JP2007217234A - 洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続使用後のマルチレンズアレイ成型用金型を簡便かつ短時間で洗浄できる洗浄方法を提供すること。
【解決手段】マルチレンズアレイ成型用金型の成形面全体を、実質的に界面活性剤を含まず、相対蒸発速度（ＡＳＴＭ−Ｄ３５３９）が１〜６である溶剤に浸漬するとともに超音波を照射する。溶剤としては、エタノールあるいはアセトンが好ましい。マルチレンズアレイ成型用金型の成形面（特に角部）に付着した汚染物を短時間で除去できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、マルチレンズアレイ成型用金型の洗浄方法に関する。

従来、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の光学機器に搭載される光学レンズ等の光学素子は、いわゆるプレス成形により製造されている。
このプレス成形の代表的な方法としてはリヒートプレス法とダイレクトプレス法とが知られている。リヒートプレス法は、硝材を一対の型を備えた金型に供給し、この金型内の硝材を加熱軟化させた後に金型でプレス成形し、金型内の硝材が酸化しない温度まで冷却されてから、成形品としてのガラス光学素子を取り出す方法である。一方、ダイレクトプレス法は、溶解炉で溶解された硝材を、高温で熔けた状態のまま金型に入れ、プレス成形し任意の形状にする方法である。ダイレクトプレス方法は、再加熱の必要が無くプレスも人手を介さず、熔解炉に接続した自動プレス機で連続して加工されるため、大量生産に適した加工方法であるが、冷却時のガラスの収縮を制御することが難しいため、精密な光学素子を製造するためにはリヒートプレス法が用いられている。
ところで、液晶プロジェクタに用いられるマルチレンズアレイは、液晶プロジェクタの光量を確保するための重要な精密光学素子である。従来角型棒状の凸レンズを一個一個製造し、個々のレンズを接着剤で貼り合わせることにより、凸面の集合体を構成する方法で製造されていたが、貼り合わせ精度や接着剤の劣化などの課題があり、現在では、例えば、特許文献１に示されるようなリヒートプレス法による製造が行われている。

一方、ガラス素子成形に用いる金型は、連続して成形を行っていると、金型表面にガラス片、ガラス中の原料成分、異物あるいはゴミなどが残り、成形品が不良となるばかりでなく、ガラス素子成形時に抵抗となり離型膜の腐食のきっかけともなる。特に、マルチレンズアレイのように複雑な形状のレンズの場合、非常に高い面精度や正確な位置精度が要求されるため、成形用金型は非常に高価なものとなり、それ故、金型寿命の長いことが極めて重要である。従って、このような成形用金型には、定期的なメンテナンスが必須である。そこで、酸またはアルカリを含浸した、保水性のある軟質材料で金型の成形面に付着したガラス片や異物・ゴミ等の付着物を払拭する方法や（例えば、特許文献２参照）、金型の成形面を研磨材により化学的機械研磨する方法（例えば、特許文献３参照）が検討されている。

特許第３１９８６７３号公報 特公平６−９９１５８号公報 特開２００３−９５６６６号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている金型の清浄方法では、払拭する範囲が広いと時間がかかり、生産性に劣る。また、金型の成形面に稜角（シャープエッジ）があった場合、成形面に付着物が残るおそれがある。特許文献３に開示された方法では、研磨する範囲が広いと時間がかかり、同様に生産性が劣る。また、シャープエッジがある金型形状の場合には、研磨することで形状を崩す可能性がある。さらに、金型の成形面に稜角（シャープエッジ）があった場合、成形面に付着物が残るおそれもある。

そこで、本発明は、簡便かつ短時間で、マルチレンズアレイ成形用金型の汚染された成形面を洗浄する洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明は、マルチレンズアレイ成形用金型の洗浄方法であって、前記金型の成形面全体を、実質的に界面活性剤を含まず、相対蒸発速度（ＡＳＴＭ−Ｄ３５３９）が１〜６である溶剤に浸漬するとともに超音波を照射することを特徴とする。
ここで、相対蒸発速度は、ＡＳＴＭ−Ｄ３５３９に準拠して測定される蒸発速度であり、下記の式（１）により測定される。

