JP4252077B2 - 円盤状基板の内周研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば磁気記録媒体用ガラス基板などの円盤状基板の内周研磨方法等に関する。

記録メディアとしての需要の高まりを受け、近年、円盤状基板であるディスク基板の製造が活発化している。このディスク基板の一つである磁気ディスク基板としては、アルミ基板とガラス基板とが広く用いられている。このアルミ基板は加工性も高く安価である点に特長があり、一方のガラス基板は強度、表面の平滑性、平坦性に優れている点に特長がある。特に最近ではディスク基板の小型化と高密度化の要求が著しく高くなり、基板の表面の粗さが小さく高密度化を図ることが可能なガラス基板の注目度が高まっている。

このような磁気ディスク基板の製造方法については種々の改良が加えられている。公報記載の従来技術として、中心孔を有するガラスディスクの内周面を研磨する技術が存在する（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
この特許文献１では、ガラスディスクを積層した積層ガラスディスクを中心軸回りに回転可能にセッティングし、軸回りに無数のブラシ毛を持つ軸付研磨ブラシを積層ガラスディスクの中心孔に挿入する。そして、この軸付研磨ブラシを、往復動させつつ積層ガラスディスクの回転方向とは逆方向に回転させて、積層ガラスディスクの内周面を研磨している。
また、特許文献２では、浮遊砥粒を含有した研磨液にガラス基板を浸漬することで、液切れによる研磨不足や研磨不良を来すことのない研磨方法が提案されている。また、この特許文献２では、回転軸上に螺旋状に植毛されたブラシ毛を回転させて研磨することで、被研磨面に常に新鮮な研磨液を循環供給し、研磨効率、再現性および精度を高める技術が開示されている。

図１０（ａ），（ｂ）は、従来から行われていた円盤状基板の内周研磨方法（上記特許文献１および２の方法を含む）を説明するための図である。図１０（ａ），（ｂ）では、積層された円盤状基板（積層ワーク）の中心孔にブラシ軸を挿入し、ブラシ軸の上方向（上軸方向）を駆動源として、このブラシ軸を回転させている。ここで図１０（ａ）はブラシ軸の下軸に何ら支えがなく、下軸が自由（フリー）な状態でブラシ軸が回転する内周研磨方法を示している。また、図１０（ｂ）はブラシ軸の下軸に軸受けなどの支えを設けた状態でブラシ軸が回転する内周研磨方法を示している。

この従来の方法にて、図１０（ａ）に示すような片側支持の場合には、図１０（ａ）の右図に示すように支持されていない片側（非固定側）が大きく振れてしまい、ブラシが大きく振れた片側だけのディスクの内径が大きく削られてしまう。また、図１０（ｂ）に示すような下軸の支え程度では、下軸の支え部分に対して軸がずれ（例えば浮き上がり）、図１０（ｂ）の右図に示すように中央部の振れが大きくなり、中央部分のディスクの内径が大きく削られてしまう。特にブラシの回転を高速にすると、これらの振れの現象は著しいものとなる。また、ディスクの径が小さくなって加工する内周面の径も小さくなり、それにつれてブラシの軸径を細くすることが要求されると、ブラシ軸の剛性が弱くなり、図１０（ａ）の右図に示すような片側（非固定側）の振れや、図１０（ｂ）の右図に示すような中央部の振れが大きくなる。

尚、これらの課題解決に関連した従来技術が存在する（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。
特許文献３では、軸付研磨ブラシのシャフトの一端をモータで固定し、他端である軸先端をブラシ軸支持用孔に回転自在に支持している。そして、この支持された状態でそのブラシ軸支持用孔と一体に上下動し、軸付研磨ブラシが往復動してもその回転支持の状態が継続するようにしている。これにより、ブラシのモータ固定側ではないシャフト他端の軸先端の振れを防止している。
また特許文献４では、軸付研磨ブラシを積層ガラスディスクの中心孔に挿入し、かつその軸に下向きに荷重をかけた状態で回転させ往復動させて内周面を研磨している。これによって、軸には下向きの張力が掛かり、軸に細いものを使用したとしても、撓みや微小な振れを防止でき、積層ガラスディスクの上部、中部、下部での各部位の研磨を均等に行うことができると記載されている。

特開平１１−３３８８６号公報 特開平１１−２２１７４２号公報 特開２０００−８４８２８号公報 特開２００６−７３５０号公報

しかしながら、上記のように軸の他端を単に支持し、一端だけを回転駆動した構成では、例えば軸のねじれ現象によって内周面加工を均一に行うことが難しく、内周面の研磨精度を悪化させてしまうことが明らかとなってきた。特に、ブラシ軸の軸芯に柔軟性を持たせた場合や、小径の開孔を研磨するためにブラシ軸をより細くすることが必要となる場合では、内周面を均一に研磨することがより困難となる。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、円盤状基板の中心の開孔を極めて精度よく研磨することのできる内周研磨方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明が適用される円盤状基板の内周研磨方法は、中心に開孔を有する円盤状基板のこの開孔に芯が柔軟性を有するブラシを挿入するステップと、ブラシの一端と他端とを互いに離間する位置に設けられた一対の回転軸に固着するステップと、ブラシの一端と他端とが各々固着された一対の回転軸に各々駆動力を与えてブラシを回転させ、ブラシのねじれ現象を抑制して円盤状基板を研磨するステップとを備えた。

