JP3825215B2

JP3825215B2 - Conductive ceramics and antistatic member using the same

Info

Publication number: JP3825215B2
Application number: JP37031199A
Authority: JP
Inventors: 吉健寺師
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001181038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、導電材料、接点、センサ、ヒータ、真空管部品等に使用可能な導電性セラミックスに関するものであり、特に搬送用アーム、ハンドリング部材、ウエハ搬送用ピンセット等の半導体製造装置等で静電気防止が必要な帯電防止部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、セラミックスに導電性を付与したものとして、炭化珪素質セラミックスやランタンクロマイト等ペロブスカイト系セラミックス等からなる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）。
【０００３】
一方、従来、例えば半導体製造装置等で静電気防止が必要な部品（搬送用アーム、ハンドリング治具、ウエハ搬送用ピンセット等）に用いる静電気防止用部材、あるいは抵抗体基体、導電材料、接点、ヒータ、真空管部材、磁気ディスク保持部材として上述した材料からなる体積固有抵抗値が１０⁴〜１０⁸Ωｃｍ程度のセラミックスが用いられている。
【０００４】
他方、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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、特開平２−２２６５６６号公報には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からなる磁気ディスク保持部材が提案されている。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
また、上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。
【００１２】
本発明は、上記課題に対してなされたものであり、その目的は気孔率が低く、表面の平滑性が高く、所定の導電性を有する導電性セラミックスおよびこれを用いた帯電防止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、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＣａＯを含むガラスに対して、導電性付与材として酸化亜鉛、酸化鉄、酸化錫、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化コバルト、炭化チタンおよび窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を所定の割合で含有するセラミックスが、表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下で、気孔率が０．１％以下、かつ−５０〜８５℃における体積固有抵抗が１０²〜１０¹⁰Ω・ｃｍの特性を有し、帯電防止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、本発明の導電性セラミックスは、ＳｉＯ_２を３０〜５５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１５重量％、ＭｇＯを１４〜３５重量％、ＳｒＯを１５〜２５重量％およびＣａＯを５〜２０重量％含むガラスに対して、導電性付与材として酸化亜鉛、酸化鉄、酸化錫、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化コバルト、炭化チタンおよび窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を２０〜８０重量％の割合で含有し、表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下、気孔率０．１％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】
ここで、前記ガラスの結晶化率が５０％以下であること、比重が５．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが望ましく、また、−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。
【００１６】
さらに、上記導電性セラミックスは帯電防止部材として特に好適に使用可能である。
【００１７】
【作用】
ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯおよびＣａＯを含有するガラスは、ディオプサイド型結晶相Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）₂Ｏ₆を析出可能なガラスであるが、このガラス中に所定量のＳｒＯを含有せしめることによって容易に緻密化でき、極めて気孔率を低減できることから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となる。
【００１８】
これに、所定の導電性付与材を所定量添加することにより、焼結性を損なわずに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、表面平滑性に優れ、気孔率が低いセラミックスとなることから、帯電防止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）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）等は通常半導体材料であるが、焼成等により結晶内に還元された余剰の金属や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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性セラミックスは、ＳｉＯ_２を３０〜５５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１５重量％、ＭｇＯを１４〜３５重量％、ＳｒＯを１５〜２５重量％およびＣａＯを５〜２０重量％含むガラスに対して、導電性付与材として酸化亜鉛、酸化鉄、酸化錫、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化コバルト、炭化チタンおよび窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を２０〜８０重量％の割合で含有するものである。
【００２１】
ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯおよびＣａＯのガラスは、ディオプサイド型結晶相Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）₂Ｏ₆を析出可能なガラスであるが、本発明においては、このガラス中にＳｒＯを含有せしめたものであり、これによってセラミックスの気孔率を低減し、表面粗さを小さくできるとの作用効果がある。
【００２２】
なお、セラミックス中には上記ディオプサイド型結晶相に加え、Ｃａ₂ＭａＳｉ₂Ｏ₇（ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ₄（ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅ）、Ｃａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈（ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）、（Ｃａ，Ｓｒ）ＳｉＯ₃、ＳｒＳｉ₂Ａｌ₂Ｏ₈、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ₂Ａｌ₂Ｏ₈、ＳｒＳｉＯ₃等の結晶相が上記ガラスから析出してもよいが、セラミックスの気孔率をさらに低減し、表面粗さをさらに小さくする点で、前記ガラスの結晶化率は５０重量％以下、特に２５重量％以下、さらに２０重量％以下であることが望ましい。
【００２３】
前記導電性付与材としては、上記群の中でも特に体積固有抵抗値の制御が容易であること、気孔率を低減できることおよび製造の容易性の点で、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であることが望ましい。また、これら導電性付与材はその一部がガラス中に固溶することもできるが、平均粒径２μｍ以下の結晶相として、セラミックス中、三次元に連続的に分散することが望ましく、導電性結晶相を通して導通することが望ましいものである。さらに、前記導電性付与材の一部が還元され金属が析出していてもよい。
