WO2012050158A1 - 近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタ - Google Patents

近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタ Download PDF

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infrared
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浜野隆太
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株式会社浜野メッキ
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Definitions

  • the present invention relates to near-infrared cut glasses, a face protection tool, and a near-infrared cut filter, and in particular, near-infrared cut glasses and face protection tools that cut light in the near-infrared region while appropriately transmitting light in the visible region. And a near-infrared cut filter.
  • Non-Patent Document 1 As a method of reflecting light in the near infrared region, a method of forming a metal film mirror made of gold (Au) is generally known (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above points, and is near-infrared cut glasses that can cut light in the near-infrared region while appropriately transmitting light in the visible region at a lower cost.
  • An object of the present invention is to provide a face protection tool and a near-infrared cut filter.
  • near-infrared cut glasses are near-infrared cut glasses in which lenses for left and right eyes are attached to a frame, and on both the lenses, titanium nitride, Alternatively, a single layer thin film of titanium nitride mixed with titanium nitride is formed, and the light transmittance in the visible region exceeds 8% and the light transmittance in the near infrared region is 30% or less. It is a feature.
  • the present invention by using a single layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide, it is cheaper and has a function of cutting near infrared rays compared to the case of using gold (Au). can do. It is more preferable that the light transmittance in the near infrared region is 20% or less. Further, the required light transmittance in the visible region varies depending on the country, but it is preferable to exceed 8%. Furthermore, it is preferable that 12 to 13%, more desirably 15% or more is secured. Especially in countries with many tunnels such as Japan, 10% or less is not very preferable. Furthermore, in consideration of night use, the luminous transmittance is preferably 75% or more.
  • the lens conforms to the US National Standard (ANSIANSZ80.3: 2001). It is also preferable that the lens conforms to the European standard (EN1836: 2005 + A1: 2007). A lens that conforms to the Australian / New Zealand standard (AS / NZS 1067: 2003) is also preferable.
  • the single layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide can be formed by reaction of titanium with a reactive gas. It is not intended to exclude the sputtering method using (no reactive gas is used).
  • the single layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide is formed by an ion gun type ion plating method. It was.
  • the ion gun type ion plating method is suitable for mass production in a short time.
  • it is suitable for forming a single-layer thin film on the plastic surface (preferably, the temperature of the surface on which the single-layer thin film is formed is about 40 ° C. to 50 ° C.), and vacuum deposition. It is also possible to make it difficult to peel off the thin film as compared with the above.
  • the film thickness of the single-layer thin film is preferably about 42 nm or less (positive value, excluding 0 nm) when measured using a fluorescent X-ray thin film thickness meter SEA5100 manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd. Met.
  • an error of about 20 nm to 25 nm may occur.
  • the film thickness measurement value is preferably about 30 nm or less, and more preferably about 22 nm or less, the possibility of cutting light in the near infrared region while appropriately transmitting light in the visible region is further increased. It is guessed.
  • the face protection device forms a single layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide on the base material, and has a light transmittance of 30% or less in the near infrared region. It is characterized by that.
  • This face protection tool is effective for protecting the operator's face during welding or the like.
  • the near-infrared cut filter according to the present invention forms a single-layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide on a substrate, and has a light transmittance in the visible region exceeding 8%.
  • the light transmittance in the near infrared region is 30% or less.
  • the near-infrared cut glasses according to the present invention have an effect that it is possible to cut near-infrared light while appropriately transmitting light in the visible region at a lower cost than using gold (Au). .
  • FIG. 1 It is a perspective view for demonstrating an example of schematic structure of the near-infrared cut glasses in embodiment of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view for demonstrating an example of schematic structure of the near-infrared cut glasses in embodiment of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view for demonstrating an example of schematic structure of the near-infrared cut glasses in embodiment of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view for demonstrating an example of schematic structure of the near-infrared cut glasses in embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of a schematic configuration of near-infrared cut glasses according to an embodiment of the present invention.
  • the near-infrared cut glasses 100 is configured by mounting a lens 102R (right eye side lens) and a lens 102L (left eye side lens) on a frame 101.
  • a lens 102R right eye side lens
  • a lens 102L left eye side lens
  • the portion to which the near-infrared cut function in the present embodiment, which will be described in detail below, is applied to both the lens 102R and the lens 102L.
  • each may be simply described as the lens 102.
  • titanium nitride (TiN) or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide (TiCN) is formed on a substrate such as the lens 102 and visible. Cuts near-infrared rays while transmitting light appropriately.
  • a thin film can be formed on a flat plate and used as a near infrared cut filter that cuts near infrared rays while appropriately transmitting visible light.
  • it can also be applied to a face protection tool for cutting the near infrared region.
  • the ion plating method used in this embodiment can be processed at low temperature. There is an advantage that the thin film is not easily peeled off as compared with vacuum deposition.
  • the thickness of the thin film is too thick if it is too thick, making the visible light transmittance too low, making it unsuitable for spectacles applications.
  • the cutting function may not be sufficient.
  • the near-infrared cut function in the present embodiment will be described in detail.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view schematically showing the apparatus configuration in order to explain the overall schematic configuration of the ion plating apparatus.
