JP2010102765A - 磁気ディスク用ガラス基板および磁気ディスク用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ディスク装置に組み込んだ際の耐衝撃強度が高い磁気ディスク用ガラス基板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】主表面と、前記主表面の中央部に形成された円孔と、前記円孔の内周に形成されたチャンファ面と、を有し、前記主表面は、内周端部において凸部が形成されており、前記内周端部において、スキージャンプ値が０μｍ以下であり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記主表面側へ１．６ｍｍだけ離れた点とを結ぶ直線を基準線分としたとき、前記基準線分からの前記凸部の最大高さが０．２〜９ｎｍであり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記凸部の高さが最大となる位置までの離隔距離が０．７ｍｍ以下である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハードディスク装置等の磁気ディスク装置に用いられる磁気ディスク用ガラス基板および磁気ディスク用ガラス基板の製造方法に関するものである。

従来より、ハードディスク装置等の磁気ディスク装置に用いられる磁気ディスク用のガラス基板として、円板の主表面の中央部に円孔が形成されたドーナツ状のガラス基板が用いられている。このガラス基板は、たとえば以下のように製造される。すなわち、はじめに薄く形成したガラス板をコアリングして、ドーナツ状に成形したガラス基板を準備する。つぎに、このガラス基板の内外周端面に面取り加工を施して、面取り面（チャンファ面）を形成する。さらに、チャンファ面を形成したガラス基板の内外周端面を研磨した後、主表面を研磨して所望の表面形状に仕上げる。

このような磁気ディスク用のガラス基板の表面形状については、様々な形状のものが開示されている。たとえば、特許文献１には、記録エリアの拡大等のために、主表面の外周端部に形成される隆起部（スキージャンプ）のスキージャンプ値が０．３５μｍ未満であることが開示されている。また、特許文献２には、磁気ヘッドの浮上量を小さくするために、主表面の外周端部のダブオフ値が０〜１２ｎｍであることが開示されている。また、特許文献３には、製造工程における発塵防止等のために、主表面の外周端部のダブオフ値が０〜１２ｎｍであり、スキージャンプ値が０μｍ以下であることが開示されている。また、特許文献４、５には、磁気ヘッドのクラッシュ防止等のために、特に外周端部におけるダブオフ値が±１０ｎｍであることが開示されている。

ところで、上述したガラス基板は、磁気ディスク装置に組み込まれる際には、その中央部の円孔によって金属等からなるフランジに嵌め込み、金属等からなる固定部材によって上から締め付けてスピンドルに固定される。ここで、ガラス基板の耐衝撃強度を高めるために、少なくとも内周端部から固定部材が接触する部分にわたって、化学処理等によってガラス強度を強化する技術が開示されている（たとえば特許文献６参照）。

特開平５−８９４５９号公報 特開２００６−９９９４９号公報 特開２００６−９２７２２号公報 特開２００７−２５０１６６号公報 特開２００７−２５７８１１号公報 特開２００６−５９４６３号公報

しかしながら、上述したようなガラス強化プロセスを追加で行なう方法は、製造プロセスにおいて工程数が増加するため、製造時間が長くなったり、製造コストが増加したりする等の問題があった。そのため、ガラス強化プロセスを行なわずにガラス基板の耐衝撃強度を高める方法が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁気ディスク装置に組み込んだ際の耐衝撃強度が高い磁気ディスク用ガラス基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板は、主表面と、前記主表面の中央部に形成された円孔と、前記円孔の内周に形成されたチャンファ面と、を有し、前記主表面は、内周端部において凸部が形成されており、前記内周端部において、スキージャンプ値が０μｍ以下であり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記主表面側へ１．６ｍｍだけ離れた点とを結ぶ直線を基準線分としたとき、前記基準線分からの前記凸部の最大高さが０．２〜９ｎｍであり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記凸部の高さが最大となる位置までの離隔距離が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法は、上記発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、ガラス板からドーナツ状のガラス基板を成形するガラス基板成形工程と、粒径が０．１〜１．０μｍの大径研磨砥粒を含む研磨液と研磨パッドとを用いて前記成形したガラス基板を研磨する粗研磨工程と、粒径が０．０１〜０．１μｍの小径研磨砥粒を含む研磨液と軟質研磨パッドとを用いて前記研磨したガラス基板をさらに研磨する精密研磨工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法は、上記発明において、前記粗研磨工程における片面あたりの粗研磨量を８〜１０μｍとし、前記精密研磨工程における片面あたりの精密研磨量を０．３〜０．７μｍとすることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法は、上記発明において、前記研磨パッドはウレタンまたは発泡ウレタンからなり、前記軟質研磨パッドは発泡ウレタンからなることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法は、上記発明において、前記大径研磨砥粒は酸化セリウムからなり、前記小径研磨砥粒はコロイダルシリカからなることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の製造方法は、上記発明において、前記ガラス板は、母材ガラス板を加熱して軟化し所望の厚さに延伸するリドロー法を用いて製造したものであることを特徴とする。