【００２４】
また、前記導電性付与材は、セラミックス中、２０〜８０重量％、下限値の望ましい範囲は３０重量％以上、特に４０重量％以上、また、上限値の望ましい範囲は７５重量％以下、特に７０重量％であることが重要である。すなわち、前記導電性付与材が２０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、前記導電性付与材が８０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、平滑性が低下して耐摩耗性が低下する結果、部材としての信頼性が低下するためである。
【００２５】
なお、セラミックス中には酸化亜鉛、酸化鉄、酸化錫、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化コバルト、炭化チタンおよび窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種の導電性付与材が結晶相として総量で２０〜７０重量％の割合で存在することが望ましい。
【００２６】
また、上記ガラスと導電性付与材に加えて、フィラーとして、ＳｉＯ₂、スピネル、イルメナイト、ウイレマイト、ＣａＳｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ₃、ＢａＳｉＯ₃、エンスタタイト、コランダム（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア、ムライト、コージェライト、フォルステライト、スラウソナイト、アノーサイト、セルジアン、Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・６ＳｉＯ₂、ＮａＡｌＳｉＯ₄等、特にコランダム（Ａｌ₂Ｏ₃）、スピネル、コージェライト、ムライト、コージェライト、ウイレマイトの群から選ばれる少なくとも１種、さらにコランダム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の粉末、ウイスカー等を、望ましくは１０重量％以下添加してセラミックス中に分散させることによって、構造部材としての硬度および強度を高めるとともに、所望のヤング率、熱膨張係数を得ることができる。
【００２７】
ここで、上記ガラスの結晶化度を低めるためには上記フィラーのうちコランダム（Ａｌ₂Ｏ₃）等のフィラー成分を添加することが望ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
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、気孔率を０．１％以下、特に０．０７％以下、表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下、特に０．０７μｍ以下とすることによって、表面平滑性が高く、耐摩耗性が高く、熱伝導率を高めて寸法精度の高い部材を作製できる。
【００３０】
すなわち、セラミックスの表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍを越えると表面平滑性が低下してセラミック表面での摩耗特性が劣化するとともに、気孔率が０．１％を越えると研磨面に存在するボイド（気孔）内に研磨粉が残存して、これを帯電防止部材として用いる場合には、相手剤に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００３１】
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、セラミックスを軽量化できることから、例えば帯電防止部材の好適例である磁気ディスク保持部材として磁気ディスク上に配設するような場合で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。
【００３２】
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／℃、さらに５×１０^-6〜７．５×１０^-6／℃の範囲に制御できることが望ましく、これによって、例えば、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。
【００３３】
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、これによって構造体としての信頼性が向上し、例えば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。
【００３４】
次に、本発明の導電性セラミックス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、望ましくは１〜５μｍ、特に１．５〜３μｍの上述したようなガラス粉末と、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化錫、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化コバルト、炭化チタンおよび窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種の導電性付与材を形成可能な金属、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、窒化物、炭化物等のいずれかの粉末を酸化物換算で２０〜８０重量％と、所望により上述したフィラー成分の酸化物、窒化物、炭化物等を調合、混合する。
【００３５】
そして、この混合粉末に所望により有機バインダ等を添加した後、プレス成形法、冷間静水圧プレス法、押出成形、射出成形、鋳込み成型、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等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例えば８００〜１１００℃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１×１０^― ¹⁶〜３×１０⁵Ｐａ程度であることが望ましい。
【００３６】
これにより相対密度９９．９％以上に緻密化させるとともに、気孔率が０．１％以下のセラミックスを得る。
【００３７】
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もよいが、本発明のセラミックスは表面平滑性に優れるものであり、望ましくは、焼き肌面での表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下とできるものである。
【００３８】
本発明によれば、上述した所定の導電性を有するセラミックスを、帯電する静電気を速やかに除去する帯電防止部材として用いることができ、例えばその一例である磁気ディスク装置の磁気ディスクを保持するための部材である磁気ディスク保持部材として用いることによって、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。
【００３９】
そこで、図１に本発明の導電性セラミックスを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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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０．１μｍ以下、特に０．０７μｍ以下、さらに０．０６μｍ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。
【００４３】
また、スペーサ１１は気孔率０．１％以下の緻密体であることから、熱伝導を高めて放熱性を高めることができるとともに、例えスペーサ１１を研磨加工した場合でも研磨面に研磨粉が残存することがないために磁気ディスクに対して悪影響を及ぼすことを防止できる。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
【実施例】
（実施例）
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に示す平均粒径２μｍの導電性付与材および平均粒径２μｍの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。
【００４７】
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導電性結晶相の存在割合およびガラスの存在率を測定し、ガラス原料との比であるガラスの結晶化度を定量した。さらに、セラミックスの焼き肌面での表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計により測定した。
【００４８】
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。
【００４９】
（比較例１）
実施例のガラスＡ，Ｂを以下のガラスＣ，Ｄに代える以外は実施例と同様にセラミックスを作製し、評価した。結果は表２に示した（試料Ｎｏ．３１〜３４）。

