JP2011127199A - Transparent body and method for producing it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transparent body with a hard coat structure having an ultraviolet shielding function and having high resistance to acid rain. <P>SOLUTION: The transparent body includes a transparent base material 1, and an ultraviolet absorption layer 2 and a hard coat layer 3 arranged on the base material 1 in order, and, as the ultraviolet absorption layer 2. an amorphous TiO<SB>2</SB>film is used. In the space between the ultraviolet absorption layer 2 and the hard coat layer 3, a mixed layer 4 made of a mixture between the amorphous TiO<SB>2</SB>and the material composing the hard coat layer is disposed. The TiO<SB>2</SB>film shows high acid resistance, and further, the amorphous TiO<SB>2</SB>film does not include photocatalytic performance, thus its adhesion with the base material is high. The mixed layer 4 increases the adhesion between the ultraviolet absorption layer 2 and the hard coat layer 3, and prevents film peeling in the case it is subjected to a thermal cycle. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基材上にハードコート構造を備えた透明体に関し、特に、紫外線遮蔽機能をもつハードコート構造を備えた透明体に関する。   The present invention relates to a transparent body having a hard coat structure on a substrate, and particularly to a transparent body having a hard coat structure having an ultraviolet shielding function.

従来、レンズ等の透明部材は、表面の傷や割れを防止するためにハードコート層が設けられる。ハードコート層としては、一般的に酸化珪素(SiOx)薄膜が用いられる。   Conventionally, a transparent member such as a lens is provided with a hard coat layer in order to prevent scratches and cracks on the surface. As the hard coat layer, a silicon oxide (SiOx) thin film is generally used.

また、透明部材の基材がポリカーボネート(以下PCと記す)からなる場合、PCが波長250〜360nmの紫外線によって黄変する性質があるため、ハードコート層とは別に、紫外線を遮蔽する層を設け、黄変を防止する必要がある。紫外線を遮蔽する層としては、酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物薄膜からなる紫外線吸収層が用いられる。ZnOは、約3.3eVのバンドギャップを持つ半導体で380nm付近以下の紫外線を吸収し、数千オングストロームの膜厚でPCの黄変を防止できる。他にITO(酸化インウム・スズ)膜やTiO膜等を用いることができる。ZnO膜はイオンプレーティングやスパッタ等の真空蒸着又は塗布によって成膜する。 In addition, when the base material of the transparent member is made of polycarbonate (hereinafter referred to as PC), since the PC has a property of yellowing by ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 360 nm, a layer for shielding ultraviolet rays is provided separately from the hard coat layer. Need to prevent yellowing. As the layer for shielding ultraviolet rays, an ultraviolet absorbing layer made of a metal oxide thin film such as zinc oxide (ZnO) is used. ZnO is a semiconductor having a band gap of about 3.3 eV and absorbs ultraviolet rays of about 380 nm or less, and can prevent yellowing of PC with a film thickness of several thousand angstroms. In addition, an ITO (indium tin oxide) film, a TiO 2 film, or the like can be used. The ZnO film is formed by vacuum deposition or coating such as ion plating or sputtering.

紫外線吸収層とハードコート層とを組み合わせて用いる場合、透明基材上に紫外線吸収層を配置し、最上層にハードコート層を設ける。このような二層構造で紫外線遮蔽機能を持つハードコートは、例えば特許文献1に開示されている。しかし、紫外線吸収層(ZnO膜)とハードコート層の2層からなるハードコート構造をPC基材上に設けた場合、PC基材とZnO膜との界面からハードコート構造が剥離しやすい。そこで、特許文献2には、PC基材とZnO膜との間にバッファ層を挿入し、ハードコート構造を3層にすることが提案されている。バッファ層としては、例えば酸化珪素(SiOx)膜が開示されている。   When the ultraviolet absorbing layer and the hard coat layer are used in combination, the ultraviolet absorbing layer is disposed on the transparent substrate, and the hard coat layer is provided as the uppermost layer. A hard coat having such a two-layer structure and an ultraviolet shielding function is disclosed in, for example, Patent Document 1. However, when a hard coat structure composed of two layers of an ultraviolet absorbing layer (ZnO film) and a hard coat layer is provided on the PC substrate, the hard coat structure is easily peeled off from the interface between the PC substrate and the ZnO film. Therefore, Patent Document 2 proposes that a buffer layer is inserted between the PC base material and the ZnO film so that the hard coat structure has three layers. For example, a silicon oxide (SiOx) film is disclosed as the buffer layer.

また、特許文献3には、所定の割合で炭素を含有する酸化チタン層を保護膜として透明基材上に形成することにより、透明で紫外線を遮断し、かつ、耐候性の高い透光性積層体が提供できると開示されている。特許文献3において、酸化チタン層に所定割合で炭素を含有させているのは、酸化チタンに備わる光触媒能により基材が変質し、基材の透明性が劣化したり、酸化チタン層が剥離しやすくなるのを防止するためである。   Patent Document 3 discloses a transparent laminated layer that is transparent, blocks ultraviolet rays, and has high weather resistance by forming a titanium oxide layer containing carbon at a predetermined ratio on a transparent substrate as a protective film. It is disclosed that the body can provide. In Patent Document 3, the titanium oxide layer contains carbon at a predetermined ratio because the photocatalytic ability of the titanium oxide causes the base material to change in quality, and the transparency of the base material deteriorates or the titanium oxide layer peels off. This is to prevent it from becoming easy.

紫外線吸収層とハードコート層の2層からなるハードコート構造は、例えば自動車用ヘッドランプに用いられる。ヘッドランプの構造は、特許文献4に記載されているようにランプが固定されたハウジングの前面にPC製のレンズが密封接着されている。レンズの内壁への入射光はランプからの光に限られ、PC製のレンズを黄変させる波長は含まれないため、レンズの内壁には紫外線吸収層は不要である。そこで、太陽光等が入射するレンズの外壁には、紫外線吸収層とハードコート層の積層構造を設けることにより、レンズ基材がPCであっても傷や損傷を防止でき、しかも黄変を防止することができる。   A hard coat structure composed of two layers of an ultraviolet absorbing layer and a hard coat layer is used, for example, in an automobile headlamp. The structure of the headlamp is such that a PC lens is hermetically bonded to the front surface of the housing to which the lamp is fixed as described in Patent Document 4. The incident light on the inner wall of the lens is limited to the light from the lamp, and does not include the wavelength that causes the PC lens to turn yellow. Therefore, no ultraviolet absorbing layer is required on the inner wall of the lens. Therefore, by providing a laminated structure of an ultraviolet absorbing layer and a hard coat layer on the outer wall of the lens where sunlight enters, even if the lens substrate is a PC, scratches and damage can be prevented, and yellowing can be prevented. can do.

特開平7−267683号公報JP-A-7-267683 特開2008−105313号公報JP 2008-105313 A 特開2008−45160号公報JP 2008-45160 A 特開2000−207908号公報JP 2000-207908 A

自動車用ヘッドランプは酸性雨に曝される可能性があるため、レンズには耐酸性が求められる。しかしながら、紫外線吸収層として用いられる酸化亜鉛(ZnO)膜は酸に弱いという性質がある。紫外線吸収層は、その上をハードコート層である酸化珪素(SiOx)膜に覆われてはいるが、酸化珪素膜には若干の水浸透性があり、酸の一部は酸化亜鉛膜まで達することがある。この場合、酸が到達した部分は、酸化亜鉛膜が溶解して消失し、PC基材の黄変防止能力を失ってしまう。一方、酸化亜鉛膜に酸が到達しないように水浸透性のない透明ハードコート層を形成することは現時点の技術では非常に困難である。   Since automobile headlamps may be exposed to acid rain, the lenses are required to have acid resistance. However, a zinc oxide (ZnO) film used as an ultraviolet absorbing layer has a property of being weak against acids. Although the ultraviolet absorbing layer is covered with a silicon oxide (SiOx) film, which is a hard coat layer, the silicon oxide film has a slight water permeability, and part of the acid reaches the zinc oxide film. Sometimes. In this case, the portion where the acid has reached disappears as the zinc oxide film dissolves, and loses the yellowing prevention ability of the PC substrate. On the other hand, it is very difficult to form a transparent hard coat layer having no water permeability so that an acid does not reach the zinc oxide film.

