JP4174270B2 - Glass molding product press molding method / apparatus, glass substrate manufacturing method / apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス成形品のプレス成形方法およびプレス成形装置に関する。本発明はまた、主として情報記録媒体用の超平滑なガラス基板の製造方法および製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスクなどの情報記録媒体における高密度な記録性能は、基板材料に大きく依存する。情報記録媒体に適した基板材料としてガラスが注目されている。ガラスは、強度が大きく耐熱性が良好である上に、表面硬度が高く酸化セリウム等を使用した高精度な精密研磨が可能で、優れた平滑性が得られるからである。これらの特性は、外部記憶装置の小型化、保磁力の向上および磁気ヘッドの低浮上高さ化(低フライングハイト化)に寄与する。
【0003】
情報記録媒体用のガラス基板のプレス成形方法は、成形用金型を用いてガラス材に対して加熱を伴うプレス成形を施こし、金型の超平滑面を転写すものである。このプレス成形方法は、品質が安定しているとともに、後加工が不要で生産性が高いなどの利点があり、広く検討されている。
【0004】
このような情報記録媒体に対して上述したプレス成形を行う成形方法においては、以下のように成形が行われる。
【0005】
図6は従来の情報記録媒体用のガラス基板のプレス成形装置の概略構成を示している。図6において、1は上金型、2は下金型、3は上金型1を保持する上側のステージ(プレスヘッド)、4は下金型2を保持する下側のステージ(プレスヘッド)、5,6はステージ3,4に内蔵されたヒータ、7はプランジャ、8はガラス材である。
【0006】
下金型2の上にガラス材8を置き、プランジャ7を動作させて上金型1を下動し、上金型1と下金型2でガラス材8を上下から挟み込む。ヒータ5,6の昇温によりステージ3,4および上金型1、下金型2を介してガラス材8を軟化点温度付近まで加熱する。次に、プランジャ7の加圧によりガラス材8を所要厚さ寸法になるまでプレスする。その後、型締め状態で冷却した後、型開きして成形されたガラス基板を取り出す。
【0007】
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は中心部に凹所が形成されている。その凹所は、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。
【0008】
図7(a),(b)は軸付きガラス基板に対する金型構成を示す。上金型1および下金型2のプレス面には保護膜1a,2aが形成されている。下金型2の中心部にはガラス基板の軸部に対応して凹所2bが形成されている。上記と同様にしてガラス材8をプレス成形することにより、凹所2bに対応した軸部9aを有するガラス基板9が得られる。
【0009】
金型母材のプレス面に下地層を介して形成される上記の保護膜1a,2aとしては、タングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、タンタル(Ta)などの硬度の高い金属薄膜が用いられる。保護膜により、繰り返し成形によるプレス面の破損を防止するとともに、被成形ガラス材との反応を防止して離型性を高める。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同一金型を用いてプレス成形を繰り返し行っているうちに、金型プレス面の保護膜が劣化してしまうという問題がある。保護膜の劣化はプレス面の表面粗さの増大すなわち表面荒れを招き、結果として、プレス成形品(ガラス基板)に要求される高度な表面平滑性・平坦性を阻害してしまう。つまりは、金型としての耐久性、寿命に影響を及ぼす。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑みて創案されたものであり、加熱を伴うプレス成形の繰り返しにおける保護膜劣化の原因を究明することを通じて対策を講じることにより、長期にわたるプレス成形の繰り返しにおいても保護膜劣化を抑制し、金型の耐久性・寿命を向上させ、ガラス成形品の生産性を向上させることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、保護膜劣化の原因を究明すべく鋭意研究を行った。その結果、次のような知見を得た。すなわち、ガラス材は、過酷な高温・高圧下で一対の金型により強制変形を受けると、ガラスが内包している水分を活性な腐食ガスとして噴出させる。この活性な腐食ガス(H2O)が金型プレス面の保護膜(金属薄膜)に接触し、化学反応を起こして保護膜を腐食する。その結果、金型プレス面の表面粗さが劣化し、金型寿命に悪影響を及ぼす。
【0013】
そこで、この知見に基づいて、本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題の解決を図る。
【0014】
素材であるガラス材を出発材料として、目標とするガラス成形品(目標成形品)を作製するに、従来方式の高温・高圧下でガラス材から一気に目標成形品をプレス成形することに代えて、本発明は新たに2段構え方式を採用する。2段構え方式は、第1の工程と第2の工程とからなる。第1の工程において、ガラス材から目標とするガラス成形品の形状に近似するプレス素材(中間部材)を作製する。第2の工程において、前記の目標近似形状のプレス素材に対して加熱を伴うプレス成形を施して目標とするガラス成形品を作製する。第1の工程は、主として、全体的な形状の形成を行うものであり、第2の工程は、主として、高度に平滑な金型プレス面をプレス成形品に精密に転写するものである。第1の工程と第2の工程とで機能分離を行っているのである。なお、第1の工程のプレス素材そのものは、必ずしもプレス成形で作製する必要はない。
【0015】
高温・高圧下で一対の金型によりガラス材を所定形状、所定寸法にプレス成形する過程において、加圧変形されたガラス材から活性な腐食ガス(H2O)が噴出することの条件は、本発明者らが研究した経緯の中では、ガラス材収縮の変形率がある一定の基準値(臨界値)を超えることにあると推定される。温度や圧力も要因である可能性はあるが、直接的には変形率であると考えられる。
【0016】
ここで、目標成形品を得る際のガラス材の変形率を臨界値より小さく制限することにより、活性な腐食ガスの噴出を防止するという対策が考えられる。変形率を臨界値より小さく制限した上で、所定形状・所定寸法の目標成形品をプレス成形によって得るための技術として、本発明は、上記の2段構え方式を採用するのである。
【0017】
ガラス材から目標成形品までを一気にプレス成形すると、変形率が臨界値を超えてしまう。そこで、予備的に目標成形品の形状に近似するプレス素材(中間部材)を作製しておく。この目標近似形状のプレス素材は、その形状・寸法が、次の条件で設定されるものである。その条件とは、このプレス素材から目標成形品へプレス成形したときの変形率が臨界値を下回るということである。中間部材としてのプレス素材は、これを目標成形品までプレス成形しても、変形率が臨界値を超えることはなく、したがって、プレス素材(ガラス)から活性な腐食ガス(H2O)が噴出することもない。
【0018】
このような要件のために、第1の工程で、ガラス材から前記の中間部材としてのプレス素材を作製することとしているのである。すなわち、ガラス材から目標成形品の形状に近似するプレス素材を作製する。中間部材としてのプレス素材に求められるのは、変形率の臨界値についてであり、表面平滑性については、必ずしもプレス素材には求める必要はない。
【0019】
以上のように、目標近似形状のプレス素材に対して加熱を伴うプレス成形を行って目標成形品をまでプレス成形しても、変形率は臨界値を超えず、プレス素材からの腐食ガスの噴出も生じない。
【0020】
