特許 7649082 ライトガイド、およびライトガイドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-11

(45)【発行日】2025-03-19

(54)【発明の名称】ライトガイド、およびライトガイドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20250312BHJP

   G02B 6/00 20060101ALN20250312BHJP

【ＦＩ】

G02B6/02 391

G02B6/02 366

G02B6/00 326

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024194074

(22)【出願日】2024-11-06

【審査請求日】2024-11-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】502291610

【氏名又は名称】神田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149205

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 泰央

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 一英

(72)【発明者】

【氏名】村島 光俊

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 万起

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１７７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６６２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８１６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２７５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３０６０９４５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／００ －６／１０

６／２４５－６／２５

６／４４ －６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コアと、
前記コアを囲繞するクラッドと、
を有するライトガイドであって、
前記クラッドは、
３官能モノマーの重合体と中空粒子とで構成され、
前記中空粒子と前記３官能モノマーの重合体がそれぞれ前記クラッド全体の略半分の質量％で構成されていることを特徴とするライトガイド。

【請求項2】

前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、一定の粒子径で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。

【請求項3】

前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、異なる粒子径を混合して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のライトガイド。

【請求項4】

前記中空粒子の粒子径は、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載のライトガイド。

【請求項5】

前記コアは、アクリル系樹脂を主材として形成されていることを特徴とする請求項４に記載のライトガイド。

【請求項6】

コアと、３官能モノマーの重合体と中空粒子とで構成され、前記コアを囲繞するクラッドとを有するライトガイドの製造方法であって、
前記３官能モノマーと前記中空粒子を略同一の質量％で混合して溶剤に撹拌して流体を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で形成された前記流体を収容した容器に前記流体の液面に対して前記コアを垂直に浸漬する第２の工程と、
前記流体に浸漬した前記コアを垂直な状態を維持しつつ前記流体から一定の速度で引き上げる第３の工程と、
前記第３の工程で前記流体から引き上げた前記コアの周囲に形成された前記流体に紫外光を照射して前記流体から前記溶剤を揮発させつつ、前記３官能モノマーを重合体とする第４の工程と、
を経て得られることを特徴とするライトガイドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全周を発光させるライトガイドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、丸い棒状に形成され、その外周面を発光させるライトガイドは、光源から放射された光を導光するためのコア層と、コア層の外周面を覆うように設けられ、コア層を保護しつつコア層に入射した光を外部に出力するクラッド層を有する２層構造に形成されている。

【0003】

そして、クラッド層は、コア層から入射した光を拡散させるために、フッ素を含有した化合物で形成されている。フッ素を含有した化合物は、ペレット状に形成された樹脂を溶融してコア層の周囲に形成されることから、溶融後の冷却過程で収縮してコア層に密着した態様でライトガイドが形成される。そして、フッ素を含有した化合物は、微細な粒子状で存在するため、光を散乱させる性質を有し、ライトガイドをムラなく均一に発光させることができる。

【0004】

例えば、特許文献１には、コア層をアクリル系樹脂で形成し、クラッド層をフッ素系樹脂で形成したライトガイドが記載されている。このようにクラッド層をフッ素系樹脂で形成した構成により、コア層からクラッド層に伝達された光がクラッド層で拡散され、ライトガイド全体を均一に発光することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１１２６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このように、特許文献１に記載のライトガイドは、光が放出されるクラッド層をフッ素を含有した化合物で形成していることから、クラッド層を通過する光が反射または散乱されやすく、ライトガイドの外周面から均一に放射することができる。しかしながら、フッ素を含有した化合物をクラッド層に用いると、この化合物による光の散乱作用により、ライトガイドの非発光時において、ライトガイドの外部から入射した光がクラッド層で散乱されてしまい、その結果、白濁化して見えてしまう。つまり、クラッド層にフッ素を含有した化合物を用いると、ライトガイドの白濁化により、ライトガイドを装着した部分の美観を損なう虞があった。

