(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂からなる光学的反射鏡において光反射率９５％以上の性能を実現する。【解決手段】射出成形用金型においては、反射鏡の光反射面に対応するキャビテイ面を表面粗さ５ｎｍ以下に研磨したジルコニヤなどのセラミックスで形成し、他方のキャビテイ面は鋼材とした。また、熱可塑性樹脂にはポリフェニレンサルファイド樹脂組成物または環状オレフィン系樹脂を用いて射出成形し、光反射面の表面粗さ７ｎｍ以下の反射鏡本体を得た。このような表面粗さの反射面に0.2μという極めて薄いＡｌ蒸着によって95％以上の光反射率を得た。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂製光学反射鏡において、その反射鏡本体はポリフェニレンサルファイド樹脂組成物または環状オレフィン系樹脂を用い、前記反射鏡本体を成形する射出成形用金型については前記反射鏡本体の光学反射面を転写形成するキャビテイ面の表面粗さを５ｎｍ以下の鏡面とし、これにより射出成形して得られた反射鏡本体の光学反射面にアルミニュームまたは銀の蒸着層を０．２μ以下の厚さに形成したことを特徴とする光学反射鏡。
【請求項２】
熱可塑性樹脂製光学反射鏡において、反射鏡本体がポリフェニレンサルファイド樹脂を７０〜９５重量％に対して無機質中空状充填材５〜３０重量％を添加し、且つ、内部可塑剤を含有しないポリフェニレンサルファイド樹脂組成物を材料としたことを特徴とする請求項１記載の光学反射鏡本体。
【請求項３】
熱可塑性樹脂製光学反射鏡本体の光学反射面を転写形成する金型のキャビテイ面が表面粗さ５ｎｍ以下に研磨されたセラミックスによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
【請求項４】
反射鏡本体の光学反射面を転写形成するためのキャビテイ面が硬度ＨＲｃ６２以上で、且つ、その表面粗さを５ｎｍ以下に研磨された鋼材によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
【請求項５】
光学反射面を転写形成する金型において、少なくとも光反射鏡面を形成する部分のキャビテイ間隙が２ｍｍ以下であることに特徴を有する請求項１、請求項２、請求項３、請求項４記載の光学反射鏡用射出成形用金型。
【請求項６】
光学反射面の表面粗さが５ｎｍ以下になる熱可塑性樹脂製光学反射鏡本体にアルミニューム蒸着層を０．２μ〜０．５μの厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の光学反射鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射率の極めて優れた光学的反射面を有する熱可塑性樹脂からなる反射鏡および、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の光学機器において使用される光走査反射鏡など高精度を要求されるものから自動車、単車のバックミラーなど高反射率を求められるものなど種々の光学的反射鏡があり、従来、この種のものはガラスを用いて作製されていたが、コストダウンの要請や軽量化、耐衝撃性の向上、成形の容易性および取り扱いの簡易性などの点から熱可塑性樹脂製のものが使用されるようになってきた。
【０００３】
この熱可塑性樹脂製反射鏡の本体は、射出成形方法によって成形されるのが一般的である。この成形方法は、成形機のシリンダー内で可塑化された溶融樹脂が金型内のゲート、ランナーを流動して成形品を模ったキャビテイ内に入り、そこでキャビテイおよびコアとの接触面を通じて冷却され、固化し、成形品となるのである。この溶融樹脂の流動中の挙動を説明すると、ゲート、ランナーおよびキャビテイ面に接触した樹脂は極薄い表面部分において温度が急速に低下し、流動性を失ってその場で固化し、表面層を形成する。その表面層より中心側にある溶融樹脂が前記の固化層より前方に押し出されてその先のキャビテイ面に接触してその瞬間に前記同様、固化し表面に固化層を形成する。この充填と固化の繰り返しによってキャビテイへの充填が完了し、成形品の内部まで所定温度に冷却されてキャビテイから取り出され成形品が得られるのであるが、この充填時における樹脂の冷却と充填の繰り返しにより生じる成形品表面の細かいフローマークが鏡面精度を低下させることになる。更に、このように射出成形が樹脂の加熱と冷却によってなされることから成形品に収縮、ヒケ、歪み等が生じることは避け得ないものとされている。
【０００４】
このようにして成形された熱可塑性樹脂製反射鏡の本体表面にアルミニューム（Ａｌ）などの金属を蒸着することによって光学反射面を得るのであるが、反射鏡の性能として重要な形状精度と光学的反射率は従来のガラス製のものと比べて優れているとは言えないのが現状であり、その原因は反射鏡の本体の表面粗さと金属蒸着層の厚さに原因があるものと考えられる。
