DE10101587A1 - Verfahren für die Herstellung dünner Linsen und Substrate, insbesondere Hard-Disk-Substrate, durch Pressen von dünnflüssigen, niedrigviskosen Gläsern und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren für die Herstellung dünner Linsen und Substrate, insbesondere Hard-Disk-Substrate durch Pressen von dünnflüssigen, niedrigviskosen Gläsern, insbesondere von Gläsern mit Viskositäten etwa eta < 50 dPas vorgestellt, bei dem eine dünnflüssige Glasmasse über einen Speiserauslauf (3) in ein Unterwerkzeug (1) eingespeist wird, wobei die Glasmasse durch Zusammenführen eines gegenüber dem Unterwerkzeug (1) positionierten Oberwerkzeuges (4) und des Unterwerkzeuges (1) verpreßt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens. Es soll ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem das nach dem Stand der Technik auftretende Problem, die hocherhitzte Glasschmelze (2) möglichst schnell weiterzuverarbeiten und sie dabei keinen unakzeptabel hohen Horizontalkräften auszusetzen, beseitigt wird, um die Qualität des gefertigten Glases zu steigern und die Fertigungsgeschwindigkeit frei wählen zu können. Abhilfe schafft das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß zwischen dem Verfahrensschritt "Einspeisen" und dem Verfahrensschritt "Verpressen" im wesentlichen nur vertikale Kräfte auf die eingespeiste Glasschmelze (2) zur Wirkung kommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung dünner Linsen und Substrate, insbesondere Hard-Disk-Substrate, durch Pressen von dünnflüssigen, niedrigviskosen Gläsern, insbesondere von Gläsern mit Viskositäten η < 50 dPas, bei dem eine dünnflüssige Glasmasse über einen Speiserauslauf in ein Unterwerkzeug eingespeist wird, wobei die Glasmasse durch Zusammenführen eines gegenüber dem Unterwerkzeug positionierten Oberwerkzeuges und des Unterwerkzeuges verpreßt wird.

Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens. Dabei können die genannten Hard-Disk-Substrate sowohl bei magnetischen als auch opotischen Speichermedien zum Einsatz kommen. Das Verfahren dient u. a. der Herstellung von diffraktiven und refraktiven Linsen.

