JP2001114531A - ガラス組成物ならびにそれを用いた情報記録媒体用基板、情報記録媒体および情報記録装置 - Google Patents

ガラス組成物ならびにそれを用いた情報記録媒体用基板、情報記録媒体および情報記録装置

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JP2001114531A JP29644899A JP29644899A JP2001114531A JP 2001114531 A JP2001114531 A JP 2001114531A JP 29644899 A JP29644899 A JP 29644899A JP 29644899 A JP29644899 A JP 29644899A JP 2001114531 A JP2001114531 A JP 2001114531A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾性率が高くかつ密度が低いすなわち比弾性
率が高いガラス組成物を提供する。また、成形が容易で
失透を生じ難く、大量生産に適し、研磨により高い表面
平滑性を容易に達成できるなど情報記録媒体用基板に適
した特徴を備えるガラス組成物を安価に供給する。 【解決手段】 組成モルパーセントで、二酸化ケイ素(S
iO2)：３５〜４５％、酸化アルミニウム(Al2O3)：１５
〜２０％、酸化リチウム(Li2O)：３〜１０％、酸化ナト
リウム(Na2O)：０．１〜５％、酸化マグネシウム(Mg
O)：１５〜３０％、酸化カルシウム(CaO)：０〜１０
％、酸化ストロンチウム(SrO)：０〜４％、RO(MgO+CaO+
SrO)：２５〜３５％、二酸化チタン(TiO2)：２〜１０
％、酸化ジルコニウム(ZrO2)：０．５〜４％、TiO2+ZrO
2：４〜１２％および酸化イットリウム(Y2O3)：０〜４
％からなるガラス組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、弾性率の高いガ
ラス組成物、特に表面平滑性と高弾性率を必要とする情
報記録媒体用基板に適したガラス組成物に関する。さら
にこのようなガラスを用いた情報記録媒体用基板、情報
記録媒体および情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスクなどの情報記録装置には
記録容量の増大、アクセス時間の短縮が要求され続けて
おり、その達成手段の一つとして、情報記録媒体（以
下、単に「記録媒体」とする）の回転を高速化すること
が考えられている。
【０００３】しかし、記録媒体用基板（以下、単に「基
板」とする）には微少な歪みがあり、回転数を上げると
基板のたわみや共振が大きくなり、ついには記録媒体表
面と磁気ヘッドが衝突して記録エラーや磁気ヘッドクラ
ッシュが生じる。したがって、磁気ヘッドと記録媒体の
間隙をある程度以下に狭くすることができず、このこと
が記録容量の増加を著しく阻害する。
【０００４】基板のたわみおよび共振を小さくするに
は、基板の弾性率（ヤング率）を高くする必要がある。
市販のアルミニウム合金製の基板は弾性率が７１GPaで
あり、１０，０００r.p.m以上の高速回転に対応できな
い。さらに、装置のコンパクト化の要求から基板の薄板
化が要求されているが、アルミ基板では弾性率の不足を
補うためにより一層厚くする必要がでてきている。その
他、ソーダライムガラスをカリウム溶融塩中でイオン交
換したガラス基板が市販されているが、その弾性率は７
２GPaであり、アルミ基板同様の欠点がある。
【０００５】こうした欠点を回避したガラスとして、特
開平１０−８１５４２号公報には、SiO2-Al2O3-RO(Rは
二価金属)であって、Al2O3もしくはMgOを２０mol%以
上、Y2O3を０．５〜１７mol%含むガラスが記載されてい
る。また、特開平１０−８１５４０号公報には、ガラス
転移点温度が７５０℃以上であるガラスやY2O3、Nd
2O3、Gd2O3、Ho2O3またはLa2O3などの希土類酸化物を１
８mol%以上含むガラスが、特開平１０−７９１２２号公
報には、SiO2-Al2O3-RO(Rは２価金属)にTiO2、ZrO2また
はY2O3などを添加したガラスが、国際出願番号ＷＯ９８
／５５９９３号公報には、ヤング率で示される弾性率が
１００GPa以上、密度が３．５g・cm-3以下である各種ガ
ラスが、同ＷＯ９８／０９９２２号公報には、ヤング率
で示される弾性率を密度で除した比弾性率が３６GPa・g
-1・cm3以上であるガラスが記載されている。
【０００６】しかし、上記公報の実施例に記載のガラス
は、その多くがアルカリ成分を含まないものである。そ
のため、化学強化処理ができず、強度を十分に高めるこ
とができない。アルカリ成分を含むガラスも記載されて
いるが、その多くはヤング率が１１０GPa未満と低く、
１１０GPa以上であっても密度が３．１g・cm-3以上と重
い。これらのガラスは、比弾性率が３９．０GPa・g-1・cm
3未満であり、基板として用いられた場合には、高速回
転時に大きくたわみかつ駆動装置に過大な負担を掛け
る。なお、比弾性率とはヤング率で示される弾性率を密
