DE102007001168A1

DE102007001168A1 - Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element und dessen Verwendung sowie Bilderzeugungsgerät mit einem solchen Element

Info

Publication number: DE102007001168A1
Application number: DE102007001168A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Sakai; Kazuhiro Yamada; Hiroyuki Nakayama; Maki Yamada
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2007-08-16
Also published as: TW200735648A; US7763340B2; CN101000449A; KR20070073616A; JP2007183366A; US20070153385A1

Abstract

Ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element, das an einer Lichtempfangsfläche einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, umfasst ein lichtdurchlässiges Substrat, wobei zumindest eine Lichteintrittsfläche des Substrats mit einer staubdichten Beschichtung versehen ist, die eine feine Oberflächenrauigkeit aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtdurchlässiges Element, das über eine ausgezeichnete Staubdichtigkeit verfügt, dessen Verwendung sowie ein Bilderzeugungsgerät mit einem solchen Element.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In jüngerer Vergangenheit haben elektronische Bilderzeugungsgeräte (wie digitale Kameras, Bildeingabegeräte wie Faksimilegeräte, Abtaster und dergleichen), die optische Bilder in elektrische Signale wandeln, weitläufig Anwendung gefunden. Bei diesen elektronischen Bilderzeugungsgeräten besteht jedoch das Problem, dass in den resultierenden Bildern Fremdstoffe auftauchen, z. B. Staub, der in den Strahlengängen vorhanden ist, die zu den Lichtempfangsflächen von Bilderzeugungsvorrichtungen, z. B. fotoelektrischen Wandlervorrichtungen (z.B. ein CCD), etc. führen.
Beispielsweise haben einäugige digitale Kameras mit einem Wechselobjektiv einen Spiegelkasten, in den z. B. Staub eintreten kann, wenn das Wechselobjektiv abgenommen wird. Da außerdem in solchen Spiegelkästen Mechanismen zum Steuern von Blenden oder Spiegeln sowie Aufnahmeobjektiven arbeiten, ist es wahrscheinlich, dass in diesen Spiegelkästen Staub erzeugt wird. In Bildeingabegeräten wie Faksimilegeräten, Abtastern, etc. ist es wahrscheinlich, dass Fremdstoffe wie z. B. Staub erzeugt werden, während die Urschriften befördert werden oder während sich Einheiten zum Lesen der Urschriften bewegen und so die Fremdstoffe an den Lichtempfangsflächen der CCDs oder den Glasplatten haften, auf denen die Urschriften angeordnet werden. Die Fremdstoffe, die an diesen Flächen der Bilderzeugungsvorrichtungen haften, können über Luftgebläse, z. B. Ventilatoren, weggeblasen werden. Jedoch verbleiben die Fremdstoffe in dem Gerät.
Insbesondere in digitalen Kameras sind in der Nähe von Abbildungsvorrichtungen optische Filter angeordnet, um die Raumfrequenzeigenschaften einzustellen. Diese optischen Filter bestehen im Allgemeinen aus doppelbrechenden Quarzplatten. Jedoch werden Quarze, die eine piezoelektrische Funktion aufweisen, durch Schwingung, etc. leicht aufgeladen. Sind diese Quarze einmal aufgeladen, so ist es nicht einfach, ihnen die elektrischen Ladungen zu entziehen. Schweben im Kamerabetrieb Fremdstoffe infolge von Schwingungen, Luftströmen, etc. in der Kamera, so ist es wahrscheinlich, dass die Fremdstoffe an den aufgeladenen optischen Filtern haften. Dementsprechend muss das oben genannte Luftgebläse zum Reinigen häufig eingesetzt werden.

In der JP 2001-298640A ist eine digitale Kamera vorgeschlagen, die einen Wischer enthält, der eine Lichtempfangsfläche eines CCDs, die Fläche eines Tiefpassfilters, das sich auf der Seite der Lichtempfangsfläche des CCDs befindet, oder die Fläche eines am weitesten außen liegenden optischen Elementes in einer staubdichten Einheit, die den auf die Lichtempfangsfläche des CCDs führenden Strahlengang abdichtet, angeordnet ist. In der JP 2002-204379A und der JP 2003-319222A ist eine Kamera offenbart, die einen abgedichteten Halter hat, der ein CCD und ein Tiefpassfilter enthält. Der abgedichtete Halter hat eine Öffnung, die von einem staubdichten Element (Glasplatte etc.) bedeckt ist, und ein Mittel (piezoelektrisches Element), um das staubdichte Element in Schwingung zu versetzen. Bei dieser Kamera haftet der Staub nicht an dem CCD und dem Tiefpassfilter, die in dem Halter abgedichtet angeordnet sind. Der an dem staubdichten Element haftende Staub kann durch das schwingungserzeugende Mittel entfernt werden. Jedoch gehen mit der in der JP 2001-298640A, der JP 2002-204379A und der JP 2003-319222A beschriebenen mechanischen Entfernung des Staubs Probleme wie hohe Kosten, eine Gewichtszunahme der Geräte, ein erhöhter Stromverbrauch, etc. einher.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, einlichtdurchlässiges Element anzugeben, das eine ausgezeichnete Staubdichtigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung eines solchen Elementes sowie ein Bilderzeugungsgerät anzugeben, die ein solches Element enthält.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Nach intensiven Untersuchungen im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme haben die Erfinder herausgefunden, dass durch Ausbilden einer staubdichten Beschichtung, die zumindest an einer Lichteintrittsfläche eines lichtdurchlässigen Substrats eine feine Oberflächenrauhigkeit aufweist, ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element mit ausgezeichneter Staubdichtigkeit angegeben werden kann. Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.

Das erfindungsgemäße staubdichte, lichtdurchlässige Element, das auf einer Lichtempfangsfläche einer Abbildungsvorrichtung angeordnet ist, hat ein lichtdurchlässiges Substrat. Zumindest eine Lichteintrittsfläche des Substrats ist mit einer staubdichten Beschichtung versehen, die eine feine Rauhigkeit auf der Oberfläche aufweist.

Vorzugsweise enthält die staubdichte Beschichtung mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumoxid, Zinkoxid und Zinkhydroxid besteht. Die Rauhigkeit der staubdichten Beschichtung ist vorzugsweise durch eine große Zahl an feinen, petalförmigen Vorsprüngen gegeben, die unregelmäßig verteilt sind und zwischen denen nutförmige Vertiefungen vorhanden sind.

Das staubdichte, lichtdurchlässige Element hat unter der staubdichten Schicht vorzugsweise eine antistatische Schicht, um so den Widerstand gegenüber einer Staubadhäsion weiter zu erhöhen. Vorteilhaft hat diese antistatische Schicht einen Oberflächenwiderstand von 1 × 10¹⁴ Ω/Quadrat oder weniger. Das staubdichte, lichtdurchlässige Element hat auf der äußersten Oberfläche vorzugsweise eine wasserabweisende Schicht mit oder ohne Ölabweisungsvermögen, um den Widerstand gegenüber der Staubadhäsion weiter zu erhöhen. Vorzugsweise liegt die Dicke der wasserabweisenden Schicht bei 0,4 bis 100 nm.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das staubdichte, lichtdurchlässige Element eine mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit (SRa) von 1 bis 100 nm auf der äußersten Oberfläche, wobei der spektrale Reflexionsgrad gegenüber sichtbarem Licht bei 3 % oder weniger liegt, die Rauhigkeit der äußersten Oberfläche eine maximale Höhendifferenz (P-V) von 5 bis 1000 nm aufweist und die äußerste Oberfläche eine spezifische Oberfläche von 1,05 oder mehr hat.

Das erfindungsgemäße Element kann mit einem Mittel zur mechanischen Staubentfernung versehen sein. Das staubdichte, lichtdurchlässige Element nach der Erfindung ist für ein Bilderzeugungsgerät als Tiefpassfilter und für eine Bilderzeugungsvorrichtung als Schutzelement verwendbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der staubdichten, lichtdurchlässigen Elemente nach der Erfindung zeigt.

2(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel der staubdichten, lichtdurchlässigen Elemente nach der Erfindung zeigt.

2(b) ist eine Draufsicht auf das in 2(a) gezeigte staubdichte, lichtdurchlässige Element.

2(c) ist eine schematische Darstellung, die den Schwingungsknoten des in 2(a) dargestellten staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes zeigt.

3(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der staubdichten, lichtdurchlässigen Elemente nach der Erfindung zeigt.

3(b) ist ein Querschnitt längs der in 3(a) gezeigten Linie B-B.

4 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel einer digitalen Kamera zeigt, die ein aus dem erfindungsgemäßen staubdichten, lichtdurchlässigen Element bestehendes Tiefpassfilter enthält.

5 ist ein Querschnitt, der ein anderes Beispiel für eine digitale Kamera zeigt, die ein aus dem erfindungsgemäßen staubdichten, lichtdurchlässigen Element bestehendes Tiefpassfilter enthält.

6 ist ein Querschnitt, der ein weiteres Beispiel einer digitalen Kamera zeigt, die ein aus dem erfindungsgemäßen staubdichten, lichtdurchlässigen Element bestehendes Schutzelement enthält.

7 ist ein Querschnitt, der ein weiteres Beispiel einer digitalen Kamera zeigt, die ein aus dem erfindungsgemäßen staubdichten, lichtdurchlässigen Element bestehendes Schutzelement enthält.

8 ist eine mikrofotografische Aufnahme (23000-fach), die die Oberfläche des Tiefpassfilters nach Beispiel 1 zeigt.

