JP3653957B2 - プレス成形用金型 - Google Patents
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Description
【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ガラス基板を大量かつ安価に生産するプレス成形用金型に関するものである。
【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が、それに伴って、高密度磁気記録媒体への要求が高まり、高剛性、高硬度で平滑化が容易なガラス基板は、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1枚1枚ガラス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、研磨工程に高い精度が要求され、かつ、工程数も多いという欠点があった。
【0004】
それに対して、高品質かつ高生産性の可能なプレス成形法は光学ガラス素子製造の分野では、数多くの検討がなされ、既に実用化が図られている。
【0005】
ところで、プレス成形に用いられる金型は、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。
【0006】
プレス成形金型母材としては、超硬合金(タングステンカーバイド)や、サーメット、ジルコニア、炭化珪素その他セラミックスが使用され、金型は母材保護と離型時のガラスの粘着を防止するため、離型性、耐酸化性、耐反応性の良い保護膜がコーティングされるものが開発されている。
【0007】
例えば、特開平2−137914号公報に記載では、超硬合金表面に貴金属合金薄膜を設け、合金表面上に微細パターンを形成した成形用金型が提案されている。しかしながら、母材として用いれれる超硬合金(タングステンカーバイド)やサーメットは加工性が悪く、磁気ディスク用基板の型として十分な平滑性(nmオーダの平滑性)を得ることは難しく、加工時表面に欠陥ができやすいという課題があった。
【0008】
また、貴金属合金薄膜は微細加工が非常に困難であり、所望のパターンが得られ難く、得られる磁気ディスク基板の品質が劣るという欠陥があった。
【0009】
さらに、光学レンズやプリズムなどの光学素子においても、金型の表面の微小な凹凸は散乱光の増加につながり、より表面平滑性の良いレンズが求められているが、従来の金型では限界に来ていた。
【0010】
また、磁気ディスク用基板として十分な平滑性の得る事が容易なガラス材を成形母材として使用する技術については、特開平1−148714号公報の記載では、ガラスをプレス成形用母材とし、セラミックスまたは貴金属物質で保護膜を作製して使用する試みがなされ、また、特開昭64−33022号公報の記載では、MgF2などのフッ化物またはSiO2などの酸化物を離型被膜として使用した光学素子成形用金型として提案されている。また、特開平2−51434号公報の記載では、ガラスをプレス成形用母材とし、表面に微細加工用による微細パターンを形成した薄膜を有し、炭化珪素、窒化珪素からなる中間膜を介して、保護膜として炭素膜を形成した成形用金型が、光ディスク成形用金型として提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれも、プレス成形における過酷な高温加圧下の繰り返し使用に対して、十分な耐久性を有しておらず、長期間の繰り返し使用によりプレス面の荒れによる表面粗さの増加、また、ミクロな保護膜の剥離が発生する場合があり、微細パターンの変形など品質の劣化がおこり、近年の高耐久、長寿命化の要求には、十分に答えていないという課題を有していた。
【0012】
また、従来、金型加工は円盤状のダイヤモンド砥石を回転させ加工を行う研削法が用いられていたが、用いる円盤状のダイヤモンド砥石は、直径2ミリ以下のものは現状では製造することが出来ず、この径以下の凹形状を有する金型の加工は出来ず、プレス成形法による光学ガラス素子の製造には限界があった。
【0013】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、製造されるべき磁気ディスク用基板および光学ガラス素子に対応した超平滑な表面性ならびに高精度な精密形状を有し、プレス成形において金型形状を精密かつ高精度に転写した磁気ディスク用ガラス基板製造および光学ガラス素子の製造が可能であり、かつ長期間の繰り返し使用においても、金型劣化の少ない磁気ディスク用基板および光学ガラス素子のプレス用金型およびその製造方法、更にそれを用いて製造した磁気ディスク用ガラス基板および光学ガラス素子を提供するものである。
