JP5074745B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハードディスク装置等の磁気ディスク装置等に用いられるガラス基板の製造方法に関するものである。
近年、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション、携帯電話、携帯音楽プレーヤなどの情報端末には大容量のハードディスク装置が搭載されており、この種の大容量ハードディスク装置には高密度の記録が可能な磁気ディスクが用いられている。高密度の記録が可能な磁気ディスク用基板としては、表面平滑性に優れかつ高剛性なガラス製の基板が使用されている。このガラス基板は中心に円孔を有する円板状、すなわちドーナツ状の形状を有するが、内周および外周のエッジ部が角のある鋭利な状態のままであると欠け等が生じやすく機械的強度が小さくなることから、一般にエッジ部の斜面取り加工(チャンファ加工)が施される。
斜面取り加工は、例えば、特許文献1に記載される方法で行われるが、従来の方法では斜面取り部からガラス基板の記録面である主表面にかけてチッピングが発生する。
図17は、ガラス基板に発生するチッピングを説明する図であって、ガラス基板7の端部の拡大断面図である。図17に示すように、ガラス基板7の斜面取り部77から主表面71にかけて長さC1、深さC2のチッピングCが発生している。なお、符号73はガラス基板7の外周端面を示し、符号79は、理想的な斜面取り部の表面を示す。このチッピングは、斜面取りを行う砥石の砥石溝の磨耗(スジ、形状崩れ)や斜面取りの際の砥石およびガラス基板の回転精度の悪化によって発生し、またガラス基板の厚さが薄く表面状態が鏡面であるほどチッピングが発生しやすく、チッピング深さは大きいもので100μm以上である。
チッピングを抑制する方法としては、例えば、特許文献2に記載されているようなELID研削法(電解インプロセスドレッシング法)が提案されている。しかし、この方法によれば、チッピングサイズは小さくできたとしても、ELID用電極や電圧印手段が必要であり、その装置は高価である。さらには、加工取り代が多くなる上に微細な高番手砥石を用いるため加工時間が長すぎるものとなり、実用的でない。
このような背景から、従来の磁気ディスク用のガラス基板の製造方法は、特許文献3に記載のように、出発ガラス母材としてプレス成形または板ガラス成形等の方法で厚さが完成品の厚さの数倍厚いものを成形して、このガラス母材に、順次、主表面をラッピングする第1ラッピング工程、コアリングによりドーナツ状ガラス基板を形成する内外径コアリング工程、内外周の端面の研削とエッジ部の斜面取りとを行う内外周チャンファリング工程、内外周の端面を研磨する内外周端面研磨工程を施し、その後、第2ラッピング工程において厚さを完成品の厚さ程度に調整するとともにチッピング除去のためにガラス基板の表面を相当量研削し、その後、複数回ポリッシング工程を施してガラス基板表面を鏡面に仕上げていた。
一方、コアリングによりドーナツ状ガラス基板を形成する際のチッピングの発生を防止する方法として、ガラス板を複数枚重ね合わせて一体化した状態でコアリングを行う方法が特許文献4に開示されている。
特開2003−231044号公報 特開2001−199255号公報 特開2005−225713号公報 特開平6−199255号公報
しかし、従来の方法は、チッピング除去のためにラッピングによってガラス基板の表面を相当量研削していたため、ラッピング設備への投資が必要になるとともに、ガラス材料のロスの増加、工程時間の長時間化などを招来し、ガラス基板が高コスト化するという問題があった。さらに、ガラス板を複数枚重ね合わせて一体化した状態でコアリングを行う方法を用いても次工程のチャンファ加工時にチッピングの発生が十分に防止できず、チッピング除去のためのラッピングが必要であるため、上記と同様の問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、斜面取り部のチッピングを除去したガラス基板を低コストで製造できるガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス基板の製造方法は、所定の厚さを有する薄板ガラスを複数枚積層して固着、一体化し、ガラスブロックを形成するガラスブロック形成工程と、前記形成したガラスブロックをコアリングしてドーナツ状ガラスブロックを形成する内外径コアリング工程と、前記形成したドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の端面を研削する内外周端面研削工程と、前記内周および外周の端面を研削したドーナツ状ガラスブロックを個々のドーナツ状ガラス基板に分離して該分離したドーナツ状ガラス基板を洗浄する分離洗浄工程と、前記洗浄したドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りする内外周斜面取り工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの平均表面粗さは100nm以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの平均表面粗さは10nm以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの平均表面粗さは1nm以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの厚さは完成品のガラス基板の厚さよりも0.2mm以下だけ厚いことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの厚さは完成品のガラス基板の厚さよりも0.1mm以下だけ厚いことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記薄板ガラスの厚さは完成品のガラス基板の厚さよりも0.02mm以下だけ厚いことを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記内外周斜面取り工程は、電着法、メタルボンド、レジンボンド、レジメタボンド、またはビトリファイドボンドのいずれか1つ以上の結合剤で焼結した砥粒を付着した砥石を用いて前記洗浄したドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りすることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記砥粒の粒度は、#800以上#2000以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記砥粒の粒度は、#1000以上#1500以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記内外周斜面取り工程は、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、前記先端部の内径が先端方向に向けて拡開して内側に窪んだ湾曲形状またはストレート形状の斜面が形成された外周斜面取り砥石、または、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、前記先端部が円錐台側面状に先細り外側に膨らんだ湾曲形状またはストレート形状の斜面が形成された内周斜面取り砥石を、斜面取り角度が所望の角度となるように前記ドーナツ状ガラス基板との位置関係を予め調整しておき、前記外周斜面取り砥石または前記内周斜面取り砥石と前記ドーナツ状ガラス基板とをそれぞれ回転させた状態で、前記外周斜面取り砥石の中空部または前記内周斜面取り砥石の中空部を前記ドーナツ状ガラス基板の外周または内周のエッジ部に押し当てて斜面取りすることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記外周斜面取り砥石または前記内周斜面取り砥石の回転方向と前記ドーナツ状ガラス基板の回転方向を非平行にすることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記外周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板の直径未満であり、前記内周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板に形成した円孔の直径未満であることを特徴とする。
また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記外周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板の直径の40%以上95%以下であり、前記内周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板に形成した円孔の直径の40%以上95%以下であることを特徴とする。
本発明によれば、所定の厚さを有する薄板ガラスを複数枚積層して固着、一体化し、ガラスブロックを形成するガラスブロック形成工程と、前記形成したガラスブロックをコアリングしてドーナツ状ガラスブロックを形成する内外径コアリング工程と、前記形成したドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の端面を研削する内外周端面研削工程と、前記内周および外周の端面を研削したドーナツ状ガラスブロックを個々のドーナツ状ガラス基板に分離して該分離したドーナツ状ガラス基板を洗浄する分離洗浄工程と、前記洗浄したドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りする内外周斜面取り工程と、を含むので、内外径コアリング工程および内外周端面研削工程におけるチッピングの発生を防止できるとともに、完成品の厚さとするためのガラス基板の研削量を極めて少なくすることができるので、斜面取り部のチッピングを除去したガラス基板を低コストで製造できるという効果を奏する。
以下に、図面を参照して本発明に係るガラス基板の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係るガラス基板の製造方法のフロー図である。図1において、まず、出発ガラス母材として薄板ガラスを成形する(ステップS101)。つぎに、薄板ガラスを複数枚積層して固着、一体化し、ガラスブロックを形成する(ステップS102)。つぎに、形成したガラスブロックをコアリングしてドーナツ状ガラスブロックを形成する(ステップS103)。つぎに、ドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の端面を研削する(ステップS104)。つぎに、ドーナツ状ガラスブロックを個々のドーナツ状ガラス基板に分離し、洗浄して接合剤等を除去する(ステップS105)。つぎに、ドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りする(ステップS106)。そして、ドーナツ状ガラス基板の内周および外周の端面のポリッシングを行い(ステップS107)、ドーナツ状ガラス基板の主表面のポリッシングを行い(ステップS108)、ドーナツ状ガラス基板を洗浄し(ステップS109)、所望のガラス基板が完成する。
