专利名称：盘驱动器数据存储设备中的玻璃或陶瓷盘的边缘精整工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及盘驱动器数据存储设备，具体地，涉及用在盘驱动器数据存储设备中的玻璃或陶瓷盘的制造。
背景技术：
二十世纪的后半叶出现了一种被称为信息革命的现象。虽然信息革命是一段在范围上比任何一个事件或一种机器都广的历史发展，但是没有哪种设备能比数字电子计算机更能代表信息革命。计算机系统的发展肯定是一种革命。计算机系统每年都运行得更快，存储更多的数据，并向其用户提供更多的用途。
现代计算机系统的扩大的数据存储需要要求有大容量的大量数据存储设备。虽然有各种数据存储技术可供使用，但是旋转式硬磁盘驱动器到目前为止是最普遍的。这种盘驱动器数据存储设备是一片极其复杂的机件，它包含精密的机械零件、超光滑的盘表面、高密度的磁编码数据和用于编码/译码数据以及控制驱动器的运行的复杂的电路。因此，每个盘驱动器对它本身来说都是一个微型世界，包含多个系统和子系统，这些系统中的每一个对于正确的驱动器运行都是必需的。尽管有这种复杂性，旋转式磁盘驱动器有已被证实的记录容量、性能和成本等，这使得对于各种广大的用途而言，旋转式磁盘驱动器成为存储设备的选择。
一盘驱动器通常包含一个或多个装在一共用的旋转毂或主轴上的盘。每个盘是一个薄的扁平元件，该元件具有一个用于主轴的中心孔。数据记录在盘的平的表面上，通常(盘的)两面都记录有数据。一传感头位于自旋盘的表面的附近，以读写数据。增加的写在盘表面上的数据的密度要求传感器被放置成非常靠近表面。理想的是，盘表面非常平且非常光滑。任何表面粗糙度或“波度”(表面轮廓与理想平面的偏差)都会降低传感头与记录媒体保持一理想距离的能力，因而减少了数据可以以其存储在盘上的密度。
盘用非磁性基体(基片)制成，该基片被涂以磁性涂层，以用于在记录表面上记录数据，而且该基片还可以含有附加的层，如保护性外涂层。过去曾经选择铝作为基片材料。由于设计规格越来越高，因此采用铝就越来越难于满足这些规格，并且，近年来(人们)对其它材料特别是玻璃有很大的兴趣。玻璃或陶瓷材料在一些方面可能优于铝，并且有可能满足未来的更高的设计规格。
采用玻璃或陶瓷盘基片的主要缺点之一为它们的制造成本。虽然一般高于传统的铝的成本，但玻璃现在用在一些商用盘驱动器设计中。在典型的玻璃盘制造工艺中，玻璃基材首先被做成薄玻璃板的形状。然后从板材中切割出多个玻璃盘。精整周向边缘，这通常需要多个工艺步骤。然后，研磨宽而平的数据记录表面，以减少波度，同时将其抛光以达到一光滑的光洁度，这同样可能需要多个工艺步骤。随后，这样形成的玻璃基片就被涂以磁性记录层，而且可能被涂以其它层如保护层。
从板材中初始切割玻璃盘时在盘的外边缘和中心孔的内边缘产生粗糙的周向边缘。即使在周向边缘上不记录数据，也必须精整边缘，以提供非常小的公差和足够的机械强度。传统地，精整边缘包括多个工艺步骤。首先，用比较粗的磨头磨削边缘，以得到一在恰当的尺寸公差之内的圆盘，并且接着抛光。最后，对盘进行化学加强工艺。这些步骤中的每一个都增加了盘的成本。即使如此，这样做出的玻璃盘也有一定的缺点。例如，化学加强期间所注入的离子在一定条件下可能浸出，可能造成设备故障。
玻璃盘目前比传统的铝盘要贵得多。除非玻璃盘的制造成本可以大大地降低，否则就难于用玻璃代替铝并实现玻璃盘所提供的潜在益处。
发明内容
按照本发明的一个或多个的方面，提供各种用于在切割后精整玻璃盘或陶瓷盘的周向边缘的改进的技术。在优选的实施例中，以这样的方式进行精整，即使得不需要后续的化学加强。优选地，这通过以按塑性磨削法(ductile grinding regime)磨削边缘而实现，以避免在磨削过程中产生断裂，并生产出一基本无裂痕的表面，而不需要其它精整步骤。
在一个具体的方面，提供一种制造用于旋转式盘驱动器数据存储设备的玻璃盘或陶瓷盘基片的方法，它包括下列步骤提供一具有切割后的未精整的周向边缘的玻璃盘或陶瓷盘基片，其中，上述陶瓷盘或玻璃盘基片材料是不能化学加强的；以及用至少一种边缘精整装置精整上述盘基片的上述周向边缘，以达到一适于用在盘驱动器数据存储设备中的已精加工状态。精整上述盘基片的上述周向边缘的步骤优选地包括以塑性磨削法磨削上述边缘。
按照另一方面，本发明提供一种制造用于旋转式盘驱动器数据存储设备的玻璃盘或陶瓷盘基片的方法，它包括下列步骤提供一具有切割的未精整的周向边缘的陶瓷盘或玻璃盘基片；用至少一种边缘精整装置通过机械力精整上述盘基片的上述周向边缘，以达到一适于用在盘驱动器数据存储设备中的已精加工状态，不需要化学加强上述玻璃盘基片以完成上述精整步骤。该盘基片优选地用不能化学加强的材料制成。
