JP4721486B2

JP4721486B2 - Low resistance ceramics, magnetic disk substrate holding member and magnetic disk apparatus using the same

Info

Publication number: JP4721486B2
Application number: JP2000054857A
Authority: JP
Inventors: 哲治早崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001240464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォルステライト及び／又はステアタイトと酸化亜鉛及び及び少量の酸化鉄とから成る低抵抗セラミックスと、これを用いた磁気ディスク基板用保持部材並びに磁気ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ、センサ、抵抗用基板、各種加工用治具などを構成する材質として、アルミナやジルコニアあるいは炭化珪素を主体とする低抵抗セラミックスが開発されているが、これらの低抵抗セラミックスを製造するにあたっては、緻密化するためにホットプレスや熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）あるいは還元雰囲気下で焼成しなければならず、量産には不向きであるとともに、安価に生産できないといった不都合があった。しかも、絶縁材料であるアルミナやジルコニアに半導電性を持たせるためには、ＴｉＯ₂、ＴｉＣ、ＮｉＯ等の導電性付与材を添加するのであるが、抵抗値がばらつき易く安定して生産することが難しいといった課題もあった。
【０００３】
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では、近年、情報の高密度化、大容量化に伴って、磁気ヘッドと磁気ディスク基板との距離をより一層小さくするとともに、磁気ディスク基板の高度な平面化と平滑化が求められており、この要求を少しでも満足させるため、磁気ディスク基板を、平滑面化が極めて効果的に得られるガラスにて形成するとともに、磁気ディスク基板を固定、保持するスペ−サ、シムあるいはクランプといった磁気ディスク基板用保持部材を、ガラスや導電性を持ったアルミナ等のセラミックスにより形成したものがあった（特開平６−１９８５３６号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、ガラスは絶縁材料であるため、磁気ディスク基板に帯電する静電気を逃がすことができず、導電性をもったアルミナ等のセラミックスはガラス製磁気ディスク基板との熱膨張差が大きいために、磁気ディスク基板を歪ませ、高度な平面化と平滑化を達成し難いといった課題があった。しかも、導電性をもったアルミナ等のセラミックスは前記したように量産には不向きであるとともに、抵抗値がばらつき易く安定した生産が難しく、安価に生産できないといった課題があった。
【０００５】
そこで、本件出願人は、ガラスとの熱膨張差が近似した絶縁材料であるフォルステライトやステアタイトに着目し、これらの絶縁材料を含有する低抵抗セラミックスを得るために種々研究を重ね、フォルステライトやステアタイトに対し、酸化鉄のみを含有した低抵抗セラミックスや、酸化鉄を５重量％以上含有し、これ以外に酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化クロムのうち１種以上を少量含有した低抵抗セラミックスを開発し、これらの低抵抗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るとともに、この保持部材を用いて磁気ディスク装置を構成することを先に提案している（特開平９−２７１７７号公報、特開平１１−１８９４６３号公報参照）。
この低抵抗セラミックスは大気雰囲気中で焼成することができ、量産化できるとともに、抵抗ばらつきが少ないといった利点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、フォルステライトやステアタイトに対して酸化鉄を５重量％以上含有した低抵抗セラミックスは、焼結体中における気孔が多く、曲げ強度、ヤング率、破壊靱性値（Ｋ_C）といった機械的特性はそれぞれ高くても曲げ強度で１３０ＭＰａ程度、ヤング率１３０ＧＰａ程度、破壊靱性値（Ｋ_C）１．６ＭＰａ√m程度とそれほど高いものでなかった。特に、酸化鉄以外に酸化ニオブや酸化クロムを含有したものでは、その含有量が増加するにつれて焼結体の緻密化が難しく、気孔が多くなるため、曲げ強度やヤング率がより一層小さくなる傾向にあった。
【０００７】
その為、これらの低抵抗セラミックスによりスペーサーやシムあるいはクランプといった磁気ディスク基板用保持部材を形成すると、曲げ強度や破壊靱性値（Ｋ_C）がそれ程高くないため、搬送時や組み立て時にぶつけたりすると、欠けが発生し、また所定形状に形成する研削加工時においても欠けが発生するため、不良品が発生し易く、また、上記低抵抗セラミックスからなる磁気ディスク基板用保持部材を磁気ディスク装置に組み込み、磁気ディスク基板とともに固定すると、その時の締め付けによって欠けや割れが発生することがあり、その破片等が磁気ディスク基板と磁気ヘッドとの隙間に噛み込むと、磁気ディスク基板や磁気ヘッドが破損するといった恐れもあった。
【０００８】
また、ヤング率もそれ程高くないため、磁気ディスク装置に組み込んで駆動させると、高速回転する遠心力によって磁気ディスク基板用保持部材が変形し、この保持部材の変形にならって磁気ディスク基板が変形する結果、この変形量が酷いと磁気ヘッドと衝突して記録・再生に支障をきたす恐れがあった。
【００１０】
本件発明は、ＭｇＯとＳｉＯ_２の複合酸化物を５〜１０重量％、亜鉛をＺｎＯ換算で８９〜９１重量％、鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で１〜４重量％の範囲で含有して成る焼結体であって、その固有抵抗値が８×１０ ^３以下であることを特徴とする低抵抗セラミックスを提供する。
【００１１】
