(57)【要約】【課題】ガラス物品の表面に所期のパターンを正確に形成することができ、且つ、当該パターンを構成する凹部の面性状を幅広い範囲で調整可能なガラス物品の表面加工方法を提供する。【解決手段】ガラス物品である板ガラス１の表面に凹設するパターンに対応したマスキングを保護膜２で施した後、保護膜２が形成された状態の板ガラス１の表面を機械研磨する。そして、この機械研磨により、板ガラス１の表面のうち、保護膜２の非形成領域を部分的に研磨し、板ガラス１の表面にパターンを構成する凹部１ａを形成する。【選択図】図４
2011125953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品の表面に所定のパターンを凹設するガラス物品の表面加工方法であって、
保護膜で前記ガラス物品の表面に前記パターンに対応したマスキングを施した後、前記保護膜が形成された状態の前記ガラス物品の表面を機械研磨することにより、前記ガラス物品の表面のうち、前記保護膜の非形成領域を部分的に研磨して前記パターンを凹設することを特徴とするガラス物品の表面加工方法。
【請求項２】
前記機械研磨が、弾性を有する研磨面を有する研磨手段によって行われることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の表面加工方法。
【請求項３】
前記保護膜の硬度が、前記ガラス物品の硬度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス物品の表面加工方法。
【請求項４】
前記保護膜が、クロム、モリブデン、酸化インジウムスズの中から選ばれた１の材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガラス物品の表面加工方法。
【請求項５】
前記保護膜の膜厚が、０．１〜３μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス物品の表面加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板などのガラス物品の表面に所定のパターンを凹設するガラス物品の表面加工技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガラス基板などの各種ガラス物品の表面には、技術的或いは装飾的な理由から所定のパターンが凹設される場合がある。そして、このようにガラス物品の表面にパターンを構成する凹部を形成する加工方法としては、エッチングを利用したものや、サンドブラストを利用したものなどが公知となっている。
【０００３】
詳述すると、エッチングを利用した加工方法としては、保護膜でガラス物品の表面に所定のパターンに対応したマスキングを施した後、エッチング液による化学反応によって、ガラス物品の表面のうち、保護膜が形成されていない部分を選択的に除去して、ガラス物品の表面に所定のパターンを凹設するというものである（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、サンドブラストを利用した加工方法としては、ガラス物品の表面に所定のパターンに対応したマスクを密接させた状態で、当該マスクを介してガラス物品の表面に微細砥粒を高圧で吹き付けることにより、ガラス物品の表面のうち、マスクを密接させていない部分を微細砥粒によって削り取って、ガラス物品の表面に所定のパターンを凹設するというものである（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７５６８１号公報
【特許文献２】実公平７−９２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エッチングによってガラス物品の表面にパターンを形成する手法では、エッチング液による化学反応が、ガラス物品の深さ方向のみならず、ガラス物品の表面に沿う方向など、等方的に進行する傾向がある。そのため、図５に示すように、ガラス物品（図示例は板ガラス）１１の表面にパターンを構成する凹部１１ａが、保護膜１２によってマスキングを施している部分にも回り込むように形成され、当該凹部１１ａが、所期の幅よりも広がってしまうという問題が生じ得る。また、このように凹部１１ａの幅が広がる際に、保護膜１２によって保護されたガラス部分が側方から凹状にえぐられた状態となるため、凹部１１ａの側壁を構成するガラス部分（図中のＸで示す領域）が、チッピングによって欠け易く、パターンを正確に形成することが一層困難となる。
【０００７】
