(57)【要約】【課題】無機ガラスの表面が曲面であったとしても、形状や高さが均一な凸部を安定して形成すること。【解決手段】曲面とされた無機ガラス２の表面２ａに凸部を形成する装置であって、圧子４と、該圧子を無機ガラスの表面に押圧させて圧力を付与し、該表面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層Ｓを形成させる押圧機構５と、押圧を行った状態で圧子と無機ガラスとを相対的に移動させて、無機ガラスの表面に圧縮層を連続的に形成させる移動機構６と、を備え、移動機構が、圧子の押圧方向が圧子と無機ガラスとの接触点における無機ガラスの表面の法線方向に略一致するように、圧子と無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を変化させる圧縮応力部形成装置１を提供する。【選択図】図１
2008303094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面とされた無機ガラスの表面に対して対向配置された加工工具と、
該加工工具を前記無機ガラスの表面に押圧させて圧力を付与し、該表面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を形成させる押圧機構と、
前記押圧を行った状態で前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に移動させて、前記無機ガラスの表面に前記圧縮応力部を連続的に形成させる移動機構と、を備え、
前記移動機構は、前記加工工具の押圧方向が前記加工工具と前記無機ガラスとの接触点における前記無機ガラスの表面の法線方向に略一致するように、前記加工工具と前記無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を変化させることを特徴とする圧縮応力部形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮応力部形成装置において、
前記移動機構は、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を形成させることを特徴とする圧縮応力部形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮応力部形成装置において、
前記押圧機構及び前記移動機構は、前記加工工具の押圧と前記回転との組合せを繰り返し行って、前記圧縮応力部を複数形成させることを特徴とする圧縮応力部形成装置。
【請求項４】
曲面とされた無機ガラスの表面に対して対向配置された加工工具を前記無機ガラスの表面に押圧させて圧力を付与し、該表面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を形成させる押圧工程と、
該押圧工程後、前記押圧を行った状態で前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に移動させて、前記無機ガラスの表面に前記圧縮応力部を連続的に形成させる移動工程と、
該移動工程後、前記圧縮応力部の形成された前記無機ガラスに対して前記エッチング液による化学的エッチング処理を行って、前記無機ガラスの表面に凸部を形成させるエッチング処理工程と、を備え、
前記押圧工程及び前記移動工程の際に、前記加工工具の押圧方向が前記加工工具と前記無機ガラスとの接触点における前記無機ガラスの表面の法線方向に略一致するように、前記加工工具と前記無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を変化させることを特徴とする凸部形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の凸部形成方法において、
前記移動工程の際に、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を環状に形成させることを特徴とする凸部形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の凸部形成方法において、
前記押圧工程及び前記移動工程を順次繰り返し行って、環状の前記圧縮応力部を複数形成させることを特徴とする凸部形成方法。
【請求項７】
請求項４に記載の凸部形成方法において、
前記移動工程の際に、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を螺旋状に形成させることを特徴とする凸部形成方法。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載の凸部形成方法により作製されたことを特徴とするガラス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機ガラスの曲面に凸部を形成する圧縮応力部形成装置及びこれを用いた凸部形成方法並びにこの方法により作製されたガラス部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非晶質材料でもある無機ガラスは、高い硬度と均質な物性を有し、安価で経済性に優れていることから、様々な分野で利用されている。ところで、この無機ガラスを、例えば、液晶表示素子や磁気ディスク等として利用するため、表面に微小な凸部を形成することが従来から行われている。この凸部形成は、各種の方法が知られているが、その１つとして圧縮層を利用した凸部形成方法が知られている。
