(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の主面を有し、アルカリ金属酸化物を含有するガラス材料からなるガラス基体の前記主面の一方に、少なくとも型面が導電性を有する、回転または輪転する成形型の前記型面を当接させるとともに、
前記型面が当接された前記ガラス基体の当接面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下（ただし、Ｔｇは前記ガラス材料のガラス転移温度を示す。）の温度に保持した状態で、前記ガラス基体に、前記当接面側を反対の主面側に対して高い電位とする直流電圧を印加しながら、
前記成形型を回転または輪転させ、同時に前記成形型または前記ガラス基体を、前記ガラス基体の当接面に平行な方向に前記成形型の回転または輪転速度に合わせて移動させ、前記ガラス基体の前記当接面を成形することを特徴とするガラス基体の成形方法。
【請求項２】
一対の主面を有し、アルカリ金属酸化物を含有するガラス材料からなるガラス基体の前記主面の一方に、少なくとも型面が導電性を有する、回転または輪転する成形型の前記型面を当接させるとともに、
前記型面が当接された前記ガラス基体の当接面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下（ただし、Ｔｇは前記ガラス材料のガラス転移温度を示す。）の温度に保持した状態で、前記ガラス基体に、前記当接面側を正極とし反対の主面側をアースまたは負極とする直流電圧を印加しながら、
前記成形型を回転または輪転させ、同時に前記成形型または前記ガラス基体を、前記ガラス基体の当接面に平行な方向に前記成形型の回転または輪転速度に合わせて移動させ、前記ガラス基体の前記当接面を成形することを特徴とするガラス基体の成形方法。
【請求項３】
前記成形型は、凹凸形状の微細パターンが形成された型面を有する、請求項１または２に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項４】
前記直流電圧の印加は、前記型面と前記主面の一方との間でコロナ放電を発生させない、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項５】
前記ガラス基体の前記当接面を成形した後、更に、該当接面をエッチングする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項６】
前記ガラス基体は、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物を合計で１５質量％を超える割合で含有するガラス材料からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項７】
前記成形において、前記ガラス基体の当接面とともに前記成形型の型面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に保持する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項８】
前記直流電圧は１〜１０００Ｖの範囲である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項９】
前記成形において、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力を前記ガラス基体の当接面に加える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項１０】
前記成形は空気または窒素を主体とする雰囲気で行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【請求項１１】
前記ガラス基体を導電性の基盤上に配置し、前記成形型の型面を正極とし前記基盤をアースまたは負極とする直流電圧を印加する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス基体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基体の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フラットパネルディスプレイやプロジェクタなどのディスプレイデバイスでは、より多くの光を透過させて明度の高い画像を実現するために、各画素の前後に、微細な凹凸構造によりレンズ機能や光散乱機能を持たせた光学素子を設けている。また、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた微小化学分析デバイスや化学合成デバイス、ＭＥＭＳによる流体制御システムでは、ガラス表面に微細な凹凸構造を形成し、それらを接合して液体の流路や各種分析反応機構を作製している。そのため、目的に合わせて、ガラス表面に微細な凹凸構造を形成するための効率的な方法が求められている。【０００３】
従来から、表面に微細な凹凸形状のパターンを有するガラス成形体を製造するには、成形用の型により微細パターンを転写して形成する方法が用いられている。この方法は、軟化温度まで加熱されたガラスに、型面に凹凸形状の微細パターンが形成された平板状の成形型を押し付けることにより、型面の微細パターンをガラスに転写する方法である（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】
しかし、この方法では、ガラスおよび成形型をガラスが軟化する高い温度まで加熱する必要があり、成形に要する時間が長くなるため、生産性が低く、作業コストが高くなるという問題があった。また、成形型を、高温での耐久性に優れた耐熱性材料で形成する必要があるため、成形装置を構成する材料コストが高くなるという問題があった。さらに、転写後の冷却工程で、ガラスに転写された微細パターンに変形が生じるおそれがあり、精度の高い転写が難しかった。【０００５】
このような問題を解決し、かつ大荷重を負荷することなくガラスを成形するために、特許文献２には以下の方法が提案されている。すなわち、ガラス材料と平板状の成形型とを、ガラス材料のガラス転移温度Ｔｇに対して、Ｔｇ−１５０℃＜Ｔ＜Ｔｇ＋１００℃の範囲の温度Ｔに加熱し、接触保持した状態で、ガラス材料と成形型との間に直流電圧（好ましくは、１００Ｖ以上２０００Ｖ以下）を印加して、ガラス材料と成形型の表面との間に静電引力を発生させ、この静電引力により加圧して成形を行う方法が提案されている。【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、ガラスに転写された微細パターンの凹凸はある程度の高低差を有するものの、未だ十分ではなかった。また、この方法では、転写処理がなされるガラス基板の面積が、成形型の型面の面積以下に限定されるので、大面積のガラス基板を処理するには、大型の成形型を必要とし、設備コストが著しく上昇するという問題があった。【０００７】
さらに、液晶ディスプレイ等のカバー用ガラス基板として、各種の機能膜の特性を劣化させることがないガラス基板が求められている。すなわち、従来から、液晶ディスプレイのようなディスプレイデバイスのカバー用ガラス基板、特に表面に金属や酸化物の薄膜を形成するガラス基板では、ガラス中にアルカリ金属酸化物が含有されていると、ガラス表面に溶出したアルカリ金属イオンが薄膜中に拡散して、膜特性を劣化させてしまう。そのため、実質的にアルカリ金属イオンを含まない無アルカリガラスが用いられている。しかしながら、アルカリ金属イオンを含有する通常のガラス基板を使用し、無アルカリガラス基板と同様に、前記液晶ディスプレイ等のカバー用ガラス基板として使用可能なガラス基板が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６１４０５号公報
