JP2002503565A - 拡張性の型を用いた継ぎ目のないマイクロ複製方法および装置 - Google Patents

拡張性の型を用いた継ぎ目のないマイクロ複製方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 一体作りで拡張性の型（１０）を使用する、継ぎ目のない閉じた型（１０）のマイクロ複製用装置および方法を開示する。この装置は、複数の微小構造形状（１８）をその内面（１４）に有する拡張性の型を含む。この装置はまた、この型を弾性的に拡張して仕上がった成形物品（６２）を取り外すための手段を含む。この拡張性の型（１０）を用いて、複数の微小構造光抽出構造がその表面に備えられたファイバコアを含む照明装置などの、微小構造形状（６４）を有する継ぎ目のない物品を製造してよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は一般に、拡張性の型を用いた成形方法および装置に関する。
【０００２】 発明の背景 従来の成形方法は通常、２体作りの型を使用する。２体からなる型の個々の半
体を嵌合および密閉すると、それらの半体間の中空空間に液体材料を注入するこ
とができる。この中空空間内の輪郭が、仕上がる成形物品の形状を規定すること
になる。その液体を硬化し、充分に固化した後、それらの半体を引き離して仕上
がった物品を型から除去することができる。型の半体は通常、硬質材料で製造さ
れており、注入および固化処理における圧力および加熱に耐えられ、かつ成形処
理中の変形にも耐性を有するようになっている。変形に対する耐性は、成形物品
に対する公差が小さい場合に特に重要である。
【０００３】 このような従来技術を用いた成形では、型の２つの半体間の継ぎ目にあたる成
形物品上に、余分な材料が堆積することが往々にしてある。これは、極めて精密
な物品を製造する時に殊に起こる。というのも、このような場合には、成形処理
全体が、非常に細かい形状の正確な再生に向けて調整されているからである。従
って、型をなす２つの半体間の継ぎ目には、意図するものではないが回避するこ
ともできない空隙が、型の所望形状に伴って再生されてしまう。
【０００４】 継ぎ目のない物品の成形方法が、Ｐｕｔｚｅｒ他に付与された米国特許第３，
８４１，８２２号に開示されている。そこには、ほぼ中空で一体作りの膨張性型
が提供されている。この型の内面は、それが成形物品の最終形状になるように形
成されている。型の壁部は、型内に投入される材料の重量を、型の変形を起こさ
ずに支持できる充分な厚みにしつつ、可撓性を失わない充分な薄さを有するよう
に設計されている。成形物品の完成後、型の内外に異なる圧力を印加することに
より、型を放射状に膨張することができる。これは、型を真空容器内に配置して
型の外側に弱い圧力をかけるか、流体を型内に注入して型内部に高圧をかけるか
のいずれかにより行う。どちらの方法をとっても、この型を充分に拡張させるこ
とにより、仕上がった物品を除去することができる。
【０００５】 Ｐｕｔｚｅｒ式の型は、かなり入り込んだ形状も継ぎ目なく成形することがで
きるが、型から成形物品に巨視的細部を複製する問題のみに対処するものである
。しかしながら、細かい形状を、物品上に継ぎ目線を同時に形成せずに、微視的
寸法に縮小して再生しなくてはならないのであれば、この細かい形状を有する成
形部分を複製できることが有益である用途もある。例えば、光源から離れた位置
にて正確な強度で正確な光パターンを提供するように設計された照明装置を製造
すると望ましい場合もある。
【０００６】 このような照明装置の製造はまず、透明な長細いファイバコアの形成から開始
してよい。このファイバコアは、一方の端部においてファイバ内に投射される光
がもう一方の端部まで、ファイバ表面における透過により光の損失を発生せずに
通過できるように設計されている。この周知の現象は全反射と呼ばれている。米
国特許第５，４３２，８７６号（Ａｐｐｌｅｄｏｒｎ他に付与）に教示されてい
るように、ファイバ壁部を介して光を制御しながら「抽出」することができるよ
うにファイバ表面上に形状を付設してよい。この形状に適切な設計を施すことに
より、抽出される光を正確なパターンにすることができる。
【０００７】 このような抽出構造の様々な製造方法が周知である。１つの方法では、その構
造を、ファイバコアに接着可能な接着剤支持体を有するテープにマイクロ機械加
工することが必要である。しかしながら、この方法では２つの界面、すなわちフ
ァイバ／接着剤界面と接着剤／テープ界面とがさらに追加され、これらの各界面
により光抽出の精度が低下する。別の方法では、その構造を直接ファイバ自体に
マイクロ機械加工する。この解決策で問題となるものは、所望するファイバ特性
（例えば、透明度、可撓性、高屈折率）を有する材料に正確なマイクロ機械加工
を容易に施すことができないことが多々あるということである。したがって、微
視的程度の正確さおよび精度をもって形状をファイバコア材料に直接マイクロ機
械加工することが、非常に困難、コスト高、かつ手間となることも考えられる。
【０００８】 発明の概要 本発明は、一体作りで拡張性の型を使用してマイクロ複製を行い、微小構造が
設けられた表面を有し、かつ成形による継ぎ目のない成形物品を製造することが
できる方法および装置を提供する。
【０００９】 一態様において、本発明は、拡張性の型を使用して継ぎ目のないマイクロ複製
を行う装置を提供する。この装置は、可撓性材料によるほぼ中空な部分を有する
拡張性一体作りの型を含む。この型の中空可撓性部分は、内面および外面を含む
。内面は、複数の微小構造形状を特徴とし、この中空可撓性型の外面に位置する
開口部を介してアクセス可能である。この装置はさらに、この可撓性の型を拡張
させる手段も含む。
【００１０】 別の態様において、本発明は、継ぎ目のないマイクロ複製用一体作り拡張性型
を製造する方法を提供する。この方法は、機械加工されて原型となる原料を提供
することから始まる。この原型の機械加工中、複数の微小構造形状を原型の表面
に設ける。次いでこの原型を硬化性材料でカバーし、これを硬化して拡張性の型
を形成する。さらに、この硬化処理中、その材料が固化すると、その材料に原型
からの複数の微小構造形状を複製して設けられ、型の内面に微小構造形状が施さ
れることになる。最後に、この型を原型に対して拡張させ、原型を型から除去す
ることにより、この拡張性の型を原型から分離する。
【００１１】 さらに別の態様において、本発明は、一体作りで拡張性の型を用いて継ぎ目の
ないマイクロ複製を行う方法を提供する。まず、拡張性で一体作りの型を提供す
る。一体作りの型は、複数の微小構造形状を特徴とする内面を有する。次いで、
この一体作りの型に硬化性材料を充填し、これを固化して成形物品を形成する。
この硬化性材料を硬化するステップにより、型の内面が有する微小構造形状を成
形物品の表面に実質的に複製する。成形物品を形成および固化した後、型を弾性
的に拡張して、成形物品を型から除去してよい。この型の弾性的拡張のステップ
は、型と成形物品との間に加圧しながら流体を注入することにより行うと好まし
い。
【００１２】 特定実施例において、本発明による一体作りで拡張性の型を用いて継ぎ目のな
いマイクロ複製を行う方法により、照明装置を製造してもよい。これにおいて、
硬化性材料には、これが固化すると実質的に任意に透明物品が形成されるものを
選択する。さらに、型の内面が有する微小構造形状は、成形物品の表面に複製さ
れると、この微小構造形状が透明な成形物品に複数の光抽出構造を形成するよう
に設計する。次に、この型を弾性的に拡張して照明装置を取り外す。
【００１３】 詳細な説明 Ａ．定義 以下の用語を、ここに挙げる定義に従って本明細書において使用する。
【００１４】 用語「マイクロ複製」とは、微小構造形状を原型あるいは型から物品上に付設
する処理をいう。原型に、ダイヤモンドバイトあるいはレーザ研磨などのマイク
ロ機械加工技術により微小構造を設ける。この微小構造を有する原型の単数ある
いは複数の表面を硬化性材料でカバーし、この材料が固化すると、所望の微小構
