JP2022011583A - 光学部材の製造方法及び光学部材 - Google Patents

Abstract

【課題】親水性及び硬度に優れる機能膜を備える光学部材の製造方法、及び光学部材の提供。
【解決手段】透光性部材２と、透光性部材２を被覆する機能膜３とを備える光学部材１の製造方法であって、透光性部材２に、機能膜形成用塗布液を塗布することで機能膜３を形成する機能膜形成工程を備え、機能膜形成用塗布液は光触媒粒子と、シリケートモノマーと、シリケートオリゴマーとを含むバインダ原料と、溶剤とからなる光学部材の製造方法。前記シリケートモノマーの物質量及び前記シリケートオリゴマーの物質量の合計に対する前記シリケートオリゴマーの物質量の割合は、３．５モル％以上２８．０モル％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部材の製造方法及び光学部材に関する。

光学部材は、例えば、透光性部材と、透光性部材の表面を被覆する機能膜とを備える。上述の機能膜は、例えば、親水性を有する。

（ａ）純度が９９．０質量％以上である４官能性ケイ素化合物を水性媒体中で塩基性化合物の存在下、常温以上１７０℃以下にて加水分解縮合して得られた非晶質シリケート化合物含有水溶液と、（ｂ）水と、（ｃ）場合によってはアルコール、ケトン、界面活性剤又はこれらの２種以上の組み合わせ３０質量％以下とを含有する無機親水性コート液が知られている（例えば、特許文献１）。この無機親水性コート液は、前記非晶質シリケート化合物含有水溶液由来の固形分の濃度が０．０１質量％以上２．０質量％以下である。この無機親水性コート液は、ｐＨが５以上８以下である。この無機親水性コート液は、上述の機能膜の形成に用いることができる。

国際公開第２０１３／００１９７５号

しかしながら、特許文献１に記載の無機親水性コート液により形成した機能膜は、硬度が十分ではない傾向がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、親水性及び硬度に優れる機能膜を備える光学部材を提供することにある。

本発明の例示的な光学部材の製造方法は、透光性部材と、前記透光性部材を被覆する機能膜とを備える光学部材の製造方法であって、前記透光性部材に、機能膜形成用塗布液を塗布することで前記機能膜を形成する機能膜形成工程を備える。前記機能膜形成用塗布液は、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶剤とを含有する。前記バインダ原料は、シリケートモノマーと、シリケートオリゴマーとを含む。前記シリケートモノマーの物質量及び前記シリケートオリゴマーの物質量の合計に対する前記シリケートオリゴマーの物質量の割合は、３．５モル％以上２８．０モル％以下である。

本発明の例示的な光学部材は、上述の光学部材の製造方法により形成される。

例示的な本発明は、親水性及び硬度に優れる機能膜を備える光学部材を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係る光学部材の製造方法の一例により形成される光学部材の模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光学部材の製造方法の変形例１により形成される光学部材の模式図である。 図３は、実施例で形成した機能膜について、シリケートオリゴマーの割合（α）と、接触角との関係を示すグラフである。 図４は、実施例で形成した機能膜について、シリケートオリゴマーの割合（α）と、押込み硬さとの関係を示すグラフである。 図５は、実施例で形成したサンプル膜について、シリケートオリゴマーの割合（α）と、ゲル分率との関係を示すグラフである。 図６は、実施例で行った払拭試験の結果を示す写真である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。図面中の各部材の寸法は、実際の部材の寸法と必ずしも同一ではない。

本明細書において、「厚さ」は、平均厚さを意味する。「反射防止膜の厚さ」は、走査電子顕微鏡（例えば、日本電子株式会社製「ＪＳＭ－７９００Ｆ」）により測定される。「機能膜の厚さ」は、接触式膜厚測定器（例えば、Ｂｒｕｋｅｒ社製「ＤｅｋＴａｋＸＴ－Ｓ」）により測定される。

＜光学部材の製造方法＞
本発明の第１実施形態に係る光学部材の製造方法は、透光性部材と、透光性部材を被覆する機能膜とを備える光学部材の製造方法であって、透光性部材に、機能膜形成用塗布液を塗布することで機能膜を形成する機能膜形成工程を備える。機能膜形成用塗布液は、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶剤とを含有する。バインダ原料は、シリケートモノマーと、シリケートオリゴマーとを含む。シリケートモノマーの物質量及びシリケートオリゴマーの物質量の合計に対するシリケートオリゴマーの物質量の割合（以下、シリケートオリゴマーの割合（α）と記載することがある）は、３．５モル％以上２８．０モル％以下である。