【特許文献２】国際公開２００８／１２３２９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、大面積のガラス基体でも低コストで成形する方法の提供を目的とする。特に、大面積のガラス基体の主面に成形型の微細な凹凸パターンを低コストで転写・形成するとともに、凹凸の高低差を高めることができる方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガラス基体の成形方法は、一対の主面を有し、アルカリ金属酸化物を含有するガラス材料からなるガラス基体の前記主面の一方に、少なくとも型面が導電性を有する、回転または輪転する成形型の前記型面を当接させるとともに、前記型面が当接された前記ガラス基体の当接面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下（ただし、Ｔｇは前記ガラス材料のガラス転移温度を示す。）の温度に保持した状態で、前記ガラス基体に、前記当接面側を反対の主面側に対して高い電位とする直流電圧を印加しながら、前記成形型を回転または輪転させ、同時に前記成形型または前記ガラス基体を、前記ガラス基体の当接面に平行な方向に前記成形型の回転または輪転速度に合わせて移動させ、前記ガラス基体の前記当接面を成形することを特徴とする。また、本発明のガラス基体の成形方法は、一対の主面を有し、アルカリ金属酸化物を含有するガラス材料からなるガラス基体の前記主面の一方に、少なくとも型面が導電性を有する、回転または輪転する成形型の前記型面を当接させるとともに、前記型面が当接された前記ガラス基体の当接面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下（ただし、Ｔｇは前記ガラス材料のガラス転移温度を示す。）の温度に保持した状態で、前記ガラス基体に、前記当接面側を正極とし反対の主面側をアースまたは負極とする直流電圧を印加しながら、前記成形型を回転または輪転させ、同時に前記成形型または前記ガラス基体を、前記ガラス基体の当接面に平行な方向に前記成形型の回転または輪転速度に合わせて移動させ、前記ガラス基体の前記当接面を成形することを特徴とする。
【００１１】
本発明のガラス基体の成形方法において、前記成形型は、凹凸形状の微細パターンが形成された型面を有することが好ましい。また、前記直流電圧の印加は、前記型面と前記主面の一方との間でコロナ放電を発生させないこともできる。また、前記ガラス基体の前記当接面を成形した後、更に、該当接面をエッチングすることが好ましい。そして、前記ガラス基体は、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物を合計で１５質量％を超える割合で含有するガラス材料からなることが好ましい。また、前記成形において、前記ガラス基体の当接面とともに前記成形型の型面を、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に保持することが好ましい。また、前記直流電圧は１〜１０００Ｖの範囲であることが好ましい。また、前記成形において、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力を前記ガラス基体の当接面に加えることが好ましい。そして、前記成形は空気または窒素を主体とする雰囲気で行うことが好ましい。さらに、前記ガラス基体を導電性の基盤上に配置し、前記成形型の型面を正極とし前記基盤をアースまたは負極とする直流電圧を印加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の成形方法によれば、大面積のガラス基体に対して、大型（大面積）の成形型を使用することなく成形することができ、低コストの成形が可能である。特に、型面に凹凸形状の微細パターン（以下、単に微細パターンまたは凹凸パターンということがある。）が形成された成形型を使用することで、型面の凹凸パターンをガラス基体の当接面に精度良く転写し、凹凸の高低差が十分に高いガラス成形体を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成形方法を説明するための図である。
【図２Ａ】本発明の成形方法の実施形態において、ガラス基体への電圧印加によるアルカリ金属イオンの移動と、成形型による凹凸パターンの転写との関係を説明する図である。
【図２Ｂ】本発明の成形方法の実施形態において、ガラス基体への電圧印加によるアルカリ金属イオンの移動と、成形型による凹凸パターンの転写との関係を説明する図である。
【図２Ｃ】本発明の成形方法の実施形態において、ガラス基体への電圧印加によるアルカリ金属イオンの移動と、成形型による凹凸パターンの転写との関係を説明する図である。
【図３】本発明の成形方法に使用される成形装置の第１の例の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の成形方法に使用される成形装置の第２の例の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の成形方法に使用される成形装置の第３の例の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の成形方法に使用される成形装置の第４の例の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の成形方法に使用される成形装置の第５の例の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の成形方法に使用される成形装置の第６の例の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の成形方法に使用される成形装置の第７の例の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の成形方法に使用される成形装置の第８の例の概略構成を示す図である。
【図１１】実施例１〜３において、エッチング時間とガラス基板の成形面に形成される凹凸の段差（ガラス段差）との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明のガラス基体の成形方法の実施形態においては、図１に示すように、アルカリ金属酸化物を含有するガラス材料からなり、一対の主面を有するガラス基体１に対して、少なくとも型面２ａが導電性を有するように形成された回転または輪転する成形型２（以下、回転成形型という。）を、型面２ａがガラス基体１の主面の一方に当接するように保持する。こうして回転成形型２の型面２ａが当接されたガラス基体１の主面である当接面１ａが、成形面となる。回転成形型２の型面２ａには、ガラス基体１に転写すべき凹凸パターンが形成されていることが好ましい。なお、図１において、符号３は基盤であって、アースまたは負極となる導電体、符号４は回転成形型２の支持体、符号５は絶縁部をそれぞれ示す。また、符号１ｂは、ガラス基体１の当接面１ａに形成されたアルカリ低濃度領域１ｂを示す。アルカリ低濃度領域１ｂについては、後に詳しく説明する。
【００１６】
以下、型面２ａに凹凸パターンが形成された回転成形型２を使用する例について説明する。図１では、回転成形型２が、軸の周りに回転（自転）するロール状の成形型である例について記載するが、回転成形型は、複数の回転ロールの間に架け渡されたエンドレスベルト状のものであってもよい。なお、そのようなエンドレスベルト状の回転成形型については、後述する成形装置の項でさらに説明する。
【００１７】
