JP2020510950A - ドーム又はボウル状ガラス、及びドーム又はボウル状ガラスを製作する方法 - Google Patents

ドーム又はボウル状ガラス、及びドーム又はボウル状ガラスを製作する方法 Download PDF

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Abstract

ガラスシートは、第1の主面、上記第1の主面の反対側の第2の主面、及び上記第1の主面と上記第2の主面との間に延在する縁部表面を含む。上記ガラスシートは、0.3mm〜2mmの厚さを含む。上記ガラスシートは、ドーム又はボウル形状を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第119条の下で、2018年2月12日出願の米国仮特許出願第62/629338号、及び2017年2月24日出願の米国仮特許出願第62/463198号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、その全体が参照により本出願に援用される。
本開示は一般に、ガラスシート及びガラス基板、並びにガラスシート及びガラス基板を製作するための方法に関する。より詳細には、本開示は、ハードディスクドライブ用のガラス基板、及び例えばガラスドロー加工装置によるガラス作製プロセス又はシステムを用いて、ガラス基板を製作するための方法に関する。
1956年にIBMが設計及び製造した最初の磁気記録ハードディスクドライブ(HDD)の導入から、60年以上が経過している。上記ドライブの容量は約4.4MBであり、これは1980年代初めに出現した最初のパーソナルコンピュータのハードドライブと同一であった。現在、10TB程度の記憶容量を備えたHDDが入手可能であり、最新のコンピュータシステムで使用されている。新たな技術の出現により、ドライブあたりのコスト、及びドライブの物理的サイズは、大幅に削減されている。これらの顕著な進歩の組み合わせにより、HDDに対する市場での需要は今なお増え続けている。
HDDは、薄い強磁性フィルムコーティングを備えた厚い非磁性基板からなるプラッタ上に、情報を記憶する。ハードディスクドライブには、2つの優勢な形状因子:典型的にはガラス基板を使用する2.5”(65mm);及び典型的にはアルミニウム基板を使用する3.5”(95mm)が存在する。ソリッドステートドライブからの、HDDに対する価格的な圧力により、HDD製造元は、ドライブの1TBあたりのコストを削減する方法を探すことを余儀なくされている。コスト削減のための2つの最も有望な方法は、ドライブあたりのプラッタの個数を増加させること、及びプラッタの面密度(TB/in)を増大させることである。プラッタの個数を増加させるためには、ドライブの一定の形状因子を維持するために、より薄いプラッタを使用する必要がある。この場合、基板材料の剛度を上昇させることによって、厚さの削減による剛度の低下を相殺することが望ましい。これは、HDD製造元に、95mmのHDDにおけるガラスの使用を考えさせる、1つの因子である。面密度を増大させるためには、熱支援型磁気記録(heat assisted magnetic recording:HAMR))と呼ばれる新たな磁気薄膜技術を使用する必要がある。この技術は、堆積中の磁気薄膜の高温(例えば600℃超)でのアニーリングを必要とする。この高いプロセス温度により、HAMRにはアルミニウム基板を使用できない。これもまた、95mmのHDD用途にガラス基板を適応させることを求めている。
HDDのディスク性能に関連する属性は多数存在する。例えば、HDDアセンブリ内のディスクの個数が増えると、プラッタの厚さ及び間隔がはるかに小さくなるため、平坦性が重要になる。プラッタが薄くなるほど、曲げ剛性が大幅に小さくなり、取り扱い中及び動作状態時に破損しやすくなる。基板のいずれの反り(即ち平面外歪み)は、動作中のプラッタの動的応答を増幅して、情報の書き込み/読み出しが行われているトラックに対する読み出し/書き込みヘッドの位置ずれによる読み出し/書き込みエラーのリスクを高める。最悪の場合のシナリオでは、ヘッドがディスクに「クラッシュ(crash)」し、HDDの致命的な破損をもたらす場合がある。面密度を増大させるための主な因子の1つは、トラック幅を削減することにより、同一のディスク半径により多くのトラックを書き込むことができるようにすることである。トラック幅が減少すると、プラッタの平面外歪みに対するドライブの繊細さが上昇する。従って、ディスクの平坦性に対する厳しい制約なしに、面密度を高め、プラッタを薄くすると、読み出し及び書き込みエラーが増加すると予想される。
従来のガラスハードディスク基板は、以下の基本的なステップを含むマルチステッププロセスで製造される:(1)ガラスパック(puck)を圧縮成形するステップ;(2)上記パックを、コアの穿孔及び縁部のスクライビング/研削を用いてディスク「ブランク(blank)」へと成形するステップ;(3)上記ブランクの表面をラップ仕上げして、最終的な所望の厚さに近い厚さまでその厚さを削減するステップ;(4)上記ブランクを面取り加工及び縁部研磨するステップ;(5)上記ブランクを1つ以上のステップでラップ仕上げして、上記ブランクの厚さを更に削減し、またこれ以前のステップに由来する表面の損傷を除去するステップ;並びに(6)上記ブランクを研磨して、平滑な磁気フィルムの堆積が可能な程度に十分に低い表面粗度を達成するステップ。圧縮成形されたパックの厚さは、典型的には1mm超であり、上記厚さを0.7mm未満の目標厚さへと削減するためには複数回のラップ仕上げステップが必要となるため、この方法で基板を経済的に製造するのは困難である。ブランクの形状の正確な制御も、圧縮成形によって達成するのは困難であり、また上述のような大幅な材料除去中にこれを維持するのは困難である。
よって、HDD用の高性能ガラスディスクを提供すること、及びこのような高性能ガラスディスクを得るための改善されたプロセスを提供することが、当該技術分野において必要とされている。
