JP3848643B2

JP3848643B2 - ラップ定盤製造装置

Info

Publication number: JP3848643B2
Application number: JP2003285964A
Authority: JP
Inventors: 徹中澤; 富美昭羽賀
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: JP2005052928A

Description

本発明は、ラップ定盤の製造装置に関するものである。

浮上式磁気ヘッドは、磁気記録媒体から浮上しつつ、磁気記録媒体に対して情報の記録及び再生を行うものである。一般に浮上式磁気ヘッドは、磁気記録媒体の移動の際に生ずる気流によって浮上し、磁気記録媒体の停止により再び磁気記録媒体上に載置するいわゆるＣＳＳ方式に基づいて動作する。浮上式磁気ヘッドの磁気記録媒体と対向する面は、一般にＡＢＳ面(Air Bearing Surface)と呼ばれ、浮上式磁気ヘッドの浮上量はこのＡＢＳ面の表面粗さに大きく影響する。従って、浮上式磁気ヘッドの製造工程では、ＡＢＳ面の表面加工が重要な工程となる。ＡＢＳ面の表面加工の手段としては、下記特許文献１に記載されているように、ラップ定盤を用いたラップ加工が知られている。

従来からラップ定盤として、錫からなる円板の表面にダイヤモンド砥粒を埋め込んで固定させた研磨面としたものが用いられている。ラップ定盤にダイヤモンド砥粒を固定した状態でラップ加工を繰り返し行うと、徐々に砥粒が摩耗して加工量が低下するため、定期的にダイヤモンド砥粒を研磨面に固定する作業を行う必要がある。研磨面にダイヤモンド砥粒を固定させる手段としては、砥粒を含んだ研磨液を研磨面上に滴下しつつ、埋め込み用の冶具を研磨面上で摺動させることにより、冶具によって砥粒を研磨面にくい込ませる手段がとられている。
特開２００１−１０１６３４号公報

しかし、従来のダイヤモンド砥粒の固定方法では、ラップ定盤の研磨面に充分な量のダイヤモンド砥粒を固定することが難しく、研磨面の単位面積当たりの砥粒数が少ないため、砥粒の摩耗が激しく、ダイヤモンド砥粒の固定作業を頻繁に行う必要があった。また、ダイヤモンド砥粒の固定作業に長時間を要するという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、研磨面の単位面積当たりの砥粒の数を増やすことにより、長時間に渡ってラップ加工が可能で、砥粒の固定作業の作業時間を短縮することが可能なラップ定盤の製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のラップ定盤製造装置は、定盤と、該定盤を回転駆動する駆動手段と、砥粒を含む砥液を前記定盤の上面に供給する砥液供給手段と、前記定盤の上面に対向配置されて超音波振動する振動面を有する固定用冶具と、前記固定用冶具に内蔵されて前記振動面を超音波振動させる超音波振動発生手段とを具備してなり、前記固定用治具が、前記定盤と対向する前記振動面を有するドーナッツ状の振動体と、前記振動体に重ねられたプレートと、前記プレートの中央に載置された超音波振動装置と、前記プレートの周辺部に重ねられた管状の荷重材とから構成されていることを特徴とする。
また、本発明のラップ定盤製造装置は、定盤と、該定盤を回転駆動する駆動手段と、砥粒を含む砥液を前記定盤の上面に供給する砥液供給手段と、前記定盤の上面に対向配置されて超音波振動する振動面を有する固定用冶具と、前記固定用冶具に内蔵されて前記振動面を超音波振動させる超音波振動発生手段とを具備してなり、前記固定用治具が、前記定盤と対向する前記振動面を有するドーナッツ状の振動体と、前記振動体に重ねられたプレートと、前記プレートの周辺部に沿って載置された複数の超音波振動装置と、前記プレートの周辺部に重ねられた管状の荷重材とから構成されていることを特徴とする。

上記のラップ定盤製造装置によれば、定盤を回転駆動させつつ振動面を超音波振動させることで、振動面と定盤の上面との間に砥粒が入り込み、固定用冶具の自重により砥粒が上面に埋め込まれる。更に、振動面の振動が砥粒に伝わり、砥粒が上面に効率よく埋め込まれる。

また、本発明のラップ定盤製造装置においては、前記振動面における超音波振動の振幅量が０．０１μｍ以上であることが好ましい。この構成により、振動面の振動が砥粒に十分に伝わり、砥粒が上面に効率よく埋め込まれる。

