(57)【要約】【課題】安価にシリカを合成することができるコロイダルシリカ砥粒の製造方法を提供する。【解決手段】熱分解性を有する強塩基を含む水溶液にケイ酸を溶解させる処理と、前記水溶液を加熱して前記強塩基を熱分解させることで前記水溶液のｐＨを下げて前記ケイ酸を前記水溶液内で縮重合させる処理と、を含む、コロイダルシリカ砥粒の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイダルシリカ砥粒の製造方法であって、
熱分解性を有する強塩基を含む水溶液にケイ酸を溶解させる処理と、
前記水溶液を加熱して前記強塩基を熱分解させることで前記水溶液のｐＨを下げて前記ケイ酸を前記水溶液内で縮重合させる処理と、
を含む、コロイダルシリカ砥粒の製造方法。
【請求項２】
前記熱分解性を有する強塩基は、有機強塩基である、請求項１に記載のコロイダルシリカ砥粒の製造方法。
【請求項３】
前記有機強塩基は、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、アミジン類、グアニジン類、フォスファゼン類およびコリン（Ｃｏｒｒｉｎ）水酸化物から選択される少なくとも１つである、請求項２に記載のコロイダルシリカ砥粒の製造方法。
【請求項４】
前記熱分解性を有する強塩基を含む水溶液は、さらに無機強塩基を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコロイダルシリカ砥粒の製造方法。
【請求項５】
前記熱分解性を有する強塩基は、１４０℃以上で分解する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコロイダルシリカ砥粒の製造方法。
【請求項６】
磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、
ガラス基板の主表面と研磨パッドとの間に、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたコロイダルシリカ砥粒を遊離砥粒として含む研磨液を供給し、前記ガラス基板の主表面を研磨する研磨処理を有する、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロイダルシリカ砥粒の製造方法および磁気ディスク用ガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、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(ＨＤＤ：Hard Disk Drive)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として、金属基板（アルミニウム基板）等に比べて塑性変形し難い性質を持つガラス基板が好適に用いられる。
【０００３】
ハードディスク装置において記憶容量を増大させるために、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。このようなディスク基板においては、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、基板表面を可能な限り平らにして磁性粒の成長方向を垂直方向に揃えることが好ましい。
さらに、記憶容量の一層の増大化のために、ＤＦＨ（Dynamic Flying Height)機構を搭載した磁気ヘッドを用いて磁気記録面からの浮上距離を極めて短くすることにより、磁気ヘッドの記録再生素子と磁気ディスクの磁気記録層との間の磁気的スペーシングを低減して情報の記録再生の精度をより高める（Ｓ／Ｎ比を向上させる）ことも行われている。この場合においても、磁気ヘッドによる磁気記録情報の読み書きを長期に亘って安定して行うために、磁気ディスクの基板の表面凹凸は可能な限り小さくすることが求められる。
【０００４】
このような磁気ディスク用ガラス基板の表面凹凸を小さくするために、ガラス基板の研磨処理を行う。ガラス基板を最終製品とするための精密な研磨に、シリカ（ＳｉＯ２）等の微細な研磨砥粒を含む研磨剤を用いる方法がある（例えば、特許文献１）。シリカは、例えば水ガラス（ケイ酸アルカリの水溶液）を原料とし、水ガラスのｐＨを下げることで溶存するケイ酸を縮重合させて生成させることができる（特許文献２）。その後、ケイ酸溶液中でシリカ粒子の表面にケイ酸を縮重合させて所定の粒径まで成長させることで、所定の粒径のシリカ砥粒が得られる。
【０００５】
また、オルトケイ酸エステル類の加水分解によりケイ酸を生成し、ケイ酸を縮重合させて所定の粒径のシリカ砥粒を得る方法もある（ゾルゲル法）。オルトケイ酸エステル類の加水分解にはアンモニア等の塩基触媒が用いられる。オルトケイ酸エステル類は蒸留によって精製できるため、高純度のシリカが比較的容易に得られる。
