(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラス等の酸化珪素材料を、クラックを発生させることのない実用的な物理的加工方法を提供する。【解決手段】酸化珪素材料に対して電子ビームを照射して該材料を軟化させる工程と、該軟化した材料に対して物理的加工を施す工程からなることを特徴とする酸化珪素材料の物理的加工方法。酸化珪素材料の薄板１２の端部に対し、加工具１３を接触させ、その端部に電子ビーム１１を照射し、薄板１２の端部を軟化させ、この状態で加工具１３を矢印１４の方向に押圧して延性加工を施した。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化珪素材料に対して電子ビームを照射して該材料を軟化させる工程と、該軟化した材料に対して物理的加工を施す工程からなることを特徴とする酸化珪素材料の物理的加工方法。
【請求項２】
酸化珪素材料に対して電子ビームを照射して該材料を軟化させる工程と、該軟化した２つの材料を圧接させる工程からなることを特徴とする酸化珪素材料の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化珪素材料の物理的加工方法及び接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の酸化珪素材料は延性に乏しいため、これに曲げや引張り等の物理的加工を施すと、クラックが入ってしまう。このような物理的加工に際してのクラックの発生を防止するために、ガラスをアルコールや水に浸けた状態で物理的加工を施す方法が知られている。
しかし、このような方法の場合、ナノメートルスケールでの微少量の加工を施すことは非常にむずかしく、実用的方法ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラス等の酸化珪素材料を、クラックを発生させることのない実用的な物理的加工方法及び接合方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示す酸化珪素材料の物理的加工方法及び接合方法が提供される。
【０００５】
（１）酸化珪素材料に対して電子ビームを照射して該材料を軟化させる工程と、該軟化した材料に対して物理的加工を施す工程からなることを特徴とする酸化珪素材料の物理的加工方法。
（２）酸化珪素材料に対して電子ビームを照射して該材料を軟化させる工程と、該軟化した２つの材料を圧接させる工程からなることを特徴とする酸化珪素材料の接合方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本明細書で言う酸化珪素材料とは、酸化珪素（ＳｉＯ２）を５０重量％以上、特に８０重量％以上含有する材料を意味する。このような材料には、石英ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス質材料や、これらのガラスを熱処理して得られるガラスセラミック等が包含される。
前記酸化珪素材料の形状は、フィルム状、板状、容器状、球状、筒体状、ブロック状等の各種の形状であることができ、特に制約されない。
【０００７】
本発明で用いる電子ビームは、従来公知の電子ビーム発生装置を用いて得ることができる。このような装置としては、例えば、日本電子（株）製の製品名「ＪＥＭ−２０１０」等を挙げることができる。
【０００８】
本発明で用いる電子ビームにおいて、そのビーム加速電圧は１００〜２００ｋＶである。また、そのビーム電流の電子密度（ビーム強度）は、特に制約されないが、通常、８０ｐＡ／ｃｍ２以下である。その下限値は、通常、２ｐＡ／ｃｍ２程度である。
【０００９】
本発明により酸化珪素材料に物理的加工を施すには、先ず、この材料に対して電子ビームを照射して帯電させることにより、軟化させる。即ち、酸化珪素材料の表面に電子ビームを照射すると、その材料は帯電した状態となり、その材料形状を保持したまま軟化する。
【００１０】
次に、本発明では、前記のようにして軟化した材料に対して、物理的加工を施す。この場合の物理的加工においては、その材料が軟化状態にあることから、クラックの発生を防止して、容易かつ高精度で行うことができる。
前記物理的加工には、延性加工等が包含される。また、その加工のスケールも、ナノメートルスケールの微少量の加工であることができるし、大面積加工であることができ、特に制約されない。
【００１１】
前記物理的加工を行う場合、電子ビームの照射は、継続していてもよく、また、必要に応じ停止してもよく、さらに、間欠的に行うこともできる。
【００１２】
本発明により酸化珪素材料を接合させるには、その材料に電子ビームを照射して軟化させ、この軟化した２つの材料を圧接し、その２つの材料の界面で融合させればよい。その圧接においては、電子ビームの照射は、継続していてもよく、また、必要に応じ停止してもよく、さらに間欠的に行うこともできる。