  • the ion plating apparatus 200 is provided with an introduction tube 220 for introducing a reactive gas such as nitrogen or an argon (Ar) gas from the outside into a sealed chamber 210.
  • a reactive gas such as nitrogen or an argon (Ar) gas from the outside into a sealed chamber 210.
  • a discharge port for a reactive gas or the like is not shown.
  • the inside of the chamber 210 is designed so as to be evacuated by a vacuum pump 280.
  • the type of the vacuum pump is not particularly limited, but in this embodiment, a diffusion type vacuum pump (the degree of vacuum is about 10 ⁇ 5 Pa) is used. However, the present invention is not limited to the diffusion method, and other types of vacuum pumps may be used as long as the required degree of vacuum can be achieved.
  • the central cylinder 230 is formed of, for example, stainless steel, and is rotated by the rotation shaft 231 in the direction of arrow A, for example, once per minute.
  • a plurality of (or even one) of substantially transparent base materials 240 can be set on the side surface of the cylindrical body 230.
  • titanium (Ti) is set as the target material (hereinafter sometimes referred to as “TG”) 250.
  • TG target material
  • Titanium as a target material has a circular shape in plan view and has a diameter of about 20 cm and a thickness of 3 to 4 cm, but it is needless to say that the target material is not limited to this.
  • the target material can be installed at a total of four locations on the inner wall on the back side of the cylindrical body 230 in addition to the illustrated two locations (250 and 250b).
  • a shutter can be provided in front of the target material to stop the release of the target material.
  • the shutter is opened at only one position of the target material 250 to release titanium, but this is to release a plurality of target materials (titanium) in the above ion gun type ion plating apparatus.
  • the film thickness of the thin film formed on the base material 240 becomes too thick in a short time, so the number of base materials to be formed at one time, the size of the base material, the moving speed of the base material Various conditions such as the number of target materials from which titanium is released can be examined. Further, the position, number, etc. of the target material can be appropriately adjusted depending on the size of the apparatus itself, and is not limited at all.
  • argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) as a reactive gas, a TG applied voltage of 30 volts by an arc power supply 260, and a current of 70 amperes are applied to the base material 240. Coating was performed. The coating is performed on the base material 240 that moves in the arc plasma zone 270 generated on the cylindrical body 230. More specifically, first, the chamber 210 is evacuated by the vacuum pump 280. Thereafter, the cylinder 230 is rotated in the direction of arrow A while introducing argon (Ar) gas and nitrogen gas into the chamber 210 through the introduction pipe 220.
  • a vacuum arc discharge is generated on the surface of the titanium (cathode) 250 by the arc power source 260 to evaporate the target material (titanium) and coat the base material 240.
  • the reactive gas nitrogen
  • the target material particles reacts with the target material particles to form a compound thin film on the surface of the substrate 240.
  • the acetylene gas used in other reactions may remain under the test conditions in this embodiment, and the compound thin film of this embodiment described below is a pure titanium nitride film.
  • titanium nitride carbide is mixed.
  • An embodiment in which titanium nitride carbide is actively mixed to change the color is also conceivable.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining thin film formation in the present embodiment.
  • FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the state of the titanium surface serving as the cathode (cathode). Although simplified for explanation, titanium does not jump out from one point.
  • FIG.3 (b) is a schematic diagram for demonstrating thin film formation to the base-material surface. Nitrogen (N 2 ) as the reactive gas reacts with titanium that has jumped out of the cathode to form a titanium nitride thin film on the substrate.
  • Nitrogen (N 2 ) as the reactive gas reacts with titanium that has jumped out of the cathode to form a titanium nitride thin film on the substrate.
  • the light transmittance in the visible region and the light transmittance in the near infrared region were examined on a trial basis by the ion gun type ion plating method (described as “arc method” in the drawing) as described above.
  • the results are shown in FIG.
  • a transparent acrylic flat plate (size is 95 mm * 95 mm, thickness is 1.2 mm, luminous transmittance is 91.7%) is used as the base material 240.
  • the film thickness was measured using a fluorescent X-ray thin film thickness meter SEA5100 manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd. (hereinafter, the film thickness measuring apparatus is the same). When this film thickness meter is used, an error of about 20 to 25 nm can occur in the measured value.
  • the first row (TiN-G) in FIG. 4 indicates that the appearance after coating was a goldish color (Gold), and the second row (TiN-S) is the appearance after coating, It shows that the color was silvery (Silver).
  • the protection range of the present invention is not limited by the color of appearance.
  • TiN-S has a low luminous transmittance (transmittance at a wavelength of 380 to 780 nm) of 3%, which seems unsuitable for human eyeglass use.
  • the light transmittance in the near-infrared region is 4.2 to 4.3%, and can be suitably used for special applications such as a face protection tool during welding.
  • the luminous transmittance exceeded 8%, and in this respect, it was suitable for spectacles, but the light transmittance of the red signal lamp was unsuitable.
  • the wavelength of the light of the red signal lamp may vary from country to country and from time to time.
  • a near-infrared cut function suitable for commercialization can be realized by forming a single-layer thin film of titanium nitride or titanium nitride mixed with titanium nitride carbide. Then, this inventor examined using the sputtering system using reactive gas next. In the sputtering method using a reactive gas, the speed of thin film formation is slow. From this point of view, it is expected that the scope of the present invention is not limited to the ion gun type ion plating, and it is possible to examine the conditions in the sputtering method. Is done.
