JPH1082902A - 薄い、変形可能なフィルム - Google Patents

薄い、変形可能なフィルム

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JPH1082902A
JPH1082902A JP9113286A JP11328697A JPH1082902A JP H1082902 A JPH1082902 A JP H1082902A JP 9113286 A JP9113286 A JP 9113286A JP 11328697 A JP11328697 A JP 11328697A JP H1082902 A JPH1082902 A JP H1082902A
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angle
smooth
film according
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Jr Sanford Cobb
コブ,ジュニア サンフォード
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ある角度範囲内で入射された光線が内方に全
反射されるように内方全反射を達成する構造面を一方の
側に有する透明材料から作られ、改良された薄い変形可
能なフィルムを提供する。 【解決手段】 一方の側に構造面を、該構造面とは反対
の他方の側に滑らかな面を有し、適当な透明材料から作
られた新規の薄い変形可能なフィルムを提供する。構造
面は複数の突起および溝を形成するために、並置された
概ね直角の二等辺をもつ微小なプリズムが直線配列され
たものから構成される。フィルムが平坦であると、各プ
リズムの直角の辺が構造面とは反対側の滑らかな面に対
して概ね45度の角度をつける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、透明材料から作られ、
一方の側に構造面を、前記構造面と反対の他方の側に滑
らかな面を有し、その一局面が前記面の組合せにより内
方へ光線を全反射しうる薄い変形可能なフィルムに関す
る。
【0002】
【従来技術】例えば米国特許第2,248,638号に
示されているように一方の側を光線を偏向させるために
構造面とした薄い変形可能なフィルムを形成することは
当該技術分野の専門家には周知のことである。さらに、
光線を反射させるためにミラーが使用されてきたし、ミ
ラーの作り方も、例えば米国特許第2,723,919
号に記載されているように当該技術分野の専門家には周
知である。しかしながら、ミラーの使用には限度があ
る。市販されているミラーはたとえそれが新品であった
としても、反射性は通常約75%から約95%の範囲で
あって限度があり、時間の経過と共に反射被覆があせて
きて、反射効率が低下する。
【0003】例えば米国特許第2,175,067号お
よび同第4,260,220号に示されているように、
長年にわたり内方全反射の原理がレフレクタや投光照明
設備に対してミラーに代わるものとして光学技術者によ
り認識されてきた。その用途は、例えばある種の双眼鏡
のポロプリズムとか、ある型式のベリスコープに用いら
れるアミーチルーフプリズムや、ある型式の一眼レフカ
メラに用いられるルーフプリズムのような各種の光学器
械に見出しうる。しかしながら、そのような装置は巨大
で、かつ嵩高い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ある角度範
囲内で入射された光線が内方全反射されるように内方全
反射を達成する構造面を一方の側に有する透明材料から
作られ、改良された薄い変形可能なフィルムを提供す
る。さらに、改良フィルムは何ら被覆を必要としないの
で、長期にわたってその効率を維持することができる。
最後に、フィルムが変形可能であるため、種々の形状に
形成でき、かつ多様に利用できる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、一方の側に構
造面を、該構造面とは反対の他方の側に滑らかな面を有
し、滴当な透明材料から作られた新規の薄い変形可能な
フィルムを提供する。構造面は複数の突起および溝を形
成するために、並置された概ね直角の二等辺をもつ微小
なプリズムが直線配列されたものから構成される。フィ