また、本発明の低抵抗セラミックスは、その結晶構造が、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４の結晶と、ＭｇＳｉＯ_３の結晶と、ＺｎＯの結晶と、ＭｇFe_２Ｏ_４の結晶と、Ｆｅ_３Ｏ_４の結晶とを含むことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明は、上記低抵抗セラミックスを用いて磁気ディスク基板を保持する磁気ディスク基板用保持部材を形成するとともに、この磁気ディスク基板用保持部材を用いて少なくとも１枚のガラス製磁気ディスク基板を保持した磁気ディスク装置を構成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
本発明に係る低抵抗セラミックスは、ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物と、酸化亜鉛及び酸化鉄とから成る焼結体であって、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄及び／又はＭｇＳｉＯ₃とＺｎＯ、及びＭｇＦｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄のうち少なくとも一種以上の結晶を有し、曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ヤング率が１５０ＧＰａ以上、破壊靱性値（Ｋ_C）が１．６ＭＰａｍ^1/2以上であるとともに、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ未満の半導電性又は導電性を有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物とは、最終焼結体中においてＭｇ₂ＳｉＯ₄（フォルステライト）及び／又はＭｇＳｉＯ₃（ステアタイト）を形成するもので、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄（フォルステライト）又はＭｇＳｉＯ₃（ステアタイト）のみからなるセラミックスは、曲げ強度が１３０〜１４８ＭＰａ、ヤング率１３５〜１４７ＧＰａ、熱膨張係数（２０〜４００℃）８〜１１×１０^-6／℃である絶縁性のセラミックスであるが、本件発明者は、このセラミックスに導電性付与材として酸化鉄を０．１〜５重量％の範囲で含有させるとともに、他の導電性付与材として酸化亜鉛を２０〜８９重量％の範囲で含有させることにより、半導電性又は導電性を有すると共に、焼結体の緻密化を促進させ、機械的特性を高めることができることを見出し、本発明に至った。
【００１６】
即ち、ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物に酸化鉄のみを含有させても半導電性又は導電性を付与することができるが、酸化鉄のみを含有させただけでは焼結体中に気孔が残り易く緻密化が難しい。そこで、本件発明者は種々研究を重ね、他の導電性付与材について検討したところ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含有させても半導電性又は導電性が得られると共に、ある特定の範囲で含有させることにより、焼結体を緻密化できることを知見した。
【００１７】
そして、実験を重ねたところ、鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．１〜５重量％の範囲で含有させるとともに、亜鉛をＺｎＯ換算で２０〜８９重量％の範囲で含有させることにより、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄及び／又はＭｇＳｉＯ₃とＺｎＯ、及びＭｇＦｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄のうち少なくとも一種以上の結晶を有する焼結体とすることができ、体積固有抵抗値を１０⁹Ω・ｃｍ未満にまで下げることができるとともに、機械的特性を曲げ強度１５０ＭＰａ以上、ヤング率１５０ＧＰａ以上、破壊靱性値（Ｋ_C）１．６ＭＰａｍ^1/2以上にまで向上させることができることを見出したのである。
【００１８】
ここで、鉄の含有量をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．１〜５重量％、亜鉛の含有量をＺｎＯ換算で２０〜８９重量％としたのは、鉄の含有量が０．１重量％未満では、体積固有抵抗値を１０⁹Ω・ｃｍ以下とすることができず、逆に５重量％より多くなると、焼結体中の気孔が多くなり、曲げ強度、ヤング率、破壊靱性値等の機械的特性が低下するからである。また、亜鉛の含有量が２０重量％未満であると、導電性付与材の合計含有量が少ないため、体積固有抵抗値を１０⁹Ω・ｃｍ以下とすることができず、また焼結体中に亜鉛の酸化物が少ないことからプルアウト効果等によるクラック進展を防ぐことができず、更に焼結体中の気孔を小さくする効果が小さいため、曲げ強度、ヤング率、破壊靱性値等の機械的特性を向上させることができないからであり、逆に亜鉛の含有量が多くなりすぎると、曲げ強度が１５０ＭＰａ未満、ヤング率が１５０ＭＰａ未満となるとともに、比重が重くなり、特に９０重量％を超えると比重が５．５以上とかなり重くなるからである。なお、好ましい亜鉛の含有量としては、３０〜６０重量％の範囲で含有することが良く、この範囲で含有することにより曲げ強度及びヤング率を更に向上させることができる。
【００１９】
なお、残部は実質的にＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物、特にフォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）及び／又はステアタイト（ＭｇＳｉＯ₃）からなるが、不純物としてＡｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＴｉＯ₂等を合計で１重量％以下の範囲であれば含んでいても構わない。
【００２０】
ところで、このような低抵抗セラミックスを得るには、まず複合酸化物成分として、ＭｇＯの粉体とＳｉＯ₂の粉体を用意するか、あるいはタルク、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄粉体、ＭｇＳｉＯ₃粉体を用意すると共に、導電性付与材として酸化亜鉛と酸化鉄の粉体を用意する。そして、上記複合酸化物成分に対し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２０〜８９重量％と酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を０．１〜５重量％の範囲で添加した混合原料を型内に充填して所定形状に成形したあと、大気雰囲気中にて１２００〜１４００℃の温度で１〜２時間程度焼成することにより本発明の低抵抗セラミックスを得ることができる。
