JPH10269543A

JPH10269543A - 磁気ディスク用基板

Info

Publication number: JPH10269543A
Application number: JP7595497A
Authority: JP
Inventors: Mikihiro Umehara; 幹裕梅原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JP3526509B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気ディスク用基板の仕上がり精度である平行
度および平面度を高めることで、小型化および薄型化な
らびに軽量化・高密度化を向上させる。【解決手段】Ａｌ₂Ｏ₃９９．９９重量％以上のサファ
イアからなる基板の磁性膜の主面１ａをＲ面（ミラー指
数１−１０２）となして、中心線平均粗さ（Ｒａ）を
０．５ｎｍ以下に、平行度を１μｍ以下に、平面度を１
μｍ以下にした磁気ディスク用基板１。

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装置に
使用される磁気ディスク用基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パソコンを中心とするコンピュータの内
外部記憶装置として幅広く使用される磁気ディスク装置
には、磁気ディスクおよび磁気ヘッドが配設されている
が、この磁気ディスクはディスク状基板上に磁性膜と保
護膜とを積層したものである。

【０００３】この磁気ディスク用基板には下記（１）〜
（８）の各特性が求められる。（１）表面精度が良好であり、無欠陥である。（２）高強度・高剛性であり、高速回転に耐えうる。（３）形状・寸法精度が優れている。（４）表面硬度が高い。（５）化学的に安定である。（６）軽量化が可能である。（７）低熱膨張率であり、耐熱性に優れる。（８）磁性を持たない。これらの要求特性を満たすことで、高密度記録用の小型
化・薄型化の磁気ディスク用基板が実現できる。

【０００４】かかる磁気ディスク用基板にはアルミニウ
ム合金が使用されていたが、高硬度化の進展によりソー
ダーライム系・アルミノシリケート系・結晶化ガラスな
どからなるガラス系基板、またはセラミックス系基板や
セラミックス表面にグレーズ処理した基板等も提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ルミニウム合金製磁気ディスク用基板は材料欠陥および
不純物により基板表面に突起物が残ったり、窪みが生じ
やすく、これにより、精密研磨をおこなっても、表面粗
度で２０ｎｍ程度が限度であり、その上、耐食性に劣
り、さらなる高密度記録化には適当ではなかった。

【０００６】そこで、このアルミニウム合金製ディスク
基板の上にアルマイト層を形成したり、あるいはＳｉＯ
₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の酸化膜をスパッタリングにより形成
しているが、前者の形成方法ではアルマイト層中の不純
物が磁性膜の被着に悪影響をおよぼし、後者では基板と
酸化膜との間で密着力不足が生じて、いずれにせよ、さ
らなる精度向上が難しい。

【０００７】一方、前記ガラス系材料からなる磁気ディ
スク用基板の場合、表面精度には優れるが、その反面、
耐食性・耐衝撃性等の強度という点で十分ではなく、そ
して、径サイズが２．５インチから１．８インチ、さら
に１．３インチ、０．７インチへとディスク用基板を小
型化させ、さらに各々の基板に対して薄型化した場合に
は破損する恐れがあり、実用化が難しい。

【０００８】また、前記セラミックス製基板の場合、表
面の微少なボイドをなくすことが困難であり、その対策
として表面をグレーズ処理するという方法が提案されて
いるが、製造工程が複雑化し、さらなる薄型化が難しい
という問題点がある。

【０００９】そこで、叙上の問題点を解決するために、
単結晶サファイアにより磁気ディスク用基板を作製する
ことが提案されている（特開平７−１２９９５２号公報
参照）。この提案の磁気ディスク用基板によれば、Ａｌ
₂Ｏ₃９９．９９重量％以上の単結晶サファイアからな
り、これによって小型化・薄型化が達成され、しかも、
その主面が中心線平均粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍ以下にで
き、その結果、歪みのない表面にできたが、近年のさら
なる小型化および薄型化の要望、ならびに軽量化・高密
度化を進展させるためには、その基板の表面平滑性のほ
かに、基板の仕上がり精度である平行度および平面度を
それぞれ１μｍ以下のレベルまで向上させる必要があ
る。なお、上記公報により提案された磁気ディスク用基
板では、その主面（磁性膜の被着面）の結晶面と表面加
工性・仕上がり性との関係については何ら究明されてい
ない。

