(57)【要約】【課題】樹脂に硬化収縮が生じても強度の引っ張り応力が残存せず、高温環境、高湿環境で樹脂層と板部材、樹脂層と光ファイバの間の接着が破壊しない光ファイバアレイ、光ファイバアレイ用樹脂材料及びその製造方法の提供。【解決手段】未硬化状態の樹脂成分（Ａ）と無機フィラー（Ｂ）を含有し、かつその内部に無数の気泡（Ｃ）が存在する光ファイバアレイ用の液状樹脂材料において、気泡（Ｃ）の平均直径は、３０μｍ以下であり、しかも、気泡（Ｃ）と無機フィラー（Ｂ）は、樹脂成分（Ａ）中に実質的均一に分散していることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料などによって提供。【選択図】      図１
2004325610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未硬化状態の樹脂成分（Ａ）と無機フィラー（Ｂ）を含有し、かつその内部に無数の気泡（Ｃ）が存在する光ファイバアレイ用の液状樹脂材料において、
気泡（Ｃ）の平均直径は、３０μｍ以下であり、しかも、気泡（Ｃ）と無機フィラー（Ｂ）は、樹脂成分（Ａ）中に実質的均一に分散していることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料。
【請求項２】
樹脂成分（Ａ）が光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料。
【請求項３】
無機フィラー（Ｂ）が球状石英であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料。
【請求項４】
無機フィラー（Ｂ）の平均直径が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は３に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料。
【請求項５】
樹脂成分（Ａ）が５０〜９０重量％、無機フィラー（Ｂ）が１０〜５０重量％含有されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料。
【請求項６】
複数の凝集した一次粒子からなり、かつ雰囲気ガスとして空気を包含した形態にある無機フィラー（Ｂ）中の雰囲気ガスを、酸素を含まないガスで置換する第１の工程と、雰囲気ガスが置換された無機フィラー（Ｂ）を未硬化状態の樹脂成分（Ａ）に添加し、凝集粒子間に包含された雰囲気ガスを均一な気泡（Ｃ）として未硬化状態の樹脂成分（Ａ）中に導入する第２の工程を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法。
【請求項７】
第１の工程が、無機フィラーの雰囲気ガスを真空排気してから、窒素または不活性ガスを導入して雰囲気ガスを置換することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法。
【請求項８】
第２の工程で、未硬化状態の樹脂を撹拌することにより、導入された気泡を細分化し、その気泡の平均直径を３０ミクロン以下にして、樹脂材料中に実質的均一に分散させることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法。
【請求項９】
２枚の対向する板部材の間に少なくとも１本の光ファイバが配置固定されていて、その２枚の板部材の間及び板部材と光ファイバの間が樹脂硬化物により充填されている構造の光ファイバアレイにおいて、
上記樹脂硬化物は、請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料を硬化することにより調製されることを特徴とする光ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、光ファイバアレイ、光ファイバアレイ用の液状樹脂材料及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、樹脂に硬化収縮が生じても強度の引っ張り応力が残存せず、高温環境、高湿環境で樹脂層と板部材、樹脂層と光ファイバの間の接着が破壊しない光ファイバアレイ、光ファイバアレイ用の液状樹脂材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
近年、光通信や光計測装置の構成デバイスとして光変調器、光スイッチ、光合波分波器等の光導波路型単結晶素子が提案され、注目を集めている。このような素子は、その複数個の入、出力端子を伝送路である光ファイバと接続して使用する。このときの接続状態が直接光計測装置の性能に影響するため、素子と光ファイバは、光ファイバアレイを介して接続している。
【０００３】
光ファイバアレイ（以下、アレイともいう）で良好な接続状態をとるには、表面にＶ字状の溝が設けられたセラミック板の溝の部分に光ファイバ芯線を乗せ、その上にセラミック板を被せ、圧着挟持している。そして、接続に際しては、アレイと光導波路素子基板とをそれぞれ同じ材質の金属台に接着し、光軸合わせを行った後、２つの金属台をＹＡＧレーザーで融着している。同じ材質の金属台を用いるのは、温度変化により金属台の融着部へ応力が加わり、融着部が破壊されるのを防止するためである。熱負荷が変動すると、セラミックと金属板との熱膨張率の差が原因となり、接続部に隙間を生じ、結合損失を招くことになるため、アレイ材質として光導波路素子基板と同じ材質を用いて構成される。例えば、光回路基板の素材がシリコンであれば、上記光ファイバアレイもシリコンで構成すればよい。このような熱膨張係数の整合という要請から、選択される光ファイバアレイの構成部材は、通常、ガラス、シリコン、セラミックス等の熱膨張係数の低い素材となる。
【０００４】
