JP2013155399A - Antifouling coated substrate, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、防汚膜付き基体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate with an antifouling film and a method for producing the same.
スマートフォンやタブレットPC等に用いられるタッチパネルは、使用時に人間の指が触れるため、指紋、皮脂、汗等による汚れが付着しやすい。そして、これらの汚れは付着すると落ちにくく、また光の加減等によっては目立つため、視認性や美観を損ねるという問題があった。さらに、ディスプレイガラス、光学素子、衛生機器等においても同様の問題が指摘されていた。 Touch panels used in smartphones, tablet PCs, and the like are easily touched by human fingers during use, and thus are easily contaminated with fingerprints, sebum, sweat, and the like. These stains are difficult to remove when attached, and they are conspicuous depending on the amount of light, etc., and there is a problem that visibility and aesthetics are impaired. Furthermore, similar problems have been pointed out in display glasses, optical elements, sanitary equipment, and the like.
このような問題を解消するために、これらの部品や機器の人間の指が触れる部分に、含フッ素有機ケイ素化合物からなる防汚膜を形成した基板を用いる方法が知られている。基板上に形成された防汚膜には、汚れが付着するのを抑制するために、高い撥水・撥油性が求められるとともに、付着した汚れの払拭に対する耐摩耗性が求められている。 In order to solve such a problem, there is known a method of using a substrate in which an antifouling film made of a fluorine-containing organosilicon compound is formed on a part touched by a human finger of these parts and devices. The antifouling film formed on the substrate is required to have high water repellency and oil repellency in order to suppress the adhesion of dirt, and also to be resistant to wiping off the adhered dirt.
上記撥水・撥油性を有する防汚膜の耐摩耗性を向上させるために、例えば特許文献1には、ガラス基体の表面に、ケイ素含有ターゲットを酸素含有雰囲気でスパッタリングする等の方法でシリカ下地層を形成し、その上に含フッ素有機ケイ素化合物からなる防汚膜を形成した防汚膜付き物品が提案されている。
In order to improve the abrasion resistance of the antifouling film having water and oil repellency, for example,
ここで、特許文献1では、ケイ素合金陰極を用いた磁気スパッタ蒸着法で、厚さ210Å(20nm)程度のシリカ下地層を形成することにより、防汚膜の耐久性が増大したことが示されている。しかしながら、特許文献1の物品は、実使用において求められる耐摩耗性を十分満たしているとはいえず、さらに耐摩耗性が改善された防汚膜を有するものが求められている。
Here,
本発明は、撥水性等の防汚性に優れるとともに、繰り返しの拭き取り操作等に対して防汚性の低下が抑制された耐摩耗性に優れる、含フッ素有機ケイ素化合物被膜を有する防汚膜付き基体およびその製造方法の提供を目的とする。 The present invention has an antifouling film having a fluorine-containing organosilicon compound coating that is excellent in antifouling properties such as water repellency and excellent in abrasion resistance in which deterioration of the antifouling property is suppressed against repeated wiping operations, etc. An object of the present invention is to provide a substrate and a method for manufacturing the same.
本発明の防汚膜付き基体は、透明基体と、前記透明基体の主面に形成された酸化ケイ素膜と、前記酸化ケイ素膜の表面に形成された含フッ素有機ケイ素化合物被膜とを有し、前記酸化ケイ素膜は、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリングにより形成された膜であることを特徴とする。 The substrate with an antifouling film of the present invention has a transparent substrate, a silicon oxide film formed on the main surface of the transparent substrate, and a fluorine-containing organosilicon compound film formed on the surface of the silicon oxide film, The silicon oxide film is a film formed by sputtering in an atmosphere into which water vapor is introduced.
本発明の防汚膜付き基体の製造方法は、透明基体の主面に酸化ケイ素膜を介して含フッ素有機ケイ素化合物被膜が形成された防汚膜付き基体の製造方法であって、以下の(1)工程および(2)工程を備えることを特徴とする防汚膜付き基体の製造方法。
(1)前記透明基体の主面に、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリング法により前記酸化ケイ素膜を形成する工程。
(2)前記(1)工程で形成された前記酸化ケイ素膜の表面に、前記含フッ素有機ケイ素化合物被膜を形成する工程。
The method for producing a substrate with an antifouling film according to the present invention is a method for producing a substrate with an antifouling film in which a fluorine-containing organosilicon compound film is formed on the main surface of a transparent substrate via a silicon oxide film, 1. A method for producing a substrate with an antifouling film, comprising the steps 1) and (2).
(1) A step of forming the silicon oxide film on the main surface of the transparent substrate by a sputtering method in an atmosphere in which water vapor is introduced.
(2) A step of forming the fluorine-containing organosilicon compound film on the surface of the silicon oxide film formed in the step (1).
本発明によれば、撥水性等の防汚性に優れるとともに、繰り返しの拭き取り操作等に対して防汚性の低下が抑制された耐摩耗性に優れる含フッ素有機ケイ素化合物被膜を有する防汚膜付き基体、およびその製造方法を提供できる。 According to the present invention, an antifouling film having a fluorine-containing organosilicon compound coating excellent in antifouling properties such as water repellency and excellent in abrasion resistance in which a decrease in antifouling properties is suppressed with respect to repeated wiping operations, etc. An attached substrate and a method for manufacturing the same can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、下記の実施形態に限定されることはない。本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiment. Various modifications and substitutions can be made to the following embodiments without departing from the scope of the present invention.
[防汚膜付き基体]
本発明の実施形態の防汚膜付き基体は、透明基体と、この透明基体の主面に、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリング法により形成された酸化ケイ素膜と、この酸化ケイ素膜の表面に形成された含フッ素有機ケイ素化合物被膜とを有する。
[Substrate with antifouling film]
The substrate with an antifouling film according to the embodiment of the present invention includes a transparent substrate, a silicon oxide film formed on the main surface of the transparent substrate by a sputtering method in an atmosphere in which water vapor is introduced, and a surface of the silicon oxide film. And a formed fluorine-containing organosilicon compound film.
上記含フッ素有機ケイ素化合物被膜は、例えば、後述する含フッ素加水分解性ケイ素化合物が、前記酸化ケイ素膜の表面で以下のように加水分解縮合反応して形成されるものであり、撥水性や撥油性を有することで防汚膜として機能する。本明細書において、含フッ素加水分解性ケイ素化合物とは、ケイ素原子に加水分解可能な基または原子が結合した加水分解性シリル基を有し、さらにそのケイ素原子に結合する含フッ素有機基を有する化合物をいう。なお、前記ケイ素原子に結合して加水分解性シリル基を構成する加水分解可能な基または原子を併せて、「加水分解性基」という。 The fluorine-containing organic silicon compound film is formed, for example, by a hydrolytic condensation reaction of a fluorine-containing hydrolyzable silicon compound described later on the surface of the silicon oxide film as follows. It functions as an antifouling film by having oiliness. In the present specification, the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound has a hydrolyzable group or a hydrolyzable silyl group having an atom bonded to the silicon atom, and further has a fluorine-containing organic group bonded to the silicon atom. Refers to a compound. The hydrolyzable group or atom constituting the hydrolyzable silyl group bonded to the silicon atom is collectively referred to as “hydrolyzable group”.
すなわち、前記含フッ素加水分解性ケイ素化合物の加水分解性シリル基が、加水分解によりシラノール基となり、さらにこれらが分子間で脱水縮合して−Si−O−Si−で表されるシロキサン結合を生成することで、含フッ素有機ケイ素化合物被膜が形成される。得られる被膜において、シロキサン結合のケイ素原子に結合する前記含フッ素有機基のほとんどは、透明基体と反対側の被膜表面付近に存在し、この含フッ素有機基の作用により、撥水性や撥油性の発現が可能となる。また、上記で生成したシラノール基は、この被膜が形成される被成膜面である酸化ケイ素膜表面の水酸基と脱水縮合反応により化学結合して、シロキサン結合を介して接着した点を形成する。 That is, the hydrolyzable silyl group of the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound is converted into a silanol group by hydrolysis, and these are dehydrated and condensed between molecules to form a siloxane bond represented by -Si-O-Si-. By doing so, a fluorine-containing organosilicon compound film is formed. In the resulting coating, most of the fluorine-containing organic groups bonded to the silicon atom of the siloxane bond are present near the surface of the coating on the side opposite to the transparent substrate. Due to the action of the fluorine-containing organic groups, water repellency and oil repellency are obtained. Expression is possible. Moreover, the silanol group produced | generated above chemically bonds with the hydroxyl group of the silicon oxide film surface which is a film-forming surface in which this film is formed by dehydration condensation reaction, and forms the point adhere | attached through the siloxane bond.
