JPS60115617A - 光学部材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信方式及び各種光学機器等に用いる光学
部材の製造方法に関する。更に詳しくは作業時には低粘
度で、かつ光学部材への濡れ性に優れ、加熱、硬化後は
光透過率、接着強度、耐熱性に優れ、かつ光学部材との
屈折率整合性に優れた屈折率整合剤を用いる光学部材の
製造方法に関する。

〔従来技術〕

従来、屈折率整合方法としてはシリコーンオイル等を用
いる方法が知られており、例えば光ファイバの接続にお
いて屈折率整合用として用いられていた。しかしながら
、この種の屈折率整合剤は液状であるため、その流出を
防止するための容器のシールが必要であるなど、工程上
及び作業上複雑であり、長期信頼性を十分保証しつるも
のでなかった。

その点を従来技術による光ファイバと光ファイバの屈折
率整合方法を例にしてと９、第１図及び第２区に基づい
て説明する。すなわち第１図は従来の■溝接続の模式断
面概略図であり、第２図はその斜視図である。第１図に
おいて符号１人は光ファイバ６綜、１Ｂは素線、２はＶ
溝、３はエポキシ樹脂接着剤、４はマツチングオイル、
５は瞬間接着剤を示す。第２図においては符号１Ａは光
フアイバ心線、６Ａ〜６Ｃはふた、７は■溝基盤を意味
する。第１図及び第２図に示すように、まず光フアイバ
素線と光フアイバ素線を成形品のＶ溝に沿わせてつき合
せ、このつき合せ部分にシリコーン系のマツチングオイ
ル’ｆｃ滴下し、光ファイバを成形品とアロンアルファ
等の瞬間接着剤で仮留めする。しかる後、成形品に接着
剤を塗布し、硬化させる。この接着剤塗布及び硬化によ
りマツチングオイルの流出を防止しようとするものであ
った。しかしながら、とのノ１１折率整合方法は作業工
程が複雑な上、歩留りも悪く、長期信頼性を十分保証で
きないという欠点があった。このためマツチングオイル
が流出しない屈折率整合方法の出現が望まれていた。

また、光源としてレーザーダイオードを用いる場合には
、反射光がレーザーダイオード中に入るとノイズを発生
するため、反射減衰量を極めて小さくする必要があった
。この点を第５図に基づいて説明する。第３図はレーザ
ー光の光ファイバへの入党概略図である。図中、１人は
第１図と同じ、１Ｂはガラスファイバ素線、８はレーザ
ーダイオード、９はナイロンコートを示す。第６図に示
すように人面角を０度かられずかにずらして、すなわち
カップリングを悪くしてでも反射光がレーザーダイオー
ド光源に戻らないようにしていた。このため、透過光を
最大にすることができず、反射の極めて小さい屈折率整
合方法の出現が望まれていた。

また、これらの問題を解決するため、接着剤を屈折率整
合剤として用いる方法か考えられている。しかし、従来
の接着剤の多くは屈折率が高く（屈折率ｎＤ２３＝　１
．５４〜１．６０）、石英ガラスファイバ（ｎＤｚａ　
：＝：　１．４６　）やＢＫ７ガラス（ｎＤ２３＝１、
５１６４　）等の屈折率の低い光学部材を多用する光学
系に適用した場合には透過損失と入力側への反射が大き
くなるという欠点があった。更に、これらの接着剤は、
光学系に適用する場合に要求される光べて満足すること
は困難である等の欠点があった。