尚、本発明において、「定盤」とは、砥粒が一度も埋め込まれていない状態の定盤に加えて、砥粒が既に埋め込まれているが砥粒が摩耗して加工量が低下した状態のラップ定盤を含むものとする。また、「ラップ定盤」とは、砥粒が埋め込まれており、加工量も充分な状態のラップ定盤を指すものとする。
また、本発明においては、砥粒としてはダイヤモンド砥粒を用いることが好ましい。

本発明のラップ定盤製造装置によれば、定盤の回転駆動及び振動面の振動により、砥粒が上面に効率よく埋め込まれるので、研磨面の単位面積当たりの砥粒の密度を向上させることができる。これにより、砥粒の摩耗スピードが小さくなり、長寿命なラップ定盤が得られる。特に、前記振動面における超音波振動の振幅量を０．０１μｍ以上とすることで、研磨面の単位面積当たりの砥粒の密度を大幅に向上できる。
また、超音波振動によって砥粒が効率よく埋め込まれるので、砥粒の固定に要する時間を短縮することができ、ラップ加工の作業効率を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１には本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置の斜視図であり、図２はラップ定盤製造装置の要部を示す斜視図であり、図３はラップ定盤製造装置の要部を示す断面図である。また、図４は固定用冶具の要部を示す斜視図であり、図５は固定用冶具の他の例を示す斜視図である。更に図６は、加工用冶具を示す図である。尚、これら図１〜図６は、ラップ定盤製造装置を説明するためのものであって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のラップ定盤製造装置の寸法関係とは必ずしも一致するものではない。

図１に示すように、本実施形態のラップ定盤製造装置１は、テーブルＴの上に備えられた定盤２と、定盤２を回転駆動する駆動手段１７と、砥粒を含む砥液を定盤２の上面２ａに供給する砥液供給手段１６と、定盤２の上面２ａに載置された固定用冶具１５と、固定用冶具１５に内蔵された図示略の超音波振動発生手段とを主体として構成されている。
また、ラップ定盤製造装置１には、定盤２の上に設けられて浮上式磁気ヘッドのラップ加工に用いられる加工用治具３と、加工用冶具３を揺動するための揺動手段１０と、定盤２の背後側に立設された制御盤Ｓと、この制御盤Ｓに支持された揺動板１１とが備えられている。

定盤２は、図１に示すように、その形状が略円盤状とされ、その上面２ａが凹曲面状に形成されている。また、上面２ａは定盤２の中央に向けて下方に傾斜している。更に、定盤２は、例えば錫などの金属材料で構成されている。
また、駆動手段１７は、ラップ定盤２を回転駆動させるものであればどのようなものであっても良く、例えば、図１に示すように定盤２の中央に連結され、定盤２を矢印Ａ方向に回転させるモータ７を例示できる。

砥液供給手段１６は、定盤２の上面２ａに向けて砥液を供給するものであり、例えば、図１及び図２に示すように、砥液噴出ノズル１６ｂと、砥液タンク１６ｃと、砥液噴出ノズル１６ｂと砥液タンク１６ｃとの間に設けられて砥液の供給量を調整するための流量ポンプ１６ｄとから構成される砥液供給装置１６ａを例示できる。また砥液としては、例えばダイヤモンド砥粒（砥粒）を含むものを例示できる。ダイヤモンド砥粒としては、平均粒径が１／２０〜１μｍのものを用いることが好ましい。

固定用冶具１５には、図１〜図４に示すように、定盤２の上面に対向配置されたドーナッツ状の振動体４０と、振動体４０に重ねられたプレート４１と、プレート４１のほぼ中央に載置された超音波振動装置５１と、超音波振動装置５１を囲む中空管状の荷重材４２とから構成されている。振動体４０の定盤２と対向する面が振動面１５ａとされている。振動体４０は厚みが１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の金属材やセラミックス等からなり、プレート４１は厚みが３ｍｍ〜２０ｍｍの金属板やセラミックス等からなる。固定用冶具１５は、振動面１５ａを定盤２の上面２ａに向けた状態で載置されており、固定用冶具１５の自重による荷重を定盤２にかけている。

また図２に示すように、超音波振動装置５１には超音波発振器５２が接続されており、超音波振動装置５１と超音波発振器５２とによって超音波振動発生手段５０が構成されている。超音波振動装置５１としては例えばランジュバン型超音波振動装置を例示できる。

上記構成により、固定用冶具１５は、超音波発振器５２によって超音波振動装置５１から超音波振動が発せられると、超音波振動がプレート４１及び振動体４０を伝わって振動面１５ａに達し、振動面１５ａが振幅するように構成されている。

