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ガラス高機能化への加工技術書    
エレクトロニクス、オプティクス、エネルギーなどの先端分野で応用!
〜ガラス強化、表面微細加工、接着、コーティング〜
[コードNo.12STM004]

■体裁/ B5判上製本 335ページ
■発行/ 2012年9月27日 サイエンス&テクノロジー(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-055-6
 
製品応用のために脆性材料であるガラスを、強化・薄型化・高平坦化・薄膜生成・接着!
高機能化への加工技術を徹底的に詰め込んだ、納得の1冊!

著 者

伊藤節郎東京工業大学
稲葉誠二東京工業大学
吉田智滋賀県立大学
上部隆男(地独)東京都立産業技術研究センター
加藤保真旭硝子(株)
長嶋廉仁日本板硝子(株)
田牧純一北見工業大学
久保明彦北見工業大学
畝田道雄金沢工業大学
土肥俊郎九州大学
山崎努九州大学
大森整(独)理化学研究所
呉勇波秋田県立大学
郭会茹秋田県立大学大学院
角田光雄文化女子大学(現 文化学園大学)
角田薫文化学園大学
西井準治北海道大学
本間剛長岡技術科学大学
小松高行長岡技術科学大学
松村隆東京電機大学
幸塚広光関西大学
内山弘章関西大学
尾山卓司旭硝子(株)
川島敏メルテックス(株)
高橋誠大阪大学
須賀唯知東京大学
吉田昌弘鹿児島大学
武井孝行鹿児島大学
湯浅章セントラル硝子(株)
藤田卓(株)機能性ガラス研究所
平尾一之京都大学
岩野隆史セントラルグラスファイバー(株)

書籍趣旨

ガラスの歴史は古く、紀元前4000年より前にエジプトやメソポタミアで既に作られていたと考えられている、材料のなかではもっとも古いものの1つです。永い年月を経てなお、現代の様々な分野で活用されています。
近年、スマートフォンの台頭を機に、エレクトロニクス分野で再び注目を浴び始めただけではなく、フォトニクス、エネルギー、バイオテクノロジーなど様々な先端技術においてガラスという材料 がその価値を見出されています。
ですが、脆性材料であるガラスをいかに製品に応用していくかは、多くの企業にとって課題でもありました。
そういった現状を踏まえ、製品応用のための加工技術を徹底的に理解いただけるような内容の書籍を企画いたしました。
ガラスは、これからも様々な分野で、より強く、より薄く、より加工しやすくなり、応用されていくでしょう。
その際の一指針として、ご活用いただけたら幸いです。
(企画担当)



≪ポイント≫
◎ガラスの破壊現象を知り、破損解析によって信頼性を勝ち取るためには!?
◎脆性材料であるガラスを強化することによって、高い強度を得る!
◎高平坦化、薄片化への要求に対応するための適切な研磨法は!?
◎ガラスの表面微細加工により、商品への対応を図る!
◎ガラス上へのコーティングにおける適切な手法を知る!
◎薄板ガラスの製法から商品応用化まで徹底解説!



≪本文より一部抜粋≫
 壊れたガラス製品を調べることにより破損の原因を明らかにすることを、狭い意味での破損事故解析といい、さらに、再発防止対策や製品設計の改善までを考えることを、広い意味での破損事故解析という。モノづくりには広い意味での破損事故解析が重要である。
 その破損が製品の欠陥によるものか、使い方の誤りによるものかなど原因がわかれば、的確な防止対策を立てることができ、未然に事故を防ぐことができるのである。事故という不名誉なことの後始末的な要素が強いので、あまりやりたくない仕事、あまり関わりたくない仕事と考える人もいるが、事故をきちんと調べて、結果をその後の安全設計に反映させれば、従来より安全で信頼性の高い製品をつくることができるのである。
(第2章2節より)


