JP4246791B2 - 磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、ハードディスクなどに用いられる磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法、及び磁気ディスク用ガラス基板に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気ディスク用ガラス基板の機械的強度を支配する要因の一つとして、磁気ディスクの稼動中に最大引っ張り応力の発生する基板内周部端面に存在する傷であることに着目し、少なくとも内周部端面をエッチング処理し、所定の表面粗さにすることが<特許文献1:特開平7−230621号公報>に開示されている。特許文献1に記載されているガラス基板は、内周部または外周部端面の粗さが、3次元測長SEMにより測定したとき、基準長さ240μm、Raカットオフ波長80μmにおいて、任意に選んだ少なくとも4カ所におけるRaの平均値が1.0〜6.0μm、山の数の平均値が8〜30個のものである。
【0003】
磁気ディスク用ガラス基板においてサーマルアスペリティを引き起こすパーティクル発生を防止するために、ガラス基板の表面粗さを所定の範囲にすることが<特許文献2:特許第3527075号公報>に開示されている。これは、ガラス基板の機械的強度向上を直接目的としたものではないが、内周端面部(面取、側壁)の表面粗さRaが1μm未満、Rmaxが0.010〜4μm(10〜4000nm)としたガラス基板である。
そして、特許文献2の記述(0010段落)に「化学エッチング(化学的研磨)を施した状態ではガラス基板の端面は、なし地状態の面になっており、ガラス基板の端面を化学エッチングによって処理する等の従来行われていた端面処理レベルでは不十分であり、・・・(省略)・・・なお、化学エッチングを施すと、ガラス基板の内周端面と外周端面との間で芯ずれを起こしやすいという問題があり、この面においてもガラス基板の端面に化学エッチングを施すことには問題がある。」とあるように、化学的研磨は問題を抱えている。
【0004】
一方、磁気ディスク用ガラス基板の機械的強度を向上する方法として、化学強化処理がある。化学強化処理は、例えば400〜500℃程度の高温に加熱された硝酸カリウム塩を主体とする溶融塩浴中にガラス基板を浸漬し、0.5〜12時間程度保持し、ガラス基板表層のNaイオンと硝酸カリウム塩のKイオンとをイオン交換することにより行われる。すなわち、ガラス中のイオン半径の小さいNaイオンを、イオン半径の大きいKイオンで置換することにより最表層に圧縮応力を加えて強化するものである。磁気ディスク用ガラス基板の主表面には、磁気記録のための磁性膜が施工されるが、このような化学強化処理により、ガラス基板の表層に濃化されたKイオンが磁性膜を腐食させるという問題がある。また、化学強化処理を行うには、かなりの手間とコストを必要とするという問題もある。
【特許文献1】
特開平7−230621号公報
【特許文献2】
特許第3527075号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来、機械的強度はエッチング深さ(化学的研磨深さ)の増大とともに上昇傾向を示すことは知られている。そして、そのエッチング量(化学的研磨による表層の研磨除去深さ)としては、例えば、特許文献1によれば、エッチング深さを5〜25μm、好ましくは10〜30μm程度の範囲とする記述がある(0039段落)ように、従来は、エッチング量を10μm以上としなければ十分な機械的強度を得ることができなかった。
しかし、エッチング量を10μm以上とすると、仕上げ寸法精度が低下し、真円度にバラツキが出るという問題があり、エッチング量は5μm未満が望ましい。エッチング量を5μm未満とすれば、エッチングによる仕上げ寸法精度の低下、真円度にバラツキが出るという問題は解消される。
【0006】
本発明は、磁性膜に悪影響を及ぼしコスト高ともなる化学強化処理を行うことなく、少ないエッチング量で十分な機械的強度(円環強度10kgf以上)を有するガラス基板を製造できるようにすることを課題とする。
【課題を可決するための手段】
【0007】
