JP3819960B2

JP3819960B2 - 導電性セラミックスの製造方法及びこれを用いた磁気ディスク保持部材

Info

Publication number: JP3819960B2
Application number: JP07185296A
Authority: JP
Inventors: 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JPH09255425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的な摩擦あるいは帯電粒子との摩擦などにより電子部品などが帯電して放電する際に生じる素子機能の破壊を防止する帯電除去あるいは防止用の導電性セラミックス部材に関するものである。また、これら電子部品を製造する上で必要となる帯電防止部材あるいは帯電除去部材に関するものである。
【０００２】
しかも電子部品あるいは電子部品製造装置において応力による変形量が小さく、高精度の構造体に適用できるセラミックス材料である。
例えば、磁気記録ディスクドライブ装置に使用する部品であり、特に磁気ディスクを複数枚使用する装置においてディスクとディスクの間隔を保持するスペーサやハブ、シム、クランプに使用する材料あるいは部品に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
情報記録再生装置は、高記録密度、高容量化が進みつつあり、それに伴い、磁気ディスクに対しても高線密度化、高トラック密度化への対応が要求されている。
このような磁気記録を用いた磁気ドライブ装置において、高容量化に対応した高線密度、高トラック密度を達成する方法の一つとして、ディスク面の表面粗度が小さく、高剛性で平坦度のより小さなディスクが採用されている。しかもアルミニウム並のコストで量産できる材料組成物が要求されている。
【０００４】
こうした要求を満足させるためにディスク基板材料としてアルミニウムやヤング率の大きなガラス基板が採用されている。また、これらのディスクを採用し高精度にディスクを回転させ運転させるためにディスクを保持するスペーサやハブ、クランプ材料としてアルミニウムやアルミニウム合金等が使用されている。
従来、情報記録再生用ディスク装置は、図１に示すように、回転軸７に固定されたハブ６に、複数枚の情報記録再生用ディスク基板５とスペーサ８とを交互に挿入し、最後にシム４及びクランプ９で押さえ付け、固定ネジ３で締め付けることにより固定するようになっている。そして、上記回転軸７の回転により情報記録用ディスク基板５を回転させながら、記録再生ヘッド２が情報記録用ディスク基板５の表面上を移動することにより、記録再生用ディスク基板５に情報の書き込みや読み取りを行うようになっている。
【０００５】
また、近年、このような情報記録用ディスクドライブ装置は情報の大容量化と装置が小型化するのに伴って、記録再生用ヘッド２と記録再生用ディスク基板５との距離（フライングハイト）は０．０５μｍ程度に微小化し、記録再生用ディスク基板５のより高度な平坦化と表面粗度の微小化等が要求されている。それ故、情報記録用ディスク基板のより小さな平坦度と小さな表面粗度が効果的に得られるガラス基板を用いた記録再生用ディスク基板が提案されており、該ディスク基板を定位置に固定し保持するスペーサ、シムおよびクランプなどの保持部材はディスクとの熱膨張差に伴う情報記録用ディスク基板の歪みを防止するために、ディスクの熱膨張係数と略同等な金属又はセラミックスやガラスで形成したものがあった（特開昭６１−１４８６６７号公報）。
【０００６】
しかしながら、上記保持部材を構成するセラミックスやガラスは一般的に絶縁性材料であるため、これらの保持部材で情報記録用ディスク基板を保持すると、ディスク基板が帯電し、情報の読み込みや書き込みの際に放電しノイズが発生して、記録内容を破壊してしまう恐れがあることが知られている。そこで、情報記録用ディスク基板との接触面にアルミニウムや亜鉛等の金属膜を被覆した保持部材や、それ自体にアルミナなどに導電材を添加した導電性セラミックスからなる保持部材を用いて、情報記録用ディスク基板の帯電を防止するようにしたものがあった（特開平２−２２６５６６号公報）。
【０００７】
また、これらのディスク保持部品としての使用されるアルミニウムやアルミニウム合金材料のヤング率は７０ＧＰａ程と小さく、部品の保持や周囲の温度により変形し精密にディスクを保持することが困難となりつつある。精密にディスクを保持するにはより大きなヤング率を有する材料からなるスペーサが要求されている。
【０００８】
さらに、安価なフォルステライトのそれは、１００ＧＰａ程度と小さくディスク基板を高精度に保持する上で高剛性な材料からなるスペーサが要求されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品に発生した静電気を逃がすことができる電気抵抗値を有し、しかも、ヤング率が大きく、精密な電子部品の構造材料あるいは電子部品の製造装置において使用できる程の導電性を有し、大きなヤング率を有する材料を安価に提供しようとするものである。
