JPS63270779A - 部品精密固定用接着剤 - 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、精密な位置決めを必要とする部品の精密固定
方法に用いる部品精密固定用接着剤に関するものである
。

［従来の技術］ 例えば、光ファイバを用いる光伝送方式に用いられるＥ
１０コンバータ、光スィッチ、光アッテネータなどの各
種光デバイスなどにおいては、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置調整して光軸
合せを行なった後、それらの光部品を固定する必要があ
る。

これら光デバイスの結合では、用いられる光ファイバの
コア半径が、多モードファイバの場合は２０〜３０ル脂
にすぎず、単一モードファイバの場合には僅か数ＪＬ１
１シかない、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、すなわち
出力レベルが大きく低下する。

それ故、これらの光部品の固定方法としては、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、かつ、固定方法自体の作業性
も考慮されなければならない。

これら光デバイスの固定方法は、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
ない、調整板をネジ止めで固定する方法が採用されてい
る。

しかし、このような固定方法は、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イｊしてい
るが、作業性が悪く、光デバイスのに産に適しておらず
、また、微調整部が複数ある場合、光デバイスの設計上
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ているにすぎない。

接着によって部品を固定する場合、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、光軸合せを行なった後、
基台との間の接着クリアランスに１４かれた接着剤を硬
化させて固定する。例えば、第１図に示す発光ダイオー
ドと光ファイバとの結合における光軸合せにおいては、
レーザダイオード１よりのレーザ光はロッドレンズ２で
集光され、光コネクタ３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ｌと光コネク
タ３は予め固定されており、これにつり棒５に松ヤニの
様な仮接着剤６で仮止めしだロッドレンズ２を、基台７
に設けた受は溝８内に、該受は溝８とロッドレンズ２と
の間に位置調整に必要な接着クリアランスを有するよう
設置し、つり棒５によってロッドレンズ２を動かし、レ
ーザダイオードｌ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、受は溝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か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ていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、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
着されたつり林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
間以上が必要であった。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−ＩＥｔ８７０
７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ｈ後に金属性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が温度変化に対して安定であ
り、経時変化も小さいという利点があるが、ハンダ付け
の際に高温に対する部品の保護が必要で、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。

また、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かい
ので、光軸合せが正確に行ない難く、また、硬化後の温
度変化、経時変化に対する安定性向」二のため及び粘度
を向上させ接着時の流れ出しを防止するための充填剤を
混合することが困難であり、実用上問題がある。

［問題点を解決するための手段］ 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、硬化後の経時変化及び温度変化による
部品の移動の少ない接着方法に用いられる接着剤を提供
するものである。

すなわち、本発明は、光硬化型接着剤と無ｖ１賀透明粒
体とを主剤とする部品精密固定用接着剤にわいて、前記
無機質透明粒体が光硬化型接着剤１重量部に対して０．
８重が部を超え、かつ２．５重縫部以下の量で配合され
ていることを特徴とする部品精密固定用接着剤である。

［発明の詳細な説明］ 本発明の部品精密固定用接着剤に用いられる光硬化型接
着剤としては、任意の光硬化型接着剤を用いることがで
きるが、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光硬化型接着剤
を用いることが好ましい。

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及び３５８、スリーポ
ンド社製Ｔ８３０６Ｂ、アミコン社製ＵＶ−９９０−３
０並びにサマーズ社製ＵＶ−７４等が使用される。

本発明の部品精密固定用接着剤において、光硬化型接着
剤に混合される粒体に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激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、光源との間に不透
明体が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、鎌気性接着剤の
性質を有していて、一部分の光硬化によって架橋反応が
進行するものもあるが、このような場合でも、光ｊｉ１
．４射が少ないと硬化の進行が遅い。

本発明の部品精密固定用接着剤では、接着剤中に混在す
る無機質透明粒体が、照射光を拡散するので、通常では
光の届かない内部にまで光を伝達し、かつ、無機質透明
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
届きにくい箇所の接着も精密に行なうことができ、しか
も接着剤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。

光硬化型接着剤に混合される無機質透明粒体としては、
例えば石英、ガラスの粒体であり、その形状は任意であ
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が好
ましく、これらの点や、また入手の容易性からガラスビ
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、光
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。該接着クリアランスに比して無機質透明粒体
の径が大きすぎる場合には、接着に際して光部品の位置
合せを阻害し、また、無機質透明粒体の径が小さすぎる
場合には光硬化型接着剤に配合したとき、接着剤の粘度
を必要以上に増加させて接着剤の流れを悪くシ、接着ク
リアランスの必要個所に接着剤が届かないおそれがある
。

