JP4994213B2 - 磁気ディスク用ガラス基板、磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ等の記録媒体として用いられる磁気ディスク用ガラス基板、磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板の製造方法に関するものである。

近年、情報化技術の高度化に伴い、情報記録技術、特に磁気記録技術は著しく進歩している。磁気記録媒体のひとつであるＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の磁気記録媒体用基板として、従来用いられていたアルミニウム基板と比して小型化、薄板化、および高密度記録化が達成でき、基板表面の平坦性および基板強度に優れたガラス基板が採用されている。

また、ＨＤＤ等に用いられる磁気ディスクにおいて高記録密度を達成するために、近年、垂直磁気記録方式の磁気ディスク（垂直磁気記録ディスク）が提案されている。このような情報記録密度の増加に伴い、円周方向の線記録密度（ＢＰＩ:Bit Per Inch）、半径方向のトラック記録密度（ＴＰＩ:Track Per Inch）のいずれも増加の一途を辿っている。さらに、磁気ディスクの磁性層と、磁気ヘッドの記録再生素子との間隙（磁気的スペーシング）を狭くしてＳ／Ｎ比を向上させる技術も検討されている。近年望まれる磁気ヘッドの浮上量は８ｎｍから６ｎｍ程度である。

さらに、上述したような記録密度向上に伴って読み出し速度の高速化が求められており、これに対処するため、読み出し時における回転数が増加する傾向にあり、近年では７２００ｒｐｍ以上の回転数が求められている。

しかし、基板の回転数が増加すればするほど、フラッタリングが発生する確率が高くなる。フラッタリングとは、基板の回転によって生ずる気流により基板が揺動する現象である。フラッタリングが発生すると、騒音や振動が発生したり、上記した磁気ヘッドの低浮上量化とあいまって磁気ヘッドが基板表面に接触し、基板自体が破損したりするおそれもある。フラッタリングが発生する条件や大きさについては諸説があり未だ確立していないが、一説によればフラッタリングの大きさは回転速度の二乗に比例し、ヤング率に反比例する。従って基板の回転数が増加すればするほどフラッタリングは大きくなり、基板の損傷を招いてしまうおそれもある。

そこで、基板を回転部に押し付けるディスク押さえ具を工夫することで、フラッタリングを低減させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１においてはディスク押え具に設けた密閉空間内に適度な量の液体を封入することにより、ディスク基板（コンパクトディスクなどの樹脂ディスク）の厚みむらに応じて重量バランスをとり、高速回転の安定を図ることができるとしている。
特開２００７−０１８６７４号公報

しかし、特許文献１に記載されたような技術では、回転数が高速になればなるほどディスク押さえ具と基板との間の摩擦が増加し、摩擦によって発生する摩擦熱が基板に悪影響をおよぼすこととなる。

そこで本発明は、基板自体の外周面の形状を工夫することにより、外周部からのコロージョンの発生を抑制しつつ、基板を高速回転させてもフラッタリングの発生を低減させることが可能な、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる磁気ディスク用ガラス基板の代表的な構成は、中心に内孔を有する円板状の磁気ディスク用ガラス基板であって、外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを有することを特徴とする。

かかる構成により、基板を７２００ｒｐｍ以上、さらには１００００ｒｐｍ以上に高速回転させてもフラッタリングが発生することがなくなる。したがって、フラッタリングによる磁気ヘッドとの接触が抑止できるため、磁気ヘッドのさらなる低浮上化に貢献することが可能となる。

また、基板の外周側の端部に周期的なうねりを有することにより、うねりを有さないすなわち外周の端部が平滑な場合と比較して、基板全体の表面積が増大する。これにより、化学強化される面積が増大し、耐衝撃性を向上させることができる。

上記うねりは、外周の円周方向に約１．０ｃｍ^−１から約２．０ｃｍ^−１の波長を有してもよく、約１．２ｃｍ^−１から約１．７ｃｍ^−１の波長を有するとよい。

基板の表面積、特に外周面の表面積が増大すると、リチウムやナトリウムが基板から析出するコロージョンが発生しやすくなるが、上記の波長のうねりであれば、コロージョンの発生を抑えつつ、フラッタリングの発生も抑制することができる。

