JP5718036B2

JP5718036B2 - 磁気ディスク用ブランク材の製造方法及び磁気ディスク用ブランク材

Info

Publication number: JP5718036B2
Application number: JP2010276406A
Authority: JP
Inventors: 正将大西; 森　高志; 高志森
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: JP2012123884A

Description

本発明は、磁気ディスクの基板（ブランク材）に適したアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材の製造方法及びその製造方法によって製造された磁気ディスク用ブランク材に関する。

磁気ディスクは、ハードディスク等の記憶装置の記憶媒体として用いられている。磁気ディスクの材料としては、アルミニウム合金やガラスなどが知られている。特に、モバイルパソコン等に使用されるハードディスクの材料としては、剛性が高いことから、薄く、小さく設計することが可能なガラスからなる磁気ディスク用ブランク材（ガラスブランク材）が用いられている。

しかし、近年、ガラスブランク材の供給量不足やコスト削減のために、アルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材（以下、アルミニウムブランク材と呼ぶ）をモバイルパソコン等のハードディスクの材料として使用することが期待されている。

アルミニウムブランク材は、鋳造、固溶化処理、熱間圧延、冷間圧延の順に処理されて作製されたアルミニウム合金板を、以下のような工程を経ることによって一般的に形成される。
（ａ）打抜き加工工程：アルミニウム合金板をプレスによりドーナツ状に打抜き加工する工程。
（ｂ）加圧焼鈍工程：打抜き加工工程（ａ）の後に、打抜き加工によって生じた残留歪の除去や平坦度向上のために、複数枚の打抜いたドーナツ状のアルミニウム合金板を加圧しながら焼鈍を行う（以下、加圧焼鈍と呼ぶ）工程。
（ｃ）切削加工工程：加圧焼鈍工程（ｂ）の後に、目標の外径寸法及び内径寸法になるまでブランク外周縁部及びブランク内周縁部の端面を切削する工程。
（ｄ）研削加工工程：切削加工工程（ｃ）の後に、両面研削機の砥石により、目標の板厚になるまで研削する工程。
（ｅ）めっき処理工程：研削加工工程（ｄ）の後に、めっき前処理を施し、Ｎｉ−Ｐのめっき層を形成する工程。

上述したように、アルミニウムブランク材は、アルミニウム合金板の上にＮｉ−Ｐめっき層が形成されているだけで、ガラスブランク材に比較すると剛性が低く、加工による歪が出来やすく、そのため平坦性の悪いアルミニウムブランク材が出来てしまうことがあった。特に、モバイルパソコン等のハードディスクのように、アルミニウムブランク材をより薄く、小さく設計する必要がある場合には、平坦性の問題が顕著に表れていた。

このような平坦性の悪化の問題を解決するために、焼鈍処理（昇温し、高温加熱後、降温する焼鈍方法）により、アルミニウムブランク材の歪を矯正して、優れた平坦性を得る方法が、一般的に知られている。

例えば、特許文献１では、加圧焼鈍工程において、３９０〜６００℃の温度に加熱して、１１×１０^−４〜７５×１０^−４Ｎ／ｍｍ^２の荷重を負荷することで、優れた平坦性を得る方法が提案されている。また、特許文献２では、加圧焼鈍工程において、昇温速度を０．５〜１５０℃／秒、到達温度を３８０〜５４０℃、保持時間を０〜９００秒、負荷荷重を１０×１０^−４〜７５×１０^−４Ｎ／（ｍｍ^２・枚）の条件で、荷重負荷を行いながら急速昇温をし、所定時間保持後に荷重除荷し、降温することによって、優れた平坦性を得る方法が提案されている。また、特許文献３では、アルミニウムブランク材をスペーサで挟み、更に上下の定盤で挟み込んで３００〜４００ｋｇの荷重を負荷しながら３５０℃で５時間保持後、常温まで冷却する加圧焼鈍の際に、上下の定盤とスペーサとの間に皿ばねを間挿させることによって平面性の優れたアルミニウムブランク材を製造する製造方法が提案されている。

