(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ融着用治具のステージ上に取り付けることができるように構成されており、光ファイバを整列させてレーザ融着するために使用される複合基板であって、
ねじ穴部を有する保持基板と、
前記ねじ穴部へのねじの締め付け応力が直接加わらないよう前記ねじ穴部以外の前記保持基板の上に積層して形成され、レーザ融着の対象となる光ファイバを整列して収容させるための光ファイバ用Ｖ溝、および、前記光ファイバの整列精度を保証するためのガイドピン用Ｖ溝を有するＶ溝基板と、
を含み、
前記レーザ融着用治具は、押さえ板を有する上蓋部を有しており、
前記レーザ融着用治具のステージ上に前記複合基板が取り付けられるときに、前記上蓋部が閉じられる場合、前記ガイドピン用Ｖ溝に備えられるガイドピンと前記押さえ板とが衝突することで、前記光ファイバ用Ｖ溝に収容される前記光ファイバが、前記押さえ板と前記Ｖ溝基板の表面との間を一定のクリアランスを有するように整列して収納されるように構成され、
前記Ｖ溝基板および前記保持基板は、それぞれ、レーザ光が直接照射するのを回避するための開口部を有する
ことを特徴とする複合基板。
【請求項２】
請求項１に記載の複合基板において、前記Ｖ溝基板は、前記保持基板が備えるねじ穴部の各々に対応する位置に切り込み部を備えることを特徴とする複合基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記Ｖ溝基板の材料は、石英であることを特徴とする複合基板。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記Ｖ溝基板の材料は、ジルコニアであることを特徴とする複合基板。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記Ｖ溝基板の材料は、アルミナであることを特徴とする複合基板。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記Ｖ溝基板の材料は、ルビーであることを特徴とする複合基板。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記保持基板の材料は、ニッケルクロムモリブデン合金鋼であることを特徴とする複合基板。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記保持基板の材料は、マルエージング鋼であることを特徴とする複合基板。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の複合基板において、前記保持基板の材料は、鋳鉄で構成されたことを特徴とする複合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ整列用Ｖ溝複合基板に関し、具体的には、ねじ穴付保持基板に光ファイバ整列用Ｖ溝基板が積層して構成された複合基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術によるレーザ融着用のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１の構成を示す図である。図１に示すように、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１は、その基板の主面上に、光ファイバ整列用Ｖ溝１−１−１と、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝１−１−２と、ねじ穴部１−２とを備える。ねじ穴１−２部は、基板を貫通する。図１に示すように、精密に外径加工がなされたステンレスガイドピン１−３が、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝１−１−２に収容され、光ファイバ１−４が、光ファイバ整列用Ｖ溝１−１−１に設置されている。ねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１は、基板へのレーザ光の直接照射を回避するためのレーザ光用開口部１−５を備える。基板のＶ溝に並べられた光ファイバ１−４が押さえ板で押さえられたとき、ステンレスガイドピン１−３が高さ方向の精度決定要因となる。詳細は図３の説明において後述する。なお、本明細書においては、異なる図面において、同様の構成要素には、同様の符号が付されるので留意されたい。
【０００３】
図２は、従来技術による光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１を、レーザ融着用冶具のステージ２上に取り付ける態様を示す図である。光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１は、ねじ穴１−２を備える。レーザ融着用冶具は、光ファイバ整列用Ｖ溝基板１を設置する凹部２−１と、凹部２−１に設けられたねじ穴２−２と、上蓋部２−３とを備える。上蓋部２−３は、石英製の押さえ板２−３−１を備える。また、図２に示すように、光ファイバ整列用Ｖ溝が伸長する方向をｘ軸、光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板１の主面鉛直方向をｚ軸、斯かるｘ軸とｚ軸とに垂直な方向をｙ軸とするように座標軸をとった。以後の図において、斯かる座標軸は共通のものとする。図２は、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１が搭載される前の態様を示す図である。以下、レーザ融着用治具のステージへの光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板の搭載の態様を詳細に説明する。
【０００４】
