(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバイナ本体と、
そのコンバイナ本体の一面側を覆う反射層とを備えるコンバイナであって、
そのコンバイナ本体は、少なくとも一面側が合成樹脂製の板状材により構成され、
その板状材は、その板状材よりも硬く熱膨張率の小さい被膜により覆われ、
その被膜上に前記反射層が形成され、
その反射層は、その板状材よりも熱膨張率が小さく屈折率が互いに異なる複数の膜を積層することで構成され、その反射層を構成する各膜には常温で圧縮の残留応力が存在することを特徴とするコンバイナ。
【請求項２】
コンバイナ本体の少なくとも一面側を構成する合成樹脂製の板状材を、その板状材よりも硬く熱膨張率の小さい被膜により覆う工程と、
その被膜により覆われた板状材を加熱して膨張させた状態で、そのコンバイナ本体の一面側を覆う反射層を、その板状材よりも熱膨張率が小さく屈折率が互いに異なる複数の膜を被膜上に積層させることで形成する工程とを有するコンバイナの製造方法。
【請求項３】
その合成樹脂製の板状材を、フラッシュゲートを有する型を用いて射出成形し、
そのフラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材を板状材から分離する前に、その余剰部材に連なる板状材の周縁一側を上端側とした状態で、前記被膜をディップコーティングにより形成する請求項２に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項４】
その被膜のディップコーティング用材料に一酸化珪素が含まれ、その反射層を構成する各膜に酸化物が含まれる請求項３に記載のコンバイナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者の前方視野内に表示像を形成する各種情報表示機器を構成するのに利用できるコンバイナに関し、特に、車両、船舶、航空機等の乗り物の運転中に、その運転者の前方視野内に情報表示を行うヘッドアップディスプレイを構成するのに適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機のパイロットへの情報表示用に使用されていたヘッドアップディスプレイが、乗用車のドライバーへの運転情報表示等の一般民生分野にも利用されている。そのようなヘッドアップディスプレイを乗物に利用した場合、運転者が前方を注視状態においても情報の視認が可能になり、安全性向上に大きく貢献できる。
【０００３】
例えば乗用車においては、ナビゲーション情報等に対応する画像の表示器と、ドライバーの前方に配置されるコンバイナとを備え、その表示器から出射される画像表示光をコンバイナにより反射してドライバーの瞳に導くことにより、そのコンバイナの前方に形成される虚像をドライバーに視認させる。また、そのコンバイナを透過する光により、ドライバーは前方に実在する景色を視認することができる。
【０００４】
そのコンバイナとしては、フロントガラスをコンバイナ本体として利用する方式と、フロントガラスとは別体で専用のコンバイナ本体を用いる方式とがある。何れにしても、そのコンバイナ本体の一面側に反射層を形成することで、画像表示光の反射率を増加させ、観察者に明瞭な表示像を視認させている。
【０００５】
しかし、フロントガラスをコンバイナ本体として利用する方式では、フロントガラスに直接に反射層形成のための加工を施す必要があるため、簡便に乗物に取り付けることが困難で、一般民生分野には適さない。そのため、一般的にはフロントガラスとは別体の専用のコンバイナ本体が用いられている。
【０００６】
そのようなコンバイナによる画像表示光の反射により形成される表示虚像の結像位置が、乗物の運転者に近接していると、前方に実在する景色を注視している状態から虚像を認識するまでに時間を要し、運転上好ましくない。そこで、そのコンバイナにおける画像表示光の反射面を、曲率半径が小さく各位置によって微妙に曲率が異なる非球面とすることで、その虚像の結像位置を運転者の前遠方とすることが図られている。そのため、コンバイナ本体を合成樹脂材から型成形することで、そのような非球面の反射面形状を容易にかつ大容量に得ることが図られている。また、そのコンバイナ本体を複数の部材の積層構造とする場合には、少なくとも反射層が形成される一面側が合成樹脂材から型成形される。
【０００７】
従来、上記反射率向上のための反射層は、そのコンバイナ本体の一面に、反射フィルムを貼り付けることで形成されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コンバイナ本体の一面側は上記のように微妙に曲率が変化する非球面とされていることから、その反射フィルムをコンバイナ本体の一面側に完全に添うように貼り付けるのが困難で、表示虚像の視認性を低下させる原因になる。
【０００９】
