(57)【要約】【課題】オレフィン系プラスチック基板と樹脂層との密着性を向上させることができる積層方法及びその積層方法を用いて作製された光学部品を提供する。【解決手段】オレフィン系プラスチック基板１０の表面にイオンビームアシスト蒸着法によってＴｉＯ2 層２０とＳｉＯ2 層３０とをこの順序で積層する。次に、ＳｉＯ2 層３０の表面にシランカップリング処理を行なう。その後、ＳｉＯ2 層３０の表面に紫外線硬化型樹脂層５０を形成する。【選択図】図１
2007090786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オレフィン系プラスチック基板の表面に無機膜を形成する無機膜形成工程と、
この無機膜形成工程の後、前記無機膜の表面にシランカップリング処理を行なうシランカップリング処理工程と、
このシランカップリング処理工程の後、前記無機膜の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と
を含むことを特徴とする積層方法。
【請求項２】
前記無機膜形成工程は、
前記オレフィン系プラスチック基板の表面にＴｉＯ2 膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の積層方法。
【請求項３】
前記ＴｉＯ2 膜はイオンビームアシスト法を用いて形成されることを特徴とする請求項２記載の積層方法。
【請求項４】
前記無機膜形成工程は、
前記オレフィン系プラスチック基板の表面にＴｉＯ2 膜を形成する工程の後、前記ＴｉＯ2 膜の表面にＳｉＯ2 膜を形成する工程
を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の積層方法。
【請求項５】
前記ＳｉＯ2 膜はイオンビームアシスト法を用いて形成されることを特徴とする請求項４記載の積層方法。
【請求項６】
前記ＴｉＯ2 膜の厚さは１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３記載の積層方法。
【請求項７】
前記ＴｉＯ2 膜の厚さは１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３記載の積層方法。
【請求項８】
前記ＳｉＯ2 膜の厚さは１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項４又は５記載の積層方法。
【請求項９】
前記ＳｉＯ2 膜の厚さは１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項４又は５記載の積層方法。
【請求項１０】
前記ＴｉＯ2 膜と前記ＳｉＯ2 膜とを重ねたときの厚さは２０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項４又は５記載の積層方法。
【請求項１１】
前記請求項１〜１０のいずれか１項記載の積層方法を用いて作製されたことを特徴とする光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は積層方法及びその積層方法を用いて作製された光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オレフィン系プラスチック基板の表面に樹脂層を形成して所定の光学特性を有する光学レンズ（例えば回折パターンを有する光学レンズ）を作製する方法が知られている。通常、オレフィン系プラスチック基板の表面にプライマを介して樹脂層を形成する。
【特許文献１】特開平５−１８１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、プライマで処理したオレフィン系プラスチック基板と樹脂層との間には化学結合（分子レベルでの結合）がほとんど生じないため、オレフィン系プラスチック基板と樹脂層との密着性が低く、樹脂層がオレフィン系プラスチック基板から剥がれ易いという問題があった。
【０００４】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はオレフィン系プラスチック基板と樹脂層との密着性を向上させることができる積層方法及びその積層方法を用いて作製された光学部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、オレフィン系プラスチック基板の表面に無機膜を形成する無機膜形成工程と、この無機膜形成工程の後、前記無機膜の表面にシランカップリング処理を行なうシランカップリング処理工程と、このシランカップリング処理工程の後、前記無機膜の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程とを含むことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の積層方法において、前記無機膜形成工程は、前記オレフィン系プラスチック基板の表面にＴｉＯ2 膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の積層方法において、前記ＴｉＯ2 膜はイオンビームアシスト法を用いて形成されることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の積層方法において、前記無機膜形成工程は、前記オレフィン系プラスチック基板の表面にＴｉＯ2 膜を形成する工程の後、前記ＴｉＯ2 膜の表面にＳｉＯ2 膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の積層方法において、前記ＳｉＯ2 膜はイオンビームアシスト法を用いて形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、請求項２又は３記載の積層方法において、前記ＴｉＯ2 膜の厚さは１０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、請求項２又は３記載の積層方法において、前記ＴｉＯ2 膜の厚さは１０〜５０ｎｍであることを特徴とする。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、請求項４又は５記載の積層方法において、前記ＳｉＯ2 膜の厚さは１０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、請求項４又は５記載の積層方法において、前記ＳｉＯ2 膜の厚さは１０〜５０ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
請求項１０に記載の発明は、請求項４又は５記載の積層方法において、前記ＴｉＯ2 膜と前記ＳｉＯ2 膜とを重ねたときの厚さは２０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１１に記載の発明は、前記請求項１〜１０のいずれか１項記載の積層方法を用いて作製されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、オレフィン系プラスチック基板と樹脂層との密着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１はこの発明の一実施形態に係るプラスチックレンズの断面構造を示す模式図である。
【００１８】
このプラスチックレンズ（光学部品）１は、オレフィン系プラスチック基板１０とＴｉＯ2 層（無機膜）２０とＳｉＯ2 層（無機膜）３０とシランカップリング剤４０と紫外線硬化型樹脂層５０とを積層することによって構成されている。
【００１９】
オレフィン系プラスチック基板１０はシクロオレフィン系ポリマ（例えば日本ゼオンの光学用樹脂「ゼオネックス（登録商標）」）を材料として、射出成形によって成形された基板である。
【００２０】
ＴｉＯ2 層２０の膜厚は１０〜１００（好ましくは１０〜５０）ｎｍである。膜厚を１０ｎｍ以下にすると一様な膜に成膜するのは困難であり、膜厚を１００ｎｍ以上にすると耐熱性が悪化し、クラックが生じ易い。
【００２１】
ＳｉＯ2 層３０の膜厚は１０〜１００（好ましくは１０〜５０）ｎｍである。ＴｉＯ2 層２０と同様に膜厚を１０ｎｍ以下にすると一様な膜に成膜するのは困難であり、膜厚を１００ｎｍ以上にすると耐熱性が悪化し、クラックが生じ易い。
【００２２】
なお、ＴｉＯ2 層２０とＳｉＯ2 層３０とを積層したときの好ましい膜厚は２０〜１００ｎｍである。
【００２３】
紫外線硬化型樹脂層５０の材料としてシランカップリング剤４０との密着性がよいアクリル系紫外線硬化型樹脂が用いられる。
【００２４】
ＴｉＯ2 層２０とＳｉＯ2 層３０との形成にはイオンビームアシスト蒸着法が用いられる。イオンビームアシスト蒸着法によれば、ＴｉＯ2 層２０、ＳｉＯ2 層３０の緻密さの向上を図ることができる。
【００２５】
次に、イオンビームアシスト蒸着法に使用されるイオンビームアシスト蒸着装置を説明する。
【００２６】
図２はイオンビームアシスト蒸着装置を説明する概念図である。
【００２７】
イオンビームアシスト蒸着装置はベルジャと呼ばれる真空容器１１０と、真空容器１１０の底部に設けられたイオンビーム発生器１２０とを備えている。
【００２８】
真空容器１１０内の上部には基板１１１が配置されている。真空容器１１０内の下部にはＴｉＯ2 やＳｉＯ2 等の薄膜材料１１２が収容されたルツボ型蒸発源１１３が配置されている。ルツボ型蒸発源１１３の上部には薄膜材料１１２の蒸発量を制御するシャッタ（図示せず）が設けられている。また、真空容器１１０内の下部には基板１１１が帯電するのを防止するために電子を放出するニュートライザ１１４が配置されている。