度で除した値である。また、これらはAl2O3、MgO、Ca
O、TiO2またはZrO2のいずれかを過度に含有するため、
ガラスの製造時に失透が生じ、均質なガラスが得られな
い。
【０００７】今後、情報記録装置に対する記録容量の増
大、アクセス時間の短縮などの要求がさらに高まること
は必然であるが、従来の基板ではその要求に十分に応え
ることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来技術に存在する問題点に着目してなされたもので
ある。その目的とするところは、弾性率が高くかつ密度
が低いすなわち比弾性率が高いガラス組成物を提供する
ことにある。また、成形が容易で失透を生じ難く、大量
生産に適し、研磨により高い表面平滑性を容易に達成で
きるなど基板に適した特徴を備えるガラス組成物を安価
に供給することにある。さらには、このガラス組成物を
用いて、情報記録装置の高記録密度化、高速アクセス化
に寄与する基板および記録媒体を提供し、社会の情報化
のさらなる進展に貢献することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明のガラス組成物は、組成モ
ルパーセントで、二酸化ケイ素(SiO2)：３５〜４５％、
酸化アルミニウム(Al2O3)：１５〜２０％、酸化リチウ
ム(Li2O)：３〜１０％、酸化ナトリウム(Na2O)：０．１
〜５％、酸化マグネシウム(MgO)：１５〜３０％、酸化
カルシウム(CaO)：０〜１０％、酸化ストロンチウム(Sr
O)：０〜４％、RO(MgO+CaO+SrO)：２５〜３５％、二酸
化チタン(TiO2)：２〜１０％、酸化ジルコニウム(Zr
O2)：０．５〜４％、TiO2+ZrO2：４〜１２％および酸化
イットリウム(Y2O3)：０〜４％からなるものである。
【００１０】請求項２に記載の発明のガラス組成物は、
組成モルパーセントで、二酸化ケイ素(SiO2)：３５〜４
２％、酸化アルミニウム(Al2O3)：１５〜２０％、酸化
リチウム(Li2O)：５〜１０％、酸化ナトリウム(Na2O)：
０．１〜２％、酸化マグネシウム(MgO)：２０〜３０
％、酸化カルシウム(CaO)：０〜１０％、酸化ストロン
チウム(SrO)：０〜４％、RO(MgO+CaO+SrO)：２５〜３５
％、二酸化チタン(TiO2)：５〜１０％、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)：１〜４％、TiO2+ZrO2：６〜１２％および酸
化イットリウム(Y2O3)：０〜４％からなるものである。
【００１１】請求項３に記載の発明のガラス組成物は、
組成モルパーセントで、二酸化ケイ素(SiO2)：３５〜４
０％、酸化アルミニウム(Al2O3)：１５〜２０％、酸化
リチウム(Li2O)：３〜１０％、酸化ナトリウム(Na2O)：
０．１〜５％、酸化マグネシウム(MgO)：１５〜３０
％、酸化カルシウム(CaO)：０〜１０％、酸化ストロン
チウム(SrO)：０〜４％、RO(MgO+CaO+SrO)：２５〜３５
％、二酸化チタン(TiO2)：２〜１０％、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)：１〜４％、TiO2+ZrO2：４〜１２％および酸
化イットリウム(Y2O3)：０〜４％からなるものである。
【００１２】請求項４に記載の発明のガラス組成物は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、Li
2O/(Li2O+Na2O)＝０．７６〜０．９９であるものであ
る。
【００１３】請求項５に記載の発明のガラス組成物は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、組
成成分比がMgO/(MgO+CaO+SrO)＝０．７６〜１．００で
あるものである。
【００１４】請求項６に記載の発明のガラス組成物は、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、組
成成分比Al2O3/(Li2O+Na2O)＝１．５〜４．０であるも
のである。
【００１５】請求項７に記載の発明のガラス組成物は、
ヤング率で示される弾性率が１１０GPa以上かつ密度が
３．１g/cm3未満であり、前記弾性率を密度で除した比
弾性率Ｇが下式(1)を充たすものである Ｇ≧９．３６{ΣiUiXi/di}・{ΣiViXi}／{ΣiWiXi}・・・(1)
【００１６】請求項８に記載の発明のガラス組成物は、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、ヤ
ング率で示される弾性率が１１０GPa以上かつ密度が
３．１g/cm3未満であり、前記弾性率を密度で除した比
弾性率Ｇが３９．０GPa・g-1・cm3以上であるものであ
る。
【００１７】請求項９に記載の発明のガラス組成物は、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、カ
リウムイオンまたはナトリウムイオンの少なくとも一方
を含む溶融塩中でイオン交換処理されたものである。
【００１８】請求項１０に記載の発明の情報記録媒体用
