JP5202602B2

JP5202602B2 - 透光性部材

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Publication number: JP5202602B2
Application number: JP2010241428A
Authority: JP
Inventors: 裕介粟野
Original assignee: Yamagata Casio Co Ltd
Current assignee: Yamagata Casio Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2012094400A

Description

本発明は、透光性部材に関する。

透光性部材は、例えば、自動車、家電製品、情報端末、腕時計等を装飾する装飾用部材として用いられることがある。例えば、特許文献１には、雌型を背面に有する視覚的に透明な被覆板と、前記雌型の表面に形成された金属光沢を有する非金属塗料層とを有する透光性部材が開示されている。

特許第３７２００３９号公報

特許文献１の透光性部材は、非金属塗料層の金属光沢によって光輝性を有しているが、前記の非金属塗料層を形成する行程や材料が必要であり、光輝性を有する透光性部材を安価に製造できなかった。これは、非金属塗料層の代わりに金属層によって、金属光沢を表現する場合であっても同じである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、光輝性を有するにもかかわらず、安価な透光性部材を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る透光性部材は、
光を透過する透光性部材であって、
微細構造の凹凸からなり、前記透光性部材の表面から入射して到達した所定方向の光を前記表面側に反射して前記表面から出射させることによって金属調又は虹色に光輝するプリズム部を裏面に備え、
前記裏面は、前記凹部を有し、
前記プリズム部は、前記凹部に形成されている。
（２）上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る透光性部材は、
光を透過する透光性部材であって、
微細構造の凹凸からなり、前記透光性部材の表面から入射して到達した所定方向の光を前記表面側に反射して前記表面から出射させることによって金属調又は虹色に光輝するプリズム部を裏面に備える。

本発明によれば、透光性部材が微細構造の凹凸からなり金属調又は虹色に光輝するプリズム部を備えることによって、前記の非金属塗料層や金属層を別途形成する必要が無いので、光輝性を有するにもかかわらず、安価に製造できる透光性部材を提供できる。

本発明の一実施形態に係る装飾用部材の平面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図２における拡大部分を含む領域を切り取って、図２の下側斜め方向から見た斜視図である（図２と上下が逆になっている）。図２の断面図において、透光性部材に入射する入射光及びプリズム部で反射される反射光の光路を概念的に示す図である。図２のプリズム部の拡大断面図であり、プリズム部で反射される光の光路を説明するための図である。図２のプリズム部の他の例を示す図である。図２のプリズム部の他の例を示す図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。図２のプリズム部の凹凸形状の他の例を示す図であり、（ａ）は、プリズム部を法線方向から見た場合の図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。図９の形状におけるプリズム部において、ピッチが１００μｍであるときの相対輝度を１としたときの、ピッチと相対輝度との関係を示すグラフの図である。プリズム部のピッチを２５０μｍ、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、１０μｍとしたときにおけるプリズム部が光輝する様子を撮影した写真の図である。

本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施形態（図面の内容も含む。）によって限定されるものではない。下記の実施形態に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

本実施形態に係る透光性部材２０は、装飾用部材１に使用される。

装飾用部材１は、自動車等の取り付け対象物に取り付けられ、取り付け対象物を装飾する部材である。装飾用部材１は、図１のように、「Ｘ」、「Ｙ」、又は、「Ｚ」の文字からなる複数の表示要素１ａを表示する。なお、表示要素１ａは、記号（文字や数字を含む）図形、又は、模様等を表すものであればよい。本実施形態では、表示要素１ａが外光（太陽光や室内の光源からの光）によって光輝して金属光沢を発することによって、装飾用部材１は、表示要素１ａを表示する。

装飾用部材１は、図１及び図２に示すように、取り付け対象物に固定される筐体１０と、この筐体１０に取り付けられる透光性部材２０と、を備える。

筐体１０は、凹部１１を有し、透光性部材２０の表面が凹部１１から露出するように、透光性部材２０が凹部１１内に取り付けられている。透光性部材２０の筐体１０への取り付けは、接着、嵌合、超音波溶着等の適宜の方法によって行われる。また、筐体１０は、凹部１１の内部に、凹部１１内の側壁面と底面とに繋がる傾斜部１２を備える。さらに、筐体１０は、裏面に取り付け対象物に筐体１０を取り付けるための取付け部１３を備える。筐体１０は、硬質樹脂材料等によって適宜の形成方法（金型による形成等）で形成される。筐体１０は、可視光を反射しないように、黒等の暗い色であることが望ましい。なお、筐体１０に透光性部材２０が取り付けられる形態は任意であり、筐体１０の形状は任意に変更可能である。

