JP4049510B2

JP4049510B2 - 情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法

Info

Publication number: JP4049510B2
Application number: JP2000070704A
Authority: JP
Inventors: 直雪後藤; 孝之岸
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2000339672A; MY137347A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記憶装置に用いられる情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法に関する。尚、本明細書において「情報記憶媒体」とは、パーソナルコンピュータのハードディスクとして使用される、固定型ハードディスク，リムーバル型ハードディスク，カード型ハードディスクや、デジタルビデオカメラ・デジタルカメラにおいて使用可能なディスク状情報記憶媒体等を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の固定型情報記憶装置に対して、リムーバル方式やカード方式等の情報記憶装置が検討、実用段階にありデジタルビデオカメラ，デジタルカメラ等の用途展開も始まりつつある。この様な動向により、パーソナルコンピュータのマルチメディア化やデジタルビデオカメラ，デジタルカメラ等の普及が近年急速に進みつつあり、動画や音声等の大きなサイズのデータを扱うべく、大容量の情報磁気記憶装置が求められている。これに対応するため、情報記憶媒体はビットおよびトラック密度を増加させ、ビットセルのサイズを縮小化して面記録密度を大きくなければならず、一方磁気ヘッドはビットセルの縮小化に合わせディスク表面により近接して作動する、ニアコンタクトレコーディング、更にコンタクトレコーディング方式を採用する方向へ進みつつある。
【０００３】
このように磁気記録機密度の向上に伴い、これら情報記憶媒体用基板材に求められる強度やその他の物性（表面粗度等）もより高度となり、このためアルミニウム合金からガラスセラミックスや化学強化ガラスへ材料のシフトが進行しつつある。これら化学強化ガラス材料やガラスセラミックス材料の加工方法は、一般的に１次加工→二次加工→研磨の３段階により構成される。一次加工については、遊離砥粒（ＳｉＣ系）による加工，ラップ方式によるダイヤモンドペレット加工方式がある。また、二次加工については、近年加工レートの向上や表面粗度の向上、研磨の短時間化を目的とした幾つかの加工方法が提案されている。二次加工方法として提案されているものとしては、ラップ方式による＃２０００以上のダイヤモンドペレットによる加工方法，ロータリー方式による片面枚葉式のレジンまたはメタルダイヤモンドホイールによる加工方法，さらにロータリー方式による片面枚葉式のレジンまたはメタルダイヤモンドホイールにエリッド機構を施した加工方法が評価されている。
【０００４】
しかしいずれの加工方法においても、基板表面のスクラッチ・研削痕・基板材料を固定するための吸引による吸着痕（枚葉式）・板厚の変動等の問題を有しており、昨今の加工時間の短時間化・低コスト・高精度を目的とした、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法としては十分に対応できる加工方法とは言い難いものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術に見られる諸欠点を解消すべく、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材材に好適な加工方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解消するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意試験研究を重ねた結果、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミック基板材の加工方法において、一次ラップ加工はレジン，メタル，ビトリファイド等のダイヤモンドペレットによるラップ加工、次いで二次加工はダイヤモンドパッドによる加工とすることにより、表面の平滑性およびスクラッチ・研削痕・吸引痕等の欠陥がなく、しかも短時間での加工が可能となることを見い出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、一次ラップ加工と二次加工を含む基板材の加工方法であって、
