JPS62239105A

JPS62239105A - 光学部品

Info

Publication number: JPS62239105A
Application number: JP61082271A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imataki; 今滝　寛之; Mitsuo Hiraoka; 美津穂平岡; Yoshihiro Ogawa; 善広小川; Junji Terada; 順司寺田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1987-10-20

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］本発明は光学部品に関し、特に少なくともその一面に異
る二種以上の成分からなるプラズマ重合膜を設けたプラ
スチック光学部品に関するものである。

［従来の技術］従来、光学部品はガラス材料か主流として用いられてい
た。

しかし、ガラス材料は光学的には優れた透明性を示すか
、（１）われる、（２）その破片か人を傷つける、（３
）重い　等の欠点を有する為にプラスチック材料への代
替が検討されている。

プラスチック材料ては、所謂有機ガラスとして、ポリア
クリル酸エステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、スチロール樹脂、（：Ｒ−３９の透明樹脂等
が知られている。

しかしながら、塩化ビニル樹脂やポリスチレン樹脂では
その透明性に問題かあり、また（：Ｒ−３９はその生産
性に、ポリアクリル酸エステル樹脂は吸水性、ポリカー
ボネート樹脂では複屈折に間届かある。したがってガラ
ス材料にとって代る硬度かあり、透明性、光学的性質に
優れた全べての特性を満足するものはいまた見つかって
いない現状である。

例えばプラスチック光学部品として結像用のレンズを例
にとると、その要求される透明性や屈折率の均一性を満
足するものはポリアクリル酸エステル樹脂であるか、こ
れは先に述べた様に他のプラスチック材料に比べ吸水性
が高く、その結果膨潤による変形を起こし、レンズ形状
の曲率か変化して結像焦点を移動させ、レンズの特性を
低下させる。

又、水分の吸収は、その屈折率をも変化させ。

吸水の不均一性は屈折率のゆらぎや不均一と結びついて
、先の膨潤と同様にレンズの結像特性を損う原因となる
。

また、プラスチック光学部品の、もう一つの問題点はそ
の表面の硬さである。ガラスの場合その表面は鉛筆硬度
て７１１以上の値であるが、プラスチックの場合、最も
硬いアクリル酸エステル樹脂（ＰＭＭＡ）でも、たかだ
か３日以下の値てあり、その取扱いにおいて傷か付きや
すい欠点は、プラスチック光学部品の宿命的な問題点の
−っである。

最近、プラスチックの表面を有機シラン系やアクリル系
皮膜により硬膜処理をする技術か開発されているが、こ
れらはいずれも樹脂表面にディッピング等の湿式で皮膜
をコートし、その膜を硬化するものである。

この様な硬膜処理は、複雑な形状や曲率表面を持った光
学部品に均一な厚みの被膜を形成する事は困難であり、
プラスチック光学部品には適当な処理方法とは云えない
。

他方、従来、プラスチック光学部品の表面にプラズマ重
合被膜を設けることに関しては、例えば有機シラン系モ
ノマーを使って硬い表面を作る方法（特開昭５２−５０
７３９号公報、特開昭５３−１３７２６９号公報）、パ
ーフルオロブテン−２を七ツマ−とした反射防出膜を形
成する方法（特開昭５２−６５５７５号公報）、疎水性
の被膜を作る方法（特開昭５８−１６２９０１号公報）
等か知られている。

しかしながら、これらのうち第１の有機シラン系モノマ
ーて被膜を形成する方法は、上述したようにプラスチッ
ク光学部品の結像特性と表面硬度の問題の２つの内硬い
表面を形成する１つのみしか解決せず、また第２の特開
昭５２−６５５７５号公報は直接問題を解決するもので
はない。さらに、第３の特開昭５８−１６２９０１号公
報は、一応前記の２つの間ｍ点を解決するものではある
。即ち、一つの七ツマ−て疎水性と硬い被膜を作る事に
よって目的を達成しようとするものであるか、しかし、
この様な従来のプラズマ重合膜では透湿率と膜硬度か同
時に満足される領域は、極めて狭い範囲であり、その製
造条件も沢山のノウハウか必要とされていた。

［発明か解決しようとする問題点］本発明者等は、この様な従来のブラスチウク材料の欠点
を解決し、ガラスに代る光学部品を提供することを目的
として研究を行った結果、プラスチック光学部品の表面
に異なる二種以上の複合プラズマ重合被膜を設ける事に
より透湿率の小さい防湿性のある硬い被膜を設けた光学
部品を得ることかてきることを知見し、本発明の完成に
到ったものである。

