JP5905765B2 - 磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、一対の主表面を有する磁気ディスク用板状ガラス素材、及び磁気ディスク用ガラス基板の製造方法に関する。
今日、パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）記録装置等には、データ記録のためにハードディスク装置が内蔵されている。特に、ノート型パーソナルコンピュータ等の可搬性を前提とした機器に用いられるハードディスク装置では、ガラス基板に磁性層が設けられた磁気ディスクが用いられ、磁気ディスクの面上を僅かに浮上させた磁気ヘッド（ＤＦＨ（Dynamic Flying Height）ヘッド）で磁性層に磁気記録情報が記録され、あるいは読み取られる。この磁気ディスクの基板には、金属基板等に比べて塑性変形をしにくい性質を持つことから、ガラス基板が好適に用いられている。
また、ハードディスク装置における記憶容量の増大の要請を受けて、磁気記録の高密度化が図られている。例えば、磁性層における磁化方向を基板の面に対して垂直方向にする垂直磁気記録方式を用いて、磁気記録情報エリアの微細化が行われている。これにより、１枚のディスク基板における記憶容量を増大させることができる。しかも、記憶容量の一層の増大化のために、磁気ヘッドの磁気記録面からの浮上距離を極めて短くして磁気記録情報エリアを微細化することも行われている。このような磁気ディスクの基板においては、磁性層の磁化方向が基板面に対して略垂直方向に向くように、磁性層が平らに形成される。このために、ガラス基板の表面凹凸は可能な限り小さく作製されている。
また、磁気ヘッドの浮上距離が短いことによりヘッドクラッシュ障害やサーマルアスペリティ障害を引き起こし易い。これらの障害は磁気ディスク面上の微小な凹凸あるいはパーティクルによって発生するため、ガラス基板の主表面の他にガラス基板の端面の表面凹凸も可能な限り小さく作製されている。
ところで、磁気ディスクに用いるガラス基板は、例えば、以下の方法で製造される。具体的には、当該方法では、受けゴブ形成型である下型上に、溶融ガラスからなるガラスゴブ（ガラス材の塊）が供給され、下型と対向ゴブ形成型である上型を使用してガラスゴブがプレス成形されて板状ガラス素材を作製した後、情報記録媒体用ガラス基板に加工される（特許文献１）。
この方法では、下型上に溶融ガラスからなるガラスゴブを供給した後に上型用胴型の下面と下型用胴型の上面を当接させ、上型と上型用胴型との摺動面および下型と下型用胴型との摺動面を超えて外側に肉薄板状ガラス成形空間を形成し、さらに上型を下降してプレス成形を行い、プレス成形直後に上型を上昇する。これにより、磁気ディスク用ガラス基板の元となる板状ガラス素材が成形される。この後、研削工程及び研磨工程を経て磁気ディスク用ガラス基板が得られる。
研削工程では、例えば、アルミナ系遊離砥粒を用いた研削が行われる。この工程では、粒子サイズが異なる遊離砥粒を用いて第１研削工程と第２研削工程が行われる。第２研削工程で用いる遊離砥粒の粒子サイズは第１研削工程で用いる遊離砥粒の粒子サイズに比べて小さく設定される。これにより、粗い研削と細かい研削をこの順番で行う。
研磨工程は、例えば、酸化セリウム等の遊離砥粒および硬質樹脂材ポリッシャ等を用いた第１研磨工程と、例えばコロイダルシリカおよび軟質樹脂材ポリッシャ等を用いた第２研磨工程とを含む。第１研磨工程で用いる砥粒の粒子サイズは、研削工程中の第２研削工程で用いる砥粒の粒子サイズに比べて小さい。さらに、第２研磨工程で用いる砥粒の粒子サイズは、第１研磨工程で用いる砥粒の粒子サイズに比べて小さい。
以上のように、ガラス基板における表面加工では、第１研削工程、第２研削工程、第１研磨工程、第２研磨工程が、この順番に行われ、ガラス基板の表面粗さ等の表面品質が徐々によくなるように加工する。
特許第３７０９０３３号公報
ここで、板状ガラス素材を成形する際、ガラス素材が上型および下型の型表面に融着するのを防止するために型表面に離型剤を塗布するが、この離型剤を用いるために板状ガラス素材の主表面の表面粗さは大きい。また、上型および下型の表面温度差が大きく、ガラスコブ（ガラス素材の塊）が供給される下型は高温となる。この表面温度差は、成形された板状ガラス素材の厚さ方向およびこの板の面内で温度分布をつくるため、型から取り出されて冷却された板状ガラス素材の収縮量も板状ガラス素材の厚さ方向およびこの板の面内で分布を持つ。このため、板状ガラス素材はお椀状に反り易く、その結果、成形されたときの板状ガラス素材の平坦度は悪い。
このような板状ガラス素材の平坦度は、研削（第１研削工程）により向上させることができる。例えば、平坦度の向上のために研削工程における取り代（削り量）を大きくする。しかし、研削工程における取り代を大きくすると、板状ガラス素材の表面に深いクラックが入るため、深いクラックが残留しないように、後工程である研磨工程においても取り代（研磨量）は必然的に大きくなる。しかし、遊離砥粒および樹脂ポリッシャを用いる研磨工程において取り代を大きくすると、板状ガラス素材の主表面の外周エッジ部近傍が丸く削られて、エッジ部の「だれの問題」が発生する。すなわち、板状ガラス素材の外周エッジ部近傍が丸く削られるため、この板状ガラス素材をガラス基板として用いて磁気ディスクを作製したとき、主表面上の外周エッジ部近傍の磁気ヘッドの浮上距離が、主表面上の別の部分における磁気ヘッドの浮上距離より大きくなる。また、外周エッジ部近傍が丸みを持った形状となるため、表面凹凸が発生する。この結果、外周エッジ部近傍において磁気ヘッドの浮上距離が不安定となり、記録及び読み出しの動作が正確にできなくなったり、磁気ヘッドと磁気ディスクが衝突して読み書きが不可能となることがある。これが「だれの問題」である。
また、研磨工程における取り代が大きくなるため、研磨工程は長時間を要する等により実用上好ましくない。
