JP2014199331A - 導光部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑え、入光部における光の乱反射が生じ難い導光部材を提供する。【解決手段】棒状で長さ方向の端面が光源２０からの光を入射させる入光部４２となった導光部材１である。合成樹脂押出成形によって形成された押出成形品である。入光部４２がレーザー切断によって形成された切断面である。【選択図】図１

Description

本発明は合成樹脂製の導光部材に関する。

特許文献１には、棒状で、その長さ方向の端面から導入された光を、長さ方向に沿う底面に形成された散乱ドットで反射し、この光を長さ方向に沿う上面から出射する導光部材が開示されている。

特開２００５−１９８１０６

ところで、棒状の導光部材を合成樹脂で形成するにあたって、射出成形を採用した場合、長さの異なる導光部材を製造するには、長さ毎に異なる金型が必要となり、コストが高くなることが懸念される。

また、導光部材を押出成形により成形すれば、押出成形品を鋸刃等で切断することにより、長さの異なる導光部材を製造することができる。ところが、長さ方向の端面を光を入射させる入光部とした導光部材にあっては、入光部が切断面で構成されることとなる。このため、前記切断面に存在する微小な凹凸により、光が乱反射してしまう恐れがある。また、これを解消するには、切断面を研磨することが考えられるが、手間を要し、この場合もコストが高くなることが懸念される。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、コストを抑え、入光部における光の乱反射が生じ難い導光部材を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の導光部材は、棒状で長さ方向の端面が光源からの光を入射させる入光部となった導光部材であって、合成樹脂押出成形によって形成された押出成形品であり、前記入光部がレーザー切断によって形成された切断面であることを特徴とする。

また、本発明の導光部材の製造方法は、棒状で長さ方向の端面が光源からの光を入射させる入光部となった導光部材の製造方法であって、合成樹脂押出成形によって棒状の押出成形体を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した押出成形体をレーザー切断によって切断して所望の長さの前記導光部材を得る切断工程とを具備することを特徴とする。

本発明は、導光部材を押出成形品とすることができ、押出成形体の切断位置を変更するだけで、長さの異なる導光部材を形成することができる。このため、異なる長さの導光部材を製造するにあたって、射出成形を採用する場合のように長さ毎に異なる金型を用意する必要がなく、製造コストが増加することを抑制できる。また、入光部をレーザー切断によって形成された平滑な切断面とすることができる。このため、入光部において、光の乱反射を生じ難くすることができる。

本発明の実施形態における導光部材の斜視図である。 同上の導光部材を組み込んだ照明装置の説明図である。 同上の照明装置の設置状態を示す説明図である。 同上の導光部材の出射光線解析結果を示す図である。 出光部の形状の一例を示す正面図である。 出光部の形状の他例を示し、導光部材の幅方向に直交する断面図である。 他例の導光部材の出射光線解析結果を示す図である。 同上の導光部材の製造装置の説明図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態につき説明する。本実施形態の導光部材１は図１に示されるように直線棒状であって、例えば照明装置に組み込まれて用いられる。

図２に示される照明装置２は、導光部材１の長さ方向の端面から入射した光を導光部材１の長さ方向に沿う面から出射させるエッジライト型であって、導光部材１に加えて、導光部材１の長さ方向の両側に配置された光源２０を具備している。各光源２０は制御基板２１に実装され、導光部材１の長さ方向の端面に対向する位置に配置されている。光源２０としては例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられる。

各光源２０が発光すると、この光は導光部材１の対応する長さ方向の端面で構成された入光部４２から導光部材１に導入される。続いて、この光は概ね導光部材１の長さ方向の反対側の端面に向かって進行する。この光は前記進行の過程において導光部材１の長さ方向に沿う一面に設けられた反射部５で拡散反射する。そして、導光部材１の長さ方向に沿う他の一面で構成された出光部４３から出射される。なお、図２に示される照明装置２は導光部材１の長さ方向の両側に光源２０が配置されているが、導光部材１の長さ方向における片側にのみ光源２０が配置されるものであってもよい。

図３には照明装置２を建物の壁３１と天井３０とでなす隅部に沿って設置した例が示されている。この例では導光部材１が天井３０の直ぐ下に配置されており、導光部材１の出光部４３は壁３１側斜め下方に向けられている。この照明装置２は出光部４３から出射された光により壁３１を照らす屋内照明として利用される。

導光部材１は合成樹脂製であって押出成形品である。なお、導光部材１は押出成形品を加工したものであってもよい。図１に示されるように、導光部材１は、透明部４と透明部４の長さ方向に沿う一面に設けられた反射部５とで構成されており、透明部４を構成する合成樹脂材料と反射部５を構成する合成樹脂材料とを二色押出成形することによって形成されている。

