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JP4142131B2 - 圧縮性ラミネートを備えた光学デバイス - Google Patents

圧縮性ラミネートを備えた光学デバイス Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１ラミネートと第２ラミネートを備え、それらの間に第１の複数の光学成分が配置された光学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
これらの光学デバイスは、 AT&T Bellラボラトリィズ社の米国特許第５２９２３９０号（発明者 Burack ら）より公知である。この特許は、平らな可撓性のあるプラスチック基板の上面に接合され、次いでポリウレタンのようなプラスチック材料で被覆されて複合構造を形成した、複数の光ファイバーを有する光学デバイスの製造方法を教示している。この特許で教示されるデバイスは、第１工程において、１００℃を超える第１の高温で圧縮され、次いで２５ｐｓｉの圧力で１分間圧縮される必要がある。冷却の後、このデバイスは、次いで第２工程において２００℃に加熱され、６ｐｓｉの圧力で圧縮される。第１工程の目的は、複合体の層間の良好な接着を確保することである。第２工程は、ポリウレタン又は他の熱可塑性プラスチック層が溶融し、光ファイバーをぴったりと包囲することを可能にする。
【０００３】
この方法は、光学デバイスの中の光ファイバーが高い温度と圧力に曝されるといった欠点を有する。周知のように、光ファイバーは圧力と温度に非常に敏感である。応力に供されると、ファイバーの中に微小クラックが発生し、これがその性能の低下をもたらすことがある。
したがって、本発明の課題は、高い温度と圧力が回避された方法で製造される光学デバイスを提供することである。
【０００４】
本発明のもう１つの課題は、光学デバイスの中の光学成分の位置が容易に変更され得る光学デバイスを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のこれら及びこの他の課題は、光学成分用のラミネートとして、いずれもが高い機械的強度を有する第１層と高い圧縮性を有する第２層を備えた第１ラミネートと第２ラミネートを使用することによって解決される。好ましくは、ラミネートは、光学成分を固定するための固定手段を有する。より好ましくは、この固定手段は接着層を含んでなる。
【０００６】
第１層は、本光学デバイスと本光学デバイス内の光学成分が本光学デバイスに加えられる長手方向の力による損傷から保護されることを保証するため、本光学デバイスに機械的強度を与えるように設計される。第２層は、本光学デバイス内の光学成分を支持するクッションとして作用する。これは、本光学デバイスが曲げられたり本光学デバイスの表面に圧力が加えられたときに本光学デバイスが供される応力の殆どを吸収する。
【０００７】
本発明の１つの態様において、本光学デバイスは、第１の複数の光学成分と同じ面に配置され、前記複数の光学成分の少なくとも１つと交差する第２の複数の光学成分をさらに備える。光ファイバーのような光学成分が相互に交差する光学デバイスは、米国特許第５２０４９２５号（発明者 Bonanniら、ニュージャージ州の Murray Hillにある AT&T Bellラボラトリィズ社に譲渡）より公知である。この発明に記載されたラミネートは、光学成分が相互に交差する箇所で光学成分に及ぼされる点応力の殆どを第２層が吸収可能なため、従来技術のデバイスに比較し、光学デバイス内の光学成分の損傷が低減されるといった長所を提供する。
【０００８】
第２の複数の成分を備えた本光学デバイスは、高い圧縮性を有する層と少なくとも１つの光学成分固定用接着剤層をやはり備えた第３ラミネートをさらに提供されることができる。この態様によるデバイスにおいて、光学成分の全ての直接的交差箇所が除去され、このため、機械的点応力が大きく低減される。第３ラミネートは、機械的応力を吸収するための付加的なクッションとして作用する。
【０００９】
