JP2004022031A

JP2004022031A - 磁気ディスクおよび磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2004022031A
Application number: JP2002172834A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishizawa; 宏西澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】うねりを低減し、高記録密度を実現することのできるディスクを提供する。
【解決手段】ディスクの主面１は、ケイ酸塩ガラス基材で、中央部に同じ材質の軸２が設けられている。主面１には磁気記録層３が設けられている。ディスク主面１におけるナトリウムイオンを、イオン半径の大きなカリウムイオンに置換する。このときに、置換したイオン濃度をディスクの外周側に向かうほど高くしている。ディスクの外周に近づくに従ってガラスの強度が増す。つまり、外周に近づくに従って剛性を高めることができる。これによって、外周側で発生しやすいディスクのうねりの低減が可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータなどの外部記憶装置として用いられる磁気ディスク装置およびその記憶媒体である磁気ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ディスク装置の記録媒体である磁気ディスクとしては、中心部に取り付けのための穴があるドーナツ形状をした、アルミニウムやガラスなどの非磁性基材に所要の磁性体を形成したディスクが用いられていた。また、磁気ディスクを回転させるスピンドルモータにはディスクの内径に嵌合させるためのハブが設けられ、クランパなどによってディスクを固定し回転できるように構成されていた。そして、このディスクに対して磁気ヘッドによりデータを記録再生するように構成されていた。また、磁気ディスク装置の高密度化対応に必要な磁気ヘッドの浮上量の低減を実現するために、ディスクのうねりの低減が行なわれてきた。さらに、磁気ディスク装置の小型化に対応するために、ディスクの非磁性基材としては、基材の剛性の向上に好適なガラスがアルミニウムよりも多用されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の磁気ディスクにおいては、ディスクの平面性を向上させるために通常、平面研削盤等により両面を高精度に研磨していた。また、磁気ディスク装置の小型・薄型化に伴ってディスクの基材自身も薄くする必要があるが、剛性の低下によってディスクのうねりが発生しヘッドの浮上量が低減できなくなり、面記録密度を上げられないという問題があった。さらに、磁気ディスク装置においてデータの転送レートは高いのが望ましく、このためにディスクの回転数を高める必要があった。
【０００４】
本発明は、従来のこれらの相反する課題を解決するためになされたもので、うねりの少ない磁気ディスクを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、うねりの少ない磁気ディスクを低コストで製造することのできる磁気ディスクの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
さらに、本発明は、うねりの少ない磁気ディスクを具備することでヘッドの浮上量を低減し、高密度記録と薄型化が可能な磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ディスクは、ガラスを基材とする磁気ディスクであって、前記基材は外周に近づくに従って剛性が高くなるように化学的に強化されていることを特徴とする。この構成により、磁気ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減することができる。
【０００８】
本発明の磁気ディスクの製造方法は、磁気ディスクの基材となるガラスを溶融する第１の手順と、前記溶融されたガラスを所要のキャビティーを有する金型に充填する第２の手順と、前記基材の外周に近づくに従って剛性が高くなるように前記ガラスを強化するために前記ガラスを所定の雰囲気中に配置する第３の手順とを具備することを特徴とする。この構成により、外周に近づくに従って剛性が高くなるように強化されている磁気ディスクの基材が成形によって実現できるので、機械加工の工程が省略できる。これによって、工数の削減が可能となりコストの低減が可能となる。また、化学的処理を用いているので、歪みの発生を防止することができる。
【０００９】