(請求項1)
本発明は、ドーナツ状の磁気ディスク用ガラス基板の内周部端面を機械的研磨により表面粗さをRmaxで9nm以下とし、引き続き、該内周部端面を化学的研磨してその表層を2μm以上、5μm未満研磨除去することを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法である。
ガラス基板の内周部端面の表面粗さを、第一工程の機械研磨により従来にない鏡面仕上げとする。そのような鏡面仕上げとすることにより、第二工程の化学的研磨における研磨深さを従来より低減しても十分実用できる円環強度を得ることを見出した。なお、化学的研磨における研磨深さが2μmに満たない場合は、十分な機械的強度(円環強度10kgf以上)を得ることができない可能性がある。
【0008】
(請求項2)
また本発明は、ドーナツ状の磁気ディスク用ガラス基板の内周部端面及び外周部端面を機械的研磨により表面粗さをRmaxで9nm以下とし、引き続き、該内周部端面及び外周部端面を化学的研磨してその表層を2μm以上、5μm未満研磨除去することを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法である。
ガラス基板の外周部端面も、内周部端面と同様に表面仕上げすることで、外周部における機械的強度も十分なものとなり、落下や磁気ヘッドの衝突など、外周に衝撃が加わった場合においてもガラス基板が割れにくくなる。また、パーティクルが発生しにくくなる。
【0009】
機械的研磨により表面粗さをRmaxで9nm以下とすることで、化学的研磨による表層の研磨深さが5μm未満であっても十分な機械的強度(円環強度10kgf以上)を得ることができる。化学的研磨による表層の研磨深さを5μm未満とすることで、仕上げ寸法精度が低下し、真円度にバラツキが出ることを防ぐことができる。
【0010】
ガラス基板の内周部端面をR max で9nm以下の鏡面に仕上げることで、機械的強度低減の原因となる表面のマイクロクラックが減少し、化学的研磨を行わなくても、必要最小限(円環強度5kgf)以上の機械的強度を有するものとなる。化学的研磨を行ったものであれば、十分な機械的強度(円環強度10kgf以上)を有するものとなる。
また、内周部端面をR max で9nm以下の鏡面に仕上げることで、パーティクルの発生が少なくなる。
【0011】
ガラス基板の外周部端面も、内周部端面と同様にR max で9nm以下の鏡面とすることで、外周部における機械的強度も大きくなり、外周に衝撃が加わった場合においてもガラス基板が割れにくくなる。化学的研磨を行ったものであれば、外周部における機械的強度がさらに大きくなる。
また、内周部端面及び外周部端面をR max で9nm以下の鏡面に仕上げることで、パーティクルの発生がいっそう少なくなる。
なお、本発明におけるRmaxは、1nmの精度を確保するために、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope 以下 AFMと略称する)のタッピングモードを使用し、測定領域(5μm×5μmの正方形領域)における最大高さ(最も深い谷の谷底から最も高い山の山頂までの高さ)を測定し、この測定をランダムに選んだ少なくとも4カ所で行い、測定された最大高さの中の最も大きい値である。
【発明の効果】
【0012】
本願発明は、ガラス基板の内周部端面の表面粗さを、機械的研磨で従来にない鏡面仕上げとしているから、その後の化学的研磨における研磨深さを2μmに低減しても十分な円環強度(10kgf以上)を得ることができる。
化学的研磨における研磨深さが小さくてすむから、寸法精度・真円度の保持が出来るとともに化学的研磨工程に要する時間及びコストを大幅に低減できる。
さらに、パーティクルの発生が少ないので、情報の書き込み、読み取りが安定して行われるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
まず、本発明の研磨方法の工程例の概要を図1に基づいて説明する。
「1stラップ」「エッジ加工」では、ガラス板を円形に加工して円形ブランクとし、さらに中央部を円形に穿孔して、ドーナツ状のガラス基板の素材とする。