ところが、ガラス、シリコン、セラミックス等の素材は、脆い性質を有するため破損し易いという別の問題も有している。この問題は、アレイ端面を角度研磨により直角よりも数度傾斜させて形成した場合に顕著であり、アレイの実装作業時にアレイ端面のエッジ部分が周辺の他の部材と衝突して破損し、この破損により生じた微細破片が光回路基板上の光導波路等の入出射口とこれに結合させる光ファイバアレイの光ファイバ先端との間に入り込んで光を散乱させてしまい、これが原因となって光信号の損失を招き易い問題があった。
【０００５】
近年、ガラス、シリコン、セラミックス等の硬質材料に代えて樹脂材料を適用し、樹脂材料を高精度射出成形して光ファイバ案内部材やアレイ本体等の構成部材を大量かつ低コストで生産する方法が試みられている。
【０００６】
ところが、通常の樹脂材料は、柔軟で取り扱いやすい反面、ガラス、シリコン、セラミックスなどの材料に較べて熱膨張係数が１０倍〜１００倍と大きい。このため、樹脂材料を用いて光回路基板の熱膨張係数に近い値を有する光ファイバ案内部材やアレイ本体等を構成する場合には、樹脂材料内に炭素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ等の無機フィラーを高濃度に充填させてその熱膨張係数を低下させる必要があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、無機フィラー入りの樹脂材料を用いると、硬化収縮により強度の引っ張り応力が樹脂中に残存する結果、高温環境、高湿環境で樹脂層と板部材、樹脂層と光ファイバの間の接着が破壊するという問題があった。そして、高温環境、高湿環境で、光ファイバの固定強度の低下や固定の信頼性が低くなる原因は、樹脂層内に発生する気泡にあると考えられている。
【０００８】
大きな気泡が樹脂材料中に存在すると、光ファイバ案内部材への光ファイバ固定強度や固定信頼性を低下させ、耐湿性が低下するとともに、水分が浸入した場合、気泡部分が核になり水分がトラップされ、水分が外部に逃げ難くなり耐湿性の低下を助長する。
【０００９】
気泡は、主として光ファイバの内径部分に散在しており、両端側には存在していない。これは光ファイバの両端側の内径部分では、樹脂成分が光ファイバの内外に亘って自由に移動できるためであり、これに対して光ファイバの内部の内径部分では、収縮による体積減少を補うための樹脂の移動が不十分なため、空隙、すなわち気泡が発生するためと考えられている。
【００１０】
また、アレイは環境試験に際し、変動する温度および湿度に繰り返し晒されることから、樹脂の移動に伴い空隙が新たに発生して気泡が多くなり、また、近在の空隙同士が一体化するか分離して気泡の形状が変化するものと考えられる。１２０℃のように高温になると気泡の形状は大きくなり、位置も大きくずれ、一方、−５５℃のように低温になると小さな気泡が多数発生する。そのため樹脂材料中に発生した泡を取り除く脱泡手段が検討され実施されている。
【００１１】
例えば、前記光ファイバの一端側で固定される部分から素子に至る間に、光ファイバ案内溝に交差・延在する窪みまたは溝からなる気泡発生抑止部を設けることが提案され、気泡発生抑止部の光ファイバ案内溝に沿う方向の長さを５０μｍ以上とすれば脱泡効果があるとしている（特許文献２参照）。
【００１２】
しかしながら、気泡の残存は、脱泡工程の不完全さに起因する偶発的欠陥であり、解消することはできず、気泡の寸法は厳密に制御できていなかったため、気泡が光ファイバ側面と接触すると、応力の局所的変化により導波光の損失が生じることがあった。
【００１３】
このような状況下、気泡発生抑止部のような仕掛けを設ける必要がなく、また特殊な樹脂成分を用いることもなく容易にアレイの構成部材である樹脂硬化物を製造することができ、高温環境、高湿環境で、光ファイバの固定強度の低下や固定の信頼性を低下させることのない樹脂材料の出現が切望されていた。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−１９３８４４（請求項６、９）
【特許文献２】
特開２０００−１３７１４７（請求項７〜１１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点に鑑み、樹脂に硬化収縮が生じても強度の引っ張り応力が残存せず、高温環境、高湿環境で樹脂層と板部材、樹脂層と光ファイバの間の接着が破壊しない光ファイバアレイ、光ファイバアレイ用の液状樹脂材料及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために、未硬化樹脂が硬化収縮する際に発生する引っ張り応力と、樹脂硬化物中に残存する気泡の平均直径との関係について鋭意研究を重ねた結果、気泡の平均直径が特定値以下であれば未硬化樹脂が硬化収縮する際に微小な気泡の外側を引っ張り膨張させる結果、未硬化樹脂の層全体としてはさほど体積変化することなく、専ら含有された微小な気泡の膨張によって未硬化樹脂の局所的な収縮が相殺されるので樹脂硬化物内には強度の引っ張り応力が残存しないこと、これにより光ファイバ側表面における局所的な応力変化も分散平均化され、応力の局所的変化による導波光の損失は実質的に生じないことを確認し、このような樹脂硬化物は、球状石英のような特定の無機フィラーを用い、その雰囲気ガスを別種のガスで置換後、樹脂成分に添加、混合してから硬化することで容易に得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、未硬化状態の樹脂成分（Ａ）と無機フィラー（Ｂ）を含有し、かつその内部に無数の気泡（Ｃ）が存在する光ファイバアレイ用の液状樹脂材料において、気泡（Ｃ）の平均直径は、３０μｍ以下であり、しかも、気泡（Ｃ）と無機フィラー（Ｂ）は、樹脂成分（Ａ）中に実質的均一に分散していることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料が提供される。
