JPWO2009034952A1 - 非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

非晶質パーフルオロ樹脂を成形する方法及びそれにより成形される光学素子を提供する。（ａ）溶媒に非晶質パーフルオロ樹脂を溶解させる工程と、（ｂ）前記非晶質パーフルオロ樹脂の溶液を第１の成形型に入れる工程と、（ｃ）前記溶液の入った容器を加熱することにより前記溶媒を揮発させ、非晶質パーフルオロ樹脂を板状に形成する工程と、（ｄ）前記板状に形成した非晶質パーフルオロ樹脂を第２の成形型に入れ、加熱しつつ当該第２の成形型の一方の面側から他方の面側に加圧する工程と、の各工程を有し、前記非晶質パーフルオロ樹脂を所望の形状に成形する。

Description

本発明は、フッ素樹脂を成形する方法及び光学素子に関し、特に、非晶質パーフルオロ樹脂をサブ・ミクロン以下の精度で精密に成形する方法及びそれにより成形される光学素子に関するものである。

従来、紫外線透過性を有する精密光学素子としては、合成石英やアクリル樹脂が用いられてきた。特に、中性子ビーム収束素子としては、これまでに石英やフッ化マグネシウムが材料とされてきた。

しかし、石英は高価であり、また樹脂に比べて加工性が悪く、精密加工には適さない。アクリル樹脂は熱可塑成形で複雑な形状を射出成形することが可能なために光学材料として汎用されているが、中性子散乱断面積の大きい水素を含んでいるため、中性子ビーム収束素子の材料には適さなかった。さらに、フッ化マグネシウムも微細加工が非常に困難であった。

一方、紫外線透過性の優れた材料として注目を集めるものに、フッ素樹脂の一種である非晶質パーフルオロ樹脂がある。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素樹脂は、耐熱性、耐薬品性、撥水性、耐候性、電気絶縁性等に優れ、その特性から半導体、電池、高耐候性塗料等、様々な分野で使用されている。その中でも非晶質パーフルオロ樹脂は、上記のフッ素樹脂特有の物性を備えつつ、非晶質であるために紫外、可視、近赤外の幅広い波長領域において透明であるという特徴を有している。また、アクリル樹脂と比べても、紫外域から赤外域に渡る広い波長領域での光透過性や耐食性、撥水性、撥油性等の点で優れている。

図１２に非晶質パーフルオロ樹脂〔旭硝子株式会社「サイトップ」（登録商標）〕の紫外・可視光透過率を示す。この図において、実線ａは非晶質パーフルオロ樹脂、破線ｂは、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート）を示している。

この図より、非晶質パーフルオロ樹脂の紫外線透過性がアクリル樹脂と比較して格段に優れていることが理解できる。

しかしながら、一般的に、フッ素樹脂は成形が難しく、精密成形は不可能であった。特に、非晶質パーフルオロ樹脂は本来、反射防止、防湿、撥水等の薄膜コーティング用フッ素樹脂であり、特殊な含フッ素溶媒に溶解した状態で供給されている。通常はこの非晶質パーフルオロ樹脂溶液を基材に塗布し、加熱乾燥して薄膜を形成するが、基材として成形金型を用いた場合、形成された薄膜は金型から容易には剥離しないため、単体の成形品として製作することはできなかった。

この非晶質パーフルオロ樹脂の精密成形ができれば、紫外線透過性を有する高性能の光学素子、特に高効率の中性子ビーム収束素子の製造が可能となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて、非晶質パーフルオロ樹脂をサブ・ミクロン以下の精度で精密に成形する方法及びそれにより成形される光学素子を提供することを目的とする。

このため、本発明は、（ａ）溶媒に非晶質パーフルオロ樹脂を溶解させる工程と、（ｂ）前記非晶質パーフルオロ樹脂の溶液を第１の成形型に入れる工程と、（ｃ）前記溶液の入った容器を加熱することにより前記溶媒を揮発させ、非晶質パーフルオロ樹脂を板状に形成する工程と、（ｄ）前記板状に形成した非晶質パーフルオロ樹脂を第２の成形型に入れ、加熱しつつ当該第２の成形型の一方の面側から他方の面側に加圧する工程と、の各工程を有し、前記非晶質パーフルオロ樹脂を所望の形状に成形することを特徴とする非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法を提供するものである。