「2ndラップ」では、ガラス基板の表裏平面部である主表面4(データ面、図2)を機械的研磨する。この主表面の機械的研磨は、粗研磨により精密研磨(ポリッシュ)による研磨代を残した所定の寸法まで仕上げる。
「チャンファーポリッシュ」では、ドーナツ状のガラス基板の中央穿孔の内周部端面5(図2)及び外周部端面6(図2)を機械的研磨する。内周部端面5とは、円形ガラス板の中央穿孔円の側壁7であり、面取部8がある場合はその部分を含む。外周部端面6とは、円形ガラス板の外周部分の側壁7であり、面取部8がある場合はその部分を含む。
機械的研磨する方法としては、遊離砥粒を水溶液等の液体に分散させた研磨液を使用し、軟質又は硬質の研磨用不織布などからなる研磨パッドを回転接触、スライド接触させて行う。これらの機械的研磨は、所定の表面粗さになるまで大径の遊離砥粒から小径のものへと段階的に使い分けて行う。この機械的研磨終了時において、少なくとも内周部端面の表面粗さをRmaxで9nm以下とする。
「化学的研磨」では、ガラス基板の少なくとも内周部端面を化学的研磨する。使用する化学的研磨液としては、例えば0.5〜5体積%フッ酸と5〜50体積%硫酸を混合した公知の研磨液(室温〜約70℃)への浸漬により行われる。化学的研磨による表層の研磨深さは、研磨液の濃度、温度、時間を適宜変化させることにより容易に制御できる。
通常は、化学的研磨は、化学的研磨液にガラス基板を浸漬して行うので、ガラス基板の外面全体が同時に化学研磨される。
「ポリッシュ」は主表面の最終仕上げ研磨で、遊離砥粒を水溶液等の液体に分散させた研磨液を使用してガラス基板表面を研磨する。遊離砥粒としては、酸化セリウム、マンガン酸化物、チタニウム酸化物、珪素酸化物、ダイヤモンド砥粒などが使用される。この最終仕上げ研磨では、ウレタン・人工皮革などの研磨パッドを貼り付けた上下定盤の間に挟んだガラス基板を回転させながら研磨する。その後「洗浄」「最終検査」を経て、ドーナツ状の磁気ディスク用ガラス基板が完成する。
【0014】
本発明に適用するガラス基板のガラス材料としては、通常の酸化物ガラスを用いることができるが、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノケイ酸ガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、石英ガラス等が挙げられる。例えば、このような組成のガラスの一例としては、5〜15mass%のNa2O、0〜10mass%のLi2O、5〜15mass%のAl2O3、0〜6mass%のCaO、2〜10mass%のTiO2、53〜75mass%のSiO2、Nb酸化物および/またはV酸化物をNb2O5換算またはV2O5換算で0.1〜10mass%含有するガラス材料、5〜15mass%のNa2O、0〜10mass%のLi2O、5〜15mass%のAl2O3、0〜6mass%のCaO、2〜10mass%のTiO2、0〜5mass%のZrO2、53〜75mass%のSiO2、Nb酸化物および/またはV酸化物をNb2O5換算またはV2O5換算で0.1〜10mass%含有するガラス材料、あるいは5〜15mass%のNa2O、0〜10mass%のLi2O、5〜15mass%のAl2O3、0.5〜6mass%のCaO、2〜10mass%のTiO2、0〜5mass%のZrO2、53〜75mass%のSiO2を含有し、かつ0〜15mass%のB2O3と0〜5mass%のK2Oを含有するガラス材料などを挙げることができる。特に、5〜15mass%のNa2O、0〜10mass%のLi2O、5〜15mass%のAl2O3、0.5〜6mass%のCaO、2〜10mass%のTiO2、0〜5mass%のZrO2、53〜75mass%のSiO2を含有し、かつ0〜15mass%のB2O3と0〜5mass%のK2Oを含有するガラス材料を使用すると特に効果が大きい。
【実施例】
【0015】
ソーダライムガラスを1stラップ、エッジ加工し、外径約65φmm、内径20φmm、厚さ約0.9mmのドーナツ状のブランクを作製した。
次に、2ndラップ(主表面の機械的研磨)において、主表面の表面粗さがRaで1μm以下となるように研磨した。
