JP4134925B2

JP4134925B2 - 情報記録媒体用ガラス基板の製造方法

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Publication number: JP4134925B2
Application number: JP2004080069A
Authority: JP
Inventors: 登史晴森; 要介山口; 慎治坂井
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005267769A

Description

本発明は内周端面および外周端面の少なくとも一方を面取り形状とした情報記録媒体用ガラス基板（以下、単に「ガラス基板」と記すことがある）の製造方法に関するものである。

大量の情報を高速に書き込み及び読み出しできる情報記録媒体として、いわゆるハードディスクが用いられている。このハードディスクの基板として、平滑性や硬度などに優れるガラス基板が従来のアルミニウム基板に代わって近年広く使用されるようになってきている。このようなガラス基板の従来の製造工程を図５に示す（例えば特許文献１）。

まず、ガラス素材を溶融し（ガラス溶融工程）、溶融ガラスを下型に流し込み、上型によってプレス成形する（プレス成形工程）。プレス成形工程においては一般に、図６に示すような方法が採用されている。同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、平面形状を有する成形面を備えた上型１１および下型１２によって、溶融ガラス３を所定厚みにプレス成形する。ここで、ガラス基板の外径を規制するためのリング状外径規制枠を上型・下型間に介設し、成形されるガラス基板前駆体１３の外径を規制してもよい。

そしてプレス成形されたガラス基板前駆体１３は結晶化またはアニ−ルされ、冷却される（結晶化工程またはアニール工程）。冷却されたガラス基板前駆体１３は、必要によりコアドリル等で中心部に孔が開けられる（コアリング工程）。そして、第１ラッピング工程において、ガラス基板の両表面が研削加工され、ガラス基板の全体形状、すなわちガラス基板の平行度、平坦度および厚みが予備調整される。次に、ガラス基板の外周端面および内周端面が研削され面取りされて、ガラス基板の外径寸法および真円度、孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度が微調整された後（内・外径精密加工工程）、ガラス基板の外周端面および内周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される（端面研磨加工工程）。次に、ガラス基板の両表面が再び研削加工されて、ガラス基板の平行度、平坦度および厚みが微調整される（第２ラッピング工程）。そしてガラス基板の両表面が研磨加工され、表面の凹凸が均一にされる（ポリッシング工程）。ガラス基板の両表面は必要により粒度の異なる研磨材を用いてさらに研磨加工される（第２ポリッシング工程）。そして最後に、ガラス基板は洗浄および検査され、ハードディスク用のガラス基板として出荷される。
特開２００３−６３８３１号公報（（０００２）〜（０００４）段、図６）

このように従来の方法では、例えば内・外周端面の加工に研削と研磨という２工程が必要であり、全体的に製造工程数が多く煩雑で製造効率が悪かった。また、ハードディスク基板を搭載する機器の小型・軽量化に伴って、ガラス基板の小径化が進みつつあるところ、小径のガラス基板を製造するには、例えば中央孔を空けるコアドリルを小径のものにしなければならない等、従来に比べ製造治具が小さくなるため作業が難しくなり、従来の同じ製造工程では製造効率が不可避的に低下する。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものでり、その目的とするところは、中央孔を有し、内周端面および外周端面を面取り形状とした情報記録媒体用ガラス基板の製造方法において、製造工程数を少なくし、小径のガラス基板であっても高い効率で製造できるようにすることにある。

本発明者等は前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、金型成形による成形体の寸法精度は高く、また金型成形による成形体の表面性状は、研磨した場合のそれと同程度以上であるとの知見を得、プレス成形によって最終形状にできるだけ近い形状にするのがよいとの着想に基づき本発明をなすに至った。

すなわち、本発明に係る情報記録媒体用ガラス基板の製造方法は、円柱状の穴の底面中央に円柱体が垂設された金型を用いて溶融ガラスをプレス成形して、中央に貫通孔が形成された円筒状成形体を成形する工程と、前記円筒状成形体を軸方向に対して垂直に切断して所定厚さのプリフォーム材に分割する工程と、前記プリフォーム材の外周端面および内周端面が接触する成形面が面取り形状とされた金型に、前記プリフォーム材を設置し、加熱成形する工程とを有することを特徴とする。

