JP7337025B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具に関し、より詳細には、前面カバーの内表面に防曇膜を備える車両用灯具に関する。
従来、車両用灯具において、シリコーン樹脂部品が用いられている。特に、近年、形状の複雑化、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂製のレンズが採用されるようになっている(特許文献1参照)。
シリコーン樹脂は、アウトガスとして環状低分子シロキサン(以下、単に低分子シロキサンという。)を放出することが知られている。この環状低分子シロキサンは、シリコーン樹脂成形時に、未反応で残留するシリコーン樹脂原料の残留物である。特に、D3~D10の低分子シロキサンの残留量を低減することが、シリコーン樹脂の品質基準の指標となっている。車両用灯具においても、一般に、D3~D10の低分子シロキサン含有率を300ppm以下に低減した、低分子シロキサン低減タイプ(低シロキサン管理グレード)のシリコーン樹脂が用いられている。
一方、車両用灯具において、前面カバーの内表面に防曇膜を備える構成が多く採用されている(特許文献2参照)。しかし、近年、防曇膜を備える車両用灯具において、前面カバーの水垂跡等、防曇性能の低下に由来する問題が検討されている。
特開2019-102389号公報 特開2019-093564号公報
そこで、発明者らが検討したところ、従来の車両用灯具では、低分子シロキサン低減タイプのシリコーン樹脂部品を用いているにも関わらず、防曇性能の低下がみられる場合があることが分かった。
本発明は係る事情を鑑みてなされたものであり、シリコーン樹脂部品を用いた車両用灯具において、防曇性能の低下を防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の1つの態様に係る車両用灯具は、照射方向が開口したランプボディと、前記開口を覆って灯室を画成し、内表面に合成樹脂を主成分とする防曇膜を備える前面カバーと、前記灯室内に配置され、光源およびレンズを備える光源ユニットと、前記灯室内に配置されるシリコーン樹脂部品とを備え、前記シリコーン樹脂部品におけるD3~D20の環状低分子シロキサン含有率が質量換算で0~300ppmである。
従来の車両用灯具においては、D3~D10の含有率が管理されたシリコーン樹脂部品を使用していたが、D11~D20の含有率については考慮されていなかった。上記構成によれば、シリコーン樹脂部品におけるD3~D20の低分子シロキサンの含有率を合計で、300ppm未満に抑えることで、点灯状態で高温になる灯室内のシリコーン樹脂部品からの低分子シロキサンの放出量を低減することが可能となる。この結果、前面カバーの内表面に形成された防曇膜への低分子シロキサンの影響を低減することができ、防曇性能の低下を防止することができる。
上記態様において、前記シリコーン樹脂部品は、前記レンズであることも好ましい。
また、上記態様において、前記シリコーン樹脂部品におけるD11~D20の環状低分子シロキサン含有率が質量換算で0~290ppmであることも好ましい。
また、上記態様において、前記D3~D20の環状低分子シロキサン含有率が、0~20ppmであることも好ましい。
また、上記態様において、前記D11~D20の環状低分子シロキサン含有率が、0~11ppmであることも好ましい。
前記防曇膜は、アニオン系、カチオン系およびノニオン系の何れかの界面活性剤を含む防曇塗料を含んでなることも好ましい。
なお、本明細書において、シリコーン樹脂部品の「低分子シロキサン含有率」(単位:ppm)は、シリコーン樹脂部品の単位質量当たりの、特定した環状ジメチル型シロキサン(分子式SiO(CH)の合計の含有率(質量換算)をいい、D3(3量体)~D20(20量体)の低分子シロキサン含有率といった場合には、D3~D20の合計の含有率(質量換算)を意味する。
上記態様にかかる車両用灯具によれば、シリコーン樹脂部品を用いた車両用灯具において、防曇性能の低下を防止することができる。
