KR100390637B1 - 글래스 기판 성형용 금형, 글래스 기판 성형용 글래스소재, 글래스 기판의 제조방법 및 자기 디스크용 글래스기판 - Google Patents

글래스 기판 성형용 금형, 글래스 기판 성형용 글래스소재, 글래스 기판의 제조방법 및 자기 디스크용 글래스기판 Download PDF

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Abstract

한 쌍의 상하형(1, 2)과 상하형의 공극을 규제하는 규제부재(3)로 이루어지는 성형용 금형내에 글래스 소재(4)를 설치한 후, 글래스 소재를 가열하여 연화시켜, 가압성형하여, 평행 평판상 글래스 기판을 제조한다. 이 때 규제부재의 열수축량은 글래스 소재의 열수축량 보다도 작다. 이 때문에, 성형후, 냉각시에 글래스 기판은 금형과 분리한다. 본 발명에 의하면, 표면의 평활성과 형상 정밀도가 뛰어 나고, 염가로 대량 생산에 알맞은 자기 디스크 등의 기록매체에 적합한 글래스 기판을 제공할 수 있다.

Description

글래스 기판 성형용 금형, 글래스 기판 성형용 글래스 소재, 글래스 기판의 제조방법 및 자기 디스크용 글래스 기판 {Glass substrate forming mold, glass substrate forming glass material, production method for glass substrate and glass substrate for magnetic disk}
최근, 자기기록 분야, 특히 자기 디스크에 있어서는 소형화, 박형화, 고용량화 등의 고성능화가 진행되고 있다. 이것에 따라 고밀도 자기기록매체로의 요구가 높아지고 있다. 글래스 기판은 고 강성, 고 경도로 평활화가 용이하고, 고 밀도화, 고 신뢰성화에 매우 유리하기 때문에 왕성하게 검토되고 있다.
종래, 자기 디스크용 글래스 기판은 소정 사이즈로 오려낸 후, 평활한 표면을 얻기 위해 기판을 연마하는 연마법에 의해 제조되어 왔다. 그러나, 최근, 기판 표면에는 초평활성이 요구되어, 연마공정에는 기술적으로도 매우 곤란한 높은 정밀도가 요청되게 되었다. 따라서, 이러한 기판을 1장 1장 연마하는 것은 공정수도 많고 고가로 된다는 결점이 있었다.
또한, 글래스 소재를 가열, 성형, 냉각함으로써, 성형형의 성형면을 전사하는 프레스 성형법은 후가공을 필요로 하지 않기 때문에, 염가로 생산성이 높고, 또한 고품질이기 때문에, 광학소자 제조분야에서는 이미 수많은 검토가 이루어져, 실용화가 도모되고 있다.
그러나, 글래스 기판과 같이 기판 두께가 얇고, 외경이 크며, 기판 두께와 외경과의 비가 큰 것을 성형하는 것은 광학소자와 같이 렌즈 두께와 외경과의 비가 비교적 작고, 곡률을 가진 것을 성형할 때와는 다른 과제를 갖고 있었다.
예컨대 특개평 1-176237호 공보에서는 통형과, 이 통형에 슬라이딩가능하게끼워 맞춰지는 렌즈면 성형형과, 통형의 주변을 유지하는 통형 홀더를 구비하며, 통형의 열수축량을 렌즈 소재의 열수축량 보다 작고, 통형 홀더의 열수축량을 렌즈 소재의 열수축량 보다도 크게 구성한 것을 특징으로 하는 렌즈성형장치를 사용한 성형방법이 개시되어 있다.
이 장치를 사용하면, 통형 홀더의 두께 치수를 규정함으로써 소망하는 두께의 성형 글래스 렌즈를 얻을 수 있고, 또한 통형 홀더의 열수축량이 렌즈 소재의 열수축량 보다도 크게 구성되어 있기 때문에, 냉각 과정에서는 항상 렌즈에 상형의 가압력이 작용하므로, 렌즈는 소망하는 면형상을 얻을 수 있다.
그러나, 외경(X)과 두께(Y)의 관계가 X > 40Y와 같은 얇은 글래스 기판을 성형할 때에, 이와 같이 상형의 가압력이 항상 글래스 소재에 걸린 상태에서 냉각하면, 글래스 소재가 상하형에 밀착하여 이형할 수 없다는 결점이 있었다. 최근에는 특히 글래스 기판 표면의 초평활화가 요청되고, 금형 전사면을 초평활하게 할수록 그 경향이 강하게 된다.
