JP2004523868A - 熱可塑性材料上に回路を真空蒸着する方法および回路を収納する車両ランプハウジング - Google Patents

熱可塑性材料上に回路を真空蒸着する方法および回路を収納する車両ランプハウジング Download PDF

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Abstract

本発明は、熱可塑性材料上に回路を真空蒸着する方法に関する。その一態様において、本発明は、自動車に適用される回路の真空蒸着に関する。その他の態様において、本発明は、真空蒸着によって取り付けられる回路を収納する車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、発光ダイオードに電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、取り外し可能な白熱電球に電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性材料上に回路を真空蒸着する方法に関する。その一態様において、本発明は、自動車に適用される回路の真空蒸着に関する。その他の態様において、本発明は、真空蒸着によって取り付けられる回路を収納する車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、発光ダイオードに電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、取り外し可能な白熱電球に電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。
【背景技術】
【0002】
極めて微細なスケールで真空蒸着を用いて回路基板を作成することが知られている。この方法においては、回路基板上に回路トラックを作るために集束電子ビームを使用して極めて微細な真空蒸着を達成する。各トラックは回路基板上にほんの数オングストロームの厚さに作られて、回路基板に要する非常に小さな電流を搬送することのできる回路を提供する。
【0003】
ランプハウジングの内部等に反射するようにした面を作成することによって、他の運転者が監視するためのランプハウジングを覆っているレンズを通して光を投射する白熱電球に対して反射する背景を提供する場合には、より大きな規模の真空蒸着処理が知られている。このようなより大きな規模の真空蒸着は真空蒸着チャンバ内で行われる。反射被膜が蒸着されるランプハウジングは、物理的にマスクで覆われ、高電圧が印加されるクロム目標物の前に移され、この高電圧によりクロム粒子が目標物から離れ、ランプハウジングの可塑性材料に埋め込まれる。この処理によってランプハウジングのマスクで覆われていない部分の上に厚さ200乃至400オングストロームの、プラスチックハウジング上のクロム被膜が形成される。次に、従来技術において知られるように、反射するようにされたランプハウジングには、被覆用半透明レンズと電気回路と電球とが設けられる。このような従来技術のランプハウジングは多くの形態を取っている。
【0004】
図1に示される従来技術のランプハウジングアセンブリの一例を参照すると、ハウジング10は、通常は反射材料で被膜される内面12と、ハウジング10の後部からランプ16を挿入するための幾つかの開口部14を有する。ハウジング10の前部は半透明のレンズ18によって覆われ、レンズ18は一般にランプ16の機能に基づいて色が異なる領域を有しており、ランプ16はレンズ18のこの部分を通して光を投射する。個々のランプ16はそれぞれのランプ16に接続される配線ハーネス17を介して電力が供給される。
【0005】
図2および3はさらなる従来技術の実施の形態を示しており、電球16は各々着脱可能なソケット22によって支えられ、ソケット22をハウジングの開口部に挿入することにより図2の場合は可撓性の(柔軟性のある)プリント回路24に、図3の場合は型打ちされた金属製のハーネス26に電球16が電気的に接続され、プリント回路24または型打ち金属製ハーネス26自体は自動車の電気システムに電気的に接続されて導電回路を完成させる。図2および3の従来技術の実施の形態はそれぞれハウジング10に電球を取り付けおよび嵌合するための追加接合部品28、30、32をさらに必要とする。
【0006】
図4を参照すると、従来技術のさらなる実施の形態のランプハウジング40は、幾つかの発光ダイオード(LED)42を収容するように適合され、発光ダイオード42はハウジング40の外形に対応するオフセット46で構成されるスナップLEDホルダ44に保持される。ハウジング40の前部はレンズ48によって覆われる。
