JPS59202277A - 光学用部品の精密固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は精密な位置決め固定を要する部品の固定方法お
よびそれに用いられる接着剤に関するものである。

例えば光ファイバを用いる光伝送方式に用いらｉＬ　ル
Ｋ　／　Ｏフンバータ、光スィッチ、光アツテネ−ク等
の各種光テバイスにおいては、発光素子、レンズ、プリ
ズム、光コネクタ等の光部品を精密に位γを調整して光
軸合せを行った後、それらの光部品を固定する必要があ
る。これらの光テバイスの結合は、用いられる光ファイ
バのコア半径ハ、多モードファイバの場合でも２０〜３
０μｍ　にすぎず、単一モードファイバが用いられる場
合には、僅か数μｍしかない。従って、その結合スポッ
トは極めて小さく、僅かな光軸ずれによってもその結合
レベル即ち出力レベルは大きく低下する。従って、これ
らの光部品の固定方法は、精密に位置決めされた部品が
、固定に際して変動しないことが要求されると共に、固
定後も温度変化や衝撃に対して安定であることが必要で
あり、がっ、固定方法自体の作業性も考慮しなければな
らない。

これらの光デバイスにおける固定方法は、一般に光部品
を粗調整して取付けた後、その結合系中のレンズあるい
は光コネクタを微調整して精密に光軸合せを行なって固
定される。この場合、微調整される光部品、例えば光コ
ネクタを調整板に取付け、この調整板を移動させて光軸
合せを行い、調整板をネジ止めで固定する方法が採用さ
れるが、この方法は、固定後の経時変化による光軸ずれ
の補正が容易であるという利点を有するが、作業性が悪
く、光テハイスの量産に適しないし、また、微調整部が
複数ある場合、光テバイスの設計」二の難点を生ずる。

従って、この方法は次の接着方式と併用されて部分的に
利用されるにすぎない。

接着による固定の場合、位置決めされる光部品は接着固
定される基台との間に設けられた接着クリアランスの範
囲で微調整され、光軸合せを行った後、基台との間の接
着クリアランスに置かれた接着剤を硬化させて固定され
る。第１図は発光ダイオードと光ファイバとの結合にお
ける光軸合せの状況を示し、レーザダイオード１よりの
レーザ光ハロツドレンズ２で集光され、光コネクタ乙の
光フアイバコード４の端面に当てられる。この場合、レ
ーザダイオード１と光コネクタろは予め固定されており
、ロッドレンズ２がつり８５に松ヤニの様な仮接着剤６
で仮どめされ、固定された基台７に１没けられた受けみ
ぞ８内に置かれる。受けｈぞ８はロッドレンズ２との間
に位置調整に必要’＝Ｋ　ｍ　Ｊクリアランスを有して
いる。っり棒５によってロッドレンズ２を動かし、レー
ザダイオード１よりの出射光が光コネクタ３に最大出力
が出射されるようにロッドレンズ２の位置出しを行ない
、受けみぞ８に置かれた。接着剤９を硬化せしめてロッ
ドレンズ２を固定する。接着剤９が充分硬化したらつり
棒５の仮接着６を外してロッドレンズ２の固定が完了す
る。

従来、このような固定に用いられる接着剤としてはエポ
キシ樹脂接着剤が用いられ、光軸合せのために比較的大
きくとった接着クリアランスがらの流出を防ぐための粘
度増加および硬化収縮を小さくするための添加剤として
５０重量％程度のアルミナ粉末が配合される。しがしな
がら、トールシールと呼ばれる、このエポキシ系接着剤
は、その硬化時間が長く、光軸合せのために仮接着され
たつり棒を外し得るまでに硬化するのに要する時間が室
温では８時間以上であり、硬化の完了には２４時間以上
が必要である。従って光軸合せ固定のために用いる微動
台の拘束時間が長く、かつ、長い硬化時間中に外部から
の振動や衝撃による影響を受は易いため、その作業能率
が低いという欠点があった。