【0014】
また、従来、プレス成形法では製造することが出来なかった直径2ミリ以下の凸形状を有する光学ガラス素子用のプレス用金型およびその製造方法ならびに光学ガラス素子を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、ガラスまたは単結晶アルミナからなる成形用金型の母材のプレス成形面に、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)のうち、少なくとも一種類以上の金属或いは合金からなる下地層を形成し、且つ、前記下地層の表面にタングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニュウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、タンタル(Ta)のうち少なくとも一種類以上の金属或いは合金からなる薄膜状の保護膜を形成したことを特徴とするプレス成形用金型である。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0025】
(実施形態の1)
図1は本発明で使用した磁気ディスク用基板のプレス成形用金型の構成を示す拡大断面図である。
【0026】
1はガラス転移温度がガラス成形温度よりも高いガラスからなるプレス成形用金型の母材で、この母材1に使用するガラス種類は、特に限定する物ではないが、金型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、熱膨張係数が小さい物が望ましい。
【0027】
例えば、石英ガラスは、ガラス転移温度が高く、プレス成形用母材として好適である。
【0028】
また、二酸化珪素を主成分とし、酸化アルミ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの成分を含有したものも必要に応じて母材1として使用することができる。この場合には、成形されるガラス素材の成形温度よりも転移温度が高いガラス材が必要であり、望ましくは成形温度よりも50℃以上高くなるように成分を調節したガラスを使用する必要がある。
【0029】
更に、母材1のプレス成形面の平滑性は、磁気ディスク用としては、5nm以下が適当で、望ましくは2nm以下、さらに望ましくは、1nm以下が適当で、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。
【0030】
また、単結晶アルミナもプレス成形用金型の母材として、使用することができる。2000℃を越える耐熱性を有しており、ダイヤモンド砥粒を用いたラッピングの後、SiO2の球状微粒子を用いた精密研磨により、ガラスの場合と同様に、磁気ディスク用として必要な5nm以下、望ましくは2nm以下、さらに望ましくは、1nm以下の平滑面を得ることができる。
【0031】
2はチタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)の耐熱性金属うちで少なくとも一種類以上の成分を含有させた材料からなるターゲットをスパッタして、母材1の表面に形成した薄膜状の下地層で、この下地層2は、母材1と後述する保護膜3との付着強度を増加させて、高温、高圧下でのプレス成形用金型の繰り返し使用による保護膜3の膜剥がれを防止するものである。
【0032】
この下地層2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或いはイオンビーム法により、ガス圧が1x10-2〜1x10-4Torr、パワー密度が1〜10W/cm2の製膜条件でスパッタして、膜厚を0.05〜3μmとするのが適当で、これ以下の膜厚では、下地層2として十分な付着強度が得られなくなり、又、これ以上の膜厚では、下地層2の表面が荒れて母材1の表面平滑性が損なわれる。
【0033】
3は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニュウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、タンタル(Ta)の元素を一種類以上含有する貴金属系金属或いは合金の材料からなるターゲットをスパッタして、下地層2の表面に形成した薄膜状の保護膜で、この保護膜3は高温、高圧下でのガラスのプレス成形の繰り返しによるガラスの母材1のプレス面への付着及び母材1のプレス成形面の面荒れによる表面平滑性の低下を防止する。
