JP4282440B2 - 光ファイバアレイ - Google Patents

Description

本発明は、光通信などにおいて複数本の光ファイバを光導波素子の光導波路などに結合するために用いられる光ファイバアレイに関し、特に、光ファイバ芯線を固定するための接着剤に関するものである

光ファイバアレイ（光ファイバ配列構造）は、複数本の光ファイバ芯線が帯状に配列された構成の光ファイバテープから引き出されて被覆層を除去した光ファイバ芯線を、光ファイバ配列具によって一定のピッチで同一平面上に帯状に整列した状態で接着固定した構成となっている。光ファイバ芯線は、コアの回りをクラッドによって覆った断面構造を備えており、その周りが被覆層によって覆われている。被覆層は一般にプライマリコートおよびその外側を覆っているナイロン被覆層から構成されている。一般的に使用されている光ファイバ芯線の被覆層の外径は約２５０μｍであり、その中心に位置している光ファイバ芯線自体の外径は半分の約１２５μｍである。光ファイバテープは、複数本の光ファイバ芯線を帯状に配列した状態でテープ被覆層によって覆った構造となっており、通常は、光ファイバ芯線が相互に接触した状態に配列されている。すなわち、約２５０μｍのピッチで配列されている。

光ファイバ配列具は、光ファイバ芯線を一定のピッチ、通常は２５０μｍのピッチで配列するためのＶ溝が形成されたＶ溝基板と、このＶ溝基板に積層接着される押さえ基板とを備えており、これらの間に三角形断面の光ファイバ芯線の保持部が形成されている。光ファイバテープの先端部分の被覆を除去することにより露出した複数本の光ファイバ芯線が各保持部（Ｖ溝）に収納され、接着固定される。光ファイバ芯線が接着固定された光ファイバ配列具の先端面では、一定ピッチで配列された光ファイバ芯線の先端面が露出した状態になる。

近年においては、光通信機器の小型、コンパクト化の要求に応じて、それらの構成素子の小型化、コンパクト化の要求が高まっている。このためには、光通信機器に組み込まれている導波路素子の導波路の狭ピッチ化を図る必要があり、導波路が狭ピッチ化されると、光ファイバアレイの光ファイバピッチもそれに合わせて狭ピッチ化する必要がある。そのために、光ファイバテープにおける光ファイバピッチの半分のピッチで、光ファイバ配列具によって光ファイバ芯線を配列した、所謂ハーフピッチ配列の光ファイバアレイが提案されている。例えば、下記の特許文献１には、上下に光ファイバテープを重ね、各光ファイバテープから引き出されている光ファイバ芯線を交互にハーフピッチで配列した構造の光ファイバアレイが開示されている。

ここで、ハーフピッチ配列の光ファイバアレイにおいては、上下の光ファイバテープの先端から引き出されて光ファイバ配列具の保持部（Ｖ溝）に到る光ファイバ芯線の露出部分は接着剤によって被覆された状態で光ファイバ配列具に固定されている。この露出部分は、接着剤の硬化収縮の影響を受け、使用状態においては接着剤の熱変形による影響を受けるとして、接着剤としては、従来、低温時でも柔らかいＵＶ硬化型のアクリル系接着剤が用いられている。
特開平１０−９６８３６号公報

しかしながら、低温時にも柔らかいＵＶ硬化型のアクリル系接着剤を用いて光ファイバ芯線の露出部分を被覆した状態で光ファイバ配列具に固定すると、環境ストレスとしての温度変化を繰り返し加えた際、逆に、接着剤の熱変形により、露出部分の曲がりが大きくなって、光伝送損失が増加するなどの弊害が発生するという問題点がある。

ここに本願出願人は、かかる原因を追究した結果、温度変化を加えた際、接着剤の収縮率（膨張率）が光ファイバ配列具を構成する石英ガラスなどよりも大きく、それによるストレスが光ファイバに加わるからであるという知見を得た。また、接着剤の温度変化に伴う収縮率（膨張率）は、ある幅をもったヒステリシスを示し、かつ、このような傾向は、接着剤のガラス転移温度ＴＧ（ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が低温側にある場合に顕著であるという知見を得た。さらに、光ファイバテープを２段に重ねた構造に対してＵＶ硬化型のアクリル系接着剤を用いると、光ファイバ同士が重なる部分が影になって、ＵＶ光が直接照射されず、接着剤が十分に硬化しない結果、上側の光ファイバが動くおそれがあるという知見を得た。