9 ist eine stärker vergrößerte mikrofotografische Aufnahme (113000-fach), die einen Teil der in 1 gezeigten Oberfläche des Tiefpassfilters zeigt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[1] Schichtaufbau des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element umfasst ein lichtdurchlässiges Substrat und eine staubdichte Beschichtung, die eine feine Oberflächenrauhigkeit aufweist und zumindest auf einer Lichteintrittsfläche des Substrats ausgebildet ist. Mit dem Begriff "staubdicht" ist im Folgenden gemeint, dass Staub in einem Maße abgehalten wird, dass kein schädlicher Einfluss auf das lichtdurchlässige Element und/oder das Bilderzeugungsgerät ausgeübt wird.
(1) Lichtdurchlässiges Substrat
Das Material, aus dem das lichtdurchlässige Substrat (im Folgenden einfach als „Substrat" bezeichnet, wenn nichts anderes angegeben ist) hergestellt wird, kann in Abhängigkeit der Verwendung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes aus anorganischen Verbindungen oder organischen Polymeren geeignet ausgewählt werden. Wird das staubdichte, lichtdurchlässige Element beispielsweise als ein für eine Bilderzeugungsvorrichtung bestimmtes optisches Filter (Tiefpassfilter) verwendet, so ist das ausgewählte Substratmaterial üblicherweise ein doppelbrechender Quarz. Wird das staubdichte, lichtdurchlässige Element als Schutzelement für ein Bilderzeugungsgerät oder als Tiefpassfilter verwendet, so kann das Material für das Substrat aus verschiedenartigen anorganischen Gläsern wie Silika, Borosilikatglas und Sodakalkglas, transparenten Polymeren wie Polymethacrylatharzen, z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polycarbonaten (PC), etc. ausgewählt werden. Form und Dicke des Substrats können verwendungsabhängig geeignet gewählt werden.
(2) Staubdichte Schicht
Die staubdichte Beschichtung hat eine feine Oberflächenrauhigkeit. Je größer die dreidimensionale mittlere Oberflächenrauhigkeit SRa ist, welche die staubdichte Beschichtung aufweist und die den Index oder die Kenngröße für die auf die feine Rauhigkeit bezogene Oberflächendichte darstellt, desto stärker wird im Allgemeinen die intermolekulare Kraft der Staubteilchen herabgesetzt, die an der staubdichten Beschichtung haften. Die Kontaktladungs-Haftkraft F₁ zwischen gleichmäßig geladenen, sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element wird durch folgende allgemeine Formel (1) dargestellt:
worin ε₀ die dielektrische Konstante (= 8,85 × 10^–12 F/m) im Vakuum bezeichnet; Vc die Kontaktpotentialdifferenz zwischen der staubdichten Beschichtung des Elementes und den Staubteilchen bezeichnet; A die Hamaker-Konstante bezeichnet, welche die van-der-Waals-Wechselwirkung darstellt; k einen Koeffizienten bezeichnet, der durch die Formel k = k₁ + k₂ dargestellt ist, worin k₁ = (1-ν1²)/E₁ und k₂ = (1-ν₂ ²)/E₂ gilt und ν₁ und ν₂ die Poisson-Zahlen der staubdichten Beschichtung des Elementes und der Staubteilchen sowie E₁ und E₂ die Young'schen Moduli der staubdichten Beschichtung des Elementes und der Staubteilchen angeben; D den Staubteilchendurchmesser bezeichnet; Z₀ den Abstand zwischen der staubdichten Beschichtung des Elementes und der Staubteilchen bezeichnet; und b die Größe SRa der staubdichten Beschichtung des Elementes bezeichnet. Die Kontaktladungs-Haftkraft F₁ wird durch die chemische Potentialdifferenz erzeugt. Wie aus Formel (1) hervorgeht, ist die Kontaktladungs-Anziehungskraft F₁ um so kleiner, je größer b (SRa der staubdichten Beschichtung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes) ist.
Beträgt die Größe SRa der staubdichten Beschichtung 1 nm oder mehr, so weisen die an der staubdichten Beschichtung haftenden Staubteilchen eine ausreichend kleine intermolekulare Kraft und Kontaktladungs-Haftkraft F₁ auf. Übersteigt dagegen SRa 100 nm, so tritt Lichtstreuung auf, wodurch die Beschichtung für optische Vorrichtungen ungeeignet wird. Demzufolge liegt die Größe SRa vorzugsweise zwischen 1 und 100 nm, noch besser bei 8 bis 800 nm, und am besten bei 10 bis 50 nm. Die Größe SRa ist der arithmetische Mittelrauwert Ra, der gemäß der Japanischen Industrienorm JIS B0601 mit einem dreidimensional expandierten Rasterkraftmikroskop (AFM) gemessen wird. Diese Größe ist durch folgende Formel (2) gegeben:
worin X_L-X_R und Y_B-Y_T Koordinatenbereiche für X bzw. Y auf der vermessenen Fläche bezeichnen; So eine Fläche (|X_R-X_L|x|Y_T-Y_B|) bezeichnet, unter der Voraussetzung, dass die vermessene Fläche eben ist; X und Y die Koordinaten bezeichnen; F(X,Y) die Höhe im Messpunkt (X,Y) bezeichnet; und Z₀ die mittlere Höhe in der Messfläche bezeichnet.
Die Hamaker-Konstante A in obiger Formel (1) wird durch eine Funktion des Brechungsindex approximativ ausgedrückt. Je kleiner der Brechungsindex ist, desto kleiner ist demnach die Hamaker-Konstante A. Unabhängig davon, ob die staubdichte Beschichtung die äußerste Oberflächenschicht darstellt oder ob sie von einer wasserabweisenden Schicht oder einer wasser- und ölabweisenden Schicht (weiter unten beschrieben) bedeckt ist, hat der Brechungsindex der wasserdichten Beschichtung vorzugsweise einen Wert von 1,50 oder weniger, noch besser von 1,45 oder weniger. Obgleich die maximale Höhendifferenz der Rauhigkeit (P-V) in der staubdichten Beschichtung keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, liegt sie vorzugsweise zwischen 5 und 1000 nm, noch besser zwischen 50 und 500 nm, und am besten zwischen 100 bis 300 nm. Ein Wert P-V, der in einem Bereich von 5 bis 1000 nm liegt, sorgt für ausgezeichnete reflexmindernde Eigenschaften. Außerdem sorgt ein Wert P-V, der in einem Bereich von 50 bis 500 nm liegt, für eine hohe Durchlässigkeit. Der Wert P-V wird mit einem AFM gemessen.
Die spezifische Oberfläche (S_R) der staubdichten Beschichtung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Vorzugsweise liegt sie jedoch bei 1,05 oder mehr, noch besser bei 1,15 oder mehr. Die Größe S_R ist durch folgende Formel (3) gegeben: S_R = S/S₀ (3)worin So die Fläche bei Annahme einer ebenen Messfläche und S die tatsächlich gemessene Fläche ist. S wird wie folgt gemessen. Ein zu messender Bereich wird in Mikrodreiecke unterteilt, die jeweils durch drei nächste Datenpunkte (A,B,C) gegeben sind. Die Fläche ΔS jedes dieser Mikrodreiecke wird anhand des Vektorprodukts ΔS(ΔABC) = |AB × AC|/2 bestimmt, worin AB und AC jeweils die Seitenlängen angeben. Dann werden die Werte ΔS aufsummiert, um S zu erhalten. Vorzugsweise ist S_R so groß, dass keine Lichtstreuung verursacht wird.
Die staubdichte Beschichtung ist beispielsweise eine Schicht, die erhalten wird, indem eine Aluminiumoxid enthaltende Gelschicht mit heißem Wasser behandelt wird, oder eine Schicht, die erhalten wird, indem eine Gelschicht, die eine Zinkverbindung enthält, mit einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit bei einer Temperatur von 20°C oder höher behandelt wird. Erstere Schicht hat eine Oberflächenrauhigkeit, die gebildet ist aus einer unregelmäßigen Anordnung einer großen Zahl an feinen, unregelmäßig geformten Vorsprüngen, die entstehen, wenn ein Oberflächenbereich der das Aluminiumoxid enthaltenden Gelschicht der Wirkung von heißem Wasser ausgesetzt wird, und nutförmigen Vertiefungen, die zwischen diesen Vorsprüngen vorhanden sind. Die Vorsprünge sind äußerst fein und haben eine petalartige Form. Diese Schicht wird im Folgenden als "petalförmige Aluminiumoxidschicht" bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist. Die oben genannte letztere Schicht hat eine Oberflächenrauhigkeit, die gebildet ist aus einer unregelmäßigen Anordnung von Vorsprüngen, die in Form von Präzipitaten entstehen, wenn ein Oberflächenbereich der die Zinkverbindung enthaltenden Gelschicht der Wirkung der das Wasser enthaltenden Flüssigkeit bei einer Temperatur von 20°C oder höher ausgesetzt wird, und aus Vertiefungen, die zwischen den Vorsprüngen vorhanden sind. Diese Vorsprünge sind äußerst fein. Ihre Gestalt ist jedoch abhängig vom Typ der verwendeten Zinkverbindung unterschiedlich. Die Schicht wird im Folgenden als "Zinkverbindungsschicht" bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die petalförmige Aluminiumoxidschicht enthält vorzugsweise Aluminiumoxid (Tonerde) als einen Hauptbestandteil. Noch besser besteht sie ausschließlich aus Aluminiumoxid. Falls erforderlich, kann sie aber auch mindestens einen optionalen Bestandteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkoniumdioxid, Silika, Titandioxid, Zinkoxid und Zinkhydroxid besteht. Die Menge, in der dieser optionale Bestandteil zugegeben wird, liegt vorzugsweise bei 0,01-50 Masse-%, noch besser 0,05-30 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% der gesamten staubdichten Beschichtung. Jedoch unterliegt diese Menge keiner besonderen Beschränkung, sofern sie in einem Bereich liegt, in dem sich eine feine Rauhigkeit ohne Verschlechterung der Transparenz ausbildet, wenn die Aluminiumoxid enthaltende Gelschicht mit heißem Wasser behandelt wird.
Die Zinkverbindungsschicht enthält vorzugsweise Zinkoxid und/oder Zinkhydroxid als Hauptbestandteil. Noch besser besteht sie aus einem dieser Bestandteile. Falls erforderlich, kann die Zinkverbindungs schicht jedoch auch mindestens einen optionalen Bestandteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Silika und Titandioxid besteht. Die Menge, in der dieser optionale Bestandteil zugegeben wird, beträgt vorzugsweise 0,01-50 Masse-%, noch besser 0,05-30 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% der gesamten staubdichten Beschichtung. Jedoch unterliegt diese Menge keiner besonderen Beschränkung, sofern sie innerhalb eines Bereichs liegt, in dem sich eine feine Rauhigkeit ohne Verschlechterung der Transparenz ausbildet, wenn die die Zinkverbindung enthaltende Gelschicht mit einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit bei 20°C oder höher behandelt wird.
Die Rauhigkeit der wasserdichten Beschichtung kann beispielsweise untersucht werden, indem eine Oberflächenschicht und/oder ein Querschnitt mittels eines Rasterelektronenmikroskops, kurz SEM, oder mittels eines AFM insbesondere in schräger Richtung betrachtet wird. Die Dicke der wasserdichten Beschichtung unterliegt keiner besonderen Beschränkung und kann in Abhängigkeit der gewünschten Verwendung geeignet eingestellt werden. Vorzugsweise liegt sie jedoch bei 0,05-3 μm. Dabei beinhaltet diese Dicke die Dicke der Oberflächenrauhigkeit.
(3) Antistatische Schicht
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element kann eine antistatische Schicht auf und/oder unter der staubdichten Beschichtung aufweisen, um die Coulombkraft zu verringern, die eine der Ursachen der Staubanhaftung ist. Dadurch wird der Widerstand gegenüber der Staubanhaftung weiter verbessert. Die antistatische Schicht ist vorzugsweise unter der staubdichten Beschichtung ausgebildet.
Die elektrostatische Anziehungskraft F₂ zwischen gleichmäßig geladenen sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element ist durch folgende allgemeine Formel (4) gegeben:
worin q₁ und q₂ die elektrischen Ladungen (C) der staubdichten Beschichtung des Elementes und der Staubteilchen sind, r den Teilchenradius bezeichnet und ε₀ die dielektrische Konstante (= 8,85 × 10^–12 F/m) im Vakuum angibt. Wie aus Formel (4) hervorgeht, bewirkt die antistatische Schicht eine Ladungsentfernung, da die elektrostatische Anziehungskraft F₂ durch eine Verringerung der Ladungen der staubdichten Beschichtung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes und der Staubteilchen herabgesetzt werden kann.
