使用薄片层的注射成型工艺防浸湿方法

使用薄片层的注射成型工艺防浸湿方法
【专利摘要】一种光导系统，包括具有设置在其间的阻挡层的光导和载体基底。在双重注射工艺中引入阻挡层，以提供用来形成光导的第一树脂和用来形成载体基底的第二树脂之间的可渗透阻挡层。阻挡层允许第一和第二树脂粘合，同时在树脂之间充当浸湿抑制装置。本发明的双重注射成型光导系统提供通过阻挡层成形的单一的光导和载体基底，以防止光导表面的浸湿和浸湿表面对光透射的有害影响。
【专利说明】使用薄片层的注射成型工艺防浸湿方法

【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种制造光导系统的方法，更具体地，涉及一种其中光导和载体基底采用双重注射法(dual inject1n method)同时形成的光导系统的制造方法。

【背景技术】
[0002]目前的光导系统需要通常为光导、光板或光管形式的透镜和耦合到透镜的载体构件，该载体构件包括允许用户来将光导系统固定到周围物品的附接零件。目前，透镜或光导不能与用来形成载体基底的不透明塑料双重注射，这是因为光导以及载体的树脂材料将在双重注射工艺中浸湿(wet-out)。用来创造具有透镜和载体的单一光导系统的双重注射工艺的使用由于用来制造透镜和载体的树脂必须具有针对双重注射工艺来说相似的材料性质的事实已经变得复杂。要求在双重注射工艺中使用相似的材料性质实质上减小了透射式透明光管透镜的内表面上光反射的性质。因此，在透明光导或透镜内的“反弹”数量减少，以至于从光导的最末端的光导发射的光的数量实质上减少了。而且，对于用来形成光导系统透镜元件的透明树脂的正常衰减公式(normal attenuat1n formula)显著增加，导致通过透镜的光透射损失。这种增加的衰减公式一般是由于通过不透明树脂的光的吸收，其中不透明树脂用来形成与透镜元件共同注射或共同挤压的光导系统的载体元件。因此，形成光导系统的方法是期望的，其中透镜或光导元件以及载体元件以这样的方式共同形成，即，用来制造每个部件的树脂能够彼此粘合，但在形成过程中不会浸湿。


【发明内容】

[0003]本发明的一方面包括形成光导系统的方法，包括注射适合形成光导的第一树脂至模具第一部分和注射适合形成载体基底的第二树脂至模具第二部分的步骤。将阻挡层插入到模具中以防止在第一和第二树脂之间的浸湿。树脂然后固化来形成单一光导系统。
[0004]本发明的另一方面包括形成光导系统的方法，包括提供具有设置在模具的第一部分和第二部分之间的阻挡层的模具的步骤。将适合形成光导的第一树脂注入到模具的第一部分，以及将适合形成载体基底的第二树脂同时注入到模具的第二部分。树脂然后固化来形成单一光导系统。
[0005]本发明的又一方面包括形成光导系统的方法，包括提供模具和在模具中插入阻挡层的步骤。将第一树脂注射到模具的第一部分，以及将第二树脂注射到模具的第二部分。在树脂的界面上不形成浸湿的树脂的情况下，使第一树脂粘合到第二树脂。由第一树脂形成光导和由第二树脂形成载体基底，从而形成整体的单一光导系统。
[0006]本领域的技术人员通过对下列说明书、权利要求以及附图的学习可以理解和领会本发明的这些以及其他方面、目标、以及特性。

【专利附图】

【附图说明】
[0007]在附图中:
[0008]图1是具有设置在其间的薄片层的第一树脂层和第二树脂层的分解透视图；
[0009]图2是围绕薄片层耦接的图1的树脂层的透视图；
[0010]图3是具有设置在其间的牺牲性阻挡层(sacrificial barrier)的第一树脂层和第二树脂层的分解透视图；以及
[0011]图4是组装的图3的树脂层的透视图，其中图3的牺牲层在成形过程中已消耗。

【具体实施方式】
[0012]为了进行说明，此处的术语“上”，“下”，“右”，“左”，“后”，“前”，“垂直”，“水平”及其衍生词将如图1所示的取向与本发明相关联。但是，应理解到的是，本发明可以采用各种可供选择的取向，除非有相反的明确说明。还应理解到的是，附图所示及以下说明书所说明的具体装置和程序仅是权利要求限定的本发明构思的示例性实施例。因此，关于此处公开的实施例的具体的尺寸和其他物理特征不应被认为是限制性的，除非权利要求中另有明确声明。
