JP5132863B2 - 平板ガラスから任意の輪郭のガラス板を製造する方法 - Google Patents

平板ガラスから任意の輪郭のガラス板を製造する方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板ガラスから任意の輪郭のガラス板を製造する方法に関し、このとき、第一の工程において、ガラス板の少なくとも一方の側に切断装置を用いて或る所定深さまで輪郭に沿って分断線を刻設する方法に関する。続いて、ガラス板は、置かれて平板ガラスから輪郭に沿って分断される。斯かる方法は、特に、電気的な記憶媒体用のガラス基板を製造するために使用される。
【０００２】
本発明は、上記の方法の他にも、平板ガラスから任意の輪郭のガラス板を割断するための装置も提供する。この装置もまた、特に、或る外径と内径とを有する電気的な記憶媒体用のガラス基板をガラス板から製造するために使用され、このとき、斯かる装置は、下敷と押圧装置とを備えている。
【０００３】
【従来の技術】
特にハードディスクといった磁気的な記憶装置へのガラス基板の利用は、今日主としてラップトップにおいて実現されている。現在主に用いられているアルミニウム基板と比較すると、より高い剛性、強度、Ｅモジュール（E-Modul）、そしてそれに伴う一層優れた耐衝撃性ならびにフラッタの低減にガラス基板の長所がある。
【０００４】
特にハードディスクといった磁気的な記憶媒体へのガラス基板の応用可能性をこれまで特に阻んできたのは、極めて高い技術的な手間とコストをかけてしか、適した表面特性を持つガラスを利用可能にできなかったことである。
【０００５】
こういったことは、特にプレスやフロートによってガラス板を製造する場合に当てはまるが、例えば米国特許第５７２５６２５号明細書に開示されているように、引き伸ばし工程によって製造された帯状ガラスにも当てはまる。
【０００６】
かくして、引き伸ばされたガラスの場合、米国特許第５７２５６２５号明細書により、引き伸ばされたガラスの表面に２回のラッピング工程およびさらに２回の研磨工程を施す必要がある。
【０００７】
その開示内容が本願に包括的に取り込まれている２０００年１月５日に米国特許庁に出願された出願番号０９／４７７７１２号明細書に述べられているような新しい方法を用いれば、引き伸ばされたガラス基板が、２５μｍ以下、特に１０μｍ以下の平坦さないし平面度、１００Å未満、特に４０Å未満のうねり、±２０μｍ、特に±１５μｍの肉厚変動、及び１０Å未満、特に５Å未満の表面粗度を持つようにできる。
【０００８】
表面特性、平面度、うねり、及び表面粗度は、例えば、ＳＥＭＩスタンダード（１９９６）のＳＥＭＩ Ｄ１５−１２９６に記載されているようなディスプレイ基板用の標準的な方法といった公知の方法によって特定される。ここで、平面度とは、表面全体にわたって測定された理想的な平坦な表面からのずれのことであり、波形の度合いないしうねりとは、中規模の基準区間を参照した場合の理想的な表面からのずれの平均波長成分のことであり、表面粗度とは、評価用の短い測定区間を参照した場合の短波長領域におけるずれのことである。例えば、米国特許第５７２５６２５号明細書による表面に対しての如く、上述のような優れた表面に対しては、仕上げ加工はもはや必要ではない。このため、ガラス基板に対して、表面の仕上げ加工を全く省けるか、あるいはかなり減らせるような、電気的な記憶媒体を製造するための方法を示唆することが求められている。
【０００９】
現在従来技術に挙げられるような方法は、引き伸ばされ、あるいはフロートにより作製されて、２５μｍ以下の平面度、１００Å未満のうねり、±２０μｍの肉厚変動、ならびに１０Å未満の表面粗度を有する帯状ガラスをさらに加工処理するのには適していないのであって、この場合、任意に決められた輪郭で切断できかつ加工処理工程の間に表面損傷を略防止できるようにしながら、滑らかなエッジを有する切断が重要になる。
【００１０】
細かく尖った破片と同様に凹みや細かなひび割れをも防ぐためのアプローチは、熱的に生まれる機械的な応力を用いてガラスを分離することである。この場合、ガラス上に向けられた熱源からの光線が、ガラスに対して相対的に一定の速度で動かされ、それによって高い熱機械的な応力が生成される。この応力が、ガラスに亀裂を形成する。この熱機械的な応力は、熱線の後を追う冷却スポットによってさらに高められる。熱的なエネルギーを局所的に、つまり、典型的な切断精度に相当する１ｍｍより正確な精度、特に好ましくは１００μｍより正確な精度で位置決めすることができるように要求される熱源の特性は、赤外線照射器、特にガスバーナやとりわけレーザによって十分満たされる。特にレーザは、その優れた集光性能、優れた出力操作性、ならびに光線形状の形成可能性、そしてそれに伴うガラス上での強度分布の故にその適正さが実証され、利用されている。ガラスは、レーザ光線によって先ず初期亀裂が刻み込まれ、続いて機械的に割断される。この方法は、いわゆる亀裂割断法（Ritzen-Brechen-Methode）と称される。