  • the near-infrared cut function according to the present invention should be feasible even by a sputtering method, vacuum deposition or the like.
  • the near infrared rays can be appropriately cut while appropriately transmitting light in the visible region. Did not reach. This does not mean that the sputtering method or vacuum deposition is excluded from the scope of the present invention, but it is unexpectedly difficult to form a thin film that cuts near infrared rays while appropriately transmitting light in the visible region. It can be said that it is.
  • the inventor of the present application observed the luminous transmittance and the near-infrared transmittance by a simple method by changing the flow rate of argon (Ar) gas or nitrogen gas using an ion gun type ion plating method. The result is shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the manufacturing conditions of the sample for which the transmittance chart was measured.
  • the lens A, lens B, and lens C shown in FIG. 8 are all PC (polycarbonate) sunglasses lenses including the polarizing film (TAC-PVA-TAC) described above.
  • the conditions of the lens A that is, the argon flow rate 100 (sccm) and the nitrogen flow rate 120 (sccm)
  • the target (titanium) 250 opens the shutter at only one position, and the cylindrical body 230 rotates once per minute for two rotations.
  • a thin film was formed on the lens. The film thickness was measured as 28.5 nm.
  • FIG. 9 is a diagram showing a transmittance chart of the lens A after the thin film is formed.
  • the luminous transmittance (380 to 780 nm) is 8.7%, and the near-infrared transmittance is different depending on the standard.
  • the above-mentioned US national standard is 780 to 1400 nm, European standard, Australia / New Zealand (hereinafter “Australia etc. “In some cases, it is 780 to 2000 nm.
  • the near-infrared transmittance was 6.9% in the range of US national standards, and 6.4% in European standards and Australian standards.
  • Lens A was compliant with European standards, Australian standards, etc., but the red signal light had a low transmittance and was not compliant with US national standards.
  • the conditions of the lens B that is, the argon flow rate 100 (sccm) and the nitrogen flow rate 115 (sccm)
  • the target (titanium) 250 opens the shutter at only one position
  • the cylinder 230 rotates once per minute
  • 2 A thin film was formed on the lens by rotating.
  • the film thickness was measured as 12.6 nm.
  • FIG. 10 is a diagram showing a transmittance chart of the lens B after the thin film is formed.
  • the luminous transmittance (380 to 780 nm) was 15.4%, and the near-infrared transmittance was 16.8% in the range of US national standards, and 15.9% in European standards and Australian standards.
  • Lens B conformed to US national standards, Australian standards, etc., but failed to comply with European standards.
  • FIG. 11 is a diagram showing a transmittance chart of the lens C after the thin film is formed.
  • the luminous transmittance (380 to 780 nm) was 15.1%, and the near-infrared transmittance was 14.7% in the range of US national standards, and 13.7% in European standards and Australian standards.
  • the lens C conformed to all the US national standards, European standards, Australian standards and the like.
  • FIG. 12 is a diagram showing test results based on US national standards for the lens C.
  • FIG. 13 is a diagram showing test results based on European standards for lens C.
  • FIG. 14 is a diagram showing test results for the lens C based on Australian standards.
  • the inventor's earnest study has realized near-infrared cut glasses capable of appropriately cutting light in the near-infrared region while appropriately transmitting light in the visible region. It was. As described above, manufacturing conditions different from the above can be applied in mass production. It can be used not only for glasses but also as a near-infrared cut filter. In addition, in the above test, the possibility that reactive gases other than nitrogen remain cannot be denied, as described above, and other reactive gases were used in order to escape the scope of rights of this patent. Again, it should be protected by this patent. Further, although detailed description is omitted, it is needless to say that various known processes such as an AR coating and a high frequency etching process may be added.
  • the ion plating process used in this embodiment may be effective to use in order to improve the adhesion of the thin film.
  • low temperature treatment at 40 ° C. to 50 ° C. is possible, and it is also suitable for plastic lenses such as polycarbonate lenses.
  • the polycarbonate polarizing lens C used in the above embodiment is a lens having a luminous transmittance of 43.8%, but the lens including the polarizing film is not limited to 43.8%, and the luminous transmittance 42 Applicability to .5%, 39.9%, or 38% polarizing lenses, other polarizing lenses, and lenses that do not include a polarizing film can be sufficiently predicted.
  • FIG. 15 is a diagram showing a transmittance chart when a polycarbonate lens (using PVA as a polarizing film) having a luminous transmittance of 39.9% is used (lens D). Conditions other than the luminous transmittance were the same as those for the lens C.
  • FIG. 16 is a diagram showing test results based on US national standards for lens D.
  • FIG. 17 is a diagram showing test results based on European standards for lens D.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating test results based on Australian standards for the lens D.
  • the lens D also conformed to all the US national standards, European standards, Australian standards, and the like.
  • the present invention can be applied to, for example, near-infrared cut glasses.

