JP2008189481A - Method for joining optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学部材の接合方法に関し、特にガラス等のケイ素含有基材よりなる光学部材の接合方法に関する。 The present invention relates to a method for joining optical members, and particularly to a method for joining optical members made of a silicon-containing substrate such as glass.
従来、ガラス等のケイ素含有基材よりなる光学部材の接合方法として、基材表面を活性化（親水化）した基材同志を貼り合せるオプティカルコンタクトが知られている。しかしオプティカルコンタクトによる接合方法は、基材間距離が不十分の場合には接合することが困難となり、接合面の高い面精度（平行度）が要求される。また、強固な接合を得るためには４００℃以上の高温で拡散接合する必要がある。こうした課題に対応するために、シリコンアルコレートの加水分解生成物を用いて、石英ガラスよりなるプリズム同志を接着する光学物品の製造方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical member joining method made of a silicon-containing base material such as glass, an optical contact is known in which base materials whose surfaces are activated (hydrophilized) are bonded together. However, the bonding method using optical contact makes it difficult to bond when the distance between the substrates is insufficient, and high surface accuracy (parallelism) of the bonding surface is required. Moreover, in order to obtain strong bonding, it is necessary to perform diffusion bonding at a high temperature of 400 ° C. or higher. In order to cope with such a problem, a method of manufacturing an optical article in which prisms made of quartz glass are bonded using a hydrolysis product of silicon alcoholate has been devised (for example, see Patent Document 1).
しかしながら加水分解生成物を用いた場合には、加水分解反応で生じるアルコールおよび脱水反応により生成される水が加熱硬化の際に気化し、接合部に泡が入ったり白濁したりするため、充分な接合強度が得られず、光学特性が低下するという課題が存在する。
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたもので、加熱処理における泡および白濁の発生を低減し、接合強度に優れた光学部材の接合方法を提供することを目的とする。
However, when a hydrolysis product is used, the alcohol produced by the hydrolysis reaction and the water produced by the dehydration reaction are vaporized during the heat curing, and bubbles or white turbidity are formed in the joint. There is a problem that the bonding strength cannot be obtained and the optical characteristics are deteriorated.
This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the joining method of the optical member which reduced generation | occurrence | production of the bubble and white turbidity in heat processing, and was excellent in joining strength.
本発明に係る光学部材の接合方法は、ケイ素含有基材よりなる複数の光学部材を互いに接合する接合方法であって、互いに接合する前記光学部材の接合面にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、前記接合面に塗布された前記シランカップリング剤を加熱する薄膜形成工程と、加熱された前記シランカップリング剤に活性エネルギーを付与して前記カップリング剤の表面に反応性官能基を導入する表面活性化工程と、前記反応性官能基が導入された互いの前記接合面を貼り合わせて一体化する貼り合せ工程と、互いに貼り合わされて一体化した前記接合面を加熱処理する接合工程と、を有することを特徴とする。 An optical member bonding method according to the present invention is a bonding method in which a plurality of optical members made of a silicon-containing substrate are bonded to each other, and an application step of applying a silane coupling agent to the bonding surfaces of the optical members to be bonded to each other And a thin film forming step for heating the silane coupling agent applied to the bonding surface, and a reactive functional group is introduced to the surface of the coupling agent by imparting active energy to the heated silane coupling agent. A surface activation step, a bonding step of bonding and integrating the bonding surfaces into which the reactive functional groups are introduced, and a bonding step of heat-treating the bonding surfaces bonded and integrated with each other It is characterized by having.
これによれば、ケイ素含有基材よりなる複数の光学部材の互いに接合する接合面にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、接合面に塗布されたシランカップリング剤を加熱する薄膜形成工程と、加熱されたシランカップリング剤に活性エネルギーを付与してカップリング剤の表面に反応性官能基を導入する表面活性化工程と、反応性官能基が導入された互いの接合面を貼り合わせて一体化する貼り合せ工程と、互いに貼り合わされて一体化した接合面を加熱処理する接合工程とを有する。したがって、塗布工程において光学部材の接合面に塗布されたシランカップリング剤は、薄膜形成工程において加熱されることでシランカップリング剤のシラノールが光学部材表面のＯＨ基と脱水縮合してシロキサン結合（−Si−Ｏ−Si−）を形成して光学部材の接合面と結合する。そして、表面活性化工程においてシランカップリング剤中の反応官能基が励起され、親水性が高められた互いの接合面が貼り合わされた後に、接合工程において接合面が加熱処理されることにより、互いに貼り合わされた接合面のシランカップリング剤よりなる薄膜中の反応性官能基同士が化学結合して、接合部に泡が入ったり白濁したりすることなく、シランカップリング剤よりなる薄膜同士が強固に密着する。よって、互いの光学部材の接合面を強固に接合することができる。 According to this, the application process which applies a silane coupling agent to the joint surfaces where a plurality of optical members made of a silicon-containing substrate are joined to each other, and the thin film formation process which heats the silane coupling agent applied to the joint surfaces Applying a surface activation step of imparting active energy to the heated silane coupling agent to introduce a reactive functional group onto the surface of the coupling agent, and a mutual bonding surface into which the reactive functional group has been introduced There are a bonding step of integrating and a bonding step of heat-treating the bonded surfaces bonded together. Therefore, the silane coupling agent applied to the bonding surface of the optical member in the coating step is heated in the thin film forming step, so that silanol of the silane coupling agent dehydrates and condenses with the OH group on the surface of the optical member, thereby forming a siloxane bond ( -Si-O-Si-) is formed and bonded to the joint surface of the optical member. Then, after the reactive functional groups in the silane coupling agent are excited in the surface activation step and the mutual bonding surfaces with increased hydrophilicity are bonded together, the bonding surfaces are heat-treated in the bonding step, so that The reactive functional groups in the thin film made of the silane coupling agent on the bonded surface are chemically bonded to each other, so that the thin film made of the silane coupling agent is strong without bubbles or clouding in the joint. Close contact with. Therefore, the joint surfaces of the optical members can be firmly joined.
本発明に係る光学部材の接合方法において、前記接合面に塗布された前記シランカップリング剤を加熱する前記薄膜形成工程の加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることが好ましい。 In the optical member bonding method according to the present invention, it is preferable that a heating temperature in the thin film forming step of heating the silane coupling agent applied to the bonding surface is in a range of 60C to 300C.
