JP2002187726A - ガラス基板の製造方法およびガラス基板成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気ディスクなどの記録媒体に最適な磁気デ
ィスク用のガラス基板の製造方法およびガラス基板成形
用金型において、基板表面が超平滑性を有すると共に軸
対称性に優れ、しかも大量かつ安価にガラス基板を製造
できる。 【解決手段】 成形面２，５を凹または凸形状としてな
る上下型１，４間にガラス素材７を配置し、加熱・加圧
工程および冷却工程を経てガラス基板１８をプレス成形
する製造方法において、冷却工程にて、上型１の温度が
下型４の温度より高くなるように温度差を設けることを
特徴とし、凸形状の下型４側に反ったガラス基板１８が
上下型１，４の温度差によって凹形状の上型１側に反
り、基板表面が超平滑性を有するガラス基板１８を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクなど
の記録媒体に最適な磁気ディスク用のガラス基板の製造
方法およびガラス基板成形用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録の分野、特に磁気ディス
クにおいては、小型化、薄型化、高容量化などの高性能
化が進んでいる。それに伴って、高密度磁気記録媒体へ
の要求が高まり、ガラス基板は、高剛性、高硬度で平坦
化が容易で、高密度化、高信頼性化に極めて有利なこと
から盛んに検討されている。

【０００３】従来、磁気ディスク用ガラス基板は、所定
のサイズに切り抜かれた後、平滑な表面を得るために基
板を研磨する研磨法により製造されてきた。しかしなが
ら、近年、基板表面には超平滑性が要求され、研磨行程
には技術的にも非常に難しい高い精度が求められるよう
になり、こうした基板を１枚１枚研磨する製造方法は、
多くの行程を要し、製品が高価になるという欠点があっ
た。

【０００４】一方、ガラス素材を加熱、成形、冷却し、
金型成形面を高精度で転写するプレス成形法は、後加工
を必要としないため、安価で生産性が高く、かつ高品質
である。したがって、光学素子製造の分野では、すでに
数多くの検討がなされ実用化が図られている。

【０００５】しかしながら、磁気ディスク用ガラス基板
のように外径が大きく、基板厚が薄く、外径と基板厚と
の比が大きなもの（例えば、２．５インチサイズの磁気
ディスク用ガラス基板では、外径６５ｍｍ、基板厚み
０．６３５ｍｍであり、外径と基板厚との比は約１０
０：１）を形成することは、光学素子のようにレンズ厚
と外径との比が比較的小さく、かつ曲率を持ったものを
成形する場合とは違った課題を有している。

【０００６】また、磁気ディスク用ガラス基板に要求さ
れる形状は、面のうねりができるだけ小さいこと（平坦
度）、特に高速回転時における磁気ヘッドの追従性を高
めるために、同一半径上でのうねりを押えることが求め
られている。例えば、鞍型形状ではヘッドの追従性が悪
くなるため、軸対称性の高いお椀型形状が好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
成形で、上記要求形状を達成するには種々の課題があ
る。成形の冷却工程で成形用金型の上下の型枠の間で温
度差が生じると、ガラス基板は上下の熱収縮のタイミン
グがずれるため、反りが発生する。例えば、上型の温度
が下型の温度より高い状態で冷却されると、基板上側の
熱収縮のタイミングが遅れるため、上側凹状に反りが発
生する。したがって、上下同一の温度で冷却し、可能な
限り反りの発生を押える必要がある。

【０００８】しかしながら、上下同一の温度で冷却する
と、別の副作用が発生する。すなわち、ガラス基板の金
型からの離型は、同一温度の場合、ほぼ同じタイミング
で行われるため、離型のタイミングが同一面内でランダ
ムになってしまう。したがって、平坦度の絶対値は小さ
く押えることができるが、軸対称性の崩れた形状しか得
られない。

