JP2019055366A - 車両用の樹脂製複合モジュール及びその製造方法 - Google Patents

車両用の樹脂製複合モジュール及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】意匠性と、耐擦傷性を備える車両用の樹脂製複合モジュールとその製造方法を提供する。【解決手段】車両ウィンドウを有し、三次元形状の表面を有する車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法であって、前記樹脂製複合モジュールは、樹脂製モジュール基体と、前記樹脂製モジュール基体の上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を備え、樹脂製モジュール基体の上にシリコーン系ポリマーを塗布してハードコートを形成する工程と、前記ハードコートの表面の少なくとも一部に、その硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上となるように、紫外線を照射する工程とを有し、前記紫外線を照射する工程において、少なくとも光源を有し出射面から波長360nm以下の紫外線を出射する光源ユニットを用いて、前記出射面から前記ハードコートの表面までの距離が10mm以下となるように、前記ハードコートの表面に紫外線を照射する、車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。【選択図】図2

Description

本発明は、車両用の樹脂製複合モジュール及びその製造方法に関する。
特許文献1及び特許文献2などにより、車両用ランプやリアウィンドウ等を一体に有するリアモジュールが提案されている。
特開2014−8810号公報 特開2014−8837号公報
本発明者は、特許文献1及び特許文献2に提案されるリアモジュールを具体化することを検討した。リアモジュールは、複数の部品を滑らかな曲面で覆う必要があり、また、外観意匠性が特に要求されることから、複雑な三次元形状に成形することが要求される。このため、ガラスと比較して成形の自由度の高い樹脂でリアモジュールを形成することが好ましいことに着目した。しかし、単に樹脂で成形するだけでは、特にウィンドウ部分に相当する部位に傷がつきやすい。
そこで本発明は、意匠性と、耐擦傷性を備える車両用の樹脂製複合モジュールとその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法は、
車両ウィンドウを有し、三次元形状の表面を有する車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法であって、
前記樹脂製複合モジュールは、
樹脂製モジュール基体と、
前記樹脂製モジュール基体の上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を備え、
樹脂製モジュール基体の上にシリコーン系ポリマーを塗布してハードコートを形成する工程と、
前記ハードコートの表面の少なくとも一部に、その硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上となるように、紫外線を照射する工程とを有し、
前記紫外線を照射する工程において、少なくとも光源を有し出射面から波長360nm以下の紫外線を出射する光源ユニットを用いて、前記出射面から前記ハードコートの表面までの距離が10mm以下となるように、例えば不活性ガス雰囲気で前記ハードコートの表面に紫外線を照射する。
また、本発明の一側面に係る車両用の樹脂製複合モジュールは、
車両のウィンドウを有し、三次元形状の表面を有する車両用の樹脂製複合モジュールであって、
樹脂製モジュール基体と、
前記樹脂製モジュール基体の上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を備え、
前記ハードコートの表面の少なくとも一部に波長360nm以下の紫外線が照射されてその硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている。
本発明によれば、意匠性と、耐擦傷性を備える車両用の樹脂製複合モジュールとその製造方法を提供することができる。
本実施形態に係る車両用の樹脂製複合モジュールを備える車両の断面図である。 第一の実施形態に係る車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法を示す模式図である。 照射距離に対する紫外線の到達照度の減衰の様子を示すグラフである。 表1のサンプルの表面の硬度とテーバー摩擦試験後のヘイズ値との関係を示すグラフである。 従来の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法を示す模式図である。 第二の実施形態に係る車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法を示す模式図である。 第三の実施形態に係る車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法を示す模式図である。 第四の実施形態に係る車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法を示す模式図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の車両用の樹脂製複合モジュール及びその製造方法について詳細に説明する。尚、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。