造形状の雌型複製構造を有する物品が形成される。
【００１５】 用語「微小構造」とは、特性寸法がマイクロメートル（μｍ）あるいはサブマ
イクロメートルで測定される形状をいう。一般に、微小構造形状は０．０１μｍ
未満から１００μｍを超えた特性寸法を有する可能性がある。形状の特性寸法内
容は、形状の種類に依存する。その例として、表面内の溝状形状の幅、表面上の
支柱状突起の高さ、表面上の鋭利な突起あるいは窪み地点における曲率半径が挙
げられる。このように、形状の２表面間の角度などの形状の特性寸法がサブマイ
クロメートル公差の寸法を有していれば、巨視的形状であっても微小構造を有し
ていると言える。
【００１６】 用語「一体作りの型」とは、内面および外面を有し、内面は少なくとも１つの
開口部を介してアクセス可能である、ほぼ中空の型をいう。この型内部にて材料
が固化すると、その型の内面が、仕上がる物品の形状を特定することになる。
【００１７】 用語「拡張性である型」とは、少なくとも１方向において壁部が可撓性であり
、型の内面および外面に異なる圧力を印加すると、型の壁部が膨張して、成形物
品の取り出しが可能になる型をいう。
【００１８】 用語「弾性拡張」とは、膨張力が解除されると、材料が元の位置に弛緩して戻
り、永久的に変形することのない可撓性材料の膨張あるいは伸張をいう。したが
って、材料を、何回ものサイクルにわたり繰り返し弾性的に拡張してもよい。
【００１９】 用語「光導体」とは、入力端において光を受信し、その光を大幅に損失するこ
となく出力端あるいは光抽出器まで伝播する物品をいう。一般に、光導体は全反
射の原理で動作するため、光導体内を通過する光は、損失を最小限にして光導体
表面にて反射される。この状態を得るためには、光導体の屈折率を、光導体を直
接包囲する媒体の屈折率より高くする必要がある。
【００２０】 用語「照明装置」とは、１つ以上の出力部分を所望パターンの照明を所望強度
にて提供するように配置して有する光導体をいう。
【００２１】 用語「光抽出構造」とは、光導体からの光を方向付ける設計により配置された
、光導体表面上の素子をいう。したがって、これらの構造を、光線を光導体から
方向付けるあるいは「抽出する」領域として利用することができる。
【００２２】 用語「正面抽出」とは、光を、抽出構造を含む表面にて光導体から透過する光
抽出構造をいう。
【００２３】 用語「背面抽出」とは、光を、抽出構造に対向する表面にて光導体から透過す
る光抽出構造をいう。
【００２４】 用語「光学的に透明である」とは、可視光学スペクトルの少なくとも一部の波
長を有する光を実質的に伝播する材料をいう。
【００２５】 用語「硬化した」、「固化した」および「重合した」は本明細書内において、
互換性のある用語として使用し、例えばモノマー、ポリマー、先駆物質あるいは
これらの混合物を含む液体組成物が固化される硬化処理をいう。用語「硬化性」
、「固化性」および「重合性」は、互換性のある用語として使用し、液体形態に
ある時に硬化処理により固化する可能性のある材料をいう。
【００２６】 Ｂ．成形装置 本発明は、一体作りで拡張性の型を用いて継ぎ目のないマイクロ複製を行う装
置と、継ぎ目なく閉塞された型マイクロ複製用装置の製造方法と、拡張性である
一体型の型を用いる継ぎ目なしマイクロ複製方法とを含む。
【００２７】 本発明のマイクロ複製用装置は、図１（ａ）および図１（ｂ）の断面図に示す
ように、拡張性である一体作りの型１０を含む。この型は、内面１４および外面
１６により特徴付けられるほぼ中空な部分１２を含む。さらに、内面１４には複
数の微小構造形状１８が付設されている。型１０の内側部分は、少なくとも１つ
の開口部２０を介してアクセス可能である。
【００２８】 型１０を、少なくとも中空部分１２が弾性的に拡張性である材料を含むように
形成する。この中空部分をなす材料により、中空部分１２が、開口部２０に鉛直
なすべての方向において拡張可能となければならない。開口部に鉛直なあらゆる
方向において拡張することにより、型は放射状に拡張することになる。この拡張
性材料はまた、成形物品に対する接着性を最小限として、成形物品を型から容易
に剥離できるように選択されなければならない。材料の分類として、エラストマ
が、弾性拡張特性を有する点で有用である。例えば、高い剥離性能を有するシリ
コーンエラストマが好適エラストマである。使用可能な特定のシリコーンエラス
トマには、例えばＳｙｌｇａｒｄ１８４番としてＳｙｌｇａｒｄTMの商標名にて
、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
から販売されているものがある。型に用いる拡張性材料の具体的な配合は、所望
する弾性特性および剥離特性に依存する。その用途により、ポリ塩化ビニル（Ｐ
ＶＣ）あるいはシリコーンエラストマを主成分とする混合物などの他の材料も有
用となる場合がある。
【００２９】 内面１４と外面１６との間に垂直な距離として設けられる中空部分１２の壁部
の厚さは、充分に薄くして型が弾性的に拡張することによりその型から仕上がっ
た成形物品を取り出すことができるとともに、充分に厚くして、型内に配置され
て固化され、最終的な物品となる材料の重量にも耐性を持たせ、変形しないよう
にしなければならない。シリコーンエラストマを含む型の場合、壁部の厚さは、
約０．２ｃｍ〜約５ｃｍが好ましく、約０．５ｃｍ〜約１ｃｍであればより好ま
しい。さらに、外面１６の巨視的形状は、内面１４の巨視的形状にぴったり一致
させて、成形物品を剥離するために弾性的に拡張する際に、型がその中心の円周
上で比較的に均一に膨張するようにすると好ましい。
【００３０】 複数の微小構造形状１８を、中空部分１２の内面１４上に付設する。微小構造
形状１８は内面１４の全体を実質的にカバーしても、あるいは内面１４の１つ以
上の特定領域に限定されていてもよい。微小構造形状１８は一般に、内面１４か
らの突起部、あるいは内面１４内の窪み、あるいはこれらの組み合わせのいずれ
かであってよい。例えば、図１（ｂ）に示す微小構造形状１８は、内面１４から
突出し、均等な間隔をあけて配置された一連の平行な隆起部である。
【００３１】 型１０のほぼ中空部分１２内に位置する開口部２０は充分な大きさにして、固
化する材料の型１０への投入を容易にし、かつ中空部分１２を拡張することによ
り、型１０から仕上がった物品を容易に取り出すことができるようにしなければ
ならない。開口部２０の断面形状が、最終的な成形物品のおよその断面形状ある
いは平均断面形状に追従すると好ましい。
【００３２】 図１に示す型１０の概略的な形状は細長い円筒状であるが、型１０は所望に応
じていかなる形状であってもよいことに留意されたい。図１および以下に示す実
施例に示す型１０の円筒形状は単に例証を目的とするものであり、本発明の範囲
および以下に列挙する請求の範囲を限定するためのものではない。
【００３３】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製用の装置はさらに、型の拡張性中空部
分を拡張させる手段を含む。一般条件において、この型を拡張する手段は、型の
中空部分の内面と外面との間に異なる圧力を発生することにより動作しなければ
ならない。型を外向きに拡張させて成形物品を剥離する場合、型内の圧力は、型
の外側の圧力を上回っていなければならない。これを実行するために、型の外側
の圧力を低くしても、あるいは型の内側の圧力を高くしてもよい。
【００３４】 図２（ａ）は、型の外側にかかる圧力を低くして型を拡張させる手段を示す。
ここでは、中空部分１２を有して拡張性である型１０´が提供されている。この
型を真空容器３０内に挿入する。型１０´を真空容器３０内に固定し、真空容器
３０と型１０´との間にシールを形成するため、型１０´に、開口部２０から外
向きに延在する硬質部分３４を設ける。真空容器３０と型１０´との間には充分
な空隙を残して、型１０´が成形物品を剥離できるまで放射状に拡張する余裕を
設けなければならない。従来の真空ポンプ３２を、管３５および弁３７を用いて