ルムが平坦であると、各プリズムの直角の辺が構造面と
は反対側の滑らかな面に対して概ね45度の角度をつけ
る。
【0006】
【作用】滑らかな面が円弧となる場合に反射性を維持で
きるため、フィルムは多様に利用できる。例えば、フィ
ルムが変形可能であるためトラフに用いた場合、太陽エ
ネルギの集中装置として利用できる。
【0007】フィルムが変形可能であるために特に科点
とされることは、直線配列の直角の二等辺をもつプリズ
ムを、導管の軸線に対して平行、直交方向、あるいは何
らかの角度をつけて配置させることにより色々な断面形
状の導管あるいは光学トンネルに形成しうることであ
る。しかしながら、光線が導管に適正に向いたとき光線
は初めて導管に沿って内方に全反射され、かつ運ばれる
のである。
【0008】
【実施例】本発明を、同じ参照番号が対応する要素を示
す添付図面を参照して以下詳細に説明する。第1A図と
第1B図を参照すると、本発明に用いる薄い変形可能な
フィルムは全体的に10で指示され、一方の側に構造面
12を、該構造面とは反対の他方の側に滑らかな面14
を有し、透明な高分子材料から構成されている。第2図
に示すように、ある角度範囲内で前記面12または14
のいずれかに当たる入射光線は、他方の面で内方へ全反
射される。光線は、第1の面により屈折されたその光線
が法線に関して臨界角以上のある角度で第2の面に当た
るとき、内方へ全反射される。この空気中の臨界角は該
材料の屈折率の逆比例のアークサインと定義される。第
3図に示すように、前記の角度範囲の外で前記面12ま
たは14のいずれかに当たる入射光のかなりの部分は透
過され、残りの部分は反射される。すなわち、滑らかな
面14にその法線に対して一定の角度範囲をもって入射
する光線は構造面12からより狭い角度範囲をもって透
過され、また、滑らかな面14の法線に対して狭い角度
範囲をもって構造面12に入射する光線は滑らかな面1
4からより広い角度範囲をもって透過される。いずれの
状態においても、該材料による光線の吸収は無視しうる
程度である。
【0009】構造面12は、第2図と第3図とに示すよ
うに、フィルム10の長さにわたって延びる複数の突起
17と溝18とを形成するために並行関係で並置した概
ね直角の二等辺をもつ微小なプリズム16を直線配列し
たものからなる。フィルムが平坦であると、直角の辺2
0は隣接する滑らかな面14に対して、約45度の角度
アルファ(α)を成す。さらに、フィルム10が曲げら
れ、滑らかな面14が連続した円弧曲線となると、前記
角度アルファ(α)は第4図と第5図に示すように、4
5度から変わる。辺20はフィルムの圧縮あるいは緊張
のために湾曲する。これらの状態は、多くの用途におい
てフィルム10の性能に顕著な影響を与えないことが判
明した。
【0010】フィルム10に使用する特定の材料は変っ
てもよいが、該材料は通常変形可能であるが、特定の用
途においては自立するのに十分な剛性を有しないものが
意図されている。フィルム10の弾性は、滑らかな面1
4が、例えば捩れ、裂目、区切り等の目立った不連続性
を有しない滑らかで連続した円弧となるように曲がり得
るものと定義できれば最上である。しかしながら、該材
料は透明で、好ましくは均質で等方性であることが不可
欠である。この目的に対して有用な高分子材料は、例え
ば、それそれ称呼屈折率が1.493と1.586であ
るアクリルおよびポリカーボネートのように市販されて
いる。その他の有用なポリマーとしては、ポリプロピレ
ン、ポリウレタン、ポリスチレン、塩ビ等である。本明
細書で説明する機能を提供する限り、選択された特定の
高分子材料は本発明にとっては重要ではない。通常この
製品の製造者は、価格、用途および製造過程に基づき、
最良の市販高分子材料を選択する。しかしながら、屈折
率が高く、物性に優れるためポリカーボネートに特に関
心が集っている。
【0011】本発明によるフィルムを連続大量生産する
方法は数々あり、それらは、本明細書に参考のために含
めた、例えば米国特許第3,689,346号、同第
4,244,683号、同第4,576,850号およ
び英国特願第GB2,2127,344A号のように当
該分野の専門家には周知である。さらに、剛性シートを
大量生産する従来の方法には、圧縮成形、鋳造、カレン
ダ加工を含む。本発明にとっては特定の製造方法は本質
的ではなく、それは経済性と利用可能性とに基づく選択
の問題である。
【0012】フィルムの性能や適用性は、フィルム10
