JP5049417B2

JP5049417B2 - 車両用灯具のリフレクター

Info

Publication number: JP5049417B2
Application number: JP2007027604A
Authority: JP
Inventors: 義雄鈴木; 周一田谷
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2008191528A; US20080310042A1

Description

本発明は、車両用灯具のリフレクターに関する。

図１は照明装置（より具体的には、ヘッドランプ（車両用灯具））の構成例を示す図である。図１を参照すると、この照明装置は、レンズカバー４０とランプボディー５０によって形成された灯室６０内に、光源（光源バルブ）３０と、該光源３０の周囲に配置したリフレクター２０とを備え、光源３０からリフレクター２０の方向に向かって出射された光Ｌをリフレクター２０で反射させてレンズカバー４０を介して灯具の前方に照射するものである。１０は、リフレクター２０とランプボディー５０の間の装飾を目的に配置されたエクステンションリフレクターである。

ところで、リフレクター２０（すなわち反射膜）は、従来では図２に示す様に、合成樹脂基板１０１の表面にアクリル系樹脂のアンダーコート１０２が塗布され、反射面として機能するアルミ膜１０３が蒸着またはスパッタ法で成膜され、その後、プラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜の保護膜または塗装法でアクリル系の保護膜１０４が成膜されているものが一般に知られている。ここで、アルミ蒸着反射面は、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，自動二輪車などの車両用灯具に広く利用されている。しかし、光源から出射された光の１０〜１５％がロスしているため、更に効率良い反射材料が求められていた。

屋内照明器具や液晶バックライトの反射板として反射率が約９５％をもつ銀蒸着膜が開発され、車両用灯具への反射材料として検討されている。しかし、銀は化学的に不安定なため、大気中の亜硫酸ガス，水分，酸素，硫化水素等と容易に反応して、褐色や黒色の硫化銀や酸化銀等に変化し、変色し易いという問題があった。

これまで、銀の保護膜としての用途として、例えば特許文献１，特許文献２に示されているようなアクリル系の樹脂材料やシリコン樹脂のトップコートが報告されているが、反射率が低下してしまうことや、耐久性の問題から、自動車などの用途に実用化されていない。
特開２００６−８６０９５号公報特開２０００−１０６０１８号公報

このように、従来では、反射率の高い銀膜や銀合金膜を使用しても、保護膜（トップコート）に樹脂材料を使用していたので、樹脂材料による吸収や散乱によって反射率が低下してしまうという問題があった。

また、保護膜に樹脂を使用していたので、リフレクターの耐熱性が樹脂材の耐熱性に律速するという問題があった。すなわち、プロジェクター型や、高光量の光源や、光源と反射面が近い場合、反射面が高温（例えば２００℃以上）になるため樹脂材料の劣化や使用する材料の制限等が生じる。

また、樹脂材料は塗装法で処理するため塗布面にゴミが付着し易く、歩留まりが上がりにくいという問題があった。

また、保護膜に樹脂材料を使用するので、有機溶剤工程が必要となり（塗装には溶媒として有機溶剤を使用する必要があり）、環境面及び作業者の健康面に悪影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、保護膜を設ける場合において、反射率を高く維持でき（反射率の低下を有効に防止でき）、また、耐熱性が高い反射膜を用いた車両用灯具のリフレクターを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、レンズカバーとランプボディーによって形成された灯室内に光源を有し、該光源の周囲に配置された車両用灯具のリフレクターであり、
該リフレクターは樹脂上に膜厚が５０ｎｍ乃至５００ｎｍの銀膜又は銀合金膜が形成され、銀膜または銀合金膜上に保護層として膜厚が０．１ｎｍ乃至２ｎｍのチタン膜またはチタン合金膜が形成されたものであることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用灯具のリフレクターにおいて、前記リフレクターの樹脂は、バルクモールディングコンパウンドであることを特徴としている。

