(57)【要約】【課題】  簡便な方法で多品種少量品や比較的幅の広い突起形状を作製すると共に、加工子工具の加工面の微小な凹凸の影響を受けずにガラス表面や薄膜表面に凸部を作製すること。【解決手段】  ガラス基材１に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに凸部２を作製する凸部作製方法であって、ガラス基材１に所定の圧力を局所的に付与してガラス基材表面１ａ及びその近傍に、エッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部３を形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、ガラス基材１に対して化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに凸部２を形成する凸部形成工程とを備え、圧縮応力部形成工程の際に、所定の回転数で回転させた加工工具４をガラス基材１に押圧して上記圧力を付与する凸部作製方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面に凸部を作製する凸部作製方法であって、
前記ガラス基材に所定の圧力を局所的に付与してガラス基材表面及びその近傍に、前記エッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成する圧縮応力部形成工程と、
該圧縮応力部形成工程後、前記ガラス基材に対して前記化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面に前記凸部を形成する凸部形成工程とを備え、
前記圧縮応力部形成工程の際に、回転させた加工工具を前記ガラス基材に押圧して前記圧力を付与することを特徴とする凸部作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の凸部作製方法において、
前記圧縮応力部形成工程は、前記ガラス基材を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、前記加工工具を前記ガラス基材から離間させる離間工程と、前記ガラス基材を冷却する冷却工程とを備えていることを特徴とする凸部作製方法。
【請求項３】
ガラス基材上に成膜された一層以上の無機材料からなる薄膜に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行って、薄膜表面に凸部を作製する凸部作製方法であって、
前記薄膜に所定の圧力を局所的に付与して薄膜表面及びその近傍に、前記エッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成する圧縮応力部形成工程と、
該圧縮応力部形成工程後、前記薄膜に対して前記化学的エッチング処理を行って、薄膜表面に前記凸部を形成する凸部形成工程とを備え、
前記圧縮応力部形成工程の際に、回転させた加工工具を前記薄膜に押圧して前記圧力を付与することを特徴とする凸部作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載の凸部作製方法において、
前記圧縮応力部形成工程は、前記薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、前記加工工具を前記薄膜から離間させる離間工程と、前記薄膜を冷却する冷却工程とを備えていることを特徴とする凸部作製方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の凸部作製方法において、
前記凸部形成工程後、前記薄膜及び前記ガラス基材に対してエッチング処理を行って、前記薄膜表面に作製された前記凸部をガラス基材に反映させ、前記ガラス基材表面に凸部を作製する凸部反映工程を備えていることを特徴とする凸部作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の凸部作製方法において、
前記ガラス基材は、前記薄膜よりも前記エッチング処理に関わるエッチングレートが高いものであることを特徴とする凸部作製方法。
【請求項７】
請求項２又は４に記載の凸部作製方法において、
前記昇温は、前記加工工具の回転及び押圧による摩擦熱を用いて行うことを特徴とする凸部作製方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の凸部作製方法において、
前記圧縮応力部形成工程の際、前記加工工具を押圧しながら走査させることを特徴とする凸部作製方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の凸部作製方法において、
前記加工工具の少なくとも加工面の材質が、立方晶窒化ホウ素であることを特徴とする凸部作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基材表面又は薄膜表面に凸部を作製する凸部作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガラス基材表面に凹凸を形成するガラス基材の加工方法としては、種々のものが提供されている。その一例として、例えば、ガラス基材表面や薄膜表面に、所定の型や圧子を用いて局所的に加圧力を付与して高密度化された圧縮層を形成し、この圧縮層とそれ以外の非圧縮層とで除去能力の異なる処理剤を使用して表面層を除去し、圧縮層を凸形状に加工する方法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０７８６６７号パンフレット
