JPH10105960A

JPH10105960A - 磁気ディスク

Info

Publication number: JPH10105960A
Application number: JP26174396A
Authority: JP
Inventors: Motoharu Sato; 元治佐藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】１００００ｒｐｍ以上の高速回転下で用い
ても、振動が生じず、高速回転安定性に優れた磁気ディ
スクを提供する。【解決手段】基板上に媒体が形成され、１００００
ｒｐｍ以上の高速回転下で用いられる磁気ディスクにお
いて、アルミニウム合金などの基板のヤング率Ｅ（ｋｇ
／ｍｍ²）と密度ρ（ｇ／ｃｃ）の比Ｅ／ρを２８００
以上とした磁気ディスクである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクに係
り、特に１００００ｒｐｍ以上の高速回転下で用いられ
た場合の、高速回転安定性に優れた磁気ディスクに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金板、カーボン板、ガラ
ス板などの磁気ディスク用基板の表面には、平滑性を付
与するため、無電解めっき等により、ＮｉＰまたはＮｉ
ＣｕＰなどの非磁性の保護皮膜が形成されている。そし
て、磁気ディスク自体は、一般的に、これら基板表面を
１０μｍ程度に研磨した後、スパッタリングにより、Ｃ
ｒ下地膜、Ｃｏ基合金磁性膜およびＣ保護膜からなる媒
体を形成して製造される。

【０００３】磁気ディスクの分野では、これまで、磁気
ディスクの記録密度の大幅な増大要求により、媒体を高
温下で処理するなど、媒体の高性能化＝磁性膜の保磁力
の増大が進められて来た。これに伴い、前記磁気ディス
ク用基板の保護皮膜も、媒体の高性能化に対応して、改
善されつづけて来た。例えば、媒体を高温下で処理して
も帯磁しないより耐熱性に優れたＮｉＣｕＰ皮膜が、特
公平２−４８９８１号公報や特公平４−２８７８８号公
報、本発明者らの「日本応用磁気学会誌、Ｖｏｌ．２
０、Ｎｏ．２、１９９６、６９〜７２頁」などによっ
て、また、高温下で処理されたこのＮｉＣｕＰ皮膜の表
面平滑性を更に改善するため、媒体成膜前に予めＮｉＣ
ｕＰ系皮膜を結晶化し鏡面化することも、本発明者らの
特願平８−１１７９２５号で提案されている。

【０００４】ところで、磁気ディスク装置（ＨＤＤ）の
高記録密度化／大容量化のために、前記媒体の高性能化
の方向とは別に、磁気ディスク装置の回転数の高速化が
進められている。通常、高性能な磁気ディスク装置は、
磁気ディスクを、数ｍｍ程度の僅かな間隔で、複数枚並
べて搭載しているが、これまで、このような磁気ディス
ク装置の回転数は３６００ｒｐｍから最高で７２００ｒ
ｐｍ程度であったものが、現在では１００００ｒｐｍ以
上の高速回転数のものができている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような、高速回転
の磁気ディスク装置では、従来の低速回転の場合には起
こり得なかった、磁気ディスクの高速回転安定性という
新たな問題乃至課題が生じてきた。即ち、磁気ディスク
の回転が１００００ｒｐｍ以上になるにつれて、前記ア
ルミニウム合金基板、ＮｉＰまたはＮｉＣｕＰなどの非
磁性の保護皮膜、媒体膜からなる磁気ディスク自体に、
３６００ｒｐｍから７２００ｒｐｍ程度の低回転数では
生じなかった、微妙な振動が生じるようになる。

【０００６】そして、磁気ディスク自体にこの振動が生
じた場合、トラック方向の位置合わせにおいて、磁気ヘ
ッドが磁気ディスク表面を追随できなくなり、磁気ヘッ
ドの浮上量の変動による読み取り／書き込みエラーを生
じるという問題が発生する。

