(57)【要約】【課題】オートクレーブ処理及び洗浄作業による損傷を抑制することができる光学部材及び光学部材の製造方法を提供する。【解決手段】光学部材の外周表面に対して、所定元素の単体又は前記所定元素を複合させた成分からなる酸化物コーティング膜を２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜する成膜工程と、前記酸化物コーティング膜が成膜された前記光学部材に対して、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施す水熱処理工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材の外周表面に対して、所定元素の単体又は前記所定元素を複合させた成分からなる酸化物コーティング膜を２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜する成膜工程と、
前記酸化物コーティング膜が成膜された前記光学部材に対して、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施す水熱処理工程と、を備える光学部材の製造方法。
【請求項２】
前記所定元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｈｆである請求項１記載の光学部材の製造方法。
【請求項３】
前記酸化物コーティング膜が、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さである請求項１又は請求項２に記載の光学部材の製造方法。
【請求項４】
前記水熱処理工程が、前記酸化物コーティング膜が成膜された前記光学部材に対して、２５０℃以上かつ３５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施す請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光学部材の製造方法。
【請求項５】
所定元素の単体又は前記所定元素を複合させた成分からなり、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜され、結晶性を有する酸化物コーティング膜を備えた光学部材。
【請求項６】
前記所定元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｈｆである請求項５記載の光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材及び光学部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置等の医療用機器は、使用後にオートクレーブ等により滅菌処理を行うことから、医療用機器を構成する各種部品にはオートクレーブに対する高い耐久性が要求される。また、内視鏡装置は使用中、体液や血液等に触れ、汚れが付着するので内視鏡装置の洗浄作業（消毒用アルコール等を含ませたウエスやシルボン紙等でレンズ表面が洗浄されたり、強固に付着した汚れ等はたわし等でこすられる。）で洗浄される。そのため、レンズ表面が硬く傷つき難いことが要求される。
オートクレーブに対する耐久性を備えた医療用の光学素子として、例えば、特許文献１には、基板に積層された五酸化二タンタル又は二酸化ハフニウムからなる高屈折層とこの上に積層されるフッ素化合物からなる防汚コートを形成した光学素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８６５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光学素子に積層された防汚コート（フッ素化合物）は、硬度が低く、かつ、厚みが薄いことから、内視鏡の洗浄作業で損傷してしまう。また、その下地の五酸化タンタルまたは二酸化ハフニウムは、オートクレーブに対する耐性はある程度高いものの、十分な耐久性を持っているとは言えず、オートクレーブ処理により損傷し透過率が低下する。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、オートクレーブ処理および内視鏡の洗浄作業に対し高い耐久性を有し、オートクレーブ処理による白化や溶解といった損傷や洗浄作業による表面の傷を抑制することができる光学部材及び光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光学部材の外周表面に対して、所定元素の単体又は前記所定元素を複合させた成分からなる酸化物コーティング膜を２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜する成膜工程と、前記酸化物コーティング膜が成膜された前記光学部材に対して、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施す水熱処理工程と、を備える光学部材の製造方法を提供する。
【０００６】
本発明によれば、外周表面に酸化物コーティング膜が成膜された光学部材に対して、高温高圧下において水熱処理を施すと、酸化物コーティング膜を構成する成分の粒子が水熱処理のエネルギーにより再配列され、高結晶化し、酸化物コーティング膜がより強度を増す。これにより、酸化物コーティング膜がオートクレーブ及び洗浄作業に対する高い耐久性を備えることができる。
【０００７】
なお、酸化物コーティング膜の厚さを２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とするのは、以下の理由による。２０ｎｍ以下とすると酸化コーティング膜を構成する成分の粒子の配列が困難となり、高結晶化できないため、オートクレーブ耐性を持つことができないこととなる。また、水熱処理により水蒸気が酸化コーティング膜を透過してしまい、光学部材自体に損傷を与える虞がある。一方、酸化コーティング膜の厚さを１０００ｎｍ以上とすると酸化コーティング膜の応力が強くなり、クラックが生じる虞がある。
