(57)【要約】【課題】磁気ディスクに最適なガラス基板を、短時間の加熱および冷却、かつ高いスループットで製造することの可能な成型装置を提供する。【解決手段】一対の金型１１、１２の間にガラス材７０を挟み、加熱ならびに加圧して成型する成型装置であって、前記一対の金型１１、１２を誘導加熱する誘導コイルユニット１３を備え、前記一対の金型１１、１２間の温度差が所望の値になるように、前記誘導コイルユニット１３と前記一対の金型１１、１２との相対位置を変化させることにより、前記一対の金型相互間の温度差を正確に制御でき、かつ前記金型の加熱、冷却時間を短縮し、成型のスループットを高めることができる。【選択図】　図１
2004026575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された一対の金型の間に被成型物質を挟み、加熱ならびに加圧して成型する成型装置であって、前記一対の金型の周囲を取り囲む誘導コイルと、前記一対の金型の温度を個別に測定する一対の温度センサーと、前記一対の金型相互間の温度差が所望の値になるように、前記誘導コイルの重心位置と前記一対の金型の重心位置との相対位置を移動させる制御機構とを有する成型装置。
【請求項２】
前記一対の金型の少なくとも一方の金型位置が検出される位置センサーを備えた請求項１に記載の成型装置。
【請求項３】
誘導コイルの電流値が、前記一対の温度センサーの少なくとも一方に連動して、制御されることを特徴とする請求項１に記載の成型装置。
【請求項４】
前記一対の金型の近傍に冷却気体を供給する、冷却系を備えた請求項１に記載の成型装置。
【請求項５】
前記一対の金型のうち、一方の金型の重心位置と他方の金型の重心位置との中間の第１位置と、前記第１位置から前記一方の金型の重心位置の方向に所定距離の第２位置と、前記他方の金型の重心位置の方向に所定距離の第３位置との３点各位置を設定し、前記制御機構により、前記金型の重心位置３点間で任意の位置に、前記誘導コイルの重心位置を移動させて、前記一対の金型間の温度差が所望の値になるように制御可能なことを特徴とする請求項１に記載の成型装置。
【請求項６】
前記第１位置と前記第２位置との間の距離および前記第１位置と前記第３位置との間の距離が、それぞれ、前記誘導コイルの電流値に応じて適宜設定可能なことを特徴とする請求項５に記載の成型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体、特に磁気ディスクに最適な磁気ディスク用ガラス基板の成型装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの普及に伴いハードディスクの小型化、高容量化などその外部記憶装置の高性能化への要求がいっそう高まっている。それに伴って、磁気ディスクの平滑性が、磁気ヘッドの低浮上化技術に関わって極めて高い精度で要求されるようになった。
【０００３】
従来、磁気ディスクはその主な基板材料として、アルミニウム合金が用いられてきた。しかしながら、アルミニウム合金基板の場合には硬度が低いので、高精度な砥粒および研磨装置を使用しての精密研磨加工によっても、その研磨面が塑性変形し、高精度の平滑面を得ることはなかなか難しい。また、より硬度の高いニッケル・リンめっき層を基板表面に形成しても、高精度の平滑性の要求には応えることが難しい。さらに、小型化の動きはディスク厚みのいっそうの薄膜化を要求し、強度の低いアルミニウム合金基板では、この面からもその要求に応えることが難しい。
【０００４】
さらにまた、高感度な巨大磁気抵抗効果型ヘッドへの採用にあたっては、低ノイズの磁気ディスクが要求され、この場合磁気ディスクは磁性膜成膜後の熱処理でノイズ低減に対応することになるが、耐熱性の低いアルミニウム合金の基板では、この面からも要求に応えることが難しい。そこで、磁気ディスク用基板として、ガラス、セラミック、カーボンなど新しい材料が提案されており、中でも、ガラス基板は広く検討され既に実用化されている。ガラス基板は強度が大きく、耐熱性も良好で、表面硬度が高く、高精度な精密研磨によって、高精度な平滑性の要求に十分応えることができるものである。
