JP4285589B2 - ガラス基板成形用金型、ガラス基板の製造方法、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法及び情報記録媒体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板成形用金型、該成形用金型を用いたガラス基板の製造方法、該製造方法で製造したガラス基板を用いた情報記録媒体用ガラス基板の製造方法及び情報記録媒体の製造方法に関する。
磁気、光、光磁気等の性質を利用した記録層を有する情報記録媒体のなかで、代表的なものとして磁気ディスクがある。磁気ディスク用基板として、従来アルミニウム基板が広く用いられていた。しかし、近年、記録密度向上のための磁気ヘッド浮上量の低減の要請に伴い、アルミニウム基板よりも表面の平滑性に優れ、しかも表面欠陥が少ないことから磁気ヘッド浮上量の低減を図ることができるガラス基板を磁気ディスク用基板として用いる割合が増えてきている。
このような磁気ディスク等の情報記録媒体用ガラス基板は、ブランク材と呼ばれるガラス基板に研磨加工等を施すことによって製造される。ガラス基板（ブランク材）は、プレス成形によって製造する方法や、フロート法等によって作製された板ガラスを切断して製造する方法等が知られている。これらの方法うち、溶融ガラスを直接プレス成形することによってガラス基板を製造する方法は、特に高い生産性が期待できることから注目されている。
しかし、溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造する方法においては、製造されたガラス基板の平面度が悪く、平面度を修正するためにアニール工程等が必要となるなど、後工程に多大の時間と労力を要するという問題があった。
ガラス基板が反ることによる平面度の悪化を改善するため、受け成形型及び対向成形型、あるいは受け成形型又は対向成形型の成形面の少なくとも一部を断熱加工した金型を用いてプレス成形する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１では、更に、断熱加工として成形面を粗面にする方法が提案されている。
特開平１０−１９４７６３号公報
しかしながら、本発明者らによる実験によれば、特許文献１の記載に従って上型のプレス面及び下型のプレス面を粗面とした金型を用いても、ガラス基板の反り量はほとんど低減せず、平面度も改善されないことが分かった。
本発明者が鋭意検討を重ねた結果、溶融ガラスをプレス成形して製造したガラス基板の平面度の悪化は、プレス成形の際における溶融ガラス（ガラス基板）の中心部と周辺部とで冷却速度に差があり、溶融ガラスが固化するタイミングがずれることによるものであることが判明した。溶融ガラスの中心部が下型と接触することによって先に冷却されて固化し、後から下型と接触する周辺部が遅れて冷却、固化する際の熱収縮によって、ガラス基板の平面性が悪化するのである。特許文献１の記載に従って上型のプレス面及び下型のプレス面を粗面とした金型を用いても、溶融ガラスの中心部と周辺部の冷却速度の差を縮める効果は無いことから、成形後のガラス基板が反るという問題は依然解決されていなかった。
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造する方法により高い平面度を有するガラス基板を製造することができるガラス基板成形用金型、該金型を用いたガラス基板の製造方法、該製造方法で製造したガラス基板を用いた情報記録媒体用ガラス基板の製造方法及び情報記録媒体の製造方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。
１． 溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造するためのガラス基板成形用金型において、前記溶融ガラスが供給され、供給された該溶融ガラスを加圧するための第１の成形面を備える下型と、前記第１の成形面との間で前記溶融ガラスを加圧するための第２の成形面を備える上型と、を有し、前記第１の成形面のうち、加圧前に前記供給された溶融ガラスと接触する中心部の表面粗さＲａよりも、加圧後に前記溶融ガラスと接触する周辺部の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とするガラス基板成形用金型。
２． 前記中心部の表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍであることを特徴とする前記１に記載のガラス基板成形用金型。
３． 前記周辺部の表面粗さＲａが、前記中心部の表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下であることを特徴とする前記１又は２に記載のガラス基板成形用金型。
４． 溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造するガラス基板の製造方法において、
下型に形成された第１の成形面に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、
前記第１の成形面、及び上型に形成された第２の成形面で、前記第１の成形面に供給された前記溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板を得る加圧工程と、を有し、
前記第１の成形面のうち、加圧前に前記供給された溶融ガラスと接触する中心部の表面粗さＲａよりも、加圧後に前記溶融ガラスと接触する周辺部の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とするガラス基板の製造方法。
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前記第１の成形面のうち、加圧前に前記供給された溶融ガラスと接触する中心部の表面粗さＲａよりも、加圧後に前記溶融ガラスと接触する周辺部の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とするガラス基板の製造方法。