또한, 예컨대 특개평 2-26843호 공보에서는 외경이 크고, 두께가 얇은 글래스 성형체를 성형하기 위해, 얇은 형상의 피성형 글래스 소재를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 피성형 글래스 소재가 글래스 성형체에 가까운 형상을 하고 있기 때문에, 가열하기 쉽고, 변형량도 적고, 성형 사이클을 짧게 하는 것이 용이하다.
그러나, 이러한 형상의 글래스 소재를 사용하여, 평행 평판인 글래스 기판을 성형하면, 글래스 소재를 성형형에 설치한 시점에서 글래스 소재와 성형형 사이에 공기가 들이쳐서, 성형과정을 거쳐도 이것을 모두 제거할 수 없어서, 글래스 기판에 버블을 발생시킨다는 결점이 있었다. 또한, 여기서도 글래스 기판 표면을 초평활하게 할수록 그 경향이 강하게 된다.
본 발명은 자기 디스크 등의 기록매체에 알맞은 자기 디스크용 글래스 기판을 대량으로 염가로 생산하는 방법에 관한 것이다.
도 1(a)는 본 발명의 실시형태 1 및 2에 있어서의 글래스 기판 성형용 금형의 단면도, 도 1(b)는 본 발명의 실시형태 3 및 4에 있어서의 글래스 기판 성형용 금형의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1∼4에 있어서의 글래스 기판 성형용 금형의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 글래스 기판 성형용 글래스 소재의 외관도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1 및 2에 있어서의 글래스 기판의 성형장치의 개요를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 3 및 4에 있어서의 글래스 기판의 성형장치의 개요를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 글래스 기판의 외관도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 상형 2: 하형
1a, 2a: 성형면 3: 규제부재
4: 글래스 소재 5: 오목부
19: 글래스 기판
본 발명은 상기한 종래 기술의 결점을 해소하여, 초평활한 표면을 갖고, 프레스 성형으로 제조가능한 자기 디스크용 글래스 기판과, 이것을 얻을 수 있는 글래스 기판 성형용 금형, 글래스 기판 성형용 글래스 소재, 및 글래스 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성으로 한다.
본 발명의 글래스 기판 성형용 금형은 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지고, 평행 평판상 글래스 기판을 제조하기 위한 글래스 기판 성형용 금형에 있어서, 상기 규제부재의 열수축량이 상기 글래스 기판 재료의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 한다. 상하형의 두께 방향의 공극을규제하는 규제부재의 열수축량이 글래스 기판 재료의 열수축량 보다도 작기 때문에, 성형후 냉각시에, 글래스 기판의 상면 및/또는 하면은 금형과 분리한다. 따라서, 두께에 대하여 직경이 크고, 또한 표면이 초평활한 글래스 기판을 용이하게 제조할 수 있다.
여기서, 글래스 기판 재료 보다도 열수축량이 작은 규제부재의 재질로는 사용하는 글래스 소재에 따라 다르지만, 예컨대, 텅스텐카바이드, 알루미나, 크롬, 사파이어, 지르콘 등을 들 수 있다.
본 발명의 성형용 금형은 외경(X)과 두께(Y)와의 관계가 X > 40Y를 만족하는 글래스 기판의 성형에 사용하면 상기 효과를 특히 현저하게 발휘한다.
또한, 본 발명의 성형용 금형에 있어서의 규제부재는 상하형의 공극을 1㎜ 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
사용한 금형을 특정하기 위해, 상하형 중 적어도 어느 한 쪽의 중앙부에 오목부를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 그 오목부를 다수로 함으로써 식별할 수 있는 종류를 증대시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 글래스 기판 성형용 글래스 소재는 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형을 사용하여 평행 평판상 글래스 기판을 제조할 때에 사용되는 글래스 소재로, 상기 규제부재의 열수축량 보다도 큰 열수축량을 가지며, 상기 성형용 금형에 설치된 때에는 상기 성형용 금형과 점접촉하여, 가압성형됨으로써 상기 성형용 금형과의 접촉부가 넓어질 때에는 상기 접촉부에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 변형하는형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 글래스 기판의 제조방법은 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 글래스 소재를 설치한 후, 상기 글래스 소재를 가압성형하여, 평행 평판상 글래스 기판을 제조하는 방법으로, 상기 규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작고, 상기 글래스 소재는 상기 성형용 금형내에 설치되었을 때에는 상기 성형용 금형과 점접촉하여, 가압성형됨으로써 상기 성형용 금형과의 접촉부가 넓어질 때에는 상기 접촉부에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 변형하는 것을 특징으로 한다.