真空容器３０に接続する。真空ポンプ３０が動作すると、型１０´の外面１６と
内面１４との間に異なる圧力が発生する。真空容器３０内の圧力が低いと、型１
０´は外側に変形する。このように型を弾性的に拡張させるために必要な圧力差
は、型１０´の形状、型１０´の壁部の厚さおよび型１０´が製造されている材
料に依存する。
【００３５】 内圧を高くすることにより型１０″を膨張させる手段を図２（ｂ）および図２
（ｃ）の断面図に示す。この形状において、型１０″の形状を、成形物品を除去
するための第１の開口部２０´と、型１０″の反対側の端部に位置してノズル３
６を挿入できる第２の開口部２１とを有するスリーブ状にすると好ましい。ノズ
ル３６はまた、源（図示せず）から圧搾空気あるいは液体を運搬する管３８の一
部であってもよい。成形物品を除去するため、ノズル３６を開口部２１に挿入し
、ノズル３６と型１０″との間に充分なシールを形成する。例えば使用する型の
厚さおよび弾性に適した圧力にて圧搾空気を注入すると、型１０″は放射状に拡
張して、成形物品を開口部２０´に向けて押出す。
【００３６】 高圧流体を型１０内に注入する他の方法も使用可能である。たとえば、図１に
示すような１つの開口部２０を有する型１０に、高圧流体を成形物品と内面１４
との間の型内に運搬可能な管を固着してよい。この管は型１０上のどの地点に位
置付けてもよいが、型の微小構造形状から充分に距離をおいてその複製が干渉を
受けない地点であると好ましい。
【００３７】 Ｃ．成形装置の製造方法 本発明による型を製造する方法を 図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。第１のス
テップにより、機械加工可能な原料５０を提供する。この原料は、成形する最終
物品と実質的に同じ巨視的形状を有していなければならない。次にこの原料をマ
イクロ機械加工してその表面上に複数の微小構造５２を設ける。この時点にて、
原料を原型と呼ぶ。この原型は、成形される物品の形状に相当する。次にこの原
型を硬化性材料でカバーする。この硬化性材料が固化すると、これが図１（ａ）
および図１（ｂ）に示すような型となる。次にこの型を拡張して、これを原型か
ら取り外す。
【００３８】 この原料は、型材料が硬化した後に、型材料を分離できる機械加工可能な材料
であればいずれでもよい。例えば、この原料が機械加工可能な金属あるいは硬質
ポリマーを含んでもよい。適した金属の例として、銅、ニッケル、アルミニウム
、銀、金およびプラチナ、さらに真鍮などの合金が挙げられる。適したポリマー
の例として、アクリル、カーボネ−トおよび、機械加工されてもその形状を保持
する可能性がある他のポリマーのすべてが挙げられる。
【００３９】 原型形成用の原料をマイクロ機械加工するために、ダイヤモンドバイトあるい
はレーザ研磨などの周知の技術のいずれを用いてもよい。通常、マイクロ機械加
工は、ダイヤモンドあるいはカーバイドを先端に施した工具を使用して行う。こ
の先端の形状は、原型に所望する構造の形状および寸法により特定されるもので
ある。例えば、図に示すような逆三角形の単純な溝を所望する場合、その先端は
、その角度を溝と同じにした三角形先端部でよい。構造によっては、１つの形状
の輪郭を取るために、複数回の通過が必要となる場合もあり得る。周知のマイク
ロ機械加工技術では、およそ０．００１μｍの精度で正確に表面構造を再生する
ことができる。
【００４０】 型に使用する材料は、型に弾性的膨張性を持たせるため、硬化後も可撓性であ
るであるものが好ましい。適した硬化性材料の例にエラストマが挙げられる。こ
の硬化性材料は、弾性特性および剥離特性を有する点から、シリコーンエラスト
マであると好ましい。
【００４１】 原型を硬化性材料でカバーして型を形成する際、原型をマンドレル内に配置す
ると有利となる可能性がある。この場合、マンドレルの内部は、原型の外側寸法
よりやや大きい寸法にしなければならない。マンドレル内部と原型の表面との間
に存在する空隙が、その後、型の壁部厚さを特定することになる。こうして硬化
性材料を、原型を取囲むマンドレル内に注入することができる。次いで、この硬
化性材料を原型の周囲にて固化する。この材料が硬化したら、マンドレルを除去
してよい。
【００４２】 硬化性材料が原型の周囲にて固化した後、その原型を硬化した型から分離して
取り除かなくてはならない。成形物品を型から取り外すことについて説明したも
のと同じ技術を用いて、原型を除去してよい。他の方法として、原型が型とは著
しく異なる熱膨張係数を有する場合、原型と型とを充分に加熱あるいは冷却して
、これらを分離してもよい。これは通常、原型が金属製の場合のみ可能である。
【００４３】 Ｄ．継ぎ目のない閉塞した型をマイクロ複製する方法 本発明による拡張性である一体作りの型を用いて、閉塞した型をマイクロ複製
する方法を図４（ａ）〜図４（ｃ）に図示する。図４（ａ）は、一体型で拡張性
の型１０を示している。型１０は、外面１６と内面１４とを有するほぼ中空な部
分１２を有する。この型の内面には、複数の微小構造形状１８が設けられている
。この型の内面には、開口部２０からアクセス可能である。図４（ａ）に示すよ
うに提供される型は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した型および上述した型
にすべての面において類似している。
【００４４】 次のステップにより、図４（ｂ）に示すように型の内部に硬化性材料６０を充
填する。硬化性材料６０は、型１０に投入する際は液体の形態とし、材料６０が
型１０内の微小構造形状の周囲を流動すると好ましい。硬化性材料６０は、型内
に投入でき、型１０に悪影響を及ぼさない温度および／または圧力条件にて固化
する材料であればいずれでもよい。この硬化性材料が重合性化合物あるいは混合
物を含むと好ましい。硬化性材料６０は、加熱、放射あるいは他の周知の処理の
いずれに対して硬化性であってもよい。
【００４５】 硬化性材料を型内に投入する方法は、型自体の形状により左右される可能性が
ある。例えば、型のアスペクト比（型の中空部分の断面幅に対する型の高さ）が
比較的高ければ、硬化性材料の注入時に泡を形成しないように注意を払う必要が
ある場合もある。泡が形成されると、これらが型の微小構造形状付近に凝集する
、あるいは閉じ込められる可能性がある。こうなると微小構造の複製力に悪影響
が出る。泡の形成は一般に、液体材料を型に投入する速度を単純に下げることに
より回避してよい。続いて、硬化性材料６０を型内にて固化して最終的な物品６
２を形成する。
【００４６】 硬化性材料６０には、固化しても大幅に収縮しない材料の種類を選択すると好
ましい。硬化性材料が固化後に縮小するようであると、固化中に材料が微小構造
形状１８から剥離してしまう可能性がでてくる。この「剥離」が起こると、仕上
がる物品において型からの微小構造がうまく複製されない可能性がある。しかし
ながら、固化されて著しく縮小しがちな硬化性材料を選択しても、正確で精密な
マイクロ複製は得られる可能性はある。硬化性材料６０が固化により縮小する種
類である場合、その操作者は硬化性材料６０を圧力下において型１０内に注入し
てもよい。その用いる材料量および圧力により、硬化性材料６０が固化により縮
小すると思われる量と同じ量だけ型を拡張させると好ましい。この方法において
、硬化性材料が固化すると、硬化性材料が縮小するにつれ型はその元の位置に弛
緩して固化中の剥離を防止する。
【００４７】 硬化性材料６０が型１０内にて固化して、微小構造形状１８の雌型複製構造を
含む最終物品６２を形成した後、仕上がった物品６２を型１０から外してよい。
図４（ｃ）に示すように、型１０を弾性的に拡張させて内面１４を仕上がった物
品６２から分離する。型１０を、上述のようにいずれの弾性拡張方法により拡張
してもよい。仕上がり物品上の複数の微小構造形状６４は、型１０の内面に位置
する複数の微小構造形状１８を実質的に複製したものである。
【００４８】 Ｅ．照明装置の製造方法 本発明による継ぎ目のない閉塞した型のマイクロ複製方法は、微小構造を物品
