JP2008510175A - 光ガイドを支持構造体と一体化するための方法、光ガイドを備えた支持構造体及びこのような支持構造体を有するデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、光ガイド１を支持構造体３と一体化するための方法であって、これら要素１、３は成形され、該成形プロセス及び／又はその後の冷却プロセス中に、これら要素１、３のそれぞれの収縮挙動は、両要素１、３が少なくとも一時的に且つ少なくとも境界領域近くにおいて不一致に収縮し、これによりこれら要素１、３が分離してそれぞれの分離面の間に空気間隙１、３が形成されるように制御される、方法に関する。上記要素１、３の分離は、これら要素を、不一致な融点及び／又は不一致な化学結合特性を持つ物質で作ることによって促進されることができる。不一致な収縮は、適当な要素設計によって、不一致な収縮挙動を持つ物質を使用することによって、及び／又は、上記要素を異なった成形及び冷却条件に曝すことによって、促進されることができる。本発明は、更に、光ガイドを備えた支持構造体及びこのような支持構造体を有する装置に関する。

Description

本発明は、光ガイドを支持構造体、例えば電子機器のハウジング、フレーム又はキャリープレートと一体化する（integrate in or onto）ための方法に関する。

多くの機器は、光ガイドを利用する。これらは、棒形又はロッド形構造であり、透明物質でできていて、第１の位置における光発生源と、光を必要とする部分との間で光をガイドするように構成される。上記部分は、例えば、感光素子又は光インジケータであり、該光インジケータは、機器の特定の状態、例えば動作モード、スタンドバイモード、充電モード又は何らかのエラーの発生に関してユーザに伝えるものである。このような光ガイドのおかげで、光発生源は、光を必要とする位置から移されて便利な位置に配置されることができ、これにより、設計の自由度を向上させる。

しかしながら、このような光ガイドが支持構造体に一体化されると、光ガイドと支持構造体とが接する領域においては全反射が起こることができないという事実により、その光ガイド性能は低下する。これらの領域においては、光は、支持構造体中に漏れ、これにより、光ガイドの光出力を大幅に低減させる。

本発明の目的は、光ガイドを、当該光ガイドの性能の最小の低下を伴うように支持構造体に一体化する方法を提供することである。

その目的のために、本発明による方法は、請求項１の特徴によって特徴付けられる。

本発明は、光ガイド性能が、光ガイドを低い屈折率を持つ物質（特に空気）で囲むことによって改善されることができるという見識に基づくものである。これは、光ガイド及び支持構造体を成形（molding）及び／又はその後の冷却の最中に不一致に（incompatibly）収縮させることによって達成されることができる。これにより、上記要素は、分離して、互いに対して移動することになる。分離面が幾らかの粗さを持つことになるので、相対移動は、これらの面の間に空気間隙を形成させることになる。

要素の収縮挙動は、とりわけ、当該要素を作る物質、当該要素が成形及び冷却中に曝される条件（例えば温度及び圧力）並びに当該要素の形状寸法に依存する。従って、これらの因子の何れかを変化させることによってそれぞれの要素の収縮挙動に影響を与えることができる。

第１の有利な実施例において、本発明による方法は、請求項２の特徴によって特徴付けられる。

光ガイド及び支持構造体を異なった物質で作ることにより、特異な不一致な収縮特性を持つ物質が選択されることができる。従って、上記要素の成形及び冷却中に、一方の要素は他方の要素よりも多く収縮し、従って他方に対して移動して、このことは、これら要素を分離させて空気間隙を形成させる。高収縮及び低収縮に係る物質の適切な組合せは、例えば、ＰＰ又はＰＭＰ（両者とも高収縮を持つ）とＭＡＢＳ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ又はＰＳ（全て低収縮を持つ）との組合せである。これらの物質の正式名称については、表１を参照されたい。