【０００９】図８に、従来の製造方法で得られたガラス
基板の平坦度を示すレーザ干渉計での測定データを示
す。平坦度の絶対値は仕様内であるが、軸対称性の崩れ
た歪な形状になっている。しかも、同じ成形条件で成形
しても同じ形状は再現できないことから、離型のタイミ
ングが不安定になっている。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決するものであ
り、基板表面が超平滑性を有すると共に軸対称性に優
れ、しかも大量かつ安価に、外径と基板厚との比が大き
な磁気ディスクなどの記録媒体に最適なガラス基板を製
造することができるガラス基板の製造方法およびガラス
基板成形用金型を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のガラス基板の製
造方法は、上型の成形面を凹または凸形状とし下型の成
形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状としてなる
上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・加圧工程お
よび冷却工程を経てガラス基板をプレス成形する製造方
法において、前記冷却工程にて、前記上下型のうち成形
面が凹形状側の型の温度が凸形状側の型の温度より高く
なるように温度差を設けることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明のガラス基板成形用金型は、互いの
間にガラス素材を配置し加熱・加圧工程および冷却工程
を経てガラス基板をプレス成形する上下型からなり、上
型の成形面を凹または凸形状とし下型の成形面を同一形
状で極性が逆の凸または凹形状としたことを特徴とする
ものである。

【００１３】本発明のガラス基板の製造方法およびガラ
ス基板成形用金型によれば、冷却工程にて上下型のうち
成形面が凹形状側の型の温度を凸形状側の型の温度より
高くすることで、凸形状の型側に反ったガラス基板が上
下型の温度差によって凹形状の型側に反り、基板表面が
超平滑性を有すると共に軸対称性に優れたガラス基板を
成形でき、かつ、プレス成形にて大量かつ安価にガラス
基板を製造することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載のガラス
基板の製造方法は、上型の成形面を凹または凸形状とし
下型の成形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状と
してなる上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・加
圧工程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形す
る製造方法において、前記冷却工程にて、前記上下型の
うち成形面が凹形状側の型の温度が凸形状側の型の温度
より高くなるように温度差を設けることを特徴とするも
のである。なお、ガラス転移点近傍にて上下型に温度差
を設ける。また、上下型の成形面の平坦度を５μｍ以下
とする。この構成によると、冷却工程にて上下型のうち
成形面が凹形状側の型の温度を凸形状側の型の温度より
高くすることで、凸形状の型側に反ったガラス基板が上
下型の温度差によって凹形状の型側に反り、基板表面が
超平滑性を有すると共に軸対称性に優れたガラス基板を
成形でき、かつ、プレス成形にて大量かつ安価にガラス
基板を製造することができる。

【００１５】本発明の請求項３に記載のガラス基板の製
造方法は、上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・
加圧工程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形
する製造方法において、前記冷却工程にて、前記上下型
のうち一方の温度が他方の温度より高くなるように温度
差を設けると共に、当該温度差を設けた冷却途中にて前
記上下型のうち一方の温度が他方の温度より低くなるよ
うに温度差を逆転させることを特徴とするものである。
なお、ガラス転移点近傍にて上下型の温度差を逆転させ
る。この構成によると、冷却工程にて上下型のうち一方
の温度が他方の温度より高くなるように温度差を設ける
と共に、冷却途中にて一方の温度が他方の温度より低く
なるように温度差を逆転させることで、温度の高い一方
の型側に反ったガラス基板が、冷却途中にて温度の高い
他方の型側に反り、基板表面が超平滑性を有すると共に
軸対称性に優れたガラス基板を成形でき、かつ、プレス
成形にて大量かつ安価にガラス基板を製造することがで
きる。

