JP2011189535A - 室内灯レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂使用量が少なく安価に量産でき、面全体に亘って光を拡散透過できる車両の室内灯レンズを提供する。
【解決手段】天然繊維１２と熱可塑性樹脂１１とを含み、射出成形により得られる。天然繊維１２の含有率を３０〜４０重量％とし、繊維径は１００μｍ以下が好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維と樹脂とを含む、車両の室内灯レンズに関する。

従来から、自動車等の室内灯レンズには、ポリカーボネート等の透明樹脂が使用されている。この種のレンズは、透明樹脂製であるため、そのままでは内部の光源（電球など）が透けて見える。そこで、従来では、内部の光源を見えないようにするため、また光源からの光を拡散させてレンズ全体から光を通すため、表面をダイヤカット加工している。したがって、従来の室内灯レンズ１００は、図３に示すように、その一面にダイヤカット１０１が形成されていた。また、ダイヤカット１０１に加えて、シボ加工が施されることもあった。しかし、レンズ表面をダイヤカット加工する場合、多数の突起を形成するために樹脂使用量を多くする必要があり、レンズ重量やコストの増大を避けられなかった。

これに対し、ダイヤカット加工を施していないレンズとして、特許文献１がある。特許文献１のレンズは車両の室内灯用ではないが、繊維と樹脂とを含むレンズである。詳しくは、ガラス繊維をシート状に織り込んだ織物に、ガラス繊維織物と屈折率の差が±０．０２以下である透明な熱硬化性樹脂を含浸・固化して樹脂被膜層（レンズベース）としている。これにより、ベース部分の透明性を確保しながら、強度を向上している。そのうえで、樹脂被膜層の少なくとも片面に、ビーズが分散されたビーズ層を設けている。当該ビーズ層によって、光源を外部から視認し難くすると共に、光がビーズによって拡散することで、レンズ全体から光を透過させている。

なお、レンズではないが、自動車部品用の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）として特許文献２がある。特許文献２では、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂と天然繊維とを混合して射出成形している。当該成形体は繊維強化プラスチックなので、強度が重要である。しかし、天然繊維を含む成形体を射出成形する場合、天然繊維が糸玉状に丸くなって強度が低下する場合がある。そこで、特許文献２では、天然繊維と熱可塑性樹脂の混合物に発泡剤を添加して、射出成形の際に発泡させることで天然繊維に延伸力を作用させることで、天然繊維の糸玉化を防いでいる。なお、特許文献２では、天然繊維を５重量％含み、繊維径や繊維長に関する記載はない。

特開２００６−２１２８２０号公報 特開２００７−２４５３４８号公報

特許文献１では繊維を使用しているが、当該繊維は強度を向上させるためのガラス繊維であって、光の拡散には寄与しない。光の拡散はビーズによって行っているが、ビーズ層を設けるのではレンズ重量やコストの増大を避けられない。ビーズ層を形成する手間も要する。また、ガラス繊維はシート状に織り込まれているので、形状の自由度は低い。しかも、ガラス繊維シートに熱硬化性樹脂を含浸・硬化させているので、射出成形は不可能である。したがって、量産性も低い。

一方、特許文献２の成形体は射出成形しているので量産には適している。しかし、自動車部材用ではあるが、光の透過や拡散を想定していない繊維強化プラスチックであって、レンズとして使用するものではない。また、天然繊維の糸玉化による強度低下を防ぐため、発泡剤を必須としている。これでは成形体中に気泡が生じてしまい、レンズとしては悪影響のおそれがある。しかも、天然繊維は５重量％しか含有されていないので、光をレンズ全体へ拡散させることはできない。したがって、特許文献２の成形体をレンズとして使用しようとしても、従来と同様に表面のダイヤカット加工が必要となる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、樹脂使用量が少なく安価に量産でき、面全体に亘って光を拡散透過できる車両の室内灯レンズを提供することを目的とする。

本発明の車両の室内灯レンズは、天然繊維と熱可塑性樹脂とを含み、射出成形により得られる。射出成形により得られるので形状の自由度が高く、且つ生産性が高い。また、天然繊維を使用しているので、廃棄する際の環境負荷が小さい。天然繊維の含有率は３０〜４０重量％である。すなわち、レンズ中に適量の天然繊維が含まれている。これにより、レンズの全光線透過率を確保しながら、良好な光散乱係数を付与できる。すなわち、光源から入射された光が、レンズ内において天然繊維で種々の方向へ乱反射することで、レンズ全体に亘って光を拡散透過させることができる。しかも、適量の天然繊維が含まれていることで、レンズを透して光源を視認することはできない。したがって、従来のようなダイヤカット加工や特許文献１のようなビーズ層は不要であり、その分樹脂使用量を低減できる。これにより、レンズの軽量化及びコスト削減が可能となる。また、表面加工の手間も省ける。