該一次ラップ加工はレジン，メタル，ビトリファイド等のボンドにダイヤモンド砥粒が固定されたダイヤモンドペレットを用いてラップ加工することを特徴とし、
該二次加工は、該一次ラップ加工の後、ダイヤモンドパッドにて精研削加工する工程であって、該ダイヤモンドパッドは平坦な頂部を有した多数のタイル状凸起を有し、該タイル状凸起は樹脂系素材にダイヤモンド砥粒が固定されてなることを特徴とする、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項２に記載の発明は、前記一次ラップ加工において、レジン，メタル，ビトリファイド等のボンドに固定されたダイヤモンド砥粒の粒度が＃８００〜＃１５００であることを特徴とする、請求項１に記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項３に記載の発明は、前記ダイヤモンドペレットのボンドのヌープ硬度は、３００×１０〜８００×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項４に記載の発明は、前記二次加工において、ダイヤモンドパッドのダイヤモンド粒径が１〜１５μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項５に記載の発明は、前記ダイヤモンドパッドの該タイル状凸起のビッカース硬度は、５×１０〜４０×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項６に記載の発明は、前記加工方法において二次加工後のガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が５０〜８００Å，Ｒｐ（最大山頂高さ）およびＲｖ（最大谷底深さ）が３００〜３０００Åであることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項７に記載の発明は、前記ガラス基板材の加工方法において、加工されるガラス基板材は、ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｒ₂Ｏ（但し、Ｒはアルカリ金属元素の中から選ばれる少なくとも１種以上）系化学強化ガラスであることを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材の加工方法であり、
請求項８に記載の発明は、前記ガラスセラミック基板材の加工方法において、加工されるガラスセラミックス基板材は、ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｌｉ₂Ｏ系ガラスセラミックスまたはＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＴｉＯ₂系ガラスセラミックスであることを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項９に記載の発明は、前記ガラス基板材またはガラスセラミック基板材の加工方法において、二次加工におけるダイヤモンドパッドのダイヤモンド粒径が１〜１５μｍの範囲内であり、かつ加工スラリーは１．０〜１．５μｍの範囲のＺｒＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃のいずれかの研磨材を３〜２０ｗｔ％含有することを特徴とする、請求項１から８のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法であり、
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のうちいずれか一項記載の方法により加工されたことを特徴とする、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材である。