また、特許文献3のように所定の割合で炭素を含有する酸化チタン層を形成するためには、有機チタン化合物を原料としてプラズマCVD法で成膜する必要がある。しかしながら、有機チタン化合物は高価であるため、低コストなハードコート構造を実現することが困難である。   Further, in order to form a titanium oxide layer containing carbon at a predetermined ratio as in Patent Document 3, it is necessary to form a film by a plasma CVD method using an organic titanium compound as a raw material. However, since the organic titanium compound is expensive, it is difficult to realize a low-cost hard coat structure.

ヘッドランプは、自動車の使用場所により、高温多湿、あるいは低温乾燥といった環境に曝されることがある。そのような環境に繰り返し曝される可能性もある。このため、ヘッドランプ用のハードコートとしては、温度変化に対する耐性も望まれている。   The headlamp may be exposed to an environment such as high temperature and high humidity or low temperature drying depending on the place of use of the automobile. There is also the possibility of repeated exposure to such an environment. For this reason, as a hard coat for headlamps, resistance to temperature changes is also desired.

本発明の目的は、紫外線遮蔽機能をもち、酸性雨および温度変化に対する耐性に優れたハードコート構造を備えた透明体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a transparent body having a hard coat structure having an ultraviolet shielding function and excellent resistance to acid rain and temperature change.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様によれば、以下のような透明体が提供される。透明基材と、基材上に順に配置された、紫外線吸収層とハードコート層とを有する透明体であって、紫外線吸収層として、アモルファスなTiO膜を用いる。紫外線吸収層とハードコート層との間には、アモルファスなTiOと、ハードコート層を構成する材料との混合物からなる混合層が配置されている。TiO膜は、耐酸性が高い性質を有し、しかも、アモルファスなTiO膜は光触媒性能を備えないため、基材との密着性が高い。混合層は、紫外線吸収層とハードコート層との密着性を高め、冷熱サイクルを受けた場合の膜剥がれを防止する。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the following transparent body is provided. A transparent body having a transparent substrate and an ultraviolet absorbing layer and a hard coat layer arranged in order on the substrate, and an amorphous TiO 2 film is used as the ultraviolet absorbing layer. A mixed layer made of a mixture of amorphous TiO 2 and a material constituting the hard coat layer is disposed between the ultraviolet absorbing layer and the hard coat layer. The TiO 2 film has high acid resistance, and the amorphous TiO 2 film does not have photocatalytic performance, and therefore has high adhesion to the substrate. The mixed layer improves adhesion between the ultraviolet absorbing layer and the hard coat layer, and prevents film peeling when subjected to a cooling and heating cycle.

アモルファスなTiO膜は、微結晶を含まないことが望ましい。 It is desirable that the amorphous TiO 2 film does not contain microcrystals.

混合層の膜厚は、8000オングストローム以上であることが好ましい。これにより、所定の冷熱サイクルを受けた場合の膜剥がれを防止できる。   The thickness of the mixed layer is preferably 8000 angstroms or more. Thereby, film peeling when subjected to a predetermined cooling / heating cycle can be prevented.

本発明の第2の態様によれば、以下のような透明体の製造方法が提供される。すなわち、プラズマガンにて直流プラズマを発生させる工程と、坩堝に充填されたTiOもしくはTiを加熱して蒸発させ、直流プラズマを通過させて透明基材上に堆積させることにより、アモルファスなTiO層を成膜する工程と、坩堝に充填されたTiOもしくはTiを加熱して蒸発させながら、直流プラズマにシロキサンを導入することにより、アモルファスなTiO膜の上に、アモルファスなTiOとSiO(0<y)の混合物を含む混合層を成膜する工程と、混合層の上に、SiO(0<x)層を形成する工程と、を有する透明体の製造方法である。このように、直流プラズマを用いてTiO膜を形成することにより、TiOを蒸発源として容易にアモルファスなTiO膜と、混合膜を容易に成膜することができる。 According to the 2nd aspect of this invention, the manufacturing method of the following transparent bodies is provided. That is, the step of generating direct current plasma with a plasma gun, and heating and evaporating TiO 2 or Ti filled in the crucible, passing the direct current plasma and depositing it on the transparent substrate, thereby making amorphous TiO 2. The step of forming a layer and the introduction of siloxane into the DC plasma while heating and evaporating TiO 2 or Ti filled in the crucible, the amorphous TiO 2 and SiO on the amorphous TiO 2 film. a step of forming a mixed layer comprising a mixture of y (0 <y), on the mixed layer, a method for producing a transparent body having a step of forming a SiO x (0 <x) layer. Thus, by forming a TiO 2 film using DC plasma, an amorphous TiO 2 film and a mixed film can be easily formed using TiO 2 as an evaporation source.

上記混合層の成膜工程は、成膜速度を、15オングストローム/sec以上50オングストローム/sec以下に設定することが好ましい。   In the film formation step of the mixed layer, the film formation rate is preferably set to 15 angstrom / sec or more and 50 angstrom / sec or less.

上記アモルファスなTiO層の成膜工程では、透明基材を150℃以下の温度に維持することが望ましい。 In the step of forming the amorphous TiO 2 layer, it is desirable to maintain the transparent substrate at a temperature of 150 ° C. or lower.

本発明によれば、アモルファスなTiO膜を紫外線吸収層として用いることにより、酸性雨や紫外線や温度変化に対する耐性の高いハードコート構造を備えた透明体を提供することができる。 According to the present invention, by using an amorphous TiO 2 film as an ultraviolet absorption layer, it is possible to provide a transparent body having a hard coat structure highly resistant to acid rain, ultraviolet rays, and temperature changes.

実施形態の透明体の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the transparent body of embodiment. 実施形態の透明体の製造に用いる成膜装置のブロック図である。It is a block diagram of the film-forming apparatus used for manufacture of the transparent body of embodiment. 実施形態において、酸素の導入量を変えて成膜したハードコート層3の分光透過率を示すグラフである。In an embodiment, it is a graph which shows the spectral transmittance of hard coat layer 3 formed by changing the amount of oxygen introduced. 実施形態の透明体の製造に用いることのできる別の構造の成膜装置のブロック図である。It is a block diagram of the film-forming apparatus of another structure which can be used for manufacture of the transparent body of embodiment. 実施例で形成したアモルファスなTiO膜のX線回折測定結果を示すグラフである。Is a graph showing the X-ray diffraction measurements of amorphous TiO 2 film formed in Example. 実施例の透明試料に対して行った耐冷熱サイクル性試験の熱サイクルを示すグラフである。It is a graph which shows the thermal cycle of the cold-heat cycle property test done with respect to the transparent sample of an Example. 実施例の透明体試料の分光透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral transmittance of the transparent body sample of an Example.

本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本実施形態の透明体の構造について図1を用いて説明する。本実施形態の透明体は、PC(ポリカーボネート)製の基材1と、これを傷や損傷から保護するためのハードコート構造5とを備えるものであり、ハードコート構造5は、PC製基材1を黄変させる紫外線を遮蔽する機能を備える。このような透明体の一例としては、ヘッドランプのPCレンズ、眼鏡のPCレンズ、PCを使用した窓等の建材、ならびに、PCを使用した自動車窓等が挙げられるが、本実施形態の透明体は、これらに限定されるものではなく、他の用途の透明体にも適用される。   First, the structure of the transparent body of this embodiment is demonstrated using FIG. The transparent body of the present embodiment includes a PC (polycarbonate) base material 1 and a hard coat structure 5 for protecting it from scratches and damage. The hard coat structure 5 is a PC base material. 1 has the function of shielding the ultraviolet rays that turn yellow. Examples of such a transparent body include a headlamp PC lens, a spectacle PC lens, a building material such as a window using a PC, and an automobile window using a PC. Is not limited to these, but can be applied to transparent bodies for other purposes.

