キューリーポイント

ヘッドスペース

サンプラーによる熱可塑性樹脂の分析〜ポリカーボネイト・レンズ加工法への応用〜
オリンパス光学工業（株）生産枝術部

土野雅道

1．はじめに
近年、特に熾烈な競争を続けるカメラ業界において、高機能な商品をいかに安くユーザーに提供するかはメーカーの存続に関わる大きな課題こなっている。この課題を克服するためには最適な材料を選択及び開発し、それに適した加工法を用いて、安価で高精度な部品を件ることが重要である．
また、カメラ用構造部品の加工は板金からタイキャストそして第 1 図に示すように、モールドヘと移行しており、この流れは従来ガラスしか用いられていなかった光学素子にもおよんでいる．
光学素子用プラスチック材料としてはポリメチルメタクリレート（以後 PMMA）が一般的であるが、汎用エンプラのうち唯一透明であるポリカーボネイト（以後 PC）もその特徴を活かし光学素子用プラスチック材料としての地位を築いている．
これらのプラスチック材料を用いることにより、非球面レンズ等の加工が容易になり高性能化，軽量化，低コスト化を実現することができ、今後ますます、光学素子のプラスチック化が拡大していくと思われる．そして、カメラメーカーとしては、その加工法開発及び評価方法が主要なものになると考えられる．
そこで本論では光学素子用ポリカーポネイト加工法開発において重要な役割をはたした
キューリーポイントヘッドスベースサンプラーによる分析例をご紹介する．
2．ポリカーポネイト・レンズ
1988 年暮れにオリンパスより発売となった OLYHPUS AF−1 TWIN QUARTZ DATE のレンズ
光学系を図 2 に示す．このカメラのレンズ系はレンズ 8 枚，ミラー2 枚を使用し、そのうち非球面を含む 3 枚が PC となっている．これらカメラに用いた PC の長所としては、①成形時の収縮率が小さく、面転写性に優れている．
②PMMA より屈折率が高いので、光学設計の自由度が増す．
③吸水率が小さいため、湿度による光学特性の変化が小さい．
⑳Tg 点が 120〜140℃と PMMA より高く熱的に安定である．
以上のような点が上げられる．
逆に欠点としては

①複屈折量が PMMA の約数倍〜10 倍と高い．
②成形時のガス発生が多く金型等の汚れが激しく、また、成形物が黄変しやすい。などが上げられる．
さらに、複屈折量が大きい原因としては①PC 骨格内にフエニル基を有しているため固有複屈折量が大きい．
②成形時における内部応力の発生。
ガス発生量が多い原因としては①溶触時、PC ペレツト内の水分により加水分解が生しやすい．
②〃

酸化にともなう熱開裂が生じやすい。などが考えられる．
上記の欠点を受けて、近年、材料メーカーを中心に材料組成面からの改良が盛んである。
例えば、PC と逆方向の複禄屈折を持つポリスチレン（以後 PS）とのアロイ化により複屈折量の抵減を図ったり、離型剤，熱安定剤・酸化防止剤なとを最適化し、溶融時の分解を極力防止することが行われている．
しかし、PC と PS とのアロイ樹脂は光学素子材料としては特性に難があり、また、添加物を加えることが光学素子用樹脂として最も嫌うゴミ，異物を増加する傾向にある。
そこで、材料組成からだけではなく加工法からのアプローチも必要となってきた。筆者
らは、PC 成形時に発生する分解ガス，黄変等を発生させる原因が成形雰囲気中の酸素であると考え、これを取り除いた成形を考案し検討を行なった．
3．N2 パージ成形法
これらの考えに基ずき、樹脳溶融時に悪影響を与えると考えられる酸素が、成形時の溶融した PC に接触しないようにするため、成形中の射出成形機内部の雰囲気を不活性ガス（N2ガス）に置換し成形する方法を用いた．
この成形法での効果としては、発生ガスの減少にともない金型の汚れ抵下や、成形品の黄変防止が期待できる．さらに、酸化の可能性が低くなるため成形樹脂温度を高くすることができ、より成形樹脂の粘度を低下することが可能となる．
図 3 に示すように、PC のように温度上昇にともない粘度低下の大きい樹脂は流動性を良くすることにより、剪断応力を著しく減少させることができ、これによって生しる複屈折も小さくなると予想される．
このように N2 パージ成形法は種々の効果が期待される．この加工法を開発していく上で、加工法と樹脂特性とを密接に結び付けた評価を行うことが、非常に重要なポイントとなってくる．

ここで、N2 パージ成形法の評価項目と方法を表 1 に示す．
様々な評価項目の内キューリーポイント H S サンプラーを用いて、①黄変の原因追跡②ガス発生量の碓認以上について検討を試みた．
4．分析例
表 2 にキューリーポイント H S サンプラー、ガスクロマトグラフィー（G C）一 FTIR（赤外分光分析）の分析条件を示す．

今回分析に用いたキューリーポイント H S サンプラーは特殊パージパルプが取り付けれているためサンプル内は他の分析装置に悪影響を与えることなく air 等に置換できる．
図 4，5，8，7 に air 雰囲気下 280℃，300℃，320℃各温度でのパイログラ
ム及び代表ピークの IR チャートをしめす．
この場合、サンプル温度は成形樹脂温度に相当すると考えられ、温度上昇と共に P C 分解成分である炭化水素系の物質，フエノール系の物質、添加剤に原因すると考えられるガス成分が増加しているのがわかる．
次に図 8，9，10 に N2 雰囲気下 280℃，300℃，320℃各温度でのパイログラムを示す．
温度上昇にともない添加剤と考えられるガス成分が増加しているが、P C からの分解ガス成分の増加は認められないことがわかる．
図 11，12 に air，N2 各雰囲気下，成形樹脂温 300℃，320℃での成形品による分光透過率（3mm 厚）をしめす．
図 13 に air，N2 各雰囲気での TGA （熱重量分析）による滅量曲線，各温度における減量率をしめす．
黄変の問題については、air 雰囲気では温度上昇にともない 400n m 近辺の透過率が低下してきており、P C の黄変が起こつていることがわかる．N2 雰囲気下では透過率の低下は認められず、黄変が生じてないことがわかる．
N2 雰囲気下では各温度での減量が少なく、ガス発生量が低減していることがわかる．
以上の検討結果より P C 添加物は熱開裂によりガス化していると考えられ、また、P C成形品の黄変については、PC 自身の酸化反応が大きく影響していると考えられる．
以上の結果から、N2 パージ成形法は P C の分解を抑制し、ガス発生量の低減を可能とした．したがって、N2 パージ成形法は、光学素子用 PC の樹脂特性の長所を最大限に引き出す成形加工法として有効な手段と考えられる．

5．結論
キューリレポイント HS サンプラーを用いることにより成形時の黄変，ガス発生という極微量成分の分析が可能となり、成形溶融時に近い形での評価を行うことができた．
キューリーポイント H S サンプラーは熱可塑性樹脂及びその加工法の評価手段として有用であり、他の分析装置と結合させたり、併用していくことで、今後ますます、応用範囲も広がり、より有度な解析が可能になると考えられる．
参考文献
1）黒埼，佐藤，石井、日本伝熱シンポジウム講演論文集（1988）射出成形機の金型内における溶融プラスチックの流動と固化
2）三菱瓦斯化学㈱、ユーピロン技術資料
3）オリンパス光学工業㈱、日経ニューマテリアル，N0．61
4）松倉，八木プラスチックレンズの製造と応用㈱シーエムシー（1989）

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