本実施形態に係る光学部材の製造方法により形成される光学部材は、例えば、１又は複数の光学部材を備える光学ユニット（特に、屋外で使用される光学ユニット）に用いる光学部材として好適である。上述の光学部材は、光学ユニットの備える１又は複数のレンズのうち最も物体側に位置する光学部材（以下、第１光学部材と記載することがある）として特に好適である。上述の光学部材は、第１光学部材として使用される場合、通常、機能膜側の面を物体側に向けた状態で使用される。具体的には、上述の光学部材は、車両の周囲をモニタするための車載カメラのレンズユニット用レンズとして好適である。

上述の光学部材は、機能膜を備える。機能膜は、光触媒活性を有する親水性の膜である。上述の光学部材は、機能膜に水が付着しても、付着した水が機能膜上に薄く濡れ広がるため、水滴が形成され難い。そのため、上述の光学部材は、水滴の付着による光学性能の低下を抑制できる。ここで、公知の機能膜は、例えば、光触媒粒子と、シリケートオリゴマーとを含有する公知の機能膜形成用塗布液を用いて形成される。上述の公知の機能膜形成用塗布液により形成される公知の機能膜は、光触媒粒子と、バインダとを含有する。バインダは、シリケート硬化物を含む。光触媒粒子及びシリケート硬化物は、何れも親水性に優れる。上述の公知の機能膜は、光触媒粒子及びシリケート硬化物を含有することで、優れた親水性を発揮できる。一方、上述の公知の機能膜は、硬度が十分に高くない傾向がある。そのため、上述の公知の機能膜は、表面に付着した汚れ（例えば、泥及び埃）を除去するために表面を払拭された場合に、表面に傷が発生し易い傾向がある。

本発明者は、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーを含有し、かつシリケートオリゴマーの割合（α）が一定以上である機能膜形成用塗布液を用いることで、硬度に優れる機能膜を形成できることを発見した。この現象は、機能膜形成用塗布液にシリケートモノマー及びシリケートオリゴマーの両方を添加することで、シリケートの硬化（例えば、加水分解縮合）が効率的に進行するためと判断される。一方、本発明者は、機能膜形成用塗布液のシリケートオリゴマーの割合（α）を一定以上にすると、形成される機能膜の親水性が低下することを発見した。この現象は、以下の理由により発生すると判断される。まず、機能膜の形成において、機能膜形成用塗布液が含有するシリケートモノマー及びシリケートオリゴマーは、完全に硬化せずに一部が未反応の状態で残留する。そのため、機能膜形成用塗布液のシリケートオリゴマーの割合（α）を高くすると、機能膜に残留するシリケートオリゴマーの量も増加する。ここで、シリケートオリゴマーは、シリケートモノマーと比較して親水性が低い。このように、シリケートオリゴマーの割合（α）が一定以上の機能膜形成用塗布液により形成される機能膜は、シリケートオリゴマーを比較的多く含むため、親水性が低い。本発明は、以上の知見に基づくものである。即ち、本実施形態に係る光学部材の製造方法では、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーを含有し、シリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％以上である機能膜形成用塗布液を用いるため、硬度に優れる機能膜を形成できる。また、本実施形態に係る光学部材の製造方法では、機能膜形成用塗布液のシリケートオリゴマーの割合（α）が２８．０モル％以下であるため、親水性に優れる機能膜を形成できる。この機能膜は、優れた硬度を有するため、表面を払拭されても傷が発生し難い（耐払拭性に優れる）。

以下、図面を参照しつつ本実施形態に係る光学部材の製造方法を更に説明する。図１は、本実施形態に係る光学部材の製造方法の一例により形成される光学部材１の模式図である。光学部材１は、透光性部材２と、透光性部材２を被覆する機能膜３とを備える。

［透光性部材］
透光性部材２は、基材２ａと、基材２ａを被覆する反射防止膜２ｂとを有する。但し、後述する変形例１に示す通り、本実施形態に係る光学部材の製造方法により形成される光学部材の透光性部材は、単一部材から構成されていてもよい。透光性部材２は透光性を有する。即ち、透光性部材２は光を透過させる。透光性部材２は、透明であってもよく、半透明であってもよい。

透光性部材２の形状は、例えば、レンズ状である。透光性部材２の形状がレンズ状である場合、透光性部材２の反射防止膜２ｂ側の面は、例えば、凸面である。透光性部材２の形状がレンズ状である場合、透光性部材２のレンズ面の曲率半径としては、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましい。透光性部材２の曲率半径が１０ｍｍ未満である場合、機能膜３の厚さを調整し難くなる傾向がある。透光性部材２の曲率半径が１５ｍｍ超である場合、光学部材１に所望の画角を付与し難くなる傾向がある。

