(57)【要約】【課題】表面からのガラス成分の溶出が抑制されたガラス基材を提供する。【解決手段】ガラス基材の表面の一部に凹部を形成する工程と、凹部の表面に圧力を印加して被押圧層を形成することにより、被押圧層がない状態と比較して、酸へのガラス成分の溶出を抑制する工程と、を含む製造方法とする。凹部は、エッチング、レーザの照射、または研削により形成するとよく、被押圧層は、部材を押し付けることにより、または微粒子を噴射することにより形成するとよい。こうして得たガラス基材は、特にμＴＡＳ（Micro Total Analysis System）としての使用に適している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材の表面の一部に凹部を形成する第１工程と、
前記凹部の表面に圧力を印加して被押圧層を形成する第２工程と、を含み、
前記被押圧層により、当該被押圧層がない状態と比較して、酸へのガラス成分の溶出が抑制されたガラス基材とする、ガラス基材の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程が、エッチング、レーザの照射、または研削により、前記凹部を形成する工程である、請求項１に記載のガラス基材の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程が、部材を押し付けることにより、または微粒子を噴射することにより、前記凹部の表面に圧力を印加する工程である、請求項１に記載のガラス基材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって得たガラス基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基材の製造方法に関し、より詳しくは、酸へのガラス成分の溶出が抑制されたガラス基材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基材の表面に発生する問題の一つに、ガラス基材の表面が、水分、酸などに浸食されて干渉色が当該表面に現れるようになる、いわゆる「青ヤケ」と呼ばれる現象がある（例えば、特開平１１−３２３４００号公報参照）。この青ヤケは、水、酸などがガラス基材の表面に接触した際、ガラス成分がプロトンとイオン交換反応を起こし、ガラス基材の表面に屈折率の異なる層が生成するために起こる。ガラス成分の溶出は、ガラス基材の用途によっては、外観不良にとどまらず、より深刻な問題を引き起こす。
【０００３】
μＴＡＳ（Micro Total Analysis System）では、ガラス基材の表面の微小領域で化学反応が進行する。しかし、ガラス基材からガラス成分が溶出すると、化学反応が阻害されることがある。
【０００４】
従来、ガラス成分の溶出防止のためには、主として、（１）ガラス組成による改良、（２）ガラス基材上の保護膜の形成による改良、が検討されてきた。しかし、（１）によれば、用途に適したガラス組成を用いることができない。（２）によれば、組成についての制約は解消されるが、成膜を要するために製造コストが大幅に上昇する。
【０００５】
ガラス基材に接する溶液を弱アルカリ性とすれば、ガラス成分の溶出を抑制することは可能である。しかし、この対策は、使用する溶液を制限することになり、現実的な解決策ではない。
【０００６】
ところで、ガラス成分の溶出防止ではなくガラス基材の表面加工を目的とした技術ではあるが、ガラス表面の一部の領域を押圧して圧縮し、その後フッ酸（フッ化水素酸）等を用いてエッチングすることにより、押圧した領域を凸部（突起）とする、ガラス表面の加工方法が提案されている（例えば、特開２００２−１６０９４３号公報参照）。この方法を用いて得たガラス基材には凸部が形成され、この凸部の表面に圧縮層が残存することになる。
【特許文献１】特開平１１−３２３４００号公報
【特許文献２】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】
【０００７】
本発明は、酸へのガラス成分の溶出が抑制されたガラス基材の新たな製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガラス基材の表面の一部に凹部を形成する第１工程と、前記凹部の表面に圧力を印加して被押圧層を形成する第２工程と、を含み、前記被押圧層により、当該被押圧層がない状態と比較して、酸へのガラス成分の溶出が抑制されたガラス基材とする、ガラス基材の製造方法を提供する。
【０００９】
酸（酸性の水溶液）へのガラス成分の溶出が抑制されているか否かは、ガラス成分を最もよく浸食する酸として知られているフッ化水素酸を用いた試験、より具体的には被押圧層が形成されていない対照サンプルとの比較試験、により判断することができる。ただし、試験方法についてのこの記述は、実際の使用においてガラス基材が接する酸をフッ化水素酸に限定するものではない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被押圧層により、被押圧層がない状態と比較して、ガラス基材から酸へのガラス成分の溶出が抑制される。被押圧層がない状態とは、例えば凹部に圧力を印加しないことを除いては同様にして作製された状態を指す。被押圧層は、高密度となった圧縮層となって、ガラス成分、特にガラス網目形成体以外の成分（中間体、網目修飾体）の溶出を抑制していると考えられる。本発明によれば、例えばμＴＡＳとして用いられるガラス基材において、流路となる凹部に酸性の溶液を流しても化学反応が阻害されにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