【００２１】
このように、本発明の低抵抗セラミックスもまた本件発明者が先に提案した酸化鉄等を含有させたフォルステライトやステアタイトと同様に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。ただし、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。
【００２２】
次に、本発明の低抵抗セラミックスを用いた磁気ディスク基板用保持部材について説明する。
図１（ａ）は本発明の磁気ディスク基板用保持部材の一例であるスペーサー（シムも含む）を示す斜視図、図１(ｂ)は図１(ａ)のＸ−Ｘ線断面図で、リング状体をなし、その上下面を磁気ディスク基板との当接面２１ａとしたもので、それぞれ平坦度３μｍ以下、中心線表面粗さ（Ｒａ）２．０μｍ以下の平滑面としてあり、上下の当接面２１ａの平行度を５μｍ以下に仕上げてある。なお、２１ｂは内外のエッジに形成したＣ面状の面取部で、欠けや割れを防止するようになっている。
【００２３】
そして、前記リング状体を、ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物を１０〜７９重量％、亜鉛をＺｎＯ換算で２０〜８９重量％、鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．１〜５重量％の範囲で含有した焼結体であって、その結晶構造が、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄及び／又はＭｇＳｉＯ₃とＺｎＯ、及びＭｇＦｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄のうち少なくとも一種以上の結晶からなり、焼結体の曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ヤング率が１５０ＧＰａ以上、破壊靱性値（Ｋ_C）が１．６ＭＰａｍ^1/2以上である低抵抗セラミックスにより形成してある。
【００２４】
さらに、図１のスペーサー２１を用いて複数枚のガラス製磁気ディスク基板を保持した磁気ディスク装置を図２に説明する。
この磁気ディスク装置は、回転軸１３に結合され、ハブ１４に形成されたフランジ部１４ａに複数枚のガラス製磁気ディスク基板１５と図１（ａ）（ｂ）に示すスペーサー２１とを交互に挿入し、最上部の磁気ディスク基板１５をシム１２及びクランプ１１で押さえ付け、ネジ１６で締め付けることで、複数枚のガラス製磁気ディスク基板１５を所定間隔に保持してある。そして、回転軸１３によってハブ１４及び磁気ディスク基板１５を回転させながら、磁気ディスク基板１５の表面上を微小距離隔てて磁気ヘッド１７を移動させることにより、磁気ディスク基板１５の所定位置に情報の書き込みや読みとりを行うようになっている。
【００２５】
そして、本発明によれば、スペーサー２１を前述したフォルステライトやステアタイトを含む低抵抗セラミックスにより形成してあるため、ガラス製磁気ディスク基板との熱膨張差を近似させることができ、磁気ディスク基板１５を歪ませることなく高精度に保持することができるため、磁気ヘッド１７の浮上量を極小化することができ、情報の高密度記録を実現することができるとともに、半導電性又は導電性を有することから、磁気ディスク基板１５に帯電する静電気を逃すことができ、記録内容が破壊されることを防止できる。また、ヤング率が１５０ＧＰａ以上を有することから、磁気ディスク基板１５とともに高速回転させても遠心力による変形が少ないため、駆動中おける磁気ヘッド１７との微小な間隔を保つことができる。
【００２６】
さらに、破壊靱性値（Ｋ_C）が１．６ＭＰａｍ^1/2以上を有することから、ネジ１６にて締め付けて固定する際にリング状をしたスペーサー２１のエッジ部に欠けが発生することを防止し、欠けた破片が磁気ヘッド１７との微小な隙間に噛み込んで磁気ヘッド１７や磁気ディスク基板１５が破壊されることを防ぐことができるとともに、曲げ強度も１５０ＭＰａ以上を有することから、スペーサー２１の製造時における研削加工時に欠けや割れ等が発生することを防止することができる。
【００２７】
なお、図２の磁気ディスク装置では、最上部の磁気ディスク基板１５とクランプ１１との間に、シム１２を介して保持するようにした例を示したが、この他にシム１２を介在させず、クランプ１１にて最上部の磁気ディスク基板１５を直接押さえつけるようにしても良く、また、ハブ１４のフランジ部１４ａと最下部の磁気ディスク基板１５との間に介在するスペーサー２１を取り除き、フランジ部１４ａと磁気ディスク基板１５とを直接当接させるようにしても良い。さらにスペーサー２１以外のシム１２やクランプ１１を本発明の低抵抗セラミックスにより形成しても良いことは言うまでもない。
【００２８】
以上、本実施形態では、本発明の低抵抗セラミックスを磁気ディスク基板用保持部材及び磁気ディスク装置に用いた例を示したが、この他に静電気除去が要求されるハンドリングアームやピンセット等の治工具等にも好適に用いることができる。
【００２９】
【実施例】
複合酸化物成分としてＭｇＯの粉体とＳｉＯ₂の粉体を、導電付与材として酸化亜鉛（ＺｎＯ）と酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）をそれぞれ用意し、これらの原料に有機溶剤及び結合剤を添加して容器内に投入し、約１時間混合したあとスプレ−ドライヤ−にて乾燥させて二次原料を作製し、得られた二次原料を乾式プレスにて１．０ｔｏｎ／ｃｍ²の成形圧で所定形状に成形したあと、大気雰囲気中にて１２００〜１４００℃の温度で約２時間焼成し、表１に示すような組成を有するセラミックスを得た。そして、得られたセラミックスをＪＩＳ規定に基づいて試料の大きさに切り出し、比重、体積固有抵抗値、熱膨張係数、気孔率、破壊靱性値、ヤング率、曲げ強度、及び焼結体の結晶構造をそれぞれ測定した。なお、比重、気孔率、体積固有抵抗値はＪＩＳＣ２１４１、破壊靱性値はＪＩＳＲ１６０７、熱膨張係数はＪＩＳＲ１６１８、曲げ強度はＪＩＳＲ１６０１、ヤング率はＪＩＳＲ１６０２の規定に基づいてそれぞれ測定した。また、焼結体中の結晶構造については、Ｘ線回折にて確認した。
【００３０】
結果は表１及び表２に示す通りである。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
