JP2002338276A - ディスク用ガラス基板成形用金型、ディスク用ガラス基板製造装置、ディスク用ガラス基板製造方法およびディスク用ガラス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型表面からガラス材料が容易に離型するよう
にしてその離型に際してガラス基板の割れをなくすこ
と。 【解決手段】ガラス材料を予熱する予熱工程と、ガラス
材料をプレス成形するプレス工程と、ガラス材料を冷却
する冷却工程とを有し、前記プレス工程は、プレス成形
時に金型のプレス成形面に離型剤を塗布する。これによ
って、プレス成形後、金型からガラス材料を離型する
際、金型とガラス材料との界面に残存する離型剤成分で
それらの密着力が低減され、離型が容易となり、ガラス
割れの発生を有効に防止できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク用ガラス
基板成形用金型、ディスク用ガラス基板製造装置、ディ
スク用ガラス基板製造方法およびディスク用ガラス基板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータにおける外部記憶装置の一
つである磁気ディスク装置において、その磁気ディスク
の基板材料としては、アルミニュウム合金に代えてガラ
ス材料が検討され既に実用化されている。

【０００３】そして、このガラス材料をプレス成形して
磁気ディスク用のガラス基板を製造する方法において、
それに用いる金型は、高温高圧状態でガラスを繰り返し
成形しても劣化しない特殊な金型が必要であり、種々の
検討がなされている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】ところで、金型を構成す
る一対の型部材を型締めしてガラス材料を加熱してプレ
ス成形においては、そのプレス成形後、その型締め状態
で冷却させて所要形状のガラス基板を得る。そして、こ
の冷却時における金型とガラス材料との熱収縮の差によ
り金型表面からのガラス基板を離型させる。

【０００５】しかしながら、最近の高密度記録の動きに
伴うプレス成形面が高い平滑な面とされた金型の場合、
ガラス基板のプレス成形において金型表面と加熱軟化し
たガラス材料とが強固に密着し、冷却時における金型表
面からのガラス基板の離型する力よりも密着する力が大
きく上回り、これによって、離型しにくく、ガラス割れ
を発生しやすい。

【０００６】したがって、本発明は、冷却時に金型表面
からガラス材料が容易に離型するようにしてその離型に
際してガラス基板の割れをなくすことを解決課題として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明のディスク
用ガラス基板成形用金型は、上下一対の第１および第２
型部材からなり、両型部材の対向するプレス成形面間で
ガラス材料を軸部一体型ディスク用ガラス基板の形状に
プレス成形するディスク用ガラス基板成型用金型であっ
て、前記第１型部材のプレス成形面は、ディスクの記録
面に対応した平坦なプレス成形面を有し、前記第２型部
材は、中央領域にディスクの軸部の成形に対応する凹み
を備えたプレス成形面を有し、かつ、そのプレス成形面
に離型剤が塗布されることを特徴とする。

【０００８】本発明の金型によると、第２型部材のプレ
ス成形面に離型剤が塗布されているから、プレス成形し
て第２型部材とガラス材料との界面に離型剤成分が残存
し、それらの密着力が低減されており、これによって、
ガラス材料にかかる力も低減する結果、離型が容易とな
り、ガラス割れの発生を有効に防止できる。

【０００９】好ましくは、前記第１型部材が、下側型部
材としてそのプレス成形面を上に向けられて配置される
一方、前記第２型部材が、上側型部材としてそのプレス
成形面を下に向けられて配置され、この配置状態で前記
両型部材の型締めおよび型開きが行われる。こうした場
合、型開き時に、成形したガラス基板が第２型部材のプ
レス成形面に付着することを防止することができ、落下
によるガラス基板の割れを防止することができる。

【００１０】（２）本発明のディスク用ガラス基板製造
装置は、ガラス材料を予熱する予熱室と、ガラス材料を
プレス成形するプレス室と、ガラス材料を冷却する冷却
室とを有し、前記プレス室は、前記（１）の金型を備え
ており、かつ、プレス成形時に前記第２型部材のプレス
成形面に離型剤が塗布されて使用されることを特徴とす
る。