この作業性を改善するため、特願昭５５−１６８７０７
号では、ロッドレンズに金属製スリーブを固定し、光軸
合せをした後に金属製スリーブを基台にハンダ付けする
方法が提案された。この方法は作業時間が短く、かつ固
定された光部品の光軸は温度変化に対する安定性があり
、かつ、経時変化も小さいという利点があるが、ハンダ
付けの際の高温に対する部品の保護が必要であり、また
金属製スリーブの取付けのため部品の形状が制限される
ので、その利用対象が限定される。

作業時間短縮のために、シアノアクリレート系瞬間接着
剤を使用することは、その硬化時間が極めて短いため、
光軸合せが狂い易く、また、硬化後の温度変化、経時変
化に対する安定性向上のためおよび接着時の流れ出し防
止の粘度向上のための充填剤の混合が困難であり、実用
上問題がある。

本発明は、位置合せに際して適度の流動性を有し、速硬
化性でかつ硬化後の経時変化および温度変化による部品
の移動の少ない接着方法およびそのための接着剤を提供
するものである。

即ち、本発明は部品を基台上で精密に位置合せした後固
定する方法において、部品と基台との間の接着クリアラ
ンスに、無機質透明粒体を混在せしめた光硬化型接着剤
を介在せしめ、部品を精密に位置合せした状態で光を照
射して接着剤を硬化せしめることを特徴とする、部品の
精密固定方法である。

本発明に用いられる光硬化型接着剤は任意のものが用い
られるが、好ましくは可視光下での硬化進行が遅く、紫
外線の照射によって硬化する紫外線硬化型の速乾性のも
のが用いられる。このような光硬化型接着剤としては変
性アクリレート系の接着剤が市販されており、例えば日
本ロックタイト社製ロックタイト３５０，３５２および
３５８、スリーボンド社製ＴＢ３０６６、アミコン社製
ＵＶ−９９０−３０ならびにサマーズ社製ＵＶ−’７４
等が使用される。

光硬化型接着剤に混合される粒体は無機質透明体が用い
られる。一般に光硬化型接着剤は、光の刺戟によって架
橋反応が開始されるので、接着剤層が厚い場合や、不透
明体の間に置かれて光が届きにくい場合には硬化反応が
起りにくい。成る種の光硬化型接着剤では嫌気性接着剤
の性質を有して、一部分の光硬化により架橋反応が進行
するものがあるが、この場合でも光照射が少ない場合、
硬化の進行が遅い。本発明においては接着剤中に混在す
る透明粒体が、照射光を拡散し、通常では光の届°かな
い内部まで光を伝達し、かつ、透明粒体の有するレンズ
効果により、接着剤層の内部まで光の減衰が少ない。従
って、従来、光硬化型接着剤が使用できなかった光の届
きにくい個所の接着を精密に行うことができ、しかも内
部における硬化反応の開始が早いため、硬化ムラ、収縮
ムラが少なくなって、固定精度を高めることができる。

混合される無機質透明粒体は、例えば石英、ガラスの粒
体てあり、その形状見任意であるが、接着剤中に混和さ
れたときの流動性や光の伝達の際のレンズ効果などの点
から、球状粒体であることか好ましく、これらの点や、
また入手の容易状がらガラスピーズが最も好適である。

光硬化型接着剤に混合される無機質透明粒体の径は、部
品と基台との間のクリアランスの２０〜８０％の大きさ
であり、好ましくは５０％前後の平均直径のものが用い
られる。接着クリアランスに比して太きすぎる径の粒体
は接着に際して部品の位置合せを阻害し、また、粒径の
小さすぎる粒体は接着剤に配合したとき、接着剤の粘度
を必要具」二に増加させて、接着剤の流れを悪くし、接
着クリアランスの必要個所に接着剤が届がないおそれを
生ずる。

無機質透明粒体の混合量は光硬化型接着剤１重Ｊｉｉ部
に対し、０．８〜２．５重量部で、混合量が少ない場合
には硬化後の経時変化および温度変化が大きくなり、ま
た硬化時の収縮率も大きい。一方、粒体の混合を多くす
ると接着剤の流れ性が悪くなり、かつ、位置決めにあた
って粗大粒が微調整を阻害するおそれを生ずる。

