JP2010143799A - 光学素子成形用型の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形用ガラス素材からの揮発物による光学素子成形用型の成形面の堆積物の洗浄は、塩酸、硫酸、硝酸等は強酸を使用するため、光学素子成形用型自体の腐食や、取り扱いの困難さがあった。
【解決手段】 リン酸を主成分とする成形用ガラス素材をプレス成形する光学素子成形用型を、リン酸で除去する。リン酸はリン酸を主成分とする成形用ガラス素材からの揮発物を容易に溶解することができる。またリン酸は強酸ではないため、取り扱いが容易であり、光学素子成形用型自体の腐食させることが無い。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レンズやプリズム等の光学ガラス素子のプレス成形に使用する光学素子成形用型の洗浄方法に関するものである。

従来から、レンズやプリズム等の光学ガラス素子は、溶融ガラス、もしくは成形用ガラス素材を光学素子成形用型によりプレス成形することで製造される。このときのプレス成形は、たとえば４００℃から６００℃の高温で行なわれるため、溶融ガラス、もしくは成形用ガラス素材からの揮発物が光学素子成形用型に付着してしまう。プレス成形を繰り返すことによりこの付着物が堆積すると、成形した光学ガラス素子にキズや曇りを発生させる要因となってしまう。そのため、光学素子成形用型は一定の期間使用する度に洗浄することが必須となっている。

光学素子成形用型の洗浄には、酸またはアルカリを使用することが知られている。特開平１−１１９５３３号公報（特許文献１）には、酸として塩酸、硫酸、硝酸、アルカリとして水酸化ナトリウム、水酸化カリ、アンモニアを使用することが記載されている。また、特開平０７−３９１６３９号公報（特許文献２）には、塩酸、硫酸、硝酸以外に酢酸を使用することが記載されている。また、特開２００６−２２４６１１号公報（特許文献３）には、弗酸、弗硝酸を使用することが記載されている。
特開平１−１１９５３３号公報 特開平０７−３９１６３９号公報 特開２００６−２２４６１１号公報

しかしながら、前述の特許文献に記載されている、塩酸、硫酸、硝酸等は強酸である。従って取り扱いや管理に注意を要し、設備等にも耐酸性の強いものが必要となる。また、強酸は光学素子成形用型自体を腐食する可能性もある。そのため、光学素子成形用型として酸による腐食に強い材料を用いることが考えられるが、耐酸性の高い材料は限られており、製造上およびコスト上の大きな制約となる。また、成形面以外の型表面に酸が掛からないようにエポキシ樹脂等のマスクを配置し、光学素子成形用型を型ユニットから分解して成形面のみを洗浄する必要があった。

本発明は、前述の課題を解決するため、リン酸を主成分とする成形用ガラス素材をプレス成形する光学素子成形用型の成形面を、リン酸により洗浄する光学素子成形用型の洗浄方法を提供するものである。

本発明は、光学素子成形用型の洗浄に、リン酸を用いることで、光学素子成形用型の成形面を劣化させることがない。また、リン酸は取り扱いが容易なため洗浄工程の無害化、簡素化にもなるという効果が有る。

本発明において使用する成形用ガラス素材２は、リン酸を５ｗｔ％％以上含有するリン酸ガラス素材である。本発明者は、リン酸ガラス素材からの揮発物はリン酸に非常に良く溶けることに着目した。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明において、洗浄の対象となる光学素子成形用型１に、成形用ガラス素材２を載せた状態を示している。成形用ガラス素材２はリン酸ガラス素材である。光学素子成形用型１の成形用ガラス素材２の載っている面が成形面３である。成形面３の表面は、成形面を保護するために不図示のコーティングが設けられている。光学素子成形用型１は、不図示のプレス成形機に組み込まれ、成形用ガラス素材２のプレス成形に使用される。プレス成形を繰り返し行なう事により、成形面３の表面には、成形用ガラス素材２からの揮発物が付着することと成る。

