(57)【要約】【課題】光導波路板製造用マスタモデルの製造方法及び光導波路板において、光軸を横切る切削痕のないものを実現する。【解決手段】光導波路板製造用マスタモデルは、鋼材にめっきを施して加工面とした基板１の表面に、所望の光導波路パターン２と同じ断面形状の凹溝を切削加工工具３を用いて製造される。工具３は、凹溝の断面形状と略同じ形状の切削すくい面を備えている。工具３の切削すくい面の法線を、基板１の表面に射影した線で定義される刃面方向と、光導波路パターン２の光軸方向とが、常に一致するように工具３又は基板１を回転制御しつつ、凹溝が切削加工される。この光導波路板製造用マスタモデルを用いて製造した光導波路板は、導波路（コア溝）に切削痕が発生したとしても、切削痕が光軸と平行なものだけとなるので、切削痕による光損失が低減されたものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に所望の光導波路パターンと同じ形状の凹溝を切削加工工具を用いて形成する光導波路板製造用マスタモデルの製造方法において、
前記工具として前記凹溝の断面形状と略同じ形状の切削すくい面を備えた工具を用い、
前記工具の切削すくい面の法線を前記基板表面に射影した線方向で定義される刃面方向と、前記光導波路パターンの光軸方向とが常に一致するように前記工具又は基板を回転制御しつつ、前記凹溝を切削加工することを特徴とする光導波路板製造用マスタモデルの製造方法。
【請求項２】
前記光導波路パターンの有するＹ分岐光導波路パターンに対応する凹溝を切削加工する際は、前記工具の送り方向を、Ｙ分岐光導波路パターンの分岐後導波路から分岐前導波路の方向に対応する方向とすることを特徴とする請求項１に記載の光導波路板製造用マスタモデルの製造方法。
【請求項３】
前記基板表面に前記凹溝と光ファイバを固定する溝に対応する固定溝を加工した後、前記凹溝を備えた光導波路マスタモデル部と前記固定溝を備えた光ファイバ固定用マスタモデル部との境界部分を切断除去することにより両モデル部を分割し、前記光導波路マスタモデル部と光ファイバ固定用マスタモデル部とを位置合わせした後、再度接合することを特徴とする請求項１に記載の光導波路板製造用マスタモデルの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法で製造した光導波路板製造用マスタモデルを用いて作製されたことを特徴とする光導波路板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路板製造用マスタモデルの製造方法及び光導波路板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機材料を用いて樹脂成形により平板状にクラッドとコアを形成した有機光導波路が光通信システム等で用いられている。コア形成用の溝（コア溝）を有するクラッド基板を形成するため、コア溝を反転した凸部を有する金型が用いられる。その金型を作製するための型である光導波路板製造用マスタモデルは、コア溝に対応する溝（凹部）を有している。コア溝のように一定の断面を有する微細な溝を形成する方法として、回転切削工具を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１２に示すように、平坦な表面を有する基板９１の上に、所望溝幅にほぼ等しい直径の円柱状微細工具９３を基板９１の表面に垂直な軸回りに回転させながら、基板９１と微細工具９３とを相対運動させて一定断面の微細溝９２を高精度に形成することができる。
【特許文献１】特開平５−２００６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような溝加工方法においては、回転工具を用いているため、溝の底に光導波方向と垂直な方向の切削痕が残ってしまう。従って、上記の方法で製造されたマスタモデルを用いて作製されたクラッド基板のコア溝に上記切削痕が転写され、光損失の原因となる。
【０００４】
本発明は、上記課題を解消するものであって、光軸を横切る切削痕のない光導波路板製造用マスタモデルの製造方法及び光導波路板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、基板表面に所望の光導波路パターンと同じ形状の凹溝を切削加工工具を用いて形成する光導波路板製造用マスタモデルの製造方法において、前記工具として前記凹溝の断面形状と略同じ形状の切削すくい面を備えた工具を用い、前記工具の切削すくい面の法線を前記基板表面に射影した線方向で定義される刃面方向と、前記光導波路パターンの光軸方向とが常に一致するように前記工具又は基板を回転制御しつつ、前記凹溝を切削加工することを特徴とする光導波路板製造用マスタモデルの製造方法である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光導波路板製造用マスタモデルの製造