JPH10506481A - 電気光学的フィルタカートリッジおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明において、能動的な電気光学フィルタカートリッジは、光学的透過性樹脂（４４，５２，５６，６０，６２）が完全に満たされた閉じたキャビティを形成する平坦状ハウジング（１０，１２，１６）と、作動装置（１４）とを備えている。作動装置（１４）は樹脂により完全に囲まれて固定され、かつ部材としてハウジングの対向する主壁（１０，１６）の光透過性部分（２４，２８）の間に配置されたＬＣパネル（３０，３２）と、フィルタカートリッジへの入射光を検出するセンサ手段（３４，３６）と、センサ手段（３４，３６）からの出力に応じてＬＣパネル（３０，３２）を制御する回路手段（３８）と、作動装置（１４）を作動させる電源制御手段（４０，４２）とを備えている。フィルタカートリッジは、例えば溶接用ヘルメットに用いられる受動的な薄暗いフィルタガラスと同一寸法で製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学的フィルタカートリッジおよびその製造方法 発明の分野 本発明は電気光学的フィルタカートリッジおよびその製造方法に関する。本発 明の電気光学的フィルタカートリッジは、特に、これに限られないが、溶接ヘル メット等の現行の目を保護する光シャッタとして、溶接ヘルメットにおけるダー クガラスの目を保護するフィルタと置換することに有効である。ここで、溶接ヘ ルメットとは、溶接作業者の保護眼鏡と溶接作業者の保護シールドを含む。 技術的背景 今日の溶接ヘルメットの多くは、ヒンジ結合された薄黒い、不透明なガラスを 作られた窓プレートを有する。この窓プレートは、溶接作業を行なう前に、溶接 作業者によって手動で下ろされる。機械加工品（ワークピース）を再配置すると きには、ヒンジ結合された窓プレートは手動で上げられる。目を保護する窓プレ ートのめんどうな手動による上下動を避けるために、自動的に光の透過を制御す る溶接ヘルメットが、液晶パネル（ＬＣパネル）を用いることで開発された。こ のような溶接ヘルメットは、たとえば、アメリカ特許第３，８７３，８０４号（ ゴードン）、アメリカ特許第４，０３９，２５４号（ハーシ）、アメリカ特許第 ４，２４０，７０９号（ホーネル）に記載されている。 アメリカ特許第３，８７３，８０４号（ゴードン）は、ヘルメットに設けられ た溶接アークに応答する感光性手段を用い、増幅回路により、光学フィルタを正 常な光伝導状態から目を保護する不透明な状態にすることを教示している。 アメリカ特許第４，０３９，２５４号（ハーシ）およびアメリカ特許第４，２ ４０，７０９号（ホーネル）は、２層以上の積層した平行電気光学セルをを有す る多層保護フィルタを用いることを教示している。平行電気光学セルのそれぞれ は、内面に透明電極を支持する平行ガラスプレートの間にサンドイッチされた、 典型的には、ねじれたネマティック液晶の液晶層と平行電気光学セルの両側に設 けられた偏光子とを有する。 アメリカ特許第４，２４０，７０９号（ホーネル）のヘルメットは、現在、製 造され販売されている。このヘルメットは、溶接作業者の頭部に位置されるプラ スチックシェルを有する。このプラスチックシェルは、前面開口部を有し、上記 自動的に光の透過を制御する特性を備えたフィルタカートリッジが着脱自在に取 り付けられる。このフィルタカートリッジは、比較的厚くかつ剛性のケーシング であり、その後側に開くことのできるカバーを有する。ＬＣパネルが、ケーシン グの内側に、後側から突き出るオンオフスイッチ、後側から突き出る感度調節ノ ブ、カバーを通して交換自在のバッテリとともに機械的に取り付けられる。ケー シングの前側には小さい孔が形成されている。この小さい孔がケーシングの内側 に設けられた光センサにより検出される溶接光を受ける。ＬＣパネルを保護する ガラスプレートがＬＣパネルの主面に対向して配置され、ケーシングの前面およ び後面の開口を含む大きい長方形部分を覆う。 