DE102008032011A1

DE102008032011A1 - Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elements sowie staubdichtes und lichtdurchlässiges Element, Tiefpassfilter, Vorrichtung zum Schutz einer Abbildungsvorrichtung und Abbildungsgerät

Info

Publication number: DE102008032011A1
Application number: DE102008032011A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Yamada; Naohito Sasaki; Hiroyuki Nakayama
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20090011243A1; JP2009017305A

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes wird bereitgestellt, das die Schritte des Ausbildens einer aufgebrachten Beschichtung und des Ausbildens einer staubdichten Beschichtung umfasst. Das staubdichte und lichtdurchlässige Element ist auf einer Seite einer Lichtempfangsfläche einer Abbildungsvorrichtung angeordnet. Die aufgebrachte Beschichtung wird auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats ausgebildet. Die aufgebrachte Beschichtung enthält Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid. Die staubdichte Beschichtung, die eine feine Oberflächenrauheit aufweist, wird auf einer Fläche ausgebildet, indem für die aufgebrachte Beschichtung ein Heißwasserprozess durchgeführt wird. Bei dem Heißwasserprozess wird auf zwischen 40 und 100°C erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel verwendet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, ein optisches Tiefpassfilter, eine Vorrichtung zum Schutz einer Abbildungsvorrichtung sowie ein Abbildungsgerät, das mit dem Element ausgestattet ist.
2. Beschreibung der zugehörigen Technik
Elektronische Abbildungsgeräte, die ein optisches Bild in ein elektrisches Signal wandeln, z. B. digitale Fotokameras, Faksimilegeräte, Abtaster und dergleichen, sind heute weit verbreitet. Befindet sich Staub im Strahlengang einer Lichtempfangsfläche einer in dem elektronischen Abbildungs gerät vorhandenen Abbildungsvorrichtung, z. B. eines CCDs, so ist der Staub in dem gesamten aufgenommenen Bild sichtbar.
Beispielsweise gelangt bei einer digitalen Spiegelreflexkamera mit Wechselobjektiv leicht Staub in den Spiegelkasten, wenn das Wechselobjektiv vom Kamerakörper abgenommen wird. In einer anderen Situation kann in dem Spiegelkasten Staub durch den Mechanismus erzeugt werden, der den Spiegel oder eine Blende eines Aufnahmeobjektivs steuert. Bei einem Faksimilegerät oder einem Abtaster kann beispielsweise Staub erzeugt werden, wenn ein Dokument an ein Dokumentenbildlesegerät gesendet wird oder sich das Dokumentenbildlesegerät bewegt. Der erzeugte Staub kann an einer Lichtempfangsfläche des CCDs oder dem Walzenglas anhaften. Auch wenn der Staub durch ein Gebläse abgeblasen wird, verbleibt der abgeblasene Staub in dem Mechanismus.
Insbesondere befindet sich in einer digitalen Fotokamera in der Nähe von der Abbildungsvorrichtung ein optisches Filter zur Einstellung der Raumfrequenz. Als optisches Filter wird üblicherweise eine doppelbrechende Quarzplatte verwendet. Quarz nimmt aus einer Schwingung leicht eine elektrische Ladung auf, und die elektrische Ladung ist nur schwer wieder zu lösen, da der Quarz einen piezoelektrischen Effekt bewirkt. So kann Staub, der in einer Kamera infolge eines Luftstroms oder einer Schwingung, die durch eine Kameraoperation verursacht wird, schwebt, an ein elektrisch geladenes optisches Filter anhaften. Um ein deutliches Bild aufzunehmen, ist häufiges Reinigen durch ein Luftgebläse erforderlich.
Dieses Problem ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung JP 2001-298640 angesprochen, in der eine digitale Fotokamera mit einem Wischer offenbart ist, der eine Außenfläche eines staubdichten Mecha nismus abwischt. Die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen JP 2002-204379 (US-Veröffentlichungsnummer US2004/012714 ) und JP 2003-319222 (US-Veröffentlichungsnummern US2003/202114 und US2007/296819 ) offenbaren eine Kamera mit einem Halter und einer Vibrationsvorrichtung. Der Halter weist eine Öffnung auf. Ein CCD und ein optisches Tiefpassfilter sind in dem Halter montiert. Die Öffnung ist mit einem staubdichten Element abgedeckt und abgedichtet. Es haftet kein Staub an dem CCD und dem Tiefpassfilter in dem Halter. An dem staubdichten Element haftender Staub wird zudem durch die von der Vibrationsvorrichtung erzeugte Schwingung entfernt. Jedoch wirft die in den vorstehend genannten Druckschriften beschriebene mechanische Entfernung des Staubs eine Reihe von Problemen auf, z. B. erhöhte Fertigungskosten, eine Zunahme des Gewichts des Geräts, einen erhöhten Energieverbrauch, etc.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist folglich die Bereitstellung eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, das vor Staub schützt, eines Verfahrens zum Herstellen des Elementes mit gleichmäßiger Qualität, eines optischen Tiefpassfilters, einer Vorrichtung zum Schutz einer Abbildungsvorrichtung sowie eines Abbildungsgerätes, das das Element enthält.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes bereitgestellt, das diese Schritte umfasst: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung. Das staubdichte und lichtdurchlässige Element ist auf einer Seite einer Lichtempfangsfläche einer Abbildungsvorrichtung angeordnet. Die aufgebrachte Beschichtung wird auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats ausgebildet. Die aufgebrachte Beschichtung enthält Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid. Die staubdichte Beschichtung mit einer feinen Oberflächenrauheit wird auf einer Fläche ausgebildet, indem ein Heißwasserprozess für das Aufbringen der Beschichtung ausgeführt wird. Bei dem Heißwasserprozess wird auf 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel verwendet.
Ferner wird bei dem Heißwasserprozess dem Wasser eine Base beigefügt.
Ferner liegt die Dicke der aufgebrachten Beschichtung zwischen 5 und 500 nm.
Ferner ist der Hauptbestandteil der staubdichten Beschichtung Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid.
Ferner umfasst die Oberflächenrauheit der staubdichten Beschichtung eine Vielzahl von unregelmäßig verteilten konvexen Teilen und konkaven Teilen. Die konvexen Teile sind winzig klein. Die konkaven Teile sind Rillen, die zwischen einigen der konvexen Teile angeordnet sind.
Ferner ist unter der staubdichten Beschichtung eine antistatische Beschichtung ausgebildet. Der Oberflächenwiderstand der antistatischen Beschichtung ist kleiner als oder gleich 1 × 10¹⁴ Ω/Quadrat.
Ferner ist eine Wasser abweisende oder Wasser und Öl abweisende Beschichtung als Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes ausgebildet. Die Dicke der Beschichtung liegt zwischen 0,4–100 nm.
Ferner liegt die dreidimensionale mittlere Oberflächenrauheit einer Oberfläche des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes zwischen 1 und 100 nm.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, das einen Wischer aufweist;
2A eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, das ein piezoelektrisches Element aufweist;
2B eine Draufsicht der 2A;
2C Schwingungsknoten des in 2A gezeigten staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes;
3A eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, das ein piezoelektrisches Element aufweist;
3B eine Schnittansicht längs einer Linie, die in 3A die Verbindung B-B ist;
4 eine Schnittansicht einer digitalen Fotokamera mit einem optischen Tiefpassfilter, welches das staubdichte und lichtdurchlässige Element gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist;
5. eine Schnittansicht einer digitalen Fotokamera mit einem optischen Tiefpassfilter, welches das staubdichte und lichtdurchlässige Element gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel aufweist;
6 eine Schnittansicht einer digitalen Fotokamera mit einer Schutzvorrichtung 1, die das staubdichte und lichtdurchlässige Element gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist;
7 eine Schnittansicht einer digitalen Fotokamera mit einer Schutzvorrichtung 1, die das staubdichte und lichtdurchlässige Element gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel aufweist;
8 ein AFM-Bild der staubdichten Beschichtung; und
9 einen Graphen, der das spektrale Reflexionsvermögen der staubdichten Beschichtung nach den Beispielen 1 bis 3 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELE
[1] Lichtdurchlässiges Substrat
Ein Material für ein lichtdurchlässiges Substrat kann in Abhängigkeit des Verwendungszwecks eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes gewählt werden und kann eine anorganische Verbindung oder ein organisches Polymer sein. Wird das staubdichte und lichtdurchlässige Element beispielsweise als optisches Tiefpassfilter in einer Abbildungsvorrichtung verwendet, so besteht das lichtdurchlässige Substrat üblicherweise aus einem doppelbrechenden Quarz oder einem doppelbrechenden Silikatglas. Soll das staubdichte und lichtdurchlässige Element in einem anderen Fall als Schutzvorrichtung für eine Abbildungsvorrichtung oder ein optisches Tiefpassfilter verwendet werden, so kann das lichtdurchlässige Substrat aus verschiedenartigen anorganischen Gläsern oder verschiedenartigen transparenten Polymeren gefertigt werden. Beispiele für ein anorganisches Glas sind Kieselglas, Borosilikatglas oder Natronkalkglas. Beispiele für ein transparentes Polymer sind ein Polymethacrylsäureesterharz, z. B. Polymethylmethacrylatharz, oder Polycarbonatharz. Form und Dicke des lichtdurchlässigen Substrats können je nach Verwendungszweck festgelegt werden.
[2] Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes
Ein Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes umfasst einen Aufbringprozess, einen Heißwasserprozess und einen Trockenprozess zum Ausbilden einer staubdichten Beschichtung. Bei dem Aufbringprozess wird eine aufgebrachte Beschichtung, die hauptsächlich aus Aluminium, Aluminiumoxid oder aus einem Gemisch aus diesen beiden besteht, auf einer Lichteintrittsfläche des lichtdurchlässigen Substrats ausgebildet. Zusätzlich kann die aufgebrachte Beschichtung eine weitere Komponente enthalten. Der Heißwasserprozess wird an der aufgebrachten Beschichtung mit Wasser bei einer Temperatur zwischen 40 und 100 Grad Celsius oder mit einem Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Bei dem Trockenprozess wird die dem Heißwasserprozess unterzogene aufgebrachte Beschichtung getrocknet. Diese Prozesse werden später ausführlich beschrieben. Zusätzlich kann, falls erforderlich, vor und/oder nach Ausbilden der staubdichten Beschichtung eine antistatische Beschichtung ausgebildet werden. Außerdem kann eine Wasserabweisende Beschichtung oder eine Wasser und Öl abweisende Beschichtung als Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes ausgebildet werden.