【００１０】
例えば、情報記録再生装置において、熱膨張係数を記録用ディスク基板材料の熱膨張係数に合わせることができ、しかも静電気を逃がすことのできる程度の電気抵抗値を有する材料で、大きなヤング率を有する材料を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、金属等よりも大きなヤング率を有し、しかも小さな電気抵抗値を有する材料としてセラミックス材料に着目した。
その結果、高ヤング率を有するカルシウムフェライトに注目し、これに亜鉛フェライトを加えることで非磁性な導電性セラミックス材料を得ることができることを知見した。
【００１２】
本発明の磁器は、電気抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以下でありしかもヤング率が１８０ＧＰａ以上である複合セラミックス材料である。ヤング率の小さな酸化亜鉛フェライトとヤング率の大きなカルシウムフェライトからなる複合セラミックス材料で、１８０ＧＰａから２４０ＧＰａのヤング率を達成できる。しかも導電性を兼ね備えた材料を見いだした。
【００１３】
電子部品や電子部品製造装置において上記導電性セラミックスと張り合わせる、あるいはクランプし結合させる際に相手材料の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を有する導電性組成物を得ることができるので、温度変化に対する変形や相手材料との剥離や剥離による破壊を起こすことがない。
すなわち、本発明の導電性セラミックスは、組成が酸化鉄５５〜３３モル％、酸化カルシウムが４５から６７モル％からなるカルシウムフェライトを９５から１０重量％含み、残部に亜鉛フェライトを含むことを特徴とする。
【００１４】
カルシウムフェライトにおいて酸化鉄が５５モル％を越えると（酸化カルシウムが４５モル％以下）磁性フェライトを発生することがあり好ましくない。また、カルシウムフェライトの酸化鉄が３３モル％未満（酸化カルシウムが６７モル％を越える）では酸化カルシウムの結晶相が発生し焼結性が著しく劣り好ましくない。大きなヤング率を有する複合材料を得るためにはモル比が１：１のモノカルシウムフェライトを多く含むことが好ましい。
【００１５】
亜鉛フェライトが５重量％以下つまりカルシウムフェライトが９５重量％以上では材料の電気伝導度が１０⁶Ω・ｃｍを越え静電気を逃がす上で効果が小さい。また、亜鉛フェライトが９０％を越える場合つまりカルシウムフェライトが１０重量％未満ではヤング率が１８０ＧＰａ未満となり精密な電子部品や電子部品を製造する精密機器の構造材料、可動部材料として適切でない。好ましくは亜鉛フェライトが１０から５０重量％であり、電気抵抗が１０⁴Ω・ｃｍ以下と小さくしかもヤング率が２００ＧＰａ以上となる複合セラミックス材料である。
【００１６】
しかも、上記組成のカルシウムフェライトと亜鉛フェライトの比率を変えることで熱膨張係数が９０〜１１８×１０^-7／℃を有する非磁性材料を提供できることを知見した。
また、上記磁器中にＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃の少なくとも一種を合計で３重量％以下含有させることによって、焼結性を向上させることができる。すなわち、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂のうち少なくとも一種が、合計で３重量％よりも多く含有されている場合には、焼結性が悪くなり、材料にクラック等が発生することがあるからである。これらの酸化物は焼結助剤として別途添加する他、ＣａＯやＦｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ等の原料中や粉砕、混合等のボールの摩耗により混入する場合もある。
【００１７】
本発明の導電性セラミックスは、例えば、市販されている純度９９％以上のＦｅ₂Ｏ₃（不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ等を含む）を使い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ₂、ＣａＣＯ₃、ＣａＦｅ₂Ｏ₄、Ｃａ₂Ｆｅ₂Ｏ₅等を使用し、これらを所定量秤量し、その後ボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥し、乾燥後の原料を酸化性雰囲気において所定温度で所定時間仮焼し、仮焼後の原料にＺｎＯあるいは別途合成したＺｎＦｅ₂Ｏ₄原料を所定量加え、アルミナボールまたはジルコニアボール、メノーボール等を用い平均粒径が２μｍ以下となるように微粉砕する。