JP2011246313A

JP2011246313A - ガラス基板の製造方法

Info

Publication number: JP2011246313A
Application number: JP2010122600A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kinoshita; 将也木下
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】溶融ガラスの金型への融着を抑制する。
【解決手段】ガラス基板の製造方法は、プレス面１００Ａを有する上型１００と、上型１００に対向配置され、プレス面２２０Ａを有する周辺金型２２０とプレス面２２０Ａよりも粗い略円形のプレス面２１０Ａを有する中心金型２１０とを含む下型２００とを準備する工程と、下型２００上に溶融ガラスを供給する工程と、上型１００と下型２００との間で溶融ガラスをプレスして略円形のガラス基板を成形する工程とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、ガラス基板の製造方法に関し、特に、ハードディスク（ＨＤＤ）等の情報記録媒体用の基板であって、熱アシスト記録媒体用の基板として適するガラス基板の製造方法に関する。

溶融ガラスをプレス加工してガラス基板を製造し、そのガラス基板を用いてハードディスク（ＨＤＤ）等の情報記録媒体を作製することが、従来から行なわれている（たとえば、下記の特許文献１，２）。

特開２０００−３１９０２６号公報特開２００４−１６１５６４号公報

昨今、上記のような情報記録媒体においては、その情報記録量の増大に伴って記録密度を超高密度状態とすることが求められている。記録手段としては磁性方式が採用されているため、記録密度を高密度化すると記録の保持力が弱くなり、所謂「熱揺らぎ」として知られるように、記録中に発生する熱の影響により記録が消失してしまうという問題があった。

このような問題を解決する手段として、熱アシスト記録という方式の情報記録手段が注目されている。この熱アシスト記録は、レーザで記録媒体用の基板を加熱しながら情報記録を行なうことにより、上記のような問題を解決しようとするものである。このような熱アシスト記録方式の記録媒体は、基板としてガラス基板が用いられ、そのガラス基板上に複数の層からなる磁性記録層（以下単に「記録層」という。）を形成した構成を有するが、該記録層を緻密化させることを目的としてその形成時（成膜時）に５５０℃程度の極めて高い温度が適用されるという特殊性を有している。

上記の高温処理を施す時にガラス基板を変形させないため、従来のガラス基板に用いるガラスの転移点Ｔｇは５００℃程度であるのに対し、熱アシスト記録媒体用のガラス基板においては、６００〜７５０℃程度の転移点Ｔｇをもつガラスを用いることが必須となっている。このため、プレス加工される前のガラスの溶融温度およびプレス加工のための金型温度を、およそ上記転移点の上昇分だけ、従来よりも高くする必要がある。

上記のように、ガラス溶融温度および金型温度を上昇させた結果、ガラスの粘性が低下し、低粘性の高温ガラスと金型が最初に接触する領域（すなわち、金型の中央領域）において、プレス後の成形ガラスの一部が金型上に強固に付着する融着現象が発生しやすくなる。この結果、その後に成形されるガラス基板において、融着領域を基点とした割れが生じやすくなる。他方、融着したガラスを金型から離脱させようとすると、金型材料の脱落が発生する可能性がある。この結果、金型の寿命が短くなる。

また、上記とは異なる観点では、次のような課題もある。すなわち、高転移点のガラスは、その特性上、同一温度での粘性が低くなる傾向にある。さらに、上記のように溶融温度が高くなることにより、ガラスの粘性はさらに低くなる。この結果、金型上に溶融ガラスを供給した状態で該金型をプレス位置まで移動させる時、遠心力などの慣性力により溶融ガラスの形状が崩れ、成形品の真円度が低下してしまうという課題もある。

特許文献１，２には、これらの問題を効果的に解決可能な構成は、全く示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の１つの目的は、溶融ガラスの金型への融着を抑制することにある。また、本発明の他の目的は、低粘性の溶融ガラスの形状が金型上で崩れることを抑制することにある。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、第１主面を有する第１金型と、該第１金型に対向配置され、第２主面を有する周辺金型と該第２主面よりも粗い略円形の第３主面を有する中心金型とを含む第２金型とを準備する工程と、第２金型上に溶融ガラスを供給する工程と、第１金型と第２金型との間で溶融ガラスをプレスして略円形のガラス基板を成形する工程とを備える。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法において、第２主面の表面粗さが０．２μｍ以下であり、第３主面の表面粗さが０．３〜３．０μｍである。

