JP4957284B2 - 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法および磁気ディスク - Google Patents
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Description
しかし、高記録密度化の要請はさらに強くなっており、このような要請に応えるべくガラス基板主表面を高精度で研磨する方法について種々のものが提案されている(たとえば特許文献1参照)。
しかし、コロイダルシリカを用いるガラス基板主表面高精度研磨には限界が存在するおそれがある。たとえば、コロイダルシリカは通常中性にして使用されるが、中性では一般に不安定であり凝集が生じやすく、そのために主表面の面精度にばらつきが生じやすいという限界の存在が懸念される。
本発明はコロイダルシリカを用いることなくガラス基板主表面を高精度で研磨できる方法の提供を目的とする。
また、前記磁気ディスク用ガラス基板の製造方法によって製造された磁気ディスク用ガラス基板の上に、記録層となるべき磁性層を含む複数の層が積層されている磁気ディスクを提供する。
まず、平均粒径が0.9〜1.8μmである酸化セリウムを含有するスラリーとウレタン製研磨パッドとを用いて研磨する。なお、板厚の減少量(研磨量)は典型的には30〜40μmである。
次に、平均粒径が0.15〜0.25μmである酸化セリウムを含有するスラリーとウレタン製研磨パッドを用いて研磨し、Ra(算術平均粗さ)をたとえば0.4〜0.6nm、三次元表面構造解析顕微鏡(たとえばZygo社製NV200)を用いて波長領域がλ≦0.25mmの条件で1mm×0.7mmの範囲で測定された微小うねり(Wa)をたとえば0.2nm以下とする。なお、板厚の減少量(研磨量)は典型的には1〜2μmである。
なお、X線法によるDの測定はX線回折線の広がりからScherrerの式を用いて行うものであって周知であり、また、Dは結晶子径と言われるものである。
CeO2を含有する溶融物(以下、単に溶融物ということがある。)はCeO2を5〜50モル%、MgO、CaO、SrOおよびBaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土類金属酸化物を合計で10〜50モル%、B2O3を30〜75モル%含有するものであることが好ましい。
所望のCeO2結晶粉末をより得やすくし、またはその収率をより高くしたい場合には、前記溶融物はCeO2を20〜40モル%、ROを10〜40モル%、B2O3を40〜60モル%含有するものであることがより好ましい。
溶融物をよりガラス化しやすくし、または所望のCeO2結晶粉末をより得やすくしたい場合には、溶融物におけるCeO2のモル%表示含有量とアルカリ土類金属酸化物およびB2O3のモル%表示含有量の合計との比は好ましくは5:95〜50:50、より好ましくは20:80〜35:65である。
CeO2を含む原料は、酸化セリウム(CeO2、Ce2O3)または炭酸セリウム(Ce2(CO3)3・yH2O)であることが好ましい。塩化セリウム(CeCl3・yH2O)、硝酸セリウム(Ce(NO3)3・yH2O)、硫酸セリウム(Ce2(SO4)3・yH2O)、硝酸二アンモニウムセリウム(Ce(NH4)2(NO3)6)およびフッ化セリウム(CeF3)からなる群より選ばれる1種以上のセリウム化合物を用いてもよい(上記式において、yは水和数を示し、y=0の場合も含む)。CeO2原料は溶融により、後述のRO原料およびB2O3原料と協働してガラス形成成分になると考えられる。
B2O3を含む原料は、酸化ホウ素(B2O3)またはホウ酸(H3BO3)であることが好ましいが、アルカリ土類金属のホウ酸塩でもよい。
混合物の原料の粒度は均質な溶融物が得られるものであれば特に限定されない。
前記混合物は各原料をたとえばボールミル、遊星ミル等の混合・粉砕手段を用いて乾式または湿式で混合して得られる。
溶融は典型的には1200℃以上、好ましくは1300〜1500℃で行う。
また、溶融物の均一性を高めるために溶融中に撹拌してもよい。
溶融に用いるるつぼはアルミナ製、白金製またはロジウムを含む白金製であることが好ましいが、耐火物製でもよい場合がある。
抵抗加熱炉は、ニクロム合金等の金属製、炭化ケイ素質またはケイ化モリブデン製等の発熱体を備えた電気炉であることが好ましい。
高周波誘導炉は誘導コイルを備えていて出力を制御できるものであればよい。
プラズマアーク炉は、カーボン等を電極とし、これによって発生するプラズマアークを利用できるものであればよい。
なお、赤外線またはレーザーによって直接加熱してもよい。
プラズマアーク炉を用いる場合には、混合物を成型したものを溶融しその後急速冷却することもできる。
また、高速で回転し、側壁に細孔を設けたスピナーを用いて繊維状の非晶質物(短繊維)を得てもよい。
これらの装置を用いれば、溶融物を効果的に急速冷却して高純度の非晶質物が得られる。
急速冷却の際の温度降下速度はたとえば1×102℃/秒以上、好ましくは1×104℃/秒以上である。
非晶質物が繊維状の場合にはその直径が50μm以下となるように急速冷却することが好ましい。50μm超では非晶質物を熱処理してCeO2結晶を析出させようとする際にその析出効率が低くなるおそれがある。より好ましくは30μm以下である。