本実施の形態によれば、薄板ガラスをガラスブロックの状態にしてコアリングを行ってドーナツ状ガラスブロックを形成し、ドーナツ状ガラスブロックの状態で内周および外周の端面の研削を行って完成品寸法とし、且つ、チッピングサイズは斜面取り工程の取り代よりも十分小さいサイズに抑制されるため、チッピングの発生を抑制した条件にて必要最小限の取り代で斜面取り加工することができる。このようにすることでドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部におけるチッピングの発生が抑制されるとともに、完成品の厚さとするためのガラス基板の研削量を極めて少なくすることができる。以下、各工程について具体的に説明する。
まず、ステップS101に示す薄板ガラスの成形については、たとえば溶融ガラスを原料としたフロート法、フュージョン法、ダウンドロー法、あるいは板ガラスを加熱延伸するリドロー法などの公知の製造方法を用いて製造し、所定の大きさに切断したものを用いることができる。
図2は、リドロー法を実施するための加熱延伸装置を模式的に表した概略図である。この加熱延伸装置100は、ヒータ102a〜102cを有し母材ガラス板1を加熱する加熱炉101と、加熱炉101に母材ガラス板1を送り込む母材送り機構103と、加熱炉101からガラス条2を引き出す引き取り機構104と、ガラス条2の表面に溝を形刻してへき開し、所定の長さの薄板ガラス3を形成するためのカッター105を備える。そして、薄板ガラス3は、母材ガラス板1を加熱炉101によって加熱、延伸して所定の厚さに形成したガラス条2を、所定の長さにへき開して形成される。
この薄板ガラス3は、表面が鏡面でかつ厚さ精度が高いもの(たとえば厚さの公差 ±数μm)が好ましい。たとえば、薄板ガラス3の平均表面粗さであるRaが100nm以下であれば表面が鏡面であり好ましく、さらに、Raが10nm以下、特には1nm以下であることが一層好ましい。なお、本明細書において平均表面粗さとは、JIS B0601:2001の粗さ曲線の算術平均高さによるものである。また、薄板ガラス3の厚さは、材料ロスを一層減少させるためには、完成品のガラス基板の厚さよりもポリッシュ工程での取り代である0.2mm以下だけ厚いものが好ましく、さらには0.1mm以下だけ厚く、特には0.02mm以下だけ厚いものが好ましい。また、薄板ガラス3の材料としては、アモルファスガラスや結晶化ガラスなどのガラスセラミックスを用いることができる。なお、成形性や加工性の観点からアモルファスガラスを用いることが好ましく、たとえば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、風冷または液冷等の処理を施した物理強化ガラス、化学強化ガラスなどを用いることが好ましい。
つぎに、ステップS102に示すガラスブロックの形成において、図3に示すガラスブロック4が形成される。なお、ガラスブロックを形成する際の固着、一体化の方法としては、薄板ガラスの間にワックス、紫外線硬化樹脂、糊または接着剤等の接合剤を充填して硬化させる方法や、薄板ガラス同士を接合剤付きの紙や不織布、あるいはプラスチック系のテープによって貼り付ける方法や、低温凝固剤と冷却装置とを利用した冷凍固定方法等の公知の固定方法を用いることができる。特に、後工程である洗浄工程において、温水、沸騰水、水、あるいは有機溶媒等を用いて固着、一体化した複数枚の薄板ガラスを一枚ずつ容易に剥がすことができるような種類の水溶性ワックスや冷凍チャック方式を用いることが好ましい。
つぎに、ステップS103に示すドーナツ状ガラスブロックの形成については、図4に示すように、スピンドル110の先端に内径加工用砥石と外径加工用砥石とを同軸上に配置したダブルコア砥石111を取り付けた装置を用いることが好ましい。そして、吸着、クランプ、あるいは冷凍チャック等の固定手段113aによって固定台112に固定したガラスブロック3にダブルコア砥石111を回転しながら下降させ、ガラスブロック3とダブルコア砥石111とに研削液をかけながら研削を行って外径と内径とを同時に形成し、中心に円孔52を有するドーナツ状ガラスブロックを形成する方法が好ましい。
上述のように、薄板ガラス2をガラスブロック3の状態にしてコアリングすることによって、各薄板ガラス2の内周および外周のエッジ部は、上側または下側の少なくとも一方に固着された薄板ガラス2で押さえられながら形成される。その結果、薄板ガラス2の表面が鏡面であり、かつエッジ部にチッピングが発生しやすい厚さであっても、コアリングの際にエッジ部におけるチッピングの発生が抑制されるとともに、発生するチッピング深さも浅くなる。
つぎに、ステップS104に示すドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の研削については、図5に示すように、ドーナツ状ガラスブロック5を吸着、クランプ、あるいは冷凍チャック等の固定手段113a、113bによって固定した状態で回転させ、スピンドル114、116のそれぞれの先端に取り付けた円筒状または円柱状の外周端面研削砥石117と内周端面研削砥石115をそれぞれ所定の位置に配置して高速回転させ、ドーナツ状ガラスブロック5を挟み込むように外周端面研削砥石117と内周端面研削砥石115とをそれぞれドーナツ状ガラスブロック5の外周端面53と内周端面54とに押し付けるとともにステージ118によって昇降させてドーナツ状ガラスブロック5を上下方向に移動させて、所定量だけ研削を行い完成品寸法に仕上げることが好ましい。
