(57)【要約】【課題】干渉縞を生じさせることなく、樹脂基材に上に、紫外線吸収とハードコート機能を備えた膜を配置した物品を提供する。【解決手段】樹脂基板１０の上に、無機材料のマトリクス２１に、紫外線吸収材料の粒子２２が分散した構造のハードコート膜２０を配置する。紫外線吸収材料の粒子２２がハードコート膜２０を透過する紫外線を吸収する作用を果たす。無機材料のマトリクスは、例えば、酸化ケイ素を、紫外線吸収材料の粒子は、二酸化チタンの粒子を用いることができる。紫外線吸収材料の粒子は、例えば粒径が１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板と、前記樹脂基板の上に配置された、紫外線吸収能を有するハードコート膜とを含み、
前記ハードコート膜は、無機材料のマトリクスに、紫外線吸収材料の粒子が分散した構造であることを特徴とするハードコート膜を備えた物品。
【請求項２】
請求項１に記載のハードコート膜を備えた物品において、前記無機材料のマトリクスは、酸化ケイ素であり、前記紫外線吸収材料の粒子は、二酸化チタンの粒子であることを特徴とするハードコート膜を備えた物品。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハードコート膜を備えた物品において、前記紫外線吸収材料の粒子は、粒径が１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とするハードコート膜を備えた物品。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のハードコート膜を備えた物品において、前記ハードコート膜は、前記紫外線吸収材料の粒子と前記無機材料の粒子とを前記基板上に常温で衝突固化させて形成したものであることを特徴とするハードコート膜を備えた物品。
【請求項５】
樹脂基板に、紫外線吸収能を有するハードコート膜を備えた物品の製造方法であって、
紫外線吸収材料の粒子と無機材料の粒子とを含むエアロゾルを前記樹脂基板上に常温で衝突固化させることにより、前記ハードコート膜を成膜する工程を有することを特徴とするハードコート膜を備えた物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製の物品表面にハードコート膜を形成した構造に関し、特に、透明な樹脂製物品でハードコート膜を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用灯具のレンズや車両用窓や一般用窓等に、ポリカーボネート等の透光性樹脂基材が用いられている。樹脂基材は、紫外線に対する耐久性が低く、ガラスと比較して傷つきやすいものが多いため、特許文献１の発明では、紫外線を吸収する膜として酸化チタン膜を透光性樹脂基材上に配置し、さらにその上に、保護膜として酸化ケイ素膜を配置した構成が開示されている。特許文献１の発明では、酸化チタン膜の光触媒性により基材が変質するのを防止するため、酸化チタン膜に所定の割合で炭素原子を含有させることを提案している。
【０００３】
また、特許文献２には、ガラスや樹脂の透明基板上に、０．２〜２μｍの脆性無機質微粒子のエアロゾルを吹き付けるエアロゾルデポジション法により、基板加熱なしで透明な無機質膜を形成する技術が開示されている。無機質微粒子としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ＳｉＯ２、ＭｇＢ２等を用いることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４５１６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１３０７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂製の基材（屈折率約１．５）の上に、紫外線吸収膜として酸化チタン膜（屈折率約２．７）と、ハードコート膜として酸化ケイ素膜（屈折率約１．５）を配置した場合、屈折率が異なるため干渉縞が生じる。このため、車両用灯具のカバーやレンズ、車両用および一般用窓ガラス等に使用した場合には、干渉縞がユーザーに目視され品質が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、干渉縞を生じさせることなく、樹脂基材に上に、紫外線吸収とハードコート機能を備えた膜を配置した物品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、樹脂基板と、樹脂基板の上に配置された、紫外線吸収能を有するハードコート膜とを含む物品を提供する。ハードコート膜は、無機材料のマトリクスに紫外線吸収材料の粒子が分散した構造である。