被押圧層は、凹部の表面に圧力を印加することにより、換言すれば機械的に応力を付与することにより、形成される（第２工程）。圧力の印加方法に特に限定はないが、部材を押し付けることにより、または微粒子を噴射することにより、行うとよい。部材または微粒子は、ガラス基材よりも硬度が高い材料から構成することが好ましく、例えば、ダイヤモンド、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などを用いるとよい。
【００１２】
適切な圧力を印加できる限り、部材の形状に限定はなく、点で押圧するような小型の部材（圧子）を用いてもよいし、面で押圧する部材（型）を用いてもよい。部材を押し付ける方法も、用いる部材や圧力を印加すべき領域の広さなどに応じて適宜選択すればよい。被押圧層は、例えば圧子を押し付けてガラス基材の表面の一部に圧力を印加しながら当該表面に対して平行に部材を移動させることにより形成することができる。この方法は、微細なパターンで被押圧層を導入すべき場合に適している。被押圧層は、型を押し付けてガラス基材の表面の一部または全部に圧力を印加することによっても形成できる。この方法は、量産性に優れている。
【００１３】
微粒子の噴射による被押圧層の形成は、微細な領域や平坦でない部分への被押圧層の形成に適している。
【００１４】
以下、図面を参照しながら被押圧層の形成方法を具体的に説明する。図１に示すように、所定の荷重をかけた圧子１１をガラス基材１０に押し付けながら基材１０の表面に平行に移動させると、その軌跡に被押圧層１２が形成される。図示したように、圧子１１を掃引した領域は、僅かに後退して窪み１６となる。図２に示すように、圧子１１に代えて型１３を押し付けて被押圧層１２を形成してもよい。圧子１１および型１３は、第１工程で形成された凹部の表面に押し付ける。
【００１５】
図３に示すように、ノズル（ブラストノズル）１４から噴出した微粒子１５をガラス基材１０の表面に衝突させることにより、被押圧層１２を形成することもできる。この場合も、微粒子１５を衝突させた領域は表面が僅かに後退して窪み１６となる。ここでも、ノズル１４をガラス基材の表面に対して相対的に移動させ、所定の領域に被押圧層１２を形成するとよい。
【００１６】
微粒子による加工は、平坦でない表面への被押圧層１２の形成に適している。図４に示すように、ガラス基材１０の表面に予め形成された、断面が略半円である凹部１７の表面にノズル１４から微粒子１５を噴射すると、比較的簡単に凹部１７の表面に被押圧層１２を形成することができる。
【００１７】
被押圧層の形成のための圧力が大きすぎるとガラス基材にクラックが生じることがある。逆に圧力が小さすぎるとガラス成分の溶出抑制に十分な被押圧層を形成できない。圧子や型への荷重（図１，２参照）や微粒子の噴射（図３，４参照）は、ガラス基材にクラックが生じず、ガラス成分の溶出の抑制が可能な被押圧層が形成できる範囲から適宜設定するとよい。適当な圧力の大きさは、ガラス基材の組成、部材・微粒子の硬度などによるが、部材を押し付ける場合で１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ程度、微粒子を噴射させる場合で噴射圧により表示して１ｋＰａ〜１ＭＰａ程度である。
【００１８】
また、圧力を印加する際に、ガラス基材の少なくとも凹部表面を加熱することにより、ガラス基材にクラックを発生することをより効果的に抑えることができる。このときの加熱温度も、ガラス基材にクラックを生じず、ガラス成分の溶出の抑制が可能な被押圧層が形成できる範囲から適宜設定すればよい。加熱温度としては、５０℃〜ガラス基材の軟化点程度であればよく、好ましくは１００℃〜４００℃程度である。
【００１９】
なお、本発明において、ガラス基材の組成は被圧縮層を形成できればよく、例えば、アルミノシリケート系ガラス、ホウ珪酸系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスを用いることができる。
【００２０】
本発明では、被押圧層を形成する（第２工程）前に、ガラス基材の表面に凹部が形成される（第１工程）。第１工程は、具体的には、エッチング、レーザの照射、または研削により凹部を形成する工程とするとよいが、エッチングによる加工が好ましい。上記第１工程および第２工程を実施することにより、例えば、ガラス基材と、ガラス基材の表面に形成された凹部と、凹部の表面に形成された被押圧層と、を備え、被押圧層により、この層がない状態と比較して、酸へのガラス成分の溶出が抑制された、凹部を有するガラス基材、を提供することが可能となる。このガラス基材は、μＴＡＳに好適である。
【００２１】
なお、図１および図３にはやや誇張して記載したが、第２工程において、被押圧層の形成に伴って生じる窪み１６は僅かなものである（例えば０．１μｍ〜０．３μｍ程度の深さ）。これに対し、第１工程において形成する凹部１７の深さは、例えば０．２μｍ以上、好ましくは１μｍ〜１００μｍである。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例を挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
ガラス基材として、ＳｉＯ2：６４．８ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3：１０．０ｍｏｌ％、Ｎａ2Ｏ：１０．６ｍｏｌ％、Ｌｉ2Ｏ：７．４ｍｏｌ％、ＣａＯ：４．２ｍｏｌ％、ＭｇＯ：２．９ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3：０．１ｍｏｌ％からなる組成を有するガラス基板（厚さ０．５ｍｍ、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ）を用意した。