（比較例２）
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．３５、３６）。
【００５０】
【表１】

【００５１】
【表２】

【００５２】
表１、２から明らかなように、導電性付与材の含有量が８０重量％より多い試料Ｎｏ．８では磁器の体積固有抵抗値を１０²Ω・ｃｍより低く、導電性付与材の含有量が２０重量％より少ない試料Ｎｏ．１、２、２０では磁器の体積固有抵抗値を１０¹⁰Ω・ｃｍ以下にすることができなかった。
【００５３】
また、リチウム系のガラスを用いた試料Ｎｏ．３１、３２、また、ＳｒＯを含有しないガラスを用いた試料Ｎｏ．３３、３４では表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍより粗くなった。
【００５４】
アルミナと炭化チタンまたは窒化チタンとからなる試料Ｎｏ．３５、３６では、磁器の体積固有抵抗値を１０²Ω・ｃｍ以上にすることができず、表面粗さ（Ｒａ）も０．１μｍを越えた。
【００５５】
これに対して、本発明に従う試料Ｎｏ．２〜７、１０〜１９、２１〜３０では、いずれも体積固有抵抗値が１０²〜１０¹⁰Ω・ｃｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ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。
【００５６】
【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。
【００５７】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to conductive ceramics that can be used for, for example, conductive materials, contacts, sensors, heaters, vacuum tube parts, and the like. In particular, the present invention relates to static electricity generated in semiconductor manufacturing equipment such as transfer arms, handling members, and wafer transfer tweezers. The present invention relates to an antistatic member that needs to be prevented.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as ceramics having conductivity, known ceramics having conductivity such as silicon carbide ceramics and perovskite ceramics such as lanthanum chromite, and insulating ceramic materials such as alumina and zirconia, There is known a conductive ceramic obtained by adding TiO ₂ , TiC, NiO, CoO or the like and firing in a reducing atmosphere (see JP-A-2-29509 and JP-A-1-243388).
[0003]
On the other hand, for example, an antistatic member conventionally used for a part that needs to be prevented from static electricity (eg, a transfer arm, a handling jig, tweezers for wafer transfer) in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, or a resistor base, a conductive material, a contact, a heater, Ceramics having a volume resistivity of about 10 ⁴ to 10 ⁸ Ωcm made of the above-described materials are used as vacuum tube members and magnetic disk holding members.
[0004]
On the other hand, as shown in FIG. 1, a magnetic disk device used as an external recording device of a computer fixes a plurality of magnetic disk substrates 15 with shims 10, spacers 11 and clamps 12, and rotates a rotating shaft 13. The information is written and read by the magnetic head 17 in a non-contact state on the surface of the magnetic disk substrate 15.
[0005]
In recent years, such a magnetic disk device 20 has a miniaturized distance between the magnetic head 17 and the magnetic disk substrate 15 as information has a high density and a large capacity, and more advanced planarization and surface of the magnetic disk substrate 15. In order to prevent the distortion of the magnetic disk substrate 15 due to the difference in thermal expansion, the holding members such as the spacer 11, the shim 10, and the clamp 12 that fix and hold the magnetic disk substrate 15 are required. The formation of ceramics and glass has been studied (see Japanese Patent Publication No. 5-80745 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-148667).
[0006]
However, since the ceramic and glass constituting the holding member are generally insulating materials, when the magnetic disk substrate 15 is held by these holding members, the magnetic disk substrate 15 is charged, and information is read or written. As a countermeasure, the contact surface with the magnetic disk substrate 15 such as ceramics or glass is covered with a metal film such as aluminum or zinc to prevent static electricity. Is considered to be removed.
[0007]
However, in such a method, since the flatness of the surface of the ceramic member is low, the flatness of the contact surface with the magnetic disk substrate 15 is impaired, and the magnetic disk substrate 15 is distorted. There is a possibility that the head 17 may come into contact with the magnetic disk substrate 15 and be damaged, and there is a problem that the metal film peels off due to repeated use due to a difference in thermal expansion between ceramics or glass and the metal film.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-226666 proposes a magnetic disk holding member made of conductive ceramics in which a conductive crystal phase is added to the above-described alumina or the like.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-mentioned silicon carbide ceramics are difficult to sinter, they must be fired in a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 2000 ° C. or higher, and hot pressing or hot isostatic pressing (HIP) is performed. There is a problem that the productivity is low because of the necessity to perform, the cost is high, and the perovskite ceramics have a high raw material unit price, and the bending strength is less than 10 kg / mm ² and the reliability as a structural component material is low. there were.
[0010]
Furthermore, it is difficult to sufficiently densify with alumina or zirconia conductive ceramics to which TiO ₂ , TiC, NiO, CoO or the like is added, and firing in a reducing atmosphere is necessary to obtain a dense body. And firing under pressure is necessary, and there is a problem that the cost is high and the mass productivity is insufficient.
[0011]