ここで、仮焼したカルシウムフェライトに別途用意したＺｎフェライトを添加するのはＺｎフェライトの添加量により熱膨張係数を調整することが可能であり、種々の熱膨張係数を有する材料を容易に製造可能とするからである。そして、これにバインダーを加え造粒を行った後、所定圧力でプレス成形し焼成することで相対密度９５％以上の焼結体が得られる。この焼成方法としては酸化雰囲気中において１０００℃〜１２００℃の常圧で焼成する。本発明の導電性材料は酸化雰囲気中あるいは大気雰囲気中で焼成可能であり、しかも安価なカルシウム酸化物や酸化鉄、酸化亜鉛からなることから、作製した材料のコストは安く、電子部品及びこれらの製造装置用部品材料として大量にしかも安価に提供できるものである。
【００１８】
また、これらの焼結体を不活性ガス雰囲気中で１０００℃から１２００℃で熱間静水圧加圧処理することでポアサイズが１μｍ以下の焼結体を得ることができる。
特に、酸化雰囲気焼成炉により作製した予備焼結体を熱間静水圧処理することにより高密度な焼結体が得られる。
【００１９】
また、本発明では、上記問題に鑑み、シム、スペーサおよびクランプなどの磁気ディスク基板保持用部材を体積固有抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以下の導電性を有する上記複合化合物により形成したものである。
さらに、本発明は、上記保持部材と情報記録用ディスク基板とを導電性材料からなるハブに順次挿入固定して磁気ディスク装置を構成したものである。
【００２０】
なお、本発明のセラミックスが導電性を有する理由は以下の通りである。
例えば、Ｃａ₂Ｆｅ₂Ｏ₅は正方晶系に属し、鉄元素はｂ軸に沿って交互に位置する２つの場所（Ｆｅ_IとＦｅ_II）に位置する。Ｆｅ_Iは８個の酸素元素に囲まれた位置（８面体位置）に、Ｆｅ_IIは４個の酸素原子に囲まれた位置（４面体位置）にある。この結晶構造はｂ軸方向に積み重ねられた４つのペロブスカイト構造体からなると見なすことができる。
【００２１】
ここで、Ｆｅはその結晶構造と電気的中性を保つためにＦｅ³⁺で安定であるが、格子欠陥を発生させ易い条件で作製した材料は４面体位置あるいは８面体位置に選択的に２価元素が生じ２価元素の生成によりＦｅ²⁺とＦｅ³⁺の間に電子ホッピングが発生し導電性が生じると考えられる。
また、ＭＯ−Ｆｅ₂Ｏ₃系においてはＦｅ₂Ｏ₃がリッチな組成域においてこのＦｅ³⁺がＦｅ²⁺に解離する度合いが多くなり電気抵抗が低下することが知られている。
【００２２】
しかし、ＣａＦｅ₂Ｏ₄やＣａ₂Ｆｅ₂Ｏ₅が存在する組成系において、これらの現象は定量的に解明されていない。
本発明は、ＣａＦｅ₂Ｏ₄やＣａ₂Ｆｅ₂Ｏ₅の組成系にＺｎＦｅ₂Ｏ₄が存在し、しかも焼成時の冷却速度が時間当たり３００℃以上の条件において、Ｆｅ²⁺がより多く発生し導電性を有すると考えることができる。
【００２３】
また、ここで冷却速度は導電性を付与する一つの要因であるが、この他にこの解離は還元作用であり酸素分圧が影響することは明らかである。酸素分圧が低い程解離は促進される。
空気中雰囲気炉酸素分圧０．２１ａｔｍで焼結した材料でＦｅ²⁺が多量に発生すると考えられ、ヤング率が１８０ＧＰａより大きく、１０⁶Ω・ｃｍ以下の導電性且つ非磁性を有する材料が得られる点に特徴がある。
【００２４】
【発明の実施の態様】
「実施例１」
市販されている純度９９％以上のＦｅ₂Ｏ₃（不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ等を含む）を使い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ₂、ＣａＣＯ₃等を使用し、これら最終組成が表１となるよう所定量秤量し、この後ボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥し、乾燥後の原料を酸化雰囲気において所定温度で所定時間仮焼した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
仮焼後の原料に別途合成した純度９９％以上のＺｎＦｅ₂Ｏ₄原料を所定量加え、アルミナボールまたはジルコニアボール、メノーボールを用い平均粒系が２μｍ以下となるよう微粉砕する。なお、この粉砕によりジルコニアまたはアルミナ、シリカ等が３重量％以下混入することがある。これにバインダーを加えて造粒を行った後、０．８から２．０ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でプレス成形した。その後、酸化性雰囲気において常圧下所定温度で焼成した。得られた試料について嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性、ヤング率、電気抵抗について調べ、表２に結果を記した。
【００２７】
【表２】

