【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス材を加熱してプレス成形するための金型、特には、磁気ディスクなどの情報記録媒体のガラス基板、光学レンズ等の高精度なガラス製品のプレス成形に好適なガラス成形用金型に関する。また、ガラス成形用金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報記録媒体の一例である磁気ディスクの基板については、近時は、小型化、大容量化の要求とともに磁気ヘッドの低浮上化、高度な表面平滑性の要求の高まりがあり、旧来のアルミニウム基板に代わって、高剛性、高強度で、平滑化が容易なガラス基板が採用されている。その場合に、生産性が低く高価につく研磨法に代わって、光学素子の製造の分野におけるプレス成形法の技術を転用する動向がある。プレス成形法は、ガラス素材を加熱して軟化する工程、加圧成形する工程、冷却する工程を経ることにより、金型の高精度に平滑な成形面をガラス素材に転写するものであり、後加工の研磨を必ずしも必要としない。そのため、高品質な上に安価で生産性が高い。プレス成形法は、光学素子製造の分野では既に実用化が図られているが、磁気ディスクなどの情報記録媒体用のガラス基板にそのまま単純に適用しても、小型化、薄型化、高記録密度化、高信頼性の面で充分に望ましい結果は得にくいのが実情である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プレス成形にてガラス成形品を得るにおいて、金型プレス面の平滑さ・平坦さをガラス成形品に転写することから、金型プレス面には優れた表面平滑性・平坦性が重要である。しかしながら、プレス成形を繰り返し行っていくうちに、高温印加、高圧印加のため、およびガラス材の付着、融着のために、金型プレス面が次第に劣化を生じる傾向がある。この対策として、金型母材のプレス面側表面に保護膜を形成することが一般的に行われている。
【０００４】
ところが、高温プレスにより加熱変形されるガラス材からは水（Ｈ２Ｏ）が発生することがあり、この水との反応で保護膜が部分的に酸化、腐食を起こすことがある。この保護膜の酸化、腐食はプレス成形の繰り返しに伴って増加し、表面荒れとなって、金型プレス面の表面平滑性・平坦性に劣化が生じる。そして、この表面荒れは、金型へのガラス材の付着を誘発し、また、ガラス成形品の割れを引き起こす。結局、表面精度に優れたプレス成形の生産性に支障を来す。つまり、金型寿命が短いものとなってしまう。
【０００５】
一方、プレス成形にてガラス成形品を得る場合に、型開きの際の離型性も重要である。一般的な対策は、保護膜上にさらに離型膜を形成することである。しかしながら、プレス成形を繰り返し行っていくうちに、プレス圧力により離型膜が剥離し、離型性、表面平滑性・平坦性に劣化が生じる傾向がでてくる。離型性が劣化すると、やはり金型へのガラス材の付着を誘発し、また、ガラス成形品の割れを引き起こす。これも、表面精度に優れたプレス成形の生産性に障害となり、また、金型寿命を短くする。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、ガラス材から発生する水に起因する酸化、腐食に対する防止と、長期間にわたる確実良好な離型性の維持との２要件を共に合理的に達成することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ガラス材を加熱プレス成形する金型について、上記の課題を解決するために、本発明は次のような手段を講じる。すなわち、金型母材の表面側にガラス材との離型性に優れたカーボン膜を形成するのであるが、金型母材の表面にカーボン膜を直接に形成するのではなく、両者間に金型母材およびカーボンに対する密着性に優れた下地膜を介在させ、その上で下地膜上にカーボン膜を形成する。下地膜は高温機械強度および耐ガラス反応性にも優れたものを用いる。なお、下地膜の層数については、１層以上とする。
【０００８】
要するに、本発明のガラス成形用金型は、金型母材と、前記金型母材の表面に形成された高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れた下地膜と、前記下地膜上に離型膜として形成されたカーボン膜とを含む構成とされている。
【０００９】
本発明のガラス成形用金型によれば、金型のプレス面（ガラス材と接する部分）に形成されたカーボン膜は、金型母材からガラス材への熱伝導性が良く、またガラスとの離型性が優れたものであり、プレス成形後の型開きの際にガラス材が金型に付着したり融着することを防止できる。また、プレス成形されたガラス成形品の割れを防止することができる。そして、金型母材とカーボン膜との間に下地膜を介在させてあるので、金型母材に対するカーボン膜の接着強度および密着性を高めることができ、プレス圧力によるカーボン膜の剥離を防止する。ひいては、前記のカーボン膜の優れた離型性を長期にわたって維持することができる。
また、下地膜により、金型母材の耐酸化性、耐ガラス反応性を補うことにもなる。さらに、高温プレス成形の際の加熱加圧によってガラス材から水（Ｈ２Ｏ）が発生しても、最表層にあるカーボン膜が水と反応して徐々に揮発することで収まり、カーボン膜によって覆われた下地膜および金型母材の酸化腐食について、これを確実に防止することができる。また、カーボン膜は、プレス成形の繰り返しに伴って徐々に揮発しても、表面粗さの劣化はなく、高度に平滑なプレス面を維持するとともに、金型の寿命を長いものにすることができる。さらには、プレス成形の繰り返しに伴ってカーボン膜が消失しても、残っている下地膜自身がガラス材に対する離型性を有するとともに高温機械強度と耐ガラス反応性に優れるため、金型へのガラス材の付着、融着、およびガラス成形品の割れを防止する機能を持続させることが可能である。なお、カーボン膜が消失した場合でも、再度、カーボン膜を形成することにより、金型を再生することが可能である。
【００１０】
上記において、前記の対カーボン密着性ならびに高温機械強度、耐ガラス反応性に優れた下地膜としては、その構成材料を、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）のいずれか、または、それらのうち少なくとも１種類以上の金属を含む合金とすることが好ましい。これらは、対カーボン密着性が優れるため、金型母材に対するカーボン膜の接着強度および密着性を高めることができる。さらに、これらは、高温機械強度および耐ガラス反応性に優れるため、金型へのガラス材の付着、融着、およびガラス成形品の割れの防止機能を充分に発揮することができる。
【００１１】