In addition, in the conductive ceramics in which a conductive crystal phase is added to the above-described alumina or the like, for example, there is a difference in thermal expansion from the glass magnetic disk substrate. There are problems that the disk substrate 15 is distorted and the parallelism between the magnetic disk substrates 15 is impaired. Therefore, there is a limit to increasing the density and capacity of the magnetic disk device 20.
[0012]
The present invention has been made to the problems, an object of porosity rather low, the smoothness of the surface is high, providing an antistatic member using a conductive ceramic and which has a predetermined conductivity There is to do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have studied the material satisfying the above _{_{_{applications, SiO 2, Al 2 O 3}}} , MgO, the glass containing SrO and CaO, zinc oxide as a conductivity imparting agent, iron oxide, tin oxide Ceramics containing at least one selected from the group consisting of niobium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, titanium carbide and titanium nitride in a predetermined ratio have a surface roughness (Ra) of 0.1 μm or less and a porosity of 0 0.1% or less and a volume resistivity at −50 to 85 ° C. of 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm, and an excellent performance as an antistatic member.
[0014]
That is, conductive ceramics of the present invention, the SiO ₂ 30 to 55 wt%, _Al 2 _{O 3} 4-15 weight%, the MgO 14-35 wt%, SrO and 5 to 15 to 25 wt% and CaO 20-80 wt % of at least one selected from the group consisting of zinc oxide, iron oxide, tin oxide, niobium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, titanium carbide, and titanium nitride as a conductivity imparting material with respect to 20 wt% glass. %, The surface roughness (Ra) is 0.1 μm or less, the porosity is 0.1% or less, and the volume resistivity at −50 to 85 ° C. is 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm. It is what.
[0015]
Here, before Symbol the crystallization of the glass is 50% or less, it is desirable specific gravity of 5.0 g / cm ³ or less, also -50～85 thermal expansion coefficient at ℃ is 4 × ^{10 -6} It is desirable that ˜1 × 10 ⁻⁵ / ° C. and Young's modulus are 80 GPa or more.
[0016]
Furthermore, the conductive ceramics can be particularly suitably used as an antistatic member.
[0017]
[Action]
The glass containing SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , MgO and CaO is a glass capable of precipitating the diopside crystal phase Ca (Mg, Al) (Si, Al) ₂ O _6. It can be easily densified by containing a certain amount of SrO, and it can be extremely reduced in porosity, so it is a material with a smooth surface and excellent wear resistance, and the thermal expansion of ceramics by adjusting each component The coefficient can be controlled within a predetermined range.
[0018]
By adding a predetermined amount of a predetermined conductivity-imparting material, the volume specific resistance of the ceramic can be controlled within a desired range without impairing the sinterability, and the ceramic has excellent surface smoothness and low porosity. Therefore, it has excellent characteristics as an antistatic member.
[0019]
Of the conductive crystal phases, zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO ₂ ), niobium oxide (Nb ₂ O ₅ ), nickel oxide (NiO), cobalt oxide (CoO), etc. are usually semiconductor materials. It is a so-called non-stoichiometric compound that can reduce its volume resistivity by generating excess metal reduced in the crystal by firing or the like, or lattice defects such as oxygen vacancies. Since this has a function as a conductive crystal phase, the volume specific resistance value of the ceramic can be adjusted to 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm by containing and dispersing a predetermined amount in the insulator material. it can.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Conductive ceramics of the present invention, the SiO ₂ 30 to 55 wt%, the _Al 2 _{O 3} 4 to 15 wt%, the MgO 14-35 wt%, 5-20 wt 15-25% by weight and CaO SrO, against% glass, conductive zinc oxide as imparting agent, iron oxide, tin oxide, niobium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, at least one selected from the group of titanium carbide and titanium nitride 20 to 80 wt% It is contained in proportion.
[0021]
The glass of SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , MgO and CaO is a glass capable of depositing the diopside crystal phase Ca (Mg, Al) (Si, Al) ₂ O _6. SrO is contained in the glass, which has the effect of reducing the porosity of the ceramic and reducing the surface roughness.
[0022]
In ceramics, in addition to the diopside-type crystal phase, Ca ₂ MaSi ₂ O ₇ (akermanite), CaMgSiO ₄ (monticellite), Ca ₃ MgSi ₂ O ₈ (merwinite), (Ca, Sr) SiO ₃ , Crystal phases such as SrSi ₂ Al ₂ O ₈ , (Sr, Ca) Si ₂ Al ₂ O ₈ , SrSiO ₃ may be precipitated from the glass, but the porosity of the ceramic is further reduced, and the surface roughness is further increased. From the viewpoint of reducing the size, the crystallization rate of the glass is desirably 50% by weight or less, particularly 25% by weight or less, and further preferably 20% by weight or less.
[0023]
