KR19980080547A - 디스크 기판 중간체와 그 제조 방법 및 연삭 가공 장치 - Google Patents

디스크 기판 중간체와 그 제조 방법 및 연삭 가공 장치 Download PDF

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KR19980080547A
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Abstract

본 발명은 정밀도가 높은 평면도 및 면조도를 가지며, 피트(pit) 등의 표면 결함이 없고, 또한 저비용으로 제작할 수 있는 디스크 기판 중간체와 그 제조 방법 및 연삭 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
연마용 입자를 고형화시켜 가공용 정반(2)을 형성하고, 가공 정반(6)의 회전 중심 P가 가공용 정반(2)의 원주상에 있도록 배치하며, 가공 정반(6)상의 디스크 기판(30)에 대한 가공용 정반(2)의 접촉 부분(20)의 궤적이 일정해지도록 가공용 정반(2)과 가공 정반(6)을 상대적으로 접동시켜 연삭 가공을 행한다.

Description

디스크 기판 중간체와 그 제조 방법 및 연삭 가공 장치
본 발명은 정밀도가 높은 평면도 및 면조도를 가지며, 피트(PIT) 등의 결함이 없는 디스크 기판 중간체로서, 특히 하드 디스크에 사용되는 결정화 유리 기판이나 유리 기판 또는 세라믹 기판 등의 무기재 기판을 용이하게 또한 염가로 제조하기 위한 디스크 기판 중간체와 그 제조 방법 및 연삭 가공 장치에 관한 것이다.
현재, 하드 디스크에 사용되고 있는 디스크 기판에는 알루미늄 기판에 Ni-P (니켈-인)을 도금한 알루미늄 기판과 결정화 유리 또는 유리(강화 유리를 포함한다)제의 유리 기판이 있고, 알루미늄 기판은 직경이 5.25 인치나 3.5 인치라는 대형 하드 디스크용의 기판으로서 사용되며, 한편, 유리 기판은 직경이 2.5 인치 이하의 소형 하드 디스크용 기판으로서 사용되고 있다.
내충격성(경도), 강성(영률) 등의 하드 디스크용 기판에 요구되는 성능에 관하여, 유리 기판은 알루미늄 기판보다도 우수하고, 양호한 면조도를 얻을 수 있음에도 불구하고, 제조 공정에 있어서의 가공 시간이 길기 때문에 제조 비용이 높아지고, 또 유리 기판은 대형화하는 것에 따라서 제조 비용이 높아지는 경향이 있기 때문에, 유리 기판은 내충격성을 필요로 하는 휴대형 퍼스널 컴퓨터에 장착되는 소형 하드 디스크용 기판으로서 이용될 뿐이다.
하드 디스크에 사용되는 유리 기판의 표면 특성으로서는 높은 평면도와 면조도 및 피트 등의 표면 결함이 없는 것이 요구되고, 이러한 요구 특성을 만족시키기 위해서, 현재, 유리 기판을 제작하는 데에는 유리 기판 소재를 연마 가공하고, 얻어진 유리 기판 중간체에서는 일반적으로 평면도나 면조도가 요구 특성에 대하여 불충분하기 때문에, 추가로 이 유리 기판 중간체를 폴리싱 가공하는 공정이 채용되고 있다.
이 유리 기판 제작의 최종 마무리 공정인 폴리싱 가공은 상하의 정반사이에 유리 기판 중간체를 끼워 넣고, 정반의 폴리싱면(유리 기판 중간체와의 접촉면)에 폴리우레탄제 또는 수에드(suede)제 등의 연마포를 붙여, 유리 연마용 입자로서 미세한 산화세륨(CeO2) 연마용 입자를 이용하며, 가공액을 공급하면서 상하의 정반을 서로 역방향으로 회전시켜 유리 기판 표면을 폴리싱하는 것이다.
즉, 폴리싱 공정은 전공정인 연마 가공 공정에서 발생한 미소한 요철을 수정하여 매끄럽고 양호한 면조도를 얻는 공정이라 말할 수 있고, 따라서, 폴리싱 가공에서는 연마 가공으로 얻어진 평면도를 그대로 이어 받게 되며, 폴리싱 가공 공정에서 평면도의 수정을 행하는 것은 실질적(생산 효율적)으로 불가능하다. 이 때문에, 높은 평면도를 갖는 유리 기판을 제작하기 위해서는 연마 공정에서 높은 평면도를 산출해 두는 것이 필요로 된다.