上記において、前記の金型母材としては、その構成材料を、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、または、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）、アルミナ、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれか、または、それらを主成分とするサーメット、または、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金、コバルト（Ｃｏ）、コバルト合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、タンタル（Ｔａ）、タンタル合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金のいずれかとすることが好ましい。これらは、高温機械強度と耐酸化性に優れており、均質で表面欠陥の無い金型表面を得ることができる。
【００１２】
磁気ディスクなどの情報記録媒体におけるガラス基板としては、高速回転に対する高剛性確保のために中心部の軸部を一体化した軸付きガラス基板とする場合もある。この軸付きガラス基板をプレス成形するときに用いる金型について、次のように構成することが好ましい。
【００１３】
金型母材は中心部に凹所が形成されている。その凹所の内周面においても、前記の下地膜およびカーボン膜が上記と同様にして形成されている。前記の凹所は、軸付きガラス基板における軸部を形成するためのものである。
【００１４】
情報記録媒体の軸付きガラス基板における軸部は、その形状・寸法精度につき非常に高いものが要求される。軸部を基板本体と一体にプレス成形するには、金型の凹所に成形素材のガラス材を押し込んで加圧成形する必要がある。成形で得られた平板状の基板本体については、金型から離型するときは、プレス面に対する法線方向での離間であり、プレス面から直ちに離間する。これに対して、成形で得られた軸部については、金型からの離型に際して、軸部外周面が凹所内周面に擦れるようにして離型される。このとき摩擦抵抗が作用する。すなわち、基板本体の離型に比べて、軸部の離型にはより大きい困難性が伴う。凹所内周面に形成されている離型剤層の性状が非常に大きな影響を及ぼす。
【００１５】
このような特殊性を有する軸部形成のための凹所を有する金型において、上記方式の下地膜およびカーボン膜の２層構造は非常に有利に作用する。凹所内周面に形成された下地膜およびカーボン膜はガラス基板軸部のプレス成形および離型にとって非常に優れたものとなり、形状・寸法精度に優れた軸付きガラス基板を得ることができる。
【００１６】
本発明はまたガラス成形用金型の製造方法に関するものでもある。上記した課題を解決する上で有効な本発明によるガラス成形用金型の製造方法は、次のような複数の工程を含むものである。すなわち、第１の工程において、金型母材の表面を所望の形状に加工する（研削加工、研磨加工等）。第２の工程において、前記金型母材のプレス面に対して、高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れた下地膜を形成する（スパッタリング法、蒸着法等のＰＶＤ法や、ＣＶＤ法、メッキ法、溶射法等）。第３の工程において、前記形成された下地膜の上にカーボン膜を形成する（スパッタリング法、蒸着法等のＰＶＤ法や、ＣＶＤ法等）。ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は物理気相成長、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は化学気相成長である。下地膜、金型母材についての好ましい構成材料は、前述したとおりである。中心部に凹所が形成された金型母材の場合には、前記凹所の内周面においても、下地膜およびカーボン膜を形成する。
【００１７】
本発明のガラス成形用金型の製造方法によれば、上述した様々な特長を備えた金型を得ることができる。
【００１８】
そして、本発明によるガラス成形用金型を用いることにより、ハードディスクやＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等の情報記録媒体における、高密度化と高信頼性の両立を実現可能な高精度なガラス基板を、あるいは、光学素子等のガラス製品を、安価にかつ大量に生産することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわるガラス成形用金型およびその製造方法の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるガラス成形用金型の製造方法を説明する概略の断面図である。
【００２１】
外周部に段部１ａを有する金型母材１のプレス面側の表面１ｂに対して研削加工を施して、その表面を平坦面に加工する。さらに、研磨加工を施して鏡面に仕上げる。次いで、有機溶剤、純水などを用いて鏡面の表面１ｂを洗浄する。洗浄後、鏡面の表面１ｂの上に下地膜２を形成する。この下地膜２は、高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れた構成材料のものとする。さらに、下地膜２上にカーボン膜３を形成する。
【００２２】
上記において、金型母材１は高温機械強度と耐酸化性に優れた構成材料のものとし、具体的には次のものがある。
【００２３】
（１）タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金
（２）チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）、アルミナ、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれか
（３）上記（２）のいずれかを主成分とするサーメット（セラミックスと焼結金属との複合材料）
（４）ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金、コバルト（Ｃｏ）、コバルト合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、タンタル（Ｔａ）、タンタル合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金のいずれか
上記において、下地膜２は高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れた構成材料のものとし、具体的には次のものがある。
