JP2012014117A - 反射鏡、照明装置、および、反射鏡の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率が高く、耐湿性および耐アルカリ性に優れた反射膜を備える反射鏡および照明装置を提供する。
【解決手段】反射膜としてアルミニウムとガドリニウムの合金膜２３を用い、この合金膜の表面には、該合金膜を酸化した酸化層２４が配置されている構成とする。この反射鏡は、別途保護膜を備えなくとも、耐アルカリ性および耐湿性に優れている。合金膜のガドリニウム含有率は、４at％以下、１at％以上であることが好ましい。酸化層２４は、合金膜２３の表面を、酸素プラズマに曝す酸素プラズマ処理工程によって形成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リフレクタを備えた照明装置に関し、特に車両用灯具に適した照明装置に関する。

車両用灯具の基本構成は、例えば特許文献１に記載されているように、レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源およびリフレクタを備え、光源からリフレクタ方向に向かって出射された光をリフレクタで反射し、レンズを通して灯具の前方に照射するものである。

リフレクタの構造は、合成樹脂基板の表面に、アンダーコート層を形成し、その上にアルミニウム等の反射膜を蒸着法やスパッタ法等により形成し、さらに、保護膜を形成した構造が特許文献２等に開示されている。アンダーコート層としては、有機溶剤を用いた湿式塗装法によりアクリル系樹脂層等を形成する方法や、プラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜を形成する方法が用いられる。保護膜としては、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシロキサン）を導入し、プラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜（はっ水性重合体膜）を成膜する方法や、塗装法でアクリル系樹脂層を形成する方法が知られている。

アンダーコート層は、合成樹脂基板の平滑性や密着性を向上させ、金属膜の密着性を高めるために配置されている。保護膜は、アルミ膜等の金属膜がアルカリ水溶液に溶けやすいことから、これを保護し、リフレクタの耐アルカリ性を向上させるために配置されている。また、特許文献２の技術では、保護膜（はっ水性重合体膜）の上に親水性重合体膜をさらに形成している。

リフレクタの金属膜にアルミ蒸着膜を用いた場合、可視光全域で約８５〜９０％の反射率が得られることから、自動車や自動二輪車などの車両用灯具に広く利用されている。

特開平１０−３１９０９号公報 特開２０１０−１５４２号公報

従来の層構造のリフレクタは、塗装法やプラズマＣＶＤ法によりアンダーコート層や保護層を成膜する必要があり、工程が複雑になるという問題があった。また、アンダーコート層−アルミ反射膜層−保護膜−親水化性重合膜を順次形成していく際に、特許文献２では、各層の密着性を向上させるために各層間においてボンバード処理を行うため、成膜に付随する工程も多い。

保護膜をプラズマＣＶＤ法で成膜する場合、成膜装置の真空槽内壁に酸化シリコン膜が堆積する。堆積した酸化シリコン膜が成膜中に剥離し、反射膜面に付着しやすく、歩留まり低下の原因となる。これを防止するためには定期的に真空槽内壁を清掃する必要があるが、そのためには成膜装置を停止させなければならず、製造効率の低下につながる。

一方、保護膜を塗装法で成膜する場合、塗布面にゴミが付着しやすくなるため、歩留まりが低下する。また、有機溶剤を含む樹脂材料を塗布する工程となるため、環境負荷が大きい。作業者の健康面からも有機溶剤の使用を減らすことが望まれている。

本発明の目的は、製造効率が高く、耐湿性および耐アルカリ性に優れた反射膜を備える反射鏡および照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、反射膜としてアルミニウムとガドリニウムの合金膜を用い、この合金膜の表面には、該合金膜を酸化して形成した酸化層が配置されている反射鏡が提供される。

この反射鏡は、最表面層が酸化層であり、別途保護膜を備えない構成とすることができる。

合金膜のガドリニウム含有率は、４at％以下であることが好ましい。また、合金膜のガドリニウム含有率は、１at％以上であることが好ましい。

また、本発明の別の態様によれば、反射膜として、アルミニウムとガドリニウムの合金膜を成膜する工程と、合金膜の表面を、酸素プラズマに曝す酸素プラズマ処理工程と、を有する反射鏡の製造方法が提供される。

