JP2011154773A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主表面の粗さが0.01μm以下であり、かつ、磁気ディスク用ガラス基板としての目標平坦度の平坦度を有する板状ガラス素材を作製するプレス成形工程と、少なくとも前記板状ガラス素材の主表面に圧縮応力層を形成させたガラス基板を作製する化学強化工程と、前記ガラス基板の主表面に研磨パッドを押圧させ、前記ガラス基板と研磨パッドとの間に研磨材を含む研磨液を供給しながら、前記ガラス基板と前記研磨パッドとを相対的に移動させて、前記ガラス基板の主表面を研磨する主表面研磨工程と、を有する。さらに、プレス成形工程で作製される板状ガラス素材の板厚を、磁気ディスク用ガラス基板としての目標板厚に対して、前記主表面研磨工程による研磨量の分だけ厚くする。
【選択図】図3
Description
また、磁気ヘッドの浮上距離が短いことによりヘッドクラッシュ障害やサーマルアスペリティ障害を引き起こし易い。これらの障害は磁気ディスク面上の微小な凹凸あるいはパーティクルによって発生するため、ガラス基板の主表面の他にガラス基板の端面の表面凹凸も可能な限り小さく作製されている。
例えば、板状ガラス素材を成形する際、ガラス材が上型および下型の型表面に融着するのを防止するために型表面に離型剤を塗布するが、この離型剤を用いるために主表面の表面粗さは大きい。また、上型および下型の表面温度差が大きく、ガラスコブ(溶融ガラスの塊)が供給される下型は高温となる。この表面温度差は、成形された板状ガラス素材の厚さ方向およびこの板の面内で温度分布をつくるため、型から取り出されて冷却された板状ガラス素材の収縮量も板状ガラス素材の厚さ方向およびこの板の面内で分布を持つ。このため、板状ガラス素材は反り易く、その結果、成形されたときの板状ガラス素材の平坦度は低い。
すなわち、従来のプレス成形法は平坦度がそれほど良好でないために研削工程における取り代(削り量)が大きくなる。例えば、その取り代は200μm程度である。研削工程における取り代を大きくすると、板状ガラス素材の表面に深いクラックが入る。そのため、研削工程に続く研磨工程では、この深いクラックが残留しないように取り代(研磨量)は必然的に大きくなる。ここで、遊離砥粒および樹脂ポリッシャを用いる研磨工程において取り代を大きくすると、板状ガラス素材の主表面の外周エッジ部近傍が丸く削られて、エッジ部の「だれの問題」が発生する。この「だれ」はロールオフともいう。すなわち、板状ガラス素材の外周エッジ部近傍が丸く削られるため、この板状ガラス素材をガラス基板として用いて磁気ディスクを作製したとき、外周エッジ部近傍の磁性層と磁気ヘッドとの間の距離が、ガラス基板の別の部分における磁気ヘッドの浮上距離より大きくなる。また、外周エッジ部近傍が丸みを持った形状となるため、表面凹凸が発生する。この結果、外周エッジ部近傍の磁性層において磁気ヘッドの記録及び読み出しの動作が正確でなくなる。すなわち、記録及び読み出し可能領域が減少する。以上が「だれの問題」である。
また、研磨工程における取り代が大きくなるため、研磨工程は長時間を要する等により実用上好ましくない。
この化学強化工程は、以下のとおり行われる。先ず、化学強化液として例えば硝酸カリウムと硫酸ナトリウムの混合液を用いる。この化学強化液を、例えば300℃〜400℃に加熱する。そして、洗浄した板状ガラス素材を、例えば200℃〜300℃に予熱した後、化学強化液中に例えば3時間〜4時間浸漬させる。これにより、ガラス素材の表層をナトリウムイオン、カリウムイオンによってイオン置換させ、圧縮応力層を形成させる。これにより、ガラス素材の表面に生じうるクラックがガラス素材内部にまで進行し難くなる。化学強化工程で形成される圧縮応力層の厚さは、約50〜200μmである。
そこで、本発明は、良好な表面凹凸の精度と耐衝撃性を備えた磁気ディスク用ガラス基板を、効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
図1(a)〜(c)は、本発明の磁気ディスク用ガラス基板を用いて作製される磁気ディスクを説明する図である。