なお、フレーク状または繊維状の非晶質物の厚さまたは直径が大きいために前記析出効率が低くなっていると考えられる場合にはこの非晶質物を粉砕したものについて熱処理を行うことが好ましい。
なお、結晶を析出させる温度が高くなると析出する結晶の大きさが大きくなる傾向があるので、結晶の所望の大きさに応じて非晶質物の保持温度を設定することが好ましい。
熱処理を行う時間が長くなると結晶の大きさが大きくなる傾向があるので、結晶の所望の大きさに応じてその時間を設定することが好ましい。
この酸処理においてはCeO2結晶以外のものは溶脱除去される。CeO2結晶の一部が溶脱除去されることもあるが、CeO2結晶の大きさを均一化できる場合などにはかえって好ましい。
この酸処理は、酢酸、塩酸、硝酸、シュウ酸およびクエン酸からなる群から選ばれる1種以上の酸を用いて行うことが典型的である。
溶脱除去反応を促進したい場合には、酸を温めてもよいし、超音波を照射しながら酸処理を行ってもよい。
このような酸処理(溶脱処理)によってCeO2結晶粉末が得られるが、必要に応じて酸処理後に純水による洗浄を行ってもよい。
スラリーの結晶粉末含有割合は、研磨速度、均一分散性、分散時の安定性などを考慮して適切に選ばれるべきであるが、好ましくは質量百分率表示で0.1〜20%である。0.1%未満では研磨速度が小さくなるおそれがあり、20%超ではスラリーの粘度が大きくなり研磨工程での取扱いが困難になるおそれがある。好ましくは5%以下、典型的には0.5〜5%である。
[例1〜17]
酸化セリウム(CeO2)、RCO3(RはBaまたはSr)および酸化ホウ素(B2O3)を、それぞれCeO2、ROおよびB2O3基準のモル%表示で表1に示す割合となるように秤量し、少量のエタノールを添加して自動乳鉢で混合・粉砕した。その後、乾燥させて原料粉末(混合物)を得た。
得られた原料粉末を、ロジウムを10質量%含む白金製の、ノズル付きのるつぼに充填し、ケイ化モリブデンを発熱体とした電気炉で、1500℃で1時間加熱して完全に溶融させた。
また、得られたフレークの一部を用いて示差走査熱量測定(DSC)にて結晶化開始温度を求めた。
また、X線回折線の広がりからScherrerの式に基づき平均一次粒子径(結晶子径)を算出した。結果を表1に示すが、得られた微粒子の粒子径はいずれも非常に小さいことがわかる。
混合物の化学組成をそれぞれ表2に示す割合に変更し、かつ、表2に示す結晶化温度でフレークを8時間加熱した以外は例1と同様にして微粒子を得た。得られた微粒子の鉱物相を例1と同じ方法で同定したところ、いずれもCeO2単相からなる結晶性の高い粒子であった。また、得られた微粒子の結晶子径を例1と同じ方法で測定したところ、表2に示すように、いずれも非常に小さいものであった。さらに、結晶化温度(熱処理温度)の上昇に伴い、結晶子径が増加することが確認された。
例5と同様にして混合・粉砕操作、溶融操作を行って得られた溶融物を、電気炉内で300℃/hの速度で室温まで冷却したところ、不透明な固形物が生成し、非晶質物は得られなかった。
酸化セリウム(CeO2)、炭酸バリウム(BaCO3)および酸化ホウ素(B2O3)を、それぞれCeO2、BaOおよびB2O3基準のモル%表示で表3に示す割合となるように秤量し、例5と同様にして混合・粉砕操作、溶融操作を行ったところ、不透明な固形物が生成し、非晶質物質は得られなかった。
酸化セリウム(CeO2)、炭酸バリウム(BaCO3)および酸化ホウ素(B2O3)を、それぞれCeO2、BaOおよびB2O3基準のモル%表示で表3に示す割合となるように秤量し、例1と同様にして混合・粉砕操作、溶融操作および急速冷却操作を行ったところ、透明なフレークが得られた。しかし、例1と同様にして結晶化操作、溶脱操作を行った結果、結晶性のCeO2微粒子はほとんど得られなかった。
結晶粉末の液状媒体への分散は、結晶粉末を粉砕したものを用いて行うことが好ましく、結晶粉末を当該液状媒体を用いて湿式粉砕することによって行うことがより好ましい。
結晶粉末の粉砕または分散はたとえば、粉体同士を高速で衝突させる乾式ジェットミル、ボール(ビーズ)ミルや遊星ミル、複数の流体を衝突させる高圧ホモジナイザー、超音波照射等の装置を用いて行う。
また、凝集粒子や粗大粒子を除去するために、フィルターによる濾過処理や遠心分離を行ってもよい。
液体は通常、水であるが、必要に応じて各種成分を添加してもよい。
スラリーのpHは5〜12であることが好ましい。5未満では粒子が凝集するおそれがある。より好ましくは6以上である。12超ではハンドリングに問題が生じるおそれがある。
研磨特性や分散安定性を高める目的で、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選ばれる1種以上のアルコールを含有してもよい。
このような水溶性有機高分子として、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド、ポリアミド酸アンモニウム塩およびポリアミド酸ナトリウム塩からなる群から選ばれる1種以上の水溶性有機高分子が例示される。