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Abstract

　金（Ａｕ）を用いるより廉価に、可視領域の光を適切に透過させつつ、近赤外光のカットを図ることが可能となる近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタを提供する。イオンガン式イオンプレーティング装置２００を用い、陰極（カソード）２５０としてチタン（Ｔｉ）をセットするとともに、アルゴン（Ａｒ）ガス、反応性ガスとしての窒素ガスを用いて、略透明な基材２４０上に窒化チタンの薄膜を形成し、反応性ガス等の流量を調整して、可視領域の光の透過率が８％以上であるとともに、近赤外領域の光の透過率が３０％以下である近赤外線カット眼鏡に到達した。

Description

近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタ
　本発明は、近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタに関し、特に、可視領域の光は適切に透過させつつ、近赤外領域の光をカットする近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタに関する。
　近赤外領域の光を反射させる方法として、金（Ａｕ）による金属膜ミラーを形成する方法が一般に知られている（例えば、非特許文献１参照）。
小檜山光信著、「光学薄膜フィルターデザイン」、第１版、株式会社オプトロニクス社、平成１８年１０月７日、ｐ．１５５－１５６
　近赤外領域の光をカットする眼鏡、サングラス等の需要は大きいが、金（Ａｕ）を用いる方法では極めてコスト高となる。しかも、特に眼鏡、サングラス等の用途のためには、特に信号機の光など、可視領域の光を透過する必要があり、金（Ａｕ）よりも廉価で、可視光を透過させつつ、近赤外領域の光をカットする方法は見出されていない。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、より廉価に、可視領域の光を適切に透過させつつ、近赤外領域の光のカットを図ることが可能となる近赤外線カット眼鏡、顔面保護用具、及び近赤外線カットフィルタを提供することを目的としている。
　上記の問題点を解決するために、本発明に係る近赤外線カット眼鏡は、フレームに、左右両眼用のレンズが装着された近赤外線カット眼鏡であって、前記両レンズ上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、可視領域の光の透過率が８％を超えるとともに、近赤外領域の光の透過率が３０％以下であることを特徴としている。
　本発明によると、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を用いることにより、金（Ａｕ）を用いる場合と比較して、より廉価で、近赤外線カット機能を付加することができる。近赤外領域の光の透過率が２０％以下であると、より好適である。また、求められる可視領域の光の透過率は、国により相違があるが、８％を超えることが好ましい。さらに１２～１３％、さらに望ましくは１５%以上が確保されることが好適である。特に日本のようにトンネルが多い国では、１０％以下では、余り好ましくない。さらに、夜間の使用を考慮すると、視感透過率は７５％以上であることが好ましい。
　後に詳細に説明するように、米国国家規格（ANSI Z80.3:2001）に適合するレンズであることが好ましい。また、欧州規格（EN 1836:2005+A1:2007）に適合するレンズであることも好ましい。豪州／ニュージーランド規格（AS/NZS 1067:2003）に適合するレンズであることも好ましい。
　前記窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜は、チタンと、反応性ガスとの反応により形成されるものとすることができるが、真空蒸着や、チタン族元素化合物を用いた（反応性ガスを用いない）スパッタリング方式を除外する趣旨ではない。
　もっとも、本願発明者の検討による範囲では、前記窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜は、イオンガン式イオンプレーティング方式により形成されるものであることが好適であった。イオンガン式イオンプレーティング方式は、短時間での量産にも好適である。また、低温処理が可能であるため、プラスチック表面に単層薄膜を形成する際にも好適であり（好ましくは、単層薄膜が形成される面の温度が４０℃～５０℃程度）、真空蒸着と比較して薄膜をはがれにくくすることも可能である。
　単層薄膜の膜厚は、セイコー電子工業株式会社製、蛍光Ｘ線薄膜厚計ＳＥＡ５１００を用いて測定した場合に、約４２ｎｍ以下（正の値であって、０ｎｍを除く）であることが好適であった。もっとも、上記の蛍光Ｘ線薄膜厚計を用いた場合、２０ｎｍ～２５ｎｍ程度の誤差が生じる場合がある、とのことであった。膜厚測定値が、好適には約３０ｎｍ以下、より好ましくは約２２ｎｍ以下である場合、可視領域の光を適切に透過させつつ、近赤外領域の光のカットを図れる可能性は、より高まると推測される。
　本発明に係る顔面保護用具は、基材上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、近赤外領域の光の透過率を３０％以下としたことを特徴としている。この顔面保護用具は、溶接などの際に作業者の顔面を保護することなどに有効である。