【０００７】この高速回転安定性の問題は、前記した通
り、媒体の高性能化に対応して、非磁性の保護膜や媒体
膜を改善し続けてきた磁気ディスクにとって、より高速
回転の磁気ディスク装置に適用できるか否かの重大な問
題を孕んでいる。そして、この高速回転安定性の問題
を、磁気ディスク装置の側でハード的乃至ソフト的に解
決するのは難しく、必然的に、磁気ディスクの側で解決
しなければならない技術的課題となっている。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑み、特に、１０
０００ｒｐｍ以上の高速回転下で用いても、振動が生じ
ず、高速回転安定性に優れた磁気ディスクを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このための、本発明の手
段は、基板上に媒体が形成され、１００００ｒｐｍ以上
の高速回転下で用いられる磁気ディスクにおいて、アル
ミニウム合金などの基板のヤング率Ｅ（ｋｇ／ｍｍ²）
と密度ρ（ｇ／ｃｃ）との比Ｅ／ρを２８００以上とす
ることである。

【００１０】本発明者らは、磁気ディスクの高速回転下
で発生する、磁気ディスク自体の微妙な振動を種々解析
し、この振動が、磁気ディスク基板の共振により生じる
ことを知見した。即ち、磁気ディスクの共振現象は、使
用しているアルミニウム合金板、カーボン板、ガラス板
などの基板の共振点（基板の共振点が磁気ディスクの共
振点を支配する）が、対象となる磁気ディスク装置の実
際の回転数域に存在することから生じる問題であること
を知見した。

【００１１】したがって、使用する基板の共振点を、磁
気ディスク装置の実際の回転数域以上の回転数域にずら
すことにより、磁気ディスクの共振＝振動が防止できる
ことになる。しかして、基板の共振点を上げる場合、ど
のような手段で上げるかが更なる問題となる。

【００１２】磁気ディスク基板の共振点を決定する共振
周波数ｆは、一般的に、次式で表される。ｆ＝（λ²ｈ／２πａ²）×〔Ｅｇ／３（１−σ²）
ρ〕^1/2、（但し２ｈ：磁気ディスク基板の板厚、ａ：
磁気ディスク基板の外半径、Ｅ：磁気ディスク基板のヤ
ング率、σ：ポアソン比、ρ：磁気ディスク基板の密
度、λ：定数、ｇ：重力加速度）

【００１３】そこで、本発明者らは、前式において、磁
気ディスク基板の形状に関係が無く、基板物質乃至材料
に固有の値である磁気ディスク基板のヤング率Ｅと、磁
気ディスク基板の密度ρに注目し、Ｅ／ρと回転数によ
る磁気ディスクの振動量との関係を調査した。その結
果、表面処理膜が施された磁気ディスク基板において、
磁気ディスク基板のヤング率Ｅと密度ρとの比、Ｅ／ρ
を、２８００以上とするならば、１００００ｒｐｍ以上
の高速回転数でも、共振に起因した振動が発生しないこ
とを知見した。

【００１４】

【発明の実施の形態】現在使用されている基板のヤング
率Ｅ（ｋｇ／ｍｍ²）と密度ρ（ｇ／ｃｃ）は、概ね、
アルミニウム合金板：Ｅ＝７２００、ρ＝２．７、カー
ボン板：Ｅ＝３０００、ρ＝１．８、ガラス板：Ｅ＝７
１００、ρ＝２．６である。この物性値に基づくと、ヤ
ング率と密度の比Ｅ／ρは、アルミニウム合金板で２６
７０、カーボン板で１６７０、ガラス板で２７３０程度
となる。したがって、これら代表的な基板のヤング率と
密度の比Ｅ／ρは、前記振動が発生しないＥ／ρの臨界
値２８００をいずれも下回っており、この差を埋めるべ
く、基板のヤング率と密度の比Ｅ／ρを上げることが必
要である。

【００１５】磁気ディスク基板の、ヤング率Ｅと密度ρ
との比Ｅ／ρを、２８００以上に上げるための態様は、
基板自体のＥ／ρを高めるか、基板に表面処理皮膜を施
し、この表面処理皮膜により、基板と表面処理皮膜とを
合わせた基板全体としてのＥ／ρを高めることである。