請求項１，請求項２記載の発明によれば、レンズカバーとランプボディーによって形成された灯室内に光源を有し、該光源の周囲に配置された車両用灯具のリフレクターであり、該リフレクターは樹脂上に膜厚が５０ｎｍ乃至５００ｎｍの銀膜又は銀合金膜が形成され、銀膜または銀合金膜上に保護層として膜厚が０．１ｎｍ乃至２ｎｍのチタン膜またはチタン合金膜が形成されたものであるので、保護膜を設ける場合においても、反射率を高く維持でき（反射率の低下を有効に防止でき）、また、耐熱性が高い反射膜を用いた車両用灯具のリフレクターを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図３は本発明に係る第１の実施形態の反射膜の構成例を示す図である。図３を参照すると、この反射膜は、所定の基板２１上に、銀膜または銀合金膜２３が形成され、銀膜または銀合金膜２３上に保護膜としてチタン膜またはチタン合金膜２４が形成されている。

ここで、所定の基板２１には、樹脂基板，金属基板，ガラス基板などを用いることができる。

また、銀膜または銀合金膜２３は膜厚が５０ｎｍ乃至５００ｎｍであるのが良く、チタン膜またはチタン合金膜２４は膜厚が０．１ｎｍ乃至２ｎｍであるのが良い。

また、銀膜または銀合金膜２３は、基板２１上に直接形成されても良いし、あるいは図４に示すように、基板２１上に形成されたアンダーコート（例えばアクリル系樹脂のアンダーコート）２２上に形成されても良い。

このような構成の反射膜では、保護膜にチタン膜またはチタン合金膜を使用するので、反射率を高く維持することができる。すなわち、保護膜に樹脂材料を使用すると吸収や散乱により反射率が５〜１０％低下してしまうが、銀膜または銀合金膜上に形成されるチタン膜またはチタン合金膜は、超薄膜のものにすることができるため、銀膜または銀合金膜の反射率を低下させることなく、銀膜または銀合金膜の当初の反射率を保つことができる。

また、保護膜に金属膜を使用するので、耐熱性が高い。すなわち、プロジェクター型や高光量の光源を使用するリフレクターの場合、または、光源と反射面が近いなどの場合には、反射面が高温（例えば２００℃以上）になるため、保護膜に樹脂材料を使用すると、樹脂材料の劣化や使用する材料の制限等が生じるが、本発明では、保護膜に金属膜であるチタン膜またはチタン合金膜を使用するので、樹脂に比べて、高温になるリフレクターへの使用も可能となる。

すなわち、本発明の上述した第１の実施形態の反射膜は、例えば図１の照明装置（ヘッドランプ）のリフレクター２０に用いられる。この場合、本発明の上述した第１の実施形態の反射膜は、反射率を高く維持でき、また、耐熱性が高いので、リフレクターとしての品質を高く維持でき、高品質の照明装置を提供することができる。

また、図３，図４の構成の反射膜は、全ての成膜をスパッタリング法で行なうことができる。すなわち、所定の基板上に銀膜または銀合金膜をスパッタリング法により成膜し、次いで、チタン膜またはチタン合金膜をスパッタリング法により成膜することができる。

具体的には、例えば合成樹脂材料２１にアンダーコート２２を塗布し、その表面に銀２３をスパッタ法にて成膜する。その後、同様にスパッタ法でチタン２４を成膜する。銀２３の膜厚は５０ｎｍ以上あれば良いが、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあるのが良い。銀は、純銀が９５％以上含まれた材料であれば良く、銅，パラジウム，ネオジウム，金，ビスマス，インジウム，マグネシウム等含んだ銀合金材料を使用することも可能である。また、チタン２４は、膜厚が０．１ｎｍ以上あれば良いが、好ましくは０．１〜２ｎｍの範囲にあるのが良い。使用するチタン２４は、チタン合金を使用することも可能であり、５０％以上チタンを含めば使用可能である。

全ての成膜をスパッタリング法で行なう上記のような作製方法では、成膜中にゴミが付着しにくく、歩留まりが高い。すなわち、スパッタ法で保護膜を成膜できるため、従来の塗装工程に比べて、ゴミが付着しにくく歩留まりが向上する。

また、ドライプロセス成膜のため有機溶剤工程が不要となる。すなわち、保護膜をスパッタリング法で行うので、有機溶剤を使用する塗装法に比べて、環境負荷が少なく、作業者の健康面からもメリットがある。