このような過程を経て酸化ケイ素膜表面に形成される含フッ素有機ケイ素化合物被膜を有する防汚膜付き基体においては、酸化ケイ素膜表面の水酸基密度を上げることにより、酸化ケイ素膜と含フッ素有機ケイ素化合物被膜との間の接着性が向上し、繰り返しの払拭操作等にも耐えうる高い耐摩耗性を有する防汚膜付き基体が得られると考えられる。 In a substrate with an antifouling film having a fluorine-containing organic silicon compound film formed on the surface of the silicon oxide film through such a process, the silicon oxide film and the fluorine-containing organic silicon are increased by increasing the hydroxyl group density on the surface of the silicon oxide film. It is considered that a substrate with an antifouling film having high abrasion resistance that can withstand repeated wiping operations and the like is obtained with improved adhesion to the compound film.
本発明では、含フッ素有機ケイ素化合物被膜が形成される透明基体の主面に、下地膜として、水蒸気が導入された雰囲気でのスパッタリングにより形成された酸化ケイ素膜を設けることで、得られる防汚膜付き基体の耐摩耗性が高いレベルに引き上げられる。詳細な機構は明らかではないが、本発明においては、水蒸気が導入された雰囲気でのスパッタリングによって、形成された酸化ケイ素膜の表面の水酸基密度が上がり、酸化ケイ素膜と含フッ素有機ケイ素化合物被膜との接着性が増大することで、含フッ素有機ケイ素化合物被膜の耐摩耗性が高められると考えられる。なお、酸化ケイ素膜表面における水酸基の密度の増加は、水分子の存在による新たな水酸基の生成等を原因とすると考えられる。 In the present invention, the antifouling obtained by providing a silicon oxide film formed by sputtering in an atmosphere into which water vapor is introduced as a base film on the main surface of the transparent substrate on which the fluorine-containing organic silicon compound film is formed. The abrasion resistance of the film-coated substrate is raised to a high level. Although the detailed mechanism is not clear, in the present invention, the hydroxyl group density on the surface of the formed silicon oxide film is increased by sputtering in an atmosphere into which water vapor is introduced, and the silicon oxide film and the fluorine-containing organosilicon compound film are formed. It is considered that the wear resistance of the fluorine-containing organosilicon compound coating is improved by increasing the adhesiveness of. The increase in the density of hydroxyl groups on the surface of the silicon oxide film is considered to be caused by the generation of new hydroxyl groups due to the presence of water molecules.
図1は、本発明の防汚膜付き基体の一実施形態を示す断面図である。実施形態の防汚膜付き基体1は、透明基体2と、この透明基体1の主面に形成された酸化ケイ素膜3と、この酸化ケイ素膜3の表面に形成された含フッ素有機ケイ素化合物被膜4とを有する。ここで、酸化ケイ素膜3は、水蒸気が導入された雰囲気でのスパッタリングにより形成されたものである。なお、水蒸気が導入された雰囲気でのスパッタリングを、水蒸気導入スパッタリング処理と記すことがある。以下、実施形態の防汚膜付き基体1を構成する各要素について説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a substrate with an antifouling film of the present invention. The
<透明基体>
透明基体2としては、一般に防汚性被膜による防汚性の付与が求められている透明な材料からなるものであれば、特に限定されず、ガラス、樹脂、またはそれらの組み合わせ(複合材料、積層材料等)からなるものが好ましく使用される。ガラスとしては、通常のソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等が挙げられる。樹脂としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ビスフェノールAのカーボネート等の芳香族ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂等が挙げられる。
<Transparent substrate>
The
透明基体2としては、その主面に設ける酸化ケイ素膜3との密着性の観点から、ソーダライムシリケートガラス板を用いることが好ましい。また、強度の点からは、アルミノシリケートガラス板を強化した強化ガラス板(例えば、旭硝子社製、商品名:ドラゴントレイル等)を用いることが好ましい。さらに、透明基体2として前記樹脂からなるフィルムを用いる場合には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることが好ましい。
As the
透明基体2の形状は、平板状でもよく、全面または一部が曲率を有していてもよい。透明基体2の厚さは、防汚膜付き基体1の用途により適宜選択できるが、一般的には0.5〜10mmが好ましい。
The shape of the
本発明に用いる透明基体2としては、目的に応じて、その表面に酸処理(希釈したフッ酸、硫酸、塩酸等を用いた処理)、アルカリ処理(水酸化ナトリウム水溶液等を用いた処理)、または超純水や有機溶媒で超音波洗浄等が施されたものを用いてもよい。
As the
透明基体2がソーダライムシリケートガラス板の場合、Naイオンの溶出を防止する膜を設けることが耐久性の点で好ましい。また、透明基体1がフロート法で製造されたガラス板の場合、表面錫量の少ないトップ面に、後述する酸化ケイ素膜3を介して含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を設けることが、耐久性の点で好ましい。
When the
<酸化ケイ素膜>
本発明の防汚膜付き基体1において、透明基体2の主面に設けられる酸化ケイ素膜3は、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリングすることにより形成された膜である。なお、本発明の酸化ケイ素膜3をスパッタリングにより形成する際の雰囲気は、外部から積極的に水蒸気が導入された雰囲気(以下、水蒸気導入雰囲気ともいう。)であり、単に水分を含む雰囲気ではない。一般に、十分に真空排気された真空容器内にも、真空排気によっても排除しきれない水分が含まれるが、このような雰囲気における水分圧は、本発明における水蒸気導入雰囲気の水蒸気分圧(0.007Pa以上)に比べてはるかに小さくなる。そして、このような雰囲気でスパッタリングを行って酸化ケイ素膜3を形成しても、十分に高い耐摩耗性を得ることができない。
<Silicon oxide film>
In the
(水蒸気導入雰囲気)
本発明における酸化ケイ素膜3を形成する際の水蒸気導入雰囲気は、水蒸気の分圧が0.007Pa以上の雰囲気である。前記したように、水蒸気の分圧が0.007Pa未満の雰囲気でスパッタリングを行った場合には、十分に高い耐摩耗性を有する防汚膜付き基体1を得ることができない。水蒸気の分圧は、後述する含フッ素加水分解性ケイ素化合物を有する組成物の成膜安定性の観点から、0.1Pa以下が好ましい。
(Water vapor introduction atmosphere)
The atmosphere for introducing water vapor when forming the
このような水蒸気導入雰囲気は、水蒸気導入装置を用いて作られる。図2は、水蒸気導入スパッタリング処理に用いられる水蒸気導入装置の一例を示す模式的断面図である。水蒸気導入雰囲気は、スパッタリング処理が行われる真空容器(成膜槽)に、水蒸気導入装置10により水蒸気を供給・導入することで得ることができる。
Such a water vapor introducing atmosphere is created using a water vapor introducing device. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a water vapor introducing apparatus used for the water vapor introducing sputtering process. The water vapor introduction atmosphere can be obtained by supplying and introducing water vapor into the vacuum vessel (film formation tank) in which the sputtering process is performed by the water
水蒸気導入装置10は、水、好ましくは純水が入れられる加熱容器11、この加熱容器11と図示しない真空容器(成膜槽)とを接続する配管12、この配管12の途中に設けられ、図示しない真空容器に供給される蒸気量を制御するための可変バルブ13、および配管12の先端部であって真空容器内に設けられる供給部14を有する。加熱容器11には、その内部に入れられた水、好ましくは純水を加熱して蒸発させるためのヒーター15が設けられる。
The water
このような水蒸気導入装置10により、加熱容器11内の水、好ましくは純水を蒸発させ、配管12を通して真空容器内に水蒸気を供給する。これにより真空容器内の雰囲気を、水分(水蒸気)を含む雰囲気とできる。このようにして水蒸気を含む雰囲気とされた真空容器内で後述するスパッタリングを行い、酸化ケイ素膜3を形成する。
With such a water
水蒸気導入装置10は、真空容器内の水蒸気の分圧を0.007Pa以上とするものが好ましい。真空容器内の水蒸気の分圧の調整は、例えば、加熱容器11と真空容器とを接続する配管12の途中に設けられた可変バルブ13によって、真空容器内に供給する水蒸気の量を調整することにより、または加熱容器11内の水、好ましくは純水の温度をヒーター15により調整して水蒸気量を調整することにより、行うことができる。
The water
加熱容器11内の水、好ましくは純水の温度の調整により水蒸気の分圧を調整する場合、水の温度を45℃以上とすることで、真空容器内の水蒸気の分圧を0.007Pa以上にできる。また、水等の温度を60℃以上とすることで、水蒸気の分圧を0.01Pa以上にできる。通常、水等の温度は45℃程度で十分である、
When adjusting the partial pressure of water vapor by adjusting the temperature of water in the
(スパッタリング)
本発明における酸化ケイ素膜3は、前記した水蒸気導入装置10により水蒸気が導入された真空容器内でスパッタリングを行うことで形成された膜である。
(Sputtering)
The
スパッタリングとしては、DC(直流)スパッタリング法、AC(交流)スパッタリング法、RF(高周波)スパッタリング法等を用いることができる。これらの中でも、DCマグネトロンスパッタリング法、またはACスパッタリング法は、プロセスが安定しており、装置構造が簡単な直流電源または交流電源を使用するので操作しやすく、かつ膜厚制御の点で有利な成膜方法である。また、大面積への成膜が容易であるため、好適に用いられる。なお、DCマグネトロンスパッタリング法には、パルス波状に電圧を印加する方法が含まれる。このようなパルス化DCマグネトロンスパッタリング法は、異常放電の防止に有効である。さらに、ターゲットとして、石英(二酸化ケイ素)のような絶縁材料を使用する場合は、RFスパッタリング法を用いる。ターゲットの材料とスパッタリング方式の好適な組み合わせについては、後述する。 As sputtering, a DC (direct current) sputtering method, an AC (alternating current) sputtering method, an RF (high frequency) sputtering method, or the like can be used. Among these, the DC magnetron sputtering method or the AC sputtering method has a stable process, is easy to operate because it uses a DC power source or an AC power source with a simple device structure, and is advantageous in terms of film thickness control. It is a membrane method. Moreover, since it is easy to form a film over a large area, it is preferably used. The DC magnetron sputtering method includes a method of applying a voltage in the form of a pulse wave. Such a pulsed DC magnetron sputtering method is effective in preventing abnormal discharge. Further, when an insulating material such as quartz (silicon dioxide) is used as a target, an RF sputtering method is used. A suitable combination of the target material and the sputtering method will be described later.
