JPS63306529A

JPS63306529A - 磁気ディスク用基板

Info

Publication number: JPS63306529A
Application number: JP14076887A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Inoue; 和生井上; Yoshio Masuda; 喜男増田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1987-06-06
Publication date: 1988-12-14

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】［産業上の利用分野コ本発明は、磁気ディスク用基板に関する。

［従来の技術］近年、磁気ディスク装置の飛躍的な進歩と、磁気記録媒
体としての磁気ディスクの高記録密度化により、下記■
乃至■に示すように、磁気ディスク用基板の特性向上が
要望されている。

■先ず、磁気ディスクを高密度化するために、基板の表
面性状として、表面粗さが可及的に小さく、欠陥が少な
いこと、 ■磁気ヘッドの追従性を良好にするために、磁気ディス
ク用基板はうねりが小さく且つ微小突起がない表面形状
を有すること、 ■磁気媒体が担持される基板として、表面処理性が良好
で磁性がなく、耐熱性及び耐候性が優れた化学的性質を
有すること、 ■磁気ヘッドと接触する虞れがあるので、耐久性を確保
するために硬度及び強度が優れていること、そして、 ■良好な浮上特性を有すると共に、良好な耐ＣＳＳ　＜
コンタクト、スタート、ストップ）性を有すること、が要求される。

ところで、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たが、前述の要求■〜■を満足す
るために、下記（Ａ）〜（Ｃ）に示すような対策が考え
られている。つまり、（Ａ）基板のアルミニウム合金母
材を高純度化すること、（Ｂ）アルミニウム合金基板表面にアルマイト皮膜を形
成し、研磨加工性と耐摩擦性を向上させること、（Ｃ）アルミニウム合金基板表面に、Ｎ１−Ｐ等のめっ
き膜を形成し研磨加工性を向上させること、等がある。

しかしながら、上記の各方法は、以下に示すような問題
点を有する。先ず、（Ａ）のように、アルミニウム合金
母材を更に一層高純度化することは、製造工程上、極め
て困難である。また、高純度アルミニウム合金は耐食性
及び清浄度の面で取り扱いが困難である。

また、アルミニウム合金母材を高純度化しても、金属材
料としての硬度及び剛性には限度があり、更に平坦度及
び平滑度等の形状精度を向上させるための加工性が悪い
。

更に、（Ｂ）においては、基板のアルミニウム自体が材
料となってアルマイト皮膜を形成するため、金属間化合
物がアルマイト皮膜中にとり込まれて欠陥となりやすい
。

更にまた、基板表面に薄膜磁性媒体（γ−Ｆｅ２Ｏ３）
を形成するための熱処理工程において、基板と皮膜との
間の熱膨張係数の差が大きいために、クラックや基板の
変形が発生しやすい。

更にまた、（Ｃ）のようにめっき膜を形成すると、熱処
理によって帯電しやすくなるという問題点がある。

このように、前述の■乃至■の要求を、金属材料で満足
させることは極めて困難である。

そこで、例えば、特開昭５６−１９５２７号、６０−２
２７３３号、６６−１３８７３０号、６０−１５１８３
７号、６０−２２９２２４号、６０−２２９２３３号、
６１−１３４３４号、６１−４２７３０号、６１−１０
５７２５号、６１−１２２９１０．６１−１２３０３４
号、６１−１３１２２９号、６１−１３２５７６号等に
おいては、磁気ディスク基板としてセラミックス又はセ
ラミックスとガラスとの複合体を使用することが提案さ
れている。

一般にセラミックス材料は、アルミニウム合金材料に比
して耐熱性、耐摩擦性、耐候性、絶縁性、機械的強度及
び化学的安定性において、はるかに優れている。

例え゛ば、アルミニウム合金材料はビッカース硬度が１
００ｋｇ／ｃｏｔ程度であるのに対し、セラミックス材
料は６００ｋｇ／ｃｕｔ以上のビッカース硬度を有する
。また、曲げ強度は、アルミニウム合金材料においては
１０００ｋｇ／−程度であるのに対し、セラミックス材
料においては２０００　ｋｇ／ｃｏ！以上である。

このため、セラミックス材料は、各種分野において、広
範囲の用途に利用されている。

［発明が解決しようとする問題点コしかしながら、セラミックス材料及びガラス材料は、主
として、イオン結合と共有結合とによって構成されてい
るなめ、延性を欠くと共に、外力を加えた場合に、金属
のように塑性変形を起こすことがない、そして、セラミ
ックス材料及びガラス材料は、破壊応力を超える外力が
印加されると、脆性破壊を起こす。