在优选的实施例中，基片材料为在制造过程中不经受化学加强的玻璃。也是优选的是，基片由不能化学加强的材料制成，也就是说，该材料不含有大量需要化学加强工艺的离子杂质诸如锂或钠。基片的内外周向边缘都用陶瓷金刚石砂轮磨削。工件即盘基片和砂轮都安装在空气轴承主轴上并以高速旋转，以提供高尺寸精度。一砂轮安装机构在盘基片被磨削时向其作用一力，直至到达一预定的停止位置。
在优选的实施例中，将砂轮的形状做成在周向边缘与平的盘表面的接合处形成一圆角，它优选地是全圆角(full radius)。圆弧形的盘边缘具有改善的抗破裂或抗破碎的能力。
在优选的实施例中，盘的边缘最初由比较粗的具有尺寸大致为40μm的金刚石颗粒的陶瓷金刚石磨削工具磨削，接着以塑性法由比较细的具有尺寸大致为6μm的金刚石颗粒的陶瓷金刚石磨削工具磨削。
通过使用按照本发明的优选实施例的塑性法边缘磨削工艺，减少了传统的边缘精整工艺产生的边缘裂痕。边缘裂痕的减少大大地将盘基片的机械强度提高到不需要附加的工艺步骤包括化学加强的程度。因此，减少了工艺步骤数，并降低了制造成本。此外，不能化学加强的玻璃形成的盘基片在某些方面优于传统的化学加强的玻璃盘基片，并有高的耐热性和不易由于离子浸出而产生故障。较高的耐热性可例如用来提高金属溅射工艺的温度，由此可以提供改善的溅射涂覆。
附图简要说明本发明的细节例如其结构和操作，都可以参考附图得到很好的理解，在图中，同样的参考数字代表同样的部分，其中
图1为旋转式磁盘驱动器存储设备的简化的说明图，其中，按照本发明的优选的实施例，此处所描述的盘已被安装以待使用。
图2示出按照优选的实施例的经过精整的盘基片，它同时以俯视图和剖视图示出；图3为按照本发明的优选的实施例的用于盘基片的边缘磨削装置的立体图；图4为图3的按照优选的实施例的磨削装置的放大的局部立体图；图5为图3的按照优选的实施例的磨削装置的工件安装夹具的放大的视图；图6为图3的按照优选的实施例的磨削装置的砂轮夹具的放大的视图；图7为各部分在图3的按照优选的实施例的磨削装置的工作期间的运动的简化的说明图；图8为工艺流程图，它示出按照优选的实施例的在精整盘基片的边缘时的不同工艺步骤。
具体实施例方式
首先参看图1，其中示出旋转式磁盘驱动器存储设备100的主要部分的简图，其中，此处所描述的盘已被安装以待使用。盘驱动器100通常包含一个或多个光滑的平盘101，它们永久地装在一安装在基座104上的共用主轴或毂103上。在采用多于一个的盘时，各个盘叠置在主轴上，彼此平行并隔开一段距离，以使它们不相互接触。盘和主轴通过主轴马达以恒定的速度一致地旋转。
主轴马达通常为无电刷的直流电动机，它具有一多相的电磁定子和一永磁转子。定子的不同的相由驱动电流按顺序驱动，以转动转子。
每个盘101由一实心的盘形基体或基片形成，它在中心具有一用于主轴的孔。在过去，基片通常是铝做的，但是也可以用其它材料。按照本发明，将玻璃或陶瓷材料用于盘基片，特别是，按照优选的实施例，将玻璃作为盘的基片材料。基片被涂以薄的可磁化材料层，并且可被另外涂以保护层。
在盘的表面上的可磁化层中记录数据。为了做到这一点，在可磁化层中形成代表数据的微细的磁化图形。数据图形虽然也可以按螺旋形磁道布置，但通常以圆形同心磁道布置。每个磁道被进一步分割成多段。这样，每一段就形成一个弧，磁道的所有各段完成一个圆。
一可移动的执行/致动机构105将传感头109放在表面上的数据附近，以读写数据。致动机构可比做“唱机”的“拾音器”臂，而传感头则可比做唱针。对于每个含有数据的盘表面，都有一个传感头。致动机构通常绕与盘的旋转轴线平行的轴线枢转，以定位传感头。致动机构通常包括一环绕一轴或一轴承106的实心块，该块具有一朝盘延伸的梳状臂(由于这一原因，它有时被称为“梳”)；一组薄的悬置件108安装在臂上，而一电磁式电动机107则位于轴线的相反侧。传感头安装在悬置件上，在梳的相反侧，每个悬置件有一个传感头。致动电动机转动致动机构，将传感头放置在所要求的数据磁道的上方(寻道操作(seek operation))。一旦传感头被放置在磁道上方，盘的恒定的旋转将最终将所要求的段带到传感头的附近，于是就可以读取或写数据。致动电动机通常是一个装在致动机构梳上的电磁线圈和一组以静止状态安装在基座或盖上的永磁体；当通电以后，线圈响应由永久磁铁产生的磁场向梳施加一转矩。
通常用一伺服反馈系统定位致动机构。至少一个盘表面上写有识别数据磁道的伺服图形。传感器周期性地读出伺服图形，以确定其当时的位置与所要求的径向位置的偏差，而反馈系统则调节致动机构的位置以使偏差为最小。较老的盘驱动器设计常常使用一专用的用于伺服图形的盘表面。较新的设计通常使用嵌入的伺服图形，也就是说，将伺服图形记录在每个盘表面的以角距离隔开的部分上，各伺服图形之间的区域用于记录数据。伺服图形通常包括一同步部分，一用于识别磁道数的磁道识别部分和一用于确定磁道中心线的磁道对中部分。
