JP2006208982A - Low thermal expansion optical waveguide film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は繊維強化複合材料を用いてなる低熱膨張性光導波路フィルムに関する。詳しくは、本発明は、繊維にマトリクス材料を含浸させてなる高透明性の繊維強化複合材料からなる基板を用いた低熱膨張性光導波路フィルムに関する。 The present invention relates to a low thermal expansion optical waveguide film using a fiber reinforced composite material. Specifically, the present invention relates to a low thermal expansion optical waveguide film using a substrate made of a highly transparent fiber-reinforced composite material obtained by impregnating fibers with a matrix material.
光通信分野などで使用される光導波路は、一般的に、基板上にコアが形成され、さらにはコアを覆うようにクラッドが形成されてなるものである。 An optical waveguide used in the field of optical communication or the like is generally formed by forming a core on a substrate and further forming a clad so as to cover the core.
このような光導波路の中でも、特許文献１や特許文献２などには、基板が樹脂からなるものが開示されている。
特許文献１や特許文献２などに開示されている光導波路は、樹脂からなる基板の線熱膨張係数の温度依存性が大きいため、光導波回路基板自体が温度変化に対して伸び縮みし、光信号の入出射位置の位置ずれや、反り、形状変化が起こり易いという問題や、温度条件によって光の伝送特性が変化し、安定な伝送特性が得られないという問題があった。
The optical waveguides disclosed in
そこで、線熱膨張係数を低減するために、ガラス繊維強化樹脂などの線熱膨張係数の小さい無機ガラス材料などからなる補強材料とした基板を用いて光導波回路基板を作製することや、低線熱膨張係数材料と樹脂との積層基板などが考えられる。しかし、ガラス繊維強化樹脂などの場合、ガラス繊維材料は通常その太さが数μｍ以上と大きく、充填する樹脂材料との屈折率差により光の反射や散乱が大きいため、光透過性が低くなってしまう。また、低線熱膨張係数材料と樹脂との積層基板の場合は、界面で材料特性が明確に変わるため、低線熱膨張係数材料部分と光導波路部分の線熱膨張係数差で界面に歪みや応力集中が起こり、破損や界面剥離が起こったり、応力による光弾性効果により光導波回路の伝送特性の変化が起こる。 Therefore, in order to reduce the linear thermal expansion coefficient, an optical waveguide circuit board can be manufactured using a substrate made of a reinforcing material made of an inorganic glass material having a low linear thermal expansion coefficient such as a glass fiber reinforced resin, A laminated substrate of a thermal expansion coefficient material and a resin can be considered. However, in the case of glass fiber reinforced resin, etc., the thickness of glass fiber material is usually as large as several μm or more, and light reflection and scattering are large due to the difference in refractive index with the resin material to be filled, resulting in low light transmission. End up. In addition, in the case of a laminated substrate of a low linear thermal expansion coefficient material and a resin, the material characteristics clearly change at the interface, so that the interface is distorted by the difference in linear thermal expansion coefficient between the low linear thermal expansion coefficient material portion and the optical waveguide portion. Stress concentration occurs, breakage or interface peeling occurs, or the transmission characteristics of the optical waveguide circuit change due to the photoelastic effect due to the stress.
したがって、線熱膨張係数が小さく、かつ、透明性に優れる光導波回路用の透明基材の開発が望まれている。 Therefore, development of a transparent substrate for an optical waveguide circuit having a low linear thermal expansion coefficient and excellent transparency is desired.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、線熱膨張係数が小さく、かつ、透明性に優れる光導波回路用の透明基材を用いた低熱膨張性光導波路フィルムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a low thermal expansion optical waveguide film using a transparent base material for an optical waveguide circuit having a small linear thermal expansion coefficient and excellent transparency. And
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムは、平均繊維径が４〜２００ｎｍの繊維およびマトリクス材料を含有し、５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上である繊維強化複合材料からなる透明基板と、該透明基板上に形成されたコアとを有することを特徴とする。 The low thermal expansion optical waveguide film of the present invention comprises a fiber reinforced composite material containing fibers and a matrix material having an average fiber diameter of 4 to 200 nm and a light transmittance of a wavelength of 350 nm to 2 μm in terms of 50 μm thickness of 60% or more. A transparent substrate and a core formed on the transparent substrate.
前記透明基板の一方の面にコアが直接形成されてなることが好ましい。
前記透明基板と積層したクラッド内に埋め込まれたコアが形成されてなることが好ましい。
It is preferable that a core is directly formed on one surface of the transparent substrate.
Preferably, a core embedded in the clad laminated with the transparent substrate is formed.
前記繊維はセルロース繊維であることが好ましい。
前記セルロース繊維は化学修飾および／または物理修飾されたものであることが好ましい。
前記セルロース繊維はアセチル化および／またはメタクロイル化されていることが好ましい。
The fibers are preferably cellulose fibers.
It is preferable that the cellulose fiber is chemically modified and / or physically modified.
The cellulose fibers are preferably acetylated and / or methacryloylated.
前記セルロース繊維はバクテリアセルロースであることが好ましい。
前記バクテリアセルロースは離解処理されていないことが好ましい。
前記バクテリアセルロースは三次元交差構造体をなしていることが好ましい。
前記バクテリアセルロースは、バクテリアおよび該バクテリアから産生され、該バクテリアに連なるセルロースを含む産生物をアルカリ処理してバクテリアを溶解除去したものであることが好ましい。
The cellulose fiber is preferably bacterial cellulose.
The bacterial cellulose is preferably not disaggregated.
The bacterial cellulose preferably has a three-dimensional cross structure.
It is preferable that the bacterial cellulose is a product produced from bacteria and the bacteria, and a product containing cellulose connected to the bacteria, which is treated with an alkali to dissolve and remove the bacteria.
前記セルロース繊維が植物繊維から分離されたものであることが好ましい。
前記セルロース繊維はミクロフィブリル化セルロース繊維をさらに磨砕処理されたものであることが好ましい。
前記繊維強化複合材料における前記繊維の含有率が１０重量％以上であることが好ましい。
It is preferable that the cellulose fibers are separated from plant fibers.
The cellulose fiber is preferably obtained by further grinding a microfibrillated cellulose fiber.
The fiber content in the fiber-reinforced composite material is preferably 10% by weight or more.
前記マトリクス材料は有機高分子、無機高分子、または有機高分子と無機高分子とのハイブリッド高分子であることが好ましい。
前記マトリクス材料は合成高分子であることが好ましい。
前記マトリクス材料は結晶化度が１０％以下、かつ、ガラス転移温度が１１０℃以上の合成樹脂であることが好ましい。
The matrix material is preferably an organic polymer, an inorganic polymer, or a hybrid polymer of an organic polymer and an inorganic polymer.
The matrix material is preferably a synthetic polymer.
The matrix material is preferably a synthetic resin having a crystallinity of 10% or less and a glass transition temperature of 110 ° C. or higher.
前記繊維強化複合材料の線熱膨張係数が０．０５×１０−５〜５×１０−５Ｋ−１であることが好ましい。
前記繊維強化複合材料の曲げ強度が３０ＭＰａ以上であることが好ましい。
前記繊維強化複合材料の比重が１．０〜２．５であることが好ましい。
It is preferable that the linear thermal expansion coefficient of the fiber reinforced composite material is 0.05 × 10 −5 to 5 × 10 −5 K −1 .
The bending strength of the fiber reinforced composite material is preferably 30 MPa or more.
The specific gravity of the fiber reinforced composite material is preferably 1.0 to 2.5.
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムによれば、繊維強化複合材料からなる透明基板を用いることにより、その低熱膨張性（線熱膨張係数が０．０５×１０−５〜５×１０−５Ｋ−１）と高光透過性（５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上）に基づいて、光導波回路基板の実装時に、次のような優れた効果が奏される。
すなわち、透明基板の優れた光透過性により、コア内の光を、透明基板を透過させ、取り出し、あるいは反対に透明基板を透過させた光をコアに入射させる際、透明基板内に高い光透過率で光を透過させることができ、透明基板を透過することによる光量の減衰を抑えることができる。
また、透明基板の低熱膨張性により、透明基板の面方向の熱膨張を抑制することができ、温度変化に伴う光結合位置の位置ずれを防止して、光信号を確実に送受信することができるようになる。
According to the low thermal expansion optical waveguide film of the present invention, by using a transparent substrate made of a fiber reinforced composite material, the low thermal expansion coefficient (linear thermal expansion coefficient is 0.05 × 10 −5 to 5 × 10 −5 K). -1 ) and high light transmittance (light transmittance at a wavelength of 350 nm to 2 μm in terms of thickness of 50 μm is 60% or more), the following excellent effects are exhibited when the optical waveguide circuit board is mounted.
That is, due to the excellent light transmittance of the transparent substrate, the light in the core is transmitted through the transparent substrate and taken out, or conversely, when the light transmitted through the transparent substrate is incident on the core, high light transmission in the transparent substrate. The light can be transmitted at a rate, and the attenuation of the light amount due to the transmission through the transparent substrate can be suppressed.
In addition, the low thermal expansion property of the transparent substrate can suppress the thermal expansion in the surface direction of the transparent substrate, can prevent the optical coupling position from being displaced due to a temperature change, and can reliably transmit and receive optical signals. It becomes like this.
以下、本発明を実施した低熱膨張性光導波路フィルムについて、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a low thermal expansion optical waveguide film embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムは、繊維強化複合材料からなる透明基板と、この透明基板上に形成されたコアとから概略構成されており、好ましくは透明基板上に直接コアが形成されてなり、必要に応じて、透明基板と積層したクラッドに埋め込まれたコアが形成されてなるものである。なお、本発明の低熱膨張性光導波路フィルムでは、繊維強化複合材料からなる透明基板が下部クラッド層をなし、透明基板上に設けられたコアを覆うクラッドが上部クラッド層をなしている。 The low thermal expansion optical waveguide film of the present invention is generally composed of a transparent substrate made of a fiber-reinforced composite material and a core formed on the transparent substrate, and preferably the core is directly formed on the transparent substrate. Thus, if necessary, a core embedded in a clad laminated with a transparent substrate is formed. In the low thermal expansion optical waveguide film of the present invention, the transparent substrate made of a fiber reinforced composite material forms a lower clad layer, and the clad covering the core provided on the transparent substrate forms an upper clad layer.
図１（ａ）〜図１（ｅ）は本発明の低熱膨張性光導波路フィルムの実施の形態を示す概略断面（光の進行方向に直交する断面）図である。 Fig.1 (a)-FIG.1 (e) are the schematic cross sections (cross section orthogonal to the advancing direction of light) which show embodiment of the low thermal expansion optical waveguide film of this invention.
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムの構造には特に制限がなく、例えば、図１（ａ）に示すように、繊維強化複合材料からなる透明基板１上にスラブ型のコア２Ａが設けられたスラブ型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ａが挙げられる。また、図１（ｂ）に示すように、繊維強化複合材料からなる透明基板１上にリッジ（リブ型）のコア２Ｂが設けられたリッジ（リブ）型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｂが挙げられる。また、図１（ｃ）に示すように、リッジ（リブ）型低熱膨張性光導波路フィルムにさらにコア２Ｂを覆うクラッド３が設けられた埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃが挙げられる。また、図１（ｄ）に示すように、透明基板１の一方の面にコア２Ｂとクラッド３を二層に積層した片側積層構造の低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｄが挙げられる。さらに、図１（ｅ）に示すように、透明基板１の両面に各々コア２Ｂとクラッド３を設けた両面（表裏面）積層構造の低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｅが挙げられる。
The structure of the low thermal expansion optical waveguide film of the present invention is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1A, a
透明基板１をなす繊維強化複合材料は、繊維およびマトリクス材料を含み、５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上である。
ここで、光波長帯としては、ＬＤやＬＥＤなどの固体レーザ、さらには色素レーザやガスレーザなどを光源として用いることが可能であるため、可視光域および近赤外光域の３５０ｎｍ〜２μｍでの使用が可能である。
可視光域の光波長を利用する場合には、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおける光透過性が優れた材料を利用することが望ましい。
また、光ファイバ通信、長距離通信、データ通信などとの波長の整合をとる場合には、７５０ｎｍ〜１．７μｍの光波長における光透過性が高い材料の方が望ましい。
特に、近距離データの光通信などとの整合をとる場合には、７８０ｎｍ付近および８２０ｎｍ〜８６０ｎｍの光波長域を使用することが、石英系光ファイバ通信、長距離光通信などとの整合をとる場合には、１．３μｍ付近と１．５５μｍ付近の波長帯を使用することが望ましい。
The fiber reinforced composite material forming the
Here, as the light wavelength band, it is possible to use a solid-state laser such as an LD or an LED, or a dye laser or a gas laser as a light source. Can be used.
In the case of using a light wavelength in the visible light region, it is desirable to use a material having excellent light transmittance at 380 nm to 780 nm.
Further, when wavelength matching with optical fiber communication, long-distance communication, data communication, or the like is performed, a material having high light transmittance at an optical wavelength of 750 nm to 1.7 μm is desirable.
In particular, in the case of matching with optical communication of short-distance data, use of the optical wavelength range of around 780 nm and 820 nm to 860 nm ensures matching with silica-based optical fiber communication, long-distance optical communication, and the like. In this case, it is desirable to use wavelength bands near 1.3 μm and 1.55 μm.
繊維強化複合材料に含まれる繊維は、単繊維が引き揃えられることなく、かつ相互間にマトリクス材料が入り込むように十分に離隔して存在するものであってもよい。この場合、繊維の平均径（以下、「平均繊維径」と称することもある。）は単繊維の平均径となる。また、この繊維は、複数（多数であってもよい）本の単繊維が束状に集合して１本の糸条を構成しているものであってもよい。この場合、平均繊維径は１本の糸条の径の平均値として定義される。後述するバクテリアセルロースは、後者の糸条よりなるものである。 The fibers contained in the fiber-reinforced composite material may be sufficiently separated so that the single fibers are not arranged and the matrix material enters between them. In this case, the average diameter of the fibers (hereinafter sometimes referred to as “average fiber diameter”) is the average diameter of the single fibers. Further, this fiber may be one in which a plurality of (may be many) single fibers are gathered in a bundle to form one yarn. In this case, the average fiber diameter is defined as the average value of the diameters of one yarn. Bacterial cellulose to be described later is composed of the latter yarn.
繊維強化複合材料に含まれる繊維の平均径（平均繊維径）は４〜２００ｎｍであり、好ましくは４〜１００ｎｍであり、より好ましくは４〜６０ｎｍである。
平均繊維径が２００ｎｍを超えると、可視光の波長に近づき、マトリクス材料との界面で可視光の屈折が生じ易くなり、この繊維強化複合材料からなる透明基板を低熱膨張性光導波路フィルムの基板として適用し難くなる。一方、平均繊維径が４ｎｍ未満の繊維は製造が困難である。本発明で用いられる繊維として好適な後述のバクテリアセルロースの単繊維径は４ｎｍ程度である。
The average diameter (average fiber diameter) of the fibers contained in the fiber-reinforced composite material is 4 to 200 nm, preferably 4 to 100 nm, and more preferably 4 to 60 nm.
