JPS6266419A - 磁気ディスク用基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、セラミックス材ｒ１からなる磁気ディスク
用基板に係り、表面が無孔・無歪アルミナスパッタ層か
らなり、すぐれた表面粗度を有する磁気ディスク用基板
並びにその製造方法に関する。

背景技術 一般（、磁気ディスク用基板としては、次のような特性
が要求される。

（１］　０．３証以下の低い磁気ヘッド浮上高さに伴な
い磁気ヘッドの安定な浮上と記録特性の安定性を得るた
め、研摩後の基板表面粗度がすぐれていること、 （２）基板表面に形成される磁性薄膜の欠陥の要因とな
る突起や礼状のへこみがないこと、 （３）機械加工、研摩あるいは使用時の高速・回転に十
分耐える機械的強度を有すること、 （４）耐食性、耐候性、及び耐熱性にすぐれること。

従来、磁気ディスク用基板には、アルミニウム合金が使
用されているが、アルミニウム合金基板では、材料の結
晶異方性、材料欠陥及び材料中に存在する非金属介在物
等のため、機械加工や研摩加工において、非金属介在物
が基板表面に突起として残存したり、あるいは脱落して
凹みを生じ、十分研摩を施しても精々２００人程度の表
面粗度しか得られず、突起や凹み、うねりのある表面状
態では、高密度磁気記録用磁気ディスク用基板材として
は十分でない。

すなわち、磁気ディスク基板表面の加工の良否が、その
まま、磁気ディスクのランアウト、加速度成分、媒体の
信号エラー等に影響するのである。

ところで、アルミニウム合金の基板の場合、金属材料の
ため、ビッカース硬度も１００吋着程度（セラミックの
場合６００ｋｃＪＪ以上）であり、曲げ強度も１０００
ｋｇ４（セラミックの場合４０００ｋｇ、ＪＪ、Ｊ上）
であって、高密度磁気記録となるに従って、スクラッチ
、疵、平坦度、うねりなどの形状精度も厳しくなるため
、加工は一層困難となっている。

また、アルミニウム合金基板の場合、爪粒加■の際１こ
、砥粒が表面凹みに埋め込まれやすく、欠陥となり、ざ
らに、表面の耐食性、耐候性を高めて汚染を防ぐ上で、
旋削■程、ポリッシングＴ程。

保管の際、清浄度、防錆、汚れ等には十分な配慮が必要
となる。

アルミニウム合金基板の改善のため、その表面に高硬度
の膜を形成する方法が提案されており、例えば、アルミ
ニウム合金基板表面にアルマイト層を形成して硬度を増
加させ、研摩加工性を向上させる方法が取られるが、ア
ルマイト形成中にアルミニウム合金中の微量不純物（Ｆ
ｓ、　ｔａｎ、　ＳＬ）が金属間化合物として析出する
ため、アルマイト処理後、上記化合物部分が凹みの発生
要因となっている。

また、アルミニウム合金母材の高純度化を計ることは、
製造工程上至難に近く、さらに、耐食性。

清浄度の面でも取り扱いが問題となる。

また、アルミニウム合金表面へのスパッタリングやメッ
キによって薄膜磁性媒体を形成する場合、該合金と磁性
膜との化学反応や拡散の問題を生じ、更に、磁性膜被着
時の熱処理により、基板の変形と共に基板回転時の面振
れ、加速度が増加する問題がある。

一方、アルミニウム合金基板上に、５Ｌｏ２゜Ａ＆２０
３等の酸化物をスパッタリングによって形成する方法も
提案されているが、該合金基板とスパッタ形成後の被膜
との密着力が弱いという欠点があった。

今日、アルミナ系セラミック基板が、アルミニウム合金
材料に比べて、耐熱性、耐摩耗性、耐候性、絶縁性、及
び機械的強度のすぐれているため、各種分野の広範囲な
用途に利用されているが、磁気ディスク用基板としては
、基板表面に薄膜磁性媒体を形成する必要並びに、媒体
の薄膜化、高密度化に伴ない、アルミナ系セラミック基
板表面の無孔化・無歪化を計ることが切望されている。