Aufgrund ihrer hohen oberen Entglasungstemperatur sowie der in der Regel großen Kristallwachstumsgeschwindigkeit müssen viele Glasschmelzen für optische und technische Anwendungszwecke bei sehr hohen Temperaturen und somit sehr niedrigen Viskositäten verarbeitet werden. Dies verlangt nach einem Verfahren, welches der Glasschmelze zwischen dem Einspeisen und der Formgebung möglichst wenig Zeit für eine Temperaturabsenkung bzw. Abkühlung gewährt. Um eine hierfür erforderliche schnelle Verarbeitung zu realisieren, muß nach dem Einbringen und dem Portionieren der Glasschmelze durch den Speiser diese unter geringstem zeitlichen Verzug einer Heißformgebung zugeführt werden. Hierzu werden nach dem Stand der Technik Anlagen eingesetzt, die sowohl einen Speiser als auch ein Preßwerkzeug, für gewöhnlich bestehend aus einem Ober- und mehreren Unterwerkzeugen, aufweisen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Rundtischpresse (10) von oben, d. h. mit Blick in Richtung Erdschwerefeld. Bei diesen traditionellen Rundtischpressen wird der portionierte Glasposten direkt unterhalb des Speisers (13) in die auf dem Pressentisch (11) angeordneten Unterwerkzeuge (12) bzw. Preßformen eingebracht. Durch Drehung des Pressentisches wird anschließend das Unterwerkzeug gemeinsam mit dem auf ihm positionierten Glasposten in die Preßstation (14), d. h. unter das Oberwerkzeug (15) bzw. den Preßstempel bewegt. Bei dieser Drehbewegung des Pressentisches wird der Glasposten in der Pressenform bzw. im Unterwerkzeug tangentialen Beschleunigungskräften sowie radialen Fliehkräften ausgesetzt. Der Betrag dieser horizontalen Kräfte ist abhängig von den geometrischen Ausmaßen des Pressentisches bzw. des Abstandes des Unterwerkzeuges bzw. der Preßform und der auf diesem angeordneten Glasmasse vom Drehmittelpunkt, sowie der Geschwindigkeit der Drehbewegung und der Masse der eingebrachten Glasschmelze selbst. Bei einer raschen Bewegung des Pressentisches und den hier betrachteten dünnflüssigen Glasschmelzen, mit Viskositäten η < 50 dPas, kann es hierdurch zu einer Bewegung bzw. zu einer deutlichen Verformung des eingespeisten Glaspostens kommen. Im ungünstigsten Fall schwappt ein Teil des Glaspostens über den Formrand hinaus und verläßt die Form. Für eine Verarbeitung dünnflüssiger Glasschmelzen können daher in der Regel nur geringe Transportgeschwindigkeiten und -beschleunigungen toleriert werden. Dies induziert einen langsamen Transport und damit eine ungünstig hohe Bearbeitungsdauer, die eine unakzeptabel hohe Verweildauer der Glasschmelze zwischen ihrer Einspeisung und dem Preßvorgang mit sich bringt. Die Folge ist eine zum Teil erhebliche Abkühlung des eingespeisten Glaspostens und eine dadurch deutlich eingeschränkte Formgebung. Die Qualität des Glases wird hierdurch deutlich herabgesetzt. Insbesondere können aufgrund der bereits abgekühlten Randzonen des Glastropfens geringe Wandstärke nur noch äußerst eingeschränkt ausgepreßt werden. Mit abnehmender Glasmasse des eingespeisten Glaspostens vollzieht sich die Abkühlung dieses Glaspostens in kürzeren Zeitspannen, da die wärmeabgebende Oberfläche nicht in gleichem Maße abnimmt, wie die Wärme speichernde Glasmasse selbst. Folglich erlangen die beschriebenen Probleme gerade bei der Fertigung von dünnen Linsen und Substraten besondere Bedeutung.

Andererseits besteht bei schnellem Transport die Gefahr der Rißbildung beim Preßvorgang, verursacht durch Falten oder Schlieren im Glasposten aufgrund einer Verformung beim horizontalen Transport.

Das primäre Ziel einer schnellen Verarbeitung kollidiert bei den herkömmlichen Verfahren mit den hierbei auftretenden horizontalen Kräften.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung dünner Linsen und Substrate durch Pressen von dünnflüssigen, niedrigviskosen Gläsern, insbesondere von Gläsern mit Viskositäten η < 50 dPas, bereitzustellen, bei dem die hocherhitzte Glasschmelze möglichst schnell weiterverarbeitet wird, und einerseits die Qualität des gefertigten Glases erheblich gesteigert wird und andererseits die Fertigungsgeschwindigkeit frei gewählt werden kann.

Desweiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verwendungsmöglichkeiten des vorgestellen Verfahrens aufzuzeigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem die Glasschmelze zwischen dem Verfahrensschritt "Einspeisen" und dem Verfahrensschritt "Verpressen" im wesentlichen nur vertikalen Kräften ausgesetzt wird.

Vorzugsweise wird das Unterwerkzeug für den Einspeisevorgang unterhalb des Speisers bzw. des Speiserauslaufes positioniert und das dünnflüssige Glas in das Unterwerkzeug eingespeist. Nach Beendigung des Einspeisevorganges wird das Unterwerkzeug gemeinsam mit dem eingespeisten Glasposten vertikal bis in eine untere Ruheposition abgesenkt und das während des Einspeisevorganges in einer Parkposition befindliche Oberwerkzeug in den zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug durch das Absenken des Unterwerkzeug gebildeten Zwischenraum eingebracht, wobei das Oberwerkzeug für den Preßvorgang fixiert wird und durch Aufwärtsbewegen des Unterwerkzeuges in Richtung des so fixierten Oberwerkzeuges der Glasposten in Form gepreßt wird.