成膜工程は、スパッタリング法により行い、前記スパッタリング法を行う真空装置内で、成膜工程に連続して前記酸素プラズマ処理工程を行うことが可能である。

本発明の反射鏡および照明装置は、反射膜としてアルミニウムとガドリニウムの合金膜を用いることにより耐アルカリ性に優れた反射膜を得ることができ、かつ、この合金膜の表面に、合金膜を酸化して形成した酸化層が配置することにより、耐湿性を向上させることができる。よって、別途保護膜を形成する必要がなく、簡素な構成にすることができるため、製造効率が高く、しかも、耐湿性および耐アルカリ性に優れた反射膜を備える反射鏡および照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態のヘッドランプの断面構成を示すブロック図。 図１のリフレクタの層構成を示す断面図。 （ａ）本実施形態のリフレクタの製造工程を示す説明図、（ｂ）従来技術のリフレクタの製造工程を示す説明図。 （ａ）および（ｂ）実施例１で製造したリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｃ）および（ｄ）比較例１のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｅ）および（ｆ）比較例２のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｇ）および（ｈ）比較例３のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真。 （ａ）実施例１のリフレクタ試料のＸＰＳ法により測定した膜厚方向の組成濃度を示すグラフ、（ｂ）比較例１のリフレクタ試料のＸＰＳ法により測定した膜厚方向の組成濃度を示すグラフ。 実施例のリフレクタの反射率の波長依存性を示すグラフ。 （ａ）および（ｂ）実施例２で製造したリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｃ）および（ｄ）比較例４のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｅ）および（ｆ）比較例５のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真、（ｇ）および（ｈ）比較例６のリフレクタ試料の耐アルカリ性および耐湿性試験後の表面を示す写真。

本発明の一実施の形態の照明装置について説明する。

本発明では、ガドリニウムを含むアルミニウム合金膜を反射膜として用い、かつ、その表面に酸素プラズマ処理を施すことにより、耐アルカリ性および耐湿性に優れた反射膜を得ることができる。これにより、反射膜上に保護膜を形成することなく、簡単な構成で耐アルカリ性および耐湿性に優れた反射鏡（リフレクタ）を提供することができる。

本実施形態では、ヘッドランプを例に説明する。図１に示すように、本実施形態のヘッドランプは、光出射方向側に配置されたレンズカバー４０と、背面側に配置されたランプボディ５０とを備え、レンズカバー４０とランプボディ５０により形成された灯室６０内には、光源３０とリフレクタ２０とが配置されている。リフレクタ２０の周囲には、リフレクタ２０とランプボディ５０との間の空間を装飾するためにエクステンションリフレクタ１０が配置されている。

光源３０から出射された光は、直接、または、リフレクタ２０によって反射されて、レンズカバー４０を通過し、前方に照射される。

リフレクタ２０の膜構成について図２を用いて説明する。リフレクタ２０は、図２に示すように樹脂製の基材２１の上に、アンダーコート層２２と反射膜２３を積層した構成である。

基材２１は、所望のリフレクタ２０の形状に加工されている。基材２１の材質としては、ＰＰＳ(Polyphenylenesulfide)、ＢＭＣ(Bulk Molding Compound)、ＰＥＴ／ＰＢＴ(Polyethylene Terephthalate/Polybutylene Terephthalate)などを好適に用いることができる。

アンダーコート層２２は、樹脂製の基材２１の平滑性と密着性を向上させるための層であり、公知のアンダーコート層を用いることができる。具体的には例えば、アクリル系樹脂層や酸化シリコン層をアンダーコート層２２として配置する。また、平滑性や密着性のある基材に関してはアンダーコート層２２を省くことができる。

反射膜２３は、アルミニウムとガドリニウムの合金（Ａｌ−Ｇｄ合金）によって形成された層である。反射膜２３を構成するＡｌ−Ｇｄ合金は、純アルミニウムにガドリニウムを含有する。ガドリニウムを含有することにより、反射膜２３の耐アルカリ性を向上させることができる。ガドリニウムの含有割合は、反射膜２３としての反射率を維持するために、４at％以下であることが好ましい。また、高い耐アルカリ性を発揮するために、ガドリニウムは、１at％以上含有されていることが好ましい。