ただし、第1の工程にプレス成形を採用する場合には、次のような考え方が基礎となる。ガラス材をプレス成形して目標近似形状のプレス素材を作製するときには、ガラス材から活性な腐食ガス(H2O)が噴出する可能性がある。この腐食ガスは金型保護膜を劣化させる。ここで、本発明は、第1の工程での腐食ガスの噴出、それに伴う保護膜劣化については、これをやむを得ぬものとして許容するのである。最終的に必要となるのは高度に表面平滑性に優れたガラス成形品であるが、このガラス成形品は、直接的にはプレス素材からのプレス成形で得られるのであって、ガラス材からのプレス成形で得られるのではない。したがって、第1の工程で用いる金型と第2の工程で用いる金型を別々にすればよい。第1の工程でガラス材からプレス素材をプレス成形するときに噴出した腐食ガスが金型プレス面を劣化させても、第2の工程でプレス素材からガラス成形品をプレス成形するときは劣化のない別の金型を用いることで、高度に表面平滑性に優れたプレス成形を行うことができる。さらに、第2の工程では、変形率が臨界値を超えないので、プレス素材からは腐食ガスは噴出せず、したがって、第2の工程で用いる金型プレス面には劣化をもたらさない。第1の工程の金型は劣化することがあっても、第2の工程の金型は劣化を免れる。第1の工程で劣化した金型を用いてプレス成形を行って得られたプレス素材は、表面平滑性が劣る可能性がある。しかし、このプレス素材は中間部材であって、これには高度な平滑性は必ずしも要求されない。表面平滑性がやや劣るプレス素材となっても、第2の工程を経ることで、高度に表面平滑性に優れた状態へ移行させることができる。第2の工程では、腐食ガスの噴出がなくプレス面劣化を免れ、プレス面の高度な平滑性を維持することができるからである。この金型の高度な平滑性を転写して得られるガラス成形品は、高度に表面平滑性に優れたものとなる。そのことが、繰り返しのプレス成形において維持される。
【0021】
以上のように、第1の工程および第2の工程を伴うプレス成形の繰り返しにおいて、少なくとも、第2の工程で、その金型の保護膜劣化を防止し、金型の耐久性・寿命を向上させ、長期にわたって、良品質のガラス成形品を生産性良く製造することができる。
【0022】
上記の変形率臨界値を具体的に考察する。目標成形品の厚さをt0として、中間部材としてのプレス素材の厚さtは、〔t≦1.3×t0〕とするのがよく、好ましくは、〔t≦1.2×t0〕がよく、さらに好ましくは、〔t≦1.1×t0〕とするのがよい。すなわち、プレス素材厚さtについて、目標成形品厚さt0の1.3倍を超えない厚さまで厚さ制限をかける。1.3倍ではわずかに腐食ガス(H2O)の噴出が認められるが、その噴出量は金型プレス面劣化の程度において許容レベル以下となるからである。第2の工程の金型の寿命延長を期するなら、目標成形品厚さt0の1.2倍以下に抑えるのがよい。腐食ガス(H2O)の噴出量は変形率の減少に伴って減少する。腐食ガスの噴出を実質的にゼロにするには、目標成形品厚さt0の1.1倍以下とすればよい。この場合は、金型寿命は充分に長いものとなる。プレス素材厚さtの下限は目標成形品厚さt0を超える値である。プレス素材厚さtは、目標成形品厚さt0を上回る値であって、t0になるべく近い値が好ましい。
【0023】
上記のプレス成形方法を実施する上で使用されるプレス成形装置については、ガラス材を加熱加圧して目標とするガラス成形品の形状に近似するプレス素材をプレス成形する第1の一対の金型と、前記目標近似形状のプレス素材を加熱加圧して目標とするガラス成形品をプレス成形する第2の一対の金型とを備えたものとして構成する。なお、これとは別に、第2の一対の金型と、ダイレクト成形の金型装置との組み合わせや、ガラス材切り出し装置との組み合わせでもよい。
【0024】
上記のようなガラス成形品のプレス成形装置において、第1の工程で用いる一対の金型と第2の工程で用いる一対の金型について考察すると、第1の工程での金型は腐食ガスによって劣化が進行する可能性が高いことから、第2の工程に転用しないのがよいと考えられる。ただし、プレス成形によって得られるガラス成形品において、その全外周面が均等に高度な平滑性を要求されないものであるなら、要求されない側の金型については、第2の工程に転用することが許容される。高度な平滑性を要求される側の金型については、第1の工程のものとは別の金型を第2の工程で用いるようにする。
【0025】
一対の金型を上金型と下金型で代表させる場合、一対をなす下金型と上金型のうち一方の金型を兼用の金型に構成する。型開きにおいて、プレス素材は下金型上に載置された状態が一般的である。したがって、上金型側を高度な平滑性のための金型とし、第1の工程と第2の工程とで上金型を変更することとし、下金型は第1の工程と第2の工程とで兼用するようにする。このようにすれば、下金型上にプレス素材を載置したまま、第1の工程から第2の工程へ移行することが可能となり、生産性向上に有利に作用する。
【0026】
上記の兼用の金型を第1の工程と第2の工程とで兼用する構成としては、次の2通りがある。1つは、兼用の金型の方を位置可変式に構成することである。もう1つは、兼用の金型は位置固定で、前記兼用の金型と対をなす非兼用の各金型の方を位置可変式に構成することである。下金型を兼用の金型とする場合、前者は下金型を第1の工程と第2の工程との間で往復移動させ、後者は上金型を往復移動させる。往復移動については、直線移動でもよいし、旋回移動でもよい。往復移動に代えて、サイクリックな回転移動でもよい。
【0027】
上記において、第2の工程は、雰囲気減圧下で実施するのが好ましい。第1の工程で得られた目標近似形状のプレス素材の表面がある程度平滑化されている場合、このプレス素材に対して第2の工程で改めて金型を型締めすると、金型プレス面がプレス素材表面に当接するときに、両者間に雰囲気中の気体が封入され、その状態でプレス成形が行われると、封入された気体分子がガラス成形品の表層部に圧入され、気泡を発生させてしまう。これはプレス成形品の表面平滑性を損ねることになる。これに対して、プレス成形の雰囲気を減圧しておけば、雰囲気中の気体分子の数が減少し、改めての型締めの際に金型プレス面とプレス素材表面との間には気体封入が実質的に防止される。したがって、気泡発生に起因する表面平滑性の劣化は防止され、高度に表面平滑性に優れたガラス成形品を作製することができる。
【0028】
上記したガラス成形品のプレス成形方法は、これを情報記録媒体用のガラス基板のプレス成形に適用すると、その効能を十二分に発揮することができる。この場合に、前記の目標とするガラス成形品は円板状のガラス基板となる。軸付きガラス基板でもよい。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわるガラス成形品のプレス成形方法/装置の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、情報記録媒体用の軸付きガラス基板への適用の場合を説明する。
【0030】
図1は本発明の実施の形態における情報記録媒体用のガラス基板の製造装置(プレス成形装置)の構成の要部を示す正面図である。図2は実施の形態における第1の工程の説明図、図3は実施の形態における第2の工程の説明図である。ここでは、目標とするガラス成形品について、具体的な一例として、直径64mm、厚み0.64mmの軸付きガラス基板を想定する。
【0031】
図1において、10は真空チャンバー、11は下金型、20は第1の上金型ユニット、30は第2の上金型ユニットである。下金型11は、第1の工程と第2の工程とに兼用される構成となっている。下金型11は、ヒータ12を内蔵したステージ(プレスヘッド)13の上面に載置固定されている。ステージ13は往復式の金型移動機構14によって往復移動自在に構成されている。金型移動機構14は、ステージ13および下金型11を、第1の工程の第1プレス位置P1と第2の工程の第2プレス位置P2との間で往復移動させるように構成されている。第1プレス位置P1にある下金型11に対応して第1の上金型ユニット20が配置されているとともに、第2プレス位置P2にある下金型11に対応して第2の上金型ユニット30が配置されている。
【0032】
第1の上金型ユニット20は、第1の上金型21と、ヒータ22を内蔵したステージ(プレスヘッド)23と、第1の加圧プランジャ24とを備えている。また、第2の上金型ユニット30は、第2の上金型31と、ヒータ32を内蔵したステージ(プレスヘッド)33と、第2の加圧プランジャ34とを備えている。上金型21,31はそれぞれステージ23,33の下面に保持され、ステージ23,33はそれぞれ加圧プランジャ24,34の下面に取り付けられている。軸付きガラス基板を目標成形品とする関係で、下金型11の中心部には軸付きガラス基板の軸部に対応した凹所11aが形成されている。軸付きでないガラス基板の場合には、凹所は不要である。下金型11、第1の上金型21および第2の上金型31のそれぞれは、その金型母材のプレス面に保護膜が形成されている。
【0033】
初めに予備工程として、金型移動機構14により下金型11を第1プレス位置P1に位置決めした状態で、下金型11の上にガラス材41を配置する(図1参照)。次いで、真空チャンバー10を脱気して雰囲気を減圧し、1000パスカル以下の真空状態に保つ。
【0034】