Durch das im wesentlichen vertikale Absenken des Unterwerkzeuges und einer Vermeidung von translatorischen und rotatorischen Bewegungen des Unterwerkzeuges und des auf ihm befindlichen Glaspostens in horizontaler Richtung werden die nach dem Stand der Technik auftretenden horizontal wirkenden Kräfte, insbesondere die Beschleunigungs- und die Fliehkräfte, eliminiert. Eine unsymmetrische Deformation des Glasposten bzw. eine unsymmetrische Lage im Unterwerkzeug vor dem Verfahrensschritt "Verpressen" entfällt, wodurch die Qualität des gefertigten Glases erheblich gesteigert wird. Falten und Schlieren im Glasposten entfallen zusammen mit dem für sie ursächlichen horizontalen Transport. Ein Verlassen eines Teils des Glaspostens aus der Form hinaus wird unmöglich. Desweiteren findet eine Entkopplung der Fertigungs- bzw. Transportgeschwindigkeit und der sie einschränkenden horizontal wirkenden Kräfte in einfacher Weise durch die Eliminierung letzterer statt. Die Fertigungs- bzw. Transportgeschwindigkeit kann unabhängig, ganz nach den sich aus der Abkühlung des Glaspostens ergebenden Notwendigkeit einer schnellen Weiterverarbeitung frei gewählt werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zudem möglich eine hohe Oberflächengüte bzw. eine geringe Rauhigkeit zu erzielen, da dies beim Verpressen niedrigviskoser Gläser leichter realisiert werden kann als beim Verpressen hochviskoser Gläser, wodurch eine Nachbearbeitung der Oberflächen bei bestimmten Erzeugnissen entfallen kann. Bedeutung hat dies insbesondere bei der Herstellung von aphärischen Strukturen, deren Nachbearbeitung, die in der Regel in einem Schleifvorgang besteht, infolge des nicht einheitlichen Krümmungsradius besonders aufwendig ist. Nach dem Stand der Technik können asphärische Konturen auch durch Wiedererwärmen des Preßlings und anschließende Formgebung erzielt werden. Dies ist ebenfalls aufwendig und kostenintensiv.

Als vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Herstellung sogenannter Hard-Disk-Substrate.

Nach dem Stand der Technik ist Ausgangsmaterial bzw. Rohling für den Hard-Disk gepreßtes Glas, wobei der gepreßte Außendurchmesser D des Rohlings etwas größer ist als der erforderliche Durchmesser des Hard-Disk-Blanks. Zur Erzielung der endgültigen Blankdicke erfolgen anschließend Läpp- und Poliervorgänge. Die Dicke d des gepreßten Rohlings ist abhängig von dem Außendurchmesser D und beträgt beispielsweise 1,1 mm für einen Außendurchmesser D von 95 mm. Damit ergibt sich ein Verhältnis zwischen Dicke d und Durchmesser D von d/D = 0,0115 bzw. 1,15%.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können niedrigviskose Gläser verpreßt werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dünne Substrate mittels Preßverfahren herzustellen. Damit können auch bei der Herstellung von Hard-Disk- Substraten Rohlinge geringerer Dicke bei gleichem Außendurchmesser erzeugt werden. Wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist, kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verhältnis d/ D in dem oben erwähnten Beispiel von 1,15% auf 0,95 % gesenkt werden. Dies entspricht annähernd einer Reduzierung des Verhältnisses um 20%.

Neben der Materialersparnis ist vor allen Dingen die Verkürzung der Läpp- und Poliervorgänge vorteilhaft.

