JP2013210369A - 光学検査用窓を有する光学検査用ベース - Google Patents

Abstract

【課題】 光学検査を必要とする検査物を光学検査する場合に使用する光学検査用窓を有する光学検査用ベースを提供する。
【解決手段】 ビニル、エポキシ、スチリル、メタクリキシ、アクリロキシのうちから少なくとも１つの官能基を有するシランカップリング剤による層を界面に有するガラス又は無機質結晶体（ガラス等）を金型に載置し、前記ガラス等とこれとカーボン繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰと称呼する）原料もしくは成形品を６００℃乃至１０００℃で焼成処理を行ったカーボン繊維（以下、回収炭素繊維と言う）を５％乃至２０％を含有し、それに加えてガラス繊維、一般炭素繊維を含有することによりガラス等と線膨張係数を概略同じにする成形用樹脂材とをインサート成形により一体的に化学的結合して形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光学検査を必要とする検査物を導電性と気密性を保つことの出来る状態で光学検査する場合に使用される光学検査用窓を有する光学検査用ベースに関する。

光学検査を必要とする検査物を光学検査する場合には光源体と光学検査ユニットとの間に透過性窓を有する光学検査用ベースが必要となる。この光学検査用ベースの主構造としては例えばガラス又は無機質結晶体（以下、ガラス等と言う）の透過面を除く表面に樹脂材を接合して両者を一体化するものが通常適用される。この場合、ガラス等と樹脂材とが完全に一体化すること及びその接合部が平坦であることが要求される。

ガラス等と樹脂材とを一体的に接合する手段としては従来より各種の公知手段が開示されているが、この手段としては接合部に接着剤１５を用いるもの（図８に示す）や接合部に粗面１６を形成するもの（図９に示す）ものがあり、これに関連する先行技術としては例えば「特許文献１」乃至「特許文献１０」が挙げられる。

特開２００２−７９６１１号（図１） 特開２０１０−６４３９７号（図２） 特開２００７−１０８０９１号（図２） 特開２０１０−３２４８７号（図１） 特開２００９−８０１１９号 特開２００９−１０６７８４号（図１） 特開２０１０−１４５８９号（図２） 特開２００５−１７２６６６号（図１） 特開２００４−２６９８７８号（図１） 特開２００７−１１２０４１号（図１）

「特許文献１」の「特開２００２−７９６１１号」は「ガラスと樹脂の一体構造体及びその製造方法」を示すものであり、ウレタン系接着剤をガラスに塗布して樹脂材と接合する一般的の接着剤使用の技術が開示されているものであるが、その一体化の接合強度や平坦性については特に開示しているものではなく、本発明とは相異する。なお、この方法で使用されている接着剤はカーボンファイバーを入れた樹脂材には適用されず、従ってこの点においても本発明と相異する。

また、「特許文献２」の「特開２０１０−６４３９７号」の「金属と樹脂の複合体及び製造方法」はミクロンオーダの粗度を有する粗面を形成して接合強度を増加させる技術が開示されているが、この接合技術では一体化強度の問題や平坦性の問題が解決されず本発明とは大きく相異するものである。また、この方法は金属に対しては適用されるが、ガラス等に対しては適用が無理であり、この点においても本発明と相異する。

また、「特許文献３」の「特開２００７−１０８０９１号」は、顕微鏡観察に使われるウエルスライドに関するものであり、板状の樹脂基材と接着剤を使いガラスプレートを張り合わせたものに過ぎないものである。また、基材としても石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等からなるものであり、シランカップリング剤は使用していないものであり、この構造では導電性、耐熱性、ガス機密性、長期耐久性を必要とする構造材料の用途には適さないものである。本発明は例えば、ガラスプレートに樹脂の熱可塑性又は熱硬化性を利用したインサート成形法で樹脂材とガラス等との化学的な結合を形成し、両部材の線膨張特性を同じにして導電性、耐久性、耐薬品性、ガス気密性、液体気密性、長期耐久性を持つ構造材料であり「特許文献４」はこれと相違するものである。

また、「特許文献４」の「特開２０１０−３２４８７号」は、微量な検体を生化学的解折に使うためのウエルスライドであるが、このものは光学検査用の光透過の窓を有していないものであり本発明とは別の技術である。

また、「特許文献５」の「特開２００９−８０１１９号」は、生物学的又は生化学的サンプルの樹脂容器に関するものであり、導電性、耐熱性、長期耐久性を必要とする構造材料でなく、試料の解折、分析等の容器としてインサート成形法を含む樹脂の射出成形でも製造される消耗材料であり本発明と異なる。