透光性部材２０は、凹部１１の形状に合わせた輪郭を有し、平板状に形成されている。透光性部材２０は、透明（無色透明の他、有色透明も含む）であり、光（特に可視光）を透過する。透光性部材２０の裏面には、凹部２１が形成されている。凹部２１は、表示要素１ａの形状に合わせて形成されている。

凹部２１の底面には、プリズム部２２が形成されている。プリズム部２２は、断面が略三角形状で、それぞれが三角柱を寝かせた形状（図３も参照）である複数の凸部２３を繰り返し並べた微細な凹凸として形成される。凸部２３は、その断面において底辺Ｓが１００μｍ、高さＨが５０μｍであり、頂部２３ａの角度が直角である直角二等辺三角形になるように形成されている。凸部２３（頂部２３ａ）は、プリズム部２２を法線方向から見た場合（プリズム部２２の凹凸を形成しない場合の面の法線方向であり、ここでは、図２において下側からプリズム部２２を見た場合）、所定の方向に延びており、本実施形態では、凸部２３（頂部２３ａ）は、それぞれ、図１の上下方向（図２の表裏方向）に沿って延びている。頂部２３ａのそれぞれの間隔（ピッチ）Ｌは、１００μｍになっている。プリズム部２２は凹部２１の底面に形成されており、かつ、凹部２１は表示要素２１ａの形状に合わせて形成されているので、プリズム部２２は、平面視（表面の法線方向から見た場合であって、例えば、図１の視線）において、表示要素１ａの形状になっている。

透光性部材２０は、その裏面にスペーサ２５をさらに備える。スペーサ２５は、透光性部材２０が筐体１０に取り付けられたときに、筐体１０の傾斜部１２に当接する。これによって、透光性部材２０の裏面と、筐体１０の凹部１１の底面とは離間し、両者の間には隙間が形成されている。この隙間は、厚さＤが０．５ｍｍになっている。

透光性部材２０は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の硬質樹脂材料等によって適宜の形成方法（金型による形成等）で形成される。プリズム部２２も、この形成時において一緒に形成される（超微細加工）。プリズム部２２は、例えば、金型による成形等の後から形成されてもよい。

以上のように形成された装飾用部材１では、図４（透光性部材２０の断面を表すハッチングは省略した。）のように、入射光１０１（様々な方向から入射する光を含む光である。）が透光性部材２０内に表面側に入射し、透光性部材２０を透過する。透光性部材２０を透過する入射光１０１は、プリズム部２２では反射し、他の部分では基本的には透過する。プリズム部２２で反射した入射光１０１は、反射光１０２（様々な方向の光を含む光である。）として、透光性部材２０の表面から出射する。

特にプリズム部２２では、図５（透光性部材２０の断面を表すハッチングは省略した。）に示すように、入射光１０１のうち、ある方向からプリズム部２２に到達した入射光１０１ａが、プリズム部２２の凸部２３を構成する斜辺において反射する。このような反射は、一定の範囲の方向（所定方向）からプリズム部２２に到達する入射光について起こる。反射した光は、反射光１０２ａとして透光性部材２０の表面から出射するので、表面側に位置するユーザには、このプリズム部２２が光輝しているように見え、これによって、表示要素１ａが光輝しているように見える。特に本実施形態では、入射光１０１ａが全反射することによって、プリズム部２２での反射率が上がり、表示要素１ａが光輝しているように見える。そして、本実施形態では、表示要素１ａが金属調に見える。つまり、表示要素１ａは、金属光沢を有する。

また、プリズム部２２が、凹部２１内の底面に形成されていることによって、表示要素１ａは、透光性部材２０内で浮かんで見え、この装飾用部材１及び透光性部材２０は、視覚的に面白くなる。さらに、プリズム部２２が表示要素１ａの形状であることによって、プリズム部２２の光輝によって、表示要素１ａが視覚的に見やすくユーザに認識される。

