
４２ 母材
４２ａ 母材の一面
４２ｂ、４２ｃ 母材の側面
４２ｄ 母材孔部
４２ｅ 母材溝部
４２ｆ 母材側溝部
４２ｇ、４２ｈ 延伸成形部
４３ 長尺材
５０ 延伸成形装置
５１ パイプ
５２ 電気炉
５３ カッター
６０ 測定器
６０ａ 受光部の信号
Ｌ レーザー光
【産業上の利用分野】
本発明は、複数本の光ファイバを接続する光デバイスに用いられるものであり、複数本の光ファイバを収容して位置決めするための溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信網の大容量化及び高速化の要求が高まり、光ファイバアレイ型の光デバイスが注目されている。一般に、このような複数本の光ファイバのアライメントには直線状のＶ溝を有する基板が用いられており、その作製には、板状材料の研削・研磨加工、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工、またはシリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工等の方法により作製されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１３９１３号公報（第３−５頁、第２−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の研削・研磨加工方法により光ファイバアレイ用基板に要求される厳しい寸法精度を満足するためには、高い角度精度のＶ溝を一本ずつ精密に研削し、互いのＶ溝を所要の間隔及び高さに仕上げる必要があるので、加工工数が多くかつ煩雑であり、良品率が上がらずコスト高になるという問題がある。
【０００５】
また、上記の研削・研磨加工方法で作製された光ファイバアレイ用基板の場合、直線状のＶ溝の表面が粗くなること、Ｖ溝の形状が非常にシャープになり過ぎるため光ファイバを装着する際に光ファイバを傷つけること、光ファイバアレイ用基板自身にも傷や欠けが発生しやすく、そのため抗折強度が低下して折れる虞等が生じる。その上、労力をかけて仕上がったＶ溝を、加工中やその後の洗浄工程中に傷つけてしまう場合もあり、さらには、Ｖ溝の底部及び頂上部に研削工程等でクラックが入り、抗折強度が小さくなっており、光ファイバアレイ用基板を取り扱う場合には、しばしば破損し、歩留まりの低下により生産効率が低く、大量生産に不適であるという問題もある。
【０００６】
また、ガラス材料やプラスチック材料のプレス加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、そのままでは寸法公差が大容量で高速の光通信に使用するための規格を満たさず、所定の寸法公差に入るまでＶ溝を精密研磨仕上げする必要がありコスト削減が不十分であるという問題がある。
【０００７】
さらに、シリコン単結晶板状材料の異方性エッチング加工方法により作製された光ファイバアレイ用基板は、材料そのものが高価な上に、加工設備も高価であり、その上、加工に要する時間も長くなるので、工業的量産には不適であるという問題がある。
【０００８】
さらに、図８（Ａ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１は、光ファイバ固定用Ｖ溝２のうち、外側のＶ溝２ａ、２ｂを形成する外側の山部２ｄ、２ｅが内側の山部２ｃと形状が大きく異なるので、光ファイバアレイ用基板１に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバ４を固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバ４ａ、４ｂと内側の光ファイバ４ｃとでＶ溝２内に支持されている山部２ｄ、２ｅと山部２ｃとの熱容量の差により、熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になるという問題がある。
【０００９】
さらに、 図８（Ｂ）に示すように、従来の光ファイバアレイ用基板１では、光ファイバ４を板５で押さえて接着剤６で固定する際、接着剤の量が少ない場合は、すべての光ファイバを固定するのに接着剤６がいき渡らず全ての光ファイバ４が完全に固定されないという問題点がある。逆に接着剤６の量が多過ぎる場合は、図８（Ｃ）に示すように、基板１の側面から接着剤６がはみ出してしまい、所定の寸法を満たすために、はみ出した接着剤６ａを後に拭き取るか光ファイバアレイ用基板１の側面を研磨しなければならないといった手間のかかる作業を要するため、接着剤量を厳しく管理しなければならないという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献１には、ガラス母材を加熱・軟化させて１／１０の寸法に線引き（延伸成形と同じ意味）する光ファイバアレイ用基板の作製方法が記載されているが、実際には延伸成形の際に母材を軟化変形させるので、形状の維持及び寸法精度の制御が困難であり、Ｖ溝の形状が変形し、特に、外側のＶ溝の形状が大きく変形する他、それぞれのＶ溝の高さにばらつきが生じて一様にならず、高い精度が要求される用途に用いられる光ファイバアレイ用基板としては使用に耐えないものである。具体的には、従来の延伸成形方法により成形される基板は、Ｖ溝を形成した母材の表面が加熱されて軟化するときに若干引き延ばされ、その中央部分が数μｍ凹状に変形する。この変形によって中央部のＶ溝が、周辺部のＶ溝に対して高さが数μｍ低くなり、このようなＶ溝に光ファイバを並べると、光ファイバのコア中心の高さが数μｍばらつくことになるので、高精度のＶ溝基板を作製が極めて困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度を有し、かつ装着される光ファイバにダメージを与えることがない光ファイバアレイ用基板を生産効率が高く大量生産するために適した光ファイバアレイ用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であることを特徴とする。