上記うねりは、外周の半径方向に約０．１μｍから約０．７５μｍの振幅を有してもよく、約０．２５μｍから約０．６μｍの振幅を有するとよい。

基板の表面積、特に外周面の表面積が増大すると、リチウムやナトリウムの基板から析出するコロージョンが発生しやすくなるが、上記の振幅のうねりであれば、コロージョンの発生を抑えつつ、フラッタリングの発生も抑制することができる。

上記磁気ディスク用ガラス基板は、アルミノシリケートガラスからなるとよい。

アルミノシリケートガラスは、平滑かつ高剛性が得られるので、磁気的スペーシング、特に、磁気ヘッドの浮上量をより安定して低減できる。また、アルミノシリケートガラスは、化学強化により、さらに高い剛性を得ることができる。

上記課題を解決するために、本発明にかかる磁気ディスクの代表的な構成は、中心に内孔を有する円板状のガラス基板に少なくとも磁性層を形成してなる磁気ディスクであって、外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる磁気ディスク用ガラス基板の製造方法の代表的な構成は、中心に内孔を有する円板状の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法において、当該ガラス基板を回転させつつ外周面に回転砥石を押圧することによって外周側の端部を成形するフォーミング工程を含み、かつ、フォーミング工程において、外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを形成することを特徴とする。

上述した磁気ディスク用ガラス基板の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板の製造方法にも適用可能である。

本発明によれば、外周部からのコロージョンの発生を抑制しつつ、基板を高速回転させてもフラッタリングの発生を低減させることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態にかかる磁気ディスク用ガラス基板および磁気ディスクは、０．８インチ型ディスク（内径６ｍｍ、外径２１．６ｍｍ、板厚０．３８１ｍｍ）、１．０インチ型ディスク（内径７ｍｍ、外径２７．４ｍｍ、板厚０．３８１ｍｍ）、１．８インチ型磁気ディスク（内径１２ｍｍ、外径４８ｍｍ、板厚０．５０８ｍｍ）などの所定の形状を有する磁気ディスクとして製造される。また、２．５インチ型ディスクや３．５インチ型ディスクとして製造してもよい。

（１）形状加工工程および第１ラッピング工程
本実施形態においてガラス基板の材質としてはソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラス等が挙げられるが、中でもアルミノシリケートガラスが好適である。アルミノシリケートガラスは、平滑かつ高剛性が得られるので、磁気的スペーシング、特に、磁気ヘッドの浮上量をより安定して低減できる。また、アルミノシリケートガラスは化学強化により、高い剛性強度を得ることができる。

まず、溶融させたアルミノシリケートガラスを上型、下型、胴型を用いたダイレクトプレスによりディスク形状に成型し、アモルファスの板状ガラスを得た。なお、アルミノシリケートガラスとしては、化学強化用のガラスを使用した。ダイレクトプレス以外に、ダウンドロー法やフロート法で形成したシートガラスから研削砥石で切り出して円板状の磁気ディスク用ガラス基板を得てもよい。なお、アルミノシリケートガラスとしては、ＳｉＯ_２：５８〜７５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：５〜２３重量％、Ｌｉ_２Ｏ：３〜１０重量％、Ｎａ_２Ｏ：４〜１３重量％を主成分として含有する化学強化ガラスを使用した。

次に、この板状ガラスの両主表面をラッピング加工し、ディスク状のガラス母材とした。このラッピング加工は、遊星歯車機構を利用した両面ラッピング装置により、アルミナ系遊離砥粒を用いて行った。具体的には、板状ガラスの両面に上下からラップ定盤を押圧させ、遊離砥粒を含む研削液を板状ガラスの主表面上に供給し、これらを相対的に移動させてラッピング加工を行った。このラッピング加工により、平坦な主表面を有するガラス母材を得た。

（２）切り出し工程（コアリング、フォーミング）
次に、ダイヤモンドカッタを用いてガラス母材を切断し、このガラス母材から円板状のガラス基板を切り出した。次に、円筒状のダイヤモンドドリルを用いて、このガラス基板の中心部に内孔を形成し、円環状のガラス基板１００とした（コアリング）。

図１はガラス基板１００の端面に面取り加工を施すフォーミング工程を説明する図である。図１（ａ）に示すように、フォーミング工程は、円板状のガラス基板の中心に内孔１０２を形成した円環状のガラス基板１００に対して施される。

