JPH09512127A - 改良されたディスク基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ディスクドライブに使用されるディスク基材に関するものであり、そのディスク基材は、本質的に部分安定化ジルコニアからなり、１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良されたディスク基材 発明の背景 現在コンピューターやワードプロセッサーに使用されている情報システムにお いて、データ（即ち、プログラムやファイル）は、ディスクドライブによって記 憶・検索される。ディスクドライブは、一般に、３つの要素、即ち、読取り書込 みヘッド（ヘッド）、アクチュエーターアーム、及びハード磁気ディスク（ディ スク）を有する。図１は、通常のディスクドライブ１を示し、アクチュエーター アーム２がディスク４の上でヘッドを動かし、ヘッド上の回路が、リード（図示 せず）とディスク４の間で情報のビットを磁気的に伝送することができる。図２ は、通常のディスクを開示し、基材（一般に、Ａｌ／Ｍｇ合金）か、その上に、 無電解又は陽極酸化のコーティング（Ｎｉ／Ｐ）６、磁気コーティング７、保護 オーバーコート８、及び液体潤滑剤９を堆積する。 一般に、ディスクに記憶される高密度の情報のため、ヘッドは、正確な転送を 確保する目的で、データ伝送の間にディスクに極めて接近しなければならない。 従って、ヘッドとディスクの間のスペース（「浮上量」又は「空隙」と称される ）は、約４〜６マイクロインチであることが多い。このような極端に短い距離で は、ヘッドのディスクの双方が非常に平滑でなければならない。このため、ディ スクに使用される材料は、非常に硬質であり且つ微細仕上に供され易くなければ ならない。 ディスクとアクチュエーターアームが互いに相対的に運動すると、空気の流れ が生成し、ヘッドをディスクの上に「浮上(float)」 させる。オペレーションの際、ヘッドが浮上し得ることは、ヘッドのディスクの 間の磨耗を誘引する接触を防ぐが、データ転送の精度を悪くする。ここで、ディ スク又はアームのスタートとストップは、ヘッドとディスクの間の物理的接触を 生じさせることが多い。従って、ディスク基材を耐磨耗性材料から作成すること が望ましい。 上記のように、殆どの一般的なディスクは、Ｎｉ／Ｐと磁気被膜がオーバーコ ートされたＭｇ／Ａｌ合金から作成される。この合金は、その優れた耐磨耗性、 剛性、及び研磨適性によるディスクの選択基準の材料として選定されており、現 状の割合に大きいディスクドライブでは良好に機能する。 しかしながら、高まりつつある速度と容量の要請は、ディスクドライブがさら に一層小さくなることを強制している。例えば、現状のハードディスクは直径約 ６５〜２７５ｍｍで厚さ０．６４ｍｍ〜１．５ｍｍであるが、将来は、直径約３ ８ｍｍ未満で厚さ約０．４ｍｍ未満であることが期待されている。同様に、空隙 は２マイクロインチ以下に減らされるであろう。これらの寸法においては、ディ スク基材としてのＡｌ／Ｍｇ合金は、将来の薄いディスクに必要な剛性をＡｌ／ Ｍｇ合金の弾性率（約８０ＧＰａに過ぎない）が提供しないであろう点で問題で ある（必要な剛性は少なくとも約２００ＧＰａと思われる）。 この問題に対して、当該技術は、代替のセラミックを使用することを考えてい る。ガラス、ガラスセラミック、アモルファスカーボン、シリコン、チタン、ポ リマー、ステンレス鋼は、次世代のディスク基材の候補であろうと提案されてい る。文献「著者：B．Bhusan、磁気スライダ／硬質ディスク基材材料とディスク 表面加工技術−現状と将来の展望、Advance in Information Storage System，V ol．5，1993，pp.175-209」を参照されたい。また、Bhusanは、こ のグループの中で、最も可能性のあるのはガラス、ガラスセラミック、及びアモ ルファスカーボンであり、それらが適当な弾性率を有するためであると結論して いる。 将来のディスクの基材としての使用が提案されているもう１つの材料はＣＶＤ 炭化ケイ素である。文献「Am．Cer．Soc．Bull．Vol．72，No.3(1993年５月)，p .74」を参照されたい。しかしながら、ＣＶＤ炭化ケイ素は、高いコストと方向 性のある（柱状）のグレイン構造の欠点が問題である。 特開昭６２−０７８７１６号公報は、ディスクドライブに使用されるジルコニ アをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、この材料の 表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ（１００オングストローム）に過ぎないと報告 されている。特開昭６２−０７８７１５号公報も、ディスクドライブに使用され るジルコニアをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、 この材料の低密度は、さらに劣る表面粗さ（Ｒａ）を生成するものと思われる。 欧州特許出願第０１３１８９５号公開明細書も、ディスクドライブに使用され るジルコニアをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、 全ての開示された材料の最も良好な表面粗さ（Ｒａ）は、０．