JP2009279760A - 車両用灯具反射鏡の成型方法及び当該成型方法で成型された車両用灯具反射鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の樹脂で形成する車両用灯具用反射鏡においては、耐熱性とネジレ強度の面からガラスファイバーなど比較的に多量の充填材が用いられ、それにより配光特性が乱れるものとなりアンダーコートなどによる補正に手間が係る問題点を生じていた。
【解決手段】本発明により、耐熱性を強化するため充填剤が添加された樹脂を金型で車両用灯具反射鏡の形状に成形する際に、予めに金型を樹脂のガラス転移温度近傍まで加熱し、その状態で射出を行うと、溶融により流れが良くなった樹脂が金型内を先行し、製品表面に充填剤を含まないスキン層を形成する。従って、樹脂のみで形成された平坦な表面が得られ、鏡面の形成時には充填物による表面荒れを補修するためのアンダーコート工程が省け、生産性と品質とが共に向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車両用灯具などに用いられる反射鏡の形成方法に係るものであり、詳細には、ヘッドライトなど、大きな消費電力の光源からの発熱に耐え、且つ、配光特性に正確な形状の保持が要求される反射鏡を樹脂モールドにより高い生産性で形成することを可能とする製造方法に関するものであり、加えて、当該の製造方法で形成された車両用灯具反射鏡に係るものである。

従来の、この種の反射鏡９０の構成の例を示すものが図４であり、例えばバルクモールドコンパウンド、（以下、ＢＭＣと称する）の金型による成型により、基体９１が形成されている。このときに、前記ＢＭＣは耐熱性を増すためにガラス繊維、炭酸カルシウムなどが混和された熱硬化性の樹脂が用いられているので、表面にガラス繊維や炭酸カルシュウムが浮きだし荒れた状態となっている。

よって、表面の平滑性を増すために、アンダーコート層９２が紫外線硬化型アクリル樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂などにより前記基体９１の表面に形成され、これにより平滑性が増した面上にアルミニウム、銀、銀合金などの蒸着が行われて、鏡面状となる反射膜９３が形成されている。

更に、前記反射膜９３を覆っては、反射膜９３の酸化などによる反射率の低下を防止するためのトップコート層９４が、ＳｉＯ２、又は，ＳｉＯ２と酸化チタン、或いは、透明樹脂塗料などにより形成されている。
特開２００３−３０２５０９号公報

しかしながら、前記したＢＭＣによる反射鏡９０の形成は、在来はガラスの型押し、或いは、金属板のプレス加工などで形成されていた基体９１の量産性の向上、コストダウン、軽量化など目的として行われたものであるが、現実には、ガラス、金属に対応する強度、特に高温時の耐性を保つためには厚みも厚くなり、また、ガラス繊維、炭酸カルシュウムなどの添加物の量も増え、期待したほどの軽量化の効果を生じていない。

更には、前記基体９１がガラス、金属で形成されていたときには、平面性も高いものであったのでアンダーコート層９２も、後に行われるアルミニウムなどの蒸着膜の密着性を増加させるための塗料の塗装（スピンコート）などで良く、平坦性の向上の問題もなく簡便な作業で形成可能であったものが、より複雑化するものとなっている。

従って、前記基体９１を樹脂（ＢＭＣ）化することの最大の目的である、生産性の向上、軽量化、工程の簡素化などが、期待していた程には達成されているとは言えないものとなっているのが実情であり、この点の解決が現時点での課題とされている。

本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的な手段として、ポリエーテルイミド樹脂にガラスファイバーの添加量が１０〜２０ｗｔ％含有された材料により、車両用灯具反射鏡を形成するときの形成方法であって、予めに前記車両用灯具反射鏡を形成する金型を前記ポリエーテルイミド樹脂のガラス転移温度である２１７℃以上となるように加熱し、前記金型の温度が２１７℃以上に達した時点で、前記ポリエーテルイミド樹脂と前記ガラスファイバーとの混合物を前記金型中に射出注入を行い、保圧状態を保ち適宜な手段により金型の１５０℃までの冷却を行った後に前記車両用灯具反射鏡の取出しを行うことを特徴とする車両用灯具反射鏡の成型方法、及び、上記記載の成型方法により成型されたことを特徴とする車両用灯具反射鏡を提供することで課題を解決するものである。