特開平５−１１７８２５号公報特開平６−１４５９２８号公報特開平６−２３５０５２号公報

しかしながら、上述したような従来の方法によって作製されたアルミニウムブランク材は、アルミニウムブランク材を高温で焼鈍するために、アルミニウムブランク材の耐力が低下してしまい、モバイルパソコン等のハードディスクとして使用するのに十分な耐衝撃性が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、アルミニウム合金からなる平坦性及び耐衝撃性に優れた磁気ディスク用ブランク材の製造方法及びその製造方法によって製造された磁気ディスク用ブランク材を提供することを目的とする。

上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法は、Ｍｇを３．０〜６．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不純物であるアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材の製造方法であって、前記磁気ディスク用ブランク材に対して、１．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の負荷荷重を負荷して加圧しながら、２１０℃以上２８０℃以下の焼鈍温度で焼鈍する加圧焼鈍工程を備えていることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法は、本発明の第１の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法において、前記加圧焼鈍工程が、前記磁気ディスク用ブランク材を複数枚毎にフラットな中間スペーサを介して積層し、全ての前記磁気ディスク用ブランク材及び全ての前記中間スペーサをフラットな最下位スペーサと最上位スペーサとで挟み、更に、前記最上位スペーサ、全ての前記磁気ディスク用ブランク材、全ての前記中間スペーサ及び前記最下位スペーサを、上定盤と下定盤とで挟んだ状態で、前記上定盤の上に配置されたばね下板とばね上板との間に挟まれた耐熱コイルばねを介して、負荷荷重を前記磁気ディスク用ブランク材に負荷して加圧しながら、焼鈍することを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材は、Ｍｇを３．０〜６．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不純物であるアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材であって、本発明の第１または２の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法によって製造されることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材は、本発明の第１の態様にかかる磁気ディスク用ブランク材において、平坦度が５μｍ以下で、かつ、ＪＩＳＺ２２０１の試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１引張試験によって測定した０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする。

本発明によれば、優れた平坦性を有するとともに、耐衝撃性に優れたアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材（アルミニウムブランク材）を製造することが出来る。また、ガラスブランク材の替わりに、本発明の方法によって製造されたアルミニウムブランク材を、モバイルパソコン等のハードディスクとして使用するによって、ハードディスクの加工コストを低減することが出来る。

本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法の一例を説明するためのフローチャート図である。本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法における加圧焼鈍工程の一例を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施の形態における記述は、本発明にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における磁気ディスク用ブランク材の製造方法の細部構成等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

図１は、本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法の一例を説明するためのフローチャート図である。
図１に示すように、本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法は、まず、鋳造、固溶化処理、熱間圧延、冷間圧延の順に処理されて製造されたアルミニウム合金板をプレスによりドーナツ状に打抜き加工する（ステップ１０１：Ｓ１０１）。ここで、アルミニウム合金板におけるＭｇの含有量は、３．０〜６．０質量％（３．０質量％以上で６．０質量％以下）であり、更に好ましくは、３．５〜５．０質量％である。アルミニウム合金において、Ｍｇは、磁気ディスク用ブランク材の材料に適した機械的強度を向上させるのに最も有効な元素であり、３．０質量％未満では、十分な機械的強度を得られず、また、６．０質量％を超えると熱間圧延時に割れが生じやすいためである。

次に、複数枚のドーナツ状に打抜き加工されたアルミニウム合金板（以下、アルミニウムブランク材と呼ぶ）に対して、１．５〜４ＭＰａ（１．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下）の負荷荷重を負荷して加圧しながら、２１０〜２８０℃（２１０℃以上２８０℃以下）の温度（焼鈍温度）で焼鈍する（ステップ１０２：Ｓ１０２）。例えば、焼鈍は、２１０〜２８０℃の焼鈍温度まで昇温した後、その温度を約１時間保持し、その後、常温（約２０℃）まで空冷する。生産性を考えると、焼鈍温度の保持時間は、長い時間を望まず、製造プロセスの流れから、１時間以内とすることが望ましい。

ステップ１０２の加圧焼鈍工程の後に、目標の外径寸法及び内径寸法になるまで、アルミニウムブランク材の外周縁部（ブランク外周縁部）及び内周縁部（ブランク内周縁部）の端面を切削する（ステップ１０３：Ｓ１０３）。次に、切削加工されたアルミニウムブランク材の両面を、両面研削機の砥石により、目標の板厚になるまで研削する（ステップ１０４：Ｓ１０４）。