【0034】
この保護膜3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或いはイオンビーム法により、ガス圧が1x10-2〜1x10-4Torr、パワー密度が1〜10W/cm2の製膜条件でスパッタして、膜厚を0.1〜5μmとするのが適当で、対応する材料から成るターゲットをスパッタし、形成することができる。スパッタ法としては、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、これ以下の膜厚では、保護膜3として十分な付着強度が得られなくなり、又、これ以上の膜厚では、下地層2と同様に、保護膜3の表面が荒れて母材1の表面平滑性が損なわれる。
【0035】
なお、母材1の表面に下地層2と保護膜3を形設する前に、母材1の表面をアルゴンなどの高周波プラズマによって表面をドライエッチングしておくと、母材1と下地層2と保護膜3との付着強度を高めることができるが、この場合には、母材1の表面がドライエッチングで荒れないように条件を最適化する必要がある。
【0036】
図2は、本発明のプレス成形用金型を使用するプレス成形機の基本的な構成図である。
【0037】
4は磁気ディスク用ガラス基板となるガラス素材、5は、磁気ディスク用ガラス基板の外径及び厚みを規制する胴型、6は胴型5の内側下部に配設されたプレス成形用金型の下型、7は図中上下方向に移動可能な状態で胴型5の内側上部に挿入された上型、8は胴型5を加熱する胴型用ヒータ部、11は上型7を押し下げて下型6に載置されたガラス素材4を加圧するピストンシリンダ、12はプレス成形機の本体を覆うチャンバ、13はチャンバ12の中に窒素ガスを導入する窒素導入口である。
【0038】
このように構成されたプレス成形機において、胴型5、下型6及び上型7をそれぞれ胴型用ヒータ部8、下型用ヒータ部9及び上型用ヒータ部10によって加熱し、かつ、窒素ガスを窒素ガス導入口13からチャンバ12の中に導入した上、下型6に載置されたガラス素材4を、ピストンシリンダ11によって押し下げられる上型7で加圧して、磁気ディスク用ガラス基板を製造する。
【0039】
ところで、磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形は低い酸素濃度雰囲気中で行うため、プレス成形の高温による金型の酸化防止され、金型の耐久性が向上する。
【0040】
(実施例1)
つぎに、本発明の表面が平滑な磁気ディスク用基板の製造方法及び磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造方法について図1及び図2により具体的に説明する。
【0041】
先ず、直径48mm、厚み15mmの円柱状の石英ガラスからなる一対のプレス成形用金型の母材1のプレス成形面を、粒径0.1μmの微細なダイヤモンド砥粒で鏡面研磨した上、酸化セリウムを用い表面粗さ0.5nmになるまで研磨する。そして、研磨された母材1のプレス成形面を、アルゴンガスの高周波プラズマによって、アルゴンガス圧8x10-3Torr、パワー密度2W/cm2の条件でエッチングする。
【0042】
次に、研磨、マグネトロン高周波スパッタ法により、アルゴンガス圧5x10-3Torr、パワー密度5W/cm2の条件で、各種材料をターゲットとして、膜厚0.2μmの下地層2を形成した上、その下地層2の表面を、アルゴンガスの高周波プラズマにより、アルゴンガス圧8x10-3Torr、パワー密度2W/cm2の条件でエッチングする。
【0043】
最後に、このエッチングされた下地層2の表面に、マグネトロン高周波スパッタ法により、各種貴金属をターゲットとし貴金属合金からなる薄膜状の保護膜3を形成することによって、後記「表1」に示す試料1〜8のプレス成形用金型を製造する。なお、試料1〜8のプレス成形用金型に形成した下地層2及び保護膜3の具体的な組成は「表1」に示す。
【0044】
又、この比較例として、下地層2のないプレス成形用金型(「表1」の試料9)と、粒径0.1μmの微細なダイヤモンド砥粒によって鏡面研磨した超硬合金の表面に保護膜3を形成したプレス成形用金型(「表1」の試料10)とを製造する。
【0045】
