專利名稱：光導(dǎo)管的連接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光導(dǎo)管的連接系統(tǒng)，其中光導(dǎo)管能為光分布系統(tǒng)和采用連接系統(tǒng)的光分布系統(tǒng)提供結(jié)構(gòu)和環(huán)境的完整性。
背景技術(shù)：
由于中心照明系統(tǒng)有許多優(yōu)點，長久以來人們希望用這種照明系統(tǒng)照明較大的區(qū)域。例如，集中光源的保養(yǎng)比分散光源要容易，其成本也低。集中光源所產(chǎn)生的熱量可從被照亮的區(qū)域中排出，而分散光源的熱量不容易排出。光分布系統(tǒng)在遠離集中光源的部位只輻射極小的熱量，或不輻射熱量。集中光源可以是太陽光和／或人工光。
可以用具有基本平坦的內(nèi)表面和八面形的外表面的透明材料制成的光管或光導(dǎo)管來傳送光，如Whitehead的美國專利4，260，220所述。這些裝置由一用柔軟的聚合物透明片材制成的光照明膜所構(gòu)成，這種材料的一側(cè)上具有結(jié)構(gòu)表面，與結(jié)構(gòu)表面相對的是光滑表面。裝置的結(jié)構(gòu)表面最好包括并排設(shè)置的具有微小、基本為直角的等腰棱柱的線性陣列，以形成多個頂點和凹槽。此外，棱柱的垂直側(cè)邊與較光滑的表面形成約45度的夾角。如果光線偏離光導(dǎo)管水平軸線的角度沒有超過臨界角，聚合物片材的這種結(jié)構(gòu)以及光導(dǎo)管的形狀將光限制在光導(dǎo)管內(nèi)部傳送，而不是通過它的壁逸散。因此，以一小于臨界角的夾角進入光導(dǎo)管的光在光管里是全內(nèi)反射的。
臨界角被定義為周圍媒質(zhì)(一般是空氣)的折射率與壁材料的折射率之比的反正弦。例如對于折射率為1．493的有機玻璃的透明材料，所有的沿光導(dǎo)管水平軸線測量的小于約27．3度臨界角的入射光線將是全內(nèi)反射的。另一方面，在臨界角以外的進入光導(dǎo)管的入射光不會發(fā)生全內(nèi)反射。
或者，可以用如公開在美國專利5，661，839(Whitehead)的多層光學(xué)膜來構(gòu)造光導(dǎo)管。光導(dǎo)管可以具有種種橫截面，諸如美國專利4，260，220中描述的是正方形橫截面的光導(dǎo)管，而美國專利4，805，984中描述的是圓環(huán)形橫截面的光導(dǎo)管。
在許多應(yīng)用場合中，要求光以有控制的方式能夠從光導(dǎo)管逸散出去。過去，使用了許多便于光從光導(dǎo)管中逸散出去的手段，如美國專利5，363，470(Wortman)中所述就是一個例子。在另一個例子中，一提取器，諸如由一高反射白聚合物帶子、諸如由在明尼蘇達州的圣保羅市的3M公司制造的SCOTCHCAL ELECTROCUT商標的薄膜制造的漫散射器被放置在光導(dǎo)管的里面，以增加光導(dǎo)管內(nèi)部光的泄漏或散發(fā)率。漫散射器通過將射到漫散射器上面的光線散射成光導(dǎo)管的非全內(nèi)反射角區(qū)域內(nèi)的光線來增加光的泄漏率，由此增加那些具有可以從光導(dǎo)管中射出去的角度的光線的數(shù)量。一般將一條高反射白聚合物帶子沿著光導(dǎo)管的長度設(shè)置，以形成散射。
目前的光分散系統(tǒng)采用連接于一個光源的多個分段光導(dǎo)管，諸如可從明尼蘇打州的圣保羅市的3M公司購買的LPS1010光管系統(tǒng)。其它構(gòu)件，諸如端蓋或連接件也可連接于分段的光導(dǎo)管。分段光導(dǎo)管可互連在一起，或通過種種技術(shù)連接于其它構(gòu)件。例如，美國專利5，475，785和5，483，119(Johanson)公開了重疊諸相鄰光導(dǎo)管的端部，以形成一連接器，也可用膠帶來提高連接的可靠程度。美國專利4，805，984(Cobb，Jr．)公開了可伸縮的錐形的光導(dǎo)管，使得一個導(dǎo)管可插入另一導(dǎo)管中?；蛘?，在兩光導(dǎo)管的鄰接端上套上同一材料的套管。
一般用于制造光導(dǎo)管的大多數(shù)輕質(zhì)材料具有相對較低的環(huán)箍強度。環(huán)箍強度是指一物體在外力的對抗下保持其形狀的能力。因此，作用在光導(dǎo)管上、尤其是作用在與相鄰光導(dǎo)管的連接附近的相當小的力可以引起撓曲，從而使連接分離，讓污染物有機會進入光分布系統(tǒng)，或者中斷光的路徑。安裝過程中以及安裝之后的熱膨脹／收縮引起的不對準性也能在光分布系統(tǒng)中產(chǎn)生應(yīng)力，這也會使連接分離。此外，根據(jù)光導(dǎo)管的不同安裝情況，相鄰導(dǎo)管的不同的下垂也會使連接分離。相鄰各分段的互不對準會導(dǎo)致光的傳送減少，讓污染物有機會進入光導(dǎo)管。某些導(dǎo)管上的大量的靜電會吸引灰塵，灰塵會經(jīng)過相鄰光導(dǎo)管之間的極小的縫進入光導(dǎo)管。