本発明の洗浄方法によれば、マルチレンズアレイ成型用金型を洗浄するに際して、金型の成形面全体を、相対蒸発速度が１〜６である溶剤に浸漬する。それ故、レンズ素材であるガラス片やその成分、あるいは異物・ゴミ等に汚染された金型を洗浄後短時間で乾燥することができる。
溶剤の相対蒸発速度が１未満では、溶剤の乾燥に時間がかかり、空気中のゴミ等が溶剤に付着するおそれがある。また、溶剤を蒸留して再利用することも困難となる。さらに、金型を再使用可能にするまでの時間が長くかかるためマルチレンズアレイ成形の生産性が悪化する。一方、相対蒸発速度が６を越えると、金型を溶剤から引き上げたときに、溶剤が金型表面から流れ落ちる前にすぐに蒸発してしまうため、溶剤中の微量汚染物が金型表面に再付着するおそれがあり洗浄効率が低下する。

さらに、本発明では、溶剤中で金型に対して超音波を照射するので、単なる溶剤浸漬と異なり、金型成形面への付着物を確実に剥離することができる。なお、超音波振動では、金型の場所（部分）によって、汚染物の除去効果に差が生じるおそれがあるため、超音波照射中に金型の揺動を行うとより効果的である。
また、本発明では、実質的に溶剤中に界面活性剤を含まないので、界面活性剤除去のための洗浄工程を設けなくともよい。

本発明では、前記溶剤がエタノールまたはアセトンのいずれかあるいは混合物であることが好ましい。
この発明によれば、金型の浸漬洗浄を行うための溶剤がエタノールまたはアセトンのいずれかあるいは混合物であるので、異物等の溶解あるいは分散能力に非常に優れている。また浸漬洗浄後の金型乾燥時間も短くて済むため、金型をすぐに再使用でき、マルチレンズアレイの生産性向上にも寄与できる。

本発明では、前記浸漬時間が１〜１０分間であることが好ましい。
この発明によれば、金型を溶剤に浸漬しておく時間が所定の範囲であるので、金型成形面に付着した異物等を溶剤が剥離する時間として十分であるとともに、金型を再使用するまでの時間を短縮できるので、マルチレンズアレイの生産性にも優れる。

本発明では、前記溶剤の温度が１０〜４０℃であることが好ましい。
この発明によれば、溶剤の温度が所定の範囲であるので、溶剤が金型成形面に付着した異物等を剥離する機能を十分発揮できるとともに、蒸発速度があまり高くないので、環境や作業者への負荷も少ない。

本発明では、前記超音波出力が３０〜３００Ｗであることが好ましい。
この発明によれば、超音波出力が３０Ｗ以上であるので、金型成形面に付着した異物等を剥離する効果が十分に高いだけでなく、３００Ｗ以下であるので、金型成形面へのダメージがなく、溶剤槽近辺に実装された部品等を破壊するおそれも少ない。超音波出力は、好ましくは、５０〜１５０Ｗである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［マルチレンズアレイの構成]
まず、マルチレンズアレイ成形用金型（以下、単に「金型」ともいう）によって成形されるマルチレンズアレイ（プロジェクタ用）について説明する。
図１は、マルチレンズアレイ１０の構造を示す図である。具体的に、図１（Ａ）はマルチレンズアレイ１０を正面から見た図であり、図１（Ｂ）は、マルチレンズアレイ１０を側方から見た図であり、図１（Ｃ）は、マルチレンズアレイ１０を他の側方から見た図である。

マルチレンズアレイ１０は、溶融光学材料である溶融ガラスの塊（ゴブとも呼ばれる）を後述する金型でプレス成形することにより製造された成形品である。このマルチレンズアレイ１０は、図１に示すように、ベース部１１と、レンズ部１２とを備える。
ベース部１１は、略矩形状の板体として形成され、一方の面がレンズ部１２が形成されるレンズ面１１Ａとされ、他方の面は略平坦状の反レンズ面１１Ｂとされている。

レンズ部１２は、ベース部１１におけるレンズ面１１Ａの略中央部分に膨出するように形成され、プロジェクタの光源装置（図示せず）から射出された光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズ１２Ａで構成されている。
これら複数の小レンズ１２Ａは、レンズ面１１Ａ上において、マトリクス状（行を横一並びの要素、列を縦一並びの要素とすると６行×４列）に配列形成されている。