この結果、試料Ｎｏ．１は、亜鉛の含有量が９１重量％と、８９重量％を超えているため、曲げ強度及びヤング率が１５０ＭＰａ未満と小さく、また比重も５．５とかなり大きくなってしまった。また、試料Ｎｏ．３，４，５は鉄の含有量が５重量％より多いため、焼結体中を緻密化することができず、曲げ強度１５０ＭＰａ未満、ヤング率１５０ＧＰａ未満と機械的強度が低かった。さらに試料Ｎｏ．８では亜鉛の含有量が２０重量％未満であるため、体積固有抵抗値が１０¹⁰Ω・ｃｍとなり、１０⁹Ω・ｃｍ以下とすることができなかった。
【００３４】
これに対し、試料Ｎｏ．２，６，７は、亜鉛の含有量が２０〜８９重量％、鉄の含有量が１〜５重量％の範囲にあるため、体積固有抵抗値を１０⁹Ω・ｃｍ以下とすることができ、半導電性又は導電性を付与することができるとともに、破壊靱性値（Ｋ_C）を１．６ＭＰａｍ^1/2以上、曲げ強度を１５０ＭＰａ以上、ヤング率を１５０ＧＰａ以上とすることができ、優れた機械的強度を得ることができた。
【００３５】
また、これらの焼結体の結晶構造について確認したところ、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、ＭｇＳｉＯ_３、ＺｎＯ、ＭｇFe_２Ｏ_４、Ｆｅ_３Ｏ_４の結晶を有し、また焼結体の比重も５．５未満に抑えることもできた。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の低抵抗セラミックスによれば、ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合酸化物を１０〜７９重量％、亜鉛をＺｎＯ換算で２０〜８９重量％、鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で０．１〜５重量％の範囲で含有した焼結体であって、その結晶構造が、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄及び／又はＭｇＳｉＯ₃とＺｎＯ、及びＭｇＦｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄のうち少なくとも一種以上の結晶からなることから、その体積固有抵抗値を１０⁹Ω・ｃｍ以下と半導電性又は導電性を付与することができるとともに、その曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ヤング率が１５０ＧＰａ以上、破壊靱性値（Ｋ_C）が１．６ＭＰａｍ^1/2以上と、優れた機械的特性を得ることができる。しかも、抵抗値のバラツキが少なく製造が容易で大量生産が可能である。
【００３７】
また、この低抵抗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し、ガラス製磁気ディスク基板を保持した磁気ディスク装置を構成すれば、ガラス製磁気ディスク基板に帯電した静電気を逃がし、記録内容が破壊されることを防止できるとともに、ガラス製磁気ディスク基板との熱膨張差を少なくでき、ガラス製磁気ディスク基板の歪みや平行度のずれ等を極めて小さくできるため、磁気ヘッドの浮上量を極小化でき、高密度記録を実現することができる。
【００３８】
また、ヤング率が１５０ＧＰａ以上を有することから、磁気ディスク基板とともに高速回転させても遠心力による変形が少ないため、駆動中おける磁気ヘッドとの微小な間隔を保つことができ、破壊靱性値（Ｋ_C）が１．６ＭＰａｍ^1/2以上を有することから、ネジにて締め付けて固定する際に保持部材が欠けたり割れたりすることを防止することができ、更に曲げ強度が１５０ＭＰａ以上を有することから、保持部材の製造工程における研削加工時に欠けや割れが発生することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る磁気ディスク基板用保持部材の一例であるスペ−サ−を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面である。
【図２】本発明に係る磁気ディスク装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１：クランプ１２：シム１３：回転軸１４：ハブ１４ａ：フランジ部
１５：ガラス製磁気ディスク基板１６：ネジ１７：磁気ヘッド
２１：スペ−サ− ２１ａ：当接面２１ｂ：Ｃ面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-resistance ceramic made of forsterite and / or steatite, zinc oxide, and a small amount of iron oxide, a magnetic disk substrate holding member and a magnetic disk device using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, low resistance ceramics mainly composed of alumina, zirconia, or silicon carbide have been developed as materials constituting heaters, sensors, resistance substrates, various processing jigs, etc., and these low resistance ceramics are manufactured. In order to make it dense, it has to be fired in a hot press, a hot isostatic press (HIP) or a reducing atmosphere, which is not suitable for mass production and cannot be produced at low cost. Moreover, in order to give semi-conductivity to alumina or zirconia, which is an insulating material, a conductivity-imparting material such as TiO ₂ , TiC, or NiO is added. There was also a problem that was difficult.