【００２４】
（１）白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）のいずれか
（２）上記（１）のうち少なくとも１種類以上の金属を含む合金
以下、具体例を説明する。これは、主として磁気ディスクなどの情報記録媒体におけるガラス基板の場合である。
【００２５】
金型母材１のサイズの一例を挙げると、外径φ５０ｍｍ、厚み１５ｍｍで、段付き形状である。金型母材１の一例として、表面欠陥の少ないサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）製のものを用い、そのプレス面側の表面１ｂをダイヤモンド砥石を使用した研削加工により平面に加工した（平坦度０．８μｍ）。その後、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリシング：化学的機械的研磨）による研磨加工にて鏡面に仕上げた（Ｒａ（中心線平均粗さ）＝０．５ｎｍ）。
【００２６】
次に、金型母材１のプレス面側の表面１ｂを有機溶剤および純水で洗浄し、次いで、図１（ａ）に示すように、プレス面側の表面１ｂに、クロム（Ｃｒ）の下地膜２をスパッタリング法で膜厚０．５μｍにて形成した。そして、図１（ｂ）に示すように、下地膜２上に、ガラス材との離型性に優れ、熱伝導性が良好なカーボン膜３をスパッタリング法で膜厚２０ｎｍにて形成した。これにより、本発明の実施の形態１の金型Ａ１が得られた。
【００２７】
図３は本発明における金型を使用して磁気ディスク用のガラス基板をプレス成形する方法を示す概念図である。図３において、１１は段付きの下金型、１２は段付きの上金型、１３はヒータ１４を内蔵する下側のプレスヘッド、１５はヒータ１６を内蔵する上側のプレスヘッド、１７は成形前のガラス材、１８はプレス成形により得られたガラス基板である。下金型１１、上金型１２それぞれのプレス面側の表面には前述の下地膜とカーボン膜の複合膜１１ａ，１２ａが形成されている。すなわち、実施の形態１の金型Ａ１と同様の構成となっている。
【００２８】
プレス成形は、大まかに予熱工程と加熱プレス工程と冷却工程からなる。下金型１１のプレス面にガラス材１７を載置し、上金型１２をガラス材１７に当接し、ヒータ１４，１６に通電して両金型１１，１２を介してガラス材１７を予熱した。ガラス軟化点付近まで昇温した後、上側のプレスヘッド１５に対してプレス荷重１９を印加し、両金型１１，１２でガラス材１７を挟持しながら加熱加圧を行った。これにより、ガラス材１７を偏平にし、両金型１１，１２の高度に表面平滑性・平坦性に優れたプレス面の平滑さ・平坦さをガラス材１７に転写し、ガラス基板１８に成形した。次いで、ヒータ１４，１６に対する通電を遮断し、冷却工程に入った。ガラス基板１８の温度が転移点温度以下になるまで型締め状態を保持した。転移点温度以下になると、型開きを行い、得られたガラス基板１８を取り出した。
【００２９】
ガラス材１７については、一例としてアルミノシリケートガラス（軟化点６７３℃、ガラス転移点５０６℃）を使用した。加熱溶融したガラス材料をノズル等より滴下したものを用いた。この場合、重量のばらつきはあるものの、極めて安価に得ることができる。また、成形の際の加熱温度は６８０℃で、プレス荷重は１．５×１０４ｋｇｆとした。また、窒素の成形雰囲気中で実施した。
【００３０】
本発明の実施の形態１による金型Ａ１を使用して、図３に示す成形を実施した。金型Ａ１へのガラス材の付着、融着はなかった。また、加熱変形するガラス材から発生する水（Ｈ２Ｏ）によるプレス面の酸化劣化もなかった。成形回数を重ねても（５０００ショット）、金型プレス面の表面精度の劣化はなく、金型は長寿命であった。その結果、高度に表面平滑性・平坦性に優れたガラス基板を繰り返し得ることができた。
【００３１】
一方、比較例として、下地膜を形成しない金型にてガラス材を成形した。金型へのガラス材の付着、およびガラス基板の割れは発生しなかったものの、成形回数１５０ショットにて、カーボン膜がプレス圧力により剥離した。
【００３２】
下地膜２に加えてカーボン膜３を形成した本発明実施形態の金型Ａ１においては、下地膜２が、金型母材１とカーボン膜３の両方に対して接着強度および密着性を高め、その結果、カーボン膜３の剥離といった問題が発生しないのである。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるガラス成形用金型の製造方法を説明する概略の断面図である。
【００３４】
外周部に段部４ａを有するとともに、中心部に凹所（円孔）４ｂが形成された金型母材４において、そのプレス面側の表面４ｃおよび凹所４ｂの内周面に対して、研削加工を施して平坦面に加工する。さらに、研磨加工を施して鏡面に仕上げる。次いで、鏡面の表面４ｃ、凹所４ｂの内周面を洗浄する。洗浄後、鏡面の表面４ｃおよび凹所４ｂの内周面に下地膜５を形成する。この下地膜５は、高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れたものとする。さらに、鏡面の表面４ｃおよび凹所４ｂの内周面の双方において、下地膜５の上にカーボン膜６を形成する。
【００３５】
上記において、金型母材４の構成材料、下地膜５の構成材料については、実施の形態１の場合と同じものが適用できる。
【００３６】
以下、具体例を説明する。これは、主として磁気ディスクなどの情報記録媒体における軸付きガラス基板の場合である。
【００３７】
金型母材４のサイズの一例を挙げると、外径φ５８ｍｍ、厚み２０ｍｍの段付き形状で、凹所４ｂの径はφ５．０ｍｍである。金型母材４の一例として、熱伝導性が良好で、高温強度に優れ表面欠陥の少ないタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とした超硬合金製のものを用いる。そのプレス面側の表面４ｃをダイヤモンド砥石を使用した研削加工により平面に加工した（平坦度０．７μｍ）。
その後、ダイヤモンド砥粒による研磨加工にて鏡面に仕上げた（Ｒａ＝１．２ｎｍ）。
【００３８】
金型母材４のプレス面側の表面４ｃおよび凹所４ｂの内周面を洗浄した。次いで、プレス面側の表面４ｃおよび凹所４ｂの内周面に、白金−レニウム（Ｐｔ−Ｒｅ）の下地膜５をスパッタリング法で膜厚３μｍにて形成した。この下地膜５は、熱伝導性が良好であり、またガラス材との離型性も良い。そして、下地膜５上に、ガラス材との離型性に優れ、熱伝導性が良好なカーボン膜６をスパッタリング法で膜厚１０ｎｍにて形成した。
【００３９】
本発明実施形態２の金型Ａ２を使用して、図３に示す成形を実施したところ、金型Ａ２へのガラス材の付着、融着はなかった。表面平滑性・平坦性に優れたガラス基板を得ることができた。