　本発明に係る近赤外線カットフィルタは、基材上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、可視領域の光の透過率が８％を超えるとともに、近赤外領域の光の透過率が３０％以下であることを特徴としている。
　本発明に係る近赤外線カット眼鏡等によると、金（Ａｕ）を用いるより廉価に、可視領域の光を適切に透過させつつ、近赤外光のカットを図ることが可能となるという効果を奏する。
本発明の実施の形態における近赤外線カット眼鏡の概略構成の一例について説明するための斜視図である。 イオンガン式イオンプレーティング装置の一例の全体概略構成について説明するために、装置構成を模式的に示した一部切り欠き斜視図である。 本実施の形態における薄膜形成について説明するための模式図である。 イオンガン式イオンプレーティング方式により、試験的に、可視領域の光の透過率、近赤外領域の光の透過率を見た結果を示す図である。 ＴｉＮ－Ｇのサンプルについて、波長（ｎｍ）ごとの透過率（％）を測定した結果を示す図である。 ＴｉＮ－Ｓのサンプルについて、波長（ｎｍ）ごとの透過率（％）を測定した結果を示す図である。 イオンガン式イオンプレーティング方式を用いて、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素ガスの流量を変化させて、簡易な方法で、視感透過率、近赤外線透過率を見た結果を示す図である。 透過率チャートを測定したサンプルの製造条件を示す図である。 薄膜形成後のレンズＡの透過率チャートを示す図である。 薄膜形成後のレンズＢの透過率チャートを示す図である。 薄膜形成後のレンズＣの透過率チャートを示す図である。 レンズＣについて、米国国家規格に基づく試験結果を示す図である。 レンズＣについて、欧州規格に基づく試験結果を示す図である。 レンズＣについて、豪州等規格に基づく試験結果を示す図である。 薄膜形成後のレンズＤの透過率チャートを示す図である。 レンズＤについて、米国国家規格に基づく試験結果を示す図である。 レンズＤについて、欧州規格に基づく試験結果を示す図である。 レンズＤについて、豪州等規格に基づく試験結果を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　（１）近赤外線カット眼鏡の概略構成
　図１は、本発明の実施の形態における近赤外線カット眼鏡の概略構成の一例について説明するための斜視図である。
　同図に示されるように、本実施の形態における近赤外線カット眼鏡１００は、フレーム１０１に、レンズ１０２Ｒ（右目側レンズ）及びレンズ１０２Ｌ（左目側レンズ）が装着されて構成される。通常の眼鏡（例えばサングラス）の場合、以下に詳細に説明する、本実施の形態における近赤外線カット機能を付与する部分については、レンズ１０２Ｒ、レンズ１０２Ｌの双方に適用されるので、以下、両レンズを特に区別する必要が無い場合には、それぞれを、単にレンズ１０２と記して説明することもある。
　（２）近赤外線カット機能の検討
　本実施の形態では、例えばレンズ１０２等の基材上に、窒化チタン（ＴｉＮ）または、窒化チタンに窒炭化チタン（ＴｉＣＮ）が混入したものを形成し、可視光を適切に透過させつつ、近赤外線をカットする。レンズ１０２のように、眼鏡、サングラス等に適用する場合以外に、平板上に薄膜を形成して、可視光を適切に透過させつつ、近赤外線をカットする近赤外線カットフィルタとして用いることもできる。また、近赤外領域をカットする顔面保護用具に適用することもできる。
　薄膜を構成する各元素の含有比率、薄膜の厚さについては、製造条件（特に、反応性ガスを用いるスパッタリング法、イオンガン式イオンプレーティング法、反応性ガスを用いない方法等）の選択や、反応性ガスを用いる場合には、反応性ガスの流量、薄膜形成に要する時間等により、異なってくる。本願発明者は、可視光を適切に透過させ、近赤外領域の光をカットする、特に眼鏡に適した製造方法を見出し、本願発明に到達した。もっとも、他の方法、条件による近赤外線カット眼鏡、近赤外線カットフィルタ等を除外する趣旨ではない。具体的には、真空蒸着、反応性ガスを用いるスパッタリング、反応性ガスを用いないスパッタリング法などを除外する趣旨ではないが、本実施の形態で用いたイオンプレーティング方式は、低温処理が可能である点、真空蒸着と比較して、薄膜がはがれにくい、などの利点を有する。
　さて、ターゲット材としてチタンを用いた場合、薄膜の厚さは、厚すぎる場合には可視光の透過率が低くなりすぎて、眼鏡用途には不適となる一方、薄すぎる場合には、近赤外線のカット機能が充分でなくなる可能性がある。以下、本実施の形態における近赤外線のカット機能について詳細に説明する。
　（３）近赤外線カット機能の実施形態
　まず、本願発明者は、イオンガン式イオンプレーティング方式を検討した。ターゲット材（カソード）としてチタン（Ｔｉ）、反応性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を用いて、試験を行った。
　本願発明者がチタン化合物薄膜の形成に用いた、イオンガン式イオンプレーティング装置（例えば、株式会社ＪＫ　ＴＥＣＨＮＩＣＡ製、ＨＳＭ１６００）について説明する。図２は、イオンプレーティング装置の全体概略構成について説明するために、装置構成を模式的に示した一部切り欠き斜視図である。
　イオンプレーティング装置２００は、密閉されたチャンバー２１０内に外部から窒素等の反応性ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを導入する導入管２２０が取り付けられている。反応性ガス等の排出口は図示を省略している。チャンバー２１０内は、真空ポンプ２８０で真空状態とすることができるように設計される。真空ポンプの種類は特に限定されないが、本実施の形態では、拡散方式の真空ポンプ（真空度は、１０－５Ｐａ程度）を用いた。もっとも、拡散方式に限定されず、必要な真空度が達成できれば他の方式の真空ポンプでも構わない。
