JP4246791B2

JP4246791B2 - 磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ方法

Info

Publication number: JP4246791B2
Application number: JP2008521070A
Authority: JP
Inventors: 義夫内山; 博史土井; 元石田
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: CN101542606B; US8109808B2; WO2008146522A1; US20100266874A1; JPWO2008146522A1; CN101542606A

Description

【技術分野】
【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（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ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Ｎａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２、Ｎｂ酸化物および／またはＶ酸化物をＮｂ_２Ｏ_５換算またはＶ_２Ｏ_５換算で０．１〜１０mass％含有するガラス材料、５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、０〜５mass％のＺｒＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２、Ｎｂ酸化物および／またはＶ酸化物をＮｂ_２Ｏ_５換算またはＶ_２Ｏ_５換算で０．１〜１０mass％含有するガラス材料、あるいは５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、０〜５mass％のＺｒＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏ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Ｎａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、０〜５mass％のＺｒＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏ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、ＪＩＳＢ０６０１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

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。