反射膜２３の膜厚は、５０ｎｍ以上であることが好ましく、特に、１５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましい。

反射膜２３の表面には、反射膜２３を構成するＡｌ−Ｇｄ合金層の表面を酸素プラズマで処理することにより形成した、酸素プラズマ処理層２４が形成されている。このようにＡｌ−Ｇｄ合金層の表面を酸素プラズマで処理して酸素プラズマ処理層２４を形成することにより、耐湿性を向上させることができる。

本実施形態では、Ａｌ−Ｇｄ合金層の表面を酸素プラズマ処理するだけで、耐アルカリ性のみならず耐湿性にも優れた反射膜２３を得ることができる。よって、信頼性の高い、照明装置を提供することができる。

また、従来のように保護膜や、その上にさらに親水性膜を形成する必要がなく、簡単な層構成で耐アルカリ性および耐湿性に優れたリフレクタ２０を得ることができる。

本実施形態のリフレクタ２０の製造工程について図３（ａ）を用いて説明する。まず、所望のリフレクタ２０の形状に加工された基材２０を用意する。その上に、アンダーコート層２２を湿式塗装法または気相成長法により成膜する（工程１００）。例えば、アンダーコート層２２としてアクリル系樹脂膜を形成する場合には、有機溶剤を用いた湿式塗装法により形成する。また、アンダーコート層２２として酸化シリコン膜を形成する場合には、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法で形成する。

次に、反射膜２３としてＡｌ−Ｇｄ合金膜を成膜する。例えば、純アルミニウムに４at％以下のガドリニウムを含むスパッタターゲットを用いてスパッタ法により反射膜２３を成膜することができる。

最後に、ＤＣ（直流）、ＭＦ（中波）またはＲＦ（高周波）励起法等を用いて、酸素プラズマを発生させ、反射膜２３の表面を酸素プラズマに曝す。これにより、Ａｌ−Ｇｄ合金膜の表面を酸化した酸素プラズマ処理層２４を形成する。以上によりリフレクタ２０が製造される。

本実施形態のリフレクタ２０の製造工程を、図３（ｂ）に示すような従来（特許文献２に記載）のリフレクタの製造工程（工程４００〜４０３）と比較すると、従来法は、工程４０１で成膜したアルミニウム反射膜の表面をボンバード処理し、耐アルカリ性を示す酸化シリコン膜（はっ水性膜）をプラズマＣＶＤで形成する工程４０２と、酸化シリコン膜（はっ水性膜）の表面をボンバード処理し、プラズマＣＶＤにより親水性膜を形成する工程４０３が必要である。これに対し、本実施形態の製造方法では、工程１０１で成膜したＡｌ−Ｇｄ合金の反射膜２３に、酸素プラズマ処理（工程１０２）を施すのみでよく、従来の工程４０２，４０３のボンバード処理およびプラズマＣＶＤが不要である。

よって、本実施形態の製造方法は、保護膜成膜のためのプラズマＣＶＤ工程が不要となり、製造工程の簡素化が図れ、製造コストが低減できる。

また、本実施形態では、真空槽内の堆積物が剥がれてゴミの発生の原因となり得る保護膜成膜のためのプラズマＣＶＤ工程（工程４０２，４０３）が不要になる。よって、反射膜２３を正常に保つことができ、製造歩留まりを向上させることができる。

さらに、本実施形態では、従来の工程４０２，４０３で真空槽内に付着する堆積物をクリーニングする必要もなく、メンテナンス時間を短縮でき、製造効率の向上および製造コストの低減が可能になる。

また、本実施形態では反射膜の上に保護膜が不要であるため、保護膜の成膜のために有機溶剤を用いる必要もない。

なお、本実施形態では、ガドリニウムを含むアルミニウム合金により反射膜２３を形成したが、ガドリニウムに加えて他の元素、例えば銅、ビスマス、インジウム、マグネシウム、チタン、亜鉛および錫を含んでいてもよい。