ここで、前記工程（ａ）における溶媒は、非プロトン性含フッ素溶媒であって、前記工程（ｂ）における前記第１の成形型は、前記溶液に接する面が平滑性に優れた素材からなる。そして、前記工程（ｂ）における前記第１の成形型は、前記溶液に接する面が鏡面仕上げされたガラスである。

また、前記工程（ｄ）における前記第２の成形型は、所望形状の金型であり、前記工程（ｄ）における前記第２の成形型は、その一方の面側が鏡面仕上げされたガラス、他方の面側が所望形状の金型からなる。そして、前記工程（ｃ）における前記溶液の加熱温度は、５０℃乃至３００℃である。また、前記工程（ｄ）における前記成形型の加熱温度は５０℃乃至３００℃であり、加圧力は、前記加熱温度に応じて調整するようにしている。

ところで、前記光学素子は、マイクロ・レンズ、フレネル・レンズ、回折レンズ、マイクロ・プリズム又はグレーティングであって、中性子を屈折あるいは反射させることによってその進行方向を制御する中性子光学素子を提供するものである。そして、本発明は、さらに、この中性子光学素子からなる、中性子レンズ、中性子収束装置、中性子速度弁別装置、中性子ベンダー又は中性子チョッパーを提供するものである。

本発明によれば、これまで存在しなかった非晶質パーフルオロ樹脂による精密光学素子の製造が可能となる。特に、紫外線から赤外線まで透過し、耐食性、撥水性、撥油性等にも優れる精密光学素子（例えばマイクロ・レンズ、フレネル・レンズ、回折レンズ、マイクロ・プリズム、グレーティング等）が容易に製作できる。
これらの精密光学素子は、特に紫外域での光学機器用レンズやプリズム等としての応用例が考えられる。また、非晶質パーフルオロ樹脂は透過光の偏光が変わらないため、偏光光学系にも利用できる。

さらに、本発明の方法により薄膜フレネル・レンズを製作すれば、これまでにない高効率の中性子ビーム収束素子が製造できる。
また、本発明を用いれば上記のような精密光学素子を容易に量産できるため、これらを安価に提供できるようになる。また、本発明の光学素子はフッ素樹脂よりなるため、従来品より軽量化を図ることができる。さらに、本発明によれば精密な成形が可能となるため、製品の小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法の各工程を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂を板状に形成する工程の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂を加圧成形する工程の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法の各工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂を加圧成形する工程の説明図である。 サイトップ（登録商標）の近赤外光透過率を示す図である。 サイトップ（登録商標）及び代表的な有機ポリマーの屈折率とアッベ数を示す図である。 サイトップ（登録商標）とその他試料の光弾性特性を示す図である。 サイトップ（登録商標）及びその他のフッ素樹脂、アクリル樹脂の電気的特性を示す図である。 サイトップ（登録商標）のマイクロ波誘電特性を示す図である。 サイトップ（登録商標）の絶縁破壊特性を示す図である。 非晶質パーフルオロ樹脂の紫外・可視光透過率を示す図である。

符号の説明

１ 非晶質パーフルオロ溶液
２ 容器
３、１３ 板状の非晶質パーフルオロ樹脂
４、５、１５ 金型

本発明において、非晶質パーフルオロ樹脂は、溶媒に可溶な非晶質パーフルオロ樹脂であり、その好適な例として、含フッ素溶媒に可溶な主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する含フッ素重合体（以下、含フッ素環状重合体という。）が挙げられる。