反射膜の第１の作製例として、図５に示すようなスパッタ装置を使って基板上に銀およびチタンを成膜した。すなわち、真空槽６の中には、銀ターゲット１と、チタンターゲット２と、これらの上部に位置決めされた基板ホルダー４と、基板ホルダー４を回転させる回転軸５とが設けられている。ここで、基板ホルダー４には、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）樹脂基板３が取り付けてられている。

このような装置において、真空槽内７を４×１０Ｅ−３Ｐａに排気後、アルゴンガスを１００ｃｃｍ導入し、樹脂基板３を銀ターゲット１上に移動させ、初めに銀のスパッタを行った。スパッタ時間は約６０秒間であった。次に基板をチタンターゲット２上に移動させ、チタンをスパッタした。スパッタ時間は５秒間であった。銀ターゲット１、チタンターゲット２に供給された電力は、それぞれ、１ＫＷ、０．１ＫＷであった。

成膜した金属の膜厚は、銀が１５０ｎｍ、チタンが１ｎｍであった。

また、反射膜の第２の作製例として、同様に、図５に示すようなスパッタ装置を使って基板上に銀およびチタンを成膜した。すなわち、基板ホルダー４にＢＭＣ樹脂基板３を取り付け、真空槽内７を４×１０Ｅ−３Ｐａに排気後、アルゴンガスを１００ｃｃｍ導入し、樹脂基板３を銀ターゲット１上に移動させスパッタを行った。スパッタ時間は約６０秒間であった。次に基板をチタンターゲット２上に移動させチタンをスパッタした。スパッタ時間は１０秒間であった。銀ターゲット１、チタンターゲット２に供給された電力は、それぞれ、１ＫＷ、０．１ＫＷであった。

成膜した金属の膜厚は、銀が１５０ｎｍ、チタンが２ｎｍであった。

第１の作製例，第２の作製例で成膜した膜の耐候評価試験を行った。その結果を次表（表１）に示す。

表１では、比較のため、保護膜が設けられていない純銀膜、市販の銀合金膜（銅，パラジウム添加）の結果も入れてある。表１から、本発明の反射膜（第１，第２の作製例）は、各評価試験共、性能が向上していることがわかる。

また、表２には、耐硫化性試験後の波長５５０ｎｍの光に対する反射率（％）の測定結果が示されている。

なお、表２には、比較のため、保護膜のない純銀膜、市販の銀合金膜（銅，パラジウム添加）の反射率測定結果も入れた。表２から、本発明の反射膜（第１，第２の作製例）は、耐硫化性試験後に反射率の低下はほとんど見られず、代表的な可視域中心波長５５０ｎｍの反射率は初期値をほぼ維持した。一方、保護膜のない純銀膜は、耐硫化性試験後に、銀表面が硫化して黒色に変化し、５５０ｎｍの反射率は５％に低下した。また、銀合金（銅、パラジウム）は純銀膜ほどではないが、反射率が２５％まで低下しているため、実用上は保護膜なしでは使用できない。

なお、上述の説明では、銀膜または銀合金膜２３をスパッタリング法を用いて成膜したが、真空蒸着法，イオンプレーティング法を使用して成膜することも可能である。また、基板２１に使用したアンダーコート２２は、必要に応じて使用すれば良く、前述したようにアンダーコート２２を使用しないで、樹脂基板２１に直接、銀膜または銀合金膜２３，チタン膜またはチタン合金膜２４を成膜することも可能である。

また、図６は本発明に係る第２の実施形態の反射膜の構成例を示す図である。なお、図６において、図３，図４と同様の箇所には同じ符号を付している。図６を参照すると、この反射膜は、所定の基板２１上に、銀膜または銀合金膜２３が形成され、銀膜または銀合金膜２３上に保護膜としてサイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）２５が形成されている。

ここで、サイアロン２５は、一般式（Ｓｉ_{（６−Ｚ）}Ａｌ_ＺＯ_ＺＮ_{（８−Ｚ）} ０＜Ｚ≦４．２）の組成範囲で形成されている。サイアロンは、窒化シリコンにＡｌと酸素が置換型に固溶した固溶体で、窒化シリコンと同じ結晶構造を持つが、窒化シリコンよりも安定性，機械的強度が高い。

