JP4199675B2 - 導体のための折り畳み可能な相互接続装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、光ファイバおよび金属線などの複数の導体を分配、配線および管理することができる装置に関し、さらに詳細には、導体を分配および管理するために、接着剤の使用に依存することのない機械的装置に関する。本発明の装置は、数ある用途の中で、集積プリント回路基板アセンブリに使い道がある。

今日、多くの用途は、データ伝送機能およびデータ格納機能を強化するために、光学素子および電気素子を組込んでいるプリント回路基板（ＰＣＢ）を含んでいる。このような用途としては、たとえば、コンピュータおよび遠距離通信（屋内および屋外）が挙げられる。光学的な側面では、一般に４〜３２またはそれ以上の複数の光ファイバが用いられ、ファイバ管理問題を起こしている。多数の光ファイバは通常、ＰＣＢ上の特定の位置に分配および配線することが必要であることも、問題を困難にしている。当業者は、これらの問題に対応しようとしてきた。

たとえば、特許文献１（ボナーニ（Ｂｏｎｎａｎｉ）ら）は、フレキシブル基板と、基板上に実装された複数の光ファイバと、を有する光相互接続装置を開示している。基板は、本体部分と、本体部分から延在する複数のタブ部分と、を有する。光ファイバは、各ファイバがタブのうちの２つの間に延在するその端部を有するように基板に実装される。この態様において、ファイバ分配網が、基板上に形成される。ファイバは、フレキシブル基板および／またはファイバジャケットに感圧接着剤を堆積し、所望のパターンにファイバを配置することによって実装される。一実施形態において、ファイバが基板に実装された後、カバー層がファイバおよび基板上に形成される。他の実施形態において、タブ部分は、本体に対して一定の角度でねじることができる。光相互接続装置の製作方法もまた、開示されている。

別の例として、フレックスフォイル（ＦＬＥＸ−ＦＯＩＬ）^ＴＭ（現在市販されている製品）は一般に、フレキシブル基板に接着剤によって接合される光ファイバまたは銅線を含む。必要に応じて、カバー層をファイバおよび基板上に配置することができる。

上述の業界は、１つの共通の特徴、すなわち基板に光ファイバまたは銅線を接合するための接着剤の使用に依存している。接着剤を用いる方法は有用であると考えられるが、たとえばファイバのほぼ永久的な配置、接着剤接合のために追加される処理ステップおよび温度および湿度の効果による接着剤中の揮発性有機成分の起こりうる気体放出などの付随するいくつかの欠点がある。
米国特許第５，２０４，５２５号明細書

したがって、接着剤を使用することなく、光ファイバおよび銅線などの導体を管理、分配および配線することができる他の装置または器具が必要である。

本発明は、接着剤の使用に依存することなく、導体を管理、分配および配線することができる新たな機械的な装置を提供する。本発明の装置は、簡素化された製作工程で経済的に製作されることができる。一般に、本発明の装置は、フレキシブル基板に特徴部をパターン形成することによって構築されることができる。たとえば、具体的な特徴部としては、相互接続素子を保持することができる特徴部、装置を折り畳むことができる特徴部、回路（光学または電気）の配線経路を画定する特徴部、導体を保持することができる特徴部および使用時に光ファイバの安全最小曲げ径を可能にする特徴部などが挙げられる。

装置は、直交座標系、すなわち３次元座標系を用いて空間的に定義されることができ、空間中の点の座標が原点で交差する３つの垂線のそれぞれからのその距離（ｘ，ｙ，ｚ）である。ｘ座標はたとえば装置の全体的な幅を表し、ｙ座標は長さを表し、ｚ座標は厚さを表す。装置は、最小厚さを有するため、ｘ座標およびｙ座標によって形成される平面によって大部分は定義される。

本願明細書で用いられるとき、「フレキシブル」なる語は、基板を表すために用いられるとき、一般に、実質的に損傷を受けることなく繰り返し曲げることができる機能を有する基板を意味する。好ましい実施形態において、装置は、平面外、すなわちｘ−ｙ平面以外の可撓性を有する。装置は、平面内においても可撓性を有する。