[第一の実施形態]
まず、本発明の第一の実施形態について説明する。本実施形態の樹脂製複合モジュールは、三次元形状のリアモジュールである。図1は、本発明の第一の実施形態に係るリアモジュール10を搭載した車両の断面模式図である。このリアモジュール10は、リアコンビネーションランプ14のアウタレンズ11とリアウィンドウ12とを一体に有する。また、リアモジュール10の一部はスポイラーも構成している。このようなリアモジュール10では、リアコンビネーションランプ14の周辺部分が複雑な凹凸形状であることが多い。
リアモジュール10はポリカーボネート樹脂の基体と、その上に形成されたアクリル系樹脂のプライマー層と、その上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を有している。車両のリアウィンドウ等においては、長期の視認性を確保するため透明部分の耐擦傷性が求められる。そこで、耐擦傷性を向上させるために、基体の上にハードコートが設けられている。
シリコーン系ポリマーに波長360nm以下の紫外線が照射されると、高分子の結合鎖(Si−C結合鎖)が切断され、酸素原子とケイ素原子が再結合し、二酸化ケイ素を主成分とする硬質面が形成される。紫外線の波長が360nm以下であることにより、Si−C結合を切断することができる。リアモジュール10のハードコートの表面13のうち、アウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13は、波長360nm以下の紫外線が照射されて改質されている。この改質されている表面13の硬度は、薄膜硬度の評価方法の一つであるナノインデーテーション法による評価で0.8GPa以上である。なお、当該評価は、アジレント・テクノロジー社製ナノインデンテーターG200(押し込み深さ50nm)を用いて行った。
続いて、第一の実施形態に係るリアモジュール10の製造方法について説明する。当該製造方法は、基体上にプライマー層を形成し、プライマー層の上にハードコート層を形成する第一の工程と、当該ハードコート層の表面13の少なくとも一部に紫外線を照射する第二の工程を有する。
まず、第一の工程について説明する。第一の工程において、基体はポリカーボネート樹脂で形成され、プライマー層はアクリル系樹脂で形成され、ハードコートはシリコーン系ポリマーで形成される。プライマー層は湿式法、例えばディップコート法により基体上に塗布され、所定時間、室温にて乾燥された後、所定時間、加熱により硬化乾燥されて形成される。ハードコートは、例えばディップコート法によりプライマー層上に塗布され、所定時間、室温にて乾燥された後、所定時間、加熱により硬化乾燥されて形成される。
続いて、第二の工程について説明する。図2は、ハードコートの表面13に紫外線を照射する様子を示す模式図である。なお、図2は、図1のリアモジュール10のA−A断面を示す。
第二の工程における紫外線の照射には、光源21と、光源21から出射された光を導く複数の光ファイバ22と、を有する光源ユニット20が用いられる。光源ユニット20は、複数の光ファイバ22の端面23から紫外線を表面13に照射する。光源21は、360nm以下の紫外線を照射する光源であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では172nmの波長を持つXeエキシマランプが用いられる。光ファイバ22は、紫外線の減衰を抑制しつつ、光源21から端面23に紫外線を導くことのできるものであれば任意の物を用いることができる。
ところで、波長200nm以下の紫外線は、照射対象物と出射面との距離が大きくなるにつれて、照度が減衰してしまう。図3は、空気中、窒素ガス雰囲気、及び窒素ガスと空気との混合雰囲気における、172nmの紫外線の出射端から対象までの照射距離と、対象への到達照度との関係を示すグラフである。図3から、どの気体雰囲気においても照射距離が近いほど、到達照度が大きいことが確認できる。照射距離が10mmより大きくなると到達照度が低くなることから、本実施形態では、10mm以内の距離で紫外線照射をする。また、照射距離は2mm以内の距離であれば到達照度の減衰をさらに低減することができ好ましい。
また、波長200nm以下の紫外線は、空気中の酸素によって吸収されてしまう。図3に示すように紫外線を吸収しない窒素ガスの濃度の高い雰囲気であれば、照度の減衰が抑制される。生産効率の観点から、窒素ガスのような紫外線の吸収が少ない不活性ガス雰囲気で紫外線を照射することが好ましい。具体的には、紫外線の出射面と照射対象との間の空間における酸素の濃度が0.1〜10%であると好ましい。本実施形態では、端面23から表面13までの空間を窒素ガス雰囲気としている。端面23から表面13までの空間を窒素ガス雰囲気にする手段としては、当該空間に窒素ガスを吹き付ける方法や、チャンバー毎窒素ガスに置換をする方法等を採用できる。
図2に戻り、第二の工程における、光源ユニット20とリアモジュール10との関係を説明する。光源ユニット20の複数の光ファイバ22は、紫外線を照射する際に、その端面23からリアモジュール10のハードコートの表面13までの距離が10mm以下となるように、そして端面23を複雑な凹凸形状(三次元形状)の表面13に沿わせるように、配列されている。