方法において、前記光導波路パターンの有するＹ分岐光導波路パターンに対応する凹溝を切削加工する際は、前記工具の送り方向を、Ｙ分岐光導波路パターンの分岐後導波路から分岐前導波路の方向に対応する方向とするものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の光導波路板製造用マスタモデルの製造方法において、前記基板表面に前記凹溝と光ファイバを固定する溝に対応する固定溝を加工した後、前記凹溝を備えた光導波路マスタモデル部と前記固定溝を備えた光ファイバ固定用マスタモデル部との境界部分を切断除去することにより両モデル部を分割し、前記光導波路マスタモデル部と光ファイバ固定用マスタモデル部とを位置合わせした後、再度接合するものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法で製造した光導波路板製造用マスタモデルを用いて作製されたことを特徴とする光導波路板である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、刃面方向と光導波路パターンの光軸方向とが常に一致するように工具又は基板を回転制御して切削加工するので、光導波路板製造用マスタモデルにおける切削跡痕が光軸と平行なものだけとなり、このマスタモデルをもとに作製した光導波路板における切削痕に起因する光損失が低減される。
【００１０】
請求項２の発明によれば、光導波路パターンの分岐部における鋭角形状部に変形させる力をかけないように、切削時の刃先からの圧力をそらす方向に、工具の送り方向を定めているので、分岐部の鋭角形状部が、倒れたり変形することがなく、分岐部の形状を損なうことなく精度良く加工できる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、断面寸法の異なる光導波路パターンに対応する凹溝と光ファイバの固定溝に対応する溝を、それぞれ遷移領域なく明確な溝寸法を持たせて精度良く形成できる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、切削痕が光軸と平行なものだけとなるので、最終製品である光導波路板における切削痕による光損失が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルの製造方法及び光導波路板について、図面を参照して説明する。図１は、光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を示し、図２は、工具による切削中の刃先の状況を示す。有機光導波路板の製造においてクラッド基板にコア（光導波路）形成用のコア溝を形成する金型は、コア溝を反転した凸部を有しており、さらにその金型を作製するための型である光導波路板製造用マスタモデルは、有機光導波路板におけるコア溝と同じ凹溝を有している。そこで、光導波路板製造用マスタモデルは、図１に示すように、基板１の表面に、所望の光導波路パターン２と同じ断面形状の凹溝を切削加工工具３を用いて形成して、作製される。基板１は、鋼材にめっきを施して加工面としたものである。基板１については後述する。
【００１４】
切削加工を行う工具３は、図２に示すように、凹溝２０の断面形状Ｄと略同じ形状の切削すくい面３０を備えている。工具３の切削すくい面３０の法線ｎを、基板１の表面Ｓに射影した線で定義される刃面方向ａと、光導波路パターン２の光軸方向ｂとが、常に一致するように工具３又は基板１を回転軸Ｒの回りに回転制御しつつ、凹溝２０が切削加工される。回転軸Ｒは、工具３の切刃稜線３３の中点Ａを通り、基板１の表面Ｓに垂直な線として定義される。工具３のすくい角αは、加工面の材質に従って適宜決定される。
【００１５】
前述の図１に戻って、一連の溝加工を説明する。光導波路パターン２の端点である加工開始点２ａに工具を位置決めして、工具割り出し角度０゜（パターン方向２１）に工具３の刃面方向３１を向けて直線溝の加工が開始される。直線溝部から角度付き溝部へ変化する部分において、例えば溝角度が１０゜であれば１０゜の工具角度割り出しを行い、工具刃面方向３２が、角度付き溝の接線方向２２と一致するようにして溝加工が進められる。割り出し角度は、予め図面などの情報によりＮＣデータとして加工機の制御装置に登録しておくことができる。
【００１６】
また、工具３の回転制御中においても工具３の切削が停止しないように、工具送り軸であるＸ軸Ｙ軸と工具割り出し軸であるＲ軸とを同時に動作させる。かつ、工具送り軸のＸ軸とＹ軸とは直線補間により合成された送り速度を一定速度に保って、工具３が停止しないようにして、凹溝の面粗度が悪化しないようにする。
【００１７】
次に、本発明の一実施形態である光導波路板製造用マスタモデルの製造方法における凹溝加工の他の手順について、図３により説明する。光導波路パターン２は、通常、Ｙ字形状の分岐部分を含んでおり、また、そのＹ分岐の向きが逆向きのものが含まれる。このような、光導波路パターン２の有するＹ分岐光導波路パターンに対応する凹溝を切削加工する際は、工具３の送り方向を、Ｙ分岐光導波路パターンの分岐後の導波路側から分岐前の導波路側の方向に対応する方向とする。
