JP2010231835A - ガラス基板の製造方法、ガラス基板及び磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 化学強化後に研磨を行う場合であっても、化学強化液の経時変化によらず、寸法精度を維持可能なガラス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のガラス基板１の製造方法においては、ガラス基材１ａをイオンを含む溶液である化学強化液５９に浸漬して、ガラス基材１ａの表面のイオンを化学強化液５９のイオンと置換することにより化学強化を行い、その後に、化学強化を行ったガラス基材１ａの主表面７ａ、７ｂを研磨する。
ここで、化学強化工程においては、化学強化液５９の組成の変化に応じて、化学強化の条件を変化させて化学強化を行う。
【選択図】 なし

Description

本発明はガラス基板の製造方法、ガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板、および磁気記録媒体に関するものである。

近年、情報化技術の高度化に伴い、情報記録技術、特に磁気記録技術は著しく進歩している。

このような磁気記録技術のひとつであるＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の磁気記録媒体用基板としては、かつてはアルミニウム基板が広く用いられてきた。

しかしながら、磁気ディスクの小型化、薄板化、および高密度記録化に伴い、近年は、アルミニウム基板に比べ基板表面の平坦性及び基板強度に優れたガラス基板の需要が高まっている。

ガラス基板は、従来、例えば、特許文献１の段落〔０００４〕に示すように、ガラスを円盤状に形成して面取りを行い、端面および主表面を研磨し、その後に耐衝撃性や耐振動性を向上させるための化学強化処理を施すことにより製造されていた（特許文献１）。

この化学強化処理を施す化学強化工程は、例えば、特許文献１の〔００１４〕に記載のように、処理対象のガラス基板を化学強化液中に浸漬し、ガラス基板と化学強化液とをイオン交換させることによって行われる。

一方、化学強化は、ガラスに含まれていたイオンを、よりイオン半径の大きいイオンに置換を行う処理でもあるため、化学強化を行うと、ガラス基板の寸法、形状が変化する。

そのため、磁気ディスクの高記録密度化の要求がさらに高まりつつあり、それに伴い、ガラス基板に対してより厳しい寸法精度が要求される現在では、特許文献１の〔００１２〕に示すように、化学強化を行った後にガラス基板の主表面を研磨する場合がある。

特開２０００−０７６６５２号公報

ここで、化学強化後に研磨を行う製法では、研磨により化学強化層が削られるため、研磨後に化学強化を行う製法と比較して、製造されたガラス基板における化学強化層が薄くなりやすい。

また、化学強化液は、繰り返し使用すると、組成が変化する。

具体的には、イオン交換されたガラス基板に含まれていたイオンが増大し、一方で、当初、化学強化液に含まれていたイオンが減少する。

そのため、化学強化液を繰り返し使用すると、ガラス基板における化学強化層は次第に薄くなり、化学強化後に研磨を行う製法では、研磨によりさらに化学強化層が薄くなる。

また、化学強化層が薄くなればなるほど、研磨工程で２つの主表面の研磨量が異なった場合に２つの主表面の化学強化層の厚さの不均一が顕著となる。

そのため、２つの主表面の化学強化層の厚さの不均一が原因でガラス基板が反ってしまい、寸法精度の悪化を招く恐れがある。

しかしながら、特許文献１では、化学強化液を繰り返し使用することによる組成の変化を考慮していないので、化学強化液を繰り返し使用すると、ガラス基板の寸法精度の悪化を招く恐れがあった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、化学強化後に研磨を行う場合であっても、化学強化液の組成の変化によらず、寸法精度を維持可能なガラス基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

（構成１）ガラス基材をイオンを含む溶液である化学強化液に浸漬して、前記ガラス基材表面のイオンを前記化学強化液のイオンと置換することにより化学強化を行う工程（ａ）と、前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面を研磨する工程（ｂ）と、を有し、前記工程（ａ）は、前記化学強化液の組成の変化に応じて、前記化学強化の条件を変化させて前記化学強化を行う工程であることを特徴とするガラス基板の製造方法。

（構成２）前記工程（ｂ）は、前記化学強化液の組成の変化によらず、前記ガラス基材の主表面を一定の加工条件で研磨する工程であることを特徴とする構成１記載のガラス基板の製造方法。

（構成３）前記工程（ａ）は、ガラス基材をバッチ単位で化学強化液に浸漬する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面をバッチ単位で研磨する工程であることを特徴とする構成２に記載のガラス基板の製造方法。

（構成４）前記工程（ａ）は、所定のバッチ毎に、前のバッチよりも化学強化の際の温度を上昇させて前記化学強化を行う工程、および／または、前のバッチよりも化学強化の時間を長くして前記化学強化を行う工程であることを特徴とする構成３記載のガラス基板の製造方法。