具体的には、ハードコート構造5は、図1に示したように基材1の上に順に積層された紫外線吸収層2、混合層4、ハードコート層3の3層構造である。紫外線吸収層2の材質は、アモルファスなTiOである。アモルファスなTiOは、微結晶を含まないことが望ましい。アモルファスなTiO膜を紫外線吸収層2として用いることにより、TiO膜は光触媒性能を備えないため、PC基材1に対する密着性が高く、光触媒性能がPC基材1に劣化を生じさせる現象も抑制できる。 Specifically, the hard coat structure 5 is a three-layer structure of an ultraviolet absorbing layer 2, a mixed layer 4, and a hard coat layer 3 that are sequentially laminated on the substrate 1 as shown in FIG. 1. The material of the ultraviolet absorbing layer 2 is amorphous TiO 2 . It is desirable that amorphous TiO 2 does not contain microcrystals. By using an amorphous TiO 2 film as the ultraviolet absorbing layer 2, since the TiO 2 film does not have photocatalytic performance, the adhesion to the PC base material 1 is high, and the phenomenon that the photocatalytic performance deteriorates the PC base material 1 is also caused. Can be suppressed.

紫外線吸収層(アモルファスなTiO膜)2の膜厚は、1.0μmより大きい値に設定することが望ましい。発明者らは、PC基材1にTiO膜を紫外線吸収層2として備えた場合に、PC基材1に黄変を生じさせないための紫外線吸収層2の透過率を予め測定した結果、波長350nmにおける透過率が30%より小さいと黄変が生じないことを目視にて確認している。一方、アモルファスなTiO膜の膜厚と波長350nmにおける透過率とは、表1のような関係にある。表1より紫外線吸収層(アモルファスなTiO膜)2の膜厚を1.0μmより大きい値に設定することにより、透過率を30%より小さくすることができるため望ましい。 The film thickness of the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 film) 2 is desirably set to a value larger than 1.0 μm. We, when provided with a TiO 2 film in the PC substrate 1 as the ultraviolet absorbing layer 2, a result of the previously measured transmittance of the ultraviolet absorbing layer 2 to not cause yellowing PC substrate 1, wavelength It is visually confirmed that yellowing does not occur when the transmittance at 350 nm is less than 30%. On the other hand, the film thickness of the amorphous TiO 2 film and the transmittance at a wavelength of 350 nm have a relationship as shown in Table 1. From Table 1, it is desirable to set the film thickness of the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 film) 2 to a value larger than 1.0 μm because the transmittance can be made smaller than 30%.

Figure 2011127199
Figure 2011127199

また、紫外線吸収層(アモルファスなTiO膜)2の膜厚は、3.0μm以下であることが望ましい。その理由は、膜厚が3.0μmを超えると、波長350nmのTiOの吸収率は2%付近で飽和するため、膜厚を3.0μmを超える厚さにしても紫外線吸収能力は高くならないためである。また、膜厚が3.0μmを超えた辺りからPC製基材1やハードコート層3との密着性が低下し、剥がれやすくなるため膜厚3.0μm以下であることが好ましい。 The film thickness of the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 film) 2 is desirably 3.0 μm or less. The reason is that, when the film thickness exceeds 3.0 μm, the absorption rate of TiO 2 having a wavelength of 350 nm is saturated in the vicinity of 2%, so that even if the film thickness exceeds 3.0 μm, the ultraviolet absorption ability does not increase. Because. Moreover, since the adhesiveness with the base material 1 made from PC or the hard-coat layer 3 falls from the thickness exceeding 3.0 micrometers, and it becomes easy to peel, it is preferable that it is 3.0 micrometers or less in film thickness.

ハードコート層3の材質は、SiOxである。xは、1.5<x<2.0であることが望ましい。   The material of the hard coat layer 3 is SiOx. x is preferably 1.5 <x <2.0.

ハードコート層(SiOx膜)3の膜厚は、ハードコートとして機能しうる硬度を生じさせるために1000オングストローム以上であることが望ましく、5000オングストローム以上10μm以下であることがより望ましい。   The film thickness of the hard coat layer (SiOx film) 3 is preferably 1000 angstroms or more, and more preferably 5000 angstroms or more and 10 μm or less in order to generate hardness that can function as a hard coat.

混合層4は、紫外線吸収層2とハードコート層3との密着性を向上させ、冷熱サイクルが加わった場合にハードコート層3が紫外線吸収層2から剥がれるのを防止するために配置されている。混合層4は、TiOとSiOとの混合物で構成されている。混合層4を構成するTiOは、アモルファスであることが望ましい。混合層4を構成するSiOのy値は、y<2であることが好ましい。 The mixed layer 4 is disposed to improve the adhesion between the ultraviolet absorbing layer 2 and the hard coat layer 3 and prevent the hard coat layer 3 from being peeled off from the ultraviolet absorbing layer 2 when a cooling cycle is applied. . The mixed layer 4 is composed of a mixture of TiO 2 and SiO y . The TiO 2 constituting the mixed layer 4 is desirably amorphous. The y value of SiO y constituting the mixed layer 4 is preferably y <2.

混合層4を構成するTiOとSiOの割合は、1:1であることが望ましい。混合層4の膜厚は、8000オングストローム以上であることが望ましい。 The ratio of TiO 2 and SiO y constituting the mixed layer 4 is preferably 1: 1. The film thickness of the mixed layer 4 is desirably 8000 angstroms or more.

つぎに、ハードコート構造5の各層の機能について説明する。ハードコート層3は、基材1に傷や割れが生じるのを防止するために最表層に配置されている。紫外線吸収層2を構成するアモルファスなTiO膜は、3.0〜3.3eVのバンドギャップを有し、380nm付近以下の紫外線を吸収する性質を有する。よって、アモルファスなTiO膜を紫外線吸収層2としてハードコート層3と基材1との間に配置したことにより、PC基材1に黄変を生じさせる波長250〜360nmの紫外線を紫外線吸収層2に吸収させることができる。 Next, the function of each layer of the hard coat structure 5 will be described. The hard coat layer 3 is disposed on the outermost layer in order to prevent the substrate 1 from being scratched or cracked. The amorphous TiO 2 film constituting the ultraviolet absorbing layer 2 has a band gap of 3.0 to 3.3 eV, and has a property of absorbing ultraviolet light of around 380 nm or less. Therefore, by arranging an amorphous TiO 2 film between the hard coat layer 3 and the substrate 1 as the ultraviolet absorption layer 2, ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 360 nm that cause yellowing of the PC substrate 1 are absorbed by the ultraviolet absorption layer. 2 can be absorbed.

微結晶を含まないアモルファスなTiO膜からなる紫外線吸収層2は、光触媒性能を有さないため、PC基材1の上に直接配置しても、高い密着性を得ることができ、ハードコード構造5を基材1上に強固に配置することができる。また、光触媒性能を有していないため、光触媒性能によりPC基材を劣化させることもない。 Since the ultraviolet absorbing layer 2 made of an amorphous TiO 2 film not containing microcrystals does not have photocatalytic performance, even if it is directly disposed on the PC substrate 1, high adhesion can be obtained. The structure 5 can be firmly arranged on the substrate 1. Moreover, since it does not have photocatalytic performance, the PC base material is not deteriorated by the photocatalytic performance.

また、アモルファスなTiO膜である紫外線吸収層2は、ハードコート層3とも密着性が高いが、温度変化が加わった場合の両者の密着性をさらに向上させるために、紫外線吸収層2とハードコート層3との間に混合層4が配置されている。これにより、温度変化が加わった場合に、ハードコート層3が紫外線吸収層2から剥がれるのを防止することができる。 The ultraviolet absorbing layer 2 that is an amorphous TiO 2 film has high adhesion to the hard coat layer 3, but in order to further improve the adhesion between the two when a temperature change is applied, the ultraviolet absorbing layer 2 and the hard coating layer 3 are hardened. A mixed layer 4 is disposed between the coating layer 3 and the coating layer 3. Thereby, when a temperature change is added, it can prevent that the hard-coat layer 3 peels from the ultraviolet absorption layer 2. FIG.