［問題点を解決するための手段］即ち、本発明はプラスチック光学部品の表面の少なくと
も一面に、異なる二種以上の成分からなるプラズマ重合
膜を設けたことを特徴とする光学部品である。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の光学部品の一実施態様を示す説明図で
ある。同第１図において、本発明の光学部品はプラスチ
ック光学部品８の表面に、透湿率の小さい防湿性被膜を
与える炭化水素系モノマーやフッソ系モノマー等のＡ成
分プラズマ重合１１１１０を設け、さらにその上に硬い
被膜を形成する有機シラン系モノマーや有機金属化合物
の七ツマー等からなるＢ成分プラズマ重合膜１１を設け
て、該Ａ成分プラズマ重合膜１０とＢ成分プラズマ重合
膜１１とのＩＵ）には両成分か混合し、その含有量か連
続的に変化した中間重合膜１２を介在せしめた２成分か
らなるプラズマ重合複合膜９を形成してなるものである
。

本発明において、プラスチック光学部品は、例えばプラ
スチックレンズ、プリズム、ファイバー、先導波路など
で、アクリル酸エステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、
塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＣＲ−３９などの
透明プラスチック材料等て製造されたものか用いられる
。

本発明において、プラズマ重合複合膜は、異なる有機上
ツマーＡ成分と有機上ツマーＢ成分とからなるものであ
る。

本発明において、プラズマ重合膜とは有機モノマーか低
温プラズマ状態の中てその高い速度エネルギーを持つ分
子、イオン、電子の衝突によって励起され高分子化する
重合方法によって成膜されたもので、一般には低圧に保
った真空系内の基板であるプラスチック光学部品上に被
膜される。

次に、プラズマ重合膜を形成する方法の１例を示す。第
２図はプラズマ重合装置の説明図であり、まず同第２図
に示すように基板１をプラズマ重合を行う反応槽２内に
設置されている平行平板電極のアノード電極３に設置し
、反応槽２を一度高真空域Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以
下まて排気した後、有機上ツマーＡ成分をモノマーガス
取り入れ口５゜５′より導入し１反応系内の圧力を数１
０ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒの圧力で平衡に保つ。次に、
反応槽２内に設けたアノード電極３およびカソード電極
４にて放電を行い、厚さ数ｎ１１〜数千ｎｍのプラズマ
重合膜を作製する。次に、有機モノマーＡ成分のモノマ
ーガスの導入を遮断し、有機上ツマーＢ成分を七ツマー
ガス取り入れ口５．５′より導入し、前記と同様に成膜
を行う。その後、反応槽２内をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下まて排気することによりプラズマ重合複合膜の成
膜を行うことがてきる。

本発明において、プラズマ重合複合膜は上記の様に低圧
に保った真空系内において、プラズマ重合波ＩＩｇ、を
作る有機上ツマ−を少なくとも異る二種以上を順次連続
的に導入することによって一体化連続した被膜をプラス
チック光学部品の表面に形成するものである。

本発明において、二種以上の七ツマ−から成るプラズマ
重合複合膜とは、（１）　ＡモノマーとＢモノマーをある混合比で成膜す
る方法（２）ＡモノマーとＢモノマーを時経列的にその混合比
を変化させながら成膜する方法（３）ＡモノマーとＢモノマーを順次切り換えて成膜す
る方法によって形成される。

これ等はいずれも複数の千ツマ−による多機能をプラズ
マ重合による一体連続した被膜によって実現するもので
ある。

即ち、プラズマ重合によれば（３）のＡ、Ｂ二種の七ツ
マ−を順次切り換えても、Ａモノマーを止め、次にＢモ
ノマーを導入した時には、反応器の中ではＡモノマーと
Ａモノマーによって成膜された膜かプラズマ中でのアフ
レーションによって形成されたＡ′酸成分か残存してお
り、これに新たなりモノマーが加わってＡ＋Ｂの複合成
分による成膜か行われる。このことはＡ−ｎＡ＋Ｂ−Ｂ
と云う二種のモノマーによる連続的な複合膜を形成する
事となる。

本発明て使用されるプラズマ重合複合膜を作る有機モノ
マーとしては、有機化合物であれば特に限定されないか
、例えば次のような化合物か適する。

（１）メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘプタンな
どの脂肪族飽和炭化水素。

（２）エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジェン、ペ
ンテン、メチルペンテン、イソプレン、ジメチルペンテ
ンなどの脂肪族不飽和炭化水素の中のアルケン類。