【０００８】
また、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の条件下で水熱処理を行うのは、以下の理由による。光学部材に対する水熱処理は、オートクレーブ処理の際の温度よりも高い温度で行う必要があり、一般的に、オートクレーブは１２１℃〜１３６℃程度で行われることが多いため、水熱処理は１３６℃より高い温度で行う必要がある。そして、オートクレーブ耐性をより向上させるという観点からは、１３６℃からある程度の幅を持たせた高い温度であることが好ましい。ここで、１３６℃〜１５０℃における飽和水蒸気圧が３．３気圧〜４．８気圧であることに鑑みると、水熱処理はおよそ４．５気圧以上の圧力で行うことが好ましいと考えられる。
一方、水のイオン積は、温度の上昇に伴って増加し２５０℃〜２７０℃で極大値となることが知られている。このため、水熱処理は２５０℃以上の温度で行うことが好ましい。
【０００９】
上記した発明において、前記所定元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｈｆとすることが好ましい。
このような元素を選択することで、水に溶けにくく、結晶性を向上させ、オートクレーブ及び洗浄作業に対する耐性を向上させた酸化物コーティング膜とすることができる。
【００１０】
上記した発明において、前記酸化物コーティング膜が、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。
このようにすることで、酸化物コーティング膜が薄過ぎる又は厚過ぎることによる問題を回避することができる。すなわち、例えば、酸化物コーティング膜が薄過ぎると、水熱処理を施しても粒子の配列が困難で結晶化せず、また、水熱処理により水蒸気が酸化物コーティング膜を透過してしまい、光学部材に損傷を与える虞がある。一方、酸化物コーティング膜が厚過ぎると、酸化物コーティング膜の応力が強くなるため、水熱処理によって酸化物コーティング膜にクラックが生じる等の不具合がある。そして、酸化物コーティング膜が１００ｎｍ以上になると、材料のバルクとしての物性が向上するため水への耐性が向上する。１０００ｎｍ以下の厚さであれば、クラック等の問題は生じないものの、成膜に要する時間、コスト等を考慮すると３００ｎｍ程度の厚さまでに留めることが好ましい。このような理由から、酸化物コーティング膜を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さとすることで、製造時間及び製造コストをある程度抑制しつつ、オートクレーブ及び洗浄作業に対する高い耐久性有する光学部材を製造することができる。
【００１１】
上記した発明において、前記水熱処理工程が、前記酸化物コーティング膜が成膜された前記光学部材に対して、２５０℃以上かつ３５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施すことが好ましい。
このようにすることで、水熱処理の際に用いられる水の反応用液としての性質を向上させ、反応速度を向上させることができるので、より短時間で酸化コーティング膜にオートクレーブ及び洗浄作業に対する耐性を持たせることができる。
【００１２】
また、本発明は、所定元素の単体又は前記所定元素を複合させた成分からなり、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜され、結晶性を有する酸化物コーティング膜を備えた光学部材を提供する。
本発明によれば、酸化コーティング膜を構成する成分の粒子を再配列させて高結晶化させながらも酸化コーティング膜の応力を適度に保ち、酸化コーティング膜にオートクレーブ及び洗浄作業に対する高い耐久性を備えることができる。
【００１３】
上記した発明において、前記所定元素が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｈｆとすることができる。
このような元素を選択することで、水に溶けにくく、結晶性を向上させ、オートクレーブ及び洗浄作業に対する耐性を向上させた酸化物コーティング膜とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、オートクレーブ及び洗浄作業に対する高い耐久性を有し、オートクレーブ処理による白化や溶解といった損傷や洗浄作業によるレンズ表面の傷を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学部材の結晶性、オートクレーブ耐性及び洗浄による傷の抑制効果の評価結果を示す図表である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学部材の結晶性、オートクレーブ耐性及び洗浄による傷の評価結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態に係る光学部材及び光学部材の製造方法について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光学部材は、例えば、内視鏡の挿入部先端に適用されるレンズであり、光学部材の外周表面に対して、所定元素の単体又は所定元素を複合させた成分からなる酸化物コーティング膜を２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さに成膜する成膜工程と、酸化物コーティング膜が成膜された光学部材に対して、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の高温高圧下において水熱処理を施す水熱処理工程を経て製造される。