００３μｍ（３０ オングストローム）に過ぎないと報告されている。特開平１−１１２５１８号公 報も、ディスクドライブに使用されるジルコニアをベースにした磁気ディスク基 材を開示している。しかしながら、この材料の表面粗さ（Ｒａ）は５〜８ｎｍ（ ５０〜８０オングストローム）に過ぎないと報告されている。 このように、優れた耐磨耗性、剛性、及び研磨適性を有するディスクドライブ 材料に対するニーズが存在している。 発明の要旨 本発明によると、部分安定化ジルコニア基材が提供され（好ましくは、ディス クドライブに使用されるディスク基材の形態）、この基材は、本質的に、部分安 定化ジルコニアからなり、１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）を有す る。 また、本発明によると、ディスクドライブに使用されるディスク基材が提供さ れ、この基材は、本質的に、部分安定化ジルコニアからなり、テキスチャー加工 された(textured)表面を有する。 また、本発明によると、ａ）ヘッド、及びｂ）下地のディスク（前述のように ）を備えたディスクドライブが提供され、使用中のヘッドとディスクの間の空隙 は２マイクロインチ以下である。 また、本発明によると、ａ）部分安定化ジルコニア基材を、ダイヤモンド又は アルミナのペーストで１０オングストローム以下の仕上までポリシングすること を含むプロセスが提供される。 図面の説明 図１は、通常のディスクドライブシステムを示す。 図２は、通常のディスクを示す。 発明の詳細な説明 有望とされるディスク基材の候補材料の殆どは、不十分な靱性又は過度に高い 表面粗さ（Ｒａ）を有すると考えられる。具体的には、それらは次のような靱性 を有する。 これに対し、将来の薄いディスクに必要な靱性は、少なくとも約４ＭＰａ・ｍ^1/2 であり、表面粗さ（Ｒａ）は１０オングストローム以下であろうと考えられ ている。特定の理論に束縛される意図はないが、これらの将来のディスク基材に は、高い靱性が必要と考えられ、増大される記録密度のためには、優れた機械加 工適性と耐損傷性を与え、微細な仕上（低い表面粗さ）が必要なためである。部 分安定化ジルコニアは、一般に少なくとも約７ＭＰａ・ｍ^1/2の靱性を有し、現 在１０オングストローム以下の表面粗さを有するように作成され得るため、この 材料が将来のディスクに必要であろうと考えられる。 本発明の目的に関し、「破壊靱性(fracture toughness)」は、文献「Journal of the American Ceramic Society，64(9)，1981，pp.539-44」に記載のカンチ フル(Chantiful)圧子強度法（ＣＩＴＥ）によって測定され、表面粗さ「Ｒａ」 は、平均表面からの外形高さの差異の算術平均であると国際的に認知されており 、仕上において言及したグリットサイズは、グリットの平均直径を言う。 全ての通常の部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、例えばイットリア部分安定化 正方晶形ジルコニアの多結晶セラミック（ＹＴＺＰ） が、本発明において使用可能である。一般に、市販の部分安定化ジルコニアは、 少なくとも約３０％（約７０％以上であることが多い）の正方晶形ジルコニアと 、少なくとも約４．５ＭＰａ・ｍ^1/2、好ましくは少なくとも約６ＭＰａ・ｍ^1/2 の靱性を有する。好ましくは、このジルコニアは希土類によって部分安定化され 、より好ましくは希土類酸化物として約２．５モル％〜約６モル％の濃度であり 、最も好ましくは希土類酸化物として約２．５モル％〜約４モル％の濃度である 。 ある態様において、このジルコニアは、ノートン社（ウォルセスター、マサチ ューセッツ州）から入手可能なイットリウム安定化ジルコニアのＹＺ１１０であ る。 ジルコニアディスク基材を作成するための任意の通常の方法が使用可能である 。例えば、ある態様において、希土類酸化物粉末とジルコニア粉末が混合され、 その混合物が５０〜５００ＭＰａでＣＩＰ処理され（一軸又は等方）、グリーン 成形体を作成し、そのグリーン成形体を１３００℃〜１５００℃で０．５〜４時 間焼結して少なくとも９５％の密度とし、その焼結体を不活性ガス中で１２００ ℃〜１５００℃にて０．５〜４時間にわたってＨＩＰ処理し、少なくとも９９． ９％の密度にする。 最も好ましくは、イットリア粉末とジルコニア粉末が混合され、冷間加圧され 、少なくとも９６％の密度まで焼結され、少なくとも９９．９％の密度までＨＩ Ｐ処理される。 ある態様において、高度に純粋なディスク基材、即ち、０．３％未満の不純物 又は焼結助剤を有する基材が有利であると考えられており、特に不純物又は焼結 助剤が第２相を形成する場合にあてはる。このような典型的な焼結助剤には、シ リカ、鉄、マンガンが挙げられる。焼結助剤を含まないＹＴＺＰ粉末（大阪の第 一稀元素社(D aiichi Kigenso)(ＤＫＫ)から入手可能）を使用すると、所望のレベルの表面粗 さ（Ｒａ）に仕上られることができて、且つ所望のレベルの純度を有する部分安 定化ディスク基材が得られることが見出されている。従って、０．３％以下の不 純物又は焼結助剤と、１０オングストローム以下の表面粗さを有する部分安定化 ジルコニアディスク基材が提供される。 ある好ましい態様において、０．