【００２９】
イオンビーム発生器１２０内にはフィラメント１２１と電極１２２とが配置されている。フィラメント１２１及び電極１２２には高周波電力を供給する高周波電源１３０が接続されている。
【００３０】
イオンビーム発生器１２０の底部にはＯ2 等の反応ガスをイオンビーム発生器１２０内に導入するガス吸気管１２３が設けられている。
【００３１】
また、イオンビーム発生器１２０の周囲にはプラズマに磁界を印加する磁石１２４が配置されている。磁石１２４は永久磁石である。磁石１２４の働きによってプラズマが高密度化する。
【００３２】
イオンビーム発生器１２０の上部には電子を引き出すための電子引出電極１２５とイオン化した反応ガスを加速させるための加速電極１２６とが配置されている。加速電極１２６には高周波電力を供給する高周波電源１３１が接続されている。
【００３３】
イオンビーム発生器１２０内に導入した反応ガス分子と、電極１２２に印加した高周波電力によって加速された電子との衝突電離によって反応ガスをプラズマ状態にする。薄膜材料１１２を蒸発させると同時に、加速電極１２６に電力を印加してイオン化した反応ガスを基板１１１に向けて照射し、その運動エネルギーによって薄膜材料１１２の蒸着粒子を基板１１１や成長中の薄膜に蒸着させる。
【００３４】
次に、プラスチックレンズ１の作製方法を説明する。プラスチックレンズ１は以下に説明する積層方法を用いて作製される。
【００３５】
（１）無機膜形成工程
図３は無機膜形成工程を説明するフローチャート、図４（ａ）〜（ｃ）は無機膜形成工程を説明する概念図である。図中、Ｓ１〜Ｓ７はその手順を示している。
【００３６】
まず、オレフィン系プラスチック基板１０の表面を洗浄する（Ｓ１）（図４（ａ）参照）。
【００３７】
次に、オレフィン系プラスチック基板１０をイオンビームアシスト蒸着装置の所定位置（図２の基板１１１が配置されている位置）にセットする（Ｓ２）。
【００３８】
その後、容器１１０,１２０内の真空度を６×１０-4 Ｐａにする（Ｓ３）。
【００３９】
次に、イオンビーム発生器１２０内に反応ガス（Ｏ2 ）を導入する（Ｓ４）。
【００４０】
その後、フィラメント１２１、電極１２２に高周波電力（電圧：１０００Ｖ、電流：１２０ｍＡ）を印加し、電子と反応ガス分子との衝突電離によって反応ガスをプラズマ状態にしてラジカルイオンを生成する。次に、ＴｉＯ2 （薄膜材料１１２）の入ったルツボ型蒸発源１１３のシャッタを開けると同時に、加速電極１２６に電力を印加してイオン化した反応ガスを基板１０に向けて照射させる。その結果、反応ガスの運動エネルギーによって気化したＴｉＯ2 が基板１０に蒸着し、基板１０上に膜厚１３ｎｍ（≪λ／４の膜厚）のＴｉＯ2 層２０が形成された（Ｓ５）（図４（ｂ）参照）。
【００４１】
次に、ＳｉＯ2 （薄膜材料１１２）が収容されたルツボ型蒸発源１１３のシャッタを開けると同時に、加速電極１２６に電力を印加してイオン化した反応ガスをＴｉＯ2 層２０に向けて照射させる。その結果、反応ガスの運動エネルギーによって気化したＳｉＯ2 がＴｉＯ2 層２０に蒸着し、ＴｉＯ2 層２０上に膜厚３１ｎｍ（≪λ／４の膜厚）のＳｉＯ2 層３０が形成された（Ｓ６）（図４（ｃ）参照）。ＳｉＯ2 層３０の膜厚はＴｉＯ2 層２０の膜厚の約２．４倍である。イオンビームアシスト蒸着法により、ＴｉＯ2 層２０、ＳｉＯ2 層３０の薄膜化、緻密化を図ることができた。
【００４２】
その後、ＴｉＯ2 層２０、ＳｉＯ2 層３０が積層された基板１０をイオンビームアシスト蒸着装置から取り出す（Ｓ７）。
【００４３】
（２）シランカップリング処理工程
シランカップリング剤は、一般に式ＹＲＳｉＸ3 で表される。
【００４４】
ここで、
Ｘはケイ素原子に結合している加水分解性基で、ガラス、金属、珪石等の無機質材料と化学結合する反応基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基等である。
【００４５】
Ｙは有機マトリックスと化学結合する有機官能基で、例えばビニル基、エポキシ基、アミノ基等である。
【００４６】
このシランカップリング剤の構成は上述のとおりであるため、無機物と有機樹脂とを結び付けることができ、物理強度、耐水性、接着性等を向上させることができる。
【００４７】
シランカップリング剤による接着性の向上は以下の理由によるものと考えられる。
【００４８】
（ａ）有機樹脂への“濡れ”が改良される。
【００４９】
（ｂ）有機樹脂への相溶性が改良される。
【００５０】
（ｃ）無機物と有機樹脂との間で化学結合が生じる。
【００５１】
（ｄ）無機物と有機樹脂との間で水素結合的に結合される。
【００５２】
次に、シランカップリング剤の使用方法について説明する。
【００５３】
