JP2000143279A - ハ―ドディスク製造用ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ハードディスク基体の製造に適したガラスを提
供する。 【構成】ＳｉＯ_２が１０〜３０、Ａｌ_２Ｏ_３が０〜５、
Ｂ_２Ｏ_３が０〜８、Ｌｉ _２Ｏが０〜８、Ｎａ_２Ｏが１〜
１０、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏが５〜１０、Ｋ_２Ｏが０〜
３、ＭｇＯが５〜１６、ＣａＯが０〜１５、ＭｇＯ＋Ｃ
ａＯが＞１５〜２５、ＳｒＯ＋ＢａＯが０〜８、ＺｒＯ
_２が０〜８、ＴｉＯ_２が７〜２５、Ｌａ_２Ｏ _３が０〜１
０、Ｎｂ_２Ｏ_５が５〜２０、Ｖ_２Ｏ_５が０〜１０、Ｃｅ
Ｏ_２が０〜１、Ａｓ_２Ｏ_３＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋Ｆが０．１〜
１の組成のハードディスク製造用のガラス。 【効果】比弾性率が高いので、寸法安定性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は比弾性率の高い、ハード
ディスクの基体の製造に用いられるガラスに関する。本
発明は更に、この保持体を製造する方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】面粗さが低く、且つ平坦であるため、ガラ
スは就中、データ媒体（ハードディスク）の基体に用い
られると、アルミ等の金属や金属合金を上回る利点が有
る。かかるガラス基体は、使用中に遭遇する高い、化学
的、熱的及び機械的負荷に耐え得なければならない。例
えば、被覆（例えば陰極スパッタリングによる）中に、
基体ガラスは高温と急速な冷却の冷却速度に曝される。
ハードディスクに用いられるとき、高い機械的負荷にも
曝される、例えば駆動軸への据え付け中には１００Ｎ／
ｍｍ^２ にも達する負荷と、動作中には現在のところ３
５００乃至１００００ｒｐｍの高速で遠心力により生ず
る付加的応力を受ける。かかる負荷に一般に厚さが０．
２５乃至３．００ｍｍの薄ガラスは、表面が調質されて
いる場合にかぎり耐え得る。熱による調質が許容機械的
耐力（負荷容量）を増大できるのは、最小厚み３ｍｍよ
り厚い場合であるから、上記用途に用いられるガラスは
化学的調質が可能でなければならない。従って、変態点
以下の温度の塩浴でガラスをイオン交換により調質でき
る、即ち、交換に適したLi^＋及び／又はNa^＋等のイオン
をガラスが有していなければならない。読み取り書き込
みヘッドは現在のところ、回転するハードディスクの上
僅か５０ｎｍの距離にエアクッションで支持されるもの
であるから、基体ガラスの耐薬品性も面平滑度に加え、
決定的に重要である。上記距離は誤動作を防ぐため、保
証されていなければならない。しかし、ハードディスク
基体の面が大気効果に抵抗性が無い場合、及び／又は被
膜が付加されるまでに化学腐食で面が荒れてしまってい
る場合、或いは大気の作用で付加被膜に対する面の密着
性が失われ、被膜が面から剥離すると、上記距離は小さ
くなる。ハードディスク基体としての使用に適したガラ
スの更なる本質的特質はその熱膨張挙動であり、これは
応力を除くために、被膜材料（例えば熱膨張係数α
_{２０／３００}≧１２ｘ１０^−６／Ｋの共合金）の熱膨張
挙動と、就中ディスクドライブのクランプ材料やスピン
ドル材料のもの（α_{２０／３００}≧１２ｘ１０ ^−６）と
あまり違ってはならない。

【０００３】情報密度と読み取り書き込み速度を増大す
る一つの必要条件は、ハードディスクの上にある読み取
り書き込みヘッドの浮動量の減少である。ヘッドのギャ
ップ又は浮動量を少なくすると、より速いアクセス時間
が可能となる。

