CN102656632B - 磁盘用玻璃基板的制造方法以及磁盘用玻璃基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供磁盘用玻璃基板的制造方法以及磁盘用玻璃基板,提供能够高效地制造具有良好表面凸凹精度及耐冲击性的磁盘用玻璃基板的方法,该方法具有:加压成形工序,制作具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、且作为磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度的板状玻璃材料;化学强化工序,制造至少在板状玻璃材料的主表面形成压缩应力层的玻璃基板;及主表面研磨工序,在玻璃基板的主表面加压研磨垫,一边在玻璃基板与研磨垫之间供给包含研磨材料的研磨液,一边使玻璃基板和研磨垫相对移动,以研磨玻璃基板的主表面。而且,将在加压成形工序中制作的板状玻璃材料的厚度设定为相对于作为磁盘用玻璃基板的目标厚度,厚主表面研磨工序产生的研磨量厚度。
Description
技术领域
本发明涉及具有一对主表面的磁盘用玻璃基板的制造方法以及磁盘用玻璃基板。
背景技术
如今,在个人计算机、笔记本电脑或DVD(Digital Versatile Disc,数字多功能光盘)记录装置等,为了记录数据内置有硬盘装置。特别是,在笔记本电脑等以携带性为前提的设备所使用的硬盘装置中,使用在玻璃基板设置磁性层的磁盘,用微微上浮于磁盘的面上的磁头(DFH磁头(Dynamic Flying Height))在磁性层进行磁记录信息的记录或读取。由于该磁盘的基板与金属基板等相比具有不易产生塑性变形的性质,所以适于使用玻璃基板。
另外,为满足硬盘装置的存储容量增大的要求,人们正在谋求磁记录的高密度化。例如,使用将磁性层的磁化方向相对于基板的面呈垂直的方向的垂直磁记录方式,进行磁记录信息区域的微细化。因此,能够使一张盘面基板的存储容量增大。并且,为了存储容量的进一步增大化,还尽量缩短从磁头的磁记录面的上浮距离进行磁记录信息区域的微细化。在这样的磁盘的基板中,磁性层按照磁性层的磁化方向相对于基板面略垂直的方向平坦地形成。因此,玻璃基板表面的凹凸被做成尽可能小。
另外,磁头的上浮距离短容易引起磁头猛撞故障或热粗糙故障,由于这些故障是因磁盘面上的微小的凹凸或者颗粒产生,所以,除玻璃基板的主表面外,玻璃基板的端面的表面凹凸也做得尽可能小。
但是,作为构成磁盘所使用的玻璃基板的母材的板状玻璃材料的成形方法,已知有加压成形法和漂浮法。
例如,在以下专利文献1中提出的玻璃产品的制造方法中,作为构成磁盘所使用的玻璃基板的母材的板状玻璃材料的成形方法,公开了加压成形法。在公开的加压成形法中,在作为承接型料滴形成模具的下模具上提供由熔融玻璃构成的玻璃料滴,使用下模具和作为对置型料滴形成模具的上模具,加压成形玻璃料滴。更具体地,在下模具上提供了由熔融玻璃构成的玻璃料滴后,使上模具用筒形模具的下表面和下模具用筒形模具的上表面接触,超越上模具与上模具用筒形模具的滑动面以及下模具与下模具用筒形模具的滑动面而在其外侧形成薄板状玻璃成形空间,进一步使上模具下降进行加压成形,加压成形之后马上使上模具上升。由此,成形成为磁盘用玻璃基板的母材的板状玻璃材料。
但是,在上述现有的加压成形方法中成形的板状玻璃材料的表面凸凹,相对于用于谋求上述磁记录的高密度化以及磁记录信息区域的微细化的主表面的表面凸凹的精度并不充分。
例如,在成形板状玻璃材料时,为了防止玻璃材料在上模具以及下模具的模具表面熔敷,在模具表面涂敷脱模剂,但因为使用该脱模剂,所以板状玻璃材料的主表面的表面粗糙度大。另外,上模具以及下模具的表面温度差大,提供玻璃料滴(玻璃材料块)的下模具处于高温状态。因该表面温度差在成形的板状玻璃材料的厚度方向以及在该板的面内造成温度分布,所以,从模具取出而冷却的板状玻璃材料的收缩量也在板状玻璃材料的厚度方向以及该板的面内维持分布。因此,板状玻璃材料易弯曲,作为其结果,成形时的板状玻璃材料的平坦度低。
因此,以上述现有的加压成形法得到的板状玻璃材料,需要将其平坦度提高到作为磁盘用玻璃基板要求的平坦度。因此,加压成形后,对板状玻璃材料实施研削工序,由此使玻璃材料的平坦度得到提高。但是,实施研削工序,不仅成为制造磁盘用玻璃基板的额外工序,还将产生“下垂问题”。
即,在现有的加压成形法中,由于平坦度并没有期望那样好,所以研削工序中的加工余量(研削量)变大。例如,其加工余量为200μm。但是,如果研削工序中的加工余量变大,则在板状玻璃材料的表面形成深的裂缝,所以为了不残留深的裂缝,在紧接研削工序的研磨工序中加工余量(研磨量)必然大。这里,如果在使用游离磨粒以及树脂抛光机的研磨工序中加工余量变大,则板状玻璃材料的主表面的外周边缘部附近被削圆,将产生边缘部的“下垂问题”。该“下垂”也叫滚降。即,由于板状玻璃材料的外周边缘部附近被削圆,所以将该板状玻璃材料作为玻璃基板使用而制造磁盘时,外周边缘部附近的磁性层和磁头之间的距离比玻璃基板的其它的部分中的磁头的上浮距离变大。另外,由于外周边缘部附近成为具有圆形的形状,所以产生表面凹凸。其结果,在外周边缘部附近的磁性层,磁头的记录以及读取动作不正确,即可记录及读取的区域减少,以上就是“下垂问题”。
另外,由于研磨工序的加工余量大,所以因研磨工序花费时间长等,在实用上并不理想。
