JPH1029832A

JPH1029832A - レーザーテクスチャ加工に適したガラス材料及びそれを用いた磁気ディスク用ガラス基板

Info

Publication number: JPH1029832A
Application number: JP21198696A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Uchigaki; 友好内垣; Hiroshi Kawai; 寛河合
Original assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Current assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも短波長のレーザーの適用が可能で
あり、表面のテクスチャ加工を高精度で行うことができ
るガラス材料を提供する。【解決手段】上記ガラス材料は、ガラス中の吸光成分
として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｅｒ、Ｎｄ及びＰ
ｒの金属成分のいずれか１種又は２種以上を合計で０．
１〜１０重量％の範囲で含有し、発振波長が２５０〜１
１００ｎｍのレーザー光を照射した場合の吸光係数が１
００から２０００とされる。これにより、発振波長が２
５０〜１１００ｎｍ程度の短波長のレーザー光によるテ
クスチャ加工が可能となる。そして、短波長のレーザー
を使用することで、レーザー光の収束スポット径を小さ
くでき、ひいてはテクスチャ加工を高精度で行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク用ガ
ラス基板等のレーザーテクスチャ加工に適したガラス材
料と、それを用いた磁気ディスク用ガラス基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクドライブ等の磁気ディス
ク装置においては、磁気ヘッドの動作方式としてＣＳＳ
（Contact Start Stop）と呼ばれる方式が多く採用され
ている。これは、ディスク静止時にその表面と接触して
いたヘッドが、ディスクの回転に伴う層流の作用によっ
て浮上し、その状態でディスクに対するアクセスを行う
ものである。

【０００３】ところで、磁気ディスクの記録密度は、装
置の小型化及び大容量化のためにますます高いものが要
求されるようになっている。ディスクの記録密度を上げ
るためには、ヘッドの浮上高さをなるべく小さくするこ
とが有効であるが、ヘッド浮上高さを小さくすると、デ
ィスクの表面粗度もそれに合わせて小さくしなければな
らない。この場合、表面粗度をあまり小さくし過ぎる
と、ディスク表面と接触したときにヘッドが吸着により
貼り付いてしまうトラブルが生ずることがある。そこ
で、磁気ディスクの例えば表面内周領域に、適度に表面
粗度を大きく設定したランディングゾーンと呼ばれる円
環状の領域を設けておき、ディスクアクセスの際のヘッ
ドの浮上及び着陸をこのランディングゾーンで行うこと
で、上記吸着現象の防止が図られている。

【０００４】ここで、ディスク基板表面に上述のような
ランディングゾーンを形成する場合、ディスク表面の全
体を所定以下の表面粗度となるように精密研磨した後、
予定された領域に改めてテクスチャ加工と呼ばれる面荒
らし処理を施して、その表面粗度を精密にコントロール
しながらランディングゾーンを形成することが行われて
いる。この場合、そのようなテクスチャ加工を行う方法
として、例えばレーザーを利用する方法が特開平７−１
８２６５５号公報に開示されている。この方法では、レ
ーザーパルスを照射してガラスの一部を軟化させること
により、適数の隆起あるいはくぼみ（以下、レーザーマ
ークともいう）を基板表面に分散形成することで、テク
スチャ加工が施される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記レーザーを用いた
テクスチャ加工において、形成されるレーザーマークの
寸法及び精度は、レーザーの収束スポット径によって決
まる。そして、上記公報技術においては、波長の比較的
長い炭酸ガスレーザー（波長λ＝１０．６μｍ）が用い
られており、スポット径をあまり小さくできないことか
ら、精密なテクスチャ加工が困難である欠点がある。従
って、微細なテクスチャを精度よく加工するためには、
収束スポット径の観点からは、なるべく波長の短いレー
ザーを使用することが望ましいといえるが、従来の基板
用ガラス材料は、例えばＹＡＧレーザー（λ＝１．０６
μｍ）等の短波長のレーザー光をほとんど透過させてし
まうため、そのような短波長のレーザーによるテクスチ
ャ加工は不可能とみなされていた。

【０００６】本発明の課題は、従来よりも短波長のレー
ザーの適用が可能であり、それにより表面のテクスチャ
加工を高精度で行うことができるガラス材料と、それを
用いた磁気ディスク用ガラス基板を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために、本発明のガラス材料は、発振波長
が２５０〜１１００ｎｍのレーザー光を照射した場合の
吸光係数が１００から２０００であることを特徴とす
る。該ガラス材料は、発振波長が２５０〜１１００ｎｍ
程度の短波長のレーザー光に対し相当の吸収係数を有し
ていることから、従来は不可能とみなされていた短波長
領域のレーザーによるテクスチャ加工が可能となる。そ
して、短波長のレーザーを使用することで、レーザー光
の収束スポット径を、例えば従来の炭酸ガスレーザー等
よりも小さくできるので、テクスチャ加工を高精度で行
うことができる。