［マルチレンズアレイ成形用金型の構成]
次に、このようなマルチレンズアレイ１０を成形する金型について説明する。
図２は、金型２０を示す概略断面図である。金型２０は、前記したマルチレンズアレイ１０を成形するための上型２１と下型２２とから構成されている。

上型２１は、マルチレンズアレイのレンズ部１２を成形するための金型部分であり、図１、図２に示すように、個々の小レンズ１２Ａを成形するための凹部２１Ａがマトリクス状（行を横一並びの要素、列を縦一並びの要素とすると６行×４列）に設けられている。それ故、隣接する凹部間には稜角（シャープエッジ）を持った角部２１Ｂが形成される。
この角部２１Ｂは、その構造状、種々の付着物（原料のガラス片や異物・ゴミ等）で覆われやすい。下型２２は、マルチレンズアレイ１０のベース部１１を成形する金型部分である。

これらの上型２１および下型２２の母材としては超硬合金や耐熱鋼、窒化炭素、炭化珪素等の高強度高耐熱性材料が好適に用いられる。
また、上型２１および下型２２の母材の成形面２１１、２２１には、マルチレンズアレイ１０との融着を防止するために表面処理が行われ、薄膜２１１Ａ、２２１Ａが形成されている。各母材に施す表面処理材料としては、母材の保護力と成形後の離型性を向上させ、かつ金型寿命が長くなるものが望ましく、一般に貴金属（貴金属合金）やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が用いられる。貴金属としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびプラチナ（Ｒｔ）などがあり、それらから少なくとも１種類を選択することが好ましい。

［マルチレンズアレイの成形]
図２に示すように、前記した成形用の上型２１および下型２２の間に硝材１００を配置し、所定温度に昇温された上型２１および下型２２により、所定のプレス圧力、プレス時間によりプレス成形を行う。成形後のマルチレンズアレイ１０は、上型２１および下型２２と共に冷却される。このプレス工程を１サイクルとして例えば５００サイクル程度の成形を行うと、成形用の上型２１および下型２２の各成形面２１１（２１１Ａ）、２２１（２２１Ａ）には、微小なガラス片や異物の付着が認められる。

［マルチレンズアレイ成形用金型の洗浄方法]
次に、前記した金型２０の洗浄方法について説明する。
図３は、洗浄用溶剤４０が入った溶剤槽３０に、金型２０の上型２１を浸漬した状態を示す概念図である。
上型２１は吊りボルト５１により昇降バー５０に固定されており、昇降バー５０を上下に昇降することで、上型２１を、洗浄用溶剤４０中に浸漬して引き上げることができる。
溶剤槽３０の底面には超音波発信機６０が配設されており、浸漬中の上型２１に対し超音波を当てながら洗浄できるようになっている。また、このとき、昇降バー５０を小刻みに動かすことで上型２１を揺動させてもよい。さらに、溶剤槽３０に撹拌翼を設けて、洗浄用溶剤４０を撹拌してもよい。

ここで、洗浄用溶剤４０としては、相対蒸発速度が１〜６である溶剤を用いる。この相対蒸発速度は、ＡＳＴＭ−Ｄ３５３９に準拠して測定される蒸発速度であり、下記の式（１）により測定される。具体的には、２５℃、乾燥空気下における酢酸ｎ−ブチルの蒸発時間と各テスト溶剤の蒸発時間との比の値として定義される。

各種溶剤の相対蒸発速度は、「最新コーティング技術」（１９８３年（株）総合技術センター発行）１７〜１９ページ記載の表５等に記載されている。
溶剤の、酢酸ｎ−ブチルを基準とした相対蒸発速度は、好ましくは１.３〜５.７であり、より好ましくは１.５〜５．５である。相対蒸発速度が１未満であると、金型２０洗浄後の乾燥時間が長すぎて、成形サイクルが長くなり、マルチレンズアレイ１０の生産性が悪化する。一方、相対蒸発速度が６を越えると、金型２０を溶剤槽３０から引き上げたときに、溶剤が金型表面から流れ落ちる前にすぐに蒸発してしまうため、溶剤中の微量汚染物が金型表面に再付着するおそれがあり洗浄効率が低下する。
また、溶剤の沸点としては、４０〜１００℃であることが好ましく、５０〜９０℃の間であるとより好ましい。
なお、溶剤中には実質的に界面活性剤は添加されていない。

