JPH11152563A

JPH11152563A - 防曇性薄膜を有する部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11152563A
Application number: JP9315326A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ohashi; 一記大橋; Toru Nakamura; 徹中村; Fumito Kimura; 文人木村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】部材の撥水性を向上させる。【解決手段】本願発明の部材は、無機化合物からな水
の静止接触角が略０度である防曇性薄膜が基材上に形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鏡、窓ガラス、自動車
ガラス、眼鏡レンズ、サングラス、その他の光学部品等
の防曇性が要求される物品に広くかつ有効に用いられる
防曇性薄膜を有する部材およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス、プラスチック等の透明材料は、
温度及び湿度の異なる環境にさらされると、曇りを生じ
透明性が損なわれしまう。これは、露点以下の温度に下
がった透明材料の表面に湿った空気が触れ、結露が生じ
ることに起因するものである。このような曇りを防止す
る手段として、透明材料の最外層に防曇膜を形成するこ
とが行われている。光学部品等の透明材料の表面に対し
て防曇性を付与する従来の手段としては、以下のような
ものがあげられる。例えば界面活性剤やヒドロキシエチ
ルメタクリレート、ポリエーテル、ポリビニルアルコー
ル等の親水性官能基を有する有機化合物を用い、この有
機化合物を基板表面に塗布もしくはスプレーにより塗装
することにより、防曇性薄膜を形成する方法があげられ
る。また親水性ビニル化合物と有機シラン化合物を組み
合わせた材料を用い、この材料を基板表面に塗布する方
法があげられる。更に、プラスチック成形体となる液状
プラスチック中に界面活性剤を予め添加して練り込んだ
後に成形する方法が行われてきた。

【０００３】また、特開昭６０−２１０６４１号公報に
はプラスチック成型品の表面に真空蒸着法を用い、珪素
酸化物または珪素またはその混合物を蒸発材料として薄
膜を形成する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、界面活
性剤やヒドロキシエチルメタクリレート、ポリエーテ
ル、ポリビニルアルコール等の親水性官能基を有する有
機化合物を用い、これを浸漬法、刷毛塗り法等によりプ
ラスチック基板上に塗布して防曇性薄膜を形成した。ま
たスプレーを用い、前記有機化合物をプラスチック基板
上に噴霧することで防曇性薄膜の形成を試みた。形成さ
れた防曇性薄膜の耐久性を調べたところ、防曇効果は長
続きせず、満足のいく耐久性を備えた薄膜を得ることが
できなかった。また、基材上に反射防止膜を形成した後
に従来の材料、成膜方法で防曇性薄膜を形成すると、反
射防止効果に悪影響を及ぼすことがあった。

【０００５】本発明者等は、材料を変えて防曇性薄膜を
形成し、薄膜の耐久性の向上を試みた。そして、本発明
者等は、防曇性材料として親水性ビニル化合物と有機シ
ラン化合物を組み合わせたものを用いることにした。そ
してこの材料を塗布法によりプラスチック基板の表面に
塗布し、防曇性薄膜を形成した。しかし、防曇性薄膜の
耐久性の向上を実現することはできなかった。

【０００６】更に本発明者等は、液状のプラスチック材
料中に界面活性剤を添加し、これを練り込んだ後に成形
する方法により、成形されたプラスチック基材に防曇性
を付与することを試みた。しかし、この方法でも防曇性
薄膜の耐久性を向上させることはできなかった。特にこ
の方法では、使用できるプラスチック材料と界面活性剤
の組み合わせが限られ、汎用性が乏しい上に、練り込み
可能な界面活性剤の量に限りがあることから効率の悪い
製造方法であった。

【０００７】また、蒸着物質として珪素酸化物または珪
素またはこれらの混合物を用いて真空蒸着法によりプラ
スチック基材の表面に防曇性薄膜を形成することを試み
て、形成された防曇性薄膜の性状を調査した。その結
果、水との静止接触角は、約１０度程度であることが判
った。しかし、水との静止接触角が約１０度程度では膜
の表面に水が沈着して、水滴が島状になって残るために
散乱が生じ、実用的に有用な防曇性を有する膜にはなら
なかった。

【０００８】そこで、本発明は、十分な防曇性を有し、
防曇性薄膜の耐久性が高く防曇性が長続きし、かつ反射
防止性能等に悪影響を及ぼさないような実用的に有用な
防曇性薄膜及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、防曇性薄
膜となる材料や成膜方法、成膜条件等を変化させて更に
研究を進めた。その結果、防曇性薄膜の形成方法として
スパッタリング法を用いて、特定の材料で特定の膜厚の
防曇性薄膜を形成すれば防曇効果の向上を達成すること
ができることを見出し、本発明を成すに至った。

【００１０】そこで本発明は、「無機化合物からなり水
の静止接触角が略０度である防曇性薄膜が基材上に形成
されていることを特徴とする防曇性を備えた部材（請求
項１）」を提供する。第２「基材上に形成されたコーテ
ィング層と、無機化合物からなり水の静止接触角が略０
度である防曇性薄膜が前記コーティング層上に形成され
ていることを特徴とする防曇性を備えた部材（請求項
２）」を提供する。第３に「前記防曇性薄膜が反射防止
効果を有する薄膜であることを特徴とする請求項１また
は２記載の部材（請求項３）」を提供する。第４に「前
記コーティング層がミラーまたはフィルターまたは反射
防止膜であることを特徴とする請求項２記載の部材（請
求項４）」を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の防曇性薄膜及び該
薄膜の成膜に関わるスパッタリング装置及び成膜方法の
一例について図を用いて説明する。まず本発明に関わる
スパッタリング装置の構成について説明する。図１は本
発明の防曇性薄膜の成膜に使用されるスパッタリングリ
ング装置の概略の構成を示す横断面図であり、図２は、
同装置の概略の縦断面図である。