このように、本実施形態では、上記のような構成によって、透光性部材２０は、微細構造の凹凸からなり、透光性部材２０の表面から入射して到達した所定方向の光を反射（特に全反射）して光輝する領域を形成するプリズム部２２を裏面に備え、これによって、上記の非金属塗料層又は金属層を形成する行程や材料が不要になっているので、安価に透光性部材２０を製造できる。また、金属層を形成した場合には、電波障害等が起きてしまう場合があったが、本実施形態では、透光性部材２０の形状のみ（つまりプリズム部のみ）で、光輝性を表現できているので、透光性部材２０は、前記の電波障害等の弊害も無いか少ない。

本実施形態については、様々な変形が可能である。下記にその変形例を示すが、下記の変形例は、適宜、互いに組み合わせて本実施形態に適用してもよい。

プリズム部２２の凸部２３のサイズは、適宜変更可能である。但し、例えば、頂部２３ａのそれぞれの間隔Ｌであるピッチ（＝凸部２３の底辺Ｓ）は、１０μｍ以上、２００μｍ以下であることが望ましい（高さＨは、Ｌ／２）。詳しくは後述するが、ピッチが、２００μｍより大きいと、プリズム部２２が大きくなり、プリズム部２２の凹凸形状が目立って目視されてしまうため、ピッチは、２００μｍ以下であることが望ましい。なお、高さＨは、底辺Ｓ又は間隔Ｌの半分になる。また、ピッチは、１０μｍ未満であってもよい。このようなサイズによって、プリズム部２２が光輝する他、プリズム部２２において回折効果が生じ、プリズム部２２が虹色光に光って見えることもある。なお、透光性部材２０の形成上の限界で、ピッチは０．５μ未満では作れない。このため、ピッチは、０．５μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。そして、このようなピッチの寸法によって、プリズム部２２は光輝して見える。

透光性部材２０の表面及び／又は裏面は、上記では平面であるが、球面、自由曲面等の曲面であってもよい。

透光性部材２０の表面に、紫外線硬化樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等からなる透明な、強度向上のための補強層を塗装等によって形成しても良い。この場合、透光性部材２０は、透光性部材本体となり、透光性部材本体と補強層とによって、透光性部材が構成されることになる。このような補強層によって透光性部材全体の強度が向上する。

透光性部材２０は、凹部２１を備えなくても良く、プリズム部２２は、裏面の平坦な部分に形成されてもよい。この場合、表示要素１ａは、透光性部材２０の裏面に離れて見えるようになるので、見た目が面白い。

プリズム部２２は、凹部２１の底面に代えて又は加えて側壁面にも形成してもよい。例えば、図６に示すように、プリズム部２２は、凹部２１内の全て、つまり凹部２１の底面の他、側壁面に渡って形成されてもよい。図６のように、プリズム部２２を、凹部２１内の底面及び側壁面に形成することによって、表示要素１ａは立体的に光輝して見え、見た目が面白くなる。なお、プリズム部２２は、凹部２１の底面及び側壁面それぞれの一部のみに形成されても、ある程度の立体感は得られることがある。また、図７のように、プリズム部２２は、凹部２１内の側壁面のみに形成されてもよい。図７のように、プリズム部２２を、凹部２１内の側壁面のみに形成することによって、表示要素１ａの縁取り部分が立体的に光輝して見え、見た目が面白くなる。

また、凸部２３の延びる方向は、任意の方向で良く、また、部分毎に凸部２３の延びる方向が異なっても良い。

プリズム部２２の形状は、他の形状であってもよい。例えば、図８（ａ）及び（ｂ）のように、プリズム部２２は、底面及び開口が正四角形の逆台形ピラミッド形状（断面が等脚台形状）の凹部２２１からなる凹凸から形成されていてもよい。上記同様、プリズム部２２の形成上の限界、及び、プリズム部２２の凹凸形状が目立ってしまうことを防止する等を考慮し、また、底面が平面になっているのでその分ピッチを大きくする等の理由によって、このような形状では、例えば、凹部２２１の開口の一辺の長さ（ピッチ）Ｘ１は、０．５μｍ以上５００μｍ以下（例えば、３００μｍ）で、凹部２２１の底面の一辺の長さＹ１は、１μｍ以上３００μｍ以下（例えば、２００μｍ）で、底面から開口までの高さＨ１は、０．２５μｍ以上１００μｍ以下（例えば、５０μｍ）であることが望ましい。このようなプリズム部２２でも入射光の反射が起こり、プリズム部２２は光輝して見える。