【０００４】浮動又は浮上量を所望量に減少すること
は、今のところできない。ハードディスクが回転してい
るとき、ハードディスクの一種のフラッター運動で表さ
れる衝突や局部的に激しい空気乱流によりドライブシス
テムに揺らぎが生ずるからである。読み取り書き込みヘ
ッドの浮動又は浮動量が低すぎるなら、中立位置からの
これ等のふれにより読み取り書き込みヘッドは、ハード
ディスク上のスポットの情報内容に対するその方向性を
失う（ランアウト）か、或いは読み取り書き込みヘッド
はハードディスクに衝突（ヘッドクラッシュ）すること
さえある。

【０００５】これ等の望ましくない発生を防止し、且つ
高い回転速度を可能にするためには、ハードディスクは
高い寸法安定性を持たなければならない、即ちハードデ
ィスクはその外縁部におけるフラッターが時間の関数と
してできるだけ小さくなければならない。

【０００６】ディスクの最大フラッターＷは次の式で記
述される。

【０００７】Ｗ＝（ρｘｒ_Ａ ^４／Ｅｘｄ^２）ｆ（ν） ここで、 ρは密度、 ｒ_Ａはハードディスクの外径 Ｅは弾性率 ｄはハードディスクの厚み ｆ（ν）は形状大きさ特定パラメタである。

【０００８】この式に基づいて、ハードディスクに対す
る新しい材料の主要件は、高い弾性率Ｅ及び／又は低い
密度ρで、且つ均一な形状大きさで（ｒ_Ａ、ｄ：一定）
最大フラッターＷを小さくすることである。通常、これ
等二つのパラメタの商Ｅ／ρは、比弾性率と呼ばれる。
所望の高い弾性率と同様、このパラメタはできるだけ高
い値を取らなければならない。

【０００９】高い回転速度用の材料として、ＡＩ−Ｂ−
Ｃからなる複合材料がある（IDEMA,Alternative Substr
ates III(September 5, 1995, San Jose, California),
p.55-60: D.J. Perettie et al. "The Alternate Alte
rnative Substrate - "Chemically Strengthened Alumi
num")。この材料は密度が低く、強度が高く、且つ比弾
性率が極めて高い。だが、この材料は、高品質のハード
ディスクに要求される０．４ｎｍ以下の面粗度まで研磨
するのが極めて難しく、且つ高価である。主として摩耗
硬度が高いため、この材料からハードディスクを製造す
るのは極めて費用がかかる。

【００１０】ＷＯ９６／０４６５１には、ガラスと粘弾
性材料から成る複合材料ディスク形式のデータ媒体が記
載されている。粘弾性材料は例えば合成ゴム、例えばシ
リコンゴム、又はポリエステル、ポリウレタン又はポリ
アミド等のプラスチックから成り、この層により振動が
減衰される。この方法の一つの不都合は、製造工程が極
めて高価であり、粘弾性材料は時間と共に疲労し（脆く
なって）、振動減衰体として最早機能しなくなることで
ある。基体を高温にして陰極スパッターにより磁気層を
付着すれば、プラスチックを脱気することもできるが、
付着層の品質に有害な作用を及ぼす。

【００１１】

【発明により解決されるべき課題】本発明の目的は、ハ
ードディスク基体の製造にガラスを利用できるようにす
ることにある。即ち、必要な機械的特性があれば、ガラ
スは充分な寸法安定性があり、従って高い回転速度に適
するからである。

【００１２】

【課題を解決する手段、その作用・効果】この目的は、
本発明の教示に従い、本明細書冒頭、特許請求の範囲の
請求項１に記載されたガラスによって達成される。

【００１３】同様のガラスが光学ガラスとして使用し得
ることは既に知られている。例えば、ＪＰ５８−４６４
５９Ｂ２には、極めて広い範囲のガラス組成物であっ
て、就中、SiO_２を１０〜５０重量％、Nb_２O_５ を５〜
５０重量％及びROを５〜４０重量％を含むガラス組成が
記載されている。尤も、その請求の範囲にはアルカリ酸
化物は詳細には特定されていない。具体例に基づくと、
これ等のガラスは高い分量のBaO又はCaOを含み、MgO を
殆ど又は全く含まない（高々３重量％）。

