(57)【要約】【課題】ディスクのうねりを低減し、高記録密度を実現する磁気ディスクを提供する。【解決手段】ナトリウムイオンを含有するケイ酸塩ガラスを基材として構成されるディスク１の表面におけるナトリウムイオンをカリウムイオンに置換する深さを、ディスク１の内周部より外周部の方を深くした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸塩ガラスを基材として構成される磁気ディスクの表面に含有するナトリウムイオンをカリウムイオンに置換し、その置換する深さが内周部よりも外周部の方が深い磁気ディスク。
【請求項２】
前記置換する深さを前記磁気ディスクの外周部に向かうほど深くした請求項１に記載の磁気ディスク。
【請求項３】
前記ディスクは、中央部に一体形成された軸を有し、この軸と直交する主面に磁気記録層を付加して構成された請求項２に記載の磁気ディスク。
【請求項４】
ナトリウムイオンを有するケイ酸塩ガラスを溶融する工程と、溶融し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工程と、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工程とによりガラス基板の剛性を化学的に強化する磁気ディスクの製造方法であって、前記置換する深さを前記ガラス基板の外周部方向に向かうほど深くなるようにする工程により置換した磁気ディスクの製造方法。
【請求項５】
軸と一体化されたガラス基材の磁気ディスクと、磁気ディスクを回転させるモータと、磁気ディスクに記録再生をする磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを所要トラックに移動するＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏｉｌ　Ｍｏｔｏｒ）とを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの剛性を化学的に強化して、前記軸より離れるに従って連続的に高めたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【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の磁気ディスクとその製造方法及び磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平１０−１８８２７０号公報や特開２０００−２６４６８１号公報に開示されているように、ハードディスク装置には、内径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、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固定しディスクを回転できるようになっていた。このディスクに対して、磁気ヘッドによりデータを記録・再生できるよう構成されていた。また、高密度化対応のため磁気ヘッドの浮上量を少なくするために、ディスクのうねりの低減が行われてきた。さらには、機器の小型化に対応するためにディスクの非磁性基材も剛性を高くするようにアルミニウムよりもガラスが多用されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の磁気ディスクにおいては、平面性を向上させるために、通常、平面研削盤などにより両面を高精度に研磨することで実現してきた。また、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下できず、面記録密度を上げられないという問題があった。また、磁気ディスク装置において、データの転送レートは高い方が望ましく、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もので、安価で、しかもうねりの少ないディスクとこれを用いた小型で信頼性の高い磁気ディスクとその製造方法及び磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る磁気ディスクは、ケイ酸塩ガラスを基材として構成される磁気ディスクの表面に含有するナトリウムイオンをカリウムイオンに置換し、その置換する深さが内周部よりも外周部の方が深いものである。この構成によれば、ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減できる。これによって、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。
【０００６】
また、前記置換する深さを前記磁気ディスクの外周部に向かうほど深くしたものである。この構成によれば、ディスクの剛性が外周部方向に行くにしたがって高くすることができ、ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減できる。これによって、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。
【０００７】
また、前記ディスクは、中央部に一体形成された軸を有し、この軸と直交する主面に磁気記録層を付加して構成されるものである。この構成によれば、軸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。
【０００８】
また、本発明に係る磁気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工程と、溶融し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工程と、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工程とによりガラス基板の剛性を化学的に強化する磁気ディスクの製造方法であって、前記置換する深さを前記ガラス基板の外周部方向に向かうほど深くなるようにする工程により置換したものである。この方法によれば、ディスクの基材が成形によって実現でき、機械加工の工程が省略できるので工数の削減が可能となり、よってコストの低減が可能となる。また、ディスクの外周部の方が深い所までカリウムイオンにより置換したことにより剛性を高くできる。
【０００９】
さらに、本発明に係る磁気ディスク装置は、軸と一体化されたガラス基材の磁気ディスクと、磁気ディスクを回転させるモータと、磁気ディスクに記録再生をする磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを所要トラックに移動するＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏｉｌ　Ｍｏｔｏｒ）とを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの剛性を化学的に強化して、前記軸より離れるに従って連続的に高めたものである。この構成によれば、ディスクの剛性が外周部方向に行くにしたがって高くすることができるために、ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減できる。これによって、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、さらには、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、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。さらに、軸をスピンドルモータ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に係る磁気ディスクの斜視図、図２は、本発明の実施の形態における磁気ディスクの半径方向と磁気ディスクの表面に含有するナトリウムイオンをカリウムイオンで置換した深さとの関係を示す図、図３は、本発明における磁気ディスクの製造方法のフロー図、図４は、本発明における磁気ディスク装置（以下ＨＤＤと略す）の要部平面図である。
