JP6371484B2 - エラストマーから光学結合部材を製造する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、エラストマーから光学結合部材を製造する方法および装置に関する。

上に述べた種類の光学結合部材は、車両の内部空間に配置される光学センサを車両ウィンドと光学的に結合するために利用される。センサの確実な機能のために、結合部材に使用される材料の屈折率が、車両ウィンドの屈折率と一致しているのが望ましい。これに加えて、結合部材に使用される材料の透過度または透過性が、関連する波長の光に対してできる限り高いのが好ましい。これは適用ケースに応じて、可視スペクトル領域または不可視スペクトル領域の光であり得る。

上述した要求事項に基づき、従来技術では結合部材の材料としてシリコン材料が使用される。そのようなシリコン材料の例は特許文献１や特許文献２に開示されており、商品名”Ｓｉｌｇｅｌ６１２”や”Ｓｅｍｉｃｏｓｉｌ９１２”としても知られる。この種の材料は、たとえばＢａｙｅｒ社やＷａｃｋｅｒ社により提供されている。

上に挙げた材料は結合部材の「現場」製造のために使用され、その場合、まず流動性のある材料、次いで硬化した材料が、光学センサのハウジング内の空間に注入される。引き続いてセンサハウジングがウィンドに取り付けられ、それにより、硬化したシリコン材料がウィンドに当接するようにする。このような製造は、車両ウィンドの初回組立のときだけでなく、補修のときにも高いコストがかかることが判明している。車両ウィンドやセンサの補修の際には、形状安定的でない結合部材が破壊され、したがって再利用可能でないことも欠点として付け加わる。

欧州特許第２１８１０２３Ｂ１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２００８０２６９９７Ａ１号明細書

以上を前提とした上で本発明の課題は、光学結合部材の簡単で安価でフレキシブルな製造を可能にする方法および装置を提供することにある。

この課題は次のステップを含む方法によって解決される。
−製造されるべき結合部材の厚みに合わせて厚みが調整された平板体を製造するための鋳型に流動性のあるエラストマー配合物またはその成分が充填され、
−形状安定的なエラストマーをなすように硬化され、
−平板体から個々の結合部材が分離される。

上に挙げた課題は、次のもの、即ち製造されるべき結合部材の厚みに合わせて厚みが調整された平板体を製造するために流動性のあるエラストマー配合物またはその成分を充填するための鋳型と、平板体から個々の結合部材を分離するための分離工具と、を含む装置によっても解決される。

本発明によると、比較的多い量または比較的少ない量の流動性のあるエラストマー配合物またはその成分が鋳型に充填されることで容易な仕方で厚みに影響を及ぼすことができる平板体が、まず製造される。すなわち、結合部材の厚み方向で見て片側で開いた鋳型、たとえば水槽が使用される。

平板体は、単一の結合部材を製造するために、好ましくは複数の結合部材を製造するために必要とされる面積よりも大きい面積にわたって延在する。エラストマーがすでに硬化して形状安定的になった後で、平板体からの個々の結合部材の分離が行われるので、平板体から分離される結合部材が収縮を受けることがなくなる。このように、結合部材に使用される配合物に関わりなく、結合部材の分離時に利用される分離線の輪郭が、完成した結合部材の輪郭に正確に対応することが保証される。

本発明の枠内において「形状安定的な」という言葉を用いるときには、結合部材を個別に取扱可能であり、それにより結合部材が保管されて光学センサおよび／または車両ウィンドへの組み付けのために提供できることが意味される。すなわち形状安定的な結合部材は、センサハウジングの内部や上において「現場で」で製造されるのではない。