なお、ここでいう水溶性は、研磨剤として使用する濃度においてその研磨剤液中に目視で完全に溶解している状態となる限り、どの程度のものであってもよい。通常は、純水に5質量%以上、好ましくは30質量%以上溶解するものをいう。
このような水溶性有機高分子として、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンが例示される。
高分子Aの1種以上を含有する場合、そのスラリー中の含有量は合計で0.001〜10質量%であることが好ましい。0.001質量%未満ではRaが十分には小さくならないおそれがある。より好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上である。10質量%超では研磨速度が著しく低下するおそれがある。より好ましくは5質量%以下である。
アミノ基として2級アミノ基(−NH−)や3級アミノ基を有していてもよいが、本発明におけるポリエーテルポリアミンとしては、2個以上の1級アミノ基を有し、他のアミノ基を実質的に有しない化合物が好ましく、特に1級アミノ基のみを2個有するポリエーテルジアミンが好ましい。ポリエーテルポリアミンは、多価アルコールやポリエーテルポリオールの水酸基の水素原子をアミノアルキル基に置換した構造を有する化合物が好ましい。多価アルコールとしては2〜6価のアルコール、特に2価アルコールが好ましく、ポリエーテルポリオールとしては2〜6価のポリオキシアルキレンポリオール、特にポリオキシアルキレンジオールが好ましい。アミノアルキル基としては、2−アミノエチル基、2−アミノプロピル基、2−アミノ−1−メチルエチル基、3−アミノプロピル基、2−アミノ−1、1−ジメチルエチル基、4−アミノブチル基などの炭素数2〜6のアミノアルキル基が好ましい。
H2N−(R−X−)k−R−NH2 (1)
ただし、Rは炭素数2〜8のアルキレン基を表し、Xは酸素原子または−NH−を表し、kは、ポリエーテルジアミンの場合には2以上の整数を表し、ポリアルキレンポリアミンの場合には1以上の整数を表す。1分子中の複数のRは互いに異なっていてもよい。
H2N−R2−O−(R1−O−)m−R2−NH2 (2)
H2N−R4−NH−(R3−NH−)n−R4−NH2 (3)
ただし、R1はエチレン基またはプロピレン基、R2は炭素数2から6のアルキレン基、R3は炭素数2から6のアルキレン基、R4は炭素数2〜8のアルキレン基、mは1以上の整数、nは1以上の整数を表し、R1とR2は同一でも異なっていてもよく、R3とR4は同一でも異なっていてもよい。
第4級アンモニウム塩基を有する水溶性有機高分子としては、第4級アンモニウム塩基がエチレンオキサイド付加型4級アンモニウム塩、ジ4級アンモニウム塩であるものが例示される。
同じ目的で、アルカリ金属水酸化物を含有してもよい。
[スラリーの調製]
上記例19で得られたCeO2微粒子(CeO2結晶粉末)100gを約800mLの蒸留水に添加し、撹拌しつつ、0.1mol/Lの硝酸を徐々に加えてpH4.0に調整したものに対し、さらに全体積が1Lとなるまで蒸留水を添加して、10質量%のCeO2を含むスラリー原液Aを調製した。また、上記例24で得られたCeO2微粒子100gを約800mLの蒸留水に添加し、撹拌しつつ、0.1mol/Lの硝酸を徐々に加えてpH4.0に調整したものに対し、さらに全体積が1Lとなるまで蒸留水を添加して、10質量%のCeO2を含むスラリー原液Bを調製した。
また、圧縮率(単位:%)は次のようにして測定される。すなわち、研磨パッドから適切な大きさに切り出した測定試料について、ショッパー型厚さ測定器を用いて無荷重状態から10kPaの応力の負荷を30秒間加圧した時の材料厚さt0を求め、次に厚さがt0の状態から直ちに110kPaの応力の負荷を5分間加圧した時の材料厚さt1を求め、t0およびt1の値から(t0−t1)×100/t0を算出し、これを圧縮率とする。
なお、本発明はコロイダルシリカを用いなくてもガラス基板主表面を高精度で研磨できる方法を提供するが、コロイダルシリカを用いて主表面を研磨する工程を有していてもよい。
熱処理温度(結晶化温度)を700℃、熱処理時間を32時間とした以外は前記例5と同様にしてCeO2結晶粉末(結晶子径:25nm)を作製した。なお、高圧分散処理はスギノマシン社製アルチマイザ分散処理装置HJP−25005を用いて、結晶子径測定は理学電機社製X線回折装置RINT2000を用いて行った。
このスラリーについてスラリー中の粒子のD50を日機装社製UPAレーザー回折型粒度分布測定装置によって測定したところ68nmであった。
フロート法で成形されたシリケートガラス板を用意し、これを外径65mm、内径20mm、板厚0.635mmのガラス基板が得られるようなドーナツ状円形ガラス板(中央に円孔を有する円形ガラス板)に加工した。なお、内周面および外周面の研削加工はダイヤモンド砥石を用いて行い、ガラス板上下面のラッピングは酸化アルミニウム砥粒を用いて行った。
内外周加工の後、研磨材として酸化セリウムスラリーを用い、研磨具としてブラシを用い、ブラシ研磨により端面の鏡面加工を行った。加工量は半径方向の除去量で30μmであった。
さらに、研磨剤として上記の酸化セリウムよりも平均粒径が小さい酸化セリウム(平均粒径:約0.2μm)を用い、研磨具としてウレタンパッドを用いて、両面研磨装置により上下主表面の研磨加工を行った。加工量は上下面の厚さ方向で計1.6μmであった。
