JP2006294099A - 磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質で生産性を向上させることができる磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び磁気記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】実際にハードディスクを製造する工程の上で、ガラス基板の外周面の必要な算術平均粗さ（Ｒａ）は１００ｎｍ以下を生産性の高い砥石による機械的研磨加工する。機械的研磨加工可能により枚葉処理を採択して生産性を上げる、更に、樹脂製砥石４を適用して加工取代を安定させることによって、一枚一枚のガラス基板の寸法精度のばらつきも小さくする。樹脂製砥石４は、ガラス基板２の外周面２Ａ及びその両側の面取り部２Ｂ、２Ｃを同時に研磨する溝４Ａが形成された総形砥石である。樹脂製砥石４として総形砥石を適用することにより、ガラス基板２の外周面２Ａ及びその両側の面取り部２Ｂ、２Ｃを同時に研磨することができるので、生産性及び品質が更に向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び製造方法に係り、特にガラス基板を基材とするハードディスク用ガラス基板の外周面を研磨加工する磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び製造方法に関する。

近年のパーソナルコンピュータ、各種情報記録装置等に搭載されるハードディスクは、その基材として、Ａl （アルミニウム）製のものよりも平坦性及び基板強度に優れたガラス製のものが注目されている。

このハードディスク用のガラス製の基板はドーナツ状に円形加工され、この円形加工後にその外周面が電着砥石等の砥石によって面取加工されるが、この面取加工後の外周面の面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）が２００ｎｍ前後と粗く、このままの状態でハードディスク製造工程に移送しようとすると、ガラス基板が移送用カセットや各種ジグなどに接触した際に、ガラス基板の端面等よりパーティクルが発塵し製造欠陥となるという問題があった。また、粗い面では洗浄性も悪いため、外周面の汚れが取れ難くコンタミ系による不良が発生するという欠点もあった。

そこで、特許文献１に開示されたガラス基板の研磨装置では、ガラス基板の外周端面を研磨する際、ガラス基板の内孔内にシャフトを通して多数枚積層して収納するとともに、この基板ケースを回転駆動装置によって回転させ、そして、回転している多数のガラス基板の外周面に、ナイロン製の回転ブラシを回転させて押し付けるとともに酸化セリウムなどの研磨剤を供給しながらガラス基板の外周面を研磨する。これにより、ガラス基板の外周面を、算術平均粗さ（Ｒａ）で１０ｎｍ程度に研磨加工することができる。
特開平１２−１８５９２７号公報

しかしながら、特許文献１の研磨装置は、ガラス基板の積層・分離を手作業にて実施しなければならないため、手間がかかる上に、扱い傷が生じるという欠点があった。また、近年の表面欠陥精度の向上に対応するため、ガラス基板を積層する場合にはガラス基板間に樹脂製のスペーサを一枚毎挿入配置しなければならず、これもまた手間がかかるという欠点があった。更に、最近では内外径の寸法公差が厳しくなる傾向にあるが、特許文献１の研磨装置では、積層したガラス基板間で取り代のばらつきがあり、これを緩和するために、積層基板の上下を加工途中で反転させるなどの作業が必要になることがあり、益々手間がかかるという欠点があった。

更にまた、粗さを形成する電着砥石の加工による著しいダメージ（傷）の深さはガラス基板の表面から１０〜２０μｍなので、電着砥石の加工後の表面粗さを下げるには、ダメージ深さ以上の取り代で加工することが必要となる。しかしながら、特許文献１の研磨装置のように酸化セリウムなどの研磨剤を用いた遊離砥粒による研磨を主とする研磨装置では加工速度が大幅に遅くなる。このため、すなわち生産性を確保するためにはガラス基板を多数枚積層してバッチ当たりの処理枚数を増やさなければならないが、積層枚数を増やすと、バッチ内の取り代やばらつきが大きくなり、前述の如く積層基板の上下を加工途中で反転させるなどの作業が必要になるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、扱い傷の発生を防ぎ手間をかけることなく生産性を向上させることができる磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ以下となるように、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押し付けて、前記外周面及び／又は内周面を研磨することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、前記目的を達成するために、磁気記録媒体用ガラス基板の取り付け及び取り外しを実行する第１のステーションと、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の研削加工を実行する第２のステーションと、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の研磨加工を実行する第３のステーションと、前記第１のステーションで取り付けられた前記磁気記録媒体用ガラス基板を前記第２のステーションから前記第３のステーションを介して前記第１のステーションに順次循環経由するように移動させる移動機構とを備え、前記第３のステーションにおいては、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ以下となるように、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押し付けて、前記外周面及び／又は内周面を研磨することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記目的を達成するために、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押しつけて前記外周面及び／又は内周面を研磨し、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１００ｍｍ以下に仕上げ加工することを特徴としている。