【００２８】
ここで、嵩比重は水中におけるアルキメデス法により求め、熱膨張係数は熱膨張係数測定装置により求めた。ポアの発生率は１μｍのダイヤモンド砥粒による最終ラップ面に生じるポア径を測定することにより評価した。ポア率はポア平均径が５μｍを越えるものを×印、３〜５μｍを△印、２〜３μｍを○印、２μｍ以下を◎印で示した。焼結性は吸水率２％以上を×印、０％を○印、その中間を△印で示した。
【００２９】
表２の結果において、試料 No.２から５、 No.７から１１、 No.１３は本発明の範囲内の導電性磁器であり、熱膨張係数はそれぞれ９０〜１１８ｘ１０^-7／℃の範囲であり、ポアの発生率および焼結性は良好であった。これ対し、試料 No.１は酸化カルシウムが多いことから、焼結性が劣っている。また、 No.６は電気抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上と大きく導電性材料として適切でなかった。 No.１２は亜鉛フェライトの量が多く、ヤング率が１６４ＧＰａと小さく本発明の範囲外の組成である。 No.１４は酸化鉄が多く非磁性材料としては適切ではなかった。
【００３０】
表２の試料 No.３、５、７、９の焼結体を１０００℃から１２００℃でアルゴン雰囲気中２０００気圧でＨＩＰ処理した。得られた試料をそれぞれ No.１５、１６、１７、１８とした。これらの試料について同様に嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性、ヤング率、電気抵抗について調べ、表３に記した。
【００３１】
【表３】