【００１６】まず、基板がアルミニウム合金の場合、基
板自体のＥ／ρを高める方法は、例えば、Ｓｉなどの合
金元素や、ＳｉＣやＺｒＯ₂などの炭化物、酸化物微粒
子を添加する等、アルミニウム合金の組成や組織を変え
る方法、或いは、圧延条件や熱処理条件を変える等の方
法がある。

【００１７】但し、周知の通り、基板自体は、既に磁気
ディスク基板としての、強度や靱性あるいは表面の平滑
性や均質性などの基本的な要求特性から、合金組成や熱
処理等の仕様が決定されている。このため、基板として
のＥ／ρを高めるために、前記のようにアルミニウム合
金の、添加合金元素や元素添加量等の組成や製造条件を
変更すると、磁気ディスク基板の前記基本的な要求特性
を阻害する可能性があり、基板自体のＥ／ρを高める方
法は、この点に注意して選択する必要がある。したがっ
て、アルミニウム合金板については、基板に表面処理皮
膜を施し、この表面処理皮膜のヤング率と、密度ρによ
り、表面処理皮膜を含めた基板全体としてのＥ／ρを高
める手法が、基板の前記基本的な特性を阻害しない点か
らは望ましい。

【００１８】次に、カーボン基板の場合は、現状のヤン
グ率Ｅと密度ρとの比Ｅ／ρと、前記振動が発生しない
Ｅ／ρの臨界値２８００との差が大きすぎるため、例
え、カーボン組成や製造条件を大幅に変更しても、基板
としてのＥ／ρを、臨界値２８００以上に高めるのは難
しい。したがって、カーボン基板については、基板に表
面処理皮膜を施し、この表面処理皮膜のヤング率と、密
度ρにより、表面処理皮膜を含めた基板全体としてのＥ
／ρを高める手法が望ましい。

【００１９】一方、ガラス基板は、現状のヤング率Ｅと
密度ρとの比Ｅ／ρと、前記振動が発生しないＥ／ρの
臨界値２８００との差が小さく、ガラス組成や製造条件
の変更により、それも大幅な変更をせずとも、Ｅ／ρの
臨界値２８００以上にすることが可能である。ただ、前
記基本的な要求特性の阻害の問題からすると、ガラス基
板の場合にも、やはり、基板に表面処理皮膜を施し、こ
の表面処理皮膜のヤング率により、基板全体としてのＥ
／ρを高めることが好ましい方法となる。

【００２０】次に、図１に示すように、基板１の両面に
表面処理皮膜２を施し、更にその表面（両面）に媒体３
を設けた磁気ディスクについて、この表面処理皮膜によ
り、基板全体としてのＥ／ρを高める方法について説明
する。

【００２１】図１に示す、基板１の両面に表面処理皮膜
２を施した磁気ディスク基板のヤング率は、Ｅ＝皮膜Ｅ
＋（基板Ｅ−皮膜Ｅ）×（ａ／ｂ）³、（但し、Ｅはヤ
ング率、ａは基板の板厚の１／２、ｂはａと皮膜厚みと
の合計で、表面処理皮膜を含めた基板全体の厚みの１／
２）で表される。この式から分かる通り、皮膜のヤング
率が基板のヤング率向上に寄与し、表面処理皮膜を設け
れば、基板全体としてのヤング率やＥ／ρを高めるため
に効果があることが分かる。なお、基板全体としてのρ
の値も、表面処理皮膜の膜厚で異なる。

【００２２】ここで、本発明で基板に設ける表面処理皮
膜は、従来公知のＮｉＰ系〔ＮｉＰ乃至Ｎｉ（Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｓｎ、Ｗ）Ｐ〕、ＮｉＢ系、ＴｉＮ系、ＡｌＮ系、
ＣｒＣ系、ＣｒＮ系、ＨｆＮ系、ＴｉＡｌ系、ＴｉＣ
系、ＴｉＣＮ系、ＴｉＮ系、ＴｉＮＡｌ系、ＷＣ系、Ａ
ｌ₂Ｏ₃系、ＳｉＯ₂系などが適宜選択される。これら
の表面処理皮膜は、もともと、磁気ディスクに平滑性な
どの特性を付与するための非磁性の保護皮膜として基板
に形成されている。したがって、前記したような、基板
の基本的な要求特性を阻害ぜす、基板全体としてのヤン
グ率やＥ／ρを高めるために用いることができる点で有
利である。