好ましい一実施形態において、相互接続装置は導体およびフレキシブル基板を具備し、フレキシブル基板は、（ａ）導体が入る少なくとも１つの入口端を有する中心本体と、（ｂ）中心本体から延在する複数の第１のタブであって、各タブが導体を保持するための少なくとも１つの手段を有するタブと、（ｃ）複数の係止特徴部が複数の連結スロットおよび第１のタブと嵌合するように、複数の折り畳みスロットに沿って装置を折り畳むことによって形成される通路と、を有する。導体は、通路の少なくとも一部の内部に配置される。本装置は、接着剤を使用することなく、光ファイバを管理、配線および分配する。

別の好ましい実施形態において、本発明の装置は、光ファイバ用であり、（ａ）入口端を有する中心本体と、（ｂ）中心本体の一部から延在する複数のタブと、（ｃ）中心本体の第２の部分から延在する複数の係止特徴部と、（ｄ）中心本体に配置される複数の折り畳み特徴部と、を有するフレキシブル基板を具備する。本装置は、接着剤を使用することなく、光ファイバを管理、配線および分配することができる。さらに別の実施形態において、本装置は、再成端ループ（ｒｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｌｏｏｐ）をさらに具備する。

上述したように、本発明の１つの利点は、フレックスフォイル（ＦＬＥＸ−ＦＯＩＬ）^ＴＭまたは米国特許第５，２０４，５２５号明細書などの基板に導体を接合するための接着剤に依存しないことである。その代わりに、本発明は、主に導体を管理および配線することができる基板にパターン形成される特徴部に依存する。このように、導体は、基板に永久に接合されることなく、管理、分配および所定の位置に保持される。したがって、修理または再加工ステップ中などの必要に応じて、導体を移動することができる。

本発明の別の利点は、装置を簡単かつよいコスト効率で製作することができることである。簡単に概要を述べると、フレキシブル基板のロールが供給される。装置は、一定の所望の構成または設計を有する。コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）を用いてこの構成を形成することができる。ＣＡＤ構成は、フレキシブル基板のロールを所望の構成に変換またはパターン形成するコンピュータ制御式製作機に入力される。好ましい１つの方法において、ＣＯ_２レーザなどのレーザが、所望の構成に切断することによって基板にパターン形成する。当業者は、基板にパターン形成するために用いられるレーザのタイプが選択された基板のタイプに左右されることを認識されたい。

本発明のさらに別の利点は、汎用性および使いやすいさにある。この装置は、上述したような任意の所望の構成に適合するように容易にパターン形成および製作することができる点で融通が利く。その可撓性のために、チップ上の気流によって必要に応じてチップを冷却することができるようにＰＣＢから容易に高くすることができる。装置はまた、特定の領域、たとえば冷却を必要とする可能性があるＰＣＢ上の領域を避けるために、特定のレイアウトで設計されることができる。光ファイバおよびコネクタはＰＣＢに関係なく、予め組立てることができ、必要またはその所期の目的の用途に応じて、組立てられた装置をＰＣＢに簡単に差し込むことができる点で、使いやすい。最後に、必要に応じて装置を容易に再加工することができる。

以下の図面を参照して、本発明をさらに説明することができる。

これらの図は、理想化されており、一定の比率で描かれているわけではなく、例示および限定されないものに過ぎない。図において、類似の参照符号は、類似の部分を指す。

本発明の装置を製作するために用いられる基板は、ポリマーまたは金属であってもよく、フレキシブルであることが好ましい。基板は、耐火性および低い煙発生量を有する必要がある。ポリマーである場合には、基板は、アンダーライターズ・ラボラトリー・インコーポレイティッド（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｉｎｃ．）による定格ＵＬ ９４ Ｖ−０でなければならない。すなわち、ＵＬ ９４Ｖ垂直燃焼試験に合格しなければならない。一般に、ＵＬ ９４は、装置および器具における部品のプラスチック材料の可燃性に関する試験の標準的な試験方法を含んでいる。

例示および好ましい適切なフレキシブルポリマー材料としては、ペンシルバニア州フィラデルフィアのアトフィナ・ノースアメリカ（ＡＴＯＦＩＮＡ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ））から市販されている多層フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）と考えられるカイナー（ＫＹＮＡＲ）（登録商標）およびｗｗｗ．ｋｙｎａｒｆｉｌｍ．ｃｏｍウェブサイトで見ることができる製品情報などの高性能の特殊フィルムが挙げられる。他の市販の有用な材料としては、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ）（登録商標）（ポリテトラフロロエチレン、ＰＦＴＥ）およびテドラー（ＴＥＤＬＡＲ）（登録商標）（フッ化ポリビニル、ＰＶＦ）（いずれもデラウェア州ウェルミントンのデュポン・コーポレイティッド（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）））、カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）（登録商標）およびマイラー（ＭＹＬＡＲ）（登録商標）などが挙げられる。さらに別の有用な材料としては、マサチューセッツ州ピッツフィールドのジェネラル・エレクトリックス・カンパニー（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡ））のＧＥプラスチックス（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）から製品番号ＦＲ−６０、ＦＲ−６３、ＦＲ−６５およびＦＲ−６６をはじめとする商標名レキサン（ＬＥＸＡＮ）（登録商標）で市販されている。テフロン派生材料もまた、使用することができる。