有利なためには、この層は８０００〜１５０００ｐｓｉ、好ましくは１２０００ｐｓｉの引張強度を有し、ポリエステルで作成される。第２層は１８％〜７３％の気孔率を有するべきである。これは、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンフォーム、及びポリウレタンフォームからなるポリマーの群より作成される。好ましくは、第２層は延伸膨張ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）から作成される。延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンは、非常に低い熱膨張係数を有し、化学的に不活性であるといった特長を有する。したがって、これは、化学物質やその他の環境的影響による損傷から光学成分を保護する。
【００１０】
接着剤層は、感圧接着剤であり得るか、あるいは、室の温度と圧力下で粘着性であって５０℃〜１００℃の温度で硬化する特性を有する接着剤の群より選択される。このことは、光学成分がラミネートの表面上に載置され、それらの位置が製造プロセスの間に変化されることを可能にする。接着剤の硬化温度より高い温度にラミネートを加熱すると、接着剤は硬化し、光学成分を固定する。光学デバイスを冷却した後であっても、光学成分はそれらの位置に固定されたままである。米国特許第５２９２３９０号により公知の従来技術の方法に比較すると、光学成分が高い温度に加熱されず、したがって、光学成分の損傷が解消される。光ファイバーは、例えば、一般に、１２０℃までの温度で機能する仕様にされる。ｅＰＴＦＥの特長は、この製造方法においてさらに例証されるが、これは、ｅＰＴＦＥが非常に低い熱膨張係数を有し、このため、接着剤を硬化させる温度まで光学デバイスが加熱されても膨張しないためである。
【００１１】
接着剤層は、好ましくは、ｅＰＴＦＥの中に吸収されたシリコーン、エポキシ又はアクリル系接着剤を含有する接着剤テープの群から選択された接着剤テープ、あるいは、アクリル、シリコーン又はエポキシ接着剤の群から選択されて適用された接着剤フィルムである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による光学成分用のラミネート５が図１に示されている。このラミネートは、第２ポリマー層20にラミネートされて少なくとも１つの側が接着剤層30でコーティングされた第１ポリマー層10を含んでなる。図１において、ラミネート５は、複数の光ファイバー40を包囲する例示の仕方で使用される。また、ラミネート５は、光増幅器や導波管のような他の光学成分を包囲するために使用されることもできる。
【００１３】
第１ポリマー層10は、ラミネート５に及ぼされる機械的応力による、包囲された光学成分40の損傷に抵抗するために、ラミネート５に高い機械的強度を与えるよう選択される。このような機械的応力は、外的作用によってラミネートに及ぼされる長手方向の力によって引き起こされ得る。十分な機械的強度を与えるため、第１ポリマー層は、高い引張強度を有する必要がある。適切な機械的保護を与えるには、８０００〜１５０００ｐｓｉ、好ましくは１２０００ｐｓｉの引張強度で十分である。また、第１ポリマー層10の熱膨張係数は、光学成分40のそれと同等であるべきである。使用に適切なポリマーはポリエステルであることが見出されている。ここで、必要な特性を有するその他のポリマーも使用可能である。このような適切なポリマー材料の１つの例は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から入手可能なＭＩＬ−ＥＮＥ（商標）である。
【００１４】
第２ポリマー層20は、包囲された光学成分40を剪断応力から保護する目的で、ラミネート５に緩衝性を与えるように選択される。これらの応力は、ラミネート５を曲げることによって、又はラミネート５の表面に圧力を加えることによって発生し得る。十分な緩衝性を付与する目的で、第２ポリマー層は高い圧縮性を有する必要がある。適切な緩衝性を与えるには、０．６ｇ／ｃｍ3 〜１．８ｇ／ｃｍ3 の密度を有する微細多孔質材料が満足できることが見出されている。また、その熱膨張係数は、光学成分40のそれ及び第１ポリマー10のそれと同等であるべきである。使用するのに適切なポリマーは微細多孔質ポリマーであることが見出されている。このようなポリマーの例は延伸膨張ＰＴＦＥ、ポリエチレンフォーム、及びポリウレタンフォームである。好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ3 〜１．８ｇ／ｃｍ3 の密度を有する延伸膨張ＰＴＦＥが使用される。このポリマーは、したがって、１８％〜７３％の気孔率を有する。使用される延伸膨張ＰＴＦＥは、好ましくは、米国特許第３９５３５６６号、米国特許第３９６２１５３号、米国特許第４０９６２２７号、米国特許第４１８７３９０号に開示され記載されたものである。このような材料の１つの例はＷ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から商標ＧＯＲＥ−ＴＥＸとして販売されている。