（構成５）構成１〜４のいずれかに記載のガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とするガラス基板。

（構成６）構成５記載のガラス基板と、前記ガラス基板の主表面に設けられた下地層、磁性層、保護層、潤滑層と、を有することを特徴とする磁気記録媒体。

本発明によれば、化学強化後に研磨を行う場合であっても、化学強化液の経時変化によらず、寸法精度を維持可能なガラス基板の製造方法を提供することができる。

図１（ａ）はガラス基板１の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は磁気記録媒体１００を示す断面図である。 ガラス基板１の製造方法の概略を示す図である。 ガラス基板１の製造方法の詳細を示すフローチャートである。 研削装置２１を示す断面図である。 化学強化装置５１を示す斜視図である。 研磨装置２１ａを示す断面図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係るガラス基板１の製造方法を用いて製造されるガラス基板１の構造について簡単に説明する。

図１（ａ）に示すように、ガラス基板１は、円板形状を有する本体３を有し、本体３の中心には内孔５が形成されている。

図１（ｂ）に示すように、本体３は、実質的に平滑な主表面７ａ、７ｂを有している。

主表面７ａ、７ｂは、情報を記録再生するための層が形成される面であり、例えば図１（ｃ）に示すように、主表面７ａ、７ｂの一方または両方に、下地層１８ａ、磁性層１８ｂ、保護層１８ｃ、潤滑層１８ｄを設けることにより、ガラス基板１は、磁気記録媒体１００となる(少なくとも磁性層１８ｂは記録層として必要)。

また、本体３は主表面７ａ、７ｂに対して直交している内周端面１１および外周端面９を有している。

内周端面１１および外周端面９は面取されており、それぞれ内周面取面１３および外周面取面１５が設けられている。

さらに、本体３は表面に化学強化層１７が形成されている。

化学強化層１７の詳細については後述するが、例えば、ガラス基板１の原料となるガラスのイオンの一部を、よりイオン半径の大きいイオンに置換し、圧縮応力層とした層である。

次に、図２〜図６を参照して、本実施形態に係るガラス基板１の製造方法について説明する。

なお、以下の説明では、製造工程中におけるガラスを「ガラス基材１ａ」と称し、完成品を「ガラス基板１」と称することにする。

まず、製造方法の概略について、図２を参照して簡単に説明する。

まず、原料となるガラスを加工して図２に示すような円板状のガラス基材１ａを製造する。

次に、ガラス基材１ａに化学強化を行い、表面に圧縮応力層を形成する。

次に、化学強化を行ったガラス基材１ａの主表面７ａ、７ｂを研磨して、実質的に平滑にする。

ここで、図２から明らかなように、本実施形態では、ガラス基材１ａに化学強化を行った後に主表面７ａ、７ｂを研磨しており、化学強化後に研磨を行う製造方法である。

次に、図３〜図６を参照して、具体的な製造方法について説明する。

まず、図３に示すように、原料となるガラスを円板状に成形してガラス基材１ａを製造する（ステップ１０１）。

原料となるガラスとしては例えばフロート法、ダウンドロー法、リドロー法又はプレス法で製造されたソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。

なお、以下の実施形態ではプレス法で製造されたガラスを例に説明する。

次に、図３に示すように、ガラス基材１ａの板厚調整のため、研削装置２１を用いて主表面７ａ、７ｂを研削（第１ラッピング）する（ステップ１０２）。

ここで、研削に用いる研削装置２１の構造および研削の方法の一例について、図４を参照して簡単に説明する。

図４に示すように、研削装置２１は、太陽歯車２３と、その外方に同心円状に配置される内歯歯車２５と、太陽歯車２３及び内歯歯車２５に噛み合い、太陽歯車２３や内歯歯車２５の回転に応じて公転及び自転するキャリア２７と、このキャリア２７に保持されたガラス基材１ａを挟持可能な上定盤２９及び下定盤３１と、上定盤２９と下定盤３１との間に研磨液を供給する研磨液供給部（図示せず）とを備えている。

研削装置２１は、研削加工時には、キャリア２７に保持されたガラス基材１ａを上定盤２９及び下定盤３１とで挟持し、上定盤２９及び下定盤３１とガラス基材１ａとの間に研磨液を供給しながら、太陽歯車２３や内歯歯車２５の回転に応じてキャリア２７が公転及び自転することにより、ガラス基材１ａの上下両面（主表面７ａ、７ｂ）が研削加工される。

