WO2004009722A1 - 熱硬化型光学用接着剤とこの接着剤が適用された光アイソレータ素子および光アイソレータ - Google Patents

熱硬化型光学用接着剤とこの接着剤が適用された光アイソレータ素子および光アイソレータ Download PDF

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optical isolator
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Shigeru Kohinata
Daiki Shiga
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Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a mixed type thermosetting optical adhesive having as a main component a main component such as an epoxy resin and a curing agent such as an amine compound, and in particular, a thermosetting type having excellent heat and moisture resistance and high transparency.
  • the present invention relates to an optical adhesive and an optical isolator element and an optical isolator to which the adhesive is applied.
  • the light reflected by the optical fiber etc. is returned to the semiconductor laser again, but this reflected return light causes mode hopping of the semiconductor laser and the laser oscillation light is not It becomes a major source of noise that stabilizes. Therefore, in order to suppress such reflected return light, an optical isolator using the Faraday effect is used.
  • Figure 1 shows the basic configuration of the optical isolator. That is, as shown in FIGS. 1 (A) to 1 (B), this optical isolator is disposed along the optical axis and the first polarizer 1 whose polarization plane coincides with the polarization plane of the incident light, and A Faraday rotator 2 disposed behind the light exit side of the one polarizer 1 and rotating the polarization plane of the incident light by 45 degrees, and a first rotator 1 disposed behind the light exit side of the Faraday rotator 2.
  • the main part is constituted by the second polarizer 3 having a polarization inclined at 45 degrees.
  • this type of conventional optical adhesive has a drawback that the cured product is prone to discoloration and deterioration due to temperature and humidity after curing, and the above-mentioned optical isolator is used at 85 ° C. and 85% RH.
  • the above-mentioned optical isolator is used at 85 ° C. and 85% RH.
  • there are problems such as detachment of the optical isolator element and permanent magnet from the holder, or optical degradation due to separation of the Faraday rotator and the polarizer.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a thermosetting optical adhesive excellent in heat and moisture resistance and having high transparency, and the adhesive is applied.
  • the present inventors have intensively investigated the conventional causes of deterioration.
  • the cause of discoloration and deterioration of the cured product due to temperature and humidity is related to the compounding ratio of the amine curing agent to the epoxy resin which is the main agent, and the amine resin to 100 parts by weight of the epoxy resin It was found that the system curing agent was compounded in a proportion exceeding 45 parts by weight. Although it is conceivable to reduce the proportion of the amine-based curing agent as a solution, it is practically difficult to set it to 45 parts by weight or less because it causes another problem of insufficient curing.
  • the cause of optical degradation due to detachment of the optical isolator element and the permanent magnet from the holder and separation of the Faraday rotator and the polarizer in the constant temperature and humidity test is the cause of the inorganic optical element and the organic epoxy resin. It was found that the combination with fat was involved.
  • the silane modification process which combines a silane coupling agent with the epoxy group of an epoxy resin, and improves the affinity with respect to an inorganic type optical element as this solution is considered, in epoxy resin, the activity of a hydroxyl group etc. besides epoxy group is considered.
  • the base moiety is also present, and it is difficult to bond the silane coupling agent only to the epoxy group, so it is practically solved. 2 012995
  • thermosetting type optical adhesive according to the present invention is a mixed type adhesive comprising a main agent and a curing agent as main components, and after thermal curing under film thickness conditions functioning as an adhesive. It is characterized in that it has a visible light transmittance of 90% or more.
  • the main agent is a silane-modified epoxy resin in which a part or the whole of an active group other than an epoxy group is inactivated by a metal stoma and a silane coupling agent is bound to at least one epoxy group.
  • Those constituting the component can be applied, and as the above-mentioned curing agent, those containing an amine compound or an amide compound as the main component can be applied.
  • the above-mentioned amine compound or amide compound constituting the main component of the curing agent it is desirable that the amine adduct be formed by the reaction with an epoxy resin.
  • the mixing ratio of the curing agent to the epoxy resin of the main agent is that a part or all of the active group portion other than the epoxy group is inactivated by the above metal stoma I 1 and the silane coupling agent is converted to at least one epoxy group It is possible to set in the range of 20 to 45 parts by weight of the curing agent to 100 parts by weight of the epoxy resin, on the premise that the main component of the main agent is constituted by the silane-modified epoxy resin in which Become.
  • the main part is composed of the Faraday rotator and the first polarizer and the second polarizer arranged on both sides, and the Faraday rotator, the first polarizer, and the first polarizer between the second polarizer is the thermosetting type optical adhesive according to the present invention It is characterized in that it is bonded together.
  • the optical isolator according to the present invention is an optical isolator in which an optical isolator element and a permanent magnet for saturating the Faraday rotator of the optical isolator element are fixed to a holder, and the optical isolator element and the permanent magnet are used. It is characterized in that it is adhesively fixed to the holder by the thermosetting optical adhesive according to the invention.
  • Fig. 1 (A) is a top view of the optical isolator
  • Fig. 1 (B) is a side view of the optical isolator.
  • FIG. 2 is an explanatory drawing showing the chemical structural formula of bisphenol A-type epoxy resin.
  • FIG. 3 is a graph showing the transmission profile of the thermosetting optical adhesive according to the present invention.
  • Fig. 4 (A) is a schematic structural explanatory view of the optical characteristic measuring device
  • Fig. 4 (B) is a sample for each sample (applicable to the thermosetting adhesive for the examples and comparative examples) between each lens system.
  • Fig. 5 shows the temperature of the optical isolator element obtained by applying the thermosetting optical adhesive according to Example 1 and Comparative Example 3 and the temperature history (temperature 85.degree. C., humidity 85%). It is a graph which shows the change of the optical characteristic (insertion loss) after.
  • the thermosetting type optical adhesive according to the present invention is a mixed type adhesive containing a main agent and a curing agent as main components, and the thermal adhesive under the film thickness condition which functions as an adhesive. It is characterized in that the visible light transmittance after curing is 90% or more.