상기 글래스 기판 성형용 글래스 소재 및 제 1 글래스 기판의 제조방법에 의하면, 상하형의 두께 방향의 공극을 규제하는 규제부재의 열수축량이 글래스 소재의 열수축량 보다도 작기 때문에, 성형후 냉각시에 글래스 기판의 상면 및/또는 하면은 금형과 분리한다. 따라서, 두께에 대하여 직경이 크고, 또한 표면이 초평활한 글래스 기판을 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 글래스 소재는 금형에 대하여, 당초는 점접촉하여, 그 후 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 접촉면적을 증대시키면서 성형되어 가기 때문에, 원료에 대한 성형의 제품 비율이 양호하고, 고 품질의 글래스 기판을 안정하게 얻을 수 있다. 이것을 실현하기 위한 글래스 소재의 형상으로서, 예컨대 그 수직 단면이 원형상 또는 타원 형상인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 글래스 기판의 제조방법은 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 글래스 소재를 설치하는 제 1 공정과, 상기 글래스 소재를 가열하여 연화시키는 제 2 공정과, 상기 글래스 소재를 평행 평판상 글래스 기판에 가압성형하는 제 3 공정과, 상기 글래스 기판을 냉각하는 제 4 공정과, 상기 글래스 기판을 집어내는 제 5 공정을 구비하며, 상기규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 3 글래스 기판의 제조방법은 받침 접시 상에 글래스 소재를 설치하는 제 1 공정과, 상기 글래스 소재를 가열하여 연화시키는 제 2 공정과, 상기 받침 접시 상의 상기 글래스 소재를 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 설치하는 제 3 공정과, 상기 글래스 소재를 평행 평판상 글래스 기판에 가압성형하는 제 4 공정과, 상기 글래스 기판을 냉각하는 제 5 공정과, 상기 글래스 기판을 집어내는 제 6 공정을 구비하며, 상기 규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 한다.
상기 제 2, 제 3 제조방법에 있어서, 냉각공정에서 글래스 기판의 온도가 적어도 글래스 전이점 온도가 될 때까지 가압을 계속하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 금형의 형상 정밀도를 정확하게 글래스 기판에 전사할 수 있다.
상기 제 1, 제 2, 제 3 제조방법에 있어서, 글래스 기판의 외경(X)과 두께(Y)와의 관계가 X > 40Y를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 규제부재는 상하형의 공극을 1㎜ 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 상하형 중 적어도 어느 한 쪽의 중앙부에 오목부를 형성하는 것이 바람직하고, 그 오목부는 다수인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 제조방법에 의해 얻어지는 글래스 기판은 자기 디스크용으로서 바람직하고, 자기 디스크용 글래스 기판으로 한 경우, 글래스 기판의 표면에 영향을 미치지 않을 것 같은 버블을 글래스 기판내에 포함하게 하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 금형 성형에 의해 소망하는 초평활한 표면을 가진 물결이 없는 글래스 기판이 후가공을 필요로 하지 않고서 얻어진다. 따라서, 염가로 안정한 품질의 자기 디스크용 글래스 기판을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도 1∼도 6을 참조하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1(a)는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 글래스 기판 성형용 금형내에 글래스 기판 성형용 글래스 소재(4)를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
글래스 기판 성형용 금형은 소망하는 표면 거칠기를 갖는 글래스 기판(19; 도 6)을 얻기 위한 성형면(1a)을 구비한 상형(1)과, 이 상형(1)과 거의 동축상으로 대향배치되고 소망하는 표면 거칠기를 갖는 글래스 기판(19)을 얻기 위한 성형면(2a)을 구비한 하형(2)과, 성형 완료시의 상형(1)의 성형면(1a)과 하형(2)의 성형면(2a) 사이의 공극을 규제하는 규제부재(3)로 구성되어 있다. 이 때의 성형면(1a, 2a)의 표면 거칠기(Ra)는 자기 디스크용으로는 5㎚ 이하가 적당하고, 바람직하게는 2㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎚ 이하이다.
또한, 상기 공극은 성형하는 글래스 기판의 두께에 따라 다르지만, 글래스 기판의 두께와 거의 같고, 최대로도 1㎜ 정도이다.
사용한 금형을 특정하기 위해, 구체적으로는 사용한 금형번호를 판별하기 위해, 상형(1) 및 하형(2)의 중앙부에는 다수의 오목부(5)가 형성되어 있다. 도 2는 그 오목부(5)를 형성한 상형(1)을 상면에서 본 도면이다.
