CN102416686B - 具有底切结构的不均匀物体的模制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了关于模制具有不均匀厚度和底切结构的物品的实施例。一个公开的实施例提供一种注射模制装置（400），其包括：一对相对的端壁(406,408)；第一模具表面（402），其相对于该对的相对端壁(406,408)静止；以及第二模具表面（404），其可朝向第一模具表面（402）移动使得第二模具表面（404）的第一端（422）可在模制过程中朝向第一模具表面（402）移动且行进距离比第二端（424）的行进距离更大。另外，该对相对端壁(406,408)包括带底切模具表面（412）的滑动件，该滑动件可在这样的方向上移动，该方向横过第二模具表面（404）可朝向第一模具表面（402）移动的方向。

Description

具有底切结构的不均匀物体的模制

技术领域

本发明涉及注射模制技术领域。

背景技术

显示装置可包括导光体，诸如光楔，其传输图像给显示表面，使图像聚焦于检测器上或进行这两种操作。光可通过全内反射在导光体的光输入/输出界面之间传播。取决于特定应用，某些光学特征（诸如菲涅尔透镜特征）也可设于导光体中。对于这些特征可期望具有高度平滑性和尺寸保真度（dimensional fidelity）。但是，以可再现的高水平的尺寸保真度来产生这种光导会面临挑战。

形成光导的一种可能方法是注射模制。注射模制通常涉及将熔融塑料注射到模具内，且然后允许塑料冷却并凝固。但是，许多塑料在冷却时收缩。因此，通过注射模制来制造精确厚度的部件是有挑战性的。另外，由于收缩量值取决于塑料厚度，不均匀塑料部件的各个部分（诸如楔形导光体）可以不同速率收缩，从而增加了通过注射模制来模制精确部件的难度。

发明内容

本发明公开了关于模制具有不均匀厚度和底切结构的物品的各种实施例。举例而言，一种公开的实施例提供一种用于模制具有不均匀厚度和底切结构的部件的注射模制装置，该注射模制装置包括：一对相对端壁；第一模具表面，其与该对相对端壁相交且相对于该对相对端壁静止；第二模具表面，其与相对的端壁相交且可朝向第一模具表面移动使得第二模具表面的第一端在模制过程中朝向第一模具表面移动的行进距离可比第二模具表面的第二端的行进距离更大。另外，该对相对端壁包括带底切模具表面的滑动件，该滑动件可在这样的方向上移动，该方向横过第二模具表面可朝向第一模具表面移动的方向。

提供此发明内容只是为了以简化形式介绍对概念的选择，该概念将在下文的具体实方式部分中进一步描述。此发明内容并不旨在确定所主张的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所主张的主题的范围。而且，所主张的主题并不限于解决在本公开内容的任何部分中所提到的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包括底切结构的光楔的实施例。

图2示出图1的实施例的底切结构的放大视图。

图3示出了描绘形成具有不均匀厚度和底切结构的模制物件的方法实施例的流程图。

图4示出了根据本公开在注射模制过程的实施例中所进行的模具移动顺序的示意图。

图5示出了形成具有不均匀厚度和底切结构的模制物件的方法的另一实施例的流程图。

图6示出了根据本公开在压纹过程的实施例中所进行的模具移动顺序的示意图。

具体实施方式

如上文所提到的那样，注射模制诸如光楔这样的具有不均匀厚度的部件可面临挑战，因为用于这种部件的材料在凝固期间可能会收缩，从而由于部件的变化厚度而造成不均匀收缩。在模制均匀部件期间的收缩可通过在塑料冷却且固化时使模具的一个表面朝向另一表面以线性方式移动而补偿。但在不均匀部件的情况下，这种线性运动是不可行的，因为经历较少收缩的部件的较薄部分可能会使模具锁定，且由此在部件的较厚部分继续固化时不允许模具进一步运动。这可能会造成最终部件具有不正确的尺寸，且也可能会影响到模制的部件的可复制性。

