JP4008997B2 - 半導電性セラミックス及びこれを用いた治工具、磁気ディスク基板用保持部材並びに磁気ディスク装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスヒ−タ−、セラミックスセンサ、抵抗用基板等に用いられる半導電性セラミックスに関し、特にこれを用いた静電気による過電流防止用治工具、磁気ディスク基板用保持部材、並びにこの保持部材を用いた磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にセラミックスは絶縁材であるが、これに半導電性を付与した半導電性セラミックスが用いられている。従来、半導電性セラミックスとして用いられる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があり、これらはセラミックスヒ−タ−やセラミックスセンサ−等に使用されている。
【０００３】
また、その他に構造部品材料用セラミックスに半導電性をもった金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を添加した半導電性セラミックスも開発されており、例えば、導電付与材としてＴｉＯ2 、ＴｉＣ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加して還元雰囲気下で焼成したアルミナ質やジルコニア質等の半導電性セラミックスが知られている（特開平２−２９５００９号、特開平１−２４３３８８号公報参照）。
【０００４】
一方、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、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−サ−１１とを交互に挿入し、最後にシム１０及びクランプ１２で押さえ付け、ネジ１６で締め付けることにより固定するようになっている。そして、上記固定軸１３の回転により磁気ディスク基板１５を回転させながら、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することにより、磁気ディスク基板１５の所定位置で情報の書き込みや読み取りを行っている。
【０００５】
近年、このような磁気ディスク装置５０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、その為、磁気ディスク基板１５の材質として表面強度及び平滑面化が極めて効果的に得られるガラスを用いることが提案されている。この場合、磁気ディスク基板１５を固定・保持するスペ−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、セラミックスやガラスで形成されたものがあった（特公平５−８０７４５号公報、特開昭６１−１４８６６７号公報）。
【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ことが近年知られてきた。その為、保持部材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】
しかし、このような保持部材では、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、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った。また、熱膨張差のために被覆した金属膜が剥がれる恐れもあり、剥がれてしまうと磁気ディスク基板１５に帯電する静電気を逃すことが出来なくなるといった課題もあった。
【０００８】
そこで、前述したアルミナ等に導電材を添加した半導電性セラミックスで保持部材を形成することによって、磁気ディスク基板１５の帯電を防止することが提案されている（特開平２−２２６５６６号公報）。
【０００９】
また、上記磁気記録装置や各種電子部品の製造工程や取扱工程において、さまざまなハンドリング治具やピンセット等の治工具が用いられている。この治工具は、優れた耐摩耗性、耐食性が必要であるとともに、上記部品に悪影響を及ぼさないように静電気を速やかに除去する必要があることから、前述したような半導電性セラミックスを用いることが検討されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した半導電性セラミックスは、いずれも安価に大量生産することができなかった。
【００１１】
例えば、上記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）を行う必要があることから生産性が悪くコストが高くなるという問題点があった。
【００１２】
また、ペロブスカイト系セラミックスについては、酸化雰囲気で焼成可能ではあるが、原料単価が高くなる問題点がある。しかも、ペロブスカイト系セラミックスは一般的に曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と低く、構造部品材料としては不向きであった。
【００１３】
さらに、導電付与材としてＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加したアルミナ質やジルコニア質の半導電性セラミックスでは、ホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）、或いは酸化雰囲気での焼成後、再度還元雰囲気での焼成を行わなければならないことから生産性が悪く、管理が困難であり、２度焼成を行う必要がある為コストが高くなるという問題点があった。
【００１４】
一方、静電気除去及び静電気による過電流防止用の治工具として半導電性セラミックスを使用する場合、一般的に１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの体積固有抵抗が要求されているが、導電付与材としてＴｉＯ2 やＴｉＣを添加したアルミナ質の半導電性セラミックスでは１０-2Ω・ｃｍしか得られず、酸化雰囲気焼成したアルミナ質セラミックスで所望の体積固有抵抗を得ることは難しいものであった。
【００１５】
また、上述した半導電性セラミックスから成る保持部材では、ガラス製の磁気ディスク基板との間に２〜５×１０-6／℃程度の熱膨張差があるため、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、より高密度で大容量化が要求されている磁気ディスク装置５０において、未だ充分満足のいくものが得られていなかった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導電性セラミックスは、ＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物を主体とし、導電付与材として酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）とともに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上を含んで成り、体積固有抵抗値が１０５〜１０７Ω・ｃｍの半導電性を有すると共に、熱膨張係数が１１×１０−６／℃以下であり、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ２以上の特性を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、主体をなすＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物とは、最終焼結体において主にＭｇ２ＳｉＯ４（フォルステライト）のことであり、他にＭｇＳｉＯ３（ステアタイト）を含んでも良い。通常、Ｍｇ２ＳｉＯ４のみから成るセラミックスは１５ｋｇ／ｍｍ２程度の曲げ強度を持った絶縁材料であるが、本件発明者はこのセラミックスに酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）とともに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上とを含有させることで半導電性が得られることを見出し、その体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとしたものである。
