DE10022932A1 - Production of a thin discoid glass blanks comprises pressing glass gobs into a molding tool so that the molding edge of the molding tool does not impede the deformation of the gob in the radial direction - Google Patents
Production of a thin discoid glass blanks comprises pressing glass gobs into a molding tool so that the molding edge of the molding tool does not impede the deformation of the gob in the radial directionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Festplattenrohlingen durch Pressen von Glasposten in einem Ober- und Unterwerkzeug aufweisenden Formwerkzeug.The invention relates to a method for producing Hard disk blanks by pressing glass items in an upper and Mold having a lower tool.
In der Vergangenheit wurde als Trägermaterial für Festplattenspeicher von Computern Aluminium verwendet. Aufgrund der gegenüber Aluminium deutlich besseren Schleifbarkeit und des höheren Young'schen Elastizitätsmoduls wird zunehmend als Trägermaterial für Festplattenspeicher Glas verwendet.In the past it was used as a carrier material for hard disk storage Computers used aluminum. Because of the aluminum significantly better grindability and higher Young's Elasticity module is increasingly used as a carrier material for hard disk storage Glass used.
Wie Festplattenrohlinge aus Glas hergestellt werden, wird in der japanischen Offenlegungsschrift H 10-236831 beschrieben. Es wird ein Formwerkzeug mit Ober- und Unterteil verwendet, die ihrerseits in einen Stempel und einen Ring unterteilt sind. Die Stempel sind konzentrisch in den Ringen angeordnet. Sie bilden die Flächenbegrenzung des herzustellenden Festplattenrohlings in Preßrichtung, während die Ringe dessen Ausdehnung senkrecht zur Preßrichtung begrenzen. Auf ein Formunterteil, das auf einer Temperatur von ungefähr 450°C gehalten wird, d. h. unterhalb der Transformationstemperatur von 500°C des dort verwendeten Glases, wird ein Glasposten einer Temperatur von ca. 1200°C aufgegeben. Das Formwerkzeugoberteil wird bis zum Anschlag auf das Formwerkzeugunterteil zubewegt. Nach dem Anschlag wird über den im oberen Ring beweglich gelagerten oberen Stempel auf den Glasposten Druck ausgeübt, so daß er die vom Formwerkzeug vorgegebene Form annimmt.How hard disk blanks are made from glass is described in Japanese Publication H 10-236831. There will be a mold with Upper and lower part used, which in turn in a stamp and a ring are divided. The stamps are arranged concentrically in the rings. she form the area limitation of the hard disk blank to be produced in Pressing direction, while the rings extend perpendicular to it Limit pressing direction. On a lower part that is at a temperature of is maintained at about 450 ° C. H. below the transformation temperature of 500 ° C of the glass used there becomes a glass item of a temperature of about 1200 ° C. The upper part of the mold is made by Stop moved to the lower part of the mold. After the attack over the upper stamp movably mounted in the upper ring on the Glass items exerted pressure so that it was the one specified by the molding tool Takes shape.
Durch Kontakt mit dem Formwerkzeug kühlt der Glasposten unter die Transformationstemperatur ab und behält die gepreßte Form bei.Through contact with the molding tool, the glass item cools under the Transformation temperature and maintains the pressed shape.
In den Fig. 2a und 2b ist dieses Verfahren näher dargestellt. Dabei sind mit 1 der Glasposten, mit 3 der obere Ring, mit 4 der obere Stempel, mit 5 der untere Ring und mit 6 der untere Stempel bezeichnet. Gezeigt ist in Fig. 2a der Moment, in dem der Stempel 4 den Glasposten 1 in die gewünschte Form preßt. Ein gravierender Nachteil der herkömmlichen Fertigung besteht darin, daß es sich nicht vermeiden läßt, daß an der Anschlagfläche zwischen dem oberen Ring 3 und dem unteren Ring 5 sich ein geringer Zwischenraum 7 bildet. Bei Ausüben des Druckes auf den Glasposten 1 durch den Stempel 4 wird auch in diesen Glas hineingepreßt. Dadurch bildet sich an den Festplattenrohlingen aus Glas eine Preßnaht. Außerdem wird die Oberflächenrauhigkeit durch den Kontakt des Glaspostens mit dem Formwerkzeug negativ beeinflußt.This method is shown in more detail in FIGS. 2a and 2b. 1 the glass item, 3 the upper ring, 4 the upper stamp, 5 the lower ring and 6 the lower stamp. The moment in which the stamp 4 presses the glass item 1 into the desired shape is shown in FIG. 2a. A serious disadvantage of conventional production is that it cannot be avoided that a small gap 7 is formed on the stop surface between the upper ring 3 and the lower ring 5 . When the pressure is exerted on the glass item 1 by the stamp 4 , it is also pressed into this glass. This creates a press seam on the hard disk blanks made of glass. In addition, the surface roughness is negatively affected by the contact of the glass batch with the molding tool.