プリズム部２２の形状は、他の形状であってもよい。例えば、図９（ａ）及び（ｂ）のように、プリズム部２２は、開口が正四角形の逆ピラミッド形状（正四角錐の形状であって、断面は、直角二等辺三角形）の凹部２２２からなる凹凸から形成されていてもよい。上記同様、プリズム部２２の形成上の限界、及び、プリズム部２２の凹凸形状が目立ってしまうことを防止する等を考慮し、例えば、凹部２２２の開口の一辺の長さ（ピッチ）Ｘ２は、０．５μｍ以上２００μｍ以下（例えば、１００μｍ）で、底点２２２ａ（正四角錐の頂点）から開口までの高さＨ２は、０．２５μｍ以上１００μｍ以下（例えば、Ｘ２／２で、５０μｍ）であることが望ましい。このようなプリズム部２２でも入射光の反射が起こり、プリズム部２２は光輝して見える。

プリズム部２２の形状は、他の形状であってもよい。例えば、図１０（ａ）及び（ｂ）のように、プリズム部２２は、回折格子型（断面の鋸波型で、頂部２２３ａが直線状に延びている形状）であってもよい。このようなプリズム部２２は、プリズム部２２を法線方向から見た場合に、所定方向に延びる直線状の凸部２２３を並べた形状になっている。上記同様、プリズム部２２の形成上の限界、及び、プリズム部２２の凹凸形状が目立ってしまうことを防止する等を考慮し、例えば、凸部２２３の頂部２２３ａの間隔（ピッチ）Ｘ３（＝凸部２２３の底辺の長さ）は、０．５μｍ以上２００μｍ以下（例えば、５μｍ）で、凸部２２３の底辺から頂部２２３ａまでの高さＨ３は、０．０８５μｍ以上１００μｍ以下（例えば、１．６μｍ）で、斜辺と底辺との間の角度（斜角）θ１は、１０°以上４５°以下（例えば、２５°）であり、斜角θ２は、４５°以上９０°未満（例えば、７５°）であることが望ましい。また、このようなプリズム部２２でも入射光の反射が起こり、プリズム部２２は光輝して見える。

プリズム部２２の形状は、他の形状であってもよい。例えば、図１１（ａ）及び（ｂ）のように、プリズム部２２は、矩形形状（ここでは正方形）の複数の回折格子（凹部）２２４を並べた形状になっている。上記同様、プリズム部２２の凹凸形状の形成上の限界、及び、プリズム部２２が目立ってしまうことを防止する等を考慮し、例えば、この回折格子２２４の一辺の長さ（ピッチ）Ｘ４（＝凹部の開口の一辺の長さ）は、０．５μｍ以上２００μｍ以下（例えば、５μｍ）で、回折格子２２４の底点２２４ａから開口までの高さＨ４は、０．０８５μｍ以上１００μｍ以下（例えば、１．６μｍ）で、斜辺と底辺との間の角度（斜角）θ３は、１０°以上４５°以下（例えば、２５°）であり、斜角θ４は、４５°以上９０°未満（例えば、７５°）であることが望ましい。また、このようなプリズム部２２でも入射光の反射が起こり、プリズム部２２は光輝して見える。

また、プリズム部２２を構成する凸部２３（頂部２３ａ）は、プリズム部２２を法線方向から見た場合に、円弧を描くように曲がっていても良い（図１２（ａ）及び（ｂ）参照）。このような形状であっても、プリズム部２２は反射を生じさせて光輝して視認され、上記と同様の効果を適宜得ることができる。また、プリズム部２２を構成する凸部２２３（頂部２２３ａ）は、プリズム部２２を法線方向から見た場合に、円弧を描くように曲がっていても良い（図１３（ａ）及び（ｂ）参照）。このような形状であっても、プリズム部２２は反射を生じさせて光輝して視認され、上記と同様の効果を適宜得ることができる。

また、プリズム部２２とは違う構造等で、違う光輝の仕方をするプリズム部を、表示部剤２０の裏面の、表示要素１ａの形状のプリズム部２２以外の部分（凹部２１以外の部分）に形成してもよい。これによって、プリズム部２２と、これとは違う態様で光輝するプリズム部と、の光輝の仕方の異なり方によって、ユーザは表示要素１ａを視認でき、見た目が面白くなる。