本開示のいくつかの実施形態は、ガラスシートに関する。上記ガラスシートは、第1の主面、上記第1の主面の反対側の第2の主面、及び上記第1の主面と上記第2の主面との間に延在する縁部表面を含む。上記ガラスシートは、0.3mm〜2mmの厚さを含む。上記ガラスシートは、ドーム又はボウル形状を含む。
本開示の更に他の実施形態は、環状ガラス基板に関する。上記環状ガラス基板は、第1の主面、上記第1の主面の反対側の第2の主面、及び上記第1の主面と上記第2の主面との間に延在する縁部表面を含む。上記環状ガラス基板は、0.3mm〜2mmの厚さを含む。上記環状ガラス基板は、ドーム又はボウル形状を含む。
本開示の更に他の実施形態は、ガラスを加工するための方法に関する。上記方法は、ドロー方向に溶融ガラスのリボンを形成するステップを含む。上記方法は、上記ドロー方向及び上記ドロー方向を横断する方向において、上記リボンの固化ゾーンの温度勾配を制御することによって、上記リボンをドーム又はボウル形状に成形するステップを含む。上記方法は、上記リボンを、上記ドーム又はボウル形状を備えたガラスシートへと切断するステップを含む。
本明細書に記載の実施形態は、HDDの動作中のプラッタの平面外歪みを最小化するための、例示的な基板ディスク形状を提供する。本明細書に記載の実施形態はまた、このようなディスクを効率的に切り出すことができる、例示的な全型シート形状も提供する。更なる実施形態は、このような全型シートを得ることができるフュージョン成形プロセスも提供する。このような実施形態により、薄型プラッタ又はHAMR技術を採用した設計のための、性能上の利点を有するHDD基板の低コストでの製造を可能とすることができる。なお、典型的なフュージョンプロセスでは、上述のような望ましい固有の形状を備えたシートは製造されない。むしろ、典型的なフュージョンプロセスは、上記全型シートの反り及び/又は縁部/隅部の勾配を制御する必要があるため、HDD用途に必要な長さスケールの反りは通常無視される。
本明細書に記載され請求される実施形態は、動作中の上記ディスクの平面外歪みを低減して、ヘッド/ディスク間隔の最小化を可能とすることによって、ディスクの面密度の最大化を可能とすることができる。HDD製造元がより薄いプラッタに移行するに従って、基板形状によって平面外歪みを最小化する必要性は増大する。
上記例示的な形状を有するガラス基板を切り出すことができるガラスシートは、製造コストをより低くできるため、有利である。本明細書に記載のフュージョンシート加工は、従来の圧縮/成形加工に対して有利である。というのは、フュージョンシートは、目標厚さに近い厚さで作製でき、またフュージョンシートは粗度が低く、ローラ、鋳型、スズ浴等との接触によって誘発される欠陥を有しないためである。
追加の特徴及び利点を、以下の「発明を実施するための形態」に記載するが、その一部は、「発明を実施するための形態」から、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本出願に記載の実施形態を実践することによって、当業者には容易に明らかになるだろう。
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、様々な実施形態を説明するものであり、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、これらの様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の上記様々な実施形態を図示し、本記載と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
例示的なハードディスクドライブ(HDD)の一部分 フュージョン成形プロセスで製造される例示的な形状 フュージョン成形プロセスで製造される例示的な形状 フュージョン成形プロセスで製造される例示的な形状 フュージョン成形プロセスで製造される例示的な形状 例示的な初期及び最終ディスク形状 例示的な初期及び最終ディスク形状 例示的な初期及び最終ディスク形状 例示的な初期及び最終ディスク形状 ハードドライブ動作条件下において略平坦な形状が得られる、ディスクの例示的な形状 図4に示したものと同一の曲率を有する、例示的なフュージョン成形された全型ガラスシート ガラスリボン中の例示的なリボン固化ゾーンの形状 ベースライン条件に関する、小さなガラス部品の形状に関する例示的な固有形状 ガラスリボン中の例示的なリボン固化ゾーンの形状 固化ゾーン内のリボン位置を制約する条件に関する、小さなガラス部品の形状に関する例示的な固有形状 例示的なガラス製造装置の概略図 図8のガラス製造装置の、牽引ロールペア及び熱制御ユニットの概略側面図 複数の環状ガラス基板を形成するための例示的なガラスシート 例示的な環状ガラス基板
これより、本開示の実施形態について詳細に言及する。可能な限り、図面全体を通して、同一又は同様の部分を指すために同一の参照番号を使用する。しかしながら、本開示は、多数の異なる形態で具体化でき、また本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈してはならない。
本明細書において、範囲は、「約(about)」ある特定の値から、及び/又は「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現されている場合、別の実施形態は、上記ある特定の値から、及び/又は上記別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を用いることにより、値が概数として表現されている場合、上記特定の値は別の実施形態を形成することが理解されるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関連でも、他方の端点とは独立しても、重要であることが理解されるだろう。
本明細書中で使用される方向に関する用語、例えば上方(up)、下方(down)、右(right)、左(left)、前方(front)、後方(back)、頂部(top)、底部(bottom)、垂直(vertical)、水平(horizontal)は、ここで図示されている状態の図面に関してのみ使用され、絶対的な配向を暗示することを意図したものではない。