【００１３】
本発明で基板の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。このように基板の側面の断面形状が凸Ｒ形とすることで、約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、光デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、基板の内部に溝部に略平行な孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、この孔部にガイドピンを挿入させることや、接着剤、半田等を嵌入させることで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して最小の掴み代で容易かつ強固に組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、光ファイバアレイ用基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもない。
【００１６】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板に設ける孔部としては、略楕円形の孔、略円形の孔、または略円形の複数個の孔等が使用可能であり、本体を貫通する断面積がほぼ一定の孔部であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略楕円形等であると、光ファイバを熱硬化型接着剤で接着硬化させる際、基板全体の温度の均質化がさらに計られ、光ファイバの一部に接着剤硬化時の応力集中がなくなり、光学特性を劣化させることもない。
【００１８】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、孔部の断面形状が略円形であり、複数の該孔部を有することで、光デバイスを組み上げる際に、それぞれの孔部に断面形状が円形で所定直径のガイドピンを挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に対して容易かつ安定して正確に組み付けることができる。
【００１９】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であることを特徴とする。
【００２０】
光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とが異なる高さである場合や、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にない場合には、光ファイバと溝部との接点よりも上の部分における外側の山部の形状が内側の山部の形状と異なり、光ファイバアレイ用基板に熱硬化性接着剤を使用して光ファイバを固着する際や、光ファイバアレイとなった後に、外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差により熱履歴に差が生じ、光ファイバアレイの信頼性が劣る要因になる。本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の上側が内側の山部の上側とほぼ同じ高さに位置し、前記光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の外側にある底部の高さが溝部を形成する稜線と光ファイバとの接点の高さより低い位置にあるので作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差が大きく生じることがない。
【００２１】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは溝内に支持されている外側の光ファイバと内側の光ファイバとの間で山部の熱容量の差による熱履歴の差がほとんど生じることがない。
【００２２】
さらに、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、前記外側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けているので、その溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００２３】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、溝部を形成する山部の頂上が平面であることを特徴とする。
【００２４】
光ファイバを装着して位置決めするための光ファイバ固定用溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板の山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、さらには、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００２５】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることを特徴とする。
【００２６】