【００１４】ＪＰ６３−１７０２４７Ａには、SiO_{２ を}
比較的高い含有量、即ち３０〜６５モル％とLiO_２を３
０モル％まで含み、屈折勾配を有するレンズ用のガラス
が記載されている。

【００１５】ＪＰ５２−９０１２Ａには、SiO_２+Al_２O
_３+B_２O_３を比較的高い含有量（少なくとも４０重量
％）で含む光学ガラスであって、SiO_２が２０〜５２重
量％、Al _２O_３ が０〜１３重量％及びB_２O_３が０〜２０
重量％含まれる光学ガラスが記載されている。具体例の
ガラスは、本発明のガラスと比較すると、大量のSiO_２
（≧３３重量％）又は大量のB_２O_３（≧９．５重量％）
の何れかを含む。

【００１６】上記のガラスはみな組成を色々変動できる
が、ハードディスクの製造に用い得るガラスの要求条件
を満たしていない。

【００１７】或狭い範囲の組成（酸化物に基づく）、即
ちSiO_２を１０〜３０、好ましくは少なくとも１５、特
に好ましくは少なくとも２０、Al_２O_３を０〜５、好ま
しくは最大４、B_２O_３を０〜８、好ましくは最大５、Li
O_２を０〜８、好ましくは少なくとも１、Na_２Oを１〜１
０、LiO_２+Na_ｙOを５〜１０、K_ｙOを０〜３、MgOを５〜
１６、好ましくは少なくとも１０、ＣａＯを０〜１５、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＞１５〜２５、ＳｒＯ＋ＢａＯを０〜
８、好ましくは最大５、ZrO_ｙを０〜８、TiO_２を７〜２
５、La_２O_３を０〜１０、Nb_２O_５を５〜２０、好ましく
は少なくとも８、V_２O_５ を０〜１０、好ましくは最大
５、CeO_２を０〜１、好ましくはＣｅＯ_２を含まず、As
_２O_３+Sb_２O_３+Fを０．１〜１の組成から成るガラスは
ハードディスクの製造に優れて適していることが分かっ
た。

【００１８】これ等のガラスはアルカリ土類元素を高濃
度で含む。例えば、MgOとCaOの和が１５〜２５重量％、
MgOが５〜１６重量％で、CaOが０〜１５重量％である。
MgOとCaO は弾性率の上昇と、同時に密度の低下を助長
する。CaO はまた、失透安定性を改善する。これ等のガ
ラスはまたSrO及び／又はBaOを上限８重量％まで含んで
も良く、これは低アルカリ濃度で、溶融挙動を改善する
と共に、ハードディスクとしての用途に必要な高膨張係
数を向上させる。

【００１９】NaO_２とLi_２Oをその必要な最小含有全量
（少なくとも５重量％、ここでNaO_２とLiO_２は好ましく
は両者が含まれる）とするので、アルカリ土類濃度が比
較的高くても、ガラスは化学的調質（強化？）が、好ま
しくはカリウム／ナトリウム塩浴で、ナトリウム／カリ
ウム比を上限６：１として、可能になる。

【００２０】より大量に含まれることが必須な成分Nb_２
O_５ 及びTiO_２と任意成分La_２O_３及びV_２O_ｙも弾性率に
プラスの効果をもつ。これ等４成分の割合は、前記の比
較的広い範囲で変更できる。TiO_２成分が多すぎると、
溶融度に不利に影響を及ぼす。

