JP4585782B2 - 固体撮像素子用ホルダ - Google Patents
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Description
この白色光源20の光軸上には、コリメートレンズ21、ハーフミラー22及び対物レンズ17が配設されており、ハーフミラー22において、2つの光学系1,2の光軸が合致するように白色光光学系2が配設されている。
また、カラー情報がCCD駆動回路への電荷の蓄積という形式を採ることから、電荷の減衰を防止するために、CCDホルダ等の周辺部品には絶縁性が必要である。
これらのうち、アルミナ等の金属系のCCDホルダは、絶縁性を有さないため、CCDから発生するデジタルノイズにより大きな影響を受けてしまっている。かかるデジタルノイズを電気的な処理等で除去しようとする試みもなされたが、ノイズの除去は困難であり、従ってCCDを他の系から電気的に絶縁するCCDホルダが切望されている。
かかるセラミックス系に部品は、絶縁性に優れ、線膨張係数も小さいが、制振性能に劣り、加工性が悪く、平面性に劣り、光学部材を固定するホルダに用いると、そのストレスから経時的に、ひびが入ったり、割れてしまったりすることが頻繁にあるという欠点を有していた。
すなわち、レーザーへの影響を防止することができるための絶縁性、また、レンズ振動を抑制するための制振性を有し、更には高精度で画像再生のためのレンズの保持精度が可能となる、温度依存性がなくかつ低線膨張性を実現したCCDホルダを提供することである。
好適には、上記本発明のCCDホルダにおいて、線膨張係数が200〜400℃で15ppm/℃以下、制振性にかかる損失係数が1.0%以上、電気抵抗率が1013Ω・cm以上であることを特徴とする。
したがって本発明のCCDホルダは、レーザーへの影響を防止することができるための絶縁性、また、レンズ振動を抑制するための制振性を有し、更には高精度で画像再生のためのレンズの保持精度が可能となる、温度依存性がなくかつ低線膨張性を実現する効果を有するものである。
本発明のCCDホルダは、樹脂100重量部に対して、水硬性組成物300〜1100重量部及び無機繊維50〜200重量部配合してなる低線膨張制振性組成物からなる成形体である。
本発明のCCDホルダに水硬性組成物を用いることにより、優れた絶縁性を得ることができる。
これは、80重量%を超えて、水硬性組成物中に非水硬性粉体が含有されると、得られるCCDホルダの強度が低下し、線膨張係数が温度依存を受ける場合が生じ、好ましくない場合が生じるからである。
また、非水硬性粉体の平均粒径は、水硬性粉体の平均粒径より1桁以上小さく、好ましくは2桁以上小さいものが良いが、細かさの下限は本発明の効果を害することがなければ特に限定されない。
上記水硬性組成物が、上記した配合範囲より少ないと、線膨張係数に温度依存性が出てしまい、一方、上記範囲より配合割合が多くなると、成形する際の成形性に劣ることがあるからである。
熱可塑性樹脂とは、加熱により融解し冷却すると固化する樹脂を意味し、例えばポリエチレン、ポリプロビレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリエステル、PEEK、PEN、パラフィンワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、脂肪酸エステル、グリセライト、変性ワックス及びシラン変性ポリオレフィン重合体等挙げられる。
かかるペレット状原料は、射出成形機内部の加熱シリンダ内で再び溶融・混練され、射出装置によって金型内に充填される。
金型内に充填された水硬性組成物および樹脂の混合物は、樹脂の冷却により未硬化成形品として金型内より取り出すことができる。
また、熱硬化性樹脂を利用する場合には、金型内に充填した時点で、金型を熱硬化性樹脂の硬化点以上の温度に加熱し、その後冷却することにより成形品を金型内より取り出すことができる。
また、水硬性組成物と水が接触した場合には水和反応が進行するため、成形不良品等のリサイクルは不可能となる。
しかしながら、熱可塑性樹脂と水硬性組成物の混合物は水を使用せずに水硬性組成物に形状を与え、短時間での脱型を実現し、さらに成形段階では水を使用しないものであるため、水硬性組成物の水和反応は開始されず、養生前であれば何度でもリサイクルすることが可能である。
射出成形後の未硬化成形体は、水硬性組成物の粒子間を樹脂が埋めているため、このままでは未硬化成形体内部への水の供給を阻害し、成形体の水和反応が不十分となる。
成形体内部から樹脂を除去する場合においては、成形体の寸法変化を極力抑えることを考慮すれば、シラン変性樹脂または融点の異なる2種類の樹脂を使用することが好ましい。
そして、斯かる低分子の樹脂は、比較的低温(樹脂によっては100℃程度)から分解が始まるが、一方の高分子の樹脂は比較的高温(同200℃近辺)から分解が開始される。