サイアロンは特に、ＳｉＯｘ等に比べて結晶構造が緻密で、ガスバリア性が高く保護膜としての機能も高い。可視光全波長域において透明性が高く、反射膜に成膜しても反射率が低下せず、光沢色が変化する事も無い。サイアロンは、スパッタリング法を用いて高速，簡便に成膜することができ、他の保護膜に比較して成膜の安定性や経済性に優れている。

また、所定の基板２１には、樹脂基板，金属基板，ガラス基板などを用いることができる。

また、銀膜または銀合金膜２３は膜厚が５０ｎｍ乃至５００ｎｍであるのが良く、サイアロン２５は膜厚が０．５ｎｍ乃至１０ｎｍであるのが良い。

また、銀膜または銀合金膜２３は、基板２１上に直接形成されても良いし、あるいは図７に示すように、基板２１上に形成されたアンダーコート（例えばアクリル系樹脂のアンダーコート）２２上に形成されても良い。

このような構成の反射膜では、所定の基板２１上に、銀膜または銀合金膜２３が形成され、銀膜または銀合金膜２３上に保護膜としてサイアロン２５が形成されているので、ガスバリア性が高く（保護膜としての機能が高く）、また、銀膜または銀合金膜の反射率を低下させることなく、銀膜または銀合金膜の当初の反射率を維持することができる。

本発明の上述した第２の実施形態の反射膜は、上記のような特徴を有するので、例えば図１の照明装置（ヘッドランプ）のリフレクター２０に用いられる。この場合、本発明の上述した第２の実施形態の反射膜は、反射率を高く維持でき、また、耐熱性が高いので、リフレクターとしての品質を高く維持でき、高品質の照明装置を提供することができる。

また、図６，図７の構成の反射膜は、全ての成膜をスパッタリング法で行なうことができる。すなわち、所定の基板上に銀膜または銀合金膜をスパッタリング法により成膜し、次いで、サイアロン膜をスパッタリング法により成膜することができる。

具体的には、例えば合成樹脂材料２１にアンダーコート２２を塗布し、その表面に銀２３をスパッタ法にて成膜する。その後、同様にスパッタ法でサイアロン２５を成膜する。銀２３の膜厚は５０ｎｍ以上あれば良いが、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあるのが良い。銀は、純銀が９５％以上含まれた材料であれば良く、銅，パラジウム，ネオジウム，金，ビスマス，インジウム，マグネシウム等を含んだ銀合金材料を使用することも可能である。サイアロン２５は、膜厚が０．５ｎｍ以上あれば良いが、好ましくは０．５〜１０ｎｍの範囲にあるのが良い。

また、ドライプロセス成膜のため有機溶剤工程が不要となる。すなわち、保護膜をスパッタリング法で行うので、有機溶剤を使用する塗装法に比べて環境負荷が少なく、作業者の健康面からもメリットがある。

また、反射膜の第３の作製例として、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）樹脂基板上にアクリルアンダーコートを約２０μｍ塗布し、この基板を、スパッタリング装置に入れ、銀合金膜とサイアロンの保護膜を連続成膜した。

ここで、銀合金膜とは、ＤＣスパッタ法で、銀合金（Ｂｉ１ｗｔ％含有）ターゲットを用い、入力電力１０００Ｗ、１分、１００％Ａｒ雰囲気で、１００ｎｍの膜厚に成膜した。

また、保護膜としてのサイアロンは、ＲＦスパッタ法で、三菱マテリアル製サイアロン（Ｓｉ_５．５Ａｌ_０．５Ｏ_０．５Ｎ_７．５）ターゲットを用い、５００Ｗ、３０秒、９８％Ａｒ＋２％Ｎ_２雰囲気で、３種類の膜厚，すなわち、０．５ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍの膜厚にそれぞれ成膜した。

また、反射膜の第４の作製例として、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）樹脂基板上にアクリルアンダーコートを約２０μｍ塗布し、この基板を、スパッタリング装置に入れ、銀合金膜とＳｉＯｘ保護膜を連続成膜した。