【００２３】代表的な表面処理皮膜のヤング率Ｅ（ｋｇ
／ｍｍ²）と密度ρ（ｇ／ｃｃ）そしてＥ／ρを示す
と、概ね、ＮｉＰ系めっき皮膜はＥ＝１５０００、ρ＝
７．９、Ｅ／ρ＝１９００、ＴｉＮ系皮膜はＥ＝４４８
９８、ρ＝４、Ｅ／ρ＝１１２２５、ＷＣ系皮膜はＥ＝
５４５３１、ρ＝１６、Ｅ／ρ＝３４０８である。

【００２４】したがって、ＴｉＮやＷＣなどのＴｉやＷ
の炭窒化物系や、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの酸化物系
の皮膜は、Ｅ／ρがもともと高く、設ける皮膜の厚みが
薄くても、基板全体としてのヤング率やＥ／ρを高める
ために効果があり、本発明の基板のＥ／ρを高める目的
に対して好ましい皮膜である。これに対して、ＮｉＰな
どのＮｉ−Ｘ系めっき皮膜は、前記炭窒化物系や酸化物
系の皮膜に比べると、Ｅ／ρが高くないため、表面処理
皮膜を含めた基板全体としてのヤング率やＥ／ρを高め
るためには、設ける皮膜の厚みを比較的厚くする必要が
ある。

【００２５】このように、磁気ディスク用基板の表面に
設ける皮膜は、基板自体の高めるべきＥ／ρのレベル
と、皮膜自体のＥ／ρレベルにより選択されるが、磁気
ディスクに耐熱性を付与するためなど他の特性も考慮し
て選択されて良い。例えば、磁気ディスク用基板が、高
温下での処理を受けた場合の帯磁を防止し、磁性膜の高
保磁力化を可能とする点では、ＮｉＰ系のＮｉＣｕＰな
どの皮膜が好ましい。

【００２６】このＮｉＣｕＰ系皮膜の場合の基本成分組
成は、非磁性等、得られる皮膜の要求性能から、Ｃｕ含
有量が３０〜５５ｗｔ％、Ｐ含有量が４〜１０ｗｔ％、
残部Ｎｉおよび不可避的不純物が好ましい。Ｎｉは、非
磁性皮膜の主要構成成分であり、Ｃｕ、Ｐは、磁気ディ
スク用基板が加熱されても磁化されることのない非磁性
皮膜を得るために必要である。また、この基本組成の
他、Ｐの代わりに、あるいはＰと同時に、Ｐと同じ効果
を有するＢを含んでも良く、この他、皮膜の結晶化の温
度を高め、皮膜を結晶化しにくくするため、Ｈ、Ｃ、
Ｏ、Ｆ、Ｓｉ、Ｓ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｏ、Ｔ
ｅ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｂｉ、Ｇｄ等の元素を、皮膜特性を劣化させない
１０ｗｔ％を上限として適宜添加しても構わない。

【００２７】なお、本発明の表面処理皮膜の形成方法に
ついては特に制限は無く、基板に設ける皮膜の種類によ
り、例えば、無電解めっき法、電解めっき法、スパッタ
法、蒸着法、イオンプレーティング法等が適宜選択的に
用いられる。また、例えばＴｉＮ皮膜をアークイオンプ
レーティング法などにより形成する際にＣが含まれる場
合があるように、表面処理皮膜の形成方法によっては、
前記皮膜に基本組成以外の不純物が含まれる場合がある
が、磁気ディスクの基本特性を阻害しない範囲での不純
物の含有は許容される。

【００２８】因みに、従来公知の前記表面処理皮膜を設
けた磁気ディスク用基板でも、ヤング率が充分高い皮膜
を用いた場合には、本発明の要件である、基板のヤング
率Ｅ（ｋｇ／ｍｍ²）と密度ρ（ｇ／ｃｃ）の比Ｅ／ρ
を２８００以上とすることを意図せずとも、高速回転安
定性の効果が達成されるやもしれぬ。