【０００５】
そこで、熱可塑性樹脂の射出成形による成形品（反射鏡本体）のより良い鏡面（または、転写）精度を得る方法として次のようなものが提案されている。その１は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱された金型のキャビテイに溶融樹脂を射出充填し、該キャビテイ内でこの樹脂を熱変形温度以下まで徐冷して成形品を取り出すもの。その２は、溶融樹脂をキャビテイ内に射出すると共に該樹脂中に加圧流体を導入して中空状の成形品（光学的反射部材）を得るもの。その３は、金型のキャビテイ面の一方を前後方向に摺動可能なキャビテイ駒とし、キャビテイに溶融樹脂を充填後、この駒を後退させて樹脂との間に空隙を形成すると共に他の樹脂面の一つ以上の樹脂面の熱伝導を他の金型に接している樹脂面と比較して低下させるものなどがある。
【０００６】
また、その４として、反射鏡本体の成形材料として、無機充填材を含有するポリフェニレンサルファイド樹脂、充填材を実質的に含有しないポリエーテルサルフォン樹脂および充填材を実質的に含有しないポリエーテルイミド樹脂の何れかを用いると共に、反射鏡本体のアルミニューム蒸着層と接触する部分を表面粗度Ｒｙ０．１μ以下に研磨された金型で成形する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭６４−３８４２１号公報
【特許文献２】特開２００２−０８６５１７公報
【特許文献３】特開２００１−１０５４４９公報
【特許文献４】特開平３−２０８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱可塑性樹脂からなる反射鏡基材のより良い鏡面を得ようとする前記方法の１においては、成形品中に応力ひずみが小さくなり主としてプラスチックレンズの成形に利用されているが成形時間が長くなり、能率的ではない。前記成形方法のその２は成形品に生じるヒケを加圧流体で形成した中空状部で吸収することによって、キャビテイ面に密着する成形品の表面のヒケを解消しようとするもので転写性には優れるが、金型構造、成形操作共に複雑で製品のコストアップにつながる。前記その３の方法においては、キャビテイ中の成形品すなわち反射鏡基材の片面とキャビテイ面との間に間隙を設けることから、その樹脂面は熱伝導による冷却がなされないことになり、この面に優先的にヒケが発生することになるが、成形ショット時間が長くなり、コストアップにつながることは前記と同様である。また、その４は、成形材料および金型キャビテイ面の両面から表面平滑性を実現するもので優れたものであるが、射出成形方法に特有な流動中の樹脂の冷却によるフローマークの発生があり十分な鏡面が得られないのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学反射鏡における反射鏡本体には、内部離型剤を含有せず、且つ、球状の無機質充填材を添加した耐熱性のポリフェニレンサルファイド樹脂組成物（以下、ＰＰＳと称す）を使用し、且つ、所要キャビテイ面に鏡面研磨のセラミックスを付設した射出成形用金型内を使用して樹脂の流動性とキャビテイ面への密着性を確保したもので、鏡面転写性がよく、また、無可塑の樹脂材料を使用したことにより成形品からの可塑剤の揮発がないものとして鏡面の品質を安定化した。
【０００９】
耐熱性を要しない光学反射鏡においては、環状オレフィン系樹脂材料を用いた。この環状オレフィン系樹脂および上記のＰＰＳにより成形する反射鏡本体の厚さを２ｍｍ以下とすることによって厚さ方向の成形収縮を極小とし、反射面にヒケが生じないものとした。
【００１０】
なお、その製造手段として、射出成形用金型のキャビテイ面の一部、すなわち、光学的反射面を転写形成するキャビテイ面を、硬度ＨＲｃ62以上に焼入れをしてその表面粗さを５ｎｍ以下にまで鏡面研磨した鋼材で構成した場合にも比較的よい鏡面性が得られた。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように、キャビテイの光学的反射面形成部をセラミックスとしたことによりキャビテイ内を流動中の樹脂は金型との熱伝導が抑制されて早期の固化層形成が抑えられフローマークの発生を最小限に止めることになった。したがって、光学的反射面の鏡面性が向上した。このようにして、熱可塑性樹脂からなる光学反射鏡本体の表面粗さを５ｎｍ以下にしたことにより、その表面へのＡｌ蒸着を極めて薄く（０．２ミクロン以下）しても十分な光沢が得られ、反射鏡面にひずみを生じることなく光反射率９５％以上の性能を得ることが可能になった。また、この光学反射鏡の本体に銀を蒸着することによって更に光反射率を向上させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る熱可塑性樹脂を基材とした光学的反射鏡は、熱可塑性樹脂組成物と射出成形用金型およびＡｌ蒸着層の三者の相互関係からなるものである。まず、熱可塑性樹脂の選定は、光学的反射鏡の使用条件において耐熱強度を必要とする場合には無機充填材を含有するＰＰＳ樹脂組成物を、耐熱性を要件としないときは環状オレフィン系樹脂を選定する。