另外，某些导光体可具有在导光体表面内的菲涅尔透镜结构。图1和图2示出楔形导光体100的示例性实施例，其包括模制于导光体100的弯曲厚端103内的有小面的（faceted）菲涅尔透镜结构102。导光体的弯曲厚端103具有圆柱形、环形、球形或其它合适的弯曲，其充当准直透镜以使从导光体100的薄端105处的第一光界面104行进到导光体100的主面（描绘为图1中楔的上表面）处的第二光界面106的光准直。

图2示出有小面的菲涅尔透镜结构102的放大视图。应了解为了清楚起见，可放大图2所示的小面的相对尺寸和弯曲。菲涅尔透镜结构102包括多个小面110，其交替地朝向和背向导光体100的第二光界面106。除了谨慎地选择导光体100的弯曲厚端103的曲率之外，谨慎地选择小面的角度和大小，可允许光从置于第一光界面104处的点源通过全内反射向弯曲厚端103扇出（fan out），由菲涅尔透镜结构102准直且然后从第二光界面106的所有部分出来。在其它实施例中，导光体100可被配置成使得光从与界面106相对的主面出来和/或从光界面106和相对面都出来。但是，在模制期间，导光体100的不受控制的收缩和/或小面的不当定位和/或模制可造成导光体100不当功能。

因此，图3示出注射模制具有不均匀厚度和底切结构的物件（诸如导光体100）的方法300的实施例。一般而言，该方法涉及在模制期间使一个模制表面以非线性方式朝向另一模制表面移动以维持在模具与出现不均匀收缩的模制部件之间的接触。底切的有小面的菲涅尔透镜结构102可通过滑动件来模制，滑动件为这样的部件，其被配置为在横过模具的开/关机构的方向中移动，从而允许在从模具移除导光体100之前移除限定底切结构（在下文中称“底切模具表面”）的模具表面。滑动件可耦接到模具的移动表面或静止表面。在某些情况下，菲涅尔透镜的小面的图案可作为注射模制工具的滑动件的附件来提供，使得带菲涅尔图案的滑动件附件独立于滑动件的其它机械部件来制造。应了解如本文所用的那样，用语“滑动件”也可包括这种滑动件附件。

可通过用于生产高精确度、高平滑表面的任何合适的方法来形成底切模具表面的菲涅尔透镜图案。举例而言，可通过五轴光机械加工方法来形成菲涅尔透镜图案。在模制过程中滑动件在模具上的适当定位也可通过模制期间接触滑动件的精磨的引导件来实现。这些技术的使用可允许滑动件在0.05度的精确度内与楔形导光体中心线对准且可帮助实现大约2-10纳米平均粗糙度的平滑度。

方法300首先（在附图标记302处）包括将熔融热塑性材料注射到至少部分地由第一模具表面、第二模具表面和耦接到第二模具表面的滑动件所限定的模腔内。这可视情况包括加热模具表面使得注射到模具内的塑料并不在模具表面上立即开始硬化。

图4示出在方法300执行期间的各个时间处注射模制装置400的一实施例的示意图。注射模制装置400包括第一模具表面402、第二模具表面404和一对相对的端壁406和408。注射模制装置也可包括在相对端壁406与408之间延伸以完全封闭模腔的侧部（未图示）。第一模腔402与端壁相交且相对于该对相对端壁406和408静止。第二模具表面404也与该对相对端壁406和408相交且可在模制过程中朝向第一模具表面移动使得第二模具表面的第一端在模制过程中朝向第一模具表面移动的行进距离可比第二模具表面的第二端的行进距离更大。可在时间t₀注射热塑性材料之前通过加热器410来加热注射模制装置400。虽然图1的示意图示出加热器410连接到第二模制表面404，应了解可在将塑料注射到注射模制装置400内之前加热注射模制装置400的任何表面。