そこで、本発明者はプレス成型後の板（ディスク）状ガラス素材の平坦度を向上すべく、「溶融したガラスの塊を落下させる落下工程と、前記塊の落下経路の両側から、互いに対向する一対の型の面で前記塊を同じタイミングで挟み込みプレス成形することにより、対向する一対の主表面を有する板状ガラスに成形するプレス工程と」を有する方法を検討している。この方法では、離型剤を使用する必要がなく、また、１対の型の間に温度差が生じにくいため平坦度を良好にすることが可能である。
しかし、本発明者が検討を重ねていく中で、上記の方法で製造すると、特に、溶融ガラスの粘度が低い場合に、製造されるディスク状のガラス素材の形状が、落下軸方向が他軸方向よりも長くなることが明らかとなってきた。このような不定形のガラスを磁気ディスク用ガラス基板として使用する場合には、例えば、スクライブ工程と呼ばれる工程にて、一方の主表面側から他方の主表面側にクラックを成長させることによりカッティングし、ディスク状に加工する必要がある。しかし、不定形のガラスは、特に面内の残留応力が不均一であるため、スクライブ工程により、クラックの成長する方向が不安定となり、ディスク状となったガラス基板の外周部に欠けが生じ、歩留まりが著しく低下するという問題が生じる。そこで、上記方法によりディスク状のガラス素材を製造する上で、形状を真円に近づける必要がでてきている。
また、ディスク状のガラス素材の形状を真円に近づけることにより外形の加工量が少なくなるため、無駄となる素材も少なくなり、コストの削減にも繋がる。
更に、ディスク状のガラス素材の真円度が例えば１０μｍ以下であると、外周部を加工する必要がなくなるため、外周部からのガラス成分の溶出（例えばアルカリ溶出）を抑制することができる。
そこで、本発明は、真円度に優れた磁気ディスク用板状ガラス素材、及び磁気ディスク用ガラス基板を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法であって、溶融したガラスの塊を落下させる落下工程と、前記塊の落下経路の両側から、互いに対向する一対の型の面で前記塊を挟み込みプレス成形することにより、板状ガラス素材を成形するプレス工程と、前記板状ガラス素材を加工する加工工程と、を有し、前記一対の型の少なくとも一方は、前記塊の落下経路側が凹形状であって、前記塊の落下経路側が凹形状である型は、熱膨張係数の異なる物質からなる複数の板材または薄膜を密着させて形成されており、かつ、前記一対の型が前記塊をプレスすることにより凹形状の前記型が平坦となるように、前記複数の板材または薄膜のうち前記塊と接触する板材または薄膜の熱膨張係数が最も大きくなっていることを特徴とする。
また、前記塊の落下経路側が凹形状である型は、熱膨張係数の異なる物質からなる複数の板材または薄膜を密着させて形成されており、かつ、前記一対の型が前記塊をプレスすることにより凹形状の前記型が平坦となるように、前記複数の板材または薄膜のうち前記塊と接触する板材または薄膜の熱膨張係数が最も大きくなっていることが好ましい。
また、前記ガラスの転移温度Ｔｇは６００℃以上であることが好ましい。
また、前記プレス工程時において、前記塊の粘度は、７００ｄＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
また、前記塊と接触する部分の前記一対の型の温度は、前記ガラスの歪点以下の温度であることが好ましい。
また、前記ガラスは、酸化物基準に換算した際に、モル％表示で、ＳｉＯ２を５０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜１５％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選択される少なくとも１種の成分を合計で５〜３５％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯから選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜２０％、及び、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５及びＨｆＯ２から選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜１０％、有する組成からなることが好ましい。
また、前記一対の型が第１の板と第２の板とを貼り合わせてかつ第１の板が前記塊と接触するように配置され、前記第１の板の熱膨張係数は、１０×１０−６／Ｋより大きく、前記第２の板の熱膨張係数は、１０×１０−６／Ｋより小さいことが好ましい。
また、前記第１の板は、Ａｌ合金（７０７５）、ＳＵＳ３０４、銅、ステライト（Ｃｏ合金）、ＦＣＤ（球状黒鉛鋳鉄）、ＳＤＫ６１（合金工具鋼）、ニッケル（ハステロイ）、またはＳＳ４１（軟鋼）であり、前記第２の板は、コルモノイ（Ｎｉ合金）、チタン、またはＶＭ４０（超硬）であることが好ましい。
本発明の第２の観点は、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、上記磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法により製造された板状ガラス素材を加工する加工工程、を備え、前記加工工程は、固定砥粒を用いて前記主表面を研削する研削工程と、前記研削工程の後に、遊離砥粒を用いて前記主表面を研磨する研磨工程と、を有する。
前記加工工程は化学強化を含むことが好ましい。
本発明によれば、真円度に優れた磁気ディスク用板状ガラス素材、及び磁気ディスク用ガラス基板を効率よく製造することができる。
