WO2014030462A1 - アニール方法、アニール治具およびアニール装置 - Google Patents

アニール方法、アニール治具およびアニール装置 Download PDF

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宏之 花戸
孝博 仲橋
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    • B29C71/02—Thermal after-treatment
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00—Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material

Definitions

  • the present invention relates to an annealing method, an annealing jig and an annealing apparatus for annealing a molded body molded from a molding material.
  • a molded product obtained by molding a molding material by a method such as injection molding or compression molding has residual stress / strain due to thermal expansion / contraction or curing shrinkage (when the molding material is a curable material).
  • an annealing process for reheating the molded body is introduced after the molding process (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • Patent Document 1 when annealing is performed on a disk substrate 101 of a molded body, an outer peripheral end portion 105 of one main surface of the disk substrate 101 is avoided in order to avoid burrs of the disk substrate 101.
  • a configuration is disclosed in which the disk substrate 101 is supported using a substrate support member 120 that supports the entire surface excluding the inner peripheral end 106.
  • Patent Document 2 in order to prevent warping of the molded body 205 during annealing of the molded body 205 of the plate-like thermoplastic resin, the front and back directions of the molded body 205 and a pair of both side surface directions are disclosed.
  • a configuration in which fixing plates 201 to 204 such as aluminum are installed from a total of four directions is disclosed.
  • Patent Document 3 in the annealing apparatus for a wafer-shaped molded body, a heating unit having a heating plate and a cooling unit having a cooling plate are individually provided, and by enabling continuous processing of heating and cooling of the molded body, A configuration for removing distortion of a molded product is disclosed.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2001-38816 (published on February 13, 2001)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2005-47126 (published on Feb. 24, 2005)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 11-123770 (published May 11, 1999)”
  • Patent Document 3 the molded body is rapidly cooled during conveyance to the cooling unit and in the cooling unit, and there is a risk of warping due to uneven cooling.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize an annealing method, an annealing jig, and an annealing apparatus capable of obtaining a molded body free from residual stress and distortion. is there.
  • an annealing method for annealing a molded body molded from a molding material in a molding step, and heating the molded body, It has the 1st process of releasing the stress of a molded object, and the 2nd process of correcting the curvature of the said molded object by heating, applying a load to the said molded object, It is characterized by the above-mentioned.
  • An annealing jig is used to apply a load to a molded body that is molded from a molding material and is reheated after being heated to relieve stress. It is characterized by comprising a set of two annealing jigs sandwiching the upper and lower surfaces of the molded body.
  • the annealing method according to one aspect of the present invention is an annealing method for annealing a molded body molded from a molding material in a molding process, and the stress of the molded body is obtained by heating the molded body. And a second step of correcting warping of the molded body by heating while applying a load to the molded body, so that the stress is sufficiently released, and residual stress and strain are reduced. There exists an effect that a molded object without can be obtained.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which the molded body illustrated in FIG. 4 is sandwiched by the annealing jig illustrated in FIG. 5. It is a figure for demonstrating a lens position error.
  • FIG. 1 is a top view which shows the lens position error of the molded object obtained by the annealing method which concerns on the Example of this invention
  • (b) is the lens position error of the molded object obtained by the conventional annealing method.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the relationship between the temperature difference of the upper and lower surfaces of a molded object, and the curvature of a molded object. It is a figure which shows the equivalent thermal circuit at the time of cooling with an air convection oven. It is sectional drawing which shows the annealing apparatus which concerns on Example 2 of this invention, and has shown the state before throwing a molded object.
  • the annealing process of the molded body performed after the molded body is molded from the molding material is divided into two processes, a stress release process (first process) and a warp correction process (second process).
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the stress release process.
  • the molded object 1 is mounted in the support stand 2, and the stress of the molded object 1 is released by heating in the heating furnace (oven) 3.
  • the heating furnace oxygen
  • the molded body 1 may be placed on the floor surface of the heating furnace 3. At this time, the molded body 1 is not fixed in order not to inhibit the movement of the molding material molecules accompanying the stress release. Therefore, as shown in FIG. 1B, the molded body 1 taken out from the heating furnace 3 is warped.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a warp correction process.
  • FIG. 2 (a) in order to correct the warp remaining in the molded body 1, both surfaces of the molded body 1 are sandwiched between two annealing jigs 4 and the molded body 1 is heated. Thereby, the molded object 1 softens at high temperature, and the curvature of the molded object 1 is corrected by the load of the annealing jig 4 as shown in FIG.
  • Patent Document 2 has a problem in that the stress is not sufficiently released because the movement of the material molecules of the molded body is restricted.
  • the movement of the material molecules of the molded body 1 is mostly completed in the stress release process.
  • the warp correction process in which the molded body 1 is fixed by the annealing jig 4, the amount of movement of the material molecules is small. For this reason, in the warp correction step, the stress is sufficiently released, and the molded body 1 free from distortion and warpage can be obtained.
  • a heat insulating member 5 is inserted between the lower annealing jig 4 and the support base 2, and between the lower annealing jig 4 and the surface of the support base 2. It is preferable to form an air flow path.
  • the lower annealing jig 4 is placed on the floor surface of the heating furnace 3, it is preferable to form an air flow path between the lower annealing jig 4 and the floor surface of the heating furnace 3. .
  • the molded object 1 can be cooled by air convection in addition to radiation and conduction.
  • the heat capacity of the upper annealing jig 4 and the heat capacity of the lower annealing jig 4 coincide, and the thermal resistance of the upper annealing jig 4 and the thermal resistance of the lower annealing jig 4 are the same. The difference can be reduced.
  • FIG. 4A is a plan view of the molded body 11 according to the present embodiment
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the molded body 11 along AA ′.
  • the molded body 11 is a disk-shaped wafer level lens, and uses a silicone thermosetting resin having a glass transition point Tg after curing of about 140 ° C. and a molding temperature of 150 ° C. as a molding material.
  • the size of the molded body 11 is a diameter ⁇ : 100 mm and a thickness: 0.74 mm.
  • a plurality of lens portions (projecting element portions) 11 a are regularly formed on both surfaces of the molded body 11.
  • FIG. 5A is a plan view of the annealing jig 14 according to this embodiment
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the annealing jig 14 taken along the line B-B ′.
  • the annealing jig 14 is a square aluminum flat plate having a side length of 100 mm and a thickness of 10 mm.
  • the mass of the annealing jig 14 is 270 g.
  • the annealing jig 14 is composed of a set of two sheets, and the molded body 11 is sandwiched between the two annealing jigs 14 in the warp correction process.
  • a digging 14 a having a depth of 3 mm is formed at a position corresponding to the lens portion 11 a of the molded body 11.
  • 5 ⁇ 25 ⁇ 25 digs 14a are arranged at a pitch of 3.44 mm.
  • an air convection oven is used as an annealing apparatus.
  • the stress release step is intended to complete the curing reaction of the molded body 11 (stabilize the refractive index of the molding material) and release the residual stress accompanying the molding.
  • Target temperature 180 ° C.
  • heating time The molded body 11 is heated in 30 minutes. Specifically, the following steps (1) to (3) are performed.
  • the stress is released in a short time by heating the molded body 11 at a temperature higher than the glass transition point (140 ° C.).
  • the heating temperature is lower than the glass transition point, the time required for stress release becomes very long (on the order of several hours or several days).
  • the heating temperature is too high, the shape of the molded body may be collapsed. If the heating time is too long, the shape of the molded body may be collapsed, or deterioration such as yellowing may occur. If the heating time is too short, the refractive index may not be stable.
  • the warp correction process aims to correct the warp of the molded body 11 generated in the stress release process.