最後に、研削加工されたアルミニウムブランク材に対して、めっき前処理を施し、アルミニウムブランク材の表面にＮｉ−Ｐのめっき層を形成する（ステップ１０５：Ｓ１０５）ことにより、アルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材（アルミニウムブランク材）を形成する。

本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法の特徴は、加圧焼鈍工程（ステップ１０２）において、１．５〜４ＭＰａの負荷荷重を負荷して加圧しながら、２１０〜２８０℃の焼鈍温度で焼鈍することである。

焼鈍温度を２８０℃以下にするのは、焼鈍したときにアルミニウムブランク材を完全結晶粒の組織にしないためである。アルミニウムブランク材において、完全結晶粒になっていない組織（以下、加工結晶粒組織と呼ぶ）は、塑性変形がおきにくく、引張り強度、０．２％耐力（材料の伸びが０．２％に達したときの引張り強度）、硬度が大きくなる。従って、耐衝撃性の優れたアルミニウムブランク材を形成することが出来る。そのため、焼鈍温度を再結晶温度未満である２８０℃以下とした。

また、焼鈍温度を２１０℃以上にするのは、２１０℃未満にすると、圧延時やステップ１０１の打抜き工程による残留応力を焼鈍によって除去することが出来ず、磁気ディスク用ブランク材として使用可能な十分な平坦度を得ることが出来ないためである。また、２１０℃未満にすると、積層されたアルミニウムブランク材が割れてしまうこともあるためである。

負荷荷重を１．５〜４ＭＰａにするのは、負荷荷重を負荷してアルミニウムブランク材の平坦度を矯正する際に、１．５ＭＰａ未満であると、負荷荷重が小さすぎて、磁気ディスク用ブランク材として使用可能な十分な平坦度となるように矯正出来ないためであり、４ＭＰａを超えると、負荷荷重が大きすぎて却って平坦性を悪くしてしまうためである。

次に、図１のステップ１０２の加圧焼鈍工程の具体例について説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法における加圧焼鈍工程の一例を説明するための図である。

図２に示すように、アルミニウムブランク材３を複数枚毎にフラットな中間スペーサ２ｃを介して積層して、全ての磁気ディスク用ブランク材３及び全ての中間スペーサ２ｃをフラットな最上位スペーサ２ａと最下位スペーサ２ｂとで上下から挟み、更に、最上位スペーサ２ａの上に上定盤１ａを、最下位スペーサ２ｂの下に下定盤１ｂを配置して、最上位スペーサ２ａ、最下位スペーサ２ｂ、全ての中間スペーサ２ｃ及び全てのアルミニウムブランク材３を、上定盤１ａと下定盤１ｂで上下から挟んだ状態にする。更に、上定盤１ａの上にばね下板５ｂを配置し、ばね下板５ｂとばね上板５ａとの間に耐熱コイルばね４を挟み、１．５〜４ＭＰａの負荷荷重が負荷されるように耐熱コイルばね４を圧縮した状態にして、下定盤１ｂに植設されて、最下位スペーサ２ｂ、アルミニウムブランク材３、中間スペーサ２ｃ、最上位スペーサ２ａ、上定盤１ａ及びばね下板５ｂを貫通して、ばね上板５ａ上に突出したボルト６を、ナット７で固定する。加圧焼鈍工程は、アルミニウムブランク材３を上述した状態で、２１０〜２８０℃の焼鈍温度に昇温し、焼鈍温度で約１時間保持し、その後、常温（約２０℃）まで空冷する。

アルミニウムブランク材３の温度変化に伴い、負荷荷重の変化をなるべく小さく抑える必要があると考え、図２に示したように、上定盤１ａに負荷荷重を直接負荷するのではなく、ＳＵＳ６３１Ｊ１（ＪＩＳＧ６３４１）またはＳＷＯＳＣ−Ｖ相当の耐熱コイルばね４を介して負荷荷重を負荷した。この耐熱コイルばね４の特徴としては、高温３００℃から常温２０℃までの横弾性係数の変化率は１５％以下である。耐熱コイルばね４を介して負荷荷重を負荷することにより、焼鈍温度によって熱膨張率の異なるアルミニウムブランク材３に対して安定的に（均一に）負荷荷重を負荷することが出来る。