別のエラストマー配合物に合わせて設備転換をするとき、これに伴って生じる硬化プロセス中の収縮の変化を、鋳型への充填量の適合化によって容易に補正することができる。

本発明による方法は、原理的には同じく考えられる、閉じた射出成形金型を用いる射出成型法（または反応射出成型法）での光学結合部材の製造に伴って生じる欠点を回避することを可能にする。たとえば、相違する寸法を有する相違する結合部材について、そのつど独自の高価な射出成形金型を準備しなくてよい。それに加えて、硬化プロセスに伴って生じる収縮に合わせてそれぞれ正確に適合化された、過剰寸法をそれぞれ有する射出成形金型を準備する必要もない。収縮の程度はエラストマー配合物に使用される成分にも左右されるので、成分の変更が、射出成形金型の改変作業や新規製作を必要にする場合がある。

本発明の枠内では、たとえば円形または長方形である、特別に簡素に構成された鋳型を使用することができる。このことは、平板体が面積に関して少なくとも１つの結合部材よりも大きいことによって、また平板体の製造後に結合部材が平板体から分離されることによって可能となる。

本発明による結合部材はシリコンエラストマーから製造されるのが好ましく、平板体の製造のために、流動性のあるシリコン配合物またはその成分が鋳型に充填される。

硬化した形状安定的なエラストマーからなる平板体が鋳型から取り出された後で、個々の結合部材を平板体から切り離すことが可能である。このようにして、硬化プロセスにすぐ引き続いて、他の平板体の製造のために鋳型を再び利用することができる。

しかしながら本発明の１つの好ましい実施形態では、平板体がその硬化後にまだ鋳型の中に配置されている間に、平板体からの個々の結合部材の分離が行われることが意図される。このことは、個々の結合部材の分離プロセス中における平板体の取扱を簡素化する。

別の好ましい実施形態は、鋳型の底面の底面区域が分離され、底面区域は結合部材の下面のための結合部材から取り外し可能な保護部材を形成することを意図する。この関連において、底面区域の分離と結合部材の分離は同時に、または互いにすぐ連続して、好ましくはただ１つの打ち抜き工具を用いて実行されるのが好ましい。

さらに鋳型は、原理的には同じく考えられる金属材料よりも容易に分断することができるプラスチック材料から製造されているのが好ましい。好ましいプラスチック材料はポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シリコンなどである。これに加えてプラスチック材料は特別に低コストであるという利点があり、鋳型のサイズに依存して、複数の結合部材のためにただ１つの鋳型の材料使用量で充分である。特に熱可塑性プラスチック材料が使用される場合、必然的に発生する裁断屑を物質的に再利用することができる。

底面区域は結合部材に付着しており、車両ウィンドにこれを組み付ける直前に取り外すことができる。このようにして、少なくとも結合部材の下面が汚れおよび／または機械的影響に対して保護される。これに加えて底面区域は、結合部材のための安定した支持体を形成する。

底面区域と結合部材は同一の大きさの面積を有することが可能である。このことは、平板体から結合部材を分離するための、および鋳型の底面から底面区域を分離するための分離プロセスが、特別に容易に行われるという利点がある。

しかしながら本発明の１つの好ましい態様は、底面区域が少なくとも１つの取扱区域をもって結合部材から平面的に突き出すことを意図する。このことは、底面区域を取扱区域のところで掴むことができ、保護部材を簡単な仕方で結合部材から取り外すことができ、その際に、光学的に作用する結合部材の表面と接触することがないという利点がある。

結合部材および／または底面区域を分離する本発明の枠内で好ましい選択肢は、打ち抜き、ウォータージェット切断、およびレーザビーム切断である。これらの方法選択肢は、平板体がエラストマーへの硬化後に鋳型から取り出されるケースについてだけでなく、平板体が個々の結合部材の分離中に鋳型の中にとどまるケースについても成り立つ。平板体が分離中に鋳型の中にとどまるケースについては、ウォータージェットまたはレーザビームの出力が相応の仕方で適合化されることによって、底面区域と結合部材のさまざまに異なる寸法を実現することができる。結合部材の分離輪郭だけを作成するためには、低い出力で充分である。鋳型の底面も貫通する分離線を作成するためには、出力を高めることができる。