（基材）
基材２ａは、例えば、主成分としてガラス又は樹脂を含有する。

（反射防止膜）
反射防止膜２ｂは、光の反射を抑制する。具体的には、光学部材１は、反射防止膜２ｂを備えることにより、機能膜３から透光性部材２に進入しようとする光が透光性部材２で反射することを抑制する。

反射防止膜２ｂは、一層構造でもよく、多層構造でもよい。反射防止膜２ｂは、例えば、金属又は金属酸化物を含有する。反射防止膜２ｂは、例えば、蒸着膜又はスパッタリング膜である。

反射防止膜２ｂの厚さとしては、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましい。反射防止膜２ｂの厚さが２００ｎｍ未満の場合、十分な反射防止効果が得られない傾向がある。反射防止膜２ｂの厚さが４００ｎｍ超の場合、光学部材１の生産性が低下する傾向がある。

［機能膜］
機能膜３は、透光性部材２の反射防止膜２ｂ側の面を被覆する。機能膜３は、光触媒粒子及びバインダを含有する。機能膜３は、光触媒活性を有する。具体的には、機能膜３は、親水性を有する。機能膜３の純水に対する静的接触角としては、３０．０°以下が好ましく、２０．０°以下がより好ましく、１０．０°以下が更に好ましい。

機能膜３の厚さとしては、１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下がより好ましい。機能膜３の厚さが１５ｎｍ以上であることで、機能膜３の硬度がより向上する。機能膜３の厚さが２００ｎｍ以下であることで、光学部材１の光学特性が向上する。

（光触媒粒子）
光触媒粒子は、光触媒を含有する光触媒一次粒子を含む。光触媒粒子は、光触媒一次粒子により構成される光触媒二次粒子を含んでいてもよい。光触媒粒子は、光触媒を含有する限り、光触媒以外の成分を更に含有していてもよい。光触媒以外の成分としては、例えば、電子捕捉効果を有する成分が挙げられる。電子捕捉効果を有する成分としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、亜鉛及び酸化銅が挙げられる。光触媒粒子における光触媒の含有割合としては、９０質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましく、１００質量％が更に好ましい。

光触媒粒子が含有する光触媒としては、例えば、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、リン酸ガリウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム及び三硫化モリブデンが挙げられる。光触媒粒子は、酸化チタンを含有することが好ましい。光触媒粒子が酸化チタンを含有することで、機能膜３の光触媒活性がより向上する。

酸化チタンとしては、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン及びブルッカイト型酸化チタンが挙げられる。酸化チタンとしては、光触媒活性の観点から、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。

光触媒粒子の平均粒径としては、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。光触媒粒子の平均粒径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることにより、光学部材１の透光性が向上する。

（バインダ）
バインダは、シリケート硬化物を含有する。シリケート硬化物は、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーの硬化反応（例えば、加水分解縮合反応）により生じる。

［光学部材の製造方法］
光学部材１の製造方法を説明する。光学部材１の製造方法は、基材２ａ上に反射防止膜２ｂを形成することで透光性部材２を得る反射防止膜形成工程と、透光性部材２（詳しくは、反射防止膜２ｂ側の面上）に、機能膜形成用塗布液を塗布することで機能膜３を形成する機能膜形成工程とを備える。但し、光学部材１の製造方法では、市販の透光性部材２を用いてもよい。この場合、反射防止膜形成工程は省略してもよい。

［反射防止膜形成工程］
本工程において、反射防止膜２ｂを形成する方法としては、特に限定されず、公知の反射防止膜形成方法（例えば、スパッタリング法及び蒸着法）を用いることができる。

［機能膜形成工程］
本工程で用いる機能膜形成用塗布液は、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶剤とを含有する。機能膜形成用塗布液は、他の成分を更に含有してもよい。バインダ原料は、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーを含む。

なお、バインダ原料は、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーのみを含んでもよく、他の成分（例えば、シリカ）を含んでも良い。バインダにおけるシリケートモノマー及びシリケートオリゴマーの合計含有割合としては、８０質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましく、１００質量％が更に好ましい。

シリケートモノマーは、分子中にシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を有さないシリケート化合物である。シリケートオリゴマーは、分子中に１個以上（例えば、２個以上６個以下）のシロキサン結合を有するシリケート化合物である。

シリケートモノマーの分子量としては、１２０以上２１０以下が好ましい。シリケートモノマーの分子量を１２０以上２１０以下とすることで、機能膜３の硬度がより向上する。また、シリケートオリゴマーの分子量としては、２００以上１０００以下が好ましく、６００以上８５０以下がより好ましい。シリケートオリゴマーの分子量を２００以上１０００以下とすることで、機能膜３の硬度がより向上する。なお、バインダが複数のシリケートモノマーを含む場合、シリケートモノマーの分子量は、数平均分子量を意味する。同様に、バインダが複数のシリケートオリゴマーを含む場合、シリケートオリゴマーの分子量は、数平均分子量を意味する。