【００４０】
一方、比較例として、カーボン膜を形成しない金型母材にて成形したところ、金型へのガラス材の付着、およびガラス基板の割れの発生はなく、高精度なガラス基板を得ることができるものの、成形回数を重ねるにつれて、金型表面の表面粗さが増大し、成形回数１００ショットにて、初期の金型表面の表面粗さ１．２ｎｍが３．２ｎｍに劣化した。すなわち、高精度なガラス基板を得ることができなくなった。また、成形回数が１０００ショットにて、ガラス基板の割れ、金型へのガラス材料の付着が徐々に発生した。
【００４１】
下地膜５に加えてカーボン膜６を形成した本発明実施形態の金型Ａ２においては、下地膜５が、金型母材４とカーボン膜６の両方に対して接着強度および密着性を高め、その結果、カーボン膜６の剥離といった問題が発生しないのである。
【００４２】
上記の実施の形態１，２の比較例において、金型表面の荒れは、高温成形時に変形したガラス材から発生する水（Ｈ２Ｏ）により、多結晶の下地膜２，５が部分的に酸化、腐食することによるものと考えられる。しかし、本発明実施形態の金型Ａ１，Ａ２は、カーボン膜３，６により覆われているため、高温成形時にガラス材から発生する水は、直接、下地膜２，５と反応することはない。また、下地膜２，５上に形成されたカーボン膜３，６は、わずかに、高温成形時にガラス材から発生する水との反応により酸化し、揮発する。そして、それらの現象が進行しカーボン膜３，６が消滅しても、下地膜２，５自身がガラス材との離型性に優れているため、金型へのガラス材の付着、融着といった問題は発生しないのである。
【００４３】
また、たとえ、酸化、揮発によりカーボン膜３，６が消滅しても、再度、下地膜２，５上にカーボン膜３，６を形成することにより、金型の再生が可能である。また、カーボン膜３，６の腐食、揮発がわずかに進行しても、表面粗さの劣化は発生しない。このように、本発明実施形態の金型Ａ１，Ａ２は、表面精度の劣化が全く無く、ガラス材との離形性が良好な、長寿命な金型を実現している。
【００４４】
なお、カーボン膜の成膜方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、ＰＶＤ法、溶斜法、メッキ法等を使用しても同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、金型のプレス面は平面形状に限るものではない。また、金型の用途はガラス基板成形に限るものではない。すなわち、レンズ等のガラス光学部品の成形金型においても本発明は適用することができる。
【００４６】
また、ガラス材としてアルミノシリケートガラスを使用したが、その他のガラス材であってもよい。さらに、樹脂成形への転用も考えられ、同様の効果が期待される。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金型母材の表面に高温機械強度、耐ガラス反応性および対カーボン密着性に優れた下地膜を形成した上で、下地膜上に離型膜としてカーボン膜を形成してあるので、ガラス材への熱伝導性が良く、またガラスとの離型性が優れており、プレス成形後の型開きの際にガラス材が金型に付着したり融着することを防止できる。また、プレス成形されたガラス成形品の割れを防止することができる。そして、下地膜の介在により、金型母材に対するカーボン膜の接着強度および密着性を高めることができ、プレス圧力によるカーボン膜の剥離を防止し、カーボン膜の優れた離型性を長期にわたって維持することができる。また、下地膜により、金型母材の耐酸化性、耐ガラス反応性を補う。さらに、高温プレス成形の際の加熱加圧によってガラス材から水（Ｈ２Ｏ）が発生しても、最表層にあるカーボン膜が水と反応して徐々に揮発することで収まり、カーボン膜によって覆われた下地膜および金型母材の酸化腐食について、これを確実に防止することができる。また、プレス成形の繰り返しに伴ってカーボン膜が徐々に揮発しても、表面粗さの劣化はなく、高度に平滑なプレス面を維持するとともに、金型の寿命を長いものにすることができる。さらには、プレス成形の繰り返しに伴ってカーボン膜が消失しても、残っている下地膜自身がガラス材に対する離型性を有するとともに高温機械強度と耐ガラス反応性に優れるため、金型へのガラス材の付着、融着、およびガラス成形品の割れを防止する機能を持続させることができる。すなわち、本発明によれば、ガラス材との離型性に優れ、かつ表面劣化の無い高精度で、長寿命な金型を得ることができる。
【００４８】
そして、その金型を使用してガラス材を成形すれば、高品質、高精度なガラス成形品を安価にかつ大量に生産することができる。本発明は、磁気ディスクなどの情報記録媒体におけるガラス基板のプレス成形用に適用する場合に、上記利点を最大限に発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラス成形用金型の製造方法を説明する概略の断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるガラス成形用金型の製造方法を説明する概略の断面図
【図３】本発明における金型を使用して磁気ディスク用のガラス基板をプレス成形する方法を示す概念図
【符号の説明】
１，４ 金型母材
１ａ，４ａ 段部
１ｂ，４ｃ プレス面側の表面
４ｂ 凹所
２，５ 下地膜
３，６ カーボン膜
１１ 段付きの下金型
１２ 段付きの上金型
１３，１５ プレスヘッド
１４，１６ ヒータ
１７ 成形前のガラス材
１８ ガラス基板
１１ａ，１２ａ 下地膜とカーボン膜との複合膜
Ａ１ 実施の形態１の金型
Ａ２ 実施の形態２の金型[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is directed to a mold for press-molding a glass material by heating the glass material, in particular, a glass substrate for an information recording medium such as a magnetic disk, and a glass mold suitable for press-molding a high-precision glass product such as an optical lens. Regarding the mold. The present invention also relates to a method for manufacturing a glass molding die.
