JP2020522410A - 光効果を発生させるための光学部品 - Google Patents

Abstract

複数の層１１を備える光学部品１０であって、各層が、コア部分１３と、コア部分を包囲するシェル部分１５と、を含み、コア部分が、第１の材料で作製され、シェル部分が、第２の材料で作製され、第１の材料と第２の材料が、異なる透過率を有する、光学部品が開示される。そのような光学部品を備える照明器具、及び、そのような光学部品を製造する方法も開示される。

Description

本発明は、多層光学部品を製造する方法に関する。本発明は更に、そのような方法によって得ることができる光学部品と、そのような光学部品を含む照明器具と、に関する。

興味深い視覚効果をもたらし得る、例えば、照明器具及びランプシェード等の光源に対する需要が高まっている。そのようなデバイスの一例が米国特許出願公開第２０１５／００２１６２８（Ａ１）号に開示されており、同文献は、固体発光デバイスを開示しており、固体発光デバイスは、少なくとも１つの固体光エミッタ上、上方、又は周囲に形成された（例えば、１つ以上の光透過性、光吸収性、光反射性、及び／又はルミフォールの材料から成る）１つ以上の光影響要素を含み、光影響要素が、３次元（３Ｄ）印刷によって形成され得るような複数のドット、ロッド、又は層を具現化する複数の溶融要素を含む。光影響要素は、特定の各エミッタと対応する光影響要素との間の相互作用のための異なる光学分布を生じさせるように、個々の固体光エミッタに合わせて個別に調整され得る。

３Ｄ印刷によって形成された光学要素の別の例が、国際公開第２０１５／０７７２６２（Ａ１）号に開示されており、同文献は、高屈折率材料と低屈折率材料の交互層をコアの周囲に含む光ファイバ又は導波路を開示しており、光ファイバ又は導波路は、共押出、ミクロ層押出、又は多成分／フラクタル共押出によって形成され得る。

米国特許出願公開第２０１２／２３１２２５号は、押出成形ベースの積層造形システムに使用するための消耗品フィラメントを開示している。消耗品フィラメントは、第１の熱可塑性材料からなるコア部分と、第１の熱可塑性材料とは組成が異なる第２の熱可塑性材料からなるシェル部分と、を含む。消耗品フィラメントは、溶融され、押し出されて３次元物体の複数の固化した層の道筋を形成するように構成される。道筋は、消耗品フィラメントのコア部分及びシェル部分に対応する断面プロファイルを少なくとも部分的に保持する。そのようなデバイスの魅力的な特性は、それらが３Ｄ印刷を使用して少なくとも部分的に形成され得、それにより、高速かつ費用対効果の高い方法で３Ｄ印刷された部品が製造され得ることである。しかし、これらのデバイスは典型的に、例えば、固体照明要素の発光出力の異なる部分を異なる方法で操作することによって、審美的に好ましい効果ではなく、特定の光学機能を実施するように設計される。それゆえ、３Ｄ印刷技術を使用して費用対効果の高い方法で製造できる異なる光学部品に対する必要性が依然としてある。

本発明は、３Ｄ印刷技術を用いて費用対効果の高い方法で製造でき、審美的に好ましい視覚効果を発生させることができる、光学部品を提供しようとする。

本発明は更に、そのような光学部品を含む照明器具を提供しようとする。

本発明は更に、そのような光学部品を製造する方法を提供しようとする。

第１の態様によれば、３Ｄ印刷装置を使用して熱溶解積層法によって光学部品を製造する方法が提供される。３Ｄ印刷装置は、押出機ノズルを備える。３Ｄ印刷装置は、第１の材料からなるコア及び第２の材料からなるシェルを有する予備成形されたコア−シェルフィラメントを押出機ノズルを通して供給するためのフィラメントフィーダ、又は、第１の材料を含む第１のフィラメントを押出機ノズルを通して供給するための第１のフィラメントフィーダ、及び第２の材料を含む第２のフィラメントを押出機ノズルを通して供給するための第２のフィラメントフィーダを含む複数のフィラメントフィーダを更に備える。方法は、予備成形されたコア−シェルフィラメント、又は第１のフィラメント及び第２のフィラメントを、溶融した第２の材料が溶融した第１の材料を取り囲んで光学部品を形成するように、押出機ノズルを通して供給することによって、層のスタックを３Ｄ印刷装置によって３Ｄ印刷するステップを含み、光学部品の層の少なくとも一部が、第１の材料で作製されたコア部分と、コア部分を包囲する第２の材料で作製されたシェル部分と、を含み、第２の材料が、光学的に透明であり、第１の材料が、第２の材料とは異なる光透過率を有する。

第２の態様によれば、第１の態様による方法によって得ることができる光学部品であって、光学部品が、複数の層を備え、各層が、コア部分と、コア部分を包囲するシェル部分と、を含み、コア部分が、第１の材料で作製され、シェル部分が、第２の材料で作製され、第２の材料が、光学的に透明であり、第１の材料が、第２の材料とは異なる透過率を有する、光学部品が提供される。

シェル部分について使用される用語「光学的に透明な」は、第２の材料のシェルによって影響を受けることなしに第１の材料の部分に当たる光と比べて、透過性が好ましくは５％高い、より好ましくは３０％高い、最も好ましくは５０％高い光透過率を示す、シェル部分を指す。実質的に光学的に透明な材料は、表面反射を除いて、９０％を超える光学透過率を有する。

熱溶解積層法（fused deposition modeling；ＦＤＭ）プリンタは、熱可塑性フィラメントが、当該融点まで加熱された後に一層ずつ押し出されて３次元の物体を作り出す、３Ｄ印刷技術である。ＦＤＭプリンタは、比較的高速で、低コストであり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用され得る。そのようなプリンタは、様々なポリマーを使用して様々な形状を印刷するのに使用され得る。