５． 前記中心部の表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍであることを特徴とする前記４に記載のガラス基板の製造方法。
６． 前記周辺部の表面粗さＲａが、前記中心部の表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下であることを特徴とする前記４又は５に記載のガラス基板の製造方法。
７． 前記ガラス基板は、情報記録媒体用ガラス基板を製造するためのガラス基板であることを特徴とする前記４乃至６の何れか１項に記載のガラス基板の製造方法。
８． 前記７に記載のガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板を研磨する工程を有することを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
９． 前記８に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造された情報記録媒体用ガラス基板に記録層を形成する工程を有することを特徴とする情報記録媒体の製造方法。
本発明によれば、第１の成形面の周辺部からの冷却速度を上げることができ、それにより溶融ガラスの全面にわたって固化するタイミングを均一化することができる。従って、溶融ガラスをプレス成形することによってガラス基板を製造する方法において、高い平面度を有するガラス基板を製造することができる。
１０ ガラス基板成形用金型
１１ 下型
１２ 上型
１３ 第１の成形面
１３ａ 第１の成形面１３の中心部
１３ｂ 第１の成形面１３の周辺部
１４ 第２の成形面
２３ 溶融ガラス
２４ ガラス基板
３０ 情報記録媒体用ガラス基板
１１ 下型
１２ 上型
１３ 第１の成形面
１３ａ 第１の成形面１３の中心部
１３ｂ 第１の成形面１３の周辺部
１４ 第２の成形面
２３ 溶融ガラス
２４ ガラス基板
３０ 情報記録媒体用ガラス基板
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（ガラス基板成形用金型）
図１は、本発明のガラス基板成形用金型の例を示す図である。ガラス基板成形用金型１０は、溶融ガラスが供給され、供給された該溶融ガラスを加圧するための第１の成形面１３を備える下型１１と、下型１１の第１の成形面１３との間で溶融ガラスを加圧するための第２の成形面１４を備える上型１２とを有している。
図１は、本発明のガラス基板成形用金型の例を示す図である。ガラス基板成形用金型１０は、溶融ガラスが供給され、供給された該溶融ガラスを加圧するための第１の成形面１３を備える下型１１と、下型１１の第１の成形面１３との間で溶融ガラスを加圧するための第２の成形面１４を備える上型１２とを有している。
図２は、下型１１の模式図であり、図２（ａ）は上方からみた平面図、図２（ｂ）は斜視図である。下型１１の第１の成形面１３のうち、加圧前に溶融ガラスに接触する中心部１３ａの表面粗さＲａよりも、加圧後に初めて溶融ガラスに接触する周辺部１３ｂの表面粗さＲａの方が大きい。そのため、周辺部１３ｂからの溶融ガラスの冷却速度を上げることができ、溶融ガラスの全面にわたって固化するタイミングが均一化され、高い平面度を有するガラス基板を製造することができる。
ここで、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きくすることでガラス基板の平面度を向上させることができる理由を説明する。溶融ガラスをプレス成形することによってガラス基板を製造する方法においては、所定温度に保たれた金型に、金型よりも高温の溶融ガラスが供給される。高温の溶融ガラスは、上下金型で加圧される間に変形すると同時に放熱し、冷却固化してガラス基板が形成される。このときの放熱の大部分は金型との接触面から行われる。
下型１１の第１の成形面１３に溶融ガラスが供給される際、溶融ガラスは先ず第１の成形面１３の中心部１３ａと接触して冷却が始まる。その後、加圧によって広がった溶融ガラスの周辺部は、加圧後に初めて第１の成形面１３の周辺部１３ｂと接触する。そのため、溶融ガラスの中心部と周辺部とに温度差が生じることになる。
図３は、金型に供給された溶融ガラスの中心部（第１の成形面１３の中心部１３ａと接触する部分）及び周辺部（第１の成形面１３の周辺部１３ｂと接触する部分）の温度変化を模式的に示すグラフである。図３（ａ）は、従来知られている、第１の成形面の表面粗さが全面にわたって均一な下型を用いた場合のグラフであり、図３（ｂ）は、本発明のガラス基板成形用金型１０を用いた場合のグラフである。グラフ中、溶融ガラスの中心部の温度変化を破線で、溶融ガラスの周辺部の温度変化を実線で示している。
グラフの横軸は時間である。ｔ１は溶融ガラスが下型１１の第１の成形面１３に供給された時点、ｔ２は加圧によって溶融ガラスが第１の成形面１３の周辺部１３ｂに接触する時点、ｔ３は溶融ガラスの中心部の温度がＴ２となる時点の時間をそれぞれ示している。グラフの縦軸は温度である。Ｔ１は下型１１の温度、Ｔ２は溶融ガラスが固化する温度、Ｔ３は下型１１に供給される時点における溶融ガラスの温度をそれぞれ示している。
なお、ガラスは本来、温度の低下によって粘性が連続的に増加していくものである。従って、ガラスが固化する温度Ｔ２というのは厳密には１点に決めることはできず、ある幅を持った温度範囲と考えるべきである。しかしその幅の大きさはここではあまり問題とならないため、幅を無視して単純化したモデルで説明を行う。この場合のＴ２は、ガラス転移点（Ｔｇ）の近傍の温度であると考えることができる。