このように回転成形型２の型面２ａをガラス基体１の主面の一方に当接させたままで、該ガラス基体１の少なくとも当接面１ａを、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下（ただし、Ｔｇはガラス基体１を構成するガラス材料のガラス転移温度を示す。）の温度Ｔに保持する。この状態で、ガラス基体１に対して、前記当接面１ａ側が正電位となり、反対の主面（以下、裏面と示す。）側がアースまたは負電位となるような直流電圧を印加しながら、回転成形型２を軸の周りで回転させ、同時に回転成形型２またはガラス基体１を、ガラス基体１の当接面１ａに平行な方向に、回転成形型２の回転速度に合わせて移動させる。このようにして、直流電圧を印加しながら、ガラス基体１の当接面１ａを回転成形型２の型面２ａにより成形する。この直流電圧の印加にあたっては、ガラス基体１の当接面１ａ側が、反対の主面側の電位に対して高ければよい。また、回転成形型２をガラス基体１に当接して凹凸パターンを成形する際には、回転成形型２を通じてガラス基体１に少なくともゼロを超える押圧がかかっている。
【００１８】
なお、ガラス基体１の少なくとも当接面１ａを上記所定の温度に加熱する操作と、回転成形型２の型面２ａをガラス基体１の当接面１ａに当接させる操作とは、どちらが先であってもよい。すなわち、ガラス基体１の主面の一方を上記所定の温度に加熱した後、回転成形型２の型面２ａをガラス基体１の該主面に当接させてもよく、回転成形型２の型面２ａをガラス基体１の主面の一方に当接させた後、ガラス基体１の少なくとも当接面１ａを上記所定の温度に加熱してもよい。
【００１９】
こうして、ガラス基体１の当接面１ａである成形面に、回転成形型２の型面２ａに形成された凹凸パターンが精度良く転写され、表面に凹凸形状の微細パターンが形成されたガラス成形体が得られる。
本発明においては、こうして得られたガラス成形体の成形面をエッチング処理することが好ましい。エッチング処理を行うことにより、ガラス成形体の成形面に形成された凹凸パターンにおける、凹凸の高低差をより大きくすることができる。
【００２０】
本発明の実施形態においては、ガラス基体１の少なくとも当接面１ａ、好ましくはガラス基体１全体が、１００℃を超えかつ（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に加熱、保持された状態で、例えば１００Ｖ以下の直流電圧が印加されることで、ガラス基体１の当接面１ａに、回転成形型２の型面２ａの凹凸パターンが精度良く転写される。これは、以下に示す理由によると考えられる。なお、「ガラス基体の温度」とは、ガラス基体１の少なくとも当接面１ａ、好ましくはガラス基体１全体が該温度であることをいう。また、回転成形型２の温度ついても同様に、少なくとも型面２ａ、好ましくは回転成形型２全体が該温度であることをいう。
【００２１】
すなわち、ガラス基体１（好ましくはガラス基体１と回転成形型２）を、１００℃を超えかつ（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に保持した状態で、ガラス基体１に対して直流電圧を印加した場合、ガラス基体１の正極側つまり当接面１ａ側の表層部において、ガラス基体１を構成するガラス材料に含まれるアルカリ金属イオンが、アースまたは負極（以下、負極等ということがある。）側である裏面側に向って移動する。なお、直流電圧の印加により、ガラス材料に含まれるアルカリ土類金属イオンも移動しようとするが、１価のカチオンでイオン半径が小さいアルカリ金属イオンの方が、負極等の側である裏面側に向かって移動しやすい。
【００２２】
そして、ガラス基体１の当接面１ａ側の表層部においては、該表層部に接する回転成形型２の型面２ａの凹部と凸部の電界強度の違いにより、アルカリ金属イオンの移動の程度（移動距離）および移動方向に差異が生じる。すなわち、図２Ａに示すように、ガラス基体１の当接面１ａ側の表層部において、回転成形型２の型面２ａの凸部に接する領域（以下、第１の領域と示す。）では、アルカリ金属イオンが負極等の側（裏面側）に向かって移動することにより、図２Ｂに示すように、アルカリ金属イオンの含有割合がガラス母材に比べて低いアルカリ低濃度領域１ｂが形成される。そして、この第１の領域に形成されたアルカリ低濃度領域１ｂは、加圧により座屈しやすく、またアルカリ金属イオンが負極等の側へ移動しようとすることで、ガラスの変形が加速されるものと考えられる。ここで、ガラス母材とは、成形される前の状態のガラス基体を構成するガラス材料をいう。ガラス基体において、成形された後のアルカリ低濃度領域１ｂ以外の領域は、ガラス母材と略同様のガラス組成といえる。
【００２３】
こうして、ガラス基体１の成形が促進され、図２Ｃに示すように、ガラス基体１の当接面１ａである成形面において、回転成形型２の型面２ａの凸部に接する第１の領域を凹部とし、型面２ａの凹部に対向する第２の領域を凸部とする凹凸パターンが形成される。なお、成形時の電圧印加と加圧の操作については、後述するように、電圧印加の状態で加圧を行ってもよく、加圧状態を継続中に電圧印加を行ってもよい。
【００２４】
このように、成形時のアルカリ金属イオンの移動により、凹凸パターンが転写・形成されたガラス成形体においては、成形面の凹部の表面近傍にアルカリ金属イオンの低濃度領域が形成される。ここで、表面近傍とは、表面から０．１〜１０μｍの深さまでの部分をいうものとする。なお、成形面の凸部の表面近傍のアルカリ金属イオン濃度はガラス母材と変わらない。
【００２５】
なお、ガラス基体がその組成において複数種のアルカリ金属酸化物を含む場合、複数種のアルカリ金属イオンはいずれもアース極または負極側に向けて移動する結果、前記アルカリ金属イオンの低濃度領域では、いずれのアルカリ金属イオンの含有濃度もガラス母材より低くなる。しかし、ナトリウムイオンが最も移動しやすいので、本発明において電圧印加によって移動するアルカリ金属イオンの主たるものは、ナトリウムイオンであり、ナトリウムイオンの低濃度領域が形成される。
【００２６】
＜ガラス基体＞
本発明の実施形態の成形方法で用いられるガラス基体は、組成においてアルカリ金属酸化物を有するガラス材料、すなわちガラス母材から構成される。ガラス母材の組成は、少なくとも１種のアルカリ金属酸化物を有するものであれば特に限定されないが、成形の容易性の観点から、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物を合計で１５質量％を超える割合で含有するものが好ましい。
【００２７】
そのようなガラス材料としては、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２を５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜２５％、Ｂ２Ｏ３を０〜１０％、Ｎａ２Ｏを１０〜１６％、Ｋ２Ｏを０〜８％、Ｌｉ２Ｏを０〜１６％、ＣａＯを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１２％、その他ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３などを合計で１０％未満含有するガラスを挙げることができる。以下、このガラスを構成する各成分について記載する。なお、％はいずれも質量％を表す。
【００２８】
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分である。ＳｉＯ２の含有割合が５０％未満では、ガラスとしての安定性が低下する、または耐候性が低下するおそれがある。ＳｉＯ２の含有割合は６０％以上が好ましい。より好ましくは６２％以上、特に好ましくは６３％以上である。
ＳｉＯ２の含有割合が８０％超では、ガラスの粘性が増大し、溶融性が著しく低下するおそれがある。ＳｉＯ２の含有割合は、より好ましくは７６％以下、さらに好ましくは７４％以下である。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３はイオンの移動速度を向上させる成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有割合が０．５％未満では、イオンの移動速度が低下するおそれがある。Ａｌ２Ｏ３の含有割合は、より好ましくは１％以上、さらに好ましくは２．５％以上、特に好ましくは４％以上、最も好ましくは６％以上である。