【００１８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、樹脂成分（Ａ）が光硬化性樹脂であることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料が提供される。
【００１９】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、無機フィラー（Ｂ）が球状石英であることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料が提供される。
【００２０】
また、本発明の第４の発明によれば、第１又は３の発明において、無機フィラー（Ｂ）の平均直径が３μｍ以下であることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料が提供される。
【００２１】
さらに、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、樹脂硬化物中に、樹脂成分（Ａ）が５０〜９０重量％、無機フィラー（Ｂ）が１０〜５０重量％含有されていることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料が提供される。
【００２２】
一方、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明に係り、複数の凝集した一次粒子からなり、かつ雰囲気ガスとして空気を包含した形態にある無機フィラー（Ｂ）中の雰囲気ガスを、酸素を含まないガスで置換する第１の工程と、雰囲気ガスが置換された無機フィラー（Ｂ）を未硬化状態の樹脂成分（Ａ）に添加し、凝集粒子間に包含された雰囲気ガスを均一な気泡（Ｃ）として未硬化状態の樹脂成分（Ａ）中に導入する第２の工程を含むことを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法が提供される。
【００２３】
一方、本発明の第７の発明によれば、第６の発明において、第１の工程が、無機フィラーの雰囲気ガスを真空排気してから、窒素または不活性ガスを導入して雰囲気ガスを置換することを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法が提供される。
【００２４】
また、本発明の第８の発明によれば、第６の発明において、第２の工程で、未硬化状態の樹脂を撹拌することにより、導入された気泡を細分化し、その気泡の平均直径を３０ミクロン以下にして、樹脂材料中に実質的均一に分散させることを特徴とする光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法が提供される。
【００２５】
一方、本発明の第９の発明によれば、２枚の対向する板部材の間に少なくとも１本の光ファイバが配置固定されていて、その２枚の板部材の間及び板部材と光ファイバの間が樹脂硬化物により充填されている構造の光ファイバアレイにおいて、上記樹脂硬化物は、第１〜５の発明に係る光ファイバアレイ用の液状樹脂材料を硬化することにより調製されることを特徴とする光ファイバアレイが提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料、その製造方法及びそれを用いた光ファイバアレイについて詳細に説明する。
【００２７】
１．光ファイバアレイ用の液状樹脂材料
本発明の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料は、平均直径が３０μｍ以下の気泡（Ｃ）と無機フィラー（Ｂ）が、樹脂成分（Ａ）に偏在せず、実質的均一に分散し、通常は流動性を有しているが、光や熱を作用させることで硬化するものである。
【００２８】
この光ファイバアレイ用の液状樹脂材料は、樹脂成分（Ａ）及び無機フィラー（Ｂ）を含有し、かつ樹脂中には平均直径が３０μｍ以下の気泡（Ｃ）が実質的に均一に分散している。この他に、粘度調整用の溶剤、希釈剤、粘度調整剤のほか、各種特性を向上させるための充填材など（Ｄ）も含有しうる。
【００２９】
（Ａ）樹脂成分
液状樹脂材料の主成分である樹脂成分（Ａ）は、光や熱の作用により硬化する樹脂であれば制限されることなく使用できるが、好ましいのは光硬化性樹脂である。
【００３０】
本発明において、光硬化性樹脂とは、紫外線、可視光線、赤外線、電子線等のいずれかを照射して硬化する樹脂材料である。
本発明における代表的な樹脂成分（Ａ）として、ビスフェノール型エポキシ化合物と不飽和モノカルボン酸との反応物と、飽和または不飽和他塩基酸無水物とを光重合開始剤によって反応せしめて得られる光硬化性樹脂が挙げられる。
【００３１】
ビスフェノール成分の具体例としては、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ケトン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）ケトン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）ケトン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフォン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）スルフォン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）スルフォン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）メタン