【００２１】任意成分B_２O_３は溶融度を改善できる。Al
_２O_３ も任意成分であり、耐薬品性とイオン交換能力を
改善できる。Al_２O_３の濃度が５重量％を越えると、溶
融度に不利な影響を及ぼす。

【００２２】ガラスの品質を改善するためには、精錬剤
As_２O_３、Sb_２O_３及び／又は弗化物をガラスに含ませ
る。このために、CeO_２を含ませても良い。

【００２３】Nb_２O_５は、TiO_２やMgOのようには有効に
弾性率を増大しない。だが、TiO_２及び／又はMgOの濃度
が更に高くなると、ガラスの結晶化が促進されるので、
三つの成分を前記の必要最小割合でガラスが含むように
してある。これ等の酸化物の和は好ましくは２０〜４５
重量％である。かかる必要最小含有率が特に高い弾性率
を生じ、且つ結晶化安定性はかかる最大濃度で良好であ
るからである。上記酸化物の和は、特に３０〜４４重量
％である。

【００２４】

【実施例】本発明の請求するガラスの４例を表１で呈示
する。表はその組成を示し、ガラスの最重要特性を提供
する。

【００２５】

【表１】

【００２６】ガラスは、通常の原料から製作された。こ
れ等の高い耐薬品性は、ＩＳＯ８４２４に従って測定の
耐酸性等級により証明されている。ガラスは少なくとも
２の耐酸性等級を有する。耐候試験器内テストで、ガラ
スは１週間、温度８０℃及び相対湿度８０％に曝され、
次いで表面の変化（アルカリ炭酸塩形成）が倍率４０Ｘ
の顕微鏡下で検査された。ガラスが示す塩の風解は、僅
か検出限界の大きさの程度であった。

【００２７】化学調質能力を検出するため、寸法３０ｍ
ｍｘ３０ｍｍｘ２ｍｍのガラス体が製作され、KNO_３３
０重量％及びNaNO_３ ７０重量％から成る温度４８０℃
の浴に８時間放置された。ＥＤＸにより、厚さが少なく
とも１０μｍで、通常の応力値を有する交換域を証明す
ることができた。

【００２８】ガラスの熱膨張係数α_{２０／３００}は８．
０ｘ１０^−６／Ｋ〜１１．０ｘ１０ ^−６／Ｋであり、従
ってハードディスクの被覆材の熱膨張係数に充分近い。

【００２９】表にはまた、未調質の試料に付き測定され
た弾性率［１０^３Ｎ／ｍｍ^２］と、密度ρ［ｇ／ｃ
ｍ^３］と、比弾性率Ｅ／ρ［１０^５Ｎｃｍ／ｇ］が示さ
れている。

【００３０】上記の全ての特性をもつとき、ガラスは高
速で回転するハードディスク基体の製造に用いるのが適
する。

【００３１】例えば、組成（酸化物に基づく重量％で）
SiO_２５２．９、Al_２O_３２１．１、MgO２６．０を有
し、弾性率Ｅが１２９ＧＰａで、密度ρが２．９１ｇ／
ｃｍ^３の系のガラスは、比弾性率Ｅ／ρが４４．３ｘ１
０^５Ｎｃｍ／ｇであり、従って寸法安定性は充分高い
が、化学的に調質できず、容易に結晶化されてしまい、
薄板の原料ガラスに製造するのが困難である。従って、
ハードディスク基体の製造にはこれは不適切である。