第１の態様による方法は、例えば、観察者によって観察される第１の光線が、層のシェル部分を通って光学部品を通過し得る一方、第２の光線が、層のコア部分と相互作用し得、その結果、これらの光線が、観察者によって異なるように又は選択的に知覚され、それによって観察者のための光効果を作り出すように、光学部品と異なるように相互作用する異なる軌道に沿った光線によって生じる、角度依存性の光効果をもたらす光学部品の形成をもたらす。

熱溶解積層法によって製造された物体は、典型的にリブ付き表面構造又は波形表面構造と呼ばれる特徴的な表面テクスチャを有する。この特徴的な表面テクスチャは、第１の態様による方法によって製造された光学部品にも存在し、平坦な表面を有する同様の光学部品によっては提供されない特性を光学部品にもたらす。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０８６６７１号は、樹脂Ａの層と樹脂Ｂの層とが幅方向で交互に積層された構造を有する積層フィルムの形態の光学部品であって、フィルムの幅方向及び厚み方向と平行な断面で見ると、樹脂Ｂの層が樹脂Ａで覆われている、光学部品が開示されている。樹脂Ａ及びＢは、異なる樹脂であるか、又は異なる種類及び量の添加剤を有し、それにより、樹脂Ａで作製された層を透過する光の拡散が、樹脂Ｂで作製された層を透過する光の拡散よりも大きくなる。米国特許出願公開第２０１５／０８６６７１号の光学部品は、ユーザが光学部品を特定の観測角度まででのみ見ることを可能にする、プライバシーウィンドウの用途に使用することができる。特定の角度を超えると、視界が遮られ、光が吸収される。本発明による光学部品では、上記の特徴的な表面テクスチャは、光ビームの方向を変化させ、レンズ効果をもたらすように構成される。特定の角度まで、光学部品の表面に入射する光は、シェル部分によってコア−シェル構造のコア部分に集束され得る。コア部分が光吸収性である場合、このように集束された光は、吸収され得る。より大きな角度で入射する光が、コア部分と相互作用することなく、光学部品を通過し得る。本発明の光学部品の場合、入射光とのこの特定の相互作用は、熱溶解積層法によって製造された物体に特徴的な表面テクスチャに起因して、光学部品が平坦な表面を有する場合の相互作用とは著しく異なる。この挙動は、本発明の光学部品を照明デバイスのグレア低減用光学部品として使用することを可能にする。

上記に加えて、観察者は、本発明の少なくともいくつかの実施形態における光学部品に対して自身の位置、すなわち視野角を変化させるときに、そのような光効果を動的な光効果として知覚し得る。その結果、そのような光学部品は、特に興味深く審美的に好ましいものとして知覚され得る。その上、そのようなコア−シェル層は、共押出３Ｄ印刷技術を使用して容易に形成することができ、その結果、光学部品は、簡単かつ費用対効果の高い方法で製造することができる。本出願に記載されるコア−シェル型構造体は、例えば、共押出によって、印刷中に製造されてもよく、又は予備成形されたコア−シェルフィラメントとして、プリンタ、例えば、３Ｄプリンタに供給されてもよい。

コア部分によって作り出される光学効果は、例えば、透明なシェル部分の場合、コア部分の形状を制御することによって調整されてもよい。例えば、シェル部分は、異なる光学効果を得るために、コア部分とは異なる断面形状を有してもよい。

あるいは、コア部分及びシェル部分はそれぞれ、多角形断面を有し、コア部分の多角形断面は、特定の光学効果を得るために、各層の少なくとも一部においてシェル部分の多角形断面に対して回転される。

いくつかの実施形態では、観察者によって知覚されるような動的な光効果の別の様相を光学部品に追加するために、光学部品の異なる部分について光学効果は、異なってもよい。このことは、例えば、層全体にわたってシェル部分に対して多角形コア部分を回転させることにより、又は層全体にわたってシェル部分内でそのようなコア部分に、らせん形を描かせることにより、シェル部分に対するコア部分の向きを各層全体にわたって変化させることによって達成され得る。

同様に、（共押出しされた）コア−シェル層は、コア及びシェル部分が円形断面を有する場合に、同心状である必要はなく、例えば、特定の光学効果を得るために、コア部分の中心が、シェル部分の中心に対して変位されてもよい。

コア部分が複数の層のうちの第１の層内に第１の寸法を有し、複数の層のうちの第２の層内に第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する実施形態では、別の動的な光効果が、光学部品のために作り出されてもよい。このことは、光学部品の異なる層を見ているときに観察者が異なる光効果、例えば、同じ種類の光効果を異なる程度又は強度で観察するように、第２の層内に作り出される光効果を第１の層内に作り出される光効果と比べて変更する。

光学部品は、光学部品の外観を更に変化させるために、第１の材料又は第２の材料のみを含む、少なくとも１つの層を更に備えてもよい。

例示的な実施形態では、第２の材料は、実質的に透明な材料であり、第１の材料は、拡散反射材料、吸収材料、及び着色材料のうちの１つである。そのような実施形態では、第１及び第２の材料それぞれと光との異なる相互作用が、光学部品の観察者によって明確に認識されるように、第２の材料を通過する光が変更されない一方、第１の材料と相互作用する光が修正され、例えば、拡散反射され、吸収され、又は着色される。

しかし、本発明の実施形態は、特定の光効果を作り出す光学部品に必ずしも限定されない。代替的な実施形態では、光学部品の表面外観は、第２の材料の選択によって制御されてもよい。例えば、第２の材料は、サテン若しくは光沢のない外観を光学部品に与える半透明材料であってもよく、又は輝く若しくは光沢のある外観を光学部品に与える透過材料であってもよい。代わりに又は加えて、第２の材料は、着色された外観を光学部品に与える着色された材料であってもよい。

光学部品は、背後に光源が配置されて、上で説明されたような特定の光学効果を作り出し得る、例えば、平面状の本体又は湾曲した本体などの、任意の好適な形状を有してもよい。別の実施形態では、光学部品は、内容積部を備え、各層は、内容積部の一部を包囲する。そのような実施形態では、光学部品は、例えば、ランプシェードなどを形成してもよく、光源が、観察者のための上述の光効果を作り出すために内容積部内に配置されてもよい。