に直接機械加工することなく微小構造を物品に付設するために特に有用である。
本発明の方法はまた、物品の機能に悪影響を及ぼす可能性のある継ぎ目を形成せ
ずに微小構造を有する物品を形成する有益な技術を提供する。
【００４９】 例示的な例として、本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法を用いて、複
数の光抽出構造を中に延在して有するファイバコアを含む照明装置を製造しても
よい。
【００５０】 一般の照明装置は光導体を含む。光導体を一定長さの従来の光ファイバになぞ
らえることもある。このようなファイバは一般に、特定の断面形状（すなわち、
円形、楕円形など）を有するコアファイバと、そのコアを取り囲む被覆部分とを
有する。このコアの屈折率は被覆部分の屈折率を上回る。被覆部分は、材料の保
護層を含んでよく、あるいは最も単純な形態ではそれが周囲空気であってもよい
。使用に当たり、可視光などの電磁エネルギビームをファイバの一方の端部にて
コア内に導入すると、これが臨海角を上回る角度でコア／被覆部分界面に常に衝
突しながら、全反射されていく。こうしてその光は、大幅に失われることなく、
ファイバのもう一方の端部まで透過される。
【００５１】 照明装置はさらに、光を制御された領域および制御された強度にてコアを通過
してファイバの外側に透過する構造をコア上あるいはコア内に含む。この構造は
抽出構造と呼ばれている。Ａｐｐｅｌｄｏｒｎ他に付与された米国特許第５，４
３２，８７６号には、抽出構造をファイバコア上あるいはファイバコア内に直接
有する照明装置が開示されており、Ａｐｐｅｌｄｏｒｎ他に付与された米国特許
第５，６３１，９９４号には、光導体に装着して照明装置を形成してよい、外側
のオーバーレイ上に形成された抽出構造が開示されている。
【００５２】 一般に、抽出構造には２種類があり、すなわち正面抽出と背面抽出とである。
図５（ａ）には、コア１０２と任意の被覆部分図５（ａ）において点線で図示し
た部分）１０４とを有する照明装置１００の側面図が示されている。コア１０２
には、その表面に一連の精密な溝を有する複数の背面抽出構造１０６が付設され
ている。この照明装置は、光線Ａ、ＢおよびＣで示すように作用する。光がコア
内を図５（ａ）の左から右に通過する際、光線Ａは、コア／被覆部分界面にて反
射されて、ファイバコアの先に向かって伝播されていく。光線Ｂは、抽出構造間
のコア／被覆部分界面に入射して、同様に全反射される。しかしながら、光線Ｃ
は、背面抽出構造の表面上であるコア／被覆部分界面に入射する。抽出構造の表
面は、コアの表面に対して角度を付与されており、光線Ｃなどの光線がその構造
表面に入射すると、その光線はコアの断面を介して反射され、その構造に向かい
合うファイバ表面を介して透過されるようになっている。したがって、抽出構造
１０６は、コアからの光をその構造自体に対向する側に方向付けることから、背
面抽出構造と呼ばれている。
【００５３】 図５（ｂ）は、コア１１２、任意の被覆部分１１４およびコア上の正面抽出構
造１１６を有する照明装置１１０を示している。照明装置１１０は図５（ａ）の
照明装置１００とほぼ同じように作用する。光線ＤおよびＥは内部反射されてフ
ァイバのコア内を伝播されていく。しかしながら、光線Ｆは、光抽出構造１１６
の表面上に入射すると、その抽出構造に隣接する表面を介してファイバの外側へ
透過される角度にて反射される。抽出構造１１６が、その構造を含む側上のコア
の外部へ光を方向付けるため、これらは正面抽出構造と呼ばれている。正面抽出
構造および背面抽出構造の双方とも、窪み（図５（ａ）のように）として形成し
ても、突起（図５（ｂ）のように）として形成してもよい。
【００５４】 本発明による継ぎ目のない閉塞した型をマイクロ複製する方法を用いて、複数
の照明抽出構造を有する照明装置を製造してよい。上述した装置などの照明装置
を製造する場合、型の材料は、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎ
ｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製Ｓｙｌｇａｒｄ１８４などのシリコーンエラスト
マであると好ましい。型の内面に位置する微小構造形状は一般に、窪み、突起あ
るいはこれらの組み合わせのいずれでもよい。抽出構造の種類と抽出構造の寸法
および形状とは、最終的な装置に所望する照明特性に基づいて選択する。様々な
抽出構造の寸法および配置がＡｐｐｅｌｄｏｒｎ他に付与された米国特許第５，
４３２，８７６号に詳細に開示されている。
【００５５】 照明装置の成形にあたり、最終的な光導体の製造に使用する硬化性材料は、固
化すると実質的に光学的に透明な材料となるものが好ましい。硬化性材料の一般
分類として、アクリレートがその透明特性から好適である。しかしながら、多く
の用途において、仕上がり物品がより可撓性に富んでいることが望ましい。この
ような場合、ウレタンを使用すると好ましい場合もある。ウレタンは配合によっ
ては所望よりその透明特性は低くなるが、固化中の収縮が最小限に抑えられる傾
向にあるため、ウレタンも望ましい材料である。
【００５６】 本発明により照明装置を製造する場合、好適な硬化性ポリマー材料の例として
、１種類以上のポリイソシアネートと１種類以上のポリオールとの重合反応生成
物を含むポリウレタンが挙げられる。本発明に有用なポリウレタンは、熱可塑性
および熱硬化性であり、実質的に任意に透明である、かつ／または可視光線を透
過できると好ましい。
【００５７】 可撓性あるいは硬質、熱可塑性あるいは熱硬化性脂肪族ポリウレタンを含むポ
リウレタンが好適である。有用な脂肪族ポリウレタンを、ポリエステルポリオー
ルとポリイソシアネートとの反応物および任意に鎖伸長剤から形成することがで
きる。ポリオール：ポリイソシアネート：鎖伸長剤のモル比として、約１：１：
０〜約１：１５：１４が可能である。本発明に有用な好適ポリウレタンは、光、
特に紫外線に長時間曝露されても優れた安定性を呈する。好適には、本発明に有
用な脂肪族ポリウレタンは、 ａ）分子量が約２００〜１５，０００であるイソシアネート末端ポリエステル
ポリオール分子を含む軟質部分と、 ｂ）任意に、鎖伸長剤と軟質部分のイソシアネート末端基との反応生成物およ
び追加のポリイソシアネ−トを主に含む硬質部分と、 ｃ）含有されているすべてのポリエステルポリオールおよび鎖伸長剤分子と本
質的に反応させるための充分な脂肪族ポリイソシアネートと、 を含む。
【００５８】 配合内に硬質部分を組み入れることは任意である。硬質部分により、強度を高
め、本発明の導波管の光透過特性に悪影響を及ぼさないという条件であれば、必
要に応じてポリウレタン導波管の屈折率を上昇してよい。
【００５９】 このウレタン結合の他に、任意にイソシアヌレ−ト、ビウレット、アロファネ
ート、アミドあるいは導波管に含まれるオキサゾリドンなどの様々な量の他の結
合を有してもよい。これらの場合、上述した量を超えるポリイソシアネートを追
加する必要があるが、層が分離し、光が分散して導波管の効果が低下する結果を
招くほどに結合量が増加する可能性はない。さらに、アジピン酸ジブチルなどの
可塑剤、ジラウリン酸ジブチルチンなどの触媒、および安定剤および酸化防止剤
などの添加剤を、充分な製品性能を確実に得るために必要な量にて添加してよい
。
【００６０】 本発明に有用な脂肪族ウレタンを、他の任意に透明なポリマーと配合しても良
い。ただし、その配合物が相溶性である、あるいは形成される範囲が小さく、得
られる導波管の効果を低下させることになる光の散乱を起こさないことを条件と
する。
【００６１】 好適グリコールの例として、分岐Ｃ3−Ｃ6酸化アルキレンから主に誘導可能な
グリコールが挙げられるが、ポリマー形成前後の特性に対する分岐ユニットの本
質的効果が保持される、あるいは結晶質相が発生しないのであれば、酸化エチレ
ン由来のユニットでもよい。酸化エチレンユニットの量は、酸化アルキレンユニ
ットの総量の約２０重量％未満であると好ましい。例えば分子量が約２０００で