When the average fiber diameter exceeds 200 nm, it approaches the wavelength of visible light, and refraction of visible light tends to occur at the interface with the matrix material. A transparent substrate made of this fiber-reinforced composite material is used as a substrate for a low thermal expansion optical waveguide film. It becomes difficult to apply. On the other hand, it is difficult to produce fibers having an average fiber diameter of less than 4 nm. The single fiber diameter of the bacterial cellulose described below suitable as the fiber used in the present invention is about 4 nm.
なお、繊維強化複合材料に含まれる繊維は、平均繊維径が４〜２００ｎｍの範囲外の繊維を含んでもよいが、その割合は繊維全体量の３０重量％以下であることが好ましい。繊維強化複合材料に含まれる全ての繊維の繊維径は２００ｎｍ以下、特に１００ｎｍ以下、とりわけ６０ｎｍ以下であることが望ましい。 In addition, although the fiber contained in a fiber reinforced composite material may contain the fiber outside the range whose average fiber diameter is 4-200 nm, it is preferable that the ratio is 30 weight% or less of the whole fiber quantity. The fiber diameter of all the fibers contained in the fiber reinforced composite material is desirably 200 nm or less, particularly 100 nm or less, particularly 60 nm or less.
繊維の長さについては特に限定されないが、平均長さで１００ｎｍ以上が好ましい。繊維の平均長さが１００ｎｍ未満では、繊維による補強効果が低く、繊維強化複合材料の強度が不十分となるおそれがある。繊維中には繊維長さ１００ｎｍ未満のものが含まれていてもよいが、その割合は繊維全体量の３０重量％以下であることが好ましい。 Although it does not specifically limit about the length of a fiber, 100 nm or more is preferable by average length. If the average length of the fibers is less than 100 nm, the reinforcing effect by the fibers is low, and the strength of the fiber-reinforced composite material may be insufficient. The fibers may contain fibers having a fiber length of less than 100 nm, but the proportion is preferably 30% by weight or less of the total amount of fibers.
上述のような繊維としては、セルロース繊維が好ましい。セルロース繊維を用いると、後述するように、得られる繊維強化複合材料の線熱膨張係数をより小さくすることができるので好ましい。 As the above-mentioned fibers, cellulose fibers are preferable. Use of cellulose fibers is preferable because the linear thermal expansion coefficient of the obtained fiber-reinforced composite material can be further reduced as will be described later.
セルロース繊維とは、植物細胞壁の基本骨格などを構成するセルロースのミクロフィブリル、または、これを構成する繊維のことである。また、セルロース繊維は、通常、繊維径４ｎｍ程度の単位繊維の集合体である。本発明では、このようなセルロース繊維の中でも、結晶構造を４０％以上含有するものが、繊維強化複合材料の強度を十分に高くし、線熱膨張係数をより小さくする上で好ましい。 Cellulose fibers are cellulose microfibrils constituting the basic skeleton of plant cell walls or the like, or fibers constituting the same. Cellulose fibers are usually an aggregate of unit fibers having a fiber diameter of about 4 nm. In the present invention, among these cellulose fibers, those containing a crystal structure of 40% or more are preferable for sufficiently increasing the strength of the fiber-reinforced composite material and further reducing the linear thermal expansion coefficient.
本発明で用いられるセルロース繊維としては、植物から分離されたもの、バクテリアから産生されるバクテリアセルロースなどが挙げられるが、これらの中でもバクテリアセルロースが好ましい。バクテリアセルロースは、産生物を水洗、またはアルカリ処理して、バクテリアを溶解除去することによって得られるものである。バクテリアセルロースの中でも、後述する離解処理がなされていないバクテリアセルロースは、５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上の単位繊維の集合体からなるセルロース繊維を得る上で好適である。 Examples of the cellulose fiber used in the present invention include those isolated from plants and bacterial cellulose produced from bacteria. Among these, bacterial cellulose is preferable. Bacterial cellulose is obtained by rinsing and removing bacteria by washing the product with water or treating with alkali. Among bacterial celluloses, bacterial cellulose that has not been disaggregated, which will be described later, is suitable for obtaining cellulose fibers composed of aggregates of unit fibers having a light transmittance of a wavelength of 350 nm to 2 μm in terms of 50 μm thickness of 60% or more. .
地球上においてセルロースを産生し得る生物は、植物界は言うに及ばず、動物界ではホヤ類、原生生物界では各種藻類、卵菌類、粘菌類などに分布しており、また、モネラ界では藍藻および酢酸菌、土壌細菌の一部に分布している。現在のところ、菌界（真菌類）にはセルロース産生能は確認されていない。これらの中でも酢酸菌としては、アセトバクター（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属などが挙げられ、より具体的には、アセトバクターアセチ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒａｃｅｔｉ）、アセトバクターサブスピーシーズ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｓｕｂｓｐ．）、アセトバクターキシリナム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The organisms that can produce cellulose on the earth are not limited to the plant kingdom, but are distributed in the ascidians in the animal kingdom, various algae, oomycetes, slime molds, etc. in the protozoan kingdom, and cyanobacteria in the monella kingdom. It is distributed in acetic acid bacteria and part of soil bacteria. At present, no ability to produce cellulose has been confirmed in the fungal kingdom (fungi). Among these, examples of the acetic acid bacteria include the genus Acetobacter, and more specifically, Acetobacteraceti, Acetobacter subsp., Acetobacter xylinum. However, it is not limited to these.
このようなバクテリアを培養することにより、バクテリアからセルロース（バクテリアセルロース）が産生される。得られた産生物は、バクテリア、および、このバクテリアから産生されて、このバクテリアに連なるセルロース（バクテリアセルロース）を含むものである。そこで、この産生物を培地から取り出し、産生物を水洗、またはアルカリ処理してバクテリアを除去することにより、バクテリアを含まない含水バクテリアセルロースが得られる。さらに、この含水バクテリアセルロースから水分を除去することにより、バクテリアセルロースが得られる。 By culturing such bacteria, cellulose (bacterial cellulose) is produced from the bacteria. The obtained product includes bacteria and cellulose produced from the bacteria and connected to the bacteria (bacterial cellulose). Accordingly, the product is removed from the medium, and the product is washed with water or treated with alkali to remove the bacteria, whereby water-containing bacterial cellulose containing no bacteria is obtained. Furthermore, bacterial cellulose is obtained by removing water from the hydrated bacterial cellulose.
上記のようなバクテリアを培養するために用いられる培地としては、寒天状の固体培地や、液体培地（培養液）が挙げられる。培養液としては、例えば、ココナッツミルク（全窒素分０．７重量％、脂質２８重量％）７重量％、および、ショ糖８重量％を含有し、酢酸によりｐＨを３．０に調整した培養液（以下、「ココナッツミルク培養液」と称することもある。）や、グルコース２重量％、バクトイーストエクストラ０．５重量％、バクトペプトン０．５重量％、リン酸水素ニナトリウム０．２７重量％、クエン酸０．１１５重量％、および、硫酸マグネシウム七水和物０．１重量％を含有し、塩酸によりｐＨを５．０に調整した水溶液（以下、「ＳＨ培養液」と称することもある。）などが挙げられる。
Examples of the medium used for culturing the bacteria as described above include an agar-like solid medium and a liquid medium (culture solution). As the culture solution, for example, a culture containing 7% by weight of coconut milk (0.7% by weight of total nitrogen, 28% by weight of lipid) and 8% by weight of sucrose and adjusted to pH 3.0 with acetic acid. Solution (hereinafter also referred to as “coconut milk culture solution”),
バクテリアの培養方法としては、例えば、二つの方法が挙げられる。
第一の方法では、まず、ココナッツミルク培養液に、アセトバクターキシリナム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ）ＦＦ−８８などの酢酸菌を植菌し、３０℃にて、５日間、静置培養して、一次培養液を得る。次いで、得られた一次培養液のゲル分を取り除いた後、液体部分を、再びココナッツミルク培養液に５重量％の割合で加え、３０℃にて、１０日間、静置培養して、二次培養液を得る。この二次培養液には、約１重量％のセルロース繊維が含まれている。
Examples of bacterial culture methods include two methods.
In the first method, first, acetic acid bacteria such as Acetobacter xylinum FF-88 are inoculated into a coconut milk culture solution, and then statically cultured at 30 ° C. for 5 days, followed by primary culture. Obtain a liquid. Subsequently, after removing the gel content of the obtained primary culture solution, the liquid part was added again to the coconut milk culture solution at a rate of 5% by weight, followed by stationary culture at 30 ° C. for 10 days, A culture solution is obtained. This secondary culture solution contains about 1% by weight of cellulose fibers.
第二の方法では、まず、凍結乾燥保存状態の酢酸菌の菌株にＳＨ培養液を加え、２５〜３０℃にて、１週間、静置培養する。培養液の表面にはバクテリアセルロースが生成するが、これらのうち、厚みが比較的厚いものを選択し、その株の培養液を少量分取して新しいＳＨ培養液に加える。そして、このバクテリアセルロースの株を加えたＳＨ培養液を大型培養器に入れ、２５〜３０℃にて、７〜３０日間、静地培養する。バクテリアセルロースは、このように、「既存の培養液の一部を新しい培養液に加え、約７〜３０日間、静置培養する」ことの繰り返しにより得られる。 In the second method, first, an SH culture solution is added to a strain of acetic acid bacteria in a freeze-dried storage state, and then statically cultured at 25 to 30 ° C. for 1 week. Bacterial cellulose is produced on the surface of the culture solution. Among these, a relatively thick one is selected, and a small amount of the culture solution of the strain is taken and added to a new SH culture solution. Then, the SH culture solution to which this bacterial cellulose strain has been added is placed in a large incubator and cultured at 25-30 ° C. for 7-30 days. Bacterial cellulose is thus obtained by repeating “adding a part of an existing culture solution to a new culture solution and performing static culture for about 7 to 30 days”.
菌がセルロースを作り難いなどの不具合が生じた場合には、以下の手順に従って、バクテリアを培養する。
まず、培養液に寒天を加えて調製した寒天培地上に、菌培養中の培養液を少量撒き、1週間ほど放置してコロニーを形成させる。それぞれのコロニーを観察して、比較的セルロースをよく産生するようなコロニーを寒天培地から取り出し、取り出したコロニーを新しい培養液に投入し、培養する。
In the case where troubles such as difficulty in producing cellulose occur, the bacteria are cultured according to the following procedure.
First, a small amount of the culture solution during bacterial culture is spread on an agar medium prepared by adding agar to the culture solution and allowed to stand for about one week to form colonies. By observing each colony, a colony that produces cellulose relatively well is taken out from the agar medium, and the taken-out colony is put into a new culture solution and cultured.
このようにして産生させたバクテリアセルロースを培養液から取り出した後、バクテリアセルロース中に残存するバクテリアを除去する。バクテリアセルロース中に残存するバクテリアを除去する方法としては、水洗またはアルカリ処理が用いられる。バクテリアセルロース中に残存するバクテリアを溶解除去するためのアルカリ処理としては、培養液から取り出したバクテリアセルロースを０．０１〜１０重量％程度のアルカリ水溶液に１時間以上注加する方法が用いられる。アルカリ処理を施した場合には、アルカリ水溶液からバクテリアセルロースを取り出した後、十分水洗して、アルカリ水溶液を除去する。 After the bacterial cellulose thus produced is taken out from the culture solution, the bacteria remaining in the bacterial cellulose are removed. As a method for removing bacteria remaining in the bacterial cellulose, washing with water or alkali treatment is used. As the alkali treatment for dissolving and removing the bacteria remaining in the bacterial cellulose, a method of pouring bacterial cellulose taken out from the culture solution into an alkaline aqueous solution of about 0.01 to 10% by weight for 1 hour or more is used. When the alkali treatment is performed, the bacterial cellulose is taken out from the alkaline aqueous solution and then sufficiently washed with water to remove the alkaline aqueous solution.
このようにして産生されたバクテリアセルロースは水分を含んでおり、通常、含水率が９５〜９９．９重量％である。そこで、次いで、このバクテリアセルロースの水分を除去する。 Bacterial cellulose produced in this manner contains water and usually has a water content of 95 to 99.9% by weight. Then, next, the water | moisture content of this bacterial cellulose is removed.
水分を含むバクテリアセルロースの水分除去法としては、特に限定されないが、放置やコールドプレスなどにより、まず水をある程度抜いた後、そのまま放置するか、または、ホットプレスなどにより残存している水を完全に除去する方法、コールドプレスした後、乾焼機により乾燥するか、または、自然乾燥させて水を除去する方法などが挙げられる。 The method for removing moisture from bacterial cellulose containing moisture is not particularly limited, but after leaving water to some extent by leaving or cold pressing, it can be left as it is, or the remaining water can be completely removed by hot pressing or the like. And a method of removing water by performing a cold press and then drying with a dryer or natural drying.
水分を含むバクテリアセルロースの水をある程度抜く方法として用いられる放置とは、水分を含むバクテリアセルロースをそのまま放置して、時間をかけて水を徐々に揮発させる方法のことである。 The neglect used as a method for removing water from bacterial cellulose containing water to some extent is a method in which bacterial cellulose containing water is left as it is, and water is gradually volatilized over time.
水分を含むバクテリアセルロースの水をある程度抜く方法として用いられるコールドプレスとは、水分を含むバクテリアセルロースに熱を加えずに圧力のみを加えて、水分を含むバクテリアセルロースの水を抜き出す方法のことであり、ある程度までの水を絞り出すことができる。このコールドプレスにおいて、水分を含むバクテリアセルロースに加えられる圧力は、０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、０．１ＭＰａ〜３ＭＰａがより好ましい。圧力が０．０１ＭＰａ未満では、水の残存量が多くなる傾向がある。一方、圧力が１０ＭＰａを超えると、得られるバクテリアセルロースが破壊されることがある。コールドプレスを行う温度は特に限定されないが、操作の便宜上、常温が好ましい。 Cold press, which is used as a method of removing water from bacterial cellulose containing water to some extent, is a method of extracting water from bacterial cellulose containing water by applying only pressure to the bacterial cellulose containing water without applying heat. Can squeeze out a certain amount of water. In this cold press, the pressure applied to the bacterial cellulose containing water is preferably 0.01 MPa to 10 MPa, and more preferably 0.1 MPa to 3 MPa. If the pressure is less than 0.01 MPa, the remaining amount of water tends to increase. On the other hand, when the pressure exceeds 10 MPa, the resulting bacterial cellulose may be destroyed. The temperature at which the cold pressing is performed is not particularly limited, but normal temperature is preferable for convenience of operation.
バクテリアセルロースに残存している水を完全に除去する方法として用いられる放置は、時間をかけてバクテリアセルロースを乾燥させる方法である。 The standing used as a method for completely removing the water remaining in the bacterial cellulose is a method for drying the bacterial cellulose over time.