また、研磨液は、例えば、アルミナ等の砥粒を水に分散させてスラリーとしたものが用いられる。

次に、図３に示すように、ガラス基材１ａの中心に内孔５（図１参照）を形成する（ステップ１０３）。

内孔５の形成は、例えばコアドリルを用いて行う。

なお、シートガラスを用いた場合は、ステップ１０１〜１０３は行わず、代わりに、カッターを用いてシート形状から円板形状にガラスを切り出し、さらに内孔５を切り出す工程（カッティング工程）を行う。

次に、図３に示すように、ガラス基材１ａの端面のクラックを除去するため、内周端面１１および外周端面９の面取を行う（ステップ１０４）。面取は、例えばダイヤモンド砥粒が付着した砥石を用いて行う。

なお、面取後に主表面７ａ、７ｂを研削（第２ラッピング）する工程を追加してもよい。これにより、内孔５の形成や面取によって生じた凹凸を研削でき、研磨の際の負担を軽減できる。

次に、図３に示すように、ガラス基材１ａの内周端面１１および外周端面９の研磨、即ち端面研磨を行う（ステップ１０５）。

次に、図３に示すように、ガラス基材１ａに化学強化を行い、化学強化層１７を形成する（ステップ１０６）。

ここで、化学強化に用いる化学強化装置５１の構造および化学強化の方法の一例について、図４を参照して簡単に説明する。

図４に示すように、化学強化装置５１は、ガラス基材１ａを保持するホルダ５３と、化学強化液５９で満たされた処理槽５７を有している。

ホルダ５３にはガラス基材１ａを保持するための保持部５５が設けられている。

図４から明らかなように、化学強化装置５１は、ガラス基材１ａを数１０枚〜１００枚程度の枚数ごとにバッチ単位で化学強化を行う構造であるが、本発明はバッチ単位での処理に限定されない。

化学強化装置５１を用いてガラス基材１ａを化学強化する場合は、まず、保持部５５にガラス基材１ａを引っ掛けることによりホルダ５３にガラス基材１ａを収納し、ホルダ５３ごと処理槽５７内の化学強化液５９にガラス基材１ａを浸漬する。

化学強化液５９の組成は例えば、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸銀等をそれぞれ単独、あるいは少なくとも２種を混合したものである。

化学強化液５９の温度は、ガラス基材１ａの材質の歪点よりも好ましくは５０〜１５０℃程度低い温度であり、より好ましくは化学強化液自身の温度が３５０〜４００℃程度である。

化学強化液５９にガラス基材１ａを浸漬すると、化学強化液５９に含まれているイオンと、ガラス基材１ａに含まれているイオンとがイオン交換される。

具体的には、例えばガラス基材１ａに含まれているリチウムイオン、ナトリウムイオンが、それぞれ、化学強化液５９に含まれているナトリウムイオン、カリウムイオンと交換される。

この際、ガラス基材１ａに含まれているイオンよりもイオン半径が大きいイオンとイオン交換が生じることにより、化学強化層１７は圧縮応力層となり、ガラス基材１ａの表面の強度が上昇する。

ここで、化学強化の際は、化学強化液５９の組成の変化に応じて、化学強化の条件を変化させて化学強化を行う。

より具体的には、ステップ１０５において、所定のバッチごとに、化学強化の時間を前のバッチよりも長くしたり、化学強化液５９の温度を前のバッチよりも上昇させたりして化学強化を行う。

これは、化学強化液５９は、繰り返し使用するにつれて、当初、化学強化液５９に含まれていたイオンが減少するため、一定の条件で化学強化を続けると、化学強化層１７が薄くなってしまうためである。

化学強化の時間を前のバッチよりも長くしたり、化学強化液５９の温度を前のバッチよりも上昇させたりして化学強化を行うと、化学強化層１７がより厚く形成されるため、組成の変化により化学強化層１７が薄くなるのを防ぐことができる。

なお、化学強化の時間を前のバッチよりも長くし、かつ化学強化液５９の温度を前のバッチよりも上昇させてもよい。

このように、化学強化液５９の組成の変化に応じて、化学強化の条件を変化させて化学強化を行うことにより、化学強化層１７が薄くなるのを防ぐことができ、主表面７ａ、７ｂの化学強化層１７の厚さの不均一が顕著となり、ガラス基材１ａの反りにより寸法精度が悪化するのを防止できる。

即ち、化学強化液５９の組成の変化によらず、寸法精度を維持できる。

次に、化学強化が終わると、ガラス基材１ａを洗浄して表面の化学強化液を除去した後、図３に示すように、ガラス基材１ａの主表面７ａ、７ｂの平坦度と表面粗さを調整する（実質的に平滑にする）ため、主表面７ａ、７ｂを研磨する（ステップ１０７）。