이러한 글래스 기판 성형용 금형을 사용하면, 글래스 기판 성형후, 글래스 기판의 양면에는 이 오목부(5)가 전사한 볼록부가 형성된다. 구체적으로는, 금형의 중앙부에 횡 1열로 배열된 8개의 작은 오목부와, 그 8개의 오목부에 대응한 개소(각각의 아래)에 금형 번호에 따라 다르도록 0∼8개의 오목부가 여러가지 조합으로 횡 1열로 배열된다. 이것에 의해 글래스 기판(19)이 어떤 금형으로 성형되었는가를 판별할 수 있도록 되어 있다. 이 경우는 256가지로 조합된다. 이 수는 금형을 판별하는데 충분한 수이지만, 이러한 오목부의 배치는 8개로 한정되는 것이 아니라, 용도에 따라 오목부의 수를 변화시켜도 좋고, 오목부의 배열방법을 변화시켜도 좋다. 한편, 이러한 오목부는 금형을 특정하는 것 외에, 금형과 글래스 기판과의 이형성을 양호하게 하는 효과도 갖는다.
글래스 기판 성형용 금형의 각 부재는 텅스텐카바이드(WC)를 주성분으로 하는 초경합금(「이게탈로이」(스미토모 전기공업주식회사의 상표), 바인더리스 시리즈, 선열팽창계수 α= 43 ×10-7(실온∼400℃))에 의해 형성된다. 성형면(1a, 2a)은 소망하는 표면 거칠기로 가공되어, 백금(Pt)계 합금 보호막에 의해 피복되어 있다.
도 3은 글래스 기판 성형용 글래스 소재(4)의 형상의 예를 도시하고 있다. 글래스 소재의 형상은 금형에 설치한 초기 상태에서는 점접촉하여, 변형과정에서는 금형과의 사이에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 접촉부가 넓어져가는 형상이면 좋다. 구체적으로는 수직 단면이 원형상 또는 타원형상인 것이 바람직하다. 초석 종류(硝種)로는 소다 라임계 글래스(글래스 전이점 온도 Tg = 539℃, 선열팽창계수 α= 87 ×10-7(100∼30O℃))를 사용하였다.
또한, 도 4는 도 1(a)에 나타내는 글래스 기판 성형용 금형과 도 3(b)에 나타내는 글래스 기판 성형용 소재(외경 20㎜, 두께 7㎜, 두께 방향 단면형상은 대략 타원형상)를 사용하여, 도 6(c)에 나타내는 글래스 기판(19)을 성형하기 위한 글래스 기판의 성형장치의 개요를 나타내는 단면도이다.
상형(1)은 히터(6)에 고정되고, 히터(6)는 챔버(12)에 단열판(8)을 통해 고정되어 있다. 또한, 하형(2)은 히터(7)에 고정되고, 히터(7)는 단열판(9)을 통해 실린더(11)에 의해 상하구동하는 실린더 로드(10) 상에 고정되어 있다. 링형상 규제부재(3)는 하형(2)의 플랜지면에 성형완료시 상형(1)과 하형(2)과의 공극이 0.635㎜가 되도록 설치되어 있다.
다음에 성형하는 과정에 관해서 설명한다. 본 발명의 실시형태 1에서 제작한 글래스 기판은 외경 65㎜, 두께 0.635㎜의 자기 디스크용 글래스 기판이다.
우선, 설치대(15)에 공급된 글래스 소재(4)는 챔버(12) 밖에서 초석재(硝材) 지퍼(16)에 의해, N2분위기 중의 챔버(12) 내의 하형 성형면(2a) 상의 거의 중앙에 설치된다.
설치후, 하형(2)이 실린더(11)에 의해 천천히 상승한다. 글래스 소재(4)가 상형 성형면(1a)에 접할 때까지 상승하면 히터(6, 7)의 전원이 들어온다. 글래스소재(4)는 770℃(글래스 점도가 7.1 포아즈가 되는 온도)로 가열되어, 소재 내부가 이 온도가 될 때까지 가열된다. 가열에 의해 글래스 소재(4)는 팽창하여, 상하형이 고정되어 있는 것에 따라 변형을 일으킨다. 이 때, 버블을 휩쓸려 들어가게 하는 일도 있기때문에, 하형(2)은 저 하중에 의해 유지되어 있다.
글래스 소재(4)가 내부까지 가열 연화된 후, 실린더(11)에 의해 하형(2)에 고 하중이 걸림으로써 하형(2)이 상승하여, 글래스 소재(4)가 가압성형되어, 규제부재(3)가 상형(1)의 플랜지부에 접하면 변형은 종료한다.