【００１１】
まず、図１を用い磁気ディスクの構成を説明する。図１において、ディスクの主面１は、直径が約２０ｍｍ（０．８“）で厚さが約０．３ｍｍのケイ酸塩ガラス基材で構成され、中央部に同じ材質にて直径が約４ｍｍで、長さが０．８ｍｍの軸２が設けられている。軸２と直交するディスクの主面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剤を形成した磁気記録層３が設けられている。
【００１２】
磁気記録層３の構成については、使用する面記録密度やヘッドと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フライハイト（Ｆｌｙ　Ｈｅｉｇｈｔ）は、１５〜２５ｎｍ程度としてあり、面記録密度は、３０Ｇｂｐｓｉ（Ｇｉｇａ　Ｂｉｔ　Ｐｅｒ　Ｓｑｕａｒｅ　Ｉｎｃｈ）としている。また、軸２を付加してディスク全体としての重心が、軸２の部分に移動するようにしてある。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。本発明においては、歪が発生しないように化学的な強化を行う。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ＩＡ族にあるカリウムイオンにより表面より数１０〜１５０μｍ程度の深さに対して置換させてある。つまり、最外周部分においては、基材の全厚みに対して置換されている。置換させる深さは、用いるディスクの要求特性に合わせて適宜選択することができる。
【００１３】
図２に示すように、横軸の半径方向に対して、カリウムイオンで置換した深さがディスクの外周部に向かうほど深くなるようにしてある。この構成によれば、ディスクの外周部に行くにしたがってガラスの強度を増すことができる。つまり、外周部に行くにしたがって剛性を高めることができる。これによって、外周部で発生しやすいディスクのうねりの低減が可能となる。ディスクのうねり、振れは回転方向に直交する方向の加速度を用いて評価することが知られており、これを通称ＡＣＣ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）と呼んでいる。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は、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、ガラスを強化したものである。また、本実施の形態においては、カリウムイオンで置換した深さを半径のおおむね４乗に比例させた場合、ディスクの振れに対するＡＣＣ（加速度換算したもの）の低減が良い結果が得られた。置換深さを半径の何乗にするかはＡＣＣを測定しながら適宜選択可能である。
【００１４】
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。
【００１５】
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られてもよいが、別に作られていてもよい。材質についてもガラスに対して線膨張係数が同程度であれば、適宜選択することが可能である。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て、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。
【００１６】
しかしながら、記録密度が高まるに連れて、トラックピッチも高密度化する。このために、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用いられてきた。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。これは、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及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が発生してしまうものである。本発明によれば、ディスクに一体で設けた軸２が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。さらには、クランパも不要とすることができ、コストの低減や、薄型化・軽量化についても可能となる。
【００１７】
さて、次に、図３により本発明における磁気ディスクの製造方法のフローを説明する。図３において、まず、事前に所要の調合・調整を行ったガラスをカレットにしておき溶融する手順（溶融工程）Ｓ３１により成形できる状態にする。加熱温度については、軟化点よりも高く粘度を考慮しながら適宜選定しておく。条件としては、成形時間・成形性・成形機の能力などを配慮して決めることがよい。
【００１８】
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手順（充填工程）Ｓ３２により成形する。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など適切なもの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。
【００１９】
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が、この際、外周部の方に行くに従ってカリウムイオンで置換する深さが深くなるようにナトリウムイオンを置換する手順（置換工程）Ｓ３３及びＳ３４を行う。具体的には、硝酸カリウムの溶液内に浸漬し、外周部に行くに従って反応速度が速くなるように加圧したり、温度を高めるなどの条件を与えてある。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よいが、外周部ほど深くカリウムイオンで置換できることに配慮することが必要である。
【００２０】
その後、ガラス基板を洗浄などの処理を行い、スパッタによりＣｏ−Ｃｒ系磁性膜を成膜する手順（成膜工程）Ｓ３５及び保護膜としてのＤＬＣ、潤滑膜を形成する手順（膜形成工程）Ｓ３５Ａ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、ターゲットの条件及び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。
【００２１】
次に、図４により、本発明における磁気ディスク装置（以下ＨＤＤと略す）の説明をする。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、ほぼ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、ガラスの非磁性基材上に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、所要の潤滑剤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、ディスクの直径が約２０ｍｍ（０．８“）という小径のものが用いられている。
【００２２】
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１５には、へリングボーン型のグルーブを有する流体軸受が用いてあり、モータの形態は周対向型のＤＤモータである。ディスク１３に設けられた、軸がそのままスピンドルモータの軸としてある。また、前述のようにディスク１３の重心が軸の部分にしてあるので、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。