しかしながら、このような自動的溶接フィルタは、ガラスフィルタに比べて機 能的に利点を有しているが、多くの欠点を有している。欠点の１つは、製造コス トが高いために、ダークガラスで作られた溶接フィルタと競争できないことであ る。欠点の２つは、暗くした溶接ガラスフィルタと比較して、フィルタカートリ ッジが大型て重く、特に、厚さ方向の寸法が大きいことである。欠点の３つは、 フィルタカートリッジは溶接作業者の安全性に欠陥があることである。フィルタ カートリッジの構成部材は、たとえば、フィルタカートリッジを落とした時に、 容易に壊れてしまう。フィルタカートリッジ、すなわち、ＬＣパネルの損傷は、 使用時において、溶接作業者の目を傷付けてしまう原因となる。 発明の概要 したがって、本発明の目的は、従来の自動的フィルタカートリッジの難点を除 去した、特に、溶接ヘルメットの保護アイピースとして用いられる電気光学的フ ィルタカートリッジを提供することである。 本発明の特定の目的は、暗くされたガラスフィルタに比べて寸法が極めて薄く 、かつ衝撃抵抗にすぐれた電気光学的フィルタカートリッジを提供することであ る。 本発明の他の目的は、突き出る部分のない電気光学的フィルタカートリッジを 提供することである。 本発明の他の目的は、電気光学的フィルタカートリッジをコストを下げてかつ 品質よく作る方法を提供することである。本発明の目的は、暗くされたガラスフ ィルタに比べて競争できる価格で電気光学的フィルタカートリッジを大量生産す ることである。 本発明の第１の特徴によれば、光透過性の樹脂によって完全に充填された密閉 キャビテイを形成する平坦なハウジングと、作動装置とを備え、前記作動装置は 樹脂によって完全に囲まれて固定され、かつ前記作動装置はハウジングの対向す る主壁の光透過性部分間に配置された前記ＩＣパネルと、フィルターカートリッ ジの入射光を検出するセンサ手段と、センサ手段からの出力信号に応じてＬＣパ ネルを制御する回路手段と、作動装置を作動させる電源供給手段とを有する透過 光を制御するためのＬＣパネルを備えた電気光学的フィルタカートリッジが提供 される。 本発明の第２の特徴によれば、枠体と底面壁からなる開口した平坦状キャビテ イを形成する工程と、この平坦状キャビテイ内に光透過性樹脂と作動装置を完全 に充填すると共に、樹脂によって作動装置を完全に囲み、かつ作動装置は底面壁 に平衡に配置されると共にフィルタカートリッジの透過光を制御するＬＣパネル と、フィルタカートリッジへの入射光を検出するセンサ手段と、センサ手段から の出力信号に応じてＬＣパネルを制御する回路手段と、作動装置を作動させる電 源供給手段とを有している工程と、枠体に上面壁を密封的に連結することによっ て平坦状キャビテイを密閉し、これによってＬＣパネルを底面壁と上面壁の光透 過部分間に配設させる工程と、樹脂を硬化させて平坦状キャビテイ内において作 動装置の各要素を固定する工程と、を備えた電気光学的フィルタカートリッジの 製造方法が提供される。 このように、本発明は、一体化された超薄のコンパクトであり最先の技術を取 り入れた能動的な電気光学的フィルタカートリッジを構成することを可能にし、 また、非常に競争力のある価格で大量生産を可能にするとともにそれでいて既知 の能動的フィルタカートリッジと比較して製品の高性能と耐衝撃性を与えること を可能にする。特に、本発明による方法は、完全な自動化で一体化生産ラインで 行われ、一日で数千個の生産を可能にする。 本発明によれば、フィルタカートリッジの外寸、特に厚さは受動的な暗化フィ ルタガラスの厚さと実質的に等しくすることが可能になる。例示すると、５ｍｍ より小さい厚さを有する能動的フィルタカートリッジは本発明によって容易に製 造することが可能である。さらに、ハウジングは光学的透明樹脂と作動装置とに よって完全に満たされているので本発明のフィルタカートリッジは受動的ガラス 板の耐衝撃性と比較して高い耐衝撃性を示すコンパクトな製品を構成する。 本発明のフィルタカートリッジの構造については、回路基板と電源と光源とを 含む作動装置の全ての部材はキャビティ内に樹脂によって包含され外部からアク セスできないということは注目されるべきである。 