【０００６】
オルトケイ酸エステル類は水へ難溶であるため、アルコール等の水溶性の有機溶媒を併用する必要がある。また、オルトケイ酸エステルの加水分解により副生成物としてアルコールが生じる。このため、シリカの合成後に有機溶媒や副生成物を除去する工程および設備が必要となるという欠点がある。一方、ケイ酸溶液中でシリカ粒子を成長させる方法では、有機溶媒を使用する必要がなく、副生成物が生じないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３６５２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ケイ酸溶液中でシリカ粒子を成長させるには、ケイ酸溶液のｐＨを下げる必要がある。ケイ酸溶液のｐＨを下げるには、陽イオン交換樹脂を用いる方法や、塩酸、硝酸、硫酸等の鉱酸を混合する方法がある。しかし、陽イオン交換樹脂は高コストであり、また、陽イオンを交換する設備が複雑になるという問題がある。また、鉱酸により中和すると、その後、鉱酸の陰イオンを除去することで大量の酸排水が生じ、その処理コストが高くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、安価にシリカを合成することができるコロイダルシリカ砥粒の製造方法および、コロイダルシリカ砥粒を用いた磁気ディスク用ガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様は、コロイダルシリカ砥粒の製造方法である。当該製造方法は、
熱分解性を有する強塩基を含む水溶液にケイ酸を溶解させる処理と、
前記水溶液を加熱して前記強塩基を熱分解させることで前記水溶液のｐＨを下げて前記ケイ酸を前記水溶液内で縮重合させる処理と、
を含む。
【００１１】
前記熱分解性を有する強塩基は、有機強塩基であることが好ましい。
【００１２】
前記有機強塩基は、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、アミジン類、グアニジン類、フォスファゼン類およびコリン（Ｃｏｒｒｉｎ）水酸化物から選択される少なくとも１つであることが好ましい。
【００１３】
前記熱分解性を有する強塩基を含む水溶液は、さらに無機強塩基を含んでもよい。
【００１４】
前記熱分解性を有する強塩基は、１４０℃以上で分解することが好ましい。
【００１５】
本発明の第二の態様は、磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。当該製造方法は、ガラス基板の主表面と研磨パッドとの間に、上記の製造方法により製造されたシリカ砥粒を遊離砥粒として含む研磨液を供給し、前記ガラス基板の主表面を研磨する研磨処理を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱分解性を有する強塩基を含む水溶液にケイ酸を溶解させ、この水溶液を加熱して強塩基を熱分解させることで水溶液のｐＨを下げ、ケイ酸を水溶液内で縮重合させるため、陽イオン交換膜や鉱酸が不要であり、安価にコロイダルシリカを合成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法のフローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るシリカ砥粒の製造方法について詳細に説明する。
まず、シリカ砥粒の製造に用いる原材料について説明する。
【００１９】
（１）シリカ原料
シリカ原料として、金属不純物の含有量が少ないシリカを用いる。ここで、金属不純物とは、例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｂ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｕ、Ｔｈ等である。金属不純物の含有量が少ないとは、これらの金属の含有量が５ｐｐｍ未満であることをいう。
このようなシリカ原料として、例えば、フュームドシリカ（fumed silica）を用いることができる。
なお、水ガラス（ケイ酸ナトリウム水溶液）を陽イオン交換樹脂に通過させることで、金属イオンを除去したケイ酸水溶液を用いてもよい。
また、ゾルゲル法によりシリカ原料を生成してもよい。例えば、オルトケイ酸エチルを酸性又は塩基性の条件下で加水分解、縮重合させることにより、シリカ原料を生成してもよい。
【００２０】
（２）熱分解性を有する強塩基