無機質透明粒体の混合量は、光硬化型接着剤１！ｆｒ、
量部に対し０．８　ｒｆｒ、置部を超える量ないし２．
５重液部以下の量の範囲内であり、混合量が少ない場合
には、光硬化型接着剤自体の特性の影テを大きく受゛け
、硬化後の経時変化及び温度変化が太きくなり、また硬
化時の収縮率も大きい、一方１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ト１．１害するおそれがある。

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、予め混合しておいて接着剤組成
物として用意しておくこともできる０本発明の部品精密
固定用接着剤には本発明の効果を大きく損なわない限り
、他の添加物を加えることができる。

接着部品の位置合せに際して調整上必要なりリアランス
としては、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」；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、４０〜４００ｇｍの範囲のも
のが用いられ１通常、平均粒径が２００　ｇ　ｍ程度の
ものが汎用性を有する。

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、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に
は、部品の位置合せの前に予め基台上の接着部、例えば
受は溝内８に必要量の接着剤を置き、その上に部品を置
いて位置合せを行なう、あるいは、接着剤を置かない受
は溝８内で部品の位置合せなした後、受は溝８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
は接着部品の両側で均等に起こってつり合い、上下方向
の収縮変動は無いから、接着剤の硬化による部品の固定
位置の変動を最少限にとどめることができる。

部品の精密位置合せに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ＷＩ２ｇＩ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
出射された出力光はロッドレンズ２によって光コネクタ
３に集光され、その結合効率は光コネクタ３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１３で読み取られる。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、その受は
溝８内には紫外線硬化型接着剤１重量部にガラスビーズ
５ａＯ（粒径　１７７〜２５０　ルｍ）　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仮接着されたつり林５
により、ロッドレンズ２が約０．２５ｍｍの接着クリア
ランスを残して受は溝８内に光軸を合せて置かれる（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１
５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及び１９を操作して、ロッドレンズを左右
（Ｘ方向）、」二下（Ｙ方向）及び前後（Ｚ方向）に微
調整し、光コネクタ３よりの入射光が最大になる位置を
光パワーメータ１３の読み取りで求める。

微動台１５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１３
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１３に最大出力の得られるように、ロッ
ドレンズ２の位置決めが完了したら、受は溝８に置かれ
た接着剤９に硬化用の紫外線を照射し、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、ロッド
レンズ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１５を操作してロッドレンズ２を、補正量とし
て　１．５〜２．５　ＪＬｍ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９
及び接着クリアランスの［１］によって異るので、予め
測定しておくことが望ましい。

硬化用紫外線の照射は、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により行なわれ
る。照射は接着部の両側から行なうのが望ましいが、１
側からだけでも充分硬化させることができる一通常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９の硬化が完了したら、ロッドレンズ２に仮止め
したつり棒５の仮接着６を外す、仮接着６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
着剤による接着が、早く確実で、かつ、つり棒５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５の取外しの際、充分に接着が解除されないうち
につり棒５を動かすと、固定された光部品に衝撃を与え
、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図に示すようなバネ付アーム治具１６が用い
られる。すなわち、アーム治具１６の基部が微動台１５
にピン２３によって回転自在に係止され、アーム治具１
６の中間部がバネ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、っまみ２４をゆ
るめておくと仮接着６の接着力が充分弱まるとバネの力
で仮接着６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。バネ
２３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の光軸に影響を殆ど与えないでつり棒５の離脱を行
なうことができる。

前記固定方法によって固定されたロッドレンズ２を光軸
に直角に切断した断面図は第５図（１）に、またその拡
大写真を第５図（２）に示す、第５図（１）においてロ
ッドレンズ２と基台７の受は溝８との間のクリアランス
は約０．２５℃腸であり、硬化した接着剤９の中にはガ
ラスビーズｌＯが均等に分散されている。第５図（２）
より明らかなように、この時ガラスビーズ１０が数個集
って石垣状のブロックを形成している。従って、このガ
ラスビーズ１０の石垣状ブロックによって、接着剤が硬
化するまでロッドレンズ２が支持されていることが理解
できる。

部品の精密固定に、光硬化型接着剤に無機質透明粒体を
配合した本発明の部品精密固定用接７１剤を使用するこ
との効果は、次の実験によって確かめることができる。

実験１ 第６図は円柱状の部品を受は溝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）５ｇニ、８０〜２４０ｇｍの
ガラスビーズ？、５ｇ　（重量比１：１．５）、３〜２
０７ｔｍの無水珪酸（Ｓｉ０２　）粉末７．５ｇ及び３
〜２０＃Ｌ１１のアルミナ（Ａ立２０３）粉末７．５ｇ
をそれぞれ混合して、紫外線照射によって硬化せしめた
。

接着される部品に１例えばロッドレンズのような透明体
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、ガラスビーズを混入した接着剤にのみ充分な硬
化状態が得られたのに対し、他の２例では部品の下部に
未硬化部が残留していた。