(1) Ausbilden einer staubdichten Beschichtung
(a) Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung
Die aufgebrachte Beschichtung, die im Wesentlichen aus Aluminium, Aluminiumoxid oder einer Mischung aus beiden besteht, wird auf dem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet, indem ein PVD-Verfahren, wie beispielsweise ein Vakuumbedampfungsverfahren, ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierverfahren, oder ein CVD-Verfahren, wie beispielsweise ein thermisches CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren oder ein optisches CVD-Verfahren angewendet wird. Wegen seiner Wirtschaftlichkeit ist das Vakuumbedampfungsverfahren vorzuziehen. Vorzugsweise liegt die Dicke der aufgebrachten Beschichtung zwischen 5 und 500 nm, um eine homogene aufgebrachte Beschichtung auszubilden und letztlich die staubdichte Beschichtung mit einer dreidimensionalen mittleren Oberflächenrauheit innerhalb eines bevorzugten Bereichs auszubilden.
Bei dem Vakuumbedampfungsverfahren wird die aufgebrachte Beschichtung ausgebildet, indem Dampf eines ersten Rohmaterials, das Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus diesen beiden ist, in einem Hochvakuum, beispielsweise 1 × 10^–4 bis 1 × 10^–2 Pa, auf das lichtdurchlässige Substrat kondensiert wird. Das Verfahren zum Verdampfen des ersten Materials ist nicht auf ein spezielles Verfahren beschränkt. Beliebige Verdampfungsverfahren werden verwendet, wie beispielsweise ein Verfahren zum Verdampfen durch eine Elektrostromheizquelle, oder durch Anwenden eines von einer Elektronenkanone der E-Art abgestrahlten Elektronenstrahls, oder durch Anwenden eines durch Hohlkathodenentladung erzeugten Hochstromelektronenstrahls, oder ein Laserablationsverfahren. Vorzugsweise ist das lichtdurchlässige Substrat so zu platzieren, dass die Oberfläche, auf der die aufgebrachte Beschichtung ausgebildet werden soll, dem ersten Rohmaterial zugewandt ist, und ist das lichtdurchlässige Substrat während des Bedampfungsprozesses zu drehen, während es dem ersten Rohmaterial zugewandt bleibt. Eine gewünschte Dicke der ausgebildeten aufgebrachten Beschichtung kann durch Einstellen der Dauer des Aufbringprozesses erreicht werden.
Eine aufgebrachte Aluminiumbeschichtung besteht aus Aluminium als erstes Material. Zum Ausbilden einer homogenen aufgebrachten Aluminiumbeschichtung sind Bedampfungsgeschwindigkeit und Temperatur nicht eingeschränkt, jedoch beträgt die Bedampfungsgeschwindigkeit vorzugsweise 1–10 nm/sec und die Temperatur des lichtdurchlässigen Substrats liegt während des Bedampfungsprozesses vorzugsweise bei 20–80 Grad Celsius.
Eine aufgebrachte Aluminiunoxidbeschichtung wird nach einem ersten oder einem zweiten Verfahren ausgebildet. Bei dem ersten Verfahren wird Aluminiumoxid als erstes Rohmaterial verwendet. Bei dem zweiten Verfahren wird Aluminium als erstes Rohmaterial verwendet und reaktiv aufgebracht, indem einem Vakuumbedampfungsgerät ein wenig Sauerstoff zugeführt wird. Bei dem ersten Verfahren ist zum Ausbilden einer homogenen aufgebrachten Aluminiumoxidbeschichtung die Bedampfungsgeschwindigkeit nicht eingeschränkt, liegt jedoch vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 nm/min, während die Temperatur des lichtdurchlässigen Substrats während des Bedampfungsprozesses zwischen 20 und 300 Grad Celsius betragen sollte. Bei dem zweiten Verfahren wird Sauerstoff vorzugsweise mit einem Druck zwischen 1 × 10^–4 und 1 × 10^–2 Pa zugeführt.
Von verschiedenen CVD-Verfahren ist das Plasma-CVD-Verfahren vorzuziehen, bei dem eine dünne Beschichtung bei niedriger Temperatur ausgebildet werden kann. Bei dem Plasma-CVD-Verfahren wird eine aufgebrachte Aluminiumbeschichtung ausgebildet, indem man Plasma, das ein Quellgas ist, veranlasst, auf der Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats eine chemische Reaktion, wie beispielsweise Spaltung, Reduktion, Oxidation, Substitution usw., hervorzurufen und anzutreiben. Als Quellgas werden beispielsweise Aluminium-Halogenide wie AlCl₃, organisches Aluminium wie Al(CH₃)₃, Al(i-C₄H₉)₃ und (CH₃)₂AlH, organische Aluminiumkomplexe, Aluminiumalkoholat usw. bevorzugt. Vorzugsweise wird das Quellgas mit einem Austauschgas wie Helium, Argon usw. auf eine Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats geleitet. Reaktives Gas, wie Wasserstoff, Stickstoff, Ammoniak, Distickstoffmonoxid, Oxid, Kohlenmonoxid, Methan usw. können ebenfalls mit dem Quellgas gemischt werden.
(b) Heißwasserprozess für die aufgebrachte Beschichtung
Der Heißwasserprozess wird unter Verwendung von heißem Wasser, dessen Temperatur 40–100 Grad Celsius beträgt, oder eines Gemischs aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel an der aufgebrachten Beschichtung durchgeführt. Bei dem Heißwasserprozess wird das lichtdurchlässige Substrat mit der ausgebildeten aufgebrachten Beschichtung vorzugsweise in das heiße Wasser oder das Gemisch eingetaucht. Außerdem beträgt die Eintauchtemperatur vorzugsweise 50–100 Grad Celsius. Ferner wird die aufgebrachte Beschichtung vorzugsweise für 1–240 Minuten in das heiße Wasser oder das organische Lösungsmittel eingetaucht.
Falls notwendig, kann dem Wasser eine Base zugegeben werden. Die staubdichte Beschichtung wird durch die Zugabe schnell ausgebildet. Es kann eine anorganische oder eine organische Base verwendet werden. Beispielsweise wird Amin als organische Base bevorzugt. Vorzuziehende Amine sind z. B. ein Alkoholamin wie Monoethanolamin, Diethanolamin oder Triethanolamin sowie ein Alkylamin wie Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, n-Butylamin oder n-Propylamin. Als anorganische Basen werden dagegen Ammoniak, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid bevorzugt. Die Menge der zugegebenen Base ist nicht eingeschränkt, jedoch sind 0,1 bis 1 Masseprozent bezogen auf 100 Masseprozent für die Summe aus Wasser und Base vorzuziehen.
Bei dem Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel ist ein Alkohol wie Methanol, Ethanol, Propylalkohol, Butylalkohol usw. als organisches Lösungsmittel vorzuziehen. Die Menge des zugegebenen organischen Lösungsmittels ist nicht eingeschränkt, sofern der sich aus diesem Ausführungsbeispiel ergebende Effekt nicht behindert wird.
Selbst wenn die aufgebrachte Beschichtung im Wesentlichen aus Aluminium, Aluminiumoxid oder einem Gemisch aus diesen beiden besteht, wird durch den Heißwasserprozess für die aufgebrachte Beschichtung auf der Oberfläche der aufgebrachten Beschichtung eine Rauheit ausgebildet, die aus zahlreichen konvexen Teilen mit winziger unregelmäßiger Form und zahlreichen konkaven Teilen wie Rillen, die zwischen einigen der konvexen Teile angeordnet sind, besteht. Warum eine derartige Rauheit ausgebildet wird, ist unklar. Man nimmt jedoch an, dass der Grund dafür der ist, dass der Heißwasserprozess zumindest die Oberfläche der aufgebrachten Beschichtung in ein Aluminiumhydroxid, wie Böhmit, umwandelt, und dass die Eluierung des Aluminiumhydroxids und die Ablagerung des eluierten Aluminiumhydroxids zusammenfallen.
(c) Der Trockenprozess
Vorzugsweise wird die dem Heißwasserprozess unterzogene aufgebrachte Beschichtung nach dem Ausbilden der Rauheit auf der Oberfläche der aufgebrachten Beschichtung im Bereich von Raumtemperatur bis 500 Grand Celsius getrocknet. Ferner ist ein Erhitzen zum Sintern bei zwischen 100 und 450 Grad Celsius vorzuziehen. Die Trocken- oder die Heizdauer beträgt vorzugsweise 10 Minuten bis 36 Stunden. Durch Trocknen wird die die Rauheit aufweisende und aus Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder einem Gemisch der beiden als Hauptkomponenten bestehende staubdichte Beschichtung ausgebildet. Auch wenn der Heißwasserprozess auf der aufgebrachten Aluminiumbeschichtung ausgeführt wird, sind die Hauptbestandteile der staubdichten Beschichtung gewöhnlich Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus den beiden. Nach dem obigen Herstellungsverfahren kann die staubdichte Beschichtung ohne einen Hochtemperatur-Heizprozess ausgebildet werden.
Folglich kann die staubdichte Beschichtung auf einem Kunststoffsubstrat mit geringer Hitzebeständigkeit ausgebildet werden.
(2) Ausbilden einer antistatischen Beschichtung
Wie oben beschrieben, kann auf der Innenseite und/oder der Außenseite der staubdichten Beschichtung eine antistatische Beschichtung ausgebildet werden. Die antistatische Beschichtung verhindert zusätzlich, dass Staub an der Oberfläche der staubdichten Beschichtung haftet. Vorzugsweise wird die antistatische Beschichtung unter der staubdichten Beschichtung ausgebildet.
Die antistatische Beschichtung besteht aus leitfähigem anorganischem Material. Jedes allgemein bekannte leitfähige anorganische Material kann zur Verwendung bei der antistatischen Beschichtung geeignet sein, solange das leitfähige anorganische Material farblos und hochtransparent ist. Beispielsweise kann als leitfähiges anorganisches Material vorzugsweise zumindest ein Material aus einer Gruppe bestehend aus Antimonxoid, Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumzinnoxid (ITO) und Antimonzinnoxid (ATO) verwendet werden. Eine dichte Beschichtung, die im Wesentlichen aus dem oben genannten leitfähigen anorganischen Material besteht, kann als antistatische Beschichtung ausgebildet werden. Alternativ kann eine Verbundbeschichtung, die im Wesentlichen aus feinen Teilchen, welche im Wesentlichen aus dem oben genannten anorganischen Material bestehen und im Folgenden als leitfähiges anorganischen Teilchen bezeichnet werden, und einem Bindemittel besteht, als antistatische Beschichtung ausgebildet werden. Eine Komponente des Bindemittels, die im Folgenden als Bindemittelkomponente bezeichnet wird, ist ein Monomer oder ein Oligomer, das als Bindemittel durch Polymerisation arbeitet. Als Bindemittelkomponenten werden beispielsweise Metall-Alkoxid, ein Oligomer des Metall-Alkoxids, eine UV-härtende Verbindung oder eine wärmehärtende Verbindung, wie beispielsweise Acrylester, bevorzugt.