しかしながら、結合部材および／または底面区域を分離する特別に簡単な１つの選択肢は打ち抜きである。それに応じて、好ましい分離工具は打ち抜き工具である。

打ち抜き工具が、打ち抜き方向で見て互いにオフセットされた２つの打ち抜き部材を有しており、第１の打ち抜き部材は平板体から結合部材を少なくとも割合に応じて分離する役目を果たし、第２の打ち抜き部材は平板体を分断するとともに、鋳型の底面の底面区域を分離する役目を果たすと特別に好ましい。

特に、第１の打ち抜き部材は、結合部材の第１の結合部材区域を平板体から分断する役目を果たすのに対して、第２の打ち抜き部材は時間的に互いに連続して、結合部材の第１の結合部材区域に接する第２の結合部材区域をまず分断し、次いで、鋳型の底面の底面区域を分離する役目を果たす。打ち抜き方向で見て、第１の打ち抜き部材は第２の打ち抜き部材に対して、鋳型の底面の厚みに実質的に相当する程度だけ引っ込むようにオフセットされる。

特に、互いにオフセットされた２つの打ち抜き部材が好ましいのは、底面区域が取扱区域の領域において結合部材の下面から上方に向かって打ち抜く場合である。

本発明のさらに別の実施形態では、結合部材の上面のための結合部材から取り外し可能な保護部材として保護フィルムが利用されることが意図される。このような保護フィルムは、すでに個別化された結合部材に後から装着することができる。あるいは、すでに硬化した、またはまだ硬化していない平板体に載せることもでき、それにより、このような保護フィルムも結合部材の分離の過程で簡単な分離プロセスにより、特に打ち抜きにより、あるいはウォータージェット切断やレーザビーム切断により個別化することができる。

結合部材の上面に配置される保護部材についても、結合部材からの保護部材の取り外しを容易にするグリップ区域が設けられると好ましい。ただしこのグリップ区域では、グリップ区域がフィルム層とは別個に設けられ、たとえば後から取り付けられるのが好ましい。このようにして、結合部材と面積に関して同一である保護フィルム区域を平板体からの結合部材の分離の過程で製作することができ、すなわちそれは、分離工具が１回の作業工程で上側の保護フィルムと平板体とを分断することによる。

さらに本発明による装置では、この装置は鋳型を水平方向平面でアライメントするためのアライメント装置を有していると好ましい。このようにして製造場所に関わりなく、平板体が面にわたって一定の厚みを有することが保証される。

さらに本装置は、特に硬化プロセス中の鋳型の意図しない運動を回避するために、設置面で鋳型を固定するための吸着装置を有していると好ましい。吸着装置は、工具を使わない鋳型の固定を可能にする真空テーブルの形態で準備されると特別に好ましい。さらに真空テーブルプレートは、上に挙げたアライメント装置によってアライメント可能であるのが好ましい。

本発明のその他の構成要件や利点は、好ましい実施例の以下の説明および図面の図示の対象となっている。

エラストマーから光学結合部材を製造する装置の一実施形態を示す斜視分解図である。 図１の装置を示す斜視図である。 本装置の一部と打ち抜き工具を示す平面図である。 図３においてＩＶ−ＩＶで示す切断面に沿った側面図である。 底面側に配置された保護部材を備える光学結合部材を示す斜視図である。 図３および図４に示す打ち抜き工具の打ち抜き輪郭の形状を示す模式図である。 図３および図４に示す打ち抜き工具の打ち抜き輪郭の別案の形状を示す模式図である。 図７に示す打ち抜き輪郭をもつ打ち抜き工具を用いて製作される、底面側に配置された保護部材を備える光学結合部材を示す斜視図である。