バクテリアセルロースに残存している水を完全に除去する方法として用いられるホットプレスは、熱を加えながら圧力を加えることにより、バクテリアセルロースから水を抜き出す方法であり、残存している水を完全に除去することができる。このホットプレスにおいて、バクテリアセルロースに加えられる圧力は、０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、０．２ＭＰａ〜３ＭＰａがより好ましい。圧力が０．０１ＭＰａ未満では、水を除去できなくなる場合がある。一方、圧力が１０ＭＰａを超えると、得られるバクテリアセルロースが破壊されることがある。また、ホットプレスを行う温度は１００〜３００℃が好ましく、１１０〜２００℃がより好ましい。温度が１００℃未満では、水の除去に時間を要する。一方、温度が３００℃を超えると、バクテリアセルロースの分解などが生じるおそれがある。 Hot press used as a method to completely remove water remaining in bacterial cellulose is a method of extracting water from bacterial cellulose by applying pressure while applying heat, and completely removing remaining water. can do. In this hot press, the pressure applied to the bacterial cellulose is preferably 0.01 MPa to 10 MPa, more preferably 0.2 MPa to 3 MPa. If the pressure is less than 0.01 MPa, water may not be removed. On the other hand, when the pressure exceeds 10 MPa, the resulting bacterial cellulose may be destroyed. Moreover, 100-300 degreeC is preferable and the temperature which performs a hot press has more preferable 110-200 degreeC. If the temperature is less than 100 ° C., it takes time to remove water. On the other hand, when the temperature exceeds 300 ° C., bacterial cellulose may be decomposed.
乾燥機によりバクテリアセルロースを乾燥する温度（以下、「乾燥温度」と略す。）は、１００〜３００℃が好ましく、１１０〜２００℃がより好ましい。乾燥温度が１００℃未満では、水の除去ができなくなる場合がある。一方、乾燥温度が３００℃を超えると、セルロース繊維の分解などが生じるおそれがある。 The temperature at which bacterial cellulose is dried by a dryer (hereinafter abbreviated as “drying temperature”) is preferably 100 to 300 ° C., more preferably 110 to 200 ° C. If the drying temperature is less than 100 ° C., water may not be removed. On the other hand, when the drying temperature exceeds 300 ° C., the cellulose fibers may be decomposed.
このようにして得られるバクテリアセルロースは、その培養条件やその後の水分除去時の加圧、加熱条件などによっても異なるが、通常、嵩密度１．１〜１．３ｋｇ／ｍ３程度、厚み４０μｍ〜６０μｍ程度のシート状（以下、「ＢＣシート」と称すことがある。）をなしている。 The bacterial cellulose thus obtained varies depending on the culture conditions, the subsequent pressurization at the time of water removal, heating conditions, and the like, but usually a bulk density of about 1.1 to 1.3 kg / m 3 and a thickness of 40 μm to It has a sheet shape of about 60 μm (hereinafter sometimes referred to as “BC sheet”).
繊維強化複合材料は、上記のような１枚のＢＣシート、または、積層した複数枚（二枚以上）のＢＣシートに、マトリクス材料からなる含浸用液状物を含浸させてなるものでる。 The fiber reinforced composite material is obtained by impregnating one BC sheet as described above or a plurality of laminated (two or more) BC sheets with a liquid for impregnation made of a matrix material.
本発明で用いられるバクテリアセルロースは、嵩密度１．２ｋｇ／ｍ３、かつ、厚み４０μｍのシート状物について、ＪＩＳ Ｐ ８１１７に規定されている方法に従って測定した透気度が８００００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であることが好ましく、１００００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であることが特に好ましく、１５０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以上であることがとりわけ好ましい。透気度が上記の範囲内にあるＢＣシートは、繊維強化複合材料の透明性を高める。 The bacterial cellulose used in the present invention has an air permeability of 80000 sec / 100 cc or more measured on a sheet-like material having a bulk density of 1.2 kg / m 3 and a thickness of 40 μm according to the method defined in JIS P 8117. Is preferably 10,000 sec / 100 cc or more, particularly preferably 15000 sec / 100 cc or more. A BC sheet having an air permeability within the above range increases the transparency of the fiber-reinforced composite material.
ところで、バクテリアセルロースと樹脂を複合化して複合材料を形成する場合には、バクテリアセルロース含有産生物を離解して用いるが、バクテリアセルロースを離解して得られるシートについて、上記と同様にして測定した透気度は、４５００ｓｅｃ／１００ｃｃ程度と低い。これは、離解によりバクテリアセルロースの単繊維に剪断力が加えられ、バクテリアセルロース単繊維が互いに密着したり絡まり合ったりすることにより、バクテリアセルロースのネットワーク構造が粗大化したことによるものである。このように透気度が低く、ネットワーク構造の粗いＢＣシートを繊維強化複合材料に適用すると、繊維強化複合材料の強度および透光性が不十分となる。 By the way, in the case of forming a composite material by combining bacterial cellulose and a resin, the bacterial cellulose-containing product is disaggregated and used. The sheet obtained by disaggregating bacterial cellulose was measured in the same manner as described above. The temperament is as low as about 4500 sec / 100 cc. This is because a shearing force is applied to the bacterial cellulose single fibers by disaggregation, and the bacterial cellulose single fibers are brought into close contact with each other and entangled with each other, so that the bacterial cellulose network structure is coarsened. When a BC sheet having a low air permeability and a coarse network structure is applied to the fiber reinforced composite material in this way, the strength and translucency of the fiber reinforced composite material become insufficient.
一方、本発明で用いられるバクテリアセルロースは、離解処理が施されていない。このように離解処理が施されていないことから、本発明で用いられるバクテリアセルロースは、三次元交差構造をなすものとなる（以下、三次元交差構造をなすバクテリアセルロースを「三次元交差バクテリアセルロース構造体」と称することがある。）。この「三次元交差バクテリアセルロース構造体」とは、バクテリアセルロースが三次元的な交差構造をとることにより嵩高（スカスカ）の状態ではあるが一つの構造体として扱えるようになっている物体」を意味している。 On the other hand, the bacterial cellulose used in the present invention has not been disaggregated. Since the disaggregation treatment is not performed in this way, the bacterial cellulose used in the present invention has a three-dimensional cross structure (hereinafter referred to as “three-dimensional cross bacterial cellulose structure”). Sometimes referred to as "body.") The term “three-dimensional cross-bacterial cellulose structure” means an object that can be handled as a single structure although it is bulky due to the three-dimensional cross-structure of bacterial cellulose. is doing.
三次元交差バクテリアセルロース構造体は、バクテリアがセルロースを産生（排出）しながらランダムに動き回ることによりセルロースが複雑に（三次元的に）交差している構造をなしている。この複雑な交差は、バクテリアが***してセルロースが分岐することにより、さらに複雑化する。 The three-dimensional cross-bacterial cellulose structure has a structure in which cellulose crosses in a complicated (three-dimensional) manner by moving around at random while bacteria produce (discharge) cellulose. This complex intersection is further complicated by the division of bacteria and the branching of cellulose.
三次元交差バクテリアセルロース構造体は、セルロース繊維を産生するバクテリアを上述のように、培養液で培養することにより形成される。三次元交差バクテリアセルロース構造体は、適当な形状、例えば、フィルム状、板状、ブロック状、所定の形状（例えばレンズ状）などの形状に従って形成される。このようにすれば、目的に応じて、任意の形状の三次元交差バクテリアセルロース構造体を得ることができる。 The three-dimensional cross-bacterial cellulose structure is formed by culturing bacteria producing cellulose fibers in a culture solution as described above. The three-dimensional cross bacterial cellulose structure is formed according to a suitable shape, for example, a film shape, a plate shape, a block shape, or a predetermined shape (for example, a lens shape). In this way, a three-dimensional crossing bacterial cellulose structure having an arbitrary shape can be obtained according to the purpose.
三次元交差バクテリアセルロース構造体は培養後、上述したようにバクテリアを除去するために水洗やアルカリ処理などの洗浄処理が施されるが、これらの処理によって、三次元交差構造をなすバクテリアセルロースは、その三次元交差構造が崩れることがない。また、三次元交差バクテリアセルロース構造体を圧縮するなどして、バクテリアセルロースに含まれる水分を除去しても、この三次元交差構造は保たれることが確認されている。 After culturing, the three-dimensional crossover bacterial cellulose structure is subjected to washing treatment such as water washing and alkali treatment to remove the bacteria as described above. By these treatments, the bacterial cellulose that forms the three-dimensional crossover structure, The three-dimensional intersection structure does not collapse. Further, it has been confirmed that the three-dimensional cross structure is maintained even if moisture contained in the bacterial cellulose is removed by compressing the three-dimensional cross bacterial cellulose structure.
繊維強化複合材料の強度、透明性などは、バクテリアセルロースの三次元交差構造が保たれている場合に特に効果的に発揮される。すなわち、バクテリアセルロースが三次元交差バクテリアセルロース構造体をなしていることにより、繊維強化複合材料の強度、透明性などは、上述のように高くなる。 The strength, transparency, etc. of the fiber reinforced composite material are particularly effectively exhibited when the three-dimensional cross structure of bacterial cellulose is maintained. That is, since the bacterial cellulose forms a three-dimensional crossed bacterial cellulose structure, the strength and transparency of the fiber-reinforced composite material are increased as described above.
ところで、この三次元交差バクテリアセルロース構造体を、より一層細くするために、この三次元交差バクテリアセルロース構造体が解離処理や解繊処理などと呼ばれる工程、すなわち、乳鉢と乳棒、すり鉢、ひき臼などによりすりつぶす工程を経ると、三次元交差バクテリアセルロース構造体は、三次元交差構造が破壊されて、セルロース繊維が短く引きちぎられ、その短繊維が毛玉状やフィルム状に集合（凝集）してしまう。その結果、このようなバクテリアセルロースは、ナノサイズ（ナノオーダー）のセルロース繊維からなる三次元交差バクテリアセルロース構造体とは全く異なる性状、形態のものとなる。したがって、本発明では、三次元交差バクテリアセルロース構造体に解離処理や解繊処理などを施すことは好ましくない。 By the way, in order to make this three-dimensional cross-bacterial cellulose structure even thinner, this three-dimensional cross-bacterial cellulose structure is a process called dissociation treatment or defibration treatment, that is, a mortar and pestle, mortar, ground mill, etc. When the three-dimensional crossing bacterial cellulose structure is subjected to the crushing step, the three-dimensional crossing bacterial structure is destroyed, the cellulose fibers are torn short, and the short fibers are aggregated (aggregated) in the form of a pill or a film. As a result, such bacterial cellulose has completely different properties and forms from the three-dimensional crossed bacterial cellulose structure composed of nano-sized (nano-order) cellulose fibers. Therefore, in the present invention, it is not preferable to perform a dissociation treatment or a defibration treatment on the three-dimensional crossed bacterial cellulose structure.
本発明では、セルロース繊維としては、上述のようなバクテリアセルロースを用いることが好ましいが、海草やホヤの被嚢、植物細胞壁などに、叩解・粉砕などの処理、高温高圧水蒸気処理、リン酸塩などを用いた処理などを施したセルロース繊維を用いてもよい。 In the present invention, it is preferable to use the bacterial cellulose as described above as the cellulose fiber, but treatment such as beating and crushing, high-temperature and high-pressure steam treatment, phosphate, etc. on seaweed or sea squirt sac, plant cell wall, etc. You may use the cellulose fiber which gave the process etc. which used.
上記の叩解・粉砕などの処理は、リグニンなどを除去した植物細胞壁、あるいは、海草やホヤの被嚢に、直接、力を加え、叩解や粉砕を行い、これらを形成する繊維をバラバラにし、セルロース繊維を得る処理法である。 The above beating and pulverization processes are performed by directly applying force to plant cell walls from which lignin has been removed, or seagrass or sea squirt sac, and pulverizing and pulverizing them. This is a processing method for obtaining fibers.
より具体的には、叩解・粉砕などの処理は、パルプなどを高圧ホモジナイザーで処理して、平均繊維径０．１μｍ〜１０μｍ程度にミクロフィブリル化したミクロフィブリル化セルロース繊維（以下、「ＭＦＣ」と略記する。）を０．１〜３重量％程度の水懸濁液とし、さらにグラインダーなどで繰り返し磨砕処理または融砕処理して、平均繊維径１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のナノオーダーのＭＦＣ（以下、「Ｎａｎｏ ＭＦＣ」と略記する。）を得ることができる。このＮａｎｏ ＭＦＣを０．０１〜１重量％程度の水懸濁液とし、これを濾過することによりシート化し、繊維強化複合材料に適用される。 More specifically, in the treatment such as beating and pulverization, microfibrillated cellulose fibers (hereinafter referred to as “MFC”) obtained by treating pulp or the like with a high-pressure homogenizer and microfibrillating to an average fiber diameter of about 0.1 μm to 10 μm. Abbreviated to about 0.1 to 3% by weight of water suspension, and further repeatedly ground or melted with a grinder or the like to obtain a nano-order MFC having an average fiber diameter of about 10 nm to 100 nm (hereinafter, (Abbreviated as “Nano MFC”). The Nano MFC is made into an aqueous suspension of about 0.01 to 1% by weight, and this is filtered to form a sheet, which is applied to a fiber-reinforced composite material.
上記の磨砕処理または融砕処理は、例えば、栗田機械製作所製グラインダー「ピュアファインミル」などを用いて行うことができる。 The above grinding treatment or crushing treatment can be performed using, for example, a grinder “Pure Fine Mill” manufactured by Kurita Machine Seisakusho.
このグラインダーは、上下二枚のグラインダーの間隙を原料が通過するときに発生する衝撃、遠心力、剪断力により、原料を超微粒子に粉砕する石臼式粉砕機である。このグラインダーは、剪断、磨砕、微粒化、分散、乳化、フィブリル化を同時に行うことができる。 This grinder is a stone mill that pulverizes a raw material into ultrafine particles by impact, centrifugal force, and shearing force generated when the raw material passes through the gap between two upper and lower grinders. This grinder can simultaneously perform shearing, grinding, atomization, dispersion, emulsification, and fibrillation.
磨砕処理または融砕処理は、増幸産業（株）製超微粒磨砕機「スーパーマスコロイダー」を用いて行うこともできる。スーパーマスコロイダーは、間隔を自由に調整できる２つの無気孔砥石が上下に組み合わされてなる石臼形式の超微粒磨砕機であり、上部砥石は固定されており、下部砥石が高速回転するようになっている。このスーパーマスコロイダーでは、ホッパーに投入された原料が遠心力によって上部砥石と下部砥石の間隙に送り込まれ、そこで生じる強大な圧縮、剪断、転がり摩擦力などにより、原料が次第にすり潰され、超微粒化される。このスーパーマスコロイダーによれば、単なる粉砕の域を越えて、原料を融けるように超微粒化することができる。 The grinding treatment or the crushing treatment can also be performed using an ultrafine grinding machine “Supermass colloider” manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. The super mass collider is a stone-mill type ultrafine grinding machine in which two non-porous grindstones that can freely adjust the distance are combined up and down. The upper grindstone is fixed and the lower grindstone rotates at high speed. ing. In this super mass collider, the raw material thrown into the hopper is fed into the gap between the upper and lower grinding stones by centrifugal force, and the raw material is gradually ground due to the strong compression, shearing, rolling friction force, etc. generated there. It becomes. According to this super mascolloider, it is possible to make ultrafine particles so as to melt the raw material beyond the mere grinding range.