【００１８】
即ち、酸化鉄（Ｆｅ3 Ｏ4 ）は室温において１０-2Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有するものであり、これを含有することによって半導電性を付与する。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温においての抵抗値は期待出来ないものの粒界相を成すことで他の導電付与材の半導電性に寄与することができ、酸化ニオブ（ＮｂＯ、Ｎｂ2 Ｏ3 ）は室温において１０-1〜１０-2Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有し、酸化クロム（ＣｒＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 ）は１０-1〜１０7 Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有することから、上記酸化鉄に加えてこれらの成分を適宜調整して含有させることで１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの体積固有抵抗値をもった半導電性セラミックスとすることができる。なお、上記導電性付与材は、焼結体中で結晶粒界を形成する。
【００１９】
ところで、このような本発明の半導電性セラミックスを得るには、ＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物としてＭｇ２ＳｉＯ４やＭｇＳｉＯ３を用意すると共に、導電付与材として酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上を用意する。そして、上記Ｍｇ２ＳｉＯ４やＭｇＳｉＯ３から成る複合酸化物を４０〜９０重量％に対し、５〜５５重量％の酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）と残部が酸化亜鉛（ＺｎＯ）・酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）・酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）を５５〜５重量％の範囲で添加する。
【００２０】
ここで、ＭｇＯとＳｉＯ2 の複合酸化物の量を４０〜９０重量％としたのは、９０重量％を超えると半導電性付与材を添加した効果が乏しくなり体積固有抵抗値を１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの範囲にすることができないからであり、逆に４０重量％未満であると機械的強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と大幅に低下する為に構造部品材料として使用できないからである。
【００２１】
また、酸化鉄の含有量を５〜５５重量％としたのは、５重量％未満では体積固有抵抗を上記範囲とすることができず、５５重量％を超えると曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と大幅に低下するためである。
【００２２】
なお、上記導電性付与材に加えて、酸化錫、酸化銅、酸化コバルト等を含有することもできる。また、これらの成分以外に、不純物としてＡｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＴｉＯ2 等を０．１重量％以下の範囲で含有しても良い。
【００２３】
次に、添加混合した原料を型内に充填して所定形状に成形した後、大気雰囲気中にて１２００〜１３００℃の温度で１〜２時間程度の焼成を行うことにより本発明の半導電性セラミックスを得ることが出来る。
【００２４】
このように本発明の半導電性セラミックスは、大気雰囲気中での焼成が可能であり、特殊な工程を必要とせず、簡単な工程で容易に大量生産することができる。なお、本発明において焼成雰囲気は大気雰囲気に限らず、非酸化雰囲気や還元雰囲気であっても構わない。
【００２５】
以上のように、本発明の半導電性セラミックスを用いれば、帯電する静電気を速やかに除去することが出来る為、各種用途に使用することができる。
【００２６】
例えば、磁気記録装置や各種電子部品の製造工程や取扱工程において、用いられるハンドリング治具やピンセット等の治工具において、少なくとも各種部品との接触面を本発明の半導電性セラミックスで形成すれば、静電気を除去して悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００２７】
また、図１に示す磁気記録装置に組み込まれている複数枚の磁気ディスク基板を所定間隔に位置決め保持するスペ−サ−、シム、ハブ等の保持部材を本発明の半導電性セラミックスで形成すれば、磁気ディスク基板の静電気を速やかに除去することができ、しかもガラス製磁気ディスク基板との熱膨張差が小さいため、磁気ディスク基板に歪み等を与えることも防止できる。
【００２８】
さらに、本発明の半導電性セラミックスは、磁気テ−プの走行を支持する案内部材、自動車等の塗装に使用される電着塗装用ノズル等の静電気除去用部品として好適に使用することができる他、セラミックスヒ−タ−やセラミックスセンサ−或いは半導体・薄膜プロセスの抵抗評価用プロ−ブとしても用いることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３０】
実施例１
出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）をそれぞれ用意し、表１に示すように添加量を変化させた。それぞれの原料は水又は有機溶剤及び結合材を所定の容器内に投入し、約１時間混合してスプレ−ドライヤ−等でスラリ−を乾燥し、球形状の２次原料を作製した。次に、得られた２次原料を乾式プレスにて１．０ｔｏｎ／ｃｍ2 の成形圧で所定の形状に成形した後、大気雰囲気中にて１２００〜１３００℃の温度で約２時間焼成を行った。
【００３１】