特段の記載がない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップを特定の順序で実施すること、又はいずれの装置の特定の配向を必要とするものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はいずれの装置クレームが、個々の構成部品に関する順序若しくは配向を実際に列挙していない場合、又はステップをある特定の順序に限定するべきであることが、特許請求の範囲若しくは説明中で具体的に言明されていない場合、又は装置の構成部品に関する特定の順序又は配向が列挙されていない場合、いかなる点においても、順序又は配向が推定されることは全く意図されていない。これは:ステップの構成、動作フロー、構成部品の順序、又は構成部品の配向に関する論理の問題;文法的な編成又は句読点に由来する単純な意味;及び本明細書に記載の実施形態の数又はタイプを含む、解釈のためのいずれの可能な非明示的根拠にも当てはまる。
本明細書中で使用される場合、単数形「ある(a、an)」及び「上記(the)」は、文脈がそうでないことを明らかに指示していない限り、複数の指示対象を含む。従って例えば、「ある」構成部品に関する言及は、文脈がそうでないことを明らかに指示していない限り、2つ以上の上記構成部品を有する態様を含む。
本明細書中で使用される場合、「溶融ガラス(molten glass)」は、冷却するとガラス状の状態となることができる溶融材料を意味するものと解釈されるものとする。用語「溶融ガラス」は、用語「溶融物(melt)」と同義として使用される。溶融ガラスは例えば、大部分のシリケートガラスを形成してよいが、本開示はそのように限定されない。
ここで図1を参照すると、例示的なハードディスクドライブ(HDD)100の一部分が図示されている。HDD100の一部分は、部分ハウジング102、スピンドル104、スペーサ106、及びディスク108を含む。HDD100の他の構成部品は、簡潔にするために省略されている。スピンドル104は、回転可能に、ハウジング102に機械的に連結される。スペーサ106は、スピンドル104に機械的に連結され、その間にディスク108を挟持する。スペーサ106は、ディスク108の内径より大きな外径を有してよい。特定の例示的実施形態では、スペーサ106は、約25mm〜35mm(例えば31mm)の外径を有してよい。ディスク108は、(図1では誇張されている)反りを含んでよく、これは、ディスク108に関しては110において示されるような、負の平面外最大値、及びディスク108に関しては112において示されるような、正の平面外最大値として定義される。ある例示的実施形態では、ディスク108は、0.20μm未満の反りを有してよい。
フュージョン成形プロセスによって製造される、HDD動作に最適な例示的なディスク形状が決定されている。ディスクのヤング率は、約80GPa〜86GPa(例えば83GPa)であると決定されている。ディスクのポアソン比は、約0.20〜0.26(例えば0.23)であると決定されている。ディスクの密度は、約2500kg/m〜2700kg/m(例えば2590kg/m)であると決定されている。ディスクは、厚さ約0.3mm〜2mm(例えば0.7mm)又は約0.3mm〜0.7mm、内径約20mm〜30mm(例えば25mm)、及び外径約60mm〜100mm(例えば67mm、95mm)である。動作状態下では、ディスク108は、スペーサ106の間に挟持されて、様々な速度で回転する。
最適な目標ディスク形状を決定するために、ディスク形状を、円形ディスクのx及びyデカルト座標の二次多項式関数によって特性決定できる。フュージョン成形プロセスを考慮に入れ、最適化プロセスを簡略化することにより、二次項は、以下の式1に示すように保持できる。係数A及びBは設計変数として定義され、本開示では微調整される。
Z=Ax+By
図2A〜2Dは、ミリメートルを単位とするデカルト座標X、Y及びZを用いて、フュージョン成形プロセスで製造された例示的形状を示す。図2Aはボウル形状を示し、図2Bは円筒形状を示し、図2Cはサドル形状を示し、図2Dはドーム形状を示す。各形状は、上述の式1の係数A及びBの異なるセットを用いて、図2A〜2Dにプロットされている。図2Aのボウル形状に関しては、A=4かつB=2(即ちZ=4x+2y)である。図2Bの円筒形状に関しては、A=4かつB=0(即ちZ=4x)である。図2Cのサドル形状に関しては、A=2かつB=−2(即ちZ=2x−2y)である。図2Dのドーム形状に関しては、A=−4かつB=−2(即ちZ=−4x−2y)である。
図2A〜2Dの4つの形状に対応する、重力及び(例えばスペーサによる)挟持力下で変形した形状を、それぞれ図3A〜3Dに示す。図3A〜3Dは、ミリメートルを単位とするデカルト座標X、Y及びZを用いて、例示的な初期ディスク形状(即ちスペーサ間での挟持前、かつ重力の影響がない状態)、及び最終ディスク形状(即ちスペーサ間での挟持後、かつ重力の影響がある状態)を示す。図3A〜3Dを参照すると、重力下での平面外変位は、ボウル(図3A)、円筒(図3B)、サドル(図3C)、及びドーム(図3D)形状に関して、それぞれ4.48μm、5.19μm、5.19μm、及び6.66μmである。重力と、7200rpmでのディスクの回転とを同時に考慮すると、反りは、ボウル、円筒、サドル、及びドーム形状に関して、それぞれ4.26μm、4.83μm、4.83μm、及び6.36μmである。いずれの場合に関しても、ボウル形状は、他の候補となっている形状よりも優れている。A及びBの大きさを更に調査し、対称性の使用によって反りを最小化でき、反りの大きさは、A=B=0.8である場合に0.17μmとなることが決定された。ミリメートルを単位とするA、B及びZを用いて、以下の式2を用いて、最適な形状の例を記述できる。
Figure 2020510950