【００３２】他方、本発明の請求するガラスは機械的特
性に対する全要求条件を満たし、高速度回転するハード
ディスク基体の製造に適する。即ち：

【００３３】・比弾性率Ｅ／ρが少なくとも３４ｘ１０
^５Ｎｃｍ／ｇとなる結果、寸法安定性が高い。振動振幅
が小さく保たれ、振動エネルギーは急速に消散される。
高速回転であっても、回転中のハードディスクの変形が
僅かである結果、読み取り書き込みヘッドの、浮動量の
倍である浮上量を５０ｎｍに低下できると共に、ハード
ディスクの回転速度を１００００ｒｐｍを上回るように
増大できる。回転速度が増大すると、モーターにより温
度が上昇し、且つドライブ内の空気乱流を増大するの
で、回転速度を過度に、即ち約１５０００ｒｐｍ以上に
上げると、安全性の問題がある。 ・化学的調質できる結果、充分厚い圧縮応力部をつくる
ことができる。それにより、機械的強度が高まる。 ・耐薬品性が高い。 ・８．０ｘ１０^−６／Ｋ〜１１．０ｘ１０^−６／Ｋであ
る熱膨張係数α_{２０／３ ００}は、クランプ材料、駆動軸
及び被膜材料の熱膨張係数と充分に一致する。 ・精度良く研磨できる。０．４ｎｍ以下の微小面粗度ま
で加工できる。均質材料で一般的なラップ仕上げ、研削
及び研磨の加工速度、即ちラップ仕上げ速度１０〜２０
μｍ／ｍｉｎ、研削速度２０〜４０μｍ／ｍｉｎ及び研
磨速度１μｍ／ｍｉｎが得られる。従って、面特性、特
に平坦度が優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルクハート シュパイト ドイツ連邦共和国、デェー 55126 マイ ンツ、プリニウスヴェーク 20 (72)発明者 ペーター ブリックス ドイツ連邦共和国、デェー 55116 マイ ンツ、シュタットハウスシュトラーセ 17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハードディスク基体の製造に用いる下記の
   組成（酸化物に基づく重量％）のガラス： ＳｉＯ_２ １０〜３０ Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５ Ｂ_２Ｏ_３ ０〜８ Ｌｉ_２Ｏ ０〜８ Ｎａ_２Ｏ １〜１０ Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ ５〜１０ Ｋ_２Ｏ ０〜３ ＭｇＯ ５〜１６ ＣａＯ ０〜１５ ＭｇＯ＋ＣａＯ ＞１５〜２５ ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜８ ＺｒＯ_２ ０〜８ ＴｉＯ_２ ７〜２５ Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜１０ Ｎｂ_２Ｏ_５ ５〜２０ Ｖ_２Ｏ_５ ０〜１０ ＣｅＯ_２ ０〜１ Ａｓ_２Ｏ_３＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋Ｆ ０．１〜１
2. 【請求項２】下記の組成（酸化物に基づく重量％）によ
   り特徴付けられる請求項１に記載のガラス： ＳｉＯ_２ １５〜３０ Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜５ Ｂ_２Ｏ_３ ０〜８ Ｌｉ_２Ｏ １〜８ Ｎａ_２Ｏ １〜１０ Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ ５〜１０ Ｋ_２Ｏ ０〜３ ＭｇＯ ５〜１６ ＣａＯ ０〜１５ ＭｇＯ＋ＣａＯ ＞１５〜２５ ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５ ＺｒＯ_２ ０〜８ ＴｉＯ_２ ７〜２５ Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜１０ Ｎｂ_２Ｏ_５ ８〜２０ Ｖ_２Ｏ_５ ０〜５ Ａｓ_２Ｏ_３＋Ｓｂ_２Ｏ_３＋Ｆ ０．１〜１
3. 【請求項３】Nb_２O_５とTiO_２とMgOの和が２０乃至４５
   重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   ガラス。
4. 【請求項４】Nb_２O_５とTiO_２とMgOの和が３０乃至４４
   重量％であることを特徴とする請求項３に記載のガラ
   ス。
5. 【請求項５】熱膨張係数α_{２００／３００} ≧８．０ｘ
   １０^−６／Ｋ、弾性率＞１１５ｘ１０^３Ｎ／ｍｍ^２、比
   弾性率Ｅ／ρ≧３４ｘ１０^５Ｎｃｍ／ｇである請求項１
   乃至４の何れかに記載のガラス。