更に、これら物質は、好適には、請求項３の特徴に従って、融点が不一致になるように選択される。

この特徴は、上記要素が成形ステップの最中に融合することを防止する。これは、間隙形成プロセスを促進することができ、上記要素が予測不能な分離面に沿って分離することを防止することができる。更に、これは、より滑らかな分離面を結果として生じさせることができ、これは、光ガイドの反射特性を向上させることができる。これは更に、分離面に特定の予め定められた形状を与える可能性を与え、これは、間隙の形状が制御されることを可能にする。

高融点及び低融点を持つ物質の適切な組合せは、例えば、ＰＰ、ＰＳ、ＳＡＮ、ＰＡＡＭ（全て低融点を持つ）とＰＣ、ＰＥＩ、ＰＥＳ又はＰＳＵ（全て高融点を持つ）の何れかとの組合せである。

上記要素は、例えば、射出成形によって又は２（又はそれより多い）ショット成形プロセスによって成形されることができる。どちらの場合でも、最も高い融点を持つ物質が最初に処理されるべきである。この理由から、好ましくは、支持構造体が最初に成形されるように、支持構造体は最も高い融点を持つ物質で作られる。

この代わりに又はこれに加えて、光ガイド及び支持構造体は、請求項５の特徴に従って、不一致な化学特性を持つ物質から作られることができる。これは、上記要素が成形の最中に接合することを防止し、これにより、上述の不一致な融解挙動によって得られる結果と類似の結果を達成する。しかし、この場合には、物質は、優先的な順序で成形されなくてもよい。不一致な化学結合特性を持つ適切な物質は、例えば、極性物質及び無極性物質の組合せであり、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリカーボネート（ＰＣ）又はスチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）との組合せである。

代わりの有利な実施例において、本発明による方法は、請求項６に従う特徴によって特徴付けられる。

それぞれの要素の成形及び冷却条件を、特に圧力及び／又は温度を、互いに独立して制御することによって、これら要素の個別の収縮挙動が影響を与えられることができ、不一致になるように制御されることができる。例えば、一方の要素をより速く及び／又はより低い温度で冷却することによって、一方の要素が他方の要素よりも速く収縮するようにされることができる。この方法によって、上記要素は同一の物質から製造されることができる。これは、例えば、光ガイドを備えた構造体が特別な条件下で動作されるべき場合に有利である。同一の物質から作られると、上記要素は、このような条件に対して類似した態様で応答し、これにより、構造体及び光ガイドがこのような条件下で正しく機能し続けることを助ける。

更に別の実施例において、本発明による方法は、請求項７の特徴によって特徴付けられる。

光ガイド及び／又は支持構造体のデザイン、例えばこれらの形状及び相互の向きを適応させることにより、収縮挙動は、少なくとも局所的に、好適には両要素が出会う箇所において、影響されることができる。収縮は、例えば、光ガイドを細長いデザインにすることによって促進されることができる。更に光ガイドを十分に硬くすることにより、光ガイドは、収縮率が或る閾値を超えると外れる（snap loose）ことになる。光ガイドの早期のスナップ動作は、支持構造体に何らかの外部衝撃又は屈曲負荷を与えることによって引き起こされ得る。この方法は、上記の方法と同様に、両要素が同一の物質で作られることができる（場合によっては有利である）という利点を提供する。

本発明は、更に、請求項９の特徴に従う光ガイドを備えた支持構造体に関し、ここで、前記光ガイド及び前記支持構造体の境界面は、前記光ガイド及び前記支持構造体の製造中の不一致な収縮によって実現される小さい間隙によって互いから分離される。好適には、収縮は、間隙が少なくとも５０から１００ナノメートルの平均高さを持つ（ガイドされた光の波長の１０−２０％である）ように制御される。このような間隙高さは、良好な全反射を許可し、これは、漏れを通じた光の損失を最小化することを助け、これにより、光ガイドのガイド性能を向上させる。

本発明は、更に、本発明による光ガイド及び構造体を備えた装置に関する。このような装置は、例えばシェーバ、歯ブラシ、コーヒーメーカー、アイロン等の家庭用機器であってよく、又は、光が１つの位置から別の位置に伝送される必要があるいかなる他の電子装置でもよい。