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）メタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）ヘキサフルオロプロパン、ビス（４−ヒドロキシー３，５−ジクロロフェニル）ヘキサフルオロプロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）ジメチルシラン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）ジメチルシラン、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）ジメチルシラン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エーテル、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）エーテル、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）エーテル等が挙げられる。
【００３２】
不飽和モノカルボン酸の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、ケイ皮酸等が挙げられる。
また、飽和または不飽和多塩基酸無水物としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水クロレンド酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の二塩基性；無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等の芳香族多価カルボン酸無水物；その他これに付随する例えば、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロフリル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物のような多価カルボン酸無水物誘導体などが使用できる。
【００３３】
樹脂への可とう性の付与や熱硬化性を高めるために、上述のエポキシ化合物に加えて、種々の多官能エポキシ化合物を添加することができる。
ここで用いられる多官能エポキシ化合物とは、例えば後述する脂環式エポキシ樹脂のほか、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、等の各種エポキシ樹脂や、フェニルグリシジルエーテル、ｐ−ブチルフェノールグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルイソシアヌレート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、アリサイクリックジエポキシアセタール、ビス−（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、ビニルシクロヘキサンオキシドのアルコール変性物などがあげられる。
【００３４】
光重合開始剤としては、アセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、ｐ−ｔ−ブチルアセトフェノン、等のアセトフェノン類や、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類や、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類や、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、２−クロロチオキサンソン、２，４−ジエチルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、２−イソプロピルチオキサンソン等のイオウ化合物や、２−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１，２−ベンズアントラキノン、２，３−ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類や、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物や、２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール等のチオール化合物等が挙げられる。これらの化合物は、２種類以上を組み合わせて使用することもできる。
また、それ自体では光重合開始剤として作用しないが、上記の化合物と組み合わせて用いることにより、光重合開始剤の能力を増大させるような化合物を添加することもできる。そのような化合物として例えば、ベンゾフェノンと組み合わせて使用すると効果のあるトリエタノールアミン等の第三級アミンがある。なお、樹脂成分中には、光重合開始剤を、１〜２０重量％含ませることが好ましい。
【００３５】
以上、光硬化性樹脂について詳述したが、本発明ではシクロヘキサンなどの脂環部分とエポキシ部分とを有する脂環式エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３６】
脂環式エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などに代表される、ベンゼン環を有するエポキシ樹脂を水素化反応してシクロヘキサン環化した水素添加型エポキシ樹脂や、シクロヘキセン環の二重結合を過酢酸で酸化してエポキシ化した、脂肪族環状エポキシ樹脂などが使用できる。例えば、水添ビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル、（３，４−３’，４’−エポキシシクロ）ヘキシルメチルヘキサンカルボキシレート、ポリ（エポキシ化シクロヘキセンオキサイド）などが挙げられる。これらの脂環式エポキシ樹脂は、単独で用いても、混合して使用しても差し支えない。