また、凹部２１の断面形状も的変更可能であり、例えば、逆Ｖ字形状等であってもよい。例えば、凹部２１の側壁面の傾斜はもっと大きくても小さくても良い。

上記のように、プリズム部２２の凹凸面は、平らな面のみで構成されるか、平らな面を緩やかに湾曲させたような面を有するように構成されるので、反射が起こりやすく、プリズム部２２は光輝しやすくなっている。また、プリズム部２２は、１つの所定形状の凹部又は凸部等を単位とし、単位とする凹部又は凸部等を複数並べた形状であればよい（上記実施形態及び変形例でもプリズム部２２はこのような形状になっている）。プリズム部２２は、そのピッチ（上記参照。各単位における繰り返しの方向に沿った方向の各単位の長さ（幅）等とも言える。）が５００μｍ以下で、各単位の最も高い部分と低い部分との間の長さ（高さ）が１００μｍ以下であれば、微細構造の凹凸と言える。

ピッチについてさらに詳しく説明する。ここでは、裏面に図９の形状のプリズム部２２を備える、互いにピッチが異なる複数の透光性部材を形成した（凹部２１は形成されていない。）。具体的には、ピッチが１０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍである場合の複数の透光性部材を形成した。そして、これら透光性部材２０に、表面側から光をあてて、プリズム部２２における輝度を計測した。測定に使用した測定装置は、トプコン社製輝度計「ＢＭ−７」である。

図１４は、ピッチが１００μｍであるときの輝度を１としたときの、ピッチと相対輝度との関係を示すグラフの図である。図１４のように、ピッチが大きくなると輝度は上がることが分かる。

さらに、前記計測において光輝するプリズム部２２を表面側からデジタルカメラで撮影した画像を図１５に示す。図１５（ａ）のように、ピッチが２５０μｍの場合、プリズム部２２における凹凸形状が見えてしまい、さらに凹凸形状が目立ってしまう。このように、ピッチが大きくなると、プリズム部２２の形状が目立ってしまうので、ピッチは、この凹凸形状が目立たないピッチが２００μｍ以下であることが望ましい。なお、このピッチの大きさは、他の形状のプリズム部でも言えることであるが、つまり、他の形状であってもピッチは２００μｍ以下でプリズム部２２の凹凸形状は、目立たなくなるため、この長さが望ましいが、図８の形状では、底面が平面になっているので、その分ピッチを大きくする必要がある。このときは、底面の分の一辺の長さを３００μｍとして、ピッチは、５００μｍ以下としてもよい。

さらに、図１５（ｅ）では、プリズム部２２は虹色に光輝している。これは、回折効果によるものと考えられる。このように、ピッチが１０μｍ以下であれば、プリズム部２２は虹色に光輝する（ホログラム調）。これも、他の形状のプリズム部２２でも言えることである。

さらに、ピッチが０．５μｍ未満のプリズム部２２は、その凹凸が細かすぎ、上述のように、製造できない。このため、ピッチの最低ラインは、上記のように、０．５μｍになる。

１・・・装飾用部材、１０・・・筐体、２０・・・透光性部材、２１・・・凹部、２２・・・プリズム部、２３・・・凸部、２３ａ・・・頂部

Claims

光を透過する透光性部材であって、
微細構造の凹凸からなり、前記透光性部材の表面から入射して到達した所定方向の光を前記表面側に反射して前記表面から出射させることによって金属調又は虹色に光輝するプリズム部を裏面に備え、
前記裏面は、前記凹部を有し、
前記プリズム部は、前記凹部に形成されている、
ことを特徴とする透光性部材。
前記プリズム部は、前記凹部の底面及び側壁面のうちの少なくとも前記底面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の透光性部材。
前記プリズム部は、前記所定方向の光を全反射して前記表面から出射させることによって金属調又は虹色に光輝する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の透光性部材。
前記プリズム部は、前記透光性部材が表示する表示要素の形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の透光性部材。
前記凹凸は、凸部又は凹部を並べたものであり、そのピッチは、０．５μｍ以上５００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の透光性部材。
光を透過する透光性部材であって、
微細構造の凹凸からなり、前記透光性部材の表面から入射して到達した所定方向の光を前記表面側に反射して前記表面から出射させることによって金属調又は虹色に光輝するプリズム部を裏面に備える、
ことを特徴とする透光性部材。