이 때, 글래스 소재(4)는 규제부재(3)에 의해 상형(1)과 하형(2) 사이에 형성되는 공극과 동일한 0.635㎜의 두께로 성형되어 있다.
변형이 종료한 시점에서 히터(6, 7)의 전원은 꺼지고, 고 하중이 유지된 채로 상형(1), 하형(2), 규제부재(3) 및 글래스 소재(4)는 냉각된다. 이 때, 강제적으로 냉각하여도 좋지만, 성형용 금형의 면내가 될 수 있는 한 균일온도가 되도록 냉각되어야 한다.
이 냉각과정에서, 상형(1), 하형(2), 규제부재(3) 및 글래스 소재(4)는 각각 수축한다. 상형(1)과 하형(2)은 규제부재(3)에 의해 공극이 규제되어 있기 때문에, 이 공극량은 규제부재(3)의 수축량에 의존한다. 규제부재(3)의 열수축량 보다도 글래스 소재(4)의 열수축량이 크기 때문에, 온도가 내려감에 따라 점차로 글래스 소재(4)는 상하 금형으로부터 이형할 수 있다.
글래스 기판 성형용 금형에는 글래스 소재(4)의 온도가 글래스 전이점 온도인 539℃가 될 때까지 실린더(11)에 의해 고 하중이 걸리고, 그 후 저 하중으로 감압된다.
그 후, 300℃ 정도까지 냉각후, 실린더(11)에 의해 하형(2)은 하강되어, 원점위치로 되돌아간다. 성형용 금형내에 남은 글래스 기판(19)은 도시되어 있지 않은 반송 패드에 의해 냉각공정의 냉각 상히터(17)와 냉각 하히터(18) 사이에 옮겨져, 서냉된 후, 성형장치로부터 집어낸 다음에 성형은 종료한다.
도 6(c)은 본 실시형태에 의한 글래스 기판(19)의 외관도를 나타내고 있다. 얻어진 글래스 기판(19)은 금형 성형면의 형상이 거의 전사되어, 표면 거칠기가 1㎚인 초평활한 표면을 갖고, 평탄도 5㎛ 이내로 물결이 없으며, 중앙부에 성형용 금형 번호를 판별하기 위한 볼록부(22)를 갖고 있다.
또한, 여기서는 상형(1) 및 하형(2)의 중앙부에 금형 번호를 판별하기 위한 다수의 오목부(5)를 형성한 경우를 설명하였지만, 상형(1) 및 하형(2) 중 어느 한 쪽에만 이 오목부(5)를 형성한 경우이어도 좋다. 또한, 이 오목부(5)가 없어도 좋고, 이 경우에 얻어지는 글래스 기판(19)은 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 볼록부(22)를 갖지 않은 것 외에는 도 6(c)에 나타내는 글래스 기판과 완전히 동일한 글래스 기판이다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2는 글래스 기판 성형용 글래스 소재(4)로서, 내부에 버블을 포함한 소재를 사용하는 것 외에는 실시형태 1과 동일하다. 즉, 버블을 포함한 소재를 성형함으로써, 본 발명에 의한 글래스 기판(19)은 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 내부에 버블(21)을 포함한 것으로 되며, 버블(21)을 포함하지 않은 도6(a) 또는 도 6(c)에 나타내는 글래스 기판(19) 보다도 비중이 가벼운 것으로 되어, 고속 회전을 요구하는 자기 디스크용 글래스 기판으로서 유효하다.
(실시형태 3)
도 1(b)는 본 발명의 실시형태(3)에 있어서의 글래스 기판 성형용 금형내에 글래스 기판 성형용 글래스 소재(4)를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
글래스 기판 성형용 금형은 소망하는 표면 거칠기를 갖는 글래스 기판(19; 도 6)을 얻기 위한 성형면(1a)을 구비한 상형(1)과, 이 상형(1)과 거의 동축상으로 대향배치되고 소망하는 표면 거칠기를 갖는 글래스 기판(19)을 얻기 위한 성형면(2a)을 구비한 하형(2)과, 성형완료시의 상형(1)의 성형면(1a)과 하형(2)의 성형면(2a) 사이의 공극을 규제하는 규제부재(3)로 구성되어 있다. 이 때의 성형면(1a, 2a)의 표면 거칠기(Ra)는 자기 디스크용으로는 5㎚ 이하가 적당하고, 바람직하게는 2㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎚이하이다.
또한, 상기 공극은 성형하는 글래스 기판의 두께에 따라 다르지만, 글래스 기판의 두께와 거의 같고, 최대로도 1㎜ 정도이다.