【００１１】本発明によると、第２型部材のプレス成形
面に離型剤が塗布されているから、プレス成形して第２
型部材とガラス材料との界面に離型剤成分が残存し、そ
れらの密着力が低減されており、これによって、ガラス
材料にかかる力も低減する結果、離型が容易となり、ガ
ラス割れの発生を有効に防止できる。

【００１２】本発明は、好ましくは、前記予熱室、プレ
ス室および冷却室は、それぞれ、不活性ガス雰囲気中
で、予熱、プレス成形、冷却を行う。この不活性ガス雰
囲気中で行う場合、離型剤の酸化が防止されるから、安
定した離型効果が得られる。また、金型表面に保護膜が
形成されている場合、その保護膜の酸化による劣化を防
止できて好ましい。

【００１３】（３）本発明のディスク用ガラス基板製造
方法は、ガラス材料を予熱する予熱工程と、ガラス材料
をプレス成形するプレス工程と、ガラス材料を冷却する
冷却工程とを有し、前記プレス工程は、前記（１）の金
型を用い、かつ、プレス成形時に前記第２型部材のプレ
ス成形面に離型剤を塗布することを特徴とする。

【００１４】本発明によると、第２型部材のプレス成形
面に離型剤が塗布されているから、プレス成形して第２
型部材とガラス材料との界面に離型剤成分が残存し、そ
れらの密着力が低減されており、これによって、ガラス
材料にかかる力も低減する結果、離型が容易となり、ガ
ラス割れの発生を有効に防止できる。

【００１５】本発明は、好ましくは、前記予熱、プレス
および冷却の各工程は、それぞれ、不活性ガス雰囲気中
で、予熱、プレス成形、冷却を行う。

【００１６】こうした場合、この不活性ガス雰囲気中で
行う場合、離型剤の酸化が防止されるから、安定した離
型効果が得られる。また、金型表面に保護膜が形成され
ている場合、その保護膜の酸化による劣化を防止できて
好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面を参照
して説明する。本発明は、磁気ディスク用ガラス基板に
適用して説明するが、これに限定されるものではなく、
他の情報記録ディスク用ガラス基板にも適用することが
できる。

【００１８】図１は、本発明の実施形態に従う金型を備
える磁気ディスク用ガラス基板製造装置の概略構成図、
図２は、前記製造装置で製造された磁気ディスク用ガラ
ス基板の側面図、図３は、図１の上側型部材と下側型部
材の斜視図である。

【００１９】図１を参照して、この製造装置は、ガラス
材料搬入機１、予熱室２、プレス室３、冷却室４、およ
びガラス材料搬出機５を備える。

【００２０】予熱室２、プレス室３、冷却室４それぞれ
の側壁には、符号をとらず、また、図示もしないが、そ
れぞれガラス材料搬入機１、ガラス材料搬出機５それぞ
れの搬入および搬出のための開口とそれら各開口を開閉
するためのシャッタが設けられている。

【００２１】ガラス材料搬入機１は、予熱室２の側壁開
口を通して、ガラス材料６を予熱室２内に搬入するもの
であり、内部を通されるガラス材料６を加熱するととも
に、その先端からガラス材料６を排出するようになって
いる。なお、図１では、ガラス材料搬入機１は、予熱室
２の側壁の外部に位置している状態で示される。

【００２２】予熱室２は、ガラス材料搬入機１から搬入
されてきたガラス材料６をプレス室３でプレス成形する
前に予め加熱するものであり、そのため、内部底面上の
搭載台７上に配備されたヒータブロック８によりその上
に搭載されたガラス材料６を予熱する。

【００２３】そして、予熱室２は、前記予熱を行うに際
しては、その内部に対して天壁に貫通された窒素ガスや
アルゴンガスなどの不活性ガス導入管９から不活性ガス
が導入されることにより不活性ガス雰囲気とされてい
る。