또, 연마 가공후의 유리 기판 중간체의 표면 상태가 양호할수록, 폴리싱 가공 공정에 걸리는 부하가 경감된다. 즉, 폴리싱 가공에 요하는 시간이 단축되어 생산 효율이 향상되는 동시에, 연마용 입자의 소비량을 삭감할 수 있고, 결과적으로 유리 기판의 제조 비용을 삭감할 수 있게 된다. 즉, 유리 기판의 제조에 있어서는, 어떻게 해서 평면도가 양호하고 표면 결함이 적은 유리 기판 중간체를 제작하는지, 바꾸어 말하면, 평면도가 양호하고 표면 결함이 발생하기 어려운 유리 기판 소재의 연마 가공 방법을 개발하는지가 중요해진다.
현재, 이러한 유리 기판 중간체를 비롯한 무기재로 이루어지는 디스크 기판 중간체를 제조 방법, 즉, 디스크 기판 소재의 연마 가공 방법으로서는 디스크 기판을 구성하는 재료의 미소 파괴를 이용하는 영역과 미소 소성 변형을 이용하는 영역이 있고, 전자는 가공 제거 이용을 크게 하고 싶은 경우에 이용되며, 유리 연마용 입자에 의한 래핑 가공이 대표적인 예이다. 한편, 후자는 표면 정밀도가 높은 가공을 하고 싶은 경우에 이용되고 있으며, 대표적인 방법으로서 고정 숫돌에 의한 그라인딩 가공을 들 수 있다.
이 래핑 가공은 디스크 기판 소재를 연마하는 일반적인 방법으로, 대부분의 경우, 일차 래핑(성긴 랩) 가공 공정과 계속되는 이차 래핑(정밀 랩) 가공 공정으로 나누어진다. 어느쪽의 경우에 있어서도, 철제의 상하의 랩 정반사이에 디스크 기판 소재를 끼워 넣은 캐리어(일반적으로는 수지로 된 디스크 기판 소재의 유지판)를 세트하고, 디스크 기판 소재를 양 평면으로부터 밀어 붙여, 양쪽사이에 GC(SiC) 등의 유리 연마용 입자와 가공액을 공급하면서 상하 랩 정반을 서로 역방향으로 회전시켜 디스크 기판 소재의 표면으로부터 절삭 가루나 파편을 제거하면서 디스크 기판의 양면을 동시에 래핑하는 방법으로, 평면도와 가공 정밀도 및 가공 효율이 높다는 특징을 갖는다.
그런데, 래핑 가공은 디스크 기판 소재와 연마용 입자의 충돌(활주)에 의해 디스크 기판 소재 표면에 미소한 취성(脆性) 파괴가 일어나고, 이 파괴에 의해 디스크 기판 소재 표면이 연마되는 것으로, 이 취성 파괴에 의해 얻어진 디스크 기판 중간체 표면에는 가공 비틀림이 발생한다.
여기서, 디스크 기판 중간체의 표면에 다른 양의 가공 변형이 잔류했을 경우에는 디스크 기판 중간체에 휘어짐이 발생하여 양호한 평면도를 얻을 수 없게 되지만, 디스크 기판 소재의 표리 각 평면을 동시에 가공함으로써, 디스크 기판 중간체에 발생하는 가공 비틀림은 표리 각 평면에서 균질하게 또한 거의 동일량으로 할 수 있다. 이렇게 해서, 래핑 가공에 의해, 휘어짐이 거의 없는 높은 평면도를 갖는 디스크 기판을 얻을 수 있으므로, 래핑 가공은 널리 하드 디스크용 디스크 기판 중간체의 제조 방법으로서 이용되고 있다.
그러나, 래핑 가공에 있어서는, 장시간의 사용에 의해 랩면에 편마모가 생기는 경우가 있고, 랩 정반의 랩면의 관리를 주의하여 행하지 않으면, 디스크 기판 중간체에 소성 변형이 생겨 상술한 양호한 평면도를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 또, 래핑 가공에는 취성 파괴 가공에 의한 그레이(grey)라고 칭해지는 피트의 발생을 피할수 없다고 하는 결점이 있다.
이 피트는 래핑 가공 과정에서 디스크 기판 소재 표면을 비교적 큰 연마용 입자(이차 입자)가 굴러감으로써 발생한다고 생각되는 미소한 오목부이고, 그 깊이는 일반적으로 20∼30μm에 달한다. 이 때문에, 다음 공정인 폴리싱 가공 공정에서 이 피트를 제거할 필요가 생기고, 디스크 기판 중간체의 양면을 폴리싱 가공하기 위해서 통상 40∼60분의 가공 시간을 필요로 한다. 이 가공 시간은 알루미늄 기판의 제조 공정에 있어서의 폴리싱 가공 시간의 약 8배∼10배이고, 이 가공 시간이 긴 것이 결과적으로 디스크 기판의 비용을 인상시키는 큰 원인의 하나로 되어 있다.