本発明によれば、磁気ディスク装置に組み込んだ際の耐衝撃強度が高い磁気ディスク用ガラス基板を実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス基板の上面および側断面を模式的に示した図である。図１に示すように、本実施の形態に係るガラス基板１は、主表面１ａと、外周端面１ｂと、主表面１ａの中央部に形成された円孔１ｃと、円孔１ｃの内周に形成された内周端面１ｄと、外周および円孔１ｃの内周に形成されたチャンファ面１ｅとを有し、ドーナツ状の形状を有している。ガラス基板１の大きさは所定の製品規格を満たすように形成されており、たとえば外径が２．５インチ（６５ｍｍ）、内径が約２０ｍｍ、厚さが６３５μｍ±１０μｍである。なお、ガラス基板１は、主表面１ａの裏側にも他の主表面を有するが、２つの主表面は同一の形状であるので、以下では主表面１ａについてのみ説明する。

図２は、ガラス基板１の側断面の内周側の一部を拡大して示した図である。なお、図２において、主表面１ａとチャンファ面１ｅとの境界を点Ｐ１としている。図２に示すように、主表面１ａは、径方向に沿って外周側から内周側に向かって見た場合に、平坦な面が所定の位置から沈み込み、つぎに内周端部において隆起して凸部が形成された後に、点Ｐ１に到るような形状をしている。

ここで、ガラス基板１の円孔１ｃの内周側における主表面１ａの表面形状を表す特性として、特許文献３と同様にスキージャンプ値を定義する。すなわち、スキージャンプ値とは、主表面１ａの平坦面と一致する基準面Ｌ１を基準とした、内周端部において主表面１ａが最も高い位置の高さと定義する。図２においては符号ｓが内周端部におけるスキージャンプ値を示している。

また、凸部の最大高さを以下のように定義する。凸部の最大高さとは、主表面１ａとチャンファ面１ｅとの境界の点Ｐ１よりも主表面１ａ側へ１．６ｍｍだけ離れた点Ｐ２を設定し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線を基準線分Ｌ２とした場合に、基準線分Ｌ２内での主表面１ａの変位の最大値と定義する。図２においては符号Ｄが点Ｐ１と点Ｐ２との離隔距離を示し、符号ｄが凸部の最大高さを示している。また、符号Ｘは、点Ｐ１から凸部Ｃの高さが最大となる位置までの離隔距離を示している。

このガラス基板１は、主表面１ａの内周端部に凸部Ｃが形成されており、内周端部においてスキージャンプ値が０μｍ以下であり、凸部の最大高さが０．２〜９ｎｍであり、主表面１ａとチャンファ面１ｅとの境界の点Ｐ１から凸部Ｃの高さが最大となる位置までの離隔距離Ｘが０．７ｍｍ以下であることによって、磁気ディスク装置に組み込んだ際の耐衝撃強度が高いものとなる。

その理由は、以下のように考えられる。すなわち、一般に、磁気ディスク装置に組み込む際には、ガラス基板を固定部材で締め付けるようにして固定するが、主表面の内周端部に正値のスキージャンプが存在すると、スキージャンプに締め付け応力が集中すると考えられる。その結果、ガラス基板は破損しやすくなるため、強化処理が必要となる。また、スキージャンプが存在せず、主表面が内周側に向かって単調に沈み込んでいるような場合であっても、締め付け応力は、たとえば主表面の沈み込みが始まる位置の近傍における表面粗さ程度の大きさの微少な凸部の１点に集中するか、または不定な多点に不規則に掛かると考えられるので、やはりガラス基板は破損しやすくなる。