【００２９】しかし、高速回転下で発生する、磁気ディ
スク自体の微妙な振動が、磁気ディスク基板の共振によ
り生じ、この共振現象が、対象となる磁気ディスク装置
の実際の回転数域に、基板の共振点が存在することによ
り生じる、という本発明の知見が無い場合、仮に、当該
磁気ディスク条件そのものを変更し、磁気ディスクの共
振点が変われば、振動が発生する可能性がある。また、
磁気ディスク装置の回転数がより高速化した場合にも、
やはり、磁気ディスクの共振点が磁気ディスク装置の実
際の回転数域に入って、振動が発生する可能性がある。

【００３０】即ち、本技術分野では、前記した通り、磁
気ディスク装置（ＨＤＤ）の高記録密度化／大容量化の
ため、媒体の高性能化や磁気ディスク回転数の高速化な
どの技術革新は日進月歩であり、磁気ディスク自体の条
件や磁気ディスク使用環境は次々変わっており、本発明
の知見が無い場合、これら条件の変更に対応できず、磁
気ディスクの振動が発生し、開発した磁気ディスクが使
用できなくなる可能性がある。

【００３１】したがって、１００００ｒｐｍ以上の高速
回転下で用いられる磁気ディスクにおいては、この高
速回転下では、基板の共振点が磁気ディスク装置の回転
数域に存在するため、磁気ディスク自体の振動が生じ
る、という本発明の知見、基板のヤング率と密度との
制御により、基板の共振点を磁気ディスク装置の回転数
域以上の回転数域にずらし、磁気ディスクの共振を防止
する、という本発明の技術思想、基板のヤング率Ｅと
密度ρとの比Ｅ／ρを２８００以上にする、という本発
明の手段、が無ければ、実用化は困難である。

【００３２】

【実施例】表面処理皮膜として、ＮｉＰ皮膜、ＴｉＮ皮
膜、ＷＣ皮膜を選択し、各々の皮膜を、板厚０．８ｍｍ
（３１．５ｍｉｌ）で、３．５インチ径タイプのアルミ
ニウム合金板（（株）神戸製鋼所製／合金名：ＫＳ５Ｒ
８６）表面に設けて、磁気ディスク基板とした。

【００３３】ＮｉＰ皮膜は、無電解めっきにより、アル
ミニウム合金基板表面に、膜厚を１０〜１００μｍの範
囲で種々変えて設けた。その後、めっき表面を研磨して
表面粗さＲａが１０Åになるよう鏡面化するとともに、
テクスチャー処理を施し、ＮｉＰめっき／アルミニウム
合金基板を作成した。このテクスチャー処理は、磁気ヘ
ッドが鏡面処理された磁気ディスク板に吸着しないよう
にする点で有効であり、鏡面処理された磁気ディスク用
基板表面の全面あるいは磁気ヘッドが停止する中心部
を、本発明の表面粗さの範囲内で、一定のパターンの表
面凹凸が設けられるよう粗面化する。

【００３４】ＴｉＮ皮膜とＷＣ皮膜は、前記アルミニウ
ム合金基板に、アークイオンプレーティング法により、
膜厚を１０〜１００μｍの範囲で種々変えて設けた。

【００３５】これらの表面処理皮膜を設けた磁気ディス
ク用基板を、インライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装
置により、基板を２５０℃の一定に加熱して、Ｃｒ下地
膜、Ｃｏ₆₂.₅Ｎｉ₃₀Ｃｒ_7.5合金磁性膜およびカーボン
保護膜を記載順に形成した。