従って、仮に、ディスクドライブ装置内で、ディスク基
板が何らかの原因で破壊応力に達した場合には、基板だ
けでなく、ディスクドライブ装置自体に重大な損傷を与
えてしまう虞れがある。

また、この磁気ディスク用基板の表面に薄膜磁性媒体を
形成して磁気ディスクを製造するが、媒体の薄膜化及び
高純度化の要求により、基板を構成するセラミックス表
面の更に一層の無孔化及び無歪化が必要である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、
高強度であり、脆性破壊せず、平坦度及び平滑度が優れ
ていると共に、耐熱性及び耐候性が優れており、媒体の
記録密度の向上及び高速度化を可能とする磁気ディスク
用基板を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明に係る磁気ディスク用基板は、非金属耐熱繊維材
料とセラミックス材料との複合体で形成された中心層と
、この中心層の両面に夫々セラミックス材料で形成°さ
れた２層の中間層と、この中間層の外側面に夫々ガラス
材料を被覆して形成された２層の表面層と、を有する積
層体であることを特徴とする。

［作用］本発明においては、磁気ディスク用基板は、中心層と、
この中心層の両面に積層された２つの中間層と、この中
間層の外側に積層された２つの表面層との５層積層体で
ある。そして、中心層は非金属耐熱繊維材料とセラミッ
クス材料との複合体で形成されている。このような非金
属耐熱繊維材料としては、無機繊維、無機ウィスカー、
炭素繊維又は炭素ウィスカーがあり、これらの２種以上
を組み合わせたものでもよい、このような中心層をセラ
ミックス材料で形成された２層の中間層が挟むように積
層されているから、基板は強度が高いのに加えて脆性破
壊しにくい。

更に、表面層はガラス材料で形成されているから、基板
の平坦度及び平滑度が優れている。

［実施例コ以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳
細に説明する。第１図は本発明の実施例に係る磁気ディ
スク用基板の要部断面図である。

中心層１は一定の厚さを有し、無機繊維、無機ウィスカ
ー、炭素繊維及び炭素ウィスカーから選択された１種又
は２種以上の非金属耐熱繊維材料と、セラミックスとの
複合体で構成されている。中心層１の両面には、一定の
厚さを有する中間層２がセラミックス材料で形成されて
いる。このように構成される基板支持体の両面に、ガラ
スコーティングして形成された表面層３が配設されてい
る。

中心層１の無機繊維としては、ガラス繊維の外に、アル
ミナ、ジルコニア、ムライト、シリカ、ＳｉＣ，Ｓｉ３
　Ｎ４　、若しくはチタン酸カリウム等のセラミックス
繊維等がある。また、これらの無機材料のウィスカーを
使用してセラミックスとの複合体にしてもよいし、又は
炭素繊維若しくはそのウィスカー等も使用することがで
きる。

中心層１として使用する繊維は、中間層２を構成するセ
ラミックス材料との複合化が可能であり、この繊維層と
セラミックス材料層との界面において良好な密着性が得
られるものが好ましい。この繊維層とセラミックス材料
層との複合体からなる中心層１を設けることにより、デ
ィスク基板の脆性破壊が防止される。

従って、脆性破壊防止の観点からは、この複合体からな
る中心層１は厚い方が好ましいが、複合体層が厚すぎる
と、ディスク基板の機械的強度が低下するのに加え、セ
ラミックス材料層（中間層２）との界面における複合体
層（中心層１）の凹凸がガラスコーテイング膜（表面層
３）の表面にまで現われてしまい、良好な表面平滑性が
得られなくなる。このため、複合体で形成された中心層
１は、ディスク基板全体の厚さの２０乃至８０％の厚さ
にすることが好ましい、この中心層ｌが基板全体の厚さ
の２０％より小さい場合はディスクの靭性向上の効果が
得られなくなる一方、８０％を超えると良好な表面平滑
性が得られないからである。

この中心層は紙抄法、プレス成形法、シート成形法、又
は含浸法等によりシート状に成形することができる。

なお、無機繊維、炭素繊維又はこれらのウィスカー等の
含有率が３体積％未溝である場合は、繊維添加により脆
性破壊を防止せんとする効果が得られなくなる。このた
め、中心層１を構成する複合体における繊維及び／又は
ウィスカーの含有率は３体積％以上とするのが好ましい
。

