JP3735500B2

JP3735500B2 - 磁気ディスク保持部材

Info

Publication number: JP3735500B2
Application number: JP33797899A
Authority: JP
Inventors: 吉健寺師; 哲治早崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001155460A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電防止機能のある磁気ディスクを保持する保持部材に関する。
【０００２】
【従来技術】
コンピュータの外部記録装置等として使用される磁気ディスク装置は、図１に示すように、複数枚の磁気ディスク基板１５をシム１０、スペーサ１１及びクランプ１２で固定して、回転軸１３を回転させながら磁気ヘッド１７にて磁気ディスク基板１５表面上に非接触状態で情報の書き込みや読み取りを行うものである。
【０００３】
近年、このような磁気ディスク装置２０は情報が高密度で大容量化するに伴って、磁気ヘッド１７と磁気ディスク基板１５との距離の極小化、磁気ディスク基板１５のより高度な平面化と表面の平滑化等が要求されており、磁気ディスク基板１５を固定・保持するスペーサ１１、シム１０、及びクランプ１２等の保持部材は熱膨張差に伴う磁気ディスク基板１５の歪みを防止する為に、セラミックス、ガラスで形成することが検討されている（特公平５−８０７４５号公報、特開昭６１−１４８６６７号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、上記保持部材を構成するセラミックスやガラスは一般的に絶縁性材料である為、これらの保持部材で磁気ディスク基板１５を保持すると、磁気ディスク基板１５が帯電し、情報の読み込みや書き込みの際にノイズが発生して、記録内容を破壊してしまうという問題があり、その対策として上記セラミックスやガラス等の磁気ディスク基板１５との当接面にアルミニウムや亜鉛などの金属膜を被覆して静電気を除去することが考えられている。
【０００５】
ところが、このような方法では、セラミック部材の表面の平坦度が低いために磁気ディスク基板１５との当接面の平坦度が損なわれ、磁気ディスク基板１５に歪みを生じたり、場合によっては、磁気ヘッド１７が磁気ディスク基板１５と接触して傷付けてしまう恐れがあり、また、セラミックスやガラスと金属被膜との熱膨張差のために繰り返しの使用により金属被膜が剥がれるといった問題があった。
【０００６】
そこで、前述したアルミナ等に導電性結晶相を添加した導電性セラミックスで保持部材を形成することが提案されている（特開平２−２２６５６６号公報参照）。
【０００７】
また、他の導電性セラミックスとしては、炭化珪素質セラミックスやランタンクロマイト等のペロブスカイト系セラミックス等の導電性を有するセラミックスが知られており、また、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミック材料に、ＴｉＯ₂、ＴｉＣ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加して還元雰囲気下で焼成した導電性セラミックスが知られている（特開平２−２９５００９号公報、特開平１−２４３３８８号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した炭化珪素質セラミックスは難焼結体であるために非酸化性雰囲気でかつ２０００℃以上の温度で焼成しなければならず、また、ホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行う必要があり生産性が悪くコストが高くなる、また、ペロブスカイト系セラミックスについては原料単価が高く、しかも、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ²未満と低く、構造部品材料としての信頼性が低いという問題があった。
【０００９】
さらに、ＴｉＯ₂、ＴｉＣ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加したアルミナ質やジルコニア質の導電性セラミックスでは通常の焼成によって充分に緻密化させることが難しく、緻密体を得るためには還元雰囲気下での焼成や加圧下での焼成が必要であり、コストがかさみ量産性に欠けるという問題があった。