【００１６】本発明の請求項４に記載のガラス基板の製
造方法は、上型の成形面を凹または凸形状とし下型の成
形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状としてなる
上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・加圧工程お
よび冷却工程を経てガラス基板をプレス成形する製造方
法において、前記冷却工程にて、前記上下型のうち成形
面が凸形状側の型の温度が凹形状側の型の温度より高く
なるように温度差を設けると共に、当該温度差を設けた
冷却途中にて成形面が凸形状側の型の温度が凹形状側の
型の温度より低くなるように温度差を逆転させることこ
とを特徴とするものである。なお、ガラス転移点近傍に
て上下型の温度差を逆転させる。また、上下型の成形面
の平坦度を５μｍ以下とする。この構成によると、冷却
工程にて上下型のうち成形面が凸形状側の型の温度が凹
形状側の型の温度より高くなるように温度差を設けると
共に、冷却途中にて成形面が凸形状側の型の温度を凹形
状側の型の温度より低くなるように温度差を逆転させる
ことで、温度が高くかつ凸形状である型側に反ったガラ
ス基板が、冷却途中で温度の高い凹形状の型側に反り、
基板表面が超平滑性を有すると共に軸対称性に優れたガ
ラス基板を成形でき、かつ、プレス成形にて大量かつ安
価にガラス基板を製造することができる。

【００１７】本発明の請求項７に記載のガラス基板成形
用金型は、互いの間にガラス素材を配置し加熱・加圧工
程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形する上
下型からなり、上型の成形面を凹または凸形状とし下型
の成形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状とした
ことを特徴とするものである。なお、上下型の成形面の
平坦度を５μｍ以下とする。この構成によると、冷却工
程にて上下型のうち成形面が凹形状側の型の温度を凸形
状側の型の温度より高くすることで、凸形状の型側に反
ったガラス基板が上下型の温度差によって凹形状の型側
に反り、基板表面が超平滑性を有すると共に軸対称性に
優れたガラス基板を成形でき、かつ、プレス成形にて大
量かつ安価にガラス基板を製造することができる。

【００１８】本発明の請求項９に記載のガラス基板成形
用金型は、上下型と、プレス成形時に前記上下型の成形
面間の距離を規制する規制部材と、前記上下型をガイド
および保温する胴型からなり、少なくとも前記規制部材
の熱収縮量Ｘが、前記上下型間に配置したガラス素材の
熱収縮量Ｘ'に対してＸ'-１０μｍ＜Ｘ＜Ｘ'であること
を特徴とするものである。この構成によると、金型の規
制部材の熱収縮量Ｘをガラス素材の熱収縮量Ｘ'より小
さくしたことで、ガラス基板を金型からスムーズに離型
できると共に、熱収縮量の差を１０μｍ以下にすること
でガラス基板の平坦度も得られる。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
ないし図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
るガラス基板成形用金型の断面図である。

【００２０】ガラス基板成形用金型は、上型１と下型４
とからなり、その成形面２，５は同一形状で極性が逆の
凹凸形状の組合せにて構成されている。成形面２，５の
平坦度（金型全体の形状精度）は、５μｍ以下に仕上げ
られている。

【００２１】図２ないし図４は、図１に示すガラス基板
成形用金型を用いてガラス基板１８を成形する工程の概
略断面図を示している。

【００２２】図２は、ガラス素材７を下型４に載置して
なる加熱工程を示す概略断面図である。ガラス基板成形
用金型は成形面２が凹形状の上型１、成形面５が凸形状
の下型４、プレス成形時に上下型１，４の成形面２，５
間の距離を規制する規制リング６、上下型１，４をガイ
ドおよび保温する保温胴型１６，１７とから構成されて
いる。上下型１，４は、母材としてタングステンカーバ
イト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金や石英ガラス等、
高温時の機械強度の優れたものがよく、熱膨張係数が小
さいものが望ましい。このプレス成形面２，５には白金
（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）等
の貴金属系金属または合金の材料からなるターゲットを
スパッタして薄膜状の保護膜（図示せず）が形成されて
おり、高温、高圧下でのガラス基板１８のプレス成形の
繰返しによるプレス成形面２，５へのガラスの付着、お
よび母材のプレス成形面２，５の面荒れによる表面平滑
性の低下を防止している。さらに、保護膜の平滑性（非
常に狭い範囲（１０μｍ×１０μｍ）の形状精度（表面
粗さＲａ））は、磁気ディスク用としては０．５ｎｍ以
下が適当で、このような平滑面は酸化セリウムの微粒子
を用いた研磨によって得ることができる。なお、合金保
護膜により被膜が施されている。