基板は、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス組
成物を用いたものである。
【００１９】請求項１１に記載の発明の情報記録媒体
は、請求項１０に記載の情報記録媒体用基板を用いたも
のである。
【００２０】請求項１２に記載の発明の情報記録装置
は、請求項１１に記載の情報記録媒体を用いたものであ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。なお、％はモルパーセント(mol%)
を、弾性率はヤング率を、比弾性率はヤング率で示され
る弾性率を密度で除した値を表す。
【００２２】本発明者らは、酸化物ガラスにおける組成
−弾性率−比重に関する精力的な研究の結果、SiO2、Al
2O3、Li2O、Na2OおよびMgOを必須組成成分とするガラス
組成物に、TiO2およびZrO2を適量添加することにより、
弾性率が１１０GPa以上、密度が３．１g・cm-3未満、比
弾性率が３９．０GPa・g-1・cm3以上であるガラス組成物
を開発した。ガラス組成物の各組成成分は、下記の範囲
で含有され、それぞれの機能を発揮する。
【００２３】SiO2は、ガラスの網目構造を構成する必須
成分である。SiO2だけからなるシリカガラスの弾性率は
約７０GPaであり、SiO2の含有率が高くなるにしたがっ
て弾性率は前記の値に近づく。したがって、弾性率の高
いガラス組成物を得るためには、SiO2の含有率は制限さ
れる必要がある。SiO2の含有率が４５%以下の場合は、
弾性率が１１０GPa以上となる。弾性率１１０GPa以上の
ガラス組成物からなる基板であれば、磁気ヘッドと記録
媒体との間隙（フライングハイト）１５nm、回転数１
０，０００r.p.m以上で安定作動する情報記録装置が得
られる。SiO2の含有率が４０%以下の場合は、弾性率が
より確実に１１０GPa以上となる。
【００２４】また、他の組成成分の含有率を制限するこ
とにより、SiO2の含有率が４０％を超え４２%以下であ
っても、４０％以下の場合と同程度の弾性率が達成され
る。SiO2の含有率によりガラス熔融液の粘度が変動する
ので、ガラスの成形性の観点からすればSiO2の含有率の
上限値は高い方が好ましい。SiO2の含有率が４２%以下
の場合は、弾性率を高めるLi2O、MgOおよびTiO2の含有
率を高め、一方弾性率の向上に寄与の少ないNa2Oの含有
率を下げることが好ましい。
【００２５】一方、SiO2の含有率が低過ぎるとガラスが
形成されなくなるので、その下限値はガラスの形成が可
能な範囲内でなければならない。SiO2以外の成分の含有
率を後述のように限定することによって、SiO2の含有率
を３５％以上にすることができる。したがって、SiO2の
含有率は３５〜４５％である必要があり、３５〜４２％
が好ましく、さらには３５〜４０％が好適である。
【００２６】Al2O3は、ガラス組成物の弾性率および耐
水性を向上させ、かつイオン交換による圧縮応力層の深
さを増大させる必須成分である。その含有率が１５％未
満の場合は、これらの効果が十分に現れない。一方、そ
の含有率が２０％を越えると、バッチをいくら加熱して
も熔解し切れなくなるなど、溶解性が悪化する。また、
バッチが完全に熔解した場合でも、冷却固化の際に極め
て失透し易くなり、ガラス形成が困難となる。したがっ
て、Al2O3の含有率は１５〜２０％である必要がある。
なお、「バッチ」とは、各組成成分が所定の含有率にな
るようにガラス原料を調合したものをいう。
【００２７】全アルカリ成分(Li2O+Na2O)に対するAl2O3
の比Al2O3/(Li2O+Na2O)が１．５未満になるとガラスが
乳濁し易くなり、透明なガラスが形成され難くなる。一
方、この組成成分比が４．０を越えると、ガラスは極め
て失透し易くなる。したがって、Al2O3/(Li2O+Na2O)
は、１．５〜４．０が好ましい。
【００２８】Li2Oは、ガラス組成物の弾性率を効果的に
向上させ、また強度を高めるためのイオン交換において
交換される必須成分である。また、熔解温度を下げて熔
解性を高める成分でもある。さらには、鏡面研磨面を得
るための研磨速度を速める成分でもあると思われる。そ
のため、可能な限り含有率を高めることが好ましく、そ
の下限値は３％である。この含有率が３％未満の場合
は、ヤング率が１１０GPa未満の組成物しか得られな
い。また、イオン交換処理を行なっても十分な量のイオ
ンが交換されないため、ガラス組成物の強度が不十分と
なる。
【００２９】一方、SiO2の含有率が４０％以上の場合は
弾性率の低下を避けるため、Li2Oの含有率は５％以上で
あることが好ましい。Li2Oは上述のように優れた性質を
もつ成分であるが、SiO2の含有率が少なくAl2O3の含有
率が多いガラス組成物においては、ガラスを乳濁させる
傾向が強い。そのため、Li2Oの含有率の上限値は、１０
％以下であることが好ましい。したがって、Li2Oの含有
率は、３〜１０％である必要があり、５〜１０％がより
好ましい。
【００３０】Na2Oは、Li2Oと同様にイオン交換処理にお
いて交換される必須の成分である。弾性率を向上させる
機能はLi2Oほどではないが、熔解温度および液相温度を
下げて熔解性を高めまた鏡面研磨速度を向上させる機能