図１（ｂ）に示すように、内孔１０２に研削手段の例としての内側砥石２００を挿通し、ガラス基板１００の外側にも研削手段の例としての外側砥石２１０を配置している。内側砥石２００と外側砥石２１０は、不図示の加圧手段によりガラス基板１００を半径方向に挟み込むように加圧される。内側砥石２００および外側砥石２１０はプーリー状の回転砥石であって、外周面に後述する研削面（中央平坦部２２０ａおよび傾斜部２２０ｂ）を備えている。ガラス基板１００、内側砥石２００および外側砥石２１０はそれぞれ不図示の駆動手段によって回転駆動され、その回転方向はそれぞれの接点で対向する方向となるように設定している。なお、図１においてガラス基板１００の支持機構および回転駆動機構は省略している。

そしてガラス基板１００の内周端面１２０および外周端面１３０を研削することにより、図１（ｃ）に示すように、それぞれに面取部１２０ａ、１３０ａおよび端部１２０ｂ、１３０ｂを形成する。

図２は研削位置の要部拡大図である。ここでは、内側砥石２００と外側砥石２１０とでは説明が重複するため、ここでは外側砥石２１０のみについて説明する。外側砥石２１０の基材２１０ａの外周面は、外周側の端部１３０ｂの厚み方向の中央部に平坦部を形成するための中央平坦部２２０ａと、面取部１３０ａを形成するための傾斜部２２０ｂとが形成されている。これら中央平坦部２２０ａおよび傾斜部２２０ｂの表層には、砥粒の例としてのダイヤモンド砥粒２３０がニッケル２４０に埋設された構成となっている。このダイヤモンド砥粒２３０によって、ガラス基板１００の表面が研削される。研削によって高熱が発生するため、研削位置近傍には冷却液供給手段の例としての冷却液ノズル２６０が配置されており、冷却液２５０を研削位置に向かって吐出している。

本実施形態において、ガラス基板１００の回転数と外側砥石２１０の回転数と押圧力を適切に設定することにより任意のうねりを設定できる。

図３はガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂのうねりを説明するための説明図であり、特に図３（ａ）は、ガラス基板１００の外周側を説明するための説明図であり、図３（ｂ）はガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂを微細輪郭形状測定器で測定した結果を示した図である。本実施形態では、微細輪郭形状測定器は接触式を用いており、先端に半径０．２μｍ程度もしくは０．５μｍ程度のダイヤモンドが付いた針をガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂに接触させ、外周の円周方向に針を移動させ、端部１３０ｂの表面を測定した。図３に示すように、本実施形態では、ガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂのうねりは、外周の円周方向に約１．２ｃｍ^−１から約１．７ｃｍ^−１の波長を有し、外周の半径方向に約０．１μｍから約０．７５μｍの振幅を有している。

ガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂにうねりを有することにより、ガラス基板１００を７２００ｒｐｍ以上、さらには１００００ｒｐｍ以上に高速回転させてもフラッタリングが発生することがなくなる。したがって、フラッタリングによる磁気ヘッドとの接触が抑止できるため、磁気ヘッドのさらなる低浮上化に貢献することが可能となる。

（３）第２ラッピング工程
次に、得られたガラス基板の両主表面について、第１ラッピング工程と同様に、第２ラッピング加工を行った。この第２ラッピング工程を行なうことにより、前工程である切り出し工程や端面研磨工程において主表面に形成された微細な凹凸形状を予め除去しておくことができ、後続の主表面に対する研磨工程を短時間で完了させることができるようになる。
（４）端面研磨工程
次に、ガラス基板の外周の端面研磨を行なう。まず端部１３０ｂについては、面取部１２０ｂに先立ち、単独で研磨を行なう。研磨の方法は、例えば複数枚のガラス基板１００を同時にブラシにて研磨する方法でもよいが、取代が多くなってしまう。そこで、例えば枚葉式の研磨方法を用いてよい。

続いて面取部１３０ａについては、鏡面研磨を行った。これにより、１枚のガラス基板１００の面取部１３０ａの、外周の全周における表面粗さの差は、０．００１μｍ以下の範囲になった。そして、端面研磨工程を終えたガラス基板１００を水洗浄した。この端面研磨工程により、ガラス基板１００の端面は、ナトリウムやカリウムの析出の発生を防止できる鏡面状態に加工された。