[0002]
[Prior art]
As for the magnetic disk substrate, which is an example of an information recording medium, recently, there has been a demand for a smaller magnetic head, a higher flying height and a higher demand for a high surface smoothness together with a demand for a smaller size and a larger capacity. Instead, a glass substrate having high rigidity, high strength and easy smoothing is used. In such a case, there is a trend to divert the technology of the press molding method in the field of the production of optical elements, instead of the polishing method which is low in productivity and expensive. The press molding method involves transferring the smooth molding surface of the mold to the glass material with high precision by passing through the steps of heating, softening, pressing and cooling the glass material. Polishing of processing is not necessarily required. Therefore, it is inexpensive and has high productivity in addition to high quality. The press molding method has already been put to practical use in the field of optical element manufacturing. However, even if it is simply applied to a glass substrate for an information recording medium such as a magnetic disk as it is, it can be made smaller, thinner, and has a higher recording density. In fact, it is difficult to obtain sufficiently desirable results in terms of reliability and high reliability.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In obtaining a glass molded product by press molding, excellent smoothness and flatness of the die pressed surface are important because the smoothness and flatness of the die pressed surface are transferred to the glass molded product. However, as the press molding is repeatedly performed, the mold press surface tends to gradually deteriorate due to high temperature application, high pressure application, and adhesion and fusion of a glass material. As a countermeasure, it is common practice to form a protective film on the surface of the die base material on the press surface side.
[0004]
However, water (H 2 O) may be generated from the glass material which is heated and deformed by the high-temperature press, and the protective film may partially oxidize and corrode due to the reaction with the water. Oxidation and corrosion of the protective film increase with the repetition of press molding, resulting in surface roughness, which causes deterioration in the surface smoothness and flatness of the die press surface. And this surface roughness induces adhesion of the glass material to the mold, and also causes cracking of the glass molded product. As a result, the productivity of press forming with excellent surface accuracy is hindered. That is, the mold life is short.
[0005]
On the other hand, when a glass molded product is obtained by press molding, releasability at the time of opening the mold is also important. A general measure is to form a release film further on the protective film. However, as the press molding is repeatedly performed, the release film is peeled off by the press pressure, and the releasability, surface smoothness, and flatness tend to deteriorate. When the releasability deteriorates, the glass material adheres to the mold and the glass molded product is broken. This also hinders the productivity of press molding with excellent surface accuracy and shortens the life of the mold.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and combines two requirements of preventing oxidation and corrosion caused by water generated from a glass material and maintaining reliable and good releasability over a long period of time. It is intended to be achieved reasonably.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means for solving the above-mentioned problems with respect to a mold for hot-press molding a glass material. That is, a carbon film having excellent mold releasability from the glass material is formed on the surface side of the mold base material, but the carbon film is not directly formed on the surface of the mold base material, but between the two. A base film having excellent adhesion to the mold base material and carbon is interposed, and a carbon film is formed on the base film thereon. As the underlayer, a film excellent in high-temperature mechanical strength and glass reactivity is used. Note that the number of layers of the base film is one or more.
[0008]
In short, the glass forming mold of the present invention is a mold base material, and a base film formed on the surface of the mold base material and having excellent high-temperature mechanical strength, glass reactivity and carbon adhesion, and And a carbon film formed as a release film on the base film.
[0009]
According to the glass molding die of the present invention, the carbon film formed on the pressing surface (the portion in contact with the glass material) of the die has good thermal conductivity from the die base material to the glass material, and also has a good effect on the glass. Is excellent in releasability, and can prevent the glass material from adhering to or fusing to the mold when the mold is opened after press molding. Further, cracking of the press-formed glass molded product can be prevented. Since the base film is interposed between the mold base material and the carbon film, the adhesive strength and adhesion of the carbon film to the mold base material can be increased, and the carbon film is prevented from being peeled off by pressing pressure. I do. As a result, the excellent releasability of the carbon film can be maintained for a long time.
In addition, the base film supplements the oxidation resistance and the glass reactivity of the mold base material. Furthermore, even if water (H 2 O) is generated from the glass material by heating and pressurizing during high-temperature press molding, the carbon film on the outermost layer reacts with water and gradually volatilizes, and is contained. Oxidative corrosion of the covered base film and mold base material can be reliably prevented. In addition, even if the carbon film is gradually volatilized with repeated press molding, the surface roughness is not deteriorated, the highly smooth pressed surface is maintained, and the life of the mold is extended. it can. Furthermore, even if the carbon film disappears due to the repetition of press molding, the remaining base film itself has mold release properties to the glass material and is excellent in high-temperature mechanical strength and glass reaction resistance. It is possible to maintain the function of preventing adhesion and fusion of the glass material and cracking of the glass molded product. Even if the carbon film has disappeared, the mold can be regenerated by forming the carbon film again.
[0010]
In the above, as a base film having excellent adhesion to carbon, high-temperature mechanical strength, and glass reactivity, the constituent materials are platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), and rhodium (Rh). , Osmium (Os), ruthenium (Ru), rhenium (Re), tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), cobalt (Co) Or an alloy containing at least one or more of these metals. Since these have excellent adhesion to carbon, they can increase the adhesive strength and adhesion of the carbon film to the mold base material. Further, since they are excellent in high-temperature mechanical strength and glass reaction resistance, they can sufficiently exhibit functions of preventing adhesion of a glass material to a mold, fusion, and cracking of a glass molded product.