【０００３】
この方法は、無機ガラスの表面に所定の型や圧子を用いて局所的に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である（特許文献１参照）。この方法について図面を参照して、より具体的に説明する。
図１８に示すように、まず、任意のパターンで凸部を形成するために、平面とされた無機ガラス３０の表面３０ａに球形の圧子３１を押し当てる。続いて、圧子３１を押し当てながら、矢印Ａ方向に掃引し、圧子３１の移動軌跡に沿って線状の圧縮層Ｓを形成する。この圧縮層Ｓは、エッチング液に対するエッチングレートが他の部分に比べて低い（エッチング速度が遅くなる）部分である。そして、この掃引を繰り返し行って、無機ガラス３０の表面３０ａに任意のパターンで圧縮層Ｓを形成する。
【０００４】
続いて、フッ酸を含有する酸性化学的エッチング液に浸漬して化学的エッチング処理を行う。これにより、他の部分よりもエッチングレートが低い圧縮層Ｓは、他の部分よりもエッチングされ難くなり、圧縮層Ｓが凸部として残存するようになる。そして、化学的エッチング処理が進行することで、図１９に示すように、無機ガラス３０の表面３０ａに凸部３２を形成することができる。
なお、使用する圧子３１の形状としては、クラックの発生を防止する観点から球面等の圧縮力の分布が均一で稜線を有さない形状が好ましい。
【特許文献１】特開２００２−１６０９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の方法は、まだ以下の点でさらなる改良が必要であった。
即ち、従来の方法は、無機ガラス３０の表面３０ａが平面である場合には、該表面３０ａに凸部３２を形成することができるが、表面３０ａが平面とされていない場合には凸部３２を形成することが難しいものであった。例えば、図２０に示すように、表面４０ａが球面となった無機ガラス４０に凸部３２を形成する場合には、圧子３１を矢印Ｂ方向に掃引したとしても、圧子３１が接触しない領域Ｃが生じてしまい、圧縮層Ｓを形成することができなかった。そのため、領域Ｃには凸部３２を形成することができなかった。
【０００６】
また、圧子３１が接触する領域であっても、圧子３１の移動に伴って、図２１に示すように圧子３１の押圧方向Ｆと、圧子３１と無機ガラス４０との接触位置Ｅにおける無機ガラス４０表面の法線Ｍの方向とが一致しなくなる。すると、接触位置Ｅにおいて無機ガラス４０に作用する力は、圧子３１による押圧力のＭ方向分力であるＮとなってしまい、接触位置Ｅにおいては無機ガラス４０の表面４０ａには、Ｎの力で圧縮層Ｓが形成される。そのため、無機ガラス４０の表面４０ａに形成される圧縮層Ｓは、均一の圧力で形成された圧縮層Ｓではなく、ばらばらの圧力で形成された圧縮層Ｓとなってしまう。その結果、凸部３２の形状や高さにばらつきが生じてしまう虞があった。
【０００７】
この発明の目的は、無機ガラスの表面が曲面であったとしても、形状や高さが均一な凸部を安定して形成することができる圧縮応力部形成装置及びこれを用いた凸部形成方法、並びにこの凸部形成方法で作製されたガラス部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明に係る圧縮応力部形成装置は、曲面とされた無機ガラスの表面に対して対向配置された加工工具と、該加工工具を前記無機ガラスの表面に押圧させて圧力を付与し、該表面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を形成させる押圧機構と、前記押圧を行った状態で前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に移動させて、前記無機ガラスの表面に前記圧縮応力部を連続的に形成させる移動機構と、を備え、前記移動機構は、前記加工工具の押圧方向が前記加工工具と前記無機ガラスとの接触点における前記無機ガラスの表面の法線方向に略一致するように、前記加工工具と前記無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を変化させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る凸部形成方法は、曲面とされた無機ガラスの表面に対して対向配置された加工工具を前記無機ガラスの表面に押圧させて圧力を付与し、該表面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