上記の高温高圧水蒸気処理は、リグニンなどを除去した植物細胞壁、あるいは、海草やホヤの被嚢を高温高圧水蒸気に曝すことにより、これらを形成する繊維をバラバラにし、セルロース繊維を得る処理法である。 The above-mentioned high-temperature high-pressure steam treatment is a treatment method for obtaining cellulosic fibers by exposing plant cell walls from which lignin and the like have been removed, or seagrass and sea squirt capsules to high-temperature and high-pressure steam to separate the fibers forming them. .
上記のリン酸塩などを用いた処理は、海草やホヤの被嚢、植物細胞壁などの表面をリン酸エステル化することにより、セルロース繊維間の結合力を弱めた後、リファイナー処理を施すことにより、繊維をバラバラにし、セルロース繊維を得る処理法である。具体的には、例えば、リグニンなどを除去した植物細胞壁、あるいは、海草やホヤの被嚢を、尿素を５０重量％と、リン酸を３２重量％とを含む溶液に浸漬し、６０℃にて、この溶液をセルロース繊維間に十分に染み込ませた後、１８０℃に加熱してリン酸化を進める。次いで、これを水洗した後、３重量％の塩酸水溶液中、６０℃にて、２時間、加水分解処理をして、再度水洗する。その後、３重量％の炭酸ナトリウム水溶液中において、室温にて、２０分間程処理することにより、リン酸化を完了させる。そして、このリン酸化した処理物をリフアイナーで解繊することにより、セルロース繊維が得られる。 The treatment using the above phosphates, etc. is performed by applying refiner treatment after weakening the binding force between cellulose fibers by phosphoric esterifying the surface of seagrass, sea squirt sac, plant cell wall, etc. This is a treatment method for separating cellulose fibers to obtain cellulose fibers. Specifically, for example, a plant cell wall from which lignin or the like has been removed, or a seaweed or sea squirt capsule is immersed in a solution containing 50 wt% urea and 32 wt% phosphoric acid at 60 ° C. The solution is sufficiently impregnated between the cellulose fibers and then heated to 180 ° C. to promote phosphorylation. Next, this is washed with water, hydrolyzed in a 3% by weight hydrochloric acid aqueous solution at 60 ° C. for 2 hours, and washed again with water. Thereafter, phosphorylation is completed by treatment in a 3 wt% aqueous sodium carbonate solution at room temperature for about 20 minutes. And the cellulose fiber is obtained by defibrating this phosphorylated processed material with a refiner.
本発明で用いられるセルロース繊維は、上述のようなセルロース繊維を化学修飾または物理修飾のいずれか一方、あるいは、化学修飾および物理修飾して機能性を高めたものであってもよい。
化学修飾としては、エーテル化、エステル化、イソシアネート化などによって、アセチル基、メタクリロイル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ｉｓｏ−ブタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピパロイル基、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基、メチル基、エチル基、プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基などを付加させることなどが挙げられる。化学修飾の方法としては、例えば、ＢＣシート、あるいは、Ｎａｎｏ ＭＦＣシートを無水酢酸中に浸漬して加熱し、アセチル化する方法が挙げられる。このように、ＢＣシート、あるいは、Ｎａｎｏ ＭＦＣシートをアセチル化することにより、光線透過率を低下させることなく、これらのシートの吸水性の低下、耐熱性の向上を図ることができる。
The cellulose fibers used in the present invention may be those obtained by improving functionality by chemically modifying or physically modifying the above-described cellulose fibers, either chemically or physically.
Chemical modification includes etherification, esterification, isocyanate formation, acetyl group, methacryloyl group, propanoyl group, butanoyl group, iso-butanoyl group, nonanoyl group, decanoyl group, undecanoyl group, dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group , Stearoyl group, piperoyl group, 2-methacryloyloxyethylisocyanoyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, iso-propyl group, butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, Nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, myristyl group, palmityl group, stearyl group and the like can be added. Examples of the chemical modification method include a method in which a BC sheet or a Nano MFC sheet is immersed in acetic anhydride and heated to acetylate. Thus, by acetylating the BC sheet or the Nano MFC sheet, the water absorption and heat resistance of these sheets can be reduced without reducing the light transmittance.
物理修飾としては、金属やセラミック原料を、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどの物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、無電解メッキや電解メッキなどのメッキ法などにより表面被覆させる方法が挙げられる。 For physical modification, the surface of metal or ceramic material is applied by physical vapor deposition methods (PVD method) such as vacuum vapor deposition, ion plating, sputtering, chemical vapor deposition method (CVD method), plating methods such as electroless plating and electrolytic plating, etc. The method of making it coat | cover is mentioned.
本発明では、上述した様々な種類の繊維強化複合材料の繊維が単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。 In the present invention, the fibers of the various types of fiber-reinforced composite materials described above may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
繊維強化複合材料における繊維の含有率は、１０重量％以上であることが好ましく、３０重量％以上であることが特に好ましく、５０重量％以上であることがとりわけ好ましく、かつ、９９重量％以下であることが好ましく、９５重量％以下であることが特に好ましい。繊維強化複合材料における繊維の含有率が上記範囲内であれば、セルロース繊維などの繊維による繊維強化複合材料の曲げ強度および曲げ弾性率の向上、または、線熱膨張係数の低減の効果が十分となるとともに、マトリクス材料による繊維間の接着、または、繊維間の空間の充填が十分となり、繊維強化複合材料の強度や透明性、表面の平坦性が向上する。 The fiber content in the fiber reinforced composite material is preferably 10% by weight or more, particularly preferably 30% by weight or more, particularly preferably 50% by weight or more, and 99% by weight or less. It is preferable that it is 95% by weight or less. If the fiber content in the fiber-reinforced composite material is within the above range, the effect of improving the bending strength and bending elastic modulus of the fiber-reinforced composite material by fibers such as cellulose fibers, or reducing the linear thermal expansion coefficient is sufficient. In addition, the bonding between the fibers by the matrix material or the filling of the spaces between the fibers becomes sufficient, and the strength and transparency of the fiber-reinforced composite material and the flatness of the surface are improved.
繊維強化複合材料をなすマトリクス材料としては、有機高分子、無機高分子、または有機高分子と無機高分子とのハイブリッド高分子などの１種、または、２種以上が好適に用いられる。 As the matrix material forming the fiber-reinforced composite material, one or more of organic polymer, inorganic polymer, or hybrid polymer of organic polymer and inorganic polymer is preferably used.
以下に本発明に好適なマトリクス材料を例示するが、本発明で用いるマトリクス材料は以下のものに限定されない。 Although the matrix material suitable for this invention is illustrated below, the matrix material used by this invention is not limited to the following.
有機高分子としては、天然高分子や合成高分子が挙げられる。
無機高分子としては、ガラス、シリケート材料、チタネート材料などのセラミックスなどが挙げられ、これらは例えばアルコラートの脱水縮合反応により形成されるものである。
Examples of the organic polymer include natural polymers and synthetic polymers.
Examples of the inorganic polymer include ceramics such as glass, silicate material, and titanate material, and these are formed by dehydration condensation reaction of alcoholate, for example.
天然高分子としては、再生セルロース系高分子が挙げられ、再生セルロース系高分子としては、例えばセロハン、トリアセチルセルロースなどが挙げられる。 Examples of natural polymers include regenerated cellulose polymers, and examples of regenerated cellulose polymers include cellophane and triacetyl cellulose.
合成高分子としては、ビニル系樹脂、重縮合系樹脂、重付加系樹脂、付加縮合系樹脂、開環重合系樹脂などが挙げられる。 Examples of the synthetic polymer include vinyl resins, polycondensation resins, polyaddition resins, addition condensation resins, and ring-opening polymerization resins.
ビニル系樹脂としては、ポリオレフイン、塩化ビニル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、フッ素樹脂、（メタ）アクリル系樹脂などの汎用樹脂や、ビニル重合によって得られるエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。これらのビニル系樹脂は、各樹脂内において構成される各単量体の単独重合体や共重合体であってもよい。 Examples of the vinyl resin include general-purpose resins such as polyolefin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, fluorine resin, and (meth) acrylic resin, engineering plastics obtained by vinyl polymerization, super engineering plastics, and the like. These vinyl-based resins may be homopolymers or copolymers of each monomer constituted in each resin.
ポリオレフインとしては、エチレン、プロピレン、スチレン、ブタジェン、ブテン、イソプレン、クロロプレン、イソプチレン、イソプレンなどの単独重合体または共重合体、あるいは、ノルポルネン骨格を有する環状ポリオレフインなどが挙げられる。 Examples of the polyolefin include homopolymers or copolymers such as ethylene, propylene, styrene, butadiene, butene, isoprene, chloroprene, isoprene and isoprene, or cyclic polyolefin having a norbornene skeleton.
塩化ビニル系樹脂としては、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどの単独重合体または共重合体が挙げられる。 Examples of the vinyl chloride resin include homopolymers or copolymers such as vinyl chloride and vinylidene chloride.
酢酸ビニル系樹脂としては、酢酸ビニルの単独重合体であるポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルの加水分解体であるポリビニルアルコール、酢酸ビニルに、ホルムアルデヒドやｎ−ブチルアルデヒドを反応させたポリビニルアセタール、ポリビニルアルコールやプチルアルデヒドなどを反応させたポリビニルブチラールなどが挙げられる。 Examples of vinyl acetate resins include polyvinyl acetate, which is a homopolymer of vinyl acetate, polyvinyl alcohol, which is a hydrolyzate of polyvinyl acetate, polyvinyl acetal obtained by reacting vinyl acetate with formaldehyde and n-butyraldehyde, and polyvinyl alcohol. And polyvinyl butyral in which butyl aldehyde and the like are reacted.
フッ素樹脂としては、テトラクロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、クロロトリフロロエチレン、フッ化ビリニデン、フッ化ビニル、ペルフルオロアルキルビニルエーテルなどの単独重合体または共重合体が挙げられる。 Examples of the fluororesin include homopolymers or copolymers such as tetrachloroethylene, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride, vinyl fluoride, and perfluoroalkyl vinyl ether.
（メタ）アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリルアミド類などの単独重合体または共重合体が挙げられる。「（メタ）アクリル」とは、「アクリルまたはメタクリルのいずれか一方」あるいは「アクリルおよびメタクリルの両方」を意味する。 Examples of the (meth) acrylic resin include homopolymers or copolymers such as (meth) acrylic acid, (meth) acrylonitrile, (meth) acrylic acid ester, and (meth) acrylamides. “(Meth) acryl” means “one of acrylic or methacryl” or “both acrylic and methacrylic”.
（メタ）アクリル酸としては、アクリル酸またはメタクリル酸が挙げられる。
（メタ）アクリロニトリルとしては、アクリロニトリルまたはメタクリロニトリルが挙げられる。
（メタ）アクリル酸エステルとしては、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、シクロアルキル基を有する（メタ）アクリル酸系単量体、（メタ）アクリル酸アルコキシアルキルエステルなどが挙げられる。
Examples of (meth) acrylic acid include acrylic acid or methacrylic acid.
(Meth) acrylonitrile includes acrylonitrile or methacrylonitrile.
Examples of (meth) acrylic acid esters include (meth) acrylic acid alkyl esters, (meth) acrylic acid monomers having a cycloalkyl group, and (meth) acrylic acid alkoxyalkyl esters.
（メタ）アクリル酸アルキルエステルとしては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチルなどが挙げられる。 Examples of (meth) acrylic acid alkyl esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, (meth) Examples include benzyl acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, and the like.
シクロアルキル基を有する（メタ）アクリル酸系単量体としては、（メタ）アクリル酸シクロへキシル、イソボルニル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
（メタ）アクリル酸アルコキシアルキルエステルとしては、（メタ）アクリル酸２−メトキシエチル、（メタ）アクリル酸２−エトキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ブトキシエチルなどが挙げられる。
Examples of the (meth) acrylic acid monomer having a cycloalkyl group include cyclohexyl (meth) acrylate and isobornyl (meth) acrylate.
Examples of (meth) acrylic acid alkoxyalkyl esters include 2-methoxyethyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, and 2-butoxyethyl (meth) acrylate.
（メタ）アクリルアミド類としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミドなどのＮ置換（メタ）アクリルアミドなどが挙げられる。 (Meth) acrylamides include (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N Examples include N-substituted (meth) acrylamides such as isopropyl (meth) acrylamide and Nt-octyl (meth) acrylamide.
重縮合系樹脂としては、アミド系樹脂やポリカーボネートなどが挙げられる。 Examples of the polycondensation resin include amide resin and polycarbonate.
アミド系樹脂としては、６，６−ナイロン、６−ナイロン、１１−ナイロン、１２−ナイロン、４，６−ナイロン、６，１０−ナイロン、６，１２−ナイロンなどの脂肪族アミド系樹脂や、フェニレンジアミンなどの芳香族ジアミンと塩化テレフタロイルや塩化イソフタロイルなどの芳香族ジカルボン酸またはその誘導体からなる芳香族ポリアミドなどであってもよい。 Examples of amide resins include aliphatic amide resins such as 6,6-nylon, 6-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 4,6-nylon, 6,10-nylon, 6,12-nylon, An aromatic polyamide such as an aromatic diamine such as phenylenediamine and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthaloyl chloride or isophthaloyl chloride or a derivative thereof may be used.
ポリカーボネートとは、ビスフェノールＡやその誘導体であるビスフェノール類と、ホスゲンまたはフェニルジカーボネートとの反応物のことである。 Polycarbonate is a reaction product of bisphenol A or its derivative bisphenol and phosgene or phenyl dicarbonate.
重付加系樹脂としては、エステル系樹脂、Ｕポリマー、液晶ポリマー、ポリエーテルケトン類、ポリエーテルエーテルケトン、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ウレタン樹脂などが挙げられる。 Polyaddition resins include ester resins, U polymers, liquid crystal polymers, polyether ketones, polyether ether ketones, unsaturated polyesters, alkyd resins, polyimide resins, polysulfones, polyphenylene sulfide, polyether sulfones, urethane resins, etc. Is mentioned.
エステル系樹脂としては、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリエステル、不飽和ポリエステルなどが挙げられる。
芳香族ポリエステルとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオールなどの後述するジオール類とテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸との共重合体が挙げられる。
Examples of ester resins include aromatic polyesters, aliphatic polyesters, and unsaturated polyesters.
Examples of the aromatic polyester include copolymers of diols described later such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, and aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid.
脂肪族ポリエステルとしては、後述するジオール類とコハク酸、吉草酸などの脂肪族ジカルボン酸との共重合体や、グリコール酸や乳酸などのヒドロキシカルボン酸の単独重合体または共重合体、後述するジオール類、上記の脂肪族ジカルボン酸および上記のヒドロキシカルボン酸の共重合体などが挙げられる。
不飽和ポリエステルとしては、後述するジオール類、無水マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸、および、必要に応じてスチレンなどのビニル単量体との共重合体が挙げられる。
Aliphatic polyesters include copolymers of diols described below and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid and valeric acid, homopolymers or copolymers of hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid and lactic acid, and diols described below. And copolymers of the above aliphatic dicarboxylic acids and the above hydroxycarboxylic acids.