超音波振動装置５１の出力は３０〜１００Ｗ程度がよい。また、超音波振動装置５１における超音波振動の振幅幅を３〜４μｍ程度とし、振動面１５ａにおける振幅を０．０１μｍ以上にすることが好ましい。尚、振幅量の管理は、レーザードップラーバイブロメータなどを用いることが好ましい。

振動面１５ａにおける振幅量が０．０１μｍ未満だと、砥粒を定盤２の上面２ａに充分に埋め込ませることができないので好ましくない。また、超音波振動装置５１の出力を上げれば振動面１５ａの振幅が増加するが、振幅が０．０５μｍ近くになると砥粒の埋め込みの効果が飽和するので、それ以上出力を上げることはエネルギーの無駄になる。

また、図５に示すように、超音波振動装置５１は一つに限らず、小型の複数の超音波振動装置１５１…をプレート４１上に載置しても良い。

加工用冶具３は、図１及び図６Ａに示すように、円柱状であってその上面が凸曲面６とされている。凸曲面６には、バー２１、２１が平行かつ離間されて２本取り付けられている。バー２１は、浮上式磁気ヘッドのスライダの材料からなるウエハの一面に、多数の磁気ヘッド素子を薄膜形成技術等を用いて形成した後に、ウエハーの一部を切り出して略直方体としたものである。バー２１、２１は、図６Ｂに示すように、側壁面２３に複数の磁気ヘッド素子２９…が一列に連なって配置されるようにウエハーから切り出されたものである。バー２１、２１の側壁面２３に隣接する上面（被加工面）２４は、最終的に得られる浮上式磁気ヘッドのＡＢＳ面となる。バー２１、２１は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上面２４を上にして、バー２１、２１の長手方向に沿って弧状に変形されて加工用治具３に取り付けられている。また、バー２１、２１と凸曲面６との間には、弾性シート３０が介在されている。

揺動手段１０は、制御盤Ｓの前面側に設けられた揺動板１１と、揺動板１１の前面上部に設けられた凸部１２と、凸部１２から下方に突出する左右一対の荷重棒１３、１３と、荷重棒１３、１３に吊り下げて設けられた荷重ブロック１４とからなる。
揺動板１１の背面側には支持面１９が設けられ、支持面１９の定盤２側の前面には、図示略の揺動機構が備えられており、この揺動機構によって揺動板１１が図１中左右方向に揺動できるように構成されている。

そして、図１に示すように、加工用冶具３の凸曲面６が定盤２と対向するように荷重ブロック１４に取り付けられ、荷重棒１３、１３に内蔵された図示しない弾性材により定盤２に向けて治具３が付勢されている。

次に、上記構成のラップ定盤製造装置を用いて、ラップ定盤を製造する方法及び浮上式磁気ヘッドのＡＢＳ面の加工方法について説明する。

まず、図１及び図７Ａに示すように、錫製の定盤２をラップ定盤製造装置１に取り付けるとともに、定盤２上に固定用冶具１５を載置する。
次に、図１及び図７Ｂに示すように、駆動手段１７（モータ７）により定盤２を図１中矢印Ａ方向に回転駆動しつつ、砥液噴出ノズル１６ｂから定盤２の上面２ａに砥液６０を噴出させる。定盤２が回転駆動されると、固定用冶具１５が上面２ａ上で図１中矢印Ｂ方向に回転する。また、固定用冶具１５の振動面１５ａと定盤２の上面２ａとの間に砥液６０が入り込む。

次に、超音波発振器５２によって超音波振動装置５１から超音波振動を発生させる。発生した超音波振動は、図７Ｃに示すように、プレート４１及び振動体４０を伝わって振動面１５ａに達し、振動面１５ａが振幅する。超音波振動装置５１の出力を３０〜１００Ｗ程度にすると、超音波振動装置５１における超音波振動の振幅幅が３〜４μｍ程度となり、振動面１５ａにおける振幅が０．０１μｍ以上になる。

振動面１５ａにおける超音波振動は、砥液６０の溶媒を伝搬して砥粒６１に伝えられる。更に、砥粒６１には、固定用冶具１５の自重が加わり、砥粒６１自体が定盤２の上面２ａに押し付けられる。
そして、定盤２の回転駆動及び砥液６０の供給並びに超音波振動の印加を３０分〜９０分程度続けることで、図７Ｄに示すように、定盤２の上面２ａに砥粒６１が埋め込まれる。即ち、振動面１５ａと定盤２の上面２ａとの間に砥粒６１が入り込み、固定用冶具１５の自重により砥粒６１が上面２ａに埋め込まれる。また、振動面１５ａの振動が砥粒６１に伝わり、砥粒６１が上面２ａに効率よく埋め込まれる。