凹部２−１に光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１を搭載し、ねじ穴部１−２とねじ穴２−２との位置合わせを行った後、ねじ固定を行い（簡単のため、ねじは図示しない）、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１をレーザ融着用治具のステージ２に取り付けることで、レーザ融着用治具への取り付けは完了する。
【０００５】
図３は、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１を搭載したレーザ融着用治具の機構を説明するための斜視図であり、（ａ）が上蓋部２−３を閉じたとき、（ｂ）が上蓋部２−３を開けたときの態様を示す。図３（ｂ）に示すように、ねじ２−２−１を使用して光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１をレーザ融着用治具に搭載する。
【０００６】
融着開始にあたって光ファイバを光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１に設置するとき、もしくは融着終了後の融着した光ファイバを取り出すときには、図３（ｂ）に示すように、上蓋部２−３が開かれた治具構成を取ることになる。上蓋部２−３には、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１と同種材料の石英製の押さえ板２−３−１が設けられている。図３（ａ）に示すように、上蓋部２−３が閉じられたときに、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１に設置されたステンレスガイドピン１−３と、押さえ板２−３−１とが衝突することで、融着する光ファイバ１−４（図示せず）が、Ｖ溝１−１−１内に押さえ板２−３−１と光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１の表面との間をある一定のクリアランスをもって、整列収容されることになる。
【０００７】
図４は、レーザ融着用治具の断面図を用いてレーザ融着の態様を示した図である。図４には、従来技術による光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板１がレーザ融着用治具のステージ２の凹部２−１に基板固定用のねじ２−２−１を用いて搭載された態様が示されている。上蓋部２−３が閉じられて、レーザ融着用治具のステージ２の凹部２−１に搭載された光ファイバ整列用Ｖ溝基板１に光ファイバ１−４は整列収容されている。また、光ファイバの高さ方向、即ちｚ軸方向のクリアランスは、押さえ板２−３−１がステンレスガイドピン１−３に突合することで決定されている。ＣＯ2レーザ光３が融着用治具上方から上蓋部２−３の間隙をぬって、光ファイバにめがけて照射され、ファイバ１−４を通過したレーザ光３ならびにその迷光は、光ファイバ整列用Ｖ溝基板１に設置された開口１−５を通過し、光ファイバ１−４の融着は完了する。
【０００８】
従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板を使用した場合、ねじの締め付け応力に加えて、レーザ照射に伴う治具周辺温度の急激な上昇による熱応力も負荷されることとなる。結果として、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板に著しい破損が生じていた。
【０００９】
図５は、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板を使用したときの基板の破損状態を示す拡大図である。図５において、ねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板に設けられたねじ穴部１−２と、ねじ２−２−１とが拡大されて示されている。図５に示すように、ねじ穴部１−２及びステンレスガイドピン１−３の設置部近傍で著しい破損４を確認することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ １０８２）：基準Ｔ系列軸応力標準値、インターネット＜ＵＲＬ：http://tohnichi.jp/technical/pdf/02_bolt_tightening_J.pdf＞
【非特許文献２】日本工業規格（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）：機械構造用合金鋼鋼材、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.godo-steel.co.jp/seihin/pdf/kouzou_4053.pdf＞
【非特許文献３】榎本信助著、「材料強度要論」、養賢堂、昭和５４年９月２５日刊行
【非特許文献４】井沢実著、「機械要素の設計解析」、山海堂、昭和５８年２月２８日第１６刷刊行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を鑑みて、ＣＯ2レーザ光照射による光ファイバ融着用治具に取り付けられる光ファイバ整列用Ｖ溝基板のたわみ及び破損を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、レーザ融着用治具のステージ上に取り付けることができるように構成されており、光ファイバを整列させてレーザ融着するために使用される複合基板であって、ねじ穴部を有する保持基板と、前記ねじ穴部へのねじの締め付け応力が直接加わらないよう前記ねじ穴部以外の前記保持基板の上に積層して形成され、レーザ融着の対象となる光ファイバを整列して収容させるための光ファイバ用Ｖ溝、および、前記光ファイバの整列精度を保証するためのガイドピン用Ｖ溝を有するＶ溝基板と、を含み、前記レーザ融着用治具は、押さえ板を有する上蓋部を有しており、前記レーザ融着用治具のステージ上に前記複合基板が取り付けられるときに、前記上蓋部が閉じられる場合、前記ガイドピン用Ｖ溝に備えられるガイドピンと前記押さえ板とが衝突することで、前記光ファイバ用Ｖ溝に収容される前記光ファイバが、前記押さえ板と前記Ｖ溝基板の表面との間を一定のクリアランスを有するように整列して収納されるように構成され、前記Ｖ溝基板および前記保持基板は、それぞれ、レーザ光が直接照射するのを回避するための開口部を有することを特徴とする。