あるポリ（オキシプロピルエネオキシエチレン）グリコール（ミシガン州ミッド
ランドのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから商標名ＶＯＲＡＮＯＬ TM ５２８７として商業的に入手可能であり販売されている）およびポリ（オキシ
ブチルエネオキシエチレン）グリコールを含む酸化プロピレンおよび／または酸
化ブチレンから主に誘導可能なグリコールであればより好ましい。
【００６２】 好適な高分子ポリオールとしてさらに、約２００〜約２０，０００の分子量で
ある酸化ポリエチレンおよびポリプロピレンポリマーが挙げられ、その例には、
コネチカット州ダンベリーのＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．から入手
可能であり、商標名ＣａｒｂｏｗａｘTM４００、６００、８００、１０００、３
３５０、８０００および２００００として販売されている一連のポリ（酸化エチ
レン）化合物；デラウェア州ウィルミントンのＨｅｒｃｕｌｅｓ Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ Ｃｏ．から商標名ＳｔｒｕｃｔｏｎTMＨＰＯＲ
０１００ＮＣＢとして入手可能なポリエーテルポリオール；デラウェア州ウィル
ミントンのＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．から入手可能であり商標名Ｔｅｒｅｔｈａｎｅ TM １０００および２０００として販売されている一連のポリオールなどの、約２
００〜約４０００の分子量を有するポリ（テトラメチレンエーテル）グリコール
がある。
【００６３】 本発明の光学素子の準備に有用である特に好適なポリオールにポリエステルポ
リオールがある。有用なポリエステルポリオールの例として、Ｕｎｉｏｎ Ｃａ
ｒｂｉｄｅから入手可能である商標名ＴｏｎｅTM２００、２１０、２３０、２４
０、２６０、３０１、３０５および３１０として販売されている一連のポリオー
ル；ペンシルバニア州フィラデルフィアのＥｌｆ Ａｔｏｃｈｅｍから入手可能
である商標名Ｐｏｌｙ ｂｄTMとして販売されている一連のポリオールなどのヒ
ドロキシ末端ポリブタジエン材料；ニューヨーク州ニューヨークのＭｉｔｓｕｂ
ｉｓｈｉ Ｇａｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．から商標名Ｐ
ｏｌｙｔａｉｌ ＨおよびＰｏｌｙｔａｉｌ ＨＡとして販売されているものな
どの水素添加ポリブタジエンポリオール；テキサス州ヒューストンのＳｈｅｌｌ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商標名ＫｒａｔｏｎTMＨＰＶＭ２２０１として
販売されているポリ（エチレンブチレン）ジオールなどの脂肪族ブロックコポリ
マーポリオール；ペンシルバニア州ピッツバーグのＢａｙｅｒからＤｅｓｍｏｐ
ｈｅｎ６７０−８０、６７０−１００、８００および１１００としてＤｅｓｍｏ
ｐｈｅｎTMの商標名で販売されている族および、テキサス州ヒューストンのＳｏ
ｌｖａｙ Ｉｎｔｅｒｏｘから入手可能なＣＡＰＡTM２００および３０１として
ＣＡＰＡTMの商標名で販売されている族を含むアジピン酸、アゼリン酸、セバシ
ン酸などの二塩基酸のポリグリコールエステル；カリフォルニア州サンクレメン
テのＣｏｏｋ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．からＣｈａｒｄａｎｏｌTMの商標名で
販売されているものなどのポリエチレンテレフタレートポリオール；ウィスコン
シン州ＲａｃｉｎｅのＳ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．から商標名
ＪｏｎｃｒｙｌTMとして販売されているシリーズなどのアクリルポリオール；ペ
ンシルバニア州フィラデルフィアのＩｎｏｌｅｘ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．か
ら商標名ＬｅｘｏｒｅｘTM１４０５として販売されているものなどのカルボキシ
官能ポリエステルポリオール；マサチューセッツ州ＰｅａｂｏｄｙのＳｔａｈｌ
ＵＳＡ、Ｐｅｒｍｕｔｈａｎｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｄｉｖ．から商標名Ｐｅ
ｒｍａｎｏｌTMとして販売されているものなどのポリカーボネートポリオール；
およびニュージャージー州Ｍｏｕｎｔ ＯｌｉｖｅのＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎから商標名ＰｏｌｙＴＨＦ ＣＤTMとして販売され、入手可能な一連の
ポリオールなどのポリ（酸化テトラメチレン）／ポリカーボネートの無作為コポ
リマーなどの約２００〜約５０００の分子量を有するポリカプロラクトンポリオ
ールが挙げられる。
【００６４】 芳香族部分を含まず、脂肪族および／または脂環式部分のみを含むジイソシア
ネ−トが好適である。好適なジイソシアネ−トの例として、１，６−ヘキサメチ
レンジイソシアネートおよび１，１２−ドデカンジイソシアネートなどのポリメ
チレンジイソチアネート、メチレンビス（４−イソシアネートシクロヘキサン）
、１，３−および１，４−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、シク
ロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−ジイソシア
ネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロブタ
ン−１，３−ジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート（１−イソシア
ネート−３，３，５−トリメチル−５−イソシアネート）シクロヘキサン、ＩＰ
ＤＩ）、２，４−および２，６−ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート、ペル
ヒドロ−２，４−および−４，４−ジフェニールメタンジイソシアネート（ペン
シルバニア州ピッツバーグのＢａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．から商標名Ｄｅｓｍｏｄｕ
ｒTMＷとして入手可能なＨ12ＭＤＩ）、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネー
ト（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．製商標名ＤｅｓｍｏｄｕｒTMＮ−３３００）のイソ
シアヌレートなどのイソシアヌレート基を含むポリイソシアネート、ヘキサヒド
ロ−１，３−および−１，４−フェニレンジイソシアネート、２，２，４−およ
び２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート（ＴＭＤＩ）の混合
物、ジ（イソシアネートエチル）カーボネート、リジンジイソシアネート、１，
６−ジイソシアネート−２，２，４，４−テトラメチルヘキサン、１，８−ジイ
ソシアネート−ｐ−メタンおよびイソプロピリジンビス（４−イソシアネートシ
クロヘキサン）が挙げられ、上記ジイソシアネートの異性体と、上記ジイソシア
ネートのオリゴマーと、上記ジイソシアネートおよびそのオリゴマーのすべての
組み合わせとの混合物もそれに含む。
【００６５】 好適な鎖伸長剤の例として、脂肪族Ｃ2−Ｃ4直鎖および分岐鎖ジオール、ジア
ミンおよびヒドロキシアミン；ヒドラジンおよびピペラジン、シクロおよび脂環
式ジオール、ジアミンあるいは１２以下の炭素原子を有するヒドロキシアミン、
ヒドロキノンおよびレゾルシノール（ビス（２−ヒドロキシエチル）エーテルな
ど、あるいはビス（２−ヒドロキシエチル）エーテルとして）および、メチロー
ルおよび／またはアミノメチルの２つの基と置換した芳香族および複素環式芳香