更にまた、以上の欠点を解決し、被着体への藺れ性にも
優れる屈折率整合用接着剤として多フツ素化エポキシ樹
脂を含む接着性組成物を適用する方法があるが、多フツ
素化エポキシ樹脂は常温で固体若しくはペースト状であ
るため、室温での混合が困難で７０℃程度に加熱して混
合する必要があった。このため、加熱によシ可使時間が
著しく短くなり作業性に劣ること、光ファイバのナイロ
ン抜機の許容温度（６５℃）を越えて使用するため硬化
後の伝送特性に悪影響を６ｆる可怖性がある等の欠点が
あり、これらの特性を満足する新規な屈］ノス率張合剤
とこれを用いた屈折率整合方法の開発が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は、作業時には流動性を保持し、硬化後は固体化
して流出しなくなることを特徴とする屈折率整合剤を用
いた屈折率整合方法に関するものであり、その目的は作
業性、長期信頼性に優れた光学部材の製造方法を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

本発明を概説すれば、本発明は光学部材の製造方法の発
明であって、エポキシ樹脂と硬化剤を生成分とする屈折
率整合剤を混合、脱泡した後、光学部材の片面にコーテ
ィングするか、あるいは光学部材の間に挿入し、その後
加熱硬化させる光学部材の製造方法において、エポキシ
樹脂として下記一般式１： 〔但し、式中のｎは０又は任意の正数を示す〕で表され
る多フツ素化エポキシ樹脂と、ブチルグリシジルエーテ
ル及び／又はフェニルグリシジルエーテルとを混合した
組成物を用いることを特徴とする。

本発明者等は一般式１で表される多フツ素化エポキシ樹
脂（以下、ＦＫｐと略記する）とブチルグリシジルエー
テル（以下、ＢＧＦ！と略記する又はフェニルグリシジ
ルエーテル（以下、ＰＧＦｉと略記する）のいずれか若
しくは両方を混合したエポキシ樹脂組成物に少なくとも
硬化剤を配合してなる組成物が常温で低粘度であるため
作業性に優れ、かつ硬化後に流動して流出することなく
長期イ８頼性に優れた屈折率整合剤として使用できるこ
とを見出し本発明を完成するに至った。

本発明に用いられる硬化剤としては、例えばトリエチレ
ンテトラミン等のアミン系化合物、ポリアミド樹脂系化
合物、無水メチルナジック酸等の酸無水物系化合物等を
挙げることができる。こうした硬化剤の配合量は、接着
強度、耐水耐湿性、耐熱性に優れた接着性組成物を得る
観点から、エポキシ樹脂１筒量に対して０８〜１．０当
−計とすることが望ましい。

なお、本発明においては必要に応じてべ／ジルジメチル
アミン、２−エチル−４−メチルイミダゾール等の硬化
促進剤を配合してもよい。

ｉ　かかる硬化促進剤の配合量はエポキシ樹脂１００重
量部に対して０．５〜２Ｎ楡部とすることが好ましい。

その他、各種の変性剤、展伸剤、軟化剤等を適宜配合す
ることも可能である。

一般式Ｉで表されるＦＦＵｐのうち、エポキシ当量が２
９０で式中のｎがｃＬ３のエポキシ樹脂と、ＢＧＥ、　
ＰＧＢ、、ＢＧＩＩＣとＰＧＥの混合物を・配合したエ
ポキシ樹脂を用意し粘度と表面張力を測定した。

結果を第１表に示す。なお第１表で対照例１はエポキシ
樹脂にＦＫｐのみを用いた場合、対照例２は市販のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂のうち最も一般的な液状樹
脂であるエピコート８２８（油化シェルエポキシ社製）
を用いた場合である。

本発明例５柚はいずれも粘度が４０００　ａｐｅ以下と
低く、ＢＧＥ、　ＰＧＰを配合することにより常温で硬
化剤との均一混合が可能であることは明らかである。

屈折率整合剤の被着体への濡れ性は整合剤の表向張力と
被着体の臨界表面張力に依存する。

ここで被着体に同一物を用いる場合には整合剤の表面張
力が小さいほど濡れやすい。本発明例１の３種の組成物
は対照例２に比べ表面張力が９〜１４　ａｙｎ／ｃｎ＋
　と小さく、被着体への諦れ性に優れていることが明ら
かである。