Da an die beschichteten Festplattenrohlinge sehr hohe Anforderungen bezüglich der Oberflächenrauhigkeit und des Rundlaufs gestellt werden, müssen die gepreßten Glashalbzeuge aufwendig nachbearbeitet werden. Neben verschiedenen Schleif- und Polierschritten zur Einstellung der geforderten Oberflächenrauhigkeit und dem Bohren des Innenlochs zur Achsbefestigung ist hierbei die Bearbeitung der radialen Außenkante von besonderer Bedeutung. Diese sorgfältige Bearbeitung des Außenrandes ist notwendig, um den Rundlauf der Scheibe zu gewährleisten. Außerdem müssen kleinste Fehler in der Kontur oder Beschädigungen der Oberfläche beseitigt werden, da für den späteren dauerhaften Einsatz eine sehr glatte, d. h. von Anrissen freie Oberfläche benötigt wird. Diese Fehler werden hauptsächlich durch den Kontakt des Glases mit der vergleichsweise rauhen Oberfläche der Formgebungswerkzeuge verursacht. Die bei diesem Werkzeugkontakt im Glasteil erzeugte Oberflächenstruktur entspricht nicht den an das fertige Bauteil gestellten Qualitätsanforderungen.Because the coated hard disk blanks have very high requirements with regard to the surface roughness and the concentricity, the pressed glass semifinished products are elaborately reworked. Next various grinding and polishing steps to set the required Surface roughness and drilling the inner hole for axle mounting Here the processing of the radial outer edge is of particular importance. This careful processing of the outer edge is necessary to the To ensure the concentricity of the disc. In addition, the smallest mistakes in the contour or damage to the surface can be eliminated as for the later permanent use a very smooth, d. H. free of cracks Surface is needed. These errors are mainly caused by the Contact of the glass with the comparatively rough surface of the Shaping tools caused. The in this tool contact in The surface structure of the glass part does not correspond to that of the finished part quality requirements.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe Festplattenrohlinge hergestellt werden können, die nur deutlich weniger nachbearbeitet werden müssen.Against this background, it is an object of the present invention To provide methods by means of which hard disk blanks are manufactured that can only be reworked significantly less.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem die Viskosität des Glaspostens auf unter 50 dPas eingestellt wird, die Temperaturverteilung mindestens im Unterwerkzeug radialsymmetrisch eingestellt wird, der Glasposten derart auf dem Unterwerkzeug abgelegt wird, daß die Symmetrieachsen von Glasposten und radialsymmetrischer Temperaturverteilung zusammenfallen, das Formwerkzeug zur Ausbildung der gewünschten Dicke des Festplattenrohlings zusammengefahren wird, wobei die Verformung des Glases in radialer Richtung nicht durch das Formwerkzeug behindert wird, und das verpreßte Glas im Formwerkzeug abgekühlt wird.This problem is solved by a method in which the viscosity of the Glass lot is set to below 50 dPas, the temperature distribution is set at least radially symmetrically in the lower tool, the Glass items are placed on the lower tool so that the Axes of symmetry of glass posts and radially symmetrical Temperature distribution coincide, the mold to form the desired thickness of the hard disk blank is moved together, the The glass does not deform the glass in the radial direction is hindered, and the pressed glass is cooled in the mold.
Durch das Einstellen einer möglichst niedrigen Viskosität des eingespeisten Glases und einer radialsymmetrischen Temperaturverteilung mindestens im Unterwerkzeug, wobei der Glasposten derart auf dem Unterwerkzeug abgelegt wird, daß die Symmetrieachse des Glaspostens mit der Symmetrieachse der radialsymmetrischen Temperaturverteilung zusammenfällt, wird erreicht, daß nach dem Einspeisen der Glasposten sich radialsymmetrisch auf dem Unterwerkzeug verteilt und sich in seiner Kontur der einer idealen Kreisform stark annähert.By setting the feed viscosity as low as possible Glases and a radially symmetrical temperature distribution at least in Lower tool, the glass item being placed on the lower tool in this way is that the axis of symmetry of the glass lot with the axis of symmetry of radially symmetrical temperature distribution coincides, it is achieved that after feeding in the glass items are radially symmetrical on the The lower tool is distributed and its shape is that of an ideal circular shape strongly approximates.