続いて、第1の工程を実施する。図2に示すように、第1プレス位置P1に位置決めされ、ガラス材41を載置している下金型11に対して、第1の上金型ユニット20における加圧プランジャ24を伸張して、上金型21と下金型11で上下からガラス材41を挟み込む。そして、ヒータ12,22によって、ステージ13,23を加熱し、下金型11および第1の上金型21の温度がガラス軟化点温度(107.65poise)付近となるように温度制御する。ガラス軟化点温度付近まで昇温すると、次に、加圧プランジャ24により矢印Aで示す方向に加圧を行い、ガラス材41を変形させて成形を行う。この成形における厚さ制御は、次のようにする。
【0035】
後述する第2の工程でのプレス成形によって得ようとする目標成形品であるガラス基板43(図3参照)の厚さ(目標成形品厚さ)t0に対して、この第1の工程で得ようとする中間部材としてのプレス素材42の厚さtを、1.1倍以下とする。ここでは、一例として、目標成形品厚さt0=0.64mmとし、プレス素材厚さt=0.70mmとする(この場合の倍率は、約1.094である)。すなわち、図2に示すプレス素材42の厚さが所定の寸法0.70mmになるまでプレスを行う。その後、型締め状態のままプレス素材42をガラス転移点温度以下まで冷却する。この状態の成形ガラスがプレス素材42である。プレス素材42の下面中心部は、下金型11の凹所11aに押し込められ、軸部となる。
【0036】
次に、第2の工程への移行過程を実行する。すなわち、図3に示すように、加圧プランジャ24を矢印B方向に引退させて型開きを行い、第1の上金型21を離脱させる。さらに、金型移動機構14を動作させて、下金型11を矢印Cの方向へ移動させ、下金型11を第2プレス位置P2で停止して、第2の上金型ユニット30における第2の上金型31に対向する位置に位置決めする。
【0037】
そして、第2の工程を実施する。第2の工程でも第1の工程の雰囲気減圧状態(1000パスカル以下)を維持する。図3に示すように、第2プレス位置P2に位置決めされ、プレス素材42を載置している下金型11に対して、第2の上金型ユニット30における加圧プランジャ34を伸張して、上金型31と下金型11で上下からプレス素材42を挟み込む。このとき、プレス素材42の上側の表面に対して第2の上金型31の超平滑なプレス面が当接する。しかし、雰囲気減圧下であるので、気体分子がプレス素材42の表層部に圧入されて気泡になるといったことはない。実験によれば、成形時の雰囲気を大気圧(1.013×105Pa)に対して100分の1以下にすれば、実用上問題となる気泡は発生しないことが認められた。そこで、成形時の雰囲気を1000パスカル以下に保っている。
【0038】
そして、ヒータ12,32によって、ステージ13,33を加熱し、下金型11および第2の上金型31の温度がガラス軟化点温度(107.65poise)付近となるように温度制御する。ガラス軟化点温度付近まで昇温すると、次に、加圧プランジャ34により矢印Dで示す方向に加圧を行い、プレス素材42を変形させて成形を行う。この成形において、目標成形品であるガラス基板43の厚さ寸法が目標成形品厚さt0=0.64mmになるまでプレスを行う。その後、型締め状態のままガラス基板43をガラス転移点温度以下まで冷却する。この状態の成形ガラスがガラス基板43である。この第2の工程では、プレス成形の厚み管理を厳密に行っているので、活性な腐食ガス(H2O)の噴出はなく、腐食ガスによる金型保護膜の劣化もない。
【0039】
次に、第1の工程への回帰過程を実行する。すなわち、加圧プランジャ34を引退させて型開きを行い、第2の上金型31を上方向に離脱させる。さらに、金型移動機構14を動作せて、下金型11を矢印Cとは反対方向へ移動させ、下金型11を第1プレス位置P1で停止して、第1の上金型ユニット20における第1の上金型21に対向する位置に位置決めする(図1参照)。
【0040】
軸付きのガラス基板43は磁気ディスクなどの情報記録媒体用の基板である。軸部がない上側の表面は、これが情報記録面となることから、高度な表面平滑性・平坦性が求められる。したがって、プレス素材42の上側の表面は第2の工程での被転写面とされなければならない。これに対して、ガラス基板43の軸部43aがある下側の表面は情報記録面ではない。したがって、上側の表面ほどには表面平滑性・平坦性は求められない。したがって、プレス素材42の下側の表面は必ずしも第2の工程での被転写面とする必要はない。そこで、ガラス基板43の軸部43aの側に対応する下金型11にプレス素材42を載置したまま、金型移動機構14を動作させて、下金型11を第1の工程(第1プレス位置P1)から第2の工程(第2プレス位置P2)に移動させている。すなわち、下金型11を第1の工程と第2の工程とで兼用している。
【0041】
このような下金型11の兼用は、生産性の向上をもたらす。それは、次の理由による。もし、第1の工程の下金型と第2の工程の下金型とを別々にすると、第1の工程の終了時点の型開きにおいて、成形されたプレス素材42を下金型から脱型した上で、別の下金型にセットする必要がある。そのセットにおいては、軸部を下金型の凹所に嵌入しなければならない。この煩わしい脱型および軸部嵌入を伴う再設置が効率を低下させる。下金型を兼用すれば、そのような煩わしさはなく、効率がアップする。
【0042】
上記において、第1の工程ではプレス成形の際の厚み管理が厳密ではないので、ガラス材41に対する加熱を伴うプレス成形の際に、ガラス材41から活性な腐食ガス(H2O)が噴出する可能性があり、腐食ガスが噴出すると、金型保護膜が腐食ガスによって劣化する可能性がある。しかし、この第1の工程における金型保護膜劣化は許容することとし、プレス成形の繰り返しの回数が所定回数になるごとに、あるいは、劣化の程度に応じて、金型を交換するか再生すればよい。
【0043】
図4は、ガラスの変形率とガラスから発生するガス量との関係を表したグラフである。横軸の変形率γは、中間部材としてのプレス素材42の厚さtと目標成形品であるガラス基板43の厚さt0との比と定義している(γ=t/t0)。また、縦軸のガス量Viは、プレス成形時に発生するガスの量をガス分析装置で計測した結果である(電流値(mA)換算で得られる)。
【0044】
図4より、発生するガス量Viは、変形率γに対してリニアな特性を有し、変形率γが小さいほど減少することが分かる。特に、変形率γが1.1以下の領域では、ガスはほとんど発生しない。従来例における変形率は少なくとも2以上に相当することを考えると、本実施形態における成形方法では、第2の工程でのガス発生量を大幅に低減できることが分かる。
【0045】
変形率γ=1.3ではガス量Vi=2.4(mA)であり、これ以下であれば、金型劣化をある程度に抑えることができる。変形率γ=1.2ではガス量Vi=1.0(mA)であり、これ以下であれば、金型劣化を確実に抑制することができる。変形率γ=1.1でガス量Vi=0(mA)であり、理想的には変形率γを1.1以下とするのがよい。
【0046】
図5は、本実施形態における金型劣化の推移を示したグラフである。横軸は成形回数(ショット数)を表す。また、縦軸は金型における表面粗さ(Ra(中心線平均粗さ):nm)を表す。グラフ中、黒点および実線で示したものが本実施形態における結果である。比較のため、従来例における結果を白丸および破線で示した。比較例の場合、100ショットで表面粗さRa=8nmとなり、これで許容限界を大きく越えているので、100ショット以上については実験しなかった。本発明実施形態の場合、図示していないが、1000ショットでもほとんど変わらず、表面粗さRa=1nmを保っていた。
【0047】
図5より、本実施形態では、表面粗さの変化がほとんど現れず、従来例に比べて金型の劣化が極めて小さいことが分かる。
【0048】
以上のように、本実施形態においては、成形過程を、概ねガラス基板の形状に形成する第1の工程と、金型のプレス面を精密に転写し平滑な基板表面を形成する第2の工程とに分離した上で、第2の工程におけるガラスの変形率を管理している。そのことによって、精密な金型面を保持することが要求される第2の工程でガス発生量を格段に低減でき、金型の腐食を大幅に抑えることができる。その結果、金型を長寿命化することができる。
【0049】
また、上述のように本実施形態の成形装置は、成形時の雰囲気を減圧下(例えば1000パスカル以下)に保つ構成となっており、気体分子の圧入による気泡発生を防止し、高品質のガラス基板を製造することができる。
【0050】
なお、本実施形態の成形装置においては、第1の工程で中間部材のプレス素材を作製する方法として、第2の工程と同様ないわゆるリヒート成形工法としたが、本発明は中間部材のプレス素材の製造方法は限定されるものではなく、いわゆるダイレクト成形工法であってもよい。上記の場合でも、中間部材のプレス素材からガラス基板への変形率γを上記同様に管理すれば、本実施形態と同様の効果が得られる。