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００４／０７８６６８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来方法では以下の課題が残されていた。
即ち、上記特許文献１及び２等に記載されている加工方法において、型を利用してプレスを行う場合には、多品種少量品を作製するには生産性が悪く、コスト高になることが考えられる。
これに対して、押圧走査法を採用した場合には、多品種少量品を作製するのに適しているので上述したコストの問題を改善することができる。しかしながらその反面、比較的幅の広い突起形状を作製する場合には、接触面積が大きくなるので圧縮層を形成するのに必要な圧力を充分に付与することが困難であったり、圧子加工面の微小な凹凸が突起形状に影響を与える恐れがあったりすることが考えられる。
【０００４】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で多品種少量品や比較的幅の広い突起形状を作製することができると共に、圧子加工面の微小な凹凸の影響を受けずにガラス基材表面や薄膜表面に凸部を作製することができる凸部作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、ガラス基材に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面に凸部を作製する凸部作製方法であって、前記ガラス基材に所定の圧力を局所的に付与してガラス基材表面及びその近傍に、前記エッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、前記ガラス基材に対して前記化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面に前記凸部を形成する凸部形成工程とを備え、前記圧縮応力部形成工程の際に、回転させた加工工具を前記ガラス基材に押圧して前記圧力を付与する凸部作製方法を提供する。
【０００６】
この発明に係る凸部作製方法においては、まず、圧縮応力部形成工程により、所定の回転数で回転させた加工工具をガラス基材に局所的に押圧することで、ガラス基材表面に所定の圧力を付与させる。これにより、ガラス基材表面及びその近傍に、圧力が付与されていない他の部分とエッチング液に対するエッチングレートが異なる、より具体的には他の部分よりエッチングレートが低い圧縮応力部が形成される。
次いで、凸部形成工程により、ガラス基材に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行う。この際、ガラス基材には、上述したようにエッチングレートが異なる圧縮応力部が形成されているので、エッチングレートの違いから局所的に圧力が付与された位置を中心に凸部が形成される。
【０００７】
このように、圧縮応力部形成工程及び凸部形成工程を行うことで、ガラス基材表面の所望する位置に簡便に凸部を作製することができる。また、従来の型を利用するものではないので、多品種少量品を簡便に作製することができる。また、比較的幅の広い凸部の作製も行うことができる。
また、圧縮応力部形成工程の際に、加工工具を回転させた状態で押圧するので、仮に加工工具の加工面に微小な凹凸があったとしても、該凹凸の影響を受けた状態でガラス基材に圧力がそのまま付与されるのではなく、凹凸の影響が均等化されるため、加工工具の加工面とガラス基材との接触部において、ガラス基材に均等に圧力が付与される。その結果、加工面の凹凸の影響を極力受けずに凸部を作製することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の凸部作製方法において、前記圧縮応力部形成工程が、前記ガラス基材を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、前記加工工具を前記ガラス基材から離間させる離間工程と、前記ガラス基材を冷却する冷却工程とを備えている凸部作製方法を提供する。
【０００９】
この発明に係る凸部作製方法においては、付与工程によりガラス基材を昇温させた状態で加工工具により圧力を付与するので、圧力付与に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができる。そして、離間工程及び冷却工程により加工工具を離間させ、ガラス基材を冷却することにより圧縮応力部を形成する。このように、昇温させた状態で圧力を付与することで、ガラス基材に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部をより容易に形成することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、ガラス基材上に成膜された一層以上の無機材料からなる薄膜に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行って、薄膜表面に凸部を作製する凸部作製方法であって、前記薄膜に所定の圧力を局所的に付与して薄膜表面及びその近傍に、前記エッチング液に対するエッチングレートが非圧縮部分と異なる圧縮応力部を形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、前記薄膜に対して前記化学的エッチング処理を行って、薄膜表面に前記凸部を形成する凸部形成工程とを備え、前記圧縮応力部形成工程の際に、回転させた加工工具を前記薄膜に押圧して前記圧力を付与する凸部作製方法を提供する。
