JPH0673359A - 屈折率整合精密接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 石英ガラスと同じ屈折率を有し、かつ、低収
縮率と低線膨張率の屈折率整合精密接着剤を提供する。 【構成】 一般式（化３）： 【化３】Ｙ−Ｏ−〔−Ｃ（ＣＦ₃ ）₂ −Ｍ−Ｃ（Ｃ
Ｆ₃ ）₂ −ＯＣＨ₂ ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂ −Ｏ−〕_n −Ｃ
（ＣＦ₃ ）₂ −Ｍ−Ｃ（ＣＦ₃ ）₂ −Ｏ−Ｙ （Ｙはグリシジル基、Ｍはシクロヘキシレン基、ｎは０
又は任意の正数を示す）で表されるフッ素を含有するエ
ポキシ系化合物、石英粉末及び硬化剤を含む屈折率整合
精密接着剤。その他、特にフッ素を含有しないエポキシ
系化合物、及び反応性希釈剤を含有していてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石英系ガラス同士、光
ファイバと石英系光導波路との結合などの光路結合を最
適な光学的結合状態で、かつ、極めて精密に接合するの
に好適な屈折率整合精密接着剤に関する。石英ガラスと
同じ屈折率を有し、かつ、低収縮率と低線膨張率で、特
に光部品等の精密部品を組立てるのに好適な屈折率整合
精密接着剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密部品の組立ては、当初、信頼性の面
から、半田付け、レーザー溶接等の方法が採用されてい
た。しかし、これらの方法には固定性精度が不十分、高
度な技術を必要とする等の欠点があることから、最近、
接着剤の使用が増えている。例えば、精密光部品の組立
てにおいては、光の通過する部分の直径が１０μｍ以下
という極めて細い光軸を合わせ固定・結合する等に使用
するため、ミクロンオーダーの固定精度が必要とされる
ことが多い。硬化時の収縮率を小さくして、接着固定
位置の精度をミクロンオーダーで制御できること、ま
た、硬化物の線膨張率が金属程度な低線膨張率（〜３
×１０^-5／℃）で、温度変化に対する固定位置変動が極
めて小さいこと、が要望されていた。従来のエポキシ系
ベースレジンを用いた接着剤は、比較的低い収縮率（１
０％以下）を有しているが、実用上十分な低収縮率（ミ
クロンオーダーの固定精度が必要とされる場合、２％以
下）ではなく、また、線膨張率も大きいという欠点があ
った。一般的に、低硬化収縮率化と低線膨張率化を図る
ために、無機系粉末を充てんすることが知られている
が、無機系粉末を充てんすると、硬化物の光透過性が低
下するという欠点があった。また、屈折率を制御できる
透明性良好な光学接着剤が市販されている。光ファイバ
や石英系導波路などの屈折率と一致できる（屈折率＝
１．４５）市販の光学接着剤は、硬化収縮率４〜１０
％、線膨張率４〜１０×１０^-5／℃と汎用エポキシ並で
大きく、各種光学部品の光路部をミクロンの精度で接着
結合するのは極めて困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、石英
ガラスと同じ屈折率を有し、かつ、低収縮率と低線膨張
率の屈折率整合精密接着剤を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明の屈折率整合精密接着剤に関する発明であって、下
記の一般式（化１）：

【０００５】

【化１】

【０００６】〔式中Ｍは式（化２）：

【０００７】

【化２】

【０００８】で表される基、ｎは０又は任意の正数を示
す〕で表されるフッ素を含有するエポキシ系化合物、石
英粉末及び硬化剤を含むことを特徴とする。なお、本発
明で使用するエポキシ系化合物は公知の化合物であり、
例えば特開平２−６８８号公報に記載されている。

【０００９】本発明の屈折率整合精密接着剤は、上記の
化学式で示されるフッ素を有するエポキシを主なベース
レジンとし、屈折率が１．４４から１．４８の範囲に合
せているため、石英ガラスの屈折率と一致させることが
できる。また、多量の石英系粉末を充てんしても、硬化
物の光透過性の低下がなく、屈折率が変化せず、光ファ
イバや石英ガラスの接合部での光反射を理論的限界値ま
で小さくできる。また、適度に柔軟性もあり、接着性や
耐久接着性などの実用性能に優れている。

【００１０】本発明の屈折率整合精密接着剤は、フッ素
を含有するエポキシ系化合物１００重量部に対して、フ
ッ素を含有しないエポキシ系化合物０〜３０重量部、石
英粉末５０〜２００重量部、反応性希釈剤０〜５０重量
部及び硬化剤からなることが好ましい。

【００１１】本発明における石英粉末充てん剤の添加量
としては、ベースレジンのエポキシ系化合物１００重量
部に対して、５０〜２００重量部が適当である。５０重
量部未満では、収縮率や線膨張率が十分に小さくならな
い。また、２００重量部を超えると、粘度が大きくな
り、取扱い難くなる。