【０００８】
無機材料のマトリクスは、例えば、酸化ケイ素を用いることができる。紫外線吸収材料の粒子は、一例としては、二酸化チタンの粒子を用いることができる。紫外線吸収材料の粒子は、例えば粒径が１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とする。
【０００９】
ハードコート膜の製造方法としては、紫外線吸収材料の粒子と無機材料の粒子とを基板上に常温で衝突固化させることにより形成できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、ハードコート膜が無機材料のマトリクスに紫外線吸収材料の粒子が分散した構造であるため、干渉縞を生じさせることなくハードコート膜で紫外線を吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の物品の断面構成を示すブロック図。
【図２】実施形態で用いるエアロゾルデポジション装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について具体的に説明する。
【００１３】
本実施形態の透明物品を図１を用いて説明する。この透明物品は、優れた透明性および所定の光学特性を長期間維持する必要があり、しかも紫外線により劣化しにくく、耐侯性に優れた特性が要求される透明物品である。例えば、ヘッドランプやテールランプ等の車両用灯具の樹脂カバーやレンズ、自動車や列車や飛行機等の車両用窓、建造物の窓等である。
【００１４】
具体的には、本実施形態の透明物品の構造は、図１に断面構造を模式的に示したように樹脂製の基板１０と基板１０の上に配置されたハードコート膜２０とを有する。ハードコート膜２０は、ハードコート機能の他に、紫外線吸収機能をもつ。このような機能を発揮するために、ハードコート膜２０は、ハードコートとして機能する透明な無機マトリクス２１に、紫外線吸収能を有する粒子２２を分散させた構造である。
【００１５】
基板１０は、透明な樹脂によって形成されている。例えばポリカーボネートにより形成された基板１０を用いることができる。基板１０の形状は、図１では板状のものを示しているが、この形状に限らず、製品に必要とされる所望の形状に形成する。
【００１６】
無機マトリクス２１は、干渉縞が可視光で生じない程度に、基板１０と同等の屈折率を有する材料であることが好ましい。例えば、無機マトリクス２１としては酸化ケイ素や他のガラス材料、透明なセラミクス材料を用いることができる。酸化ケイ素として、ＳｉＯ２を用いた場合、その屈折率は１．４５であるので、基板１０としてポリカーボネート（屈折率１．５８）を用いた場合、可視光で干渉縞を生じない程度に屈折率を一致させることができる。
【００１７】
紫外線吸収能を有する粒子２２としては、酸化チタン（特に二酸化チタン（ＴｉＯ２））、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の粒子を用いることができる。粒子２２の粒径は、Ｍｉｅ散乱を生じさせないために、可視光波長よりも小さいことが好ましい。具体的には、粒子２２の直径は４００ｎｍ以下であることが好ましく、可視光波長の１／２以下、すなわち２００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、紫外線吸収能を発揮するには、紫外線波長に対応したバンドギャップを形成可能な結晶サイズが必要であるため、粒子２２の直径は１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、ハードコート膜２０の粒子２２の含有割合は、３〜３０ｗｔ％であることが好ましく、５〜２０ｗｔ％であることがさらに好ましく、１０ｗｔ％前後であることが特に好ましい。
【００１８】
粒子２２の粒径を１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にすることにより、可視光は粒子２２と干渉することなくハードコート膜２０を透過することができ、紫外線は粒子２２によって吸収される。
【００１９】
紫外線吸収能を有するハードコート膜２０の膜厚は、物品の用途に応じて必要とするハードコート機能および紫外線吸収機能が得られる厚さに設定する。例えば、１〜５μｍにハードコート膜２０の膜厚を設定する。
【００２０】
