JPH11147725A

JPH11147725A - プレス成形用金型およびこの金型によるガラス成形品

Info

Publication number: JPH11147725A
Application number: JP9312989A
Authority: JP
Inventors: Kunio Hibino; 邦男日比野; Makoto Umetani; 梅谷　　誠; Hidenao Kataoka; 秀直片岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: JP3653957B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超平滑な表面と高精度な微細パターン或いは
精密形状とを有し、長期間に亘って繰り返し使用して
も、金型の劣化が防止されて、金型の寿命が長くなるプ
レス成形用金型およびこの金型によるガラス成形品を提
供する。【解決手段】表面が平滑なガラスから成る成形用金型
の母材１のプレス成形面に、貴金属系の金属或いは合金
からなる薄膜状の保護膜３を、耐熱性金属或いは合金か
らなる下地層を介して、形成したプレス成形用金型によ
り、磁気ディスク用ガラス基板をプレス成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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およびその製造方法
並びに磁気ディスク用ガラス基板の製造方法および光学
レンズなどの高精度光学ガラス素子を大量かつ安価に生
産するプレス成形用金型およびその製造方法並び光学ガ
ラス素子の製造方法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
の第１の発明は、酸化物からなる金型母材のプレス成形
面に耐熱性金属或いは合金からなる下地層を介して、貴
金属系の金属或いは合金からなる薄膜状の保護膜を形成
したプレス成形用金型である。

【００１６】第２の発明は、表面の平滑なガラスまたは
単結晶アルミナからなるプレス成形用母材のプレス面に
耐熱性金属或いは合金からなる下地層を介して、貴金属
系の金属或いは合金からなる薄膜状の保護膜を形成した
プレス成形用金型である。

【００１７】第３の発明は、ガラス製品に対応した微細
パターンを形成した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耐熱性金属或いは
合金からなる下地層を介して、貴金属系の金属或いはの
合金からなる薄膜状の保護膜を形成したプレス成形用金
型である。

【００１８】第４の発明は、光学ガラス素子に対応した
形状を形設した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耐熱性金属或いは合金
からなる下地層を介して、貴金属系の金属或いはの合金
からなる薄膜状の保護膜を形成したプレス成形用金型で
ある。

【００１９】第５の発明は、表面が平滑なガラスまたは
単結晶アルミナをドライエッチングしてなる成形用金型
の母材の少なくともプレス成形面に、耐熱性金属或いは
合金からなる下地層をスパッタ法で形成し且つその下地
層の表面をドライエッチングした後に、貴金属系の金属
或いは合金からなる薄膜状の保護膜を、スパッタ法で形
成したプレス成形用金型である。

【００２０】第６の発明は、表面が平滑なガラスまたは
単結晶アルミナにガラス製品に対応した微細パターンを
ドライエッチング法にて形成してなる成形用金型の母材
のプレス成形面に、耐熱性金属或いは合金からなる下地
層をスパッタ法で形成し且つその下地層の表面をドライ
エッチングした後に、貴金属系の金属或いは合金からな
る薄膜状の保護膜を、スパッタ法で形成したプレス成形
用金型。

【００２１】第７の発明は、ガラス製品形状を有する成
形用母型によってプレス成形されたガラスの表面をドラ
イエッチングしてなる成形用金型の母材のプレス成形面
に、耐熱性金属或いは合金からなる下地層をスパッタ法
で形成し且つその下地層の表面をドライエッチングした
後に、貴金属系の金属或いは合金からなる薄膜状の保護
膜を、スパッタ法で形成したプレス成形用金型。

【００２２】第８の発明は、第２，３，４，５又は６の
発明のプレス成形用金型を用いプレス成形された磁気デ
ィスク用ガラス基板或いは光学ガラス素子である。

【００２３】第９の発明は、第７の発明のプレス成形用
金型によりプレス成形された磁気ディスク用ガラス基板
或いは光学ガラス素子である。

【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（Ｎ
ｂ）、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（Ｐ
ｄ）、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（Ｒ
ｅ）、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０．１μ
ｍ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、５
０nm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４
００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、Ｃ
Ｆ₄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１５
mm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ＰＭＭ
Ａ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（ＥＣ
Ｒ）共鳴イオンエッチング法により、真空度６ｘ１０^-4
Ｔｏｒｒ、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，・・・・・，１
９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４
５０℃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８
００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１
７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３
０）を製造する。

【００８４】そして、試料２１，２２，・・・・・，２
９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】以上説明したのように本発明によれば、
製造する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
できるという効果がある。

【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

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化物からなる金型母材のプレス成形面に
下地層を介してタングステン（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
を形成したプレス成形用金型において、前記下地層は、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ク
ロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タン
タル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のうち、少なくとも
一種類以上の金属或いは合金からなることを特徴とする
プレス成形用金型。
【請求項２】表面が平滑な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）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム
（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タ
リウム（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が、チタン（Ｔｉ）、バ
ナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、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
うち、少なくとも一種類以上の金属或いは合金からなる
下地層を介して、形成されることを特徴とするプレス成
形用金型。
【請求項３】ガラス製品に対応した微細パターンを形成
した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
テニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム
（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タリウム（Ｔａ）のうち
少なくとも一種類以上の合金からなる薄膜状の保護膜
が、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃ
ｒ）、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（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）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介して、形成され
ることを特徴とするプレス成形用金型。
【請求項４】光学ガラス素子に対応した形状を形設した
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
のプレス成形面には、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐ
ｔ）、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（Ｏ
ｓ）、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
護膜が、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（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）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介して、形成され
ることを特徴とするプレス成形用金型。
【請求項５】表面が平滑なガラスまたは単結晶アルミナ
をドライエッチングしてなる成形用金型の母材の少なく
ともプレス成形面には、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐ
ｔ）、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（Ｏ
ｓ）、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
護膜が、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（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）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スパッタ法で形成
し且つ該下地層をドライエッチングした後、スパッタ法
で形成されることを特徴とするプレス成形用金型。
【請求項６】表面が平滑なガラスまたは単結晶アルミナ
にガラス製品に対応した微細パターンをドライエッチン
グ法にて形成してなる成形用金型の母材のプレス成形面
には、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が、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（Ｍ
ｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タング
ステン（Ｗ）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スパッタ法で形成し且つ該下地
層をドライエッチングした後、スパッタ法で形成される
ことを特徴とするプレス成形用金型。
【請求項７】ガラス製品形状を有する成形用母型によっ
てプレス成形されたガラスの表面をドライエッチングし
てなる成形用金型の母材のプレス成形面には、タングス
テン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジ
ウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、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が、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（Ｈ
ｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）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
をスパッタ法で形成し且つ該下地層をドライエッチング
した後、スパッタ法で形成されることを特徴とするプレ
ス成形用金型。
【請求項８】請求項２、３、４、５又は６記載のプレス
成形用金型を用いプレス成形されたことを特徴とする磁
気ディスク用ガラス基板或いは光学ガラス素子。
【請求項９】請求項７記載のプレス成形用金型によりプ
レス成形されたことを特徴とする磁気ディスク用ガラス
基板或いは光学ガラス素子。