TiO膜は、耐酸性が高いことが知られている。この性質は、アモルファスなTiO膜であっても変わらない。よって、ハードコート層(SiOx膜)3に酸性雨が浸透した場合であっても、紫外線吸収層(アモルファスなTiO膜)2や混合層4が溶解して消失することがなく、PC基材の黄変防止能力を継続して発揮することができる。 A TiO 2 film is known to have high acid resistance. This property does not change even with an amorphous TiO 2 film. Therefore, even when acid rain penetrates into the hard coat layer (SiOx film) 3, the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 film) 2 and the mixed layer 4 do not dissolve and disappear, and the PC substrate The ability to prevent yellowing can be continuously exhibited.

つぎに、本実施形態の透明体の製造方法について説明する。ここでは、直流プラズマを用いる図2の成膜装置を用いて、直流プラズマを用いた直流プラズマ・アシスト・イオンプレーティング法と化学的気相成長(CVD)法により透明体のハードコート構造5を連続して形成する。   Below, the manufacturing method of the transparent body of this embodiment is demonstrated. In this case, the transparent hard coat structure 5 is formed by a direct current plasma assist ion plating method using a direct current plasma and a chemical vapor deposition (CVD) method using the film forming apparatus of FIG. 2 using direct current plasma. Form continuously.

図2の成膜装置は、プラズマガン31と成膜室7とを備えている。成膜室7には、プラズマガン31と対向する位置にアノード電極38が配置され、直流プラズマがプラズマガン31からアノード電極38に向かって生じる。これらの間には、反応ガス37を導入するための反応ガス導入管8と坩堝33が備えられている。反応ガス導入管8および坩堝33と向かい合う位置には、基材1を保持する基材ホルダー36が備えられている。坩堝33は、電子銃133を備え、電子ビーム(EB)により蒸発源34を加熱する。プラズマガン31とアノード電極38には、それぞれ電源10が接続されている。プラズマガン31の外側、ならびに、成膜室7の外側にはそれぞれ中心軸が一致するように電磁石12が配置されている。電磁石12は、プラズマガン31が発生したプラズマ35をビーム状に収束する作用をする。   The film forming apparatus shown in FIG. 2 includes a plasma gun 31 and a film forming chamber 7. In the film forming chamber 7, an anode electrode 38 is disposed at a position facing the plasma gun 31, and DC plasma is generated from the plasma gun 31 toward the anode electrode 38. Between these, a reaction gas introduction pipe 8 and a crucible 33 for introducing the reaction gas 37 are provided. A base material holder 36 for holding the base material 1 is provided at a position facing the reaction gas introduction pipe 8 and the crucible 33. The crucible 33 includes an electron gun 133 and heats the evaporation source 34 with an electron beam (EB). A power source 10 is connected to each of the plasma gun 31 and the anode electrode 38. The electromagnets 12 are arranged outside the plasma gun 31 and outside the film forming chamber 7 so that the central axes thereof coincide with each other. The electromagnet 12 acts to converge the plasma 35 generated by the plasma gun 31 into a beam shape.

透明体の製造方法について説明する。まず、紫外線吸収層(TiO膜)2を直流プラズマ・アシスト・イオンプレーティング法により形成する。坩堝33には、Tiを充填しておく。基材1を基材ホルダー36にセットし、成膜室7を所定の圧力まで排気した後、プラズマガン31にキャリアガス32を導入し、アノード電極38との間にプラズマ35を発生させる。この状態で、坩堝33の電子銃133から電子線をTi34に照射し、加熱して蒸発させる。また、反応ガス導入管37からは酸素ガスを導入し、プラズマ35をキャリアガスと酸素の混合プラズマにする。これにより、坩堝33から蒸発したTiは、混合プラズマを通過することにより酸化され、基材1上に堆積し、TiO膜を形成する(直流プラズマ・アシスト・イオンプレーティング法)。 The manufacturing method of a transparent body is demonstrated. First, an ultraviolet absorbing layer (TiO 2 film) 2 is formed by a direct current plasma assist ion plating method. The crucible 33 is filled with Ti. After the substrate 1 is set on the substrate holder 36 and the film formation chamber 7 is evacuated to a predetermined pressure, a carrier gas 32 is introduced into the plasma gun 31 and plasma 35 is generated between the anode electrode 38. In this state, the electron beam 133 is irradiated onto the Ti 34 from the electron gun 133 of the crucible 33 and is heated and evaporated. Further, oxygen gas is introduced from the reaction gas introduction tube 37, and the plasma 35 is changed to a mixed plasma of carrier gas and oxygen. As a result, Ti evaporated from the crucible 33 is oxidized by passing through the mixed plasma, and is deposited on the substrate 1 to form a TiO 2 film (DC plasma assisted ion plating method).

この直流プラズマ・アシスト・イオンプレーティング法は、基板温度を150℃以下に維持することにより、アモルファスなTiO膜(紫外線吸収層)2を、Tiを蒸発源として容易に形成できる。他の成膜条件は、例えば、成膜速度5000オングストローム/min以下、直流放電電力10kW以下に設定することが好ましい。しかしながら、基板温度を除き成膜条件は、この成膜条件に限定されるものではない。 In the DC plasma assist ion plating method, the amorphous TiO 2 film (ultraviolet absorption layer) 2 can be easily formed using Ti as an evaporation source by maintaining the substrate temperature at 150 ° C. or lower. The other film formation conditions are preferably set to, for example, a film formation speed of 5000 angstrom / min or less and a DC discharge power of 10 kW or less. However, the film formation conditions except for the substrate temperature are not limited to these film formation conditions.

続けて、混合層4を成膜する。紫外線吸収層2の成膜後、成膜室7を開放することなく、坩堝33内のTi34の電子銃133による加熱およびプラズマ35の発生を継続する。この状態で、反応ガス導入管8から酸素ガスに加えて、シロキサンを導入する。これにより、イオンプレーティングと重合反応とを同時に進行させ、TiOとSiOの混合層4を成膜する。 Subsequently, the mixed layer 4 is formed. After the ultraviolet absorbing layer 2 is formed, heating of the Ti 34 in the crucible 33 by the electron gun 133 and generation of the plasma 35 are continued without opening the film forming chamber 7. In this state, siloxane is introduced from the reaction gas introduction pipe 8 in addition to the oxygen gas. As a result, the ion plating and the polymerization reaction proceed simultaneously to form the mixed layer 4 of TiO 2 and SiO y .

このとき、混合層4全体の成膜速度は、15〜50オングストローム/secであることが望ましい。このような成膜速度にて成膜することにより、一定圧力下で混合層4を成膜した場合に、混合層4におけるTiOとSiOの比率をほぼ1:1にすることができる。酸素ガスの導入量は、70sccmよりも少なく設定することが望ましい。これにより、混合層4のSiOyのyの値をy<2にすることができる。基板温度は、150℃以下であることが望ましい。これにより、混合層4のTiOをアモルファスにすることができる。 At this time, the film formation rate of the entire mixed layer 4 is desirably 15 to 50 angstrom / sec. By forming the film at such a film formation speed, when the mixed layer 4 is formed under a constant pressure, the ratio of TiO 2 and SiO y in the mixed layer 4 can be made substantially 1: 1. The amount of oxygen gas introduced is preferably set to be less than 70 sccm. Thereby, the y value of SiOy of the mixed layer 4 can be set to y <2. The substrate temperature is desirably 150 ° C. or lower. Accordingly, the TiO 2 mixed layer 4 can be made amorphous.

なお、蒸着源としては、TiOを用いることも可能であるが、Tiを蒸着源とした方が、Tiの蒸発速度の制御が容易となる。 As the vapor deposition source, TiO 2 can be used. However, when Ti is used as the vapor deposition source, the Ti evaporation rate can be easily controlled.