이러한 래핑 가공에 있어서의 랩 정반의 편마모를 억제하는 방법으로서, 다이아몬드 펠릿 정반이 개발되고 있지만, 피트의 발생 문제는 해결되고 있지 않다. 따라서, 다음 공정인 폴리싱 가공에 있어서는, 피트를 제거하기 위해서 디스크 기판 중간체의 표면을 양면에서 최저 30∼40μm 정도 연마할 필요가 있고, 비용적으로, 래핑 가공 공정을 채용한 경우와 동등하게 된다
이것에 대하여, 그라인딩 가공은 다이아몬드, CBN, GC 등의 연마용 입자를 금속, 수지(레진), 유리 등으로 고정시킨 소위 숫돌을 고속으로 회전하고, 디스크 기판 소재 표면을 연삭한다고 하는 가공 방법이다. 이 그라인딩 가공에 의하면, 피트는 거의 발생하지 않고, 비록 발생하더라도 그 깊이가 극히 얕기 때문에, 폴리싱 가공 공정에서 디스크 기판 중간체의 평면에 잔류하는 요철 결함의 제거에 요하는 시간은 대폭 단축된다.
그러나, 이러한 그라인딩 가공에 있어서는, 계속해서 가공을 행하면, 연마용 입자 선단이 클레이징을 일으켜서 연삭을 할 수 없게 되기 때문에, 정기적으로 드레싱(dressing)을 행할 필요가 있다. 또, 디스크 기판 소재의 표리 각 면을 한면씩 가공하지 않으면 안되기 때문에, 디스크 기판 소재의 표리 각 면에 생기는 가공 비틀림 또는 양을 균일하게 할 수 없고, 따라서, 디스크 기판 중간체에 불규칙한 휘어짐이나 꼬임이 발생하여 평면도가 떨어진다는 결점이 있다.
이러한 휘어짐이나 꼬임은 전술한 바와 같이, 폴리싱 가공 공정에서는 제거 또는 수정할 수 없기 때문에, 이러한 그라인딩 가공 방법은 지금까지 하드 디스크용 디스크 기판 중간체의 제조 방법으로서는 채용되지 않았다.
본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 발명자는 디스크 기판 소재의 일연삭면을 가공하는 공정중에 취성 파괴 가공과 소성 변형 가공을 집어 넣어, 제1 연삭 공정에서는 취성 파괴 가공을 행하고, 계속되는 제2 연삭 공정 및 스파크 아웃(평탄화) 가공에 있어서 소성 변형 가공을 행하는 수단을 검토함으로써 상기 과제의 해결을 시도하여 본 발명에 도달하였다.
그리고, 본 발명의 목적으로 하는 바는 폴리싱 가공에 있어서의 부하가 작은 평면도가 양호하고 표면 요철부의 고저차가 감소된 디스크 기판 중간체를 제공하기 위해, 디스크 기판 소재의 표면에 있어서의 연삭 저항 및 고정 연마용 입자의 궤적을 일정하게 유지함으로써, 연삭 가공시에 생기는 미세한 피트 및 피연삭재의 불규칙한 휘어짐의 발생을 방지하고, 디스크 기판 소재의 평면도를 양호하게 유지할 수 있는 동시에, 가공 정밀도, 가공 능률의 향상 및 비용의 삭감에 기여할 수 있는 디스크 기판 중간체의 제작 방법과 연삭 가공 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명 디스크 기판의 연삭 가공 장치의 일례인 개략 단면도.
도 2는 본 발명 디스크 기판의 연삭 가공 장치의 일례인 개략 정면도.
도 3은 본 발명 디스크 기판의 연삭 가공 장치의 다른 예인 개략 정면도.
도 4는 본 발명 디스크 기판의 제조 방법에 의한 가공용 컵 숫돌과 가공 정반(디스크 기판)의 위치 관계를 도시한 것으로, (a)는 개략 설명도, (b)는 디스크 기판으로의 가공용 컵 숫돌의 연삭면의 궤적을 도시한 이미지도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
2: 가공용 컵 숫돌
4: 회전축(가공용 컵 숫돌용)
6: 가공 정반
8: 회전축(가공 정반용)
10: 벨트 풀리(V 벨트)
12: 모터(가공 정반용)
20: 가공용 컵 숫돌의 연삭면
30: 디스크 기판 소재
40: 방사형 곡선의 연삭 궤적
즉, 본 발명에 의하면, 양 표면이 숫돌에 의해 연삭 가공되고, 각 평면에 있어서의 평면도가 10μm 이하이며, 또한, 상기 연삭 가공에 의해 생긴 요철부의 고저차가 5μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체가 제공된다. 또한, 이 디스크 기판 중간체의 각 평면에 형성된 연삭 가공의 궤적이 중심에서 외주방향으로 향하는 방사형 곡선인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의하면, 피가공물인 디스크 기판 소재의 양 평면을 한면씩 순서대로 각각 연삭 가공하고, 각 연삭면에 잔류하는 가공 변형을 거의 동등량으로 함으로써, 상기 연삭 가공후의 디스크 기판 중간체의 평면도를 10μm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법이 제공된다.
