JPH09255425A

JPH09255425A - 導電性セラミックス及びその製造方法及びこれを用いた磁気ディスク保持部材

Info

Publication number: JPH09255425A
Application number: JP8071852A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Nakamura; 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JP3819960B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品及び電子部品を製造する装置用部品
において、材料の体積固有抵抗を１０⁶Ω・ｃｍ以下と
することでこれらの部品に帯電する電荷を逃がすことが
できる、あるいは帯電することなく、しかもこの導電性
材料からなる部品と張り合わせる部品の熱膨張係数に類
似した熱膨張係数を有する導電性材料とすることで、電
子部品及び装置の帯電及び放電による素子機能の破壊を
防止し、装置及び電子部品の信頼性を高めることができ
る。しかもこれらの材料を工業的に安価に大量に提供す
ることを目的とする。【解決手段】組成が酸化鉄／酸化カルシウムのモル比
が５５／４５〜３３／６７からなるカルシウムフェライ
トが９５から１０重量部と亜鉛フェライトが５から９０
重量部含む磁器であって、場合により、ＭｇＯ、ＴｉＯ
₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂のうちの少なくとも一
種を合計で３重量％以下含有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的な摩擦ある
いは帯電粒子との摩擦などにより電子部品などが帯電し
て放電する際に生じる素子機能の破壊を防止する帯電除
去あるいは防止用の導電性セラミックス部材に関するも
のである。また、これら電子部品を製造する上で必要と
なる帯電防止部材あるいは帯電除去部材に関するもので
ある。

【０００２】しかも電子部品あるいは電子部品製造装置
において応力による変形量が小さく、高精度の構造体に
適用できるセラミックス材料である。例えば、磁気記録
ディスクドライブ装置に使用する部品であり、特に磁気
ディスクを複数枚使用する装置においてディスクとディ
スクの間隔を保持するスペーサやハブ、シム、クランプ
に使用する材料あるいは部品に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】情報記録再生装置は、高記録密度、高容
量化が進みつつあり、それに伴い、磁気ディスクに対し
ても高線密度化、高トラック密度化への対応が要求され
ている。このような磁気記録を用いた磁気ドライブ装置
において、高容量化に対応した高線密度、高トラック密
度を達成する方法の一つとして、ディスク面の表面粗度
が小さく、高剛性で平坦度のより小さなディスクが採用
されている。しかもアルミニウム並のコストで量産でき
る材料組成物が要求されている。

【０００４】こうした要求を満足させるためにディスク
基板材料としてアルミニウムやヤング率の大きなガラス
基板が採用されている。また、これらのディスクを採用
し高精度にディスクを回転させ運転させるためにディス
クを保持するスペーサやハブ、クランプ材料としてアル
ミニウムやアルミニウム合金等が使用されている。従
来、情報記録再生用ディスク装置は、図１に示すよう
に、回転軸７に固定されたハブ６に、複数枚の情報記録
再生用ディスク基板５とスペーサ８とを交互に挿入し、
最後にシム４及びクランプ９で押さえ付け、固定ネジ３
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、上記回転軸７の回転により情報記録用ディスク基
板５を回転させながら、記録再生ヘッド２が情報記録用
ディスク基板５の表面上を移動することにより、記録再
生用ディスク基板５に情報の書き込みや読み取りを行う
ようになっている。

【０００５】また、近年、このような情報記録用ディス
クドライブ装置は情報の大容量化と装置が小型化するの
に伴って、記録再生用ヘッド２と記録再生用ディスク基
板５との距離（フライングハイト）は０．０５μｍ程度
に微小化し、記録再生用ディスク基板５のより高度な平
坦化と表面粗度の微小化等が要求されている。それ故、
情報記録用ディスク基板のより小さな平坦度と小さな表
面粗度が効果的に得られるガラス基板を用いた記録再生
用ディスク基板が提案されており、該ディスク基板を定
位置に固定し保持するスペーサ、シムおよびクランプな
どの保持部材はディスクとの熱膨張差に伴う情報記録用
ディスク基板の歪みを防止するために、ディスクの熱膨
張係数と略同等な金属又はセラミックスやガラスで形成
したものがあった（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ため、
これらの保持部材で情報記録用ディスク基板を保持する
と、ディスク基板が帯電し、情報の読み込みや書き込み
の際に放電しノイズが発生して、記録内容を破壊してし
まう恐れがあることが知られている。そこで、情報記録
用ディスク基板との接触面にアルミニウムや亜鉛等の金
属膜を被覆した保持部材や、それ自体にアルミナなどに
導電材を添加した導電性セラミックスからなる保持部材
を用いて、情報記録用ディスク基板の帯電を防止するよ
うにしたものがあった（特開平２−２２６５６６号公
報）。