传感头109为做成空气动力学外型的材料(通常为陶瓷)块，在其上装有磁性读/写传感器。在盘旋转时，块或滑块以非常小的距离(称为“浮动高度”)在盘表面的上方浮动。与盘表面的紧密的接近在使传感器读或写可磁化层中的数据图形时是重要的，因此，需要有一个光滑而平滑的盘表面。有几种不同的传感器设计被使用。现在许多盘驱动器设计采用了薄膜感应式写入传感元件和分开的磁阻式读取传感元件。悬置件实际上就沿一进入盘面的方向向传感头作用一力。滑块的空气动力学外型特征对抗此力，并使滑块能以合适的用于数据存取的距离在盘表面的上方浮动。
各种电子元件控制盘驱动器100的运行，并且如图1所示装在线路板/电路卡112上，虽然它们也可以装在一个以上的线路板上，而且各个板可以以不同的方式安装。
应当理解，图1的目的是作为旋转式磁盘驱动器的简化表示，它仅仅是适于使用按照优选的实施例生产的玻璃或陶瓷盘基片的环境的一个例子。它并不必然代表适于这种盘的唯一的环境。
按照本发明的优选的实施例，适于用在例如旋转式磁盘驱动器数据存储设备中的玻璃盘基片的周向边缘是按照此处所述精整的。生产盘基片的工艺在此处是相对于玻璃盘基片描述的，该基片目前是所选材料。不过，在盘驱动器存储设备中，至少某些陶瓷材料或玻璃陶瓷材料也是可能适于用作基片的，而本发明也可适用于至少某些陶瓷或玻璃陶瓷材料。有些陶瓷或玻璃陶瓷材料具有可能优于玻璃的一些性能，例如较高的强度和较高的温度稳定性。高的制造成本目前使人们不愿使用这种材料，但是，可以预见，这些材料将来可能用在盘驱动器中，尤其是，如果可以找到降低制造成本的工艺。如同此处所用的那样，“玻璃或陶瓷”应当包括那些是玻璃或陶瓷或某些玻璃和陶瓷的组合的材料。
在优选的实施例中，通过以塑性磨削法磨削而精整边缘。塑性磨削法在金属精整作业中是众所周知的，但是，用于比较易碎的玻璃或陶瓷材料的也比较少见。传统的玻璃磨削是一种在磨料(通常为金刚石)的作用下将小块的材料削去并磨去的工艺。这种削或磨作用造成表面粗糙度并造成其形式为脆性断裂的表面下(表层)损坏(subsurface damage)。即使在随后用氧化铈抛光剂抛光至明显的镜面光洁度的表面，仍然留下一些表面下损坏。在易碎材料中，小的裂痕和表面奇点很容易扩展，大大降低了已精整部分的强度。
粗糙度和损坏的深度与相对磨削速度和磨料颗粒尺寸都有关。较大尺寸的磨料和较低的磨削速度导致较深的表面下损坏。对于尺寸足够小的金刚石磨料和足够高的速度，磨料在基片上的作用变成平滑的起条纹或刮削，实际上不留下表面下断裂。这称为塑性磨削法或塑性磨削模式。如同此处所用的那样，塑性磨削包括其中主要磨削作用是塑性的任何模式，即使产生偶尔的脆性断裂。可以预期塑性磨削产生非常光滑的表面，该表面具有用原子力显微镜测量得到的约50nm rms或更小的粗糙度。塑性法磨削后的边缘自然是坚固的；不需要其它边缘精整步骤，特别是基片的化学加强。
因此，从一个其周向边缘已经被切割但还处于未精整状态的盘基片开始边缘磨削工艺。虽然也可以用其它技术，但通常通过划痕和断开而完成切割。优选的是在精整宽而平的盘表面之前精整边缘，虽然不一定必须这样做。用于薄的圆柱形边缘的精整标准一般与用于宽而平的表面的精整标准不同，这是因为，数据并不记录在边缘的表面上。宽而平的盘表面的精整通常包括多个工艺步骤诸如研磨和抛光，以得到非常平和非常光滑的数据记录表面。在某些情况下，要进一步使表面具有某种结构，以改进磁记录性能。用于精整平的表面的技术，以及玻璃盘基片制造的其它方面，都是本技术领域中所周知的，因而不是本发明的主题。任何现在已知的或以后发展的合适的工艺步骤，都可以用于在此处所描述的边缘精整之前或之后制造未精整的基片。
作为典型的传统技术的一个例子，将简单地描述下列技术，虽然它不是可以制造玻璃盘基片的唯一工艺。通过首先轧制比单个盘大得多的薄玻璃板制造盘。然后从薄玻璃中切割出各盘。在从板材中切出盘的同时在盘中切出中心盘孔。切割在盘的孔和外边缘处留下粗糙的圆柱形边缘。此外，初始的玻璃制造工艺在宽而平的表面上留下一定量的波度和表面粗糙度。需要有各种精整步骤去修正这些情况。
为了精整宽而平的表面，表面通常要被研磨以减少波度，然后通过多个步骤被抛光以去掉玻璃中由研磨留下的薄断裂层，并得到记录表面的必要的表面粗糙度。在优选的实施例中，在宽而平的表面被研磨之后，但是被抛光之前，盘的周向边缘像此处所描述的那样被磨削。不过，应当理解，进行这些作业的顺序可以改变。在基片的宽而平的表面和周向边缘已经被精整以后，基片在溅射作业中被涂以可磁化的层，并可在其它工艺步骤中被涂以附加层。此外，在制造的各个阶段都要清理盘，以去掉工艺残渣和松散材料。