【００１１】
レーザ光線分断法は、集光されたレーザ光線と外からの冷却を組み合わせる局所的な加熱によって、材料の破断応力を超えるまで熱機械的な応力を発生させるものであり、この方法は、欧州特許出願公開第０８７２３０３号明細書、独国特許発明第６９３０４１９４号明細書および独国特許発明第４３０５１０７号明細書、ならびに米国特許第５１２０９２６号明細書より公知となっている。
【００１２】
英国特許出願公開第１４３３５６３号明細書は、レーザを用いて分断線をガラス基板内に刻設し、その後、この分断線に沿って、ガラスの硬度より高い硬度を有する切断装置を用いてガラスを割断する方法を開示している。例えば、ダイアモンドないしアルミニウム製の切断装置がこのような切断装置に用いられる。
【００１３】
これに代わる亀裂割断法が米国特許第２３７２２１５号明細書より周知となっている。この方法では、例えばダイアモンド製小形ホイールといった切断工具を用いてガラス表面に或る深さＴまで分断線を刻装し、続いて、この分断線に沿って、例えば機械的な作用を加えることによってガラスを割断する。
【００１４】
好ましい実施形態において、分断線Ｔに沿ったガラスの割断は、ガラス内に意図的に温度応力を加えることによって行なわれる。
【００１５】
特に電気的な記憶媒体用のガラス基板は、従来技術による上述した「亀裂割断法」を用いると、特にその基板厚さの故に、必要な品質を満足するように製造することができない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、出来る限り少ない工程を有し、ガラス引き伸ばし工程の際に得られる表面に損傷が殆ど無いようにして電気的な記録媒体用の個々のガラス基板を製造することができる、平板ガラスから任意の輪郭のガラス板、特に記録媒体用のガラス基板を製造する方法を提供することにある。この方法は、特に、引き伸ばし工程ないしフロート工程の際に得られる平面度２５μｍ以下、うねり１００Å未満、肉厚変動±２０μｍ、ならびに表面粗度１０Å未満という表面特性を略劣化させないものでなければならない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により、請求項１の前提部分おいて書き部の記載の方法において、ガラス板を配置した後、このガラス板上に押圧装置を用いて特定の力をかけ、これにより分断線に沿って割断部が生じるようにし、この割断部を全基板を通してくまなく伸展させることによって解決される。本発明の好ましい実施形態においては、ガラス板を下敷上で割断する前に、このガラス板を裏返し、これにより、分断線ないし亀裂が刻設された側が下敷の上に載るようにする。
【００１８】
本発明の第一の実施形態においては、上記下敷として、所定の硬さの大面積の下敷を用いる。この下敷を回転自在に構成する場合には、ガラス板上に下敷を置く際に、例えば円環状の分断線によって規定される内円もしくは外円の中心が、上記下敷ないし作業台の回転中心に合致した状態にすることができる。例えば小形ホイールないしボールといった押圧装置を用いて、所定の力でガラス基板上を押圧する。こうして発生させた割断部を、台を回転させることで、ガラス板中を全て通るようにくまなく伸展させる。
【００１９】
他の実施形態においては、二つの可撓性プレートの間にガラスを設ける。こうして得られた板束を例えば下敷としてのリング上に載置する。このとき、リングの直径が分断線の輪郭によって規定される直径より大きくなるようにする。次に、反対側からパンチを使って押圧する。ここで、パンチの直径は、上記開口部より小さいものとする。パンチによって加えられる力は、プレートとガラスとを湾曲させる。亀裂内に引張応力が形成されて、この亀裂が材料中をくまなく通って伸展し、その結果、平板ガラスの外側部分が完全に内側部分から分離される。
【００２０】
この方法の長所は、特に、可撓性の材料によって横応力によるエッジ部分での破断が確実に防止され、そのため、ガラス基板の表面が破断および凹部形成から保護されるという点にある。
【００２１】