図1(a)に示す、ハードディスク装置に用いる磁気ディスク1は、リング状のガラス基板2の主表面に、図1(b)に示すように少なくとも磁性層(垂直磁気記録層)3A,3B等の層が形成されている。より具体的には、例えば、図示されない付着層、軟磁性層、非磁性下地層、垂直磁気記録層、保護層および潤滑層が順次積層されている。付着層には、例えばCr合金等が用いられ、ガラス基板2との接着層として機能する。軟磁性層には、例えばCoTaZr合金等が用いられ、非磁性下地層には、例えばグラニュラー非磁性層等が用いられ、垂直磁気記録層には、例えばグラニュラー磁性層等が用いられる。また、保護層には、水素カーボンからなる材料が用いられ、潤滑層には、例えばフッ素系樹脂等が用いられる。
このとき、磁気ディスク1のガラス基板2の中央部から外周エッジ部5まで、目標とする表面凹凸精度で正確に表面処理され、距離H=約5nmを保った状態で磁気ヘッド4A,4Bを正確に動作させることができる。
このようなガラス基板2の表面凹凸の表面処理工程は、後述するように、比較的取り代の大きい研削工程を含まず、比較的取り代の小さい第1研磨および第2研磨のみからなる。
本発明においては、研磨工程前の板状ガラス素材については上記粗さ測定機、研磨後のガラス基板については上記走査型プローブ顕微鏡(原子間力顕微鏡)にて測定した。
具体的には、表面凹凸は、最も波長が大きなうねり(波長0.6μm〜130mm程度)、ウェービネス(波長0.2μm〜1mm程度)、マイクロウェービネス(波長0.1μm〜1mm)、粗さ(波長10nm以下)に分けられる。
この中で、うねりは上記平坦度を指標として表すことができ、粗さは上記Raを指標として表すことができる。
本実施形態の製造方法によれば、後述するプレス成形後、第1研磨工程および第2研磨工程を経て、平坦度が4μm以下であり、表面の粗さが0.2nm以下の磁気ディスク用ガラス基板を得ることができる。
このような板状ガラス素材Gの表面凹凸は、プレス成形における型の表面の粗さを調整することにより達成することができる。
アルミノシリケートガラスとして、モル%表示で、SiO2を57〜74%、ZnO2を0〜2.8%、Al2O3を3〜15%、LiO2を7〜16%、Na2Oを4〜14%、を主成分として含有する、化学強化用ガラス材を用いることが好ましい。
図3は、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法の一実施形態のフローを示す図である。このフローにおいて、ステップS50の第1研磨工程とステップS70の第2研磨工程は、板状ガラス素材の主表面を鏡面加工する表面処理工程を構成する。
まず、板状ガラス素材をプレス成形により作製する(ステップS10)。作製される板状ガラス素材は、主表面の粗さが0.01μm以下であり、かつ、磁気ディスク用ガラス基板の目標平坦度の平坦度を有し、磁気ディスク用ガラス基板としての目標板厚に対して主表面研磨による研磨量の分だけ厚い板厚を有するガラス素材である。
このようなプレス成形は、例えば図4及び図5に示す装置を用いて行われる。また、このプレス成形は、図6、図7、あるいは図8に示す装置を用いて行うこともできる。図4はプレス成形をする装置101の平面図であり、図5〜8は、装置がプレス成形をする様子を側面から見た図である。
図4に示す装置101は、4組のプレスユニット120,130,140及び150と、切断ユニット160を有する。切断ユニット160は、溶融ガラス流出口111から流出する溶融ガラスの経路上に設けられる。装置101は、切断ユニット160によって切断されてできる溶融ガラスの塊を落下させ、そのとき、塊の落下経路の両側から、互いに対向し、かつ、略同じ温度に設定された一対の型の面で塊を挟み込みプレスすることにより、板状ガラス素材を成形する。
具体的には、図4に示されるように、装置101は、溶融ガラス流出口111を中心として、4組のプレスユニット120,130,140及び150が90度おきに設けられている。
ここで、「略同じ温度」とは、一対の型を構成する第一のプレス成形型のプレス成形面の温度と、第二のプレス成形型のプレス成形面の温度との温度差の絶対値が10℃以内であることを意味する。この温度差の絶対値は、5℃以内がより好ましく、0℃が最も好ましい。ここで、プレス成形面内において、温度分布が存在する場合、「プレス成形面の温度」とは、プレス成形面の中心部近傍の温度を意味する。