１％以下の気孔率を有することが有利である と考えられている。市販のＤＫＫ粉末から得られるＰＳＺは、所望のレベルの表 面粗さ（Ｒａ）に仕上げられることができて、且つ０．１％以下の気孔率を有す る部分安定化ディスク基材を提供することが見出されている。 ディスクの調製は、一般に、主に２つだけの工程、即ち、薄いセラミック体を 作成し、そのセラミック体を仕上することを必要とするに過ぎない。本発明によ ると、薄いセラミック体を作成する任意の通常方法が使用されることができ、セ ラミックロッドをダイヤモンド鋸でスライスする、テープキャスティングする、 押出する、ダイプレスする方法などが挙げられる。好ましくは、薄いディスク基 材は、ダイヤモンド鋸を用いてセラミックロッドをスライスすることによって作 成される。このスライス体は、約２〜７μｍのＲａと、約１ｍｍ未満、好ましく は約０．５ｍｍ未満の厚さを有するディスクを生成することができる。 本発明のディスク基材に必要な仕上を達成することを促進するため、ダイヤモ ンドペーストやアルミナでラッピングするなどの任意の通常のラッピング法が使 用されることができる。ラッピングは、約１２５オングストローム未満の仕上を 生成することができる。好ましい態様において、ポリシングは、約３〜１５μｍ 、好ましくは１０μｍ未満の平均サイズを有するダイヤモンドペースト又はアル ミナ砥粒のいずれかを選択することを必要とする。 ラッピングされたディスク基材をダイヤモンドペースト又はアルミナでポリシ ングすると、約１０オングストローム未満の仕上が得られることが見出されてい る。好ましい態様において、ポリシング工程は、約０．０１〜０．２μｍ、好ま しくは０．１μｍ未満の平均サイズを有するダイヤモンド、アルミナ又はそれら の混合物を使用する。 精密性のためには滑らかなディスク表面が望ましいが、ディスク基材が過度に 滑らかであると、ヘッドに付着する場合が多い。従って、ディスクは表面テキス チャーを必要とする場合が多い。任意の通常のテキスチャー法が使用されること ができ、サーマルエッチング、レーザーエッチング、ケミカルエッチング、プラ ズマエッチング、及びそれらの組み合わせが挙げられる。ジルコニアをテキスチ ャー処理するためにサーマルエッチングが選択される場合、エッチング温度は、 一般に、約８００〜１４００℃であり、好ましくは約１０００℃で３０分間であ る。 別な態様において、ジルコニア強化アルミナが使用されることができ、好まし くはノートン社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手可能なＡＺ６ ７である。上記のように、少なくとも約４．５ＭＰａ・ｍ^1/2、好ましくは少な くとも約５ＭＰａ・ｍ^1/2の靱性を有する市販のジルコニア強化アルミナをラッ ピング・ポリシングすると、望ましい仕上が得られると考えられる。 さらに別な態様において、炭化ホウ素が選択されることもできる。炭化ホウ素 がディスク基材として選択された場合、任意の通常の炭化ホウ素セラミックが使 用されることができる。炭化ホウ素が、ホットプレス、又は焼結・ＨＩＰ処理の いずれかであれば、その後の上記のラッピングとポリシングは所望の仕上を生成 すると考えら れる。これは、一般に、少なくとも約４３５ＧＰａの弾性率を有する。より好ま しくは、炭化ホウ素もまた、約０．１％未満の気孔率と１０オングストローム以 下の表面粗さ（Ｒａ）を有する。好ましい態様において、炭化ホウ素は、ノート ン社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手可能なホットプレス炭化 ホウ素のＮｏｒｂｉｄｅである。 比較例 直径１．５インチ×長さ３インチのノートン社（ウォルセスター、マサチュー セッツ州）から入手したＹＺ１１０−Ｈの無垢のロッドをダイヤモンド鋸でスラ イスした。このスライスした表面を、研削、ラッピング、ポリシング工程のよう な多数の仕上工程に供した。 具体的には、このスライス体を、先ず３２０グリッドのダイヤモンドブランク (blank)を用いて研削し、約０．１１０μｍの表面粗さ（Ｒａ）を得た。次に、 ラッピングしたスライス体を、下記の表１に示した条件によって、１２インチの ラッピング機の上でダイヤモンドを用いて順次ラッピングとポリシングを行った 。 この試験したスライス体は、所望の０．００１μｍ（１０オングストローム） の表面粗さ（Ｒａ）に達しなかった。 例１ 直径１．５インチ×長さ３インチのノートン社（ウォルセスター、マサチュー セッツ州）から入手したＹＺ１１０−Ｈの無垢のロッドをダイヤモンド鋸でスラ イスし、６つのスライス体Ａ〜Ｆを得た。スライス体ＥとＦは比較的高い送り速 度でスライスした。これらの６つのスライス体の最も厚い及び最も薄い横断面、 及び表面粗さ（Ｒａ）を表２に示す。表面粗さ（Ｒａ）はＴＥＮＣＯＲで測定し た。 これらのスライス体を標準的なラッピングとポリシングの工程に供し、次いで ０．０５μｍのダイヤモンドペーストを用い、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１０オ ングストロームの表面粗さ（Ｒａ）まで仕上ポリシングを行った。最後に、スラ イス体の１つを１０００℃でサーマルエッチングし、テキスチャー加工を行った 。 