总之,现有的加压成形法由于不能得到平坦度充分的板状玻璃材料,所以,主要因后续工序中需要花费较长时间的研削工序及因研削工序产生上述的“下垂”问题两点不理想。
与此相对,漂浮法是在充满了锡等熔融金属的浴槽内,通过连续流入熔融玻璃而得到板状玻璃材料的方法。熔融玻璃在实施了严密的温度操作的浴槽内沿行进方向流动,最终形成调整为所期望的厚度、宽度的带状的玻璃带。从该玻璃带切出成为磁盘用玻璃基板的母材的板状玻璃材料。由于浴槽内的熔融锡的表面为水平状,所以,由漂浮法得到的板状玻璃材料其表面的平坦度充分高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:专利第3709033号公报
发明内容
但是,磁盘用玻璃基板被要求一定的耐冲击性,因此,以提高该玻璃基板的耐冲击性为目的,有时对于成为母材的板状玻璃材料实施化学强化工序。
该化学强化工序进行如下。首先,作为化学强化液,使用例如硝酸钾和硫酸钠的混合液,使该化学强化液加热到300℃~400℃。然后,将清洗了的板状玻璃材料G预热到例如200℃~300℃后,在化学强化液中浸渍例如3小时~4小时。由此,使玻璃材料的表层由钠离子、钾离子置换,形成压缩应力层。由此,玻璃材料表面产生的裂缝不易行进到玻璃材料内部。在化学强化工序形成的压缩应力层的厚度约为50~200μm。
但是,如果对以漂浮法得到的、平坦度极高的板状玻璃材料实施化学强化工序,那么,具有在板状玻璃材料产生弯曲的问题。即,在以漂浮法得到的板状玻璃材料中,其一面必然形成作为熔融金属使用的锡造成的10~50μm厚的锡扩散层,而另一面不形成锡扩散层。如果对该板状玻璃材料实施化学强化工序,那么,因由锡扩散层的有无在一面和另一面所形成的压缩应力层不同而产生弯曲,平坦度变低。因此,在实施化学强化的前提下,需要对于由漂浮法得到的板状玻璃材料的产生了锡扩散层的面实施用于去除锡扩散层的研削工序。
对以上进行总结,若按现有的加压成形法,则由于得不到平坦度充分的板状玻璃材料,所以需要研削工序;若按漂浮法,则虽然得到平坦度充分的板状玻璃材料,但是为了去除材料表面的锡扩散层,需要研削工序。
因此,本发明的目的在于,提供一种高效地制造具有良好的表面凸凹精度和耐冲击性的磁盘用玻璃基板的方法。
本发明的一个方式是一种具有一对主表面的磁盘用玻璃基板的制造方法,其特征在于,具有如下工序:加压成形工序,通过将熔融玻璃加压成形而制造板状玻璃材料,所述板状玻璃材料具有所述主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且作为磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度;化学强化工序,制作盘状基板,所述盘状基板通过浸渍于含有碱金属离子的化学强化盐中而至少在所述板状玻璃材料的主表面形成压缩应力层;及主表面研磨工序,在所述盘状基板的主表面加压研磨垫,一边在所述盘状基板与研磨垫之间供给包含研磨材料的研磨液,一边使所述盘状基板和所述研磨垫相对移动,以研磨所述盘状基板的主表面,将在所述加压成形工序中制作的板状玻璃材料的厚度设定为,相对于作为磁盘用玻璃基板的目标厚度,厚所述主表面研磨工序产生的研磨量厚度。
成形具有所述主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且作为磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度、并具有相对于作为磁盘用玻璃基板的目标板厚厚研磨量部分的板厚的板状玻璃材料,由于以加压成形工序得到的板状玻璃材料的表面凸凹精度良好,所以,对于该板状玻璃材料的表面处理工序只需研磨工序即可,不需要比该研磨工序对于主表面的加工余量大的研削工序。另外,通过在化学强化工序形成的压缩应力层可得到良好的耐冲击性。因此,能够高效地制造具备了良好的表面凸凹精度和耐冲击性的磁盘用玻璃基板。
所述加压成形工序优选具有:使熔融玻璃的块落下的工序,和用从所述块的落下路径两侧相互对置、并设定为大致相同温度的一对模具面夹住所述块并加压成形,由此,成形所述板状玻璃材料的工序。通过所述加压成形,能够制造具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且作为磁盘用玻璃基板需要的平坦度、作为磁盘用玻璃基板的目标板厚的厚度的板状玻璃材料。
优选的是,在成形所述板状玻璃材料的工序中,在用一对模具面夹住块并加压成形后马上打开一对模具。
关于所述板状玻璃材料,优选所述目标平坦度在4μm以下。
优选的是,进一步在所述板状玻璃材料成形工序和所述研削工序之间,具有对所述板状玻璃材料进行划线的工序。
而且,优选的是,用本发明的磁盘用玻璃基板的制造方法制造的磁盘用玻璃基板是其主表面的平坦度在4μm以下、粗糙度为0.2nm以下。
在上述磁盘用玻璃基板的制造方法中,能够高效地制造具备了良好的表面凸凹精度和耐冲击性的磁盘用玻璃基板。
附图说明
图1是用于说明使用本发明的一实施方式的磁盘用玻璃基板制成的磁盘的图;
图2是用于说明板状玻璃材料或玻璃基板的表面凹凸的图;
图3是磁盘用玻璃基板的制造方法的一实施方式的流程的图;
图4是图3所示的在加压成形中使用的装置的俯视图;
图5是用于说明图4所示的装置进行的加压成形的一个例子的图;