【００１０】したがって本発明者は上記事情に鑑みて鋭
意研究に努めた結果、磁性膜の被着面の結晶面をＲ面
（ミラー指数１−１０２）にすると、それ以外の結晶面
にした場合とくらべて、表面の加工性が最も良好とな
り、仕上がり精度が最良となることを知見した。本発明
は上記知見により完成されたものであり、その目的は磁
気ディスク用基板の仕上がり精度である平行度および平
面度を高めることで、小型化および薄型化ならびに軽量
化・高密度化を向上させた高品質かつ高信頼性の磁気デ
ィスク用基板を提供することにある。ちなみに、単結晶
サファイアを磁気ディスク用基板に採用する場合、通
常、高速回転に対する要求が高く、そのために剛性にも
っとも優れたＡ結晶面を磁性膜の被着面にしている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気ディスク用
基板は、Ａｌ₂Ｏ₃９９．９９重量％以上の単結晶サフ
ァイアからなる基板の磁性膜の被着面をＲ面（ミラー指
数１−１０２）となして、中心線平均粗さ（Ｒａ）を
０．５ｎｍ以下に、平行度を１μｍ以下に、平面度を１
μｍ以下にしたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により詳述す
る。図１は本発明の磁気ディスク用基板であり、Ａは平
面図、ＢはＡにおいて切断面線Ｘ−Ｘによる横断面図で
ある。図２は単結晶サファイアを構成するＡｌ原子とＯ
原子の結晶状態図、図３は単結晶サファイアの結晶構造
を示す図、また、図４は単結晶サファイアのＲ面の劈開
性を示す図である。

【００１３】図１の磁気ディスク用基板１によれば、中
央に貫通穴を有する円盤状体であって、その全体が単結
晶サファイア（以下、サファイアと記す）からなる。そ
して、この磁気ディスク用基板１の主面１ａをＲ面（ミ
ラー指数１−１０２）となし、この面上に磁性膜および
保護膜を形成することで、磁気ディスクとなす。そし
て、図２に示すとおり上記サファイアはアルミニウム
（Ａｌ）原子・酸素（Ｏ）原子が規則的に秩序よく配列
されたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の単結晶体である。

【００１４】また、図３に示すとおりサファイアは六方
晶系であり、その中心軸にＣ軸があり、Ｃ軸と垂直した
面方位に、いわゆるＣ面（ミラー指数０００１）があ
る。しかも、Ｃ軸から放射状にのびるＡ軸（ａ１、ａ
２、ａ３）と、さらにそれと垂直したＡ面（ミラー指数
１１−２０）がある。そして、Ｒ面はＣ軸と一定の角度
（約３２．３８３°）を有して存在する。なお、これら
の軸および面については、Ｘ線回折により分析ができ
る。

【００１５】つぎにサファイアの特性をアルミニウム、
ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、結晶
化ガラス、アルミナセラミックスと対比する。表１に各
材料の特性を示す。ただし、耐食性については、その良
否を２つに区分し、○印は良好な耐食性を示した場合で
あり、×印は腐食が顕著に生じた場合である。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示すように、サファイアは他の材料
とくらべて、ヤング率・ビッカース硬度・抗折強度・熱
膨張率の各特性において格段に優れている。さらにサフ
ァイアは耐薬品性・耐熱性に優れた特性を示しているの
で、長期間にわたって良好に使用できる。

【００１８】また、比重のハンデ以上に小型化・薄型化
が可能となり、軽量化ができる。すなわち、サファイア
を用いて同サイズのものを作製した場合には、比重差に
より１．５〜１．７倍の重量となるが、実際にはヤング
率および抗折強度のデータに示されるように強度で２〜
４倍も優れるため、比重差以上に厚みを薄くすることが
でき、その結果、トータルとして大幅な軽量化ができ
る。