本発明の実施の形態に係る車両用灯具の概略正面図である。 (A)は図1に示す車両用灯具のIIA-IIA線に沿う概略断面図であり、(B)は、車両用灯具の走査機構の拡大図である。 上記車両用灯具の防曇性能試験を実施するための設備の概要を示す模式図である。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、以下の説明において、車両用灯具(以下、単に「灯具」ともいう。)に関する上下左右等の方向を示す語は、特に言及しない限り、灯具を車両に取り付けた状態で、正面視した場合の方向を意味する。即ち、灯具の「前方」は車両としても前方を意味し、灯具の左は、車両としての右を意味し、灯具の右は、車両としての左を意味する。また、図面において、矢印U-Dは、灯具を正面視した場合の上下方向を、矢印F-Bは同前後方向を、矢印L-Rは、同左右方向を示す。
(実施の形態)
(灯具の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る灯具1の概略構造を模式的に示す正面図であり、図2(A)は、灯具1の図1のIIA-IIA線に沿う断面図である。灯具1は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置の、左右いずれか一方の前照灯ユニットである。一対の前照灯ユニットは、実質的に同一の構成を有する。
灯具1は、概略として、ランプボディ2と、前面カバー3と、ハイビームユニットHUと、ロービームユニットLUと、ブラケットユニット6とを備える。
ランプボディ2は、例えばポリプロピレン、アクリロニトリル・スチレン・アクリレート(ASA)等の合成樹脂で形成され、照射方向前方に開口する箱状の形状をなす。前面カバー3が、ランプボディ2の開口を閉塞することで、灯室4が画成されている。
前面カバー3は、透光性と衝撃性に優れた合成樹脂により構成される。材料としては、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等を採用することができる。前面カバー3は、素通し状とされ、一部の内面にレンズカット(図示せず)が形成されていてもよい。
前面カバー3の内表面には、防曇膜5が形成されている。防曇膜5の形成は、例えば、スプレーガンを用いて、前面カバーの内表面に沿ってスプレーガンのノズルを移動させながら、ノズルから透光性の防曇塗料Pを内表面に吹き付け、温風等で熱して硬化することにより行うようになっていてもよい。
防曇塗料Pとしては、例えば、アニオン系、カチオン系およびノニオン系の何れかの界面活性剤と、アクリル樹脂等の樹脂、および硬化剤(触媒)等を含んでなる公知の防曇塗料が採用可能である。例えば、特開2005-246227号等に記載の硬化型防曇塗料であってもよい。
界面活性剤を含む防曇塗料による防曇性能は、界面活性剤の疎水基が前面カバー内表面に配向して、親水基が外側を向くことで、付着した水滴の接触点における水と前面カバーとの間の界面張力が低下して、前記接触点における接触角を小さくするように発揮される。環状低分子シロキサンは、極性が低く、防曇膜に付着すると、防曇膜5の界面張力低下効果を低減する。
ハイビームユニットHUおよびロービームユニットLUは灯室4内に配置されている。ハイビームユニットHUおよびロービームユニットLUはブラケットユニット6により保持されている。
ハイビームユニットHUは、前方に出射した光で所定の形状や配光を形成するように構成された可変配光ヘッドランプ(ADB:Adaptive・Driving・Beam)であり、ハイビーム配光だけではなく、車両の運転状況や周辺の状況に適応させて可変配光を形成することができる。
ハイビームユニットHUは、光源12、走査機構14、光源12からの出射光を集光して、走査機構14へ入射させる集光レンズ16、走査機構14および光源12を制御する制御部18、投影レンズ22、およびレンズホルダ24を備える。これらの構成要素は、適宜の手段により、ブラケットユニット6に支持されている。
光源12は、LED(Light・Emitting・Diode)、EL(Electro・Luminessence)等の半導体発光素子である。光源12は、これに限定されず、LD(Laser・Diode)素子であってもよい。