（ａ）は、磁気ディスク用ガラス基板を用いて作製される磁気ディスクの一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は、磁気ディスクの断面図であり、（ｃ）は、磁気ヘッドが磁気ディスクの表面を浮上する状態を示す図である。 本発明の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法の一実施形態のフローを示す図である。 プレス成形において用いられる装置の平面図である。 （ａ）は、溶融ガラスと切断ユニットが接触する前の側面図であり、（ｂ）は、切断ユニットが溶融ガラスを切り出した後の側面図であり、（ｃ）は、プレスユニットが溶融ガラスの塊をプレス成形し始めた状態の側面図であり、（ｄ）は、プレスユニットが溶融ガラスの塊をプレス成形している状態の側面図である。 （ａ）は、固定砥粒による研削に用いる装置の全体図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す装置に用いられるキャリヤを説明する図である。 板状ガラス素材を研削するときの状態を説明する図である。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法について詳細に説明する。
（磁気ディスクおよび磁気ディスク用ガラス基板）
まず、図１を参照して、磁気ディスク用ガラス基板を用いて作製される磁気ディスクについて説明する。図１（ａ）は、磁気ディスク用ガラス基板を用いて作製される磁気ディスクの一例を示す概略構成図である。図１（ｂ）は、磁気ディスクの概略断面図である。図１（ｃ）は、磁気ヘッドが磁気ディスクの表面を浮上する状態を示す図である。
図１（ａ）に示されるように、磁気ディスク１はリング状であり、回転軸を中心として回転する。図１（ｂ）に示されるように、磁気ディスク１は、ガラス基板２と、少なくとも磁性層３Ａ，３Ｂと、を備える。
なお、磁性層３Ａ，３Ｂ以外には、例えば、図示されない付着層、軟磁性層、非磁性下地層、垂直磁気記録層、保護層および潤滑層等が成膜される。付着層には、例えばＣｒ合金等が用いられる。付着層は、ガラス基板２との接着層として機能する。軟磁性層には、例えばＣｏＴａＺｒ合金等が用いられる。非磁性下地層には、例えばＲｕ合金等が用いられる。垂直磁気記録層には、例えばグラニュラー磁性層等が用いられる。保護層には、例えば水素化カーボンからなる材料が用いられる。潤滑層には、例えばフッ素系樹脂等が用いられる。
磁気ディスク１について、より具体的な例を用いて説明する。本実施形態では、スパッタリング装置を用いて、ガラス基板２の両主表面に、ＣｒＴｉの付着層、ＣｏＴａＺｒ／Ｒｕ／ＣｏＴａＺｒの軟磁性層、Ｒｕの下地層、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2・ＴｉＯ2のグラニュラー磁性層、水素化カーボン保護膜を順次成膜される。さらに、成膜された最上層にディップ法によりパーフルオロポリエーテル潤滑層が成膜される。
磁気ディスク１は、ハードディスク装置で用いられる場合、例えば７２００ｒｐｍの回転速度で回転軸を中心として回転する。図１（ｃ）に示されるように、ハードディスク装置の磁気ヘッド４Ａ，４Ｂのそれぞれは、磁気ディスク１の高速回転に伴って、磁気ディスク１の表面から距離Ｈだけ浮上する。磁気ヘッド４Ａ，４Ｂが浮上する距離Ｈは、例えば、５ｎｍである。この状態で、磁気ヘッド４Ａ，４Ｂは、磁性層に情報を記録し、あるいは読み出しを行う。この磁気ヘッド４Ａ，４Ｂの浮上によって、磁気ディスク１に対して摺動することなく、しかも近距離で磁性層に対して記録あるいは読み出しを行うことにより、磁気記録情報エリアの微細化と磁気記録の高密度化を実現する。
このとき、磁気ディスク１のガラス基板２の中央部から外周エッジ部５まで、目標とする表面精度で正確に加工され、距離Ｈ＝５ｎｍを保った状態で磁気ヘッド４Ａ，４Ｂを正確に動作させることができる。
このような磁気ディスク１に用いられるガラス基板２の主表面の表面凹凸は、平坦度が例えば４μｍ以下であり、表面の粗さが例えば０．２ｎｍ以下である。最終製品としての磁気ディスク用基板に求められる目標平坦度は、例えば４μｍ以下である。
平坦度は、例えば、Ｎｉｄｅｋ社製フラットネステスターＦＴ−９００を用いて測定することができる。
主表面の粗さ（Ｒａ）は、例えば、エスアイアイナノテクノロジーズ社製走査型プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡）を用いて、１μｍ×１μｍの範囲を５１２×２５６ピクセルの解像度で測定したときに得られる表面粗さの算術平均Ｒａとすることができる。
ガラス基板２の材料として、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラスなどを用いることができる。特に、化学強化を施すことができ、また主表面の平坦度及び基板の強度において優れた磁気ディスク用ガラス基板を作製することができるという点で、アルミノシリケートガラスを好適に用いることができる。
アルミノシリケートガラスとして、モル％表示で、ＳｉＯ２を５０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜１５％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選択される少なくとも１種の成分を合計で５〜３５％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯから選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜２０％、及び、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５及びＨｆＯ２から選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜１０％を用いることが好ましい。また、アミノシリケートガラスとして、モル％表示で、ＳｉＯ2を５７〜７４％、ＺｎＯ2を０〜２．８％、Ａｌ2Ｏ3を３〜１５％、Ｌｉ２Ｏを７〜１６％、Ｎａ2Ｏを４〜１４％、を主成分として含有する、化学強化用ガラス材を用いることもできる。