【０００５】
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枚ガラス基板を精密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、工程数も多いのが難点である。
【０００６】
これに対して、磁気ディスク用ガラス基板を金型により、ガラス材料を等温度でプレスする等温プレス成型法が検討されている。等温プレス成型法は、光学ガラス素子製造の分野では、数多くの経験が知られており、高品質かつ高生産性の可能な製造方法として既に実用化が図られている。
【０００７】
図１４は、従来の成型装置の概略構成を示す正面の断面図である。この成型装置は、装置枠体６１、油圧シリンダ６２、油圧シリンダ６２のピストンロッド６３、ピストンロッド６３の下端に装着された上側の圧子６４、装置枠体６１に固定された下側の圧子６５、上側の圧子６４に取り付けられたヒータブロック６６、下側の圧子６５に取り付けられたヒータブロック６７を備えている。上記各ヒータブロック６６、６７はニクロム線などの抵抗発熱体を絶縁材でくるんだヒータ管が複数本圧入された、耐熱ステンレス製のブロックであり、また、上記ヒータブロック６６には上金型６８が取り付けられ、上記ヒータブロック６７には下金型６９が取り付けられ、成型対象のガラス材７０は上下両金型６８、６９の間に置かれる。
【０００８】
ヒータブロック６６およびヒータブロック６７によってガラス軟化点温度付近に加熱された上下両金型６８、６９でガラス材７０を挟み、ガラス材７０が軟化点温度付近になった時点で、油圧シリンダ６２によって加圧するとガラス材７０は押圧され、平坦なディスク状に成型される。ガラス材７０が所定の厚さになったところで、油圧シリンダ６２の圧力を下げて加圧力を減じると、ガラス材７０はほとんど変形しなくなり成型は止まる。そこで、ヒータブロックＡ６６とヒータブロックＢ６７の電流を切ると、上金型６８、下金型６９の温度は下がりガラス軟化点温度以下になる。その時点でガラス材７０は固化し、平坦なガラス基板ができあがる。上金型６８や下金型６９の温度制御は、ヒータブロック６６やヒータブロック６７の電流を制御することで行う。
【０００９】
このような従来の成型装置では、ヒータブロックの熱容量が大きいため、ヒータブロックと金型を加熱や冷却するのに多大な時間を要する。したがって成型のスループットが低く、生産性が悪い。装置を多数設ければ生産性は改善されるが、製造コストやメンテナンス費用がかさみ製品価格が増大する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加熱や冷却時間を短縮し成型のスループットの高い成型装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の成型装置は、対向して配置された一対の金型の間に被成型物質を挟み、加熱ならびに加圧して成型する成型装置であって、前記一対の金型の周囲を取り囲む誘導コイルと、前記一対の金型の温度を個別に測定する一対の温度センサーとを備え、かつ、前記一対の金型相互間の温度差が所望の値になるように、前記誘導コイルの重心位置と前記一対の金型の重心位置との相対位置を変化させる制御機構を有するもので、これにより、前記一対の金型相互間の温度差を正確に制御でき、かつ前記金型の加熱、冷却時間を短縮し、成型のスループットを高めることができる。
【００１２】