そこで、本発明の課題は、上記の知見に基づいて、接着剤の特性を最適化して、温度変化を繰り返し加えても、接着剤の熱変形に起因する弊害を回避可能な光ファイバアレイを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、複数本の光ファイバ芯線が帯状に配列された光ファイバテープと、この光ファイバテープの先端部分から引き出されて被覆層が除去された各光ファイバ芯線を一定のピッチで帯状に同一平面上に配列した状態で保持する保持部を備えた光ファイバ配列具とを有し、前記光ファイバ芯線における露出位置から前記保持部までの間の露出部分が接着剤により被覆された状態で前記光ファイバ配列具に固定された光ファイバアレイにおいて、
前記接着剤は、少なくとも、以下の成分（Ａ）、（Ｂ）
成分（Ａ）：硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物
成分（Ｂ）：シリコンオイル末端基にエポキシ基を導入したエポキシ化シリコーン
の双方を含み、動的粘弾性測定装置を用いて２℃／ｍｉｎの昇温速度と測定周波数１０Ｈｚの条件で測定したガラス転移温度が＋２５℃から＋４５℃までの範囲にあることを特徴とする。

本発明において、前記接着剤は、該接着剤のガラス転移温度より１０℃低い温度以下における弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、当該ガラス転移温度より１０℃高い温度以上における弾性率が０．０５ＧＰａ以下であることが好ましい。

本発明において、硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ａ）として、以下の成分（Ｃ）、（Ｄ）
成分（Ｃ）：配合成分の段階からＯＨ基を有する樹脂組成物
成分（Ｄ）：配合成分がＯＨ基を有するか否かに関わらず、少なくとも硬化後にはＯＨ基を有する樹脂組成物
のうちの少なくとも一方が用いられる。

本発明において、硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ａ）は、接着剤全体に対して２０重量％以上、配合されていることが好ましい。

本発明において、前記接着剤は、カチオン重合開始剤を含む光硬化および熱硬化併用型の接着剤、あるいは熱硬化型の接着剤として調製される。

本発明において、前記光ファイバテープは、上下に重ねた上側光ファイバテープおよび下側光ファイバテープを備え、前記光ファイバ配列具の前記保持部は、前記上側光ファイバテープから引き出されている上側光ファイバ芯線と、前記下側光ファイバテープから引き出されている下側光ファイバ芯線とを同一平面上において交互に配列した状態で保持し、前記上側光ファイバ芯線の前記上側光ファイバテープからの露出位置から前記保持部までの間の露出部分、および前記下側光ファイバ芯線の前記下側光ファイバテープからの露出位置から前記保持部までの間の露出部分が前記接着剤により被覆された状態で前記光ファイバ配列具に固定されることがあり、このような構成の光ファイバアレイに本発明を適用すると効果的である。

本発明に係る光ファイバアレイでは、温度変化を加えた際、接着剤の弾性率が光ファイバ配列具を構成する石英ガラスなどと大きな差がないため、それによるストレスが光ファイバに加わることがない。また、接着剤の温度変化に伴うなる収縮率（膨張率）は、ある幅をもったヒステリシスを示し、かつ、このような傾向は、接着剤のガラス転移温度が低温側にある方が顕著であるが、本形態では、接着剤のガラス転移温度が＋２５℃から＋４５℃までの範囲にあり、比較的高いので、温度変化を繰り返し加えても、それによるストレスが光ファイバに加わることがない。また、本形態の接着剤は、熱硬化型、あるいは熱硬化と光硬化の併用型であるため、光ファイバテープを２段に重ねた構造の場合に、光ファイバ同士が重なる部分においても、接着剤を確実に硬化させることができるので、上側の光ファイバが動くおそれもない。それ故、本形態によれば、環境ストレスとして温度変化を繰り返し加えた場合でも、接着剤の熱変形により露出部分の曲がりを防止できるので、光伝送損失が増加するなどの弊害を回避することができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した光ファイバアレイを説明する。

［光ファイバアレイの構成］
図１は本発明を適用した１６芯用の光ファイバアレイの構成を示す概略断面図であり、図２はその先端面を示す部分端面図であり、図３は上側光ファイバテープを示す説明図である。これらの図を参照して説明すると、光ファイバアレイ１は、８本の上側光ファイバ芯線２Ａ（２Ａ（１）〜２Ａ（８））が約２５０μｍピッチで帯状に配列された上側光ファイバテープ３Ａと、８本の下側光ファイバ芯線２Ｂ（２Ｂ（１）〜２Ｂ（８））が約２５０μｍピッチで帯状に配列された下側光ファイバテープ３Ｂと、１６芯用の石英ガラス製の光ファイバ配列具４とを有している。