【００２３】
ディスク１３に対して情報の記録または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　Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドとが取り付けられている。また、スライダーに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てある。
【００２４】
サスペンション１６は、ピボット軸受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、ＶＣＭにより回動及び位置決めされ、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されるようになっている。ディスク１３の外周部には、アクチュエータの待避位置にランプ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。
【００２５】
シャーシ１１の下面には、図示していない、モータなどの動作などを制御する駆動回路や、Ｒ／Ｗ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。ディスク表面には、図示しないデータ及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（Ｂｙｔｅ）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するようになっている。本実施の形態においては、８ゾーンに分割してある。
【００２６】
本実施の形態におけるＨＤＡにおいては、１プラッタ−１ヘッドと称され、ディスクの上面のみを記録面とし、１つの磁気ヘッド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に記録を行うとともに、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の変調方式を用いてバイト（Ｂｙｔｅ）単位でコードの変換を行い記憶容量の向上と記録・再生の特性の向上を行っている。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。
【００２７】
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・負圧を生じ非常にわずかな浮上量で安定して浮動するようになっている。
【００２８】
ＶＣＭは、コイル２０と、図示しない上、下ヨーク及び、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の下端面には、所定の空隙を介してマグネット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とに挟まれた空間に配置してあり、コイル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、表面をＮｉなどによる防錆処理をして面内に２極に着磁して用いてある。
【００２９】
ランプ２１は、図示しないが、アンロード時のタブの運動方向、すなわちディスクの径方向外側に向けて、複合的な平面が配置されて、シャーシ１１に固定されている。なお、アクチュエータとＶＣＭとランプ２１とで、ロード／アンロード機構を構成している。
【００３０】
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、３，０００Ｓ−１（３，０００ｒｐｍ）としてある。ランプ２１に退避していた磁気ヘッド１７がＶＣＭによりピボット軸を中心に回動し磁気ヘッド１７をディスク面へとロードする。ディスク１３の回転により発生した空気流と、サスペンション１６の付勢力、スライダーのＡＢＳの作用によって、ディスク１３との間で非常にわずかな浮上量（１５〜２５ｎｍ程度）にて安定して浮動する。これにより、磁気ヘッド１７のロードが完了する。
【００３１】
続いて、トラック情報などを読み取り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われる。ＶＣＭはコイル２０に通電されると、マグネット２３からの磁束とコイル２０の電流とに推力が発生する。コイル２０は、マグネット２３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される。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し、ディスク１３に対して記録、再生が行われる。
【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連続的に高めてあるために、回転時における外周部でのうねりが低減されるとともに全域に対して剛性が連続的に変化するので、特異点や不必要なうねりモードの発生が押さえられる。また、連続的に変化させる変化率については、システムや、ヘッド１７の形状つまり特にＡＢＳ面とサスペンション１６の振動特性などを考慮して決まることが望ましい。
【００３３】
このようにして、ディスク１３の剛性がスピンドル軸より離れるに従って連続的に高めたことによって、ヘッド１７は、安定した浮上量にて全トラックに対して安定し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に置換させてある。回転数についても、４，０００Ｓ−１（４，０００ｒｐｍ）程度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、更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、本発明によれば、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。
【００３４】
以上説明した内容に対して、置換する深さや処理条件などは、本実施の形態に限定されることなく適宜変更は可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、磁気ディスクのケイ酸塩ガラスを基材としたディスク表面の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し、その置換した深さをディスクの内周部よりも外周部の方が深くなるようにしたものである。この構成によって、ディスクの剛性が外周部方向に行くにしたがって高くすることができ、これにより、ディスクの回転に伴い発生するうねりを低減でき、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における磁気ディスクの斜視図
【図２】本発明におけるディスクの半径方向とカリウムイオン置換深さの関係を示す図
【図３】本発明における磁気ディスクの製造方法のフロー図
【図４】本発明における磁気ディスク装置の要部平面図
【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　軸受
１６　サスペンション
１７　磁気ヘッド
１８　ピボット軸受
１９　コイルアーム
２０　コイル
２１　ランプ
２２　タブ
２３　マグネット
Ｓ３１　溶融工程
Ｓ３２　充填工程
Ｓ３３　置換工程
Ｓ３４　置換工程
Ｓ３５　成膜工程
Ｓ３５Ａ　膜形成工程
【図１】
2004039045.tif 000003
【図２】
2004039045.tif 000004
【図３】
2004039045.tif 000005
【図４】
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