JPWO2019066086A1 - ガラススペーサ及びハードディスクドライブ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来のHDD装置では、磁気ヘッドと磁気ディスク間の浮上間隔を狭小化したり、磁気ディスク上の磁性粒子の微細化によって記録密度を向上させてきたが、近年上記対応が物理的限界に近づきつつあるため、上記HDD装置の記憶容量の大容量化には十分対応できていない。このため、HDD装置に搭載される磁気ディスクの枚数を増加することが考えられる。
組み付けられたHDD装置については、性能試験等の検査が行われる。性能試験等において不具合の発見されたHDD装置では、不具合のある磁気ディスクを抜き取るために、積層された磁気ディスク及びスペーサが順番にスピンドルから抜き取られる。このとき、スペーサと磁気ディスクはスピンドル軸方向に強く押さえつけられて接触しているので、スペーサと磁気ディスクが密着してしまい剥がせなくなる場合がある。このため、磁気ディスクとスペーサの密着力は可能な限り抑えることが好ましい。
特に、HDD装置に搭載する磁気ディスクの搭載枚数が多い場合、磁気ディスク間のスペーサの数も多くなるため、磁気ディスクとスペーサの密着が発生する可能性はますます高くなる。
近年、記録密度向上のために、磁気ディスクの主表面の表面粗さはいっそう小さくなっているので、上記密着の問題はより大きくなっている。
前記ガラススペーサの前記磁気ディスクと接する主表面の表面粗さRaは、1.0μm以下であり、前記主表面の下記式(1)を用いて得られる平均傾斜RΔaは、0.02以上である。
前記表面粗さRaは、0.01μm以上である、ことが好ましい。
また、ハードディスクドライブ装置において、前記磁気ディスクの主表面の表面粗さRaは、0.3nm以下である、ことが好ましい。
図1は、一実施形態のガラススペーサ(以下、単にスペーサという)1の外観斜視図であり、図2は、スペーサ1と磁気ディスク5との配置を説明する図である。図3は、スペーサ1が組み込まれるHDD装置の構造の一例を説明する要部断面図である。
内周端面3は、スピンドル14と接する面であり、スピンドル14の外径よりもわずかに大きい内径の孔を囲む壁面である。
主表面4は、磁気ディスク5と接する互いに平行な2つの面である。スペーサ1は磁気ディスク5の主表面と接触し摩擦力によって磁気ディスク5を固定する。
このため、磁気ディスク5と接触する主表面4の表面粗さRa(算術平均粗さ)及び平均傾斜RΔaは、後述するように定められている。
一方、スペーサ1の主表面4の表面粗さRaが小さくなるほど磁気ディスク5との密着力が増大する。しかし、密着力が過度になると、磁気ディスク5とスペーサ1をHDD装置から抜き取る場合、密着した磁気ディスク5とスペーサ1の分離が困難になる場合がある。
上述したように、組みつけられたHDD装置については、性能試験等の検査が行われる。性能試験等において不具合の発見されたHDD装置では、不具合のある磁気ディスク5を抜き取るために、積層された磁気ディスク5及びスペーサ11が順番にスピンドル14から抜き取られる。このとき、磁気ディスク5とスペーサ1が密着していると、スペーサ1の分離に失敗したり、分離するときに異物が発生して磁気ディスク5の表面に微粒子の異物が付着する場合がある。このような微粒子は、HDD装置の長期信頼性の低下の要因となる。
このため、本実施形態では、磁気ディスク5とスペーサ1が密着を抑制するように、表面粗さRaを1.0μm以下としつつ、平均傾斜RΔaを0.02以上とする。同様の観点から、平均傾斜RΔaを0.05以上とすることが好ましく、0.10以上であることがより好ましい。平均傾斜RΔaの上限は必ずしも設ける必要はないが、例えば0.3としてもよい。平均傾斜RΔaが0.3を超えると、磁気ディスク5の表面を傷つける恐れがある。
磁気ディスク5とスペーサ1が密着した場合、密着した磁気ディスク5とスペーサ1を強い力で分離することになるので、磁気ディスク5の表面の一部が微粒子となって離脱する場合がある。このような微粒子は、磁気ディスクに移着してHDD装置の長期信頼性の低下の要因となるので好ましくない。表面粗さRaを1.0μm以下とし、平均傾斜RΔaを0.02以上とすることで、磁気ディスク5とスペーサ1の密着を抑制することができるので、微粒子の発生数も抑制することができる。
なお、平均傾斜面RΔaを定める上記式(2)に示すΔXは、0.05〜0.2μmであることが好ましく、ΔXは、0.08〜0.12μmであることが好ましく、特に、ΔXは0.1μmであることが好ましい。ΔXが上記範囲内で平均傾斜面RΔaが0.02以上であることが好ましい。