また、その反射フィルムは、フィルム本体に反射膜をコーティングすることで構成されるが、そのフィルム本体はポリエステル等の柔軟な合成樹脂製とされるため、その一面は僅かな力や気圧が作用するだけで起伏を生じる。そのような起伏が生じると反射膜の厚さが不均一になる。そのため、その反射膜として、各膜厚を光の波長レベルでコントロールする必要のある多層膜を採用することができず、そのような起伏の影響の少ない金属製単層膜が用いられていた。しかし、金属製単層膜は、反射率を高くすると光の吸収率が高くなるため、反射率が高く、且つ、透明度の高いコンバイナを得ることができなかった。
【００１０】
そこで、そのコンバイナ本体の一面側に直接に多層膜を形成して反射層とすることが考えられる。
【００１１】
しかし、コンバイナ本体を構成するポリカーボネートやアクリル樹脂等の合成樹脂材は、比較的熱膨張率が大きく吸湿性を有する。これに対し、多層膜を構成する材料としては、透明度が高く、埃などの付着を拭う場合に傷がつかない程度に硬いことが要求されるため、金属酸化物やシリカ等の比較的熱膨張率の小さなものが用いられる。そのため、コンバイナを炎天下や極寒地で駐車される車両に搭載するような場合、空調装置の作動による急激な温度や湿度の変化により、コンバイナ本体が膨潤したり日光により劣化し、反射層がコンバイナ本体から剥離したり割れてしまうおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決することのできるコンバイナとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンバイナ本体と、そのコンバイナ本体の一面側を覆う反射層とを備えるコンバイナであって、そのコンバイナ本体は、少なくとも一面側が合成樹脂製の板状材により構成され、その板状材は、その板状材よりも硬く熱膨張率の小さい被膜により覆われ、その被膜上に前記反射層が形成され、その反射層は、その板状材よりも熱膨張率が小さく屈折率が互いに異なる複数の膜を積層することで構成され、その反射層を構成する各膜には常温で圧縮の残留応力が存在することを特徴とする。
【００１４】
本発明のコンバイナによれば、コンバイナ本体を構成する合成樹脂製板状材は、その板状材よりも硬く熱膨張率の小さい被膜により覆われるので、ユーザが扱う際に傷付けることを防止すると共に膨潤したり日光により劣化するのが防止される。その被膜上にコンバイナ本体の一面側を覆う反射層が形成されるので、その反射層を本発明のように多層膜により構成してもコンバイナ本体から剥離したり割れてしまうのを防止できる。これにより、反射率が高く、且つ、透明度の高いコンバイナを得ることができる。なお、その板状材は被膜により完全に覆われる必要はなく、上記の所期の作用を奏することができれば、一部覆われない部分があってもよい。
さらに、その反射層を構成する各膜には常温で圧縮の残留応力が存在することで、コンバイナ本体が膨張しても反射層に引っ張りの内部応力が作用するのを打ち消すことができ、これによっても反射層の剥離や割れを防止できる。
【００１５】
本発明のコンバイナの製造方法は、コンバイナ本体の少なくとも一面側を構成する合成樹脂製の板状材を、その板状材よりも硬く熱膨張率の小さい被膜により覆う工程と、その被膜により覆われた板状材を加熱して膨張させた状態で、そのコンバイナ本体の一面側を覆う反射層を、その板状材よりも熱膨張率が小さく屈折率が互いに異なる複数の膜を被膜上に積層させることで形成する工程とを有する。
これにより、その反射膜を構成する各膜の熱膨張率が板状材の熱膨張率よりも小さいことから、その反射層により板状材の常温への温度低下による収縮が阻止され、各膜に常温で圧縮応力が残留する。
【００１６】
本発明のコンバイナの製造方法において、その合成樹脂製の板状材を、フラッシュゲートを有する型を用いて射出成形し、そのフラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材を板状材から分離する前に、その余剰部材に連なる板状材の周縁一側を上端側とした状態で、前記被膜をディップコーティングにより形成するのが好ましい。
これにより、その板状材を覆う被膜をディップコーティングにより容易に形成できる。
また、そのディップコーティングを、フラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材を板状材から分離する前に、その余剰部材に連なる板状材の周縁一側を上端側とした状態で行うことで、その被膜の厚さを均一化し、表示虚像が不明瞭になるのを防止できる。
これは、射出成形型におけるフラッシュゲートは、板状材の周縁一側の寸法と略等しいことから、そのフラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材は、その板状材の周縁一側の全体に亘ることになる。よって、その余剰部材に連なる板状材の周縁一側を上端側とした状態でディップコーティングを行う際に、その板状材の上端側に局所的にディップコーティング材料が偏在するのを防止できる。これにより、そのディップコーティング用材料の液だれが不均一になるのを防止し、被膜の厚さを均一化できる。