走査機構14は、図2(B)に拡大して示すように、形状の同じ3枚のブレード14aが、筒状の回転部14bの周囲に設けられ、光源12から出射された光を回転しながら反射し、所望の配光パターンを形成するように構成された反射面を備える回転リフレクタである。回転軸Rは、光源の光軸Mに対して斜めになっており、光軸Mと光源12とを含む平面に設けられている。
ブレード14aの形状は、光源12の反射による二次光源が、投影レンズ22の後方焦点付近に形成されるように構成されている。更に、ブレード14aは、回転軸Rを中心とする周方向に向かうにつれ、光軸Lと反射面15がなす角が変化するようにねじられた形状を有する。走査機構14は、回転軸R周りに回転しながら、反射面により反射された光の方向が変化するように反射することで、光源12からのレーザ光を左右方向に走査させる。
投影レンズ22は、例えば、ポリカーボネート、PMMA等の透光性樹脂で構成されており、ブレード14aから入射した光を前方へと照射する。
この結果、光源12からの光は、集光レンズ16により集光され、走査機構14である回転リフレクタに入射する。回転リフレクタに入射した光は、反射面15により左右に走査される。投影レンズ22は、回転リフレクタからの光を入射して前方に照射する。このようにして、ハイビームユニットHUは、投影レンズ22の各位置で入射した光が重なり合って所定の配光パターンを形成する。
ロービームユニットLUは、発光素子である光源、リフレクタ、および投影レンズを備えるプロジェクタ型の光学ユニットLo1を備える。光学ユニットLo1は、例えば特開2014-078476号公報に記載されたロービームユニットと同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。
ロービームユニットLUは、光学ユニットLo1と、これと同構成の光学ユニットLo2を備え、2基の光学ユニットLo1,Lo2によって、車両前方にロービーム配光を形成する。
ブラケットユニット6は、灯具1の正面形状に沿う形状のベースプレート6aと、上下3か所に設けられた3つのエイミングスクリュEを備える。ハイビームユニットHUおよびロービームユニットLUの光軸は、各エイミングスクリュEを回転させることにより、水平方向および鉛直方向に調整される。
灯室4内の符号8は、エクステンションであり、ロービームユニットLUおよびハイビームユニットHUの周辺を覆うように囲っている。
(シリコーン樹脂部品)
ここで、本実施の形態にかかる灯具1におけるシリコーン樹脂部品である集光レンズ16について説明する。集光レンズ16は、光学部品用の高透明シリコーン樹脂をベースポリマーとし、例えば、有機過酸化物または白金化合物等の触媒を架橋剤として、射出成形により製造される。集光レンズ16における、低分子シロキサンの含有率は、D3~D20の総量が、0~300ppmであり、D11~D20の総量が0~290ppmである。また、D3~D20の低分子シロキサンの含有率は、0~20ppmであるとより好ましく、この時D11~D20の含有率が、0~11ppmである。
低分子シロキサンの含有率は、例えば次のようにして制御することができる。
(1)材料成分中の低分子シロキサンを極力除去した、市販されている低シロキサン管理グレードのシリコーン樹脂を使用する。
(2)射出成形後、所定の温度(例えば150℃~200℃)で所定時間(例えば、2~4時間)加熱して、低分子シロキサンを放出させることにより除去する。このように加熱することを二次加硫といい、加熱温度および加熱時間を調整することにより、残留する低分子シロキサン含有率を調整することができる。
(3)射出成形後のシリコーン樹脂部品を、有機溶媒に浸漬させて、所定時間(例えば6時間)放置し、シリコーン樹脂部品中に含まれる低分子シロキサンを溶出させることにより、低分子シロキサン含有率を低減する。有機溶媒としては、アセトン等のケトン系溶媒、ノルマルヘキサン等のオレフィン系溶剤、メチルアルコール等のアルコール等を用いることができる。残留する低分子シロキサン含有率は、有機溶媒の種類、浸漬温度、および浸漬時間を調整することにより調整することができる。
(実験)
以下、本実施の形態にかかる灯具1についての防曇性能を評価するために、それぞれ、低分子シロキサン含有率の異なる集光レンズ16を作成した。そして、作成した集光レンズ16中の低分子シロキサン濃度を測定し、オイルバスを用いた防曇性能試験を行った。オイルバスを用いた防曇性能試験は、シリコーン樹脂部品の試験片を、防曇塗装を施したプレートで覆った、ガラスビーカー内に密閉して、灯具の点灯状態に相当する温度に加熱することで、車両用灯具点灯時に相当する状態を観察することができる試験である。