The conductivity imparting material is preferably zinc oxide (ZnO) from the viewpoints of easy control of the volume resistivity value, reduction of porosity, and ease of production, among the above groups. Some of these conductivity-imparting materials can be dissolved in the glass, but it is desirable to disperse continuously in three dimensions in the ceramic as a crystalline phase having an average particle size of 2 μm or less. It is desirable to conduct through the crystalline phase. Furthermore, a part of the conductivity imparting material may be reduced to deposit a metal.
[0024]
In addition, the conductivity imparting material is 20 to 80% by weight in the ceramic, a desirable lower limit is 30% by weight or more, particularly 40% by weight or more, and a desirable upper limit is 75% by weight or less, particularly 70%. It is important to be weight percent. That is, if the conductivity imparting material is less than 20% by weight, it is difficult to control the volume specific resistance value of the ceramic within a desired range, and the function as an antistatic member is reduced. If the conductivity-imparting material exceeds 80% by weight, it becomes difficult to densify the ceramic by ordinary firing, resulting in a decrease in smoothness and wear resistance, resulting in a decrease in reliability as a member. is there.
[0025]
In the ceramic, at least one conductivity imparting material selected from the group consisting of zinc oxide, iron oxide, tin oxide, niobium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, titanium carbide and titanium nitride is 20 to 20 in total as a crystal phase. It is desirable to be present in a proportion of 70% by weight.
[0026]
Further, in addition to the glass and the conductivity-imparting material, fillers such as SiO ₂ , spinel, ilmenite, willemite, CaSiO ₃ , SrSiO ₃ , BaSiO ₃ , enstatite, corundum (Al ₂ O ₃ ), zirconia, mullite, cordier , forsterite, Surausonaito, anorthite, _{_{celsian, Li 2 O · Al 2 O}} 3 · 2SiO 2, Li 2 O · Al 2 O 3 · 4SiO 2, Na 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2, NaAlSiO 4 In particular, at least one selected from the group consisting of corundum (Al ₂ O ₃ ), spinel, cordierite, mullite, cordierite, and willemite, and a powder such as corundum (Al ₂ O ₃ ), whiskers, etc., preferably 10 By adding less than wt% and dispersing in ceramics, To increase the hardness and strength as the desired Young's modulus can be obtained thermal expansion coefficient.
[0027]
Here, in order to reduce the crystallinity of the glass, it is desirable to add a filler component such as corundum (Al ₂ O ₃ ) among the fillers.
[0028]
Of the above crystal phases, quartz, tridymite, cristobalite, etc. can be used as the SiO ₂ type crystal phase, and the average thermal expansion coefficient at −50 to 85 ° C. is 16 to 18 × 10 ⁻⁶ / ° C. It is desirable that the quartz crystal phase has a stable thermal expansion behavior.
[0029]
By setting the volume resistivity of the ceramic of the above embodiment to 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm, particularly 10 ⁴ to 10 ⁶ Ω · cm, the ceramic can be suitably used as an antistatic member without being charged. Further, by setting the porosity to 0.1% or less, particularly 0.07% or less, and the surface roughness (Ra) to 0.1 μm or less, particularly 0.07 μm or less, the surface smoothness is high and the wear resistance is high. A member with high dimensional accuracy can be produced by increasing the thermal conductivity.
[0030]
That is, when the surface roughness (Ra) of the ceramic exceeds 0.1 μm, the surface smoothness decreases and the wear characteristics on the ceramic surface deteriorate, and when the porosity exceeds 0.1%, it exists on the polished surface. When the abrasive powder remains in the voids (pores) and is used as an antistatic member, there is a risk of adversely affecting the partner agent.
[0031]
Furthermore, since the ceramic can be reduced in weight by setting the specific gravity to 5.0 g / cm ³ or less, particularly 4.0 g / cm ³ or less, for example, a magnetic disk holding member which is a preferred example of an antistatic member is provided on a magnetic disk. Even in such a case, it is possible to prevent the magnetic disk from being bent due to its weight.
[0032]
In addition, since it is formed of a uniform composition as a structure and does not have a coating layer or the like, there is no problem of peeling of the coating layer due to a difference in thermal expansion during use, and thermal expansion at -50 to 85 ° C. The coefficient is in the range of 4 × 10 ⁻⁶ to 1 × 10 ⁻⁵ / ° C., particularly 5 × 10 ^{−6 to} 9 × 10 ⁻⁶ / ° C., and further 5 × 10 ^{−6 to} 7.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. It is desirable to be able to control this, so that, for example, a difference in thermal expansion from a magnetic disk substrate made of glass or ceramics is small, and the disk can be held with high accuracy even with a temperature rise.
[0033]
Furthermore, it is desirable that the Young's modulus is 80 GPa or more, particularly 100 GPa or more, and this improves the reliability of the structure, for example, it does not deform even by caulking, etc., and holds the disc with high dimensional accuracy. can do.
[0034]
Next, a method for producing the conductive ceramic of the present invention will be described.