尚、本明細書中において、Ｒｐ（最大山頂高さ）は基板表面の基準長さにおける、粗さ曲線の平均線と最大凸部の山頂との距離を示し、Ｒｖ（最大谷底深さ）は基板表面の基準長さにおける、粗さ曲線の平均線と最大凹部の谷底との距離を示す。
【０００８】
本発明の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法を上記のように限定した理由を以下に示す。
【０００９】
本発明の基板材の加工方法は、一次ラップ加工と二次加工を含む。
まず、一次ラップ加工は比較的短時間で二次加工に好適な表面状態を得るために、レジン、メタル、ビトリファイド等のボンドにダイヤモンド砥粒が固定されたダイヤモンドペレットを用いて加工する。ダイヤモンドペレットに固定されたダイヤモンド砥粒の粒度は、基板材表面のスクラッチやクラックの発生を抑制するために、＃８００以上が好ましい。また、加工レートの減少に伴い加工時間が長時間化し高価となると同時に、ダイヤモンド砥粒の目づまり・目つぶれを防止するために、該ダイヤモンド砥粒の粒度は＃１５００以下が好ましい。
一次ラップ加工に用いるダイヤモンドペレットのボンドのヌープ硬度は、加工性の点から、３００×１０〜８００×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることが好ましく、５００×１０〜７００×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることがより好ましい。
次に、二次加工について説明する。
本発明に係る二次加工は、前記一次ラップ加工の後、ダイヤモンドパッドにて精研削加工する工程である。該ダイヤモンドパッドは平坦な頂部を有した多数のタイル状凸起を有し、該タイル状凸起は樹脂系素材にダイヤモンド砥粒が固定されてなることが、本発明において最も重要であり、本発明のポイントである。
ガラスセラミックス基板材を、一次ラップ加工した後、二次加工として、樹脂系素材にダイヤモンド砥粒が固定されてなるタイル状凸起を有したダイヤモンドパッドにて精研削加工することによって、例えば、Ｎｉ−Ｐ等メッキするに好適な表面性状の精研削面を得ることができる。
また、ガラス又はガラスセラミックス基板材を、遊離砥粒を用いて研磨する場合にあっては、一次ラップ加工した後、二次加工として、樹脂系素材にダイヤモンド砥粒が固定されてなるタイル状凸起を有したダイヤモンドパッドにて精研削加工することによって、その後の遊離砥粒を用いた研磨の際、良好な平滑性の研磨面を短時間で仕上げることを可能とすることができる。これに対して、ラップ加工の後直接研磨すると、良好な平滑性の研磨面に仕上げるのは困難であるか、又は非常に長い加工時間を必要とする。また、ロータリー式ダイヤモンドホイール方式においても、得られる研磨面は十分ではない。
前記タイル状凸起は平坦な頂部を有する。該タイル状凸起の平坦な頂部は、該タイル状凸起がダイヤモンドパッドの一方の面に多数敷かれ、仮想平面を形成することによって、精研削に供する。
前記タイル状凸起は良好な精研削効果を得るために、約１ｍｍ未満の隙間でダイヤモンドパッドの一方の面に多数敷かれることが好ましい。また、精研削の際、研削液が均等に行き渡り、かつ、研削屑が円滑に排出されるよう、ダイヤモンドパッドは、複数のタイル状凸起ごとに、幅約１〜１０ｍｍの溝加工を施した物が好ましい。
前記タイル状凸起の樹脂系素材としては、ポリウレタン系、フェノール樹脂系、メラミン樹脂系等の素材を使用することができる。
本発明の二次加工に用いるダイヤモンドパッドの該タイル状凸起のビッカース硬度は、５×１０〜４０×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることが好ましく、１０×１０〜３０×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることがより好ましい。
【００１０】
ダイヤモンドパッドはその固定されるダイヤモンド砥粒の粒径が１５μｍを越えると目標とする表面粗度が得られず、１μｍ未満では加工時間の増大に伴うコスト増により、得られる基板材は非常に高価な物となってしまう。尚、前記ダイヤモンド粒径で構成されるダイヤモンドパッドによって加工された後の基板表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は、５０〜８００Å，Ｒｐ（最大山頂高さ）およびＲｖ（最大谷底深さ）は３００〜３０００Åの範囲とすることが好ましい。