Die elektrostatische Bildkraft F₃ zwischen den gleichmäßig geladenen sphärischen Staubteilchen und der staubdichten Beschichtung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes ist durch folgende allgemeine Formel (5) gegeben:
worin ε₀ die dielektrische Konstante (= 8,85 × 10^–12 F/m) im Vakuum, ε die dielektrische Konstante der staubdichten Beschichtung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes, q die elektrische Ladung der Staubteilchen und r den Teilchenradius bezeichnet. Nähern sich die elektrisch geladenen Staubteilchen der ungeladenen Beschichtung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes an, so wird in der Beschichtung eine gleiche Menge an elektrischer Ladung entgegengesetzter Polarität induziert, wodurch die elektrostatische Bildkraft F₃ erzeugt wird. Da die elektrostatische Bildkraft F₃ im Wesentlichen von der Ladung der Staubteilchen abhängt, kann sie verringert werden, indem die elektrischen Ladungen durch die antistatische Schicht von den an dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element haftenden Staubteilchen entfernt werden.
Der Oberflächenwiderstand der antistatischen Schicht beträgt vorzugsweise 1 × 10¹⁴ Ω/Quadrat (square) oder weniger, noch besser 1 × 10¹² Ω/Quadrat (square) oder weniger. Der Brechungsindex der antistatischen Schicht unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Vorzugsweise liegt er zwischen dem des Substrats und dem der staubdichten Beschichtung, da er dann eine höhere reflexmindernde Wirkung erwarten lässt. Die Dicke der antistatischen Schicht unterliegt keiner besonderen Beschränkung und kann verwendungsabhängig geeignet eingestellt werden. Vorzugsweise liegt sie jedoch zwischen 0,01-3 μm.
Auch die Materialien für die antistatische Schicht unterliegen keiner besonderen Beschränkung und können aus bekannten Materialien ausgewählt werden, sofern sie farblos und hochtransparent sind.
Beispielsweise kann die antistatische Schicht aus zumindest einem leitfähigen anorganischen Material hergestellt werden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Antimonoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, zinndotiertem Indiumoxid (ITO) und antimondotiertem Zinnoxid (ATO) besteht. Die antistatische Schicht ist beispielsweise eine zusammengesetzte Schicht, die aus feinen Teilchen des oben genannten leitfähigen anorganischen Materials und einem Binder besteht, oder eine dichte oder kompakte Schicht aus dem oben angegebenen leitfähigen anorganischen Material (z. B. eine aufgedampfte Schicht, etc.). Die Binder bildenden Verbindungen sind beispielsweise Monomere und Oligomere, die zu Bindern polymerisierbar sind. Dies sind beispielsweise Metallalkoxide oder deren Oligomere, ultraviolett härtende oder thermisch härtende Verbindungen wie Acrylate, etc.
(4) Wasserabweisende Schicht und wasser- und ölabweisende Schicht
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element kann eine wasserabweisende Schicht umfassen, die zugleich ölabweisend ist oder keine ölabweisende Eigenschaft aufweist. (Diese Schicht wird im Folgenden als "wasser-/ölabweisende Schicht" bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.) Die wasser-/ölabweisende Schicht ist im Allgemeinen auf der äußersten Oberfläche angeordnet. Die Flüssigkeitsbrücken bildende Kraft F₄ zwischen den sphärischen Staubteilchen und dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element ist durch folgende allgemeine Formel (6) gegeben: F₄ = –2πγD (6) worin γ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und D der Durchmesser des Staubteilchen ist. Die flüssigkeitsbildende Kraft F₄ ist dabei eine Kraft, die durch die Brückenbildung einer in Kontaktflächen zwischen dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element und den Staubteilchen kondensierten Flüssigkeit erzeugt wird. Die auf der staubdichten Beschichtung ausgebildete wasser-/ölabweisende Schicht unterdrückt die Anhaftung von Wasser bzw. Öl. Die flüssigkeitsüberbrückende Kraft F₄ verringert so im Ergebnis die Anhaftung der Staubteilchen.
Im Allgemeinen besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel von Wasser auf einer rauen Oberfläche und dem Kontaktwinkel von Wasser auf einer ebenen Oberfläche. Dieser Zusammenhang kann durch folgende Formel (7) angenähert werden: cosθ_γ = γcosθ (7)worin θ_γ der Kontaktwinkel auf der rauen Oberfläche, γ ein Flächenfaktor und θ der Kontaktwinkel auf der ebenen Oberfläche ist. Üblicherweise ist γ größer als 1, so dass θ_γ für θ < 90° kleiner als θ und für θ > 90° größer als θ ist. Die Vergrößerung der hydrophilen Oberfläche durch Aufrauen verstärkt die Hydrophilie, d. h. das Wasseranziehungsvermögen. Die Vergrößerung der wasserabweisenden Oberfläche durch Aufrauen verstärkt das Wasserabweisungsvermögen. Wird also eine wasserabweisende Schicht auf der staubdichten Beschichtung, die über eine feine Rauhigkeit verfügt, ausgebildet, ohne diese Rauhigkeit zu beeinträchtigen, kann ein hohes Wasserabweisungsvermögen erzielt werden. Es ist deshalb von Vorteil, wenn nach Ausbildung einer wasser-/ölabweisenden Schicht die äußerste Oberfläche eine mittlere dreidimensionale Rauhigkeit (SRa), eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) und eine spezifische Oberfläche (S_R) innerhalb der oben genannten Bereiche beibehält.
Die Materialien für die wasser-/ölabweisende Schicht unterliegen keiner besonderen Beschränkung, sofern sie farblos und hochtransparent sind. Für diese Materialien können bekannte Materialien verwendet werden. Diese sind beispielsweise Fluor enthaltende anorganische oder organische Verbindungen, Fluor enthaltende organische/anorganische Hybridpolymere, fluoriertes Pech (z. B. CFn, worin n 1,1-1,6), fluoriertes Graphit, etc.
Die Fluor enthaltende anorganische Verbindung ist beispielsweise eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus LiF, MgF₂, CaF₂, AlF₃, BaF₂, YF₃, LaF₃ und CaF₃ besteht. Diese fluorhaltigen anorganischen Verbindungen sind beispielsweise über Canon Optron, Inc., erhältlich.
Die fluorhaltigen organischen Verbindungen sind beispielsweise Fluorharze, die Polymere aus fluorhaltigen Olefinen oder Copolymere aus fluorhaltigen Olefinen und Monomeren sind, die mit letzteren copolymerisierbar sind. Solche (Co-)Polymere sind beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetraethylen-hexafluorpropylen-Copolymere (PFEP), Ethylen-tetrafluorethylen-Copolymere (PETFE), Tetrafluorethylen-perfluoralkylvinylether-Copolymere (PFA), Ethylen-chlortrifluorethylen-Copolymere (PECTFE), Tetrafluorethylen-hexafluorpropylen-perfluoralkylvinylether-Copolymere (PEPE), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), etc. Die Fluorharze sind beispielsweise Polymere handelsüblicher fluorhaltiger Zusammensetzungen, z. B. "OPSTAR" von JSR Corporation, "CYTOP" von Asahi Glass Co., Ltd., etc.
Die fluorhaltigen organischen/anorganischen Hybridpolymere sind beispielsweise organische Siliconpolymere, die Fluorkohlenwasserstoffgruppen aufweisen. Diese Polymere erhält man durch Hydrolyse fluorhaltiger Silanverbindungen, die Fluorkohlenwasserstoff aufweisen. Die fluorhaltigen Silanverbindungen sind beispielsweise Verbindungen, die durch folgende Formel (8) gegeben sind: CF₃(CF₂)_a(CH₂)₂SiR_bX_c (8)worin R eine Alkylgruppe, X eine Alkoxylgruppe oder ein Wasserstoffatom, a eine ganze Zahl von 0 bis 7, b eine ganze Zahl von 0 bis 2 und c eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist und b + c = 3 gilt. Spezielle Beispiele für die durch die Formel (8) dargestellten Verbindungen sind 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)₃SiCH₃(OCH₃)₂, CF₃(CF₂)₇(CG₂SiCH₃Cl₂, etc. Es können handelsübliche organische Siliconpolymere verwendet werden, z. B. Novec EGC-1720 von Sumitomo 3M Ltd., XC98-B2472 von GE Toshiba Silicone Co., Ltd., etc.
Die wasser-/ölabweisende Schicht ist vorzugsweise 0,4 bis 100 nm, noch besser 10 bis 80 nm dick. Liegt die Dicke der wasser-/ölabweisenden Schicht in dem Bereich von 0,4 bis 100 nm, so können für den staubdichten Überzug die Größen SRa, P-V und S_R in den oben genannten Bereichen gehalten werden. Wird die wasser-/ölabweisende Schicht mit einer Dicke von 0,4 bis 100 nm auf der äußersten Oberfläche ausgebildet, wird zusätzlich zur Verringerung der intermolekularen Kraft und der Kontaktladungs-Haftkraft F₁ infolge der Rauhigkeit der Beschichtung der Widerstand gegenüber der Staubanhaftung weiter verbessert, indem die elektrostatische Anziehungskraft F₂ und die elektrostatische Bildkraft F₃ verringert werden. Ist die Dicke der wasser-/ölabweisenden Schicht kleiner als 0,4 nm, so wird kein ausreichendes Abweisungsvermögen gegenüber Wasser bzw. Öl erzielt. Dadurch wird beispielsweise bei Verwendung der Fluorharze nicht die erwartete Verringerung der elektrostatischen Bildkraft F₃ erzielt. Übersteigt dagegen die Dicke der wasser-/ölabweisenden Schicht 100 nm, so absorbiert diese Schicht die feine Rauhigkeit der staubdichten Beschichtung, was wiederum den Widerstand gegenüber der Staubanhaftung verringert. Der Brechungsindex der wasser-/ölabweisenden Schicht liegt vorzugsweise bei 1,5 oder weniger, noch besser bei 1,45 oder weniger.
(5) Beispiele von Schichtstrukturen
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element ist vorteilhaft beispielsweise wie folgt aufgebaut: staubdichte Beschichtung/Substrat, staubdichte Beschichtung/antistatische Schicht/Substrat, wasser-/ölabweisende Schicht/staubdichte Beschichtung/antistatische Schicht/Substrat/staubdichte Schicht, staubdichte Beschichtung/antistatische Schicht/Substrat/antistatische Schicht/staubdichte Schicht, wasser-/ölabweisende Schicht/staubdichte Beschichtung/antistatische Schicht/Substrat/antistatische Schicht/staubdichte Beschichtung/wasser-/ölabweisende Schicht, etc. Jedoch ist der Schichtaufbau nicht auf die vorstehend angegebenen Strukturen beschränkt.
[2] Herstellung des staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes
(1) Ausbildung der staubdichten Schicht
(a) Verfahren zum Ausbilden der petalförmigen Aluminiumoxidschicht
Eine Beschichtungsflüssigkeit, die eine Aluminiumverbindung enthält, wird auf ein Substrat aufgebracht, um eine Aluminiumoxid enthaltende Gelschicht auszubilden, die dann mit heißem Wasser behandelt wird, um eine petalförmige Aluminiumoxidschicht zu erhalten. Dieses Verfahren ist auf ein Kunststoffsubstrat anwendbar, das keine besonders hohe Wärmebeständigkeit aufweist, da die petalförmige Aluminiumoxidschicht hergestellt werden kann, ohne eine thermische Behandlung bei hoher Temperatur vornehmen zu müssen.
Die Aluminiumverbindungen sind beispielsweise Aluminiumalkoxide, Aluminiumnitrat, Aluminiumsulfat, etc. Bevorzugt sind Aluminiumalkoxide. Die Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht unter Verwendung von Aluminiumalkoxiden ist beispielsweise in JP 9-202649A, JP 3688042B und JP 9-202651A beschrieben. Bei diesen Verfahren wird eine Beschichtungsflüssigkeit, die Aluminiumalkoxid, ein Stabilisierungsmittel und Wasser enthält, auf ein Substrat aufgebracht, um nach einem Sol-Gel-Verfahren eine Aluminiumgelschicht auszubilden. Die Aluminiumgelschicht wird mit heißem Wasser behandelt, um die petalförmige Aluminiumoxidschicht zu erzeugen. Die Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht unter Verwendung von Aluminiumalkoxid wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben.
Die verwendeten Aluminiumalkoxide sind beispielsweise Aluminiumtrimethoxid, Aluminiumtriethoxid, Aluminiumtriisopropoxid, Aluminiumtri-n-butoxid, Aluminiumtri-sec-butoxid, Aluminiumtri-tert-butoxid, Aluminiumacetylacetat, Oligomere, die durch ihre partielle Hydrolyse erhalten werden, etc.