これによれば、接合面に塗布されたシランカップリング剤を加熱する薄膜形成工程において、加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることにより、光学部材の接合面とシランカップリング剤の薄膜とが強固に接合することができる。加熱温度が３００℃を超える場合には、接合面に塗布されたシランカップリング剤中の有機物（有機官能基）が分解されて化学結合反応が低下する。一方、６０℃未満の場合には、シラノールの充分な脱水縮合が行われない。 According to this, in the thin film forming step of heating the silane coupling agent applied to the bonding surface, the heating temperature is in the range of 60 ° C. to 300 ° C., whereby the bonding surface of the optical member and the thin film of the silane coupling agent Can be firmly joined. When heating temperature exceeds 300 degreeC, the organic substance (organic functional group) in the silane coupling agent apply | coated to the joining surface will be decomposed | disassembled, and a chemical bond reaction will fall. On the other hand, when the temperature is less than 60 ° C., sufficient dehydration condensation of silanol is not performed.
本発明に係る光学部材の接合方法において、互いに貼り合わされて一体化した前記接合面を加熱処理する前記接合工程は、加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることが好ましい。
これによれば、互いに貼り合わされて一体化した接合面を加熱処理する接合工程において、加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることにより、互いの光学部材の接合面に形成されたシランカップリング剤の薄膜同士が強固に接合することができる。加熱温度が３００℃を超える場合には、接合面に形成されたシランカップリング剤中の有機物（有機官能基）が分解されて化学結合反応が低下する。一方、６０℃未満の場合には、反応官能基の反応が充分に行われない。
In the method for bonding optical members according to the present invention, it is preferable that the bonding step of heat-treating the bonded surfaces bonded and integrated together has a heating temperature in the range of 60 ° C to 300 ° C.
According to this, the silane cup formed on the joint surface of each optical member when the heating temperature is in the range of 60 ° C. to 300 ° C. in the joining step of heat-treating the joint surfaces that are bonded and integrated together. The ring agent thin films can be firmly bonded to each other. When heating temperature exceeds 300 degreeC, the organic substance (organic functional group) in the silane coupling agent formed in the joint surface will be decomposed | disassembled, and a chemical bonding reaction will fall. On the other hand, when the temperature is lower than 60 ° C., the reaction of the reactive functional group is not sufficiently performed.
本発明に係る光学部材の接合方法において、前記シランカップリング剤は、下記の一般式（１）または一般式（２）に示すシラン化合物であることが好ましい。
Ｓｉ（ＯＲ１）4…（１）
但し、Ｒ１はアルキル基を表す。
Ｒ２nＳｉ（ＯＲ１）4-n…（２）
但し、Ｒ１は炭素数１から４のアルキル基を表す。Ｒ２は炭素数１から８のアルキルまたは（Ｘ−Ｒ３）（Ｒ３は、炭素数が０〜１０の直鎖状、分岐状、環状アルキレン基またはアルキルフェニル基を表し、間にＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐが入っていても良い。Ｘはエポキシ基、ビニル基、アリル基、（メタ）アクリル基、イソシアネート基、アミノ基、メルカプト基等の官能基）を表す。ｎは０〜３の整数であり、ｎが２または３の場合には、（Ｘ−Ｒ３）は同種でも異種でも良い。
In the optical member bonding method according to the present invention, the silane coupling agent is preferably a silane compound represented by the following general formula (1) or general formula (2).
Si (OR1) 4 (1)
However, R1 represents an alkyl group.
R2 n Si (OR1) 4-n (2)
R1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. R2 represents alkyl having 1 to 8 carbons or (X—R3) (R3 represents a linear, branched, cyclic alkylene group or alkylphenyl group having 0 to 10 carbon atoms, and N, O, S therebetween. X may represent an epoxy group, a vinyl group, an allyl group, a (meth) acryl group, an isocyanate group, an amino group, a mercapto group, or the like. n is an integer of 0 to 3. When n is 2 or 3, (X-R3) may be the same or different.
これによれば、塗布工程においてケイ素含有基材よりなる複数の光学部材の互いに接合された接合面に塗布されるシランカップリング剤が、前記一般式（１）または一般式（２）に示されるシラン化合物であることにより、接合面に塗布されたシランカップリング剤が、薄膜形成工程において加熱されることで光学部材の接合面と化学結合する。そして、表面活性化工程において活性エネルギーが付与されて親水性が高められる。さらに互いの接合面が貼り合わされた後、接合工程において接合面が加熱処理されることにより、互いに貼り合わされた接合面のシランカップリング剤同士が化学結合して、接合部に泡が入ったり白濁したりすることなく、互いの光学部材の接合面を強固に接合することができる。 According to this, the silane coupling agent applied to the joint surfaces joined to each other of the plurality of optical members made of the silicon-containing base material in the coating step is represented by the general formula (1) or the general formula (2). By being a silane compound, the silane coupling agent applied to the bonding surface is chemically bonded to the bonding surface of the optical member by being heated in the thin film forming step. And in a surface activation process, active energy is provided and hydrophilicity is improved. Further, after the bonding surfaces are bonded together, the bonding surfaces are heat-treated in the bonding process, whereby the silane coupling agents on the bonding surfaces bonded to each other are chemically bonded to each other, and bubbles are formed in the bonding portion or become cloudy. Without joining, the joint surfaces of the optical members can be firmly joined.
以下、本発明における実施形態を説明する。
なお、本実施形態の光学部材の接合方法は、ケイ素含有基材よりなる複数の光学部材を互いに接合する場合に適用される。光学部材に用いられるケイ素含有基材としては、ガラス、サファイア、水晶などが挙げられる。ガラスの具体例としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラスなどの光学ガラスが例示できる。また、ケイ素含有基材よりなる光学部材としては、光学レンズ、マイクロレンズ、プリズム、積層波長板、エタロンなどが挙げられる。さらに、最表面にケイ素を含有していればこの限りでは無く、例えば、光学部材がケイ素含有基材以外の基材よるなり、その基材の最表面に真空系内で成膜された酸化ケイ素膜またはコーティングによって成膜されたケイ素含有膜を用いることが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In addition, the joining method of the optical member of this embodiment is applied when joining the some optical member which consists of a silicon containing base material mutually. Examples of the silicon-containing substrate used for the optical member include glass, sapphire, and quartz. Specific examples of the glass include optical glasses such as quartz glass, borosilicate glass, and crystallized glass. Examples of the optical member made of a silicon-containing substrate include an optical lens, a microlens, a prism, a laminated wave plate, and an etalon. Furthermore, this is not limited as long as silicon is contained on the outermost surface. For example, the optical member is made of a substrate other than the silicon-containing substrate, and the silicon oxide film is formed on the outermost surface of the substrate in a vacuum system. It is possible to use silicon-containing films deposited by film or coating.
本実施形態に係る光学部材は、これらの光学レンズ、プリズムなど、ケイ素含有基材よりなる光学部材を総称して光学部材と称す。したがって、以下に説明する光学部材の接合方法は、光学部材を限定せずに説明する。 The optical member according to this embodiment is a generic term for optical members made of a silicon-containing substrate, such as these optical lenses and prisms, and is called an optical member. Therefore, the optical member bonding method described below will be described without limiting the optical member.