First, as a starting material, the above-mentioned glass powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm, desirably 1 to 5 μm, especially 1.5 to 3 μm, zinc oxide, iron oxide, tin oxide, niobium oxide, nickel oxide Any oxide of metal, oxide, carbonate, nitrate, nitride, carbide, etc. capable of forming at least one conductivity imparting material selected from the group consisting of cobalt oxide, titanium carbide and titanium nitride 20 to 80% by weight and, if desired, the oxides, nitrides, carbides and the like of the filler components described above are prepared and mixed.
[0035]
Then, after adding an organic binder or the like to the mixed powder as desired, known methods such as press molding, cold isostatic pressing, extrusion molding, injection molding, casting, doctor blade method, calendar roll method, rolling method, etc. After forming into a predetermined shape by a forming method, firing is performed in an oxidizing atmosphere or in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of, for example, 800 to 1100 ° C. for about 1 to 2 hours. In particular, in that it can control the volume resistivity of the ceramics, the atmosphere during firing is an oxygen concentration of 1 × 10 ^- it is desirable that ^{16 ~3} × 10 ⁵ Pa approximately.
[0036]
As a result, a ceramic having a relative density of 99.9% or more and a porosity of 0.1% or less is obtained.
[0037]
In addition, if the surface is rough after firing, the surface of the ceramic may be polished as desired. However, the ceramic of the present invention is excellent in surface smoothness, and preferably has a surface on the burned skin surface. The roughness (Ra) can be set to 0.1 μm or less.
[0038]
According to the present invention, the above-described ceramic having predetermined conductivity can be used as an antistatic member that quickly removes static electricity that is charged. For example, for holding a magnetic disk of a magnetic disk device as an example thereof By using the magnetic disk holding member as a member, the magnetic disk can be stably held without static electricity accumulating on the magnetic disk.
[0039]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a magnetic disk device using the conductive ceramic of the present invention and a magnetic disk holding member.
In the magnetic disk device 20, a plurality of magnetic disk substrates 15 and spacers 11 are alternately inserted into a hub 14 fixed to a rotary shaft 13, and finally a shim 10 and a clamp 12 are disposed and fixed with screws 16. To do. As the rotary shaft 13 rotates, the magnetic disk substrate 15 rotates and the magnetic head 17 moves on the surface of the magnetic disk substrate 15 in a non-contact state while writing or reading information on a predetermined position on the disk substrate. Is to do.
[0040]
The magnetic disk substrate 15 has an aluminum substrate, a glaze layer formed on the surface of ceramics such as alumina, and a magnetic film on the glaze layer, or a substrate that is entirely made of glass and has a magnetic film on the surface. May be used. Further, as other materials, titanium, silicon, YAG, carbon, and the like can be used, but it is preferable that the material is made of glass in terms of surface smoothness, high rigidity, and cost.
[0041]
According to the present invention, the spacer 11, the shim 10, and the clamp 12 are formed of the above-described conductive ceramics, so that the magnetic disk substrate 15 can be prevented from being charged, and noise during information writing or reading can be reduced. be able to.
[0042]
In addition, the surface of the spacer 11 is smooth. In particular, the surface roughness (Ra) of the contact surface 11a with the magnetic disk substrate 15 is 0.1 μm or less, particularly 0.07 μm or less, and further 0.06 μm or less. It is desirable that the parallelism of the contact surface 11a is 5 μm or less, so that the magnetic disk substrate 15 can be held with extremely high accuracy.
[0043]
In addition, since the spacer 11 is a dense body having a porosity of 0.1% or less, heat conduction can be increased and heat dissipation can be improved, and even when the spacer 11 is polished, polishing powder remains on the polished surface. Therefore, adverse effects on the magnetic disk can be prevented. Each edge portion of the spacer 11, the shim 10, and the clamp 12 is chamfered on the C surface or the R surface.
[0044]
Furthermore, according to the present invention, since the spacer 11, the shim 10, and the clamp 12 are made of a highly rigid member having a Young's modulus of 80 GPa or more, the spacer 11, the shim 10, and the clamp 12 can be held with high accuracy without being deformed during tightening.
[0045]
Further, when the magnetic disk substrate 15 made of glass having a thermal expansion coefficient of 4 × 10 ⁻⁶ / ° C. to 1 × 10 ⁻⁵ / ° C. is used, the magnetic disk substrate 15, the spacer 11, and the shim are also affected by a temperature rise due to high speed rotation. 10 and the clamp 12 can be made small in thermal expansion difference, so that the magnetic disk substrate 15 can be held with high accuracy. Therefore, the flying height of the magnetic head 17 with respect to the magnetic disk substrate 15 can be extremely reduced, and the information recording density can be increased.
[0046]
【Example】
(Example)
Crystallized glass powder having an average particle size of 3 μm or less shown below

