JP6490842B2 - 研削工具、ガラス基板の製造方法、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及び磁気ディスクの製造方法 - Google Patents
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Description
また、ガラス基板表面は磁気ヘッドの浮上高さを極力下げることができるように、高精度に研磨して高記録密度化を実現している。近年、HDDの更なる大記録容量化、低価格化の要求は増すばかりであり、これを実現するためには、磁気ディスク用ガラス基板においても更なる高品質化、低コスト化が必要になってきている。
特許文献2には、ダイヤモンド砥粒をバインダーで結合した研磨複合体(凝集体)を有機樹脂内部に一定比率で分散させた固定砥粒による研削加工用の工具が開示されている。
要するに、従来技術では、加工速度と加工品質(特に基板の平坦度)の両立が困難であり、安定した加工速度で良好な加工品質が長期間安定して得られない。
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)
ガラス基板の主表面を研削する研削処理を含む磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、前記研削処理では、研削砥粒と、該研削砥粒を結合する結合材と、該結合材よりも硬く、且つ前記研削砥粒よりも柔らかい分散粒とを備え、前記結合材中に前記研削砥粒と前記分散粒とが分散された状態で結合されている研削工具を用いて、ガラス基板主表面の研削を行う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。
前記結合材は、樹脂材料であることを特徴とする構成1に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
(構成3)
前記研削砥粒は、複数の研削砥粒が固定材で結合された集結砥粒であることを特徴とする構成1又は2に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
前記研削砥粒は、ダイヤモンド砥粒を含むことを特徴とする構成1乃至3のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
(構成5)
前記分散粒は、アルミナ又はジルコニアからなることを特徴とする構成1乃至4のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
前記分散粒は、研削するガラスよりも柔らかいガラスからなることを特徴とする構成1乃至4のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
(構成7)
前記分散粒は、複数の分散粒が、研削するガラスよりも柔らかいガラスで結合された凝集体であることを特徴とする構成1乃至4のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
前記結合材中の前記研削砥粒に対する前記分散粒の比率が、0.1〜5倍の範囲であることを特徴とする構成1乃至7のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
(構成9)
構成1乃至8のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法により製造された磁気ディスク用ガラス基板上に、少なくとも磁気記録層を形成することを特徴とする磁気ディスクの製造方法。
電子デバイス用のガラス基板表面を研削する研削工具であって、研削砥粒と、該研削砥粒を結合する結合材と、該結合材よりも硬く、且つ前記研削砥粒よりも柔らかい分散粒とを備え、前記結合材中に前記研削砥粒と前記分散粒とが分散された状態で結合されていることを特徴とする研削工具。
磁気ディスク用ガラス基板は、通常、形状加工、主表面研削、端面研磨、主表面研磨、化学強化、等を経て製造される。
本発明の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法においては、フロート法やダウンドロー法で製造されたシート状ガラスから所定の大きさに切り出してガラス基板を得る。また、これ以外に、溶融ガラスからプレスで作製したシート状板ガラスを用いてもよい。本発明は、研削加工開始時に主表面が鏡面状のガラス基板を使用する場合に好適である。