【００１３】
鋼材からなる射出成形用金型において、光学的反射面を転写するキャビテイ部には表面粗さ５ｎｍ以下の鏡面に研磨されたセラミックス（ジルコニア系）のブロックを入れ子状に埋設することが望ましい（図１）。また、このキャビテイ面に鋼材を用いるときには鏡面研磨性、耐蝕性、焼入れ硬化に優れたステンレス鋼（ＳＵＳ）、マルエージング鋼、ダイス鋼（ＳＫＤ）を選定する。
【００１４】
射出成形された樹脂製反射鏡本体の反射鏡面に蒸着するＡｌは３ミクロン以下、望ましくは２．０ミクロン以下である。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係る熱可塑性樹脂製反射鏡の実施例について詳細に説明する。先ず、（ａ）光源に近接して設置される光学反射鏡用の成形材料としては、耐熱性を求められることから市販のPPS樹脂をマトリックスとし、これに無機質中空状充填材を前記ＰＰＳ７０重量％に対して３０重量％を混合、充填した樹脂組成物とし、また、比較例として、（ｂ）繊維状の無機充填材を前記ＰＰＳに対して２０重量％を混練した樹脂組成物を選定した。これらのＰＰＳ樹脂組成物は耐熱性、表面光沢性、寸法安定性、および機械的強度などの諸要求特性を備えている。
【００１６】
上記の無機質中空状充填材として使用できるものの代表的なものはガラスバルーン、シラスバルーン、アルミナシリケートバルーン、およびシリカバルーンなどがある。これらの中空体はいずれも使用できるが、破裂強度の大きいガラスバルーンがPPS樹脂に対しての濡れ性も良く、成形品の強度向上のみならず、良好な表面粗さ並びに表面光沢を得るに最適であった。上記、以外のバルーンでもよく、また、カップリング処理をしても良いことは勿論である。
【００１７】
なお、本発明においては、ＰＰＳ樹脂に内部可塑剤を含有しないものを選定したところ、後工程であるＡｌ蒸着中などに可塑剤の抽出がなく、光反射率の向上に欠かせない条件であることが分かった。
【００１８】
反射鏡本体を射出成形する金型１は、図１に示すように可動側型板２にはキャビテイ３を設け、固定側型板４には前記キャビテイ３に対向する部分にセラミックスブロックからなる入れ子５を嵌入した。この入れ子５の前記キャビテイ３との対向面（固定側のキャビテイ面）は表面粗さを５ｎｍ以下に研磨している。図１において６はスプルー、７はランナー、８はゲート、９は射出成形機のノズルであり、可動側、固定側の型板には適所に金型温度調節用の水管が穿孔され、またはヒーターが組み込まれていることは一般的な金型と同様である。
【００１９】
上記の金型を射出成形機に取り付け、前記のＰＰＳ樹脂組成物（ａ）および（ｂ）を材料として光学反射鏡本体を成形した。この成形において樹脂の溶融温度を３２０℃になるようにシリンダー温度を設定し、前記金型の温度を１４０~１５０℃とした。この成形条件により、射出成形機のノズル９より所定圧力（１次圧）をもって射出された溶融樹脂Ｍは金型のスプルー６、ランナー７、ゲート８を経てキャビテイ３に至る。その間、金型面に接触した溶融樹脂の薄い表面層は金型との熱伝導によって冷却され流動性を失い薄い固化層となる。この固化した層は金型表面に張り付き前進を止め、この固化層より内径側にある溶融樹脂と金型との熱伝導を遮断する作用をなす。したがって、この固化層より内径側にある溶融樹脂は保温されて前方に押し出され、その先端の一部分が前記同様に金型面と接触して固化し新たな断熱層を形成するという前進、冷却、固化を繰り返して溶融樹脂Ｍはゲート８からキャビテイ３に至り、さらにキャビテイ３の鋼材で形成されたキャビテイ面側においても前記同様に金型表面との接触による冷却固化と更なる充填が繰り返される。これによって成形品の表面に細かいフローマークＦが発生するが、他方のキャビテイ面、すなわち表面粗さを５ｎｍ以下に研磨されたセラミックスの入れ子５面に接触する溶融樹脂は、該セラミックスの熱伝導性が極端に小さいことから容易に固化することがなく末端までの充填中良好な流動性を保つ。
【００２０】