熱分解性を有する強塩基とは、ケイ酸塩水溶液を調整する際の実用的な所定の温度（例えば１４０℃）以上にて熱分解し、その塩基性の性質を喪失するものである。このような強塩基を用いると、ケイ酸塩水溶液を加熱して強塩基を熱分解させることで、ケイ酸塩水溶液を下げることができる。このような強塩基として、例えば、金属を含まない有機強塩基を用いることができる。このような有機強塩基は熱分解生成物が金属を含まないため、ケイ酸塩水溶液の内部に金属不純物を残すことがない。
【００２１】
具体的には、有機強塩基として、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド（約１４０℃で分解）、アミジン類（約１３０℃で分解）、グアニジン類（約１５０℃で分解）、フォスファゼン類（約１４０℃で分解）およびコリン（Ｃｏｒｒｉｎ）水酸化物（約１３０℃で分解）から選択される少なくとも１つを用いることができる。このような有機強塩基は熱分解後に生成物が揮発性ないしは水と共沸する性質を有し、ケイ酸塩水溶液の外部へ容易に除去可能であるため、ケイ酸塩水溶液の内部に金属不純物を残すことがない。
【００２２】
次に、上記の原材料を用いてシリカ砥粒を製造する方法について説明する。
（３）ケイ酸水溶液の作成
ケイ酸水溶液は、上記のシリカ原料と、熱分解性を有する強塩基とを水（例えば純水、逆浸透膜ろ過水（ＲＯ水））に溶解させることで得られる。ケイ酸水溶液のｐＨは１１〜１４に調整される。
具体的には、上記のシリカ原料と、熱分解性を有する強塩基と、水との混合液を、例えばオートクレーブにおいて１２０℃に加熱しながら４８時間、攪拌することで、無色透明のケイ酸水溶液を得ることができる。
なお、必要に応じて、ケイ酸水溶液は、さらに、研磨砥粒に残存しても害を及ぼさない金属イオンを含む無機強塩基を含んでもよい。無機強塩基を使用することで、有機強塩基の使用量を低減することができる。このような無機強塩基として、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等を用いることができる。
【００２３】
（４）シリカ粒子の縮重合による成長
次に、上記のケイ酸水溶液を必要に応じて希釈した後、１４０〜２５０℃に加熱し、５〜２４時間維持する。この間、ケイ酸水溶液中の熱分解性を有する強塩基が熱分解することで、ケイ酸水溶液のｐＨが８．５〜８．８に下がり、ケイ酸の縮重合が促進されることで、シリカ粒子が成長する。
ここで、ケイ酸水溶液中のケイ酸の濃度、反応時間に応じて、得られるシリカ粒子の粒径を調節することができる。
その後、必要に応じてケイ酸水溶液を、例えばエバポレーターにより水を蒸発させることで濃縮する。
以上により、所定の粒径のシリカ粒子を含有するコロイダルシリカが得られる。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係る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。
【００２５】
（磁気ディスク用ガラス基板）
まず、磁気ディスク用ガラス基板について説明する。磁気ディスク用ガラス基板は、円板形状であって、外周と同心の円形の中心孔がくり抜かれたリング状である。磁気ディスク用ガラス基板の両面の円環状領域に磁性層（記録領域）が形成されることで、磁気ディスクが形成される。
【００２６】
磁気ディスク用ガラスブランク（以降、単にガラスブランクという）は、プレス成形により作製される円形状のガラス板であって、中心孔がくり抜かれる前の形態である。ガラスブランクの材料として、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、また主表面の平面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。
【００２７】
（磁気ディスク用ガラス基板の製造方法）
次に、図１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１は、本実施形態の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法のフローの一例を示す図である。図１に示すように、先ず、一対の主表面を有する板状の磁気ディスク用ガラス基板の素材となるガラスブランクをプレス成形により作製する（ステップＳ１０）。次に、作製されたガラスブランクをスクライブして、中心部分に孔のあいたリング形状（円環状）のガラス基板を作製する（ステップＳ２０）。次に、スクライブされたガラス基板に対して形状加工（チャンファリング）を行う（ステップＳ３０）。これにより、ガラス基板が生成される。次に、形状加工されたガラス基板に対して端面研磨を行う（ステップＳ４０）。端面研磨の行われたガラス基板に、固定砥粒による研削を行う（ステップＳ５０）。次に、ガラス基板の主表面に第１研磨を行う（ステップＳ６０）。次に、ガラス基板に対して化学強化を行う（ステップＳ７０）。次に、化学強化されたガラス基板に対して第２研磨を行う（ステップＳ８０）。以上の処理を経て、磁気ディスク用ガラス基板が得られる。以下、各処理について、詳細に説明する。