Examples of the unsaturated polyester include diols described later, unsaturated dicarboxylic acids such as maleic anhydride, and copolymers with vinyl monomers such as styrene as necessary.
Uポリマーとしては、ビスフェノールＡやその誘導体であるビスフェノール類、テレフタル酸およびイソフタル酸などからなる共重合体が挙げられる。 Examples of the U polymer include copolymers composed of bisphenol A and its derivatives, bisphenols, terephthalic acid and isophthalic acid.
液晶ポリマーはとしては、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸と、テレフタル酸、Ｐ，Ｐ’−ジオキシジフェノール、Ｐ−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸、ポリテレフタル酸エチレンなどとの共重合体が挙げられる。 Examples of the liquid crystal polymer include a copolymer of P-hydroxybenzoic acid and terephthalic acid, P, P′-dioxydiphenol, P-hydroxy-6-naphthoic acid, ethylene polyterephthalate, and the like.
ポリエーテルケトン類としては、４，４’−ジフルオロベンゾフェノンや４，４’−ジヒドロベンゾフェノンなどの単独重合体や共重合体が挙げられる。 Examples of the polyether ketones include homopolymers and copolymers such as 4,4'-difluorobenzophenone and 4,4'-dihydrobenzophenone.
ポリエーテルエーテルケトンとしては、４，４’−ジフルオロベンゾフェノンとハイドロキノンなどとの共重合体が挙げられる。 Examples of the polyether ether ketone include a copolymer of 4,4'-difluorobenzophenone and hydroquinone.
アルキド樹脂としては、ステアリン酸、パルチミン酸などの高級脂肪酸と無水フタル酸などの二塩基酸、および、グリセリンなどのポリオールなどからなる共重合体が挙げられる。 Examples of the alkyd resin include copolymers composed of higher fatty acids such as stearic acid and palmitic acid, dibasic acids such as phthalic anhydride, and polyols such as glycerin.
ポリイミド系樹脂としては、無水ポリメリト酸や４，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの共重合体であるピロメリト酸型ポリイミド、無水塩化トリメリト酸やｐ−フェニレンジアミンなどの芳香族ジアミンや、後述するジイソシアネート化合物などからなる共重合体であるトリメリト酸型ポリイミド、ビフェニルテトラカルボン酸、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、Ｐ−フェニレンジアミンなどからなるビフェニル型ポリイミド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸や４，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどからなるベンゾフェノン型ポリイミド、ビスマレイイミドや４，４’−ジアミノジフェニルメタンなどからなるビスマレイイミド型ポリイミドなどが挙げられる。 Examples of polyimide resins include pyromellitic acid-type polyimides such as polymellitic anhydride and 4,4′-diaminodiphenyl ether, aromatic diamines such as anhydrous trimellitic acid chloride and p-phenylenediamine, and diisocyanate compounds described later. Copolymers composed of trimellitic acid type polyimide, biphenyl tetracarboxylic acid, 4,4′-diaminodiphenyl ether, biphenyl type polyimide composed of P-phenylenediamine, benzophenone tetracarboxylic acid, 4,4′-diaminodiphenyl ether, etc. Benzophenone-type polyimide, bismaleimide, bismaleimide-type polyimide made of 4,4′-diaminodiphenylmethane, and the like.
ポリスルホンとしては、４，４’−ジクロロジフェニルスルホンやビスフェノールＡなどの共重合体が挙げられる。 Examples of polysulfone include copolymers such as 4,4'-dichlorodiphenylsulfone and bisphenol A.
ポリフェニレンスルフィドとしては、Ｐ−ジクロロベンゼンや硫化ナトリウムなどの共重合体が挙げられる。 Examples of polyphenylene sulfide include copolymers such as P-dichlorobenzene and sodium sulfide.
ポリエーテルスルホンとしては、４−クロロ−４’−ヒドロキシジフェニルスルホンの重合体が挙げられる。 Examples of the polyether sulfone include a polymer of 4-chloro-4'-hydroxydiphenyl sulfone.
ウレタン樹脂としては、ジイソシアネート類とジオール類との共重合体が挙げられる。
ジイソシアネート類としては、ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，３−シクロヘキシレンジイソシアネート、１，４−シクロへキシレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネートなどが挙げられる。
Examples of the urethane resin include copolymers of diisocyanates and diols.
Diisocyanates include dicyclohexylmethane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,3-cyclohexylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6 -Tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate and the like.
ジオール類としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノールなどの比較的低分子量のジオールや、ポリエステルジオール、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオールなどが挙げられる。 Diols include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, Relatively low molecular weight diols such as 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, trimethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, cyclohexanedimethanol, polyester diol, poly Examples include ether diol and polycarbonate diol.
付加縮合系樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。 Examples of the addition condensation resin include phenol resin, urea resin, and melamine resin.
フェノール樹脂としては、フェノール、クレゾール、レゾルシノール、フェニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどの単独重合体または共重合体が挙げられる。 Examples of the phenol resin include homopolymers or copolymers such as phenol, cresol, resorcinol, phenylphenol, bisphenol A, and bisphenol F.
尿素樹脂やメラミン樹脂としては、ホルムアルデヒドや尿素、メラミンなどの共重合体が挙げられる。 Examples of the urea resin and melamine resin include copolymers such as formaldehyde, urea, and melamine.
開環重合系樹脂としては、ポリアルキレンオキシド、ポリアセタール、エポキシ樹脂などが挙げられる。
ポリアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどの単独重合体または共重合体が挙げられる。
Examples of the ring-opening polymerization resin include polyalkylene oxide, polyacetal, and epoxy resin.
Examples of the polyalkylene oxide include homopolymers or copolymers such as ethylene oxide and propylene oxide.
ポリアセタールとしては、トリオキサン、ホルムアルデヒド、エチレンオキシドなどの共重合体が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、エチレングリコールなどの多価アルコールとエピクロロヒドリンとからなる脂肪族系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡとエピクロロヒドリンとからなる脂肪族系エポキシ樹脂などが挙げられる。
Examples of the polyacetal include copolymers of trioxane, formaldehyde, ethylene oxide, and the like.
Examples of the epoxy resin include an aliphatic epoxy resin composed of a polyhydric alcohol such as ethylene glycol and epichlorohydrin, and an aliphatic epoxy resin composed of bisphenol A and epichlorohydrin.
このようなマトリクス材料の中でも、特に、透明性に優れ、高耐久性の繊維強化複合材料を形成する上では、非晶質かつガラス転移温度（Ｔｇ）の高い合成高分子が好ましい。このようなマトリクス材料の非晶質の程度としては、結晶化度が１０％以下であることが好ましく、５％以下であることが特に好ましい。また、マトリックス材料のガラス転移温度は１１０℃以上であることが好ましく、１２０℃以上であることが特に好ましく、１３０℃以上であることがとりわけ好ましい。 Among such matrix materials, an amorphous polymer having a high glass transition temperature (Tg) is preferable for forming a fiber-reinforced composite material having excellent transparency and high durability. As the degree of amorphousness of such a matrix material, the crystallinity is preferably 10% or less, and particularly preferably 5% or less. The glass transition temperature of the matrix material is preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably 120 ° C. or higher, and particularly preferably 130 ° C. or higher.
マトリックス材料の結晶化度が１０％を超えると、繊維強化複合材料の透明性に劣り、マトリックス材料の結晶化度が高くなり過ぎると、繊維強化複合材料の可視光の透過率が低下する。なお、結晶化度は、非晶質部と結晶質部の密度から結晶化度を算定する密度法により求められる。
マトリックス材料のガラス転移温度が１１０℃未満では、例えば、繊維強化複合材料が沸騰水に接触した場合に変形するなど、透明部品、光学部品などとしての用途において、耐久性に問題が発生する。なお、ガラス転移温度は示差走査熱量測定法（ＤＳＣ法）による測定により求められる。
When the crystallinity of the matrix material exceeds 10%, the transparency of the fiber reinforced composite material is inferior, and when the crystallinity of the matrix material becomes too high, the visible light transmittance of the fiber reinforced composite material decreases. The crystallinity is determined by a density method for calculating the crystallinity from the densities of the amorphous part and the crystalline part.
When the glass transition temperature of the matrix material is less than 110 ° C., there is a problem in durability in applications such as transparent parts and optical parts such as deformation when the fiber reinforced composite material comes into contact with boiling water. The glass transition temperature is determined by measurement by a differential scanning calorimetry method (DSC method).
本発明において、マトリックス材料をなす好ましい透明なマトリクス樹脂としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ノボラック樹脂、ユリア樹脂、グアナミン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、熱硬化型ポリイミド、スチリルピリジン系樹脂、トリアジン系樹脂などの熱硬化樹脂が挙げられ、これらの中でも特に透明性の高いアクリル樹脂、メタクリル樹脂が好ましい。 In the present invention, preferable transparent matrix resins constituting the matrix material include acrylic resins, methacrylic resins, epoxy resins, urethane resins, phenol resins, melamine resins, novolac resins, urea resins, guanamine resins, alkyd resins, and unsaturated polyester resins. , Vinyl ester resins, diallyl phthalate resins, silicone resins, furan resins, ketone resins, xylene resins, thermosetting polyimides, styrylpyridine resins, triazine resins, and the like. High acrylic resin and methacrylic resin are preferable.
これらのマトリクス材料は、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。 These matrix materials may be used alone or in combination of two or more.
次に、繊維強化複合材料の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of a fiber reinforced composite material is demonstrated.
繊維強化複合材料を製造するには、上述のようなマトリクス材料を用いた含浸用液状物を調製し、この含浸用液状物を上記の繊維に含浸させた後、この含浸用液状物を硬化させる。 In order to produce a fiber reinforced composite material, an impregnating liquid using the matrix material as described above is prepared, the impregnating liquid is impregnated into the fibers, and then the impregnating liquid is cured. .
含浸用液状物としては、流動状のマトリクス材料、流動状のマトリクス材料の原料、マトリクス材料を流動化させた流動化物、マトリクス材料の原料を流動化させた流動化物、マトリクス材料の溶液、および、マトリクス材料の原料の溶液から選ばれる１種または２種以上が用いられる。 The liquid material for impregnation includes a fluid matrix material, a raw material of the fluid matrix material, a fluidized material obtained by fluidizing the matrix material, a fluidized material obtained by fluidizing the raw material of the matrix material, a solution of the matrix material, and One kind or two or more kinds selected from a raw material solution of the matrix material are used.
流動状のマトリクス材料としては、マトリクス材料そのものが流動状であるものなどが挙げられる。 Examples of the fluid matrix material include those in which the matrix material itself is fluid.
流動状のマトリクス材料の原料としては、例えば、プレポリマーやオリゴマーなどの重合中間体などが挙げられる。 Examples of the raw material for the fluid matrix material include polymerization intermediates such as prepolymers and oligomers.
マトリクス材料を流動化させた流動化物としては、例えば、熱可塑性のマトリクス材料を加熱溶融させた状態のものなどが挙げられる。 Examples of the fluidized material obtained by fluidizing the matrix material include a material obtained by heating and melting a thermoplastic matrix material.
マトリクス材料の原料を流動化させた流動化物としては、例えば、プレポリマーやオリゴマーなどの重合中間体が固形状の場合、これらを加熱溶融させた状態のものなどが挙げられる。 Examples of the fluidized material obtained by fluidizing the raw material of the matrix material include, for example, when the polymerization intermediate such as a prepolymer or an oligomer is in a solid state, in a state where these are heated and melted.
マトリクス材料の溶液やマトリクス材料の原料の溶液としては、マトリクス材料やマトリクス材料の原料を溶媒などに溶解させた溶液が挙げられる。ここで用いられる溶媒は、溶解対象のマトリクス材料やマトリクス材料の原料に応じて適宜決定されるが、後工程でこれを除去するに当たり、蒸発除去する場合、マトリクス材料やマトリクス材料の原料が分解しない程度の温度以下の沸点を有するものが好ましい。 Examples of the matrix material solution and the matrix material raw material solution include solutions obtained by dissolving the matrix material and the matrix material raw material in a solvent or the like. The solvent used here is appropriately determined according to the matrix material to be dissolved and the raw material of the matrix material. However, when removing it in a later step, the matrix material and the raw material of the matrix material are not decomposed when removed by evaporation. Those having a boiling point below about a temperature are preferred.
繊維強化複合材料を製造するには、上述のような含浸用液状物を、繊維の集合体、好ましくは上述のようなＢＣシートの単層体、または、ＢＣシートを複数枚（二枚以上）積層した積層体に含浸させて、繊維間に含浸用液状物を十分に浸透させる。この含浸工程は、その一部または全部を、圧を変化させた状態で行うのが好ましい。この圧を変化させる方法としては、減圧雰囲気下または加圧雰囲気下で含浸工程を行う方法が挙げられる。減圧雰囲気下または加圧雰囲気下で含浸工程を行うことにより、繊維間に存在する空気を上記の含浸用液状物と置き換えることが容易となり、繊維間に気泡が残存するのを防止することができる。 In order to produce a fiber reinforced composite material, a liquid for impregnation as described above, a fiber aggregate, preferably a single layer of a BC sheet as described above, or a plurality of (two or more) BC sheets are used. The laminated laminate is impregnated, and the impregnating liquid is sufficiently infiltrated between the fibers. This impregnation step is preferably carried out partly or entirely with the pressure changed. Examples of the method for changing the pressure include a method of performing the impregnation step in a reduced pressure atmosphere or a pressurized atmosphere. By performing the impregnation step under a reduced pressure atmosphere or a pressurized atmosphere, it becomes easy to replace the air existing between the fibers with the liquid for impregnation described above, and it is possible to prevent bubbles from remaining between the fibers. .
減圧条件としては、雰囲気の圧力（気圧）を０．１３３ｋＰａ（１ｍｍＨｇ）〜９３．３ｋＰａ（７００ｍｍＨｇ）とすることが好ましい。雰囲気の圧力（気圧）が９３．３ｋＰａ（７００ｍｍＨｇ）を超えると、繊維間の空気の除去が不十分となり、繊維間に空気が残存することがある。雰囲気の圧力（気圧）は０．１３３ｋＰａ（１ｍｍＨｇ）より低くてもよいが、減圧設備が過大となりすぎる傾向がある。 As pressure reduction conditions, it is preferable that the atmospheric pressure (atmospheric pressure) is 0.133 kPa (1 mmHg) to 93.3 kPa (700 mmHg). When the pressure (atmospheric pressure) of the atmosphere exceeds 93.3 kPa (700 mmHg), the removal of air between the fibers becomes insufficient, and air may remain between the fibers. Although the pressure (atmospheric pressure) of the atmosphere may be lower than 0.133 kPa (1 mmHg), the decompression equipment tends to be excessive.