そして、試料1,2,・・・・・,9或いは10のプレス成形用金型を図2のプレス成形機に取り付けて、ソーダライムガラスからなる直径35mmの円柱状のガラス素材4を、酸素濃度0.1%以下の窒素雰囲気中において、温度700℃、プレス圧力60Kg/cm2の条件で2分間プレス成形した上、その温度が450℃に冷却されるまで更にプレス成形を継続して、プレス成形機から取り出せば、円盤状のガラス基板が製造され、この円盤状のガラス基板に内径加工を施せば、磁気ディスク用ガラス基板ができる。
【0046】
そこで、このようなプレス成形を3000回行った後、成形用金型及びプレス成形した磁気ディスク用ガラス基板の表面をAFM(原子間力顕微鏡)により34μm角の範囲で5ヶ所測定した上、その表面粗さ(SRa)の平均を算出し評価し、又、プレス成形した磁気ディスク用ガラス基板の表面を光干渉方式の3次元表面粗さ計にて測定し、高さ50nm以上の粗大突起の数を測定すると、「表1」のような結果になる。
【0047】
【表1】
【0048】
「表1」から明らかなように、本発明のプレス成形用金型(試料1〜8)で製造された磁気ディスク用ガラス基板は、3000回目のプレス成形品でも初期の成形品と比較して、表面粗さに変化はほとんどなく、粗大突起の形成も見られなかった。
【0049】
これに対し、下地層2のないプレス成形用金型(試料9)では、表面粗さが大きくなると共に、50nm以上の粗大突起の発生が見られる。
【0050】
又超硬合金の母材の表面に保護膜3を形成したプレス成形用金型(試料10)では、初期の成形品から表面荒さが荒くて、粗大突起が形成されている上に、このプレス成形用金型の表面を光学顕微鏡で倍率400倍で金型表面を観察したところ、ミクロな膜剥離が部分的に発生しているのが見られた。
【0051】
なお、本実施例では、ガラスを金型母材としたプレス成形による磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及び磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造方法について説明したが、光学ガラス素子についても同様の結果が得られる。
【0052】
更に、単結晶アルミナを金型母材としたプレス成形用金型においても、磁気ディスク用ガラス基板および光学ガラス素子の製造において同様の結果が得られる。
【0053】
(実施形態の2)
次に、本発明の微細パターンを有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及びその磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造方法について図1及び図2により具体的に説明する。
【0054】
プレス成形用金型の母材1の表面に、微細パターンを形成する方法としては、レジストをスピンコートして、プリベイクした後、従来の紫外線露光、または、レーザビームで描画するレーザビーム露光、電子ビームで描画する電子ビーム露光により、レジストパターンを形成する。そして、パターン形成したレジストをマスクにしてドライエッチングを行うと、母材1の表面にパターンが形成される。
【0055】
ドライエッチングには、アルゴンガス、CF4等のフッ素系ガス又はフッ素系ガスと酸素との混合系ガスが使用できるイオンビームエッチング、電子サイクロトロン(ECR)共鳴イオンエッチング法など指向性の良いエッチング法が適当である。
【0056】
(実施例2)
以下、微細パターンを有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及びその磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造方法について具体的に説明する。
【0057】
実施例1と同様に、直径48mm、厚み15mmの円柱状の石英ガラスからなる一対のプレス成形用金型の母材と1のプレス成形面を、微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した上、酸化セリウムで表面粗さ0.5nmになるまで研磨する。そして、研磨された母材1のプレス成形面に、ポジ型電子ビームレジストPMMAをスピンコーティング法で塗布して、70℃の条件でプリベイクした後、0.2μmランド形状と1.0μmのグルーブ形状とを同心円状に交互に有する微細パターンを電子ビーム露光法で描画して、現像することにより、レジストパターンを形成する。
【0058】