Eine aus leitfähigem anorganischem Material bestehende Beschichtung kann durch ein PVD-Verfahren, wie beispielsweise ein Vakuumaufdampfverfahren, oder durch ein CVD-Verfahren ausgebildet werden, ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden der aufgebrachten Beschichtung für die staubdichte Beschichtung, mit der Ausnahme, dass als Rohmaterial ein leitfähiges anorganisches Material verwendet wird. Die leitfähige anorganische Teilchen und ein Bindemittel enthaltende Verbundbeschichtung kann gemäß jedem gängigen Beschichtungsverfahren ausgebildet werden, wie beispielsweise Tauchverfahren, Rotationsbeschichtungsverfahren, Sprühverfahren, Flow-Coat-Verfahren, Walzenbeschichtungsverfahren, ein Reverse-Coating-Verfahren, Flexographieverfahren, Siebdruckverfahren oder eine Kombination von diesen. Das Verfahren zum Ausbilden der leitfähige anorganische Teilchen und ein Bindemittel enthaltenden Verbundbeschichtung gemäß verschiedenen Beschichtungsverfahren wird unten beschrieben.
(a) Bereiten einer Mischung, die leitfähige anorganische Teilchen enthält
Die mittlere Teilchengröße der leitfähigen anorganischen Teilchen liegt vorzugsweise bei ungefähr 5–80 nm. Ist die mittlere Teilchengröße größer als 80 nm, ist die Transparenz der antistatischen Beschichtung zu gering. Andererseits ist es schwierig, leitfähige anorganische Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße unter 5 nm herzustellen.
Vorzugsweise liegt das Massenverhältnis der leitfähigen anorganischen Teilchen zu der Bindemittelkomponente zwischen 0,05 und 0,7. Ist das Massenverhältnis größer als 0,7, ist es schwierig, die Verbundbeschich tung homogen zu beschichten, und die ausgebildete Verbundbeschichtung ist zu bruchempfindlich. Liegt das Massenverhältnis unter 0,05, wird die Leitfähigkeit der antistatischen Beschichtung herabgesetzt.
Metall-Alkoxid, ein Oligomer des Metall-Alkoxids, eine UV-härtende Verbindung oder eine wärmehärtende Verbindung ist als Bindemittelkomponente vorzuziehen. Durch Verwenden dieser Materialien kann eine ein Bindemittel enthaltende antistatische Beschichtung auch dann ausgebildet werden, wenn das lichtdurchlässige Substrat keine ausreichende Hitzebeständigkeit aufweist.
Ein Zirconiumalkoxid, wie z. B. Zirconiumtetramethoxid oder Zirconiumtetraethoxid, ein Titanalkoxid, wie z. B. Tetramethoxytitan oder Tetraethoxytitan, und ein Aluminiumalkoxid, wie z. B. Trimethoxyaluminium oder Triethoxyalumium, sind als Metall-Alkoxid der Bindemittelkomponente vorzuziehen. Ein Silanalkoxid, wie z. B. Methyltrialkoxysilan und Tetraalkoxysilan, ist noch stärker vorzuziehen.
Als UV-härtende Verbindung oder wärmehärtende Verbindung für die Bindemittelkomponente sind beispielsweise eine radikalisch polymerisierbare Verbindung, eine kationisch polymerisierbare Verbindung und eine anionisch polymerisierbare Verbindung vorzuziehen. Außerdem können diese Verbindung zusammen verwendet werden.
Acrylsäure oder Acrylsäureester ist als radikalisch polymerisierbare Verbindung vorzuziehen. Als Acrylsäure oder Acrylsäureester werden beispielsweise (Meth)acrylsäure, ein monofunktionales (Meth)acrylat, wie z. B. 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat und 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, ein Di(meth)acrylat, wie z. B. Pentaerythritoldi(meth)acrylat und Ethylengly coldi(meth)acrylat, ein Tri(meth)acrylat, wie z. B. Trimethylolpropantri(meth)acrylat und Pentaerythritoltri(meth)acrylat, ein polyfunktionales(Meth)acrylat, wie z. B. Pentaerythritoltetra(meth)acrylat und Dipentaerythritolpenta(meth)acrylat sowie deren Oligomere bevorzugt.
Eine Epoxidverbindung ist als kationisch polymerisierbare Verbindung vorzuziehen. Als Epoxidverbindung werden beispielsweise Phenylglycidylether, Ethylenglycoldiglycidylether, Glycerindiglycidylether, Vinylcyclohexendoxid, 1,2,8,9-Diepoxidlimonen, 3,4-Epoxidcyclohexylmethyl, 3',4'-Epoxidcyclohexancarboxylat oder Bis(3,4-epoxidcyclohexyl)adipat bevorzugt.
Wenn Metall-Alkoxid als Bindemittelkomponente verwendet wird, sollten der die anorganischen feinen Teilchen enthaltenden Mischung Wasser und ein Katalysator beigegeben werden. Als Katalysator werden beispielsweise Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Ammoniak bevorzugt. Vorzugsweise beträgt das Molverhältnis des beigegebenen Katalysators zu dem Metall-Alkoxid 0,0001–1. Vorzugsweise ist das Mischungsverhältnis von Metall-Alkoxid:Lösungsmittel:Wasser gleich 1:10–100:0,1–5.
Wird eine radikalisch polymerisierbare Verbindung oder eine kationisch polymerisierbare Verbindung als Bindemittelkomponente verwendet, sollte der Mischung mit den anorganischen feinen Teilchen ein radikalischer Polymerisationserreger oder ein kationischer Polymerisationserreger hinzugefügt werden. Eine Verbindung, die Radikale durch Aufnahme ultravioletter Strahlen erzeugt, wird als radikalischer Polymerisationserreger verwendet. Als radikalische Polymerisationserreger sind beispielsweise Benzyle, Benzophenone, Thioxanthone, Benzyldimethylketale, α- hydroxyalkylphenone, Hydroxyketone, Aminoalkylphenone oder Acylphosphinoxide bevorzugt. Der Anteil des beigefügten radikalischen Polymerisationserregers beträgt ungefähr 0,1–20 Masseteile pro 100 Masseteile der radikalisch polymerisierbaren Verbindung.
Eine Verbindung, die ein Kation durch Aufnahme ultravioletter Strahlen erzeugt, wird als kationischer Polymerisationserreger verwendet. Als kationischer Polymerisationserreger wird beispielsweise ein Oniumsalz wie z. B. ein Diazoniumsalz, ein Sulfoniumsalz oder ein Iodoniumsalz bevorzugt. Der Anteil des beizufügenden kationischen Polymerisationsinitiators sollte ungefähr 0,1–20 Masseteile pro 100 Masseteile der kationisch polymerisierbaren Verbindung betragen.
Zwei oder mehr Arten von feinen, anorganischen Teilchen und Bindemitteln können in die Mischung gemischt werden. Zusätzlich kann ein herkömmliches Additiv wie z. B. ein Dispergiermittel, ein Stabilisator, ein die Viskosität einstellendes Mittel oder ein Färbemittel in die Mischung gemischt werden, so lange die gewünschten Eigenschaften der Mischung nicht verschlechtert werden.
Die Dichte der Mischung hat Auswirkungen auf die Dicke der auszubildenden antistatischen Beschichtung. Als Lösungsmittel werden Alkohole wie Methanol und Ethanol, Alkoxy-Alkohole wie 2-Ethoxyethanol und 2-Butoxyethanol, Ketole wie Diaceton-Alkohol, Ketone wie Aceton und Methylethylketon, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluen und Xylen oder Ester wie Ethylacetat und Butylacetat bevorzugt. Der Anteil des Lösungsmittels beträgt ungefähr 20–10.000 Masseteile pro 100 Masseteile der Summe der anorganischen feinen Teilchen und der Bindemittelkomponente.
(b) Beschichtung
Jedes herkömmliche, oben erwähnte Beschichtungsverfahren kann zum Beschichten des Gemischs der leitfähigen anorganischen Teilchen eingesetzt werden. Davon ist das Tauchbeschichtungsverfahren bevorzugt, da die Homogenisierung der Beschichtung und die Regelung der Beschichtungsdicke leicht sind. Beispielsweise kann die auszubildende Beschichtungsdicke bei dem Tauchbeschichtungsverfahren durch Ändern der Hochziehgeschwindigkeit oder bei dem Rotationsbeschichtungsverfahren durch Ändern der Rotationsgeschwindigkeit der Grundplatte und der Dichte der Beschichtungsflüssigkeit geregelt werden. Bei dem Tauchbeschichtungsverfahren beträgt die Hochziehgeschwindigkeit vorzugsweise ungefähr 0,1–3,0 mm/Sekunde.
Man lässt die Bindemittelkomponente in der Mischung mit den leitfähigen anorganischen Teilchen polymerisieren. Wenn die Bindemittelkomponente ein Metallalkoxid oder deren Oligomer ist, liegt die zum Aushärten der Bindemittelkomponente erforderliche Temperatur zwischen 80 und 400 Grad Celsius und die Zeitdauer zwischen 30 Minuten und 10 Stunden. Ist die Bindemittelkomponente eine UV-härtende Verbindung, wird die Bindemittelkomponente polymerisiert, indem ultraviolette Strahlen mit ungefähr 50–3.000 mJ/cm² unter Verwendung einer UV-Lichtquelle angewendet werden, worauf eine Beschichtung ausgebildet wird, die leitfähige anorganische Teilchen und ein Bindemittel enthält. Die Zeitdauer für das Anwenden des UV-Lichts wird je nach Dicke der auszubildenden Beschichtung variieren, sollte jedoch ungefähr 0,1–60 Sekunden betragen.
Man lässt das Lösungsmittel der Mischung mit den leitfähigen anorganischen Teilchen verflüchtigen. Zum Verflüchtigen des Lösungsmittels kann die Mischung auf Raumtemperatur gehalten oder auf ungefähr 30–100 Grad Celsius erhitzt werden.
(3) Ausbilden der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung
Die Wasser und Öl abweisende Beschichtung kann als Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes ausgebildet werden. Rohmaterial zum Erzeugen der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung ist nicht besonders auf ein spezielles Material beschränkt, und jedes allgemein bekannte farblose und hochtransparente Material kann zum Erzeugen des Wasser und Öl abweisenden Materials verwendet werden. Beispielsweise erden eine anorganische Fluorverbindung und ein organisches und anorganisches Hybridpolymer mit Fluor, eine organische Fluorverbindung, ein fluoriertes Pech wie CFn (wobei n gleich 1,1–1,6 ist), oder Graphitfluorid als Rohmaterial zum Erzeugen der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung bevorzugt.