Durch das Zusammenfahren des Ober- und Unterwerkzeuges kann nun aus dem Glasposten mit runder Kontur eine runde Scheibe gepreßt werden, ohne daß der Glasposten in seiner radialen Ausdehnung durch ein Formwerkzeug begrenzt werden müßte. Das Zusammenfahren kann beispielsweise weg- oder kraftgesteuert oder auch z. B. über einen Anschlag wegbegrenzt durchgeführt werden.By moving the upper and lower tools together you can now a round pane can be pressed without a round contour that the glass post in its radial expansion through a molding tool should be limited. The moving together can move away or power controlled or z. B. performed limited stroke become.
Das Pressen ohne radiale Begrenzung des Glaspostens durch ein Formgebungswerkzeug hat den Vorteil, daß aufgrund der Oberflächenspannung des erkaltenden Glases und der Temperaturdifferenz des Glases gegenüber der Umgebungsluft sich am äußeren Rand des Glaspostens eine vergleichsweise glatte Oberflächenstruktur mit entsprechender Krümmung am Rand ausbildet. Am Rand weist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Festplattenrohling eine glatte und beschädigungsfreie Oberfläche, die den Qualitätsanforderungen voll genügt. Eine Nachbearbeitung des radialen Randes des Festplattenrohlings ist damit überflüssig.The pressing without radial limitation of the glass batch by one Shaping tool has the advantage that due to the surface tension of the cooling glass and the temperature difference between the glass and the Ambient air at the outer edge of the glass lot is a comparatively smooth surface structure with a corresponding curvature at the edge. At the edge, the one produced by the method according to the invention has Hard disk blank a smooth and damage-free surface that the Quality requirements fully met. Post-processing of the radial edge the hard disk blank is therefore superfluous.
Vorteilhafterweise findet während der Abkühlung des verpreßten Glases bis unter den oberen Kühlpunkt (entspricht einer Viskosität von 1013 d.Pas) kein Kontakt des Glases an seinen radialen Rändern mit dem Formwerkzeug statt. Vielmehr läßt man das verpreßte Glas im Formwerkzeug bis unter den oberen Kühlpunkt abkühlen, bevor es weitertransportiert bzw. weiterverarbeitet wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die glatte und beschädigungsfreie Oberfläche des Festplattenrohlings an den radialen Rändern beibehalten wird.Advantageously, during the cooling of the pressed glass to below the upper cooling point (corresponds to a viscosity of 10 13 d.Pas), there is no contact of the glass on its radial edges with the molding tool. Rather, the pressed glass is allowed to cool in the mold to below the upper cooling point before it is transported or processed further. This ensures that the smooth and damage-free surface of the hard disk blank is maintained at the radial edges.
Vorzugsweise wird ein Formwerkzeug verwendet, dessen Glaskontaktflächen keine Vorzugsrichtung(en) der Oberflächenstruktur aufweisen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Vorzugsrichtungen in der Oberflächenstruktur bei niedrigviskosem Glas verhindern, daß sich eine kreisförmige Kontur bildet. Das Glas fließt dann bevorzugt längs einer Vorzugsrichtung der Oberflächenstruktur, so daß der auf dem Unterwerkzeug abgelegte Glasposten in seiner Kontur zu stark von der idealen Kreisform abweicht.A molding tool is preferably used, the glass contact surfaces of which have no preferred direction (s) of the surface structure. It has namely shown that preferred directions in the surface structure low-viscosity glass prevent a circular contour from forming. The glass then preferably flows along a preferred direction Surface structure so that the glass item placed on the lower tool deviates too much from the ideal circular shape.
Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß vorteilhafterweise ein Formwerkzeug verwendet wird, dessen Glaskontaktflächen eine Oberflächenrauhigkeit Rz ≦ 50 µm (Rz gemittelte Rauhtiefe nach DIN 4768). Denn es wurde festgestellt, daß beim Pressen des Glaspostens durch das Formwerkzeug die Oberflächenrauhigkeit des Formwerkzeuges auf der Oberfläche des Glases abgebildet wird, insbesondere solange sich das Glas noch nicht unter die Transformationstemperatur abgekühlt hat. Verwendet man ein Formwerkzeug mit der oben genannten Oberflächenrauhigkeit, wird auch das Nachbearbeiten der axialen Flächen des Festplattenrohlings minimiert.It has further been found that a molding tool is advantageously used, the glass contact surfaces of which have a surface roughness R z ≦ 50 μm (R z average roughness depth according to DIN 4768). Because it was found that when the glass batch is pressed by the molding tool, the surface roughness of the molding tool is imaged on the surface of the glass, in particular as long as the glass has not yet cooled below the transformation temperature. If a mold with the above-mentioned surface roughness is used, the reworking of the axial surfaces of the hard disk blank is also minimized.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der Fig. 1, die eine Skizze des Glaspostens 1 zwischen einem oberen Stempel 4 und unteren Stempel 6 zeigt, näher erläutert werden.The method according to the invention will be explained in more detail with reference to FIG. 1, which shows a sketch of the glass batch 1 between an upper stamp 4 and lower stamp 6 .
Aus einem nicht dargestellten Platinspeiser wird ein Glasposten einer Temperatur von etwa 1200°C auf dem unteren Stempel 6 abgelegt. Zuvor ist der untere Stempel 6 unter dem Speiser so ausgerichtet worden, daß die Symmetrieachse des abgelegten Glaspostens 1 mit der Symmetrieachse der radialsymmetrischen Temperaturverteilung übereinstimmt. Außerdem sind die Toleranzen bei der Menge des abgelegten Glases sehr eng, damit Festplattenrohlinge mit konstantem Radius hergestellt werden können. Als niedrigviskose Gläser werden vorzugsweise Alumo-Silikat- und Lanthan- Schwerflint-Gläser eingesetzt.A glass item with a temperature of approximately 1200 ° C. is placed on the lower stamp 6 from a platinum feeder (not shown). Previously, the lower punch 6 has been aligned under the feeder so that the axis of symmetry of the deposited glass batch 1 coincides with the axis of symmetry of the radially symmetrical temperature distribution. In addition, the tolerances for the amount of glass deposited are very narrow so that hard disk blanks with a constant radius can be produced. Alumosilicate and lanthanum heavy-flint glasses are preferably used as low-viscosity glasses.
Der untere Stempel 6 weist in seinem Inneren eine Wasserkühlung auf. Formgebungswerkzeuge zum Pressen von Glasposten werden immer gekühlt, damit beim Kontakt des Glases mit dem Formgebungswerkzeug Wärme abgeführt werden kann und der Glasposten abkühlen und damit erstarren kann. Eine radialsymmetrische Temperaturverteilung wird im hier diskutierten Beispiel dadurch erreicht, daß die Werkzeugdicke zwischen der Oberfläche des unteren Stempels 6 und den radial nach außen führenden Wasserkühlungskanälen sich mit dem Radius ändert. Diese Dickenvariation ist radialsymmetrisch. Zur Symmetrieachse hin befindet sich mehr Material zwischen der Oberfläche des unteren Stempels 6 und dem Wasserkühlungskanal als zum äußeren Rand hin, so daß der Glasposten 1 in der Mitte weniger stark gekühlt wird als am Rand. Dadurch läuft der Glasposten 1 zunächst schnell auseinander, wird durch die zunehmende Abkühlung viskoser und hört somit auf sich zu verteilen, wenn eine gewünschte Ausdehnung erreicht ist bzw. der Preßvorgang beendet ist.The lower punch 6 has water cooling in its interior. Shaping tools for pressing glass items are always cooled so that when the glass comes into contact with the shaping tool, heat can be dissipated and the glass item can cool and solidify. A radially symmetrical temperature distribution is achieved in the example discussed here in that the tool thickness between the surface of the lower punch 6 and the water cooling channels leading radially outwards changes with the radius. This variation in thickness is radially symmetrical. Towards the axis of symmetry there is more material between the surface of the lower punch 6 and the water cooling channel than towards the outer edge, so that the glass item 1 is cooled less strongly in the middle than at the edge. As a result, the glass batch 1 initially diverges rapidly, becomes more viscous due to the increasing cooling and thus stops spreading when a desired expansion has been reached or the pressing process has ended.
