JP5367231B2 - 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法及び装置、並びに円盤状基板の製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法及び装置、並びに円盤状基板の製造方法に関し、特に、ハードディスク装置に用いられる磁気記録媒体用ガラス基板の開口径を検査するのに好適な検査方法及びその検査装置、並びに円盤状基板の製造方法に関する。

ハードディスク装置の記録装置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。ハードディスク装置は、通常、中央に円状の開口部のある円盤状（いわゆるドーナッツ形状）の磁気記録媒体を、１枚又は複数枚を積層して同心円で回転させる（複数枚の場合は、同期回転させる）シャフトと、該シャフトにベアリングを介して接合された磁気記録媒体を高速回転させるモータと、磁気記録媒体の両面において記録及び／又は再生に用いる磁気ヘッドと、該ヘッドが取り付けられた支持アームと、複数本以上の支持アームを同期して可動させ磁気ヘッドを磁気記録媒体上の任意の位置に移動させることのできるヘッドスタックアセンブリとから構成される。そして、磁気記録再生用ヘッドは通常浮上型ヘッドで、磁気記録媒体上を一定の浮上量で移動している。

磁気記録媒体は、中心部に円状の開口部を有するディスク基板の表面に、磁性層、保護層、潤滑剤層等を形成して製造される。ディスク基板としては、アルミ基板とガラス基板が広く用いられている。このうち、アルミ基板は、加工性も高く安価である点に特長がある。一方、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。

このような磁気記録媒体用ガラス基板の製造に関する技術としては、中心孔を有するガラス基板の内周面を研磨する技術が従来より提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。すなわち、この特許文献１、２には、複数枚のガラス基板を積層し、それを軸回りに回転させながら、その中心孔にガラス基板とは逆回りに回転する研磨ブラシを挿入し且つ軸方向に往復運動させることで、各ガラス基板の内周面を研磨する技術が記載されている。

また、上述した磁気記録媒体用ガラス基板は、ハードディスク装置内のモーターシャフトに取り付けられるが、開口径がシャフト径に対して少しでも小さいと、磁気記録媒体を取り付けることができず、また、開口径がシャフト径より大きいと、磁気記録媒体がシャフトに対して偏心して取り付けられ、磁気記録媒体の高速回転時に異常振動を生ずる。したがって、磁気記録媒体用ガラス基板の開口径については高い加工精度が求められる。

また、中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法としては、（１）開口部をＣＣＤカメラによる撮影しその画像解析によって開口部の径を解析する方法、（２）２，３本以上の接針を用いた内径検査装置を用いて開口部を計測する方法（例えば、特許文献３参照。）、（３）プラグゲージを開口部に挿入し径を測定する方法が、従来より用いられている。

しかしながら、（１）の方法は、測定に時間がかかり、また、基板が少しでも傾くと開口径が小さく計測されるなどの欠点がある。（２）の方法は、測定精度が悪く、測定に時間もかかり、基板の接針が触れた箇所に傷が付くなどの欠点がある。（３）の方法は、測定に時間がかかり、検査結果が定量化しづらく、工程管理には不向きである。また、検査した基板に傷が付きやすいことなどの欠点がある。特に（２）と（３）の方法は、測定に時間がかかるため、円盤状基板の全数を検査することが困難である。
特開平１１−３３８８６号公報 特開平１１−２２１７４２号公報 特開平７−１９８３０３号公報

本願発明は、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、中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を簡便な方法で短時間に全数を検査することができ、なお且つ、基板に傷を付けにくい検査方法及びその検査装置、並びに円盤状基板の製造方法を提供することにある。

