JPS63217303A - プラスチツクレンズ - 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 本発明は耐環境性および経時特性に優れた非晶質炭素膜
を表面保護膜に有するプラスチックレンズおよびその製
造８．法に関する。

■技術および間星恵 ガラスレンズと比較して軽量であり成型性が良いという
利点がある反面、傷が着きやすいという欠点を持ってい
る。さらにプラスチックレンズは吸水性が高く、屈折率
が経時的に変化し、耐環境性に劣るという問題が存在す
る。係る欠点を解消するためプラスチックレンズは通常
その表面に保護膜が設けられる。

係る保護膜としては、例えばプラズマ化学蒸着法（以下
ｒＰ　−ＣＶ　Ｄ法」という）により形成された保護膜
か知られている。

しかし、プラスチックレンズの表面にＰ−ｅＶＤ法によ
り表面保護膜を設ける場合、作製時の温度か高く、その
ような高温下でも軟化、変形しない素材のものを使用し
なければならないため、選択できるプラスチックレンズ
の種類が限られたものとなる。

本発明が解決しようとする問題点 即ち、本発明は、傷が付きにくく、耐環境性に優れた表
面保護膜を有するプラスチックレンズをｊ！Ｊ　（Ｉｔ
オｖニー；ｂ＋日ｒｈｔｖ−さらに、本発明は、あらゆ
る種類のプラスチックレンズの表面に傷が付きにくく、
耐環境性に優れた保護膜を形成できる表面保護膜形成方
法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、表面保護膜を存するプラスチックレンズにお
いて、該表面保護膜が全構成原子に対して水素原子を３
０乃至６０　ａｔｏａ＋ｉｃ％含有してなる非晶質炭素
膜であることを特徴とするプラスチックレンズ、および
該表面保護膜を炭素数３以上の不飽和結合を有する化合
物をグロー放電分解することにより形成することを特徴
とするプラスチックレンズの表面保護膜形成方法に関す
る。

本発明のプラスチックレンズ表面保護膜は炭素数３以上
の不飽和結合を有する化合物をグロー放電分解させるこ
とにより形成されたもので、十分硬度があり、耐環境性
、例えば大気中の水分等の吸収防止特性に優れている等
、プラスチックレンズを有効に保護するものであり、屈
折率等のレンズ特性が経時的な変化を受けない。

本発明においてプラスチックレンズとは、一般光学機器
に使用されるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、三
菱レーヨン社製ＢＲ−８５）、ポリカーボネート（音大
化成社製に−１３００）、ジエチレングリコールビス（
アリルカーボネイト）（ＰＰＧパシフィック社製Ｃｎ−
３９）等（７）Ｉ／７ズを意味し、人体に直接使用する
コンタクトレンズ等は含まない。

炭素数３以上の不飽和結合を有する化合物としては、炭
素数３〜６の化合物がより好ましく、２重結合を１つ含
有する、不飽和炭化水素、カルボン酸およびそのエステ
ル、あるいはエーテル、アミン等、２重結合を２つ以上
含有する不飽和炭化水素またはそれらの混合物を使用す
ることができる。これらの化合物はその構造中にフッ素
、塩素、臭素等のハロゲン原子を含有していてもよい。

２重結合を１つ含有する不飽和炭化水素としてはプロピ
レン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、シクロペンテン等
を使用できる。

２重結合を１つ含有するカルボン酸およびそのエステル
としてはＩＨ，ＩＨ，５Ｈ−オクタフルオロペンチルメ
タクリレート（Ｃ，ＦＩＭＡ）、２，２゜３．３−テト
ラフルオロプロピルアクリレート等を使用できる。

２重結合を２つ以上含有する不飽和炭化水素としては、
ブタジェン、ペンタジェン、シクロペンタジェン、スチ
レン、ベンゼン等を使用することができる。

本発明に使用する炭素数３以上の不飽和化合物は、常温
において必ずしも気相である必要はなく、加熱あるいは
減圧等により溶融、蒸発、昇４華等を経て気化しうるし
のであれば、液相でも固相でも使用可能である。表面保
護膜をグロー放電分解法で形成するに際して、上記した
炭素数３以上の不飽和化合物を選択することにより、従
来のグロー放電分解法では形成不可能とされた低い温度
（１００℃以下）で形成することが可能であり、多種類
のプラスチックレンズにまで適用することができ、本発
明の応用範囲は非常に広いものとなる。

２Ｗ−で　太ＯＨ口のプラスチックレンズは軟化へが１
００℃よりも低いプラスチック、例えばポリメチルメタ
クリル酸、ポリスチロール等の素材からなるプラスチッ
クレンズを使用することができる。もち論、軟化点がそ
れよりも高いポリカーボネート等の素材からなるプラス
チックレンズにも適用できる。