【０００７】また、これらのディスク保持部品としての
使用されるアルミニウムやアルミニウム合金材料のヤン
グ率は７０ＧＰａ程と小さく、部品の保持や周囲の温度
により変形し精密にディスクを保持することが困難とな
りつつある。精密にディスクを保持するにはより大きな
ヤング率を有する材料からなるスペーサが要求されてい
る。

【０００８】さらに、安価なフォルステライトのそれ
は、１００ＧＰａ程度と小さくディスク基板を高精度に
保持する上で高剛性な材料からなるスペーサが要求され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電子部品に発生した静
電気を逃がすことができる電気抵抗値を有し、しかも、
ヤング率が大きく、精密な電子部品の構造材料あるいは
電子部品の製造装置において使用できる程の導電性を有
し、大きなヤング率を有する材料を安価に提供しようと
するものである。

【００１０】例えば、情報記録再生装置において、熱膨
張係数を記録用ディスク基板材料の熱膨張係数に合わせ
ることができ、しかも静電気を逃がすことのできる程度
の電気抵抗値を有する材料で、大きなヤング率を有する
材料を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、金属等より
も大きなヤング率を有し、しかも小さな電気抵抗値を有
する材料としてセラミックス材料に着目した。その結
果、高ヤング率を有するカルシウムフェライトに注目
し、これに亜鉛フェライトを加えることで非磁性な導電
性セラミックス材料を得ることができることを知見し
た。

【００１２】本発明の磁器は、電気抵抗が１０⁶Ω・ｃ
ｍ以下でありしかもヤング率が１８０ＧＰａ以上である
複合セラミックス材料である。ヤング率の小さな酸化亜
鉛フェライトとヤング率の大きなカルシウムフェライト
からなる複合セラミックス材料で、１８０ＧＰａから２
４０ＧＰａのヤング率を達成できる。しかも導電性を兼
ね備えた材料を見いだした。

【００１３】電子部品や電子部品製造装置において上記
導電性セラミックスと張り合わせる、あるいはクランプ
し結合させる際に相手材料の熱膨張係数と類似した熱膨
張係数を有する導電性組成物を得ることができるので、
温度変化に対する変形や相手材料との剥離や剥離による
破壊を起こすことがない。すなわち、本発明の導電性セ
ラミックスは、組成が酸化鉄５５〜３３モル％、酸化カ
ルシウムが４５から６７モル％からなるカルシウムフェ
ライトを９５から１０重量％含み、残部に亜鉛フェライ
トを含むことを特徴とする。

【００１４】カルシウムフェライトにおいて酸化鉄が５
５モル％を越えると（酸化カルシウムが４５モル％以
下）磁性フェライトを発生することがあり好ましくな
い。また、カルシウムフェライトの酸化鉄が３３モル％
未満（酸化カルシウムが６７モル％を越える）では酸化
カルシウムの結晶相が発生し焼結性が著しく劣り好まし
くない。大きなヤング率を有する複合材料を得るために
はモル比が１：１のモノカルシウムフェライトを多く含
むことが好ましい。

【００１５】亜鉛フェライトが５重量％以下つまりカル
シウムフェライトが９５重量％以上では材料の電気伝導
度が１０⁶Ω・ｃｍを越え静電気を逃がす上で効果が小
さい。また、亜鉛フェライトが９０％を越える場合つま
りカルシウムフェライトが１０重量％未満ではヤング率
が１８０ＧＰａ未満となり精密な電子部品や電子部品を
製造する精密機器の構造材料、可動部材料として適切で
ない。好ましくは亜鉛フェライトが１０から５０重量％
であり、電気抵抗が１０⁴Ω・ｃｍ以下と小さくしかも
ヤング率が２００ＧＰａ以上となる複合セラミックス材
料である。