Enthält die petalförmige Aluminiumoxidschicht den oben angegebenen optionalen Bestandteil, so wird der Beschichtungsflüssigkeit ein diesen optionalen Bestandteil ausbildendes Material zugegeben, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zirkoniumalkoxiden, Alkoxysilanen, Titaniumalkoxiden und Zinkverbindungen besteht.
Die Zirkoniumalkoxide sind beispielsweise Zirkoniumtetramethoxid, Zirkoniumtetraethoxid, Zirkoniumtetra-n-propoxid, Zirkoniumtetraisopropoxid, Zirkoniumtetra-n-butoxid, Zirkoniumtetra-t-butoxid, etc.
Die Alkoxysilane können durch die allgemeine Formel (9) von Si(OR₁)_x(R₂)_4-x dargestellt werden. In dieser allgemeinen Formel (9) ist R₁ vorzugsweise eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Acylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z. B. eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine i-Propylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine sec-Butylgruppe, eine tert-Butylgruppe, eine Acetylgruppe, etc. R₂ ist vorzugsweise eine organische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, z. B. nicht-substituierte Kohlenwasserstoffgruppen wie eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine i-Propylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine tert-Butylgruppe, eine n-Hexylgruppe, eine Cyclohexylgruppe, eine n-Octylgruppe, eine tert-Octylgruppe, eine n- Decylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Vinylgruppe, eine Allylgruppe, etc., oder substituierten Kohlenwasserstoffgruppen wie einer γ-Chloropropylgruppe, einer CF₃CH₂-Gruppe, einer CF₃CH₂CH₂-Gruppe, einer C₂F₅CH₂CH₂-Gruppe, einer C₃F₇CH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer CF₃OCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer CF_SOCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer C₃F,OCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer (CF₃)₂CHOCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer C₄F₉CH₂OCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer 3-(Perfluorcyclohexyloxy)propyl-Gruppe, einer H(CF₂)₄CH₂OCH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer H(CF₂)₄CH₂CH₂CH₂-Gruppe, einer γ-Glycidoxypropylgruppe, einer γ-Mercaptopropylgruppe, einer 3,4-Epoxycyclohexylethylgruppe, einer γ-Methacroyloxypropylgruppe, etc. Dabei ist x vorzugsweise eine ganze Zahl von 2 bis 4.
Die Titanalkoxide sind beispielsweise Tetramethoxytitan, Tetraethoxyethan, Tetra-n-propoxytitan, Tetraisopropoxytitan, Tetra-n-butoxytitan, Tetraisobutoxytitan, etc.
Die Zinkverbindungen sind beispielsweise Zinkacetat, Zinkchlorid, Zinknitritat, Zinkstearat, Zinkoleat, Zinksalicylat, etc. Unter diesen Verbindungen sind Zinkacetat und Zinkchlorid bevorzugt.
Das Verhältnis des den optionalen Bestandteil bildenden Materials zur Gesamtmenge (100 Masse-%), die durch das Aluminiumalkoxid und dieses den optionalen Bestandteil bildenden Materials gegeben ist, beträgt vorzugsweise 0,05 bis 50 Masse-%, noch besser 0,05 bis 30 Masse-%.
Die vorzugsweise der Beschichtungsflüssigkeit zugegebenen Stabilisierungsmittel sind beispielsweise β-Diketone wie Acetylaceton, Ethylaceton, etc.; Alkanolamine wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, etc.; Metallalkoxide, etc.
Die Beschichtungsflüssigkeit kann ein Lösungsmittel enthalten. Verwendbare Lösungsmittel sind beispielsweise Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Butylalkohol, Methylcellosolve, Ethylcellosolve, etc.
Die bevorzugte Formulierung in Mol des Metallalkoxids, des Lösungsmittels, des Stabilisierungsmittels und des Wassers ist (Aluminiumalkoxid + Material zur Bildung des optionalen Bestandteils)/Lösungsmittel/Stabilisierungsmittel/Wasser gleich 1/(10-100)/(0,5-2)/(0,1-5).
Die Beschichtungsflüssigkeit kann einen Katalysator zur Beschleunigung der Hydrolyse der Alkoxylgruppe und der dehydrierenden Kondensation enthalten. Der zugegebene Katalysator ist beispielsweise Salpetersäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Ammoniak, etc. Die Menge, in der der Katalysator zugegeben wird, beträgt vorzugsweise 0,01 bis 100 Mol-% des Metallalkoxids.
Die Beschichtungsflüssigkeit kann eine wasserlösliche, organische, hochmolekulare Verbindung enthalten, falls dies notwendig ist. Wird die Aluminiumoxidgelschicht, die aus der die wasserlösliche, organische, hochmolekulare Verbindung enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit erhalten wird, mit heißem Wasser behandelt, so wird diese Verbindung leicht aus der Aluminiumgelschicht eluiert, was zu einer vergrößerten Oberfläche der Aluminiumoxidgelschicht führt, die mit heißem Wasser reagieren kann. Dadurch kann die petalförmige Aluminiumoxidschicht in kurzer Zeit bei einer vergleichsweise tiefen Temperatur erzeugt werden. Die Form der Rauhigkeit der ausgebildeten petalförmigen Aluminiumoxidschicht ist steuerbar, indem der Typ und das Molekulargewicht der wasserlöslichen, organischen, hochmolekularen Verbindung geeignet gewählt werden. Diese verwendete hochmolekulare Verbindung ist beispielsweise Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Polymethylvinylether, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, etc. Die Menge der zugegebenen wasserlöslichen, hochmolekularen Verbindung beträgt beispielsweise 0,1 bis 10 Masse-% des Aluminiumoxids, unter der Voraussetzung, dass das gesamte Aluminiumalkoxid in Aluminiumoxid umgewandelt wird.
Als Beschichtungsverfahren können beispielsweise ein Tauchverfahren, eine Schleuderbeschichtung, eine Düsenströmungsbeschichtung, ein reverse-coating-Verfahren, ein Flexografieverfahren, ein Druckverfahren, ein Flutlackierverfahren oder flow-coating-Verfahren angewandt werden. Die vorstehenden Verfahren können auch in Kombination angewandt werden. Unter diesen Verfahren ist das Tauchverfahren bevorzugt, da mit diesem Verfahren die Gleichmäßigkeit, die Dicke, etc. der resultierenden Dünnschicht leicht steuerbar sind. Die Dicke der resultierenden Gelschicht kann gesteuert werden, indem beispielsweise die Rückziehgeschwindigkeit in dem Tauchverfahren, die Rotationsgeschwindigkeit des Substrat in dem Schleuderbeschichtungsverfahren oder die Konzentration der Beschichtungsflüssigkeit entsprechend eingestellt wird. Die Rückziehgeschwindigkeit in dem Tauchverfahren beträgt vorzugsweise 0,1 bis 3,0 mm/Sekunde.
Die Bedingungen, unter denen die aufgebrachte Schicht getrocknet wird, unterliegen keinen besonderen Beschränkungen. Sie können beispielsweise in Abhängigkeit des Wärmebeständigkeit des Substrats geeignet gewählt werden. Üblicherweise wird das beschichtete Substrat fünf Minuten bis 24 Stunden lang bei einer Temperatur behandelt, die von Raumtemperatur bis 400°C reicht.
Das mit der Aluminiumoxidgelschicht versehene Substrat wird mit heißem Wasser behandelt. Dabei wird die Wassertemperatur in Abhängigkeit der Wärmebeständigkeit des Substrats geeignet gewählt. Wird das Substrat in heißes Wasser getaucht, so erfolgt dies in einer Zeit von etwa 1 bis 240 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 50°C bis etwa 100°C. Nach der Behandlung mit heißem Wasser wird das Substrat vorzugsweise bei einer Temperatur getrocknet, die von Raumtemperatur bis 400°C reicht. Dabei ist eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 100 bis 400°C besonders bevorzugt. Die Zeit für das Trocknen, d. h. die Wärmebehandlung, liegt vorzugsweise bei zehn Minuten bis 24 Stunden. Die so erzeugte petalförmige Aluminiumoxidschicht ist üblicherweise farblos und hochtransparent.
(b) Ausbildung der Zinkverbindungsschicht
Eine Lösung oder Dispersion, die eine Zinkverbindung enthält, wird auf ein Substrat aufgebracht und getrocknet, um eine Gelschicht auszubilden. Die Gelschicht wird mit einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit bei einer Temperatur von 20°C oder höher behandelt, um eine Zinkverbindungsschicht zu erhalten. Da nach diesem Verfahren die Zinkverbindungsschicht bei einer vergleichsweisen tiefen Temperatur ausgebildet wird, kann ein Kunststoffsubstrat verwendet werden, das über keine besonders hohe Wärmebeständigkeit verfügt.
Als Zinkverbindungen sind beispielsweise verwendbar Zinkacetat, Zinkchlorid, Zinknitrat, Zinkstearat, Zinkoleat, Zinksalicylat, etc. Unter diesen Verbindungen sind Zinkacetat und Zinkchlorid besonders bevorzugt. Enthält die Zinkverbindungsschicht den oben genannten optionalen Bestandteil, so wird der Beschichtungsflüssigkeit mindestens ein den optionalen Bestandteil bildendes Material zugegeben, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumalkoxiden, Zirkoniumalkoxiden, Alkoxysilanen und Titanalkoxiden besteht.
Die verwendeten Aluminiumalkoxide, Zirkoniumalkoxide, Alkoxysilane und Titanalkoxide können die gleichen wie die oben beschriebenen sein. Das Material, das den optionalen Bestandteil bildet, liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 50 Masse-%, noch besser 0,05 bis 30 Masse-% vor, bezogen auf die Gesamtmenge (100 Masse-%), die durch die Zinkverbindung und das den optionalen Bestandteil bildende Material gegeben ist.
Die Lösungsmittel und die Beschichtungsverfahren, die beim Ausbilden der Zinkverbindungsschicht zur Anwendung kommen, können die gleichen sein wie bei der Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht. Die Formulierung der die Zinkverbindungsschicht bildenden Beschichtungsflüssigkeit ist vorzugsweise (Zinkverbindung + Material zur Ausbildung des optionalen Bestandteils)/Lösungsmittel = 1/(10-20) in Mol. Falls erforderlich, enthält die Beschichtungsflüssigkeit die oben angegebenen Stabilisierungsmittel, Katalysatoren und Wasser. Nach der Beschichtung kann die Zinkverbindungsschicht etwa 30 Minuten lang bei Raumtemperatur getrocknet werden. Falls erforderlich, kann dies durch Heißtrocknen erfolgen.
Die getrocknete Gelschicht wird bei einer Temperatur von 20°C oder höher mit der Wasser enthaltenden Flüssigkeit behandelt. Diese Behandlung entflockt die Oberfläche der Gelschicht und führt so zu einem strukturellen Umbau dieser Schicht. Infolgedessen scheiden sich Zinkoxid und/oder Zinkhydroxid oder deren Hydrate ab und wachsen auf einer Oberflächenlage der Gelschicht. Mit dem Begriff "Wasser enthaltende Flüssigkeit" ist in dieser Beschreibung Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem anderen Lösungsmittel gemeint. Dieses andere Lösungsmittel ist beispielsweise Alkohol. Die Temperatur der Wasser enthaltenden Flüssigkeit liegt vorzugsweise bei 20 bis 10°C. Die Zeit für die Behandlung mit der Wasser enthaltenden Flüssigkeit liegt vorzugsweise bei etwa fünf Minuten bis etwa 24 Stunden. Die so ausgebildete Zinkverbindungsschicht ist üblicherweise farblos und hochtransparent.
(2) Ausbildung der antistatischen Schicht
Diese Schicht, die nur aus einem leitfähigen, anorganischen Material hergestellt wird, kann nach einem physikalischen Aufdampfverfahren wie einem Vakuumaufdampfverfahren, einem Sputterverfahren, einem Ionenplatierungsverfahren, etc. oder einem chemischen Aufdampfverfahren wie einem thermischen CVD-Verfahren, einem Plasma-CVD-Verfahren, einem Foto-CVD-Verfahren, etc. ausgebildet werden. Die aus feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen und einem Binder gebildete Mischschicht kann in einem Nassverfahren wie einem Tauchbeschichtungsverfahren, einem Schleuderbeschichtungs verfahren, einem Sprühverfahren, einem Walzenauftragverfahren, einem Siebdruckverfahren, etc. hergestellt werden. Im Folgenden wird beschrieben, wie die aus dem leitfähigen, anorganischen Material bestehende Schicht nach einem Aufdampfverfahren und die Mischschicht, die aus feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen und einem Binder zusammengesetzt ist, nach einem Beschichtungsverfahren hergestellt werden.