前記天然繊維の繊維径は、１００μｍ以下とすることが好ましい。繊維系が１００μｍ以下であれば、光の散乱係数が良好であり、光を全体に亘って拡散透過させることができる。

本発明によれば、樹脂使用量が少なく安価に量産でき、面全体に亘って光を拡散透過できる車両の室内灯レンズを得ることができる。

室内灯レンズの斜視図である。 光の拡散透過状態を示す模式図である。 従来の室内灯レンズの斜視図である。

本発明のレンズ１０は、図１に示すように、ベースとなる熱可塑性樹脂１１と天然繊維１２とを含んで成る。なお、レンズ１０の表面には、従来の室内灯のようなダイヤカットや、特許文献１のような光を拡散させるための被膜層は有していない。本発明のレンズは射出成形により得られ、車両の室内灯レンズとして好適である。車両としては、代表的には自動車が挙げられるが、その他軽車両、トローリーバス、汽車，列車，電車等の鉄道車両、戦車，装甲車等の軍用車両、建設車両、農業車両、産業車両なども挙げられる。室内灯の光源としては、電球や発光ダイオード等が使用されている。

熱可塑性樹脂としては、透明ないし半透明の樹脂を使用する。光の透過を前提としているからである。但し、本発明においては、光の透過性よりも拡散性（散乱係数）が重要である。ダイヤカットやビーズ層等を設けることなく光を全体的に拡散透過させることを主目的としているからである。透明ないし半透明な熱可塑性樹脂とは、光源から照射される光が透過する程度の透明度を有する熱可塑性樹脂である。具体的には、曇度（ヘイズ）測定値が８０％以下、好ましくは６０％以下、より好ましくは４０％以下の熱可塑性樹脂である。透明ないし半透明の熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（エチレン−２，６−ナフタレート）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、プロピレン−エチレン共重合体、ポリスチレン樹脂、芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する（メタ）アクリル酸アルキルエステルとの共重合体、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル樹脂などを挙げることができる。これらの熱可塑性樹脂は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合使用してもよい。中でも、透明性が良好なポリカーボネート樹脂や、安価なポリプロピレン樹脂が好ましい。

天然繊維としては、綿、カポック、ケナフ、ラミー（苧麻）、リネン（亜麻）、アバカ（マニラ麻）、ヘネケン（サイザル麻）、ジュート（黄麻）、ヘンプ（大麻）、ヤシ、パーム、コウゾ、ワラ、バガスなどが挙げられる。必要に応じて漂白したり、着色してもよい。漂白や着色することで、白色灯、赤色灯、青色灯など、種々の色を表現できる。

レンズ中における天然繊維の含有量（率）は、少なくとも３０〜４０重量％、好ましくは３０〜３５重量％とする。繊維の含有量が３０重量％未満では、光散乱係数が小さく、レンズ全体に亘って良好に光を拡散透過し難くなるからである。一方、繊維の含有量が４０重量％を超えると、流動性が低下して射出成形が困難となる。繊維の含有量が３０〜３５重量％であれば、透過性及び散乱係数の双方が良好なレンズとなる。

天然繊維は、天然植物から繊維を得た状態でそのまま使用することもできるし、解繊したうえで使用することもできる。但し、繊維を解繊するには手間を要するので、天然植物から得られた状態の繊維をそのまま使用することが好ましい。なお、植物によっては、繊維を単繊維の状態で得られるものと、繊維束の状態で得られるものがある。したがって、次に説明する本発明における繊維径とは、解繊した繊維の繊維径はもちろん、単繊維や繊維束の状態での繊維径も含む。

天然繊維の繊維径（繊維の直径）は、少なくとも１８０μｍ以下とすることが好ましい。繊維径が１８０μｍを超えてもレンズとしてはある程度機能するが、光の散乱係数が一般的なランプシェード材の散乱係数（２．９〜３．６程度）よりも低くなるからである。より好ましくは、繊維系を１００μｍ以下とする。繊維径が１００μｍ以下であれば、良好な散乱係数を確保できる。さらに好ましくは、繊維系を７０μｍ以下とする。繊維系が大きいほど透過性が低下する傾向があるが、繊維径が７０μｍ以下であれば、光透過性もある程度担保できる。繊維径の下限は特に限定されないが、天然繊維を解繊することなく使用する場合は、繊維の細さには限界がある。すなわち、最も繊維径の小さい綿の繊維径は、小さいもので１０μｍ程度である。

天然繊維の繊維長は、良好に射出成形できる範囲であれば特に限定されない。良好に射出成形できる繊維長の上限は５ｍｍ程度である。繊維長が５ｍｍを超えると、成形時に繊維が絡まって良好に成形できなくなる。なお、本発明においては、繊維長が比較的長いこことで糸玉が生じても特に問題は無い。強度向上を目的としていないからである。光拡散性の点においては、かえって糸玉が好適に作用することもある。繊維が短いほど散乱係数が向上する傾向があるので、繊維長の下限は特に限定されない。繊維加工性の点からは、０．１ｍｍ程度あればよい。