〔実施例〕

次に本発明を実施例により更に具体的に説明するが本発
明はこれに限定されない。

実施例１〜７ ＦＥｐとＢＧＥ　、　ＦＫｐとＰＧＩＩＣ，ｐｇｐとＢ
（）［とＰＧＭを混合したエポキシ樹脂を用意し、硬化
剤としてポリアミド系化合物２種、（商品名パーサミド
Ｖ−１４０、Ｖ−１５０、いずれもへ／ケル日本社製）
を添加し混合、脱泡して７種の屈折率整合剤を調製した
。しかして、得られた各屈折率整合剤を６０℃で１５時
間加熱して硬化させた場合の波長１，５μｍでの光損失
とナトリウムＤ線（波長５８９．３ｎｍ７ｉ光源と１７
だ場合の屈折率（ｎｐｚａ　）、ボットラ１ノ及び室温
で混合した場合の真空脱泡に要する時間、充てん性につ
いて検討した結果を第２表に示す。比較例１はＦＫｐの
みをエポキシ樹脂とし硬化剤にＶ−１４０を用いた場合
であり、比較例２はエピコ−）８２８とＶ−１４０、比
較例５は従来から用いられている市販のエポキシ系接着
剤である。

ここで第４図に充てん性の検討装置の概略図を示す。第
４図において（ａ）は縦断面概略図、（ｂ）は横断面軟
略図であり、符号１０は屈折率整合剤、１１は内側ガラ
スパイプ、１２は外側ガラスパイプそして、ＩＡ、１Ｂ
、１０は第３図と同義である。長さが１０ｍの２Ｎガラ
スパイプ（第４図中１１．１２）’ｉ用意し、中心にガ
ラスファイバを挿入した場合の、ガラスファイバ（と内
側パイプの間（約２．５μｍ）　及び外側パイプと内側
パイプの間（約２００μｍ）　への屈折率整合剤（第４
図中１０）の充てん性について検討した。充てんの方法
は外側ノ（イブの中心に屈折率整合剤を数滴滴下して内
側）（イブを挿入し、次に内側）くイブの中心に屈折率
整合剤を１滴滴下してガラスファイバを挿入することに
より行った。充てん性の判断は、内側、外側に分けて行
い、完全に充てんできる場合に０、充てんはできるが気
泡の発生を伴う場合にΔ、充てん不実施例１〜７の屈折
率は１５２３〜ｔ５３３の範囲にあり、比較例２．５よ
シ大幅に小さく、石英ファイバ（ｎｐ”　＝１．４６　
）やＢ　Ｋ　７　（ｎＤ”＝　ｔ　ｓ　１６４　）及び
ＫｇＦ２　ガラス（ｎｎ″ｓ２１、５２９４　）等の光
学部材をはり合せた場合のマツチング性に優れているこ
とは明らかである。

また、実施例１〜７＃′ｉ２５℃でのポットライフが５
〜４時間と比較例１．３に比べて長く、かつ、２５℃、
５１１ｗｌＨｇ条件下において脱泡が３〜５分で容易に
行えることから、作業性が向上し、気泡による透過光の
散乱や反射を軽減できることＩＩｉ明らかである。

更にまた、実施例１〜７は充てん性の検討結果よシ内側
、外側共に完全光てんが可能であり、比較例１〜３に比
べて充てん性に優れていることが明らかである。

次に実施例１〜７について、屈折率整合剤自体の硬化後
の透過度の波長依存性と硬化後の厚さ依存性を調べた結
果のうち実施例１の結果を比較例２と共に第５図及び第
６図に示した。すなわち第５図は波長（ｎｍ）（横軸）
と透過率（チ）（縦軸）との関係を示すグラフであり、
第６図は厚さくｍ）（横軸）と透過率（％）（縦軸）と
の関係を示すグラフである。なお、第５図における実施
例１、比較例２の試料の厚さは１■である。