キャビテイ内への樹脂の充填が終了した後、通例により射出成形機により１次圧より小さい２次圧（又は保持圧とも称される。）をこの充填樹脂に加えて成形収縮分の樹脂を補充した。この間、キャビテイ３中の溶融樹脂は金型により冷却されるまでセラミックスの入れ子５面に密着しており、金型開放後、成形品はこの面から離れ難い状態であったが、鏡面の転写性は極めて良好で成形品の表面にフローマークの発生も全くなかった。なお、光学反射面側の収縮、ヒケの発生は金型のキャビテイ３の深さ（成形品の厚さ）を２ｍｍ以下、望ましくは１．５ｍｍ以下とすべきであった。
【００２１】
このように成形した光学反射鏡本体の鏡面研磨されたセラミックス面５に接していた成形品の面、すなわち光学的反射面は表面粗さ５〜７ｎｍであった。この面に０．２μ厚さのアルミニューム蒸着を施したところ、前記（ａ）の材料による成形品においては９５％以上、（ｂ）の材料による成形品においては９３％以上の光反射率が得られた。このように材料（ａ）と材料（ｂ）とでは光反射率において１〜２％の差があった。また、特筆すべきは、従来の熱可塑性樹脂製の光学的反射鏡においては２〜３μのＡｌ蒸着層を形成することでようやく９０％程度の反射率を得ていたのに対して、本発明の反射鏡においては０．２μと非常に薄い蒸着層で９３％以上の光反射率を得たことであり、また、そのように蒸着層が薄いことによって平滑な面が得られたことである。
【実施例２】
【００２２】
耐熱性に問題のない用途に使用する光学反射鏡本体について、熱可塑性樹脂材料として環状オレフィン系樹脂組成物を用いた。この環状オレフィン系樹脂にはトーパス（独Ticona社製）、アペル（三井化学社製）、ゼオネックス（日本ゼオン社製）、アートン（日本合成ゴム社製）などの商品名になる市販品がある。さらに、これらの環状オレフィン樹脂に不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸無水物をグラフトおよび／又は共重合して変性した樹脂組成物を前記の市販PPS樹脂にブレンドしたものとして特開２００３−１２８８６５に開示の樹脂もある。ここでは、環状オレフィン系樹脂としてトーパス（独Ticona社製）を使用した。
【００２３】
上記の環状オレフィン系樹脂を射出成形機のシリンダーで溶融温度３００℃加熱し、１００〜１１０℃に加熱した金型に射出充填した。この場合、金型のキャビテイ部の厚さを２．５ｍｍ、２．０ｍｍおよび１．５ｍｍの３種類として成形した。これにより得られた反射鏡本体において金型のセラミックスからなるキャビテイ面５に密接した反射面は殆んどフローマークを発生することなくその表面粗さ５ｎｍ以下の鏡面が得られた。この場合、前記金型のキャビテイ部厚さ１．５ｍｍで成形したものが最も良好であった。さらに、この反射面にＡｌ蒸着層を０．２ミクロンの厚さに形成したところ９５％以上の光反射率が得られた。この場合においても金型のキャビテイ３部の深さ（成形品の厚さ）が２ｍｍ（望ましくは１．５ｍｍ）以下とすべきことが分かった。
【００２４】
これに対して、市販の環状オレフィン系樹脂（ゼオネックスＥ４８Ｒ：日本ゼオン社製）を前記環状オレフィン系樹脂組成物と同様の条件で光学反射鏡本体を射出成形した。この場合、光学反射面の表面粗さ７〜９ｎｍと若干粗くなったが、これに前記同様のＡｌ蒸着を施すと８９％以上の光反射率が得られた。
【００２５】
また、前記の光反射面を転写するキャビテイ面を硬度ＨＲｃ６２以上に焼入れ硬化し、表面粗さを５ｎｍ以下に研磨した鋼材で形成した金型で、前記条件と前記樹脂材料で光学反射鏡本体を成形した場合の光学反射面の表面粗さは、セラミックスの入れ子５によるものより若干悪くなったが、アンダーコートおよびサーフェースコート各０．１ミクロンのＡｌ蒸着をすることによって光反射率が８９％以上の反射面が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
キャビテイ面を平面粗さ５ｎｍ以下の鏡面に研磨した金型を用い、ＰＰＳ樹脂組成物または環状オレフィン系樹脂を材料とし射出成形を行い、その光学反射面に０．２ミクロン以下のＡｌ蒸着層を形成することによって良好な反射率が得られることになった。熱可塑性樹脂組成物による軽量な光学反射鏡として各種の光学機器に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る金型の一部を示した中央断面図である。
【図２】金型内での溶融樹脂の流動状況を示した要部の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    金型
２    可動側型板
３    キャビテイ
４    固定側型板
５    入れ子
６    スプルー
７    ランナー
８    ゲート
９    ノズル
【図１】
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【図２】
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