図4は、ミリメートルを単位とするデカルト座標X、Y及びZを用いて、ハードドライブ動作条件下において略平坦な形状が得られる、ディスクの例示的な最適形状を示す。最適なディスク形状に関して、少なくとも2つの問題を考慮しなければならない。第1に、完璧に平坦なディスクを目標とする場合、反りが約1.00μmとなることが観察される場合があり、これは所望の値である0.17μmよりもはるかに大きい。これは、目標の平坦な形状が、ある動作状態下において最小の反りをもたらすことにならないことを示している。第2に、ディスク設置プロセス中にボウル形状を識別できない場合、最悪の形状であるドーム形状が使用されることになる可能性が高くなる。よって、HDD組み立てプロセス中にディスク形状の配向を維持できない場合、(x‐y平面に関して対称な)サドル形状が、比較的良好な解決策となり得る。
自由振動分析の結果により、反りは、自然周波数及び振動モードに対して、無視できる程度の影響しか有しないことが示されている。これらの動的な量は、平面外ディスク振動応答に直接関連する。従って、式2において見出される最適解は、動作状態下、及び空気の乱流によって誘発されるディスクの振動下の両方において、実際に最適であることが決定された。
フュージョン成形ガラスシートを、より小さな部品に切断することにより、ガラスリボンが経る熱履歴によって生成される面内応力をある程度緩和できる。この面内応力が極めて小さな大きさまで緩和されると、ガラス中に取り込まれた「固有の(intrinsic)」形状が、局所的な曲率によって、小さなガラス部品の結果的な形状を支配し始める。このようにして、上記固有の形状は、「固化ゾーン(setting zone)」内においてガラスへと固定され、上記固化ゾーンは、瞬間的な熱膨張係数(CTE)が極めて低い速度で変化する温度によって、その境界が画定される。フュージョン成形プロセスによってガラスシートを製造するためには、ガラスシートは、後に切り出される最適なディスクと同等の曲率を有する必要がある。図5は、ミリメートルを単位とするデカルト座標X、Y及びZを用いて図4に示されている最適なディスク形状に基づく、最適なフュージョン成形全型ガラスシートの例を示す。
図6A〜6B及び図7A〜7Bは、固化ゾーン内のガラスリボンの瞬間的な形状と、ガラス部品の無重力状態での形状をつなぎ合わせる、結果的な固有形状の計算との比較を示す。図6Aは、ガラスリボンの例示的なリボン固化ゾーン形状を示し、図6Bは、ベースライン条件に関する、小さなガラス部品の形状に関する例示的な固有形状を示す。図7Aは、ガラスリボンの例示的なリボン固化ゾーン形状を示し、図7Bは、固化ゾーン内のリボン位置を制約するある条件に関する、小さなガラス部品の形状に関する例示的な固有形状を示す。図6A〜6B及び図7A〜7Bはそれぞれ、ミリメートルを単位として、ドロー方向横断位置(cross draw position)をx軸上、基部からの距離をy軸上、及び変位をz軸上に含む。
これらの図面を参照すると、固化ゾーン内のガラスリボンの形状(図6A及び7A)が、機械的手段の結果として変化し、これにより、熱によって誘発される平面応力の影響が制限されると、固有形状(図6B及び7B)も同様に変化することを確認できる。ある例示的なフュージョンドロープロセスでは、上記機械的手段は、元のガラス表面を維持するために制限される場合があり、これは即ち、これらのリボン形状を、熱的手段を用いて達成する必要があり得ることを意味する。上述の所望の最適形状を達成するために、問題の領域の境界が張力下に置かれ、その一方で中央領域が、ドロー方向に対する横断方向及びドロー方向に対する下向き方向の両方で圧縮されるように、温度プロファイルを調整する必要があり得る。この応力パターンは、ガラスリボンに、ボウル/ドーム形状として現れることになり、これにより所望のガラスディスク形状を形成する。ガラス基板又はシートの力学から、シート縁部を張力下とし、中央を圧縮下とする応力パターンは、ドーム形状(又はボウル)をもたらし、シート縁部を圧縮下とし、中央を張力下とする応力パターンは、サドル形状をもたらす。
図8は、例示的なガラス製造装置210、例えばフュージョンダウンドロー製造装置である。いくつかの実施形態では、ガラス製造装置210は、溶融用容器214を含むことができるガラス溶融炉212を備えることができる。溶融用容器214に加えて、ガラス溶融炉212は任意に、原材料を加熱し、上記原材料を溶融ガラスに変換するよう構成された加熱素子(例えば燃焼バーナー及び/又は電極)等の、1つ以上の追加の構成部品を含むことができる。更なる実施形態では、ガラス溶融炉212は、上記溶融用容器からの熱損失を低減する、熱管理デバイス(例えば断熱構成部品)を含んでよい。また更なる実施形態では、ガラス溶融炉212は、ガラス溶融物への原材料の溶融を促進する電子デバイス及び/又は電気機械デバイスを含んでよい。また更に、ガラス溶融炉212は、支持構造体(例えば支持シャーシ、支持部材等)、又は他の構成部品を含んでよい。
いくつかの実施形態では、溶融炉212は、ガラス物品、例えば不定長のガラスリボンを製作するために構成されたガラス製造装置の構成部品として組み込むことができるが、更なる実施形態では、ガラス製造装置は、限定するものではないが、ガラスロッド、ガラス管、ガラス製の覆い(例えば、電球を例とする照明デバイスのための、ガラス製の覆い)、及びガラスレンズといった他のガラス物品を形成するために構成されていてよいが、多くの他のガラス物品も考えられる。いくつかの例では、溶融炉は、スロットドロー装置、フロートバス装置、ダウンドロー装置(例えばフュージョンダウンドロー装置)、アップドロー装置、圧迫装置、圧延装置、チューブドロー装置、又は本開示から利益を得られる他のいずれのガラス製造装置を含む、ガラス製造装置の構成部品として組み込むことができる。例えば図8は、ガラスリボンをフュージョンドロー加工するためのフュージョンダウンドローガラス製造装置210の構成部品としての、ガラス溶融炉212の概略図を示し、上記ガラスリボンは、後で個々のガラスシートに加工するため、又はガラスリボンをスプールに巻き取るためのものである。