여기서, 본 발명의 디스크 기판의 중간체의 제조 방법에 있어서는, 디스크 기판 소재의 각 평면을 회전하는 숫돌에 의해 연삭할 때에, 소정의 연삭량의 대부분을 차지하는 제1 연삭 단계에서는 상기 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 파쇄되거나 또는 상기 숫돌로부터 탈락하는 가공 조건으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 디스크 기판 소재를 가공 테이블상에 고정하고, 가공 테이블과 숫돌을 함께 회전시켜 디스크 기판 소재의 각 평면을 연삭 가공하는 제1 연삭 단계에 있어서, 상기 가공 테이블의 회전수를 상기 숫돌의 회전수의 60∼80% 또는 20∼40%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 제1 연삭 단계의 연삭 가공후에 행해지는 제2 연삭 단계의 연삭 가공에 있어서, 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 실질적으로 파쇄도 하지 않고, 또한 실질적으로 탈락하지 않는 가공 조건으로 하는 것이 바람직하다. 또, 디스크 기판 소재의 각 평면의 평면도가 10μm 이하이면, 본 발명의 제조 방법은 보다 효과적으로 되고, 디스크 기판 소재로서는, 가공 메카니즘 때문에 무기재 기판이고, 특히, 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 또, 가공 정반에 피가공물인 디스크 기판 소재를 재치하여 고정하고, 연마용 입자를 고형화하여 형성된 가공용 컵 숫돌과 상기 가공 정반을 상대적으로 활주시켜 상기 디스크 기판 소재의 각 평면을 연삭 가공하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치로서, 상기 가공 정반의 회전 중심은 상기 가공용 컵 숫돌의 원주상에 배치되고, 상기 가공 정반상의 상기 디스크 기판 소재에 있어서의 상기 가공용 컵 숫돌과의 접촉 부분의 궤적이 일정해지도록, 상기 컵 숫돌과 상기 가공 정반을 상대적으로 활주시키기 위한 활주 구동 제어 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치가 제공된다.
본 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치로 가공되는 디스크 기판 소재로는 유리 또는 결정화 유리가 바람직하고, 숫돌에 이용되는 연마용 입자가 다이아몬드, CBN, 비트리파이드중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 디스크 기판 중간체에 있어서는, 평면도가 양호하고 표면의 요철부의 고저차가 작기 때문에, 폴리싱 공정에서의 부하가 작고, 그 때문에 디스크 기판의 제조 비용을 삭감할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 디스크 기판 중간체의 제조 방법에 의하면, 연삭 가공시에 디스크 기판 소재에 피트 및 불규칙한 휘어짐이 발생하지 않고, 피연삭재의 평면도를 양호하게 유지할 수 있는 동시에, 디스크 기판 중간체의 가공 정밀도, 가공 능률의 향상 및 비용의 삭감에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
우선, 본 발명의 디스크 기판 중간체의 제조 방법은 연마용 입자를 고형화시켜 가공용 컵 숫돌을 형성하고, 가공 정반의 회전 중심이 가공용 컵 숫돌의 원주상에 이루어지도록 배치하며, 가공 정반상의 디스크 기판 소재에 대한 가공용 컵 숫돌의 접촉 부분의 궤적이 일정해지도록 가공용 컵 숫돌과 상기 가공 정반을 상대적으로 활주시키고, 또한, 취성 파괴 연삭 가공과 소성 변형 연삭 가공을 순차적으로 연속적으로 행하며, 디스크 기판 중간체의 표면과 일면에 형성되는 가공 비틀림의 크기를 거의 일치시키는 것이다.
도 1은 본 발명의 디스크 기판 중간체를 제작하기 위해서 적합하게 사용되는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이고, 도 2는 도 1의 개략 정면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치의 다른 예인 개략 정면도이다. 도 1∼3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디스크 기판 소재(30)의 연삭 가공 장치는 원반형의 가공 정반(6)의 회전 중심 P가 원반형의 가공용 컵 숫돌(2)의 원주상에 이루어지도록 배치되어 있다.