本実施形態の光学部材の接合方法は、互いに接合する光学部材の接合面に、シランカップリング剤を塗布する塗布工程と、接合面に塗布されたシランカップリング剤を加熱する薄膜形成工程と、シランカップリング剤に活性エネルギーを付与してカップリング剤の表面に反応性官能基を導入する表面活性化工程と、反応性官能基が導入された互いの接合面を貼り合わせて一体化する貼り合せ工程と、互いに貼り合わされて一体化した接合面を加熱処理する接合工程とを有する。 The optical member bonding method of the present embodiment includes an application step of applying a silane coupling agent to the bonding surfaces of the optical members to be bonded to each other, a thin film forming step of heating the silane coupling agent applied to the bonding surface, A surface activation process in which reactive functional groups are introduced to the surface of the coupling agent by imparting active energy to the silane coupling agent, and a bonding process in which the bonding surfaces into which the reactive functional groups have been introduced are bonded together. And a bonding step of heat-treating the bonded surfaces that are bonded together and integrated.
先ず、塗布工程において用いられるシランカップリング剤について説明する。
シランカップリング剤としては、下記の一般式（１）および一般式（２）に示すシラン化合物を好ましく用いることができる。
First, the silane coupling agent used in the coating process will be described.
As the silane coupling agent, silane compounds represented by the following general formulas (1) and (2) can be preferably used.
Ｓｉ（ＯＲ１）4 …（１）
Ｒ１は炭素数１から４のアルキル基を表す。
一般式（１）で表されるシラン化合物の具体例としては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラブトキシシランなどのテトラアルコキシシランが例示できる。
Si (OR1) 4 (1)
R1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
Specific examples of the silane compound represented by the general formula (1) include tetraalkoxysilanes such as tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, and tetrabutoxysilane.
Ｒ２nＳｉ（ＯＲ１）4-n …（２）
但し、Ｒ１はアルキル基を表し、Ｒ２は炭素数１から８のアルキルまたは（Ｘ−Ｒ３）（Ｒ３は、炭素数が０〜１０の直鎖状、分岐状、環状アルキレン基またはアルキルフェニル基を表し、間にＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐが入っていても良い。Ｘは、エポキシ基、ビニル基、アリル基、（メタ）アクリル基、イソシアネート基、アミノ基、メルカプト基等の官能基）を表す。ｎは０〜３の整数であり、ｎが２または３の場合には、（Ｘ−Ｒ３）は同種でも異種でも良い。
R2 n Si (OR1) 4-n (2)
However, R1 represents an alkyl group, R2 represents alkyl having 1 to 8 carbon atoms or (X—R3) (R3 represents a linear, branched, cyclic alkylene group or alkylphenyl group having 0 to 10 carbon atoms. N, O, S, and P may be present between them, and X is a functional group such as an epoxy group, a vinyl group, an allyl group, a (meth) acryl group, an isocyanate group, an amino group, or a mercapto group). To express. n is an integer of 0 to 3. When n is 2 or 3, (X-R3) may be the same or different.
一般式（２）で表されるシラン化合物の具体例としては、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルジメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ノルマルヘキシルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、２−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１．３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシ、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等が例示できる。 Specific examples of the silane compound represented by the general formula (2) include trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyldimethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltriethoxysilane, diphenyldimethoxy. Silane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, normal hexyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-aminopropiyl Trimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, decyltrimethoxysilane , Decyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1.3-dimethyl-butylidene) Propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, merca Tomethyltrimethoxysilane, bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, allyltriethoxysilane, allyltrimethoxy, 3-methacryloxypropyltriethoxy Examples include silane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and 3-acryloxypropylmethyldimethoxysilane. .
これらのシラン化合物は、ケイ素含有基材よりなる光学部材と反応し、シロキサン結合（−Si−Ｏ−Si−）を形成するが、反応後に同等のシロキサン結合を形成するシラン化合物であればこれに限定されない。例えば、クロロシラン、シラザン等を用いることもできる。
また、上記に例示したシラン化合物の内、原料の入手のし易さの観点からテトラエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等を好ましく用いることができる。
These silane compounds react with an optical member made of a silicon-containing substrate to form a siloxane bond (-Si-O-Si-). It is not limited. For example, chlorosilane, silazane, etc. can be used.
Of the silane compounds exemplified above, tetraethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and the like can be preferably used from the viewpoint of easy availability of raw materials.
シラン化合物は、そのまま用いることができるが、溶媒を用いて希釈しても良い。希釈するのに用いる溶媒としては、親水性有機溶剤が好ましい。親水性有機溶剤としては、以下のものが挙げられる。
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類。エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類。グリセリン、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類。アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類。テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類等である。
The silane compound can be used as it is, but may be diluted with a solvent. The solvent used for dilution is preferably a hydrophilic organic solvent. The following are mentioned as a hydrophilic organic solvent.
Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol. Glycols such as ethylene glycol and propylene glycol; Glycol ethers such as glycerin and propylene glycol monomethyl ether. Ketones such as acetone and methyl isobutyl ketone. And ethers such as tetrahydrofuran and dioxane.
これらの親水性有機溶剤は、１種のみで用いることができるが、２種以上を混合した混合溶媒であっても良い。また、親水性有機溶剤の内、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類を好ましく用いることができる。以後、親水性有機溶剤に希釈されたシランカップリング剤を処理液と表す。 These hydrophilic organic solvents can be used alone, but may be a mixed solvent in which two or more are mixed. Of the hydrophilic organic solvents, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol can be preferably used. Hereinafter, a silane coupling agent diluted in a hydrophilic organic solvent is referred to as a treatment liquid.
処理液におけるシランカップリング剤の濃度は、用いるシラン化合物の成分により異なるが、接合する光学部材の屈折率などの光学特性を阻害しない膜厚の薄膜を形成するために、０．００１ｗｔ％〜５ｗｔ％程度の範囲の低濃度であるのが好ましい。なお、光学特性を阻害しない接合後における膜厚は、略３０ｎｍ以下である。 The concentration of the silane coupling agent in the treatment liquid varies depending on the component of the silane compound to be used, but in order to form a thin film having a thickness that does not hinder the optical properties such as the refractive index of the optical member to be bonded, 0.001 wt% to 5 wt. A low concentration in the range of about% is preferred. The film thickness after bonding that does not impair the optical characteristics is approximately 30 nm or less.
また、前記一般式（１）および一般式（２）に示すシラン化合物は、アルコキシ基（ＯＲ１）を加水分解しない場合であっても良いが、予め加水分解して用いる方が反応性の面からより好ましい。加水分解は、酸、アルカリを用いて加水分解する等、所定の方法を用いて行うことができる。なお、加水分解を予め行わずに用いた場合には、大気中の水分を利用して加水分解反応を進行させることができる。 The silane compounds represented by the general formula (1) and the general formula (2) may be a case where the alkoxy group (OR1) is not hydrolyzed. More preferred. The hydrolysis can be performed using a predetermined method such as hydrolysis using an acid or an alkali. In addition, when it uses without performing hydrolysis beforehand, a hydrolysis reaction can be advanced using the water | moisture content in air | atmosphere.
