(57)【要約】【課題】硬化した後に、外部環境の温度変化による熱膨張・熱収縮の発生を抑制できる光学部品用接着剤を提供する。【解決手段】本発明の光学部品用接着剤は、樹脂を主剤とする接着剤に、当該樹脂よりも熱膨張係数が小さい物質が添加された光学部品用接着剤である。前記物質は、ガラス粉末であることが好ましく、前記ガラス粉末は、０／℃以下（好ましくは−２０／℃〜０／℃）の熱膨張係数を有するものであることが好ましい。また、前記ガラス粉末が、前記樹脂を主剤とする接着剤に対して１０重量％以上（好ましくは２８重量％〜３２重量％）添加されるものであってもよい。さらに、熱硬化型、若しくは紫外線硬化型である特徴を有していてもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を主剤とする接着剤であって、
当該樹脂よりも熱膨張係数が小さい物質が添加されていることを特徴とする光学部品用接着剤。
【請求項２】
前記物質が、ガラス粉末であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品用接着剤。
【請求項３】
前記ガラス粉末が、０／℃以下の熱膨張係数を有するものであることを特徴とする請求項２に記載の光学部品用接着剤。
【請求項４】
前記ガラス粉末が、−２０×１０−７／℃〜０／℃の熱膨張係数を有するものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学部品用接着剤。
【請求項５】
前記ガラス粉末が、前記樹脂を主剤とする接着剤に対して１０重量％以上添加されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の光学部品用接着剤。
【請求項６】
熱硬化型であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学部品用接着剤。
【請求項７】
紫外線硬化型であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学部品用接着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品などの接着に用いられる接着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学部品などの接着には、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などを用いた光学部品用接着剤が使用されている（例えば、下記特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−３３７２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されているような、従来の光学部品用接着剤に用いられるエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などの材質は、硬化後の熱膨張係数（例えば線膨張係数）が大きい（例えば１０−４〜１０−５）ため、結果的に従来の光学部品用接着剤は外部環境の温度変化に対して膨張／収縮が大きくなる。一方、光学部品の部材によく使用される石英ガラスは、熱膨張係数（例えば線膨張係数）が小さい（例えば５×１０−７）ため、外部環境の温度変化に対する膨張／収縮が小さい。この従来の光学部品用接着剤と石英ガラスとの熱膨張係数の差より、光学部品を従来の光学部品用接着剤で固定した場合、光学部品が圧縮や引張りを受けることになる。その結果、従来の光学部品用接着剤を用いて固定された光学部品は、外部環境の温度変化の影響を受け、光学部品が有する特性が劣化し易くなる問題が生じる。例えば、光学部品である光ファイバの一種である偏波保持光ファイバは、光ファイバ内の応力付与部により、光ファイバの断面方向に応力を付加することで、光ファイバに偏波保持機能を付加している。しかしながら、前述したように、外部環境の温度変化によって光ファイバが圧縮や引張りを受けることで、光ファイバ内の応力状態が変化し、偏波保持機能が低下する問題が生じる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、硬化した後に、外部環境の温度変化による膨張／収縮の発生を抑制できる光学部品用接着剤を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
（１）  本発明の光学部品用接着剤は、樹脂を主剤とする接着剤であって、当該樹脂よりも熱膨張係数が小さい物質（好ましくはガラス粉末）が添加されているものである。
【０００６】