 従来の磁場利用研磨法において媒介に使用するMF とMRF は、砥粒の分散性や流動性、また保持力に一長一短があり、研磨効率や加工精度の安定性の点で問題がある。そこで、 MF の粒子安定性と流動性、MRF の粒子保持力を併せ持つ新たな磁気感応性流体である磁気混合流体MCF(Magnetic Compound Fluid)14)を媒介に使用する新しい磁場利用研磨法を筆者らが提案した。
 MCF の中に砥粒を混合すると、一種の新しい磁場に反応する機能性スラリー(以下ではMCFスラリーと呼ぶ)が作製される。これまで平面や小曲率鏡面の鏡面仕上げに適用したところ、その有効性が確認され、特に微細リブや溝を有する微細3D 表面の研磨に有効であることが明らかになった・・・
(第3章5節より)


 ガラス上への金属皮膜形成には、真空製膜法とめっき法が適用可能である。めっきは、宝飾品等の装飾、自動車等の機械部品の防食から半導体パッケージやチップ部品、これを搭載するプリント配線板やハードディスクドライブ等電子機器の製造まで、われわれの日常生活には欠かせない技術である。
 被めっき物は金属だけでなく、ガラス、樹脂やセラミック等の絶縁体まで幅広く用いられている。めっきに必要な設備は真空成膜装置と比較して低い投資ですみ、皮膜析出速度が速く、量産性において優れていると考えられる。ガラス上へのめっきの適用は、鏡製造における銀めっき、プリント配線板のガラスクロスへの銅めっきが代表的なものであり、工業的に幅広く用いられている。
(第6章3節より)