本発明による方法、構造体及び装置の他の有利な実施例は、独立請求項に規定される。

本発明を説明するために、その実施例がここで添付の図面を参照して説明される。

本明細書では、用語「光ガイド」は、第１の位置から第２の位置へ所定の経路に沿って光をガイドするように構成された全ての透明構造体を包含することを意図される。通常、このような光ガイドは、断面の寸法よりも大きい長さを持つ。しかし、本明細書では、より小さい長さを持つ構造（例えば窓）も、用語「光ガイド」に含まれるとされる。

図１は、支持構造体３の内側１５に沿って延在する光ガイド１を示す。両要素１、３はプラスチックから成形され、図２において最も良く分かるように、それぞれの境界面の間で延在する小さい間隙１０によって互いから分離される。

実施例において、支持構造体３は、円柱の一部分のデザインであり、例えば、装置（特に電子装置）のハウジング又は内部構造の一部又は全部を構成してよい。当然、構造３は、いかなる他の形状を持ってもよい。更に、構造３は、光ガイド１以外の他の構成要素（示されない）を持っていてもよい。

光ガイド１は、がっしりした略長方形の断面を持つ棒状構造を有し、この棒状構造は、上面及び下面１１、１２及び側面１３、１４を持ち、これらは、それぞれの対で互いに略平行に延在する。光ガイド１は、透明物質（特にプラスチック）で作られ、近くの光源５から光が光ガイド１に入ることができる第１の位置４と、光が光ガイド１から出ることができる第２の位置６との間に延在する。与えられた実施例において、光ガイド１は、前記第１の及び第２の位置４、６間のオメガ（Ω）形の径路に沿って延在し、これにより、光が、前記位置４、６間の直線径路を妨げる可能性がある存在しうる障害（示されない）を回避するようにガイドされることを可能にする。

第１の位置４において、光ガイド１は、結合部分７を備え、該結合部分７は、ロッド２に一体的に接続されて該ロッド２に略垂直に光源５に向かって延在する。前記光源５は、例えば、プリント回路基板（示されない）に接続されたＬＥＤ又は外部光源（例えば、機器の適切な開口（示されない）を介して結合部分７に入る太陽光）を有する。結合部分７の反対の端は、傾斜面８を備え、該傾斜面８は、以下で説明される理由のため、ロッド２の下面１２に向かって約４５°よりも小さい角度で延在する。

第２の位置６において、光ガイド１は、段のある端９（段のある端を断面図でより詳細に示す詳細Ａを参照されたい）と、Ω形ロッド２の上面１１に略平行に延在する上面１６と、ロッド２のガイド方向に前記上面１６に対して約４５°より小さい角度で延在する、段のある面１７とを備える。段のある端９は、支持構造体３を少なくとも部分的に貫通し、これにより、図１Ｂに示されるように支持構造体３の外面において楕円形の光スポット１８を形成し、該光スポット１８を介して、光が光ガイド１を出て、ユーザに装置の特定の状態について知らせる又は前記光スポット１８の近くに位置する感光性部品（示されない）を活性化させることができる。更に、貫通された端９は、光ガイド１を、支持板３に垂直な方向に「固定」するのを助け、ここで言う「固定」とは、光ガイド１が縮小することを許可しつつこれを所定位置に保持することを意味する。光ガイドの横方向の「固定」のために、固定具１９の対が提供され、これは、光ガイド（その光入力端の近く）の反対の側に延在する。当然、例えば、光ガイド１に沿って一定の間隔で配置された、より多くの固定具１９が提供されることもできる（示されない）。好適には、固定具１９は、支持構造体３と一体的に成形される。