ここで、本発明における『樹脂』とは、一般に光学部品などに使用される接着剤の主成分となる樹脂である。例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などであり、その他、光学部品などに使用される接着剤の主成分となる樹脂であれば、これらに限定されることはない。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、硬化した後に、外部環境の温度変化の影響を受けて膨張／収縮した樹脂の応力を、樹脂よりも熱膨張係数が小さい物質（好ましくはガラス粉末）を添加することによって、緩和することができる。つまり、本発明の光学部品用接着剤の熱膨張係数は、樹脂の熱膨張係数と添加された物質（好ましくはガラス粉末）の熱膨張係数との合計値となり、両者の割合を制御することで、光学部品用接着剤の熱膨張係数を制御することができる。これにより、硬化した後に、外部環境の温度変化による膨張／収縮の発生を抑制できる光学部品用接着剤を提供できる。したがって、本発明の光学部品用接着剤を光学部品の接着に使用した際、外部環境の温度変化によって生じた樹脂の膨張／収縮による光学部品に対する影響を低減することができる。また、樹脂に添加される物質（好ましくはガラス粉末）の熱膨張係数、粒子径、形状、添加量などを調整することで、接着される光学部品の熱膨張係数に適合させることも可能である。さらに、従来の光学部品用接着剤は、熱膨張係数を出来る限り小さくするように、特殊な設計、加工されており、その分高価である。一方、本発明の光学部品用接着剤は、従来よりも比較的安価な樹脂を用いることができ、その樹脂よりも熱膨張係数が小さい物質（好ましくはガラス粉末）を添加するだけで、比較的安価に製造することができる。
【０００８】
（２）  本発明の光学部品用接着剤は、添加される物質（好ましくはガラス粉末）が、０／℃以下（好ましくは−２０×１０−７／℃〜０／℃）の熱膨張係数を有するものであることが好ましい。また、本発明の光学部品用接着剤は、添加される物質（好ましくはガラス粉末）が、樹脂を主剤とする接着剤に対して１０重量％以上（好ましくは２８重量％〜３２重量％）添加されるものであってもよい。さらに、本発明の光学部品用接着剤は、熱硬化型、若しくは紫外線硬化型であることが好ましい。
【０００９】
上記（２）の構成によれば、上記（１）の効果を確実に享受できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る光学部品用接着剤（以下、単に「接着剤」とすることがある。）が適用された偏波保持光ファイバカプラを示す図である。
【００１１】
偏波保持光ファイバカプラ１００は、図１に示すように、基板１と、保護材２が被覆されたパンダ型偏波保持光ファイバ３と、保護材４が被覆されたパンダ型偏波保持光ファイバ５と、光結合部６と、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５を基板１に固定する接着剤７、８とを備えている。
【００１２】
パンダ型偏波保持光ファイバ３は、コア９と、２つの応力付与部１０、１１と、を備えたクラッド１２からなる。具体的には、応力付与部１０、１１が、コア９を中心として左右対称に所定距離の間隔をあけてクラッド１２内に埋設されているものである。パンダ型偏波保持光ファイバ５においても同様で、応力付与部１３、１４が、コア１５を中心として左右対称に所定距離の間隔をあけてクラッド１６内に埋設されている。
【００１３】
応力付与部１３、１４は、クラッド１２、１６よりも大きな熱膨張係数を有する材質であり、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５の線引き工程において、クラッド１２、１６よりも大きく熱収縮する。これにより、パンダ型偏波保持光ファイバ３の場合、コア９から応力付与部１０、１１に向けて断面方向に応力が生じ、偏波保持機能を付加している。しかしながら、実際は、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５にかかる側圧などの外力は、保護材２により保護されることが多い。その点、図１に示すように、偏波保持光ファイバカプラ１００は、保護材２を除去した裸の光ファイバを直接接着剤７、８で固定する必要があるため、光学部品用接着剤の膨張／収縮による影響を光ファイバが直接受けてしまうことになる。したがって、使用される接着剤７、８には、より膨張／収縮が光ファイバに近いものが求められる。
【００１４】
光結合部６は、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５の光結合用部位同士を溶融・延伸することにより形成される。
【００１５】
ここで、光結合部６を形成するのに用いた溶融・延伸方法について説明する。まず、光結合用部位を有するパンダ型偏波保持光ファイバ３、５を用意する。次に、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５の光結合用部位を当接する。この状態で、例えば１５００℃で加熱し、融着させながら後述する方法で延伸することにより、図１の偏波保持光ファイバカプラ１００の光結合部６が形成される。
【００１６】
次に、延伸の方法を説明する。まず、偏波保持光ファイバ３、５を上記のように当接させる。そして、パンダ型偏波保持光ファイバ３の入力ポートＡから光を入射し、パンダ型偏波保持光ファイバ３の出力ポートＣとパンダ型偏波保持光ファイバ５の出力ポートＤからのそれぞれの波長の出力パワーを監視しつつ延伸し、最初に出力パワーが等しくなるところ（したがって、分岐比が等しくなるところ）で延伸を停止する。これにより、等分岐の光結合部６を得ることができる。なお、延伸を停止させる位置を任意に設定することで、所望の特性の光カプラを得ることができる。
