JP5078524B2 - 光拡散性樹脂成形体及びこれから成る照明カバーを備えた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、環境負荷が少ない光拡散性樹脂成形体及びこれから成る照明カバーを備えた照明器具に関する。

従来から、照明器具カバーには、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）をはじめとする様々な石油由来のプラスチックが用いられている。これらの石油由来のプラスチックは、強度や光学特性に優れているが、限りある化石資源を消費するので、地球環境に対する負荷が大きい。また、石油由来のプラスチックは、その廃却処分に際して、固定化されていた二酸化炭素を大気中に放出するため、地球温暖化現象に悪影響を及ぼす。

そのため、石油由来のプラスチックに替えて、植物由来のプラスチック樹脂を製品筐体等に利用することが注目されている。これらは、トウモロコシやサトウキビといった再生可能資源を原料とするため、石油等の化石資源の消費量を削減することができ、また、生分解性を有するため、廃棄処分される際の環境に対する負荷が小さい。

照明器具分野では、照明器具カバー、シーリング用グローブ、パネル又はブラケット等といった光透過性樹脂成形体に最も多くのプラスチックが用いられるので、これらに植物由来プラスチック樹脂を利用できれば、化石資源消費量の削減、及び二酸化炭素排出量の削減に対する寄与が大きいものと期待される。

例えば、特許文献１又は特許文献２に示されるように、植物由来プラスチック樹脂である脂肪族ポリエステル系樹脂、及び微粉状の充填剤を含有して成るＡ層と、アクリル系樹脂又はポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂を含有して成るＢ層とが積層された反射フィルムが知られている。
特開２００６−１４５９１３号公報 特開２００６−１４５９１４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示される反射フィルムでは、その製造において、樹脂材料中に光拡散剤を充填材として含有させるとき、光拡散剤の濃度が高ければ、光拡散材が光を吸収するので、光利用効率が低下して発光面における輝度が低くなる。しかし、輝度低下を抑制するため、充填材の濃度を低くすると、光源の直近又は直上の輝度が他の部位よりも大きくなり、ランプの形状が裏映りする、いわゆるランプイメージが見え易くなり、輝度均斉度が悪くなってしまう。

また、植物由来樹脂成形体は、一般に石油由来のプラスチックに比べて耐熱性に劣る。特許文献１及び特許文献２に示される反射フィルムでは、耐熱性の低い脂肪族ポリエステル系樹脂から成るＡ層に、比較的耐熱性の高いアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂等から成るＢ層を積層させているが、これらの層は単に積層させているだけなので相溶性が低く、耐熱性の向上はそれ程には期待できない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、地球環境に対する負荷が小さい植物由来原料を利用し、光拡散剤を用いることなく適度な光透過性と光拡散性とを実現し、しかも耐熱性が高い光拡散性樹脂成形体及びこれから成る照明カバーを備えた照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、加熱処理により結晶性を帯びる植物由来樹脂を主成分とする第１の材料から成る第１層と、前記第１の材料と、前記第１の材料が結晶性を帯びる加熱処理によっては結晶性を帯びない樹脂を主成分とする第２の材料とが重量比で１：１となるよう混合された混合物から成る第２層と、を積層して成る光拡散性樹脂成形体であって、前記第１の材料が結晶性を帯びる加熱処理により、前記第１層が結晶性を帯び、前記第２層が前記第１層よりも結晶性を帯びないように形成されるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光拡散性樹脂成形体から成る照明カバーを備えた照明器具である。

請求項１の発明によれば、少なくとも第１の材料に環境負荷の小さい植物由来樹脂を利用し、第１の材料を結晶化させることにより、光拡散剤を用いることなく適度な光透過性と光拡散性とを実現した光拡散性樹脂成形体が得られる。また、第１の材料から成る第１層に、第１の材料及び第２の材料の混合物から成る第２層を積層させることによって、第２層が第１層を保護し、また、第１層の結晶化によっても光拡散性樹脂成形体の耐熱性が向上する。また、第１の材料及び第２の材料のブレンドにより第２層が形成されることにより、第２層と第１層との密着性に優れた樹脂成形体を作製することができる。

請求項２の発明によれば、暗すぎず、眩しすぎず、ランプイメージを見え難くする等、光透過性及び光拡散性のバランスが良く、耐熱性にも優れた光拡散性樹脂成形体から成る照明カバー及びこれを備えた照明器具が得られる。