一般に、セラミック基板の製造方法として、単結晶法、
金型成形、ラバープレス、ドクターブレード法等により
成形後に焼結する方法、さらに高密度化のため、ホット
プレス法、熱間静水圧プレス法が知られているが、前者
の単結晶化法では製造コストが高い上に、大口径基板の
製造が困難であり、また、後者のホットプレスや熱間静
水圧プレスにより高密度化された基板であっても、５μ
ｍＪｘ下の微細孔が基板に存在するため、磁気ディスク
用基板に要することは、表面微細欠陥によるドロップア
ウトの発生、ヘッドクラッシュ等の信頼性を損う等の問
題があった。

また、一般に、磁気ディスク基板等に適用し得る表面研
摩法として、メカノケミカル研摩法は、シリコン基板、
ＧＧＧ結晶、フェライト等の表面物性を劣化させること
な（精密表面に仕上げる方法として公知であるが、微細
孔の存在するセラミックス材料にこのメカノケミカル研
摩法を適用する場合は、微細孔がセラミックス表面に露
出した状態となり、薄膜媒体を被着する該基板材として
は不十分であり、また、アルミナ系セラミック材にメカ
ノケミカル研摩法を適用すると、各材質あるいは結晶面
での化学侵蝕速度が異なるため、微細孔の露出と同時に
結晶段差を生ずる問題があった。

発明の目的 この発明は、上述の問題点に鑑み、セラミックス材料か
らなる磁気ディスク用基板の欠点を解決し、すぐれた表
面粗度を有し、かつ無孔で無歪みの表面を有するセラミ
ックス系磁気ディスク用基板を目的とし、さらに、かか
る無孔・無歪表面のセラミックス系磁気ディスク用基板
を容易にかつ安価に得ることができる磁気ディスク用基
板の製造方法を目的としている。

発明の構成 この発明は、磁気ディスク用基板として、要求される無
孔・無歪ですぐれた表面粗度を有するセラミックス系該
基板を目的に種々検討した結果、アルミナ系セラミック
材料表面に、アルミナをスパッタし、被着後に特定の条
件のメカノケミカル研摩を施し、すぐれた表面粗度でか
つ無孔・無歪のアルミナスパッタ膜を設けることによっ
て、前述した磁気ディスク用基板として要求される条件
を満足したアルミナ系セラミック磁気ディスク基板が得
られることを知見したものである。

すなわち、この発明は、 ５Ｂｍ以下の微細孔を有し、相対理論密度が９０％以上
のアルミナ系セラミック材料からなる基板表面に、該基
板との熱膨張係数（２０℃〜４００℃）差が２Ｘ１０　
”６　／ｄｅｇ以下、表面粗度（Ｒｚ）が１００八〜１
８０人でかつ無孔無歪表面を有する０、３万〜！ｌｏｌ
１ｍ膜厚みの純度９０％以、１．ヌープ硬度６００ｋｇ
Ｑ、Ｊ〜１５００ｋｇ、ｊ、（のアルミナスパッタ膜を
有することを特徴とする磁気ディスク用基板であり、ま
た、 ５通以下の微細孔を有し、相対理論密度が９０％以上の
アルミナ系セラミック材料からなる基板表面に、該基板
との熱膨張係数（２０℃〜４００℃）差が２×１０−６
／ｄｅｇ以下の０．５Ｂｍ〜５５Ｈｎ膜厚みの純度９０
％１ス上、ヌープ硬度６００ｋｉ看〜１５００に＝ａｆ
ｆｉ／のアルミナスパッタ膜を形成した後、該スパッタ
膜を、粒径１．０．ａｍ以下のＦｅ２Ｏ２、５ｊ０２．
　ＭｇＯ、ＣｅＯ２または／Ｖ２Ｏ３微粉のうち少なく
とも１種を、０．１ｗｔ％〜５０ｖｔ％純水中に懸濁し
た懸濁液で、０．０５　ｋｃＪ４〜２均着の相対的ラッ
プ荷重で研摩加工し、表面粗度（Ｒｚ）が１００八〜１
８０人でかつ無孔無歪表面を有する０、３１Ｊｍ〜５０
１Ｉｍ膜厚みの純度９０％以上。