【００１７】
その被膜のディップコーティング用材料に一酸化珪素（ＳｉＯ）が含まれ、その反射層を構成する各膜に酸化物が含まれるのが好ましい。その一酸化珪素は不安定な分子であって、被膜表面に酸化物により多層膜を形成する際に表面の活性剤として機能し、その被膜上に多層膜を強固に接合させることができる。これにより、反射層の剥離や割れをより確実に防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、車両用ヘッドアップディスプレイを構成する表示装置１を示し、画像表示器２と、光学系とを備え、その光学系は、全反射ミラー３と、このミラー３に対向するコンバイナ４とにより構成されている。
【００１９】
その画像表示器２はダッシュボード７に内蔵され、例えば透過型液晶表示器により構成され、その画像表示面６からナビゲーション情報等に対応する画像の表示光Ｌを出射する。
【００２０】
そのミラー３はダッシュボード７に内蔵され、画像表示光Ｌの光路変更面として反射面８を有する。その反射面８において反射した画像表示光Ｌは、ダッシュボード７に形成された開口を覆う透明板９を介して上記コンバイナ４に至る。
【００２１】
そのコンバイナ４は、フロントガラス１１の後方のダッシュボード７上に配置されることでドライバー（観察者）の前方に配置される。このコンバイナ４のドライバーに対する一面側が反射面１２とされる。その反射面１２において反射した画像表示光Ｌと、コンバイナ４を透過する光とが、ドライバーの瞳１３に導かれる。これにより、そのコンバイナ４の前方位置Ｐに形成される虚像と、そのコンバイナ４の前方の実在物とをドライバーは視認することができる。
【００２２】
図２に示すように、そのコンバイナ４は、コンバイナ本体２０と、このコンバイナ本体２０の一面側を覆う反射層２１とを備える。本実施形態では、そのコンバイナ本体２０は、一枚の合成樹脂製板状材２２と、この板状材２２を覆う被膜２３とにより構成されている。そのコンバイナ本体２０の一面側は、曲率半径が小さく各位置によって曲率の異なる非球面とされる。その被膜２３は、その板状材２２よりも硬く熱膨張率の小さなものとされている。その被膜２３上に反射層２１が形成されている。
なお、そのコンバイナ本体２０を、複数の板状材を貼り併せた積層構造としてもよく、その場合でも、少なくとも反射層２１が形成される一面側を構成する板状材２２は合成樹脂製とされる。
【００２３】
その反射層２１は、その板状材２２よりも熱膨張率が小さく屈折率が互いに異なる複数の膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃを積層することで構成され、各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃには常温で圧縮の残留応力が存在する。
【００２４】
上記コンバイナ４を製造するため、まず、コンバイナ本体２０を構成するポリカーボネートやアクリル樹脂等の合成樹脂製板状材２２を射出成形する。その射出成形は、ゲートとして板状材２２の周縁一側の幅いっぱいに亘るフラッシュゲートを備える成形型が用いられ、射出装置から溶融状態の合成樹脂材が、スプル、ランナー、ゲートを介してキャビティに射出される。その射出された合成樹脂が固化した後に型開きされることで、そのキャビティにおいて固化した板状材２２が成形型から取り出される。この際、そのランナーおよびフラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材も、その板状材２２と一体化した状態で成形型から取り出される。
例えば、図３の（１）、（２）に示すように、成形型から取り出された板状材２２に、フラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材３１と、ランナーにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材３２とが、一体的に成形型から取り出される。そのフラッシュゲートの寸法は、板状材２２の周縁一側の寸法と略等しいことから、そのフラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材３１は、その板状材２２の周縁一側の全体に亘ることになる。
【００２５】
次に、図４に示すように、その余剰部材３１、３２を板状材２２から分離する前に、その余剰部材３１に連なる板状材２２の周縁一側２２ａを上端側とした状態で、ディップコーティングにより板状材２２を覆う被膜２３を形成する。その被膜２３のディップコーティング用材料３５として、一酸化珪素（ＳｉＯ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）系のいわゆるハードコート材の溶液を用いる。