一方、図３は、ガラス基板１を磁気ディスク装置に組み込んだ状態において、ガラス基板１の側断面の内周側の一部を拡大して示した図である。なお、符号２は、金属等からなる固定部材である。固定部材２のガラス基板１との接触面は平坦であるものの、ミクロに見れば細かい凹凸が存在している。図３に示すように、このガラス基板１の場合は、ミクロに見れば、凸部Ｃの頂点Ｐ４と、これと距離が１ｍｍ以上程度離れた位置Ｐ３との２箇所の接点で、ガラス基板１と固定部材２とが弾性変形して接することとなる。その結果、ガラス基板１と固定部材２との弾性率の違いによる歪が、２点Ｐ３、Ｐ４間の自由な伸縮で吸収され、ガラス基板１への応力集中がなくなると考えられる。その結果、ガラス基板１は、強化処理をしなくても耐衝撃強度が十分に高いものとなる。なお、図３は任意の径方向の側断面を示すものであるが、凸部Ｃはガラス基板１の内周に沿って形成されているので、ガラス基板１と固定部材２とはそれぞれが点Ｐ３、Ｐ４を含む２つの接線で接することとなり、ガラス基板１の全周にわたって歪が吸収されることとなる。

つぎに、本実施の形態に係るガラス基板１の製造方法の一例について説明する。図４は、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法の一例のフロー図である。図４に示すように、本製造方法は、はじめに、原材料となるガラス板を製造する（ステップＳ１０１）。つぎに、ステップＳ１０１において製造したガラス板をコアリングして、このガラス板からドーナツ状のガラス基板を成形する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において成形したガラス基板の内外周端面にチャンファ面を形成する（ステップＳ１０３）。つぎに、ステップＳ１０３においてチャンファ面を形成したガラス基板の内外周端面を研磨した後、粒径が０．１〜１．０μｍの大径研磨砥粒を含む研磨液と硬質または軟質の研磨パッドとを用いて、主表面を研磨する粗研磨工程を行う（ステップＳ１０４）。つぎに、粒径が０．０１〜０．１μｍの小径研磨砥粒を含む研磨液と軟質研磨パッドとを用いて、ステップＳ１０４において研磨したガラス基板の主表面をさらに研磨する精密研磨工程を行い（ステップＳ１０５）、製品となるガラス基板を製造する。

以下、各工程について具体的に説明する。まず、ステップＳ１０１のガラス板の製造については、たとえば、フロート法等を用いて製造した母材ガラス板を加熱して軟化し、所望の厚さに延伸する公知のリドロー法を用いれば、ガラス板の厚さを所望の範囲内に容易に調整でき、面精度も高いガラス板を製造できるので好ましい。なお、本製造方法では、リドロー法を用いて、製品としてのガラス基板の厚さよりも５〜１０μｍ程度だけ厚いガラス板を製造するため、ガラス板の厚さ調整のためのラッピング工程を省略できる。

ガラス板の材料としては、アモルファスガラスや結晶化ガラスなどのガラスセラミックスを用いることができる。なお、成形性や加工性の観点からアモルファスガラスを用いることが好ましく、たとえば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラスなどを用いることが好ましい。

つぎに、ステップＳ１０２、Ｓ１０３のドーナツ状ガラス基板の成形およびチャンファ面の形成については、公知のコアリング工程、チャンファ加工工程によって実施することができる。

つぎに、ステップＳ１０４の粗研磨工程においては、たとえば図５、６に示す市販の両面同時研磨機を用いて実施することができる。ここで、図５は、両面同時研磨機の側面の一部を示す模式図である。図５に示すように、この両面同時研磨機１０は、鋳鉄製の上定盤３および下定盤４と、チャンファ面を形成したガラス基板９を上定盤３と下定盤４との間に保持するキャリアー６と、上定盤３および下定盤４のガラス基板９との接触面に取り付けられた研磨パッド５、５とを備える。

そして、この両面同時研磨機１０は、キャリアー６によって上定盤３と下定盤４との間にガラス基板９を保持し、上定盤３と下定盤４とによってガラス基板９を所定の加工圧力で挟圧し、研磨パッド５、５とガラス基板９との間に研磨液を所定の供給量で供給しながら、上定盤３と下定盤４とを軸Ａを回転軸として互いに異なる向きに回転させる。これによって、ガラス基板９は研磨パッド５、５の表面を摺動し、両表面が同時に研磨される。

図６は、上定盤３を取り外した状態の両面同時研磨機１０の模式的な平面図である。図６に示すように、キャリアー６は、最大で５つのガラス基板９を保持し、キャリアー６の外周部に設けられた歯車は、太陽車７の外周部に設けられた歯車とインターナルギア８とに噛合している。その結果、各キャリアー６はその中心を軸として回転しながら太陽車７の周囲を移動し、キャリアー６に保持されたガラス基板９は、両表面が一様に研磨される。