例２ 第一稀元素社（ＤＫＫ）から入手の２種の粉末（３モル％のＹ−ＴＺＰと４モ ル％のＹ−ＴＺＰ）を２００ＭＰａでＣＩＰ処理し、グリーンのロッドを作成し 、空気中で１３５０℃にて６０分間焼結 し、少なくとも９８％の密度にし、さらにアルゴン中で１３５０℃と２００ＭＰ ａにて約４５分間にわたってＨＩＰ処理し、少なくとも９９．９％の密度を有す るロッドを作成した。 次いでこの緻密なロッドを直径２５．４ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのディスクにス ライスした。＃５００グリッドの樹脂ボンドダイヤモンド砥石を用い、これらの スライス体の最終研磨を行った。これらの研磨したディスクブランクを、砥石か ら連続して滴下されるスラリーを用い、鋳鉄ラッピング砥石の上で９μｍのアル ミナ砥粒を使用してラッピングした。ラッピングを約３０分間にわたって行い、 約１２５オングストロームの表面粗さを得た。 次いでこれらのラッピングしたスライス体を、０．０５μｍのアルミナ／ダイ ヤモンドペーストを用い、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１０オングストロームの表 面粗さ（Ｒａ）まで最終ポリシングを行った。 例３ この例は例２と実質的に同じであるが、但し、ラッピング工程において９μｍ のアルミナのみを使用し、最終ポリシング工程において５０ｎｍのアルミナのみ を使用した。得られたディスク基材は、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１０オングス トロームの表面粗さを有していた。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年２月２１日 【補正内容】 明細書 改良されたディスク基材 発明の背景 現在コンピューターやワードプロセッサーに使用されている情報システムにお いて、データ（即ち、プログラムやファイル）は、ディスクドライブによって記 憶・検索される。ディスクドライブは、一般に、３つの要素、即ち、読取り書込 みヘッド（ヘッド）、アクチュエーターアーム、及びハード磁気ディスク（ディ スク）を有する。図１は、通常のディスクドライブ１を示し、アクチュエーター アーム２がディスク４の上でヘッドを動かし、ヘッド上の回路が、リード（図示 せず）とディスク４の間で情報のビットを磁気的に伝送することができる。図２ は、通常のディスクを開示し、基材（一般に、Ａｌ／Ｍｇ合金）が、その上に、 無電解又は陽極酸化のコーティング（Ｎｉ／Ｐ）６、磁気コーティング７、保護 オーバーコート８、及び液体潤滑剤９を堆積する。 一般に、ディスクに記憶される高密度の情報のため、ヘッドは、正確な転送を 確保する目的で、データ伝送の間にディスクに極めて接近しなければならない。 従って、ヘッドとディスクの間のスペース（「浮上量」又は「空隙」と称される ）は、約１００〜１５０ｎｍ（４〜６マイクロインチ）であることが多い。この ような極端に短い距離では、ヘッドのディスクの双方が非常に平滑でなければな らない。このため、ディスクに使用される材料は、非常に硬質であり且つ微細仕 上に供され易くなければならない。 ディスクとアクチュエーターアームが互いに相対的に運動すると、空気の流れ が生成し、ヘッドをディスクの上に「浮上(float)」 させる。オペレーションの際、ヘッドが浮上し得ることは、ヘッドのディスクの 間の磨耗を誘引する接触を防ぐが、データ転送の精度を悪くする。ここで、ディ スク又はアームのスタートとストップは、ヘッドとディスクの間の物理的接触を 生じさせることが多い。従って、ディスク基材を耐磨耗性材料から作成すること が望ましい。 上記のように、殆どの一般的なディスクは、Ｎｉ／Ｐと磁気被膜がオーバーコ ートされたＭｇ／Ａｌ合金から作成される。この合金は、その優れた耐磨耗性、 剛性、及び研磨適性によるディスクの選択基準の材料として選定されており、現 状の割合に大きいディスクドライブでは良好に機能する。 しかしながら、高まりつつある速度と容量の要請は、ディスクドライブがさら に一層小さくなることを強制している。例えば、現状のハードディスクは直径約 ６５〜２７５ｍｍで厚さ０．６４ｍｍ〜１．５ｍｍであるが、将来は、直径約３ ８ｍｍ未満で厚さ約０．４ｍｍ未満であることが期待されている。同様に、空隙 は５０ｎｍ（２マイクロインチ）以下に減らされるであろう。これらの寸法にお いては、ディスク基材としてのＡｌ／Ｍｇ合金は、将来の薄いディスクに必要な 剛性をＡｌ／Ｍｇ合金の弾性率（約８０ＧＰａに過ぎない）が提供しないであろ う点で問題である（必要な剛性は少なくとも約２００ＧＰａと思われる）。 この問題に対して、当該技術は、代替のセラミックを使用することを考えてい る。ガラス、ガラスセラミック、アモルファスカーボン、シリコン、チタン、ポ リマー、ステンレス鋼は、次世代のディスク基材の候補であろうと提案されてい る。文献「著者：B．Bhusan、磁気スライダ／硬質ディスク基材材料とディスク 表面加工技術−現状と将来の展望、Advance in Information Storage System，V ol．5，1993，pp.175-209」を参照されたい。また、Bhusanは、こ のグループの中で、最も可能性のあるのはガラス、ガラスセラミック、及びアモ ルファスカーボンであり、それらが適当な弾性率を有するためであると結論して いる。 