[0013]现在参照图1，附图标记10总体上表示根据本发明的一个实施例的光导系统。如图1所示，光导系统包括在图1的实施例中设置在薄片层L1两侧的第一树脂层R1和第二树脂层R2。树脂层R1是第一树脂层，其适合形成如下面进一步描述的用于接收从光源发射的光的透射式光导12。第一树脂层R1可以是由可固化的材料组成的刚性材料，比如可聚合化合物、透明模制(mold in clear, MIC)材料或它们混合。丙烯酸酯通常也用于形成硬质树脂层，以及已知的用作玻璃的替代品的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。聚碳酸酯材料也可用作注射成型工艺中的第一树脂层R1。此外，树脂层R1可以用来形成柔性光导系统，其中合适的柔性材料R1用来创造光导12。这样的材料包括聚氨酯、硅树脂、热塑性聚氨酯(TPU)或其他类似的光学级柔性材料。无论光导12是柔性光导还是刚性光导，光导12在形成时实质上是光学透明的，并有透射可见光的能力。在这种方式中，光导12为用于光导系统10的透镜。光导12可称为光导管，光板，光棒，或由透明的或半透明的塑料组成的任何其它光传送基底。
[0014]第二树脂层R2是形成用于支撑在图2中所示的透明透镜光导12的载体基底14的外层。载体基底14由树脂R2组成，其典型地是可以是聚碳酸酯材料和ABS塑料混合的聚碳酸酯材料。载体基底14通常是不透明的树脂，其与用来创造光导系统10的光导12的树脂R1化学上是相容的。因此，这两种树脂R1和R2适合用于形成本发明的单一光导系统10的单一工艺中的双喷射注射成型。
[0015]现在参照图2,光导系统10显不为具有光学透明光导12,其适合于在输入端16处接收来自光源18的光。如图2中的实施例所示，光源18包括多个发光二极管(LED) 18a-18d。LEDs 18a_18d定位为使从LED 18a_18d发出的光进入光导12的输入端16。光导12设计成用来提供进入光导12的光19的内部反射，以致于当光19沿光导12的长度以最小的光损失传输时，光19沿光导12的上表面20与下表面22反射。为了尽量减少光导12中损失的光量，光导12具有比载体基底14的载体材料R2的折射率更高的折射率。折射率描述光如何通过特定的媒介传播。因此，在本发明的光导系统10中，从光源18发射的光19在光导12主体内反射，其具有在上表面和下表面20，22之间的几乎全内反射且具有极少的吸收。因此，进入光导12的光19在如箭头19a所指示的光导12的上表面20离开。可以预期在光导12的上表面20离开的光19a在光导12的主体部分内已经反射多次。光导12的上表面20可被蚀刻或以其它方式纹理化以增加有效表面积，从而导致更多的光19a在选择的蚀刻区从光导12离开。此外，光导12的上表面20的纹理可设计成在光离开光导12均匀地漫射光19a，从而最大限度地减少从光导12的上表面20发出的光19a的亮度的变化。
[0016]正如上面所述，提供光导和载体基底的已知方法涉及依靠粘合将预成型的光导粘合到预成型的载体，比如通过使用双面胶带，或通过机械连接，比如成形至载体基底的托架。本发明寻求通过提供用于在单一工艺中形成光导12和载体基底14 二者以形成单一光导系统10的双重注射、共同成型或共同挤压的方法来避免这些连接机构。通过在例如双重注射工艺中共同成型光导12和载体基底14，在现有技术的连接方法中典型地形成的缝隙大大降低或完全消除。这提供了本发明的光导系统10的较薄的整体轮廓，当它使用在需要环境照明区域中具有有限自由空间的应用中时，其可以是光导系统的关键特征。此外，在本发明的光导12和载体基底14之间的最小化的缝隙降低了使用中基底之间的漏光(lightleakage)。