优选地，盘基片不能化学加强，而且基片材料是不能化学加强的玻璃。化学加强是一个通常在传统的玻璃盘基片上进行的工艺，其目的是提供足够的机械强度和周向边缘附近的抗破裂的能力。典型的化学加强工艺要求玻璃起初被掺以锂或钠离子杂质。在处理(例如边缘磨削)之后，盘基片经受离子变换处理，其中，掺杂物离子在催化条件下与较大的离子(如钾)交换。较大的离子在玻璃基片中产生内压缩应力，这提高了基片的强度。具体地，由于由较大的离子增加的内压缩应力适于在受到外力时阻止玻璃中的裂痕增长，因此，玻璃的强度得以提高。这样，不能化学加强的玻璃是缺少大量化学加强所需的必要的离子掺杂物的玻璃。
图2示出了按照优选的实施例的经过精整的盘基片200，它同时以俯视图和沿轴线平面的剖视图示出。为了说明的目的，在剖视图中夸大了盘基片的与其直径成正比的厚度。例如，对于具有95mm的外径和25mm的内径的典型的盘，玻璃基片应当有大致为1.05mm的名义厚度。如图所示，盘为一具有一圆的中心孔201的平而圆的元件。宽而平的表面202、203用于记录数据；通常，盘的两面都使用，虽然也可能只用一面。盘的周边形成一外周向边缘204。中心孔形成一内周向边缘205。外边缘和内边缘如同此处所描述的那样用塑性磨削法磨削。砂轮的形状被做成在边缘与宽而平的表面的接合处形成一圆角206。圆角减少了内部材料应力和在这些接合处形成的裂痕，从而提高了经过精整的产品的强度。为了提供改善的强度，优选地使圆角半径不少于0.175mm，而且，特别的是，每个圆角大致为全圆角，即圆角接近基片厚度的一半，以使边缘的轮廓形状为半圆形。不过，应当理解，这些值可以根据盘的厚度和其它因素改变，以及盘可以按此处所描述地被生产，但是具有斜角而非圆角边缘的接合处，有某种其它形状的倒角，或是完全没有倒角。
按照优选的实施例的一种变型，图3-7示出用于以塑性磨削法磨削玻璃盘基片的周向边缘的装置300的各种视图。如同在本技术领域中知道的那样，图3-7中所示并在此处描述的磨削装置300是传统的数控机器，在其上已经安装有专门设计的夹具，以用于以塑性磨削法磨削玻璃记录盘基片。
图3为一整台机器的立体图。磨削机器300包括一机架310，在其上安装有一可移动的水平台305和一竖直安装板304。竖直板304固定在机架310上不能移动。水平台305可以在数控定位机构306、307的控制下沿x-y方向(也就是平行于地面的任一方向移动)移动。用于保持和转动工件(即盘基片)的工件安装夹具301牢固地安装在台305上。一对砂轮安装夹具302、303安装在竖直板304上。定位机构306、307可用于相对于砂轮安装夹具302、303精确定位工件安装夹具301。
图4为磨削装置300的放大的局部立体图，它较详细地示出工件安装工具301和砂轮安装夹具302、303。砂轮夹具302包括一枢转臂403，该臂支承一用于磨削盘基片200的外周向边缘204的直径较大的砂轮401。砂轮夹具303包括一枢转臂404，该臂支承一用于磨削盘基片200的内周向边缘205的直径较小的砂轮402。
图5为工件安装夹具301的放大视图(从与图4不同的角度看去)。工件安装夹具包含一L字形支架座501，该支架座刚性地安装在台305上并且包围一支承一转轴的空气轴承502。该轴绕一平行于台305并垂直于竖直安装板304的轴线旋转。在座501的一侧的轴上安装有一带轮410(在图5中看不见，但在图4中可看见)，而在另一侧的轴上安装有一真空卡盘503。真空卡盘503在磨削作业期间用真空固定盘基片200。一分开的电动机505安装在台305上。电动机505驱动一绕带轮410卷绕的皮带，以在磨削作业期间转动轴、真空卡盘503和基片200。
图6为砂轮夹具303的放大视图。砂轮夹具303完全由L字形支架601支承，该支架刚性地安装在竖直板304上。夹具303包含枢转臂404，该臂绕其中心附近的枢转空气轴承602(仅仅在图6中可见)枢转。枢转空气轴承602安装在L字形支架601上。臂404的下端为一砂轮空气轴承603，该轴承支承一可旋转的，由一电动机604驱动的轴。由电动机驱动的轴和臂404都绕各自的彼此平行并垂直于竖直板304的轴线枢转。砂轮402安装在由电动机604驱动的轴上。枢转臂404的上端受到限制，以在元件605和606之间枢转，后两者都刚性地安装在L字形支架601上并从其伸出。距离指示器607安装在元件605上，而恒力缸608则安装在元件606上。距离指示器测量距离探针的伸出量，该探针经过元件606中的孔伸出以与臂404接触，从而可以准确测量枢转臂404的位置。恒力缸608为一封闭的缸体，用于借助空气压力向一活塞(看不见)作用一恒力。该活塞与枢转臂404的上端结合。一外部的压缩空气源(未示出)向缸608作用一恒定的空气压力，从而不管臂404的角度位置如何，都在活塞上保持一恒定的力，并在臂404上保持一恒定的转矩。止挡件609、610限制枢转臂404的旋转弧，防止当到达预定的极限时进一步去掉材料。