一方、サンドブラストによってガラス物品の表面にパターンを形成する手法では、微細砥粒を高圧で吹き付けてガラス物品の表面を削り取るものであるため、パターンを構成する凹部は、所謂、すりガラス状の粗面となる。そのため、凹部を鏡面で形成することが要請される場合には、当該要請に的確に応じることができず、凹部の面性状を幅広い範囲で調整することができないという欠点がある。また、サンドブラストの場合には、一般的に、パターンの加工精度が上記のエッチングよりも劣るという欠点もある。
【０００８】
以上の実情に鑑み、本発明は、ガラス物品の表面に所期のパターンを正確に形成することができ、且つ、当該パターンを構成する凹部の面性状を幅広い範囲で調整可能なガラス物品の表面加工方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために創案された本発明は、ガラス物品の表面に所定のパターンを凹設するガラス物品の表面加工方法であって、保護膜で前記ガラス物品の表面に前記パターンに対応したマスキングを施した後、前記保護膜が形成された状態の前記ガラス物品の表面を機械研磨することにより、前記ガラス物品の表面のうち、前記保護膜の非形成領域を部分的に研磨して前記パターンを凹設することに特徴づけられる。
【００１０】
このような方法によれば、ガラス物品の表面のうち、パターンを形成する必要がない領域は、保護膜で保護されるので機械研磨によって研磨されることなく残存し、パターンを形成すべき保護膜の非形成領域のみが、機械研磨によって部分的に研磨される。そして、機械研磨によって研磨が進行する方向は、主としてガラス物品の厚み方向であるので、エッチングの場合のように、保護膜で保護されたガラス部分までパターンを構成する凹部の幅が広がるという事態を可及的に防止することができる。その結果、ガラス物品の表面に正確なパターンを凹設することが可能となる。また、パターンを機械研磨によって凹設するので、機械研磨を実行する研磨手段の研磨面の材質や粗さ等の研磨条件を変更するだけで、パターンを構成する凹部の面性状を幅広い範囲で調整することが可能となる。
【００１１】
上記の方法において、前記機械研磨が、弾性を有する研磨面を有する研磨手段によって行われることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、研磨手段の研磨面が、ガラス物品に押し付けられることによって、ガラス物品に倣って弾性変形する。そして、弾性変形した研磨手段の研磨面は、保護膜の表面と、ガラス物品の表面との間に形成される段差を吸収しながら、保護膜の非形成領域に対応したガラス物品の表面に確実に接触する。そのため、ガラス物品の表面のうち、パターンを形成すべき保護膜の非形成領域を効率よく研磨することが可能となる。
【００１３】
上記の方法において、前記保護膜の硬度が、前記ガラス物品の硬度よりも高いことが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、ガラス物品の表面を機械研磨している過程で生じる保護膜の磨耗を抑えることができるため、ガラス物品の表面にパターンを高精度に凹設することが可能となる。また、保護膜の厚みを薄くしても、ガラス物品の保護機能を十分に発揮できるという利点もある。
【００１５】
この場合、前記保護膜が、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の中から選ばれた１の材料で形成されていることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、ガラス物品の表面に簡単に保護膜を成膜することができ、しかも、ガラス物品への保護膜の密着性も良好となる。
【００１７】
上記の方法において、前記保護膜の膜厚が、０．１〜３μｍであることが好ましい。
【００１８】
すなわち、保護膜の膜厚が、０．１μｍ未満であると、保護膜の膜厚が薄くなりすぎて、十分な保護機能を発揮できなくなるおそれがある。また、保護膜の膜厚が、３μｍを超えると、保護膜が厚くなりすぎて、保護膜に保護されていないガラス基板の表面の研磨効率が低下するおそれがある。したがって、保護膜の膜厚は、上記の数値範囲内であることが好ましく、このようにすれば、研磨効率に影響を与えることなく、保護膜としての保護機能を十分に発揮することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、機械研磨によって、ガラス物品の表面のうち、パターンを形成する必要がある保護膜の非形成領域を部分的に研磨することができるので、ガラス物品の表面に所期のパターンを正確に形成することができるとともに、当該パターンを構成する凹部の面性状を自由に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス物品の表面加工方法のフロー図である。
