JP2737901B2 - 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、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。 ［従来の技術］ コンタクトスタートストップ方式を採用しているハー
ドディスクドライブ装置にあっては、磁気ディスクの表
面を粗面となし、もって磁気ディスクとヘッドとの間の
摩擦係数を減少せしめてヘッドスティックを防止するこ
とが行われており、この目的を果たすための手段として
は、例えばラッピングテープを用いて磁気ディスクの表
面に機械的に凹凸を形成する方法が提案されている（特
開昭55-117741号、特開昭56-130834号）。磁気ディスク
の基板の材質は従来アルミニウム合金が広く用いられて
いるが、磁性膜が塗布型の場合には一般に前記凹凸は磁
性膜上に形成され、メッキ又はスパッタリング法で磁性
膜を形成する薄膜メディアの場合には、一般に基板に前
記凹凸が形成される。磁気ディスクの基板の材質をガラ
スとした場合には、メッキ層の表面に上記粗面を形成す
ることは、基板の材質がアルミニウム合金である場合と
変わるところがないものの、高密度記録に適した薄膜メ
ディアの基板に供する目的で、上記凹凸をガラス基板の
表面に機械的に形成しようと試みる場合は、ガラスの有
する低い塑性流動性に起因するマイクロクラックの発生
をみるという問題があった。マイクロクラックを有する
ガラス基板は、磁性膜を形成させた後に高温多湿試験に
供すると、マイクロクラックの周辺の磁性膜が変色し易
くなると考えられ、同時にその場所の磁性膜の磁気特性
が、例えば磁化が低下し角型化が劣化するが如く劣化す
る。これは、マイクロクラック中に残存している水分や
洗浄液の残渣が、磁性膜を腐食する因となっているもの
と考えられるが、この腐食に対する耐性（耐コロージョ
ン性）は、マイクロクラックを面内に有したままのガラ
ス基板にあっては根本的に発生しやすいものである。 この問題を解決するために、一旦機械的な方法、例え
ば前述のラッピングテープ等によりガラスの表面に凹凸
を形成しておき、しかる後に生成したマイクロクラック
を、フッ化水素酸に浸漬することによって拡大除去する
方法が提案されている（特願昭61-305530号）。この方
法によれば、摩擦特性、耐コロージョン性および良好な
磁気特性の全てを同時に満たすことが可能となるもの
の、フッ化水素酸処理の条件によっては、ピットやグル
ーブの生成をもたらし、最適条件の範囲が狭いことが判
明した。 また、化学的な方法、即ち薬液を用いてガラス表面に
粗面を形成する方法も提案されている（特願昭61-23924
9号）。この提案は、ガラスをフッ化水素酸とフッ化カ
リウムの水溶液中に浸漬して微細な凹凸をガラスの表面
に形成する方法に関するものであるが、この方法で得ら
れた上記凹凸は、該ガラス基板の面内で全て均一な表面
粗さを形成した場合には前記摩擦特性、耐コロージョン
性及び良好な磁気特性の全てを同時に満たすことができ
るものの、これは化学的な処理を行う前のガラスの表面
が極めて均一に清浄化されていた場合に達成できるもの
であって、該ガラスの表面の状態が、例えば局所的にヤ
ケ等の原因によって部分的に異っている場合には、その
面を処理することによって得た凹凸の形状が他の部分の
凹凸の形状と微妙に異なり、この結果磁性膜の摩耗特性
に関係するCSS特性と、静的摩擦係数であるスティクシ
ョン特性のいずれか一方が悪い部分をディスク面内の一
部に生じ易かった。 ［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、従来の磁気ディスク用ガラス基板が
有していた前述の欠点、即ち上記ガラス基板を使用する
ことにより作製した磁気ディスクが摩擦摩耗特性、耐コ
ロージョン特性及び良好な磁気特性の全てを同時に満た
すことが困難であるという欠点を解消しようとするもの
である。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたもので
あり、表面に微細な凹凸が形成され、かつ該凹凸の凸部
の頂部が丸味を帯びていることを特徴とする磁気ディス
ク用ガラス基板を提供するものである。 また、本発明はガラス表面に化学的エッチング処理を
施すことにより凹凸をもつ表面を形成し、次いで凹凸を
もつ該表面に機械的研磨処理を施す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を提供するものであ
