JPH01303401A - プラスチック光学部品の多層膜コーティング製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラスチック光学部品の多層膜コーティング製
造法に関し、ざらに詳しくは真空蒸着法を用いて２種の
誘電体物質よりなる膜を交互に形成させ、目的とする光
学特性を満足させることができ、なおかつ、ハードコー
ト化されるプラスチック光学部品の多層膜コーティング
製造法に関する。

［従来の技術およびその課題］ 透光性に優れたプラスチック材料は、軽量で機械的強度
に優れていると共に、加工性がよく、かつ自由にデザイ
ンできることから、特にガラスの代替用として、光学分
野において幅広く用いられている。

現在多く使用されている透明プラスチックとしては、熱
可塑性のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）　、ポリスチレン（
ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）等や、熱硬化性のポリジエチレン
グリコールごスアリルヵーボネート（ＣＲ−３９）等が
ある。

これらのプラスチック類のうち、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）は光学部品として、透明性、軽量性、
易加工性、耐衝撃性等に優れておリ、特に光の透過率は
仙の樹脂と比へて最もよい。

しかしながら、このプラスチック基材には大きな欠点が
２つあり、その第１は、表面硬度が低いため、摩擦や引
っかきなどによってその表面が損１カを受けやすいこと
である。また第２は、光学特性を与えるために、真空蒸
着にて金属膜を数層形成させても、密着性耐ヒート試験
において、剥離クラック（膜のひびわれ〉等が発生する
という問題が起きることである。

そこで、これらの欠点を改善するために種々の方法が提
案されている。例えば第１の耐摩耗性については、シリ
コン系樹脂をアンダーコートした後、特殊処理を施した
うえで、５ｉ０２等をスパッタリングする等の対策がと
られており、この場合、はぼガラスに匹敵する硬度が得
られる。また、その後の研究により表面改質とハードコ
ートの両方の薇能をもつ硬化剤が開発され、この場合ｔ
こは塗布し、硬化するだけで、鉛筆硬度がアクリルの場
合で３Ｈ→７Ｈまであがる。これらの硬化剤は既に市販
されており、プラスチックへの表面改質および表面硬化
を目的として塗膜ロした後、熱または光等を照射するこ
とで、耐摩耗性に優れた硬化（ム・１脂被膜を形成して
いる。

第２の蒸着膜については、金属を真空中で気化させて薄
膜を形成する際の、基材と金属薄膜との相性により密着
性が違ってくる。通常、基材がカラスの場合には、表面
を洗浄水、アルコール等で洗浄して表面に付いた油脂類
を除いた後、真空蒸着を行う。その時、膜付着性を強め
るために基材温度を３００〜５００’Ｃまで上げ、ハー
ドコート化する。しかし、この方法をそのままプラスチ
ック基材に適用する訳にはいかず、そのため、プラスチ
ック基材への蒸着膜の付着性は、ガラス基材上の薄膜よ
りも弱く、剥離しやすい。

そこで、蒸着膜の耐ヒート試験による剥離等を改善する
方法として、真空蒸着にて金属物質を１０００〜２００
０人蒸肴した後、保護膜とされる塗料（栗（６硬化側脂
）をスピンコード、もしくはディッピングにて塗膜「シ
た後、光（紫外線３６５０ｍ）照射にて硬化させる、と
いう方法があり、この時用いられる光源は、高圧水銀灯
もしくはメタルハライド（８０〜１２０Ｗ／　ｃｍ　＞
である。しかしながらこの場合には、蒸着される金属は
光の干渉を利用しない全反射金属（アルミニウム、銅、
クロム）のものが多く、蒸着膜の上に数層の厚みで塗料
を塗布しても光学的に何ら影響はないが、光の干渉を利
用する光学膜上には、この方法は適用することができな
い。