【００１２】図１に示すように、本発明に関わるスパッ
タリング装置のチャンバー内のほぼ中央には、薄膜が成
膜される基板１５が設置される円筒状の基板ホルダー１
４が設けられている。基板ホルダーの直径は約５０ｃｍ
であり、高さは約５０ｃｍである。基板ホルダー１４
は、中心軸を中心に回転可能なように設置されており、
高速回転も可能になっている。図２に示すように、基板
１５は基板ホルダー１４に複数設置可能である。

【００１３】本スパッタリング装置において、基板ホル
ダー１４の周囲は、マスク１８によって区切られた４つ
の部屋が設けられている。このうち基板１５表面に防曇
性薄膜となる物質を基材上に沈着させるための部屋であ
る成膜室１２、２０が２個所に設置されている。図１に
示すように、成膜室１２、２０には、それぞれスパッタ
リングガスの導入口１１、２１が設けられている。

【００１４】本発明において使用可能なスパッタリング
ガスとしては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガ
ス、クリプトンガス、キセノンガス等があげられる。ま
た成膜室１２、２０には金属ターゲット１３、１９が設
置されている。金属ターゲット１３、１９の材料として
は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇ等を用いることがで
きるが、これらに限定されるものではなく、膜の性能に
合わせて他の材料を選択することも可能である。また金
属ターゲットとしては、単結晶、多結晶またはこれらの
混合状態のものが使用可能である。

【００１５】成膜室１２に導かれたスパッタリングガス
は、グロー放電によってイオン化される。成膜室１２に
隣接する場所には、反応室１７が設けられている。図１
において基板ホルダーは、時計まわりに回転する。従っ
て、成膜質１２で所望の金属材料が沈着された基板は、
その後基板ホルダーが回転することで反応室に移動させ
られる。

【００１６】反応室１７には反応ガスの導入口１６が設
置されている。反応ガスとしては、酸素ガス、弗素ガ
ス、窒素ガス等を用いることが可能である。そして、反
応ガスの種類と金属ターゲットの材料の種類により酸化
珪素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、弗化マグネシウ
ム、窒化チタン、酸化アルミニウム等の化合物からな
る薄膜を形成することが可能であるが、これらに限定さ
れるものではない。

【００１７】スパッタリング装置内は、３．０×１０^-5
Ｔｏｒｒ以下に減圧されている。図１の２２の領域は未
使用の領域であるが、場合により成膜室または反応室と
して利用することも可能である。次に前記したスパッタ
リング装置を用いて、防曇性薄膜を形成する方法につい
て説明する。

【００１８】本発明では、防曇性薄膜となる物質を基板
表面に沈着させた後、これに反応ガスを作用させて、沈
着した物質の化合物を形成させるという工程を連続して
行い防曇性薄膜を形成するものである。本発明のような
連続した工程は、前記した中心軸を中心とした回転が可
能である円筒状の基板ホルダー１４により実現すること
が可能となっている。この基板ホルダーの回転速度は、
５０〜１５０ｒｐｍの速度で回転させることが可能であ
る。本発明に係わる防曇性薄膜の形成では、約１００ｒ
ｐｍ以上が好ましい回転速度である。本発明の防曇性薄
膜を有する部材の製造装置は、基板ホルダー１４は高速
で回転させることが可能であり、数原子程度の膜厚を有
する薄膜を成膜することも可能である。

【００１９】成膜室１２において前記のようにイオン化
されたスパッタリングガスは、金属ターゲット１３に入
射する。これにより金属ターゲット１３を構成する材料
の金属原子が金属ターゲット１３から叩き出される。こ
のとき、基板ホルダー１４に装着されている基板１５が
成膜室１２に達すると、金属ターゲット１３から叩き出
された原子が基板１５表面に沈着する。沈着する原子か
らなる膜の膜厚は、基板の回転速度や成膜室１２の通過
回数等により制御可能である。

【００２０】本発明の防曇性薄膜の膜厚は、使用するタ
ーゲットの材料にもよるが数原子程度〜１００００Åの
ものが好ましく、特に１００〜１０００Åが好ましい膜
厚である。この膜厚よりも厚くなると膜にクラックが生
じてしまう。また膜厚が薄すぎると十分な防曇効果が得
られない。成膜室１２内で金属原子が表面に沈着された
基板１５は、軸回転する基板ホルダー１４と共に反応室
１７に移動する。反応室１７には、前記したように反応
ガスの導入口１６から反応ガスが導かれており、反応ガ
スは高周波コイル（不図示）によりプラズマ状になって
いる。そして、移動してきた基板１５が反応室１７を通
過するときに基板１５上に沈着した金属原子がイオン化
された反応ガスと作用し、無機化合物薄膜が得られる。

【００２１】反応ガスとしては、酸素、水素、弗素及び
窒素等を用いることができるが、これらに限定されるも
のではなく、成膜する膜により自由に選択することがで
きる。尚、成膜室１２と反応室１７の間には、スパッタ
リングガスと反応ガスが混ざり合わないようにマスク１
８が取り付けてある。また、本発明で使用可能な基板
は、ガラス、セラミック、プラスチック等であるが、こ
れらに限定されるものではない。また、本発明の防曇性
薄膜は眼鏡レンズに好ましく使用される。

【００２２】使用されるプラスチックレンズ基板として
は、エポキシ樹脂、アクリル酸エステル及び／またはメ
タクリル酸エステルの共重合体（ビニルモノマーとの共
重合体も含む）、ポリアミド、ポリエステル、（アルキ
ド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂を含む）、各種アミノ
酸（メラミン樹脂、尿素樹脂等を含む）、ウレタン樹
脂、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルア
ルコール、スチレン樹脂、透明塩化ビニル樹脂、繊維素
系樹脂及びジエチレングリコールビスアリルカーボネー
ト重合体（ＣＲ−３９）、また紫外線などの活性エネル
ギー線を照射することにより重合する樹脂（例えば紫外
線硬化型樹脂）等が挙げられる。