【００２４】プレス室３は、予熱室２で予熱されかつガ
ラス材料搬入機１で搬入されてきたガラス材料６をプレ
ス成形するものであり、そのため、内部底面上の搭載台
１０上にヒータブロック１１が配備されるとともに、そ
のヒータブロック１１の上面に下側型部材１２が設置さ
れている。

【００２５】そして天壁の開口からプレス機１３に直結
されたシリンダ１４が内部に通されると共に、そのシリ
ンダ１４の先端にヒータブロック１５が接続され、さら
に、そのヒータブロック１５下面に上側型部材１６が設
置されている。

【００２６】プレス室３はさらに、そのプレス成形を行
うに際しては、その内部に対して天壁に貫通された不活
性ガス導入管１７から窒素ガスやアルゴンガスなどの不
活性ガスが導入されることにより不活性ガス雰囲気とさ
れている。

【００２７】冷却室４は、プレス室３でプレス成形され
かつガラス材料搬入機１により搬入されてきたガラス材
料６に対して、その内部底面には配備された冷却ブロッ
ク１８の上面で冷却するものである。

【００２８】冷却室４はまた、天壁に貫通された不活性
ガス導入管１９から窒素ガスやアルゴンガスなどの不活
性ガスが導入されることにより不活性ガス雰囲気とされ
ている。

【００２９】ガラス材料搬出機５は、冷却室４の側壁に
設けられた開口を通して冷却が終了したガラス材料を外
部に搬出するようになっている。

【００３０】本実施の形態の特徴について図２および図
３を参照して、説明する。

【００３１】すなわち、本実施の形態に係る金型は、プ
レス成形用の上下一対の型部材１２，１６からなる。

【００３２】両型部材１２，１６それぞれはその母材が
超硬合金で作られており、それぞれのプレス成形面に
は、貴金属合金薄膜からなる保護膜が形成されている。

【００３３】そして、下側型部材１２のプレス成形面
は、ガラス素材をプレス成形して磁気ディスク用ガラス
基板を得るときに、そのガラス基板の磁気記録面に対応
するプレス成形面となる。

【００３４】上側型部材１６は、その中心に図３で示さ
れるような中心に回転軸２０を有するいわゆる軸一体型
磁気ディスク用ガラス基板２１に対しその軸部形成用の
凹み２２が設けられている。

【００３５】両型部材１２，１６の母材は、成形時の高
温、高加重での繰り返し使用による変形を防止するた
め、できるだけ高温時の機械強度の優れたものがよく、
タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合
金は最適である。

【００３６】下側型部材１２のプレス成形面は、磁気デ
ィスクにおける磁気記録面の転写用プレス成形面となる
から、その表面粗さは、中心線平均粗さＲａで１ｎｍ未
満が適当であり、より好ましくは、０．５ｎｍ以下、更
に好ましくは０．３ｎｍ以下が適当である。

【００３７】このような表面粗さのプレス成形面は、金
型母材である超硬合金の成形面をダイヤモンド微粒子を
用いた精密研磨法によって得ることができる。

【００３８】また、上側型部材１６の凹み２２は、ダイ
ヤモンド砥石による研削加工などで加工できる。

【００３９】各型部材１２，１６の表面に形成する保護
膜は貴金属合金薄膜からなり、白金（Ｐｔ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒ
ｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニ
ウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）の元素を一種以上含有
しており、プレス成形時の高温高加重下での繰り返し使
用におけるプレス面へのガラス付着を防止すると共に、
プレス面の面荒れによる表面性の低下を防止する。