族化合物核（およびその完全に水素添加された部分）が挙げられる。さらに好適
な鎖伸長剤の例として、エチレングリコール、１，２−および１，３−プロピレ
ングリコール、１，４−および２，３−ブチレングリコールなどの脂肪族Ｃ2− Ｃ4直鎖および分岐鎖ジオールおよびシクロアルキルジオール、１，５−ペンタ ンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、ネオペン
チルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサ
ンジオール、トリメチロールプロパン、１，４−ビス（ヒドロキシメチルシクロ
ヘキサン）、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセロール、トリメチ
ロールプロパン、１，２，６−ヘキサントリオール、トリメチロールエタン、ペ
ンタエリスリトール、キニトール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレング
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、高級ポリエチ
レングリコール、ジプロピレングリコール、高級ポリプロピレングリコール、ジ
ブチレングリコール、高級ポリプロブチレングリコール、４，４´−ジヒドロキ
シジフェニールプロパンおよびジヒドロキシメチルヒドロキノンが挙げられる。
鎖伸長剤の適した種類として他には、１，２，３，４，４−ヘキサフルオロペン
タン−１，５−ジオールなどのフッ素置換二官能性ジオールおよび、２−フェニ
ール−１，３−プロピレングリコールおよびフェニール−１，４−ブチレングリ
コールなどのフェニ−ル置換Ｃ2−Ｃ5ジオールが挙げられる。無論、上記ジオー
ルの混合物および組み合わせを鎖伸長剤として使用することができる。
【００６６】 ポリオール：ポリイソシアネ−ト：鎖伸長剤のモル比は、約１：１：０〜約１
：１５：１４が好ましく、約１：１：０〜約１：６：５であればより好ましい。
本発明に有用な脂肪族ポリウレタンは、まずポリオールとジイソシアネ−トとを
反応させてプレポリマーを形成し、次にこのプレポリマーを鎖伸長剤と反応させ
る２段階処理により調製することができる。このポリウレタンを、まずポリオー
ルと鎖伸長剤とを配合し、これにジイソシアネ−トを添加する１容器方法により
調製してもよい。このポリウレタンは、好適には約６０，０００〜約２００，０
００の重量平均分子量を有する熱可塑性材料でも、あるいは熱硬化性剤嶐、すな
わち架橋した材料であってもよい。
【００６７】 複数の抽出構造を有する照明装置の製造に本発明による継ぎ目のないマイクロ
複製方法を用いると、明らかに有利である。第１に成形段階において微小構造を
直接装置に複製することにより、この微小構造は非常に正確に複製される。これ
は、抽出構造の表面が平滑で角度が鋭利なほど、表面の不備により失う光量を最
小限にしつつ、所望領域に放つ光量が多くできるという点において重要である。
【００６８】 従来技術によると、微小構造を一般にファイバ内に直接機械加工するか、微小
構造を有する材料の薄い帯片をファイバ表面に接着するかのいずれかであった。
直接の機械加工では、窪みあるいは溝をファイバ内に形成することができるだけ
である。微小構造を有する材料の帯片を用いると、別の界面が追加される。この
ような界面が増加すると、余分な界面における損失が起こるなど光学性能が低下
する可能性がでてくる。
【００６９】 直接機械加工は、精密なダイヤモンドを先端に施した素子を用いてファイバの
小さな部分を繰り返し削り取り、所望の溝形状および寸法を得るダイヤモンドバ
イトの形態をとる可能性がある。この方法は非常に正確であるが、各溝に対して
複数の操作が必要であり効率が悪い。さらに、光導体に軟性材料を使用した場合
、ファイバ材料に弾性があるため、精密な溝を機械加工することが難しくなる可
能性がある。
【００７０】 直接機械加工は打ち抜き加工処理の形態であってもよい。この処理は、Ａｐｐ
ｅｌｄｏｒｎ他に付与された米国特許第５，４３２，８７６号に詳細に記載され
ている。この打ち抜き加工処理では本質的に、一連の隆起部分を有するダイを含
む打ち抜き工具が必要となる。その隆起部分は、ファイバ表面に付設するはずの
溝と同じ形状および寸法を有するように設計されている。ファイバ表面にこの打
ち抜き工具で窪みをつける。この方法は、複数の通過作業が必要ではないため、
直接ダイヤモンドバイトより効率が良いという点において有利である。しかしな
がら、打ち抜き加工では、材料はファイバから除去されるのではなく配置が変わ
るだけであるため、材料が余分として押しのけられるとファイバの表面が変形す
る原因となる。さらにこの方法は、表面に窪みを作製する際にしか使用すること
ができない。
【００７１】 実施例１ 型の製造 平滑な光学仕上げ（すなわち２００ｎｍ（８マイクロインチ）ＲＭＳ粗さ未満
の形状）に研磨した直径１２ｍｍ、長さ５０ｃｍの真鍮棒を、ＰｒｏｔｏＴｒａ
ｋ２軸Ｎ／Ｃフライス盤（コネチカット州ＢｒｉｄｇｅｐｏｒｔのＢｒｉｄｇｅ
ｐｏｒｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｉｎｃ．）の基盤内に固定した。真鍮棒に１つ以
上のノッチを切り込むために必要な９０°などの角度形状を有するタングステン
カーバイド切断先端部をフライス盤の主軸に取り付け、およそ３００ｒｐｍにて
回転しながら、およそ３．７ｃｍ／分の給送速度で前進した。コンピュータ制御
により、切断先端部は、最終的な成形ポリマー部から光の抽出が可能となるよう
に、真鍮棒に複数のノッチ（微小構造）を正確に割り出された間隔で切り込んだ
。これは例えば係属中の米国特許出願第０８／７８９，８０８号に記載されてお
り、この内容全体を本願明細書に引用したものとする。すべてのノッチを切断後
、本明細書において原型と呼ぶ真鍮棒をフライス盤から取り出し、完全に清浄し
てわずかな金属片も除去した。１つ以上の切断先端部を用いて棒に沿って複数回
通過させながら、異なる寸法および異なる角度のノッチを１本の真鍮棒内に切込
むことも本発明の範囲内とする。
【００７２】 この原型を１６０℃に４時間加熱した後、２３℃まで（室温）冷却した。次い
でこの原型を「チェース」と呼ばれる２部からなる中空の丸い型の端部キャップ
を下にして垂直に配置した。この１部はアルミニウムであり、他方の１部は透明
なポリカーボネートである。これらが、直径を分割するチェースの半体である。
このチェースは直径が２５ｃｍ、長さが５６ｃｍである。この端部キャップに皿
穴を設けて、中空型内に棒を中心付ける手段とする。チェースの２つの半体を閉
じ合わせてテープで密閉し、頂部および底部付近にて実験用ホースクランプを用
いて締付けた。シリコーン成形材料であるＳｙｌｇａｒｄ１８４（ミシガン州ミ
ッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐ．）を、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎ
ｇ製から商標名Ｓｙｌｇａｒｄで販売されている硬化剤と１０：１の容量比率で
ポンプ真空下において、本質的にすべての泡を除去するまで充分な時間をかけて
混合した。この混合した材料をゆっくりチェース頂部内に注入し、チェース原型
の長手方向を完全にカバーした。皿穴をあけた頂部端部キャップを原型の自由端
部上に配置してチェースの開口頂部に嵌合し、原型をチェース空隙内中央に位置
付け、チェースを密閉した。
【００７３】 シリコーン型材料を一晩かけて２３℃にて硬化した後（別の方法としてシリコ
ーンを８時間５０℃にて硬化することも可能であった）、チェースを取り出した
。まずシリコーンを原型からそっと分離し、型の内部に空気圧を印可して拡張し
たシリコーン型から原型を取り出すことにより、原型を型から取り出した。こう
して、必要条件である微小構造形状を内面に有する、中空で可撓性である型を得
た。