将来のディスクの基材としての使用が提案されているもう１つの材料はＣＶＤ 炭化ケイ素である。文献「Am．Cer．Soc．Bull．Vol．72，No.3(1993年５月)，p .74」を参照されたい。しかしながら、ＣＶＤ炭化ケイ素は、高いコストと方向 性のある（柱状）のグレイン構造の欠点が問題である。 特開昭６２−０７８７１６号公報は、ディスクドライブに使用されるジルコニ アをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、この材料の 表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ（１００オングストローム）に過ぎないと報告 されている。特開昭６２−０７８７１５号公報も、ディスクドライブに使用され るジルコニアをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、 この材料の低密度は、さらに劣る表面粗さ（Ｒａ）を生成するものと思われる。 欧州特許出願第０１３１８９５号公開明細書も、ディスクドライブに使用され るジルコニアをベースにした磁気ディスク基材を開示している。しかしながら、 全ての開示された材料の最も良好な表面粗さ（Ｒａ）は、０．００３μｍ（３０ オングストローム）に過ぎないと報告されている。特開平１−１１２５１８号公 報も、ディスクドライブに使用されるジルコニアをベースにした磁気ディスク基 材を開示している。しかしながら、この材料の表面粗さ（Ｒａ）は５〜８ｎｍ（ ５０〜８０オングストローム）に過ぎないと報告されている。 このように、優れた耐磨耗性、剛性、及び研磨適性を有するディスクドライブ 材料に対するニーズが存在している。 発明の要旨 本発明によると、部分安定化ジルコニア基材が提供され（好ましくは、ディス クドライブに使用されるディスク基材の形態）、この基材は、本質的に、部分安 定化ジルコニアからなり、１ｎｍ（１０オングストローム）以下の表面粗さ（Ｒ ａ）を有する。 また、本発明によると、ディスクドライブに使用されるディスク基材が提供さ れ、この基材は、本質的に、部分安定化ジルコニアからなり、テキスチャー加工 された(textured)表面を有する。 また、本発明によると、ａ）ヘッド、及びｂ）下地のディスク（前述のように ）を備えたディスクドライブが提供され、使用中のヘッドとディスクの間の空隙 は５０ｎｍ（２マイクロインチ）以下である。 また、本発明によると、ａ）部分安定化ジルコニア基材を、ダイヤモンド又は アルミナのペーストで１ｎｍ（１０オングストローム）以下の仕上までポリシン グすることを含むプロセスが提供される。 図面の説明 図１は、通常のディスクドライブシステムを示す。 図２は、通常のディスクを示す。 発明の詳細な説明 有望とされるディスク基材の候補材料の殆どは、不十分な靱性又は過度に高い 表面粗さ（Ｒａ）を有すると考えられる。具体的には、それらは次のような靱性 を有する。 これに対し、将来の薄いディスクに必要な靱性は、少なくとも約４ＭＰａ・ｍ^1/2 であり、表面粗さ（Ｒａ）は１ｎｍ（１０オングストローム）以下であろう と考えられている。特定の理論に束縛される意図はないが、これらの将来のディ スク基材には、高い靱性が必要と考えられ、増大される記録密度のためには、優 れた機械加工適性と耐損傷性を与え、微細な仕上（低い表面粗さ）が必要なため である。部分安定化ジルコニアは、一般に少なくとも約７ＭＰａ・ｍ^1/2の靱性 を有し、現在１ｎｍ（１０オングストローム）以下の表面粗さを有するように作 成され得るため、この材料が将来のディスクに必要であろうと考えられる。 本発明の目的に関し、「破壊靱性(fracture toughness)」は、文献「Journal of the American Ceramic Society，64(9)，1981，pp.539-44」に記載のカンチ フル(Chantiful)圧子強度法（ＣＩＴＥ）によって測定され、表面粗さ「Ｒａ」 は、平均表面からの外形高さの差異の算術平均であると国際的に認知されており 、仕上において言及したグリットサイズは、グリットの平均直径を言う。 全ての通常の部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、例えばイットリア部分安定化 正方晶形ジルコニアの多結晶セラミック（ＹＴＺＰ） が、本発明において使用可能である。一般に、市販の部分安定化ジルコニアは、 少なくとも約３０％（約７０％以上であることが多い）の正方晶形ジルコニアと 、少なくとも約４．５ＭＰａ・ｍ^1/2、好ましくは少なくとも約６ＭＰａ・ｍ^1/2 の靱性を有する。好ましくは、このジルコニアは希土類によって部分安定化され 、より好ましくは希土類酸化物として約２．５モル％〜約６モル％の濃度であり 、最も好ましくは希土類酸化物として約２．５モル％〜約４モル％の濃度である 。 ある態様において、このジルコニアは、ノートン社（ウォルセスター、マサチ ューセッツ州）から入手可能なイットリウム安定化ジルコニアのＹＺ１１０であ る。 ジルコニアディスク基材を作成するための任意の通常の方法が使用可能である 。例えば、ある態様において、希土類酸化物粉末とジルコニア粉末が混合され、 その混合物が５０〜５００ＭＰａでＣＩＰ処理され（一軸又は等方）、グリーン 成形体を作成し、そのグリーン成形体を１３００℃〜１５００℃で０．