【００１２】本発明において、石英粉末を充てんする前
の組成物として、その硬化物の屈折率は１．４４〜１．
４８の範囲にあることが適切である。その範囲外の屈折
率の組成物を用いて、石英粉末充てん組成物を作製する
と、図１に示すように、光透過性が低下するという問題
が有る。なお、図１は石英粉末未充てん硬化物の屈折率
（横軸）と石英粉末充てん硬化物の光透過率（％、縦
軸）との関係を示すグラフである。また、石英ガラスと
の屈折率整合が不十分となり、光ファイバや石英ガラス
との接着接合部での光反射が大きくなるという問題が発
生する。

【００１３】本発明におけるフッ素を含有しないエポキ
シ系化合物としては、汎用のビスフェノールＡ系エポキ
シ、ビスフェノールＦ系エポキシ、ビスフェノールＡＤ
型エポキシ、脂環脂肪族エポキシ、グリシジルエステル
系エポキシ等を使用することができる。

【００１４】本発明における石英粉末としては、高純度
溶融石英粉末、高純度結晶性石英粉末、合成石英ガラス
粉末等を使用できる。なお、適当な表面処理、例えばシ
ラン系カップリング剤処理等を施した石英粉末は、高充
てん量においても比較的粘度が低くできる。

【００１５】本発明における反応性希釈剤としては、各
種のモノエポキシドやジエポキシドを使用できる。

【００１６】本発明における硬化剤としては、加熱する
ことによりエポキシ基と反応するものであれば何でもよ
い。例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテト
ラミン、テトラエチレンペンタミン等のポリアミン、ポ
リメチレンジアミン、メンセンジアミン等の脂肪族ポリ
アミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニル
メタン等の芳香族アミン、あるいはそれらの変性物等の
アミン系硬化剤や、無水フタル酸、無水トリメリット
酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメ
リテート）、グリセロールトリス（アンヒドロトリメリ
テート）、Δ⁴ −テトラヒドロ無水フタル酸、４−メチ
ル−Δ⁴ −テトラヒドロ無水フタル酸、３−メチル−Δ
⁴ −テトラヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水
メチルナジック酸、４−（４−メチル−３−ペンテニ
ル）テトラヒドロ無水フタル酸、マレイン化脂肪酸、ド
デセニル無水コハク酸、ビニルエーテル−無水マレイン
酸共重合体、アルキルスチレン無水マレイン酸共重合
体、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無
水コハク酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、４−メチルヘ
キサヒドロ無水フタル酸、３−メチルヘキサヒドロ無水
フタル酸等の酸無水物系硬化剤や、２−メチルイミダゾ
ール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウン
デシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、
２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミ
ダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウ
ムトリメリテート、１−シアノエチル−２−フェニルイ
ミダゾリウムトリメリテート、２−メチルイミダゾリウ
ムイソシアヌレート、２−フェニルイミダゾリウムイソ
シアヌレート、２，４−ジアミノ−６−〔２−メチルイ
ミダゾリル−（１）〕−エチル−Ｓ−トリアジン、２，
４−ジアミノ−６−〔２−エチル−４−メチルイミダゾ
リル−（１）〕−エチル−Ｓ−トリアジン等のイミダゾ
ール系硬化剤、ＢＦ₃ −ｎ−ヘキシルアミン、ＢＦ₃ −
モノエチルアミン、ＢＦ₃ −ベンジルアミン、ＢＦ₃ −
ジエチルアミン、ＢＦ₃ −ピペリジン、ＢＦ₃ −トリエ
チルアミン、ＢＦ₃ −アニリン、ＢＦ₄ −ｎ−ヘキシル
アミン、ＢＦ₄ −モノエチルアミン、ＢＦ₄ −ベンジル
アミン、ＢＦ₄ −ジエチルアミン、ＢＦ₄ −ピペリジ
ン、ＢＦ₄ −トリエチルアミン、ＢＦ₄ −アニリン、Ｐ
Ｆ₅ −エチルアミン、ＰＦ₅ −イソプロピルアミン、Ｐ
Ｆ₅ −ブチルアミン、ＰＦ₅ −ラウリルアミン、ＰＦ₅
−ベンジルアミン、ＡｓＦ₅ −ラウリルアミン等のルイ
ス酸−アミン錯体系硬化剤、ジシアンジアミド及びその
誘導体、有機酸ヒドラジド、ジアミノマレオニトリルと
その誘導体、アミンイミド等の硬化剤が挙げられる。こ
れらの硬化剤は単独で用いてもよいし、これらの混合物
として用いてもよい。そして、硬化促進剤として第３級
アミン、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、
有機酸金属塩、イミダゾール等を用いてもよい。