Ａｌ２Ｏ３の含有割合が２５％超では、ガラスの粘性が高くなり、均質な溶融が困難になるおそれがある。Ａｌ２Ｏ３の含有割合は２０％以下が好ましい。より好ましくは１６％以下、特に好ましくは１４％以下である。
【００３０】
Ｂ２Ｏ３は必須成分ではないが、高温での溶融性またはガラス強度の向上のために含有してもよい成分である。Ｂ２Ｏ３を含有する場合、その含有割合は０．５％以上がより好ましく、さらに好ましくは１％以上である。
また、Ｂ２Ｏ３の含有割合は１０％以下である。Ｂ２Ｏ３は、アルカリ成分との共存により蒸発しやすくなるため、均質なガラスを得にくくなるおそれがある。Ｂ２Ｏ３の含有割合は、より好ましくは６％以下、さらに好ましくは１．５％以下である。ガラスの均質性を特に改善するためには、Ｂ２Ｏ３は含有しないことが好ましい。
【００３１】
Ｎａ２Ｏはガラスの溶融性を向上させる成分であり、前記直流電圧の印加によって移動する主たるイオン（ナトリウムイオン）を有する。Ｎａ２Ｏの含有割合が１０％未満では、直流電圧の印加によるナトリウムイオンの移動効果が得られにくい。Ｎａ２Ｏの含有割合は、より好ましくは１１％以上、特に好ましくは１２％以上である。
Ｎａ２Ｏの含有割合は１６％以下である。１６％超では、ガラス転移温度Ｔｇが低下し、それにしたがって歪点が低くなり、耐熱性が劣る、または耐候性が低下するおそれがある。Ｎａ２Ｏの含有割合は、より好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１４％以下、特に好ましくは１３％以下である。
【００３２】
Ｋ２Ｏは必須成分ではないが、ガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、直流電圧の印加によって移動しやすい成分であるため、含有してもよい。Ｋ２Ｏを含有する場合、その含有割合は１％以上が好ましく、さらに好ましくは３％以上である。
また、Ｋ２Ｏの含有割合は８％以下である。Ｋ２Ｏの含有割合が８％超では、耐候性が低下するおそれがある。より好ましくは５％以下である。
【００３３】
Ｌｉ２ＯもＫ２Ｏと同様に必須成分ではないが、ガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、直流電圧の印加によって移動しやすい成分であるため、含有してもよい。Ｌｉ２Ｏを含有する場合、その含有割合は１％以上が好ましく、さらに好ましくは３％以上である。
また、Ｌｉ２Ｏの含有量は１６％以下である。Ｌｉ２Ｏの含有割合が１６％超では、歪点が低くなりすぎるおそれがある。Ｌｉ２Ｏの含有割合は、より好ましくは１４％以下、特に好ましくは１２％以下である。
【００３４】
アルカリ土類金属酸化物は、ガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、ガラス転移温度Ｔｇの調節に有効な成分である。
アルカリ土類金属酸化物のうちで、ＭｇＯは必須成分ではないが、ガラスのヤング率を上げて強度を向上させ、溶解性を向上させる成分である。ＭｇＯを１％以上含有することが好ましい。ＭｇＯの含有割合は、より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。また、ＭｇＯの含有割合は１２％以下である。ＭｇＯの含有割合が１２％超では、ガラスの安定性が損なわれるおそれがある。ＭｇＯの含有割合は、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは８％以下である。
【００３５】
ＣａＯは必須成分ではないが、ＣａＯを含有する場合、その含有割合は典型的には０．０５％以上である。また、ＣａＯの含有割合は１０％以下である。ＣａＯの含有割合が１０％超では、直流電圧の印加によるアルカリ金属イオンの移動量が低下するおそれがある。ＣａＯの含有割合は、より好ましくは６％以下、さらに好ましくは２％以下、特に好ましくは０．５％以下である。
【００３６】
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の含有割合の合計（総量）は、ガラスの溶融性を向上させ、かつガラス転移温度Ｔｇの調節による安定した電圧印加のために、１５％を超える量が好ましい。アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の含有割合の合計は、より好ましくは１７％以上、特に好ましくは２０％以上であり、上限は好ましくは３５％以下である。
【００３７】
本発明の成形方法で用いられるガラス基体を構成するガラスは、本発明の目的を損なわない範囲で、その他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それらの成分の含有割合の合計は１０％以下が好ましく、より好ましくは５％以下である。実質的に以上の成分からなること、すなわちその他の成分を含有しないことが特に好ましい。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
【００３８】
ＳｒＯは必要に応じて含有してもよいが、ＭｇＯやＣａＯに比べてガラスの比重を大きくするので、材料の軽量化の観点からは、その含有割合は１％未満が好ましい。ＳｒＯの含有割合は、より好ましくは０．５％未満、特に好ましくは０．２％未満である。
【００３９】
ＢａＯはアルカリ土類金属酸化物の中でガラスの比重を大きくする作用が最も大きいので、材料の軽量化の観点からは、含有しないか、あるいは含有する場合であっても、その含有割合は１％未満が好ましい。ＢａＯの含有割合は、より好ましくは０．５％未満、特に好ましくは０．２％未満である。
ＳｒＯとＢａＯを含有する場合、それらの含有割合の合計は１％未満が好ましい。ＳｒＯとＢａＯの含有割合の合計は、より好ましくは０．５％未満、特に好ましくは０．２％未満である。
【００４０】
ＺｒＯ２は必須成分ではないが、ガラスの耐薬品性向上のために含有してもよい成分である。ＺｒＯ２を含有する場合、その含有割合は０．１％以上がより好ましく、さらに好ましくは０．３％以上、特に好ましくは１．５％以上である。
【００４１】
ＺｎＯはガラスの高温での溶融性を向上するために、例えば２％まで含有してもよい場合があるが、好ましくはその含有割合は１％以下である。ガラスをフロート法で製造する場合などには、含有割合を０．５％以下にすることが好ましい。ＺｎＯの含有割合が０．５％超では、フロート成形時に還元し製品欠点となるおそれがある。典型的にはＺｎＯは含有しない。
【００４２】
ＳｎＯ２を含有する場合、その含有割合は０．５％未満が好ましい。ＳｎＯ２の含有割合が０．５％以上の場合には、ガラスの安定性が損なわれるおそれがある。ＳｎＯ２の含有割合は、より好ましくは０．１％未満、特に好ましくは０．０５％未満である。
さらに、これらの各成分を含有するガラスは、溶融の際の清澄剤として、ＳＯ３、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。
【００４３】
なお、このようなガラスにおけるガラス転移温度Ｔｇは、概ね５００〜７００℃の範囲にあることが好ましい。ただし、本発明の成形方法に用いるガラス基体を構成するガラス材料のガラス転移温度Ｔｇは、前記範囲に限定されるものではない。
【００４４】
このようなガラスから構成されるガラス基体の形状は、互いに平行な一対の主面を有する形状であれば特に限定されない。一対の主面が平坦な平面である平板状のものでも、一対の主面が曲面である曲板状のものでもよい。本明細書において、これら平板状または曲板状のガラス基体をガラス基板といい、以下の記載においては、ガラス基板の成形について説明する。
ガラス基板の厚さは特に限定されない。ガラス成形体の用途に応じて、例えば、１μｍ〜５ｍｍの厚さのガラス基板を使用することができる。