가공 정반(6)의 수는 특별히 한정되지 않지만, 각각의 가공 정반(6)을 연속 동작시킬 필요가 있는 것과, 피연삭재인 디스크 기판 소재(30)의 크기 등을 고려하여 복수 짝수를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 디스크 기판 소재(30)는 가공 정반(6)에 왁스 고착 또는 진공 척 등의 방법에 의해, 가공 정반(6)의 회전 중심 P와 디스크 기판 소재(30)의 중심 Q가 일치하도록 재치되어 있다.
가공용 컵 숫돌(2)은 모터(도시하지 않음)가 접속된 회전축(4)에 의해 회전구동하는 동시에, 가공 정반(6)은 모터(12)로부터 벨트 풀리(10)(V 벨트)에 의해 각각의 회전축(8)을 연속 동작하여 회전 구동시킴으로써, 가공 정반(6)상의 디스크 기판 소재(30)에 대한 가공용 컵 숫돌(2)의 접촉 부분인 연삭면(20)(접촉호 d-d')가 가공 정반(6)의 회전 중심 P를 축으로 하여 도 4에 도시된 바와 같은 중심에서 외주부로 향하는 방사형 곡선의 궤적(40)을 일정하게 그리도록, 가공용 컵 숫돌(2)과 가공 정반(6)의 간격 및 가공용 컵 숫돌(2) 및 가공 정반(6)의 각각의 회전수를 활주 구동 제어 기구(도시하지 않음)에 의해, 각각 제어하면서 상대적으로 활주시킨다.
이것에 의해, 종래의 컵 숫돌을 이용한 공전식 로터리 평면 연삭 방법과 비교하여, 연삭 저항 및 가공 정반상의 디스크 기판 소재(30)에 대한 가공용 컵 숫돌의 연삭면의 궤적을 일정하게 유지할 수 있으므로, 디스크 기판 소재를 한면씩 연삭하여도, 연삭 기구가 취성 파괴를 주로 함으로써, 전술한 래핑 가공과 동일하게, 디스크 기판 소재(30)의 각 면에 발생하는 가공 변형을 거의 균일하게 할 수 있으며, 그 결과, 얻어지는 디스크 기판 중간체의 불규칙한 휘어짐이 방지되고, 평면도를 양호하게 유지할 수 있다.
여기서, 이러한 취성 파괴를 주로 하기 위해서는 연삭 가공에 사용하는 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 파쇄되거나 또는 탈락하도록 가공 조건을 설정할 필요가 있다. 그러기 위해서, 본 발명에 있어서는, 디스크 기판 소재(30)를 상면에 고정시킨 회전가능한 가공 정반(6)과 연마용 입자를 고정시킨 가공용 컵 숫돌(2)을 함께 회전시켜 연삭 가공을 하지만, 이 때, 가공 정반(6)의 회전수를 가공용 컵 숫돌(2)의 회전수의 20∼40% 또는 60∼80%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 취성 파괴를 주로 하는 연삭 기구로 할 수 있다.
또, 이 취성 파괴를 행하기 위한 조건으로서는, 가공용 컵 숫돌(2)을 디스크 기판 소재(30)의 방향으로 보내는 속도도 고려할 필요가 있지만, 이 이송 속도는 가공 정반(6)의 회전수의 범위내에서 용이하게 조건을 제시할 수 있다.
상술한 연삭 방법에 있어서는, 단위 시간당의 연삭면이 적기 때문에, 연삭 저항을 적게 할 수 있고, 연삭열의 발생을 억제하는 동시에, 디스크 기판 소재(30)를 고속으로 연삭 가공할 수 있다. 그러나, 이러한 취성 파괴를 주로 하는 연삭 방법에서는 극히 높은 평면도를 얻을 수 있지만, 취성 파괴 가공만으로는 연삭면의 요철부의 고저차가 최대로 8μm 정도에까지 이르는 경우가 있으므로, 또 요철부의 고저차를 감소하는 개선을 행하는 방법으로서, 이 취성 파괴 가공에 이어서 소성 변형에 의한 가공을 부가하는 것이 바람직하다.
여기서, 연삭 공정에서 소성 변형이 생기면, 가공 비틀림이 현저하게 증대하기는 경우가 있으므로, 이 가공 변형의 발생을 억제하기 위해서는 소성 변형에 의한 연삭량을 많아도 5μm 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 그래서, 이 소성 변형 가공에 의한 디스크 기판 소재(30)의 평면도의 저하를 막는 방법으로서, 얻어지는 디스크 기판 중간체의 연삭 가공면에 남는 연삭 궤적이 도 4(b)에 도시된 바와 같은 중심에서 외주방향을 향하여 넓어지는 방사형 곡선이 되는 것이 바람직하다.