【0007】
さらに他の従来技術の実施形態が図5に示されており、ハウジング50は、幾つかのLED54が取り付けられたプリント回路基板52と、プリント回路基板52を覆い、LED54がそれを通して投射する反射器56と、ハウジング50の前部に取り付けられてハウジング50を封止し、その中にプリント回路基板52および反射器56を保持するレンズ58と、を有する。
【0008】
これらの従来技術のランプハウジングにはそれぞれ固有の欠点がある。配線ハーネス型ランプハウジング(図1)は部品が高価であり、機械的な大きさに制約があり、構成および設置が煩雑である。屈曲性のある回路(図2)は高価な場合があり、屈曲性回路をハウジングに封入することおよびハウジングへの電気コネクタの機械的一体性(統合性、完全性)が制限の要因である。アセンブリのアフターサービス、資本設備費用および設置費用がさらなる欠点である。金属回路型打ちハウジング(図3)は工具費、取り扱い費、封入および設置費用が高いという欠点がある。平坦なLED金属フレーム(図4)は部品が高価であり、平面的なデザインに制限され、供給業者に制限があり、尚且つLEDのデザインに制限される。LEDプリント回路基板アセンブリ(図5)は部品が高価であり、平面的なデザインに制限され、設置費用が高く、この場合も同様にLED専用である。
【0009】
LEDだけでなく従来の白熱電球または他の利用可能なランプの技術に使用できるように適合され、異なる色の光、特に白色を提供するように適合され、空間的な要求および設置費用の両方において効率の良い、従来技術の欠点を克服するランプハウジングを提供することが有利である。
【0010】
(発明の開示)
本発明は、熱可塑性材料上に回路を真空蒸着する方法に関する。その一態様において、本発明は、自動車に適用される回路の真空蒸着に関する。その他の態様において、本発明は、真空蒸着によって取り付けられる回路を収納する車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、発光ダイオードに電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。その他の態様において、本発明は、取り外し可能な白熱電球に電力を供給する回路が真空蒸着される車両ランプハウジングに関する。
【0011】
本発明による回路を真空蒸着する方法の一つの具体的な適用において、本発明は自動車のランプハウジングに適用することができ、真空蒸着等によってランプハウジングに回路を直接金属化(メタライゼーション)することによりランプハウジングの表面に埋め込まれた電気回路によってランプが車両の電気システムに電気的に接続される。その一態様において、本発明は、複数の発光ダイオードを直接接続するためのハウジングの内部に回路を金属化させてランプハウジングからの光を強化することを目的とする。その他の態様において、ハウジングは、ハウジングに埋め込まれた電気回路に電気的に接続される白熱または他の従来のランプを取り外し可能に収容する開口部を含む。その他の態様において、ハウジングに埋め込まれた電気回路は単一の位置で自動車の電気システムに電気的に接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
ここにおいて説明される本発明の工程はプラスチック基板から開始する。このような一例としては射出成形のプラスチックハウジングがあり、プラスチックハウジングには回路を蒸着するための便利なトラック領域が設けられ、ハウジングは尖った角を除去するためにさらに変形されて、ハウジングの構造(形態、トポグラフィー)に対して回路トレースを完全に、連続して、均一に蒸着することを可能にする。ハウジングはマスク内に配置される。マスクは、真空蒸着工程時に銅または他の金属蒸着物を埋め込みまたは金属蒸着物で被覆される露出した領域を残して、ハウジングの大部分を覆う。次にマスクで覆われた部分は真空蒸着チャンバ内に設置される。チャンバが稼動し、チャンバ内が真空にされ、蒸着処理が開始される。チャンバ内の「目標物」に対して電荷が与えられ、真空内に金属粒子が放出される。金属粒子はプラスチック基板の露出領域に衝突し、プラスチック表面に埋め込まれる。金属粒子は所望のトレース厚さに達するまでプラスチック部分に金属物質の層を構成する。プラスチック部分に蒸着された銅などの金属物質は、トレースの厚さが1乃至4ミクロン(または1,000乃至4,000オングストローム)に達した時に所望の導電性に達することが判明している。蒸着された回路トラックが目的とする用途で必要な電流を処理することができるように、真空蒸着物の厚さを増すことによって蒸着された回路トラックの導電性を高める。次いで、この部分は真空チャンバから取り出され、その最終用途に向けてさらに加工される。