【００２３】本発明の防曇性薄膜は、プラスチック基板
上に直接形成してもよいし、またコーティング層上に形
成してもよい。コーティング層としては、ミラー、フィ
ルター、または無機化合物からなる単層または多層から
成る反射防止膜等である。材料としては、二酸化珪素、
フッ化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムを
用いて形成する。の表面に形成してもよい。反射防止膜
上に形成する場合、反射防止膜の構成は一般的に高屈折
率の膜と低屈折率の膜の交互層から成るものが好まし
い。低屈折率の膜を形成する材料としては、弗化化マグ
ネシウム、一酸化珪素、二酸化珪素等を使用することが
でき、高屈折率の膜を形成する材料としては、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化チ
タン、酸化タンタル、酸化錫、酸化タングステン、酸化
鉄、酸化セリウム等が使用可能である。これらの反射防
止膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング、スパッタ
リング等を用いて形成する。

【００２４】また、本発明の防曇性薄膜は、反射防止膜
の性質を兼ね備えるように形成することも可能である。
この場合、反射防止膜を形成している層の内の最上層が
防曇性薄膜を兼ねることになる。反射防止膜と防曇性薄
膜を兼ね備える膜の材料としては酸化珪素からなるもの
が好ましく使用される。プラスチックレンズ基材表面に
ハードコート層を形成し、この上に本発明の防曇性薄膜
を形成することも可能である。この場合、防曇性を有す
る耐擦傷性の高いプラスチックレンズを得ることができ
る。特に、ハードコート層を形成する材料としては、下
記一般式で表わされる有機珪素化合物またはその加水分
解物が好ましい。

【００２５】一般式：Ｒ¹ａＲ²ｂＳｉ（ＯＲ³）_4-(a+b) （但し、式中、Ｒ¹ は、官能基又は不飽和２重結合を有
する炭素数４〜１４の基であり、Ｒ² は、炭素数１〜６
の炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ³ は
炭素数１〜４のアルキル基、アルコキシアルキル基又は
アシル基であり、ａ及びｂは、それぞれ０又は１であ
り、かつａ＋ｂは、１又は２である。）前記一般式の化合物のうち、Ｒ¹ が官能基としてエポキ
シ基を有するものについて言うと、例えば、次のものが
使用される。

【００２６】これらはエポキシ基を有するのでエポキシ
シランとも呼ばれる。エポキシシランの具体例として
は、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシエトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルトリアセトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−
（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキ
シシランなどが挙げられる。

【００２７】また、前記一般式の化合物のうち、Ｒ¹ が
官能基としてエポキシ基を有すもの以外（ａ＝０のもの
を含む）の例としては、例えば次のものが使用される。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラ
ン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシ
ラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキ
シエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメ
トキシシラン、アミノメチルトリメトキシシラン、３−
アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピ
ルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、
フェニルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリ
メトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシ
シラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキ
シシランなどの各種トリアルコキシシラン、トリアシロ
キシシランあるいはトリアルコキシアルコキシシラン化
合物。

【００２８】以上に挙げた前記一般式の例示化合物は、
いずれもＳｉ原子に結合するＯＲ³基が３個ある（ａ＋
ｂ＝１）３官能の例であるが、ＯＲ³ 基が２個ある（ｂ
＝２）２官能の相当する化合物ももちろん使用すること
ができる。２官能の相当する化合物の例としては、ジメ
チルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、
メチルフェニルジメトキシシラン、メチルビニルジメト
キシシラン、ジメチルジエトキシシランなどがある。

【００２９】前記一般式の化合物は、１種類で使用して
もよいが、目的に応じて２種類以上を混合して使用して
もよい。更に、ａ＋ｂ＝０の４官能の相当する化合物を
併用することも可能である。４官能の相当する化合物の
例としては、メチルシリケート、エチルシリケート、イ
ソプロピルシリケート、ｎ−プロピルシリケート、ｎ−
ブチルシリケート、ｔ−ブチルシリケート、ｓｅｃ−ブ
チルシリケートなどが挙げられる。

【００３０】これら組成物を使用した場合、硬度の向
上、干渉縞の発生防止、帯電防止性能を更に付与するた
めに微粒子状無機物を添加することも可能である。ハー
ドコート層には微粒子状無機酸化物を混入することが可
能である。無機酸化物を混入することにより、屈折率の
調整や硬度の調整を行うことが可能となる。ゾルとして
は、例えば、酸化亜鉛、酸化珪素、酸化アルミニウム、
酸化チタニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化ベ
リリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化セ
リウム、酸化スズ、酸化タングステンの微粒子が使用可
能である。

【００３１】また、これらの微粒子は、単独で使用する
だけでなく、必要に応じて２種類以上を混合または複合
状態で使用することも可能である。例えば、酸化スズ微
粒子を核として、これを酸化タングステンと酸化スズの
複合形態の微粒子で被覆した変性状態のものも使用可能
である。このような変性状態にしたものは溶媒中で凝集
せず、良好な分散状態を形成する。特に、酸化チタニウ
ム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化スズを使用した場合には、
組成物の屈折率を高くすることができる。

【００３２】微粒子の粒子径は、１〜２００ｎｍ、特に
５〜１００ｎｍのものが好ましい。これより小さいと製
造が困難であり、微粒子自身の安定性も悪く、かつ効果
も小さい。これより大きいと、コーティング組成物の安
定性、塗膜の透明性、平滑性などが低下する。このよう
なゾルは、一部市販品として入手可能である。また、塗
布時における流れ性を向上し、硬化膜の平滑性を向上す
るために、例えば、水、低級アルコール、アセトン、エ
ーテル、ケトン、エステルなど各種の溶媒を使用するこ
とが可能である。以上の成分の他に、更に必要に応じて
各種添加剤を併用してもよい。添加剤をもちいることに
より、例えば塗布される側の基材（成形物）との接着性
改良を目的として、或いは、コーティング組成物の安定
性を向上させることが可能となる。

