CN100594119C - 将光导集成到支承结构之内或之上的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将光导(1)集成到支承结构(3)之内或之上的方法，其中所述部件(1、3)是模制成形，并且在该模制和/或接下来的冷却过程中，以这样的方式控制各个部件(1、3)的收缩性能，即：使得两个部件(1、3)至少暂时性并且至少在它们的邻接区域附近不兼容的收缩，由此部件(1、3)分离，并且在它们各自的分离表面(12、15)之间形成空气间隙(10)。可通过利用具有不同熔点和/或不兼容化学粘结性能的材料制造部件来促使部件(1、3)的分离。可通过恰当的部件设计、采用具有不兼容收缩性能和/或使部件遭受不同的模制和冷却条件，来促使不兼容的收缩性能。本发明进一步涉及一种带有光导的支承结构和包括这样的支承结构的装置。

Description

将光导集成到支承结构之内或之上的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将光导集成到支承结构(例如电子设备的壳体、框架或者承载板)之内或之上的方法。

背景技术

很多设备使用光导。这些光导具有棒或者杆状的结构，其由透明材料制造，并且设置为在光线产生源(位于第一位置)和需求光线供给的设备(位于第二位置)之间导引光线，例如感光元件或者光线指示器，其提醒使用者注意设备的特殊状态，例如操作模式、报警状态，充电状态或者错误发生状态。由于这样的光导，光线产生源可以设置在从需求光线的地点移走的方便的位置上，由此增大了设计的自由度。

然而，当这样的光导集成到支承结构之内或者之上时，由于光导和支承结构相接的区域的实际情况，它的光线导引性能恶化，不是整个的内部反射都能发生。在这些区域，光线泄出到支承结构内，由此大大减少了光导的光线输出量。

发明内容

本发明的目的是提供一种将光导集成到支承结构之内或之上的方法，将光线导引性能的恶化程度最小化。最后本发明的方法表述为：

一种将光导集成到支承结构之内或之上的方法，其中所述部件是模制成形，并且在模制和接下来的冷却过程中，以这样的方式控制所述光导和支承结构的收缩性能，即：使得所述光导和支承结构至少暂时性并且至少在它们的邻接区域附近不兼容地收缩，从而使所述光导和支承结构分离，并且在它们各自的分离表面之间形成空气间隙。

本发明是基于这种思想，即利用具有低折射系数的材料(特别是空气)包围光导来改善光线导引性能。这可以通过在模制和/或接下来的冷却过程中使光导和支承结构不兼容的收缩来实现。通过这种做法，所述光导和支承结构将分离并相对彼此移动。由于分离表面将具有一定的粗糙度，该相对运动将导致在所述表面之间形成空气间隙。

所述光导和支承结构的收缩性能取决于制造所述光导和支承结构的材料、条件，例如在模制和冷却过程中它所遭受的温度和压力以及它的形状。因此，可以改变这些系数中的任意一个来影响所述光导和支承结构的收缩性能。

在第一优选实施例中，光导和支承结构由具有不兼容收缩性能的不同材料模制成形。

由于利用不同的材料制造光导和支承结构，材料可以选自具有特殊的、不兼容收缩性能的材料。结果，在所述部件的模制和冷却过程中，一个部件将比另一个收缩更多，因此相对于另一个移动，使得部件分离并且形成空气间隙。具有高与低收缩特征的材料的合适的组合是：例如PP或PMP(两者都具有高收缩性能)与MABS、PC、PET、PMMA或PS(所有都具有很小的收缩性能)的组合。这些材料的全名参见表1。

表1

而且，根据本发明的一个方面，优先选择熔点不兼容的材料。

该特征有助于防止模制步骤中部件熔结在一起。这方便了间隙形成工序并且防止部件沿不可预测的分离表面分开。此外，它可产生更为平滑的分离表面，其增强了光导的反射性能。它还提供了为分离表面设定特殊、预先设定形状的可能性，其使得可以控制间隙的形状。

具有高和低熔点的材料的合适组合是：例如PP、PS、SAN、PMMA(所有的都以低熔点为特点)与PC、PEI、PES或PSU(所有的都以高熔点为特点)中任意一个的组合。

部件可以例如通过插模或者利用两个(或者更多)冲模工序进行模制。两种情况下应当首先加工具有高熔点的材料。为此，支承结构优选由具有高熔点的材料制造，因此首先模制支承结构。