【００２３】また、上型１および下型４は、固定リング
８，９を介してそれぞれヒータブロック１０，１４に固
定されている。上ヒータブロック１０はシリンダヘッド
１２に固定されており、このシリンダヘッド１２の上下
動により上型１が上下動する。

【００２４】規制リング６は下型４の成形面５に載置さ
れ、下保温胴型１７により位置決めされており、上型１
の成形面２と当接して成形品であるガラス基板１８の厚
みを決定する。

【００２５】また、冷却工程における規制リング６の熱
収縮量Ｘは、ガラス素材７の熱収縮量Ｘ'よりも小さく
設定されている。このように、冷却工程においてガラス
基板１８の熱収縮量Ｘ'が大きいため、金型とのスムー
ズな離型を促すことになる。ただし、熱収縮量差が大き
くなると金型とガラス基板１８との隙間が大きくなるの
で、ガラス基板１８の平坦度が得られ難くなる。したが
って、常温における熱収縮量差が１０μm以下になるよ
うにガラス素材７および規制リング６の熱膨張係数と成
形温度を組み合わせている。

【００２６】さらに、上下型１，４は、ヒータブロック
１０，１４に埋め込まれた直管式カートリッジヒータ１
５により、ガラス軟化点Ｔｓ近傍（±５０℃程度）とガ
ラス転移点Ｔｇ近傍（±５０℃程度）との間の所定温度
に加熱される。

【００２７】図３は、加圧成形完了直後から冷却までの
工程を示す概略断面図である。加熱されたガラス素材７
はシリンダヘッド１２により加圧され、上型１のプレス
成形面２が規制リング６に当接するまで変形され、プレ
スが完了することになる。ガラス基板１８がガラス歪点
Ｐｓ以下に冷却されると、図４に示すように、シリンダ
ヘッド１２を上昇させ型開きを行う。

【００２８】図５は、成形の温度プロファイルを示すグ
ラフである。加熱工程後、硝材温度が均一になるまで成
形温度にキープし加圧成形を行う。冷却工程に入ると、
ガラス素材７の熱収縮量Ｘが規制リング６の熱収縮量
Ｘ'より大きいので離型が始まる。このとき、ガラス基
板１８は球形状に成形されているので曲率中心に向かっ
て収縮が始まる。したがって、ガラス基板１８は上型１
の成形面２より離型して下型４の成形面５にまとわりつ
いた状態になる。次に、ガラス転移点Ｔｇ近傍（±５０
℃）で下型４の温度を上型１より低く設定すると、ガラ
ス基板１８の上側の収縮のタイミングが遅れるため上側
に反ろうとする。したがって、上型１の凹形状の成形面
２と下型４の凸形状の成形面５とで加圧成形してなる下
側に反った上側凸状のガラス基板１８は、上型１と下型
４の温度差によって上側凹状の方向に変形しようとし、
その結果、常温で超平坦なガラス基板１８を得ることが
できる。

【００２９】なお、上記実施の形態１では上型１の成形
面２を凹形状とし、下型４の成形面５を凸形状とした
が、逆に上型１の成形面２を凸形状とし、下型４の成形
面５を凹形状とし、冷却工程における温度プロファイル
を変更してガラス転移点Ｔｇ近傍にて上型１の温度を下
型４の温度より低く設定しても。同様の効果が得られ
る。