  • the molded body 11 is heated again at a target temperature of 180 ° C. and a heating time of 60 minutes. Specifically, the following steps (4) to (10) are performed.
  • E Young's modulus of molding material at annealing temperature
  • h Thickness of molded body
  • the mass of the annealing jig 14 according to the present embodiment is 270 g, a sufficient load can be applied.
  • the lens position error which is the distance from the ideal lattice point corresponding to the single lens position, and the lens position variation of the single lens position (the coordinates of each lens unit) are obtained. It was.
  • the ideal lattice point means a lattice point of an orthogonal lattice (ideal lattice) in which the pitch, shift amount, and rotation amount are determined so that the sum of squares of the lens position error is minimized.
  • the lens position variation is a mean square of the lens position error.
  • the lens position error and the lens position variation were also measured for the molded body obtained by the conventional annealing method.
  • 10 molded bodies were annealed by the annealing method according to this example and the conventional annealing method, respectively.
  • FIG. 8A is a plan view showing a lens position error of the sample A which is a molded body obtained by the annealing method according to the present embodiment
  • FIG. 8B is obtained by the conventional annealing method. It is a top view which shows the lens position error of the sample B which is the obtained molded object. The lens position error is enlarged and displayed 200 times the distance between the lattice points.
  • Table 1 shows the average shrinkage rate and position variation of Sample A and Sample B.
  • the average shrinkage rate means the shrinkage rate of the ideal lattice pitch with respect to the dug pitch (3.44 mm) of the annealing jig.
  • the warpage of the molded body 11 can be suppressed, and therefore there is no direct restriction on the temperature drop rate.
  • the thermal resistance between the air and the annealing jig is different between the upper surface side and the lower surface side of the molded body, it is desirable to provide a restriction on the temperature drop rate.
  • warpage occurs due to the difference in thermal expansion between the upper and lower surfaces of the molded body.
  • the warping is leveled by the annealing jig.
  • the internal stress is accumulated correspondingly, so that the warping occurs later.
  • Temperature T L -temperature T U of lower surface side annealing jig) is estimated.
  • the molding is performed.
  • Body thermal resistance R W 0.32 K / W
  • thermal resistance R I 0.57 K / W between upper surface side annealing jig and lower surface side annealing jig, temperature difference ⁇ T I ⁇ 0. 36K.
  • the average heat transfer coefficients of the upper surface side annealing jig and the lower surface side annealing jig are respectively 20 W / K ⁇ m 2 and 15 W / K ⁇ m 2 ( ⁇ measured value in air convection oven ⁇ wind speed 2 m / s) Calculated value), the thermal resistance R U between the upper surface side annealing jig and the atmosphere is 3.6 K / W, and the thermal resistance R L between the lower surface side annealing jig and the atmosphere is 4.8 K / W. . Therefore, a ⁇ 1.2 K / min may be set.
  • the temperature difference between the annealing jig on the upper surface side and the annealing jig on the lower surface side is 0.3K or less and the average temperature cooling rate is 1K / min or less.
  • the temperature difference between the atmosphere and the compact is 10 to 30 K. Therefore, while the atmosphere temperature in the air convection oven is within the range of glass point transfer Tg + 10 to Tg-50K after the stress release process of the molding material, the upper surface side annealing jig and the lower surface side annealing jig It is desirable to set the temperature difference of 0.3K or less and the average temperature drop rate of the ambient temperature to 1K / min or less.
  • Thermal resistance R L between the lower surface annealing fixture and the atmosphere is greater than the thermal resistance R U between the upper surface annealing jig and atmosphere, the lower surface annealing jig thinner than the upper surface annealing jig formed
  • the heat capacity C L of the lower surface side annealing jig can be reduced, and C L R L -C U R U can be brought close to zero.
  • the heat transfer coefficient of the lower-side annealing jig is the upper-side annealing. This is about 3/4 of the jig (R L ⁇ 4R U / 3). Therefore, the thickness of the lower surface side annealing jig may be about 3 ⁇ 4 of that of the upper surface side annealing jig.
  • the optimum thickness of the annealing jig varies depending on the ratio of the thermal emissivity of the upper surface side annealing jig and the lower surface side annealing jig. Therefore, for example, by setting the thickness of the lower surface side annealing jig to 1/2 to 1 times, more preferably 5/8 to 7/8 times the thickness of the upper surface side annealing jig, the temperature difference [Delta] T I can be easily reduced.
  • R U and R L can be lowered by applying a treatment for improving the thermal emissivity to the annealing jig.
  • a treatment for improving the thermal emissivity of the annealing jig ⁇ Black body coating ⁇ Black body tape application ⁇ Black alumite treatment ⁇ Annealing jig is covered with an insulator with high thermal emissivity.
  • the average convection heat transfer coefficient of each surface of the upper surface side annealing jig and the lower surface side annealing jig is 20 W / K ⁇ m 2 and 15 W / K ⁇ m 2 , and the radiant heat transfer coefficient is 0 W / K ⁇ m 2 to 9 W. If it is improved to / K ⁇ m 2 , ⁇ T I is reduced to approximately 2/3. Thereby, curvature can be reduced to 2/3, or the upper limit of the temperature drop rate can be expanded 1.5 times.
  • the molded body 11 to be annealed is the same as the molded body 11 according to the first embodiment except that it is an epoxy thermosetting resin and has a thickness of 0.5 mm.
  • the contents of the process are also the same as in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the annealing apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the annealing apparatus 10 has an internal space surrounded by a heat insulating wall, and two annealing jigs 14 and two heating / cooling devices (temperature control plates, temperature control members) 15 are provided in the internal space. Yes.
  • the heating / cooling machine 15 may not be plate-shaped.
  • the heating / cooling machine 15 has a heating wire and a cooling water tank in an aluminum base material.
  • the other surface of the annealing jig 14 where the digging 14 a is not formed is attached to the heating / cooling machine 15.
  • One heating / cooling machine 15 is placed on the inner bottom surface of the annealing apparatus 10, and the other heating / cooling machine 15 is supported by a support rod 16. Thereby, the surface in which the dug 14a of the two annealing jigs 14 is formed is opposed to each other.
  • the support rod 16 can be moved downward (press direction) by a servo motor 17. Thereby, the annealing jig 14 on the upper surface side is movable relative to the annealing jig 14 on the lower surface side.
  • a load cell 18 is provided at a connection point between the annealing jig 14 on the upper surface side and the support rod 16.
  • the load cell 18 detects a press load on the molded body 11 and feeds back the detection result to the servo motor 17.
  • the position where the load cell 18 is provided is not particularly limited as long as the load can be detected, such as the lower side of the annealing jig 14 on the lower surface side.
  • a heat insulating plate may be interposed between the heating / cooling device 15 and the load cell 18.
  • the stress release process in this embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • the molded body 11 whose stress is released is heated again at a target temperature of 180 ° C. and a heating time of 5 minutes. That is, the warp correction process according to the present embodiment is different from the warp correction process according to the first embodiment.
  • the heating time and the cooling time are different from those in the first embodiment. Note that the relationship between the temperature difference between the upper and lower surfaces of the molded body and the warpage of the molded body described with reference to FIG.
  • the annealing method according to one aspect of the present invention is an annealing method for annealing a molded body molded from a molding material in a molding process, and the stress of the molded body is obtained by heating the molded body. And a second step of correcting warpage of the molded body by heating while applying a load to the molded body.
  • the molded body in the first step, by heating the molded body without fixing, the stress of the molded body is released and the molded body is warped. Therefore, in the second step, the molded body is heated while applying a load. Thereby, a molded object softens at high temperature, and the curvature of a molded object is corrected with a load.