従来の金型を用いた場合、図３（ａ）に示すように、溶融ガラスが供給されると下型１１の第１の成形面１３からの放熱によって冷却が始まる。そのため、溶融ガラスの中心部（破線）は、溶融ガラスが第１の成形面１３に供給された時点（ｔ１）から直ちに冷却が始まり、時間ｔ３の時点でガラスが固化する温度Ｔ２まで冷却され、最終的には下型１１の温度Ｔ１に接近していく。溶融ガラスの周辺部（実線）は、中心部よりも遅れて、加圧によって溶融ガラスが第１の成形面１３の周辺部１３ｂに接触するｔ２から冷却が始まり、最終的には下型１１の温度Ｔ１に接近していく。
ここで問題となるのは、溶融ガラスの中心部の温度がＴ２に達した時点（ｔ３）における、中心部と周辺部の温度差（ΔＴ）である。最終的にそれぞれの温度が下型１１の温度Ｔ１に接近するまでの間に、溶融ガラスの周辺部はこのΔＴに相当する量だけ中心部よりも熱収縮量が大きくなる。まだ溶融ガラスが固化する前であれば、温度差により熱収縮量が異なったとしてもガラスが流動することによって歪みが解消されるため問題にはならない。しかし、中心部がＴ２に達したあとはガラスが流動できないため、熱収縮量の差を解消することができずガラス基板の平面度が悪化してしまう。
一方、本発明のガラス基板成形用金型１０は、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きい。そのため、周辺部１３ｂの方が、溶融ガラスと接触する際の実効表面積が大きくなり溶融ガラスの放熱速度が高くなる。従って、図３（ｂ）に示すように、溶融ガラスの周辺部の冷却速度が中心部の冷却速度よりも速くなり、その分、溶融ガラスの中心部の温度がＴ２に達した時点（ｔ３）における、中心部と周辺部の温度差（ΔＴ）を小さくすることができる。その結果、中心部と周辺部の熱収縮量の差が小さくなり、高い平面度を有するガラス基板を得ることができるのである。
上記のように、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きくすることでガラス基板の平面度を向上する効果が得られる。
更に、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きく、且つ、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍの範囲とすることにより、よりガラス基板の平面度が向上する。より好ましくは、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０８〜２．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．１０〜８．００μｍの範囲で、更に好ましくは、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．１０〜１．５０μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．１２〜５．００μｍの範囲である。
中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０５μｍよりも小さいと、溶融ガラスとの反応性が高くなり過ぎてしまい、ガラスと金型との離型性が大きく低下し、良好な平面度を達成する面で好ましくなく、３．００μｍよりも大きいと、表面の凹凸の影響が強くなってしまい、高温の液体ガラスが接触した際に表面の凹凸によるアンカー効果が発生してガラスがかみこんでしまい、ガラスと金型がきれいに分離できなくなり、キズ、掛け、クラックなどの表面欠陥を発生しやすくなるので好ましくない。また、周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、０．０７μｍよりも小さいと、溶融ガラスと接触する実効表面積を大きくして放熱速度を高めるという効果が小さくなり、好ましくなく、１０μｍよりも大きいと酸化や溶融ガラスとの反応などによる金型の劣化が目立ってきて、好ましくない。
また、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａの１．５倍以上とすることで、ガラス基板の平面度を更に向上することができる。一方、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、中心部１３ａの表面粗さＲａの２０倍を超えると、溶融ガラスの周辺部の冷却速度が速くなりすぎ、ガラス基板の平面度が却って悪化する場合がある。そのため、高い平面度を有するガラス基板を得るためには、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下とすることが好ましい。
更に、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きく、且つ、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍの範囲とすることにより、よりガラス基板の平面度が向上する。より好ましくは、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０８〜２．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．１０〜８．００μｍの範囲で、更に好ましくは、中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．１０〜１．５０μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．１２〜５．００μｍの範囲である。
中心部１３ａの表面粗さＲａが、０．０５μｍよりも小さいと、溶融ガラスとの反応性が高くなり過ぎてしまい、ガラスと金型との離型性が大きく低下し、良好な平面度を達成する面で好ましくなく、３．００μｍよりも大きいと、表面の凹凸の影響が強くなってしまい、高温の液体ガラスが接触した際に表面の凹凸によるアンカー効果が発生してガラスがかみこんでしまい、ガラスと金型がきれいに分離できなくなり、キズ、掛け、クラックなどの表面欠陥を発生しやすくなるので好ましくない。また、周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、０．０７μｍよりも小さいと、溶融ガラスと接触する実効表面積を大きくして放熱速度を高めるという効果が小さくなり、好ましくなく、１０μｍよりも大きいと酸化や溶融ガラスとの反応などによる金型の劣化が目立ってきて、好ましくない。