また、本発明の成型装置は、前記制御機構により、前記一対の金型のうち、一方の金型の重心位置と他方の金型の重心位置との中間の第１位置と、前記第１位置から前記一方の金型の重心位置の方向に所定距離の第２位置と、前記他方の金型の重心位置の方向に所定距離の第３位置との３点を設定し、前記誘導コイルの重心位置を、前記３点の任意の位置に移動させることで、前記一対の金型相互間の温度差を正確に、かつ最適値に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態の成型装置を概略構成で示す一部断面図である。この成型装置は、下方の固定プレート１と上方の固定プレート２が複数本のガイドポール３で連結されている。また、中間に下側のガイドプレート４と上側のガイドプレート５が、ガイドポール３に案内され摺動する複数のガイドブッシュ６によって取り付けられている。したがって、下側のガイドプレート４と上側のガイドプレート５は、ガイドポール３に沿って互いに平行に移動することができる。下方の固定プレート１には油圧シリンダ７が取り付けられており、油圧シリンダ７のシリンダロッド８の先端は下側のガイドプレート４に連結されている。下側のガイドプレート４と上方の固定プレート２には、それぞれ上下に各金型支持体９、１０が対向するように取り付けられている。そして、下側の金型支持体９の先端には下金型１１、上側の金型支持体１０には上金型１２が固定されている。さらに、上側のガイドプレート５には一対の上下両金型１１、１２に誘導電流を発生させて加熱するための誘導コイルユニット１３が取り付けられている。上側のガイドプレート５は連結部材１４を介して電動ステージ１５に接続されている。下側のガイドプレート４には、その位置を検出するための位置センサー１６が設置されている。
【００１５】
このような構成により、下側の金型支持体９は油圧シリンダ７のシリンダロッド８の動きに合わせて上下動する。また、誘導コイルユニット１３は電動ステージ１５によって位置決めされる。
【００１６】
次に、図１に示した実施の形態の成型装置の細部とその機能を説明する。
【００１７】
図２は、図１における下側の金型支持体９および上側の金型支持体１０の要部構造断面図である。下側の金型支持体９は断熱ロッド１７と押圧ロッド１８から構成される。また断熱ロッド１７と押圧ロッド１８と、および断熱ロッド１７と下側の金型支持体９とは、それぞれ、複数のクリップ１９によって接続される。断熱ロッド１７と押圧ロッド１８との各中心部には、それぞれ、連通する気体の流路２０が形成されている。金型を冷却するための気体は流入口２１から圧送され、流路２０を通って断熱ロッド１７の金型支持面２２に導かれる。
【００１８】
図３は断熱ロッド１７の詳細な形状を示す斜視図であり、断熱ロッド１７の金型支持面２２には、図２で示した気体の流路２０の先端に相当の開口部２３があり、さらにこの開口部２３に連なる放射状の溝２４が形成されている。下側の金型支持体９における流路２０から導かれた気体は、この開口部２３から溝２４に分流される。この溝２４に導出された冷却気体が下金型１１の裏面と接触しながら周辺にむかって流れる際に下金型１１を冷却する。
【００１９】
断熱ロッド１７の材質は、誘導電流が流れて加熱されないように、固有抵抗の高い材質が適し、また、加熱時の下金型１１の熱を逃がさないために、熱伝導率の低いもの、さらに、ガラスの成型温度に耐えるだけの耐熱性のある材料であることなどが望ましく、これらの条件を満たす材質としては、石英ガラスや窒化珪素、ジルコニア系のセラミックスなどが適当である。
【００２０】
図４は、下金型１１、断熱ロッド１７およびクリップ１９による結合部を示す要部断面図であり、この結合部にシース型の熱電対２５が設置されている。これにより、要部の温度測定方法を説明する。
【００２１】
図４において、シース型の熱電対２５は耐熱性ステンレスのシースに熱電対が格納されたもので、下金型１１と断熱ロッド１７とを接合するクリップ１９に鑞付けされており、下金型１１とクリップ１９とが、クリップ１９の弾性によって、しっかりと接触するので、下金型１１の温度は正確にこの熱電対２５に伝わる。その結果、下金型１１の温度が再現性よく正確に測定できる。
【００２２】
なお、図では示していないが上側の金型支持体１０の構成も、図２、図３、図４で示し、かつ詳細に説明した下側の金型支持体９の構成と実質上、全く同じである。
【００２３】