【００１６】しかも、上記組成のカルシウムフェライト
と亜鉛フェライトの比率を変えることで熱膨張係数が９
０〜１１８×１０^-7／℃を有する非磁性材料を提供でき
ることを知見した。また、上記磁器中にＭｇＯ、ＴｉＯ
₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃の少なく
とも一種を合計で３重量％以下含有させることによっ
て、焼結性を向上させることができる。すなわち、Ｍｇ
Ｏ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂のうち少な
くとも一種が、合計で３重量％よりも多く含有されてい
る場合には、焼結性が悪くなり、材料にクラック等が発
生することがあるからである。これらの酸化物は焼結助
剤として別途添加する他、ＣａＯやＦｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ
等の原料中や粉砕、混合等のボールの摩耗により混入す
る場合もある。

【００１７】本発明の導電性セラミックスは、例えば、
市販されている純度９９％以上のＦｅ₂Ｏ₃（不純物と
してＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、
Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ等を含む）を使い、ＣａＯ源
としてＣａＣｌ₂、ＣａＣＯ ₃、ＣａＦｅ₂Ｏ₄、Ｃａ
₂Ｆｅ₂Ｏ₅等を使用し、これらを所定量秤量し、その
後ボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥し、乾燥
後の原料を酸化性雰囲気において所定温度で所定時間仮
焼し、仮焼後の原料にＺｎＯあるいは別途合成したＺｎ
Ｆｅ₂Ｏ₄原料を所定量加え、アルミナボールまたはジ
ルコニアボール、メノーボール等を用い平均粒径が２μ
ｍ以下となるように微粉砕する。ここで、仮焼したカル
シウムフェライトに別途用意したＺｎフェライトを添加
するのはＺｎフェライトの添加量により熱膨張係数を調
整することが可能であり、種々の熱膨張係数を有する材
料を容易に製造可能とするからである。そして、これに
バインダーを加え造粒を行った後、所定圧力でプレス成
形し焼成することで相対密度９５％以上の焼結体が得ら
れる。この焼成方法としては酸化雰囲気中において１０
００℃〜１２００℃の常圧で焼成する。本発明の導電性
材料は酸化雰囲気中あるいは大気雰囲気中で焼成可能で
あり、しかも安価なカルシウム酸化物や酸化鉄、酸化亜
鉛からなることから、作製した材料のコストは安く、電
子部品及びこれらの製造装置用部品材料として大量にし
かも安価に提供できるものである。

【００１８】また、これらの焼結体を不活性ガス雰囲気
中で１０００℃から１２００℃で熱間静水圧加圧処理す
ることでポアサイズが１μｍ以下の焼結体を得ることが
できる。特に、酸化雰囲気焼成炉により作製した予備焼
結体を熱間静水圧処理することにより高密度な焼結体が
得られる。

【００１９】また、本発明では、上記問題に鑑み、シ
ム、スペーサおよびクランプなどの磁気ディスク基板保
持用部材を体積固有抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以下の導電性
を有する上記複合化合物により形成したものである。さ
らに、本発明は、上記保持部材と情報記録用ディスク基
板とを導電性材料からなるハブに順次挿入固定して磁気
ディスク装置を構成したものである。

【００２０】なお、本発明のセラミックスが導電性を有
する理由は以下の通りである。例えば、Ｃａ₂Ｆｅ₂Ｏ
₅は正方晶系に属し、鉄元素はｂ軸に沿って交互に位置
する２つの場所（Ｆｅ_IとＦｅ_II）に位置する。Ｆｅ_I
は８個の酸素元素に囲まれた位置（８面体位置）に、Ｆ
ｅ_IIは４個の酸素原子に囲まれた位置（４面体位置）に
ある。この結晶構造はｂ軸方向に積み重ねられた４つの
ペロブスカイト構造体からなると見なすことができる。

【００２１】ここで、Ｆｅはその結晶構造と電気的中性
を保つためにＦｅ³⁺で安定であるが、格子欠陥を発生さ
せ易い条件で作製した材料は４面体位置あるいは８面体
位置に選択的に２価元素が生じ２価元素の生成によりＦ
ｅ²⁺とＦｅ³⁺の間に電子ホッピングが発生し導電性が生
じると考えられる。また、ＭＯ−Ｆｅ₂Ｏ₃系において
はＦｅ₂Ｏ₃がリッチな組成域においてこのＦｅ³⁺がＦ
ｅ²⁺に解離する度合いが多くなり電気抵抗が低下するこ
とが知られている。

