JP2004524998A - 構造面付き光導波路の連続作製方法 - Google Patents

Abstract

細長い光導波路（７０）の作製方法は、係合部分（３２Ａ、３４Ａ）および非係合部分（３３、３３Ａ）を有する少なくとも２つの金型部品（３２Ａ、３４Ａ）を有する移動成形アセンブリ（３０）を形成するステップを含む。金型部品は、非係合部分（３３、３３Ａ）が第１の方向（Ａ、Ｂ）に移動し、係合部分（３２Ａ、３４Ａ）が第１の方向とは異なる第２の方向（Ｃ）に移動して、長手軸を有する細長い再生金型キャビティ（３７、３９）を形成するように移動され、キャビティは長手軸に対して横方向に少なくとも１つの構造物（５２）を有する成形面（５４）を具備する。熱硬化可能材料は、キャビティ（３７、３９）に導入され、キャビティ（３７、３９）において少なくとも部分的に重合されて、その中に光導波路（７０）を形成する。次に、光導波路が、成形アセンブリから除去される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造面を有する光導波路の作製方法に関し、さらに詳細には、構造面を有する光導波路の連続作製方法または半連続作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂供給材料を用いた物品の連続作製のために、押出成形方法を用いることができる。押出成形工程は、比較的滑らかな表面外形を有する物品に熱可塑性材料を溶融加工するために十分に適応しているのに対して、物品の主面の平面に対して横断する方向に指向される精密な構造物を有する表面外形を備えた物品を作製する場合にはあまり適していない。押出成形工程において、樹脂押出品は、依然として溶融された状態であり、ダイを出すときには柔らかく、物品が冷えると物品の最終的な表面外形を変化することができる。樹脂が冷えるときの収縮による体積の変化として現れる場合には、特に物品の主面における精密な横方向の構造物の寸法に比べて、体積の変化が大きい場合には、この外形の変化は、特に厄介な問題となりうる。
【０００３】
また、熱可塑性樹脂供給材料を用いた精密な横方向の表面外形構造物を有する物品を作製するために、射出成形を用いることもできる。溶融熱可塑性樹脂が金型キャビティに注入され、成形面の長手軸に対して横方向に指向される突起構造物または窪み構造物に接すると、樹脂は冷え、成形面に隣接するスキン状の層を形成する。金型キャビティに完全に注入するために、スキン状の層が成形面でさらに流れないようにし、高圧で溶融樹脂を金型キャビティに押し入れなければならない。その結果、金型において熱可塑性構造物と横方向の構造物との間の接触は信頼性に欠け、高精度の構造物を複製することは困難である。さらに、射出成形工程は一般に、金型を満たすために樹脂供給材料を加熱する必要があり、冷えると、成形された物品は著しく収縮する可能性がある。
【０００４】
たとえば、光導波路および光ファイバなどの光伝送物品は、精密な表面外形構造物を特徴とすることが多い。これらの光伝送物品は、熱可塑押出成形または射出成形工程を用いて、一般に作製される。光導波路は一般に、光源からの光を受光するようになされた少なくとも１つの面と、光導波路によって伝搬する光を反射するための光学的に滑らかな面と、を具備している。一般的な例としては、データ通信に用いられる光ファイバおよび光学ディスプレイに用いられるプレーナ型導波路が挙げられる。照射系に一般に用いられる光ファイバは、少なくとも一方の端部で光を受光し、ファイバの長さに沿って所定の位置でファイバから光を透過させる。
【０００５】
一般的な光伝送素子は、光導波路であり、一定の長さの従来の光ファイバになぞらえることが可能である。このようなファイバは一般に、特定の断面幾何構成（たとえば、円形、楕円形など）を備えたコアと、コア上にあるクラッディングとを有する。コアの屈折率は、クラッディングの屈折率より大きい。使用時には、ファイバの一端でコアに導入される可視光などの電磁エネルギーのビームは、臨界角より大きい角度でコア／クラッディングの境界に常に当たるため、内部全反射となる。その結果、光は、著しい損失を受けることなく、ファイバの他方の端部に伝搬される。たとえば、米国特許第５，８９８，８１０号明細書を参照。