【００１１】
この発明に係る凸部作製方法においては、圧縮応力部形成工程により、所定の回転数で回転させた加工工具を薄膜に局所的に押圧することで、薄膜表面に所定の圧力を付与する。これにより、薄膜表面及びその近傍に、圧力が付与されていない他の部分とエッチング液に対するエッチングレートが異なる、より具体的には他の部分よりエッチングレートが低い圧縮応力部が形成される。
次いで、凸部形成工程により、薄膜に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行う。この際、薄膜には、上述したようにエッチングレートが異なる圧縮応力部が形成されているので、エッチングレートの違いから局所的に圧力が付与された位置を中心に凸部が形成される。
【００１２】
このように、圧縮応力部形成工程及び凸部形成工程を行うことで、薄膜表面の所望する位置に簡便に凸部を作製することができる。また、従来の型を利用するものではないので、多品種少量品を簡便に作製することができる。また、比較的幅の広い凸部の作製も行うことができる。
また、圧縮応力部形成工程の際に、加工工具を回転させた状態で押圧するので、仮に加工工具の加工面に微小な凹凸があったとしても、該凹凸の影響を受けた状態で薄膜に圧力がそのまま付与されるのではなく、凹凸の影響が均等化されるため、加工工具の加工面と薄膜との接触部において、薄膜に均等に圧力が付与される。よって、加工面の凹凸の影響を極力受けずに凸部を作製することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の凸部作製方法において、前記圧縮応力部形成工程が、前記薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、前記加工工具を前記薄膜から離間させる離間工程と、前記薄膜を冷却する冷却工程とを備えている凸部作製方法を提供する。
【００１４】
この発明に係る凸部作製方法においては、付与工程により薄膜を昇温させた状態で加工工具により圧力を付与するので、圧力付与に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができる。そして、離間工程及び冷却工程により加工工具を離間させ、薄膜を冷却することにより圧縮応力部を形成する。このように、昇温させた状態で圧力を付与することで、薄膜に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部をより容易に形成することができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の凸部作製方法において、前記凸部形成工程後、前記薄膜及び前記ガラス基材に対してエッチング処理を行って、前記薄膜表面に作製された前記凸部をガラス基材に反映させ、前記ガラス基材表面に凸部を作製する凸部反映工程を備えている凸部作製方法を提供する。
【００１６】
この発明に係る凸部作製方法においては、凸部反映工程により薄膜及びガラス基材に対してエッチング処理を行うことで、薄膜に形成された凸部を利用してガラス基材表面に凸部を作製することができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の凸部作製方法において、前記ガラス基材が、前記薄膜よりも前記エッチング処理に関わるエッチングレートが高いものである凸部作製方法を提供する。
【００１８】
この発明に係る凸部作製方法においては、薄膜よりもガラス基材の方が速くエッチングされるので、ガラス基材表面に高アスペクト比形状の凸部を作製し易くなる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項２又は４に記載の凸部作製方法において、前記昇温を、前記加工工具の回転及び押圧による摩擦熱を用いて行う凸部作製方法を提供する。
【００２０】
この発明に係る凸部作製方法においては、加工工具を回転及び押圧したときの摩擦熱を利用するので、熱を加えるための特別な加熱手段が不要である。そのため、作製がより容易である。また、摩擦熱を利用するので、確実に局所的な熱を加えることができ、より高い確率でクラック等の発生を防止することができる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の凸部作製方法において、前記圧縮応力部形成工程の際、前記加工工具を押圧しながら走査させる凸部作製方法を提供する。
【００２２】
この発明に係る凸部作製方法においては、圧縮応力部形成工程の際に加工工具を所定方向に向けて走査させるので、圧縮応力部を連続的に形成することができる。これにより、所望する方向に凸部を連続的（土手状）に形成することができ、設計の自由度を向上することができる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の凸部作製方法において、前記加工工具の少なくとも加工面の材質が、立方晶窒化ホウ素である凸部作製方法を提供する。
