JP2001356201A - 防曇性被覆およびこれを用いた光学部品ならびに防曇性被覆形成方法 - Google Patents

防曇性被覆およびこれを用いた光学部品ならびに防曇性被覆形成方法

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JP2001356201A
JP2001356201A JP2000180800A JP2000180800A JP2001356201A JP 2001356201 A JP2001356201 A JP 2001356201A JP 2000180800 A JP2000180800 A JP 2000180800A JP 2000180800 A JP2000180800 A JP 2000180800A JP 2001356201 A JP2001356201 A JP 2001356201A
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oxide particles
coating
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Shoichi Shimura
正一 志村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 防曇性が高く、強度、耐摩耗性も充分で反射
防止効果も高い防曇性被覆を実現する。 【解決手段】 フィルター、ミラー等の光学部品の基材
１１の表面に、ポリアクリル酸等の親水性樹脂に金属酸
化物粒子を分散させた溶液を用いたディップ法等によっ
て親水性樹脂膜１２を成膜する。金属酸化物粒子を含有
させることで、親水性樹脂膜１２の硬度、耐摩耗性を向
上させるとともに、屈折率を変えることができるため、
複数層の膜構成にすることで反射を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、フィルタ
ー、ミラー、プリズム等の光学部品の基材の表面におけ
る水分による曇りを防止するための防曇性被覆およびこ
れを用いた光学部品ならびに防曇性被覆形成方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レンズ、フィルター、ミラー、プ
リズム等の防曇対策としては、表面に界面活性剤を塗布
することや、吸水性を有する樹脂を表面に塗布、成膜す
ることで曇り防止を行なうことが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、以下のような問題点がある。
【０００４】まず、界面活性剤を用いた曇り防止では、
この効果を持続できる時間は極めて短く、数時間、もし
くは数日で再び界面活性剤を塗布しなければ必要な曇り
防止効果を持続することはできない。
【０００５】また、水等で表面の汚れを拭いたときに、
界面活性剤の膜が取れてしまい防曇効果がなくなってし
まう。
【０００６】曇り防止として吸水性樹脂を塗布、成膜し
て防曇膜を形成した場合は、その効果の持続性は界面活
性剤の場合と比較して格段に向上する。しかしながら、
吸水性樹脂膜は表面の硬度が低く、汚れを拭いたときに
表面に拭きキズを生じるといった不具合があり、また、
樹脂膜表面での光の反射が大きくて、レンズ、フィルタ
ー、ミラー等の光学部品に適用する場合には光学設計上
注意する必要があった。
【０００７】防曇性被覆の反射防止に関しては特開平１
１- ７７８７６号公報に記載されているように、基体表
面にＭｇＦ2 等を多孔質に成膜する等の技術が提案され
ているが、耐久性の点でより一層の向上が望まれてい
る。
【０００８】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、優れた防曇性を有
し、その持続性も充分であり、膜強度および耐摩耗性が
高くしかも、反射防止効果を大幅に向上できる防曇性被
覆およびこれを用いた光学部品ならびに防曇性被覆形成