続けて、ハードコート層3を成膜する。混合層4の成膜後、成膜室7を開放することなく、電子銃133の電子ビームの発生を停止し、プラズマ35の発生を継続させる。そこに反応ガス37としてシロキサンを反応ガス導入管8から導入し、重合反応を生じさせ、基材1にSiOxを所定の厚さまで堆積させる。いわゆるプラズマCVD法である。これにより、ハードコート層(SiOx層)3を形成する。ただし、ハードコート層3は、ハードコートとして機能を発揮させるために上述した所定の膜厚に成膜する。   Subsequently, a hard coat layer 3 is formed. After the mixed layer 4 is formed, the generation of the electron beam of the electron gun 133 is stopped and the generation of the plasma 35 is continued without opening the film formation chamber 7. Siloxane is introduced as a reaction gas 37 from the reaction gas introduction pipe 8 to cause a polymerization reaction, and SiOx is deposited on the substrate 1 to a predetermined thickness. This is a so-called plasma CVD method. Thereby, a hard coat layer (SiOx layer) 3 is formed. However, the hard coat layer 3 is formed in the predetermined film thickness described above in order to exhibit the function as a hard coat.

また、ハードコート層3の硬さをより向上させるならば反応ガスとしてシロキサンと共に酸素を導入し、酸化反応を促進させることが好ましい。ただし、本実施形態のように樹脂基材1の上に成膜した場合においては、基材1に比べてハードコート層3が硬すぎると、耐冷熱サイクル性が劣る。図3は、ヘキサメチルジシロキサンを用いて同一条件にてハードコート層3のみを成膜したときの、ハードコート層3の分光透過率の測定結果である。酸素を導入せずにヘキサメチルジシロキサンのみを成膜したときには200nmから300nmの波長域の光を殆ど透過せず、430nmから800nmの長波長域において90%以上の透過率を示す。反応ガスとして酸素を300sccm導入して成膜した場合には200nmから800nmの広い波長域で透過率90%以上の透過率の平坦域を示す。また、硬さについては酸素を導入しないものに比べて、酸素を導入したものの方が硬さが大きかった。すなわち、少なくとも300sccm以上の酸素を導入した場合にはSiOになっているものと推察される。本実施形態では、耐冷熱サイクル性を重視し、ハードコート層3の成膜時に酸素を導入せず、SiO膜(x<2)とする条件で成膜とする。 Further, if the hardness of the hard coat layer 3 is further improved, it is preferable to introduce oxygen together with siloxane as a reaction gas to promote the oxidation reaction. However, in the case where the film is formed on the resin base material 1 as in the present embodiment, if the hard coat layer 3 is too hard as compared with the base material 1, the thermal cycle resistance is inferior. FIG. 3 shows measurement results of the spectral transmittance of the hard coat layer 3 when only the hard coat layer 3 is formed under the same conditions using hexamethyldisiloxane. When only hexamethyldisiloxane is formed without introducing oxygen, light in the wavelength range of 200 nm to 300 nm is hardly transmitted, and a transmittance of 90% or more is exhibited in the long wavelength range of 430 nm to 800 nm. When a film is formed by introducing 300 sccm of oxygen as a reaction gas, a flat region having a transmittance of 90% or more in a wide wavelength region of 200 nm to 800 nm is shown. In addition, the hardness was higher in the case where oxygen was introduced than in the case where oxygen was not introduced. That is, when oxygen of at least 300 sccm or more is introduced, it is presumed that it is SiO 2 . In the present embodiment, the heat cycle resistance is emphasized, and oxygen is not introduced when the hard coat layer 3 is formed, and the film is formed under the condition of the SiO x film (x <2).

以上により、図1のように基材1上に三層構造のハードコート構造5を備えた透明体を連続成膜より効率よく製造できる。   By the above, the transparent body provided with the hard coat structure 5 of the three-layer structure on the base material 1 as shown in FIG.

なお、ここでは、図2の成膜装置を用いて、紫外線吸収層2、混合層4、ハードコート層3を成膜したが、本発明はこの成膜方法に限定されるものではない。例えば、図4に示す成膜装置を用いて、真空蒸着法と化学的気相成長(CVD)法により成膜を行った場合でも同じ結果が得られる。図4の成膜装置では、図2の装置の電子銃133を備えず、坩堝33に電圧を印加し、直流プラズマの一部を坩堝33に導いて蒸発源34を加熱する。図4の装置の場合、蒸発源34としてはTiOを用いる。また、同一成膜装置における連続成膜の点では劣るが、例えば、塗布法や他の気相成長法により、各々の層を順に成膜することも可能であろう。 Here, although the ultraviolet absorbing layer 2, the mixed layer 4, and the hard coat layer 3 were formed using the film forming apparatus of FIG. 2, the present invention is not limited to this film forming method. For example, the same result can be obtained even when the film forming apparatus shown in FIG. 4 is used to form a film by vacuum vapor deposition and chemical vapor deposition (CVD). 4 does not include the electron gun 133 of the apparatus of FIG. 2, but a voltage is applied to the crucible 33 and a part of the direct current plasma is guided to the crucible 33 to heat the evaporation source 34. In the case of the apparatus of FIG. 4, TiO 2 is used as the evaporation source 34. Moreover, although it is inferior in the point of the continuous film-forming in the same film-forming apparatus, it will also be possible to form each layer in order by a coating method or other vapor phase growth methods, for example.

このように本実施形態の透明体は、紫外線吸収層2として、TiO膜を用いることにより耐酸性を向上させ、しかも、TiOを微結晶を含まないアモルファスな構造とすることにより光触媒性能を生じさせず、PC基材との密着性を高め、光触媒性能によるPC基材の劣化を防止できる。したがって、紫外線吸収層2によってPC基材1の黄変を防ぎつつ、ハードコート層3によって基材1の傷や損傷を防ぐことができる。 As described above, the transparent body of the present embodiment improves the acid resistance by using a TiO 2 film as the ultraviolet absorbing layer 2, and has a photocatalytic performance by making TiO 2 an amorphous structure that does not contain microcrystals. Without causing it, adhesion to the PC base material can be improved, and deterioration of the PC base material due to photocatalytic performance can be prevented. Therefore, the hard coat layer 3 can prevent the substrate 1 from being scratched or damaged while the ultraviolet absorbing layer 2 prevents yellowing of the PC substrate 1.

また、紫外線吸収層2とハードコート層3との間に、混合層4を配置したことにより、温度変化の大きな環境で使用された場合にも、ハードコート層3が紫外線吸収層2から剥離することなく耐久性を高めることができる。   Further, since the mixed layer 4 is disposed between the ultraviolet absorbing layer 2 and the hard coat layer 3, the hard coat layer 3 is peeled off from the ultraviolet absorbing layer 2 even when used in an environment with a large temperature change. The durability can be improved without any problems.

しかも、本実施形態では、直流プラズマを用いることにより、アモルファスなTiO膜(紫外線吸収層2)および混合層4をTiもしくはTiOを蒸発源として容易に成膜することができるため、高価な材料を用いる必要がなく、耐酸性に優れたハードコート構造5を低コストで形成することができる。 In addition, in this embodiment, by using DC plasma, the amorphous TiO 2 film (ultraviolet absorption layer 2) and the mixed layer 4 can be easily formed using Ti or TiO 2 as an evaporation source, which is expensive. There is no need to use a material, and the hard coat structure 5 having excellent acid resistance can be formed at low cost.