【００１７】
光学部材に対する酸化物コーティング膜は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンビーム法、アシスト蒸着（ＩＡＤ）等の方法により、光学部材の外周表面全体に成膜する。光学部材全体に成膜することで、後述する水熱処理において、光学部材自体が損傷を受けないようにすることができる。
所定元素としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｈｆ等の水に溶解しにくい材料を適用することができ、これらの単体又は複合させた成分を成膜して酸化物コーティング膜とする。酸化物コーティング膜は、成膜された時点ではアモルファス状態である。
【００１８】
水熱処理工程は、純水の入った圧力容器の中に酸化物コーティング膜が成膜された光学部材を投入し、所定の条件下で３０分以上保持し、その後に室温に冷却する工程である。
水熱処理工程により、酸化物コーティング膜が高温高圧の水分子に触れると、酸化物コーティング膜が溶解し、酸化物コーティング膜を構成する成分が再配列して結晶性の高い膜となるので、オートクレーブ及び洗浄作業に対する耐性を備える膜となる。
【００１９】
ここで、一般に、水熱処理は、容器内の水を１００℃以上に加熱して高温高圧状態にすることで反応を促すものである。温度及び圧力が低いと、酸化物コーティング膜の溶解と再配列に要する時間が長くなる、或いは、酸化物コーティング膜の組成によっては反応が促進しない場合もある。そこで、水熱処理反応を促進するために、２５０度以上の条件で水熱処理を行った。
【００２０】
図１（Ａ）に、Ｓ−ＬＡＨ５８のガラスで作成したレンズの表面に、真空蒸着法によりＡｌ２Ｏ３からなる酸化物コーティング膜を成膜し、水熱処理を行った場合、図１（Ｂ）に同レンズの表面に真空蒸着法によりＭｇＯからなる酸化物コーティング膜を成膜し、水熱処理を行った場合の結果を示した。なお、結晶性の評価は、酸化物コーティング膜に対して、薄膜Ｘ線回折測定を行い、結晶性を示すピークが認められるか否かを評価し、ピークがみられた場合に結晶性有りとし、ピークが見られない場合に結晶性無しとした。また、オートクレーブ耐性の評価は、１３５℃において１０分間のオートクレーブ処理を１５０回行った後に、レンズの表面の状態を観察し、表面の状態が初期状態と同様である場合にオートクレーブ耐性有りとし、表面に白化、溶解による異常が見られた場合にオートクレーブ耐性無しとした。また、洗浄作業による傷への抑制効果の評価は、消毒アルコールをつけウエスで１００往復こする試験とたわしで１００往復こする試験を行い、表面の傷の有無を確認した。
【００２１】
図１に示すように、２５０℃かつ４．５気圧、２５０℃かつ３５気圧の２つの条件下で水熱処理を行った場合、酸化物コーティング膜の膜厚が２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であれば、酸化物コーティング膜の結晶性及び平滑性が向上し、オートクレーブ耐性及び洗浄作業による傷への抑制効果を有することとなる。
【００２２】
更に、この中でも、酸化物コーティング膜を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の膜厚に成膜し、２５０℃以上かつ４．５気圧以上の条件下で水熱処理を行うことが、以下の理由から好ましい。
【００２３】
酸化物コーティング膜が薄過ぎると、水熱処理を施しても粒子の配列が困難で結晶化せず、また、水熱処理により水蒸気が酸化物コーティング膜を透過してしまい、光学部材に損傷を与える虞があるが、１００ｎｍ以上になると、材料のバルクとしての物性が向上するため水への耐性が向上する。一方、酸化物コーティング膜が厚過ぎると、酸化物コーティング膜の応力が強くなるため、水熱処理によって酸化物コーティング膜にクラックが生じる等の不具合があるが３００ｎｍ程度の厚さであれば、クラック等の問題は生じず、また成膜に要する時間が短く、製造コストを抑制することができる。
【００２４】
水のイオン積は、温度の上昇に伴って増加し２５０℃〜２７０℃で極大値となることから、２５０℃以上の条件下で水熱処理を行うことで、水熱処理の際に用いられる水の反応用液としての性質を向上させ、反応速度を向上させることができるので、より短時間で酸化物コーティング膜にオートクレーブ耐性及び洗浄作業による傷への抑制効果を持たせることができる。
【００２５】
図２に、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３からなる酸化物コーティング膜を１０００ｎｍ又は２０ｎｍとし、２５０℃かつ３５気圧において水熱処理を行った場合の結果をそれぞれ示した。結晶性、オートクレーブ耐性及び洗浄作業による傷への抑制効果の評価を上記した手法に基づいて行った結果、何れも酸化物コーティング膜の結晶性及び平滑性が向上し、オートクレーブ耐性及び洗浄作業による傷への抑制効果を有した。
【００２６】
上述したように、このように製造されたレンズ等の光学部材は、オートクレーブ及び洗浄作業に対する高い耐久性を有するため、本来レンズ自体の素材にオートクレーブ耐性等がない場合であっても、その表面に酸化物コーティング膜を成膜し、所定条件下で水熱処理を施すことでオートクレーブ耐性及び洗浄作業による傷への抑制効果を備えた光学部材を製造することができる。従って、例えば、このような光学部材が適用された内視鏡の挿入部に対してオートクレーブによる滅菌処理や洗浄作業を行った場合でも、レンズ等の光学部材に対する損傷を抑制することができる。
【図１】
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【図２】
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