石英系光ファイバの直径は１２５μｍであり、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から上方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、山部の頂上から石英系光ファイバの外周が山部の頂上よりも１０μｍ未満の突出または溝部中に位置するので、溝部に装着され固定される光ファイバの高さを一定に保持するため上から押し当てる平面板の表面粗さや平面度によっては、光ファイバを溝部の側面に押し当てて固定することができなくなり、結果として光ファイバの高さにばらつきが発生することがある（後述の図４を参照）。他方、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に５２．５μｍを超える距離となる場合は、直径が１２５μｍである石英系光ファイバの外周が溝部に１０μｍ未満しか嵌入しておらず、石英系光ファイバに対して溝部が浅くなりすぎて溝部に光ファイバを装着して固定するときに光ファイバがＶ溝に収まらずに外れてしまう可能性が高くなる。従って、光ファイバをＶ溝に収容する上で、山部の頂上が溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線から下方向に約４０μｍ以内であることが好ましい。このように本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板では、光ファイバを溝部に装着して安定して固定する上で、山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であることが重要である。また、光ファイバの中心を結ぶ線と下方向の距離は、４０μｍ以内であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなることが重要である。ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、光ファイバと研磨特性が近いので、光ファイバを固着した後に、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができる。また、紫外線等に対して透明なガラスからなる光ファイバアレイ用基板は、Ｖ溝に光硬化性樹脂を塗布して光ファイバを配置し、光ファイバアレイ用基板を透過させて紫外線等を照射させることにより、光ファイバを固着させることが可能である。
【００２８】
光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなることが好ましい。本発明では、切削等によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなる。さらに光ファイバを光ファイバアレイ用基板に装着する際に、光ファイバにも傷がつき難い。
【００２９】
これは、成形される光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍以上の大きな断面寸法の母材を延伸成形するため、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に母材を加工することができるので、加工にかかる手間やコストを著しく低減することができる。さらに延伸成形時に縮小比を変化させることで、直線状の溝部間隔を自在に変えることもできる。
【００３０】
また、延伸成形によって作製された光ファイバアレイ用基板の表面は、ファイヤポリッシュされた滑らかな表面であり、後に光ファイバを装着するときに、光ファイバ表面に傷がつき難く、さらに基板表面に切削等で発生した傷もなくなり、光ファイバアレイ用基板自体が折れるなどのトラブルもほとんどなくなる。
【００３１】
また、母材から延伸成形して作製された本発明の光ファイバアレイ用基板は、電気炉内で熱軟化し引き延ばされ、その後、急冷されるため、表面に１０ＭＰａ程度の応力値を有する圧縮応力層が形成されている。そのために強度が増し、光ファイバが溝部分を繰り返し移動する場合でも十分な強度を有している。
【００３２】
このように圧縮応力層により機械強度を強化させることによって、たとえ光ファイバアレイ用基板が多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となる。
【００３３】
母材から延伸成形して作製された好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある前記溝部に略平行な孔部の大きさが、溝部が形成されている一面に垂直方向（高さ）の１０％以上となっているものである。
【００３４】
１０％未満の場合は、孔部内を高圧にしても延伸成形時に溝部を有する一面の凹みを十分に解消することができない。
【００３５】
より好ましい光ファイバアレイ用基板は、基板内部にある溝部に略平行な孔部の内径は、基板断面で溝部が形成されている表面に水平方向の大きさが、複数の溝部が形成されている幅寸法の２０％以上となっているものである。
【００３６】
基板断面において、孔部の内径は溝部を有する一面に平行で溝部の幅方向において、複数の溝部全体の幅寸法（例えば、０．２５０ｍｍピッチの８芯光ファイバ用の場合、０．２５０×８＝２．０ｍｍ）の２０％以上が必要になる。また、孔部が複数個の場合は、溝部の幅方向と平行なそれらの内径の合計が２０％以上である。２０％未満の場合、溝部を有する一面の十分な範囲に亘って凹みを補正することができず、結果として溝部の高さのばらつきを小さくすることができない。
【００３７】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に複数の直線状の母材溝部が設けられたガラス、又は結晶化ガラスからなる母材を準備し、該母材を送り込み手段の固定部に固定し、該母材を加熱炉に送り込むことにより母材を所定の温度に加熱し、該母材の下方を引張手段で延伸成形して母材と略相似形の成形体を得、該成形体を所定長さに切断する光ファイバアレイ用基板の製造方法において、前記母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備することを特徴とする。
【００３８】