  • the film thickness condition that functions as an adhesive is a factory that can measure in the depth direction. The condition is that the film thickness of the adhesive layer measured by a microscope (for example, a microscope manufactured by Olin Pass Optical Co., Ltd.) is in the range of 2.01 to 13.5 mm. When the film thickness is less than 2.0 ⁇ m, the heat and moisture resistance is deteriorated. When the film thickness exceeds 3.5 mm, the visible light transmittance is lower than the above numerical condition.
  • silane-modified epoxy resin in which a part or the whole of the active group portion other than the epoxy group is inactivated by metal stony and the silane coupling agent is bonded to at least one epoxy group.
  • the epoxy resin applicable to the present invention is one having more than one epoxy group in one molecule, such as bisphenol A, bisphenol AD, bisphenol F, hydrogenated bisphenol A, catechol, etc. It is obtained by reacting polyglycidyl ether obtained by reacting polyphenol such as resorcin with epichlorohydrin, hydroxycarboxylic acid such as p-hydroxybenzoic acid or ⁇ -mononaphthophilic acid, and epichlorohydrin. Examples thereof include glycidyl ether esters, polyglycidyl esters obtained from polycarboxylic acids such as phthalic acid and terephthalic acid, and further, nopolac type epoxy and epoxidized polyolefin.
  • the epoxy resin used in the present invention is not limited to a liquid, and even a solid epoxy resin can be applied by using it in combination with a diluent or the like. These can be used alone or as a mixture of two or more, and can be used as appropriate. However, when the above epoxy resin is reacted in advance with the following silane coupling agent to form a silane-modified epoxy resin, the bonding strength is improved and the normal temperature Storage stability can be increased.
  • the silane coupling agent applicable in the present invention is an organic silicon compound represented by the following general formula (1), and in the general formula (1), X is a buyl group, an aminoalkyl group, an epoxyalkyl group, methacryl. R represents an alkyl group or the like, and R represents an alkoxyl group such as a methoxy group, a methoxy group, a methoxy group or the like.
  • silane modified epoxy resin in which a metal stoma is previously bonded to a part of the molecular structure of the epoxy resin by a heating reaction with epoxy resin, ie, other than epoxy group
  • the silane-modified epoxy resin in which a part or all of the active group part (the hydroxyl group shown by the arrow a in FIG. 2 is exemplified) is inactivated by a metal stoma can be mentioned.
  • applicable metals such as sodium, potassium and the like are metals having a valence of 2 or more, for example, alkaline earth metals such as aluminum, calcium, manganese, lead, tin, zinc and heavy metals such as octylic acid, nonyl Examples thereof include organic acid salts combined with organic acids such as acids, stearic acid and naphthenic acid, which may be applied singly or in combination.
  • aliphatic polyamine, polyoxyalkylene diamine, and a mixture of aliphatic polyamine and polyoxyalkylene diamine etc. can be used.
  • the curing agent is not limited to these, and if the heat resistance, moisture resistance and transparency of the cured product are satisfactory, it is possible to apply an amine-based or amide-based curing agent such as aromatic amine and alicyclic amine. It is.
  • curing agents other than amines and amides such as acid anhydrides such as tetrahydrophthalic anhydride, generate free acid in heat and moisture resistance after curing, while BF 3 cationic polymerization type is Lewis acid.
  • an amine compound or an amide compound as a curing agent be internalized with an amine by reaction with an epoxy resin. That is, storage stability and curing temperature by optimization of the molecular weight by performing a modification in which part of the active hydrogen of the terminal amino group in the amine compound or the amide compound is reacted with the epoxy compound in advance.
  • stability of bonding strength can be imparted.
  • these compounds are reacted with a curing agent having an epoxy resin equivalent or more at room temperature in an aqueous solution of an organic acid such as formic acid, acetic acid, etc., exposed to dilute ammonia gas etc. for neutralization, and then washed with alcohol and water. And dried under reduced pressure.
  • the mixing ratio of the curing agent to the epoxy resin of the main agent is that, as described above, a part or all of the active group portion other than the epoxy group is inactivated by the metal stoma and at least one epoxy group.
  • the curing agent is set in the range of 0 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the epoxy resin. It is possible to Next, the diluent is not a particularly essential component, but if it is required to maintain proper workability, excessive addition will deteriorate the heat resistance of the cured product, resulting in voids (voids) at curing, Care should be taken because separation and exudation occur.
  • the type of diluent is not specified depending on the application of the adhesive, but it is desirable to use one that has high dilution efficiency, excellent compatibility, and no hygroscopicity or toxicity.
  • thermosetting optical adhesive according to the present invention is used, for example, in the manufacture of an optical isolator element or an optical isolator shown in FIG.
  • the application of this adhesive is After stirring and mixing the main agent (resin) and the curing agent in the specified ratio, means such as dispenser, printing, and stamping can be used appropriately.
  • Methanol and a small amount of formic acid (or acetic acid) are mixed with 100 parts by weight of an epoxy resin (bisphenol A type “EPIK TE TE 823”: Shell epoxy tree moon effect registered trademark) and mixed and stirred.
  • an epoxy resin bisphenol A type “EPIK TE TE 823”: Shell epoxy tree moon effect registered trademark
  • tin octilate dissolved in an organic solvent was mixed at a temperature of 20. +-. 5.degree.
  • the mixture is heated and stirred under conditions of about 60 ° C. Thereafter, the temperature is returned to normal temperature, pure water is added, and alcohol (methanol), water and formic acid (or acetic acid) are removed by vacuum stirring.
  • alcohol methanol
  • formic acid or acetic acid
  • ⁇ -glycidoxytrimethoxysilane 5 parts by weight of ⁇ -glycidoxytrimethoxysilane, a slight amount of alcohol solvent and pure water are added, vacuum stirring degassing is carried out at 60 ° ⁇ 20 ° C., and then gradually cooled using a cooler. Then, a silane-modified epoxy resin was obtained in which a part or all of the active group portion other than the epoxy group was denatured with a metal cement and the silane coupling agent was bonded to at least '1 epoxy group.
  • Mensendiamine (MD MD) is added to 100 parts by weight of bisphenol phenol-type epoxy resin.