[0011]
In the above, as the mold base material, a constituent material is a cemented carbide mainly containing tungsten carbide (WC), or titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), chromium carbide (Cr). 3 C 2 ), alumina, sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), or a cermet containing these as a main component, or stainless steel; Nickel (Ni), nickel alloy, molybdenum (Mo), molybdenum alloy, cobalt (Co), cobalt alloy, chromium (Cr), chromium alloy, titanium (Ti), titanium alloy, tantalum (Ta), tantalum alloy, tungsten ( W) or a tungsten alloy. These are excellent in high-temperature mechanical strength and oxidation resistance, and can provide a uniform mold surface without surface defects.
[0012]
A glass substrate for an information recording medium such as a magnetic disk may be a glass substrate with a shaft integrated with a central shaft portion in order to secure high rigidity against high-speed rotation. The mold used when press-molding this glass substrate with a shaft is preferably configured as follows.
[0013]
The mold base material has a recess at the center. The base film and the carbon film are formed on the inner peripheral surface of the recess in the same manner as described above. The recess is for forming a shaft portion in a glass substrate with a shaft.
[0014]
The shaft portion of the glass substrate with a shaft of the information recording medium is required to have a very high shape and dimensional accuracy. In order to press-mold the shaft part integrally with the substrate body, it is necessary to press-mold a glass material as a molding material into a concave portion of a mold to perform pressure molding. When the flat substrate body obtained by molding is released from the mold, it is separated in the direction of the normal to the pressed surface, and immediately separated from the pressed surface. On the other hand, the shaft obtained by molding is released from the mold so that the outer peripheral surface of the shaft rubs against the inner peripheral surface of the recess. At this time, frictional resistance acts. That is, there is greater difficulty in releasing the shaft portion than in releasing the substrate body. The properties of the release agent layer formed on the inner peripheral surface of the recess have a very large effect.
[0015]
In a mold having a recess for forming a shaft portion having such a specialty, the two-layer structure of the base film and the carbon film of the above-described method works very advantageously. The base film and the carbon film formed on the inner peripheral surface of the recess are very excellent for press forming and releasing the glass substrate shaft, and a shafted glass substrate having excellent shape and dimensional accuracy can be obtained.
[0016]
The present invention also relates to a method of manufacturing a glass forming mold. A method for manufacturing a glass forming mold according to the present invention, which is effective in solving the above-described problems, includes a plurality of steps as follows. That is, in the first step, the surface of the mold base material is processed into a desired shape (grinding, polishing, etc.). In the second step, a base film having excellent high-temperature mechanical strength, glass-reactivity and adhesion to carbon is formed on the pressed surface of the mold base material (by a PVD method such as a sputtering method or a vapor deposition method). , CVD, plating, thermal spraying, etc.). In the third step, a carbon film is formed on the formed base film (a PVD method such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a CVD method). PVD (Physical Vapor Deposition) is physical vapor deposition, and CVD (Chemical Vapor Deposition) is chemical vapor deposition. Preferred constituent materials for the base film and the mold base material are as described above. In the case of a mold base material having a recess at the center, a base film and a carbon film are also formed on the inner peripheral surface of the recess.
[0017]
According to the method for manufacturing a glass molding die of the present invention, a die having the above-described various features can be obtained.
[0018]
And, by using the glass molding die according to the present invention, a high-precision glass substrate capable of realizing both high density and high reliability in an information recording medium such as a hard disk, a CD-R, and a DVD, or In addition, glass products such as optical elements can be produced inexpensively and in large quantities.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a glass molding die and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
(Embodiment 1)
1 (a) and 1 (b) are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a glass molding die according to Embodiment 1 of the present invention.
[0021]
Grinding is performed on the surface 1b on the press surface side of the mold base material 1 having the step portion 1a on the outer peripheral portion, and the surface is processed into a flat surface. Furthermore, it is polished to a mirror finish. Next, the mirror surface 1b is washed with an organic solvent, pure water or the like. After the cleaning, a base film 2 is formed on the mirror surface 1b. The base film 2 is made of a material having excellent high-temperature mechanical strength, glass reactivity, and adhesion to carbon. Further, a carbon film 3 is formed on the base film 2.
[0022]
In the above description, the mold base material 1 is made of a constituent material having excellent high-temperature mechanical strength and oxidation resistance.
[0023]
(1) Cemented carbide mainly containing tungsten carbide (WC) (2) Titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), alumina, sapphire (Al 2 O 3 ) Any one of silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), and aluminum nitride (AlN) (3) a cermet (composite material of ceramic and sintered metal) containing any of the above (2) as a main component
(4) stainless steel, nickel (Ni), nickel alloy, molybdenum (Mo), molybdenum alloy, cobalt (Co), cobalt alloy, chromium (Cr), chromium alloy, titanium (Ti), titanium alloy, tantalum (Ta), Any one of a tantalum alloy, tungsten (W), and a tungsten alloy In the above, the base film 2 is made of a constituent material having excellent high-temperature mechanical strength, glass reactivity, and adhesion to carbon. is there.
[0024]
(1) Platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), osmium (Os), ruthenium (Ru), rhenium (Re), tungsten (W), tantalum (Ta), titanium ( Any one of Ti), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), and cobalt (Co); (2) an alloy containing at least one metal of the above (1); . This is mainly the case of a glass substrate in an information recording medium such as a magnetic disk.
