JP5814121B2 - 光学的に透明なビアを充填する改良された方法及び装置 - Google Patents

Description

本技術的主題の分野は、材料でビアを充填する方法に関し、そのような方法を使用して製造される製品に関する。より具体的には、非常に小さなビアを光学的に透明な材料で充填することに関する。さらにより具体的には、照らされていない場合、ビアが概して目立たたず、そして、背後から照らされる場合、均一で一様な明るさを提供するように非常に小さなビアを光学的に透明な材料で充填することに関する。

情報を提供するためにハウジングを通って光を投射することは、普通である。例として、限定するわけではないが、例えば「Caps Lock」または「Num Lock」などの機能用表示ランプを含むコンピュータ・キーボード、「オン／オフ」ランプを含むコンピュータ・モニター、暖房シートがオンまたはオフかどうか、あるいは、エアバッグがオンまたはオフかどうか示すランプを含む自動車、インジケータランプ付きのテレビ、及び多数の他の家電が挙げられる。そのような照明を提供する一般的な方法は、ランプが消えているときに可視であって、いつランプが点いているかを示すために明るく照らされる投射ランプを提供することである。多数のランプ、またはランプの穴は、工業デザイナーの目標に破壊的である場合がある。

ランプ用の穴をより見えないようにする１つの方法は、非常に小さな、先細りの穴を穿孔し、それらを透明な材料で充填することである。穴またはビアは、機械式ドリル、レーザー、放電加工機、または化学エッチングを使用して形成することができる。光学的ビアを製作する方法は、本発明の譲り受け人に譲渡されている、同時係属出願の11/742,862 PROCESS FOR OPTICALLY TRANSPARENT VIA FILLINGに記載されている。この方法では、ビアが穿孔され、そして、加工可能な(workable)透明な材料、すなわち固化される充填材の透明な材料で充填される。それから、表面が清掃され、物品の可視表面から余分な固化した透明な材料が除去される。本発明者らは、加工可能(workable)によって、材料が塑性状態であり、ビアに注入されるか、さもなければ挿入され、そして、ビアの内部形状に適合でき、それによってビアを封止するということを指している。このプロセスは、図1a-1dに図示されている。図1aでは、基板10は、おもて面または化粧面12と裏面14とを有し、基板10は、ビア16が透明な充填材18で充填されており、その充填材18は、固化させるために紫外光源22から紫外線（UV）放射20で照射されている。図1bは、同じ基板10と、今や固化した充填材24で充填されたビア16とを示している。UV放射は、おもて面12を越えて広がる充填材を透過し、固化させ、その結果、硬化した充填材の「指」26がおもて面12を越えて伸びていることに留意されたい。図1cでは、ブレードなどの機械装置が使用され、基板10のおもて面12から固化した材料の指26が除去される。固化した材料の指26は、指が十分に小さい場合、しばしば、単に布で拭くことによって除去することもできる。図1dは、指26の除去後の、固化した材料24で充填されているビア16を有する基板10を示す。

図２は、余分な硬化した充填材の除去後に、基板のおもて面または化粧面34から撮った、硬化した充填材32が充填されているビア30の高解像度光学顕微鏡画像を表わしている。図２に示すように、このプロセスでは、物品の見える側の硬化した透明な材料32に破面が残っており、ビアが見苦しく、照らされていない場合、より目立つ恐れがあり、そして、照らされると、外観が損なわれる。これら全てが好ましくない。したがって、照らされている場合も照らされていない場合も、ビアの美観を改善する、表面裂開のない透明な材料でビアを充填する方法及び装置に対する必要性が依然としてある。

光の透明な充填材の透過を可能とする材料によって、比較的薄い基板またはパネルにあるビアを閉塞する改良された方法、及びそのような方法によって製作される製品が開示される。ビアによって、本発明者らは、パネルまたは基板に形成され一片面から反対側の面に伸びる、ビアの内壁とビアによって貫通される表面に広がる平面とによって囲まれた内部容積によって特徴付けられる穴を指している。閉塞によって、本発明者らは、ビアの横断面を完全に充填するように、ビアの内部容積に材料を導入することを指している。なお、ビアのビア容積全体は、完全に充填されるかもしれないし、そうでないかもしれないが、ビア容積を越えて片面に拡がる余分な材料が通常認められる。本発明の目標の１つは、表面を滑らかで砕片のない状態のままにするようにこのような余分な材料を除去し、それによって改良された完全に充填された光透過のビアを提供する方法及び装置を開示することである。 このような充填対象のパネル、または基板は、通常金属でできているが、他の材料、例えばプラスチック、または複合材料などが使用されてもよい。透明な充填材は、ビアに加工可能な形態で導入され、それから、固化または硬化され、あるいは固まりまたは硬化して、光学的に透明な硬い材質となり、通常、ビアの内壁に固着し、ビア内に適所に留まるのに関与する。使用してよい例示的な材料には、UV固化可能なポリマー、あるいは放射線照射によって固化する他のポリマー、化学反応によって固化する、エポキシまたは他のマルチパート化合物、冷却又は加熱によって固化する化合物、または溶媒の蒸発によって固化する又は別の方法で硬化する化合物が挙げられる。これらの材料のどれも、本発明において有利に使用できる。