图6是用于说明图4中的加压成形的其他例的图;
图7是用于说明图4中的加压成形的又一其他例的图;
图8是用于说明图4中的加压成形再一其他例的图;
图9是说明在图3所示的第一研磨和第二研磨使用的双面研磨装置的图。
附图标记说明:
1 磁盘
2 玻璃基板
3A、3B 磁性层
4A、4B 磁头
5 外周边缘部
10 研磨垫
31 上平台
32 下平台
33 研磨用底架
34 内齿轮
35 太阳齿轮
101、201、400 装置
111 熔融玻璃流出口
120、130、140、150、220 加压单元
121、221 第一模具
121a、122a 内周面
122、222 第二模具
122b 垫片
123 第一驱动部
124 第二驱动部
160 切割单元
161、162 切割刀
171 第一传送机
172 第二传送机
173 第三传送机
174 第四传送机
具体实施方式
以下,就本发明的磁盘用玻璃基板的制造方法以及磁盘用玻璃基板进行详细说明。
图1(a)~图1(c)是用于说明使用本发明的磁盘用玻璃基板制成的磁盘的图。
(磁盘以及磁盘用玻璃基板)
如图1(a)所示,硬盘装置中使用的磁盘1,在环状的玻璃基板2的主表面上形成有图1(b)所示那样至少包含磁性层(垂直磁记录层)等的层3A、3B。更具体地说,在层3A、3B包含例如,未图示的附着层、软磁性层、非磁性基底层、垂直磁记录层、保护层以及润滑层。附着层使用例如Cr合金等,作为与玻璃基板2的粘合层起作用。软磁性层使用例如CoTaZr合金等,非磁性基底层使用例如粒状非磁性层等,垂直磁记录层使用例如粒状磁性层等。另外,保护层使用碳氢构成的材料,润滑层使用例如氟类树脂等。
关于上述层3A、3B,若以更具体的例说明,那么,对于玻璃基板2,使用内联型溅射装置,在玻璃基板2的两主表面依次成膜CrTi附着层、CoTaZr/Ru/CoTaZr软磁性层、CoCrSiO2非磁性粒状基底层、CoCrPt-SiO2·TiO2粒状磁性层、碳氢保护膜。进一步,在成膜的最上层用浸渍法成膜全氟聚醚润滑层而形成磁性层3A、3B。
磁盘1如图1(c)所示那样,硬盘装置的磁头4A、4B伴随着磁盘1的高速例如7200rpm旋转,从磁盘1的表面分别上浮5nm。即,图1(c)中的距离H为5nm。在该状态,磁头4A、4B在磁性层记录信息或读取信息。由于通过该磁头4A、4B的上浮,不会相对于磁盘1滑动,而且在近距离对磁性层进行记录或读取,所以实现磁记录信息区域的微细化和磁记录的高密度化。
此时,从磁盘1的玻璃基板2的中央部到外周边缘部5,能够以设定目标的表面精度正确地加工,并以保持了距离H=5nm的状态使磁头4A、4B正确地动作。
这样的玻璃基板2的表面凹凸的表面处理工序,如后述那样,不包含相对加工余量大的研削工序,只由相对加工余量小的第一研磨以及第二研磨构成。
这样的磁盘1使用的玻璃基板2的主表面的表面凹凸,其平坦度为4μm以下,表面的粗糙度为0.2nm以下。平坦度能够使用例如Nidek公司制平整度测试仪FT-900测量。另外,主表面的粗糙度用由JIS B0601:2001规定的算术平均粗糙度Ra表示,0.006μm以上200μm以下的情况,能够用例如三丰公司制粗糙度测量仪SV-3100测量,用由JIS B0633:2001规定的方法计算。作为其结果,粗糙度为0.03μm以下的情况,能够用例如精工电子纳米科技株式会社制扫描式探测器显微镜(原子间力显微镜)计测,用由JIS R1683:2007规定的方法计算。
在本发明中,关于研磨工序前的板状玻璃材料由上述粗糙度测量仪进行了测量,关于研磨后的玻璃基板,由上述扫描式探测器显微镜(原子间力显微镜)进行了测量。
图2(a)~图2(d)是说明表面凹凸的图。表面凹凸能够根据凹凸的波长按大致4个凹凸确定。
具体地说,表面凹凸分为,波长最大的起伏(波长0.6μm~130mm程度)、波纹(波长0.2μm~1mm程度)、微波纹(波长0.1μm~1mm)、粗糙度(波长10nm以下)。
其中,起伏能够以上述平坦度为指标进行表示,粗糙度能够以上述Ra为指标进行表示。
在本实施方式的制造方法中,加压成形后得到的板状玻璃材料具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、且磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度。通过加压成形制成的板状玻璃材料具有相对于作为磁盘用玻璃基板的目标板厚再厚由研磨工序发生的研磨量部分的板厚。即,加压成形后的板状玻璃材料的板厚为,最终产品的磁盘用玻璃基板的目标板厚加上由研磨工序发生的微量的加工余量后的板厚。然后,不用对加压成形后的板状玻璃材料进行调整平坦度以及板厚的研削工序就可制成磁盘用玻璃基板。所谓“磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度”为例如4μm以下。之所以将板状玻璃材料的表面的平坦度设定为4μm以下,是因为,维持磁盘1使用的玻璃基板2的平坦度,磁头4A、4B可以进行适当的记录和读取动作。若作为具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且作为磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度,并具有相对于作为磁盘用玻璃基板的目标厚度厚所述主表面研磨产生的研磨量部分板厚的板状玻璃材料举一个例子,则能够由后述的加压成形制成。然而,在现有的加压成形中,则不能制成具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且作为磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度并具有相对于作为磁盘用玻璃基板的目标厚度厚所述主表面研磨产生的研磨量部分板厚的板状玻璃材料。