方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の防曇性被覆は、基材の表面に成膜された少
なくとも一層の親水性樹脂膜を有し、該親水性樹脂膜
が、所定量の金属酸化物の粒子を含有していることを特
徴とする。
【００１０】金属酸化物が、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 のうちの少なくとも１つを含
むとよい。
【００１１】金属酸化物の粒子の含有量が、親水性樹脂
１００重量部に対して１０〜１００重量部であるとよ
い。
【００１２】金属酸化物の粒子の粒径が、０．０１〜
０．１μｍの範囲であるとよい。
【００１３】また、基材の表面に成膜された少なくとも
二層の親水性樹脂膜を有し、該二層の親水性樹脂膜が、
互いに屈折率の異なる金属酸化物の粒子を含有している
ことを特徴とする防曇性被覆でもよい。
【００１４】また、基材の表面に成膜された少なくとも
三層の親水性樹脂膜を有し、該三層のうちの一層が金属
酸化物の粒子を含まない親水性樹脂膜であり、残りの二
層の親水性樹脂膜が、互いに屈折率の異なる金属酸化物
の粒子を含有していることを特徴とする防曇性被覆でも
よい。
【００１５】本発明の防曇性被覆形成方法は、親水性樹
脂によって金属酸化物の粒子を被覆処理する工程と、被
覆処理された金属酸化物の粒子を含む親水性樹脂の溶液
を作り、該溶液を用いて光学部品に防曇性被覆を施す工
程を有することを特徴とする。
【００１６】
【作用】親水性樹脂によって被覆することで光学部品の
表面の結露を防ぐための防曇性被覆を形成する。また、
親水性樹脂膜に金属酸化物の粒子を分散させて膜の硬度
を向上させ、強度と耐摩耗性を高める。
【００１７】親水性樹脂膜に分散させる金属酸化物の粒
子の材質等を選ぶことによって膜の屈折率を任意に調節
できるため、反射防止効果の高い膜構成の防曇性被覆を
実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【００１９】図１は第１の実施の形態による防曇性被覆
を示すもので、これは、レンズ、プリズム、ミラー、フ
ィルター等の光学部品１０の基材１１の表面に、防曇性
被覆として金属酸化物粒子を含有する親水性樹脂膜１２
を成膜したものである。
【００２０】ここで、親水性樹脂に金属酸化物粒子を含
有させる目的は、膜の硬度を向上させることおよび屈折
率を変えるためである。
【００２１】金属酸化物としてはＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、
ＺｒＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 等が用いられる。また、
金属酸化物粒子の粒径は、０．０１〜０．１μｍの範囲
が好適である。
【００２２】この金属酸化物粒子は、母材である親水性
樹脂で各粒子表面に被覆処理を施した後に親水性樹脂に
混合されていることが好ましく、含有量としては親水性
樹脂１００重量部に対し金属酸化物粒子１０〜１００重
量部が好ましい。
【００２３】金属酸化物の含有量が親水性樹脂１００重
量部に対し１０重量部以下のときには所望の硬度が得ら
れないだけではなく、屈折率も親水性樹脂の屈折率とさ
ほど変わらず、防曇性被覆の屈折率を調整することがで
きない。また、親水性樹脂１００重量部に対し１００重
量部以上含有させた場合には、成膜性が悪化するだけで
なく金属酸化物粒子の凝集が起こり、逆に膜強度を低下
させるため好ましくない。
【００２４】親水性樹脂としてはポリアクリル酸、ポリ
メタクリル酸等のポリアクリル酸類が好適に用いられ
る。
【００２５】ここで、金属酸化物を含有した親水性樹脂
膜は一層でもその膜強度および耐摩耗性が向上するため
良好な防曇性被膜となり得るが、光の反射を防止したい
場合には複数層の膜構成にするのが望ましい。
【００２６】図２は第２の実施の形態を示すもので、こ
れは、レンズ、プリズム、ミラー、フィルター等の光学
