JP6667358B2 - Glass substrate generator - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板生成装置に係り、特に、電圧を印加して表面に微細な凹凸パターンが施されたガラス基板を製造するガラス基板生成装置に関する。 The present invention relates to a glass substrate generating apparatus, and more particularly, to a glass substrate generating apparatus that manufactures a glass substrate having a fine concavo-convex pattern formed on a surface by applying a voltage.
従来、ガラス基板上に微細なパターンを成形することは、たとえば、半導体製造工程等で用いられるフォトレジスト工程で行われ、高価なマスクおよび露光装置、エッチング装置等が必要となり、高コストと低い生産性とに問題があった。 Conventionally, forming a fine pattern on a glass substrate is performed, for example, in a photoresist process used in a semiconductor manufacturing process or the like, and requires an expensive mask, an exposure device, an etching device, and the like, resulting in high cost and low production. There was a problem with gender.
上記問題を解決するために、予め微細なパターンを形成した金型と、ガラス基板とを、ガラス軟化点付近まで加熱をして押圧成形する熱インプリント法が活用されている。 In order to solve the above-mentioned problem, a thermal imprint method is used in which a mold on which a fine pattern is formed in advance and a glass substrate are heated to a temperature close to the glass softening point and pressed.
ただし、熱インプリント法ではガラス基板を少なくともガラス転移点以上(好ましくは、ガラス素材の適正な粘度・流動性を確保するためにも、ガラス軟化点以上)の温度まで上昇させる必要があり、合わせてそのガラスの粘度に対応するだけの、強力な押圧力が必要であった。 However, in the thermal imprinting method, it is necessary to raise the temperature of the glass substrate to at least the glass transition point or higher (preferably, the glass softening point or higher in order to ensure appropriate viscosity and fluidity of the glass material). However, a strong pressing force was required to correspond to the viscosity of the glass.
これらを解決するために、金型に数百から数千kVの電圧を印加して押圧成形する手法がある。この手法を用いることにより、ガラス基板のアルカリ成分(Na+等)が電圧作用によって内部移動し、より低い温度での成形が可能である。また、アルカリ成分の移動により、成形後にエッチング工程を施す場合、選択的なエッチングを施すことが可能であり、より高アスペクトな形状を成形することが可能である。 In order to solve these problems, there is a method in which a voltage of several hundred to several thousand kV is applied to a metal mold to perform press molding. By using this method, an alkali component (such as Na +) of the glass substrate moves inward by a voltage action, and molding at a lower temperature is possible. In addition, in the case where an etching step is performed after molding by the movement of an alkali component, selective etching can be performed, and a shape having a higher aspect can be molded.
しかし、上金型と下金型との間にガラス基板を配置して面で挟み込む従来の成形方法において、小面積のガラス基板を成形する際には、押圧力を押圧面に対して均一に掛け易いが、ガラス基板が大面積化した場合には、部分的に圧力差が生じる個所ができ、押圧面に対して均一に押圧力を掛けることが困難であった。 However, in the conventional molding method in which a glass substrate is arranged between an upper mold and a lower mold and sandwiched between surfaces, when molding a small-area glass substrate, the pressing force is uniformly applied to the pressing surface. Although it is easy to apply, when the glass substrate has a large area, there is a portion where a pressure difference occurs partially, and it is difficult to uniformly apply a pressing force to a pressing surface.
本発明は、面押圧方式に代えてロール転写方式を採用するものである。そして、ロール転写方式に、電圧印加手段を適用するものである。 The present invention employs a roll transfer method instead of the surface pressing method. Then, a voltage applying means is applied to the roll transfer method.
請求項1に記載の発明は、ガラス基板が載置され、電気的に接地される積載ステージと、前記ガラス基板に転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が設けられており、前記積載ステージに載置されている前記ガラス基板に押し付けられながら回転移動することにより、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する成形ロールと、前記成形ロールの両端を絶縁体で支持する支持体と、前記成形ロールに電圧を印加する接触電極と、前記積載ステージと前記成形ロールとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記積載ステージと前記成形ロールの成形面との近傍に還元剤を吹き付ける吹き出し口を設けたガラス基板生成装置である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、前記成形ロールは上下に昇降可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載のガラス基板生成装置である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記積載ステージが水平移動することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガラス基板生成装置である。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、前記成形ロールの内部に発熱部を設けた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the glass substrate generating apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a heating unit is provided inside the forming roll .
請求項5に記載の発明は、前記積載ステージに発熱部を設けた請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the glass substrate generating apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein a heating unit is provided on the loading stage .
請求項6に記載の発明は、前記積載ステージを所定の温度に加熱することにより、前記積載ステージに載置されている前記ガラス基板を加熱するステージ用ヒータを有する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。
The invention according to
請求項7に記載の発明は、前記接触電極は、スリップリング電極である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、前記接触電極は、前記成形ロールとの接触箇所が板バネ状に形成されている板バネ電極である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。 The invention according to claim 8, wherein the contact electrode is a leaf spring electrode in which a contact portion with the forming roll is formed in a leaf spring shape . It is a glass substrate generation device.
請求項9に記載の発明は、前記接触電極は、前記成形ロールとの接触箇所がブラシ状に形成されているブラシ電極である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のガラス基板生成装置である。
The invention according to
本発明によれば、電圧を印加した成形ロールで押圧成形することにより、大面積のガラス基板を効率よく押圧成形することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a large-sized glass substrate can be press-formed efficiently by press-forming with the forming roll to which voltage was applied.
電圧を印加することにより、ガラス基板の成分のうちNa+等のアルカリ成分の分布を、予め成形ロールに施した微細なパターンに相当する分布にコントロールすることが可能となり、成形ロールに電圧を印加させないで成形する場合よりも、より低い成形温度(ガラス転移点以下)でも成形可能となり、効率的にガラス基板に微細なパターンを成形することが可能となる。 By applying a voltage, it is possible to control the distribution of the alkali component such as Na + among the components of the glass substrate to a distribution corresponding to a fine pattern previously applied to the forming roll, so that no voltage is applied to the forming roll. It is possible to mold even at a lower molding temperature (below the glass transition point) than in the case of molding by the method described above, and it is possible to efficiently form a fine pattern on a glass substrate.
また、押圧成形後も、ガラス基板上にアルカリ成分の分布は残るので、後工程でのエッチング工程においても、選択的エッチングが可能となる。 In addition, since the distribution of the alkali component remains on the glass substrate even after the pressure molding, selective etching can be performed even in an etching process in a later process.
以上の作用により、無反射板、偏光板、タッチパネル用センサ基板等のガラス表面に微細構造を有する機能性ガラス基板等を効率よく生産することが可能となる。 By the above operation, it is possible to efficiently produce a functional glass substrate having a fine structure on a glass surface such as a non-reflection plate, a polarizing plate, and a sensor substrate for a touch panel.
図1(a)は、本発明の実施形態に係るガラス基板生成装置(ガラス基板成形装置)1の概略構成を示す図である。 FIG. 1A is a diagram illustrating a schematic configuration of a glass substrate generating apparatus (glass substrate forming apparatus) 1 according to an embodiment of the present invention.
なお、以下説明の便宜のために、水平方向の一方向をX軸方向とし、水平方向の他の一方向であってX軸方向に直交する方向をY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向とする。 For convenience of description, one direction in the horizontal direction is defined as an X-axis direction, another direction in the horizontal direction that is orthogonal to the X-axis direction is defined as a Y-axis direction, and a vertical direction is defined as a Z-axis direction. And
図1(a)に示すように、ガラス基板成形装置(ロール成形装置)1は、たとえば、平板状等の板状のガラス基板Wを所定の温度に予め加熱して軟化させ、この軟化したガラス基板W上(たとえば、ガラス基板Wの厚さ方向の一方の面;図1(a)ではガラス基板Wの上面)に、微細な凹凸形状(凹凸パターン)を押圧成形する装置である。この際、電圧印加手段(電圧印加部)21Aが所定の電圧をガラス基板Wに対して印加するものである。 As shown in FIG. 1A, a glass substrate forming apparatus (roll forming apparatus) 1 softens a glass substrate W in a plate shape such as a flat plate by heating it to a predetermined temperature in advance. This is an apparatus for pressing and forming a fine uneven shape (an uneven pattern) on a substrate W (for example, one surface in the thickness direction of the glass substrate W; the upper surface of the glass substrate W in FIG. 1A). At this time, the voltage applying means (voltage applying unit) 21A applies a predetermined voltage to the glass substrate W.