図５は誘導コイルユニット１３の構造断面図であり、上下両金型１１、１２を誘導電流により加熱するための誘導コイル２６が筒体の外管２７に巻かれており、その外管２７の内側には筒体の内管２８が同心状に配置されている。そして、コイルユニット筐体２９は、流入口３０から導入された冷却気体が外管２７と内管２８との隙間を通って排出口３１に流れるような構成になっている。また、誘導コイルユニット１３には、誘導コイル２６の外側を冷却するため、冷却気体を導入、排気するための流入口３２と排出口３３とを備えている。このような構成により、誘導コイル２６をその内側と外側から冷却し、かつ下金型１１や上金型１２の周囲にある高温気体からの伝導熱を遮断して、誘導コイル２６が許容値を超えて過熱されるのを防ぐことができる。
【００２４】
さらに、このように金型の主要部をコイルユニット筐体２９および内管２８で囲むことによって、誘導コイル２６の電線の被覆材料から出るガスあるいは温度の上昇した誘導コイル２６から出る塵埃等が、被成型物や金型の主面に付着することもなくなる。
【００２５】
外管２７や内管２８の材質は、非電気伝導性の材料で誘導電流が流れないものが望ましく、また、内管２８には下金型１１や上金型１２の加熱および冷却に伴う熱衝撃が加わるので、耐熱衝撃性の高い材料が適し、さらに、表面が平滑で塵埃やガスの付着の少ない材料であることが求められ、このような要求を満たす材質としては石英ガラスが最適である。
【００２６】
一方、外管２７には誘導コイル２６の熱を効率よく冷却媒体の冷却窒素に伝えるため、窒化アルミニウムなどの熱伝導度の高い材質が適している。
【００２７】
図６は誘導コイルユニット１３の内の誘導コイル２６、外管２７および内管２８の断面を示す斜視図である。内管２８の内面には、反射膜３４が形成されている。これは高温になった金型から出る遠赤外線を反射するためのもので、反射膜３４の材質としては金、銀、アルミニウムなどの金属の薄膜が適当である。しかしながら、それらの金属薄膜を内管２８の内面に全域一様に形成すると、それらの金属は固有抵抗が低いので、誘導電流が生じて発熱してしまう。そこで、図６に示すように、誘導コイル２６の長手方向に金属薄膜のないスリット３５を設け、ここで反射膜３４を分断する。このようにすることにより、反射膜３４には誘導コイル２６による誘導電流は遮断され、したがって、反射膜３４は発熱しない。
【００２８】
スリット３５の幅は、遠赤外線のスリット通過量を少なくすることおよび誘導コイル２６や外管２７の温度上昇を少なくすることのために、可能な限り狭い方がよい。
【００２９】
図７は、外管２７および内管２８の長手方向に直角な断面図であり、内管２８には、内面の反射膜３４およびスリット３５のほかに、その外面に反射膜３６が形成されたものである。そして、反射膜３６を内管２８の内面に形成された反射膜３４間のスリット３５に対応する投影的な位置で、このスリット３５を塞ぐ筋状に形成することにより、スリット３５を通過する遠赤外線をも内部の金型の方向に反射することができ、このようにすれば金型から出る遠赤外線が外管２７や誘導コイル２６に全く届かない。その結果、誘導コイル２６の温度上昇がさらに抑制ないし低減される。
【００３０】
次に、この実施の形態において成型工程での制御について説明する。図８はこの実施の形態の成型装置の制御機能ブロック図である。
【００３１】
図８において、電磁弁３７、３８は上下両金型１１、１２を冷却するための窒素気流開閉用であり、駆動回路３９はそれら電磁弁３７、３８の駆動用である。ステージ駆動回路４０では誘導コイル２６の位置を制御するための電動ステージ１５を駆動する。
【００３２】
インバータ回路４１は、上下両金型１１、１２を誘導加熱するために誘導コイル２６に高周波電流を流すためのものである。温度検出回路４２では熱電対２５からの信号を増幅して検出し、下金型１１および上金型１２の各温度を別個に測定する。位置検出回路４３では位置センサー１６の信号から下金型１１の位置を検出する。油圧制御回路４４はガラス材７０を成型するための加圧力を発生させる油圧シリンダ７の油圧を制御するためのものである。
【００３３】
また、プロセッサ４５はそれらのハードウエアを通じて金型部位の加熱、冷却、加圧、減圧を、所定のプログラムにしたがって実行する。
【００３４】