【００１９】そして、サファイアの主面をその劈開面で
あるＲ面（１−１０２）とし、さらに所要の方法で研削
・研磨の各加工をおこなうことで、きわめて滑らかな表
面となすことができ、その上、平面度・平行度にも優れ
た高精度仕上げができる。すなわち、図４に示すような
Ｒ面の劈開性を示す酸素（Ｏ）原子の配置図において
（ただし、Ｍ面とは、図３の六角柱の側面に相当す
る）、破線はＭ面を直角に横切るＲ面の切片であって、
酸素原子がこの切片にそって平行に配列されている。そ
こで、このＲ面を主面１ａとすることで、難削材である
サファイアの加工性を格段と向上させている。

【００２０】ただし、本発明においては、サファイアの
主面をＲ面（１−１０２）とするに当たって、多少の面
ズレが生じてもよく、その精度を±２°以内、好適には
±０．５°以内にすることで、本発明の目的が達成でき
る。

【００２１】かくして本発明の磁気ディスク用基板１に
よれば、機械的特性に優れるサファイアを用いて、主面
１ａをＲ面（１−１０２）としたことで、その主面１ａ
の中心線表面粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下、平行度・
平面度を１μｍ以下という高い精度に仕上げることがで
きた。

【００２２】また、本発明の磁気ディスク用基板１にお
いては、上記主面１ａが実質的に歪みのない表面層をな
している。すなわち、通常、サファイアの表面を研削お
よびダイヤモンド砥粒によりラッピング加工した場合、
その加工によって歪みが生じ、結晶の一部が破壊してア
モルフアス状態となった破壊層が生じるが、これに対し
て、本発明のような実質的に歪みのない表面層について
は、かかる破壊層が完全に除去され、純粋な単結晶サフ
ァイアのみからなる表面層をなしている。なお、この表
面層の評価については、高速反射電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）により確認できる。

【００２３】そして、かかる高精度仕上げ、かつ実質的
に歪みのない表面層の磁気ディスク用基板１を使用する
ことで、浮上した磁気へツドが磁気ディスクの表面に接
触しなくなり、これにより、磁気へツドの浮上高さを極
小にすることができ、しかも、精度の向上により安定し
て回転数をあげることができ、その結果、記録密度が格
段に向上した。ちなみに、従来のガラス系材料からなる
磁気ディスク用基板においては、主面の中心線平均粗さ
（Ｒａ）を１．０ｎｍ程度までしか研磨仕上げすること
ができず、さらに平行度・平面度についても５μｍ程度
であった。

【００２４】また、表２に示すように、サファイア基板
の磁性膜の被着面については、その面の面方位をいくと
おりにも選択することができるが、被着面がＡ面である
場合と対比して、本発明のＲ面と仕上がり精度を対比し
た。その結果、Ａ面では、安定して実現できる面粗さ
が、１．０ｎｍ弱程度であり、さらに平行度・平面度も
２μｍ程度であり、また、加工性も悪いので、この程度
の精度仕上げであっても非常に時間を要する作業になっ
た。

【００２５】

【表２】

【００２６】（本発明の磁気ディスク用基板の製造方
法）つぎに本発明にかかる製造方法を述べる。本発明に
かかるサファイアは、ＥＦＧ法（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎ
ｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ法）により製造
した。すなわち、高純度のアルミナを不活性雰囲気中で
溶融し、このアルミナ融液と接するように内部にスリッ
トを備えたリボン状のサファイア単結晶育成用のモリブ
デンダイを位置させ、アルミナ融液を毛細管作用により
モリブデンダイ上端部のアルミナ融液と接触させ、つい
でシードを上方に引き上げてサファイアの育成をおこな
った。この基板素材を引上育成するに当たっては、シー
ドの主面をＲ面としてセットし、引き上げればよい。こ
のように引き上げることにより、主面の面方位を容易に
Ｒ面へとコントロールできる。このＲ面の面精度につい
ては±０．５°とするのがよい。なお、サファイアの育
成方法は、ＥＦＧ法に限らず、チョクラルスキー法など
の他の方法を採用してもよい。

【００２７】このようにして製造したサファイアを、ダ
イヤモンドホイールにより所定の円盤形状に研削加工を
おこない、その後にダイヤモンド砥粒を用いたラッピン
グ加工をおこなう。つぎに、粒径５０ｎｍ以下のＳｉＯ
₂の球状コロイド粒子を水に分散させた液を研磨液とし
て供給しながら、サファイアと研磨布を相対的に摺動さ
せて精磨研磨をおこなう（この研磨液は、コロイダルシ
リカ粒子の安定化が目的であって、ＮａＯＨ、ＮＨ３等
が安定化剤として使用されているため、ｐＨ９〜１０程
度のアルカリを示す）。