【００２６】
その被膜２３の形成後に、図５に示すように、その余剰部材３１、３２を板状材２２から分離する。
【００２７】
次に、その被膜２３により覆われた板状材２２を、例えば真空釜で１００℃〜１５０℃に加熱して膨張させた状態で、その被膜２３上に上記複数の膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃを積層することで反射層２１を形成する。各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、例えば、亜鉛（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、珪素（Ｓｉ）の酸化物を、真空蒸着させることで形成でき、各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃの厚さを光の波長レベルでコントロールすることで、所望の反射率を得る。各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃの熱膨張率は板状材２２の熱膨張率よりも小さいことから、その反射層２１により板状材２２の常温への温度低下による収縮が阻止され、各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃに常温で圧縮応力が残留する。
【００２８】
上記コンバイナ４によれば、コンバイナ本体２０を構成する合成樹脂製の板状材２２は、その板状材２２よりも硬く熱膨張率の小さい被膜２３により覆われるので、膨潤したり日光により劣化するのが防止される。その被膜２３上にコンバイナ本体２０の一面側を覆う反射層２１が形成されるので、その反射層２１を上記実施形態のように多層膜により構成してもコンバイナ本体２０から剥離したり割れてしまうのを防止できる。これにより、反射率が高く、且つ、透明度の高いコンバイナ４を得ることができる。
また、その反射層２１を構成する各膜２１ａ、２１ｂ、２１ｃには常温で圧縮の残留応力が存在することで、コンバイナ本体２０が膨張しても反射層２１に引っ張りの内部応力が作用するのを打ち消すことができ、これによっても反射層２１の剥離や割れを防止できる。
その被膜２３はディップコーティングにより容易に形成できる。また、フラッシュゲートにおいて固化した合成樹脂からなる余剰部材３１に連なる板状材２２の周縁一側２２ａを上端側とした状態でディップコーティングを行うことで、その板状材２２の上端側に局所的にディップコーティング材料３５が偏在するのを防止できる。これにより、そのディップコーティング用材料３５の液だれが不均一になるのを防止し、被膜２３の厚さを均一化でき、表示虚像が不明瞭になるのを防止できる。
その被膜２３のディップコーティング用材料３５に含まれる不安定な分子である一酸化珪素（ＳｉＯ）は、その被膜２３の表面に酸化物により多層膜を形成する際に表面の活性剤として機能し、その被膜２３上に多層膜を強固に接合させることができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、反射層を構成する膜の数は特に限定されない。また、本発明のコンバイナは、車両用ヘッドアップディスプレイ以外にも用いることができる。
【００３０】
【実施例】
本発明によるコンバイナをキセノンアークランプで１００ＭＪ／ｍ2 の促進試験を実施し、また、１００℃〜１１０℃の温度で約２００時間放置しても、反射層の密着強度は確保された。なお、実験に用いたコンバイナ本体の材質はポリカーボネート、被膜２３のディップコーティング用材料はシリコン系、反射層２１を構成する膜の数は４〜８層、各膜の材質は表面側からＳｉＯ2 とＴｉＯ2 を交互に積層した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ユーザが扱う際に傷付けることを防止でき、反射率と透明度とが共に高く、しかも反射層の剥離や割れの発生を防止できるコンバイナと、その製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイの構成説明図
【図２】本発明の実施形態のコンバイナの構成説明用断面図
【図３】本発明の実施形態の板状材と余剰部材との分離前の（１）は正面図、（２）は側面図
【図４】本発明の実施形態の被膜のディップコーティング工程の説明図
【図５】本発明の実施形態の板状材と余剰部材の分離工程の説明図
【符号の説明】
２０  コンバイナ本体
２１  反射層
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  膜
２２  板状材
２３  被膜
３１  余剰部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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