【００３３】添加剤の例としては、ｐＨ調節剤、粘度調
節剤、レベリング剤、つや消し剤、安定剤、紫外線吸収
剤、酸化防止剤等がある。塗布方法は、刷毛塗り、浸
漬、ロール塗り、スプレー塗装、流し塗り等、通常の塗
布法を用いることができる。この際、塗布条件は、主と
してビヒクルの性質によって決定される。

【００３４】このような湿式法による形成方法の他、乾
式法であるＣＶＤ法によりハードコート層を形成するこ
とも可能である。ＣＶＤ法によりハードコート層を形成
する場合、基材表面に変性層を形成した後にハードコー
ト層を形成することが好ましいが、ハードコート層のみ
を形成することも可能である。前記変性層とは、基材の
表面上に形成され、基材側から膜厚方向に徐々に屈折率
が変化している層である。そして変性層内の物質の組成
比は徐々に変化している。

【００３５】変性層及びハードコート層の製造に用いら
れるＳｉを含む有機化合物としては、テトラエトキシシ
ラン、ジメトキシシラン、メチルメトキシシラン、テト
ラメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ジエト
キシジメチルシラン、メチルトリエトキシシラン等が好
適に用いられる。またＴｉを含む有機化合物としては、
テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラ
イソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−プロポキシチタ
ン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシ
チタン、テトラ−ｓｅｃ−ブトキシチタン、テトラ−ｔ
−ブトキシチタン、テトラジエチルアミノチタン等が好
適に用いられる。

【００３６】これらのＳｉおよびＴｉを有機化合物は、
その一種類を単独で用いても、２種類以上を併用しても
よい。ハードコート層の膜厚は０．４μｍよりも厚く、
５μｍよりも薄いことが好ましい。また変性層の膜厚は
１００ｎｍよりも厚く、９００ｎｍよりも薄いことが好
ましい。

【００３７】プラスチックレンズ基材表面にプライマー
層を形成することも可能である。プライマー層を形成す
ることにより、その上に形成するハードコート層と基材
を被覆した硬化被膜との密着性を向上させることが可能
であり、また耐衝撃性を向上させることも可能である。
これにより防曇性を有するプラスチックレンズに衝撃に
対する耐久性を付与することが可能となり、様々な使用
環境に耐え得るプラスチックレンズが製造できる。

【００３８】プライマー層に用いられる材料としては、
ウレタン系材料からなるものが好ましく使用できる。ウ
レタン系材料からなるプライマー層の組成物は、活性水
素含有化合物とポリイソシアネートとからなる。ここ
で、活性水素含有化合物としては、エチレングリコー
ル、１，２−プロピレングリコール，１，３−ブタンジ
オール，１，６ヘキサンジオール，ネオペンルグリコー
ル，ジプロピレングリコー，ジエチレングリコールなど
のアルキレングリコール類；ポリプロピレングリコー
ル，ポリエチレングリコール，ポリテトラメチレングリ
コールなどのポリアルキレングリコール類；ポリ（ジエ
チレンアジペート），ポリ（テトラメチレンアジペー
ト），ポリ（ヘキサメチレンアジペート），ポリ（ネオ
ペンチレンアジペート）などのポリアルキレンアジペー
ト類；ポリ−ε−カプロラクトン；ポリ（１，４−ブタ
ンジエン）グリコール、ポリ（１，２−ブタンジエン）
グリコールなどのポリブタジエングリコール類；ポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）などのポリ（アルキレ
ンカーボネート）類；シリコンポリオール等が挙げられ
るが、その他の公知の活性水素含有化合物の使用も可能
である。

【００３９】ポリイソシアネートの例としては，トリレ
ンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５
−ナフタレンジイソシアネート、３，３’ジメチル−
４，４’ジフェニルジイソシアネート、芳香族系ジイソ
シアネート、；１，６ヘキサメチレンジイソシアネー
ト，イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロ
ヘキシルメタンジイソシアネート、１，３−ビス（イソ
シアナトメチル）シクロヘキサン、トリメチルヘキサメ
チレンジイソシアネート等の脂肪族系ジイソシアネート
が挙げられる。さらにポリイソシアネートとして、ブロ
ック型ポリイソシアネートを用いることもできる。

【００４０】また活性水素含有化合物とポリイソシアネ
ートとの混合物でも使用でき、また重合物でもよい。こ
のようなウレタン系材料は、ウレタン系材料からなる溶
液、またはウレタン系材料からなる粒子を水等の溶媒中
に分散させたもの（エマルジョン状）でもよい。更に、
ウレタン系材料の他、架橋されたポリビニルアセタール
からなる材料からプライマー層を形成することも可能で
ある。ポリビニルアセタールからなるプライマー層は、
主成分であるポリビニルアセタールと、加水分解性オル
ガノシラン化合物又はその加水分解縮合物、アルミニウ
ム又はチタニウムのアルコキシド化合物あるいはアルミ
ニウム又はチタニウムのアルコキシドジケトネート化合
物及び硬化触媒を溶解したプライマー組成物を用いて、
プラスチックレンズ基材表面に塗布し、加熱処理するこ
とにより形成可能である。

【００４１】プライマー組成物のプラスチックレンズ基
材上への塗布方法は、スピンコート法、ディッピング法
など公知の方法であれば特に制限はない。プライマー層
の硬化後の膜厚は、０．１〜５μｍであり好ましくは
０．２〜３μｍである。プライマー層の膜厚が０．１μ
ｍより薄いと耐衝撃性の改善が十分でなく、また５μｍ
より厚いと耐衝撃性の点では問題がないが、耐熱性と面
精度が低下する。

【００４２】また、プライマー溶液には、前記したよう
なハードコート層に混入させたような微粒子状無機酸化
物を混入させることが可能である。微粒子の混入によ
り、屈折率の調整、硬度の向上などの効果を付与するこ
とができる。これら微粒子としては、市販されている水
又は有機溶媒に分散した微粒子をそのまま用いることが
できる。