光ガイド１は以下のように機能する。光源５によって発せられる光ビームは、結合部分７に沿って、その内側面に対する反射を通じて、ガイドされる。端に到達すると、傾斜面８は、光ビームを正しい方向（即ちΩ形ロッド２に入る方向）に反射させる。光ビームは、Ω形ロッド２に沿って、その内側面１１−１４に対する反射を通じて、ガイドされる。段のある端９に到達すると、光ビームは、傾斜面１７によって楕円形光スポット１８を通じて下方に反射される。段のある構成は、光ビームが一時ではなく徐々に反射されることを保証し、これにより、光スポット１８がその表面全体に沿って略均一に照射されることを保証する。

この説明から、光ガイド１の光ガイド性能が、その内側表面１１−１４の反射特性に大部分依存することが明らかである。この反射を促進するため、前記反射面１１−１４が、好適には、低い屈折率を持つ物質（例えば空気）と境界を接する。これが、図１による実施例が、光ガイド１とその下にある支持板３との間の空気間隙１０を備える理由である。

本発明によれば、このような隙間１０は、要素１、３をそれらの製造の最中に不一致に収縮させるという独創的な考えに基づく種々の手法で実現されることができる。これをすることにより、要素１、３は、図２−Åに示されるように分離し、図２−Ｂに示されるように互いに対して移動する。分離面１２、１５が特定の荒さを持つので、この相対移動は、隙間１０が形成される結果となる。よって、光ガイド１は、事実上全体が空気によって囲まれ、これは光ガイド性能にとって有利である。

上述のとおり、不一致な収縮挙動は、異なった手法で達成されることができる。第１の実施例においては、要素１、３は、不一致な収縮挙動を持つ物質から成形されることができる。表１は、物質のリスト（全て透明であり、従って、光ガイド１を製造するのに適切である）を与え、これは、第２列中のプラスによって示される低収縮率又は第３列中のプラスによって示される高収縮率を持つ。これから、ＰＭＰ及びＰＰの両方が高い収縮率を持つ一方で表１にリストされる他の物質が低い収縮率を持つことが明らかである。従って、ＰＭＰ又はＰＰの何れかと、表１にリストされる他の物質の何れかとのいかなる組合せも、本発明の意味において不一致な収縮挙動を提供するために適切である。好適な実施例において、ＰＭＰ又はＰＰがＭＡＢＳ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ又はＰＳと組み合わせられる。なぜなら、ＭＡＢＳは、良好な靭性及び耐化学性を持ち、ＰＣは良好な光ガイド容量及び良好な耐衝撃性を持ち、ＰＥＴも良好な耐衝撃性及び非常に優れた透明性を持ち、ＰＭＭＡは優れた透明性及び良好な光ガイド容量を持ち、そしてＰＳは良好な透明性及び良い値段を持つからである。

部分１、３は、例えば、インサート成形又はマルチプルショット成形によって作製されることができる。これらの成形技術は両方ともそれ自体知られているものであるので、本説明においては更なる説明を要しないであろう。

代替実施例においては、光ガイド１及び支持構造体３は、これらの要素１、３を、成形及び／又はその後の冷却の最中に異なった圧力及び／又は温度条件に曝すことによって不一致に収縮するようにされる。この目的のため、要素１、３が異なった態様でプレス成形及び／又は冷却され、これにより少なくとも一時的に異なった収縮挙動を作ることを可能にする特別な型が提供されることができる。この場合、要素１、３は、同じ物質から作られることができる。当然、この方法は、不一致な収縮物質を用いるときにも利用されることができ、これにより、不一致な収縮挙動を強化することができる。

更に別の代替実施例において、光ガイド１及び支持構造体３は、特にそれらの境界面におけるそれらの形状寸法の適切な設計によって不一致に収縮するようにされることができる。適切な設計によって、一方を第１の主な方向に収縮させ、他方を、前記第１の方向との角度を含む第２の主な方向に収縮させることができる。従って、（場合によっては何らかの外的機械的衝撃又は変形によって促進された）異なった方向への収縮により、両要素は分離し、所望の隙間１０が形成される。ここでも、この方法は、上記の方法の１つ又は両方と組み合わせられることができる。