本明細書において、前記主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する含フッ素重合体とは、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子の１個以上が該含フッ素環状重合体の主鎖を構成する炭素原子であるものをいう。含フッ素脂肪族環構造を構成する炭素原子のうち、主鎖を構成する炭素原子は、該含フッ素環状重合体を構成する単量体が有する重合性二重結合に由来する。
たとえば含フッ素環状重合体が、後述するような環状単量体を重合させて得た含フッ素重合体の場合は、該二重結合を構成する２個の炭素原子が主鎖を構成する炭素原子となる。
また、２個の重合性二重結合を有する単量体を環化重合させて得た含フッ素環状重合体の場合は、２個の重合性二重結合を構成する４個の炭素原子のうちの少なくとも２個が主鎖を構成する炭素原子となる。

含フッ素脂肪族環構造としては、環骨格が炭素原子のみから構成されるものであってもよく、炭素原子以外に、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む複素環構造であってもよい。含フッ素脂肪族環としては、環骨格に１〜２個のエーテル性の酸素原子を有する含フッ素脂肪族環が好ましい。
含フッ素脂肪族環構造の環骨格を構成する原子の数は、４〜７個が好ましい。すなわち、含フッ素脂肪族環構造は４〜７員環であることが好ましい。

含フッ素環状重合体としては、下記含フッ素環状重合体（Ｉ’）、含フッ素環状重合体（ＩＩ’）が好ましい。
含フッ素環状重合体（Ｉ’）：環状含フッ素単量体に基づく単位を有する重合体。
含フッ素環状重合体（ＩＩ’）：ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する重合体。

「環状含フッ素単量体」とは、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体である。
環状含フッ素単量体としては、化合物（１）または化合物（２）が好ましい。

式中、Ｘ^１１、Ｘ^１２、Ｘ^１３、Ｘ^１４、Ｙ^１１およびＹ^１２は、それぞれ独立に、フッ素原子、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロアルコキシ基である。
Ｘ^１１、Ｘ^１２、Ｘ^１３、Ｘ^１４、Ｙ^１１およびＹ^１２におけるパーフルオロアルキル基としては、炭素数が１〜７であることが好ましく、炭素数１〜４であることがより好ましい。該パーフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状がより好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
Ｘ^１１、Ｘ^１２、Ｘ^１３、Ｘ^１４、Ｙ^１１およびＹ^１２におけるパーフルオロアルコキシ基としては、前記パーフルオロアルキル基に酸素原子（−Ｏ−）が結合したものが挙げられる。
Ｘ^１１としては、フッ素原子が好ましい。

Ｘ^１２としては、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または炭素数１〜４のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基がより好ましい。
Ｘ^１３およびＸ^１４としては、それぞれ独立に、フッ素原子または炭素数１〜４のパーフルオロアルキル基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。
Ｙ^１１およびＹ^１２としては、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数１〜４のパーフルオロアルキル基または炭素数１〜４のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。

化合物（１）においては、Ｘ^１３およびＸ^１４が相互に結合して、Ｘ^１３およびＸ^１４が結合した炭素原子とともに、含フッ素脂肪族環を形成していてもよい。
該含フッ素脂肪族環としては、４〜６員環が好ましい。
該含フッ素脂肪族環は、飽和脂肪族環であることが好ましい。
該含フッ素脂肪族環は、その環骨格中に、エーテル性酸素原子（−Ｏ−）を有していてもよい。この場合、含フッ素脂肪族環中のエーテル性酸素原子の数は、１または２が好ましい。

化合物（２）においては、Ｙ^１１およびＹ^１２が相互に結合して、Ｙ^１１およびＹ^１２が結合した炭素原子とともに、含フッ素脂肪族環を形成していてもよい。
該含フッ素脂肪族環としては、４〜６員環が好ましい。
該含フッ素脂肪族環は、飽和脂肪族環であることが好ましい。
該含フッ素脂肪族環は、その環骨格中に、エーテル性酸素原子（−Ｏ−）を有していてもよい。この場合、含フッ素脂肪族環中のエーテル性酸素原子の数は、１または２が好ましい。
化合物（１）の好ましい具体例としては、化合物（１−１）〜（１−５）が挙げられる。
化合物（２）の好ましい具体例としては、化合物（２−１）〜（２−２）が挙げられる。