本発明の磁気ディスク装置は、ガラスを基材とする磁気ディスクと、前記磁気ディスクを回転させるモータと、前記磁気ディスクに対して記録再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを所要トラックに移動するボイスコイルモータとを有する磁気ディスク装置において、前記基材は外周に近づくに従って剛性が高くなることを特徴とする。この構成により、磁気ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減することができるので、ヘッドの浮上量を下げることができ、高密度記録が実現できる。また、同じ厚さの基材に対してより高速で回転させてもうねりを同等にできるので、ヘッドの浮上量を下げることができる。逆にいえば、同程度の記録密度を実現するための基材厚さを薄くできることによって、装置全体の薄型化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態の磁気ディスクの斜視図、図２は、本発明の実施の形態の磁気ディスクにおける半径方向とカリウムイオン濃度との関係を示す図、図３は、本発明の実施の形態の磁気ディスクの製造方法のフロー図、図４は、本発明の実施の形態の磁気ディスク装置（以下、ＨＤＤという）の要部平面図である。
【００１１】
まず、図１を用いて磁気ディスク（以下、ディスクという）の構成を説明する。図１において、ディスクの主面１は、直径が約２０ｍｍ（０．８インチ）で厚さが約０．３ｍｍのケイ酸塩ガラス基材で、中央部に同じ材質にて直径が約４．ｍｍで長さが０．８ｍｍの軸２が設けられている。主面１には、磁気記録するためにＣｏ−Ｃｒ　系などの磁性材をスパッタリングなどにより付着させ、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ　）などによる保護膜など形成し、さらにその上にフッ素系などを主成分とする潤滑材を形成した磁気記録層３が設けられている。磁気記録層３の構成については、使用するディスクの面記録密度や、ヘッドの浮上量によって適宜決められる。本実施の形態における浮上量としてのＦｌｙ　Ｈｅｉｇｈｔは１５〜２５ｎｍ程度としてあり、面記録密度は３０Ｇｂｐｓｉ（Ｇｉｇａ　Ｂｉｔ　Ｐｅｒ　Ｓｑｕａｒｅ　Ｉｎｃｈ）としてある。また、軸２を付加してディスク全体の重心が、軸２の部分へ移動するようにしてある。
【００１２】
ガラスの強化方法には、急冷して物理的に応力を与える方法や化学的に処理する方法が知られている。本実施の形態においては、歪が発生しないように化学的な強化を行った。ケイ酸塩ガラス基材のナトリウムイオンを、これよりイオン半径が大きく周期律表で同じ・Ａ族にあるカリウムイオンにより、表面から２０〜８０μｍ程度の深さに対して置換した。
【００１３】
図２に示すように、半径方向に対してカリウムイオン濃度をディスクの外周に近づくほど高くなるようにした。この構成によれば、ディスクの外周に近づくに従ってガラスの強度が増す。つまり、外周に近づくに従って剛性を高めることができる。これによって、外周側で発生しやすいディスクのうねりの低減が可能となる。
【００１４】
本実施の形態における化学的な強化は、ナトリウムイオンのイオン半径が０．１ｎｍ程度であるのに対して、カリウムイオンでは０．１３ｎｍ程度と大きいことを利用するものである。この半径の差によって、ガラス表面において圧縮応力を発生させ、ガラスを強化している。
【００１５】
このようにして、ディスクの回転に伴ううねりを低減することが可能となる。これによると、同程度のうねりが許容される記録密度や浮上量の条件においては、ガラス基材の厚さを低減することが可能になる。つまり軽量化と薄型化とが実現できることになる。また、逆に言うと、同じ厚さのディスクに対しては、より浮上量の低減が可能となり、スペースロスの低減が可能となることにより、記録密度の向上が実現可能となることを意味している。
【００１６】
さて、次にディスクに軸２が一体で設けられている点についての説明を行う。この軸２については、ガラスで一体成形により作成しても良いが、別に作成した後に一体化しても良い。材質については線膨張係数がガラスと同程度であれば、適宜選択することが可能である。
【００１７】
通常、従来のディスクはドーナツ型をしており、内径をスピンドルモータに設けられた、内径部分と嵌合する円筒形のハブと呼ばれる部分に挿入し、クランパと呼ばれるリングなどを用いて固定することが知られている。しかしながら、記録密度が高まるにつれて、トラックピッチも高密度化する。このため、トラックの位置を検出するためのサーボ信号の記録には、自己サーボライトすることが行われていた。詳細は、特開２００１−２４３７３３　号公報などに記載されるように、磁気転写などによるマスターパターンに対して実際に使用するトラックに対するサーボパターンを書き込んで行く。この構成では、装置に組み込んだ時に発生するハブと内径部分とによる芯ずれ、およびスピンドルモータの軸振れとその位相ズレなどによって、ＲＲＯ（Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ　Ｒｕｎ−Ｏｕｔ）が発生してしまうものである。しかし、本発明によれば、ディスクに一体で設けた軸２をスピンドルモータの軸そのものとすることができるために、ＲＲＯの発生を低減することができ、高密度化したトラックピッチにおいても容易にしかも良好なサーボパターンを書き込むことが可能となる。さらに、クランパも不要とすることができるので、コストの低減や、ＨＤＤの薄型化・軽量化も可能となる。