が例えばチューブ状即ち円筒状のように各種の形となる
よう曲げうるようにその弾力性によって左右されるの
で、フィルムの厚さは本発明にとって重要である。溝1
8の底に対して滑らかな面14から測定して厚さTを有
する特定のフィルムを曲げうるようにする最小の円筒体
の直径Dに対する近似値は等式D=T・Cにより規定さ
れ、Cは特定材料の弾性係数に関連した常数である。プ
リズム16のサイズが微小で、2.5センチ当たり少な
くとも40個であり、フィルム10の特定の厚さがTで
ある場合、内方全反射を維持しながら滑らかな面14が
滑らかな連続した円弧曲線となるように曲げることがで
きる。微小な大きさサイズのプリズムを有するアクリル
フィルムではそれに関連した約200の常数Cを有する
ことが判明した。例えば、2.5センチ当たり約70個
のプリズムを有する、厚さが0.38ミリのアクリルフ
ィルムは、最小直径が約7.6センチであり、一方破断
することなく滑らかな連続した円弧面を保持する円筒体
となるよう容易に曲げることのできる十分な弾性を有す
る。さらに、そのようなフィルムは、直径が約45.7
センチの円筒体に曲げられた場合、その形状を簡単に持
続しうるのに十分な剛性と自立性とを有する。このよう
に反射性を保ちうることによって、該フィルムを多様に
利用できるようにし、かつ米国特許第4,260,22
0号が教示するように光字作用面を平坦形状にかたくな
に保持すべしとの従来の要求を排除する。
【0013】第1A図に示すように、滑らかな面14に
対する法線Nに対してある角度Iで前記滑らかな面に
入射する光線Aは屈折され、構造面12において内方に
全反射される。光線Aと法線Nとは双方共、構造面12
の直線配列のプリズム16が位置する方向pに垂直な面
内にある。光線Aは内方に全反射され、依然として同じ
面内にある反射光A’として出てくる。同様に、方向p
に対して垂直でない面において、Iの角度で滑らかな
面14に入射する別の光線Bが示されている。入射光B
は内方に反射され、入射光Bとプリズムの方向pとによ
って画定される別の平面において光線B’として出てく
る。
【0014】本発明によるフィルム10の各種の応用お
よび使用例を数例以下説明する。例えば、フィルム10
は、第6図に示すように、太陽エネルギの集中装置を形
成するために該フィルム10を支持する硬質剛性材料製
のパラボラトラフ30に取付けることができる。このよ
うに、滑らかな面14に入射する太陽エネルギSは内方
へ全反射され、直線状の目標32に集中されて出てく
る。
【0015】フィルム10の最も将来性があり、かつ画
期的使用方法は、それが管状の光線導管40に形成され
ることであって、そのため第7図に示すように、滑らか
な面14が滑らかな連続した円弧曲線となる。さらに、
第4図と第5図に示すように、導管40には、内側の凹
面あるいは外側の凸面に構造面14を形成することがで
きる。このため、第7図に示すように、光線は光源L−
Sにより導管40に導かれ、光線の大きさと位置に応じ
て、光線の所定部分が内方反射によって捕捉され、プリ
ズム16が導管40の軸線に対して平行に位置すると他
端から出ていく。
【0016】導管40の性能は、拡散粒子を添加した
り、あるいは、例えば窓ないしは光学的に滑らかでない
プリズムの側部および(または)光学的に鋭くない角あ
るいは突起等のような不完全部分を組み入れることによ
り調整でき、そのため導管40は光線が制御されて漏れ
るようにして照明装置として作用する。制御された光線
が漏れるようにするために、通常光線伝送のためカミソ
リ状に鋭くする突起17を第8図に示すように鈍く、即
ち丸味をつければよい。反射に対する光線の漏れの比率
はr/p程度となり、rはプリズム16’の丸くされた
突起17’の概略半径で、pは溝の間隔である。このよ
うに、突起17’の半径rを変えることにより、光線の
漏れを制御できる。この制御は、例えば付加的な、ある
いは特殊なダイまたは工具を要するような、後での製造
あるいは変更作業を伴うことなく、あるいは製造工程の
パラメータを変えることにより行うことが好ましい。突
起の繰り返しおよび丸味つけ作業を制御するには以下の
パラメータを変えることが効果的かつ経済的であること
が判明した。(1)成形型の温度、(2)成形型の圧
力、(3)ライン速度、(4)工具の温度、(5)冷却
速度、(6)ポリマーに添加する不純物の量、等であ
る。押出成形以外の製造方法を採用すれば、別のパラメ