(シリコーン樹脂部品(集光レンズ)の作成)
シリコーン樹脂部品である集光レンズ16は、表1に記載した実施例1,2、および比較例1,2のそれぞれの灯具について、表1に記載した材料グレードを有するシリコーンエラストマーを用いて、同一の金型を用いて射出成形し、表1に示す条件で後処理をおこなって作成した。
(低分子シロキサン含有率の測定)
作成したシリコーン樹脂部品における低分子シロキサン含有率の測定は、以下のようにして行った。
(1)まず、各シリコーン樹脂部品を1~2mm角に裁断する。
(2)断片の質量を測定する。
(3)所定量のノルマルヘキサンで抽出する。
(4)抽出溶媒全量を、注入温度280℃の条件で、ヘリウムをキャリアガス(移動相)として、キャピラリーカラムを用いたガスクロマトグラフ装置(アジレント・テクノロジー株式会社製のガスクロシステム7980B)で分離し、FID(Flame Ionization Detector, 水素炎イオン化型検出器)を用いて検出した。
(5)結果から、D3~D10およびD11~D20のそれぞれの低分子シロキサンを定量し、それぞれの総量を算出して、(2)で求めた質量から低分子シロキサン含有率(ppm)を算出した。
(防曇性能試験)
防曇性能試験は、以下の設備を用い以下の方法の通り行った。図3は、防曇性能試験設備30の概要を示す模式図である。
設備:
・オイルバス31(容量38L,トーマス科学器械株式会社製)
・ガラスビーカー32(容積1L,外径φ95mm×高さ160mm,ガラス板厚t2.1mmのガラスビーカー)
・穴あきガラス板33(100mm×100mm×板厚t1.9mmの正方形ガラス板の中央部に、直径40mmの穴を開口したもの)
・防曇塗装34a付きPCプレート34(100mm×100mm×t3mmの正方形PCプレートにアニオン系の界面活性剤を含むアクリル系防曇塗料Pを塗布したもの)
方法:
(1)シリコーン樹脂部品を1~2mm角に裁断して試験片35とする。
(2)ガラスビーカー32に、試験片35を0.8g秤量して投入する。
(3)ガラスビーカー32に防曇塗装付きPCプレート34を取りつけた穴あきガラス板をセットする。
(4)ガラスビーカー32の底面から64mmの深さのオイルバス31につけて130℃で20時間加熱する。
(5)加熱後、防曇塗装付きPCプレート34を取り外し、約40℃のスチームを20秒間吹き付けて、防曇膜の状態を目視により観察する。
(6)防曇膜の状態を、以下の5つのランクに分類して評価した。また、ランク4以上を合格とした。
ランク1:曇りが発生し、晴れない
ランク2:曇りが発生するが、水膜になる
ランク3:全体が一瞬曇るが、すぐに水膜になる。
ランク4:一部曇りが発生するがすぐに水膜になる。
ランク5:曇りなし
上記実験結果を表1にまとめる。

表1から明らかなように、シリコーン樹脂部品を使用しない参考例からは、防曇性能への影響は見られなかった。また、D3~D20の低分子シロキサン濃度が300ppm未満の実施例1,2では、防曇性能試験において、いずれも曇りが発生しないか、一部に発生してもすぐに水膜となり、防曇性能の低下はおこらなかった。一方で、比較例2のように、D3~D10の低分子シロキサン含有率が17ppmという、いわゆる従来低シロキサンといわれる範囲のものであっても、防曇性能試験において、曇りが発生し、防曇性能の低下がみられた。
このことから、防曇性能試験において、不合格となるのは、シリコーン樹脂部品である集光レンズ16から放出する低分子シロキサンが原因であることがわかる。また、1000時間点灯後の防曇性能を確保するためには、シリコーン樹脂部品の、D3~D20の低分子シロキサン含有率が300ppm未満(D11~D20の低分子シロキサン濃度が290ppm未満)であることが好ましいことがわかる。また、D3~D20の低分子シロキサン含有率が20ppm未満(D11~D20の低分子シロキサン濃度が11ppm未満)であることがわかる。