本発明で母材の側面の断面形状が凸Ｒ形であるとは、連続的で不規則な凹み等がないＲ状の凸形であれば使用可能であり、寸法管理の便宜上、部分円柱面等が適している。延伸成形を行う際に、母材の側面が平面であると不均一に加熱されることにより平面内に大きい温度分布が生じて成形体の断面形状が変形する。そこでこのように母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、母材の側面が均一に加熱され易くなり、軟化した際に表面張力が母材の側面に働いた場合でも、成形体の精密な寸法安定化が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。また、延伸成形を行う際に、母材側面の断面形状を凸Ｒ形とすることで、成形体の側面間の最大寸法を管理することで、寸法管理が可能となり先記の高精度な基板を高い効率で製造することができる。さらに、先記の基板と同様に約９０°の角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、母材の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落とした場合でもカケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生も激減し、母材当たりの延伸成形される基板の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備することを特徴とする。
【００４０】
本発明の製造方法は、予め延伸成形される母材の内部に、長さ方向に沿った母材孔部を形成しておき、延伸成形により本発明の光ファイバアレイ基板を効率的に作製することができるものである。本発明では、母材内部に断面が略円形等の母材孔部を設けてあることが重要であり、断面が略楕円、断面が略円または略円の複数個の母材孔部であれば使用可能であり、一端に開口して母材本体内で断面積がほぼ一定の母材孔部であることが光ファイバアレイ用基板の孔部の寸法制御する上で好ましい。
【００４１】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時に母材孔部の内径を変化させることを特徴とし、延伸成形時に母材孔部内の気圧を制御することが好ましい。
【００４２】
予め内部に断面積がほぼ一定の貫通する母材孔部を有する母材を準備し、延伸成形時に母材孔部を任意の大きさに変化させることで、溝部が形成された表面の凹みを修正することができる。特に、延伸成形中に母材孔部内を大気圧よりも高圧に加圧することで、内孔径が大きくなり、溝部を有する一面の孔部に直線距離で最も近い部分を中心にして凹みを修正することができる。さらに減圧することで逆に内孔径を小さくすることもできる。このため、光ファイバアレイ基板の高さを自在に変えることができ、溝部の高さのばらつきを小さくすることができ、寸法精度のよい光ファイバアレイ基板を作製することができる。
【００４３】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部が変形することなく中央部の溝部と同様に高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が得られる。また、母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であることが好ましい。
【００４４】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。また、延伸成形時に母材の温度を調整して粘度を制御することにより、溝部の形状及び間隔を微小に変化させることもできる。
【００４５】
本発明の製造方法では、光ファイバアレイ用基板に比べて断面積が数十倍以上の大きな寸法の母材を延伸成形するので、予め母材に施す直線状の溝部に要求される寸法精度が光ファイバアレイ用基板に比べて数十倍緩和され、特別な加工装置等を使用することなく簡単に加工することができるので、加工にかかる手間やコストを低減することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の一例を、図を用いて説明する。
【００４７】
図１は本発明に係る光ファイバアレイ用基板の説明図であって、１０は透明なホウケイ酸ガラスからなり、８本の光ファイバを整列させて固定する光ファイバアレイ用基板を、１０ａ、１０ｂは断面形状が凸Ｒ形の側面を、１１は光ファイバアレイ用基板１０の内部に形成された孔部を、１２は光ファイバ固定用の８本のＶ溝をそれぞれ示している。
【００４８】
光ファイバアレイ用基板１０は、間隔が０．２５０ｍｍで８個のＶ溝１２が設けてあり、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、側面１０ａ、１０ｂは、光ファイバアレイ用基板１０の中心に曲率中心Ｍが位置する部分円柱面である。また、図１（Ｃ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０内に位置するもの、図１（Ｄ）のように側面１０ａ、１０ｂのそれぞれの曲率中心Ｍが光ファイバアレイ用基板１０外に位置するもの等が使用可能であり、図示は省略するが、曲率が単一のＲ面だけでなく複合Ｒ面でもよい。
【００４９】
また、Ｖ溝１２に略平行な孔部１１として、図１（Ｂ）のような断面形状が略楕円形のもの、図１（Ｃ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部分に集中して配設したもの、図１（Ｄ）のような溝部に略平行な断面形状が略円形の３個の孔部をＶ溝１２下方の中央部に１個と両端にそれぞれ一つずつ配設したものがある。
【００５０】
図１（Ｂ）、（Ｃ）は共に延伸成形される際に孔部１１を加圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されて実質的に凹みが形成されておらず、また、図１（Ｄ）は延伸成形される際に中央部の孔部を加圧し、両端の２個の孔部をそれぞれ減圧することによりＶ溝１２を有する一面が修正されているものである。測定は光ファイバアレイ用基板１０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバを固定する直線状のＶ溝１２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝１２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝１２間の間隔は図１（Ｂ）〜（Ｄ）共に、２５０μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２の高さのばらつきは図１（Ｂ）が±０．６μｍ以内。図１（Ｃ）が±０．５μｍ以内。図１（Ｄ）が±０．５μｍ以内であった。