さらに、処理液には、必要に応じて縮合触媒を混合することが可能である。縮合触媒としては、酸または有機金属化合物を好ましく用いることができる。これにより、シランカップリング剤の加水分解促進とシラノールの安定性を高めることができる。
酸の具体例としては、塩酸、硫酸、硝酸等が挙げられる。有機金属化合物としては、過塩素酸、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸マグネシウム等の過塩素酸類。Ｃｕ（II）、Ｚｎ（II）、Ｃｏ（II）、Ｎｉ（II）、Ｂｅ（II）、Ｃｅ（III）、Ｔａ（III）、Ｔｉ（III）、Ｍｎ（III）、Ｌａ（III）、Ｃｒ（III）、Ｖ（III）、Ｃｏ（III）、Ｆｅ（III）、Ａｌ（III）、Ｃｅ（IV）、Ｚｒ（IV）、Ｖ（IV）等を中心金属原子とするアセチルアセトネート、またはアミン、グリシン等のアミノ酸、さらにルイス酸、有機酸金属塩等が挙げられる。
Furthermore, a condensation catalyst can be mixed in the treatment liquid as necessary. As the condensation catalyst, an acid or an organometallic compound can be preferably used. Thereby, the hydrolysis promotion of a silane coupling agent and the stability of silanol can be improved.
Specific examples of the acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and the like. Examples of organometallic compounds include perchloric acids such as perchloric acid, ammonium perchlorate, and magnesium perchlorate. Cu (II), Zn (II), Co (II), Ni (II), Be (II), Ce (III), Ta (III), Ti (III), Mn (III), La (III), Acetylacetonate having a central metal atom such as Cr (III), V (III), Co (III), Fe (III), Al (III), Ce (IV), Zr (IV), V (IV), Alternatively, amino acids such as amine and glycine, Lewis acid, organic acid metal salts and the like can be mentioned.
次に、光学部材の接合方法を説明する。
塗布工程は、互いに接合される２つの光学部材のそれぞれの接合面に、前記処理液が塗布される。
処理液の塗布方法は、スピン、ディップ、フロー、バーコード、スリッターなどの塗布方法を用いて行われる。塗布方法として例えばディップ法を用いた場合には、浸漬した処理液中から１０ｃｍ／ｍｉｎ程度の引き上げ速度で、光学部材が引き上げられる。
そして、処理液が塗布された光学部材は、薄膜形成工程に移行する。
Next, a method for joining optical members will be described.
In the application step, the treatment liquid is applied to each bonding surface of two optical members to be bonded to each other.
The treatment liquid is applied by using an application method such as spin, dip, flow, barcode, or slitter. For example, when the dip method is used as the coating method, the optical member is pulled up at a pulling rate of about 10 cm / min from the immersed processing solution.
And the optical member with which the process liquid was apply | coated transfers to a thin film formation process.
薄膜形成工程では、光学部材の接合面に塗布された処理液の加熱が行われる。処理液の加熱方法として、例えば処理液が塗布された光学部材を、６０℃〜３００℃程度の内部温度に設定された乾燥炉などに投入して行う。加熱温度が３００℃を超える場合には、シランカップリング剤中の有機物（有機官能基）が分解されて化学結合反応が低下する。また、６０℃未満の場合には、シラノールの充分な脱水縮合反応が得られない。なお、加熱時間は、加熱温度により異なるが、１時間〜６時間程度である。 In the thin film forming process, the treatment liquid applied to the bonding surface of the optical member is heated. As a method of heating the treatment liquid, for example, the optical member coated with the treatment liquid is put into a drying furnace or the like set to an internal temperature of about 60 ° C. to 300 ° C. When heating temperature exceeds 300 degreeC, the organic substance (organic functional group) in a silane coupling agent will be decomposed | disassembled and a chemical bonding reaction will fall. Moreover, when it is less than 60 ° C., sufficient dehydration condensation reaction of silanol cannot be obtained. In addition, although heating time changes with heating temperature, it is about 1 hour-6 hours.
光学部材の接合面に塗布された処理液は、加熱されることで脱水縮合されて、処理液中のシラノールが光学部材表面のＯＨ基と酸塩基反応してシロキサン結合（−Si−Ｏ−Si−）を形成し、光学部材の接合面と化学結合する。すなわち、光学部材の接合面に化学結合したシランカップリング剤よりなる薄膜が形成される。
そして、シランカップリング剤よりなる薄膜が形成され光学部材は、乾燥炉内から取り出されて表面活性化工程に移行する。
The treatment liquid applied to the bonding surface of the optical member is dehydrated and condensed by being heated, and silanol in the treatment liquid reacts with an OH group on the surface of the optical member to generate an siloxane bond (-Si-O-Si). -) Is formed and chemically bonded to the joint surface of the optical member. That is, a thin film made of a silane coupling agent chemically bonded to the bonding surface of the optical member is formed.
And the thin film which consists of a silane coupling agent is formed, an optical member is taken out from the inside of a drying furnace, and transfers to a surface activation process.
表面活性化工程では、形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜に活性エネルギーが付与される。活性エネルギーの付与方法としては、プラズマ処理、オゾン処理または活性エネルギー線照射などが行われる。これにより、シランカップリング剤よりなる薄膜の表面に、反応性官能基の励起およびＯＨ基などの活性種の導入が行われ、親水性を高めることができる。 In the surface activation step, activation energy is imparted to the thin film formed of the formed silane coupling agent. As a method for applying active energy, plasma treatment, ozone treatment, active energy ray irradiation, or the like is performed. Thereby, excitation of a reactive functional group and introduction of active species such as an OH group are performed on the surface of a thin film made of a silane coupling agent, and hydrophilicity can be enhanced.
プラズマ処理は、酸素、チッソ、アルゴンなどのガスを導入したプラズマ処理装置などを用いて行うことができる。例えば、シランカップリング剤よりなる薄膜が形成された光学部材をプラズマ処理装置のチャンバー内に投入し、形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜に、所定出力のマイクロ波によって励起された導入ガスラジカル、イオンが、所定時間照射される。マイクロ波の周波数、出力および照射時間、導入ガス種、ガス流量などは、用いるシランカップリング剤（シラン化合物）の成分、および接合する接合面の大きさによって適宜設定される。 The plasma treatment can be performed using a plasma treatment apparatus into which a gas such as oxygen, nitrogen, or argon is introduced. For example, an optical member on which a thin film made of a silane coupling agent is formed is introduced into a chamber of a plasma processing apparatus, and the introduced gas radicals excited by microwaves having a predetermined output are formed on the formed thin film made of a silane coupling agent. , Ions are irradiated for a predetermined time. The microwave frequency, output and irradiation time, introduced gas type, gas flow rate, and the like are appropriately set depending on the components of the silane coupling agent (silane compound) used and the size of the bonding surface to be bonded.