このようにして、定盤２の上面２ａに砥粒が埋め込まれて研磨面２ｂが形成され、ラップ定盤が形成される。図８には、研磨面形成後のラップ定盤の断面模式図を示す。図８に示すように、研磨面２ｂには、多数のダイヤモンド砥粒６１が埋め込まれている。こうして形成された研磨面２ｂにおいては、砥粒６１の密度が、一辺が１０マイクロメートル四方の矩形領域内における砥粒の数で表した場合に５００個以上となる。この砥粒の密度は、超音波振動を印加しない場合には決して得られるものではない。このように高密度で砥粒６１が固定された研磨面２ｂを有する本発明に係るラップ定盤は、砥粒の摩耗量が少なく、ラップ定盤の寿命を長くすることができる。

次に、得られたラップ定盤を用いて、浮上式磁気ヘッドのＡＢＳ面をラップ加工する。
まず、ラップ定盤２を回転させ、加工用治具３に取り付けられたバー２１、２１をラップ定盤の研磨面２ｂに押し当てる。次に、揺動手段１０を駆動させて、加工用治具３をラップ定盤２の回転方向の直交方向に揺動させて、バー２１、２１の上面（被加工面）２４と研磨面２ｂとを互いに摺動させて、バー２１、２１の上面２４、２４にラップ処理を施す。

このようにして、ラップ処理後のバー２１、２１の上面（被加工面）２４、２４は、図９Ａに示すように、バー２１の短手方向に向けて凸の凸曲面となる。このバー２１を長手方向に対して等間隔に切断することにより、浮上式磁気ヘッド２６が得られる（図９Ｂ）。この浮上式磁気ヘッド２６のＡＢＳ面２７は、バー２１の上面（被加工面）２４であり、浮上面２７には加工面４と同一の曲率半径のクラウン２８が形成される。

バー２１のラップ加工を繰り返し行うと、次第に研磨面２ｂのダイヤモンド砥粒が摩耗し、単位時間当たりのラップ加工量が徐々に低下する。ラップ加工量がある設定値以下になった時点で、ラップ定盤の寿命が尽きたと判断する。寿命が尽きたラップ定盤に対しては、再度、砥液の供給と固定用冶具による超音波振動の印加を行い、ダイヤモンド砥粒を再固定してラップ定盤を再生する。

高密度で砥粒６１が固定された研磨面２ｂを有する本発明に係るラップ定盤は、砥粒の摩耗量が少なく、ラップ定盤の寿命を長くすることができる。また、ダイヤモンド砥粒の再固定化によるラップ定盤の再生の回数を減らすことができ、ＡＢＳ面のラップ加工を効率よく行うことができる。

また、上記のラップ定盤製造装置１及びラップ定盤の製造方法によれば、定盤２の回転駆動及び振動面１５ａの振動により、砥粒６１が上面２ａに効率よく埋め込まれるので、研磨面２ｂの単位面積当たりの砥粒の密度を向上させることができる。これにより、砥粒６１の摩耗が少なく、長寿命なラップ定盤が得られる。特に、振動面１５ａにおける超音波振動の振幅量を０．０１μｍ以上とすることで、研磨面２ｂの単位面積当たりの砥粒の密度を大幅に向上できる。
また、超音波振動によって砥粒６１が効率よく埋め込まれるので、砥粒６１の固定に要する時間を短縮することができ、ラップ加工の作業効率を高めることができる。

錫製の定盤２を図１に示すラップ定盤製造装置１に取り付けるとともに、定盤２上に図１〜図４に示したものと同一構成の固定用冶具１５を載置した。次に、定盤２を図１中矢印Ａ方向に回転駆動しつつ、砥液噴出ノズル１６ｂから定盤２の上面２ａに平均粒径１／１５μｍのダイヤモンド砥粒を含む砥液を噴出させた。次に、超音波振動装置により超音波振動を発生させ、振動面における振幅を０．０１μｍ以上に調整した状態で、定盤２を更に回転駆動させた。このようにして、定盤の上面にダイヤモンド砥粒を埋め込ませて固定させた。このようにして実験例１のラップ定盤を製造した。