光学部品の層は、特に所望の形状を有する光学部品を得るために、任意の好適な方法でスタックされてもよい。例えば、層は、例えば、（部分的に）テーパ状の光学部品を得るために、ずらされてもよい。

別の態様によれば、本明細書に記載される実施形態のうちのいずれかの光学部品を備える、照明器具が提供される。そのような照明器具は、１つ以上の光源を更に備えてもよく、審美的に好ましい効果を観察者にもたらし、光学効果は、そのような角度依存性が存在する場合に、作り出される光学効果の角度依存性に起因してとりわけ興味深い。

また別の態様によれば、光学部品を製造する方法であって、第１の材料からなるコア及び第２の材料からなるシェルを有する予備成形されたコア−シェルフィラメントをノズルを通して供給するためのフィラメントフィーダ、又は、第１の材料を含む第１のフィラメントを押出機ノズルを通して供給するための第１のフィラメントフィーダ、及び第２の材料を含む第２のフィラメントを押出機ノズルを通して供給するための第２のフィラメントフィーダを含む複数のフィラメントフィーダを有する、押出機ノズルを備える３Ｄ印刷装置を用意するステップと、予備成形されたコア−シェルフィラメント、又は第１のフィラメント及び第２のフィラメントを、溶融した第２の材料が溶融した第１の材料を取り囲んで光学部品を形成するように、ノズルを通して供給することによって、層のスタックを３Ｄ印刷装置を使用して３Ｄ印刷するステップと、を含み、光学部品の層のうちの少なくともいくつかが、第１の材料で作製されたコア部分と、コア部分を包囲する第２の材料で作製されたシェル部分と、を含み、第２の材料が、光学的に透明であり、第１の材料が、第２の材料とは異なる光透過率を有する、方法が提供される。

共押出３Ｄ印刷又は予備成形されたコアーシェルフィラメントを使用して本発明の実施形態による光学部品を製造する可能性は、特に、３Ｄ印刷するステップが、複雑な３Ｄ物体の製造を容易にすることが知られている熱溶解積層法を含むときに、光学部品が高速かつ費用対効果の高い方法で製造できることを確実にする。

一実施形態では、少なくとも第１のフィラメントフィーダは、多角形断面を有し、層のスタックを３Ｄ印刷装置によって３Ｄ印刷するステップは、第１の材料で作製されたコア部分と、コア部分を取り囲む第２の材料で作製されたシェル部分と、を含む層を印刷している間に、第１のフィラメントフィーダを第２のフィラメントフィーダに対して回転させることを含む。このようにして、各コア−シェル層は、コア−シェル層に沿って変化する光学効果を作り出し、それによって光学部品に対する関心を更に加えることができる。

別の実施形態では、光学部品を形成するために３Ｄ印刷装置を使用して層のスタックを３Ｄ印刷するステップは、コア部分が異なる直径を有する異なる層を印刷すること、及び第１の材料又は第２の材料のみから作製された少なくとも１つの層を印刷すること、の少なくとも一方を更に含む。このようにして、光学部品は、光学部品の異なる位置に異なる種類の層を含み、それによって、より複雑なデザインを有する光学部品が実現され得る。

添付図面を参照して、本発明の実施形態が、より詳細に非限定的な例として説明される。
例示的な一実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的な別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的なまた別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的なまた別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的なまた別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的なまた別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的なまた別の実施形態による光学部品の断面図を概略的に示す。 例示的な一実施形態による光学部品の斜視図を概略的に示す。 例示的な実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な更なる実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な更なる実施形態による光学部品の層の断面図を概略的に示す。 例示的な実施形態による光学部品を印刷するための３Ｄプリンタの構成を概略的に示す。

これらの図は、概略的なものにすぎず、正しい縮尺ではないことを理解されたい。また、同じ参照番号は、これらの図の全体を通して、同じ部分又は同様の部分を示すことも理解されたい。

図１は、本発明の一実施形態による光学部品１０（の一部）の断面図を概略的に示す。光学部品１０は、シェル部分１３によって包囲されたコア部分１５を含むコア−シェル構造をそれぞれ有する複数の層１１を備える。そのようなコア−シェル構造は、以下でより詳細に説明されるように熱溶解積層法（ＦＤＭ）印刷として知られている３Ｄ印刷プロセスにおいて、単一のノズルを使用して２つのフィラメントを共押出しすることによって形成されてもよい。そのような技術は、例えば、２ｍｍ未満の厚さを有する、とりわけ薄い層１１を形成することを可能にし、それによって、非限定的な例として、ペンダントランプシェード又は床置き式の柱上照明器具に取り付けられたランプシェードなどの、ランプシェードとして光学部品１０が使用されるときの１ｍ以上の距離など、使用時の光学部品１０からの典型的な観察距離からは、層１１の特徴的な表面テクスチャ（例えば、階段状プロファイル）の詳細が観察され得ないことを確実にする。

コア部分１５及びシェル部分１３の寸法は、光学部品１０の印刷プロセスの設定において規定されてもよい。例えば、各コア部分１５は、幅ｗ_ｃ及び高さｈ_ｃを有してもよく、各シェル部分１３は、このようにして、例えば、３Ｄプリンタによって印刷される物体を指定する印刷ファイルにおいて、規定され得る幅ｗ_ｓ及び高さｈ_ｓを有してもよい。あるいは、そのようなコア−シェル層１１は、予備成形されたコア−シェルフィラメントを使用して３Ｄ印刷されてもよく、その結果、別個のフィラメントの共押出が必要とされない。