【００２４】
この発明に係る凸部作製方法においては、加工工具の少なくとも加工面の材質が、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ：Cubic Boron Nitride）であるので、ガラスと反応し難く、加工工具の劣化の進行を抑えることができる。そのため、特にガラス基材に対して、長期間に亘り安定した条件で圧縮応力部を連続的に形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る凸部作製方法によれば、加工工具を回転させながら押圧するので、多品種少量品を簡便に作製することができると共に比較的幅の広い凸部の作製も行うことができる。加工工具の加工面に仮に凹凸があったとしても、該凹凸の影響を極力受けずに凸部を確実に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る凸部作製方法の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態の凸部作製方法は、ガラス基材１に対して酸性液であるフッ酸（ＨＦ）（エッチング液）による化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに凸部２を作製する方法であって、ガラス基材１に所定の圧力を局所的に付与してガラス基材表面１ａ及びその近傍に、酸性液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部３を形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、ガラス基材１に対して化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに凸部２を形成する凸部形成工程とを備えている。
また、上記圧縮応力部形成工程は、所定の回転数で回転させた加工工具４をガラス基材１に押圧して上記圧力を印加するものであり、ガラス基材１を所定温度に加熱しながら圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、加工工具４をガラス基材１から離間させる離間工程と、ガラス基材１を冷却する冷却工程とを備えている。
この第１実施形態の凸部作製方法について、実際に実験を行った結果に基づいて具体的に説明する。
【００２７】
なお、本実施形態では、加工対象とするガラス基材１として、酸性液による化学的エッチング処理が行われることにより、表面に凸部２を効果的に形成させるのに有利なＳｉＯ２及び１モル％以上のＡｌ２Ｏ３を含み、且つ、（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）が４０〜６７モル％であるガラス母材を用いた。
このガラス母材は、多成分系ガラスであって、ＳｉＯ２を主成分とし、且つ、１モル％以上のＡｌ２Ｏ３が含有されており、このようなガラス母材では、Ａｌ２Ｏ３が酸性溶液に溶出し易いため、エッチング処理が促進され、また、これに含まれるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのモル濃度の差（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）が小さくなるに伴い（耐酸性の弱いＡｌ２Ｏ３が相対的に多くなるに伴い）、その溶出が促進されエッチングレートが飛躍的に大きくなる。
【００２８】
また、本実施形態で使用した加工工具４は、材質が立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ：Cubic Boron Nitride）（以下、ｃＢＮ製と称する）からなり、加工面であるその先端部の形状が球（例えば、半径が０．１ｍｍ）の一部分をなしているものを用いた。また、加工工具４の回転数は、５０回転毎秒（３０００ｒｐｍ）に調整した。
【００２９】
まず、上記付与工程を行った。即ち、ガラス基材１を加熱する基板加熱装置（図示略）を３００℃に加熱した。これにより図１（ａ）に示すように、上述した組成のガラス基材１が加熱されて該ガラス基材１が昇温した。なお、このときの加熱は、少なくとも回転した加工工具４を押圧して圧力を付与したときに、ガラス基材１にクラックが生じない程度に昇温されるまで行った。また、ガラス基材１が一旦昇温され、付与工程を通じてガラス基材１がこの所定温度以上を保つのであれば、付与工程時に加熱を行う必要はない。
【００３０】
続いて、ガラス基材１が昇温した後、図１（ｂ）に示すように、回転させた加工工具４をガラス基材表面１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端をガラス基材１に押圧した。これにより、ガラス基材表面１ａ及びその近傍に、“昇温した状態の圧縮応力部”３ａが形成された。なお、実際にはこのときの加工工具４の押圧によってガラス基材表面１ａに凹部が形成されたが、図１（ｂ）では図示を省略している（図１（ｃ）においても同様である）。