ヌープ硬度６００ｋｃＪ着〜１５００ｋｇ、ｉ、Ｊのア
ルミナスパッタ膜を設けることを特徴とする磁気ディス
ク用基板の製造方法である。

この発明による磁気ディスク用基板は、研摩後の基板表
面粗度がすぐれているため、０．３１Ｉｒｒｌ以下の浮
上高さにおける磁気ヘッドの安定な浮上と記録特性の安
定性が得られ、また、基板表面に形成される磁性薄膜の
欠陥の要因となる突起や礼状の凹みがなく、さらに、機
械加工、研摩あるいは使用時の高速・回転に十分耐える
機械的強度を有し、耐食性、耐候性、及び耐熱性にすぐ
れており、該基板に要求される条件をすべて満足する。

発明の限定条件 この発明において、アルミノ−系セラミック材は、Ａｌ
２Ｏ３を主成分とし、その他に金属酸化物を含右するも
ので、　金型成形、押出成形、射出成形、シート成形等
により成型され、焼成処理されて得られるものである。

また、アルミナ系セラミック材料の微細孔大きさが５１
Ｊｍを越えると、材料表面にアルミナスパッタした際に
、微細孔部に気泡が発生して膜精度が劣化するため、微
細孔は５１ｍ以下が望ましく、好ましくは３μｍＪｘ下
１こする必要がある。

ざらに、アルミナ系セラミック材料の相対理論密度を９
０％以上としたのは、上記した微細孔の大きざが５μｍ
以上となりやすいためである。

アルミナスパッタ膜は、アルミナ基板との熱膨張係数の
相対差が２Ｘ１０’″ｓ、’ｔｉｅｇ以下で、純度が９
０％以上、かつヌープ硬度６００に１４〜１５００ｋｑ
Ｊを有することを特徴とする。

アルミナスパッタ膜の純度を９０％以上としたのは、ア
ルミナ純度が９０％未満であると、スパッタ時ｌご異常
放電現象が起りやすく、また製品品質の安定性が悪くな
るためである。

また、ヌープ硬度６００ｋｇＪ〜１５００ｋｇｆｆｉＪ
としたのは、６００ｋｇＪ未満では強度が弱く、耐摩耗
性が悪くなり、磁気ヘッドのＣ８Ｓ特性が悪（なり好ま
しくなく、また、１５００ｋｇ、Ｊを越えると硬度が高
くなりすぎ、磁気ヘッドを傷つけるため好ましくないた
めである。

アルミナスパッタ膜と前記基板との熱膨張係数（２０℃
〜４００℃）の差は、大きくなると相互応力が増し、そ
りや破壊等の問題が生じるため、両者の熱膨張係数の相
対、差が２×１０−６／ｄｅｇ以下であることが必要で
あり、また、アルミナスパッタ膜表面に圧縮応力が掛る
方が好ましいため、スパッタ膜材料の熱膨張係数が、該
基板材料の熱膨張係数より小さいほうが望ましい。また
、アルミナスパッタ膜と前記基板との熱膨張係数（２０
°Ｃ〜４００℃）は、同一傾向を有するものが最も好ま
しい。

アルミナスパッタ膜の厚みは、基板と表面に設ける磁性
薄膜との絶縁性を確保するのに必要でかつ研摩精度を考
慮すると０．３Ｉｚｍ以上の膜厚みが必要であるが、５
０〃…を越えると、基板との熱膨張係数の差によって生
じる応力が、基板内に大きな歪みをもたらす恐れがある
ため、０．３．ｍ〜５０μｍとする。