一方、分解されずに成形体内部に残った高分子樹脂は、成形体内部に存在して成形体の寸法変化等を抑制することができる。
この場合、低分子樹脂と高分子樹脂との融点が異なる為、まず先に低分子樹脂が除去された後、続いて高分子樹脂が除去されることとなる。
よって、このような時間差によって樹脂成分を除去することにより、成形体の寸法変化を抑制することが可能となる。
その上限については、分子量が大きくなると混練性に大きく影響するため、混練性の観点等から適宜選択設定することが好ましく、また当該熱可塑性低分子樹脂は、分子量5000以下のものが好ましい。
熱可塑性低分子化合物が50重量%未満となると水分供給路が少なくなり水和が十分に進行しない。また、90重量%より多いと脱型時の寸法変化が大きくなり、好ましくない。
熱可塑性高分子化合物としては、ポリスチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、ポリプロピレン、アクリルニトリルーブタジエン−スチレン共重合体、アクリルニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル、塩化ビニル塩化酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル酢酸ビニルマレイン酸共重合体、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニルアクリルニトリル共重合体、エチレン塩化ビニル共重合体、プロピレン塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド及びポリフェニレンスルファイドの単体もしくは2種以上が用いられる。
すなわち本発明で用いる射出成形法では、水硬性組成物成形体の成形工程においては、射出成形後の養生段階までは水を使用することなしに成形が可能であり、水との反応による架橋反応を示す樹脂の使用が可能だからである。かかる樹脂の使用によって成形体の高強度化及び耐衝撃性を向上させることができる。
この硬化した成形体中の樹脂は、架橋反応により3次元の網目構造を作り、より高強度となると推測される。
シラン変性ポリマーの使用は、架橋によりポリマーが硬化することによって、より高強度化が図れるため、熱可塑性低分子樹脂の使用はなくてもよい。
当該繊維は、樹脂100重量部に対して、50〜200重量部を添加することが好ましく、100〜150重量部を添加することがより好ましい。
繊維を添加しない場合、あるいは添加量が50重量部未満であると、得られるCCDホルダ成形体の耐衝撃性、引張強度の低さが改善できず、所望の線膨張率を実現できないおそれが生じる場合がある。
一方、200重量部より多いと流動性への影響が大きく成形不良の原因となることがあり望ましくない。
繊維の長さは0.1〜20mmが好ましく、3〜6mmがより好ましい。
また、太さは5〜30μmであることが、CCDホルダ成形体の製造の容易さ及び成形性の点から好ましい。
離型剤は、樹脂に対して、0.5〜10.0重量部添加することが好ましく、2.0〜3.0重量部添加することがより好ましい。
0.5重量部未満であると型枠からの剥離性が不良となり、10.0重量部より多くなると水硬性組成物の水和反応の障害等となるおそれがある。
離型剤としてはステアリン酸、ステアリルアルコール、工チレンビスステアオロアミド、グリセリントリエステル、グリセリンモノエステル等が使用できる。
また、紫外線吸収剤として、サルシル酸エステル、ベンゼン酸エステル等を必要に応じて添加することもできる。
例えば、熱可塑性樹脂が、このような2種類の化合物から構成されている場合には、低融点である熱可塑性低分子化合物の融点と高融点である熱可塑性高分子化合物の融点との問の温度(270℃以下)で脱脂することが好ましく、これによって成形体内部より熱可塑性低分子化合物のみを除去し、これによって生じた空隙を水分供給路として水分を導入することにより、水和反応率を高めて水和硬化させるものである。これにより、高精度の画像再生のためにより高い制振性を保持することが更に可能となる。
また、400〜500℃で養生すれば、これらの熱可塑性樹脂を完全に除去することもできる。
尚、脱脂方法としては、加熱以外の方法を適用することも可能であり、例えば溶媒抽出や減圧による除去方法を挙げることができる。
制振性は、JIS G 0602「制振鋼板の振動減衰特性試験方法」における「中央支持定常加振法」によって、制振性の試験を行った。図2に示すように、制振材の試験片は、インピーダンスヘッドを介して加振機に固定し、FFTのスェプサイン信号を用いて加振を行った。そして、FFTを用いてインピーダンスヘッドからの力と振動加速度の信号とを用いて、力/振動速度(振動加速度は振動速度に変換)の関係から求められる周波数応答関数を測定した。これを反共振特性(機械インピーダンス)とし、損失係数は半価幅法により求めた。また、損失係数の測定は20℃および80℃でもとめ制振性の温度依存性について検討した。本発明のCCDホルダは、通常制振材として使用されている鋳鉄の5倍の制振性の数値を有するものである。すなわち、制振性にかかる損失係数は、特に限定されず、値が大きければ大きいほど制振性がよく、例えば、1.0%以上、好ましくは3.0%以上の値を有する。