[0025]
An example of the size of the mold base material 1 is an outer diameter φ50 mm, a thickness 15 mm, and a stepped shape. As an example of the mold base material 1, one made of sapphire (Al 2 O 3 ) having few surface defects was used, and the surface 1b on the press surface side was processed into a flat surface by grinding using a diamond whetstone (flatness 0). .8 μm). Then, it was mirror-finished by polishing (Chemical Mechanical Polishing: Chemical Mechanical Polishing) (Ra (center line average roughness) = 0.5 nm).
[0026]
Next, the surface 1b on the press side of the mold base material 1 is washed with an organic solvent and pure water, and then, as shown in FIG. 1 (a), the surface 1b on the press side is coated with chromium (Cr). Underlayer 2 was formed with a thickness of 0.5 μm by a sputtering method. Then, as shown in FIG. 1B, a carbon film 3 having excellent releasability from a glass material and good thermal conductivity was formed on the base film 2 to a thickness of 20 nm by a sputtering method. Thereby, the mold A1 according to the first embodiment of the present invention was obtained.
[0027]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a method for press-molding a glass substrate for a magnetic disk using a mold according to the present invention. In FIG. 3, 11 is a stepped lower mold, 12 is a stepped upper mold, 13 is a lower press head incorporating a heater 14, 15 is an upper press head incorporating a heater 16, and 17 is a molding. The glass material 18 before is a glass substrate obtained by press molding. The above-described composite films 11a and 12a of the base film and the carbon film are formed on the surfaces of the lower mold 11 and the upper mold 12 on the press surface side. That is, the configuration is the same as that of the mold A1 of the first embodiment.
[0028]
Press molding roughly includes a preheating step, a hot pressing step, and a cooling step. The glass material 17 is placed on the press surface of the lower mold 11, the upper mold 12 is brought into contact with the glass material 17, and the heaters 14 and 16 are energized to preheat the glass material 17 via both the molds 11 and 12. did. After the temperature was raised to near the glass softening point, a press load 19 was applied to the upper press head 15, and heating and pressurization was performed while holding the glass material 17 between the two dies 11 and 12. As a result, the glass material 17 was flattened, and the smoothness and flatness of the pressed surfaces of both the molds 11 and 12 having excellent surface smoothness and flatness were transferred to the glass material 17 and formed on the glass substrate 18. . Next, the power supply to the heaters 14 and 16 was cut off, and a cooling process was started. The mold clamping state was maintained until the temperature of the glass substrate 18 became equal to or lower than the transition point temperature. When the temperature became lower than the transition point temperature, the mold was opened, and the obtained glass substrate 18 was taken out.
[0029]
As the glass material 17, aluminosilicate glass (softening point: 673 ° C, glass transition point: 506 ° C) was used as an example. A glass material that was heated and melted was dropped from a nozzle or the like. In this case, although there is a variation in weight, it can be obtained at extremely low cost. The heating temperature during molding was 680 ° C., and the press load was 1.5 × 10 4 kgf. The test was performed in a nitrogen molding atmosphere.
[0030]
The molding shown in FIG. 3 was performed using the mold A1 according to the first embodiment of the present invention. There was no adhesion or fusion of the glass material to the mold A1. In addition, there was no oxidative deterioration of the pressed surface due to water (H 2 O) generated from the glass material that was deformed by heating. Even if the number of moldings was increased (5000 shots), there was no deterioration in the surface accuracy of the die pressing surface, and the die had a long life. As a result, a glass substrate having excellent surface smoothness and flatness was obtained repeatedly.
[0031]
On the other hand, as a comparative example, a glass material was molded using a mold having no base film. Although the glass material did not adhere to the mold and the glass substrate did not crack, the carbon film was peeled off by the pressing pressure after 150 shots of molding.
[0032]
In the mold A1 of the embodiment of the present invention in which the carbon film 3 is formed in addition to the base film 2, the base film 2 increases the adhesive strength and adhesion to both the mold base material 1 and the carbon film 3, As a result, a problem such as peeling of the carbon film 3 does not occur.
[0033]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a glass molding die according to Embodiment 2 of the present invention.
[0034]
In the mold base material 4 having the step 4a on the outer periphery and the recess (circular hole) 4b formed in the center, the surface 4c on the press surface side and the inner peripheral surface of the recess 4b are: Grinding and processing to a flat surface. Furthermore, it is polished to a mirror finish. Next, the mirror surface 4c and the inner peripheral surface of the recess 4b are cleaned. After the cleaning, a base film 5 is formed on the mirror surface 4c and the inner peripheral surface of the recess 4b. The underlayer 5 is excellent in high-temperature mechanical strength, glass reactivity, and adhesion to carbon. Further, the carbon film 6 is formed on the base film 5 on both the mirror surface 4c and the inner peripheral surface of the recess 4b.
[0035]
In the above, the same constituent materials as those of the first embodiment can be applied to the constituent materials of the mold base material 4 and the base film 5.
[0036]
Hereinafter, a specific example will be described. This is mainly the case of a glass substrate with a shaft in an information recording medium such as a magnetic disk.
[0037]
An example of the size of the mold base material 4 is a stepped shape having an outer diameter of 58 mm and a thickness of 20 mm, and the diameter of the recess 4b is 5.0 mm. As an example of the mold base material 4, a material made of a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide (WC) having good thermal conductivity, high temperature strength, and few surface defects is used. The surface 4c on the press surface side was processed into a flat surface by grinding using a diamond grindstone (flatness: 0.7 μm).
Then, it was mirror-finished by polishing using diamond abrasive grains (Ra = 1.2 nm).