【００１０】
また、上述した導電性セラミックスでは、例えば、ガラス製の磁気ディスク基板との間に熱膨張差があるため、ディスクの高速回転に伴う温度上昇のために磁気ディスク基板１５に歪みを生じたり、磁気ディスク基板１５間の平行度が損なわれるといった課題があった。そのため、磁気ディスク装置２０の高密度化および大容量化には限界があった。
【００１１】
さらに、特開平９−７７５３１号公報には、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の酸化物成分を含有する結晶化ガラスを用いたガラスセラミックスを磁気ディスク用の材料として使用することが提案されているが、上述したＺｎ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の酸化物成分はセラミックス中、絶縁性結晶相またはガラスとして存在し、セラミックス自体に導電性を付与するものではなかった。
【００１２】
本発明は、上記課題に対してなされたものであり、その目的は表面の平滑性が高く、所定の導電性を有するとともに、容易に製造可能な磁気ディスク保持部材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記用途を満足する材料について検討したところ、ガラス成分を２５重量％以上含み、該ガラス中に、ＺｎＯからなる導電性結晶相を特定の比率で含有し、表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下で、かつ−５０〜８５℃における体積固有抵抗が１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍのガラスセラミックスが、磁気ディスク保持部材として優れた性能を有することを知見した。
【００１４】
すなわち、本発明の磁気ディスク保持部材は、ガラス中に、ＺｎＯからなる導電性結晶相を１０〜７５重量％の割合で含有し、表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下、−５０〜８５℃における体積固有抵抗が１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍであることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、上記磁気ディスク保持部材中にスピネル型結晶相、コージェライト結晶相、ムライト結晶相、スラウソナイト型結晶相、アノーサイト型結晶相の群から選ばれる少なくとも１種を含有することが望ましい。
【００１６】
また、比重が５．０ｇ／ｃｍ³以下であること、−５０〜８５℃における熱膨張係数が４×１０^-6〜１×１０^-5／℃、ヤング率が８０ＧＰａ以上であることが望ましい。
【００１７】
【作用】
ガラスセラミックスは、比較的低温での焼成により容易に緻密化でき、平滑な表面を有する耐磨耗性に優れた材料であるとともに、各成分を調整することによりセラミックスの熱膨張係数を所定の範囲に制御可能なものであるが、通常、室温における体積固有抵抗値が１０¹³Ω・ｃｍ以上の絶縁体である。
【００１８】
これに、ＺｎＯからなる導電性結晶相を所定量分散せしめることによりセラミックスの体積固有抵抗を所望の範囲内に制御でき、帯電防止部材である磁気ディスク保持部材として優れた特性を有するものとなる。
【００１９】
なお、前記導電性結晶相のうち酸化亜鉛（ＺｎＯ）は通常半導体材料であるが、焼成等により結晶内に酸素欠損等の格子欠陥等を生成させることにより、その体積固有抵抗を低下せしめることができる、いわゆる不定比化合物である。これが、導電性結晶相としての機能を有するものであることから、上記絶縁体材料に結晶相として所定量含有、分散させることによりセラミックスの体積固有抵抗値を１０²〜１０¹⁰Ω・ｃｍに調整することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気ディスク保持部材は、ガラス中に、ＺｎＯからなる導電性結晶相を１０〜７５重量％の比率で含有するガラスセラミックスからなるものである。
【００２２】