【0007】

また、近年、フッ素を含有した化合物の内、有機フッ素化合物（ＰＦＡＳ）が健康に影響を及ぼす可能性が指摘されたことから、多くの国でこの有機フッ素化合物（ＰＦＡＳ）の使用が規制され始めている。そして、多くのライトガイドにおいては、ムラなく均一に発光させるために、クラッド層に有機フッ素化合物（ＰＦＡＳ）が含有されており、有機フッ素化合物（ＰＦＡＳ）の使用が禁止されると、ムラなく均一に発光させるライトガイドを提供することが困難であった。

【0008】

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、点灯時に均一発光が可能であって、非点灯時には透明性を有して、装着した部分の美観を損なう虞のないライトガイドを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様は、コアと、前記コアを囲繞するクラッドと、を有するライトガイドであって、前記クラッドは、３官能モノマーの重合体と中空粒子とで構成されている、ものである。

【0010】

本発明の他の態様は、前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、一定の粒子径で形成されていることを特徴とする、ものである。

【0011】

本発明の他の態様は、前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、異なる粒子径を混合して形成されていることを特徴とする、ものである。

【0012】

本発明の他の態様は、前記クラッドは、前記中空粒子と前記３官能モノマーの重合体が略同一の質量％で構成されていることを特徴とする、ものである。

【0013】

本発明の他の態様は、前記中空粒子の粒子径は、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする、ものである。

【0014】

本発明の他の態様は、前記コアは、アクリル系樹脂を主材として形成されていることを特徴とする、ものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明の第１の態様によれば、コアと、前記コアを囲繞するクラッドと、を有するライトガイドであって、前記クラッドは、３官能モノマーの重合体と中空粒子とで構成されているため、非点灯時において、透明性を有し、装着した部分の美観を損なうことなく、点灯時においては、均一に発光させることができる。

【0016】

本発明の他の態様によれば、前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、一定の粒子径で形成されているため、非点灯時の透明性が高く、装着した部分の美観を損なう虞がない。

【0017】

本発明の他の態様によれば、前記中空粒子は、内部に空気層を有するシリカ粒子であって、異なる粒子径を混合してクラッドを形成しているため、光の散乱作用を向上させることにより、クラッド内で屈折や反射が発生しやすく、ライトガイドから放射される光の均一性を向上させることができる。

【0018】

本発明の他の態様によれば、前記クラッドは、前記中空粒子と３官能モノマーが略同一の質量％で構成されているため、クラッド内に中空粒子を均一に分散させることができ、ライトガイドから外部に放射される光を均一とすることができる。

【0019】

本発明の他の態様によれば、前記中空粒子の粒子径は、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であるため、クラッド全体の屈折率を一定に保つことができ、コアからクラッドに漏出する光量を一定にでき、ライトガイドの外周面を均一に発光させることができる。

【0020】

本発明の他の態様によれば、前記コアは、アクリル系樹脂を主材として形成されているため、非点灯時における透明性を向上でき、装着した部分の美観を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係るライトガイドの全体を示す斜視図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】図３のＣ線を拡大した状態を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るライトガイドの製造手順を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明は、コアとクラッドからなるライトガイドにおいて、クラッドの構成を工夫することにより、非点灯時に透明性を有して装着時の美観を向上させるとともに、発光時には、クラッドの外周面全体を均一に発光できるライトガイドを提供するものである。以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態において、図１に示すライトガイドの伸延した方向を前後方向とし、ライトガイドの伸延方向と直交する方向を左右方向とする。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態に係るライトガイドＭの構成を示す斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図、図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図を示す。図４は、図３の一部を拡大した図であり、クラッドの内部構成を示す模式図であり、内部の構成を示すため断面を示すハッチングを省略して図示している。図５は、本発明の一実施形態に係るライトガイドＭを形成する手順を示す概略図であり、上から下にかけて太い黒矢印の順番で形成される。なお、図４および図５に示す中空粒子２０は、他部材との関係上図示されるほどの大きさの粒子径ではないが、発明を理解するために図示している。

【0024】

ライトガイドＭは、図１に示すように、光源からの光を入射するコア１と、コア１を囲繞してライトガイドＭの発光層を形成するクラッド２とを有する。

【0025】

コア１は、中実の円柱状に形成されており、可撓性を有する。コア１は、アクリル系樹脂を主材として構成されている。コア１を構成するアクリル系樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やメチルメタクリレート（ＭＡＭ）にアクリレート（例えば、アクリル酸ブチルやアクリル酸２-エチルヘキシル）を混合したアクリル系ブロック共重合体などである。なお、コア１は、高い透明性を有し、光源から入射された光を伝達でき、適度な可撓性を有していればどのような樹脂で構成されていても良い。コア１は、一端部に光源が連結されており、一端部から他端部、すなわち、コア１の長手方向に沿う方向に光が入射されている。