含フッ素環状重合体（Ｉ’）は、上記環状含フッ素単量体の単独重合体であってもよく、該環状含フッ素単量体と、それ以外の他の単量体との共重合体であってもよい。
ただし、該含フッ素環状重合体（Ｉ’）中、環状含フッ素単量体に基づく単位の割合は、該含フッ素環状重合体（Ｉ’）を構成する全繰り返し単位の合計に対し、２０モル％以上が好ましく、４０モル％以上がより好ましく、１００モル％であってもよい。
該他の単量体としては、上記環状含フッ素単量体と共重合可能なものであればよく、特に限定されない。具体的には、後述するジエン系含フッ素単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）等が挙げられる。

「ジエン系含フッ素単量体」とは、２個の重合性二重結合およびフッ素原子を有する単量体である。該重合性二重結合としては、特に限定されないが、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。
ジエン系含フッ素単量体としては、化合物（３）が好ましい。
ＣＦ_２＝ＣＦ−Ｑ−ＣＦ＝ＣＦ_２ ・・・（３）
式中、Ｑは、エーテル性酸素原子を有していてもよく、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数１〜３のパーフルオロアルキレン基である。該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Ｑがエーテル性酸素原子を有するパーフルオロアルキレン基である場合、該パーフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、該基の一方の末端に存在していてもよく、該基の両末端に存在していてもよく、該基の炭素原子間に存在していてもよい。環化重合性の点から、該基の一方の末端に存在していることが好ましい。
化合物（３）の環化重合により形成される単位としては、下式（３−１）〜（３−４）の繰り返し単位が挙げられる。

化合物（３）の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦＣｌＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＣｌ_２ＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＯＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣ（ＣＦ_３）_２ＯＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ（ＯＣＦ_３）ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２、
ＣＦ_２＝ＣＦＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ＝ＣＦ_２ 等。

含フッ素環状重合体（ＩＩ’）は、上記ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位のみから構成されてもよく、該単位と、それ以外の他の単位とを有する共重合体であってもよい。
ただし、該含フッ素環状重合体（ＩＩ’）中、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位の割合は、該含フッ素環状重合体（ＩＩ’）を構成する全繰り返し単位の合計に対し、５０モル％以上が好ましく、８０モル％以上がより好ましく、１００モル％が最も好ましい。
該他の単量体としては、上記ジエン系含フッ素単量体と共重合可能なものであればよく、特に限定されない。具体的には、上述した化合物（１）、化合物（２）等の環状含フッ素単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）等が挙げられる。

含フッ素環状重合体の平均分子量は、３０００〜１００万が好ましく、１万〜３０万がより好ましい。
なお、上記単量体の環化重合方法、単独重合方法及び共重合方法としては、例えば特開平４−１８９８８０号公報等に開示された従来公知の方法を適用できる。
含フッ素環状重合体の市販品としては、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。

本発明において、上記非晶質パーフルオロ樹脂を溶解する溶媒としては、含フッ素溶媒が好ましく、非プロトン性含フッ素溶媒がより好ましい。
含フッ素溶媒の分子量は、大きすぎると含フッ素重合体溶液の粘度を上昇させるだけでなく、含フッ素重合体の溶解性も低下するため、１０００以下が好ましい。また、含フッ素重合体の溶解性を高めるために含フッ素溶媒のフッ素含有量は６０〜８０重量％が好ましい。好ましい含フッ素溶媒として、下記のものが例示できる。
前記非プロトン性含フッ素溶媒としては、ポリフルオロ芳香族化合物、ポリフルオロトリアルキルアミン、ポリフルオロアルカン、ポリフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）等が挙げられる。これらの非プロトン性含フッ素溶媒は１種単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。

ポリフルオロ芳香族化合物としては、パーフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、１，３−ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、１，４−ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン等が挙げられる。
ポリフルオロトリアルキルアミンとしては、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミン等が挙げられる。
ポリフルオロ環状エーテルとしては、パーフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）が挙げられる。