【0051】
上記において、下金型11、第1の上金型21および第2の上金型31は、いずれもその金型母材を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。
【0052】
(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(Cr32)、アルミナ、サファイヤ(Al23)、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、保護膜については、高温機械強度、耐ガラス反応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。
【0053】
(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
【0054】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プレス成形の過程を、主として全体的な形状の形成を行う第1の工程と、主として高度に平滑な金型プレス面をプレス成形品に精密に転写する第2の工程との2工程に機能分離し、かつ第2の工程での厚さ管理を行っているので、加熱加圧変形の際の活性な腐食ガス(H2O)の発生を抑制し、金型の腐食を確実に防止でき、結果として金型を長寿命化できる。すなわち、第1の工程および第2の工程を伴うプレス成形の繰り返しにおいて、少なくとも、第2の工程で、その金型の保護膜劣化を防止し、金型の耐久性・寿命を向上させることができ、長期にわたって、良品質のガラス成形品を生産性良く製造することができる。
【0055】
さらに、第2の工程を雰囲気減圧下で実施することにより、改めての型締めの際の気泡封入を防止し、高度に表面平滑性に優れたガラス成形品を作製することができる。
【0056】
本発明は、ガラス成形品として情報記録媒体用のガラス基板の成形に適用する場合に、大きな効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における情報記録媒体用のガラス基板の製造装置(プレス成形装置)の構成の要部を示す正面図
【図2】 本発明の実施の形態における第1の工程の説明図
【図3】 本発明の実施の形態における第2の工程の説明図
【図4】 本発明の実施の形態におけるガラスの変形率とガラスから発生するガス量との関係を表すグラフ
【図5】 本発明の実施の形態における金型劣化の推移を示すグラフ
【図6】 従来の情報記録媒体用のガラス基板のプレス成形装置の概略構成を示す正面図
【図7】 軸付きガラス基板に対する金型構成を示す正面図
【符号の説明】
10 真空チャンバー
11 下金型
11a 凹所
12 ヒータ
13 ステージ(プレスヘッド)
14 金型移動機構
20 第1の上金型ユニット
21 第1の上金型
22 ヒータ
23 ステージ(プレスヘッド)
24 第1の加圧プランジャ
30 第2の上金型ユニット
31 第2の上金型
32 ヒータ
33 ステージ(プレスヘッド)
34 第2の加圧プランジャ
41 ガラス材
42 プレス素材
43 ガラス基板
43a 軸部
P1 第1プレス位置
P2 第2プレス位置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass molding product press molding method and a press molding apparatus. The present invention also relates to a method and an apparatus for manufacturing an ultra-smooth glass substrate mainly for information recording media.
[0002]
[Prior art]
High-density recording performance in information recording media such as magnetic disks greatly depends on the substrate material. Glass is attracting attention as a substrate material suitable for information recording media. This is because glass has high strength and good heat resistance, and has high surface hardness and high-precision precision polishing using cerium oxide or the like, so that excellent smoothness can be obtained. These characteristics contribute to downsizing the external storage device, improving the coercive force, and lowering the flying height (lowering flying height) of the magnetic head.
[0003]
A method for press-molding a glass substrate for an information recording medium is a method in which a glass material is subjected to press-molding with heating using a molding die to transfer an ultra-smooth surface of the die. This press molding method has advantages such as stable quality, no post-processing, and high productivity.
[0004]
In the molding method in which the above-described press molding is performed on such an information recording medium, molding is performed as follows.
[0005]
FIG. 6 shows a schematic configuration of a conventional glass substrate press molding apparatus for an information recording medium. In FIG. 6, 1 is an upper mold, 2 is a lower mold, 3 is an upper stage (press head) that holds the upper mold 1, and 4 is a lower stage (press head) that holds the lower mold 2. 5, 6 are heaters built in the stages 3 and 4, 7 is a plunger, and 8 is a glass material.
[0006]
The glass material 8 is placed on the lower mold 2, the plunger 7 is operated to move the upper mold 1 downward, and the glass material 8 is sandwiched between the upper mold 1 and the lower mold 2 from above and below. When the heaters 5 and 6 are heated, the glass material 8 is heated to near the softening point temperature through the stages 3 and 4 and the upper mold 1 and the lower mold 2. Next, the glass material 8 is pressed to a required thickness by pressing the plunger 7. Then, after cooling in the mold-clamped state, the mold is opened and the molded glass substrate is taken out.