すなわち、ガラス基板成形装置1には、制御装置21が備えられている。この制御装置21は、入力と出力とを行う制御部と、電圧を印加する電圧印加部21Aとを備えている。この電圧印加部21Aの制御によってガラス基板Wに電圧を付加する。
That is, the glass
図1(a)を参照し、詳細に説明する。ガラス基板Wが載置され、電気的に接地される積載ステージ5と、ガラス基板Wに転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が円柱側面状の外周に設けられており、積載ステージ5に載置されているガラス基板Wに押し付けられながら回転移動することにより、微細な凹凸形状を積載ステージ5に載置されているガラス基板Wへ転写し、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する円筒状もしくは円柱状の成形ロール3と、成形ロール3の両端を絶縁体で支持する成形ロール支持体9と、回転中でも成形ロール3に電圧を印加できる接触電極3Aと、積載ステージ5と成形ロール3との間に電圧を印加する電圧印加手段(電圧印加部)21Aと、を備えたガラス基板成形装置1である。
This will be described in detail with reference to FIG. A
また、上記成形ロール3と上記積載ステージ5とはお互いが直接接触しておらず、成形ロール3と積載ステージ5との間にガラス基板Wが存在し、成形ロール3と積載ステージ5とはお互いが絶縁状態になっている。
Further, the forming
上記電圧印加手段21Aは、成形ロール3の所定の部位(微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が設けられていない所定の部位)に設置されたモリブデンのスリッピング電極(接触電極)3Aと、積載ステージ5に接続された電線とに電圧を加えるように構成されている(図11、図12参照)。
The
また、ガラス基板成形装置1において、成形ロール3は、上下に昇降可能に構成され、積載ステージ5は、水平移動可能に構成され、積載ステージ5と成形ロール3の成形面との近傍には還元剤を吹き付ける吹き出し口を設けた構成(構造)になっている。
In the glass
さらに、成形ロール3の内部には、成形ロール3を加熱する成形ロール用ヒータ23が、積載ステージ5の内部には、積載ステージ5を所定の温度に加熱するステージ用ヒータ7が設けられている。前記ステージ用ヒータ7は、積載ステージ5に積載されているガラス基板Wを加熱する。
Further, inside the forming
なお、図1(a)に示すように、電圧を印加するのは、成形ロール3側でも積載ステージ5側でも構わないが、一般的には成形ロール表面に所望のパターンを施してそれをガラス基板W表面に転写させるので、成形ロール3側に電圧を印加させて積載ステージ5側を接地させる。
As shown in FIG. 1 (a), the voltage may be applied to either the forming
電圧を印加させながら押圧成形をする際は、水素等の還元剤が必要となる場合がある。ロール成形面とガラス基板Wとの近傍に水素ガス(還元剤)を吹き付けるノズルを設けると効率的に成形が可能となる。 When performing pressure molding while applying a voltage, a reducing agent such as hydrogen may be required. If a nozzle for blowing hydrogen gas (reducing agent) is provided in the vicinity of the roll forming surface and the glass substrate W, forming can be performed efficiently.
なお、微細な凹凸形状付ガラス基板は、光の波長レベル(すなわち、サブミクロンからナノメータレベル)の微細形状を形成することにより、屈折率異方性を利用した偏光分離素子や、無反射構造素子として応用可能である。具体的には、微細な凹凸形状付ガラス基板は、DVD等の信号ピックアップ光学系の異なる波長の偏光分離や、デジタルスチルカメラに代表される撮像光学系の無反射フィルター等に応用される。 The glass substrate with fine irregularities is formed by forming a fine shape at a wavelength level of light (ie, from submicron to nanometer level), thereby using a polarization splitting element utilizing refractive index anisotropy or a non-reflection structure element. It is applicable as. Specifically, the glass substrate having fine irregularities is applied to polarization separation of different wavelengths in a signal pickup optical system such as a DVD, an antireflection filter of an imaging optical system represented by a digital still camera, and the like.
また、上記積載ステージ5は、成形ロール3の軸(中心軸)C1と垂直方向で移動可能になっている。たとえば、成形ロール3の軸C1は、水平方向(Y軸方向)に延びており、積載ステージ5は、水平方向であって成形ロール3の軸C1と直交する方向(X軸方向)に移動自在になっている。
The
この際、上述のようにガラス基板Wには電圧が印加される。 At this time, a voltage is applied to the glass substrate W as described above.
なお、図1(a)に示すように、上軸構成部材13は、フレーム15に対して鉛直方向(Z軸方向)で移動自在になっている。また、積載ステージ5の上方に成形ロール3が位置しており、積載ステージ5上に載置されたガラス基板(厚さ方向がZ軸方向になり、幅方向がY軸方向になり、長手方向がX軸方向になるように載置されたガラス基板)Wの上面に、成形ロール3から微細な凹凸形状が転写されて、ガラス基板Wの成形がなされるようになっている。
As shown in FIG. 1A, the
ところで、上記積載ステージ5をX軸方向で移動自在にする代わりに、積載ステージ5をフレーム15に一体的に設け、上軸構成部材13が、フレーム15に対してZ軸方向およびX軸方向で移動自在になっている等の構成であってもよい。
By the way, instead of making the
そして、図1(a)に示す制御装置21の制御の下、放射温度計27を用いて、成形ロール3の微細な凹凸形状が形成されている面(円柱側面状の外周面)の温度を測定し、放射温度計27が測定した温度に応じて、成形ロール用ヒータ23の発熱量を制御(フィードバック制御)し、成形ロール3の微細な凹凸形状が形成されている面の温度を制御するように構成されている。
Then, under the control of the
また、ガラス基板成形装置1には、少なくとも成形ロール3とガラス基板Wとを内部に包含することができる(位置させることができる)成形チャンバー(チャンバー)29が設けられている。
Further, the glass
そして、成形チャンバー29内を、真空にしまたは不活性ガス(たとえば、N2ガス、アルゴン等の希ガス、CO2ガスの少なくともいずれかのガス)に置換することが可能なように構成されている。
The inside of the
そして、図1(a)に示すロードセル11は、成形ロール3のガラス基板Wへの押し付け力(押圧力)を測定する押し付け力測定手段の例であり、制御装置21の制御の下、ロードセル11の測定結果に応じて押し付け力がほぼ一定になるような制御(フィードバック制御)をしつつ、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形するように構成されている。
The
さらに説明すると、ガラス基板成形装置1には、積載ステージ5をX軸方向で移動自在な(移動位置決め自在な)ステージ移動手段31と、成形ロール3をZ軸方向で移動自在な(移動位置決め自在な)成形ロール移動手段33とが設けられている。
More specifically, the glass
上記ステージ移動手段31は、たとえば、ステッピングモータ35等のアクチュエータと、ボールネジ37とを備えて構成されている。そして、リニアガイドベアリング39を介してフレーム15に移動自在に設けられている積載ステージ5が、ステッピングモータ35によって回転駆動されるボールネジ37によって移動するようになっている。なお、ステッピングモータ35の回転出力軸とボールネジ37とは、タイミングベルト41を介して連結されているが、タイミングベルト41に代えてもしくは加えてギヤ等の動力伝達部材を介して、ステッピングモータ35の回転出力軸とボールネジ37とが連結されていてもよい。
The stage moving means 31 includes, for example, an actuator such as a stepping
上記成形ロール移動手段33は、たとえば、サーボモータ(押圧用モータ)43等のアクチュエータと、ボールネジ45とを備えて構成されている。そして、リニアガイドベアリング47を介してフレーム15に移動自在に設けられている上軸構成部材13が、サーボモータ43によって回転駆動されるボールネジ45によって移動位置決めされるようになっている。