前記導電性結晶相としては、特に体積固有抵抗値の制御が容易であることおよび製造の容易性の点で、ＺｎＯであることが重要である。また、この導電性結晶相は平均粒径２μｍ以下で、セラミックス中、三次元に連続的に存在することが望ましく、導電性結晶相を通して導通するものである。
【００２３】
また、前記導電性結晶相は、セラミックス中、１０〜７５重量％、特に１０〜５０重量％、さらに１５〜４０重量％であることが重要である。すなわち、前記導電性結晶相が１０重量％より少ないと、セラミックスの体積固有抵抗値を所望の範囲内に制御することが難しく、帯電防止部材としての機能が低下するためであり、逆に、前記導電性結晶相が７５重量％を超えると、通常の焼成でセラミックスを緻密化させることが難しくなり、耐磨耗性が悪くなり磁気ディスク保持部材としての信頼性が低下するためである。
【００２４】
一方、ガラス成分としては、ホウケイ酸亜鉛ガラス、ホウケイ酸鉛ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等のホウケイ酸系ガラスや、リチウムケイ酸系ガラス、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス等が挙げられるが、中でも、焼成によって結晶相を析出する結晶化ガラスが好適に用いられ、ガラスの結晶化により、セラミックスの機械的強度を高めることができるとともに、セラミックスのヤング率を高めることができる。
【００２５】
また、ＳｉＯ₂結晶相、スピネル型結晶相、イルメナイト型結晶相、ウイレマイト型結晶相、ＣａＳｉＯ₃結晶相、ＳｒＳｉＯ₃結晶相、ＢａＳｉＯ₃結晶相、エンスタタイト型結晶相、アルミナ結晶相、ジルコニア結晶相、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・６ＳｉＯ₂、ＮａＡｌＳｉＯ₄等、特にスピネル型結晶相、コージェライト結晶相、ムライト結晶相、スラウソナイト型結晶相、アノーサイト型結晶相の群から選ばれる少なくとも１種の結晶相、さらにスピネル型結晶相および／またはムライト結晶相の結晶相を上記ガラスから析出、分散させるか、またはフィラーとして添加してセラミックス中に分散させることによって、構造部材として必要な硬度および強度を有するとともに、所望のヤング率、熱膨張係数を得ることができる。
【００２６】
なお、上記結晶相のうち、ＳｉＯ₂型結晶相としては、クォーツ、トリジマイト、クリストバライト等が使用可能であるが、中でも−５０〜８５℃における平均熱膨張係数が１６〜１８×１０^-6／℃であり、安定した熱膨張挙動を有するクォーツ結晶相であることが望ましい。
【００２７】
上記態様のセラミックスの体積固有抵抗値を１０²〜１０¹⁰Ω・ｃｍ、特に１０⁴〜１０⁶Ω・ｃｍとすることによってセラミックスが帯電することなく耐電防止部材として好適に使用できる。また、表面粗さ（Ｒａ）を２．０μｍ以下、特に１．０μｍ以下とすることによって、耐摩耗性が高く、寸法精度の高い部材を作製できる。
【００２８】
さらに、比重を５．０ｇ／ｃｍ³以下、特に４．０ｇ／ｃｍ³以下とすることによって、磁気ディスク上に配設しても磁気ディスクが重さによってたわむことを防止できる。
【００２９】
また、構造体として均一な組成物にて形成し被覆層等がないことから、使用時等の熱膨張差による被覆層の剥離等の問題が生じず、また、−５０〜８５℃における熱膨張係数が４×１０^-6〜１×１０^-5／℃、特に５×１０^-6〜９×１０^-6／℃の範囲に制御できることが望ましく、これによってガラスやセラミックスからなる磁気ディスク基板との熱膨張差が小さく、温度上昇によっても精度よくディスクを保持することができる。
【００３０】
さらに、ヤング率が８０ＧＰａ以上、特に１００ＧＰａ以上であることが望ましく、これによってネジ止め等によってもかしめても変形することがなく、寸法精度良くディスクを保持することができる。
【００３１】
次に、本発明の磁気ディスク保持部材を製造する方法について説明する。まず、出発原料として、平均粒径０．５〜１０μｍ、特に２〜３μｍの上述したようなガラス粉末と、ＺｎＯを形成可能な金属、または、例えば、ＺｎＯ等の金属酸化物、さらにはＺｎを含む炭酸塩、窒化物、炭化物等のいずれかの粉末と、所望により上述したフィラー成分の酸化物、炭酸塩、窒化物、炭化物等を調合、混合する。
【００３２】