また、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａの１．５倍以上とすることで、ガラス基板の平面度を更に向上することができる。一方、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａが、中心部１３ａの表面粗さＲａの２０倍を超えると、溶融ガラスの周辺部の冷却速度が速くなりすぎ、ガラス基板の平面度が却って悪化する場合がある。そのため、高い平面度を有するガラス基板を得るためには、第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下とすることが好ましい。
なお、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１で規定されている算術平均高さＲａのことをいう。表面粗さＲａは、市販の触針式表面粗さ測定機等を用いて測定することができる。
第１の成形面１３の周辺部１３ｂと中心部１３ａの境界の位置に特に制限はなく、加圧前に溶融ガラスに接触する領域が中心部１３ａ、加圧後に初めて溶融ガラスに接触する領域が周辺部１３ｂとなっていれば良い。境界の直径は、溶融ガラスの供給量や供給条件、製造するガラス基板の大きさ等に応じて適宜設定すれば良い。放熱のバランスを保って高い平面度を有するガラス基板を得るためには、周辺部１３ｂと中心部１３ａの境界の直径を、製造するガラス基板の直径の０．３倍〜０．７倍とすることが特に好ましい。
ガラス基板成形用金型に用いる材料は、放熱作用のある材質であればよいが、耐熱性が高く、腐食性（ガラスとの反応性）が低く、熱伝導が良好な材料が好ましい。ガラスと接触している金型の熱伝導が低いと、溶解ガラスの冷却が不十分となり、ガラスの固化が進まず、長い成形時間が必要となる。また、高温状態でガラスと金型が接触している時間が長くなることで、ガラスと金型が反応し、離型しにくくなりプレス成形後の離型の際に平面度が悪化してしまう。金型材の熱伝導（Ｗ／ｍＫ）は１０以上であることが好ましく、より好ましくは１５以上、さらに好ましくは２５以上である。
具体的には、以下のものを挙げることができる。なお、括弧内に熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を示す。
・鋳物（６０〜１００）
・炭素鋼（５０）
・耐熱性ステンレス鋼
オーステナイト系：ＳＵＳ３０２Ｂ（１６），ＳＵＳ３０９Ｂ（１５），ＳＵＳ３０９Ｓ（１４），ＳＵＳ３１０Ｓ（１４），ＳＵＳ３１６（１４），ＳＵＳ３１６Ｌ（１６）
フェライト系：ＳＵＳ４３０（２６），ＳＵＳ４３６Ｌ（２５），ＳＵＳ４４４（２５）
マルテンサイト系：ＳＵＳ４０３（２５），ＳＵＳ４３１（２０），ＳＵＳ４４０Ａ（２４），ＳＵＳ４４０Ｂ（２４），ＳＵＳ４４０Ｃ（２４）
その他：ＳＵＨ６６０（１５）
・耐熱特殊鋼（ステンレス系以外）
インコネル：６００，６１７，６２５，６８６，６９０，７１８（１５），７５１（１４）
ハステロイ：ＨＢ，ＨＣ
アンビロイ（１３０）
コルモノイ／Ｎｉ基合金：４，６，２２，５６
・炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬材料（３０−７５）
・セラミックス素材
炭化珪素（７５）
窒化珪素（２５）
窒化アルミニウム（１７０ ）
アルミナ（３８）
ジルコニア（３）
ムライト（２）
コージエライト（２）
ペタライト（２）
・カーボン系素材
グラッシーカーボン（６）
カーボンセラミックス（６７）
また、特に好ましい材料としては、以下のものを挙げることができる。
マルテンサイト系耐熱ステンレス鋼
耐熱特殊鋼（インコネル、アンビロイ）
・タングステンカーバイト（ＷＣ）を主体とした超硬度鋼
・カーボンセラミックス
炭素鋼
上記の材料は、単独で用いても良く、また、複合材料として、混合されたものや積層されたものであっても良い。更に、下型１１と上型１２とを同一の材料で構成しても良いし、それぞれ別の材料で構成しても良い。
・鋳物（６０〜１００）
・炭素鋼（５０）
・耐熱性ステンレス鋼
オーステナイト系：ＳＵＳ３０２Ｂ（１６），ＳＵＳ３０９Ｂ（１５），ＳＵＳ３０９Ｓ（１４），ＳＵＳ３１０Ｓ（１４），ＳＵＳ３１６（１４），ＳＵＳ３１６Ｌ（１６）
フェライト系：ＳＵＳ４３０（２６），ＳＵＳ４３６Ｌ（２５），ＳＵＳ４４４（２５）
マルテンサイト系：ＳＵＳ４０３（２５），ＳＵＳ４３１（２０），ＳＵＳ４４０Ａ（２４），ＳＵＳ４４０Ｂ（２４），ＳＵＳ４４０Ｃ（２４）
その他：ＳＵＨ６６０（１５）
・耐熱特殊鋼（ステンレス系以外）
インコネル：６００，６１７，６２５，６８６，６９０，７１８（１５），７５１（１４）
ハステロイ：ＨＢ，ＨＣ
アンビロイ（１３０）
コルモノイ／Ｎｉ基合金：４，６，２２，５６
・炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬材料（３０−７５）
・セラミックス素材
炭化珪素（７５）
窒化珪素（２５）
窒化アルミニウム（１７０ ）
アルミナ（３８）
ジルコニア（３）
ムライト（２）
コージエライト（２）
ペタライト（２）
・カーボン系素材
グラッシーカーボン（６）
カーボンセラミックス（６７）
また、特に好ましい材料としては、以下のものを挙げることができる。
マルテンサイト系耐熱ステンレス鋼
耐熱特殊鋼（インコネル、アンビロイ）
・タングステンカーバイト（ＷＣ）を主体とした超硬度鋼
・カーボンセラミックス
炭素鋼