この研削加工は、通常両面研削装置を用い、ダイヤモンド等の硬質砥粒を用いてガラス基板主表面の研削を行う。こうしてガラス基板主表面を研削加工することにより、所定の板厚、平坦度に加工するとともに、所定の表面粗さを得る。
そこで、本発明者は、加工速度を高めて、なお且つ安定した研削加工を行うことが可能な解決手段を模索した結果、研削砥粒と、該研削砥粒よりも柔らかい分散粒とを併用し、結合材中にこれらの研削砥粒と分散粒とが分散された状態で結合されている研削工具を適用することによって、上記課題を解決できることを見出したものである。
また、本発明は、ガラス基板を研削する研削処理において、上記研削工具を用いて、ガラス基板主表面の研削を行うことを特徴とするものである。
本発明においては、上記研削砥粒がダイヤモンド砥粒であることが好ましい。この場合、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が1.5〜10μm程度の範囲であることが好適である。
ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が上記の範囲を下回ると鏡面状ガラス基板に対する切り込みが浅くなりガラス基板への食い込みが進行し難くなる。一方、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が上記の範囲を上回ると仕上りの粗さが粗くなるため後工程の取り代負荷が大きくなるおそれがある。
また、ダイヤモンド砥粒の集結砥粒である場合、この集結砥粒の粒径は、累積平均粒子径が30〜50μm程度であることが好ましい。
また、砥粒同士を固定する固定材としては例えばガラス材が好適である。
上記分散粒の大きさは、粒そのものの場合は、凝集体の場合と同等であることが好ましい。こうすることで、両者を均一に分散させやすくなる。
また、上記研削砥粒の大きさ(集結砥粒の場合はその大きさ)と分散粒との大きさの比は、ほぼ同等であることが好適であり、特に両者が同じ大きさであることが望ましい。研削砥粒と分散粒との大きさの比は、研削砥粒の平均粒径に対する分散粒の平均粒径の比((分散粒の平均粒径)/(研削砥粒の平均粒径))で0.8〜1.2の範囲内とすることが好ましい。こうすることで、両者を均一に分散させやすくなる。
また、研削砥粒の固定材と分散粒の固定剤とが用いられる場合、両者の結合材は同じ材料であることが好ましい。こうすることで、両者を均一に分散させやすくなる。
このガラスのみからなる分散粒の場合、分散粒の大きさや、研削砥粒との大きさの比などに関しては、上記アルミナ等の分散粒の場合と同様である。
本発明においては、特にダイヤモンド研削砥粒と、ガラスからなる分散粒との併用の実施態様が好適である。この実施態様によれば、うねり成分発生を防止する分散効果が最も高くなる。
ダイヤモンド研削砥粒と、アルミナ等の非ダイヤモンド分散粒との併用の場合は、研削砥粒1に対し分散粒0.1〜3倍の範囲であることが好適である。
また、ダイヤモンド研削砥粒と、ガラスからなる分散粒との併用の場合は、研削砥粒1に対し分散粒0.1〜5倍の範囲であることが好適である。
また、ダイヤモンド研削砥粒と、アルミナ等の非ダイヤモンド分散粒と、ガラスからなる分散粒との併用の場合は、研削砥粒1に対し分散粒の全量が0.1〜5倍の範囲であることが好適である。
また、樹脂等の結合材中に分散される固定砥粒の合計(集結砥粒や凝集体の場合はそれを1個と数える)の研削面における密度は、10〜40(個/mm2)の範囲であることが好ましい。また、研削工具中における固定砥粒の含有量は、5〜80体積%であることが好ましい。固定砥粒の含有量が上記範囲を逸脱(超過及び不足のいずれも)すると、いずれも加工時間の増大を招いてコスト高となる場合がある。
本発明では、ダイヤモンド砥粒よりやわらかい材料の砥粒及びその凝集体を、ダイヤモンド集結砥粒と一緒に分散させることにより、ダイヤモンド集結砥粒の砥粒間距離を均一に伸ばすことができる。また、ダイヤモンド集結砥粒への過度の圧力集中を防止することができる。これにより、高い加工速度においても加工を安定化することができ、良好な平坦度を維持することができる。
なお、鏡面状のガラス基板表面を例えばダイヤモンドパッドで研削加工する場合、まず、ダイヤモンド砥粒をガラス基板表面に食い込ませるためガラス表面に対して通常の研削加工時よりも高い荷重負荷をかけることが好適である。高い負荷はそれだけ砥粒の切り込み深さが深くなるため、ガラス表面の粗さを粗くさせる(粗面化する)ことができる。