ポリフルオロアルカンとしては、パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、パーフルオロデカン、パーフルオロドデカン、パーフルオロ（２，７−ジメチルオクタン）、１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリフルオロエタン、１，１，１−トリクロロ−２，２，２−トリフルオロエタン、１，３−ジクロロ−１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン、１，１，１，３−テトラクロロ−２，２，３，３−テトラフルオロプロパン、１，１，３，４−テトラクロロ−１，２，２，３，４，４−ヘキサフルオロブタン、パーフルオロ（１，２−ジメチルヘキサン）、パーフルオロ（１，３−ジメチルヘキサン）、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロ（１，３，５−トリメチルシクロヘキサン）、２Ｈ，３Ｈ−パーフルオロペンタン、１Ｈ−パーフルオロヘキサン、１Ｈ−パーフルオロオクタン、１Ｈ−パーフルオロデカン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロヘキサン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクタン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデカン、３Ｈ，４Ｈ−パーフルオロ−２−メチルペンタン、２Ｈ，３Ｈ−パーフルオロ−２−メチルペンタン、１Ｈ−１，１−ジクロロパーフルオロプロパン、１Ｈ−１，３−ジクロロパーフルオロプロパン等が挙げられる。

ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）としては、一般式Ｒ^１−Ｏ−Ｒ^２（Ｒ^１はエーテル結合を有してもよい炭素数５〜１２の直鎖状または分岐状のポリフルオロアルキル基であり、Ｒ^２は炭素数１〜５の直鎖状または分岐状のアルキル基である。）で表されるＨＦＥが好ましい。
Ｒ^１の炭素数が４以下であると含フッ素重合体を溶解し難く、Ｒ^１の炭素数が１３以上の場合は工業的に入手困難であるため、Ｒ^１の炭素数は５〜１２の範囲から選定される。Ｒ^１の炭素数は、６〜１０が好ましく、６〜７および９〜１０がより好ましい。
ポリフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子の２個以上がフッ素原子に置換された基であり、アルキル基の水素原子のすべてがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基、およびアルキル基の水素原子の２個以上がフッ素原子に置換されかつアルキル基の水素原子の１個以上がフッ素原子以外のハロゲン原子に置換された基を含む。フッ素原子以外のハロゲン原子としては塩素原子が好ましい。

ポリフルオロアルキル基としては、対応するアルキル基の水素原子の数にして６０％以上がフッ素原子に置換された基が好ましく、より好ましくは８０％以上である。さらに好ましいポリフルオロアルキル基はパーフルオロアルキル基である。
Ｒ^１がエーテル結合を有する場合、エーテル結合の数が多すぎると溶解性を阻害するため、Ｒ^１中のエーテル結合は１〜３個が好ましく、１〜２個がより好ましい。Ｒ^２の炭素数が６以上であると含フッ素環構造含有重合体の溶解性を著しく阻害する。Ｒ^２の好ましい例はメチル基またはエチル基である。

ＨＦＥとしては、Ｆ（ＣＦ_２）_５ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_６ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_７ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_８ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_９ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_１０ＯＣＨ_３、Ｈ（ＣＦ_２）_６ＯＣＨ_３、（ＣＦ_３）_２ＣＦ（ＯＣＨ_３）ＣＦＣＦ_２ＣＦ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_３ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_３ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_８ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３、（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＨ_３、Ｆ（ＣＦ_２）_２Ｏ（ＣＦ_２）_４ＯＣＨ_２ＣＨ_３が挙げられる。
ＨＦＥとしては、特に（ＣＦ_３）_２ＣＦ（ＯＣＨ_３）ＣＦＣＦ_２ＣＦ_３が好適である。
上記以外の含フッ素溶媒としては、フッ素含有低分子量ポリエーテルなどが挙げられる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態として、非晶質パーフルオロ樹脂を精密成形するための具体的工程について説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法の各工程を示すフローチャート、図２は本発明の第１の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂を板状に形成する工程の説明図、図３は非晶質パーフルオロ樹脂を加圧成形する工程の説明図である。