【００１５】
第１ポリマー層10と第２ポリマー層20は、第１ポリマー層10に熱可塑性接着剤をコーティングし、次いでラミネートに圧力と熱を加えることによって一緒にラミネートされる。適切な熱可塑性接着剤は、ポリエステル基剤の接着剤、ポリウレタン接着剤、フッ化エチレンプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）接着剤、ＰＴＦＥポリマーのペルフルオロアルキルエーテルの適切な熱可塑性ポリマー接着剤を含む接着剤の群から選択されることができるが、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から入手可能なＭＩＬ−ＥＮＥ（商標）ポリマー層には既に適切な接着剤が施されている。加えられるべき温度と圧力は、熱可塑性接着剤の組成によって決まる。
【００１６】
あるいは、第１ポリマー層10を第２ポリマー層20にラミネートするのに感圧接着剤が使用されることもできる。このようなテープの例は、ミネソタ州のセントポールにあるスリーエム社によって製造されており、改質アクリル系接着剤から製造される。それらは商標名ＳＣＯＴＣＨTMとして販売されている。この方法において、感圧接着剤テープが、第１ポリマー層10の表面上に配置される。その感圧接着剤テープの上に第２ポリマー層20が配置される。次いで圧力が第２ポリマー層20の表面に加えられ、それによって第１ポリマー層10と第２ポリマー層20が一緒にラミネートされるに至る。
【００１７】
第１ポリマー層10と第２ポリマー層20を一緒にラミネートした後、固定手段としての接着剤層30が、第２ポリマー層20の表面に施される。接着剤30は、光学成分40をラミネート５に取り付けるために使用される。これは、室温で粘着性であるが、光学成分が破壊される温度より低い温度にラミネート５と光ファイバー40を加熱することによって硬化され得るものが選択される。光ファイバー40は、例えば、１２５℃の特定の溶融温度を有するアクリルコーティングのガラスファイバーでよい。この場合に使用される接着剤30は、ラミネート５を熱硬化させて接着剤30を固化させるときの光学成分の損傷を避けるため、約１２０℃より低い温度で固化する必要がある。
【００１８】
好ましくは、接着剤30はより低い温度で固化すべきであり、これは、光学成分40が加熱される温度が高いほど、光学成分が受ける熱応力を最小とすることが必要なためである。この熱応力は、光学成分40を完全に破壊しなくても、光学成分40の性能を低下させることがある。したがって、約８０℃の温度で固化する接着剤を選択することが好ましい。使用に適切な接着剤は、アクリル基剤の接着剤、シリコーン基剤の接着剤、及びエポキシ基剤の接着剤からなる接着剤の群より選択される。このような接着剤には、エポキシ−ジシアナミド、シリコーン又はシアノアクリレートが挙げられる。これらの接着剤は、第２ポリマー20の表面上の層として適用されることができる。この適用は、例えば、第２ポリマー20の表面にスプレーする又はコーティングすることによって行われることができる。あるいは、接着剤層30は、上記の接着剤の１種に、延伸膨張ＰＴＦＥやポリエステルのような多孔質ポリマーの薄いフィルムを浸し、感圧接着剤テープを形成することによって作成されることもできる。このような感圧接着剤テープは、光学成分40が接着剤層30の上に配置されることができ、適所に支持されるが除去されることもできるといった利点を有する。圧力を加えただけで、光学成分40が接着剤テープに恒久的に取り付けられるに至るのである。上記のように、感圧接着剤テープはスリーエム社によって製造され、商標名ＳＣＯＴＣＨTMとして販売されている。
【００１９】
上記の説明は、接着剤層30が第２ポリマー20の表面に取り付けられることを想定している。ここで、接着剤層30は、本発明の作用に変化をもたらすことなく、第１ポリマー10の表面に同等に首尾よく取り付けられることもできる。
上記に示した例において、光学成分40はアクリルコーティングされたガラスファイバーであるものとした。ここで、本発明は、石英やプラスチックのファイバーにも用途を見出すことができる。ガラスクラッディング上のコーティングは、所望により、シリコーン、アクリル、ポリアミド、又はその他の剥離剤とポリマーコーティングであることもできる。