部品２０の基材２１の表面に、親水性樹脂のみの下地膜
２２を成膜した後、その表面に金属酸化物粒子Ａを含有
した親水性樹脂膜２３を成膜し、さらにその上に金属酸
化物粒子Ｂを含有した親水性樹脂膜２４を成膜した三層
構成の防曇性被覆を用いるものである。
【００２７】この時、金属酸化物Ａ、Ｂの屈折率ａ、ｂ
はａ＞ｂなる関係にあることが望ましい。また、成膜厚
みは親水性樹脂のみの下地膜２２の膜厚がλ／２より充
分に厚く、金属酸化物粒子Ａを含有する下層側の親水性
樹脂膜２３の膜厚Ｄ1 は略λ／２、金属酸化物粒子Ｂを
含有する上層側の親水性樹脂膜２４の膜厚Ｄ2 は略λ／
４とすることが好ましい。
【００２８】ここで、λは防曇性被膜を施す光学部品が
対象とする光の波長（設計波長）である。
【００２９】このように、防曇性被覆を反射防止効果の
高い複数層の親水性樹脂膜によって構成することで、防
曇性被覆による光の反射を抑えることができる。
【００３０】図３は第３の実施の形態を示すもので、こ
れは、レンズ、プリズム、ミラー、フィルター等の光学
部品３０の基材３１の表面に、金属酸化物粒子Ａを含有
する親水性樹脂膜３２を成膜し、さらにその上に金属酸
化物粒子Ｂを含有する親水性樹脂膜３３を成膜したもの
である。すなわち、第２の実施の形態の防曇性被覆にお
ける下地膜を省略した二層構成の防曇性被覆である。
【００３１】この場合も、金属酸化物粒子Ａを含む下層
側の親水性樹脂膜３２の膜厚Ｄ1 を略λ／２、金属酸化
物粒子Ｂを含む上層側の親水性樹脂膜３３の膜厚Ｄ2 を
略λ／４とし、屈折率の関係はａ＞ｂであるのが望まし
い。
【００３２】金属酸化物粒子を含有する親水性樹脂や、
下地膜となる親水性樹脂を基材上に成膜する方法として
はディップ法や電着法が好適である。
【００３３】ディップ法で成膜する場合は、予め親水性
樹脂で被覆された金属酸化物粒子と親水性樹脂の懸濁液
もしくは親水性樹脂のみの懸濁液を作成し、その中に基
材を浸漬した後、上方へ引き上げる。
【００３４】この際、金属酸化物粒子を含有する親水性
樹脂もしくは親水性樹脂のみの成膜後の厚みは、引き上
げる際の速度または懸濁液の濃度を調整することにより
適宜設定することができる。
【００３５】電着法を用いて成膜する場合には、基材と
しては導電性があることが必要であるため、ガラス、プ
ラスチック等の絶縁体に成膜を施す際には、その表面に
Ｉｎ 2 Ｏ3 等を成膜して導電化したのち電着することが
望ましい。
【００３６】電界条件としては、予め親水性樹脂で被覆
された金属酸化物粒子と親水性樹脂の水系懸濁液もしく
は親水性樹脂のみの水系懸濁液を作成し、その中に基材
を陽極として侵漬する。このとき、液温は１８〜２５℃
の範囲で、ｐＨは８〜９に調整されていることが望まし
い。
【００３７】また、印加電圧は５０〜２００Ｖ、電流密
度は０．５〜５Ａ／ｄｍ2 、処理時間は１〜１０分が望
ましい。
【００３８】次いで、水洗、水切り後１００〜１４０℃
のオーブンにて２０〜１８０分乾燥することで成膜が完
了する。
【００３９】この際の膜厚は印加電圧、電流密度、処理
時間を適宜設定することで調整できる。
【００４０】レンズ、フィルター、ミラーおよびプリズ
ム等の光学部品の基材の材質としては、ガラス、プラス
チック、金属が用いられる。
【００４１】以下に実施例を説明する。
【００４２】（実施例１）基材としてガラス（ＢＫ７）
よりなるフィルター（平行平板）を用い、金属酸化物粒
子としては平均粒径０．０５μｍのＳｉＯ2 を使用し
た。
【００４３】また、親水性樹脂としてはポリアクリル酸
を用い、前記ＳｉＯ2 はポリアクリル酸で被覆した後使
用した。
【００４４】成膜の手順としてはまず、水系の溶媒にポ
リアクリル酸を溶解した後、ポリアクリル酸で被覆され
たＳｉＯ2 をポリアクリル酸１００重量部に対し、５０
重量部分散させた。
【００４５】この溶液を充分に分散させた後、基材であ
るフィルターを溶液内に浸漬させディップ法で成膜し、
さらに１２０℃で３０分間キュアを行なった。
【００４６】成膜されたＳｉＯ2 を含有した親水性樹脂