図３から分かるように、上側光ファイバテープ３Ａの各上側光ファイバ芯線２Ａは、円形断面のコア２１および、この周りに形成した円環状断面のクラッド２２を備えた芯線部分２３と、芯線部分２３の周りを被覆している円環状の被覆層２４とから構成されている。光ファイバ芯線２の外径は約２５０μｍであり、その中心の芯線部分２３の外径は半分の約１２５μｍである。上側光ファイバテープ３Ａは、この構成の８本の光ファイバ芯線２Ａ（１）〜２Ａ（８）が相互に接した状態で帯状に配列されており、従って、各光ファイバ芯線は約２５０μｍのピッチで配列されている。これらの光ファイバ芯線２Ａはテープ被覆層３ａによって被覆され、相互に結合されている。下側光ファイバテープ３Ｂも同一構造であるので、その説明を省略する。

図１から分かるように、光ファイバテープ３Ａ、３Ｂの先端部分は、所定長さに渡ってテープ被覆３ａが除去されて、上側光ファイバ芯線２Ａ（１）〜２Ａ（８）および下側光ファイバ芯線２Ｂ（１）〜２Ｂ（８）が引き出されている。また、上側光ファイバ芯線２Ａ（１）〜２Ａ（８）および下側光ファイバ芯線２Ｂ（１）〜２Ｂ（８）の先端側の部分は、それぞれ被覆層２４が除去されて芯線部分２３が露出した露出部分２３Ａ（１）〜２３Ａ（８）および２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（８）とされている。

光ファイバ配列具４は、石英ガラスなどからなるＶ溝基板４１と、この表面４１ａに積層接着した同じく石英ガラスなどからなる押さえ基板４２とを備えている。Ｖ溝基板４１の表面４１ａには、約１２５μｍのピッチで１６本のＶ溝４３（保持部）が形成されている。各Ｖ溝４３に収容された上側光ファイバ芯線の露出部分２３Ａ（１）〜２３Ａ（１２）および下側光ファイバ芯線の露出部分２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（１２）は、同一の配列平面Ｐ１上において約１２５μｍのピッチで配列された状態になっている。

上側光ファイバテープ３Ａから延びている上側光ファイバ芯線２Ａ（１）〜２Ａ（１２）の露出部分２３Ａ（１）〜２３Ａ（４）は、それぞれ奇数番目のＶ溝４３（１）、４３（３）、４３（５）・・・に収容されている。これに対して、下側光ファイバテープ３Ｂから延びている下側光ファイバ芯線２Ｂ（１）〜２Ｂ（１２）の露出部分２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（１２）は、それぞれ偶数番目のＶ溝４３（２）、４３（４）、４３（６）、・・・に収容されている。すなわち、光ファイバテープ３Ａ、３Ｂから引き出されている光ファイバ芯線２３Ａ（１）〜２３Ａ（８）および２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（８）が交互に配列されている。

光ファイバ配列具４のＶ溝基板４１の後端部分は押さえ基板４２の後端面４２ａよりも後方に延びており、この延長部分４４の表面４４ａの後端部分には一段下がった段面４５が形成されている。この段面４５には、上下に積層した上側および下側光ファイバテープ３Ａ、３Ｂの先端部分が乗っている。

また、光ファイバテープ３Ａ、３Ｂの先端部分から押さえ基板４２の後端面４２ａまでの間には、後述する接着剤４６が充填されており、接着剤４６によって光ファイバテープ先端部分、そこから延びている各光ファイバ芯線の露出部分２３Ａ（１）〜２３Ａ（８）および２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（８）が基板表面４１ａに接着固定されていると共に、当該接着剤４６によって被覆されている。

なお、上記の例は、１６芯用の光ファイバアレイに関するものであるが、異なる芯数の光ファイバアレイや、下側光ファイバテープが１段の光ファイバアレイについても本発明を同様に適用できることは勿論である。

［接着剤４６の構成］
このような構成の光ファイバアレイ１を構成するにあたって、本発明では、接着剤４６として、少なくとも、以下の成分（Ａ）、（Ｂ）
成分（Ａ）：硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物
成分（Ｂ）：シリコンオイル末端基にエポキシ基を導入したエポキシ化シリコン
を含む接着剤を用いる。