【００２０】
上記のラミネート５は、複数の光ファイバー40がラミネート５の間にサンドイッチされた、図２に示したような多層光回路に用途を見出すことができる。この図において、図１と同じものを示すために同じ参照記号が使用されている。複数の光ファイバー40を備えた２つの層40a と40b の間に、中間層45が配置される。この中間層45は微細多孔質材料60の層を有し、この微細多孔質材料60は、付加的な固定手段としての接着剤50の付加的な層で両側をコーティングされる。この微細多孔質層は、機械的応力を吸収することができる延伸膨張ＰＴＦＥ、ポリエステルフォーム又はポリウレタンフォームのようなポリマーから作成されることができる。この微細多孔質材は、好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ3 〜１．８ｇ／ｃｍ3 の密度を有する延伸膨張ＰＴＦＥから作成される。このような材料は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から商標ＧＯＲＥ−ＴＥＸとして販売されている。この材料は、光ファイバー間の応力を吸収する緩衝層として作用する。本接着剤層は、接着剤層30と同じタイプの接着剤から作成される。
【００２１】
図２において、隣接層の中で互いに平行に走る光ファイバーが示されている。ラミネート５は、図３Ａと図３Ｂに示されたような光ファイバー40が互いに交差する光学デバイスに特に有用である。図３Ａは、光学デバイスの構造を例示するための模式的図である。ここで、本発明によると、これらの層は第２層20であり、光ファイバー40の荷重を吸収するため、図３Ｂに示されたように圧縮され得る。また、第１ポリマー層10も若干変形されることができる。しかしながら、これは圧縮性の同じ利点を提供せず、したがって、この図では圧縮されないものとして示されている。図３Ａと図３Ｂにおいて、光ファイバー40は互いに直接交差するように示されている。機械的損傷からより的確に保護するため、図４に模式的に示されたように、ラミネート５が、光ファイバー40を隔てるために中間層45と併用されることができる。この図４の態様は、光ファイバー40が互いに直接接触しないため、交差箇所で各光ファイバー40に及ぼされる点荷重が大きく低減されるといった利点を有する。光ファイバー40の交差箇所がこのように緩衝される。このことは、個々の光ファイバー40に及ぼされる機械的応力を大きく低減する。実際には、図４の態様の第２ポリマー層20もまた、図３Ｂに示されたと同様に圧縮されるであろう。ここで、このことは、簡明のために図には示されていない。
【００２２】
ラミネート５と中間層45は、米国特許第５２０４９２５号に例示されたと同様な伝達デバイスの製造に使用されることができる。この特許明細書に開示された伝達デバイスにおいて、光ファイバーが同じ面に配置されて互いに交差し、上記のように、光ファイバーに機械的応力をもたらす。本発明のラミネートを用いると、光ファイバーが、図４に示されたように、ラミネートによって各面が隔てられて複数の面に配置されることができる。上記の本発明を使用した光ファイバー40の緩衝は、光ファイバーの交差箇所に及ぼされる機械的応力を低減させ、このことが、光ファイバーの低下された機械的損傷とそれによるより長い製品寿命をもたらし、同時に光ファイバー40の中のより少ない伝導損失をもたらす。
【００２３】
本発明のいくつかの代表的な態様を上記に詳細に説明したが、当業者は、本願で開示した新規な教示や特長から本質的に逸脱することなく多くの変更が可能であることを容易に認識するであろう。したがって、そのような変更はいずれも特許請求の範囲に規定される本発明の範囲に含められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学成分用ラミネートの横断面図である。
【図２】中間層を併せて備えた光学成分用ラミネートの横断面図である。
【図３】図３Ａは、本発明のラミネートを使用した光学デバイスの横断面図である。図３Ｂは、ラミネートの圧縮性が例示された、本発明のラミネートを使用した光学デバイスの横断面図である。
【図４】光ファイバーが互いに交差し、中間層を併せて備えた光学成分のラミネートの横断面図である。
【符号の説明】
５…ラミネート
１０…第１ポリマー層
２０…第２ポリマー層
３０…接着剤層
４０…光学成分
４５…中間層

Claims (19)