【００５１】
また、他の光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ａ）に示すように、側面２０ａ、２０ｂは、光ファイバアレイ用基板２０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝２２と、Ｖ溝２２を構成する頂上に平面２２ｂが形成された山部２２ａと、Ｖ溝２２の外側に形成された側溝部２３とからなり、外側の山部２２ｃ、２２ｄの頂点は内側の山部２２ａの頂点と同じ高さにあり、図１（Ｂ）の拡大図で示すように、側溝部２３の底部２３ａの高さはＶ溝２２の稜線と光ファイバ１４との接点２２ｅよりも低い位置にある。また、Ｖ溝２２に略平行な断面形状が略円形の孔部２１が設けられている。
【００５２】
図２（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板２０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板２０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝２２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝２２の谷の角度、及びＶ溝２２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝２２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝２２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝２２の高さのばらつきは±０．５μｍ以内であった。また、側溝部２３は、谷の角度は９８°であった。
【００５３】
また、光ファイバアレイ用基板２０は、図２（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝２２の山部２２ａ頂上に形成された平面２２ｂの長さは約１０μｍであった。
【００５４】
また、他の光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ａ）に示すように、側面３０ａ、３０ｂは、光ファイバアレイ用基板３０の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、上面にＶ溝３２と、Ｖ溝３２を構成する頂上に平面３２ｂが形成された山部３２ａと、Ｖ溝３２の外側に形成された側溝部３３とからなり、外側の山部３２ｃ、３２ｄの形状は内側の山部３２ａと略同じ寸法形状に形成されているものである。また、Ｖ溝３２に略平行な断面形状が略円形の孔部３１が設けられている。
【００５５】
図３（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３０の側面寸法の測定を行った。測定方法は光ファイバアレイ用基板３０の端面が測定用顕微鏡に対して真正面から観測できるよう固定し、ＣＣＤカメラを備えた顕微鏡を介して見た画面上で、光ファイバ１４を固定する直線状のＶ溝３２の形状を画像認識させて、各直線状Ｖ溝３２の谷の角度、及びＶ溝３２間の間隔を測定した。その結果、Ｖ溝３２の谷の角度は９６°で、Ｖ溝３２間の間隔は１２７μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝３２の高さのばらつきは０．５μｍ以内であった。また、側溝部３３は、谷の角度は９８°であった。
【００５６】
また、光ファイバアレイ用基板３０は、図３（Ｃ）に示すように、断面を約２５０倍に拡大して見たところ、Ｖ溝３２の山部３２ａ頂上に形成された平面３２ｂの長さは約２０μｍであった。
【００５７】
また、図４（Ａ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３５は、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍであり、Ｖ溝１２に間隔Ｐで固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の２０μｍである。
【００５８】
また、図４（Ｂ）に示すように、光ファイバアレイ用基板３６は、Ｖ溝１２の谷の角度が９６°であり、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍのＶ溝１２に固定された光ファイバ１４の中心１４ａを結ぶ線と山部１２ａの平面１２ｂとの距離Ｌが５２．５μｍ以内の３０μｍである。
【００５９】
次に、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法の一例を、図を用いて説明する。
【００６０】
発明者らは、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の一例として、予めホウケイ酸ガラス製の円柱材を加工して、図５（Ａ）に示すように部分円柱面である側面４１ａ、４１ｂを残して互いに平行な二つの平面４１ｃ、４１ｄを形成したガラス板４１を作製した。その後、一面４１ｃに加工を施すことにより、図５（Ｂ）に示すように、一面４２ｃに、成形後に光ファイバ固定用のＶ溝となる直線状で谷の角度が９０°である８本の母材溝部４２ｅ及びその外側に母材側溝部４２ｆの加工を施し、母材溝部４２ｅに略平行な断面形状が略円形の母材孔部４２ｄを設けた凸Ｒ形の側面４２ａ、４２ｂを有する母材４２を準備した。
【００６１】