また、アルミナスパッタ膜表面粗度を１００Å〜１８０
人に限定するが、１００八未満では、ヘッド摺動時に基
板のアルミナスパッタ膜との吸着現象により、回転開始
時にディスク盤を傷つける恐れがあり、また、１８０人
を越えるとディスクの機械的特性や基板上に形成される
薄膜磁性媒体の特性を劣化させるため好ましくない。

また、アルミナスパッタ膜の研摩加工前の被着膜厚みを
、０．５八ｍ〜５５如としたのは、スパッタ法で、均一
な膜厚みを得て表面の研摩加工を可能ならしめるのに必
要な膜厚みであり、さらに熱膨張係数差に起因して基板
内に歪が発生するのを防止するためである。

アルミナスパッタ膜の研摩加工方法の条件は、粒径ｉ、
ｏＡＩｍ以下のＦｅ２ｅ３．　ｓＬｏ２２Ｍｇｏ　、　
Ｃｅ０ｚまたは／Ｖ２Ｏ３微粉のうち少なくとも１種を
、０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％純水中に懸濁した懸濁液で
、０．０５　ｋｇ４〜２に５着の相対的ラップ荷重で研
摩加工するが、粒径は１．０燗を越えるとコーテイング
膜表面に疵が発生し、表面粗度が劣化するため好ましく
なく、また、懸濁液の該微粉末含有量が０．１ｗｔ％未
満であると研摩効果が少なく、５０ｗｔ％を越えると微
粉末による粘性の増加にともない、研摩抵抗が増加する
ため、０．Ｉｗｔ％〜５０ｗｔ％とする。

また、純水には、有機汚濁物や浮遊物を含まない水で、
イオン交換水や蒸溜水がよく、ラップ盤には、Ｓｎ　、
はんだ合金、Ｐｂ等の軟質金属あるいは硬質クロス等が
適しており、ラップ荷重は、０．０５　ｋ１３４未満で
は所要の表面粗度が得られず、かつ加工能率が悪く、ま
た、２ｋｔ４を越えると、加工能率の点では望ましいが
、研摩精度が劣化するため、０．０５　＠４〜２ｋｑＪ
の相対的ラップ荷重とする。

好ましい実施態様 この発明におけるアルミナ系セラミック材料の組成は、
／Ｖ２Ｏ３、／Ｖ２Ｏ３’　　ＴｉＣ系、／Ｖ２Ｏ３Ｔ
ｊＯ２系、Ａｊ２０３Ｆｅ２０３　　ＴｉＣ系等、／Ｖ
２Ｏ３を主成分とし、そのほかに金属酸化物を含有する
アルミナ系セラミックス材が好ましく、金型成形、ラバ
ープレス、ドクターブレード法等により成形され、さら
に熱間成形法（ＨＰ法）、熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ
＞にて焼結処理して得られるものが好ましい。また、該
組成にＭｇＯ、ＮＬＯ、Ｃｒ２Ｏ３等の公知の粒成長抑
制剤やその他の焼結助剤を含有させることができる。

また、アルミナ系セラミック基板材の平均結晶粒径は、
５ＩＡｎ以下が好ましく、理論密度９０％以上の一般市
販規格品を用いることができる。

また、この発明によるアルミナスパッタ膜の厚みは、用
途や使用する材質等に応じて種々選定されるが、膜厚み
が０．５７７ｍ未満では、均一なコーテイング膜とする
ことが困難であり、基板表面の微＝　１４− 細孔を埋めることが困難であり、前述した条件のメカノ
ケミカル研摩によって所要の表面粗度及び無孔化無歪化
が１ｑられず、また、５５．を越えると、基板との熱膨
張係数差により生じる応力によって基板内に大きな歪を
発生させる恐れがあるため、膜厚みは０．５１Ｉｍ〜５
５々…とする必要があり、さらに、膜形成速度の点から
、好ましくは１５燗〜２５ＩＪｍ厚みである。