  • the material molecules of the molded body since the movement of the material molecules of the molded body is mostly completed in the first step, in the second step, the material molecules can be heated with very little movement. For this reason, in a 2nd process, stress is fully released and the molded object without a residual stress and distortion can be obtained.
  • the temperature of the molded body is 20 K lower than the glass transition point after the first step of the molding material from the glass transition point. While the temperature is higher than 20K, the temperature difference between the upper surface of the molded body and the lower surface of the molded body is preferably suppressed to 0.2K or less.
  • the load is P
  • the maximum warpage amount of the molded body is ⁇
  • the Young's modulus at the annealing temperature of the molding material of the molded body is E
  • the thickness of the molded body is h
  • the gravitational acceleration is g
  • a load sufficient for warping correction can be applied to the molded body.
  • the molded body in the first step, is preferably heated to a temperature higher than the maximum temperature in the molding step.
  • the curing reaction of the unreacted portion of the molded body after the molding process can be completed.
  • the molded body in the first step, is preferably heated to a temperature higher than a glass transition point after molding of the molding material.
  • the molded body in the second step, is preferably heated to a temperature higher than the glass transition point after the first step of the molding material.
  • the residual stress of the molded body after the molding process can be released in a short time.
  • the second step includes a loading step of applying a load to the molded body by sandwiching the upper and lower surfaces of the molded body with a set of two annealing jigs, It is preferable to have a heating step of heating the molded body subjected to the heating by an air convection oven and a cooling step of cooling the heated molded body.
  • the atmospheric temperature in the air convection oven is lower than the glass transition point from a temperature that is 50K lower than the glass transition point after the first step of the molding material. While the temperature is in the range of 10K higher, it is preferable to suppress the temperature difference between the annealing jig on the upper surface side of the molded body and the annealing jig on the lower surface side of the molded body to 0.3K or less.
  • the atmospheric temperature in the air convection oven is lower than the glass transition point from a temperature that is 50K lower than the glass transition point after the first step of the molding material. While the temperature is in the range of 10K higher, it is preferable that the average temperature decreasing rate of the ambient temperature is 1K / min or less.
  • the warpage of the molded body can be made extremely small.
  • an air flow path is formed between the annealing jig on the lower surface side of the molded body and the surface supporting the annealing jig on the lower surface side. Is preferred.
  • the molded body can be cooled by air convection in addition to radiation and conduction. For this reason, the heat capacity of the annealing jig on the upper surface side and the heat capacity of the annealing jig on the lower surface side coincide with each other, and the difference between the thermal resistance of the annealing jig on the upper surface side and the thermal resistance of the annealing jig on the lower surface side is reduced. be able to.
  • the process time can be shortened.
  • An annealing jig is used to apply a load to a molded body that is molded from a molding material and is reheated after being heated to relieve stress. It is characterized by comprising a set of two annealing jigs sandwiching the upper and lower surfaces of the molded body.
  • a load can be applied to the molded body by sandwiching the upper and lower surfaces of the molded body between the two annealing jigs. By heating the molded body in this state, the warpage of the molded body can be corrected.
  • the annealing jig on the lower surface side of the molded body is thinner than the annealing jig on the upper surface side of the molded body.
  • the thickness of the annealing jig on the lower surface side is preferably 1/2 to 1 times the thickness of the annealing jig on the upper surface side.