本発明の表面保護膜は、上記不飽和化合物をグロー放電
分解して非晶質炭素膜を形成し、水素原子が、全構成原
子に対して３０乃至６０　ａｔｏｍｉｃ％、好ましくは
３０〜５０　ａｔｏｍｉｃ％、より好ましくは３５〜５
０　ａｔｏｍｉｃ％含有されるように形成する。

３０　ａｔｏｍｉｃ％少ないと成膜性が悪く、不透明な
あるいは着色した保護膜が形成される。６０　ａｔｏｍ
ｉｃ％より多いと、保護膜がプラスチックレンズから剥
離しやすく、また屈折率が経時的に変化する保護膜が形
成される。

また、２重結合が二つ以上ある不飽和化合物をグロー放
電分解し保護膜を形成した場合、膜中に２重結合が形成
されやすい。屈折率等のレンズ特性の経時変化、膜の剥
離が生じない保護膜は、上記水素含量を満たす範囲で、
２重結合の割合が、ｓ　ｐ　ｌ炭素とｓ　ｐ　２炭素の
比で表して、ｓｐ”炭素：　ｓ　ｐ　３炭素がｌＯ：ｌ
〜１：２０、好ましくは３：ｌ〜ｌ：５、より好ましく
は２：ｌ−１：２のときであることが観測された。

本発明の保護膜の水素含量およびｓｐ″炭素とｓ　ｐ　
３炭素の比は元素分析、赤外吸収スペクトル、’Ｉ（−
ＮＭＲスペクトルある１、１は１３Ｃ−ＮＭＲ等により
定量することができる。

本発明の表面保護層の膜厚としては、５０人〜ｌμ１１
好ましくは５００人〜５０００人、より好ましくは１０
００人〜３０００人のに形成する。

５０人より薄いと大面積に亙って均一な成膜が困難であ
り、１μｌより厚いと透光性が低下し好ましくない。

本発明の表面保護層は、炭素数３以上の不飽和化合物と
ともに炭素数２の不飽和炭化水素エチレン、その他・シ
飽和炭化水素、あるいは保護膜中にベテロ原子を効果的
に添加し得る化合物ガスを混合させて形成することも可
能で、係る保護膜は、さらに屈折率、硬度等の特性が改
良されたものとなる。

水素含量の範囲とＳｐ！炭素とｓ　ｐ　３炭素の比とは
厳密な定量的関係はなく、成膜条件により変化し得るが
、一般的にはＳｐ３炭素量が増えると水素含量は減少す
る傾向がある。

本発明によるプラスチックレンズ表面保護層は例えば、
気相状態の分子を減圧下で放電分解し、発生したプラズ
マ雰囲気中に含まれる活性中性種あるいは荷電種を基板
上に拡散、電気力、あるいは磁気力等により誘導し、基
板上での再結合反応により固相として堆積させる、所謂
グロー放電プラズマ重合反応から生成され、直流、低周
波、高周波、あるいはマイクロ波等を用いたプラズマ法
により生成されるプラズマ状態を経て形成される方法が
最も好ましいが、その他にも、本発明の目的の範囲内で
イオン化蒸着法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、あ
るいはスパッタリング法等を組み合わせることにより形
成することも可能である。

第１図は本発明に係るプラスチックレンズ表面保護層の
製造装置で容量結合型プラズマＣＶＤ装置を示す。

第１図中、（７０１）〜（７０６）は常温において気相
状態にある原料化合物及びキャリアガスを密封した第１
乃至第６タンクで、各々のタンクは第１乃至第６調節弁
（７０７）〜（７１２）と第１乃至第６流量制御器（７
１３）〜（７１８）に接続されている。

図中、（７１９）〜（７２１）は常温において液相また
は固相状態にある原料化合物を封入した第１乃至第３容
器で、各々の容器は気化のため第１乃至第３温調器（７
２２）〜（７２４）により与熱可能であり、さらに各々
の容器は第７乃至第９調節弁（７２５）〜（７２７）と
第７乃至第９流量制御器（７２８）〜（７３０）に接続
されている。

これらのガスは混合器（７３１）で混合された後、主管
（７３２）を介して反応室（７（３）に送り込まれる。

途中の配管は、常温において液相または固相状態にあっ
た原料化合物が気化したガスが、途中で凝結１．ない上
らｌこ−；＾官Ｖ暦六？、？−ル１管１１鉄刀（７３４
）により、与熱可能とされている。

反応室内には接地電極（７３５）と電力印加電極（７３
６）が対向して設置され、各々の電極は電極加熱器（７
ａ７）により与熱可能とされている。

電力印加電極には、高周波電力用整合器（７：（Ｉｌｌ
）を介して高周波電源（７３９）、低周波電力用整合機
（７４０）を介して低周波電源（７４１）、ローパスフ
ィルタ（７４２）を介して直流電源（７４３）が接続さ
れており、接続選択スイッチ（７４４）により周波数の
異なる電力が印加可能とされている。