[0003]
On the other hand, in a magnetic disk device used as an external recording device of a computer or the like, the distance between a magnetic head and a magnetic disk substrate has been further reduced as information density and capacity have increased in recent years. In order to satisfy this requirement even a little, it is necessary to form a magnetic disk substrate with glass from which smoothing can be obtained extremely effectively, and to form a magnetic disk substrate. There has been a magnetic disk substrate holding member such as a spacer, shim or clamp for fixing and holding formed of ceramics such as glass or conductive alumina (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-198536).
[0004]
However, since glass is an insulating material, static electricity charged to the magnetic disk substrate cannot be released, and ceramics such as conductive alumina have a large difference in thermal expansion from the glass magnetic disk substrate. There was a problem that the disk substrate was distorted and it was difficult to achieve high leveling and smoothing. In addition, as described above, ceramics such as alumina having electrical conductivity are not suitable for mass production, and there are problems that resistance values tend to vary and stable production is difficult, and production is not possible at low cost.
[0005]
Therefore, the present applicant paid attention to forsterite and steatite, which are insulating materials whose thermal expansion difference is close to that of glass, and conducted various studies to obtain low resistance ceramics containing these insulating materials. Low resistance ceramics containing only iron oxide and low resistance ceramics containing 5% by weight or more of iron oxide and a small amount of one or more of zinc oxide, niobium oxide, and chromium oxide. And a magnetic disk substrate holding member is formed using these low resistance ceramics, and a magnetic disk device is proposed using this holding member (Japanese Patent Laid-Open No. 9-27177). Gazette, JP-A-11-189463).
This low-resistance ceramic can be fired in the air atmosphere and can be mass-produced, and has the advantage that resistance variation is small.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, low resistance ceramics containing 5% by weight or more of iron oxide with respect to forsterite and steatite have many pores in the sintered body, and mechanical properties such as bending strength, Young's modulus, and fracture toughness value (K _C ). Each of them had a bending strength of about 130 MPa, a Young's modulus of about 130 GPa, and a fracture toughness value (K _C ) of about 1.6 MPa√m. In particular, in the case of containing niobium oxide or chromium oxide in addition to iron oxide, the densification of the sintered body becomes difficult and the number of pores increases as the content increases, and the bending strength and Young's modulus tend to be further reduced. It was in.
[0007]
Therefore, when a magnetic disk substrate holding member such as a spacer, shim or clamp is formed with these low resistance ceramics, the bending strength and fracture toughness value (K _C ) are not so high. Chipping occurs, and chipping also occurs during grinding processing to form a predetermined shape, so that defective products are likely to occur, and the magnetic disk substrate holding member made of the low resistance ceramic is incorporated in the magnetic disk device, If it is fixed together with the magnetic disk substrate, chipping or cracking may occur due to the tightening at that time, and if the debris bites into the gap between the magnetic disk substrate and the magnetic head, the magnetic disk substrate or the magnetic head may be damaged. There was also.
[0008]
Further, since the Young's modulus is not so high, when the magnetic disk substrate is incorporated and driven, the magnetic disk substrate holding member is deformed by the centrifugal force rotating at high speed, and the magnetic disk substrate is deformed following the deformation of the holding member. As a result, if the amount of deformation is severe, the magnetic head may collide and recording / reproduction may be hindered.
[0010]
The present invention comprises 5 to 10 % by weight of MgO and SiO ₂ composite oxide, 89 to 91 % by weight of zinc in terms of ZnO, and 1 to 4 % by weight of iron in terms of Fe ₂ O _3. Provided is a low-resistance ceramic , which is a sintered body and has a specific resistance value of 8 × 10 ³ or less .
[0011]
Further, the low resistance ceramic of the present invention has the following crystal structure: Mg ₂ SiO ₄ crystal, MgSiO ₃ crystal, ZnO crystal, MgFe ₂ O ₄ crystal, and Fe ₃ O ₄ crystal. It is characterized by including .