光硬化型接着剤と無機質透明粒体とは接着に使用する際
に混合してもよいが、予め混合しておいた接着剤組成物
として用意しておくことができる。

即ち、本発明は、光硬化型接着剤１重量部と無機質透明
粒体０．８〜２．５重量部との混合組成物を主剤とする
部品精密固定用接着剤を提供するものである。

部品の位置合せに際し、調整上必要なりリアランスは一
般に０．２〜０．５ｍｍあれば足りるので、このクリア
ランスに適用される上記精密固定用接着剤に配合される
無機質透明粒体の径は、適用される接着クリアランスに
応じて、４０−４００μｍの範囲のものが用いられ、通
常平均粒径が２００μｍ程度のものが汎用性を有する。

本発明の接着剤を接着クリアランスに適用するには、部
品の位置合せ前でもよいし、または部品を精密に位置合
せした後でもよい。接着剤が接着クリアランス内に平均
に分布し、かつ、配合された透明粒体の偏在を避ける必
要がある場合は、部品の位置合セの前に予め基台上の接
着部、例えば受けみそ内に必要量の接着剤を置き、その
上に部品を置いて位Ｅ１合せを行なう。一方、接着剤を
置かない受けみそ内で部品の位置合せをした後、受けみ
ぞの両縁部に接着剤を置いてもよい。この場合、光硬化
による収縮は部品の両側で均等に起ってつり合い、上下
方向の収縮変動はないから、接着剤の硬化による部品の
固定位置の変動は最小限にととめることができる。

不発明における部品の精密位置合せは微動台を用いるの
が便利である。第２図は第１図に示すレーザダイオード
と光ファイバとの結合においてロッドレンズを微調整す
る状況の説明図である。駆動回路１１よりの入力により
レーザダイオード１から出射された出力光がロッドレン
ズ２によって光コネクタろに集光され、その結合効率は
光フネクク乙の光ファイバ４に入射された光を光センサ
１２で検出し、光パワーメータ１′５で読取られる。

ロッドレンズ２の位置には第１図に示すように基台７が
固定されており、その受けみぞ８内には紫外線硬化型接
着剤１重量部にガラスピーズ＃８０（粒径１７７〜２５
０μｍ）２重量部を配合した接着剤が必要量だけ置かれ
ており、その上にロッドレンズ２の側部に瞬間接着剤で
接着されたつり棒により、ロッドレンズ２が約０．２５
ｍｍの接着クリアランスを残して受けみそ内に光軸を合
わせておかれる（第１図）。ロッドレンズ２に仮接着さ
れたつり棒５はマグネットスタンド１４で適当な場所に
固定された微動台１５のアーム治具１６に支持され、微
動台のマニピュレータ１７．１８および１９を操作して
、ロッドレンズを左右（Ｘ方向）、上下（Ｙ方向）およ
び前後（２方向）に微調整し、光コネクタろよりの入射
光が最大になる位置を光パワーメータ１３の読取りで求
める。

微動台による操作はつり棒５やアーム治具１６に回転運
動を与えたり、あるいは回転ステージを取付けるなどの
方法で、部品の傾き調整を行なうようにすることもでき
る。また、これらの微調整を光パワーメータ１６の出力
と連動するステップモータによって自動化することも可
能である。

光パワーメータ１ろに最大出力の得られる様、ロッドレ
ンズ２の位置決めが完了したら、受けみぞ８に置かれた
接着剤９に硬化用の紫外線を照射して、接着剤９を硬化
せしめる。この場合、接着剤の硬化収縮により、部品の
固定位置に沈みを生ずる場合には、照射前に予め微動台
を操作してロッドレンズを１．５〜２．５μｍ程度Ｙ軸
方向へ持上げておくことが必要である。この補正量は用
いられる接着剤および接着クリアランス巾によって異な
るので、予め測定しておくことが望ましい。

硬化用紫夕１線の照射は、第３図に示すように、接着剤
９の斜め上方より紫外線ランプ２１．２２により行われ
る。照射は接着部の両側から行なうのが望ましいが、ｌ
側からたけでも充分硬化させることができる。通常５〜
１０分照射し、数分放置した後３〜５分再照射して硬化
を確実にする。