また、「特許文献６」の「特開２００９−１０６７８４号」は、血液試料採取用容器についてで、導電性、耐久性、長期耐久性を必要とする構造材料でなく、試料の解折、分析等の容器としてインサート成形法を含む樹脂の射出成形でも製造される消耗材料であり本発明と異なる。

また、「特許文献７」の「特開２０１０−２１４５８９号」は、本願発明に似ている技術といえるが、通常カーボン繊維１０％から２０％を樹脂に均一に分散させる技術はかなり困難である。従って、ガラス繊維のように、分散させることが容易な繊維を開示しているが、カーボン繊維については、開示できていない。本発明は、カーボン繊維の完成品及びその樹脂複合完成品を６００℃乃至１０００℃で焼成処理して生成したものを使用することにより、樹脂材の線膨張係数をガラス等と同じにし、かつ導電性、耐熱性、耐薬品性、ガラス気密性、液体気密性、長期耐久性を有するものとした技術を開示するものである。

また、「特許文献８」の「特開２００５−１７２６６６号」は、基材と基材の間の接合についての性能を強く規定する必要のない光分析器についてであり、本発明のように導電性、耐熱性、耐薬品性、ガス気密性、液体気密性、長期耐久性を発現するものとは大きく異なるものである。

また、「特許文献９」の「特開２００４−２６９８７８号」は、繊維強化複合材料に関してであり、積層により異なる基材をプレス成形により接合構造を得る方式であり、本発明とは異なる。

また、「特許文献１０」の「特開２００７−１１２０４１号」は、酸素濃度が０．０５乃至５Ｗｔ％であり、本発明と技術的内容が異なるものである。

前記のように光学検査用の検査物を検査する場合に使用される光学検査用ベースとしてはガラス等と成形用樹脂材とが完全に一体化されて気密性を有することが必要であり、その技術を開示することが要請されている。
ガラス等と成形用樹脂材を用いて光学検査用ベースの図１に示す成形を行う場合、成形用樹脂材への長繊維のカーボン繊維の混合分散が困難であることガラス等と成形用樹脂材の接合部において一体成形が不適切であり、極めて脆弱な状態となる問題点があり、この解決が要請されていた。
本発明は、この要請に鑑みて発明されたものであり、一体化されて気密性を確保する光学検査用窓を有する光学検査用ベースを提供することを目的とする。

本発明はガラス等とカーボン繊維やガラス繊維を含有した樹脂材とで構成される複合材料をインサート成形で一体結合してなる光学検査用窓を有する光学検査用ベースであり、樹脂材の線膨張係数をガラス等と同じにし、かつ導電性、耐熱性、耐薬品性、ガス気密性、液体気密性、長期耐久性を有するガラス樹脂一体の成形品を確立する技術である。

本発明は、後に記載するように表面官能基を有するカーボン繊維を使用するが、このカーボン繊維としては、まず、樹脂、ガラス繊維と混練する時、均一に分散出来るためカーボン繊維が分散性を有する必要がある。本発明は、カーボン繊維の完成品及びその樹脂複合完成品を６００℃乃至１０００℃で焼成処理して生成したカーボン繊維によりこの必要性が達成された。

本発明は、後に記載するように表面官能基を有するカーボン繊維を使用するが、このカーボン繊維としては、適切な表面の官能基を有するものであることが好ましく、一般的に組合わせるシランカップリング剤に親和的な結合を形成する表面官能基を有するものであることが望ましい。

本発明に用いるカーボン繊維は、特殊用途に用いられる高強度のＣＦＲＰに含まれるカーボン繊維を焼成処理して再利用したものである。このような処理はカーボン繊維の表面に機能性材料をコーティングして高温焼成処理したものでも良い。なお、再生カーボンファイバーであれば、価格的に経済性に優れた材料として用いることが出来る。