  • FIG. 3 shows the wavelength 200 to 2600 (nm) of a thermosetting film with a film thickness of 3 ⁇ 0 ⁇ 2 (mm) measured using a micrometer of the thermosetting optical adhesive according to Example 1. Shows the transmission profile for
  • thermosetting optical adhesive according to Example 1 is 90% or more.
  • the transmittance is 90% or more in the wavelength range of visible light, the transmittance is about 90% in the wavelength 1301 (nm) used in optical communication, and the wavelength used in optical communication It is confirmed that the transmissivity is about 60% at 1 550 (nm).
  • the transmittance is about 90% at the wavelength 1 13 0 (nm) used in optical communication
  • the transmission profile is measured using a spectrophotometer (U-4000) manufactured by Hitachi, Ltd.
  • thermosetting optical adhesive according to Example 2 was obtained in the same manner as Example 1, except that the main agent: the weight ratio of the curing agent was changed to 100 ° ⁇ 40.
  • Example 1 To 80 parts by weight of the main agent of Example 1 was added 20 parts by weight of bisphenol F type epoxy resin, and the mixture was stirred to obtain a main agent.
  • thermosetting type optical adhesive according to Example 3.
  • thermosetting optical adhesive according to Example 4 was obtained.
  • thermosetting optical adhesive according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the main agent: the curing agent was changed to 100: 15.
  • thermosetting optical adhesive according to Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the main agent to the curing agent was changed to 100: 55.
  • thermosetting type optical adhesive according to Comparative Example 3 (that is, the thermosetting type optical adhesive according to the conventional example) was obtained by setting the weight ratio of the agent to 100: 55.
  • thermosetting optical adhesive according to Comparative Example 4 was obtained in the same manner as Example 1, except that tin oxalate oxalate, which is a metal stone crucible, was not blended.
  • thermosetting type optical adhesive While applying the thermosetting type optical adhesive according to Example 1, the film thickness of the adhesive layer of the evaluation sample shown below for evaluating the optical characteristics and the heat and moisture resistance test is “5.0 ⁇ 0.1. An evaluation sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was "mm".
  • thermosetting type optical adhesive While applying the thermosetting type optical adhesive according to Example 1, the film thickness of the adhesive layer of the evaluation sample shown below for evaluating the optical characteristics and the heat and moisture resistance test is “1.0 ⁇ 0.5. Evaluation samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that ⁇ ”.
  • the optical isolator element shown in FIG. 1 and the optical isolator shown in FIG. 1 are manufactured by applying the thermosetting type optical adhesive according to each example and comparative example, and the optical shown in FIG. 4 (A)
  • thermosetting type optical adhesive according to each example and comparative example
  • FIG. 4 A
  • An optical characteristic measuring apparatus whose main part is composed of an optical fiber (SMF), a light incident side lens system, a light emitting side lens system, an optical fiber (SMF) and a power meter.
  • the penetration loss and isolation of the optical isolator manufactured by applying the thermosetting optical adhesive according to the example were measured.
  • the sample (the first polarizer 1 / the adhesive layer Z 0.5 a film thickness of 0.5 ⁇ 0.1 mm) was placed between the light incident side lens system and the light emitting side lens system.
  • Measurement of insertion loss and isolation by inserting an optical isolator element (the main part of which is composed of an adhesive layer Z and a second polarizer 3 with a film thickness of 0.5 ⁇ 0.1 mm) doing.
  • thermosetting optical adhesive according to the example 1 and the thermosetting optical adhesive according to the comparative example 3 the temperature and humidity of the heat and moisture resistance test shown below (humidity history (temperature 85 ° C., humidity)
  • the optical properties (insertion loss) after the exposure to 85 °) that is, the optical properties (insertion loss) of the constant temperature and humidity test are also measured. The results are shown in FIG.
  • thermosetting optical adhesive according to each example and comparative example on the SUS substrate which is the same material as the holder 5
  • the Faraday rotator chip (1. O mm square, thickness 0.5 mm) is bonded and fixed
  • the sample was left in an oven heated to 120 ° C. for 2 hours to be thermally cured and used as an evaluation sample.
  • Temperature 85 ° C, humidity 85%, 2000 hours temperature ⁇ humidity history The chips to be evaluated and the evaluation samples not subjected to temperature and humidity history were pressed horizontally at 25 ° C. using a push-pull gauge, and the peel strength (N: Newton) was measured. Then, the judgment was made on the basis of the value A obtained from the following equation (1).
  • the main agent and the curing agent were mixed at room temperature (25 ° C.), and the time to reach twice the viscosity immediately after mixing was measured.
  • thermosetting optical adhesive according to each example has optical characteristics, heat and moisture resistance, as compared with the thermosetting optical adhesive according to the comparative example. Its superiority is confirmed in terms of quality and working life.
  • Comparative Example 1 since the weight ratio of the main agent: hardening agent is set to 100: 15, and the weight ratio of the hardening agent is 20 parts by weight or less, the heat resistance is difficult compared to the respective examples. )), Comparative Example 2 is set to “main agent: hardening agent weight ratio 100: 55”, and since the hardening agent weight ratio exceeds 45 parts by weight, it is difficult to obtain optical characteristics compared to each example. It is confirmed that there is (X) and the usable time is also not (X). Further, Comparative Example 3 is a thermosetting type optical adhesive according to the conventional example, and since the weight ratio of the curing agent exceeds 45 parts by weight, the optical properties are more difficult than in each example (X). Also, the affinity to the inorganic optical element (Faraday rotator chip) is inferior, and the heat and moisture resistance is difficult (X) as compared with each example.
  • Comparative Example 5 and Comparative Example 6 respectively apply the thermosetting type optical adhesive according to Example 1, the usable time is the same evaluation ( ⁇ ) as in each Example.
  • the film thickness of the adhesive layer in Comparative Example 5 is “5.0 ⁇ 0. l mm”, and in Comparative Example 6 is “1.0 ⁇ 0.5 ⁇ m”, which does not satisfy the predetermined film thickness condition.
  • Comparative Example 5 it is confirmed that the optical characteristics 1 “quality” is inferior ( ⁇ ) in each of the examples, and that the comparative example 6 is inferior in heat resistance and moisture resistance (X).