【０００６】
光伝送物品から制御された方式で光を抽出するために、物品における光伝搬方向に対して横方向に複数の光抽出構造物を形成することができる。光抽出構造物は、光が光伝送物品中を伝搬する平面上に投影されるポジティブであってもよく、または光伝搬平面の下に投影されるネガティブであってもよい。一般に、光伝送物品は細長い形状であり、光は物品の長手軸に沿って伝搬し、光抽出構造物は長手軸に対して横方向に形成される。各構造物では、光は、光を物品から射出させる内部全反射の原理に基づいて物品に沿って連続伝搬するために必要な臨界角より小さい角度で反射される。
【０００７】
ネガティブ構造物は、光伝送物品の面に直接機械加工されることができ、ポジティブ構造物またはネガティブ構造物は、硬質型または柔軟型を用いたバッチ成形工程で物品に分散されることができる。しかし、光伝送物品を作製するために一般に用いられているポリマー材料の精密な機械加工は、時間がかかる上、不正確で、高価である。同様に、他のバッチ処理技術も、商業的に実行可能な期間で行うことは困難であると考えられる。
【０００８】
光抽出構造物を作製し、光導波路に接着するための連続工程が、米国特許第６，０３９，５５３号明細書に記載されている。第１のステップでは、光伝送物品を作製するための連続成形工程により、表面外形構造物を有する成形層が形成される。第２のステップでは、構造物が光導波路における光伝搬方向に対して横断するように、成形層が光導波路に接着される。この連続成形工程は、特定の表面外形を形成するために必要な構造物を従来の押出成形技術、射出成形技術および機械加工技術より効率的に複製するが、必要な２つのステップの成形手順は、接合層が予め作製された光導波路に接着される境界を残す。たとえ、接合層および光導波路が屈折率整合であり、十分な精度で位置合わせがなされたとしても、接合層と光導波路との間の境界は光伝送物品からの光伝送および／または抽出の効率および精度に干渉する恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、精密な構造物を物品の面に分散するために、構造物は物品の面に機械加工され、物品はバッチ工程を用いて成形されるか、または構造物が個別の成形ステップで物品の面に施される。従来の単独ステップ連続押出成形工程および連続射出成形工程は、物品の主面の平面に対して横方向に表面外形構造物の十分に正確な複製を提供することはない。
【００１０】
本発明は、光導波路の長手軸に対して横方向に配置される表面外形構造物を有する細長い光導波路を作製するための連続工程である。本発明の工程において、液体熱硬化可能材料が成形面の長手軸に対して横方向に指向されるポジティブ構造物またはネガティブ構造物を備えた成形面を有する密閉金型キャビティに導入される。成形工程中、熱硬化可能材料が熱硬化光導波路を形成するために重合するときに、金型中の構造物は単独ステップにおいて光導波路の面に正確に分散される。
【００１１】
本発明の工程において、液体熱硬化可能材料は、液体が成形面上の構造物の上またはその中に容易に確実に流れるように選択された適度の温度および圧力で金型に施されてもよい。熱硬化可能材料は、金型中の構造物と密接かつ実質的に均一に接触するため、従来の押出成形工程または射出成形工程より正確に横方向の表面外形構造物を複製することができる。中程度の成形温度は、完全または部分的に重合される光導波路の収縮を減少または実質的に低減する。本発明の工程は、サイクル時間を削減し、従来のバッチ成形工程またはマルチステップ成形工程より光導波路の作製を商業的に実行可能にする。
【００１２】
本発明の工程は、光導波路の伝搬方向に対する横方向に複数の光抽出構造物を具備する光導波路などの光伝送物品の連続高速作製に特に適している。光抽出構造物は、光が光導波路中を伝搬する平面上に投影されるポジティブであってもよく、または光伝搬平面の下に投影されるネガティブであってもよい。一般に、光導波路は細長い形状であり、光は光導波路の長手軸に沿って伝搬し、光抽出構造物は長手軸に対して横方向に形成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一態様において、本発明は、細長い光導波路を作製する方法であり、