本発明の一実施形態に係る光拡散性樹脂成形体及びこれから成る照明カバーを備えた照明器具について、図面を参照して説明する。本実施形態の照明器具１は、図１に示すように、光源２と、この光源２を固定する器具本体３と、器具本体３に装着される、光拡散性樹脂成形体４０から成る照明カバー４とを備える。照明カバー４は、光源２から出射される光を任意に拡散配光させると共に、ユーザーが光源２を直接見ることによって不快に感じるグレアを低減する。なお、光拡散性樹脂成形体は、図示したような照明カバー４に限らず、パネル又はブラケット等、照明器具に用いられる様々な光透過性樹脂成形体に適用可能である。

本実施形態の光拡散性樹脂成形体４０は、その断面を図２に示すように、加熱処理により結晶性を帯びる植物由来樹脂を主成分とする第１の材料４１から成る第１層（以下、Ａ層と記す）と、第１の材料４１が結晶性を帯びる加熱処理によっては結晶性を帯びない樹脂を主成分とする第２の材料４２から成る第２層（以下、Ｂ層と記す）と、が積層されて成る。本実施形態においては、図３に示すように、Ｂ層は、第１の材料４１及び第２の材料４２の混合物を主成分としてもよい。また、光拡散性樹脂成形体４０は、第１の材料４１が結晶性を帯びる加熱処理により、Ａ層が結晶性を帯び、Ｂ層が結晶性を帯びていないように形成される。

Ａ層の主成分である第１の材料４１には、例えば、ポリシュウ酸、ポリコハク酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリジグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリジオキサノン又はポリ乳酸系脂肪族系ポリエステル等が用いられる。これらの中でも、特に、ポリ乳酸（ＰＬＡ）系脂肪族系ポリエステルが好ましい。ポリ乳酸系脂肪族系ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコール酸等のオキシ酸の重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、中でもヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルを用いることが好ましく、また、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルの中でも、植物等の再生可能資源由来の乳酸を原料とした乳酸系樹脂が好ましい。乳酸系樹脂とは、ポリ乳酸単独、ポリ乳酸と脂肪族ポリエステルとのコポリマー、ポリ乳酸と脂肪族ポリエステルとのブレンド、又はポリマーアロイをいう。

Ｂ層の主成分である第２の材料４２には、その一形態として光透過性を有する非晶性樹脂材料が用いられ、その例として、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−メタクリル共重合体（ＭＳ）、ポリメタクリルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等が挙げられる。

また、第２の材料４２の別の一形態として、光透過性を有し、結晶化温度が第一の材料よりも高い結晶性材料が用いられてもよく、その例として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。

更に、第２の材料４２が、第１の材料４１との相溶性に優れ、かつ光透過性を損なわない樹脂であれば、第２の材料４２と第１の材料４１とのドライブレンド又はポリマーアロイ化された混合物がＢ層の主要構成材料として用いられてもよい。例えば、第１の材料４１がポリ乳酸である場合には、第２の材料４２としてポリメチルメタクリレートが用いられ、これら第１の材料４１及び第２の材料４２のブレンドによりＢ層が形成されることにより、高い光透過性を有し、かつＡ層との密着性に優れた樹脂成形体を作製することができる。

積層方法としては、シート状に成形する場合は、共押出成形、別々にシート成形した後に熱融着してもよい。また、射出成形法を用いて成形する場合には、二色成形、サンドイッチ成形等の方法を用いることができる。

光拡散性樹脂成形体４０の積層の形態としては、その用途に応じて図２又は図４に示したように、２種３層構成が用いられ、適宜に植物由来樹脂を主成分とした第１の材料４１から成るＡ層を、第２の材料４２を含むＢ層でサンドイッチすることにより、Ａ層が紫外線や湿度等の外的環境から保護され、より耐候性に優れた樹脂成形体とすることができる。