本発明によれば、コア部分１５は、第１の材料で作製されてもよく、シェル部分１３は、第１の材料とは異なる第２の材料で作製されてもよい。この違いは、これらの異なる部分を通る光の透過率の違いで表される。第２の材料は、光学的に透明であり、すなわち、第１の材料よりも高い透過率を典型的に有するが、本発明の実施形態は、必ずしもこのことに限定されない。第１の組の実施形態では、透過率のこの違いは、光がこの光学部品を通過し、観察者によって観察されるときに、光学部品１０の観察者のための装飾的な光学効果を作り出すために活用される。このことは、光学部品１０と相互作用する例示的な光線１６及び１６'によって概略的に示されている。第１の光線１６は、それぞれの層１１のシェル部分１３を形成する第２の材料を通過する一方、第２の光線１６'は、これらの層１１のそれぞれのコア部分１５を形成する第１の材料によって吸収される。結果として、光学部品１０の観察者は、角度依存性の光学効果、すなわち、観察者が光学部品１１を観察する視野角に依存する光学効果を提示され、このことは、動的な光学効果を、例えば、観察者が光学部品１０を通り過ぎるときに、光学部品１０の交互する明るい領域及び暗い領域の効果の印象を、観察者に与えることになる。便宜上、光線１６及び１６'は、境界面で屈折することなく直線として示されている。また、残りの図では、光線は、直線として示されている。明らかに、屈折が生じることになり、層１１の特徴的な表面テクスチャのため、シェル部分１３は、レンズ効果を有することになる。

図２は、層１１のシェル部分１３がコア部分１５とは異なる透過率を有する、そのような光学部品１０の例示的な別の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、シェル部分１３の第２の材料を通過する光線１６が、スペクトル成分の点で実質的に変更されずに、この材料を通過し得る一方、コア部分１５の第１の材料を通過する光線１６'が、例えば、スペクトル成分の一部の吸収によって、スペクトル成分が変更される。言い換えると、この実施形態では、光線１６の色は、光学部品１０を通過するときに変化しなくてもよい一方、光線１６'の色は、コア部分１５の第１の材料によって変更されてもよい。この文脈において、そのような色の変化は、例えば、コア部分１５の第１の材料と相互作用するときに白色光のスペクトルの一部を吸収することによって、白色光を有色光に変換することも含むことを理解されたい。この実施形態では、光学部品１０の観察者は、光学部品１０を通過する光の色が、観察者が光学部品１０を見る角度に応じて変化するように見える、動的な（角度依存性の）光効果を提示される。

図３は、層１１のシェル部分１３がコア部分１５とは異なる透過率を有する、そのような光学部品１０の例示的な別の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、シェル部分１３の第２の材料を通過する光線１６が、実質的に変更されずに、この材料を通過し得る一方、コア部分１５の第１の材料を通過する光線１６'が、コア部分１５と相互作用するときに光線１６'が伝わる複数の方向によって示されるように、コア部分１５によって拡散して反射され、例えば、散乱される。このことは、例えば、コア部分１５に拡散反射材料を含めることによって達成されてもよい。そのような拡散反射材料の例としては、反射性粒子、例えば、ＴｉＯ_２などの金属酸化物などの反射フレーク、又はアルミニウムフレークなどが挙げられる。この実施形態では、観察者は、光学部品１０を通過する光の強度が、観察者が光学部品１０を見る角度に応じて変化するように見える、動的な光効果を提示される。

より一般的に言えば、シェル部分１３は、（実質的に）光学的に透明であってもよく、それぞれのコア部分１５は、周囲の透過性のシェル部分１３ほど透明ではない。例えば、コア部分１５は、部分的に又は全体的に、吸収性又は反射性であってもよい。より具体的に、コア部分１５は、着色されてもよく、又は反射性、拡散性、若しくは発光性であってもよい。あるいは、カバー部分１５は、透過性であってもよいが、透過性の部分１３とは異なる屈折率を有してもよい。コア部分１５の全てが同じでなければならないわけではなく、例えば、より精緻な又は複雑な光学効果を光学部品１０によって作り出すために、異なるコア部分１５が異なる光学特性を有することも、等しく実現可能であることを理解されたい。

言い換えると、層１１のそれぞれは、光学的に互いに異なるシェル部分１３及びコア部分１５を有してもよく、透過性のシェル部分１３は、コア部分１５よりも透過性が高い。シェル部分１３とコア部分１５の光学特性の違いは、上でより詳細に説明されたように、散乱特性（散乱角）、反射特性、屈折率及び発光性の点、並びに吸収特性及び色特性の点であってもよい。

本出願に関連して、透過性の又は光学的に透明な部分１３について言及する場合、そのような部分は、１ｍｍの厚さを有する場合、そこに当たる光の５％超、好ましくは２０％超を透過する材料を含む。そのような透過性の部分は、実質的に光学的に透明であってもよく、すなわち、表面反射を除いて９０％を超える光透過率を有してもよく、着色された外観を有してもよく、発光性であってもよく、及び／又は、いくつかの実施形態では反射性であってもよい。

上記の実施形態では、光学部品１０は、光学部品１０を作り出すために互いに上下にスタックされた複数の同一層１１で構成される。しかし、本発明の実施形態が、このことに限定されないことを理解されたい。例示的な代替的な実施形態が図４に示されており、当該実施形態では、異なる層１１のコア部分１５は、異なる寸法を有してもよい。このことは、第１の寸法を有するコア部分１５を含む第１の組の層１１と、第１の寸法とは異なる第２の寸法を有するコア部分１５'を含む第２の組の層１１'とによって概略的に示される。当業者には容易に理解されるように、そのような光学部品１０は、３Ｄ印刷プロセスにおいて印刷中にコア部分１５の指定された寸法を変更することによる簡単な方法で、製造されてもよい。光学部品１０の層１１の間でコア部分１５の寸法を変化させることにより、そのような層１１の間で強度が変化する光学効果が作り出され得る。それゆえ、このことは、光学部品１０によって作り出される光学効果に、光学部品１０の異なる領域を見ている観察者が、光学部品１０のどの領域を観察しているかに応じて弱くなったり強くなったりし、観察者にとって光学部品１０を審美的になお更に興味深いものにし得る、光学効果を提示されるような別の様相を追加する。