【０００８】上記ガラス材料において吸光係数が１００
未満になると、レーザー光の透過が大きくなってテクス
チャ加工が困難となる。一方、吸光係数が２０００以上
ではガラスが不安定となり、またレーザー光のエネルギ
吸収、ひいてはテクスチャ加工性の向上効果が頭打ちと
なる。それ故、吸光係数は上記範囲で調整される。な
お、吸光係数の範囲は望ましくは３００〜１５００とす
るのがよい。

【０００９】また、本発明のガラス材料は、ガラス中の
吸光成分として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｅｒ、Ｎ
ｄ及びＰｂの金属成分のいずれか１種又は２種以上を合
計で０．１〜１０重量％の範囲で含有させることができ
る。金属成分の含有量が０．１重量％未満になると、発
振波長が２５０〜１１００ｎｍのレーザー光を照射した
場合の吸光係数を１００以上とすることができなくな
り、ひいては該レーザー光によるテクスチャ加工が困難
となる。また、上記金属成分の含有量が多くなるにつれ
て吸光係数も大きくなるが、その合計含有量が１０重量
％を超えるとガラスが不安定となる。それ故、上記金属
成分の含有量は０．１〜１０重量％の範囲で調整され、
より望ましくは１〜６重量％の範囲で調整するのがよ
い。

【００１０】上記吸光成分を構成する金属成分のうちＦ
ｅ、Ｍｎ及びＶは、ガラス材料の吸光係数を増大させる
効果が大きく、かつ原料コストも安価であるため、本発
明において特に好適に使用される。このうちＦｅについ
てはその含有量を１〜８重量％の範囲で調整することが
望ましい。Ｆｅの含有量が１重量％未満になると十分な
吸光係数が確保できなくなる場合がある。また、８重量
％を超えると輻射熱の吸収率が低下して、溶解等による
材料の生産性に問題が生ずることがある。なお、Ｆｅの
含有量はより望ましくは２〜５重量％、さらに望ましく
は２．５〜５重量％とするのがよい。一方、金属成分と
してＭｎを使用する場合にも、Ｆｅと同様の理由によ
り、その含有量を３〜８重量％、望ましくは３〜５重量
％の範囲で調整するのがよい。また、金属成分としてＶ
を使用する場合にも、Ｆｅと同様の理由により、その含
有量を０．５〜４重量％、望ましくは１〜３重量％の範
囲で調整するのがよい。

【００１１】また、上記ガラス材料には、吸光成分とし
ての金属成分を酸化する酸化成分を、該吸光成分の合計
重量に対する百分率において５〜５０重量％の範囲で含
有させることができる。すなわち、吸光成分となる金属
成分はすべて遷移金属成分であり、ガラス材料中では価
数の大きいイオン状態をとっているものほど、レーザー
光の吸収に対する寄与が大きいことが知られている。こ
の場合、上述のような酸化成分をガラス材料中に添加す
れば、原料溶解時に吸光成分はその酸化が促進されて価
数の大きいイオンに転化し、結果として得られるガラス
の吸光係数を高めることができる。この場合、酸化成分
の添加量が吸光成分の合計重量に対する百分率において
５重量％未満になると、上記酸化成分の添加効果はあま
り期待できなくなるが、例えば原料溶解温度を低く設定
し、配合された原料を溶解状態で十分な時間保持するこ
とで吸光成分の酸化を促すことも可能であり、この場合
は酸化成分の添加量が上記下限値より不足していても
（あるいは添加を行わなずとも）、十分な吸光係数を確
保することができる。

【００１２】酸化成分は、具体的には吸光成分よりも酸
化力の強い金属成分とすることができる。例えば吸光成
分がＦｅの場合は、酸化成分としてＣｅ、Ｍｎあるいは
Ｖ等を使用することができる。また、吸光成分がＭｎの
場合は、酸化成分としてＣｒ等を使用することができ
る。なお、酸化成分となる金属成分は吸光成分の役割も
果たす場合がある。