スパッタリングにおけるターゲットとしては、ケイ素(Si)またはケイ素酸化物を主成分とするものが用いられる。ケイ素(Si)を主成分とするターゲットは、DCスパッタリングが可能なように、ある程度の導電性を有することが望ましい。したがって、ケイ素(Si)を主成分とするターゲットとしては、多結晶シリコンからなるもの、または単結晶シリコンにリン(P)、ホウ素(B)等の公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものを使用することが好ましい。そして、このような多結晶シリコンからなるターゲット、および単結晶シリコンにリン(P)、ホウ素(B)等をドープしたターゲットは、DCスパッタリング、ACスパッタリング、RFスパッタリングのいずれの方式でも使用することができる。 As a target in sputtering, a target mainly containing silicon (Si) or silicon oxide is used. It is desirable that the target containing silicon (Si) as a main component has a certain degree of conductivity so that DC sputtering can be performed. Therefore, as a target having silicon (Si) as a main component, a target made of polycrystalline silicon, or a known dopant such as phosphorus (P), boron (B) or the like in single crystal silicon is within a range that does not impair the characteristics of the present invention. It is preferable to use a material doped with. Such a target made of polycrystalline silicon and a target obtained by doping single crystal silicon with phosphorus (P), boron (B) or the like can be used in any of DC sputtering, AC sputtering, and RF sputtering. it can.
ケイ素酸化物を主成分とするターゲットとしては、石英(二酸化ケイ素)からなるものが挙げられる。このようなケイ素酸化物を主成分とするターゲットは、RFスパッタリング法に使用される。 Examples of the target mainly composed of silicon oxide include those made of quartz (silicon dioxide). Such a target mainly composed of silicon oxide is used for the RF sputtering method.
多結晶シリコン等のケイ素(Si)を主成分とするターゲットを使用する場合、スパッタリングにおいて導入される前記水蒸気以外のガス(以下、スパッタガスと示す。)として、酸素を含む反応性ガスを用いる必要があり、例えば、酸素のみ、酸素と不活性ガスとの混合ガス等を用いることができる。不活性ガスとしては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)等の希ガスが挙げられる。また、酸素以外の酸化性ガスを前記混合ガスの成分として添加してもよい。酸化性ガスとは、酸素原子含有ガスを意味し、例えば、亜酸化窒素(N2O)や一酸化窒素(NO)を、前記混合ガスに添加することもできる。酸素を含む反応性のスパッタガスとしては、ガス組成の制御のし易さ、経済性および放電のし易さの点で、酸素とArとの混合ガスを用いることが好ましい。 When using a target mainly composed of silicon (Si) such as polycrystalline silicon, it is necessary to use a reactive gas containing oxygen as a gas other than the water vapor introduced in sputtering (hereinafter referred to as a sputtering gas). For example, only oxygen, a mixed gas of oxygen and an inert gas, or the like can be used. Examples of the inert gas include noble gases such as helium (He), neon (Ne), and argon (Ar). Further, an oxidizing gas other than oxygen may be added as a component of the mixed gas. The oxidizing gas means an oxygen atom-containing gas. For example, nitrous oxide (N 2 O) or nitric oxide (NO) can be added to the mixed gas. As the reactive sputtering gas containing oxygen, it is preferable to use a mixed gas of oxygen and Ar in terms of easy control of the gas composition, economy, and ease of discharge.
石英(二酸化ケイ素)からなるターゲットを使用し、RFスパッタリングにより酸化ケイ素膜3を形成する場合は、スパッタガスとして不活性ガス(例えばAr)のみを使用することができる。なお、このような場合も、前記した酸素とArとの混合ガスのような反応性ガスを、スパッタガスとして使用することができる。
When a
スパッタガスとして使用される酸素とArとの混合ガスにおいて、酸素濃度は特に限定されないが、20〜100体積%であることが好ましい。また、スパッタガスの分圧も、特に限定されず、グロー放電が安定に行われる圧力であればよい。そして、スパッタガスの分圧と前記水蒸気の分圧との合計である成膜ガスの全圧は、0.7Pa以下であることが好ましい。成膜ガスの全圧が0.7Pa以下である場合には、酸化ケイ素膜3の膜厚のより広い範囲で、防汚膜付き基体10として高い耐摩耗性を得ることができる。
In the mixed gas of oxygen and Ar used as the sputtering gas, the oxygen concentration is not particularly limited, but is preferably 20 to 100% by volume. The partial pressure of the sputtering gas is not particularly limited as long as it is a pressure at which glow discharge is stably performed. The total pressure of the deposition gas, which is the sum of the partial pressure of the sputtering gas and the partial pressure of the water vapor, is preferably 0.7 Pa or less. When the total pressure of the film forming gas is 0.7 Pa or less, high wear resistance can be obtained as the
ターゲットの電力密度(投入電力をターゲットの面積で割った値)は、0.1〜10W/cm2であるのが好ましく、0.5〜7W/cm2であるのがより好ましい。電力密度が0.1W/cm2未満である場合は、放電が安定しない。電力密度が10W/cm2 を超えると、発生した熱でターゲットが割れるおそれがある。さらに、スパッタリングの際の透明基体1の温度は、室温(25℃)〜400℃が好ましい、成膜時間は、成膜速度および所望の膜厚に応じて決定すればよい。
Target power density (applied power divided by the area of the target value) is preferably from 0.1 to 10 / cm 2, and more preferably 0.5~7W / cm 2. When the power density is less than 0.1 W / cm 2 , the discharge is not stable. If the power density exceeds 10 W / cm 2 , the target may be broken by the generated heat. Furthermore, the temperature of the
こうして水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリングを行うことで、所望の酸化ケイ素膜3が形成できる。酸化ケイ素膜3の厚さは、好ましくは4nm以上100nm以下であり、より好ましくは5nm以上20nm以下である。酸化ケイ素膜3の厚さを4nm以上100nm以下の範囲とすることで、この酸化ケイ素膜3とその表面に形成される含フッ素有機ケイ素化合物被膜4との密着性をより一層向上させ、高い耐摩耗性を得ることができる。なお、酸化ケイ素膜3の厚さは、触針式表面粗さ測定機(以下、触針式段差計ともいう。)により測定して得られた厚さである。
A desired
前記した水蒸気導入スパッタリング処理により、酸化ケイ素膜3を形成する方法の一例を、図3に示す。この図に示すように、真空容器である成膜槽20内に、前記水蒸気導入装置10とスパッタリング装置30とを近接して配置する。また、スパッタリング装置30の近傍に、成膜槽20内に前記スパッタガスを供給するスパッタガス供給機構21を配置する。そして、成膜槽20内に、スパッタガス供給機構21によりスパッタガスを供給するとともに、水蒸気導入装置10により水蒸気を導入し、水蒸気を含む雰囲気でスパッタリングを行う。
An example of a method for forming the
スパッタリング装置30は、ターゲット31と、このターゲット31を保持するスパッタ電極32と、スパッタ電極32に電力を供給する電源(例えば、交流電源)33と、電源33からの電力量を調整するトランス等の電力制御手段(図示を省略。)とを備える。ターゲット31は、平板状で前記した二酸化ケイ素、多結晶シリコン等の材料からなり、スパッタ電極32により保持され、透明基体2の酸化ケイ素膜を形成すべき主面に対向するように配置されている。スパッタ電極32は、電力制御手段を介して電源33に接続されている。
The
スパッタガス供給機構21は、スパッタガスSの供給路としてのスパッタガス供給配管22を有し、スパッタガス供給配管22の先端開口部は、ターゲット31に近接するように配設されている。また、このスパッタガス供給機構21は、成膜槽20の外部でスパッタガス供給配管22の途中に設けられたマスフローコントローラ(図示を省略。)を有する。マスフローコントローラは、スパッタガスの流量を調整する装置であり、例えば、スパッタガスが流入する流入口と、スパッタガスを配管へ流出させる流出口と、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、前記センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路とを備えている。電子回路には、外部から所望の流量を設定することが可能となっている。
The sputter