また、オゾン処理は、オゾンガスを接触させる方法（例えば、高エネルギーの短波長紫外（ＵＶ）線を射出する低圧水銀ランプ、キセノンエキシマランプなどを備えたＵＶオゾン装置を用いて、ＵＶオゾン装置のチャンバー内に投入されたシランカップリング剤よりなる薄膜表面を処理する方法）、オゾン水を接触させる方法などを用いて行うことができる。 In addition, ozone treatment is performed by a method of contacting ozone gas (for example, a UV ozone apparatus equipped with a low-pressure mercury lamp, a xenon excimer lamp, or the like that emits high-energy short-wavelength ultraviolet (UV) rays). For example, a method of treating the surface of a thin film made of a silane coupling agent charged in the inside), a method of contacting ozone water, and the like.
また、活性エネルギー線照射は、例えば、紫外線などの高いエネルギーを有する短波長の光を照射することでシランカップリング剤よりなる薄膜の表面に、反応性官能基の励起およびＯＨ基などの活性種の導入を行うことができる。。
そして、接合面の薄膜表面の活性化が行われた光学部材は、貼り合せ工程に移行する。
In addition, active energy ray irradiation is performed, for example, by irradiating a surface of a thin film made of a silane coupling agent by irradiating light with a short wavelength having high energy such as ultraviolet rays, and by reactive species such as excitation of reactive functional groups and OH groups. Can be introduced. .
And the optical member in which the thin film surface of the joint surface was activated transfers to a bonding process.
貼り合せ工程では、シランカップリング剤よりなる薄膜の表面に反応性官能基などが導入された一方の光学部材の接合面と他方の光学部材の接合面とが、所定位置に位置出しして貼り合わされる。貼り合わせは、２個の光学部材の接合面同士を互いに押しつけて接触させれば良いが、互いの光学部材の両外面側から加圧して接合面同士を圧着するのが好ましい。接合面に対する加圧力は２００ＭＰａ程度までの範囲が好ましいが、光学部材の破損等の観点から０．５ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の範囲がより好ましい。
そして、互いの接合面が貼り合わされて一体化した光学部材は、接合工程に移行する。
In the bonding process, the bonding surface of one optical member having a reactive functional group or the like introduced on the surface of a thin film made of a silane coupling agent and the bonding surface of the other optical member are positioned at a predetermined position and bonded. Combined. The bonding may be performed by pressing the bonding surfaces of the two optical members against each other, but it is preferable that the bonding surfaces are pressure-bonded by pressing from both outer surface sides of the optical members. The pressure applied to the joint surface is preferably in the range of up to about 200 MPa, but more preferably in the range of about 0.5 MPa to 1 MPa from the viewpoint of damage to the optical member.
Then, the optical members integrated by bonding the bonding surfaces to each other shift to the bonding step.
接合工程では、互いに貼り合わされて一体化した光学部材の接合面が加熱されて、接合面の接合が行われる。光学部材（接合面）の加熱処理は、薄膜形成工程と同様に、温度が６０℃〜３００℃程度に設定された乾燥炉内に、１時間〜６時間程度投入される。加熱処理されることで、互いに貼り合わされた接合面のシランカップリング剤中の反応性官能基の反応、または薄膜表面に導入された水酸基の脱水縮合反応による化学結合により、互いの接合面に形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜同士が強固に密着する。すなわち、互いの光学部材の接合面が強固に接合される。 In the bonding step, the bonding surfaces of the optical members that are bonded and integrated with each other are heated to bond the bonding surfaces. The heat treatment of the optical member (bonding surface) is performed for about 1 to 6 hours in a drying furnace whose temperature is set to about 60 ° C. to 300 ° C., as in the thin film formation step. By heat treatment, the bonding surfaces bonded to each other are formed on each other's bonding surfaces by the chemical bonding of the reactive functional groups in the silane coupling agent or the dehydration condensation reaction of the hydroxyl groups introduced on the thin film surface. The thin films made of the prepared silane coupling agent adhere firmly to each other. That is, the joint surfaces of the optical members are firmly joined.
なお、加熱温度については、薄膜形成工程と同様に、３００℃を超える場合には、シランカップリング剤中の有機物（有機官能基）が分解されて化学結合反応が低下する。また、６０℃未満の場合には、官能基の反応、または脱水縮合が得られない。
その後、互いの接合面同士が接合されて一体化した光学部材は、乾燥炉内から取り出されて、２個の光学部材の接合が完了する。なお、一体化した光学部材の接合面に形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜の膜厚は、１ｎｍ〜３０ｎｍ程度が好ましい。
In addition, about heating temperature, when it exceeds 300 degreeC similarly to a thin film formation process, the organic substance (organic functional group) in a silane coupling agent is decomposed | disassembled, and a chemical bond reaction falls. When the temperature is lower than 60 ° C., the reaction of the functional group or the dehydration condensation cannot be obtained.
Thereafter, the optical members that are integrated by joining the mutual joining surfaces are taken out from the drying furnace, and the joining of the two optical members is completed. In addition, as for the film thickness of the thin film which consists of a silane coupling agent formed in the joint surface of the integrated optical member, about 1-30 nm is preferable.
次に、本実施形態に基づく光学部材の接合方法の実施例および比較例を説明する。
なお、実施例および比較例は、接合する光学部材を限定せずに、ケイ素含有基材よりなる基板を試料として、実験的に行った接合方法の一例である。
Next, an example and a comparative example of the joining method of the optical member based on this embodiment will be described.
In addition, an Example and a comparative example are examples of the joining method performed experimentally by making into a sample the board | substrate which consists of a silicon-containing base material, without limiting the optical member to join.
［実施例１］
ケイ素含有基材として、平面が４ｃｍ×４ｃｍ、板厚０．５ｍｍの２枚の石英ガラス基板を準備した。２枚の石英ガラス基板のそれぞれの接合面に塗布する処理液は、シランカップリング剤としてのテトラメトキシシラン６３．３ｇをエタノール６０．０ｇに溶解し、さらに規定度０．１Ｎ塩酸を１４．４ｇを混合した後、室温環境下で略２時間攪拌して加水分解を行った。そして、この溶液１ｇをエタノール５０ｇに溶解して、処理液を得た。
[Example 1]
As a silicon-containing substrate, two quartz glass substrates having a plane of 4 cm × 4 cm and a thickness of 0.5 mm were prepared. The treatment liquid applied to the bonding surfaces of the two quartz glass substrates is obtained by dissolving 63.3 g of tetramethoxysilane as a silane coupling agent in 60.0 g of ethanol, and further adding 14.4 g of 0.1N hydrochloric acid with a normality. After mixing, the mixture was stirred for approximately 2 hours in a room temperature environment for hydrolysis. Then, 1 g of this solution was dissolved in 50 g of ethanol to obtain a treatment liquid.