上記の材料は、単独で用いても良く、また、複合材料として、混合されたものや積層されたものであっても良い。更に、下型１１と上型１２とを同一の材料で構成しても良いし、それぞれ別の材料で構成しても良い。
第１の成形面１３の周辺部１３ｂの表面粗さＲａを、中心部１３ａの表面粗さＲａよりも大きくするには、金型を製造する際の研磨加工や研削加工の条件を適宜設定すれば良い。また、両方を同じ表面粗さに仕上げた後、第１の成形面１３の周辺部１３ｂを、ブラスト処理やエッチング処理によって粗面化しても良い。粗面化は、大気中での加熱による酸化処理によって行うこともできる。また、第１の成形面１３に保護膜が形成されている場合、先ず下地面を粗面化し、その上に保護膜を形成しても良いし、先に保護膜を形成してから、形成された保護膜を粗面化しても良い。
なお、本発明のガラス基板成形用金型は、１つの上型１２と１つの下型１１とを組にして使用する物であっても良いし、何れか一方、又は両方が複数であっても良い。例えば、１つの上型１２と２つ以上の下型１１とを組にして使用する物や、２つ以上の上型１２と２つ以上の下型１１とを組にして使用する物であっても良い。
（ガラス基板の製造方法）
本発明におけるガラス基板の製造方法は、溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造する方法であり、下型１１に形成された第１の成形面１３に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、第１の成形面１３、及び上型１２に形成された第２の成形面１４で、第１の成形面１３に供給された溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板を得る加圧工程とを有している。金型は、第１の成形面１３のうち、加圧前に前記溶融ガラスに接触する中心部１３ａの表面粗さＲａよりも、加圧後に初めて溶融ガラスに接触する周辺部１３ｂの表面粗さＲａの方が大きい下型１１を有する金型１０を使用する。
本発明におけるガラス基板の製造方法は、溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造する方法であり、下型１１に形成された第１の成形面１３に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、第１の成形面１３、及び上型１２に形成された第２の成形面１４で、第１の成形面１３に供給された溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板を得る加圧工程とを有している。金型は、第１の成形面１３のうち、加圧前に前記溶融ガラスに接触する中心部１３ａの表面粗さＲａよりも、加圧後に初めて溶融ガラスに接触する周辺部１３ｂの表面粗さＲａの方が大きい下型１１を有する金型１０を使用する。
（溶融ガラス供給工程）
溶融ガラス供給工程は、下型に形成された第１の成形面に溶融ガラスを供給する工程である。図４は、溶融ガラス供給工程における下型１１と溶融ガラス２３等を示す模式図である。先ず、流出ノズル２１から溶融ガラス２３を流出して下型１１に供給する（図４（ａ））。その後、溶融ガラスが所定量に達するとブレード２２によって溶融ガラス２３を切断し、溶融ガラス２３を分離する（図４（ｂ））。溶融ガラス供給工程において供給された溶融ガラス２３は第１の成形面１３の中心部１３ａと接触し、主にそこからの放熱によって冷却が始まる。
溶融ガラス供給工程は、下型に形成された第１の成形面に溶融ガラスを供給する工程である。図４は、溶融ガラス供給工程における下型１１と溶融ガラス２３等を示す模式図である。先ず、流出ノズル２１から溶融ガラス２３を流出して下型１１に供給する（図４（ａ））。その後、溶融ガラスが所定量に達するとブレード２２によって溶融ガラス２３を切断し、溶融ガラス２３を分離する（図４（ｂ））。溶融ガラス供給工程において供給された溶融ガラス２３は第１の成形面１３の中心部１３ａと接触し、主にそこからの放熱によって冷却が始まる。
下型１１は予め所定温度に加熱しておく。下型１１の温度に特に制限はなく、ガラスの種類やガラス基板のサイズ等によって適宜決定すればよい。下型１１の温度が低すぎるとガラス基板の平面度が悪化したり、転写面へのしわの発生等の問題が起こる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスとの融着が発生したり、金型の劣化が著しくなることから好ましくない。通常は、成形するガラスのＴｇ（ガラス転移点）−２００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度範囲とすることが好ましい。
下型１１の加熱手段にも特に制限はなく、公知の加熱手段の中から適宜選択して用いることができる。例えば、下型１１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、下型１１の外側に接触させて使用するシート状のヒーターなどを用いることができる。また、赤外線加熱装置や、高周波誘導加熱装置を用いて加熱することもできる。
（加圧工程）
加圧工程は、第１の成形面１３、及び上型１２に形成された第２の成形面１４で、第１の成形面１３に供給された溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板２４を得る工程である。
加圧工程は、第１の成形面１３、及び上型１２に形成された第２の成形面１４で、第１の成形面１３に供給された溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板２４を得る工程である。
図５は、加圧工程におけるガラス基板成形用金型１０とガラス基板２４を示す模式図である。溶融ガラス供給工程において溶融ガラス２３が供給された下型１１は、上型１２と対向する位置まで水平移動する。その後、下型１１の第１の成形面１３と、上型１２の第２の成形面１４とで溶融ガラスを加圧する。溶融ガラスは、加圧によって広がって第１の成形面１３の周辺部１３ｂにも接触する。溶融ガラスは第１の成形面１３及び第２の成形面１４との接触面から放熱することによって冷却・固化し、ガラス基板２４となる。