成膜槽20内のスパッタ領域に、スパッタガス供給機構21からスパッタガスSが供給されるとともに、水蒸気導入装置10により水蒸気が導入されて、ターゲット31の周辺が水蒸気を所定の分圧で含むスパッタガス雰囲気になった状態で、スパッタ電極32に例えば交流電源のような電源33から交番電圧が印加されると、ターゲット31周辺のスパッタガスの一部は電子を放出してイオン化する。例えば、スパッタ電極32に配置された磁石によりターゲット31の表面に漏洩磁界が形成されるため、前記放出された電子は、ターゲット31の表面近傍に発生した磁界中を周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマに向けてスパッタガスのイオンが加速され、ターゲット31に衝突することで、ターゲット31の表面の原子や粒子(例えば、ターゲット31が多結晶シリコンの場合はSi原子やSi粒子)が叩き出される。叩き出されたSi原子やSi粒子は、スパッタガス中の酸化性ガス成分(例えば、酸素)と反応し、透明基板2の表面に付着して薄い酸化ケイ素膜3が形成される。なお、透明基板2は、図3に示すように、接地されていることが好ましい。
Sputtering gas S is supplied from the sputtering
<含フッ素有機ケイ素化合物被膜>
本発明の実施形態の防汚膜付き基体1において、含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を形成する方法としては、パーフルオロアルキル基;パーフルオロ(ポリオキシアルキレン)鎖を含むフルオロアルキル基等のフルオロアルキル基を有するシランカップリング剤の組成物を、酸化ケイ素膜3の表面に、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スリットコート法、スプレーコート法等により塗布した後加熱処理する方法、または含フッ素有機ケイ素化合物を酸化ケイ素膜3の上に気相蒸着させた後加熱処理する真空蒸着法等が挙げられる。密着性の高い含フッ素有機ケイ素化合物被膜を得るには、真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法による含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物を用いて行うことが好ましい。
<Fluorine-containing organosilicon compound coating>
In the
被膜形成用組成物は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物であって、真空蒸着法による被膜形成が可能な組成物であれば、特に制限されない。被膜形成用組成物は含フッ素加水分解性ケイ素化合物以外の任意成分を含有してもよく、含フッ素加水分解性ケイ素化合物のみで構成されてもよい。任意成分としては、本発明の効果を阻害しない範囲で用いられる、フッ素原子を有しない加水分解性ケイ素化合物(以下、「非フッ素水分解性ケイ素化合物」という)、触媒等が挙げられる。 The film forming composition is not particularly limited as long as it is a composition containing a fluorine-containing hydrolyzable silicon compound and can form a film by a vacuum deposition method. The film-forming composition may contain an optional component other than the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound, or may be composed of only the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound. Examples of the optional component include a hydrolyzable silicon compound having no fluorine atom (hereinafter referred to as “non-fluorine water-decomposable silicon compound”), a catalyst, and the like, which are used within a range not impairing the effects of the present invention.
なお、含フッ素加水分解性ケイ素化合物、および、任意に非フッ素加水分解性ケイ素化合物を被膜形成用組成物に配合するにあたって、各化合物はそのままの状態で配合されてもよく、その部分加水分解縮合物として配合されてもよい。また、該化合物とその部分加水分解縮合物の混合物として被膜形成用組成物に配合されてもよい。 In addition, when blending the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound and optionally the non-fluorine hydrolyzable silicon compound into the film forming composition, each compound may be blended as it is, and its partial hydrolysis condensation It may be blended as a product. Moreover, you may mix | blend with the composition for film formation as a mixture of this compound and its partial hydrolysis-condensation product.
また、2種以上の加水分解性ケイ素化合物を組み合わせて用いる場合には、各化合物はそのままの状態で被膜形成用組成物に配合されてもよく、それぞれが部分加水分解縮合物として配合されてもよく、さらには2種以上の化合物の部分加水分解共縮合物として配合されてもよい。また、これらの化合物、部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物の混合物であってもよい。ただし、用いる部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物は、真空蒸着が可能な程度の重合度のものとする。以下、加水分解性ケイ素化合物の用語は、化合物自体に加えてこのような部分加水分解縮合物、部分加水分解共縮合物を含む意味で用いられる。 When two or more hydrolyzable silicon compounds are used in combination, each compound may be blended as it is in the film-forming composition, or each may be blended as a partially hydrolyzed condensate. Moreover, it may be further blended as a partially hydrolyzed cocondensate of two or more compounds. Moreover, the mixture of these compounds, a partial hydrolysis condensate, and a partial hydrolysis cocondensate may be sufficient. However, the partially hydrolyzed condensate and partially hydrolyzed cocondensate used should have a degree of polymerization that allows vacuum deposition. Hereinafter, the term of a hydrolyzable silicon compound is used in the meaning including such a partial hydrolysis condensate and a partial hydrolysis cocondensate in addition to the compound itself.
(含フッ素加水分解性ケイ素化合物)
本発明の含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成に用いる含フッ素加水分解性ケイ素化合物は、得られる含フッ素有機ケイ素化合物被膜4が、撥水性、撥油性等の防汚性を有するものであれば特に限定されない。
(Fluorine-containing hydrolyzable silicon compound)
The fluorine-containing hydrolyzable silicon compound used for forming the fluorine-containing organic
具体的には、パーフルオロポリエーテル基、パーフルオロアルキレン基およびパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる1つ以上の基を有する含フッ素加水分解性ケイ素化合物が挙げられる。これらの基は加水分解性シリル基のケイ素原子に連結基を介してまたは直接結合する含フッ素有機基として存在する。なお、パーフルオロポリエーテル基とは、パーフルオロアルキレン基とエーテル性酸素原子とが交互に結合した構造を有する2価の基をいう。なお、本発明における含フッ素加水分解性ケイ素化合物の数平均分子量(Mn)は、2000〜10000であることが好ましく、3000〜5000であることがより好ましい。数平均分子量(Mn)が前記範囲内であることで防汚性能が十分に発現され、耐摩耗性にも優れた膜とすることができる。なお、本明細書における数平均分子量(Mn)は、ゲルパミエーションクロマトグラフにより測定されたものをいう。 Specific examples include fluorine-containing hydrolyzable silicon compounds having one or more groups selected from the group consisting of perfluoropolyether groups, perfluoroalkylene groups, and perfluoroalkyl groups. These groups exist as a fluorine-containing organic group bonded directly to the silicon atom of the hydrolyzable silyl group via a linking group. The perfluoropolyether group refers to a divalent group having a structure in which perfluoroalkylene groups and etheric oxygen atoms are alternately bonded. In addition, it is preferable that the number average molecular weights (Mn) of the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound in this invention are 2000-10000, and it is more preferable that it is 3000-5000. When the number average molecular weight (Mn) is within the above range, the antifouling performance is sufficiently exhibited and a film having excellent wear resistance can be obtained. In addition, the number average molecular weight (Mn) in this specification means what was measured by the gel permeation chromatograph.