る。 第１図は本発明の磁気ディスク用ガラス基板の表面粗
さの一例を示す断面説明図であり、第２図は本発明の適
用例を示すものであり、ガラス表面に化学的エッチング
処理により凹凸形成の後機械的研磨処理を施す前の段階
にある中間工程品の表面粗さの断面説明図である。 発明者らはこれまでの研究の結果、磁気ディスクの基
板にガラスを使用した場合に生じる問題点を整理して、
次のごとき見解を得た。 （１） 磁性膜の示す磁気特性は、基板が平滑なほど良
く、特に薄膜メディアで高密度記録化を計る場合にモジ
ュレーションやビットシフトの改善を計るには基板の表
面粗さの最大高さR_maxが小さい方がよい（R_max及び基準
長さはJISB 0601による）。 （２） ガラス基板にマイクロクラック或いは目でみえ
る傷があると、その部分はメディア形成後の高温多湿試
験でコロージョンを生成し易い。 （３） 摩擦特性の一指標であるスティクション特性
（静止摩擦係数で評価する）はヘッドとメディアとの接
触面積が小さいほどよく、従ってメディアの表面は極力
粗であることが好ましい。 （４） ヘッドをメディアに押しつけながらメディアを
回転させて摩擦係数の変化をみるCSS特性ではヘッドと
メディアの接触面積が或る程度大きい方がよく、小さす
ぎても大きすぎてもCSS特性は悪化する。 さて、基板がアルミニウム合金の場合には、非金属化
合物や粗大金属間化合物などが基板表面に存在すると、
薄膜メディアの場合にミッシングビットやエキストラビ
ットエラーとなるが、ガラスは材質的には均質性が高く
このような問題がない代りに、塑性流動をし難いことか
ら機械的研磨によってマイクロクラックを発生し易く、
前掲（２）のコロージョンの問題を生じる。これを防ぐ
ために発明されたのが、発明者らの提案になる特願昭61
-239249号あるいは特願昭61-305421号等の方法であり、
ガラス表面にフッ化物系の溶液或いは蒸気を作用させ
て、ガラス表面に面内方向で方向性を有しない微細な凹
凸を化学的に形成する方法である。フッ化物系の溶液と
しては例えばフッ酸またはフッ酸とフッ化カリウムを含
む水溶液が挙げられ、蒸気としては例えばフッ化水素の
蒸気が挙げられる。この方法は、薬剤を使用してガラス
の表面に凹凸を形成する方法であることから本明細書に
は化学的エッチング処理と称している。 化学的エッチング処理を施された基板は、製造の条件
を適当に選択することにより、微視的にみて高さの不揃
いな微小な突起が林立した形状を呈している。この形状
としては概ね第１図に例示するような断面を示すもの
と、製造条件あるいは基板の材質等によって、概ね第２
図に例示するような角ばった形状を示すものがある。第
１図においてＡ部分は丸味を帯びた凹凸の頂部であり、
第２図においてＢ部分は角ばった尖った凹凸の頂部を示
す。これらの形状を示す基板は、前掲（３）のスティク
ション特性は殆んど問題とならない程度に良好である。
しかもこの凹凸の高さは、化学的エッチングの処理時間
を変えるだけで、最大高さR_maxを50〜1000Åの間の任意
の高さに調節することができ、従って（１）の磁気特性
が良好な山の高さ、即ちR_maxで約400Å以下に揃えるこ
とが容易である。 化学的エッチング処理を施す前の基板は、磁気ディス
クに要求される厳しい平坦性、無傷性を実現するため、
両面は精密研磨仕上げがなされているのが普通である
が、このときガラスの表面には目にみえない微細なマイ
クロクラックが形作られていると考えられる。しかるに
これらクラックは、化学的エッチングで珪酸塩構造SiO₂
がSiF₄或いはH₂SiF₆等の形で系外に除去されるときに、
特に目立つようなグルーブやエッチピットを形成しない
まま除去されてゆき、結果的にはマイクロクラックに起
因すると思われるような前記（２）のコロージョンが発
生しないことが見出された。 最後に前掲（４）のCSS特性であるが、回転中のメデ
ィアの表面に一定の荷重条件でヘッドを摺動させるCSS
テストは、ヘッドとメディアとの摩擦力の時間変化をみ
るものであるから、ヘッドとメディアの接触面積が小さ
すぎると、メディア上の突起が集中された荷重によって
擦傷されて、潤滑剤及び保護膜が削り取られ、遂にはヘ
ッドが直接に磁性膜に接触するようになる。この段階に
至ったメディアは、急激に摩擦係数の増大、即ちCSSテ
ストの劣化をもたらす。化学的エッチング処理により形
成された基板凹凸は、微視的には突起の高さが不揃い
で、通常はヘッドのスライダー面と数点から数十点でし
か接触しないと考えられ、上述の機構によってCSSテス
トで悪い結果をもたらす例が多い。ところが化学的エッ