シリケートモノマーは、下記一般式（１）で表される化合物（以下、化合物（１）と記載することがある）を含むことが好ましい。また、シリケートオリゴマーは、下記一般式（２）で表される化合物（以下、化合物（２）と記載することがある）を含むことが好ましい。シリケートモノマーが化合物（１）を含み、シリケートオリゴマーが化合物（２）を含むことで、機能膜３の硬度及び親水性がより向上する。
Ｓｉ（ＯＲ¹）_n（ＯＨ）_(4-n)・・・（１）
Ｓｉ_mＯ_(m-1)（ＯＲ²）_(2m+2)・・・（２）

一般式（１）中、Ｒ¹は、炭素原子数１以上８以下の有機基を表す。ｎは、１以上４以下の整数を表す。一般式（２）中、Ｒ²は、炭素原子数１以上４以下のアルキル基を表す。ｍは、２以上６以下の整数を表す。

一般式（１）中、ｎが２以上の整数を表す場合、複数のＲ¹は、互いに同一でも異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。一般式（２）中、複数のＲ²は、互いに同一でも異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。以下、化合物（１）及び化合物（２）の詳細について説明する。

（化合物（１））
一般式（１）中、Ｒ¹で表される炭素原子数１以上８以下の有機基としては、例えば、炭素原子数１以上４以下のアルキル基、及び炭素原子数１以上８以下のアルコキシシリル基が挙げられる。炭素原子数１以上４以下のアルキル基としては、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、イソブチル基及びｔｅｒｔ－ブチル基が挙げられる。炭素原子数１以上８以下のアルコキシシリル基としては、例えば、トリメトキシシリル基及びトリエトキシシリル基が挙げられる。Ｒ¹で表される炭素原子数１以上８以下の有機基としては、炭素原子数１以上４以下のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましい。

化合物（１）としては、下記一般式（１’）で表される化合物（以下、エチルシリケートモノマーと記載することがある）が好ましい。下記一般式（１’）中のｎは、一般式（１）中のｎと同義である。
Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）_n（ＯＨ）_(4-n)・・・（１’）

シリケートモノマーは、２種以上の化合物（１）の混合物を含んでいてもよい。この場合、化合物（１）の混合物において、一般式（１）中のｎの平均値としては、２．０以上４．０以下が好ましく、３．０以上４．０以下がより好ましい。

一般式（１）中のｎの平均値の計算方法について、一例を挙げて説明する。化合物（１）の混合物が、一般式（１）中のｎが１を表す化合物（１）と、ｎが２を表す化合物（１）と、ｎが３を表す化合物（１）と、ｎが４を表す化合物（１）とを同モルずつ含むと仮定する。この場合、化合物（１）の混合物は、一般式（１）中のｎの平均値が２．５である。

（化合物（２））
一般式（２）中、Ｒ²で表される炭素原子数１以上４以下のアルキル基としては、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、イソブチル基及びｔｅｒｔ－ブチル基が挙げられる。Ｒ²で表される炭素原子数１以上４以下のアルキル基としては、メチル基又はエチル基が好ましい。

化合物（２）としては、下記一般式（２’）で表される化合物（以下、エチルシリケートオリゴマーと記載することがある）が好ましい。下記一般式（２’）中のｍは、一般式（２）中のｍと同義である。
Ｓｉ_mＯ_(m-1)（ＯＣ₂Ｈ₅）_(2m+2)・・・（２’）

シリケートオリゴマーは、２種以上の化合物（２）の混合物を含んでいてもよい。この場合、化合物（２）の混合物において、一般式（２）中のｍの平均値としては、４．０以上６．０以下が好ましく、４．５以上５．５以下がより好ましい。

一般式（２）中のｍの平均値の計算方法について、一例を挙げて説明する。化合物（２）の混合物が、一般式（２）中のｍが２を表す化合物（２）と、ｍが３を表す化合物（２）と、ｍが４を表す化合物（２）と、ｍが５を表す化合物（２）と、ｍが６を表す化合物（２）とを同モルずつ含むと仮定する。この場合、化合物（２）の混合物は、一般式（２）中のｍの平均値が４．０である。

シリケートオリゴマーの割合（α）は、３．５モル％以上２８．０モル％以下であり、５．０モル％以上２８．０モル％以下が好ましく、１０．０モル％以上２０．０モル％以下がより好ましい。シリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％以上であることで、機能膜３が優れた硬度を発揮する。シリケートオリゴマーの割合（α）が２８．０モル％以下であることで、機能膜３が優れた親水性を発揮する。