前記したように、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が、透明基体1上に形成された酸化ケイ素膜3の表面で反応して得られる含フッ素有機ケイ素化合物被膜においては、上記含フッ素有機基が含フッ素有機ケイ素化合物被膜の酸化ケイ素膜3側の面付近に存在することで、撥水性、撥油性等の防汚性を有する被膜となる。これらの基を有する含フッ素加水分解性ケイ素化合物の具体例としては、下記一般式(I)〜(V)で表される化合物等が挙げられる。本明細書において、一般式(I)で示される化合物を、化合物(I)ということもある。他の一般式で示される化合物も同様である。
As described above, the fluorine-containing organic silicon compound coating obtained by reacting the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound on the surface of the
式(I)中、Rf1は炭素数1〜16の直鎖状のパーフルオロアルキル基(アルキル基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)、R1は水素原子または炭素数1〜5の低級アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)、X1は加水分解可能な基(例えば、アミノ基、アルコキシ基、アシロキシ基、アルケニルオキシ基、イソシアネート基等)またはハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、mは1〜50、好ましくは1〜30の整数、nは0〜2、好ましくは1〜2の整数、pは1〜10、好ましくは1〜8の整数である。 In formula (I), R f1 is a linear perfluoroalkyl group having 1 to 16 carbon atoms (eg, an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group). , R 1 is a hydrogen atom or a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, etc.), and X 1 is a hydrolyzable group (for example, Amino group, alkoxy group, acyloxy group, alkenyloxy group, isocyanate group, etc.) or halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), m is 1-50, preferably 1-30. An integer, n is 0 to 2, preferably 1 or 2, and p is 1 to 10, preferably 1 to 8.
化合物(I)において、Rf1の炭素数は1〜4が好ましい。また、R1はメチル基が好ましい。X1で示される加水分解性基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。 In the compound (I), R f1 preferably has 1 to 4 carbon atoms. R 1 is preferably a methyl group. The hydrolyzable group represented by X 1, preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group are more preferable.
CqF2q+1CH 2CH2Si(NH2)3 …(II)
式(II)中、qは1以上、好ましくは2〜20の整数である。
一般式(II)で表される化合物としては例えば、n−トリフロロ(1,1,2,2−テトラヒドロ)プロピルシラザン(n−CF3CH2CH2Si(NH2)3)、n−ヘプタフロロ(1,1,2,2−テトラヒドロ)ペンチルシラザン(n−C3F7CH2CH2Si(NH2)3)等を例示することができる。
C q F 2q + 1 CH 2
In formula (II), q is 1 or more, preferably an integer of 2 to 20.
Examples of the compound represented by the general formula (II) include n-trifluoro (1,1,2,2-tetrahydro) propylsilazane (n-CF 3 CH 2 CH 2 Si (NH 2 ) 3 ), n-heptafluoro. (1,1,2,2-tetrahydro)
CrF2r+1CH2CH2Si(OCH3)3 …(III)
式(III)中、rは1以上、好ましくは1〜20の整数である。
一般式(III)で表される化合物としては、2−(パーフルオロオクチル)エチルトリメトキシシラン(n−C8F17CH2CH2Si(OCH3)3)等を例示することができる。
C r F 2r + 1 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 (III)
In formula (III), r is 1 or more, preferably an integer of 1-20.
Examples of the compound represented by the general formula (III), 2- (perfluorooctyl) ethyltrimethoxysilane (n-C 8 F 17 CH 2
式(IV)中、Rf2は、−(OC3F6)s−(OC2F4)t−(OCF2)u−(s、t、uはそれぞれ独立に0〜200の整数である)で表わされる2価の直鎖状パーフルオロポリエーテル基であり、R2、R3は、それぞれ独立に炭素原子数1〜8の一価炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)である。X2、X3は独立に加水分解可能な基(例えば、アミノ基、アルコキシ基、アシロキシ基、アルケニルオキシ基、イソシアネート基等)またはハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、d、eは独立に1〜2の整数であり、c、fは独立に1〜5(好ましくは1〜2)の整数であり、aおよびbは独立に2または3である。 Wherein (IV), R f2 is, - (OC 3 F 6) s - (OC 2 F 4) t - is a (s, t, u are each independently 0 to 200 integer - (OCF 2) u R 2 and R 3 are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, n -Propyl group, isopropyl group, n-butyl group and the like. X 2 and X 3 are independently hydrolyzable groups (for example, amino group, alkoxy group, acyloxy group, alkenyloxy group, isocyanate group, etc.) or halogen atoms (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom) D and e are independently an integer of 1 to 2, c and f are independently an integer of 1 to 5 (preferably 1 to 2), and a and b are independently 2 or 3 is there.
化合物(IV)の有するRf2において、s+t+uは20〜300であることが好ましく、25〜100であることがより好ましい。また、R2、R3はメチル基、エチル基、ブチル基が好ましい。X2、X3で示される加水分解性基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。また、aおよびbはそれぞれ3が好ましい。 In R f2 of the compound (IV), s + t + u is preferably 20 to 300, and more preferably 25 to 100. R 2 and R 3 are preferably a methyl group, an ethyl group, or a butyl group. As a hydrolysable group shown by X < 2 >, X < 3 >, a C1-C6 alkoxy group is preferable and a methoxy group and an ethoxy group are more preferable. Further, a and b are each preferably 3.
F−(CF2)v−(OC3F6)w−(OC2F4)y−(OCF2)z(CH2)hO(CH2)i Si(X4)3−k(R4)k ………(V)
式(V)中、vは1〜3の整数であり、w、y、zはそれぞれ独立に0〜200の整数であり、hは1または2であり、iは2〜20の整数であり、X4は加水分解性基であり、R4は炭素数1〜22の直鎖または分岐の炭化水素基であり、kは0〜2の整数である。w+y+zは、20〜300であることが好ましく、25〜100であることがより好ましい。また、iは2〜10であることが好ましい。X4は、炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。R4は、炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
F- (CF 2) v - ( OC 3 F 6) w - (OC 2 F 4) y - (OCF 2) z (CH 2) h O (CH 2) i Si (X 4) 3-k (R 4 ) k ......... (V)
In the formula (V), v is an integer of 1 to 3, w, y and z are each independently an integer of 0 to 200, h is 1 or 2, and i is an integer of 2 to 20. , X 4 is a hydrolyzable group, R 4 is a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 22 carbon atoms, and k is an integer of 0 to 2. w + y + z is preferably 20 to 300, and more preferably 25 to 100. Further, i is preferably 2 to 10. X 4 is preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably a methoxy group or an ethoxy group. R 4 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
また、市販されているパーフルオロポリエーテル基、パーフルオロアルキレン基およびパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる1つ以上の基を有するフッ素含有有機ケイ素化合物(含フッ素加水分解性ケイ素化合物)として、KP−801(商品名、信越化学工業社製)、X−71(商品名、信越化学工業社製)、KY−130(商品名、信越化学工業社製)、KY178(商品名、信越化学工業社製)、オプツ−ル(登録商標)DSX(商品名、ダイキン工業社製)などが好ましく使用できる。 In addition, as a fluorine-containing organic silicon compound (fluorine-containing hydrolyzable silicon compound) having one or more groups selected from the group consisting of a commercially available perfluoropolyether group, perfluoroalkylene group and perfluoroalkyl group, KP-801 (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), X-71 (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), KY-130 (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), KY178 (trade name, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) Co., Ltd.), Optur (registered trademark) DSX (trade name, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and the like can be preferably used.
なお、市販品の含フッ素加水分解性ケイ素化合物について、これが溶剤とともに供給される場合には、溶剤を除去して使用される。本発明に用いる、被膜形成用組成物は、上記含フッ素加水分解性ケイ素化合物と必要に応じて添加される任意成分を混合することで調製され、真空蒸着に供される。 In addition, about the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound of a commercial item, when this is supplied with a solvent, a solvent is removed and used. The film-forming composition used in the present invention is prepared by mixing the above-mentioned fluorine-containing hydrolyzable silicon compound and optional components added as necessary, and is subjected to vacuum deposition.
