JP2005104773A

JP2005104773A - 情報記録ガラス基板用ガラス材料、情報記録ガラス基板、情報記録ディスク及びハードディスク装置

Info

Publication number: JP2005104773A
Application number: JP2003340620A
Authority: JP
Inventors: Toru Achinami; 徹阿知波; Rinya Karibe; 林也苅部; Tomoyuki Ishida; 知之石田; Tsugio Kawamura; 次男河村; Seiji Inaba; 誠二稲葉; Yoshio Uchiyama; 義夫内山
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd; Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd; Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】情報記録ガラス基板用のガラス材料の靱性を改善し、情報記録ディスクにおけるマイクロクラックによる強度低下と磁気ヘッド衝突時のクラック発生を低減する。
【解決手段】情報記録ガラス基板用のガラス材料の組成を、５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、１〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏ、もしくは０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０．５〜５mass％のＫ_２Ｏを含有するものとすることでガラス材料の靱性が改善し、情報記録ディスクの強度低下、クラックの発生を低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、情報記録ガラス基板用のガラス材料、該ガラス材料を成形、加工した情報記録ガラス基板、さらにその情報記録用ガラス基板の表面に磁性膜を形成した情報記録ディスク及びこれを組み込んだハードディスク装置に関する。

近年、ハードディスク装置に用いる情報記録ディスクにはガラス製の基板が用いられるようになっている。このような情報記録ガラス基板は、表面が平滑なほど、硬度が大きいほど、ヤング率が大きいほど好ましい。特許第２９８７８０４号公報（特許文献１）には、情報記録ガラス基板に適したガラス材料組成が開示されている。この組成のガラス材料は、硬度及びヤング率が大きいので、表面に傷がつきにくく、回転による変形も少ない優れた情報記録ガラス基板を得ることができる。また、このガラス材料は溶融性に優れ泡・脈理などの欠点が生じにくいので、ガラス基板の製造効率にも優れている。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
特許第２９８７８０４号公報

情報記録ディスクはますます記録情報の高密度化が要請され、これに伴い情報記録ガラス基板もさらに高品質なものが求められている。前記従来のガラス材料は確かに硬度及びヤング率に優れるのであるが、さらに製造工程やハンドリング時の基板の割れや、磁気ヘッドが衝突したとき等の衝撃による表面クラックの発生を低減したいという要請がある。

製造工程やハンドリング時に基板が割れやすくなる原因として、研磨の際に表面に生じるマイクロクラックによる強度低下が考えられる。これは、ガラス材料の脆さが原因しており、靱性（ねばり強さ）を改善できればマイクロクラックの低減が可能である。また、ハードディスク装置の磁気ヘッドが基板に衝突した場合でも、靱性に優れていれば基板表面にクラックが発生するのを防止できる。

本発明は、情報記録ガラス基板用のガラス材料の靱性を改善し、マイクロクラックによる強度低下と磁気ヘッド衝突時のクラックの発生を低減することを課題としてなされたものである。

（構成１）本発明は、５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、１〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏを含有することを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料である。

（構成２）また本発明は、５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０．５〜５mass％のＫ_２Ｏを含有することを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料である。

（構成３）また本発明は、前記構成１又は２のいずれかのガラス材料において、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合計が１０〜２０mass％であることを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料である。

（構成４）また本発明は、前記構成１〜３のいずれかのガラス材料において、クラック発生率が、９０％以下であることを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料である。

（構成５）また本発明は、円板状に成形した前記構成１〜４のいずれかのガラス材料に外周加工、内孔加工及び研磨加工を施したことを特徴とする情報記録ガラス基板である。

（構成６）また本発明は、前記構成５の情報記録ガラス基板に、さらに化学強化処理を施したことを特徴とする情報記録ガラス基板である。

（構成７）また本発明は、前記構成５又は６の情報記録ガラス基板の表面に磁性膜を形成したことを特徴とする情報記録ディスクである。

（構成８）また本発明は、前記構成７の情報記録ディスクが組み込まれていることを特徴とするハードディスク装置である。

本発明の情報記録ガラス基板用ガラス材料は、溶融性に優れるのでガラス基板を効率よく成形可能であり、硬度及びヤング率が大きいので傷つきにくく変形も少なく、さらに靱性が向上したことでマイクロクラックや表面のクラックを防ぐ効果がある。

したがって、本発明の情報記録ガラス基板及び情報記録ディスクは、製造効率に優れ、研磨時のマイクロクラックの発生が低減して強度低下が防止されるので割れにくく、磁気ヘッドが衝突したときに表面にクラックが発生しにくいという特徴を有する。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭利研究した結果、次の組成を持つガラスはクラックの発生が少ないことを発見した。
本発明の情報記録ガラス基板用ガラス材料は、組成として、５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、１〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏ、もしくは０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０．５〜５mass％のＫ_２Ｏを含有するものである。