또, 연삭 가공 공정에 있어서, 소성 변형 가공을 주로 하기 위해서는 가공용 컵 숫돌(2)의 이송 속도를 떨어뜨림으로써 달성할 수 있고, 상술한 취성 파괴 가공와 소성 변형 가공을 조합함으로써, 평면도가 높고, 요철부의 고저차를 5μm 이하로 억제할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 디스크 기판 소재(30)의 연삭 가공 장치에 의하면, 최초에 취성 파괴 연삭 가공가 확실하게 행해짐으로써, 가공용 컵 숫돌(2)의 숫돌의 로딩이 억제되고, 계속되는 소성 변형 연삭 가공을 효율적으로 행할 수 있다.
그런데, 본 발명의 연삭 가공 장치에 있어서의 활주 구동 제어 기구(도시하지 않음)로서는, 가공용 컵 숫돌과 가공 정반의 간격, 가공용 컵 숫돌 및 가공 정반의 회전수 등을 측정하여, 그 결과를 활주 구동부(도시하지 않음)에 피드백하는 폐루프 제어를 행하는 것이 바람직하다.
한편, 가공 정반으로의 척의 상태나 연삭열에 의해 디스크 기판 중간체에 잔류한 비틀림은 가공 정밀도로 크게 영향을 미치게 하기 때문에, 두께 및 휘어짐이 일정하고 또한 정밀도가 높은 평면도의 디스크 기판 중간체를 얻기 위해서는 디스크 기판 소재의 설치 상태의 관리나 연삭열의 제거 방법에 충분한 주의가 필요하다.
이 때문에, 통상, 연삭 가공은 습식에 의해 행해지고, 연삭부로 연삭액을 공급하는 노즐 및 순환 파이프 등의 설비가 장착되어 있다. 또, 연삭액은 가공용 컵 숫돌을 형성하는 연마용 입자의 종류에 따라 다르고, 예컨대, 다이아몬드 숫돌이나 비트리파이드 숫돌의 경우, 냉각성이 양호한 수용성 연삭액이 바람직하며, CBN 숫돌은 불수용성 연삭액이 바람직하다.
여기서, 본 발명에서 이용한 가공용 컵 숫돌은 접선 연삭 저항보다도 법선 연삭 저항이 극히 큰 디스크 기판 소재를 고정밀도로 연삭하기 위해, 고강성인 것이 바람직하다. 이 때문에, 가공용 컵 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 다이아몬드, CBN, 비트리파이드중 어느 하나인 것이 바람직하고, 비트리파이드와 다이아몬드 양쪽을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 본 발명에서 이용한 가공용 컵 숫돌은 다공질, 펠릿 또는 세그먼트중 어느 하나인 것이 절삭 가루의 배제와 연삭액의 연삭점으로의 공급을 쉽게 하기 때문에 바람직하다.
이렇게 해서, 본 발명의 연삭 가공 장치를 이용하여 제작되는 표면에 방사형 곡선(40)의 연삭 궤적을 갖는 디스크 기판 중간체는 연삭면에 있어서의 피트의 발생이 방지되고, 요철부의 고저차가 약 5μm 이하로 얕아지므로, 다음 공정인 폴리싱 가공에 있어서의 연마량을 양면에서 10μm 정도로 억제하는 것이 가능해진다.
따라서, 폴리싱 가공 공정에서의 연마량을 적게 할 수 있기 때문에, 디스크 기판 중간체의 평면도를 유지한 채로 롤-오프나 스크래치의 발생을 야기하지 않고, 폴리싱 가공을 염가로 행할 수 있다. 이렇게 해서, 예컨대, 연삭 가공된 유리 또는 결정화 유리로 이루어지는 디스크 기판 중간체는 하드 디스크용의 직경 3인치 이상의 디스크 기판의 전구체로서 적합하게 이용된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아님은 말할 필요도 없다.