  • the thickness of the annealing jig on the lower surface side is preferably 5/8 to 7/8 times the thickness of the annealing jig on the upper surface side.
  • the annealing jig is subjected to a treatment for improving thermal emissivity.
  • the surface of the annealing jig is a heat radiation surface, the temperature difference between the two annealing jigs can be easily reduced.
  • the mass of the annealing jig on the upper surface side of the molded body is m
  • the maximum warpage amount of the molded body is ⁇
  • the Young's modulus at the annealing temperature of the molding material of the molded body Is E
  • the thickness of the molded body is h
  • the diameter of the molded body the length of one side or the length in the short direction is L
  • the gravitational acceleration is g.
  • a load sufficient for warping correction can be applied to the molded body.
  • a digging is formed on the contact surface with the molded body.
  • a through hole is formed on a contact surface with the molded body.
  • a plurality of the digs are regularly formed.
  • a plurality of the through holes are regularly formed.
  • An annealing apparatus includes any one of the annealing jigs described above and a temperature control member that controls the temperature of the annealing jig.
  • the process time can be shortened.
  • the temperature control member is configured to cause the annealing jig on the upper surface side of the molded body and the annealing treatment on the lower surface side of the molded body to cool the annealing jig. It is preferable to suppress the temperature difference from the tool to 0.3K or less.
  • the maximum load that the temperature control member can apply to the molded body is P
  • the maximum warpage amount of the molded body is ⁇
  • the Young's modulus at the annealing temperature of the molding material of the molded body is E, where the thickness of the molded body is h, the diameter of the molded body, the length of one side or the length in the lateral direction is L, and the gravitational acceleration is g.
  • a load sufficient for warping correction can be applied to the molded body.
  • the present invention is suitable for annealing a molded body molded from a molding material.

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Abstract

　本発明に係るアニール方法は、成形工程において成形材料から成形された成形体（１）をアニールするアニール方法であって、成形体（１）を加熱することにより、成形体（１）の応力を解放する応力解放工程と、成形体（１）に荷重をかけながら加熱することにより、成形体（１）の反りを矯正する反り矯正工程とを有する。これにより、残留応力および歪みの無い成形体を得ることが可能なアニール方法を実現する。

Description

アニール方法、アニール治具およびアニール装置
　本発明は、成形材料から成形された成形体をアニールするアニール方法、アニール治具およびアニール装置に関する。
　成形材料を射出成形や圧縮成形等の方法により成形して得られた成形体には、一般に熱膨張・収縮や硬化収縮（成形材料が硬化性材料の場合）による残留応力・歪みが生じている。このような残留応力の解放、歪みの解消を目的として、成形体の成形工程後に、成形体を再加熱するアニール工程が導入される（例えば、特許文献１～３）。
　特許文献１には、図１３に示すように、成形体のディスク基板１０１に対してアニールを行う際に、ディスク基板１０１のバリを避けるべく、ディスク基板１０１の一方の主面の外周端部１０５と内周端部１０６とを除く全面を支持する基板支持部材１２０を用いてディスク基板１０１を支持する構成が開示されている。
　特許文献２には、図１４に示すように、板状熱可塑性樹脂の成形体２０５のアニーリング時に、成形体２０５の反りを防止するため、成形体２０５の表裏面方向及び１対の両側面方向の計４方向から、アルミ等の固定板２０１～２０４を設置する構成が開示されている。
　特許文献３には、ウェハ状成形体のアニール装置において、加熱板を有する加熱部と冷却板を有する冷却部とを個別に備え、成形体の加熱・冷却の連続処理を可能とすることにより、成形品の歪みを除去する構成が開示されている。
日本国公開特許公報「特開２００１－３８８１６号公報（２００１年２月１３日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００５－４７１２６号公報（２００５年２月２４日公開）」 日本国公開特許公報「特開平１１－１２３７７０号公報（１９９９年５月１１日公開）」
　特許文献１の構成では、重り１２５によって内周端部１０６が押さえられているものの、ディスク基板１０１の上面が全面的には押さえられていない。そのため、ディスク基板１０１の押さえられていない部分が浮き上がり、たわみが発生する恐れがある。
　特許文献２の構成では、成形体２０５の１対の側面が固定されていないため、成形体２０５の応力を解放する場合、当該固定されていない１対の側面に向かう方向にのみ材料分子が移動する。このように、材料分子の移動方向が規制されるため、応力が十分解放されず、また、成形体２０５の変形が特定の方向にのみ起こることから成形体２０５の形状の対称性が崩れる恐れがある。
　特許文献３の構成では、冷却部への搬送中および冷却部において成形体が急冷され、冷却ムラにより反りが生じる恐れがある。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、残留応力および歪みの無い成形体を得ることが可能なアニール方法、アニール治具およびアニール装置を実現することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアニール方法は、成形工程において成形材料から成形された成形体をアニールするアニール方法であって、前記成形体を加熱することにより、前記成形体の応力を解放する第１の工程と、前記成形体に荷重をかけながら加熱することにより、前記成形体の反りを矯正する第２の工程とを有することを特徴としている。
　本発明の一態様に係るアニール治具は、成形材料から成形され、加熱されることにより応力が解放された平板状の成形体を再度加熱する際に、前記成形体に荷重をかけるために用いられるアニール治具であって、前記成形体の上下面を挟む２枚１組のアニール治具で構成されることを特徴としている。
　以上のように、本発明の一態様に係るアニール方法は、成形工程において成形材料から成形された成形体をアニールするアニール方法であって、前記成形体を加熱することにより、前記成形体の応力を解放する第１の工程と、前記成形体に荷重をかけながら加熱することにより、前記成形体の反りを矯正する第２の工程とを有するので、応力が十分解放され、残留応力および歪みの無い成形体を得ることができるという効果を奏する。