その他、別な方法としてシリコン系樹脂や架橋性硬化樹
脂をプライマーとして考え、基材と蒸着膜の間に介在さ
せることにより密着性を向上させる方法もある。しかし
ながら、このときのアンダーコート被膜の膜厚は通常３
〜５ＩＪＩｎの範囲で塗膜化されているため、光学用と
して、表面精度を必要とするものには適さない。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、最近カラスからの代替用として需要の急増
しつつあるプラスチックレンズに種々の目的に応え得る
光学膜を形成させることを目的として鋭意研究の結果、
プラスチック基材の表面上に、真空蒸着にてシリコン（
Ｓｉ）含有物質を硬化膜として形成させた後、セリウム
（Ｃｅ）含有物質と３１含有物質の交互層を形成するこ
とにより、光学膜の耐ヒート試験、摩耗性を著しく向上
し得ることを見い出して本発明を完成した。

１なわも本発明は、プラスチック基材の表面上にベース
コートとして下記［１］からなる物質の硬化膜を膜厚３
００〜５０００人で真空蒸着した後、下記［２］からな
る物質と下記［１］からなる物質との交互層を各膜厚３
００〜５０００人で、合計３層以上を積°層してなるこ
とを特徴とするプラスチック光学部品の多層膜コーティ
ング製造法である。

■シリコン単体またはシリコン含有酸化物。

■セリウム含有酸化物またはセリウム含有沸化物を６０
重量％以上含む誘電体物質。

本発明は、特に、セリウム（Ｃｅ）含有酸化物または沸
化物がプラスチックおよびシリコンに対して、共に極め
て相性が良いという知見に基づいてなされたもので、本
発明の方法によってプラスチック基キオに蒸着された光
学膜は、耐ヒート試験による膜の剥離、摩耗性試験など
に良好な結果を示し、なおかつ帯電性とハードコート性
も並ね備えている。

本発明の方法において用いられるプラスチック基材とし
ては、光学特性に優れた樹脂が良く、例えば、熱可塑性
樹脂のポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ
カーボネート、ポリ塩化ビニル、メチルメタクリレート
と他のビニルモノマーとの共重合体等、また熱硬化性樹
脂のポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート
等が挙げられ、これらの樹脂をｑ４出成形法またはキャ
スト成形法によって製造された板またはレンズである。

このうち、透光性に優れたポリメチルメタクリレートは
特に好ましいものである。

これらのプラスチック基月の表面に、真空蒸着にて膜を
形成する際には、基材表面上に、やけ、指紋、油等の汚
れが存在する場合があるため、中性洗剤やフロン等にて
洗浄し、脱脂、および表面の水の脱水を行う。またプラ
スチック基材の種類によっては吸水率の非常に高いもの
があるため、洗浄終了後、予備乾燥をしておくことが望
ましい。

こうして前工程を終えた基材を真空蒸着するわけである
が、この時用いる蒸着装置は公知のものでよく、排気系
については拡散ポンプ、フライオポンプどららでもよく
、特に指定はない。

以上のように配Ｉｆされた基材に、まずＳｉを含む酸化
物もしくはその単体（Ｓｉ）を膜厚３００〜５０００人
の範囲で形成する。この時の条件としては、開始真空度
２　Ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒ以下が望ましい。Ｓｌの物
質選定については、光学部品として使用される基材が可
視光線の波長域である場合は、ＳｉもしくはＳｉＯを用
いると膜の着色が認められる場合があるため、避けた方
が望ましい。

以上のように、ベースコートとして形成された硬化膜上
にＣｅ含有酸化物もしくは沸化物を蒸着する。このとき
のＣｅ化合物の物質選定は、目的とされる光学特性から
屈折率を考えて適宜選択される。

例えば、ＣｅＯ２は常温からａｏ’ｃにおいてｎ＋１．
９を示し、一方、ＣｅＦ３はｎ；１．５３を示す（ｎ＝
物質の屈折率）。またこれらの値は配合物質の種類、割
合により、ある程度の範囲で変化させることができ、こ
の配合物質の割合は４０ｗｔ％未満が望ましく、それ以
上の割合で含ませると膜自体の耐久性、耐候性に問題か
生じてくる。

Ｃｅ含有酸化物もしくは沸化物中に配合させ得る他の誘
電体物質としては、例えば、二酸化チタン（Ｔｉ０２）
　、Ｍ化ジルコニウム（ｚｒｏ２　）　、アルミナ（Ａ
ｌ２Ｏ３）　、二酸化ケイ素（Ｓｉ０２　）　、五酸化
タンタル（Ｔａ２０５　）　、フッ化マグネシウム（Ｈ
ｇＦ２）、その仙誘電体物質同志の混合物などが挙げら
れるが、特に物質に限定はなく、蒸着後の耐久性、耐候
性が満足できるものならすべて用いることができる。