また、前記一対の型の面で前記塊を略同じタイミングで接触させて挟み込み、プレス成形することが好ましい。ここで、「略同じタイミングで接触させ」とは、溶融ガラス塊と一方のプレス成形面とが接触した時点と、溶融ガラス塊と他方のプレス成形面とが接触した時点と、の時間差の絶対値が0.1秒以内であることを意味する。この時間差の絶対値は、0.05秒以内がより好ましく、0秒が最も好ましい。
なお、プレスユニット130,140及び150の構造は、プレスユニット120と同様であるため、説明は省略する。
装置101では、ゴブGG が第1の型121の内周面121a又は第2の型122の内周面122aに接触してから、第1の型121と第2の型122とがゴブGGを完全に閉じ込める状態になるまでの時間は約0.06秒と極めて短い。このため、ゴブGG は極めて短時間の内に第1の型121の内周面121a及び第2の型122の内周面122aに沿って広がって略円形状に成形され、さらに、急激に冷却されて非晶質のガラスとして固化する。これによって、板状ガラス素材Gが作製される。なお、本実施形態において成形される板状ガラス素材Gは、例えば、直径75〜80mm、厚さ約1mmの円形状の板である。
図6(a)に示すように、プレスユニット120は、ブロック181,182を溶融ガラスLGの経路上で閉じることにより溶融ガラスLGの経路が塞がれ、ブロック181,182で作られる凹部180Cで、切断ユニット160で切断された溶融ガラスLGの塊が受け止められる。この後、図6(b)に示すように、ブロック181,182が開かれることにより、凹部180Cにおいて球状となった溶融ガラスLGが一度にプレスユニット120に向けて落下する。この落下時、ゴブGGは、溶融ガラスLGの表面張力により球状になる。球状のゴブGGは、落下途中、図6(c)に示すように、第1の型121と第2の型122とに挟まれてプレス成形されることにより、円形状の板状ガラス素材Gが作製される。
図7(a)に示すように、ブロック181,182によって作られる凹部180Cが溶融ガラス流出口111から流出する溶融ガラスLGを受け止め、図7(b)に示すように、所定のタイミングでブロック181,182を溶融ガラスLGの流れの下流側に素早く移動させる。これにより、溶融ガラスLGが切断される。この後、所定のタイミングで、図7(c)に示すように、ブロック181,182が離間する。これにより、ブロック181,182で保持されている溶融ガラスLGは一度に落下し、ゴブGGは、溶融ガラスLGの表面張力により球状になる。球状のゴブGGは、落下途中、図7(d)に示すように、第1の型121と第2の型122とに挟まれてプレス成形されることにより、円形状の板状ガラス素材Gが作製される。
図8(a)に示すように、装置201は、光学ガラスの塊CPをガラス材把持機構212でプレスユニット220の上部の位置に搬送し、この位置で、図8(b)に示すように、ガラス材把持機構212による光学ガラスの塊CPの把持を開放して、光学ガラスの塊CPを落下させる。光学ガラスの塊CPは、落下途中、図8(c)に示すように、第1の型221と第2の型222とに挟まれて円形状の板状ガラス素材Gが成形される。第1の型221及び第2の型222は、図5に示す第1の型121及び第2の型122と同じ構成及び作用をするので、その説明は省略する。
以上のプレス成形の後、図3に示すように、成形された板状ガラス素材Gに対してスクライブが行われる(ステップS20)。
ここでスクライブとは、成形された板状ガラス素材Gを所定のサイズのリング形状とするために、板状ガラス素材Gの表面に超鋼合金製あるいはダイヤモンド粒子からなるスクライバにより2つの同心円(内側同心円および外側同心円)状の切断線(線状のキズ)を設けることをいう。2つの同心円の形状にスクライブされた板状ガラス素材Gは、部分的に加熱され、板状ガラス素材Gの熱膨張の差異により、外側同心円の外側部分が除去される。これにより、真円形状の板状ガラス素材となる。