請求項１、２及び３に記載の発明は、特許文献１の研磨装置において、生産性向上を阻む原因が高精度研磨を行う研磨剤を利用した遊離砥粒研磨装置を採択していることにあること、及びガラス基盤の取り代のばらつきを容易に吸収することができない原因がバッチ処理を採択していることにあることの見地に基づいてなされたものである。

まず、特許文献１では、算術平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ程度の高精度に外周面を研磨加工しているが、実際にハードディスクを製造する上で必要な算術平均粗さ（Ｒａ）は１００ｎｍ以下であれば発塵など問題が発生しないことをつきとめ、このレベルであれば、砥石にガラス基板よりも硬度の低い樹脂（例えば、尿素樹脂）製の砥石を用いることで、生産性の高い機械的研磨加工が可能であること、また、樹脂製砥石の砥粒材質（例えば、ダイヤモンド）、砥粒サイズ、砥粒密度、砥石硬度、樹脂の仕様などを適宜選択することにより、加工後の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ〜１００ｎｍとなる研磨加工を達成できることを見出した。更に、機械的研磨加工可能により枚葉処理を採択して生産性を上げるとともに、積層研磨に起因するガラス基板の取り代のばらつきを無くし、更にまた、一枚一枚のガラス基板の寸法精度のばらつきは、そのばらつきを吸収できるようにすることを見出した。

請求項２に記載の発明は、第３のステーションにおける樹脂製砥石による研磨加工時間は、その前工程の第２のステーションにおける研削時間と略等しく、かつ枚葉加工が可能なので、第１のステーションにおいてガラス基板を取り付け及び取り外しを実行させ、移動機構によってガラス基板を第１のステーションから第２のステーションに移動させて研削加工を実施し、この後、第２のステーションから第３のステーションに移動させて研磨加工を実施する。この際、二枚目のガラス基板は第２のステーションにて研削加工されている。第３のステーションにて研磨加工が終了したガラス基板は、移動機構によって第１のステーションに移動され、ここで取り外されて次工程に搬送される。したがって、請求項２に記載の研磨装置によれば、１台の研磨装置によって研削加工と樹脂製砥石による研磨加工とを実施できる。これにより、特許文献１の研磨装置と比較して省人化、省スペース化が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記樹脂製砥石は、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面、並びに面取り部を同時に研磨する総形砥石であることを特徴としている。

樹脂製砥石として総形砥石を適用することにより、ガラス基板の外周面及び／又は内周面、並びに面取り部を同時に研磨することができるので、生産性が更に向上する。また、総形砥石の溝は、棒状に形成された樹脂製砥石に加工対象ガラス基板を、研磨加工時の押し付け力よりも高い力で押し付けて棒状の樹脂製砥石の表面を凹状の凹み部を形成（転写）するなどの方法で、周面及び面取り部の全体を均一に加工できる形状を容易に形成することができる。これに対して特許文献１の研磨装置は、ブラシによる研磨のため、ブラシの先が面取り部に当たり難く、よって、面取り部を精度良く研磨加工することはできない。

以上説明したように本発明に係る磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び製造方法によれば、ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ以下となるように、ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押し付けて、ガラス基板の外周面及び／又は内周面を研磨するので、扱い傷などを発生させずに手間をかけることなく生産性を向上させることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置及び製造方法の好ましい実施の形態を詳説する。

図１には、実施の形態の磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置１０の構造図が示されている。この周面研磨装置１０による加工システムは、少なくともガラス基板の取り付け及び取り外しを実行する工程と、ガラス基板の内外周面の粗研削加工を実行する工程と、ガラス基板の内外周面の研磨加工を実行する工程とを異なる場所で同時並行して実行するようにしたシステムであり、その実現のため少なくともガラス基板の取り付け及び取り外しを実行する第１のステーションＡと、ガラス基板の内外周面の粗研削加工を実行する第２のステーションＢと、ガラス基板の内外周面の研磨加工を実行する第３のステーションＣとを含む複数のステーションと、第１のステーションＡにて取り付けられたガラス基板が前記各ステーションを順次循環経由するような移動機構とを備えている。また、この加工システムは、上記３つの工程のうち、最も作業時間を必要とする研磨加工の時間＋１ステーション間移動時間毎に１枚のガラス基板の周面研削・研磨加工が仕上がるように構成されている。