本発明は、前記目的を達成するために、請求項１の発明は、ガラス又は無機質結晶体（以下、ガラス等と言う）を載置した金型内に成形用樹脂材を注入して前記ガラス等の光学検査用窓として機能する部位を除き、前記ガラス等と前記成形用樹脂材とを一体化して形成される光学検査用ベースであって、前記成形用樹脂材は、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰと称呼する）原料もしくは成形品を不活性雰囲気中で６００℃乃至１０００℃で焼成処理し、マトリックスを除去して得た炭素繊維（以下、回収炭素繊維と言う）を含有するものからなり、前記ガラス等は、ビニル、エポキシ、スチリル、メタクリキシ、アクリロキシのうちの少なくとも１つの官能基を有するシランカップリング剤による層を界面に有するものからなり、前記光学検査用ベースは前記成形用樹脂材と前記ガラス等とをインサート成形により一般的に化学的結合して形成されるものからなることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記成形用樹脂材は、混練工程で分散性の付与機能の分極性の発現と繊維の表面に官能基が残存するところの回収炭素繊維を５％乃至２０％含有させ、それに加えてガラス繊維、一般の炭素繊維を含有することにより前記ガラス等と線膨張係数を概略同じにする成形用樹脂材と前記ガラス等をインサート成形により一体的に化学的に結合して形成されるものからなることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記成形用樹脂材を構成する炭素繊維の長さが３０乃至６００μｍの範囲にあり、アスペクト比（炭素繊維長さ／炭素繊維直径）が４乃至１００であることを特徴とし、かつ前記炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の原料もしくは成形品などの樹脂複合資材を６００℃乃至１０００℃で焼成処理して生成したものからなる回収炭素繊維を含有することを特徴とする。

本発明の請求項１の光学検査用窓を有する光学検査用ベースによれば、請求項１及び請求項２に記載されている成形用樹脂材を用いてガラス等との線膨張係数を同じにし、かつ導電性、耐熱性、耐薬品性、ガス気密性、液体気密性、長期耐久性を有する効果を上げる個とが出来る。

本発明の請求項３の光学検査用窓を有する光学検査用ベースによれば、繊維状カーボンとして使用するにおいて、経済的な添加率で熱膨張率を適切に制御することが可能であり、該繊維状カーボンを使用することにより好適な分散状態を容易に得ることが出来る。

本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの１つの実施例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 光学検査用窓を有する光学検査用ベースを射出成形するための金型の断面図であり、（ａ）は成形用平面部使用金型及び成形用背面部使用金型であり、（ｂ）はこの金型を用いて成形された光学検査用窓を有する光学検査用ベースの全体構造を示すもので図１（ｃ）と同一のものである。 ガラス及び／又は光透過性結晶部材にシランカップリング剤を塗布した状態を示す断面図であり、（ａ）はその全体図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大図である。 （ａ）はシランカップリング剤を塗布していないガラス等の組成及びその表面の化学的状況を示したものであり、（ｂ）は（ａ）の表面にシランカップリング剤を塗布した状態におけるシランカップリング剤処理表面における化学的状況を示したものである。 光学検査用の検査物として半導体を採用した場合の本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの適用実施例を示す断面図。 光学検査用の検査物としてＤＮＡ検査液を採用した場合の本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの適用実施例を示す断面図。 光学検査用の検査物としてフィルムを用いた場合の本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの適用実施例を示す断面図。 樹脂材とガラスとを接着剤で一体化した従来技術の概要構造を示す断面図。 ガラスの接合面に粗面を形成して樹脂材と一体化した従来技術の概要構造を示す断面図。

以下、本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの実施の形態を図面を参照して詳述する。

図１（ａ）、（ｂ）は光学検査用窓を有する光学検査用ベースの１つの実施例である成形用樹脂材からなる樹脂枠１を示す。
この成形用樹脂材からなる樹脂枠１には多くの（図示では６３ヶ所）被検査半導体挿入部４が凹設され、その中央に光学検査窓３が形成されている。また、図１（ｃ）に示すように成形用樹脂材からなる樹脂枠１の中間部にはガラス又は無機質結晶体（以下、ガラス等と言う）５が介設され、前記の光学検査窓３を形成している。このガラス等５と成形用樹脂材からなる樹脂枠１との接合部は気密性を有した状態で一体化されている。また、図１（ａ）に示す符号２は成形用樹脂材からなる樹脂枠１の連結用孔であり図示では４ヶ所穿孔されている。

図２（ａ）は図１（ａ）、（ｂ）の成形用樹脂材からなる樹脂枠１を射出成形するための上型と下型の如き金型を示すもので符号６は成形用平面部位用金型の断面図であり、符号７は成形用背面部位用金型の断面図である。また、符号８は成形用樹脂導入孔の位置に相当する部位を示す。
また、図２（ｂ）は図１（ｃ）と同様な図面であり、光学検査用窓を有する光学検査用ベースの全体構造を示す断面図である。

図３（ａ）は、光透過性結晶部材５と成形用樹脂材からなる樹脂枠１との接合部に塗布されたシランカップリング剤９を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部位の拡大模式的断面図である。