本実施形態の透明体の構造は、ヘッドランプのPCレンズ、眼鏡のPCレンズ、PCを使用した窓等の建材、ならびに、自動車のPCを使用した窓等に適用することができる。例えば、自動車用ヘッドランプに用いる場合、ランプが固定されたハウジングの前面に密封接着されたPC製レンズに、本実施形態のハードコート構造5を適用することができる。すなわち、PC製レンズを基材1として、その表面にハードコート構造5を設けることができる。PC製レンズの内壁への入射光はランプからの光に限られ、PC製のレンズを黄変させる紫外波長は含まれないため、レンズの内壁には紫外線吸収層は不要である。そこで、太陽光等が入射するレンズの外壁に、本実施形態ハードコート構造5を設ける。これにより、レンズ基材がPCであっても傷や損傷を防止でき、しかも黄変を防止することができる。   The structure of the transparent body of this embodiment can be applied to building materials such as a PC lens for a headlamp, a PC lens for spectacles, a window using a PC, and a window using a PC of an automobile. For example, when used in an automobile headlamp, the hard coat structure 5 of the present embodiment can be applied to a PC lens hermetically bonded to the front surface of a housing to which the lamp is fixed. That is, the hard coat structure 5 can be provided on the surface of the PC lens as the base material 1. The incident light on the inner wall of the PC lens is limited to the light from the lamp, and does not include the ultraviolet wavelength that causes the PC lens to turn yellow. Therefore, no ultraviolet absorbing layer is required on the inner wall of the lens. Therefore, the hard coat structure 5 of the present embodiment is provided on the outer wall of the lens on which sunlight or the like is incident. Thereby, even if a lens base material is PC, a damage | wound and damage can be prevented, and also yellowing can be prevented.

以下、本発明の一実施例について説明する。
本実施例では、図1の構造の透明体を製造した。紫外線吸収層2の材質は、微結晶を含まないアモルファスなTiOである。ハードコート層3の材質は、SiOx(1.5<x<2.0)である。混合層4の材質は、アモルファスなTiOとSiOy(y<2.0)である。基材1はPCであり、厚さ3mmの板状である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
In this example, a transparent body having the structure shown in FIG. 1 was produced. The material of the ultraviolet absorption layer 2 is amorphous TiO 2 that does not contain microcrystals. The material of the hard coat layer 3 is SiOx (1.5 <x <2.0). The material of the mixed layer 4 is amorphous TiO 2 and SiOy (y <2.0). The substrate 1 is a PC and has a plate shape with a thickness of 3 mm.

各層の成膜は、実施形態で説明した製造手順の通り、図2の成膜装置を用いて行った。キャリアガス32としてはHeを用いた。キャリアガス32としてArを用いる場合に比べて電子銃まわりでの異常放電を抑止することが可能だからである。蒸発源はTiを用いた。紫外線吸収層2の成膜時は酸素ガスを50sccm導入し、成膜装置の圧力は3×10−1Paとした。混合層4の成膜時には、酸素ガスを50sccm導入したままの状態で、ヘキサメチルジシロキサンをニードルバルブにて制御しながら導入した。ヘキサメチルジシロキサンの導入量は、キャリアガス(He)32と酸素ガスとヘキサメチルジシロキサンとを導入したときの成膜装置の圧力が1.3〜2.0Paとなるように調整した。紫外線吸収層2の成膜速度は4000オングストローム/min、直流放電電力は4.5KWとした。混合層4の成膜速度は実際の成膜速度が15〜50オングストローム/secとなるように、Tiの蒸発量およびヘキサメチルジシロキサンの導入量を調整した。また、混合層4の成膜の際にはTi:Siの割合がほぼ1:1の条件となるようにTiの蒸発量およびヘキサメチルジシロキサンの導入量の割合を調整した。紫外線吸収層2および混合層4の成膜時には、基板1は加熱せず、基板1の温度が150℃以下になるように制御した。ハードコート層3の成膜時には酸素ガスの供給を停止して、ヘキサメチルジシロキサンを導入した。ヘキサメチルジシロキサンの導入量はキャリアガス(He)とヘキサメチルジシロキサンとを導入したときの成膜装置の圧力が1.3〜2.0Paとなるように調整した。 Film formation of each layer was performed using the film formation apparatus of FIG. 2 according to the manufacturing procedure described in the embodiment. He was used as the carrier gas 32. This is because abnormal discharge around the electron gun can be suppressed as compared with the case where Ar is used as the carrier gas 32. Ti was used as the evaporation source. During the film formation of the ultraviolet absorbing layer 2, 50 sccm of oxygen gas was introduced, and the pressure of the film forming apparatus was 3 × 10 −1 Pa. When the mixed layer 4 was formed, hexamethyldisiloxane was introduced while being controlled by a needle valve while oxygen gas was introduced at 50 sccm. The amount of hexamethyldisiloxane introduced was adjusted so that the pressure of the film forming apparatus when the carrier gas (He) 32, oxygen gas, and hexamethyldisiloxane were introduced was 1.3 to 2.0 Pa. The deposition rate of the ultraviolet absorbing layer 2 was 4000 angstrom / min, and the DC discharge power was 4.5 KW. The evaporation rate of Ti and the introduction amount of hexamethyldisiloxane were adjusted so that the film formation rate of the mixed layer 4 was 15 to 50 Å / sec. Further, when the mixed layer 4 was formed, the ratio of the amount of evaporated Ti and the amount of introduced hexamethyldisiloxane were adjusted so that the ratio of Ti: Si was approximately 1: 1. When the ultraviolet absorbing layer 2 and the mixed layer 4 were formed, the substrate 1 was not heated, and the temperature of the substrate 1 was controlled to be 150 ° C. or lower. When the hard coat layer 3 was formed, the supply of oxygen gas was stopped and hexamethyldisiloxane was introduced. The amount of hexamethyldisiloxane introduced was adjusted so that the pressure of the film forming apparatus when the carrier gas (He) and hexamethyldisiloxane were introduced was 1.3 to 2.0 Pa.

本実施例と同じ成膜条件により形成した紫外線吸収層(TiO膜)2の結晶構造をX線回折により測定したところ、図5に示すように、回折強度はブロードであり、アモルファスであることが確認された。この紫外線吸収層2の膜を600℃で30分間加熱処理したのち、X線回折により測定したところ、アナターゼ型TiO結晶のピークが確認された。このことから加熱処理していない紫外線吸収層2のTiOはアモルファスであることが確認された。同様に、混合層4の結晶構造をX線回折により測定したところ、紫外線吸収層2と同様に回折強度はブロードであった。よって、混合層4のTiOも紫外線吸収層2の成膜条件と同様であるからアモルファスと推察される。また、後述する耐冷熱サイクル性評価を行なった8000オングストロームの膜厚の混合層4と同一条件にて成膜した混合層4について、X線光電子分光法(X−ray photoelectron spectroscopy)にて分析した結果、TiOとSiOの割合は1:1であった。 When the crystal structure of the ultraviolet absorbing layer (TiO 2 film) 2 formed under the same film forming conditions as in this example was measured by X-ray diffraction, the diffraction intensity was broad and amorphous as shown in FIG. Was confirmed. The film of the ultraviolet absorbing layer 2 was heat-treated at 600 ° C. for 30 minutes and then measured by X-ray diffraction. As a result, an anatase TiO 2 crystal peak was confirmed. From this, it was confirmed that the TiO 2 of the ultraviolet absorbing layer 2 that was not heat-treated was amorphous. Similarly, when the crystal structure of the mixed layer 4 was measured by X-ray diffraction, the diffraction intensity was broad like the ultraviolet absorbing layer 2. Therefore, TiO 2 of the mixed layer 4 is also assumed to be amorphous because it is the same as the film forming conditions of the ultraviolet absorbing layer 2. Further, the mixed layer 4 formed under the same conditions as the mixed layer 4 having a film thickness of 8000 angstrom, which was evaluated for the thermal cycle resistance described later, was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, the ratio of TiO 2 and SiO y was 1: 1.

<評価>
(耐酸性)
本実施例の透明体の紫外線吸収層2の耐酸性を確認するために、混合層4を備えず、基材1上に紫外線吸収層(アモルファスなTiO)2とハードコート層(SiOx)3のみを備えた評価用試料を作製した。紫外線吸収層2の膜厚は、2μmとし、ハードコート層3の膜厚は、表2に示すように、0.5μm、1μm、1.5μm、2.0μm、2.5μmとした。
<Evaluation>
(Acid resistance)
In order to confirm the acid resistance of the transparent ultraviolet absorbing layer 2 of this example, the mixed layer 4 is not provided, but the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 ) 2 and the hard coat layer (SiOx) 3 are provided on the substrate 1. The sample for evaluation provided only with was produced. The film thickness of the ultraviolet absorbing layer 2 was 2 μm, and the film thickness of the hard coat layer 3 was 0.5 μm, 1 μm, 1.5 μm, 2.0 μm, and 2.5 μm as shown in Table 2.