【0026】

クラッド２は、図２および図３に示すように、コア１の外周面に密着して設けられている。クラッド２は、コア１の半径方向を厚み方向とし、コア１の伸延方向に沿って略均一の厚みに形成されている。クラッド２は、図４に示すように、中空粒子２０と、３官能モノマー２１の重合体で構成されている。中空粒子２０は、粒子径５０～１００ｎｍの中空部分を有する粒子で構成されている。クラッド２は、３官能モノマー２１に中空粒子２０を混合することにより屈折率ｎｄを低下させている。本実施形態においては、中空粒子２０と３官能モノマー２１の重合体とが同一の質量％で構成されている。つまり、クラッド２は、中空粒子２０と３官能モノマー２１が１対１の割合で構成されている。なお、図４における、波線Ｗは、コア１とクラッド２の境界部分を示している。

【0027】

また、クラッド２は、コア１と比較して光の屈折率が低くなるように設定されている。なお、本実施形態におけるコア１の屈折率ｎｅは１．４９で構成されており、クラッド２の屈折率ｎｄは１．３８で構成されている。ただし、クラッド２の屈折率ｎｄとコア１の屈折率ｎｅは、この値に限定されることはなく、コア１の屈折率ｎｅがクラッド２の屈折率ｎｄよりも高く設定されていれば、上述した屈折率に限定されることはない。

【0028】

クラッド２は、中空部を有する中空粒子２０を含有した樹脂によって構成されている。クラッド２は、中空部を有する構成により、屈折率ｎｄを低下させるとともに高い透明性を有している。なお、中空部を有することで屈折率が低下する原理は、中空部分に屈折率の低い空気層を有するためであり、樹脂に含有させる中空部の量を変化させることによりクラッド２の屈折率ｎｄを変化させることができる。つまり、中空粒子２０は、中空部を囲う殻膜の厚みが略一定に形成されていることから、粒子径を変化させることにより、中空部の体積が変化して、クラッド２の屈折率ｎｄを変化させることができる。換言すると、中空粒子２０の粒子径を拡大することによりクラッド２の屈折率ｎｄを低下させることができる。

【0029】

クラッド２を構成する中空粒子２０は、中空部を有する中空シリカで構成されている。中空粒子２０は、５０～１００ｎｍの範囲内で形成された粒子径を有し、クラッド２全体の中空粒子２０は、略同一の粒子径で構成されている。このようにクラッド２を構成する中空粒子２０が略同一の粒子径で構成されることにより、クラッド２を通過する光の散乱を低減し、クラッド２を通過する光の直進性が向上してライトガイドＭの高い透明度を実現できる。

【0030】

また、クラッド２を構成する中空粒子２０は、５０～１００ｎｍの範囲内で任意の粒子径のものを混在して使用することもできる。粒子径の異なる中空粒子２０をクラッド２内で混在させた場合、中空粒子２０の粒子径の違いからクラッド２内において局所的な屈折率の違いが生起され、クラッド２内における散乱作用を向上させることができる。つまり、クラッド２を通過する光が散乱されることにより、ライトガイドから放射される光の均一性を向上させることができる。

【0031】

また、中空粒子２０は、クラッド２内において、母材となる樹脂（３官能モノマー２１）中に均一に分散していることが好ましく、凝集した二次粒子（造粒体）を形成せず、一次粒子の状態で分散していることが好ましい。なお、中空粒子２０を母材となる３官能モノマー２１の重合体中に均一に分散させる手段については、後述する。

【0032】

上述したように、ライトガイドＭは、アクリル系樹脂で構成されたコア１と、母材となる樹脂（３官能モノマー２１の重合体）中に均一に分散した中空粒子２０を含むクラッド２と、を有し、コア１全体をクラッド２で密着した態様で囲繞する構成により、コア１の側端面から入射した光をクラッド２を介してクラッド２の外表面から外部に均一に放射することができる。