上述のように、本発明の製造方法においては、第１の成形面１３のうち、加圧前に前記溶融ガラスに接触する中心部１３ａの表面粗さＲａよりも、加圧後に初めて溶融ガラスに接触する周辺部１３ｂの表面粗さＲａの方が大きい金型を使用する。そのため、第１の成形面の周辺部からの放熱速度が、中心部からの放熱速度よりも高くなる。その結果、溶融ガラスの中心部の温度がＴ２に達した時点（ｔ３）における、中心部と周辺部の温度差（ΔＴ）を小さくすることができ、高い平面度を有するガラス基板を得ることができる。
なお、上型１２は、下型１１と同様に所定温度に加熱されている。加熱温度や加熱手段については上述の下型１１の場合と同様である。加熱温度は下型１１と同じであっても良いし異なっていても良い。
下型１１と上型１２に荷重を負荷して溶融ガラスを加圧するための加圧手段は、公知の加圧手段を適宜選択して用いることができる。例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等が挙げられる。
（情報記録媒体用ガラス基板の製造方法）
上述の製造方法によって製造されたガラス基板（ブランク材）に、少なくとも研磨工程を加えることにより情報記録媒体用ガラス基板を製造することができる。図６は、本発明の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法によって製造した情報記録媒体用ガラス基板の１例を示す図である。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は断面図である。情報記録媒体用ガラス基板３０は中心穴３３が形成された円板状のガラス基板であって、主表面３１、外周端面３４、内周端面３５を有している。外周端面３４と内周端面３５には、それぞれ面取り部３６、３７が形成されている。
上述の製造方法によって製造されたガラス基板（ブランク材）に、少なくとも研磨工程を加えることにより情報記録媒体用ガラス基板を製造することができる。図６は、本発明の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法によって製造した情報記録媒体用ガラス基板の１例を示す図である。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は断面図である。情報記録媒体用ガラス基板３０は中心穴３３が形成された円板状のガラス基板であって、主表面３１、外周端面３４、内周端面３５を有している。外周端面３４と内周端面３５には、それぞれ面取り部３６、３７が形成されている。
研磨工程は、製造されたガラス基板（ブランク材）の主表面を研磨する工程であり、最終的に情報記録媒体用ガラス基板として要求される平滑性に仕上げる工程である。研磨の方法は、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法として用いられる公知の方法をそのまま用いることができる。例えば、対向配置した２つの回転可能な定盤の対向する面にパッドを貼り付け、２つのパッド間にガラス基板を配置し、ガラス基板表面にパッドを接触させながら回転させると同時に、ガラス基板表面に研磨剤を供給する方法で行うことができる。また、研磨剤の粒度やパッドの種類を変えて、粗研磨工程、精密研磨工程といったように複数の工程に分けて研磨を行うことも好ましい。
研磨剤としては、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどが挙げられる。この中でも、ガラスとの反応性が高く、短時間で平滑な研磨面が得られる酸化セリウムを用いることが好ましい。
パッドは硬質パッドと軟質パッドとに分けられるが、必要に応じて適宜選択して用いることができる。硬質パッドとしては、硬質ベロア、ウレタン発泡、ピッチ含有スウェード等を素材とするパッドが挙げられ、軟質パッドとしては、スウェードやベロア等を素材とするパッドが挙げられる。
また、本発明の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法においては、ガラス基板（ブランク材）の主表面を研磨する研磨工程の他、内外周加工工程やラッピング工程を行うことが好ましい。内外周加工工程は、中心孔の穿孔加工、外周端面や内周端面の形状や寸法精度確保のための研削加工、内外周端面の研磨加工等を行う工程であり、ラッピング工程は、記録層が形成される面の平面度、厚み、平行度等を満足させるため、研磨工程の前にラッピング加工を行う工程である。更に、ガラス基板の材料として化学強化ガラスや結晶化ガラスを用いる場合には、加熱された化学強化処理液にガラス基板を浸漬してイオン交換を行う化学強化工程や、熱処理によって結晶化を行う結晶化工程等を必要に応じて適宜行うことができる。これらの内外周加工工程、ラッピング工程、化学強化工程、結晶化工程等の各工程は、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法として通常用いられている方法により行うことができる。
なお、本発明の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法においては、上記以外の種々の工程を有していても良い。例えば、ガラス基板の内部歪みを緩和するための熱処理を行うアニール工程、ガラス基板の強度の信頼性確認のためのヒートショック工程、ガラス基板の表面に残った研磨剤や化学強化処理液等の異物を除去する洗浄工程、種々の検査・評価工程等を有していても良い。