（３）アセチレン、プロピン、シラン、ヘプチンなどの
脂肪族不飽和炭化水素の中のアルキン類。

（４）トルエン、ベンゼン、キシレン、エチルベンゼン
、スチレンなどの芳香族炭化水素。

（５）メチルメタクリレート、酢酸ビニル、メチルビニ
ルケトン、エチレンオキシドなどの含酸素化合物。

（６）　１１１化ビニル、塩化ビニリデン、弗化ビニル
、弗化ビニリデン、６−フッ化プロピレン、テトラフル
オロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、トリフル
オロイソプロピルメタクリレート、ジクロロテトラフル
オロエタン、ジクロロジフルオロメタンなどのハロゲン
化炭化水素（７）ビニルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラ
ン、ジメチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキ
サンなどの有機ケイ素系化合物。

（８）メチルアミン、ジアリルアミン、エチレンジアミ
ン、ピリジン、ピリミジン、キノリン、４−ビニルビリ
ジン、アセトニトリル、アクリルニトリルなどの含窒素
化合物。

（９）テトラメチルチン、テトラメチルゲルマニウム、
銅フタロシアニンなどの有機金属化合物。

これらの七ツマ−のうち、防湿性の膜を作るものは（１
）　、　（２）　、　（３）　、　（４）の炭化水素系
化合物と（６）のハロゲン化炭化水素、特にそのフッ素
化合物か好ましい。

又、硬い被膜を作るモノマーとしてはげ）の有機ケイ素
系化合物や（９）の有機金属化合物か好ましい。

（８）の゛含窒素化合物は親水性の膜を作る場合のモノ
マーとして好適である。

本発明において、プラズマ重合複合膜の厚さはその構成
成分である異なる二種以上の有機上ツマ−の種類により
異るか１通常数〜数千ｎｍ、好ましくは１０〜５０００
ｎ層か望ましい。

また、特に、Ａ成分プラズマ重合膜か防湿性被膜を形成
し、Ｂ成分プラズマ重合膜か高硬度被膜を形成する場合
には、５〜７０００ｎｍ、好ましくは２０〜２０００ｎ
Ｉｍか望ましい。

この様に、少なくとも二種以上の有機モノマーから成る
プラズマ重合複合膜は上述の有機モノマーを組合せるこ
とにより、その特性を生かして種々の複合機能を持つ被
膜を作る事かてきる。

例えば、第１図においてプラスチック光学部品８として
、アクリル酸エステル樹脂のレンズを使用し、Ａ成分モ
ノマーとして防湿性被膜を作るテトラフルオロエチレン
のフッ素系化合物のモノマーと、Ｂ成分モノマーとして
は、硬い被膜を形成するテトラメトキシシランの有機シ
ラン系モノマーを順次連続的に反応槽中に導入すること
により連続一体化した被膜を作ることが出来る。

この様にして作ったプラスチックレンズは、その表面か
鉛筆硬度〜７１１の硬度で、しかも極めて高い耐湿性を
示し、従来のプラスチックレンズの欠点を大幅に改良す
ることが出来る。

［作用］本発明の光学部品は、プラスチック光学部品の表面の少
なくとも一面に異なる二種以上の有機上ツマー成分から
なるプラズマ重合複合膜が設けられているのて、該有機
上ツマー成分をその特性を生かした選択により適宜組合
せてプラズマ重合複合膜を形成することにより、例えば
防湿性と硬度を有する被膜等を設けることができる。

［実施例］以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する
。

実施例１防湿性プラズマ重合膜の七ツマーカスとしてＣ，Ｆ、Ｉ
＋　、高硬度プラズマ重合膜のモノマーとして５ｉ（Ｏ
ＣＨｆｆ）４を、被コーテイングプラスチック材料とし
て直径５０Ｉｌｌｆｆｌ、厚さ２ｍｍで円形のポリカー
ボネート樹脂のプラスチック光学部品にプラズマ重合複
合膜を設けて光学部品を得た。

第２図に示される反応器内の一方のアノード電極にポリ
カーボネート樹脂を装着し、反応系内を１０−’Ｔｏｒ
ｒまて排気した後、Ｃ２Ｆ：ｌ１１のモノマーガスをモ
ノマー流量２０ｃｍ３／＋ｉｎの条件て反応系内に導入
し、排気ハルツを調整して反応器内を０．２Ｔｏｒｒに
保ち、４０Ｗの電力て高周波放電を１０分間行ない、ポ
リカーボネート基板上にＣ２Ｆ　３Ｈの防湿性プラズマ
重合膜を成膜した。次に、反応器内へのＣ２Ｆ＋ｌＩモ
ノマーガスの流入を遮断し、５ｉ（０（：Ｈｚ）−を５
　ｃｍ’／＋ｉｎの流量で反応器内に流入し、反応器内
の圧力を０．０５Ｔｏｒｒに保ち、５０Ｗの放電電力で
高周波放電を１０分間行ない、上記の防湿性プラズマ重
合膜の上層に高硬度プラズマ重合膜を成膜した。すなわ
ち第１図に示される、厚さ０．２１Ｌｌのプラズマ重合
複合膜を成膜した。