目次

第1章主な種類のガラス組成及び特性
1ガラスの定義
2ガラスの構造と特徴
3ガラスの組成
3.1酸化物ガラス
3.2非酸化物ガラス
3.3混合系ガラス
4ガラスの特性
4.1光特性
4.2機械特性
4.3熱特性
4.3.1熱膨張と熱収縮
4.3.2熱伝導
4.3.3粘度
4.4化学特性
第2章ガラス破壊現象の把握及び破損事故解析
第1節ガラスの破壊現象における破壊応力と破壊挙動
1ガラスの理論強度と表面傷を有するガラスの実強度
1.1応力、ひずみ、弾性率
1.2理論強度と実強度
2応力拡大係数
3破壊靭性値と臨界エネルギー解放率
3.1破壊靭性値
3.2臨界エネルギー解放率
4ワイブル統計
5疲労破壊(応力腐食)
5.1き裂の速度
5.2ガラスの疲労
6ガラスの押し込み変形
6.1ガラスの硬度と押し込み残留応力
6.2押し込み変形が き裂発生に与える影響
第2節ガラス製品の破損事故解析
1破損事故解析の重要性
2ガラスはなぜ壊れやすいのか
3ガラス製品の強度とはなにか
4ガラスの破面とクラックの見方
4.1激しい衝撃(機械的衝撃など)による破面
4.2緩やかな衝撃(熱的衝撃など)による破面
4.3破面の模式図
4.4クラックの枝分かれと波面の関係
4.5クラックの見方
4.6激しい破壊、穏やかな破壊の特徴
5破損事故解析の進め方
5.1破損状況の調査
5.2破片の回収
5.3破片の観察、復元
5.4クラックの観察、起点の確認
5.5破壊の全容及び原因の究明
6事故より学ぶこと
第3章ガラス強化法による高強度ガラスへのアプローチ
第1節物理強化ガラスの概論及びシミュレーション技術
1物理強化ガラスの概論
2風冷強化ガラスの製造技術
2.1垂直吊り強化法
2.2ガス炉法
2.3水平曲げ強化法
2.4風冷強化用ノズル設計技術
2.5薄板ガラス物理強化
3風冷強化ガラスの残留応力シミュレーション技術
3.1ガラス物理強化シミュレーションとNarayanaswamyモデル
3.2ガラス物理強化シミュレーションの事例
3.3風冷強化ガラス製造にともなう光学的歪の解析
3.4ガラス物理強化シミュレーションの課題
第2節ガラスの化学強化
1化学強化(低温型イオン交換法)の方法
1.1強化の原理
1.2イオン交換と拡散
1.3応力の発生と緩和
1.4イオン交換の方法
1.4.1イオン交換用溶融塩とその条件
1.4.2溶融塩の汚染
2ガラス組成
3化学強化したガラスの性能
3.1実用ガラスの強度
3.2化学強化ガラスの諸特性
3.2.1応力分布
3.2.2強度
3.2.3その他の性質
第4章ガラスの研削・研磨技術および表面形状評価
第1節ガラスのクラックフリー研削技術
1ガラスの弾性と塑性
2研削加工における弾性と塑性
2.1研削加工プロセスにおける弾性と塑性
2.2ガラスの単刃フライカットにおける弾性・塑性・脆性
2.3ガラスの加工精度と弾性・塑性
3クラックフリー研削加工
3.1クラックフリー研削を実現するための基本的考え方
3.2切れ刃トランケーションの効果
3.3クラックフリー研削の事例
第2節固定砥粒によるガラス研磨技術
1DP による固定砥粒研磨のための計算機シミュレーション
1.1計算機シミュレーションの概要
1.2片面枚葉方式を対象とした最適化シミュレーション
2計算機シミュレーション結果に基づくガラス基板の固定砥粒研磨特性
2.1試験方法と意義
2.2ガラス基板の固定砥粒研磨による表面性状創成過程
2.3DP 定盤の表面積比率が研磨特性に及ぼす影響
2.3.1表面積比率が研磨距離特性に及ぼす影響に関する計算機シミュレーション
2.3.2表面積比率が研磨距離特性に及ぼす影響
2.4ガラス基板の表面粗さ
第3節CMP によるガラスの超精密研磨技術
1ガラス研磨メカニズムの考察
2加工環境コントロール研磨技術
3酸化セリウムに替わる新規代替砥粒
第4節ELID 研削と磁性流体研磨(MRF)を相乗した超精密加工プロセス
1超精密ELID 鏡面研削の特徴
2磁性流体研磨(MRF)法
2.1原理と特徴
2.2加工手法
3加工実験と考察
3.1形状精度の改善効果
3.2前加工面によるMRF 特性の差異
3.3表面粗さと形状精度の両立
4ナノプレシジョンELID 研削
第5節磁気混合流体(MCF)における研磨のメカニズム及び応用
1磁気混合流体(MCF)スラリーの組成と磁場作用下の挙動
1.1組成
1.2スタティック(静的)磁場作用下の挙動
1.3ダイナミック(動的)磁場作用下の形状復元現象
1.4磁場作用下の加工力
2研磨加工特性
2.1加工原理と実験装置
2.2各種材料のテスト結果
第5章ガラスの表面微細加工技術
第1節ガラスの洗浄技術
1ガラスの表面
2ガラス表面の汚染
3代表的な汚れの表面からの汚れの剥離技術とその機構
3.1代表的な汚れ
3.2汚れの剥離機構
3.2.1汚れおよび被洗浄表面の洗浄液によるぬれ
3.2.2有機質汚れの剥離
3.2.3無機質汚れの剥離
3.2.4粒子汚れの剥離
4いろいろな汚れが付着している表面の洗浄
5利用可能な洗浄技術
5.1湿式洗浄技術
5.2物理洗浄技術
5.2.1超音波技術
5.2.2低圧フラッシング技術