上述したように、上記(a)のプレス工程で製作される板状ガラス素材Gの粗さが0.01μm以下であるため、スクライバを用いて好適に切断線を設けることができる。なお、板状ガラス素材Gの粗さが1μmを越える場合、スクライバが表面凹凸に追従せず、切断線を一様に設けることはできない。
次に、スクライブされた板状ガラス素材Gの形状加工が行われる(ステップS30)。形状加工は、チャンファリング(外周端部および内周端部の面取り)を含む。チャンファリングでは、リング形状の板状ガラス素材Gの外周端部および内周端部に、ダイヤモンド砥石により面取りが施される。
次に板状ガラス素材Gの端面研磨が行われる(ステップS40)。
端面研磨では、板状ガラス素材Gの内周側端面及び外周側端面をブラシ研磨により鏡面仕上げを行う。このとき、酸化セリウム等の微粒子を遊離砥粒として含むスラリーが用いられる。端面研磨を行うことにより、板状ガラス素材Gの端面での塵等が付着した汚染、ダメージあるいはキズ等の損傷の除去を行うことにより、ナトリウムやカリウム等のコロージョンの原因となるイオン析出の発生を防止することができる。
次に、板状ガラス素材Gの主表面に第1研磨が施される(ステップS50)。第1研磨は、主表面に残留したキズ、歪みの除去を目的とする。
第1研磨による取り代は、例えば数μm〜10μm程度である。本実施形態の製造方法では、取り代の大きい研削工程を行わないので、板状ガラス素材Gには、研削工程に起因するキズ、歪み等は生じない。よって、第1研磨工程における取り代は少なくて済む。
なお、第1研磨工程では、研磨パッドとして例えば硬質樹脂ポリッシャ、研磨材としては例えば酸化セリウム砥粒、が用いられる。
次に、第1研磨後の板状ガラス素材Gは化学強化される(ステップS60)。
化学強化液として、例えば硝酸カリウム(60%)と硫酸ナトリウム(40%)の混合液等を用いることができる。化学強化では、化学強化液が、例えば300℃〜400℃に加熱され、洗浄した板状ガラス素材Gが、例えば200℃〜300℃に予熱された後、板状ガラス素材Gが化学強化液中に、例えば3時間〜4時間浸漬される。この浸漬の際には、板状ガラス素材Gの両主表面全体が化学強化されるように、複数の板状ガラス素材Gが端面で保持されるように、ホルダに収納した状態で行うことが好ましい。
このように、板状ガラス素材Gを化学強化液に浸漬することによって、板状ガラス素材Gの表層のリチウムイオン及びナトリウムイオンが、化学強化液中のイオン半径が相対的に大きいナトリウムイオン及びカリウムイオンにそれぞれ置換され、約50〜200μmの厚さの圧縮応力層が形成される。これにより、板状ガラス素材Gが強化されて良好な耐衝撃性が備わるようになる。なお、化学強化処理された板状ガラス素材Gは洗浄される。例えば、硫酸で洗浄された後に、純水、IPA(イソプロピルアルコール)等で洗浄される。
次に、化学強化されて十分に洗浄された板状ガラス素材Gに第2研磨が施される(ステップS70)。第2研磨による取り代は、例えば1μm程度である。
第2研磨は、主表面を鏡面状に仕上げることを目的とする。第2研磨工程では、第1研磨工程と同様に、両面研磨装置3(図9参照)を用いて板状ガラス素材Gに対する研磨が行われるが、使用する研磨液(スラリー)に含有される研磨砥粒、および研磨パッド10の組成が異なる。第2研磨工程では、第1研磨工程よりも、使用する研磨砥粒の粒径を小さくし、研磨パッド10の硬さを柔らかくする。例えば、第2研磨工程では、研磨パッドとして例えば軟質発砲樹脂ポリッシャ、研磨材としては例えば、第1研磨工程で用いる酸化セリウム砥粒よりも微細な酸化セリウム砥粒、が用いられる。
第2研磨により、主表面の平坦度が4μm以下であり、主表面の粗さが0.2nm以下の磁気ディスク用ガラス基板2が得られる。
この後、磁気ディスク用ガラス基板2に、図1に示されるように、磁性層等の各層が成膜されて、磁気ディスク1が作製される。