機能膜形成用塗布液の溶剤としては、水系溶剤が好ましい。水系溶剤は、水と、必要に応じて添加される添加物とを含有する。添加物としては、例えば、有機酸、アルコール化合物及びアンモニアが挙げられる。水系溶剤における添加物の含有割合としては、０質量％超２０質量％以下が好ましい。有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、クエン酸及びリンゴ酸が挙げられる。アルコール化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ－プロピルアルコール及びブタノールが挙げられる。

機能膜形成用塗布液の塗布方法としては、ウェットプロセスが好ましい。ウェットプロセスとしては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、バーコート法、ディップコート法、スプレーコート法及びこれらを組み合わせた方法（例えば、ディップスピンコート法）が挙げられる。ウェットプロセスとしては、スピンコート法、ディップコート法又はディップスピンコート法が好ましい。

機能膜形成用塗布液をスピンコート法又はディップスピンコート法で塗布する場合、回転速度としては、５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下が好ましい。

機能膜形成用塗布液における光触媒粒子の固形分換算濃度としては、１．０質量％以上１５．０質量％以下が好ましく、２．０質量％以上６．０質量％以下がより好ましい。機能膜形成用塗布液におけるバインダ原料の固形分換算濃度としては、８５．０質量％以上９９．０質量％以下が好ましく、９４．０質量％以上９８．０質量％以下がより好ましい。機能膜形成用塗布液の固形分濃度としては、０．１質量％以上１０．０質量％以下が好ましく、０．２質量％以上１．０質量％以下がより好ましい。

本工程では、機能膜形成用塗布液を塗布する前に、透光性部材２の反射防止膜２ｂ側の面に対して表面処理を行ってもよい。表面処理としては、例えば、プラズマ処理、電子ビーム処理、コロナ処理及びフレーム処理が挙げられる。プラズマ処理としては、例えば、高周波放電プラズマ処理又は大気圧グロー放電プラズマ処理が挙げられる。これらの表面処理は、複数を組み合わせて用いることもできる。

本工程では、機能膜形成用塗布液の塗布後に加熱処理することが好ましい。加熱処理により、機能膜形成用塗布液中の揮発性成分の除去及び硬化反応が促進される。加熱条件としては、例えば、処理温度６０℃以上２００℃以下、処理時間１０分以上１０時間以下とすることができる。

＜変形例１＞
次に、図２を参照して、本実施形態に係る光学部材の製造方法の一例により形成される光学部材１１を説明する。図２の光学部材１１は、図１の光学部材１の変形例１である。光学部材１１は、透光性部材１２と、透光性部材１２を被覆する機能膜１３とを備える。

図２の光学部材１１の製造方法は、図１の光学部材１の製造方法と比較し、透光性部材１２が単一部材であるという点のみが相違する。そのため、光学部材１の製造方法と重複する説明については省略する。透光性部材１２は、図１の光学部材の基材２ａに相当する部材である。光学部材１１は、反射防止膜２ｂを備えないため、図１の光学部材１よりも低コストで製造できる。

［その他の変形例］
以上、本実施形態に係る光学部材の製造方法について、図面を参照しつつ説明した。しかし、本実施形態に係る光学部材の製造方法は、図１の光学部材１の製造方法及び図２の光学部材１１の製造方法に限定されない。

本実施形態に係る光学部材により形成される光学部材は、透光性部材及び機能膜以外の他の構成を更に備えてもよい。また、機能膜は、単層構造を有することが好ましいが、多層構造を有していてもよい。また、機能膜は、それぞれ、透光性部材の全面を被覆していることが好ましいが、必ずしも全面を被覆していなくてもよい。

＜第２実施形態：光学部材＞
本発明の第２実施形態に係る光学部材は、上述の第１実施形態に係る光学部材の製造方法により形成される。第１実施形態に係る光学部材の製造方法により形成される光学部材の詳細については上述で説明したため、重複する説明については省略する。

＜光学部材の製造Ａ＞
以下の方法により、実施例１～４及び比較例１～３の光学部材を製造した。各光学部材の製造では、機能膜形成用塗布液として、第１塗布液及び第２塗布液を用意した。以下、第１塗布液及び第２塗布液の詳細を説明する。

（第１塗布液）
エチルシリケートモノマー（多摩化学工業株式会社製「テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）」、純度：９９．９質量％以上）と、アナターゼ型酸化チタン粒子を含有する光触媒分散液（日本光触媒センター株式会社製「サガンコート（登録商標）ＴＯ－８５」、固形分濃度：０．８５質量％、溶媒：水）と、水とを、以下の組成となるように混合し、第１塗布液を調製した。第１塗布液は、シリケートモノマー（固形分換算濃度：９６質量％）と、光触媒粒子である酸化チタン粒子（固形分換算濃度：４質量％）と、溶媒（水）とを含有していた（固形分濃度：０．４５質量％）。エチルシリケートモノマーは、一般式（１）中のｎの平均値が約４．０であった。第１塗布液が含有するエチルシリケートモノマーの数平均分子量は、約２０８であった。第１塗布液が含有する酸化チタン粒子の平均粒径は、１０ｎｍであった。