【図２】本実施形態の保護膜形成工程を経た板ガラスの状態を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の研磨工程に利用される研磨装置の一例を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態の研磨工程と保護膜除去工程とを説明するための図であって、（ａ）は研磨工程の序盤の状態、（ｂ）は研磨工程の終盤の状態、（ｃ）は保護膜除去工程の直前の状態、（ｄ）は保護膜除去工程の直後の状態をそれぞれ説明するための図である。
【図５】従来のエッチングを利用したガラス物品の表面加工方法でパターンを凹設した板ガラスを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、以下では、ガラス物品が板ガラス（ガラス基板を含む。）である場合を例にとって説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るガラス物品の表面加工方法は、保護膜で板ガラスの表面にパターンに対応したマスキングを施す保護膜形成工程Ｓ１と、保護膜が形成された状態の板ガラスの表面を機械研磨する研磨工程Ｓ２と、研磨後に板ガラスの表面に残存する保護膜を除去する保護膜除去工程Ｓ３とを含む。
【００２３】
保護膜形成工程Ｓ１では、例えば、図２に示すように、板ガラス１の表面のうち、パターンを形成すべき部分のみが露出するように板ガラス１の表面に保護膜２を形成し、この保護膜２で板ガラス１の表面をマスキングする。この保護膜２は、例えば、スパッタ処理等の手法により板ガラス１の表面全体に０．１〜３μｍの膜厚で成膜した後、フォトリソグラフィ等の手法によってパターンに対応した部分を除去することにより形成される。なお、保護膜２は、図示例のように矩形状の板ガラス１の表面に額縁状に形成したものに限定されるものではなく、板ガラス１に形成すべきパターン形状に合わせて適宜変更することができる。具体的には、パターンが、例えば、文字、図形（模様を含む。）、記号、又はこれらの組み合わせからなる場合には、保護膜２は、これらの文字等に対応するように形成される。
【００２４】
保護膜２としては、板ガラス１の硬度よりも高く且つ板ガラス１との密着性が良好な材料を選択することが好ましい。また、板ガラス１を研磨する際には、研磨液（例えば、酸化セリウムや、酸化アルミニウムなどの研磨スラリー）が供給されるのが通例であるので、保護膜２の材料は、研磨液との反応性が低いものであることがより好ましい。そして、このような条件を満足する保護膜２の材料の具体例としては、例えば、Ｃｒ，Ｍｏ，ＩＴＯなどが挙げられる。
【００２５】
研磨工程Ｓ２では、上述のように保護膜２が形成された板ガラス１の表面を機械研磨する。そして、研磨工程Ｓ２では、例えば、図３に示すような研磨装置が利用される。
【００２６】
詳細には、図３に示す研磨装置は、回転可能な上定盤３と、回転可能な下定盤４とを上下方向に対向させた状態で配置した構成とされている。上定盤３の下面には、保護膜２を形成した側の面を下方に向けた状態の板ガラス１がフォルダ５を介して保持されている。一方、下定盤４の上面には、例えば、発泡ポリウレタンや、ポリエステル繊維不織布等の比較的弾性のある材料で形成された研磨パッド６が取り付けられている。なお、図中の７は、研磨パッド６に研磨液を供給する研磨液供給ノズルである。
【００２７】
そして、板ガラス１の研磨を行う際には、上定盤３に荷重を掛けた状態で、上定盤３と下定盤４とを相反回転させることで、上定盤３に保持された板ガラス１の下面側が研磨パッド６によって研磨されるようになっている。
【００２８】
なお、図示例の研磨装置では、上定盤３の回転軸Ａ１と下定盤４の回転軸Ａ２とが互いに一致した態様を例示しているが、研磨装置は、下定盤４の回転軸Ａ２に対して上定盤３の回転軸Ａ１を偏移させて、上定盤３を下定盤４に対して偏心させて配置した態様であってもよい。また、研磨装置は、上定盤３に研磨パッド６を取り付けて、下定盤４に板ガラス１を保持する構成のものであってもよい。
【００２９】
次に、図４に基づいて、研磨工程Ｓ２と保護膜除去工程Ｓ３について詳細に説明する。なお、図４では、説明の便宜上、保護膜２の膜厚を誇張して図示している。
【００３０】
上記の研磨装置などで実行される研磨工程Ｓ２では、図４（ａ）に示すように、研磨パッド６は、板ガラス１の表面（下面）に押し付けられる。この際、研磨パッド６は、上述のように弾性を有する材料で形成されているため、板ガラス１に倣って弾性変形する。そして、弾性変形した研磨パッド６は、保護膜２の表面と、保護膜２の非形成領域に対応した板ガラス１の表面との間に形成される段差を吸収しながら、保護膜２の非形成領域に対応した板ガラス１の表面に確実に接触する。したがって、この状態で、研磨パッド６によって研磨を進めると、図４（ｂ）に示すように、板ガラス１の表面のうち、保護膜２の非形成領域のみが部分的に研磨され、図４（ｃ）に示すように、板ガラス１の表面にパターンを構成する凹部１ａが形成される。