【００４５】
＜成形装置＞
本発明の成形方法に用いられる成形装置の第１の例を、図３に示す。図３は、成形装置１０の構成を概略的に示す図である。
この成形装置１０は、導電性を有する基盤１１と、この基盤１１の上に、一方の主面（例えば下面）が接触するように配置されたガラス基板１２と、ガラス基板１２の他方の主面（例えば上面。成形面ともいう。）に型面１３ａである外周面が当接するように保持されたロール状成形型１３と、ガラス基板１２とロール状成形型１３を加熱し所定の温度に保持するために、これらに接してまたはこれらの近傍に配置された電熱ヒータ（図示を省略。）と、導電性の基盤１１をアース極または負極とし、ロール状成形型１３の型面１３ａを正極として、ガラス基板１２に対して直流電圧を印加するための直流電源１４とを備えている。
【００４６】
また、成形装置１０は、ロール状成形型１３をその軸１３ｂの周りに回転させる回転機構（図示を省略。）と、ロール状成形型１３を、その型面１３ａとガラス基板１２の成形面との当接状態を保持したままで、ガラス基板１２の成形面に平行に移動させる成形型移動機構（図示を省略。）を備えている。さらに、ロール状成形型１３の型面１３ａをガラス基板１２の成形面に押圧する加圧機構を備えていてもよい。図３において、ロール状成形型１３の回転方向およびロール状成形型１３の移動方向を、それぞれ矢印で示す。
【００４７】
ここで、ロール状成形型１３の回転速度は、そのロール径により調整可能となっており、ロール状成形型１３の移動速度は、前記回転速度に同期して調整される。
【００４８】
そして、このような成形装置１０は、窒素雰囲気等に保持されたチャンバ（図示を省略。）内に配置されている。なお、大気中で成形を行う場合は、チャンバを有しない構成とする。また、ガラス基板１２およびロール状成形型１３を加熱し所定の温度に保持する機構は、電熱ヒータに限定されるものではなく、ガラス基板１２等を所定の温度に加熱、保持できる機構であればよい。
以下、このような成形装置１０を構成する各部材などについて、さらに説明する。
【００４９】
（基盤）
ガラス基板１２が載せられる基盤１１は、成形の際に直流電圧が印加されるアースまたは負極となるものであり、導電性の材料から構成される。基盤１１を構成する導電性の材料は、後述する加圧力に耐える機械的強度を有するものが好ましい。
【００５０】
このような導電性材料としては、銀、銅、アルミニウム、クロム、チタン、タングステン、パラジウム、ステンレス等の金属および合金、およびタングステンカーバイド（ＷＣ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、カーボン等が挙げられる。機械的強度の点からは、ＷＣ、ＳｉＣ、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１８のようなステンレス等が好ましく、コストの点からは、カーボンが好ましい。
【００５１】
アースまたは負極となる基盤１１は、ガラス基板１２の裏面（成形面と反対側の面）全体と接触する形状および構造とすることが好ましい。このような形状および構造とすることで、ガラス基板１２内部に均一に電界がかかり、アルカリ金属イオンの移動が促進される。また、後述するように、複数個の小ロールを各軸がロール状成形型１３の回転軸１３ｂと平行になるように並べて配置したものを、前記基盤１１にすることもできる。すなわち、このような小ロールからなる基盤１１の上にガラス基板１２を配置し、小ロールの集合体全体をアースまたは負極となるように直流電源１４を接続することもできる。さらに、このような小ロールの集合体からなる基盤１１を使用し、ガラス基板１２を搬送し、その成形面に平行な水平方向に移動させることもできる。
【００５２】
（ロール状成形型）
ロール状成形型１３の回転軸１３ｂには直流電源１４が接続され、正極となるロール状成形型１３の型面１３ａは、この回転軸１３ｂと電気的に接続されている。このような構造にすることで、ロール状成形型１３の型面１３ａと接するガラス基板１２の成形面に、正電圧を負荷して、ガラス基板１２内部に十分な強度の電界をかけることができる。
【００５３】
また、ロール状成形型１３は、ガラス基板１２と接触する型面１３ａに、凹凸形状の微細パターンを有する。ロール状成形型１３も、後述する加圧力に耐える機械的強度を有する材料から構成されることが好ましい。さらに、ガラス基板１２の成形面（当接面）に所定の正電圧を印加できるように、少なくとも型面１３ａは、導電性材料により構成される。ロール状成形型１３は、ロール面である型面１３ａを含めて全体が、機械的強度と耐久性を有する材料から構成されることが好ましい。ここで、導電性材料としては、例えば、ニッケル、クロム、モリブデン、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１８のようなステンレス等の金属および合金、白金、イリジウム、ロジウム等の貴金属、カーボン、ＳｉＣ、ＷＣ等が挙げられる。さらには、ロール状成形型１３の加熱温度を超える耐熱性を有する材料であれば、導電性の有機材料の使用も可能である。
なお、ロール状成形型１３の型面１３ａにおいては、ガラス基板１２の主面に当接される領域の両側に、ロール支持部分の熱変形を防ぐために、セラミックからなる断熱層を設けることが好ましい。
【００５４】
ロール状成形型１３は、前記した導電性材料により全体を形成してもよいし、あるいは、ＳｉＯ２等の絶縁材料で形成した円筒状の型本体の少なくとも型面に、前記導電性材料からなる薄膜を被覆形成し、この導電性薄膜を、前記したように、直流電源１４の正極と電気的に接続してもよい。
【００５５】
本発明の実施形態の成形方法においては、（Ｔｇ＋５０℃）以下の十分に低い温度で、かつ十分に低い電圧（例えば、１０００Ｖ以下）印加によりガラス基板１２の成形が行われるので、ロール状成形型１３の型面１３ａとガラス基板１２の当接面（成形面）とが接合するという問題が生じない。そして、ロール状成形型１３を回転させながら、その回転速度に合わせて、ガラス基板１２の当接面に平行な方向に移動させて成形を行っているので、大面積のガラス基板１２に対しても、大型の成形型を使用する必要がなく、低コストで成形することができる。
【００５６】
ロール状成形型１３の型面１３ａに形成された微細パターンの凹凸の段差（凹部の表面と凸部の表面の高低差を意味する。以下、「型段差」という。）は、１００ｎｍ以上が好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましく、１μｍ以上がさらに好ましく、１０μｍ以上が特に好ましい。ロール状成形型１３の型面１３ａにおける凹部の表面とガラス基板１２の当接面（成形面）との距離が大きいほど、ガラス基板１２に印加される電界パターンがより鮮明になるため、ガラス基板１２において、ロール状成形型１３の型面１３ａの凸部と接する部分のアルカリ金属イオンの移動により促進されるガラスの変形の度合いも大きくなる。また、ロール状成形型１３の作製のし易さの点から、微細パターンの型段差は、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以下がさらに好ましい。
【００５７】
このとき、ガラス基板１２の当接面（成形面）に形成される凹凸の高低差は、型面１３ａの微細パターンのピッチには依存せず、１〜２００ｎｍが好ましく、５〜１００ｎｍがより好ましく、１０〜８５ｎｍがさらに好ましく、２０〜５０ｎｍが特に好ましい。前記したロール状成形型１３の型面１３ａの型段差は、ガラス基板１２の当接面（成形面）に形成される凹凸の高低差以上である。こうして、（Ｔｇ＋５０℃）以下という十分に低い温度でかつ十分に低い電圧印加により、ガラス基板１２の成形面に対する成形が可能となる。
【００５８】