また、アルミナスパッタ膜のメカノケミカル研摩後の厚
みは、研摩精度を考慮して、０．３．〜５０ＡＩｍであ
り、さらに好ましくは１０．〜２０μｍである。

発明の効果 この発明による磁気ディスク用基板は、研摩後の基板表
面粗度がすぐれているため、０．３μｍ以下の浮上高さ
における磁気ヘッドの安定な浮上と記録特性の安定性が
得られ、また、基板表面に形成される磁性薄膜の欠陥の
要因となる突起や礼状の凹みがなく、さらに、機械加工
、研摩あるいは使用時の高速・回転に十分耐える機械的
強度を有し、耐食性、耐候性、及び耐熱性にすぐれてお
り、該基板に要求される条件のすべてを満足する。

また、この発明によるアルミナ系セラミック基板を、両
面記録用磁気ディスクに用いる場合は、該基板両面にア
ルミナスパッタ膜を形成し、両面を同時にメカノケミカ
ル研摩加工することにより、両面の薄膜中の内部応力は
相殺され、平坦度がすぐれ、かつ表面粗度並びに無孔化
無歪化のすぐれた基板が得られる。

所定のアルミナスパッタ膜を被着したアルミナ系セラミ
ックからなるこの発明による磁気ディスク用基板は、研
摩加工での形状精度の管理が従来と比較して容易であり
、さらに、基板自体の耐食性、耐候性に特別配慮する必
要がなく、表面の汚染も、スパッタする際に、スパッタ
クリーニングによって清浄化することができる利点があ
る。

また、従来のアルミニウム合金のものは、合金の旋削加
工した際に、表面に加工変質層が残存するのに対して、
この発明によるアルミナ系セラミック基板は、メカノケ
ミカル研摩仕上げによって、加工変質層が残存せず、表
面にはバルクでの応力歪が生じることがなく、基板に被
着される磁性薄膜への歪みの転写が生じない利点がある
。

すなわち、基板表面にアルミナスパッタ膜を設けるため
、薄膜結晶がアモルファスの均一構造となっており、従
来の多結晶アルミナ系セラミックをメカノケミカル研摩
した際の微細孔の露出あるいは結晶段差が発生しない。

上述したように、この発明の磁気ディスク用基板を用い
ることにより、信頼性が著しく向上した高密度磁気ディ
スク記録媒体を製作することができ、また、出発アルミ
ナ系セラミック材料に理論密度９０％以上の規格品が使
用でき、量産性にすぐれている。

実施例 実施例１ 基板には、組成がＡ＆２０３９９．９５％で、圧縮成形
後、焼結し、５々ｍ以下の微細孔を有し、平均結晶粒径
が４．ＯＡＩｍ有し、相対理論密度が９７％で、熱膨張
係数が７７Ｘ１０−７　／ｄｅ（］　、寸法９５ｍｍφ
Ｘ　１ｍｍ厚みのアルミナ系セラミック基板を用いた。

　１７　一 つぎに、上記のアルミナ系セラミック基板の表面を精密
ラップ法により表面粗度（Ｒｚ）　　２００Ａｊｘ下に
精密研摩した。

基板と同一材質のアルミナからなる寸法直径３５０ｍｍ
Ｘ厚み６ｍｍのターゲツト板を用い、高周波スパッタ装
置により、スパッタアルゴン圧１×１０−５ｍｍｂａｒ
に到達排気後に、基板表面の線状のため、スパッタクリ
ーニングより、表面層を５００、Ａ程度除去し、スパッ
タリングした。

正スパッタの投入パワーは５　ｋＷであり、基板側に負
のバイアス（−１００Ｖ）を印加した。バイアス効果に
より、セラミックボア部のステップカバレージが図られ
、ボア部にもアルミナが付着した。また、スパッタ膜面
の表面粗度は５００Ａであった。

なお、従来の酸化物のスパッタ法では、スパッタ速度が
遅く、被着に時間を要したが、電極間距離を４０ｍｍと
して投入パワーを大きくしたことにより、スパッタレー
トは５００人／ｍｉｎで、２０１Ｘｎ厚み形成するのに
４００分を要した。