（磁気ディスク用ガラス基板の製造方法）
次に、図２を参照して、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法のフローを説明する。図２は、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法の一実施形態のフローを示す図である。
図２に示されるように、まず、板状ガラス素材をプレス成形により作製する（ステップＳ１０）。次に、成形された板状ガラス素材をスクライブする（ステップＳ２０）。次に、スクライブされた板状ガラス素材を形状加工する（ステップＳ３０）。次に、板状ガラス素材に対して、固定砥粒による研削を施す（ステップＳ４０）。次に、板状ガラス素材の端面研磨を行う（ステップＳ５０）。次に、板状ガラス素材の主表面に、第１研磨を施す（ステップＳ６０）。次に、第１研磨後の板状ガラス素材に化学強化を施す（ステップＳ７０）。次に、化学強化された板状ガラス素材に第２研磨を施す（ステップＳ８０）。
以下、各工程について、詳細に説明する。
（ａ）プレス成形工程
まず、図３を参照して、プレス成形工程（ステップＳ１０）について説明する。図３は、プレス成形において用いられる装置の平面図である。図３に示されるように、装置１０１は、４組のプレスユニット１２０，１３０，１４０，１５０と、切断ユニット１６０と、を備える。
切断ユニット１６０は、溶融ガラス流出口１１１から溶融ガラスが流出する経路上に設けられる。切断ユニット１６０によって溶融ガラスが切断されることにより、溶融ガラスの塊が鉛直方向下向きに落下する。プレスユニット１２０，１３０，１４０，１５０は、塊の落下経路の両側から、互いに対向する一対の型の面で塊を同じタイミングで挟み込みプレス成形することにより、板状ガラス素材を成形する。
図３に示される例では、４組のプレスユニット１２０，１３０，１４０，１５０は、溶融ガラス流出口１１１を中心として９０度おきに設けられている。
ここで、溶融したガラスの粘度は、成形時（１２５０℃以上）において、２０〜２０００ｄＰａ・ｓである。２０ｄＰａ・ｓより粘度が小さいと、粘性が低すぎるため板状ガラス素材に成形するのが困難になる。一方、２０００ｄＰａ・ｓより粘度が大きいと、短時間で所望の大きさに成形することが困難となる。特に、７００ｄＰａ・ｓ以下、より好ましくは５００ｄＰａ・ｓ以下の粘度のガラスに対して、本発明をより好適に適用することができる。また、溶融したガラスの転移温度Ｔｇは６００℃以上である。
プレスユニット１２０，１３０，１４０，１５０の各々は、図示しない移動機構によって駆動されて、溶融ガラス流出口１１１に対して進退可能となっている。すなわち、溶融ガラス流出口１１１の真下に位置するキャッチ位置（図３においてプレスユニット１４０が実線で描画されている位置）と、溶融ガラス流出口１１１から離れた退避位置（図３において、プレスユニット１２０，１３０及び１５０が実線で描画されている位置及び、プレスユニット１４０が破線で描画されている位置）との間で移動可能となっている。
切断ユニット１６０は、キャッチ位置と溶融ガラス流出口１１１との間の溶融ガラスの経路上に設けられる。切断ユニット１６０は、溶融ガラス流出口１１１から流出される溶融ガラスを適量に切り出して、溶融ガラスの塊（以降、ゴブともいう）を形成する。切断ユニット１６０は、第１切断刃１６１と第２切断刃１６２とを有する。第１切断刃１６１と第２切断刃１６２とは、一定のタイミングで溶融ガラスの経路上で交差するよう駆動される。第１切断刃１６１と第２切断刃１６２とが交差したとき、溶融ガラスが切り出されてゴブが得られる。得られたゴブは、キャッチ位置に向かって鉛直方向下向きに落下する。
プレスユニット１２０は、第１の型１２１と、第２の型１２２と、第１駆動部１２３と、第２駆動部１２４と、を有する。
第１の型１２１と第２の型１２２の各々は、ゴブをプレス成形するための面を有する部材である。この２つの面は、互いに対向するよう配置されている。第１の型１２１、第２の型１２２の詳細な構成は、後述する。
第１駆動部１２３は、第１の型１２１を第２の型１２２に対して進退させる。一方、第２駆動部１２４は、第２の型１２２を第１の型１２１に対して進退させる。第１駆動部１２３及び第２駆動部１２４は、第１の型１２１の面と第２の型１２２の面とを急速に近接させる機構を有する。第１駆動部１２３及び第２駆動部１２４は、例えば、エアシリンダやソレノイドとコイルばねを組み合わせた機構である。
なお、プレスユニット１３０，１４０及び１５０の構造は、プレスユニット１２０と同様であるため、説明は省略する。
プレスユニットの各々は、キャッチ位置に移動した後、第１駆動部と第２駆動部の駆動により、落下するゴブを第１の型と第２の型の問で挟み込んで所定の厚さに成形すると共に急速に冷却し、円形状の板状ガラス素材Ｇを作製する。その後、プレスユニットは退避位置に移動し、第１の型と第２の型を引き離し、成形された板状ガラス素材Ｇを落下させる。
プレスユニット１２０，１３０，１４０，１５０の退避位置の下には、それぞれ、第１コンベア１７１、第２コンベア１７２、第３コンベア１７３、第４コンベア１７４が設けられている。第１〜第４コンベア１７１〜１７４の各々は、対応する各プレスユニットから落下する板状ガラス素材Ｇを受け止めて図示しない次工程の装置に板状ガラス素材Ｇを搬送する。
本実施形態では、プレスユニット１２０，１３０，１４０及び１５０が、順番にキャッチ位置に移動して、ゴブを挟み込んで退避位置に移動するよう構成されている。そのため、各プレスユニットでの板状ガラス素材Ｇの冷却を待たずに、連続的に板状ガラス素材Ｇの成形を行うことができる。
なお、１つのプレスユニット１２０のみを用いて、連続的にゴブを挟み込んで板状ガラス素材Ｇの成形を行うこともできる。この場合、第１の型１２１と第２の型１２２は、ゴブＧＧをプレス成形した直後に開放され、次に落下する溶融ガラスの塊をプレス成形する。