製造方法については、底部壁は、樹脂と作動装置とが配設される製造補助耐と しての役割と、かつ組み立てられた製品の保護表面としての役割をなす。 本発明の好適な実施例によれば、回路手段の回路基板は一体化した孔と、セン サ手段はこれらの孔を通る入射光を受光するために前記回路基板上の取り付けら れている。前記の孔の側壁はＬＣパネルを駆動することにならない光を遮光する 効果を有する。このようにして、入射光を有効に角度的に選択することが、フィ ルタカートリッジから何らかの部品を突き出すことなく可能になる。 本発明の上述した特徴及び他の好適な特徴は請求の範囲に述べられており、ま た以下の説明によって明らかになる。 好適な実施形態の説明 本発明のフィルタカートリッジとこの製造方法の好適な実施形態を以下に添付 図面を参照して説明する。 図１は、本発明のフィルタカートリッジの好適な実施形態をを示す同寸法の分 解組立図であり、光学樹脂を除いてカートリッジの個々の部材を示す。 図２は、図１に示す実施形態を組立てられた状態で示す概略的平面図である。 図３は、図２におけるIII−IIIに示す線に沿った断面図である。この図はまた 光学樹脂をも示している。 同一の参照番号は同一の部材を示す図面を参照し、図１は本発明の好適な実施 形態に係る電気光学的フィルタカートリッジの個々の部材を示し、電気光学的フ ィルタカートリッジは、光透過性のプラスチック薄板材から作られた矩形状前面 主壁；薄板１０より厚い寸法を有するプラスチック材から作られた堅固な矩形状 枠体１２；参照番号１４で一般的に参照される作動装置；および前面主壁１０と 実質的に等価な背面主壁１０を備えている。 図示された実施例において、高い透明度を有するプラスチック薄板１０、１６ は略０．２mmの厚みを有しており、一方、枠体１２は略４mmの高さを有している 。組み立てられたフィルタカートリッジにおいて、前面および背面の薄板１０、 １ ６は、図３に最もわかりやすく示されるように、枠体１２の頂面および底面に設 けられた周縁溝１８、２０内に取り付けられている。これにより、完全に密閉さ れたハウジングが２つの薄板１０、１６により形成され、枠体１２は略４mmの外 側厚さを有する。フィルタカートリッジの横断方向の寸法は、あくまで一例では あるが、８×１０cm程度のオーダーとされる。 図１に示すように、前面薄板１０の内面には、暗い色の層のような光を遮断す る材料からなる印刷層２２が設けられており、部分的に前面薄板１０を覆ってい る。これにより、前面薄板１０の残余の部分である暗くない領域に光を透過する 矩形の窓部２４が区画される。同様に、背面薄板１６の内面にも、光を遮断する 材料からなる印刷層２６が設けられており、窓部２４に対応した光を透過する窓 部２８が区画される。これら印刷層２２、２６は、可視光のみならず紫外線およ び赤外線も吸収する。 図１に示される実施例において、作動装置１４は、構成要素として、重ね合わ された厚さ１．８mmの２つの電気光学セル（ＥＯセル）３０、３２からなる厚さ ３．８mmの液晶パネルと、入射する溶接光を検出する２つの光センサ３４、３６ と、入射する溶接光の検出に対応して液晶パネル（ＬＣパネル）３０、３２を互 いに異なる光透過条件の間で制御する（液晶パネル３０、３２の光透過条件を変 更する）電子制御回路板３８と、２つの平坦バッテリ４０、４２から構成された 電力供給手段とを備えている。 公知のように、電気光学セル３０および３２は、互いに平行に配置された２つ のガラス板３０ａ，３０ｂおよび３２ａ，３２ｂ（図２参照）に挟まれた液晶層 （図示せず）と、前記ガラス板の内面に設けられた透明な電極層（図示せず）と 、前記ガラス板の外面に設けられた偏光子（図示せず）とを備えている。それぞ れの電極対の間に加えられる電圧は、入射する溶接光に対応して液晶パネルの光 の透過状態を以下の２状態の間で変化させるように、電子制御回路板３８により 制 御されるようになっている。すなわち、溶接光が検出されない場合は光の透過率 の高い状態に、溶接光が検出された場合には目を保護する光透過率の低い状態に 制御されるようになっている。