まず、非晶質パーフルオロ樹脂をパーフルオロ溶媒に溶解させる（ステップＳ１）。
次に、図２（ａ）に示すように、非晶質パーフルオロ樹脂に対して剥離性の良い、ガラス等の素材からなる容器２を用意し、ここにステップＳ１で作製した非晶質パーフルオロ溶液１を注ぎ入れる（ステップＳ２）。
次いで、非晶質パーフルオロ溶液１を入れた容器２を５０〜３００℃に加熱することにより、パーフルオロ溶媒を揮発させると、図２（ｂ）に示すように板状の非晶質パーフルオロ樹脂３が得られる（ステップＳ３）。
次いで、図３に示すように、板状の非晶質パーフルオロ樹脂３を両面から金型４、５で挟み加熱、加圧すると、目的とする精密光学素子等が成形される（ステップＳ４）。このときの加熱温度は５０〜３００℃であり、加圧力は、前記加熱温度に応じて調整する。

このように、非晶質パーフルオロ樹脂を薄膜状あるいは板状に形成した後、加熱、加圧成形することにより、従来の問題点であった成形型からの離型性の悪さを克服し、容易にマイクロ・レンズ等の精密な成形品を製造することができる。そして本発明の成形方法により製造した光学素子は、紫外線透過性、耐食性、撥水性、撥油性等に優れ、安価で軽量、小型な光学素子とすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、非晶質パーフルオロ樹脂を精密成形するための別の具体的工程について説明する。

図４は本発明の第２の実施形態に係る非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法の各工程を示すフローチャート、図５は非晶質パーフルオロ樹脂を加圧成形する工程の説明図である。

まず、非晶質パーフルオロ樹脂をパーフルオロ溶媒に溶解させる（ステップＳ１１）。次に、非晶質パーフルオロ樹脂に対して剥離性の良い、ガラス等の素材からなる容器を用意し、ここにステップＳ１２で作製した非晶質パーフルオロ溶液を注ぎ入れる（ステップＳ１２）。（図２参照）
次いで、非晶質パーフルオロ溶液を入れた容器を５０〜３００℃に加熱することにより、パーフルオロ溶媒を揮発させると、板状の非晶質パーフルオロ樹脂が得られる（ステップＳ１３）。（図２参照）
次いで、図５に示すように、板状の非晶質パーフルオロ樹脂１３を、鏡面状のガラス板１４及び金型１５で挟み加熱、加圧すると、目的とする精密光学素子等が成形される（ステップＳ１４）。このときの加熱温度は５０〜３００℃であり、加圧力は前記加熱温度に応じて調整する。

以上の方法により、本発明ではこれまで存在しなかったフッ素樹脂による精密光学素子の製造が可能となる。特に、紫外線から赤外線まで透過し、耐食性、撥水性、撥油性等にも優れる精密光学素子（例えばマイクロ・レンズ、フレネル・レンズ、回折レンズ、マイクロ・プリズム、グレーティング等）が容易に製作できる。

これらの精密光学素子は、特に紫外域での光学機器用レンズやプリズム等としての応用例が考えられる。また、本発明で用いる非晶質パーフルオロ樹脂は非晶質であって透過光の偏光が変わらないため、偏光光学系にも利用できる。

また、本発明の方法により薄膜フレネル・レンズを製作すれば、これまでにない高効率の中性子ビーム収束素子が製造できる。

本発明で用いる非晶質パーフルオロ樹脂の光学的特性及び電気的特性は、以下の通りである。なおここでは、非晶質パーフルオロ樹脂としてサイトップ（登録商標）を例に挙げる。

図６はサイトップ（登録商標）の近赤外光透過率を示す図、図７はサイトップ（登録商標）及び代表的な有機ポリマーの屈折率とアッベ数を示す図、図８はサイトップ（登録商標）とその他試料の光弾性特性を示す図である。