図４（ａ）はシランカップリング剤を塗布していないガラス等の組成及びその表面の化学的状況を示したものであり、（ｂ）は（ａ）の表面にシランカップリング剤を塗布した状態におけるシランカップリング剤処理表面における化学的状況を示したものである。

図５は、光学検査用の検査物として半導体１２を採用した場合の本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの適用実施例を示す部分断面図であり、紙幣１０がガラス等５の上面を通過して光学検査される状態が示されている。ここで符号１１は光学検査ユニットであり、符号１２は光学検査ユニット用筐体である。

図６は、光学検査用の検査物としてＤＮＡ検査液１４を採用した場合の本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースの適用実施例を示す部分断面図である。

図７は、光学検査用の検査物としてロール間を走るフィルム１４を用いた場合の実施例を示すものである。

本発明の光学検査用窓を有する光学検査用ベースは前記の実施例の他に各種の検査物に適用されることは勿論である。また、本発明は、以上の説明の内容に限定されるものではなく同一技術的範疇のものが適用されることは勿論である。

本発明の樹脂材としては以上の説明の他に熱可塑性樹脂にも適用され、更に、エンジニアリングプラスチックの活用／ポリカーボネート／ポリフェニルエーテルヒドロキシ基及び／又はエポキシ基及び／又はウレタン基及び／又はアクリル基などの官能基を含有する化合物にも適用される。また、ファイバーとしてはフレーク／粒子にも適用される。また、検査物としては前記の他に薄化半導体分野や液状物質やフイルム物質にも適用され、その利用分野は極めて広い。

本発明による樹脂材とガラス等との結合技術により、圧力容器、防爆装置等への応用展開も可能であり、ガラス等と一体化した成形品は広範囲な温度範囲（−２０乃至１５０）で長期にわたり（７から１０年）まったくソリ、変形なく高精度な光学特性を有するガラス樹脂一体の構造部材として、産業上、装置設計開発の分野への利用が出来、その利用範囲は極めて広い。

１ 成形用樹脂材からなる樹脂枠
２ 連結用孔
３ 光学検査窓
４ 被検査半導体挿入部
５ ガラス又は無機質結晶体（ガラス等）
６ 成形用平面部位用金型
７ 成形用背面部位用金型
８ 成形用樹脂導入孔の位置
９ ガラス等の成形用樹脂材との接合部に塗布されているシランカップリング剤
１０ 光学検査ユニット
１１ 光学検査ユニット用筐体
１２ 半導体
１３ ＤＮＡ検査液
１４ フィルム
１５ 接着剤
１６ 粗面

Claims (3)

1. ガラス又は無機質結晶体（以下、ガラス等と言う）を載置した金型内に成形用樹脂材を注入して前記ガラス等の光学検査用窓として機能する部位を除き、前記ガラス等と前記成形用樹脂材とを一体化して形成される光学検査用ベースであって、前記成形用樹脂材は、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰと称呼する）原料もしくは成形品を不活性雰囲気中で６００℃乃至１０００℃で焼成処理し、マトリックスを除去して得た炭素繊維（以下、回収炭素繊維と言う）を含有するものからなり、前記ガラス等は、ビニル、エポキシ、スチリル、メタクリキシ、アクリロキシのうちの少なくとも１つの官能基を有するシランカップリング剤による層を界面に有するものからなり、前記光学検査用ベースは前記成形用樹脂材と前記ガラス等とをインサート成形により一般的に化学的結合して形成されるものからなることを特徴とする光学検査用窓を有する光学検査用ベース。
2. 前記成形用樹脂材は、混練工程で分散性の付与機能の分極性の発現と繊維の表面に官能基が残存するところの回収炭素繊維を５％乃至２０％含有させ、それに加えてガラス繊維、一般の炭素繊維を含有することにより前記ガラス等と線膨張係数を概略同じにする成形用樹脂材と前記ガラス等をインサート成形により一体的に化学的に結合して形成されるものからなることを特徴とする請求項１に記載の光学検査用窓を有する光学検査用ベース。
3. 前記成形用樹脂材を構成する炭素繊維の長さが３０乃至６００μｍの範囲にあり、アスペクト比（炭素繊維長さ／炭素繊維直径）が４乃至１００であることを特徴とし、かつ前記炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の原料もしくは成形品などの樹脂複合資材を６００℃乃至１０００℃で焼成処理して生成したものからなる回収炭素繊維を含有することを特徴とする請求項１に記載の光学検査用窓を有する光学検査用ベース。

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