【００１７】更に、本発明の熱硬化樹脂に接着性を良く
するためにシランカップリング剤を加えることができ
る。シランカップリング剤の例としては、γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）
−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−
（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、Ｎ−ビス〔β−（アミノエチル）〕−γ−アミノ
プロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリ
エトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、メチル
トリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニ
ルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメト
キシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ−アニリノプ
ロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラ
ン、オクタデシルジメチル〔３−（トリメトキシシリ
ル）プロピル〕アンモニウムクロリド、γ−クロロプロ
ピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピル
メチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジ
メチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ビニ
ルトリエトキシシラン、ベンジルトリメチルシラン、ビ
ニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタ
クリロキシプロピルトリス（２−メトキシエトキシ）シ
ラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル
トリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキ
シシラン、γ−イソシアヌルプロピルトリエトキシシラ
ン、ｎ−オクチルトリエトキシシランなどが挙げられ
る。

【００１８】なお、本発明において、必要な場合は、可
とう性付与剤等も添加することもできる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれらに何ら限定されない。

【００２０】実施例１〜３及び比較例１〜４ 表１及び表２に示した配合成分を用いて、光ファイバ結
合用屈折率整合精密接着剤を調整し、光硬化性、接着強
度、硬化収縮率、線膨張率、耐水接着性等を評価した。 ガラス／ガラスの接着強度の評価法：図２にガラス
／ガラスの接着強度を測定する装置の全体の断面概略図
であり、図中の符号１は圧縮プレート板、２は試料ホル
ダー、３は接着片である。また、図３は図２に示す装置
を用いて接着強度を測定するための試験片を示す図であ
り、図中の符号４はガラス、５は接着剤である。図３に
示したような張り合せ接着片を作製して、図２に示した
ような試料ホルダーに接着片を入れ、引張り試験機で、
毎分５ｍｍの速度で圧縮プレートを圧縮、せん断接着強
度を測定した。

【００２１】 硬化収縮率の評価法：硬化前後の密度
を測定して、硬化収縮率を算出した。 線膨張率の評価法：熱機械分析装置により測定し
た。 光透過率の測定法：１ｍｍ厚さの効果シートを自動
分光硬度計を用いて測定した。測定波長１．３μｍであ
る。 屈折率の測定法：アッベ屈折率計を用いて２５℃で
測定した。 得られた結果を表１及び表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】注） ＣＨＥｐ：シクロヘキサン型フッ素化エポキシ Ｅｐ−８２８：油化シェル社製エポキシ ＥＲＬ４２２１、ＥＲＬ４２０６：ＵＣＣ製脂環エポキ
シ 硬化剤Ａ：エポキシテクノロジ社製Epotek−３５３ＮＤ
硬化剤 〔接着強度〕石英ガラス／石英ガラス接着強度、ｋｇｆ
／ｃｍ²

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明による、
前記の化学式（化１）で表されるエポキシ系化合物をベ
ースレジンとして、多量の石英粉末充てん剤、反応性希
釈剤と硬化剤などを配合した精密接着剤は、石英ガラス
との屈折率整合性に優れ、光透過性、接着性などの実用
性能も優れており、かつ、硬化収縮率や線膨張率がアル
ミニウムや半田金属並に小さいという特徴を有する。こ
れらのことから、本発明の屈折率整合精密接着剤を石英
系精密光部品における光路結合に適用すると、接着固定
位置精度を極めて小さくでき、光透過率の低下が少な
く、石英ガラスと屈折率が一致している等優れた光学的
結合が形成でき、かつ、実用性能に優れた接着結合部を
実現できる。光部品組立の作業性や歩留りを向上でき、
経済化に多大に貢献でき、当業界における価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】石英粉末未充てん硬化物の屈折率と石英粉末充
てん硬化物の光透過率との関係を示したグラフである。

【図２】ガラス／ガラスの接着強度を測定する装置の全
体の断面概略図である。

【図３】図２に示す装置を用いてガラス／ガラスの接着
強度を測定するための試験片を示す図である。

【符号の説明】 １：圧縮プレート板、２：試料ホルダー、３：接着片、
４：ガラス、５：接着剤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の一般式（化１）： 【化１】 〔式中Ｍは式（化２）： 【化２】 で表される基、ｎは０又は任意の正数を示す〕で表され
   るフッ素を含有するエポキシ系化合物、石英粉末及び硬
   化剤を含むことを特徴とする屈折率整合精密接着剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の接着剤が、該フッ素を
   含有するエポキシ系化合物１００重量部に対して、フッ
   素を含有しないエポキシ系化合物０〜３０重量部、石英
   粉末５０〜２００重量部、反応性希釈剤０〜５０重量部
   及び硬化剤からなることを特徴とする屈折率整合精密接
   着剤。