また、図９はサイトップ（登録商標）及びその他のフッ素樹脂、アクリル樹脂の電気的特性を示す図、図１０はサイトップ（登録商標）のマイクロ波誘電特性を示す図、図１１はサイトップ（登録商標）の絶縁破壊特性を示す図である。

本発明ではこれらの特性を生かした光学素子を成形することができる。具体的には、本発明は以下のような光学機器に適用可能である。

（１）紫外線光ディスク
現在実用化されている高記録密度の光ディスク（ブルーレイ・ディスク、ＨＤＤ ＤＶＤ）は、波長４０５ｎｍの光（青色光）を用いているが、本発明により製造した紫外線用微細レンズを用いれば波長２００ｎｍ程度の光（紫外光）を利用することができるようになるため、その記録密度を約４倍に向上させることができる。
（２）紫外線カメラ
本発明により赤外域から紫外域に至る広い波長領域での写真撮影が可能となる。
（３）紫外線望遠鏡
本発明により可視光域では観測することができない天体現象等を観測できるようになる。
（４）紫外線顕微鏡
本発明により可視光域では観測することができない微小な物体や現象等を観測することができるようになる。
（５）広帯域分光器
本発明により紫外域から赤外域にまで渡る広い波長領域での分光が可能となる。
（６）小型紫外線投影機
本発明を紫外線光源の投影光学系に利用すれば、紫外線照明や紫外線ビームの生成等が実現できる。

さらに、本発明を用いれば上記のような精密光学素子を容易に量産できるため、これらを安価に提供できるようになる。また、本発明の光学素子はフッ素樹脂よりなるため、従来品より軽量化を図ることができる。さらに、本発明によれば精密な成形が可能となるため、製品の小型化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、フッ素樹脂を成形する方法及び光学素子に関し、特に、非晶質パーフルオロ樹脂をサブ・ミクロン以下の精度で精密に成形する方法及びそれにより成形される光学素子に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

Claims (12)

1. （ａ）溶媒に非晶質パーフルオロ樹脂を溶解させる工程と、
   （ｂ）前記非晶質パーフルオロ樹脂の溶液を第１の成形型に入れる工程と、
   （ｃ）前記溶液の入った容器を加熱することにより前記溶媒を揮発させ、非晶質パーフルオロ樹脂を板状に形成する工程と、
   （ｄ）前記板状に形成した非晶質パーフルオロ樹脂を第２の成形型に入れ、加熱しつつ当該第２の成形型の一方の面側から他方の面側に加圧する工程と、
   の各工程を有し、
   前記非晶質パーフルオロ樹脂を所望の形状に成形することを特徴とする非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
2. 前記工程（ａ）における溶媒は、非プロトン性含フッ素溶媒である、請求項１に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
3. 前記工程（ｂ）における前記第１の成形型は、前記溶液に接する面が平滑性に優れた素材からなる、請求項１又は２に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
4. 前記工程（ｂ）における前記第１の成形型は、前記溶液に接する面が鏡面仕上げされたガラスである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
5. 前記工程（ｄ）における前記第２の成形型は、所望形状の金型である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
6. 前記工程（ｄ）における前記第２の成形型は、その一方の面側が鏡面仕上げされたガラス、他方の面側が所望形状の金型からなる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
7. 前記工程（ｃ）における前記溶液の加熱温度は、５０℃乃至３００℃である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
8. 前記工程（ｄ）における前記成形型の加熱温度は５０℃乃至３００℃であり、加圧力は、前記加熱温度に応じて調整する、請求項５又は６に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の非晶質パーフルオロ樹脂の成形方法を用いて成形されたことを特徴とする光学素子。
10. 前記光学素子は、マイクロ・レンズ、フレネル・レンズ、回折レンズ、マイクロ・プリズム又はグレーティングである、請求項９に記載の光学素子。
11. 請求項１０に記載の光学素子からなり、中性子を屈折あるいは反射させることによってその進行方向を制御する、中性子光学素子。
12. 請求項１１に記載の中性子光学素子からなる、中性子レンズ、中性子収束装置、中性子速度弁別装置、中性子ベンダー又は中性子チョッパー。

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