Vorteilhaft kann auch ein Verfahren sein, bei dem nach Einbringen des Oberwerkzeuges in den zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug durch das Absenken des Unterwerkzeuges gebildeten Zwischenraum, der Glasposten durch Abwärtsbewegen des Oberwerkzeuges in Richtung des für den Preßvorgang fixierten Unterwerkzeuges in Form gepreßt wird.

Eine sehr günstige Verfahrensvariante sieht vor, daß das Oberwerkzeug während des Einspeisevorganges seitlich und somit auf gleicher Höhe mit dem durch das Absenken des Unterwerkzeuges zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug ausgebildeten Zwischenraum geparkt wird und für den Preßvorgang durch ein seitliches, im wesentlichen horizontales Einrücken oder Einschwenken in den Zwischenraum oberhalb des Unterwerkzeuges positioniert wird.

Hierdurch wird beim Einbringen nur eine zweidimensionale Bewegung des Oberwerkzeuges in den Zwischenraum erforderlich. Eine wesentlich komplexere dreidimensionale Bewegung kann somit vermieden werden. Dies hat zur Folge, daß sowohl die für die Bewegung des Oberwerkzeuges bereitzustellende Mechanik als auch die notwendige Steuerung dieser wesentlich geringeren Ansprüchen genügen müssen, wodurch Kosten für die Produktionsmittel gesenkt werden.

Zu dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zählt auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Körperbauteile eingesetzt wird.

Gerade die Herstellung mikrostrukturierter Körper in einem Arbeitsgang erfordert ein Verpressen niedrigviskoser, d. h. dünnflüssiger Gläser. Nach dem Stand der Technik ist das Verpressen niedrigviskoser Gläser wie in der Einleitung ausführlich erläutert problematisch, weshalb die Herstellung von Mikrostrukturen nach dem Stand der Technik mehrere Arbeitsschritte erfordert. Dabei wird zunächst ein Glasposten unter Verwendung herkömmlicher Verfahren verpreßt und anschließend zum Ein- bzw. Aufbringen der Strukturen wiedererwärmt. Dies ist aufwendig und kostenintensiv.

Ebenfalls zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gehört die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung elektrisch isolierender Trägerplatten für elektrische Schaltkreise und Komponenten, insbesondere für Substrate für Leiterplatten und für Substrate zum Aufdrucken elektrischer Schaltkreise.

Derartige Bauteile werden nach dem Stand der Technik nicht durch Pressen hergestellt, weil die bekannten Preßverfahren die Herstellung von Substraten geringer Dicke nicht ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden schematisch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 2 den Einspeisevorgang des Glaspostens,

Fig. 3 den Absenkvorgang des Unterwerkzeuges,

Fig. 4 das Einbringen des Oberwerkzeuges, und

Fig. 5 das Verpressen des Glaspostens.

Für den in Fig. 2 gezeigten Einspeisevorgang wird das Unterwerkzeug 1 dicht unterhalb des Speiserauslaufs 3 positioniert, um das dünnflüssige Glas in das Unterwerkzeug 1 einzuspeisen. Das Oberwerkzeug 4 befindet sich dabei in einer seitlichen Parkposition.

Nach Beendigung des Einspeisevorganges wird, wie in Fig. 3 gezeigt, das Unterwerkzeug 1 gemeinsam mit dem eingespeisten und auf ihm befindlichen Glasposten 2 vertikal bis in eine untere Ruheposition abgesenkt. Durch das Absenken des Unterwerkzeuges 1 mit dem auf ihm befindlichen Glasposten 2 wird zwischen Speiserauslauf 3 und Unterwerkzeug 1 ein Zwischenraum 5 gebildet.

Fig. 4 zeigt das Einbringen des Oberwerkzeuges 4 in den Zwischenraum 5. Das Oberwerkzeug 4 wird so in den Zwischenraum 5 eingebracht, daß es unter den Speiserauslauf 3 zu liegen kommt und gegenüber dem Unterwerkzeug 1 positioniert ist, so daß ein Verpressen des Glaspostens 2, der sich zwischen Unterwerkzeug 1 und Oberwerkzeug 4 befindet, in einfacher Weise durch ein Zusammenführen des Oberwerkzeuges 4 und des Unterwerkzeuges 1 erfolgen kann. Das Oberwerkzeug 4 wird in Vorbereitung auf den eigentlichen Preßvorgang durch eine hier nicht dargestellte Führung fixiert.