第５図から明らかなごとく、実施例１、比較例２は共に
５００ｎｍ　〜１６００　ｎｍ　の波長範囲での硬化物
自体の透過損失は５％以下であり、光学用接着剤として
優れていることがわかる。

また第６図から明らかなごとく、実施例１、比較例２は
共に硬化物の厚さを３箇にしても波長１５００　ｎｍ　
の光透過損失が５％以下と非常に小さく、光学用接着性
組成物として優れていることがわかる。なお、実施例２
〜７についても同様の結果が臂られ、実施例１〜７はほ
ぼ同等の光透過率を有していることがわかる。

次に、実施例１〜７の屈折率整合剤の石英及び銅に対す
るせん断接着強度と、耐熱性を規定する因子であるガラ
ス転移温度（Ｔｇ）、及び可と９性を規定する因子であ
るヤング率について検討した結果を第３表に示す。ここ
で比較例１〜３は第２表と同じである。比較例４は市販
の可とう性光学用接着剤であり、エポキシ樹脂にはビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂とポリグリコール型エポキ
シ樹脂の混合物、硬化剤には変性複素環状ポリアミンと
変性脂肪族ポリアミンの混合物を用いたものである。

１７を米の光学用接着性組成物では１．　ＯＸ　１０’
に９ｆ／、♂程度のヤング率を有する硬化物を得ようと
すると、比較例４に示すようにＴｇ　が低下し、耐熱性
が損われる傾向があった。しかし実施例ではヤング率の
最も低い実施例４のＴｇ　が５６℃であり、可とり性と
耐熱性の双方に優れた屈折率整合剤が得られることは明
らかである。

実施例、比較例はすべて石英に対するせん断接着強度は
十分大きく、光学部材のはり合わせ等に用いるのに十分
なせん断接着強度を有することがわかる。ただし、銅に
対するせん断接着強度は実施例１〜７がヤング率の大き
な比較例２を除く比較例１．３．４より大きい。また、
実施例１〜７のヤング率は比較例１〜３よりも小さく、
かつ、実施例はヤング率を小さくしたことに起因するＴ
ｇ　の低下が小さい。以上の結果から、実施例１〜７は
比較例１〜４に比べ接着強度、耐熱性、可とう性の三特
性に優れた屈折率整合剤を与えることが明らかである。

実施例８ 第１図及び第２図に示すように光ファイバと光ファイバ
を成形品のＶ溝に沿わせてつき合わせ、このつき合わせ
部分と成形品のふたに実施例１〜７のうち屈折率の最も
小さい実施例４で示した屈折率整合剤あるいは比較例２
．３で示した接着剤を塗布し、加熱硬化後の光の反射率
をめ、その結果を第７図に示した。すなわち第７図は整
合剤厚（μｍ）（横軸）と反射率（％）（縦軸）との関
係を示すグラフである。なお光源としてはナトリウムＤ
　ｆｌＪ　（５８９，５ｎｍ　）　を用いた。第７図か
ら、本発明による方法はマツチングオイルが流出するこ
となく、作業性も容易で長期信頼性に優れておシ、かつ
屈折率の整合性に優れた光学部材の製造方法となってい
ることが明らかである。

実施例９ 第８図（ａ）、　（ｂ）はプリズムとプリズムの接合を
示す模式図である。第８図（ａ）に示すようにプリズム
（ＢＫ７ガラス）とプリズム（ＢＫ７ガラス）の間に実
施例４で示した屈折率整合剤あるいは比較例１．２で示
した接着剤を塗布し、加熱、硬化後の光の反射率をめ、
その結果を第９図に示した。なお光源としてはナトリウ
ムＤ線（５８９，５ｎｍ　）　を用いた。すなわち第８
図（ａ）はプリズムの組合せ図であり、符号１３はプリ
ズム、１４は屈折率整合剤を示す。そして第９図は第８
図（ａ）の場合における整合剤厚（μｍ）（横軸）と反
射率（％）（縦軸）との関係を示すグラフである。第９
図から本発明による方法は屈折率の整合性に優れた光学
部材の製造方法となっていることが明らかである。