【００１８】
例えば、図３に示す光導波路パターン２では、Ｙ分岐の向きが中央の点Ｐで変化している。そこで、図の左側のパターンについては、基板１の左端面の始点２３から、点Ｐに向かう方向に、例えば、曲線２４のように凹溝加工が進められる。そして、図の右側のパターンについては、右端面の始点２５から、点Ｐに向かう方向に凹溝加工が進められる。加工の終点は、互いに加工部分の重なりを持たせるように、点Ｐを通り越して、左側では、始点２３から終点Ｐ１まで、右側では、始点２５から終点Ｐ２まで加工が行われる。
【００１９】
上述の各始点２３，２５から開始される凹溝加工は、図面で指定された加工深さになるように、それぞれ切込深さが決められて進められる。加工の重なりを持たせる点Ｐ１、Ｐ２間の距離は、例えば５０μｍ以上とし、次のＹ分岐に干渉しない範囲とする。このように、光導波路パターン２の各Ｙ分岐部における鋭角形状部に変形させる力がかからないように、切削時に刃先からの圧力をそらす方向に工具を送るので、分岐部の鋭角形状部が、倒れたり変形することを防止でき、精度良い加工ができる。
【００２０】
次に、基板１と工具３の設置と操作について、図４により説明する。基板１は、回転割出テーブル５１の上に設置された機械テーブル５２に固定される。回転割出テーブル５１は、垂直回転軸Ｒ１の回りに回転制御が可能であり、機械テーブル５２は、水平座標軸ｘｙ方向に基板１を平行移動制御が可能である。工具３は、水平座標軸ＸＹ方向、及び垂直上下軸Ｚ方向に移動可能な工具固定治具５３に固定される。垂直な工具取付軸Ｒ２は、工具３の切刃稜線３３（図２参照）の点Ａを通る線である。また、回転割出テーブル５１の側方には、ＣＣＤカメラ５４が設けられている。ＣＣＤカメラ５４は、基板１と工具３の刃先部分の観測に用いられる。
【００２１】
上述のように、基板１及び工具３が固定配置された後、位置調整が行われる。工具２の刃先部分をＣＣＤカメラ５４で観察しながら、工具取付軸（工具角度制御軸）Ｒ２をＸＹ軸方向に移動させて、工具３の点Ａが、回転割出テーブル５１の回転軸Ｒ１と基板１の表面との交点である基板１上の点Ｏにくるように、微動調整する。点Ｏの割り出しは予め行っておく。まず、基板１を機械テーブル５２に仮固定し、９０゜毎に角度割り出しを行いながら、ＣＣＤカメラ５４、又はてこ式ダイヤルゲージなどを用いて、回転割出テーブル５１の回転中心を基板１上の点Oとして決定して、基板を本固定する。
【００２２】
ここで、基板１及び工具３の調整精度は、例えば±０．２μｍ以下とされる。また、ＣＣＤカメラ５４は、最高倍率が８００倍まで可能なズーム式が用いられる。このような手順による結果、加工形成された凹溝の中心ずれ量は、加工後の基板１における測定結果から０．５μｍ以下であった。なお、工具３と基板１の相対位置の移動や回転、加工の開始終了等の制御は、図示しないコンピュータ制御機構によって行われる。上記において、基板１上の加工点の移動、すなわち工具３と基板１の相対移動は、基板１の回転と移動によって行う方法を説明したが、これに限られるものではなく、例えば、工具３を基板平面方向移動及び垂直軸回転するようにしてもよい。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態である光導波路板製造用マスタモデルの製造方法における全体の工程フローを、図５により説明する。図１〜図４を適宜参照する。まず、基板１が機械テーブル５１に、また工具３が工具固定治具５３に固定され、互いの相対位置決め設定が行われる（Ｓ１１）。次に、図面からのＮＣデータに基づき、機械テーブル５１上の基板１がｘｙ方向移動されて、加工始点が工具３の刃先下部に設定される（Ｓ１２）。
【００２４】
続いて、工具固定治具５３の上下Ｚ軸方向移動により工具の切込深さを制御し、また、回転割出テーブル５１による回転と、機械テーブル５１によるｘｙ方向移動によって基板１の加工位置と加工方向を制御し、工具３の刃面方向ａを加工方向ｂに常に一致させ、一定速度で凹溝加工が進められる（Ｓ１３）。基板１上の加工点が終点にきたかどうかがコンピュータ制御機構によって判断され、現在位置が加工終点であれば（Ｓ１４でＹ）、加工終了かどうか判断される（Ｓ１５）。加工終了でない場合は（Ｓ１５でＮ）、工具３の上昇と基板１の移動が行われ（Ｓ１６）、次の加工始点が工具３の下部に設定されて（Ｓ１２）、前述同様に加工が繰り返される。加工終了の場合（Ｓ１５でＹ）、工具３が上昇して加工が終了する。
【００２５】