本願発明者は、上記の目的を達成するために鋭意努力検討した結果、中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する際に、開口径の基準となる真球の開口部への通過の可否により簡便に、なお且つ、基板に傷を付けることなく検査できることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１） 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法であって、前記開口径の基準となる真球の前記開口部への通過を試み、その通過の可否により前記円盤状基板の開口径を検査し、前記円盤状基板を複数枚並べて配置し、互いの主面を平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、並び方向の一端の円盤状基板の開口部から他端の円盤状基板の開口部に向けて前記真球の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板を取り除きながら、前記複数枚の円盤状基板の開口径を順次検査することを特徴とする中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
（２） 前記円盤状基板の主面と平行な方向に当該基板を往復運動させることにより、前記円盤状基板の開口部における前記真球の移動を行うことを特徴とする前項（１）に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
（３） 前記円盤状基板を上蓋及び下蓋を外した基板収納容器内に配置し、この基板収納容器から前記円盤状基板を完全に取り出すことなく、前記円盤状基板の主面と平行な方向に当該基板を往復運動させることを特徴とする前項（２）に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
（４） 前記円盤状基板が磁気記録媒体用の基板であることを特徴とする前項（１）〜（３）の何れか一項に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
（５） 前記円盤状基板がガラス基板であることを特徴とする前項（１）〜（４）の何れか一項に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
（６） 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置であって、互いの主面を平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、複数枚の円盤状基板が並べて配置されるガイドと、前記ガイドに配置された複数枚の円盤状基板を並び方向の一端から他端に向けて順次前記円盤状基板の主面と平行な方向に往復運動させる機構と、前記並び方向の一端の円盤状基板の開口部から他端の円盤状基板の開口部に向けて前記開口径の基準となる真球の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板を検出する機構と、前記真球の通過が不可となる円盤状基板を前記ガイドから取り除く機構とを有することを特徴とする中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
（７） 前記ガイドとして、上蓋及び下蓋を外した基板収納容器を用いることを特徴とする前項（６）に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
（８） 前記基板収納容器から前記円盤状基板を完全に取り出すことなく、当該基板を往復運動させる機構を有することを特徴とする前項（７）に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
（９） 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の製造方法であって、前項（１）〜（５）の何れか一項に記載の方法、又は、前項（６）〜（８）に記載の装置を用いて、前記円盤状基板の開口径を検査する工程を含むことを特徴とする円盤状基板の製造方法。

以上のように、本発明によれば、円盤状基板の開口部に傷を付けることなく、高速且つ便な方法で円盤状基板の開口径の検査を完了することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
中心部に円状の開口部を有する円盤状基板は、例えば図１に示すように、内外周研削によって製造される。すなわち、図１に示す円盤状基板１１を中心軸回りに回転させながら、該基板１１の中心に設けられた開口部（内周面）１１ａを内周砥石２１によって研削し、円盤状基板１１の外周面１１ｂを外周砥石３１によって研削する。このとき、内周砥石２１と外周砥石３１で円盤状基板１１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。なお、内周砥石２１の外周面には種類の異なる溝２１ａ，２１ｂと、外周砥石３１外周面には種類の異なる溝３１ａ，３１ｂとがそれぞれ設けられている。これらは粗仕上げ用と精密仕上げ用の溝である。

このような方法で製造された円盤状基板１１の内周部断面形状は、図２に示すようなる。すなわち、円盤状基板１１の開口部１１ａの加工は、この円盤状基板１１及び内周砥石２１を回転させながら行うため、その開口部１１ａの真円度は高い。さらに、開口部１１ａの加工精度もかなり高くなる。また、この方法で加工した場合、開口部１１ａの側方断面形状は、該基板１１の中心に対して左右対称となる。

したがって、このような中心部に円状の開口部１１ａを有する円盤状基板１１の開口径の検査において特に問題となるのは、開口径がその許容限度に対してわずかに小さい場合、すなわち、円盤状基板１１がハードディスク装置等のスピンドルに装着できない場合である。このような円盤状基板１１は、内周研削工程において、内周砥石２１が摩耗し十分な研削量が確保されない場合に発生する可能性が高い。