なお、上記導電性結晶相を形成する成分の添加量はガラスの組成によって異なり、導電性結晶相を形成する成分の一部がガラスとして固溶することもできるが、例えばガラス原料中のＺｎＯの含有率が１０重量％以下であるとき、ＺｎＯ粉末の添加量は金属酸化物換算で４０〜７５重量％であることが望ましい。
【００３３】
そして、この混合粉末を用いてプレス成形法、冷間静水圧プレス法、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法法の周知の成形法により所定形状に成形した後、酸化性雰囲気中、あるいは非酸化性雰囲気にて１０００〜１２００℃の温度で１〜２時間程度の焼成を行う。特に、セラミックスの体積固有抵抗値を制御できる点で、焼成時の雰囲気は酸素濃度１×１０³〜１×１０^-16Ｐａ程度であることが望ましい。
【００３４】
これにより相対密度９５％以上、特に９８％以上、さらに９９．５％以上に緻密化した本発明の磁気ディスク保持部材を得る。また、焼成後、表面に粗れがある場合には所望によりセラミックスの表面を研磨して表面粗さ（Ｒａ）を２．０μｍ以下とする。
【００３５】
本発明によれば、上述した所定の導電性を有する磁気ディスク装置の保持部材導電性セラミックスを用いることによって、帯電する静電気を速やかに除去することができ、磁気ディスクに静電気が蓄積することなく、磁気ディスクを安定して保持できる。
【００３６】
次に、図１に本発明の磁気ディスク保持部材を用いた磁気ディスク装置の概略断面図を示す。
磁気ディスク装置２０は、回転軸１３に固定されたハブ１４に、複数枚の磁気ディスク基板１５とスペーサ１１とを交互に挿入し、最後にシム１０およびクランプ１２を配設してネジ１６で固定するものである。そして、回転軸１３の回転に伴い、磁気ディスク基板１５が回転するとともに、磁気ヘッド１７が磁気ディスク基板１５の表面上を非接触状態で移動しながらディスク基板の所定の位置に情報の書き込みや読み取りを行うものである。
【００３７】
磁気ディスク基板１５は、アルミニウム基板、アルミナなどのセラミックスの表面にグレーズ層を形成し、該グレーズ層上に磁性膜を備えたもの、あるいは全体がガラスからなりその表面に磁性膜を備えたもの等を用いてもよい。さらに、その他の材質として、チタン、シリコン、ＹＡＧ、カーボン等を用いることもできるが、表面の平滑性、剛性の高さおよびコストの点でガラスからなることが望ましい。
【００３８】
本発明によれば、スペーサ１１、シム１０およびクランプ１２を上述した導電性セラミックスにより形成することによって、磁気ディスク基板１５が帯電するのを防止でき、情報の書き込みや読み込みの際のノイズを低減することができる。
【００３９】
また、その表面は滑らかであり、特にスペーサ１１については、磁気ディスク基板１５との接触面１１ａの表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下、特に１．０μｍ以下、また接触面１１ａの平行度が５μｍ以下であることが望ましく、これにより磁気ディスク基板１５を極めて高精度に保持することができる。また、スペーサ１１、シム１０およびクランプ１２の各エッジ部にはＣ面またはＲ面の面取りが施されている。
【００４０】
さらに、本発明によれば、スペーサ１１、シム１０およびクランプ１２がヤング率８０ＧＰａ以上の高剛性部材からなるため、締め付け時に変形することがなく、高精度に保持できる。
【００４１】
また、熱膨張係数が４×１０^-6〜１×１０^-5のガラスからなる磁気ディスク基板１５を用いた場合、高速回転による温度上昇によっても磁気ディスク基板１５とスペーサ１１、シム１０およびクランプ１２との熱膨張差が小さくできるため、磁気ディスク基板１５を高精度に保持することができる。したがって、磁気ヘッド１７の磁気ディスク基板１５に対する浮上量を極めて小さくすることができ、情報記録密度を高めることができる。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
以下に示す平均粒径３μｍ以下の結晶化ガラス粉末

に対して、表１，２に示す導電性付与材およびフィラー粉末を混合し、これに所定量の水又は有機溶剤及び結合材を添加して約１時間混合した。そして、該混合粉を１００ＭＰａの成形圧で所定の形状にプレス成形した後、大気雰囲気中にて表１、２に示す温度で２時間焼成を行った。
【００４３】