  • thermosetting optical adhesive according to Example 1 when the thermosetting optical adhesive according to Example 1 is applied, the temperature and humidity history (temperature 85 ° C.) When the thermosetting adhesive according to the conventional example of Comparative Example 3 is applied, although the optical characteristics (corrosion loss) are hardly deteriorated even after applying a humidity of 85%), temperature and humidity It can be confirmed that the optical characteristics (insertion loss) after application of the history (temperature 85 ° C., humidity 85%) are significantly deteriorated.
  • the thermosetting type optical adhesive according to the present invention is excellent in heat resistance, moisture resistance and transparency of a cured product after curing, for example, the adhesive can be used as an optical isolator element or an optical isolator.
  • the adhesive When applied, it has the effect that optical degradation due to the detachment of the photoisolator element and permanent magnet from the holder due to the degradation of the adhesive and the detachment of the Faraday rotator and each polarizer is unlikely to occur. Labor saving Cost reduction can be achieved. Therefore, it is suitable to be applied as an optical adhesive used in the manufacture of optical parts such as, for example, optical isolator elements and optical isolators.

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Description

明 細 書
熱硬化型光学用接着剤とこの接着剤が適用された光アイソレータ素子および光 アイソレータ 技術分野
本発明は、 エポキシ樹脂等の主剤とアミン系化合物等の硬化剤を主成分とする 混合型の熱硬化型光学用接着剤に係り、 特に、 耐熱耐湿性に優れかつ透明度の高 い熱硬化型光学用接着剤とこの接着剤が適用された光アイソレータ素子および光 アイソレータに関するものである。 ' 背景技術
光通信等において半導体レーザより出射した光の内、 光ファイバ等により反射 された光は再び半導体レーザへ戻ってくるが、 この反射戻り光は、 半導体レーザ のモードホッピングを招き、 レーザ発振光を不安定にする雑音の大きな発生原因 となる。 そのため、 このような反射戻り光を抑制するために、'ファラデー効果を 利用した光ァイソレータが使用されている。
第 1図に光アイソレータの基本構成を示す。 すなわち、 この光アイソレータは、 第 1図 （A) 〜 （B ) に示すように光軸線上に沿って配置され入射光の偏波面に その偏波面が一致する第一偏光子 1と、 この第一偏光子 1の光出射側後方に配置 され入射光の偏波面を 4 5度回転せしめるファラデー回転子2と、 このファラデ 一回転子 2の光出射側後方に配置され上記第一偏光子 1に対して 4 5度傾いた偏 波面を有する第二偏光子 3とでその主要部が構成されている。
そして、 上記ファラデー回転子 2と第一偏光子 1並びに第二偏光子 3との間は 光学系接着剤により張り合わされて光アイソレータ素子を構成し、 つ、 この光 ァイソレータ素子とこの光アイソレータ素子のファラデー回転子 2を飽和磁化さ せる永久磁石 4が上記光学系接着剤を介しホルダー 5に接着固定されて光アイソ レータを構成している。
ところで、 従来の光学系接着剤としては主剤としてエポキシ樹脂、 硬化剤とし てァミン系化合物を用いたものが知られている。
しかし、 この種の従来の光学系接着剤には、 硬化後の温度■湿度により硬化物 の変色、 劣化が生じ易い欠点があり、 上記光アイソレータを用いた 8 5 °C 8 5 % RHでの 2 0 0 0時間の恒温恒湿試験において光アイソレータ素子および永久磁 石の上記ホルダーからの脱離が起こつたり、 ファラデー回転子と偏光子の剥離に よる光学的劣化が起こる等の問題があった。
本発明はこのような問題に着目してなされたもので、 その課題とするところは、 耐熱耐湿性に優れかつ透明度の高い熱硬化型光学用接着剤を提供し、 併せてこの 接着剤が適用された光アイソレータ素子および光アイソレータを提供することに そこで、 本努明者等は従来における劣化原因について鋭意究明を行った。
そして、 硬化後の温度 '湿度により硬化物の変色、 劣化が発生する原因は、 主 剤であるエポキシ樹脂に対するアミン系硬化剤の配合割合が関係し、 エポキシ樹 脂 1 0 0重量部に対しアミン系硬化剤が 4 5重量部を超える割合で配合されてい ることにあることが判明した。 尚、 この解決策としてアミン系硬化剤の配合割合 を少なくする方法が考えられるが、 熱硬化が不十分となる別の問題を生ずるため 4 5重量部以下に設定することは実際上困難であった。