ロール状成形型１３の型面１３ａに形成された前記微細パターンのピッチは、５０ｎｍ〜５０μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１０μｍがより好ましく、３００ｎｍ〜９００ｎｍがさらに好ましい。
【００５９】
次に、本発明に使用可能な成形装置の別の例を、図４〜９に示す。これらの成形装置によっても、図３に示す成形装置を用いた場合と同様に、回転成形型の型面に形成された凹凸形状の微細パターンを、ガラス基板の成形面に精度良く転写できる。
なお、図４〜図９において、図３に示す成形装置と同じ部分には同じ符号を付し、各図面においても同じ部分には同じ符号を付している。また、回転成形型の回転方向およびガラス基板を搭載した基盤等の移動方向を、矢印で示す。さらに、図５〜図９において、直流電源は省略している。
【００６０】
＜第２および第３の例＞
成形装置１０の第２の例では、図４に示すように、ガラス基板１２を搭載した導電性の基盤１１に、ガラス基板搬送機構（図示を省略。）が設けられている。そして、ガラス基板１２を、ロール状成形型１３の型面１３ａと当接した状態を保ったままで、成形面に平行な水平方向（矢印で示す。）に搬送するように構成されている。
【００６１】
ガラス基板搬送機構は、ガラス基板１２を搭載したままで、導電性の基盤１１をその搭載面に平行な水平方向に移動させることができる機構であればよい。図５に、第３の例として示すように、多数の導電性の小ロール１１ａを並べて配置することで基盤１１を構成し、各小ロール１１ａを自転させることで、多数の小ロール１１ａの集合体である基盤１１自体をガラス基板搬送機構としてもよい。
【００６２】
＜第４の例＞
成形装置の第４の例では、図６に示すように、複数個（例えば２個）のロール状成形型１５，１６が、所定の間隔をおいて並べて配置されており、これらのロール状成形型１５，１６は、それぞれの配置位置で回転軸１５ｂ，１６ｂの周りに回転駆動されている。そして、小ロール１１ａの集合体からなる基盤１１がガラス基板搬送機構として機能し、ガラス基板１２をその成形面に平行な水平方向に搬送するように構成されている。
【００６３】
このような成形装置１０において、複数個のロール状成形型１５，１６を、型面１５ａ，１６ａに形成された凹凸のパターンの配列形状や深さが異なるものとした場合には、ガラス基板１２には、複数個のロール状成形型１５，１６の各型面１５ａ，１６ａの凹凸パターンが合成されたパターンが転写される。したがって、ガラス基板１２の成形面に形成される凹凸パターンの自由度が増すという利点がある。
【００６４】
＜第５の例＞
成形装置１０の第５の例では、図７に示すように、ロール状成形型に代わって、ベルト状成形型１７が用いられている。ベルト状成形型１７は、複数個（例えば２個）の回転ロール１８の間に架け渡され、回転ロール１８の回転に応じてこれらの回転ロール１８の外周面に沿ってエンドレスに輪転するように構成されたベルト状の型である。そして、ベルト状成形型１７の外周面である型面１７ａに凹凸形状の微細パターンを有し、この型面１７ａをガラス基板１２の成形面に当接した状態で、前記第３の例と同様にガラス基板搬送機構として機能する基盤１１により、ガラス基板１２をその成形面に平行な水平方向に搬送するように構成されている。
【００６５】
＜第６および第７の例＞
図８に示す成形装置１０の第６の例、および図９に示す第７の例では、回転成形型として、第５の例と同様にベルト状成形型１７が用いられている。また、ガラス基板搬送機構としては、複数個（例えば２個）の基盤側回転ロール１９の間に架け渡され、これら基盤側回転ロール１９の回転に応じて外周面に沿ってエンドレスに輪転し移動する搬送ベルト２０が設けられている。そして、この搬送ベルト２０の上にガラス基板１２が配置され、ガラス基板１２をその成形面に平行な水平方向に搬送するように構成されている。また、搬送ベルト２０は、導電性材料で構成され、アースまたは負極となるように直流電源に接続されている。
【００６６】
ここで、ベルト状成形型１７を駆動する回転ロール１８の径と、搬送ベルト２０を駆動する基盤側回転ロール１９の径は、必ずしも等しくなくてもよいが、ベルト状成形型１７の型面１７ａがスリップすることなくガラス基板１２の成形面に当接されるように、搬送ベルト２０の移動速度、すなわちガラス基板１２を水平方向に搬送する速度は、ベルト状成形型１７の輪転速度に同期して調整する必要がある。
【００６７】
また、正極としてガラス基板１２の成形面に接するベルト状成形型１７の長さと、アースまたは負極としてガラス基板１２の裏面に接する搬送ベルト２０の長さは、成形の効率の観点から、図８に示すように等しいことが好ましいが、図９に示すように、ガラス基板１２の裏面に接する搬送ベルト２０の長さの方を長くすることもできる。
【００６８】
＜第８の例＞
成形装置の第８の例は、薄い（例えば厚さが０．３ｍｍ以下）シート状のガラス基板（以下、ガラスシートという。）の主面を成形する装置である。この成形装置は、図１０に示すように、所定の位置に配置されたロール状成形型１３の型面１３ａに沿わせて、ガラスシート１２ａを連続的に走行させ、ロール状成形型１３の型面１３ａとの当接部で、ガラスシート１２ａの当接面と反対側の面を導電性の基盤１１により支持し、ロール状成形型１３を正極とし基盤１１をアースまたは負極とする直流電圧を印加するように構成されている。
なお、図１０において、符号２１は送り出しロール、２２は巻き取りロール（引き取りロール）、２３はガイドロールを示す。また、ガラスシート１２ａの走行方向を矢印で示す。
【００６９】
次に、本発明の実施形態における成形の条件（ガラス基板の温度、印加電圧、成形雰囲気など）について説明する。第１の例の成形装置を使用する場合だけでなく、第２〜第８の例の成形装置のいずれを使用する態様においても、下記成形条件により成形することが好ましい。
【００７０】
（ガラス基板の温度）
ガラス基板１２の温度Ｔは、１００℃より高く、かつガラス材料のガラス転移温度をＴｇとしたとき、（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度とする。すなわち、１００℃＜Ｔ≦Ｔｇ＋５０℃とする。なお、この温度は、ガラス基板１２の成形面の温度であり、ガラス基板１２の成形面以外の部位は必ずしもこの温度にする必要はないが、加熱効率および成形作業の効率の点で、ガラス基板１２全体が１００℃より高くかつ（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に加熱されることが好ましい。また、成形の容易性の点から、回転成形型であるロール状成形型１３またはベルト状成形型１７も、ガラス基板１２と同じ温度に加熱することが好ましい。
【００７１】
ガラス基板１２の温度Ｔを１００℃より高くすることで、ガラス材料中でのアルカリ金属イオンの移動が容易になり、ガラス基板１２の成形面における表層部に、アルカリ低濃度領域を形成し、成形を容易に行うことができる。また、ガラス基板１２の温度Ｔを（Ｔｇ＋５０℃）以下にすることで、成形面以外のガラス材料の変形を最小限に抑えることができるうえに、回転成形型であるロール状成形型１３またはベルト状成形型１７（以下、回転成形型と示す。）への熱的なダメージを低減でき、加熱および遮熱構造を簡易化できる。ガラス基板１２の温度Ｔを（Ｔｇ−５０℃）以下にした場合には、ガラスの粘性変形を抑え、ガラス基板１２を流れる電流が高くなるのを抑えることができる。さらに、温度Ｔを（Ｔｇ−１５０℃）以下にした場合には、ロール状成形型１３の型面１３ａまたはベルト状成形型１７の型面１７ａが高温の酸化雰囲気になることがないため、これらの成形型を構成する導電性材料の腐食がほとんど生じない。したがって、ガラスに対する良好な離型性と実用的な型寿命が得られる。
【００７２】
（印加電圧）