【００３０】また、上記実施の形態１では、規制リング
６の熱収縮量Ｘを、上下型１，４間に配置したガラス素
材７の熱収縮量Ｘ'に対してＸ'-１０μｍ＜Ｘ＜Ｘ'とし
たが、規制リング６以外に上下型１，４等の金型部材の
熱収縮量Ｘを、ガラス素材７の熱収縮量Ｘ'に対してＸ'
-１０μｍ＜Ｘ＜Ｘ'としてもよい。 （実施の形態２）図６は、本発明の実施の形態２におけ
る成形の温度プロファイルを示すグラフである。冷却工
程の開始直後に下型４の温度を上型１の温度より高く設
定して冷却すると、ガラス基板１８は下側に反りはじめ
上側凸状になる。その後、ガラス転移点Ｔｇ近傍にて上
型１の温度を下型４の温度より高くなるように上下型
１，４の温度差を逆転させてガラス基板１８を上側へ反
らすことで、上側凸状のガラス基板１８が上側凹状の方
向に変形しようとし、その結果、常温で超平坦なガラス
基板１８を得ることができる。

【００３１】なお、この温度プロファイルを用いれば上
下型１，４の成形面２，５の形状に凹凸の組合せを用い
る必要はなく、平坦な成形面２，５を有した金型を用い
てもよい。勿論、実施の形態１に示したように、上下型
１，４の成形面２，５の形状に凹凸の組合せを用い、冷
却工程の開始直後に成形面が凸形状側の下型４の温度が
凹形状側の上型１の温度より高くなるように温度差を設
け、その後、ガラス転移点Ｔｇ近傍にて成形面が凸形状
側の下型４の温度が凹形状側の上型１の温度より低くな
るように温度差を逆転させてもよい。

【００３２】また、冷却工程の開始直後に上型１の温度
を下型４の温度より高く設定して冷却し、ガラス転移点
Ｔｇ近傍にて下型４の温度を上型１の温度より高くなる
ように温度差を逆転させて超平坦なガラス基板１８を製
造してもよい。

【００３３】図７は本発明の実施の形態１，２における
製造方法で得られたガラス基板１８の平坦度を示すレー
ザ干渉計での測定データである。図８の測定結果に比べ
て極めて平坦で軸対称性の良好なガラス基板１８が得ら
れることが判る。 （実施例１）つぎに、本発明の磁気ディスク用基板の製
造方法の具体例について説明する。

【００３４】ガラス素材７は、転移点温度Ｔｇ＝５０１
℃、軟化点温度Ｔｓ＝６７０℃、ガラス歪点温度Ｐｓ＝
４５０℃、線膨張係数α＝９５×１０^-7/℃のアルミノ
シリケートガラスであり、重量６．５ｇ±０．５ｇ、外
径２２．３ｍｍ±０．３ｍｍ、厚み８ｍｍ±０．５ｍｍ
の滴下硝材を用いた。

【００３５】成形用金型は、上型１の凹形状の成形面２
の平坦度が４．６μｍ、下型４の凸形状の成形面５の平
坦度が４．４μｍのものを用いた。

【００３６】また、規制リング６の線膨張係数はα＝５
４×１０^-7/℃、厚み０．６４４ｍｍの超硬合金を用い
た。

【００３７】成形条件として、上下型１，４は７００
℃、成形圧力を４００Ｋｇ/ｃｍ²とし、成形時間は１分
とした。その後加熱を停止し、プレス圧力を１００Ｋｇ
/ｃｍ²とし冷却を行い、ヒータの温度モニターが４００
℃で型開きした。

【００３８】このようにして得られた磁気ディスク用ガ
ラス基板１８は、外径７０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍ、
表面の平滑性はＲａ＝０．５ｎｍ±０．２ｎｍとなり、
上下型１，４のプレス成形面２，５の平滑性がほぼその
まま転写されることを確認した。

【００３９】

【発明の効果】本発明のガラス基板の製造方法およびガ
ラス基板成形用金型によれば、基板表面が超平滑性を有
すると共に軸対称性に優れ、しかも大量かつ安価に、外
径と基板厚との比が大きな磁気ディスクなどの記録媒体
に最適なガラス基板を製造することができるという有利
な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１におけるガラス基板成
形用金型の断面図