【0013】
図6は本発明の実施の形態の例を示し、ランプアセンブリ100において、ランプハウジング110の上にランプ回路(「スプレー回路」120)が直接金属化(メタライゼーション)される。アセンブリ100は複数の発光ダイオード(LED)130およびレンズ140をさらに備える。
【0014】
ランプハウジング110は外面または後面112および内面114を有する。ハウジング110は幾つかのコンパートメント(区画)116に分割され、各コンパートメント116の内面114は本質的に概ね凹形である。
【0015】
スパッタ、陰極アークおよび電子ビーム技術等の様々な既知の真空蒸着法の一つによって、スプレー回路120がハウジング110の内面114に貼り付けられる。技術的に知られるように、このような方法を変更および修正した他の方法がハウジング110上にスプレー回路120を蒸着するために機能するが、選択された方法は、特に一連の製造に関連するサイクル時間、例えばハウジング110に必要な成形時間等について、全体の製造過程を最適化しながら結果を達成しなければならない。スプレー回路120はハウジング110の内面114に貼り付けられ、スプレー回路120はハウジング110のコンパートメント116に設置される。従来のピック・アンド・プレイス(pick−and−place)ロボットシステムを用いて、LED130がハウジング110のコンパートメント116内の回路120内に設置される。LED130はハウジング110の内面114の表面外形に直接設置される(図6A参照)。次にLED130は平面的な貫通孔(スルーホール)のデザインに対して、対流リフロー、赤外線リフロー、銀エポキシ、または標準的なウェーブソルダ等の既知の方法を用いて所定の位置に半田付けされる。好ましい工程においては、ピックアンドプレイスロボットシステムの接着剤分配能力を用いて半田付けをする前にLED130を所定の位置に保持する。スプレー回路120は、従来の単一の配線コネクタ(図示せず)によってハウジング110の後面112を通って車両の電気システムに電気的に接続される。
【0016】
ハウジング110の内面114上のスプレー回路120にLED130を設置した後、レンズ140がランプハウジング110を封止し、これによってコンパートメント116が封じられ、ハウジング110のコンパートメント116への埃や水分の侵入を防止する。
【0017】
このようにして、アセンブリ100は車両に物理的に取り付けるための簡単な機械的コネクタおよびスペース効率および作業効率の良い車両の電気システムへの単一の電気コネクタを用いて車両に設置される単一の封止されたアセンブリを提供する。
【0018】
本発明によるランプアセンブリ200のさらなる実施の形態が図7に示される。アセンブリ200はハウジング210と、スプレー回路220と、スプレーシール225と、複数の電球230およびソケット235と、を備える。
【0019】
ハウジング210は、反射被膜を有し、コンパートメントに分割され、レンズ(図示せず)によって封止される後面212および内面(図示せず)を備える。ハウジング210は、ハウジング210のコンパートメントに空けられる幾つかの鍵付きの開口部214をさらに備える。ハウジングは、本発明の第1の実施の形態で説明した際と同様にハウジング210の後面212上にスプレー回路220を蒸着するように準備されており、即ち、ハウジング210の後面212にマスクが貼り付けられ、ハウジングが真空蒸着チャンバ内に設置され、マスクによって覆われないハウジング210の露出された後面212に金属粒子が埋め込まれる。
【0020】
スプレー回路220はハウジング210の各鍵付き開口部214に一対の端子222、224が設けられるように構成され、これによって各端子222、224が電球230に接続し、電球230に電気エネルギーを供給する回路を完成させる。ハウジング210の後面212上にスプレー回路220を蒸着した後、スプレーシール225が、従来のプリント回路基板コーティング方法を用いて、スプレー回路220を電気絶縁および保護するために後面212に加えられる。ランプハウジング210がまだ真空金属化チャンバ内にある間、真空金属化処理のさらなる工程として回路に保護被膜を加えることも考えられる。端子222、224は電球230との電気的接続を可能にするために必ず露出される。スプレー回路220は、従来の単一の電気コネクタおよび配線(図示せず)を使用して車両の電気システムにスプレー回路を電気的に接続させるための単一の終端226をさらに含む。