ここで、図４に示される側面図を参照して、本実施形態のプレス成形工程について説明する。図４（ａ）は、溶融ガラスＬＧと切断ユニット１６０が接触する前の側面図である。図４（ｂ）は、切断ユニット１６０が溶融ガラスＬＧを切り出した後の側面図である。図４（ｃ）は、プレスユニット１２０が溶融ガラスの塊ＧＧをプレス成形し始めた状態の側面図である。図４（ｄ）は、プレスユニット１２０が溶融ガラスの塊ＧＧをプレス成形している状態の側面図である。
第１の型１２１、第２の型１２２は、それぞれバイメタルによって形成されている。具体的には、図４（ａ）に示されるように、第１の型１２１は、第１金属板１２１ａと第２金属板１２１ｂとを貼り合わせて形成されている。また、第２の型１２２は、第１金属板１２２ａと第２金属板１２２ｂとを貼り合わせて形成されている。第１金属板と第２金属板は、溶接により貼り合わせられることが好ましい。
ここで、第１金属板１２１ａ、１２２ａの熱膨張係数は、第２金属板１２１ｂ、１２２ｂの熱膨張係数より大きい。第１金属板１２１ａ、１２２ａの熱膨張係数は、例えば、１０×１０−６／Ｋより大きい。また、第２金属板１２１ｂ、１２２ｂの熱膨張係数は、例えば、１０×１０−６／Ｋより小さい。
第１金属板１２１ａ、１２２ａには、例えば、Ａｌ合金（７０７５）、ＳＵＳ３０４、銅、ステライト（Ｃｏ合金）、ＦＣＤ（球状黒鉛鋳鉄）、ＳＤＫ６１（合金工具鋼）、ニッケル（ハステロイ）、ＳＳ４１（軟鋼）が用いられる。また、第２金属板１２１ｂ、１２２ｂには、例えば、コルモノイ（Ｎｉ合金）、チタン、ＶＭ４０（超硬）が用いられる。
なお、第１の型１２１、第２の型１２２のプレス面に、熱膨張係数の異なる複数の薄膜が密着されて形成されてもよい。また、第１の型１２１、第２の型１２２はセラミックスによって形成されるものでもよい。
第１金属板１２１ａ、１２２ａは、第２金属板１２１ｂ、１２２ｂよりもゴブＧＧの落下経路側に配置されている。
また、プレスユニット１２０がゴブＧＧと接触する前の状態において、第１の型１２１及び第２の型１２２は、それぞれ、ゴブＧＧの落下経路側が凹形状となるお椀形である。例えば、この凹形状の面はゆるやかで連続的な曲面で形成された球面であって、金型外径を１００ｍｍとしたならば、中心の最も凹んだ部分の凹み量は例えば１０μｍである。但し、この寸法例は単なる例示に過ぎず、最終的に板状ガラス素材が平坦となるように、金型の材料や板厚や外径、上記凹み量等を設定すればよい。
第１の型１２１、第２の型１２２は、ゴブＧＧと接触する前にはゴブＧＧの落下経路側が凹形状となるような温度に、不図示の温度調節機構によって温度が制御されている。なお、第１の型１２１、第２の型１２２は、例えば、アール加工によって凹形状に形成される。
図４（ａ）に示されるように、溶融ガラスＬＧは、溶融ガラス流出口１１１から連続的に流出される。図４（ｂ）に示されるように、所定のタイミングで切断ユニット１６０を駆動し、第１切断刃１６１と第２切断刃１６２によって、溶融ガラスＬＧを切断する。これにより、切断された溶融ガラスは、その表面張力によって、概略球状のゴブＧＧとなる。図４（ｂ）に示される例では、切断ユニット１６０を駆動する度に、例えば、半径１０ｍｍ程度のゴブＧＧが形成されるように、溶融ガラスＬＧの時間当たりの流出量や切断ユニット１６０の駆動間隔が調整される。
形成されたゴブＧＧは、プレスユニット１２０の第１の型１２１と第２の型１２２の隙間に向かって落下する。溶融ガラスの粘度が低い場合（例えば、７００ｄＰａ・ｓ以下）、第１切断刃１６１と第２切断刃１６２によって切断したゴブＧＧは、例えば、鉛直方向に延びた形状になりやすい。
ゴブＧＧが第１の型１２１と第２の型１２２の隙間に入るタイミングで、第１の型１２１と第２の型１２２とが互いに近づくように、第１駆動部１２３と第２駆動部１２４が駆動される。これにより、図４（ｃ）に示されるように、凹形状の第１の型１２１と第２の型１２２の底付近でゴブＧＧの中心と接触する。この際、第１の型１２１と第２の型１２２は凹形状であるためゴブＧＧは鉛直方向に広がりにくくなり、第１の型１２１と第２の型１２２との間に比較的スペースのある水平方向に広がりやすくなる。そのため、プレス時にゴブＧＧが鉛直方向に延びた形状になっていたとしても、ゴブＧＧの真円度が良くなるようにゴブＧＧが広がる。
なお、凹形状の第１の型１２１と第２の型１２２の底付近がゴブＧＧの中心と接触するように、第１駆動部１２３、第２駆動部１２４は、それぞれ第１の型１２１、第２の型１２２を駆動させるタイミングを制御することができる。
第１の型１２１、第２の型１２２にゴブＧＧが接触することにより、ゴブＧＧの熱が第１の型１２１、第２の型１２２に伝わり、第１の型１２１、第２の型１２２の温度が上昇する。第１金属板１２１ａ、１２２ａの熱膨張係数は、第２金属板１２１ｂ、１２２ｂの熱膨張係数より大きいため、第１の型１２１、第２の型１２２の温度が上昇すると、第１金属板１２１ａ、１２２ａは第２金属板１２１ｂ、１２２ｂに比べて大きく変形する。その結果、ゴブＧＧの落下経路側が凹形状であった第１の型１２１、第２の型１２２は、図４（ｄ）に示されるように、実質的に平面形状となる。このとき、第１の型１２１の内面（ゴブＧＧと接触する面）と第２の型１２２の内面（ゴブＧＧと接触する面）とが、微小な間隔にて近接した状態になり、第１の型１２１の内面と第２の型１２２の内面の間に挟み込まれたゴブＧＧが、薄板状に成形される。
なお、第１の型１２１の内面と第２の型１２２の内面の間隔を一定に維持するために、第２の型１２２の内面には、突起状のスペーサ１２２ｃが設けられる。第２の型のスペーサ１２２ｃが第１の型１２１の内面に当接することによって、第１の型１２１の内面と第２の型１２２の内面の間隔は一定に維持されて、板状の空間が作られる。