【００１３】また、上記ガラス材料は非晶質ガラスとす
ることが、良好なレーザーテクスチャ加工特性を達成す
る上で望ましい。

【００１４】ところで、磁気ディスク用のガラス基板
は、磁気ディスク装置への組付け等に備えて適度な強度
を確保するために、溶融塩を用いたイオン交換処理によ
り表面に圧縮応力層を形成して使用されることが多い。
従って、本発明の材料のベースとなるガラス組成（以
下、ベースガラス組成という）としては、上記イオン交
換処理に適したものを使用することが望ましい。これ
は、具体的には下記のような成分を含有するものとする
ことができる（括弧内に、各成分のベースガラス組成に
おける望ましい含有量を示す）。

【００１５】ＳｉＯ₂（５５〜７７重量％）：ガラス
形成の主要成分となる。含有量が５５重量％未満ではイ
オン交換後の耐水性が低下し、７７重量％を超えるとガ
ラス融液の粘性が高くなりすぎて溶融あるいは成形が困
難となる。なお、含有量は、より望ましくは６０〜６５
重量％とするのがよい。Ａｌ₂Ｏ₃（３〜２５重量％）：イオン交換速度を高
め、かつイオン交換後のガラスの耐水性を高める働きを
なす。含有量が３重量％未満ではイオン交換速度が不足
し、２５重量％を超えるとガラス融液の粘性が高くなり
すぎて溶融あるいは成形が困難となる。なお、含有量
は、より望ましくは１０〜１５重量％とするのがよい。

【００１６】Ｌｉ₂Ｏ（３〜１０重量％）：イオン交
換に必要な成分であり、またイオン交換時の溶解性を高
める働きをなす。含有量が３重量％未満ではイオン交換
後の圧縮応力層の形成が不十分となり、１０重量％を超
えるとイオン交換後の耐水性が低下するとともに液相生
成温度が低下し、ガラスの成形が困難となる。なお、含
有量は、より望ましくは４〜６重量％とするのがよい。Ｎａ₂Ｏ（３〜１３重量％）：イオン交換時の溶解性
を高める役割を果たす。含有量が３重量％未満になると
効果が不十分となり、１３重量％を超えるとイオン交換
後の耐水性が不足する。なお、含有量は、より望ましく
は８〜１２重量％とするのがよい。

【００１７】なお、基本成分中には、必要に応じて下記
の成分を含有させることができる。ＺｒＯ₂：イオン交換速度を高め、耐水性向上にも寄
与する。なお、含有量は、１５重量％を超えるとガラス
融液の粘性が高くなりすぎて溶融あるいは成形が困難と
なるので、それ以下の範囲で、望ましくは１０重量％以
下の範囲で調整するのがよい。ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃：ガラス製造時の溶融性を高
める役割を果たす。なお、各成分とも、含有量が４重量
％を超えるとイオン交換速度が低下するので、それ以下
の範囲で、望ましくは２重量％以下の範囲で調整するの
がよい。

【００１８】以上説明したガラス材料の製造方法として
は、公知のガラス製造法と同様に、原料を上記説明した
ガラス組成となるように配合後、溶解することにより製
造することができる。

【００１９】また、上記ガラス材料を用いて磁気ディス
ク用ガラス基板を製造することができる。この場合、溶
融あるいは軟化したガラス材料をディスク形状に成形
し、得られた成形体の表面（基板面）の表面粗度が０．
２ｎｍＲａ〜２ｎｍＲａ以下となるように調整される。
基板面の表面粗度の調整は、例えばＣｅＯ₂等の研磨材
を用いた精密研磨により行うことができる。表面粗度が
０．２ｎｍＲａ未満になると研磨工程が煩雑かつ長時間
化して生産性の低下につながる。また、２ｎｍＲａを超
えるとヘッドの飛行高さをあまり小さくできなくなり、
磁気ディスクの記録密度低下につながる。表面粗度は、
望ましくは０．４〜１ｎｍＲａの範囲で調整するのがよ
い。なお、ここでいう表面粗度は、日本工業規格のＢ−
０６０１により定義される算術平均粗さＲａを意味す
る。

【００２０】また、上記ガラス基板においては、その圧
縮応力の値が１０００〜８０００ｋｇ／ｃｍ²となる応
力層を、基板表面部に対し厚さ１０〜２００μｍの範囲
で形成することができる。この応力層は、前述の通り、
磁気ディスク装置への組付け等に際して適度な強度を確
保するために形成されるものであり、例えば上記精密研
磨による表面粗度の調整後に、硝酸塩等で構成された溶
融塩中に基板を所定時間浸漬して、そのイオン交換反応
に基づき形成することができる。