【００２８】
（ａ）プレス成形処理（ステップＳ１０）
溶融ガラス流出管の下部の流出口から溶融ガラス流が所定の量流出したとき、溶融ガラス流の先端部を切断器により切断することによって、溶融ガラス塊を落下させる。次に、溶融ガラス塊の落下方向と交差する方向（例えば水平方向）両側に移動する一対の金型を互いに近接させることで、落下中の溶融ガラスの塊を一対の金型のプレス成形面の間に挟みこみ、プレスしてガラスブランクを成形する（以下、水平プレス方式という）。所定時間プレスを行った後、金型を開いてガラスブランクが取り出される。
【００２９】
（ｂ）スクライブ処理（ステップＳ２０）
スクライブ処理では、成形されたガラスブランクに対してスクライブが行われる。ここでスクライブとは、成形されたガラスブランクを所定のサイズのリング形状のガラス基板とするために、ガラスブランクの表面に超鋼合金製あるいはダイヤモンド粒子を含んだスクライブホイールにより２つの同心円状の傷（切断線）を設けることをいう。具体的には、スクライブ処理を行うスクライブステージにロボットハンドでガラスブランクを移動させ、後述するように決定したスクライブ位置になるように位置決めを行い、吸着によりガラスブランクを固定する。次に、決定したスクライブ位置に対応する２つの同心円に沿ってスクライブホイールを回転させることで、２つの同心円状の切断線を形成する。ここで、外側の切断線がガラス基板の外周円となり、内側の切断線が中央孔の輪郭となる。
２つの同心円の形状にスクライブされたガラスブランクは、部分的に加熱され、ガラスブランク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、円形状の中央孔があいたガラス基板が得られる。なお、ガラスブランク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円形状の中央孔があいたガラス基板を得ることもできる。
【００３０】
（ｃ）形状加工処理（ステップＳ３０）
形状加工処理では、スクライブ処理後のガラス基板の端部に対するチャンファリング加工（外周側端面および内側端面の面取り加工）を含む。チャンファリング加工は、スクライブ処理後のガラス基板の外周側端面および内側端面において、ダイヤモンド砥石により面取りを施す形状加工である。この形状加工により所定の形状をしたガラス基板が生成される。面取りの傾斜角度は、主表面に対して例えば４０〜５０度であり、略４５度であることが好ましい。
【００３１】
（ｄ）端面研磨処理（ステップＳ４０）
端面研磨では、ガラス基板の内側端面及び外周側端面に対して、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砥粒スラリが用いられる。端面研磨を行うことにより、ガラス基板の端面での塵等が付着した汚染、傷等の損傷を除去し、サーマルアスペリティ障害の発生の防止や、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。
【００３２】
（ｅ）固定砥粒による研削処理（ステップＳ５０）
固定砥粒による研削処理では、遊星歯車機構を備えた両面研削装置を用いて、ガラス基板の主表面に対して研削加工を行う。具体的には、ガラスブランクから生成されたガラス基板の外周側端面を、両面研削装置の保持部材に設けられた保持孔内に保持しながらガラス基板の両側の主表面の研削を行う。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。両面研削装置は、上下一対の定盤（上定盤および下定盤）を有しており、上定盤および下定盤の間にガラス基板が狭持される。そして、上定盤または下定盤のいずれか一方、または、双方を移動操作させ、ガラス基板と各定盤とを相対的に移動させることにより、ガラス基板の両主表面を研削することができる。
【００３３】
（ｆ）第１研磨処理（ステップＳ６０）
ガラス基板の外周側端面を、両面研磨装置の保持部材に設けられた保持孔内に保持しながらガラス基板の両側の主表面の研磨が行われる。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、例えば固定砥粒による研削を行った場合に主表面に残留したキズや歪みの除去、あるいは微小な表面凹凸（マイクロウェービネス、粗さ）の調整を目的とする。第１研磨による取り代は、例えば数μｍ〜５０μｍ程度である。