【００３６】得られた磁気ディスクについて、ヤング率
と密度の比Ｅ／ρを測定し、ＮｉＰめっき皮膜、ＴｉＮ
皮膜、ＷＣ皮膜の、各々の膜厚とＥ／ρとの関係を図２
に示す。図２において、○印はＮｉＰめっき皮膜、△印
はＴｉＮ皮膜、□印はＷＣ皮膜であり、いずれの皮膜
も、膜厚の増加に応じて、磁気ディスクとしてのＥ／ρ
が増加しているのが分かる。また、ＮｉＰめっき皮膜で
は３０μｍ以上の厚みで、ＴｉＮ皮膜、ＷＣ皮膜では１
０μｍ以上の厚みで、２８００以上のＥ／ρを確保でき
ている。したがって、基板全体のＥ／ρを２８００以上
とするためには、前記図１のところで示した、磁気ディ
スク基板全体のヤング率Ｅと、皮膜および基板のヤング
率の関係式に従って、基板のＥ／ρのレベルに応じ、こ
れら最小の膜厚以上の厚みの表面処理皮膜を設ける必要
がある。

【００３７】更に、これらの皮膜について、磁気ディス
クとして、実際に磁気ディスク装置に搭載した場合の、
磁気ディスクの回転数と振動量との関係を調査した。磁
気ディスク装置は３．５ｉｎのものを用い、磁気ディス
クの回転数と振動量の関係は、ドップラー速度計を用い
たＲＶＡテスター（ＴＨｏＴＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ
ｓ社製）により測定した。

【００３８】共振による振動が発生した磁気ディスク
の、回転数と、Ｅ／ρとの関係を図３に示す。図３から
明らかな通り、ＮｉＰめっき皮膜のＥ／ρが２５００で
は、９５００ｒｐｍで磁気ディスクに振動が発生するも
のの、Ｅ／ρが２８００では、１００００ｒｐｍになる
まで磁気ディスクに振動が発生しない。また、ＴｉＮ皮
膜やＷＣ皮膜も、Ｅ／ρが２８００以上の場合に、振動
が発生する回転数は、１００００ｒｐｍを大きく上回っ
ている。

【００３９】そして、これら皮膜のＥ／ρと磁気ディス
クに振動が発生する回転数とは、皮膜の種類に依らず、
直線的な関係を示しており、ヤング率と密度の比Ｅ／ρ
の値２８００が、１００００ｒｐｍ以上での磁気ディス
クの振動防止の臨界的意義を持っていることが分かる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、１
００００ｒｐｍ以上の高速回転下で用いても、振動が生
じず、高速回転安定性に優れた磁気ディスクを提供する
ことができる。しかも、従来の技術を大幅に変更するこ
となく、高速回転化に対応する磁気ディスクを提供する
ことができる点でも、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気ディスクの断面構造を模式的に示す、説明
図である。

【図２】ＮｉＰめっき皮膜、ＴｉＮ皮膜、ＷＣ皮膜の、
各々の膜厚とＥ／ρとの関係を示す、グラフ図である。

【図３】ＮｉＰめっき皮膜、ＴｉＮ皮膜、ＷＣ皮膜の、
磁気ディスクに振動が発生した際の、磁気ディスクの回
転数と皮膜のＥ／ρとの関係（各々の皮膜の振動発生限
界のＥ／ρ値）を示す、グラフ図である。

【符号の説明】

１；基板２；表面処理皮膜３；媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に媒体が形成され、１００００ｒ
ｐｍ以上の高速回転下で用いられる磁気ディスクであっ
て、基板のヤング率Ｅ（ｋｇ／ｍｍ²）と密度ρ（ｇ／
ｃｃ）との比Ｅ／ρが２８００以上であることを特徴と
する高速回転安定性に優れた磁気ディスク。
【請求項２】基板表面に表面処理皮膜が設けられ、該
表面処理皮膜を含めた基板の前記ヤング率Ｅと密度ρと
の比Ｅ／ρが２８００以上である請求項１に記載の高速
回転安定性に優れた磁気ディスク。
【請求項３】基板がアルミニウム合金である請求項１
または２に記載の高速回転安定性に優れた磁気ディス
ク。
【請求項４】表面処理皮膜が、ＮｉＰ系皮膜、ＴｉＮ
系皮膜、ＷＣ系皮膜の内から選ばれたものである請求項
２または３に記載の高速回転安定性に優れた磁気ディス
ク。