本実施形態においては、加熱処理によってＡ層の第１の部材４１のみを結晶化させ、適度な光拡散性と光透過性を実現するものであるから、本来的には光拡散剤は不要であるが、光透過性が損なわれない限りにおいては、補完的にＡ層又はＢ層に光拡散剤微粒子が微量添加されてもよい。光拡散剤微粒子としては、例えば、有機微粒子や無機微粒子等が、使用条件等に応じて適宜に用いられる。有機微粒子としては、例えば、架橋スチレン系微粒子、架橋又は高分子量アクリル系微粒子、架橋スチレン−アクリル系微粒子、架橋スチレン−ブタジエン系微粒子、架橋シリコン微粒子、架橋シロキサン系微粒子、架橋ウレタン系微粒子、メラミン系重合体等が挙げられる。無機微粒子としては、炭酸カルシウム、フッ化カルシウム、フッ化カリウム、リン酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、チタン酸カリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マイカ、酸化セリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、結晶形シリカ、不定形シリカ、ガラスフレーク、ガラス繊維、ガラスビーズ、クレー等があり、これらの無機微粒子に表面処理を施したものもある。透過性光拡散体の材料として使用される際には、可視光線の透過性を損なわずに適度な光拡散性を付与できる硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、架橋シリコン微粒子、架橋シロキサン系微粒子が好ましい。

第１の部材４１を結晶化させる加熱処理は、グローブ形状付与後に金型内でＡ層の結晶化温度（Ｔｃ）において一定時間保持する方法や、金型から取り出した後に結晶化温度に保持した恒温層内でアニール処理を行う方法等が用いられる。結晶化温度（Ｔｃ）は、一般的にはガラス転移温度（Ｔｇ）と融点（Ｔｍ）の中間となる温度が望ましく、（Ｔｇ＋Ｔｍ）／２−３０℃＜Ｔｃ＜（Ｔｇ＋Ｔｍ）／２＋３０℃の範囲内であることが望ましい。処理時間は、光拡散性樹脂成形体の機能が損なわれない範囲においてＴｃに応じて適宜に調整される。また、結晶化温度と処理時間とを調整することによって、シート表面から内部のＢ層との界面に向かって傾斜的に結晶化度を変化させることもできる。

上記加熱処理により、結晶化された第１の部材４１は、結晶化されていない第２の部材４２とは異なる結晶の方向性を有する。そのため、第１の部材４１と第２の部材４２との界面において、結晶の方向性が不揃いとなる結晶粒界が生じ、これにより光拡散効果が得られる。本実施形態の光拡散性樹脂成形体４０は、上記の結晶粒界によって光拡散効果が得られ、また、第１の部材４１の結晶化させることにより、光拡散剤を用いることなく適度な光透過性と光拡散性とを実現することができる。

また、第１の材料４１から成るＡ層に、第１の材料４１又は第１の材料４１及び第２の材料４２の混合物から成るＢ層を積層させることにより、Ｂ層がＡ層を保護するのみならず、Ａ層の結晶化によって光拡散性樹脂成形体４０の耐熱性が向上する。また、Ｂ層に、第１の部材４１と第２の部材４２との混合物を用いることにより、Ａ層とＢ層との相溶性が高く成り、耐熱性が更に向上する。

本実施形態の照明器具１は、上記のように形成された光拡散性樹脂成形体４０から成る照明カバー４を備えることにより、暗すぎず、眩しすぎず、ランプイメージを見え難くする等、光透過性及び光拡散性のバランスが良い光を照射でき、しかも耐熱性にも優れたものとなる。

次に、本実施形態の変形例を図４に示す。この変形例においては、第１の材料４１及び第２の材料４２材料に、樹脂成形体としての機能を減退させない範囲において、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、酸化防止剤、結晶核剤等の添加剤４３が適宜添加される。

添加剤４３として用いられる紫外線吸収剤の例としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が挙げられる。ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤とは、一般的に下記の式１で表
される。

式１

このベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤は、例えば、２−（３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２―（２’―ヒドロキシ―５’―メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２―（２’―ヒドロキシ―３’，５’―ジ―ｔｅｒｔ―アミルフェニル）ベンゾトリアゾール、２―（２’―ヒドロキシ―３’，５’―ビス（α，α´―ジメチルベンジル）フェニルベンゾトリアゾール、２，２’メチレンビス［４―（１，１，３，３―テトラメチルブチル）―６―（２Ｈ―ベンゾトリアゾール―２―イル）フェノール］、メチル―３―［３―ｔｅｒｔ―ブチル―５―（２Ｈ―ベンゾトリアゾール―２―イル）―４―ヒドロキシフェニルプロピオネート―ポリエチレングリコールとの縮合物等に代表される。