（ａ）係合部分および非係合部分を有する少なくとも２つの金型部品を含む移動成形アセンブリを提供するステップと、
（ｂ）非係合部分が第１の方向に移動し、係合部分が第１の方向とは異なる第２の方向に移動して、長手軸を有する細長い再生金型キャビティを形成するように金型部品を移動するステップであって、キャビティが長手軸に対して横方向の少なくとも１つの構造物を備えた成形面を具備する、ステップと、
（ｃ）熱硬化可能材料をキャビティに導入するステップと、
（ｄ）キャビティにおいて熱硬化可能材料を少なくとも部分的に重合して、その中に光導波路を形成するステップと、
（ｅ）成形アセンブリから光導波路を除去するステップと、を含む方法である。
【００１４】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、添付図面および以下の詳細に記載される。本発明の他の特徴、目的、利点については、詳細および図面、特許請求の範囲から明白となるであろう。
【００１５】
種々の図面における類似の参照符号は、類似の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一実施形態において、本発明は、熱硬化可能材料から成形光導波路を作製する方法である。光導波路は、細長い金型キャビティを形成するために共に移動する少なくとも２個の可撓性の係合可能な金型部分を有する装置において成形される。このようにして形成されるキャビティは熱硬化可能材料で満たされ、同時に係合される金型部分は係合点から離れる方向に移動している。金型部分のうち少なくとも１個は、金型の長手軸に対して横断する成形特徴部（凹面または凸面）を具備している。
【００１７】
本発明の工程を行うための装置１０の実施形態が、図１に概略的に示されている。装置１０は、熱硬化可能材料を形成するために必要な反応成分を含む適切な数の容器１２、１４を具備している。熱硬化可能材料は、任意の攪拌装置２２を装備した任意の混合室２０に流量測定ポンプ１６、１８によってそれぞれ供給される。熱硬化可能材料は、ノズル２８を有する供給管２６を通って、移動成形アセンブリ３０に流れ込む。供給管２６はまた、任意に静止混合器（図１には図示せず）を具備してもよい。
【００１８】
成形アセンブリ３０は、１組の係合可能な成形ベルト３２、３４を具備し、これらのベルトは駆動誘導ローラ３５、３５ａ、３６、および３６ａの周囲を連続循環することができる。循環中、各成形ベルト３２、３４の非係合部分３３、３３ａは、それぞれ方向Ａ、Ｂに移動する。各ベルト３２、３４の係合部分３２ａ、３４ａは、異なる方向Ｃに移動する。一般に、方向Ａ、Ｂは、方向Ｃに垂直である。成形ベルト３２、３４の移動は連続であることが好ましいが、特定の用途では必要に応じて、不連続または段階的であってもよい。成形ベルトは連続であることが好ましいが、また、エンドレス循環ベルトに配置された個別の連結金型部品から形成されてもよい。
【００１９】
また、図２も参照すると、成形ベルト３２、３４のそれぞれは、成形キャビティ３７、３９をそれぞれ有する係合面３３、３３ａを具備している。キャビティ３７、３９の断面形状は、各ベルトの係合部分３２ａ、３４ａが方向Ｃに移動するとき、係合面３３、３３ａが成形領域４０の第１の端部４１で一緒になるように選択される。キャビティ３７、３９は協働して、包囲された開放端を有する成形領域４５を形成する。成形キャビティ３７、３９の側壁形状は、密閉成形領域４５の全体の断面形状を決定するために個別に調整されてもよい。密閉成形領域４５の断面形状は、成形対象である物品の断面形状に対応し、物品の所期の用途に応じてさまざまに変化してもよい。断面形状は円形であることが好ましい。
【００２０】
成形キャビティ３７、３９は、少なくとも１つの成形面に表面外形構造物５２の配列を有する個別の成形面５４、５６を具備している。構造物５２は、成形面５４、５６の平面に対して横方向に指向される少なくとも１つの面を有する。細長い光導波路の場合には、構造物５２は、光導波路の長手軸に対して横方向に少なくとも１つの面を有する。図３を参照すると、構造物５２は、ポジティブであり、成形面５４、５６の平面上に突出していてもよい。成形ベルト３２、３４はまた、連続動作中、正確な位置合わせを維持するために、アライメントフランジ５５、５７および対応する溝を具備していてもよい。