例示的なまた別の実施形態では、光学部品１０は、図５に概略的に示されるようなコア部分１５'又は図６に概略的に示されるようなシェル部分１３のみを含む、少なくとも１つの更なる層１１"を更に含んでもよい。このようにして、光学部品１０の外観は、例えば、図５に概略的に示される場合のように、光学部品１０の外面が、少なくとも１つの更なる層１１"によって異なる外観を与えられるか、又は図６に概略的に示されるように、光学部品１０によって作り出される角度依存性の光学効果が、光学部品１０の特定の領域にのみ作り出され、すなわち、コア部分１５が含まれない１つ以上の更なる層１１"によって形成された領域には作り出されないように、更に調整されてもよい。このことは、例えば、光学部品１０が動的な照明効果と組み合わせて機能的照明を提供するための用途領域で利用されてもよく、当該用途領域では、機能的照明が、更なる層１１"によって形成された領域によって提供され、特に、光学部品１０の観察者が光学部品１０に対して自身の向きを変えるときに、照明効果が、動的な層１１によって形成された領域によってもたらされる。

上記の実施形態では、層１１（及び存在する場合には１１'、１１"）は、光学部品１０を構成するために互いに整列してスタックされるが、本発明の実施形態は、このことに限定されないことを理解されたい。例えば、図７は、層１１がずらしてスタックされる代替的な実施形態を概略的に示しており、このことは、例えば、光学部品１０の特定の形状を作り出すために行われてもよい。当業者には容易に理解されるように、また更なる実施形態（図示せず）において光学部品１０の特定の形状を作り出すために、光学部品１０は、整列してスタックされた層１１と、そのようなずらしてスタックされた更なる層１１との組み合わせによって構成されてもよい。

光学部品１０は、開放構造、例えば、層１１（及び、存在する場合には更なる層１１'及び／又は更なる層１１"）によって少なくとも部分的に構成される平面構造又は湾曲構造を形成してもよい。例えば、光学部品１０は、光学部品１０を見ている観察者のための所望の光学効果を作り出すために、表面取り付け型、例えば、壁取り付け型又は天井取り付け型の光源装置を覆うカバーなどとして使用されてもよい。

代替的な実施形態では、層１１はそれぞれ、光学部品１０の内容積部２０の一部分を取り囲むか又は包囲する閉鎖構造を形成し、内容積部２０は、光学部品１０に対して１つ以上の光源を、例えば、内容積部２０の内又は内容積部の外に、配置するために使用されてもよく、それによって、内容積部２０の内部を見ることによって光学効果が観察され得る。そのような内容積部２０の範囲を定める光学部品１０の例示的な実施形態が、図８に概略的に示されている。この目的のために、白熱若しくは蛍光光源、又は白光ＬＥＤ、着色ＬＥＤ、若しくはそれらの組み合わせでもよい１つ以上のＬＥＤ等の固体光源のような、任意の好適な種類の光源が使用されてもよい。各層１１によって形成された閉鎖構造は、例えば、環形状若しくは楕円形状などの連続形状、又は、例えば、三角形状、矩形状などの多角形状などの不連続形状のような、任意の好適な形状を有してもよい。例示的な実施形態では、層１１は、ずらされた層１１が切頭円錐形の光学部品１０を形成するようにずらされ、このことは、例えば、光学部品１０がペンダントランプ形状などのランプシェードとして使用される場合に有用であり得る。しかし、光学部品１０の意図される用途に応じて、層１１が異なる形状を有してもよく、各層１１が同じ形状を有していなくてもよく、すなわち、異なる層１１が異なる形状を有してもよく、それによって、光学部品１０が任意の好適な形状を有してもよいことを理解されたい。例えば、光学部品１０に不規則なパターンを作り出すことも、例えば、異なる層１１が異なる厚さＴ及び／若しくは異なる合計幅などの異なる寸法を有することによって、及び／又は光学部品１０を形成するそれぞれの層１１の間でずれの程度を変化させることによっても、等しく実現可能である。同様に、異なる層１１は、異なる寸法のシェル部分１３及び／又はコア部分１５を有してもよい。ｗ_ｓ、ｈ_ｓ、ｗ_ｃ、及びｈ_ｃの寸法は、光学部品１０の光学特性を調整するために、各層１１について個別に選択されてもよい。

前述の実施形態に記載された光学部品１０のそれぞれの層１１によって作り出される光学効果は、そのような層のコア部分１５及び包囲するシェル部分１３の形状を制御することによって更に調整されてもよい。図９〜図１２は、そのような層１１の例示的な実施形態の断面を概略的に示す。図９では、円形断面を有するコア部分１５が、層１１を形成するように、こちらも円形断面を有するシェル部分１３の中心に置かれる、同心円状の配置が示されている。しかし、３Ｄ印刷プロセスにおいて、共押出によって形成されるか又は予備成形されたコア−シェルフィラメントを使用して形成される層１１は、必ずしもそのような形状に限定されない。例えば、円形断面を有するコア部分１５が、層１１によって作り出される光学効果を調整するために、図１０に概略的に示されるような層１１を形成するように、多角形シェル部分１３によって包囲されてもよい。理解されるように、このことは更に、光学部品１０の全体的な外観を変更するために使用されてもよい。

図１１は、多角形（ここでは三角形）断面を有するコア部分１５が、円形断面を有するシェル部分１３によって包囲される、光学部品１０の層１１の例示的な、また別の実施形態の断面を概略的に示す。具体的には示されていないが、当然のことながら、層１１のうちの少なくともいくつかが、同じ多角形断面形状を有するシェル部分１３によって包囲された多角形断面を有するコア部分１５によって構成されることも、等しく実現可能である。そのような同一形状の多角形断面は、互いに整列されてもよく、又は、図１２に概略的に示されるように、光学部品１０の層１１の断面が、多角形断面を有するシェル部分１３によって包囲された、同一形状の多角形断面を有するコア部分１５を備え、光学部品１０によって作り出される光学効果を調整するために、多角形断面が互いに回転されるように、互いに回転されてもよい。