D3~D20、特にD11~D20の低分子シロキサン含有率に注目して、シリコーン樹脂部品を管理することが好ましい理由としては以下のように考えられる。シリコーン樹脂製品から放出される低分子シロキサンの分布は、加熱温度により異なる。加熱温度50℃では、D5を中心としてD3~D10が多く放出されるが、加熱温度が高くなるほど分子量の大きい低分子シロキサンの放出量が増加し、300℃では、D14~D20が優勢となる。車両用灯具1の灯室4内は比較的高温であり、特に光源周辺では100~150℃になることがあり、D11~D20の放出量が多いと考えられる。このため、シリコーン樹脂部品に含まれる、D3~D20の低分子シロキサンの含有率を、放出されるD11~D20のシロキサンの含有率に注目して管理することになり、シリコーン樹脂部品の寸法を管理することで、放出される低分子シロキサンの総量を間接的に管理することができる。
また、本実施の形態では、シリコーン樹脂部品に含まれる低分子シロキサン含有率を管理して防曇性能の低下を防止している。防曇膜の防曇性能の低下に直接的に関与するのは灯室内の空気中における低分子シロキサン濃度であるが、これを管理することは困難である。一方、本実施の形態では、低分子シロキサン含有率を管理することで、灯室内に放出される低分子シロキサンの総量を間接的に管理することができる。このため、シリコーン樹脂部品の数や大きさ、あるいは灯室の容量が変化した場合においても、防曇性能を妨げないシリコーン樹脂部品の構成を的確に設計することができる。
また、本実施の形態では、低分子シロキサンを低減させたことにより、水滴と防曇膜との間の界面張力低下効果を低減することができるので、特に、防曇塗料として、界面活性剤を含む防曇塗料を用いた場合に、防曇性能の低下を抑制することができる。
なお、上記説明では、シリコーン樹脂部品の例として、集光レンズ16を挙げて説明したが、本発明におけるシリコーン樹脂部品はこれに限らず、車両用灯具において採用される種々のシリコーン樹脂部品を含むことは、言うまでもない。
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は、本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。
1 :灯具(車両用灯具)
2 :ランプボディ
3 :前面カバー
4 :灯室
5 :防曇膜
6 :ブラケットユニット
6a :ベースプレート
12 :光源
16 :集光レンズ(シリコーン樹脂部品)
HU :ハイビームユニット(灯具ユニット)

Claims (6)

  1. 照射方向が開口したランプボディと、
    前記開口を覆って灯室を画成し、内表面に合成樹脂を主成分とする防曇膜を備える前面カバーと、
    前記灯室内に配置され、光源およびレンズを備える光源ユニットと、
    前記灯室内に配置されるシリコーン樹脂部品とを備え、
    前記シリコーン樹脂部品におけるD3~D20の環状低分子シロキサン含有率が質量換算で0~300ppmであることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記シリコーン樹脂部品は、前記レンズであることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記シリコーン樹脂部品におけるD11~D20の環状低分子シロキサン含有率が質量換算で0~290ppmであることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用灯具。
  4. 前記D3~D20の環状低分子シロキサン含有率が、0~20ppmであることを特徴とする請求項1~3の何れかに記載の車両用灯具。
  5. 前記D11~D20の環状低分子シロキサン含有率が、0~11ppmであることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の車両用灯具。
  6. 前記防曇膜は、アニオン系、カチオン系およびノニオン系の何れか界面活性剤を含む防曇塗料を含んでなることを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の車両用灯具。
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