【００２１】
たとえば、公開された出願であるＷＯ ９８／２９５１６および米国特許第５，６５０，２１５号明細書は、本願明細書に参照によって引用され、成形面５４、５６に用いることができるさまざまな構造物５２について記載している。構造物５２の形状および分布は、成形対象である物品の所期の最終用途に応じてさまざまに変化してもよい。構造物５２に関する好ましい形状としては、半球状、ピラミッド状（コーナキューブ、四面体など）、「Ｖ」字型溝が挙げられる。構造物は、肉眼で見える大きさであってもよく、微細な大きさであってもよく、成形面の平面の上または下に、約１μｍから光導波路の厚さの約９９％までの範囲の高さまたは深さを有することができるが、好ましくは光導波路の厚さの約５０％未満である。
【００２２】
再び図１を参照すると、密閉成形領域は、成形領域４０の全体にわたって維持され、成形面３３、３３ａは互いに隣接している。熱硬化材料は、たとえば、化学手段、ヒータ５０からの熱および／または光源６０による紫外（ＵＶ）光によって成形領域４０に少なくとも部分的に重合されてもよい。熱硬化成形される光導波路７０が、成形領域４０の第２の端部４３でその形状を少なくとも実質的に維持するように、熱硬化可能材料に関する重合速度は調整される。一般に、光導波路７０が成形領域４０において少なくとも部分的に重合されるように、連続循環ベルトの速度、熱硬化可能材料の導入速度、温度は選択される。任意に、引取りロール（図１には図示せず）またはオーブン７２において、成形領域の外側で完全な重合が行われてもよい。
【００２３】
成形される光導波路７０との接合または包含のために、フィルム、テープ、反射材料、ガラスファイバなど４４を成形工程に導入するために、任意の保管ロール４２を用いることができる。熱硬化可能材料との均一なブレンドを形成するために、保管容器４６から反射粒子、顔料などの他の任意の材料を引出して、混合室２０に導入してもよい。次に、ブレンドされた材料が、成形領域４０に導入されてもよい。
【００２４】
図４を参照すると、装置１０の別の実施形態が示されており、任意のプラグ６２が成形領域４０の下流端部４３に配置され、熱硬化可能材料の完全重合または部分重合の前に、密閉成形領域４５を満たすことができる。
【００２５】
図４Ａを参照すると、金型３０はｘ−ｙ平面に存在するように示されている。しかし、熱硬化可能材料が成形領域４０の第１の端部４１に導入されるときの空気の閉じ込めおよびバブル形成を低減するために、成形装置３０はｘ−ｙ平面上で約１５°〜約４５°の角度＋αだけ傾斜され、密閉成形領域４５の第１の端部４１が密閉成形領域の第２の端部４３の上方となるようにすることが好ましい。また、成形装置３０の傾斜により、重合前に、熱硬化可能材料が密閉成形領域４５のすべてのキャビティをさらに完全に満たすようにすることができる。密閉成形領域４５における構造物が錯体および／または微細である場合、または重合前には、熱硬化可能材料がきわめて粘性が高い場合は、このことは特に重要である。
【００２６】
本発明の工程に用いられる熱硬化可能材料は、任意の既知の熱硬化可能材料であってもよい。本願明細書で用いられるとき、「熱硬化可能」なる語は、熱、化学物質または放射線曝露の用途によって完全または部分的に重合されるとき、実質的に不融性かつ不溶性の熱硬化材料に変化する液体形状の重合可能材料を意味する。熱硬化可能材料は、熱可塑性材料と区別することができる。熱可塑性材料は、加熱されると、化学的にではなく、物理的に変化する完全重合材料である。熱硬化可能材料は、密閉成形領域４５に導入され、成形ベルト３２、３４に悪影響を及ぼさない温度条件または圧力条件下で、商業的に実行可能な時間で少なくとも部分的に重合されることができる任意の重合材料から選択されることができる。さらに、結果として生じる熱硬化物品は、たとえば、誘電特性、不透明度または耐熱性などの所期の用途に合わせた許容可能な特性を有するものであることが好ましい。適切な熱硬化可能材料としては、アクリレート、ウレタンおよびシリコーンが挙げられる。
【００２７】