このような含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含む被膜形成用組成物を、透明基体1上に形成された酸化ケイ素膜3の表面に付着させ反応させて成膜することで、含フッ素有機ケイ素化合物被膜4が得られる。なお、具体的な真空蒸着方法、反応条件については従来公知の方法、条件等が適用可能である。例えば、以下に説明する製造方法により、このような含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を形成し、防汚膜付き基体1を製造できる。
A film-forming composition containing such a fluorine-containing hydrolyzable silicon compound is deposited on the surface of the
含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の膜厚は、外観およびコストの観点から50nm以下が好ましく、その下限は単分子層の厚さである。含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の膜厚は2〜30nmがより好ましく、5〜20nmが特に好ましい。
The film thickness of the fluorine-containing organic
<防汚膜付き基体の製造方法>
本発明の実施形態の防汚膜付き基体1の製造方法は、前記した透明基体2の主面に酸化ケイ素膜3を介して含フッ素有機ケイ素化合物被膜4が形成された防汚膜付き基体1の製造方法であって、(1)酸化ケイ素膜3の形成工程および(2)含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成工程をこの順に有する。(1)酸化ケイ素膜3の形成工程は、透明基体2の主面に、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリング法により酸化ケイ素膜3を形成する工程である。また、(2)含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成工程は、前記(1)工程で形成された酸化ケイ素膜3の表面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を蒸着し、反応させて含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を形成する工程である。
<Method for producing substrate with antifouling film>
In the manufacturing method of the
このような製造方法によれば、透明基体1上に酸化ケイ素膜3を介して含フッ素有機ケイ素化合物被膜4が高い密着性をもって形成されることで、得られる防汚膜付き基体3において、優れた撥水性や撥油性等の防汚性と高レベルでの耐摩耗性の両立が可能となる。
According to such a manufacturing method, the fluorine-containing
図4は、防汚膜付き基体1の製造方法の一実施形態に使用可能な連続成膜装置を模式的に示す断面図である。以下、図4を参照しながら各工程について説明する。図4に示す連続成膜装置40を用いた場合、透明基体2は図の左側から右側に向かって搬送手段41により搬送され、前室42、連続成膜槽である真空チャンバー43、基体取り出し室44を通過し、真空チャンバー43内で、水蒸気導入雰囲気でのスパッタリングによる酸化ケイ素膜3の形成工程、および蒸着による含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成工程を順に経ることで、防汚膜付き基体1となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a continuous film forming apparatus that can be used in an embodiment of the method for manufacturing the
連続成膜装置40においては、真空チャンバー43内に、前室42側から、水蒸気導入装置10とスパッタリング装置30等から構成される酸化ケイ素膜の形成部と、真空蒸着装置50とが順に設けられている。
In the continuous
透明基体2は、真空チャンバー43に導入される前に、真空チャンバー43に連結され、独立に給排気可能に構成された前室42に搬送される。透明基体2の搬送後、前室42を密閉し真空状態にした上で、前室42と真空チャンバー43の間の扉(図示を省略。)を開けて真空チャンバー43へ透明基体2を搬送する。真空チャンバー43内には、前室42側に水蒸気導入装置10とスパッタリング装置30等から構成される酸化ケイ素膜の形成部が設けられ、続いて含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成のための蒸着装置50が設けられている。
Before being introduced into the
また、真空状態を保ったまま真空チャンバー43から蒸着後の透明基体2(防汚膜付き基体1)を取り出すために、真空チャンバー43の前室42と連結する側の反対側は、独立に給排気可能に構成された基体取り出し室44に連結されている。真空チャンバー43から基体取り出し室44に蒸着後の防汚膜付き基体1を搬送する際には、基体取り出し室44を真空状態とする。その後、基体取り出し室44から蒸着後の防汚膜付き基体1を取り出す際には、基体取り出し室44と真空チャンバー43の間の扉(図示せず)を閉めることで、真空チャンバー43内の真空状態は保持される。
Further, in order to take out the transparent substrate 2 (
真空チャンバー43内の圧力は、生産安定性の観点から、1Pa以下に維持されることが好ましく、0.1Pa以下がより好ましい。
From the viewpoint of production stability, the pressure in the
水蒸気導入装置10とスパッタリング装置30等からなる酸化ケイ素膜の形成部の構成、および水蒸気導入雰囲気での酸化ケイ素膜の形成方法については、前記した通りである。透明基体2の搬送速度については、特に制限されない。透明基体2の搬送速度は、生産性の観点から速いほど好ましいが、前室42を真空にするために必要な時間から制限される。
The configuration of the silicon oxide film forming portion including the water
蒸着による含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成工程では、前記酸化ケイ素膜の形成部で透明基体2の上に形成された酸化ケイ素膜3の表面に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を蒸着し反応させる。なお、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物を、上記と同様に被膜形成用組成物という。
In the step of forming the fluorine-containing organic
被膜形成用組成物を酸化ケイ素膜の表面に付着させる方法としては、含フッ素加水分解性ケイ素化合物の層を形成するのに通常用いられる方法であれば特に制限されず、例えば、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法等が挙げられる。用いる含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解を抑える点、および装置の簡便さより、真空蒸着法が好ましい。 The method for attaching the film-forming composition to the surface of the silicon oxide film is not particularly limited as long as it is a method usually used for forming a layer of a fluorine-containing hydrolyzable silicon compound. Examples thereof include a CVD method and a sputtering method. The vacuum deposition method is preferable from the viewpoint of suppressing the decomposition of the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound to be used and the simplicity of the apparatus.
特に、図4に示すような連続成膜装置40を用いて、同一の真空チャンバー43内で、酸化ケイ素膜の形成工程の直後に被膜形成用組成物を付着させる場合には、真空蒸着法が好適である。
In particular, when a film-forming composition is deposited immediately after the silicon oxide film forming step in the
真空蒸着法としては、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法、高周波誘導加熱法、反応性蒸着、分子線エピタキシー法、ホットウォール蒸着法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等に細分することができるが、いずれの方法も適用することができる。用いる含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解を抑制する点、および装置の簡便さより、抵抗加熱法が好適に利用できる。真空蒸着装置は特に制限なく、公知の装置が利用できる。以下、図4に示す真空チャンバー43内で真空蒸着法、特に抵抗加熱法による真空蒸着装置50を用いて、被膜形成用組成物を酸化ケイ素膜の表面に付着させる方法について説明する。
The vacuum deposition method can be subdivided into resistance heating method, electron beam heating method, high frequency induction heating method, reactive deposition, molecular beam epitaxy method, hot wall deposition method, ion plating method, cluster ion beam method, etc. However, either method can be applied. The resistance heating method can be suitably used from the viewpoint of suppressing the decomposition of the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound to be used and the simplicity of the apparatus. The vacuum deposition apparatus is not particularly limited, and a known apparatus can be used. Hereinafter, a method for depositing the film-forming composition on the surface of the silicon oxide film using the vacuum deposition method, particularly the resistance heating method, in the
真空チャンバー43内の圧力は、既に説明したように、0.7Pa以下に維持されることが好ましく、0.2Pa以下がより好ましい。この圧力であれば、抵抗加熱法による真空蒸着を問題なく行うことができる。
As described above, the pressure in the
真空蒸着装置50は、真空チャンバー43内における基体取り出し室44側に設けられる。なお、水蒸気導入スパッタリング処理がなされる透明基体2の位置と、真空蒸着装置50で含フッ素加水分解性ケイ素化合物が蒸着される透明基体2の位置とは、互いに処理の影響を受けない距離、具体的には20mm以上離れていることが好ましく、処理を別々の真空チャンバーで行うことはさらに好ましい。
The
真空蒸着装置50は、真空チャンバー43外で被膜形成用組成物を加熱する原料加熱容器51と、原料加熱容器51から真空チャンバー43内に、含フッ素加水分解性ケイ素化合物等の原料蒸気を供給する原料蒸気配管52と、原料蒸気配管52に接続され原料加熱容器51から供給される原料蒸気を透明基体2の酸化ケイ素膜3表面に噴射するための噴射口を有するマニホールド53を備えている。真空チャンバー43内において、透明基体2は、マニホールド53の噴射口と透明基体2の被成膜面である酸化ケイ素膜3表面とが対向するように保持されている。