そして、石英ガラス基板への処理液の塗布は、ディップ法を用いて行った。
得られた処理液中に２枚の石英ガラス基板をそれぞれ浸漬し、１０ｃｍ／ｍｉｎの引き上げ速度で引き上げた（塗布工程）。
And the application | coating of the process liquid to the quartz glass substrate was performed using the dip method.
Two quartz glass substrates were respectively immersed in the obtained treatment liquid and pulled up at a pulling rate of 10 cm / min (coating process).
そして、処理液が塗布された２枚の石英ガラス基板を、温度が１５０℃に設定された乾燥炉内に略１時間投入して、塗布された処理液の加熱処理を行い、石英ガラス基板のそれぞれの接合面にシランカップリング剤よりなる薄膜を形成した（薄膜形成工程）。
接合面に形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜内には、加熱処理による泡や白濁の発生は見られなかった。
Then, the two quartz glass substrates coated with the treatment liquid are put into a drying furnace whose temperature is set to 150 ° C. for about one hour, and the coated treatment liquid is heated, and the quartz glass substrate is heated. A thin film made of a silane coupling agent was formed on each bonding surface (thin film forming step).
In the thin film made of the silane coupling agent formed on the joint surface, no bubbles or white turbidity due to heat treatment was observed.
そして、加熱処理した２枚の石英ガラス基板を酸素プラズマ処理装置のチャンバー内に投入して、形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜に、出力が４００Ｗ程度のマイクロ波を略６０秒間、照射するプラズマ処理を行い、シランカップリング剤よりなる薄膜の表面に、ＯＨ基（水酸基）および反応性官能基を導入した（表面活性化工程）。 Then, two heat-treated quartz glass substrates are put into a chamber of an oxygen plasma processing apparatus, and the thin film made of the silane coupling agent is irradiated with microwaves having an output of about 400 W for about 60 seconds. Plasma treatment was performed to introduce OH groups (hydroxyl groups) and reactive functional groups on the surface of the thin film made of the silane coupling agent (surface activation step).
そして、２枚の石英ガラス基板の接合面同士を接触させて、２枚の石英ガラス基板の両外面側から略１ＭＰａの圧力を印加して接合面同士を圧着し、２枚の石英ガラス基板を一体化した（貼り合せ工程）。 Then, the bonding surfaces of the two quartz glass substrates are brought into contact with each other, and pressures of approximately 1 MPa are applied from both outer surface sides of the two quartz glass substrates to bond the bonding surfaces to each other. Integrated (bonding process).
そして、互いの接合面が貼り合わされて一体化した石英ガラス基板を、温度が２００℃に設定された乾燥炉内に、略１．５時間投入して加熱処理を行い、接合面の接合を行った（接合工程）。
その後、２枚が接合されて一体化した石英ガラス基板を乾燥炉内から取り出して接合が完了した。
Then, the quartz glass substrates in which the bonding surfaces are bonded and integrated are put into a drying furnace set at a temperature of 200 ° C. for about 1.5 hours and subjected to heat treatment to bond the bonding surfaces. (Joining process).
Thereafter, the quartz glass substrate in which the two were joined and integrated was taken out from the drying furnace to complete the joining.
［実施例２］
ケイ素含有基材として、平面が４ｃｍ×４ｃｍ、板厚０．３ｍｍの２枚の水晶基板を準備した。２枚の水晶基板のそれぞれの接合面に塗布する処理液は、シランカップリング剤としての３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３５．３ｇをエタノール５４．１ｇに溶解し、さらに規定度０．１Ｎ塩酸を９．７ｇを加えて混合した後、室温環境下で略５時間攪拌して加水分解を行った。そして、この溶液１ｇをエタノール１００ｇに溶解して処理液を得た。
[Example 2]
As a silicon-containing substrate, two quartz substrates having a plane of 4 cm × 4 cm and a plate thickness of 0.3 mm were prepared. The treatment liquid applied to the bonding surfaces of the two quartz substrates is obtained by dissolving 35.3 g of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent in 54.1 g of ethanol, and further having a normality of 0.1 N. After adding 9.7 g of hydrochloric acid and mixing, it was hydrolyzed by stirring for approximately 5 hours in a room temperature environment. Then, 1 g of this solution was dissolved in 100 g of ethanol to obtain a treatment liquid.
そして、水晶基板への処理液の塗布は、ディップ法を用いて行った。
得られた処理液中に２枚の水晶基板をそれぞれ浸漬し、１０ｃｍ／ｍｉｎの引き上げ速度で引き上げた（塗布工程）。
And the application | coating of the process liquid to the quartz substrate was performed using the dip method.
Two quartz substrates were each immersed in the obtained treatment liquid and pulled up at a pulling rate of 10 cm / min (coating process).
そして、処理液が塗布された２枚の水晶基板を、温度が１５０℃に設定された乾燥炉内に略１時間投入して、塗布された処理液の加熱処理を行い、水晶基板のそれぞれの接合面にシランカップリング剤よりなる薄膜を形成した（薄膜形成工程）。
接合面に形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜内には、加熱処理による泡や白濁の発生は見られなかった。
Then, the two quartz substrates coated with the treatment liquid are put into a drying furnace whose temperature is set to 150 ° C. for approximately one hour, and the coated treatment liquid is subjected to heat treatment. A thin film made of a silane coupling agent was formed on the bonding surface (thin film forming step).
In the thin film made of the silane coupling agent formed on the joint surface, no bubbles or white turbidity due to heat treatment was observed.
そして、加熱処理した２枚の水晶基板を酸素プラズマ処理装置のチャンバー内に投入して、形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜に、出力が４００Ｗのマイクロ波を略６０秒間、照射する酸素プラズマ処理を行い、シランカップリング剤よりなる薄膜の表面に、ＯＨ基（水酸基）および反応性官能基を導入した（表面活性化工程）。 Then, two quartz substrates that have been heat-treated are put into a chamber of an oxygen plasma processing apparatus, and an oxygen plasma that irradiates the formed thin film made of a silane coupling agent with a microwave having an output of 400 W for about 60 seconds. Treatment was performed to introduce an OH group (hydroxyl group) and a reactive functional group on the surface of the thin film made of the silane coupling agent (surface activation step).
そして、２枚の水晶基板の接合面同士を接触させて、２枚の水晶基板の両外面側から略１ＭＰａ程度の圧力を印加して接合面同士を圧着し、２枚の水晶基板を一体化した（貼り合せ工程）。 Then, the bonding surfaces of the two quartz substrates are brought into contact with each other, a pressure of about 1 MPa is applied from both outer surface sides of the two quartz substrates, and the bonding surfaces are pressure-bonded to integrate the two quartz substrates. (Bonding process).