例示的な光透過性材料は、ミネソタ州、セントポールにある３Ｍ社によって製造されるAHS-1100 Developmental Materialである。UV放射以外の手段によって固化させることができる充填材を含め、他の透明な充填材が有利に使用することができる。固化は、それによって透明な充填材が、ほぼ液体または加工可能な状態から固体または比較的硬化した状態に変化するプロセスを示す。透明な充填材は、化学反応、熱または他の電磁放射、曝気、溶媒の蒸発、または他の手段によって固化させてよい。本明細書に記載される実施形態は、これらの他の固化方法を使用するのに適している場合がある。たとえば、充填材が、ビアに施用する前に混合され、規定の時間後に固化する二部エポキシである場合には、充填材が完全に固まる前に、残留物は機械的または圧縮空気によって迅速に除去することができる。上述の材料の代替においては、熱可塑性材料が透明な充填材を形成できることも考えられる。この場合、余分な材料は、熱可塑性材料の冷却による固化の前に、除去する必要がある。

本発明の一実施形態による方法は、少なくとも１つのビアを含むパネルを用意することと、そして、光学的透過性材料で前記ビアを閉塞し、次に、硬化、冷却、または溶媒の蒸発によって固化する、或いは別の方法によって硬化する前に余分な材料を除去することとを含む。固化の前に余分な材料が除去されるために、透明な材料の露出表面は滑らかで特徴のないままであり、そのために、照らされていない場合、より目立たず、そして、照らされる場合、より均一で一様な照明がもたらされる。余分な材料は、機械式手段、例えば、ブレード、またはゴム雑巾などで表面をふくことによって除去することができる、あるいは、余分な材料は、圧縮空気で除去することができる。これらのステップの後には、溶媒による清掃、または真空吸入、あるいはこれらの方法の組合せを続け、何らかの残留する余分な材料を除去してよい。 その上、本明細書に記載される方法によって製作される光透過性ビアも、開示される。例えば、光透過性の特性を有するビアがここに教示される。物品内のその光透過性ビアは、光学的透過性材料で充填され、そこでは、余分な光学的透過性材料は、材料固化の前に物品の表面から少なくとも部分的に除去されている。

固化させ、そして、充填ビアから余分な材料を除去する従来技術の方法を示す。 従来技術の方法を用いて固化され、清浄にされた充填ビアの光学顕微鏡画像である。 固化させ、そして、機械式手段を使用して充填ビアから余分な材料を除去する方法を示す。 固化させ、そして、エアナイフと真空装置を使用して充填ビアから余分な材料を除去する方法を示す。 本発明の一実施形態に従い加工された充填ビアの光学顕微鏡画像である。 本発明の一実施形態に従い加工された充填ビアの走査型電子顕微鏡画像である。 本発明の一実施形態に従い加工された充填ビアの走査型電子顕微鏡画像である。

本明細書の説明では添付の図面を参照し、図面では、同じ参照記号は、幾つかの図に亘って、同様の部分を示す。

本発明の目的は、表面に改良され充填された穴を製作する方法及び装置を提供することである。図3aは、おもて面または化粧面、あるいは前表面または化粧表面12、及び裏面または後面14を有し、透明な充填材18で閉塞されたビア16を有する基板10の概略図を示す。透明な充填材18は、紫外線52を発する紫外線源50を使って、部分的に固化される。紫外線は、放射線がビア16を貫通し、前表面12を越えて拡がる充填材54の部分を固化しないように基板の裏面14と平行に近い角度で基板に向けられていることに留意されたい。図3bは、基板10と、ビア16内で部分的に固化した充填材48とを示している。部分的に固化した充填材48の、前表面12を越えて拡がる部分は固化されていないので、その部分は、表面に擦りつけられて拭かれる機械式ブレードまたはゴム雑巾56を使用して除去することができて、ビア16のごく近傍から余分な充填材58が除去される。図3cは、部分的に固化した充填材48を有する基板10と、基板10の上面12の固化していない余分な充填材58とを示している。この実施形態では、紫外線源60は、後面14とより垂直に配置され、その結果、紫外線光線62が、部分的に固化した充填材48を上面12まで透過し、それによって固化プロセスを完了する。他の実施形態において、余分な充填材は、何らかの固化が生じる前に除去することができる。図3dは、清掃されて、上面12に残存していた固化していない充填材が除去された後の、完全に固化した充填材64を有する基板10を示している。この清掃は、真空、または溶媒洗浄、または他の等価な方法のいずれかによって実施してよく、そしてビア内の材料が最終的に固化する前か後のいずれでも実行してよい。

本発明の別の実施形態が、図4a〜cに図示されている。図4aは、おもて面12と裏面14を有し、ビア16を有する基板10を示している。ビア16は、加工可能な透明な充填材18によって閉塞される。図4bでは、エアナイフ80が使用され、圧縮気流82を基板12の上面の上に向け、ビア16のごく近傍から余分な充填材58が除去される。本発明のこの実施形態では、余分な充填材58がビアから離されるとすぐに、真空ノズル86が上面12から余分な充填材58を除去する。図4cは、ビア16内の部分的に固化した充填材48が、基板10の後面14から、UV源60からのUV放射62を使用して固化されているのを示している。固化は、加熱、冷却、溶媒の蒸発、化学反応、または他の手段によってであってよいことも考えられる。固化に続き、前表面10は、溶媒で拭いて、残存するどんな微量の余分な充填材も除去することができる。