本発明により、車両用灯具反射鏡を樹脂で形成するときに、所定の割合で充填物（ガラスファイバー）を充填したポリエーテルイミド樹脂を、予めに当該樹脂の融点近傍まで加熱した金型に注入するので、既に、前記ポリエーテルイミド樹脂は溶融状態となっており、加圧が行われた状態では、金型中を移動する早さが速いものとなる。

よって、金型の表面には流動性に勝る前記ポリエーテルイミド樹脂が先に達するものとなり、その後に充填物であるガラスファイバーが遅れて達するものとなり、前記金型中のキャビティが充填される。よって、この状態を保ち固化させれば、形成される車両用灯具反射鏡１の表面は先に到着したポリエーテルイミド樹脂が１００％の部分が薄膜上に生じるものとなり、充填物の影響を受けないものとなる。

つぎに、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明では、車両用灯具反射鏡１の基材２を形成する樹脂として、熱硬化性であるＢＭＣ材に換えて、熱可塑性であるポリエーテルイミド樹脂２ａ（以下にＰＥＩ材２ａと称する）を使用する。

ここで、ＢＭＣ材をＰＥＩ材２ａに換えたときのデメリットとしては、第一には、ＰＥＩ材２ａがＢＭＣ材に比較して剛性が不足し、同じ板厚で成形したときには、車体への取付時の応力などでヒズミを生じ配光特性が狂う恐れを生じる問題点、第二には、ＰＥＩ材２ａは材料単価が高価であることから、ＢＭＣ材と代替したときには、製品価格が高価となる問題点を生じる。

先ず、第一の問題であるＰＥＩ材２ａの剛性不足を解消するためには、板厚を増す、或いは、添加物であるガラスファイバー２ｂの添加量を増すことが考えられる。ここで、平均的な反射鏡１の肉厚２．３mmにおける曲げ弾性率の推奨値は６ＧＰａであり、同じ厚さとしたときのガラスファイバー２ｂの充填率を１０％としたときのＰＥＩ材の曲げ弾性率が５ＧＰａであるので、曲げ弾性率は板厚の３乗に反比例することから、次式でＰＥＩ材に換えたときの必要板厚が計算できる。

（１／（（２．３）^３×６ＧＰa））＝（１／（ｘ）^３×５ＧＰa））…（１）
よって：ｘ≒２．４５mm、即ち、従来例のＢＭＣで形成したときの肉厚２．３mmに対して、ＰＥＩ材２ａで形成するときには、０．１５mm増せば良く、この寸法増加は、反射鏡１の形成、及び、車両用灯具全体の形成に対して、実質的に不都合を生じるものではなく、充分に実現可能な範囲の数値である。

また、第二の問題点に対しては、ＰＥＩ材２ａにガラスファイバー２ｂを１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲に限定して混和すること、及び、後に説明する本発明による反射鏡１の成型方法とすることで、反射鏡１の表面の平滑性が向上し、従来は絶対的に必要な工程とされたアンダーコート層９２の形成（図４参照）も不要として、総合的にコストダウンを可能とし、問題点を解決する。

図１に示すものは、本発明による前記反射鏡１の形成方法であり、図１には反射鏡１の成形手順と共に金型１０の温度も示してある。そして、金型１０は常温において、雄型１０ａと雌型１０ｂとの型締めが行われ、そして、スチーム，ヒーター、若しくは、その両者による加熱が行われる。

このようにして金型１０（１０ａ、１０ｂ）の温度が、ＰＥＩ材１ａのガラス転移温度である２１７℃近傍までスチーム、ヒーターなどにより温度Ｔの昇温がさせられて金型１０が上記の温度に達した時点で、基材２、即ちガラスファイバー２ｂが所定の重量（例えば１０ｗｔ％）添加されたＰＥＩ材２ａを金型１０内に射出する。