そして、互いの接合面が貼り合わせされて一体化した水晶基板を、温度が１２０℃に設定された乾燥炉内に、略５時間投入して加熱処理を行い、接合面の接合を行った（接合工程）。
その後、２枚が接合されて一体化した水晶基板を乾燥炉内から取り出して接合が完了した。
Then, the quartz substrates integrated by bonding the mutual bonding surfaces were put into a drying furnace set at a temperature of 120 ° C. for about 5 hours and subjected to heat treatment to bond the bonding surfaces ( Joining process).
After that, the quartz substrate in which the two were joined and integrated was taken out from the drying furnace, and the joining was completed.
［実施例３］
実施例３は、前記実施例２における薄膜形成工程および接合工程における加熱処理条件を変更した以外は、実施例２と同じ処理液を用い、実施例２と同様の工程処理を行って、２枚の水晶基板を接合した。
薄膜形成工程における加熱処理は、温度が６０℃に設定された乾燥炉内に略６時間投入した。接合工程における加熱処理は、温度が６０℃に設定された乾燥炉内に、略２４時間投入した。
[Example 3]
In Example 3, except that the heat treatment conditions in the thin film forming step and the bonding step in Example 2 were changed, the same processing solution as in Example 2 was used, and the same process treatment as in Example 2 was performed to obtain two sheets. The quartz substrate was bonded.
The heat treatment in the thin film forming step was put in a drying furnace set at a temperature of 60 ° C. for about 6 hours. The heat treatment in the joining step was performed for approximately 24 hours in a drying furnace whose temperature was set to 60 ° C.
［比較例１］
比較例１は、実施例１におけるシランカップリング剤による効果の程度を確認するための比較として作製した試料であり、前記実施例１における塗布工程および薄膜形成工程を省いた以外は、実施例１と同様の表面活性化工程、貼り合せ工程、接合工程の各工程処理を行って、２枚の水晶基板を接合した。すなわち、処理液（シランカップリング剤）を塗布せずに、接合面を活性化（親水化）した水晶基板同士を貼り合せる所謂オプティカルコンタクトにより接合した。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 is a sample prepared as a comparison for confirming the degree of effect of the silane coupling agent in Example 1, and Example 1 is omitted except that the coating process and the thin film forming process in Example 1 are omitted. Each of the surface activation process, the bonding process, and the bonding process similar to the above was performed to bond two quartz substrates. That is, without applying a treatment liquid (silane coupling agent), bonding was performed by so-called optical contact in which crystal substrates whose bonding surfaces were activated (hydrophilized) were bonded together.
［比較例２］
比較例２は、前記実施例２における表面活性化工程（酸素プラズマ処理）を省いた以外は、実施例２と同じ処理液を用い、実施例２と同様の工程処理を行って、２枚の水晶基板を接合した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, except that the surface activation step (oxygen plasma treatment) in Example 2 was omitted, the same process solution as in Example 2 was used, and the same process treatment as in Example 2 was performed. A quartz substrate was bonded.
［比較例３］
比較例３は、前記実施例３における薄膜形成工程における加熱処理条件を変更した以外は、実施例３と同様の工程処理を行って、２枚の水晶基板を接合した。
接合工程における加熱処理は、温度が５０℃に設定された乾燥炉内に略６時間投入した。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, two crystal substrates were bonded by performing the same process as in Example 3 except that the heat treatment conditions in the thin film forming process in Example 3 were changed.
The heat treatment in the joining step was put in a drying furnace set at a temperature of 50 ° C. for about 6 hours.
次に、実施例１〜実施例３および比較例１〜比較例３で得られた２枚のケイ素含有基材よりなる基板が接合された各試料について、引っ張り試験による接合面の接合強度の評価を行った。
引っ張り強度試験に先立ち、２枚の基板が接合されたそれぞれの試料をダイサーを用いて１ｃｍ角の正方形に切断し、切断された基板の外側両面に四角柱状の取り付け治具を接着剤（商品名：ロックタイト（登録商標）３６２１、ヘンケルコーポレイション製）を用いて接着した。
Next, for each sample in which the two substrates made of silicon-containing base materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were joined, evaluation of the joining strength of the joining surface by a tensile test. Went.
Prior to the tensile strength test, each sample with two substrates bonded is cut into 1 cm squares using a dicer, and square columnar mounting jigs are attached to both sides of the cut substrate with adhesive (trade name) : Loctite (registered trademark) 3621, manufactured by Henkel Corporation).
そして、一体化した基板の外側両面に接着された四角柱状の取り付け治具を、引張試験機の上部チャックおよび下部チャックに保持、固定した後に、３ｍｍ／分の定速度でチャックを反対方向に伸長して、一体化した基板の接合面に破断が生じる強度（破断荷重）を測定した。なお、チャックの伸長は、破断荷重が１００ｋｇまで達した時点で停止した。 Then, holding and fixing the square columnar attachment jig bonded to both outer surfaces of the integrated substrate to the upper chuck and lower chuck of the tensile tester, the chuck is extended in the opposite direction at a constant speed of 3 mm / min. Then, the strength (breaking load) at which breakage occurred on the joint surface of the integrated substrate was measured. The extension of the chuck was stopped when the breaking load reached 100 kg.
測定した各試料の破断荷重（破断強度）の測定結果を表１に示す。なお、表１には各試料における処理工程の一部の処理条件を併せて示す。 Table 1 shows the measurement results of the breaking load (breaking strength) of each measured sample. Table 1 also shows some processing conditions of the processing steps for each sample.
一方、比較例１は、２枚の水晶基板の接合面に処理液（シランカップリング剤）を塗布せずに、実施例１に準じた処理条件を用いて、オプティカルコンタクトにより接合したが、接合面における破断荷重は１ｋｇ未満であった。これは、オプティカルコンタクトにより接合する場合には、加熱処理においてより高温の加熱温度が必要である、又は／及び接合面のより高い面精度が必要である、と推測される。 On the other hand, Comparative Example 1 was bonded by optical contact using the processing conditions according to Example 1 without applying the treatment liquid (silane coupling agent) to the bonding surfaces of the two quartz substrates. The breaking load on the surface was less than 1 kg. This is presumed that in the case of bonding by optical contact, a higher heating temperature is required in the heat treatment, and / or higher surface accuracy of the bonding surface is required.