또한, 실시형태 1과 같이, 사용한 금형을 특정하기 위해, 상형(1) 및 하형(2)의 중앙부에는 다수의 오목부(5)가 형성되어 있다. 도 2는 그 오목부를 형성한 상형(1)을 상면에서 본 도면이다.
이러한 글래스 기판 성형용 금형을 사용하면, 글래스 기판 성형후, 글래스 기판의 양면에는 이 오목부(5)가 전사한 볼록부가 형성된다. 구체적으로는, 실시형태 1과 같이, 횡 1열로 배열된 8개의 작은 오목부와, 그 밑에 금형 번호에 따라 다른 오목부가 배열되어 있다. 이것에 의해 글래스 기판(19)이 어떤 금형으로 성형되었는가를 판별할 수 있도록 되어 있다.
글래스 기판 성형용 금형의 각부재는 텅스텐카바이드(WC)를 주성분으로 하는 초경합금(「이게탈로이」(스미토모 전기공업주식회사의 상표), 바인더리스 시리즈, 선열팽창계수 α= 43 ×10-7(실온∼400℃))에 의해 형성된다. 성형면(1a, 2a)은 소망하는 표면 거칠기로 가공되고, 백금(Pt)계 합금 보호막에 의해 피복되어 있다.
도 5는 도 1(b)에 나타내는 글래스 기판 성형용 금형과 도 3(a)에 나타내는 글래스 기판 성형용 소재(직경 22.1㎜의 구)를 사용하여, 도 6(c)에 나타내는 글래스 기판(19)을 성형하기 위한 글래스 기판의 성형장치의 개요를 나타내는 단면도이다.
글래스 소재(4)를 설치하여 가열하여 연화시키는 공정에서 사용하는 초석재 받침 접시(20)는 고온에서 글래스 소재(4)와의 이형성이 양호한 재료, 예컨대 SiC나 TiC 등의 탄화물, 카본, AlN이나 TiN 등의 질화물 등으로 이루어지거나 또는 그것들이 CVD법 등의 각종 성막기술에 의해 표면에 형성되어 있고, 소망하는 표면 거칠기로 마무리되어 있다.
사용한 글래스 소재의 초석 종류는 알루미노실리케이트의 글래스(글래스 전이점 온도 Tg = 492℃, 선열팽창계수 α= 95 ×10-7(100∼300℃))이고, 도 3(a)에 나타내는 형상도 금형에 설치한 초기 상태에서는 점접촉하여, 변형 과정에서 금형과의 사이에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 접촉부가 넓어져 가는 형상이다.
상형(1)은 히터(6)에 고정되고, 히터(6)는 챔버(12)에 단열판(8)을 통해 고정되어 있다. 또한, 하형(2)은 히터(7)에 고정되고, 히터(7)는 단열판(9)을 통해 실린더(11)에 의해 상하구동하는 실린더 로드(10) 상에 고정되어 있다. 링형상 규제부재(3)는 하형(2)의 성형면(2a)에 성형완료시 상형(1)과 하형(2)과의 공극이 0.8㎜가 되도록 설치되어 있다.
다음에 성형하는 과정에 관해서 설명한다. 본 발명의 실시형태 3에서 제작되는 글래스 기판은 외경 95㎜, 두께 0.8㎜의 자기 디스크용 글래스 기판이다.
우선, 설치대(15) 상의 초석재 받침 접시(20)에 공급된 글래스 소재(4)는 초석재 지퍼(16)에 의해, N2분위기 중의 예열 상히터(13)와 예열 하히터(14) 사이에 이동된다. 여기서, 글래스 소재(4)는 750℃(글래스 점도가 6.4 포아즈가 되는 온도)로 가열되어, 소재 내부가 이 온도가 될 때까지 가열된다(가열연화공정).
가열후, 글래스 소재(4)는 초석재 받침 접시(20)에 설치된 채로, 다시 초재 지퍼(16)에 의해 챔버(12)내의 상형(1)과 하형(2) 사이에 반송된다. 그리고, 도시되어 있지 않은 이동장치에 의해 글래스 소재(4)만 지퍼되어, 초석재 지퍼(16) 및 초석재 받침 접시(20)가 퇴피한 후, 하형(2)의 성형면(2a) 상의 거의 중앙에 설치된다.
설치후, 즉시 실린더(11)로 압력이 공급되어, 하형(2)은 상승하여, 고 하중으로 가압성형된다. 하형(2)의 성형면(2a) 상의 규제부재(3)가 상형 성형면(1a)에 닿으면 바로 변형은 종료한다.