（第２塗布液）
第２塗布液として、エチルシリケートオリゴマー及び溶媒を含有する溶液（コルコート株式会社製「エチルシリケート４０」、固形分濃度：０．３４質量％、溶媒：エタノール）を用意した。第２塗布液が含有するエチルシリケートオリゴマーは、一般式（２）中のｍの値が相違する複数種のエチルシリケートオリゴマーの混合物であった。第２塗布液が含有するエチルシリケートオリゴマーは、一般式（２）中のｍの平均値が５．０であった。第２塗布液が含有するエチルシリケートオリゴマーの数平均分子量は、７４５．２であった。

［実施例１］
以下の方法により、実施例１の光学部材を製造した。まず、基材として、レンズ（ＨＯＹＡ株式会社製「ＴＡＦＤ－５Ｇ」、組成：ガラス、直径１２．９ｍｍ）を用意した。このレンズは、一方の面が凹面（曲率半径３ｍｍ）であり、他方の面が凸面（曲率半径１２ｍｍ）であった。次に、レンズの凸面上に反射防止膜を形成した。反射防止膜は、ＳｉＯ₂層、ＴｉＯ₂層、及びＴａ₂Ｏ₅層を含んでいた。反射防止膜の合計厚さは、約３００ｎｍであった。これにより、基材及び反射防止膜を備える透光性部材を得た。次に、透光性部材の反射防止膜側の面に対して表面処理（３０秒間）を行った。表面処理としては、プラズマ表面改質装置を用いたプラズマ処理を行った。

次に、第１塗布液８．１ｇと、第２塗布液１．９ｇとを混合した。得られた混合液を、機能膜形成用塗布液として用いた。機能膜形成用塗布液において、シリケートモノマー及びシリケートオリゴマーの合計物質量（１．８×１０^-4モル）に対するシリケートオリゴマーの物質量（８．６×１０^-6モル）の割合は、４．９モル％であった。

プラズマ処理後の透光性部材の反射防止膜上に、上述の機能膜形成用塗布液をスピンコート法で塗布した。スピンコート法には、スピンコーター（ミカサ株式会社製「ＭＳ－Ｂ１００」）を用いた。塗布条件としては、回転速度８０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間とした。塗布後、１２０℃、３０分間の加熱処理を行った。これにより、透光性部材上に機能膜を形成した。その結果、基材と、反射防止膜と、機能膜とがこの順番で積層された実施例１の光学部材を得た。

実施例１の光学部材の機能膜の厚さを、接触式膜厚測定器（Ｂｒｕｋｅｒ社製「ＤｅｋＴａｋＸＴ－Ｓ」）を用いて測定した。実施例１の光学部材の機能膜の厚さは、２０ｎｍであった。

［実施例２～４及び比較例１～３］
以下の点を変更した以外は、実施例１の光学部材の製造方法と同様の方法により、実施例２～４及び比較例１～３の光学部材を製造した。実施例２～４及び比較例１～３の光学部材の製造では、機能膜形成用塗布液の調製において、下記表１に示す通りの割合で第１塗布液及び第２塗布液を混合した。なお、比較例１の光学部材の製造では、第１塗布液をそのまま機能膜形成用塗布液として用いた。

＜機能膜の親水性の評価＞
実施例１～４及び比較例１～３の光学部材について、機能膜の純水に対する静的接触角（以下、単に「接触角」と記載することがある）を測定した。接触角の測定は、測定機器として自動接触角計（協和界面科学株式会社製「ＤＭｏ－６０１」）を用いた。測定環境は、温度２３℃±３℃、相対湿度５０％±１０％とした。測定結果を下記表１に示す。本実施例では、機能膜の接触角は、１５°以下であれば良好であると判断できる。

図３は、各光学部材について、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）と、接触角との関係を示すグラフである。

下記表１において、「第１塗布液［質量％］」及び「第２塗布液［質量％］」は、それぞれ、機能膜形成用塗布液の調製に用いた第１塗布液及び第２塗布液の質量割合を示す。「割合（α）［モル％］」は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）を示す。これらの説明は、後述する下記表２及び表３においても同様である。

表１及び図３に示す通り、比較例１及び実施例１～４の光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が２８．０モル％以下であった。比較例１及び実施例１～４の光学部材は、機能膜の接触角が良好であった。一方、比較例２及び３の光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が２８．０モル％を超えていた。比較例２及び３の光学部材は、機能膜の接触角が良好ではなかった。