【００２１】図１（ａ）に示すように、このようにして
得られたガラス基板の表面に対し、レーザー発生器から
のレーザー光（発振波長が２５０〜１１００ｎｍ）をレ
ンズにより収束させて照射することにより、その照射部
近傍のガラスを軟化させてレーザーマークを形成するこ
とができる。このようなレーザーマークを、ランディン
グゾーンとして予定された所定の領域（例えばディスク
ドライブのスピンドル挿通孔周囲に形成された円環状の
領域；図１（ｂ））に分散形成することにより、該領域
のテクスチャ加工を行うことができる。なお、使用する
レーザーとしてはＹＡＧレーザーの他、ＹＬＦレーザー
やＡｒレーザー等を使用することができ、その照射態様
はパルス状とすることが望ましい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明のガラス材料の実施例について
説明する。（実施例１）まず、レーザー照射用の各種ガラス材料を
以下のようにして作製した。すなわち、ベースガラス組
成が表１に示すものとなるように原料を配合し、これに
吸光成分として各種金属酸化物を、表２に示す組成（ベ
ースガラス組成分重量を１００としたときの配合重量比
で表示）で各々個別に配合して出発原料とした。ただ
し、Ｌｉ₂Ｏ成分は炭酸リチウムの形で、Ｎａ₂Ｏ成分は
炭酸ナトリウムの形でそれぞれ配合し、溶解・ガラス化
する際に酸化物に転化させるようにした。これら出発原
料を白金坩堝中で１４５０℃で４時間溶解・保持した
後、鉄板上に流し出して各種ガラス試料を得た（試料番
号１〜９）。なお、比較のため、吸光成分を添加しない
ガラス材料も作製した（試料番号１０）。得られた各ガ
ラス材料の構造は、Ｘ線回折により、すべて非晶質とな
っていることを確認した。なお、蛍光Ｘ線分析法により
測定した各試料中の吸光成分（金属成分）量の分析値を
表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】また、各試料の吸光係数を次のようにして
求めた。すなわち、各吸光成分について、その金属量が
０．１重量％となるように、別途原料を配合・溶解して
吸光係数測定用のガラス試料を同様の方法により作製
し、これを厚さ０．６３５ｍｍとなるように研磨した
後、分光光度計を用いて波長２６６ｎｍの入射光に対す
る吸光係数Ｋ0を測定した。ここで、ガラスの吸光係数
は、一般に吸光成分の含有量に比例して増大することが
知られているので、レーザー照射用の試料での吸光成分
量Ｐ1と、吸光係数測定用の試料の吸光成分量Ｐ0（０．
１重量％）との比Ｐ1／Ｐ0を、上記測定された吸光係数
Ｋ0に乗ずることにより、各レーザー照射用試料の吸光
係数Ｋ1を算出した（表２にその計算値を示してい
る）。

【００２６】次いで、各レーザー照射用試料の表面をＣ
ｅＯ₂研磨材を用いて表面粗度が０．６ｎｍＲａとなる
ように精密研磨し、さらに硝酸ナトリウム４０％と硝酸
カリウム６０％とを含有する３８０℃の混合溶融塩中に
４時間浸漬してイオン交換処理を行った。そして、イオ
ン交換後の各試料の表面圧縮応力の値及び応力層の厚さ
を、公知の偏光顕微鏡法により測定した。その結果、各
試料とも、圧縮応力値が４５００ｋｇ／ｃｍ²となる応
力層がおおむね１００μｍ程度の厚さで形成されている
ことがわかった。

【００２７】そして、イオン交換処理後の各試料の表面
に、ＹＡＧレーザーを高調波変換した波長２６６ｎｍの
パルス状レーザー光（パルス幅５０ｎｓｅｃ、収束スポ
ット径２５μｍ）を照射するとともに、試料表面に形成
されたレーザーマークの直径を原子間力顕微鏡観察によ
り測定した。以上の結果を表２に示す。すなわち、吸光
成分を添加しない比較例のガラス材料（試料番号１０）
では、レーザーマークが全く形成されなかったのに対
し、実施例の各試料（試料番号１〜９）ではそれぞれ相
当の大きさのレーザーマークが形成されており、上記短
波長のレーザー光よるテクスチャ加工が可能であること
がわかる。

【００２８】（実施例２）実施例１と同一のベースガラ
ス組成を有し、かつ吸光成分としてＦｅを表３に示す各
組成で含有する試料（試料番号１１〜１６：ただし、試
料番号１１は吸光成分を含有しない比較例である）を同
様の方法により作製し、さらに実施例１と同一の条件で
レーザー照射を行ってそのレーザーマーク径を測定し
た。結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】吸光係数はＦｅの含有量が多くなるほど大
きくなる。そして、これに対応して、形成されるレーザ
ーマーク径も大きくなり、特にＦｅが３重量％以上で良
好なテクスチャ加工が実施可能となることがわかる。ま
た、Ｆｅが５重量％以上では、Ｆｅ含有量に対するレー
ザーマーク径の増加比率が小さくなっていることもわか
る。