ガラス製造装置210(例えばフュージョンダウンドロー装置210)は任意に、ガラス溶融用容器214の上流側に位置決めされた、上流側ガラス製造装置216を含むことができる。いくつかの例では、上流側ガラス製造装置216の一部分又は全体は、ガラス溶融炉212の一部として組み込むことができる。図8に示されている実施形態において示されているように、上流側ガラス製造装置216は、原材料貯蔵用蓋付き容器218、原材料送達デバイス220、及びこの原材料送達デバイスに接続されたモータ222を含むことができる。貯蔵用蓋付き容器218は、ある量の原材料224を貯蔵するよう構成でき、この原材料224は、矢印226で示されているように、1つ以上の供給ポートを通して、ガラス溶融炉212の溶融用容器214へと供給できる。原材料224は典型的には、1つ以上のガラス形成用金属酸化物及び1つ以上の改質剤を含む。いくつかの例では、原材料送達デバイス220には、モータ222によって動力供給でき、これにより、原材料送達デバイス220は、所定量の原材料224を、貯蔵用蓋付き容器218から溶融用容器214へと送達する。更なる例では、モータ222は、原材料送達デバイス220に動力供給することにより、溶融ガラスの流れ方向に対して溶融用容器214から下流で感知される溶融ガラスのレベルに基づいて、制御された速度で、原材料224を導入できる。その後、溶融用容器214内の原材料224を加熱して、溶融ガラス228を形成できる。
ガラス製造装置210は任意に、溶融ガラス228の流れ方向に対してガラス溶融炉212の下流側に位置決めされた、下流側ガラス製造装置230も含むことができる。いくつかの例では、下流側ガラス製造装置230の一部分は、ガラス溶融炉212の一部として組み込むことができる。しかしながら、いくつかの例では、以下で説明する第1の接続導管232、又は下流側ガラス製造装置230の他の部分を、ガラス溶融炉212の一部として組み込むことができる。
下流側ガラス製造装置230は、溶融用容器214から下流側に配置されて、上述の第1の接続導管232を通して溶融用容器214に連結された清澄用容器234等の、第1の調質用(即ち加工用)容器を含むことができる。いくつかの例では、溶融ガラス228は、第1の接続導管232を通して、溶融用容器214から清澄用容器234へと重力で供給できる。例えば重力は、第1の接続導管232の内部通路を通して、溶融ガラス228を溶融用容器214から清澄用容器234へと進めることができる。しかしながら、他の調質用容器を、溶融用容器214の下流側、例えば溶融用容器214と清澄用容器234との間に位置決めしてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、調質用容器を溶融用容器と清澄用容器との間で使用してよく、一次溶融用容器からの溶融ガラスを二次容器内で更に加熱して、溶融プロセスを継続するか、又は清澄用容器に入る前に、一次溶融用容器中の溶融ガラスの温度未満の温度まで冷却する。
下流側ガラス製造装置230は更に、清澄用容器234から下流へと流れる溶融ガラスを混合するための混合装置236、例えば撹拌用容器といった、別の調質用容器を含むことができる。混合装置236を用いて、均質なガラス溶融物組成を提供でき、これにより、清澄用容器を出る清澄済みの溶融ガラス中に存在することになり得る化学的又は熱的な不均質性を低減できる。図示されているように、清澄用容器234は、第2の接続導管238を通して、混合装置236に連結できる。いくつかの実施形態では、溶融ガラス228は、第2の接続導管238を通して、清澄用容器234から混合装置236へと重力で供給できる。例えば重力は、第2の接続導管238の内部通路を通して、溶融ガラス228を清澄用容器234から混合装置236へと進めることができる。典型的には、混合装置内の溶融ガラスは自由表面を含み、これは自由表面と混合装置の上部との間に延在する自由容積を伴う。混合装置236は、溶融ガラスの流れ方向に関して清澄用容器234の下流側に示されているが、他の実施形態では、混合装置236を清澄用容器234から上流側に位置決めしてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、下流側ガラス製造装置230は、複数の混合装置、例えば清澄用容器234から上流側の混合装置、及び清澄用容器234から下流側の混合装置を含んでよい。これらの複数の混合装置は、同一の設計のものであってよく、又はこれらは互いに異なる設計のものであってもよい。いくつかの実施形態では、これらの容器及び/又は導管のうちの1つ以上は、溶融材料の混合及びそれに続く均質化を促進するために、これらの中に位置決めされた静止型混合用羽根を含んでよい。
下流側ガラス製造装置230は更に、混合装置236から下流側に位置決めされていてよい送達用容器240といった、別の調質用容器を含むことができる。送達用容器240は、溶融ガラス228を、下流側の成形デバイスに供給するために調質できる。例えば送達用容器240は、流出導管244を通した成形用本体242への溶融ガラス228の一貫した流れを調整及び提供するための、アキュムレータ及び/又は流れ制御装置として機能できる。いくつかの実施形態では、送達用容器240内の溶融ガラスは自由表面を含むことができ、この場合、自由容積が、上記自由表面から送達用容器の上部まで上向きに延在する。図示されているように、混合装置236は、第3の接続導管246を通して送達用容器240に連結されていてよい。いくつかの例では、溶融ガラス228は、第3の接続導管246を通して、混合装置236から送達用容器240へと重力で供給できる。例えば重力は、第3の接続導管246の内部通路を通して、溶融ガラス228を混合装置236から送達用容器240へと進めることができる。