上記を考慮した場合、表面粗さRaを0.01μm以上1.0μm以下とし、平均傾斜RΔaを0.02以上とすることにより、磁気ディスク5とスペーサ1との間の密着力を低下させることができる。磁気ディスク5とスペーサ1との密着力を、より確実に低下させるためには、表面粗さRaは0.05μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることが一層好ましく、さらに、0.3μm以上であることがより一層好ましい。
なお、スペーサ1が導電性のガラスから形成されているときには、直接スペーサ1を通して磁気ディスク5に帯電する静電気を外部に逃がすことができるので、金属膜は設けなくてもよい。
ガラス製であるスペーサ1は、磁気ディスク5がガラス基板に磁性膜が形成されたディスクと組み合わせることが好ましい。これにより、スペーサ1と磁気ディスク5の熱膨張率を同程度に揃えることができ、HDD装置内の温度変化が生じても温度変化により熱膨張の差によってスペーサ1と磁気ディスク5の相対的な位置の変化によるズレや擦れが少なく、ズレによる記録信号の読み取りエラーや擦れによる微粒子の発生を抑制することができる。
主表面4の研削処理において、ダイヤモンド砥粒などを固定砥粒として用いる場合、1つの粒子を固定砥粒として用いてもよいし、複数の粒子をビトリファイド等で結合させて形成した凝集体を固定砥粒として用いてもよい。特にダイヤモンドを含む固定砥粒はガラスに対する切れ味がよいため、表面形状における平均傾斜RΔaを大きくする上で好適である。固定砥粒は、例えば樹脂の中に分散されるとともに固定されている。
上記主表面4の研削や研磨に用いる装置としては、上下の定盤を備え、遊星歯車運動によってワークの2つの主表面を同時に研削(又は研磨)することが可能な両面研削装置(又は研磨装置)を用いることができる。
そして、例えば、遊離砥粒や固定砥粒のサイズ、上下定盤の圧力(被加工物への荷重)、圧力の変化のさせ方(多段階での圧力の変化など)、研削あるいは研磨の処理時間などを調整することにより、表面粗さRa及び平均傾斜RΔaを調整することができる。例えば、ダイヤモンドパッドを用いて主表面を研削処理する場合、固定砥粒のサイズを大きくすることで、表面粗さRa及び/又は平均傾斜RΔaを大きくすることができる。ここで、固定砥粒として凝集体を用いる場合、凝集体自体のサイズの他、それに含まれる粒子のサイズによって傾向が異なるので適宜表面粗さRa及び/又は平均傾斜RΔaを調整することができる。また、上下定盤の圧力を高めると、表面粗さRa及び/又は平均傾斜RΔaを大きくすることができる。
上記処理後さらに、フッ酸やケイフッ酸を含むエッチング液を用いて化学的に研磨(エッチング処理)してもよい。エッチング液の成分、エッチング液の濃度、処理時間などを調節することで、表面粗さRa及び/又は平均傾斜RΔaを変化させることができる。研削処理及び/又はエッチング処理の後、さらに研磨処理を行ってもよい。研磨処理を行うと、表面粗さRa及び/又は平均傾斜RΔaを小さくすることができる。研磨処理の後にエッチング処理を行ってもよい。これらの研削方法及び研磨方法を適宜組み合わせることで所望の表面形状の主表面4を形成することができる。スペーサ1の外周端面2及び内周端面3を研削及び/又は研磨し、つづいて主表面4の研削及び/又は研磨をすることが好ましい。
スペーサ1の効果を確認するために、主表面の表面凹凸を種々変更したスペーサを作製した(サンプル1〜30)。作製したスペーサの内径は25mm、外径は32mm、厚さは2mmである。面取面の角度は45度であり、面取面の半径方向の幅は150μmであり、面取面の仕様は全て同じとした。まず、板状ガラスをリング状に切り出したガラス素材に対し、外周端部及び内周端部を、総形砥石を用いて研削し、外周端面、内周端面、及び面取面を形成した。次に、ダイヤモンド微粒子をビトリファイドで結合させた凝集体を固定砥粒とする研削パッドを上下の定盤に張り付けた遊星歯車方式の両面研削装置を用いて主表面の研削を行った。主表面における種々の表面凹凸の形態を作るために、研削パッドにおける固定砥粒サイズ、定盤荷重、研削処理時間等を変えた。外周端面及び内周端面における表面粗さRzは5μmに揃え、主表面4における表面粗さRaと平均傾斜RΔaを変更した。なお上記固定砥粒の研削パッドによる研削処理後、必要に応じて、適宜、遊離砥粒による主表面のラッピング、研磨処理、あるいはエッチング処理を組み合わせて行った。