(a) Aufdampfverfahren
Ein leitfähiges, anorganisches Aufdampfmaterial wird durch Erhitzen in Vakuum so auf ein Substrat aufgebracht, dass es eine leitfähige, anorganische Materialschicht ausbildet. Obgleich hierauf nicht beschränkt, erfolgt das Aufdampfen dieses Materials vorzugsweise nach einem Verfahren, das mit einer mit elektrischem Strom geheizten Quelle arbeitet, einem Verfahren, bei dem von einer Elektronenkanone Elektronenstrahlen ausgesendet werden, einem Verfahren, bei dem durch eine Hohlkathodenentladung Elektronenstrahlen großer Stromstärke ausgegeben werden, einem Laserpuls-Abrasionsverfahren, etc. Das Substrat, das mit seiner schichtausbildenden Oberfläche dem Aufdampfmaterial zugewandt ist, wird während des Aufdampfens gedreht. Indem die Aufdampfzeit, die Heiztemperatur, etc. geeignet gewählt werden, kann die Schicht in der gewünschten Dicke hergestellt werden.
(b) Beschichtungsverfahren
(i) Zubereitung einer feine, leitfähige, anorganische Teilchen enthaltenden breiigen Masse
Die feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen haben vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 bis 80 nm. Übersteigt die mittlere Teilchengröße 80 nm, so weist die resultierende antistatische Schicht eine zu geringe Transparenz auf. Andererseits sind feine, leitfähige, anorganische Teilchen mit einer mittleren Teilchengrößen von weniger als 5 nm schwierig herzustellen.
Das Massenverhältnis dieser feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen zu der den Binder bildenden Verbindung liegt vorzugsweise bei 0,05 bis 0,7. Übersteigt das Massenverhältnis den Wert 0,7, so ist eine gleichmäßige Beschichtung nur schwer herzustellen, und die Schicht wird zu brüchig oder spröde. Ist das Massenverhältnis kleiner als 0,05, so weist die resultierende Schicht eine zu geringe Leitfähigkeit auf.
Die Binder bildenden Verbindungen sind vorzugsweise Metallalkoxide oder deren Oligomere sowie ultraviolett oder thermisch härtbare Verbindungen. Die Verwendung von Metallalkoxiden oder deren Oligomeren oder ultraviolett härtbaren Verbindungen ermöglicht es, auf einem Substrat, das über keine Wärmebeständigkeit verfügt, eine Binder enthaltende antistatische Schicht auszubilden.
ie Metallalkoxide sind vorzugsweise Alkoxysilane, Zirkoniumalkoxide, Titanalkoxide und Aluminiumalkoxide, wie oben beschrieben. Besonders bevorzugt sind Alkoxysilane.
Die ultraviolett oder thermisch härtbaren Verbindungen können radikal polymerisierbare Verbindungen, kationisch polymerisierbare Verbindungen oder anionisch polymerisierbare Verbindungen sein. Diese Verbindungen können auch in Kombination eingesetzt werden.
Die radial polymerisierbaren Verbindungen sind vorzugsweise Acrylsäuren oder deren Ester. Spezielle Beispiele sind (Meth)acrylsäure; monofunktionelle (Meth)acrylate wie 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat, 2-Hydroxy-3-phenoxypropyl(meth)acrylat, Carboxypolycaprolacton(meth)acrylat, (Meth)acrylamid, etc.; Di(meth)acrylate wie Pentaerythritoldi(meth)acrylat, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Pentaerythritoldi(meth)acrylatmonostearat, etc.; Tri(meth)acrylate wie Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltri(meth)acrylat, etc.; polyfunktionelle (Meth)acrylate wie Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, Dipentaerythritolpenta(meth)acrylat, etc.; und Oligomere, die durch die Polymerisation dieser Verbindungen erhalten werden.
Die kationisch polymerisierbaren Verbindungen sind vorzugsweise Epoxyverbindungen. Spezielle Beispiele sind Phenylglycidylether, Ethylenglycoldiglycidylether, Glycerindiglycidylether, Vinylcyclohexendioxid, 1,2,8,9-Diepoxylimonen, 3,4-Epoxycyclohexyl-methyl-3',4'-epoxycyclohexancarboxylat, und bis(3,4-Epoxycyclohexyl)adipat.
Wird Metallalkoxid als Binder bildende Verbindung verwendet, so werden der breiigen Masse, die feine anorganische Teilchen enthält, Wasser und ein Katalysator zugegeben. Als Katalysator kann die gleiche Substanz verwendet werden wie zur Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht. Auch die Mengen an Wasser und Katalysator können die gleichen wie bei der Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht sein.
Wird die radikal oder kationisch polymerisierbare Verbindung als Binder bildende Verbindung verwendet, so wird der breiigen Masse, die die feinen anorganischen Teilchen enthält, ein Initiator für die radikale oder kationische Polymerisation zugegeben. Der Initiator für die radikale Polymerisation ist eine Verbindung, die bei Ultraviolettbestrahlung Radikale erzeugt. Bevorzugte Beispiele für solche Initiatoren sind Benzyle, Benzophenone, Thioxanthone, Benzyldimethylketale, α-Hydroxyalkylphenone, Hydroxyketone, Aminoalkylphenone und Acylphosphinoxide. Die Menge, in der der Initiator für die radikale Polymerisation zugegeben wird, beträgt 0,1 bis 20 Masseteile pro 100 Masseteilen der radikal polymerisierbaren Verbindung.
Die verwendeten Initiatoren für die kationische Polymerisation sind Verbindungen, die bei Ultraviolettbestrahlung Kationen erzeugen. Beispiele für solche Initiatoren der kationischen Polymerisation sind Oniumsalze wie Diazoniumsalze, Sulfoniumsalze, Iodoniumsalze, etc. Die Menge, in der der Initiator der kationischen Polymerisation zugegeben wird, beträgt etwa 0,1 bis 20 Masseteile pro 100 Masseteile der kationisch polymerisierbaren Verbindung.
Der breiigen Masse können zwei oder mehrere Arten von feinen anorganischen Teilchen und Binder bildenden Verbindungen zugegeben werden. Es können auch übliche Zusätze wie Dispersionsmittel, Stabilisierungsmittel, Mittel zur Veränderung der Viskosität, Färbemittel, etc., in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine Verschlechterung der Eigenschaften der Schicht auftritt.
Die Konzentrationen der breiigen Masse beeinflusst die Dicke der Schicht. Beispiele für das Lösungsmittel sind Alkohole wie Methanol, Ethanol, n-Propylalkohol, i-Propylalkohol, n-Butylalkohol, 2-Butylalkohol, i-Butylalkohol, t-Butylalkohol, etc.; Alkoxylalkohole wie 2-Ethoxyethanol, 2-Butoxyethanol, 3-Methoxypropanol, 1-Methoxy-2-propanol, 1-Ethoxy-2-propanol, etc.; Ketole wie Diacetonalkohol, etc.; Ketone wie Aceton, Methylethylketon, Methyl-i-butylketon, etc.; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Tuloen, Xylen, etc.; Ester wie Ethylacetat, Butylacetat, etc. Die Menge an verwendetem Lösungsmittel beträgt etwa 20 bis 10000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Summe aus den feinen anorganischen Teilchen und der Binder bildenden Verbindung.
(ii) Beschichtung
Das Beschichten mit der breiigen Masse, welche die feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen enthält, kann in gleicher Weise wie bei der Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht vorgenommen werden.
Die Binder bildende Verbindung in einer Breischicht, welche die feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen enthält, wird polymerisiert. Ist die Binder bildende Verbindung ein Metallalkoxid oder dessen Oligomer, so erfolgt das Aushärten bei einer Temperatur von 80 bis 400°C in einer Zeit von 30 Minuten bis zehn Stunden. Wird die ultraviolett härtbare, Binder bildende Verbindung mittels einer UV-Bestrahlungseinrichtung mit UV-Strahlen mit etwa 50 bis 3000 mJ/cm² bestrahlt, so wird die Binder bildende Verbindung polymerisiert und so eine Schicht ausgebildet, die aus den feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen und dem Binder besteht. Die Bestrahlungszeit ist in Abhängigkeit der Schichtdicke veränderbar. Üblicherweise beträgt sie etwa 0,1 bis 60 Sekunden.
Das Lösungsmittel verdampft aus der breiigen Masse, welche die feinen, leitfähigen, anorganischen Teilchen enthält. Das Verdampfen des Lösungsmittels kann dadurch bewirkt werden, dass die breiige Masse auf Raumtemperatur gehalten oder auf etwa 30 bis 100°C erwärmt wird.
(3) Ausbildung der wasser-/ölabweisenden Schicht
Die fluorhaltige anorganische Verbindungsschicht kann nach einem physikalischen Aufdampfverfahren wie einem Vakuumaufdampfverfahren oder einem chemischen Aufdampfverfahren in gleicher Weise wie bei der Herstellung der antistatischen Schicht ausgebildet werden, abgesehen davon, dass als Ausgangsmaterial eine fluorhaltige, anorganische Verbindung verwendet wird.
Eine Schicht aus einem Polymer, das durch Hydrolyse der fluorhaltigen Silanverbindung erhalten wird, kann in gleicher Weise wie bei der Herstellung der Aluminiumoxidgelschicht aus dem oben angegebenen Aluminiumalkoxid nach einem Sol-Gel-Verfahren ausgebildet werden, abgesehen davon, dass als Ausgangsalkoxid die durch die obige Formel (8) gegebene Verbindung verwendet wird.
Die Fluorharzschicht kann nach einem chemischen Aufdampfverfahren oder einem Nassverfahren, z. B. einem Beschichtungsverfahren, hergestellt werden. Im Folgenden wird die Herstellung der Fluorharzschicht nach einem Beschichtungsverfahren erläutert.
(a) Zubereitung einer Lösung der fluorhaltigen Zusammensetzung
Die fluorhaltige Zusammensetzung kann hergestellt werden, indem (i) ein Substrat mit einer Lösung einer Zusammensetzung, die ein fluorhaltiges Olefinpolymer und eine vernetzbare Verbindung enthält, beschichtet und die Zusammensetzung vernetzt wird, oder (ii) indem ein Substrat mit einer Lösung einer Zusammensetzung, die ein fluorhaltiges Olefin und ein mit diesem copolymerisierbares Monomer, etc., enthält, beschichtet und diese Zusammensetzung polymerisiert wird. Die Verfahren zum Herstellen von Fluorharzschichten unter Verwendung von fluorhaltigen Zusammensetzungen sind beispielsweise in JP 07-126552A, JP 11-228631A und JP 11-337706A beschrieben.
Handelsübliche Fluorharze und/oder fluorhaltige Zusammensetzungen wie oben beschrieben können mit einem geeigneten Lösungsmittel vermischt werden. Bevorzugtes Lösungsmittel sind Ketone wie Methylethylketon, Methyl-i-butylketon, Cyclohexanon, etc.; Ester wie Ethylacetat, Butylacetat, etc. Die Konzentrationen an fluorhaltigem Olefinpolymer und fluorhaltigem Olefin liegen vorzugsweise bei 5 bis 80 Masse-%.
(b) Beschichten
Da die Fluorharzschicht mit Ausnahme der Lösung der fluorhaltigen Zusammensetzung im Wesentlichen nach dem gleichen Verfahren hergestellt wird wie die oben beschriebene, aus den feinen anorganischen Teilchen und dem Binder zusammengesetzten Schicht, werden im Folgenden nur die Unterschiede erläutert. Nachdem eine Schicht der Lösung der fluorhaltigen Zusammensetzung ausgebildet ist, wird eine Vernetzungsreaktion oder eine Polymerisationsreaktion bewirkt. Sind die vernetzbare Verbindung und das fluorhaltige Olefin thermisch härtbar, so werden sie vorzugsweise für etwa 30 bis 60 Minuten bei 100 bis 140°C erwärmt. Sind sie ultraviolett härtbar, so erfolgt die UV-Bestrahlung mit etwa 50 bis 3000 mJ/cm². Die Bestrahlungszeit ist in Abhängigkeit der Schichtdicke variabel und liegt üblicherweise bei 0,1 bis 60 Sekunden.
(4) Weitere Behandlungen
Vor der Ausbildung der staubdichten Schicht, der antistatischen Schicht und der wasser-/ölabweisenden Schicht kann das Substrat oder die unterliegende Schicht einer Koronaentladung oder einer Plasmabehandlung unterzogen werden, um absorbiertes Wasser und Verunreinigungen zu entfernen und die Oberfläche zu aktivieren. Diese Behandlung erhöht die Haftstärke der Schichten.
[3] Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die folgenden Eigenschaften.