を形成させる押圧工程と、該押圧工程後、前記押圧を行った状態で前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に移動させて、前記無機ガラスの表面に前記圧縮応力部を連続的に形成させる移動工程と、該移動工程後、前記圧縮応力部の形成された前記無機ガラスに対して前記エッチング液による化学的エッチング処理を行って、前記無機ガラスの表面に凸部を形成させるエッチング処理工程と、を備え、前記押圧工程及び前記移動工程の際に、前記加工工具の押圧方向が前記加工工具と前記無機ガラスとの接触点における前記無機ガラスの表面の法線方向に略一致するように、前記加工工具と前記無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を変化させることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明に係る圧縮応力部形成装置及び凸部形成方法においては、まず、曲面形状に形成された無機ガラスの表面に、加工工具を所定の力で押圧させて圧力を付与する。これにより、無機ガラスの表面及びその近傍には、エッチング液に対するエッチングレートが圧力が付与されない部分（非圧縮応力部）とは異なる、より具体的にはエッチングレートが非圧縮応力部よりも低い圧縮応力部が形成される。しかもこの圧力を付与する際に、加工工具と無機ガラスとのうち少なくとも一方の姿勢を変化させて、加工工具の押圧方向が加工工具と前記無機ガラスとの接触点における無機ガラスの表面の法線方向に略一致するようにさせている。そのため、無機ガラスの表面が曲面であったとしても、加工工具による押圧力は分散せずに無機ガラスに伝わる。よって、所望する圧力で高密度化させた圧縮応力部を得ることができる。
【００１１】
続いて、加工工具を無機ガラスの表面に押圧させたまま、加工工具と無機ガラスとを相対的に移動させて、無機ガラスの表面に圧縮応力部を連続的に形成させる。これにより、無機ガラスの表面には、加工工具の移動軌跡に沿って圧縮応力部が連続的に形成される。しかも、この移動を行っている間であっても、加工工具の押圧方向が前記法線方向に略一致するように、加工工具と無機ガラスとの少なくとも一方の姿勢を適宜変化させている。そのため、曲面がどのような形状であっても、これに応じて加工工具の押圧方向を変化させることができ、均一の圧力を無機ガラスの表面に付与して圧縮応力部を連続的に形成することができる。
【００１２】
この発明に係る凸部形成方法においては、さらに、無機ガラス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、無機ガラスには、エッチングレートが他の部分（非圧縮応力部）と異なる圧縮応力部が連続的に既に形成されているので、エッチングレートの違いから圧縮応力部を中心に凸部が形成される。特に、均一の圧力を付与して圧縮応力部を形成しているので、均一な形状及び高さの凸部を曲面とされた無機ガラスの表面に形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る圧縮応力部形成装置は、上記本発明の圧縮応力部形成装置において、前記移動機構は、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を形成させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る凸部形成方法は、上記本発明の凸部形成方法において、前記移動工程の際に、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を環状に形成させることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る圧縮応力部形成装置及び凸部形成方法においては、無機ガラスの表面に加工工具を押圧させた後、加工工具と無機ガラスとを相対的に回転させる。これにより、曲面とされた無機ガラスの表面に、高さが揃った環状の凸部を容易に形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部を曲面に有する無機ガラスを得ることができ、無機ガラスの価値を高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る圧縮応力部形成装置は、上記本発明の圧縮応力部形成装置において、前記押圧機構及び前記移動機構は、前記加工工具の押圧と前記回転との組合せを繰り返し行って、前記圧縮応力部を複数形成させることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明に係る凸部形成方法は、上記本発明の凸部形成方法において、前記押圧工程及び前記移動工程を順次繰り返し行って、環状の前記圧縮応力部を複数形成させることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係る圧縮応力部形成装置及び凸部形成方法においては、圧縮応力部を環状に形成した後、加工工具を一旦無機ガラスの表面から離間させ、最初の押圧ポイントからずれた位置に押圧させる。そして、この位置で加工工具と無機ガラスとを相対的に再度回転させ、最初とは異なる圧縮応力部を環状に形成させる。このように、加工工具の押圧と相対的回転とを順次繰り返し行うので、高さが揃った環状の凸部を複数形成することができる。従って、無機ガラスの価値をさらに高めることができる。