前記した導電性の基盤１１または搬送ベルト２０をアースまたは負極とし、ロール状成形型１３の型面１３ａまたはベルト状成形型１７の型面１７ａ（以下、回転成形型の型面と示す。）を正極として、ガラス基板１２に対して１〜１０００Ｖの直流電圧を印加することが好ましい。１０００Ｖ以下の電圧であっても、ガラス基板１２の正極に近い成形面側の表層部において、ガラス基板１２を構成するガラスの組成に含まれるアルカリ金属イオンが、アースまたは負極である基盤１１または搬送ベルト２０に接する面（裏面）側に向って、ガラス中を移動する。その結果、ガラス基板１２の成形面の所定の領域（回転成形型の型面の凸部に接する第１の領域）の表層部に、アルカリ低濃度領域が形成され、１００℃より高くかつ（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度での成形が可能となる。
【００７３】
また、この電圧範囲とすることで、ガラス基板１２と回転成形型との間、およびそれらと成形装置のその他の構成部材との間で絶縁破壊が生じるおそれがないので、絶縁構造を簡易化でき、小型で簡易な装置による成形が可能となる。また、１０００Ｖ以下の印加電圧では、回転成形型の型面に離型膜を形成した場合、離型膜が消耗しないという利点がある。印加電圧の上限は、８００Ｖ以下がより好ましく、６００Ｖ以下がより好ましく、５００Ｖ以下がより好ましく、３００Ｖ以下がさらに好ましい。印加電圧は、１００〜３００Ｖであることがより好ましく、２００〜３００Ｖであることがさらに好ましい。
【００７４】
直流電圧を印加する時間は、印加電圧、回転成形型の型面の型段差、ガラス基板１２の当接面に形成する凹凸の高低差等によるが、１０〜９００秒間が好ましく、１０〜３００秒間がより好ましく、６０〜２００秒間がさらにより好ましい。
成形型の型面の凹凸パターンをガラス基板の当接面に対して、いっそう精度よく転写する一つの方法として、成形型の型面とガラス基板との間でコロナ放電を発生させない方が好ましい。この場合の印加電圧は１００〜３００Ｖが好ましく、印加する時間は６０〜９００秒間が好ましい。また、この場合において、成形型の凹凸の高低差が十分でないときには、ガラス基板の移動速度、成形型の回転または輪転する速度を減少し、印加する時間は長い方がよい。この場合の印加する時間は、３００〜９００秒間がより好ましい。これは、ガラス基板に分極が生じた後も微弱な電流は流れるため、印加する時間が長い程、供給した電気量が大きくなり、エッチングしやすくなるためと考えられる。ここで、コロナ放電が発生しない状態とは、直流電流の放電による急激な変化が検知されない状態をいう。
【００７５】
（成形雰囲気）
ガラス基板１２の成形が行われる雰囲気、例えば、前記成形装置１０が配置されるチャンバ内の雰囲気は、真空雰囲気またはアルゴン等の希ガス雰囲気とする必要はなく、空気または窒素を主体とする雰囲気が好ましい。窒素を主体とする雰囲気がより好ましい。ここで、「空気または窒素を主体とする雰囲気」とは、空気または窒素の含有割合が雰囲気ガス全体の５０体積％を超える気体状態をいう。成形を空気または窒素を主体とする雰囲気で行うことにより、真空中または希ガス中で行う場合に比べて、装置を小型簡易化できるとともに、装置構成の自由度が向上する。
【００７６】
（加圧力）
ガラス基板１２の成形面に対する加圧機構は、回転成形型を外部からの荷重等により加圧し、回転成形型の型面をガラス基板１２の成形面に押圧できる機構であれば、特に限定されない。また、特に加圧機構を用いず、回転成形型の自重により、ガラス基板１２の成形面に対する加圧を施してもよい。加圧により、より短時間で安定して成形を行うことが可能となる。加圧力は０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲が好ましい。加圧力をこの範囲とすることで、ガラス基板１２および回転成形型に損傷を与えることなく、ガラス基板１２の成形面と回転成形型の型面とを確実に当接させ、型面の微細パターンをガラス基板１２の成形面に精度良く転写できる。加圧力は５ＭＰａ以下が好ましく、４ＭＰａ以下がより好ましく、３ＭＰａ以下がさらに好ましい。
【００７７】
加圧は直流電圧印加前に行ってもよいが、電圧印加まで加圧を継続するか、または電圧を印加した状態で加圧を行うことが好ましい。さらに、効率的に成形を行うために、回転成形型を加圧した状態で一定時間保持することが好ましい。加圧時間は、上記電圧印加における印加電圧、回転成形型の型面の型段差、ガラス基板１２の当接面に形成する凹凸の高低差等によるが、概ね１０〜２５０秒間が好ましく、６０〜２００秒間がより好ましい。
【００７８】
このように、本発明の実施形態によれば、ガラス基板１２と回転成形型とを、１００℃を超え（Ｔｇ＋５０℃）以下の温度に加熱、保持し、かつ十分に低い直流電圧を印加することにより、回転成形型の型面に形成された凹凸形状の微細パターンを、ガラス基板１２の当接面である成形面に精度良く転写できる。そして、成形面に形状精度の高い凹凸パターンを有するガラス成形体を得ることができ、従来に比べて低コストの成形を実現できる。ガラス基板１２と回転成形型とを、ガラス基板１２を構成するガラス材料のガラス転移温度Ｔｇよりも１５０℃以上低い温度に加熱する場合には、装置の遮熱構造および断熱構造を簡略化できるうえに、回転成形型の型面に形成される保護用等の被覆層を、従来に比べて耐熱性や耐蝕性が低い材料により構成できるので、装置の小型化と構成材料の低コスト化が可能となる。また、回転成形型の熱による劣化が抑制され、回転成形型の寿命が長くなることでコスト低減が図れるとともに、回転成形型の交換にかかる時間を節約できるため、生産性が向上する。
【００７９】
さらに、成形の際の外部からの加圧（荷重の負荷）を低減することも可能であるので、ガラス基板１２や回転成形型の加圧による破損を防止することができる。また、ガラス材料が軟化するまえの状態で微細パターンを転写するため、微細パターンが転写される成形面以外の部位でガラス材料に変形が生じることがなく、転写精度が高い。特に、回転成形型の型面の微細パターンの角部など、通常の方法では荷重の負荷が困難な部分に、電界集中により大きな力が働くため、より精度の高い転写・成形が可能である。
【００８０】
本発明の成形方法の実施形態により、凹凸形状の微細パターンが形成された成形面を有し、アルカリ低濃度領域が成形面の凹部の表層部に形成されたガラス成形体を得ることができる。ガラス成形体の成形面に形成された凹凸形状の微細パターンにおいて、凹凸の高低差である段差（以下、ガラス段差という。）は、１〜２００ｎｍの範囲とできる。
【００８１】
なお、前記したように、アルカリ低濃度領域は、通常ナトリウムイオンの含有濃度が他の領域より低い、すなわちガラス母材より低い領域であり、具体的には、ナトリウムイオンの含有濃度が、モル基準で例えば初期値（ガラス母材）の１／１０以下である領域を、アルカリ低濃度領域とできる。ここで、ナトリウムイオンの含有濃度は、例えば、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン質量分析）により測定した値とする。本発明で得られたガラス成形体では、このようなアルカリ低濃度領域は、回転成形型の型面の凸部によって座屈した凹部の深さより、さらに深い領域を有する。
【００８２】
＜エッチング工程＞
こうして本発明の成形方法で得られるガラス成形体は、エッチング液を用いてエッチング処理を行うことにより、成形面に形成された凹凸形状の微細パターンにおいて、凹凸の高低差であるガラス段差をより大きくすることができる。これは、ガラス成形体の成形面の凹部の表層部が、成形面の凸部の表層部に比べてアルカリ濃度が低くなっているために、凹部の表層部のエッチングレートが大きいためと考えられる。
【００８３】
エッチング液の主成分としては、ＫＯＨ、ＨＦ、ＢＨＦ、ＨＣｌ、ＨＦとＫＦの混合物、ＨＦとＫＣｌの混合物、ＨＦとＨ２ＳＯ４の混合物、および、ＨＦとＮＨ４Ｆと有機酸（例えば、酢酸）から選択される１種または２種以上が好ましい。より好ましくは、ＫＯＨ、ＨＦ、またはＢＨＦであり、最も好ましくは、ＫＯＨである。
エッチング液における固形分濃度は、高濃度であるほど生産性（エッチング効率）が高く、１質量％〜６５質量％が好ましい。より好ましくは、１０質量％〜６０質量％である。