  1. 第１ラミネート(5) 、第２ラミネート(5) 、及びそれらの間に介在して第１面の中に配置された複数の光学成分(40)を備え、
    第１ラミネート(5) 又は第２ラミネート(5) の少なくとも一方が、８０００〜１５０００ｐｓｉの引張強度を有する第１層(10)と、１８％〜７３％の気孔率を有して高い圧縮性を有する第２層(20)を備え、さらに
    第１ラミネート(5) 又は第２ラミネート(5) が、光学成分(40)を固定するための固定手段(30)を備えた
    ことを特徴とする光学デバイス。
  2. 前記固定手段が接着剤層(30)を含む請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 第１の複数の光学成分(40b) と同様の第２の複数の光学成分 (40a) であって、第１の複数の光学成分 (40b) に少なくとも部分的に隣接して配置された第２の複数の光学成分(40a) をさらに備え、前記第２の複数の光学成分(40a) の少なくとも１つが前記複数の光学成分(40b) の少なくとも１つと交差する請求項１に記載の光学デバイス。
  4. 前記第１面と異なる第２面に配置された第２の複数の光学成分(40a) をさらに備え、第１面と第２面が第３ラミネート(45)によって互いに隔てられ、前記第３ラミネート(45)が高い圧縮性を有する層(60)を備えた請求項１に記載の光学デバイス。
  5. 第３ラミネートが、光学成分(40)を固定するための少なくとも１つの付加的な固定手段(50)をさらに備えた請求項４に記載の光学デバイス。
  6. 少なくとも１つの固定手段が付加的な接着剤層(50)である請求項５に記載の光学デバイス。
  7. 前記第１層(10)が１２０００ｐｓｉの引張強度を有する請求項１に記載の光学デバイス。
  8. 前記第１層(10)がポリエステルからなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  9. 前記第２層(20)が、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンフォーム、及びポリウレタンフォームからなるポリマーの群より選択された請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  10. 前記第２層(20)が延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンである請求項９に記載の光学デバイス。
  11. 前記接着剤層(30)又は前記付加的な接着剤層(50)が、室温および室圧下で粘着性であって且つ５０℃〜１００℃の間の温度で硬化する特性を有する接着剤の群から選択された請求項２〜１０のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  12. 前記接着剤層(30)又は前記付加的な接着剤層(50)が７０℃〜８５℃の間の温度で硬化する請求項１１に記載の光学デバイス。
  13. 前記接着剤層(30)又は前記付加的な接着剤層(50)が感圧接着剤である請求項２〜１０のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  14. 前記接着剤層(30)又は前記付加的な接着剤層(50)が接着剤テープからなる請求項１１、１２又は１３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  15. 前記接着剤テープが、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンに吸収されたシリコーン、エポキシ又はアクリル系接着剤を含む接着剤テープの群から選択された請求項１４に記載の光学デバイス。
  16. 前記接着剤層(30)が、アクリル、シリコーン又はエポキシ系接着剤の群から選択された接着剤で形成された請求項１１又は１２に記載の光学デバイス。
  17. 前記光学成分(40)がガラスファイバーである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  18. 前記光ファイバーが少なくとも１００℃の温度で安定である請求項１７に記載の光学デバイス。
  19. 前記ガラスファイバー(40)が少なくとも８５℃の温度で安定である請求項１８に記載の光学デバイス。
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