図２は、図１に示した光学素子成形用型１を、洗浄する洗浄槽の側面図である。図中１００はリン酸の入った超音波槽、２００は清浄な温水超音波槽、３００は水蒸気槽である。まず、成形面３に揮発物が付着した光学素子成形用型１を超音波槽１００に浸漬させる。超音波槽１００で超音波を印加することで、成形面３に付着した揮発物はリン酸の溶解力により溶解される。次に超音波槽１００から光学素子成形用型１を取り出し、温水超音波槽２００に浸漬させ、温水により超音波洗浄する。更に、温水超音波槽２００から光学素子成形用型１を取り出し、水蒸気槽３００にて水蒸気を成形面に吹き付ける。このようにして、成形面３付着物を完全に除去した後、水蒸気槽３００から光学素子成形用型１を引き上げ不図示の乾燥装置で乾燥させることで、洗浄は終了する。

このように、光学素子成形用型の洗浄にリン酸を使用することで、光学素子成形用型の成形面及び成形面以外の部分を腐食させることは無い。そのため、光学素子成形用型を型ユニットから分解して成形面のみを洗浄する必要は無く、型ユニットのままリン酸に浸漬することが可能である。これにより、洗浄工程は格段に合理化される。また、リン酸は、極めて弱い酸であるため、例えば手に直接液がかかったとしても全く問題は無く、取り扱いや管理の上で非常に扱いやすい。

次に、本発明の具体的な実施例１乃至２を説明する。

図１に示す光学素子成形用型１として、直径１６ｍｍの型母材に、曲率半径が１０ｍｍの凹形状の成形面３を加工した。この成形面３を０．１μｍのダイヤモンド砥粒を用いて表面粗さ１０ｎｍ以下鏡面に研磨した。次に、スパッタ法等により、この鏡面上に保護層を成膜した。実施例１乃至２８における型母材と保護層（成形面コーティング）を表１に示す。

図１に示す成形用ガラス素材２は、リン酸を主成分とする（株）住田光学ガラス製Ｋ−ＰＳＦｎ３（ｎｄ＝１．８３９１、νｄ＝２３．９、転移点Ｔｇ＝４７７℃、屈伏点Ａｔ＝５１５℃、リン酸；約２４ｗｔ％）、（株）住田光学ガラス製Ｋ−ＰＳＫ５０（ｎｄ＝１．５９３８０、νｄ＝６１．４、転移点Ｔｇ＝３８１℃、屈伏点Ａｔ＝４０３℃、リン酸；約５２ｗｔ％）、（株）オハラ製Ｌ−ＰＨＬ１（ｎｄ＝１．５６４５５、νｄ＝６０．８、転移点Ｔｇ＝３５０℃、屈伏点Ａｔ＝３７３℃、リン酸；約５０ｗｔ％）、（株）住田光学ガラス製ＣａＦＫ９５（ｎｄ＝１．４３４２５、νｄ＝９５．０、転移点Ｔｇ＝４２８℃、屈伏点Ａｔ＝４６４℃、リン酸；約６ｗｔ％）の４種類を使用した。

図３は光学素子のプレス成形装置の概略断面図である。図３において２４はチャンバー、２５は上軸、２６は下軸、２７はヒーターを内蔵したブロック（ヒーターブロック）、２８はヒーターブロック、２９は上型、３０は下型、３１はガラス、３２は油圧シリンダーである。