本発明による第三の方法においては、ガラス板が割断して取り出されなければならない平板ガラスを、ポケット部を有するプレートの上に載置する。このポケット部に、主に真空を付与し、これによって、板の上に円環状の面荷重が加わるようにする。すると、亀裂内に引張応力が発生し、この引張応力が、材料を通して亀裂をくまなく伸展させ、その結果、外側部分を完全に内側部分から切り離すことができるようになる。例えば円環状のポケット部を用いれば、亀裂における引張応力が最大になる。ガラスの下側を真空にする代わりに、反対側に正圧の圧搾空気ないし液体圧力を働かせることもできる。
【００２２】
本発明による全ての方法は、ガラス板から内孔部を割断もしくは分断するのに適しているのと同様、平板ガラスからこのガラス板自身を割断もしくは分断するのにも適している。割断もしくは分断とは、本明細書中、必ずしも内側部分と外側部分とが互いに物理的に離隔されなくても、分断線が完全にガラス基板を通してくまなく伸展させられることである。
【００２３】
割断もしくは分断のステップにより平板ガラスを通してくまなく伸展した分断線に沿った内側部分を分離、あるいは外側部分を別体化させるには、さらなる工程ステップにおいて行なうことができる。このために、例えば、内側部分と外側部分の間および／または外側部分と周囲の平板ガラスとの間に温度差を形成する。この目的で、内側部分を意図的に液体窒素で冷却することができる。外側部分を別体化させるために、周囲の平板ガラスを例えば２００℃の熱風を用いて加熱することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂには、亀裂と割断による所謂亀裂割断法を用いて平板ガラス１を分断する様子が示されている。この亀裂割断法の場合、ガラス表面２４上に載置される切断装置を用いて、平板ガラス１内に所定の深さＴガラス基板まで分断線２６を刻み付ける。
【００２６】
切断工具２２を用いて分断線に沿ってガラスを刻んだ後、図２Ｂに示すように、この分断線に沿ってガラスを割断する。切断工具２２は、例えば、切断用小形ホイールといった切断装置とすることができる。
【００２７】
特に好ましいのは、レーザ装置を用いてガラス板の表面２４に分断線の亀裂を得る場合である。図２Ａないし図２Ｂには、特に好ましいレーザ分断法が示されている。
【００２８】
レーザ切断装置を用いた亀裂と割断の場合、ガラス表面は、ほんの僅かしか傷つかない。このため、保護コーティングは、全て省くことができる。
【００２９】
図２Ａは、本実施形態においてハードディスク１００とされた電気的な記憶媒体用の円形状のガラス基板を平板ガラス１から割断して取り出すためにレーザ光線を用いて亀裂を刻み付ける原理を説明する図である。スタート段階の生産物としての平板ガラス１は、通常０．３〜５ｍｍの範囲の厚さｄを有している。
【００３０】
図２Ａによる実施形態において、レーザ光線のプロファイルは、分断すべき円形状の輪郭に対応させて曲げられているＶ字状の焦点スポット１０２が平板ガラス１上に出現するように形成されている。このレーザ光線プロファイルの後を、レーザ光線によって生成された熱機械的な応力を破断応力を超えるまで高める冷却スポット１０４が追いかけるようにする。この冷却スポットは、主に冷風といった冷却ガスを吹き付けたり、あるいは水／空気混合物を吹き付けたりすること等で実現できる。上記Ｖ字状焦点スポットは、特に、欧州特許出願公開第０８７３３０３号明細書等に記載されているようにして得ることができる。
【００３１】
図示されたＶ字状ないしＵ字状の焦点スポット１０２の他にも、他の焦点スポット形状を用いることができる。
【００３２】
平板ガラス１の分断は、２段階で行なう。
【００３３】
図２Ａに示す第１段階では、所定の深さＴに達するまでガラスを裂く熱機械的な応力がガラス内に形成されるように、レーザ出力、レーザ光線プロファイル、焦点スポット位置決め、送り速度−つまり焦点スポット１０２と平板ガラス１と冷却１０４との間の相対移動の速度、に関するパラメータを設定する。ここで、この亀裂深さＴは、典型的には０．０８〜０．３ｍｍの範囲とする。
【００３４】
上記パラメータ設定により、ガラス基板に対する外側輪郭１０６と同様、内孔部に対する内側輪郭１０７も刻むことができる。このとき、外側内側のいずれに対しても、機械的に付けた亀裂１０８を初期亀裂として用いる。ここで、この機械的な亀裂は、例えば切断用小形ホイールといった周知の方法により形成したものである。特別な利点を有して、上記初期亀裂１０８にレーザ亀裂１１０を連続させ、この亀裂を外側および内側の輪郭の円の湾曲に向かって接線方向に延ばしてつなげる。このように刻み目を付けることが、それ自身閉じた輪郭１０６，１０７の段差の無い分断を促す。