次に、母材４２を、図６に示すような延伸成形装置５０に取り付けて、パイプ５１から母材孔部４２ｄ内を加圧しながら電気炉５２によって加熱し、電気炉５２からでてきた延伸成形部４２ｇを図示しない駆動ローラーで引っ張り、図示しないレーザー光によって延伸成形部４２ｇの側面の直径を測定しながら一定の外径に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する長尺体４３を形成する。
【００６２】
この延伸成形の時に、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、測定器６０のレーザー光Ｌによって延伸成形部４２ｇの側面の幅（部分円柱面の直径）Ｗを受光部の信号６０ａにより測定するが、延伸成形部４２ｇの側面の断面形状が凸Ｒ形であり、特に部分円柱面であると、延伸成形中に延伸成形部４２ｇが多少斜めになった場合でも、幅（部分円柱面の直径）Ｗが正確に測定されるため、幅（部分円柱面の直径）Ｗ寸法を正確に制御することで光ファイバアレイ用基板の寸法を正確に制御することができる。
【００６３】
これに対して、図７（Ｃ）に示すように、断面形状が略矩形で延伸成形部４２ｈの側面が平面の場合には、延伸成形中に延伸成形部４２ｈが多少でも斜めになると、図７（Ｄ）に示すように、幅Ｗが大きくＷ＋ΔＷに変動するので、正確な寸法情報が得られず、制御が困難でなり、歩留まりが極端に低下する。
【００６４】
その後、形成部をカッター５３により長さ２５０ｍｍに切断し成形体として長尺材４３を得る。このようにして得られた長尺材４３を所定の長さに精密切断することにより、先記の図２（Ａ）に示すような光ファイバアレイ用基板２０の作製を行った。
【００６５】
このように作製した光ファイバアレイ用基板２０のＶ溝１２の表面粗さを測定したところ、表面粗さのＲａ値が、０．０４μｍであった。これは、熱軟化によって光ファイバアレイ用基板の表面がファイヤポリッシュされ、表面が滑らかになったことを示している。
【００６６】
次に、光ファイバアレイ用基板の表面に急冷法（クエンチング）によって圧縮応力層を形成する場合、炉から出てきた所定の断面寸法・形状を有する光ファイバアレイ用基板用の長尺材４３に冷風や冷媒を吹き付けて急冷することによりガラス表面に圧縮応力層を発生させる。
【００６７】
また、イオン交換により強化する場合、約２５０ｍｍの光ファイバアレイ用基板の長尺材をイオン交換槽内の約４００°Ｃに保持されたＫＮＯ3の溶融塩中に約１０時間浸漬する。その後、洗浄によりＫＮＯ3を除去し、機械強度として３点曲げによる抗折強度が未処理のものに比べて２倍以上に増加した光ファイバアレイ用基板長尺材を得る。このイオン交換処理では、ガラスを除冷温度よりも低い温度でガラス中のアルカリイオン（Ｎａ+）を、それよりもイオン半径の大きいアルカリイオン（Ｋ+）で置換することにより、ガラス表面に１００ＭＰａ程度の圧縮応力層を発生させて実用強度を増大させることができる。
【００６８】
次に、図６に示すように、延伸成形装置５０の図示しない駆動ローラーの回転速度を変えることで、同じ母材４２からＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍの２種類の光ファイバアレイ用基板３５及び３６を作製した。
【００６９】
先記の図４（Ａ）に示すような、Ｖ溝１２間の間隔Ｐが１２７μｍ±０．３μｍで山部１２ａの平面１２ｂ部分が１０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３５を作製することができた。
【００７０】
また、同じ母材３２から、本発明に係る光ファイバアレイ用基板の他の例として、図４（Ｂ）に示すようなＶ溝１２の谷の角度が９６°で、Ｖ溝１２の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、山部１２ａの平面１２ｂ部分が２０μｍ、Ｖ溝１２に固定された光ファイバ１４の高さのばらつきは±０．５μｍ以内である光ファイバアレイ用基板３６を作製することができた。
【００７１】
次いで、本発明に係る他の実施の形態として、 表１に示す結晶化ガラスからなり、上記実施の形態と同様な寸法形状を有する母材を作製し、このような母材を用いて光ファイバアレイ用基板の作製を行った。
【００７２】
【表１】
この場合も、上記実施の形態と同様なＶ溝の間隔が１２７μｍと２５０μｍである２種類の結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板をＶ溝の間隔Ｐが２５０μｍ±０．３μｍ、Ｖ溝に固定された光ファイバの高さのばらつきが±０．５μｍ以内である高い寸法精度で作製することができた。また、結晶化ガラス製の光ファイバアレイ用基板は、ガラス製のものに比べて抗折強度が向上していたが、その研磨性は石英系光ファイバに近い優れたものであった。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、光ファイバ固定用の溝部の外側に側溝部を形成することにより外側の山部の形状を内側の山部と略同じ寸法に形成しているが、これに限らず、Ｖ溝の外側を全て平らに下げた形状としてもよい。また、谷の角度が９０°であるＶ溝を有する母材から、Ｖ溝の谷の角度が９８°及び９６°の光ファイバアレイ用基板を作製しているが、光ファイバアレイ用基板のＶ溝の角度は９０°や１００°でもよく、また、光ファイバ固定用の溝部の断面形状もＶ溝に限らず、矩形状その他の形状でもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、複数の光ファイバ固定用の溝部が形成されている光ファイバアレイ用基板であって、前記基板の溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形であるので、角張ったコーナーがなくなることから、応力集中部分がなくなり、基板の抗折強度が向上する。また、同様に取り扱い時にぶつけたり、落としたりした場合でも、カケやクラックが発生し難くなる。また、コーナー部分のカケやキズによる不良の発生もなくなり、デバイスを組み立てる際の歩留まりを向上させることができる。