ガラス基板の材料に特に制限はなく、情報記録媒体用ガラス基板の材料として用いられる材料を適宜選択して用いることができる。中でも、化学強化ガラスや結晶化ガラスは、耐衝撃性や耐振動性に優れるため好ましい。化学強化が可能なガラス材料としては、例えば、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯを主成分としたソーダライムガラス；ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｒ2Ｏ（Ｒ＝Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ）を主成分としたアルミノシリケートガラス；ボロシリケートガラス；Ｌｉ2Ｏ−ＳｉＯ2系ガラス；Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系ガラス；Ｒ’Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系ガラス（Ｒ’＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）などが挙げられる。
ガラス基板の大きさにも特に制限はない。例えば、外径が２．５インチ、１．８インチ、１インチ、０．８インチ等種々の大きさのガラス基板を用いることができる。また、ガラス基板の厚みにも制限はない。例えば、１ｍｍ、０．６４ｍｍ、０．４ｍｍ等種々の厚みのガラス基板を用いることができる。
（情報記録媒体の製造方法）
本発明の情報記録媒体用ガラス基板に、少なくとも記録層を形成することで情報記録媒体を製造することができる。記録層は特に限定されず、磁気、光、光磁気等の性質を利用した種々の記録層を用いることができるが、特に磁性層を記録層として用いた情報記録媒体（磁気ディスク）の製造に好適である。
本発明の情報記録媒体用ガラス基板に、少なくとも記録層を形成することで情報記録媒体を製造することができる。記録層は特に限定されず、磁気、光、光磁気等の性質を利用した種々の記録層を用いることができるが、特に磁性層を記録層として用いた情報記録媒体（磁気ディスク）の製造に好適である。
磁性層に用いる磁性材料としては、特に制限はなく公知の材料を適宜選択して用いることができる。例えば、Ｃｏを主成分とするＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＮｉ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＮｉＰｔ、ＣｏＮｉＣｒＰｔ、ＣｏＮｉＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＳｉＯなどが挙げられる。また、磁性層を非磁性膜（例えば、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶなど）で分割してノイズの低減を図った多層構成としてもよい。
磁性層として、上記のＣｏ系材料の他、フェライト系や鉄−希土類系の材料や、ＳｉＯ2、ＢＮなどからなる非磁性膜中にＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＰｔ等の磁性粒子が分散された構造のグラニュラーなどを用いることもできる。磁性層は、面内型、垂直型の何れであっても良い。
磁性膜の形成方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、スパッタリング法、無電解メッキ法、スピンコート法などが挙げられる。
磁気ディスクには、更に必要により下地層、保護層、潤滑層等を設けても良い。これらの層はいずれも公知の材料を適宜選択して用いることができる。下地層の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Ａｌ、Ｎｉなどが挙げられる。保護層の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｃｒ合金、Ｃ、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2などが挙げられる。また、潤滑層としては、例えば、パーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）等からなる液体潤滑剤を塗布し、必要に応じ加熱処理を行ったものなどが挙げられる。
（実施例１〜６）
ガラス基板成形用金型として、下型の第１の成形面の中心部の表面粗さＲａを０．１μｍ、周辺部の表面粗さＲａを０．１２μｍ（実施例１）、０．１５μｍ（実施例２）、０．５μｍ（実施例３）、１μｍ（実施例４）、２μｍ（実施例５）、３μｍ（実施例６）としたものを用意した。表面粗さＲａの調整は、研削加工の砥石の砥粒度を調整することにより行った。なお、ここでは第１の成形面のうち、直径３５ｍｍの円よりも内側の領域を中心部、外側の領域を周辺部とした。上型及び下型の材質は、超硬度鋼（Ｍ４５：東芝タンガロイ（株）製）：熱伝導４２Ｗ／ｍ・Ｋを用いた。
ガラス基板成形用金型として、下型の第１の成形面の中心部の表面粗さＲａを０．１μｍ、周辺部の表面粗さＲａを０．１２μｍ（実施例１）、０．１５μｍ（実施例２）、０．５μｍ（実施例３）、１μｍ（実施例４）、２μｍ（実施例５）、３μｍ（実施例６）としたものを用意した。表面粗さＲａの調整は、研削加工の砥石の砥粒度を調整することにより行った。なお、ここでは第１の成形面のうち、直径３５ｍｍの円よりも内側の領域を中心部、外側の領域を周辺部とした。上型及び下型の材質は、超硬度鋼（Ｍ４５：東芝タンガロイ（株）製）：熱伝導４２Ｗ／ｍ・Ｋを用いた。
下型と上型を共に４００℃に加熱し、溶融ガラスを下型の第１の成形面に供給した後、上型の第２の成形面との間でプレス成形を行った。ガラス材料はボロシリケートガラスを用いた。上下の金型で５秒間加圧した後、片開きを行ってガラス基板を回収した。ガラス基板の外径は約７０ｍｍ、ガラス基板の厚みは約１ｍｍであった。
次に、得られたガラス基板の平面度を測定した。平面度は干渉計で測定し、理想平面からのずれ量のＰＶ値で表した。平面度の判定は、１０μｍ以下の場合を非常に良好（判定：◎）、１０μｍを超え２０μｍ以下の場合を良好（判定：○）とした。また、平面度が２０μｍを超えると情報記録媒体用ガラス基板を製造するための後工程に多大の時間と労力が必要になるため問題有り（判定：×）とした。なお、判定は１０枚のガラス基板の平面度を測定して求めた平均値により行った。