【００１９】
また、本発明に係る凸部形成方法は、上記本発明の凸部形成方法において、前記移動工程の際に、前記加工工具と前記無機ガラスとを相対的に回転させて前記圧縮応力部を螺旋状に形成させることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る凸部形成方法においては、無機ガラスの表面に加工工具を押圧させた後、加工工具と無機ガラスとを相対的に回転させ、圧縮応力部を螺旋状に形成させる。これにより、曲面とされた無機ガラスの表面に、高さが揃った螺旋状の凸部を容易に形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部を曲面に有する無機ガラスを得ることができ、無機ガラスの価値を高めることができる。
【００２１】
また、本発明に係るガラス部品は、上記本発明のいずれかの凸部形成方法により作製されたことを特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係るガラス部品によれば、上述した方法により作製されているので、曲面上に形状や高さの揃った凸部を有している。そのため、ガラス部品としての価値が高まるだけでなく、様々な用途に適用可能で使い易いガラス部品となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る圧縮応力部形成装置及び凸部形成方法によれば、無機ガラスの表面が曲面であったとしても、均一な凸部を連続的に安定して形成することができる。例えば、無機ガラスの表面が凸状球面や凹状球面または円柱状であったとしても、これらの表面上に均一な凸部を安定して形成することができる。
また、本発明に係るガラス部品によれば、上述した方法により作製されているので、曲面上に形状や高さの揃った凸部を有している。そのため、ガラス部品としての価値が高まるだけでなく、様々な用途に適用可能で使い易いガラス部品となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態について、図１から図９を参照して説明する。
本実施形態の凸部形成装置９は、曲面とされた無機ガラス２の表面２ａに圧力を付与した後、エッチング液による化学的エッチング処理を行って、表面２ａに凸部３を形成する装置である。なお本実施形態では、円柱状に形成され、底面に対向する端面が凸状球面とされている無機ガラス２を例に挙げて説明する。よって、以下に述べる表面２ａとは、この凸状球面のことを言う。
【００２５】
この凸部形成装置９は、図１に示すように、無機ガラス２の表面２ａに対して対向配置された圧子（加工工具）４と、圧子４を無機ガラス２の表面２ａに押圧させて圧力を付与し、該表面２ａ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層（圧縮応力部）Ｓを形成させる押圧機構５と、押圧を行った状態で圧子４と無機ガラス２とを相対的に移動させて、無機ガラス２の表面２ａに圧縮層Ｓを連続的に形成させる移動機構６とからなる圧縮応力部形成装置１と、無機ガラス２に対して化学的エッチング処理を行って、無機ガラス２の表面２ａに凸部３を形成させるエッチング処理機構７と、これら各構成品のうち主な構成品を支持する架台８と、を備えている。
【００２６】
上記架台８は、上面が平坦且つ水平とされた台であり、４つの脚部８ａにより床面上に載置されている。架台８上には、図示しないモータによってＹ方向に移動するＹ軸ステージ１０が移動可能に搭載されている。Ｙ軸ステージ１０上には、図示しないモータによってＹ方向に直交するＸ方向に移動するＸ軸ステージ１１が移動可能に搭載されている。Ｘ軸ステージ１１には、Ｌアングル１２が固定されている。このＬアングル１２には、Ｙ方向に延びる軸線Ｌ１回りに回転する傾斜ステージ１３が回転可能に支持されている。なお、この傾斜ステージ１３は、図示しないモータによって作動するようになっている。
【００２７】
また、傾斜ステージ１３には、先端側にステージ支持台１４が取り付けられたＬアングル１５が固定されている。このステージ支持台１４には、軸線Ｌ２回りに回転する回転ステージ１６が回転可能に支持されている。なお、この回転ステージ１６も、傾斜ステージ１３と同様に図示しないモータによって作動するようになっている。そして、回転ステージ１６上に上記無機ガラス２の底面が固定されている。
【００２８】