【００１３】
本発明により酸化珪素材料に電子ビームを照射する場合、その照射は、その材料が軟化する範囲に留め、その材料が溶融するまでには照射しない。材料の軟化度合いは、その電子ビームの強度に応じて調節することができ、これにより、その延性加工等の物理的加工の度合いを制御することができる。
【００１４】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳述する。
【００１５】
実施例１
電子ビーム発生装置としては、日本電子（株）製の製品「ＪＥＭ−２０１０」を用いた。
前記電子ビーム発生装置を用い、加速電圧２００ｋＶで電子ビームを発生させ、このビームを用いて酸化珪素材料の軟化試験を以下のようにして行った。
【００１６】
（酸化珪素材料の軟化試験）
試料としては、図１に示す円錐体１と、直方体２を用いた。円錐体１において、その底面の直径は約３μｍで、その高さは約３μｍである。その頂部先端は非常に鋭く、その曲率半径は約１０ｎｍである。直方体２において、その寸法は、縦：０．５ｍｍ、横：０．５ｍｍ、長さ：８ｍｍである。これらの円錐体１はシリコンからなり、直方体２は、石英ガラス（酸化珪素）からなるものである。
図１に示すように、直方体２の表面に、円錐体１の先端を当て、この円錐体をその底面側から、荷重Ｆ数ｎＮで押圧するとともに、電子ビーム３を、その円錐体１の先端と、直方体２の表面との接触界面に照射した。
１分間経過後に、電子ビームの照射を停止し、円錐体１と直方体２との凝着力（接着力）を調べた。その結果を次表に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１の結果から、凝着力は電子ビーム強度に応じて単調増加していることがわかる。このことから、円錐体１と直方体２との接合は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、直方体２の接触面付近がクラックは入らずに軟化することにより変形して、その接合面積が増加しているものと認められる。
【００１９】
実施例２
酸化珪素材料として、石英ガラス（酸化珪素）製の薄板（厚さ：０．５ｍｍ）を用いた。この薄板の形状は、図３に示すような断面形状を有する。
この酸化珪素材料の薄板１２の端部に対し、図３に示すように、加工具１３を接触させ、その薄板の端部に電子ビーム１１を照射し、その薄板１２の端部を軟化させ、この状態で加工具１３を矢印１４の方向に押圧力：約１００ｎＮで押圧して延性加工を施した。この延性加工に際しては、電子ビームの照射を断続した。
この電子ビーム照射下での加工を１分間行った後、その薄板１１の端部の形状を調べたところ、その端部には、その加工具１３による押圧力により曲げを生じていることが確認された。また、この曲げ部分には、クラックは全く生じていなかった。
なお、加工具１３としては、電子ビームの照射では軟化しない珪素からなる直方体（縦：約３μｍ、横：３μｍ、高さ：３μｍ）を用いた。
【００２０】
実施例３
酸化珪素材料として、石英ガラス（酸化珪素）からなる２つの薄板（縦：８ｍｍ、横：０．５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）を用いた。
これらの薄板２１、２２を、図４に示すように、その端面を相互に圧接させ、その接触面に電子ビーム２３を０．１分間照射した後、その薄板２１、２２の接合状態を調べた。その結果、その接触面は、クラックは入らずに強固に接合していることが確認された。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、物理的加工を施すことの困難であった酸化珪素材料に対し、クラックを生じることなく、容易に延性加工等の物理的加工を施すことができる。
また、本発明によれば、接合の困難であった酸化珪素材料を、クラックを生じることなく、強固に接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】軟化試験に用いる２つの試料の形状説明図である。
【図２】軟化試験結果を示す２つの試料の凝着説明図である。ａ：ビーム強度が小さい場合の２つの試料の凝着説明図ｂ：ビーム強度が中程度の場合の２つの試料の凝着説明図ｃ：ビーム強度が大きい場合の２つの試料の凝着説明図
【図３】酸化珪素材料に延性加工を施す場合の実施説明図である。
【図４】２つの酸化珪素材料を接合する場合の実施説明図である。
【符号の説明】
１  円錐体
２  直方体
３  電子ビーム
１１  電子ビーム照射面
１２  薄板
１３  加工具
１４  押圧方向
１２、２２  薄板
２３  電子ビーム照射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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