このような本発明によれば、マルチレンズアレイ成型用金型２０を洗浄するに際して、金型２０の成形面全体を、相対蒸発速度が１〜６である溶剤に浸漬する。それ故、レンズ素材であるガラス片やその成分、あるいは異物・ゴミ等に汚染された金型を洗浄後短時間で乾燥することができる。さらに、本発明では、溶剤中で金型２０に対して超音波を照射するので、単なる溶剤浸漬と異なり、金型２０成形面への付着物を確実に剥離することができる。また実質的に溶剤中に界面活性剤を含まないので、界面活性剤除去のための洗浄工程を設けなくともよい。

このような溶剤として、エタノールまたはアセトンのいずれかあるいは混合物を用いると、異物等の溶解あるいは分散能力に非常に優れている。また浸漬洗浄後の金型２０の乾燥時間も短くて済むため、金型２０をすぐに再使用でき、マルチレンズアレイ１０の生産性向上にも寄与できる。
また、金型２０の溶剤への浸漬時間が１〜１０分間であると、金型２０の成形面に付着した異物等を溶剤が剥離する時間として十分であるとともに、金型を再使用するまでの時間を短縮できるので、マルチレンズアレイ１０の生産性にも優れる。浸漬時間が１０分間を越えても、洗浄効率は向上せず、むしろマルチレンズアレイ１０の生産性が悪化する。
溶剤の温度は、１０〜４０℃であると、溶剤が金型成形面に付着した異物等を剥離する機能を十分発揮できるとともに、蒸発速度があまり高くないので、環境や作業者への負荷も少ない。
また、超音波出力が３０〜３００Ｗの範囲にあると、金型成形面に付着した異物等を剥離する効果が十分に発揮できる。ただし、超音波出力が、３００Ｗを越えると、溶剤槽近辺に実装された部品等を破壊するおそれがある。

以下、本発明の洗浄方法について実施例及び図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの例によって何等限定されるものではない。なお、実施形態と同様の構造・機能を有するものは同じ符号を付けて説明する。
〔実施例１〜３、比較例１〜４〕
マルチレンズアレイ成形用金型２０を製造後、マルチレンズアレイ１０の連続生産を行い、付着物で汚染された金型２０の洗浄を行って洗浄後の金型２０の表面を観察した。具体的には、以下の通りである。

（金型の準備）
マルチレンズアレイ成形用金型２０の母材として超硬合金を用いた。上型２１の母材は、曲率半径７．０Ｒの凹型が指定の間隔で２４個並んだ状態の成形面を、下型２２の母材は成形面として平面を、それぞれ設計面に対して１０μｍＰ−Ｖ以下になるよう仕上げた。
次に、上型２１の母材（成形面２１１）と下型２２の母材（成形面２２１）に対して表面処理を行った。本実施例では下記４種類の金型２０（ワーク１〜ワーク４）を準備した。

（１）ワーク１；
上型２１および下型２２の母材表面に、ＲＦプラズマ支援スパッタ法でイリジウム−プラチナ（Ｉｒ−Ｐｔ）合金の薄膜を形成し、マルチレンズアレイ成形用金型２０の上型２１および下型２２とした。
（２）ワーク２；
上型２１および下型２２の母材表面に、ＲＦプラズマ支援スパッタ法でイリジウム−レニウム（Ｉｒ−Ｒｅ）合金の薄膜を形成し、マルチレンズアレイ成形用金型２０の上型２１および下型２２とした。

（３）ワーク３；
上型２１および下型２２の母材表面に、グラファイトをターゲットとしたスパッタ法によりＤＬＣ薄膜を形成し、マルチレンズアレイ成形用金型２０の上型２１および下型２２とした。
（４）ワーク４；
上型２１および下型２２の母材表面に、アセチレンガスを用いたＣＶＤ法によりＤＬＣ薄膜を形成し、マルチレンズアレイ成形用金型２０の上型２１および下型２２とした。