透明部４を構成する合成樹脂材料は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）ないしＰＭＭＡにＰＭＡ（ポリアクリル酸メチル）、アクリルゴムのどちらか一方又は両方を添加したものである。ＰＭＡやアクリルゴムはＰＭＭＡと光の屈折率が略同じで透明性を損ない難く、成形性や耐衝撃性を改善する。

反射部５を構成する合成樹脂材料は、透明部４を構成する合成樹脂材料を酸化チタンで着色したものである。すなわち、反射部５を構成する合成樹脂材料は、ＰＭＭＡないしＰＭＭＡにＰＭＡ（ポリアクリル酸メチル）、アクリルゴムのどちらか一方又は両方を添加した主材に酸化チタンを加えたものである。この透明部４を構成する合成樹脂材料と反射部５を構成する合成樹脂材料とは光の屈折率が異なっている。

前記により、反射部５の反射率は透明部４と比べて高くなっている。なお、反射部５を構成する合成樹脂材料は、透明部４とは異なる合成樹脂を酸化チタンで着色したもの等であってもよい。ここで用いる合成樹脂としては、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）、ＡＳＡ（Acrylonitrile Styrene Acrylate resin）、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド等がある。また、この他、透明部４及び反射部５の材料は前記のものに限られず、ポリカーボネート等、その他の材料であってもよい。

図１に示されるように、導光部材１の断面形状は導光部材１の長さ方向において一様である。図示例の導光部材１は幅方向の中心を通る中心線を中心にして線対称形状に形成されている。

透明部４は幅広部４０と幅狭部４１で構成されている。幅広部４０は幅狭部４１よりも幅が広く断面積が大きい。幅狭部４１は幅広部４０の幅方向中央部から突出し、その突出方向は導光部材１の厚み方向と平行である。なお、導光部材１の厚み方向とは、反射部５と出光部４３の対向方向であり、また、導光部材１の長さ方向と直交する断面において幅方向と直交する方向である。導光部材１の長さ方向の両端面は、幅広部４０の長さ方向の端面と、この面と面一となる幅狭部４１の長さ方向の端面とで構成されている。

透明部４は入光部４２及び出光部４３を有している。入光部４２は棒状の透明部４の長さ方向の端面で構成されている。入光部４２は透明部４の長さ方向（導光部材１の長さ方向）と直交した面であり、後述するレーザー切断により形成された凹凸のない平滑面である。

導光部材１は、図２に示されるように導光部材１の長さ方向の両側に光源２０が配置される場合、その長さ方向の両端面が入光部４２として用いられる。また、導光部材１の片側にのみ光源２０が配置される場合は長さ方向の一端面のみが入光部４２として用いられる。

導光部材１を照明装置２に組み込んで用いるとき、入光部４２の幅広部４０に対応する部分は光源２０に対向配置され、幅広部４０より光源２０からの光が導入される。このように光源２０を断面積の大きい幅広部４０の対向位置に配置することで、光源２０が大型であっても、光源２０から発せられた光のほとんどを入光部４２に入射させることができ、光量のロスを抑えられる。また、光源２０が対向配置されない幅狭部４１の断面積を小さくしたことで、導光部材１の小型化を図ることができる。

図１に示されるように幅狭部４１の突出端面は導光部材１の厚み方向と直交している。この幅狭部４１の突出端面には、反射部５が設けられている。反射部５は前述のように二色成形によって形成されており、透明部４の長さ方向の全長に亘っている。反射部５は幅狭部４１の突出端面よりも幅の広い断面矩形状に形成されており、その幅方向における両側端部は、幅狭部４１の突出端面よりも幅方向外側に突出している。反射部５の反射率は透明部４よりも高く、入光部４２から透明部４に入った光を拡散させて幅広部４０側に反射する。

幅広部４０の幅狭部４１と反対側の面は反射部５に対向し、この面で出光部４３が構成されている。出光部４３は透明部４の長さ方向に亘っている。透明部４の幅は出光部４３から反射部５側に行く程狭くなっている。反射部５で幅広部４０側に反射した光は出光部４３に到り、出光部４３の全体から帯状の光として出射される。

出光部４３は幅方向の中心に行く程反射部５側に位置するように窪んだ凹曲面で構成されており、図１に示されるように断面弧状に形成されている。このため、出光部４３から出射される光は図４に示されるように概ね導光部材１の幅方向外側に屈曲し、出光部４３から出射された光により出光部４３よりも幅の広い領域を照らせるようになっている。

なお、本実施形態の出光部４３の断面形状は透明部４の長さ方向に一様であるが、図５や図６に示されるように導光部材１の長さ方向において変化させてもよい。図５に示される例では出光部４３の長さ方向における複数箇所に溝又は突条で構成される微細な筋４２０が形成されている。各筋４２０は出光部４３の幅方向と平行であって、出光部４３の幅方向に亘っている。各筋４２０は例えば導光部材１を押出成形する際のフローマークによって形成される。このように出光部４３に筋４２０を設けることで、図５に矢印で示されるように筋４２０から出射される光を導光部材１の長さ方向に拡散させることができる。