このような加工初期段階でガラス表面が粗面化された後には、研削加工に対して高い負荷は必要なく、むしろ負荷を下げて砥粒の切り込み深さを浅くした条件で研削加工を行うことが望ましい。図2は、研削加工時の状態を説明するための模式図であり、ダイヤモンド砥粒3がガラス基板10に食い込んで研削している状態を示している(予想図)。
また、SiO2を56〜75モル%、Al2O3を1〜9モル%、Li2O、Na2OおよびK2Oからなる群から選ばれるアルカリ金属酸化物を合計で6〜15モル%、MgO、CaOおよびSrOからなる群から選ばれるアルカリ土類金属酸化物を合計で10〜30モル%、ZrO2、TiO2、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Nb2O5およびTa2O5からなる群から選ばれる酸化物を合計で0%超かつ10モル%以下、含むガラスであってもよい。
本発明において、ガラス組成におけるAl2O3の含有量が15重量%以下であると好ましい。さらには、Al2O3の含有量が5モル%以下であるとなお好ましい。
また、本発明において表面粗さ(上記算術平均粗さRa)は、原子間力顕微鏡(AFM)で測定したときに得られる表面形状の表面粗さとすることが実用上好ましい。
本発明において磁気ディスクは、本発明による磁気ディスク用ガラス基板の上に少なくとも磁気記録層(磁性層)を形成して製造される。磁性層の材料としては、異方性磁界の大きな六方晶系であるCoCrPt系やCoPt系強磁性合金を用いることができる。磁性層の形成方法としてはスパッタリング法、例えばDCマグネトロンスパッタリング法によりガラス基板の上に磁性層を成膜する方法を用いることが好適である。
本発明によって得られる磁気ディスク用ガラス基板を利用することにより、信頼性の高い磁気ディスクを得ることができる。
(実施例1)
以下の(1)基板準備、(2)形状加工、(3)端面研磨、(4)主表面研削加工、(5)主表面研磨(第1研磨)、(6)化学強化、(7)主表面研磨(第2研磨)、を経て本実施例の磁気ディスク用ガラス基板を製造した。
フロート法により製造された厚さ1mmのアルミノシリケートガラスからなる大板ガラスを準備し、70mm×70mmの正方形の小片にダイヤモンドカッターを用いて裁断した。次いで、ダイヤモンドカッターを用いて、外径65mm、内径20mmの円盤形状に加工した。このアルミノシリケートガラスとしては、SiO2:62〜75重量%、ZrO2:5.5〜15重量%、Al2O3:5〜15重量%、Li2O:4〜10重量%、Na2O:4〜12重量%を含有する化学強化可能なガラスを使用した。
得られた基板の表面は、表面粗さRaが5nm以下の鏡面であった。
次に、ダイヤモンド砥石を用いてガラス基板の中央部分に孔を空けると共に、外周端面および内周端面に所定の面取り加工を施した。
次いで、ブラシ研磨により、ガラス基板を回転させながらガラス基板の端面(内周、外周)を研磨した。
この主表面研削加工は両面研削装置を用い、ダイヤモンドパッドが貼り付けられた上下定盤の間にキャリアにより保持したガラス基板をセットして行なった。本実施例では、ダイヤモンドパッドとして、複数のダイヤモンド砥粒をガラスで固めた集結砥粒と、複数のアルミナ粒子をガラスで固定した凝集体と、複数の当該集結砥粒及び凝集体を結合している樹脂とを備え、ダイヤモンド砥粒の平均粒径が4.0μm、ダイヤモンドの集結砥粒の平均粒径が40μm、アルミナ粒子の平均粒径が4.0μm、アルミナ凝集体の平均粒径は40μm、最大粒径は45μm、ダイヤモンド集結砥粒とアルミナ凝集体との比率が1:0.5となるように樹脂中に分散させたダイヤモンドパッドを使用した。上記砥粒等を固めたガラスは、加工するガラスよりも硬度の小さいものを使用した。また、上記固定砥粒の合計の研削面における密度は、20(個/mm2)とした。また、潤滑液を使用しながら行った。また、定盤の回転数、ガラス基板への荷重は、適宜調整して行った。