ここで、この開孔に挿入されるブラシは、毛先が螺旋状に配列されることを特徴とすれば、円盤状基板の中心の開孔に研磨液を良好に満たすことができる点で好ましい。特に、例えば円盤状基板の全体を研磨液にディップさせない研磨装置を用いた場合に有効である。
また、この開孔に挿入されるブラシについて、線材に毛が挟まれたワイヤをねじることでそのブラシの芯が柔軟性を有するものであっても、一対の回転軸に固着することで研磨の均一化を図ることが可能となる。
更に、ブラシとして、毛の硬度が低く長さが長い第１のブラシ、およびこの第１のブラシに比べて毛の硬度が高く長さが短い第２のブラシを用いることを特徴とすることができる。

また、この研磨するステップは、一対の回転軸を同期回転させてブラシを回転させることを特徴とすれば、例えばブラシの軸のねじれ現象を抑制できる点で優れている。特に、円盤状基板の径が小さくなり細いブラシを使用することが必要となる場合には、その効果は大きい。また、ワイヤをねじってブラシの芯を形成したような態様を採用した場合には、同期回転させる効果は更に大きく期待できる。
更に、単一のモータによる一対の回転軸の機械的連結、または一対の回転軸毎に設けられた個別モータを制御することによって、一対の回転軸を同期回転させることを特徴とする。

一方、本発明を他の観点から捉えると、本発明が適用される内周研磨方法は、中心に開孔を有する円盤状基板のこの開孔に芯が柔軟性を有する第１のブラシを挿入するステップと、第１のブラシの一端と他端とを互いに離間する位置に設けられた一対の回転軸に固着するステップと、この第１のブラシの一端と他端とを各々固着した一対の回転軸に各々駆動力を与え第１のブラシのねじれ現象を抑制して円盤状基板を研磨するステップと、円盤状基板から第１のブラシを抜き取るステップと、円盤状基板の開孔に芯が柔軟性を有する第２のブラシを挿入するステップと、この第２のブラシの一端と他端とを一対の回転軸に固着するステップと、この第２のブラシの一端と他端とを各々固着した一対の回転軸に各々駆動力を与え第２のブラシのねじれ現象を抑制して円盤状基板を研磨するステップとを備えた。

ここで、この第２のブラシは、第１のブラシに比べて毛の硬度が高いことを特徴とすることができる。
また、この第２のブラシは、第１のブラシに比べて毛の長さが短いことを特徴とすることができる。

更に、本発明が適用される円盤状基板は、これらの内周研磨方法によって内周が研磨されることを特徴とすることができる。

以上のように構成された本発明によれば、これらの構成を採用しない場合に比べて、ブラシ軸の両端からブラシを安定して回転させることが可能となり、円盤状基板の中心の開孔を極めて精度よく研磨することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１−１（ａ）〜（ｄ）、図１−２（ｅ）〜（ｈ）は、本実施の形態が適用される円盤状基板（ディスク基板）の製造工程を示した図である。この製造工程では、まず図１−１（ａ）に示す１次ラップ工程にて、円盤状基板（ワーク）１０の原材料を定盤２１に載置し、円盤状基板１０の平面１１を削る。このとき、円盤状基板１０を載置した定盤２１の表面には、例えばダイヤモンドの塗粒が分散して散りばめられる。次に、図１−１（ｂ）に示す内外周研削工程にて、円盤状基板１０の中心に設けられた開孔１２を内周砥石２２によって研削し、円盤状基板１０の外周１３を外周砥石２３によって研削する。このとき、内周砥石２２と外周砥石２３で円盤状基板１０の内周面と外周面を挟み込んで同時加工することで、内径と外径の同軸度を確保し易くすることができる。そして、図１−１（ｃ）に示す外周研磨工程では、外周研磨用ブラシ２４を用いて円盤状基板１０の外周１３が研磨される。その後、図１−１（ｄ）に示す２次ラップ工程にて、円盤状基板１０を定盤２１に載置し、円盤状基板１０の平面１１を更に削る。

次に、図１−２（ｅ）に示す内周研磨工程にて、円盤状基板１０の中心の開孔にブラシ６０を挿入し、円盤状基板１０の開孔１２を研磨する。その後、図１−２（ｆ）に示す１次ポリッシュ工程にて、円盤状基板１０を定盤２１に載置し、円盤状基板１０の平面１１を磨く。このときの研磨には、例えば不織布（研磨布）として硬質ポリッシャが用いられる。更に、図１−２（ｇ）に示す２次ポリッシュ工程にて、軟質ポリッシャを用いた平面研磨が行われる。その後、図１−２（ｈ）に示す最終洗浄・検査工程にて洗浄と検査が行われて、円盤状基板（ディスク基板）が製造される。

次に、図１−２（ｅ）に示す内周研磨工程について、更に詳述する。
図２は、内周研磨工程の流れを示すフローチャートである。ここではまず、全体の処理の流れを大まかに説明する。内周研磨行程では、まず、円盤状基板（ワーク）１０を取り付け治具にセットする（ステップ１０１）。次に、取り付け治具に重ねられ積層された円盤状基板１０（積層ワーク）をホルダにセットする（ステップ１０２）。そして、このホルダにセットされた積層ワークの中心の開孔に第１のブラシを挿入する（ステップ１０３）。この第１のブラシは、後述する第２のブラシに比べて軟らかく、毛の長さが長いブラシである。円盤状基板（ワーク）１０の内周に形成された面取り部分を良好に研磨するために用いられる。尚、第１のブラシおよび第２のブラシは、共に毛先が螺旋（らせん）状に並べられ、かつ芯が柔軟性を有している点に特徴がある。