Als anorganische Fluorverbindung wird eine aus der Gruppe bestehend aus Lif, MgF2, Caf2, AlF3, BaF2, YF3, LaF3 und CaF3 bevorzugt. Diese Verbindungen können beispielsweise von Canon Optron Inc. bezogen werden.
Ein Copolymer eines ungesättigten Estermonomers mit einer fluoraliphatischen Gruppe und eines ungesättigten Silanmonomers und ein organisches Silikonpolymer mit einer Fluorkohlenwasserstoffgruppe werden als das organische und anorganische Hybridpolymer mit Fluor bevorzugt.
Ein Copolymer eines ungestättigten Estermonomers mit einer fluoraliphatischen Gruppe, das durch die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-146271 (US-Veröffentl.-Nr. US2004/0028914 ) of fenbarten folgenden chemischen Formel (1) repräsentiert wird, und eines ungesättigten Silanmonomers, das durch die folgende Formel (2) repräsentiert wird, ist vorzuziehen.
Bei der obigen chemischen Formel (1) bezeichnet R^f1 eine aliphatische Gruppe, die zumindest teilweise fluoriert ist, R¹ eine Alkylengruppe, die eine weitere Atomgruppe enthalten kann, und R² ist Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe.
Bei der obigen chemischen Formel (2) bezeichnet R³ Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe, R⁴ Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe, X¹ eine Alkoxygruppe, eine Halogengruppe oder eine -OC(=O)R⁵-Gruppe, wobei R⁵ Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe ist, Y1 eine Gruppe mit einfacher Bindung oder eine -CH₂-Gruppe und n eine ganze Zahl zwischen 0 und 2.
Als organisches Silikonpolymer mit Fluorkohlenwasserstoffgruppe wird ein Polymer bevorzugt, das durch Hydrolyse einer eine Fluorkohlenwasserstoffgruppe enthaltenden Silanverbindung erzeugt wird. Als Fluor enthaltende Silanverbindung wird eine Verbindung bevorzugt, die durch die folgende chemische Formel (3) repräsentiert wird. CF₃(CF₂)_a(CH₂)₂SiR_bX_c (3)
In der obigen chemischen Formel (3) bezeichnet R eine Alkylgruppe, X eine Alkoxygruppe oder ein Halogenatom, a eine ganze Zahl zwischen 0 und 7, b eine ganze Zahl zwischen 0 und 2, c eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 und (b + C) ist gleich 3. Als die durch obige Formel (3) repräsentierte Verbindung sind z. B. CF₃(CH₂)₂Si(OCH₃)₃, CF₃(CH₂)₂SiCl₃, CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂Si(OCH₃)₃, CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂SiCl₃, CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂Si(OCH₃)₃, CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCl₃, CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCH₃X(OCH₃)₂ und CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCH₃Cl₂ bevorzugt. Ein marktübliches organisches Silikonpolymer, wie beispielsweise das von GE Toshiba Silicone Co., Ltd. vertriebene XC-98-B2472 kann als das oben erwähnte, Fluor enthaltende organische und anorganische Hybridpolymer verwendet werden.
Fluorkohlenwasserstoffpolymere werden beispielsweise als organische Fluorverbindung bevorzugt. Ein Polymer olefiner Fluor enthaltender Verbindungen sowie ein Copolymer olefiner Fluor enthaltender Verbindungen und ein Monomer, das mit diesen copolymerisierbar ist, werden als Fluorkohlenwasserstoffpolymere bevorzugt. Als derartiges Polymer oder Copolymer sind Polytetrafluorethylen, ein Tetraethylen-hexafluorpropylen-Copolymer, ein Ethylen-tetrafluorethylen-Copolymer, ein Tetrafluorethylen-perfluoralkylvinylether-Copolymer, ein Ethylen-chlortrifluorethylen-Copolymer, ein Tetrafluorethylen-hexaflurporpylenperfluoralkylvinylether-Copolymer, Polychlortrifluorethylen, Polyvinylydenfluorid und Polyvinylfluorid bevorzugt. Ein Polymer einer auf dem Markt verfügbaren Fluorverbindung kann als Fluorkohlenwasserstoffpolymer verwendet werden. Als Fluorverbindung werden beispielsweise das von der JSR Corporation vertriebene OPSTAR und das von ASAHI GLASS Co., Ltd. vertriebene CYTOP bevorzugt.
(a) Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung aus einer anorganischen Fluorverbindung
Eine im Wesentlichen aus einer anorganischen Fluorverbindung bestehende Beschichtung kann durch ein PVD-Verfahren wie beispielsweise Vakuumbedampfung oder durch ein CVD-Verfahren ausgebildet werden, ähnlich dem oben erläuterten Verfahren zum Ausbilden der staubdichten Beschichtung, außer dass als Rohmaterial eine anorganische Fluorverbindung verwendet wird.
(b) Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung aus einem Copolymer eines ungesättigten Estermonomers mit einer aliphatischen Fluorgruppe und eines ungesättigten Silanmonomers
Eine Beschichtung aus einem Copolymer eines ungesättigten Estermonomers mit einer fluoraliphatischen Gruppe und eines ungesättigten Silanmonomers kann gemäß einem Verfahren, bei dem ein Copolymer aufgebracht wird, oder gemäß einem Copolymerisationsverfahren ausgebildet werden. Bei dem Verfahren, bei dem ein Copolymer aufgebracht wird, werden zumindest beide Monomere copolymerisiert, wird eine das synthetisierte Copolymer enthaltende Lösung auf das lichtdurchlässige Substrat beschichtet und wird die beschichtete Lösung getrocknet. Bei dem Copolymerisationsverfahren wird eine beide Monomere oder deren Oligomere enthaltende Lösung auf das lichtdurchlässige Substrat beschichtet, wird die beschichtete Lösung getrocknet und werden sie copolymerisiert.
(i) Verfahren, bei dem ein Copolymer aufgebracht wird
Das ungesättigte Estermonomer mit einer fluoraliphatischen Gruppe und ein ungesättigtes Silanmonomer können gemäß einem allgemein bekannten Verfahren der radikalischen Polymerisierung copolymerisiert werden. Beispielsweise kann ein Copolymer erzeugt werden, indem zumindest beide Monomere in einem adäquaten Lösungsmittel gelöst werden und die Lösung mit einem radikalischen Polymerisationserreger, wie beispielsweise Azobisisobutyronitril, bei 60–75 Grad Celsius für 10–20 Stunden erhitzt wird. Als Lösungsmittel werden beispielsweise ein Hydrofluorether, wie C₃F₇OCH₃, C₃F₇OC₂H₅, C₄F₉OCH₃ oder C₄F₉OC₂H₅, oder ein Hydrofluorkohlenwasserstoff, wie CF₃CFHCFHCF₂CF₃ oder C₅F₁₁H, bevorzugt.
Eine Copolymerlösung wird hergestellt, indem man das synthetisierte Copolymer in dem Lösungsmittel löst oder das synthetisierte Copolymer in dem Lösungsmittel dispergieren lässt. Als Lösungsmittel werden beispielsweise ein leicht zu verflüchtigendes Lösungsmittel, wie Hydrofluorether, Hydrofluorkohlenwasserstoff, Perfluorether, wie z. B. C₄F₉OCF₃ und C₄F₉OC₂F₅, linearer Fluorkohlenwasserstoff, wie Ethantrifluorid, C₆F₁₄ und C₇F₁₆, gesättigter Kohlenwasserstoff, wie z. B. Pentan, Hexan und Heptan, Ether, wie z. B. Tetrahydrofuran, Diethylether und Dioxan, Ketone, wie z. B. Aceton, Methylethylketon, Methyl-i-butylketon und Cyclohexan, sowie Ester, wie z. B. Ethylacetat und Butylacetat, bevorzugt. Hydrofluorether und Perfluorether werden besonders bevorzugt.
Ferner liegt vorzugsweise die Dichte der Copolymerlösung bei 0,1–150 g/L, wobei 1–50 g/L noch stärker vorzuziehen ist. Eine handelsübliche Copolymerlösung kann ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise sind das von Sumitomo 3M Ltd. vertriebene Novec EGC-1700 und Novec EGC-1720 als handelsübliche Copolymerlösung bevorzugt.
Jedes bekannte Beschichtungsverfahren, wie es oben erwähnt wird, kann zum Aufbringen der Copolymerlösung eingesetzt werden. Das Lösungsmittel kann durch Trocknen nach dem Aufbringen entfernt werden. Herkömmliche Trockenverfahren, wie Lufttrocknen, Heißlufttrocknen und Ofentrockenen können zum Trocknen der Copolymerlösung eingesetzt werden. Falls notwendig, kann ein Vakuumtrockenverfahren angewendet werden. Bei dem Luftrockenverfahren kann z. B. Gas mit geringer Feuchte auf die Copolymerlösung geblasen werden.
(ii) Copolymerisationsverfahren
Bei dem Copolymerisationsverfahren ist es vorzuziehen, die Monomer/Oligomer-Lösung auf das lichtdurchlässige Substrat aufzubringen und eine Strahlungspolymerisation durchzuführen. Als Strahlung sind ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen oder ein Elektronenstrahl vorzuziehen. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Copolymerisation unter Verwendung von ultraviolettem Licht erläutert. Die Monomer/Oligomer-Lösung wird hergestellt, indem ein radikalischer Polymerisationserreger und beide Monomere oder deren Oligomere in dem Lösungsmittel gelöst werden oder indem ein radikalischer Polymerisationserreger und beide Monomere oder deren Oligomere in dem Lösungsmittel dispergiert werden. Es können der gleiche radikalische Polymerisationserreger und das gleiche Lösungsmittel wie oben erwähnt verwendet werden. Vorzugsweise beträgt die Dichte der Monomer/Oligomer-Lösung 0,1–150 g/L, wobei 1–50 g/L noch stärker vorzuziehen ist.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten kann die Monomer/Oligomer-Lösung einen Stabilisator wie Acetonitril, Harnstoffe, Sulfoxid oder Amid, einen Polymerisationshemmer, wie Hydroquinonmonomethylether usw. enthalten.
Jedes der oben erwähnten üblichen Beschichtungsverfahren kann zum Aufbringen der Monomer/Oligomer-Lösung verwendet werden. Nach dem Aufbringen wird das Lösungsmittel durch Trocknen entfernt. Die Monomer/Oligomer-Lösung kann unter Verwendung des gleichen Trockenverfahrens wie oben beschrieben getrocknet werden. Durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht werden die beschichteten Monomere oder Oligomere polymerisiert. Die Intensität der ultravioletten Strahlen sollte in Abhängigkeit der Art des Monomers, der Dicke der beschichteten Monomere oder Oligomere sowie anderer Faktoren eingestellt werden. Jedoch kann die Intensität allgemein ungefähr 500–2000 mJ/cm² betragen. Die UV-Lichtquelle kann eine von den folgenden ausgewählte sein: eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe, eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe, eine Xenonlampe, eine Superhochdruck-Quecksilberdampflampe, eine UV-Fusionslampe, usw.