上述した本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法によって製造された、Ｍｇを３．０〜６．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不純物であるアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材は、平坦度が５μｍ以下で、かつ、ＪＩＳＺ２２０１の試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１引張試験によって測定した０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ^２以上であり、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な表面強度（耐衝撃性）と十分な平坦度を有している。尚、上記では耐衝撃性の評価として０．２％耐力を用いているが、０．２％耐力に限らず、０．２％耐力に対応する引張り強度、伸び率、表面硬度等の値によって、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な耐衝撃性を規定することも可能である。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる磁気ディスク用ブランク材の製造方法によって、優れた平坦性を有するとともに、耐衝撃性に優れたアルミニウムブランク材を製造することが出来る。また、ガラスブランク材の替わりに、本発明の方法によって製造されたアルミニウムブランク材を、モバイルパソコン等のハードディスクとして使用するによって、ハードディスクの加工コストを低減することが出来る。

次に、本発明を実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。外径φ６６ｍｍ、内径φ１９ｍｍ、板厚１ｍｍのドーナツ状に打抜き加工されたアルミニウムブランク材を使用して、図２に示した方法によって、表１に示す負荷荷重を負荷して加圧しながら、表１に示す焼鈍温度まで昇温した後、この温度で１時間保持し、その後、常温まで空冷して、本発明の実施例１〜２０にかかるアルミニウムブランク材と、比較例１〜５２にかかるアルミニウムブランク材とを作製した。

尚、全負荷荷重（ｋｇｆ）は、外径φ６６ｍｍ、内径φ１９ｍｍ、板厚１ｍｍのドーナツ状に打抜き加工されたアルミニウムブランク材に負荷された荷重であり、負荷荷重（ＭＰａ）は、単位面積（１ｍｍ^２）当たりに負荷された荷重を示している。また、図２の耐熱コイルばね４として、負荷荷重が０．０２〜１．５０ＰＭａのときは、ＳＵＳ６３１Ｊ１の耐熱コイルばね４を使用し、負荷荷重が２．００〜４．００ＰＭａのときは、ＳＷＯＳＣ−Ｖ相当の耐熱コイルばね４を使用した。また、負荷荷重が４．５ＭＰａ以上のときは、負荷荷重を負荷する耐熱コイルばね４がないため、耐熱コイルばね４を介さずにトルクレンチでナット７を締め付けて負荷荷重を負荷した。

表１に示した本発明の実施例１〜２０にかかるアルミニウムブランク材と、比較例１〜５２にかかるアルミニウムブランク材について、０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ^２）及び平坦度（μｍ）を測定した。測定した０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ^２）及び平坦度（μｍ）のそれぞれの結果を表２及び表３に示す。

尚、表２及び表３に示すマトリックスは、本発明の実施例１〜２０にかかるアルミニウムブランク材と、比較例１〜５２にかかるアルミニウムブランク材の測定結果であり、表１のマトリックスに対応する。また、表２においては、０．２％耐力が２００（Ｎ／ｍｍ^２）以上のときを「○」とし、それ以外の値を「×」として記載している。また、表３においては、平坦度が５．０（μｍ）以下のときを「○」とし、それ以外の値を「×」として記載している。

また、０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ^２）の測定は、試験片としてＪＩＳＺ２２０１の引張用試験片を用いて、インストロン社製引張試験機によりＪＩＳＺ２２４１引張試験にて測定した。また、平坦度（μｍ）は、外径φ６６ｍｍ、内径φ１９ｍｍ、板厚１ｍｍのドーナツ状に打抜き加工されたアルミニウムブランク材を試験片として用いて、Ｚｙｇｏ非接触平坦度測定機により測定した。

表２及び表３に示すように、本発明の実施例１〜２０にかかるアルミニウムブランク材は、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な０．２％耐力を規定する２００（Ｎ／ｍｍ^２）以上の範囲で、かつ、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な平坦度を規定する５．０（μｍ）以下の範囲を満たした結果となった。