In contrast, a conductivity imparting material having an average particle diameter of 2 μm and a filler powder having an average particle diameter of 2 μm shown in Tables 1 and 2 are mixed, and a predetermined amount of water or an organic solvent and a binder are added thereto for about 1 hour. Mixed. The mixed powder was press-molded into a predetermined shape with a molding pressure of 100 MPa, and then fired at a temperature shown in Tables 1 and 2 for 2 hours in an air atmosphere.
[0047]
About the obtained ceramics, specific gravity was measured by the Archimedes method. Moreover, while identifying the precipitated crystal phase from the X-ray diffraction chart, the ratio of the conductive crystal phase and the glass are measured by the Rietveld method using CeO ₂ as an internal standard sample, and the ratio to the glass raw material. The crystallinity of the glass was quantified. Furthermore, the surface roughness (Ra) on the surface of the ceramic surface was measured with a surface roughness meter.
[0048]
Further, the ceramic was ground to a dimension of diameter 60 mm × thickness 2 mm, and the volume resistivity was measured. Furthermore, the thermal expansion coefficient and Young's modulus at -50 to 85 ° C. were measured. In addition, about each measuring method, it measured based on JIS regulation. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0049]
(Comparative Example 1)
Ceramics were produced and evaluated in the same manner as in the examples except that the glasses A and B of the examples were replaced with the following glasses C and D. The results are shown in Table 2 (Sample Nos. 31 to 34).