応力解放工程を説明するための概略図であり、（ａ）は、成形体を加熱している状態を示しており、（ｂ）は、加熱後に成形体に反りが発生した状態を示している。 反り矯正工程を説明するための概略図であり、（ａ）は、成形体に荷重をかけながら加熱している状態を示しており、（ｂ）は、成形体の反りが矯正された状態を示している。 成形体の下面側のアニール治具と支持台との間に、空気の流路を形成した形態を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例１に係る成形体の平面図であり、（ｂ）は、当該成形体のＡ－Ａ’断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１に係るアニール治具の平面図であり、（ｂ）は、当該アニール治具のＢ－Ｂ’断面図である。 図４に示す成形体を図５に示すアニール治具によって挟み込んだ状態を示す断面図である。 レンズ位置誤差を説明するための図である。 （ａ）は、本発明の実施例に係るアニール方法によって得られた成形体のレンズ位置誤差を示す平面図であり、（ｂ）は、従来のアニール方法によって得られた成形体のレンズ位置誤差を示す平面図である。 成形体の上下面の温度差と成形体の反りの関係を説明するための図である。 空気対流オーブンでの冷却時の等価熱回路を示す図である。 本発明の実施例２に係るアニール装置を示す断面図であり、成形体が投入される前の状態を示している。 本発明の実施例２に係るアニール装置を示す断面図であり、成形体が投入された状態を示している。 従来のアニール方法を示す図である。 従来の他のアニール方法を示す図である。
　〔本発明の概要〕
　本発明では、成形材料から成形体を成形した後に行なわれる成形体のアニール工程を応力解放工程（第１の工程）および反り矯正工程（第２の工程）の２工程に分割して行う。
　図１は、応力解放工程を説明するための概略図である。図１の（ａ）に示すように、成形体１を支持台２に載置し、加熱炉（オーブン）３内で加熱することより、成形体１の応力を解放する。なお、成形体１を加熱炉３の床面に載置してもよい。このとき、応力解放に伴う成形材料分子の移動を阻害しないようにするため、成形体１は固定しない。そのため、図１の（ｂ）に示すように、加熱炉３から取り出した成形体１には反りが発生する。
　図２は、反り矯正工程を説明するための概略図である。図２の（ａ）に示すように、成形体１に残存する反りを矯正するため、成形体１の両面を２つのアニール治具４で挟み、成形体１を加熱する。これにより、高温で成形体１が軟化し、図２の（ｂ）に示すように、アニール治具４の荷重により成形体１の反りが矯正される。
　ここで、特許文献２の構成では、成形体の材料分子の移動が規制されるため、応力が十分解放されないという問題があった。一方、本発明では、成形体１の材料分子の移動は、応力解放工程で大部分完了しており、成形体１がアニール治具４で固定される反り矯正工程では、材料分子の移動量が小さい。このため、反り矯正工程において応力が十分解放され、歪み・反りの無い成形体１を得ることができる。
　なお、図３に示すように、下側のアニール治具４と支持台２との間に、例えば断熱部材５を挿入し、下側のアニール治具４と支持台２の面との間に、空気の流路を形成することが好ましい。下側のアニール治具４を加熱炉３の床面に載置する場合は、下側のアニール治具４と加熱炉３の床面との間に、空気の流路を形成することが好ましい。これにより、成形体１を、放射および伝導に加え、空気対流によっても冷却することができる。したがて、上側のアニール治具４の熱容量と下側のアニール治具４の熱容量とが一致するとともに、上側のアニール治具４の熱抵抗と下側のアニール治具４の熱抵抗との差を低減することができる。
　[実施例１]
　以下、第１の実施例について、図４～図６を参照して説明する。
　〔成形体および装置の構成〕
　図４の（ａ）は、本実施例に係る成形体１１の平面図であり、図４の（ｂ）は、成形体１１のＡ－Ａ’断面図である。成形体１１は、円盤状のウェハレベルレンズであり、硬化後のガラス転移点Ｔｇ：約１４０℃、成形温度：１５０℃のシリコーン系熱硬化樹脂を成形材料としている。成形体１１のサイズは、直径φ：１００ｍｍ、厚み：０．７４ｍｍである。図４の（ｂ）に示すように、成形体１１の両面には、レンズ部（突出素子部）１１ａが規則的に複数形成されている。
　図５の（ａ）は、本実施例に係るアニール治具１４の平面図であり、図５の（ｂ）は、アニール治具１４のＢ－Ｂ’断面図である。アニール治具１４は、１辺の長さ：１００ｍｍ、厚み：１０ｍｍの正方形状のアルミニウム製平板である。アニール治具１４の質量は、２７０ｇである。
　図６に示すように、アニール治具１４は、２枚１組で構成され、反り矯正工程では、２枚のアニール治具１４によって成形体１１を挟み込む。アニール治具１４の一方の面には、成形体１１のレンズ部１１ａに対応する位置に、深さ３ｍｍの掘り込み１４ａが形成されている。これにより、アニール治具１４とレンズ部１１ａとの干渉を避けることができる。本実施例では、縦５×横５＝２５個の掘り込み１４ａが３．４４ｍｍピッチで配列されている。
　なお、掘り込み１４ａの代わりに、アニール治具１４の上下面を貫通する貫通穴を形成してもよい。これにより、アニール治具１４および成形体１１を昇温しやすくなるので、加熱工程の時間を短縮することができる。
　また、本実施例では、空気対流オーブンをアニール装置として用いる。
　〔応力解放工程〕
　以上の構成において、本実施例に係る応力解放工程について説明する。応力解放工程は、成形体１１の硬化反応を完結（成形材料の屈折率を安定）させること、および、成形に伴う残留応力を解放することを目的としており、目標温度：１８０℃、加熱時間：３０分で成形体１１を加熱する。具体的には、以下の（１）～（３）の工程を行う。
　（１）成形体のバリ・ゴミの除去
　成形材料から成形された成形体１１の靭性がある程度残存している間に、成形体１１の周囲のバリを切り取っておく。まず、バリをハサミで切り取る、このとき、成形体１１を形成するウェハ内部に割れが入らないよう注意する。続いて、成形体１１に除電ブローを当てて帯電を除去した後、ブロアで吹いてゴミを飛ばす。残ったゴミは、ピンセット等で除去する。その後、成形体１１の表裏面とも、目視できるゴミが無いことを確認する。
　（２）アニール装置への投入
　アニール装置の温度表示が１８０℃になっていることを確認後、アルミホイル上に成形体１１を平置きにして、アニール装置に投入する。投入の際にアニール装置の庫内温度が下がるので、目標温度－１０Ｋ（１７０℃）まで復帰してから加熱時間をカウントする。なお、成形体１１同士を重ねると融着する恐れがある。
　（３）成形体の取り出し
　アニール装置の庫内温度が１７０℃以上になってから３０分後に、アルミホイルごと成形体１１を取り出す。この加熱時間は、成形体１１の昇温時定数の実測値２００秒より十分大きく、成形体１１の温度はほぼ目標温度に到達している。取り出し後、成形体１１を自然空冷する。
　このように、成形体１１をガラス転移点（１４０℃）よりも高温で加熱することにより、応力が短時間で解放される。なお、加熱温度がガラス転移点より低い場合、応力解放に要する時間が非常に長くなる（数時間または数日オーダー）。
　一方、加熱温度が高すぎると成形体の形状が崩れる恐れがあり、加熱時間が長すぎると、成形体の形状が崩れたり、黄変等の劣化を生じる恐れがある。また、加熱時間が短すぎると屈折率が安定しない恐れがある。
　〔反り矯正工程〕
　続いて、本実施例に係る反り矯正工程について説明する。反り矯正工程は、応力解放工程で生じた成形体１１の反りを矯正することを目的とする。目標温度：１８０℃、加熱時間：６０分で成形体１１を再度加熱する。具体的には、以下の（４）～（１０）の工程を行う。
　（４）成形体のゴミの除去
　成形体１１をアニール治具１４で完全に平坦に押さえられるように、成形体１１に付着したゴミを除去する。まず、成形体１１に除電ブローを当てて帯電を除去した後、ブロアで吹いてゴミを飛ばす。残ったゴミは、ピンセット等で除去する。その後、成形体１１の表裏面とも、目視できるゴミが無いことを確認する。
　（５）アニール治具の清掃
　アニール治具１４の成形体１１と当接する面に汚れが付着している場合、イソプロピルアルコールを染み込ませたベンコットで拭き取る。続いて、ブロアで吹いてゴミを飛ばす。
　（６）アニール治具への挟み込み（荷重工程）
　成形体１１のレンズ部１１ａが平面部より突出している場合、レンズ部１１ａをアニール治具１４に当てないように注意しながら、図６に示すように、成形体１１をアニール治具１４に挟み込む。その状態で、２箇所をカプトンテープで固定する。なお、熱膨張等で成形体１１が厚くなる場合があるので、カプトンテープは僅かにたわませて貼りつける。また、カプトンテープの張力で成形体１１に荷重をかけるのでなく、アニール治具１４の重さで成形体１１に荷重をかける。
　なお、円盤状の成形体１１の反りδを矯正するのに必要な荷重（中心集中荷重）Ｐは、下記の式により求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　Ｅ：アニール温度における成形材料のヤング率
　ｈ：成形体の厚み
　Ｒ：成形体の半径
　成形体１１について、δ＝１０ｍｍ、Ｅ＝２００ＭＰａ、ｈ＝１ｍｍ、Ｒ＝５０ｍｍとすると、Ｐ＝１．６Ｎとなる。これに対し、本実施例に係るアニール治具１４の質量は２７０ｇであるため、十分な荷重をかけることができる。
　（７）アニール装置への投入、加熱（加熱工程）
　アニール装置の温度表示が１８０℃になっていることを確認後、アニール治具１４と成形体１１との位置関係がずれないよう注意しながら、アニール治具１４と成形体１１とからなる治具セットをアニール装置に投入する。このとき、アニール装置の庫内の棚板に対し、コルク等の断熱部材で治具セットを浮かせて置いても良い。投入の際に庫内温度が下がるので、目標温度－１０Ｋ（１７０℃）まで復帰してから加熱時間をカウントする。
　（８）徐冷（冷却工程）
　庫内温度が１７０℃以上になってから６０分後に、加熱を止める。この加熱時間は、アニール治具１４の昇温時定数の実測値９００秒の４倍であり、成形体１１の温度は１７７℃に到達していると見積もられる。続いて、冷却中の成形体１１の上下面の温度差により生じる反りを抑えるため、徐冷する。庫内温度がガラス点移転Ｔｇ＋１０～Ｔｇ－５０Ｋ（１５０～９０℃）の範囲で冷却レートを１Ｋ／分以下とすることにより、反りが１０μｍ程度のオーダーとなる。
　（９）成形体の取り出し
　アニール装置の庫内温度が、Ｔｇ－５０Ｋ（９０℃）になってから５分以上経過後、治具セットを取り出し、自然空冷する。
　（１０）成形体回収
　５分以上自然空冷した後、治具セットを開いて成形体を回収する。
　〔検証実験〕
　検証実験では、上記の応力解放工程および反り矯正工程を経て、成形体を回収後、各レンズ部の成形体面内の位置（ＸＹ）座標を、Ｎｉｋｏｎ社製の画像測定システムＮｅｘｉｖ（登録商標）によって測定した。
　具体的には、図７に示すように、単レンズ位置（各レンズ部の座標）の、当該単レンズ位置に対応する理想格子点からの距離であるレンズ位置誤差、および、レンズ位置バラツキを求めた。理想格子点とは、レンズ位置誤差の２乗和が最小となるようにピッチ・シフト量・回転量を定めた直交格子（理想格子）の格子点を意味する。レンズ位置バラツキは、レンズ位置誤差の２乗平均である。