膜の厚みは略２μｍであった。
【００４７】このフィルターの防曇性の評価として、親
水性樹脂が成膜されたフィルターを０℃の恒温恒湿槽に
３０分間保持した後、２５℃、ＲＨ７５％の恒温恒湿槽
に入れたが曇りは生じなかった。
【００４８】また、耐摩耗性を評価するため市販のティ
ッシュペーパーで表面を拭いたがキズ等は生じず良好な
外観であった。
【００４９】（実施例２）実施例１と同様に、基材とし
てガラス（ＢＫ７）よりなるフィルター（平行平板）を
用いたが、実施例１とは異なり表面にＩＴＯを成膜した
ものを用い、金属酸化物粒子としては平均粒径０．０５
μｍのＳｉＯ2 をポリアクリル酸で被覆した後使用し
た。
【００５０】また、親水性樹脂も実施例１と同様にポリ
アクリル酸を用いた。
【００５１】成膜の手順としてはまず、水系の溶媒にポ
リアクリル酸を溶解した後、ポリアクリル酸で被覆され
たＳｉＯ2 をポリアクリル酸１００重量部に対し、５０
重量部分散させた。
【００５２】この溶液を充分に分散させた後、表面が導
電化処理されたフィルターを陽極とし、印加電圧９０
Ｖ、電流密度４Ａ／ｄｍ2 、処理時間１５０秒で親水性
樹脂を電着し、さらに１２０℃で３０分間キュアを行な
った。
【００５３】このフィルターの防曇性の評価として実施
例１と同様に、親水性樹脂が成膜されたフィルターを０
℃の恒温恒湿槽に３０分間保持した後、２５℃、ＲＨ７
５％の恒温恒湿槽に入れたが曇りは生じなかった。
【００５４】また、耐摩耗性を評価するため市販のティ
ッシュペーパーで表面を拭いたが実施例１と同様にキズ
等は生じず良好な外観であった。
【００５５】（実施例３〜６）実施例１、２で使用した
金属酸化物であるＳｉＯ2 の代わりにＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 をそれぞれ親水性樹脂に対し
同じ比率で含有させ、実施例１と同様な操作で親水性樹
脂を成膜したところ実施例１と同様の防曇性、耐摩耗性
が得られた。
【００５６】（実施例７）基材としてガラス（ＢＫ７）
よりなるフィルター（平行平板）を用い、金属酸化物粒
子としては平均粒径０．０５μｍのＳｉＯ2 、ＴｉＯ2
をそれぞれポリアクリル酸で被覆したものを用いた。
【００５７】成膜はまず、基材上の一層目としてはポリ
アクリル酸のみを実施例１の金属酸化物粒子を含まない
状態の溶液中にフィルターを浸漬し、ディップ法により
成膜した後、１２０℃で３０分間キュアを行なった。
【００５８】なお、成膜された親水性樹脂のみの下地膜
の厚みは略２μｍであった。
【００５９】このように親水性樹脂のみがコートされた
フィルターの表面にＴｉＯ2 を含有するポリアクリル酸
を以下の手順で成膜した。
【００６０】ポリアクリル酸で被覆されたＴｉＯ2 をポ
リアクリル酸１００重量部に対し５０重量部分散させた
ポリアクリル酸の水系溶液中にフィルターを浸漬し、デ
ィップ法により成膜し１２０℃で３０分間キュアを行な
った。
【００６１】このときのＴｉＯ2 を含有する下層側の親
水性樹脂膜の厚みは略０．２５μｍであった。
【００６２】さらに、上記フィルター外表面上にＳｉＯ
2 を含有するポリアクリル酸を以下の手順で成膜した。
【００６３】ポリアクリル酸で被覆されたＳｉＯ2 をポ
リアクリル酸１００重量部に対し５０重量部分散させた
ポリアクリル酸の水系溶液中にフィルターを浸漬し、デ
ィップ法により成膜し１２０℃で３０分間キュアを行な
った。
【００６４】このときのＳｉＯ2 を含有する上層側の親
水性樹脂膜の厚みは略０．１３μｍであった。
【００６５】上記のようにして得られたフィルターの防
曇性の評価としては、０℃の恒温恒湿槽に３０分間保持
した後、２５℃、ＲＨ７５％の恒温恒湿槽に入れたが曇
りは生じなかった。
【００６６】また、耐摩耗性を評価するため市販のティ
ッシュペーパーで表面を拭いたがキズ等は生じず良好な
外観であった。
【００６７】さらには、可視光域での光線透過率は９８
％以上となり、表面の反射光が少ない光学部品が得られ
た。