【００１３】
ここで、Ｖ溝基板は、ねじ穴付保持基板が備えるねじ穴部の各々に対応する位置に切り込み部を備えるようにしてもよい。
【００１５】
Ｖ溝基板の材料は、石英であってもよい。
【００１６】
Ｖ溝基板の材料は、ジルコニアであってもよい。
【００１７】
Ｖ溝基板の材料は、アルミナであってもよい。
【００１８】
Ｖ溝基板の材料は、ルビーであってもよい。
【００１９】
保持基板の材料は、ニッケルクロムモリブデン合金鋼であってもよい。
【００２０】
保持基板の材料は、マルエージング鋼であってもよい。
【００２１】
保持基板の材料は、鋳鉄で構成してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、レーザ融着用冶具のステージに搭載する基板として、光ファイバ整列用Ｖ溝基板とねじ穴付保持基板とを積層搭載して構成された複合基板を用いる。これにより、レーザ融着用治具に光ファイバ整列用Ｖ溝基板を取り付ける際に発生していたねじの締め付け応力が光ファイバ整列用Ｖ溝基板に直接加わらなくなる。これにより、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝基板を使用したときに比べて、Ｖ溝の変形量を低減させることができる。その結果、Ｖ溝基板に整列される光ファイバの位置決め精度の向上が期待される。また、石英、ジルコニアなどのセラミック製Ｖ溝基板への負荷応力の影響を低減できるため、安定した融着接続損失分布を実現することができ、光ファイバ整列用Ｖ溝基板の高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板を示す説明図である。
【図２】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板のレーザ融着用治具のステージへの取り付けの態様を示す説明図である。
【図３】レーザ融着用治具の機構を説明するための斜視図であり、（ａ）が上蓋部を閉じたとき、（ｂ）が上蓋部を開けたときの態様を示す。
【図４】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板を用いてレーザ融着を実行する態様を示す説明図である。
【図５】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板に生じた破損部分の拡大図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板がねじ穴付保持基板上に積層搭載されて構成された複合基板を示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る複合基板のレーザ融着用治具のステージへの取り付けの態様を示す説明図である。
【図８】従来のねじ穴付ファイバ整列用石英Ｖ溝基板に負荷を与えたときの態様を示す説明図であり、（ａ）は力学解析モデルを示す図であり、（ｂ）は基板全体の合成変位量を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る複合基板に負荷を与えたときの態様を示す説明図であり、（ａ）は力学解析モデルを示す図であり、（ｂ）は複合基板全体の合成変位量を示す図である。
【図１０】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板及び本発明の第１の実施形態に係る複合基板の応力解析結果を示すグラフである。
【図１１】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板及び本発明の第１の実施形態に係る複合基板の合成変位解析結果を示すグラフである。
【図１２】基板全体にわたって安全率を求めた結果を示す説明図であり、（ａ）は従来のねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示し、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る複合基板に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板がねじ穴付保持基板上に積層搭載されて構成された複合基板を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る複合基板に負荷を与えたときの態様を示す説明図であり、（ａ）は力学解析モデルを示す図であり、（ｂ）は複合基板全体の合成変位量を示す図である。
【図１５】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板、本発明の第１の実施形態に係る複合基板、及び本発明の第２の実施形態に係る複合基板の応力解析結果を示すグラフである。
【図１６】従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板、本発明の第１の実施形態に係る複合基板、及び本発明の第２の実施形態に係る複合基板の合成変位解析結果を示すグラフである。
【図１７】基板全体にわたって安全率を求めた結果を示す説明図であり、（ａ）は従来のねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示し、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る複合基板に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る複合基板について説明する。
【００２５】