減圧下における含浸工程の処理温度は、０℃以上が好ましく、１０℃以上がより好ましい。この処理温度が０℃より低いと、繊維間の空気の除去が不十分となり、繊維間に空気が残存することがある。さらに、処理温度の上限は、例えば含浸用液状物に溶媒を用いた場合、その溶媒の沸点（減圧下での沸点）が好ましい。処理温度が溶媒の沸点を超えると、溶媒の揮発が激しくなり、かえって、繊維間に気泡が残存しやすくなる傾向がある。 The treatment temperature in the impregnation step under reduced pressure is preferably 0 ° C. or higher, and more preferably 10 ° C. or higher. When the treatment temperature is lower than 0 ° C., air between the fibers is not sufficiently removed, and air may remain between the fibers. Furthermore, the upper limit of the treatment temperature is preferably the boiling point of the solvent (boiling point under reduced pressure) when a solvent is used for the impregnating liquid, for example. When the treatment temperature exceeds the boiling point of the solvent, the solvent volatilizes violently, and on the contrary, bubbles tend to remain between the fibers.
加圧条件としては、雰囲気の圧力（気圧）を１．１ＭＰａ〜１０ＭＰａとすることが好ましい。雰囲気の圧力（気圧）が１．１ＭＰａ未満では、繊維間の空気の除去が不十分となり、繊維間に空気が残存することがある。雰囲気の圧力（気圧）は１０ＭＰａを超えてもよいが、加圧設備が過大となりすぎる傾向がある。 As a pressurizing condition, it is preferable that the atmospheric pressure (atmospheric pressure) is 1.1 MPa to 10 MPa. When the pressure (atmospheric pressure) of the atmosphere is less than 1.1 MPa, air between fibers is not sufficiently removed, and air may remain between the fibers. The pressure (atmospheric pressure) of the atmosphere may exceed 10 MPa, but the pressure equipment tends to be excessive.
加圧下における含浸工程の処理温度は、０〜３００℃が好ましく、１０〜１００℃がより好ましい。この処理温度が０℃未満では、繊維間の空気の除去が不十分となり、繊維間に空気が残存することがある。一方、処理温度が３００℃を超えると、マトリクス材料が変性するおそれがある。 0-300 degreeC is preferable and the processing temperature of the impregnation process under pressurization has more preferable 10-100 degreeC. When the treatment temperature is less than 0 ° C., the air between the fibers is not sufficiently removed, and air may remain between the fibers. On the other hand, when the processing temperature exceeds 300 ° C., the matrix material may be denatured.
繊維に含浸させた含浸用液状物を硬化させるには、その含浸用液状物の硬化方法に従って硬化させればよい。
すなわち、含浸用液状物が流動状のマトリクス材料の場合は、架橋反応、鎖延長反応などによって硬化させる。
含浸用液状物が流動状のマトリクス材料の原料の場合は、重合反応、架橋反応、鎖延長反応などによって硬化させる。
In order to cure the liquid for impregnation impregnated in the fiber, the liquid for impregnation may be cured according to a method for curing the liquid for impregnation.
That is, when the liquid for impregnation is a fluid matrix material, it is cured by a crosslinking reaction, a chain extension reaction, or the like.
When the liquid for impregnation is a raw material for the fluid matrix material, it is cured by a polymerization reaction, a crosslinking reaction, a chain extension reaction or the like.
含浸用液状物がマトリクス材料を流動化させた流動化物の場合は、冷却などによって硬化させる。
含浸用液状物がマトリクス材料の原料を流動化させた流動化物の場合は、冷却などと、重合反応、架橋反応、鎖延長反応などとの組合せによって硬化させる。
When the liquid for impregnation is a fluidized product obtained by fluidizing the matrix material, it is cured by cooling or the like.
When the liquid for impregnation is a fluidized material obtained by fluidizing the raw material of the matrix material, the liquid is cured by a combination of cooling and the like, a polymerization reaction, a crosslinking reaction, a chain extension reaction, and the like.
含浸用液状物がマトリクス材料の溶液の場合は、溶液中の溶媒の蒸発や風乾などによる除去などによって硬化させる。
含浸用液状物がマトリクス材料の原料の溶液の場合は、溶液中の溶媒の除去などと、重合反応、架橋反応、鎖延長反応などとの組合せによって硬化させる。
上記の蒸発除去には、常圧下における蒸発除去だけでなく、減圧下における蒸発除去も含まれる。
When the liquid for impregnation is a solution of a matrix material, it is cured by removing the solvent in the solution by evaporation or air drying.
When the liquid for impregnation is a raw material solution of the matrix material, the liquid is cured by a combination of removal of the solvent in the solution and the like, polymerization reaction, crosslinking reaction, chain extension reaction and the like.
The above evaporation removal includes not only evaporation removal under normal pressure but also evaporation removal under reduced pressure.
このようにして得られる繊維強化複合材料は、５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上、好ましくは６５％以上、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上、最も好ましくは９０％以上である。繊維強化複合材料の５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％未満では、繊維強化複合材料は半透明または不透明となり、本発明の目的を達成し得ず、自動車、電車、船舶などの移動体の窓材料、ディスプレイ、住宅、建築物、各種光学部品など、透明性が要求される用途への使用が困難となることがある。 The fiber reinforced composite material thus obtained has a light transmittance of a wavelength of 350 nm to 2 μm in terms of 50 μm thickness of 60% or more, preferably 65% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, most Preferably it is 90% or more. When the light transmittance at a wavelength of 350 nm to 2 μm in a 50 μm thickness conversion of the fiber reinforced composite material is less than 60%, the fiber reinforced composite material becomes translucent or opaque, and the object of the present invention cannot be achieved. It may be difficult to use for applications that require transparency, such as window materials, displays, houses, buildings, and various optical components.
繊維強化複合材料の線熱膨張係数は、０．０５×１０−５〜５×１０−５Ｋ−１が好ましく、０．２×１０−５〜２×１０−５Ｋ−１がより好ましく、０．３×１０−５〜１×１０−５Ｋ−１が特に好ましい。繊維強化複合材料の線熱膨張係数は０．０５×１０−５Ｋ−１より小さくてもよいが、セルロース繊維などの線熱膨張係数を考慮すると、実現が難しいことがある。一方、線熱膨張係数が５×１０−５Ｋ−１を超えると、繊維強化複合材料に含まれる繊維による繊維補強効果が発現せず、ガラスや金属材料との線熱膨張係数との違いから、雰囲気温度により、繊維強化複合材料を用いて形成された低熱膨張性光導波路フィルムの結像性能や屈折率が劣化することがある。 The linear thermal expansion coefficient of the fiber reinforced composite material is preferably 0.05 × 10 −5 to 5 × 10 −5 K −1 , more preferably 0.2 × 10 −5 to 2 × 10 −5 K −1 , 0.3 × 10 −5 to 1 × 10 −5 K −1 is particularly preferable. Although the linear thermal expansion coefficient of the fiber reinforced composite material may be smaller than 0.05 × 10 −5 K −1 , it may be difficult to realize in consideration of the linear thermal expansion coefficient of cellulose fibers or the like. On the other hand, if the linear thermal expansion coefficient exceeds 5 × 10 −5 K −1 , the fiber reinforcement effect due to the fibers contained in the fiber reinforced composite material does not appear, and the difference from the linear thermal expansion coefficient with glass or metal material. Depending on the ambient temperature, the imaging performance and refractive index of a low thermal expansion optical waveguide film formed using a fiber reinforced composite material may deteriorate.
繊維強化複合材料の曲げ強度は、３０ＭＰａ以上であることが好ましく、１００ＭＰａ以上であることがより好ましい。繊維強化複合材料の曲げ強度が３０ＭＰａ未満では、十分な強度が得られず、繊維強化複合材料を用いて形成された低熱膨張性光導波路フィルムを力の加わる用途に適用することに影響を与えることがある。曲げ強度の上限は、通常、６００ＭＰａ程度であるが、繊維の配向を調整するなどの改良手法により、１ＧＰａ、さらには１．５ＧＰａ程度の高い曲げ強度を実現することも期待される。 The bending strength of the fiber reinforced composite material is preferably 30 MPa or more, and more preferably 100 MPa or more. If the bending strength of the fiber reinforced composite material is less than 30 MPa, sufficient strength cannot be obtained, which affects the application of a low thermal expansion optical waveguide film formed using the fiber reinforced composite material to a force-added application. There is. The upper limit of the bending strength is usually about 600 MPa, but it is expected that a high bending strength of about 1 GPa or even about 1.5 GPa is realized by an improved method such as adjusting the fiber orientation.
繊維強化複合材料の曲げ弾性率は、０．１ＧＰａ〜１００ＧＰａであることが好ましく、１ＧＰａ〜４０ＧＰａであることがより好ましい。繊維強化複合材料の曲げ弾性率が０．１ＧＰａ未満では、十分な強度が得られず、繊維強化複合材料を用いて形成された低熱膨張性光導波路フィルムを力の加わる用途に適用することに影響を与えることがある。一方、曲げ弾性率が１００ＧＰａを超えるものは実現が困難である。 The flexural modulus of the fiber reinforced composite material is preferably 0.1 GPa to 100 GPa, and more preferably 1 GPa to 40 GPa. If the flexural modulus of the fiber reinforced composite material is less than 0.1 GPa, sufficient strength cannot be obtained, and this affects the application of a low thermal expansion optical waveguide film formed using the fiber reinforced composite material to a force application. May give. On the other hand, it is difficult to realize a material whose bending elastic modulus exceeds 100 GPa.
繊維強化複合材料の比重は、１．０〜２．５であることが好ましい。より具体的には、マトリクス材料としてガラスなどのシリケート化合物や、チタネート化合物、アルミナなどの無機高分子以外の有機高分子や、無機高分子であっても多孔質材料を用いる場合には、繊維強化複合材料の比重は、１．０〜１．８が好ましく、１．２〜１．５がより好ましく、１．３〜１．４がさらに好ましい。ガラス以外のマトリクス材料の比重は、一般的に１．６未満であり、かつ、セルロース繊維の比重が１．５程度であるので、繊維強化複合材料の比重を１．０よりも小さくしようとすると、セルロース繊維などの含有率が低下し、セルロース繊維などによる強度向上が不十分となる傾向がある。一方、比重が１．８を超えると、得られる繊維強化複合材料の重量が大きくなり、ガラス繊維強化材料と比較して、軽量化を目的とする用途に使用することが不利となる。 The specific gravity of the fiber reinforced composite material is preferably 1.0 to 2.5. More specifically, silicate compounds such as glass as the matrix material, organic polymers other than inorganic polymers such as titanate compounds and alumina, and fiber reinforced when porous materials are used even if they are inorganic polymers. The specific gravity of the composite material is preferably 1.0 to 1.8, more preferably 1.2 to 1.5, and still more preferably 1.3 to 1.4. The specific gravity of the matrix material other than glass is generally less than 1.6, and the specific gravity of the cellulose fiber is about 1.5. Therefore, when the specific gravity of the fiber-reinforced composite material is to be made smaller than 1.0, , The content of cellulose fibers and the like tends to decrease, and the strength improvement due to cellulose fibers and the like tends to be insufficient. On the other hand, if the specific gravity exceeds 1.8, the weight of the resulting fiber reinforced composite material becomes large, and it is disadvantageous to use it for purposes aimed at weight reduction as compared with the glass fiber reinforced material.
また、マトリクス材料としてガラスなどのシリケート化合物や、チタネート化合物、アルミナなどの無機高分子（多孔質材料を除く）を用いる場合には、繊維強化複合材料の比重は、１．５〜２．５が好ましく、１．８〜２．２がより好ましい。ガラスの比重は、一般的に２．５以上であり、かつ、セルロース繊維の比重が１．５程度であるので、繊維強化複合材料の比重を２．５よりも大きくしようとすると、セルロース繊維などの含有率が低下し、セルロース繊維などによる強度向上が不十分となる傾向がある。一方、比重が１．５未満では、繊維間の空隙へのマトリックス材料の充填が不十分となるおそれがある。 When a silicate compound such as glass, an inorganic polymer such as titanate compound or alumina (excluding a porous material) is used as the matrix material, the specific gravity of the fiber reinforced composite material is 1.5 to 2.5. Preferably, 1.8 to 2.2 is more preferable. Since the specific gravity of glass is generally 2.5 or more and the specific gravity of the cellulose fiber is about 1.5, an attempt to make the specific gravity of the fiber reinforced composite material larger than 2.5 is cellulose fiber, etc. There is a tendency that the strength improvement by cellulose fibers or the like is insufficient. On the other hand, if the specific gravity is less than 1.5, the matrix material may be insufficiently filled into the voids between the fibers.
本発明において、繊維強化複合材料の線熱膨張係数は、繊維強化複合材料を５０℃から１５０℃に昇温させた際の線熱膨張係数であり、ＡＳＴＭ Ｄ ６９６に規定されている条件下で測定した値である。また、繊維強化複合材料の曲げ強度は、ＪＩＳ Ｋ ７２０３に規定されている方法に従って測定した値である。また、繊維強化複合材料の比重は、２０℃において、単位体積当たりの質量を測定して密度を求め、水の密度（１．００４ｇ／ｃｍ３（２０℃））とから換算して求めた値である。 In the present invention, the linear thermal expansion coefficient of the fiber reinforced composite material is a linear thermal expansion coefficient when the fiber reinforced composite material is heated from 50 ° C. to 150 ° C., and under the conditions specified in ASTM D 696. It is a measured value. Further, the bending strength of the fiber reinforced composite material is a value measured according to a method defined in JIS K 7203. The specific gravity of the fiber reinforced composite material is a value obtained by measuring the mass per unit volume at 20 ° C. to determine the density and converting from the density of water (1.004 g / cm 3 (20 ° C.)). is there.
このような繊維強化複合材料は、透明性などに優れ、さらに繊維とマトリクス材料との複合化で様々な優れた機能性を有するため、低熱膨張性光導波路フィルムに好適に用いることができる。 Such a fiber-reinforced composite material is excellent in transparency and has various excellent functions due to the composite of the fiber and the matrix material. Therefore, the fiber-reinforced composite material can be suitably used for a low thermal expansion optical waveguide film.
コア２Ａ，２Ｂを形成する材料としては、上述のマトリックス材料と同様のもので、使用光波長における光透過性が高く、共重合やブレンドなどの手法により、屈折率が後述のクラッド材料よりも使用光波長における比屈折率（Δ）で０．１〜１５％程度高い値に調製された材料が挙げられる。
The material for forming the
クラッド３を形成する材料としては、上述のマトリックス材料と同様のものが挙げられる。 Examples of the material for forming the clad 3 include the same materials as the matrix material described above.
このような低熱膨張性光導波路フィルムは、光の出射または入射のために、必要に応じて、例えば図２（ａ）〜図２（ｅ）に示すような切削加工あるいは、図２（ｆ）、図２（ｇ）に示すグレーティングが施されて実装に供される。
なお、図２（ａ）〜図２（ｇ）において、符号１は透明基板、２はコア、３はクラッドを示し、Ｌは光信号を示す。また、図２（ａ）〜図２（ｇ）は、低熱膨張性光導波路フィルムの光の進行方向に沿う概略断面であるが、この図において、光信号の進行方向を示すために、断面を示すハッチングは省略してある。
Such a low-thermal-expansion optical waveguide film may be cut as shown in FIG. 2A to FIG. 2E, for example, as shown in FIG. The grating shown in FIG. 2G is applied for mounting.