次いで、積層ワークがセットされ第１のブラシが挿入されたホルダを水平にして研磨装置にセットする（ステップ１０４）。そして、ホルダの端部に出ているブラシの一端を研磨装置の第１の回転軸に固着し、ブラシの他端を研磨装置の第２の回転軸に固着する（ステップ１０５）。以上の作業工程で、研磨装置へのワークの取り付けが終了する。

このワーク取り付け後、ポンプを駆動させ、研磨装置の液槽に研磨液を供給する（ステップ１０６）。研磨装置の液槽の領域には、ホルダが水平状態でセットされており、この状態ではホルダの水平軸方向のほぼ半分程度が研磨液に浸漬する。また、この研磨液の供給に前後して、研磨装置にてブラシの芯を軸方向に引っ張り、その引っ張り状態が維持される（ステップ１０７）。

この状態にて、研磨液を供給しながら、ブラシを第１の方向に回転させ、ホルダをこの第１の方向とは逆の回転方向である第２の方向に回転させて研磨が行われる（ステップ１０８）。またこのとき、ホルダをブラシの軸方向に往復動させる（ステップ１０９）。往復動させることによって、ホルダとブラシとが相対的に移動してワークに接触するブラシの位置をずらすことが可能となり、同一のブラシによって同一の箇所を研磨することによる研磨の偏りを防止し、より均一化された研磨が可能となる。この研磨作業を予め定められた研磨時間だけ行う（ステップ１１０）。即ち、研磨装置の制御部は、経験則から得られた研磨に必要な時間（研磨時間）として予め定められた時間が経過したか否かを判断し、研磨時間が経過していなければステップ１０８からの処理を繰り返し、研磨時間が経過すると、研磨装置を停止させる（ステップ１１１）。

その後、研磨装置を操作してブラシへの引っ張りを解除し、ブラシの一端および他端を回転軸から取り外す（ステップ１１２）。そして、ホルダの一端および他端を反転させてホルダを研磨装置に置き直し、上述のステップ１０４〜ステップ１１２に示す処理を繰り返す（ステップ１１３）。このように、ホルダを反転させて同様な処理を行うことで、例えば回転方向の反転など、研磨条件を変えることが可能となり、研磨条件による偏った研磨を抑制することができる。この反転した後の研磨が終了した後、ホルダから第１のブラシを抜き取り、第１のブラシに比べて硬度の高い第２のブラシを、ホルダにセットされた積層ワークの中心の開孔に挿入する（ステップ１１４）。この硬度の高い第２のブラシは、円盤状基板１０の内周面を研磨するためのもので、第１のブラシに比べて毛の長さが短い。その後、上述のステップ１０４〜ステップ１１３に示す処理にて、前述の第１のブラシを用いて行った研磨処理と同様にして研磨処理が行われる（ステップ１１５）。尚、第１のブラシを用いた場合と第２のブラシを用いた場合とで、ステップ１１０の研磨時間、回転数などの研磨条件を異ならせることもできる。研磨処理が終了した後、ホルダからブラシ、ワークを取り出し（ステップ１１６）、内周研磨行程を終了して、次行程へ移行する。

次に、図２の各ステップで示した内周研磨工程を、図面を用いて更に詳述する。
図３−１（ａ）〜（ｄ）、図３−２（ｅ）は、ステップ１０１に示した円盤状基板１０の治具への取り付けを説明するための斜視図である。図３−１（ａ）はワークである円盤状基板１０の斜視図、図３−１（ｂ）はこの円盤状基板１０の中心の開孔部分の部分断面図である。また図３−１（ｃ）は研磨液導入スペーサ４１を示し、図３−１（ｄ）は両端スペーサ４２を示している。更に、図３−２（ｅ）は、図３−１（ａ）〜（ｄ）に示す各要素を治具４４に取り付けた状態を示している。

研磨対象である円盤状基板１０は、例えば直径０.８５インチのディスク基板を生成するために、直径が約２１.６６ｍｍ、厚さが約１ｍｍ、中心の開孔１２の径が約６ｍｍのガラス基板である。円盤状基板１０の開孔１２は、図３−１（ｂ）に示すように、内周面１２ａと、この内周面１２ａの角を削った面取り部１２ｂとを備えている。この面取り部１２ｂを設けることで、後続の加工工程および組み付け工程などにおけるクラック、チッピングなどの不具合を抑制することができる。

図３−１（ｃ）に示す研磨液導入スペーサ４１は、積層された円盤状基板１０（積層ワーク）の中心の開孔１２に研磨液（スラリ）を供給する機能を有する。かかる機能を達成するために、図３−１（ｃ）に示すように研磨液導入スペーサ４１は、端面４１ａと、この端面４１ａの外径よりも小径の面を形成する軸方向面４１ｂと、この軸方向面４１ｂに形成され、積層ワークの中心の開孔１２に研磨液（スラリ）を供給するための貫通孔である循環供給孔４１ｃを複数（例えば６個）、設けている。軸方向面４１ｂの内周は、円盤状基板１０の内周よりも径が大きい。また、研磨液導入スペーサ４１の材質としては、ＡＢＳ、ＰＯＭ、テフロン（登録商標）、ポリアミドなどの合成樹脂が用いられる。