【００１７】
保護材２、４は、例えば、ウレタンアクリレート、ナイロンなどからなる。接着剤７、８には、ガラス粉末が添加された紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤（以下、単に「接着剤」とすることがある。）が用いられる。ここで、紫外線硬化型接着剤の基本成分は、光重合性オリゴマー（例：変性アクリレート、エポキシ樹脂）と、光重合性モノマー（例：アクリルモノマー、エポキシモノマー）と、光重合開始剤（例：ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤）であるが、目的に応じて、添加剤（接着性付与剤、充填剤、重合禁止剤、熱硬化触媒、嫌気硬化触媒、着色剤、塗料添加剤）を添加する。熱硬化型接着剤の基本成分は、主剤であるエポキシ樹脂に硬化剤であるアミン系樹脂が混合される。また、目的に応じて添加剤（接着性付与剤、充填剤、熱硬化触媒、着色剤、塗料添加剤）が添加される。なお、紫外線硬化型接着剤は、紫外線を照射することにより硬化し、熱硬化型接着剤は、加熱することにより硬化する特徴を有する。また、ガラス粉末には、０／℃以下（好ましくは−２０×１０−７／℃〜０／℃）の熱膨張係数を有し、平均粒子径が１２μｍ程度以下のもの（８μｍ程度以下のものでもよい）が用いられる。また、ガラス粉末は、接着剤に対して１０重量％以上（好ましくは２８重量％〜３２重量％）添加されている。
【００１８】
本実施形態の接着剤７、８においては、硬化した後に、外部環境の温度変化の影響を受けて熱膨張又は熱収縮した樹脂の応力を、添加されたガラス粉末によって緩和することができる。つまり、硬化した後に、外部環境の温度変化の影響をほとんど受けない接着剤７、８を提供できる。したがって、接着剤７、８を、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５の基板１への接着に使用した際、外部環境の温度変化によって、接着剤７、８中の硬化した樹脂が熱膨張又は熱収縮した場合の影響をパンダ型偏波保持光ファイバ３、５が受けず、パンダ型偏波保持光ファイバ３、５の偏波保持機能を設計どおりに長期にわたって安定させることができる。
（実施例１）
【００１９】
次に、従来の光学部品用接着剤を示す比較条件と、本発明における光学部品用接着剤を示す実施条件１〜６を用いて、本発明における実施例１を説明する。
【００２０】
ここで、本実施における優劣の指標に用いられる偏波消光比の説明をする。例えば図１に示すパンダ型偏波保持光ファイバ３が１本だけ存在する場合を考える。この場合、一方の入力ポートＡからＳｌｏｗ軸方向に直線偏光を入射すると、他方の出力ポートＣからは、Ｓｌｏｗ軸方向の光と、パンダ型偏波保持光ファイバ３にかかる側圧などの影響により漏れたＦａｓｔ軸方向の光と、が出力される。この出力ポートＣにおけるＳｌｏｗ軸方向の光の強度とＦａｓｔ軸方向へ漏れた光の強度との比が偏波消光比である。この偏波消光比は、値が大きい程、パンダ型偏波保持光ファイバ３の偏波保持機能の性能が良いと言える。
【００２１】
（実施条件１〜６、比較条件）
下記表１に示す各接着剤を用いて、外部環境の温度変化によって、上述した偏波消光比がどのように変化するかを検証した。ここで、本実施の実験は、図２に示すように、偏波保持光ファイバ２３（符号１９〜２２については、上記実施形態の符号９〜１２のそれぞれと同様の部分である。）について、基板３１上に接着剤３２（下記表１に示す各接着剤を塗布した様子を示している。）で固定して行った。なお、実施条件１〜６においては、紫外線硬化性エポキシ樹脂とガラス粉末とを十分に混練した後、いわゆる真空脱泡を１５分〜３０分程度行って得たものを用いた。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１の比較条件は、ガラス粉末を含まない紫外線硬化型接着剤が１００重量％の従来の光学部品用接着剤である。実施条件１、２は、紫外線硬化型接着剤に熱膨張係数が２４×１０−７／℃であるガラス粉末を、それぞれ２５重量％、５０重量％含んだ光学部品用接着剤である。実施条件３〜６は、紫外線硬化型接着剤に熱膨張係数が−２０×１０−７／℃であるガラス粉末を、それぞれ１０重量％、２５重量％、２８重量％、３２重量％含んだ光学部品用接着剤である。なお、本実験に用いられるガラス粉末は、紫外線硬化型接着剤の主成分である紫外線硬化性エポキシ樹脂よりも熱膨張係数が小さいものである。
【００２４】
上述した比較条件と実施条件２〜４の光学部品用接着剤を用いて、紫外線照射後、アニール後の順に、偏波消光比の変化を検証した。その結果を図３に示す。なお、図３に示す目標ラインは、光学部品として十分に性能が発揮できる目安であり、その値は偏波消光比が２０ｄＢである。後述する図４、図５においても同様である。図３の結果より、紫外線照射後は何れの条件の場合も、偏波消光比は３０ｄＢ近くにあるが、アニールを施すことにより、比較条件のみが偏波消光比が大きく低下し、目標ライン近くにまで低下していることが分かる。つまり、ガラス粉末を添加させることで、アニール後の偏波消光比の低下がなくなることが分かる。これは、外部環境の温度変化の影響を受けて膨張／収縮した紫外線硬化性エポキシ樹脂の応力を、添加されたガラス粉末によって緩和しているためであると考えられる。