中間層２は、Ａ４１２０Ｓ　、ＺｒＯ２，５ｉＣ１又は
５ｉｌＮ４等の任意のセラミックス材料で形成すること
ができる。なお、この中間層２としては、繊維との複合
体で形成された中心層１との界面において良好な密着性
が得られ、強固な積層体が形成されるものであることが
必要である。このセラミックス材料からなる中間層２に
より、磁気ディスク基板の剛性及び機械的強度が向上し
、良好な表面平滑性を得ることができる。

このセラミックス材料からなる中間層２は、下記（ａ）
乃至（Ｃ）に示す方法により、複合体の中心層１上に形
成することができる。

（ａ）先ず、テープ成形法、カレンダロール法、又は押
出成形法により、予めセラミックス材料よりなるシート
を成形し、中心層１の複合体層の両面に、このセラミッ
クスシートをプレス法により圧着するか、又は熱圧着す
る。その後、セラミックスシートと複合体層とをＣＩＰ
法（冷間静水圧成形法）等により一体化し、次いで焼成
してセラミックスシートを緻密化させる。

（ｂ）中心層１の複合体層の両面に、粉末プレス法又は
ＣＩＰ法等によりセラミックス材料からなる層を形成し
、次いで、この積層体を焼成してセラミックス層を緻密
化させる。

（ｃ）中心層１の複合体の両面に、蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンスパッタリング法、ＣＶＤ法又はゾル−
ゲル法等によりセラミックス薄膜を形成する。

この中間層２は、磁気ディスク用基板の剛性及び機械的
強度を高め、表面平滑性を向上させるためには、可及的
に緻密な焼結体であることが好ましい、このため、中間
層２を構成するセラミックス材料の全気孔率は、０乃至
３％の範囲にあることが好ましい。

なお、中間層２の厚さが厚い程、磁気ディスク基板の表
面平滑性が向上するが、中間層２の厚さが厚すぎると、
磁気ディスク基板のかさ比重が大きくなりすぎ、高速回
転時の耐ＣＳＳ　＜コンタクト、スタート、ストップ）
性が阻害される外、脆性破壊が起き易くなる。このため
、中間層２の厚さは、後述の実施例におけるように、２
層合わせて基板全体の厚さの７乃至８０％、好ましくは
、２０乃至４０％にするのが良い。

セラミックス材料で形成された中間層２が上述の範囲よ
り薄い場合には、中心層１とセラミックス材料の中間層
２との間の界面の凸凹がガラスコーテイング膜で形成さ
れた表面層３の表面に現れてしまい、良好な表面平滑性
が得られなくなる。

また、中間層２が上述の範囲より厚い場合には、磁気デ
ィスク基板としての規格上、全体の厚さが規定されてい
るため、その分、中心層の厚さが薄くなるので、脆性破
壊しやすくなる。

中間層２を形成°するセラミックス材料の結晶粒径は、
後述する表面層３を構成するガラスコーテイング膜面に
おけるピンホール及び気泡等の欠陥を少なくするために
、最大結晶粒径で１００μｍ以下、平均結晶粒径で５０
μｍ以下にすることが望ましい、結晶粒径がこれらの値
を超えて粗大で１７と、ガラスコーテイング面における
欠陥数が３００以上になり、後述するように、高密度記
録が困難になる。

このセラミックス材料で形成された中間層２の表面には
若干の孔が存在する。このため、基板の表面平滑性を高
めるために、この中間層２の上にガラスコーテイング膜
を被覆して表面層３を形成する。

表面層３を構成するガラスコーテイング膜の厚さは、３
乃至５００μｍ、好ましくは１０乃至３００μｍにする
のがよい。

ガラスコーテイング膜の厚さが３μｍ未満であると、下
地のセラミックス層の表面の微細孔がガラスコーテイン
グ膜の表面にまで表われ、基板の表面平滑性が劣化する
。

一方、ガラスコーテイング膜の厚さが５００μｍを超え
ると、ガラスコーテイング膜内にガラス化の際に発生す
る気泡が取り込まれ、ガラスコーテイング膜の表面を研
磨した際に前述の気泡がピンホールとなって現れてしま
い、高密度記録をすることができなくなる。

ガラスコーテイング膜からなる表面層３の形成方法とし
ては、ガラス組成になり得る粉末スラリー若しくはペー
ストを印刷又は塗装により塗布し、次いで加熱して溶融
させることにより、ガラス化させれば良い。

また、ガラス組成になり得る粉末をテープ成形法等によ
りシートに成形し、このシートを中間層２の表面に張り
つけた後、これを加熱することによりガラス化させるこ
ともできる。

