(57)【要約】【課題】機械的強度が高く、かつ透光性に優れた透光性樹脂複合材料を得る。【解決手段】再生セルロースからなるシート状フィラーと、透光性樹脂とを複合化させたことを特徴としており、好ましくは、シート状フィラーの充填率が、５〜６０重量％の範囲内であり、さらに好ましくは、シート状フィラーの厚みが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であり、アスペクト比（幅／厚み）が２以上であることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生セルロースからなるシート状フィラーと、透光性樹脂とを複合化させたことを特徴とする透光性樹脂複合材料。
【請求項２】
前記シート状フィラーの充填率が、５〜６０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の透光性樹脂複合材料。
【請求項３】
前記シート状フィラーの厚みが、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であり、アスペクト比（幅／厚み）が２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の透光性樹脂複合材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の透光性樹脂複合材料から形成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子を備えることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズなどの光学素子に用いることができる透光性樹脂複合材料並びに光学素子及び光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学材料としては、ガラスまたは樹脂材料が用いられている。ガラスは、特性が安定で信頼性の高い材料であるが、硬質であり、融点が高いため、加工にコストがかかるという問題がある。一方、樹脂材料は、加工は容易であるが、特性の温度依存性が大きく、経時劣化もガラスに比べると大きいという問題がある。
【０００３】
ガラス及び樹脂材料の欠点を補うため、ガラスと樹脂を複合化する方法がある。その一例として、自動車部品やスキー板などのスポーツ用品などに用いられるガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）がある。ＦＲＰは、一般に不透明であるが、特許文献１及び特許文献２においては、ガラスと樹脂の屈折率を一致させることにより、透明な複合材料を得る方法が開示されている。
【０００４】
特許文献３においては、フィラーとしてガラスの代わりにセルロースを用いる方法が開示されている。セルロースは、機械的性能がガラスと同等以上であり、また、軽量であること、及び生分解性を有し、焼却可能であることから、廃棄も容易であるという特徴を有している。
【０００５】
しかしながら、セルロースはほとんどの溶媒に不溶であり、また高温でも軟化せずに分解するため、所望の形状に成形することは困難である。
【０００６】
特許文献３においては、フィラーとして、微生物が生成したバクテリアセルロース繊維を使用しているので、その製造に時間を要するという問題がある。
【０００７】
特許文献４においては、セルロース不織布を用い、セルロース不織布に樹脂を充填させている。しかしながら、綿花やパルプから生成したセルロースを用いた場合、その繊維径や形状にばらつきが大きく、このようなセルロース不織布を用いた場合、良好な透光性を有する複合材料が得られないという問題がある。
【０００８】
特許文献５においては、ポリオレフィン樹脂の有機フィラーとして、粒状の再生セルロースフィラーが用いられている。しかしながら、ポリオレフィン樹脂に対するフィラーとしての検討であり、透光性樹脂複合材料については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６２−１３３８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２５１２２７号公報
【特許文献３】特開２００５−６０６８０号公報
【特許文献４】特開２００６−３１６２５３号公報
【特許文献５】特開２００６−１６４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、機械的強度が高く、かつ透光性に優れた透光性樹脂複合材料並びにそれを用いて形成した光学素子及び該光学素子を備える光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の透光性樹脂複合材料は、再生セルロースからなるシート状フィラーと、透光性樹脂とを複合化させたことを特徴としている。