＜光学部材の製造Ｂ＞
上述の実施例１～４及び比較例１～３の光学部材を再度製造した。

＜機能膜の硬度の評価＞
実施例１～４及び比較例１～３の光学部材の機能膜の硬度を測定した。詳しくは、ナノインデンター（株式会社エリオニクス製「ＥＮＴ－ＮＥＸＵＳ」）を用い、各光学部材の機能膜に対して「ＩＳＯ １４５７７－１」に準拠したナノインデンテーション（超微小押込み硬さ）試験を行った。ナノインデンテーション試験において、押込み深さは５０ｎｍとした。測定された各光学部材の機能膜の硬度を下記表２に示す。本実施例では、機能膜の押込み硬さは、１０００Ｎ／ｍｍ²以上であれば良好であると判断できる。

図４は、各光学部材について、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）と、押込み硬さとの関係を示すグラフである。

表２及び図４が示す通り、実施例１～４の光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％以上２８．０モル％以下であった。実施例１～４の光学部材は、機能膜の硬度が良好であった。一方、比較例１の光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％未満であった。比較例１の光学部材は、機能膜の硬度が良好ではなかった。比較例２及び３の光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が２８．０モル％超であった。比較例２及び３の光学部材は、機能膜の硬度は良好であったが、上述の通り、機能膜の接触角は良好でないと判断される。

以上の結果から、光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％以上であると、機能膜の親水性及び硬度の両方が良好であると判断される。

＜バインダのゲル分率の評価＞
以下の方法により、バインダ原料において、シリケートオリゴマーの割合（α）と、バインダ原料の硬化速度との関係について検討した。まず、バインダ原料（シリケートモノマー及びシリケートオリゴマー）を含有し、光触媒粒子を含有しないサンプル塗布液を用意した。サンプル塗布液としては、シリケートオリゴマーの割合（α）が異なる５種類のサンプル塗布液を用意した。各サンプル塗布液を用いてサンプル膜の形成を行い、形成されたサンプル膜のバインダのゲル分率を測定した。ここで、サンプル塗布液の含むバインダ原料の硬化速度が速いほど、形成されるサンプル膜のバインダのゲル分率が高くなると判断される。そのため、サンプル膜のバインダのゲル分率は、サンプル塗布液の含むバインダ原料の硬化速度を推定する指標とした。そして、バインダ原料におけるシリケートオリゴマーの割合（α）を増減させた際に、バインダ原料の硬化速度（ゲル分率）がどのように変化するかを検討した。なお、本検討では、バインダ原料の硬化速度を推定し易くする目的で、穏和な条件でバインダ原料を硬化させた。結果を下記表３に示す。

まず、エチルシリケートモノマー（多摩化学工業株式会社製「テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）」、純度：９９．９質量％以上）と、水とを、以下の組成となるように混合し、第１’塗布液を調製した。第１’塗布液は、シリケートモノマーと、溶媒（水）とを含有していた（固形分濃度：０．４５質量％）。

次いで、第１’塗布液及び上述の第２塗布液を、下記表３に示す通りの割合で配合することで、サンプル塗布液Ａ～Ｅを調製した。

次いで、プラズマ処理後のガラス基板上に、評価対象とするサンプル塗布液Ａ～Ｅをスピンコート法で塗布した。スピンコート法には、スピンコーター（ミカサ株式会社製「ＭＳ－Ｂ１００」）を用いた。塗布条件としては、回転速度８０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間とした。塗布後、室温（２３℃）で１３０時間静置した。これにより、ガラス基板上にサンプル膜を形成した。サンプル膜の厚さを、接触式膜厚測定器（Ｂｒｕｋｅｒ社製「ＤｅｋＴａｋＸＴ－Ｓ」）を用いて測定した。サンプル膜の厚さは、２０ｎｍであった。

次いで、サンプル膜を形成したガラス基板の質量（質量Ａ）を測定した。そして、質量Ａから、ガラス基板の質量を除いた値を、「バインダの質量」とした。次いで、サンプル膜を形成したガラス基板を、２３℃のトルエンに２４時間浸漬処理した。浸漬処理後、サンプル膜を形成したガラス基板を十分に洗浄及び乾燥させた後、その質量（質量Ｂ）を測定した。そして、質量Ｂから、ガラス基板の質量を除いた値を、「ゲル分の質量」とした。下記式に基づいて、バインダのゲル分率を求めた。
ゲル分率［質量％］＝１００×ゲル分の質量［ｇ］／バインダの質量［ｇ］