【００８４】
エッチング処理時のエッチング液の温度は、高温であるほど生産性が高く、１０℃〜１００℃が好ましい。より好ましくは、２０℃〜８０℃である。
エッチング液にガラス基板を浸漬する時間は、ガラスの組成と形成される凹凸形状にも依存するが、４８時間以内が好ましく、２４時間以内がより好ましく、１６時間以内がよりいっそう好ましく、１２時間以内がさらに好ましく、５時間以内が特に好ましい。
エッチング処理方法としては、浸漬、撹拌、スプレー等の方法から選択できる。ガラス表面のエッチャントの流れを促進し、凹凸の高低差をより大きくできることから、スプレー法が好ましい。
【００８５】
エッチング処理により得られるガラス成形体の成形面に形成された凹凸形状の微細パターンにおいては、凹凸の高低差であるガラス段差を、エッチング処理前のガラス成形体の成形面に形成されたガラス段差の２〜１００倍とすることが可能である。好ましくは２〜５０倍であり、より好ましくは２〜１０倍である。エッチング処理後のガラス段差は、具体的には１０〜３０００ｎｍの範囲にできる。このガラス段差は、好ましくは２０〜１０００ｎｍであり、より好ましくは４０〜８５０ｎｍであり、さらに好ましくは１００〜５００ｎｍである。
【００８６】
エッチング処理により得られるガラス成形体の成形面に形成された微細パターンのピッチは、５０ｎｍ〜５０μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１０μｍがより好ましく、３００ｎｍ〜９００ｎｍがさらに好ましい。
【実施例】
【００８７】
以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００８８】
（実施例１〜３）
ガラス基板として、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２を７０％、Ａｌ２Ｏ３を２％、Ｎａ２Ｏを１３％、ＣａＯを１０％、ＭｇＯを４％、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳＯ３を合計で１％未満含有するソーダライムガラス（ガラス転移温度Ｔｇ５５５℃）の基板（旭硝子株式会社製、主面は３０ｍｍ×８０ｍｍの矩形で厚さは１．０ｍｍ）を使用した。また、ロール状成形型として、直径３０ｍｍで軸方向の有効幅が３０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものを使用した。なお、ロール状成形型のロール面には、凸部の幅１００μｍ、凹部の幅３３０μｍ、凸部のピッチ４３０μｍ、凸部の高さ（型段差）１００μｍの凹凸パターンを有する型面が形成されていた。そして、このようなロール状成形型と前記ガラス基板とを、図３に示す成形装置１０にセットし、大気雰囲気とした。【００８９】
次いで、ガラス基板の上面（成形面）にロール状成形型の型面を当接させた状態で、ガラス基板とロール状成形型を５００℃（＜Ｔｇ＋５０℃）に加熱するとともに、ガラス基板の下の基盤を負極、ロール状成形型を正極として、実施例１では４００Ｖ、実施例２では４５０Ｖ、実施例３では５００Ｖの直流電圧を印加した。そして、ロール状成形型を回転させながら、ガラス基板の成形面に平行でガラス基板の長辺に沿った方向に、ロール状成形型を０．０２ｍｍ／秒の速度で移動させた。こうして回転するロール状成形型をガラス基板の長辺に沿って５０分間移動させて、ガラス基板の主面全体の成形を行った。【００９０】
こうして得られたガラス成形体において、成形面に転写・形成された凹凸の高低差であるガラス段差を測定した。測定結果を表１に示す。
さらに、得られたガラス成形体を、７０℃に保持した濃度５５質量％のＫＯＨ水溶液に所定の時間（１０時間および２０時間）浸漬して成形面をエッチングし、エッチング後の成形面のガラス段差を測定した。測定結果を表１に示す。なお、ガラス段差の測定は、エッチング前およびエッチング後のいずれにおいても、原子間力顕微鏡を用いて行った。【００９１】
【表１】
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【００９２】
また、ガラス段差の測定結果を、エッチング時間を横軸として図１１のグラフに示す。
表１の測定結果および図１１のグラフから、以下のことがわかる。すなわち、型面に凹凸パターンを有するロール状成形型を使用し、所定の加熱温度で加熱しながら４００〜５００Ｖの直流電圧を印加してガラス基板の凹凸を成形することで、凹凸の高低差であるガラス段差が十分に高いガラス成形体を得ることができる。また、成形体におけるガラス段差は、エッチングにより大きくなる。特に、印加電圧が４５０Ｖおよび５００Ｖの場合は、エッチング時間の増大とともに、ガラス段差が直線的に大きく増大していることがわかる。【００９３】
（実施例４〜８）
ガラス基板として、実施例１〜３と同じ組成を有するソーダライムガラス（ガラス転移温度Ｔｇ５５５℃）の基板（旭硝子株式会社製、主面は１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形で厚さは１．０ｍｍ）を使用した。成形型のロール面には、凸部の幅６０μｍ、凹部の幅３６０μｍ、凸部のピッチ４２０μｍ、凸部の高さ（型段差）４０μｍの凹凸パターンを有する型面が形成されていた。そして、この成形型と前記ガラス基板とを、図３に示す成形装置１０にセットし、窒素雰囲気とした。【００９４】
次いで、ガラス基板の上面（成形面）にロール状成形型の型面を当接させた状態で、ガラス基板と成形型を、実施例４では３５０、実施例５では４００、実施例６では４５０、実施例７では５００、実施例８では５５０℃に加熱するとともに、ガラス基板の下の基盤を負極、成形型を正極として、２００Ｖの直流電圧を８４０秒の間印加するとともに、昇圧時間３０秒で３ＭＰａまで加圧した。こうして、ガラス基板に凹凸の成形を行った。この際に、直流電流の放電による急激な変化は検知されず、コロナ放電の発生はなかった。【００９５】
さらに、得られたガラス成形体を、７０℃に保持した濃度５５質量％のＫＯＨ水溶液に１０時間浸漬して成形面をエッチングし、エッチング後の成形面のガラス段差を表面粗さ計で測定した。
この結果、全ての加熱条件（実施例４〜８）で、１μｍ程度のガラス段差を有し、成形型の形状に比較的忠実な溝を形成できた。３５０、４００、４５０、５００、５５０℃の加熱温度に対して、電気量は、順に、１２、２７、２４、２２、２１ミリクーロン（ｍＣ）となった。なお、これらの電気量は、加熱温度３５０℃の場合を除いて、コロナ放電が発生する電圧４００Ｖ、印加時間９０秒、加熱温度３５０〜５００℃の場合の１６〜１７ミリクーロンに比べて大きな量であった。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の成形方法によれば、ロール状成形型のような回転成形型の型面に形成された凹凸形状の微細パターンを、ガラス基体の成形面に精度良く転写でき、形状精度の高い凹凸パターンを有するガラス成形体を従来に比べて低コストで得ることができる。したがって、ディスプレイデバイスに用いられる光学素子などの各種光学部品や、ＭＥＭＳを用いた光制御デバイス、微小化学分析デバイスなど、様々な分野への応用が可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１…ガラス基体、１ｂ…アルカリ低濃度領域、２…回転成形型、３，１１…基盤、１０…成形装置、１２…ガラス基板、１２ａ…ガラスシート、１３，１５，１６…ロール状成形型、１４…直流電源、１７…ベルト状成形型、１８…回転ロール、１９…基盤側回転ロール、２０…搬送ベルト。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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