砂轮夹具302在设计和操作上都与砂轮夹具303相似，虽然它支承较大的砂轮401，而且枢转臂403的尺寸与臂404的尺寸不同。也就是说，砂轮夹具302同样地包含一枢转臂403，其中，枢柚固定在L字形支架601上，该支架本身又安装在竖直板304上；一支承一由电动机驱动的轴的空气轴承，在该轴上安装有砂轮401；和从L字形支架601伸出的元件，它限制枢转臂403的运动并支承一距离指示器、恒力缸和止挡机构。
支承旋转真空卡盘和工件的轴承503、支承枢转臂404的轴承602和支承小(内径)砂轮402的轴承603以及相应的支承大(外径)砂轮401及其枢转臂403的轴承在此处都被作为“空气轴承”描述。这些轴承都是静压空气轴承，其中，载荷由通过外部源(未示出)供应的压缩空气支承。与流体动压轴承不同，不管被支承的元件的转速如何，甚至当元件静止不动时，这种静压空气轴承都支承载荷。除了低摩擦外，这种轴承还以高尺寸精度保持旋转元件的位置，并且实际上没有摇摆或振动。
图7为各个部分在磨削装置300运行期间的运动的简化的说明图(未按比例)。如7所示，盘基片200和砂轮401在运行期间同时旋转，以使砂轮401的周向边缘和盘200的外周向边缘在接触点701沿相反的方向运动。同样，砂轮402的周向边缘和盘200的内周向边缘在接触点702沿相反的方向运动。通过恒力缸向砂轮夹具302的枢转臂403作用一恒力703，该力通过枢转臂作为作用在基片200上的基本是径向的力传递至接触点701上。同样，通过相应的恒力缸向砂轮夹具303的枢转臂404作用一恒力，该力通过枢转臂传递至接触点702上。这样，恒力缸就在工作期间在工件上维持一砂轮的受到控制的恒力。当枢转臂由于磨削的结果而转过一足够的角距离时，臂碰上上述止挡机构(在图7中未示出)，并且枢转臂的进一步的移动被阻止，从而防止进一步去掉基片材料。
图8为一工艺流程图，它示出精整盘基片的边缘时的各个工艺步骤。起初，通过向真空卡盘503作用一真空并将盘基片放在卡盘上而将单个的盘基片200装在边缘精整装置300上(步骤801)。将大、小砂轮401、402安装在枢转臂403、404的端部上的旋转轴上。在此阶段安装的砂轮用于(非塑性)粗磨，以去掉足够的材料，以使盘基片接近名义直径和名义同心度。特别地，优选的是用于粗磨的大砂轮401为陶瓷结合剂金刚石成型砂轮，有尺寸为40微米左右的多晶体金刚石颗粒，并有一大致为150mm的直径，而用于粗磨的小砂轮402也是由40微米的多晶体金刚石制成的陶瓷结合剂金刚石成型砂轮，有一大致为23mm的直径。也可以采用用金属、树脂或树脂结合剂制成的砂轮。这些砂轮适当地成型或被修整，以提供上述边缘圆角206。
以后就粗磨外边缘，以使盘基片接近名义直径和名义粗糙度(802)。优选地是，粗磨外径包括同时转动砂轮401和盘200，并且向枢转臂403的顶部的恒压缸作用一恒定的空气压力。在此阶段，枢转臂404脱开，以使得在内径中不进行磨削。在优选的实施例中，砂轮401以大致4000rpm的速度旋转，而盘则同时以大致100rpm的速度旋转。供给空气压力，以向接触点的表面提供一小的垂直于表面的磨削力(小于5磅)。在粗磨作业期间，向磨削表面供给磨削浆，该浆料最好是在去离子水中的低百分比(20％或更少)的甘油或丙二醇。粗磨以基本不变的参数继续，直至足够的材料被去掉，以使枢转臂403碰上止挡件并不再旋转以去掉更多的材料。此时，磨削力降至基本为零，磨削机停止工作。在优选的实施例中，外径的粗磨进行大致一分钟或更短，并且以大致250微米/分的速度去掉材料，应当明白，这只是一个估计，而不是工艺参数，因为磨削步骤的实际结束是由枢转臂的位置决定的。
随后，用类似的工艺磨削内周向边缘(步骤803)。也就是说，砂轮402和盘200同时旋转，同时向枢转臂404的顶部的恒力缸作用一不变的空气压力。在此阶段，枢转臂403脱开，以致使得在外径上不进行磨削。在优选的实施例中，砂轮402以大致为25000rpm的速度旋转，而盘则同时以约100rpm的速度旋转。气缸在接触点作用一少于5磅的磨削力。采用与步骤802中所用的相同的浆料。继续粗磨，直至枢转臂404碰上止挡件，此时，磨削力降至基本为零，磨削机停止工作。在优选的实施例中，内径的粗磨进行约一分钟或更短，并且以大致为250微米/分的速度去掉材料。