先ず、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５がねじ穴付保持基板６上に積層搭載されて構成された複合基板７の構成を示す説明図である。図６に示すように、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５は、光ファイバ整列用Ｖ溝５−１−１と、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝５−１−２と、ねじ用切り込み部５−２と、基板へのレーザ光照射を回避するための開口部５−４とを備える。ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝５−１−２に精密に外径加工されたステンレスガイドピン５−３が設置される。ねじ穴付保持基板６は、ねじ穴及びザグリ穴から構成されたねじ穴部６−１と、開口部６−２とを備える。複合基板７のサイズは、幅１６ｍｍ×奥行き１２ｍｍ×厚み３ｍｍである。光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５の厚みは、１．５ｍｍである。
【００２７】
図６に示すように、ねじ穴付保持基板６のねじ穴部６−１の位置に対応する、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５の部分には切り込み部５−２が設けられている。斯かる構成をとることによって、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５には、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板に設置していたようなねじ穴部を設ける必要が無くなる。
【００２８】
図７は、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板をねじ穴付保持基板上に積層搭載した複合基板７を、レーザ融着用治具のステージ２に取り付ける態様を示す図である。図７に示すように、レーザ融着用治具は、レーザ融着用治具のステージ２に設けられた基板搭載用の凹部２−１と、凹部２−１に設けられたねじ穴２−２とを備える。
【００２９】
図７に示すように、本実施形態に係る複合基板７をレーザ融着用治具のステージ２に設けられた基板搭載用の凹部２−１に搭載し、ねじ穴付保持基板６のねじ穴部６−１とレーザ融着用治具のステージ２の凹部２−１に設けられたねじ穴２−２とをねじ止めすることで、レーザ融着用治具への取り付けは完了する。
【００３０】
本発明による複合基板構成の有用性を確認するために、図８及び図９に、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板の力学解析モデルと本実施形態に係る複合基板の力学解析モデルとに対し、有限要素法に基づく強度解析を行った結果を示す。
【００３１】
図８（ａ）は、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板の解析モデルを示す図であり、図８（ｂ）は、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板全体の合成変位量を示す図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の解析モデルを示す図であり、図９（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板全体の合成変位量を示す図である。また、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、座標軸をとった。図５に示したような、大きな破損を招き、且つ融着用治具のファイバ整列精度を保証する上でも重要な箇所であるステンレスガイドピン設置用Ｖ溝に特に着目して、従来技術による基板構成と本発明による複合基板構成との比較解析を行った。
【００３２】
図８（ａ）に示すように、従来技術によるねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１は、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝１−１−２と、ねじ穴部１−２とを備える。図８に示すように、ねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１上に設けたねじ穴部１−２のザグリ穴にｚ軸方向の標準ねじ軸応力（２１０Ｎ／ｍｍ2）の負荷を与えた（非特許文献１を参照）。ねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１は、レーザ融着用治具のステージ上の凹部に設置して固定されるため、ねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１のＶ溝が構成される面と対向する面を固定端と設定して解析を行った。基板全体の合成変位量を示す解析結果を図８（ｂ）に示す。ねじ穴部１−２周辺を中心にねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板が変形する態様を見ることができる。
【００３３】
図９（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５は、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝５−１−２を備え、ねじ穴付保持基板６は、ねじ穴部６−１を備える。図９（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５をねじ穴付保持基板６に積層搭載して構成された複合基板において、ねじ穴部６−１のザグリ穴にｚ軸方向の標準ねじ軸応力の負荷を与えた（非特許文献１を参照）。本実施形態に係る複合基板は、レーザ融着用治具のステージ上の凹部に設置して固定されるため、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板５が搭載されるねじ穴付保持基板６の面と対向するねじ穴付保持基板６の面を固定端と設定して解析を行った。