なお、本実施例では端部１３０ｂの研磨を行った後に面取部１３０ａの研磨を行なうよう説明した。しかしこの順序については任意であって、面取部１３０ａの研磨を先に行ってから端面１３０ｂの研磨を行ってもよい。

次に、内周端面１２０については、多数枚積層したガラス基板ブロックを形成し、面取りした内周端部１２０ｂをブラシロールにて同時に研磨してよい。このとき、研磨砥粒としては、酸化セリウム砥粒を含むスラリー（遊離砥粒）を用いた。

（５）主表面研磨工程
主表面研磨工程として、まず第１研磨工程を施した。この第１研磨工程は、前述のラッピング工程において主表面に残留したキズや歪みの除去を主たる目的とするものである。この第１研磨工程においては、遊星歯車機構を有する両面研磨装置により、硬質樹脂ポリッシャを用いて、主表面の研磨を行った。研磨剤としては、酸化セリウム砥粒を用いた。

この第１研磨工程を終えたガラス基板１００を、中性洗剤、純水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、の各洗浄槽に順次浸漬して、洗浄した。

次に、主表面研磨工程として、第２研磨工程を施した。この第２研磨工程は、主表面を鏡面状に仕上げることを目的とする。この第２研磨工程においては、遊星歯車機構を有する両面研磨装置により、軟質発泡樹脂ポリッシャを用いて、主表面の鏡面研磨を行った。研磨剤としては、第１研磨工程で用いた酸化セリウム砥粒よりも微細な酸化セリウム砥粒を用いた。

この第２研磨工程を終えたガラス基板１００を、中性洗剤、純水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の各洗浄槽に順次浸漬して、洗浄した。なお、各洗浄槽には、超音波を印加した。

（６）化学強化工程
次に、前述のラッピング工程および研磨工程を終えたガラス基板１００に、化学強化を施した。化学強化は、硝酸カリウム（６０％）と硝酸ナトリウム（４０％）を混合した化学強化溶液を用意し、この化学強化溶液を４００℃に加熱しておくとともに、洗浄済みのガラス基板１００を３００℃に予熱し、化学強化溶液中に約３時間浸漬することによって行った。この浸漬の際には、ガラス基板１００の表面全体が化学強化されるようにするため、複数のガラス基板１００が端面で保持されるように、ホルダに収納した状態で行った。

このように、化学強化溶液に浸漬処理することによって、ガラス基板１００の表層のリチウムイオンおよびナトリウムイオンが、化学強化溶液中のナトリウムイオンおよびカリウムイオンにそれぞれ置換され、ガラス基板が強化される。ガラス基板の表層に形成された圧縮応力層の厚さは、約１００μｍ乃至２００μｍであった。

本実施形態において、ガラス基板１００の外周側の端部１３０ｂに周期的なうねりを有することにより、うねりを有さないすなわち外周の端部１３０ｂが平滑な場合と比較して、ガラス基板１００全体の表面積が増大する。これにより、化学強化される面積が増大し、耐衝撃性を向上させることができる。

化学強化処理を終えたガラス基板１００を、２０℃の水槽に浸漬して急冷し、約１０分間維持した。そして、急冷を終えたガラス基板１００を、約４０℃に加熱した濃硫酸に浸漬して洗浄を行った。さらに、硫酸洗浄を終えたガラス基板を純水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の各洗浄槽に順次浸漬して洗浄した。なお、各洗浄槽には超音波を印加した。

上記の如く、第１ラッピング工程、切り出し工程、端面研磨工程、第２ラッピング工程、第１および第２研磨工程、ならびに化学強化工程を施すことにより、平坦で平滑な、高剛性の磁気ディスク用ガラス基板１００を得た。

（７）磁気ディスク製造工程
上述した工程を経て得られたガラス基板１００の両面に、ガラス基板１００の表面にＣｒ合金からなる付着層、ＣｏＴａＺｒ基合金からなる軟磁性層、Ｒｕからなる下地層、ＣｏＣｒＰｔ基合金からなる垂直磁気記録層、水素化炭素からなる保護層、パーフルオロポリエーテルからなる潤滑層を順次成膜することにより、垂直磁気記録ディスクを製造した。なお、本構成は垂直磁気ディスクの構成の一例であるが、面内磁気ディスクとして磁性層等を構成してもよい。