このようにして作製された円形ガラス板の主表面をVeeco社製原子間力顕微鏡を用いて測定したところその表面粗さRaは0.484nmであった。
実施例1で用いたと同じCeO2結晶粉末をCeO2微粒子として用いた以外は前記例36と同じスラリーを作製した。
一方、実施例1と同様にして主表面の表面粗さRaが0.484nmである円形ガラス板を作製した。
この円形ガラス板の主表面を、研磨具としてFILWEL社のウレタン製研磨パッドNP125、研磨剤として前記スラリーを用い、研磨圧力を12kPa、キャリア周速を14m/minとして研磨した。その結果、Raは0.164nm、ロールオフは31nm、除去量は0.60μmであった。なお、ロールオフとはガラス基板端部より2.5〜5mm内側の主表面部分を直線近似した場合の端部のダレ量であり、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下である。
Claims (26)
- 円形ガラス板を研磨して磁気ディスク用ガラス基板を製造する方法であって、
CeO2を5〜50モル%、MgO、CaO、SrOおよびBaOからなる群から選ばれる1種以上のアルカリ土類金属酸化物を合計で10〜50モル%、B 2 O 3 を30〜75モル%含有する溶融物を冷却して得られた非晶質物を熱処理して得られたCeO2結晶析出非晶質物を酸処理することによって当該CeO2結晶析出非晶質物から分離抽出したCeO2結晶粉末を含有するスラリーを用いて円形ガラス板の主表面を研磨する工程を有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。 - 前記溶融物におけるCeO2のモル%表示含有量とアルカリ土類金属酸化物およびB2O3のモル%表示含有量の合計との比が5:95〜50:50である請求項1に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記溶融物におけるアルカリ土類金属酸化物が1種である場合にはそのモル%表示含有量、同酸化物が2種以上である場合にはそれらのモル%表示含有量の合計とB2O3のモル%表示含有量との比が20:80〜50:50である請求項1または2に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記非晶質物がフレーク状または繊維状である請求項1〜3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。
- CeO2結晶析出非晶質物が前記非晶質物を600〜900℃で熱処理して得られたものである請求項1〜4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。
- CeO2結晶粉末が、前記CeO2結晶析出非晶質物を酢酸、塩酸、硝酸、シュウ酸およびクエン酸からなる群から選ばれる1種以上の酸を用いて酸処理することによって当該非晶質物から分離抽出されたものである請求項1〜5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CeO2結晶粉末についてX線法で測定された平均粒子径が5〜50nmである請求項1〜6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。
- 前記スラリーの質量百分率表示のCeO2結晶粉末含有割合が0.1〜5%である請求項1〜7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。
- 前記スラリーについてレーザー回折・散乱法で測定されたスラリー中の粒子のメディアン径が10〜300nmである請求項1〜8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。
- 前記スラリーが水を含有する請求項1〜9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。
- 前記スラリーが、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールおよびプロピレングリコールからなる群から選ばれる1種以上のアルコールを含有する請求項1〜10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。
- 前記スラリーのpHが5〜12である請求項1〜11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。
- 前記スラリーが、カルボン酸基またはカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を含有する請求項1〜12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。