　さらに、従来のアニール方法によって得られた成形体についても、レンズ位置誤差およびレンズ位置バラツキを測定した。なお、本実施例に係るアニール方法および従来のアニール方法によって、それぞれ１０個の成形体をアニールした。
　〔測定結果〕
　測定結果を図８に示す。図８の（ａ）は、本実施例に係るアニール方法によって得られた成形体であるサンプルＡのレンズ位置誤差を示す平面図であり、図８の（ｂ）は、従来のアニール方法によって得られた成形体であるサンプルＢのレンズ位置誤差を示す平面図である。なお、レンズ位置誤差は、格子点間の距離に対し２００倍に拡大表示している。
　表１は、サンプルＡおよびサンプルＢの平均収縮率および位置バラツキを示している。なお、平均収縮率は、アニール治具の掘り込みのピッチ（３．４４ｍｍ）に対する、理想格子のピッチの収縮率を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　この表１から、サンプルＡにおける位置バラツキは、サンプルＢにおける位置バラツキよりも非常に小さいことが分かる。これにより、本実施例に係るアニール方法によって、成形体の歪み低減効果を確認できた。
　次いで、反り矯正の冷却工程において成形体に生じる反りについて説明する。
　以下で説明するように冷却工程において、成形体の上下面の温度差を抑えれば、成形体１１の反りを抑制することが可能であるため、降温レートには直接的な制約はない。ただし実際には、空気とアニール治具との間の熱抵抗が成形体の上面側と下面側とで異なるので、降温レートに制限を設けることが望ましい。
　〔成形体の上下面の温度差と反り〕
　図９に示すように、成形体の上下面でΔＴＷの温度差があるとき、熱膨張差により、以下の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ｄ：　成形体の厚み
α：　成形材料の熱膨張係数
ΔＴＷ：　成形体の上下面の温度差
ｒ：　成形体に生じる反りの曲率半径
　ここで、成形体のサイズ（成形体が円形の場合、直径）をＸとすると、成形体の反り量ΔＺは、以下の式により求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　このように、成形体の上下面の熱膨張差により反りが生じる。なお、アニール中はアニール治具によりこの反りを均しているが、その分、内部応力をためることになるため、後で反りが生じることとなる。
　〔空気対流オーブンでの冷却時の降温レートと、治具・成形体の上下面温度差〕
　雰囲気温度が降温レートａで冷却され、上面側アニール治具および下面側アニール治具も共に同じ降温レートで冷却されている場合の、上下アニール治具の温度差ΔＴＩ（＝上面側アニール治具の温度ＴＬ－下面側アニール治具の温度ＴＵ）を見積もる。アニール治具内部の熱抵抗、および成形体の熱容量を無視して、オーブンでの冷却時の等価熱回路を、図１０に示すように近似する。上面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗・熱流をＲＵ・ｑＵ、上面側アニール治具と下面側アニール治具の間の熱抵抗・熱流をＲＩ・ｑＩ、下面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗・熱流をＲＬ・ｑＬとすると、温度差と熱流の関係から、
ＴＵ－ＴＡ＝ｑＵＲＵ
ＴＬ－ＴＡ＝ｑＬＲＬ
ＴＬ－ＴＵ＝ｑＩＲＩ
となる。また、上面側アニール治具の熱容量をＣＵ、下面側アニール治具の熱容量をＣＬとすると、降温レートと熱流の関係から、
ｑＵ－ｑＩ＝ａＣＵ
ｑＬ＋ｑＩ＝ａＣＬ
これらの式から、ｑＵ、ｑＩ、ｑＬおよびＴＡを消去してΔＴＩを求めると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
となる。
　なお、成形体の熱抵抗をＲＷ、アニール治具と成形体の間の接触熱抵抗をＲＣとすると、
ＲＩ＝２ＲＣ＋ＲＷ
であるため、成形体の上下面の温度差ΔＴＷは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
となる。
　〔温度差および降温レートの数値見積もり〕
　望ましい温度差ΔＴＷおよび降温レートａの範囲を、厳しめの条件で見積もると、以下のようになる。成形体の厚みｄ＝０．５ｍｍ、成形材料の熱膨張係数α＝１×１０－４／Ｋ、成形体のサイズＸ＝１００ｍｍ、成形体の反り量ΔＺ＜５０μｍのとき、
ΔＴＷ＜０．２Ｋ
となる。
　また、成形体を直径Ｘの円板形とし、熱伝導率を０．２Ｗ／Ｋ・ｍ、成形体とアニール治具との間の接触熱伝達率を１０００Ｗ／Ｋ・ｍ２とすると、成形体の熱抵抗ＲＷ＝０．３２Ｋ／Ｗ、上面側アニール治具と下面側アニール治具の間の熱抵抗ＲＩ＝０．５７Ｋ／Ｗ、上下アニール治具の温度差ΔＴＩ＜０．３６Ｋとなる。
　また、アニール治具がアルミニウム製であり、アニール治具のサイズを縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍとすると、上面側アニール治具の熱容量ＣＵ＝下面側アニール治具の熱容量ＣＬ＝２４０Ｊ／Ｋとなる。さらに、上面側アニール治具、下面側アニール治具の表面の平均熱伝達率をそれぞれ２０Ｗ／Ｋ・ｍ２、１５Ｗ／Ｋ・ｍ２（≒空気対流オーブンでの実測値≒風速２ｍ／ｓでの計算値）とすると、上面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗ＲＵ＝３．６Ｋ／Ｗ、下面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗ＲＬ＝４．８Ｋ／Ｗとなる。したがって、ａ＜１．２Ｋ／ｍｉｎとすればよい。
　さらに余裕を考慮し、上面側のアニール治具と下面側のアニール治具との温度差を０．３Ｋ以下、雰囲気温度の平均降温レートを１Ｋ／分以下とすることが望ましい。
　また、雰囲気温度の平均降温レートが１Ｋ／分程度である場合、雰囲気と成形体との間の温度差は、１０～３０Ｋとなる。そのため、空気対流オーブン内の雰囲気温度が、成形材料の応力解放工程の後におけるガラス点移転Ｔｇ＋１０～Ｔｇ－５０Ｋの範囲内である間に、上面側のアニール治具と下面側のアニール治具との温度差を０．３Ｋ以下、雰囲気温度の平均降温レートを１Ｋ／分以下とすることが望ましい。
　〔治具温度差の低減〕
　なお、上下のアニール治具の温度差を低減する方法として、下面側アニール治具を上面側アニール治具よりも薄く形成する方法、および、アニール治具を黒塗りする方法がある。
　下面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗ＲＬは、上面側アニール治具と雰囲気の間の熱抵抗ＲＵよりも大きいが、下面側アニール治具を上面側アニール治具よりも薄く形成することにより、下面側アニール治具の熱容量ＣＬを小さくし、ＣＬＲＬ－ＣＵＲＵを０に近づけることができる。これにより、上下のアニール治具の温度差ΔＴＩを低減することができる。
　アニール治具に、熱放射率を向上させる処理（後述）が施されておらず、空気対流のみによってアニール治具の放熱が行われる場合、下面側アニール治具の熱伝達率は、上面側アニール治具の３／４程度（ＲＬ≒４ＲＵ／３）になる。そのため、下面側アニール治具の厚みを上面側アニール治具の３／４程度にすればよい。ただし、上面側アニール治具および下面側アニール治具の熱放射率の比率などによって、アニール治具の最適な厚みは変化する。よって、例えば、下面側アニール治具の厚みを、上面側アニール治具の厚みの１／２～１倍、より望ましくは、５／８～７／８倍とすることにより、上下のアニール治具の温度差ΔＴＩを容易に低減することができる。
　また、アニール治具に、熱放射率を向上させる処理を施すことにより、ＲＵ、ＲＬを下げることができる。これにより、上下のアニール治具の温度差ΔＴＩを低減することができる。アニール治具の熱放射率を向上させる処理としては、
・黒体塗装
・黒体テープの貼付
・ブラックアルマイト処理
・熱放射率の高い絶縁体でアニール治具を覆う
といった処理が挙げられる。
　なお、放射率の向上による熱抵抗の低減は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
と表され、ΔＴＩの改善は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
と表される。ただし、ＣＬ＝ＣＵ＝Ｃとしている。
　上面側アニール治具および下面側アニール治具の各表面の平均対流熱伝達率をそれぞれ２０Ｗ／Ｋ・ｍ２、１５Ｗ／Ｋ・ｍ２とし、放射熱伝達率が０Ｗ／Ｋ・ｍ２から９Ｗ／Ｋ・ｍ２に向上したとすると、ΔＴＩはほぼ２／３に低減される。これにより、反りを２／３に低減する、または降温速度の上限を１．５倍に拡大することができる。
　[実施例２]
　以下、第２の実施例について、図１１および図１２を参照して説明する。本実施例では、アニールされる成形体１１は、エポキシ系熱硬化樹脂である点、および、厚みが０．５ｍｍである点以外は、実施例１に係る成形体１１と同一であり、応力解放工程の内容も、実施例１と同一である。
　〔アニール装置の構成〕
　図１１は、本実施例に係るアニール装置１０を示す断面図である。アニール装置１０は、断熱壁で囲まれた内部空間を有しており、当該内部空間に、アニール治具１４および加熱冷却機（温度制御板、温度制御部材）１５がそれぞれ２つずつ設けられている。加熱冷却機１５は、板状でなくてもよい。
　加熱冷却機１５は、アルミニウム基材中に電熱線と冷却水菅とを有して構成されている。アニール治具１４の掘り込み１４ａが形成されていない他方の面は、加熱冷却機１５に取り付けられている。一方の加熱冷却機１５は、アニール装置１０の内部底面に載置され、他方の加熱冷却機１５は、支持ロッド１６によって支持されている。これにより、２つのアニール治具１４の掘り込み１４ａが形成されている面同士が対向している。
　支持ロッド１６は、サーボモータ１７によって、下方（プレス方向）に移動可能となっている。これにより、上面側のアニール治具１４は、下面側のアニール治具１４に対して相対移動可能となっている。