このようにすることで、ＰＥＩ材２ａは金型１０に射出された時点で速やかに流動し注入圧力により金型１０内を充たすものとなる。このとき、前記ＰＥＩ材２ａに混和されたガラスファイバー２ｂも同時に金型１０内に注入されるものとなるが、同じ圧力で注入された場合には、流動性の良いものほど金型１０内を速い速度で移動することが予想される。

よって、金型１０の表面には、粘度も低く、比重も軽く、且つ、液体状であるので全体的に注入圧が係るＰＥＩ材２ａが僅かに速く達するものとなり、金型１０の表面には適宜の厚みのＰＥＩ材２ａが１００％で形成されるスキン層１ａが形成されることが予想できるものとなる。

本発明では、この状態を保つべく、樹脂の充填が終了した後には、直ちに金型１０の温度を水冷など適宜な手段で冷却し、少なくとも、金型１０に触れている部分の上記スキン層１ａの保存を図るものとしており、前記金型１０の温度が１５０℃以下となった時点で前記スキン層１ａの部分の硬化は終了したものとして成型品、即ち、反射鏡１を金型１０から取り出す。

尚、上記した樹脂の充填後の冷却は、上記したスキン層１ａの保存の他に、更に重畳される効果があり、それは、本発明では上記に説明したように、樹脂の注入以前に金型１０の加熱の工程が追加されたので、成形サイクルが加熱時間だけ延びたのを、成形後に積極的に冷却することで、加熱による損失時間の一部分を回復するものとし、成形サイクルの低下が防止できるものとなる。

図２は、上記に説明した成形方法で形成した反射鏡１の要部を断面で示すものであり、発明者による当初の予想通り、射出成型時における流動方向の樹脂が突き当たる部分には約数十μｍのＰＥＩ材２ａの１００％で構成されるスキン層１ａが形成されており、その他の部分にはガラスファイバー２ｂの所定量の混和が認められる基材層１ｂが形成されるものとなっていた。

ここで、発明者は、前記スキン層１ａの形成に、上記した金型１０の予備加熱が有効であるか否かの検討と、基材層１ｂに対するガラスファイバー２ｂの添加量の適量がどの程度の混合量であるかを検討した。先ず、基材２中のＰＥＩ材２ａに対する添加量を検討してみると、板厚２．３mmの条件で、添加量＝０では曲げ弾性率は３ＧＰａであり、強度が全く不足であり、同様に添加量＝１０％であれば５ＧＰａでやや強度不足、添加量＝２０％であれば６ＧＰａで規定の強度、添加量３０％であれば８ＧＰａとなり要求値を充分に満足することを確認した。

ついで、上記のガラスファイバー２ｂの混合値としたＰＥＩ材２ａのそれぞれを、通常の成型方法、即ち、金型１０に加熱、冷却工程を施さない成型方法で車両用灯具反射鏡１として形成し、内面に直接にアルミ蒸着を行い反射特性を、拡散反射率測定器：（（有）東京電色 ＴＲ−１１００ＡＤ）により測定した。尚、このときに光学性能上問題のない拡散反射率は１．５％以下であることと設定した。

上記の測定結果では、添加剤（ガラスファイバー２ｂ）を含まないＰＥＩ材２ａの拡散反射率が、１．１％であったのに対し、添加率１０％では２８．１％、添加率２０％では３０．８％、添加率３０％では３３．２％と、添加により極端に拡散反射率は悪化し、通常の成型方法では、ガラスファイバー２ｂを添加した場合には、何らかの表面処理を行わなければ反射鏡１として使用できないものであることが明らかになった。

そして、以下に示すものが、本発明により予めに金型１０を予熱する本発明による成型方法で形成した反射鏡１に直接にアルミ蒸着を行ったときの拡散反射の状態を示すものであり、但し、前の実験でガラスファイバー２ｂを添加しないときには拡散反射率は規格にはいることが明らかではあるが、強度不足で実用化不能であるので、ここでは測定は除外した。