次に、チャンファーポリッシュにおいて、粒子径数μm以下の酸化セリウム等の遊離砥粒を水溶液等の液体に分散させた研磨液を使用し、軟質の研磨用不織布などからなる研磨パッドを回転接触、スライド接触させ、内周部端面の機械的研磨を行った。この機械的研磨後の内周部端面の表面粗さがRmaxで2.7(nm)、5.1(nm)、9.0(nm)、15(nm)、1500(nm)、3000(nm)の6種類のサンプルを作成した。
次に、3体積%フッ酸と10体積%硫酸の混合液、温度40℃の化学的研磨液にサンプルを浸漬し、化学的研磨を行った。化学的研磨における研磨深さは、1μm、2μm、4μmとし、一部のものについては5μm、7.5μm、10μmとした。
化学的研磨における研磨深さは、化学的研磨時間を変化させることで調整した。なお、一部のものについては化学的研磨を行わなかった。
その後、さらに主表面のポリッシュ仕上げを行い、主表面粗さがRaで2nm以下となるように仕上げた。
【0016】
実施例及び比較例の表面粗さは、Rmaxが15nm未満の場合は、AFMにより測定し、表面粗さRmax及びRa値を求めた。
表面粗さRmaxが15nm以上の場合は、触針式表面粗度計により測定し、JIS B 0601に準じて表面粗さRmax及びRa値を求めた。
【0017】
次に、上記のごとく作成したサンプルについて、円環強度を調べた。円環強度測定は次のように行った。図3に示すように、内径60mmの円筒状の台2の上にガラス基板1を載せ、外径28.57mmの剛球3をガラス基板1の内径部に置き、剛球に荷重をかけて、ガラス基板が破損したときの荷重を円環強度とした。
【0018】
表1及び図4に、各サンプルについて、機械研磨後の内周部端面のRmax(nm)、化学的研磨における内周部端面の研磨深さ(μm)、化学的研磨後の内周部端面のRmax(nm)、及び円環強度(kgf)の関係を示す。
なお、図4において、nm単位の数字は機械研磨後の内周部端面のRmax(小数点以下を四捨五入したもの)を示す。
【0019】
【表1】
【0020】
表1から明らかなように、機械研磨後の内周部端面のRmaxを9nm以下とした場合、化学的研磨を行わない場合でも、円環強度が必要最小限(5kgf)以上確保され、化学的研磨を行った場合、その化学的研磨深さを2μm以上とすることで十分な円環強度(10kgf以上)を達成している。また、化学的研磨深さを4μmとすることで、14kgf以上の十分な円環強度を有することから、化学的研磨深さは5μm未満で十分である。
一方、機械研磨後の内周部端面のRmaxを15nm、1500nm、3000nmとした場合は、化学的研磨を行わないと、円環強度が必要最小限(5kgf)に満たない。化学的研磨を行った場合でも、その化学的研磨深さを7.5μm以上としなければ、十分な円環強度(10kgf以上)を得ることができない。
なお、化学的研磨後のRmaxは、化学的研磨を行う前のRmaxと変化がなかった。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】ガラス基板の研磨、仕上げ工程の説明図である。
【図2】ガラス基板の略断面図である。
【図3】円環強度測定の説明図である。
【図4】化学的研磨深さと円環強度の関係の説明図である。
【符号の説明】
【0022】
1 ガラス基板
2 台
3 鋼球
4 主表面
5 内周部端面
6 外周部端面
7 側壁
8 面取部
Claims (2)
- ドーナツ状の磁気ディスク用ガラス基板の内周部端面を機械的研磨により表面粗さをRmaxで9nm以下とし、
引き続き、
該内周部端面を化学的研磨してその表層を2μm以上、5μm未満研磨除去する
ことを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法。 - ドーナツ状の磁気ディスク用ガラス基板の内周部端面及び外周部端面を機械的研磨により表面粗さをRmaxで9nm以下とし、
引き続き、
該内周部端面及び外周部端面を化学的研磨してその表層を2μm以上、5μm未満研磨除去する
ことを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法。
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