図５は、各サンプル膜について、シリケートオリゴマーの割合（α）と、ゲル分率との関係を示すグラフである。

表３及び図５に示すように、サンプル膜の形成において、シリケートオリゴマーの割合（α）を増大させるほど、ゲル分率が増大した。特に、シリケートオリゴマーの割合（α）を０．０質量％から３．９質量％に増大させると、ゲル分率が急激に増大した。以上から、シリケートオリゴマーの割合（α）を３．５質量％以上とすることで、バインダ原料の硬化速度を向上できると判断される。そして、光触媒粒子を含有する機能膜形成用塗布液においても、光触媒粒子を含有しないサンプル塗布液と同様に、シリケートオリゴマーの割合（α）を３．５質量％以上とすることで、バインダ原料の硬化速度を向上できると判断される。上述の実施例１～４において、光学部材の機能膜の硬度が優れていたのは、機能膜形成用塗布液のバインダ原料が効率的に硬化したためであると判断される。

なお、サンプル膜は、サンプル塗布液を穏和な条件で硬化させることで形成される。そのため、サンプル膜のゲル分率は、６０質量％未満と比較的低い。一方、各実施例及び比較例の光学部材の機能膜は、機能膜形成用塗布液を高温で硬化させることで形成される。そのため、各実施例及び比較例の光学部材の機能膜のゲル分率は、１００質量％近いと推定される。

＜機能膜の耐払拭性の評価＞
上述の実施例３及び比較例１の光学部材を再度製造した。各光学部材の機能膜に対して払拭試験を実施した。詳しくは、各光学部材の機能膜の表面をレーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製「ＯＬＳ５０００」）で撮影した（撮影倍率：２０倍）。次に、紙ワイパー（日本製紙クレシア株式会社製「ケイドライ（登録商標）」）を用い、各光学部材の機能膜の表面を１０往復軽くこすった。払拭試験後、各光学部材の機能膜の表面を、上述のレーザー顕微鏡で撮影した。

図６は、払拭試験において撮影した各光学部材の機能膜の表面のレーザー顕微鏡写真を示す。図６の「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」及び「Ｂ２」は、それぞれ、以下の通りである。図６の「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」及び「Ｂ２」は、何れも等倍率である。図６の「Ｓ」は、機能膜の表面に発生した傷を示す。
Ａ１：比較例１（払拭試験前）
Ａ２：比較例１（払拭試験後）
Ｂ１：実施例３（払拭試験前）
Ｂ２：実施例３（払拭試験後）

図６から明らかなように、実施例３の光学部材は、払拭試験を行っても機能膜の表面に傷が発生しなかった。一方、比較例１の光学部材は、払拭試験を行うことで機能膜の表面に傷が発生した。

以上から、光学部材は、機能膜におけるシリケートオリゴマーの割合（α）が３．５モル％以上２８．０モル％以下であると、機能膜の耐払拭性が向上すると判断される。

本発明は、センサ又は撮影機器用の光学部材を提供するために好適である。

１，１１ 光学部材
２，１２ 透光性部材
２ａ 基材
２ｂ 反射防止膜
３，１３ 機能膜

Claims (4)

1. 透光性部材と、前記透光性部材を被覆する機能膜とを備える光学部材の製造方法であって、
   前記透光性部材に、機能膜形成用塗布液を塗布することで前記機能膜を形成する機能膜形成工程を備え、
   前記機能膜形成用塗布液は、光触媒粒子と、バインダ原料と、溶剤とを含有し、
   前記バインダ原料は、シリケートモノマーと、シリケートオリゴマーとを含み、
   前記シリケートモノマーの物質量及び前記シリケートオリゴマーの物質量の合計に対する前記シリケートオリゴマーの物質量の割合は、３．５モル％以上２８．０モル％以下である、光学部材の製造方法。
2. 前記シリケートモノマーは、下記一般式（１）で表される化合物を含み、
   前記シリケートオリゴマーは、下記一般式（２）で表される化合物を含む、請求項１に記載の光学部材の製造方法。
   Ｓｉ（ＯＲ¹）_n（ＯＨ）_(4-n)・・・（１）
   Ｓｉ_mＯ_(m-1)（ＯＲ²）_(2m+2)・・・（２）
   （前記一般式（１）中、Ｒ¹は、炭素原子数１以上８以下の有機基を表し、ｎは、１以上４以下の整数を表し、
   前記一般式（２）中、Ｒ²は、炭素原子数１以上４以下のアルキル基を表し、ｍは、２以上６以下の整数を表す。）
3. 前記シリケートモノマーの分子量は、１２０以上２１０以下であり、
   前記シリケートオリゴマーの分子量は、２００以上１０００以下である、請求項１又は２に記載の光学部材の製造方法。
4. 請求項１～３の何れかに記載の光学部材の製造方法により形成される光学部材。

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