【００４０】前記保護膜は、対応する材料から成るター
ゲットをスパッタリングし、形成することができる。ス
パッタリング法としては、直流スパッタ法、高周波スパ
ッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッ
タ法が適用でき、成膜条件としては、ガス圧１ｘ１０
^−２〜１ｘ１０^−４Ｔｏｒｒ、パワー密度１〜１０Ｗ／
ｃｍ^２が適当であり、膜厚としては、０．５〜５μｍが
適当である。これ以下の膜厚では、保護膜として十分な
膜強度が得られなくなり、これ以上の膜厚では、表面が
荒れやすくなり、各型部材１２，１６それぞれの表面の
平滑性が損なわれる。

【００４１】保護膜の形成は、各型部材１２，１６それ
ぞれの母材表面をアルゴンガスなどの不活性ガスでエッ
チングした後行う。エッチングにより、保護膜の付着強
度を向上することが出来ると共に、前記母材表面の平滑
性を制御することが出来る。

【００４２】エッチング条件としては、ガス圧１ｘ１０
^−２〜１ｘ１０^−４Ｔｏｒｒ、パワー密度０．１〜１０
Ｗ／ｃｍ^２が適当である。

【００４３】離型剤の塗布、それに続く、予熱、プレス
成形、冷却の各工程は、窒素雰囲気中で行う。

【００４４】不活性ガス雰囲気中では、離型剤の酸化が
防止されるから、安定した離型効果が得られる。同時に
保護膜の酸化による劣化も防止できる。

【００４５】すなわち、不活性ガス雰囲気中で加熱する
ことにより離型剤は、保護膜に対して還元作用を行うか
ら、保護膜表面の微小な酸化物の生成を防止し、保護膜
本来の離型効果を発揮するとともに、加熱で生成した炭
素による離型効果が相乗し、各型部材１２，１６それぞ
れの表面を精密に転写することができ、磁気ディスク用
ガラス基板して必要な平滑性を得られる。

【００４６】離型剤は、特に限定されないが、パラフィ
ン系オイルおよび高級脂肪酸金属塩を含むものが望まし
い。

【００４７】高級脂肪酸金属塩としては、ミリスチン
酸、パルミチン酸、ベヘン酸などの高級脂肪酸のリチウ
ム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウ
ム、などの金属塩が有効である。高級脂肪酸金属塩は、
パラフィン系オイル中に１〜３０重量％が適当である。
１重量％以下または３０重量％以上では離型剤の塗膜に
ムラが発生しやすくなるため、安定した離型効果が得に
くい。

【００４８】離型剤の塗膜厚みつまり離型膜の膜厚は、
０．１〜０．５μｍが最適である。離型膜の膜厚が０．
１μｍ以下では離型効果が不安定となり、ガラス基板表
面に微小なクラックや欠けなどが発生しやすくなる。ま
た、０．５μｍ以上になると金型表面の精密転写が不安
定となり、微小なうねりのしわなどが発生する。また、
著しい場合は、残留した離型剤成分に起因する異物が発
生し、金型表面に固着したり、ガラス基板面に付着物を
発生させたり、凹みを発生させたりする。

【００４９】離型剤は、上側型部材１６の全面に塗布し
ても、部分的に塗布してもよい。求められる精度に応じ
て決めるとよい。

【００５０】また、本実施の形態の磁気ディスク用ガラ
ス基板の製造方法は、外径Ｘと厚さＹとの関係におい
て、Ｘ＞４０Ｙであるガラス基板において、その効果が
著しい。

【００５１】以下、更に具体的に本実施の形態の製造方
法と従来の製造方法との比較をする。なお、本実施の形
態による場合を実施例といい、従来による場合を比較例
という。

【００５２】超硬合金からなる金型母材のプレス成形面
を粒径０．１μｍの微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡
面研磨し、表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で１．５
ｎｍに研磨した。