【００２４】
まず、前処理として、平滑性を向上させるべく、酸化セリウム系研磨剤を用いてガラス基板の表面を片面研磨機により研磨し、研磨剤を除去するための洗浄を行った。
【００２５】
次いで、ガラス基板の表面に、フォトリソグラフィーとエッチングとにより、１０ｍｍ×１０ｍｍ×深さ１０μｍの凹部を作製した。その後、先端のＲ（曲率半径）が１．０ｍｍの超硬合金製圧子を並べて配置した加工具を用い、圧子１個当たり９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重を加えながらＸＹステージを用いてガラス基板の表面に平行に掃引し、凹部の底に押圧力を印加した。圧子の掃引により凹部の底に、高さ０．１μｍ程度の微小な凹凸が現れた。
【００２６】
こうして得たガラス基板について、ガラス成分の溶出試験を行った。溶出試験は、凹部を除く領域をレジストにより被覆したガラス基板を４０℃の０．１％フッ化水素酸水溶液に４０分間浸漬して実施した。その後、圧子を掃引したガラス基板の最表面における、成分（Ｓｉ、Ａｌ、Ｎａ、Ｃａ、Ｏ）の深さ方向分布を、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）で測定した。成分のデプスプロファイルを図５に示す。
【００２７】
比較のため、圧子の掃引を実施しないことを除いては上記と同様にして得たガラス基板（リファレンス）、および溶出試験を実施する前のガラス基板（ブランク）についてもＥＳＣＡによる測定を実施した。ブランクについてのデプスプロファイルを図６に、リファレンスについてのデプスプロファイルを図７にそれぞれ示す。
【００２８】
図５〜図７の比較により、実施例のサンプルでは、ガラス網目形成体であるＳｉを除くカチオン（Ａｌ3+、Ｎａ+、Ｃａ2+）の溶出量が相対的に少なくなったことがわかる。
【００２９】
（実施例２）
圧子の掃引に代えて型を用いたプレスにより凹部の底に押圧力を印加したことを除いては、実施例１と同様にしてガラス基板を得た。プレスは、超硬合金製の型を用い、３００ＭＰａの圧力を印加して実施した。こうして得たガラス基板について、実施例１と同様、リファレンスとともに溶出試験を行い、ＥＳＣＡによるデプスプロファイルを測定した。その結果、実施例１と同様、リファレンスよりも、凹部の表面に被押圧層を形成したガラス基板からの成分の溶出は抑制されていた。
【００３０】
（実施例３）
実施例１と同様の組成を有するガラス基板（厚さ０．５ｍｍ、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ）を準備した。この基板について、実施例１と同様の前処理を実施した後、その表面に、フォトリソグラフィーとエッチングとにより、幅３００μｍ、深さ１５０μｍの断面略半円状の凹部を形成した。この凹部の表面に、微粒子を噴射して押圧力を印加した。微粒子による押圧力の印加は、平均粒径約１００μｍのジルコニア製ビーズを噴射圧０．０１ＭＰａで噴射させながら、ノズルをガラス基板の表面に平行に移動させて実施した。
【００３１】
こうして得たガラス基板について、実施例１と同様、リファレンスとともに溶出試験を行い、ＥＳＣＡによるデプスプロファイルを測定した。その結果、実施例１と同様、リファレンスよりも、凹部の表面に被押圧層を形成したガラス基板からの成分の溶出は抑制されていた。
【００３２】
表１は、実施例３から得たガラス基板と、リファレンスとしたガラス基板の表層近傍における組成の分析結果である。表層における組成を対比したところ、実施例３のガラス基板では、リファレンスよりも、表層近傍において、ガラス網目形成体であるＳｉを除くカチオン（Ａｌ3+、Ｎａ+、Ｃａ2+）の含有率が高くなっていた。これは、凹部の表面に被押圧層を形成したガラス基板において、リファレンスよりもこれらカチオンの溶出が抑制されていることを示している。
【００３３】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、簡便かつガラス組成の制限を伴わない方法により、ガラス基材、特にμＴＡＳや情報記録媒体に用いるガラス基材のガラス成分の溶出を抑制するものとして、産業上多大な利用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】圧子を用いて被押圧層を形成する方法を例示するための断面図である。
【図２】型を用いて被押圧層を形成する方法を例示するための断面図である。
【図３】微粒子を噴射して被押圧層を形成する方法の一例を示すための断面図である。
【図４】微粒子を噴射して被押圧層を形成する方法の別の一例を示すための断面図である。
【図５】実施例１で得たガラス基板についてのＥＳＣＡによる成分のデプスプロファイルである。
【図６】ブランクのガラス基板についてのＥＳＣＡによる成分のデプスプロファイルである。
【図７】リファレンスとしたガラス基板についてのＥＳＣＡによる成分のデプスプロファイルである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガラス基材
１１  圧子
１２  被押圧層
１３  型
１４  ノズル（ブラストノズル）
１５  微粒子
１６  押圧によって生じた窪み
１７  予め形成した凹部
【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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