可选择的或者另外附加的，光导和支承结构可以由具有不兼容化学性能的材料制造。这防止了模制过程中部件粘结在一起，由此实现了与上述不兼容熔结性能相似的结果。然而，在该例子中该材料不必要优先模制。具有不兼容化学粘结性能的合适的材料是：例如极性和非极性材料，例如聚丙烯(PP)与聚碳酸酯(PC)或者聚丙烯(PP)与苯乙烯丙烯腈(SAN)。

在选择性的优选实施例中，单独控制每个部件的模制和接下来的冷却过程中部件所遭受的条件，例如压力和温度，以便于促使产生不兼容的收缩性能。

通过控制模制和冷却条件，特别是互相独立的各个部件的压力和/或温度，可以影响并控制所述部件各自的收缩性能使得它们不兼容。例如，通过更快和/或以更低的温度冷却所述部件，使得一个部件比另一个收缩的快。通过这种方法可以采用相同的材料制造部件。例如在特殊条件下操作带有光导的结构时是很有利的。当由相同的材料制造时，部件将以相同的方式响应这种条件，由此有助于结构和光导在这种条件下保持正确运行。

在又一可选择实施例中，以这样的方式设计各个部件的形状和/或相对朝向，即：促使产生不兼容的收缩性能。

通过改变光导和/或支承结构的设计，例如它们的形状或相对朝向，可以至少局部的优选在两个部件接合的地方影响收缩性能。例如光导的长、薄设计可以促进收缩。通过进一步使光导足够坚硬，当收缩超过特定临界值时，它将松开咬合。通过使支承结构遭受外部振动或者弯曲载荷，将促进光导的初始咬合动作。正如前一种方法，这种方法提供了两个部件可以由相同材料制造的优点，在一些情况下这是很有利的。

本发明还涉及一种带有光导的支承结构，其中所述光导在使用时的光线进入到光导的第一位置和使用时的光线离开光导的第二位置之间延伸，，其中光导和支承结构的邻接表面通过小的间隙分开，小间隙是由于制造过程中所述部件的不兼容收缩性能所导致产生。优选的，以这种方式控制收缩，即间隙平均高度至少为50到100毫微米，也就是导引光线的波长的10％-20％。这样的间隙高度实现了良好的整体内部反射，其反过来有助于减小光线泄漏的损耗，由此增强了光导的导引性能。

本发明还涉及一种设有本发明的结构和光导的装置。这样的装置例如可以是家庭设备，例如剃须刀、牙刷、咖啡机、熨斗等，或者是任意其它电子装置，其中光线需要从一个位置传送到另外一个位置。

附图说明

为了解释本发明，将参照附图描述其中的示例性实施例，其中：

图1A、B分别以透视图显示了本发明设有光导的支承结构的内外侧；

图2A、B更为详细的显示了图1中的支承结构和光导之间的空气间隙；以及

图3显示了本发明带有光导的支承结构的另一实施例。

具体实施方式

在说明书中，词汇“光导”意指包括所有的透明结构，设置为沿预定长度将光线从第一位置导引到第二位置。通常，这样的光导具有大于它们横截面的尺寸的长度。然而，在本说明书中，具有小长度的结构，例如窗口，也被包括在词汇“光导”的含义内。

图1显示了沿支承结构3的内侧15延伸的光导1。部件1、3都是由塑料模制成形并且通过在它们各自的邻接表面12、15之间延伸的小间隙10相互分开，这在图2中更好的示出。

在图示的实施例中，支承结构3是部分圆柱形设计，例如可以形成装置的一部分或者构成装置的壳体或者内部结构，特别是电子装置。当然，结构3可具有任意其它形状。而且，除了光导1外，结构3可以承载其它构件(图中未示)。

光导1包括块状的、大体为矩形横截面的杆形结构2，其设有分别成对的相互平行延伸的上下表面11、12和侧表面13、14。光导1由透明材料制造，特别是塑料，并且在光线(来自附近光源5)可进入光导1的第一位置4和光线离开光导1的第二位置6之间延伸。在给定的实施例中，光导1沿所述第一和第二位置4、6之间的欧米加(Ω)形路线延伸，由此实现绕开阻挡所述位置4、6之间笔直路线的可能的障碍物(图中未示)导引光线。

在第一位置4处，光导1设有连接部7，其与杆2一体连接并大致朝着光源5垂直延伸。所述光源5可包括连接到印刷电路板(图中未示)的LED或者外部光源，例如通过用具(图中未示)内合适的孔进入到连接部7的日光。连接部7的相对端设有倾斜表面8，其大约以45°朝着杆2的下表面12延伸，理由将在下文中解释。