また、 恒温恒湿試験において光アイソレータ素子および永久磁石のホルダーか らの脱離やファラデー回転子と偏光子の剥離による光学的劣化等が起こる原因は、 無機系の光学素子と有機系のェポキシ榭脂との組合せが関係していることが判明 した。 尚、 この解決策としてエポキシ樹脂のエポキシ基にシランカップリング剤 を結合させ無機系光学素子に対する親和性を改善させるシラン変性処理が考えら れるが、 ェポキシ樹脂にはェポキシ基以外に水酸基等の活性基部分も存在しェポ キシ基のみにシラン力ップリング剤を結合させることが困難なため現実的には解 2 012995
決困難であった。
そして、 この様な原因究明を行った後、 更なる研究を継続したところ、 上記シ ラン変性処理の際に金属石鹼を併存させた場合、 シランカツプリング剤をェポキ シ樹脂のエポキシ基に対し選択的に反応させることが可能となり、 併せて硬化剤 の配合割合も 4 5重量部以下に低減できることを発見するに至った。 本発明はこ の様な技術的発見に基づき完成されたものである。 発明の開示
すなわち、 本発明に係る熱硬化型光学用接着剤は、 主剤と硬化剤を主成分とす る混合型接着剤であって、 かつ、 接着剤として機能する膜厚条件下における熱硬 化後の可視光の透過率が 9 0 %以上有することを特徴とするものである。
そして、 上記主剤として、 エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部が 金属石鹼により不活性化されかつ少なくとも 1のエポキシ基にシランカツプリン グ剤が結合されたシラン変性エポキシ樹脂によりその主成分を構成するものが適 用でき、 また、 上記硬化剤として、 その主成分がアミン系化合物若しくはアミド 系化合物により構成されるものが適用できる。 尚、 硬化剤の主成分を構成する上 記ァミン系化合物若しくはアミド系化合物としては、 エポキシ樹脂との反応によ り内在アミンァダクト化されているものが望ましい。 また、 主剤のエポキシ樹月旨 に対する硬化剤の配合割合は、 エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部 が上記金属石鹼により不活 I1生化されかつ少なくとも 1のエポキシ基にシランカツ プリング剤が結合されたシラン変性エポキシ樹脂により主剤の主成分が構成され ることを前提として、 エポキシ樹脂 1 0 0重量部に対して硬化剤 2 0〜4 5重量 部の範囲に設定することが可能となる。
次に、 本発明に係る光アイソレータ素子は、 ファラデー回転子とこの両側に配 置される第一偏光子と第二偏光子とでその主要部が構成され、 ファラデー回転子 と第一偏光子並びに第二偏光子間が本発明に係る上記熱硬化型光学用接着剤によ り張り合わされていることを特徴とする。
また、 本発明に係る光アイソレータは、 光アイソレータ素子とこの光アイソレ ータ素子のファラデー回転子を飽和磁化させる永久磁石がホルダーに固定された 光アイソレータであって、 光アイソレータ素子と永久磁石が本発明に係る上記熱 硬化型光学用接着剤によりホルダーに接着固定されていることを特徴とするもの である。 図面の簡単な説明
第 1図 （A) は光アイソレータの上面図、 第 1図 （B ) は光アイソレータの側 面図。
第 2図はビスフエノール A型エポキシ樹脂の化学構造式を示す説明図。
第 3図は本発明に係る熱硬化型光学用接着剤の透過プロファイルを示すグラフ 図。
第 4図 （A) は光学特性測定装置の概略構成説明図、 第 4図 （B ) は各レンズ 系間に各サンプル （実施例並びに比較例に係る熱硬化型光学用接着剤を適用して 得られた光アイソレータ素子） が挿入された光学特性測定装置の概略構成説明図。 第 5図は実施例 1および比較例 3に係る熱硬化型光学用接着剤を適用して得ら れた光アイソレータ素子の温度 '湿度履歴 （温度 8 5 °C、 湿度 8 5 %) をかけた 後における光学特性 （挿入損失） の変化を示すグラフ図。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
まず、 本発明に係る熱硬化型光学用接着剤は、 上述したように主剤と硬化剤を 主成分とする混合型接着剤であって、 つ、 接着剤として機能する膜厚条件下に おける熱硬化後の可視光の透過率が 9 0 %以上有することを特徴とするものであ る。 ここで、 接着剤として機能する膜厚条件とは、 深さ方向の測定が可能な工場 顕微鏡 （例えば、 ォリンパス光学社製顕微鏡） により測定された上記接着剤層の 膜厚が 2 . 0 111〜3 . 5 mmの範囲内にある条件をいう。 そして、 上記膜厚が 2 . 0 μ m未満であると耐熱耐湿性が悪くなり、 3 . 5 mmを越えると可視光の 透過率が上記数値条件より低下する。
そして、 上記主剤としては、 エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部 が金属石鹼により不活性化されかつ少なくとも 1のエポキシ基にシランカツプリ ング剤が結合されたシラン変性エポキシ樹脂が挙げられる。
ここで、 本発明に適用できるエポキシ樹脂としては、 1分子中に 1個より多い エポキシ基を有するもので、 ビスフエノール A、 ビスフエノール A D、 ビスフエ ノール F、 水添ビスフエノール A等や、 カテコール、 レゾルシンなどの多価フェ ノールとェピクロルヒ ドリンを反応させて得られるポリグリシジルエーテルや、 p—ォキシ安息香酸、 β一ォキシナフト香酸のようなヒ ドロキシカルボン酸とェ ピクロルヒ ドリンを反応させて得られるグリシジルエーテルエステルや、 フタノレ 酸、 テレフタル酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルェステル、 更にはノポラック型エポキシやエポキシ化ポリオレフイン等が例示される。 また、 本発明に用いられるエポキシ樹脂は液体に限ったものでなく、 固体のエポキシ樹 脂であっても希釈剤などと併用することで適用することができる。 これらは単体 でも複数混合して適宜用いることが可能であるが、 上記エポキシ樹脂に下記のシ ランカップリング剤を事前に反応させてシラン変性エポキシ樹脂とすることによ り接合強度の向上と常温での保存安定性を増加させることが可能となる。
尚、 エポキシ樹脂とシランカップリング剤を反応させるには、 アルコールと少 量の純水および微量の酢酸などの希有機酸を用い加温しながら攪拌後、 減圧によ り余分な成分を取り除くことで脱水縮合反応を経て安定活性が得られるオリゴマ 一を得ることができる。 そして、 エポキシ樹脂とシランカップリング剤を反応さ せる際に金属石鹼を併存させることにより、 シランカップリング剤をエポキシ樹 脂のエポキシ基に対し選択的に反応させることが可能となる。 T JP2002/012995