【００１８】
次に、図３により本発明の実施の形態におけるディスクの製造方法のフローを説明する。ここで、図３の手順を行う際、事前に所要の調合・調整を行ったガラス材料をカレットにしておく。
【００１９】
まず、ガラス材料を溶融する（手順Ｓ１）。加熱温度については、粘度を考慮しながら軟化点よりも高い温度を適宜選定しておく。条件としては、成形時間・成形性・成形機の能力等を考慮して決めることが好適である。
【００２０】
次にガラスが成形できるように溶融したものを、所要の形状のキャビティーを有する金型に充填することにより成形する（手順Ｓ２）。金型の材質（ＳｉＣやＺｒＯ２など）や、表面の処理、コーティングなどは、使用するガラスなどによりＴｉＣやＴｉＮなど適切な物を選択することが望ましい。本実施の形態においては、軸２も同時に成形するようにした。
【００２１】
次に、徐冷し、金型より取り出したディスク基材を化学的に強化する。この際、ディスク外周側の方に行くに従ってカリウムイオンが高濃度になるようにナトリウムイオンを置換する（手順Ｓ３、Ｓ４）。具体的には、硝酸カリウムの溶液内に浸漬し、外周に行くに従って反応速度が速くなるように温度を高めるようにしてある。モル濃度などについては、温度と時間などを考慮して設定されている。別な形態の方法を用いても良いが、外周側ほど高いカリウムイオン濃度になるように置換できることに配慮することが必要である。
【００２２】
その後、ガラス基板に対して洗浄などの処理を行い、スパッタによりＣｏ−Ｃｒ系磁性膜を成膜し（手順Ｓ５）、保護膜としてのＤＬＣ、潤滑膜を形成する（手順Ｓ５Ａ）ことによりディスクが完成する。成膜については、真空度、Ａｒガスの密度、ターゲットの条件また、磁性層の形成においての下地層やシード層などを適宜選択することにより良好な磁気特性のディスクが得られる。
【００２３】
次に図４により、本発明の実施の形態におけるＨＤＤの説明を行う。図４において、図示しない回路部分を除くＨＤＤは、以下ＨＤＡ（Ｈｅａｄ　Ｄｉｓｋ　Ａｓｓｅｍｂｌｅ）と略す。ＨＤＡ１０は、概矩形箱状をしたアルミニウム製などのシャーシ１１と、シャーシ１１を塞ぐカバー（図示せず）とを有している。また、ＨＤＡ１０内には、ガラスからなる非磁性基材上にＣｏ−Ｃｒ系などの磁性材をスパッタリングなどにより付着させ、所要の潤滑材や保護膜など形成した磁気記録媒体としてのディスク１３が配置されている。本実施の形態においては、ディスク１３の直径が約２０ｍｍ（０．８インチ）という小径のものが用いられている。スピンドルモータ１４は、ディスク１３を一定速度で回転させる。スピンドルモータ１４の軸受け１５には、へリングボーン型のグルーブを有する流体軸受けが用いられており、モータの形態は周対向型のＤＤモータである。また、ディスク１３に設けられた軸２をそのままスピンドルモータの軸とした。また、前述のようにディスク１３の重心が軸の部分になるように構成されているので、スピンドルモータ１４はディスク１３を高い回転精度で回転させ、ＲＲＯ、ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ　Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ　Ｒｕｎ−Ｏｕｔ）などで規定される半径方向の振れを高精度で実現している。
【００２４】
ディスク１３に対して情報の記録再生を行う磁気ヘッド１７は、磁気ヘッド１７を支持するサスペンション１６の先に、ジンバルばね（図示せず）に取り付けられ、ロードビーム（図示せず）により付勢力が伝達されるように構成されている。磁気ヘッド１７は、スライダー（図示せず）に書き込み用の薄膜ヘッドと、読出し用のＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　）ヘッドとが取り付けられている。また、スライダーは、所要の形状を持たせたＡＢＳ（Ａｉｒ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｓｕｒｆａｃｅ　）面を持つ負圧スライダーとした。
【００２５】