이 때, 글래스 소재(4)는 규제부재(3)에 의해 상형(1)과 하형(2) 사이에 형성되는 공극과 동일한 0.8㎜의 두께로 성형되어 있다.
여기서, 상형(1)과 하형(2)은 각각 히터(6, 7)에 의해 600℃로 설정되어 있다. 변형후의 글래스 소재(4)는 0.8㎜로 얇기 때문에 즉시 이 온도까지 냉각된다.
변형이 종료한 시점에서 히터(6, 7)의 전원은 꺼지고, 고 하중이 유지된 채로, 상형(1), 하형(2), 규제부재(3) 및 글래스 소재(4)는 냉각된다. 이 때 강제적으로 냉각하여도 좋지만, 성형용 금형의 면내가 될 수 있는 한 균일온도가 되도록 냉각해야 한다.
이 냉각과정에서, 상형(1), 하형(2), 규제부재(3) 및 글래스 소재(4)는 각각 수축한다. 상형(1)과 하형(2)은 규제부재(3)에 의해 공극을 규제하고 있기 때문에, 이 공극량은 규제부재(3)의 수축량에 의존한다. 규제부재(3)의 열수축량 보다도 글래스 소재(4)의 열수축량이 크기 때문에, 온도가 내려감에 따라 점차로 글래스 소재(4)는 상하 금형으로부터 이형할 수 있다.
글래스 기판 성형용 금형에는 글래스 소재(4)의 온도가 글래스 전이점 온도인 492℃가 될 때까지 실린더(11)에 의해 고 하중이 걸리고, 그 후 저 하중으로 감압된다.
그 후, 300℃ 정도까지 냉각후, 실린더(11)에 의해 하형(2)은 하강되어, 원점 위치로 되돌아간다. 성형용 금형내에 남은 글래스 기판(19)은 도시되어 있지 않은 반송 패드에 의해 냉각공정의 냉각 상히터(17)와 냉각 하히터(18) 사이에 이동되어, 서냉된 후, 성형장치로부터 집어낸 다음, 성형은 종료한다.
도 6(c)는 본 실시형태에 의한 글래스 기판(19)의 외관도를 나타내고 있다. 얻어진 글래스 기판(19)은 금형 성형면의 형상이 거의 전사되고, 표면 거칠기 0.6㎚의 초평활한 표면을 갖고, 평탄도 5㎛ 이내로 물결이 없으며, 중앙부에 성형용 금형 번호를 판별하기 위한 볼록부(22)를 갖고 있다.
또한, 여기서는 상형(1)및 하형(2)의 중앙부에 금형 번호를 판별하기 위한 다수의 오목부(5)를 형성한 경우를 설명하였지만, 상형(1) 및 하형(2)의 어느 한 쪽에만 이 오목부(5)를 형성한 경우이어도 좋다. 또한, 이 오목부(5)가 없더라도 좋고, 이 경우에 얻어지는 글래스 기판(19)은 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 볼록부(22)를 갖지 않는 것 외에는 도 6(c)에 나타내는 글래스 기판과 완전히 동일한 글래스 기판이다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 예열 상히터(13)와 예열 하히터(14)에 의한 글래스 소재(4)의 가열온도를 700℃(글래스 점도가 7.1포아즈가 되는 온도)로 하고, 또한 성형시의 히터(6, 7)에 의한 상형(1)과 하형(2)의 가열온도를 700℃로 하는 것 이외에는 실시형태 3과 동일하게 하여, 외경 95㎜, 두께 0.8㎜의 자기 디스크용 글래스 기판을 제조한다.
얻어지는 글래스 기판(19)의 외관형상은 도 6(c)에 나타낸 바와 같고, 글래스 기판(19)은 금형 성형면의 형상이 거의 전사되고, 표면 거칠기가 0.6㎚인 초평활한 표면을 갖고, 평탄도 5㎛ 이내로 물결이 없으며, 중앙부에 성형용 금형 번호를 판별하기 위한 볼록부(22)를 갖고 있다.
이상에서 설명한 실시형태는 어느 것이나 어디까지 본 발명의 기술적 내용을 밝히는 의도로서, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정되어 해석되는 것이 아니라, 그 발명의 정신과 청구의 범위에 기재하는 범위내에서 여러가지로 변경하여 실시할 수가 있으며, 본 발명을 광의로 해석하여야 한다.