図３−１（ｄ）に示す両端スペーサ４２は、例えば円盤状基板１０の積層枚数の調整や、研磨の性状が不安定となる可能性のあるブラシの端部に円盤状基板１０を配置しないために設けられている。この両端スペーサ４２は、研磨液導入スペーサ４１と同様の材質（ＡＢＳ、ＰＯＭ、テフロン（登録商標）、ポリアミドなどの合成樹脂）で形成される。外径寸法は円盤状基板１０の外径寸法よりも若干（例えば１〜５ｍｍ程度）小さくなっており、また内径寸法は円盤状基板１０の内径と同等以上となるように構成されている。

図３−２（ｅ）に示すように、図３−１（ａ），（ｂ）に示す円盤状基板１０を重ね合わせて積層ワークが形成され、図３−１（ｃ），（ｄ）に示す部材、およびダミー基板４３が治具４４に取り付けられる。この治具には、全体で例えば１５０枚の円盤状基板１０が重ね合わされ、両端スペーサ４２が設けられる一端から研磨液導入スペーサ４１までの間に例えば４０枚、２つの研磨液導入スペーサ４１の間に例えば７０枚、研磨液導入スペーサ４１から他端の両端スペーサ４２までに例えば４０枚等の積層ワークが取り付けられる。ダミー基板４３を各スペーサ（研磨液導入スペーサ４１，両端スペーサ４２）と円盤状基板１０との間に設けることで、各スペーサと円盤状基板１０の平面１１とが接触することによる円盤状基板１０の品質劣化を抑制することができる。但し、各スペーサの材質などによっては、このダミー基板４３を使用しないことも可能である。
そして、この図３−２（ｅ）に示すように円盤状基板１０を積層することで、研磨液導入スペーサ４１の間隔および軸方向の位置が定まる。

図４は、ステップ１０２に示した積層ワークをセットするための基板ホルダ（ホルダ）５０を示した図である。基板ホルダ５０は、例えばステンレス鋼で全体が形成され、図３−２（ｅ）に示すような積層された円盤状基板１０（積層ワーク）を装着するための装着孔５１と、基板ホルダ５０の外周５２ａと装着孔５１とを連通させて研磨液（スラリ）を流入させる流入用開孔５３とを備えている。また、流入用開孔５３の近傍であって外周５２ａの表面に設けられ、研磨液（スラリ）を流入用開孔５３に導くフィン５４を備えている。流入用開孔５３およびフィン５４は軸方向の２箇所に形成されており、流入用開孔５３は外周５２ａの表面に例えば片側６個、設けられ、個々の流入用開孔５３の間にフィン５４が形成されている。

流入用開孔５３が形成される軸方向の２箇所の位置は、図３−２（ｅ）に示す積層ワークが基板ホルダ５０にセットされた際、図３−２（ｅ）に示すようにセットされた２つの研磨液導入スペーサ４１の軸方向位置とほぼ一致している。外周５２ａとこの外周５２ａよりも径の大きな外周５２ｂとの間で形成される段差と、フィン５４とによって形成される構造によって、基板ホルダ５０の回転により研磨液（スラリ）が掻き上げられ、流入用開孔５３に研磨液（スラリ）が供給される。

また、基板ホルダ５０は、例えばデルリン（デュポン社の登録商標）などのアセタール樹脂を材質とする当接円環部材５５を、軸方向の２箇所（複数箇所）の外周５２ｂに形成している。更に、基板ホルダ５０を回転させるための歯車５６を軸方向の２箇所に形成している。また更に、積層ワークを挿入した後に積層ワークを軸方向に押圧し、基板ホルダ５０に積層ワークを固定するナット５７を有している。図４では軸方向の一方だけにナット５７を示しているが、積層ワークを挿入した後は軸方向の他方にもナット５７が設けられる。即ち、装着孔５１に積層ワークを挿入した後、他方のネジ部５８を利用してナット５７を締め付けて、積層ワークを固定する。このナット５７による積層ワークの固定の後に、図３−２（ｅ）に示した治具４４が積層ワークから引き抜かれて取り除かれる。当接円環部材５５は、基板ホルダ５０を研磨装置に配置した際の基板ホルダ５０全体の位置決めに用いるとともに、研磨装置の駆動側歯車（後述）と歯車５６との軸間距離を規定する役割、また研磨装置のフランジ（後述）に当接して基板ホルダ５０を軸方向に往復動させる役割を担っている。

図５は、ステップ１０３、ステップ１１４にて、基板ホルダ５０にセットされた円盤状基板１０の中心の開孔１２に挿入されるブラシ６０を示す外観図である。このブラシ６０は、毛先が螺旋状に配列して形成されるブラシ部６１と、このブラシ部６１の両端部に連続して形成される径大部６２と、これらの径大部６２に連続して一端と他端とを形成する軸６３とを備えている。径大部６２は、ブラシ部６１の端を軸６３に結合するためのカシメ部６２ａと、ブラシ部６１からの研磨液（スラリ）の端部への流れを堰き止める（防止する）堰き止め部６２ｂを備えている。即ち、研磨液（スラリ）に基板ホルダ５０をディップさせた状態でブラシ６０が所定の一方向に回転すると、毛先が螺旋状に配列して形成されるブラシ部６１によって、軸方向の一方向に研磨液（スラリ）が流れる。このとき、径大部６２の堰き止め部６２ｂによって研磨液（スラリ）が堰き止められ、ブラシ６０の端部への研磨液（スラリ）の流れが防止される。