で優れる。特に少量(例えば０．１％)含有された場合、
ガラスの安定性を著しく高める。一方、多量(例えば１
０％)に含有された場合、弾性率を向上させる他の成分
の含有率が低下する。そのため、Na2Oの含有率は５％以
下である必要がある。前述したように、SiO2の含有率が
高い(４０％以上)ガラス組成物の場合は、弾性率を向上
させる他の成分の含有率を高める必要があることから、
Na2Oの含有率は２％以下であることが好ましい。したが
って、Na2Oの好ましい含有率の範囲は０．１〜５％であ
り、より好ましくは０．１〜２％である。
【００３１】Li2O+Na2O(R2O)の合計含有率が５％未満の
場合は、イオン交換が十分に行われず、また熔解性が不
十分となる。一方、１２％を超えると、乳濁および失透
が生じ易くなり、透明なガラスが形成され難くなる。し
たがって、R2Oの含有率は、５〜１２％であることが好
ましい。
【００３２】さらに、R2Oに対するLi2Oの組成成分比(Li
2O/(Li2O+Na2O))が０．７６未満では弾性率が低下す
る。しかし、この比が１の場合すなわちNa2Oが全く存在
しない場合は、ガラスの安定性が損なわれ、ガラス熔融
液の冷却固化時に失透が生じ易くなる。したがって、Li
2O/(Li2O+Na2O)は、０．７６以上が好ましく、０．９９
以下である必要がある。
【００３３】MgOは、ガラス中において網目修飾酸化物
として働く最も重要な必須の成分である。MgOは、ガラ
スの弾性率を向上させ、ガラスの密度を抑え、さらにバ
ッチの熔融を速め熔解性を高める成分である。MgOの含
有率が高いほどこれらの機能がよく発揮されるが、一定
値を越えるとガラス熔融液の粘度が必要以上に低下し、
冷却固化の際に失透が起こりガラスが形成されなくな
る。そのため、MgOの含有率は、３０％以下である必要
がある。一方、含有率の下限値は、弾性率の向上とガラ
ス密度の低下の効果を比較考量して決定され、具体的に
は１５％である必要がある。ただし、SiO2の含有率が高
い(４０％以上)ガラス組成物の場合は、弾性率を維持す
るため、MgOの含有率は２０％以上であることが望まし
い。したがって、MgOの含有率は、１５〜３０％である
必要があり、２０〜３０％がより好ましい。
【００３４】CaOは、MgOと同様に弾性率を向上させ、バ
ッチの熔解性を高める任意の成分である。また、ガラス
の耐失透性を高める点においてMgOより優れるが、ガラ
ス組成物の密度をやや高める欠点がある。そのため、密
度の上昇と耐失透性の劣化の観点からCaOの含有率が決
定され、具体的には１０％以下である必要があり、好ま
しくは６％以下である。一方、少量でも含有されれば上
記効果が発揮されるので、CaOの含有率は０．１％以上
であることが好ましい。
【００３５】SrOは、MgOやCaOと同様にバッチの熔解性
を高める任意の成分である。少量(例えば０．１％)でも
含有されれば、ガラスの耐失透性を大幅に改善する。し
かし、MgOやCaOよりガラス組成物の弾性率を向上させる
機能は弱く、一方で密度を大幅に上昇させるので、その
含有率が制限される。ガラス組成物の密度を３．１g・cm
-3以下に抑えるために、SrOの含有率は４％以下である
必要がある。一方、耐失透性を改善する機能が他の成分
に比べ著しく優れており、特にCaO存在下では耐失透性
の回復が重要であるから、０．１％以上は含有される方
が好ましい。
【００３６】また、全二価金属酸化物成分RO（RO=MgO+C
aO+SrO）の合計含有率が２５％未満の場合は、ガラス組
成物の弾性率が１１０GPaに達しないことが多く、また
バッチ熔解性が不十分となる。ROの含有率の増加に伴い
弾性率は向上するが、３５％を超えるとガラスの耐失透
性が急激に悪化し、ガラス熔融液の冷却固化時に失透し
均質なガラスが形成されなくなる場合が多い。したがっ
て、ROの含有率は２５〜３５％である必要がある。
【００３７】さらに、ROに対するMgOの組成成分比MgO/
(MgO+CaO+SrO)が０．７６未満の場合は、ガラス組成物
の弾性率が低下しかつその密度が高くなる。したがっ
て、MgO/(MgO+CaO+SrO)の下限値は、０．７６が好まし
い。一方、CaOとSrOは任意成分であるのでMgO/(MgO+CaO
+SrO)＝１．００でもよいが、CaOとSrOの優れた機能を
考慮すると、その上限値は０．９９が好ましい。
【００３８】TiO2は、ガラス組成物の弾性率を高め、耐
候性を向上させる必須の成分である。乳白色のガラスに
比較的多量に含まれることから判るように、ガラスを乳
濁させる機能（副作用）がある。そのため、その含有率
は１０％以下である必要があり、一方で弾性率を向上さ
せる機能を十分に発揮させるために２％以上は必要であ
る。また、SiO2の含有率が高い(４０％以上)ガラス組成
物の場合は、弾性率の低下を防ぐため、５％以上が好ま
しい。したがって、TiO2の含有率は、２〜１０％である
必要があり、５〜１０％が好ましい。
【００３９】ZrO2は、TiO2と同様にガラス組成物の弾性
率を高め、耐候性を向上させる必須の成分である。結晶
化ガラスの核生成剤として用いられることが示すように
ガラスの結晶化を促し、またガラス組成物の密度を高め