本発明は、このような中心部に円状の開口部１１ａを有する円盤状基板１１の開口径を検査する際に、開口径の基準となる真球の開口部１１ａへの通過を試み、その通過の可否により円盤状基板１１の開口径を検査することを特徴とする。

特に、本発明の検査方法は、磁気記録媒体用の基板に好適に用いることができる。上述したように、磁気記録媒体は、基板の中央開口部がモーターのシャフト径に対して少しでも小さいと、磁気記録媒体をハードディスク装置内に取り付けることができず、その影響が大きいからである。

さらに、本発明の検査方法は、ガラス基板に好適に用いることができる。ガラス基板はその硬度が高いため、内周研削の際に内周砥石２１が摩耗しやすく、それにより内周径の加工誤差が生じやすいからである。

ここで、真円度の低い開口部の測定においては、例えばＣＣＤカメラを用いた画像解析等によらないと正しい測定ができないが、上述した製造方法により作製された円盤状基板１１の開口部１１ａは、真円度が高いため、そのような測定方法を採用する必要性が低い。

また、例えば図３に示すように、開口部１１ａの側方断面形状が基板の中心に対して左右対称でない場合は、実際の開口径ａより僅かに大きい直径ｂの真球であっても、開口部１１ａを通過することがある。一方、上述した製造方法により作製された円盤状基板１１における開口部１１ａは、その側方断面形状が該基板１１の中心に対して左右対称となるため、開口径の測定において、図３に示すような開口径ａとｂの測定誤差を考慮する必要性が低い。加えて、その開口部１１ａの加工精度もかなり高いため、開口径の測定において特に問題となるのは、開口径が許容限度に対して僅かに小さい場合、すなわち、円盤状基板１１がハードディスク装置等のスピンドルに装着できない場合である。

したがって、上述した製造方法により作製された円盤状基板１１における開口部１１ａについては、その開口径の基準となる真球が通過できることを確認できれば、それ以上の開口径の測定を行う必要性は低くなる。

本発明に用いる真球については、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ガラス（ＳｉＯ_２）等のセラミックボールを用いることが好ましい。このようなセラミックボールは、金属に比べて軽いため、円盤状基板１１の開口部１１ａに通過させても、円盤状基板１１にダメージを与えることが少ない。また、硬度が高く、表面を高度に平滑化することができるため、円盤状基板１１に傷を付けたり、円盤状基板１１の開口部１１ａに擦過することで摩耗し、またダストを発生させることが少ない。

また、本発明に用いる真球の大きさは、合格品の基準となる円盤状基板１１の開口部１１ａの大きさと同じにすることが好ましい。この大きさの真球が円盤状基板１１の開口部１１ａを通過する場合は、この円盤状基板１１は必ずハードディスク装置のスピンドルに設置できるからである。

また、本発明の検査方法は、図４に示すように、円盤状基板１１を複数枚並べて配置し、互いの主面１１ｃを平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、並び方向の一端の円盤状基板１１の開口部１１ａから他端の円盤状基板１１の開口部１１ａに向けて真球４１の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板１１を取り除きながら、複数枚の円盤状基板１１の開口径を順次検査することが好ましい。

本発明の検査方法は、なるべく多数枚の円盤状基板１１の開口径を同時に検査できるため、その検査効率を高めることが可能である。なお、多数枚の円盤状基板１１を互いの主面１１ｃが接するように重ねて検査した場合は、磁気記録媒体のデーター面となる主面１１ｃ同士が擦過して傷が付いてしまう。また、真球４１の通過できない円盤状基板１１を識別して除去することが困難である。

ここで、真球４１を通過させる方法としては、互いの主面１１ｃを平行に離間させた状態で配置される円盤状基板１１の開口部１１ａの中心軸を僅かに傾け、重力により真球４１を転がす方法や、外力を加えて真球４１を移動させる方法などがある。これに対して、本発明は、円盤状基板１１の主面１１ａと平行な方向に当該基板１１を往復運動させることにより、円盤状基板１１の開口部１１ａにおける真球４１の移動を行うことが好ましい。