【００６８】（実施例８）実施例７のうちフィルター基
材上の一層目の親水性樹脂のみの層を廃止しフィルター
基材上に金属酸化物を含有する親水性樹脂膜二層からな
る防曇性被覆を施した。
【００６９】それぞれの成膜条件は実施例７と同様に行
なった。
【００７０】得られたフィルターの防曇性の評価として
は、０℃の恒温恒湿槽に３０分間保持した後、２５℃、
ＲＨ７５％の恒温恒湿槽に入れたところ多少の曇りは生
じたが実用上問題がなかった。
【００７１】また、耐摩耗性を評価するため市販のティ
ッシュペーパーで表面を拭いたがキズ等は生じず良好な
外観であった。
【００７２】可視光域での光線透過率は、やはり、９８
％以上となり、表面の反射光が少ない光学部品が得られ
た。
【００７３】（比較例１）図４に示すように、ガラス
（ＢＫ７）のフィルター基材４１上に、ポリアクリル酸
のみの溶液中に浸漬するディップ法により親水性樹脂膜
４２を成膜した後、１２０℃で３０分間キュアを行なっ
た。
【００７４】なお、成膜された親水性樹脂のみの膜の厚
みは略２μｍであった。
【００７５】得られたフィルター４０の防曇性の評価と
しては、０℃の恒温恒湿槽に３０分間保持した後、２５
℃、ＲＨ７５％の恒温恒湿槽へ入れたところ曇りが生じ
実用上問題となった。
【００７６】また、耐摩耗性を評価するため市販のティ
ッシュペーパーで表面を拭いたところキズが生じた。
【００７７】さらには、可視光域での光線透過率は、平
均略８９％となり表面の光の反射が大きな光学部品とな
った。
【００７８】実施例１〜８と比較例１の評価テストの結
果を表１にまとめた。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【００８１】レンズ、フィルター、ミラー、プリズム等
の光学部品の表面の結露を防ぐために、防曇効果が高
く、持続性があり、膜強度や耐摩耗性も充分で、しかも
光の反射を抑えた高品質な防曇性被覆を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による防曇性被覆の膜構成を
示す図である。
【図２】第２の実施の形態による防曇性被覆の膜構成を
示す図である。
【図３】第３の実施の形態による防曇性被覆の膜構成を
示す図である。
【図４】比較例の膜構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 光学部品 １１、２１、３１ 基材 １２、２３、２４、３２、３３ 金属酸化物粒子を含
有する親水性樹脂膜 ２２ 下地膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 3/18 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ Ｇ０２Ｂ 1/11 Ａ Ｆターム(参考） 2K009 AA04 AA05 AA06 BB02 CC03 CC24 DD02 DD12 EE02 4F100 AA17B AA17C AA17H AA19B AA19C AA19H AA20B AA20C AA20H AA21B AA21C AA21H AA27B AA27C AA27H AA28B AA28C AA28H AG00A AK01B AK01C AK01D AK25B AK25C AK25D AT00A BA02 BA03 BA04 BA07 BA10A BA10C BA10D BA13 BA26 CA10B CA10C DE01B DE01C DE01H EH462 GB90 JB05B JB05C JB05D JL07 JN18B JN18C JN18H 4G059 AA11 AC21 EA01 EA02 EA04 EA05 EB05 FA15 FB06 GA01 GA02 GA04 GA16 4H020 AA04 AB02 4J038 CG031 HA216 HA446 KA20 NA06 NA11 NA19 PB08 PC03