The forming
さらに、上記成形ロール支持体9は、ロードセル11を介して上軸構成部材13に設けられている。そして、制御装置21の制御の下、ロードセル11で測定した押圧力(ガラス基板Wに微細な凹凸形状を転写すべく成形ロール3でガラス基板Wを押圧するときの押圧力)が一定になるように、サーボモータ43を制御するようになっている。また、ガラス基板成形装置1では、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する場合、成形ロール3に対してガラス基板Wが所定の移動速度で移動するように構成されている。
Further, the forming
また、ガラス基板成形装置1には、成形ロール3を、軸C1を中心にして回転(自転)させる成形ロール回転手段49が設けられている。成形ロール回転手段49は、ステッピングモータ51等のアクチュエータを備えて構成されている。そして、成形ロール3が、ステッピングモータ51によって回転駆動されるようになっている。
Further, the glass
ガラス基板成形装置1についてさらに詳しく説明する。
The glass
<成形チャンバー29について>
図1(a)に示す成形チャンバー29は、フレーム15に支持されて設けられている。成形チャンバー29には、N2ガス供給装置52と真空ポンプ55とが連結されており、成形チャンバー29の内部を、真空ポンプ55とN2ガス供給装置52とによってN2ガスに置換することも、真空ポンプ55によって真空にすることも可能な構造となっている。
<About the
The
また、上記成形チャンバー29は、上側成形チャンバー(上部チャンバー)29Aと、下側成形チャンバー(下部チャンバー)29Bとで構成されており、上下に分割することが可能な構造となっており、フレーム15の上部に設けられたチャンバー昇降シリンダ57等のアクチュエータを用いて、上部チャンバー29Aのみを上昇させることにより、成形チャンバー29を開閉することが可能な構造となっている。上部チャンバー29Aを上昇させてチャンバー29を開くことにより、ガラス基板Wの搬出入や内部機器のメンテナンス(成形ロール3の交換作業など)を行うことができるようになっている。
The
<成形ロール3の押圧機構について>
図1(a)に示す上部チャンバー29Aには上軸構成部材13が挿入されている。上部チャンバー29Aの内部に挿入された上軸構成部材13の下端に、成形ロール3の押付力検知用のロードセル11と、成形ロール3や成形ロール支持体9を備えて構成されている成形ロールユニットとが連結されている。
<About the pressing mechanism of the forming
The
上記上軸構成部材13の上端側は、フレーム15に設けられた押圧用のリニアガイドベアリング47、押圧用のボールネジ45、押圧用のサーボモータ43がそれぞれに連結されており、サーボモータ43を回転制御することにより、上軸構成部材13(成形ロール3)が上下に移動することが可能な構造となっている。
A linear guide bearing 47 for pressing, a
なお、本実施形態では、サーボモータ43とボールネジ45とによる機構で、成形ロール3を上下に移動させているが、リニアモータ等の別の駆動手段で成形ロール3を上下に移動させても構わない。
In the present embodiment, the forming
上記上部チャンバー29Aに挿入される上軸構成部材13に対するシール構造は、たとえば、円筒状の溶接ベローズ59でシールしている。ただし、溶接ベローズ59に限らず、Oリング等のシール構造でも可能であるが、Oリング等によるシール構造の場合、上軸構成部材13の移動の際に摺動抵抗等の発生要因となるため、成形ロール3の押圧力を正確に管理・制御するためには、溶接ベローズ59を用いた構造であることが望ましい。
The sealing structure for the
上記上軸構成部材13の上下方向の駆動は、予め設定された速度・位置に向かってサーボモータ43を速度制御するが、ガラス基板Wに成形ロール3が接触すると、成形ロール3と上軸構成部材13との間に配置されたロードセル11によって押圧力が検知され、予め設定された押圧力となるようにサーボモータ43を押圧力制御に切り替えることが可能な構成になっている。
The vertical driving of the
なお、ロードセル11は上部チャンバー29Aの内部に配置されているが、上部チャンバー29Aの外(たとえば、上軸構成部材13とボールネジ45のナット45Aとの間)に配置してもよい。ただし、上部チャンバー29Aの外にロードセル11を配置すると、上部チャンバー29A内を真空にした場合、上軸構成部材13が大気圧に押される力や、押圧用ガイド部(リニアガイドベアリング47)や、真空シール部の摺動抵抗等も合わせて検知されてしまうため、微細な押圧力を正確に管理・制御する場合は、ロードセル11を、図1(a)で示す配置のように、上部チャンバー29A内に配置することが望ましい。
The
また、図示していないが、押圧用のリニアガイドベアリング47の付近等に、リニアスケールを配置することにより、押圧軸方向(Z軸方向)の成形ロール3の位置制御を正確に管理・制御すること等を行ってもよい。
Although not shown, a linear scale is disposed near the linear guide bearing 47 for pressing, etc., so that the position control of the forming
成形ロール3の温度測定(測温)は、上記放射温度計27によってなされるようになっている。そして、測温された温度をフィードバックして赤外線ランプ25(図2〜図4等参照)の出力を制御することにより、成形ロール3を予め設定された温度に制御することができるようになっている。
The temperature measurement (temperature measurement) of the forming
上記積載ステージ5の移動は、積載ステージ5に連結されるボールネジ37とステッピングモータ35とによって行われる。ボールネジ37はチャンバー29内に配置されている。チャンバー29には、ボールネジ37を回転自在に支持する回転軸支持部材77が設けられており、チャンバー29の気密性を確保するために(シール性を維持するために)、回転軸支持部材77には磁性流体シールが設けられている。
The movement of the
上記積載ステージ5の駆動は、予め設定された移動速度でステッピングモータ35を制御することにより、任意の移動速度で駆動することが可能になっている。
The
成形ロール3側に電圧を印加させるためには、回転する成形ロール3に電極(接触電極)3Aを設置する必要がある。成形ロール3は両端をセラミック等の絶縁体(成形ロール支持体9)で支持し、電極3Aはスリップリング等の電極を接触させながら回転させる機構が必要となる。
In order to apply a voltage to the forming
また、ガラス基板成形装置1には、成形ロール3(成形ロール3自身)を所定の温度に加熱する成形ロール用ヒータ23が設けられている。成形ロール用ヒータ23は、成形ロール3の内部に設けられている。成形ロール用ヒータ23は、たとえば、成形ロール3の内側で成形ロール3の軸C1に沿って配置された細長い円柱状の赤外線ランプ25(図4参照)で構成されているが、赤外線ランプ25の代わりに、ロッドヒータ等で成形ロール用ヒータ23を構成してもよい。
Further, the glass
<成形ロール3の加熱について>
図2は、成形ロール3が設けられている部位(成形ロール部)の概略構成を示す斜視図であり、図3は、成形ロール3が設けられている部位の概略構成を示す平面図であり、図4は、図3におけるIV−IV断面を示す図である。
<About heating of forming
FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a portion (forming roll portion) where the forming
図2を参照するに、成形ロール3は、円筒状に形成されて中空構造となっており、中空穴内部に赤外線ランプ25が配置されている。なお、実施形態では、赤外線ランプ25を使用しているが、ロッドヒータ(シースヒータ)や高周波誘導加熱等の別の加熱手段であっても構わない。
Referring to FIG. 2, the forming
上記成形ロール3は、両側面をセラミック製で円筒状の断熱軸部材61で挟み込まれ、両サイドを支持するベアリング(転がり軸受け)63に挿入される円筒状の軸部材(各断熱軸部材61の両側に設けられている軸部材)65にボルト67(図4参照)で連結されている。すなわち、Y軸方向で、一方の軸部材65、一方の断熱軸部材61、成形ロール3、他方の断熱軸部材61、他方の軸部材65の順に並んで、各軸部材65、各断熱軸部材61、成形ロール3が一体になって、全体として円筒状に形成されている。
The forming
上記セラミック製の断熱軸部材61として、熱伝導率の低い、窒化珪素を用いているが、同様な目的を満たす材料であれば、特に材料を限定するものではない。
Silicon nitride having low thermal conductivity is used as the heat insulating
赤外線ランプ25を用いて、成形ロール3の内部から加熱を行うようになっている。本実施形態では650℃程度まで昇温するようにしているが、能力的には800℃〜1500℃程度まで昇温することも可能なようになっている。
The heating is performed from the inside of the forming