按本实施方式的制造方法,在后述的加压成形后,经第一研磨工序以及第二研磨工序,能够得到平坦度为4μm以下、表面的粗糙度为0.2nm以下的磁盘用玻璃基板。
在此,之所以将加压成形后的板状玻璃材料的表面的粗糙度设定为0.01μm以下,是因为,通过后述的两次研磨工序不用增加加工余量就将表面粗糙度调整为0.2nm。另外,表面粗糙度若为0.01μm以下,则能够对板状玻璃材料进行高效的划线。
这样的板状玻璃材料G的表面凹凸能够通过调整加压成形模具的表面的粗糙度实现。
作为磁盘1使用的玻璃基板2的材料,能够使用铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硼硅玻璃等。特别是,从能够实施化学强化、且能够制成主表面的平坦度以及基板的强度优异的磁盘用玻璃基板的方面考虑,可以很好地使用铝硅酸盐玻璃。
作为铝硅酸盐玻璃,优选使用:以摩尔%显示、作为主成分含有57~74%SiO2,0~2.8%ZnO2,3~15%Al2O3,7~16%LiO2,4~14%Na2O的化学强化用玻璃材料。
(磁盘用玻璃基板的制造方法)
图3是表示磁盘用玻璃基板的制造方法的一实施方式的流程的图。该流程中,步骤S50的第一研磨工序和步骤S70的第二研磨工序构成将板状玻璃材料的主表面进行镜面加工的表面处理工序。
首先,通过加压成形制成板状玻璃材料(步骤S10)。制成的板状玻璃材料是如下玻璃材料,具有主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且磁盘用玻璃基板的目标平坦度的平坦度,并具有相对于作为磁盘用玻璃基的目标板厚度厚由主表面研磨发生的研磨量部分的板厚。
这样的加压成形使用例如图4以及图5所示的装置进行。另外,该加压成形也可以使用图6、图7或图8所示的装置进行。图4是进行加压成形的装置101的俯视图,图5~8是从侧面看到的装置进行加压成形的状态的图。
(a)加压成形工序
图4所示的装置101具有4组的加压单元120、130、140、150及切割单元160。切割单元160设置于从熔融玻璃流出口111流出的熔融玻璃的路径上。装置101使由切割单元160切割产生的熔融玻璃的块落下,此时,用从块的落下路径两侧相互对置且设定于略相同的温度的一对的模具面夹住并加压,由此成形板状玻璃材料。
具体地说,如图4所示那样,装置101以熔融玻璃流出口111为中心,4组加压单元120、130、140以及150按90度间隔设置。
在此,所谓“略相同的温度”意味着,构成一对模具的第一加压成形模具的加压成形面的温度与第二加压成形模具的加压成形面的温度的温度差的绝对值为10℃以内。该温度差的绝对值优选5℃以内,最优选0℃。在此,在加压成形面内存在温度分布的情况下,所谓“加压成形面的温度”意味着加压成形面的中心部附近的温度。
另外,优选用所述一对模具面使所述块在略相同的时间接触而夹住并加压成形。在此,所谓“略相同的时间接触”意味着熔融玻璃块和一方的加压成形面接触的时刻,与熔融玻璃块和另一方的加压成形面接触的时刻的时间差的绝对值为0.1秒以内。此时间差的绝对值优选0.05秒以内,最优选0秒。
加压单元120、130、140以及150分别由未图示的移动机构驱动,相对于熔融玻璃流出口111可以进退。即,在位于熔融玻璃流出口111正下方的捕捉位置(在图4中加压单元140以实线描绘的位置),与从熔融玻璃流出口111离开的退避位置(在图4中,加压单元120、130以及150以实线描绘的位置以及加压单元140以虚线描绘的位置)之间能够移动。
切割单元160设置于捕捉位置与熔融玻璃流出口111之间的熔融玻璃的路径上,将从熔融玻璃流出口111流出的熔融玻璃适量地切割形成熔融玻璃的块(以下称料滴)。切割单元160具有一对切割刀161以及162。切割刀161以及162被驱动为按规定时间在熔融玻璃的路径上交叉,切割刀161以及162交叉时,熔融玻璃被切割得到料滴。得到的料滴向捕捉位置落下。
加压单元120具有第一模具121、第二模具122、第一驱动部123以及第二驱动部124。第一模具121和第二模具122分别是具有用于将料滴加压成形的面的板状的构件,配置成该两个面的法线方向呈略水平方向,该两个面相互平行对置。第一驱动部123使第一模具121相对于第二模具122进退。另外,第二驱动部124使第二模具122相对于第一模具121进退。第一驱动部123以及第二驱动部124具有例如将气缸或螺线管和线圈弹簧组合的机构等,使第一驱动部123的面和第二驱动部124的面迅速接近的机构。
此外,加压单元130、140以及150的构造与加压单元120相同,所以说明从略。