ここで、ステップＳ１０４の粗研磨工程では、研磨パッド５、５として、硬度（アスカーＣ）が８５以上の硬質の材質、たとえばポリウレタンからなる硬質研磨パッドを用いている。なお、硬度（アスカーＣ）は日本ゴム協会標準規格（準拠規格：SRIS0101）に定める測定方法で測定した値である。以降、本明細書における硬度は、特に記載のない限りこれに準ずるものとする。また、用いる研磨液は、粒径が０．１〜１．０μｍのたとえば酸化セリウムからなる研磨砥粒を含むものである。なお、研磨パッド５、５としては、硬度が６０〜８０の材質、たとえば発泡ウレタンからなる軟質のものでもよい。

また、この粗研磨工程において、粗研磨量を増加するとガラス基板９の主表面に形成される凸部が高くなるので、粗研磨量の調整により凸部の高さを調整することができ、本製造方法では、片面あたりの粗研磨量をたとえば９μｍとして、内周端部に形成される凸部が所望の高さになるようにしている。なお、粗研磨量を４μｍとすると、凸部はほとんど形成されなくなる。

つぎに、ステップＳ１０５の精密研磨工程については、両面同時研磨機１０の研磨パッド５、５を、硬度が６０〜８０の材質、たとえば発泡ウレタンからなる軟質の研磨パッドに取り替え、粒径が０．０１〜０．１μｍのたとえばコロイダルシリカからなる研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、上記研磨パッドを用いてガラス基板９を研磨する。
ここで、この精密研磨工程において、片面あたりの研磨量を０．３〜０．７μｍと少なくする。その結果、ガラス基板９の主表面を所望の面精度に仕上げることができるとともに、端部の面ダレを少し起こす傾向になり、内周端部のスキージャンプ値が負となり、凸部の最大高さが０．２〜９ｎｍに小さくなるとともに、主表面とチャンファ面との境界から凸部の高さが最大となる位置までの離隔距離が適度に離れる。その結果、本実施の形態に係るガラス基板１を製造できる。

以下に、本発明の実施例及び比較例を示す。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

（実施例１〜６）
実施例１〜６として、リドロー法を用いてアルミノシリケートガラスからなるガラス板を製造し、このガラス板をコアリングしてドーナツ状のガラス基板を成形し、さらに内外周にチャンファ面を形成し、外径が６５ｍｍ、円孔の内径が２０ｍｍ、円孔の近傍の厚さが６４３μｍのガラス基板を製造した。

つぎに、これらのガラス基板に対して、図５、６に示すような両面同時研磨機を用いて、上述した製造方法に従った粗研磨工程および精密研磨工程を行った。

ここで、粗研磨工程においては、硬度が８７のウレタン研磨パッド（浜井産業社製：ＨＰＣ−９０Ｄ）と、粒径が０．１〜０．４μｍで平均粒径が０．１９μｍの酸化セリウム研磨砥粒に水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いて、上述の特性を有するガラス基板を、片面あたりの粗研磨量が９μｍになるように研磨した。なお、粗研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨定盤の回転数を２５ｒｐｍ、研磨液供給速度を１５００ｃｃ／分、加工圧力を１２０ｇ／ｃｍ^２とした。このとき、研磨時間は２０分であり、研磨速度は０．３２μｍ／ｍｉｎであった。なお、研磨速度は、研磨前後のガラス基板の重量差により片面あたりの研磨した厚さを求め、そこから研磨時間を用いて換算したものである。

また、精密研磨工程においては、硬度が７６の発泡ウレタン研磨パッドと、粒径が７０〜９０ｎｍで平均粒径が８０ｎｍのコロイダルシリカに水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いて、粗研磨したガラス基板を、片面あたり厚さ０．３〜０．７μｍだけ研磨した。なお、精密研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨時間を８．５分、加工圧力を５０〜１２０ｇ／ｃｍ^２とした。

（比較例１、２）
一方、比較例１、２として、実施例１〜６とほぼ同様の方法でガラス基板を製造した。ただし、比較例１に係るガラス基板を製造する際には、凸部の最大高さが大きくなるように、精密研磨工程における精密研磨量を調整した。また、比較例２に係るガラス基板を製造する際には、凸部が形成されないように粗研磨工程における粗研磨量を調整するとともに、精密研磨工程後に化学強化プロセスを行ない、ガラス基板を強化処理した。