そして、得られ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後、熱膨張係数と曲げ強度の測定を行った。なお、曲げ強度は、ＪＩＳの規定に基づく３点曲げ試験により測定するるが、ＪＩＳの規定と異なる寸法の試料で測定し、これを公知の方法にて換算することもできる。また、得られた結果により、体積固有抵抗値が１０5 〜１０7 Ω・ｃｍで、且つ熱膨張係数が１１×１０-6／℃以下であり、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を有するものを優れたものとした。
【００３２】
結果は表２に示す通りである。この結果より、Ｎｏ１、１１では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を１×１０6 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が９ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することができなかった。
【００３３】
又、試料Ｎｏ１０では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００３４】
これに対し、Ｎｏ２〜８は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の総含有量が３５〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
実施例２
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表３に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００３８】
結果は表４に示す通りである。この結果より、Ｎｏ２１、２６では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を５×１０5 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することが出来なかった。
【００３９】
又、試料Ｎｏ２７では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００４０】
これに対し、Ｎｏ２２〜２５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）の総含有量が１０〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】
実施例３
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表５に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００４４】
結果は表６に示す通りである。この結果より、Ｎｏ３１、３６では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を５×１０5 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することが出来なかった。
【００４５】
又、試料Ｎｏ３７では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００４６】
これに対し、Ｎｏ３２〜３５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が１０〜６０重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００４７】
【表５】
【００４８】
【表６】
【００４９】
実施例４
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表７に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００５０】
結果は表８に示す通りである。この結果より、試料Ｎｏ４１、４２では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）の複合材料は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００５１】
又、Ｎｏ４６、４７では酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を３×１０６Ω・ｃｍ以下と半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ２と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足することが出来なかった。
【００５２】
これに対し、Ｎｏ４３〜４５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が１５〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００５３】
【表７】
【００５４】
【表８】
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＭｇＯとＳｉＯ2 の複合酸化物を主体とし、酸化鉄と、酸化亜鉛・酸化ニオブ・酸化クロムの一種以上とを含み、体積固有抵抗が１０5 〜１０7 Ω・ｃｍ、熱膨張係数が１１×１０-6／℃以下、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 以上の半導電性セラミックスとすることによって、静電気を除去することができ、しかも製造が容易で大量生産を可能にすることができる。
【００５６】
また、上記半導電性セラミックスを用いて、各種治工具を形成すれば、静電気を除去して悪影響を防止することができる。
【００５７】
さらに、上記半導電性セラミックスを用いて、磁気ディスク基板用保持部材を形成すれば、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、又、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】一般的な磁気ディスク装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０：シム
１１：スペ−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
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスヒ−タ−、セラミックスセンサ、抵抗用基板等に用いられる半導電性セラミックスに関し、特にこれを用いた静電気による過電流防止用治工具、磁気ディスク基板用保持部材、並びにこの保持部材を用いた磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にセラミックスは絶縁材であるが、これに半導電性を付与した半導電性セラミックスが用いられている。従来、半導電性セラミックスとして用いられる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があり、これらはセラミックスヒ−タ−やセラミックスセンサ−等に使用されている。
【０００３】