【００３１】（実施例３）実施例１と同一のベースガラ
ス組成を有し、かつ吸光成分としてＭｎを表４に示す各
組成で含有する試料（試料番号２１、２２）を同様の方
法により作製し、さらに実施例１と同一の条件でレーザ
ー照射を行ってそのレーザーマーク径を測定した。結果
を表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】吸光係数はＭｎの含有量が多くなるほど大
きくなる。そして、これに対応して形成されるレーザー
マーク径も大きくなり、良好なテクスチャ加工が実施可
能であることがわかる。

【００３４】（実施例４）実施例１と同一のベースガラ
ス組成を有し、かつ吸光成分としてＶを表５に示す各組
成で含有する試料（試料番号２３〜２６）を同様の方法
により作製し、さらに実施例１と同一の条件でレーザー
照射を行ってそのレーザーマーク径を測定した。結果を
表５に示す。

【００３５】

【表５】

【００３６】吸光係数はＶの含有量が多くなるほど大き
くなる。そして、これに対応して形成されるレーザーマ
ーク径も大きくなり、良好なテクスチャ加工が実施可能
であることがわかる。

【００３７】（実施例５）実施例１と同一のベースガラ
ス組成を有し、かつ吸光成分としてのＦｅ又はＭｎと酸
化成分としてのＣｅ、Ｃｒ又はＶとを、表６に示す各組
成で含有する試料（試料番号３１〜３３）を同様の方法
により作製し、実施例１と同一の条件でレーザー照射を
行ってそのレーザーマーク径を測定した。結果を表６に
示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】上記試料においては、Ｃｅ、Ｃｒ又はＶを
含有しない表３の試料１４あるいは表４の試料２１と比
較した場合、それぞれレーザーマーク径が大きくなって
おり、テクスチャ加工がより行いやすくなっていること
がわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザーを用いたテクスチャ加工の概念図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振波長が２５０〜１１００ｎｍのレー
ザー光を照射した場合の吸光係数が１００〜２０００で
あることを特徴とするレーザーテクスチャ加工に適した
ガラス材料。
【請求項２】発振波長が２５０〜１１００ｎｍのレー
ザー光を照射した場合の吸光係数が１００〜２０００で
あり、かつガラス中の吸光成分として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃ
ｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｔｅ、Ｅｒ、Ｎｄ及びＰｂの金属成分のいずれか
１種又は２種以上を合計で０．１〜１０重量％の範囲で
含有したことを特徴とするレーザーテクスチャ加工に適
したガラス材料。
【請求項３】ガラス中の吸光成分として、Ｆｅを１〜
８重量％の範囲で含有する請求項２記載のガラス材料。
【請求項４】ガラス中の吸光成分として、Ｍｎを２．
５〜８重量％の範囲で含有することを特徴とするレーザ
ーテクスチャ加工に適したガラス材料。
【請求項５】ガラス中の吸光成分として、Ｖを０．５
〜４重量％の範囲で含有することを特徴とするレーザー
テクスチャ加工に適したガラス材料。
【請求項６】ガラス中の吸光成分として、Ｆｅを３〜
５重量％の範囲で含有することを特徴とするレーザーテ
クスチャ加工に適したガラス材料。
【請求項７】発振波長が２５０〜１１００ｎｍのレー
ザー光を照射した場合の吸光係数が１００から２０００
である請求項４ないし６のいずれかに記載のガラス材
料。
【請求項８】前記吸光成分としての金属成分を酸化す
る酸化成分を、該吸光成分の合計重量に対する百分率に
おいて５〜５０重量％の範囲で含有する請求項２ないし
７のいずれかに記載のガラス材料。
【請求項９】前記吸光成分がＦｅであり、前記酸化成
分がＣｅ、Ｍｎ及びＶの１種以上である請求項８記載の
ガラス材料。
【請求項１０】前記吸光成分がＭｎであり、前記酸化
成分がＣｒである請求項８記載のガラス材料。
【請求項１１】前記ガラスは非晶質ガラスである請求
項１ないし１０のいずれかに記載のガラス材料。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれかに記載
のガラス材料で構成され、基板面の表面粗度が０．２〜
２ｎｍＲａとなるように調整されたことを特徴とする磁
気ディスク用ガラス基板。
【請求項１３】その圧縮応力の値が１０００〜８００
０ｋｇ／ｃｍ²となる応力層が、基板表面部に厚さ１０
〜２００μｍの範囲で形成されている請求項１２に記載
の磁気ディスク用ガラス基板。