次に、該コーテイング膜を、粒径０．５μｍのＣｏ　０
２微粉末を、純水中に２０ｖｔ％懸濁した懸濁液で、ラ
ップ盤にＳｎ盤を用い、Ｏ−５’ｑｌｔｌの相対的ラッ
プ荷重で研摩加工し、表面粗度（Ｒｚ）を１６０八に仕
上げた。この際の研摩代は３１Ｉｍで平坦度は１μｍで
あった。

接触針径０．１１ＩｒｎＲの薄膜段差測定器（Ｔａｌｙ
ｓｔ−ｅｐ）により、上記の研摩後の］−ティング膜の
表面状況を測定し、その結果を第１図へに示す。また、
同様に、］−ティング前の基板の表面状況を測定し、そ
の結果を第１図Ｂに示す。

第１図より、アルミナ系セラミック基板表面の微細孔は
、コーテイング膜の研摩により表面の無孔化が得られて
おり、表面粗度１６０人に仕上げられたことが明らかで
ある。

また、アルミナスパッタ膜と基板との付着力を判定する
方法として、硬度計を用い、打型を５０ｇから１ｏｏｏ
　ｇまで順次増大させて、］−ティング膜の剥離の有無
を判定基準として測定したところ、１０００　（ｌまで
剥離はなく、強固な付着力を示した。

この発明によるアルミナセラミック基板は、第１図の如
く、基板表面が無孔化、無歪化されたことにより、従来
の基板の微細孔に基因した素子の歩留イル下を防止し、
無孔化された基板表面に形成される被着磁性膜の特性及
び信頼性の向上に寄与することが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ図とＢ図は、実施例において、薄膜段差測定器
（７ａｌｙｓｔｅｐ　）により、基板表面ＩＪ″ｆｆＩ
！して研摩後の］−ティング膜の表面状況と、コーティ
ング前の基板の表面状況を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ５μｍ以下の微細孔を有し、相対理論密度が９０％以上
   のアルミナ系セラミック材料からなる基板表面に、該基
   板との熱膨張係数差が２×１０＾−＾６／ｄｅｇ以下、
   表面粗度（Ｒｚ）が１００Å〜１８０Åでかつ無孔無歪
   表面を有する０．３μｍ〜５０μｍ膜厚みの純度９０％
   以上、ヌープ硬度６００ｋｇ／ｍｍ＾２〜１５００ｋｇ
   ／ｍｍ＾２のアルミナスパッタ膜を有することを特徴と
   する磁気ディスク用基板。 ２ ５μｍ以下の微細孔を有し、相対理論密度が９０％以上
   のアルミナ系セラミック材料からなる基板表面に、該基
   板との熱膨張係数差が２×１０＾−＾６／ｄｅｇ以下の
   ０．５μｍ〜５５μｍ膜厚みの純度９０％以上、ヌープ
   硬度６００ｋｇ／ｍｍ＾２〜１５００ｋｇ／ｍｍ＾２の
   アルミナスパッタ膜を形成した後、該スパッタ膜を、粒
   径１．０μｍ以下のＦｅ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ｍｇ
   Ｏ、ＣｅＯ＿２またはＡｌ＿２Ｏ＿３微粉のうち少なく
   とも１種を、０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％純水中に懸濁し
   た懸濁液で、０．０５ｋｇ／ｃｍ＾２〜２ｋｇ／ｃｍ＾
   ２の相対的ラップ荷重で研摩加工し、表面粗度（Ｒｚ）
   が１００Å〜１８０Åでかつ無孔無歪表面を有する０．
   ３μｍ〜５０μｍ膜厚みの純度９０％以上、ヌープ硬度
   ６００ｋｇ／ｍｍ＾２〜１５００ｋｇ／ｍｍ＾２のアル
   ミナスパッタ膜を設けることを特徴とする磁気ディスク
   用基板の製造方法。