【００５３】次に、上側型部材１６の中心部に直径７ｍ
ｍ、深さ１ｍｍの凹み２２をダイヤモンド砥石による研
削加工で形成した。

【００５４】次に、真空度３ｘ１０^-4Ｔｏｒｒ、電力１
００Ｗおよび５００Ｗの条件で型部材１２，１６それぞ
れの母材のプレス成形面をアルゴンガスの高周波プラズ
マでエッチング処理をする。ついで、真空度３ｘ１０^-4
Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件でプレス成形面をアルゴ
ンガスの高周波プラズマでクリーニングした後、イリジ
ウム（Ｉｒ）−ロジウム（Ｒｈ）をターゲットとし、マ
グネトロン高周波スパッタ法により真空度５ｘ１０^-4Ｔ
ｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＩｒ５０ａｔｏｍ％−Ｒ
ｈ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る保護膜を形成し
た。これによって、図３で示すような下側型部材１２と
上側型部材１６を製作した。

【００５５】次に、両型部材１２，１６を図１に示すプ
レス室３にセットするとともに、予熱室２、プレス室
３、冷却室４に不活性ガス導入管９，１７，１９を通じ
て、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを導入
し、酸素濃度を５０ｐｐｍ以下にした後、プレス室３に
おける両型部材１２、１６を加熱した。

【００５６】次に、碁石状のガラス材料６（これは、ア
ルミノシリケートガラスであり、その軟化温度は６００
℃、ガラス転移温度は４５０℃）を予熱室２にセットし
４５０℃で予熱した。

【００５７】次いで、ガラス材料６を予熱室２よりガラ
ス材料搬入機１を用い、既に４５０℃まで上昇した下側
型部材１２のプレス成形面に載置した後、上側型部材１
６を下降させると共に、更に加熱し、両型部材１２，１
６の温度を６２０℃に上昇させた。

【００５８】ガラス材料６を、シリンダ１４を介して、
プレス機１３で加圧し、３５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で所
定厚みまでプレス成形して磁気ディスク用のガラス基板
２１を得た。

【００５９】そして、４３０℃まで冷却した後、上側型
部材１６を上昇させた。

【００６０】成形されたガラス基板２１をガラス材料搬
出機５を用い、４００℃に保たれた冷却室４に移した
後、冷却室４に不活性ガス導入管１９を通じて、空気を
導入し、ガラス基板２１表面の微量の付着成分を酸化し
除去した。

【００６１】こうして厚み０．３８ｍｍ、外径２５ｍｍ
で、かつ、中心に直径７ｍｍで長さ１ｍｍの円筒形の軸
部を有するガラス基板２１が得られた。

【００６２】また、両型部材１２，１６それぞれのプレ
ス成形面の研磨条件を変更して種々の表面粗さに製作す
るとともに、離型剤の塗布条件を変更し、種々の厚みの
離型膜を形成し、同様の条件でガラス基板を成形した。

【００６３】このような成形を３０ショット行い、成形
時のガラス割れの発生頻度を調べるとともに、得られた
ガラス基板２１の表面の表面粗さを中心線平均粗さＲａ
で原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で１０μｍ角で５ヶ所測定
し、その測定された平均値を算出した。

【００６４】表１にその結果を示す。

【００６５】

【表１】 表１からわかるように、下側型部材１２のプレス成形面
の表面粗さが、１ｎｍよりも小さい試作Ｎｏ．１〜１２
において。離型剤を塗布しなかった試作Ｎｏ．４、７、
１０、１２では、成形時のガラス割れを発生している
が、離型剤を塗布した試作Ｎｏ．１〜３、５、６、８、
９、１１ではガラス割れは発生せず、得られたガラス基
板における磁気媒体形成面は、下側型部材１２のプレス
成形面が精密に転写され、その表面粗さは、中心線平均
粗さ(Ｒａ)で０．２〜０．８ｎｍを示している。

【００６６】また、試作Ｎｏ．３においては、軸部を除
く上側型部材１２のプレス成形面に離型剤を塗布した
が、同様の効果が得られている。

【００６７】また、表面粗さが中心線平均粗さ(Ｒａ)で
１ｎｍ以上の試作Ｎｏ．１３〜１５の場合には、離型剤
を塗布していないにも拘らず、ガラス割れは発生してい
ない。