(iii) Vernetzung
Falls notwendig kann die Beschichtung aus einem Copolymer vernetzt werden. Als Vernetzungsverfahren werden ein Verfahren, bei dem Ionisierungsstrahlung ausgesendet wird, ein Verfahren, das ein Vernetzungsmittel verwendet, sowie ein Verfahren durch Vulkanisieren bevorzugt. Als Ionisierungsstrahlung können Alphastrahlen, Betastrahlen, Gammastrahlen, usw. verwendet werden. Eine Verbindung mit mehr als zwei ungesättigten Bindungen, wie Butadien und Isopren, wird als Vernetzungsmittel bevorzugt. Wenn das Verfahren ausgeführt wird, bei dem ein Polymer aufgebracht wird, sollte das Vernetzungsmittel einer beide Monomere enthaltenden Lösung vor der Polymerisation hinzugefügt werden. Wenn das Polymerisationsverfahren ausgeführt wird, sollte das Vernetzungsmittel der Monomer/Oligomer-Lösung hinzugefügt werden.
(c) Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung aus einem organischen Silikonpolymer mit einer Fluorkohlenwasserstoffgruppe
Eine Beschichtung, die im Wesentlichen aus einem Polymer besteht, das durch Hydrolyse einer Fluor enthaltenden Silanverbindung erzeugt wurde, kann unter Verwendung des gleichen Verfahrens ausgebildet werden, das zum Ausbilden einer Beschichtung mit Metall-Alkoxid gemäß einem Sol-Gel-Verfahren angewendet wird, außer dass als Rohmaterial die durch die oben angegebene chemische Formel (3) repräsentierte Verbindung verwendet wird.
(d) Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung aus einem Fluorkohlenwasserstoffpolymer
Eine Beschichtung aus einem Fluorkohlenwasserstoffpolymer kann unter Anwendung des Vakuumbedampfungsverfahrens oder unter Anwendung eines Nassverfahrens, wie z. B. eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung aus einem Fluorkohlenwasserstoffpolymer unter Anwendung eines Beschichtungsverfahrens wird unten beschrieben. Eine Beschichtung aus einem Copolymer eines Fluorkohlenwasserstoffpolymers kann unter Anwendung eines ersten oder eines zweiten Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Bei dem ersten Beschichtungsverfahren werden olefine Verbindungen, die Fluor – allein oder in einem Gemisch – enthalten, polymerisiert oder copolymerisiert, eine das synthetisierte Polymer oder Copolymer enthaltende Lösung wird auf das lichtdurchlässige Substrat aufgebracht und die Lösung wird getrocknet. Bei dem zweiten Beschichtungsverfahren wird eine Lösung, die Fluor enthaltende olefine Verbindungen oder deren Oligomer enthält, auf das lichtdurchlässige Substrat aufgebracht, die aufgebrachte Lösung wird getrocknet und polymerisiert oder copolymerisiert. Das erste Beschichtungsverfahren entspricht dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem ein Polymer aufgebracht wird, außer dass als Rohmaterialien die Fluor enthaltenden olefinen Verbindungen, ihr Oligomer oder beides verwendet werden. Das zweite Beschichtungsverfahren entspricht dem oben beschriebenen Coploymerisationsverfahren, außer dass als Rohmaterialien die Fluor enthaltenden olefinen Verbindungen, ihr Oligomer oder beides verwendet werden. Wenn die Fluor enthaltenden olefinen Verbindungen wärmehärtend sind, ist es jedoch vorzuziehen, die Lösung für ungefähr 30–60 Minuten auf zwischen 100 und 140 Grad Celsius zu erhitzen.
(4) Weitere Behandlung
Vor dem Ausbilden der staubdichten Beschichtung, der antistatischen Beschichtung und der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung kann eine Koronaentladungsbehandlung oder eine Plasmabehandlung an dem lichtdurchlässigen Substrat oder der Beschichtung unter der auszubildenden oben erwähnten Beschichtung durchgeführt werden, um adsorbiertes Wasser und Verunreinigungen zu entfernen und die Oberfläche zu aktivieren. Durch derartige Behandlungen haften die jeweiligen Beschichtungen stark aneinander.
[3] Staubdichtes und lichtdurchlässiges Element
(1) Staubdichte Beschichtung
Die durch das oben beschriebene Verfahren ausgebildete staubdichte Beschichtung hat Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus beiden als Hauptbestandteile und ist farblos und hochtransparent. Vorzugsweise ist die Hauptkomponente der staubdichten Beschichtung Aluminiumoxid. Es ist noch stärker vorzuziehen, dass die staubdichte Beschichtung nur aus Aluminiumoxid besteht. Die staubdichte Beschichtung hat die Oberflächenrauheit, die eine Vielzahl von konvexen Teilen mit winzig kleiner unregelmäßiger Form und eine Vielzahl von konkaven Teilen, wie Rillen, enthält, die zwischen einigen der konvexen Teilen angeordnet sind. Die Rauheit wird erzeugt, wenn die Oberfläche der aus Aluminium, Aluminiumoxid oder einem Gemisch aus diesen bestehenden aufgebrachten Beschichtung in heißes Wasser getaucht wird.
Die Rauheit der staubdichten Beschichtung kann durch bestimmte Verfahren geprüft werden, z. B. durch Betrachten der Oberfläche und eines Bereichs mit einem Rasterelektronenmikroskop und durch Betrachten (insbesondere schräges Betrachten) der Oberfläche unter Verwendung eines Atomkraftmikroskops. Die Dicke der staubdichten Beschichtung ist nicht speziell auf eine spezifizierte Dicke beschränkt und kann zweckgebunden gewählt werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke jedoch 5–200 nm. Die Dicke schließt die feine Rauheit ein.
Die feine Rauheit wird wie oben beschrieben auf der Oberfläche der staubdichten Beschichtung ausgebildet. Im Allgemeinen wird die intermolekulare Kraft eines an der staubdichten Beschichtung haftenden Staubteilchens proportional zur dreidimensionalen mittleren Oberflachenrauheit, im Folgenden als SRa bezeichnet, reduziert, die ein Index der Oberflächendichte der feinen Rauheit der staubdichten Beschichtung ist. Außerdem wird die Kontaktladungsadhäsionskraft zwischen einem gleichförmig elektrisierten sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element, im Folgenden als F₁ bezeichnet, durch die Differenz der chemischen Potentiale erzeugt und durch die folgende Formel (4) repräsentiert:
dabei ist ε₀ die Dielektrizitätskonstante von luftleerem Raum, die gleich 8,85 × 10^–12 (F/m) ist; V_C ist die Kontaktpotentialdifferenz zwischen der staubdichten Beschichtung des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements und einem Staubteilchen; A ist die Hamaker-Konstante, die äquivalent zu der van der Waals-Wechselwirkung ist; k ist ein Koeffizient, der gleich einer Summe aus k1 (=(1 – ν₁ ²)/E₁) und k2 (=(1 – ν₂ ²)/E₂) ist; ν₁ und ν₂ sind Poisson'sche Zahlen der staubdichten Beschichtung des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements bzw. eines Staubteilchens; E₁ und E₂ sind die Young'sche Module der staubdichten Beschichtung bzw. eines Staubteilchens; D ist die Größe des Staubteilchens; z₀ ist der Abstand zwischen der staubdichten Beschichtung und dem Staubteilchen; und b ist die SRa der staubdichten Beschichtung. Aus Formel (4) wird deutlich, dass F₁ reduziert werden kann, wenn die SRa der staubdichten Beschichtung erhöht wird.
Konkret bedeutet dies: Wenn die staubdichte Beschichtung so gemacht ist, dass die SRa der staubdichten Beschichtung größer oder gleich 1 nm ist, ist die molekulare Kraft zwischen an der staubdichten Beschichtung haftenden Staubteilchen sowie F₁ niedrig. Ist die SRa der staubdichten Beschichtung jedoch größer als 100 nm, wird einfallendes Licht von dem staubdichten Element gestreut. Für ein Abbildungsgerät ist Lichtstreuung jedoch ungeeignet. Folglich ist es vorzuziehen, dass sich die SRa der staubdichten Beschichtung zwischen 1–100 nm bewegt. Es ist eher vor zuziehen, dass die SRa zwischen 5–80 nm liegt. Idealerweise sollte die SRa zwischen 10–50 nm liegen. Die SRa ist ein Index, der errechnet wird, indem der arithmetische Mittelrauwert angewendet wird, der durch JIS B0601 definiert ist und unter Verwendung eines Atomkraftmikroskops in drei Dimensionen gemessen wird. Die SRa wird durch die folgende Formel (5) repräsentiert:
dabei sind X und Y die X- bzw. die Y-Dimension; X_L bis X_R sind die beiden Enden einer in der X-Dimension zu messenden Fläche; Y_B und Y_T sind die beiden Enden einer in der Y-Dimension zu messenden Fläche; S₀ ist der Flächeninhalt der zu messenden Fläche, die als |X_R – X_L| × |V_T – YB| berechnet wird, wobei angenommen wird, dass die Fläche eben ist; F(X, Y) ist die Höhe an jedem Messpunkt (X, Y); und Z₀ ist die mittlere Höhe der zu messenden Fläche.
Die Hamaker-Konstante in der obigen Formel (4) wird durch eine Funktion des Brechungsindex genähert und wird proportional zum Brechungsindex kleiner. Insbesondere wenn die staubdichte Beschichtung, eine Wasser abweisende oder eine Wasser und Öl abweisende Beschichtung an der Oberfläche des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements ausgebildet ist, ist es vorzuziehen, dass der Brechungsindex der staubdichten Beschichtung kleiner oder gleich 1,50 ist. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Brechungsindex kleiner oder gleich 1,45 ist. Der maximale Maximum-Minimum-Wert in der feinen Rauheit der staubdichten Beschichtung, im folgenden als P–V bezeichnet, ist nicht eingeschränkt, bewegt sich jedoch vorzugsweise zwischen 5 und 1000 nm. Der maximale Maximum- Minimum-Wert bezeichnet außerdem den Höhenunterschied zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal. Es ist weiter vorzuziehen, dass der P–V zwischen 50 und 500 nm liegt. Zudem sollte der P–V idealerweise zwischen 100 und 300 nm liegen. Liegt der P–V zwischen 5 und 1000 nm, erzeugt die staubdichte Beschichtung am wenigsten Blendung. Zudem hat die staubdichte Beschichtung bei einem P–V zwischen 50 und 500 nm eine hohe Übertragungsfähigkeit. Der P–V kann durch ein Atomkraftmikroskop gemessen werden.