The
原料加熱容器51は、蒸着源である被膜形成用組成物が十分な蒸気圧を有する温度にまで加熱できる加熱手段を有する。被膜形成用組成物の種類によるが、加熱温度は、具体的には30℃〜400℃が好ましく、50℃〜300℃が特に好ましい。加熱温度が上記範囲の下限値以上であると、成膜速度が良好になる。上記範囲の上限値以下であると、含フッ素加水分解性ケイ素化合物の分解が生じることなく、酸化ケイ素膜3表面に防汚性を有する被膜を形成できる。
The raw material heating container 51 has a heating means that can heat the film forming composition as a vapor deposition source to a temperature at which it has a sufficient vapor pressure. Although it depends on the type of the film-forming composition, the heating temperature is specifically preferably from 30 ° C to 400 ° C, particularly preferably from 50 ° C to 300 ° C. When the heating temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, the film formation rate is good. When the amount is not more than the upper limit of the above range, a film having antifouling properties can be formed on the surface of the
ここで、真空蒸着の際には、原料加熱容器51内の含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する被膜形成用組成物を、蒸着開始温度まで昇温した後、その蒸気を所定の時間、系外に排出する前処理を行うことが好ましい。この前処理により、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が通常含有する、得られる被膜の耐久性に影響を与える低分子量成分等を除去でき、さらには、蒸着源から供給する原料蒸気の組成の安定化が可能となる。これにより、耐久性の高い含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を安定して形成することが可能となる。
Here, at the time of vacuum deposition, after the temperature of the film-forming composition containing the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound in the raw material heating vessel 51 is raised to the deposition start temperature, the vapor is heated for a predetermined time. It is preferable to perform a pretreatment for discharging outside. By this pretreatment, it is possible to remove low molecular weight components that normally affect the durability of the resulting coating, which are normally contained in fluorine-containing hydrolyzable silicon compounds, and to stabilize the composition of the raw material vapor supplied from the evaporation source Is possible. This makes it possible to stably form the highly durable fluorine-containing
具体的には、原料加熱容器51の上部に、マニホールド53へと接続される原料蒸気配管52とは別に、初期蒸気を系外に排出するための開閉自在な排気口に接続する配管(図示を省略。)を設け、系外でトラップする等の方法をとればよい。
Specifically, on the upper part of the raw material heating vessel 51, a pipe (not shown) connected to an openable / closable exhaust port for discharging the initial steam out of the system separately from the raw
また、真空蒸着時における透明基体2の温度は、室温(20〜25℃)から200℃までの範囲であることが好ましい。透明基体2の温度が200℃以下であると、成膜速度が良好になる。透明基体2の温度の上限値は150℃がより好ましく、100℃が特に好ましい。
Moreover, it is preferable that the temperature of the transparent base |
なお、マニホールド53は原料加熱容器51から供給される原料蒸気が凝縮するのを防止するため、加熱できるようにヒーターを備えていることが好ましい。原料蒸気配管52については、その途中で原料加熱容器51からの原料蒸気が凝縮するのを防ぐために、原料加熱容器51と共に加熱されるように設計することが好ましい。 The manifold 53 is preferably provided with a heater so that the raw material vapor supplied from the raw material heating vessel 51 can be condensed in order to prevent condensation. About the raw material vapor | steam piping 52, in order to prevent the raw material vapor | steam from the raw material heating vessel 51 condensing in the middle, it is preferable to design so that it may be heated with the raw material heating vessel 51.
また、成膜速度を制御するために、上記原料蒸気配管52上に可変バルブ54を設け、真空チャンバー43内に設けられた膜厚計55での検出値に基づいて上記可変バルブ54の開度を制御することが好ましい。このような構成を設けることで、透明基体2の酸化ケイ素膜3表面に供給する含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する組成物の蒸気の量を制御することが可能となる。これにより、透明基体2の酸化ケイ素膜3表面に精度よく目的とする厚さの含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を形成できる。なお、膜厚計55としては、水晶振動子モニタ等を用いることができる。さらに、膜厚の測定は、例えば、膜厚計55として、薄膜解析用X線回折計ATX−G(RIGAKU社製)を用いた場合には、X線反射率法により反射X線の干渉パターンを得て、該干渉パターンの振動周期から算出することができる。
Further, in order to control the film forming speed, a
このようにして、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含む被膜形成用組成物が、酸化ケイ素膜3表面に付着される。さらに付着と同時にまたは付着後、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が加水分解縮合反応することにより、上記水蒸気導入雰囲気でのスパッタリングにより水酸基の密度が増した酸化ケイ素膜3の表面に化学結合するとともに、分子間でシロキサン結合することで、含フッ素有機ケイ素化合物被膜4となる。
In this way, the film-forming composition containing the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound is attached to the surface of the
この含フッ素加水分解性ケイ素化合物の加水分解縮合反応は、付着と同時に酸化ケイ素膜3表面で進行するが、さらにこの反応を十分に促進させるために、必要に応じて、含フッ素有機ケイ素化合物被膜4が形成された透明基体2を、真空チャンバー43から取り出した後、ホットプレートや恒温恒湿槽を使用した加熱処理を行ってもよい。加熱処理の条件としては、例えば、80〜200℃の温度で10〜60分間の加熱処理が挙げられる。
The hydrolytic condensation reaction of the fluorine-containing hydrolyzable silicon compound proceeds on the surface of the
このような製造方法により得られる防汚膜付き基体1は、撥水性や撥油性等の防汚性に優れるとともに、繰り返しの払拭操作等にも耐えうる高い耐摩耗性を有する。これは、水蒸気導入雰囲気でスパッタリングを行うことで形成された、表面の水酸基密度が増加した酸化ケイ素膜3上で、この水酸基に含フッ素加水分解性ケイ素化合物の加水分解性シリル基が反応することで、酸化ケイ素膜3と含フッ素有機ケイ素化合物被膜4との間の接着性が向上した結果と考えられる。
The
以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例1〜2が実施例であり、例3〜4が比較例である。 Specific examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples. Examples 1-2 are examples, and examples 3-4 are comparative examples.
図4に示すような連続成膜装置40、すなわち真空チャンバー43内でスパッタリングによる酸化ケイ素膜の形成と真空蒸着による含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成を連続して行うことができる装置を用いて、以下の手順により透明基体2上に酸化ケイ素膜3と含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を順に形成して、例1〜4の防汚膜付き基体1を得た。次いで、これらの防汚膜付き基体1について、撥水性の耐摩耗試験を行い評価した。
Using a continuous
(装置、防汚膜付き基体の構成材料、原料)
連続成膜装置40として、前室42、真空チャンバー43、基体取り出し室44、透明基体2を搬送する搬送手段41を有する縦型インライン成膜装置(装置名:SDP−850VT(アルバック社製))を用いた。連続成膜装置40の真空チャンバー43内には、前室42側より、水蒸気導入装置10、スパッタリング装置30、および真空蒸着装置50を順に設けた。
(Equipment, constituent materials and raw materials for antifouling-coated substrates)
As a continuous
水蒸気導入装置10は、図2に示すように、ステンレス製の加熱容器11、この加熱容器11と真空チャンバー43とを接続する配管12、この配管12の先端部に設けられ真空チャンバー43内に配置される供給部14、加熱容器11内に配置されるヒーター15を有するものとした。加熱容器11の大きさは直径70mm×高さ120mm、供給部14の開口部は長さ800mmのパイプに30mmピッチで直径1mmの穴を開けた形状、供給部14と透明基体1との最近接距離は70mmとし、加熱容器11には純水を入れた。
As shown in FIG. 2, the water
スパッタリング装置30は、電源33としての交流電源(ヒュチンガ社製:TruPlasma 3020)が接続されたカソード(スパッタ電極32)に、多結晶シリコンからなるターゲット31(アルバック社製、縦600mm×横126mm×厚さ12mm)2本が設置された構造とした。真空蒸着装置50には、縦型蒸着源(日立造船株式会社製)を用いた。
The
透明基体2には、厚さが1.1mm、1辺の長さが100mmの正方形のソーダライムガラス基板、Dragontrail(商品名:旭硝子社製)を用いた。なお、連続成膜装置40にかける前に、透明基体2に対して、アルカリ洗剤、サンウォッシュTL2%液(商品名、ライオン社製)による洗浄と、それに続いて超純水での超音波洗浄を実施した。