【００３５】
本発明により、以下に示すように分断線に沿ってガラスを割断する。
【００３６】
図３には、第一の解決手段が示されている。この解決手段を用いて、ハードディスク１００の内径および外径のための、例えばレーザによって上述したように設けられた亀裂を、厚みを貫いて深さ方向に伸ばすことができる。本発明によれば、内径ないし外径のための分断線をレーザにより刻んだ後、引き続いて加工処理対象の平板ガラス１を裏返し、特定の硬さを有する下敷２００上に配置する。特に有利なのは、上記下敷２００を回転自在の作業台２０２上に載置する場合である。回転自在の作業台を用いる場合、例えばハードディスクとなる円形状のガラス基板が切り出されるガラス板の位置を調整する際に、ハードディスクの中心点と作業台２０２の回転中心とができるだけ正確に重なり合うように配置することが好ましい。例えばボールや小形ホイール２０４といった構成の押圧装置を用いて、特定の力Ｆで外径用の分断線ないし内径用の分断線の上方でガラス基板１上を押圧する。生じた割断部２０６を作業台２０２の回転によってさらに押し進めて伸展させる。ガラス基板における割断部２０６の位置に応じて、小形ホイール２０４ないしボールに対する距離を変更することができる。この影響は、調整可能な力によって補償することができる。
【００３７】
下敷２００の硬さは、及ぼす割断力に関係する。一般に言えるのは、下敷２００の硬度が低いほど、必要な割断力も低いということである。ただし、柔らかい下敷の場合の工程は、より不正確にしか制御できない。
【００３８】
さらに、亀裂１１０上の小形ホイール２０４の位置決め精度が、加工品のエッジの角精度に影響を与えるということが判明している。幅広の小形ホイールの場合、位置決めは厳しくはない。しかしながら、内径が小さい場合、幅広の小形ホイールは、大きなたわみの故に条件付きでしか用いることができない。このため、内径を割断するためにはボールを用いることが望ましい。
【００３９】
図４には、平板ガラス１からガラス板を割断するための図３に代わる方法が明らかにされている。任意の輪郭のガラス板が割断して取り出されることになる平板ガラス１は、プレキシガラスから作ることができる二つのしなやかな可撓性プレート３００．１，３００．２の間に置かれる。これらのプレート３００．１及び３００．２は、平板ガラス１を閉じ込め、一種の板束３０２（パック）を形成する。平板ガラス１ならびに可撓性プレート３００．１，３００．２からなる板束は、開口部３０４を有する下敷２００上に位置している。この開口部の直径ｄOは、円弧状の分断線ｄKTの直径より常に大きい。
【００４０】
分断線に沿ってガラス板を平板ガラスから割断して取り出すために、開口部の反対に位置する側３０４から例えばパンチ３０６等を用いて或る力Ｆで押す。パンチ３０６は、開口部直径ｄOより小さい直径ｄSを有している。力Ｆを用いて可撓性プレート３００．１，３００．２ならびに平板ガラス１を湾曲させる。亀裂ないし分断線１１０内には、引張応力が生じる。力Ｆによって材料１を通してくまなく亀裂を伸展させ、これにより、割断して取り出すべきガラス板の輪郭、つまりは外径に相当する内側部分３０８．２から、平板ガラスの外側部分３０８．１を完全に分離させる。本方法において特に好ましいのは、本発明の第二の実施形態により、平板ガラス１を取り囲む可撓性の材料３００．１，３００．２を用いて、横応力によるエッジ部分における破断を防ぐことができるということである。しかも、平板ガラスの表面が保護される。
【００４１】
図５には、本発明による第三の方法が示されている。平板ガラス１は、円環状のポケット部４００を有する下敷２００上に載っている。この円環状ポケット部は、平板ガラスから取り外されるべきガラス板の内径か又は外径のいずれかに該当する円形状の分断線の直径ｄKTより小さな内径ｄIを有している。ポケット部ｄAの外径は、円弧状分断線の直径ｄKTよりも大きい。上記ポケット部に接続部４０２を介して真空が形成されると、円環状の面荷重が平板ガラス１上に発生する。この円環状の面荷重は、亀裂ないし分断線１１０内に引張応力を作用させる。これが材料を通してくまなく亀裂を伸展させることになり、その結果、外側部分３０８．１が、図４に示す実施形態の場合のように内側部分３０８．２からすっかり分離する。
【００４２】
以上述べてきた方法は、ガラス板全体を平板ガラス１から分断ないし割断するのに適しているだけでなく、例えばハードディスクに用いられるガラス板の場合に、内孔部を分断ないし割断するためにも適している。
【００４３】