[0007]
The glass substrate in the information recording medium may be a glass substrate with a shaft in which a central shaft portion is integrated in order to ensure high rigidity against high-speed rotation. The mold used when press-molding this glass substrate with a shaft has a recess at the center. The recess is for forming a shaft portion in the glass substrate with a shaft.
[0008]
FIGS. 7A and 7B show a mold configuration for a glass substrate with a shaft. Protective films 1 a and 2 a are formed on the press surfaces of the upper mold 1 and the lower mold 2. A recess 2b is formed at the center of the lower mold 2 corresponding to the shaft portion of the glass substrate. A glass substrate 9 having a shaft portion 9a corresponding to the recess 2b is obtained by press-molding the glass material 8 in the same manner as described above.
[0009]
The protective films 1a and 2a formed on the press surface of the mold base material through an underlayer include tungsten (W), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and ruthenium (Ru). Metal thin films having high hardness such as iridium (Ir), osmium (Os), rhenium (Re), and tantalum (Ta) are used. The protective film prevents breakage of the press surface due to repetitive molding, and prevents reaction with the glass material to be molded to enhance mold release properties.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a problem that the protective film on the die press surface deteriorates while repeatedly performing press molding using the same die. Deterioration of the protective film causes an increase in the surface roughness of the press surface, that is, surface roughness, and as a result, the high surface smoothness and flatness required for the press-formed product (glass substrate) are hindered. That is, it affects the durability and life of the mold.
[0011]
The present invention was devised in view of such circumstances, and by taking measures through investigating the cause of protective film deterioration in repeated press molding with heating, even in repeated press molding over a long period of time. The purpose is to suppress the deterioration of the protective film, improve the durability and life of the mold, and improve the productivity of the glass molded product.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have intensively studied to investigate the cause of the protective film deterioration. As a result, the following knowledge was obtained. That is, when the glass material is forcedly deformed by a pair of molds under severe high temperature and high pressure, the water contained in the glass is ejected as an active corrosive gas. This active corrosive gas (H 2 O) comes into contact with the protective film (metal thin film) on the die press surface and causes a chemical reaction to corrode the protective film. As a result, the surface roughness of the die press surface is deteriorated, which adversely affects the die life.
[0013]
Therefore, based on this knowledge, the present invention aims to solve the above problems by taking the following measures.
[0014]
In order to produce the target glass molded product (target molded product) using the glass material as the starting material, instead of pressing the target molded product at once from the glass material under high temperature and high pressure of the conventional method, The present invention adopts a new two-stage system. The two-stage holding system includes a first process and a second process. In the first step, a press material (intermediate member) approximating the shape of the target glass molded product is produced from the glass material. In the second step, a target glass molded product is produced by subjecting the press material having the target approximate shape to press forming with heating. The first step mainly forms the overall shape, and the second step mainly transfers the highly smooth mold press surface precisely to the press-formed product. Function separation is performed in the first step and the second step. Note that the press material itself in the first step is not necessarily produced by press molding.
[0015]
In the process of press molding a glass material into a predetermined shape and a predetermined size with a pair of molds at high temperature and high pressure, active corrosive gas (H 2 It is presumed that the condition that O) is ejected is that the deformation rate of the glass material shrinkage exceeds a certain reference value (critical value) in the history studied by the present inventors. Although temperature and pressure may be factors, it is thought that it is a deformation rate directly.
[0016]
Here, it is conceivable to take measures to prevent active corrosive gas from being ejected by limiting the deformation rate of the glass material to be smaller than the critical value when obtaining the target molded product. The present invention adopts the above-mentioned two-stage system as a technique for obtaining a target molded product having a predetermined shape and a predetermined dimension by press molding after limiting the deformation rate to be smaller than a critical value.
[0017]
If the glass material to the target molded product are press-formed at once, the deformation rate exceeds the critical value. Therefore, a press material (intermediate member) that approximates the shape of the target molded product is prepared in advance. The press material having the target approximate shape has its shape and dimensions set under the following conditions. The condition is that the deformation rate when press-molding from this press material to the target molded product is below a critical value. The press material as the intermediate member does not exceed the critical value even if it is press-molded to the target molded product. Therefore, the active corrosive gas (H 2 O) does not erupt.
[0018]
For such a requirement, the press material as the intermediate member is made from the glass material in the first step. That is, a press material that approximates the shape of the target molded product is produced from a glass material. What is required of the press material as the intermediate member is the critical value of the deformation rate, and the surface smoothness is not necessarily required for the press material.
[0019]
As described above, even if press forming with heating is performed on a press material with a target approximate shape and the target molded product is press formed, the deformation rate does not exceed the critical value, and corrosive gas is ejected from the press material. Does not occur.
[0020]
However, when press molding is adopted in the first step, the following concept is the basis. When press-molding a glass material to produce a press material with a target approximate shape, an active corrosive gas (H 2 O) may erupt. This corrosive gas deteriorates the mold protective film. Here, according to the present invention, the ejection of the corrosive gas in the first step and the accompanying protective film deterioration are allowed to be unavoidable. What is ultimately required is a glass molded article with a high level of surface smoothness, but this glass molded article is obtained directly by press molding from a press material. It is not obtained by press molding. Therefore, the mold used in the first process and the mold used in the second process may be separated. Even if the corrosive gas ejected when press-molding the press material from the glass material in the first step deteriorates the die press surface, when the glass molded product is press-molded from the press material in the second step, By using another mold that is not present, press molding with high surface smoothness can be performed. Further, in the second step, since the deformation rate does not exceed the critical value, no corrosive gas is ejected from the press material, and therefore the die press surface used in the second step does not deteriorate. Even if the mold in the first step may be deteriorated, the mold in the second step is free from deterioration. The press material obtained by performing press molding using the mold deteriorated in the first step may have inferior surface smoothness. However, this press material is an intermediate member, which does not necessarily require a high degree of smoothness. Even if it becomes a press material whose surface smoothness is somewhat inferior, it can be made to shift to the state excellent in surface smoothness highly through the 2nd process. This is because, in the second step, no corrosive gas is ejected, the press surface deterioration is avoided, and high smoothness of the press surface can be maintained. A glass molded product obtained by transferring the high smoothness of the mold has a high level of surface smoothness. This is maintained in repeated press molding.
[0021]
As described above, in the repetition of press molding involving the first step and the second step, at least the second step prevents deterioration of the protective film of the die and improves the durability and life of the die. Thus, a high-quality glass molded product can be produced with high productivity over a long period of time.
[0022]
The above deformation critical value will be specifically considered. The thickness of the target molded product is t 0 The thickness t of the press material as the intermediate member is [t ≦ 1.3 × t 0 And preferably [t ≦ 1.2 × t 0 More preferably, [t ≦ 1.1 × t 0 ] Is good. That is, for the press material thickness t, the target molded product thickness t 0 The thickness is limited to a thickness not exceeding 1.3 times. 1.3 times slightly corrosive gas (H 2 This is because the ejection amount O) is observed, but the ejection amount is below an allowable level in the degree of deterioration of the die press surface. If you want to extend the service life of the mold in the second step, the target molded product thickness t 0 It is better to keep it below 1.2 times. Corrosive gas (H 2 The ejection amount of O) decreases as the deformation rate decreases. In order to substantially eliminate corrosive gas ejection, the target molded product thickness t 0 And 1.1 times or less. In this case, the mold life is sufficiently long. The lower limit of the press material thickness t is the target molded product thickness t. 0 The value exceeds. The press material thickness t is the target molded product thickness t. 0 A value greater than t 0 A value as close as possible is preferable.