　また、上面側のアニール治具１４と支持ロッド１６との接続点には、ロードセル１８が設けられている。ロードセル１８は、成形体１１へのプレス荷重を検出し、検出結果をサーボモータ１７にフィードバックする。なお、ロードセル１８を設ける位置は、下面側のアニール治具１４の下側など、プレス荷重を検出できる位置であれば、特に限定されない。また、加熱冷却機１５からの熱の影響を避けるため、加熱冷却機１５とロードセル１８との間に、断熱板を介在させても良い。
　〔反り矯正工程〕
　前述のように、本実施例における応力解放工程は、実施例１と同様である。本実施例に係る反り矯正工程では、目標温度：１８０℃、加熱時間：５分で、応力が解放された成形体１１を再度加熱する。すなわち、本実施例に係る反り矯正工程は、加熱時間が実施例１における反り矯正工程と異なる。
　まず、実施例１と同様に、（４）成形体のゴミの除去、および（５）アニール治具の清掃の各工程を行う。続いて、以下の（６’）～（９’）の工程を行う。
　（６’）アニール治具への挟み込み
　成形体１１のレンズ部１１ａが平面部より突出している場合、レンズ部１１ａをアニール治具１４に当てないように注意しながら、図１２に示すように、成形体１１をアニール治具１４に挟み込む。
　（７’）荷重値の設定（荷重工程）
　続いて、成形体１１への荷重値を、実施例１において説明した式（Ａ）により求められる荷重Ｐ以上に設定する。荷重値が設定値で一定となるよう、ロードセル１８の検出値をサーボモータ１７にフィードバックする。
　（８’）温度制御プログラム
　続いて、加熱冷却機１５の温度を以下のように制御する。
待機温度：８０℃
加熱（加熱工程）：２０Ｋ／分→１８０℃、５分保持
冷却（冷却工程）：５Ｋ／分→８０℃
　すなわち、５分かけて１８０℃に加熱し、５分経過後、２０分かけて８０℃に冷却する。
　（９’）成形体の取り出し
　冷却を完了して５分以上経過後、治具セットを取り出し、自然空冷する。
　以上のように、本実施例では、加熱時間および冷却時間が実施例１と異なる。なお、図９を参照して説明した成形体の上下面の温度差と成形体の反りとの関係は、実施例２においても該当する。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔まとめ〕
　以上のように、本発明の一態様に係るアニール方法は、成形工程において成形材料から成形された成形体をアニールするアニール方法であって、前記成形体を加熱することにより、前記成形体の応力を解放する第１の工程と、前記成形体に荷重をかけながら加熱することにより、前記成形体の反りを矯正する第２の工程とを有することを特徴としている。
　上記の構成によれば、第１の工程において、成形体を固定せずに加熱することにより、成形体の応力が解放されるとともに、成形体に反りが発生する。そこで、第２の工程において、成形体に荷重をかけながら加熱する。これにより、高温で成形体が軟化し、荷重により成形体の反りが矯正される。ここで、成形体の材料分子の移動は、第１の工程において大部分完了しているため、第２の工程では、材料分子の動きが非常に小さい状態で、加熱することができる。このため、第２の工程において、応力が十分解放され、残留応力および歪みの無い成形体を得ることができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記第２の工程において、前記成形体の温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点よりも２０Ｋ低い温度から当該ガラス転移点よりも２０Ｋ高い温度である間、前記成形体の上面と前記成形体の下面との温度差を０．２Ｋ以下に抑制することが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体の熱応力による反りを低減することができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記荷重をＰ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、前記成形体の厚みをｈ、前記成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
が成立することが好ましい。
　上記の構成によれば、反り矯正に十分な荷重を成形体にかけることができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記第１の工程において、前記成形体を、前記成形工程における最高温度よりも高い温度に加熱することが好ましい。
　上記の構成によれば、成形工程後における成形体の未反応部分の硬化反応を完了することができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記第１の工程において、前記成形体を、前記成形材料の成形後におけるガラス転移点よりも高い温度に加熱することが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記第２の工程において、前記成形体を、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点よりも高い温度に加熱することが好ましい。
　上記の構成によれば、成形工程後における成形体の残留応力を短時間で解放することができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記第２の工程は、前記成形体の上下面を２枚１組のアニール治具で挟むことにより、前記成形体に荷重をかける荷重工程と、荷重をかけられた前記成形体を空気対流オーブンにより加熱する加熱工程と、加熱された前記成形体を冷却する冷却工程とを有することが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記冷却工程において、前記空気対流オーブン内の雰囲気温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点より５０Ｋ低い温度からガラス転移点より１０Ｋ高い温度の範囲内である間、前記成形体の上面側の前記アニール治具と前記成形体の下面側の前記アニール治具との温度差を０．３Ｋ以下に抑制することが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記冷却工程において、前記空気対流オーブン内の雰囲気温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点より５０Ｋ低い温度からガラス転移点より１０Ｋ高い温度の範囲内である間、前記雰囲気温度の平均降温レートを１Ｋ／分以下とすることが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体の反りを非常に小さくすることができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記成形体の下面側の前記アニール治具と当該下面側の前記アニール治具を支持する面との間に、空気の流路が形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体を、放射および伝導に加え、空気対流によっても冷却することができる。そのため、上面側のアニール治具の熱容量と下面側のアニール治具の熱容量とが一致するとともに、上面側のアニール治具の熱抵抗と下面側のアニール治具の熱抵抗との差を低減することができる。
　本発明の一態様に係るアニール方法では、前記成形体の上下面を温度制御部材によって温度制御可能な２枚１組のアニール治具で挟むことにより、前記成形体に荷重をかける荷重工程と、荷重をかけられた前記成形体を前記温度制御部材によって加熱する加熱工程と、加熱された前記成形体を前記温度制御部材によって冷却する冷却工程とを有することが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体を熱伝導により加熱・冷却するため、工程時間を短縮できる。
　本発明の一態様に係るアニール治具は、成形材料から成形され、加熱されることにより応力が解放された平板状の成形体を再度加熱する際に、前記成形体に荷重をかけるために用いられるアニール治具であって、前記成形体の上下面を挟む２枚１組のアニール治具で構成されることを特徴としている。
　上記の構成によれば、２枚のアニール治具によって成形体の上下面を挟むことにより、成形体に荷重をかけることができる。この状態で成形体を加熱することにより、成形体の反りを矯正することができる。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記成形体の下面側の前記アニール治具が前記成形体の上面側の前記アニール治具よりも薄いことが好ましい。
　本発明に係るアニール治具では、前記下面側の前記アニール治具の厚みは、前記上面側の前記アニール治具の厚みの１／２～１倍であることが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記下面側の前記アニール治具の厚みは、前記上面側の前記アニール治具の厚みの５／８～７／８倍であることが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記アニール治具に、熱放射率を向上させる処理が施されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、アニール治具の表面が熱放射面となっているので、２枚のアニール治具の温度差を容易に低減することができる。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記成形体の上面側の前記アニール治具の質量をｍ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、成形体の厚みをｈ、成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
が成立することが好ましい。