【0033】

また、クラッド２の屈折率ｎｄをコア１の屈折率ｎｅよりも小さくした構成により、コア１とクラッド２との界面における臨海角を小さくして、コア１からクラッド２に進入する光の量を制御して、ライトガイドＭ全体を略均一に光らせることができる。

【0034】

また、ライトガイドＭは、クラッド２を構成する母材となる樹脂体を形成する３官能モノマー２１の重合体と中空粒子２０を略同一の質量％で形成した構成により、３官能モノマー２１の重合体中に中空粒子２０を略均一に分散させることができる。これにより、ライトガイドＭ全体を略均一に発光させることができる。

【0035】

また、中空粒子２０が３官能モノマー２１の重合体に均一に分散されているため、非点灯時において、中空粒子２０が有する中空部分によりクラッド２が高い透明性を有することができる。また、中空粒子２０の粒子径を５０～１００ｎｍで中空部分を有する中空ナノシリカで形成したことにより、さらに、透明性を有することができる。

【0036】

また、クラッド２を構成する樹脂体が３官能モノマー２１による重合体で形成されているため、高い架橋密度を有し、単位体積当たりの架橋点が多数存在することから、高い弾性率を有して設置場所の形態に合わせてライトガイドＭを変態できる。また、クラッド２を構成する３官能モノマー２１が重合体を形成する過程において収縮率が低いため、３官能モノマー２１の重合体内で中空粒子２０の偏りが生起されにくくなり、クラッド２の高い透明度を維持することができる。つまり、中空部を有する中空粒子２０と３官能モノマー２１の重合体でクラッド２を形成した構成により、設置時に美観を損なうことなく、また、点灯時には、均一に発光できるライトガイドＭを提供できる。

【0037】

≪ライトガイドの製造方法≫
上述したようにライトガイドＭは構成されており、以下の手順で作製される。このライトガイドＭの作製手順について、図５を参照して説明する。ライトガイドＭは、クラッド２を形成するコート剤（以下、流体２３と称する。）にコア１をディッピングして、紫外線で硬化させることにより、コア１の外周面に膜厚を均一としたクラッド２を形成することができる。このディッピングの詳細について、以下に説明する。

【0038】

まず、クラッド２を形成するための中空粒子２０と３官能モノマー２１を溶剤２２中に溶融してコア１にディッピングするための流体２３を形成する。形成された流体２３は、縦長の容器Ｃに収容される。流体２３は、３官能モノマー２１を４５質量％、中空粒子２０を４５質量％、これらを混合する溶剤２２を１０質量％の割合で混合して形成されている。なお、流体２３を構成する中空粒子２０と３官能モノマー２１と溶剤２２の混合割合は、溶剤２２が５～２０質量％の範囲で構成され、且つ、中空粒子２０と３官能モノマー２１が同一の混合割合で構成されていれば、上述した割合に限定されることはなく、任意に設定できる。

【0039】

ここで、流体２３を構成する３官能モノマー２１としては、トリメチロールプロパン・トリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、エトキシ化トリメチロールプロパン・トリアクリレート（ＴＮＰＥＯＴＡ）、トリス（２－アクリロキシエチル）イソシアヌレート、エトキシ化グリセリントリアクリレート等、で構成されている。なお、３官能モノマー２１は、上述したものに限定されることなく、粘性が高く、ＵＶ光を照射した際に硬化するものであれば、どのようなもので構成されていても良い。

【0040】

また、流体２３を構成する溶剤２２は、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）で構成されている。なお、溶剤２２は、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）に限らず、これと類似した特性を有するアセトンやイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等で構成されていても良い。つまり、溶剤２２は、コア１の外周面に塗布する流体２３に適度な粘性を付与しつつ、３官能モノマー２１と中空粒子２０とが溶剤２２中で均一に分散され、コア１に塗布した後には、揮発してクラッド２から離脱できる特性を有していればどのようなもので構成されていても良い。