また、その他に構造部品材料用セラミックスに半導電性をもった金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を添加した半導電性セラミックスも開発されており、例えば、導電付与材としてＴｉＯ2 、ＴｉＣ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加して還元雰囲気下で焼成したアルミナ質やジルコニア質等の半導電性セラミックスが知られている（特開平２−２９５００９号、特開平１−２４３３８８号公報参照）。
【０００４】
一方、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、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−サ−１１とを交互に挿入し、最後にシム１０及びクランプ１２で押さえ付け、ネジ１６で締め付けることにより固定するようになっている。そして、上記固定軸１３の回転により磁気ディスク基板１５を回転させながら、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することにより、磁気ディスク基板１５の所定位置で情報の書き込みや読み取りを行っている。
【０００５】
近年、このような磁気ディスク装置５０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、その為、磁気ディスク基板１５の材質として表面強度及び平滑面化が極めて効果的に得られるガラスを用いることが提案されている。この場合、磁気ディスク基板１５を固定・保持するスペ−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、セラミックスやガラスで形成されたものがあった（特公平５−８０７４５号公報、特開昭６１−１４８６６７号公報）。
【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ことが近年知られてきた。その為、保持部材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】
しかし、このような保持部材では、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、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った。また、熱膨張差のために被覆した金属膜が剥がれる恐れもあり、剥がれてしまうと磁気ディスク基板１５に帯電する静電気を逃すことが出来なくなるといった課題もあった。
【０００８】
そこで、前述したアルミナ等に導電材を添加した半導電性セラミックスで保持部材を形成することによって、磁気ディスク基板１５の帯電を防止することが提案されている（特開平２−２２６５６６号公報）。
【０００９】
また、上記磁気記録装置や各種電子部品の製造工程や取扱工程において、さまざまなハンドリング治具やピンセット等の治工具が用いられている。この治工具は、優れた耐摩耗性、耐食性が必要であるとともに、上記部品に悪影響を及ぼさないように静電気を速やかに除去する必要があることから、前述したような半導電性セラミックスを用いることが検討されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した半導電性セラミックスは、いずれも安価に大量生産することができなかった。
【００１１】
例えば、上記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）を行う必要があることから生産性が悪くコストが高くなるという問題点があった。
【００１２】
また、ペロブスカイト系セラミックスについては、酸化雰囲気で焼成可能ではあるが、原料単価が高くなる問題点がある。しかも、ペロブスカイト系セラミックスは一般的に曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と低く、構造部品材料としては不向きであった。
【００１３】
さらに、導電付与材としてＮｉＯ、ＣｏＯ等を添加したアルミナ質やジルコニア質の半導電性セラミックスでは、ホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）、或いは酸化雰囲気での焼成後、再度還元雰囲気での焼成を行わなければならないことから生産性が悪く、管理が困難であり、２度焼成を行う必要がある為コストが高くなるという問題点があった。
【００１４】
一方、静電気除去及び静電気による過電流防止用の治工具として半導電性セラミックスを使用する場合、一般的に１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの体積固有抵抗が要求されているが、導電付与材としてＴｉＯ2 やＴｉＣを添加したアルミナ質の半導電性セラミックスでは１０-2Ω・ｃｍしか得られず、酸化雰囲気焼成したアルミナ質セラミックスで所望の体積固有抵抗を得ることは難しいものであった。
【００１５】
また、上述した半導電性セラミックスから成る保持部材では、ガラス製の磁気ディスク基板との間に２〜５×１０-6／℃程度の熱膨張差があるため、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、より高密度で大容量化が要求されている磁気ディスク装置５０において、未だ充分満足のいくものが得られていなかった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導電性セラミックスは、ＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物を主体とし、導電付与材として酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）とともに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上を含んで成り、体積固有抵抗値が１０５〜１０７Ω・ｃｍの半導電性を有すると共に、熱膨張係数が１１×１０−６／℃以下であり、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ２以上の特性を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、主体をなすＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物とは、最終焼結体において主にＭｇ２ＳｉＯ４（フォルステライト）のことであり、他にＭｇＳｉＯ３（ステアタイト）を含んでも良い。通常、Ｍｇ２ＳｉＯ４のみから成るセラミックスは１５ｋｇ／ｍｍ２程度の曲げ強度を持った絶縁材料であるが、本件発明者はこのセラミックスに酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）とともに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上とを含有させることで半導電性が得られることを見出し、その体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとしたものである。
【００１８】