次に、本発明の他の一実施形態である光導波路板製造用マスタモデルの製造方法について説明する。図６は、光ファイバ固定溝を備えた光導波路板を作製するためのマスタモデル１０の製作方法を示す。背景を述べる。光導波路板の光導波路には、通常、光ファイバが光接続される。光ファイバを光導波路板に固定する場合、Ｖ溝又はテーパ付き凹溝が光ファイバ固定溝として設けられ、その固定溝に光ファイバが固定される。この光ファイバ固定溝は、導波路用凹溝よりも深くまた、幅が広い。そして、光ファイバ固定溝と導波路用凹溝の接続部分は、通常、各溝に垂直な面で切断した端面を互いに突き当てた態様で構成される。従って、光ファイバ固定溝と凹溝の接続部分において、その溝断面形状は、形状変化の遷移領域がない状態で階段状に突然変化する。このような形状を非回転工具による切削加工で高精度に加工することは困難である。
【００２６】
そこで、本発明では、図６（ａ）に示すように、まず、基板１表面に光導波路パターンに対応する凹溝２０と光ファイバを固定する溝に対応する固定溝４０を加工する。各溝の断面形状が異なるので、凹溝２０の加工は工具３で、また固定溝４０の加工は工具３Ａで行われる。各工具は、それぞれの溝形状に合った形状の刃面を有するものである。次に、凹溝２０を備えた光導波路マスタモデル部１１と、固定溝４０を備えた光ファイバ固定用マスタモデル部１２との境界部分Ｃ、すなわち、凹溝２０と固定溝４０の加工が混在した遷移領域、を切断除去することにより、図６（ｂ）に示すように、両モデル部１１，１２を分割する。
【００２７】
この後、切断された端面の鏡面加工、脱脂洗浄等の処理を行い、図６（ｃ）に示すように、光導波路マスタモデル部１１と光ファイバ固定用マスタモデル部１２とを位置合わせして再度接合することにより、光導波路板製造用マスタモデル１０が完成する。この製造方法によると、断面寸法の異なる光導波路パターンに対応する凹溝２０と光ファイバを固定する溝に対応する固定溝４０を、それぞれ一定の溝寸法と形状を持たせて、溝断面形状の遷移領域なく精度良く形成できる。
【００２８】
次に、本発明のさらに他の一実施形態である光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を説明する。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、基板端面で溝加工が終了するとき、加工端における切削バリの発生を抑制する方法を示す。すなわち、工具送り出口側の基板端面にバリ抑制用のダミーブロック１４を密着させて取り付け、工具３、３Ａを切削加工状態のままでダミーブロック１４を通過させる。ダミーブロック１４と被加工物本体のそれぞれの当接面は鏡面加工として両者を密着させる。また、ダミーブロック１４と被加工物本体との上面段差がないようにして固定する。ダミーブロック１４の材料は、加工の連続性を保つため、基板の材料と同じ材料を用いるのがよい。なお、切削バリ発生の抑制は、基板の端面から切削加工を開始し、基板の内部で切削加工を終了させることで、ダミーブロックを用いることなく行うことができる。
【００２９】
また、図７に示す加工方法は、前出の図６に示した加工方法の代替加工方法を示している。すなわち、図６では、溝加工の後、光導波路マスタモデル部１１と光ファイバ固定用マスタモデル部１２とに分断したが、本例は、まず最初に基板を分断し、分断した基板に溝加工を行うものである。図７（ａ）に示す光導波路マスタモデル部１１と、図７（ｂ）（ｃ）に示す光ファイバ固定用マスタモデル部１２とを溝加工後、ダミーブロック１４の取り外し、脱脂洗浄等を行った後、３つのモデル部を接合して光導波路板製造用マスタモデルが得られる。
【００３０】
次に、基板１の上面と工具３の刃先先端の接触位置の検出について述べる。接触位置の検出は、図８に示すように、ＣＣＤカメラ５４を用いて、基板１の表面Ｓに沿って、加工時の工具進行方向から撮像した画像の処理によって行われる。ＣＣＤカメラ５４を用いるので、使用する工具刃面３０（刃先）の形状にとらわれずに、画像処理によって接触位置を検出できる。基板の上面と工具刃先先端との接触位置を検出後、図面に基づいて、指定された加工深さに工具３を設定して切削加工が行われる。ＣＣＤカメラ５４は、例えば５００倍以上の拡大観察可能な対物レンズの使用が望ましく、最高倍率８００倍まで可能なズーム式のＣＣＤカメラ５４を用いた場合、加工深さの位置決め精度０．５μｍを達成できた。
【００３１】
次に、本発明の光導波路板製造用マスタモデルの製造に用いられる基板について説明する。図９は、溝加工が行われる基板１と、その一部拡大断面を示す。基板１は、焼き入れした鋼材１ａに六面体研削を施し、光導波路パターンに対応する凹溝加工実施面に、溝加工深さｔよりも厚いめっき１ｂを施す。その後、再度六面体研削加工を行って、基板１に仕上げる。めっきは、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、又はＣｕめっきを用いる。溝加工を行うめっき層表面には、研削傷などの無い状態が望ましく、また各面及び面間の直角度、平行度、さらに平面度も必要である。めっき面の面粗度は、例えばＲｙ＝３μｍ以下であり、また、各面の直角度、平行度、平面度の誤差は１μｍ以下である。