【００３４】
第１研磨処理では、固定砥粒による研削（ステップＳ６０）に用いる両面研削装置と同様の構成を備えた両面研磨装置を用いて、研磨スラリを与えながらガラス基板が研磨される。第１研磨処理では、固定砥粒による研削と異なり、固定砥粒の代わりに遊離砥粒を含んだ研磨スラリが用いられる。第１研磨に用いる遊離砥粒として、例えば、酸化セリウム砥粒、あるいはジルコニア砥粒など（粒子サイズ：直径１〜２μｍ程度）が用いられる。両面研磨装置も、両面研削装置と同様に、上下一対の定盤の間にガラス基板が狭持される。下定盤の上面及び上定盤の底面には、全体として円環形状の平板の研磨パッド（例えば、樹脂ポリッシャ）が取り付けられている。そして、上定盤または下定盤のいずれか一方、または、双方を移動操作させることで、ガラス基板と各定盤とを相対的に移動させることにより、ガラス基板の両主表面を研磨する。
【００３５】
（ｇ）化学強化処理（ステップＳ７０）
化学強化処理では、化学強化液を例えば３００℃〜４００℃に加熱し、洗浄したガラス基板を例えば２００℃〜３００℃に予熱した後、ガラス基板を化学強化液中に、例えば３時間〜４時間浸漬する。化学強化液として、例えば硝酸カリウム（６０重量％）と硝酸ナトリウム（４０重量％）の混合液等を用いることができる。
ガラス基板を化学強化液に浸漬することによって、ガラス基板の表層にあるガラス組成中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ることで表層部分に圧縮応力層が形成され、ガラス基板が強化される。
なお、化学強化処理されたガラス基板は洗浄される。例えば、ガラス基板は硫酸で洗浄された後に、純水等で洗浄される。
【００３６】
（ｈ）第２研磨（最終研磨）処理（ステップＳ８０）
第２研磨処理は、主表面の鏡面研磨を目的とする。第２研磨においても、第１研磨に用いる両面研磨装置と同様の構成を有する両面研磨装置が用いられる。第２研磨による取り代は、例えば１μｍ程度である。第２研磨処理が第１研磨処理と異なる点は、遊離砥粒の種類及び粒子サイズが異なることと、樹脂ポリッシャの硬度が異なることである。
【００３７】
本実施形態においては、上述した製造方法により製造されたコロイダルシリカ（粒径２０〜５０ｎｍ程度）を遊離砥粒として含む研磨液が両面研磨装置の研磨パッドとガラス基板の主表面との間に供給され、ガラス基板の主表面が研磨される。研磨されたガラス基板を中性洗剤、純水、イソプロピルアルコール等を用いて洗浄することで、磁気ディスク用ガラス基板が得られる。
第２研磨処理を実施することで、主表面の粗さ(Ｒａ)を０．１ｎｍ以下かつ主表面のマイクロウェービネスを０．１ｎｍ以下とすることができる。このようにして、第２研磨の施されたガラス基板は、水洗いされて磁気ディスク用ガラス基板となる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、熱分解性を有する強塩基を含む水溶液にケイ酸を溶解させ、この水溶液を加熱して強塩基を熱分解させることで水溶液のｐＨを下げ、ケイ酸を水溶液内で縮重合させるため、陽イオン交換膜や鉱酸が不要であり、安価にシリカを合成することができる。
また、ケイ酸塩水溶液を調整する際の実用的な温度である１４０℃以上で分解する強塩基を用いると、ケイ酸塩水溶液を加熱して強塩基を熱分解させることで、ケイ酸塩水溶液を下げることができる。
また、熱分解性を有する強塩基として有機強塩基を用いることで、有機強塩基の熱分解生成物が金属を含まないため、ケイ酸塩水溶液の内部に金属不純物を残すことがない。
特に有機強塩基として、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、アミジン類、グアニジン類、フォスファゼン類およびコリン（Ｃｏｒｒｉｎ）水酸化物から選択される少なくとも１つを用いることで、有機強塩基の熱分解生成物をケイ酸塩水溶液の外部へ容易に除去でき、ケイ酸塩水溶液の内部に不純物を残すことがない。
また、研磨砥粒に残存しても害を及ぼさない金属イオンを含む無機強塩基を使用することで、有機強塩基の使用量を低減することができる。
【００３９】
以上、本発明のシリカ砥粒の製造方法および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及び実施例に限定されず、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。
例えば、上記実施形態においては、第２研磨処理においてシリカ砥粒を用いたが、本発明はこれに限らず、第１研磨処理においてシリカ砥粒を用いてもよい。
【図１】
2015067724.tif 000002