[0023]
About the press molding apparatus used when implementing said press molding method, a 1st pair of metal mold | die which press-molds the press raw material which approximates the shape of the target glass molded product by heat-pressing glass material. And a second pair of molds for press-molding a target glass molded product by heating and pressurizing the press material having the target approximate shape. Alternatively, a combination of a second pair of molds and a direct molding mold apparatus or a glass material cutting apparatus may be used.
[0024]
Considering a pair of molds used in the first step and a pair of molds used in the second step in the above glass molding product press molding apparatus, the mold in the first step is caused by corrosive gas. Since there is a high possibility that the deterioration will proceed, it is considered that it should not be diverted to the second step. However, in a glass molded product obtained by press molding, if the entire outer peripheral surface is not required to have a high level of smoothness evenly, it is allowed to be diverted to the second step for the mold on the side that is not required. Is done. For a mold on the side that requires high smoothness, a mold different from that in the first process is used in the second process.
[0025]
When a pair of molds is represented by an upper mold and a lower mold, one of the pair of lower mold and upper mold is configured as a dual mold. In mold opening, the press material is generally placed on a lower mold. Therefore, the upper mold side is a mold for high smoothness, the upper mold is changed in the first step and the second step, and the lower mold is the first step and the second step. It is to be shared with the process. If it does in this way, it will become possible to transfer to a 2nd process from a 1st process, with a press raw material mounted on a lower metallic mold, and it will work on productivity improvement.
[0026]
There are the following two types of configurations in which the above-described dual-purpose mold is shared in the first step and the second step. One is to configure the dual-purpose mold in a position variable manner. The other is that the dual-purpose mold is fixed in position, and each of the non-multiple molds paired with the dual-purpose mold is configured to be variable in position. When the lower mold is used as a combined mold, the former reciprocates the lower mold between the first process and the second process, and the latter reciprocates the upper mold. The reciprocating movement may be a linear movement or a turning movement. Instead of reciprocal movement, cyclic rotational movement may be used.
[0027]
In the above, the second step is preferably performed under reduced pressure in the atmosphere. When the surface of the press material of the target approximate shape obtained in the first step is smoothed to some extent, when the mold is clamped again in the second step with respect to this press material, the die press surface is pressed. When contacting the surface of the material, gas in the atmosphere is enclosed between the two, and when press molding is performed in that state, the enclosed gas molecules are pressed into the surface layer portion of the glass molded product, generating bubbles. End up. This impairs the surface smoothness of the press-formed product. On the other hand, if the pressure of the press molding is reduced, the number of gas molecules in the atmosphere decreases, and gas sealing is performed between the mold press surface and the press material surface during the new clamping. Is substantially prevented. Therefore, the deterioration of the surface smoothness due to the generation of bubbles is prevented, and a glass molded product having a highly excellent surface smoothness can be produced.
[0028]
When the above-mentioned method for press-molding a glass molded product is applied to press-molding a glass substrate for an information recording medium, the effect can be fully exhibited. In this case, the target glass molded product is a disk-shaped glass substrate. A glass substrate with a shaft may be used.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a glass molding product press molding method / apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a case of application to a glass substrate with a shaft for an information recording medium will be described.
[0030]
FIG. 1 is a front view showing the main part of the configuration of a glass substrate manufacturing apparatus (press molding apparatus) for an information recording medium in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a first step in the embodiment, and FIG. 3 is an explanatory diagram of a second step in the embodiment. Here, as a specific example of the target glass molded article, a glass substrate with a shaft having a diameter of 64 mm and a thickness of 0.64 mm is assumed.
[0031]
In FIG. 1, 10 is a vacuum chamber, 11 is a lower mold, 20 is a first upper mold unit, and 30 is a second upper mold unit. The lower mold 11 is configured to be used for both the first process and the second process. The lower mold 11 is placed and fixed on the upper surface of a stage (press head) 13 with a built-in heater 12. The stage 13 is configured to be reciprocally movable by a reciprocating mold moving mechanism 14. The mold moving mechanism 14 is configured to reciprocate the stage 13 and the lower mold 11 between the first press position P1 in the first step and the second press position P2 in the second step. . A first upper mold unit 20 is arranged corresponding to the lower mold 11 at the first press position P1, and a second upper mold corresponding to the lower mold 11 at the second press position P2. A mold unit 30 is arranged.
[0032]
The first upper mold unit 20 includes a first upper mold 21, a stage (press head) 23 incorporating a heater 22, and a first pressure plunger 24. The second upper mold unit 30 includes a second upper mold 31, a stage (press head) 33 including a heater 32, and a second pressure plunger 34. The upper molds 21 and 31 are respectively held on the lower surfaces of the stages 23 and 33, and the stages 23 and 33 are attached to the lower surfaces of the pressure plungers 24 and 34, respectively. A recess 11a corresponding to the shaft portion of the glass substrate with shaft is formed in the center portion of the lower mold 11 because the glass substrate with shaft is a target molded product. In the case of a glass substrate without a shaft, the recess is not necessary. Each of the lower mold 11, the first upper mold 21, and the second upper mold 31 has a protective film formed on the press surface of the mold base material.
[0033]
First, as a preliminary process, a glass material 41 is placed on the lower mold 11 in a state where the lower mold 11 is positioned at the first press position P1 by the mold moving mechanism 14 (see FIG. 1). Next, the vacuum chamber 10 is evacuated to reduce the atmosphere, and a vacuum state of 1000 Pascals or less is maintained.
[0034]
Subsequently, the first step is performed. As shown in FIG. 2, the pressurizing plunger 24 in the first upper mold unit 20 is extended with respect to the lower mold 11 positioned at the first press position P1 and on which the glass material 41 is placed. The glass material 41 is sandwiched between the upper mold 21 and the lower mold 11 from above and below. Then, the stages 13 and 23 are heated by the heaters 12 and 22, and the temperature of the lower mold 11 and the first upper mold 21 is set to the glass softening point temperature (10 7.65 poise) temperature control. When the temperature is raised to near the glass softening point temperature, the pressure plunger 24 then pressurizes in the direction indicated by the arrow A, and the glass material 41 is deformed to perform molding. The thickness control in this molding is as follows.
[0035]
Thickness (target molded product thickness) t of the glass substrate 43 (see FIG. 3), which is a target molded product to be obtained by press molding in the second step to be described later 0 On the other hand, the thickness t of the press material 42 as an intermediate member to be obtained in the first step is 1.1 times or less. Here, as an example, the target molded product thickness t 0 = 0.64 mm, and press material thickness t = 0.70 mm (the magnification in this case is about 1.094). That is, pressing is performed until the thickness of the press material 42 shown in FIG. 2 reaches a predetermined dimension of 0.70 mm. Thereafter, the press material 42 is cooled to the glass transition temperature or lower in the mold-clamped state. The molded glass in this state is the press material 42. The center part of the lower surface of the press material 42 is pushed into the recess 11a of the lower mold 11 and becomes a shaft part.