As the
含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成用組成物には、オプツール(登録商標)DSX(商品名、ダイキン工業社製)剤(含フッ素有機基を有する加水分解性ケイ素化合物の20質量%パーフルオロヘキサン溶液)から溶剤を除去したものを用いた。
The composition for forming the fluorine-containing organic
(防汚膜付き基体の製造)
例1〜4
連続成膜装置40の前室42に透明基体2を設置後、真空チャンバー43内に透明基体2を搬送速度900mm/分(=15mm/秒)で通過させ、スパッタリングによる酸化ケイ素膜3の形成を行った後、同真空チャンバー43内において、形成された酸化ケイ素膜3の表面に、真空蒸着装置50を用いて被膜形成用組成物(含フッ素加水分解性ケイ素化合物)の真空蒸着により含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成を行った。
(Manufacture of substrate with antifouling film)
Examples 1-4
After setting the
ここで、酸化ケイ素膜3の形成においては、スパッタガスとして体積比で50%の酸素と50%のアルゴンとの混合ガスを、スパッタガス供給機構21により真空チャンバー43内へ供給し、前記スパッタガスの圧力と後述する水蒸気の圧力との合計である成膜ガス圧(全圧)が、表1に示す所定の値になるようにした。また、例1および例2においては、加熱容器11の純水を45℃に加熱し、供給部14を通して真空チャンバー43内に水蒸気を導入し、真空チャンバー43内の水蒸気の分圧を表1に示す値とした。例3および例4においては、このような水蒸気の導入は行わなかったが、真空排気によっても排除されない水分により、真空チャンバー43内は、表1に示す水蒸気分圧を示した。なお、真空チャンバー43内の水蒸気分圧は、残留ガス分析計(アルバック社製、商品名:QuleeCGM−052)を用いて測定した値である。
Here, in the formation of the
前記したように、表1に示す成膜ガス圧(全圧)は、スパッタリングにより酸化ケイ素膜3の形成が行なわれる雰囲気の全圧であり、前記スパッタガスの圧力と、水蒸気の分圧との合計の値を示す。なお、スパッタガスである酸素とアルゴンとの混合ガスの圧力は、隔膜真空計により測定した。
As described above, the film forming gas pressure (total pressure) shown in Table 1 is the total pressure of the atmosphere in which the
このように成膜ガス圧および水蒸気分圧が調整された雰囲気で反応性交流スパッタリングを行い、透明基体2上に10nmの膜厚の酸化ケイ素膜3を形成した。ここで、所定の交流電力を投入することで、酸化ケイ素膜3の膜厚を10nmに調整した。すなわち、予め基板の搬送速度を一定(900mm/分)とし、各ガス条件で投入する交流電力を変えてスパッタリングを行い、形成される酸化ケイ素膜3の膜厚と投入電力との関係を調べた。そして、膜厚が10nmとなる投入交流電力を決定し、その値で交流スパッタリングを行った。なお、酸化ケイ素膜3の膜厚は、触針式段差計(KAL―Tencor社製、装置名:アルファステップ500)により測定した。
In this way, reactive AC sputtering was performed in an atmosphere in which the film forming gas pressure and the water vapor partial pressure were adjusted to form a
含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成では、透明基体2上に形成された前記酸化ケイ素膜3の表面に、真空蒸着装置40を用いて被膜形成用組成物(含フッ素加水分解性ケイ素化合物)を真空蒸着させ反応させて、膜厚が10nmの含フッ素有機ケイ素化合物被膜4を形成した。膜厚の管理は、具体的には、水晶振動子モニタで膜厚を測定しながら成膜速度を調整しつつ真空蒸着することで行った。なお、最終的な膜厚は、成膜後、分光エリプソメトータ(UVISEL:堀場製作所社製)により測定した。
In the formation of the fluorine-containing organic
含フッ素有機ケイ素化合物被膜4の形成は、具体的には以下のように行った。蒸着材料であるオプツールDSX剤を原料加熱容器51内に導入した。その後、原料加熱容器51内を真空ポンプで10時間以上脱気して溶液中の溶媒除去を行って被膜形成用の組成物とした。次いで、被膜形成用の組成物が入った原料加熱容器51を270℃まで加熱した。270℃に到達した後、温度が安定するまで10分間その状態を保持した。その後、所定の位置に酸化ケイ素膜3が形成された透明基体2を移動して、10nmの膜厚になるように上記水晶振動子モニタで膜厚を測定しながら成膜を行った。膜厚が10nmになった時点で成膜を終え、真空チャンバー43から基体取り出し室44を経て取り出した。さらに、取り出した蒸着膜付きの基板をホットプレート上に膜面を上向きにして設置し、大気中で150℃、60分間熱処理を行い防汚膜付き基体1とした。
Specifically, the formation of the fluorine-containing
例1〜4の防汚膜付き基体1について、擦り耐久性(耐摩耗性)を以下の方法で評価した。結果を表1および図5のグラフに示す。
About the base |
(擦り耐久性(耐摩耗性)試験)
まず、上記で得られた防汚膜付き基体3の防汚膜表面の水接触角を測定した。次に、以下の方法で擦り試験を実施し、所定の擦り回数終了後ごとに、防汚膜表面の水の接触角を測定した。防汚膜表面の水接触角の測定は、自動接触角計DM−501(協和界面科学製)を用いて、純水1μLを滴下して行った。防汚膜表面における水接触角の測定箇所は10箇所として、その平均を算出して評価に用いた。
(Rubbing durability (wear resistance) test)
First, the water contact angle of the antifouling film surface of the antifouling film-coated
具体的な擦り試験の方法は、以下の手順で実施した。すなわち、まず底面が10mm×10mmである平面金属圧子の表面に、平織り綿布金巾3号を装着して、サンプルを擦る摩擦子とした。次に、上記摩擦子を用い、平面摩耗試験機3連式(大栄科学精器製作所製)にて摩耗試験を行った。具体的には、まず上記圧子の底面がサンプルの防汚膜面に接触するよう摩耗試験機に取り付け、摩擦子への加重が1000gとなるように重りを載せ、平均速さ6400mm/min、片道40mmで往復摺動した。往復1回で擦り回数2回として試験を行った。 A specific rubbing test method was performed according to the following procedure. That is, first, a plain weave cotton cloth No. 3 was attached to the surface of a flat metal indenter having a bottom surface of 10 mm × 10 mm to make a friction element for rubbing the sample. Next, a wear test was performed using a plane wear tester triple system (manufactured by Daiei Kagaku Seisakusho Co., Ltd.) using the above friction element. Specifically, first, the indenter is attached to a wear tester so that the bottom surface of the indenter contacts the antifouling film surface of the sample, and a weight is placed so that the load on the friction element is 1000 g, the average speed is 6400 mm / min, one way Reciprocated at 40 mm. The test was conducted with one reciprocation and two rubs.
表1の評価結果およびこの結果を図示した図5のグラフから、以下のことがわかる。すなわち、酸化ケイ素膜3の形成において、水蒸気が導入された水蒸気分圧が0.007Pa以上の雰囲気でスパッタリングを行って得られた例1および例2の防汚膜付き基体1には、真空チャンバー内の真空排気を行っただけで水蒸気の導入を行わずにスパッタリングを行って得られた例3および例4の防汚膜付き基体1に比べて、擦り回数10万回以上でも水接触角の低下が少なく、撥水性の耐摩耗性により優れた防汚膜付き基体1が得られている。
From the evaluation results of Table 1 and the graph of FIG. 5 illustrating the results, the following can be understood. That is, in the formation of the
1…防汚膜付き基体、2…透明基体、3…酸化ケイ素膜、3…含フッ素有機ケイ素化合物被膜、10…水蒸気導入装置、11…加熱容器、12…配管、13…可変バルブ、14…供給部、15…ヒーター、20…成膜槽、21…スパッタガス供給機構、30…スパッタリング装置、31…ターゲット、32…スパッタ電極、33…電源、40…連続成膜装置、41…搬送手段、42…前室、43…真空チャンバー、44…基体取り出し室、50…真空蒸着装置、51…原料加熱容器、52…原料蒸気配管、53…マニホールド、54…可変バルブ、55…膜厚計
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記透明基体の主面に形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜の表面に形成された含フッ素有機ケイ素化合物被膜とを有し、
前記酸化ケイ素膜は、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリングにより形成された膜であることを特徴とする防汚膜付き基体。 A transparent substrate;
A silicon oxide film formed on the main surface of the transparent substrate;
A fluorine-containing organosilicon compound film formed on the surface of the silicon oxide film,
The substrate with an antifouling film, wherein the silicon oxide film is a film formed by sputtering in an atmosphere into which water vapor is introduced.
(1)前記透明基体の主面に、水蒸気が導入された雰囲気でスパッタリングにより前記酸化ケイ素膜を形成する工程。
(2)前記(1)工程で形成された前記酸化ケイ素膜の表面に、前記含フッ素有機ケイ素化合物被膜を形成する工程。 A method for producing a substrate with an antifouling film in which a fluorine-containing organosilicon compound coating is formed on a main surface of a transparent substrate via a silicon oxide film, comprising the following steps (1) and (2): A method for producing a substrate with an antifouling film.
(1) A step of forming the silicon oxide film on the main surface of the transparent substrate by sputtering in an atmosphere in which water vapor is introduced.
(2) A step of forming the fluorine-containing organosilicon compound film on the surface of the silicon oxide film formed in the step (1).
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