図５は、化粧面またはおもて面34から撮った、本発明によって製作された充填ビア30の光学顕微鏡画像を示す。充填材90の滑らかな外観に留意されたい。その外観のために、照らされていない場合、充填ビアが目立たなくなり、ビアが、より広い範囲の視野角から、より均一に照らされているように見える。

図６は、パネルのおもて面34から撮った、透明な材料92が充填されたビア30の走査型電子顕微鏡画像を示し、このビアは、機械式手段を使用して余分な固化していない充填材を除去する本発明の実施形態に従って作成された。充填ビアの外観は、例えば図２に示されるような従来技術に対して、大幅に改善されているものの、少量の砕片と表面テクスチャーが固化した充填材上に見えている。図７は、パネルのおもて面34から撮った、透明な充填材94を有するビア30の走査型電子顕微鏡画像を示し、そのビアは、圧縮空気と真空を使用してビアから余分な充填材を除去する本発明の実施形態に従って加工された。この画像では、充填材94が、検出可能な残留物と、一見して明らかな表面テクスチャーとを有しないことが明らかである。

当然のことながら、好適な実施形態の詳細は、入れ替えてよく、なお本発明の教示の範囲内で有り得る。

Claims (13)

1. 透明な材料でビアを充填する方法であって、
   ビアを有するパネルを用意するステップと、
   前記ビアを、加工可能な状態で前記光固化可能な透明材料で閉塞するステップであって、前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分が前記ビアに対して実質的に内部にあり、前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分が前記ビアに対して実質的に外部にある、ステップと、
   前記ビアに対して外部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分を光固化しないようにするために、光に反応して前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分を少なくとも部分的に固化させるような前記パネルに対する角度であって、かつ当該光が前記ビアを貫通しないような前記パネルに対する角度で、前記ビアに対して内部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分に光を照射するステップと、
   前記ビアに対して外部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分を、前記ビアに対して実質的に内部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分から分離するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記ビアに対して外部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分と、前記ビアに対して内部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分は、ノズルを介して前記パネルに高速流体を向けることによって分離される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ビアに対して外部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分と、前記ビアに対して内部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分は、前記パネルとほぼ同一平面で機械式ブレードをさっと動かすことによって分離される、請求項１に記載の方法。
4. さらに、真空を前記外部にある部分に作用させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. さらに、溶媒を前記外部にある部分に作用させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ビアに対して実質的に外部にある前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分は、当該閉塞のための光固化可能な透明材料の第１の部分から前記閉塞のための光固化可能な透明材料の第２の部分を分離した後に、さらに固化される、請求項１に記載の方法。
7. 前記固化は、放射線、熱、冷却、蒸発、または化学反応のうちの１つによって行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記光固化可能な透明材料は、ＵＶ光固化可能な材料である、請求項１に記載の方法。
9. 前記パネルは第１及び第２の面を有し、前記ビアは前記第１及び第２の面の間を通っており、前記パネルに照射される前記光は前記パネルの前記第１の面から前記ビアに向けられる、請求項１に記載の方法。
10. 前記光固化可能な透明材料の第２の部分が除去された後、電子顕微鏡による前記ビアの画像は、前記パネルの前記第２の面上に検出可能な残留物を示さない、請求項９に記載の方法。
11. 前記光は、前記第２の面を超えて、前記光固化可能な透明材料を貫通することがないように照射される、請求項９に記載の方法。
12. 前記光は、前記第２の面を超えて、前記光固化可能な透明材料を完全に硬化させないように照射される、請求項９に記載の方法。
13. パネルのビア内に光透過閉塞物を形成する装置であって、
    前記ビアは前記パネルを貫通しており、光固化可能な透明材料で実質的に充填されており、前記光固化可能な透明材料の第１の部分が前記ビア内部に配置され、前記光固化可能な透明材料の第２の部分が前記第１の部分から前記ビアの外部に伸びており、
    前記光固化可能な透明材料の前記第２の部分が実質的に加工可能な状態にある間に前記光固化可能な透明材料の前記第１の部分が少なくとも部分的に固化されるように、光を供与し、当該光に反応して前記光固化可能な透明材料を部分的に固化するように構成され、前記パネルの第１の面の側に配置され、前記パネルの前記第１の面に対して前記光が前記ビアを貫通しないような角度で前記光を向けるように構成される固化デバイスと、
    前記パネルにおける前記第１の面とは反対側の第２の面の側に配置されるように構成され、前記光固化可能な透明材料の前記第２の部分が実質的に前記加工可能な状態にある間に、前記光固化可能な透明材料の前記第２の部分を前記光固化可能な透明材料の前記第１の部分から実質的に分離するように構成される分離デバイスと、
    を有する、装置。

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