まず、チャンバー２４を不図示の真空ポンプによって真空引きした後、Ｎ２ガスを導入し、チャンバー２４内をＮ２雰囲気にする。その後、ヒーターブロック２７、２８により上型２９、下型３０を加熱する。成形するガラスの粘度で１０^９ｄ・Ｐａ・ｓに対応する温度になったら、油圧シリンダー３２により、上軸２５を引き上げ、下型３０の上に不図示のオートハンドにより成形用ガラス素材２を置いた。そのままの型温度で、１分間保持した後、油圧シリンダー３２により上軸２５を降下させ、上型２９と下型３０でボールレンズを３０００Ｎの力で３分間プレスし、７０℃／分で冷却を行い、上下型温度がＴｇ−４０℃になった時点で上型２９を上昇させ、不図示のオートハンドで下型３０上の成形品３１を取り出した。続いて不図示の置換装置を通して成形品３１をチャンバー２４より取り出した。次に上下型を加熱し、上記操作を繰り返し、表面層の曇や融着が顕著になるまで成形を行った。この成形は表１に記載のすべての光学素子成形用型１について行った。

次に揮発物やガラスが融着した光学素子成形用型１を、図２に示す洗浄槽で洗浄する。まず室温のリン酸超音波槽１００に５分間浸漬し、槽内に与えた超音波振動とリン酸の溶解力により、成形面の汚れを落とした後、隣接して設けられた清浄な温水超音波槽２００で１分間超音波洗浄する。その後水蒸気槽３００に成形用型１を入れて、水蒸気を成形面に吹き付ける。このようにして、完全に付着物の除去が完了したならば、成形用型１を引き上げ、乾燥する。超音波の出力は例えば３００Ｗとした。

実施例１乃至２８の洗浄結果を、表１の右端に示す。尚、各実施例の洗浄結果は、前述の４種類の成形用ガラス素材のそれぞれで行なったが、何れも同じ結果が得られた。表１から分るように、全ての実施例において、汚れが除去されており、また、型の劣化も無かった。

尚、本実施例で用いたリン酸は、キシダ化学（株）製１級試薬（Ｈ３ＰＯ４、約８５％）をそのまま薄めずに用いたが、リン酸の濃度を適宜薄めても、若干の処理時間の延長で同じ効果が得られる。

（比較例）
次に、比較例１乃至１１を説明する。比較例は前述の実施例と同様に、図２および図３に示した装置で行なった。各比較例のそれぞれは、実施例１乃至２８で使用された型母材と保護層に対して行なった。すなわち１比較例に対して２８個の実験を行なった。尚、このときの成形用ガラス素材２は、（株）住田光学ガラス製Ｋ−ＰＳＦｎ３を使用した。その結果を表２に示す。

表２から分るように、全ての成形面以外の部分に劣化（表面粗さの増大）が生じ、更に一部の成形面に劣化が認められた。

尚、本実施例では、リン酸槽に型を浸漬したが、洗浄方法は、これに限定されるものではなく、綿棒にリン酸をつけて成形面を擦っても良い。また、成形面にリン酸を噴霧した後所望の時間（例えば５分）経過後にふき取るなどの方法でも良い。

光学素子成形用型を模式的に示す概念図 洗浄する洗浄槽の側面図 光学素子のプレス成形装置の概略断面図

符号の説明

１ 成形用型
２ 光学素子成形素材
３ 成形面
２４ チャンバー
２５ 上軸
２６ 下軸
２７、２８ ヒーターブロック
２９ 上型
３０ 下型
３１ ガラス
３２ 油圧シリンダー
１００ 超音波槽
２００ 温水超音波槽
３００ 水蒸気槽

Claims (4)

1. リン酸を主成分とする成形用ガラス素材をプレス成形する光学素子成形用型の成形面を、リン酸により洗浄することを特徴とする光学素子成形用型の洗浄方法。
2. 前記リン酸による洗浄は、前記光学素子成形用型をリン酸のなかに浸漬することでなされることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型の洗浄方法。
3. 前記リン酸による洗浄は、前記光学素子成形用型の成形面にリン酸を噴霧することでなされることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型の洗浄方法。
4. 前記リン酸により洗浄された光学素子成形用型は、温水超音波槽および水蒸気槽により更に洗浄されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型の洗浄方法。

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