る機能(副作用)を備える。したがって、不必要な結晶化
(失透)と密度の上昇とを避けるため、ZrO2の含有率は４
％以下である必要がある。一方、上記機能が十分に発揮
されるには、少なくとも０．５％以上必要であり、１％
以上が好ましい。したがって、ZrO2の含有率は０．５〜
４％である必要があり、１〜４％が好ましい。
【００４０】TiO2とZrO2とは、共存下で相乗作用により
ガラス組成物の弾性率を著しく向上させる。しかし、Ti
O2とZrO2には上述の機能（副作用）があり、その合計含
有率TiO2+ZrO2が１２％を越えると失透や乳濁が生じ易
くなる。一方、TiO2とZrO2の相乗作用を発揮させるため
には、TiO2+ZrO2の含有率は４％以上必要であり、６％
以上が好ましい。したがって、TiO2+ZrO2の含有率は４
〜１２％である必要があり、６〜１２％が望ましい。
【００４１】Y2O3は、ガラス組成物の弾性率を向上さ
せ、同時に密度を上昇させる任意の成分である。高価な
ガラス原料であるため、コスト面からその含有率は低い
方が好ましい。また、その含有率が４％を越えると、弾
性率を向上させる機能が急激に低下する。したがって、
Y2O3の含有率は、４％以下である必要がある。
【００４２】これらの成分以外に、着色、熔解時の清澄
などを目的として、As2O3、Sb2O3、SO3、SnO2、Fe2O3、
CoO、ClまたはFなどの成分が合計で３％を上限として含
有されてもよい。なお、産業上利用し得るガラス原料に
微量不純物として含まれるK2Oなどの成分が混入する場
合もある。これら不純物の合計含有率が３％未満の場合
は、ガラス組成物の物性に及ぶ影響は小さく、実質上問
題とならない。
【００４３】各組成成分の含有率が上記範囲内にあるガ
ラス組成物は、弾性率が１１０GPa以上、密度が３．１g
/cm3未満かつ比弾性率Ｇが下式(1)を充たすものであ
る。 Ｇ≧９．３６{ΣiUiXi/di}・{ΣiViXi}／{ΣiWiXi}・・・(1) ここで、 Uiは成分iの解離エネルギー(イオンに分解す
るのに必要なエネルギー)であり、単位はkcal/molであ
る。Xiは成分iのモル分率である。diは成分iの密度で、
単位はg/cm3である。Viは一般式AxOyで表される化合物
の成分iがガラス中で占める体積であって、下式(2)で表
される。 Vi=NA 4/3 π (x RA 3+y RO 3)・・・(2) ここで、NAはアボガドロ数と呼ばれる定数(6.022×1
023)、πは円周率３．１４、RAおよびROはそれぞれ金属
Aおよび酸素Oのイオン半径であり、例えば「L.Pauling
著、Nature of Chemical Bond and Structure of Molec
ules and Crystals第三版、Cornell University Press,
Ithaca, NY (1960年)」、「R.D.Shannon著、Acta Crys
ta誌、A32巻 751頁 (1976年)、R.D.Shannon」および
「C.T.Prewitt著、Acta Crysta誌、B25巻 925頁 (1969
年)」などに報告されている値で、単位はオングストロ
ームである。Wiは成分iの分子量である。
【００４４】式(1)において、右辺は各組成成分の公知
データから算出される。後述の実施例から明らかなよう
に、その算出値はガラス組成物の比弾性率の大変良い近
似値となる。したがって、式(1)の右辺により、ガラス
組成物の比弾性率を計算で予測することができる。ま
た、式(1)を充たすガラス組成物は、比弾性率が極めて
高く、次世代の基板として求められる性能を十分に充た
すことができる。すなわち、このような基板はフライン
グハイト１０nmを達成することができる。一方、式(1)
を充たさないガラス組成物は、実施例で後述するよう
に、失透や乳濁を生じ易く成形性の悪いものであった
り、また比弾性率が高くないものである。したがって、
式(1)は、ガラス組成物が基板に適したものであるか否
かを判断する良い指標となる。
【００４５】また、ガラス組成物の各組成成分の含有率
が上記の範囲内でさらに限定されることにより、弾性率
１１０GPa以上、密度３．１g/cm3未満かつ比弾性率３
９．０GPa・g-1・cm3以上であるガラス組成物が形成され
る。また、後述の実施例より、弾性率は１２４GPa、密
度は２．７５g/cm3、比弾性率は４１．２GPa・g-1・cm3に
まで向上することが確認されている。
【００４６】このガラス組成物は、Li2OおよびNa2Oを含
有することから、イオン交換処理による化学強化が可能
である。このイオン交換処理は、ガラス組成物の歪点以
下環境下において、カリウムイオンまたはナトリウムイ
オンの少なくとも一方を含む溶融塩中にガラス組成物を
浸漬することにより行われる。この化学強化処理によ
り、ガラス組成物の表面に圧縮応力が発生し、その破壊
強度が向上する。
【００４７】また、このガラス組成物は、適度なアルカ
リ分(R2O)を含む均質かつ透明なガラスであるため、一
般的なソーダライムガラスの研磨技術を用いて従来の高
弾性率ガラスの２倍以上の速さで鏡面研磨が施される。
このガラス組成物の鏡面研磨面は、従来の高弾性率ガラ
スと同程度に表面平滑性が高い。