[0012]
Furthermore, the present invention forms a magnetic disk substrate holding member for holding a magnetic disk substrate using the low resistance ceramics, and at least one glass magnetic disk substrate is formed using the magnetic disk substrate holding member. The held magnetic disk device is configured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0014]
The low resistance ceramic according to the present invention is a sintered body composed of a composite oxide of MgO and SiO ₂ , zinc oxide and iron oxide, and includes Mg ₂ SiO ₄ and / or MgSiO ₃ and ZnO, and MgFe ₂ O. ₃ and Fe ₃ O ₄ having at least one crystal, bending strength of 150 MPa or more, Young's modulus of 150 GPa or more, fracture toughness value (K _C ) of 1.6 MPam ^1/2 or more, and volume-specific It has a semiconductivity or conductivity with a resistance value of less than 10 ⁹ Ω · cm.
[0015]
Here, MgO and a composite oxide of SiO _{_2,} Mg ₂ SiO ₄ (forsterite) in the final sintered body and / or MgSiO ₃ forms a (steatite), Mg ₂ SiO ₄ (forsterite ) Or ceramics made only of MgSiO ₃ (steatite) is an insulating material having a bending strength of 130 to 148 MPa, a Young's modulus of 135 to 147 GPa, and a thermal expansion coefficient (20 to 400 ° C.) of 8 to 11 × 10 ⁻⁶ / ° C. Although it is ceramics, this inventor makes this ceramic contain iron oxide in the range of 0.1 to 5% by weight as a conductivity imparting material, and 20 to 89% by weight of zinc oxide as another conductivity imparting material. By containing in the range of the above, it has semiconductivity or conductivity, and can promote densification of the sintered body and enhance mechanical properties. Heading, we have completed the present invention.
[0016]
That is, even if only the iron oxide is included in the composite oxide of MgO and SiO ₂ , semiconductivity or conductivity can be imparted, but if only the iron oxide is included, pores remain in the sintered body. Easy to densify. Therefore, the present inventor has conducted various studies and studied other conductivity imparting materials. As a result, even if zinc oxide (ZnO) is contained, semiconductivity or conductivity can be obtained, and it can be contained in a specific range. Thus, it was found that the sintered body can be densified.
[0017]
Then, was repeated experiments, the iron with a content within a range of 0.1 to 5 wt% calculated as Fe ₂ O _3, zinc by containing in the range of 20 to 89 wt% in terms of ZnO, Mg ₂ A sintered body having at least one crystal of SiO ₄ and / or MgSiO ₃ and ZnO, and MgFe ₂ O ₃ and Fe ₃ O ₄ can be obtained, and the volume resistivity is less than 10 ⁹ Ω · cm. It has been found that the mechanical properties can be improved to a bending strength of 150 MPa or more, a Young's modulus of 150 GPa or more, and a fracture toughness value (K _C ) of 1.6 MPam ^1/2 or more.
[0018]
Here, the iron content was 0.1 to 5% by weight in terms of Fe ₂ O ₃ and the zinc content was 20 to 89% by weight in terms of ZnO because the iron content was 0.1% by weight. If it is less than 10% Ω · cm, the volume resistivity cannot be less than 10 ⁹ Ω · cm. Conversely, if it exceeds 5% by weight, pores in the sintered body increase, bending strength, Young's modulus, fracture toughness, etc. This is because the mechanical properties of the resin deteriorate. If the zinc content is less than 20% by weight, the total content of the conductivity-imparting material is small, so that the volume resistivity cannot be made 10 ⁹ Ω · cm or less, and the sintered body contains Since there are few oxides of zinc, crack growth due to pull-out effect, etc. cannot be prevented, and since the effect of reducing pores in the sintered body is small, mechanical strength such as bending strength, Young's modulus, fracture toughness value, etc. This is because the properties cannot be improved. Conversely, if the zinc content is too high, the bending strength will be less than 150 MPa, the Young's modulus will be less than 150 MPa, the specific gravity will be heavy, and particularly if it exceeds 90% by weight. This is because the specific gravity becomes considerably heavy as 5.5 or more. In addition, as content of preferable zinc, it is good to contain in the range of 30 to 60 weight%, and bending strength and a Young's modulus can further be improved by containing in this range.
[0019]
The balance is substantially composed of a composite oxide of MgO and SiO ₂ , particularly forsterite (Mg ₂ SiO ₄ ) and / or steatite (MgSiO ₃ ), but impurities such as Al ₂ O ₃ , CaO, TiO _2, etc. May be included as long as the total amount is 1% by weight or less.
[0020]
By the way, in order to obtain such a low-resistance ceramic, first, MgO powder and SiO ₂ powder are prepared as composite oxide components, or talc, Mg ₂ SiO ₄ powder, and MgSiO ₃ powder are prepared. In addition to preparation, zinc oxide and iron oxide powders are prepared as conductivity imparting materials. Then, filling to the composite oxide component, mixed material added in a range of iron oxide and 20 to 89 wt% of zinc oxide (ZnO) a (Fe ₂ O ₃₎ 0.1~5% by weight into the mold Then, after forming into a predetermined shape, the low resistance ceramic of the present invention can be obtained by firing for about 1 to 2 hours at a temperature of 1200 to 1400 ° C. in an air atmosphere.