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、プレス成形工程にて、主表面の平坦度が4μm以下であり、主表面の粗さが0.01μm以下である表面凹凸を有する板状ガラス素材を成形することができる。そのため、平坦度を向上させるための研削工程、取り代が例えば200μm程度となるような取り代の大きい研削工程を、プレス成形後に行う必要がない。また、言うまでもないが、本実施形態の製造方法では、フロート法によって板状ガラス素材を製作していないため主表面に錫拡散層が形成されず、この錫拡散層を除去するための研削工程を行う必要もない。本実施形態の製造方法の第1研磨工程及び第2研磨工程での板状ガラス素材Gの取り代は10μm程度と小さく、圧縮応力層の厚さ(約50〜200μm)よりも少ない量である。よって、従来の「だれの問題」、すなわち、研削工程による取り代が大きく、引いては研磨工程による取り代が大きいことに起因する従来の「だれの問題」が生じない。
また、プレス成形後の化学強化工程で形成される圧縮応力層により良好な耐衝撃性が得られる。言うまでもないが、本実施形態の製造方法では、フロート法によって板状ガラス素材を製作していないため、主表面の一方の面のみに錫拡散層が形成されることに起因する圧縮応力層のアンバランスが生じることがない。
以上から、本実施形態の製造方法によれば、良好な表面凹凸の精度と耐衝撃性を備えた磁気ディスク用ガラス基板を、効率よく製造することができる。
以下、実施例及び比較例により、図3に示す方法の有効性を確かめた。
実施例及び比較例では、ガラス材は、アルミノシリケートガラス(SiO2を57〜74%、ZnO2を0〜2.8%、Al2O3を3〜15%、LiO2を7〜16%、Na2Oを4〜14%)を用いた。
実施例及び比較例では、作製されたガラス基板の両主表面に、インライン型スパッタリング装置を用いて、CrTiの付着層、CoTaZr/Ru/CoTaZrの軟磁性層、CoCrSiO2の非磁性グラニュラー下地層、CoCrPt−SiO2・TiO2のグラニュラー磁性層、水素化カーボン保護膜を順次成膜した。この後、成膜された最上層にディップ法によりパーフルオロポリエーテル潤滑層を成膜した。これにより、磁気ディスクを得た。
図4,5に示すプレス成形の方法により成形された、主表面の平坦度が4μm以下であり、主表面の粗さが0.001μm〜0.010μmの板状ガラス素材を用いて図3に示すステップS20〜ステップS70を行ってガラス基板を作製した。
また、図4,5に示すプレス成形の方法により成形された、主表面の平坦度が4μm以下であり、主表面の粗さが0.011μm〜1.334μmである板状ガラス素材を用いて、図3に示すステップS20〜ステップS70を行ってガラス基板を作製した。
フロート法により得られた、主表面の平坦度が4μm以下であり、主表面の粗さが0.001〜0.002μmの板状ガラス素材を用いて、図3に示すステップS20〜ステップS70を行ってガラス基板を作製した。
従来のプレス法を用いて得られた、主表面の平坦度が4μmを超えるガラス素材に対して、主表面の粗さが0.004〜0.006μmの板状ガラス素材を用いて、図3に示すステップS20〜ステップS70を行ってガラス基板を作製した。
・第1研磨工程:研磨材として酸化セリウム砥粒(平均粒子サイズ;直径1〜2μm)、研磨パッドとして硬質ウレタンパッド、を使用して研磨した。取り代は約3μmである。
・第2研磨工程:研磨材としてコロイダルシリカ砥粒(平均粒子サイズ;直径0.1μm)、研磨パッドとして軟質ポリウレタンパッド、を使用して研磨した。取り代は約1μmである。
さらに、実施例および比較例により得られたガラス基板を元に作製された磁気ディスクに対する磁気ヘッドの浮上安定性を評価するため、LUL(ロードアンロード)耐久試験(60万回)を行った。LUL耐久試験とは、HDD(ハードディスク装置)を70℃80%の恒温恒湿槽に入れた状態で、ヘッドを、ランプ→IDストップ→ランプ→IDストップ→・・・というサイクルで動かし、エラーの発生状況や試験後のヘッドの汚れや摩耗等の異常発生を調査する試験のことである。1つの実施例又は比較例に対して10台のHDDを用い、8万回/日×7.5日=60万回のLUL試験の結果、HDD1台でも異常が見られる場合は不合格として評価した。
下記表1は、実施例1〜5、比較例1〜11における主表面の粗さ、成形方法及び平坦度(加工前後)と、LUL耐久試験結果(合格、不合格)を示す。なお、表1の加工後の表面粗さについて、○は0.2nm以下の基準(磁気ディスク用ガラス基板として要求される基準)を満足したことを示し、×は0.2nm以下の基準を満足しなかったことを示す。