即ち、酸化鉄（Ｆｅ3 Ｏ4 ）は室温において１０-2Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有するものであり、これを含有することによって半導電性を付与する。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温においての抵抗値は期待出来ないものの粒界相を成すことで他の導電付与材の半導電性に寄与することができ、酸化ニオブ（ＮｂＯ、Ｎｂ2 Ｏ3 ）は室温において１０-1〜１０-2Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有し、酸化クロム（ＣｒＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 ）は１０-1〜１０7 Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有することから、上記酸化鉄に加えてこれらの成分を適宜調整して含有させることで１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの体積固有抵抗値をもった半導電性セラミックスとすることができる。なお、上記導電性付与材は、焼結体中で結晶粒界を形成する。
【００１９】
ところで、このような本発明の半導電性セラミックスを得るには、ＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物としてＭｇ２ＳｉＯ４やＭｇＳｉＯ３を用意すると共に、導電付与材として酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の一種以上を用意する。そして、上記Ｍｇ２ＳｉＯ４やＭｇＳｉＯ３から成る複合酸化物を４０〜９０重量％に対し、５〜５５重量％の酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）と残部が酸化亜鉛（ＺｎＯ）・酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５）・酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）を５５〜５重量％の範囲で添加する。
【００２０】
ここで、ＭｇＯとＳｉＯ2 の複合酸化物の量を４０〜９０重量％としたのは、９０重量％を超えると半導電性付与材を添加した効果が乏しくなり体積固有抵抗値を１０5 〜１０7 Ω・ｃｍの範囲にすることができないからであり、逆に４０重量％未満であると機械的強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と大幅に低下する為に構造部品材料として使用できないからである。
【００２１】
また、酸化鉄の含有量を５〜５５重量％としたのは、５重量％未満では体積固有抵抗を上記範囲とすることができず、５５重量％を超えると曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 未満と大幅に低下するためである。
【００２２】
なお、上記導電性付与材に加えて、酸化錫、酸化銅、酸化コバルト等を含有することもできる。また、これらの成分以外に、不純物としてＡｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＴｉＯ2 等を０．１重量％以下の範囲で含有しても良い。
【００２３】
次に、添加混合した原料を型内に充填して所定形状に成形した後、大気雰囲気中にて１２００〜１３００℃の温度で１〜２時間程度の焼成を行うことにより本発明の半導電性セラミックスを得ることが出来る。
【００２４】
このように本発明の半導電性セラミックスは、大気雰囲気中での焼成が可能であり、特殊な工程を必要とせず、簡単な工程で容易に大量生産することができる。なお、本発明において焼成雰囲気は大気雰囲気に限らず、非酸化雰囲気や還元雰囲気であっても構わない。
【００２５】
以上のように、本発明の半導電性セラミックスを用いれば、帯電する静電気を速やかに除去することが出来る為、各種用途に使用することができる。
【００２６】
例えば、磁気記録装置や各種電子部品の製造工程や取扱工程において、用いられるハンドリング治具やピンセット等の治工具において、少なくとも各種部品との接触面を本発明の半導電性セラミックスで形成すれば、静電気を除去して悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００２７】
また、図１に示す磁気記録装置に組み込まれている複数枚の磁気ディスク基板を所定間隔に位置決め保持するスペ−サ−、シム、ハブ等の保持部材を本発明の半導電性セラミックスで形成すれば、磁気ディスク基板の静電気を速やかに除去することができ、しかもガラス製磁気ディスク基板との熱膨張差が小さいため、磁気ディスク基板に歪み等を与えることも防止できる。
【００２８】
さらに、本発明の半導電性セラミックスは、磁気テ−プの走行を支持する案内部材、自動車等の塗装に使用される電着塗装用ノズル等の静電気除去用部品として好適に使用することができる他、セラミックスヒ−タ−やセラミックスセンサ−或いは半導体・薄膜プロセスの抵抗評価用プロ−ブとしても用いることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３０】
実施例１
出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）をそれぞれ用意し、表１に示すように添加量を変化させた。それぞれの原料は水又は有機溶剤及び結合材を所定の容器内に投入し、約１時間混合してスプレ−ドライヤ−等でスラリ−を乾燥し、球形状の２次原料を作製した。次に、得られた２次原料を乾式プレスにて１．０ｔｏｎ／ｃｍ2 の成形圧で所定の形状に成形した後、大気雰囲気中にて１２００〜１３００℃の温度で約２時間焼成を行った。
【００３１】
そして、得られ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後、熱膨張係数と曲げ強度の測定を行った。なお、曲げ強度は、ＪＩＳの規定に基づく３点曲げ試験により測定するるが、ＪＩＳの規定と異なる寸法の試料で測定し、これを公知の方法にて換算することもできる。また、得られた結果により、体積固有抵抗値が１０5 〜１０7 Ω・ｃｍで、且つ熱膨張係数が１１×１０-6／℃以下であり、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を有するものを優れたものとした。
【００３２】
結果は表２に示す通りである。この結果より、Ｎｏ１、１１では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を１×１０6 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が９ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することができなかった。
【００３３】
又、試料Ｎｏ１０では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００３４】