本装置は、ｘ座標およびｙ座標において任意の寸法を取ることができ、そのレイアウトは設計者の構想によってのみ制限される。本装置は任意の厚さであってもよいが、フレキシブルであるような厚さである必要がある。好ましい実施形態において、装置は、厚さ約０．０１０〜０．０１５インチ（０．２５〜０．３８ｍｍ）である。

図１は、本発明の一実施形態を示している。装置１は、中心本体１２と、中心本体１２の第１の側面から延在する複数のタブ１４と、中心本体の第１の側面に対向する第２の側面から延在する複数の係止特徴部２０と、を有する。中心本体は、入口端１１、複数の折り畳み手段２２および任意に複数の連結スロット２４を有する。図１は、２つのタイプの係止特徴部２０ａ、２０ｂを示している。係止特徴部２０ａは、タブによって接合され保持されるように設計され、この機能を担うために適切に離隔されている。係止特徴部２０ｂは、連結スロット２４によって嵌合され保持されるように設計され、いずれも任意の特徴部である。当業者は、係止特徴部および連結スロットのために用いることができる異なる設計があることを認識されたい。各タブは、導体（図示せず）を保持するための少なくとも１つの手段１６を有する。各タブ末端１３を有し、少なくとも１つのスロット１８が光学素子などの素子を取付けるための手段を提供する。タブは、異なる長さであってもよく、異なる長さであることが好ましい。タブが第１の長さと第２の長さとの間で交互になるように構成されている場合には、この構成により、光学素子の効果的な配置が可能となる。必要に応じて、タブまたは装置の任意の部分には、情報をラベル付けしてもよい。任意の取付用はと目２６により、プリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板に迅速かつ容易に取付けることができる。取付用はと目によって装置を所定の位置に保持するために、種々のタイプの固締具を用いることができる。たとえば、ねじまたはボルトを用いることができる。図１および以下に示される図４は、１つの入口端および複数のタブを有するが、少なくとも１つの入口端および少なくとも１つのタブを有する装置を有することが本発明の範囲内にある。したがって、複数の入口端およびさらに１つのみのタブを有する装置および１つのみの入口端および複数のタブを有する装置、または１つのみの入口端および１つの出力端を有する装置が考えられる。

図２は、組立てられた後の図１の装置である装置１００の概略図を示している。この場合には、通路は、係止特徴部２０ａが複数のタブの間で嵌合され保持されるように、係止特徴部２０ｂが連結スロットに嵌合され保持されるように、折り畳み手段（もはや図示せず）に沿って中心部材を折り畳むことによって、装置に形成されている。導体経路２８、好ましくは光ファイバケーブルは、光学素子３２に適合されてもよく、個別の導体経路３０、好ましくは個別の光ファイバは、入口端１１で装置に入る。装置は、基板に固定するための複数の案内孔２７を有する。案内孔は、取付用はと目２６と類似の機能を担っている。光ファイバは最終的には、そのレイアウトによって所望の経路に沿って光ファイバを管理および配線する通路の少なくとも一部に存在する。光ファイバは、種々のタブに分配され、手段１６によって保持される。図２ａは、１つの導体経路３０を保持するための特定の手段１６ａ、一般にフック特徴部の拡大図を示している。各タブは、光学装置３４を取付けたスロット１８を備えた末端を有する。好ましい一実施形態において、光ファイバは、タブを越えて延在することはなく、代わりに、光学素子で終端される。図２ｂは、通路の内部における各列が４本のファイバを有する２列として８本の光ファイバ３０の配置を示している。