また、本実施形態では第２の型１２２の内面に突起状のスペーサ１２２ｃが設けられる例について説明したが、第１の型１２１や第２の型１２２とは独立してスペーサが設けられてもよい。また、第１の型１２１と第２の型１２２とが所定の距離以上接近しないように第１駆動部１２３、第２駆動部１２４が第１の型１２１、第２の型１２２をそれぞれ制御してもよい。
第１の型１２１及び第２の型１２２には、図示しない温度調節機構が設けられている。第１の型１２１及び第２の型１２２の温度は、温度調節機構により、溶融ガラスＬＧの歪点以下の温度に調整されていることが好ましい。
ゴブＧＧが第１の型１２１の内面又は第２の型１２２の内面に接触してから、第１の型１２１と第２の型１２２とがゴブＧＧを完全に閉じ込める状態になるまでの時間は約０．０６秒と極めて短い。このため、ゴブＧＧは極めて短時間の内に第１の型１２１の内面及び第２の型１２２の内面に沿って広がり略円形状に成形され、さらに、急激に冷却されて非晶質のガラスとして固化する。これによって、板状ガラス素材Ｇが作製される。
なお、本実施形態において成形される板状ガラス素材Ｇは、例えば、直径７５〜８０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円形状の板である。
第１の型１２１と第２の型１２２が閉じられた後、プレスユニット１２０は速やかに退避位置に移動する。続いて、他のプレスユニット１３０がキャッチ位置に移動し、このプレスユニット１３０によって、ゴブＧＧのプレスが行われる。
プレスユニット１２０が退避位置に移動した後、板状ガラス素材Ｇが十分に冷却されるまで（例えば、屈服点よりも低い温度となるまで）、第１の型１２１と第２の型１２２は閉じた状態を維特する。この後、第１駆動部１２３及び第２駆動部１２４が駆動されて第１の型１２１と第２の型１２２が離間し、板状ガラス素材Ｇは、プレスユニット１２０を離れて落下し、下部にあるコンベア１７１に受け止められる（図３参照）。
ここで、一般にゴブＧＧをプレス成形する場合、ゴブＧＧをプレス成形する型の中央から周辺に向かってゴブＧＧが広がりながらプレスされる。ゴブＧＧの粘度が低い場合、ゴブＧＧが鉛直方向に延びた形状になりやすいため、作製される板状ガラス素材Ｇは、水平方向に比べて鉛直方向の長さが長い楕円状の形状になりやすい。
これに対し、本実施形態では、第１の型１２１、第２の型１２２が、それぞれ、ゴブＧＧの落下経路側が凹形状であるため、ゴブＧＧの粘度が低い場合においても、ゴブＧＧが鉛直方向に広がりにくくなる。これにより、作製される板状ガラス素材Ｇの真円度を向上させることができる。板状ガラス素材Ｇの真円度を向上させることにより、後述するチャンファリング工程における取り代を小さくすることができ、研削工程や研磨工程においてクラックが発生するのを抑制することができる。
（ｂ）スクライブ工程
次に、スクライブ工程（ステップＳ２０）について説明する。プレス成形工程の後、スクライブ工程では、成形された板状ガラス素材Ｇに対してスクライブが行われる。
ここでスクライブとは、成形された板状ガラス素材Ｇを所定のサイズのリング形状とするために、板状ガラス素材Ｇの表面に超鋼合金製あるいはダイヤモンド粒子からなるスクライバにより２つの同心円（内側同心円および外側同心円）状の切断線（線状のキズ）を設けることをいう。２つの同心円の形状にスクライブされた板状ガラス素材Ｇは、部分的に加熱され、板状ガラス素材Ｇの熱膨張の差異により、外側同心円の外側部分および内側同心円の内側部分が除去される。これにより、リング形状の板状ガラス素材となる。
なお、板状ガラス素材をスクライブを必要としない程度の外径、真円度とし、このような板状ガラス素材に対してコアドリル等を用いて円孔を形成することによりリング形状とすることもできる。
（ｃ）形状加工工程（チャンファリング工程）
次に、形状加工工程（ステップＳ３０）について説明する。形状加工工程では、スクライブされた板状ガラス素材Ｇの形状加工が行われる。形状加工は、チャンファリング（外周端部および内周端部の面取り）を含む。
リング形状の板状ガラス素材Ｇの外周端部および内周端部に、ダイヤモンド砥石により
面取りが施される。
（ｄ）固定砥粒による研削工程
次に、固定砥粒による研削工程（ステップＳ４０）について説明する。固定砥粒による研削工程では、リング形状の板状ガラス素材Ｇに対して、固定砥粒による研削が施される。固定砥粒による研削による取り代は、例えば、数μｍ〜１００μｍ程度である。固定砥粒の粒子サイズは、例えば１０μｍ程度である。
ここで、図５及び図６を参照して、板状ガラス素材Ｇを研削する工程について説明する。図５（ａ）は、固定砥粒による研削に用いる装置の全体図である。図５（ｂ）は、この装置に用いられるキャリヤを示す図である。図６は、板状ガラス素材Ｇの研削中の状態を説明する図である。
図５（ａ）及び図６に示されるように、装置４００は、下定盤４０２と、上定盤４０４と、インターナルギヤ４０６と、キャリヤ４０８と、ダイヤモンドシート４１０と、太陽ギヤ４１２と、インターナルギヤ４１４と、容器４１６と、ポンプ４２０と、を有する。また、容器４１６は、クーラント４１８を有する。
装置４００は、下定盤４０２と上定盤４０４との間に、インターナルギヤ４０６を上下方向から挟む。インターナルギヤ４０６内には、研削時に複数のキャリヤ４０８が保持される。図５（ｂ）に示される例では、インターナルギヤ４０６は５つのキャリヤ４０８を保持する。
下定盤４０２および上定磐４０４に平面的に接着したダイヤモンドシート４１０の面が研削面となる。すなわち、板状ガラス素材Ｇは、ダイヤモンドシート４１０を用いた固定砥粒による研削が行われる。
研削すべき複数の板状ガラス素材Ｇは、図５（ｂ）に示されるように、各キャリヤ４０８に設けられた円形状の孔に配置されて保持される。板状ガラス素材Ｇの一対の主表面は、研削時、下定盤４０２および上定盤４０４に挟まれてダイヤモンドシート４１０に当接する。