非常に好ましい実施例において、異なった要素１、３は、上述の方法の何れかに従って不一致に収縮させられるだけでなく、既に成形の最中に融合すること又は接合することを防止される。これは、幾つかの利点を提供する。１つは、要素が収縮によって互いから分離される場合に、分離面がどこに位置するかを正確に予測することは困難である可能性があり、ましてや、これを制御することは更に困難である。要素が最初から接合すること又は融合することを防止することによって、このような分離面は（少なくともその位置は）より正確に制御されることができる。更に、要素１、３を収縮を通じて分離させる場合、分離面１２、１５は、破断された物質を含む可能性があり、これは、一般的に、かなりの荒さを有する。この荒さは、光ガイド１の光ガイド性能を劣化させる可能性がある。なぜなら、光はこのような荒いスポットを介して漏れ出す可能性があるからである。最初から接合又は融合を防止することによって、より滑らかな分離面が得られる可能性がある。更に、上記分離面の形状が制御されることができ、これは、間隙１０の最終的な形状寸法の制御を可能にする。

要素が接合すること又は融合することを防止することは、光ガイド１及び支持構造体３を、非化学結合挙動を持つ物質（例えば極性物質及び非極性物質の組合せ（例えばポリプロピレン（ＰＰ）とポリカーボネート（ＰＣ）又はスチレンアクリロニトリド（ＳＡＮ）との組合せ）又は不一致な融点を持つ物質から作ることによって達成されることができる。表１の列４及び５は、物質がそれぞれ低融点を持つか高融点を持つかをプラスによって示す。従って、第４列にプラスのある物質と第５列にプラスのある物質とのいかなる組合せも、不一致な溶融挙動のために適切な組合せを成す。

表１から更に、不一致な収縮挙動及び不一致な溶融挙動を有する物質の適切な組合せは、ＰＰと、第５列にプラスを持つ物質の何れか（ＰＭＰを除く）との組合せ、又は、ＰＭＰと第４列にプラスを持つ物質の何れか（ＰＰを除く）との組合せであることが明らかである。

前述の成形技術のうちの１つにおいて、不一致な融点を持つ物質を用いる場合、最初に、最も高い融点を持つ要素を成形することが非常に推奨される。好適には（必ずではないが）これは支持構造体３である。

上記の製造方法のおかげで、光ガイド１は、実質的にその全体が空気によって囲まれる一方で、その長さのかなりの部分に亘って支持構造体に沿って延在することができる。前記のとおり、周りの空気は、光ガイドの光ガイド性能にとって有利である。更に、光ガイド及び支持構造体を、成形中に接合又は融合しない物質から作ることにより、滑らかな分離面が作られることができ、これは、光ガイドの内部反射にとって有利である。従って、良好な光ガイド性能を持ち、ほとんど漏れがなく大きな光出力を有する光ガイドが作られることができる。

これらの製造方法は、更に、別個の要素として通常製造される２つの要素（光ガイド及び支持構造体）が、一度に、即ち１回の成形プロセスで製造されることができるという利点を提供し、これにより、取扱い上のエラー、位置決めエラー及び組み立てコストを低減させる。

与えられた例において、光ガイド１は、支持構造体３に沿って略その長さ全体に亘って延在する。他の構成が可能であることは明らかであろう。例えば、構造３は、光ガイド１の下に少なくとも部分的に延在する開口を備えていてよい。代わりに、光ガイド１は、支持構造体を通じて、これに略垂直に延在することができる。更に、単一の光源５が、２つ以上の光ガイドと組み合わせられることができ、単一の光源５からの光が機器の異なった位置にガイドされることを可能にする。また、光ガイド１は、多くの異なった形状、例えば光源５と光出力１８との間の障害を回避する形状を有することができる。光ガイド１は、光径路が光源５と光出口１８との間で直線で延在するほぼ１次元の構成か、上記光径路が平面で延在する２次元の構成か、又は、光径路が３次元空間に延在する図１に示されるような３次元の構成であってよい。