上記ガラス基板の製造方法において、好ましくは、周辺金型よりも中心金型の方が熱伝導率が高い。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法は、溶融ガラスをプレスして成形されたガラス基板の中心に略円形の孔を設ける工程をさらに備え、中心金型の第３主面の径は、孔の径の５０〜９０％の大きさである。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法は、プレスの軸方向において、周辺金型の第２主面と中心金型の第３主面との相対的な位置関係を変動させる工程をさらに備える。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法において、第２金型上に溶融ガラスを供給する工程は、中心金型の第３主面を周辺金型の第２主面よりも第１金型の第１主面から遠ざけた状態で第２金型上に前記溶融ガラスを供給することを含む。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法において、第３主面を第２主面よりも第１主面から遠ざけた状態において、第３主面上に形成される凹部の体積は、溶融ガラスをプレスして成形されるガラス基板の体積の３０〜６０％である。

１つの実施態様では、上記ガラス基板の製造方法は、第２金型上に溶融ガラスを供給する工程の後であって、溶融ガラスをプレスする工程の前に、中心金型の第３主面を第１金型の第１主面に近づけて、第３主面から第１主面までの距離を、第２主面から第１主面までの距離に一致させる工程をさらに備える。

本発明によれば、１つの効果として、溶融ガラスの金型への融着を抑制することができる。さらに、本発明によれば、他の効果として、低粘性の溶融ガラスの形状が崩れることを抑制することができる。

熱アシスト磁気記録装置の概略構成を示す平面図である。熱アシスト磁気記録装置の概略構成を示す側面図である。磁気ディスクに含まれるガラス基板を示す図である。ガラス基板上に記録層を形成した磁気ディスクを示す図である。記録層の変形例を示す断面図である。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板を含むハードディスク用基板の製造方法を説明するフローチャートである。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造工程におけるプレス工程を示す図（その１）である。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造工程におけるプレス工程を示す図（その２）である。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造方法に用いられる金型の構成を示す側面断面図である。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造方法に用いられる金型における下型の平面図である本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造方法におけるプレス工程について説明する図（その１）である。本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の製造方法におけるプレス工程について説明する図（その２）である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

＜熱アシスト磁気記録装置＞
図１および図２を参照して、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成の一例について説明する。なお、図１は、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成を示す平面図、図２は、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成を示す側面図である。

図１に示すように、熱アシスト磁気記録装置２は、矢印ＤＲ１方向に回転駆動される記録媒体である熱アシスト磁気記録用の磁気ディスク１に対して、磁気記録ヘッド２Ｄが対向配置されている。

磁気記録ヘッド２Ｄは、サスペンション２Ｃの先端部に搭載されている。サスペンション２Ｃは、支軸２Ａを支点として矢印ＤＲ２方向（トラッキング方向）に回動可能に設けられている。支軸２Ａには、トラッキング用アクチュエータ２Ｂが取り付けられている。

図２に示すように、磁気ディスク１を挟んで、磁気記録ヘッド２Ｄが対向する側には、レーザ光ＬＢが照射される。磁気ディスク１上に記録する部分をレーザ光ＬＢで瞬間的に加熱し、磁気ヘッド１５で磁気ディスク１にデータを記録する。

磁気ディスク１に形成された記録層の磁気粒子は、その温度が上昇すると保持力が低くなる。レーザ光ＬＢで記録層を加熱することで、常温では高い保持力を有する記録層でも、通常の磁気記録ヘッド２Ｄでの記録が可能となり、超高密度記録の実現を可能とする。

＜ガラス基板＞
本実施の形態のガラス基板は、円盤状の形状を有することが好ましく、これにより熱アシスト記録媒体用の基板として適したものとなる。なお、円盤状の形状とする場合、その大きさは特に限定されず、たとえば３．５インチ、２．５インチ、１．８インチ、あるいはそれ以下の小径ディスクとすることもでき、またその厚みは２ｍｍ、１ｍｍ、０．６３ｍｍ、あるいはそれ以下といった薄型とすることもできる。

＜熱アシスト記録媒体＞
次に、図３および図４を参照して、磁気ディスク１の構成について説明する。なお、図３は、磁気ディスク１に用いられるガラス基板１Ｇを示す斜視図、図４は、磁気ディスク１を示す斜視図である。