成形ロール3を中心軸C1から赤外線ランプ25で加熱することにより、成形ロール3の同心円上が均一に加熱可能になっている。すなわち、成形ロール3の表面の成形面における温度ムラが全周にわたり±1℃以内になるように、成形ロール3を加熱することが可能になっている。
By heating the forming
<成形ロール3の回転について>
図2に示すように成形ロール3の回転支持は、ベアリング(転がり軸受け)63を用いるが、真空環境下で、かつ、高温環境下に配置されるため、固体潤滑方式の耐熱真空対応の特殊ベアリングを使用するのが望ましい。また、ベアリング(転がり軸受け)63の周辺に水冷ジャケット75を設けて、ベアリング(転がり軸受け)63の温度上昇を抑制できるようになっている。
<Rotation of forming
As shown in FIG. 2, a bearing (rolling bearing) 63 is used to support the rotation of the forming
さらに説明すると、成形ロール3は、成形ロール支持体9に回転自在に設けられており、軸C1を中心にして回転するようになっている。成形ロール支持体9は、押圧用のロードセル11を介して上軸構成部材13に支持されている。また、成形ロール支持体9は、図3、図4に示すように、ボルトBTにより、ロードセル11の下部でロードセル11に着脱自在に設けられている。積載ステージ5は、フレーム15にX軸方向で移動自在に設けられている。これにより、成形ロール3が積載ステージ5に載置されたガラス基板Wに対して相対的にころがり接触をなして移動するようになっている。
More specifically, the forming
なお、ステッピングモータ51の回転出力軸と成形ロール3とは、ギヤ53(図3、図4参照)等を介して連結されているが、ギヤ53に代えてもしくは加えてタイミングベルト等の動力伝達部材を介して、ステッピングモータ51の回転出力軸と成形ロール3とが連結されていてもよい。
The rotation output shaft of the stepping
図3、図4に示す成形ロール回転手段49が設けられていることにより、転写の際、制御装置21の制御の下、積載ステージ5の動きに対して成形ロール3を所定の回転数で同期させて回転させることができるようになっている。すなわち、ガラス基板W(積載ステージ5)の移動速度と、成形ロール3の外周の周速度とをお互いに等しくすることができるようになっている。
Since the forming
なお、成形ロール3を成形ロール回転手段49で回転させることなく、成形ロール3をガラス基板Wに押し付けた状態で、積載ステージ5の動作(移動)にしたがって、成形ロール3がフリーに回転する構成であってもよい。
A configuration in which the forming
ガラス基板Wの成形が完了した後にチャンバー29を開く前に、成形ロール3を、大気中における非酸化温度(約200℃程度)まで冷却する必要があるため、図3に示すように窒素噴出ノズル73を設けて、冷却工程における成形ロール3の空冷ができる構造としてある。
Before the
また、成形ロール3の一方の側に、図3、図4に示すように、ギヤ53とステッピングモータ51とを配置することにより、成形ロール3を回転させるようにしてある。ステッピングモータ51も、高温・真空環境下に配置されるため、真空対応可能な特殊機器を採用してある。また、熱対策のため、水冷ジャケット内にモータを収納してある。
Also, as shown in FIGS. 3 and 4, a
成形ロール3の回転はステッピングモータ51により、予め設定された任意の回転速度で制御することが可能である。また、積載ステージ5の移動速度に合わせて(同期させて)、成形ロール3の回転速度を制御することも可能である。
The rotation of the forming
なお、上記ステッピングモータ51の駆動源を用いず(フリーな状態)、成形ロール押圧による積載ステージ5との摩擦力による駆動も可能である。この場合、ステッピングモータ51ヘの励磁を切るか、ステッピングモータ51の回転出力軸(モータ軸)とギヤ53との間にクラッチ機構などを設けてもよい。
Note that, without using the driving source of the stepping motor 51 (in a free state), driving by the frictional force with the
成形ロール3の材質は、加熱の際の熱伝導率を考慮して、比較的熱伝導率の高い超硬やタングステン合金を用いている。ただし、必要に応じて、ステンレス等の成形ロールを用いても構わない。
As the material of the forming
なお、ガラス基板Wに接触する成形ロール3の円柱側面状の成形面は、高温のガラスが接触しても融着反応をしないようにするため、貴金属系のコーティングやDJCコーティング(ダイヤモンドライクカーボン)等の離型膜を施してあることが望ましい。また、図3や図4では、ステッピングモータ51等が取り付けられていない方の軸端側にバランスウェイト70が設けられている。これにより、成形ロール3の回転、振動、押圧力などを安定化させることができる。
The cylindrical side surface of the forming
なお、図1(a)に示す放射温度計27で測温する場合、成形ロール3の材質によって放射率が異なるため、放射温度計27に放射率等を設定する必要がある。ガラス基板成形装置1では、図5で示すように、上軸構成部材13の中心部から校正用熱電対(TypeK)69を挿入し、成形ロール3に突き当てることによって成形ロール3の表面を測温して、放射温度計27の実測値との誤差を修正している。また、ガラス基板成形装置1では、超硬製の成形ロール3を使用しているが、たとえば、ステンレス鋼等の材料に変更した場合は、別途同様な校正作業が必要となる。
When the temperature is measured by the
図5(a)、(b)に示す校正用熱電対69を挿入した状態で成形ロール3を回転させると、校正用熱電対69の先端が成形ロール3の表面上を滑って、成形ロール3の表面を傷つけることになるので、校正作業中は成形ロール3の回転を停止させておく必要がある。したがって、実際のガラス基板Wの成形動作中は、校正用熱電対69は、成形ロール3に接触しない位置まで退避させておく必要がある。
When the forming
さらに説明すると、成形ロール支持体9には、軸C2を中心とした円柱状の孔71が、成形ロール支持体9の下端部から上方に向かって形成されている。孔71の内部に校正用熱電対69が設けられている。校正用熱電対69が、図5(a)に示す位置(校正用熱電対69が成形ロール3に接触している位置)と、図5(b)に示す位置(校正用熱電対69が成形ロール3から上方に離れている位置)との間で移動するようになっている。なお、軸C2は、成形ロール3の回転中心軸C1と直交してZ軸方向に延びている軸である。これにより、成形ロール3の真上に孔71が設けられており、校正用熱電対69が成形ロール3の真上(成形ロール3の中心の真上)に位置していることになる。
More specifically, a
なお、ガラス基板成形装置1では、図5に示す成形ロール3の測温に放射温度計27を用いているが、成形ロール3内に熱電対を埋め込み、成形ロール3の回転に対応するスリップリング電流端子等を経由して、測温をしてもよい。
In the glass
さらに、図6に示すように、成形ロール3を、ボルト67を用いて各断熱軸部材61と各軸部材65とで挟み込む場合、ボルト67を介して成形ロール3の熱が各軸部材65に伝わることを防止するためのカラー68を設けてもよい。なお、カラー68は、断熱軸部材61と同様な材質で構成されているものとする。
Further, as shown in FIG. 6, when the forming
上述のように、図1(a)に示すガラス基板成形装置1には、図7に示すように、ガラス基板Wが、たとえば、積載されて載置される積載ステージ5と、ステージ用ヒータ7とが設けられている。ステージ用ヒータ7は、複数本のロッドヒータ17で構成され、積載ステージ5の内部に埋め込まれて設けられている。また、ロッドヒータ17に代えて、もしくは加えて、赤外線ランプ等でステージ用ヒータ7を構成してもよい。そして、ステージ用ヒータ7で積載ステージ5(積載ステージ5自身)を所定の温度に加熱することにより、積載ステージ5に載置されているガラス基板Wを、成形ロール3による押圧成形が可能な所定の温度まで加熱するようになっている。
As described above, in the glass
<積載ステージ5の移動について>
図7〜図12で積載ステージ5の詳細について示す。図7は、積載ステージ5の斜視図であり、図8は、ロッドヒータ17の概略構成を示す図である。図9は、積載ステージ5の平面図であり、図10は、積載ステージ5の側面図(図9の矢印X方向から見た図)であり、図11は、成形ロール3と積載ステージ5とを示した図であり、図12は、積載ステージ5のワークを押さえるワークオサエ(プレート)87を示す図である。
<About the movement of the
7 to 12 show the details of the
図7〜図12を参照するに、積載ステージ5は、チャンバー29内の下部に配置されるリニアガイドベアリング39を介してフレーム15に支持されており、積載ステージ5は、成形ロール3の軸C1に対して垂直方向(X軸方向)で移動可能となっている。
Referring to FIGS. 7 to 12, the
<積載ステージ5の加熱について>
図7に示す積載ステージ5は、リニアガイドベアリング39(図1(a)参照)上にSUS製水冷板(内部に水冷機構のあるSUS製水冷板)79を設け、その上にセラミック製の断熱板81を設け、その上に6本のロッドヒータ17を挿入したヒータブロック83を設け、その上に、タングステン合金製のダイプレート85を設け、その水平面状の上面にガラス基板Wを載せる構成としてある。