(1) Die äußerste Oberfläche hat eine mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit (SRa) von vorzugsweise 1 bis 100 nm, noch besser 8 bis 80 nm und am besten 10 bis 50 nm.
(2) Die maximale Höhendifferenz der auf der äußersten Oberfläche ausgebildeten Rauhigkeit (P-V) beträgt vorzugsweise 5 bis 1000 nm, besser 50 bis 500 nm und am besten 100 bis 300 nm.
(3) Die spezifische Oberfläche (S_R) dieser äußersten Oberfläche liegt vorzugsweise bei 1,05 oder mehr, noch besser bei 1,15 oder mehr.

Die staubdichte Beschichtung mit der oben beschriebenen Oberflächenrauhigkeit reduziert die intermolekularen Kräfte und die Kontaktladungs-Haftkraft F₁ der an dem erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Element haftenden Staubteilchen. Das erfindungsgemäße Element weist einen ausgezeichneten Haftwiderstand gegenüber Fremdmaterial auf, so dass ein mechanisches Mittel zum Beseitigen von Staub nicht erforderlich ist. Dadurch ist es möglich, in einem Bilderzeugungsgerät eine Verringerung der Kosten, des Gewichts und des elektrischen Energieverbrauchs zu erreichen. Insbesondere hat das staubdichte, lichtdurchlässige Element, das mit einer antistatischen Schicht versehen ist, einen noch größeren Haftwiderstand gegenüber Fremdmaterial, da die elektrostatische Anziehungskraft F₂ und die elektrostatische Bildkraft F₃ zwischen den Staubteilchen und dem Element gering sind. Hat dieses Element ferner auf seiner äußersten Oberfläche eine wasser-/ölabweisende Schicht, so verfügt es über einen noch größeren Haftwiderstand gegenüber Fremdmaterial, da die Flüssigkeitsüberbrückungskraft F₄ zwischen den Staubteilchen und dem Element weiter verringert ist.
Da das erfindungsgemäße Element eine feine Rauhigkeit auf der staubdichten Beschichtung aufweist, hat es ausgezeichnete reflexmindernde Eigenschaften. Insbesondere beträgt bei dem staubdichten, lichtdurchlässigen Element nach der Erfindung im Allgemeinen der Reflexionsgrad gegenüber sichtbarem Licht, das einen Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm aufweist, von 3 % oder weniger.
[4] Mechanisches Mittel zur Staubentfernung
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element kann auch über ein mechanisches Mittel zur Staubentfernung verfügen. Dieses mechanische Sttaubentfernungsmittel ist beispielsweise ein Wischer, ein schwingendes Element, etc. Als schwingendes Element kann beispielsweise ein piezoelektrisches Element verwendet werden. 1 zeigt beispielhaft ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element, das einen Wischer aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element 1, das eine rechteckige, ebene Form aufweist, eine staubdichte Beschichtung 11 auf einem Substrat und ist in eine Öffnung eines Körpers 2 einer digitalen Kamera eingepasst. Ein Wischer 12 ist an einer Welle 30 eines Motors 3 in der Nähe einer Ecke des Elementes 1 gelagert. Wird der Wischer 12 von dem Motor 3 in Schwingung versetzt, so gelangt der von einem Wischerblatt 12a abgestrichene Staub in Nuten 20, die sich entlang den Seiten des Elementes 1 erstrecken.
2 zeigt ein Beispiel eines staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes, das piezoelektrische Elemente aufweist. In diesem Beispiel hat ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element 1, das eine rechteckige, ebene Form aufweist und eine staubdichte Beschichtung 11 auf einem Substrat 10 umfasst, einen elektrischen Anschluss 13 an einem Längsende sowie piezoelektrische Elemente 14, die in Längsrichtung auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Elementes 1 verlaufen. Der elektrische Anschluss 13 kann beispielsweise durch Bonden, Aufdampfen oder Plattieren eines leitfähigen Materials hergestellt werden. Wir von einem Oszillator 14 periodisch eine Spannung an die piezoelektrischen Elemente 14 angelegt, wodurch diese gleichzeitig expandieren und schrumpfen, so wird das Element in eine Biegeschwingung versetzt, wie 2(b) zeigt, in der eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in 2(a) dargestellt ist. Wird das staubdichte, lichtdurchlässige Element 1 so einer Biegeschwingung unterzogen, dass die mit 15 bezeichneten Schwingungsknoten in der Nähe der beiden Längsenden des Elementes 1 angeordnet sind, so kann der an dem Element 1 haftende Staub zu diesen beiden Längsenden des Elementes 1 hin befördert werden, wie 2(c) zeigt. Amplitude und Frequenz der angelegten Spannung können in Abhängigkeit des das Substrat 10 bildenden Materials geeignet gewählt werden.
3 zeigt ein anderes Beispiel eines staubdichten, lichtdurchlässigen Elementes mit piezoelektrischen Elementen. Dieses Element 1 umfasst ein flaches, ebenes, ringförmiges piezoelektrisches Element 14 auf einer staubdichten Beschichtung 11, die auf einem scheibenförmigen Substrat 10 ausgebildet ist. Legt ein nicht gezeigter Oszillator periodisch Spannung an das piezoelektrische Element 14 an, so wird das Element 1 in Biegeschwingung versetzt, wodurch der Staub zu dem Schwingungsknoten 15 hin befördert wird.
[5] Bilderzeugungsgerät
Das oben beschriebene staubdichte, lichtdurchlässige Element ist z. B. als Tiefpassfilter, Schutzelement und dergleichen für Bilderzeugungsvorrichtungen geeignet, die sich in elektronischen Bilderzeugungsgeräten befinden. Diese elektronischen Bilderzeugungsgeräte, in denen das erfindungsgemäße Element verwendbar ist, sind beispielsweise digitale Kameras, insbesondere digitale, einäugige Spiegelreflexkameras, digitale Videokameras, Faksimilegeräte, Abtaster und dergleichen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Geräte beschränkt.
Das staubdichte, lichtdurchlässige Element ist auf der Seite der Lichtempfangsfläche an der Bilderzeugungsvorrichtung, z. B. einem CCD, einem CMOS oder dergleichen, angeordnet. 4 zeigt beispielhaft eine digitale Kamera mit einem Tiefpassfilter, das durch das staubdichte, lichtdurchlässige Element gebildet ist. In diesem Beispiel ist ein CCD 5 an einer Halteplatte 6 montiert, die an einer Stufe 21 eines Kamerakörpers 2 befestigt ist. Ein Tiefpassfilter 1 mit einer staubdichten Beschichtung 11 ist in eine Öffnung des Kamerakörpers 2 in engem Kontakt mit einer Lichtempfangsfläche des CCDs 5 eingepasst.
Die in 5 gezeigte digitale Kamera ist die gleiche wie die in 4 dargestellte, abgesehen davon, dass sie einen Wischer 12 aufweist. Die Funktion des Wischers 12 zur Staubentfernung wurde oben beschrieben. Hinsichtlich der Abfolge, mit der der Wischer 12 bewegt wird, und der Schaltung zum Ansteuern des Wischers 12 bestehen keine besonderen Beschränkungen. Beispielsweise können hierfür die in JP 2001-298640A beschriebenen Lösungen angewandt werden.
6 zeigt beispielhaft eine digitale Kamera mit einem Schutzelement, das durch das staubdichte, lichtdurchlässige Element gebildet ist. Dieses Element weist eine auf einem Substrat 10 ausgebildete staubdichte Beschichtung 11 auf. In diesem Beispiel sind ein CCD 5 und ein Tiefpassfilter 7 in dieser Reihenfolge von unten her in einem kastenförmigen Halter 6' aufgenommen, der an einer Stufe 21 eines Kamerakörpers 2 gelagert ist. Das Schutzelement 1 ist an der Öffnung des Halters 6' angeordnet.
Die in 7 gezeigte digitale Kamera gleicht der in 6 gezeigten, abgesehen davon, dass das Schutzelement 1 ein piezoelektrisches Element 14 aufweist. Indem das piezoelektrische Element 14 in Schwingung versetzt wird, übt es die oben beschriebene Funktion zur Staubentfernung aus. Die Schaltung zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes 14 unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Hierfür können beispielsweise die in JP 2002-204379A und JP 2003-319222A beschriebenen Lösungen eingesetzt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, ist jedoch auf diese Beispiele nicht beschränkt. Es können verschiedenartige Abwandlungen hinzugefügt werden, sofern der Schutzbereich der Erfindung nicht geändert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung in weiteren Einzelheiten anhand von Beispielen erläutert, die jedoch die Erfindung nicht beschränken.
Beispiel 1
(1) Ausbildung der antistatischen Schicht
Es wurden 50 g γ-Glycidoxypyropyltrimethoxysilan, 10 g Ethanol und 15 g Salzsäure (0,01 N) gemischt und bei Raumtemperatur gerührt, um eine Hydrolyse zu bewirken. Die resultierende Lösung wurde mit 50 g eines Sb₂O₅-Sols mit einem Feststoffgehalt von 20 Masse-% ("AMT130" von Nissan Chemical Industries, Ltd.) und 10 g Ethanol vermischt, um eine antistatische Flüssigkeit herzustellen. Die resultierende antistatische Flüssigkeit wurde in einem Tauchverfahren auf ein Tiefpassfilter (20 mm × 30 mm × 1,5 mm) aufgebracht, das aus einem Quarz und einem infrarotabsorbierenden Glas besteht, und über drei Stunden durch eine Wärmebehandlung bei 130°C gehärtet, um eine antistatische Schicht mit einer Dicke von 1 μm und einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 1 × 10¹⁰ Ω/Quadrat auf dem Tiefpassfilter auszubilden.
(2) Ausbildung der petalförmigen Aluminiumoxidschicht
Es wurden 200 g Aluminiumsec-butoxid mit 700 g ausreichend dehydriertem Isopropylalkohol in einer schwach feuchten Atmosphäre miteinander vermischt, bei Raumtemperatur ausreichend gerührt, mit 105 g Ethylacetoacetat gemischt und drei Stunden lang gerührt.
Gleichzeitig wurden 300 g Isopropylalkohol mit 45 g Wasser vermischt und in der gleichen Atmosphäre gerührt. Die resultierende Aluminiumsec-Butoxid-Lösung wurde mit einer wässrigen Isopropylalkohollösung vermischt und über 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, um eine Beschichtungsflüssigkeit zuzubereiten. Die resultierende Beschichtungsflüssigkeit wurde nach einem Tauchverfahren auf das mit der antistatischen Schicht beschichtete Tiefpassfilter aufgebracht und über zwei Stunden durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150°C gehärtet, um das mit der antistatischen Schicht beschichtete Tiefpassfilter mit einer transparenten Aluminiumoxidgelschicht zu versehen. Das resultierende, mit Aluminiumoxidgel beschichtete Tiefpassfilter wurde über zehn Minuten in kochendes, destilliertes Wasser getaucht und durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150°C über 30 Minuten getrocknet, um so das mit der antistatischen Schicht beschichtete Tiefpassfilter, das auf beiden Flächen mit petalförmigen Aluminiumoxidschichten versehen ist, zu erhalten [dreidimensionale mittlere Oberflächenrauhigkeit (SRa): 18,0 nm, maximale Oberflächenhöhendifferenz (P-V): 180,1 nm und spezifische Oberfläche (S_R): 1,23].
(3) Ausbildung der wasserabweisenden Schicht