上述のように、ドーナツ状ガラスブロックの状態のまま内周および外周の端面を研削することによって、各ドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部が上側または下側の少なくとも一方に固着されたドーナツ状ガラス基板で押さえられながら、各ドーナツ状ガラス基板の内周および外周の端面が研削される。その結果、薄板ガラス2の表面が鏡面であり、かつエッジ部にチッピングが発生しやすい厚さであっても、内周および外周の研削の際にエッジ部におけるチッピングの発生が抑制されるとともに、発生するチッピング深さも浅くなる。
さらには、ドーナツ状ガラスブロック5の内部に位置するドーナツ状ガラス基板は固定手段113a、113bに接触しないため、ドーナツ状ガラス基板の主表面にチャッキング傷がつくことが防止される。なお、最上面、最底面に位置し、固定手段113a、113bと接触するドーナツ状ガラス基板に対してはチャッキング傷がつくおそれがあるため、ドーナツ状ガラスブロック5と固定手段113aおよび113bとの間にダミーの板ガラスをはさむことがより好ましい。
つぎに、ステップS105に示す分離、洗浄の工程については、図6に示すように、中心に円孔52を有し、外周端面53と内周端面54とを研削したドーナツ状ガラスブロック5を、所定の溶媒に浸漬して超音波を印加し、結合剤を溶解して個々のドーナツ状ガラス基板6に分離し、さらに各ドーナツ状ガラス基板6を所定の溶媒に浸漬して仕上げの超音波洗浄を施す。このドーナツ状ガラス基板6は、主表面61の中央に円孔62を有し、外周端面63と、内周端面64と、外周エッジ部65と、内周エッジ部66とを有する。
つぎに、ステップS106に示すドーナツ状ガラス基板6の外周および内周のエッジ部65、66の斜面取りについて説明する。まず、外周エッジ部65を斜面取りする際には、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、先端部の内径が先端方向に向けて拡開して内側に窪んだ湾曲形状の斜面が形成された外周斜面取り砥石を、斜面取り角度が所望の角度となるようにドーナツ状ガラス基板との位置関係を予め調整しておき、外周斜面取り砥石とドーナツ状ガラス基板とをそれぞれ回転させた状態で、外周斜面取り砥石の中空部をドーナツ状ガラス基板の外周エッジ部に押し当てて斜面取りすることが好ましい。
以下、外周斜面取り砥石とその使用方法について具体的に説明する。図7は、外周斜面取り砥石の一部断面概略図である。外周斜面取り砥石120は、ガラス基板6の外周エッジ部65を研削する砥石122と、砥石122を先端に固定する砥石軸121とを備える。なお、砥石122は、砥石軸121と同軸上に固定される。
砥石122は、中空部123を形成した円筒状であり、先端面124が研削面として使用される。そして、図8に示すように、先端面124は、ガラス基板6の主表面61に対して砥石の回転の中心軸を所定の角度αで傾斜させ、砥石122の中空部123がガラス基板6の外周エッジ部65に臨むように先端面124を外周エッジ部65に当接させたときに、その外径側から内径側に至る略全体が外周エッジ部65に接触するように、先端方向に向けて外径側に拡開し、かつ、内側に窪むように湾曲した傾斜面となっている。また、先端面124にはダイヤモンド砥粒等の砥粒が付着されている。この砥粒は、電着法、メタルボンド、レジンボンド、レジメタボンド、またはビトリファイドボンドのいずれか1つ以上の結合剤で焼結したものである。
ドーナツ状ガラス基板6の外周エッジ部65の斜面取りの際には、ドーナツ状ガラス基板6を円孔62を中心に回転させ、外周斜面取り砥石120を砥石軸121を中心軸として回転させた状態で、図9に示すように、外周斜面取り砥石120を所定位置にまで前進させて、砥石122の先端面124をドーナツ状ガラス基板6の外周エッジ部65に押圧する。その結果、外周エッジ部65が研削されて斜面取りされる。なお、外周斜面取り砥石120の回転方向とドーナツ状ガラス基板6の回転方向とは、互いに擦れ合う速度が速くなる向きに設定する。
このとき、図9に示すように、砥石122の中空部123がドーナツ状ガラス基板6の外周エッジ部65に臨むように先端面124を外周エッジ部65に当接させる。砥石122の先端面124は内側に窪むように湾曲した傾斜面となっているので、外径側から内径側に至る略全体において外周エッジ部65と接触することになる。その結果、広い砥石面を使って研削することができるので、効率よく研削を行って面取加工時間を短縮することができる。しかも、外周エッジ部65の回転移動していく方向d2、d3と砥石122の先端面124の回転移動していく方向d1、d4とが非平行、つまり、両者の回転移動方向が交差するようになる。この結果、砥石122の先端面124には特定方向のスジが形成されない。また、ドーナツ状ガラス基板6の外周斜面取り部に縞状のキズが形成されにくい。