反応室内の圧力は圧力制御弁（７４５）により調整可能
であり、反応室内の減圧は排気系選択弁（７４Ｂ）を介
して、拡散ポンプ（７４７）、油回転ポンプ（７４８）
、或いは冷却除外装置（７４９）、メカニカルブースタ
ーポンプ（７５０）、油回転ポンプにより行われる。

排ガスについては、さらに適当な除外装置（７５３）に
より安全無害化した後、大気中に排気される。

これら排気系配管についても、常温において液相または
固相状態にあった原料化合物が気化したガスが、途中で
凝結しないように、適宜配置された配管加熱器により、
与熱可能とされている。

反応室も同様の理由から反応室加熱器（７５１）により
与熱可能とされ、内部に配された電極上にプラスチック
レンズ（７５２）が設置される。

第１図においてプラスチックレンズ（７５２）は接地電
極（７３５）に固定して配されているか、電力印加電極
（７３６）に固定して配されてもよく、更に双方に配さ
れていてもよい。

以上の構成において、反応室は、拡散ポンプ（７４７）
により予めｌＯ−′乃至１Ｏ−６程度にまで減圧し、真
空度の確認と装置内部に吸着したガスの脱着を行う。

同時に電極加熱器（７３７）により、電極（７３６）並
びに電極に固定して配されたプラスチックレンズ（７５
２）を所定の温度に維持する。

次いで、第１乃至第６タンク（７０１）〜（７０６）お
よび第１乃至第３容器（７１９）〜（７２１）から原料
ガスを第１乃至第９流量制御器（７１３）〜（７１８）
、（７２８）〜（７３０）を用いて定流量化しながら反
応室（７３３）に導入し、圧力調節弁により反応室（７
３３）内を一定の減圧状態に保つ。

ガス流量が安定化した後、接続選択スイッチ（７４４）
により、たとえば低周波電源（７４１）を選択し、電力
印加電極（７３６）に低周波電力を投入する。

両電極間には放電が開始され、時間と共に基板（７５２
）上に固相の非晶質炭素膜が形成される。

水素含有量は出発原料ガスの種類、原料ガスと希釈ガス
（Ｈｔ、不活性ガス）比、放電パワー、圧力、基板温度
、ＤＣバイアス電圧、アニール温度、放電周波数等の製
造条件にも依存するが直流電圧源（７４３）から５０Ｖ
−ＩＫＶのバイアス電圧を印加することにより制御でき
る。即ち、水素含有量はバイアス電圧を大きくすること
によって減少し、Ｃ：Ｈ膜自体の硬度を高くすることが
できる。こうして形成されたは非晶質炭素膜よりなる保
護膜は硬度が高く、耐吸水性に優れている。

尚、成膜には成膜時と同様の操作により、Ｉ−１、、Ａ
ｒ、Ｈｅ等のガスを用いて予備放電を行い、基板表面を
浄化してもよい（以下、ボンバード操作という）。

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例１ 第１図に示すグロー放電分解装置に於いて、まず、反応
装置（７３３）の内部を１０−”ｌ’ｏｒｒ程度の高真
空にした後、第ｔｑ浦和（７０７）を解放し、第１タン
ク（７０１）より水素ガス出力圧１　、０　ｋｇ／ｃｍ
”の下で第１流ｍ制御器（７１３）内へ流入させた。そ
して流量制御器の目盛を調整して、水素ガスの流量を２
３０　ｓｃｃｍとなるように設定して、途中混合器（７
３１）を介して、主管（７３２）より反応室（７３３）
内へ流入した。流量が安定した後に、反応室（７３３）
内の圧力が０　、５　Ｔｏｒｒとなるように圧力調節弁
（７４５）を調整し、接続選択スイッチ（７４４）によ
り接続しておいた高周波電源（７４１）を投入し、電力
印加電極に（７３６）に１５ｗａｔｔの電力を周波数１
３．５６ＭＨｚの下で５分間印加し、反応容器（７３３
）内をボンバードした。

次に、再び反応装置（７３３）の内部をＩ　Ｏ−８′ｒ
ｏｒｒ程度の高真空にした後、第１及び第２調節弁（７
０７ス、第２タンク（７０２）よりブタジェンガスを各
々出力圧１　、０　ｋｇ／ｃｚ”の下で第１及び第２流
量制御器（７１３及び７１４）内へ流入させた。そして
各流量制御器の目盛を調整して、水素ガスの流量を６０
ｓｅｃｍ、ブタジェンガスの流量を６０ｓｅｃｍとなる
ように設定して、途中混合器（７３１）を介して、主管
（７３２）より反応室（７３３）内へ流入した。各々の
流量が安定した後に、反応室（７３ａ）内の圧力が２．
０Ｔｏｒｒとなるように圧力調節弁（７４５）を調整し
た。一方プラスチックレンズ（７５２）としては、ＰＭ
ＭＡを用いて、ガス流量及び圧力が安定した状態で、予
め接続選択スイッチ（７４４）により接続しておいた低
周波電源（７４１）を投入し、電力印加電極（７３６）
に１２０Ｗａｔｔの電力を周波数４００ＫＨｚの下で印
加して室温でプラズマ重合反応を開始した。反応開始約
６０秒後に、反応を停止した。最終的には反応室内の温
度は１００℃以下であった。