Claims (22)

  1. 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지고, 평행 평판상 글래스 기판을 제조하기 위한 글래스 기판 성형용 금형에 있어서, 상기 규제부재의 열수축량이 상기 글래스 기판 재료의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 금형.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 글래스 기판의 외경(X)과 두께(Y)와의 관계가 X > 40Y를 만족하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 금형.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 규제부재가 상하형의 공극을 1㎜ 이하로 규제하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 금형.
  4. 제 1 항에 있어서, 상하형 중 적어도 어느 한 쪽의 중앙부에 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 금형.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 오목부가 다수인 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 금형.
  6. 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형을 사용하여 평행 평판상 글래스 기판을 제조할 때에 사용되는 글래스 소재에 있어서, 상기 규제부재의 열수축량 보다도 큰 열수축량을 가지며, 상기 성형용 금형에 설치되었을 때는 상기 성형용 금형과 점접촉하여, 가압성형됨으로써 상기 성형용 금형과의 접촉부가 넓어질 때에는 상기 접촉부에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 변형하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 글래스 소재.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 글래스 기판의 외경(X)과 두께(Y)와의 관계가 X > 40Y를 만족하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 글래스 소재.
  8. 제 6 항에 있어서, 수직 단면이 원형상 또는 타원형상인 것을 특징으로 하는 글래스 기판 성형용 글래스 소재.
  9. 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 글래스 소재를 설치한 후, 상기 글래스 소재를 가압성형하여, 평행 평판상 글래스 기판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작고, 상기 글래스 소재는 상기 성형용 금형내에 설치되었을 때는 상기 성형용 금형과 점접촉하여, 가압성형됨으로써 상기 성형용 금형과의 접촉부가 넓어질 때에는 상기 접촉부에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 변형하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 글래스 소재의 수직 단면이 원형상 또는 타원형상인 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  11. 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 글래스 소재를 설치하는 제 1 공정과, 상기 글래스 소재를 가열하여 연화시키는 제 2 공정과, 상기 글래스 소재를 평행 평판상 글래스 기판에 가압성형하는 제 3 공정과, 상기 글래스 기판을 냉각하는 제 4 공정과, 상기 글래스 기판을 집어내는 제 5 공정을 구비하며, 상기 규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 4 공정에서 글래스 기판의 온도가 적어도 글래스 전이점 온도가 될 때까지 가압을 계속하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  13. 받침 접시 상에 글래스 소재를 설치하는 제 1 공정과, 상기 글래스 소재를 가열하여 연화시키는 제 2 공정과, 상기 받침 접시 상의 상기 글래스 소재를 한 쌍의 상하형과 상기 상하형의 공극을 규제하는 규제부재로 이루어지는 성형용 금형내에 설치하는 제 3 공정과, 상기 글래스 소재를 평행 평판상 글래스 기판에 가압성형하는 제 4 공정과, 상기 글래스 기판을 냉각하는 제 5 공정과, 상기 글래스 기판을 집어내는 제 6 공정을 구비하며, 상기 규제부재의 열수축량은 상기 글래스 소재의 열수축량 보다도 작은 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 5 공정에서 글래스 기판의 온도가 적어도 글래스 전이점 온도가 될 때까지 가압을 계속하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  15. 제 9 항, 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 글래스 기판의 외경(X)과 두께(Y)와의 관계가 X > 40Y를 만족하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  16. 제 9 항, 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 규제부재가 상하형의 공극을 1㎜ 이하로 규제하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  17. 제 9 항, 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서, 상하형 중 적어도 어느 한 쪽의 중앙부에 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 오목부가 다수인 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  19. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 글래스 소재를 상기 성형용 금형내에 설치하였을 때는 상기 글래스 소재는 상기 성형용 금형과 점접촉하고, 또한 상기 글래스 소재를 가압성형함으로써 상기 성형용 금형과의 접촉부가 넓어질 때에는 상기 글래스 소재는 상기 접촉부에 공기를 휩쓸려 들어가게 하지 않도록 연속적으로 변형하는 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  20. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 글래스 소재의 수직단면이 원형상 또는 타원형상인 것을 특징으로 하는 글래스 기판의 제조방법.
  21. 제 9 항, 제 11 항 또는 제 13 항에 기재된 글래스 기판의 제조방법에 의해 얻어지는 자기 디스크용 글래스 기판.
  22. 제 21 항에 있어서, 글래스 기판의 표면에 영향을 미치지 않는 버블을 글래스 기판내에 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크용 글래스 기판.
KR10-2000-7015082A 1999-04-30 2000-04-27 글래스 기판 성형용 금형, 글래스 기판 성형용 글래스소재, 글래스 기판의 제조방법 및 자기 디스크용 글래스기판 KR100390637B1 (ko)

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