【００４３】微粒子状無機酸化物又はこれらの微粒子の
複合体の平均粒子径は１〜３００ｎｍであり、好ましく
は１〜５０ｎｍである。平均粒子径が３００ｎｍを越え
ると光の散乱によるレンズの曇りが生ずる。プライマー
組成物中の微粒子の添加量は固形分濃度として０．１〜
３０重量％であるが、硬化したプライマー層の屈折率が
プラスチックレンズ基材の屈折率に一致するか、もしく
は極めて近くなるように無機酸化物微粒子の種類、添加
量が調整される。

【００４４】また本防曇性薄膜はガラス、プラスチック
等幅広い基板上に形成することができ、鏡、窓、自動車
ガラス、眼鏡レンズ、サングラス、その他の光学部品
等、防曇性が要求される物品に優れた防曇性を付与する
ことが可能である。また本願発明の防曇性薄膜の水の静
止接触角は略０度であるが、略０度とは、実質的には０
度から約５度程度の接触角を意味するものである。

【００４５】

【実施例１】本実施例では、図１に示すスパッタリング
装置を用い、眼鏡用プラスチックレンズ基板１５上に酸
化珪素系物質からなる防曇性薄膜を形成する場合につい
て説明する。また、本実施例は酸化珪素系物質の単一物
質からなる薄膜を形成することから、成膜室は１２のみ
使用する。成膜速度を速くしたい場合、図１の成膜室２
０にターゲット１９を設置することも可能である。更に
また図１の２２の領域を反応室として用いることも可能
である。

【００４６】本実施例では、ジエチレングリコールビス
アリルカーボネート製（屈折率１．５０）の眼鏡用プラ
スチックレンズ基板を使用した。金属ターゲット１３、
１９には多結晶Ｓｉを使用し、酸化珪素系物質からなる
防曇性薄膜をプラスチックレンズ基板上に直接に成膜す
ることにした。真空槽内の圧力は、３．２×１０^-3Ｔｏ
ｒｒに設定し、スパッタリングガスとしては、アルゴン
ガスを用い、流量を３９０ｓｃｃｍに設定し、導入口１
１から成膜室１２に導入した。導入したアルゴンガスを
グロー放電によりイオン化し、多結晶Ｓｉターゲット１
３に入射させた。スパッタリング電力は３．７５ｋＷに
設定した。

【００４７】アルゴンイオンの入射によりスパッタリン
グされたＳｉ原子は、高速で回転する基板ホルダー１４
に保持された眼鏡用プラスチックレンズ基板１５の表面
上に数原子層程度の厚さで沈着する。本実施例におい
て、成膜室１２を１回通過したときのＳｉ原子の沈着し
た層の膜厚は１０Å以下であった。このときの基板の温
度は室温程度である。基板ホルダー１４の回転速度は１
００ｒｐｍに設定した。

【００４８】前記の工程により成膜室１２において、数
原子程度の膜厚でＳｉ原子が沈着した基板１５は、高速
で回転する基板ホルダー１４と共に反応室１７に移動す
る。反応室１７には反応ガスである酸素が導入口１６か
ら導かれ、高周波放電により反応ガスがプラズマ状にな
る。このときのプラズマ電力は１．２ｋＷとした。Ｓｉ
原子が沈着された基板は、反応室１７を通過するときに
酸素プラズマに暴露される。ここで酸素プラズマと基材
１５表面上に沈着したＳｉ原子が反応し、酸化珪素系薄
膜が成膜される。この酸化珪素系薄膜の膜厚は、先に基
板上に沈着したＳｉ原子の成す膜と略同じ膜厚であっ
た。

【００４９】前記のように酸化珪素系の薄膜が形成され
た基板１５は、高速で回転する基板ホルダー１４と共に
反応室１７から出て、再び成膜室１２に移動する。以上
のような成膜室から反応室への基板の移動により、数原
子程度の膜の形成を行うことができ、これを複数回繰り
返すことにより所望の膜厚の防曇性薄膜を形成すること
も可能である。

【００５０】本実施例で得られた酸化珪素系防曇性薄膜
の水に対する静止接触角を測定した。測定には協和界面
科学株式会社製の接触角測定装置を用いた。その結果、
水の静止接触角は、測定限界値以下（つまり、非常に静
止接触角が小さい状態）であり、本測定装置では測定不
能であった。つまり本実施例で形成した防曇性薄膜の水
に対する静止接触角は、略０度であることが確認され
た。そして水滴が垂らされた基板上を観察したところ、
水は薄膜表面全体に拡がり、接触角は測定不能であるこ
とが確認された。

【００５１】次に、眼鏡使用を想定し、実質的な防曇性
を直接確かめることにした。本発明者等は、酸化珪素系
物質からなる防曇性薄膜が形成されている本実施例の眼
鏡用プラスチックレンズを沸騰した湯の水面上、約１５
ｃｍの所で蒸気にさらし、そのときのレンズの透明性を
調べた。その結果、レンズ基板の防曇性薄膜の形成面に
達した蒸気は、防曇性薄膜の形成面全体にほぼ均一に拡
がっていた。そしてレンズ基板を通してみた像は、蒸気
にさらす前とほぼ変化しておらず、明瞭な像を見ること
が可能であった。

【００５２】更に本発明者等は、防曇性薄膜を基板上に
成膜してから３ヶ月後に前記と同様の測定方法で静止接
触角を測定した。その結果、成膜後３ヶ月の測定結果
は、成膜直後の測定結果と全く同じ結果であった（つま
り、測定限界値以下であり、非常に静止接触角が小さ
い）。また、前記と同様の観察方法で本実施例で得られ
た防曇性薄膜の防曇性を確かめたところ、レンズ基板を
通して見た像は、蒸気にさらす前とほぼ変化しておら
ず、明瞭な像を見ることが可能であり、優れた防曇性が
持続していることが確かめられた。