在第二位置6处，光导1设有阶梯端9(参见细节视图A，以横截面更详细的显示了阶梯端)，设有上表面16和倾斜表面17，上表面大致平行于Ω形杆2的上表面11延伸，倾斜表面17以与所述上表面16成大约45°的角度延伸。如图1B所示，阶梯端9至少部分的插入到支承结构3，由此在支承结构3的外侧形成椭圆形光点18，通过该光点光线可以离开光导1，例如提醒使用者注意装置的特殊状态或者启动设置在所述光点18(图中未示)附近的感光元件。而且，插入端9有助于沿垂直于支承板3的方向“固定”光导1，其中这篇文章中的词汇“固定”是指将光导保持在合适的位置，同时允许它收缩。为了横向“固定”光导，设有一对固定装置19，其在光线输入端4附近、沿着光导的相对侧延伸。当然，可以例如沿着光导1以规则间距(图中未示)设置更多的固定装置19。优选的是，这些固定装置19与支承结构3整体成形。

光导1按照下述方式运行。沿着连接部7、通过其内侧表面的反射导引由光源5发射的光线。当到达端部时，倾斜表面8将光线反射到合适的方向上，即进入到Ω形杆2内。接下来通过其内表面11-14的反射，光线被沿着Ω形杆2导引。一旦到达阶梯端9，通过倾斜表面17将光线向下反射穿过椭圆形光点18。阶梯形构造确保光线不被同时反射，而是逐渐反射，由此确保沿着光点的整个表面基本均匀的照亮光点18。

通过描述可以清楚知道光导1的光线导引性能一定程度上取决于其内表面11-14的特性。为了增强反射，已经发现所述反射表面11-14优选靠近那些具有低折射率的材料，例如空气。这就是为什么图1所示的实施例在光导1和下方的支承板3之间设置空气间隙10。

根据本发明，可以通过多种途径实现这样的间隙10，所有的途径都基于让部件1、3在它们的制造过程中不兼容收缩的创造性思想。通过这种途径，如图2A所示部件1、3将分开，并且如图2B所示，它们相对于彼此移动。由于分开的表面12、15具有特定粗糙度，这种相对运动将导致产生间隙10。由此，光导1实际上将全部被空气包围，其对于光线导引性能是有利的。

如上所述，不兼容的收缩性能可以通过不同的途径实现。在第一实施例中，部件1、3由具有不兼容收缩性能的材料塑造。表1给出了材料名单(所有的都是透明的并且适于制造光导1)，具有通过第二栏中的加号指示的低收缩性能或者具有通过第三栏中的加号指示的高收缩性能。由此清楚的是PMP和PP都具有高收缩性，而表1中列出的其它材料具有低收缩性能。因此，PMP或PP与表1中列出的其它材料中的任意一种的任意结合将是一种合适的组合，提供本发明意义上的不兼容收缩特性。在优选实施例中，PMP或者PP与MABS、PC、PET、PMMA或PS组合，这是因为MABS具有良好的韧性和化学稳定性能，PC具有良好的光导性能和抗冲击性能，PET也具有良好的抗冲击性能和极好的清晰度，PMMA同样具有良好的清晰度和良好的光导性能，并且PS具有良好的清晰度和合适的价格。

部件1、3可以例如通过夹物模制或者多重喷射成型来制造。这两种模制技术本身是已知的，因此不需要在说明书中做进一步解释。

在选择性实施例中，在模制和/或接下来的冷却过程中，通过将这些部件1、3暴露在不同压力和/或温度条件下，可以使光导1和支承结构3不兼容的收缩。最终，设置特殊模具(图中未示)使得部件1、3以不同方式受压和/或冷却，由此产生至少为暂时性的不同的收缩性能。在该例子中，部件1、3可以由相同材料制造。当然在使用不兼容收缩的材料时也可采用这个方法，以便于加强这种不兼容的收缩性能。

在另一个选择性实施例中，通过几何形状的恰当设计，特别是邻接表面处的几何形状，可以使光导1和支承结构3不兼容的收缩。通过恰当的设计，使得例如具有在第一主方向上收缩的一部分和在第二主方向(与第一方向形成角度)上收缩的另一部分成为可能。结果，由于在不同方向上的收缩性能，其可能是受外部机械冲击或变形的影响，部件分离，形成预期的间隙10。同样，这种方法可以与前述方法中的一种或者两种方法组合。