【００４８】したがって、このガラス組成物を用いた基
板は、従来の基板と比較して弾性率が高くかつ密度が低
いすなわち比弾性率が特異的に大きいため、たわみが小
さく、共振による振動を起こし難い。さらに、化学強化
が容易でかつ研磨により高い平滑性を備えることができ
る。したがって、この基板は従来の製造装置により容易
に大量生産でき、またそれを用いた記録媒体も高性能で
ありかつ安価に大量供給される。そして、この媒体が情
報記録装置に組み込まれ、記録密度が大きくかつアクセ
ス時間の短い情報記録装置が提供されることになる。
【００４９】
【実施例】以下、実施例および比較例により、この発明
をさらに詳細に説明する。 （実施例１〜２４）下記「表１」に示した各組成成分の
含有率となるように、通常のガラス原料であるシリカ、
アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、酸化マグネ
シウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ストロン
チウム、チタニア、ジルコニアおよび酸化イットリウム
などを用いてバッチを調合した。調合したバッチを白金
ルツボを用いて１，３５０℃で４時間保持し、その後鉄
板上に流し出した。流し出したガラス熔融液は１０数秒
で固化し、このガラスを電気炉中５５０℃で３０分保持
した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して試料ガラス
とした。
【００５０】つぎに、前記試料ガラスを用いて密度、弾
性率、研磨速度を以下のように測定または算出し、結果
を「表１」に示した。試料ガラスを切断し、各面を鏡面
研磨して１０×３０×３０mmの板状サンプルを作製し、
アルキメデス法により、各サンプルの密度を測定した。
さらに、シングアラウンド発振器を用い、超音波パルス
法(JIS R 1602-1986)により各サンプルの弾性率を算出
した。
【００５１】実施例１〜２４のガラスは、「表１」に示
すようにいずれもヤング率が１１０GPaを超え、密度が
３．１g/cm3未満で、比弾性率が３９．０GPa・g-1・cm3以
上であった。
【００５２】つづいて、各実施例における研磨速度を以
下の方法により測定した。上記弾性率測定に用いた板状
サンプルの鏡面研磨面に対して、酸化セリウムを主成分
とする研磨剤(新日本金属化学(株)製、製品名Cerico、
グレードSG)を水に懸濁させた研磨液を用いてオスカー
式研磨装置で一定時間研磨を行ない、重量の減少量から
単位時間当たりの研磨量を求めた。また、フロート法に
より製造された一般的なソーダライムガラスから比較用
サンプルを作成し、同一の研磨液および研磨装置を用い
て研磨を行ない（比較例５）、その値を基準として実施
例の各ガラスの研磨速度を相対値で「表１」に示した。
実施例１〜２４のガラスは、「表１」および「表２」に
示すように、従来の弾性率の高いガラス組成物（比較例
７および８）より２倍以上速い速度で鏡面研磨が可能で
ある。すなわち、一般的なソーダライムガラスに匹敵す
る研磨速度で鏡面研磨処理が可能である。「表１」およ
び「表２」の各例の組成を比較すると、アルカリ分の存
在が研磨速度の向上に寄与しているように見え、特にLi
2Oの効果が高いように思われる。
【００５３】さらに、実施例１〜２４の板状サンプル
を、３８０℃に加熱したKNO3:NaNO3＝８０：２０の混合
溶融塩に３時間浸潤して化学強化した後、偏光顕微鏡に
より圧縮応力層の厚みを観察した。いずれの板状サンプ
ルにも厚さ５０μm以上の深い圧縮応力層が形成されて
いることが確認された。このことから、この発明のガラ
ス組成物は、化学強化に適した組成であることが判る。
【００５４】上記実施例１の試料ガラスを外径９５mm×
内径２５mmのドーナツ状に切り出し、研削、研磨後、上
記の条件で化学強化処理を行い、さらに鏡面研磨（表面
粗さRa:１nm以下;JIS B 0601-1994)を行って、厚さ０．
８mmの基板を成形した。
【００５５】この基板を用いて記録媒体を以下のように
作製した。基板上に、下地層としてCrを、記録層として
Co-Cr-Taを、保護層としてCを、それぞれスパッタリン
グ法で成膜した。さらにこの上に潤滑層を成形して、記
録媒体とした。この記録媒体を密閉型の磁気ディスクド
ライブに定法により装着し、フライングハイト１５nm、
回転数１０，０００および１２，０００r.p.mでそれぞ
れ連続稼動させた。どの場合も、基板の弾性率が高いた
め、磁気ヘッドクラッシュなどの問題は生じなかった。
【００５６】したがって、この発明によれば、密度が低
くかつ弾性率が高いガラス組成物を提供することができ
る。また、これまでの研磨技術でも、従来の高弾性率ガ
ラスの２倍以上の速度で鏡面研磨が可能なガラス組成物
を提供することができる。さらに、これを用いてたわみ
や共振を効果的に抑制できる基板の提供が可能となる。
【００５７】
【表１】
【００５８】（比較例１〜８）下記「表２」に示した組
成となるように、実施例と同様の方法で試料ガラスを作
製した。ただし、比較例６〜８では、調合したバッチを
白金ルツボを用いて１，６００℃で１６時間保持し、そ
の後鉄板上に流し出した。このガラスを電気炉中、６５