照射は光ファイバ束を用いて行なうこともできる。

接着剤の硬化が完了したら、ロッドレンズに仮ｄＺめし
だつり棒の仮接着６を外す。仮接着に用いる接着剤は、
松ヤニ、ワックス等加熱によって容易に接着力を失うも
のが用いられるが、シアノアクリレート系瞬間接着剤が
接着が速く確実で、かつ、つり棒を加熱することによっ
て容易に接着を解くことができるので有利に用いられる
。

つり棒の取外しの際、充分に接着が解除されないうちに
つり棒を動かすと、固定された部品に衝撃を与え、調整
された位置に変動を与えるおそれがあり、その場合には
第４図に示すようなばね何アーム治具が用いられる。即
ち、アーム治具１６の基部が微動台１５にビン２３によ
って回転自在に係止され、アーム治具１６の中間部がは
ね２５により上方に押されており、これをつまみ２４に
よって押下げて固定しである。接着剤９が硬化した後、
つり棒５を加熱する際つまみ２４をゆるめておくと、仮
接着６の接着力が充分弱まるとばねの力で仮接着が外れ
、図に点線で示すように、アーム治具１６の先端に固定
されたつり棒５が上方へ逃げる。ばね２６の力を適当に
選ぶことにより固定されたロッドレンズ２の光軸に影響
を殆んど′ｊえなし・てつり棒５の離脱を行なうことが
できる。

本発明によって固定されたロッドレンズを、光１１ｑ１
」に直角に切断した断面図は第５図に示す如くである。

ロッドレンズ２と基台７の受けみぞ８との間のクリアラ
ンスは約０．２５ｍｍであり、硬化した接スぐｉ剤９の
中にガラスピーズ１０が均一に分散しているのが見られ
る。

本発明の光硬化型接着剤に無機質透明粒体を配合するこ
との効果は次の実験によって確めることができる。

第６図は円柱状の部品を受けみぞ内に固定する場合に、
接着クリアランス内に置かれる光硬化型接着剤（アミコ
ン社製ＵＶ−９９０−３０を用いた）に、６０−２４０
μｍのガラスピーズ、３〜２０μｍの無水珪酸（Ｓ１０
゜）粉末および３〜２０μｍのアルミナ（Ａｔ２０３）
粉末をそれぞれ混合して用い、紫外線照射によって硬化
せしめた。接着される部品に例えばロッドレンズの様な
透明体を用いた場合には、３種の接着剤はいずれも充分
な硬化を示したが、部品として不透明な、例えば銅棒を
用いた場合には、ガラスピーズを混入した接着剤のみ十
分な硬化状態が得られたのに対し、他の２例では部品の
下部に未硬化部が残留した。

また、第７図に示すように不透明体のカップ中ニ前記テ
ストに用いたと同様の３種の混合接着剤を充填し、４０
０μＷ／ｃ４　の強度で紫外線を６０分間照射した後の
接着剤の硬化深さＡは、ガラスピーズ混合の場合４ｍｍ
であったのに対し、他の２種では表面から０．５ｍｍま
でしか硬化が見られなかった。

本発明による光硬化型接着剤による光部品の固定は、位
置決めのための微調整を含めて約３０分以内で終了せし
めることができ、しかも従来トールシール接着剤を用い
て８時間以上を要した接着固定に劣らない、すぐれた結
合効率が得られる。

また固定後の温度変化に対して極めてすぐれた安定性を
示す。

第８図は本発明の接着方法による結合効率の変化を光フ
アイバ間の結合によって測定した装置の概要を示し、光
源３１からの光を光ファイバ６２でケースろろ−４−に
固定された光コネクタろ４に導く。ケースろろには光コ
ネクタ３４に相対して光フ不りタ３５か固定され、両者
をセルホックレンズろ６で結合し、その結合効率を光コ
ネクタ６５からの光ファイバろ７により光センサ６８お
よび光ハワーメータ６９で測定した。セルホックレンズ
ろ６は第４図に示ずようなばね伺アーム治具のつり棒に
アロンα２５３によって仮接着され、光軸合せを行ない
、各種の接着剤による接着前の結合効率と接着後微動台
を取外した後の結合効率との間の変化量を測定した。ま
た、得られたファイバ間の結合効率の温度変化による変
動量を５°Ｃから４０″Ｃの間を６時間周期で温度変化
させて求めた。これらの結果を表１に示す。