第８図（ｂ）に示すように、光結合器等で用いられる偏
光分離膜１６付プリズム（ＢＫ７ガラス）とプリズムの
間に実施例１で示した屈折率整合剤を塗布し、加熱硬化
させた。このプリズム入力光（１）及び（２）に発振波
長１３００　ｎｍ　のレーザーダイオードより偏光波を
入射した場合の光透過損失について検討した結果を比較
例２を用いて同様に検討した結果と共に第１０図、第１
１図に示す−すなわち第１０図はプリズムにレーザー光
を入射した時の光透過損失の温度依存性を示しており、
横軸は温度（℃）を、縦軸は光透過損失変動（ａＢ　）
　を示す。第１１図は５℃〜５０℃の１サイクルを２時
間で行うヒートサイクル試験にかけた場合の光透過損失
変動を測定温度５℃において追跡したものであり、横軸
はヒートサイクル（回）を、縦軸は光透過損失変動（ｄ
Ｂ　）　を示す。

第１０図及び第１１図の結果から本発明は環境温度の影
響を受けにくく、長期信頼性に優れた光学部材の製造方
法となっていることが明らかである。

実施例１０ 第１２図に１つのプリズム系の模式図を示す。

図中の符号１３．１４は第８図と同義であるが、１４Ｆ
１反射防止膜となっている。第１２図に示すようにプリ
ズム（ＢＫ７ガラス）の表面に実施例４で示した屈折率
整合剤あるいは比較例１．２で示した接着剤を塗布し、
加熱硬化後の光の反射率をめ、その結果を第１５図に示
した。

なお光源としてはナトリウムＤ線（５８９，５ｎｍ）を
用いた。第１３図は第１２図の場合における整合剤厚（
μｍ）（横軸）と反射率（チ）（縦軸）との関係を示す
グラフである。第１５図から本発明による方法は屈折率
の整合性に優れた光学部材の製造方法となっていること
が明らかである。

実施例１１ 第１４図にセルフォックレンズ系の模式図を示す。図中
の符号１４は第８図と同義であり、１５はセルフォック
レンズを意味する。第１４図に示すように、セルフォッ
クレンズの入党面又は出光面に実施例４で示した屈折率
整合剤あるいけ比較例１．２で示した接着剤を塗布し、
加熱硬化後の光の反射率をめ、その結果を第１５図に示
した。なお光源としてはナトリウムＤ線（５８９，５ｎ
ｍ　）　を用いた。第１５図は第１４図の場合における
整合剤厚（μｍ）（横軸）と反射率（チ）（縦軸）との
関係を示すグラフである。第１５図から本発明による方
法は屈折率の整合性に優れた光学部材の製造方法となっ
ていること、また、セルフォックレンズ端面の保護にも
有用であることがわかる。

実施例１２ 第１６　図（ａ）（ｂ）はセルフォックレンズと光ファ
イバの接合を示す模式図である。第１６図の符号ＩＡ、
ＩＢ、１４．１５は前記各図のとおりである。第１６図
（ａ）に示すようにセルフォックレンズと光ファイバを
実施例４で示した屈折率整合剤あるいは比較例１．２で
示した接着剤により加熱硬化させて接合した場合の光の
反射率をめ、その結果を第１７図に示した。なお光源と
してはナトリウムＤ線（５ｓ　ｑ、　ｓ　ｎｍ　）　を
用いた。すなわち第１７図は第１６図（ａ）の場合にお
ける整合剤厚（μｍ）（横軸）と反射率（％）（縦軸）
との関係を示すグラフである。第１７図から本発明によ
る方法は屈折率の整合性が優れており、かつ整合剤厚を
調節することにより反射率を非常に小さくできることが
わかる。