光分布系統(tǒng)的最佳運行取決于許多因素，諸如相鄰光導(dǎo)管的精確對準和防止諸如灰塵、水汽或昆蟲的環(huán)境污染物進入光導(dǎo)管中。連接光導(dǎo)管的某些已有技術(shù)的方法不能提供必要的結(jié)構(gòu)支承來保持精確的對準，光導(dǎo)管每段的長度超過20米時尤其是如此。另外，保持轉(zhuǎn)動對準對于要沿所選擇的表面使光泄漏出去的光導(dǎo)管尤其重要。因此，人們需要一種光導(dǎo)管的連接系統(tǒng)，以便既能保持結(jié)構(gòu)上的完整性又能將環(huán)境污染物排斥在外。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種用于光分布系統(tǒng)中的諸光導(dǎo)管段的連接系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種采用本連接系統(tǒng)的光分布系統(tǒng)。在此所用的“光導(dǎo)管”或“光管”一詞是指傳遞或傳送光的空心結(jié)構(gòu)。
在一實施例中，連接系統(tǒng)包括第一和第二套環(huán)。第一套環(huán)有一第一開口、一可連接于第一光導(dǎo)管端部的第一側(cè)和一可與第二套環(huán)嚙合的第二側(cè)。第二套環(huán)有一第二開口、一可連接于第二光導(dǎo)管端部的第一側(cè)和一可與第一套環(huán)的第二側(cè)嚙合的第二側(cè)。若干對準件在導(dǎo)管界面處保持第一和第二套環(huán)的第一和第二開口的旋轉(zhuǎn)和軸向?qū)?。至少有一個保持機構(gòu)用以保持第一套環(huán)與第二套環(huán)軸向嚙合。
在一實施例中，保持機構(gòu)包括一夾環(huán)。保持機構(gòu)基本上沿整個導(dǎo)管界面周向延伸。對準件可以在導(dǎo)管界面承受住剪切力。在一實施例中，對準件包括諸成對的位于第一和第二套環(huán)的第二側(cè)中的互補突起部分和槽。對準件可以與第一和第二套環(huán)一體形成。在另一實施例中，對準件是彎曲的，以構(gòu)成一與第一和第二開口基本同心的圓環(huán)。
第一套環(huán)的第一側(cè)包括多個對準表面，以使第一光導(dǎo)管與第一開口對準。在一實施例中，在諸對準表面之間設(shè)置多個凹部，以容納粘結(jié)劑。
連接系統(tǒng)最好包括一沿至少一個套環(huán)的第二側(cè)的開口周向地延伸的密封件。第一和第二開口通常是圓環(huán)形的。在一實施例中，第一和第二套環(huán)是相同的，各有一個密封件。
本發(fā)明還涉及一傳送光的光導(dǎo)管系統(tǒng)。一第一光導(dǎo)管連接于第一套環(huán)。一第二光導(dǎo)管連接于與第一套環(huán)嚙合的第二套環(huán)。若干對準件在一光導(dǎo)管界面保持第一和第二套環(huán)的旋轉(zhuǎn)對準。保持機構(gòu)在導(dǎo)管界面保持第一套環(huán)與第二套環(huán)的軸向嚙合。在一實施例中，套環(huán)通過粘結(jié)劑粘結(jié)于光導(dǎo)管?；蛘?，套環(huán)與光導(dǎo)管一體形成。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明光導(dǎo)管連接系統(tǒng)的立體圖。
圖2是圖1連接系統(tǒng)的立體圖。
圖3是本發(fā)明一連接系統(tǒng)的保持機構(gòu)的立體圖。
圖4是本發(fā)明用于保持機構(gòu)的多個加固件的立體圖。
圖5是本發(fā)明連接系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖6是本發(fā)明另一連接系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖7是本發(fā)明一光分布系統(tǒng)的導(dǎo)管接口界面的立體圖。
本發(fā)明的詳細描述圖1是形成光分布系統(tǒng)100一部分的一對光導(dǎo)管20、22的立體圖。光導(dǎo)管20包括一沿一套環(huán)30的第一側(cè)28與多個對準表面26嚙合的外壁24。對準表面26保持外壁24與套環(huán)30中的開口29同心對準。諸對準表面26最好沿第一側(cè)28的周邊間隔分開。諸凹部32位于諸對準表面26之間，以容納粘結(jié)劑，將外壁24粘結(jié)到套環(huán)30上?；蛘?，對準表面26可以是連續(xù)的表面。環(huán)狀件48為外壁24提供一可靠的止動件。