【００７６】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、前記基板の内部に前記溝部に略平行な孔部を有するので、光デバイスを組み上げる際に、孔部にガイドピン等を挿入することで、相手側の光ファイバアレイ用基板や導波路に容易且つ安定して組み付けることができる。さらに光ファイバを熱硬化型接着剤等で接着硬化させる際に、基板全体の温度の均質化が容易となり、接着剤硬化時の応力が光ファイバの一部に集中することもなく、光学特性を劣化させることもないため、従来にない高い信頼性を有する光デバイスを作製することができる。
【００７７】
発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、光ファイバ固定用の外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状であり、好ましくは母材の一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が、内側の山部と略同形状であるので、作製した光ファイバアレイは外側の光ファイバと内側の光ファイバとで溝内に支持されている山部の熱容量の差による熱履歴に差が大きく生じることがなく、光信号の安定性及び信頼性の高いものとなる。
【００７８】
発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、側の山部の外側に、所定容積の溝部を設けたので、この溝部が光ファイバ固定用の溝部の外側に光ファイバを固着する際に用いる接着剤の溜まりしろとなり、光ファイバを接着剤で固着させる際、接着剤量が少々多くなっても光ファイバアレイ用基板の側面から接着剤がはみ出る心配がなく、接着剤量を厳しく管理する必要がない。従って接着固定させる作業が容易になり、歩留まりを上げることができる。
【００７９】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなり、溝部を形成する山部の頂上が平面であるので、溝部に光ファイバを装着するときや光ファイバアレイ用基板の端面を研磨するときに固定用溝の山部に欠け等の欠陥が発生することがなく、欠けによって発生する微細な破片の生成もなくなる。
【００８０】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は山部の頂上と溝部に装着された光ファイバの中心を結ぶ線との距離が５２．５μｍ以内であるので、光ファイバを溝部に装着して安定して固定することが可能となる。
【００８１】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、ガラス、又は非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからなるので、光ファイバの端面を容易に高精度に研磨仕上げすることができ、反射減衰量等の光学特性に優れた光ファイバアレイを作製することが可能となる。
【００８２】
本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、母材を延伸成形することより作製されてなるので、切削によって直線状の溝部を加工した母材を熱軟化させ、延伸成形させることで直線状の溝部部分が熱軟化し、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、光ファイバを装着する際に、光ファイバに傷がつき難い。さらに、過去にない高い生産効率で、上記特性を備える光ファイバアレイ用基板が得られ安価となる。
【００８３】
また、本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板は、表面に圧縮応力層が形成されてなるので、多少のキズ等を有するものであっても、激しい熱ショックがかかった際や、取り扱い時に外力がかかった際にも破損が起こらず、欠けることもなく、容易に取り扱うことが可能となり、信頼性が高くなる。
【００８４】
以上のように、光ファイバを装着して各々位置決めする複数の直線状の溝部を有し、光ファイバを各々の溝部に装着した際に、光ファイバ相互のコア同士の間隔や高さにばらつきが生じず、光ファイバアレイ用基板に傷や欠けの発生が少なく折れ難くなり、厳しい要求寸法精度及び信頼性を満足することができる。
【００８５】
本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備するので、延伸成形時にレーザー光線等によって延伸成形部の凸Ｒ形側面の幅（直径）を測定しながら一定値に制御することで、所定寸法の直線状の溝部を有する光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部を形成する。この時に側面が凸Ｒ形で延伸成形中に延伸形成部が多少斜めになった場合でも、幅（直径）が正確に測定されるため、正確に測定された幅（直径）寸法を制御することが可能となり、光ファイバアレイ用基板の断面を有する延伸形成部の寸法を正確に制御することができる。そのために高精度の光ファイバアレイ基板を大量かつ安価に作製することができる。
【００８６】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備して延伸成形するので、延伸成形時に孔部を任意の大きさに変化させることで、延伸成形によってＶ溝を有する面が熱軟化されるときに若干引き延ばされ、面の中央部分が数μｍ凹状に変形することを修正することができる。そのため、Ｖ溝の高さのばらつきを１μｍ以下におさえることができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を作製することができる。
【００８７】
また本発明に係る光ファイバアレイ用基板の製造方法は、一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形するので、光ファイバ固定用の外側の溝部形状が変形することなく中央部の溝部と同様であり、高い精度が要求される用途に耐え得る光ファイバアレイ用基板が再現性よく安定して得られる。