ここで、研磨に用いる研磨装置２１ａの構造について図６を参照して説明する。

研磨装置２１ａの構造は、研削装置２１と同様であるが、図６に示すように、上定盤２９及び下定盤３１に研磨パッド３３が貼り付けられている。

研磨装置２１ａは、研磨加工時には、キャリア２７に保持されたガラス基材１ａを上定盤２９及び下定盤３１とで挟持し、研磨パッド３３とガラス基材１ａとの間に研磨液を供給しながら、太陽歯車２３や内歯歯車２５の回転に応じてキャリア２７が公転及び自転することにより、ガラス基材１ａの上下両面（主表面７ａ、７ｂ）が研磨加工される。

研磨パッド３３としては、軟質ポリッシャの研磨パッドであることが好ましい。研磨パッド３３の硬度はアスカーＣ硬度で、６０以上９０以下とすることが好適である。研磨パッド３３のガラス基材１ａとの当接面は、発泡ポアが開口した発泡樹脂、特に発泡ポリウレタンとすることが好ましい。このようにして研磨を行うと、ガラス基材１ａの主表面７ａ、７ｂを平滑な鏡面状に研磨することができる。

また、研磨液は、例えば、酸化セリウムや酸化ランタン、コロイダルシリカ等の砥粒を水に分散させてスラリーとしたものが用いられる。

なお、研磨の際は、一定の加工条件で研磨するのが望ましい。

理由は、本実施形態では、後述するように、化学強化液５９の組成の変化に応じて、化学強化の条件を変化させて化学強化を行っているためである。

さらに、化学強化をバッチ単位で行っている場合は、研磨もバッチ単位で行うのが望ましい。

また、研磨は２段階に分けて行っても良い。

具体的には、例えば、研磨液に含まれる砥粒として、粒径が異なる２種類の砥粒を用い、まず粒径が相対的に大きい砥粒を用いて第１研磨を行い、次に粒径が相対的に小さい砥粒を用いて第２研磨を行う。

研磨が終了すると、ガラス基材１ａを洗浄し、製造中に表面に付着した研磨剤や不純物を除去する（ステップ１０８）。

具体的にはスクラブ洗浄、超音波洗浄等の物理的な洗浄や、フッ化物、有機酸、過酸化水素、界面活性剤等を用いた薬液洗浄が挙げられる。

最後に、製品検査（例えば主表面７ａ、７ｂの表面粗さやパーティクルの量の検査）を行う（ステップ１０９）。

具体的には、例えばＯＤＴ（Optical Defect Tester）やＯＳＡ（Optical Surface Analyzer）を用いて欠陥検査を行う。

以上の工程により、ガラス基板１が完成する。

このように、本実施形態に係るガラス基板１の製造方法よれば、ガラス基材１ａに化学強化を行った後に主表面７ａ、７ｂを研磨しており、かつ、化学強化工程においては、化学強化液５９の組成の変化に応じて、化学強化の条件を変化させて化学強化を行っている。

そのため、化学強化後に研磨を行う場合であっても、化学強化液５９の組成の変化によらず、ガラス基板１の寸法精度を維持可能である。

上述した実施形態では、本発明を磁気記録媒体用のガラス基板１を製造する製造方法に適用した場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されることなく、化学強化後に研磨を行う必要がある全てのガラスの製造方法に適用できる。

１……………ガラス基板
１ａ…………ガラス基材
３……………本体
５……………内孔
７ａ…………主表面
１７…………化学強化層
１８ｂ………磁性層
２１…………研削装置
２１ａ………研磨装置
５１…………化学強化装置
５９…………化学強化液

Claims (6)

1. ガラス基材をイオンを含む溶液である化学強化液に浸漬して、前記ガラス基材表面のイオンを前記化学強化液のイオンと置換することにより化学強化を行う工程（ａ）と、
   前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面を研磨する工程（ｂ）と、
   を有し、
   前記工程（ａ）は、前記化学強化液の組成の変化に応じて、前記化学強化の条件を変化させて前記化学強化を行う工程であることを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）は、前記化学強化液の組成の変化によらず、前記ガラス基材の主表面を一定の加工条件で研磨する工程であることを特徴とする請求項１記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記工程（ａ）は、ガラス基材をバッチ単位で前記化学強化液に浸漬する工程であり、
   前記工程（ｂ）は、前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面をバッチ単位で研磨する工程であることを特徴とする請求項２に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記工程（ａ）は、所定のバッチ毎に、
   前のバッチよりも化学強化の際の温度を上昇させて前記化学強化を行う工程、および／または、前のバッチよりも化学強化の時間を長くして前記化学強化を行う工程であることを特徴とする請求項３記載のガラス基板の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とするガラス基板。
6. 請求項５記載のガラス基板と、
   前記ガラス基板の主表面に設けられた下地層、磁性層、保護層、潤滑層と、
   を有することを特徴とする磁気記録媒体。

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