ブラシ６０は、円盤状基板１０の中心の開孔１２として、例えば０.８５インチ等の小径ディスクの内径を研磨するために、ブラシ６０の芯を細くする必要がある。そこで、本実施の形態では、例えば、複数本のワイヤ（材質：例えば、軟鋼線材（ＳＷＲＭ)、硬鋼線材（ＳＷＲＨ)、ステンレス線材（ＳＵＳＷ)、黄銅線（ＢＳＷ)など、加工性、剛性などから適宜選定できよう）の間に、ブラシの毛（材質：例えばナイロン（デュポン社の商品名））を挟み込み、この毛が挟み込まれたワイヤをねじることで、ブラシ部６１を形成している。このワイヤをねじってブラシ部６１を形成することで、ブラシ部６１に形成されるブラシ毛先を螺旋状とすることができ、挿入されている積層ワークの中心の開孔１２にて、研磨液（スラリ）を軸方向に流すことが可能となり、この箇所における研磨液（スラリ）の搬送を良好に行うことができる。また、堰き止め部６２ｂをブラシ部６１の両端に設けることで、研磨液（スラリ）の端部への流れを抑制することが可能となる。

そして、このような構成を有するブラシ６０は、ブラシ６０のブラシ部６１の芯が柔軟性を有している。この『柔軟性』とは、本実施の形態では、人間が両端を持って軽く曲がる程度の柔軟性、手で触って両端を曲げる程度の柔軟性である。一例を挙げると、例えば、直径０．２ｍｍ程度の軟鋼線材（ＳＷＲＭ)にブラシの毛を挟んだ４本のワイヤをねじって形成したブラシ６０にて、ブラシ軸両端を自由端支持で保持し、ブラシ６０の中央部分を約１００ｇｆ程度で押圧したときに撓みが見られた。尚、この値は、線材の太さ、種類、ねじり方等によって異なってくる。この柔軟性としては、例えば、ブラシ軸両端を自由端支持で保持し、ブラシ６０の中央部分を数１００ｇｆ程度で押圧した状態で撓む程度とすることも可能である。

尚、本実施の形態では、ブラシ６０として、第１のブラシと第２のブラシの２種類を準備している。ステップ１０３で挿入される第１のブラシは毛が軟らかく長いブラシであり、ステップ１１４で挿入される第２のブラシは、この第１のブラシに比べて毛が固く短いブラシである。毛が軟らかく長い第１のブラシを用いることで、円盤状基板１０の面取り部１２ｂ（図３−１参照）を良好に研磨する。一方、毛が固く短い第２のブラシを用いることで、円盤状基板１０の内周面１２ａ（図３−１参照）を良好に研磨することができる。このように、毛の状態が異なる複数のブラシ６０を用いることで、複数の面を良好に研磨することができる。尚、製品としてのディスク基板では、内周面１２ａの寸法精度がより要求されることから、内周面１２ａの研磨に良好なブラシ６０を後工程である第２のブラシとして用いることが好ましい。

次に、図６〜図８を用いて、ステップ１０４〜ステップ１１２にて用いられる研磨装置７０について説明する。
図６は、円盤状基板１０およびブラシ６０がセットされた基板ホルダ５０が軸方向を水平方向（略水平方向）として研磨装置７０にセットされた状態を示した斜視図である。また図７は、研磨装置７０の駆動系を示した説明図である。更に図８は、基板ホルダ５０の回転の駆動系を示した説明図であり、図６に示す研磨装置７０の軸方向の第２の回転軸７２側から眺めた状態を省略して示している。

図６および図７に示すように、研磨装置７０は、ブラシ６０の軸６３の一端が固着される第１の回転軸７１と、軸６３の他端が固着される第２の回転軸７２と、研磨液（スラリ）を溜める液槽７３とを備えている。また、基板ホルダ５０を支える第１の支持軸７４および第２の支持軸７５を備えている。この第２の支持軸７５には、基板ホルダ５０の歯車５６と噛み合って基板ホルダ５０を回転させる駆動側歯車７６が設けられている。

この第１の回転軸７１および第２の回転軸７２は、回転軸と一体となった一体部材７１ａ，７２ａと、止めネジ（図示せず）等によって取り付けられる分割部材７１ｂ，７２ｂとで構成され、これらは、中心軸を含む平面で合わさることで、個々の第１の回転軸７１および第２の回転軸７２を形成する。分割部材７１ｂ，７２ｂが取り外された状態で、研磨装置７０に基板ホルダ５０が置かれると、ブラシ６０の軸６３の両端が一体部材７１ａ，７２ａの中心部に収まる。その後、止めネジによって分割部材７１ｂ，７２ｂを一体部材７１ａ，７２ａに取り付けることで、軸６３の一端を第１の回転軸７１に、他端を第２の回転軸７２に固着することができる。

第１の支持軸７４および第２の支持軸７５には、基板ホルダ５０の当接円環部材５５に当接して基板ホルダ５０を支える円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃが設けられている。この４つの円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃは基板ホルダ５０を位置決めしながら基板ホルダ５０を水平方向に支えるとともに、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５が回転した場合でも、当接円環部材５５への接触を維持し、ブラシ６０の軸６３に対する基板ホルダ５０の位置を、研磨に影響のない組み合わせ精度内で保持している。また、円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃは、当接円環部材５５と当接することで、基板ホルダ５０の歯車５６と研磨装置７０の駆動側歯車７６との中心距離を所定の範囲に保ち、噛み合いを良好に保っている。図４に示すように、基板ホルダ５０には軸方向の２箇所に歯車５６が設けられており、図２のステップ１１３にて基板ホルダ５０を反転させた場合にも、研磨装置７０の駆動側歯車７６を何れか一方の歯車５６と連結させることが可能である。