チング処理によって作製したガラスディスクの中には、
３万回のCSSテスト後も摩擦係数が0.5以下のものもあ
り、その表面を詳しく調査してみると、断面の形状が第
１図のように丸味を帯びたものであった。一方で一千回
以下のCSSテストで摩擦係数が0.5を超えてしまうディス
クの基板の表面は、断面の形状が第２図のように角張っ
ていた。本発明者らの実験によれば、特に大きな影響を
与えるのは基板の表面状態で、研磨した直後のディスク
を用いて行う化学的エッチング処理によっては同一条件
で得たメディアのCSSテストの結果が安定しているもの
の、研磨して日数を経過したディスクを用いると、同一
製造条件で作製したサンプルのCSSテストの結果にバラ
ツキが見られた。化学的エッチング処理は、処理前のガ
ラスの表面状態によって形成してくる凹凸の形状が敏感
に左右されることはむしろ当然な結果といえるが、実生
産ラインを考えた場合はこのような変動は好ましくな
い。 本発明者らは化学的エッチング処理を行った基板であ
って、形成した凹凸の断面の形状が第２図のように角張
っているものを、パッドを張った両面研磨機で弱い荷重
を加えつつ僅かに研磨した。この結果得られた凹凸の断
面の形状を拡大して観察すると、第１図のような丸味を
帯びたものになっていた。機械的に研磨する量は、突起
の頂部を僅かに削りこむ程度でよい。本発明者らの研究
によれば、両面研磨機に供給する砥粒は、CeO₂，ZrO₂ま
たはコロイダルシリカの平均直径10μｍ以下のものを使
用するときに良好な結果が得られた。すなわち、SiO,Al
₂O₃，ダイヤ等の粗い砥粒を用いない限りこの研磨処理
によって深いマイクロクラックは発生せず、コロージョ
ンの原因となる心配はない。 一方で本発明者らの研究結果によれば基板の表面に形
成される凹凸は、磁気ディスクに要求される磁気特性を
充足するために、R_maxが基準長さ250μｍにおいて1000
Å以下であることを必要とする。ここに磁気特性とは、
モジュレーションエラー、ミッシングビット、ビットシ
フト、S/N比等をいうが、これらの磁気特性は一般に、C
SS特性と静止摩擦特性を悪化させない範囲で、基板が平
滑な方が良好になる。また、一方、基板が平滑に過ぎる
と上述のスティクション特性が悪化する。本発明者らの
研究結果によれば、R_maxは基準長さ50μｍにおいて50Å
以上を必要とする。上記凹凸は基板のほぼ全面にわたっ
てほぼ一様に形成されているが、本発明の目的の達成に
支障のない範囲で、基板表面に凹凸の形成されていない
部分があってもよい。 従って基板に適当な凹凸は、後述（実施例）の表面粗
さの測定方法を用いた場合にR_maxが基準長さ50μｍにお
いて50Å以上であり、基準長さ250μｍにおいて1000Å
以下であることが必要であるが、より好ましくは上記各
基準長さにおいて50Å以上700Å以下、更に好ましくは1
00Å以上400Å以下であることが望ましい。 ［作用］ 本発明において、機械的研磨処理は化学的エッチング
処理により形成された表面突起の形状に丸味をつけた
り、高すぎる突起の高さを減らすので、磁気ヘッドとの
接触面積が増して各々の突起への荷重が低下・平均化さ
れる。そのため特定の突起上の磁性膜・保護膜が特に損
傷を受けるようなことは無くなりCSS特性の著しい向上
がもたらされたものと考えられる。 本発明における表面にほぼ一様に設けられた微細な凹
凸の凸部の頂部が丸味を帯びているガラス基板を用いた
磁気記録媒体においても、上記の作用が働いているもの
と考えられる。 ［実施例］ 5 1/4インチサイズのソーダライムガラス素板を中性
洗剤で洗浄し、イオン交換水で水洗した後乾燥した。こ
の素板を3Nのフッ化カリウムと10Nのフッ酸を含む水溶
液を用いて化学エッチング処理し、該素板表面に凹凸を
形成させた。形成された凹凸は、半径2.5μｍの触針を
有する表面粗さ計で、針荷重25mg、走査速度50μm/分で
測定したところ最大粗さR_maxが基準長さ250μｍにおい
て800Å以下であり、基準長さ50μｍにおいて110Å以上
であってその走査電子顕微鏡によるプロフィルはおよそ
第２図の如くで、凹凸の頂部は尖っていた。その後、両
面研磨機に平均粒径２μｍのCeO₂スラリーを供給して該
ガラス基板の表面に機械的研磨処理（ポリッシング）を
施し、表面の凹凸を測定したところR_maxは基準長さ250
μｍにおいて400Å以下であり基準長さ50μｍにおいて9
0Å以上であって、その走査電子顕微鏡によるプロフィ
ルはおよそ第１図の通りで凹凸の頂部は丸味を帯びてい