図３に示すように、磁気ディスク１に用いられるガラス基板１Ｇは、中心に孔１１が形成された環状の円板形状を呈している。ガラス基板１Ｇは、外周端面１２、内周端面１３、表主表面１４、および裏主表面１５を有している。

図４に示すように、磁気ディスク１は、上記したガラス基板１Ｇの表主表面１４上に記録層２３が形成されている。図示では、表主表面１４上にのみ記録層２３が形成されているが、裏主表面１４上に記録層２３を設けることも可能である。

図５に、他の磁気ディスク１Ａの構成の一例を示す。図５は、他の磁気ディスク１Ａの部分拡大断面図である。この磁気ディスク１Ａは、ガラス基板１Ｇの上に複数層を有する記録層２０が形成されている。

記録層２０は、ガラス基板１Ｇの表主表面１４上に直接形成されるＡｌＮ等からなるシード（凹凸制御）層２１、シード（凹凸制御）層２１の上に形成される厚さ約６０ｎｍの下地層２２、下地層２２の上に形成される厚さ約３０ｎｍの記録層２３、記録層２３の上に形成される厚さ約１０ｎｍの保護層２４、および、保護層２４の上に形成される厚さ約０．８ｎｍの潤滑層２５を含んでいる。

なお、上記磁気ディスク１Ａの構成はあくまでも一例であり、磁気ディスク１Ａに要求される性能に応じて、ガラス基板１Ｇの大きさ、記録層２０の構成は適宜変更される。

＜熱アシスト記録媒体の製造方法＞
次に、図６のフローチャートおよび図７、図８を用いて、本実施の形態に係るガラス基板を含むハードディスク用基板（磁気ディスク１，１Ａ）の製造方法を説明する。

まず、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」と略す。ステップ２０以降も同様。）の「ガラス溶融工程」において、基板を構成するガラス素材を溶融する。次に、Ｓ２０の「プレス成形工程」において、溶融ガラス１Ｇ０を下型２００上に流し込み（図７参照）、上型１００によってプレス成形してガラス基板１Ｇを成形する（図８参照）。Ｓ３０の「粗研磨工程」において、プレス成形されたガラス基板の表面が研磨加工され、ガラス基板の平坦度などが予備調整される。さらに、Ｓ４０の「精密研磨工程」において、ガラス基板に研磨加工が再度施され、平坦度などが微調整される。次に、Ｓ５０の「洗浄工程」において、ガラス基板は洗浄される。以上の工程により、ハードディスク用基板に適用可能なガラス基板が得られる。

さらに、Ｓ６０の「成膜工程」において、上記のガラス基板上に、記録層となる膜が形成される。最後に、Ｓ７０の「後熱処理工程」において、記録層が形成されたガラス基板に熱処理が施されることにより、ハードディスク用の基板が完成する。

＜金型の構成＞
次に、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法に用いられる金型の構成について、図９，図１０を用いて説明する。

図９に示すように、上型１００はプレス面１００Ａを有している。下型２００は、中心金型２１０と周辺金型２２０とを含む。中心金型２１０は、プレス面２１０Ａを有する。周辺金型２２０は、プレス面２２０Ａを有している。プレス面２１０Ａ，２２０Ａが合わさって、下型２００のプレス面が形成される。

下型２００において、中心金型２１０のプレス面２１０Ａの表面粗さは、周辺金型２２０のプレス面２２０Ａの表面粗さよりも高い。より具体的には、周辺金型２２０のプレス面２２０Ａの表面粗さが０．２μｍ以下であるのに対し、中心金型２１０のプレス面２１０Ａの表面粗さが０．３〜３．０μｍである。また、中心金型２１０は、周辺金型２２０よりも熱伝導率が高い。

なお、上記「表面粗さ（Ｒａ）」は、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に基づく「算術平均粗さ」である。

中心金型２１０を構成する素材には、高温でガラスと反応しにくいこと、鏡面が得られること、加工性がよいこと、硬いこと、脆くないことなどが要求特性として求められる。これらの要求を満たす素材として、たとえば、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックス等のセラミックス材料、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。