【００３７】
また、水素添加型エポキシ樹脂であれば、ベンゼン環のシクロヘキサン環化率が８０％以上、好ましくは９０％以上で、かつ不純物残留成分となる全塩素の含有率が０．５重量％以下、好ましくは０．１重量％以下であることが望ましい。シクロヘキサン環化率は、ベンゼン環がシクロヘキサン環に変化した割合で、核磁気共鳴分析装置などで求めることが出来る。
【００３８】
エポキシ樹脂の硬化剤としては、特に制限されることなく、公知の硬化剤を用いることができる。特に好ましい硬化剤として、ヒドラジドに由来する反応性ヒドラジド基を１個以上有するヒドラジド系化合物が例示できる。ヒドラジドは、ＲＣＯＮＨＮＨ２（ＲはＣ１〜Ｃ２０のアルキル基、アリール基）の一般式で表されるが、これに由来するヒドラジド系化合物の中では、反応性ヒドラジド基を２個有しているジヒドラジド化合物が望ましい。ジヒドラジド化合物は、有機ラジカルとの反応でエポキシ樹脂と高分子化合物を形成しうるので、モノヒドラジド化合物よりもエポキシ樹脂を速やかに硬化させることができる。
【００３９】
このようなヒドラジド系硬化剤としては、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、エイコサン二酸ジヒドラジド、７，１１−オクタデカジエン−１，１８−ジカルボジヒドラジド、或いは１，３−ビス（ヒドラジノカルボノエチル）−５−イソプロピルヒダントインなどが挙げられ、単独で用いても混合して使用しても構わない。
【００４０】
ヒドラジド系硬化剤は、１液型潜在性硬化剤として作用し、エポキシ樹脂と混合しても、加熱しない限りは硬化反応が進行しにくく保存安定性に優れている。また、他の１液型硬化剤に比べ、比較的反応が緩やかに進行し、透明で、きれいな硬化物が得られやすい。
【００４１】
以上、樹脂成分として、硬化性のエポキシ樹脂を中心に説明したが、この他に同様な性質をもつ硬化性樹脂として、ウレタンアクリレート系樹脂、エステルアクリレート系樹脂も有効に使用でき、ビニルエーテル系樹脂、オキセタン系樹脂、シリコーン樹脂などを用いてもよい。
【００４２】
本発明において、樹脂成分（Ａ）の含有量は、樹脂材料全体に対して５０〜９０重量％、好ましくは６０〜８０重量％の割合で含有させる。５０重量％未満では必要な接着力が得られないだけでなく、流動性が低下し、また、９０重量％を超えると、無機フィラーの量が相対的に少なくなり、充填効果が得られなくなる。
【００４３】
本発明の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料は、光ファイバアレイにおいて接着剤として使用される。光ファイバアレイの縦断面は、第１図に示すようであり、光ファイバ３が、上部の板部材２と下部の板部材１との間に整列していて、本発明の液状樹脂材料を硬化させた樹脂硬化物４により板部材１、２と一体化されている。樹脂硬化物４は、樹脂と無機フィラーの混合物よりなり、その樹脂部分には無数の微小な気泡５が含有されている。なお、無機フィラーは図示していないが、気泡５と同様に微小な一次粒子として均一に分散している。
【００４４】
（Ｂ）無機フィラー
本発明において、無機フィラー（以下、単にフィラーともいう）は、液状樹脂材料に配合でき、光ファイバ、板部材などと同様な熱膨張係数を有する無機粒子であれば特に制限されない。
【００４５】
このような無機粒子としては、石英などの二酸化珪素のほか、酸化亜鉛、フッ化珪素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。これらの粒子（粉末）は、水に対して溶解しないものや、Ｎａ、Ｋ、或いはＣｌなどのイオン性不純物を発生しないものを選定することが望ましい。単独で用いることができるが、２種以上を混合して使用しても差し支えない。
【００４６】
フィラーの粒子径は、形成された樹脂材料が実質的に透明である限りにおいては特に制限されるものではないが、平均直径が３μｍ以下、特に１μｍ以下の微小なものが好ましい。これは、フィラーが３μｍを超えた場合、このフィラーが光ファイバ素線と平坦部材との間に介在して光ファイバ素線の整列精度を低下させることがあるからである。
【００４７】
上記のような無機フィラーは、微小であるため通常は、一次粒子が複数凝集した凝集体の形態として存在している。凝集体の寸法は、特に制限されないが最大粒径が４０μｍ以下、特に２０μｍ以下が好ましい。フィラーの一例として、一次粒子が複数凝集した形態の高次粒子を含む球状石英を挙げることができる。この石英フィラーは、平均粒径が１μｍ程度の一次粒子が数１００万個程凝集して、平均直径１００μｍ程度の高次粒子を形成しており、凝集した一次粒子の間には空気が存在する。
【００４８】
石英フィラーに限らず、一般的に微細な粒子の凝集を支配する因子は多様であって、気相中の場合は、粒子径、温度、湿度などの雰囲気、粒子表面の物理化学的性質、帯電量などの因子があり、液相中では粒子径、溶媒、ｐＨ、イオン種、イオン濃度などの因子が考えられているが、凝集メカニズムについては未解明な点が多いとされている。
本発明の液状樹脂材料にあっては、フィラーは、凝集粒子の形態ではなく、殆どが一次粒子の形態になって均一に分散していることが重要である。
【００４９】
微細粒子であるフィラーの形状は、球状、フレーク状など各種形状のものであってよいが、好ましくは球状で、その粒子径をできる限り均一に揃えることが望ましい。粒子径が不均一な微細粒子を用いた場合には、均一な微細粒子を用いた場合と比較して、気泡の発生率が低くなってしまい、性能が低下してしまう。これらは単独で使用できるが、２種以上を混合して使用しても差し支えない。