Die spezifische Oberfläche ist nicht eingeschränkt, es ist jedoch vorzuziehen, dass die spezifische Oberfläche der staubdichten Beschichtung, im Folgenden als S_R bezeichnet, größer oder gleich 1,05 ist. Es ist sogar vorzuziehen, dass die S_R größer oder gleich 1,15 ist. Jedoch ist vorzuziehen, dass die S_R nicht so groß ist, damit Licht nicht an der Oberfläche gestreut werden kann. Die S_R wird durch die folgende Formel (6) berechnet: S_R = S/S₀ (6);dabei ist S₀ der Flächeninhalt der zu messenden Fläche (wobei angenommen wird, dass die zu messende Fläche eben ist) und S wird nach folgendem Verfahren berechnet. Die zu messende Fläche wird in eine Vielzahl winziger Dreiecke mit drei Datenscheiteln unterteilt. Das Vektorprodukt |a × b|, wobei A ein Vektor von einem ersten Datenscheitel zu einem zweiten Datenscheitel und b ein Vektor von dem ersten Datenscheitel zu einem dritten Datenscheitel ist, wird als der Flächeninhalt der winzigen Dreiecke bestimmt. S wird berechnet, indem die Flächeninhalte aller winzigen Dreiecke summiert werden.
(2) Antistatische Beschichtung
Wie oben beschrieben wird eine antistatische Beschichtung aus leitfähigen anorganischen Materialien hergestellt. Die antistatische Beschichtung verringert die Coulomb-Kraft, die eine der Ursachen für das Anhaften von Staub ist. Folglich wird das Staubabweisungsvermögen verbessert. Die elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem gleichförmig elektrisierten sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element, die nachfolgend als F₂ bezeichnet wird, wird durch die folgende Formel (7) repräsentiert:
wobei q₁ und q₂ die elektrische Ladung der staubdichten Beschichtung bzw. des Staubteilchens repräsentieren; r den Radius des Staubteilchens repräsentiert; und ε₀ die Dielektrizitätskonstante des luftleeren Raums ist, die gleich 8,85 × 10^–12 (F/m) ist. Aus Formel (7) wird deutlich, dass F₂ reduziert werden kann, indem die elektrischen Ladungen der staubdichten Beschichtung und des Staubteilchens verringert werden. Folglich ist es hilfreich, Ladung wegzunehmen, indem eine antistatische Beschichtung verwendet wird.
Eine elektrostatische Bildkraft zwischen einem gleichförmig elektrisierten sphärischen Staubteilchen und der staubdichten Beschichtung, die im Folgenden als F₃ bezeichnet wird, wird durch die folgende Formel (8) ausgedrückt und wird durch die Ladung erzeugt, die an der staubdichten Beschichtung induziert wird, wenn sich das elektrisierte Staubteilchen der eigentlich nicht elektrisch geladenen staubdichten Beschichtung nähert.
In Formel (8) ist ε₀ die Dielektrizitätskonstante des luftleeren Raums, die gleich 8,85 × 10^–12 (F/m); ε ist die Dielektrizitätskonstante der staubdichten Beschichtung; q ist die elektrische Ladung des Staubteilchens und r ist der Radius des Staubteilchens. Die elektrische Bildkraft F₃ hängt hauptsächlich von der Polarisierbarkeit des Staubteilchens ab. Daher kann F₃ verringert werden, indem durch die antistatische Beschichtung Ladung von dem anhaftenden Staubteilchen genommen wird.
Der Oberflächenwiderstand der antistatischen Beschichtung ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1 × 10¹⁴ Ohm/Quadrat. Noch mehr vorzuziehen ist es, dass der Oberflächenwiderstand kleiner oder gleich 1 × 10¹² Ohm/Quadrat ist. Der Brechungsindex der antistatischen Beschichtung ist nicht besonders eingeschränkt; jedoch wird die Reflexionsfestigkeit der antistatischen Beschichtung verbessert, wenn die antistatische Beschichtung so ausgebildet wird, dass der Brechungsindex der antistatischen Beschichtung ungefähr zwischen dem des lichtdurchlässigen Substrats und dem der staubdichten Beschichtung liegt. Die Dicke der antistatischen Beschichtung ist nicht besonders eingeschränkt und kann je nach Zweck gewählt werden, vorzugsweise liegt die Dicke jedoch zwischen 0,01 und 3 um.
(3) Wasser abweisende Beschichtung und Wasser und Öl abweisende Beschichtung
Wie oben beschrieben wird die Wasser und Öl abweisende Beschichtung im Allgemeinen als Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements ausgebildet. Die Flüssigkeitsbrückenkraft zwischen ei nem sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element, die im Folgenden als F₄ bezeichnet wird, wird durch die folgende Formel (9) repräsentiert und ist die Kraft einer Flüssigkeitsbrücke, die durch Kondensation von Flüssigkeit um einen Berührungspunkt zwischen dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element und dem Staubteilchen erzeugt wird. F4 = –2πγD (9)
In Formel (9) ist γ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und D ist die Größe des Staubteilchens. Also ermöglicht das Reduzieren der Adhäsion von Wasser oder Öl durch Ausbilden der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung auf der staubdichten Beschichtung das Reduzieren des Anhaftens des Staubteilchens durch die Kraft F₄.
Im Allgemeinen besteht zwischen dem Kontaktwinkel von Wasser auf einer rauen Oberfläche und dem auf einer ebenen Oberfläche eine Beziehung, die durch die folgende Formel (10) repräsentiert wird: cosθγ = γcosθ (10);dabei ist θ_γ der Kontaktwinkel auf einer rauen Oberfläche, γ ist der Oberflächenmultiplikationsfaktor und θ ist der Kontaktwinkel auf einer ebenen Oberfläche. Der Oberflächenmultiplikationsfaktor ist üblicherweise größer als Eins. Wenn also θ kleiner als 90 Grad ist, so ist θ_γ kleiner als θ. Ist dagegen θ größer als 90 Grad, so ist θ_γ größer als θ. Das Wasseranziehungsvermögen einer Wasser anziehenden Oberfläche nimmt zu, wenn die Fläche der Wasser anziehenden Oberfläche vergrößert wird, indem die Oberfläche aufgeraut wird. Dagegen nimmt das Wasserabweisungsvermö gen einer Wasser abweisenden Oberfläche zu, wenn die Fläche der Wasser abweisenden Oberfläche vergrößert wird, indem die Oberfläche aufgeraut wird. Durch Ausbilden einer Wasser abweisenden Beschichtung, die die Oberfläche der staubdichten Beschichtung mit der feinen Rauheit rau erhält, kann das staubdichte und lichtdurchlässige Element ein hohes Wasserabweisungsvermögen aufweisen. Wenn die Wasser und Öl abweisende Beschichtung als Oberflächenschicht ausgebildet wird, ist es vorzuziehen, dass sich die Werte für SRa, P–V und S_R der Oberflächenschicht in den oben beschriebenen Bereichen bewegen.
Vorzugsweise liegt die Dicke der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung zwischen 0,4 und 100 nm. Es ist stärker vorzuziehen, dass die Dicke zwischen 10 und 80 nm liegt. Liegt die Dicke zwischen 0,4 und 100 nm, so können SRa, P–V und S_R der staubdichten Beschichtung innerhalb der oben beschriebenen Bereiche gehalten werden. Wenn eine Wasser und Öl abweisende Beschichtung mit einer Dicke von 0,4–100 nm als Oberflächenschicht ausgebildet wird, wird das Staubabweisungsvermögen verbessert, indem F₄ sowie die intermolekulare Kraft und F₁ verringert werden, indem die feine Rauheit der staubdichten Beschichtung ausgenutzt wird. Ist die Dicke der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung geringer als 0,4 nm, ist das Wasser- und Ölabweisungsvermögen ungenügend und F₃ kann nicht kleiner werden als das erwartete Abweisungsvermögen bei Materialien wie Fluorkohlenwasserstoffpolymer. Ist die Dicke der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung dagegen größer als 100 nm, sinkt das Staubabweisungsvermögen, da die feine Rauheit der staubdichten Beschichtung geglättet wird. Vorzugsweise ist der Brechungsindex der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung kleiner oder gleich 1,5. Es ist stärker vorzuziehen, dass der Index kleiner oder gleich 1,45 ist.
(4) Beispiele für die bevorzugte Schichtzusammensetzung des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements
Als bevorzugte Schichtzusammensetzung des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements sind beispielsweise bevorzugt: die Zusammensetzung aus der staubdichten Beschichtung und dem lichtdurchlässigen Substrat, die Zusammensetzung aus der staubdichten Beschichtung, der antistatischen Beschichtung und dem lichtdurchlässigen Substrat, die Zusammensetzung aus der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung, der staubdichten Beschichtung, der antistatischen Beschichtung und dem lichtdurchlässigen Substrat, die Zusammensetzung aus der staubdichten Beschichtung, dem lichtdurchlässigen Substrat und der staubdichten Beschichtung, die Zusammensetzung aus der staubdichten Beschichtung, der antistatischen Beschichtung, dem lichtdurchlässigen Substrat, der antistatischen Beschichtung und der staubdichten Beschichtung und die Zusammensetzung aus der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung, der staubdichten Beschichtung, der antistatischen Beschichtung, dem lichtdurchlässigen Substrat und der antistatischen Beschichtung, der staubdichten Beschichtung und der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung. Die Schichtzusammensetzung ist jedoch nicht auf diese obigen beschränkt.
(5) Eigenschaften
Vorzugsweise liegt die SRa der Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zwischen 1 und 100 nm. Es ist stärker vorzuziehen, dass sich die SRa zwischen 8 und 80 nm bewegt. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass die SRA zwischen 10 und 50 nm liegt.
Die oben beschriebene staubdichte Beschichtung, die eine feine Rauheit auf der Oberfläche hat, verringert die intermolekulare Kraft und die F₁ eines Staubteilchens, das an dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element dieses Ausführungsbeispiels haftet. Folglich weist das staubdichte und lichtdurchlässige Element dieses Ausführungsbeispiels ein gutes Staubabweisungsvermögen auf. Demnach ist ein Staubschutzmechanismus nicht erforderlich. Also können die Herstellungskosten reduziert, das Gesamtgewicht verringert und Energieverbrauch eingespart werden. Insbesondere hat das staubdichte und lichtdurchlässige Element mit der antistatischen Beschichtung ein noch besseres Staubabweisungsvermögen, da die F₂ und die F₃ zwischen einem Staubteilchen und dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element niedrig sind. Außerdem hat das staubdichte und lichtdurchlässige Element mit der Wasser und Öl abweisenden Beschichtung als Oberflächenschicht ein noch besseres Staubabweisungsvermögen, da die F₄ zwischen einem Staubteilchen und dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element reduziert werden kann.