【００８８】
さらに、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させるので、光ファイバアレイ用基板の溝部の間隔を変えることができ、装着される光ファイバに要求される様々な間隔についても金型等の新しい設備が必要なく、簡単に早く安価に作製することができる。
【００８９】
また、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法は、延伸成形によって縮小されるので、母材に要求される寸法精度が緩和され、加工にかかる手間やコストを大幅に低減することができ、高精度な光ファイバアレイ用基板を短時間で大量に生産することが可能となる。
【００９０】
以上のように、本発明の光ファイバアレイ用基板の製造方法によれば、高速大容量光通信用途に対応可能な高精度及び高強度を有し、かつ安価な光ファイバアレイを実現することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本説明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面である光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｂ）は基板の中心に曲率中心が位置する部分円筒面であり、断面形状が略楕円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｃ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板内に位置し、Ｖ溝の中央付近に３個の断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図、（Ｄ）は側面のそれぞれの曲率中心が基板外に位置し、Ｖ溝の中央付近に１個、Ｖ溝の両端に一つずつの断面形状が略円の孔部をもつ光ファイバアレイ用基板の断面図。
【図２】 本発明の製造方法によって作製した他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図３】 本発明の製造方法によって作製した他の光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶ溝部拡大写真。
【図４】 本発明の製造方法によって作製した光ファイバアレイ用基板の説明図であって、（Ａ）はＶ溝の間隔Ｐが１２７μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図、（Ｂ）はＶ溝部間の間隔Ｐが２５０μｍの光ファイバアレイ用基板の説明図。
【図５】 母材の説明図であって、（Ａ）は母材の材料の説明図、（Ｂ）は母材の説明図。
【図６】 母材を延伸成形する説明図。
【図７】 母材から成形された延伸成形体の寸法測定の説明図。
【図８】 従来の光ファイバアレイ用基板の説明図。
【符号の説明】
１０、２０、３０、３５、３６ 光ファイバアレイ用基板
１０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ 側面
１１、２１、３１ 孔部
１２、２２、３２ Ｖ溝
１２ａ、２２ａ、３２ａ 山部
２２ｃ、２２ｄ、３２ｃ、３２ｄ 外側の山部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ 平面
１４ 光ファイバ
１４ａ 光ファイバの中心
２３、３３ 側溝部
４１ ガラス板
４１ａ、４１ｂ ガラス板の側面
４１ｃ、４１ｄ ガラス板の平面
４２ 母材
４２ａ 母材の一面
４２ｂ、４２ｃ 母材の側面
４２ｄ 母材孔部
４２ｅ 母材溝部
４２ｆ 母材側溝部
４２ｇ、４２ｈ 延伸成形部
４３ 長尺材
５０ 延伸成形装置
５１ パイプ
５２ 電気炉
５３ カッター
６０ 測定器
６０ａ 受光部の信号
Ｌ レーザー光
Claims (7)
- 一面に複数の直線状の母材溝部が設けられたガラス、又は結晶化ガラスからなる母材を準備し、該母材を送り込み手段の固定部に固定し、該母材を加熱炉に送り込むことにより母材を所定の温度に加熱し、該母材の下方を引張手段で延伸成形して母材と略相似形の成形体を得、該成形体を所定長さに切断する光ファイバアレイ用基板の製造方法において、前記母材溝部に平行な側面の断面形状が凸Ｒ形である母材を準備することを特徴とする光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 内部に前記母材溝部に略平行な母材孔部を有する母材を準備することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 延伸成形時に母材孔部の内径を変化させることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 延伸成形時に母材孔部内の気圧を制御することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部の少なくとも光ファイバとの接点より先端側が、内側の山部の光ファイバとの接点より先端側と略同形状である母材を延伸成形することを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 一面に設けられ成形後に光ファイバ固定用となる外側の溝部を形成する外側の山部が内側の山部と略同形状である母材を延伸成形することを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
- 延伸成形時の母材断面に対して成形体断面の縮小比を変化させることにより光ファイバ固定用の溝部の幅を任意に変化させることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載の光ファイバアレイ用基板の製造方法。
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