本発明の情報記録ガラス基板用ガラス材料の各成分の適正範囲については、下記の通りである。
（Ｎａ_２Ｏの含有率について）
Ｎａ_２Ｏは、５mass％未満では、十分な溶融性を得ることができず、１５mass％を越えると化学的耐久性が悪くなるので、５〜１５mass％の範囲が望ましい。
（Ｌｉ_２Ｏの含有率について）
Ｌｉ_２Ｏは、溶融性を良くする効果があるが、１０mass％を越えると化学的耐久性が悪くなるので、０〜１０mass％の範囲が望ましい。
（Ａｌ_２Ｏ_３の含有率について）
Ａｌ_２Ｏ_３は、５mass％未満では、化学的耐久性が悪くなり、１５mass％を越えると失透を生じやすくなるので、５〜１５mass％の範囲が望ましい。
（ＣａＯの含有率について）
ＣａＯは、硬度を高め溶融性を良くする効果があるが、０．５mass％未満では、その効果が十分でない。また、ＴｉＯ_２と併用する場合、６mass％を越えると失透を生じやすくなるので、０．５〜６mass％の範囲が望ましい。
（ＴｉＯ_２の含有率について）
ＴｉＯ_２は、２mass％未満では、硬度及びヤング率を高める効果が十分でなく、１０mass％を越えると結晶化しやすいので、２〜１０mass％の範囲が望ましい。
（ＳｉＯ_２の含有率について）
ＳｉＯ_２は、５３mass％未満では、化学的耐久性が悪くなり、７５mass％を越えると溶融性が悪くなるので、５３〜７５mass％の範囲が望ましい。
（Ｂ_２Ｏ_３の含有率について）
上記組成にＢ_２Ｏ_３を加えることで、硬度、ヤング率の特性を損なうことなく、研磨時のマイクロクラック、衝撃時のクラックの発生を抑制できる。これはガラスの靱性が改善されるためであると考えられる。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０〜１５mass％が適当で、より好ましくは１〜１５mass％である。Ｂ_２Ｏ_３は含まれなくても良いが、１mass％未満であるとクラック発生の抑制効果が十分でなく、１５mass％を超えるとホウ素が３配位となってヤング率が低下し好ましくない。Ｂ_２Ｏ_３が含まれない場合、Ｋ_２Ｏは少なくとも０．５mass％含まれる必要がある。
（Ｋ_２Ｏの含有率について）
上記組成にＫ_２Ｏを加えることで、硬度、ヤング率が低減することなく比重、熱膨張率を調整できる。比重、熱膨張率は、各ハードディスク装置によって適正な値（範囲）が指定される場合が多いのであるが、Ｋ_２Ｏを適宜量加えることで品質を低下させることなく適正な値（範囲）に調整可能となる。さらに、Ｋ_２Ｏを加えることで、ガラス基板を化学強化処理する場合に混合アルカリ効果が生じ、Ｎａイオン→Ｋイオンのイオン交換が促進される。Ｋ_２Ｏの含有量は５mass％以下が適当で、５mass％を越えて多く配合しても混合アルカリ効果が向上することはないので不必要であるばかりでなく、ヤング率の低下及び比重の上昇を生じるため望ましくない。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が０〜１５mass％の場合、Ｋ_２Ｏの含有率は０．５mass％未満であると比重・熱膨張率を調整できる範囲が狭くなり、混合アルカリ効果も小さいので、０．５mass％以上であることが望ましい。特に、Ｂ_２Ｏ_３を添加した場合、ガラス材料の比重及び熱膨張率が低下するが、Ｋ_２Ｏを適宜量加えることで品質を低下させることなく比重及び熱膨張率を大きくし、所望の値（範囲）に調整することができる。なお、Ｂ_２Ｏ_３を添加した場合で、比重、熱膨張率を調整する必要がない場合には、Ｋ_２Ｏを添加しなくともよい。

上記の組成において、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合計が１０〜２０mass％であることがより望ましい。２０mass％を越えると、アルカリ溶出が問題となり、情報記録ガラス基板として使用できなくなり、逆に１０mass％未満であると、溶融性が悪くなる。

本発明のガラス材料は、上記に示すように、所定の組成となるように原材料を混合、溶融し、従来の情報記録ガラス原板用ガラス材料と同様の工程で得ることができる。成形法は従来のガラス基板の成形法と同様でよく、プレス成形で円板状に成形する方法、円筒状に成形した後に円板状にスライスカットする方法などが適用できる。円板状に成形した情報記録ガラス基板用ガラス材料の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば０．２〜１．８ｍｍの範囲のものとすることができる。また、上記のいずれかの組成を持つ情報記録ガラス基板用ガラス材料は、クラック発生率が９０％以下となり望ましい。クラック発生率の測定方法については後述する。