【００５３】

【実施例２】本実施例においても実施例１と同様に、図
１に示すスパッタリング装置を用いた。基板も実施例１
と同じものを用いた。本実施例では、低屈折率の層と高
屈折率の層とを積層した防曇性薄膜を形成する。そのた
め、金属ターゲット１３には多結晶Ｔａ、１９には多結
晶Ｓｉを設置し、酸化珪素系薄膜と酸化タンタル薄膜か
らなる防曇性薄膜をプラスチックレンズ基板上に直接に
成膜することにした。

【００５４】（１）酸化タンタル薄膜の形成真空槽内の圧力は、３．０×１０^-3Ｔｏｒｒに設定し、
スパッタリングガスとしては、アルゴンガスを用い、流
量を３５０ｓｃｃｍに設定し、導入口１１から成膜室１
２に導入した。導入したアルゴンガスをグロー放電によ
りイオン化し、多結晶Ｔａターゲット１３に入射させ
た。スパッタリング電力は３．００ｋＷに設定した。基
板ホルダー１４の回転速度は、１００ｒｐｍに設定し
た。

【００５５】アルゴンイオンの入射によりスパッタリン
グされたＴａ原子は、高速で回転する基板ホルダー１４
に保持された眼鏡用プラスチックレンズ基板１５の表面
上に数原子層程度の厚さで沈着する。このときの基板の
温度は室温程度である。前記の工程により成膜室１２に
おいて、数原子程度の膜厚でＴａ原子が沈着した基板１
５は、回転する基板ホルダー１４と共に反応室１７に移
動する。反応室１７には反応ガスである酸素が導入口１
６から導かれ、反応ガスは高周波放電によりプラズマ状
になる。このときの酸素ガスの流量は、７０ｓｃｃｍ、
プラズマ電力は２．０ｋＷとした。

【００５６】Ｔａ原子が沈着された基板は、反応室１７
を通過するときに酸素プラズマに暴露される。ここで酸
素プラズマと基材１５表面上に沈着したＴａ原子が反応
し、酸化タンタル薄膜が成膜される。この酸化タンタル
薄膜の膜厚は、先に基板上に沈着したＴａ原子の成す膜
と略同じ膜厚であった。本実施例においてもＴａターゲ
ット１３からの沈着工程と反応室１７での酸化タンタル
薄膜成膜工程を繰り返すことにより所望の膜厚の酸化タ
ンタル薄膜を形成することができる。

【００５７】（２）酸化珪素系薄膜の形成前記の工程により酸化タンタル薄膜が形成された基板１
５は、高速で回転する基板ホルダー１４と共に反応室１
７から出て、成膜室２０に移動する。成膜室２０には多
結晶Ｓｉターゲット１９が設置されている。真空槽内の
圧力は、３．０×１０^-3Ｔｏｒｒである。スパッタリン
グガスとしては、アルゴンガスを用い、流量を２５０ｓ
ｃｃｍに設定し、導入口２１から成膜室２０に導入し
た。導入したアルゴンガスをグロー放電によりイオン化
し、多結晶Ｓｉターゲット１９に入射させた。スパッタ
リング電力は３．００ｋＷに設定した。基板ホルダー１
４の回転速度は、１００ｒｐｍに設定した。

【００５８】アルゴンイオンの入射によりスパッタリン
グされたＳｉ原子は、高速で回転する基板ホルダー１４
に保持された眼鏡用プラスチックレンズ基板１５の表面
上に数原子層程度の厚さで沈着する。このときの基板の
温度は室温程度である。前記の工程により成膜室２０に
おいて、数原子程度の膜厚でＳi原子が沈着した基板１
５は、回転する基板ホルダー１４と共に再び反応室１７
に移動する。反応室１７には反応ガスである酸素が導入
口１６から導かれ、高周波放電により反応ガスはプラズ
マ状になる。このときの酸素ガスの流量は、８０ｓｃｃ
ｍ、プラズマ電力は２．０ｋＷとした。

【００５９】酸化タンタル薄膜上にＳｉ原子が沈着され
た基板は、反応室１７を通過するときに酸素プラズマに
暴露される。ここで酸素プラズマと酸化タンタル薄膜上
に沈着したＳｉ原子とが反応し、酸化珪素系薄膜が成膜
された。この酸化珪素系薄膜の膜厚は、先に酸化タンタ
ル薄膜上に沈着したＳｉ原子の成す膜と略同じ膜厚であ
った。ここでもＳｉターゲット１９からの沈着工程と反
応室１７での酸化珪素系物質からなる層の形成工程を繰
り返すことにより所望の膜厚の酸化珪素系物質からなる
層を形成することができる。

【００６０】本実施例では、前記のように酸化タンタル
薄膜を成膜した後に酸化珪素系薄膜を成膜し、再び基板
１５の酸化珪素系薄膜上に成膜室１２でイオン化された
アルゴンガスのスパッタリングによりタンタル原子を沈
着させる。これを反応室１７に移動させ酸化タンタル層
を形成する。更に上記の酸化珪素系薄膜の成膜時と同じ
条件で酸化タンタル層上に酸化珪素系薄膜を成膜した。
従って、本実施例での防曇性薄膜は、基板側から酸化タ
ンタル層、酸化珪素層、酸化タンタル層、酸化珪素層か
らなるものである。各々の層の膜厚は、基板側から０．
０６λ、０．０５λ、０．５λ、０．２５λ（λ＝５２
０ｎｍ）とした。

【００６１】本実施例で得られた最上層の防曇性薄膜で
ある酸化珪素系薄膜の水に対する静止接触角を測定し
た。測定には協和界面科学株式会社製の接触角測定装置
を用いた。その結果、水の静止接触角は、測定限界値以
下（つまり、非常に静止接触角が小さい状態）であり、
本測定装置では測定不能であった。つまり本実施例で形
成した防曇性薄膜の水に対する静止接触角は、略０度で
あることが確認された。そして水滴が垂らされた基板上
を観察したところ、水は薄膜表面全体に拡がり、接触角
は測定不能であることが確認された。