熱硬化可能材料は、重合および硬化時に著しく収縮しない材料から選択されることが好ましい。硬化するときに熱硬化可能材料が収縮する場合には、最終的な成形物品に構造物の芳しくない複製を生じる重合工程中、材料は構造物５２から引き離すことができる。完全重合または部分重合中に、熱硬化可能材料が収縮する場合には、圧力下で密閉成形領域に熱硬化可能材料を注入することができる。
【００２８】
密閉成形領域４５に導入されるとき、熱硬化可能材料は液体形状であるため、成形面５４，５６を完全に湿潤させ、構造物５２の周囲に流すか、または構造物５２を満たし、密閉成形領域４５を満たすことができる。図１および図２を参照すると、混合室２０または密閉成形領域４５で混合される重合可能な反応体から熱硬化可能材料を構成することができる。成形面および構造物の形状は、熱硬化可能材料を密閉成形領域４５に導入する方法に影響を与えうる。たとえば、構造物が比較的高いアスペクト比を有する場合には、完全重合または部分重合を行う前に、熱硬化可能材料にバブルが形成しないように対処する必要がある場合がある。バブルが形成される場合には、成形面の構造物の付近で核となるか、または捕捉される可能性があり、光導波路において構造物の不正確な複製を生じる恐れがある。液体熱硬化可能材料が密閉成形領域に導入される速度を減少させることによって、および／または粘度のより低い液体熱硬化可能材料を選択することによって、バブル形成を最小限に抑えることができる。また、密閉成形領域４５に入るときに、熱硬化可能材料にノズルの先端２８（図１）を沈めることによって、バブル形成を減少させることができる。
【００２９】
重合工程が行われる温度および圧力は、用いられる熱硬化可能材料、成形対象の構造物、光導波路の断面形状に応じてさまざまに変化してもよい。一般に、本発明の工程は、周囲の温度および圧力で行われる。
【００３０】
本発明の金型の作製方法が、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている。図５（ａ）を参照すると、第１のステップにおいて、半円のロッド８０（その面のすべてまたは一部に任意に機械加工されることができる）が支持板８２に接着される。支持板８２は、形成対象である金型部分にアライメントフランジを最終的に形成する任意の窪み８４を具備している。板８２はチャネル８６に接着され、凹部８８は第１の金型部分を形成するための成形材料で満たされる。成形材料は、所期の用途に応じてさまざまに変化してもよく、完全に重合されるときには、可撓性であることが好ましいものとする。適切な材料としては、たとえば、シリコーンエラストマなどのエラストマが挙げられ、弾性特性および剥離特性の両方を呈する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）を参照すると、構造物９２を有するその面のすべてまたは一部に機械加工されるロッド９０が、第１のステップにおいて形成される第１の金型部分９６の成形キャビティ９４に配置される。金型部分９６は、任意のアライメントフランジ９８を具備している。次に、第２の金型部分を形成するために、第１の金型部分９６がチャネル９１に対向するように配置され、空間９３が成形材料で満たされる。連続ベルトを作製するために、係合可能な金型部分のいくつかを共に接合してもよい。
【００３２】
ロッド８０、９０のほか、チャネル８６、９１も、金属または硬質ポリマーなどの機械加工可能な材料から作製されることができる。適切な金属としては、銅、ニッケル、アルミニウム、黄銅およびステンレス鋼などの合金などが挙げられる。適切なポリマーとしては、アクリル、炭酸塩、機械加工後、その形状を維持する任意の他のポリマーなどが挙げられる。
【００３３】
ダイヤモンド旋削、レーザアブレーション、フライカッティングまたはそれらの組合せなどの任意の既知の技術によって、ロッド８０、９０の機械加工を行うことができる。一般に、微細寸法の構造物を作製するために、加工素材は、ダイヤモンドまたはカーバイド工具を用いて微細加工される。工具の先端の外形は、ロッド８０、９０に望ましい構造物の形状および寸法によって決定される。一部のより複雑な構造物は、単独の構造物の外形を形成するために工具または別個の工具を用いて、複数のパスを必要とする場合がある。既知の微小機械加工技術は、０．００１μｍに達する精度で正確な面構造物を再現する。
【００３４】