[0036]
Next, the transition process to a 2nd process is performed. That is, as shown in FIG. 3, the pressurizing plunger 24 is retracted in the direction of arrow B to perform mold opening, and the first upper mold 21 is detached. Further, the mold moving mechanism 14 is operated to move the lower mold 11 in the direction of arrow C, the lower mold 11 is stopped at the second press position P2, and the second upper mold unit 30 in the second upper mold unit 30 is moved. 2 is positioned at a position facing the upper mold 31.
[0037]
Then, the second step is performed. Even in the second step, the atmosphere decompression state (1000 Pascal or less) of the first step is maintained. As shown in FIG. 3, the pressurizing plunger 34 in the second upper mold unit 30 is extended with respect to the lower mold 11 positioned at the second press position P2 and placing the press material 42 thereon. The press material 42 is sandwiched between the upper mold 31 and the lower mold 11 from above and below. At this time, the ultra-smooth press surface of the second upper mold 31 comes into contact with the upper surface of the press material 42. However, since the atmosphere is under reduced pressure, gas molecules are not pressed into the surface layer portion of the press material 42 and become bubbles. According to experiments, the atmosphere during molding is atmospheric pressure (1.013 × 10 Five It was confirmed that if it was set to 1/100 or less of Pa), bubbles that would be a practical problem were not generated. Therefore, the atmosphere during molding is kept below 1000 Pascals.
[0038]
Then, the stages 13 and 33 are heated by the heaters 12 and 32, and the temperatures of the lower mold 11 and the second upper mold 31 become the glass softening point temperature (10 7.65 poise) temperature control. When the temperature is raised to near the glass softening point, pressurization is performed in the direction indicated by the arrow D by the pressurization plunger 34, and the press material 42 is deformed to perform molding. In this molding, the thickness dimension of the glass substrate 43 that is the target molded product is the target molded product thickness t. 0 Press until 0.64 mm. Thereafter, the glass substrate 43 is cooled to a glass transition point temperature or lower while the mold is clamped. The molded glass in this state is the glass substrate 43. In this second step, since the thickness control of press molding is strictly performed, an active corrosive gas (H 2 O) is not ejected, and the mold protective film is not deteriorated by the corrosive gas.
[0039]
Next, a return process to the first step is executed. That is, the pressure plunger 34 is retracted to perform mold opening, and the second upper mold 31 is separated upward. Further, the mold moving mechanism 14 is operated to move the lower mold 11 in the direction opposite to the arrow C, the lower mold 11 is stopped at the first press position P1, and the first upper mold unit 20 is moved. Is positioned at a position facing the first upper mold 21 (see FIG. 1).
[0040]
The glass substrate 43 with a shaft is a substrate for an information recording medium such as a magnetic disk. Since the upper surface without the shaft portion serves as an information recording surface, high surface smoothness and flatness are required. Therefore, the upper surface of the press material 42 must be a surface to be transferred in the second step. On the other hand, the lower surface where the shaft portion 43a of the glass substrate 43 is not an information recording surface. Therefore, surface smoothness and flatness are not required as much as the upper surface. Therefore, the lower surface of the press material 42 does not necessarily have to be a transfer surface in the second step. Therefore, the mold moving mechanism 14 is operated while the press material 42 is placed on the lower mold 11 corresponding to the shaft portion 43a side of the glass substrate 43, and the lower mold 11 is moved to the first step (first step). It is moved from the press position P1) to the second step (second press position P2). That is, the lower mold 11 is used in both the first process and the second process.
[0041]
Such combined use of the lower mold 11 brings about an improvement in productivity. The reason is as follows. If the lower mold of the first process and the lower mold of the second process are separated, the molded press material 42 is removed from the lower mold when the mold is opened at the end of the first process. In addition, it is necessary to set in another lower mold. In the set, the shaft portion must be fitted into the recess of the lower mold. This troublesome demolding and re-installation with shaft insertion reduces efficiency. If the lower mold is also used, there is no such trouble and efficiency is improved.
[0042]
In the above, since the thickness control at the time of press molding is not strict in the first step, an active corrosive gas (H from the glass material 41 during press molding with heating to the glass material 41 is performed. 2 O) may be ejected, and when the corrosive gas is ejected, the mold protective film may be deteriorated by the corrosive gas. However, deterioration of the mold protective film in the first step is allowed, and the mold is replaced or regenerated every time the number of press molding repetitions reaches a predetermined number or depending on the degree of deterioration. That's fine.
[0043]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the deformation rate of glass and the amount of gas generated from the glass. The deformation rate γ on the horizontal axis indicates the thickness t of the press material 42 as the intermediate member and the thickness t of the glass substrate 43 as the target molded product. 0 (Γ = t / t 0 ). The gas amount Vi on the vertical axis is the result of measuring the amount of gas generated during press molding with a gas analyzer (obtained in terms of current value (mA)).
[0044]
FIG. 4 shows that the generated gas amount Vi has a linear characteristic with respect to the deformation rate γ, and decreases as the deformation rate γ decreases. In particular, in the region where the deformation rate γ is 1.1 or less, almost no gas is generated. Considering that the deformation rate in the conventional example corresponds to at least 2 or more, it can be seen that the molding method in the present embodiment can greatly reduce the amount of gas generated in the second step.
[0045]
When the deformation rate γ = 1.3, the gas amount Vi = 2.4 (mA), and if it is less than this, deterioration of the mold can be suppressed to some extent. When the deformation rate γ = 1.2, the gas amount Vi = 1.0 (mA), and if it is less than this, the deterioration of the mold can be surely suppressed. The deformation rate γ = 1.1 and the gas amount Vi = 0 (mA). Ideally, the deformation rate γ should be 1.1 or less.
[0046]
FIG. 5 is a graph showing the transition of mold deterioration in the present embodiment. The horizontal axis represents the number of moldings (number of shots). The vertical axis represents the surface roughness (Ra (center line average roughness): nm) in the mold. In the graph, those indicated by black dots and solid lines are the results in this embodiment. For comparison, the results in the conventional example are indicated by white circles and broken lines. In the case of the comparative example, the surface roughness Ra = 8 nm in 100 shots, which greatly exceeds the allowable limit. In the case of the embodiment of the present invention, although not shown, the surface roughness Ra = 1 nm was maintained with almost no change even after 1000 shots.
[0047]
From FIG. 5, it can be seen that in this embodiment, the surface roughness hardly changes, and the deterioration of the mold is extremely small as compared with the conventional example.
[0048]
As described above, in the present embodiment, the first step of forming the molding process substantially in the shape of a glass substrate, and the second step of precisely transferring the press surface of the mold to form a smooth substrate surface. In addition, the glass deformation rate in the second step is managed. As a result, the amount of gas generated can be remarkably reduced in the second step where it is required to maintain a precise mold surface, and corrosion of the mold can be greatly suppressed. As a result, the life of the mold can be extended.
[0049]
In addition, as described above, the molding apparatus of the present embodiment is configured to maintain the molding atmosphere under reduced pressure (for example, 1000 Pascal or less), and prevents generation of bubbles due to intrusion of gas molecules, so that high-quality glass is used. A substrate can be manufactured.