【００６８】したがって、本発明が、表面粗さが中心線
平均粗さ(Ｒａ)で１ｎｍより小さい、高密度の磁気ディ
スク用ガラス基板に対して有効であることを示してい
る。

【００６９】更に、試作Ｎｏ．６の条件において、型部
材１２、１６の配置を上下反対にし、試作を行ったとこ
ろ、型開き時に成形されたガラス基板が上側型部材１６
に付着し、しばらくして落下するという状況が発生し、
落下によるガラス割れが発生したことが確認された。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガラス材
料を予熱する予熱工程と、ガラス材料をプレス成形する
プレス工程と、ガラス材料を冷却する冷却工程とを有
し、前記プレス工程は、プレス成形時に金型のプレス成
形面に離型剤を塗布するから、プレス成形して金型とガ
ラス材料との界面に離型剤成分が残存し、それらの密着
力が低減されており、これによって、ガラス材料にかか
る力も低減する結果、離型が容易となり、ガラス割れの
発生を有効に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る金型を備えた磁気ディ
スク用ガラス基板製造装置の概略構成図

【図２】図１の装置で製造された磁気ディスク用のガラ
ス基板の側面図

【図３】図１の金型の斜視図

【符号の説明】

２ 予熱室 ３ プレス室 ４ 冷却室 １２ 下側型部材 １６ 上側型部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 5/84 Ｇ１１Ｂ 5/84 Ｚ (72)発明者 村上 猛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川田 辰実 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 貝沼 研吾 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G015 HA02 5D006 CB04 CB07 DA03 5D112 AA02 AA24 BA03 BA10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下一対の第１および第２型部材からな
   り、両型部材の対向するプレス成形面間でガラス材料を
   軸部一体型ディスク用ガラス基板の形状にプレス成形す
   るディスク用ガラス基板成型用金型であって、 前記第１型部材のプレス成形面は、ディスクの記録面に
   対応した平坦なプレス成形面を有し、 前記第２型部材は、中央領域にディスクの軸部の成形に
   対応する凹みを備えたプレス成形面を有し、かつ、その
   プレス成形面に離型剤が塗布される、ことを特徴とする
   ディスク用ガラス基板成形用金型。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のディスク用ガラス基板
   成形用金型において、 前記第１型部材が、下側型部材としてそのプレス成形面
   を上に向けられて配置され、 前記第２型部材が、上側型部材としてそのプレス成形面
   を下に向けられて配置され、 この配置状態で前記両型部材の型締めおよび型開きが行
   われる、ことを特徴とするディスク用ガラス基板成形用
   金型。
3. 【請求項３】 ガラス材料を予熱する予熱室と、 ガラス材料をプレス成形するプレス室と、 ガラス材料を冷却する冷却室と、 を有し、 前記プレス室は、請求項１または２記載の金型を備えて
   おり、かつ、プレス成形時に前記第２型部材のプレス成
   形面に離型剤が塗布される、 ことを特徴とするディスク用ガラス基板製造装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のディスク用ガラス基板
   製造装置において、 前記予熱室、プレス室および冷却室は、それぞれ、不活
   性ガス雰囲気中で、予熱、プレス成形、冷却を行う、こ
   とを特徴とするディスク用ガラス基板製造装置。
5. 【請求項５】 ガラス材料を予熱する予熱工程と、 ガラス材料をプレス成形するプレス工程と、 ガラス材料を冷却する冷却工程と、 を有し、 前記プレス工程は、請求項１または２記載の金型を用
   い、かつ、プレス成形時に前記第２型部材のプレス成形
   面に離型剤を塗布する、 ことを特徴とするディスク用ガラス基板製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のディスク用ガラス基板
   製造方法において、 前記予熱、プレスおよび冷却の各工程は、それぞれ、不
   活性ガス雰囲気中で、予熱、プレス成形、冷却を行う、
   ことを特徴とするディスク用ガラス基板製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載のディスク用ガラ
   ス基板製造方法により製造されたディスク用ガラス基
   板。