Fig. 5 zeigt das Verpressen des Glaspostens 2 zwischen Oberwerkzeug 4 und Unterwerkzeug 1. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen wird der Glasposten 2 durch Aufwärtsbewegen des Unterwerkzeuges 1 in Richtung des fixierten Oberwerkzeuges 4 in Form gepreßt.

Bezugszeichenliste

1

Unterwerkzeug

2

Glasposten

3

Speiserauslauf

4

Oberwerkzeug

5

Zwischenraum

10

Rundtischpresse

11

Pressentisch

12

Unterwerkzeug

13

Speiser

14

Preßstation

15

Oberwerkzeug

Claims (6)

1. Verfahren für die Herstellung dünner Linsen und Substrate, insbesondere Hard- Disk-Substrate, durch Pressen von dünnflüssigen, niedrigviskosen Gläsern, insbesondere von Gläsern mit Viskositäten η < 50 dPas, bei dem eine dünnflüssige Glasmasse über einen Speiserauslauf in ein Unterwerkzeug eingespeist wird, wobei die Glasmasse durch Zusammenführen eines gegenüber dem Unterwerkzeug positionierten Oberwerkzeuges und des Unterwerkzeuges verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschmelze zwischen dem Verfahrensschritt "Einspeisen" und dem Verfahrensschritt "Verpressen" im wesentlichen nur vertikalen Kräften ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug für den Einspeisevorgang unterhalb des Speiserauslaufs positioniert und das dünnflüssige Glas eingespeist wird, daß nach Beendigung des Einspeisevorganges das Unterwerkzeug gemeinsam mit dem eingespeisten Glasposten vertikal bis in eine untere Ruheposition abgesenkt wird und daß das während des Einspeisevorganges in einer Parkposition befindliche Oberwerkzeug in den zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug durch das Absenken des Unterwerkzeug gebildeten Zwischenraum eingebracht wird, wobei das Oberwerkzeug für den Preßvorgang fixiert wird und durch Aufwärtsbewegen des Unterwerkzeuges in Richtung des so fixierten Oberwerkzeuges der Glasposten in Form gepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug für den Einspeisevorgang unterhalb des Speiserauslaufs positioniert und das dünnflüssige Glas eingespeist wird, daß nach Beendigung des Einspeisevorganges das Unterwerkzeug gemeinsam mit dem eingespeisten Glasposten vertikal bis in eine untere Ruheposition abgesenkt wird und daß das während des Einspeisevorganges in einer Parkposition befindliche Oberwerkzeug in den zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug durch das Absenken des Unterwerkzeug gebildeten Zwischenraum eingebracht wird, wobei durch Abwärtsbewegen des Oberwerkzeuges in Richtung des für den Preßvorgang fixierten Unterwerkzeuges der Glasposten in Form gepreßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwerkzeug während des Einspeisevorganges seitlich und somit auf gleicher Höhe mit dem durch das Absenken des Unterwerkzeuges zwischen Speiserauslauf und Unterwerkzeug ausgebildeten Zwischenraum geparkt wird und für den Preßvorgang durch ein seitliches, im wesentlichen horizontales Einrücken oder Einschwenken in den Zwischenraum oberhalb des Unterwerkzeuges positioniert wird.

5. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Körper und Bauteile eingesetzt wird.

6. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Herstellung elektrisch isolierender Trägerplatten für elektrische Schaltkreise und Komponenten, insbesondere Substrate für Leiterplatten und für Substrate zum Aufdrucken elektrischer Schaltkreise, eingesetzt wird.