下流側ガラス製造装置230は更に、上述の成形用本体242を備える成形装置248を含むことができ、これは流入導管250を含む。流出導管244は、溶融ガラス228を、送達用容器240から、成形装置248の流入導管250へと送達するように位置決めできる。フュージョンダウンドローガラス作製装置の成形用本体242は、成形用本体の上面に位置決めされたトラフ252と、成形用本体の下縁部(基部)256に沿ってドロー方向に収束する、収束型の複数の成形用表面254(1つの表面のみが図示されている)とを備えることができる。送達用容器240、流出導管244及び流入導管250を介して成形用本体のトラフへと送達された溶融ガラスは、上記トラフの壁から溢れ、収束型の成形用表面254に沿って、溶融ガラスの別個の複数の流れとして流れ落ちる。なお、成形用本体のトラフ内の溶融ガラスは自由表面を備え、自由容積が、溶融ガラスの上記自由表面から、成形用本体がその中に位置決めされているエンクロージャの上部まで延在する。収束型の成形用表面の少なくとも一部分を流れ落ちる溶融ガラスの流れは、ダム及び縁部方向決定装置によって遮られ、方向が変えられる。溶融ガラスの別個の流れは、基部に沿って基部の下方で合わさり、溶融ガラスの単一のリボン258を形成し、これは、重力及び/又は牽引ロールペア等によって上記ガラスリボンに下向きの張力を印加することによって、基部256からドロー方向260に引っ張られ、これにより、溶融ガラスが冷却されて材料の粘度が上昇する際に、上記ガラスリボンの寸法を制御する。従って、ドロー経路260は、ガラスリボン258の幅を横断する方向に延在する。ガラスリボン258は、固化ゾーン268において粘弾性遷移を経て、ガラスリボン258に安定した寸法特性を与える機械的特性を獲得する。
成形装置248は更に、2つの上側牽引ロールペア270、2つの下側牽引ロールペア274、及び熱制御ユニット266を含んでよい。牽引ロールペア270及び274はそれぞれ、信号経路を介して、コントローラ(図9)によって制御される。牽引ロールペア270及び274はそれぞれ、ガラスリボン258に接触するか又はガラスリボン258を挟み、回転して、ガラスリボンを260で示されている方向に移動させる。第1の上側牽引ロールペア270は、ガラスリボン258の第1の(即ち左側の)縁部に配設され、第2の上側牽引ロールペア270は、第1の上側牽引ロールペア270の真正面の、ガラスリボン258の第2の(即ち右側の)縁部に配設される。第1の下側牽引ロールペア274は、ガラスリボン258の第1の(即ち左側の)縁部に配設され、第2の下側牽引ロールペア274は、第1の下側牽引ロールペア274の真正面の、ガラスリボン258の第2の(即ち右側の)縁部に配設される。牽引ロールペア270及び274、並びに熱制御ユニット266を制御することによって、図9を参照して以下に説明されるように、固化ゾーン268内でガラスリボン258に所望の形状を与える。いくつかの実施形態では、ガラスリボン258は、ガラスリボンの弾性領域において、ガラス分割装置(図示せず)によって個々のガラスシート262へと分割でき、更なる実施形態では、ガラスリボンをスプールに巻き付けて、更なる加工のために保管できる。
図9は、図8のガラス製造装置の、上側牽引ロールペア270及び下側牽引ロールペア274並びに熱制御ユニット266の概略側面図を示す。図9は、コントローラ280も概略的に示す。牽引ロールペア270は、牽引ロール270a及び270bを含む(これらを合わせて牽引ロールペア270と呼ぶ)。牽引ロールペア270は、信号経路282を介して、コントローラ280によって制御できる。牽引ロール270aは、ガラスリボン258の第1の側部に配設され、牽引ロール270bは、牽引ロール270aの真正面の、ガラスリボン258の第2の側部に配設される。牽引ロール270a及び270bは、ガラスリボン258に接触するか又はガラスリボン258を挟み、回転して、ガラスリボンを260で示されている方向に移動させる。牽引ロールペア274は、牽引ロール274a及び274bを含む(これらを合わせて牽引ロールペア274と呼ぶ)。牽引ロールペア274は、信号経路284を介して、コントローラ280によって制御できる。牽引ロール274aは、ガラスリボン258の第1の側部に配設され、牽引ロール274bは、牽引ロール274aの真正面の、ガラスリボン258の第2の側部に配設される。牽引ロール274a及び274bは、ガラスリボン258に接触するか又はガラスリボン258を挟み、回転して、ガラスリボンを260で示されている方向に移動させる。他の実施形態では、牽引ロールペア270及び/又は274を除外してもよく、牽引ロールペア270及び274に加えて追加の牽引ロールペアを使用してもよい。
熱制御ユニット266は、信号経路286を介してコントローラ280によって制御できる。図9では、熱制御ユニット266はガラスリボン258の第2の側部に配設されているものとして図示されているが、他の実施形態では、熱制御ユニット266は、ガラスリボン258の第2の側部への配設の代わりに、又はこれに加えて、ガラスリボン258の第1の側部に配設してよい。コントローラ280は、熱制御ユニット266並びに牽引ロールペア270及び274の動作を制御して、ガラスリボン258に所望の形状を与えることができる。
例えば268で示されている固化ゾーン内において、温度依存性の熱膨張係数は非線形であり得る。ガラスリボン258の形状は、このガラスリボンから製造されるガラス基板の平面外変形又は反りを決定するため、ガラスリボン258の形状を、牽引ロールペア270及び274と、熱制御ユニット266によって提供される制御された熱勾配との組み合わせを用いて制御できる。熱制御ユニット266は、ガラスリボン258に対して、エネルギの付与(即ち加熱)及び/又はエネルギの抽出(即ち冷却)を、制御された様式で実施できる。熱制御ユニット266並びに牽引ロールペア270及び274を用いてガラスリボン258の形状に影響を及ぼす具体的方法は、ガラスの組成、並びに例えばガラスの流れの密度、熱制御の方法、及びガラスリボン258のサイズといった他の因子に左右され得る。