[0038]
The surface 4c on the press surface side of the mold base material 4 and the inner peripheral surface of the recess 4b were cleaned. Next, an undercoat film 5 of platinum-rhenium (Pt-Re) was formed to a thickness of 3 μm on the press-side surface 4c and the inner peripheral surface of the recess 4b by a sputtering method. The base film 5 has good thermal conductivity and good releasability from a glass material. Then, a carbon film 6 having excellent releasability from a glass material and good thermal conductivity was formed on the base film 5 to a thickness of 10 nm by a sputtering method.
[0039]
When the molding shown in FIG. 3 was performed using the mold A2 of Embodiment 2 of the present invention, there was no adhesion or fusion of the glass material to the mold A2. A glass substrate having excellent surface smoothness and flatness was obtained.
[0040]
On the other hand, as a comparative example, when molding was performed using a mold base material that did not form a carbon film, there was no adhesion of the glass material to the mold, and no cracking of the glass substrate occurred, and a highly accurate glass substrate could be obtained. However, as the number of moldings increased, the surface roughness of the mold surface increased, and after 100 moldings, the initial surface roughness of the mold surface was reduced from 1.2 nm to 3.2 nm. That is, a high-precision glass substrate cannot be obtained. Further, when the number of moldings was 1,000, cracking of the glass substrate and adhesion of the glass material to the mold gradually occurred.
[0041]
In the mold A2 of the embodiment of the present invention in which the carbon film 6 is formed in addition to the base film 5, the base film 5 increases the adhesive strength and adhesion to both the mold base material 4 and the carbon film 6, As a result, a problem such as peeling of the carbon film 6 does not occur.
[0042]
In the comparative examples of the first and second embodiments, the roughness of the mold surface is partially caused by water (H 2 O) generated from the glass material deformed at the time of high-temperature molding. It is thought to be due to oxidation and corrosion. However, since the molds A1 and A2 of the embodiment of the present invention are covered with the carbon films 3 and 6, water generated from the glass material during high-temperature molding does not directly react with the base films 2 and 5. . Further, the carbon films 3 and 6 formed on the base films 2 and 5 slightly oxidize and volatilize by reaction with water generated from the glass material during high-temperature molding. Even if these phenomena progress and the carbon films 3 and 6 disappear, the base films 2 and 5 themselves are excellent in mold releasability from the glass material. Such a problem does not occur.
[0043]
Further, even if the carbon films 3 and 6 disappear due to oxidation and volatilization, the mold can be reproduced by forming the carbon films 3 and 6 on the base films 2 and 5 again. Further, even if the corrosion and volatilization of the carbon films 3 and 6 proceed slightly, the surface roughness does not deteriorate. As described above, the dies A1 and A2 according to the embodiment of the present invention realize a long-life dies having no surface accuracy deterioration and good releasability from glass materials.
[0044]
Similar effects can be obtained by using a CVD method, a sputtering method, a PVD method, a dissolution method, a plating method, or the like as a method of forming a carbon film.
[0045]
The pressing surface of the mold is not limited to a planar shape. Further, the use of the mold is not limited to glass substrate molding. That is, the present invention can be applied to a molding die for a glass optical component such as a lens.
[0046]
Although aluminosilicate glass was used as the glass material, other glass materials may be used. Furthermore, it can be diverted to resin molding, and similar effects are expected.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after forming a base film having excellent high-temperature mechanical strength, glass reactivity and adhesion to carbon on the surface of a mold base material, carbon is formed as a release film on the base film. Because the film is formed, the thermal conductivity to the glass material is good, and the mold releasability from the glass is excellent, so that the glass material adheres to the mold and fuses when the mold is opened after press molding. Can be prevented. Further, cracking of the press-formed glass molded product can be prevented. The interposition of the base film can enhance the adhesive strength and adhesion of the carbon film to the mold base material, prevent peeling of the carbon film due to press pressure, and maintain excellent release properties of the carbon film for a long time. can do. Further, the base film supplements the oxidation resistance and the glass resistance of the mold base material. Furthermore, even if water (H 2 O) is generated from the glass material by heating and pressurizing during high-temperature press molding, the carbon film on the outermost layer reacts with the water and gradually evaporates, and is contained. Oxidative corrosion of the covered base film and mold base material can be reliably prevented. Also, even if the carbon film is gradually volatilized with repeated press molding, there is no deterioration in surface roughness, and a highly smooth pressed surface can be maintained, and the life of the mold can be extended. . Furthermore, even if the carbon film disappears due to the repetition of press molding, the remaining base film itself has mold releasability to the glass material and is excellent in high-temperature mechanical strength and glass reactivity, so The function of preventing adhesion and fusion of the glass material and cracking of the glass molded product can be maintained. That is, according to the present invention, it is possible to obtain a high-precision, long-life metal mold that is excellent in mold releasability from a glass material, has no surface deterioration.
[0048]
Then, if a glass material is formed using the mold, a high-quality, high-precision glass molded product can be mass-produced at low cost. The present invention maximizes the above advantages when applied to press molding of a glass substrate in an information recording medium such as a magnetic disk.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a glass molding die according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 illustrates a method for manufacturing a glass molding die according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for press-molding a glass substrate for a magnetic disk using a mold according to the present invention.
1, 4 Mold base materials 1a, 4a Steps 1b, 4c Press-side surface 4b Depressions 2, 5 Base film 3, 6 Carbon film 11 Stepped lower die 12 Stepped upper die 13, 15 Press heads 14, 16 Heater 17 Glass material before molding 18 Glass substrates 11a, 12a Composite film A1 of base film and carbon film Mold A2 of Embodiment 1 Mold A2 of Embodiment 2