図９は、下金型１１および上金型１２の平均温度を制御する際のプロセッサ４５のフロー図であり、ステップ４６で、下金型１１の温度ＴＵおよび上金型１２の温度ＴＬを読み込み、ステップ４７で上記各温度ＴＵ、ＴＬの平均温度ＴＡを計算し、ステップ４８で平均温度の設定値ＴＡＳと実際の平均温度ＴＡの差すなわち平均温度誤差ＴＡＥを計算し、ステップ４９で平均温度誤差ＴＡＥが零以下か零より大きいかを判断し、平均温度誤差ＴＡＥが零以下ならばステップ５０で誘導コイル２６の電流設定値ＩＣを零とし、平均温度誤差ＴＡＥが零より大きいならば、ステップ５１で平均温度誤差ＴＡＥに比例乗数を乗じた値を誘導コイル２６の電流設定値ＩＣとして設定し、ステップ５２で誘導コイル２６に電流ＩＣを流すべくインバータ回路４１に指令を出す。
【００３５】
プロセッサ４５が図９に示した一連のステップを繰り返し実行することにより、下金型１１および上金型１２の平均温度ＴＡは平均温度の設定値ＴＡＳに近づく。
【００３６】
次に、下金型１１および上金型１２間の温度差の制御について説明する。
【００３７】
図１０は、誘導コイル２６の位置と誘導電流によって金型が発熱する発熱量の関係を数値計算した結果の特性図である。上側の曲線は二つの金型からの発熱量の和を示し、下側の曲線は発熱量の差（下金型１１の発熱量−上金型１２の発熱量）を示す。図１０に示すように、理論的には下金型１１と上金型１２とが同材質、同形状であれば下金型１１と上金型１２との二つの金型を合わせた重心位置とコイルの中心位置とが一致した点において、下金型１１と上金型１２との各発熱量は一致する（図１０におけるコイル位置が０の点）。そして誘導コイル２６の位置を＋の方向（右方向）に移動させると、下金型１１の発熱量が大きくなり（図１０のコイル位置＋の領域）、誘導コイル２６の位置を−の方向（左方向）に移動させると、上金型１２の発熱量が大きくなる（図１０のコイル位置−の領域）。また、誘導コイル２６の移動による二つの金型の発熱量の和（総発熱量）の変化は少ないので、二つの金型の平均温度への影響は少ない。
【００３８】
すなわち、誘導コイル２６の位置を制御すれば下金型１１と上金型１２との発熱量の差を制御でき、その結果、下金型１１と上金型１２との各温度を制御できる。
【００３９】
図１１は、以上説明した方法による下金型１１と上金型１２との温度差を制御するプロセッサ４５のフロー図であり、ステップ５３で下金型１１の温度ＴＵおよび上金型１２の温度ＴＬを読み込み、ステップ５４で温度ＴＵとＴＬの温度差ＴＤを計算し、ステップ５５で温度差の設定値ＴＤＳと実際の温度差ＴＤの差すなわち温度差誤差ＴＤＥを計算し、ステップ５６で温度差誤差ＴＤＥが温度差許容値ＴＤＬ以上で、かつ、負かあるいは温度差許容値ＴＤＬ以下か、あるいは温度差許容値ＴＤＬ以上でかつ正かを判断し、温度差誤差ＴＤＥが温度差許容値ＴＤＬ以上でかつ負ならば、ステップ５７で誘導コイル２６の位置設定値Ｘを中立点ＸＮから補正値ＸＳを減じた値に設定し、温度差誤差ＴＤＥが温度差許容値ＴＤＬ以下ならば、ステップ５８でＸを中立点ＸＮに設定し、温度差誤差ＴＤＥが温度差許容値ＴＤＬ以上でかつ負ならば、ステップ５９で誘導コイル２６の位置設定値Ｘを中立点ＸＮから補正値ＸＳを加えた値に設定し、ステップ６０で誘導コイル２６の位置を設定値Ｘに制御すべくステージ駆動回路４０に指令を出す。
【００４０】
プロセッサ４５が図１１に示した一連のステップを繰り返し実行することにより、下金型１１と上金型１２との温度差ＴＤは平均温度の設定値ＴＤＳに近づく。
【００４１】
ここで、誘導コイル２６の電流設定値ＩＣが大きいときは誘導コイル２６の位置変化に対する金型の発熱量差が大きく、誘導コイル２６の電流設定値ＩＣが小さいときは誘導コイル２６の位置変化に対する上下両金型１１、１２間の発熱量差が小さい。温度制御の安定性の点からは、誘導コイル２６の電流設定値ＩＣが変化した場合でも、誘導コイル２６の位置変化に対する上下両金型１１、１２間の発熱量差が一定であることが望ましい。そこで、誘導コイル２６の電流設定値ＩＣが大きいときは位置補正値ＸＳの値を小さくし、逆に誘導コイル２６の電流設定値ＩＣが小さいときは位置補正値ＸＳの値を大きくすることが望ましい。
【００４２】