本発明の成形方法は、光導波路の面に構造物、具体的には光導波路の長手軸に対して横方向に少なくとも１つの面を有する構造物を分散する場合に特に有用である。本発明の方法は、これらの構造物付きの光導波路の連続成形を可能にする。
【００３５】
説明に役立つ実例として、コアに突出している複数の光抽出構造物を有するファイバコアを具備する光伝送素子（たとえば光導波路）を作製するために、本発明の方法を用いることができる。
【００３６】
光伝送素子はまた、コア上またはコアの中に、抽出構造物と呼ぶ構造物を具備することができ、コアによって伝搬する光を制御された領域において制御された強度で素子の外側に伝送させる。代表的な抽出構造物は、たとえば、米国特許第５，４３２，８７６号明細書、米国特許第５，８４５，０３８号明細書、米国特許第５，６３１，９９４号明細書に記載され、これらの特許文献は本願明細書に参照によって引用される。
【００３７】
図６（ａ）を参照すると、コア１０２および任意のクラッディング１０４（図６（ａ）では点線によって示される）を有する光導波路１００が示されている。本願明細書で用いられるとき、「クラッディング」なる語は、コアの屈折率より小さい屈折率を有し、コアに直に隣接する任意の材料として定義される。コア１０２は、複数の抽出構造物１０６、この実施例では、コア１０２の長手軸に対して横方向に指向される一連の精密な光学的に滑らかな構造物を具備している。光が図６（ａ）において左から右にコア１０２を通って伝搬するとき、光線Ａは、コア／クラッディング境界で反射され、コア１０２の下方に伝搬するように続く。光線Ｂは、抽出構造物１０６の間の位置にあるコア／クラッディング境界で入射され、同様に内部全反射によって反射される。しかし、光線Ｃは、抽出構造物１０６の光学的に滑らかな面上のコア／クラッディング境界で入射される。抽出構造物１０６の面はコア１０２の面に対して角度をなしているため、光線Ｃなどの光線が構造物の面に入射されるとき、光線はコアの断面によって反射され、構造物に対向する光導波路の面によって伝送される。抽出構造物１０６は、構造物に対向する側でコア１０２を指向するため、本願明細書では「後方抽出」構造物と呼ぶ。
【００３８】
図６（ｂ）は、コア１１２と、任意のクラッディング１１４と、コア１１２の面の平面に横方向に指向される前方抽出構造物１１６と、を有する光導波路１１０を示している。光線Ｄ、Ｅは、内部で反射され、光導波路１１０のコアの下方に伝搬するように続く。しかし、光線Ｆは、光抽出構造物１１６の面に入射され、抽出構造物の隣接面によって光導波路１１０の中から伝搬されるような角度で反射される。抽出構造物１１６は、コアの中から構造物を含む側面上に光を指向するため、本願明細書では前方抽出構造物と呼ぶ。前方抽出構造物も後方抽出構造物もいずれも、（図６（ａ）のように）光導波路の主面の平面の下の窪みとして形成されるネガティブであってもよく、（図６（ｂ）のように）光導波路の主面の平面の上の突出部として形成されるポジティブであってもよい。
【００３９】
複数の光抽出構造物を有する光導波路を作製するために、本発明の方法を用いることができる。光導波路を作製するとき、鋳型に用いられる材料は、たとえば、商品名「シルガード１８４（Ｓｙｌｇａｒｄ １８４）」でミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）社から市販されているエラストマなどのシリコーンエラストマであることが好ましい。鋳型に用いられる構造物は、ポジティブ、ネガティブまたはそれらの組合せであってもよい。抽出構造物のタイプ、抽出構造物の寸法および幾何構成は、最終的な素子の所望の照射特性に基づいて選択される。さまざまな抽出構造物の寸法および配置構成は、米国特許第５，４３２，８７６号明細書（本願明細書に参照によって引用される）に詳細に開示されている。一般に、光導波路における構造物は切欠き状の外観を有し、切欠きは垂線から約１０°〜約８０°の内包角を有する実質的にＶ字形の断面形状を有する。切欠きの深さは一般に、約０．０１ｍｍ〜約０．１ｍｍであり、切欠きは中心と中心との距離約０．１ｍｍ〜約５ｍｍで離間されている。
【００４０】