ータを適用すればよい。
【0017】当該分野の専門家が本発明の技術を実行で
きるように本発明の好適な実施例を説明してきたが、前
記の説明は例示的なものであって、本発明の範囲を限定
するために使用すべきでない。本発明の範囲は特許請求
の範囲のみによって定義されるべきである。
【0018】
【発明の効果】フィルムが変形可能であるために特に利
点とされることは、直線配列の直角の二等辺をもつプリ
ズムを、導管の軸線に対して平行、直交方向、あるいは
何らかの角度をつけて配置させることにより色々な断面
形状の導管あるいは光学トンネルに形成しうることであ
る。しかしながら、光線が導管に適正に向いたとき光線
は初めて導管に沿って内方に全反射され、かつ運ばれる
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1A】本発明によるフィルムの拡大斜視図である。
【図1B】本発明によるフィルムの拡大斜視図である。
【図2】本発明によるフィルムの概略端面図である。
【図3】図2の倒立端面図である。
【図4】フィルムが滑らかな連続した円弧曲線に曲げら
れた際のフィルムを示す、図2と類似の拡大した図であ
る。
【図5】フィルムが滑らかな連続した円弧曲線に曲げら
れた際のフィルムを示す、図3と類似の拡大した図であ
る。
【図6】本発明によるフィルムを用いた、パラボラ状太
陽エネルギー集中トラフの斜視図である。
【図7】本発明によるフィルムを用いた光線導管の斜視
図である。
【図8】光線が漏れるように突起に丸味をつけた本発明
によるフィルムの概略端面図である。
【符号の説明】
10…フィルム 12…構造面 14…滑らかな面 16…プリズム 17、17’…突起 18…溝 20…直角な辺 40…導管

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の側に構造面を、該構造面とは反対
    の他方の側に滑らかな面を含み、透明の高分子材料で形
    成された薄い変形可能なフィルムであって、前記構造面
    が複数の突起と溝とを形成するために並置された、概ね
    直角の二等辺をもつ微小なプリズムの直線配列を含み、
    前記プリズムの直角の二辺が前記構造面と反対側の前記
    滑らかな面に対して概ね45度の角度をなしていること
    を特徴とするフィルム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のフィルムにおいて、二
    等辺をもつプリズムが2.5センチメートル当り少なく
    とも40個あることを特徴とするフィルム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のフィルムにおいて、フ
    ィルムが自立するに十分な強度を有していないことを特
    徴とするフィルム。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のフィルムにおいて、透
    明の高分子材料がポリカーボネートであることを特徴と
    するフィルム。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のフィルムにおいて、透
    明の高分子材料がアクリルであることを特徴とするフィ
    ルム。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載のフィルムにおいて、あ
    る角度範囲で滑らかな面に当たる入射光が内方へ全反射
    されることを特徴とするフィルム。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載のフィルムにおいて、あ
    る角度範囲で構造面に当たる入射光が内方へ全反射され
    ることを特徴とするフィルム。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載のフィルムにおいて、フ
    ィルムが曲げられると、滑らかな面が目立った不連続性
    を伴うことなく滑らかで連続した円弧曲線に位置するよ
    うに、厚さが約0.38ミリメートルで、2.5センチ
    メートル当たり約70個のプリスムを有していることを
    特徴とするフィルム。
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