各个加压单元在移动到捕捉位置后,通过第一驱动部和第二驱动部的驱动,将落下的料滴夹在第一模具和第二模具之间夹住,成形为规定的厚度,同时迅速冷却,制成圆状的板状玻璃材料G。接着,加压单元移动到退避位置后,使第一模具和第二模具分离,使制成的板状玻璃材料G落下。在加压单元120、130、140以及150的退避位置之下,设置有第一传送机171、第二传送机172、第三传送机173以及第四传送机174。第一~第四传送机171~174分别承接从对应的各加压单元落下的板状玻璃材料G将板状玻璃材料G输送到未图示的下一工序的装置。
在装置101,由于构成为:加压单元120、130、140以及150顺序地移动到捕捉位置,夹住料滴移动到退避位置,所以能够不等待在各加压单元的板状玻璃材料G的冷却,连续地进行板状玻璃材料G的成形。
图5(a)~图5(c)更具体地说明了使用了装置101的加压成形。图5(a)是表示制作料滴以前的状态的图,图5(b)是表示由切割单元160制作了料滴的状态的图,图5(c)是表示通过对料滴进行加压而成形板状玻璃材料G的状态的图。
如图5(a)所示那样,熔融玻璃材料LG从熔融玻璃流出口111连续地流出。此时,在规定的时间驱动切割单元160,由切割刀161以及162切割熔融玻璃材料LG(图5(b))。由此,被切割的熔融玻璃因其表面张力成为大致球状的料滴GG。在图示的例中,调整熔融玻璃材料LG的单位时间的流出量以及切割单元160的驱动间隔,以使每驱动切割单元160一次,形成例如半径10mm程度的料滴GG。
制作的料滴GG向加压单元120的第一模具121和第二模具122的间隙落下。此时,在料滴GG进入第一模具121和第二模具122的间隙的时间,驱动第一驱动部123以及第二驱动部124(图4参照),以使第一模具121和第二模具122相互接近。由此,如图5(c)所示那样,在第一模具121和第二模具122之间料滴GG被捕获。进一步,第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a成为以微小的间隔接近的状态,被夹在第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a之间的料滴GG被制成薄板状。此外,为了恒定地维持第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a的间隔,在第二模具122的内周面122a设置突起状的垫片122b。即,通过第二模具的垫片122b与第一模具121的内周面121a接触,第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a的间隔被恒定地维持,制作板状的空间。第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a的间隔按照制作具有如下厚度的板状玻璃材料调整,所述厚度相对于作为磁盘用玻璃基板的目标板厚再厚主表面研磨发生的研磨量部分
在第一模具121以及第二模具122,设置有未图示的温度调节机构,第一模具121以及第二模具122的温度保持在比熔融玻璃LG的玻璃化转变温度TG充分低的温度。
在装置101,料滴GG与第一模具121的内周面121a或者第二模具122的内周面122a接触后到第一模具121和第二模具122将料滴GG完全关闭的状态的时间为约0.06秒,非常短。因此,料滴GG在极短时间内沿第一模具121的内周面121a以及第二模具122的内周面122a扩展被成形为略圆状,并且,被急剧冷却作为非晶质玻璃固化。由此,制成板状玻璃材料G。此外,在本实施方式成形的板状玻璃材料G是例如直径75~80mm,厚度约1mm的圆状的板。
第一模具121和第二模具122被关闭后,加压单元120迅速地移动到退避位置,相应地,其他加压单元130移动到捕捉位置,由该加压单元130进行料滴GG加压。
加压单元120移动到退避位置后,板状玻璃材料G充分被冷却前(到至少比变形点低的温度前),第一模具121和第二模具122维持关闭的状态。之后,第一驱动部123以及第二驱动部124被驱动,第一模具121和第二模具122分离,板状玻璃材料G从加压单元120脱离而落下,被位于下部的传送机171接住(参照图4)。
在装置101,如上述那样,第一模具121和第二模具122在0.1秒以内(约0.06秒)的非常短的时间内关闭,第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a的整体几乎同时接触熔融玻璃。因此,第一模具121的内周面121a和第二模具122的内周面122a不会局部加热,在内周面121a和内周面122a上几乎不产生变形。而且,由于在热从熔融玻璃传导到第一模具121以及第二模具122前,熔融玻璃被成形为圆状,所以成形的熔融玻璃的温度分布大致相同。因此,在熔融玻璃冷却时,玻璃材料的收缩量的分布小,板状玻璃材料G不会产生大的变形。因此,制成的板状玻璃材料G的主表面的平坦度与通过现有的加压成形制成的板状玻璃材料相比,能够减小到4μm以下。
另外,内周面121a以及内周面122a的表面粗糙度被调整为:板状玻璃材料G的算术平均粗糙度Ra为0.01μm以下。
此外,在图5所示的例中,使用切割刀161以及162切割流出的熔融玻璃LG,由此形成大致球状的料滴GG。然而,熔融玻璃材料LG的粘度相对于即将切割的料滴GG的体积小的情况下,若只切割熔融玻璃LG,则被切割的玻璃并不成为大致球状,不能制作料滴。这样的情况下,使用用于制作料滴的料滴形成模具。