<About heating of
The
なお、断熱板81、ヒータブロック83、ダイプレート85等の配置は、必ずしも上記に限定されるものではなく、たとえば、ヒータブロック83上にガラス基板Wを直接載置する等の構成であってもよい。
Note that the arrangement of the
上記セラミック製の断熱板81は、特に熱伝導率の低い材料として、窒化珪素を用いている。ヒータブロック83は、特に熱伝導率が高く、比熱容量の少ない材料として、炭化珪素を用いている。
The ceramic
上記ダイプレート85とプレート87とは、熱伝導率等が高い材料として、タングステン合金を用いている。なお、ダイプレート85とプレート87との接触面(ガラス基板Wとの接触面)は、高温のガラス基板Wが接触しても融着反応をしないようにするため、貴金属系のコーティングやDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の離型膜を施してあることが望ましい。
The
積載ステージ5のヒータブロック83に挿入するロッドヒータ17は、図8に示すように、3つのゾーンZ1,Z2,Z3でロッドヒータ17の出力を分けており、積載ステージ5の短手方向(ロッドヒータ17の挿入方向;Y軸方向)の均一加熱化を図っている。
The
図9に示すように、ガラス基板成形装置1には、複数本の温度測定素子(たとえば、熱電対)19が設けられており、制御装置21の制御の下、各温度測定素子19が測定した積載ステージ5の内部の温度に応じて、ステージ用ヒータ7の発熱量を制御(フィードバック制御)し、積載ステージ5の複数エリアの温度をゾーン制御するように構成されている。なお、複数本の温度測定素子19は積載ステージ5の内部に埋め込まれている。
As shown in FIG. 9, a plurality of temperature measuring elements (for example, thermocouples) 19 are provided in the glass
積載ステージ5の長手方向(X軸方向)では、図9で示すように、ロッドヒータ17がほぼ等間隔に離れて6本挿入されている。そして、対応する2本のロッドヒータ17毎に、それぞれゾーン制御を行い(各ゾーンZ4,Z5,Z6毎の温度制御を行い)、積載ステージ5の均一加熱をするようになっている。
In the longitudinal direction (X-axis direction) of the
図9を参照し、より詳しく説明すると、ロッドヒータ17の細長い発熱部がY軸方向に延びるようにして、ロッドヒータ17がヒータブロック83内に埋め込まれて設けられている(図7参照)。また、各ロッドヒータ17は、Z軸方向では同じ高さに位置しており、X軸方向では、所定の間隔をあけて設けられている。また、お互いが隣接する2つのロッドヒータ17の間であってヒータブロック83の内部には、熱電対(ゾーンZ4とゾーンZ5とゾーンZ6とに設けられている熱電対)19が設けられている。熱電対19は、各ロッドヒータ17の間のそれぞれに設けられているのではなく、各ロッドヒータ17の間で1つおきに設けられている。そして、各熱電対19が測定した温度に応じて、各熱電対19に対向している2つの各ロッドヒータ17の出力をそれぞれ制御して、積載ステージ5の温度を制御するようになっている。
More specifically, referring to FIG. 9, the
具体的には、図9でゾーンZ4に設けられている熱電対19が測定した温度が、他の2つの熱電対19が測定した温度よりも低い場合には、ゾーンZ4の2つのロッドヒータ17(最も左側のロッドヒータ17と左から2番目のロッドヒータ17と)の出力を上げるようになっている。
Specifically, when the temperature measured by the
この構造により、積載ステージ5のガラス基板Wの積載面の温度分布は±1℃以内に加熱されるようになっている。
With this structure, the temperature distribution on the loading surface of the glass substrate W of the
本実施形態のガラス基板成形装置1では、600℃程度まで積載ステージ5の加熱を行っているが、能力的には800℃〜1500℃程度まで昇温することは可能である。ロッドヒータ17の出力分布や、挿入本数、熱電対19による測温点数などは、成形されるガラス基板Wのサイズによって、同様な目的を逸脱しない範囲で変更してもよい。
In the glass
成形されるガラス基板Wは、積載ステージ5を加熱することにより、熱伝導によって加熱され、所定の成形温度まで加熱される。
The glass substrate W to be formed is heated by heat conduction by heating the
図10を参照するに、成形が完了した後にチャンバー29を開く前に、積載ステージ5を、大気中における非酸化温度(約200℃程度)まで冷却する必要があるため、積載ステージ5の内部に設けた冷却溝に窒素ガスを流して積載ステージ5を冷却するようになっている。矢印A1で冷却用窒素ガスの流れを示す。この場合、チャンバー29内における窒素ガスの圧力が上昇し過ぎることを防止するために、チャンバ−29内にリリーフバルブ(図示せず)が設けられている。
Referring to FIG. 10, after the molding is completed and before the
また、ガラス基板成形装置1では、セラミック製の断熱板81とヒータブロック83との接触界面に、窒素ガス等の冷媒を流すための幅4mm、深さ0.5mmの冷却溝を複数本設けている。ただし、冷却溝の形状や数量は、同様な目的を逸脱しない範囲で変更してもよい。
In the glass
図11に示すように、ガラス基板Wが載置され、電気的に接地される積載ステージ5と、ガラス基板Wに転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が設けられており、積載ステージ5に載置されているガラス基板Wに押し付けられながら回転移動することにより、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する成形ロール3と、成形ロール3の両端を絶縁体で支持する成形ロール支持体9と、回転中でも成形ロール3に電圧を印加できる接触電極3Aと、積載ステージ5と成形ロール3との間に電圧を印加する電圧印加手段21A(図1(a)参照)と、を備えている。
As shown in FIG. 11, a
図12を参照するに、ガラス基板Wの両サイドには、ワークを押さえるためのプレート87が配置されており、このプレート87でガラス基板Wを保持することによって、ガラス基板Wが成形される際に浮き上がったり、移動したりしないように押さえ付けるようになっている。ワークの押さえは、プレート87により、ガラス基板Wの幅方向の両端部を押さえてなされるようになっている。
Referring to FIG. 12,
一方、図1(b)に示すように、ガラス基板Wに転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が設けられている成形ロール(第1の成形ロール)3と、第1の成形ロール3の両端を絶縁体で支持する第1の支持体(図示省略)と、第1の成形ロール3に電圧を印加する接触電極(第1の接触電極)3Aと、第1の成形ロール3と協働してガラス基板Wを挟み込み、第1の成形ロール3とともに回転することで、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する第2の成形ロール4と、第2の成形ロール4の両端を絶縁体で支持する第2の支持体(図示省略)と、第2の成形ロールを電気的に接地する第2の接触電極3Bと、各成形ロール3,4が、ガラス基板Wを挟み込んで回転駆動しているときに、第1の成形ロール3と第2の成形ロール4との間に電圧を印加する電圧印加手段21(図1(a)参照)と、を有する構成としてもよい。すなわち、図1(a)では、第2の成形ロール4が記載されていないが、図1(b)に示すように、第2の成形ロール4を追加して構成することが可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, a forming roll (first forming roll) 3 provided with fine irregularities opposite to the fine irregularities transferred to the glass substrate W; A first support (not shown) for supporting both ends of the forming
なお、各成形ロール3,4には、発熱部、測温部(温度測定部)が設けられ、測温部の測定結果に応じて発熱部が制御されるように構成されている。
Each of the forming
<成形プロセスについて>
次に、ガラス基板成形装置1を用いて実際にガラス基板Wを成形した成形実施例を示す。
<About the molding process>
Next, a forming example in which the glass substrate W is actually formed using the glass
以下に、成形はじめから成形終了までの一連の動作について、図13、図14を参照しつつ記述する。 Hereinafter, a series of operations from the beginning to the end of molding will be described with reference to FIGS.