本実施例によって成膜されたプラズマ重合複合膜の透湿
率は、５×ｌＯ−＋２（９・Ｃｍ／ＣｌＩ２・ＳｅＣ・
ｃｏ＋１ｌＪ）の値であり、十分防湿性か認められた。

さらに、本実施例のプラズマ重合複合膜で表面処理され
たポリカーボネート基板の硬度は鉛筆硬度て６Ｈであり
、処理前の値、Ｂと比較して十分高い硬度か認められた
。

実施例２実施例１の防湿性プラズマ重合膜を形成したＣ　２Ｆ　
３Ｉ＋のモノマーガスをＣ２Ｆ、におきかえて同様に実
験を行った。

その結果、実施例１と同程度な防湿性と硬度を有する厚
さ０１ｇｍのプラズマ重合複合膜をポリカーボネート基
材の表面に成膜することかてきた。

実施例３防湿性プラズマ重合膜の千ツマーガスとして。

エチレン（Ｃ２Ｈ，）、高硬度プラズマ重合膜のモノマ
ーガスとしてテトラメトキシシラン５ｉ（ＱＣ）１３）
４を用いた。

プラスチック基材として、ポリメチルメタクリレート（
ＰＭＭＡ）を用いた。

実施例１と同様な装置を用い、第一に成膜条件として、
モノマー流Ｎ　２　ａｍ’／ａ＋ｉｎ　、反応器内圧力
０．０５Ｔｏｒｒ、放電電力５０Ｗ（周波数１３．５６
帽１ｚ）、１５分間でＣ２Ｈ，のプラズマ重合膜をプラ
スチック基材上に成膜した。

第二に成膜条件として、５　ｃｍｆｆ／ｗｉｎ　、反応
器内圧力０．０５Ｔｏｒｒ、放電電力５０Ｗ、１０分間
で５ｉ（ＯＣＨ：＋）−のプラズマ重合膜を上記防湿膜
上に成膜した。

上記の方法により形成された厚さ０．２ｇｍのプラズマ
重合複合膜の防湿性は３ｘｌロー１２（ｇ−ＣＩＩｌ／
ｃ１１２−ｓｅｃ−ｃＩｌｌｌｌｇ）てあり、ＰＭＭＡ
の基材の吸湿による変形を改善することかてきた。また
、本実施例のプラズマ重合複合膜て表面処理したＰＭＭ
Ａ基材の表面硬度は７１１てあった。

表面処理の値のＨと比較して、十分に硬度か増加してい
ることか認められた。

実施例４ポリカーボネートプラスチック基材を用いて、実施例３
と同様の方法で表面処理を行いプラズマ重合複合膜を形
成した。

その結果、表面硬度は７Ｈとなり、実施例１および実施
例２の結果よりもすぐれた硬度を示すことか認められた
。

［発明の効果］以上説明したように、本発明は、プラスチック光学部品
にプラズマ重合複合膜を設ける事により、二種以上の有
機モノマーの成分の特性を有する被膜を形成することが
でき、特に（１）表面の硬度か増大し、耐傷性に優れる（２）結像
特性において湿度の影響か少なくなる（３）耐久性か向上する等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学部品の一実施態様を示す説明図、
第２図は本発明の光学部品の製造に使用されるプラズマ
重合装置の説明図である。ｌ・・・基板２・・・反応槽３・−アノード電極４・・・カソード電極５．５′・・・千ツマーガス取り入れ口６・・・高周波
電源７・・・排気口８・・・プラスチック光学部品９・・・プラズマ重合複合膜１０・・・Ａ成分プラズマ重合膜１１・・・Ｂ成分プラズマ重合膜１２・・・中間重合膜代理人　　渡　　辺　　徳　　廣第１図第２図排気口

Claims

【特許請求の範囲】

　プラスチック光学部品の表面の少なくとも一面に、異
なる二種以上の成分からなるプラズマ重合膜を設けたこ
とを特徴とする光学部品。