比較例として、ハードコート層3を備えず、紫外線吸収層2のみを備えた試料を製造した。表2にハードコート層3の膜厚が0μmの試料として示す。   As a comparative example, a sample having only the ultraviolet absorption layer 2 without the hard coat layer 3 was produced. Table 2 shows a sample having a hard coat layer 3 having a thickness of 0 μm.

さらに比較例として、紫外線吸収層をIn膜(厚さ0.5μm)とし、ハードコート層3としてSiOx膜(膜厚:0μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm)とした比較例試料を製造した。 Further, as a comparative example, the ultraviolet absorbing layer is an In 2 O 3 film (thickness 0.5 μm), and the hard coat layer 3 is an SiOx film (film thickness: 0 μm, 0.5 μm, 1 μm, 1.5 μm, 2.0 μm, A comparative sample having a thickness of 2.5 μm was manufactured.

さらに別の比較例として、PC基材1上にバッファー層としてSiOx層(厚さ0.5〜1μm)を配置した後、紫外線吸収層としてZnO膜(厚さ0.2μm)を形成し、さらにハードコート層3としてSiOx膜(膜厚:0μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm)を形成した比較例試料を製造した。なお、ZnO膜の下にバッファー層を配置したのは、PC基材1上にZnO膜を直接形成すると後述する表3のように剥離しやすく、耐酸性試験を行うことが困難になるためである。   As yet another comparative example, a SiOx layer (thickness 0.5 to 1 μm) is disposed as a buffer layer on the PC substrate 1, and then a ZnO film (thickness 0.2 μm) is formed as an ultraviolet absorbing layer. A comparative example sample in which a SiOx film (film thickness: 0 μm, 0.5 μm, 1 μm, 1.5 μm, 2.0 μm, 2.5 μm) was formed as the hard coat layer 3 was produced. The reason why the buffer layer is arranged under the ZnO film is that when the ZnO film is directly formed on the PC substrate 1, it is easy to peel off as shown in Table 3 to be described later, and it becomes difficult to perform an acid resistance test. is there.

上記比較例試料の製造は、図2の成膜装置を用いて、本実施例と同様に行った。   The comparative sample was manufactured in the same manner as in this example using the film forming apparatus shown in FIG.

耐酸性試験は、実施例および比較例の試料のハードコート構造5の上に0.1NのHSO溶液0.2mlを滴下し、24時間放置後水洗いし、さらに1時間放置することにより行った。試験後、目視にて、基板の状態を観察し、評価した。その結果を表2に示す。 The acid resistance test was performed by dropping 0.2 ml of a 0.1 N H 2 SO 4 solution onto the hard coat structure 5 of the sample of the example and the comparative example, leaving it to stand for 24 hours, washing it with water, and then leaving it for another hour. It was. After the test, the state of the substrate was visually observed and evaluated. The results are shown in Table 2.

Figure 2011127199
Figure 2011127199

表2より、紫外線吸収層としてZnO膜を用いた比較例は、ハードコート層(SiOx膜)3がどのような膜厚であっても、ZnO膜がすべて消失しており、0.1NのHSOに対して耐酸性がないことがわかった。 From Table 2, in the comparative example using the ZnO film as the ultraviolet absorbing layer, all the ZnO film disappeared regardless of the film thickness of the hard coat layer (SiOx film) 3, and 0.1N H 2 it was found that there is no acid resistance against SO 4.

紫外線吸収層としてIn膜を用いた比較例は、ハードコート層(SiOx膜)3の厚さが2μm以上であれば、In膜が消失しないが、2μmよりも薄い場合には、In膜が消失してしまうことがわかる。 Comparative examples using In 2 O 3 film as the ultraviolet absorbing layer, a hard coat layer as long as the thickness of the (SiOx film) 3 is 2μm or more, but In 2 O 3 film is not lost, if thinner than 2μm Shows that the In 2 O 3 film disappears.

これに対し、本実施例の紫外線吸収層2としてアモルファスなTiO膜を用いた試料は、ハードコート層(SiOx膜)3どのような膜厚であってもアモルファスなTiO膜が消失しないことがわかる。さらに、ハードコート層(SiOx膜)3を備えない(0μm)比較例であっても、アモルファスなTiO膜は消失してしない。 In contrast, in the sample using the amorphous TiO 2 film as the ultraviolet absorbing layer 2 of the present example, the amorphous TiO 2 film does not disappear regardless of the film thickness of the hard coat layer (SiOx film) 3. I understand. Furthermore, even in the comparative example not including the hard coat layer (SiOx film) 3 (0 μm), the amorphous TiO 2 film is not lost.

このことから、紫外線吸収層2としてアモルファスなTiO膜は、In膜やZnO膜と比較し、耐酸性に非常に優れ、ハードコート層3の水浸透性に関わらず溶解しないことが確認された。よって、酸性雨にさらされた場合でも、消失することなく、紫外線吸収性能を発揮し続けることができ、PC基材1の黄変を防止できる。 From this, the amorphous TiO 2 film as the ultraviolet absorbing layer 2 is very excellent in acid resistance compared to the In 2 O 3 film and the ZnO film, and does not dissolve regardless of the water permeability of the hard coat layer 3. confirmed. Therefore, even when it is exposed to acid rain, it can continue to exhibit ultraviolet absorption performance without disappearing, and yellowing of the PC substrate 1 can be prevented.

(密着性)
本実施例の透明体の紫外線吸収層2とPC製基材との密着性を測定するために、基材1上に紫外線吸収層(アモルファスなTiO)2のみを備えた評価用試料を作製した。紫外線吸収層2の膜厚は、2000オングストロームとした。
(Adhesion)
In order to measure the adhesion between the transparent ultraviolet absorbing layer 2 of this example and the substrate made of PC, an evaluation sample having only the ultraviolet absorbing layer (amorphous TiO 2 ) 2 on the substrate 1 was prepared. did. The film thickness of the ultraviolet absorbing layer 2 was 2000 angstroms.

比較例として、PC基材の上にIn膜(膜厚2000オングストローム)を配置した試料、PC基材の上にZnO膜(膜厚2000オングストローム)を配置した試料をそれぞれ蒸着法により形成し、同様に密着性を測定した。 As a comparative example, a sample in which an In 2 O 3 film (film thickness 2000 angstrom) is disposed on a PC substrate and a sample in which a ZnO film (film thickness 2000 angstrom) is disposed on a PC substrate are formed by vapor deposition. In the same manner, the adhesion was measured.

密着性の測定は、JIS D0202 8.12に準ずるゴバン目試験により行った。   The adhesion was measured by a gobang eye test according to JIS D0202 8.12.

その結果、表3に示すように実施例のPC製基材1とアモルファスなTiO膜(紫外線吸収層2)との密着性、および、比較例のPC基材とIn膜とのゴバン目試験結果は、いずれも1であり、これらの密着性は良好であることがわかった。これに対し、比較例のPC基材とZnO膜のゴバン目試験の結果は4であり、密着性は低かった。これにより、アモルファスなTiO膜(紫外線吸収層2)は、PC基材への密着性が高く、膜剥がれを生じないことが確認できた。よって、PC基材とTiOとの間にバッファ層等を配置する必要がなく、製造工程を簡略化できる。 As a result, as shown in Table 3, the adhesion between the PC substrate 1 of the example and the amorphous TiO 2 film (ultraviolet absorption layer 2), and the comparison between the PC substrate and the In 2 O 3 film of the comparative example. The Gobang eye test results were all 1 and it was found that these adhesions were good. On the other hand, the result of the Gobang eye test of the PC base material of the comparative example and the ZnO film was 4, and the adhesion was low. Thereby, it was confirmed that the amorphous TiO 2 film (ultraviolet absorption layer 2) has high adhesion to the PC base material and does not cause film peeling. Therefore, it is not necessary to arrange a buffer layer or the like between the PC base material and TiO 2, and the manufacturing process can be simplified.