　中心の筒体２３０は、例えばステンレスで成型され、回転軸２３１により、矢印Ａ方向に、例えば１分間に１回転する。筒体２３０の側面には、略透明の基材２４０（例えば、アクリル平板や、ポリカーボネート等から成るレンズなど）を、複数枚（１枚でも可）セットすることができる。本実施の形態では、ターゲット材（以下、「ＴＧ」と記することもある。）２５０として、チタン（Ｔｉ）をセットした。ターゲット材としてのチタンは、平面視円形であって、直径約２０ｃｍ、厚さ３～４ｃｍのものを用いたが、これに限定されないことは勿論である。
　ターゲット材は、図示された２箇所（２５０及び２５０ｂ）の他、筒体２３０の奥側の内壁、合計４箇所に設置することができる。いずれもターゲット材の前にシャッターを設けて、ターゲット材の放出を止めることができる。本実施の形態では、ターゲット材２５０の一箇所のみシャッターを開けてチタンを放出するようにしたが、これは、上記のイオンガン式イオンプレーティング装置において、複数のターゲット材（チタン）を放出するようにすると、基材２４０上に形成される薄膜の膜厚が、短時間で厚くなりすぎることが判明したためで、一回に薄膜形成する基材の数、基材のサイズ、基材の移動速度などに応じて、チタンを放出するターゲット材の数等の条件は、種々検討することが可能である。また、装置自体の大きさなどによっても、ターゲット材の位置、数等は適宜調整することができ、何ら限定されるものではない。
　筒体２３０が矢印Ａ方向に回転する際に、アルゴン（Ａｒ）ガス、反応性ガスとして窒素（Ｎ２）を用い、アーク電源２６０によるＴＧ印加電圧３０ボルト、電流７０アンペアで、基材２４０に対しコーティングを行った。コーティングは、筒体２３０上に発生するアークプラズマゾーン２７０内を移動する基材２４０に対してなされる。より具体的には、まず、チャンバー２１０内を真空ポンプ２８０で真空引きする。その後、導入管２２０を介して、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素ガスをチャンバー２１０内に導入しつつ、筒体２３０を矢印Ａ方向に回転させる。さらにアーク電源２６０により、チタン（カソード）２５０表面に真空アーク放電を発生させ、ターゲット材（チタン）を蒸発させて基材２４０にコーティングを行う。反応性ガス（窒素）と、ターゲット材粒子とが反応して、基材２４０表面に化合物薄膜が形成される。なお、本実施の形態での試験の条件では、他の反応に用いたアセチレンガスが残留している可能性もあり、以下に説明する本実施の形態の化合物薄膜は、純粋な窒化チタン膜ではなく、窒炭化チタンが混ざっている可能性がある。窒炭化チタンを積極的に混入して色を変える、といった実施形態も考えられる。もっとも、薄膜としては、単層薄膜と言って良いと思われる。専用の装置を用いるようにすれば、窒化チタンの純度を上げることも可能となる可能性もある。
　図３は、本実施の形態における薄膜形成について説明するための模式図である。図３（ａ）は、陰極（カソード）となるチタン表面の状態について説明するための模式図である。説明のために簡略化しているが、チタンは、１点から飛び出すわけではない。図３（ｂ）は、基材表面への薄膜形成について説明するための模式図である。反応性ガスとしての窒素（Ｎ２）と、カソードから飛び出たチタンとが反応して、基材上に窒化チタンの薄膜が形成される。
　上記に説明したようなイオンガン式イオンプレーティング方式（図面中では「アーク方式」と記載）により、試験的に、可視領域の光の透過率、近赤外領域の光の透過率を見た。結果を図４に示す。図４に示した試験においては、基材２４０として、透明アクリル平板（サイズは９５ｍｍ＊９５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、視感透過率９１．７％）を用いた。膜厚は、セイコー電子工業株式会社製、蛍光Ｘ線薄膜厚計ＳＥＡ５１００を用いて測定した（以下、膜厚測定装置は同じ）。この膜厚計を用いた場合、測定値には、約２０～２５ｎｍ程度の誤差が生じ得るとのことである。
　図４の一列目（ＴｉＮ－Ｇ）は、コーティング後の見た目が、金色がかった色（Ｇｏｌｄ）であったことを示しており、二列目（ＴｉＮ－Ｓ）は、コーティング後の見た目が、銀色がかった色（Ｓｉｌｖｅｒ）であったことを示している。もっとも、見た目の色により、本願発明の保護範囲が限定されることはない。
　ＴｉＮ－Ｇ、ＴｉＮ－Ｓのサンプルについて、波長（ｎｍ）ごとの透過率（％）を測定した結果を、図５（ＴｉＮ－Ｇ）、図６（ＴｉＮ－Ｓ）に示す。この透過率測定には、分光光度計（島津製作所製、ＵＶ－３１００ＰＣ）を用いた。この結果より、近赤外領域の光のカット効果の可能性が示唆された。
　なお、各ＴｉＮ－Ｇ、ＴｉＮ－Ｓのサンプルについては、（１）米国国家規格（ANSI Z80.3:2001）；透過率特性（Clause 4.6-Transmittance Properties）、（２）欧州規格（EN 1836:2005+A1:2007）；道路での使用及び運転用の要求事項（Clause
4.1.3.2-Requirements for road use and driving）、（３）豪州／ニュージーランド規格（AS/NZS 1067:2003）；透過率要求事項及びレンズ区分（Clause
2.1-Transmittance requirements and lens categories）、の三つの規格に適合するか否かの調査を行った。