周辺金型２２０を構成する素材には、耐プレス衝撃性、平坦性に優れることが求められ、これらを満たす素材として、たとえば、ＢＮ（窒化ホウ素）系のセラミックス材料が挙げられる。

図１０に示すように、中心金型２１０は、周辺金型２２０の内周に設けられる。両金型のプレス面は、同心円状に設けられる。

中心金型２１０と周辺金型２２０とは、プレス方向において独立して移動可能である。したがって、周辺金型２２０のプレス面２２０Ａと中心金型２１０のプレス面２１０Ａとの相対的な位置関係を変動させることが可能である。

上述のとおり、ガラス基板１Ｇの中心には、略円形の孔１１が設けられる（図３参照）。中心金型２１０のプレス面２１０Ａの径は、孔１１の径の５０〜９０％の大きさである。

＜プレス加工工程＞
次に、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法におけるプレス加工工程について、図１１，図１２を用いて説明する。

図１１（ａ）に示すように、下型２００の上方から、ガラス基板の材料となる溶融ガラス１Ｇ０を滴下する。これにより、下型２００上に溶融ガラス１Ｇ０が供給される。ここで、溶融ガラス１Ｇ０は、中心金型２１０のプレス面２１０Ａを周辺金型２２０のプレス面２２０Ａよりも上型１００のプレス面１００Ａから遠ざけた状態で下型２００上に供給される。図１１（ａ），図１１（ｂ）に示す状態において、中央金型２１０のプレス面２１０Ａ上に形成される凹部の体積は、下型２００上に供給される溶融ガラス１Ｇ０の体積の３０〜６０％である。

図１１（ｃ）に示すように、下型２００上に溶融ガラス１Ｇ０を供給した後、中心金型２１０のプレス面２１０Ａを上型１００のプレス面１００Ａに近づけて、中心金型２１０から上型１００までの距離を、周辺金型２２０から上型１００までの距離に一致させる。すなわち、下型２００のプレス面を平坦な状態にする。その上で、溶融ガラス１Ｇ０をプレスする工程が行なわれる。

これに対し、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、下型２００のプレス面を常に平坦な状態でプレス加工工程を行なう場合、下型２００を溶融ガラス１Ｇ０の供給位置からプレス加工位置に高速移動させる際の慣性力（遠心力など）により、図１２（ｃ）に示すように、溶融ガラス１Ｇ０の形状が崩れる場合がある。したがって、本実施の形態に係るプレス加工工程としては、図１１に示すものの方がより好ましい。

＜作用効果＞
中心金型２１０のプレス面２１０Ａを相対的に粗面化することにより、溶融ガラスが下型２００に融着することを抑制することができる。なお、中心金型２１０がプレスする部分は、後に孔１１が設けられて製品には現れない部分である。これに対し、周辺金型２２０がプレスする部分は、ガラス基板１Ｇ上に記録層２０が形成される部分であり、高い平坦度が要求される。

具体的に、本発明者は、中心金型の表面粗さＲａが０．１μｍ，１．５μｍ，７．０μｍの各条件で連続プレス（３００回／ｈ）を行ない、融着の発生状況を調査した。なお、中心金型の径は１２ｍｍであり、中心金型の熱伝導率は、８５Ｗ／ｋ・ｍである。その結果を表１に示す。また、周辺金型の表面粗さＲａは０．０８μｍである。

表１から明らかなように、中心金型の表面粗さが周辺金型とほぼ同程度（０．１μｍ）の場合には、１時間の連続プレスを行なった段階で融着が確認され、中心金型の表面粗さが周辺金型よりも高い（粗い）場合（１．５μｍ，７．０μｍ）には、３００時間の連続プレスを行なっても融着は確認されなかった。ただし、中心金型の表面粗さが７．０μｍの場合は、内孔（孔１１）を加工する際に、加工の方法によっては割れが発生しやすい傾向にあるため、注意が必要である。

また、中心金型のプレス面を下げた状態で溶融ガラスを供給することで、溶融ガラスの形状を維持しやすいことは、上述のとおりである。

具体的に、本発明者は、図１１に示す方法で、プレス加工工程を行ない、その上で、金型上の溶融ガラスのプレス加工前の形状の対象性およびプレス加工後のプレス品の対称性（いずれも真円度で評価）を測定した。なお、中央金型２１０のプレス面２１０Ａ上に形成される凹部の体積は、下型２００上に供給される溶融ガラス１Ｇ０の体積の３５％とした。なお、真円度の評価は、４５度分割された８方向の直径を測定し、その最大値、最小値の値の差で評価した。