サスペンション１６は、ピボット軸受け１８によりディスク１３のトラック方向（半径方向）に対して回動自在に支持されている。アクチュエータは、サスペンション１６とコイルアーム１９とで構成されている。アクチュエータは、ボイスコイルモータにより回動および位置決めされ、磁気ヘッド１７を所要のトラック方向に移動または、位置決めするようになされている。ディスク１３の外周側には、アクチュエータの待避位置にランプ（退避部材）２１が設けられており、サスペンション１６の先端部に設けられたタブ２２と協働してＨＤＤの動作停止の際にアクチュエータを待避位置にアンロードし、ＨＤＤの非動作時にアクチュエータを待避位置に保持する。
【００２６】
シャーシ１１の下面には、図示していない、モータなどの動作等を制御する駆動回路や、Ｒ／Ｗ（Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ　）回路、ＨＤＣ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などが実装された回路基板が固定されＨＤＤとなる。このＨＤＤは、ロード／アンロード機構の形態をとっている。ディスク１３の表面には、図示しないデータおよびサーボ情報が記録されたトラックが同心円状に配置されている。このサーボ情報については、前述のように磁気転写した後に自己サーボライトによって書かれている。トラックは、更に細かな、５１２バイト単位などのセクターに分割されている。また、トラック位置によって線記録密度がほぼ一定になるようにゾーンビット記録を行うようになされている。本実施の形態においては８ゾーンに分割されている。
【００２７】
本実施の形態におけるＨＤＡは、１プラッター１ヘッドと称され、ディスク１３の上面のみを記録面とし、１つの磁気ヘッド１７を用いる形態としている。磁気ヘッド１７は、図示しない回路基板からデータをディスク１３に記録、またディスク１３に記録されたデータの読み出しを行う。記録については、１６−１７の変調方式（１６ビットのデータを１７ビットに変換して記録する）を用いてバイト単位でコードの変換を行い、記憶容量の向上と記録再生特性の向上を実現している。これらの信号は、ヘッドアンプに接続されている、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを介して磁気ヘッド１７との間で授受される。
【００２８】
磁気ヘッド１７は、サスペンション１６により与えられる付勢力によりディスク１３に付勢されスライダーのＡＢＳ面と、ディスク１３の回転により発生する空気流の流入により、所要の正、負圧を生じ非常に僅かな浮上量で安定して浮動するようになっている。
【００２９】
ボイスコイルモータは、コイル２０と、図示しない上ヨーク、下ヨーク、およびマグネット２３などから構成されている。アクチュエータのコイルアーム１９に固定されたコイル２０の下端面には、所定の空隙を介してマグネット２３が対向配置されている。この構成により磁気回路を形成し、コイルアーム１９を、上ヨークとマグネット２３とに挟まれた空間に配置してあり、コイル２０が回動可能となっている。マグネット２３には、エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ系の焼結製のもので、表面にＮｉなどによる防錆処理をし、一つの面内に２極を有するように着磁したものを用いている。
【００３０】
ランプ２１は、図示しないが、タブ２２に対応する斜面、平面などから形成される複合平面を有しており、アンロード時のサスペンション揺動に伴うタブ２２の運動方向、すなわちディスク１３の径方向外側に向けて、上記複合平面が配置され、シャーシ１１に固定されている。なお、アクチュエータとボイスコイルモータとランプ２１とで、ロード／アンロード機構を構成している。
【００３１】
次にＨＤＤについて、その動作を説明する。回路基板により、スピンドルモータ１４が駆動され、ディスク１３が所定の回転速度で回転する。本実施の形態においては、５０Ｓ^−１（３，０００ｒｐｍ）とした。ランプ２１に退避していた磁気ヘッド１７がボイスコイルモータによりピボット軸１８を中心に回動し、磁気ヘッド１７をディスク１３の表面へとロードする。ディスク１３の回転により発生した空気流、サスペンション１６の付勢力、およびスライダーのＡＢＳの作用によって、ディスク１３との間で非常に僅かな浮上量（１５〜２５ｎｍ程度）にて安定に浮動する。これにより、磁気ヘッド１７のロードが完了する。続いて、トラック情報などが読み取られ、アクワイヤーと呼ばれるトラック認識などの一連の動作が行なわれる。ボイスコイルモータはコイル２０に通電されると、マグネットからの磁束とコイル２０の電流とにより推力が発生する。コイルは、マグネットが固定されているのでその反作用として推力を発生し、アクチュエータをピボット軸１８に対して回動させる。これにより、アクチュエータはコイル２０への通電量に応じた角度回動する。サスペンション１６に支持された磁気ヘッド１７は、ディスク１３の半径方向に沿って、ディスク１３上を浮上状態で移動し、所望のトラックに位置決めされ、ディスク１３に対して記録、再生が行なわれる。