つぎに、母材1の研磨されたプレス成形面を、アルゴンガスを用いた電子サイクロトロン(ECR)共鳴イオンエッチング法により、真空度6x10-4Torr、電力1000Wの条件でドライエッチングして、母材1のプレス成形面に深さ200nm微細パターンを形成する。実施例1と同様に、研磨され且つ微細パターンが形成された母材1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した後、マグネトロン高周波スパッタ法により、各種材料をターゲットとし下地層2を形成した上、その下地層2の表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングする。
【0059】
最後に、このエッチングされた下地層2の表面に、マグネトロン高周波スパッタ法により、各種貴金属をターゲットとし貴金属合金からなる薄膜状の保護膜3を形成することによって、後記「表2」に示す試料11〜19のプレス成形用金型を製造する。なお、試料11〜19のプレス成形用金型に形成した下地層2及び保護膜3の具体的な組成は「表2」に示す。
【0060】
又、この比較例として、鏡面研磨された円柱状の石英ガラスのプレス成形面に、酸化珪素のスパッタ膜を形成して、電子ビーム露光法によりパターン形成した上、CF4ガスでドライエッチングして、微細パターンを形成する。そして、研磨され且つ微細パターンが形成された母材1のプレス成形面に、炭化珪素のスパッタ膜を形成した上、メタンと水素との混合ガスのプラズマCVD法で炭素からなる保護膜3を形成したプレス成形用金型(「表2」の試料20)を製造する。
【0061】
そして、試料11,12,・・・・・,19或いは20のプレス成形用金型を図2のプレス成形機に取り付けて、ソーダライムガラスからなる直径35mmの円柱状のガラス素材4を、酸素濃度0.1%以下の窒素雰囲気中において、温度700℃、プレス圧力60Kg/cm2の条件で2分間プレス成形した上、その温度が450℃に冷却されるまで更にプレス成形を継続して、プレス成形機から取り出せば、円盤状のガラス基板が製造され、この円盤状のガラス基板に内径加工を施せば、磁気ディスク用ガラス基板ができる。
【0062】
なお、磁気ディスク用ガラス基板の表面及び断面を走査型電子顕微鏡を用いて評価した結果、磁気ディスク用ガラス基板にはプレス成形用金型のプレス成形面のランド形状及びグルーブ形状の精度は寸法誤差が10%の範囲内できれいに転写しており、ランド形状部の表面の粗さ(SRa)も0.8nmとプレス成形用金型のプレス成形面の表面の粗さと同レベルであった。
【0063】
そこで、このようなプレス成形を3000回行った後、成形用金型及びプレス成形面の微細パターンのグルーブ形状部の表面及びプレス成形した磁気ディスク用ガラス基板のランド部の表面をAFM(原子間力顕微鏡)により34μm角の範囲で5ヶ所測定した上、その表面粗さ(SRa)の平均を算出し評価し、又、プレス成形した磁気ディスク用ガラス基板の表面を光干渉方式の3次元表面粗さ計にて測定し、高さ50nm以上の粗大突起の数を測定すると、「表2」のような結果になる。
【0064】
【表2】
【0065】
「表2」から明らかなように、本発明のプレス成形用金型(試料11〜19)によって製造された磁気ディスク用ガラス基板は、3000回目のプレス成形品でも初期のプレス成形品と比較して、表面粗さに変化はなく、粗大突起の形成も見られなかった。
【0066】
これに対し、炭素膜からなる保護膜3を母材1のプレス成形面に形成した比較例(試料20)では、このプレス成形用金型の表面を光学顕微鏡で倍率800倍で観察したところ、微細パターンのエッヂ部に保護膜3の剥がれと思われる欠陥が発生しており、又、微細パターンの変形も見られた。
【0067】
なお、本実施例では、ガラスを金型母材としたプレス成形による磁気ディスク用ガラス基板の製造方法と、ランド形状及びグルーブ形状の微細パターンを有する磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造方法とについて説明したが、微細パターンを有する光学ガラス素子についても同様の結果が得られる。
【0068】
更に、単結晶アルミナを金型母材としたプレス成形用金型においても、磁気ディスク用ガラス基板および光学ガラス素子の製造において同様の結果が得られる。
【0069】
(実施形態の3)
更に、プレス成形法では製造することができなかった直径2mm以下の凸形状の光学ガラス素子の製造方法及びその光学ガラス素子のプレス成形用金型の製造方法について図3により具体的に説明する。
【0070】