熱制御ユニット266は、垂直方向(即ちドロー方向260)及び水平方向(即ちドロー方向260を横断する方向)の両方において、温度勾配及び冷却速度に影響を及ぼす。これらの温度勾配は、牽引ロールペア270及び274と共同で作用する。牽引ロールペア270及び274は、ガラスリボン258の位置を制御するための平面外オフセット、並びにガラスリボン258に作用する機械的張力の量を制御する可変トルク制御、傾斜位置及びピンチ(即ち垂直方向)力を含んでよい。温度勾配はまた、ガラス材料の特性に基づく熱衝撃による、ガラスリボン258に作用する張力も制御する。
図10は、複数の環状ガラス基板302を形成するための例示的なガラスシート300を示す。ガラスシート300は、図8及び9のガラス製造装置を用いて成形されたフュージョンガラスシートであってよい。ガラスシート300は、第1の主面304、第1の主面304の反対側の第2の主面306、及び第1の主面304と第2の主面306との間に延在する縁部表面308を含む。特定の例示的実施形態では、ガラスシート300は、約0.3mm〜2mm又は約0.3mm〜0.7mmの厚さ(即ち第1の主面304と第2の主面306との間の距離)を有する。ガラスシート300は、ドーム又はボウル形状を有する。ガラスシート300を切断することにより、複数の環状ガラス基板302を形成できる。図10に示されている例では、複数の環状ガラス基板302は六角形のパターンに配置されているが、他の例では、複数の環状ガラス基板302は、ガラスシート300から切断するための別の好適なパターンに配置されていてもよい。複数の環状ガラス基板302はそれぞれ、レーザ又は別の好適なプロセスを用いて、ガラスシート300から切断できる。
図11は、例示的な環状ガラス基板350を示す。環状ガラス基板350は、図10のガラスシート300等のガラスシートから切断してよい。環状ガラス基板350は、HDDディスクの製作に使用できる。環状ガラス基板350は、第1の主面354、第1の主面354の反対側の第2の主面356、及び第1の主面354と第2の主面356との間に延在する縁部表面358を含む。特定の例示的実施形態では、環状ガラス基板350は、約0.3mm〜2mm又は約0.3mm〜0.7mmの厚さ(即ち第1の主面354と第2の主面356との間の距離)を有する。環状ガラス基板350は、ドーム又はボウル形状を有する。特定の例示的実施形態では、環状ガラス基板350は、約90mm〜100mmの直径を有してよい。環状ガラス基板350は、80GPa〜86GPaのヤング率、0.20〜0.26のポアソン比、及び2500kg/m〜2700kg/mの密度を有してよい。環状ガラス基板350の反りは、約0.20μm未満であってよい。
本開示の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に対して様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には理解されるだろう。よって本開示は、このような上記修正及び変形が、添付の請求項及びその均等物の範囲内である限りにおいて、上記修正及び変形を包含することを意図している。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
第1の主面;
上記第1の主面の反対側の第2の主面;及び
上記第1の主面と上記第2の主面との間に延在する縁部表面
を備える、ガラスシートであって、
上記ガラスシートは、0.3mm〜2mmの厚さを備え、
上記ガラスシートは、ドーム又はボウル形状を備える、ガラスシート。
実施形態2
上記ドーム又はボウル形状は、以下の関係:
Z=0.8x+0.8y
の関数であり、
Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、実施形態1に記載のガラスシート。
実施形態3
上記ドーム又はボウル形状は、以下の関係:
Figure 2020510950
の関数であり、
Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、実施形態1に記載のガラスシート。
実施形態4
上記ガラスシートは、0.3mm〜0.7mmの厚さを備える、実施形態1に記載のガラスシート。
実施形態5
上記ガラスシートは、フュージョンガラスシートを含む、実施形態1に記載のガラスシート。
実施形態6
第1の主面;
上記第1の主面の反対側の第2の主面;及び
上記第1の主面と上記第2の主面との間に延在する縁部表面
を備える、環状ガラス基板であって、
上記環状ガラス基板は、0.3mm〜2mmの厚さを備え、
上記環状ガラス基板は、ドーム又はボウル形状を備える、環状ガラス基板。
実施形態7
上記ドーム又はボウル形状は、以下の関係:
Z=0.8x+0.8y
の関数であり、
Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態8
上記ドーム又はボウル形状は、以下の関係:
Figure 2020510950
の関数であり、
Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態9
上記環状ガラス基板は、0.3mm〜0.7mmの厚さを備える、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態10
上記環状ガラス基板は、60mm〜100mmの直径を備える、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態11
上記環状ガラス基板は、80GPa〜86GPaのヤング率、0.20〜0.26のポアソン比、及び2500kg/m〜2700kg/mの密度を備える、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態12
上記環状ガラス基板は、0.20μm未満の反りを備える、実施形態6に記載の環状ガラス基板。
実施形態13
ガラスを加工するための方法であって、
上記方法は:
ドロー方向に溶融ガラスのリボンを形成するステップ;
上記ドロー方向及び上記ドロー方向を横断する方向において、上記リボンの固化ゾーンの温度勾配を制御することによって、上記リボンをドーム又はボウル形状に成形するステップ;並びに
上記リボンを、上記ドーム又はボウル形状を備えたガラスシートへと切断するステップ