また、加水分解防止剤は、植物由来樹脂、特に脂肪族ポリエステルの末端のカルボン酸を封鎖するために添加されるものであり、例えば、ポリカルボジイミドが好適に用いられる。

結晶核剤は、第１の材料４１の結晶化を促進するために用いられ、例えば、滑石（タルク）、アミノ酸類、ソルビトール系物質、脂肪族カルボン酸アミド、脂肪族カルボン酸塩、脂肪族アルコール、脂肪族カルボン酸エステルから成る化合物、芳香族カルボン酸アミド、芳香族カルボン酸塩、芳香族アルコール及び芳香族カルボン酸エステル、ウラシル、又はウラシル誘導体等が用いられる。

以下に、本実施形態の光拡散性樹脂成形体４０及びこれから成る照明カバー４について、具体的な構成材料、作製方法及び作製された各種実施例の効果について、比較例と対比して説明する。

＜参考例１＞
第１の部材４１には、ＰＬＡ樹脂（Ｈ４００／三井化学製）１００重量部に対して、加水分解防止剤（カルボジライト／日清紡製）を２部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（Ｔｉｎｕｖｉｎ３２６／チバスペシャリティケミカルズ製）を１．９０部添加したものを、ヘンシェルミキサーを用いて攪拌した。その後、短軸押出機にて溶融混練した後、ストランド状に押出しペレット状にカットしたものを用いた。第２の部材４２には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＶＨ−００１／三菱レイヨン製）ペレットを用いた。

Ａ層の構成材料として第１の材料４１を、Ｂ層の構成材料として第２の材料４２を夫々別のホッパーに投入し、多層シート押出機を用いてＢ層／Ａ層／Ｂ層の２種３層となるよう共押出を行った（図２参照）。Ｂ層の厚みは各０．４５ｍｍ、Ａ層の厚みは０．９ｍｍ、合計シート厚は１．８ｍｍとされた。得られたシートを４００ｍｍ×４００ｍｍ×１．８ｍｍのサイズに裁断し、圧空成形機を用いて、図１に示したようなシーリングライトグローブ形状に成形した。形状付与後、成形機金型内で１１０℃、１０分間保持した後冷却して、光拡散性樹脂成形体４０から成る照明カバー４を作製し、これを参考例１とした。

＜実施例１＞
Ａ層の構成材料として第１の材料４１を、Ｂ層の構成材料として第１の材料４１と第２の材料４２とを重量比で１：１となるように各ペレットをブレンドした混合物を用い（図３参照）、それ以外は上記の参考例１と同様の方法により、光拡散性樹脂成形体４０から成る照明カバー４を作製し、これを実施例１とした。

＜実施例２＞
第１の部材４１には、ＰＡＬ樹脂（Ｈ４００／三井化学製）１００重量部に対して、加水分解防止剤（カルボジライト／日清紡製）を２部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（Ｔｉｎｕｖｉｎ３２６／チバスペシャリティケミカルズ製）を１．９０部、シリコン樹脂ビーズ（ＭＳＰ−Ｓ０２０／日興リカ製）を１部添加したものを、ヘンシェルミキサーを用いて攪拌した。その後、短軸押出機を用いて溶融混練した後、ストランド状に押出し、ペレット状にカットしたものを用いた（図４参照）。その他は上記の実施例１と同様の方法により、光拡散性樹脂成形体４０から成る照明カバー４を作製し、これを実施例２とした。

＜比較例１＞
第１の材料４１には、ＰＡＬ樹脂（Ｈ４００／三井化学製）１００重量部に対して、加水分解防止剤（カルボジライト／日清紡製）を２部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（Ｔｉｎｕｖｉｎ３２６／チバスペシャリティケミカルズ製）を１．９０部添加したものを、ヘンシェルミキサーを用いて攪拌した。その後、短軸押出機を用いて溶融混練した後、ストランド状に押出しペレット状にカットしたものを用いた。また、第２の材料４２には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＶＨ−００１／三菱レイヨン製）のペレットを用いた。これら第１の材料４１と第２の材料４２を重量比１：１となるようドライブレンドした後、シート押出機にてシート厚１．８ｍｍになるように単層押出を行った（図５参照）。得られたシートを４００ｍｍ×４００ｍｍ×１．８ｍｍのサイズに裁断し、圧空成形機を用いて図１のようなシーリングライトグローブ形状に成形した。形状付与後、成形機金型内で１１０℃、１０分間保持した後冷却して光源カバーを作製し、これを比較例１とした。