０℃で３０分保持した後、炉の電源を切り、室温まで放
冷して試料ガラスとした。これらの試料ガラスを用い
て、実施例と同様に密度、弾性率、研磨速度を測定また
は算出し、「表２」にその結果を示した。
【００５９】比較例１および３では、ガラス熔融液の冷
却中に試料が失透し、均質なガラスが得られなかったた
め、密度および弾性率の測定ができなかった。比較例２
では、失透こそ起きなかったが、試料ガラスは乳濁しそ
の弾性率が１０３GPaと低かった。比較例４〜６では、
透明な均質ガラスが得られたが、その弾性率が１０２GP
a以下であった。なお、比較例５のガラスは一般的なソ
ーダライムガラスであり、相対的な研磨速度の基準とし
て用いた。比較例７では、透明な均質ガラスが得られそ
の弾性率は１１９GPaと高かったが、密度が３．１４g/c
m3と高いため比弾性率が３７．９GPa・g-1・cm3であっ
た。さらに、このガラスは、研磨速度が一般的なソーダ
ライムガラスの１０分の１程度で、極めて研磨し難いも
のであった。比較例８では、透明な均質ガラスが得ら
れ、その弾性率は１１２GPa、密度は３．０４g/cm3であ
ったが、比弾性率が３７．１GPa・g-1・cm3と低く、さら
に上記式(1)を充たさなかった。このガラスの相対的な
研磨速度は、一般的なソーダライムガラスの１０分の１
で、鏡面研磨を行なうことが困難なガラスであることが
判明した。
【００６０】なお、比較例６は国際出願番号ＷＯ９８／
０９９２２号公報の実施例１８、比較例７は特開平１０
−８１５４２号公報の実施例１そして比較例８は特開平
１０−７９１２２号公報の実施例３５に対応する。
【００６１】また、比較例５〜８のガラスに対して化学
強化を行った。比較例５では、３８０℃に加熱したKNO3
溶融塩中にガラスを３時間浸漬した。しかし、比較例５
のガラスは、実施例より高温、長時間の条件であるにも
かかわらず、圧縮応力層の厚さが１１μmと、実施例の
５０μm以上よりもかなり薄いものであった。比較例６
〜８では、３８０℃に加熱したKNO3溶融塩中にガラスを
４時間浸漬した。これらのガラスの断面を実施例と同様
に偏光顕微鏡で観察したが、圧縮応力層は存在せず、化
学強化を行なうことはできなかった。これは、比較例６
〜８のガラスにはKNO3溶融塩中のカリウムイオンと交換
されるアルカリ分が含まれていないためと考えられる。
【００６２】
【表２】
【００６３】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
次のような効果が奏される。請求項１に記載の発明によ
れば、各組成成分の含有率が適当な範囲に制限されてい
るので、弾性率が高くかつ密度が低いすなわち比弾性率
が高いガラス組成物が安価に提供される。
【００６４】請求項２に記載の発明によれば、SiO2、Ti
O2、ZrO2およびTiO2+ZrO2の含有率が好適範囲内でより
制限されているので、ガラス組成物の弾性率が確実に１
１０GPa以上となることができる。
【００６５】請求項３に記載の発明によれば、SiO2の含
有率が好適範囲内でさらに制限されているので、他の成
分の含有率の好適範囲に余裕をもたせ、容易にガラス組
成物の弾性率を高めかつ密度を低下させるすなわち比弾
性率を高めることができる。
【００６６】請求項４に記載の発明によれば、組成成分
比Li2O/(Li2O+Na2O)が０．７６〜０．９９であるので、
ガラス熔融液の冷却固化時における失透を防止しつつ、
ガラス組成物の弾性率をさらに高めることができる。
【００６７】請求項５に記載の発明によれば、組成成分
比MgO/(MgO+CaO+SrO)が０．７６〜１．００であるの
で、ガラス組成物の弾性率が確実に１１０GPa以上とな
ることができる。
【００６８】請求項６に記載の発明によれば、組成成分
比Al2O3/(Li2O+Na2O)が１．５〜４．０であるので、ガ
ラスの乳濁と失透を効果的に防止することができる。
【００６９】請求項７に記載の発明によれば、ガラス組
成物の弾性率が１１０GPa以上かつ密度が３．１g/cm3未
満であり、さらに上記式(1)が充たされるので、ガラス
組成物が基板に適すか否かを容易に予測することができ
る。
【００７０】請求項８に記載の発明によれば、弾性率が
１１０GPa以上かつ密度が３．１g/cm3未満であり、かつ
比弾性率Ｇが３９．０GPa・g-1・cm3以上であるので、次
世代の基板に要求される性能を十分に充たすガラス組成
物を提供することができる。
【００７１】請求項９に記載の発明によれば、カリウム
イオンまたはナトリウムイオンの少なくとも一方を含む
溶融塩中でイオン交換処理されるので、ガラス組成物の
強度をさらに高めることができる。
【００７２】請求項１０に記載の発明によれば、上記の
ガラス組成物を用いた基板であるので、次世代の要求性
能に十分に応えることができる。
【００７３】請求項１１に記載の発明によれば、上記の
基板を用いるので、従来の生産設備を用いて安価に高性
能な記録媒体を提供することができる。
【００７４】請求項１２に記載の発明によれば、上記の
記録媒体を用いるので、記録容量が大きくかつアクセス
時間の短い情報記録装置が安価に提供できる。