更に、ガラス組成の造粒粉末を、溶射法により中間層２
にコーティングしてもよい。

更にまた、ガラス組成になり得るゾルを中間層２の表面
に塗布した後、これをゲル化させて熱処理することによ
り゛、ガラス化しても良い。

この際、ガラスコーテイング膜で形成された表面層３の
熱膨張率が、下地のセラミックス中間層２の熱膨張率に
対して、０乃至１０００℃の温度範囲で１５Ｘ１０−７
／℃以上の差を有すると、ガラスコーテイング膜内に生
ずる歪みが大きくなり、磁気記録媒体作成の際に印加さ
れる熱衝撃により、磁気記録媒体のガラスコーテイング
膜にひび及び亀裂が発生する虞れがある。従って、表面
Ｍ３と中間層２との間の熱膨張率の差は、Ｏ乃至１００
０℃の範囲で１５Ｘ１０−７７℃以下にすることが好ま
しい。

次に、本発明の実施例に係る磁気ディスク用基板につい
て、その特性を測定した結果を、上述の各構成要件及び
数値限定を採用する理由の根拠と共に説明する。

ＳｉＣウィスカーとＳｉ３Ｎ４からなり、厚さが６００
μｍの複合体をＨＩＰ法（熱間静水圧成形法）により作
成した。この複合体は、中心層になるものであり、ウィ
スカーの添加量を、１体積％、３体積％、５体積％、９
体積％、１５体積％及び２０体積％と種々変化させた。

このようにして作成した複合体の抗折強度（３点曲げ法
）と臨界応力拡大係数に＋ｃ（ノッチドビーム法）を測
定したところ、３体積％以上でウィスカー添加の効果が
現れ、９体積％及び１５体積％にてＫＩＣが２５及び３
０ＭＮ／ｍ”２と高い靭性値を示した。

・逆に２０体積％においては、曲げ強度が１５００ｋｇ
／−と低下してしまった。そこで、ＳｉＣウィスカーの
添加量を１５体積％と選定した。

次に、この配合割合の複合体中心層の厚さを、直径が３
，５インチの磁気ディスク用基板についての規格で定め
られている厚さく１．２７關）の１０％（１２７μｍ）
、２０％（２５４μｍ）。

５０％（６３５μｍ）、８０％（１０１６μｍ）。

９０％（１１４３μｍ）に夫々設定したサンプルを用意
し、その両面にＳｉＣの中間層を形成し、更にＳｉＣと
の熱膨張率の差が３Ｘ１０−７／℃であるバリウム系ガ
ラスの表面層を形成して磁気ディスク用基板を作成した
。

なお、表面ガラ°ス層の厚さは１層当なり３０μｍであ
り、残部をＳｉＣの中一層で形成して、厚さが１．２７
ｍｍの磁気ディスク用基板とした。

各サンプルの各部の厚さく中間層及び表面層は夫々２層
合わせて）を下記第１表に示す。

第１表但し、第１表中、％の欄は基板全体の厚さに対する割合
である。

各サンプルは、同一条件で表面研磨し、表面粗さを接触
式の表面粗さ測定器で測定した。また、上記磁気ディス
ク基板のＫＩＣを前述の方法と同様にして測定した。こ
れらの結果を下記第２表に示す。

第２表この結果、中心層の厚さが、後述の評価により基板全体
の８０％を超えると、中心層の凹凸が表面にまで現れて
し°まい、高密度記録用磁気ディスク基板として好まし
くないものとなり、また、２０％未満では繊維添加によ
る靭性向上の効果が得られないことがわかった。

次に、磁気ディスク用基板としての中間層の厚さの最適
範囲を求めるために、中間層の厚さを、下記第３表のよ
うに、種々変化させた基板を作成した。

第３表各サンプルは、前述と同様にして表面を研磨し、表面粗
さ及びＫＩＣを測定した。その結果を下記第４表に示す
。

第４表中間層の厚さが、全体の厚さの７％より小さくなると、
表面粗さ°が低下し、後述のように高密度記録には向か
なくなる。一方、中間層の厚さが全体厚さの８０％を超
えると、破壊靭性Ｘ＋Ｃが低下し、繊維添加効果が得ら
れない。

次に、中心層の厚さを６３５μｍとし、ガラス層の厚さ
を、第２図の横軸に示すように変化させ、残部を中間層
とした磁気ディスク用基板を作成した。そして、この磁
気ディスク用基板に発生した気泡及びピンホール等の欠
陥の数を測定した。この結果を第２図に示す。

後述のように、この欠陥数が３００以下の場合には、高
密度記録が可能である。また、第２図から明らかなよう
に、ガラスコーテイング膜の厚さが３００μｍ以下の場
合には、欠陥数が３００以更に、前記サンプルＮ１１Ｌ
３の基板に対し、結晶粒子の最大結晶粒径及び平均結晶
粒径を種々変化させた磁気ディスク用基板を作成した。