このような２つのセルからなる液晶パネル３０、 ３２および液晶パネルの制御板の構成および作用は当業者にとって明らかなもの であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。例えば前述した米国特許を参照 することができる。 以下、図面を参照して図１に示される構成要素の組立方法について説明する。工程１ 透明な前面薄板１０および背面薄板１６に印刷された着色層が形成され、これ により光を遮断する領域が形成されるとともに、光を透過する窓部分２４、２８ が区画される。これらの印刷層には異なる色を用いることができ、適当な印刷技 術であればどのような印刷技術をも用いることができる。光遮断機能を除いては 、印刷層は会社のロゴマークを入れたり、ブランド名等を記載するために使用す ることができる。 また、前面および背面薄板１０、１６の外面に、引っ掻きに強いコーティング （図示せず）を施してもよい。工程２ 前面薄板１０は、印刷された光遮断層を上に向けて置かれ、その上側に、前面 薄板１０の内側周縁に沿って枠体１２が接着される。これにより、開放された平 坦なキャビティ（空洞）が形成される。後にキャビティの内側で使用される光透 過樹脂を、枠体１２を前面薄板１０に接着する際に使用することもできる。枠体 １２の高さは、通常は、液晶パネル３０および３２の厚さの和に概ね等しくされ る。工程３ 電子制御回路板３８が、前記キャビティの内部に装着される（はめ込まれる） 。 この場合、電子制御回路板３８は、前面薄板１０の上に直接載置されるか、若し くは位置決めのために枠体１２と一体的に形成された内側に延びるノッチの上に 載置される。もし電子制御回路板３８が前面薄板１０の上に直接載置される場合 には、光透過樹脂からなる薄い層４４を前もって前面薄板１０の上に装着する。 そして、図２および図３に示すように、光を透過しない残余の構成要素である 作動装置１４、すなわち２つの光センサ３４、３６と、２つのバッテリ４０、４ ２が、前記キャビティの内部に装着されるとともに電子制御回路板３８にハンダ 付けされる。好ましくは、光センサ３４、３６は、電子制御回路板３８を貫通す る複数の小孔４６がある位置において、電子制御回路板３８の裏面に直接固着さ れる。 従って、光センサ３４、３６の光を検出する前面が、前面薄板１０に面するこ とになり、薄い樹脂層４４および印刷着色された枠体２２の暗くなっていない開 口４８を通って入射する溶接光を受光することができる。これらの開口４８は図 １に最もわかりやすく示されている。この積層技術により、残余の光（照明光、 近くの溶接器から来る光、太陽光等）により作動装置が作動する（作動装置にト リガがかかる）ことが防止される。なぜなら、前記複数の小孔４６がこのような 残余の光に対する効果的な遮蔽機能を提供するからである。工程４ ここで、第１のＥＯセル３０は前面薄板１０の内面上に接着され、このために 光学的透過性樹脂からなる薄い樹脂層４４は、まず、図３に示すように塗布され る。なお、この薄い樹脂層４４はＥＯセル３０の全域を覆っている。第１のＥＯ セル３０はそれから、回路板３８に対して符号５０に示すように電気的に接続さ れる。第２のＥＯセル３２はここで、光学的透過性樹脂からなる中間層５２を介 して第１のＥＯセル３０上に接着され、その後、回路板３８に対して符号５４に 示すように電気的に接続される。ここで明らかなように、ＬＣパネル３０，３２ は前面および背面薄板１０，１６の透明窓部２４，２８を完全に覆うような横方 向の寸法を有している。しかしながら、図３に示すように、ＬＣパネル３０，３ ２の縁部と枠体１２の内面との間には樹脂が満たされるわずかな間隙５６が設け られている。工程５ ここで、キャビティ内の余剰空間には光学的透過性樹脂６０が満たされ、その 結果、作動装置１４の全ての部材は樹脂内に完全に埋め込まれる。なお、ＬＣパ ネル１４の上面は薄い透明樹脂層６２により完全に覆われ、またＬＣパネル１４ と枠体１２との間の上記間隙５６にも樹脂が満たされる。 