【図２】 本発明の実施の形態１におけるガラス素材を
加熱する工程の概略断面図

【図３】 本発明の実施の形態１における加圧成形完了
直後から冷却までの工程を示す概略断面図

【図４】 本発明の実施の形態１における型開きした状
態を示す概略断面図

【図５】 本発明の実施の形態１における成形の温度プ
ロファイルを示すグラフ

【図６】 本発明の実施の形態２における成形の温度プ
ロファイルを示すグラフ

【図７】 本発明の実施の形態１，２における製造方法
で得られたガラス基板の平坦度を示すレーザ干渉計での
測定データ

【図８】 従来の製造方法で得られたガラス基板の平坦
度を示すレーザ干渉計での測定データ

【符号の説明】

１ 上型 ２，５ 成形面 ４ 下型 ６ 規制リング ７ ガラス素材 １０，１４ ヒータブロック １２ シリンダヘッド １８ ガラス基板（成形品）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上型の成形面を凹または凸形状とし下型
   の成形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状として
   なる上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・加圧工
   程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形する製
   造方法において、 前記冷却工程にて、前記上下型のうち成形面が凹形状側
   の型の温度が凸形状側の型の温度より高くなるように温
   度差を設けることを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 【請求項２】 ガラス転移点近傍にて上下型に温度差を
   設けることを特徴とする請求項１記載のガラス基板の製
   造方法。
3. 【請求項３】 上下型間にガラス素材を配置した後、加
   熱・加圧工程および冷却工程を経てガラス基板をプレス
   成形する製造方法において、 前記冷却工程にて、前記上下型のうち一方の温度が他方
   の温度より高くなるように温度差を設けると共に、当該
   温度差を設けた冷却途中にて前記上下型のうち一方の温
   度が他方の温度より低くなるように温度差を逆転させる
   ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
4. 【請求項４】 上型の成形面を凹または凸形状とし下型
   の成形面を同一形状で極性が逆の凸または凹形状として
   なる上下型間にガラス素材を配置した後、加熱・加圧工
   程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形する製
   造方法において、 前記冷却工程にて、前記上下型のうち成形面が凸形状側
   の型の温度が凹形状側の型の温度より高くなるように温
   度差を設けると共に、当該温度差を設けた冷却途中にて
   成形面が凸形状側の型の温度が凹形状側の型の温度より
   低くなるように温度差を逆転させることことを特徴とす
   るガラス基板の製造方法。
5. 【請求項５】 ガラス転移点近傍にて上下型の温度差を
   逆転させることを特徴とする請求項３または請求項４記
   載のガラス基板の製造方法。
6. 【請求項６】 上下型の成形面の平坦度を５μｍ以下と
   したことを特徴とする請求項１または請求項４記載のガ
   ラス基板の製造方法。
7. 【請求項７】 互いの間にガラス素材を配置し加熱・加
   圧工程および冷却工程を経てガラス基板をプレス成形す
   る上下型からなるガラス基板成形用金型において、 上型の成形面を凹または凸形状とし下型の成形面を同一
   形状で極性が逆の凸または凹形状としたことを特徴とす
   るガラス基板成形用金型。
8. 【請求項８】 上下型の成形面の平坦度を５μｍ以下と
   したことを特徴とする請求項７記載のガラス基板成形用
   金型。
9. 【請求項９】 上下型と、プレス成形時に前記上下型の
   成形面間の距離を規制する規制部材と、前記上下型をガ
   イドおよび保温する胴型からなるガラス基板成形用金型
   において、 少なくとも前記規制部材の熱収縮量Ｘが、前記上下型間
   に配置したガラス素材の熱収縮量Ｘ'に対してＸ'-１０
   μｍ＜Ｘ＜Ｘ'であることを特徴とするガラス基板成形
   用金型。