本発明に係る情報記録媒体用ガラス基板の製造方法では、従来は作製できなかった孔空きプリフォーム材を、円筒状成形体を薄く切断することによって作製し、このプリフォーム材をいわゆる再加熱法によって最終形状とするので、従来は必要であったラッピングやポリッシングなどの製造工程が不要となり、製造効率が大幅に向上できる。

以下、本発明に係るガラス基板の製造方法について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は、第１の発明に係るガラス基板の製造方法の一例を示す工程図である。なお、従来の製造方法と比べて削除できる工程部分を破線で示している（図３においても同じ）。まず、ガラス素材を溶融する（ガラス溶融工程）。使用するガラス素材に特に限定はなく、リチウム・アルミノシリケート系ガラスやマグネシウム・アルミノシリケート系ガラス、ホウケイ酸系ガラスなどのガラス素材を、得ようとするガラス基板の所望の形態（結晶化ガラスまたは非晶質ガラス）に応じて適宜選択して用いればよい。

次に、一定量の溶融ガラスを下型に滴下あるいは流し込み、溶融ガラスを上型で押圧してプレス成形する（プレス成形工程）。ここで図２に示すように下型２は、平板状の基部２１と、基部２１の上面に取り付けられた側部２２，２３と、側部２２，２３によって形成された貫通孔２５と同軸状に、基部２１の上面に垂設された円柱体２４とを備える。貫通孔２５の内周壁は、ガラス基板の外周端面の面取り形状に対応する成形面が軸方向に連続して形成されている。また側部を構成する右側部２２と左側部２３とはそれぞれ図の左右方向に移動可能である。

図２（ａ）に示すように、貫通孔２５とその底部をなす基部２１とによって有底穴が形成され、この有底穴に溶融ガラス３が流し込まれる。そして、有底穴と嵌合し得る上型１によって押圧された後（同図（ｂ））、右側部２２と左側部２３とがそれぞれ左右方向に移動し、外周面に面取り形状が軸方向に連続し、中央に貫通孔４１が形成されたガラス基板前駆体４が取り出される（同図（ｃ））。

ここで、形成する面取り形状に特に限定はなく、ガラス基板の用途などから適宜決定すればよいが、面取り形状の傾斜面角度は一般に３０〜６０°の範囲が好ましく、その厚さ方向の幅はガラス基板の厚さに対して１／４〜１／３の範囲が好ましい。また、製造効率や成形性などの観点から、ガラス基板前駆体４の厚さはガラス基板を１０〜２０枚重ねた程度の厚さであるのが好ましい。そしてまた、プレス成形条件としては、従来の製造方法における成形条件と同様の成形条件を採用することができ、例えばプレス圧は２０〜１００ｋｇ／ｃｍ²、プレス時間は０．３〜２．０ｓｅｃの範囲が推奨される。

そして次に、図１及び図２（ｄ）に示すように、プレス成形されたガラス基板前駆体４を結晶化処理またはアニール処理する。結晶化処理及びアニール処理のいずれを行うかは、得ようとするガラス基板の形態（結晶質または非晶質）に依存する。すなわち結晶性ガラス基板を得たい場合には結晶化処理を行い、非晶質ガラス基板を得たい場合にはアニール処理を行う。

結晶化処理およびアニール処理の方法は、従来の製造方法における結晶化処理およびアニール処理の方法と同様の方法を用いることができる。例えば結晶化処理を行う場合には通常、（ガラス転移点Ｔｇ＋５０℃）〜（Ｔｇ＋３００℃）までガラス基板前駆体を加熱した後、一定温度を保持する、あるいは温度制御しながらＴｇ付近まで徐冷し、それ以降は放冷する。ここで加熱温度や保持時間、Ｔｇまでの冷却速度などを適宜選択することによって、熱膨張率やヤング率、結晶化度などのガラス基板の諸物性を調整できる。一方、アニール処理を行う場合には通常、Ｔｇ付近で一定時間保持後、歪点まで比較的遅い冷却速度で冷却し、その後比較的速い冷却速度で冷却する。