Da das staubdichte und lichtdurchlässige Element dieses Ausführungsbeispiels die feine Rauheit der staubdichten Beschichtung hat, hat es geringe Blendung. Tatsächlich ist der spektrale Reflexionsgrad des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements dieses Ausführungsbeispiels für sichtbare Strahlen mit Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm üblicherweise kleiner oder gleich 3%.
[4] Staubschutzmechanismus
Ein Staubschutzmechanismus, der Staub mechanisch entfernt, kann an dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element angebracht werden. Ein Wischer und ein Vibrationselement sind bevorzugte Beispiele für einen Staubschutzmechanismus. Ein piezoelektrisches Element ist ein Beispiel für ein bevorzugtes Vibrationselement. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements mit einem Wi scher. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält ein rechteckiges staubdichtes und lichtdurchlässiges Element 1 ein lichtdurchlässiges Substrat 10, eine staubdichte Beschichtung 11 und einen Wischer 12. Die staubdichte Beschichtung 11 ist auf dem lichtdurchlässigen Substrat 10 ausgebildet. Das staubdichte und lichtdurchlässige Element 1 ist in eine in dem Gehäuse 2 einer digitalen Fotokamera ausgebildete Öffnung eingesetzt. Der Wischer 12 ist in der Nähe einer Ecke des rechteckigen staubdichten und lichtdurchlässigen Elements 1 durch eine Welle 30 eines Motors 3 gelagert. Wenn der Wischer 12 durch den Motor 3 gedreht wird, wird Staub durch ein Wischerblatt 12a abgewischt und in Nuten 20 und 20 entlang dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element 1 befördert.
2A zeigt ein Ausführungsbeispiel des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements mit einem piezoelektrischen Element. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält ein staubdichtes und lichtdurchlässiges Element 1 ein lichtdurchlässiges Substrat 10, eine staubdichte Beschichtung 11, einen elektrischen Anschluss 13 und piezoelektrische Elemente 14. Die staubdichte Beschichtung 11 ist auf dem lichtdurchlässigen Substrat 10 ausgebildet. Der elektrische Anschluss 13 ist nahe einer kürzeren Seite des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements 1 montiert. Die stabförmig ausgebildeten piezoelektrischen Elemente 14 sind entlang beiden längeren Seiten des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements 1 montiert. Der elektrische Anschluss 13 kann durch Anhaften eines leitfähigen Materials durch Kleben, Vakuumbedampfen, Plattieren oder andere Verfahren montiert werden. Der elektrische Anschluss 13 arbeitet als eine Elektrode beider piezoelektrischer Elemente 14 sowie als Elektrode für die Erdung. Wenn die beiden piezoelektrischen Elemente 14 im gleichen Zyklus ausgedehnt und zusammengezogen werden, indem ein Oszillator 4 angewiesen wird, eine periodische Spannung an die piezoelektrischen E lemente 14 anzulegen, schwingt das staubdichte und lichtdurchlässige Element 1 durch Biegen, wie in 2B dargestellt ist. Indem man das staubdichte und lichtdurchlässige Element 1 wie in 2C gezeigt so vibrieren lässt, dass beide Enden der längeren Seiten des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements Schwingungsknoten sind, kann an dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element 1 anhaftender Staub in Richtung der optischen Achse senkrecht zur stirnseitigen Fläche des Elements 1 geworfen werden oder zu jedem der längeren Enden des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements 1 befördert werden. Die angelegte Spannung und Frequenz können entsprechend dem Rohmaterial des lichtdurchlässigen Substrats 10 bestimmt werden. Zudem kann eine Elektrisierung des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements 1 immer verhindert werden, indem das staubdichte und lichtdurchlässige Element wie in 2A gezeigt durch einen Erdungsleiter mit dem Gehäuse eines Abbildungsgeräts elektrisch verbunden wird.
3A zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des staubdichten und lichtdurchlässigen Elements mit einem piezoelektrischen Element. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst ein staubdichtes und lichtdurchlässiges Substrat 1 ein rundes lichtdurchlässiges Substrat 10, eine staubdichte Beschichtung 11 und ein piezoelektrisches Element 14. Die staubdichte Beschichtung 11 ist auf dem lichtdurchlässigen Substrat 10 ausgebildet. Das piezoelektrische Element 14 ist als eine Ringscheibenform ausgebildet und auf das lichtdurchlässige Substrat 10 montiert. Indem ein (nicht dargestellter) Oszillator angewiesen wird, eine periodische Spannung an das piezoelektrische Element 14 anzulegen, schwingt das staubdichte und lichtdurchlässige Element 1 wie in 3B gezeigt durch Biegen. Indem man das staubdichte und lichtdurchlässige Element 1 schwingen lässt, kann Staub zu Schwingungsknoten 15 hin befördert werden.
[5] Abbildungsgerät
Das oben beschriebene staubdichte und lichtdurchlässige Element ist vorzugsweise für ein optisches Tiefpassfilter, eine Schutzvorrichtung und so weiter für eine Abbildungsvorrichtung eines elektronischen Abbildungsgeräts geeignet. Das elektronische Abbildungsgerät bei dem das staubdichte und lichtdurchlässige Element dieser Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann, unterliegt keinen Einschränkungen. Beispielsweise sind eine digitale Fotokamera, wie eine digitale einäugige Spiegelreflexkamera, eine digitale Videokamera, ein Faksimilegerät, ein Scanner oder jedes andere Bildeingabegerät als elektronische Abbildungsgeräte bevorzugt, bei denen das staubdichte und lichtdurchlässige Element eingesetzt werden kann.
Das staubdichte und lichtdurchlässige Element ist auf der Seite einer Lichtempfangsfläche einer Abbildungsvorrichtung, wie z. B. eines CCD-Elements oder einer CMOS-Abbildungsvorrichtung angeordnet. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer digitalen Fotokamera mit einem optischen Tiefpassfilter, das das staubdichte und lichtdurchlässige Element aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Kameragehäuse 2 ein stufenförmiger Block 21 ausgebildet; eine Grundplatte 6 ist von dem stufenförmigen Block 21 gehalten und ein CCD-Element 5 ist an der Grundplatte 5 montiert. Ein optisches Tiefpassfilter 1, das die staubdichte Beschichtung 11 aufweist, ist in die Öffnung des Kameragehäuses 2 eingesetzt und fest an der Lichtempfangsfläche des CCD-Elements 5 fixiert.
Die in 5 dargestellte digitale Fotokamera ist die gleiche wie die in 4 gezeigte, außer dass sie einen Wischer 12 hat. Die Staubentfernungsfunktion des Wischers 12 ist oben beschrieben. Sequentielle Steue rung und Schaltkreisstruktur zum Ansteuern des Wischers 12 unterliegen keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise können eine sequentielle Steuerung und eine Schaltkreisstruktur eingesetzt werden, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-298640 offenbart sind.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer digitalen Fotokamera, die eine Schutzvorrichtung 1 hat, die das staubdichte und lichtdurchlässige Element aufweist, das ein lichtdurchlässiges Substrat und eine staubdichte Beschichtung umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die staubdichte Beschichtung 11 auf dem lichtdurchlässigen Substrat 10 ausgebildet. Ein CCD-Element 5 und ein optisches Tiefpassfilter 7 sind in den Boden des kastenförmig ausgebildeten Halters 6 eingesetzt. Der Halter 6' ist von einem in dem Kameragehäuse 2 ausgebildeten stufenförmigen Block 21 gehalten. Die Schutzvorrichtung 1 ist an der Öffnung des Halters 6' angeordnet.
Die in 7 gezeigte digitale Fotokamera ist die gleiche wie die in 6 gezeigte, außer dass ein piezoelektrisches Element 14 auf der Schutzvorrichtung 1 montiert ist. Die Staubentfernungsfunktion der Schwingung des piezoelektrischen Elements 14 ist oben beschrieben. Die Schaltkreisstruktur zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements 14 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise kann die Schaltkreisstruktur eingesetzt werden, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 2002-204379 (US-Veröffentlichungsnr. US2004/012714 ) und 2003-319222 (US-Veröffentlichungsnr. US2003/202114 und US 2007/296819 ) offenbart ist.
Beispiele
Dieses Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Beispiele erläutert. Jedoch ist dieses Ausführungsbeispiel nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Ein im Wesentlichen aus Quarzglas bestehendes flaches Substrat mit einer Dicke von 1,8 mm, einer Länge von 22 mm und einer Breite von 28 mm wurde hergestellt. Eine Aluminiumbeschichtung mit einer Dicke von 50 nm wurde auf einer Fläche des bei 60 Grad Celsius erwärmten gefertigten flachen Substrats ausgebildet, indem in einem Vakuumbedampfungsgerät unter einem anfänglichen Druck von 1,5 × 10^–3 Pa ein elektronischer Strahl auf Aluminium angewendet wurde, das in einen Herdeinsatz aus Bornitrid eingesetzt war. Die Quarzglasscheibe mit der Aluminiumbeschichtung wurde für eine Stunde in auf 70 Grad Celsius erhitztes gereinigtes Wasser getaucht. Die aufgebrachte Beschichtung wurde durch den Tauchvorgang transparent. Danach wurde die Beschichtung erhitzt und für eine Stunde bei 400 Grad Celsius getrocknet. Dann wurde eine staubdichte Beschichtung mit feiner Rauheit ausgebildet. Durch Anheften einer Infrarotsperrglasscheibe auf die Quarzglasscheibe mit der staubdichten Beschichtung wurde ein optisches Tiefpassfilter mit einer staubdichten Beschichtung auf einer Fläche hergestellt. Die Oberfläche der staubdichten Beschichtung des hergestellten optischen Tiefpassfilters wurde mit einem Atomkraftmikroskop betrachtet. Ein AFM-Bild ist in 8 gezeigt. Ausgehend von 8 wurde festgestellt, dass die staubdichte Beschichtung eine Rauheit hatte, die zahlreiche, unregelmäßig verteilte konvexe Teile mit winzigen unregelmäßigen Formen und zahlreiche konkave Teile wie Rillen umfasste, die zwischen einigen der konvexen Teile angeordnet wa ren. Die SRa der ausgebildeten staubdichten Beschichtung des optischen Tiefpassfilters betrug 30 nm.
Beispiel 2
Ein optisches Tiefpassfilter wurde unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 hergestellt, außer dass als Substrat eine aus einer Infrarotsperrglas-Schicht und einer Quarzglas-Schicht zusammengesetzte flache Scheibe verwendet wurde; auf einer Seite der Quarzglas-Schicht wurde eine Aluminiumbeschichtung ausgebildet und die Beschichtung wurde für vierundzwanzig Stunden bei 80 Grad Celsius getrocknet. Ferner betrugen, wie in Beispiel 1, die Dicke, Länge und Breite des Substrats und die Dicke der Aluminiumbeschichtung 1,8 mm, 22 mm, 28 mm bzw. 50 nm. Die SRa der ausgebildeten staubdichten Beschichtung des optischen Tiefpassfilters betrug 28 nm.