図８に示すように、研磨装置７０は、駆動源であるホルダ駆動モータ７７と、このホルダ駆動モータ７７の駆動力を第１の支持軸７４および第２の支持軸７５に伝達するベルト７８およびプーリ７９とを備えている。ホルダ駆動モータ７７によりベルト７８が図のＦ方向に回転すると、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５が図のＧ方向に回転する。このＧ方向の回転によって、第２の支持軸７５に設けられた駆動側歯車７６もＧ方向に回転し、この駆動側歯車７６と噛み合う歯車５６（基板ホルダ５０側）がＥ方向に回転する。これによって、基板ホルダ５０がＥ方向に回転する。

また、図６および図７に示すように、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５の円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃには、基板ホルダ５０を往復移動させるためのフランジ７４ｂ、７４ｄ、７５ｂ、７５ｄが形成されている。このフランジ７４ｂ、７４ｄ、７５ｂ、７５ｄは、円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃに比べて径の大きな輪縁（つば）であり、円環部材７４ａ、７４ｃ、７５ａ、７５ｃに当接する当接円環部材５５の側面に対向する。フランジ７４ｂとフランジ７４ｄは、第１の支持軸７４の軸方向にて左右対称に配置されている。同様に、フランジ７５ｂとフランジ７５ｄは、第２の支持軸７５の各々の軸方向にて左右対称に配置されている。第１の支持軸７４および第２の支持軸７５を軸方向に往復動させると、フランジ７４ｂ、７４ｄ、７５ｂ、７５ｄの輪縁（つば）の側面が当接円環部材５５を押し、これによって基板ホルダ５０を往復移動させることができる。即ち、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５が図７のＢ方向に移動すると、フランジ７４ｄおよびフランジ７５ｄが基板ホルダ５０の一方の当接円環部材５５を押すことで、基板ホルダ５０がＢ方向に移動する。一方、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５が図７のＣ方向に移動すると、フランジ７４ｂおよびフランジ７５ｂが基板ホルダ５０の他方の当接円環部材５５を押すことで、基板ホルダ５０がＣ方向に移動する。このように、本実施の形態では、引っ張り力を加えているブラシ６０の軸６３を軸方向に往復動させるのではなく、基板ホルダ５０を往復動させ、積層された円盤状基板１０（積層ワーク）を往復動させている。これによって、ブラシ６０と積層された円盤状基板１０（積層ワーク）との軸方向の相対移動を可能としている。

また、図７に示すように、研磨装置７０は、ブラシ６０を回転させるブラシモータ８１を備えている。また、ブラシモータ８１の回転を用いてブラシ６０の軸６３の一端および他端で同期して回転させるための連結機構として、第１プーリ８２、歯付きベルトである第１ベルト８３、第２プーリ８４、回転軸８５、第３プーリ８６、歯付きベルトである第２ベルト８７、第４プーリ８８を備えている。これらの連結機構によって、ブラシモータ８１の回転が第１の回転軸７１および第２の回転軸７２に機械的に連結され、ブラシ６０の軸６３の一端および他端が同期して回転することが可能となる。尚、このような機械的な連結ではなく、第１の回転軸７１および第２の回転軸７２の各々に個別にモータを接続し、電気的に同期させる構成も採用できる。

また、研磨装置７０は、ブラシ６０に軸芯方向の引っ張り力（テンション）を与えるエアシリンダ９１と、このエアシリンダ９１の引っ張り力を第２の回転軸７２に与える引っ張り機構９２とを備えている。エアシリンダ９１による引っ張り力により、引っ張り機構９２を介して第２の回転軸７２が図のＡ方向に移動する。エアシリンダ９１が引っ張った状態を維持することで、ブラシ６０に対する軸芯方向の引っ張り力（テンション）が維持される。この動きの一例を詳述すると、第２の回転軸７２と連結して、例えばトルク伝達可能で且つ直動ころがり運動を可能とするボールスプライン９２ａ等を設ける。そして、エアシリンダ９１を動作させ、引っ張り機構９２によってＡ方向に引っ張ると、ボールスプライン９２ａをスライドして第２の回転軸７２と第４プーリ８８との距離を縮めることができ、この状態で、ブラシモータ８１から連結機構を介して得られた駆動力によって、第２の回転軸７２を回転させる。また他の例としては、第２の回転軸７２と第４プーリ８８との距離は変化させず、エアシリンダ９１の引っ張り力によって第４プーリ８８の位置をＡ方向にずらし、ずれた状態で第２ベルト８７からの伝達力を維持できるような構成を採用すれば良い。
尚、第１の回転軸７１および第２の回転軸７２の何れか一方だけではなく、両方の回転軸に引っ張り機構を設ける構成を採用することもできる。

更に、研磨装置７０は、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５に撹拌用羽根９３を備えている。第１の支持軸７４および第２の支持軸７５の回転によって撹拌用羽根９３を回転させることで、液槽７３の底部にて研磨液（スラリ）を循環させることが可能である。