【００２２】しかし、ＣａＦｅ₂Ｏ₄やＣａ₂Ｆｅ₂Ｏ
₅が存在する組成系において、これらの現象は定量的に
解明されていない。本発明は、ＣａＦｅ₂Ｏ₄やＣａ₂
Ｆｅ₂Ｏ₅の組成系にＺｎＦｅ₂Ｏ₄が存在し、しかも
焼成時の冷却速度が時間当たり３００℃以上の条件にお
いて、Ｆｅ ²⁺がより多く発生し導電性を有すると考える
ことができる。

【００２３】また、ここで冷却速度は導電性を付与する
一つの要因であるが、この他にこの解離は還元作用であ
り酸素分圧が影響することは明らかである。酸素分圧が
低い程解離は促進される。空気中雰囲気炉酸素分圧０．
２１ａｔｍで焼結した材料でＦｅ²⁺が多量に発生すると
考えられ、ヤング率が１８０ＧＰａより大きく、１０⁶
Ω・ｃｍ以下の導電性且つ非磁性を有する材料が得られ
る点に特徴がある。

【００２４】

【発明の実施の態様】

「実施例１」市販されている純度９９％以上のＦｅ₂Ｏ
₃（不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、
Ｃｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ等を含む）を使
い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ₂、ＣａＣＯ₃等を使用
し、これら最終組成が表１となるよう所定量秤量し、こ
の後ボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥し、乾
燥後の原料を酸化雰囲気において所定温度で所定時間仮
焼した。

【００２５】

【表１】

【００２６】仮焼後の原料に別途合成した純度９９％以
上のＺｎＦｅ₂Ｏ₄原料を所定量加え、アルミナボール
またはジルコニアボール、メノーボールを用い平均粒系
が２μｍ以下となるよう微粉砕する。なお、この粉砕に
よりジルコニアまたはアルミナ、シリカ等が３重量％以
下混入することがある。これにバインダーを加えて造粒
を行った後、０．８から２．０ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で
プレス成形した。その後、酸化性雰囲気において常圧下
所定温度で焼成した。得られた試料について嵩比重、熱
膨張係数、ポア率、焼結性、ヤング率、電気抵抗につい
て調べ、表２に結果を記した。

【００２７】

【表２】

【００２８】ここで、嵩比重は水中におけるアルキメデ
ス法により求め、熱膨張係数は熱膨張係数測定装置によ
り求めた。ポアの発生率は１μｍのダイヤモンド砥粒に
よる最終ラップ面に生じるポア径を測定することにより
評価した。ポア率はポア平均径が５μｍを越えるものを
×印、３〜５μｍを△印、２〜３μｍを○印、２μｍ以
下を◎印で示した。焼結性は吸水率２％以上を×印、０
％を○印、その中間を△印で示した。

【００２９】表２の結果において、試料 No.２から５、
No.７から１１、 No.１３は本発明の範囲内の導電性磁
器であり、熱膨張係数はそれぞれ９０〜１１８ｘ１０^-7
／℃の範囲であり、ポアの発生率および焼結性は良好で
あった。これ対し、試料 No.１は酸化カルシウムが多い
ことから、焼結性が劣っている。また、 No.６は電気抵
抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上と大きく導電性材料として適
切でなかった。 No.１２は亜鉛フェライトの量が多く、
ヤング率が１６４ＧＰａと小さく本発明の範囲外の組成
である。 No.１４は酸化鉄が多く非磁性材料としては適
切ではなかった。

【００３０】表２の試料 No.３、５、７、９の焼結体を
１０００℃から１２００℃でアルゴン雰囲気中２０００
気圧でＨＩＰ処理した。得られた試料をそれぞれ No.１
５、１６、１７、１８とした。これらの試料について同
様に嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性、ヤング率、
電気抵抗について調べ、表３に記した。

【００３１】

【表３】

【００３２】「実施例２」市販されている純度９９％の
酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃（不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃ
ａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ
等を含む）を使い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ₂、ＣａＣ
Ｏ₃等を使用し、ＺｎＯ源としてＺｎＯ、ＺｎＦｅ₂Ｏ
₄等を使い、さらに焼結体中におけるＭｇＯ、Ｔｉ
Ｏ₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂の含有量が表４とな
るよう所定量秤量し、この後ボールミルを用いて湿式混
合した。後は上記実施例１と同様にして各試料を得た。
得られた試料について実施例１と同様に嵩比重、熱膨張
係数、ポア率、焼結性、電気抵抗、ヤング率について調
べ、表５に記した。 No.２６はＺｒＯ₂を４重量％含み
焼結体にクラックが発生した。