製造工程におけるこの段階では通常、キャビティ内における樹脂の硬化は未だ 何ら生じていない。このため重要なことは、作動装置１４は幾分「浮動した」状 態において固定がなされるので、かなり正確にはめ合わされるということである 。好ましくは、硬化前におけるキャビティ内での回路板３８の位置を保つため、 回路板３８の縁部には枠体１２の内壁に一体的に設けられた対応する突出部にか み合うノッチまたはこれと同様の部材を設けるとよい。工程６ 印刷層２６が設けられた背面薄板１６はここで、枠体１２およびキャビティ内 の樹脂の上面に接着される。作動装置１４の非透過性部分はここで、前面および 背面壁１０，１６の光不透過領域間に配置される。これに対しＬＣパネル３０， ３２は、高透過性窓部２４，２８間に配置されるとともに２つの樹脂層４４，６ ２間に挟まれる。工程７ 最後に、全ての部材および前面および背面壁を固定するために樹脂を硬化させ る。 以上、本発明による能動的なフィルタカートリッジおよびこのようなカートリ ッジの製造方法の好ましい一実施例を述べてきたが、当業者であれば本発明の範 囲内で各種の変形例をなし得ることは明らかであり、このような全ての変形例は 追加的な請求項の範囲に含まることが意図されている。 このため、作動装置１４の部材は上述したものと異なっていてもよい。ＬＣパ ネル１４のＥＯセルの数は１つだけ、または２つより多くてもよい。電源供給手 段もまた、外光に応じて電力を生成する光電池を含んでいてもよい。枠体１２は 前面壁１０に一体的に設けられていてもよい。光センサ３４，３６は回路板の外 側に配置されていてもよい。さらに、上述した製造工程の順番は、例えばＥＯセ ルのキャビティ内への配置前にこれらを互いに接着したり、作動装置１４の前に ＬＣパネルをキャビティ内に配置したり、幾つかの部材のキャビティ内への配置 前にこれらを互いに電気的に接続したりといったように、適宜変更することがで きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 透過光を制御するためのＬＣパネル（３０，３２）を備えた電気光学 的フィルタカートリッジにおいて、 光透過性の樹脂（４４，５６，６２）によって完全に充填された密閉キャビテ イを形成する平坦なハウジング（１０，１２，１６）と、作動装置（１４）とを 備え、前記作動装置（１４）は樹脂（４４，５６，６２）によって完全に囲まれ て固定され、かつ前記作動装置（１４）はハウジングの対向する主壁（１０，１ ６）の光透過性部分（２４，２８）間に配置された前記ＩＣパネル（３０，３２ ）と、フィルターカートリッジの入射光を検出するセンサ手段（３４，３６）と 、センサ手段（３４，３６）からの出力信号に応じてＬＣパネル（３０，３２） を制御する回路手段（３８）と、作動装置（１４）を作動させる電源供給手段（ ４０，４２）とを有することを特徴とするフィルタカートリッジ。 ２． ハウジングの対向する主壁（１０，１６）は光透過性の薄板材料からな ることを特徴とする請求項１記載の電気光学的フィルタカートリッジ。 ３． ハウジングの対向する主壁（１０，１６）は作動装置（１４）の要素（ ３４，３６，３８，４０，４２）を覆う光遮蔽領域を有することを特徴とする請 求項１または２のいすれか記載の電気光学的フィルタカートリッジ。 ４． ハウジングの対向する主壁（１０，１６）は光遮蔽領域を形成する印刷 光遮蔽層（２２，２６）を有することを特徴とする請求項３記載の電気光学的フ ィルタカートリッジ。 ５． ハウジングの対向する主壁（１０，１６）のうち少なくとも一方は、セ ンサ手段（３４，３６）の位置に対応する領域（４８）において光透過性を有し 、これによって、入射光がセンサ手段（３４，３６）に達することを特徴とする 請求項１乃至４のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリッジ。 ６． 