エラストマーから光学結合部材を製造する装置の一実施形態は、図面では全体として符号１０で表されている。装置１０は、鋳型１６を固定する役目を果たす吸着装置１４を配置するためのアライメント装置１２を含んでいる。本装置は、鋳型１６を覆う役目を果たすが、その際に鋳型１６に充填されるべき材料とは接触しない、任意選択のカバープレート１８を含んでいる。

アライメント装置１２は、テーブルまたは部屋の床面に配置するための底面側の本体プレート２０を有している。さらにアライメント装置１２は、本体プレート２０に対する相対的な傾斜に関して調節部材２４により調整可能である調節プレート２２を有している。共同で調節平面を形成する、互いに間隔をおく３つの調節部材２４が設けられるのが好ましい。調節部材２４は、調節プレート２２を正確に水平方向の姿勢でアライメントすることを可能にする。

調節プレート２２は吸着装置１４を載置する役目を果たす。吸着装置は真空プレートまたは中空プレート２６の形態で構成され、中空スペース３０を介して真空接続部３２と連通する空気入口開口部２８を上面に有している。

プレート２６の上面に、鋳型１６のためのストッパとして、および／または水平方向のアライメントを検査するための水準器として構成される位置決め部材３４が配置されることが可能であるが、ただし必ず配置されるわけではない。

鋳型１６は、縁部側で周回する側壁３８へと周縁部のところで移行する平坦な底面３６を有している。任意選択として、側壁３８の上側縁部に、底面と実質的に平行に延びる鍔部４０が設けられていてよい。この鍔部は鋳型１６を安定化するとともに、任意選択のカバープレート１８の下面側の縁部面を載置する役目を果たす。

本装置が組み付け状態にあるとき（図２参照）、鋳型１６は調節プレート２２を介して正確に水平方向にアライメントされる。さらに、吸着装置１４が調節プレート２２と固定的に結合される。真空接続部３２へ真空が印加されることによって、鋳型１６が吸着装置１４に固定される。鋳型１６の側壁３８が位置決め部材３４に当接する。

結合部材を製造するために、流動性のある、まだ硬化していないシリコン配合物またはその成分によって鋳型１６が充填される。このとき充填量は、鋳型１６の中で硬化後に生じる形状安定的な平板体４２が、平板体から分離されるべき結合部材４８の厚み４６（図５参照）に相当する厚み４４（図４参照）を有するように設定される。使用する材料が縮みまたは収縮を生じなければ、流動性のある材料の充填高さは、形状安定的なシリコンエラストマーをなすように硬化した後の平板体４２の厚み４４と同一に等しい。硬化の途中または後で収縮または縮みが発生するとき、流動性のある材料の充填高さは、縮みに準じて平板体４２の厚み４４よりも大きくなる。

個々の結合部材４８を平板体４２から切り離すために、打ち抜き工具５２の形態の分離工具５０が使用されるのが好ましい。特に、平板体４２は結合部材の分離中に鋳型１６の中に残る。

打ち抜き工具５２は、少なくとも１つの打ち抜き部材、好ましくは２つの打ち抜き部材５４，５６を有する。第１の打ち抜き部材５４は、打ち抜き方向５８で見て、第２の打ち抜き部材５６に対して引っ込むようにオフセットされている。引き込みオフセットの程度は、鋳型１６の底面３６の厚み６０に相当する。このようにしてただ１回の打ち抜き工程で、たとえば円形の形状を有する結合部材４８と、取扱区域６４（図５参照）をもって結合部材４８から突き出す底面区域６２とを同時に分離することが可能である。取扱区域６４の領域で、底面区域６２の形状は結合部材４８の形状と相違する。