Figure 2011127199
Figure 2011127199

(耐冷熱サイクル性)
本実施例の透明体の紫外線吸収層2の耐冷熱サイクル性を確認するために、紫外線吸収層2、混合層4、ハードコート層3の三層構造で、混合層4の膜厚を複数種類に変えた評価用試料を作製した。紫外線吸収層2の膜厚は、1.0μmとし、ハードコート層3の膜厚は、2.0μmとした。
(Cool and heat cycle resistance)
In order to confirm the heat and heat cycle resistance of the ultraviolet absorbing layer 2 of the transparent body of this example, the mixed layer 4 has a plurality of kinds of film thicknesses in the three-layer structure of the ultraviolet absorbing layer 2, the mixed layer 4, and the hard coat layer 3. A sample for evaluation was prepared. The film thickness of the ultraviolet absorbing layer 2 was 1.0 μm, and the film thickness of the hard coat layer 3 was 2.0 μm.

これらの評価用試料に、図6のような−40℃から80℃(湿度90%)まで8時間かけて変化する熱サイクルを10サイクル加える試験を行った後、目視にて膜の状態を観察した。   These samples for evaluation were subjected to a test in which 10 cycles of thermal cycles varying from −40 ° C. to 80 ° C. (humidity 90%) as shown in FIG. 6 over 8 hours were performed, and the state of the film was visually observed. did.

Figure 2011127199
Figure 2011127199

表4のように、混合層4の膜厚を8000オングストローム以上にすることにより、耐冷熱サイクル性試験において剥離することのないハードコートを得られることが確認された。   As shown in Table 4, it was confirmed that when the thickness of the mixed layer 4 was 8000 angstroms or more, a hard coat that would not be peeled off in the thermal cycle resistance test could be obtained.

(分光透過性)
さらに、本実施例のハードコート構造5(アモルファスなTiO膜(厚さ2.0μm)と、混合層4(厚さ8000オングストローム)と、SiOx膜(厚さ1.0μm)の積層体)の分光透過率を測定したところ、図7のグラフのように350nmの透過率が20%以下であり、PC基材1を黄変させないための350nmの透過率30%以下の条件を満たしていた。図7のグラフから明らかなように、実施例のハードコート構造は、紫外線吸収層2としてZnO膜を形成した試料よりも紫外線透過率が高いが、十分な黄変防止性能が得られる。
(Spectral transmission)
Furthermore, the hard coat structure 5 of this example (a laminated body of an amorphous TiO 2 film (thickness 2.0 μm), a mixed layer 4 (thickness 8000 angstroms), and a SiOx film (thickness 1.0 μm)). When the spectral transmittance was measured, the transmittance at 350 nm was 20% or less as shown in the graph of FIG. 7, and the condition that the transmittance at 350 nm to prevent yellowing of the PC substrate 1 was 30% or less was satisfied. As is apparent from the graph of FIG. 7, the hard coat structure of the example has a higher ultraviolet transmittance than the sample in which the ZnO film is formed as the ultraviolet absorbing layer 2, but sufficient yellowing prevention performance can be obtained.

なお、アモルファスなTiO膜が、ZnO膜よりも紫外線透過率が高くても十分な黄変防止性能が得られる理由は現時点では明らかではないが、黄変防止性能が十分であることは、本実施例のアモルファスなTiO膜を用いた試料に促進紫外線照射試験(波長295〜450nm、100mw/cmの強度の光を72時間照射する試験)を施し、黄変が生じないことにより確認している。 The reason why an amorphous TiO 2 film can provide sufficient yellowing prevention performance even if its ultraviolet transmittance is higher than that of a ZnO film is not clear at this time. The sample using the amorphous TiO 2 film of the example was subjected to an accelerated ultraviolet irradiation test (a test in which light having a wavelength of 295 to 450 nm and an intensity of 100 mw / cm 2 was irradiated for 72 hours), and confirmed that yellowing did not occur. ing.

1…PC基材、2…紫外線防止層、3…ハードコート層、4…混合層、5…ハードコート構造、7…成膜室、8…反応ガス導入管、10…電源、12…電磁石、31…プラズマガン、32…キャリアガス、33…坩堝、34…蒸発源TiO、35…プラズマ、36…基板ホルダー、37…反応ガス、38…アノード電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PC base material, 2 ... Ultraviolet ray prevention layer, 3 ... Hard coat layer, 4 ... Mixed layer, 5 ... Hard coat structure, 7 ... Deposition chamber, 8 ... Reactive gas introduction pipe, 10 ... Power supply, 12 ... Electromagnet, 31 ... plasma gun, 32 ... carrier gas, 33 ... crucible, 34 ... vapor source TiO 2, 35 ... plasma, 36 ... substrate holder, 37 ... reaction gas, 38 ... anode electrode.

Claims (6)

透明基材と、該基材上に順に配置された、紫外線吸収層とハードコート層とを有し、
前記紫外線吸収層は、アモルファスなTiO膜であり、
前記紫外線吸収層とハードコート層との間には、アモルファスなTiOと、前記ハードコート層を構成する材料との混合物からなる混合層が配置されていることを特徴とする透明体。
A transparent base material, and an ultraviolet absorbing layer and a hard coat layer disposed in order on the base material;
The ultraviolet absorbing layer is an amorphous TiO 2 film,
A transparent body, wherein a mixed layer made of a mixture of amorphous TiO 2 and a material constituting the hard coat layer is disposed between the ultraviolet absorbing layer and the hard coat layer.
請求項1に記載の透明体において、前記アモルファスなTiO膜は、微結晶を含まないことを特徴とする透明体。 The transparent body according to claim 1, wherein the amorphous TiO 2 film does not contain microcrystals. 請求項1または2に記載の透明体において、前記混合層の膜厚は、8000オングストローム以上であることを特徴とする透明体。   The transparent body according to claim 1 or 2, wherein the mixed layer has a thickness of 8000 angstroms or more. プラズマガンにて直流プラズマを発生させる工程と、
坩堝に充填されたTiOもしくはTiを加熱して蒸発させ、前記直流プラズマを通過させて透明基材上に堆積させることにより、アモルファスなTiO層を成膜する工程と、
前記坩堝に充填されたTiOもしくはTiを加熱して蒸発させながら、前記直流プラズマにシロキサンを導入することにより、前記アモルファスなTiO膜の上に、アモルファスなTiOとSiO(0<y)の混合物を含む混合層を成膜する工程と、
前記混合層の上に、SiO(0<x)層を形成する工程と、を有することを特徴とする透明体の製造方法。
Generating DC plasma with a plasma gun;
A step of forming an amorphous TiO 2 layer by heating and evaporating TiO 2 or Ti filled in the crucible, passing the DC plasma, and depositing it on a transparent substrate;
By introducing siloxane into the DC plasma while heating and evaporating TiO 2 or Ti filled in the crucible, amorphous TiO 2 and SiO y (0 <y) are formed on the amorphous TiO 2 film. A step of forming a mixed layer containing a mixture of
Forming a SiO x (0 <x) layer on the mixed layer.
請求項4に記載の透明体の製造方法において、前記混合層の成膜工程は、成膜速度を、15オングストローム/sec以上50オングストローム/sec以下に設定することを特徴とする透明体の製造方法。   5. The method for producing a transparent body according to claim 4, wherein in the film forming step of the mixed layer, a film forming speed is set to 15 angstrom / sec or more and 50 angstrom / sec or less. . 請求項4または5に記載の透明体の製造方法において、
前記アモルファスなTiO層の成膜工程では、前記透明基材を150℃以下の温度に維持することを特徴とする透明体の製造方法。
In the manufacturing method of the transparent body according to claim 4 or 5,
In the film formation step of the amorphous TiO 2 layer, the transparent substrate is maintained at a temperature of 150 ° C. or lower.
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