피연삭재인 디스크 기판 소재로서, 도우넛형의 유리 기판(직경: 65mm, 두께: 0.83mm)을 750℃로 2시간 열처리하여 결정화한 결정화 유리 기판 소재를 이용하고, 도 2에 도시된 형식의 본 발명 디스크 기판 중간체의 제조 방법(이하, 「자전식 로터리 평삭」이라 한다.) (실시예 1, 2), 고정 연마용 입자에 의한 래핑 가공 방법(펠릿 연삭이라고도 함(비교예 1), 유리(遊離) 연마용 입자에 의한 래핑 가공 방법(GC 랩(lap)이라고도 함)(비교예 2)을 이용하여, 표 1에 나타내는 연마 가공 조건으로 연마 가공을 행하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
설비 자동식 로타리 평삭 펠릿 연삭 GC 랩
가공조건 숫돌 입도 #400 #600 #1500 #1200
숫돌 또는정반 회전수 3000 r.p.m 3000 r.p.m 25 r.p.m 13 r.p.m
가공 정반 회전수 2000 r.p.m 2000 r.p.m 60 r.p.m 40 r.p.m
제1 연마 속도 150 ㎛/min 150 ㎛/min 30 ㎛/min 40 ㎛/min
제2 연마 속도 30 ㎛/min 30 ㎛/min
피트 발생 방지 ○ ○ × ×
역발생 방지 ○ ○ ○ ○
(주) ○: 방지 상태 양호, ×: 방지 상태 불량
다음에, 각각의 방법으로 연마 가공한 후에 얻어진 유리 기판 중간체를 산화세륨 연마용 입자를 이용하여 폴리싱(경면 연마) 가공을 하였다. 이 때의 유리 기판 중간체의 표면 결함을 완전히 제거하기 위해 필요한 연마량을 표 2에 기재하였다.
평면도(㎛/65mmФ) [상부면/하부면]
연마 가공전 연마 가공후 폴리싱 가공전 폴리싱때 발생된 연마량
실시예1 4.0/2.6 3.7/2.7 3.3/2.4 10 내지 15㎛
실시예2 2.3/2.8 2.1/2.6 2.4/2.7 8 내지 10㎛
비교예1 3.4/3.1 3.6/3.3 3.1/2.8 30 내지 35㎛
비교예2 2.6/2.8 2.5/2.6 2.4/2.3 40 내지 50㎛
연마 가공 전후로 얻어진 유리 기판 중간체의 평면도 및 연마면의 상태(피트 및 휘어짐 발생의 유무)를 표 1에 병기하였다. 표 1의 결과로부터, 종래의 다이아몬드 펠릿 정반에 의한 연마 가공 방법(비교예 1) 및 유리 연마용 입자에 의한 래핑 가공 방법(비교예 2)에서는, 휘어짐의 발생은 방지할 수 있지만, 피트의 발생을 방지할 수는 없었다. 이것에 대하여, 본 발명의 디스크 기판의 제조 방법인 자전식 로터리 평삭(실시예 1,2)을 이용한 경우는 연삭 가공시에 생기는 피트 및 휘어짐의 발생을 동시에 방지할 수 있는 것이 분명해졌다.
또한, 표 2로부터, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 전부에 있어서 연마 가공후의 평면도는 4μm 이하로 억제되었다. 예컨대, 하드 디스크용 디스크 기판에 요구되는 품질은 평면도(휘어짐)이 5μm 이하인 것이기 때문에, 이들 연마 가공 방법은 평면도면에서는 양호한 결과가 얻어지고 있다고 말할 수 있다.
따라서, 디스크 기판의 대형화와 비용 감소면에서, 폴리싱 가공에서의 가공량을 극력 적게 한 디스크 기판 중간체가 요망되지만, 표 2로부터, 실시예 1, 2에서는 피트의 발생이 없기 때문에, 폴리싱 가공에 필요한 연마량이 8∼15μm으로 억제되고 있는데 대하여, 비교예 1, 2에서는 발생한 피트을 삭제하기 위해서, 30∼50μm의 연마량을 필요로 하고 있는 것을 알았다. 따라서, 본 발명에 의한 자전식 로터리 평삭이 폴리싱 가공 공정에 미치는 부하가 작으며, 우수한 연삭 방법이라고 할 수 있다.
다음에, 도 2에 도시된 형식의 본 발명 디스크 기판의 제조 방법에 있어서, 가공용 컵 숫돌과 가공 정반의 회전수의 비를 변경시켜, 상술한 실시예 1등에 사용한 것과 같은 결정화 유리 기판 소재를 연삭 가공하였다. 그 결과를 표 3에 표시한다.