結果を表１に示す。実施例１〜６は、何れも平面度が２０μｍ以下であり良好であった。特に、第１の成形面の周辺部の表面粗さＲａが、中心部の表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下である実施例２〜５は、何れも平面度が１０μｍ以下と非常に良好であった。
（比較例１、２）
下型の第１の成形面の周辺部の表面粗さＲａを０．０５μｍ（比較例１）、０．１μｍ（比較例２）とした以外は実施例１〜６と同様にガラス基板の成形と評価を行った。結果を表１に併せて示す。
下型の第１の成形面の周辺部の表面粗さＲａを０．０５μｍ（比較例１）、０．１μｍ（比較例２）とした以外は実施例１〜６と同様にガラス基板の成形と評価を行った。結果を表１に併せて示す。
比較例１、２共に平面度が２０μｍを超え、良好なガラス基板を得ることはできなかった。
（実施例７〜１０）
ガラス基板成形用金型として、下型の第１の成形面の中心部の表面粗さＲａを１μｍ、周辺部の表面粗さＲａを１．３μｍ（実施例７）、１．５μｍ（実施例８）、２μｍ（実施例９）、５μｍ（実施例１０）としたものを用意した。上型及び下型の材質は、カーボンセラミックス（ＢＳ１１５０９：虹技（株）製：熱伝導率６７Ｗ／ｍ・Ｋを用いた。その他は、実施例１〜６と同様の条件でガラス基板の成形と評価を行った。結果を表２に示す。
ガラス基板成形用金型として、下型の第１の成形面の中心部の表面粗さＲａを１μｍ、周辺部の表面粗さＲａを１．３μｍ（実施例７）、１．５μｍ（実施例８）、２μｍ（実施例９）、５μｍ（実施例１０）としたものを用意した。上型及び下型の材質は、カーボンセラミックス（ＢＳ１１５０９：虹技（株）製：熱伝導率６７Ｗ／ｍ・Ｋを用いた。その他は、実施例１〜６と同様の条件でガラス基板の成形と評価を行った。結果を表２に示す。
実施例７〜１０は、何れも平面度が２０μｍ以下であり良好であった。特に、実施例８〜１０は、何れも平面度が１０μｍ以下と非常に良好であった。
（比較例３、４）
下型の第１の成形面の周辺部の表面粗さＲａを０．５μｍ（比較例３）、１μｍ（比較例４）とした以外は実施例７〜１０と同様にガラス基板の成形と評価を行った。結果を表２に併せて示す。
下型の第１の成形面の周辺部の表面粗さＲａを０．５μｍ（比較例３）、１μｍ（比較例４）とした以外は実施例７〜１０と同様にガラス基板の成形と評価を行った。結果を表２に併せて示す。
比較例３、４共に平面度が２０μｍを超え、良好なガラス基板を得ることはできなかった。
Claims (9)
- 溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造するためのガラス基板成形用金型において、
前記溶融ガラスが供給され、供給された該溶融ガラスを加圧するための第１の成形面を備える下型と、
前記第１の成形面との間で前記溶融ガラスを加圧するための第２の成形面を備える上型と、を有し、
前記第１の成形面のうち、加圧前に前記供給された溶融ガラスと接触する中心部の表面粗さＲａよりも、加圧後に前記溶融ガラスと接触する周辺部の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とするガラス基板成形用金型。 - 前記中心部の表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス基板成形用金型。
- 前記周辺部の表面粗さＲａが、前記中心部の表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のガラス基板成形用金型。
- 溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を製造するガラス基板の製造方法において、
下型に形成された第１の成形面に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給工程と、
前記第１の成形面、及び上型に形成された第２の成形面で、前記第１の成形面に供給された前記溶融ガラスを加圧しながら冷却してガラス基板を得る加圧工程と、を有し、
前記第１の成形面のうち、加圧前に前記供給された溶融ガラスと接触する中心部の表面粗さＲａよりも、加圧後に前記溶融ガラスと接触する周辺部の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記中心部の表面粗さＲａが、０．０５〜３．００μｍで、前記周辺部の表面粗さＲａが、０．０７〜１０．００μｍであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記周辺部の表面粗さＲａが、前記中心部の表面粗さＲａの１．５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記ガラス基板は、情報記録媒体用ガラス基板を製造するためのガラス基板であることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第６項の何れか１項に記載のガラス基板の製造方法。
- 請求の範囲第７項に記載のガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板を研磨する工程を有することを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
- 請求の範囲第８項に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造された情報記録媒体用ガラス基板に記録層を形成する工程を有することを特徴とする情報記録媒体の製造方法。
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