ここで、成分（Ａ）としては、配合成分の段階からＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ｃ）、および配合成分がＯＨ基を有するか否かに関わらず、少なくとも硬化後にはＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ｄ）の少なくとも一方を用いる。成分（Ｃ）としては、固形エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ポリブタジエンゴム、ポリエステル樹脂などを用いることができる。成分（Ｄ）としては、例えば、エポキシ樹脂などを用いることができる。

また、本発明に係る接着剤は、カチオン重合開始剤を含むか否かによって、２つのタイプに分類することができる。第１のタイプは、カチオン重合開始剤を含む樹脂組成物であり、ＵＶ硬化性および熱硬化性の双方を有しているので、ＵＶ硬化と熱硬化とを併用する。第２のタイプは、カチオン重合開始剤を含まない樹脂組成物であり、熱硬化性は有しているが、ＵＶ硬化性を有していないので、熱硬化を採用する。

なお、フィラーとしては、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、亜鉛酸化物などの金属酸化物、あるいは樹脂ビーズなどを用いることができる。

表１〜４には、本発明の実施例に係る接着剤の組成を示してある。

表１〜４に示す各接着剤に用いた各材料と、前記の成分（Ａ）〜（Ｄ）との対応は、以下
成分（Ａ）としての成分（Ｄ）
ビスフェノール型エポキシ樹脂
(３′，４′−エポキシシクロヘキサン)メチル３，４−エ
ポキシシクロヘキサンカルボキシレート
２、２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン
ジグリシジルエーテル
１、６ヘキサンジオールジグリシジルエーテル
成分（Ａ）としての成分（Ｃ）
ビスフェノール型固形エポキシ樹脂
ヘキサンジオール
ポリカーボネートポリオール
３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン
成分（Ｂ）
エポキシ変性シロキサンオリゴマー
硬化剤
変性脂肪族ポリアミン
２−エチル−４−メチルイミダゾール
カチオン重合開始剤
その他の成分
カップリング剤
フィラー
のとおりである。

表１〜４から分かるように、実施例Ａ１〜Ａ２３に係る接着剤は、カチオン重合開始剤を含む第１のタイプの樹脂組成物であり、ＵＶ硬化性および熱硬化性の双方を有しているので、ＵＶ硬化と熱硬化とを併用する。実施例Ｂ１〜Ｂ１８に係る接着剤は、カチオン重合開始剤を含まない第２のタイプの樹脂組成物であり、熱硬化性は有しているが、ＵＶ硬化性を有していないので、熱硬化を採用する。

このような接着剤は、いずれも、ガラス転移温度が＋２５℃から＋４５℃までの範囲にある。また、本発明を適用した接着剤は、ガラス転移温度より１０℃低い温度以下における弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、ガラス転移温度より１０℃高い温度以上における弾性率が０．０５ＧＰａ以下である。ここでいうガラス転移温度は、２℃／ｍｉｎの昇温速度と測定周波数１０Ｈｚの条件で測定した値である。

従って、本形態の接着剤を、図１〜図３に示す光ファイバアレイ１において、光ファイバテープ先端部分、そこから延びている各光ファイバ芯線の露出部分２３Ａ（１）〜２３Ａ（８）および２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（８）を被覆した状態で光ファイバ配列具４に接着固定する接着剤４６として用いれば、接着剤の弾性率が光ファイバ配列具を構成する石英ガラスなどと大きな差がないため、温度変化を加えた際、それによるストレスが光ファイバに加わることがない。また、接着剤の温度変化に伴う収縮率（膨張率）は、ある幅をもったヒステリシスを示し、かつ、このような傾向は、接着剤のガラス転移温度が低温側にある方が顕著であるが、本形態では、接着剤のガラス転移温度が＋２５℃から＋４５℃までの範囲にあり、比較的高いので、温度変化を繰り返し加えても、それによるストレスが光ファイバに加わることがない。ここで、ガラス転移温度を＋８５°以上とすると、−４０℃〜＋８５℃の温度サイクルを繰り返すと、接着剤に温度ストレスが蓄積して、光ファイバ芯線に断線が発生することもあるが、本形態によれば、このような弊害も回避できる。

また、本形態の接着剤は、熱硬化型、あるいは熱硬化と光硬化の併用型であるため、光ファイバテープを２段に重ねた構造の場合に、光ファイバ同士が重なる部分が影になっても、熱硬化により接着剤が確実に硬化するので、上側の光ファイバが動くという弊害を回避できる。