［評価］
図４は、上記実施例の磁気ディスクを評価した図であり、特に、図４（ａ）は、上記実施例のように外周側の端部１３０ｂに円周方向に周期的なうねりを有する磁気ディスクと、外周側の端部１３０ｂに円周方向に周期的なうねりを有さない磁気ディスクとを高速回転させ、フラッタリングが発生したか否かを評価した図であり、図４（ｂ）は、周期的なうねりの振幅を変化させたときのフラッタリングおよびコロージョンの発生を評価した図である。なお、図４中、○は発生なしを、△は少々発生を、×は発生を示している。

図４（ａ）においてうねり「あり」は実施例、「なし」は比較例である。図に示すように、本実施例のうねりを有する磁気ディスクでは、１００００ｒｐｍの高速回転においてもフラッタリングは発生せず、高速回転を維持することができた。しかし、比較例であるうねりを有さない磁気ディスクでは、５４００ｒｐｍにおいても少々フラッタリングが発生し、７２００ｒｐｍ以上の高速回転においては、フラッタリングが発生し、高速回転を維持することができなかった。

図４（ｂ）において振幅「０．１以下」は比較例、「０．１〜０．７５」は実施例、「０．７５以上」は比較例である。図４（ｂ）に示すように、うねりの振幅が０．１μｍ以下であるとコロージョンは発生しないが、フラッタリングは発生した。またうねりの振幅が０．７５μｍ以上であるとフラッタリングは発生しないが、コロージョンが発生した。一方、実施例である０．１〜０．７５μｍのときには、フラッタリングもコロージョンも発生しなかった。なお、うねりが約０．２５μｍから約０．６μｍの振幅であるとき、さらに発生の程度が低かった。

したがって、外周の円周方向に約１．２ｃｍ^−１から約１．７ｃｍ^−１の波長を有し、外周の半径方向に約０．１μｍから約０．７５μｍの振幅を有するうねりであれば、コロージョンの発生を抑えつつ、フラッタリングの発生も抑制することができることが確かめられた。

本発明は、磁気ディスク用のガラス基板、磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板の製造方法として利用することができる。

ガラス基板の端面に面取り加工を施すフォーミング工程を説明する図である。 研削位置の要部拡大図である。 ガラス基板の外周側の端部のうねりを説明するための説明図である。 実施例の磁気ディスクを評価した図である。

符号の説明

１００ …ガラス基板
１０２ …内孔
１２０ …内周端面
１２０ａ、１３０ａ …面取部
１２０ｂ、１３０ｂ …端部
１３０ …外周端面
２００ …内側砥石
２１０ …外側砥石
２１０ａ …基材
２２０ａ …中央平坦部
２２０ｂ …傾斜部
２３０ …ダイヤモンド砥粒
２４０ …ニッケル
２５０ …冷却液
２６０ …冷却液ノズル

Claims (6)

1. 中心に内孔を有する円板状の磁気ディスク用ガラス基板であって、
   外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを有し、
   前記うねりは、前記外周の半径方向に０．１μｍより大きく、０．７５μｍ未満の振幅を有することを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板。
2. 前記うねりは、前記外周の円周方向に約１．０ｃｍ^−１から約２．０ｃｍ^−１の波長を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク用ガラス基板。
3. 前記うねりは、前記外周の円周方向に約１．２ｃｍ^−１から約１．７ｃｍ^−１の波長を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク用ガラス基板。
4. 前記磁気ディスク用ガラス基板は、アルミノシリケートガラスからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気ディスク用ガラス基板。
5. 中心に内孔を有する円板状のガラス基板に少なくとも磁性層を形成してなる磁気ディスクであって、
   外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを有し、
   前記うねりは、前記外周の半径方向に０．１μｍより大きく、０．７５μｍ未満の振幅を有することを特徴とする磁気ディスク。
6. 中心に内孔を有する円板状の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法において、
   当該ガラス基板を回転させつつ外周面に回転砥石を押圧することによって外周側の端部を成形するフォーミング工程を含み、
   かつ、前記フォーミング工程において、前記外周側の端部に円周方向に周期的なうねりを形成し、
   前記うねりは、前記外周の半径方向に０．１μｍより大きく、０．７５μｍ未満の振幅を有することを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。

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