　ＴｉＮ－Ｓでは、視感透過率（波長３８０～７８０ｎｍでの透過率）が３％と低く、ヒトの眼鏡用途には不適なようである。もっとも、近赤外領域の光の透過率は４．２～４．３％であり、例えば、溶接時の顔面保護用具などの特殊用途には好適に利用され得る。ＴｉＮ－Ｇでは、視感透過率は８％を越え、この点では、眼鏡用途には適するが、赤色の信号灯の光の透過率が不適であるという結果であった。もっとも、赤色信号灯の光の波長は、国により、また時代により変化する可能性もある。
　以上のように、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成することにより、商品化に適した近赤外線カット機能が実現可能であることが示唆された。そこで、本願発明者は、次に、反応性ガスを用いたスパッタリング方式を用いることについて検討した。反応性ガスを用いたスパッタリング方式では、薄膜形成の速度が遅く、この点からも、本願発明の範囲がイオンガン式イオンプレーティングに限定されず、スパッタリング方式での条件検討が可能であることが予想される。
　イオンガン式イオンプレーティング方式の結果に鑑みれば、理論的には、スパッタ方式、真空蒸着などによっても、本願発明に係る近赤外線カット機能は実現可能であるはずである。しかしながら、本願発明者が、いくつかの条件で、試験的に反応性ガスを用いるスパッタリング方式を検討した範囲では、可視領域の光を適切に透過させつつ、適切に近赤外線をカットできる条件には到達しなかった。これは、本願発明の範囲から、スパッタリング方式や真空蒸着によるものを除外することを意味しないが、可視領域の光を適切に透過させつ、近赤外線をカットする薄膜を形成することが意外に困難であることを示唆するものと言える。
　本願発明者は、イオンガン式イオンプレーティング方式を用いて、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素ガスの流量を変化させて、簡易な方法で、視感透過率、近赤外線透過率を見た。その結果を図７に示す。
　同図において、膜厚（ｎｍ）に幅のあるサンプルが存在するのは、前記した膜厚計の測定誤差によるものと思われる。もっとも、商業用レンズの大量生産の際には、さらに条件検討がなされ得る。同図に示されるように、いずれも概ね良好な視感透過率、近赤外透過率が実現されることが明らかとなった。
　本願発明者は、基材２４０としてレンズ（本実施の形態では、ＰＶＡ偏光ＵＶカットレンズ：視感透過率４３．８％）を用いた場合のいくつかについて、前述したのと同様の試験を行った。図８は、透過率チャートを測定したサンプルの製造条件を示す図である。
　図８に示すレンズＡ、レンズＢ、レンズＣは、いずれも上記した偏光膜（ＴＡＣ－ＰＶＡ－ＴＡＣ）を含むＰＣ（ポリカーボネート）サングラスレンズである。まず、レンズＡの条件、即ち、アルゴン流量１００（ｓｃｃｍ）、窒素流量１２０（ｓｃｃｍ）とし、ターゲット（チタン）２５０は一箇所のみシャッターを開き、筒体２３０は１分に１回転で、２回転させてレンズ上に薄膜を形成した。膜厚は、２８．５ｎｍと計測された。
　図９は、薄膜形成後のレンズＡの透過率チャートを示す図である。視感透過率（３８０～７８０ｎｍ）は８．７％、近赤外透過率は、規格により相違があり、前記した米国国家規格では７８０～１４００ｎｍ、欧州規格、豪州／ニュージーランド（以下、「豪州等」と記際することもある。）規格では７８０～２０００ｎｍである。近赤外透過率は、米国国家規格の範囲では６．９％、欧州規格、豪州等規格では６．４％であった。
　レンズＡは、欧州規格、豪州等規格には適合したが、赤色の信号灯の透過率が低く、米国国家規格には不適合との結果であった。
　次に、レンズＢの条件、即ち、アルゴン流量１００（ｓｃｃｍ）、窒素流量１１５（ｓｃｃｍ）とし、ターゲット（チタン）２５０は一箇所のみシャッターを開き、筒体２３０は１分に１回転で、２回転させてレンズ上に薄膜を形成した。膜厚は、１２．６ｎｍと計測された。
　図１０は、薄膜形成後のレンズＢの透過率チャートを示す図である。視感透過率（３８０～７８０ｎｍ）は１５．４％、近赤外透過率は、米国国家規格の範囲では１６．８％、欧州規格、豪州等規格では１５．９％であった。レンズＢは、米国国家規格、豪州等規格には適合したが、欧州規格には不適合との結果であった。
　本願発明者は、さらに検討を加え、レンズＣの条件に到達した。即ち、アルゴン流量８０（ｓｃｃｍ）、窒素流量９０（ｓｃｃｍ）とし、ターゲット（チタン）２５０は一箇所のみシャッターを開き、筒体２３０は１分に１回転で、２回転させてレンズ上に薄膜を形成した。膜厚は、１３．３ｎｍと計測された。図１１は、薄膜形成後のレンズＣの透過率チャートを示す図である。視感透過率（３８０～７８０ｎｍ）は１５．１％、近赤外透過率は、米国国家規格の範囲では１４．７％、欧州規格、豪州等規格では１３．７％であった。レンズＣは、米国国家規格、欧州規格、豪州等規格の全てに適合した。
　レンズＣについては、各国規格に基づく詳細な結果を添付する。図１２は、レンズＣについて、米国国家規格に基づく試験結果を示す図である。図１３は、レンズＣについて、欧州規格に基づく試験結果を示す図である。図１４は、レンズＣについて、豪州等規格に基づく試験結果を示す図である。