それ故、本形態によれば、環境ストレスとして温度変化を繰り返し加えた場合でも、接着剤の熱変形により露出部分の曲がりを防止できるので、光伝送損失が増加するなどの弊害を回避することができる。

なお、本願発明者が表１〜表４に示す組成以外についても種々検討した結果、成分（Ａ）については、接着剤全体に対して２０重量％以上があることが好ましい。

本発明を適用した光ファイバアレイの概略断面図である。 図１の光ファイバアレイの先端面を示す部分端面図である。 図１の光ファイバアレイの上側光ファイバテープを示す説明図である。

符号の説明

１ 光ファイバアレイ
２、２Ａ（１）〜２Ａ（８）、２Ｂ（１）〜２Ｂ（８） 光ファイバ芯線
２１ コア
２２ クラッド
２３、２３Ａ（１）〜２３Ａ（１２）、２３Ｂ（１）〜２３Ｂ（１２）
光ファイバ芯線の露出部分
２４ 被覆層
３Ａ、３Ｂ 光ファイバテープ
３ａ テープ被覆層
４ 光ファイバ配列具
４１ Ｖ溝基板
４２ 押さえ基板
４３、４３（１）〜４３（８） Ｖ溝（保持部）
４６ 接着剤

Claims (8)

1. 複数本の光ファイバ芯線が帯状に配列された光ファイバテープと、この光ファイバテープの先端部分から引き出されて被覆層が除去された各光ファイバ芯線を一定のピッチで帯状に同一平面上に配列した状態で保持する保持部を備えた光ファイバ配列具とを有し、前記光ファイバ芯線における露出位置から前記保持部までの間の露出部分が接着剤により被覆された状態で前記光ファイバ配列具に固定された光ファイバアレイにおいて、
   前記接着剤は、少なくとも、以下の成分（Ａ）、（Ｂ）
   成分（Ａ）：硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物
   成分（Ｂ）：シリコンオイル末端基にエポキシ基を導入したエポキシ化シリコーン
   の双方を含み、動的粘弾性測定装置を用いて２℃／ｍｉｎの昇温速度と測定周波数１０Ｈｚの条件で測定したガラス転移温度が＋２５℃から＋４５℃までの範囲にあることを特徴とする光ファイバアレイ。
2. 請求項１に記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記接着剤は、該接着剤のガラス転移温度より１０℃低い温度以下における弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、当該ガラス転移温度より１０℃高い温度以上における弾性率が０．０５ＧＰａ以下であることを特徴とする光ファイバアレイ。
3. 請求項２に記載の光ファイバアレイにおいて、
   硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ａ）として、以下の成分（Ｃ）、（Ｄ）
   成分（Ｃ）：配合成分の段階からＯＨ基を有する樹脂組成物
   成分（Ｄ）：配合成分がＯＨ基を有するか否かに関わらず、少なくとも硬化後にはＯＨ基を有する樹脂組成物
   のうちの少なくとも一方が用いられていることを特徴とする光ファイバアレイ。
4. 請求項２または３に記載の光ファイバアレイにおいて、
   硬化後にＯＨ基を有する樹脂組成物（成分Ａ）は、接着剤全体に対して２０重量％以上、配合されていることを特徴とする光ファイバアレイ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記接着剤は、カチオン重合開始剤を含む光硬化および熱硬化併用型の接着剤であることを特徴とする光ファイバアレイ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記接着剤は、熱硬化型の接着剤であることを特徴とする光ファイバアレイ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記接着剤は、該接着剤のガラス転移温度より１０℃低い温度以下における弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、当該ガラス転移温度より１０℃高い温度以上における弾性率が０．０５ＧＰａ以下であることを特徴とする光ファイバアレイ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の光ファイバアレイにおいて、
   前記光ファイバテープは、上下に重ねた上側光ファイバテープおよび下側光ファイバテープを備え、
   前記光ファイバ配列具の前記保持部は、前記上側光ファイバテープから引き出されている上側光ファイバ芯線と、前記下側光ファイバテープから引き出されている下側光ファイバ芯線とを同一平面上において交互に配列した状態で保持し、
   前記上側光ファイバ芯線の前記上側光ファイバテープからの露出位置から前記保持部までの間の露出部分、および前記下側光ファイバ芯線の前記下側光ファイバテープからの露出位置から前記保持部までの間の露出部分が前記接着剤により被覆された状態で前記光ファイバ配列具に固定されていることを特徴とする光ファイバアレイ。

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