【００１２】
本発明においては、再生セルロースからなるフィラーを用いている。シート状の再生セルロースは、セロファンとも呼ばれるものであり、セルロースをアルカリ液で溶解したビスコースを細長い隙間より凝固液中に押し出して成形することができる。従って、再生セルロースは、工業材料として容易に入手することができるセルロースである。
【００１３】
本発明においては、再生セルロースからなるシート状のフィラーを透光性樹脂に複合化させているため、複合化材料のヘイズ値を低くすることができ、透光性に優れた樹脂複合材料とすることができる。
【００１４】
透光性樹脂複合材料におけるシート状フィラーの充填率は、５〜６０重量％の範囲内であることが好ましい。フィラー充填率が、５重量％未満であると、機械的強度の改善効果が十分に得られない場合がある。また、フィラー充填率が６０重量％を超えると、フィラーを樹脂中に充填することが困難になる場合がある。フィラー充填率は、さらに好ましくは、５〜３０重量％の範囲である。フィラー充填率が３０重量％を超えると、ヘイズ値が１０％以上となり、十分な透光性が得られない場合がある。
【００１５】
本発明において用いるシート状フィラーの厚みは、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．０３ｍｍ〜０．１２ｍｍの範囲内である。フィラーの厚みが薄すぎると、樹脂中に混練した際にフィラーが破断するおそれがある。また、フィラーの厚みが厚すぎると、低いヘイズ値が得られない場合がある。従って、フィラーの厚みを上記範囲内に設定することにより、ヘイズ値を小さくすることができ、透光性に優れた樹脂複合材料とすることができる。
【００１６】
また、シート状フィラーのアスペクト比（幅／厚み）は２以上であることが好ましく、さらに好ましくは８以上である。フィラーのアスペクト比を上記範囲に設定することにより、ヘイズ値をより小さくすることができる。
【００１７】
従って、本発明においては、シート状フィラーの厚みが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であり、アスペクト比（幅／厚み）が２以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、シート状フィラーの長さは特に制限されるものではない。例えば、長いシート状フィラーを丸めて圧縮成形し、成形したフィラーの隙間に樹脂を含浸させてもよい。シート状フィラーの長さは、上記のように特に制限されるものではないが、樹脂に添加混練して配合する場合には、厚みの２倍以上であることが好ましい。また、シート状フィラーの長さは、成形体の径または短辺の１／２以下であることが好ましい。このようにすることにより、圧縮成形時の充填を容易に行うことができる。
【００１９】
本発明において用いることができる透光性樹脂としては、アクリレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素化ポリエチレン樹脂などを用いることができる。アクリレート樹脂の場合には、屈折率の異なる種類のアクリレート樹脂を混合し、混合比率を調整することにより、屈折率を調整することができる。また、フッ素化ポリエチレンの場合には、フッ素置換率を調整することにより、屈折率を調整することができる。
【００２０】
本発明の光学素子は、上記本発明の透光性樹脂複合材料から形成されることを特徴としている。
【００２１】
本発明の透光性樹脂複合材料は、シート状フィラーによって補強されており、高い機械的強度を有するとともに、良好な透明性を有している。従って、光学素子を形成する複合材料として用いることができる。光学素子としては、例えば、光送受信モジュール及び光スイッチ等の光通信デバイス、光導波路、光ファイバー、及びレンズアレイ等の光伝搬路構造、及びそれらを含む光ビームスプリッタ等の光デバイス、インテグレータレンズ、マイクロレンズアレイ、反射板、導光板、投射用スクリーン等の表示デバイス（ディスプレイまたは液晶プロジェクタ等）関連光学素子、眼鏡、ＣＣＤ用光学系、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラ等に用いられるレンズ、光学フィルタ、回折格子、干渉計、光結合器、光合分波器、光センサー、ホログラム光学素子、その他光学部品用材料、光起電力素子、コンタクトレンズ、医療用人工組織、発光ダイオード（ＬＥＤ）のモールド材等が挙げられる。また、電気配線用基板、機械部品用材料、反射防止膜及び表面保護膜等の各種コーティング材料としても用いることができる。