そして、この磁気ディスク用基板の表面に発生した欠陥
数を測定した。第３図及び第４図は、欠陥数と、夫々最
大結晶粒径及び平均結晶粒径との関係を示す。

この第３図及び第４図から明らかなように、最大結晶粒
径が、１００μｍ以下の場合及び平均結晶粒径が５０μ
ｍ以下の場合には欠陥数が３００以下となる。このため
、高密度記録するためには、最大結晶粒径が１１００Ｉ
ｉ以下、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ま
しい。

次に、各サンプルの磁気ディスク用基板に対し磁性体膜
を形成して磁気ディスクを作成した。先ず、上述の各基
板上に、Ｃｏを含むＦｅをターゲットとした反応スパッ
タリング法により、α−Ｆｅ２０３膜（厚さ０．２１μ
ｍ）を被着し、次いで、水素雰囲気中にて３３０℃で還
元してＦｅ３Ｏ４膜とし、更に空気中にて３３０℃で酸
化させてγ−Ｆｅ２Ｏ３膜に変換して、高密度磁気ディ
スクを作成した。このようにして得られた磁気ディスク
について、浮上量が０，２μｍの条件で、ヘッドを浮上
させて磁気ディスクとしての性能を試験しな。

各サンプルの磁気ディスクについて、書き込み及び読み
取り時の信号エラーを検査したところ、サンプルＮ［Ｌ
ｌ乃至４、サンプルＮｎ、’７乃至１１、サンプルＮ［
Ｌ１２乃至１６、サンプルＮ［Ｌ　１９乃至２３、及び
サンプルＮ［Ｌ２６乃至２９の基板は、その他の基板と
比較してエラー発生が極めて少なく、高密度記録上、好
適であることが確がめられな。

［発明の効果］本発明によれば、繊維又はウィスカーとセラミックスと
の複合体からなる中心層と、セラミックス材料で形成さ
れた中間層と、ガラス材料を被覆して形成された表面層
との５層積層体としたから、得られた磁気ディスク用基
板は、高強度であり、耐熱性及び耐候性が優れており、
更に平坦度及び平滑度が優れていて、磁気ディスクにお
けるエラー発生の要因の一つである基板の欠陥数が減少
する。

従って、耐Ｃ３Ｓ　（コンタクト、スタート、ストップ
）性が極めて優れ、外力が印加されても磁気ディスク用
基板が脆性破壊することがないので、装置の信頼性が高
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図はガラス
コーテイング膜の厚さと欠陥数との関係を示すグラフ図
、第３図は中間層の最大結晶粒径と欠陥数との関係を示
すグラフ図、第４図は同じく平均結晶粒径と欠陥数との
関係を示すグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非金属耐熱繊維材料とセラミックス材料との複合
体で形成された中心層と、この中心層の両側に夫々セラ
ミックス材料で形成された２層の中間層と、この中間層
の外側面に夫々ガラス材料を被覆して形成された２層の
表面層と、を有する積層体であることを特徴とする磁気
ディスク用基板。
（２）前記中心層の厚さは、積層体全体の厚さの２０乃
至８０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の磁気ディスク用基板。
（３）前記中間層の厚さは、積層体全体の厚さの７乃至
８０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の磁気ディスク用基板。
（４）前記表面層の厚さは、３乃至５００ μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の磁気ディスク用基板。
（５）前記中間層を構成するセラミックス材料は、最大
結晶粒径が１００μｍ以下であり、平均結晶粒径が５０
μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の磁気ディスク用基板。
（６）前記中心層を構成するセラミックス材料は、最大
結晶粒径が１００μｍ以下であり、平均結晶粒径が５０
μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第５項に記載の磁気ディスク用基板。
（７）前記表面層を構成するガラス材料の熱膨張率と、
前記中間層を構成するセラミックス材料の熱膨張率との
差が、０乃至１０００℃の温度範囲で、１５×１０＾−
＾７／℃以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の磁気ディスク用基板。
（８）前記非金属耐熱繊維は、無機繊維、無機ウィスカ
ー、炭素繊維及び炭素ウィスカーから選択された１種又
は２種以上の材料であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の磁気ディスク用基板。
（９）前記中心層を構成する複合体の繊維及び／又はウ
ィスカーの含有率は、３体積％以上であることを特徴と
する特許請求の範囲第８項に記載の磁気ディスク用基板
。