次に、上述した研削加工で残留した傷や歪みを除去するための第1研磨を両面研磨装置を用いて行なった。両面研磨装置においては、研磨パッドが貼り付けられた上下研磨定盤の間にキャリアにより保持したガラス基板を密着させ、このキャリアを太陽歯車(サンギア)と内歯歯車(インターナルギア)とに噛合させ、上記ガラス基板を上下定盤によって挟圧する。その後、研磨パッドとガラス基板の研磨面との間に研磨液を供給して回転させることによって、ガラス基板が定盤上で自転しながら公転して両面を同時に研磨加工するものである。具体的には、ポリシャとして硬質ポリシャ(硬質発泡ウレタン)を用い、第1研磨を実施した。研磨液としては酸化セリウムを研磨剤として分散した純水とし、荷重、研磨時間は適宜設定した。上記第1研磨工程を終えたガラス基板を、中性洗剤、純水、IPA(イソプロピルアルコール)、IPA(蒸気乾燥)の各洗浄槽に順次浸漬して、超音波洗浄し、乾燥した。
次に、上記洗浄を終えたガラス基板に化学強化を施した。化学強化は硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合した化学強化液を用意し、この化学強化溶液を380℃に加熱し、上記洗浄・乾燥済みのガラス基板を約4時間浸漬して化学強化処理を行なった。
次いで上記の第1研磨で使用したものと同じ両面研磨装置を用い、ポリシャを軟質ポリシャ(スウェード)の研磨パッド(発泡ポリウレタン製)に替えて第2研磨を実施した。この第2研磨は、上述した第1研磨で得られた平坦な表面を維持しつつ、例えばガラス基板主表面の表面粗さをRaで0.2nm程度以下の平滑な鏡面に仕上げるための鏡面研磨加工である。研磨液としてはコロイダルシリカを分散した純水とし、荷重、研磨時間は適宜設定した。上記第2研磨工程を終えたガラス基板を、中性洗剤、純水、IPA、IPA(蒸気乾燥)の各洗浄槽に順次浸漬して、超音波洗浄し、乾燥した。
実施例1の主表面研削加工において、複数のダイヤモンド砥粒をガラスで固めた集結砥粒と、ガラスで出来た複数の分散粒と、複数の当該集結砥粒及び分散粒を結合している樹脂とを備え、ダイヤモンド砥粒の平均粒径が約4.0μm、ダイヤモンド集結砥粒の平均粒径が40μm、ガラス分散粒の平均粒径が4.0μm、ガラス凝集体の最大粒径は45μm、ダイヤモンド集結砥粒とガラス凝集体との比率が1:0.5となるように樹脂中に分散させたダイヤモンドパッドを使用したこと以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板を作製した。
実施例1の主表面研削加工において、複数のダイヤモンド砥粒をガラスで固めた集結砥粒と、複数のアルミナ粒子をガラスで固定した凝集体と、ガラスで出来た複数の分散粒凝集体と、複数の当該集結砥粒、アルミナ粒子凝集体及びガラス分散粒凝集体を結合している樹脂とを備え、ダイヤモンド砥粒の平均粒径が約4.0μm、アルミナ粒子の平均粒径が約1〜4.0μm、ガラス粒子の平均粒径が約1〜4.0μm、アルミナ凝集体とガラス凝集体の最大粒径は45μm、これらダイヤモンド集結砥粒とアルミナ凝集体とガラス凝集体の比率が1:0.5:0.5となるように樹脂中に分散させたダイヤモンドパッドを使用したこと以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板を作製した。
実施例1の主表面研削加工において、複数のダイヤモンド砥粒をガラスで固めた集結砥粒(ダイヤモンド砥粒の平均粒径が約4.0μm)を樹脂中に分散させた従来のダイヤモンドパッドを使用したこと以外は、実施例1と同様にして研削加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板を作製した。
(比較例2)
固定砥粒の合計(この例ではダイヤモンド集結砥粒のみ)の研削面における密度を30(個/mm2)としたダイヤモンドパッドを使用したこと以外は、比較例1と同様にして研削加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板を作製した。
上記実施例および比較例において、研削加工後のガラス基板について、フラットネステスターを用いて、平坦度の測定を行い、所定の基準(3μm以下)を良品とし、この基準を満たさないガラス基板の発生率(平坦度不良率)を算出し、結果を表1に示した。また、研削加工時の加工速度(比較例1に対する加工速度比)についても併せて表1に示した。
1.従来のダイヤモンド集結砥粒だけを含む研削工具(ダイヤモンドパッド)を用いた比較例1では、100バッチの連続加工を行うと、加工速度と加工品質が低下し、安定した研削加工が行えない。
これに対して、アルミナ粒子凝集体もしくはガラス分散粒、或いはアルミナ粒子凝集体とガラス分散粒の両者をダイヤモンド集結砥粒とともに分散させた研削工具を用いた実施例1〜3では、加工速度と加工品質(特に基板の平坦度)の両立を図り、安定した加工速度で良好な加工品質が長期間安定して得られる。特に、ダイヤモンド集結砥粒とガラス分散粒を併用した実施例2では、平坦度不良率がゼロ%であった。