【００１１】
また、ダイヤモンドパッドによる加工を行う時に研削液を用いるが、本発明では研削液の代わりに加工スラリーとしてＺｒＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃の研磨材を含有した研磨液を併用する事で加工レートの向上や表面平滑性を向上させることも可能である。これらの研磨材は１．０〜１．５μｍの範囲のいずれかの研磨材を３〜２０ｗｔ％含有させたスラリーで加工することが好ましい。
【００１２】
尚、これらの加工方法で加工されるガラス基板材は、ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｒ₂Ｏ（但し、Ｒはアルカリ金属元素の中から選ばれる少なくとも１種以上）系化学強化ガラス，ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｌｉ₂Ｏ系ガラスセラミックス，ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＴｉＯ₂系ガラスセラミックスに適しており、特にＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＣａＯ―Ｌｉ₂Ｏ―Ｎａ₂Ｏ―ＺｒＯ₂―Ｙ₂Ｏ₃―ＴｉＯ₂―Ａｓ₂Ｏ₃系化学強化ガラス，ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｌｉ₂Ｏ―Ｎａ₂Ｏ―ＺｒＯ₂―Ａｓ₂Ｏ₃系化学強化ガラスや、ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＺｎＯ―Ｌｉ₂Ｏ―Ｐ₂Ｏ₅―ＺｒＯ₂―Ｋ₂Ｏ―Ｓｂ₂Ｏ₃系ガラスセラミックス，ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＣａＯ―ＢａＯ―ＴｉＯ₂―Ｐ₂Ｏ₅―Ａｓ₂Ｏ₃系ガラスセラミックス，ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―ＭｇＯ―ＣａＯ―ＳｒＯ―ＢａＯ―ＴｉＯ₂―ＺｒＯ₂―Ｂｉ₂Ｏ₃―Ｓｂ₂Ｏ₃系ガラスセラミックス材に適している。更に含有している結晶相でいえば、二珪酸リチウム，ＳｉＯ₂系結晶（石英，クリストバライト，トリジマイト等），コージェライト，エンスタタイト，チタンサンアルミニウムマグネシウム，スピネル系結晶（［Ｍｇおよび／またはＺｎ］Ａｌ₂Ｏ₄，［Ｍｇおよび／またはＺｎ］₂ＴｉＯ₄およびこれら２結晶間の固溶体を指す），フォルステライト，スポジューメンおよびこれら結晶の固溶体を結晶相として含有するガラスセラミックスに非常に適したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施例について説明する。表１,表２には本発明の加工方法にて加工した情報記憶媒体用ガラス基板材，ガラスセラミックス基板材の組成、およびガラス基板材，ガラスセラミックス基板材の状態と各材料のヤング率，比重，ビッカース硬度（Ｈｖ）を示した。また表３，表４には表１，表２に記載のガラス基板材，ガラスセラミックス基板材の実施加工例１１種と、比較加工例として現在一般的に採用されている加工方法を示した。またこれらの実施加工例として、一次ラップのダイヤモンドペレットの番手、二次加工のダイヤモンドパッドのダイヤモンド粒径、加工スラリー研磨材の種類と粒径，含有量，加工後の表面粗度Ｒａ，Ｒｖ，Ｒｐ、および表面外観として、スクラッチ（細かい傷），ピット（深い穴状の凹み）の有無をそれぞれ示した。さらに本発明の加工方法および一般的な加工方法で得られた各基板表面の外観状態の顕微鏡写真（ノマルスキー式顕微鏡写真または表面欠陥検査装置による写真）をそれぞれ図１〜８に示す。ここで図１は実施加工例５のノマルスキ顕微鏡写真、図２は実施加工例５の表面欠陥検査装置による写真。図３は実施加工例１０のノマルスキ顕微鏡写真、図４は実施加工例１０の表面欠陥検査装置による写真。図５は比較加工例１のノマルスキ顕微鏡写真、図６は比較加工例１の表面欠陥検査装置による写真。図７は比較加工例２のノマルスキ顕微鏡写真、図８は比較加工例２表面欠陥検査装置による写真である。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