上記の実施形態では、シェル部分１３に対するコア部分１５の向きが、層１１を通じて一定のままであり、その結果、そのような層１１の異なる領域を見ている観察者が、層にわたって同じ光学効果を提示されることが想定されている。しかし、本発明の実施形態は、このことに限定されないことを理解されたい。図１３は、光学部品１０の層１１が、観察者が層１１の異なる領域を見るときに、光学部品が層間光学効果をもたらすだけでなく、層内光学効果ももたらすように、異なる光学効果が観察者に提示される、局所的に異なる光学効果を層１１内に作り出すために、その包囲するシェル部分１３に対して、層１１を通じて変化する向きを有するコア部分１５を含む、代替的な実施形態を概略的に示す。

図１３は、矢印によって示されるように、層１１に沿った層１１の異なる断面図を概略的に示しており、コア部分１５の多角形断面は、そのような局所依存性の光学効果を作り出すために、包囲するシェル部分１３内で回転し又はらせん形を描く。この実施形態では、コア部分１５は、層１１のシェル部分１３の中心に置かれたままであり、この局所依存性の光学効果を層１１内で得るために、中心軸を中心に回転される。

図１４に概略的に示される代替的な実施形態では、層１１内の局所依存性のそのような光学効果は、矢印によって示されるように、長さに沿った層１１の異なる断面図によって概略的に示されるように、コア部分１５の位置をシェル部分１３内で層１１に沿って移動させるか又は回転させることによって達成される。この実施形態では、コア部分１５の中心は、シェル部分１３の中心に対して変位される。誤解を避けるために、コア部分１５の中心は、シェル部分１３に対するコア部分１５の位置が層１１を通じて一定のままである実施形態など、本発明の光学部品１０の任意の実施形態において、シェル部分１３の中心に対して変位されてもよいことに留意されたい。

この点で、本発明の実施形態は、光学部品１０によって光学効果を作り出すことに必ずしも限定されないことに留意されたい。例えば、コア部分１５の第１の材料及びシェル部分１３の第２の材料を選択して、光学部品１０の表面外観に影響を与えることも、等しく実現可能である。例えば、光学部品１０は、光沢のある外観を与えられてもよく、及び／又は、シェル部分１３に透明性の高い第２の材料を使用するときに角度反射率を有してもよい。あるいは、光学部品は、シェル部分１３を形成するために使用される第２の材料に、より半透明な材料を選択することによって、光沢のない外観を与えられてもよい。当然のことながら、光学部品１０の外観は、例えば、コア部分１５の第１の材料を調整することによって、上で説明されたような角度依存性の光学効果を作り出すことと組み合わせながら、調整されてもよい。

シェル部分１３及びコア部分１５を含む層１１は、任意の好適な方法で製造され、組み立てられてもよい。光学部品１０は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）印刷として知られている３Ｄ印刷技術を使用して製造される。ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用し、当該熱可塑性フィラメントは、当該融点まで加熱された後に一層ずつ押し出されて３次元の物体を作り出す。ＦＤＭプリンタは、比較的高速で、低コストであり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用され得る。そのようなプリンタは、それ自体が周知であるように、様々なポリマーを使用して様々な形状を印刷するために使用されてもよい。

３Ｄ印刷プロセスを実行するために、プリンタは、光学部品１０の３Ｄ形状を指定する、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって生成された印刷命令ファイルを使用して制御されてもよく、これは、フィラメントがどのように処理されるかを制御する。

図１５は、熱溶解積層法プリンタ３０の動作を説明するために使用される。第１の材料のフィラメント３３及び第２の材料のフィラメント３５が、一対の駆動体ホイール（図示せず）の間を、出力ノズル３２を有するプリンタヘッド３１へと通され、断面が図１５に示されている。ノズル３２は、第２のフィラメント３５が第１のフィラメント３３を包囲するように、ノズル３２内のフィラメント３３及び３５を共押出し（溶融）する押出穴を有するように構成されている。あるいは、ノズル３２は、予め製造されたコア−シェルフィラメントが供給され溶融される単一の押出穴を有してもよい。溶融したコア及びシェル材料の層１１が、高粘性液体の状態で印刷プラットフォーム４０上に堆積され、次いで冷却され、冷却されると固体になる。このようにして、３Ｄ構造が、例えば、コア部分１５を含み光学部品１０を形成するようにシェル部分１３によって包囲される層１１の、一連の層パターンとして構成されてもよい。層パターンでは、光学部品１０が、光学部品１０の形状に起因して下から上に向けて製造されてもよいが、このことは、非限定的な例にすぎず、例えば、光学部品１０の大抵の３Ｄ形状について上から下に向けて光学部品１０を製造することも、等しく実現可能であることを理解されたい。ＦＤＭプリンタ１００の具体的な構成は、当業者によって容易に理解されるように、特に限定されない。

印刷中、光学部品１０が上に形成される支持体は、光学部品１０を形成するために回転されてもよく、あるいは、押出機ノズル３２は、光学部品１０の層１１の３Ｄ印刷中に、光学部品１０の３Ｄ形状を形成するために回転されてもよい。

それぞれの（透過性の）シェル部分１３及びコア部分１５を形成するために、任意の好適な材料が使用されてもよい。例えば、これらは、３Ｄ印刷プロセスに使用するのに好適な材料、例えば、ＦＤＭ印刷プロセス中に押し出され得るポリマーであってもよい。

上述されたように、本方法は、印刷段階中に、３Ｄ印刷可能材料を堆積させるステップを含む。本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」とは、堆積又は印刷されることになる材料を指し、用語「３Ｄ印刷された材料」は、堆積後に得られる材料を指す。これらの材料は、本質的に同じであってもよいが、３Ｄ印刷可能材料が、高温のプリンタヘッド又は押出機内の材料を特に指す場合があり、３Ｄ印刷された材料が、同じ材料であるが、堆積された後の段階の材料を指すためである。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして印刷され、フィラメントとして堆積される。３Ｄ印刷可能材料は、フィラメントとして供給されてもよく、又はフィラメントに形成されてもよい。それゆえ、いかなる出発材料が適用されるとしても、３Ｄ印刷可能材料を含むフィラメントが、プリンタヘッドによって供給されて、３Ｄ印刷される。