さらに、ドーナツ状ガラス基板6は、砥石122の先端面124によって中空部123を挟んだ両側で同時に研削されるが、図9の紙面右側の研削部においては、研削方向は方向d1と方向d2とを足し合わせた方向であるドーナツ状ガラス基板6に対して斜め上方向となり、紙面左側の研削部においては、研削方向は方向d3と方向d4とを足し合わせた方向であるドーナツ状ガラス基板6に対して斜め下方向となるので、左右の研削部における研削方向が互いに異なる。その結果、砥石122の先端面124に対するセルフドレッシング効果が生じるので、砥石の目詰まりが抑制されるとともに先端面124に環状スジが形成されないため、一層チッピングが発生しにくい。さらに、砥石122の先端面124が内側に窪むように湾曲した傾斜面であるため、図10に示すように、砥石122によって研削したドーナツ状ガラス基板6の外周斜面取り部67は、外方向に膨らんだ緩やかな曲面となる。その結果、ドーナツ状ガラス基板6の主表面61と外周斜面取り部67との境界にさらにチッピングが発生しにくくなり、ドーナツ状ガラス基板6の信頼性、耐久性、歩留まりがさらに向上する。さらに、ドーナツ状ガラス基板6の左側の研削部で縞状のキズが形成されても右側の研削部でそのキズが打ち消されるので、外周斜面取り部67の仕上がり精度が向上する。
また、砥石122の先端面124が外径側から内径側に至る略全体において外周エッジ部65と接触するので、砥石122による研削を連続して行っても先端面124は一様に磨耗するため湾曲形状が変化しない。その結果、常に一定の条件で斜面取りが可能となり、砥石122の管理が一層容易となる。なお、砥石122の先端面124がストレート形状のものであっても、上述のチッピングが発生しにくく縞状のキズが発生しない効果を奏する。
なお、ドーナツ状ガラス基板6の上側の外周エッジ部65の斜面取りが終了したら、ドーナツ状ガラス基板6を裏返して同様の斜面取りを行うことで、ドーナツ状ガラス基板6の上下側の外周エッジ部65の斜面取りが完了する。
また、内周エッジ部66を斜面取りする際には、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、先端部が円錐台側面状に先細り外側に膨らんだ湾曲形状の斜面が形成された内周斜面取り砥石を、斜面取り角度が所望の角度となるようにドーナツ状ガラス基板との位置関係を予め調整しておき、内周斜面取り砥石とドーナツ状ガラス基板とをそれぞれ回転させた状態で、内周斜面取り砥石の中空部を前記ドーナツ状ガラス基板の内周のエッジ部に押し当てて斜面取りすることが好ましい。
以下、内周斜面取り砥石とその使用方法について具体的に説明する。図11は、内周斜面取り砥石の一部断面概略図である。内周斜面取り砥石130は、ドーナツ状ガラス基板6の内周エッジ部66を研削する砥石132と、砥石132を先端に固定した砥石軸131とを備える。なお、砥石132は、砥石軸131と同軸上に固定される。
砥石132は、中空部133を形成した円筒状であり、先端面134が研削面として使用される。図12に示すように、先端面134は、ドーナツ状ガラス基板6の主表面61に対して砥石の回転の中心軸を所定の角度βで傾斜させ、砥石132の中空部133がドーナツ状ガラス基板6の内周エッジ部26に臨むように先端面134を内周エッジ部66に当接させたときに、その外径側から内径側に至る略全体が内周エッジ部66に接触するように、円錐台側面状に先細り、かつ、外側に膨らむように湾曲した傾斜面となっている。また、この先端面134には外周斜面取り砥石120の場合と同様にダイヤモンド砥粒等の砥粒が付着されている。
ドーナツ状ガラス基板6の内周エッジ部66の斜面取りを行う場合も、基本的には上述した外周エッジ部65の斜面取りと同様に行う。すなわち、ドーナツ状ガラス基板6を円孔66を中心に回転させ、この状態から、図13に示すように、内周斜面取り砥石130を所定位置にまで前進させて、砥石132の先端面134をドーナツ状ガラス基板6の内周エッジ部66に押圧する。その結果、内周エッジ部66が研削されて斜面取りされる。なお、内周斜面取り砥石130の回転方向とドーナツ状ガラス基板6の回転方向とは、互いに擦れ合う速度が速くなる向きに設定する。
このとき、図13に示すように、砥石132の中空部133がドーナツ状ガラス基板6の内周エッジ部66に臨むように先端面134を内周エッジ部66に当接させる。砥石132の先端面134は外側に膨らむように湾曲した傾斜面を有するので、外径側から内径側に至る略全体において内周エッジ部66と接触することになる。その結果、広い砥石面を使って研削することができるので、効率よく研削を行って面取加工時間を短縮することができる。しかも、内周エッジ部66の回転移動していく方向d6、d8と砥石132の先端面134の回転移動していく方向d5、d7とが非平行、つまり、両者の回転移動方向が交差するようになる。この結果、砥石132の先端面134には特定方向のスジが形成されない。また、ドーナツ状ガラス基板6の内周斜面取り部に縞状のキズが形成されにくい。
さらに、ドーナツ状ガラス基板6は、砥石132の先端面134によって中空部133を挟んだ両側で同時に研削されるが、図13の紙面右側の研削部においては、研削方向は方向d5とd6とを足し合わせた方向であるドーナツ状ガラス基板6に対して斜め下方向となり、紙面左側の研削部においては、研削方向は方向d7とd8とを足し合わせた方向であるドーナツ状ガラス基板6に対して斜め上方向となるので、左右の研削部における研削方向が互いに異なる。その結果、砥石132の先端面134に対するセルフドレッシング効果が生じるので、砥石の目詰まりが抑制されるとともに砥石面に環状スジが形成されないため、一層チッピングが発生しにくい。さらに、ドーナツ状ガラス基板6の左側の研削部で縞状のキズが形成されても右側の研削部でそのキズが打ち消されるので、内周斜面取り部の仕上がり精度が向上する。