シランカップリング剤は通常希薄水溶液で使用される。シランカップリング剤の水溶液濃度は通常０．１〜２．０％程度である。水に対して相溶性の乏しいシランカップリング剤の場合、０．０１〜２．０％程度の酢酸水や水−アルコール（酢酸水−アルコール）混合液で希釈する。酢酸はシランカップリング剤の加水分解を促進する性質とシラノールの安定性を高めてＰＨ領域にする性質とを有する。
【００５４】
次に、シランカップリング剤の調整方法を具体的に説明する。
【００５５】
（ａ）酢酸濃度０．０１〜２．０％の水溶液を準備する。シランカップリング剤の溶解性が良好な場合、酢酸濃度を低下させることができる。アミノシランカップリング剤の場合は酢酸の添加は不要である。
【００５６】
（ｂ）酢酸水溶液を攪拌しながらシランカップリング剤を所定時間に亘って滴下して、シランカップリング剤の濃度を０．１〜２．０％にする。攪拌作業は水溶液をはね上げない状態でできるだけ速い速度で行われる。滴下時間が短いとシランカップリング剤の分散が不良となり、ゲル状物の生成が多くなる。
【００５７】
（ｃ）滴下終了後、更に３０〜６０分間に亘って上記水溶液を攪拌する。水溶液がほぼ透明になった時点でシランカップリング剤の加水分解が終了する。水溶液には、ＫＢＭ５０３（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社の製品名）とエタノールと酢酸水とが重量比２：４８：５０で含まれる。
【００５８】
（ｄ）必要に応じてシラン水溶液（シランカップリング剤の希薄溶液）を濾過する。
【００５９】
シラン水溶液中に不溶物や浮遊物が目立つ場合、必要に応じて濾過を行う。連続してシラン水溶液を使用する場合、孔径０．５μｍ以下のカートリッジを使用した循環濾過処理を行なうのが好ましい。
【００６０】
次に、上述のように加水分解されたシランカップリング剤を前記無機膜形成工程で無機膜が形成されたオレフィン系プラスチック基板１０の表面に塗布する。
【００６１】
まず、スピナを所定条件で回転させ、ＳｉＯ2 層３０の表面にシランカップリング剤の加水分解物を均一な厚さに塗布する。加水分解物の塗布後、オレフィン系プラスチック基板１０を１１０℃に設定されたオーブンに５分間入れてシランカップリング剤が塗布されたＳｉＯ2 層３０の表面とシランカップリング剤の加水分解物とを反応させる。
【００６２】
（３）樹脂層形成工程
必要とされる膜厚に相当する重量の紫外線硬化型樹脂をシランカップリング処理されたＳｉＯ2 層３０の表面に供給し、１２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外光を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、紫外線硬化型樹脂層５０を形成する。その結果、プラスチックレンズ１が完成する。
【００６３】
この実施形態によれば、ＳｉＯ2 層３０の表面にシランカップリング処理した後紫外線硬化型樹脂層５０を形成したので、ＳｉＯ2 層３０と紫外線硬化型樹脂層５０との間で化学結合が生じて両者の密着性が向上する。その結果、オレフィン系プラスチック基板１０と紫外線硬化型樹脂層５０との密着性が向上し、紫外線硬化型樹脂層５０がオレフィン系プラスチック基板１０から剥がれ難くなる。また、ＴｉＯ2 層２０、ＳｉＯ2 層３０の緻密さを向上させることができるので、ＴｉＯ2 層２０、ＳｉＯ2 層３０のクラックが防止される。
【００６４】
なお、上記実施形態では樹脂層の樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いたが、この代わりに熱硬化型樹脂を用いてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では無機膜形成工程でＴｉＯ2 層２０とＳｉＯ2 層３０との２つの層を形成したが、ＳｉＯ2 層３０を省略してＴｉＯ2 層２０だけを形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係るプラスチックレンズの断面構造を示す模式図である。
【図２】図２はイオンビームアシスト蒸着装置を説明する概念図である。
【図３】図３は無機膜形成工程を説明するフローチャートである。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は無機膜形成工程を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：プラスチックレンズ（光学部品）、１０：オレフィン系プラスチック基板、２０：ＴｉＯ2 層（無機膜）、３０：ＳｉＯ2 層３０（無機膜）、５０：紫外線硬化型樹脂層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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