第１の打ち抜き部材５４は、図６に破線によって模式的に示す打ち抜き輪郭７２を有している。打ち抜き輪郭７２は、領域７４と領域７６の間に延びている。

第２の打ち抜き部材５６は、図６に実線によって示す打ち抜き輪郭７８を有し、打ち抜き輪郭７８は、第１の輪郭区域７８ａおよび第２の輪郭区域７８ｂからなる。輪郭区域７８ａと７８ｂの間の移行部は領域７４および７６に配置されている。輪郭区域７８ｂの形状の打ち抜き輪郭７２の形状からの相違が取扱区域６４の幾何学形状および大きさを決定する。

第２の打ち抜き部材５６はそれ自体として閉じた打ち抜き輪郭７８を有しているのに対して、第１の打ち抜き部材５４は、それ自体として閉じていない、開いた打ち抜き輪郭７２を有している。

第１の打ち抜き部材５４は、結合部材４８の第１の部分円周５５（図５参照）の領域で、平板体４２を分断する役目を果たす。結合部材４８の部分円周５５は、領域７４および７６の間に延びている第１の打ち抜き部材５４の打ち抜き輪郭７２（図６参照）に対応する。

第２の打ち抜き部材５６は、結合部材４８の第１の部分円周５５に接する第２の部分円周５７（図５参照）の領域で、平板体４２を分断する役目を果たす。結合部材４８の部分円周５７は、第２の打ち抜き部材５６の打ち抜き輪郭７８の輪郭区域７８ａ（図６参照）に対応する。

第２の打ち抜き部材５６は、結合部材４８の第２の部分円周５７の領域で、まず平板体４２を打ち抜くだけでなく、これに続いて鋳型１６の底面３６も打ち抜く。

第２の打ち抜き部材５６の第２の輪郭区域７８ｂも、同じくまず平板体４２、そして引き続いて鋳型１６の底面３６を打ち抜く。第２の打ち抜き部材５６により両方の輪郭区域７８ａおよび７８ｂをもって打ち抜かれた底面区域６２は、取扱区域６４の領域で結合部材４８から突き出す。

図７には、打ち抜き工具５２の第１の打ち抜き部材５４および第２の打ち抜き部材５６の打ち抜き輪郭について、別案の形状が示されている。第１の打ち抜き部材５４は、図６に示す打ち抜き輪郭７２の代替として、それ自体として閉じた、図７に破線で図示する打ち抜き輪郭８０を有している。第２の打ち抜き部材５６は、図６に示す打ち抜き輪郭７８の代替として、実線で図示する打ち抜き輪郭８２を有している。打ち抜き輪郭８０および／または８２はたとえば円形である。

打ち抜き輪郭８２は、打ち抜き輪郭８０の円周全体に沿って打ち抜き輪郭８０から突き出しているので、このような輪郭８０，８２をもつ打ち抜き工具５２を使用した場合、結合部材４８からすべての方向で平面状に突き出す、たとえば円形の周回する取扱区域６４を製作することができる（図８参照）。平板体４２から結合部材４８が打ち抜かれる過程で、図８に示す構造が製作されるときに、結合部材４８を取り囲む、図面には示さない環状の材料区域が追加的に作成される。この材料区域は、打ち抜き部材５４および５６の間の環状の中間スペースで生じるものであり、平板体４２からの打ち抜き工具５２の取り外し／持ち上げの後に、環状の取扱区域６４から持ち上げて処理することができる。

１回の打ち抜きプロセスで複数の結合部材４８を平板体４２から同時に分離するために、複数の打ち抜き工具５２をまとめて１つの打ち抜き工具構造にすることができるのが好ましい。

任意選択として、流動性のある硬化されるべきシリコン材料の充填後、硬化プロセス中の埃その他の異物の潜在的な影響を回避するために、鋳型１６をカバープレート１８で覆うことができる。さらに任意選択として、特に平板体４２からの結合部材４８の分離前に、すでに硬化した、またはさらに硬化されるべき平板体４２の上に保護フィルムを張ることが可能である。