更に、絶縁性は、ASTM D257に準拠して、体積抵抗率(Ω・cm)を測定して、1013Ω・cm以上、好ましくは、1015Ω・cm以上となる数値を有するものである。
従って、本発明のCCDホルダは、図1のレーザー顕微鏡のCCDホルダとして、特に第1受光素子19a及び第2受光素子24のホルダとして有用に用いることができる。
(実施例1)
水硬性粉体としてのポルトランドセメント(平均粒径20μm、商品名:普通ポルトランドセメント、住友大阪セメント株式会社製))、非水硬性粉体としてのフライアッシュ(平均粒径10μm、球状粒子、商品名;中部フライアッシュ、株式会社中部テクノ)、珪石粉(平均粒径35μm、商品名;マイクロシリカ、秩父工業株式会社製)を混合した水硬性組成部粉体と、樹脂としてシラン変性ポリポロピレン樹脂(スミコンFM、住友ベークライト株式会社製)、無機繊維としてカーボン繊維(C6−S、東邦テナックス株式会社製)を、表1に示す割合で配合して、低線膨張制振性材料組成物を調製した。次いで、当該組成物を、ニーダー混練機(商品名:ラボストミル:東洋精機製作所株式会社製)にて220℃で45分間混合して、ペレットを得た。
水硬性粉体と無機繊維の配合比を表1のように変化させた以外は実施例1と同様にして、CCDホルダの成形体を得た。
(実施例3)
水硬性組成物の粉体、樹脂の配合比を表1のように変化させた以外は実施例1と同様にして、CCDホルダの成形体を得た。
比較例として、ポリエチレンテレフタレート(PTFE(フルオン、旭硝子株式会社製))片状黒鉛鋳鉄(FC350)、アルミナ(日本セラミック社製))を材料として、実施例1と同様の形状のCCDホルダの成形体部材を製造した。
上記実施例1〜3及び比較例1〜3で得られたCCDホルダの成形体部材を、以下の試験に供した。
制振性の評価
JIS G 0602「制振鋼板の振動減衰特性試験方法」における「中央支持定常加振法」によって、制振性の試験を行った。図2に示すように、制振材の試験片は、インピーダンスヘッドを介して加振機に固定し、FFTのスェプサイン信号を用いて加振を行った。そして、FFTを用いてインピーダンスヘッドからの力と振動加速度の信号とを用いて、力/振動速度(振動加速度は振動速度に変換)の関係から求められる周波数応答関数を測定した。これを反共振特性(機械インピーダンス)とし、損失係数は半価幅法により求めた。また、損失係数の測定は20℃および80℃で求め、それぞれ制振性の温度依存性について検討した。
ASTM D648に準拠して、線膨張係数の試験を行った。φ3×20mmの制振材試験片をそれぞれ用意し、押棒式測定装置を使用して、30〜80℃の温度域で、線膨張係数を測定した。
ASTM D257に準拠して、体積抵抗率(Ω・cm)を測定した。試験片は、上記実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた成形体を85mm×85mm×3mmの平板とし、印加電圧を直流で500Vとし、導電時間を1分間として電流を測定し、体積抵抗率(Rv)を求めた。
また、実施例1乃至3のCCDホルダ成形体は、比較例1乃至3のCCDホルダ成形体と比較して極めて小さな線膨張係数を有していることが確認できる。
さらに、実施例1乃至3のCCDホルダ成形体の電気抵抗は、1013Ω・cm以上であり、十分な絶縁性を備えていると言える。
本発明のCCDホルダは、図1のレーザー顕微鏡のCCDホルダとして使用、特に第1及び第2受光素子のホルダとして使用すると、上記効果を有するため、極めて有用に使用できた。
2 白色光光学系(第2光学系)
10 レーザー光L1の出射レーザー
19a ピンホールを有する光絞り部
19b 第1受光素子
20 白色光を出射する白色光源
24 第2受光素子
41 第1A/D変換回路
42 第2A/D変換回路
43 CCD駆動回路
Claims (2)
- 樹脂100重量部に対して、水硬性組成物300〜1100重量部及び無機繊維50〜200重量部配合してなる低線膨張制振性組成物からなる成形体であることを特徴とする固体撮像素子用ホルダ。
- 請求項1記載の固体撮像素子用ホルダにおいて、線膨張係数が200〜400℃で15ppm/℃以下、制振性にかかる損失係数が1.0%以上、電気抵抗率が1013Ω・cm以上であることを特徴とする固体撮像素子用ホルダ。
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