紫外線が表面13に照射されると、表面13のシリコーン系ポリマーが改質される。紫外線は、少なくともアウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上となるように照射される。特に限定されるものではないが、本実施形態によれば2分程度の照射で目的の硬度を得ることができる。これにより、表面13の少なくとも一部の硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている三次元形状のリアモジュール10を得ることができる。
シリコーン系ポリマーとして、信越化学製シラン「KBM−13」を予め縮合重合させたオリゴマーをコーティングし、紫外線を照射して光改質させる前及び光改質させた後のシリコーン系ポリマーの表面の、ナノインデンテーション法により測定される硬度と、テーバー摩耗試験(JIS K7204)後に測定されるヘイズ値(JIS K7136)とを表1に示す。また、ヘキサメチルジシラザン由来のガラス膜のナノインデンテーション法により測定される硬度と、テーバー摩耗試験(JIS K7204)後に測定されるヘイズ値(JIS K7136)とを併せて示す。尚、テーバー摩耗試験は、回転数を1000回転とした。
Figure 2019055366
自動車の視認域に使用可能となる部材の耐擦傷性として、初期のヘイズ値と、回転数を1000回転とするテーバー摩耗試験後のヘイズ値との差が、2%以下であることが要求される。図4は、表1のサンプルの表面の硬度とテーバー摩耗試験後のヘイズ値との関係を示すグラフである。図4からサンプルの表面の硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上となると、テーバー摩耗試験後のヘイズ値が要求される基準をほぼ満たすことを確認できる。また、表面の硬度が0.9GPa以上となると、テーバー摩耗試験後のヘイズ値が要求される基準を満たすことを確認できる。
図5は従来の蛍光灯のような長尺状の光源21を用いる方法によって三次元形状のリアモジュール10に紫外線を照射する様子を示した模式図である。ガラスの代わりに樹脂を用いると、ガラスと比べて複雑な形状でモジュールを形成することができる。しかしながら、図3に示すように、紫外線は照射距離が延びるに連れて照度が減衰してしまう。そのため、従来の方法では大型で複雑な凹凸部分を有する三次元形状のモジュールの表面13に紫外線を照射して、モジュールの凹凸部分の表面改質をすることが困難であった。
本発明の第一の実施形態によれば、ガラスと比べて成形性の高い樹脂を用いてリアモジュール10の三次元形状を構成するので、意匠性の高いリアモジュール10を実現しやすい。また、三次元形状の表面13の硬度をナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とすることで、高い耐擦傷性を実現できる。さらに、三次元形状のリアモジュール10の複雑な凹凸部分に沿って細い光ファイバ22を複数配列することで、紫外線を極力減衰させることなくリアモジュール10の表面13に導くことができ、簡単にかつ効果的に表面13を硬質化することができ、意匠性と、耐擦傷性を備えるリアモジュール10を提供することができる。
[第二の実施形態]
続いて、本発明の第二の実施形態について説明する。図6は、第二の実施形態においてハードコートの表面13に紫外線を照射する様子を示す模式図である。本実施形態は、光源ユニット120が異なる以外は第一の実施形態と同様である。光源ユニット120は、光源121と、光源121から表面13まで光源121から出射された光を導くレンズ部品124と、を有する。レンズ部品124は、ハードコートの表面13に対応する形状の出射面125を有する。光源ユニット120は、レンズ部品124の出射面125から波長360nm以下の紫外線を表面13に照射する。当該光源121としては、第一の実施形態で挙げたものを用いることができる。レンズ部品124としては、紫外線の減衰を抑制しつつ、光源121から出射面125に紫外線を導くことのできるものであれば特に限定されるものではないが、石英ガラス等を用いることができる。
図6に示すように、光源ユニット120のレンズ部品124は、紫外線を照射する際に、その出射面125からハードコートの表面13までの距離が10mm以下となるように配置される。出射面125は表面13の複雑な凹凸形状に合わせて配置される。図6の状態で紫外線を照射することにより、表面13の少なくとも一部の硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている三次元形状のリアモジュール10を得ることができる。
本発明の第二の実施形態によれば、ガラスと比べて成形性の高い樹脂を用いてリアモジュール10の三次元形状を構成するので、意匠性の高いリアモジュール10を実現しやすい。さらに、三次元形状の表面13の硬度をナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とすることで、高い耐擦傷性を実現できる。また、三次元形状のリアモジュール10の複雑な凹凸部分に対応するレンズ部品124を用いて紫外線を減衰させることなく表面13に導くことができ、簡単にかつ効果的に表面13を硬質化することができ、意匠性と、耐擦傷性を備えるリアモジュール10を提供することができる。