【００３１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、加工工具４をガラス基材１から離間するように上昇（矢印Ｂ方向）させる離間工程を行い、且つ、ガラス基材１を冷却する冷却工程を行った。これにより、ガラス基材表面１ａ及びその近傍に“昇温した状態の圧縮応力部”３ａが、冷却された圧縮応力部３として形成された。このようにして形成された圧縮応力部３は、他の部分（通常部、即ち、非圧縮部分）と異なる化学的性質を示し、酸性液による化学的エッチング処理を行った際にエッチングレート差が生じた。詳しくは、圧縮応力部３では、他の部分に比べてエッチングレートが低くなった。
このメカニズムは、完全には明らかになっていないが、圧縮応力部３では、ガラス構造の変化、相変態、密度上昇等が生じ、緻密化したシロキサンネットワークがその他の部分の溶出を妨げる一方、他の部分ではＡｌ２Ｏ３が酸性液により選択的にエッチングされるためと考えられる。
【００３２】
上述した圧縮応力部形成工程が終了した後、続いて、図１（ｄ）及び（ｅ）に示すように、上記凸部形成工程を行った。即ち、圧縮応力部３が形成されたガラス基材１をフッ酸（ＨＦ）に浸漬することによって、６μｍの化学的エッチング処理を行った。これによって、ガラス基材表面１ａには高さ約３．６μｍの凸部２が形成された。
【００３３】
上述したように、本実施形態の凸部作製方法によれば、圧縮応力部形成工程及び凸部形成工程を行ったことで、ガラス基材表面１ａの所望する位置に簡便に凸部２を作製することができた。また、従来の型を利用するものではないので、多品種少量品を簡便に作製することができた。また、比較的幅の広い凸部２の作製も行うことができた。
また、圧縮応力部形成工程の際に、加工工具４を回転させた状態で押圧したので、仮に加工工具４の加工面、即ち、球の一部分をなしている先端部に微小な凹凸があったとしても、該凹凸の影響を受けた状態でガラス基材１に圧力がそのまま付与されるのではなく、
凹凸の影響が平均化されるため、加工工具４の加工面とガラス基材１との接触部において、ガラス基材１に均等に圧力が付与された。その結果、微小な凹凸の影響を極力受けずに凸部２を作製することができた。
【００３４】
また、付与工程によりガラス基材１を昇温させた状態で圧力を付与したので、圧力印加に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができた。このように、昇温させた状態で圧力を付与したことで、ガラス基材１に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部３をより容易に形成することができた。
更に、加工工具４がｃＢＮ製であれば、ガラスと反応し難く、加工工具４の劣化の進行を抑えることができる。そのため、ガラス基材１に対して長期間に亘ってより安定した条件で圧縮応力部３を連続的に形成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、ガラス基材１の（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）が、耐水性を劣化させないガラス基材とする観点から、４０モル％以上とするのが好ましく、更にはエッチング量に対して効率良く高い凸部２が得られるガラス基材とする観点から、４７モル％以上とするのが好ましい。
一方、Ａｌ２Ｏ３のガラス基材１中への多量の添加によって生じる耐酸性の低下を抑制し、且つ、ガラス基材１の溶融温度の上昇を抑制し、比較的低い溶融温度で組成均質性の高いガラス基材とする観点から、上述の（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）は６７モル％以下とするのが好ましく、更にはエッチング量に対して効率良く高い凸部２が得られるガラス基材とする観点から、５７モル％以下とするのが好ましい。
【００３６】
また、ＳｉＯ２含有率は４０モル％以上が好ましく、一方、Ａｌ２Ｏ３含有率は１モル％以上が肝要であるが、上限としては１５モル％以下が好ましい。ＳｉＯ２は、ガラス基材の基本的構成成分であり、化学的耐久性の付与及び凸部２形成性の点から４０モル％以上が好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス基材の溶解性を確保し、均質なガラス基材とし、これにより凸部２形成の場所によるばらつきを小さくし得る点から、１５モル％以下が好ましい。
【００３７】
このように、ガラス基材１は、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を上述したような割合で含み、熱と回転させた加工工具４による圧力とを付与した後冷却することで、エッチングレートが低い圧縮応力部３を容易に形成でき、その後エッチング処理を行うことによって、凸部２が形成できるものであれば良く、特に制限は無い。
このようなガラス基材１の種類の例を挙げれば、アルミノケイ酸塩ガラス、アルミノホウケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等から選択できる。なお、ホウケイ酸塩ガラス等に含まれているＢ２Ｏ３は、ガラス基材中でＡｌ２Ｏ３と同様の作用を示すと考えられ、これがガラス基材に含まれていても何ら差し支えない。
【００３８】