Beispiel 3
Eine ITO-Beschichtung mit einer Dicke von 50 nm und einem Oberflächenwiderstand von 1 × 10⁴ Ohm/m² wurde als antistatische Beschichtung auf einer Fläche der gleichen Quarzglasscheibe wie bei Beispiel 1 und unter Verwendung des Vakuumbedampfungsverfahrens ausgebildet. Eine Aluminiumbeschichtung mit einer Dicke von 70 nm wurde bei einer Bedampfungsgeschwindigkeit von 23 nm/Minute auf der ITO-Beschichtung ausgebildet, indem die Quarzglasscheibe mit der ITO-Beschichtung in einem Vakuumbedampfungsgerät bei 270 erhitzt wurde, indem ein elektronischer Strahl auf in einen Herdeinsatz aus Bornitrid gegebenes Aluminium angewendet wurde und indem Sauerstoff so zugeführt wurde, dass in dem Vakuumbedampfungsgerät der Druck 4 × 10^–3 Pa ausgehend von einem Anfangsdruck von 1,5 × 10^–3 Pa sein konnte. Die Quarzglasscheibe mit einer Aluminiumbeschichtung und einer ITO-Beschichtung wurde für eine Stunde in auf 70 Grad Celsius erhitztes gereinigtes Wasser getaucht. Nach dem Tauchvorgang wurde eine staubdichte Beschichtung mit feiner Rauheit durch Erhitzen und Trocknen der Quarzglasscheibe für eine Stunde bei 400 Grad Celsius ausgebildet. Eine Infrarotsperrglasscheibe wurde auf die andere Fläche als diejenige Fläche geheftet, auf der die staubdichte Beschichtung und die antistatische Beschichtung ausgebildet waren. Wasser und Öl abweisende Beschichtungen mit einer Dicke von 30 nm wurden durch Beschichten mit einem Beschichtungsmittel und Trocken bei Raumtemperatur auf beiden Flächen der Quarzglasscheibe, mit den Beschichtungen und mit der Infrarotsperrglasscheibe ausgebildet. Bei dem Beschichtungsprozess wurde das Beschichtungsmittel, das ein organisches und anorganisches Fluor enthaltendes Hybridpolymer der Marke Novec EGC 1720, das von Sumitomo 3M Ltd. hergestellt wird, enthielt, unter Verwendung des Tauchbeschichtungsverfahrens aufgebracht. Ein optisches Tiefpassfilter wurde durch Ausbilden der Wasser und Öl abweisenden Beschichtungen hergestellt. Die SRa der Oberfläche des optischen Tiefpassfilters, auf der die staubdichte Beschichtung ausgebildet war, betrug 28 nm.
Beispiel 4
Ein optisches Tiefpassfilter wurde unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie bei Beispiel 1 hergestellt, außer dass anstelle von gereinigtem Wasser Wasser mit 0,3 Masseprozent Triethanolamin verwendet wurde und die Quarzglasscheibe mit der Aluminiumbeschichtung für eine Minute in auf 60 Grad Celsius erhitztes Wasser getaucht wurde. Die SRa der ausgebildeten staubdichten Beschichtung des optischen Tiefpassfilters betrug 23 nm.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Antireflexbeschichtung mit einer Schichtzusammensetzung aus SiO₂, TiO₂, SiO₂, TiO₂ und SiO₂ und einer Dicke von 0,3 μm wurde ausgebildet, indem SiO₂ und TiO₂ wechselnd auf eine Quarzscheibe aufgebracht wurden. Eine Wasser abweisende Beschichtung mit einer Dicke von 0,05 μm wurde unter Verwendung eines Fluor enthaltenden Wasser abweisenden Mittels der Marke OF-110 von Canon Optron Inc. gemäß dem Widerstandsheizverfahren auf der Antireflexbeschichtung ausgebildet. Die SRa der Oberfläche des nach dem obigen Verfahren hergestellten optischen Tiefpassfilters betrug 0,4 nm.
Das Teilchenabweisungsvermögen der optischen Tiefpassfilter der Beispiele 1–4 und des Vergleichsbeispiels 1 wird gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren gemessen.
(1) Zahl der an dem optischen Tiefpassfilter haftenden Teilchen
Jedes optische Tiefpassfilter wurde in einen zylindrischen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 1000 cm³ und einem Durchmesser von 95 mm gesetzt, wobei das optische Tiefpassfilter aufrecht stand. 0,1 mg Quarzsand mit einer Teilchengröße zwischen 20 und 30 μm wurde in dem zylindrischen Behälter verstreut. Der Hauptbestandteil des verstreuten Quarzsands war SiO₂ und die Dichte des Quarzsands betrug 2,6 g/cm³. Nach dem Verstreuen des Quarzsands in dem Behälter und nachdem der Behälter mit dem optischen Tiefpassfilter und dem Quarzsand für eine Stunde stehen gelassen worden war, wurde die Zahl der an dem optischen Tiefpassfilter haftenden Quarzsandteilchen ermittelt. Die obige Messung wurde bei 25 Grad Celsius und einer relativen Feuchtigkeit von 50% durchgeführt. Die ermittelte Zahl ist in nachfolgender Tabelle 1 zusammen mit entsprechenden SRa-Werten angegeben. Tabelle 1

SRa der Oberfläche (nm) Anzahl der Quarzsandteilchen

Beispiel 1 30 1

Beispiel 2 28 2

Beispiel 3 14 6

Beispiel 4 23 8

Vergleichsbeispiel 1 0,4 105
Da das optische Tiefpassfilter der Beispiele 1–4 eine staubdichte Beschichtung mit feiner Rauheit hatte, war die Zahl der angehafteten Quarzsandteilchen niedrig. Folglich war die Adhäsion von Staub an dem optischen Tiefpassfilter der Beispiele 1–4 gering. Insbesondere war die Adhäsion von Staub an dem optischen Tiefpassfilter des Beispiels 3 niedrig, da das optische Tiefpassfilter eine Wasser und Öl abweisende Beschichtung auf der Oberfläche hatte. Dagegen war die Zahl der an dem keine staubdichte Beschichtung aufweisenden optischen Tiefpassfilter des Vergleichbeispiels 1 haftenden Quarzsandteilchen viel höher als bei den Beispielen 1–4. Somit wurde gezeigt, dass die Adhäsion von Teilchen an dem staubdichten und lichtdurchlässigen Element dieser Ausführungsbeispiele effektiv reduziert wurde.
Das spektrale Reflexionsvermögen der staubdichten Beschichtungen der Beispiele 1 und 2 sowie der Wasser und Öl abweisenden Beschichtungen des Beispiels 3 gegenüber Licht von Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm wurde jeweils mit einem Spektrometer Modell U400 von Hitachi Ldt. gemessen. Die spektralen Reflexionsvermögen sind in 9 dargestellt.
Die spektralen Reflexionsvermögen aller Beispiele waren kleiner oder gleich 3%. Somit wurde gezeigt, dass das optische Tiefpassfilter aller Beispiele eine stark reflexmindernde Eigenschaft hatte.
Zwar wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, doch kann der Fachmann selbstverständlich viele Modifikationen und Änderungen vornehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2001-298640 [0005, 0104]
- JP 2002-204379 [0005, 0106]
- US 2004/012714 [0005, 0106]
- JP 2003-319222 [0005]
- US 2003/202114 [0005, 0106]
- US 2007/296819 [0005, 0106]
- JP 2002-146271 [0062]
- US 2004/0028914 [0062]
- US 2003-319222 [0106]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes, wobei das staubdichte und lichtdurchlässige Element auf der Lichtempfangsfläche einer Abbildungsvorrichtung angeordnet ist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Beschichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält; und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserprozess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem Wasser eine Base zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Base Alkoholamin verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der aufgebrachten Beschichtung zwischen 5 und 500 nm liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Hauptkomponente der staubdichten Beschichtung Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberflächenrauheit der staubdichten Beschichtung zahlreiche unregelmäßig verteilte winzige konvexe Teile und konkave Teile umfasst, wobei die konkaven Teile zwischen einigen der konvexen Teile angeordnete Rillen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine antistatische Beschichtung unter der staubdichten Beschichtung ausgebildet wird und der Oberflächenwiderstand der antistatischen Beschichtung kleiner als oder gleich 1 × 10¹⁴ Ohm/Quadrat ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Wasser abweisende Beschichtung oder eine Wasser und Öl abweisende Beschichtung mit einer Dicke zwischen 0,4 und 100 nm als Oberflächenschicht des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dreidimensionale mittlere Oberflächenrauheit einer Oberfläche des staubdichten und lichtdurchlässigen Elementes zwischen 1 und 100 nm liegt.
Staubdichtes und lichtdurchlässiges Element, das gemäß einem Verfahren hergestellt ist, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Beschichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält; und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserpro zess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.
Staubdichtes und lichtdurchlässiges Element nach Anspruch 10, bei dem ein Staubschutzmechanismus an das staubdichte und lichtdurchlässige Element montiert ist.
Optisches Tiefpassfilter mit einem staubdichten und lichtdurchlässigen Element, das gemäß einem Verfahren hergestellt ist, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Beschichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält; und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserprozess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.
Vorrichtung zum Schutz einer Abbildungsvorrichtung mit einem staubdichten und lichtdurchlässigen Element, das gemäß einem Verfahren hergestellt ist, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Be schichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält; und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserprozess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.
Abbildungsgerät mit einem optischen Tiefpassfilter, das ein staubdichtes und lichtdurchlässiges Element enthält, das gemäß einem die folgenden Schritte umfassenden Verfahren hergestellt ist: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Beschichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält, und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserprozess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.
Abbildungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Schutz der Abbildungsvorrichtung, die ein staubdichtes und lichtdurchlässiges Element enthält, das gemäß einem die folgenden Schritte umfassenden Verfahren hergestellt ist: Ausbilden einer aufgebrachten Beschichtung auf einer Lichteinfallsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats, wobei die aufgebrachte Be schichtung Aluminium, Aluminiumoxid oder ein Gemisch aus Aluminium und Aluminiumoxid enthält; und Ausbilden einer staubdichten Beschichtung mit feiner Oberflächenrauheit auf einer Fläche durch Ausführen eines Heißwasserprozesses auf der aufgebrachten Beschichtung, wobei bei dem Heißwasserprozess auf zwischen 40 und 100 Grad Celsius erhitztes Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel verwendet wird.