以后就更换砂轮，而盘基片200则保留在卡盘的适当位置上(步骤804)。特别是，用适于以塑性磨削法细磨边缘的塑性砂轮代替粗砂轮。在优选的实施例中，用于在盘外径处塑性磨削的大砂轮401是陶瓷结合剂金刚石成型砂轮，它具有尺寸为大致6微米或更小的多晶体金刚石颗粒，并有大致为150mm的直径，而用于在内径处塑性磨削的小砂轮402也是陶瓷结合剂金刚石成型砂轮，它由6微米或更小的多晶体金刚石制成，具有约23mm的直径。同粗砂轮一样，用于塑性磨削阶段的砂轮适于被修整或成型为与边缘圆角206一致。
以后就按照塑性磨削法磨削边缘。塑性磨削的目的是去掉位于边缘附近的材料的小断裂层，而该层是由早先的粗磨作业留下的。理想的是，塑性磨削留下一没有裂痕的边缘。这种边缘自然是坚固的，并且不需要进一步的化学加强以达到所要求的强度。
以后就通过再次同时转动砂轮401和基片200按塑性磨法制磨削基片的外边缘(步骤805)，同时用气缸向枢转臂403的顶部作用一恒力。在优选的实施例中，砂轮401以大致为4000rpm的速度旋转，而盘则同时以大致为100rpm的速度旋转，在砂轮与盘的边缘之间的接触点得到大致为300m/s的相对速度。空气压力在接触点提供一小于5磅的垂直磨削力。在塑性磨削期间，将最好是与粗磨中使用的浆料相同的磨削浆提供给磨削表面。以基本不变的参数继续塑性磨削，直至足够的材料被去掉，以使枢转臂403碰上止挡件，并且不再旋转以去掉其余的材料。此时，磨削力降至基本为零，磨削机停止工作。在塑性磨削法中，去掉大约50微米厚的薄表面材料层，这已经足够去掉几乎所有由粗磨工艺留下的裂痕。在优选的实施例中，外径的塑性磨削进行约两分钟或更短。
以后就以同样的方式按塑性磨削法磨削基片的内边缘(步骤806)。在优选的实施例中，砂轮402以大致为25000rpm的速度旋转，而盘则同时以大致为100rpm的速度旋转，在砂轮与盘边缘之间的接触点处得到大致为30m/s的相对速度。该速度与用于塑性磨削外径的相对速度差不多相同。在接触点作用一小于5磅的磨削力。对于内径塑性磨削，采用了与用于外径塑性磨削相同的磨削浆。继续内径的塑性磨削，直至枢转臂404碰上止挡件，此时，磨削力降至基本为零，磨削机停止工作。通过塑性磨削在内径处去掉的材料厚度与在外径处去掉的厚度大致相同，即50微米。在优选的实施例中，内径的塑性磨削进行约两分钟或更短。
在接触点，最好以高的相对速度进行塑性磨削。理想的是，此相对速度为30m/s或更高。不过，应当认识到，在某些情况下，有必要使用较低的速度，例如，由于精整装置不能达到这样高的速度，以及对于至少某些工艺参数的组合来说，认为20m/s或更高的相对速度已足够产生合格的精整边缘。也可以可选地通过同时提高工件(盘)的速度而在较低的砂轮速度下得到这种速度。在粗磨阶段可以用较宽的磨削速度范围，但是在优选的实施例中，则采用较高的速度，以实现快速的材料去除。
在已经精整盘的边缘以后，便从磨削机上卸下盘(步骤807)。
应当明白，图8中的某些作业的次序可以改变，具体地，步骤802和803的次序可以倒过来，同时，步骤805和806的次序可以倒过来，或者，一边缘的粗磨和塑性磨削都可以在在另一边缘上进行任何边缘精整作业之前进行。
图3-7中所示的上述磨削装置是为按照本发明的优选的实施例的原型盘的小规模试验和生产而设计的。应当认识到，对于常规的大量生产，可以在生产按照优选的实施例的盘时，对磨削装置进行各种改变。特别是，对于大量生产，在如上面步骤804所说的边缘磨削作业中，将粗砂轮切换为细砂轮时，最好避免手工操作。这可以通过安装一对平行成一直线的砂轮来完成，这些砂轮在一单独的旋转主轴上绕一共同的轴线旋转，一个砂轮用于粗磨，而另一个则用于塑性磨削。可以设置一个用于沿轴向移动工件(即盘)或砂轮的机构，以有选择地使一个或另一个砂轮与盘的边缘接触。这对砂轮将在外径和内径处重复设置，以使得总共采用四个砂轮。这些砂轮可以是结合在主轴上的实际分开的元件，或可以是具有两个不同的周向表面部分的共用砂轮，每个周向表面部分有其各自的粗糙度或其它表面性能。
虽然砂轮在图7中是按同时与盘基片200接触示出的，但是，实际上在原型作业(prototyping operations)中，内边缘和外边缘磨削作业是如上所述并如图8中所示依次进行的，以使得两个砂轮不会同时与工件接触。这样做是为了避免一个磨削作业与另一个磨削作业干涉而引起的振动或其它影响。不过，也可能同时进行两个作业而得到合格的产品。也就是说，可能同时进行步骤802和803，和/或同时进行步骤805和806。如果可由此得到合格的产品，则在生产模式中，这将是理想的方法，因为它缩短了边缘精整作业所需要的时间。