また、 本発明で適用できるシランカップリング剤は、 下記一般式 （1 ) で表さ れる有機珪素化合物であり、 一般式 （1 ) 中、 Xはビュル基、 アミノアルキル基、 エポキシアルキル基、 メタクリルアルキル基等を示し、 Rはメ トキシ基、 ェトキ シ基、 メ トキシェトキシ基等のアルコキシル基を示す。
Figure imgf000008_0001
尚、 上記シラン変性エポキシ樹脂の好ましい形態としてはエポキシ樹月旨との加 熱反応によりエポキシ樹脂の分子構造の一部に金属石鹼が予め結合したシラン変 性エポキシ樹脂、 すなわち、 エポキシ基以外の活性基部分 （第 2図において矢印 aで示す水酸基が例示される） の一部若しくは全部が金属石鹼により不活性化さ れたシラン変性エポキシ樹脂が挙げられる。
そして、 適用できる金属石鹼としては、 ナトリウム、 カリウム等にカロえて二価 以上の金属、 例えばアルミニウム、 カルシウム、 マンガン、 鉛、 錫、 亜鉛等のァ ルカリ土類金属および重金属が、 ォクチル酸、 ノニル酸、 ステアリン酸、 ナフテ ン酸等の有機酸と結合した有機酸塩が挙げられ、 これらは単一でも複数混合して 適用してもよい。
次に、 上記硬化剤としては、 脂肪族ポリアミン、 ポリオキシアルキレンジアミ ン、 および、 脂肪族ポリアミンとポリオキシアルキレンジァミン等の混合物が使 用できる。 し力 し、 硬化剤はこれらに限ったものでなく、 硬化物の耐熱耐湿性、 透明性が満足できれば、 芳香族ァミン、 脂環族ァミン等のアミン系、 アミド系硬 化剤の適用が可能である。 ここで、 アミン系、 アミ ド系以外の硬化剤、 例えばテ トラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系は硬化後の耐熱耐湿において遊離酸を発 生し、 B F 3カチオン重合型系はルイス酸の遊離が懸念され、 更にィミダゾール 化合物系は硬化物の着色、 ジシアンジアミ ド系は分解ガスによるボイドの発生が あり好ましくない。 尚、 本発明の好ましい形態としては、 硬化剤としてのァミン 系化合物若しくはアミド系化合物が、 エポキシ樹脂との反応により内在アミンァ ダクト化されていることが好ましい。 すなわち、 アミン系化合物若しくはアミド 系化合物における末端ァミノ基の活性水素の一部を事前にエポキシ化合物と反応 させる変性を行う （すなわち內在アミンァダクト化する） ことで分子量の最適化 による保存安定性と硬化温度の低下、 更には接合強度の安定を付与できる利点を 有する。 そして、 これらのものは、 エポキシ樹脂当量以上の硬化剤を蟻酸、 酢酸 等の有機酸水溶液中で室温にて反応させ、 希アンモニアガス等に触れさせて中和 させた後、アルコールと水で洗浄を行い減圧乾燥させることで得られる。 また、 主剤のエポキシ樹脂に対する硬化剤の配合割合は、 上述したようにエポキシ基以 外の活性基部分の一部若しくは全部が上記金属石鹼により不活性化されかつ少な くとも 1のエポキシ基にシランカップリング剤が結合されたシラン変性エポキシ 樹脂により主剤の主成分が構成されることを前提として、 エポキシ樹脂 1 0 0重 量部に対して硬化剤 2 0〜4 5重量部の範囲に設定することが可能となる。 次に、 希釈剤は、 特に必須の成分ではないが、 適当な作業性を維持するために 必要な場合、 過度に加えると硬化物の耐熱性を劣化させ、 硬化時のボイド （空 隙） 、 分離、 染みだしを発生させるので扱いに注意を要する。 そして、 希釈剤の 種類は、 接着剤の使用用途により添加量は規定しないが、 希釈効率が高く、 相溶 性に優れ、 吸湿性や毒性の無いものが望ましい。
また、 本発明の用途において必要に応じてアクリル樹脂、 ポリエステル樹脂、 ポリアミ ド樹脂、 プチラール榭脂、 フエノール樹脂等の添加により透明性、 熱膨 張係数の調整、 応力緩和性を加味することも可能であり、 添加剤の利用を妨げる ものではない。 また、 紫外線吸収剤、 界面活性剤、 相溶化剤、 着色防止剤、 等の いわゆる鼻薬も添加することができる。
そして、 本発明に係る熱硬化型光学用接着剤は、 例えば第 1図に示した光アイ ソレータ素子や光アイソレータの製造などに用いられる。 この接着剤の塗布は、 主剤 （樹脂） と硬化剤を指定の割合で攪拌混合した後、 ディスペンサー、 印刷、 スタンビングなどの手段が適宜利用できる。
次に、 本発明の実施例について具体的に説明する。 伹し、 本発明は以下の実施 例に限定されるものではない。
[実施例 1 ]
主剤
エポキシ樹脂 （ビスフエノール A型 「EPIK〇TE 823」 ：シェル社製 ェポキ シ樹月旨登録商標） 1 0 0重量部に対し、 メタノールと微量の蟻酸 （または酢酸） をカロえ、 混合攪拌した後、 温度 2 0 ± 5 °Cの条件で有機溶剤に溶かした 0 . 5重 量部のォクチル酸スズを混合した。
混合後、 6 0 °C程度の条件で加温、 攪拌し、 その後、 常温に戻しかつ純水を加 え真空攪姅によりアルコール （メタノール） 、 水および蟻酸 （または酢酸） を除 去する。
次に、 γグリシドキシトリメトキシシラン 5重量部と、 アルコール系溶剤およ び純水を若干加え、 6 0 ± 2 0 °Cで真空攪拌脱泡を行った後、 冷却器を使い徐々 に冷却して、 エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部が金属石鹼により 不? ί性化されかつ少なくとも' 1のエポキシ基にシランカップリング剤が結合され たシラン変性ェポキシ樹脂を得た。
硬化剤
ビスフエノール Α型エポキシ樹脂 1 0 0重量部に、 メンセンジァミン （MD
A) 6 0重量部を加え、 1 5重量0 /0酢酸水溶液中で 6 0 ± 5 °Cで混合攪拌した後、 室温に戻し、 1 0重量％アンモニア水にて中和させ、 更に水とメタノールにて洗 浄を行った後、 減圧蒸留を行い、 MD Aァダクトを得た。
この MD Aァダクト 4 0重量部にポリオキシアルキレンジァミンを 6 0重量部 混合し窒素ガス中で混合攪拌を行い硬化剤とした。
そして、 主剤：硬化剤の重量割合を 1 0 0 ： 2 5として実施例 1に係る熱硬化 型光学用接着剤を得た。
尚、 第 3図は、 実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤のマイクロメータを使用 して測定した膜厚 3 ± 0 · 2 (mm) の熱硬化膜における波長 200〜 2600 (nm) に対する透過プロファイルを示す。