よって、ガラスファイバー２ｂが１０％添加された状態から測定を行ったが、このときの拡散反射率は１．２％であり、設定された１．５％をクリアし反射鏡１として使用可能であることが証明された。尚、このときにも、上記と同様に、反射鏡１の内面に直接にアルミ蒸着が行われている。

次いで、ガラスファイバー２ｂが２０％添加された状態で測定を行ったが、このときの拡散反射率は１．４％であり、設定値内であるので実用可能と判断できるものであった。しかも、曲げ弾性率は６ＧＰａまで向上しているので、ＢＭＣを採用した樹脂反射鏡と同等の強度も得られ、例えば、オフロード用車両などへの使用にも適するものとなる。

そして、最後のデータは、ガラスファイバー２ｂを３０％添加したときのものであり、強度は更に向上するが、ガラスファイバー２ｂが添加されたことによる作用が徐々に強く表れるようになり、ついに、拡散反射率が規定値である１．５％を越えて１．７％に達している。

よって、本発明においては、ガラスファイバー２ｂの添加量を１０％から２０％に限定するものであり、この範囲で、上記の成型方法で車両用灯具反射鏡１を形成する限りにおいては、図２にも示したようにスキン層１ａがＰＥＩ材２ａのみで平滑なものとして形成されるが、添加量が２０％を越えると、本発明の製造方法を持っても、ガラスファイバー２ｂなどが図３に示すように基材層１ｂから飛び出すなどして、スキン層１ａの平滑度に影響を与え拡散反射率を低下させるものとなると考えられる。

以上に説明したように、本発明によれば、従来の製造方法に比べてアルミ蒸着を行う前のアンダーコーティングを不要とする。よって、工数の低減が可能となると共に、例えば反射面が急激に曲がる部分に、塗料の表面張力による溜まりを生じることもなくなり、金型で形成された面と全く同一の反射面の形成が可能となり、配光精度の向上など車両用灯具の性能向上にも効果を奏するものとなる。

また、本発明を実際に実施するに当たっては、金型に適宜な加熱装置と冷却装置とを設ければ良く、特殊な構成の成型機が特に要求されることはない。

本発明に係る車両用灯具反射鏡の製造方法を、金型温度を示すグラフと対応して示す説明図である。 本発明に係る車両用灯具反射鏡の製造方法により製造された反射鏡を要部で示す説明図である。 本発明に係る車両用灯具反射鏡の製造方法において、添加材が過剰なときの状態を示す説明図である。 従来例を要部で示す説明図である。

符号の説明

１…車両用灯具反射鏡
１ａ…スキン層
１ｂ…基材層
２…基材
２ａ…ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ材）
２ｂ…ガラスファイバー
１０…金型
１０ａ…雄型
１０ｂ…雌型

Claims (3)

1. ポリエーテルイミド樹脂にガラスファイバーの添加量が１０〜２０ｗｔ％含有された材料により、車両用灯具反射鏡を形成するときの形成方法であって、予めに前記車両用灯具反射鏡を形成する金型を前記ポリエーテルイミド樹脂のガラス転移温度である２１７℃以上となるように加熱し、前記金型の温度が２１７℃以上に達した時点で、前記ポリエーテルイミド樹脂と前記ガラスファイバーとの混合物を前記金型中に射出注入を行い、保圧状態を保ち適宜な手段により金型の１５０℃までの冷却を行った後に前記車両用灯具反射鏡の取出しを行うことを特徴とする車両用灯具反射鏡の成型方法。
2. 請求項１記載の成型方法により成型されたことを特徴とする車両用灯具反射鏡。
3. 請求項２記載の車両用灯具反射鏡の反射面部分には、直接にアルミニウム若しくは銀蒸着が行われて反射面が形成されていることを特徴とする請求項２記載の車両用灯具反射鏡。

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