套環(huán)30的第二側(cè)40包括一墊圈槽42，以容納一墊圈44(見圖5)。墊圈44最好粘結(jié)在或以其他方式保持在槽42中。墊圈44可由多種材料諸如硅樹脂、硅樹脂類的材料或丁基橡膠制成。提供了多個對準件46a、46b、46c、46d、46e、46f、46g、46h，以與套環(huán)50嚙合。對準件46a、46b、46c、46d包括突起部分，對準件46e、46f、46g、46h則包括槽。在圖示的實施例中，對準件46略微彎曲，以符合套環(huán)30的外形。在另一實施例中，突起部分46a、46b、46c、46d與槽46e、46f、46g、46h彼此交替。
光導(dǎo)管22包括沿套環(huán)50的第一側(cè)49與多個對準表面26嚙合的外壁56。對準表面26使光導(dǎo)管22與開口同心地定位。套環(huán)50包括一墊圈槽52，該槽52所在的位置使得槽42和52中的墊圈44(見圖5)彼此相嚙合。環(huán)狀件58為外壁56提供一可靠的止動件。套環(huán)50包括對準突起部分54a、54b、54c、54d，它們定位成能與對準槽46e、46f、46g、46h嚙合。對準槽54e、54f、54g、54h定位成能與對準突起46a、46b、46c、46d嚙合。在所示實施例中，套環(huán)30、50是相同的，以便能交換和互連。
在一實施例中，光導(dǎo)管20、22分別包括孔21、23，以有選擇地泄漏光，如美國專利5，661，839(Whitehead)和5，339，382(Whitehead)所公開的那樣。在各個套環(huán)30、50上的對準件46、54保持光導(dǎo)管20、22的旋轉(zhuǎn)對齊，并因此，如果合適的話，保持孔21、23和提取器(extractor)45的對準。
最佳光傳遞需要一在開口29、59之間的平滑過渡。對準件46、54分別使光導(dǎo)管20、22的中心軸線27、57軸向?qū)R而成一直線。對準件46、54還可以承受住剪切力(見圖7)。
套環(huán)30、50可由多種材料構(gòu)造而成，這些材料包括但不限于諸如鋁金屬或諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS)、聚乙烯丁基橡膠和聚碳酸酯等聚合材料。對于某些使用場合，透明材料是較好的。對于某些實施例，要求套環(huán)30、50使用與外壁24、56相同的材料，使熱膨脹率匹配。對準件46、54最好分別與套環(huán)30、50一體形成。套環(huán)30、50最好是剛性的，從而提高環(huán)箍強度，并減少安裝之后的光導(dǎo)管20、22的下垂。在另一實施例中，套環(huán)30、50由彈性材料構(gòu)成。盡管套環(huán)30、50和開口29、59在所示的實施例中是圓環(huán)形的，但也可使用種種非圓環(huán)形橫截面的光導(dǎo)管，諸如美國專利4，787，708(Whitehead)、4，615，579(Whitehead)、4，750，798(Whitehead)、4，834，495(Whitehead等人)、5，309，544(Saxe)、5，481，637(Whitehead)以及5，715，347(Whitehead)中所示。
圖2是圖1中所示的光導(dǎo)管20、22的導(dǎo)管界面60的立體圖。套環(huán)30、50形成一套環(huán)界面62，其中，墊圈槽42、52是對準的。在墊圈槽42、52中可以有一個或多個墊圈44。對準件46、54(見圖1)保持旋轉(zhuǎn)對準并承受導(dǎo)管界面60處的剪切力。光膜84可位于外壁24、56的內(nèi)表面上，或與之一體形成。在一實施例中，提取器45接近光源(未示出)時是漸錐或變窄的，使得導(dǎo)管20、22的光泄漏基本上是均勻的。在一實施例中，使用一分離的光學(xué)光膜84，外壁24、56由純凈的聚合材料諸如聚碳酸酯所形成。
光學(xué)光膜84一般是柔軟的和透明的，諸如例如聚合材料或玻璃。用于此目的的常用聚合材料可從市場上購得，例如名義折射率分別約為1．49和1．58的丙烯酸或聚碳酸酯材料。其它可用的聚合物有聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及類似材料。丙烯酸和聚碳酸酯由于它們的高折射率和物理性能例如耐氣候性、抗紫外線、尺寸穩(wěn)定性和溫度耐受性而尤其有利。市場上有售的光學(xué)光膜可從明尼蘇打州的圣保羅市的3M公司采購，產(chǎn)品名稱是光學(xué)光膜。其它的光學(xué)光膜公開在美國專利4，906，070(Cobb，Jr)、5，056，892(Cobb，Jr)以及5，661，830(Whitehead)中。