図３は、本発明による代替の光ガイドの構成の例を示し、ここで、光ガイド１は、その長さの全体又は円柱形の支持構造３を通じた一部に亘って延在する。要素１、３は、上記の方法のうちの１つに従って作られる円形の間隙１０によって互いに分離される。

本発明は、明細書及び図面中で示された実施例によっていかなる形でも制限されない。本明細書において示され説明された実施例の（一部の）組合せも、本発明の範囲内であると明示的に理解される。更に、請求項において概説された本発明の範囲内において多くの変形が可能である。

本発明による光ガイドを備えた支持構造体の内面を斜視図で示す。 本発明による光ガイドを備えた支持構造体の外面を斜視図で示す。 図１の支持構造体と光ガイドとの間の空気間隙をより詳細に示す。 図１の支持構造体と光ガイドとの間の空気間隙をより詳細に示す。 本発明による光ガイドを備えた支持構造体の代替実施例を示す。

Claims (15)

1. 光ガイドを支持構造体と一体化するための方法であって、前記光ガイド及び前記支持構造体は成形され、該成形プロセス及び／又はその後の冷却プロセス中に、前記光ガイド及び前記支持構造体のそれぞれの収縮挙動は、前記光ガイド及び前記支持構造体が少なくとも一時的に且つ少なくともこれらの境界領域近くにおいて不一致に収縮しこれにより前記光ガイド及び前記支持構造体が分離してそれぞれの分離面の間に空気間隙が形成されるように制御される、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体は、不一致な収縮挙動を有する異なった物質から成形される、方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体は、不一致な融点を有する異なった物質から成形される、方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体は、２つ又はそれより多い連続したステップで成形され、最も高い融点を持つ物質が最初に成形される、方法。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体は、不一致な化学特性を持つ異なった物質から成形され、これにより前記成形中の前記物質の接合が防止される、方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、不一致な収縮挙動を生じさせるために、前記光ガイド及び前記支持構造体が成形及び／又はその後の冷却中に曝される圧力及び温度等の条件が、前記光ガイド及び前記支持構造体の各々について独立して制御される、方法。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体の各々の形状及び／又は相対的な向きが、不一致な収縮挙動を促進するように設計される、方法。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、前記光ガイド及び前記支持構造体は、インサート成形又はマルチプルショット射出成形プロセスによって成形される、方法。
9. 光ガイドを備えた支持構造体であって、前記光ガイドは、使用中に光が当該光ガイドに入ることができる第１の位置と、使用中に光が当該光ガイドから出ることができる第２の位置との間に延在し、前記光ガイド及び前記支持構造体の境界面は、前記光ガイド及び前記支持構造体の製造中の不一致な収縮によって実現される小さい間隙によって互いから分離される、支持構造体。
10. 請求項９に記載の支持構造体において、前記光ガイド及び前記支持構造体の前記境界面及びテクスチャは、実質的に同一のマッチした形状である、支持構造体。
11. 請求項９又は１０に記載の支持構造体において、前記光ガイドは、該光ガイドの長さのかなりの部分に亘って前記支持構造体に沿って延在する、支持構造体。
12. 請求項９、１０又は１１に記載の支持構造体において、前記光ガイドは、実質的に２次元又は３次元の経路に沿って光をガイドするように構成される、支持構造体。
13. 請求項９乃至１２の何れか１項に記載の支持構造体において、前記支持構造体は取付け具を備え、該取付け具は、好ましくは前記支持構造体と一体的に成形され、且つ、前記光ガイドを、少なくとも、使用中に光が前記光ガイドに入る前記第１の位置の近くで所定位置に保持するように構成される、支持構造体。
14. 請求項９乃至１３の何れか１項に記載の支持構造体において、前記光ガイドは、前記支持構造体中で少なくとも部分的に延在する、支持構造体。
15. 少なくとも１つの請求項９乃至１３の何れか１項に記載の支持構造体を有する、特に電子装置である装置。

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