【００３１】
そして、保護膜除去工程Ｓ３で、図４（ｄ）に示すように、板ガラス１の表面に残存している保護膜２をエッチングなどによって除去することで、パターンを構成する凹部１ａが形成された板ガラス１の表面加工が完了する。
【００３２】
以上のように本実施形態に係るガラス物品の表面加工方法によれば、機械研磨によって、板ガラス１の表面のうち、パターンを形成する必要がない領域は、保護膜２で保護しつつ、パターンを形成する必要がある領域のみを機械研磨によって、部分的に研磨することができる。そして、機械研磨によって研磨が進行する方向は、主として板ガラス１の厚み方向であるので、エッチングの場合のように、保護膜２で保護した領域までパターンを構成する凹部１ａの幅が広がるという事態を可及的に防止することができる。その結果、板ガラス１の表面にパターンを構成する凹部１ａを正確に形成することが可能となる。加えて、パターンを機械研磨によって凹設するので、研磨パッド６の材質や粗さ等の研磨条件を変更するだけで、パターンを構成する凹部１ａの面性状を幅広い範囲（例えば、梨地状の粗面や、鏡面など）で調整することが可能となる。
【００３３】
また、保護膜２の硬度は、上述のように板ガラス１の硬度よりも高く設定されているため、板ガラス１の表面を機械研磨している過程で生じる保護膜２の磨耗が抑えられ、図４（ｃ）に示すように、研磨後の板ガラス１の表面にも、保護膜２が残存する。そのため、機械研磨を実行している間、板ガラス１の表面が保護膜２によって確実に保護されることから、保護膜２の保護機能を十分に発揮して凹部１ａの加工精度の向上に寄与し得る。なお、板ガラス１の目標研削量よりも、保護膜２の厚みを分厚くした場合には、板ガラス１の硬度と保護膜２の硬度が同程度であっても、板ガラス１の研磨終了段階で、板ガラス１の表面に保護膜２を残存させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、最終的に、板ガラス１の表面から保護膜２を除去する場合を例示したが、保護膜２に装飾的な利用価値がある場合などには、保護膜除去工程Ｓ３を省略して、板ガラス１の表面に保護膜２を残存させたままであってもよい。
【００３５】
また、上記の実施形態では、例えば、ガラス物品として表面加工を施す部分が平面をなす板ガラスを例示したが、ガラス物品の被加工面は、平面に限られるものではなく、曲面であってもよい。
【００３６】
さらに、上記の表面加工方法によれば、緻密な凹溝の加工が可能であるので、ガラス物品の装飾だけでなく、例えば、マイクロリアクターやＤＮＡチップの製作などにも応用することができる。
【実施例】
【００３７】
本発明の有用性を実証するために、評価試験を行った。この評価試験では、フォトリソグラフィによって板ガラスの表面に微細パターン（ライン・アンド・スペースパターン）をＩＴＯ膜で形成するとともに、このＩＴＯ膜を保護膜として板ガラスの表面に対して、パターンを凹設する表面加工を行った。また、板ガラスの研磨には、研磨パッドとしてポリウレタンを主成分とするスウェードを使用するとともに、研磨剤として酸化セリウムを使用した。
【００３８】
そして、第１の評価試験として、一定の荷重を加えて板ガラスの研磨を行った後、板ガラスの表面のＩＴＯ膜を除去し、板ガラスの研磨量を研磨面と未研磨面との間の段差（図４（ｄ）の符号Ｄ）を触針式段差計（株式会社アルバック製のＤＥＫＴＡＫ  ６Ｍ）によって測定した。
【００３９】
また、第２の評価試験として、第１の評価試験の各板ガラス（実施例１〜３）に形成されたパターンを構成する凹部の面粗さをＡＦＭによって測定した。
【００４０】
これら第１及び第２の評価試験の測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2011125953.tif 000003
【００４２】
上記の表１の結果からも、研磨パッドをガラス基板の表面に押し付ける荷重を変えることで、ガラス基板の表面に形成されるパターンを構成する凹部の深さ制御できること、及び、ガラス基板の表面に形成される凹部の面粗さを制御できることが確認できる。
【符号の説明】
【００４３】
１      板ガラス
１ａ    凹部
２      保護膜
３      上定盤
４      下定盤
５      フォルダ
６      研磨パッド
１１    ガラス物品
１１ａ  凹部
１２    保護膜
Ｓ１    保護膜形成工程
Ｓ２    研磨工程
Ｓ３    保護膜除去工程
【図１】
2011125953.tif 000004
【図２】
2011125953.tif 000005
【図３】
2011125953.tif 000006
【図４】
2011125953.tif 000007
【図５】
2011125953.tif 000008