次に、図１の透明物品の製造方法について説明する。本実施形態では、エアロゾルデポジション法を用いることにより、基板加熱を行うことなく、常温で透明性の高いハードコート膜２０を形成することができる。よって、樹脂基板１０を劣化させることなく、紫外線吸収能を有するハードコート膜２０を形成することができる。
【００２１】
基板１０は、透明物品の用途に応じて必要とされる形状に予め加工しておく。
【００２２】
図２に示すように、エアロゾルデポジション装置は、基板ホルダー３と、エアロゾル噴出用のノズル４が内部に配置された成膜チャンバー１と、成膜チャンバー１の内部空間を減圧する減圧装置８と、エアロゾル発生器２とを備えて構成される。また、基板ホルダー３には、基板１０をノズル４に対して移動させる移動機構７が備えられている。
【００２３】
エアロゾル発生器２は、内部空間に成膜原料となる粒子９が配置されている。ここでは、無機マトリクス２１を形成する粒子と、紫外線吸収材料の粒子２２とを混合して配置する。
【００２４】
エアロゾル発生器２の内部には、ガス導入管６とエアロゾル搬送管５の先端が挿入されている。ガス導入管６は、高圧の不活性ガス等の搬送ガスを内部空間に導入する。エアロゾル搬送管５の他端は、ノズル４に接続されている。
【００２５】
基板１０は、基板ホルダー３に取り付けられる。ガス導入管６から所定の圧力で搬入ガスをエアロゾル発生器２に導入する。これにより、搬送ガスと粒子９とが混合され、エアロゾルが形成される。形成されたエアロゾルは、エアロゾル搬送管５によりノズル４まで導かれる。成膜チャンバー１とエアロゾル発生器２の内圧の差により、ノズル４の先端からエアロゾルが基板１０に噴射される。
【００２６】
ノズル４から噴射されたエアロゾルに含まれる無機マトリクス２１の粒子と紫外線吸収材料の粒子２２は、固体状態のまま基板に衝突し、付着する（常温衝突固化現象）。これにより、無機マトリクス２１の内部に紫外線吸収材料の粒子２２が分散した、高密度の多結晶膜（ハードコート膜２０）が常温で基板１０上に形成される。基板１０を移動機構７により面内２軸方向に移動させることにより、ハードコート膜２０を基板１０の表面に一様に形成することができる。
【００２７】
具体的には、無機マトリクス２１がＳｉＯ２で、粒子２２がＴｉＯ２である場合には、ＳｉＯ２粒子の粒径は、エアロゾルデポジションを可能にするために、０．２〜２μｍ程度であることが好ましく、特に、０．２〜０．５μｍ程度であることが望ましい。ＴｉＯ２粒子の粒径は、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
エアロゾル発生器２の内部に導入する搬送ガスは、不活性ガスであることが望ましく、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅガス等を単独または混合して用いる。エアロゾル発生器２の圧力は１０〜５００ｋＰａ程度、成膜チャンバー１の圧力は０．５〜２．０ｋＰａ程度に設定する。ノズル４の先端と基板１０との距離は、５０〜１００ｍｍ程度に設定する。
【００２９】
このように、本実施形態の製造方法によれば、エアロゾルデポジション法により、紫外線吸収能を有する粒子２２が無機マトリクス２１に分散されたハードコート膜２０を、常温で樹脂基板１０上に形成することができる。よって、樹脂基板１０を熱により劣化させることがない。また、蒸着やスパッタ法が原子や分子サイズで材料を基板に到達させるのと比較し、エアロゾルデポジション法では、大きな粒子を基板に衝突させて固化させるため、密度の高い膜が形成できる。これにより、透明性および耐久性に優れたハードコート膜２０を備えた物品を製造することができる。
【００３０】
また、エアロゾルデポジション法により、通常の蒸着やスパッタ法では実現が難しい、粒子２２が無機マトリクス２１に分散したハードコート膜２０を気相成長で形成することができる。塗布によりハードコート膜を形成する場合と比較して、溶媒を使用しないため、環境負荷が小さく、安価に成膜することができる。
【００３１】
なお、ハードコート膜２０の上に、反射防止膜等の他の膜を形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１…成膜チャンバー、２…エアロゾル発生器、３…基板ホルダー、４…ノズル、５…エアロゾル搬送管、６…ガス導入管、７…移動機構、８…減圧装置、１０…基板、２０…紫外線吸能を有するハードコート膜、２１…無機マトリクス、２２…紫外線吸収能を有する粒子
【図１】
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【図２】
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