得られたセラミックスについて、アルキメデス法により比重を測定した。また、Ｘ線回折チャートから析出結晶相の同定を行うとともに、ＣｅＯ₂を内部標準試料としてリートベルト法によりセラミックス中の導電性結晶相の比率を定量した。さらに、セラミックス表面を研削加工した後、表面粗さ計により表面粗さ（Ｒａ）を測定した。
【００４４】
また、セラミックスを直径６０ｍｍ×厚さ２ｍｍの寸法に研削加工して体積固有抵抗値を測定した。さらに、−５０〜８５℃における熱膨張係数とヤング率の測定を行った。なお、各測定方法についてはＪＩＳ規定に基づいて測定した。結果は、表１、２に示した。
【００４５】
（比較例）
Ａｌ₂Ｏ₃粉末に対し、表１に示す導電性付与材を３０重量％と、少量の公知の焼結助剤成分を添加して成形後、非酸化性雰囲気中、１７００℃にて焼成してＡｌ₂Ｏ₃質セラミックスを作製し、実施例１と同様に評価した。結果は表２に示した（試料Ｎｏ．２９、３０）。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
表１、２から明らかなように、導電性結晶相の含有量が７５重量％より多い試料Ｎｏ．１、１７では磁器の体積固有抵抗値を１０^２Ω・ｃｍより低く、導電性結晶相の含有量が１０重量％より少ない試料Ｎｏ．８、９、２０では磁器の体積固有抵抗値を１０^１０Ω・ｃｍ以下にすることができなかった。
【００４９】
また、アルミナと酸化亜鉛または窒化チタンとからなる試料Ｎｏ．２４、２５では、磁器の体積固有抵抗値を１０^２Ω・ｃｍ以上にすることができず、表面粗さ（Ｒａ）も２．０μｍを越えた。
【００５０】
これに対して、本発明に従う試料Ｎｏ．２
〜７、１０〜１６、１８、１９、２１〜２３では、いずれも体積固有抵抗値が１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍ、表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下の優れた特性を有するものであり、磁気ディスク保持部材として有用であることがわかった。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガラスセラミックスの体積固有抵抗値を所望の値に制御でき、かつ容易に緻密化ができ平坦な表面を有することから、高い寸法精度および耐摩耗性に優れた磁気ディスク保持部材が作製でき、静電気による悪影響を防止することができる。
【００５２】
また、セラミックスの熱膨張係数を所望の範囲に制御できるともに、高いヤング率を有するものであることから、構造部材、特に磁気ディスクの保持部材として使用すれば、磁気ディスク基板の熱膨張係数と近似させることが出来、高速回転時に高温になっても熱膨張差に伴う不都合を生じることが無く、かつ磁気ディスク基板に帯電した静電気を効率良く逃すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ディスク保持部材を用いた磁気ディスク装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０：シム
１１：スペーサ
１２：クランプ
１３：回転軸
１４：ハブ
１５：磁気ディスク基板
１７：磁気ヘッド
２０：磁気ディスク装置

Claims

ガラス成分を２５重量％以上含み、該ガラス中に、ＺｎＯからなる導電性結晶相を１０〜７５重量％の割合で含有し、表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下、−５０〜８５℃における体積固有抵抗が２０００〜１０^１０Ω・ｃｍであることを特徴とする磁気ディスク保持部材。
さらに、スピネル型結晶相、コージェライト結晶相、ムライト結晶相、スラウソナイト型結晶相、アノーサイト型結晶相の群から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク保持部材。
比重が５．０ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ディスク保持部材。
−５０〜８５℃における熱膨張係数が４×１０^−６〜６．７×１０^−５／℃、ヤング率が８０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の磁気ディスク保持部材。