以上の手順でプラスチックレンズ（７５２）上に厚さ１
０００人±２０人非晶質炭素膜を保護膜としてＴＦ２譚
ＩＪ−ｒヤ障字了擾は−」浦和を閏１゛−反Ｌト二室（
７３３）内を十分に排気した。

以上のようにして得られた非晶質炭素膜につき、オージ
ェ分析をおこなったところ、含有される水素原子の量は
４９　ａｔｏｍｉｃ％であり、鉛筆硬度は７Ｈ以上であ
った。製造条件及び結果を表１にまとめた。

本実施例で得られた表面保護膜を有するプラスチックレ
ンズは、初期の屈折率１．５４０が４０℃、ＲＨ９０％
の環境下、１２０時間後でも変化しなかった。

また、吸水率については保護膜を形成する前のプラスチ
ックレンズの吸水率０．３％から０．０４％に減少した
。さらに、４０℃、Ｒ１−１９０％の環境下に１２０時
間放置した後でも、吸水率は変化しなかった。尚、吸水
率はＡＳＴ、Ｍ−Ｄ−５７０規格で測定した。

表−１ 実施例２〜３ 実施例１と同様に、表２（実施例２）及び表３（実施例
３）に示した条件で保護膜を作製し、結果を表中に示し
た。

、表−２ なお、ＣｓＦａＭＡはｆｊＬ調器および加熱器で気化さ
せた状態で使用した。

比較例１〜２ 実施例１と同様に、表４（比較例１）及び表５（比較例
２）に示した条件で保護膜を作製し、結果を表中に示し
た。

表−４ 比較例１で得られた保護膜は成膜性が悪く、付着性の悪
いものであった。

また、実施例１と同様に屈折率、吸水率の変化を観測し
た。比較例１で得られたレンズの場合、初期の屈折率１
．５３８から１．５４２へと変化した。

また吸水率は、初期は０．０４％と良かったが、０．１
％に増加した。

比較例２で得られた保護膜は耐環境性が悪く、レンズ特
性に経時変化が見られた。

発明の効果 本発明により得られた表面保護層を有するプラスチック
レンズは高い硬度を有し、傷が付きにくく、かつ耐環境
性に優れており、レンズ特性が経時的に変化しない。

本発明の表面保護層を、従来にない低い温度環境下でグ
ロー放電プラズマ重合により形成することができ、その
ため適用できるプラスチックレンズの種類が広範である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラスチックレンズの表面保護膜製造用装置の
一例を示す図である。 図中の記号は以下の通りである。 （７０１）〜（７０６）・・・タンク （７０７）〜（７１２）及び（７２５）〜（７２７）・
・・調節弁（７Ｈ）〜（７１８）及び（７２８）〜（７
３０）・・・流量制御器（マスフローコントローラー）
（７１９）〜（７２１）・・・容器（７２２）〜（７２
４）・・・加熱器（７（１）・・・混合器　　　（７３
２）・・・主管（７３３）・・・反応室　　　（７３４
）・・・配管加熱器（７３５）・・・接地電極　　（７
３６）・・・電力印加電極（７３７）・・・電力加熱器
　（７３ｇ）・・・高周波電力整合器（７３９）・・・
高周波電源 （７４Ｇ）・・・低周波電力用整合器 （７４１）・・・低周波電源　（７４２）・・・ローパ
スフィルタ（７４３）・・・直流電源　　（７４４）・
・・接続選択スイッチ（７４５）・・・圧力制御弁　（
７４６）・・・排気系選択弁（７４７）・・・拡散ポン
プ　（７４８）・・・油回転ポンプ（７４９）・・・冷
却除外装置 （７５０）・・・メカニカルブースタポンプ（７５１）
・・・反応加熱器　（７５２）・・・導電性基板（７５
３）・・・除外装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面保護膜を有するプラスチックレンズにおいて、
   該表面保護膜が全構成原子に対して水素原子を３０乃至
   ６０ａｔｏｍｉｃ％含有してなる非晶質炭素膜であるこ
   とを特徴とするプラスチックレンズ。 ２、炭素数３以上の不飽和結合を有する化合物をグロー
   放電分解することにより形成することを特徴とするプラ
   スチックレンズの表面保護膜形成方法。