次に、図２（ｅ）に示すように、ダイヤモンドカッタＣを用いてガラス基板前駆体４を所定厚さに切断してガラス基板５’とする。このガラス基板５’では、プレス成形によって中央孔５１が形成され、さらに外周端面５２が面取り形状とされているので、従来は必要であったコアリング工程、外径についての精密加工工程および端面研磨加工工程（いずれも図５に図示）を、本件発明の製造方法では省略することができ生産効率が格段に向上する。なお、切断するガラス基板５’の厚みは、ガラス基板の用途や後工程で切削・研磨をさらに行うかどうかなどを考慮して適宜決定すればよく、一般に０．１〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。切断方法としてレーザ切断法やウォータジェット切断法などを用いてももちろん構わない。

図１に戻って、ガラス基板前駆体４から切断・分離されたガラス基板５’に対して第１ラッピング処理が行われる。この第１ラッピング処理では、ガラス基板の両面が研磨されて所定の平行度、平坦度、厚みに予備調整される。ラッピング処理条件に特に限定はなく、従来公知の製造方法における処理条件をここでも採用できる。研磨材としては粒度が＃６００〜＃２０００の範囲、好ましくは＃８００〜＃２０００の範囲の固定砥粒（ダイヤペレット）や遊離砥粒（アルミナ、炭化ケイ素などのスラリー）を使用できる。またラッピング装置としては従来の公知の装置を使用でき、例えばハマイ社製やスピードファム社製の両面ラッピング装置が好適である。

ガラス基板の内周端面はプレス成形で形成された面であるが、面取り形状とされていないので、次にガラス基板の内周端面を研削して面取り形状とし、ガラス基板の中央孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度を微調整した後（内径精密加工工程）、ガラス基板の内周端面を研磨して微細なキズ等を除去する（端面研磨加工工程）。研磨処理の方法は、従来公知のポリッシング処理の方法と同じ方法を用いることができる。例えば平均一次粒子径が２μｍ以下の酸化セリウムなどの研磨材を用いて、表面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下、そして最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）が２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下まで本体部の切断面を研磨する。なお、表面粗さ（Ｒａ）及び最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）はＪＩＳＢ０６０１に基づく平均値及び最大値である。

次いで、ガラス基板の両表面を研削加工して表面の形状精度を修正する（第２ラッピング工程）。最終的なガラス基板としての形状品質（平行度、平坦度および厚み）を達成し、同時に後述のポリッシング工程で調整可能な表面粗さおよび最大表面粗さを達成する。この第２ラッピング処理における処理条件および使用装置は、前述の第１ラッピング処理で例示したものがここでも好適に採用および使用できる。

第２ラッピング処理が終わると次にポリッシング処理が行われる。すなわち、ガラス基板の両表面を研磨加工して平滑性を調整する。ポリッシング処理の方法は従来公知の方法を採用することができ、例えば内周端面の前述の研磨処理で例示した方法および基準を適用できる。ポリッシング装置としては従来公知の装置を使用でき、例えば両面ポリッシュ盤（ハマイ社製）が挙げられる。

最後に、ポリッシング処理されたガラス基板を洗浄し検査する。洗浄工程においてはガラス基板を常温の流水にさらすなどして基板表面に付着したガラスくずなどを除去する。検査工程では、ガラス基板の平行度、平坦度、厚み、表面粗さ、最大表面粗さ、同心度、真円度、端部形状（ロールオフ）、微小ウネリ等が所望の範囲内であるかどうかが検査され、製品としてのガラス基板とされる。

次に、もう一つの発明に係る製造方法について説明する。この発明に係る製造方法の大きな特徴は、プレス成形によって作製した円筒状成形体を薄く切断して中央孔を有するプリフォーム材を作製し、このプリフォーム材をいわゆる再加熱法によって最終形態としてのガラス基板を作製することにある。