また、砥石132の先端面134が外径側から内径側に至る略全体において内周エッジ部66と接触するので、砥石132による研削を連続して行っても先端面134は一様に磨耗するため湾曲形状が変化しない。その結果、常に一定の条件で面取加工が可能となり、砥石132の管理が一層容易となる。なお、砥石132の先端面134がストレート形状のものであっても、上述のチッピングが発生しにくく縞状のキズが発生しない効果を奏する。
なお、ドーナツ状ガラス基板6の上側の内周エッジ部66の斜面取りが終了したら、ドーナツ状ガラス基板6を裏返して同様の斜面取りを行うことで、ドーナツ状ガラス基板6の上下側の内周エッジ部66の斜面取りが完了する。
つぎに、ステップS107に示すドーナツ状ガラス基板6の外周および内周の端面63、64のポリッシング、ステップS108に示す主表面61のポリッシング、ステップS109に示すドーナツ状ガラス基板6の洗浄については、従来の方法を用いて実施できる。図14は完成したドーナツ状ガラス基板を模式的に示す概略図である。完成したドーナツ状ガラス基板6は、主表面61の中央に円孔62を有し、外周端面63と、内周端面64と、外周斜面取り部67と、内周斜面取り部68とを有し、外周および内周斜面取り部67、68のチッピングが除去されるとともに低コストで製造された、良質で低コストのガラス基板となる。
(実施例1〜10、比較例)
以下に、本発明の実施例及び比較例を示す。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。実施例1〜10においては、上述の実施の形態にしたがって以下のような方法で直径0.85インチ(21.6mm)の磁気ディスク用ガラス基板を製造した。また、比較例では、特許文献1に記載されるような内周および外周の端面の研削とエッジ部の斜面取りとを内外周同時に行うことが可能なチャンファ加工機を用いて行い、それ以外の工程はすべて実施例と同じとした。以下、各工程について図15を参照して具体的に説明する。
1) 薄板ガラスの成形
まず、フロート法により製造したソーダライムガラス(幅328mm×厚さ5mm×長さ約1.5m)を図2に示す加熱延伸装置で加熱延伸して所望の厚さのガラス条(幅25mm×長さ 数十mm)を形成し、150mmの長さに切断して薄板ガラスとした。薄板ガラスの厚さは、図15に示すように、完成品のガラス基板の厚さである0.381mmに、ポリッシュ工程での取り代である約0.01mm、約0.12mm、あるいは約0.22mmを上乗せした程度のものとした。また、薄板ガラスの平均表面粗さを、AFM(島津製作所製 SPM−9500J3)を用いて測定したところ、図15に示すように100nm以下であった。
2) ガラスブロックの形成
つぎに、形成した薄板ガラスを複数枚積層した状態で固着、一体化する方法として、ワックス固定法と冷凍チャック固定法とを採用した。ワックス固定法では、80℃程度で溶解する水溶性ワックス(日化精工製 アクアワックス80)を用い、ホットプレート上で薄板ガラスを加熱しながらワックスを塗布し、その上に別の薄板ガラスを乗せる作業を繰り返して薄板ガラスを25枚積層させた後、冷却して固着、一体化し、ガラスブロックを形成した。また、冷凍チャック固定法では、薄板ガラスの間に低温凝固剤を塗布充填しながら25枚積層させた後、冷却装置を用いて低温凝固材が十分固化する温度まで冷凍して固着、一体化し、ガラスブロックを形成した。
3) 内外径のコアリング
図4に示すダブルコア砥石を2種類準備した。すなわち、内径加工用砥石と外径加工用砥石がともにメタルボンド#320のタイプと、外径加工用砥石がメタルボンド#320であり、内径加工用砥石がメタルボンド#600であるタイプとである。そして、前工程で形成したガラスブロックを、上述のステップS103に示す方法によって、図15に示す条件で研削し、ドーナツ状ガラスブロックを形成した。なお、冷凍チャック方式を用いた場合は、研削中においても冷凍固着状態が維持されるように研削液温度を−10℃程度に保った。
4) 内外周端面研削(芯取り)
円柱状の外周端面研削砥石および内周端面研削砥石をそれぞれ2種類準備した。砥石の種類および粒度は、外周用および内周用ともに電着#400と、電着#600とである。そして、前工程で形成したドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の端面を、上述のステップS104に示す方法によって、図15に示す条件で研削し、芯取りを行い完成品寸法に仕上げた。なお、冷凍チャック方式を用いた場合は、研削中においても冷凍固着状態が維持されるよう研削液温度を−10℃程度に保った。
5) 分離、洗浄
つぎに、前工程で内周および外周の端面を研削したドーナツ状ガラスブロックを80℃に調整した温水に浸漬し、超音波を印加して水溶性ワックスまたは低温凝固材を溶解した。つぎに、仕上げ洗浄としてIPA(イソプロピルアルコール)超音波洗浄を施し乾燥させることで、個々のドーナツ状ガラス基板を得た。
6) 内外周エッジ部斜面取り