[0050]
In the molding apparatus of the present embodiment, the so-called reheat molding method similar to that of the second step is used as a method for producing the press material of the intermediate member in the first step. The manufacturing method is not limited and may be a so-called direct molding method. . above Even in this case, if the deformation rate γ from the press material of the intermediate member to the glass substrate is managed in the same manner as described above, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
[0051]
In the above description, the lower mold 11, the first upper mold 21 and the second upper mold 31 are all made of a constituent material having excellent high-temperature mechanical strength and oxidation resistance. In particular, there are:
[0052]
(1) Cemented carbide with tungsten carbide (WC) as the main component
(2) Titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), chromium carbide (Cr Three C 2 ), Alumina, Sapphire (Al 2 O Three ), Silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), or aluminum nitride (AlN)
(3) Cermet (composite material of ceramics and sintered metal) mainly comprising any of the above (2)
(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), Tantalum alloy, tungsten (W), tungsten alloy
In the above, the protective film is a constituent material excellent in high-temperature mechanical strength and glass resistance, and specifically includes the following.
[0053]
(1) Platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), osmium (Os), ruthenium (Ru), rhenium (Re), tungsten (W), tantalum (Ta), titanium ( Ti), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), cobalt (Co)
(2) An alloy containing at least one kind of metal in (1) above
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the press molding process mainly includes the first step of forming the overall shape, and the first step of precisely transferring a highly smooth mold press surface to the press molded product. Since the function is separated into two steps and the thickness control in the second step, the active corrosive gas (H 2 O) can be suppressed and corrosion of the mold can be surely prevented, and as a result, the life of the mold can be extended. That is, in the repetition of the press molding involving the first step and the second step, at least in the second step, the deterioration of the protective film of the die can be prevented, and the durability and life of the die can be improved. It is possible to produce a good-quality glass molded product with high productivity over a long period.
[0055]
Furthermore, by carrying out the second step under reduced pressure in the atmosphere, it is possible to prevent the enclosing of bubbles at the time of mold clamping again and to produce a glass molded product having a high surface smoothness.
[0056]
The present invention has a great effect when applied to the formation of a glass substrate for an information recording medium as a glass molded product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing the main part of the configuration of a glass substrate manufacturing apparatus (press molding apparatus) for an information recording medium in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a first step in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a second step in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the deformation rate of glass and the amount of gas generated from glass in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the transition of mold deterioration in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing a schematic configuration of a conventional glass substrate press molding apparatus for an information recording medium.
FIG. 7 is a front view showing a mold configuration for a glass substrate with a shaft.
[Explanation of symbols]
10 Vacuum chamber
11 Lower mold
11a recess
12 Heater
13 stage (press head)
14 Mold moving mechanism
20 First upper mold unit
21 First upper mold
22 Heater
23 stage (press head)
24 First pressure plunger
30 Second upper mold unit
31 Second upper mold
32 Heater
33 stage (press head)
34 Second pressure plunger
41 Glass material
42 Press material
43 Glass substrate
43a Shaft
P1 First press position
P2 Second press position

Claims (9)

ガラス材から目標とするガラス成形品の形状に近似するプレス素材を作製する第1の工程と、
前記目標近似形状のプレス素材に対して加熱を伴うプレス成形を施して前記目標とするガラス成形品を作製する第2の工程とを含むガラス成形品のプレス成形方法であって、
前記第1の工程は、前記ガラス材に対して加熱を伴うプレス成形を施して前記目標近似形状のプレス素材を作製するとともに、前記目標近似形状のプレス素材の厚さが前記目標とするガラス成形品の厚さの1.1倍以下となる条件で、前記プレス素材を作製し、
前記第2の工程は、前記第1の工程で用いる一対の金型のうち少なくとも一方の金型を変更して実施することを特徴とするガラス成形品のプレス成形方法。
A first step of producing a press material that approximates the shape of a target glass molded product from a glass material;
A second step of producing the target glass molded product by performing press molding with heating on the press material of the target approximate shape,
In the first step, the glass material is subjected to press molding with heating to produce a press material having the target approximate shape, and the thickness of the press material having the target approximate shape is the target. The press material is produced under the condition of 1.1 times the thickness of the product ,
The second step is performed by changing at least one of the pair of dies used in the first step, and performing the press molding method of a glass molded product.
前記第2の工程は、雰囲気減圧下で実施する請求項1に記載のガラス成形品のプレス成形方法。The said 2nd process is a press molding method of the glass molded product of Claim 1 implemented under atmospheric pressure reduction. 前記目標とするガラス成形品が円板状のガラス基板である請求項1または請求項2に記載のガラス成形品のプレス成形方法。The glass molding product press molding method according to claim 1 or 2 , wherein the target glass molding product is a disk-shaped glass substrate. 請求項1から請求項3までのいずれかに記載のプレス成形方法を用いて、前記ガラス成形品として情報記録媒体用のガラス基板を製造するガラス基板の製造方法。The manufacturing method of the glass substrate which manufactures the glass substrate for information recording media as said glass molded article using the press molding method in any one of Claim 1- Claim 3 . ガラス材を加熱加圧して目標とするガラス成形品の形状に近似するプレス素材をプレス成形する第1の一対の金型と、
前記目標近似形状のプレス素材を加熱加圧して目標とするガラス成形品をプレス成形する第2の一対の金型とを備え、
前記第1の一対の金型は、前記目標近似形状のプレス素材の厚さが前記目標とするガラス成形品の厚さの1.1倍以下となる条件で、前記プレス素材をプレス成形することを特徴とするガラス成形品のプレス成形装置。
A first pair of molds for press-molding a press material that approximates the shape of a target glass molded product by heating and pressing the glass material;
A second pair of molds for press-molding a target glass molded product by heating and pressurizing the press material of the target approximate shape,
The first pair of molds press-molds the press material under a condition that the thickness of the press material having the target approximate shape is 1.1 times or less the thickness of the target glass molded product. A press-molding device for glass molded products.
前記第1の一対の金型と前記第2の一対の金型とにおいて、一対をなす下金型と上金型のうち一方の金型を兼用の金型に構成する請求項5に記載のガラス成形品のプレス成形装置。In said second pair of molds with the first pair of molds, according to claim 5 which constitutes one of the mold of the lower mold and the upper mold forming a pair of molds combined Press molding equipment for glass molded products. 前記兼用の金型を位置可変式に構成してある請求項6に記載のガラス成形品のプレス成形装置。The glass molding product press molding apparatus according to claim 6 , wherein the dual-purpose mold is configured to be variable in position. 前記兼用の金型は位置固定で、前記兼用の金型と対をなす非兼用の各金型を位置可変式に構成してある請求項6に記載のガラス成形品のプレス成形装置。The glass molding product press molding apparatus according to claim 6 , wherein the dual-purpose mold is fixed in position, and each of the non-shared molds paired with the dual-purpose mold is configured to be variable in position. 請求項5から請求項8までのいずれかに記載のプレス成形装置を備え、前記ガラス成形品として情報記録媒体用のガラス基板を製造するガラス基板の製造装置。 An apparatus for manufacturing a glass substrate, comprising the press molding apparatus according to any one of claims 5 to 8, and manufacturing a glass substrate for an information recording medium as the glass molded product.
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