また、第２図に示した様なＬＥＤモジュールについて同
様な結合効率変化を測定したが、表１のＮｏ、　ｌおよ
び２で用いたと同じ光硬化型接着剤を用い、照射３０分
、再照射１．５分の硬化で固定による結合効率の変化量
は０．０８ｄＢであり、５〜４０″Ｃの温度試験による
変動量は０．２ｄＢであっち

【図面の簡単な説明】

第１図はＬ　Ｅ　Ｄモジュールにおけるロッドレンズに
よる結合を示し、第２図は微動台による光軸合ぜの説明
図である。 第３図は紫夕１線照射の説明図、第４図はばね付アーム
治具の作動を説明する縦断面図である。 第５図は本発明によって固定されたロッドレンズの断面
拡大図を示す。 第６図および第７図は配合物による光硬化性のテスト法
を示す図である。 第８図は光フアイバ間の結合効率測定装置を示ず○ 図示された要部と符号との対応は次のとおりである。 １・・・発光ダイオード、　２・・・ロッドレンズ、６
・光コネクタ、　４・・・光ファイバ、　５・・・つり
棒、　６・・・仮接着、　７・・・基台、　８・・・受
けみそ、９・−・接着剤、　１０−・ガラスピーズ、　
１１・・・駆動回路、　１２・・・光センサ、　１６・
・・光パワーメータ、　１４−・マグネットスタンド、
　１５・・・微動台、　１６・・アーム治具、　１７．
１８．１９・・・マンピュレータ、　２１．２２゛゛紫
外線ランプ、２６・・ピン、　　２４・・・つまみ、　
２５・・・ばね、６１・・・光源、　６２．３７・・・
光ファイバ、　６３・・・ケース、　３４．３５・・・
光コネクタ、　６６・・・セルホックレンズ、　６８・
・・光センサ、　６９−光パワーメータ。 出願人　安立電気株式会社 代理人　弁理士厚田桂一部 第１図　　　　　　　　第３図 第２図 第８図 ３ 第６図　　　　　第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　　部品を基台上で精密に位置合せした後固定す
   る方法において、部品と基台との間の接着クリアランス
   に、無機質透明粒体を混在せしめた光硬化型接着剤を介
   在せしめ、部品を精密に位置合せした状態で光を照射し
   て接着剤を硬化せしめることを特徴とする部品の精密固
   定方法。 （２）無機質透明粒体の平均粒径が、接着クリアランス
   の２０〜８０％の大きさである、特許請求の範囲第（１
   ）項に記載の方法。 （３）無機質透明粒体の混在量が、光硬化型接着剤１重
   Ｊル部に対し、０．８〜２．５重量部である、特許請求
   の範囲第（１）項または第（２）項に記載の方法。 （４）光硬化型接着剤が、紫外線硬化性である、特許請
   求の範囲第（１）項から第（３）項までのいずれかに記
   載の方法。 （５）無機質透明粒体がガラスピーズでアル、特許請求
   の範囲第（１）項から第（４）項までのいずれかに記載
   の方法。 （６）光硬化型接着剤１重患部と無機質透明粒体０．８
   〜２．５重量部とよりなる混合組成物を主剤とすること
   を特徴とする、部品精密固定用接着剤。 （７）無機質透明粒体の大部分が４０〜４００μｍの径
   を有する、特許請求の範囲第（６）項に記載の接着剤。 （８）光硬化型接着剤が紫外線硬化性である、特許請求
   の範囲第（６）項または第（ワ）項に記載の接着剤。 （９）無機質透明粒体がガラスピーズでアル、特許請求
   の範囲第（６）項から第（８）項までのいずれかに記載
   の接着剤。