円環状のポケット部４００は、亀裂における引張応力が最大となるように作用する。この方法は、しかしながら、穴状のポケット部、つまり直径ＤIを有する中間部分が無いポケット部を用いたものでも構わない。そうすれば、斯かる穴状のポケット部の直径ＤAが円弧状分断線の直径ＤKTより大きくなることに気を付けるだけでよい。
【００４４】
これとは異なる実施形態において、平板ガラス１の下側における真空接続部４０２を介した真空の代わりに、ポケット部と反対側の面に正圧を付与することもできる。
【００４５】
以下に、本発明の具体的な一実施形態をさらに述べることにする。
【００４６】
８０×８０×０．７ｍｍの寸法を有する平板ガラスから、６５ｍｍの外径および２０ｍｍの内径を有するハードディスク板を以下のように割断して取り出す。先ず、レーザ切断装置を用いて上側の面上に次のようにして亀裂を刻設する。先ず、ダイアモンドを用いてガラス板に刻み目を付ける。これは、円周側にスタート用の傷を形成するものである。次に、Ｖ字状の焦点スポットに広げられたレーザを用いて熱を加え、その際、エタノール噴射ないしエア噴射によって冷却を行なう。分断線を形成したら、パンチ／リング法によって、内径φｄ（パンチ）＝２０ｍｍ、ｄ（リング）＝５０ｍｍ、ｈ（プレキシグラス）＝２ｍｍ、外径φｄ（パンチ）＝６５ｍｍ、ｄ（リング）＝８０ｍｍ、ｈ（プレキシグラス）＝２ｍｍが得られるまで内径および外径を割断して取り出す。このとき、力が制御された直線軸を介して上記パンチを送る。
【００４７】
割断ないし分断された部分の分離ないし別体化は、外側部分に対して約２００℃の熱風、内側部分に対して液体窒素を用いることによって行なう。
【００４８】
本発明による方法は、表面を傷つける事無くガラス板からガラス基板を取り出すことのできる亀裂割断法を初めて開示するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 切断装置による平板ガラス基板内の分断線の亀裂を示す図である。
【図１Ｂ】 分断線に沿った平板ガラスの割断の様子を示す図である。
【図２Ａ】 レーザ装置を用いて深さＴまで平板ガラスに分断線を刻設する様子を示す図である。
【図２Ｂ】 レーザ装置を用いて深さＴまで平板ガラスに分断線を刻設する様子を示す図である。
【図３】 所定の硬さを有する下敷の上でガラス板を割断する様子を示す図である。
【図４】 リングと組み合わせたパンチを用いてガラス板を割断する様子を示す図である。
【図５】 真空を利用してガラス板を割断する様子を示す図である。
【符号の説明】
１・・・平板ガラス
２２・・・切断工具
２４・・・ガラス表面
２６・・・分断線
１００・・・ハードディスク
１０２・・・レーザの焦点スポット
１０４・・・冷却スポット
１０６・・・外側輪郭
１０７・・・内側輪郭
１０８・・・亀裂
１１０・・・レーザ光線
２００・・・下敷
２０２・・・回転自在の作業台
２０４・・・小形ホイール
２０６・・・割断部
３００．１・・・可撓性プレート
３００．２・・・可撓性プレート
３０２・・・板束
３０４・・・下敷の開口部
３０６・・・パンチ
３０８．１・・・内側部分
３０８．２・・・外側部分
４００・・・ポケット部
４０２・・・真空接続部

Claims (5)

  1. 回転自在の下敷（２００）を有し、
    平板ガラスから円形状の記憶媒体用のガラス板の外径および／または内径を割断するための装置において、
    割断対象の平板ガラスの外径ないし内径の中心点を前記下敷（２００）の回転中心上に配置するための配置装置と、前記平板ガラスを貫く亀裂を伸展させるように力Ｆを加えるための手段とを備え、
    横応力による前記ガラス板のエッジ部分の破断を防止するよう、前記下敷の硬さに応じて前記力Ｆを選択し、
    前記下敷は、自身の形状が分断線の輪郭形状より大きい開口部を有していることを特徴とする装置。
  2. 請求項１に記載の装置において、
    前記力Ｆを及ぼすための手段は、小形ホイール（２４）又はボールとされていることを特徴とする装置。
  3. 請求項１に記載の装置において、
    前記力Ｆを及ぼすための手段は、パンチ（３０６）とされていることを特徴とする装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置において、
    前記下敷は、ポケット部（４００）を備えていることを特徴とする装置。
  5. 請求項４に記載の装置において、
    前記ポケット部は、真空接続部（４０２）を備えていることを特徴とする装置。
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