図13を参照する。 Please refer to FIG.
ステップS1
ガラス基板成形装置1を初期状態にセットする。ガラス基板成形装置1の初期状態とは、以下に示す状態である。
Step S1
The glass
(1)上部チャンバー29Aを上昇させ、チャンバー29を大気中に開放する。(2)成形ロール3は上昇端に移動している。(3)成形ロール3の回転は停止している。(4)成形ロール3のヒータ(赤外線ランプ25)はOFFしている。(5)積載ステージ5は、予熱位置(図1(a)では右端)へ移動している。(6)積載ステージ5のロッドヒータ17はOFFしている。
(1) The
ステップS2
成形されるガラス素材(ガラス基板W)を積載ステージ5にセットする。なお、ガラス素材として、たとえば、以下に示すガラス素材を使用する。(1)屈折率nd:1.51633。(2)アツベ数γd:64.1。(3)歪点:Stp:532℃。(4)徐冷点AP:563℃。(5)転移点Tg:576℃。(6)屈服点At:625℃。(7)軟化点SP:718℃。(8)線膨張係数α:86×10−7/℃。(9)サイズ:100mm×30mm×t3mm。
Step S2
The glass material (glass substrate W) to be formed is set on the
ステップS3
ガラス基板成形装置1の自動シーケンスを開始する。以下に、制御装置21によるガラス基板成形装置1の自動シーケンスの動作順序を示す。
Step S3
The automatic sequence of the glass
ステップS4
上部チャンバー29Aを下降させて、チャンバー29内を密閉する。
Step S4
The
ステップS5
真空ポンプ55のバルブを開いて、チャンバー29内を所定の真空度まで真空引きする。たとえば、0.5Paまで真空引きする。
Step S5
The valve of the
ステップS6
上記真空バルブを閉じた後、窒素ガス(N2ガス)を入れて、チャンバー29内を窒素雰囲気にする。なお、ガラス基板成形装置1では、窒素ガスを入れることにより、チャンバー29内の圧力を101325Pa(大気圧)とした。
Step S6
After closing the vacuum valve, a nitrogen gas (N2 gas) is introduced to make the inside of the chamber 29 a nitrogen atmosphere. In the glass
ステップS7
成形ロール3の加熱用の赤外線ランプ25と、積載ステージ5の加熱用のロッドヒータ17とをONして、成形ロール3および積載ステージ5の加熱を開始する。同時に、成形ロール3の均一加熱化を図るため、成形ロール3を10rpmで回転する。なお、ガラス基板成形装置1では、各部の所定温度を次のように設定した。(1)成形ロール3:640℃。(2)積載ステージ5:610℃(3ゾーンともに同一設定)。なお、設定温度へのロッドヒータ17ヘの出力調整は、温度調節器および電力調整器(サイリスタレギュレータ)で自動的にコントロールされる。
Step S7
The
ステップS8
成形ロール3および積載ステージ5の温度が所定温度に到達した後、真空ポンプ55の真空バルブを開いて、所定の真空度まで真空引きする。たとえば、0.5Pa以下まで真空引きを行った。
Step S8
After the temperatures of the forming
ステップS9
積載ステージ5を成形ロール3の下部の所定位置まで高速で移動させる。そして、電圧印加部21Aでガラス基板Wに対して電圧を印加する。
Step S9
The
ステップS10
成形ロール3の回転を一旦止めた後、成形ロール3を下降させ、ガラス基板Wに所定の圧力で押し付ける。たとえば、押圧力を20N(ニュートン)で押圧した。
Step S10
After the rotation of the forming
図14を参照する。 Please refer to FIG.
ステップS11
成形ロール3が所定の押圧力に達すると同時に、積載ステージ5を所定の速度で移動させ、同時に積載ステージ5の移動速度に合わせて(同期させて)成形ロール3を回転させる。すなわち、成形ロール3を所定の力でガラス基板Wに押し付けた状態で、成形ロール3がガラス基板W上を走行することになる。ガラス基板成形装置1では、成形時の積載ステージ5の移動速度を、0.01mm/secとした。
Step S11
At the same time as the forming
ステップS12
積載ステージ5が所定の位置に到達した時点で、積載ステージ5を停止させる。同時に成形ロール3の回転も積載ステージ5の動作に同期して停止させる。
Step S12
When the
ステップS13
成形ロール3を上昇端まで移動させ、ガラス基板Wへの成形ロール3の押圧を開放する。
Step S13
The forming
ステップS14
積載ステージ5を、冷却退避位置(図1(a)では左端)へ移動させる。
Step S14
The
ステップS15
成形ロール3の加熱用の赤外線ランプ25と、積載ステージ5の加熱用のロッドヒータ17とをOFFして、成形ロール3および積載ステージ5の加熱を終了する。
Step S15
The
ステップS16
真空ポンプ55の真空バルブを閉じて、チャンバー29内の真空引きを終了する。
Step S16
The vacuum valve of the
ステップS17
冷却用の窒素ガスを用いて成形ロール3および積載ステージ5の強制空冷を行い、所定の温度に到達するまで冷却を行う。たとえば、空気中でも酸化され難い温度として、それぞれを200℃まで冷却する。なお、成形ロール3は、均等に窒素ガスが当たるように、成形ロール3の回転を10rpmで回転させながら強制空冷を行う。同時にチャンバー29内は窒素雰囲気に置換され直して、圧力も大気圧に戻る。
Step S17
The forming
ステップS18
温度低下を確認した後、成形ロール3の回転を停止させて、上部チャンバー29Aを上昇させ、ガラス基板成形装置1の自動シーケンスは終了する。
Step S18
After confirming the temperature decrease, the rotation of the forming
ステップS19
この後、オペレータによって積載ステージ5上のガラス基板W(ガラス成形品)を取り出して終了する。
Step S19
Thereafter, the glass substrate W (glass molded product) on the
<成形品形状>
ガラス基板成形装置1によって得られたガラス成形品(ガラス基板W)を図15に示す。
<Molded product shape>
FIG. 15 shows a glass molded product (glass substrate W) obtained by the glass
図15に示すように、微細な凹凸形状として、溝幅250nm、溝深さ750nmのライン&スペースを作成して、良好なガラス成形品Wを得ることが可能となった。 As shown in FIG. 15, a line and space having a groove width of 250 nm and a groove depth of 750 nm was formed as a fine uneven shape, and it was possible to obtain a good glass molded product W.