本実施形態の照明装置は、自動車用のヘッドライト、各種照明器具の用途として用いることができる。また、本実施形態のリフレクタの膜構成は、各種ディスプレイの反射膜、各種電子部品の反射膜、太陽光発電装置の反射膜の用途に用いることができる。

本発明の照明装置のリフレクタ２０を製造し、耐アルカリ性および耐湿性を確認した。
（実施例１）
ＰＰＳ(Polyphenylenesulfide)樹脂製の基板２１上にアクリル樹脂製のアンダーコート層２２を塗布法により厚さ約２０μｍ形成した。

その基板２１をスパッタリング装置に入れ、アンダーコート層２２上に反射膜２３と酸素プラズマ処理層２４とを連続形成した。具体的には、Ａｌ−Ｇｄ合金（Ｇｄ２at％、残部Ａｌ）ターゲットを用い、ＤＣスパッタリング法により、入力電力５０００Ｗ、成膜時間２分、１００％Ａｒ雰囲気で厚さ約１６０ｎｍのＡｌ−Ｇｄ合金（Ｇｄ２at％残部Ａｌ）膜を反射膜２３として成膜した。連続して、入力電力３．８ｋＷ、１００％酸素雰囲気、ＭＦ励起法で酸素プラズマを生成し、Ａｌ−Ｇｄ合金膜の表面を曝すことにより、表面を酸化させ、酸素プラズマ処理層２４を形成した。これにより、実施例１のリフレクタ２０を製造した。

（比較例１）
酸素プラズマ処理を行わず、他の工程は実施例１と同様にして、比較例１のリフレクタを製造した。

（比較例２）
ＰＰＳ(Polyphenylenesulfide)樹脂製の基板２１上にアクリル樹脂のアンダーコート層２２を塗布法により厚さ約２０μｍ形成した。

その基板２１をスパッタリング装置に入れ、アンダーコート層２２上に反射膜としてＡｌ膜を形成し、さらにその表面に酸素プラズマ処理層を形成した。具体的には、Ａｌターゲットを用い、ＤＣスパッタリング法により、入力電力５０００Ｗ、成膜時間２分、１００％Ａｒ雰囲気で厚さ１２０ｎｍのＡｌ膜を反射膜として成膜した。連続して、入力電力３．８ｋＷ、１００％酸素雰囲気、ＭＦ励起法で酸素プラズマを生成し、Ａｌ膜の表面を曝すことにより、表面を酸化させ、酸素プラズマ処理層を形成した。これにより、比較例２のリフレクタを製造した。

（比較例３）
酸素プラズマ処理を行わず、他の工程は比較例２と同様にして、比較例３のリフレクタを製造した。

（耐アルカリ性評価）
実施例１および比較例１〜３の試料に耐アルカリ性試験を行った。具体的には、１％ＫＯＨ溶液に、各試料を１０分間浸漬した後、目視で試料を観察し、透け、剥離および白点等の欠陥がないものを○、透け、剥離および白点の少なくとも一つがあるものを×として評価した。

（耐湿性評価）
実施例１および比較例１〜３の試料に耐湿性試験を行った。具体的には、湿度９８％、温度５０℃の恒温恒湿雰囲気に２４０時間曝した後、室温に１時間放置した。その後、目視で試料を観察し、透け、剥離および白点等の欠陥がないものを○、透け、剥離および白点の少なくとも一つがあるものを×として評価した。

以上の結果を表１に示す。また、試験後の試料の写真を図４（ａ）〜（ｈ）に示す。

表１および図４（ａ），（ｂ）のように、実施例１の試料は、耐アルカリ性試験および耐湿性試験のいずれにも欠陥を生じなかった。比較例２，３のアルミ膜の試料は、表１および図４（ｅ），（ｇ）のように酸素プラズマ処理の有無にかかわらず、耐アルカリ性試験において約３分で溶解した。また、比較例２，３の試料は、表１および図４（ｆ），（ｇ）のように耐湿性試験において反射膜が溶解した。一方、比較例１のＡｌ−Ｇｄ膜は、表１および図４（ｃ）のように耐アルカリ性試験では欠陥は生じなかったが、図４（ｄ）のように耐湿性試験において、反射膜が溶解した。