また、比較例1、2の比較より、従来のダイヤモンドパッドにおいて固定砥粒の研削面密度を低下させると、加工速度は向上するものの平坦度不良率が悪化してしまうことがわかる。これは、単純に固定砥粒密度を下げるだけでは安定した加工ができないことを示している。
上記実施例1で得られた磁気ディスク用ガラス基板に以下の成膜工程を施して、垂直磁気記録用磁気ディスクを得た。
すなわち、上記ガラス基板上に、Ti系合金薄膜からなる付着層、CoTaZr合金薄膜からなる軟磁性層、Ru薄膜からなる下地層、CoCrPt合金からなる垂直磁気記録層、保護層、潤滑層を順次成膜した。保護層は、水素化カーボン層を成膜した。また、潤滑層は、アルコール変性パーフルオロポリエーテルの液体潤滑剤をディップ法により形成した。
得られた磁気ディスクについて、DFHヘッドを備えたHDDに組み込み、80℃かつ80%RHの高温高湿環境下においてDFH機能を作動させつつ1ヶ月間のロードアンロード耐久性試験を行ったところ、特に障害も無く、良好な結果が得られた。
2 シート
3 集結砥粒
4 ペレット
5 ダイヤモンド粒子
10 ガラス基板
Claims (13)
- 電子デバイス用のガラス基板表面を研削する研削工具であって、
研削砥粒と、該研削砥粒を結合する結合材と、前記研削砥粒にかかる研削圧力を分散させるための分散粒とを備え、該分散粒は前記結合材よりも硬く、且つ前記研削砥粒よりも柔らかく、前記結合材中に前記研削砥粒と前記分散粒とが分散された状態で結合されており、
前記研削砥粒と前記分散粒との合計の、前記研削工具の研削面における密度は10〜40個/mm2の範囲であることを特徴とする研削工具。 - 前記結合材は、樹脂材料であることを特徴とする請求項1に記載の研削工具。
- 前記研削砥粒は、複数の研削砥粒が固定材で結合された集結砥粒であることを特徴とする請求項1又は2に記載の研削工具。
- 前記研削砥粒は、ダイヤモンド砥粒を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の研削工具。
- 前記分散粒は、アルミナ、ジルコニア又はガラスのいずれかからなる粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の研削工具。
- 前記分散粒は、複数の分散粒がガラスで結合された凝集体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の研削工具。
- 前記結合材中の前記研削砥粒の個数に対する前記分散粒の個数の比率が、0.1〜5倍の範囲であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の研削工具。
- 前記研削砥粒は、複数の研削砥粒が固定材で結合された集結砥粒であり、前記集結砥粒の平均粒径が30〜50μmであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の研削工具。
- 前記研削砥粒の平均粒径に対する前記分散粒の平均粒径の比が、0.8〜1.2の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の研削工具。
- 請求項1乃至9のいずれかに記載の研削工具を用いて電子デバイス用のガラス基板の主表面を研削する処理を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
- 前記ガラス基板は、磁気ディスク用ガラス基板の元となるガラス基板であることを特徴とする請求項10に記載のガラス基板の製造方法。
- 請求項11に記載のガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板の主表面に対し、少なくとも研磨処理を行う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。
- 請求項12に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法により製造された磁気ディスク用ガラス基板上に、少なくとも磁気記録層を形成することを特徴とする磁気ディスクの製造方法。
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