【００５０】
無機フィラーの含有量は、樹脂材料中に１０〜５０重量％、好ましくは、１５〜４５重量％の割合で含有させる。これは１０重量％未満の場合、無機フィラーとして求められる特性が低下し、一方、５０重量％より多いと、相対的に樹脂成分および硬化剤の量が少なくなり、接着剤として機能しなくなるためである。
【００５１】
（Ｃ）気泡
本発明の液状樹脂材料中には、無数の微小な気泡が含有されている。
【００５２】
気泡の平均直径は３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下とする。平均直径が３０μｍ以下であれば、微小な気泡として液状の樹脂材料中に均一に分散することができる。
【００５３】
従来の光ファイバアレイにおいては、２枚の板部材間に介在する光ファイバが支えとなって２枚の板部材が近づくことが出来ないので、未硬化樹脂の層の外形は十分に収縮変形することが出来ない。その結果、アレイの樹脂硬化物内には強度の引っ張り応力が残存する。そして、表面が自由に移動変形可能な未硬化樹脂の液滴が硬化収縮する場合には、含有された微小な気泡は、液滴全体の収縮に伴って圧縮されて収縮する。
【００５４】
しかしながら、本発明による光ファイバアレイ用の液状樹脂材料を用いた場合には、未硬化樹脂が硬化収縮する際に発生する引っ張り応力が、微小な気泡の外側を引っ張り膨張させる。その結果、未硬化樹脂の層全体としてはあまり体積変化することなく、専ら含有された微小な気泡の膨張によって未硬化樹脂の局所的な収縮が相殺されるので、樹脂硬化物内には強度の引っ張り応力が残存しない。
【００５５】
更に、本発明による光ファイバアレイ用の液状樹脂材料を用いた場合、平均直径３０ミクロン以下の微小な気泡が樹脂硬化物内に平均的に分散しているので、光ファイバ側表面における気泡の存在の有無による局所的な応力変化も分散平均化されており、従って応力の局所的変化による導波光の損失は実質的に生じない。
【００５６】
（Ｄ）その他の成分
本発明では、必要に応じて、粘度調整のために溶剤、希釈剤、粘度調整剤などを添加しても構わない。さらに、樹脂材料中には、必要に応じて、硬化促進剤、熱重合禁止剤、可塑剤、レベリング剤、消泡剤、紫外線吸収剤、難燃化剤等の添加剤や着色用顔料等を添加することが可能である。
【００５７】
これらの添加物は、エポキシ樹脂、硬化剤と反応するものと反応しないものに分けられるが、反応するものとしては、その構造中にベンゼン環を有しないものが望ましい。一方、エポキシ樹脂や硬化剤と反応しないものの場合は、硬化時に全て揮発するものであれば、どのような構造を有していても差し支えない。
【００５８】
エポキシ樹脂及び硬化剤と反応しない溶剤としては、２，２，４−トリメチル−３−ヒドロキシジペンタンイソブチレート、２，２，４−トリメチルペンタン−１，３−イソブチレート、イソブチルブチレート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、或いは２−ヒドロオキシプロパン酸エチル等が挙げられる。
また、加熱時にエポキシ樹脂および硬化剤と反応し得る溶剤としては、フェニルグリシジルエーテル、エチルヘキシルグリシジルエーテルや、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
【００５９】
本発明の液状樹脂材料は、光ファイバアレイの製造に適したものであるが、それ以外にも、光半導体チップをマウントする半導体装置のアッセンブリーや各種部品類を接着するのに使用できる。
例えばＬＥＤ、フォトトランジスタ、フォトダイオード、フォトカプラー、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＥＰＲＯＭ（イレーザブルプログラマブルリードオンリーメモリー）、フォトセンサーなどの受光素子や発光素子等の光半導体に対して、従来のエポキシ樹脂組成物にない優れた接着性、熱間強度、反射率、変色性を有する。
【００６０】
２．光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の製造方法
本発明の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料は、未硬化状態の樹脂中に一次粒子が複数凝集した形態の高次粒子を含む凝集無機フィラー粒子を添加、混合することにより、凝集無機フィラー粒子間の微小な空間に包含された雰囲気を気泡として未硬化樹脂中に導入して製造する。
【００６１】
まず、（１）無機フィラー（Ｂ）の雰囲気ガスを、酸素を含まないガスで置換し、次いで、（２）雰囲気ガスが置換された無機フィラー（Ｂ）を未硬化状態の樹脂成分（Ａ）に添加し、凝集粒子間に包含された雰囲気ガスを平均直径が３０μｍ以下の均一な気泡（Ｄ）として、未硬化状態の樹脂成分（Ａ）中に導入する。ここで、導入された気泡を含む未硬化樹脂を撹拌すれば、その気泡をより細分化することができる。
【００６２】
以下、光ファイバアレイ用の液状樹脂材料を製造する方法の一例を手順に従い説明する。
【００６３】
（１）雰囲気ガスの置換
本発明の液状樹脂材料を構成する無機フィラーとして好適な球状石英は、一次粒子が複数凝集した形態の高次粒子を含んでいる。この球状石英は、平均粒径が１μｍの一次粒子が数１００万個程凝集して、平均直径１００μｍ程度の高次粒子を形成しており、凝集した一次粒子の間には空気が存在している。
【００６４】
雰囲気ガスである空気の作用は、未だ完全に解明された訳ではないが、空気中の酸素ガスが石英（二酸化珪素）の微小な一次粒子同士の凝集に何らかの関与をしているものと考えられる。そこで、このような酸素ガスを予め排気しておけば、一次粒子の凝集力を低下させ高次粒子を解砕しうる可能性がある。
【００６５】