また、本実施形態においては、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を使用したが、その理由は以下の通りである。
即ち、使用される酸性液はガラス基材１からＳｉＯ２以外の成分を選択的に溶出することが必要であり、更にエッチング液による化学的エッチング処理により、圧縮応力部３とそれ以外の通常部との間に上述の選択的溶出量が異なることが求められる。そのため、エッチング液はｐＨ５以下の水溶液であることが好ましい。エッチング処理によりガラス基材１中から選択的に溶出されるのは、Ａｌ２Ｏ３等の耐酸性の低い成分であることから、エッチング液は酸性寄りであることが求められる。また、ガラス基材中のＡｌイオンと反応し易いものとして、フッ素イオンが挙げられる。      
このため、エッチング液としてはフッ素イオンを含有する酸性の水溶液、即ちフッ酸が好ましく用いられる。また、この酸性のエッチング液には、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、スルファミン酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸及びクエン酸の中から選ばれる少なくとも一種が添加されたものを使用することができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、ガラス基材１に１つの回転した加工工具４を押圧して圧力を印加したが、この場合に限られず、例えば、複数の回転した加工工具４を押圧して圧力を印加しても構わない。このようにすることで、ガラス基材表面１ａに複数の凸部２を１回の押圧操作で作製することができる。
【００４０】
次に、本発明に係る凸部作製方法の第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ガラス基材表面１ａに直接凸部２を作製したが、第２実施形態では、ガラス基材１０上に応力印加用膜としての薄膜１１を成膜し、該応力印加用膜１１の表面１１ａに一旦凸部１２を作製した後に、該凸部１２をガラス基材１０に反映させてガラス基材表面１０ａに凸部２２を作製する点である。
特に本実施形態の凸部作製方法は、加工対象となるガラス基材１０が、熱変形加工が困難なものである場合等に特に好適である。このようなガラス基材としては、例えば、熱膨張が小さく高い透明性を有する結晶化ガラスや石英ガラス、アサーマルガラス等がある。
【００４１】
なお、熱変形加工とは、ガラスを加熱軟化させた後に、例えば、所望の形状を加工した成形型で押庄して形状を転写させ、その後冷却してガラスを固化し、所望の形状を得る方法をいう。よって、プレス成形困難なものの中には、上述したような圧力と熱とを印加した後、冷却することで圧縮応力部を形成することが困難なもの等も含まれる。
【００４２】
本実施形態の凸部作製方法は、ガラス基材１０上に成膜された一層以上の無機材料からなる応力印加用膜１１に対して酸性液による化学的エッチング処理を行って、応力印加用膜表面１１ａに凸部１２を作製する方法であって、応力印加用膜１１に所定の圧力を局所的に付与して応力印加用膜表面１１ａ及びその近傍に酸性液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部１３を形成する圧縮応力部形成工程と、圧縮応力部形成工程後、応力印加用膜１１に対して化学的エッチング処理を行って、応力印加用膜表面１１ａに凸部１２を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程後、応力印加用膜１１及びガラス基材１０に対してエッチング処理を行って、応力印加用膜表面１１ａに作製された凸部１２をガラス基材１０に反映させ、ガラス基材表面１０ａに凸部２２を作製する凸部反映工程とを備えている。
【００４３】
また、上記圧縮応力部形成工程は、第１実施形態と同様に、所定の回転数で回転させた加工工具４を応力印加用膜１１に押圧して上記圧力を付与するものであり、応力印加用膜１１を所定温度に加熱しながら圧力を付与する付与工程と、該付与工程後、加工工具４を応力印加用膜１１から離間させる離間工程と、応力印加用膜１１を冷却する冷却工程とを備えている。
この第２実施形態の凸部作製方法についても第１実施形態と同様に、実際に実験を行った結果に基づいて具体的に説明する。
【００４４】
なお、本実施形態では、最終的に表面に凸部２２が作製されるガラス基材１０として、結晶化ガラスを用いた（以下、結晶化ガラス１０とする）。
このような結晶化ガラス１０の表面１０ａに凸部２２を作製させるため、まず、図２（ａ）に示すように、結晶化ガラス１０上に加工層となる無機材料からなる応力印加用膜１１を成膜した。この応力印加用膜１１は、熱を加えると共に圧力を局所的に付与し、冷却することでエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部１３を形成可能なものであれば材質は問わないが、本実施形態では、上記第１実施形態において加工対象となったガラス基材と同じ材質を用いた。
【００４５】
続いて、この応力印加用膜１１が成膜された結晶化ガラス１０を、図示しない基板加熱装置上に載置し、第１実施形態と同様に該基板加熱装置を３００℃に加熱した。このようにして熱を加えて、応力印加用膜１１を昇温させた。なお、このときの加熱は、少なくとも、回転したｃＢＮ製の加工工具４を押圧して圧力を付与したときにクラックが生じない程度に応力印加用膜１１が昇温されるまで行った。