对于本领域技术人员，应当明白，在多个上述工艺参数中，存在某些折衷选择，并且作为优选的实施例的一部分的上述参数只不过是一组可能的参数的一个例子，在目前给定的可用成本的限制下，它们被认为可得到比较低的总工艺成本。有可能有许多变型，它们都可以生产合格的经过精整的盘基片，但是它们将改变总工艺成本的构成。例如，在粗磨步骤中所用的砂轮类型和其它参数可以改变，以生产具有较浅的裂痕的较优良的表面，这可能会增加粗磨阶段的时间和其它成本因素，但是同时又减少了塑性磨削阶段的时间和其它成本因素。按另一种方案，如果用于初始切割或形成盘基片的工艺提供足够接近(技术)规格的各部分，则也可能完全免除粗磨阶段。此外，也可以采用各种可选的浆料组分、砂轮类型等。
在优选的实施例中，通过轧制一玻璃板材、从板材切割盘、精整盘边缘以及研磨宽而平的盘表面以减少波度而形成未抛光的玻璃盘，这些步骤都在此处所描述的边缘精整工艺之前进行。不过，按另一种方案，也可以通过现有的或以后要发展的不同的工艺形成未抛光的玻璃盘。此外，进行工艺步骤的次序也可以改变。
在优选的实施例中，基片未受到化学加强，并且进一步优选的是，基片材料为不能化学加强的玻璃。通过按此处所描述的塑性磨削法磨削的盘边缘精整在盘边缘上留下很少的裂痕或不留下裂痕。易碎材料如玻璃和陶瓷中的细微裂痕大大地影响了材料的断裂强度。因此，几乎不产生裂痕的精整工艺生产出坚固得多的盘。可以认为，按照优选的实施例生产的盘的强度足以用在典型的盘驱动器存储设备中，而不需要化学加强，并且可以建议，化学加强是过时的。去掉化学加强有几个有利的效果。最明显的是，它去掉一些工艺步骤(例如离子交换步骤和清洗步骤)，并且因此降低了制造成本。不过，它也有提供优良的经过精整的产品的可能性。化学加强盘或用可以化学加强的玻璃制成的有离子杂质的盘在某些情况下要发生离子浸出。此离子浸出要过一段时间才发生，通常在制造时不能检测出，而且可以严重到在安装在使用者的数据处理系统中以后造成盘驱动器的操作事故的程度。此外，用可以化学加强的玻璃制成的盘在高温条件下将迅速地浸出离子，限制了后续的盘工艺步骤的温度。有理由认为，温度较高的溅射作业将产生较均匀的可磁化层，这可能有利于较高的记录密度和/或提高的可靠性。由于所有这些理由，在优选的实施例中采用了不能化学加强的玻璃。不过，也可以可选地如此处所说的那样精整用可化学加强的材料制成的盘的周向边缘，并且在这种边缘精整之后化学加强基片以进一步提高强度。另外，也可以用可以化学加强的材料，(由于化学加强在传统的盘精整工艺中较普遍，它比不能化学加强的材料更容易得到)，并且仅仅省去化学加强步骤。
在优选的实施例中，中心孔处的内径边缘和外径边缘都按照此处所描述的精整进行精整。不过，按另一种方案，也可以只按照本发明精整一个边缘，例如精整在该处可预期有较大的应力的外边缘，并用其它某些可能较不精确的工艺精整另一边缘，或完全不精整其它边缘，这都要取决于用于最初形成边缘的工艺。
在优选的实施例中，通过以塑性法磨削并略去化学加强步骤生产一具有边缘圆角的玻璃或陶瓷盘。不过，按照本发明的一个方面，可以不需要采用塑性磨削，或省去化学加强步骤而生产一具有一个或多个上述周向边缘圆角的盘。
如上文所描述的那样，按照优选的实施例生产的玻璃盘基片适于用在旋转式磁盘驱动器数据存储设备中。不过，这种应用未必是适用按照本发明生产的玻璃盘的唯一应用场合。例如，可能有其它未知的或以后发展的数据记录技术，它们需要玻璃或陶瓷盘基片。数据可例如按光编码方式或其它某些方式记录在盘表面上。在此情况下，在盘的结构上可以有某些上述结构的变化，例如，没有可磁化层。此外，也可以有未在此处描述的其它层，不管是现在已知的还是以后要发展的，它们都在按照本发明制造基片之后沉积在玻璃盘基片上。
虽然连同某些其它方案公开了本发明的一特定的实施例，但是，对于本领域的技术人员，应该意识到，在下列权利要求书的范围之内可以进行形式和细节上的其它变型。
权利要求
1.一种制造用于旋转式盘驱动器数据存储设备的玻璃或陶瓷盘基片的方法，它包括下列步骤提供一具有周向边缘的陶瓷或玻璃盘基片；将上述盘基片装至一边缘精整装置上；以及用上述边缘精整装置以塑性磨削法磨削上述盘基片的上述周向边缘。
2.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述盘驱动器数据存储设备为一旋转式磁盘驱动器数据存储设备，上述盘基片在上述磨削步骤后接着被涂以一磁性涂层。