つぎに、斜面取り砥石として、メタルボンドまたはレジメタボンドを結合剤として砥粒を焼結し、砥石粒度を#800〜#2000に調整したものを数種類準備した。なお、実施例1〜10については、外周斜面取り砥石は、図7に示したものと同様のものであって、砥石の先端面の傾斜面がストレート形状であり、傾斜角度が45度であるものを用いた。また、内周斜面取り砥石は、図11に示したものと同様のものであって、砥石の先端面の傾斜面がストレート形状であり、傾斜角度が45度であるものを用いた。そして、斜面取り角度がガラス基板の主表面に対して45度の角度となるように斜面取り砥石およびドーナツ状ガラス基板の位置を調整しておき、ジュラコン製樹脂を用いて同心円状に加工された吸着ステージにドーナツ状ガラス基板を乗せて真空吸着させた後、上述のステップS106に示す方法によって、図15に示す条件で斜面取りを行った。なお、斜面取りは、内周上面、内周下面、外周上面、外周下面の順に行った。
7) 内外周端面ポリッシング
つぎに、ワークホールダーに前工程で斜面取りを行ったドーナツ状ガラス基板を300枚重ね合わせ、従来より用いられているブラシ研磨法により内周および外周の端面および斜面取り部の鏡面研磨を行った。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。なお、このポリッシングは、内周、外周の順に実施し、このポリッシングを終えたドーナツ状ガラス基板を水洗浄し、仕上げ洗浄としてIPA超音波洗浄を施し、乾燥させた。
8) 主表面ポリッシング
遊星歯車機構を有する両面研磨装置に前工程で得られたドーナツ状ガラス基板をセットし、軟質ポリッシャを用いたタッチポリッシュによって所望の厚さ0.381mmになるまで主表面の鏡面研磨を行った。研磨砥粒としては、コロイダルシリカ砥粒を含むスラリー(遊離砥粒)を用いた。
以上のようにして製造したドーナツ状ガラス基板について、斜面取りの後、および主表面のポリッシングの後に、レーザー顕微鏡を用いて内外周の斜面取り部におけるチッピングの個数とサイズ(最大長さ、最大深さ)を測定した。また、基板の主表面の平均表面粗さを、AFM(島津製作所製 SPM−9500J3)を用いて測定した。その結果を図16に示す。
ここで、実施例1〜10と比較例とのチッピングについてのデータを比較する。比較例では斜面取り後においてチッピング長さが5μm以上のチッピング発生個数は300個以上であり、その深さは最大で20μmを超えており、内外周端面ポリッシング、主表面ポリッシング(タッチポリッシュ)を施してもチッピングは残存し除去できていない。すなわち、比較例に係る方法においてチッピングを除去するためには、当初は厚い板ガラスを用いて、チッピングが除去されるまで主表面を研削しなければならないので、大きな材料ロスが発生する。これに対し実施例1〜10では、斜面取り後におけるチッピングの発生個数は20個未満であり、かつ、その最大深さは2μm以下と顕著に改善されている。なお、実施例2〜10は、結合剤の種類に関わらず砥石粒度を細かくすることで一層チッピングサイズを小さくできることを示すが、工程時間を考慮した生産性の観点からは、砥石の粒度は#1000〜#1500が特に好適である。また、実施例10では、斜面取りの加工速度を、はじめは低速で後に高速にするという2段階にしているが、このように加工速度を段階的にアップにする事でより生産性が向上する事も確認できた。
また、実施例6〜9では、薄板ガラスの平均表面粗さが異なるが、いずれの表面粗さであっても主表面のポリッシング後にはチッピングの残存は見られず、主表面の平均表面粗さも十分満足できた。また、主表面のポリッシングで深さが1μm以下程度の微小なチッピングを除去する場合、少なくともチッピング深さの3倍以上の厚さのタッチポリッシュをすれば、微小なチッピングを除去できることが確認された。そして、タッチポリッシュで所望の主表面の表面粗さを実現するには、生産性の観点から、薄板ガラスの厚さが完成品のガラス基板の厚さよりも0.02mm以下だけ厚いことが特に好適であり、薄板ガラスの平均表面粗さが1nm以下であることが特に好適であることが確認された。
また、実施例3、6、7を比較した結果、生産性、砥石位置出し作業性、ドーナツ状ガラス基板および砥石への給水性などの観点から、外周斜面取り砥石のドーナツ状ガラス基板と接触する部分の直径は加工対象のワークであるドーナツ状ガラス基板の直径の40%以上95%以下、内周斜面取り砥石のドーナツ状ガラス基板と接触する部分の直径は、ドーナツ状ガラス基板の円孔の直径の40%以上95%以下が好適であることが確認された。
なお、上記の実施の形態においては、薄板ガラスを複数枚積層して固着、一体化し、ガラスブロックを形成した後、内外径を同時にコアリングしてドーナツ状ガラスブロックを形成する構成にしているが、コアリングは内径と外径を分けてそれぞれコアリングを施してもよいし、薄板ガラスをあらかじめ円盤状基板としたのち複数枚積層して固着、一体化し、内外径を同時コアリングあるいは内径と外径を分けてそれぞれコアリングを施してもよい。
また、本発明は、ハードディスク装置用の磁気ディスクに限らず、光ディスク、光磁気ディスク等の他の記録媒体用のガラス基板の製造に適用できるものである。