ねじ穴付保持基板の材料として、機械構造用合金鋼鋼材であるニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９を用いた（非特許文献２を参照）。複合基板全体の合成変位量を示す解析結果を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、実線矢印で指し示した領域は合成変位量が最大となる領域であり、破線矢印で指し示した領域は合成変位量が最小となる領域であり、一点鎖線矢印で指し示した領域は合成変位量がそれらの中間の値をとる領域である。ねじ穴部６−１周辺を中心に変形が生じていることが分かる。図９（ｂ）に示すように、その合成変位量から従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板の場合（図８（ｂ）を参照）と比較して、標準ねじ軸応力が石英基板に与える影響が小さくなっていることが分かる。
【００３４】
図１０は、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板と本発明の第１の実施形態に係る複合基板とにおいて、図８及び図９で示したステンレスガイドピン設置用Ｖ溝部における最大主応力がｘ軸方向に変化する様子を解析した結果を示すグラフである。図１０において、ｘ軸は基板中央からの位置を表し、ｙ軸は最大主応力を表す。図１０に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板においては、最大主応力中の最大値として、（１．６６Ｅ＋７）Ｎ／ｍｍ＾２との結果が得られた。一方、本実施形態に係る複合基板においては、最大主応力中の最大値として、（１．２７Ｅ＋６）Ｎ／ｍｍ＾２との結果が得られ、約１０分の１の結果となることが分かった。従って、本実施形態に係る複合基板構成の有効性を確認することができた。
【００３５】
図１１は、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板と、本発明の第１の実施形態に係る複合基板とについて、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝における合成変位量が、図８及び図９で示したＶ溝長手方向（ｘ軸方向）変化する様子を示すグラフである。図１１において、ｘ軸は基板中央からの位置を表し、ｙ軸は合成変位量を表す。図１１に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板においては、最大合成変位量として、７．６１Ｅ−０７ｍという結果が得られた。一方、本実施形態に係る複合基板においては、最大合成変位量は、１．２６Ｅ−７ｍとなり、約１０分の１の変位に収まる様子が見られ、良好な結果を示すことが明らかとなった。また、従来のねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板においては、精度保証を行うガイドピン設置位置において、ほぼ１μｍと大きな位置変化を与えていた。一方、本実施形態に係る複合基板においては、基板中央から基板端に向けて変形量の上昇がみられ、変形量はガイドピン位置決めに押さえ板が関与しない基板端（即ちｘ＝８．０ｍｍ、図４を参照）で最大を示しており、その位置でさえ、約０．１μｍオーダの変形に留まっていることが明らかとなった。そのため、本実施形態に係る複合基板が光ファイバアライメント精度を向上させる点においても有効であることが明らかとなった。
【００３６】
図１２は、基板全体にわたって安全率を求めた結果を示す図であり、（ａ）は従来のねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝石英基板１に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示し、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る複合基板７に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示す。図１２（ｂ）において、実線矢印で指し示した領域は安全率が最大となる領域であり、破線矢印で指し示した領域は安全率が最小（４．２）となる領域であり、一点鎖線矢印で指し示した領域は安全率がそれらの中間の値をとる領域である。安全率を求めるにあたり、両基板材料はともに脆性材料と考え、最大主応力を評価基準に解析を行った。ねじ穴付保持基板材料としては、上記の通り、機械構造用合金鋼鋼材であるニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９（非特許文献２を参照）を使用し、破壊基準応力として降伏応力を用いた。また、本解析においては、石英基板の破壊基準応力は、表面に１μｍの表面傷（クラック）が発生している場合のＧｒｉｆｆｉｔｈの亀裂成長理論（非特許文献３を参照）に基づいて決定している。
【００３７】
図１２に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１における最小安全率が０．５であるのに対して、本実施形態に係る複合基板７における最小安全率は４．２であり、向上していることが分かった。また、静荷重下における脆性材料については安全率が４以上の結果が求められるところ、ねじ穴付保持基板の複合基板構成部材としての十分な耐久性が確認された（非特許文献４を参照）。その一方、本実施形態に係る石英基板について、安全率基準として、脆性材料ではなく、石材の安全基準の２０以上という厳しい評価を与えた場合であっても（非特許文献４を参照）、レーザ融着加工に影響を与える光ファイバ整列用Ｖ溝が設けられた面全域で安全係数が２０以上の値を示し、ねじ軸応力がもたらす破壊に対する安全性の向上を期待することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００３９】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８がねじ穴付保持基板６上に積層搭載されて構成された複合基板９の構成を示す説明図である。