＜比較例２＞
第１の材料４１には、ＰＡＬ樹脂（Ｈ４００／三井化学製）１００重量部に対して、加水分解防止剤（カルボジライト／日清紡製）を２部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（Ｔｉｎｕｖｉｎ３２６／チバスペシャリティケミカルズ製）を１．９０部添加したものを、ヘンシェルミキサーを用いて攪拌した。その後、短軸押出機を用いて溶融混練した後、ストランド状に押出しペレット状にカットしたものを用いた。その後、第１の材料４１を、シート押出機を用いてシート厚１．８ｍｍになるように単層押出を行った（図６参照）。得られたシートを４００ｍｍ×４００ｍｍ×１．８ｍｍのサイズに裁断し、圧空成形機を用いて図１のようなシーリングライトグローブ形状に成形した。形状付与後、成形機金型内で１１０℃、１０分間保持した後冷却して光源カバーを作製し、これを比較例２とした。

参考例１、実施例１，２〜３、比較例１，２で得られた照明カバーから４０ｍｍ×４０ｍｍのサンプル片を切断し、全光線透過率及び光拡散率を測定した。また、これらをシーリングライトに組み込み、ランプを点灯してランプイメージを評価した。更に、参考例１、実施例１，２、比較例１，２で得られた材料を４ｍｍ×１０ｍｍ×８０ｍｍの形状に射出成形し、金型内で１１０℃×１０分間保持した後に冷却し、その際の耐熱性を荷重たわみ温度（ＨＤＴ）をＪＩＳ Ｋ７１９１に基づき、試験応力０．４５ＭＰaで測定した。それらの結果を表１に示す。

比較例１は全光線透過率が高いが、光拡散性がないので、ランプイメージが見え易く、照明カバーとしては不適であった。これに対して、参考例１、実施例１，２は、いずれも適度の光拡散性と光透過性を有しているので、ランプイメージが見え難く、ランプからの光を拡散、照射する照明カバーとして適していた。

比較例２は、その全体が加熱処理により結晶化する植物由来樹脂から成るため、全光線透過率が低く、照明カバーとしては不適であった。これに対して、参考例１、実施例１，２〜３は、第１の部材４１を結晶化させ、第２の部材４２を結晶化させないことにより、適度な光透過性と光拡散性とを示した。

比較例１，２は、Ｂ層を有していないので、荷重たわみ温度が低く、照明カバーとしても耐熱性に劣るものであった。これに対して、参考例１、実施例１，２は、いずれも荷重たわみ温度が８５℃以上であり、照明カバーとして要求される耐熱性を有するものであった。

本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。植物由来樹脂を用いて、その結晶化度を適宜に制御することにより、適度な光透過性と光拡散性とを実現し、また、他の材料を混合させた層を形成して耐熱性を向上させた樹脂成形体であれば、上述した照明器具カバーに限られない。

本発明の一実施形態に係る光拡散性樹脂成形体から成る照明カバーを備えた照明器具の側断面図。 同光拡散性樹脂成形体の断面構成図。 同光拡散性樹脂成形体の他の例を示す断面構成図。 同光拡散性樹脂成形体の変形例を示す断面構成図。 比較例における樹脂成形体の断面構成図。 比較例における樹脂成形体の断面構成図。

符号の説明

１ 照明器具
２ 光源
３ 器具本体
４ 照明カバー
４０ 光拡散性樹脂成形体
４１ 第１の材料
４２ 第２の材料
Ａ 第１層（Ａ層）
Ｂ 第２層（Ｂ層）

Claims (2)

1. 加熱処理により結晶性を帯びる植物由来樹脂を主成分とする第１の材料から成る第１層と、
   前記第１の材料と、前記第１の材料が結晶性を帯びる加熱処理によっては結晶性を帯びない樹脂を主成分とする第２の材料とが重量比で１：１となるよう混合された混合物から成る第２層と、を積層して成る光拡散性樹脂成形体であって、
   前記第１の材料が結晶性を帯びる加熱処理により、前記第１層が結晶性を帯び、前記第２層が前記第１層よりも結晶性を帯びないように形成されることを特徴とする光拡散性樹脂成形体。
2. 請求項１に記載の光拡散性樹脂成形体から成る照明カバーを備えた照明器具。

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