図3は、本発明の光学ガラス素子のプレス成形用金型の製造工程の概念を示すものである。
【0071】
14は製造するレンズの見本(以下「レンズ見本」という)、15は円柱状のガラスのプレス成形面を研削法で加工し且つ研磨して、レンズ見本14の図3において上面或いは下面の曲面或いは平面と同一の形状、同等の平滑性を有する曲面或いは平面に形成した成形用母型の母材、16は母材15の表面に下地層17と保護膜18とを順次形成してなる成形用母型である。
【0072】
19は、加熱された円柱状のガラスの一平面に成形用母型16のプレス成形面を押圧して、レンズ見本14の上面或いは下面の曲面或いは平面と同一の形状、同等の平滑性を有する面を形成してなる成形用金型の母材で、この母材19は、成形用母型の母材15に使用するガラスの成形温度よりも50℃以上低い転移温度のガラスからなる。20は母材19の表面に下地層21と保護膜22とを順次形成してなる成形用金型である。
【0073】
成形用金型20を製造するには、先ず、レンズ見本14の一方の面の曲面或いは平面と同一の形状、同等の平滑性を有するように、円柱状のガラスのプレス成形面を研削法で加工し且つ研磨して成形用母型の母材15を形成した上、その母材15の表面に下地層17と保護膜18とを順次形成することにより、成形用母型16を製造する。
【0074】
次に、加熱された円柱状のガラスのプレス成形面を成形用母型16のプレス成形面で押圧して、レンズ見本14の一方の面の曲面或いは平面と同一の形状、同等の平滑性を有する凹み或いは平面を形成して成形用金型の母材19を形成した上、その母材19の表面に下地層21と保護膜22とを順次形成することにより、成形用金型20を製造する。
【0075】
又、レンズ見本14の他方の面の平面或いは曲面と同一の形状、同等の平滑性を有する平面或いは凹みを形成した成形用金型20も前述の如き製造方法で製造することにより、一対の成形用金型20ができあがる。
【0076】
この結果、従来製造できなかったガラスの研磨表面と同等の平滑表面性を有する小径の凸状或いは凹状のレンズを製造することができる。
【0077】
(実施例3)
以下、直径2mm以下の凸形状の光学ガラス素子の製造方法及びその光学ガラス素子のプレス成形金型の製造方法について図3により更に具体的に説明する。
【0078】
先ず、直径1.8mm、長さ5mmの2つの円柱状の石英ガラスをそれぞれ研削加工して、曲率半径が0.9mmの凸面形状のプレス成形面を有するマイクロレンズの成形用母型の母材15と、平面形状のプレス成形面を有するマイクロレンズのプレス成形用母型の母材15とをそれぞれ形成した上、これらの母材15のプレス成形面をそれぞれ表面の粗さが1nmになるまで酸化セリウム砥粒で研磨する。
【0079】
そして、これらの母材15の研磨されたプレス面を、実施例1と同様に、アルゴンガスの高周波プラズマでエッチングした後、マグネトロン高周波スパッタ法によって、炭化珪素−白金(SiC−Pt、Pt含有率50wt%)からなる下地層17を形成し、且つ、その下地層17の表面をアルゴンガスの高周波プラズマによってエッチングする。その上、下地層17の表面にマグネトロン高周波スパッタ法によって白金−ロジウム(Pt−Rh、Rh含有率20wt%)合金薄膜からなる保護膜18を形成することにより、成形用母型16を製造する。
【0080】
次に、この成形用母型16を図2のプレス成形機に取り付けてマイクロレンズの成形用金型20を製造する。すなわち、直径が6mm厚さが6mmの円柱状のパイレックスガラス素材を、成形母型16とプレス成形面が平らな金型の間に設置して、温度が750℃、プレス圧力が50Kg/cm2の条件で5分間プレス成形した上、その温度が500℃に冷却されるまで更にプレスを継続した後、ガラス素材をプレス成形機から取り出すと、曲率半径が0.9mmの凹面形状のプレス成形面を有する成形用金型の母材19が形成される。
【0081】
また、直径が6mm厚さが6mmの円柱状のパイレックスガラス素材の1面を研磨して、平面形状をプレス成形面に有する成形用金型の母材19を形成する。
【0082】
そこで、2つの成形用金型の母材19のプレス成形面を、それぞれ、実施例1と同様に、アルゴンガスの高周波プラズマでエッチングした後、各種材料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下地層21を形成する。そして、その下地層21の表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングした上、各種貴金属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保護膜22を形成することにより、後記「表3」に示す試料21〜29の上型或いは下型となる一対の成形用金型20を製造する。なお、試料21〜29の成形用金型20に形成した下地層21及び保護膜22の具体的な組成は「表3」に示す。