In FIGS. 2A to 2G,
図２（ａ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｆは、低熱膨張性光導波路フィルムの光の進行方向の先端に４５°の傾斜面１０ｆを形成することにより、光の進行方向を透明基板１側（裏面側）へ９０°反射させるものである。
この低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｆは、例えば、図１（ｃ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の先端に、半導体基板切削用に利用されているダイシングソーのブレード先端を斜めに加工した切削ブレードにより４５°の傾斜面１０ｆを形成することにより得られる。
The low thermal expansion
The low thermal expansion
図２（ｂ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｇは、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｆと同様の傾斜面１０ｇ（ただし傾斜角度θ°）を形成することにより、光の進行方向を透明基板１側へ（１８０−２θ）°反射させるものである。
この低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｇは、例えば、図１（ｃ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の先端に、上記の切削ブレードにより傾斜角度θ°の傾斜面１０ｇを形成することにより得られる。
The low thermal expansion
In this low thermal expansion
図２（ｃ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｈは、低熱膨張性光導波路フィルムの中間部分にＶ字溝１０ｈを形成することにより、双方向からの光を透明基板１側へ反射させるものである。
この低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｇは、例えば、図１（ｃ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の中央部に、上記の切削ブレードによりＶ字溝１０ｈを形成することにより得られる。あるいは、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃのクラッド３の上にレジスト膜を形成し、次いで、このレジスト膜にグレイマスク、もしくは、多段階（複数回）の露光により低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の中央部にＶ字溝を形成し、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法により、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の中央部にＶ字溝１０ｈを形成することにより得られる。
The low thermal expansion
For example, the low thermal expansion
図２（ｄ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｉは、一方の内壁面が透明基板１の板面に直交するＶ字溝１０ｉを形成することにより、光を透明基板１とは反射側（表面側）へ反射させるものである。
この低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｉは、例えば、図１（ｃ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｃの光の進行方向の中央部に、上記の切削ブレードによりＶ字溝１０ｉを形成することにより得られる。
The low thermal expansion optical waveguide film 10I shown in FIG. 2 (d) has a V-shaped groove 10i whose inner wall surface is orthogonal to the plate surface of the
For example, the low thermal expansion optical waveguide film 10I is formed by forming the V-shaped groove 10i with the cutting blade at the center of the low thermal expansion optical waveguide film 10C shown in FIG. can get.
図２（ｅ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｊは、図１（ｅ）に示す両面積層構造の低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｅに４５°の傾斜面１０ｊを形成することにより、２つの光を９０°反射させるものである。
この低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｊは、例えば、図１（ｅ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｅの光の進行方向の先端に、上記の切削ブレードにより４５°の傾斜面１０ｊを形成することにより得られる。
The low thermal expansion
In this low thermal expansion
図２（ｆ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｋは、コア２（あるいはその近傍のクラッド部分）に屈折率が周期的に変化するグレーティング部分２ａを形成したものである。
図２（ｇ）に示す低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌは、コア２の表面に周期的な凹凸のグレーティング部分２ｂを形成したものである。これらの低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｋおよび低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌは、コア２の実効屈折率をＮ、放射される側の媒体の屈折率をｎ、コア２の伝播光の波数をｋ、グレーティングの周期をΛ、ｑを整数（０、±０、±１、±２、±３、・・・）としたときに、下記の式（１）を満たす整数ｑがある場合には、下記の式（２）で表される角度θに光入出力されるものである。
A low thermal expansion
A low thermal expansion
このような本発明の低熱膨張性光導波路フィルムは、上述の繊維強化複合材料からなる透明基板を基板として用いることにより、その低熱膨張性（線熱膨張係数が０．０５×１０−５〜５×１０−５Ｋ−１）と高光透過性（５０μｍ厚換算における波長３５０ｎｍ〜２μｍの光線透過率が６０％以上）に基づいて、低熱膨張性光導波路フィルムの実装時に、次のような優れた効果が奏される。 Such a low-thermal-expansion optical waveguide film of the present invention uses a transparent substrate made of the above-mentioned fiber-reinforced composite material as a substrate, so that its low-thermal expansion property (linear thermal expansion coefficient is 0.05 × 10 −5 to 5 × × 10 −5 K −1 ) and high light transmittance (light transmittance at a wavelength of 350 nm to 2 μm in terms of 50 μm thickness is 60% or more), when mounting a low thermal expansion optical waveguide film, the following excellent An effect is produced.
透明基板の優れた光透過性により、上述の図２（ａ）〜図２（ｃ）などの手法によってコア２内の光を、透明基板１を透過させ、取り出し、あるいは反対に透明基板１を透過させた光をコア２に入射させる際、透明基板１内に高い光透過率で光を透過させることができ、透明基板１を透過することによる光量の減衰を抑えることができる。
Due to the excellent light transmissivity of the transparent substrate, the light in the
透明基板の低熱膨張性により、透明基板１の面方向の熱膨張を抑制することができ、温度変化に伴う光結合位置の位置ずれを防止して、光信号を確実に送受信することができるようになる。
Due to the low thermal expansion property of the transparent substrate, the thermal expansion in the surface direction of the
図２（ａ）に示すような傾斜面１０ｆを設けたテーパ型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｆを、図３（ａ）に示すように、送信部となるＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）モジュールや、受信部となるＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）モジュールが設けられた実装基板２０に取り付けて光を送受信する場合、温度変化による熱膨張により低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｆの透明基板１が面方向に伸び、傾斜面１０ｆの位置が、図３（ａ）の破線で示す位置となることがある。このように傾斜面１０ｆの位置がずれると、コア２を通過して傾斜面１０ｆで反射した光がＰＤに入射しないばかりでなく、ＬＤから発せられた光が傾斜面１０ｆで反射してコア２に入射しなくなる。
A tapered low thermal expansion
同様に、図２（ｇ）に示すようなコア２の表面に周期的な凹凸のグレーティング部分２ｂを形成したグレーティング型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌを、図３（ｂ）に示すように、送信部となるＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）モジュールや、受信部となるＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）モジュールが設けられた実装基板２０に取り付けて光を送受信する場合、温度変化による熱膨張により低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌの透明基板１が面方向に伸び、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌの実装基板２０に固定されていない側の端面の位置が図３（ｂ）の破線で示す位置となり、グレーティング部分２ｂの位置がずれることがある。このようにグレーティング部分２ｂの位置がずれると、コア２を通過してグレーティング部分２ｂで出射した光がＰＤに入射しないばかりでなく、ＬＤから発せられた光がグレーティング部分２ｂで反射してコア２に入射しなくなる。
Similarly, a grating-type low thermal expansion
このような低熱膨張性光導波路フィルムの透明基板の熱膨張による位置ずれは、シリコン製基板、石英ガラス製基板などでは問題にならなかった。しかし、プラスチック製基板では、熱膨張率の小さいものが提供されておらず、このことが、プラスチック製基板は、軽量かつ安価で、耐衝撃性、加工性に優れるなどの様々な利点を有するにもかかわらず、低熱膨張性光導波路フィルムの透明基板としての実用化が難しいとされていた原因となっていた。 Such misalignment of the low thermal expansion optical waveguide film due to the thermal expansion of the transparent substrate was not a problem for silicon substrates, quartz glass substrates, and the like. However, plastic substrates having a low coefficient of thermal expansion are not provided, which means that the plastic substrate has various advantages such as light weight and low cost, excellent impact resistance and workability. Nevertheless, this has been the reason why it is difficult to put the low thermal expansion optical waveguide film into practical use as a transparent substrate.
これに対して、本発明によれば、低熱膨張性の繊維強化複合材料を低熱膨張性光導波路フィルムの透明基板材料として用いることにより、透明基板として樹脂系材料を用いた上で、実装時の光結合位置の位置ずれの問題のない低熱膨張性光導波路フィルムを提供することができる。 On the other hand, according to the present invention, by using a low thermal expansion fiber reinforced composite material as a transparent substrate material of the low thermal expansion optical waveguide film, a resin-based material is used as a transparent substrate, and at the time of mounting. It is possible to provide a low-thermal-expansion optical waveguide film that does not have a problem of displacement of the optical coupling position.
次に、本発明の低熱膨張性光導波路フィルムの製造方法について説明する。
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムの製造方法としては、ドライエッチング法、直接露光法、型押し法の３つの方法が挙げられる。
Next, the manufacturing method of the low thermal expansion optical waveguide film of this invention is demonstrated.
As a manufacturing method of the low thermal expansion optical waveguide film of the present invention, there are three methods such as a dry etching method, a direct exposure method, and an embossing method.
ドライエッチング法は、フォトリソグラフィと、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）とを用いてコアの形状加工を行う方法である。 The dry etching method is a method of performing shape processing of the core using photolithography and reactive ion etching (RIE).
図４を参照して、ドライエッチング法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、下部クラッド層をなす透明基板１の一方の面１ａに、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、この紫外線硬化型樹脂を硬化させてコア層２Ｃを形成する。
The dry etching method will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4A, an ultraviolet curable resin is applied to one
次いで、図４（ｂ）に示すように、コア層２Ｃの上にスピンコート法によりレジストを塗布した後、露光、現像して、所定のコアの形状をなすレジストマスク４を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist is coated on the core layer 2C by spin coating, and then exposed and developed to form a resist
次いで、図４（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、コア層２Ｃを所定の形状に加工する。 Next, as shown in FIG. 4C, the core layer 2C is processed into a predetermined shape by reactive ion etching (RIE).
次いで、図４（ｄ）に示すように、レジストマスク４を除去すると、透明基板１の一方の面１ａに、所定の形状のコア層２Ｃが形成されたリッジ型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｍが得られる。
Next, as shown in FIG. 4D, when the resist
さらに、図４（ｅ）に示すように、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｍのコア層２Ｃを覆うように上述のマトリックス材料と同様の材料からなるクラッド（上部クラッド層）３を形成すれば、埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｎが得られる。
Further, as shown in FIG. 4 (e), if a clad (upper clad layer) 3 made of the same material as the matrix material is formed so as to cover the core layer 2C of the low thermal expansion
直接露光法は、透明基板の上に、コアを形成する紫外線硬化型樹脂を塗布した後、フォトマスクを透過した紫外光を直接利用して、紫外線硬化型樹脂を硬化させ、未硬化の紫外線硬化型樹脂を溶媒などにより除去することにより、コアの形状加工を行う方法である。 In the direct exposure method, an ultraviolet curable resin that forms a core is applied on a transparent substrate, and then the ultraviolet curable resin is cured by directly using the ultraviolet light that has passed through the photomask. In this method, the core resin is processed by removing the mold resin with a solvent or the like.
図５を参照して、直接露光法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、下部クラッド層をなす透明基板１の一方の面１ａに、スピンコート法によりコアを形成する紫外線硬化型樹脂５を塗布する。
The direct exposure method will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 5A, an ultraviolet
次いで、図５（ｂ）に示すように、紫外線硬化型樹脂５の上に、透明基板１と対向するようにフォトマスク６を配置し、このフォトマスク６を介して紫外線硬化型樹脂５に紫外光を照射する。
Next, as shown in FIG. 5B, a photomask 6 is disposed on the ultraviolet
次いで、図５（ｃ）に示すように、アセトン、エタノールなどの有機溶媒などにより洗浄して、未硬化の紫外線硬化型樹脂の部分を除去すると、透明基板１の一方の面１ａに、所定の形状のコア２Ｄが形成されたリッジ型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｐが得られる。
Next, as shown in FIG. 5 (c), by washing with an organic solvent such as acetone or ethanol to remove a portion of the uncured ultraviolet curable resin, a
さらに、図５（ｄ）に示すように、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｑのコア２Ｄを覆うように上述のマトリックス材料と同様の材料からなるクラッド（上部クラッド層）３を形成すれば、埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｑが得られる。
Further, as shown in FIG. 5D, if a clad (upper clad layer) 3 made of the same material as the matrix material is formed so as to cover the core 2D of the low thermal expansion
型押し法は、金属などの十分な強度を有する任意の材質によって形成された型を利用して、透明基板にコアの形状加工を行う方法である。 The die pressing method is a method of performing shape processing of a core on a transparent substrate using a die formed of an arbitrary material having sufficient strength such as metal.
図６を参照して、型押し法について説明する。
まず、図６（ａ）あるいは図６（ｂ）に示すように、下部クラッド層をなす透明基板１に、所定のコアの形状をなす凹部を形成する。
The die pressing method will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 6A or FIG. 6B, a concave portion having a predetermined core shape is formed in the
図６（ａ）に示す方法では、透明基板１を塑性変形可能な樹脂で形成し、この透明基板１の一方の面１ａと対向するように、加熱・加圧可能、かつ、所定のコアの形状をなす凸部７ａが設けられた型７を配置する。次いで、この型７により透明基板１を加熱・加圧し、凸部７ａを透明基板１の一方の面１ａに密着させ、透明基板１を塑性変形させて、図６（ｃ）に示すように、透明基板１に所定のコアの形状をなす凹部１ｃを形成する。
In the method shown in FIG. 6 (a), the
一方、図６（ｂ）に示す方法では、透明基板１の一方の面と対向するように、型７を配置する。次いで、透明基板１と型７との間隙に紫外線硬化型樹脂または熱硬化性樹脂を充填する。次いで、紫外線硬化型樹脂を充填した場合には、透明基板１の型７と対向している面とは反対の面から紫外光を照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化させ、図６（ｃ）に示すように、透明基板１に所定のコアの形状をなす凹部１ｃを形成する。また、熱硬化性樹脂を充填した場合には、型７を加熱して、熱硬化性樹脂を硬化させ、図６（ｃ）に示すように、透明基板１に所定のコアの形状をなす凹部１ｃを形成する。
On the other hand, in the method shown in FIG. 6B, the
次いで、図６（ｄ）に示すように、透明基板１の凹部１ｃにコアを形成する紫外線硬化型樹脂を充填し、この紫外線硬化型樹脂に紫外光を照射して硬化させると、所定の形状のコア２Ｅが形成されたリッジ型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｒが得られる。
Next, as shown in FIG. 6D, when the
さらに、図６（ｅ）に示すように、低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｒのコア２Ｅを覆うように上述のマトリックス材料と同様の材料からなるクラッド（上部クラッド層）３を形成すれば、埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｓが得られる。
Furthermore, as shown in FIG. 6E, if a clad (upper clad layer) 3 made of the same material as the above matrix material is formed so as to cover the
また、上述の型押し法では、セルロース繊維などの繊維を含むマトリックス材料が硬化してなる繊維強化複合材料からなる透明基板を用いて、低熱膨張性光導波路フィルムを製造する方法を示したが、本発明で用いられる型押し法では、以下のようにして低熱膨張性光導波路フィルムを製造することもできる。 Moreover, in the above-described embossing method, a method for producing a low thermal expansion optical waveguide film using a transparent substrate made of a fiber-reinforced composite material obtained by curing a matrix material containing fibers such as cellulose fibers has been shown. In the embossing method used in the present invention, a low thermal expansion optical waveguide film can also be produced as follows.