相对端壁408呈具有以附图标记412示出的前述底切模制表面的滑动件形式。因此可通过使该壁在垂直于页面方向上滑动来移除相对的端壁408，从而移除底切模制表面使之不与菲涅尔透镜表面接触。这可允许移除模制的导光体100，而不会损坏菲尼尔透镜结构102或者底切模制表面。应了解，为了清楚起见，在图4中可放大弯曲的尺寸、菲涅尔透镜的小面大小和注射模制的其它尺寸方面。

返回至图3，热塑性材料可以任何合适的方式注射到腔内。举例而言，在某些实施例中，熔融热塑性材料可通过门进行注射，该门位于从菲涅尔透镜结构延伸到第一光界面的非主面侧部（例如，与第二光界面106相交的侧部）之一上、位于第一光界面上或者处于任何其它合适位置。

图4示出在t₁注射热塑性材料之后的注射模制设备。热塑性材料可包括任何合适材料。在光楔的情况下，热塑性材料可为透明的，且在更具体的实施例中，可包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯和/或聚环烯烃的材料。应了解，给出这些材料是为了举例说明目的，且可以任何其它合适的模制过程来使用其它合适材料。

接着，方法300（在附图标记304处）包括冷却热塑性材料以使得材料硬化，且在冷却的同时，朝向第一模具表面使第二模具表面的第一端以及滑动件移动的行进距离比第二模具表面的第二端的行进距离更大。这允许模制表面保持与导光体接触，甚至是在导光体在模制期间不均匀地收缩时也保持接触，从而实现最终模制部件中所需的尺寸和表面性质。

可以任何合适方式来实现第二模具表面的第一端比第二模具表面的第二端更远的移动。举例而言，在某些实施例中，方法300可包括：同时或者在模制过程的不同阶段朝向第一模具表面线性地且旋转地移动第二模具表面。用语“朝向第一模具表面线性地移动第二模具表面”是指第二模具表面的移动使得第二模具表面的第一端移动的物理行进距离与第二模具表面的第二端的物理行进距离相同。

作为实例，在图4的时间t₂示出（在附图标记414处）在朝向第一模具表面402的方向上施加线性压缩给第二模具表面404，使得第二模具表面404的第一端422和第二模具表面404的第二端424在模制的第一阶段朝向第一模具表面402移动的物理行进距离近似相同。在某些实施例中，注射模制装置400可包括物理挡止件以限制第二模具表面的物理行进距离量，使得对于其朝向第一模具表面402的行进路径的一部分而言，第二模具表面404可朝向第一模具表面402线性移动。虽然第二模具表面404被描绘为包括模腔的整个底侧（参看图4所示的模具方位），但应了解，在某些实施例中，第二模具表面的可移动的部分可包括模腔的侧部的一部分。

包括具有底切模制表面412的滑动件的端壁408可被配置为耦接到第一模具表面402和第二模具表面404。在所描绘的实施例中，端壁408耦接到第二模制表面以使得在热塑性材料硬化时端壁408相对于第一模具表面402移动。

继续图4，在第二模具表面404线性行进预定距离之后，在时间t₃，第二模具表面404绕位于第二模具表面404的第二端424处的轴线朝向第一模具表面402旋转地移动。因此，第二模具表面404的第一端422移动的物理行进距离比第二模具表面404的第二端424的物理行进距离更大。以此方式，第二模具表面404朝向第一模具表面402的线性移动可用于实现在模制部件薄端处的所需厚度且第二模具表面的旋转移动可用于实现在该部件厚端的所需厚度。

第二模具表面404可以任何合适方式旋转。举例而言，注射模制装置400可包括铰链426，第二模具表面404可绕铰链426旋转。在所描绘的实施例中，铰链426耦接到端壁406，但应了解，第二模具表面404可耦接到注射模制装置400的任何其它合适位置。应了解，如本文所使用的那样，用语“铰链”可包括（但不限于）铰链、枢轴和两个部件的任何其它机械旋转耦接方式。