無機ガラス２の表面２ａの上方には、上記圧子４が配置されている。この圧子４は、ダイヤモンド或いは超硬合金等の硬質な材料でロッド状に形成されたものであり、基端側が圧子把持部材１７にぶら下がるように支持されている。この際、圧子４は、Ｘ方向にもＹ方向にも直交する方向であるＺ方向に平行となるように支持されている。なお圧子４の先端は、錘体状或いは球体状に形成されている。また、圧子把持部材１７はＺ軸ステージ１９に固定され、Ｚ軸ステージ１９は架台８に固定されたＬアングル１８に対してＺ方向に移動可能に支持されている。なおＺ軸ステージ１９も、図示しないモータによって作動するようになっている。
【００２９】
このＺ軸ステージ１９を作動させることで、圧子把持部材１７及び圧子４をＺ方向に移動させることができ、圧子４の先端を無機ガラス２の表面２ａに押圧したり、無機ガラス２の表面２ａから離間させたりすることができるようになっている。つまり、Ｚ軸ステージ１９及び圧子把持部材１７は、上記押圧機構５として機能する。
【００３０】
一方、Ｘ軸ステージ１１、Ｙ軸ステージ１０、傾斜ステージ１３及び回転ステージ１６をそれぞれ作動させることで、無機ガラス２をＸ方向に移動させたり、Ｙ方向に移動させたり、軸線Ｌ１回りに回転させて傾斜させたり、軸線Ｌ２回りに回転させたりすることができ、圧子４に対して無機ガラス２を相対的に移動させることができるようになっている。つまり、Ｘ軸ステージ１１、Ｙ軸ステージ１０、傾斜ステージ１３及び回転ステージ１６は、上記移動機構６として機能する。
【００３１】
また、この移動機構６は、圧子４が無機ガラス２の表面２ａに押圧されたときに、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける無機ガラス２の表面２ａの法線Ｍの方向に略一致するように無機ガラス２の姿勢を変化させている。これについては、後に詳細に説明する。
【００３２】
次に、このように構成された凸部形成装置９により、無機ガラス２の表面２ａに凸部３を形成する凸部形成方法について説明する。なお、本実施形態では、図２に示すように、無機ガラス２の表面２ａの中心から距離Ｌだけ離間した位置に環状（輪帯状）の凸部３を形成する場合を例にして説明する。
【００３３】
まず、回転ステージ１６上に無機ガラス２をセットした後、回転ステージ１６の軸線Ｌ２がＺ方向に平行となるように、傾斜ステージ１３を作動させてＬアングル１５の傾斜を調整する。また、Ｚ軸ステージ１９を作動させて圧子４を無機ガラス２の表面２ａに接近させた際に、図３に示すように、無機ガラス２の表面２ａの中心に圧子４の先端が接触するように、Ｘ軸ステージ１１及びＹ軸ステージ１０を適宜作動させて無機ガラス２の位置を調整する。なおこの状態は、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける無機ガラス２の表面２ａの法線Ｍ（接触点Ｅと曲率中心Ｇを結ぶ直線）の方向に略一致する状態となっている。
【００３４】
上述した初期設定が終了した後、無機ガラス２の表面２ａの中心から距離Ｌだけ離間した位置に凸部３を形成するため、無機ガラス２を角度θ（ｒａｄ）だけ傾斜させる。この際、距離Ｌと角度θとは、下記の関係式で定められる。
Ｌ＝ｒθ、なおｒは半径である。
そのため、この式に基づいてθを算出することができる。そして、図４に示すように、この算出した角度θ分だけ傾斜ステージ１３を回転させて、無機ガラス２を傾斜させる。また、この傾斜と同時に、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける法線Ｍの方向に略一致するように、Ｘ軸ステージ１１及びＹ軸ステージ１０を適宜作動させる。なお、無機ガラス２の表面２ａが厳密に球面である場合は、傾斜によっても曲率中心Ｇの位置は不変であるのでこの作業は不要である。
【００３５】
続いて、Ｚ軸ステージ１９を作動させて、図４に示すように、無機ガラス２の表面２ａに圧子４を所定の力で押圧させて圧力を付与する。これにより、無機ガラス２の表面２ａ及びその近傍には、エッチング液に対するエッチングレートが異なる圧縮層Ｓ、より具体的には圧力が付与されていない非圧縮層よりもエッチングレートが低い圧縮層Ｓが形成される。しかも、この圧力を付与する際に、圧子４の押圧方向Ｆが圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける法線Ｍの方向に略一致しているので、無機ガラス２の表面２ａが曲面であったとしても、圧子４による押圧力は分散せずに無機ガラス２に伝わる。よって、所望する圧力で高密度化された圧縮層Ｓを得ることができる。
【００３６】
続いて、圧子４を無機ガラス２の表面２ａに押圧させたまま、圧子４と無機ガラス２とを相対的に移動させて、無機ガラス２の表面２ａに圧縮層Ｓを連続的に形成させる。本実施形態では、図４に示すように、回転ステージ１６を作動させて無機ガラス２を軸線Ｌ２回りに回転させる。これにより、無機ガラス２の表面２ａに、環状の圧縮層Ｓを形成することができる。しかも、均一の圧力が付与された環状の圧縮層Ｓを得ることができる。
【００３７】