（マルチレンズアレイの連続生産）
図２に示すように、前記した成形用の上型２１および下型２２の間に硝材１００を配置し、６００℃に昇温された上型２１および下型２２により、プレス圧力８ｋＮ、プレス時間４分間でプレス成形を行った。成形後のマルチレンズアレイ１０は２００℃まで上型２１および下型２２と共に冷却した。このプレス工程を１サイクルとして５００サイクルの成形を行った後、成形用の上型２１および下型２２を取り外して光学顕微鏡により観察したところ、ワーク１〜ワーク４のいずれの上型２１、下型２２にも微小なガラス片の付着が確認できた。

（金型の洗浄）
前記したマルチレンズアレイ１０の連続生産に使用したワーク１〜ワーク４の上型２１および下型２２について、表１に示すような各条件で浸漬による洗浄を行った。浸漬時間はいずれも５分間である。ここで、エタノールの相対蒸発速度は、１．５４であり、アセトンの相対蒸発速度は、５．６である。
また、洗浄用溶剤から引き上げた後の乾燥速度を速めるには、金型成形面をエアブローなどしても良い。

（評価結果）
表面処理法の異なるワーク１〜４に対して、マルチレンズアレイ２０成形→観察→浸漬洗浄→観察というルーチンにより評価を行ったところ、ワーク１〜４全てに対して同様の結果が得られた。それ故、以下に示す評価結果では、ワーク１〜４を区別しないで金型２０として説明する。

表１に示すように、洗浄後に、洗浄前と同じ条件で顕微鏡観察を行ったところ、超音波を照射しながら洗浄したもの（実施例１〜３、比較例２、４）については、洗浄前に確認できた微小なガラス片の付着はなく、浸漬にて除去されたことを確認できた。また、金型２０（特に上型２１の角部２１Ｂ）の面形状の変化や、新たなキズの発生等もなく、続けて成形できる状態であることも確認できた。超音波を照射しなかったもの（比較例１、３）については、金型２０の一部に異物が残った状態であり、再使用に適する状態ではなかった。

異物が完全に除去できた金型２０のうち、洗浄用溶剤に界面活性剤を使用しなかったもの（実施例１〜３）については、金型２０を再使用して成形したマルチレンズアレイ１０の光学性能および製品歩留まりは、洗浄前（初期状態）の金型２０を使用して成形したものと変わらず、非常に良好であった。しかし、洗浄用溶剤に界面活性剤を添加したもの（比較例２、４）は、金型２０に残留した界面活性剤成分が成形時に、マルチレンズアレイ２０に付着してポツ（小さな異物）となってしまい、マルチレンズアレイ２０として不良品となった。

本発明は、マルチレンズアレイ成形用金型の効率的な洗浄方法であり、プロジェクタ等に用いられるマルチレンズアレイの製造現場で好適に利用することができる。

本実施形態に係るマルチレンズアレイの構造を示す図 前記実施形態におけるマルチレンズアレイ成形用金型の概略断面図 前記実施形態におけるマルチレンズアレイ成形用金型の洗浄方法を示す概略断面図

符号の説明

１０…マルチレンズアレイ、１１…ベース部、１１Ａ…レンズ面、１１Ｂ…反レンズ面、１２…レンズ部、１２Ａ…小レンズ、２０…金型（マルチレンズアレイ製造用金型）、２１…上型、２１Ａ…凹部、２１Ｂ…角部、２２…下型、３０…溶剤槽、４０…洗浄用溶剤、５０…昇降バー、５１…ボルト、６０…超音波発信機、１００…硝材、２１１、２２１…成形面、２１１Ａ、２２１Ａ…薄膜

Claims (5)

1. マルチレンズアレイ成形用金型の洗浄方法であって、
   前記金型の成形面全体を、実質的に界面活性剤を含まず、相対蒸発速度（ＡＳＴＭ−Ｄ３５３９）が１〜６である溶剤に浸漬するとともに超音波を照射することを特徴とする洗浄方法。
2. 請求項２に記載の洗浄方法において、
   前記溶剤がエタノールまたはアセトンのいずれかあるいは混合物であることを特徴とする洗浄方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の洗浄方法において、
   前記浸漬時間が１〜１０分間であることを特徴とする洗浄方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の洗浄方法において、
   前記溶剤の温度が１０〜４０℃であることを特徴とする洗浄方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の洗浄方法において、
   前記超音波出力が３０〜３００Ｗであることを特徴とする洗浄方法。

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