さらに成形工程中に、電子素子などの肉眼で見える大きさの構成要素を鋳型に配置することができ、光導波路に光学的に連結することができる。適切な電子素子としては、発光ダイオード、レーザなどが挙げられる。
【００４１】
光導波路を成形するとき、熱硬化可能材料は、実質的に光学的に透明な最終物品に完全または部分的に重合されることができる任意の材料から選択されることができる。本願明細書では、「光学的に透明」なる語は、所定の波長領域において少なくとも９５％の透過率を有する材料を指す。熱硬化可能材料の一般的な分類として、透明度特性に関してアクリレートが好ましい。しかし、多くの用途では、より可撓性のある成形物品が望ましいため、熱硬化可能材料としてウレタンを選択してもよい。ウレタンは、重合ステップ中、最小限の収縮であるが、ある種の形成では、光学用途において用いるほど十分に透明ではない。本発明において有用な好ましいポリウレタンは、光、具体的には紫外光に対する長期の曝露で安定性を呈し、米国特許第６，０３３，６０４号明細書（本願明細書に参照によって引用される）に詳細に開示される。
【００４２】
適切なウレタンは、１つ以上のポリオールを有する１つ以上のポリイソシアネートの光学的に透明な重合反応生成物を含む。好ましいポリウレタンは、可撓性または剛性の熱硬化脂肪族ポリウレタンを含む。ポリエステルポリオールとポリイソシアネートおよび任意に連鎖延長剤との反応から有用な脂肪族ポリウレタンを生成することができる。ポリオール：ポリイソシアネート：連鎖延長剤のモル比は、約１：１：０〜約１：１５：１４であることが好ましく、約１：１：０〜約１：６：５であればさらに好ましい。
【００４３】
２ステップ工程において、ポリオールおよびジイソシアネートをまず反応させて、プレポリマを生成し、次に、プレポリマを連鎖延長剤と反応させることによって、本発明において有用な脂肪族ポリウレタンを調合することができる。あるいは、１ポット方法において、ポリオールおよび連鎖延長剤をまずブレンドして、次にジイソシアネートを加えることによって、ポリウレタンを調合してもよい。好ましくは、ポリウレタンは、約６０，０００〜約２００，０００の範囲であることが好ましい重量平均分子量を有する。
【００４４】
好ましくは、本発明において有用な脂肪族ポリウレタンは、
ａ）分子量約２００〜１５，０００のイソシアネートを末端基とするポリエステルポリオールを含む軟質セグメントと、
ｂ）大部分は軟質セグメントのイソシアネート末端基および追加ポリイソシアネートと連鎖延長剤の反応生成物を含む任意に硬質のセグメントと、
ｃ）存在するポリエステルポリオール分子および連鎖延長剤分子の実質的にすべてを反応させるのに十分な脂肪族ポリイソシアネートと、を含む。
【００４５】
硬質セグメントは、その光透過性に悪影響を及ぼさないという条件であれば、必要に応じて、強度を改善することができ、ポリウレタン光導波路の屈折率を増大することができる。
【００４６】
ウレタン結合に加えて、任意に、熱硬化可能材料生成において存在するたとえば、イソシアヌレート、ビウレット、アロファネート、アミドまたはオキサゾリドンなどの他の結合であってもよい。これらの場合には、既に記載された量を超えた追加のポリイソシアネートが必要とされるが、追加の結合は、光導波路の効率を低下させる相分離および光の散乱を生じると推測される程度には存在し得ない。さらに、十分な製品性能を確保するために必要な量のたとえばアジピン酸ジブチルなどの可塑剤、たとえばジブチル錫ジラウレートなどの触媒、安定剤および酸化防止剤などの他の添加剤を熱硬化可能材料に添加することができる。
【００４７】
ブレンドが相溶性であるという条件または結果として生じる光導波路の効率を低下させると推測されるような形成される領域が小さく、光を散乱しないという条件であれば、本発明に有用な脂肪族ポリウレタンは、他の光学的に透明なポリマーとブレンドすることができる。
【００４８】
ここで、本発明は、以下の限定されない実施例を参照して説明される。
【実施例】
【００４９】
図５の２個構成金型を用いて、光導波路が作製された。熱硬化可能材料は、以下の表１の配合によるウレタンであった。１：１の比で部分Ａおよび部分Ｂに含まれる熱硬化可能材料は、７フィート（２．１３ｍ）のチューブに詰め込まれている４フィート（１．２ｍ）の静止混合器の内部で混合された。
【００５０】
【表１】