一方、板状ガラス素材Ｇは、下定盤４０２の上で、外周にギヤ４０９を有するキャリヤ４０８に保持される。このキャリヤ４０８は、下定盤４０２に設けられた太陽ギヤ４１２、インターナルギヤ４１４と噛合する。太陽ギヤ４１２を矢印方向に回転させることにより、各キャリヤ４０８はそれぞれの矢印方向に遊星歯車として自転しながら公転する。これにより、板状ガラス素材Ｇは、ダイヤモンドシート４１０を用いて研削が行われる。
図５（ａ）に示されるように、装置４００は、容器４１６内のクーラント４１８をポンプ４２０によって上定盤４０４内に供給し、下定盤４０２からクーラント４１８を回収し、容器４１６に戻すことにより、循環させる。このとき、クーラント４１８は、研削中に生じる切子を、研削面から除去する。具体的には、装置４００は、クーラント４１８を循環させる際に、下定盤４０２内に設けられたフィルタ４２２で濾過し、そのフィルタ４２２に切子を滞留させる。
研削装置４００では、ダイヤモンドシート４１０を用いて研削を行うが、ダイヤモンドシート４１０の代わりに、ダイヤモンド粒子を設けた固定砥粒を用いることができる。例えば、複数のダイヤモンド粒子を樹脂で結合することによりペレット状にしたものを固定砥粒による研削に用いることができる。
（ｅ）端面研磨工程
次に、端面研磨工程（ステップＳ５０）について説明する。固定砥粒による研削後、端面研磨工程では、板状ガラス素材Ｇの端面研磨が行われる。
端面研磨では、板状ガラス素材Ｇの内周側端面及び外周側単面にブラシ研磨により鏡面仕上げを行う。このとき、酸化セリウム等の微粒子を遊離砥粒として含むスラリーが用いられる。端面研磨を行うことにより、板状ガラス素材Ｇの端面での塵等が付着した汚染、ダメージあるいはキズ等の損傷の除去を行うことにより、ナトリウムやカリウム等のコロージョンの原因となるイオン析出の発生を防止することができる。
（ｆ）第１研磨（主表面研磨）工程
次に、第１研磨工程（ステップＳ６０）について説明する。端面研磨工程の後、第１研磨工程では、板状ガラス素材Ｇの主表面に第１研磨が施される。第１研磨による取り代は、例えば数μｍ〜５０μｍ程度である。
第１研磨は、固定砥粒による研削により主表面に残留したキズ、歪みの除去を目的とする。第１研磨では、固定砥粒による研削（ステップＳ４０）で用いた装置４００を用いる。固定砥粒による研削と異なり、第１研磨工程では、固定砥粒の代わりにスラリーに混濁した遊離砥粒を用いる。また、第１研磨工程では、クーラントは用いない。また、第１研磨工程では、ダイヤモンドシート４１０の代わりに樹脂ポリッシャが用いられる。
第１研磨に用いる遊離砥粒として、例えば、スラリーに混濁させた酸化セリウム等の微粒子（粒子サイズ：直径１〜２μｍ程度）が用いられる。
（ｇ）化学強化工程
次に、化学強化工程（ステップＳ７０）について説明する。第１研磨工程の後、化学強化工程では、第１研磨後の板状ガラス素材Ｇが化学強化される。
化学強化液として、例えば、硝酸カリウム（６０％）と硫酸ナトリウム（４０％）の混合液等を用いられる。化学強化では、化学強化液が、例えば３００℃〜４００℃に加熱され、洗浄した板状ガラス素材Ｇが、例えば２００℃〜３００℃に予熱された後、板状ガラス素材Ｇが化学強化液中に、例えば３時間〜４時間浸漬される。この浸漬の際には、板状ガラス素材Ｇの両主表面全体が化学強化されるように、複数の板状ガラス素材Ｇが端面で保持されるように、ホルダに収納した状態で行うことが好ましい。
このように、板状ガラス素材Ｇを化学強化液に浸漬することによって、板状ガラス素材Ｇの表層のリチウムイオン及びナトリウムイオンが、化学強化液中のイオン半径が相対的に大きいナトリウムイオン及びカリウムイオンにそれぞれ置換され、板状ガラス素材Ｇが強化される。
なお、化学強化処理された板状ガラス素材Ｇは洗浄される。例えば、硫酸で洗浄された後に、純水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等で洗浄される。
（ｈ）第２研磨（最終研磨）工程
次に、第２研磨工程（ステップＳ８０）について説明する。第２研磨工程では、化学強化されて十分に洗浄された板状ガラス素材Ｇに第２研磨が施される。第２研磨による取り代は、例えば１μｍ程度である。
第２研磨は、主表面の鏡面研磨を目的とする。第２研磨では、固定砥粒による研削（ステップＳ４０）および第１研磨（ステップＳ６０）で用いた装置４００を用いる。第２研磨では、遊離砥粒の種類及び粒子サイズが第１研磨と異なる。また、第２研磨では、樹脂ポリッシャの硬度が第１研磨とは異なる。
第２研磨に用いる遊離砥粒として、例えば、スラリーに混濁させたコロイダルシリカ等の微粒子（粒子サイズ：直径０．１μｍ程度）が用いられる。
こうして、研磨された板状ガラス素材Ｇは、洗浄される。洗浄では、中性洗剤、純水、ＩＰＡが用いられる。
第２研磨により、主表面の平坦度が４μｍ以下であり、主表面の粗さが０．２ｎｍ以下
の表面凹凸を有する、磁気ディスク用ガラス基板２が得られる。
この後、磁気ディスク用ガラス基板２に、図１に示されるように、磁性層層３Ａ，３Ｂが成膜されて、磁気ディスク１が作製される。
以上が、図２に示されるフローの説明である。図２に示されるフローでは、スクライブ（ステップＳ２０）及び形状加工（ステップＳ３０）は、固定砥粒による研削（ステップＳ４０）と第１研磨（ステップＳ６０）の間に行われる。また、化学強化（ステップＳ７０）は、第１研磨（ステップＳ６０）と第２研磨（ステップＳ８０）との間に行われる。
しかし、これらの工程の順番は、特に限定されるものではない。固定砥粒による研削（ステップＳ４０）の後、第１研磨（ステップＳ６０）、その後第２研磨（ステップＳ８０）が行われる限り、スクライブ（ステップＳ２０）、形状加工（ステップＳ３０）および化学強化（ステップＳ７０）の各工程は、適宜配置することができる。
本実施形態では、プレス成形工程において、第１の型、第２の型がそれぞれ、ゴブＧＧの落下経路側が凹形状であるため、ゴブＧＧの粘度が低い場合においても、ゴブＧＧが鉛直方向に広がりにくくなる。また、ゴブＧＧが周辺に広がりながら第１の型、第２の型の温度が上昇することにより、第１の型、第２の型は実質的に平面形状となる。そのため、作製される板状ガラス素材Ｇの真円度を向上させることができる。その結果、チャンファリング工程における取り代を低減し、研削工程や研磨工程においてクラックの発生を抑制することができる。