図３は、導体を保持するための別の実施形態を示している。導体３０は、フィンガ状の要素１６ｂによって保持される。当業者は、導体を機械的に保持するために、他の設計を用いることができることを認識されたい。しかし、製作しやすく、導体と共に用いやすく、導体を所定の位置に保持および維持するが、必要に応じて、たとえばその上に実装された導体を有する装置を修理または再加工する場合に、光ファイバの摺動などの移動をさらに可能にするような保持手段を設計することが好ましい。

図４は、本発明の別の実施形態を示している。装置２は、図１の装置１と類似であるが、中心本体１２から延在する再成端ループ３６をさらに具備している。係止手段２０ｂ、連結スロット２４および折り畳み特徴部２２は、再成端ループ上に形成されている。

図５は、組立てられた後の図４の装置である装置２００の概略図を示している。図２の装置１００と同様に、通路は、係止特徴部２０ａが複数のタブの間で嵌合され保持されるように、係止特徴部２０ｂが連結スロットに嵌合され保持されるように、折り畳み手段（もはや図示せず）に沿って中心部材を折り畳むことによって、装置に形成されている。再成端ループ３６もまた、組立てられている。４つの導体３０、好ましくは光ファイバは、短い経路３６ａを取り、他の４つの導体は、長い方の経路３６ｂを取る。必要に応じて、導体のすべてが長い経路を取ってもよい。再成端ループの主要な利点の１つは、長い経路が用いられるとき、導体経路は、さらなる長さを必要とする修理または再加工に必要な余分な長さを有し、ファイバまたは線を長い経路から短い経路に移動することができることである。また、導体が、接着剤を使用することなく、装置において管理および配線されるため、必要に応じて自由に移動することができ、さらに、所期の用途において一旦組立てられると、静止したままにすることができる。

本発明のさらに別の実施形態は、入口端を有する中心本体を備える。複数の第１のタブは、中心本体から延在する。複数の第２のタブは、第１のタブから延在する。類似であるように、この特定の実施形態は、複数の分岐を有するツリーに似ているように視覚的には見える。第１のタブまたは第２のタブのそれぞれ１つが、光学装置を保持することができる手段を有するように構成された末端を備えていてもよい。第１のタブの一部および第２のタブの一部はそのような手段を備えていないことも考えられる。

中心本体および／または第１のタブおよび／または第２のタブを通じて、複数の折り畳みスロット、複数の係止特徴部および複数の連結スロットがある。使用時に、係止特徴部が連結スロットと嵌合するような複数の折り畳みスロットに沿って装置を折り畳むことによって、一般に中心本体に沿って通路が形成される。導体は、中心本体の入口端で装置に入り、通路の少なくとも一部に存在し、種々のタブによって配線および分配され、光学装置で終端する。必要に応じて、この特定の実施形態は、再成端ループを含んでもよい。

導体および素子を装備した本発明の装置は、互いの上に積層されてもよい。その可撓性のために、装置は、ＰＣＢ上の電気素子の空冷を行うことができ、所望の位置でＰＣＢの水平面に平行な平面から高くなってもよい。

さらに別の実施形態において、本装置は、その下に存在する可能性がある電気素子の冷却を可能にするために、特定の領域でＰＣＢの面から装置を高くする目的を果たすような成形脚または成形窪みなどの高い特徴部をさらに具備する。これらの特徴部は、装置の任意の場所、たとえば中心本体に沿っておよびタブに沿って配置されることができる。

図２および図５に示されているように、光学素子を装置に取り付けることができる。これらの素子は、以下の位置、すなわち中心本体の入口端およびタブの末端の少なくとも１つに取り付けられることができる。末端は、光学素子に適合するように設計されていることが好ましい。好ましい実施形態において、スロットは、光学素子の迅速かつ容易な取付けのために、タブの末端に設計されている。また、光ファイバの終端における光学素子の挿入および除去を容易に行うことができる。当業者は、光学素子を取付けるために他の設計を用いることを十分に理解されたい。

有用な光学素子としては、シンプレックス光ファイバコネクタ、デュプレックス光ファイバコネクタ、平行な光ファイバコネクタ、シンプレックス融合接合、平行な融合接合、機械的なスプライス接合、単独のＶ溝（ポリマー、セラミック、シリカまたはケイ素）、アレイ状のＶ溝、ブート、分岐ブロック、シャッフルブロックおよびその組合せが挙げられるが、それらに限定されるわけではない。