【００３２】
次に、本発明の光導波路板製造用マスタモデルを用いて作製した光導波路板について説明する。図１０は、光導波路板製造の工程を示し、図１１は、光導波路板製造用マスタモデル１０と、光導波路板製造用の金型６と、光導波路用溝付き基板７を示す。光導波路板７を製造するため、まず、上述した切削加工により光導波路板製作用マスタモデル１０の製造が行われる（Ｓ２１）。光導波路板製作用マスタモデル１０は、光導波路パターンに対応する凹溝２０の他に、凹溝２０に干渉しない位置に、金型製造工程で用いられる脚部に対応する脚部溝６０を備えている。脚部溝６０の深さｄ２は、凹溝２０の深さｄ１よりも深くなっている。
【００３３】
続いて、光導波路パターンの溝構造を反転した金型が製造される（Ｓ２２）。この金型６は、光導波路板製造用マスタモデル１０を用いて、一般的な電鋳方法により製造される。電鋳により形成できる厚みが１ｍｍ以上可能な装置を用いて金型製造することが望ましい。金型６には、凹部溝２０によって形成される光導波路に対応する凸部６１の他に、脚部溝６０によって形成された脚部６２が備えられている。この脚部６２は、例えば、ｄ２＝ｄ１＋１０μｍとされ、電鋳後の金型の裏面を加工して平面を形成するとき、凸部６１を保護をすると共に、平面出しの基準面としても用いられる。
【００３４】
続いて、上述の金型６を用いてクラッド材による光導波路パターン用溝付き基板７が製造される（Ｓ２３）。この光導波路パターン用溝付き基板７の溝にコア材が充填され、さらに上部クラッド材によってコア材と光導波路パターン用溝付き基板７とを覆う後処理等が行われて光導波路板が製造される（Ｓ２４）。このように、本発明の光導波路板製造用マスタモデルを用いて製造した光導波路板は、導波路（コア溝）に切削痕が発生したとしても、切削痕が光軸と平行なものだけとなるので、切削痕による光損失が低減されたものとなる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を説明する斜視図。
【図２】同上製造方法における切削を説明する斜視図。
【図３】同上製造方法における手順を説明する斜視図。
【図４】同上製造方法を実施するための基板と工具の設置状況を説明する斜視図。
【図５】同上製造方法の工程フロー図。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は本発明の他の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を説明する斜視図。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は本発明のさらに他の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を説明する斜視図。
【図８】本発明の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルの製造方法を説明する斜視図。
【図９】本発明の一実施形態に係る基板の斜視図及び一部拡大断面図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光導波路板製造の工程フロー図。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光導波路板製造用マスタモデルを透過状態表示した斜視図、（ｂ）は同光導波路板製造用マスタモデルにより製造された金型の斜視図、（ｃ）は同金型により製造された光導波路用溝付き基板の斜視図。
【図１２】従来の基板加工を説明する斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
１    基板
２    光導波路パターン
３    工具
６    金型
７    光導波路板
１０    光導波路板製造用マスタモデル
１１    光導波路マスタモデル部
１２    光ファイバ固定用マスタモデル部
２０    凹溝
３０    切削すくい面
４０    固定溝
ａ    刃面方向
ｎ    切削すくい面の法線
ｂ    光軸方向
Ｄ    断面形状
【図１】
2005128396.tif 000003
【図２】
2005128396.tif 000004
【図３】
2005128396.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005128396.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005128396.tif 000011
【図１０】
2005128396.tif 000012
【図１１】
2005128396.tif 000013
【図１２】
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