つぎに、各実施例および比較例に係るガラス基板をそれぞれ１００枚用意し、表面性状測定機（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社製 Ｆｌａｔ Ｍａｓｔｅｒ ＦＭ１００ＸＲ）にて凸部の最大高さとスキージャンプ値を測定した後、磁気ディスク装置に組み込み、１００００ｒｐｍ以上の回転速度での回転および加減速試験を行った。

図７は、各実施例および比較例に係るガラス基板の表面形状の特性と回転および加減速試験によるガラス基板の破損確率を示した図である。なお、図７において、「Ｘ」は図２に示した離隔距離Ｘを意味している。図７に示すように、実施例１〜６に係るガラス基板は、回転および加減速試験による破損確率が０％または２％であり、耐衝撃強度が高いことが確認された。一方、比較例１、２に係るガラス基板は、破損確率が５％または７％であり、実施例１〜６よりも高い値であった。

なお、上記実施の形態では、ガラス基板は外径が６５ｍｍのものであったが、ガラス基板のサイズは特に限定されない。また、上記した製造方法では、リドロー法を用いて製造したガラス板を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば溶融ガラスを原料としたフロート法、フュージョン法、ダウンドロー法などの公知の方法を用いて製造したガラス板を用いることもできる。

実施の形態に係るガラス基板の上面および側断面を模式的に示した図である。 図１に示すガラス基板の側断面の内周側の一部を拡大して示した図である。 図１に示すガラス基板を磁気ディスク装置に組み込んだ状態において、ガラス基板の側断面の内周側の一部を拡大して示した図である。 実施の形態に係るガラス基板の製造方法の一例のフロー図である。 両面同時研磨機の側面の一部を示す模式図である。 上定盤を取り外した状態の両面同時研磨機の模式的な平面図である。 各実施例および比較例に係るガラス基板の表面形状の特性と回転および加減速試験によるガラス基板の破損確率を示した図である。

符号の説明

１、９ ガラス基板
１ａ 主表面
１ｂ 外周端面
１ｃ 円孔
１ｄ 内周端面
１ｅ チャンファ面
２ 固定部材
３ 上定盤
４ 下定盤
５ 研磨パッド
６ キャリアー
７ 太陽車
８ インターナルギア
１０ 両面同時研磨機
Ｃ 凸部
Ｄ、Ｘ 離隔距離
ｄ 凸部の最大高さ
Ｌ１ 基準面
Ｌ２ 基準線分
Ｐ１〜Ｐ４ 点
ｓ スキージャンプ
Ｓ１０１〜Ｓ１０５ ステップ

Claims (6)

1. 主表面と、
   前記主表面の中央部に形成された円孔と、
   前記円孔の内周に形成されたチャンファ面と、
   を有し、前記主表面は、内周端部において凸部が形成されており、前記内周端部において、スキージャンプ値が０μｍ以下であり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記主表面側へ１．６ｍｍだけ離れた点とを結ぶ直線を基準線分としたとき、前記基準線分からの前記凸部の最大高さが０．２〜９ｎｍであり、前記主表面と前記チャンファ面との境界から前記凸部の高さが最大となる位置までの離隔距離が０．７ｍｍ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。
2. 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であって、
   ガラス板からドーナツ状のガラス基板を成形するガラス基板成形工程と、
   粒径が０．１〜１．０μｍの大径研磨砥粒を含む研磨液と研磨パッドとを用いて前記成形したガラス基板を研磨する粗研磨工程と、
   粒径が０．０１〜０．１μｍの小径研磨砥粒を含む研磨液と軟質研磨パッドとを用いて前記研磨したガラス基板をさらに研磨する精密研磨工程と、
   を含む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。
3. 前記粗研磨工程における片面あたりの粗研磨量を８〜１０μｍとし、前記精密研磨工程における片面あたりの精密研磨量を０．３〜０．７μｍと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。
4. 前記研磨パッドはウレタンまたは発泡ウレタンからなり、前記軟質研磨パッドは発泡ウレタンからなることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
5. 前記大径研磨砥粒は酸化セリウムからなり、前記小径研磨砥粒はコロイダルシリカからなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
6. 前記ガラス板は、母材ガラス板を加熱して軟化し所望の厚さに延伸するリドロー法を用いて製造したものであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。

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