【００７４】 実施例２ 照明装置の製造 ビス（４−イソシアネ−トシクロへキシル）メタン（例えばペンシルバニア州
ピッツバーグのＢａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．からＤｅｓｍｏｄｕｒTMＷの商標名で販
売されているもの）３９．６重量部と、イソシアヌレート含有ポリイソシアネ−
ト（例えばＢａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．からＤｅｓｍｏｄｕｒTMＮ−３３００の商標
名で販売されているもの）３９．３重量部と、ポリエステルジオール（例えばテ
キサス州ヒューストンのＳｏｌｖａｙ Ｉｎｔｅｒｏｘから商標名ＣＡＰＡTM２
００、Ｍw５５０として販売されているもの）８０部と、ポリエステルトリオー ル（例えばＳｏｌｖａｙ Ｉｎｔｅｒｏｘから商標名ＣＡＰＡTM３０１、Ｍw３ ００として販売されているもの）２０重量部とを含むポリウレタン先駆物質混合
物を、真空ポンプ下において２３℃にて３０分間攪拌し、その後真空状態を解放
して、ジブチルチンジメルカプチド重合触媒（例えばコネチカット州グリーンウ
ィッチのＷｉｔｃｏ Ｃｏｒｐ．からＦｏａｍｒｅｚTMＵＬ−１の商標名で販売
されているもの）０．３重量部を添加した。再度真空状態にして、この混合物を
１分間攪拌し、１分間放置して混入ガスを除去した後、真空状態を解放した。
【００７５】 実施例１において得た中空型を含むチェースを垂直に固定し、液体であるポリ
ウレタン先駆物質混合物内に泡が発生しないように、ポリウレタン先駆物質混合
物をゆっくりシリコン型内に注入した。２３℃にて１時間、このポリウレタン照
明装置を硬化した。必要であれば、この硬化した装置を、１００℃にて１時間さ
らに硬化することもできた。
【００７６】 この軟性かつ可撓性である照明装置は、型を装置から分離するためにそっと曲
げ、型の一方の端部をカバーして圧縮空気をもう一方の端部内に導入することに
より、拡張性シリコーンの型から取り出した。この型が僅かに拡張したところで
照明装置を把持して、型を破損する、あるいは照明装置の微小構造ノッチの精度
を失うことなく、型から引き出した。
【００７７】 成形された装置の照明特性を示すため、この装置を、含浸と含浸との間に１５
分間の乾燥時間を設けながら、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ
からＦｌｕｏｒａｄTMＦＣ−７２２の商品名で販売されているフルオロケミカル
溶液内に３回含浸した後、２３℃にて乾燥して低屈折率コーティングを得た。
【００７８】 次に、コーティングを施した装置を、成形したノッチ部分のみを露出するよう
にその周囲のおよそ２７０°を白いビニールテープ（この場合、ミネソタ州セン
トポールの３Ｍ ＣｏｍｐａｎｙからＣａｔ．Ｎｏ．４７１の商品名で販売され
ている白いビニールテープを使用した）でカバーした。露出しているノッチに、
コネチカット州ＷｏｏｄｂｒｉｄｇｅのＬｉｌｌｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉ
ｎｃ．から供給されているキットおよび方法を用いて銀元素の薄い層をコーティ
ングした。次いで、その露出したノッチを蒸留水で完全に洗浄し、それが乾燥す
る前にフッ化スズの希釈水溶液を噴霧した。余分なスズ溶液を蒸留水で洗い落し
、硫酸銀を含むアンモニア水溶液を噴霧した後、この照明装置を蒸留水でさらに
すすいで乾燥し、約７０℃にて２分間加熱した。保護テープを除去したところ、
銀メッキしたノッチを有する所望の照明装置を得た。
【００７９】 銀メッキを施したノッチを有して仕上がった装置の照明特性を測定し、センタ
ーハイマウントストップランプ（ＣＨＭＳＬ）装置用ＳＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｊ１９５７ ＪＵＮ９３と比較した。本発明による照明装置の一方の端部を、
１５０Ｗハロゲン電球（日本、東京のＵｓｈｉｏ ＫＫ製）を使用した光源（ニ
ューヨーク州ＡｕｂｕｒｎのＦｏｓｔｅｃ Ｉｎｃ．製Ｔｙｐｅ ２０５００）
から９５ルーメンで照明した。一方の端部からの照明による結果データをそのミ
ラーイメージに追加して、両端から照明されたＣＨＭＳＬの性能を示した。この
測定および算出の結果を表１に示す。
【００８０】 表１において、光強度測定（カンデラ）は、ＣＨＭＳＬの中心に対して中実に
左１０°から右１０°および上１０°から下５°までのテーパ角度である特定の
光度測定試験領域に対するものである。表１において「Ｓ」で示す値は、ＳＡＥ
Ｓｔａｎｄａｒｄにおいて許容範囲である最小標準強度を表す。測定領域内に
おいて、０．２５°半径にてできる領域より広い領域に対して強度が１３０カン
デラを超える可能性はない。
【００８１】
【表１】
【００８２】 表１のデータから、本発明により成形および取り外された照明装置により、各
ポイントにおいて最小カンデラを上回り、最大カンデラを下回る、ＳＡＥ基準試
験ポイントにてＣＨＭＳＬ用の光が得られたことがわかる。したがって、この型
設計は有効であり、ＣＨＭＳＬの製造方法は満足のいくものであった。
【００８３】 実施例３ 照明装置の製造 実施例２のように、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ Ｗ３９を重量部と、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ
Ｎ−３３００を３８．７重量部と、ポリエステルジオール（例えばコネチカット
州ダンベリーのＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からＴｏｎｅ０２０１
、Ｍw５３０として販売されているもの）８０重量部と、ポリエステルトリオー ル（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．からＴｏｎｅ０３０１、Ｍ w ３００として販売されているもの）２０重量部と、ジブチルチンジメルカプチ ド触媒（例えばＷｉｔｃｏ Ｃｏｒｐ．からＦｏａｍｒｅｚTMＵＬ−１の商標名
で販売されているもの）１．７重量部とを含む硬質ポリウレタン先駆物質配合物
を調製した。実施例２において説明したように硬化および取り外しを行い、任意
に透明な、可撓性ポリウレタン照明装置を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】 本発明による型の略図である。
【図１（ｂ）】 本発明による型の略断面図である。
【図２（ａ）】 異なる圧力を印加することにより本発明による型を拡張す
る手段を示す略図である。
【図２（ｂ）】 異なる圧力を印加することにより本発明による型を拡張す
る手段を示す断面図である。
【図３（ａ）】 本発明による型を製造するステップを示す略図である。
【図３（ｂ）】 本発明による型を製造するステップを示す略図である。
【図３（ｃ）】 本発明による型を製造するステップを示す略図である。
【図４（ａ）】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法におけるステ
ップを示す略図である。
【図４（ｂ）】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法におけるステ
ップを示す略図である。
【図４（ｃ）】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法におけるステ
ップを示す略図である。
【図５（ａ）】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法を用いて製造
した照明装置の動作を示す略側面図である。
【図５（ｂ）】 本発明による継ぎ目のないマイクロ複製方法を用いて製造