【００５１】
シリコーンから構成される連続ベルトとして構築された鋳型は、上部分および下部分を具備していた。ベルトにおける成形キャビティは、直径１２．５ｍｍの断面を有し、長さ３０．５ｃｍ当たり２００個の構造物を具備していた。構造物は、Ｖ字形の断面形状の光学的に滑らかな切欠きであり、深さ０．３５ｍｍであり、内包角１０５°であった。
【００５２】
連続ベルトは、約９３ｃｍ／分の速度で移動するように設定され、約１０２．８ｃｍ³／分の成形体積を供給した。ノズルに残った後、ウレタンに関する重合時間は約４０秒であり、成形ベルトの密閉金型部分に挿入された。
【００５３】
ウレタン抽出ファイバ約４０フィート（１２．２ｍ）が成形された。鋳型からの複製は良好であり、バッチ成形工程から得られたものと類似の結果を得た。
【００５４】
本発明の多数の実施形態が記載されている。しかし、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、さまざまな修正を行うことができることを理解されたい。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に従う。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の成形工程を行うための装置の概略俯瞰図である。
【図２】本発明の工程において用いることができる金型の斜視図である。
【図３】本発明の工程において用いることができる金型の断面図である。
【図４】本発明の成形工程を行うための装置の概略俯瞰図である。
【図４（ａ）】本発明の成形工程を行うための装置の斜視図である。
【図５（ａ）】本発明の工程において用いることができる金型を作製するための工程の概略図である。
【図５（ｂ）】本発明の工程において用いることができる金型を作製するための工程の概略図である。
【図６（ａ）】本発明の工程を用いて作製することができる光導波路の概略断面図である。
【図６（ｂ）】本発明の工程を用いて作製することができる光導波路の概略断面図である。

Claims (10)

1. 細長い光導波路を作製する方法であって、
   （ａ）係合部分および非係合部分を有する少なくとも２つの金型部品を含む移動成形アセンブリを提供するステップと、
   （ｂ）前記非係合部分が第１の方向に移動し、前記係合部分が前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動して、長手軸を有する細長い再生金型キャビティを形成するように前記金型部品を移動するステップであって、前記キャビティが前記長手軸に対して横方向の少なくとも１つの構造物を備えた成形面を具備する、ステップと、
   （ｃ）熱硬化可能材料を前記キャビティに導入するステップと、
   （ｄ）前記キャビティにおいて前記熱硬化可能材料を少なくとも部分的に重合して、その中に光導波路を形成するステップと、
   （ｅ）前記成形アセンブリから前記光導波路を除去するステップと、を含む方法。
2. 前記成形アセンブリは２つの金型部品を具備する、請求項１に記載の方法。
3. 前記２つの金型部品が連続的に移動する、請求項２に記載の方法。
4. 前記２つの金型部品が不連続に移動する、請求項２に記載の方法。
5. 前記２つの金型部品がエンドレスベルトである、請求項２に記載の方法。
6. 前記２つの金型部品が、前記キャビティにおいて前記熱硬化可能材料を完全に重合するのに十分な速度で同期して前進させられる、請求項２に記載の方法。
7. 前記熱硬化可能材料が、前記金型部分の連続動作および前記ベルトの第２の端部で前記キャビティの第２の端部からの前記光導波路の同時除去を可能にするのに十分な速度で、前記ベルトの第１の端部で前記キャビティの第１の端部に導入される、請求項１に記載の方法。
8. 前記ベルトがシリコーンを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記熱硬化可能材料が、反応性シリコーン、ウレタン、およびアクリルからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
10. 前記熱硬化可能材料がウレタンコポリマーである、請求項９に記載の方法。