【００２５】
次に、ガラス粉末を添加させた光学部品用接着剤のうち、実施条件1、２、４、６を用いて、アニール後に外部環境の温度を２５℃、０℃、−１０℃・・・７０℃、８５℃、２５℃の順に変化させた際の偏波消光比の変化を検証した。なお、この実験は、外部環境の温度で３０分以上、各試料を保持し、各試料を外部環境温度と同等としてから測定した。その結果を図４に示す。図４の結果より、熱膨張係数が２４×１０−７／℃である実施条件１、２の光学部品用接着剤の偏波消光比は、０℃付近から温度の低下とともに急激に低下し始め、実施条件１に関しては、−４０℃で目標ラインの２０ｄＢを下回っていることが分かる。したがって、０℃以下の環境での光学部品用としては、使用しづらい接着剤であることが分かる。
【００２６】
一方、熱膨張係数が−２０×１０−７／℃である実施条件４、６の光学部品用接着剤の偏波消光比は、外部環境の温度変化によっても低下することがなく、さらに、ガラス粉末が３２重量％添加された実施条件６の光学部品用接着剤は、外部環境の温度変化によっても、偏波消光比を一定（約２８ｄＢ）に保っており、光学部品用接着剤として安定した特性が得られることが分かる。図４の結果より、添加されるガラス粉末が、０／℃以下（好ましくは−２０×１０−７／℃〜０／℃）の熱膨張係数を有するものであることが好ましいと考えられ、さらに、ガラス粉末が、紫外線硬化型接着剤に対して３２重量％添加されるものが最も安定した特性を得られることが分かる。
【００２７】
（実施例２）
図１に示した第１実施形態に係る偏波保持光ファイバカプラ１００と同構成の偏波保持光ファイバカプラについて、実施例１と同様にして、外部環境の温度変化によって、偏波消光比がどのように変化するかを検証した。なお、この時の光学部品用接着剤は、図４の実験において最も良好な特性が得られた実施条件６に近い、ガラス粉末が２８重量％添加された実施条件５の光学部品用接着剤を用いている。また、本実験は、図１におけるパンダ型偏波保持光ファイバ３の出力ポートＣとパンダ型偏波保持光ファイバ５の出力ポートＤから出力した光の双方を測定している。その結果を図５に示す。
【００２８】
図５の結果より、実施条件５の光学部品用接着剤の偏波消光比は、外部環境の温度変化に対して、全体的に安定していることが分かる。これにより、外部環境の温度変化による偏波消光比の変化について、偏波保持光ファイバカプラ１００の状態でも、良好な特性が得られることが確認できた。また、図４と図５の結果より、ガラス粉末が、紫外線硬化型接着剤に対して１０重量％以上（好ましくは２８重量％〜３２重量％）添加されるものであっても良いことが分かる。
【００２９】
なお、本実施例では、従来の光学部品用接着剤に含まれる樹脂を紫外線硬化性エポキシ樹脂としているが、これに限定されることもない。例えば、樹脂を熱硬化型樹脂としても良いし、アクリル系の樹脂を用いても良い。また、添加される物質はガラス粉末としているが、例えば、ダイアモンドなどを用いても良い。本発明は、従来の光学部品用接着剤に一般に用いられるエポキシ系やアクリル系の樹脂よりも、熱膨張係数が小さい物質であれば、同様の効果が得られる。本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の接着剤は、本実施形態のパンダ型偏波保持光ファイバが有する偏波保持機能を確保することができるが、それ以外にも、歪みを嫌う光学部品などにも適用できる。例えば、ＦＢＧと温度補償部材との接着、光ファイバとその支持部材との接着、光ファイバ同士の接着、支持部材同士の接着、光増幅器と光ファイバとの接着、干渉系を構成する際の光学部品の固定などのように、様々な光学部品の接着に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る光学部品用接着剤が適用された偏波保持光ファイバカプラを示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る光学部品用接着剤が適用された偏波保持光ファイバを示す図である。
【図３】比較条件及び本発明に係る実施条件２〜４についての検証結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係る実施条件１、２、４、６についての検証結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る実施条件５についての検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１、３１  基板
２、４  保護材
３、５、２３  パンダ型偏波保持光ファイバ
６  光結合部
７、８、３２  接着剤
９、１５、１９  コア
１０、１１、１３、１４、２０、２１    応力付与部
１２、１６、２２    クラッド
１００    偏波保持光ファイバカプラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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