[第三の実施形態]
続いて、本発明の第三の実施形態について説明する。図7は、第三の実施形態においてハードコートの表面13に紫外線を照射する様子を示す模式図である。本実施形態は、光源ユニット220が異なる以外は第一の実施形態と同様である。光源ユニット220は、光源221と、光源221から表面13まで光源221から出射された光を導く光ファイバ222と、を有する。光源ユニット220は、光ファイバ222の端面223から紫外線を表面13に照射する。当該光源221及び光ファイバ222としては、第一の実施形態で挙げたものを用いることができる。
図7に示すように、紫外線を照射する際に、光源ユニット220の光ファイバ222は、その端面223から表面13までの距離が10mm以下となるように配置される。そして、光ファイバ222は、表面13のうち少なくともアウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13を改質させるように、表面13の凹凸形状に沿って移動される。図7の状態で紫外線を照射することにより、少なくともアウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13の硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている三次元形状のリアモジュール10を得ることができる。
本発明の第三の実施形態によれば、ガラスと比べて成形性の高い樹脂を用いてリアモジュール10の三次元形状を構成するので、意匠性の高いリアモジュール10を実現しやすい。さらに、三次元形状の表面13の硬度をナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とすることで、高い耐擦傷性を実現できる。また、三次元形状のリアモジュール10の複雑な凹凸部分に沿って細い光ファイバ222を移動させることで、紫外線を減衰させることなく、簡単にかつ効果的に表面13を硬質化することができ、意匠性と、耐擦傷性を備えるリアモジュール10を提供することができる。
[第四の実施形態]
続いて、本発明の第四の実施形態について説明する。図8は、第四の実施形態においてハードコートの表面13に紫外線を照射する様子を示す模式図である。本実施形態は、光源ユニット320が異なる以外は第一の実施形態と同様である。光源ユニット320は、光源321と、出射面325を有するレンズ部品324とを有する。光源ユニット320は、三次元形状の凹部の表面13からレンズ部品324の出射面325までの距離が10mm以下である位置まで、リアモジュール10に近づくことができる程度に小型である。光源ユニット320は、出射面325から紫外線を表面13に照射する。光源321としては、第一の実施形態で挙げたものを用いることができる。レンズ部品324としては、紫外線を透過することのできるものであれば特に限定されない。また、光源ユニット320自体が、第一の実施形態で挙げた光源であってもよい。
図8に示すように、光源ユニット320は、紫外線を照射する際に、その出射面325からハードコートの表面13までの距離が10mm以下となるように配置される。そして、光源ユニット320は、表面13のうち少なくともアウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13を改質させるように、表面13の凹凸形状に沿って移動される。図8の状態で紫外線を照射することにより、少なくともアウタレンズ11及びリアウィンドウ12の表面13の硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている三次元形状のリアモジュール10を得ることができる。
本発明の第四の実施形態によれば、ガラスと比べて成形性の高い樹脂を用いてリアモジュール10の三次元形状を構成するので、意匠性の高いリアモジュール10を実現しやすい。さらに、三次元形状の表面13の硬度をナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とすることで、高い耐擦傷性を実現できる。また、三次元形状のリアモジュール10の複雑な凹凸部分に沿って小型の光源ユニット320を移動させることで、紫外線を減衰させることなく、簡単にかつ効果的に表面13を硬質化することができ、意匠性と、耐擦傷性を備えるリアモジュール10を提供することができる。
[種々の変形例]
以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる例示であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。
上述の実施形態では、樹脂製複合モジュールとしてリアコンビネーションランプのアウタレンズとリアウィンドウとを一体に有するリアモジュールについて説明したが、樹脂製複合モジュールとしてはその他に、リアウィンドウを有するリアモジュール、ストップランプのアウタレンズとリアウィンドウとを一体に有するリアモジュール、ハイマウントストップランプのアウタレンズとリアウィンドウとを一体に有するリアモジュール、ヘッドランプ、ターンシグナルランプ及びデイタイムランニングランプのアウタレンズの少なくとも一つとフロントウィンドウとを一体に有するフロントモジュール、などであってもよい。