【００３２】
本実施の形態によるＨＤＤにおいては、ディスク１３の剛性がスピンドル軸より離れるに従って高めてあるために、回転時における外周側でのうねりが低減されているので、安定した浮上量にて浮動することができた。剛性を高めるのには前述のようにナトリウムイオンをカリウムイオンで置換した。また、軸２をスピンドルモータ１４の軸と共用化することにより、クランパが廃止でき薄型化とコストの低減が可能となった。回転数についても、４，０００ｒｐｍまで上昇させてみたが、うねりの上昇が殆どなく良好な結果が得られた。これによれば、さらに基材の厚さを低減することが可能であることが理解できる。したがって、本実施の形態によれば、ＨＤＤの薄型化・軽量化と、高密度化がコストを低減しても可能であることが理解されよう。
【００３３】
また、本実施の形態によるディスク１３によれば、ディスク１３の中央部に軸２を一体で設け、直交する主面１に磁気記録層３を付加したので、軸２を基準に磁気パターンの転写が可能となり、穴基準と比べて精度が向上でき、精度の高い自己サーボライトが可能となる。
【００３４】
さらに、本実施の形態によるディスクの製造方法は、ナトリウムイオンを有するケイ酸塩ガラスを溶融する手順と、溶融したガラスを金型に充填する手順と、ナトリウムイオンの一部をカリウムイオンにより置換する手順であって、前記置換するカリウムイオン濃度を前記ガラス基板の外周に近づくほど高めた雰囲気中に配置する手順とを有することにより、外周に近づくに従って剛性が高くなるように強化されている磁気ディスクの基材が成形によって実現できるので、機械加工の工程が省略できる。これによって、工数の削減が可能となりコストの低減が可能となる。また、化学的処理を用いているので、歪みの発生を防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は以上説明した実施の形態に対して、本発明の思想の範囲内で適宜変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のディスクによれば、ガラスを基材とするディスクにおいて、前記基材の剛性を外周に近づくに従って高くなるように化学的に強化したことにより、ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＨＤＤの斜視図、
【図２】本発明の実施の形態のディスクにおける半径方向とカリウムイオン濃度との関係を示す図、
【図３】本発明の実施の形態のディスクの製造方法のフロー図、
【図４】本発明の実施の形態のＨＤＤの要部平面図である。
【符号の説明】
１　ディスクの主面
２　軸
３　磁気記録層
１０　ＨＤＡ
１１　シャーシ
１３　ディスク
１４　スピンドルモータ
１５　流体軸受け
１６　サスペンション
１７　磁気ヘッド
１８　ピボット軸受け
１９　コイルアーム
２０　コイル
２１　ランプ
２２　タブ
２３　マグネット
Ｓ１〜Ｓ５　手順

Claims

ガラスを基材とする磁気ディスクにおいて、前記基材は外周に近づくに従って剛性が高くなるように化学的に強化されていることを特徴とする磁気ディスク。
前記ガラスはナトリウムイオンを含有するケイ酸塩ガラスであり、前記基材の表面のナトリウムイオンがカリウムイオンに置換されており、かつ置換されたイオン濃度が前記磁気ディスクの外周に近づくほど高くされていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
前記磁気ディスクは、中央部に一体形成された軸を有し、前記軸と直交する主面に磁気記録層が付加されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
磁気ディスクの基材となるガラスを溶融する第１の手順と、前記溶融されたガラスを所要のキャビティーを有する金型に充填する第２の手順と、前記基材の外周に近づくに従って剛性が高くなるように前記ガラスを強化するために前記ガラスを所定の雰囲気中に配置する第３の手順とを具備することを特徴とする磁気ディスクの製造方法。
前記第１の手順はナトリウムイオンを有するケイ酸塩ガラスを溶融する手順であり、前記第３の手順は前記ナトリウムイオンの一部をカリウムイオンにより置換する手順であって、前記置換するカリウムイオン濃度を前記ガラス基板の外周に近づくほど高めた雰囲気中に配置する手順であることを特徴とする請求項５記載の磁気ディスクの製造方法。
ガラスを基材とする磁気ディスクと、前記磁気ディスクを回転させるモータと、前記磁気ディスクに対して記録再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを所要トラックに移動するボイスコイルモータとを有する磁気ディスク装置において、前記基材は外周に近づくに従って剛性が高くなることを特徴とする磁気ディスク装置。