そのためには石英フィラーを真空容器中で真空排気した後、酸素を含まない雰囲気ガスで置換する必要がある。酸素を含まない雰囲気ガスとしては、窒素ガスや不活性ガス（ヘリウム、アルゴン、ネオンなど）が挙げられる。好ましいのは窒素ガスであり、容器内に乾燥窒素を導入すれば、凝集一次粒子間の空気を窒素で置換できる。
【００６６】
なお、酸化物以外の無機フィラー（例えば窒化珪素など）であれば、雰囲気ガスを窒素ガス以外の不活性ガスで置換することが好ましい場合もある。
【００６７】
（２）樹脂成分との混合
次いで、上記フィラーをエポキシ樹脂液などの硬化性樹脂と混合する。球状石英フィラーの高次粒子は、エポキシ樹脂液中に添加されると解凝し、多数の微細な気泡が液中に発生する。混合は、球状石英であれば、乾燥窒素などの雰囲気中で行うことが望ましい。
【００６８】
球状石英フィラーの高次粒子が、エポキシ樹脂液中に添加されると容易に解凝する理由は、未だ十分には解明されていないが、予め雰囲気ガスが酸素ガスを含まないものに置換されているので、フィラー一次粒子の凝集力が低下しており、エポキシ樹脂液の成分も適度な分散性を発揮しやすくなるためと推測される。
【００６９】
石英フィラーとエポキシ樹脂液の混合物は、何らかの物理的作用を与えなくとも平均直径が３０μｍ以下の気泡を発生しうるが、撹拌することによりフィラーの解凝と気泡の細分化を確実に促進することができる。用いる撹拌装置は特に制限されないが、スクリュー式の攪拌機が例示できる。スクリュー式攪拌機であれば、羽根の枚数、大きさ、位置などは所望とする気泡の大きさにあわせて適宜決定される。撹拌により、フィラーがエポキシ樹脂液中に均等に分散する。尚、撹拌は乾燥窒素雰囲気中で行うことが望ましい。
【００７０】
３．光ファイバアレイ
本発明による光ファイバアレイは、２枚の対向する板部材の間に少なくとも１本の光ファイバが配置固定されていて、その２枚の板部材の間及び板部材と光ファイバの間が樹脂硬化物により充填されている構造の光ファイバアレイであり、その樹脂硬化物が無数の微小な気泡を含有しているものである。
【００７１】
本発明の光ファイバアレイの縦断面は、第１図に示すようであり、光ファイバ３が、上部の板部材２と下部の板部材１との間に整列していて、樹脂硬化物４により板部材２および板部材１と一体化された構造をしている。樹脂硬化物４の樹脂部分には無数の微小な気泡５が含有されている。樹脂部分には、無機フィラーが気泡５と同様に微小な一次粒子として均一に分散している。
このように気泡５が微小であるため、未硬化樹脂が硬化収縮して微小な気泡の外側を引っ張り膨張させても、未硬化樹脂の層全体としてはさほど体積変化することなく、専ら含有された微小な気泡の膨張によって未硬化樹脂の局所的な収縮が相殺されるので、樹脂硬化物４内には強度の引っ張り応力が残存しない。
【００７２】
この光ファイバアレイ用の液状樹脂材料の使用方法は、特に限定されず、例えば、光硬化性樹脂材料であれば、光ファイバアレイを組み立てる際に接着剤として用い、接着箇所に紫外線を照射して樹脂を硬化させればよい。
また、熱硬化性樹脂材料であれば、接着箇所を５０〜３００℃のオーブン中に入れ、２０〜１８０分間放置し硬化させればよい。５０℃未満或いは２０分間未満では接着剤の硬化が不十分となり、一方、３００℃を超えるか１８０分間を超えると樹脂成分が分解する恐れが生じる。
【００７３】
光ファイバアレイを製造するには、まず、光ファイバ心線を光ファイバ心線吸着台にセットし、かつ、上記光ファイバ素線を光ファイバ素線整列治具の案内溝（Ｖ溝）内に収容する。このとき間接的固着手段を用いて光ファイバ素線が板部材上に仮固着される手法を採ることができる。
次いで、樹脂成分、無機フィラーを含有する液状樹脂材料を板部材表面あるいは光ファイバ素線の外周面に形成させる。樹脂材料の接着層を形成するには、例えば、流動性の樹脂材料をスプレー塗布する方法、滴下後回転により余剰の材料を取り除く方法、滴下後気体噴流により余剰の材料を取り除く方法、刷毛、スポンジ等による塗布方法、液状の樹脂材料中に浸した後にゆっくり引き上げる方法等が採用できる。
なお、樹脂材料と平坦部材間の接着強度を高めるため、樹脂材料の接着層が形成される平坦部材表面を粗面処理（例えば、算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上）しておくことが望ましい。
【００７４】
熱硬化性樹脂材料で光ファイバを固定する場合、光結合調整を行った後、光ファイバを案内部材に押さえ付けて静止させ、この状態で熱硬化性樹脂の塗布および硬化処理を行うことができる。
しかし、この方法では、熱硬化性樹脂の硬化時間が長いため、光ファイバの固定作業能率が低くなる。たとえば、熱硬化性樹脂として用いられるエポキシ樹脂の場合、硬化処理は、光ファイバ保証温度を越える１５０℃でも約２分を必要とする。
【００７５】
これに対して、光ファイバと案内部材に紫外線硬化樹脂材料を塗布した後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させて光ファイバを案内部材に固定すれば、光ファイバは短時間で固定可能になるが、紫外線照射できない部分は硬化せず、光ファイバ固定の信頼性が低くなることがある。
このような場合には、紫外線硬化性樹脂材料を前記光ファイバおよび補助部材に塗布した後、紫外線を照射して硬化させて前記光ファイバを仮固定し、その後、前記半導体レーザチップからの距離が前記仮固定位置よりも遠くなる光ファイバ部分を熱硬化性樹脂材料で覆うようにすればよい。
【００７６】
これにより紫外線硬化性樹脂材料によって仮固定が終了していることから、熱硬化性樹脂を塗布した後、熱硬化性樹脂が硬化する前でも補助部材等を動かすことができるため、短時間でファイバ組込装置から補助部材等を外すことができ、前記熱硬化性樹脂の硬化処理（本固定）はバッチ処理で行うことができる。このバッチ処理により、１案内部材当たりの光ファイバの固定時間を短縮できるだけでなく、光結合の信頼性も高まる。