図１に示したものは最も単純な３ステーションタイプの研磨装置１０であり、ターンテーブル１上に等間隔（ステーション数をｎとして３６０度／ｎ、この場合は１２０度）の位置にガラス基板の取り付け及び取り外しを実行する第１のステーションＡと、ガラス基板の内外周面の研削加工を実行する第２のステーションＢと、ガラス基板の内外周面の研磨加工を実行する第３のステーションＣとが配置されている。

被加工物であるガラス基板は、このターンテーブル１上で１２０度の位置に配設された３つのガラス基板ホールダー７に回転自在に支持される。このターンテーブル１には、回転駆動機構が備えられ、３つのガラス基板ホールダー７、７、７がそれぞれ第１のステーションＡ、第２のステーションＢ、第３のステーションＣの位置に対応するようにステップ駆動される。ステップ駆動のタイミングは前述の研磨加工の時間＋１ステーション間移動時間である。まず、第１のステーションＡでは、加工済みのガラス基板の取り外し並びに未加工ガラス基板の取り付けを実行し、第２のステーションＢではガラス基板の内周及び外周面の研削加工を実行し、第３のステーションＣではガラス基板の内周及び外周面の研磨加工をそれぞれ同時並行的に実行する。研削加工と研磨加工は異なるステーションで実行されるため、砥石は図２に示すように、それぞれ外周面研削加工用砥石３、外周面研磨加工用砥石４、内周面研削加工用砥石５、内周面研磨加工用砥石６とそれぞれ個別に用意される。実施の形態では、外周面研磨加工用砥石４及び内周面研磨加工用砥石６が本発明の樹脂製砥石なので、以下、外周面研磨加工用砥石４を樹脂製砥石４と言い換え、内周面研磨加工用砥石６を樹脂製砥石６と言い換えて説明する。この樹脂製砥石は、例えば、ウレタン樹脂又は尿素樹脂にダイヤモンド砥石を混合させて製造したものが好ましく使用できる。

ガラス基板２は、円盤ホールダー７を介してターンテーブル１に回転自在に支持され、各ステーションＡ、Ｂ、Ｃに順に移送されてくる。そして、第２ステーションＢ、第３ステーションＣにおいて、図２に示すようにガラス基板２の内周面と外周面はそれぞれの研削用の砥石、研磨用の砥石と接触し研削・研磨加工される。外周面研削加工用砥石３及び樹脂製砥石４は、ステーションＢ、Ｃにおいてそれぞれターンテーブル１に対して半径方向に進退自在に設けられ、テーブル１の回転移動時には外側に退避してガラス基板２と非接触状態に、加工時は内側に移動されてガラス基板２と接触する状態におかれる。各砥石３、４の進退機構としては各々サーボモータエアシリンダが適用され、研削加工では砥石の送り速度を自在に調整し、研磨加工ではエアシリンダの一定のエア圧により定圧加工が実現されている。

また、内周面研削加工用砥石５及び樹脂製砥石６はステーションＢ、Ｃにおいてそれぞれターンテーブル１の面に対して垂直方向に進退自在に設けられ、ターンテーブル１の移動時には、ターンテーブル１の回転の妨げとならない位置に退避させられ、ターンテーブル１が停止した状態では内周面研削加工用砥石５及び樹脂製砥石６はガラス基板ホールダー７に支承されたガラス基板２の円孔内に位置するように駆動される。そして加工時には、ガラス基板２の内周面に接触するようにターンテーブル１の径方向に変位させられる。図２に示されている状態は、加工が行われている状態を示したもので、ターンテーブル１の回転駆動時に退避していた位置から外周面加工用の砥石３、４は、Ｘ矢印方向に移動されてガラス基板２の外周面と接触状態となり、内周面加工用の砥石５、６は、まずＺ矢印方向に移動されてガラス基板２の円孔内に位置され、続いてＸ矢印方向に移動されてガラス基板２の内周面と接触状態となる。外周面加工用の砥石３、４も内周面加工用の砥石５、６も共に高速回転されており、接触するガラス基板２の外周面及び内周面を研削・研磨する。ガラス基板２はステーションＢ、Ｃにおけるガラス基板ホールダー７の回転駆動機構により低速で回転駆動され、３６０度全周面にわたって加工がなされるようになっている。この外周面加工と内周面加工とはステーションＢ、Ｃにおいてそれぞれ同時並行的に行われる。