【0021】
ランプアセンブリ200は、車両に設置し、終端226を介して単一のコネクタおよび配線を通して車両の電気システムに接続するための単一のアセンブリを提供する。車両内にランプアセンブリ200を設置する前または後に、ランプ230およびソケット235をハウジング210に連結することができる。一般に技術的に知られるように、ソケット235は物理的にランプ230を保持し、ランプ230とスプレー回路220との間に電気的接続を提供しながらランプ230を取り外し可能に支えるように構成される。ソケット235はさらにハウジング210の鍵付き開口部214と噛み合うように構成され、これによって開口部214にソケット235を挿入し、ソケット235を回転させると、ソケット235は開口部214内で機械的に噛み合って電球230をハウジング210内に維持する。同時に、鍵付き開口部214内でソケット235を回転させると、技術的に良く知られるように、ソケット235と端子222、224との間が電気的に接続される。従って電球230も端子222、224と電気的に接続されて電球230を含む電気回路が完成される。
【0022】
従って、アセンブリ200は、一般的な機械的ファスナーを用いて車両に設置することができ、単一の一般的な電気コネクタおよび配線によって車両の電気システムに電気的に接続することができ、このために設置が簡単で手間のかからない単一のユニットであるという利点を提供する。電球230が切れた時の交換は、鍵付き開口部214内のソケット235を回転し、ハウジング210からソケット235およびランプ230を取り外すことにより切れたランプ230をハウジング210から取り外し、ランプ230を取り外しおよび交換し、ハウジング210に再設置することによって達成される。
【0023】
図8乃至11は技術的に知られる射出成形処理によって形成されるランプハウジング310を含むランプアセンブリ300のさらなる実施の形態である、本発明に含まれる方法の工程を示す。
【0024】
図8に示されるように、ランプハウジング310は後面312と、ハウジング310を貫く幾つかの鍵付き開口部314と、スプレー回路を車両の電気システムに電気的に接続するために用いられる終端326と、を含む。
【0025】
図9を参照すると、ランプハウジング310の後面312にマスク340が固定される。マスク340は、ランプハウジングの後面312、さらに詳しくはランプハウジング310の鍵付き開口部314および終端326に対応した正確なパターンの開口部342を含む。マスク340がランプハウジング310の後面312に取り付けられると、マスク340は、後面312の開口部342を通して露出される部分を除いて後面312の全体を覆う。
【0026】
図10を参照すると、マスク340が付けられたランプハウジング312は真空金属化チャンバに設置される。チャンバが真空にされ、金属化またはスパッタ対象物350にエネルギーが与えられ、金属粒子352が対象物350の表面から放出される。金属粒子352はマスクで覆われたランプハウジング310に衝突すると、マスク340の開口部342を通ってランプハウジング310の露出部分に蒸着される。この金属化処理は金属粒子352の層が充分にランプハウジング310上に蒸着されるまで行われて、所望の電流負荷容量を有する電気回路を形成する。
【0027】
図11を参照すると、真空金属化チャンバから取り出されるとすぐに、マスク340が取り外され、ランプハウジング310の後面312が露出される。図11には、真空金属化処理の金属粒子352がランプハウジング310の後面312に回路トレース320を形成している様子が見られ、この回路トレース320はランプハウジング310の各鍵付き開口部314を、車両の電気システムに電気的に接続するための終端326に接続する。ランプハウジング310に回路トレース320を貼り付けた後、前の実施の形態のおいて説明したように、スプレーシールがランプハウジング310に貼り付けられて回路トレース320を保護する。
【0028】
図8乃至11の工程に関連して、図12乃至15は図6の実施の形態の同様の工程を示しており、図12はスプレー回路の貼り付け前のランプハウジング110を示す。図13において、マスク440がハウジング110に貼り付けられる。マスク440は幾つかの開口部442を含む。図14において、マスク440が貼り付けられたハウジング110は、目標物450が充電(チャージ)された真空蒸着チャンバ内に設置され、これによって金属粒子452が開口部442を通ってハウジング110の露出部分に噴射および蒸着される。図15は前面に回路トレース120が埋め込まれたハウジング110を示す。
