JP5655360B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、光学素子成形素材を強アルカリで洗浄したところ、汚れは十分にとれたものの、白くて薄いキズが無数に入る場合がある。この光学素子成形素材を加熱軟化させてプレス加工すると、キズが原因で外観不良となってしまった。
光学素子成形素材は、球状、円筒形状等の成形に適した形状に予備成形される。また、その後に、必要に応じて、研磨される。
なお、光学素子成形素材は、ガラス、例えば、P2O5を基本成分とするリン酸塩系ガラスを構成材料とする。リン酸塩系ガラスは、脆く、化学的耐久性が弱いため、洗浄工程において前工程のキズを顕在化させたり、洗浄時の洗剤や水により表面が変質したりする。一方、弱い洗浄にすると表面に汚れが残ってしまう。
アルカリを含む洗浄液を用いて光学素子成形素材が洗浄される。光学素子成形素材の汚れ(研磨されたものは研磨剤も)を除去するためである。汚れ等の除去のために、この洗浄液は、pH10以上の強アルカリ性とすることが好ましい。
この洗浄液には、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等を主成分とした混合液を用いることができる。
また、アルカリ洗浄を行わず、酸洗浄のみを用いても良い。
酸洗浄の場合でも洗浄時にキズが発生する可能性がある。この場合も、熱処理によってキズを修復することができる。
次に、通常洗浄として、例えば、中性洗剤、純水、IPA(isopropyl alcohol:イソプロピルアルコール)によって、多段式洗浄装置で光学素子成形素材を順に洗浄する。通常洗浄は、光学素子成形素材からアルカリ洗浄液の成分を除去するためのものである。
純水での洗浄後にIPAで洗浄するのは、光学素子成形素材を乾燥ムラなく乾かすためである。純水洗浄の直後に光学素子成形素材を乾燥させると、乾燥ムラに起因するシミが光学素子成形素材に残る可能性がある。このため、純水での洗浄後にIPAで洗浄し、その後に光学素子成形素材を乾燥させる。
熱処理工程について説明する。熱処理工程は、アルカリ洗浄(あるいは酸洗浄)により光学素子成形素材に生じたキズを修復するためのものである。光学素子成形素材を適切な圧力(気圧)、温度条件で所定時間保持することで、軟化された光学素子成形素材自体の表面張力により、光学素子成形素材の微細なキズが修復される(キズのへこみが解消される)。即ち、洗浄された光学素子成形素材を減圧下で熱処理することで、アルカリ性または酸性の溶液による浸食によって光学素子成形素材上に生じたキズが修復される。
ここで、圧力は10Pa以下とすることがより好ましく、5Pa以下とすることがさらに好ましい。また、熱処理時間は10分以上とする事がより好ましく、30分以上とする事がさらに好ましい。
成形時は、プレス成形に適する程度に光学素子成形素材を軟化すれば足りる。熱処理時の温度は成形時の温度より高くして、光学素子成形素材をより軟化することで、表面張力によるキズの修復が可能となる。
成形時は、プレス成形に適する程度の処理時間であれば足りる。熱処理はバッチ処理のため大量に処理できるための処理時間を成形の処理時間より長くすることが容易であり、粘性が高くても表面張力によるキズの修復が可能となる。
成形、熱処理のいずれも減圧下で光学素子成形素材を加熱することから、その成分の一部が揮発する可能性がある。一般に、成形において、光学素子成形素材は成形型内に閉じ込められ(閉鎖状態)、揮発した成分が光学素子成形素材上に戻ったり、金型表面で結晶化したりして、新たなキズや点状欠点の原因となる。加えて、光学素子成形素材は金型に接触しているため、低温であっても接触部で反応して光学素子成形素材がヤケたり、金型と張り付いてしまったりして外観品質が悪くなってしまう。これに対して、熱処理においてはある程度広い空間を確保し(開放状態)、減圧条件下にしているため、揮発成分が光学素子成形素材上に戻り難くすることで、揮発した成分の戻りによるキズの再発生が生じ難くなる。
光学素子成形素材30aの下面32aのエッジのみが治具10aに接触し、上面31a、下面32a内の光学面形状付与面が治具10aに接触しないようになっている。
光学素子成形素材30bの下面32bの一部のみが治具10bに接触し、上面31b、下面32b内の光学面形状付与面が治具10bに接触しないようになっている。