注射模制装置400可被配置成使第二模具表面404以任何合适方式朝向第一模具表面402移动。举例而言，在某些实施例中，注射模制装置400所耦接的模制机可包括压缩芯，压缩芯被配置为使第二模具表面朝向第一模具表面移动。这种压缩芯可包括凸轮机构、液压缸、齿轮齿条或用于移动第二模具表面的任何其它合适机构。

继续图3，继而，方法300（在附图标记306处）包括在模制后移除滑动件使之不与导光体接触，且然后在附图标记308处从模具移除导光体。参看图4，移除滑动件使之不与导光体接触可包括在这样的方向上移动该滑动件，该方向横过第二模具表面朝向第一模具表面移动的方向。在图4的具体实施例中，通过在大体上垂直于页面的方向上移动该滑动件直到底切模具表面不再阻挡最终部件从模具中移除来移除滑动件。在图4中在t₄处示出了移除了滑动件的模具，且以虚线示出移除的滑动件的位置。

因此，如在图3和图4的情形中所描述的那样，注射模制允许精确地控制具有不均匀厚度的部件的各种厚度，该控制是通过以受控制的方式使第二模具表面朝向第一模具表面线性地且旋转地移动以使模具在整个冷却循环期间向整个部件提供压缩力来进行的。

图5的流程图描绘了用于在导光体上形成菲涅尔透镜结构的方法的另一实施例。作为以相同模制过程形成总导光体结构的形成菲涅尔透镜结构的替代，方法500包括将菲涅尔透镜结构压纹到预先形成的导光体坯件的弯曲端上。导光体坯件可以任何合适方式形成。举例而言，在某些实施例中，可在浇注或熔融导光体的一个或多个表面的外层之后，通过挤压和机械加工来形成所需的最终光洁度，从而形成包括弯曲端的导光体坯件。

方法500（在附图标记502处）包括：将菲涅尔透镜压纹母体（master）压靠在导光体坯件的弯曲端上，同时加热该压纹母体以使得导光体坯件的弯曲端软化。可以任何合适方式加热菲涅尔透镜母体。举例而言，在某些实施例中，可通过感应来加热菲涅尔透镜母体，如在附图标记504处所示的那样。另外，可以任何合适的持续时间来加热菲涅尔透镜母体。一般而言，更短的加热时间可导致更快的产量和更低的生产成本。在某些实施例中，菲涅尔透镜的小面足够小（例如具有200-400微米的节距且该节距的深度大约为20%）以使得仅该导光体坯件的弯曲端的很薄表面层被软化。因此，在某些实施例中，加热菲涅尔透镜母体足够长时间以软化深度为1mm或更小的导光体坯件的弯曲端的表面层，如以附图标记506所示的那样。作为非限制性实例，在某些实施例中，加热菲涅尔透镜母体的持续时间可介于三十秒与一分钟之间。在其它实施例中，加热菲涅尔透镜母体的持续时间可以是此范围之外的合适持续时间。

之后，方法500包括（在附图标记508处）冷却菲涅尔透镜压纹母体，同时维持菲涅尔透镜压纹母体与导光体坯料弯曲端的接触。这允许导光体坯件的弯曲端在与菲涅尔透镜压纹母体接触时硬化，从而将菲涅尔透镜图案压纹到导光体坯件的弯曲端内，以使得导光体坯件弯曲端内的压纹图案硬化，从而形成导光体。

图6示出菲涅尔透镜压纹母体600的一实施例的示意图，该菲涅尔透镜压纹母体600被配置为将菲涅尔透镜图案压纹到导光体坯件602的弯曲端内。所描绘的菲涅尔透镜压纹母体被配置为接触导光体母体的弯曲厚端，因此除了菲涅尔透镜图案之外，包括具有弯曲的模制表面604，该弯曲被配置为匹配导光体坯件弯曲厚端的弯曲。同样，菲涅尔透镜压纹母体的模制表面604可具有环形、圆柱形或球形弯曲表面，或者可具有任何其它合适弯曲。以附图 标记606示意性地示出加热器，诸如感应加热器。