図３に、この発明に係る製造方法の一例を示す工程図を示す。なお、前述の製造方法と異なる工程を中心に以下説明する。ガラス素材を溶融した後（ガラス溶融工程）、溶融ガラスを成形用金型でプレス成形する。図４に示すように、この発明の製造方法ではプレス成形工程において、円柱状の穴６１の底面中央に円柱体６２が垂設された下型６に、一定量の溶融ガラス３を滴下あるいは流し込み（同図（ａ））、穴６１に嵌合し得る上型１で溶融ガラス３を押圧してプレス成形する（同図（ｂ））。これにより溶融ガラス３は、中央に貫通孔７１が形成された円筒状成形体７に成形される（同図（ｃ））。なお、製造効率や成形性などの観点から、円筒状成形体７の高さはガラス基板を１０〜２０枚重ねた程度の厚さであるのが好ましい。また、プレス成形条件としては、従来の製造方法における成形条件と同様の成形条件を採用することができ、例えばプレス圧は２０〜１００ｋｇ／ｃｍ²、プレス時間は０．３〜２．０ｓｅｃの範囲が推奨される。

そして次に、図３及び図４（ｄ）に示すように、作製された円筒状成形体７を結晶化処理またはアニール処理する。結晶化処理及びアニール処理のいずれを行うかは、得ようとするガラス基板の形態（結晶質または非晶質）に依存する。すなわち結晶性ガラス基板を得たい場合には結晶化処理を行い、非晶質ガラス基板を得たい場合にはアニール処理を行う。結晶化処理およびアニール処理の具体的方法は、前述の方法がここでも例示される。

次に、図４（ｅ）に示すように、ダイヤモンドカッタＣを用いて円筒状成形体７を所定厚さに切断してプリフォーム材８とする。これにより、従来は作製できていなかった、中央孔８１が形成されたプリフォーム材８を作製でき、後述する再加熱法により中央孔を有するガラス基板を作製できるようになる。なお、切断するプリフォーム材８の厚みは、製造するガラス基板の大きさや厚みなどを考慮して適宜決定すればよく、一般に０．１〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。切断方法としてレーザ切断法やウォータジェット切断法などを用いてももちろん構わない。

そして、プリフォーム材８の内周端面および外周端面が接触する成形面が面取り形状とされている他、最終の製品形状に対応した成形面とされた金型９１，９２に、前記作製されたプリフォーム材８を設置する（同図（ｆ））。そしてプリフォーム材８を加熱して軟化状態にするとともに加圧して所定形状のガラス基板５を作製する（同図（ｇ）、（ｈ））。前述のように、金型による成形品は寸法精度が高く、またその表面性状は、研磨した場合のそれと同程度以上であるので、このようにして再加熱成形したガラス基板５は、その後洗浄するだけで直ちに製品となる。すなわち、従来は必要であった内外径精密加工や端面研磨加工、ラッピング、ポリッシングの各工程（いずれも図５に図示）が原則として不要となり、本発明の製造方法では製造効率が格段に向上するのである。もちろん、必要によりラッピング処理やポリッシング処理を行っても構わない。ラッピング処理およびポリッシング処理の具体的方法は、前述の方法がここでも同様に例示される。

本発明に係る製造方法の一例を示す工程図である。プレス成形の概説図である。もう一つの発明に係る製造方法の一例を示す工程図である。プレス成形及び再加熱成形の概説図である。従来の製造方法を示す工程図である。従来のプレス成形の概説図である。

符号の説明

１上型
２下型
３溶融ガラス
４ガラス基板前駆体
５，５’ ガラス基板
６下型
７円筒状成形体
８プリフォーム材
２１基部
２２右側部
２３左側部
２４円柱体
２５貫通孔
４１貫通孔
６１穴
６２円柱体
７１貫通孔
８１中央孔
９１上型
９２下型

Claims

中央孔を有し、内周端面および外周端面を面取り形状とした情報記録媒体用ガラス基板の製造方法であって、
円柱状の穴の底面中央に円柱体が垂設された金型を用いて溶融ガラスをプレス成形して、中央に貫通孔が形成された円筒状成形体を成形する工程と、前記円筒状成形体を軸方向に対して垂直に切断して所定厚さのプリフォーム材に分割する工程と、前記プリフォーム材の外周端面および内周端面が接触する成形面が面取り形状とされた金型に、前記プリフォーム材を設置し、加熱成形する工程とを有することを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。