(Comparative Example 2)
30% by weight of the conductivity-imparting material shown in Table 1 and a small amount of a known sintering aid component are added to the Al ₂ O ₃ powder, and then fired at 1700 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Al ₂ O ₃ ceramics were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 (Sample Nos. 35 and 36).
[0050]
[Table 1]

[0051]
[Table 2]

[0052]
As is apparent from Tables 1 and 2, Sample No. with a conductivity imparting material content of more than 80% by weight was used. In No. 8, the volume specific resistance value of the porcelain is lower than 10 ² Ω · cm, and the content of the conductivity imparting material is less than 20% by weight. In 1, 2, and 20, the volume resistivity of the porcelain could not be reduced to 10 ¹⁰ Ω · cm or less.
[0053]
Sample No. using a lithium-based glass was used. 31, 32, and Sample No. using glass not containing SrO. In 33 and 34, the surface roughness (Ra) became rougher than 0.1 μm.
[0054]
Sample No. consisting of alumina and titanium carbide or titanium nitride. In 35 and 36, the volume resistivity of the porcelain could not be 10 ² Ω · cm or more, and the surface roughness (Ra) exceeded 0.1 μm.
[0055]
On the other hand, sample no. ² to 7, ¹⁰ to 19, and 21 to 30, all have excellent properties such as a volume resistivity of 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm and a surface roughness (Ra) of 0.5 μm or less. It was found useful as a magnetic disk holding member.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the volume resistivity value of the glass ceramic can be controlled to a desired value, can be easily densified, and has a flat surface, so that high dimensional accuracy and wear resistance are obtained. Excellent magnetic disk holding member can be produced, and adverse effects due to static electricity can be prevented.
[0057]
In addition, the thermal expansion coefficient of ceramics can be controlled within a desired range and has a high Young's modulus. Therefore, when used as a structural member, particularly a magnetic disk holding member, it approximates the thermal expansion coefficient of a magnetic disk substrate. Even if the temperature becomes high during high-speed rotation, there is no inconvenience associated with the difference in thermal expansion, and static electricity charged on the magnetic disk substrate can be efficiently released.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a magnetic disk device using a magnetic disk holding member of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Shim 11: Spacer 12: Clamp 13: Rotating shaft 14: Hub 15: Magnetic disk substrate 17: Magnetic head 20: Magnetic disk device

Claims

The SiO ₂ 30 to 55 wt%, the _Al 2 _{O 3} 4 to 15 wt%, the MgO 14-35% by weight, relative to the glass containing 5 to 20 wt% 15 to 25 wt% and CaO of SrO, conductive Contains at least one selected from the group consisting of zinc oxide, iron oxide, tin oxide, niobium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, titanium carbide and titanium nitride in a proportion of 20 to 80% by weight as a surface-imparting material, and has a surface roughness. (Ra) is 0.1 μm or less, porosity is 0.1% or less, and the volume resistivity at −50 to 85 ° C. is 10 ² to 10 ¹⁰ Ω · cm.

Claim 1 Symbol placement of conductive ceramic crystallization rate of the glass is equal to or less than 50%.

The conductive ceramic according to claim 1 or 2, wherein the specific gravity is 5.0 g / cm ³ or less.

-50～85 thermal expansion coefficient at ° C. is ^{^{4 × 10 -6 ~1 × 10 -5}} / ℃, claims 1 to 3 of any description of the conductive ceramic, characterized in that Young's modulus is not less than 80 GPa.

Antistatic member characterized by comprising a conductive ceramic according to any one of claims 1 to 4.