가공 테이블 회전수 비율(%) ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 60 60 ~ 80 80 ~
취성 파괴 가공 × ○ △ ○ ○
소성 변형 가공 ○ ○ △ ○ ×
(주) 가공 테이블 회전수 비율= 가공테이블 회전수/컵 숫돌 회전수×100○: 양호하게 가공이 행해지는 영역△: 숫돌의 종류에 따라 어느 한쪽의 조건 설정은 가능하지만, 양쪽을 만족시킬 수 없는 영역×: 가공을 행하는 것이 곤란한 영역
표 3에 나타낸 바와 같이, 가공 테이블 회전수 비율(=가공 테이블 회전수/가공용 컵 숫돌 회전수×100)이 20∼40% 또는 60∼80%의 조건에 있어서, 취성 파괴 가공과 소성 변형 가공을 연속하여 반복할 수 있으며, 무엇보다도, 가공 정밀도가 우수한 조건임이 밝혀졌다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 디스크 기판 중간체에 의하면, 다음 공정에서의 연마량이 적고, 따라서 연마 처리에 필요한 시간을 대폭 단축할 수 있으므로, 디스크 기판의 저비용화 측면에서 우수한 효과를 발휘한다. 또한, 종래 제공되지 않았던 2.5 인치 초대형 기판이 염가에 제공된다. 또, 본 발명의 디스크 기판 중간체의 제조 방법 및 연삭 가공 장치에 의하면, 피연삭재인 디스크 기판 소재의 표면에 대한 연삭 저항 및 고정 연마용 입자의 궤적을 일정하게 유지함으로써, 연삭 가공시에 있어서의 피트의 발생 및 불규칙한 휘어짐의 발생이 방지되므로, 평면도가 양호하게 유지된 디스크 기판 중간체를 얻을 수 있는 동시에, 가공 정밀도, 가공 능률이 향상되며, 가공 비용을 감소시킬 수 있는 우수한 효과를 발휘한다. 또한, 이것에 의해 디스크 기판 중간체의 폴리싱 공정에서의 연마량이 적어지므로, 폴리싱 공정으로의 부하가 경감되고, 비용을 감소할 수 있게 되어 결과적으로 디스크 기판의 저가격화를 도모할 수 있다.

Claims (30)

  1. 양표면이 숫돌에 의해 연삭 가공되고, 각 평면에 있어서의 평면도가 10μm 이하이며, 또한, 상기 연삭 가공에 의해 생긴 요철부의 고저차가 5μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디스크 기판 중간체의 각 평면에 형성된 상기 연삭 가공의 궤적이 상기 각 평면의 중심에서 외주방향으로 향하는 방사형 곡선인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체.
  3. 피가공물인 디스크 기판 소재의 양 평면을 한면씩 순서대로 각각 연삭 가공하고, 각 연삭면에 잔류하는 가공 비틀림을 거의 동등량으로 함으로써, 상기 연삭 가공후의 디스크 기판 중간체의 평면도를 10μm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재의 각 평면을 회전하는 숫돌에 의해 연삭할 때에, 소정의 연삭량의 대부분을 차지하는 제1 연삭 단계에 있어서는, 상기 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 파쇄되거나 또는 상기 숫돌로부터 탈락하는 가공 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재를 가공 테이블상에 고정하고, 상기 가공 테이블과 상기 숫돌을 함께 회전시켜 상기 디스크 기판 소재의 각 평면을 연삭 가공하는 상기 제1 연삭 단계에 있어서, 상기 작업 테이블의 회전수를 상기 숫돌의 회전수의 60∼80% 또는 20∼40%의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 연삭 단계의 연삭 가공후에 행해지는 제2 연삭 단계의 연삭 가공에 있어서, 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 실질적으로 파쇄도 하지 않고, 또한 실질적으로 탈락하지 않는 가공 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 연삭 단계의 연삭 가공후에 행해지는 제2 연삭 단계의 연삭 가공에 있어서, 숫돌을 형성하는 연마용 입자가 실질적으로 파쇄도 하지 않고, 또한 실질적으로 탈락하지 않는 가공 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재의 각 평면의 평면도가 10μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재의 각 평면의 평면도가 10μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재의 각 평면의 평면도가 10μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재의 각 평면의 평면도가 10μm 이하인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  14. 제6항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  16. 제8항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 무기재 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  26. 제18항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  27. 제19항에 있어서, 상기 무기재 기판이 유리 기판 또는 결정화 유리 기판인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 중간체의 제조 방법.
  28. 가공 정반에 피가공물인 디스크 기판 소재를 재치(載置)하여 고정하고, 연마용 입자를 고형화하여 형성된 가공용 컵 숫돌과 상기 가공 정반을 상대적으로 활주시켜 상기 디스크 기판 소재의 각 평면을 연삭 가공하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치로서,
    상기 가공 정반의 회전 중심은 상기 가공용 컵 숫돌의 원주상에 배치되고,
    상기 가공 정반상의 상기 디스크 기판 소재에 있어서의 상기 가공용 컵 숫돌과의 접촉 부분의 궤적이 일정해지도록, 상기 컵 숫돌과 상기 가공 정반을 상대적으로 활주시키기 위한 활주 구동 제어 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 디스크 기판 소재가 유리 또는 결정화 유리인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 연마용 입자가 다이아몬드, CBN, 비트리파이드(vitrified)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스크 기판 소재의 연삭 가공 장치.
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