[0021]
As described above, the low resistance ceramic of the present invention can also be fired in the air atmosphere in the same manner as forsterite and steatite containing iron oxide etc. previously proposed by the present inventor. It is not necessary and can be easily mass-produced with a simple process. However, the firing atmosphere is not limited to the air atmosphere, and may be a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere.
[0022]
Next, a magnetic disk substrate holding member using the low resistance ceramic of the present invention will be described.
FIG. 1A is a perspective view showing a spacer (including a shim) as an example of a magnetic disk substrate holding member of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. A ring-shaped body having upper and lower surfaces as contact surfaces 21a with a magnetic disk substrate, each having a flatness of 3 μm or less and a centerline surface roughness (Ra) of 2.0 μm or less, The parallelism of the contact surface 21a is finished to 5 μm or less. Reference numeral 21b denotes a C-shaped chamfer formed on the inner and outer edges, which prevents chipping and cracking.
[0023]
The ring-shaped body is composed of 10 to 79% by weight of a composite oxide of MgO and SiO ₂ , ₂₀ to 89% by weight of zinc in terms of ZnO, and 0.1 to 5% by weight of iron in terms of Fe ₂ O ₃ . The sintered body contained in a range, the crystal structure of which consists of Mg ₂ SiO ₄ and / or MgSiO ₃ and ZnO, and MgFe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ at least one crystal, sintered The body is formed of a low resistance ceramic having a bending strength of 150 MPa or more, a Young's modulus of 150 GPa or more, and a fracture toughness value (K _C ) of 1.6 MPam ^1/2 or more.
[0024]
Further, a magnetic disk device holding a plurality of glass magnetic disk substrates using the spacer 21 of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In this magnetic disk apparatus, a plurality of glass magnetic disk substrates 15 and spacers 21 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are alternately inserted into a flange portion 14a formed on a hub 14 and coupled to a rotating shaft 13. The uppermost magnetic disk substrate 15 is pressed by the shim 12 and the clamp 11 and tightened with the screws 16 to hold the plurality of glass magnetic disk substrates 15 at a predetermined interval. Then, while rotating the hub 14 and the magnetic disk substrate 15 by the rotating shaft 13, the magnetic head 17 is moved at a minute distance on the surface of the magnetic disk substrate 15, thereby writing information at a predetermined position on the magnetic disk substrate 15. And reading.
[0025]
According to the present invention, since the spacer 21 is formed of the above-described low resistance ceramics including forsterite and steatite, the thermal expansion difference from the glass magnetic disk substrate can be approximated, and the magnetic disk substrate 15 can be held with high accuracy without distortion, the flying height of the magnetic head 17 can be minimized, high-density recording of information can be realized, and semi-conductivity or conductivity can be achieved. Therefore, static electricity charged on the magnetic disk substrate 15 can be released, and the recorded contents can be prevented from being destroyed. Further, since the Young's modulus is 150 GPa or more, even if the magnetic disk substrate 15 is rotated at a high speed, the deformation due to the centrifugal force is small, so that a minute distance from the magnetic head 17 during driving can be maintained.
[0026]
Furthermore, since the fracture toughness value (K _C ) is 1.6 MPam ^1/2 or more, it is possible to prevent the edge portion of the ring-shaped spacer 21 from being chipped when tightened and fixed with the screw 16. In addition, it is possible to prevent the chipped pieces from being caught in a minute gap between the magnetic head 17 and the magnetic head 17 or the magnetic disk substrate 15 to be broken, and the bending strength is 150 MPa or more. It is possible to prevent the occurrence of chipping or cracking during grinding during manufacturing.
[0027]
In the magnetic disk apparatus shown in FIG. 2, an example in which the uppermost magnetic disk substrate 15 and the clamp 11 are held via the shim 12 is shown, but the shim 12 is not interposed. The uppermost magnetic disk substrate 15 may be directly pressed by the clamp 11, or the spacer 21 interposed between the flange portion 14a of the hub 14 and the lowermost magnetic disk substrate 15 is removed to remove the flange portion. 14a and the magnetic disk substrate 15 may be brought into direct contact with each other. Furthermore, it goes without saying that the shims 12 and the clamps 11 other than the spacers 21 may be formed of the low resistance ceramic of the present invention.
[0028]
As described above, in the present embodiment, an example in which the low resistance ceramic of the present invention is used for a magnetic disk substrate holding member and a magnetic disk device has been shown. However, other tools such as handling arms and tweezers that require static electricity removal are shown. Etc. can also be suitably used.
[0029]
【Example】
MgO powder and SiO ₂ powder are prepared as composite oxide components, and zinc oxide (ZnO) and iron oxide (Fe ₂ O ₃ ) are prepared as conductivity imparting materials. An organic solvent and a binder are added to these raw materials. Add to the container, mix for about 1 hour, and dry with a spray dryer to produce a secondary material. The resulting secondary material is molded to 1.0 ton / cm ² with a dry press. After being molded into a predetermined shape by pressure, it was fired in an air atmosphere at a temperature of 1200 to 1400 ° C. for about 2 hours to obtain a ceramic having the composition shown in Table 1. Then, the obtained ceramic is cut into a sample size based on JIS regulations, specific gravity, volume resistivity, thermal expansion coefficient, porosity, fracture toughness value, Young's modulus, bending strength, and crystal structure of the sintered body Was measured respectively. The specific gravity, porosity, volume resistivity value is JIS C 2141, fracture toughness value is JIS R 1607, thermal expansion coefficient is JIS R 1618, bending strength is JIS R 1601, and Young's modulus is based on JIS R 1602. Each was measured. The crystal structure in the sintered body was confirmed by X-ray diffraction.