具体的に、図４に示す半球状のバー５１を用いて、互いに平行に並ぶ円盤状基板１１の外周面１１ｂにバー５１の先端を接触させながら、このバー５１を並び方向の一端から他端に向けて円盤状基板１１の中心軸と平行な方向に移動させながら、円盤状基板１１を順次該基板１１の主面１１ｃと平行な方向に往復運動（上下運動）させる。このとき、真球４１は、開口部１１ａの壁面から加わる外力によってバー５１と同じ方向に移動することになる。そして、真球４１の通過が不可となる円盤状基板１１を取り除きながら、複数枚の円盤状基板１１の開口径を順次検査する。

この方法を用いることにより、真球４１の移動速度を適度に制御することが可能となり、真球４１の移動により円盤状基板１１の開口部１１ａを傷つけることがなく、また、真球４１が通過できない円盤状基板１１の識別と除去とを効率よく行うことが可能である。

また、本発明の検査に用いる検査装置は、互いの主面１１ｃを平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、複数枚の円盤状基板１１が並べて配置されるガイドと、ガイドに配置された複数枚の円盤状基板１１を並び方向の一端から他端に向けて順次前記円盤状基板１１の主面１１ｃと平行な方向に往復運動させる機構と、並び方向の一端の円盤状基板１１の開口部１１ａから他端の円盤状基板１１の開口部１１ａに向けて開口径の基準となる真球４１の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板１１を検出する機構と、真球４１の通過が不可となる円盤状基板１１をガイドから取り除く機構とを備えて構成される。この構成を採用することにより、円盤状基板１１の主面１１ｃに傷が付くことを防止し、また、真球４１の通過できない円盤状基板１１を容易に取り除くことが可能となり、効率よく円盤状基板１１の開口径の検査が可能となる。

また、本発明では、例えば図５に示すように、円盤状基板１１を上蓋及び下蓋を外した基板収納容器６１内に配置し、この基板収納容器６１から円盤状基板１１を完全に取り出すことなく、円盤状基板１１の主面１１ｃと平行な方向に当該基板１１を往復運動させることが好ましい。この基板収納容器６１は、帯状の４本の支持プレート６２、６３、６４、６５と、２本の上蓋ガイド６６、６７と、支持プレート６２〜６５及び上蓋ガイド６６、６７を保持する２枚のフレームプレート６８、６９とから構成されている。

一般的に基板収納容器は、容器内の基板を取り出しやすいように上蓋と下蓋を有する構造を有している。したがって、本発明の基板収納容器６１は、その上蓋と下蓋を取るだけで、この基板収納容器６１に収納された円盤状基板１１を本発明の検査方法に供することが可能なため、検査工程の大幅な簡便化が可能となる。さらに、本発明の検査方法は、円盤状基板１１を基板収納容器６１から完全に取り出すことなく行うことが可能であるため、検査後の円盤状基板１１は、基板収納容器６１に収納された状態のまま、上蓋と下蓋を付けて、そのまま次の工程に輸送することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、中心部に円状の開口部１１ａを有する円盤状基板１１の開口径を簡便な方法で短時間に全数を検査することが可能であり、なお且つ、円盤状基板１１に傷を付けることなく検査することが可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例）
実施例では、検査を行う円盤状基板として、ＫＭＧ社製の磁気記録媒体用の結晶化ガラスを使用した。ディスク基板のサイズは、外径４８．０ｍｍ、内径１２．０ｍｍ、板厚０．５０８ｍｍである。この基板２５枚を、主面に平行に６ｍｍ間隔で基板収納容器にセットした。また、基板収納容器の上下蓋は取り除いた。
そして、基板収納容器の一方端にセットされた円盤状基板の開口部に、外径１２．０ｍｍのアルミナボールを挿入し、この一方端から他端に向けて、ディスク基板を上方に５ｍｍ上下動させることにより、アルミナボールを移動させた。ディスク基板の上下動の移動速度は、０．２秒／枚である。
この方法で、１万枚の円盤状基板の開口径を検査したところ、不合格品が３枚であった。検査時間は、アルミナボールの移動による検査時間が約３５分、基板収納容器の交換時間が約１５分、不良ディスク基板の除去時間が約１分で、合計約５１分で検査を終了した。