上述の実施形態におけるアウタレンズは光を屈折させる要素であってもよいし、光を素通しさせる要素であってもよい。また、車両のランプユニットが、インナレンズを有さずにアウタレンズのみを有する構成であってもよい。
上述の実施形態では、樹脂製複合モジュールの基体としてポリカーボネート樹脂を用いる例を説明したが、その他に、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂を用いてもよい。
上述の実施形態では、樹脂製複合モジュールのプライマー層としてアクリル系樹脂を用いる例を説明したが、その他に、ウレタン系樹脂を用いてもよい。
上述の実施形態では、三層構造の樹脂製複合モジュールの表層にシリコーン系ポリマーを用いる例を説明したが、本発明はこれに限られない。基体、プライマー層またはこれら両方を除いた単層又は二層構造の樹脂製複合モジュールであってもよいし、二色成型等により、部分的に表層がシリコーン系ポリマーで形成されているものでもよい。
上述の実施形態では、紫外線の光源として172nmの波長を持つXeエキシマランプを用いる例を説明したが、その他に、Arエキシマランプ、Krエキシマランプ、Arエキシマレーザ、Fエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、低圧水銀ランプ、LED、半導体レーザ等を用いることができる。
上述の実施形態では、紫外線を吸収しない不活性ガスとして窒素ガスを用いる例を説明したが、その他にアルゴン、ヘリウム、二酸化炭素の少なくとも一つを含むガスを使用してもよい。
10:リアモジュール、11:アウタレンズ、12:リアウィンドウ、13:表面、14:リアコンビネーションランプ、20,120,220,320:光源ユニット、21,121,221,321:光源、22,222:光ファイバ、23,223:端面、124,324:レンズ部品、125,325:出射面

Claims (8)

  1. 車両ウィンドウを有し、三次元形状の表面を有する車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法であって、
    前記樹脂製複合モジュールは、
    樹脂製モジュール基体と、
    前記樹脂製モジュール基体の上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を備え、
    樹脂製モジュール基体の上にシリコーン系ポリマーを塗布してハードコートを形成する工程と、
    前記ハードコートの表面の少なくとも一部に、その硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上となるように、紫外線を照射する工程とを有し、
    前記紫外線を照射する工程において、少なくとも光源を有し出射面から波長360nm以下の紫外線を出射する光源ユニットを用いて、前記出射面から前記ハードコートの表面までの距離が10mm以下となるように、前記ハードコートの表面に紫外線を照射する、車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  2. 前記光源ユニットは、
    前記光源と、
    前記光源から前記ハードコートの表面まで前記光源から出射された光を導く光ファイバを有し、
    前記出射面は前記光ファイバの端面である、請求項1に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  3. 前記光ファイバの前記端面を前記ハードコートの表面に沿って動かす、請求項2に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  4. 複数の前記光ファイバの前記端面を前記ハードコートの表面に沿って配列する、請求項2に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  5. 前記光源ユニットは、
    前記光源と、
    前記ハードコートの表面に対応する形状の前記出射面を有し、前記光源から前記ハードコートの表面まで前記光源から出射された光を導くレンズ部品を有する、請求項1に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  6. 前記光源ユニットは、
    前記光源と、
    前記出射面を有するレンズ部品を有し、
    前記出射面が前記ハードコートの表面に沿うように前記光源ユニットを動かす、請求項1に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  7. 紫外線照射領域における酸素の濃度が0.1〜10%である雰囲気である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両用の樹脂製複合モジュールの製造方法。
  8. 車両のウィンドウを有し、三次元形状の表面を有する車両用の樹脂製複合モジュールであって、
    樹脂製モジュール基体と、
    前記樹脂製モジュール基体の上に形成されたシリコーン系ポリマーのハードコートと、を備え、
    前記ハードコートの表面の少なくとも一部に波長360nm以下の紫外線が照射されてその硬度がナノインデンテーション法による評価で0.8GPa以上とされている、車両用の樹脂製複合モジュール。
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