図１３に示すように、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８は、光ファイバ整列用Ｖ溝８−１−１と、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝８−１−２と、切り込み部８−２と、基板へのレーザ光照射を回避するための開口部８−３とを備える。ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝８−１−２に精密に外径加工されたステンレスガイドピンが設置される。ねじ穴付保持基板６は、ねじ穴及びザグリ穴から構成されたねじ穴部６−１と、開口部６−２とを備える。複合基板９のサイズは、幅１６ｍｍ×奥行き１２ｍｍ×厚み３ｍｍである。光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８の厚みは、１．５ｍｍである。
【００４０】
図１３に示すように、ねじ穴付保持基板６のねじ穴部６−１の位置に対応する、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８の部分には切り込み部８−２が設けられている。本実施形態の技術的特徴は、第１の実施形態と異なり、ねじ搭載位置のみならず、ねじ穴付保持基板の４隅にまで、切り込み部８−２を広げた点である。このような構成をとることによって、本実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８には、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板に設置していたようなねじ穴を設ける必要が無くなる。本実施形態に係る複合基板のレーザ融着用治具のステージ上への取り付けは、第１の実施形態と同様であるため、説明を割愛する（図７を参照）。
【００４１】
図１４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板がねじ穴付保持基板上に積層搭載されて構成された複合基板の力学解析モデルを示す図であり、図１４（ｂ）は、そのモデルの変形を解析した合成変位量を示す図である。第２の実施形態に係る複合基板を、従来技術ならびに第１の実施形態に係る複合基板と比較するために、図５に示したような、大きな破損を招いたステンレスガイドピン設置用Ｖ溝について特に着目して、従来型の基板構成と本発明による複合基板構成との比較解析を行った。
【００４２】
図１４（ａ）に示すように、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８は、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝８−１−２を備え、ねじ穴付保持基板６は、ねじ穴部６−１を備える。図１４（ａ）に示すように、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８をねじ穴付保持基板６に積層搭載して構成された複合基板において、ねじ穴部６−１のザグリ穴に標準ねじ軸応力の負荷を与えた（非特許文献１を参照）。本実施形態に係る複合基板は、レーザ融着用治具のステージ上の凹部に設置して固定されるため、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板８が搭載されるねじ穴付保持基板６の面と対向するねじ穴付保持基板６の面を固定端と設定して解析を行った。複合基板全体の合成変位量を示す解析結果を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において、実線矢印で指し示した領域は合成変位量が最大となる領域であり、破線矢印で指し示した領域は合成変位量が最小となる領域であり、一点鎖線矢印で指し示した領域は合成変位量がそれらの中間の値をとる領域である。ねじ穴付保持基板の材料としてニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９を用いた（非特許文献２を参照）。ねじ穴部６−１周辺を中心に変形が生じていることが分かる。その合成変位量から従来のねじ穴付光ファイバ整列用Ｖ溝基板の場合（図８（ｂ）を参照）と比較して、標準ねじ軸応力が石英基板にはほとんど影響を与えていないことが分かる。
【００４３】
図１５は、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板、本発明の第１の実施形態に係る複合基板７、及び本発明の第２の実施形態に係る複合基板９において、図８、図９、及び図１４で示したステンレスガイドピン設置用Ｖ溝部における最大主応力がｘ軸方向に変化する様子を解析した結果を示すグラフである。図１５において、ｘ軸は基板中央からの位置を表し、ｙ軸は最大主応力を表す。図１５に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板においては、最大主応力中の最大値として、（１．６６Ｅ＋７）Ｎ／ｍｍ＾２との結果が得られ、本発明の第１の実施形態に係る複合基板においては、（１．２７Ｅ＋６）Ｎ／ｍｍ＾２との結果（簡単のため図示せず、図１０を参照）が得られた。これらについては、図１０と同様である。一方、本発明の第２の実施形態に係る複合基板においては、最大主応力中の最大値として、（１．３５Ｅ＋６）Ｎ／ｍｍ＾２との結果が得られ、第１の実施形態の結果と比べて、わずかに高いものの、従来基板と比べると、約１０分の１の結果であることが分かった。従って、本実施形態に係る複合基板９でも大幅な最大主応力の低減を確認することができた。特に、第１の実施形態と比較した場合、基板中央から約３ｍｍの位置で最大値を示した後には、基板端に向けて最大主応力が零付近で推移する点で第１の実施形態に比べて良好な特性を示すことが明らかとなった。
【００４４】