光学素子成形素材30cの下面32cのエッジのみが治具10bに接触し、上面31c、下面32c内の光学面形状付与面が治具10cに接触しないようになっている。
例えば、図5に示す成形型40を用いて光学素子成形素材30が成形される。成形型40は、上型41、下型42、内胴43、外胴44を備える。
成形型40の内部に光学素子成形素材30を収容し、光学素子用成形型を予め所定の温度まで熱して予備加熱を行っておく。その後、上型41及び下型42をさらに加熱させると、その内部に収容されている光学素子成形素材30も加熱され、軟化する(図5(A))。
このようにプレス工程で光学素子成形素材30に光学素子形状を付与した後、光学素子成形素材30を冷却、固化する。
冷却、固化して得られた光学素子は、アニール工程に付されて歪み等が除去される。その後、前述の境界33a〜33cを境界とする外周部(光学素子形状形成面の周囲)を研削等により除去し、所望の径を有する光学素子形状に加工される。
図6は、本発明の比較例に係る光学素子の製造方法を示すフローチャートである。図1のフローチャートからステップS12、S14のアルカリ洗浄および熱処理が除外されている。比較例に係る光学素子の製造方法では、アルカリ洗浄(あるいは酸洗浄)を行わないことから、光学素子成形素材の汚れの除去が不十分となり、最終的に製造される光学素子にもこの汚れの影響が出易くなる。
リン酸系ガラス(At(屈服点)528℃、軟化点565℃)を用いた両凸形状の光学素子成形素材をpH13.8の強アルカリ洗剤に浸漬し、超音波を加えて2分間洗浄した。さらに、中性洗剤、純水、IPAを用いた多段式洗浄装置で通常通りの洗浄を行った
製造された光学素子の外観の良否を目視で検査した。その結果、表1のように、比較例に係る処理方法に比べて、外観良品の歩留が約7%上昇した。しかも、光学素子成形素材に付着していたゴミが金型(成形型)に付着する頻度が減ったため、金型(成形型)をメンテナンスする頻度も減り、作業性も改善された。
なお、アルカリ洗浄を行い、熱処理を行わない場合での歩留は、5%以下と、極めて低くなる。
20a 貫通孔
20b 貫通孔
21a〜22c 開口
22a〜22c 開口
23b エッジ部
30、30a〜30c 光学素子成形素材
31a〜31c 上面
32a〜32c 下面
33a-33c 境界
40 成形型
41 上型
42 下型
43 内胴
44 外胴
Claims (6)
- pHが10以上のアルカリ性の溶液を用いて、光学素子成形素材を洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄された光学素子成形素材を50Pa以下の減圧下で前記光学素子成形素材の屈伏点−30℃の温度以上の温度で1分以上加熱する熱処理工程と、
前記熱処理された光学素子成形素材を加熱軟化して、成形型によりプレス成形する成形工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 - 前記熱処理する工程において、前記光学素子成形素材の屈伏点−30℃と軟化点の間の温度で1分以上熱処理することを特徴とする請求項1記載の光学素子の製造方法。
- 前記熱処理する工程において、前記光学素子成形素材の外周近傍を把持することで、前記光学素子成形素材を保持する治具を用い、
前記成形された光学素子成形素材の前記外周近傍を含む領域を除去する除去工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子の製造方法。 - 前記治具が前記光学素子成形素材の下面に対応する貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学素子の製造方法。 - 前記洗浄工程において、超音波をかけて30秒以上洗浄することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記光学素子成形素材の材質が、P2O5を基本成分とするリン酸塩系のガラスである
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学素子の製造方法。
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