以上のように選定された２種の物質を交互に形成させる
ときの蒸着中の真空度は６〜Ｂｘ１ｏ−ｓＴｏｒｒ以下
が望ましく、また各層の膜厚は３００〜５０００人の範
囲とする。このような条件にて各層の膜厚とＣｅの配合
物質の種類を考えて層数を重ねていくと、合計層数は３
層から最高層数として例えば２００層膜まで蒸着可能で
おる。

［発明の効果］ 本発明によってプラスチック基材に蒸着された光学膜は
基材の面積能を下げることなく、要望される種々の光学
特性を満足することができ、環境試験、特にヒート試験
における膜の剥離や耐摩耗性に優れた効果を示し、なお
かつ帯電性とハードコート性も兼ね備えたものである。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。なお、例中、％
は特に断りのない限り重量％を表す。

実施例１〜３ インジェクション法により製造されたポリメチルメタク
リレート樹脂レンズを超音波洗浄にて洗浄後、蒸着槽に
入れ、真空度１．５ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒまで排気し
、第１表に示す膜構成でベースコートとしてのＳｉＯ２
層（１層目）を含む４層膜を蒸着した。

こうして得られた光学膜（ハーフミラ−）レンズの光学
特性を第１図に示す。図中、横軸は波長（４００〜７０
０ｎｍ）、縦軸は透過率（０〜１００％〉を示し、Ａは
実施例１、Ｂは実施例２、Ｃは実施例３を示す。

これらの光学膜レンズは７０〜−３０°Ｃのヒートサイ
クル試験を１０回繰返した後、検査を行ったかクラック
剥離が見られなかった。

また鉛筆硬度試験結果では６Ｈの硬さを有していた。

（以下余白） 第１表 実施例４、比較例１〜３ インジェクション法により製ｊ問されたポリメチルメタ
クリレ−１〜樹脂レンズを超音波洗浄を通した後、それ
ぞれ蒸着試料を第２表に示す如く変えて光学膜レンズを
作製した。第２図はそのうら実施例４の光学膜レンズの
光学特性（反射防止膜）を表したものである。

第　　２　　表 図中、縦軸および横軸は第１図と同様であり、Ｘは両面
ＡＲ（反射防止）コートありの場合、ＹはＡＲコートな
しの場合を示す。ただし、縦軸のスケールは９０〜１０
０％と拡大しである。

蒸着終了後、比較例１および２ではクラックが発生して
いた。実施例４および比較例３については、引き続きヒ
ート試験（７０℃、２Ｈｒ）を行い、テープ試験を行っ
た結果、比較例３では膜が剥離した。実施例４ではクラ
ック発生がなく、本来の光学特性、即ち、第２図に示す
光学特性を維持していた。

実施例５ キＸ・スト成形により製造されたアクリル板とポリカー
ボネート板を超音波洗浄を通した後、蒸着槽に入れ、真
空度１Ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒまで排気し、基材から順
次、５ｉ０２　摸、ＣｅＯ２＋　ＴｉＯ２５％膜を平均
１２００人の膜厚て１８苦、交互に蒸着した。

アクリル板およびポリカーボネート板ともに、ヒート試
験の結果、クラック発生は見られず、摩耗性試験を１０
回行ったが異常はなかった。

第３図に１８交互層の光学特性を示す。

図中、縦軸および横軸は第１図と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１〜３の光学特性図、第２図は実施例４
の光学特性図、第３図は実施例５の光学特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラスチック基材の表面上にベースコートとして
   下記［１］からなる物質の硬化膜を膜厚３００〜５００
   ０Åで真空蒸着した後、下記［２］からなる物質と下記
   ［１］からなる物質との交互層を各膜厚３００〜５００
   ０Åで、合計３層以上を積層してなることを特徴とする
   プラスチック光学部品の多層膜コーティング製造法。 ［１］シリコン単体またはシリコン含有酸化物。 ［２］セリウム含有酸化物またはセリウム含有沸化物を
   ６０重量％以上含む誘電体物質。