円板状に成形した本発明の情報記録ガラス原板用ガラス材料に外周加工、内周加工及び研磨加工を施して情報記録ガラス基板を得る。外周加工は、例えば外周を所定の外径に切断し、その後厳密に規定された外径寸法、外周形状（面取り形状）となるように研磨される。ただし、外径の切断工程は省略されることがある。内孔加工は例えばコアドリルなどで内孔をくり抜いた後、厳密に規定された内孔寸法、形状（面取り形状）となるように研磨される。研磨加工は、通常数段階に分けて徐々に表面の平滑度が増すように、所定の厚さとなるまで行われる。このような加工方法は周知であるので、詳しい説明を省略する。

本発明のガラス基板は、化学強化処理を行うことで、基板全体の強度が向上する。化学強化処理は、基板表面付近のアルカリ金属イオンを、より大きなイオン半径のアルカリ金属イオンとイオン交換し、基板の表面付近に圧縮応力を発生させる処理である。この化学強化処理は、特に限定されるものではなく、公知の方法が適用できる。例えば、硝酸カリウム、硝酸ナトリウムを主成分とする溶融塩処理液を用い、約３５０〜３８０℃程度に加熱後、一定時間浸漬して、その後洗浄、乾燥するなどして行う方法がある。

本発明の情報記録ディスクは、本発明のガラス基板の表面に磁性膜を形成したものである。磁性膜は、例えば、下から順次、Ｃｒ層からなる下地層、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ等からなる記録層である磁性膜層、保護層、潤滑層からなるものが揚げられる。このような磁性膜は周知の方法で形成できる。

本発明の情報記録ディスクは、従来の情報記録ディスクと全く同様にハードディスク装置に組み込むことができる。ハードディスク装置は、情報記録ディスク、その駆動手段、読み出し書き込み手段などがユニット化されたもので、情報を磁気記録し、記録情報を読み出しできるものであればよい。

表１に実施例１〜１１のガラス組成とクラック発生率を示す。実施例のガラス材料はプレス成形により直径６７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの円板状に成形し所定寸法に加工し、サンプルとした。各サンプル１０枚をポリッシュしてクラック発生率を測定した。この測定は次のように行った。アカシ製マイクロビッカース硬度計ＭＶＫ−Ｇ２型を用い、図１に示すように、該硬度計の針２の正方形四角錐形状の先端をサンプル１表面に接触させて垂直に立て、５００ｇの荷重を加え１５秒間保持した。このとき、図２に示すように、サンプル表面に四角錐状の窪み３ができるが、窪み３の４個の角部の少なくとも１つにクラック４が発生した場合に、クラック発生有りと判定し、１０枚のサンプルの内のクラック発生有りの枚数の比率をクラック発生率（％）とした。

表２に比較例１、２のガラス組成とクラック発生率を示す。前記の実施例と同様に比較例のサンプルを作成し、各サンプル１０枚につき前記実施例と同様にクラック発生率を測定した。

表１の実施例１〜１１と表２の比較例１、２とを比較すると、比較例１、２はいずれもクラック発生率が１００％で、全てのサンプルにクラックが発生しているが、実施例はいずれもクラック発生率が改善されている。特に実施例３、９については、クラック発生率が０％であり、クラック発生を抑える効果が大いに改善されたことが証明されている。

クラック発生率の測定方法の説明図である。クラック発生の判定方法の説明図である。

符号の説明

１サンプル
２針
３窪み
４クラック

Claims

５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、１〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０〜５mass％のＫ_２Ｏを含有することを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料。
５〜１５mass％のＮａ_２Ｏ、０〜１０mass％のＬｉ_２Ｏ、５〜１５mass％のＡｌ_２Ｏ_３、０．５〜６mass％のＣａＯ、２〜１０mass％のＴｉＯ_２、５３〜７５mass％のＳｉＯ_２を含有し、かつ、０〜１５mass％のＢ_２Ｏ_３と０．５〜５mass％のＫ_２Ｏを含有することを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料。
請求項１又は２のいずれかのガラス材料において、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量の合計が１０〜２０mass％であることを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料。
請求項１〜３のいずれかのガラス材料において、クラック発生率が、９０％以下であることを特徴とする情報記録ガラス基板用ガラス材料。
円板状に成形した請求項１〜４のいずれかのガラス材料に外周加工、内孔加工及び研磨加工を施したことを特徴とする情報記録ガラス基板。
請求項５の情報記録ガラス基板に、さらに化学強化処理を施したことを特徴とする情報記録ガラス基板。
請求項５又は６の情報記録ガラス基板の表面に磁性膜を形成したことを特徴とする情報記録ディスク。
請求項７の情報記録ディスクが組み込まれていることを特徴とするハードディスク装置。