続いて、無機ガラス２を回転ステージ１６から取り外した後、エッチング処理機構７に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、無機ガラス２には、エッチングレートが他の部分と異なる圧縮層Ｓが連続的に形成されているので、エッチングレートの違いから圧縮層Ｓを中心に凸部３が形成される。その結果、図５及び図６に示すように、曲面とされた無機ガラス２の表面２ａに、環状の凸部３を形成することができる。特に、均一の圧力を付与して環状の圧縮層Ｓを形成しているので、均一な形状で高さが揃った環状の凸部３を安定して形成することができる。
【００３８】
また、本実施形態の無機ガラス２は、上述したように曲面とされた表面２ａに高さの揃った環状の凸部３を有しているので、価値が高まると共に、様々な用途に適用可能で使い易いガラス部品となる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、曲面とされた無機ガラス２の表面２ａを凸状球面としたが、この場合に限られず、凹状球面であっても構わないし、非球面であっても構わない。どのような曲面であったとしても、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける無機ガラス２の表面２ａの法線Ｍの方向に略一致するようにすることで、形状や高さの揃った凸部３を安定して連続的に形成することができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、環状の凸部３を形成したが凸部３の形状はこれに限定されず、自由に設計して構わない。
例えば、上記実施形態において、圧子４の押圧と無機ガラス２の回転との組合せを繰り返し行って、環状の圧縮層Ｓを径方向に複数形成しても構わない。具体的には、圧縮層Ｓを環状に形成した後、圧子４を一旦無機ガラス２の表面２ａから離間させる。そして、上述した式に基づいて算出した別の角度θだけ傾斜ステージ１３を作動させて無機ガラス２を傾斜させる。これにより、最初の押圧ポイントからずれた位置に圧子４を押圧させることができる。なおこの場合であっても、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２との接触点Ｅにおける法線Ｍの方向に略一致するように調整する。そして、再度回転ステージ１６を作動させて無機ガラス２を回転させることで、表面２ａの中心からの径の異なる位置に別の環状の圧縮層Ｓを形成することができる。
【００４１】
そして、上記工程を複数回繰り返すことで、環状の圧縮層Ｓを径方向に複数形成することができる。その後、無機ガラス２を化学的エッチング処理することで、図７に示すように、無機ガラス２の表面２ａに環状の凸部３を径方向に複数形成することができる。しかも、形状や高さが揃った均一の凸部３を複数形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部３を有する無機ガラス２を得ることができ、無機ガラス２、即ち、ガラス部品としての価値を高めることができる。
【００４２】
また、上記実施形態の変形例として、回転ステージ１６により無機ガラス２を回転させている際に、傾斜ステージ１３を連続的に作動させることで、無機ガラス２の表面２ａに螺旋状の圧縮層Ｓを形成することも可能である。この場合には、その後無機ガラス２を化学的エッチング処理することで、図８に示すように、無機ガラス２の表面２ａに高さが揃った螺旋状の凸部３を形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部３を有する無機ガラス２を得ることができ、無機ガラス２、即ち、ガラス部品としての価値を高めることができる。
【００４３】
また、上記実施形態において、圧子４を無機ガラス２の表面２ａに押圧させた後、無機ガラス２を回転させずに、Ｘ軸ステージ１１或いはＹ軸ステージ１０を適宜作動させて圧子４を直線的に移動させても構わない。こうすることで、無機ガラス２の表面２ａに直線状の圧縮層Ｓを形成することができる。その結果、図９に示すように、無機ガラス２の表面２ａに直線状の凸部３を形成することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、無機ガラス２側を圧子４に対してＸ方向やＹ方向に移動させたり、傾斜させたりすることで、圧子４と無機ガラス２とを相対的に移動させたが、無機ガラス２側ではなく、圧子４側を無機ガラス２に対してＸ方向やＹ方向に移動させたり、傾斜させたりすることで、圧子４と無機ガラス２とを相対的に移動可能に構成しても構わない。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図１０から図１７を参照して説明する。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、無機ガラス２０の端面である球面に凸部３を形成したが、第２実施形態では、円柱状に形成された無機ガラス２０の周面に凸部３を形成する点である。よって、以下に述べる表面２０ａとは、この周面のことを言う。