[0017]因此，本发明适应于通过使用本方法简化光导系统10的装配，本方法比如为双重注射或共同挤压从而在单一工艺步骤中共同成型光导系统。正如上面所述，光导12的树脂材料R1和载体基底14的树脂材料R2目前不能双重注射，这因为双重注射工艺中树脂R1和R2的浸湿。如在本发明中使用的，术语“浸湿”是用来指代设置在光导12和载体基底14的接触面的完全表面融合。如图1最佳所示，光导12包括上和下表面20，22，以及前和后边缘26，24。类似地，载体基底14包括上和下表面30，32，以及前和后边缘34，36。在这种结构中，光导12的下表面22和载体基底14的上表面30包括光导12和载体基底14间的接触面，其将在双重注射工艺中相互接触。
[0018]在使用双重注射法制造光导系统中，重要的是，树脂(比如图1和图2中所示的树脂R1和R2)具有在双重注射工艺中使用的相似的材料性质。为了成功地创造注射成型部件，过程中相关问题的理解是必要的，以便提供一个结构可靠的部件。因此，树脂R1和R2的材料需要在比如填充模具的能力，便于从模具部件脱模，便于树脂注射，喷溅的倾向，以及在模具内中产生扭曲、凹陷或空隙的可能性这些方面相似。因此，为了使用双重注射工艺成功地制造光导系统，树脂R1和R2应当来自于同一化学家族，其可以导致树脂R1和R2之间的浸湿问题。这样，当具有相似材料性质的树脂双重注射时，浸湿将发生在接触面，比如光导12和载体基底14的接触面22和30。这种浸湿造成了有害的光学效果，比如通过光导系统的光强度的变化。因此，本发明的光导系统10包括充当如下面进一步描述的浸湿抑制装置的薄片阻挡层(laminate barrier)。
[0019]薄片阻挡层L1的加入实质上消除了在双重注射工艺中树脂R1和R2之间的浸湿，以致于在如图2所示的组装光导系统中保存了光导12的光透射质量。如果没有这个阻挡层，树脂之间的浸湿会使透射式的透明光导12将光正确反射离开光导12内表面的能力无效，因此光导12内的“反弹”的数量实质上减少。这种反弹的减少导致光导内光量的减少，并因此提供了一种具有通过上表面的光透射的整体损失的光导。这个光透射损失一般是由于通过与半透明材料R1共同注射的不透明材料R2吸收。
[0020]再次参照图1和图2，阻挡层L1是设置在光导12和载体基底14之间的薄片，其是多孔的或可渗透的阻挡层，多孔的或可渗透阻挡层允许在双重注射工艺中光导12与载体基底14的树脂R1和R2粘合，同时容许树脂通过可渗透层L1粘合，阻挡层L1也充当树脂浸湿的抑制装置，以致于树脂R1和树脂R2不能完全浸湿。在这种方式中，阻挡层L1允许树脂材料Rl，R2实质上彼此粘合，而不影响光导12内表面上的光反射。阻挡层L1可以由许多不同的材料组成，只要阻挡层允许光导12和载体基底14之间有足够的粘合，同时防止树脂R1和R2之间的浸湿，以致于消极光学效应也可以避免。如图1所示，阻挡层L1是屏或网眼状基底，其具有多个相互连接的提供用于多孔表面44的结构部件40，42。多孔表面44允许光导12和载体基底14的相似材料通过多孔表面44粘合。阻挡层L1也可以由具有多孔表面的反射金属膜组成，其中多孔表面允许该树脂R1和R2粘合，同时在光导12内也提供更多的内部反射。此外，有纹理的塑料反射膜可用于创造阻挡层L1，其中的纹理塑料或反射金属膜的反射性质将有助于确保光导12整个长度上的透射式透明光导12的内表面上的反弹或反射。
[0021 ] 现在参照图3和图4，阻挡层还可以由牺牲性材料组成，该牺牲性材料在注射成型工艺中通常消耗掉，但留下扰乱树脂Rl，R2之间的粘合表面的纹理或残基。如图3和图4所示，阻挡层L2由可消耗材料或膜组成，其可以是有机材料，比如以多孔菌丝体为基础的基底，其适用于在双重注射工艺中消耗掉。因此，如图4所示，组装的光导系统10A显示为具有与载体基底14A粘合的光导12A，其中由有机材料Μ构成的薄片阻挡层L2在注射成型工艺中已溶解或以其他方式消耗掉，从而提供没有设置在光导12Α和载体基底14Α之间的永久薄片阻挡层的光导系统10Α。用作薄片阻挡层L2的合适有机材料包括实质上由各种有机材料组成的薄片，该有机材料比如可可壳，仙人掌，椰子纤维，稻草，亚麻，种子壳，纸制品，米纸和副产物。其他有机或可消耗材料将由本领域技术人员识别到，只要材料是自身牺牲的和配置为通过双重注塑工艺中注射时的树脂R1和R2中的热来消耗或“烧掉”。在这种方式中，阻挡层L2适用于消耗，但扰乱由此粘合的树脂界面，以提供纹理的贴合面，其用于反射光导12Α中接收的光。因此，实质上阻止了光导12Α的树脂之间的浸湿，但树脂的粘合仍允许发生。