そして、 この透過プロファイルから、 実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤の 可視光透過率が 9 0 %以上有していることが確認される。
すなわち、 第 3図の透過プロファイルから、 可視光の波長範囲では透過率 9 0%以上、 光通信で使用する波長 1 3 1 0 (nm) では透過率 90%程度、 光通 信で使用する波長 1 5 50 (nm) では透過率 60 %程度を有していることが確 認される。
尚、 後述する耐熱耐'湿性試験の温度 ·湿度履歴 （温度 85°C、 湿度 8 5%) を かけた場合でも、 光通信で使用する波長 1 3 1 0 (nm) で透過率 90%弱を有 し、 また、 光通信で使用する波長 1 5 50 (nm) で若干低下して透過率 50 % 程度を有していた。
尚、 透過プロファイルは、 日立製作所 (株)製分光光度計 （U— 4000) を用 いて測定している。
[実施例 2]
主剤：硬化剤の重量割合を 1 00 ·· 40とした以外は実施例 1と同様にして実 施例 2に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[実施例 3]
実施例 1の主剤 8 0重量部に、 ビスフエノール F型ェポキシ樹脂 20重量部を 加え、 攪抨混合して主剤とした。
そして、 この主剤と実施例 1の硬化剤を、 主剤：硬化剤の重量割合を 1 00 : 25として実施例 3に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[実施例 4 ]
金属石鹼として 「ォクチル酸スズ」 に代えて 「ナフテン酸銅」 を適用した以外 は実施例 1と同様にして実施例 4に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[比較例 1 ] '
主剤：硬化剤の重量割合を 1 0 0 ： 1 5とした以外は実施例 1と同様にして比 較例 1に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[比較例 2 ]
主剤：硬化剤の重量割合を 1 0 0 ： 5 5とした以外は実施例 1と同様にして比 較例 2に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[比較例 3 ]
エポキシ樹脂 （ビスフエノール A型 「EPIKOTE 828」 ：シェル社製 ェポキ シ榭脂登録商標） を主剤とし、 かつ、 内在アミンァダクト化されていないメンセ ンジァミン （MD A) を硬化剤とすると共に、 主剤：硬化剤の重量割合を 1 0 0 ： 5 5として比較例 3に係る熱硬化型光学用接着剤 （すなわち、 従来例に係る 熱硬化型光学用接着剤） を得た。
[比較例 4 ]
金属石鹼であるオタチル酸スズを配合しない以外は実施例 1と同様にして比較 例 4に係る熱硬化型光学用接着剤を得た。
[比較例 5 ]
実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤を適用すると共に、 光学特性と耐熱耐湿 性試験を評価するための以下に示す評価試料の接着剤層の膜厚が 「5 . 0 ± 0 . 1 mm」 である以外は実施例 1の場合と同様にして評価試料を作成した。
[比較例 6 ]
実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤を適用すると共に、 光学特性と耐熱耐湿 性試験を評価するための以下に示す評価試料の接着剤層の膜厚が 「1 . 0 ± 0 . 5 μ πι」 である以外は実施例 1の場合と同様にして評価試料を作成した。
(評価試料の作成およぴ評価試験）
光学特性 2012995
11 第 1図に示した光アイソレータ素子おょぴ光アイソレータを各実施例並びに比 較例に係る熱硬化型光学用接着剤を適用して製造し、 かつ、 第 4図 （A) に示す 光 ¾S、 光ファイバ （SMF) 、 光入射側レンズ系、 光出射側レンズ系、 光フアイ ノ (SMF) およびパワーメータとでその主要部が構成される光学特性測定装置 を用いて各実施例並びに比較例に係る熱硬化型光学用接着剤を適用して製造され た光アイソレータの揷入損失およびアイソレーションを測定した。
すなわち、 第 4図 （B) に示すように上記光入射側レンズ系と光出射側レンズ 系の間にサンプル （第一偏光子 1/膜厚 0. 5±0. 1mmの接着剤層 Zファラ デ一回転子 2 /膜厚 0. 5 ± 0. 1 mmの接着剤層 Z第二偏光子 3とで主要部が 構成される光アイソレータ素子） を挿入し、 揷入損失およびアイソレーションを 測定している。
そして、 「ASTM— D— 524試験」 における数値を基準として光学特性の 良否を判定した。 結果を以下の第 1表と第 2表に示す。
尚、 判定基準は以下の通りである。
判定基準 ◎ :卓越して良好
〇：実用可能程度
X：実用不可
尚、 実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤と比較例 3に係る熱硬化型光学用接 着剤については、 以下に示す耐熱耐湿性試験の温度 '湿度履歴 （温度 85°C、 湿 度 85%) をかけた後における光学特性 （挿入損失） 、 すなわち、 恒温恒湿試験 の光学特性 （挿入損失） も測定している。 その結果を、 第 5図に示す。
耐熱耐湿性試験
ホルダー 5と同材質である S U S基板上に各実施例並びに比較例に係る熱硬化 型光学用接着剤を適用してファラデー回転子チップ （1. Omm角、 厚さ 0. 5 mm) を接着固定し、 1 20°Cに加熱したオーブンに 2時間放置して熱硬化させ、 評価試料とした。 温度 85°C、 湿度 85%、 2000時間の温度 ·湿度履歴をか けた評価試料と、 温度 '湿度履歴をかけていない評価試料を、 それぞれ 25 °Cに おいてプッシュプルゲージを用いて水平方向にチップを押圧し、 その剥離強度 (N :ニュートン） を測定した。 そして、 以下の式 （1) より得られる値 Aによ り判定を行った。
A= [温度 ·湿度履歴をかけた評価試料の剥離強度 （N) ] ÷
[温度 .湿度履歴をかけていない評価試料の剥離強度 （N) ] X I 00 (%) 式 (1) 判定基準 ◎： A=80%以上