【００６２】次に、眼鏡使用を想定し、実質的な防曇性
を直接確かめることにした。本発明者等は、酸化珪素か
らなる防曇性薄膜が形成されている本実施例の眼鏡用プ
ラスチックレンズを沸騰した湯の水面上、約１５ｃｍの
所で蒸気にさらし、そのときのレンズの透明性を調べ
た。その結果、レンズ基板の防曇性薄膜の形成面に達し
た蒸気は、防曇性薄膜の形成面全体にほぼ均一に拡がっ
ていた。そしてレンズ基板を通してみた像は、蒸気にさ
らす前とほぼ変化しておらず、明瞭な像を見ることが可
能であった。

【００６３】更に本発明者等は、防曇性薄膜を基板上に
成膜してから３ヶ月後に前記と同様の測定方法で静止接
触角を測定した。その結果、成膜後３ヶ月の測定結果
は、成膜直後の測定結果と全く同じ結果であった（つま
り、測定限界値以下であり、非常に静止接触角が小さ
い）。また、前記と同様の観察方法で本実施例で得られ
た防曇性薄膜の防曇性を確かめたところ、レンズ基板を
通して見た像は、蒸気にさらす前とほぼ変化しておら
ず、明瞭な像を見ることが可能であり、優れた防曇性が
持続していることが確かめられた。

【００６４】

【実施例３】実施例１、２と同様に図１に示すスパッタ
リング装置を用い、基板も同様なものを用いた。本実施
例では、実施例２のようにターゲットに用いる物質を２
種類用意し、各々交互に積層することにし、本実施例で
得られる積層物は、防曇性と反射防止性の両者を兼ね備
えた性質を有するようにした。従って本実施例では、こ
の積層物を防曇性反射防止膜と称する。

【００６５】本実施例では、積層物中の最上層は酸化珪
素系薄膜で形成する。ターゲット１３には、低屈折率用
金属ターゲットとして多結晶を使用し、ターゲット１９
には、高屈折率用金属ターゲットとして多結晶Ｚｒを使
用した。スパッタリングガスとして用いるアルゴンガス
は導入口１１および２１から成膜室１２、２０にそれぞ
れ導かれイオン化される。このときのアルゴンガスの流
量は、３９０ｓｃｃｍに設定した。

【００６６】本実施例では、最初に基板１５上に酸化ジ
ルコニウムからなる薄膜を形成させる。まずグロー放電
により、成膜室１２内にイオン化されたアルゴンガスを
発生させる。このアルゴンイオンを多結晶Ｚｒターゲッ
ト１９に入射させる。アルゴンイオンの入射によりスパ
ッタリングされたＺｒ原子は、基板ホルダー１４に保持
された眼鏡用プラスチックレンズ（ジエチレングリコー
ルビスアリルカーボネート製）基板１５上に沈着する。
本実施例では、沈着による形成された膜の膜厚を数原子
程度とした。沈着時の基板の温度は室温程度とした。ま
たＺｒターゲット１９のスパッタリング電力は２．６０
ｋＷとした。またＺｒ原子を数原子層だけ沈着させるた
めに基板ホルダ１４を１００ｒｐｍで回転させた。この
回転により、成膜室２０から反応室１７への基板１５の
移動を行うことが可能となり、また回転速度が高速であ
るため、沈着する膜の膜厚を非常に薄くすることが可能
となる。

【００６７】反応ガスである酸素は、導入口１６から反
応室１７に導かれた後、高周波放電によりプラズマ状に
なる。このときのプラズマ電力を１．２ｋＷとし、酸素
ガスの流量をは１２０ｓｃｃｍ、真空槽内の圧力は３．
２×１０^-3Ｔｏｒｒとした。Ｚｒ原子が数原子程度の膜
厚で沈着した基板１５は、１００ｒｐｍで回転している
基板ホルダ１４と共に回転し、成膜室２０を出て反応室
１７に入り、反応室１７を高速で通過していく。このと
き、反応室１７内に存在している酸素プラズマに暴露さ
れ、酸素プラズマとＺｒ原子が反応することにより酸化
ジルコニウム薄膜が形成される。この酸化ジルコニウム
薄膜の膜厚は、酸化前の金属Ｚｒの沈着した状態での膜
厚と略同じであった。

【００６８】本実施例では、前記の酸化ジルコニウム薄
膜の形成を繰り返すことにより、眼鏡用プラスチックレ
ンズ基板上に所定の膜厚の酸化ジルコニウム薄膜を形成
することができる。言うまでもなく、酸化ジルコニウム
の形成回数を多くすれば、膜厚の厚い膜を得ることが可
能となる。次に、前記工程により基板１５上に形成され
た酸化ジルコニウム薄膜上に酸化珪素系薄膜からなる薄
膜を形成する。まず成膜室１２に導入されたアルゴンガ
スをグロー放電によりイオン化されたアルゴンガスにす
る。そして、アルゴンイオンを多結晶Ｓｉターゲット１
３に入射する。アルゴンイオンの入射によりスパッタリ
ングされたＳｉ原子は、基板１５上に形成されている酸
化ジルコニウム薄膜上に沈着する。

【００６９】このときのＳｉターゲット１３のスパッタ
リング電力は３．７５ｋＷである。また数原子層だけ沈
着させるために基板ホルダは１００ｒｐｍで回転してい
る。反応ガスである酸素は、導入口１６から反応室１７
に導かれた後、高周波放電によりプラズマ状になる。こ
のときのプラズマ電力は１．２ｋＷとし、酸素ガスの流
量は１２０ｓｃｃｍであり、真空槽内の圧力は３．２×
１０^-3Ｔｏｒｒである。Ｓｉ原子が沈着された基板１５
が反応室１７を通過するとき、基板１５上に沈着された
Ｓｉ原子が酸素プラズマに暴露されることにより、Ｓｉ
原子と酸素プラズマが反応し酸化珪素系薄膜となる。