フロントページの続き (72)発明者 田中 弘之 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 4G062 AA18 BB01 CC10 DA05 DB04 DC01 DD01 DE01 DF01 EA03 EB02 EB03 EC01 ED04 EE01 EE02 EE03 EF01 EF02 EF03 EG01 FA01 FB03 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FJ02 FJ03 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM27 NN33 5D006 CB04 CB07 DA03 FA00

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 組成モルパーセントで、 二酸化ケイ素(SiO2) ３５〜４５％、 酸化アルミニウム(Al2O3) １５〜２０％、 酸化リチウム(Li2O) ３〜１０％、 酸化ナトリウム(Na2O) ０．１〜 ５％、 酸化マグネシウム(MgO) １５〜３０％、 酸化カルシウム(CaO) ０〜１０％、 酸化ストロンチウム(SrO) ０〜 ４％、 RO(MgO+CaO+SrO) ２５〜３５％、 二酸化チタン(TiO2) ２〜１０％、 酸化ジルコニウム(ZrO2) ０．５〜 ４％、 TiO2+ZrO2 ４〜１２％、 酸化イットリウム(Y2O3) ０〜 ４％ からなるガラス組成物。
  2. 【請求項２】 組成モルパーセントで、 二酸化ケイ素(SiO2) ３５〜４２％、 酸化アルミニウム(Al2O3) １５〜２０％、 酸化リチウム(Li2O) ５〜１０％、 酸化ナトリウム(Na2O) ０．１〜 ２％、 酸化マグネシウム(MgO) ２０〜３０％、 酸化カルシウム(CaO) ０〜１０％、 酸化ストロンチウム(SrO) ０〜 ４％、 RO(MgO+CaO+SrO) ２５〜３５％、 二酸化チタン(TiO2) ５〜１０％、 酸化ジルコニウム(ZrO2) １〜 ４％、 TiO2+ZrO2 ６〜１２％、 酸化イットリウム(Y2O3) ０〜 ４％ からなるガラス組成物。
  3. 【請求項３】 組成モルパーセントで、 二酸化ケイ素(SiO2) ３５〜４０％、 酸化アルミニウム(Al2O3) １５〜２０％、 酸化リチウム(Li2O) ３〜１０％、 酸化ナトリウム(Na2O) ０．１〜 ５％、 酸化マグネシウム(MgO) １５〜３０％、 酸化カルシウム(CaO) ０〜１０％、 酸化ストロンチウム(SrO) ０〜 ４％、 RO(MgO+CaO+SrO) ２５〜３５％、 二酸化チタン(TiO2) ２〜１０％、 酸化ジルコニウム(ZrO2) １〜 ４％、 TiO2+ZrO2 ４〜１２％、 酸化イットリウム(Y2O3) ０〜 ４％ からなるガラス組成物。
  4. 【請求項４】 組成成分比 Li2O/(Li2O+Na2O)＝０．７６〜０．９９ である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス組成
    物。
  5. 【請求項５】 組成成分比 MgO/(MgO+CaO+SrO)＝０．７６〜１．００ である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス組成
    物。
  6. 【請求項６】 組成成分比 Al2O3/(Li2O+Na2O)＝１．５〜４．０ である請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス組成
    物。
  7. 【請求項７】 ヤング率で示される弾性率が１１０GPa
    以上かつ密度が３．１g/cm3未満であり、前記弾性率を
    密度で除した比弾性率Ｇが下式(1)を充たすガラス組成
    物。 Ｇ≧９．３６{ΣiUiXi/di}・{ΣiViXi}／{ΣiWiXi}・・・(1)
  8. 【請求項８】 ヤング率で示される弾性率が１１０GPa
    以上かつ密度が３．１g/cm3未満であり、前記弾性率を
    密度で除した比弾性率Ｇが３９．０GPa・g-1・cm3以上で
    ある請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス組成
    物。
  9. 【請求項９】 カリウムイオンまたはナトリウムイオン
    の少なくとも一方を含む溶融塩中でイオン交換処理され
    た請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス組成物。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
    ガラス組成物を用いた情報記録媒体用基板。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の情報記録媒体用基
    板を用いた情報記録媒体。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の情報記録媒体を用
    いた情報記録装置。
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