５〜４時 間焼結して少なくとも９５％の密度とし、その焼結体を不活性ガス中で１２００ ℃〜１５００℃にて０．５〜４時間にわたってＨＩＰ処理し、少なくとも９９． ９％の密度にする。 最も好ましくは、イットリア粉末とジルコニア粉末が混合され、冷間加圧され 、少なくとも９６％の密度まで焼結され、少なくとも９９．９％の密度までＨＩ Ｐ処理される。 ある態様において、高度に純粋なディスク基材、即ち、０．３％未満の不純物 又は焼結助剤を有する基材が有利であると考えられており、特に不純物又は焼結 助剤が第２相を形成する場合にあてはる。このような典型的な焼結助剤には、シ リカ、鉄、マンガンが挙げられる。焼結助剤を含まないＹＴＺＰ粉末（大阪の第 一稀元素社(D aiichi Kigenso)(ＤＫＫ)から入手可能）を使用すると、所望のレベルの表面粗 さ（Ｒａ）に仕上られることができて、且つ所望のレベルの純度を有する部分安 定化ディスク基材が得られることが見出されている。従って、０．３％以下の不 純物又は焼結助剤と、１ｎｍ（１０オングストローム）以下の表面粗さを有する 部分安定化ジルコニアディスク基材が提供される。 ある好ましい態様において、０．１％以下の気孔率を有することが有利である と考えられている。市販のＤＫＫ粉末から得られるＰＳＺは、所望のレベルの表 面粗さ（Ｒａ）に仕上げられることができて、且つ０．１％以下の気孔率を有す る部分安定化ディスク基材を提供することが見出されている。 ディスクの調製は、一般に、主に２つだけの工程、即ち、薄いセラミック体を 作成し、そのセラミック体を仕上することを必要とするに過ぎない。本発明によ ると、薄いセラミック体を作成する任意の通常方法が使用されることができ、セ ラミックロッドをダイヤモンド鋸でスライスする、テープキャスティングする、 押出する、ダイプレスする方法などが挙けられる。好ましくは、薄いディスク基 材は、ダイヤモンド鋸を用いてセラミックロッドをスライスすることによって作 成される。このスライス体は、約２〜７μｍのＲａと、約１ｍｍ未満、好ましく は約０．５ｍｍ未満の厚さを有するディスクを生成することができる。 本発明のディスク基材に必要な仕上を達成することを促進するため、ダイヤモ ンドペーストやアルミナでラッピングするなどの任意の通常のラッピング法が使 用されることができる。ラッピングは、約１２．５ｎｍ（１２５オングストロー ム）未満の仕上を生成することができる。好ましい態様において、ポリシングは 、約３〜１５μｍ、好ましくは１０μｍ未満の平均サイズを有するダイヤモンド ペースト又はアルミナ砥粒のいすれかを選択することを必要とする。 ラッピングされたディスク基材をダイヤモンドペースト又はアルミナでポリシ ングすると、約１ｎｍ（１０オングストローム）未満の仕上が得られることが見 出されている。好ましい態様において、ポリシング工程は、約０．０１〜０．２ μｍ、好ましくは０．１μｍ未満の平均サイズを有するダイヤモンド、アルミナ 又はそれらの混合物を使用する。 精密性のためには滑らかなディスク表面が望ましいが、ディスク基材が過度に 滑らかであると、ヘッドに付着する場合が多い。従って、ディスクは表面テキス チャーを必要とする場合が多い。任意の通常のテキスチャー法が使用されること ができ、サーマルエッチング、レーザーエッチング、ケミカルエッチング、プラ ズマエッチング、及びそれらの組み合わせが挙げられる。ジルコニアをテキスチ ャー処理するためにサーマルエッチングが選択される場合、エッチング温度は、 一般に、約８００〜１４００℃であり、好ましくは約１０００℃で３０分間であ る。 別な態様において、ジルコニア強化アルミナが使用されることができ、好まし くはノートン社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手可能なＡＺ６ ７である。上記のように、少なくとも約４．５ＭＰａ・ｍ^1/2、好ましくは少な くとも約５ＭＰａ・ｍ^1/2の靱性を有する市販のジルコニア強化アルミナをラッ ピング・ポリシングすると、望ましい仕上が得られると考えられる。 さらに別な態様において、炭化ホウ素が選択されることもできる。炭化ホウ素 がディスク基材として選択された場合、任意の通常の炭化ホウ素セラミックが使 用されることができる。炭化ホウ素が、ホットプレス、又は焼結・ＨＩＰ処理の いずれかであれば、その後 の上記のラッピングとポリシングは所望の仕上を生成すると考えられる。これは 、一般に、少なくとも約４３５ＧＰａの弾性率を有する。より好ましくは、炭化 ホウ素もまた、約０．１％未満の気孔率と１ｎｍ（１０オングストローム）以下 の表面粗さ（Ｒａ）を有する。好ましい態様において、炭化ホウ素は、ノートン 社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手可能なホットプレス炭化ホ ウ素のＮｏｒｂｉｄｅである。 比較例 直径３．８１ｃｍ（１．５インチ）×長さ７．６２ｃｍ（３インチ）のノート ン社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手したＹＺ１１０−Ｈの無 垢のロッドをダイヤモンド鋸でスライスした。このスライスした表面を、研削、 ラッピング、ポリシング工程のような多数の仕上工程に供した。 