本発明の実施の形態に係るガラス基板の製造方法のフロー図である。 リドロー法を実施するための加熱延伸装置を模式的に表した概略図である。 形成したガラスブロックを模式的に表した斜視概略図である。 ドーナツ状ガラスブロックの形成について説明する説明図である。 ドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の研削について説明する説明図である。 ドーナツ状ガラスブロックと、分離、洗浄した個々のドーナツ状ガラス基板を模式的に表した斜視概略図である。 外周斜面取り砥石の一部断面概略図である。 外周斜面取り砥石のドーナツ状ガラス基板への当て方を説明する説明図である。 外周斜面取り砥石とドーナツ状ガラス基板との接触状態を表す斜視図である。 斜面取りを行ったドーナツ状ガラス基板の外周端部の断面図である。 内周斜面取り砥石の一部断面概略図である。 内周斜面取り砥石のドーナツ状ガラス基板への当て方を説明する説明図である。 内周斜面取り砥石とドーナツ状ガラス基板との接触状態を表す斜視図である。 完成したドーナツ状ガラス基板を模式的に示す概略図である。 本発明の実施例1〜10および比較例に係るドーナツ状ガラス基板の製造の際の各工程の諸条件を示す図である。 本発明の実施例1〜10および比較例に係るドーナツ状ガラス基板の諸特性を示す図である。 ガラス基板に発生するチッピングを説明する図である。
符号の説明
1 母材ガラス板
2 ガラス条
3 薄ガラス板
4 ガラスブロック
5 ドーナツ状ガラスブロック
52、62 円孔
53、63 外周端面
54、64 内周端面
6 ドーナツ状ガラス基板
61 主表面
65 外周エッジ部
66 内周エッジ部
67 外周斜面取り部
68 内周斜面取り部
120 外周斜面取り砥石
121、131 砥石軸
122、132 砥石
123、133 中空部
124、134 先端面
130 内周斜面取り砥石

Claims (9)

  1. 所定の厚さを有する薄板ガラスを複数枚積層して固着、一体化し、ガラスブロックを形成するガラスブロック形成工程と、
    前記形成したガラスブロックをコアリングしてドーナツ状ガラスブロックを形成する内外径コアリング工程と、
    前記形成したドーナツ状ガラスブロックの内周および外周の端面を研削する内外周端面研削工程と、
    前記内周および外周の端面を研削したドーナツ状ガラスブロックを個々のドーナツ状ガラス基板に分離して該分離したドーナツ状ガラス基板を洗浄する分離洗浄工程と、
    前記洗浄したドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りする内外周斜面取り工程と、
    前記内周および外周のエッジ部を斜面取りしたドーナツ状ガラス基板の主表面を研磨する工程と、
    を含み、
    前記薄板ガラスの主表面の平均表面粗さは1nm以下であり、
    前記薄板ガラスの厚さは完成品のガラス基板の厚さよりも0.02mm以下だけ厚い
    ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
  2. 前記形成したガラスブロックと該ガラスブロックを固定する固定手段との間にダミー板ガラスを挟んで、前記内外径コアリング工程または前記内外周端面研削工程を行うことを特徴とする請求項1に記載のガラス基板の製造方法。
  3. 前記内外周斜面取り工程は、電着法、メタルボンド、レジンボンド、レジメタボンド、またはビトリファイドボンドのいずれか1つ以上の結合剤で焼結した砥粒を付着した砥石を用いて前記洗浄したドーナツ状ガラス基板の内周および外周のエッジ部を斜面取りすることを特徴とする請求項1または2に記載のガラス基板の製造方法。
  4. 前記砥粒の粒度は、#800以上#2000以下であることを特徴とする請求項に記載のガラス基板の製造方法。
  5. 前記砥粒の粒度は、#1000以上#1500以下であることを特徴とする請求項に記載のガラス基板の製造方法。
  6. 前記内外周斜面取り工程は、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、前記先端部の内径が先端方向に向けて拡開して内側に窪んだ湾曲形状またはストレート形状の斜面が形成された外周斜面取り砥石、または、中空部を形成した円筒状の先端部を有し、前記先端部が円錐台側面状に先細り外側に膨らんだ湾曲形状またはストレート形状の斜面が形成された内周斜面取り砥石を、斜面取り角度が所望の角度となるように前記ドーナツ状ガラス基板との位置関係を予め調整しておき、前記外周斜面取り砥石または前記内周斜面取り砥石と前記ドーナツ状ガラス基板とをそれぞれ回転させた状態で、前記外周斜面取り砥石の中空部または前記内周斜面取り砥石の中空部を前記ドーナツ状ガラス基板の外周または内周のエッジ部に押し当てて斜面取りすることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のガラス基板の製造方法。
  7. 前記外周斜面取り砥石または前記内周斜面取り砥石の回転方向と前記ドーナツ状ガラス基板の回転方向を非平行にすることを特徴とする請求項に記載のガラス基板の製造方法。
  8. 前記外周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板の直径未満であり、前記内周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板に形成した円孔の直径未満であることを特徴とする請求項またはに記載のガラス基板の製造方法。
  9. 前記外周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板の直径の40%以上95%以下であり、前記内周斜面取り用砥石は、前記ドーナツ状ガラス基板と接触する部分の砥石の直径が該ドーナツ状ガラス基板に形成した円孔の直径の40%以上95%以下であることを特徴とする請求項に記載のガラス基板の製造方法。
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