また、超音波振動を印加しなかったこと以外は上記実験例１と同様にして砥粒の固定化を行い、実験例２のラップ定盤を製造した。

得られた実験例１及び比較例１のラップ定盤について、研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。図１０及び図１１に、ＳＥＭ写真を示す。図１０Ａ及び図１１Ａは５０００倍の拡大像であり、図１０Ｂ及び図１１Ｂは３００００倍の拡大像である。図１０及び図１１に示すように、実験例１のラップ定盤には、実験例２の場合よりも砥粒が多く固定されていることが分かる。また、研磨面の砥粒密度を、一辺が１０マイクロメートル四方の矩形領域内における砥粒の数で表すと、実験例１では１４００個となり、実験例２では３５０個となり、実験例１のラップ定盤の砥粒密度が極めて高いことが分かる。

次に、実験例１及び実験例２のラップ定盤を用いて、浮上式磁気ヘッドのＡＢＳ面のラップ加工を行った。図６に示したものと同一構成のバーを加工用冶具に取り付けて、ＡＢＳ面のラップ加工を行った。ラップ加工の加工量が設定値以下になった時点でラップ定盤の寿命が尽きたと判断し、ダイヤモンド砥粒の固定化を再度行ってラップ定盤を再生してからラップ加工を続行した。このようにして、ラップ加工と砥粒の固定化の作業を繰り返し行った。

ラップ定盤の寿命が尽きるまでにラップ加工できたバーの平均個数を計測するとともに、砥粒の固定化に要した平均時間を計測した。
その結果、実験例１のラップ定盤では、ラップ定盤の寿命が尽きるまでに４８バッチのバーの加工が可能であったのに対し、実験例２では２７バッチしか加工できなかった。また、実験例１のラップ定盤では砥粒の固定化に６０分間を要したのに対し、実験例２では９０分間を要した。

以上のように、実験例１のラップ定盤は、砥粒密度が高いために、ラップ加工による砥粒の摩耗量が少なくなってラップ定盤の寿命が延びたものと考えられる。また、実験例１のラップ定盤では、超音波振動を印加しつつ砥粒の固定化を行ったので、効率よく砥粒がラップ定盤に埋め込まれて固定化に要する時間が短縮されたものと考えられる。

本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置を示す斜視図。本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置の要部を示す斜視図。本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置の要部を示す断面図。本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置を構成する固定用冶具の要部を示す斜視図。本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置を構成するその他の固定用冶具の要部を示す斜視図。図６は、加工用冶具を示す図である。本発明の実施形態であるラップ定盤製造装置に備えられた加工用冶具を示す図であって、Ａが斜視図であり、Ｂが側面図。本発明の実施形態であるラップ定盤の製造方法を説明するための工程図。本発明の実施形態であるラップ定盤を示す断面図。浮上式磁気ヘッドのＡＢＳ面のラップ加工工程を説明するための工程図。実験例１のラップ定盤の研磨面のＳＥＭ写真。実験例２のラップ定盤の研磨面のＳＥＭ写真。

符号の説明

１…ラップ定盤製造装置、２…定盤、２ａ…上面、２ｂ…研磨面、１５…固定用冶具、１５ａ…振動面、１６…砥液供給手段、１７…駆動手段、４０…振動体、４１…プレート、４２…荷重材、５０…超音波振動発生手段、５１…超音波振動装置、６０…砥液、６１…砥粒

Claims

定盤と、該定盤を回転駆動する駆動手段と、砥粒を含む砥液を前記定盤の上面に供給する砥液供給手段と、前記定盤の上面に対向配置されて超音波振動する振動面を有する固定用冶具と、前記固定用冶具に内蔵されて前記振動面を超音波振動させる超音波振動発生手段とを具備してなり、
前記固定用治具が、前記定盤と対向する前記振動面を有するドーナッツ状の振動体と、前記振動体に重ねられたプレートと、前記プレートの中央に載置された超音波振動装置と、前記プレートの周辺部に重ねられた管状の荷重材とから構成されていることを特徴とするラップ定盤製造装置。
定盤と、該定盤を回転駆動する駆動手段と、砥粒を含む砥液を前記定盤の上面に供給する砥液供給手段と、前記定盤の上面に対向配置されて超音波振動する振動面を有する固定用冶具と、前記固定用冶具に内蔵されて前記振動面を超音波振動させる超音波振動発生手段とを具備してなり、
前記固定用治具が、前記定盤と対向する前記振動面を有するドーナッツ状の振動体と、前記振動体に重ねられたプレートと、前記プレートの周辺部に沿って載置された複数の超音波振動装置と、前記プレートの周辺部に重ねられた管状の荷重材とから構成されていることを特徴とするラップ定盤製造装置。