応力印加用膜１１が昇温した後、図２（ｃ）に示すように、回転した加工工具４を応力印加用膜表面１１ａに向けて降下させ（矢印Ａ方向）、回転した加工工具４を応力印加用膜１１に押圧した。この付与工程により、応力印加用膜表面１１ａ及びその近傍に“昇温した状態の圧縮応力部”１３ａが形成された。
続いて、図２（ｄ）に示すように、加工工具４を応力印加用膜表面１１ａから離間するように上昇させる（矢印Ｂ方向）離間工程を行い、且つ、応力印加用膜１１を冷却する冷却工程を行った。これにより、応力印加用膜表面１１ａ及びその近傍に“昇温した状態の圧縮応力部”１３ａが、冷却された圧縮応力部１３として形成された。
【００４６】
上述した圧縮応力部形成工程が終了した後、上記凸部形成工程を行った。即ち、図２（ｅ）に示すように、圧縮応力部１３が形成された応力印加用膜１１をフッ酸（酸性液）に浸漬することによって６μｍの化学的エッチング処理を行った。これによって、応力印加用膜表面１１ａには高さ約３．６μｍの凸部１２が形成された。
続いて、上記凸部反映工程を行った。即ち、応力印加用膜１１及び結晶化ガラス１０に対し、図２（ｆ）に示すように、イオンエッチングを行った。このイオンエッチングは、再現性及び均一性に優れ、活性でない材料（酸性液による化学的エッチング処理によってエッチングされ難い材料）のエッチングに有効であり、また、複合材料のエッチングにも有効である等といった特徴を有している。このようなことから、表面に凸部１２が形成された応力印加用膜１１及びこれが成膜されている結晶化ガラス１０に対しイオンエッチングを行ったことによって、図２（ｇ）に示すように、応力印加用膜表面１１ａに形成されていた凸部１２が結晶化ガラス１０にそのまま反映され、結晶化ガラス表面１０ａに凸部２２が形成された。
【００４７】
上述したように、本実施形態の凸部作製方法によれば、圧縮応力部形成工程及び凸部形成工程を行ったことで、応力印加用膜表面１１ａの所望する位置に簡便に凸部１２を作製することができた。また、従来の型を利用するものではないので、多品種少量品を簡便に作製することができた。また、比較的幅の広い凸部１２の作製も行うことができた。
また、圧縮応力部形成工程の際に、加工工具４を回転させた状態で押圧したので、仮に加工工具４の加工面、即ち、球の一部分をなしている先端部に微小な凹凸があったとしても、該凹凸の影響を受けた状態で応力印加用膜１１に圧力がそのまま付与されるのではなく、凹凸の影響が平均化されるため、加工工具４の加工面と応力印加用膜１１との接触部において、応力印加用膜１１に均等に圧力が付与された。その結果、微小な凹凸の影響を極力受けずに凸部１２を作製することができた。
【００４８】
また、付与工程により応力印加用膜１１に熱を加えながら圧力を付与したので、圧力付与に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができた。このように、熱を加えながら圧力を付与したことで、応力印加用膜１１に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部１３をより容易に形成することができた。
【００４９】
更に、凸部反映工程を行うので、他の部分とエッチングレートが異なる圧縮応力部１３を形成困難な結晶化ガラス１０であっても、加工工具４の微小な凹凸の影響を受けることなく結晶化ガラス表面１０ａに凸部２２を作製することができた。
【００５０】
なお、本実施形態においては、応力印加用膜表面１１ａに形成された凸部１２を結晶化ガラス１０にそのまま反映させるために、イオンエッチングによって応力印加用膜１１をすべて除去したが、必要に応じて、応力印加用膜１１の一部を残すようにしても良い。また、本実施形態の凸部作製方法は、例えば、ガラス基材が圧縮応力部１３を形成困難なものである場合等に有効である。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、最終的に結晶化ガラス表面１０ａに作製する凸部２２の数に応じて、複数の回転した加工工具４を押圧して圧力を印加しても良い。
【００５１】
請求項５に係る発明において、「反映させ」とは、図２（ｇ）に示した形態に限られるものではない。例えば、本実施形態において、結晶化ガラス１０として、応力印加用膜１１よりも上述したイオンエッチングに対するエッチングレートが高いものを使用した形態でも構わない。
こうすることで、応力印加用膜１１よりも結晶化ガラス１０の方が速くエッチングされるので、結晶化ガラス表面１０ａに高アスペクト比形状の凸部２２を作製し易くなる。
なお、本実施形態においては、凸部反映工程に用いられるエッチング処理手段としてイオンエッチングといったドライエッチング処理を採用したが、応力印加用膜１１及び結晶化ガラス１０が共に除去可能であればウエットエッチングであっても良く、凸部形成工程に用いられる化学的エッチング処理をそのまま引き続いて行っても良い。
【００５２】
次に、本発明に係る凸部作製方法の第３実施形態を説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、圧縮応力部形成工程の際に、ガラス基材表面１ａに回転する加工工具４を単に押圧するだけであったが、第３実施形態では、加工工具４を押圧しながら走査する点である。