これに対し、Ｎｏ２〜８は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）の総含有量が３５〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００３５】
【表１】
【表２】
実施例２
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表３に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００３８】
結果は表４に示す通りである。この結果より、Ｎｏ２１、２６では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を５×１０5 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することが出来なかった。
【００３９】
又、試料Ｎｏ２７では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００４０】
これに対し、Ｎｏ２２〜２５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）の総含有量が１０〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００４１】
【表３】
【表４】
実施例３
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表５に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００４４】
結果は表６に示す通りである。この結果より、Ｎｏ３１、３６では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を５×１０5 Ω・ｃｍと半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ2 以上を満足することが出来なかった。
【００４５】
又、試料Ｎｏ３７では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）及び酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００４６】
これに対し、Ｎｏ３２〜３５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が１０〜６０重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００４７】
【表５】
【表６】
実施例４
次に、出発原料を成す複合酸化物としてフォルステライト（Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ）を、導電付与材として酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）をそれぞれ用意し、表７に示すように添加量を変化させた。その後、実施例１と同様にしてセラミックスを作成し、各種測定を行った。
【００５０】
結果は表８に示す通りである。この結果より、試料Ｎｏ４１、４２では酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）の複合材料は、曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ2 と構造部品材料として使用可能な曲げ強度を有していたものの、粒界相が連続していない為に、導電付与材による粒界相が形成されていない為に、体積固有抵抗値を１０7 Ω・ｃｍ以下とすることが出来なかった。
【００５１】
又、Ｎｏ４６、４７では酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が６０重量％である為に体積固有抵抗値を３×１０６Ω・ｃｍ以下と半導電性を得ることが出来たものの、その添加量が６０重量％以上である為に、曲げ強度が８ｋｇ／ｍｍ２と構造部品材料として必要な曲げ強度１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足することが出来なかった。
【００５２】
これに対し、Ｎｏ４３〜４５は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び／又は酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）の総含有量が１５〜５５重量％の範囲にあり、且つ粒界相が連続している為に体積固有抵抗値を１０５〜１０７Ω・ｃｍとすることが出来、又、曲げ強度も１０ｋｇ／ｍｍ２以上を満足する。
【００５３】
【表７】
【表８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＭｇＯとＳｉＯ2 の複合酸化物を主体とし、酸化鉄と、酸化亜鉛・酸化ニオブ・酸化クロムの一種以上とを含み、体積固有抵抗が１０5 〜１０7 Ω・ｃｍ、熱膨張係数が１１×１０-6／℃以下、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ2 以上の半導電性セラミックスとすることによって、静電気を除去することができ、しかも製造が容易で大量生産を可能にすることができる。
【００５６】
また、上記半導電性セラミックスを用いて、各種治工具を形成すれば、静電気を除去して悪影響を防止することができる。
【００５７】
さらに、上記半導電性セラミックスを用いて、磁気ディスク基板用保持部材を形成すれば、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、又、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】一般的な磁気ディスク装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０：シム
１１：スペ−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
Claims (5)
- ＭｇＯとＳｉＯ２の複合酸化物を４０〜９０重量％、酸化鉄を５〜５５重量％、導電性付与材である酸化亜鉛、酸化ニオブ及び酸化クロムの一種以上を５〜５５重量％含み、体積固有抵抗が１０５〜１０７Ω・ｃｍ、熱膨張係数が１１×１０−６／℃以下、曲げ強度が１０ｋｇ／ｍｍ２以上であることを特徴とする半導電性セラミックス。
- 前記導電性付与材は、酸化亜鉛、酸化ニオブまたは酸化クロムの何れか1種であることを特徴とする請求項１に記載の半導電性セラミックス。
- 磁気記録装置用部品や各種電子部品等の製造工程や取り扱い工程等で使用する治工具であって、請求項１または２に記載の半導電性セラミックスにより形成したことを特徴とする治工具。
- 磁気ディスク基板を所定位置に保持するための保持部材であって、請求項１または２に記載の半導電性セラミックスにより形成し、磁気ディスクとの接触面の平面度を３μｍ以下としたことを特徴とする磁気ディスク基板用保持部材。
- 請求項４に記載の保持部材を用いて、ガラス製の磁気ディスク基板を保持したことを特徴とする磁気ディスク装置。
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