また、図６の例では出光部４３が長さ方向において凹部４２１と凸部４２２が交互に形成された波状に形成されている。この波状の出光部４３は例えば導光部材１の成形時に生じる成形ひけ等の現象を利用して形成される。このように導光部材１の出光部４３を波状に形成することでも、出光部４３から出射される光を導光部材１の長さ方向に拡散させることができる。

図１に示されるように幅狭部４１はその幅が幅広部４０側に行く程大きくなっており、この幅狭部４１の両側面は、導光部材１の長さ方向と直交する断面において、幅狭部４１の外側に向かって突となる略弧状の曲面となっている。詳しくは、幅狭部４１の幅方向の両側面は、断面略放物線状に湾曲した曲面となっている。このため、反射部５で反射して幅狭部４１の両側面に至った光は、出光部４３側に向かって全反射するようになっている。

幅広部４０の幅方向の両側面は、出光部４３側の直線部４００と出光部４３と反対側の曲線部４０１とで構成されている。直線部４００は導光部材１の厚み方向と略平行な面となっている。これに対して、曲線部４０１は直線部４００と連続しているが、幅狭部４１側に行く程徐々に幅方向内側に位置するように湾曲した断面弧状の曲面となっている。これにより、反射部５で反射した後に幅狭部４１の両側面で反射して幅広部４０に到った光の一部は曲線部４０１で全反射して出光部４３側に進むようになっている。また、各曲線部４０１は、幅狭部４１の対応する側面の出光部４３側の端縁に接続されており、各曲線部４０１と幅狭部４１の対応する側面は、入り合って両者で入隅部が形成されている。

また、図４に示されるように出光部４３の幅方向の両端部は、透明部４の幅方向（導光部材１の幅方向）の外側に行く程透明部４の厚み方向（導光部材１の厚み方向）において反射部５側に位置するように湾曲した湾曲面４３０となっている。各湾曲面４３０は導光部材１の幅方向において反射部５よりも外側に位置している。各湾曲面４３０は出光部４３と幅広部４０の側面部（詳しくは直線部４００）とを接続する隅部を構成しており、出光部４３の断面弧状の部分と幅広部４０の側面とを角が形成されないように滑らかに連続させている。両湾曲面４３０は中心角が略９０度で曲率半径が同じ断面弧状に形成されている。

このように出光部４３の幅方向両端部に形成された湾曲面４３０は、図４に示されるように反射部５で拡散反射した後に湾曲面４３０に到達した光を散乱させて出射し、出光部４３の両側端部から出射された光に若干の拡散性を付与する。すなわち、反射部５から導光部材１の幅方向外側に広がるように出光部４３側に向かう光が湾曲面４３０に到達すると、この光は湾曲面４３０から出射される箇所において出光部４３の幅方向中央側に向けて屈曲し、拡散する。このため、出光部４３から出射された光の照射領域における幅方向の外側部分にあっては、その照度が幅方向の外側に行くにつれて緩やかに低下するようになる。

なお、両湾曲面４３０の曲率半径は図７に示されるように異なってもよい。このように両湾曲面４３０の曲率半径を異ならせることで、両湾曲面４３０における光の散乱性を変化させ、出光部４３から出射される光の配光特性を出光部４３の幅方向の一方側と他方側とで変化させることができる。

次に導光部材１の製造装置６につき説明する。図８には、導光部材１の生産ラインを構成する製造装置６が開示されている。製造装置６は、二色押出成形機６０、押出金型６１、サイジング６２、水槽６３、引取機６４、切断機６５、及び整列機６６を備えている。二色押出成形機６０、押出金型６１、サイジング６２、水槽６３、引取機６４、切断機６５、及び整列機６６は、この順序で生産ラインの上流側から順に設けられている。

二色押出成形機６０は第一押出機６００と第二押出機６０１を有している。第一押出機６００の先端には押出金型６１が設けられている。第二押出機６０１は、その先端側に押出金型６１が位置するように設置されている。二色押出成形機６０で押出成形をするには、第一押出機６００において透明部４となる合成樹脂材料を可塑化して押出金型６１側に押し出し、同時に第二押出機６０１において反射部５となる合成樹脂材料を可塑化して押出金型６１側に押し出す。これにより、透明部４となる合成樹脂材料と反射部５となる合成樹脂材料とを一体的に有する押出成形体が押出金型６１を経てライン下流側に押し出される。