表1から、フロート法により成形されたガラス素材(比較例7〜8)は表面粗さ・平坦度が良好であるが、化学強化工程によって錫拡散層のある面と無い面においてイオン交換に差が生じるため表面の応力差から反りが生じ、第1研磨工程及び第2研磨工程のみでは、反りによって悪化した平坦度が改善されなかったことが分かる。この場合、LUL耐久試験も不合格であった。
表1から、従来のプレス法により成形されたガラス素材について、その表面粗さが0.01μm以下であっても平坦度が4μmを超える場合(比較例9〜11)には、第1研磨工程及び第2研磨工程のみでは平坦度が基準(4μm以下)には達しなかったことが分かる。この場合、LUL耐久試験も不合格であった。
2 ガラス基板
3A,3B 磁性層
4A,4B 磁気ヘッド
5 外周エッジ部
10 研磨パッド
31 上定盤
32 下定盤
33 研磨用キャリア
34 インターナルギア
35 太陽ギア
101,201,400 装置
111 溶融ガラス流出口
120、130、140,150,220 プレスユニット
121,221 第1の型
121a、122a 内周面
122,222 第2の型
122b スペーサ
123 第1駆動部
124 第2駆動部
160 切断ユニット
161,162 切断刃
171 第1コンベア
172 第2コンベア
173 第3コンベア
174 第4コンベア
Claims (6)
- 一対の主表面を有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、
溶融ガラスをプレス成形することにより、前記主表面の粗さが0.01μm以下であり、かつ、磁気ディスク用ガラス基板としての目標平坦度の平坦度を有する板状ガラス素材を作製するプレス成形工程と、
アルカリ金属イオンを含有する化学強化塩に浸漬させることにより少なくとも前記板状ガラス素材の主表面に圧縮応力層を形成させたディスク状基板を作製する化学強化工程と、
前記ディスク状基板の主表面に研磨パッドを押圧させ、前記ディスク状基板と研磨パッドとの間に研磨材を含む研磨液を供給しながら、前記ディスク状基板と前記研磨パッドとを相対的に移動させて、前記ディスク状基板の主表面を研磨する主表面研磨工程と、を有し、
前記プレス成形工程で作製される板状ガラス素材の板厚を、磁気ディスク用ガラス基板としての目標板厚に対して、前記主表面研磨工程による研磨量の分だけ厚くすることを特徴とする、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。 - 前記プレス成形工程は、
溶融ガラスの塊を落下させる工程と、
前記塊の落下経路の両側から、互いに対向し、かつ、略同じ温度に設定された一対の型の面で前記塊を挟み込みプレス成形することにより、前記板状ガラス素材を成形する工程と、を有する、
請求項1に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。 - 前記板状ガラス素材を成形する工程は、一対の型の面で塊を挟み込みプレス成形した直後に一対の型を開放することを特徴とする請求項2に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記目標平坦度は4μm以下であることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- さらに、前記成形工程と前記研磨工程との間に、前記板状ガラス素材をスクライブする工程を有する、
請求項1、2、3又は4に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。 - 請求項1、2、3、4又は5記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法により製造されてなる磁気ディスク用ガラス基板であって、主表面の平坦度が4μm以下、粗さが0.2nm以下であることを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板。
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