【００２２】
本発明の光学装置は、上記本発明の光学素子を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、機械的強度が高く、かつ透光性に優れた透光性樹脂複合材料並びに光学素子及び光学装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に従う実施例１において作製した透光性樹脂複合材料の成形体を示す模式図。
【図２】本発明に従う実施例１〜３におけるヘイズ値を示す図。
【図３】本発明に従う実施例４において作製した光学レンズを示す模式的断面図。
【図４】本発明に従う実施例５において作製したプロジェクタを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２６】
〔シート状フィラーの調製〕
市販のセロファンシートを用いて、シート状フィラーを調製した。セロファンシートとしては、厚み０．０３ｍｍ、厚み０．０６ｍｍ、厚み０．１２ｍｍの３種類のものを用い、厚み０．０３ｍｍのシートは幅１ｍｍ及び長さ５ｍｍ、厚み０．０６ｍｍのものは幅０．５ｍｍ及び長さ５ｍｍ、厚み０．１２ｍｍのシートは幅０．２５ｍｍ及び長さ５ｍｍとなるように裁断し、シート状フィラーを調製した。
【００２７】
〔透光性樹脂の調製〕
ジシクロペンテニルアクリレート６５重量％、及びペンタエリスリトールトリアクリレート３５重量％の混合物に、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを光重合開始剤として、アクリレート樹脂の合計に対し１重量％となるように添加し、透光性樹脂を調製した。
【００２８】
この透光性樹脂に波長３６５ｎｍの紫外光を約３００ｍＷ／ｃｍ２の強度で６０秒間照射することにより透光性樹脂を硬化させた。この硬化物について、アッベ屈折率計を用い、波長５８９ｎｍの光に対する屈折率を測定したところ、屈折率は１．５２９であった。また、上記で調製したシート状フィラーの屈折率も１．５２９であった。
【００２９】
（実施例１）
上記で作製した透光性樹脂に、幅１ｍｍ、厚み０．０３ｍｍ、長さ５ｍｍのシート状フィラーを、４重量％、８重量％、１６重量％となるようにそれぞれ配合し、透光性樹脂複合材料を調製した。
【００３０】
得られた透光性樹脂複合材料を、金型を用いて、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの成形体に成形した。成形は、金型を用い、波長３６５ｎｍの紫外光を約３００ｍＷ／ｃｍ２の強度で６０秒間照射することにより硬化させて成形した。
【００３１】
図１は、透光性樹脂複合材料の成形体を示す模式的断面図である。図１に示すように、成形体（透光性樹脂複合材料）３においては、透光性樹脂１中にシート状フィラー２が平行に積層されるように含有されている。
【００３２】
得られた成形体３は、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの成形体であり、この成形体を用いて、ヘイズ値、線膨張係数、曲げ強度、及び曲げ弾性率を測定した。
【００３３】
ヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ７１３６に従い測定した。線膨張係数は、示差熱機械測定装置により測定した。曲げ強度はＪＩＳ  Ｋ７１７１、曲げ弾性率はＪＩＳ  Ｋ７２０３をそれぞれ参考にして、上記成形体を用い、支点間距離１０ｍｍとして測定した。
【００３４】
ヘイズ値、線膨張係数、曲げ強度及び曲げ弾性率を表１に示す。
【００３５】
（実施例２）
シート状フィラーとして、幅０．５ｍｍ、厚み０．０６ｍｍ、長さ５ｍｍのものを用いる以外は、実施例１と同様にして成形体を作製し、得られた成形体を用いて、実施例１と同様にして、ヘイズ値、線膨張係数、曲げ強度、及び曲げ弾性率を測定した。
【００３６】
（実施例３）
シート状フィラーとして、幅０．２５ｍｍ、厚み０．１２ｍｍ、長さ５ｍｍのものを用いる以外は、実施例１と同様にして成形体を作製し、得られた成形体を用いて、実施例１と同様にして、ヘイズ値、線膨張係数、曲げ強度、及び曲げ弾性率を測定した。
【００３７】
（比較例１）
フィラーとして、断面が円形である断面直径が０．２ｍｍで長さが５ｍｍである再生セルロース繊維（ビスコースレーヨン繊維）を、充填率８重量％となるように上記透光性樹脂に混練し、成形体を作製する以外は、上記実施例と同様にして成形体を作製し、評価した。
【００３８】
（比較例２）