引取機６４は押出金型６１から押し出された押出成形体を引っ張り、押出成形体をサイジング６２及び水槽６３に順に通過させる。押出成形体は押出金型６１とサイジング６２を通過することで、導光部材１と同一の断面形状となる。また、この押出成形体が水槽６３を通過すると、水槽６３内の水によって押出成形体が冷却されて固化される。続いて、この押出成形体は引取機６４を通過して切断機６５に供給される。

切断機６５は、レーザーの照射により押出成形体の切断加工を行う。切断機６５としては、例えば、出力１００Ｗで炭酸ガスレーザー（ＣＯ_２レーザー）を照射して切断を行うレーザー加工機が用いられる。

切断機６５は当該切断機６５を通過中の押出成形体に長さ方向と直交する方向から炭酸ガスレーザーを照射し、押出成形体をその長手方向と直交する方向に切断する。この切断面はレーザーによって導光部材１の長さ方向と直交する断面の全体に亘って溶断されたものであり、その透明部４に対応する部分が入光部４２となる。

前記の切断機６５による押出成形体の切断により、透明部４と反射部５とで構成された所望の長さを有する導光部材１が切り出される。また、このように切り出された導光部材１は整列機６６によって順次整列して配置される。

このように導光部材１は、二色押出成形機６０による押出工程、サイジング６２によるサイジング工程、水槽６３による冷却工程、引取機６４による引取工程、及び整列機６６による整列工程をこの順序で連続して行うことで製造される。

以上説明した本実形態の導光部材１は、棒状で長さ方向の端面が光源２０からの光を入射させる入光部４２となっている。そして、導光部材１は、合成樹脂押出成形によって形成された押出成形品である。このように導光部材１を押出成形品とした場合、押出成形体の切断位置を変更するだけで、長さの異なる導光部材１を形成することが可能となる。このため、異なる長さの導光部材１を製造するにあたって、射出成形を採用する場合のように長さ毎に異なる金型を用意する必要がなく、製造コストの増加を抑制できる。また、本実施形態の導光部材１にあっては、入光部４２をレーザー切断によって形成された平滑な切断面とすることができる。このため、入光部４２において、光の乱反射を生じ難くすることができる。

また、本実施形態の導光部材１の製造方法は、合成樹脂押出成形によって棒状の押出成形体を成形する成形工程と、成形工程で成形した押出成形体をレーザー切断によって切断して所望の長さの導光部材１を得る切断工程とを具備している。このため、成形工程で得られた押出成形体を切断工程において切断して、棒状の導光部材１を製造することができる。また、切断工程において押出成形体の切断位置を変更するだけで、長さの異なる導光部材１を製造することができる。従って、射出成形を採用する場合のように長さ毎に異なる金型を用意する必要がなく、製造コストの増加を抑制できる。また、切断工程では押出成形体をレーザー切断によって切断するため、導光部材１の入光部４２をレーザー切断によって形成された平滑な切断面とすることができ、入光部４２において、光の乱反射を生じ難くすることができる。

また、本実施形態では、切断工程を成形工程とインラインで行う。すなわち、切断機６５は、二色押出成形機６０から連続して押し出された押出成形体が切断機６５を通過しているときにレーザーによる切断を行う。このため、例えば押出成形体を鋸刃等を用いて切断した後にレーザーを用いて切断するといった手間を省くことができる。

なお、本実施形態では押出成形体をインラインでレーザー切断したが、押出成形体を他の切断手段により切断し、この後、切断された押出成形体の端部をレーザー切断することで導光部材１を形成しても構わない。すなわち、切断工程をオフラインで行ってもよい。また、本実施形態では、導光部材１の反射部５を二色成形により形成した。しかし、透明部４の出光部４３と反対側の面に、印刷や蒸着によって反射性の物質を設けたり、微細な凹凸を設けたりすることによって、反射部５を形成しても構わない。また、導光部材１の断面形状は本実施形態のものに限定されるものではなく、円形、矩形等であってもよい。また、製造装置６についても適宜設計変形可能である。

１ 導光部材
２０ 光源
４２ 入光部

Claims (3)

1. 棒状で長さ方向の端面が光源からの光を入射させる入光部となった導光部材であって、合成樹脂押出成形によって形成された押出成形品であり、前記入光部がレーザー切断によって形成された切断面であることを特徴とする導光部材。
2. 棒状で長さ方向の端面が光源からの光を入射させる入光部となった導光部材の製造方法であって、
   合成樹脂押出成形によって棒状の押出成形体を成形する成形工程と、
   前記成形工程で成形した押出成形体をレーザー切断によって切断して所望の長さの前記導光部材を得る切断工程とを具備することを特徴とする導光部材の製造方法。
3. 前記切断工程を前記成形工程とインラインで行うことを特徴とする請求項２に記載の導光部材の製造方法。

Images