在特别优选的实施例中，不同的部件1、3不但按照前述方法中的任意一种不兼容的收缩，而且在它们模制过程中防止它们熔结或粘结在一起。这提供了几个优点。其一，当通过收缩部件相互分离时，很难精确预测分离表面的位置，更不用说对它的控制了。通过防止部件一开始就粘结或熔结在一起，可以更为精确的控制这些分离表面，至少控制其中的位置。而且，当通过收缩分离部件1、3时，分离表面12、15可能包含破裂材料，其通常具有很大的粗糙度。由于光线可能会通过这样的粗糙点泄出，这种粗糙度可能会恶化光导1的光导性能。通过从一开始就防止熔结或粘结在一起，可以得到更为平滑的分离表面。而且，可以控制所述分离表面的形状，实现控制间隙10的最终形状。

通过采用具有非-化学粘结性能的材料(例如极性和非极性材料的组合，如聚丙烯(PP)与聚碳酸酯(PC)的组合，或者聚丙烯(PP)与苯乙烯丙烯腈(SAN)的组合)或者采用具有不兼容熔点的材料制造光导1和支承结构3，可以实现防止将部件熔结或粘结在一起。表1中的栏四和栏五利用加号分别指示材料是否具有低或高的熔点。第四栏中的标有加号的材料与第五栏中的标有加号的材料的任意组合由此可以构成适合的适用于不兼容熔结性能的组合。

通过表可以进一步清晰的看到，具有不兼容收缩性能和不兼容熔结性能材料的适当组合是PP与第五栏中的标有加号的材料除去PMP的任意一种材料的组合，或者是PMP与第四栏种标有加号的材料除去PP的任意一种材料的组合。

注意，在上述其中一种模制技术中采用具有不兼容熔点的材料时，强烈推荐首先模制具有高熔点的部件。优选(不是必须的)为支承结构3。

由于上述制造方法，光导1基本全部被空气包围，同时沿着支承结构延伸其长度的大部分。如上所述，环绕的空气对于光导的光导性能是有利的。而且，通过采用在模制过程中不粘结或不熔结的材料制造光导和支承结构，可以生成平滑的分离表面，这对于光导的内部反射是有利的。结果，可以制造具有良好的光导性能、很少泄漏并具有大的光线输出口的光导。

该制造方法进一步提供了优势，通常按分离的部件制造的两个部件(光导和支承结构)可以在一个模制工序中一体制造，由此减少操作、定位误差以及装配的费用。

在给定的实例中，光导1沿支承结构3延伸其几乎全部的长度。清楚的是其它的构造也是可能的。例如结构3上可以设置至少部分在光导1下方延伸的开口。可选择的是，光导1可以基本上垂直穿过支承结构延伸。而且，单个的光源5可以与两个或者多个光导组合，使得来自单个光源5的光线被导引到设备的不同位置。同样的，光导1可以具有不同的形状，例如绕开光源5和光线输出口18之间的障碍物。光导1可以基本为一维结构，其中光线路线在光源5和光线输出18之间沿直线延伸，可以为二维结构，其中所述光线路线在平面内延伸，或者为三维结构，如图1所示，其中光线路线在三维空间内延伸。

图3显示了本发明的可选择的光导结构的例子，其中光导1的整个长度或者部分长度延伸穿过圆柱形支承结构3。部件1、3通过圆柱形间隙10分开，间隙采用上述其中一种方法形成。

本发明绝不局限于说明书和附图所呈现的示例性实施例。可以很清楚的理解说明书中示出和描述的实施例(或者部件)的组合同样落在本发明的范围内。而且，由权利要求所描述的本发明范围内的很多变形都是可能的。

Claims (6)

1、一种将光导(1)集成到支承结构(3)之内或之上的方法，其中所述光导(1)和支承结构(3)是模制成形，并且在模制和接下来的冷却过程中，以这样的方式控制所述光导(1)和支承结构(3)的收缩性能，即：使得所述光导(1)和支承结构(3)至少暂时性并且至少在它们的邻接区域附近不兼容地收缩，从而使所述光导(1)和支承结构(3)分离，并且在它们各自的分离表面(12、15)之间形成空气间隙(10)。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述光导(1)和支承结构(3)由具有不兼容收缩性能的不同材料模制成形。

3、根据权利要求1所述的方法，其中单独控制所述光导和支承结构的模制和接下来的冷却过程中所述光导和支承结构所遭受的条件，以便于促使产生不兼容的收缩性能。

4、根据权利要求2所述的方法，其中单独控制所述光导和支承结构的模制和接下来的冷却过程中所述光导和支承结构所遭受的条件，以便于促使产生不兼容的收缩性能。

5、根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中以这样的方式设计所述光导(1)和支承结构(3)的形状和/或相对朝向，以促使产生不兼容的收缩性能。

6、根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中通过插模或者通过多重喷射成型工序来模制光导(1)和支承结构(3)。

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