以上のことから、本実施例１の試料は、Ａｌ−Ｇｄ膜に酸素プラズマ処理を施すことにより、耐アルカリ性および耐湿性の両方に優れた反射膜が得られることが確認された。

また、実施例１の試料と、比較例１の試料をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により深さ方向の組成を調べたところ、図５（ａ），（ｂ）に示すように、実施例の試料は、比較例１の試料と比較して、Ａｌ−Ｇｄ膜（反射膜２３）の表面に酸素リッチな表面層（酸素プラズマ処理層２４）が形成されていることが確認された。

また、実施例の試料の反射率を調べたところ、図６のように少なくとも３５０ｎｍ〜８００ｎｍの可視光域において８５％以上の反射率を示し、リフレクタとして十分な反射率であることが確認された。

（実施例２）
実施例２では、基板２１として、ＢＭＣ(Bulk Molding Compound)樹脂製の基板を用いる。他の構成および製造方法は、実施例１と同様にして、実施例２のリフレクタ２０を製造した。

（比較例４）
酸素プラズマ処理を行わず、他の工程は実施例２と同様にして、比較例４のリフレクタを製造した。

（比較例５）
ＢＭＣ(Bulk Molding Compound)樹脂製の基板２１を用いる他は、比較例２と同様にして比較例５のリフレクタを製造した。

（比較例６）
酸素プラズマ処理を行わず、他の工程は比較例５と同様にして、比較例６のリフレクタを製造した。

（耐アルカリ性評価）
実施例２および比較例４〜６の試料に耐アルカリ性試験を行った。試験方法および評価方法は、実施例１と同様である。

（耐湿性評価）
実施例２および比較例４〜６の試料に耐湿性試験を行った。試験方法および評価方法は、実施例１と同様である。

以上の結果を表２に示す。また、試験後の試料の写真を図７（ａ）〜（ｈ）に示す。

表２および図７（ａ），（ｂ）のように、実施例の試料は、耐アルカリ性試験および耐湿性試験のいずれにも欠陥を生じなかった。比較例５，６のアルミ膜の試料は、表２および図７（ｅ），（ｇ）のように酸素プラズマ処理の有無にかかわらず、耐アルカリ性試験において溶解した。また、比較例５，６の試料は、表２および図７（ｆ），（ｇ）のように耐湿性試験において反射膜が溶解した。一方、比較例４のＡｌ−Ｇｄ膜は、表２および図７（ｃ）のように耐アルカリ性試験では欠陥は生じなかったが、図７（ｄ）のように耐湿性試験において、反射膜が溶解した。

以上のことから、本実施例２の試料は、Ａｌ−Ｇｄ膜に酸素プラズマ処理を施すことにより、耐アルカリ性および耐湿性の両方に優れた反射膜が得られることが確認された。

１０…エクステンションリフレクタ、２０…リフレクタ、２１…基材、２２…アンダーコート、２３…反射膜、２４…酸素プラズマ処理層、３０…光源、４０…レンズカバー、５０…ランプボディ、６０…灯室

Claims (7)

1. 反射膜としてアルミニウムとガドリニウムの合金膜を備え、前記合金膜の表面には、該合金膜を酸化して形成した酸化層が配置されていることを特徴とする反射鏡。
2. 請求項１に記載の反射鏡において、最表面層が前記酸化層であることを特徴とする反射鏡。
3. 請求項１または２に記載の反射鏡において、前記合金膜のガドリニウム含有率は、４at％以下であることを特徴とする反射鏡。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の反射鏡において、前記合金膜のガドリニウム含有率は、１at％以上であることを特徴とする反射鏡。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の反射鏡を備えた照明装置。
6. 反射膜として、アルミニウムとガドリニウムの合金膜を成膜する工程と、
   前記合金膜の表面を、酸素プラズマに曝す酸素プラズマ処理工程と、を有する反射鏡の製造方法。
7. 請求項６に記載の反射鏡の製造方法において、前記成膜工程は、スパッタリング法により行い、前記スパッタリング法を行う真空装置内で、成膜工程に連続して前記酸素プラズマ処理工程を行うことを特徴とする反射鏡の製造方法。