【００７７】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に示すが、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。
【００７８】
気泡の分散性：分析装置として顕微鏡を用い、撮影画像の処理解析にて気泡の分散性を測定した。
樹脂硬化物中の引張り応力：中空直方体状のガラス容器を樹脂で満たし、容器表面の微小変形を測定することにより、樹脂硬化物中の引張り応力を測定した。
【００７９】
（実施例１）
一次粒子が複数凝集し高次粒子を含んだ形態の球状石英フィラー（龍森社製）７ｇを用意した。この石英フィラーは、平均粒径が１μｍの一次粒子が数１００万個程凝集して、平均直径１００μｍ程度の高次粒子を形成したもので、凝集した一次粒子の間には空気が存在している。
上記石英フィラーを真空容器中で真空排気した後、容器内に乾燥窒素を５ｍｌ／ｓｅｃで導入することにより、凝集一次粒子間の空気の実質的全量を窒素で置換した。
上記石英フィラーを３ｍｌの光硬化性エポキシ樹脂液（ダイキン工業社製、「商品名：ＵＶ−１１００」）と混合した。球状石英フィラーの高次粒子は、エポキシ樹脂液中に導入されると解凝し、多数の微細な気泡（平均粒径：３９μｍ）が液中に発生した。尚、混合は乾燥窒素の雰囲気中で行った。
石英フィラーとエポキシ樹脂液の混合物を撹拌した。撹拌にはスクリュー式の攪拌機（シンキー社製）を用いた。８００ｒｐｍで撹拌することにより、凝集フィラーの解凝と気泡（平均粒径：２１μｍ）の微細化が促進され、かつ液中に均等に分散した。尚、撹拌も乾燥窒素の雰囲気中で行った。
これを用いて得られた樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残留しないことも確認された。
【００８０】
（実施例２）
実施例１に記載したと同じ球状石英フィラー、光硬化性エポキシ樹脂液を用意した。
上記石英フィラーを真空容器中で真空排気した後、容器内に乾燥窒素を２ｍｌ／ｓｅｃで導入することにより、凝集一次粒子間の空気の一部を窒素で置換した以外は実施例１と同様にして実験した。
球状石英フィラーの高次粒子は、エポキシ樹脂液中に導入されると解凝し、多数の微細な気泡（平均粒径：３７μｍ）が液中に発生した。
石英フィラーとエポキシ樹脂液の混合物を撹拌した。凝集フィラーの解凝と気泡（平均粒径：２７μｍ）の微細化が促進され、いずれも液中に均等に分散した。
これを用いて得られた樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残留しないことも確認された。
【００８１】
（比較例１）
球状石英フィラーを真空容器中で真空排気せず、容器内に乾燥窒素を導入することもなく、そのまま用いて実施例１と同様にして実験した。
球状石英フィラーの高次粒子は、エポキシ樹脂液中に導入しても分解せず、気泡（平均粒径：６１μｍ）が僅かに液中に発生した。
石英フィラーとエポキシ樹脂液の混合物を撹拌したが、気泡は（平均粒径：５６μｍ）となったものの、凝集フィラーの解凝と気泡の微細化はあまり促進されなかった。石英フィラーの液中への分散性も不十分であった。
これを用いて得られた樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残留することも確認された。
【００８２】
（比較例２）
実施例１と同様にして、石英フィラーの雰囲気ガスを窒素ガスで置換後、光硬化性エポキシ樹脂液に添加した。球状石英フィラーの高次粒子は、エポキシ樹脂液中に添加するとすぐに解凝し、多数の微細な気泡（平均粒径：３９μｍ）が液中に発生した。
しかしながら、この石英フィラーとエポキシ樹脂液の混合物を撹拌しなかったので、凝集フィラーの解凝と気泡の微細化は促進されなかった。このため、これを用いて得られた樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残留することも確認された。
【００８３】
これらの結果から明らかなように、実施例１、２は本発明の方法により製造された微細な気泡が均一に分散した液状樹脂材料を用いたために、樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残留しなかった。
一方、比較例１は、フィラーの雰囲気ガスを置換せずにエポキシ樹脂と混合したために、フィラーの解凝と気泡の発生が促進されず、これを用いて得られた樹脂硬化物中には、強度の引張り応力が残存した。比較例２は、実施例１と同様にしてフィラーの雰囲気ガスを置換した後、エポキシ樹脂に添加したが、攪拌を行わなかったのでフィラーの解凝と気泡の発生が促進されなかったことが分かる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバアレイ用の液状樹脂材料は、微小な気泡が樹脂成分中に平均的に分散しているので、硬化収縮する際に強度の引っ張り応力が樹脂中に残存しなくなる結果、これを用いて製造した光ファイバアレイでは、課題とされていた低温環境、高温環境、温度変化環境及び高湿環境で樹脂層と板部材、樹脂層と光ファイバの間の接着が破壊するという問題が解消される。
また、光ファイバ側表面における気泡の存在の有無による局所的な応力変化も分散平均化されており、応力の局所的変化による導波光の損失は実質的に生じないことから、工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバアレイを説明する縦断面図である。
【符合の説明】
１、２  板部材
３      光ファイバ
４      硬化樹脂と無機フィラーの混合物（樹脂硬化物）
５      気泡
【図１】
2004325610.tif 000003