フィラーを含有させずに、上記透光性樹脂のみを、上記実施例と同様にして成形し、得られた成形体について評価した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
図２は、実施例１〜３及び比較例１におけるヘイズ値を示す図である。
【００４１】
表１に示す結果から明らかなように、本発明に従い、再生セルロースからなるシート状フィラーを含有した透光性樹脂複合材料は、高い曲げ強度及び曲げ弾性率を示しており、高い機械的強度を有していることがわかる。また、線膨張係数も小さくなっている。
【００４２】
表１及び図２から明らかなように、本発明に従い、シート状フィラーを配合することにより断面が円形である繊維状フィラーを配合した比較例１に比べ、ヘイズ値を小さくできることがわかる。特に、シート状フィラーの厚みが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であり、アスペクト比（幅／厚み）が２以上であることにより、ヘイズ値をより小さくできることがわかる。また、実施例１において、フィラーの充填率を３０重量％まで上げた場合には、ヘイズ値は１０％であった。
【００４３】
（実施例４）
実施例１の透光性樹脂複合材料を用いて、図３に示す断面形状を有する光学レンズ４を作製した。この光学レンズ４は、直径が２８ｍｍであり、一方の面の曲率半径が８０ｍｍであり、他方の面の曲率半径が３００ｍｍであり、凸部の最も厚みの厚い部分の厚みが１４ｍｍである、両凸球面レンズである。
【００４４】
（実施例５）
実施例４で作製した光学レンズを用いて、光学装置としてのプロジェクタを作製した。
【００４５】
図４は、本発明に従う一実施形態のプロジェクタを示す模式図である。
【００４６】
図４に示す本発明に従う一実施形態のプロジェクタにおいては、光源１１と、集光レンズ３０以降の映像を投写するための光学系との間に、インテグレータ光学系を構成する一対のフライアイレンズ２０及び２１、並びに赤外カットフィルタ２２が設けられている。
【００４７】
高圧水銀ランプなどからなる光源１１から出射された光は、インテグレータ光学系を構成するフライアイレンズ２０及び２１並びに赤外カットフィルタ２２を通り、光強度分布から均一化され、集光レンズ３０を通り、平行な光にされて第１のダイクロイックミラー３１に入射する。第１のダイクロイックミラー３１では、入射した光の一部を透過し、第１のコンデンサレンズ３６を通してＲ（赤）用の液晶パネル４０に導かれ、そこで光強度が変調された後、光合成プリズム４３に送られる。
【００４８】
一方、上記第１のダイクロイックミラー３１で反射された光は、第１の反射鏡３２の表面で反射され、第２のダイクロイックミラー３３に入射する。ここで反射された光は、第２のコンデンサレンズ３７を通して、Ｇ（緑）用の液晶パネル４１に導かれ、そこで光強度が変調された後、光合成プリズム４３に送られる。
【００４９】
第２のダイクロイックミラー３３を透過した光は、第２の反射鏡３４で反射され、さらに第３の反射鏡３５で反射され、第３のコンデンサレンズ３８を通して、Ｂ（青）用の液晶パネル４２に導かれ、そこで光強度が変調された後、光合成プリズム４３に送られる。
【００５０】
上記三原色であるＲ、Ｇ、及びＢ用の液晶パネル４０，４１，４２で光強度がそれぞれ変調された光は、上述のように光合成プリズム４３に送られて合成される。光合成プリズム４３で合成された光は、次に投写光学系４４に送られ、図示されないスクリーン上に投写される。
【００５１】
本実施形態においては、投写光学系４４内に設置する凸レンズとして、実施例４で作製した光学レンズ４を用いている。
【００５２】
本実施形態のプロジェクタにより投影した像は、目視において顕著な乱れも見られず、良好であった。
【００５３】
また、実施例４の光学レンズは、熱膨張率の小さい寸法安定性の高い本発明の透光性樹脂複合材料から形成されているため、プロジェクタ光源部の熱の影響も小さく、安定して動作した。
【符号の説明】
【００５４】
１…透光性樹脂
２…シート状フィラー
３…成形体（透光性樹脂複合材料）
４…光学レンズ
１１…光源
２０，２１…フライアイレンズ
２２…赤外カットフィルタ
３０…集光レンズ
３１…第１のダイクロイックミラー
３２…第１の反射鏡
３３…第２のダイクロイックミラー
３４…第２の反射鏡
３５…第３の反射鏡
３６…第１のコンデンサレンズ
３７…第２のコンデンサレンズ
３８…第３のコンデンサレンズ
４０…Ｒ用液晶パネル
４１…Ｇ用液晶パネル
４２…Ｂ用液晶パネル
４３…光合成プリズム
４４…投写光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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