Es wurde ein handelsübliches fluorhaltiges, wasserabweisendes Mittel ("OF-110" von Canon Optron, Inc.) nach einem Widerstandsheizverfahren aufgedampft, um auf jeder petalförmigen Aluminiumoxidschicht des Tiefpassfilters eine wasserabweisende Schicht (Dicke: 0,05 μm, Brechungsindex: 1,42) auszubilden. Das so erhaltende Tiefpassfilter umfasste eine wasserabweisende Schicht, eine petalförmige Aluminiumoxidschicht und eine antistatische Schicht in dieser Reihenfolge von der am weitesten außen liegenden Oberfläche her betrachtet.
Die wasserabweisende Oberfläche des resultierenden Tiefpassfilters wurde mittels eines SEM betrachtet. 8 (23000-fache Vergrößerung) und 9 (113000-fache Vergrößerung) zeigen die SEM-Aufnahmen. Wie aus den 8 und 9 deutlich wird, wies die staubdichte Beschichtung eine Rauhigkeit auf, die durch eine unregelmäßige Anordnung von feinen, petalförmigen Vorsprüngen, die jeweils etwa einige zehn Nanometer bis 100 nm lang waren, und nutförmige Vertiefungen von einigen zehn Nanometern bis 200 nm, die unregelmäßig zwischen den Vorsprüngen vorhanden waren, gegeben war. Die äußerste Oberfläche des resultierenden Tiefpassfilters hatte eine Größe SRa von 15,5 nm, eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) von 174,1 nm, eine spezifische Oberfläche (S_R) von 1,19 und eine Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 140°.
Beispiel 2
Es wurde ein Tiefpassfilter mit einer wasserabweisenden Schicht (Dicke: 0,05 μm, Brechungsindex: 1,38), einer petalförmigen Aluminiumoxidschicht und einer antistatischen Schicht in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass als antistatische Schicht eine ITO-Schicht (Dicke: 0,1 μm, Oberflächenwiderstand: 1 × 10⁴ Ω/Quadrat) nach einem Aufdampfverfahren hergestellt wurde. Die äußerste Oberfläche des resultierenden Tiefpassfilters hatte eine Größe SRa von 16,8 nm, eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) von 161,8 nm, eine spezifische Oberfläche (S_R) von 1,19 und einen Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 140°.
Beispiel 3
Es wurden eine antistatische Schicht und eine petalförmige Aluminiumoxidschicht [mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit (SRa): 13, nm, maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V): 129,9 nm und spezifische Oberfläche (S_R): 1,18] auf jeder Fläche einer das Substart bildenden Scheibe (Dicke: 0,5 mm, Durchmesser: 30 mm), die aus Borosilikatkronglas (BK7) gefertigt war, in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Nach einem Tauchverfahren wurde ein handelsübliches fluorhaltiges oberflächenbehandelndes Mittel ("Novec EGC-1720" von Sumitomo 3M Ltd.) auf jede petalförmige Aluminiumoxidschicht des beschichteten Glassubstrats aufgebracht, um eine wasserabweisende Schicht (Dicke: 0,03 μm, Brechungsindex: 1,34) auszubilden. Wie in 7 gezeigt, wurde ein flaches, ebenes, ringförmiges piezoelektrisches Element 14 an der Rückfläche des Schutzelementes 1 angebracht. Die äußerste Oberfläche des Schutzelementes hatte eine Größe SRa von 12,3 nm, eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) von 122,8 nm, eine spezifische Oberfläche (S_R) von 1,15 und einen Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 150°.
Beispiel 4
Es wurde ein Schutzelement, an dem ein piezoelektrisches Element angebracht war und das von beiden Seiten eine antistatische Schicht und eine petalförmige Aluminiumoxidschicht [mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit (SRa): 16,2 nm, maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V): 158,8 nm und spezifische Oberfläche (S_R): 1,29] aufwies, in gleicher Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, abgesehen davon, dass keine wasserabweisende Schicht ausgebildet wurde. Die äußerste Oberfläche des Schutzelementes war demnach die petalförmige Aluminiumoxidschicht, die einen Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 5° aufwies.
Beispiel 5
Es wurde ein Schutzelement, an dem ein piezoelektrisches Element angebracht war und das auf beiden Seiten eine petalförmige Aluminiumoxidschicht [mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit (SRa): 17,9 nm, maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V): 165,3 nm, spezifische Oberfläche (S_R): 1,31, Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser: 5°] aufwies, in gleicher Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, abgesehen davon, dass keine antistatische Schicht und keine wasserabweisende Schicht ausgebildet wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurden SiO₂ und TiO₂ abwechselnd auf ein aus Quarz bestehendes Tiefpassfilter aufgedampft, um eine reflexmindernde Schicht (Schichtaufbau: SiO₂/TiO₂/SiO₂/TiO₂/SiO₂; Dicke: 0,3 μm) auszubilden. Darauf wurde dann nach einem Widerstandsheizverfahren eine wasserabweisende Schicht (Dicke: 0,05 μm) aus OF-110 ausgebildet. Die äußerste Oberfläche des resultierenden wasserabweisenden Tiefpassfilters hatte eine Größe SRa von 0,4 nm, eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) von 5 nm, eine spezifische Oberfläche (S_R) von 1,0 und einen Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 107°.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurden abwechselnd SiO₂ und TiO₂ auf eine Scheibe (Dicke: 0,5 mm, Durchmesser: 30 mm) aus Borosilikatchromglas (BK7) aufgedampft, um eine reflexmindernde Schicht (Schichtaufbau: SiO₂/TiO₂/SiO₂/TiO₂/SiO₂; Dicke: 0,3 μm) auszubilden. Darauf wurde dann nach einem Tauchverfahren eine wasserabweisende Schicht aus Novec EGC-1720 ausgebildet. Wie in 7 gezeigt, wurde ein flaches, ebenes, ringförmiges piezoelektrisches Element 14 an der Rückfläche des Schutzelementes 1 angebracht. Die äußerste Oberfläche des resultierenden Schutzelementes hatte eine Größe SRa von 0,4 nm, eine maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V) von 5 nm, eine spezifische Oberfläche (S_R) von 1,0 und einen Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser von 110°.
Die Kenngröße SRa, die maximale Rauhigkeitshöhendifferenz (P-V), die spezifische Oberfläche (S_R) und der Kontaktwinkel gegenüber reinem Wasser des Tiefpassfilters 1 und des Schutzelementes sind für jedes Beispiel und jedes Vergleichsbeispiel in Tabelle angegeben.
Die in den Beispielen 1, 2 und dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Tiefpassfilter und die in den Beispielen 3 bis 5 und dem Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Schutzelemente (im Folgenden als "Proben" bezeichnet), wurden im Hinblick auf ihren Widerstand gegenüber einer Teilchenanhaftung nach dem folgenden Verfahren untersucht. Diese Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
(1) Zahl der anhaftenden Teilchen
Jede Probe wurde vertikal auf einem zylindrischen Behälter mit einem Volumen von 1000 cm³ und einem Durchmesser von 95 mm angeordnet. Dann wurden in dem Behälter 0,01 mg Silex (Hauptbestandteil: SiO₂, spezifisches Gewicht: 2,6 g/cm³), das mit einer Teilchengrößenverteilung von 20 bis 30 μm klassifiziert war, gleichmäßig zerstreut und die Zahl an Silexteilchen, die an der Probenoberfläche hafteten, gezählt, nachdem die Probe eine Stunde lang stehen gelassen wurde.
Diese Messung wurde bei einer Temperatur von 25°C und einer relativen Feuchte (RH) von 30 %, 50 % und 80 % durchgeführt.
(2) Adhäsionskraft der Teilchen
Für die Beispiele 3 bis 5 und das Vergleichsbeispiel 2 wurden Silexteilchen in oben beschriebener Weise auf jedes Schutzelement aufgebracht. Anschließend wurde an das piezoelektrische Element periodisch eine Spannung angelegt, um die Kraft (N) zu messen, die erforderlich war, alle Silexteilchen abzustoßen. Die für jedes Silexteilchen aus der oben gemessenen Kraft (N) berechnete Kraft (N') wurde durch die Gravitationskraft geteilt, die auf jedes einzelne Silexteilchen in einem 1-G-Gravitationsfeld wirkte, um so die Teilchenadhäsionskraft (G) zu bestimmen. Die auf jedes Silexteilchen wirkende Gravitätskraft betrug 1,07 × 10^–10 N, unter der Annahme, dass das Silexteilchen eine ideale Kugel mit einem Durchmesser von 20 μm war und ein spezifisches Gewicht von 2,6 g/cm³ aufwies.
Tabelle 1
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Da die Proben nach den Beispielen 1 bis 5 mit ihren petalförmigen Aluminiumoxidschichten auf der äußersten Oberfläche eine feine Rauhigkeit aufwiesen, hafteten nicht viele Silexteilchen an diesen Proben. Die Proben wiesen demnach einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber der Anhaftung von Fremdmaterial auf. Da die Proben nach den Beispielen 1 bis 3 auf der äußersten Oberfläche wasserabweisende Schichten hatten, wiesen sie einen besonders guten Widerstand gegenüber der Anhaftung von Fremdmaterial auf. So war in den Beispielen 1 bis 5 die Zahl an Silexteilchen, die an den Proben hafteten, viel kleiner als bei den Proben nach den Vergleichsbeispielen 1 und 2, die keine petalförmigen Aluminiumoxidschichten aufwiesen. Besonders bei der Probe nach Vergleichsbeispiel 2 war die Silex-Adhäsionskraft größer als bei den Proben nach den Beispielen 4 und 5. Somit stellte sich heraus, dass das staubdichte, lichtdurchlässige Element nach der Erfindung, das eine petalförmige Aluminiumoxidschicht aufwies, eine wirksam verringerte Adhäsionskraft gegenüber Fremdmaterial zeigte.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Staubteilchen, die auf das erfindungsgemäße staubdichte, lichtdurchlässige Element, das eine staubdichte Beschichtung mit einer feinen Oberflächenrauhigkeit aufweist, aufgebracht sind, weisen verringerte intermolekulare Kräfte und eine verringerte Adhäsionskraft infolge der Kontaktladung auf. Somit hat das erfindungsgemäße Element einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber der Adhäsion von Fremdmaterial, so dass ein mechanisches Mittel zur Staubentfernung überflüssig wird. So trägt die Erfindung dazu bei, die Kosten, das Gewicht und den elektrischen Energieverbrauch von Bilderzeugungsgeräten zu verringern. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Element, das eine antistatische Schicht hat, im Stande, die elektrostatische Anziehungskraft und die elektrostatische Bildkraft zwischen den Staubteilchen und der staubdichten Beschichtung des Elementes zu verringern, wodurch der Widerstand gegenüber der Adhäsion von Fremdmaterial weiter erhöht wird. Das erfindungsgemäße staubdichte, lichtdurchlässige Element, das eine wasser-/ölabweisende Schicht auf seiner äußersten Oberfläche aufweist, ist ferner im Stande, die Flüssigkeitsüberbrückungskraft zwischen den Staubteilchen und dem Element zu verringern. Auch dies erhöht den Widerstand gegenüber der Adhäsion von Fremdmaterial.
Außerdem hat das lichtdurchlässige Element nach der Erfindung ausgezeichnete Antireflexeigenschaften infolge der feinen Rauhigkeit der staubdichten Beschichtung.
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gegenstand, der in der japanischen Patentanmeldung 2006-921, eingereicht am 5. Januar 2006, enthalten ist und hiermit durch Verweis ausdrücklich einbezogen wird.