3.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，它还包括以非塑性方法粗磨上述周向边缘的步骤，在上述以塑性磨削法磨削周向边缘的步骤之前进行上述以非塑性方法粗磨上述周向边缘的步骤。
4.如前述权利要求中的任一项的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为上述盘基片在其周边包含一外周向边缘，并包含一界定一内周向边缘的中心孔；上述磨削步骤用于上述盘基片的上述外周向边缘和上述内周向边缘。
5.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述磨削步骤包括用成型磨削工具磨削上述边缘，该工具与上述周向边缘处的边缘圆角一致。
6.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述磨削步骤包括使上述边缘精整装置的磨削工具与上述周向边缘接触，并在上述磨削工具与周向边缘之间提供一大致为30m/s或更高的相对运动。
7.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述边缘精整装置包括一有大致为6微米或更小的金刚石颗粒的磨削工具。
8.如权利要求1的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述玻璃或陶瓷盘基片被精整以安装在盘驱动器数据存储设备中而不必化学加强上述盘基片。
9.如前述权利要求中的任一项的制造玻璃或陶瓷盘基片的方法，其特征为，上述玻璃或陶瓷盘基片由不能化学加强的材料制成。
10.一种用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，它包括一盘形玻璃或陶瓷基片，该基片被精整以安装在盘驱动器数据存储设备中，其中，上述盘形玻璃或陶瓷基片是未经化学加强的。
11.一种用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，它包括一盘形基片，该基片由不能化学加强的玻璃或陶瓷材料制成。
12.如权利要求10或11的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，其特征为，上述盘形基片包括一具有圆角的周向边缘。
13.如权利要求10或11的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，其特征为上述盘形基片具有一界定一内周向边缘圆角的中心孔；上述盘形基片在上述内周向边缘处具有一第一周向边缘圆角，并在其外周向边缘处具有一第二周向边缘圆角。
14.如权利要求10或11的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，它还包括用于在上述盘的至少一个表面上记录磁性编码数据的磁性层。
15.如权利要求10或11的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，其特征为，上述盘形基片包括一通过以塑性法磨削的工艺精整的周向边缘。
16.如权利要求12的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，其特征为，上述周向边缘圆角半径至少为0.175mm。
17.如权利要求12的用于旋转式盘驱动器数据存储设备的盘，其特征为，上述周向边缘圆角半径大致为上述盘形基片在其周向边缘处的厚度的一半，上述基片在盘轴线的平面中具有一接近半圆的边缘截面。
18.一旋转式盘驱动器数据存储设备，它包括一盘驱动器基座；一可旋转地安装的盘和主轴组件，上述盘和主轴组件包括至少一个如权利要求10至17中的任一项的盘；以及至少一个传感机构，以用于存取记录在上述至少一个盘的上述至少一个表面上的数据。
全文摘要
用在盘驱动器数据存储设备中的玻璃或陶瓷盘的周向边缘优选地通过塑性磨削被精整，以产生一基本无裂痕的表面，该表面是未经化学加强的。优选地，材料为玻璃，盘的内边缘和外边缘都经过精整。边缘精整优选地按两步的工艺完成，包括粗磨和塑性磨削，采用用于砂轮和工件的高速旋转的空气轴承主轴。优选地，使砂轮形成为能在周向边缘与平的盘表面的接合处形成一圆角。
文档编号G11B5/73GK1555304SQ02818071
公开日2004年12月15日 申请日期2002年9月11日 优先权日2001年9月17日
发明者J·黑根, B·P·克鲁格尔, D·保拉斯, T·普里艾布, , J 黑根, 克鲁格尔, 锇 申请人:国际商业机器公司