图6(a)~图6(c)是说明图5所示的实施方式的变形例的图。在该变形例中使用料滴形成模具。图6(a)是表示制作料滴前的状态的图,图6(b)是表示由切割单元160以及料滴形成模具180制作料滴GG的状态的图,图6(c)是表示将料滴GG加压成形制作了板状玻璃材料G的状态的图。
如图6(a)所示那样,加压单元120通过在熔融玻璃LG的路径上关闭块181、182而阻断熔融玻璃LG的路径,由用块181、182做成的凹部180C接住切割单元160切割的熔融玻璃LG的块。之后,如图6(b)所示那样,通过打开块181、182,在凹部180C成为球状的熔融玻璃LG向加压单元120一下子落下。在该落下时,料滴GG因熔融玻璃LG的表面张力成为球状。球状的料滴GG在落下中途,如图6(c)所示那样,被第一模具121和第二模具122夹住,通过加压成形,制成圆形的板状玻璃材料G。
或者,如图7(a)~图7(d)所示那样,装置101也可以不使用图6(a)~(c)所示的切割单元160,而使用移动机构,使料滴形成模具180沿着熔融玻璃LG的路径向上游侧方向或下游侧方向移动。图7(a)~图7(d)是说明使用料滴形成模具180的变形例的图。图7(a),图7(b)是表示制作料滴GG前的状态的图,图7(c)是表示由料滴形成模具180制作了料滴GG的状态的图,图7(d)是表示将料滴GG加压成形制作了板状玻璃材料G的状态的图。
如图7(a)所示那样,通过块181、182制作的凹部180C接住从熔融玻璃流出口111流出的熔融玻璃LG,如图7(b)所示那样,在规定的时间使块181、182迅速地向熔融玻璃LG的流路的下游侧移动。由此,熔融玻璃LG被切割。之后,在规定的时间,如图7(c)所示那样,块181、182分离。由此,在块181、182保持的熔融玻璃LG一下子落下,料滴GG因熔融玻璃LG的表面张力成球状。球状的料滴GG在落下中途,如图7(d)所示那样,被第一模具121和第二模具122夹住而被加压成形,由此制成圆形的板状玻璃材料G。
图8(a)~图8(c)是说明代替料滴GG,使用未图示的软化炉加热的光学玻璃的块CP落下,从落下中途的两侧用模具221、222夹住并加压成形的变形例的图。图8(a)是表示成形加热了的光学玻璃的块前的状态的图,图8(b)是表示光学玻璃的块落下的状态的图,图8(c)是表示将光学玻璃的块加压成形制作了板状玻璃材料G的状态的图。
如图8(a)所示那样,装置201用玻璃材料把持机构212将光学玻璃块CP搬运到加压单元220的上部的位置,在该位置,如图8(b)所示那样,玻璃材料把持机构212释放光学玻璃块CP的把持,使光学玻璃块CP落下。光学玻璃块CP在落下中途,如图8(c)所示那样,被第一模具221和第二模具222夹住制成圆形的板状玻璃材料G。由于第一模具221以及第二模具222与图5所示的第一模具121以及第二模具122具有相同的构成以及作用,所以说明从略。
(b)划线工序
在以上的加压成形后,如图3所示那样,对制成的板状玻璃材料G进行划线(步骤S20)。
在此,所谓划线,是指为了将制成的板状玻璃材料G做成规定尺寸的环状,在板状玻璃材料G的表面用超钢合金制或钻石粒子构成的刻线机设置两个同心圆(内侧同心圆以及外侧同心圆)状的切割线(线状伤痕)。被划线为两个同心圆形状的板状玻璃材料G被部分加热,因板状玻璃材料G的热膨胀差异,去除外侧同心圆的外侧部分。由此,成为正圆状的板状玻璃材料。
如上述那样,通过上述(a)的加压工序制作的板状玻璃材料G的粗糙度为0.01μm以下,所以,能够使用划线机很好地设定切割线。板状玻璃材料G的粗糙度超过1μm的情况下,划线机无法追随表面凹凸,不能够一样地设定切割线。
(c)形状加工工序(倒角工序)
接下来,进行划线后的板状玻璃材料G的形状加工(步骤S30)。形状加工包括倒角(外周端部以及内周端部的倒角)。在倒角加工中,在环状的板状玻璃材料G的外周端部以及内周端部,通过钻石磨石实施倒角。
(d)端面研磨工序
接着,进行板状玻璃材料G的端面研磨(步骤S40)。
在端面研磨中,将板状玻璃材料G的内周侧端面以及外周侧端面通过刷式研磨进行镜面化。此时,使用作为游离磨粒包含氧化铈等微粒子的泥浆。通过进行端面研磨,去除在板状玻璃材料G的端面附着灰尘等的污染、损伤或伤痕等的损伤,由此,能够防止产生成为钠或钾等的腐蚀诱因的离子析出。
(e)第一研磨(主表面研磨)工序
接下来,在被研削的板状玻璃材料G的主表面实施第一研磨(步骤S50)。第一研磨以去除残留在主表面的伤痕、变形为目的。
第一研磨的加工余量为例如数μm~10μm程度。在本实施例的制造方法中,由于不进行加工余量大的研削工序,所以,在板状玻璃材料G不发生研削工序引起的伤痕、变形等。因此,少的第一研磨工序的加工余量即可完成。
在第一研磨工序以及后述的第二研磨工序,使用图9所示的两面研磨装置3。两面研磨装置3是使用研磨垫10,使板状玻璃材料G和研磨垫10相对移动进行研磨的装置。
图9(a)是两面研磨装置的驱动机构部的说明图,图9(b)是具有上下平台的两面研磨装置的主要部分剖视图。如图9(a)所示那样,两面研磨装置3具有:研磨用底架安装部,具有以各自规定的旋转比率旋转驱动的内齿轮34以及太阳齿轮35;及上平台31、下平台32,夹持该研磨用底架安装部被相互反转驱动。在与上平台31、下平台32的与板状玻璃材料G对置的面,分别粘贴有后述的研磨垫10。按照与内齿轮34以及太阳齿轮35啮合的方式安装的研磨用底架33进行行星齿轮运动,边自转边绕太阳齿轮35的周围公转。