一方、比較例１〜５２にかかるアルミニウムブランク材において、負荷荷重が１．５ＭＰａ未満の場合、負荷荷重が１．５〜４ＭＰａの場合に比較して、平坦度が大きくなり平坦性が悪い結果となった。また、負荷荷重が４．０ＭＰａを超える場合、負荷荷重が１．５〜４ＭＰａの場合に比較して平坦度が大きくなり平坦性が悪い結果となった。また、焼鈍温度が３１０°以上の場合、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な０．２％耐力を規定する２００（Ｎ／ｍｍ^２）以上の範囲から外れてしまう結果となった。また、焼鈍温度が２１０°未満の場合、焼鈍温度が２１０〜２８０°の場合に比較して、平坦度が大きくなり平坦性が悪い結果となった。

上述の結果から、１．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の荷重を負荷して加圧しながら、２１０℃以上２８０℃以下の焼鈍温度で焼鈍する加圧焼鈍工程を備えることによって、優れた平坦度を有するとともに、耐衝撃性に優れたアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材（アルミニウムブランク材）を製造出来ることがわかった。

尚、アルミニウムブランク材の耐衝撃性を測る測定値として、０．２％耐力の測定値のほかに引張り強度、伸び率、表面硬度等の測定値が考えられる。表４は、負荷荷重が２．８０ＭＰａのときの焼鈍温度の変化に対する０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ^２）、引張り強度（Ｎ／ｍｍ^２）、伸び率（％）及び表面硬度（Ｈｖ）の測定結果である。

表４に示すように、焼鈍温度の変化に対する引張り強度の変化及び焼鈍温度の変化に対する表面硬度の変化は、焼鈍温度が小さくなるにつれて引張り強度及び表面硬度が大きくなる。また、焼鈍温度の変化に対する伸び率は、焼鈍温度が小さくなるにつれて伸び率が小さくなる。即ち、焼鈍温度が小さくなるにつれて、０．２％耐力の結果と同様に、耐衝撃性が強くなる傾向を示している。従って、０．２％耐力に限らず、０．２％耐力に対応する引張り強度、伸び率、表面硬度の値によって、磁気ディスク用ブランク材として使用するのに十分な耐衝撃性を規定することも可能である。

１ａ：上定盤
１ｂ：下定盤
２ａ：最上位スペーサ
２ｂ：最下位スペーサ
２ｃ：中間スペーサ
３：アルミニウムブランク材
４：耐熱コイルばね
５ａ：ばね上板
５ｂ：ばね下板
６：ボルト
７：ナット

Claims

Ｍｇを３．０〜６．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不純物であるアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材の製造方法であって、
前記磁気ディスク用ブランク材に対して、１．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の負荷荷重を負荷して加圧しながら、２１０℃以上２８０℃以下の焼鈍温度で焼鈍する加圧焼鈍工程を備えていることを特徴とする磁気ディスク用ブランク材の製造方法。
前記加圧焼鈍工程は、
前記磁気ディスク用ブランク材を複数枚毎にフラットな中間スペーサを介して積層し、全ての前記磁気ディスク用ブランク材及び全ての前記中間スペーサをフラットな最下位スペーサと最上位スペーサとで挟み、更に、前記最上位スペーサ、全ての前記磁気ディスク用ブランク材、全ての前記中間スペーサ及び前記最下位スペーサを、上定盤と下定盤とで挟んだ状態で、前記上定盤の上に配置されたばね下板とばね上板との間に挟まれた耐熱コイルばねを介して、負荷荷重を前記磁気ディスク用ブランク材に負荷して加圧しながら、焼鈍することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク用ブランク材の製造方法。
Ｍｇを３．０〜６．０質量％含有し、残部がＡｌおよび不純物であるアルミニウム合金からなる磁気ディスク用ブランク材であって、請求項１または２に記載の磁気ディスク用ブランク材の製造方法によって製造されることを特徴とする磁気ディスク用ブランク材。
平坦度が５μｍ以下で、かつ、ＪＩＳＺ２２０１の試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１引張試験によって測定した０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項３に記載の磁気ディスク用ブランク材。