【００３３】

【表４】

【００３４】表５によりＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、Ｓ
ｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を３重量部以下含有する
ことにより焼結性が良くなり、ポアサイズも小さくなる
ことが判明した。

【００３５】

【表５】

【００３６】何れも体積固有抵抗値１０⁶Ω・ｃｍ以
下、ヤング率１８０ＧＰａ以上かつ熱膨張係数が９０か
ら１１８×１０^-7／℃の範囲にあり、基準値を満足する
ことができた。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の導電性セラ
ミックスは、ＣａＦｅ₂Ｏ₄あるいはＣａ₂Ｆｅ₂Ｏ₅
の一種あるいは二種を９５〜１０重量部含みしかも亜鉛
フェライトを５から９０重量部含む組成物よりなり、材
料の電気抵抗は１０⁶Ω・ｃｍ以下と小さく、電子部品
等、例えば各種の情報記録用ディスクの熱膨張係数の１
２０〜９０×１０^-7／℃に近づけることができる。これ
により、導電性磁器を電子部品構造体、例えば情報記録
用ディスクとクランプしても温度上昇による歪みを生ぜ
ず、電子部品の機能を阻害することがなく、しかも帯電
による機能素子の破壊を防止できる。また、電子機能の
破損を確実に防止し、電子部品や装置の信頼性を著しく
向上させることができる。

【００３８】さらに、上記組成物にＭｇＯ、ＴｉＯ₂、
ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂のうちの少なくとも１種を
合計で３重量部以下含有させることで、焼結性が向上
し、ポアサイズも小さくなり機械的強度を大きくさせる
ことができる。例えば、本発明はシム、クランプおよび
スペーサなどの保持部材を体積固有抵抗値が１０⁶Ω・
ｃｍ以下の導電性を有するカルシウムフェライトと亜鉛
フェライトの複合化合物より形成したことにより、情報
記録用ディスク基板の熱膨張係数と類似した値とするこ
とができ、装置の運転時の温度変化から生じる熱膨張差
に伴う不都合を生じることがなく、また、情報記録用デ
ィスク基板に帯電した静電気を効率良く逃がすことがで
きる。

【００３９】また、本発明は、上記保持部材を用いて情
報記録用ディスク基板を導電性材料からなるハブに順次
挿入して磁気ディスク装置を構成したことにより、情報
記録用ディスク基板に対するヘッドの浮上量を極めて小
さくすることができ、高密度記録（大容量化）と小型化
を実現できるとともに、磁気ディスク基板に帯電する静
電気を保持部材、ハブを介して効率良く逃がすことがで
きるため、記録内容の破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る情報記録再生用ディスク装置の要
部の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１…ジンバル２…記録再生用ヘッド３…固定ネジ４…シム５…ディスク基板６…ハブ７…回転軸８…スペーサ９…クランプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＦｅ₂Ｏ₄あるいはＣａ₂Ｆｅ₂Ｏ
₅の一種類あるいは二種類を９５重量部〜１０重量％含
み、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄を５〜９０重量％含有し、体積固有
抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする導電
性セラミックス。
【請求項２】ＣａＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃で示されるモル比が
４５／５５から６７／３３であり、これらＣａＯとＦｅ
₂Ｏ₃の合計重量が９５から１０重量％含み、ＺｎＦｅ
₂Ｏ₄を５〜９０重量％含有し、体積固有抵抗が１０⁶
Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする導電性セラミック
ス。
【請求項３】請求項１及び２に記載の組成物を混合粉
砕する工程と、この混合粉体を成形して成形体を得る工
程と、この成形体を１０００〜１２００℃で焼成し３０
０℃／時以上の冷却速度で冷却する焼成工程とを有する
ことを特徴とする導電性セラミックスの製造方法。
【請求項４】情報記録用ディスク媒体基板を所定位置
に保持する保持部材を、請求項１、２記載の導電性セラ
ミックスで構成することを特徴とする磁気ディスク保持
部材。