実験２ また、第７図に示すように不透明体のカップの中に前記
テートに用いたものと同様の３種の混合接着剤を充填し
、　４００　ＰＷ／ｃ■　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、ガラスビーズ混合の
場合４■であったのに対し、他の２種では表面から０．
５ｔａまでしか硬化が見られなかった。

実験３ 実験１において用いたガラスビーズの添加量を、光硬化
型接着剤に対して重量比で０．５及び２．７の割合で用
いて、実験ｌに記載される方法で実施した結果、重量比
で０．５の割合で用いた場合は、硬化後の接着剤の熱膨
張が大きく、例えばロッドレンズの場合、光部品として
実用性が無かった。また、重量比で２．７の割合で用い
た場合は接着剤はパテ状となり接着剤塗布時の流れ込み
が悪く、実用性が無かった。

第８図は光部品の精密固定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３２でケース３３上に
固定された光コネクタ３４に導く、ケース３３には光コ
ネクタ３４に相対して光コネクタ３５が固定され、両者
をセルホックレンズ３６で結合し、その結合効率を光コ
ネクタ３５からの光ファイバ３７により光センサ３８及
び光パワーメータ３９で測定した。セルホックレンズ３
６・は第４図に示すようなバネ付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敬先測定した。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℃から４０℃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、に示したような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Ｎ００１及
び２で用いたと同じ光硬化型接着剤を用い、照射ｌＯ分
、再照射１．５分の硬化で固定した場合の結合効率の変
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゛であった。

未発明の部品精密固定用接着剤は、特に光部品の精密位
置決め固定に適しているが、光部品に限らず、精密な位
置決めを要する部品の接着固定に対しても極めて有効で
ある。

［発明の効果］ 本発明の部品精密固定用接着剤は無機質粒子の配合によ
り適度の粘性を有し、しかも光照射を行なうまでは硬化
しないので、部品の位置合わせが容易であり、しかも１
位置合わせ後は光照射により迅速に硬化する。

また、配合された粒子が透明であるので、接着剤内部に
光が到達し、硬化が均一、かつ、迅速に進行し、外部か
らの振動その他の影響により硬化中に位置決めの変動を
受けるおそれが少ない、また、接着剤中への光の到達性
が優れており、一部照射による全体硬化が可能であるの
で、従来接着が困難であったような装置内部での接着も
、光ファイバ等による照射を利用することにより可能で
ある。

配合される無機質透明粒子の量が、光硬化型接着剤の量
に対し、重量でほぼ等量以上であるので、硬化時あるい
は温度変化時の体積変化が：接着された部品のそれに近
く、位置決めの変化が極めて少ない。

本発明の部品精密固定用接着剤による部品の固定は、微
動台等による位置合わせを含めても約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時間以上を要して接着固定する方法に劣らない
、優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優れた安定性を
示す。

【図面の簡単な説明】

第１図はＬＥＤモジュールにおけるロッドレンズによる
結合を表わし、第２図は微動台による光軸合せの説明図
である。 第３図が紫外線照射の説明図、第４図はバネ付アーム治
具の作動を説明する縦断面図である。 第５図（１）及び（２）は本発明の部品精密固定用接着
剤によって固定された口・ンドレンズの拡大断面図及び
拡大写真を表わす。 第６図及び第７図は配合物による光硬化性のテスト法を
表わす図である。 第８図は光フアイバ間の結合効率測定装置を表わす。 図示された要部と符号との対応は次のとおりである。 ｌ・・・発光ダイオード　２・・・ロッドレンズ３・・
・光コネクタ　　　４・・・光ファイバ５・・・つり棒
　　　　　６・・・仮接着７・・・基台　　　　　　８
・・・受は溝９・・・接着剤　　　　１０・・・光セン
サ１１・・・駆動回路　　　１２・・・光センサ１３・
・・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・・・マニピュレータ２１．２２・・・紫外
線ランプ ２３・・・ピン　　　　　２４・・・つまみ２５・・・
バネ　　　　　３１・・・光源３２．３７・・・光ファ
イバ ３３・・・ケース　　　　３４．３５・・・光コネクタ
３６・・・セルホックレンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光硬化型接着剤と無機質透明粒体とを主剤とする
   部品精密固定用接着剤において、前記無機質透明粒体が
   光硬化型接着剤１重量部に対して０．８重量部を超え、
   かつ２．５重量部以下の量で配合されていることを特徴
   とする部品精密固定用接着剤。
2. （２）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１項に記載の部品精密固定用
   接着剤。
3. （３）光硬化型接着剤が紫外線硬化性接着剤である特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の部品精密固定用接
   着剤。
4. （４）無機質透明粒体がガラスビーズである特許請求の
   範囲第１項から第３項までのいずれかに記載の部品精密
   固定用接着剤。