菲涅尔透镜压纹母体600可以任何合适方式制成。举例而言，菲涅尔透镜压纹母体600可通过电镀工艺由使用镍铬基板的五轴光机械加工的母体而制成。这种母体可具有足够平滑的表面来形成具有2-10纳米的平均粗糙度的菲涅尔透镜结构。可通过精确固定对准（例如，使用精磨的引导件来对准导光体坯件与菲涅尔透镜压纹母体）以及系统的热控制和微压力调整来控制菲涅尔透镜压纹母体的位置精确度。

应了解，本文所述的配置和/方案在本质上是示例性的，且这些具体的实施例或实例并不认为具有限制意义，因为许多变型是可能的。本文所述的具体例程或方法可表示任意多个处理策略中的一个或多个策略。因此，所图示的各种行为可以图示顺序、其它顺序、并行地执行或在某些情况下省略。同样，可改变上述过程的次序。

本公开的主题包括：本文所公开的各种过程、系统和配置；其它特征、功能、行为和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合；以及其任何和所有等同物。

Claims (10)

1.一种用于模制具有不均匀厚度和底切结构（110）的部件（100）的注射模制装置（400），所述注射模制装置（400）包括：

一对相对端壁(406, 408)；

第一模具表面（402），其与该对相对端壁(406, 408)相交且相对于该对相对端壁(406, 408)静止；

第二模具表面（404），其与所述相对的端壁(406, 408)相交且可朝向所述第一模具表面（402）移动以使得所述第二模具表面（404）的第一端（422）在模制过程中朝向所述第一模具表面（402）可移动的行进距离比所述第二模具表面（404）的第二端（424）的行进距离更大；

其中该对相对端壁包括带底切模具表面（412）的滑动件，所述滑动件可在这样的方向上移动，该方向横过所述第二模具表面（404）可朝向所述第一模具表面（402）移动的方向。

2.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，所述滑动件耦接到所述第一模具表面。

3.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，所述底切模具表面限定菲涅尔透镜结构。

4.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，所述第二模具表面可在模制的第一阶段朝向所述第一模具表面线性地移动，且然后在模制的第二阶段可旋转地移动。

5.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，所述第二模具表面同时朝向所述第一模具表面线性地且可旋转地移动。

6.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，所述注射模制装置被配置成模制包括菲涅尔透镜结构的光楔。

7.根据权利要求6所述的注射模制装置，其特征在于，所述滑动件被配置成模制所述菲涅尔透镜结构，且其中所述滑动件具有相对于所述光楔中心线的位于0.05度的精确度内的对准性。

8.根据权利要求1所述的注射模制装置，其特征在于，还包括加热器，其被配置成加热所述第一模具表面、所述第二模具表面和该对相对端壁中的一个或多个。

9.一种注射模制具有不均匀厚度的部件的方法（300），所述方法包括：

将熔融热塑性材料注射（302）到模腔内，所述模腔由第一模具表面、第二模具表面和一对相对的端壁限定，该对相对端壁与所述第一模具表面和第二模具表面相交，该对端壁包括耦接到所述第二模具表面的滑动件，在模制过程中所述第二模具表面和滑动件可相对于所述第一模具表面移动；以及

在所述模腔中冷却所述热塑性材料期间，相对于所述第一模具表面移动（304）所述第二模具表面和所述滑动件以使得所述第二模具表面的第一端和所述滑动件朝向所述第一模具表面移动的行进距离比所述第二模具表面的第二端的行进距离更大，从而形成具有不均匀厚度的部件；

移除（306）所述滑动件使之不与所述具有不均匀厚度的部件接触；以及

从所述模具移除（308）所述具有不均匀厚度的部件。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述具有不均匀厚度的部件为光楔。

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