　以上に詳細に説明したように、本願発明者の鋭意検討により、可視領域の光を適切に透過させつつ、近赤外領域の光を適切にカットすることができる、近赤外線カット眼鏡が実現された。大量生産の際には、上記と異なる製造条件が適用され得ることは前記した通りである。眼鏡用途だけでなく、近赤外線カットフィルタとしての使用も考えられる。また、上記の試験では、窒素以外の反応性ガスが残留している可能性が否定できないことも前記した通りであり、本件特許の権利範囲を逃れるべく、他の反応性ガスを用いたような場合も、本願特許により保護されるべきである。さらに、詳細な説明は省略したが、ＡＲコート、高周波エッチング処理などの、各種公知の処理を加えても良いことは勿論である。特に、眼鏡用途には、薄膜の密着性を高めるため、本実施の形態で用いたイオンプレーティング処理を用いることは有効であろう。イオンプレーティング処理を用いた場合、４０℃～５０℃での低温処理が可能であり、ポリカーボネートレンズなどのプラスチックレンズに対しても、好適である。
　商用大量生産の際には、上気した方法と異なる条件となる可能性もあり得ることであり、これもまた、本願特許により保護されるべきである。また、上記実施の形態で用いたポリカーボネート偏光レンズＣは、視感透過率４３．８％のレンズであったが、偏光膜を含むレンズも４３．８％に限定されず、視感透過率４２．５％、３９．９％、若しくは３８％の偏光レンズ、その他の偏光レンズ、偏光膜を含まないレンズへの適用可能性も充分に予測できる。
　具体的な一例を示す。図１５は、視感透過率３９．９％のポリカーボネートレンズ（偏光膜としてＰＶＡを使用）を用いた場合（レンズＤ）の透過率チャートを示す図である。視感透過率以外の条件は、レンズＣと同一とした。
　レンズＤについても、各国規格に基づく詳細な結果を添付する。図１６は、レンズＤについて、米国国家規格に基づく試験結果を示す図である。図１７は、レンズＤについて、欧州規格に基づく試験結果を示す図である。図１８は、レンズＤについて、豪州等規格に基づく試験結果を示す図である。レンズＤも、米国国家規格、欧州規格、豪州等規格の全てに適合した。
　本発明は、例えば、近赤外線カット眼鏡に適用することができる。
　　１００　　　　　　　　　　　　近赤外線カット眼鏡
　　１０１　　　　　　　　　　　　フレーム
　　１０２　　　　　　　　　　　　レンズ
　　１０２Ｒ　　　　　　　　　　　右目用レンズ
　　１０２Ｌ　　　　　　　　　　　左目用レンズ
　　２００　　　　　　　　　　　　イオンガン式イオンプレーティング装置
　　２１０　　　　　　　　　　　　チャンバー
　　２２０　　　　　　　　　　　　ガス導入管
　　２３０　　　　　　　　　　　　筒体
　　２３１　　　　　　　　　　　　軸
　　２４０　　　　　　　　　　　　基材
　　２５０、２５０ｂ　　　　　　　陰極（カソード）
　　２６０　　　　　　　　　　　　アーク電源
　　２７０　　　　　　　　　　　　アークプラズマゾーン
　　２８０　　　　　　　　　　　　真空ポンプ
 

Claims (11)

  1. 　フレームに、左右両眼用のレンズが装着された近赤外線カット眼鏡であって、
    　前記両レンズ上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、
    　可視領域の光の透過率が８％を超えるとともに、近赤外領域の光の透過率が３０％以下である
    　ことを特徴とする近赤外線カット眼鏡。
  2. 　米国国家規格（ANSI Z80.3:2001）に適合する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カット眼鏡。
  3. 　欧州規格（EN 1836:2005+A1:2007）に適合する
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の近赤外線カット眼鏡。
  4. 　豪州／ニュージーランド規格（AS/NZS 1067:2003）に適合する
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  5. 　前記窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜は、
    　チタンと、反応性ガスとの反応により形成される
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  6. 　前記単層薄膜は、
    　イオンガン式イオンプレーティング方式により形成される
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  7. 　前記単層薄膜は、
    　当該単層薄膜が形成される面の温度が４０℃～５０℃であるイオンプレーティング方式で形成された
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  8. 　前記レンズにおいて、前記単層薄膜が形成される面がプラスチックである
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  9. 　前記単層薄膜の膜厚は、セイコー電子工業株式会社製、蛍光Ｘ線薄膜厚計ＳＥＡ５１００を用いて測定した場合に、約４２ｎｍ以下（正の値であって、０ｎｍを除く）である
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の近赤外線カット眼鏡。
  10. 　基材上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、近赤外領域の光の透過率を３０％以下とした
    　ことを特徴とする顔面保護用具。
  11. 　基材上に、窒化チタン、または、窒化チタンに窒炭化チタンが混入したものの単層薄膜を形成し、可視領域の光の透過率が８％を超えるとともに、近赤外領域の光の透過率が３０％以下である
    　ことを特徴とする近赤外線カットフィルタ。
     
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