なお、本実施形態では、第１実施形態と同じ凸部形成装置９を用いるが、回転ステージ１６の軸線Ｌ２が略Ｘ方向を向くように予め傾斜ステージ１３を作動させて、Ｌアングル１５を第１実施形態に対し略９０°回転させた状態を初期状態として使用する。
【００４６】
次に、無機ガラス２０の表面２０ａに凸部３を形成する場合について説明する。なお、本実施形態では、無機ガラス２０の表面２０ａに環状の凸部３を形成する場合を例にして説明する。
まず、回転ステージ１６上に無機ガラス２０をセットした後、図１０に示すように、回転ステージ１６の軸線Ｌ２がＸ方向に平行となるように、傾斜ステージ１３を作動させてＬアングル１５の傾斜を調整する。また、Ｚ軸ステージ１９を作動させて圧子４を無機ガラス２０の表面２０ａに接近させた際に、図１１に示すように、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２０との接触点Ｅにおける無機ガラス２０の表面２０ａの法線Ｍの方向に略一致するように、無機ガラス２０の位置をＸ軸ステージ１１及びＹ軸ステージ１０で調整する。
【００４７】
続いて、図１２に示すように、Ｚ軸ステージ１９を作動させて、無機ガラス２０の表面２０ａに圧子４を所定の力で押圧させて圧力を付与する。これにより、無機ガラス２０の表面２０ａ及びその近傍には、エッチング液に対するエッチングレートが異なる圧縮層Ｓ、より具体的には圧力が付与されていない非圧縮層よりもエッチングレートが低い圧縮層Ｓが形成される。しかも、この圧力を付与する際に、図１１に示すように、圧子４の押圧方向Ｆが圧子４と無機ガラス２０との接触点Ｅにおける法線Ｍの方向に略一致しているので、無機ガラス２０の表面２０ａが曲面であったとしても、圧子４による押圧力は分散せずに無機ガラス２０に伝わる。よって、所望する圧力で高密度化された圧縮層Ｓを得ることができる。
【００４８】
続いて、圧子４を無機ガラス２０の表面２０ａに押圧させたまま、圧子４と無機ガラス２０とを相対的に移動させて、無機ガラス２０の表面２０ａに圧縮層Ｓを連続的に形成させる。本実施形態では、図１２に示すように、回転ステージ１６を作動させて無機ガラス２０を軸線Ｌ２回りに回転させる。これにより、無機ガラス２０の表面２０ａに、環状の圧縮層Ｓを形成することができる。しかも、均一の圧力が付与された環状の圧縮層Ｓを得ることができる。
【００４９】
続いて、無機ガラス２０を回転ステージ１６から取り外した後、エッチング処理機構７に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、無機ガラス２０には、エッチングレートが他の部分と異なる圧縮層Ｓが連続的に形成されているので、エッチングレートの違いから圧縮層Ｓを中心に凸部３が形成される。その結果、図１３及び図１４に示すように、曲面とされた無機ガラス２０の表面２０ａに、環状の凸部３を形成することができる。特に、均一の圧力を付与して環状の圧縮層Ｓを形成しているので、均一な形状で高さが揃った環状の凸部３を安定して形成することができる。
【００５０】
また、本実施形態の無機ガラス２０は、上述したように曲面とされた表面２０ａに高さの揃った環状の凸部３を有しているので、価値が高まると共に、様々な用途に適用可能で使い易いガラス部品となる。
【００５１】
なお上記実施形態では、環状の凸部３を形成したが凸部３の形状はこれに限定されず、自由に設計して構わない。
例えば、上記実施形態において、圧子４の押圧と無機ガラス２０の回転との組合せを繰り返し行って、環状の圧縮層Ｓを無機ガラス２０の長手方向に沿って複数形成しても構わない。具体的には、圧縮層Ｓを環状に形成した後、圧子４を一旦無機ガラス２０の表面２０ａから離間させる。そして、Ｘ軸ステージ１１を作動させて所定距離だけ無機ガラス２０をＸ方向に移動させる。これにより、最初の押圧ポイントからずれた位置に圧子４を押圧させることができる。なおこの場合であっても、圧子４の押圧方向Ｆが、圧子４と無機ガラス２０との接触点Ｅにおける法線Ｍの方向に略一致するように調整する。そして、再度回転ステージ１６を作動させて無機ガラス２０を回転させることで、最初の圧縮層Ｓに隣接した位置に別の環状の圧縮層Ｓを形成することができる。
【００５２】
そして、上記工程を複数回繰り返すことで、環状の圧縮層Ｓを表面２０ａに複数形成することができる。その後、無機ガラス２０を化学的エッチング処理することで、図１５に示すように、無機ガラス２０の表面２０ａに環状の凸部３を複数形成することができる。しかも、形状や高さが揃った均一の凸部３を複数形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部３を有する無機ガラス２０を得ることができ、無機ガラス２０、即ち、ガラス部品としての価値を高めることができる。
【００５３】