Parallel zu diesem Vorgang wird der obere Stempel 4 weggesteuert auf den unteren Stempel 6 zubewegt. Dabei wird der Glasposten 1 zu einer flachen, kreisrunden Scheibe gepreßt. Bei einer gewünschten Dicke des Festplattenrohlings im Bereich zwischen 1,0 und 1,5 mm wird die Bewegung des oberen Stempels 4 automatisch gestoppt.In parallel to this process, the upper punch 4 is moved toward the lower punch 6 in a controlled manner. The glass item 1 is pressed into a flat, circular disc. With a desired thickness of the hard disk blank in the range between 1.0 and 1.5 mm, the movement of the upper punch 4 is automatically stopped.
Bei besonderen Glassorten kann es von Vorteil sein, wenn nicht nur der untere Stempel 6, sondern auch der obere Stempel 4 eine radialsymmetrische Temperaturverteilung aufweist. Insbesondere müssen die Stempel 4 und 6 immer gekühlt werden, wenn die Gefahr besteht, daß sie durch den Dauerbetrieb zu schnell aufheizen und daher die Gefahr besteht, daß zwischen den Oberflächen der Stempel 4, 6 und dem Glasposten 1 chemische Reaktionen ablaufen. Dabei kann es auch passieren, daß sich der fertig gepreßte Festplattenrohling nicht mehr von den Stempeln 4, 6 lösen läßt.In the case of special types of glass, it can be advantageous if not only the lower punch 6 , but also the upper punch 4 has a radially symmetrical temperature distribution. In particular, the stamps 4 and 6 must always be cooled if there is a risk that they will heat up too quickly due to continuous operation and therefore there is a risk that chemical reactions will occur between the surfaces of the stamps 4 , 6 and the glass item 1 . It can also happen that the finished pressed hard disk blank can no longer be detached from the punches 4 , 6 .
Bei gegenüber dem Formgebungswerkzeug kleinen Glasposten reicht die Wärmeabstrahlung an die Umgebung zur Kühlung aus. Durch einen radialsymmetrischen Aufbau des Formgebungswerkzeuges stellt sich von selbst eine radialsymmetrische Temperaturverteilung ein. Bei sehr kleinen Glasposten muß das Formgebungswerkzeug radialsymmetrisch beheizt werden.With small glass items compared to the shaping tool, this is sufficient Heat radiation to the environment for cooling. Through a radially symmetrical structure of the shaping tool is self-explanatory a radially symmetrical temperature distribution. With very small glass items the shaping tool must be heated radially symmetrically.
Die verwendeten Stempel 4 und 6 sind derart bearbeitet worden, daß ihre Oberflächenstruktur keine Vorzugsvorrichtung aufweist und die Oberflächenrauhigkeit Rz bei 45 µm liegt. The punches 4 and 6 used have been processed in such a way that their surface structure has no preferred device and the surface roughness R z is 45 μm.
Das verpreßte Glas wird im Formwerkzeug abgekühlt. Die so erhaltenen Festplattenrohlinge weisen insbesondere am radialen Rand glatte Oberflächenstrukturen auf, die den Anforderungen der Festplattenhersteller genügen.The pressed glass is cooled in the mold. The so obtained Hard disk blanks are particularly smooth on the radial edge Surface structures based on the requirements of hard drive manufacturers are enough.
Claims (4)
daß die Viskosität des Glaspostens auf unter 50 dPas eingestellt wird,
daß die Temperaturverteilung mindestens im Unterwerkzeug radialsymmetrisch eingestellt wird,
daß der Glasposten derart auf dem Unterwerkzeug abgelegt wird, daß die Symmetrieachsen von Glasposten und radialsymmetrischer Temperaturverteilung zusammenfallen,
daß das Formwerkzeug zur Ausbildung der gewünschten Dicke des Festplattenrohlings zusammengefahren wird, wobei die Verformung des Glases in radialer Richtung nicht durch das Formwerkzeug behindert wird, und
daß das verpreßte Glas im Formwerkzeug abgekühlt wird.1. A process for the production of hard disk blanks by pressing glass items in an upper and lower tool having a mold, characterized in that
that the viscosity of the glass batch is set to below 50 dPas,
that the temperature distribution is set radially symmetrically at least in the lower tool,
that the glass item is placed on the lower tool in such a way that the axes of symmetry of the glass item and the radially symmetrical temperature distribution coincide,
that the molding tool is moved together to form the desired thickness of the hard disk blank, the deformation of the glass in the radial direction not being impeded by the molding tool, and
that the pressed glass is cooled in the mold.
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