[0022]在双重注射工艺中，光导系统，比如图2所示的光导系统10，可以通过首先提供由塑料、金属、陶瓷、或其他刚性材料制造的刚性模具来制造。刚性模具可以包括用于树脂材料双重注射的第一和第二腔体部分，树脂材料比如为如图1和图2所示的树脂材料R1，R2。在提供薄片层时，比如如图1和图2所示的薄片层L1，可以提供比如金属丝网或其他塑料材料的刚性薄片层，其具有多孔表面，以允许在双重注射工艺中结合的树脂R1和R2的化学粘合剂流过。这样的刚性阻挡层，在树脂R1和R2的双重注射之前，可以插入到刚性模具中在第一和第二模具部分间，以致于阻挡层位于模具中，设置在形成的光导12和载体基底14的接触面22和30间。再次，如上面所述的，在双重注射法中使用的树脂R1和R2化学上是相容的，包括相似的热膨胀系数，以使双重注塑工艺中形成的结合在整体形成的单一光导系统10的收缩和膨胀时保持。当结合在树脂R1和R2之间形成时，树脂被固化来提供光导12和载体基底14。如图2中具体所示，载体基底14可以包括附接零件(attachmentfeatures) 50，其用来在组装时将光导系统10连接周围物品上。这种附接零件可以包括在模具中。例如，光导系统10可用于照亮车辆内部的特定部分，附接零件50被用来将光导系统10固定到设置在车辆内部的特定位置。如上面所述，载体基底14可以由提供用于连接光导系统10到周围物品上的必要结构刚度的树脂材料R2组成。树脂R2 —般提供用于不透明载体基底，其可以具有提供含特定照明效果的光导系统10所必要的不同反射性质。
[0023]本领域技术人员可以理解，所描述的本发明的构造和其他组件不限于任何特定材料。在此处所公开的本发明的其他示例性实施例可以由多种材料制成，除非本发明另有说明。
[0024]为了便于公开，术语“耦合”(coupled) —般是指两个组件(电的或机械的)彼此直接或间接的连接。这种连接本质上可以是固定的或本质上是可移动的。这种连接可以用两个组件(电的或机械的)和任何额外的中间构件彼此或者与两个组件整合形成为单一主体来实现。除非另有说明，这种连接本质上可以是永久的或本质上可以是可拆卸的或可释放的。
[0025]同样重要的是要注意，如示例性实施例中所示的本发明元件的构造和布置仅仅是说明性的。尽管本发明中仅详细地描述了本创新的几个实施例，但是，阅读本公开内容的本领域技术人员将很容易理解，在实质上不脱离所叙述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料的使用，颜色，方向等的变化)。例如，所示为整体形成的元件可以由多个部件构成或所示为多个部件的元件可以整体形成，界面的操作可以翻转或以其它方式改变，结构和/或构件或连接器或系统的其它元件的长度或宽度可以改变，元件之间提供的调整位置的性质或数目可以改变。应当注意的是，系统的元件和/或组件可以由任意的各种不同的材料构成，其提供足够的强度或耐久性，任意的各种不同的颜色，纹理，以及它们的组合。因此，所有这些修改意图被包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，其它的替换、修改、改变和省略可以在所期望的和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置中做出。
[0026]应当理解的是，任何所述过程和所述过程中的步骤可以与所公开的其他过程或步骤相结合，以形成本发明范围内的结构。在此所公开的示例性结构和过程是为了说明性的目的，并不被解释为限制。
[0027]同样应当理解的是，在不脱离本发明的构思的情况下，可以对前述结构和方法作出变化和修改，并进一步应当理解的是，这些构思旨在由下述权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字另有明确表述。
【权利要求】