圖3是將相互嚙合的套環(huán)30、50保留在導(dǎo)管界面60(見圖7)中的保持機構(gòu)70的立體圖。在所示的實施例中，保持機構(gòu)70做成一圍繞套環(huán)30、50的整個周邊延伸的夾環(huán)，它形成抵擋污染物的第二密封件。保持機構(gòu)70可由諸如丁基橡膠、硅樹脂、聚乙烯或聚丙烯的多種聚合材料構(gòu)成。在一實施例中，保持機構(gòu)70的一部分包括一整體模制的由彈性材料構(gòu)成的鉸鏈部76。設(shè)置若干突起部分78和若干槽79，以將套環(huán)70保持在導(dǎo)管界面60處。
保持機構(gòu)70一般對套環(huán)30、50提供壓力。諸如圖4所示的加固機構(gòu)74可以模制到保持機構(gòu)70中，以有助于保持壓力72。鉸鏈部76最好不包括加固件74。加固件74可由諸如金屬或聚合材料的多種材料構(gòu)造而成。在另一實施例中，加固件74可在導(dǎo)管界面60直接連接到套環(huán)30、50，而不需要保持機構(gòu)70。
套環(huán)30、50的軸向嚙合也可由諸如鉚釘、螺釘、超聲波或套環(huán)30、50的溶劑焊接等許多其它機械緊固件來保持?；蛘?，對準件46、54可以包括容易嚙合但不容易脫開的卡口連接件或其它鎖定片。
圖5和6是本發(fā)明連接系統(tǒng)80的剖視圖。套環(huán)30、50通過能流到對準表面26之間的凹部32(見圖1)的粘結(jié)劑82粘結(jié)到外壁24、56上。合適的粘結(jié)劑包括壓敏粘結(jié)劑、熱融粘結(jié)劑、熱固或熱塑粘結(jié)劑、輻射固化粘結(jié)劑、溶劑激活的粘結(jié)劑及其組合物?？蓮拿髂崽K打州圣保羅市的3M公司購買的產(chǎn)品名稱為TE-030和TS-230的Jet-weldTM的熱固粘結(jié)劑適合這種用處。
環(huán)狀件48、58為外壁24、56分別定位在套環(huán)30、50中提供一強有力的止動件。在圖5所示的實施例中，加固件74模制在保持機構(gòu)70中，以保持對套環(huán)30、50的軸向力來壓縮密封件44。套環(huán)可以包括一凸緣83，最好由諸如硅樹脂的彈性材料構(gòu)成，這樣可以補償光管20、22的直徑的變化。
圖6是沒有加固件的連接系統(tǒng)80的剖視圖。盡管圖中示出兩個密封件44，但也可用一個密封件。套環(huán)30、50有一個底切口81，以嚙合一在保持機構(gòu)70上的對應(yīng)的突出部85。
圖7是光分布系統(tǒng)100中的連接光導(dǎo)管20、22的本發(fā)明的連接系統(tǒng)80的立體圖。本發(fā)明的連接系統(tǒng)80可用于將一光導(dǎo)管連接到光分布系統(tǒng)100中的許多其它構(gòu)件中，諸如端蓋、光源或連接處(未示出)。如上所述，對準件46、54能承受剪切力90并保持相對于中心軸線94的旋轉(zhuǎn)對準92。保持機構(gòu)70還提供一軸向力72，以抵抗沿中心軸線94的彎矩96。連接系統(tǒng)80的剛度補償某些在安裝光導(dǎo)管20、22時出現(xiàn)的不對準的情況。墊圈44和保持機構(gòu)70的組合提供了一緊密密封，這種密封能阻擋降低光學(xué)光膜性能的水汽、灰塵、昆蟲和其它污染物。
上面結(jié)合幾個實施例描述了本發(fā)明。那些本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以對所述實施例進行種種改變是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍不只限于在此所描述的結(jié)構(gòu)，而是只限于用權(quán)利要求書的語言描述的結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)的等效物。
權(quán)利要求
1．一種將第一光導(dǎo)管連接到第二光導(dǎo)管的連接系統(tǒng)，該連接系統(tǒng)包括一第一套環(huán)，具有一第一開口、一可連接于第一光導(dǎo)管一端部的第一側(cè)和一可與一第二套環(huán)嚙合的第二側(cè)；一第二套環(huán)，具有一第二開口、一可連接于第二光導(dǎo)管一端部的第一側(cè)和一可與第一套環(huán)的第二側(cè)嚙合的第二側(cè)；若干對準件，可在一導(dǎo)管界面處旋轉(zhuǎn)地和軸向地對準第一和第二套環(huán)的第一和第二開口；以及至少一個保持機構(gòu)，保持第一套環(huán)與第二套環(huán)軸向嚙合。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保持機構(gòu)包括一夾環(huán)。
3．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保持機構(gòu)基本上沿整個導(dǎo)管界面周向延伸。