図７を参照して、型押し法の他の例について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、未硬化の紫外線硬化型樹脂からなるマトリックス材料８がセルロース９に含浸されてなるセルロースシート１１を複数枚積層し、所定のコアの形状をなす凸部７ａが設けられた型７と、ガラス板１２との間に配置する。
With reference to FIG. 7, another example of the embossing method will be described.
First, as shown in FIG. 7 (a), a plurality of cellulose sheets 11 formed by impregnating
次いで、図７（ｂ）に示すように、積層されたセルロースシート１１を型７とガラス板１２で挟み込むとともに、ガラス板１２の型７と対向している面とは反対の面から紫外光を照射して、紫外線硬化型樹脂からなるマトリックス材料８を硬化させる。
Next, as shown in FIG. 7 (b), the laminated cellulose sheet 11 is sandwiched between the
マトリックス材料８を硬化させた後、図６（ｃ）に示すように、型７およびガラス板１２を取り外すと、所定のコアの形状をなす凹部１ｃが形成され、マトリックス材料８とセルロース９とからなる透明基板（下部クラッド層）１が得られる。
After the
以下、上述の型押し法と同様にして、リッジ型低熱膨張性光導波路フィルムまたは埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルムを製造することができる。 Hereinafter, a ridge type low thermal expansion optical waveguide film or an embedded type low thermal expansion optical waveguide film can be produced in the same manner as the above-described embossing method.
なお、ここでは、透明基板１を下部クラッド層とした低熱膨張性光導波路フィルムを例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、透明基板の一方の面に、上述のマトリックス材料と同様の材料からなる下部クラッド層を形成した後、この下部クラッド層の上にコアを形成してもよい。
In addition, although the low thermal expansion optical waveguide film which used the
また、本発明では、低熱膨張性光導波路フィルムに、図２（ｆ）または図２（ｇ）に示すようなグレーティング部を形成する場合には、上述のドライエッチング法、直接露光法、型押し法以外にも、以下のようにして低熱膨張性光導波路フィルムを製造することもできる。 In the present invention, when the grating portion as shown in FIG. 2 (f) or FIG. 2 (g) is formed on the low thermal expansion optical waveguide film, the above-mentioned dry etching method, direct exposure method, embossing In addition to the method, a low thermal expansion optical waveguide film can also be produced as follows.
図８を参照して、図２（ｆ）に示すような、コア２（あるいはその近傍のクラッド部分）に屈折率が周期的に変化するグレーティング部分２ａを形成した低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｋの製造方法について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、下部クラッド層をなす透明基板１の一方の面１ａに、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、この紫外線硬化型樹脂を硬化させてコア２を形成する。
Referring to FIG. 8, a low thermal expansion
First, as shown in FIG. 8 (a), an ultraviolet curable resin is applied to one
次いで、図８（ｂ）に示すように、コア２の上にスピンコート法によりレジストを塗布した後、露光、現像して、所定の間隔の格子形状をなすレジストパターン１３を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a resist is applied onto the
次いで、図８（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、コア２に所定の間隔の格子形状をなす複数の凹状のグレーティング部分２ａを形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, a plurality of
次いで、図８（ｄ）に示すように、レジストパターン１３を除去し、さらに、図８（ｅ）に示すように、コア２を覆うように上述のマトリックス材料と同様の材料からなるクラッド（上部クラッド層）３を形成すれば、埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｋが得られる。
Next, as shown in FIG. 8 (d), the resist
次に、図９を参照して、図２（ｇ）に示すような、コア２の表面に周期的な凹凸のグレーティング部分２ｂを形成した低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌの製造方法について説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、下部クラッド層をなす透明基板１の一方の面１ａに、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、この紫外線硬化型樹脂を硬化させてコア２を形成する。
Next, with reference to FIG. 9, a method for manufacturing the low thermal expansion
First, as shown in FIG. 9 (a), an ultraviolet curable resin is applied to one
次いで、図９（ｂ）に示すように、コア２の上にスピンコート法によりレジストを塗布した後、露光、現像して、所定の間隔の格子形状をなすレジストパターン１３を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a resist is coated on the
次いで、図９（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行った後、レジストパターン１３を除去することにより、コア２に所定の間隔の格子形状をなす複数の凹凸状のグレーティング部分２ｂを形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, after the reactive ion etching (RIE) is performed, the resist
次いで、図９（ｄ）に示すように、コア２を覆うように上述のマトリックス材料と同様の材料からなるクラッド（上部クラッド層）３を形成すれば、埋め込み型低熱膨張性光導波路フィルム１０Ｌが得られる。
Next, as shown in FIG. 9D, if a clad (upper clad layer) 3 made of the same material as the above matrix material is formed so as to cover the
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
（実施例）
「低熱膨張性光導波路フィルムの作製」
アクリル樹脂を含浸させたセルロースフィルムを、所定の間隔で、所定のコア形状をなす凸部が設けられた金型上に三枚重ねてガラス基板により押圧成形し、紫外（ＵＶ）光を照射して、反応硬化させ、１１０℃にて２０分間、乾燥窒素雰囲気中、イナートオーブンで加熱、ポストキュアすることにより、表面に光導波路のコア形状の凹部が形成された板状フィルム（下部クラッド層）を得た。アクリル樹脂としては、ＴＣＤＤＭＡ（希釈なし、紫外線硬化タイプ、ガラス転移温度（Ｔｇ）＝２７０℃、屈折率（ｎＤ）＝１．５３１、三菱化学社製）を使用した。
次いで、この板状フィルムの上に、スピンコート法によりコア材料となるエポキシ樹脂を塗布し、紫外（ＵＶ）光を照射して反応硬化させ、１１０℃にて２０分間、乾燥窒素雰囲気中、イナートオーブンで加熱することにより、コア層を形成した。このエポキシ樹脂としては、Ｃ２８３９（紫外線硬化タイプ、屈折率（ｎＤ）＝１．５４７（クラッドとの比屈折率差（Δ）：約１．０％）、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）を使用した。
次いで、上記コア層および板状フィルムの表面に、スピンコート法により、上記のアクリル樹脂（ＴＣＤＤＭＡ）を塗布し、上記下部クラッド層およびコア層と同様に、紫外光を照射して硬化、ポストキュアすることにより、上部クラッド層を形成し、埋め込み型の低熱膨張性光導波路フィルムを得た。
(Example)
"Production of low thermal expansion optical waveguide film"
Three cellulose films impregnated with an acrylic resin are stacked on a mold provided with convex portions having a predetermined core shape at a predetermined interval, are pressed by a glass substrate, and are irradiated with ultraviolet (UV) light. The plate-like film (lower clad layer) having a core-shaped concave portion of the optical waveguide formed on the surface by heating and post-curing in an inert oven in a dry nitrogen atmosphere for 20 minutes at 110 ° C. Got. As the acrylic resin, TCDDMA (no dilution, UV curable type, glass transition temperature (Tg) = 270 ° C., refractive index (nD) = 1.531, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used.
Next, an epoxy resin as a core material is applied onto this plate-like film by spin coating, and is cured by irradiation with ultraviolet (UV) light, and inert at 110 ° C. for 20 minutes in a dry nitrogen atmosphere. The core layer was formed by heating in an oven. As this epoxy resin, C2839 (ultraviolet ray curable type, refractive index (nD) = 1.547 (relative refractive index difference (Δ): about 1.0%), manufactured by NTT Advanced Technology) was used.
Next, the acrylic resin (TCCDDMA) is applied to the surface of the core layer and the plate-like film by a spin coat method, and is cured by irradiation with ultraviolet light in the same manner as the lower cladding layer and the core layer. Thus, an upper clad layer was formed, and an embedded type low thermal expansion optical waveguide film was obtained.
「評価」
以上により得られた実施例の低熱膨張性光導波路フィルムの断面観察、線熱膨張係数、挿入損失の各評価項目について、次の方法を用いて評価した。
（１）断面観察
得られた低熱膨張性光導波路フィルムの断面形状を評価し、６７μｍ×５３μｍの方形状の埋め込み型の光導波路が作製出来ていることを確認できた。低熱膨張性光導波路フィルムの断面写真を図１０（ａ）に、低熱膨張性光導波路フィルムのコア部分の拡大写真を図１０（ｂ）に示す。
"Evaluation"
Each evaluation item of the cross-sectional observation, the linear thermal expansion coefficient, and the insertion loss of the low thermal expansion optical waveguide film of the example obtained as described above was evaluated using the following methods.
(1) Cross-sectional observation The cross-sectional shape of the obtained low thermal expansion optical waveguide film was evaluated, and it was confirmed that a 67 μm × 53 μm rectangular embedded optical waveguide could be produced. FIG. 10A shows a cross-sectional photograph of the low thermal expansion optical waveguide film, and FIG. 10B shows an enlarged photograph of the core portion of the low thermal expansion optical waveguide film.
（２）線熱膨張係数
ＡＳＴＭ Ｄ ６９６に規定されている測定方法に準拠して、低熱膨張性光導波路フィルムの線熱膨張係数を測定した。
使用装置：ＴＭＡ／ＳＳ６１００、セイコーインスツルメンツ社製
測定温度範囲：室温（２５℃）〜１６０℃
昇温速度：５℃／ｍｉｎ
雰囲気：Ｎ２中
荷重：３ｇ
試料形状：４ｍｍ×２５ｍｍのフィルム
試料長：１５ｍｍ
測定回数：3回
結果を図１１に示す。
(2) Linear thermal expansion coefficient The linear thermal expansion coefficient of the low-thermal-expansion optical waveguide film was measured based on the measurement method prescribed | regulated to ASTMD696.
Equipment used: TMA / SS6100, manufactured by Seiko Instruments Inc. Measurement temperature range: room temperature (25 ° C.) to 160 ° C.
Temperature increase rate: 5 ° C / min
Atmosphere: N 2 Load: 3 g
Sample shape: 4 mm x 25 mm film Sample length: 15 mm
Number of measurements: 3 times The results are shown in FIG.
（３）挿入損失
光源と入射ファイバ間にモードスクランブラを介して得られた低熱膨張性光導波路フィルムに光を入射させ、この低熱膨張性光導波路フィルムから出射される光をコア径２００μｍのファイバで受光して、光の挿入損失を測定した。
光源（光波長６３２．８ｎｍ光源）：ＬＤ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ ＫＬＨＳ−６３５、Ｋｅｔｔｅ社製
光源（光波長８５７．３ｎｍ光源）：ＨＰ−８１５５１ＭＭ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ ８１５３Ａ、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製
光パワーメータ：ＨＰ−８１５３０Ａ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ ８１５３Ａ、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製
入射ファイバ：コア径５０μｍのＧＩファイバ
受光ファイバ：コア径２００μｍのＰＣＦファイバ
試料長：３２．０ｍｍ
また、波長０．８５μｍの光を入射した場合に、低熱膨張性光導波路フィルムから光が出射される様子を撮影した写真を図１２に示す。
(3) Insertion loss Light is incident on a low thermal expansion optical waveguide film obtained through a mode scrambler between the light source and the incident fiber, and the light emitted from the low thermal expansion optical waveguide film is a fiber having a core diameter of 200 μm. The light insertion loss was measured.
Light source (light wavelength 632.8 nm light source): LD LIGHT SOURCE KLHS-635, manufactured by Kette Inc. Light source (light wavelength 857.3 nm light source): HP-81551MM LIGHTWAVE MULTITIMER 8153A, HEWLETT PACKARD Inc. 8153A, manufactured by HEWLETT PACKARD Incident fiber: GI fiber with a core diameter of 50 μm Receiving fiber: PCF fiber with a core diameter of 200 μm Sample length: 32.0 mm
Further, FIG. 12 shows a photograph of a state in which light is emitted from the low thermal expansion optical waveguide film when light having a wavelength of 0.85 μm is incident.
図１０の写真から、上述のように作製した実施例の低熱膨張性光導波路フィルムは、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層が形成されていることが確認できた。
また、図１１の結果から、実施例の低熱膨張性光導波路フィルムは、線熱膨張係数が２５℃〜１６０℃において、約２０ｐｐｍ［１／℃］であることが確認できた。
また、実施例の低熱膨張性光導波路フィルムは、試料長３２．０ｍｍにおいて、光波長６３２．８ｎｍにて光の挿入損失６．４ｄＢ、光波長８５７．３ｎｍにて光の挿入損失５．１ｄＢであった。なお、ここでは、光の挿入損失には、光導波路フィルム端部での光の結合損失が含まれている。
さらに、図１２の写真から、実施例の低熱膨張性光導波路フィルムは、波長０．８５μｍの光を入射した場合に、光がコア内に閉じこめられ、光導波路を光伝播していることが確認された。
From the photograph of FIG. 10, it was confirmed that the low thermal expansion optical waveguide film of the example produced as described above was formed with a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer.
Moreover, from the result of FIG. 11, it was confirmed that the low thermal expansion optical waveguide film of the example had a linear thermal expansion coefficient of about 20 ppm [1 / ° C.] at 25 ° C. to 160 ° C.
The low thermal expansion optical waveguide film of the example has a sample length of 32.0 mm, a light insertion loss of 6.4 dB at a light wavelength of 632.8 nm, and a light insertion loss of 5.1 dB at a light wavelength of 857.3 nm. there were. Here, the light insertion loss includes light coupling loss at the end of the optical waveguide film.
Further, from the photograph of FIG. 12, it is confirmed that the low thermal expansion optical waveguide film of the example is confined in the core and propagates through the optical waveguide when light having a wavelength of 0.85 μm is incident. It was done.
本発明の低熱膨張性光導波路フィルムは、上記のような光信号回路基板以外にも、例えばディスプレイのバックライトの導光板や照明用導光シート、ディスプレイなどの表示装置、ＣＤやＤＶＤなどの記録媒体の信号読み取り用ピックアップヘッドやイメージスキャナーのヘッドなどにも適用できる。 In addition to the optical signal circuit board as described above, the low thermal expansion optical waveguide film of the present invention is a recording device such as a light guide plate for a backlight of a display, a light guide sheet for illumination, a display, a CD, a DVD or the like. It can also be applied to media signal reading pickup heads and image scanner heads.
１・・・透明基板、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ・・・コア、３・・・クラッド、４・・・レジストマスク、５・・・紫外線硬化型樹脂、６・・・フォトマスク、７・・・型、８・・・マトリックス材料、９・・・セルロース、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｌ，１０Ｍ，１０Ｎ，１０Ｐ，１０Ｑ，１０Ｒ，１０Ｓ・・・低熱膨張性光導波路フィルム、１１・・・セルロースシート、１２・・・ガラス板、１３・・・レジストパターン。
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Claims (19)
2. The low thermal expansion optical waveguide film according to claim 1, wherein the specific gravity of the fiber reinforced composite material is 1.0 to 2.5.
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