【0083】
又、比較例として、フッ化マグネシウムをプレス成形面に蒸着した成形用金型(「表3」の試料30)を製造する。
【0084】
そして、試料21,22,・・・・・,29或いは30のプレス成形用金型を図2のプレス成形機に取り付けて、PbOの含有率が70wt%、SiO2の含有率が27wt%、残りが微量成分から成る酸化鉛系光学ガラスを直径0.7mmの球状に加工したガラス素材を、酸素濃度0.1%以下の窒素雰囲気中において、温度が520℃、プレス圧力が40Kg/cm2の条件で2分間プレス成形した上、その温度が300℃に冷却されるまで更にプレス成形を継続して、プレス成形機から取り出せば、マイクロレンズが製造される。
【0085】
そこで、このようなプレス成形を3000回行った後に、成形用金型20の表面および成形用金型20によって成形したマイクロレンズの表面をそれぞれ光干渉方式の3次元表面粗さ計で5ヶ所測定した上、その表面粗さ(RMS値)の平均を算出し評価する。この結果および成形用金型20の表面状態の観察結果「表3」のようになる。
【0086】
【表3】
【0087】
「表3」から明らかなように、本発明のプレス用金型(試料21〜29)で製造されたマイクロレンズは、3000回目のプレス成形品でも、初期の成形品と比較して表面粗さ(RSM値)に変化がなかったのに対し、フッ化マグネシウムからなる保護膜を形成した比較例(試料30)では、プレス成形が3000回に達するまでに膜の剥離とガラス素材の溶着が発生した。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、下地層としてジルコニウム、ハフニウムを用いた成形用金型であり、磁気ディスク用ガラス基板あるいは光学ガラス素子に対応する超平滑な表面性と高精度な微細パターン或いは精密形状を有するプレス成形用金型が簡単に製造することができるものである。
【0089】
また、本発明によれば、本発明のプレス成形用金型を使用してプレス成形を行うと、金型形状が精密且つ高精度に転写された磁気ディスク用ガラス基板あるいは光学ガラス素子が容易に製造できるという効果がある。更に、本発明によれば、従来のプレス成形法では製造できなかったマイクロレンズのプレス成形用金型をプレス成形法によって安価に且つ大量に製造できるという効果がある。
【0090】
更に、本発明によれば、プレス成形用金型を長期間に亘って繰り返し使用しても、金型の劣化を防止それて、金型の寿命が長くなるという効果がある。
【0091】
更に、本発明によれば、前述の効果から、高品質な磁気ディスク用ガラス基板或いは光学ガラス素子が安価に且つ大量に製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の断面図
【図2】本発明のプレス成形用金型を使用するプレス成形機の基本的な構成図
【図3】本発明の光学ガラス素子のプレス成形用金型の製造工程の概念図
【符号の説明】
1,19 成形用金型の母材
2,17,21 下地層
3,18,22 保護膜
4 ガラス素材
5 胴型
6 下型
7 上型
8 胴型用ヒータ部
9 下型用ヒータ部
10 上型用ヒータ部
11 ピストンシリンダ
12 チャンバ
13 窒素ガス導入口
14 レンズ見本
15 成形用母型の母材
16 成形用母型
20 成形用金型
Claims (1)
- ガラスまたは単結晶アルミナからなる成形用金型の母材のプレス成形面に、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)のうち、少なくとも一種類以上の金属或いは合金からなる下地層を形成し、且つ、前記下地層の表面にタングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニュウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、タンタル(Ta)のうち少なくとも一種類以上の金属或いは合金からなる薄膜状の保護膜を形成したことを特徴とするプレス成形用金型。
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