【0029】
本発明によるプラスチック基板への回路の直接的な金属化は、構成、組み立ておよび設置がより経済的であるという利点を提供し、自動車のランプハウジングにおける1つの適用例に関しては、ハウジングに取り付けられ、車両内においてハウジングに要するスペースを増大させる外部の組立部品の必要がないために、より小型な設備となる。これに代わって、これらの回路およびアセンブリをハウジングの外形に対応してハウジングに直接成型することによって、空間の必要性が最小限に留められ、ハウジングに部品を追加する必要がなくなる。ハウジングのための材料は、必ずその温度特性が取り付けられる電気部品の温度特性に適合するように選択しなければならない。このような適合性によって電気部品の熱損失に起因するプラスチックハウジングの融解が回避される。スプレー回路120、220、320も必ず電気部品の電流の条件に対応するように構成されなければならない。
【0030】
理想的には、真空蒸着チャンバのサイクル時間を成型機等の一連の製造における他の機器のサイクル時間と適合させ、これによって組み立て費用にさらにサイクル時間が加わることがない。一人のオペレータで射出プレス等の成型機を取り去り、真空チャンバにマスクで覆われたハウジングを設置することができると考えられる。また真空チャンバは反射被膜およびスプレー回路を同時にハウジングに取り付けることも考えられる。
【0031】
本発明を特定の具体的な実施の形態に関連して具体的に説明したが、これは一例であって制限するものではなく、添付された特許請求の範囲は従来技術が許す限りできるだけ広く解釈すべきであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】図1は、ハウジングと、レンズと、車両の電気システムに相互接続する配線ハーネスが設けられた様々な光源と、を備える従来技術のランプアセンブリである。
【図2】図2は、ハウジングと、レンズと、車両の電気システムに相互接続する屈曲性のある回路が設けられた様々な光源と、を備える従来技術のランプアセンブリである。
【図3】図3は、ハウジングと、レンズと、車両の電気システムに相互接続する金属回路型打ちが設けられた様々な光源と、を備える従来技術のランプアセンブリである。
【図4】図4は、ハウジングと、レンズと、車両の電気システムに相互接続するスナップLED金属フレームアセンブリが設けられた様々な光源と、を備える従来技術のランプアセンブリである。
【図5】図5は、ハウジングと、レンズと、車両の電気システムに相互接続するLEDプリント回路基板アセンブリが設けられた様々な光源と、を備える従来技術のランプアセンブリである。
【図6】図6は、本発明によるプラスチック製自動車ランプハウジングに直接金属化される回路構成の分解斜視図である。図6Aは、図6の回路に対して配置されたLEDの拡大図である。
【図7】図7は、本発明によるプラスチック製自動車ランプハウジングに直接金属化される回路構成のさらなる実施の形態である。
【図8】図8は、回路を直接貼り付ける前の複雑な構造を有するランプハウジングの後部斜視図である。
【図9】図9は、本発明による図8のランプハウジングに対するマスクの貼り付けを示す。
【図10】図10は、マスクが貼り付けられた図8および9のランプハウジングの金属化を示す。
【図11】図11は、回路が貼り付けられ、マスクが取り外された図8乃至10のランプハウジングを示す。
【図12】図12は、回路を直接貼り付ける前の複雑な構造を有する図6のランプハウジングの前部斜視図である。
【図13】図13は、本発明による図12のランプハウジングに対するマスクの貼り付けを示す。
【図14】図14は、マスクが貼り付けられた図12および13のランプハウジングの金属化を示す。
【図15】図15は、回路が貼り付けられ、マスクが取り外された図12乃至14のランプハウジングを示す。

Claims (30)

  1. 導電性のランプハウジングを製造する方法であって、ランプハウジングの一部を形成する基板の上に導電性物質の層を蒸着することを含み、それによって、前記導電性物質が少なくとも一つ以上の電源および一つ以上の光源に接続される時に、一つ以上の電気回路の一部が形成される、導電性のランプハウジングを製造する方法。