研磨用底架33分别保持有多个板状玻璃材料G。上平台31能够上下方向移动,如图9(b)所示那样,对板状玻璃材料G的表里的主表面加压研磨垫10。然后,一边提供含有研磨磨粒(研磨材料)的泥浆(研磨液),一边通过研磨用底架33的行星齿轮运动,上平台31以及下平台32相互反转,使板状玻璃材料G和研磨垫10相对移动,从而使板状玻璃材料G的表里的主表面被研磨。
此外,在第一研磨工序中,作为研磨垫使用例如硬质树脂抛光机,作为研磨材料使用例如氧化铈磨粒。
(f)化学强化工序
接下来,第一研磨后的板状玻璃材料G被化学强化(步骤S60)。
作为化学强化液,可以使用例如硝酸钾(60%)和硫酸钠(40%)的混合液等。在化学强化中,化学强化液被加热到例如300℃~400℃,清洗了的板状玻璃材料G被预热到例如200℃~300℃后,板状玻璃材料G在化学强化液中浸渍例如3小时~4小时。该浸渍时,为了使板状玻璃材料G的两主表面整体被化学强化,最好使多个板状玻璃材料G在其端面被保持的方式以收纳在支架的状态进行。
这样,通过将板状玻璃材料G浸渍在化学强化液中,板状玻璃材料G表层的锂离子及钠离子分别被化学强化液中的离子半径相对大的钠离子及钾离子置换,形成约50~200μm厚的压缩应力层。由此,板状玻璃材料G被强化,从而具备良好的耐冲击性。此外,清洗被化学强化处理的板状玻璃材料G。例如,用硫酸清洗后,用纯水、IPA(异丙醇)等清洗。
(g)第二研磨(最终研磨)工序
接下来,对被化学强化充分清洗了的板状玻璃材料G实施第二研磨(步骤S70)。第二研磨的加工余量为例如1μm程度。
第二研磨以将主表面进行镜面状加工为目的。在第二研磨工序中,与第一研磨工序相同,使用两面研磨装置3(图9参照)对板状玻璃材料G进行研磨,但是使用的研磨液(泥浆)所含有的研磨磨粒以及研磨垫10的组成不同。在第二研磨工序中,与第一研磨工序比,使用的研磨磨粒的颗粒直径变小,研磨垫10的硬度***。例如,在第二研磨工序中,作为研磨垫使用例如,软质发泡树脂抛光机;作为研磨材料使用例如,比在第一研磨工序使用的氧化铈磨粒更微细的氧化铈磨粒。
在第二研磨工序中被研磨了的板状玻璃材料G被再度清洗。在清洗中,使用中性洗剂、纯水、IPA。
通过第二研磨,能够得到主表面的平坦度为4μm以下、主表面的粗糙度为0.2nm以下的磁盘用玻璃基板2。
之后,在磁盘用玻璃基板2,如图1所示那样,进行磁性层等的各层的成膜,制成磁盘1。
以上是沿图3的流程进行的说明。
如以上说明的那样,按本实施方式的制造方法,通过加压成形工序,能够成形具有主表面的平坦度为4μm以下、主表面的粗糙度为0.01μm以下的表面凹凸的板状玻璃材料。因此,在加压成形后,无需用于提高平坦度的研削工序,及加工余量为例如200μm程度那样的加工余量大的研削工序。另外,在本实施方式的制造方法中,由于不用漂浮法制作板状玻璃材料,所以在主表面不形成锡扩散层,自然也不需要用于去除该锡扩散层的研削工序。在本实施方式的制造方法的第一研磨工序以及第二研磨工序的板状玻璃材料G的加工余量小到10μm程度,是一个比压缩应力层的厚度(约50~200μm)少的量。因此,不产生现有的“下垂问题”,即,因研削工序发生的加工余量大,进而研磨工序发生的加工余量大导致的现有的“下垂问题”。
另外,通过在加压成形后的化学强化工序形成的压缩应力层得到良好的耐冲击性。自然,在本实施方式的制造方法中,由于不通过漂浮法制作板状玻璃材料,所以不会产生因只在主表面的一面形成锡扩散层而引起的压缩应力层不平衡。
以上,按本实施方式的制造方法,能够高效地制造具有良好的表面凹凸精度和耐冲击性的磁盘用玻璃基板。
此外,在图3所示的流程中,化学强化工序(步骤S60)在第一研磨工序(步骤S50)和第二研磨工序(步骤S70)之间进行,但不限定该顺序。只要在第一研磨工序(步骤S50)后进行第二研磨工序(步骤S70),化学强化工序(步骤S60)可以适当地配置。例如也可以按第一研磨工序→第二研磨工序→化学强化工序(以下称工序顺序1)的顺序进行。但是,在工序顺序1中,因为不能去除通过化学强化工序可能产生的表面凹凸,所以,图3所示的工序顺序更理想。
实施例
(实施例,比较例)
以下,确认了图3所示的方法的有效性。
在实施例和比较例中,玻璃材料使用了铝硅酸盐玻璃(57~74% SiO2,0~2.8% ZnO2,3~15% Al2O3,7~16% LiO2,4~14% Na2O)。
在实施例和比较例中,在制作的玻璃基板的两主表面,使用内联型溅射装置,依次成膜了CrTi附着层,CoTaZr/Ru/CoTaZr软磁性层,CoCrSiO2非磁性粒状基底层,CoCrPt-SiO2·TiO2粒状磁性层,碳氢保护膜。之后,在成膜的最上层通过浸渍法成膜了全氟聚醚润滑层。由此,得到了磁盘。
·实施例1~5
使用通过图4、5所示的加压成形方法成形的、主表面的平坦度为4μm以下、主表面的粗糙度为0.001μm~0.010μm的板状玻璃材料,执行图3所示的步骤S20~步骤S70制成了玻璃基板。
·比较例1~6
另外,使用通过图4、5所示的加压成形方法成形的、主表面的平坦度为4μm以下、主表面的粗糙度为0.011μm~1.334μm的板状玻璃材料,执行图3所示的步骤S20~步骤S70制成了玻璃基板。