ここで、銀合金膜は、ＤＣスパッタ法で、銀合金（Ｂｉ１ｗｔ％含有）ターゲットを用い、入力電力１０００Ｗ、１分、１００％Ａｒ雰囲気で、１００ｎｍの膜厚に成膜した。

また、ＳｉＯｘ保護膜は、反応性ＤＣスパッタ法で、Ｓｉ（９９．９９％）ターゲットを用い、５００Ｗ、３分、５０％Ａｒ＋５０％Ｏ_２雰囲気で、５ｎｍの膜厚に成膜した。

また、反射膜の第５の作製例として、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）樹脂基板上にアクリルアンダーコートを約２０μｍ塗布し、この基板を、スパッタリング装置に入れ、銀合金膜と窒化ケイ素保護膜を連続成膜した。

また、窒化ケイ素保護膜は、反応性ＤＣスパッタ法で、Ｓｉ（９９．９９％）ターゲットを用い、５００Ｗ、１分、５０％Ａｒ＋５０％Ｎ_２雰囲気で、５ｎｍの膜厚に成膜した。

保護膜の性能を調べる為、第３の作製例で作製した反射膜を５％硫化アンモニウム溶液に入った容器雰囲気中に、１０分放置する前と１０分放置した後とでの各波長における反射率を測定した。図８には、その測定結果を示す。すなわち、図８はサイアロンの膜厚と銀の硫化の関係を示す図である。

図８から、サイアロンの膜厚が０．５ｎｍでは、可視光中心波長５５０ｎｍの反射率低下は約８％、サイアロンの膜厚が５ｎｍでは、可視光中心波長５５０ｎｍの反射率低下は、１％以下の低下に収まった。

これに対し、第４，第５の作製例で作製した反射膜は、５％硫化アンモニウム溶液雰囲気中に、１０分放置した後は、可視光反射率がいずれも１０％以下となった。なお、保護膜が設けられていない純銀膜が露出した反射膜は、５％硫化アンモニウム溶液雰囲気中に、１０分放置した後は、可視光反射率が、図８に符号Ｂで示すように、５％以下であった。

このことから、膜厚が０．５ｎｍ乃至１０ｎｍのサイアロン保護膜を設けることによって、反射膜の反射率を高く維持できることがわかる（特に、硫化雰囲気においても、反射率の低下を有効に防止できることがわかる）。また、耐熱性試験後においても金属光沢を維持し、サイアロン保護膜を設けると耐熱性も良好であった。

本発明は、自動車灯体リフレクターやエクステンションリフレクター、二輪灯体リフレクターやエクステンションリフレクター、一般照明器具のリフレクター、一般装飾品、自動車用ヘッドライト、一般照明、野外照明、バックライト照明、ＬＥＤ装置、ディスプレー、光ディスク等の電子機器の電極や反射鏡などに利用可能である。

照明装置の構成例を示す図である。従来の反射膜の構成を示す図である。本発明に係る第１の実施形態の反射膜の構成例を示す図である。本発明に係る第１の実施形態の反射膜のより具体的な構成例を示す図である。反射膜を作製するためのスパッタ装置の構成例を示す図である。本発明に係る第２の実施形態の反射膜の構成例を示す図である。本発明に係る第２の実施形態の反射膜のより具体的な構成例を示す図である。サイアロンの膜厚と銀の硫化の関係を示す図である。

符号の説明

１銀ターゲット
２チタンターゲット
３樹脂基板
４基板ホルダー
５回転軸
１０エクステンションリフレクター
２０リフレクター
３０光源
４０レンズカバー
５０ランプボディー
６０灯室
２１所定の基板
２２アンダーコート
２３銀膜または銀合金膜
２４チタン膜またはチタン合金膜
２５サイアロン

Claims

レンズカバーとランプボディーによって形成された灯室内に光源を有し、該光源の周囲に配置された車両用灯具のリフレクターであり、
該リフレクターは樹脂上に膜厚が５０ｎｍ乃至５００ｎｍの銀膜又は銀合金膜が形成され、銀膜または銀合金膜上に保護層として膜厚が０．１ｎｍ乃至２ｎｍのチタン膜またはチタン合金膜が形成されたものであることを特徴とする車両用灯具のリフレクター。
請求項１記載の車両用灯具のリフレクターにおいて、前記リフレクターの樹脂は、バルクモールディングコンパウンドであることを特徴とする車両用灯具のリフレクター。