また、上記実施形態の変形例として、回転ステージ１６により無機ガラス２０を回転させている際に、Ｘ軸ステージ１１を連続的に作動させることで、無機ガラス２０の表面２０ａに螺旋状の圧縮層Ｓを形成することも可能である。この場合には、その後無機ガラス２０を化学的エッチング処理することで、図１６に示すように、無機ガラス２０の表面２０ａに高さが揃った螺旋状の凸部３を形成することができる。従って、より複雑な形状の凸部３を有する無機ガラス２０を得ることができ、無機ガラス２０、即ち、ガラス部品としての価値を高めることができる。
【００５４】
また、上記実施形態において、圧子４を無機ガラス２０の表面２０ａに押圧させた後、無機ガラス２０を回転させずに、Ｘ軸ステージ１１を作動させて圧子４を直線的に移動させても構わない。こうすることで、無機ガラス２０の表面２０ａに直線状の圧縮層Ｓを形成することができる。その結果、図１７に示すように、無機ガラス２０の表面２０ａに直線状の凸部３を形成することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
例えば、上記各実施形態では、円柱状に形成された無機ガラスを例に挙げて説明したが、無機ガラスの形状はこれに限定されるものではない。また、上記各実施形態では、圧子の先端を錐状体や球状体としたが、これらに限られるものではなく、所望する凸部の形状に応じて、例えば、角錐、円錐やドリル状に変えても構わない。但し、クラックの発生を防止する観点から、圧縮力の分布が均一で稜線を有しない形状が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る凸部形成装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す凸部形成装置にセットされた無機ガラスの断面図である。
【図３】図２に示す無機ガラスの曲面の中心に圧子を接触させた状態を示す図である。
【図４】図２に示す無機ガラスを角度θだけ傾斜させた後、曲面に圧子を押し付けて圧縮層を形成すると共に、無機ガラスを回転させて圧縮層を連続的に形成している状態を示す図である。
【図５】図４に示す状態の後、無機ガラスを化学的エッチング処理して、曲面に環状の凸部を形成した状態を示す図である。
【図６】図５に示す無機ガラスの曲面を平面上に展開した図である。
【図７】図１に示す凸部形成装置により、環状に形成された凸部を複数形成した場合の無機ガラスの断面図である。
【図８】図１に示す凸部形成装置により、螺旋状に凸部を形成した場合の、無機ガラスの曲面の展開図である。
【図９】図１に示す凸部形成装置により、直線上に凸部を形成した場合の、無機ガラスの曲面の展開図である。
【図１０】本発明に係る凸部形成装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図１１】図１０に示す無機ガラスの周面に圧子を押し付けている状態を示す図である。
【図１２】図１０に示す無機ガラスの周面に圧子を押し付けて圧縮層を形成すると共に、無機ガラスを回転させて圧縮層を連続的に形成している状態を示す図である。
【図１３】図１２に示す状態の後、無機ガラスを化学的エッチング処理して、周面に環状の凸部を形成した状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す無機ガラスの外観図である。
【図１５】図１０に示す凸部形成装置により、環状に形成された凸部を周面に複数形成した場合の無機ガラスの外観図である。
【図１６】図１０に示す凸部形成装置により、螺旋状に凸部を形成した場合の、無機ガラスの側面図である。
【図１７】図１０に示す凸部形成装置により、直線上に凸部を形成した場合の、無機ガラスの外観図である。
【図１８】従来の凸部形成方法を説明するための図であって、平面とされた無機ガラスの表面に圧子を押し付けながら掃引して、圧縮層を連続的に形成している状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す状態の後、無機ガラスを化学的エッチング処理して、表面に凸部を形成した状態を示す図である。
【図２０】図１８に示す圧子を球形の無機ガラスの表面に押し付けながら掃引している状態を示す図である。
【図２１】図２０に示す圧子と無機ガラスとの接触点近傍の拡大図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｅ    圧子と無機ガラスとの接触点
Ｆ    圧子の押圧方向
Ｇ    曲率中心
Ｍ    法線
Ｓ    圧縮層（圧縮応力部）
１    圧縮応力部形成装置
２、２０    無機ガラス
２ａ、２０ａ    無機ガラスの表面
３    凸部
４    圧子（加工工具）
５    押圧機構
６    移動機構
７    エッチング処理機構
９    凸部形成装置
【図１】
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【図２】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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