た。 上記の素板に化学的エッチング処理を施して得られた
基板および化学的エッチング処理にさらに機械的研磨処
理を施して得られた基板について、基板上にスパッタ法
によりCo系磁性膜を形成し、更にその上にカーボン保護
膜を形成して記録媒体を作成した（以下この記録媒体を
ガラス記録媒体と云う）。第１表にこれらのガラス記録
媒体のCSS特性、ヘッドスティック性およびS/N比の評価
結果を示した。 第１表より化学的エッチングをした後、ポリッシング
したガラス記録媒体は、化学的エッチング処理のみのガ
ラス記録媒体よりもCSS特性、ヘッドスティック性、S/N
比などの磁性特性のいずれの点でも優れていた。 ここでCSS特性では、ガラス基板の中心から30mmの位
置にヘッドを接触させ、ガラス基板を3600r.p.m.にて回
転させ、２万回回転させた後のヘッドとガラスの静止摩
擦係数を測定する方法を用いた。また、ヘッドスティッ
ク性とはヘッドをガラス基板の中心から30mmの位置で接
触させガラス基板が回転したときの初期静止摩擦係数を
測定する方法によった。 ［発明の効果］ 本発明のガラス基板を用いた磁気記録媒体はCSS特
性、ヘッドスティック性、S/N比など磁気特性が優れて
いる。 また、化学的エッチング処理を行った場合、ガラス表
面の凹凸の形状が、良好なCSS特性、ヘッドスティック
性磁気特性をもたらすようにするには、エッチング液や
エッチング蒸気の組成、温度、ガラスとエッチング液や
蒸気の接触時間などのエッチング条件によって制約され
るのに対して、本発明における化学的エッチング処理で
ガラス表面に凹凸をつけた後、該ガラス表面をポリッシ
ングして最大高さR_maxが基準長さ50μｍにおいて50Å以
上であり基準長さ250μｍにおいて1000Å以下であるよ
うに製造されたガラス基板は、化学的エッチング条件に
さほど制約されず、機械的にポリッシングする為にガラ
ス表面の凹凸の形状を制御するのが容易であり、ポリッ
シングをしない化学的エッチング処理を施したガラスを
使用したガラス記録媒体よりもCSS特性、ヘッドスティ
ック性、S/N比など磁気特性において良好な性能とばら
つきが少ないなど高い信頼性が得られる。またCSS特
性、ヘッドスティック性の向上によってヘッドの浮上高
さを更に小さくすることができる。 さらにまた、機械的研磨処理は基板の段階における一
種のバーニッシングであって、基板表面に存在するかも
知れない汚れやすい傷（微小突起）を除外する効果も期
待でき、ヘッドの低浮上化、従って記録密度の増大を計
るにあたってドライブ組立メーカーの基板に対する信頼
感を増大させる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明により得られるガラス基板の表面凹凸
の基板主面に垂直な断面図で、第２図は、化学的エッチ
ング処理後のガラス基板の表面凹凸の基板主面に垂直な
断面図である。 Ａ……丸味を帯びた凹凸の頂部 Ｂ……尖った凹凸の頂部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ガラス表面に化学的エッチング処理を施すことによ
   り凹凸をもつ表面を形成し、次いで凹凸をもつ該表面に
   機械的研磨処理を施し、凹凸の凸部の頂部が丸味を帯び
   させる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。 ２．前記化学的エッチング処理が、フッ素化合物を含有
   する水溶液をガラス表面に接触させる処理であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気ディスク用
   ガラス基板の製造方法。 ３．前記化学的エッチング処理が、フッ化水素を含有す
   る気体をガラス表面に接触させる処理であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の磁気ディスク用ガラ
   ス基板の製造方法。 ４．ガラス表面に化学的エッチング処理を施すことによ
   り凹凸をもつ表面を形成し、次いで凹凸をもつ該表面に
   機械的研磨処理を施し、磁気ディスク用ガラス基板の表
   面に形成された微細な凹凸の表面粗さの最大高さ
   （R_max）が、基準長さ250μｍにおいて1000Å以下であ
   り、かつ基準長さ50μｍにおいて50Å以上であり、さら
   に該凹凸の凸部の頂部に丸味を帯びていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の磁気ディスク用ガラス
   基板の製造方法。