ステーションＢ、Ｃは用いられる砥石が研削加工用、研磨加工用である点で異なるものの機構としては同様な駆動機構が備えられる。また、第１のステーションＡで実行される加工済みのガラス基板２の取り外し並びに未加工ガラス基板２の取り付けは、手作業で行うことも可能であるが、自動化効率の点からこの実施例では作業ロボットを備えている。

上記構成において、第１のステーションＡではロボット機構によって加工済みのガラス基板２が取り外され、代わりに未加工のガラス基板２がガラス基板ホールダー７に運ばれ、このガラス基板ホールダー７は真空吸着機構を備えており未加工のガラス基板２は、真空吸着機構の作動によって確実に保持される。このとき、保持されたガラス基板２は、ステーションＢ、Ｃにおける研削、研磨加工を通じてガラス基板ホールダー７の回転軸に対して正確に同心位置にあることが必要である。それはステーションＢ、Ｃにおける研削・研磨加工において内周及び外周面が正確に同心円加工されるためであり、そのために前記ロボットによる未加工のガラス基板２のガラス基板ホールダー７に対する運搬位置決め精度や、Ｂ、Ｃステーション間の移送時にガラス基板ホールダーの付け替えをなくし、研削加工で得られた同心位置を維持したまま、研削加工を行うことが重要となる。

第２のステーションＢでは、ターンテーブル１の回動によりガラス基板ホールダー７に保持されたガラス基板２が移送されてくると、このガラス基板２を低速で回転させる回転機構（不図示）とガラス基板ホールダー７との結合関係がとられる。これはクラッチ機構（不図示）によってなされ、ターンテーブル１の回動時には結合が解かれ、ステーション位置に停止すると結合されて前記回転機構によるガラス基板２の回転を可能とする。前記クラッチ機構は、第３ステーションＣでも同様に設けられ、クラッチ機構を介して回転機構によるガラス基板２の回転を可能としている。

上記の実施例では、ガラス基板２を各ステーションＡ、Ｂ、Ｃに順次循環経由させる移動機構としてターンテーブル１を示したが、各ステーションＡ、Ｂ、Ｃ間の移送手段が連動して駆動されるとともに、移送されるガラス基板２が元の取り付け位置に復帰する機構であればこれに限られるものではない。適宜のコンベアが採用できる。

ところで、実施の形態の研磨装置１０は、ガラス基板２の外周及び内周研磨工程において、樹脂製砥石４、６により機械的に研磨する手法を採択している。これは次の見地に基づいてなされたものである。

特許文献１の研磨装置において、生産性向上を阻む原因が高精度研磨を行う研磨剤を利用した化学的研磨装置を採択していることにあること、及びガラス基板の取り代のばらつきを容易に吸収することができない原因がバッチ処理を採択していることにあることの見地である。

特許文献１では、算術平均粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ程度の高精度に外周面を研磨加工している。しかしながら、ガラス基板を用いてハードディスクを製造する際、ガラス基板の内外周の端面の算術平均粗さ（Ｒａ）は１００ｎｍ以下であれば発塵など問題が実際上発生しないことをつきとめた。そして、このレベルであれば、砥石にガラス基板よりも硬度の低い樹脂（例えば、尿素樹脂、ウレタン樹脂）製の砥石を用いることで、生産性の高い機械的研磨加工が可能であること、また、樹脂製砥石の砥粒材質（例えば、ダイヤモンド砥粒）、砥粒サイズ、砥粒密度、砥石硬度、樹脂の仕様などを適宜選択することにより、加工後の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ〜１００ｎｍとなる研磨加工を達成できることを見出した。