具体的には、このスライス体を、先ず３２０グリッドのダイヤモンドブランク (blank)を用いて研削し、約０．１１０μｍの表面粗さ（Ｒａ）を得た。次に、 ラッピングしたスライス体を、下記の表１に示した条件によって、３０．４８ｃ ｍ（１２インチ）のラッピング機の上でダイヤモンドを用いて順次ラッピングと ポリシングを行った。 この試験したスライス体は、所望の０．００１μｍ（１０オングストローム） の表面粗さ（Ｒａ）に達しなかった。 例１ 直径３．８１ｃｍ（１．５インチ）×長さ７．６２ｃｍ（３インチ）のノート ン社（ウォルセスター、マサチューセッツ州）から入手したＹＺ１１０−Ｈの無 垢のロッドをダイヤモンド鋸でスライスし、６つのスライス体Ａ〜Ｆを得た。ス ライス体ＥとＦは比較的高い送り速度でスライスした。これらの６つのスライス 体の最も厚い及び最も薄い横断面、及び表面粗さ（Ｒａ）を表２に示す。表面粗 さ（Ｒａ）はＴＥＮＣＯＲで測定した。 これらのスライス体を標準的なラッピングとポリシングの工程に供し、次いで ０．０５μｍのダイヤモンドペーストを用い、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１ｎｍ （１０オングストローム）の表面粗さ（Ｒａ）まで仕上ポリシングを行った。最 後に、スライス体の１つを１０００℃でサーマルエッチングし、テキスチャー加 工を行った。 例２ 第一稀元素社（ＤＫＫ）から入手の２種の粉末（３モル％のＹ−ＴＺＰと４モ ル％のＹ−ＴＺＰ）を２００ＭＰａでＣＩＰ処理し、グリーンのロッドを作成し 、空気中で１３５０℃にて６０分間焼結し、少なくとも９８％の密度にし、さら にアルゴン中で１３５０℃と２００ＭＰａにて約４５分間にわたってＨＩＰ処理 し、少なくとも９９．９％の密度を有するロッドを作成した。 次いでこの緻密なロッドを直径２５．４ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのディスクにス ライスした。＃５００グリッドの樹脂ボンドダイヤモンド砥石を用い、これらの スライス体の最終研磨を行った。これらの研磨したディスクブランクを、砥石か ら連続して滴下されるスラリーを用い、鋳鉄ラッピング砥石の上で９μｍのアル ミナ砥粒を使用してラッピングした。ラッピングを約３０分間にわたって行い、 約１２．５ｎｍ（１２５オングストローム）の表面粗さを得た。 次いでこれらのラッピングしたスライス体を、０．０５μｍのアルミナ／ダイ ヤモンドペーストを用い、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１ｎｍ（１０オングストロ ーム）の表面粗さ（Ｒａ）まで最終ポリシングを行った。 例３ この例は例２と実質的に同じであるが、但し、ラッピング工程において９μｍ のアルミナのみを使用し、最終ポリシング工程において５０ｎｍのアルミナのみ を使用した。得られたディスク基材は、ＴＥＮＣＯＲ法で測定して１ｎｍ（１０ オングストローム）の表面粗さを有していた。 請求の範囲 １．ディスクドライブに使用され、部分安定化ジルコニアとジルコニア強化ア ルミナからなる群より選択され、１ｎｍ（１０オングストローム）以下の表面粗 さ（Ｒａ）を有するディスク基材。 ２．希土類酸化物として約２．５モル％〜約６モル％の希土類を含む部分安定 化ジルコニアから本質的になる請求の範囲第１項に記載のディスク基材。 ３．０．３％以下の不純物レベルを有する請求の範囲第２項に記載のディスク 基材。 ４．０．１％以下の気孔率を有する請求の範囲第２項に記載のディスク基材。 ５．部分安定化ジルコニアが、希土類酸化物として約４モル％の希土類を含む 請求の範囲第２項に記載のディスク基材。 ６．ａ）ヘッド、及び ｂ）請求の範囲第１項に記載のディスク基材を備えたディスクを含み、ヘッド とディスクの間の空隙が２マイクロインチ以下であるディスクドライブ。 ７．ａ）部分安定化ジルコニアとジルコニア強化アルミナからなる群より選択 されたディスク基材を、約３μｍ〜１５μｍのグリッドサイズを有するダイヤモ ンド若しくはアルミナのペースト又はそれらの混合物を用いて、約５０〜１２５ オングストロームの表面粗さ（Ｒａ）までラッピングし、 ｂ）そのディスク基材を、ダイヤモンド若しくはアルミナのペースト又はそれ らの混合物を用いて、１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）までポリシ ングする、工程を含むディスク基材の製造方法。 ８．本質的に部分安定化ジルコニアからなり、１０オングストローム以下の表 面粗さ（Ｒａ）を有し、 ａ）本質的に部分安定化ジルコニアからなるディスク基材を、約３μｍ〜１５ μｍのグリッドサイズを有するダイヤモンド若しくはアルミナのペースト又はそ れらの混合物を用いて、約１２５オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）まで ラッピングし、 ｂ）そのディスク基材を、０．０１〜０．