また更に、研磨装置７０は、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５を図のＢ方向およびＣ方向に示す軸方向へ往復動させるための機構として、駆動モータ９５、偏芯カム９６、リンク９７、および移動体９８を備えている。駆動モータ９５の回転により偏芯カム９６が回転し、この偏芯カム９６に連結したリンク９７が移動体９８を揺動させる。これによって、移動体９８に連結されている第１の支持軸７４および第２の支持軸７５が図のＢ方向およびＣ方向に往復動する。前述のように、第１の支持軸７４および第２の支持軸７５の往復動により基板ホルダ５０を往復動させる。

図９は、液槽７３に研磨液（スラリ）１００を供給した状態を説明するための斜視図である。図２のステップ１０６に示すように、ポンプ（図示せず）を駆動させ、研磨装置７０の液槽７３に研磨液（スラリ）１００を供給する。液槽７３には、水平にセットされた基板ホルダ５０のほぼ中央部分まで、研磨液（スラリ）１００が溜められる。即ち、基板ホルダ５０の全部ではなく一部が研磨液（スラリ）１００にディップした状態にある。
本実施の形態では、液槽７３の外部に第１の回転軸７１および第２の回転軸７２があり、ブラシモータ８１（図７参照）、連結機構などの各種駆動機構も液槽７３から分離している。その結果、研磨液（スラリ）１００が各種駆動機構に浸ることがなく、軸受け等の機構部品が研磨液（スラリ）に含まれる研磨剤によって摩耗する問題を解消することができる。

このステップ１０６の処理に前後して、ステップ１０７に示すように、エアシリンダ９１（図７参照）を動作させ、ブラシ６０の軸６３に対して引っ張り力を与える。この引っ張り力としては、５〜５０ｋｇｆ程度が好ましく、より好ましくは１０〜２０ｋｇｆ程度である。本実施の形態では、ブラシ６０の軸６３を両端支持しテンションをかけることで、図１０（ａ），（ｂ）に示したような偏芯回転を抑制している。そのために、引っ張り力の下限値は、ブラシの剛性、ブラシの回転数などを考慮し、偏芯回転を抑制するものとして実験的に定められた値である。一方、図５を用いて説明したように、ブラシ６０のブラシ部６１の軸芯は、ワイヤをねじって形成されている。そのために、引っ張り力の上限値は、ブラシ部６１の軸芯を伸ばし過ぎず、ブラシの毛先の性状を乱さない値として、ブラシ６０の特性に応じて決定される。

その後、ステップ１０８の処理として、図９に示す研磨液（スラリ）１００を供給した状態で、引っ張り力が与えられたブラシ６０の両端を、第１の回転軸７１および第２の回転軸７２を用いて第１の方向（図のＤ方向）に回転させる。ブラシ６０の回転数としては、例えば１５００〜２０００ｒｐｍ程度が好ましい。また、同時に、図８に示すホルダ駆動モータ７７を起動し、基板ホルダ５０を第２の方向（図のＥ方向）に回転させる。この基板ホルダ５０の回転数としては、２０ｒｐｍ、４０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ等が選択される。このとき、図７に示す駆動モータ９５を動作させ、ステップ１０９にて説明したように、基板ホルダ５０を軸方向に往復動させる。

図９に示す状態で基板ホルダ５０をＥ方向に回転させると、フィン５４によって研磨液（スラリ）１００が掻き上げられ、この研磨液（スラリ）１００が流入用開孔５３から基板ホルダ５０の内部に流れ込む。そして、流入用開孔５３から供給された研磨液（スラリ）１００は、基板ホルダ５０の内部にて、図３−２（ｅ）に示す研磨液導入スペーサ４１を包み込み、図３−１（ｃ）に示す軸方向面４１ｂと基板ホルダ５０の内周面との間が研磨液（スラリ）１００で満たされる。そして、研磨液導入スペーサ４１の循環供給孔４１ｃを経由して、積層された円盤状基板１０（積層ワーク）の中心の開孔１２に研磨液（スラリ）１００が供給される。中心の開孔１２に供給された研磨液（スラリ）１００は、毛先が螺旋状に配列されたブラシ６０によって軸方向に移動する。これらの作用によって、基板ホルダ５０の全部ではなく一部を研磨液（スラリ）１００にディップした状態から研磨を開始しても、円盤状基板１０（積層ワーク）の中心の開孔１２は軸方向に充分に研磨液（スラリ）１００で満たされる。

ここで、従来、ディスク基板を所定のブラシで研磨する際には、被研磨面である内周面に研磨液を滴下させたり、研磨液の槽にディスク基板およびブラシの全体を浸漬させていた。例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すような構造を採用した場合に、ブラシ軸を回転させる機構などをブラシ軸の下軸方向に設けると、機構部品が研磨液によって早々に浸食されてしまう問題があった。そのために、図１０（ａ），（ｂ）に示すような配置では、ブラシの両軸を支え、特に両軸を回転駆動させることは難しかった。
本実施の形態では、基板ホルダ５０を水平状態に保持して円盤状基板１０（積層ワーク）の一部を研磨液（スラリ）１００にディップさせた。そして、この状態で基板ホルダ５０とブラシ６０とを回転させることで、積層された円盤状基板１０（積層ワーク）の中心の開孔１２に研磨液（スラリ）１００を充分に供給することが可能となった。また、このとき、本実施の形態では、第１の回転軸７１および第２の回転軸７２、およびこれらを駆動する各種駆動機構が、研磨液（スラリ）１００を溜める液槽７３から離間した位置に配置されている。これによって、各種機構部品が研磨液（スラリ）１００の影響を受けない状態で装置を稼働することが可能となり、例えば研磨剤による軸受けの摩耗等を防止することができる。