また、実施例１１と第１６図（ａ）を併用し、第１６図
（ｂ）のようにすれば、更に屈折率の整合性に優れた光
学部材の製造方法となることは明らかである。

実施例１３ 第１８図はファイバ端面における端面処理の接合を示す
模式図である。第１８図の符号１７はＢＫ７ガラス板、
１８はフェルールであり、１Ｂ、１４は前回と同義であ
る。ファイノく素線を実施例１に示した屈折率整合剤を
用いてフェルールに固定し、その端面を研摩する。その
後、ＢＫ７ガラス板と研摩面を実施例１に示した屈折率
整合剤、あるいは比較例４で示した接着剤により加熱硬
化させて接合した場合の光の反射率をめたところ、実施
例１に示した屈折率整合剤では最大で０．０７．３　％
であるが、比較例４に示した接着剤では最大でα１５チ
であった。

すなわち、実施例１に示した屈折率整合剤においては反
射が極めて小さくなり、反射光がレーザーダイオード光
源に＃１とんど戻らなくなるた〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば作業時には低粘度
でかつ光学部材への濡れ性に優れ、加熱硬化後は光透過
率、接着強度耐熱性に優わへかつ低屈折率で石英、ＢＨ
３等の低屈折率の光学部材とのマツチング性に優れた光
学部材の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のｖ無接続の模式断面概略図、第２図はそ
の斜視図、第５図はレーザー光の光ファイバへの入党概
略図、第４図（ａ）（ｂ）は充てん性の検討装置の概略
図、第５図は透過率と波長の関係を示すグラフ、第６図
は厚さと透過率の関係を示すグラフ、第７．９．１５．
１５．１７図の各図は整合剤厚と反射率の関係を示すグ
ラフ、第８図（ａ）　（ｂ）はプリズムの組合せ図、第
１０図はプリズムの光透過損失と環境温度の関係を示す
グラフ、第１１図はプリズムの光透過損失とヒートサイ
クル回数の関係を示すグラフ、第１２図は１つのプリズ
ム系の模式図、第１４図はセルフォックレンズ系の模式
図、そして第１６図（ａ）　（ｂ）はセルフォックレン
ズと光ファイバの接合を示す模式図そして第１８図はフ
ァイバ端面における端面処理の接合を示す模式図である
。 １人：光フアイバ心線、１Ｂ二光フアイバ素線、２：ｖ
溝、５：エポキシ樹脂接着剤、４：マツチングオイル、
５：瞬間接着剤、６Ａ〜６０　：　フタ、７：ｖ＃Ｉｊ
基盤、８：レーザーダイオード、９：ナイロンコート、
１０：屈折率整合剤、１１：内側ガラスパイプ、１２：
外側ガラスパイプ、１３ニプリズム、１４：屈折率整合
剤、１５：セルフォックレンズ、１６：偏光分離膜、１
７　：　ＢＫ７ガラス板、１８：フェル特許出願人　日
本電信電話公社 代理人中　本　宏 同　井　上　昭 第６図 卒　ｑ　ロ 出力先 第８図 第　９　図 第１／図 第７２図 監８制厚（Ｐｍ） 第１３図 第１η図 第　７５　図 第１６図 整８刑厘（Ｐｍ） 第１７図 第１８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　エポキシ樹脂と硬化剤を主成分とする屈折率整合
   剤を混合、脱泡した後、光学部材の片面にコーティング
   するか、あるいは光学部材の間に挿入し、その後加熱硬
   化させる光学部材の製造方法において、エポキシ樹脂と
   して下記一般式Ｉ： 〔但し、式中のｎは０又は任意の正数を示す〕で表型れ
   Ａ名フッ去什エポキシ加詣シ　ゴキルグリシジルエーテ
   ル及び／又はフェニルグリシジルエーテルとを混合した
   組成物を用いることを特徴とする光学部材の製造方法。