- カルボン酸基またはカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子が、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド、ポリアミド酸アンモニウム塩およびポリアミド酸ナトリウム塩からなる群から選ばれる1種以上の水溶性有機高分子を含有する請求項13に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記スラリーが、ビニル基を有する水溶性有機高分子を含有する請求項1〜14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。
- ビニル基を有する水溶性有機高分子がポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含有する請求項15に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記スラリーが、アミノ基またはアミン塩基を有する水溶性有機高分子を含有する請求項1〜16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。
- アミノ基を有する水溶性有機高分子が、ポリアミドアミン、ポリエーテルアミンおよび脂肪族ポリアミンからなる群から選ばれる1種以上の水溶性有機高分子である請求項17に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記スラリーが、リン酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、クエン酸、エチレンジアミン、ピリジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、キサントシン、トルイジン、ピコリン酸、ヒスチジン、ピペラジン、N−メチルピペラジン、2−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、尿酸、硝酸、塩酸、過塩素酸、シュウ酸およびアンモニアからなる群から選ばれる1種以上のpH安定剤を含有する請求項1〜18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。
- 前記スラリーが、リン酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、クエン酸、エチレンジアミン、ピリジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、キサントシン、トルイジン、ピコリン酸、ヒスチジン、ピペラジン、N−メチルピペラジン、2−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ−2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、尿酸、硝酸、塩酸、過塩素酸、シュウ酸およびアンモニアからなる群から選ばれる1種以上のpH安定剤の塩を含有する請求項1〜19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。
- 前記スラリーがアルカリ金属水酸化物を含有する請求項1〜20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。
- 前記スラリーが、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、および、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシドからなる群から選ばれる1種以上の4級アンモニウムヒドロキシドを含有する請求項1〜21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。
- 前記スラリーが、重量平均分子量が1000以下であるポリエチレングリコールまたは重量平均分子量が1000以下であるポリプロピレングリコールを含有する請求項1〜22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。
- 前記円形ガラス板の主表面を研磨する工程において使用する研磨パッドが、ショアD硬度が45〜75、圧縮率が0.1〜10%かつ密度が0.5〜1.5g/cm3である発泡ウレタン樹脂、ショアA硬度が30〜99、圧縮率が0.5〜10%かつ密度が0.2〜0.9g/cm3である発泡ウレタン樹脂、または、ショアA硬度が5〜65、圧縮率が0.1〜60%かつ密度が0.05〜0.4g/cm3である発泡ウレタン樹脂からなるものである請求項1〜23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。
- 前記円形ガラス板の主表面を研磨する工程における研磨圧力が0.5〜30kPaである請求項1〜24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。
- 請求項1〜25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って製造された磁気ディスク用ガラス基板の上に、記録層となるべき磁性層を含む複数の層が積層されている磁気ディスク。
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