　上記の構成によれば、反り矯正に十分な荷重を成形体にかけることができる。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記成形体との当接面に掘り込みが形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体に突出素子部が形成されている場合であっても、掘り込みを突出素子部に対応させることにより、アニール治具と突出素子部との干渉を避けることができる。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記成形体との当接面に貫通穴が形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、アニール治具と突出素子部との干渉を避けることができるとともに、アニール治具および成形体を昇温しやすくなるので、加熱工程の時間を短縮することができる。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記掘り込みが規則的に複数形成されていることが好ましい。
　本発明の一態様に係るアニール治具では、前記貫通穴が規則的に複数形成されていることが好ましい。
　上記の構成によれば、規則的に形成された複数の光学素子を有する成形体のアニールに対応することができる。
　本発明の一態様に係るアニール装置は、上記いずれかのアニール治具と、前記アニール治具の温度を制御する温度制御部材とを有することを特徴としている。
　上記の構成によれば、成形体を熱伝導により加熱・冷却するため、工程時間を短縮できる。
　本発明の一態様に係るアニール装置では、前記温度制御部材は、前記アニール治具を冷却している間、前記成形体の上面側の前記アニール治具と前記成形体の下面側の前記アニール治具との温度差を０．３Ｋ以下に抑制することが好ましい。
　上記の構成によれば、成形体の熱応力による反りを低減することができる。
　本発明の一態様に係るアニール装置では、前記温度制御部材が前記成形体に印加できる最大荷重をＰ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、前記成形体の厚みをｈ、前記成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
が成立することが好ましい。
　上記の構成によれば、反り矯正に十分な荷重を成形体にかけることができる。
　本発明は、成形材料から成形された成形体のアニールに好適である。
　１　　成形体
　２　　支持台
　３　　加熱炉
　４　　アニール治具
　５　　断熱部材
１０　　アニール装置
１１　　成形体
１１ａ　レンズ部
１４　　アニール治具
１５　　加熱冷却機（温度制御部材）
１６　　支持ロッド
１７　　サーボモータ
１８　　ロードセル

Claims (24)

  1. 　成形工程において成形材料から成形された成形体をアニールするアニール方法であって、
    　前記成形体を加熱することにより、前記成形体の応力を解放する第１の工程と、
    　前記成形体に荷重をかけながら加熱することにより、前記成形体の反りを矯正する第２の工程とを有すること
    を特徴とするアニール方法。
  2. 　請求項１に記載のアニール方法であって、
    　前記第２の工程において、
    　前記成形体の温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点よりも２０Ｋ低い温度から当該ガラス転移点よりも２０Ｋ高い温度である間、
    　前記成形体の上面と前記成形体の下面との温度差を０．２Ｋ以下に抑制すること
    を特徴とするアニール方法。
  3. 　請求項１または２に記載のアニール方法であって、
    　前記荷重をＰ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、前記成形体の厚みをｈ、前記成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     が成立すること
    を特徴とするアニール方法。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記第１の工程において、
    　前記成形体を、前記成形工程における最高温度よりも高い温度に加熱すること
    を特徴とするアニール方法。
  5. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記第１の工程において、
    　前記成形体を、前記成形材料の成形後におけるガラス転移点よりも高い温度に加熱すること
    を特徴とするアニール方法。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記第２の工程において、
    　前記成形体を、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点よりも高い温度に加熱すること
    を特徴とするアニール方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記第２の工程は、
    　前記成形体の上下面を２枚１組のアニール治具で挟むことにより、前記成形体に荷重をかける荷重工程と、
    　荷重をかけられた前記成形体を空気対流オーブンにより加熱する加熱工程と、
    　加熱された前記成形体を冷却する冷却工程とを有すること
    を特徴とするアニール方法。
  8. 　請求項７に記載のアニール方法であって、
    　前記冷却工程において、
    　前記空気対流オーブン内の雰囲気温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点より５０Ｋ低い温度からガラス転移点より１０Ｋ高い温度の範囲内である間、
    　前記成形体の上面側の前記アニール治具と前記成形体の下面側の前記アニール治具との温度差を０．３Ｋ以下に抑制すること
    を特徴とするアニール方法。
  9. 　請求項７または８に記載のアニール方法であって、
    　前記冷却工程において、
    　前記空気対流オーブン内の雰囲気温度が、前記成形材料の前記第１の工程の後におけるガラス転移点より５０Ｋ低い温度からガラス転移点より１０Ｋ高い温度の範囲内である間、
    　前記雰囲気温度の平均降温レートを１Ｋ／分以下とすること
    を特徴とするアニール方法。
  10. 　請求項７～９のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記成形体の下面側の前記アニール治具と当該下面側の前記アニール治具を支持する面との間に、空気の流路が形成されていること
    を特徴とするアニール方法。
  11. 　請求項１～６のいずれか１項に記載のアニール方法であって、
    　前記成形体の上下面を温度制御部材によって温度制御可能な２枚１組のアニール治具で挟むことにより、前記成形体に荷重をかける荷重工程と、
    　荷重をかけられた前記成形体を前記温度制御部材によって加熱する加熱工程と、
    　加熱された前記成形体を前記温度制御部材によって冷却する冷却工程とを有すること
    を特徴とするアニール方法。
  12. 　成形材料から成形され、加熱されることにより応力が解放された平板状の成形体を再度加熱する際に、前記成形体に荷重をかけるために用いられるアニール治具であって、
    　前記成形体の上下面を挟む２枚１組のアニール治具で構成されること
    を特徴とするアニール治具。
  13. 　請求項１２に記載のアニール治具であって、
    　前記成形体の下面側の前記アニール治具が前記成形体の上面側の前記アニール治具よりも薄いこと
    を特徴とするアニール治具。
  14. 　請求項１３に記載のアニール治具であって、
    　前記下面側の前記アニール治具の厚みは、前記上面側の前記アニール治具の厚みの１／２～１倍であることを特徴とするアニール治具。
  15. 　請求項１３に記載のアニール治具であって、
    　前記下面側の前記アニール治具の厚みは、前記上面側の前記アニール治具の厚みの５／８～７／８倍であることを特徴とするアニール治具。
  16. 　請求項１２～１５のいずれか１項に記載のアニール治具であって、
    　前記アニール治具に、熱放射率を向上させる処理が施されていること
    を特徴とするアニール治具。
  17. 　請求項１２～１６のいずれか１項に記載のアニール治具であって、
    　前記成形体の上面側の前記アニール治具の質量をｍ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、成形体の厚みをｈ、成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     が成立すること
    を特徴とするアニール治具。
  18. 　請求項１２～１７のいずれか１項に記載のアニール治具であって、
    　前記成形体との当接面に掘り込みが形成されていること
    を特徴とするアニール治具。
  19. 　請求項１２～１７のいずれか１項に記載のアニール治具であって、
    　前記成形体との当接面に貫通穴が形成されていること
    を特徴とするアニール治具。
  20. 　請求項１８に記載のアニール治具であって、
    　前記掘り込みが規則的に複数形成されていること
    を特徴とするアニール治具。
  21. 　請求項１９に記載のアニール治具であって、
    　前記貫通穴が規則的に複数形成されていること
    を特徴とするアニール治具。
  22. 　請求項１２～２１のいずれか１項に記載のアニール治具と、
    　前記アニール治具の温度を制御する温度制御部材とを有すること
    を特徴とするアニール装置。
  23. 　請求項２２に記載のアニール装置であって、
    　前記温度制御部材は、前記アニール治具を冷却している間、前記成形体の上面側の前記アニール治具と前記成形体の下面側の前記アニール治具との温度差を０．３Ｋ以下に抑制すること
    を特徴とするアニール装置。
  24. 　請求項２２または２３に記載のアニール装置であって、
    　前記温度制御部材が前記成形体に印加できる最大荷重をＰ、前記成形体の最大反り量をδ、前記成形体の成形材料のアニール温度におけるヤング率をＥ、前記成形体の厚みをｈ、前記成形体の直径、一辺の長さ又は短手方向の長さをＬ、重力加速度をｇとすると、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     が成立すること
    を特徴とするアニール装置。
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