上述したように、光ファイバは、好ましい導体である。複数のタイプの光ファイバを本発明では用いることができる。光ファイバはバッファされることが好ましい。本願明細書で用いられるとき、「バッファ」なる語は、機械的な損傷を最小限に抑えるために、外部保護コーティングまたはハウジングを有する光ファイバを指す。バッファ光ファイバの直径は、２５０〜９００μｍの範囲である。より小さな直径またはより大きな直径のバッファ光ファイバを用いることが可能である。

複数の図、たとえば図１および図４に示されているように、本発明の装置は、曲率を有する。当業者は、装置を設計する際に、ファイバの安全最小曲げ径を認識されたい。２５０μｍのバッファ光ファイバの場合には、安全最小曲げ径は一般に約１インチ（２５．４ｍｍ）である。特殊なファイバの場合には、ベンド径はより小さい可能性がある。

製作方法
本発明の１つの利点は、製作および組立てのしやすさである。好ましい１つの製作方法において、設計者は、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）ソフトウェアを用いて、装置のレイアウトを作成する。レイアウトは、ＣＡＤデータとしてコンピュータファイルに格納される。コンピュータファイルは、データが変換されるコンピュータ制御式製作機と接続される。例示の一例において、機械は、レーザ切断機などのパターン切断機である。フレキシブル基板のシートまたは互いに積層された複数のシートが、機械に供給され、種々の特徴部のすべてを備えた所望のレイアウトがフレキシブル基板から切断される。連続工程のために、フレキシブル基板は、ロール形式で供給されてもよい。レーザ切断機が用いられるとき、用いられるレーザのタイプは、フレキシブル基板に左右される。上記で列挙された好ましいポリマー材料の場合には、ＣＯ_２レーザを用いることができる。

一旦切断すると、機械を用いてまたは手動のいずれかで、機械的に装置を容易に組立てることができる。たとえば、中心本体上に光ファイバを位置決めして、タブの保持手段によって誘導することができる。次に、光ファイバを保持するように折り畳み特徴部に沿って、装置を折り畳むことができる。続いて、光コネクタを取付けることができる。組立てられた装置は、ＰＣＢ上で組立てられてもよい。

本発明による一実施形態の平面図である。 光学素子を含む組立てられた図１の実施形態の平面図である。 種々の特徴部の補助等角図である。 種々の特徴部の断面図である。 本発明による別のフック特徴部の等角図である。 本発明による別の実施形態の平面図である。 光学素子を含む組立てられた図４の実施形態の平面図である。

Claims (4)

1. 導体およびフレキシブル基板を具備する相互接続装置であって、前記フレキシブル基板が、
   （ａ）前記導体（２８）が入る少なくとも１つの入口端（１１）を有する中心本体（１２）と、
   （ｂ）前記中心本体（１２）の第１の側面から延在する複数の第１のタブ（１４）であって、各タブ（１４）が取付けのための外部装置に１つ以上の導体（２８）を向け、前記導体（２８）を保持するための少なくとも１つの手段（１６；１６ａ；１６ｂ）を有すると共に、第１のタブ（１４）から延在する第２のタブを選択的に有する、第１のタブ（１４）と、
   （ｃ）前記中心本体（１２）における複数の折り畳み特徴部（２２）に沿って前記中心本体（１２）を折り畳んで形成される通路、および前記第１のタブ（１４）の反対側となる前記中心本体（１２）の第２の側面から延在する複数の係止特徴部（２０ａ、２０ｂ）と、を有し、
   １つ又は複数の第１の係止特徴部（２０ａ）が、前記中心本体（１２）の第１の側面にある前記第１のタブ（１４）の間に形成されるタブのない部分に嵌合し、
   １つ又は複数の第２の係止特徴部（２０ｂ）が、前記中心本体（１２）の第１の側面に沿って配置された複数の連結スロット（２４）と嵌合し、
   前記導体（２８）が前記通路の少なくとも一部の内部に配置され、
   前記装置が接着剤を使用することなく、前記素子または装置に接続するために、前記導体を管理、配線および分配する相互接続装置。
2. 前記導体（２８）が光ファイバである、請求項１の相互接続装置。
3. 前記中心本体（１２）の前記入口端（１１）および前記タブ（１４）の末端（１３）の少なくとも１つ、若しくは前記第２のタブの末端、に取付けられる光学装置をさらに具備する、請求項１又は２記載の相互接続装置。
4. 前記中心本体（１２）、前記複数の第１のタブ（１４）、前記複数の第２のタブの少なくとも１つから延在する再成端ループ（３６）をさらに具備する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の相互接続装置。

Images