【００７０】このような工程により基板１５上に酸化ジ
ルコニウム薄膜と酸化珪素系薄膜を交互に積層させるこ
とができた。このようにして得られた防曇性反射防止膜
の膜構成及び膜厚は、レンズ基材側から酸化ジルコニウ
ム薄膜が約１３０Å、酸化珪素系薄膜が約１８０Å、酸
化ジルコニウム薄膜が約１２８０Å、酸化珪素系薄膜が
約８７０Åとした。

【００７１】本実施例で得られた防曇性反射防止膜の水
への接触角を実施例１、２と同様な方法で測定した結
果、やはり測定限界値以下であり、測定不能であった。
そこで、同様に前記防曇性反射防止膜上に水を一滴滴下
して観察したところ、水は薄膜表面全体に拡がり、接触
角は測定不能（実質的に０度）であることが確認され
た。

【００７２】次に、本実施例で得られた防曇性反射防止
膜が形成された眼鏡用プラスチックレンズ基板１５を沸
騰した湯の水面上１５ｃｍの所で蒸気にさらし、そのと
きのレンズの透明性を調べた。その結果、蒸気はレンズ
表面全体にほぼ均一に拡がり、レンズを通してみた像は
蒸気にさらす前と変化しなかった。更に防曇性反射防止
膜を成膜してから３ヶ月後に前記と同様の方法で水の静
止接触角を調べた。その結果、成膜直後とまったく同じ
く測定不能であり、防曇性が低下していないことが確認
された。更に前記と同様の方法で本実施例で得られた防
曇性反射防止膜の防曇性を確かめた所、レンズを通して
みた像は蒸気にさらす前と変化せず、優れた防曇性が持
続していることが確かめられた。

【００７３】尚、本実施例では酸化珪素系物質との表現
を用いたが、これは一酸化珪素、二酸化珪素を総称した
意味である。従って、酸化珪素系薄膜の成分は、一酸化
珪素または二酸化珪素が単独で存在する状態や両者の混
合物である。

【００７４】

【比較例１】ＲＦイオンプレーティング法により、青板
ガラス上に酸化珪素系薄膜を形成する。蒸発材料はＳｉ
Ｏ₂粉末で、電子銃加熱により蒸発させた。真空槽内の
圧力は７×１０^-4Ｔｏｒｒとし、反応ガスの酸素ガスの
分圧は全体の４０％になるようにした。また、成膜中は
２００Ｗの高周波電界を印加してアルゴンガスをプラズ
マ状にして蒸着した。形成された酸化珪素系薄膜の膜厚
は、約１０００Åであった。

【００７５】こうして得られた酸化珪素系薄膜の水の接
触角を実施例１と同様の装置で測定したところ、約３０
度であった。更に、防曇性を直接確かめる為に、本比較
例で得られた酸化珪素系薄膜が形成された青板ガラスを
沸騰した湯の水面上約１５ｃｍの所で蒸気にさらし、ガ
ラスの透明性を調べた。その結果、本比較例のものは、
蒸気はガラス表面で拡がるものの、島状に存在するため
光が乱反射し、蒸気にさらす前に比べてガラスの透明感
は低下した。

【００７６】

【発明の効果】本発明の防曇性薄膜を有する部材は、水
との静止接触角が略０度であり、非常に優れた防曇性を
示すのに加え、防曇性薄膜を成膜してから３ヶ月後の静
止接触角は、膜形成時の静止接触角と変化がないことか
ら、耐久性も優れた防曇性薄膜が得られる。従って、本
発明では、過酷な使用条件にも長時間にわたって防曇性
が持続する耐久性の優れた部材を得ることができる。

【００７７】更に、本発明の製造方法によれば、従来、
使用していた反射防止膜形成用のスパッタリング用ター
ゲットを用いることができ、防曇性を有する新たな材料
を用意する必要がないので、コストが増加することもな
い。また、本発明の防曇性薄膜は反射防止膜性を兼ね備
えることができるので、部材の反射防止性能を損なわせ
ることなく防曇性を付与することが可能となり、より光
学性能のすぐれた防曇性能を有する部材が得られる。

【００７８】更に反射防止膜の製造工程と同一の工程で
防曇性薄膜を形成できるので、従来のように反射防止膜
の形成後、別工程により防曇性薄膜の形成工程を行う必
要が無く、製造時間、製造コストが低減でき、製造効率
を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の防曇性薄膜の成膜装置を上から見
たときの概略を示す平面図である。

【図２】は、本発明の防曇性薄膜の成膜装置を上から見
たときの概略を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１１、２１・・・アルゴンガス導入口１２、２０・・・成膜室１３、１９・・・金属ターゲット１４・・・基板ホルダ１５・・・基板（レンズ等）１６・・・反応ガス導入口１７・・・反応室１８・・・マスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機化合物からなり水の静止接触角が略０
度である防曇性薄膜が基材上に形成されていることを特
徴とする防曇性を備えた部材。
【請求項２】基材上に形成されたコーティング層と、無
機化合物からなり水の静止接触角が略０度である防曇性
薄膜が前記コーティング層上に形成されていることを特
徴とする防曇性を備えた部材。
【請求項３】前記防曇性薄膜が反射防止効果を有する薄
膜であることを特徴とする請求項１または２記載の部
材。
【請求項４】前記コーティング層がミラーまたはフィル
ターまたは反射防止膜であることを特徴とする請求項２
記載の部材。
【請求項５】軸回転可能な基材ホルダーに基材を装着す
る工程と、前記基材ホルダーを軸回転させる工程と、ス
パッタリング法により無機物質を飛散させ該無機物質を
前記基材上に付着させる付着工程と、前記基材上に付着
された無機物質と反応ガスを反応させ前記無機物質を無
機化合物にする反応工程を有し、前記付着工程及び前記
反応工程とを１回以上行うことを特徴とする防曇性薄膜
を有する部材の製造方法。
【請求項６】請求項５記載の製造方法で製造された防曇
性薄膜を有する部材。