【００３２】
「実施例２」
市販されている純度９９％の酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃（不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｎｂ等を含む）を使い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ₂、ＣａＣＯ₃等を使用し、ＺｎＯ源としてＺｎＯ、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄等を使い、さらに焼結体中におけるＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂の含有量が表４となるよう所定量秤量し、この後ボールミルを用いて湿式混合した。後は上記実施例１と同様にして各試料を得た。得られた試料について実施例１と同様に嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性、電気抵抗、ヤング率について調べ、表５に記した。 No.２６はＺｒＯ₂を４重量％含み焼結体にクラックが発生した。
【００３３】
【表４】

【００３４】
表５によりＭｇＯ、ＴｉＯ₂ 、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ を３重量％以下含有することにより焼結性が良くなり、ポアサイズも小さくなることが判明した。
【００３５】
【表５】

【００３６】
何れも体積固有抵抗値１０⁶Ω・ｃｍ以下、ヤング率１８０ＧＰａ以上かつ熱膨張係数が９０から１１８×１０^-7／℃の範囲にあり、基準値を満足することができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の導電性セラミックスは、ＣａＦｅ₂ Ｏ₄ あるいはＣａ₂ Ｆｅ₂ Ｏ₅ の一種あるいは二種を９５〜１０重量％含みしかも亜鉛フェライトを５から９０重量％含む組成物よりなり、材料の電気抵抗は１０⁶ Ω・ｃｍ以下と小さく、電子部品等、例えば各種の情報記録用ディスクの熱膨張係数の１２０〜９０×１０^-7／℃に近づけることができる。これにより、導電性磁器を電子部品構造体、例えば情報記録用ディスクとクランプしても温度上昇による歪みを生ぜず、電子部品の機能を阻害することがなく、しかも帯電による機能素子の破壊を防止できる。また、電子機能の破損を確実に防止し、電子部品や装置の信頼性を著しく向上させることができる。
【００３８】
さらに、上記組成物にＭｇＯ、ＴｉＯ₂ 、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ のうちの少なくとも１種を合計で３重量％以下含有させることで、焼結性が向上し、ポアサイズも小さくなり機械的強度を大きくさせることができる。
例えば、本発明はシム、クランプおよびスペーサなどの保持部材を体積固有抵抗値が１０⁶ Ω・ｃｍ以下の導電性を有するカルシウムフェライトと亜鉛フェライトの複合化合物より形成したことにより、情報記録用ディスク基板の熱膨張係数と類似した値とすることができ、装置の運転時の温度変化から生じる熱膨張差に伴う不都合を生じることがなく、また、情報記録用ディスク基板に帯電した静電気を効率良く逃がすことができる。
【００３９】
また、本発明は、上記保持部材を用いて情報記録用ディスク基板を導電性材料からなるハブに順次挿入して磁気ディスク装置を構成したことにより、情報記録用ディスク基板に対するヘッドの浮上量を極めて小さくすることができ、高密度記録（大容量化）と小型化を実現できるとともに、磁気ディスク基板に帯電する静電気を保持部材、ハブを介して効率良く逃がすことができるため、記録内容の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る情報記録再生用ディスク装置の要部の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１…ジンバル
２…記録再生用ヘッド
３…固定ネジ
４…シム
５…ディスク基板
６…ハブ
７…回転軸
８…スペーサ
９…クランプ

Claims

純度９９％以上のＦｅ ₂ Ｏ ₃ と、ＣａＯ源としてＣａＣｌ ₂ 、ＣａＣＯ ₃ 、ＣａＦｅ ₂ Ｏ ₄ 、Ｃａ ₂ Ｆｅ ₂ Ｏ ₅ のいずれかとを湿式混合し、これを乾燥し、乾燥後の原料を酸化性雰囲気において仮焼し、仮焼後の原料にＺｎＯあるいはＺｎＦｅ ₂ Ｏ ₄ を混合粉砕する工程と、この混合粉体を成形して成形体を得る工程と、この成形体を１０００〜１２００℃で焼成し３００℃／時以上の冷却速度で冷却する焼成工程とを有することを特徴とする導電性セラミックスの製造方法。
情報記録用ディスク媒体基板を所定位置に保持する保持部材を、ＣａＦｅ ₂ Ｏ ₄ あるいはＣａ ₂ Ｆｅ ₂ Ｏ ₅ の一種類あるいは二種類を９５重量％〜１０重量％含み、ＺｎＦｅ ₂ Ｏ ₄ を５〜９０重量％含有し、体積固有抵抗が１０ ⁶ Ω・ｃｍ以下である導電性セラミックス、または、ＣａＯ／Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ で示されるモル比が４５／５５から６７／３３であり、これらＣａＯとＦｅ ₂ Ｏ ₃ の合計重量が９５から１０重量％含み、ＺｎＦｅ ₂ Ｏ ₄ を５〜９０重量％含有し、体積固有抵抗が１０ ⁶ Ω・ｃｍ以下である導電性セラミックスで形成したことを特徴とする磁気ディスク保持部材。