以上説明した温度制御フローにより、実際に上下両金型１１、１２間の平均温度および温度差を制御した結果を以下に示す。
【００４３】
図１２は、上下両金型１１、１２間の平均温度の設定値ＴＡＳを６００℃に設定して、図９示したフロー図にもとづいて制御を行った結果の特性図であり、横軸は時間（秒）で、縦軸は平均温度（℃）である。２３０秒で設定温度に到達し、以降はその温度が維持されている。
【００４４】
図１３は、上下両金型１１、１２間の温度差の許容差ＴＤＬを３℃、温度差の設定値ＴＤＳを０℃、Ｘの補正値ＸＳを５ｍｍに設定し、図１１示したフロー図にもとづいて制御を行った場合の結果の特性図で、上段のグラフ（ａ）は金型の温度差の時間経過を示し、下段のグラフ（ｂ）は誘導コイル２６の位置の時間経過を示している。誘導コイル２６の位置が、中立点（ｘ＝２５）からＸＳ（５ｍｍ）だけ、時々移動してまた中立点に戻るという動作を繰り返し、上下両金型１１、１２間の温度差が許容値に入るように制御されているのがわかる。
【００４５】
この実施の形態で示した成型装置によれば、上下両金型１１、１２間の平均温度と温度差とを、一つの誘導コイル２６によって、正確に制御することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の成型装置によれば、上下両金型の温度を正確に制御でき、かつ上下両金型１１、１２の加熱および冷却の時間が短縮でき、また、金型や被成型材であるガラス材に誘導コイルから出る塵埃やガス成分が付着することもないので、高品質な磁気ディスク用ガラス基板を、高いスループットで、安価かつ大量に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の成型装置を示す概略構成の一部正面断面図
【図２】本発明の実施の形態の成型装置における金型支持体の要部構成断面図
【図３】本発明の実施の形態の成型装置における断熱ロッドの要部構成断面斜視図
【図４】本発明の実施の形態の成型装置における金型要部の断面斜視図
【図５】本発明の実施の形態の成型装置におけるコイルユニットの要部断面図
【図６】本発明の実施の形態の成型装置における誘導コイルユニットの一部拡大断面斜視図
【図７】本発明の実施の形態の成型装置における誘導コイルユニットの一部拡大断面斜視図
【図８】本発明の実施の形態の成型装置の制御機能ブロック図
【図９】本発明の実施の形態の成型装置における金型部の平均温度制御フロー図
【図１０】本発明の実施の形態の成型装置における金型部の発熱量特性図
【図１１】本発明の実施の形態の成型装置における金型部の温度差制御フロー図
【図１２】本発明の実施の形態の成型装置における金型部の平均温度特性図
【図１３】本発明の実施の形態の成型装置における金型部の温度差特性図
【図１４】従来の成型装置の概略構成断面図
【符号の説明】
１　下方の固定プレート
２　上方の固定プレート
３　ガイドポール
４　下側のガイドプレート
５　上側のガイドプレート
６　ガイドブッシュ
７　油圧シリンダ
８　シリンダロッド
９　下側の金型支持体
１０　上側の金型支持体
１１　下金型
１２　上金型
１３　コイルユニット
１４　連結部材
１５　電動ステージ
１６　位置センサー
【図１】
2004026575.tif 000003
【図２】
2004026575.tif 000004
【図３】
2004026575.tif 000005
【図４】
2004026575.tif 000006
【図５】
2004026575.tif 000007
【図６】
2004026575.tif 000008
【図７】
2004026575.tif 000009
【図８】
2004026575.tif 000010
【図９】
2004026575.tif 000011
【図１０】
2004026575.tif 000012
【図１１】
2004026575.tif 000013
【図１２】
2004026575.tif 000014
【図１３】
2004026575.tif 000015
【図１４】
2004026575.tif 000016