（比較例）
比較例では、従来のミツトヨ製内径検査装置を用いて、実施例と同一形状の円盤状基板の開口径を検査した。
この方法では、基板１枚あたりの検査時間は約１０秒であり、１万枚の円盤状基板を検査するためには約２８時間を要した。

以上のように、本発明によれば、円盤状基板の開口部に傷を付けることなく、高速且つ便な方法で円盤状基板の開口径の検査を完了することが可能である。

図１は、円盤状基板の内外周研削工程を説明するための図である。 図２は、図１に示す円盤状基板の内周研削部分を拡大して示す図である。 図３は、開口部の側方断面形状が基板の中心に対して左右対称でない場合を示す図である。図である。 図４は、本発明の検査方法及び検査装置を説明するための図である。 図５は、基板収納容器の一例を示す図である。

符号の説明

１１…ディスク基板（円盤状基板） １１ａ…開口部（内周面） １１ｂ…外周面 １１ｃ…主面 ２１…内周砥石 ３１…外周砥石 ４１…真球 ５１…バー ６１…基板収納容器

Claims (9)

1. 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法であって、
   前記開口径の基準となる真球の前記開口部への通過を試み、その通過の可否により前記円盤状基板の開口径を検査し、
   前記円盤状基板を複数枚並べて配置し、互いの主面を平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、並び方向の一端の円盤状基板の開口部から他端の円盤状基板の開口部に向けて前記真球の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板を取り除きながら、前記複数枚の円盤状基板の開口径を順次検査することを特徴とする中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
2. 前記円盤状基板の主面と平行な方向に当該基板を往復運動させることにより、前記円盤状基板の開口部における前記真球の移動を行うことを特徴とする請求項１に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
3. 前記円盤状基板を上蓋及び下蓋を外した基板収納容器内に配置し、この基板収納容器から前記円盤状基板を完全に取り出すことなく、前記円盤状基板の主面と平行な方向に当該基板を往復運動させることを特徴とする請求項２に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
4. 前記円盤状基板が磁気記録媒体用の基板であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
5. 前記円盤状基板がガラス基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する方法。
6. 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置であって、
   互いの主面を平行に離間させ、なお且つ互いの中心軸を一致させた状態で、複数枚の円盤状基板が並べて配置されるガイドと、
   前記ガイドに配置された複数枚の円盤状基板を並び方向の一端から他端に向けて順次前記円盤状基板の主面と平行な方向に往復運動させる機構と、
   前記並び方向の一端の円盤状基板の開口部から他端の円盤状基板の開口部に向けて前記開口径の基準となる真球の通過を試み、その通過が不可となる円盤状基板を検出する機構と、
   前記真球の通過が不可となる円盤状基板を前記ガイドから取り除く機構とを有することを特徴とする中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
7. 前記ガイドとして、上蓋及び下蓋を外した基板収納容器を用いることを特徴とする請求項６に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
8. 前記基板収納容器から前記円盤状基板を完全に取り出すことなく、当該基板を往復運動させる機構を有することを特徴とする請求項７に記載の中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の開口径を検査する装置。
9. 中心部に円状の開口部を有する円盤状基板の製造方法であって、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の方法、又は、請求項６〜８に記載の装置を用いて、前記円盤状基板の開口径を検査する工程を含むことを特徴とする円盤状基板の製造方法。

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