また、比較例２の試料は、接合面における破断荷重は５ｋｇ程度であった。比較例２は、表面活性化工程（酸素プラズマ処理）を省いた以外は、実施例２と同じ処理液を用い、実施例２と同様の工程処理を行ったが、薄膜形成工程において形成されたシランカップリング剤よりなる薄膜の表面に、ＯＨ基および反応性官能基を導入されなかったことにより、破断強度が低かったと考えられる。 The sample of Comparative Example 2 had a breaking load on the joint surface of about 5 kg. In Comparative Example 2, except that the surface activation step (oxygen plasma treatment) was omitted, the same processing solution as in Example 2 was used and the same process treatment as in Example 2 was performed. It is considered that the rupture strength was low because OH groups and reactive functional groups were not introduced on the surface of the thin film made of the silane coupling agent.
さらに、比較例３の試料は、接合面における破断荷重は１ｋｇ未満であった。比較例３は、薄膜形成工程および接合工程における加熱温度が異なる以外は、実施例３と同じ処理液を用い、実施例３と同様の工程処理を行ったが、薄膜形成工程および接合工程における加熱温度が６０℃未満の５０℃と低かったことにより、破断強度が低かったと考えられる。 Further, in the sample of Comparative Example 3, the breaking load at the joint surface was less than 1 kg. Although the comparative example 3 performed the process process similar to Example 3 using the same process liquid as Example 3 except the heating temperature in a thin film formation process and a joining process differing, the heating in a thin film formation process and a joining process It is considered that the break strength was low because the temperature was as low as 50 ° C. below 60 ° C.
以上の実施形態によれば、塗布工程においてケイ素含有基材よりなる複数の光学部材の互いに接合する接合面に塗布された上述の一般式（１）または一般式（２）に示されるシラン化合物よりなるシランカップリング剤は、薄膜形成工程において６０℃〜３００℃の範囲の加熱温度で加熱されることでシランカップリング剤のシラノールが光学部材表面のＯＨ基と脱水縮合してシロキサン結合（−Si−Ｏ−Si−）を形成して光学部材の接合面と結合し、さらに表面活性化工程においてシランカップリング剤中の反応官能基が励起され、親水性が高められた互いの接合面が貼り合わされた後に、接合工程において接合面に６０℃〜３００℃の範囲の加熱温度で加熱されることにより、互いに貼り合わされた接合面のシランカップリング剤よりなる薄膜中の反応性官能基が、化学結合することにより、接合部に泡が入ったり白濁したりすることなく、シランカップリング剤よりなる薄膜同士が強固に密着して、互いの光学部材の接合面を強固に接合することができる。 According to the above embodiment, from the silane compound represented by the general formula (1) or the general formula (2) applied to the bonding surfaces of the plurality of optical members made of the silicon-containing base material that are bonded to each other in the coating step. The silane coupling agent is heated at a heating temperature in the range of 60 ° C. to 300 ° C. in the thin film formation step, so that silanol of the silane coupling agent dehydrates and condenses with OH groups on the surface of the optical member to form a siloxane bond (—Si -O-Si-) is formed and bonded to the bonding surface of the optical member, and in the surface activation step, the reactive functional group in the silane coupling agent is excited, and the bonding surfaces with increased hydrophilicity are attached. After being combined, in the bonding step, the bonding surface is heated at a heating temperature in the range of 60 ° C. to 300 ° C., thereby comprising a silane coupling agent on the bonding surfaces bonded to each other. The reactive functional groups in the thin film are chemically bonded to each other so that the thin film made of the silane coupling agent is firmly adhered to each other without causing bubbles or white turbidity in the bonded portion, thereby joining the optical members. The surfaces can be firmly joined.
Claims (4)
互いに接合する前記光学部材の接合面にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、
前記接合面に塗布された前記シランカップリング剤を加熱する薄膜形成工程と、
加熱された前記シランカップリング剤に活性エネルギーを付与して前記カップリング剤の表面に反応性官能基を導入する表面活性化工程と、
前記反応性官能基が導入された互いの前記接合面を貼り合わせて一体化する貼り合せ工程と、
互いに貼り合わされて一体化した前記接合面を加熱処理する接合工程と、
を有することを特徴とする光学部材の接合方法。 A joining method for joining together a plurality of optical members made of a silicon-containing substrate,
An application step of applying a silane coupling agent to the bonding surfaces of the optical members bonded to each other;
A thin film forming step of heating the silane coupling agent applied to the bonding surface;
A surface activation step of imparting active energy to the heated silane coupling agent to introduce a reactive functional group onto the surface of the coupling agent;
A laminating step of laminating and integrating each of the bonding surfaces into which the reactive functional group has been introduced;
A bonding step of heat-treating the bonding surfaces bonded together and integrated;
A method for joining optical members, comprising:
前記接合面に塗布された前記シランカップリング剤を加熱する前記薄膜形成工程の加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする光学部材の接合方法。 In the joining method of the optical member according to claim 1,
The method for bonding optical members, wherein a heating temperature in the thin film forming step of heating the silane coupling agent applied to the bonding surface is in a range of 60C to 300C.
互いに貼り合わされて一体化した前記接合面を加熱処理する前記接合工程の加熱温度が６０℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする光学部材の接合方法。 In the joining method of the optical member according to claim 1,
The method for bonding optical members, wherein a heating temperature in the bonding step of heat-treating the bonded surfaces bonded and integrated together is in a range of 60 ° C to 300 ° C.
前記シランカップリング剤は、下記の一般式（１）または一般式（２）に示すシラン化合物であることを特徴とする光学部材の接合方法。
Ｓｉ（ＯＲ１）4 …（１）
但し、Ｒ１はアルキル基を表す。
Ｒ２nＳｉ（ＯＲ１）4-n …（２）
但し、Ｒ１は炭素数１から４のアルキル基を表す。Ｒ２は炭素数１から８のアルキルまたは（Ｘ−Ｒ３）（Ｒ３は、炭素数が０〜１０の直鎖状、分岐状、環状アルキレン基またはアルキルフェニル基を表し、間にＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐが入っていても良い。Ｘはエポキシ基、ビニル基、アリル基、（メタ）アクリル基、イソシアネート基、アミノ基、メルカプト基等の官能基）を表す。ｎは０〜３の整数であり、ｎが２または３の場合には、（Ｘ−Ｒ３）は同種でも異種でも良い。 In the joining method of the optical member according to any one of claims 1 to 3,
The said silane coupling agent is a silane compound shown in following General formula (1) or General formula (2), The joining method of the optical member characterized by the above-mentioned.
Si (OR1) 4 (1)
However, R1 represents an alkyl group.
R2 n Si (OR1) 4-n (2)
R1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. R2 represents alkyl having 1 to 8 carbons or (X—R3) (R3 represents a linear, branched, cyclic alkylene group or alkylphenyl group having 0 to 10 carbon atoms, and N, O, S therebetween. X may represent an epoxy group, a vinyl group, an allyl group, a (meth) acryl group, an isocyanate group, an amino group, a mercapto group, or the like. n is an integer of 0 to 3. When n is 2 or 3, (X-R3) may be the same or different.
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