【0041】

そして、このように構成された流体２３を収容した容器Ｃに、長手丸棒状に形成されたコア１を流体２３の液面Ｆに対して垂直に浸漬する。

【0042】

その後、コア１を流体２３の液面Ｆに対して垂直な状態を維持しつつ上方に引き上げる。この際、コア１は、０．５－２．０ｃｍ／ｓの速度で引き上げられる。なお、コア１の引き上げ速度は、流体２３を構成する溶剤２２の割合に応じて変動させる。つまり、流体２３を構成する溶剤２２の割合が高い場合、流体２３の粘性が低下するため、コア１の引き上げ速度を増加させてコア１の周囲に塗布される流体２３が所定の膜厚となるようにする。また、流体２３を構成する溶剤２２の割合が低い場合、流体２３の粘性が増加するため、コア１の引き上げ速度を低下させてコア１の周囲に塗布される流体２３が所定の膜厚となるようにする。つまり、流体２３を構成する溶剤２２の割合が高い（２０質量％）場合、流体２３から引き上げるコア１の引き上げ速度を２ｃｍ/ｓに設定し、溶剤２２の割合が低い（５質量％）場合、流体２３から引き上げるコア１の引き上げ速度を０．５ｍ/ｓに設定する。

【0043】

そして、流体２３を塗布したコア１は、流体２３の液面Ｆから引き上げられると同時に紫外光Ｌ（例えば、波長３６５ｎｍの紫外光）が照射されてコア１の外周面にクラッド２が形成される。コア１の外周面にクラッド２が形成される際、流体２３から溶剤２２が揮発しつつ、３官能モノマー２１が光重合反応によって収縮することにより、コア１の外周面にクラッド２が密着した態様で形成される。

【0044】

つまり、コア１とクラッド２との境界部分が密着して、コア１とクラッド２との間に空気の層などが形成されることがない。そのため、コア１からクラッド２に入射する光がコア１とクラッド２の境界部分において、略均一に屈折率を変化させることができ、ライトガイドＭから放射される光も略均一に放射される。つまり、ライトガイドＭ全体が均一に発光できる。

【0045】

そして、コア１の外周面にクラッド２が形成されない、または均一に形成されない部分、具体的には、流体２３をコア１にディッピングする際にコア１を把持する部分、およびディッピングする際に流体２３が流れ落ち膜厚になりやすいコア１の下端部を切断することにより、コア１の周囲に均一な膜厚、且つ、密着した態様でクラッド２を被覆したライトガイドＭが完成する。

【0046】

ライトガイドＭは、上述した手順で形成され、流体２３を形成する溶剤２２の粘度、ディッピング時のコア１の引き上げ速度、および３官能モノマー２１の光重合反応により、コア１の外周面にクラッド２が密着した態様、且つ、均一の膜厚で形成される。これにより、コア１とクラッド２からなるライトガイドＭは、３官能モノマー２１の光重合体で形成されることにより弾性作用を有し、また、粒子径が５０－１００ｎｍの中空ナノシリカを中空粒子２０としてクラッド２内に均一分散してクラッド２の透明性を確保しつつ、中空ナノシリカによる散乱作用を利用してライトガイドＭを均一に発光することができる。

【0047】

なお、本実施形態を説明するための図において、中空粒子２０を見えるように図示しているが、中空粒子２０は、５０～１００ｎｍと非常に小さい粒子径で形成されているため、実際には視認することはできない。図４および図５に記載の中空粒子２０は、クラッド２の構成が分かるように模式的に示しているに過ぎない。

【0048】

なお、本発明は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組合せを変更したりした構成、公知発明並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したりした構成、等も含まれる。また、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

【符号の説明】

【0049】

Ｍ ライトガイド
１ コア
２ クラッド
２０ 中空粒子
２１ ３官能モノマー
２２ 溶剤
２３ 流体
ｎｅ，ｎｄ 屈折率

【要約】

【課題】非点灯時には透明性を有して、装着した部分の美観を損なう虞がなく、点灯時には略均一に発光が可能なライトガイドを提供する。
【解決手段】本発明は、光を導光するためのコア１と、コア１を囲繞して外部に光を放射するクラッド２と、を有するライトガイドＭであって、コア１がアクリル系樹脂で構成され、クラッド２が母材となる３官能モノマーの重合体中に中空粒子を均一に分散しつつ、３官能モノマーの重合体と中空粒子を同一の質量％で構成したライトガイドＭである。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】