[0030]
The results are as shown in Tables 1 and 2.
[0031]
[Table 1]

[0032]
[Table 2]

[0033]
As a result, sample no. No. 1 had a zinc content of 91% by weight and exceeding 89% by weight, so the bending strength and Young's modulus were as small as less than 150 MPa and the specific gravity was quite large at 5.5. Sample No. Since 3, 4 and 5 had an iron content greater than 5% by weight, the sintered body could not be densified, and the mechanical strength was low, with a bending strength of less than 150 MPa and a Young's modulus of less than 150 GPa. Furthermore, sample no. In No. 8, since the zinc content was less than 20% by weight, the volume resistivity value was 10 ¹⁰ Ω · cm, and could not be 10 ⁹ Ω · cm or less.
[0034]
In contrast, sample no. 2, 6, and 7 have a zinc content of 20 to 89% by weight and an iron content of 1 to 5% by weight, so that the volume resistivity can be 10 ⁹ Ω · cm or less. In addition to imparting semiconductivity or conductivity, the fracture toughness value (K _C ) can be 1.6 MPam ^1/2 or more, the bending strength can be 150 MPa or more, and the Young's modulus can be 150 GPa or more. Mechanical strength could be obtained.
[0035]
Further, when the crystal structures of these sintered bodies were confirmed, they had crystals of Mg ₂ SiO ₄ , MgSiO ₃ , ZnO, MgFe ₂ O ₄ , Fe ₃ O ₄ , and the specific gravity of the sintered bodies was 5.5. It was possible to keep it below.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the low resistance ceramic of the present invention, the composite oxide of MgO and SiO ₂ is 10 to 79% by weight, zinc is 20 to 89% by weight in terms of ZnO, and iron is 0 in terms of Fe ₂ O _3. 1. A sintered body contained in the range of 1 to 5% by weight, the crystal structure of which is at least one of Mg ₂ SiO ₄ and / or MgSiO ₃ and ZnO, and MgFe ₂ O ₃ and Fe ₃ O ₄ Since it has a volume resistivity of 10 ⁹ Ω · cm or less and can be imparted with semiconductivity or conductivity, its bending strength is 150 MPa or more, Young's modulus is 150 GPa or more, and fracture toughness value. When (K _C ) is 1.6 MPam ^1/2 or more, excellent mechanical properties can be obtained. Moreover, there is little variation in resistance value, and manufacturing is easy and mass production is possible.
[0037]
Further, if a magnetic disk substrate holding member is formed using this low-resistance ceramic and a magnetic disk device is configured to hold the glass magnetic disk substrate, the static electricity charged on the glass magnetic disk substrate is released, and the recorded contents are The magnetic head can be prevented from being destroyed, the difference in thermal expansion from the glass magnetic disk substrate can be reduced, and the distortion and parallelism deviation of the glass magnetic disk substrate can be minimized, minimizing the flying height of the magnetic head. And high density recording can be realized.
[0038]
In addition, since the Young's modulus is 150 GPa or more, even if the magnetic disk substrate is rotated at a high speed, deformation due to centrifugal force is small, so that a minute distance from the magnetic head during driving can be maintained, and the fracture toughness value (K _{Since C} ) has 1.6 MPam ^1/2 or more, the holding member can be prevented from being chipped or cracked when tightened and fixed with screws, and the bending strength has 150 MPa or more. It is possible to prevent chipping or cracking during grinding in the manufacturing process of the holding member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a spacer as an example of a magnetic disk substrate holding member according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX of FIG.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a magnetic disk device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11: Clamp 12: Shim 13: Rotating shaft 14: Hub 14a: Flange part 15: Glass magnetic disk substrate 16: Screw 17: Magnetic head 21: Spacer 21a: Contact surface 21b: C surface

Claims

A composite oxide of MgO and SiO ₂ 5 to 10 wt%, zinc 89 to 91 wt% calculated as ZnO, iron in _Fe 2 _{O 3} comprising in the range of 1-4 wt% in terms of sintered body A low-resistance ceramic characterized in that its specific resistance value is 8 × 10 ³ or less.

Claim wherein the low-resistance ceramics are, for the crystal of _Mg 2 SiO _4, and crystals of MgSiO _3, and crystals of ZnO, and crystal MgFe ₂ O _4, characterized in that it comprises a crystal of _Fe 3 _{O 4} 1. The low resistance ceramic according to 1.

A member for holding a magnetic disk substrate is formed by using the low resistance ceramic according to claim 1 or 2.

4. A magnetic disk device, wherein at least one glass magnetic disk substrate is held using the magnetic disk substrate holding member according to claim 3.