結合部材４８の分離の過程でその直前に、打ち抜き工具５２によって保護フィルムが分断され、そして保護フィルムのうち結合部材に残る部分が、結合部材４８の上面６６のための保護部材を形成する。結合部材４８の下面６８は、保護部材７０を形成する底面区域６２によって保護される。

１つの保護部材７０または複数の保護部材は、結合部材４８をその製造からただちに、車両ウィンドの内面と光学センサの結合面との間に結合部材４８が配置される車両ウィンドの内面へ結合部材４８が組み付けられる直前まで保護する。

Claims (13)

1. エラストマーから光学結合部材（４８）を製造する方法において、
   製造されるべき結合部材（４８）の厚み（４６）に合わせて厚み（４４）が調整された平板体（４２）を製造するための鋳型（１６）に流動性のあるエラストマー配合物またはその成分を充填し、
   形状安定的なエラストマーをなすように硬化させ、
   前記平板体（４２）から個々の結合部材（４８）を分離する
   ステップを含む方法であって、
   流動性のあるエラストマー配合物またはその成分を鋳型に充填する量を制御することにより、前記平板体（４２）の厚みを制御する
   方法。
2. 前記平板体（４２）が前記鋳型（１６）の中に配置されている間に分離が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記鋳型（１６）の底面（３６）の底面区域（６２）が分離され、前記底面区域（６２）は前記結合部材（４８）の下面（６８）のための前記結合部材（４８）から取り外し可能な保護部材（７０）を形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記底面区域（６２）と前記結合部材（４８）は同一の大きさの面積を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記底面区域（６２）は少なくとも１つの取扱区域（６４）をもって前記結合部材（４８）から平面状に突き出すことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 打ち抜き、ウォータージェット切断、またはレーザビーム切断によって分離が行われることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記結合部材（４８）から取り外し可能な保護部材としての保護フィルムが前記結合部材（４８）の上面（６６）のために利用されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記保護部材は前記結合部材（４８）からの前記保護部材の取り外しを容易にするグリップ区域を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. エラストマーから光学結合部材（４８）を製造する装置（１０）において、
   製造されるべき結合部材（４８）の厚み（４６）に合わせて厚み（４４）が調整された平板体（４２）を製造するために流動性のあるエラストマー配合物またはその成分を充填するための鋳型（１６）と、前記平板体（４２）から個々の結合部材（４８）を分離するための分離工具（５０）とを含み、
   前記分離工具（５０）は打ち抜き工具（５２）であって、
   前記打ち抜き工具（５２）は打ち抜き方向（５８）で見て互いにオフセットされた２つの打ち抜き部材（５４，５６）を有しており、第１の打ち抜き部材（５４）は前記平板体（４２）から結合部材（４８）を少なくとも割合に応じて分離する役目を果たし、第２の打ち抜き部材（５６）は前記平板体（４２）を分断するとともに、前記鋳型（１６）の底面（３６）の底面区域（６２）を分離する役目を果たすことを特徴とする、
   装置（１０）。
10. エラストマーから光学結合部材（４８）を製造する装置（１０）において、
    製造されるべき結合部材（４８）の厚み（４６）に合わせて厚み（４４）が調整された平板体（４２）を製造するために流動性のあるエラストマー配合物またはその成分を充填するための鋳型（１６）と、前記平板体（４２）から個々の結合部材（４８）を分離するための分離工具（５０）と、前記鋳型（１６）を水平方向の平面でアライメントするためのアライメント装置（１２）と、を有する装置（１０）。
11. 前記鋳型（１６）はプラスチック材料から製作されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置（１０）。
12. 前記第２の打ち抜き部材（５６）の打ち抜き輪郭（７８，８２）は前記第１の打ち抜き部材（５４）の打ち抜き輪郭（７２，８０）から平面状に突き出すことを特徴とする、請求項９に記載の装置（１０）。
13. 前記装置（１０）は前記鋳型（１６）を設置面で固定するための吸着装置（１４）を有することを特徴とする、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の装置（１０）。

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