前述の通り、ガラス基板Wの素材サイズは100mm×30mm×t3mmであるが、その内の90mm×20mmの面積に上記形状を得ることが可能となった。 As described above, the material size of the glass substrate W is 100 mm × 30 mm × t3 mm, and the shape can be obtained in an area of 90 mm × 20 mm.
なお、ガラス基板Wの微細なライン&スペースが、2次元構造であり、ガラス基板Wの幅方向(Y軸方向)に延びているが、微細なライン&スペースが、ガラス基板Wの長さ方向(X軸方向)に延びていてもよい。さらに、微細な凹凸形状が、ガラス基板W上にφ250nm×深さ300nm等の円柱状の微細な凹凸形状であってもよいし、微細な凹凸形状が3次元構造であっても構わない。 The fine lines and spaces of the glass substrate W have a two-dimensional structure and extend in the width direction (Y-axis direction) of the glass substrate W. (X-axis direction). Further, the fine unevenness may be a cylindrical fine unevenness such as φ250 nm × depth 300 nm or the like on the glass substrate W, or the fine unevenness may be a three-dimensional structure.
なお、本実施例では、ガラス基板Wが図15に示すサイズであったが、A4サイズやA3サイズ等、より大きなサイズであっても構わない。 In the present embodiment, the glass substrate W has the size shown in FIG. 15, but may have a larger size such as A4 size or A3 size.
ところで、上記実施形態では、ガラス基板成形装置1の自動シーケンス毎に、ガラス基板素材と成形品の取出しのためにチャンバー29を開放して装置の稼動を停止していたが、図16に示すように、チャンバー29にワーク搬出入のためのロードロック室(前室89、後室91)と、ゲートバルブ93,95とを設けることにより、ガラス基板Wを連続的に供給するようにしてもよい。
By the way, in the above-described embodiment, the
このような構成にすることにより、チャンバー29を開放したり、成形ロール3や積載ステージ5やチャンバー29内の温度を下げたりすることなく、より高い生産性でガラス素材Wを供給、成形することが可能である。
With such a configuration, the glass material W can be supplied and formed with higher productivity without opening the
また、図16は、成形チャンバー29にワーク搬出入のためのロードロック室(前室89、後室91)と、ゲートバルブ93,95を設けたことを示す図であるが、ガラス基板Wを積載するガラス基板積載ステージ99,101,103,105と、ガラス基板Wを送るガラス基板送り用アクチュエータ(たとえば、空気シリンダ)107,109,111とが設けられており、ガラス基板積載ステージ101では、ガラス基板Wが加熱され、ガラス基板積載ステージ103では、ガラス基板Wが冷却されるようになっている。なお、ガラス基板積載ステージ99で、ガラス基板Wを加熱し、ガラス基板積載ステージ105で、ガラス基板Wを冷却する構成であってもよい。
FIG. 16 is a view showing that a load lock chamber (
本実施形態のガラス基板成形装置1によれば、ガラス基板Wを押圧成形する際に用いる金型として、円筒状のロール形状の成形ロール3を用いており、成形ロール3の表面に所望の微細な凹凸形状を形成してある。また、予め加熱されて軟化したガラス基板W上に成形ロール3を押し当てた状態で、成形ロール3を回転させながら、ガラス基板W上を走行させることにより、ガラス基板W上に微細な凹凸形状を転写して成形するようになっている。
According to the glass
これにより、比較的大面積のガラス基板Wに微細な凹凸形状を押圧成形することを効率よく行うことができ、大量生産することが容易になる。 Accordingly, it is possible to efficiently press-mold a fine uneven shape on the glass substrate W having a relatively large area, and mass production becomes easy.
すなわち、ガラス基板成形装置1を用いれば、フォトリソグラフィー技術や真空蒸着技術に比べて、加熱・押圧成形による工程は比較的少なく、かつ、単純であるため、生産性や製造装置価格等の点で有利となる。
That is, when the glass
また、従来の上下一対の平面金型で押圧成形する成形方式に比べて、ガラス基板Wと金型(成形ロール3)との接触の態様が、面接触から線接触となり、押圧力を効率的にガラス基板Wに加えることが可能となり、少ない押圧力および少ない押圧時間で効率的にガラス基板Wを成形することが可能となる。また、比較的大面積の領域に微細な凹凸形状を成形することも可能になる。そして、大きな面積の微細な凹凸形状付ガラス基板を製造することが可能であれば、FPD等に代表されるディスプレイ上の無反射フィルターや、太陽光発電等の集光レンズなどにも、ガラス基板Wを応用することができる。 Further, as compared with a conventional molding method in which a pair of upper and lower flat molds are used to perform press molding, the mode of contact between the glass substrate W and the mold (the molding roll 3) is changed from surface contact to line contact, and the pressing force is efficiently reduced. Thus, the glass substrate W can be efficiently formed with a small pressing force and a short pressing time. In addition, it is possible to form a fine uneven shape in a relatively large area. If it is possible to manufacture a glass substrate with a fine unevenness having a large area, a glass substrate may be used for a non-reflection filter on a display typified by an FPD or the like, a condenser lens for solar power generation, and the like. W can be applied.
さらに、金型である成形ロール3の表面に施された微細な凹凸形状に対して、成形ロール3の接線方向からガラス基板Wが入り込み、接線方向に向かって離型されるので、従来の面接触による場合に比べて、成形・離型性が向上する。
Further, the glass substrate W enters into the fine irregularities formed on the surface of the forming
なお、ガラス基板成形装置1を構成する上では、次の(1)〜(6)で示す点について考慮することが望ましい。
In configuring the glass
(1)ガラス基板Wの成形温度を、正確に再現性よく、均一に加熱制御すること。(2)成形ロール3の成形温度を、正確に再現性よく、均一に加熱制御すること。(3)成形ロール3をガラス基板Wへ押し付ける押圧力を、正確に再現性よく制御すること。(4)成形ロール3の回転速度および成形ロール3の走行速度(積載ステージ5の移動速度)を、正確に再現性よく制御すること。または、成形ロール3の走行速度に応じて、フリーな状態で成形ロール3が回転されること。(5)成形環境を、成形ロール3等の構造物やガラス基板Wが酸化されないように、不活性ガス雰囲気に置換された環境下に保持できること。また、必要に応じて、微細な凹凸形状に気体の噛み込みがないように、任意なタイミングで真空雰囲気環境下に保持できること。(6)成形後のガラス基板Wを、効率的に、かつ、均一に冷却すること。
(1) To control the heating temperature of the glass substrate W accurately and with good reproducibility. (2) The molding temperature of the
なお、図16に示すように、ガラス基板Wを連続的にガラス基板成形装置1に供給してガラス基板成形装置1から排出する構成にすれば、成形ロール3である金型の加熱・冷却によるロスタイムを排除して、連続的、かつ、効率的に大量生産することが可能になる。
As shown in FIG. 16, if the glass substrate W is continuously supplied to the glass
また、本願のガラス基板成形装置1によれば、ガラス基板Wを載置する積載ステージ5を有し、ステージ用ヒータ7で積載ステージ5を所定の温度に加熱し、積載ステージ5に載置されているガラス基板Wを加熱するので、ガラス基板Wをヒータで直接加熱する場合に比べて、ガラス基板Wを正確に再現性よく均一に加熱することができ、ガラス基板Wの割れを防ぐとともに、正確な転写をすることができる。
Further, according to the glass
また、積載ステージ5を複数エリア(ゾーンZ4,Z5,Z6)に分け、各ゾーンZ4〜Z6の温度をゾーン制御するように構成されているので、ガラス基板Wを一層正確に再現性よく均一に加熱することができる。
Further, since the
また、成形ロール3を所定の温度に加熱する成形ロール用ヒータ23を備えているので、押圧成形するときにおけるガラス基板Wと成形ロール3との温度差をなくすことができ、正確な転写を効率よく行うことができる。
In addition, since a forming
さらに、本願のガラス基板成形装置1によれば、放射温度計27を用いて成形ロール用ヒータ23の発熱量を制御し、成形ロール3の微細な凹凸形状が形成されている面の温度を制御するので、成形ロール3の温度を正確に保つことができ、正確な転写を効率よく行うことができる。
Further, according to the glass
また、チャンバー29内を真空にすることにより、押圧成形するときの空気の噛みこみをなくすことができ、転写不良の発生を回避することができる。または、チャンバー29内を不活性ガスで満たすことにより、成形ロール3や積載ステージ5等の酸化を防止することができる。
Further, by evacuating the inside of the
上述の実施形態では成形ロール3と電極との間が非接触で隙間が形成されるスリップリング電極3A(図17(a)参照)について説明した。
In the above embodiment, the
スリップリング電極3A(図17(a)参照)の代わりに、図17(b)に示すように、成形ロール3との接触箇所が板バネ状に形成されている板バネ電極3Cでもよい。すなわち、板バネ電極3Cは、電極自体がバネで形成されているため、板バネの弾性力で電極は成形ロール3に常に接触しているので電圧がかかる。
Instead of the
また、図17(c)に示すように、成形ロール3との接触箇所がブラシ状に形成されているブラシ電極3Dを使用してもよい。ブラシ電極3Dは、電極自体がブラシ状に形成されているため、ブラシが常に成形ロール3に接触しているので電圧がかかる。
Further, as shown in FIG. 17C, a
なお、図1(b)の第2の接触電極3Bは、図17(a)に示すスリップリング電極3A、図17(b)に示す板バネ電極3C、図17(c)に示すブラシ電極3Dのいずれかを使用することができる。
The
ところで、上述した実施形態を、ガラス基板成形方法(ロール成形方法)として把握してもよい。すなわち、板状のガラス基板を加熱して、前記ガラス基板に微細な凹凸形状を押圧成形するガラス基板の成形方法において、前記ガラス基板に転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状を有する円筒状の成形ロールを、前記ガラス基板に押し付けながら回転移動させることにより、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形するガラス基板の成形方法として把握してもよい。 Incidentally, the above-described embodiment may be understood as a glass substrate forming method (roll forming method). That is, in a method of forming a glass substrate by heating a plate-like glass substrate and press-forming the fine irregularities on the glass substrate, the fine irregularities opposite to the fine irregularities transferred to the glass substrate are formed. The method may be grasped as a method of forming a glass substrate for forming a glass substrate having fine irregularities by rotating a cylindrical forming roll having the same while pressing it against the glass substrate.