作製したスペーサを、図3に示すように、3枚の磁気ディスクと4枚のスペーサを用いてHDD装置を模擬した試験装置に組み込んで、トップクランプ16で押さえつけて磁気ディスク(主表面の表面粗さRaは0.2nm)を組みつけた後、30分間放置してから、再度磁気ディスクとスペーサをばらばらに取り出す作業を行った。使用した磁気ディスクは、外径95mm、内径25mm、板厚0.635mmの公称3.5インチの磁気ディスク用ガラス基板に磁性膜等を成膜し、その最表面に膜厚1nmの潤滑剤を設けたものである。具体的には、スペーサの主表面のほぼ全面を吸着するタイプのリング状の吸着部を有する真空吸着治具(磁気ディスク5を取り外す場合は主表面の最内周側が吸着される)を用いて密着(分離不可)の発生の有/無を調査した。
磁気ディスクとスペーサとの密着の可能性を評価するために、磁気ディスクとスペーサを組み付けた後の磁気ディスクに設けられた潤滑剤の移着痕について評価を行った。使用した磁気ディスクは、外径95mm、内径25mm、板厚0.635mmの公称3.5インチの磁気ディスク用ガラス基板に磁性膜等を成膜し、その最表面に膜厚1nmの潤滑剤を設けたものである。作製したスペーサを、図3に示す3枚の磁気ディスクと4枚のスペーサと異なり、8枚の磁気ディスクと9枚のスペーサを用いてHDD装置を模擬した試験装置に組み込んで、トップクランプで押さえつけて磁気ディスク(表面粗さRaは0.2nm)を組みつけた後、60分間放置してから、磁気ディスクとスペーサをばらばらに取り出す作業(組み付けと分離の作業)を行った。上記作業後の磁気ディスクの主表面の内周端面側の、スペーサの主表面と接触した部分について暗室中で集光ランプを当てながら目視検査を行って、潤滑剤の移着痕を調べた。潤滑剤は液体であるため、潤滑剤の一部がメニスカス力の影響によってスペーサ表面の凹部に移着することがある。移着痕は、潤滑剤の膜厚にムラがあることを示す。移着が発生すると、上記組み付けと分離の作業を2回以上行ったとき、移着した潤滑剤がスペーサの主表面の凹凸形状の溝部の一部を埋めて密着が発生する可能性が高くなるので好ましくない。潤滑剤の移着について以下の基準に基づいて判定して評価した。
レベル1:移着痕が発生した磁気ディスクが1枚以下、
レベル2:移着痕が発生した磁気ディスクが2〜3枚、
レベル3:移着痕が発生した磁気ディスクが4枚以上。
また、潤滑剤の移着の評価結果より、平均傾斜RΔaを0.05以上にすることにより潤滑剤の移着が減り、平均傾斜RΔaを0.10以上にすることによりさらに移着が減ることがわかる。このため、平均傾斜RΔaを0.05以上、さらには0.10以上とすることにより、磁気ディスクとスペーサの組み付けと分離の作業を2回以上行っても密着の可能性は生じにくい。
これより、本実施形態の効果は明らかである。
この製造方法は、ダイヤモンド微粒子を含む固定砥粒の研削パッドを上下の定盤に張り付けた遊星歯車方式の両面研削装置を用いてスペーサ1の素となるリング状のガラス素板の主表面の研削を行う研削処理を含む、ことを特徴とする。
一実施形態によれば、固定砥粒は、ダイヤモンド微粒子をビトリファイドで結合させた凝集体を含むことが好ましい。
この製造方法の研削処理により、スペーサの磁気ディスクと接する主表面の表面粗さRaを、1.0μm以下とし、スペーサの主表面の平均傾斜RΔaを、0.02以上とすることができる。
2 外周端面
3 内周端面
4 主表面
5 磁気ディスク
10 ハードディスクドライブ装置
12 モーター
14 スピンドル
16 トップクランプ
Claims (7)
- 前記表面粗さRaは、0.5μm以下である、請求項1に記載のガラススペーサ。
- 前記ガラススペーサの、少なくとも前記主表面上に金属膜が形成されている、請求項1または2に記載のガラススペーサ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラススペーサと前記磁気ディスクを含むハードディスクドライブ装置。
- 前記磁気ディスクは、ガラス基板に磁性膜が形成されたディスクである、請求項4に記載のハードディスクドライブ装置。
- 前記磁気ディスクの主表面の表面粗さRaは、0.3nm以下である、請求項5に記載のハードディスクドライブ装置。
- 前記磁気ディスクを8枚以上搭載する、請求項4〜6のいずれか1項に記載のハードディスクドライブ装置。
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