本明細書では、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、「印刷可能材料」として示されてもよい。用語「ポリマー材料」とは、実施形態では、異なるポリマーのブレンドを指す場合もあるが、実施形態ではまた、本質的に、異なるポリマー鎖長を有する単一タイプのポリマーを指す場合もある。それゆえ、用語「ポリマー材料」又は「ポリマー」は、単一タイプのポリマーを指す場合もあるが、また、複数の異なるポリマーを指す場合もある。用語「印刷可能材料」は、単一タイプの印刷可能材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷可能材料を指す場合もある。用語「印刷された材料」は、単一タイプの印刷された材料を指す場合もあるが、また、複数の異なる印刷された材料を指す場合もある。

それゆえ、用語「３Ｄ印刷可能材料」はまた、２種以上の材料の組み合わせを指す場合もある。一般に、これらの（ポリマー）材料は、ガラス転移温度Ｔｇ及び／又は融解温度Ｔｍを有する。３Ｄ印刷可能材料は、ノズルから出る前に、３Ｄプリンタによって、少なくともガラス転移温度、一般には少なくとも融解温度の温度まで加熱されることになる。それゆえ、特定の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）及び／又は融点（Ｔｍ）を有する熱可塑性ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、３Ｄ印刷可能材料を、ガラス転移を超えて加熱することを含み、材料が半結晶性ポリマーである場合には、融解温度を超えて加熱することを含む。また別の実施形態では、３Ｄ印刷可能材料は、融点（Ｔｍ）を有する（熱可塑性）ポリマーを含み、プリンタヘッドの動作は、受け物品上に堆積されることになる３Ｄ印刷可能材料を、少なくとも融点の温度まで加熱することを含む。ガラス転移温度は、一般に、融解温度と同じものではない。融解は、結晶性ポリマーにおいて生じる転移である。融解は、ポリマー鎖が、それらの結晶構造から脱落して、無秩序な液体になる際に発生する。ガラス転移は、非晶質ポリマーに、すなわち、固体状態である場合であっても、それらの鎖が規則的な結晶として配列されておらず、いずれかの方式で単に分散されているポリマーに、発生する転移である。ポリマーは、本質的にガラス転移温度を有し、融解温度を有さない、非晶質とすることができ、又は、一般にガラス転移温度及び融解温度の双方を有する、（半）結晶質とすることができ、一般に、後者は前者よりも高い。

上述のように、本発明は、それゆえ、３Ｄ印刷可能材料の少なくとも１つのフィラメントを供給するステップと、３Ｄ物品を提供するために、印刷段階中に３Ｄ印刷可能材料を基材に印刷するステップと、を含む方法を提供する。３Ｄ印刷可能材料として特に適格であり得る材料は、金属、ガラス、熱可塑性ポリマー、シリコーンなどから成る群から選択されてもよい。特に、３Ｄ印刷可能材料は、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene；アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ナイロン（又は、ポリアミド）、アセテート（又は、セルロース）、ＰＬＡ（poly lactic acid；ポリ乳酸）、テレフタレート（ＰＥＴ；ポリエチレンテレフタレートなど）、スチレンアクリロニトリル（styrene acrylonitryl；ＳＡＮ）、アクリル（ポリメチルアクリレート、Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標）、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリ、ＰＭＭＡ）、（メタ）アクリレートのコポリマー、ポリプロピレン（又は、ポリプロペン）、ポリスチレン（Polystyrene；ＰＳ）、ＰＥ（膨張性高衝撃ポリテン（又は、ポリエテン）、低密度（ＬＤＰＥ）高密度（ＨＤＰＥ）など）、ＰＶＣ（polyvinyl chloride；ポリ塩化ビニル）、ポリクロロエテンなどから成る群から選択される、（熱可塑性）ポリマーを含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、尿素ホルムアルデヒド、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミンホルムアルデヒド、ポリカーボネート（Polycarbonate；ＰＣ）、熱可塑性エラストマなどから成る群から選択される、３Ｄ印刷可能材料を含む。オプションとして、３Ｄ印刷可能材料は、ポリスルホンから成る群から選択される３Ｄ印刷可能材料を含む。

高透過性ポリマーは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリカーボネート（ＰＣ）芳香族ポリエステル、非芳香族ポリエステル、及びこれらのコポリマーから選択することができる。ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル、スチレンメタクリレート（ＳＭＡ）。シェル部分の他にコア部分１５について、着色剤、異なる屈折率を有する粒子、及びＴｉＯ_ｘなどの無機材料など、更なる材料の添加によって、光学特性が調整／変更され得る。例えば、着色されたコア部分１５の場合、染料又は顔料などの着色剤がポリマーに添加されてもよく、拡散性のコア部分１５の場合、散乱粒子がポリマーに添加されてもよく、反射性のコア部分１５の場合、金属コーティングなどの反射性コーティングがコア部分１５の表面に印刷されてもよく、発光性のコア部分１５の場合、発光化合物がポリマーに添加されてもよい。これらの例が非限定的な例にすぎず、当業者が、一般的な知識を使用して、それぞれのシェル部分１３及びコア部分１５を製造するために、例えば、３Ｄ印刷するために、使用され得る代替的な材料を見出すことに困難を伴わないことが強調される。

この点で、いくつかの実施形態では、光学部品１０の層１１が同じ材料又は材料の組み合わせで製作されてもよく、代替的な実施形態では、光学部品１０の異なる層１１が、異なる材料又は材料の組み合わせで製作されてもよいことに更に留意されたい。例えば、先に説明されたように、異なる層１１が、異なるコア部分１５を有してもよく、及び／又は、異なるシェル部分１３を有してもよく、それによって、そのような異なる材料を異なる層１１のために選択することによって、光学部品１０の所望の光学特性が調整されてもよい。