5.2.3ウエットブラスト洗浄技術
5.2.42 流体ジェット洗浄
5.2.5マイクロバブルを利用した洗浄技術
5.3乾式洗浄技術
5.3.1紫外光の利用
5.3.2光励起洗浄
5.3.3フッ化水素(HF)ベーパ洗浄
6実際のガラス洗浄
第2節ガラスのモールドプレス技術およびナノインプリント技術
1モールド材料と成形装置
2モールドの微細加工
2.1ドライ加工法
2.2切削加工法
3ガラス成形プロセス
4成形・離型特性の評価
5ガラスインプリントによって得られる光学素子
5.1反射防止構造
5.2回折格子
第3節レーザーによるガラスの位置選択的表面改質と形態制御
1ガラスの熱物性と組成設計
2結晶化の機構とその形態
3レーザー照射によるガラスの結晶化機構とその形態
4光非線形性結晶ラインパターニングと光導波
5化学エッチングを援用した表面加工
6面内に結晶配向を有する結晶二次元パターンの形成
第4節ガラスの切削技術
1ガラスの平削り切削
2ガラスのエンドミル切削
3エンドミルによるガラスの片側側面切削
4ボールエンドミルによるガラスの深溝加工
5エンドミルによるガラスの溝加工の応用
第6章各種ガラスへのコーティングによる薄膜生成技術
第1節ゾル−ゲルウェットコーティング
1コーティング液の種類とゾル−ゲルウェットコーティングという言葉について
2ゲル薄膜の作製
2.1ディップコーティング
2.2スピンコーティング
2.3ラミナーフローコーティング
3ゲル薄膜の焼成
4膜厚の制御
5亀裂発生の問題
6残留応力の問題
7スピンコーティング膜の放射状凹凸の問題
8各種ゾル−ゲルウェットコーティングにおけるトピックス
8.1水溶液をコーティング液とするゾル−ゲルウェットコーティング
8.2ポリシラザンをシリカ源とするゾル−ゲルウェットコーティング
8.3プラスチックスを基材とするゾル−ゲルウェットコーティング
8.4自己組織化による薄膜表面のパターニング
第2節ドライコーティング
1スパッタリング法
1.1マグネトロンスパッタリングと反応性スパッタリング
1.2絶縁性薄膜の反応性スパッタリング
1.3高速成膜技術
1.4その他の注目されるスパッタ技術
2CVD
3材料開発
4膜構成
5シミュレーション
第3節ガラス上への無電解めっき
1ガラスへのめっきプロセス−キャタライジング法
2センシタイジング−アクチベーティング法
3ガラスへのめっきプロセスの改善 コンディショニング−アクチベーティング法
第7章ガラス接合・接着技術
第1節陽極接合
1陽極接合の原理
2陽極接合が可能な材料
2.1ケイ酸ガラス
2.2導体
3陽極接合の実際
4陽極接合継手への逆電圧印加の影響
第2節常温接合
1ガラス・イオン結晶性材料の接合技術
2プラズマ活性化接合
3表面活性化常温接合
4ガラスおよびイオン結合性材料の表面活性化接合
第3節バナジウム系の封着加工用鉛フリーガラスの開発
1鉛フリーガラスの設計方針
2鉛フリーガラスの調製と諸特性評価
2.1V2O5-ZnO-BaO 系の鉛フリーガラスの調製
2.2V2O5-ZnO-BaO 系の鉛フリーガラスへの第四成分金属酸化物(TeO2)の添加効果
2.3鉛フリーガラスの特性評価
2.3.1示差熱重量分析装置(TG-DTA)による熱特性評価
2.3.2熱機械分析装置(TMA)による熱膨張係数測定
2.3.3粉末X 線回折法(XRD)による構造評価
2.4封着実験
2.4.1ソーダライム板ガラスを用いての封着実験
2.4.2平面蛍光管の封着実験
2.5耐水性評価
2.6平面蛍光管の点灯試験
3結果および考察
3.1V2O5-ZnO-BaO 系ガラスの特性評価
3.2V2O5-ZnO-BaO-TeO2 系ガラスの特性評価
3.3ソーダライム板ガラスの封着加工
3.4セラミックフィラーを混合しての熱膨張測定
3.5耐水性評価
3.6封着加工した平面蛍光管の連続点灯試験評価
第8章薄板ガラスの成形加工技術動向
第1節フロート法
1フロート法の設備
1.1フロート法の原理
1.2フロートバス
1.3フロートバスの雰囲気管理
2フロート法による板ガラスの製造
2.1フロート法の概要
2.2ウェットバックフロー
2.3厚板製造プロセス
2.4薄板製造プロセス
3フロート法の最近の進歩
3.1特殊組成ガラスの製造
3.2超薄板ガラスの製造
4フロート法の課題
4.1ガラス基板の大型化
4.2品質の向上
第2節ダウンドロー法およびフュージョン法
1ダウンドロー法について
2ダウンドローで生産された材料および製品について
2.1比較的薄型を対象とした液晶基板ガラス
2.2抵抗膜式ガラス/ ガラスタイプの薄型ガラス
2.3イメージセンサー用カバーガラス
2.4レーザーダイオード用カバーガラス
2.5近赤外カットフィルター用基板ガラス
2.6磁気ヘッド用スペーサーガラス
3ダウンドローで製板された代表的な材料とスペック
4フュージョン法について
第3節ディスプレイ用ガラスとナノテクノロジーへの応用
1ガラスはなぜ壊れやすいか
2フェムト秒レーザーを用いたガラスの高強度化



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