4．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，保持機構(gòu)還包括一可與和導(dǎo)管界面相鄰的第一和第二導(dǎo)管嚙合的凸緣。
5．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，諸對準件可承受在導(dǎo)管界面處的剪切力。
6．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，諸對準件包括諸成對的位于第一和第二套環(huán)的第二側(cè)的互補的突起部分和凹槽。
7．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，對準件與第一和第二套環(huán)形成一體。
8．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，對準件是彎曲的，以構(gòu)成一基本上與第一和第二開口同心的圓環(huán)。
9．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一套環(huán)的第一側(cè)包括多個對準表面，以使第一光導(dǎo)管與第一開口對準。
10．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在諸對準表面之間的多個凹部。
11．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一沿至少一個套環(huán)的第二側(cè)圍繞開口延伸的密封件。
12．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二開口是圓環(huán)形的。
13．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二套環(huán)是相同的。
14．一傳送光的光導(dǎo)管系統(tǒng)，它包括一構(gòu)成第一導(dǎo)管開口的第一光導(dǎo)管；一第一套環(huán)，它具有連接于第一光導(dǎo)管的第一端的第一側(cè)，該第一套環(huán)構(gòu)成第一套環(huán)開口，該開口對應(yīng)于第一光導(dǎo)管的第一導(dǎo)管開口，還具有一可與第二套環(huán)嚙合的第二側(cè)；一構(gòu)成第二導(dǎo)管開口的第二光導(dǎo)管；一第二套環(huán)，它具有連接于第二光導(dǎo)管的第一端的第一側(cè)，該第二套環(huán)構(gòu)成第二套環(huán)開口，該開口對應(yīng)于第二光導(dǎo)管的第二導(dǎo)管開口，還具有一可與第一套環(huán)的第二側(cè)嚙合的第二側(cè)；若干對準件，以在一導(dǎo)管界面處旋轉(zhuǎn)地和軸向地對準第一和第二套環(huán)的第一和第二開口；以及至少一個保持機構(gòu)，保持第一套環(huán)與第二套環(huán)的軸向嚙合。
15．如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一套環(huán)的第一側(cè)通過粘結(jié)劑粘合于第一光導(dǎo)管。
16．如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一套環(huán)與第一光導(dǎo)管形成一體。
17．如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個在導(dǎo)管界面插在第一和第二套環(huán)之間的密封件。
全文摘要
一用于光分布系統(tǒng)(100)中的若干光導(dǎo)管段的連接系統(tǒng)和采用該連接系統(tǒng)的光分布系統(tǒng)。連接系統(tǒng)包括第一和第二套環(huán)(30,50)。第一套環(huán)有一第一開口(29)、一連接于第一光導(dǎo)管(20)一端的第一側(cè)和一與第二套環(huán)嚙合的第二側(cè)(40)。第二套環(huán)有一第二開口(59)、一連接于第二光導(dǎo)管(22)一端的第一側(cè)和一與第一套環(huán)的第二側(cè)嚙合的第二側(cè)。諸對準件(46,54)在導(dǎo)管界面處保持第一、第二套環(huán)的第一、二開口的周向和軸向?qū)?。一保持機構(gòu)保持第一與第二套環(huán)的軸向嚙合。
文檔編號F21V8/00GK1291270SQ98813970
公開日2001年4月11日 申請日期1998年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月15日
發(fā)明者J·A·霍夫曼, D·C·拉德克, K·J·哈根 申請人:美國3M公司