本発明の実施形態による光学部品１０は、天井ペンダント、光学部品が（垂直）柱の上に配置される床置き式照明器具などの照明器具の一部として使用されてもよい。そのような照明器具は、１つ以上の光源、例えば、ＬＥＤ等の点光源、又は白熱、ハロゲン、若しくは蛍光光源等の拡散光源を更に備えてもよい。照明器具内の複数の光源の場合、光源は、光源によって発生した光を光学部品１０を通して案内することによって実現できる光学効果を更に高めるために、個別に制御可能であってもよい。照明器具内の１つ以上の光源は、明暗調整が可能であってもよい。一実施形態において、光学部品１０が照明器具のランプシェードとして使用されてもよいが、光学部品１０の実施形態が、そのような使用に限定されず、任意の好適な方法で使用されてもよいことを理解されたい。１つ以上の光源は、通常使用時に光学部品１０によって視界から隠されてもよい。１つ以上の光源は、例えば、所望の光学効果が内容積部２０内で作り出されるものである場合に、光学部品１０の内容積部２０の内又は光学部品１０の内容積部２０の外に配置されてもよい。例えば、光学部品１０が内部に配置され得るようなパターンで、複数の光源が、基板又はキャリアに配置されてもよく、光源は、光学部品１０に光をカップルインするように配置される。

印刷可能材料は、受け物品上に印刷されてもよい。特に、受け物品は、印刷プラットフォーム４０であってもよく、又は、印刷プラットフォーム４０によって構成されてもよい。受け物品もまた、３Ｄ印刷中に加熱されることができる。しかしながら、受け物品はまた、３Ｄ印刷中に冷却されてもよい。

上記の実施形態では、層１１は、単一の連続コア部分を含む。しかし、層１１の少なくとも一部が、シェル材料によって包囲された複数の空間的に分離されたコアを含む他の実施形態も、層１１の少なくとも一部が１つ以上の不連続コアを含む実施形態と同様に、本発明によってカバーされることが意図されることを理解されたい。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することが可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、その請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える（comprise）」という語は、請求項で列挙されるもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する語「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって実装することができる。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアの１つの同じアイテムによって具現化されることができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

Claims (15)

1. ３Ｄ印刷装置を用いて熱溶解積層法によって光学部品を製造する方法であって、
   前記３Ｄ印刷装置は、
   押出機ノズルと、
   第１の材料からなるコア及び第２の材料からなるシェルを有する予備成形されたコア−シェルフィラメントを前記押出機ノズルを通して供給するためのフィラメントフィーダ、又は、前記第１の材料を含む第１のフィラメントを前記押出機ノズルを通して供給するための第１のフィラメントフィーダ、及び前記第２の材料を含む第２のフィラメントを前記押出機ノズルを通して供給するための第２のフィラメントフィーダを含む、複数のフィラメントフィーダとを備え、
   前記方法は、
   前記光学部品を形成するために、前記予備成形されたコア−シェルフィラメント、又は前記第１のフィラメント及び前記第２のフィラメントを、溶融した前記第２の材料が溶融した前記第１の材料を取り囲むように、前記押出機ノズルを通して供給することによって、層のスタックを前記３Ｄ印刷装置によって３Ｄ印刷するステップを含み、前記光学部品の前記層の少なくとも一部が、前記第１の材料で作製されたコア部分と、前記コア部分を包囲する前記第２の材料で作製されたシェル部分と、を含み、前記第２の材料が、光学的に透明であり、前記第１の材料が、前記第２の材料とは異なる光透過率を有する、方法。
2. 少なくとも前記第１のフィラメントフィーダが、多角形断面を有し、前記層のスタックを前記３Ｄ印刷装置によって３Ｄ印刷するステップは、前記第１の材料で作製されたコア部分と、前記コア部分を取り囲む前記第２の材料で作製されたシェル部分と、を含む層を印刷する間に、前記第１のフィラメントフィーダを前記第２のフィラメントフィーダに対して回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学部品を形成するために、前記層のスタックを前記３Ｄ印刷装置によって３Ｄ印刷するステップは、
   前記コア部分が異なる直径を有する異なる層を印刷すること、及び
   前記第１の材料又は前記第２の材料のみから作製された少なくとも１つの層を印刷すること、の少なくとも一方を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる光学部品であって、前記光学部品が、複数の層を備え、各層が、コア部分と、前記コア部分を包囲するシェル部分と、を含み、前記コア部分が、第１の材料で作製され、前記シェル部分が、第２の材料で作製され、前記第２の材料が、光学的に透明であり、前記第１の材料が、前記第２の材料とは異なる光透過率を有する、光学部品。
5. 前記シェル部分は、前記コア部分とは異なる断面形状を有する、請求項４に記載の光学部品。
6. 前記コア部分及び前記シェル部分はそれぞれ、多角形断面を有し、前記コア部分の前記多角形断面は、各層の少なくとも一部において前記シェル部分の前記多角形断面に対して回転されている、請求項４又は５に記載の光学部品。
7. 前記シェル部分に対する前記コア部分の向きが、各層全体にわたって変化している、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の光学部品。
8. 前記コア部分の中心が、前記シェル部分の中心に対して変位している、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の光学部品。
9. 前記コア部分は、前記複数の層のうちの第１の層において第１の寸法を有し、前記複数の層のうちの第２の層において前記第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する、請求項４乃至８のいずれか一項に記載の光学部品。
10. 前記第１の材料又は前記第２の材料のみを含む少なくとも１つの層を更に備える、請求項４乃至９のいずれか一項に記載の光学部品。
11. 前記第２の材料は、実質的に光学的に透明な材料であり、前記第１の材料は、拡散反射材料、吸収材料、及び着色材料のうちの１つである、請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の光学部品。
12. 前記第２の材料は、半透明材料及び着色材料のうちの少なくとも一方である、請求項４乃至１１のいずれか一項に記載の光学部品。
13. 前記光学部品は、内容積部を含み、各層は、前記内容積部の一部を包囲している、請求項４乃至１２のいずれか一項に記載の光学部品。
14. 前記層は、ずらされている、請求項４乃至１３のいずれか一項に記載の光学部品。
15. 請求項４乃至１４のいずれか一項に記載の光学部品を備える照明器具。

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