を含む、ガラスを加工するための方法。
実施形態14
上記固化ゾーンの温度勾配を制御する上記ステップは、上記リボンの上記固化ゾーンの熱制御ユニットを制御することによって、上記リボンの上記固化ゾーンの冷却速度を、上記ドロー方向及び上記ドロー方向を横断する方向において制御するステップを含む、実施形態13に記載の方法。
実施形態15
上記リボンの上記固化ゾーンにおいて、上記リボンを複数の牽引ロールで牽引することにより、上記リボンを上記ドーム又はボウル形状へと成形するステップを更に含む、実施形態13に記載の方法。
実施形態16
上記複数の牽引ロールのそれぞれの平面外オフセットを制御することによって、上記リボンの位置を制御するステップを更に含む、実施形態15に記載の方法。
実施形態17
上記複数の牽引ロールのそれぞれのトルク、傾斜位置、又はピンチ力を制御することによって、上記リボンに作用する機械的張力の量を制御するステップを更に含む、実施形態15に記載の方法。
実施形態18
上記溶融ガラスのリボンを形成する上記ステップは、0.3mm〜2mmの厚さを備えた上記溶融ガラスのリボンを形成するステップを含む、実施形態13に記載の方法。
実施形態19
上記ドーム又はボウル形状は、以下の関係:
Z=0.8x+0.8y
の関数であり、
Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、実施形態13に記載の方法。
実施形態20
上記ガラスシートを切断して、ドーム又はボウル形状を備える複数の環状ガラス基板を形成するステップを更に含む、実施形態13に記載の方法。
100 ハードディスクドライブ、HDD
102 部分ハウジング、ハウジング
104 スピンドル
106 スペーサ
108 ディスク
110 負の平面外最大値
112 正の平面外最大値
210 ガラス製造装置
212 ガラス溶融炉
214 溶融用容器、ガラス溶融用容器
216 上流側フガラス製造装置
218 原材料貯蔵用蓋付き容器
220 原材料送達デバイス
222 モータ
224 原材料
226 矢印
228 溶融ガラス
230 下流側ガラス製造装置
232 第1の接続導管
234 清澄用容器
236 混合装置
238 第2の接続導管
240 送達用容器
242 成形用本体
244 流出導管
246 第3の接続導管
248 成形装置
250 流入導管
252 トラフ
254 成形用表面
256 下縁部、基部
258 ガラスリボン
260 ドロー方向
262 ガラスシート
266 熱制御ユニット
268 固化ゾーン
270 上側牽引ロールペア
270a 牽引ロール
270b 牽引ロール
274 下側牽引ロールペア
280 コントローラ
282 信号経路
284 信号経路
286 信号経路
300 ガラスシート
302 環状ガラス基板
304 第1の主面
306 第2の主面
308 縁部表面
350 環状ガラス基板
354 第1の主面
356 第2の主面
358 縁部表面

Claims (12)

  1. 第1の主面;
    前記第1の主面の反対側の第2の主面;及び
    前記第1の主面と前記第2の主面との間に延在する縁部表面
    を備える、ガラスシートであって、
    前記ガラスシートは、0.3mm〜2mmの厚さを備え、
    前記ガラスシートは、ドーム形状、ボウル形状、サドル形状、円筒形状、又はこれらの組み合わせを備える、ガラスシート。
  2. 前記形状は、以下の関係:
    Z=0.8x+0.8y
    の関数であり、
    Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、請求項1に記載のガラスシート。
  3. 前記形状は、以下の関係:
    Figure 2020510950
    の関数であり、
    Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、請求項1に記載のガラスシート。
  4. 前記ガラスシートは、0.3mm〜0.7mmの厚さを備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラスシート。
  5. 前記ガラスシートは、フュージョンガラスシートを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラスシート。
  6. 第1の主面;
    前記第1の主面の反対側の第2の主面;及び
    前記第1の主面と前記第2の主面との間に延在する縁部表面
    を備える、環状ガラス基板であって、
    前記環状ガラス基板は、0.3mm〜2mmの厚さを備え、
    前記環状ガラス基板は、ドーム形状、ボウル形状、サドル形状、円筒形状、又はこれらの組み合わせを備える、環状ガラス基板。
  7. 前記形状は、以下の関係:
    Z=0.8x+0.8y
    の関数であり、
    Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、請求項6に記載の環状ガラス基板。
  8. 前記形状は、以下の関係:
    Figure 2020510950
    の関数であり、
    Z、x、及びyは、ミリメートルを単位とするデカルト座標値である、請求項6に記載の環状ガラス基板。
  9. 前記環状ガラス基板は、0.3mm〜0.7mmの厚さを備える、請求項6〜8のいずれか1項に記載の環状ガラス基板。
  10. 前記環状ガラス基板は、60mm〜100mmの直径を備える、請求項6〜9のいずれか1項に記載の環状ガラス基板。
  11. 前記環状ガラス基板は、80GPa〜86GPaのヤング率、0.20〜0.26のポアソン比、及び2500kg/m〜2700kg/mの密度を備える、請求項6〜10のいずれか1項に記載の環状ガラス基板。
  12. 前記環状ガラス基板は、0.20μm未満の反りを備える、請求項6〜11のいずれか1項に記載の環状ガラス基板。
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