【００１６】
【表３】

【００１７】
【表４】

【００１８】
【表５】

【００１９】
本発明の加工実施例はそれぞれ３．５”ディスク基板を用い、一次ラップ加工は、１２Ｂ式両面加工機により＃８００〜＃１５００番手のダイヤモンドペレット（ボンドのヌープ硬度は、６００×１０Ｎ／ｍｍ²）を用い、加工荷重が１００〜２５０ｇ／ｃｍ²，加工回転数が２０〜５０ｒｐｍの範囲で加工を行った。
ついで二次加工として、それぞれのダイヤモンド粒径のダイヤモンド砥粒が樹脂系素材に固定されたタイル状凸起を有するダイヤモンドパッドを用いて精研削加工した。ここでは、１．３４×１．３４×０．３０ｍｍの寸法のタイル状物を０．５０ｍｍの隙間で敷してタイル状凸起とし、更に、１１×１１個のタイル状凸起ごとに、深さ０．５ｍｍ、幅２．０ｍｍの溝加工を施したダイヤモンドパッドを用いた。このダイヤモンドパッドの、タイル状凸起が敷かれた側の面を、図９に示す。
このダイヤモンドパッドのタイル状凸起部分のビッカース硬度は、２０×１０Ｎ／ｍｍ²であった。ダイヤモンドパッドは約１〜１０ｍｍの溝加工を施した物を１２Ｂ式両面加工機の上下定盤へ貼り付け、加工荷重が１００〜２５０ｇ／ｃｍ²，加工回転数が２０〜５０ｒｐｍの範囲で約５〜２５分で加工を行った。
【００２０】
表３，４および図１〜８に示されるとおり、本発明の加工方法は、加工後の表面粗度が従来の加工法に比べて著しく改善され、且つ、従来問題とされた基板表面のスクラッチ，ピット，研削痕，吸着痕が発生していないものであり情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法として優れる方法である。尚、本発明の加工方法で加工された基板材は、後工程の研磨の短時間化を可能にすると同時に、平滑性に優れた基板を得ることが可能なものであった。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の加工方法によれば、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、あらゆる情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工が平滑性・表面欠陥性に優れると同時に、短加工時間による低コスト化に優れた情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施加工例５のノマルスキ顕微鏡による基板表面状態の写真。
【図２】実施加工例５の表面欠陥検査装置による基板表面状態の写真。
【図３】実施加工例１０のノマルスキ顕微鏡による基板表面状態の写真。
【図４】実施加工例１０の表面欠陥検査装置による基板表面状態の写真。
【図５】比較加工例１のノマルスキ顕微鏡による基板表面状態の写真。
【図６】比較加工例１の表面欠陥検査装置による基板表面状態の写真。
【図７】比較加工例２のノマルスキ顕微鏡による基板表面状態の写真。
【図８】比較加工例２表面欠陥検査装置による基板表面状態の写真。
【図９】ダイヤモンドパッドのタイル状凸起が敷かれた側の面。

Claims

一次ラップ加工と二次加工を含む基板材の加工方法であって、該一次ラップ加工はレジン，メタル，ビトリファイド等のボンドにダイヤモンド砥粒が固定されたダイヤモンドペレットを用いてラップ加工することを特徴とし、該二次加工は、該一次ラップ加工の後、ダイヤモンドパッドにて精研削加工する工程であって、該ダイヤモンドパッドは平坦な頂部を有した多数のタイル状凸起を有し、該タイル状凸起は樹脂系素材にダイヤモンド砥粒が固定されてなることを特徴とする、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記一次ラップ加工において、レジン，メタル，ビトリファイド等のボンドに固定されたダイヤモンド砥粒の粒度が＃８００〜＃１５００であることを特徴とする、請求項１に記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記ダイヤモンドペレットのボンドのヌープ硬度は、３００×１０〜８００×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記二次加工において、ダイヤモンドパッドのダイヤモンド粒径が１〜１５μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記ダイヤモンドパッドの該タイル状凸起のビッカース硬度は、５×１０〜４０×１０Ｎ／ｍｍ²の範囲内であることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記加工方法において二次加工後のガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が５０〜８００Å，Ｒｐ（最大山頂高さ）およびＲｖ（最大谷底深さ）が３００〜３０００Åであることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記ガラス基板材の加工方法において、加工されるガラス基板材は、ＳｉＯ₂―Ａｌ₂Ｏ₃―Ｒ₂Ｏ（但し、Ｒはアルカリ金属元素の中から選ばれる少なくとも１種以上）系化学強化ガラスであることを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材の加工方法。
前記ガラスセラミック基板材の加工方法において、加工されるガラスセラミックス基板材は、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｌｉ₂Ｏ系ガラスセラミックスまたはＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＴｉＯ₂系ガラスセラミックスであることを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板材の加工方法。
前記ガラス基板材またはガラスセラミック基板材の加工方法において、二次加工におけるダイヤモンドパッドのダイヤモンド粒径が１〜１５μｍの範囲内であり、かつ加工スラリーは１．０〜１．５μｍの範囲のＺｒＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃のいずれかの研磨材を３〜２０ｗｔ％含有することを特徴とする、請求項１から８のうちいずれか一項記載の情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材の加工方法。
請求項１から９のうちいずれか一項記載の方法により加工されたことを特徴とする、情報記憶媒体用ガラス基板材またはガラスセラミックス基板材。