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基材の表面に成膜された少なくとも一層
    の親水性樹脂膜を有し、該親水性樹脂膜が、所定量の金
    属酸化物の粒子を含有していることを特徴とする防曇性
    被覆。
  2. 【請求項２】 基材の表面に成膜された少なくとも二層
    の親水性樹脂膜を有し、該二層の親水性樹脂膜が、互い
    に屈折率の異なる金属酸化物の粒子を含有していること
    を特徴とする防曇性被覆。
  3. 【請求項３】 基材の表面に成膜された少なくとも三層
    の親水性樹脂膜を有し、該三層のうちの一層が金属酸化
    物の粒子を含まない親水性樹脂膜であり、残りの二層の
    親水性樹脂膜が、互いに屈折率の異なる金属酸化物の粒
    子を含有していることを特徴とする防曇性被覆。
  4. 【請求項４】 屈折率の異なる金属酸化物の粒子を含有
    する二層の親水性樹脂膜のうちの基材の表面に近い下層
    側の親水性樹脂膜の膜厚Ｄ1 、これに含有する金属酸化
    物の粒子の屈折率ａ、上層側の親水性樹脂膜の膜厚
    Ｄ2 、これに含有する金属酸化物の粒子の屈折率ｂが、
    以下の式で表わされる関係を満たすことを特徴とする請
    求項２または３記載の防曇性被覆。 【数１】 ここで、λ：防曇性被覆を施す光学部品が対象とする波
    長（波長設計）
  5. 【請求項５】 金属酸化物の粒子を含まない親水性樹脂
    膜の膜厚がλ／２より充分に大きいことを特徴とする請
    求項３記載の防曇性被覆。
  6. 【請求項６】 金属酸化物が、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｚ
    ｒＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 のうちの少なくとも１つを
    含むことを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記
    載の防曇性被覆。
  7. 【請求項７】 金属酸化物の粒子の含有量が、親水性樹
    脂１００重量部に対して１０〜１００重量部であること
    を特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の防曇
    性被覆。
  8. 【請求項８】 金属酸化物の粒子の粒径が、０．０１〜
    ０．１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ない
    し７いずれか１項記載の防曇性被覆。
  9. 【請求項９】 親水性樹脂膜が、ポリアクリル酸類を主
    成分とすることを特徴とする請求項１ないし８いずれか
    １項記載の防曇性被覆。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし９いずれか１項記載の
    防曇性被覆によって表面を被覆されていることを特徴と
    する光学部品。
  11. 【請求項１１】 基材がレンズ、フィルター、ミラーま
    たはプリズムであることを特徴とする請求項１０記載の
    光学部品。
  12. 【請求項１２】 親水性樹脂によって金属酸化物の粒子
    を被覆処理する工程と、被覆処理された金属酸化物の粒
    子を含む親水性樹脂の溶液を作り、該溶液を用いて光学
    部品に防曇性被覆を施す工程を有する防曇性被覆形成方
    法。
  13. 【請求項１３】 金属酸化物の粒子を含有する親水性樹
    脂の溶液に光学部品を浸すディップ法によって防曇性被
    覆を施す工程を有する防曇性被覆形成方法。
  14. 【請求項１４】 金属酸化物の粒子を含有する親水性樹
    脂の溶液を用いた電着法によって光学部品に防曇性被覆
    を施す工程を有する防曇性被覆形成方法。
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