更にまた、機械的研磨加工可能により枚葉処理を採択して生産性を上げるとともに、積層研磨に起因するガラス基板の取り代のばらつきを無くし、そして、一枚一枚のガラス基板の寸法精度のばらつきは、そのばらつきを吸収できるように、砥石をガラス基板２よりも硬度の低い樹脂（例えば、樹脂、ウレタン樹脂）製の砥石４とすることを見出した。樹脂製砥石４の砥粒材質（例えば、ダイヤモンド砥粒）、砥粒サイズ、砥粒密度、砥石硬度、樹脂の仕様などを適宜選択することにより、加工後の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ〜１００ｎｍとなる研磨加工を達成できる。

そして、樹脂製砥石４は、図３（Ａ）で示すように、ガラス基板２の外周面２Ａ及びその両側の面取り部２Ｂ、２Ｃを同時に研磨する溝４Ａが形成された総形砥石である。樹脂製砥石４として総形砥石を適用することにより、ガラス基板２の外周面２Ａ及びその両側の面取り部２Ｂ、２Ｃのすべてを同時に研磨することができるので、生産性と加工の均一性が更に向上する。

また、総形砥石の溝４Ａの形状（砥石形状）は、図３（Ｂ）で示すように、溝４Ａが未形成の棒状に形成された樹脂製砥石４に加工対象ガラス基板２の周縁部を、研磨加工時の押し付け力よりも高い力で押し付ける。これにより、棒状の樹脂製砥石４の表面が凹状に没入変形（転写）するので、ガラス基板２の周縁形状に合った溝４Ａを容易に形成することができる。

なお、樹脂製砥石４は、総形砥石に限定されるものではなく、図４に示したスティック状砥石３０でも適用することができる。この場合、図４（Ａ）の如く、ガラス基板２の外周面２Ａにスティック状砥石３０の表面を押し付けるとともに、スティック状砥石３０をその軸方向に沿って往復移動させ、ガラス基板２の外周面２Ａを研磨する。次に、図４（Ｂ）の如く、スティック状砥石３０を傾けて、ガラス基板２の面取り部２Ｂにスティック状砥石３０の表面を押し付けるとともに、スティック状砥石３０をその軸方向に沿って往復移動させ、ガラス基板２の面取り部２Ｂを研磨する。次いで、図４（Ｃ）の如く、スティック状砥石３０を反対側に傾けて、ガラス基板２の面取り部２Ｃにスティック状砥石３０の表面を押し付けるとともに、スティック状砥石３０をその軸方向に沿って往復移動させ、ガラス基板２の面取り部２Ｃを研磨する。以上でガラス基板２の研磨工程が終了する。

実施の形態のガラス基板の研磨装置の構造図 図１に示した研磨装置によって実施される研削研磨加工の形態を説明した図 ガラス基板の外周を研磨する樹脂製砥石の総形砥石を説明した図 ガラス基板の外周を研磨する樹脂製砥石のスティック状砥石を説明した図

符号の説明

１…ターンテーブル、２…ガラス基板、３…外周面研削加工用砥石、４…樹脂製砥石、５…内周面研削加工用砥石、６…内周面研磨加工用砥石、７…ホールダー、１０…ガラス基板の周面研磨装置、３０…スティック状砥石、Ａ…第１のステーション、Ｂ…２のステーション、Ｃ…第３のステーション

Claims (4)

1. 磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ以下となるように、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押し付けて、前記外周面及び／又は内周面を研磨することを特徴とする磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置。
2. 磁気記録媒体用ガラス基板の取り付け及び取り外しを実行する第１のステーションと、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の研削加工を実行する第２のステーションと、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の研磨加工を実行する第３のステーションと、前記第１のステーションで取り付けられた前記磁気記録媒体用ガラス基板を前記第２のステーションから前記第３のステーションを介して前記第１のステーションに順次循環経由するように移動させる移動機構とを備え、
   前記第３のステーションにおいては、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１００ｎｍ以下となるように、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押し付けて、前記外周面及び／又は内周面を研磨することを特徴とする磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置。
3. 前記樹脂製砥石は、前記磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面、並びに面取り部を同時に研磨する総形砥石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記録媒体用ガラス基板の周面研磨装置。
4. 磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面と樹脂に砥粒を混合させて製造された樹脂製砥石とを相対的に押しつけて前記外周面及び／又は内周面を研磨し、磁気記録媒体用ガラス基板の外周面及び／又は内周面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１００ｍｍ以下に仕上げ加工することを特徴とする磁気記録媒体用ガラス基板の製造方法。

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