1.一种形成光导系统的方法，其特征在于，包括如下步骤:注射适合形成光导的第一树脂至模具第一部分；注射适合形成载体基底的第二树脂至模具第二部分；将阻挡层插入到模具中以防止第一和第二树脂间的浸湿；以及固化树脂以形成单一光导系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阻挡层是可渗透层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单一光导系统包括由第一树脂形成的光导和由第二树脂形成的载体基底，并且进一步地，其中光导和载体基底在双重注射工艺中接合和形成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在注射第一和第二树脂之前，将阻挡层插入到模具中。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在注射第二树脂之后和注射第一树脂之前，将阻挡层插入到模具中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，阻挡层由牺牲性的有机材料组成。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在注射第一树脂时消耗阻挡层的步骤。
8.一种形成光导系统的方法，包括以下步骤:提供具有设置在模具第一和第二部分之间的阻挡层的模具；注射适合形成光导的第一树脂至模具第一部分，并且同时注射适合形成载体基底的第二树脂至模具第二部分；以及固化树脂以形成单一光导系统。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，阻挡层是可渗透层。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，单一光导系统包括由第一树脂形成的光导和由第二树脂形成的载体基底。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤:通过阻挡层将光导和载体基底粘合在一起。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤:使用阻挡层以防止第一和第二树脂之间的浸湿。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一树脂和第二树脂显示出适合双重注射工艺的相似的化学性质。
14.一种形成光导系统的方法，其特征在于，包括以下步骤:提供模具；在模具中插入阻挡层；注射第一树脂到模具的第一部分；注射第二树脂到模具的第二部分；在不浸湿树脂的情况下将第一树脂粘合到第二树脂；由第一树脂形成光导；以及由第二树脂形成载体基底。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤:在粘合步骤中，使用阻挡层防止第一树脂和第二树脂之间的浸湿。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，第一树脂和第二树脂显示出适合双重注射工艺的相似的化学性质。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，光导在双重注射工艺的第一次喷射时形成，和进一步地，载体基底在双重注射工艺的第二次喷射时形成。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，阻挡层是可渗透层。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，阻挡层是牺牲性阻挡层。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，第一和第二树脂的粘合形成单一光导系统。
【文档编号】G02B6/00GK104416745SQ201410459797
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】詹森·罗伯特·埃姆里奇, 因什拉·希拉维, 梅根·梅·拉夫乔伊, 史蒂文·J·安迪利亚 申请人:福特全球技术公司