この結果、プレス加工前の形状の対称性は、０．１ｍｍであり、プレス加工後の形状の対象性は０．２ｍｍであった。なお、図１２に示す方法で、他の諸条件は図１１の場合と同等としてプレス加工工程を行なった場合のプレス加工前の形状の対象性は３．１ｍｍ程度、プレス加工後の形状の対象性は８．４ｍｍ程度であるから、図１１に示す方法の優位性が示される。

＜本件発明の構成の要約＞
上述した内容を要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法は、プレス面１００Ａ（第１主面）を有する上型１００（第１金型）と、上型１００に対向配置され、プレス面２２０Ａ（第２主面）を有する周辺金型２２０とプレス面２２０Ａよりも粗い略円形のプレス面２１０Ａ（第３主面）を有する中心金型２１０とを含む下型２００（第２金型）とを準備する工程と、下型２００上に溶融ガラス１Ｇ０を供給する工程と、上型１００と下型２００との間で溶融ガラス１Ｇ０をプレスして略円形のガラス基板１Ｇを成形する工程とを備える。

また、他の局面から捉えれば、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法は、上型１００と、周辺金型２２０および中心金型２１０を含む下型２００とを準備する工程と、中心金型２１０のプレス面２１０Ａを周辺金型２２０のプレス面２２０Ａよりも上型１００のプレス面１００Ａから遠ざけた状態で下型２００上に溶融ガラス１Ｇ０を供給する工程と、上型１００と下型２００との間で溶融ガラス１Ｇ０をプレスして略円形のガラス基板１Ｇを成形する工程とを備える。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１磁気ディスク、１Ｇガラス基板、１Ｇ０溶融ガラス、２熱アシスト磁気記録装置、２Ａ支軸、２Ｂトラッキング用アクチュエータ、２Ｃサスペンション、２Ｄ磁気記録ヘッド、５孔、１２外周端面、１２Ａ，１２Ｂ面取り部、１３内周端面、１４表主表面、１５裏主表面、１００上型、２００下型。

Claims

第１主面を有する第１金型と、該第１金型に対向配置され、第２主面を有する周辺金型と該第２主面よりも粗い略円形の第３主面を有する中心金型とを含む第２金型とを準備する工程と、
前記第２金型上に溶融ガラスを供給する工程と、
前記第１金型と前記第２金型との間で前記溶融ガラスをプレスして略円形のガラス基板を成形する工程とを備えた、ガラス基板の製造方法。
前記第２主面の表面粗さが０．２μｍ以下であり、
前記第３主面の表面粗さが０．３〜３．０μｍである、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
前記周辺金型よりも前記中心金型の方が熱伝導率が高い、請求項１または請求項２に記載のガラス基板の製造方法。
前記溶融ガラスをプレスして成形された前記ガラス基板の中心に略円形の孔を設ける工程をさらに備え、
前記中心金型の第３主面の径は、前記孔の径の５０〜９０％の大きさである、請求項１〜３のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
前記プレスの軸方向において、前記周辺金型の第２主面と前記中心金型の第３主面との相対的な位置関係を変動させる工程をさらに備えた、請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
前記第２金型上に溶融ガラスを供給する工程は、前記中心金型の第３主面を前記周辺金型の第２主面よりも前記第１金型の第１主面から遠ざけた状態で前記第２金型上に前記溶融ガラスを供給することを含む、請求項５に記載のガラス基板の製造方法。
前記第３主面を前記第２主面よりも前記第１主面から遠ざけた状態において、前記第３主面上に形成される凹部の体積は、前記溶融ガラスをプレスして成形される前記ガラス基板の体積の３０〜６０％である、請求項６に記載のガラス基板の製造方法。
前記第２金型上に前記溶融ガラスを供給する工程の後であって、前記溶融ガラスをプレスする工程の前に、前記中心金型の第３主面を前記第１金型の第１主面に近づけて、前記第３主面から前記第１主面までの距離を、前記第２主面から前記第１主面までの距離に一致させる工程をさらに備えた、請求項６または請求項７に記載のガラス基板の製造方法。