した照明装置の動作を示す略側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA54 BA01 4F202 AA36 AA42 AH73 AH77 AJ05 AJ08 AM32 CA01 CB01 CD03 CD30 CM30 CN01 4F203 AA36 AA42 AH73 AH77 AJ05 AJ08 AM32 DA01 DB01 DC01 4F204 AA36 AA42 AH73 AH77 AJ05 AJ08 AM32 EA03 EB01 EF01 EK13 EK24

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内面に複数の微小構造形状を含む内部を有する拡張性で中空
    である一体作りの型であって、該内部が該型内に設けられた開口部を介してアク
    セス可能である型と、 該型を拡張する手段と、 を含む、閉じた型のマイクロ複製装置。
  2. 【請求項２】 前記拡張性である型の可撓性材料がシリコーンエラストマ材
    料を含む請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記型の前記拡張手段が、充分な圧力下にて流体を該型内に
    注入することにより該型を拡張する手段を含む請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 機械加工可能な原料を提供するステップと、 該原料を機械加工して原型を形成して、該原型に複数の微小構造形状を付設す
    るステップと、 該原型を硬化性材料で実質的にカバーするステップと、 該原型を取囲む該硬化性材料を硬化して硬化済材料を形成することにより、該
    原型が有する該複数の微小構造形状の複製を含む内面を有する拡張性の型を形成
    するステップと、 該型を弾性的に拡張するステップと、 該原型を該型から除去するステップと、 を含む、マイクロ複製用の拡張性で閉じた型を製造する方法。
  5. 【請求項５】 前記型を拡張するステップが、前記原型と該型との間に流体
    を注入して該型を拡張することにより、該型を該原型から分離することを含む請
    求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記型を拡張するステップが、該型を加熱することにより該
    型を熱的に拡張することを含む請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記機械加工可能な原料が、銅、ニッケル、アルミニウム、
    プラチナ、銀あるいは合金、あるいはこれらの組み合わせである請求項４に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記機械加工可能な原料がポリマー材料である請求項４に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記機械加工可能な原料が、ポリアクリレートあるいはポリ
    カーボネートである請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記硬化性材料がシリコーンエラストマ材料である請求項
    ４に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 内面に複数の微小構造形状を含む内部を有する拡張性で中
    空の一体作りの型であって、該内部が該型内に設けられた開口部を介してアクセ
    ス可能である型を提供するステップと、 該型の該内部に硬化性材料を充填するステップと、 該型内部の該硬化性材料を硬化して成形物品を形成して、該型の内面が有する
    該複数の微小構造形状を該成形物品上に実質的に複製するステップと、 該型を弾性的に拡張して、該成形物品を該型から分離するステップと、 を含む、一体作りの型を使用してマイクロ複製する方法。
  12. 【請求項１２】 前記型を弾性的に拡張するステップが、充分な圧力下にて
    該型の前記内面と前記成形物品との間に流体を注入して該型を拡張することによ
    り、該成形物品を該型から分離することを含む請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記型と前記成形物品との間に注入された前記流体がガス
    である請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記型と前記成形物品との間に注入された前記流体が液体
    である請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記拡張性の型がシリコーンエラストマ材料を含む請求項
    １１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記成形物品が実質的に光学的に透明である請求項１１に
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記成形物品が光導体を含む請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記光導体上に付設された前記複製された微小構造形状が
    複数の光抽出構造を含む請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記光抽出構造の少なくとも一部が正面抽出式である請求
    項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記光抽出構造の少なくとも一部が背面抽出式である請求
    項１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記硬化性材料が、重合性モノマー、ポリマー先駆物質、
    あるいはこれらの組み合わせを含む請求項１１に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記硬化性材料が、ウレタン先駆物質あるいはアクリレー
    トモノマーを含む請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 内面に複数の微小構造形状を有する内部を備えた拡張性で
    中空である一体作りの型であって、該内部が該型に設けられた開口部を介してア
    クセス可能である型を提供するステップと、 硬化されると実質的に光学的に透明材料を形成する硬化性材料を提供するステ
    ップと、 該型の該内部に該硬化性材料を充填するステップと、 該型内部の該硬化性材料を硬化して、実質的に光学的に透明な照明装置を形成
    するステップであって、該型の該内面が有する前記複数の微小構造形状を該照明
    装置に複製して、該照明装置上の複数の光抽出構造とするステップと、 該型を弾性的に拡張することにより、該型から該照明装置を分離するステップ
    と、 を含む、継ぎ目のない照明装置の成形方法。
  24. 【請求項２４】 前記光抽出構造の少なくとも一部が正面抽出式である請求
    項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記光抽出構造の少なくとも一部が背面抽出式である請求
    項２３に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記エラストマ材料がシリコーン材料である請求項２３に
    記載の方法。
  27. 【請求項２７】 内面に複数の微小構造形状を有する内部を備えた拡張性で
    中空である一体作りの型であって、該内部が該型に設けられた開口部を介してア
    クセス可能である型を提供するステップと、 該型の該内部に硬化性材料を充填するステップと、 該型内部の該硬化性材料を硬化して、硬化済材料を形成するステップと、 該型を弾性的に拡張するステップと、 該硬化済材料を該型から取り外すステップと、 を含む、継ぎ目のない物品の成形方法。
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