【００２８】かくして上記一連の工程によって、新たに
歪を生じさせないままで、上記研削およびラッピング加
工で生じた破壊層を除去することができ、これにより、
実質的に歪みのない表面層が形成でき、しかも、中心線
平均粗さが０．５ｎｍ以下となり、平行度・平面度が１
μｍ以下となるまで、かかる精密研磨を続けることがで
きた。

【００２９】（実験例）上述した製造方法により、直径
１．３インチ（φ３４ｍｍ）の磁気ディスク用基板を作
成した場合、その基板から０．１５ｍｍの厚みの基板が
得られた。ちなみに、ガラス製基板であれば、その厚み
は０．６３５ｍｍである。

【００３０】そして、この磁気ディスク用基板１の表面
粗さを非接触式光学タイプの測定器で調べたところ、中
心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０８７ｎｍとなり、極めて
滑らかな面とすることができた。また、平行度・平面度
の双方も判定した結果、平行度は０．８μｍ、平面度は
０．６μｍという良好な値が得られた。

【００３１】つぎに、表３に示すとおり、本発明のよう
なサファイア製磁気ディスク用基板１について、外径を
３．５インチから０．７インチまでいくとおりにも変え
て、それぞれの外径のディスク用基板１に関して、規格
での厚み０．６３５ｍｍに対して、今日、ガラス基板で
もって薄型化をすすめている厚み寸法と、本発明の磁気
ディスク用基板１でもって実現可能な厚み寸法を記載す
る。

【００３２】

【表３】

【００３３】同表から明らかなとおり、本発明の磁気デ
ィスク用基板１であれば、相当に薄くでき、さらに小型
化・軽量化も達成できた。

【００３４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良等は何ら差し支えない。たとえば、上記
の例の磁気ディスク用基板１においては、滑らかな主面
１ａを有しているが、磁気へツドの張り付きを防止する
ために、この主面１ａに数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の凹凸パ
ターンを形成してテスクチヤリングをおこない、その上
に磁性膜および保護膜を形成して磁気ディスクとなして
もよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、Ａｌ₂
Ｏ₃９９．９９重量％以上のサファイアからなる基板の
磁性膜の被着面をＲ面（ミラー指数１−１０２）となし
たことで、中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下
に、平行度を１μｍ以下に、平面度を１μｍ以下にで
き、そして、ヤング率などの剛性に優れているので、薄
型化を進めても、破損の恐れはなく、さらに高精度仕上
げができ、超高速で回転させても歪みが発生せず、その
上、化学的に安定で、耐熱にも優れ、その結果、長期間
にわたって高品質かつ高信頼性の磁気ディスク用基板が
提供できた。

【００３６】また、本発明の磁気ディスク用基板におい
ては、磁気へツドの浮上量を小さくすることができ、し
かも、表面欠陥もないことから、小型かつ軽量となると
ともに、高い記録密度を達成することができた。

【００３７】さらにまた、本発明の磁気ディスク用基板
においては、加工性に優れ、高精度な加工が容易である
ことから、一定した品質でもって安価に製造することが
できた。さらにサファイアは高硬度で、歪みのない表面
を作成できるため、被膜等の後処理が不要となり、その
結果、製造工程が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

・

【図１】本発明の磁気ディスク用基板であり、Ａは平面
図、ＢはＡにおいて切断面線Ｘ−Ｘによる横断面図であ
る。

【図２】単結晶サファイアを構成するＡｌ原子とＯ原子
の結晶状態図である。

【図３】単結晶サファイアの結晶構造を示す図である。

【図４】単結晶サファイアのＲ面の劈開性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・磁気ディスク用基板１ａ・・主面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ₂Ｏ₃９９．９９重量％以上の単結晶
サファイアからなる基板の磁性膜の被着面をＲ面（ミラ
ー指数１−１０２）となして、中心線平均粗さ（Ｒａ）
を０．５ｎｍ以下に、平行度を１μｍ以下に、平面度を
１μｍ以下にした磁気ディスク用基板。