２μｍのグリッドサイズを有するダ イヤモンド若しくはアルミナのペースト又はそれらの混合物を用いて１０オング ストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）までポリシングする、工程を含む方法によっ て製造された部分安定化ジルコニア基材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ディスクドライブに使用され、本質的に部分安定化ジルコニアからなり、 １０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）を有するディスク基材。 ２．部分安定化ジルコニアが、希土類酸化物として約２．５モル％〜約６モル ％の希土類を含む請求の範囲第１項に記載のディスク基材。 ３．テキスチャー加工された表面を有する請求の範囲第２項に記載のディスク 基材。 ４．テキスチャー加工された表面が、サーマルエッチング、ケミカルエッチン グ、及びプラズマエッチングからなる群より選択された方法によって形成された 請求の範囲第３項に記載のディスク基材。 ５．０．３％以下の不純物と焼結レベルを有する請求の範囲第１項に記載のデ ィスク基材。 ６．０．１％以下の気孔率を有する請求の範囲第１項に記載のディスク基材。 ７．ディスクドライブに使用され、本質的に部分安定化ジルコニアからなり、 テキスチャー加工された表面を有するディスク基材。 ８．部分安定化ジルコニアが、希土類酸化物として約２．５モル％〜約４モル ％の希土類を含む請求の範囲第７項に記載のディスク基材。 ９．テキスチャー加工された表面が、サーマルエッチング、ケミカルエッチン グ、及びプラズマエッチングからなる群より選択された方法によって形成された 請求の範囲第８項に記載のディスク基材。 １０．０．３％以下の不純物と焼結レベルを有する請求の範囲第７項に記載の ディスク基材。 １１．０．１％以下の気孔率を有する請求の範囲第７項に記載のディスク基材 。 １２．ａ）ヘッド、及び ｂ）請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記載のディスク基材を備えたディ スク、 を含み、ヘッドとディスクの間の空隙が２マイクロインチ以下であるディスクド ライブ。 １３．ａ）本質的に部分安定化ジルコニアからなる基材を、０．０１μｍ〜０ ．２μｍのグリッドサイズを有するダイヤモンド又はアルミナのペーストを用い て１０オングストローム以下の表面粗さまでポリシングする、工程を含む基材の 製造方法。 １４．ｂ）ディスク基材をテキスチャー加工する、工程をさらに含む請求の範 囲第１３項に記載の方法。 １５．サーマルエッチング、ケミカルエッチング、及びプラズマエッチングか らなる群より選択された方法によってテキスチャー加工を行う請求の範囲第１４ 項に記載の方法。 １６．ｃ）ディスク基材上にオーバーコートを堆積させ、ディスクを作成する 、工程をさらに含む請求の範囲第１４項に記載の方法。 １７．ｄ）ヘッドとディスクの間に２マイクロインチ以下の浮遊量を形成する ように、ヘッドを有するディスクドライブにディスクを配置する、工程をさらに 含む請求の範囲第１６項に記載の方法。 １８．ａ）本質的に部分安定化ジルコニアからなるディスク基材を、約３μｍ 〜１５μｍのグリッドサイズを有するダイヤモンド若しくはアルミナのペースト 又はそれらの混合物を用いて、約１２５ オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）までラッピングし、 ｂ）そのディスク基材を、ダイヤモンド若しくはアルミナのペースト又はそれ らの混合物を用いて、１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）までポリシ ングする、工程を含むディスク基材の製造方法。 １９．本質的に部分安定化ジルコニアからなり、１０オングストローム以下の 表面粗さ（Ｒａ）を有する部分安定化ジルコニア基材。 ２０．部分安定化ジルコニアが、希土類酸化物として、約２．５モル％〜約６ モル％の希土類を含む請求の範囲第１９項に記載のディスク基材。 ２１．希土類がイットリウムである請求の範囲第２０項に記載のディスク基材 。 ２２．希土類の濃度が希土類酸化物として４モル％である請求の範囲第２１項 に記載のディスク基材。 ２３．ディスクドライブに使用され、本質的に炭化ホウ素からなるディスク基 材。 ２４．炭化ホウ素が、少なくとも約４３５ＧＰａの弾性率、約０．１％未満の 気孔率、及び１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する請求の範囲 第２３項に記載のディスク基材。 ２５．ディスクドライブに使用され、本質的にジルコニア強化アルミナからな り、１０オングストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）を有するディスク基材。 ２６．本質的に部分安定化ジルコニアからなり、１０オングストローム以下の 表面粗さ（Ｒａ）を有し、 ａ）本質的に部分安定化ジルコニアからなるディスク基材を、約３μｍ〜１５ μｍのグリッドサイズを有するダイヤモンド若しくは アルミナのペースト又はそれらの混合物を用いて、約１２５オングストローム以 下の表面粗さ（Ｒａ）までラッピングし、 ｂ）そのディスク基材を、０．０１〜０．２μｍのグリッドサイズを有するダ イヤモンド若しくはアルミナのペースト又はそれらの混合物を用いて１０オング ストローム以下の表面粗さ（Ｒａ）までポリシングする、工程を含む方法によっ て製造された部分安定化ジルコニア基材。