·比较例7~8
使用通过漂浮法得到的、主表面的平坦度为4μm以下、主表面的粗糙度为0.001μm~0.002μm的板状玻璃材料,执行图3所示的步骤S20~步骤S70制成了玻璃基板。
·比较例9~11
相对于使用现有的加压成形方法得到的、主表面的平坦度超过4μm的玻璃材料,使用主表面的粗糙度为0.004μm~0.006μm的板状玻璃材料,执行图3所示的步骤S20~步骤S70制成了玻璃基板。
实施例及比较例的研磨条件按以下进行。
第一研磨工序:作为研磨材料使用了氧化铈(平均粒子尺寸:直径1~2μm)磨粒,作为研磨垫使用了硬质聚氨酯垫进行了研磨,加工余量为约3μm。
第二研磨工序:作为研磨材料,使用了硅胶磨粒(平均粒子尺寸:直径0.1μm),作为研磨垫,使用了软质聚氨酯垫进行了研磨,加工余量为约1μm。
对通过实施例以及比较例得到的玻璃基板的平坦度以及表面粗糙度(加工后的平坦度以及表面粗糙度)进行了测量。
而且,为了评价磁头对于根据由实施例及比较例得到的玻璃基板制成的磁盘的上浮稳定性,实施LUL耐久试验(60万次)。所谓LUL耐久试验是指,在使HDD(硬盘装置)进入70℃、80%的恒温恒湿槽的状态,使磁头以坡道(ramp)→ID停止→坡道→ID停止→…这样的周期驱动,考察错误的产生状况或试验后的磁头受污染或磨损等的异常产生的试验。对于一个实施例或比较例,使用10台HDD,经过8万次/日×7.5日=60万次的LUL试验结果,只要有一台HDD发现异常的情况就被评价为不合格。
下述表1表示实施例1~5、比较例1~11的主表面的粗糙度、成形方法以及平坦度(加工前后)及LUL耐久试验结果(合格,不合格)。其中,关于表1中加工后的表面粗糙度,○表示满足了0.2nm以下的基准(作为磁盘用玻璃基板要求的基准),×表示不满足0.2nm以下的基准。
表1
从表1可知,关于以图4、5所示的加压成形方法成形的玻璃材料,在其平坦度为4μm以下、并且表面粗糙度为0.01μm以下的情况下(实施例1~5),只通过第一研磨工序以及第二研磨工序表面粗糙度便达到了基准(0.2nm以下)。在这种情况下,LUL耐久试验也合格。
另外,从表1可知,关于以图4、5所示的加压成形方法成形的玻璃材料,在即使其平坦度为4μm以下、但表面粗糙度超过0.01μm的情况下(比较例1~6),只通过第一研磨工序以及第二研磨工序是表面粗糙度达不到基准(0.2nm以下)。在这种情况下,LUL耐久试验也不合格。
从表1可知,关于通过漂浮法成形的玻璃材料(比较例7~8),虽然其表面粗糙度和平坦度良好,但因由化学强化工序在具有锡扩散层的面和没有的面离子交换产生差异而由表面的应力差产生弯曲,只通过第一研磨工序以及第二研磨工序不能改善因弯曲而恶化的平坦度。在这种情况下,LUL耐久试验也不合格。
从表1可知,关于通过现有的加压法成形的玻璃材料,即使其表面粗糙度为0.01μm以下、但平坦度超过4μm的情况下(比较例9~11),只通过第一研磨工序以及第二研磨工序,平坦度达不到基准(4μm以下)。在这种情况下,LUL耐久试验也不合格。
如以上的实施例以及比较例所示那样,关于以本实施方式参照的加压成形方法成形的玻璃材料,在其平坦度为4μm以下、并且表面粗糙度为0.01μm以下的情况下,无需经过加工余量大的研削工序,只通过第一研磨工序以及第二研磨工序就满足了作为磁盘用玻璃基板要求的表面粗糙度、平坦度基准。
以上,就本发明的磁盘用玻璃基板的制造方法进行了详细说明,但是本发明不限于上述实施方式,显然,在不脱离本发明的主旨的范围内,可以进行各种改进或变更。
Claims (4)
1.一种磁盘用玻璃基板的制造方法,该基板具有一对主表面,其特征在于,具有如下工序:
加压成形工序,通过加压成形而制作板状玻璃材料,所述板状玻璃材料的所述主表面的粗糙度为0.01μm以下、并且具有4μm以下的平坦度,所述加压成形工序具有:
使熔融玻璃的块落下的工序,和
用从所述块的落下路径两侧相对而置、并设定为大致相同温度的一对模具面在大致相同的时间接触而夹住所述块并加压成形的工序;
化学强化工序,制作盘状基板,所述盘状基板通过浸渍于含有碱金属离子的化学强化盐中而至少在所述板状玻璃材料的主表面形成压缩应力层;及
主表面研磨工序,在所述盘状基板的主表面加压由聚氨酯垫构成的研磨垫,一边在所述盘状基板与所述研磨垫之间供给包含研磨材料的研磨液,一边使所述盘状基板和所述研磨垫通过行星齿轮运动相对移动,以研磨所述盘状基板的主表面,
所述研磨材料包含氧化铈磨粒或硅胶磨粒的至少一种,
将在所述加压成形工序中制作的板状玻璃材料的厚度设定为,相对于作为磁盘用玻璃基板的目标厚度,厚所述主表面研磨工序产生的研磨量的厚度。
2.如权利要求1所述的磁盘用玻璃基板的制造方法,其特征在于,成形所述板状玻璃材料的工序在用一对模具面夹住块并加压成形后马上打开一对模具。
3.如权利要求1或2所述的磁盘用玻璃基板的制造方法,其特征在于,还具有,在所述成形工序和所述研磨工序之间,对所述板状玻璃材料进行划线的工序。
4.一种由权利要求1至3任一项所述的磁盘用玻璃基板的制造方法制造的磁盘用玻璃基板,其特征在于,所述主表面的平坦度在4μm以下、粗糙度为0.2nm以下。
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