回路手段（３８）は、一体に設けられた開口（４６）を有する回路板を 備え、センサ手段（４６）は回路板に取り付けられ、センサ手段（４６）は開口 （４６）を通る入射光を受け、入射光を角度的に選択して検出することを特徴と する請求項１乃至５のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリッジ。 ７． ＬＣパネル（３０，３２）の厚みは、ハウジングのキャビテイの内部厚 に略等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の電気光学的フィル タカートリッジ。 ８． 平坦状ハウジング（１０，１２，１６）の厚みは５mm以下となっている ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリ ッジ。 ９． 枠体（１２）と底面壁（１０）からなる開口した平坦状キャビテイを形 成する工程と、 このキャビテイ内に光透過性樹脂（４４，５２，５６，６２）と作動装置（１ ４）を完全に充填すると共に、樹脂（４４，５２，５６，６２）によって作動装 置（１４）を完全に囲み、かつ作動装置（１４）は底面壁（１０）に平行に配置 されると共にフィルタカートリッジの透過光を制御するＬＣパネル（３０，３２ ）と、フィルタカートリッジへの入射光を検出するセンサ手段（３４，３６）と 、センサ手段（３４，３６）からの出力信号に応じてＬＣパネル（３０，３２） を制御する回路手段（３８）と、作動装置（１４）を作動させる電源供給手段（ ４０，４２）とを有している工程と、 枠体（１２）に上面壁（１６）を密封的に連結することによってキャビテイを 密閉し、これによってＬＣパネル（３０，３２）を底面壁（１０）と上面壁（１ ６）の光透過部分（２４，２８）間に配設させる工程と、 樹脂（４４，５２，５６，６２）を硬化させてキャビテイ内において作動装置 （１４）の各要素（３０−４２）を固定する工程と、 を備えたことを特徴とする電気光学的フィルタカートリッジの製造方法。 １０． キャビテイ内を充填する工程は、底面壁（１０）の内面に樹脂層（４ ４）を配置する工程と、 前記樹脂層（４４）上にＬＣパネル（３０，３２）を配設する工程と、 キャビテイ内に作動装置（１４）の他の要素を配置する工程と、 作動装置（１４）の要素間において電気的接続を行なう工程と、 空間内の他の部分を樹脂（５２，５６，６２）によって充填するとともに、こ のうち樹脂（６２）は作動装置（１４）の他のすべての要素を覆う工程と、 を有することを特徴とする請求項９記載の電気光学的フィルタカートリッジの 製造方法。 １１． 底面壁及び上面壁は、光透過性の薄板材料からなることを特徴とする 請求項９または１０のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリッジの製造方 法。 １２． 底面壁（１０）および上面壁（１６）の内面に、ＬＣパネル（３０， ３２）を除いて作動装置（１４）の要素（３４，３６，３８，４０，４２）を覆 う領域上に光遮蔽層（２２，２６）を設ける工程を更に備えたことを特徴とする 請求項９乃至１１のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリッジの製造方法 。 １３． 底面壁（１０）および上面壁（１６）の少なくとも一方の内面に、Ｕ Ｖ−ＩＲフィルタ層を設ける工程を更に備えたことを特徴とする請求項９乃至１ ２のいずれか記載の電気光学的フィルタカートリッジの製造方法。 １４． フィルタカートリッジは少なくとも２つの重ね合わされかつＬＣパネ ル（３０，３２）を構成する電気光学的セル（３０，３２）を備え、 キャビテイ内を充填する工程はＬＣセルの主表面間に隣接する樹脂の中間層（ ５２）を設ける工程を更に有することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか 記載の電気光学的フィルタカートリッジの製造方法。 １５． 本製造方法は、完全に自動化され、かつ一体化された製造ラインによ って行なわれることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか記載の電気光学的 フィルタカートリッジの製造方法。