この第３実施形態の凸部作製方法についても第１実施形態と同様に、実際に実験を行った結果に基づいて具体的に説明する。
【００５３】
即ち、圧縮応力部形成工程を行う際、ガラス基材１を加熱した後、図３（ａ）に示すように、ガラス基材表面１ａに回転した加工工具４を押圧しながら走査した。これにより、ガラス基材表面１ａ及びその近傍に昇温した状態の圧縮応力部３ａが走査方向に沿って連続的に形成された。
次いで、ガラス基材１を冷却して圧縮応力部３を形成した後、凸部形成工程により、圧縮応力部３が形成されたガラス基材１をフッ酸等のエッチング液に浸漬することによって、図３（ｂ）に示すように、ガラス基材表面１ａに、凸部２を連続的に（土手状に）作製することができた。このように走査方向に沿って土手状の凸部２を作製できるので、設計の自由度を向上することができる。
なお、本実施形態では、ガラス基材表面１ａに直接凸部２を形成したが、上記第２実施形態のように、ガラス基材上に応力印加用膜を成膜し、該応力印加用膜に土手状の凸１２を形成しても構わない。
【００５４】
次に、本発明に係る凸部作製方法の第４実施形態を説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、基板加熱装置を利用してガラス基材に熱を加えたが、第４実施形態では、加工工具４とガラス基材１との摩擦熱を利用して熱を加える点である。
この第４実施形態の凸部作製方法についても第１実施形態と同様に、実際に実験を行った結果に基づいて具体的に説明する。
【００５５】
即ち、加工工具４の回転数を制御することにより、加工工具４とガラス基材１との間に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によりガラス基材１に局所的な熱を加えた。そしてこの熱と圧力を利用して、ガラス基材表面１ａ及びその近傍に圧縮応力部３を形成した。
次いで、第１実施形態と同様に、凸部形成工程によりガラス基材１をフッ酸等のエッチング液に浸漬することで、ガラス基材表面１ａに凸部２を作製することができた。
【００５６】
本実施形態の凸部作製方法によれば、摩擦熱を利用するのでガラス基材１に対して局所的な熱を加えることができ、より高い確率でクラック等の発生を防止することができた。
また、自己発熱するため、加工工具４やガラス基材１を加熱するための加熱手段が不要になるという利点を有する。
【００５７】
なお、本実施形態の場合も、摩擦熱に加え、最終的にガラス基材表面１ａに形成させる凸部２の形状に応じて基板加熱装置によりガラス基材１を昇温させ、ガラス基材１に熱及び圧力を印加するようにしても良い。
【００５８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５９】
例えば、上記各実施形態では、圧縮応力部形成工程の際に、基板加熱装置によりガラス基材を加熱させた状態で圧力を付与させたが、熱を与えずに圧力のみを付与させても構わない。また、ガラス基材を直接加熱するのではなく、加熱した加工工具でガラス基材を押圧することによって、局所的にガラス基材を加熱しても良い。
また、上記各実施形態では、加工工具の先端部を球状としたが、これに限られるものではなく、所望する圧縮応力部の形状に応じて、例えば、角錐、円錐やドリル状に変えても構わない。また、上記各実施形態では、ガラス基材表面に１つの凸部を形成したが、回転した加工工具により複数の箇所に押圧又は押圧しながら走査して圧力を付与することにより、ガラス基材表面に複数の凸部を形成して構わない。
【００６０】
更に、上記各実施形態において、加工工具をｃＢＮ製としたが、これに限られるものではない。また、加工工具のｃＢＮ部分は、少なくともガラス基材表面と接触する部分がｃＢＮ製であれば良い。
更に、上記各実施形態では、加工工具の回転軸がガラス基材表面に対して略垂直となるように、加工工具を配置しているが、最終的にガラス基材表面に形成させる凸部の形状に応じて、ガラス基材表面に対する加工工具の回転軸の角度を任意に変化させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る凸部作製方法により、ガラス基材表面に凸部を作製する各工程の流れを示す工程図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る凸部作製方法により、応力印加用膜を介して、ガラス基材表面に凸部を作製する各工程の流れを示す工程図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る凸部作製方法により、ガラス基材表面に土手状の凸部を作製する各工程の流れを示す工程図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    ガラス基材
１ａ    ガラス基材表面
２、１２、２２    凸部
３、１３    圧縮応力部
３ａ、１３ａ    昇温した状態の圧縮応力部
４    加工工具
１０    結晶化ガラス（ガラス基材）
１０ａ    結晶化ガラスの表面（ガラス基材表面）
１１    応力印加用膜（薄膜）
１１ａ    応力印加用膜の表面（薄膜表面）
【図１】
2006315887.tif 000003
【図２】
2006315887.tif 000004
【図３】
2006315887.tif 000005