（変形例）
上述した実施形態では、第１の型１２１、第２の型１２２がそれぞれバイメタルによって形成される例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の型１２１、第２の型１２２のうち一方のみが上述した実施形態と同様にバイメタルによって形成され、他方はバイメタルではない型によって形成されるものを用いることもできる。
以上、本発明の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１ 磁気ディスク
２ ガラス基板
３Ａ，３Ｂ 磁性層
４Ａ，４Ｂ 磁気ヘッド
５ 外周エッジ部
１０１ 装置
１１１ 溶融ガラス流出口
１２０、１３０、１４０，１５０ プレスユニット
１２１ 第１の型
１２１ａ 第１金属板
１２１ｂ 第２金属板
１２２ 第２の型
１２２ａ 第１金属板
１２２ｂ 第２金属板
１２２ｃ スペーサ
１２３ 第１駆動部
１２４ 第２駆動部
１６０ 切断ユニット
１６１ 第１切断刃
１６２ 第２切断刃
１７１ 第１コンベア
１７２ 第２コンベア
１７３ 第３コンベア
１７４ 第４コンベア
４０２ 下定盤
４０４ 上定盤
４０６ インターナルギヤ
４０８ キャリヤ
４０９ ギヤ
４１０ ダイヤモンドシート
４１２ 太陽ギヤ
４１４ インターナルギヤ
４１６ 容器
４１８ クーラント
４２０ ポンプ
４２２ フィルタ

Claims (9)

  1. 磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法であって、
    溶融したガラスの塊を落下させる落下工程と、
    前記塊の落下経路の両側から、互いに対向する一対の型の面で前記塊を挟み込みプレス成形することにより、板状ガラス素材を成形するプレス工程と、を有し、
    前記一対の型の少なくとも一方は、前記塊の落下経路側が凹形状であって、
    前記塊の落下経路側が凹形状である型は、熱膨張係数の異なる物質からなる複数の板材または薄膜を密着させて形成されており、かつ、前記一対の型が前記塊をプレスすることにより凹形状の前記型が平坦となるように、前記複数の板材または薄膜のうち前記塊と接触する板材または薄膜の熱膨張係数が最も大きくなっていることを特徴とする磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  2. 前記ガラスの転移温度Ｔｇは６００℃以上である、請求項１に記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  3. 前記プレス工程時において、前記塊の粘度は、７００ｄＰａ・ｓ以下である、請求項１又は２のいずれかに記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  4. 前記塊と接触する部分の前記一対の型の温度は、前記ガラスの歪点以下の温度である、請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  5. 前記ガラスは、酸化物基準に換算した際に、モル％表示で、
    ＳｉＯ２を５０〜７５％、
    Ａｌ２Ｏ３を１〜１５％、
    Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選択される少なくとも１種の成分を合計で５〜３５％、
    ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯから選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜２０％、及び、
    ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５及びＨｆＯ２から選択される少なくとも１種の成分を合計で０〜１０％、
    有する組成からなる、請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  6. 前記一対の型が第１の板と第２の板とを貼り合わせてかつ第１の板が前記塊と接触するように配置され、
    前記第１の板の熱膨張係数は、１０×１０−６／Ｋより大きく、前記第２の板の熱膨張係数は、１０×１０−６／Ｋより小さい、請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  7. 前記第１の板は、Ａｌ合金（７０７５）、ＳＵＳ３０４、銅、ステライト（Ｃｏ合金）、ＦＣＤ（球状黒鉛鋳鉄）、ＳＤＫ６１（合金工具鋼）、ニッケル（ハステロイ）、またはＳＳ４１（軟鋼）であり、前記第２の板は、コルモノイ（Ｎｉ合金）、チタン、またはＶＭ４０（超硬）である、請求項６に記載の磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法。
  8. 請求項１〜７のいずれかの磁気ディスク用板状ガラス素材の製造方法により製造された板状ガラス素材を加工する加工工程、を備え、
    前記加工工程は、
    固定砥粒を用いて前記主表面を研削する研削工程と、
    前記研削工程の後に、遊離砥粒を用いて前記主表面を研磨する研磨工程と、
    を有する、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
  9. 前記加工工程は化学強化を含む、請求項８に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
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