以上、詳述したように、本実施の形態によれば、ブラシ軸の両端からブラシを安定して回転させることが可能となる。ブラシの両端固着によってねじれ現象を抑制することが可能となるが、特に、円盤状基板の中心の開孔が小さくなり、ブラシが細く、剛性が低くなる場合に、その効果は大きい。また、毛先が螺旋状に配列されるブラシを用いることで円盤状基板の中心の開孔における研磨液の流れが良好となるが、その一方でねじれ現象による問題が大きくなり易い。しかしながら、本実施の形態によれば、回転軸にブラシの両端を固着することで、毛先が螺旋状に配列されるブラシを用いた場合でも円盤状基板の中心の開孔を極めて精度よく研磨することができる。

また、円盤状基板の中心の開孔には端面（内周面）と面取り部分が存在するが、端面とは中心軸からの距離やブラシと当接する面の角度が異なる面取部分にブラシが入り込むこと等の条件をクリアして良好な研磨を行うためには、単一のブラシでは困難である。本実施の形態では、毛の長さが長く剛性の低い第１のブラシによって主に面取り部分を研磨し、毛の長さが短く剛性の高い第２のブラシの２つのブラシを用いて主に端面（内周面）を研磨することで、研磨面に合わせて研磨作業を適正化することができ、円盤状基板の中心の開孔を精度よく研磨することが可能となる。その際、最初に主に面取り部分を研磨し、次いで主に端面（内周面）を研磨することで、要求の厳しい端面（内周面）について、研磨後の寸法精度を良好とすることができる。

（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態が適用される円盤状基板（ディスク基板）の製造工程を示した図である。 （ｅ）〜（ｈ）は、本実施の形態が適用される円盤状基板（ディスク基板）の製造工程を示した図である。 内周研磨工程の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、ステップ１０１に示した円盤状基板の治具への取り付けを説明するための斜視図である。 （ｅ）は、ステップ１０１に示した円盤状基板の治具への取り付けを説明するための斜視図である。 ステップ１０２に示した積層ワークをセットするための基板ホルダ（ホルダ）を示した図である。 ステップ１０３、ステップ１１４にて、基板ホルダにセットされた円盤状基板の中心の開孔に挿入されるブラシを示す外観図である。 円盤状基板およびブラシがセットされた基板ホルダが軸方向を水平方向として研磨装置にセットされた状態を示した斜視図である。 研磨装置の駆動系を示した説明図である。 基板ホルダの回転の駆動系を示した説明図である。 液槽に研磨液（スラリ）を供給した状態を説明するための斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、従来から行われていた円盤状基板の内周研磨方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…円盤状基板、１２…開孔、５０…基板ホルダ、６０…ブラシ、６１…ブラシ部、６３…軸、７０…研磨装置、７１…第１の回転軸、７２…第２の回転軸

Claims (6)

1. 中心に開孔を有する円盤状基板の当該開孔に芯が柔軟性を有するブラシを挿入するステップと、
   前記ブラシの一端と他端とを互いに離間する位置に設けられた一対の回転軸に固着するステップと、
   前記ブラシの一端と他端とが各々固着された前記一対の回転軸に各々駆動力を与えて当該ブラシを回転させ、当該ブラシのねじれ現象を抑制して前記円盤状基板を研磨するステップとを備え、
   前記ブラシとして、第１のブラシおよび当該第１のブラシに比べて毛の硬度が高く長さが短い第２のブラシを用いることを特徴とする円盤状基板の内周研磨方法。
2. 前記開孔に挿入される前記ブラシは、毛先が螺旋状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の円盤状基板の内周研磨方法。
3. 前記開孔に挿入される前記ブラシは、線材に毛が挟まれたワイヤをねじることで当該ブラシの芯が柔軟性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の円盤状基板の内周研磨方法。
4. 前記研磨するステップは、前記一対の回転軸を同期回転させて前記ブラシを回転させることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の円盤状基板の内周研磨方法。
5. 単一のモータによる前記一対の回転軸の機械的連結、または当該一対の回転軸毎に設けられた個別モータを制御することによって、前記一対の回転軸を同期回転させることを特徴とする請求項４記載の円盤状基板の内周研磨方法。
6. 中心に開孔を有する円盤状基板の当該開孔に芯が柔軟性を有する第１のブラシを挿入するステップと、
   前記第１のブラシの一端と他端とを互いに離間する位置に設けられた一対の回転軸に固着するステップと、
   前記第１のブラシの一端と他端とを各々固着した前記一対の回転軸に各々駆動力を与え当該第１のブラシのねじれ現象を抑制して前記円盤状基板を研磨するステップと、
   前記円盤状基板から前記第１のブラシを抜き取るステップと、
   前記円盤状基板の前記開孔に芯が柔軟性を有する第２のブラシを挿入するステップと、
   前記第２のブラシの一端と他端とを前記一対の回転軸に固着するステップと、
   前記第２のブラシの一端と他端とを各々固着した前記一対の回転軸に各々駆動力を与え当該第２のブラシのねじれ現象を抑制して前記円盤状基板を研磨するステップと
   を備え、
   前記第２のブラシは、前記第１のブラシに比べて毛の硬度が高く長さが短いことを特徴とする円盤状基板の内周研磨方法。

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