このガラス基板の成形方法において、前記ガラス基板を積載ステージに載置し、前記積載ステージの内部に埋め込まれて設けられたステージ用ヒータにより、前記積載ステージを所定の温度に加熱し、前記積載ステージに載置されている前記ガラス基板を加熱するようにしてもよい。 In this method of forming a glass substrate, the glass substrate is placed on a loading stage, and the loading stage is heated to a predetermined temperature by a stage heater embedded inside the loading stage. May be heated.
また、上記ガラス基板の成形方法において、前記ステージ用ヒータを、前記積載ステージの内部に配置された複数本のロッドヒータ、前記積載ステージの内部に配置された複数本の赤外線ランプの少なくともいずれかで構成し、複数本の温度測定素子を前記積載ステージに埋め込み、前記各温度測定素子が測定した温度に応じて、前記ステージ用ヒータまたは前記赤外線ランプの発熱量を制御し、前記積載ステージの複数エリアの温度をゾーン制御するようにしてもよい。 In the method for forming a glass substrate, the stage heater may be at least one of a plurality of rod heaters disposed inside the loading stage, and a plurality of infrared lamps disposed inside the loading stage. A plurality of temperature measuring elements are embedded in the loading stage, and a heating value of the stage heater or the infrared lamp is controlled in accordance with a temperature measured by each of the temperature measuring elements. May be zone-controlled.
また、上記ガラス基板の成形方法において、前記成形ロールを、成形ロール用ヒータで所定の温度に加熱するようにしてもよい。 In the method of forming a glass substrate, the forming roll may be heated to a predetermined temperature by a forming roll heater.
また、上記ガラス基板の成形方法において、前記成形ロール用ヒータを、前記成形ロールの内側で前記成形ロールの軸に沿って配置された赤外線ランプ、前記成形ロールの内側で前記成形ロールの軸に沿って配置されたロッドヒータの少なくともいずれかで構成し、放射温度計を用いて、前記成形ロールの微細な凹凸形状が形成されている面の温度を測定し、前記放射温度計が測定した温度に応じて、前記赤外線ランプまたは前記成形ロール用ヒータの発熱量を制御し、前記成形ロールの微細な凹凸形状が形成されている面の温度を制御するようにしてもよい。 Further, in the method for forming a glass substrate, the forming roll heater may include an infrared lamp disposed along the axis of the forming roll inside the forming roll, and along an axis of the forming roll inside the forming roll. Constituted by at least one of the rod heaters arranged in the same manner, using a radiation thermometer, measuring the temperature of the surface of the forming roll on which the fine irregularities are formed, and setting the temperature to the temperature measured by the radiation thermometer. Accordingly, the amount of heat generated by the infrared lamp or the heater for the forming roll may be controlled to control the temperature of the surface of the forming roll on which the fine irregularities are formed.
また、上記ガラス基板の成形方法において、前記成形ロールと前記ガラス基板とを内部に包含することができる成形チャンバー内を、真空にしまたは不活性ガスに置換して前記押圧成形をするようにしてもよい。 Further, in the method for forming a glass substrate, the pressure forming may be performed by evacuating or replacing the inside of a forming chamber capable of containing the forming roll and the glass substrate with an inert gas. Good.
さらに、ガラス基板成形装置1では、ガラス基板Wに微細な凹凸形状を形成するようにしているが、ガラス基板Wに代えて、加熱によって軟化する材料(たとえば、樹脂や金属材料)に、微細な凹凸形状を形成してもよい。
Further, in the glass
1 ガラス基板生成装置(ガラス基板成形装置)
3 成形ロール(第1の成形ロール)
3A 接触電極(第1の接触電極、スリップリング電極)
3B 第2の接触電極
3C 板バネ電極
3D ブラシ電極
4 第2の成形ロール
5 積載ステージ
7 ステージ用ヒータ
9 成形ロール支持体
11 ロードセル
13 上軸構成部材
15 フレーム
17 ロッドヒータ
19 温度測定素子
21 制御装置
21A 電圧印加手段
23 成形ロール用ヒータ
25 赤外線ランプ
27 放射温度計
29 成形チャンバー
31 ステージ移動手段
33 成形ロール移動手段
49 成形ロール回転手段
W ガラス基板
Z4,Z5,Z6 ゾーン
1 Glass substrate generation device (Glass substrate forming device)
3 Forming roll (first forming roll)
3A contact electrode (first contact electrode, slip ring electrode)
3B
Claims (9)
前記ガラス基板に転写される微細な凹凸形状と反対の微細な凹凸形状が設けられており、前記積載ステージに載置されている前記ガラス基板に押し付けられながら回転移動することにより、微細な凹凸形状付ガラス基板を成形する成形ロールと、
前記成形ロールの両端を絶縁体で支持する支持体と、
前記成形ロールに電圧を印加する接触電極と、
前記積載ステージと前記成形ロールとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記積載ステージと前記成形ロールの成形面との近傍に還元剤を吹き付ける吹き出し口を設けたことを特徴とするガラス基板生成装置。 A loading stage on which a glass substrate is placed and electrically grounded,
A fine concavo-convex shape opposite to the fine concavo-convex shape transferred to the glass substrate is provided, and by rotating while being pressed against the glass substrate placed on the loading stage, the fine concavo-convex shape A forming roll for forming an attached glass substrate;
A support for supporting both ends of the forming roll with an insulator,
A contact electrode for applying a voltage to the forming roll;
Voltage applying means for applying a voltage between the loading stage and the forming roll ,
The loading stage, wherein the to Ruga glass substrate generating device in that a blowing opening blowing the reducing agent in the vicinity of the molding surface of the molding roll.
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