本発明のレンズは、透明ないし半透明の熱可塑性樹脂をベースとして、上記のような天然繊維を適量含むことで、一定の全光線透過率を担保しながら良好な光散乱係数が得られる。これにより、図２に示すように、光源２０からの入射光Ｌ１がレンズ１０に入射されると、レンズ１０中の天然繊維１２によって入射光Ｌ１が種々の方向へ乱反射しながら拡散することで、レンズ１０全体から透過光Ｌ２が透過する。

（試験１）
レンズ中における天然繊維の含有量（率）を種々変更した場合の傾向について評価した。熱可塑性樹脂として、半透明なポリプロピレン樹脂を使用した。詳しくは、融点１４０℃程度の低融点ポリプロピレンを使用した。天然繊維としては、繊維径３０〜３６μｍ、繊維長３ｍｍのラミー繊維を使用した。ポリプロピレンとラミー繊維とを表１に示す割合で混練して射出成形した試料（レンズ）１〜５を作製し、各試料の全光線透過率と散乱係数を測定した。その結果も表１に示す。なお、各試料は、５５ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの扁平な板状に形成した。また、全光線透過率及び散乱係数は村上色彩技術研究所製の分光光度計ＣＭＳ−３５ＳＰを用いて、製紙科学などの分野で一般的に用いられる公知の方法により測定した。測定条件は、光源：Ｄ６５光源、視野：１０°視野、表色系：CIE L*a*b*、光学条件：正反射を含まないS.C.E方式、測定面積：12×17とした。

表１の結果から、試料１，２では、散乱係数が極めて低かった。一方、試料３〜５は、一般的なランプシェードと同等の散乱係数を有している。これにより、レンズ中の繊維含有量は、少なくとも３０重量％以上とすべきことがわかった。また、表１の結果から、繊維の含有量を増大するにともない、全光線透過率が低下する一方、光散乱係数は増大する傾向が確認された。特に、試料５では、光散乱係数の増大に比べて全光線透過率の低下が大きかった。これにより、良好な全光線透過率も確保するには、繊維の含有量は３５重量％以下とすることが好ましいことがわかった。

（試験２）
次に、繊維径を種々変更した場合の傾向について評価した。熱可塑性樹脂として半透明なポリプロピレン（住友化学社製ＡＺ８６４）を使用し、繊維の含有量を３０重量％として射出成形した。各試料の形状は試験１と同じである。繊維径は、解繊していない繊維の種類によって変更した。各繊維の繊維長は３ｍｍとした。表２に示す繊維径の試料６〜１０を作製し、各試料の全光線透過率と光散乱係数を試験１と同様に測定した。その結果も表２に示す。

表２の結果から、試料１０では光散乱係数が大きく低下していたが、試料６〜９では良好な光散乱係数を有していた。これにより、繊維径は少なくとも１８０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下であることがわかった。また、試料６〜９の結果から、繊維径が大きいほど光散乱係数が向上するが、反面全光線透過率が低下する傾向が確認された。特に試料９は、光散乱係数は高いが全光線透過率が大きく低下していた。これにより、より好ましくは繊維長が７０μｍ以下であることがわかった。

（試験３）
次に、繊維長の影響についても評価した。熱可塑性樹脂には半透明なポリプロピレン（プライムポリマー社製Ｊ１０６Ｇ）を使用した。天然繊維には繊維径３０〜３６μｍのラミー繊維を使用し、繊維含有量を３０重量％とした。表３に示す繊維長とした試料１１〜１４を射出成形により作製し、各試料の全光線透過率と光散乱係数を試験１，２と同様にして測定した。各試料の形状も試験１，２と同じである。

表３の結果から、試料１１〜１４のいずれも、良好な全光線透過率及び光散乱係数を有していた。これにより、繊維長が０．１〜５．０ｍｍの範囲であれば、レンズとして支障がないことがわかった。中でも、試料１２，１３の結果がより良好であった。これにより、繊維長は０．３〜３．０ｍｍがより好ましいことがわかった。また、繊維長が短いほど、光散乱係数が高くなる傾向も確認された。

１０ 室内灯レンズ
１１ 樹脂
１２ 天然繊維
２０ 光源
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 透過光

Claims (2)

1. 天然繊維と熱可塑性樹脂とを含み、
   前記天然繊維の含有率が３０〜４０重量％であり、
   射出成形により得られる、車両の室内灯レンズ。
2. 前記天然繊維の繊維径が１００μｍ以下である、請求項１に記載の車両の室内灯レンズ。
   
   
   

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