図１６は、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板、本発明の第１の実施形態に係る複合基板、及び本発明の第２の実施形態に係る複合基板について、ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝における合成変位量が、図８、図９、及び図１４で示したＶ溝長手方向（ｘ軸方向）に変化する様子を示すグラフである。図１６において、ｘ軸は基板中央からの位置を表し、ｙ軸は合成変位量を表す。図１６に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板においては、最大合成変位量として、７．６１Ｅ−０７ｍとの結果が得られ、本発明の第１の実施形態に係る複合基板においては、基板端での１．２６Ｅ−７ｍという結果が得られた。これに対して、本発明の第２の実施形態に係る複合基板においては、基板中央から約４．５ｍｍの位置で最大合成変位量８．１２Ｅ−０８ｍを示し、従来の基板及び第１の実施形態に係る複合基板と比べて著しく小さい値を示すことが明らかとなった。本実施形態では、精度保証を行うガイドピン設置位置においてサブミクロンの変化を下回る解析結果が得られ、光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板の光ファイバアライメント精度の点においても有効であることが明らかとなった。
【００４５】
図１７は、基板全体における安全率を求めた結果を示す図であり、（ａ）は従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示し、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る複合基板９に対して標準ねじ軸応力の負荷がかかった場合の安全率を求めた結果を示す。図１７（ｂ）において、実線矢印で指し示した領域は安全率が最大となる領域であり、破線矢印で指し示した領域は安全率が最小（４．３）となる領域であり、一点鎖線矢印で指し示した領域は安全率がそれらの中間の値をとる領域である。安全率を求めるにあたり、構成基板材料を考慮して、最大主応力を評価基準に解析を行った。ねじ穴付保持基板材料としては、上記の通り、機械構造用合金鋼鋼材であるニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３９（非特許文献２を参照）を使用し、破壊基準応力として降伏応力を用いた。また、本解析においては、石英基板の破壊基準応力は、表面に１μｍの表面傷（クラック）が発生している場合のＧｒｉｆｆｉｔｈの亀裂成長理論（非特許文献３を参照）に基づいて決定している。
【００４６】
図１７に示すように、従来のねじ穴付光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板１における最小安全率が０．５であるのに対して、本実施形態に係る複合基板９における最小安全率は４．３であり、向上していることが分かった。また、静荷重下における脆性材料については安全率が４以上の結果が求められるところ、ねじ穴付保持基板の複合基板構成部材としての十分な耐久性が確認された（非特許文献４を参照）。その一方、本実施形態に係る石英基板について、安全率基準として、脆性材料ではなく、石材の安全基準の２０以上という厳しい評価を与えた場合であっても（非特許文献４を参照）、レーザ融着加工に影響を与える光ファイバ整列用Ｖ溝が設けられた面全域で安全率が２０以上の値を示し、ねじ軸応力がもたらす破壊に対する安全性の向上を期待することができる。
【００４７】
本発明による光ファイバ整列用Ｖ溝基板をねじ穴付保持基板に積層搭載した複合基板については、光ファイバ整列用Ｖ溝基板材料として石英材料を中心に述べてきたが、基板材料をジルコニア、アルミナ、又はルビーに変更しても、ねじ軸応力が基板自体に付与されないため、ひずみを小さく抑えることができ、光ファイバアライメント精度向上を期待することができる。また、ねじ穴付保持基板については、ニッケルクロムモリブデン鋼を中心に述べてきたが、これについては、弾性率が高く、極限強さが大きい材料であれば使用することができる。例えば、機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ材或いはマルエージング鋼などを用いることができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１  従来型ねじ穴付き光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板
１−１―１  光ファイバ整列用Ｖ溝
１−１―２  ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝
１−２  ねじ穴部
１−３  ステンレスガイドピン
１−４  光ファイバ
１−５  レーザ光用開口部
２  レーザ融着冶具のステージ
２−１  凹部
２−２  ねじ穴
２−２−１  ねじ
２−３  上蓋部
２−３−１  押さえ板
３  レーザ光
４  破損
５  光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板
５−１−１  光ファイバ整列用Ｖ溝
５−１−２  ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝
５−２  切り込み部
５−３  ステンレスガイドピン
５−４  レーザ光用開口部
６  ねじ穴付保持基板
６−１  ねじ穴部
６−２  レーザ光用開口部
７  第１の実施形態に係る複合基板
８  第２の実施形態に係る光ファイバ整列用石英Ｖ溝基板
８−１−１  光ファイバ整列用Ｖ溝
８−１−２  ステンレスガイドピン設置用Ｖ溝
８−２  切り込み部
８−３  レーザ光用開口部
９  第２の実施形態に係る複合基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１７】
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