O： A=65 %以上 80 %未満
△： A = 50 %以上 65 %未満
X ： A= 50。/o未満
可使時間の良否
室温 （25°C) において主剤と硬化剤を混合し、 混合直後の粘度の 2倍までに なる時間を測定した。
半 lj定基準 ◎： 3時間以上
〇： 2時間以上〜 3時間未満
△： 1時間以上〜 2時間未満
X ： 1時間未満
実施例 実施例 実施例 実施例 試料番号
1 2 3 4 エポキシ
100 100 80/20 100 樹脂 カップ 5 5 5 5 リング剤
接
生剤
(a) ォクチ ォクチ ォクチ ナフテ 剤 金 ル酸 ル酸 ル酸 ン酸 組 ス ズ スズ 成 石
験
量 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 比
(a)：硬化剤の 100 100 100 100 重量比 25 40 25 25 評価試料の
0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 接着剤層膜厚 (mm)
光学特性 .◎ ◎ ◎ ◎ 特
耐熱耐湿性
性 ◎ ◎ ◎ ◎ 可使時間の良否 ◎ ◎ ◎
第 2表
Figure imgf000016_0001
[確 認]
1. 第 1表と第 2表に記載された特性の評価から各実施例に係る熱硬化型光学用 接着剤は、 比較例に係る熱硬化型光学用接着剤と較べて光学特性、 耐熱耐湿性、 可使時間の良否についてその優位性が確認される。
尚、 比較例 1は 「主剤：硬化剤の重量割合が 100 : 1 5」 に設定され、 硬化 剤の重量割合が 20重量部以下であることから各実施例に比べて耐熱耐 性に難 (△) があり、 比較例 2は 「主剤：硬化剤の重量割合が 100 : 55」 に設定さ れ、 硬化剤の重量割合が 45重量部を超えることから各実施例に比べて光学特性 に難 （X) がありかつ可使時間も否 （X) となっていることが確認される。 また、 比較例 3は従来例に係る熱硬化型光学用接着剤であり硬化剤の重量割合 が 45重量部を超えることから各実施例に比べて光学特性に難 （X) があり、 か つ、 無機光学素子 （ファラデー回転子チップ） との親和性が劣ってしまい各実施 例に比べて耐熱耐湿性に難 （X ) となっている。
また、 比較例 4は金属石鹼であるオタチル酸スズが配合されていないことから ヱポキシ基に加えてエポキシ基以外の活性基部分にもシランカップリング剤の 0 ダリシドキシトリメトキシシランが結合してしまい、 その結果、 各実施例に比べ て耐熱耐湿性に難 （△) がありかつ光学特性も各実施例に比べて劣 （〇） つてい ることが確認、される。
また、 比較例 5と比較例 6は、 実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤をそれぞ れ適用しているため可使時間は共に各実施例と同様の評価 （◎) であるが、 その 接着剤層の膜厚が比較例 5において 「5 . 0 ± 0 . l mm」 、 比較例 6において 「 1 . 0 ± 0 . 5 μ m」 と所定の膜厚条件を満たしていないため、 比較例 5では 各実施例に較べて光学特 1"生が劣 （〇） り、 比較例 6では耐熱耐湿性が劣 （X ) つ ていることが確認される。
2. 第 5図のグラフ図に示す恒温恒湿試験の結果から確認されるように、 実施例 1に係る熱硬化型光学用接着剤を適用した場合、 温度 ·湿度履歴 （温度 8 5 °C、 湿度 8 5 %) をかけた後においても光学特性 （揷入損失） が劣化し難いのに対し、 比較例 3の従来例に係る熱硬化型光学用接着剤を適用した場合、 温度 ·湿度履歴 (温度 8 5 °C、 湿度 8 5 %) をかけた後における光学特性 （挿入損失） が著しく 劣化していることが確認できる。 産業の利用可能性
以上のように、 本発明に係る熱硬化型光学用接着剤は、 硬化後における硬化物 の耐熱耐湿性並びに透明度に優れているため、 例えば、 この接着剤を光アイソレ ータ素子や光アイソレータに適用した場合、 接着剤の劣化に起因した光アイソレ ータ素子および永久磁石のホルダーからの脱離、 ファラデー回転子と各偏光子の 剥離による光学的劣化が起こり難い効果を有すると共に、 生産工程の省力化によ るコスト低減が図れる効果を有する。 従って、 例えば光アイソレータ素子ゃ光ァ イソレータ等光学部品の製造に利用される光学用接着剤として適用するのに適し ている。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 主剤と硬化剤を主成分とする混合型接着剤であって、 かつ、 接着剤として機 能する膜厚条件下における熱硬化後の可視光の透過率が 9 0 %以上有することを 特徴とする熱硬化型光学用接着剤。
2 . エポキシ基以外の活性基部分の一部若しくは全部が金属石鹼により不活性化 されかつ少なくとも 1のエポキシ基にシラン力ップリング剤が結合されたシラン 変性エポキシ樹脂により上記主剤の主成分が構成されると共に、 上記硬化剤の主 成分がァミン系化合物若しくはァミド系化合物により構成されていることを特徴 とする請求の範囲第 1項記載の熱硬化型光学用接着剤。
3 . 上記硬化剤の主成分を構成するアミン系化合物若しくはァミド系化合物が、 エポキシ樹旨との反応により内在アミンァダクト化されていることを特徴とする 請求の範囲第 2項記載の熱硬化型光学用接着剤。
4 . 主剤のエポキシ樹脂 1 0 0重量部に対する硬化剤の配合割合が、 硬化剤 2 0 〜4 5重量部の範囲に設定されていることを特徴とする請求の範囲第 2項または 第 3項記載の熱硬化型光学用接着剤。
5 . ファラデ一回転子とこの両側に配置される第一偏光子と第二偏光子とでその 主要部が構成される光アイソレータ素子において、
ファラデ一回転子と第一偏光子並びに第二偏光子間が請求の範囲第 1項〜第 4 項の!/、ずれかに記載の熱硬化型光学用接着剤により張り合わされていることを特 徴とする光アイソレータ素子。
6 . 上記光アイソレータ素子とこの光アイソレータ素子のファラデー回転子を飽 和磁化させる永久磁石がホルダーに固定された光アイソレータにおいて、 光アイソレータ素子と永久磁石が請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載 の熱硬化型光学用接着剤によりホルダーに接着固定されていることを特徴とする 光アイソレータ。
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