Claims

Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element, das auf einer Lichtempfangsfläche einer Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, umfassend ein lichtdurchlässiges Substrat, wobei zumindest eine Lichteintrittsfläche des Substrats eine staubdichte Beschichtung mit einer feinen Oberflächenrauhigkeit aufweist.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach Anspruch 1, bei dem die staubdichte Beschichtung mindestens eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Zinkoxid und Zinkhydroxid besteht.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach Anspruch 2, bei dem die Rauhigkeit der staubdichten Beschichtung gegeben ist durch eine große Zahl an feinen, petalförmigen Vorsprüngen, die unregelmäßig verteilt sind und zwischen denen nutförmige Vertiefungen vorhanden sind.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine antistatische Schicht unter der staubdichten Schicht aufweist.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach Anspruch 4, bei dem die antistatische Schicht einen Oberflächenwiderstand 1 × 10¹⁴ Ω/Quadrat oder weniger hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine wasserabweisende Schicht mit oder ohne Ölabweisungsvermögen hat, die auf der äußersten Oberfläche angeordnet ist.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach Anspruch 6, bei dem die wasserabweisende Schicht eine Dicke von 0,4 bis 100 nm hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die äußerste Oberfläche eine mittlere dreidimensionale Oberflächenrauhigkeit von 1 bis 100 nm hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Rauhigkeit der äußersten Oberfläche eine maximale Höhendifferenz von 5 bis 1000 nm hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die äußerste Oberfläche eine spezifische Oberfläche von 1,05 oder mehr hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das einen spektralen Reflexionsgrad gegenüber sichtbarem Licht von 3 % oder weniger hat.
Staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ein mechanisches Mittel zur Staubentfernung hat.
Tiefpassfilter, gebildet durch ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Schutzelement für eine Bilderzeugungsvorrichtung, gebildet durch ein staubdichtes, lichtdurchlässiges Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Bilderzeugungsgerät mit einem Tiefpassfilter nach Anspruch 13.
Bilderzeugungsgerät mit einem Schutzelement nach Anspruch 14.