  2. 導電性物質の層の蒸着は真空蒸着によって蒸着される、請求項2に記載のランプハウジング製造方法。
  3. 導電性物質の層はスパッタ真空蒸着によって蒸着される、請求項2に記載のランプハウジング製造方法。
  4. 導電性物質の層は陰極アーク真空蒸着によって蒸着される、請求項2に記載のランプハウジング製造方法。
  5. 導電性物質の層は電子ビーム真空蒸着によって蒸着される、請求項2に記載のランプハウジング製造方法。
  6. 導電性物質の層は金属である、請求項1または11に記載のランプハウジング製造方法。
  7. 導電性物質の層は、基板上に導電性物質を直接金属化することによって蒸着される、請求項1または11に記載のランプハウジング製造方法。
  8. 蒸着時において導電性物質の層に個別の電気経路を形成する工程をさらに備える、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  9. 個別の電気経路は、ランプハウジング上に導電性物質の層を蒸着する前にランプハウジングをマスクで覆うことによって形成される、請求項8に記載のランプハウジング製造方法。
  10. 基板上に反射被膜を蒸着する工程をさらに備える、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  11. 基板上に反射被膜を形成するために導電性物質は反射性でもある、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  12. 前記基板上にスプレーシールを貼り付ける工程をさらに備える、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  13. 前記導電性物質に保護被膜を貼り付ける工程をさらに備える、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  14. 導電層を蒸着する工程ではさらに、前記光源に接触するための一つ以上の端子が蒸着される、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  15. 導電層を蒸着する工程ではさらに、前記電源に前記導電層を電気的に接続するための少なくとも一つの接続が蒸着される、請求項1に記載のランプハウジング製造方法。
  16. 基板を備えるランプハウジングであって、前記基板上に蒸着される一つ以上の電気回路のための導電層をさらに備える、ランプハウジング。
  17. 導電層は前記基板上に電気回路を真空蒸着することによって形成される、請求項16に記載のランプハウジング。
  18. 導電層は前記基板に直接埋め込まれる、請求項17に記載のランプハウジング。
  19. 一つ以上の光源のために前記ランプハウジングに一つ以上の開口部をさらに備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  20. 前記開口部で導電層に取り付けられる一つ以上の端子をさらに備える、請求項17に記載のランプハウジング。
  21. 前記光源は一つ以上の発光ダイオードを有する、請求項17に記載のランプハウジング。
  22. 前記光源は一つ以上の白熱電球を有する、請求項17に記載のランプハウジング。
  23. 反射被膜をさらに備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  24. 導電層は基板上に反射被膜も形成する、請求項16に記載のランプハウジング。
  25. スプレーシールをさらに備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  26. 前記導電層上に保護被膜をさらに備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  27. 前記導電層は1乃至4ミクロンの厚さである、請求項16に記載のランプハウジング。
  28. 前記回路を一つ以上の電源に電気的に接続するための単一の接続をさらに備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  29. 前記ハウジングは前記導電層の収容を容易にするための一つ以上の成型された溝を備える、請求項16に記載のランプハウジング。
  30. 前記ハウジングは前記導電層の収容を容易にするための一つ以上の滑らかな角を備える、請求項16に記載のランプハウジング。
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