JP3793401B2 - 結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板及び情報記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の情報記録媒体に用いられる基板用に適した結晶化ガラス、この結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板および該情報記録媒体用基板を用いた情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターなどの磁気記憶装置の主要構成要素は、磁気記録媒体と磁気記録再生用の磁気ヘッドである。磁気記録媒体としてはフレキシブルディスクとハードディスクとが知られている。このうちハードディスク用の基板材料としては主としてアルミニウム合金が使用されてきている。最近、ノートパソコン用ハードディスクドライブの小型化や磁気記録の高密度化にともなって磁気ヘッドの浮上量が顕著に減少してきている。これに伴い、磁気ディスク基板の表面平滑性について、きわめて高い精度が要求されてきている。しかし、アルミニウム合金の場合には、硬度が低いことから高精度の研磨材及び工作機器を使用して研磨加工を行っても、この研磨面が塑性変形するので、ある程度以上高精度の平坦面を製造することは困難である。たとえアルミニウム合金の表面にニッケル−リンめっきを施しても、表面粗さRa(JIS B0601)を５オングストローム以下にすることはできない。さらに、ハードディスクドライブの小型化・薄型化が進展するのにつれて、磁気ディスク用基板の厚みを小さくすることも強く要求されている。しかし、アルミニウム合金は、強度、剛性が低いので、ハードディスクドライブの仕様から要求される所定の強度を保持しつつ、ディスクを薄くすることは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高剛性、高耐衝撃性、高表面平滑性を必要とされる磁気ディスク用ガラス基板が登場してきた。このうち、基板表面をイオン交換法で強化した化学強化ガラス基板や、結晶化処理を施した結晶化基板などがよく知られている。
イオン交換強化ガラス基板としては、例えば、特開平１−２３９０３６号公報に開示のガラスが知られている。このイオン交換強化ガラス基板は、重量％表示で、SiO2：５０−６５％、Al2O3：０．５−１４％、R2O（ただしＲはアルカリ金属イオン）：１０−３２、ZnO：１−１５％、B2O3：１．１−１４％を含むガラスをアルカリイオンによるイオン交換法によってガラス基板の表面に圧縮応力層を形成し強化された磁気ディスク用ガラス基板である。
【０００４】
また、結晶化ガラスとしては、例えば、特許第２５１６５５３号公報に記載のものがある。この結晶化ガラスは、重量％表示で、SiO2：６５−８３％、Li2O：８−１３％、K2O：０−７％、MgO：０．５−５．５％、ZnO：０−５％、PbO：０−５％（ただしMgO+ZnO+ PbO：０．５−５％）P2O5：１−４％、Al2O3：０−７％、As2O3+Sb2O3：０−２％を含み、主結晶として微細なLi2O・２SiO2結晶粒子を含む磁気ディスク用結晶化ガラスである。
さらに、特開平７−２９１６６０号公報にも、結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、重量百分率で、SiO2 ３８％〜５０％、Al2O3 １８％〜３０％、ＭｇＯ １０％〜２０％、ただし、重量比で、Al2O3／MgO＝１．２〜２．３、B2O3 ０％〜５％、CaO ０％〜５％、BaO ０％〜５％、SrO ０％〜５％、ZnO ０．５％〜７．５％、TiO2 ４％〜１５％、ZrO2 ０％〜５％、As2O3および／またはSb2O3 ０％〜２％、の組成から成るガラスを溶融し、成形した後、熱処理することにより得られる。このガラスは、結晶として、コージェライト系結晶を含有することを特徴とするコージェライト系結晶化ガラスである。さらに、この結晶化ガラスからなる磁気ディスク用基板も開示されている。
【０００５】
また、特開平９−７７５３１号公報（米国特許5,476,821号）にも結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、ヤング率が約14×106 から約24×106 psi（９６〜１６５Gpa）までの範囲にあり、破壊靱性が1.0 Mpa.m1/2 より大きいガラスセラミック製品である。さらに、この結晶化ガラスは、ケイ質を多く含む残存ガラスマトリックス相中に均一に分散している均一な大きさの尖晶石型結晶から主になる結晶相集成体から構成され、酸化物基準の重量パーセントで表して、35−60％のSiO2 と、20−35％のAl2O3と、０−25％のMgOと、０−25％のZnOと、０−20％のTiO2 と、０−10％のZrO2と、０−２％のLi2Oと、０−８％のNiOとから実質的になり、MgO＋ZnOの合計が少なくとも約10％であり、BaO、CaO、PbO、SrO、P2O5、B2O3、およびGa2O3からなる群より選択される５％までの任意の成分と、Na2O、K2O、Rb2O、およびCs2Oからなる群より選択される、０−５％のR2Oと、０−８％の遷移金属酸化物とを含んでもよく、Al2O3が約25％未満の量しか含まれない場合には、TiO2 ＋ZrO2 ＋NiOの合計量が５％以上である組成を有するガラスセラミックである。上記公報には、このガラスセラミックからなる磁気ディスク用基板も開示されている。
【０００６】
また、米国特許第5,491,116号にも結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、破壊係数が少なくとも約15,000psi、ヌープ硬度が約760KHNを超え、ヤング率が約20×106 psi、及び破壊靱性が1.0Mpa.m1/2より大きいガラスセラミック製品である。主結晶は、エンスタタイト又はその固溶体及びスピネル（尖晶石型結晶）からなり、重量％で、35-60％のSiO2、10-30％のAl2O3、12-30％のMgO、0-10％のZnO、5-20％のTiO2、及び0-8％のNiOから実質的になる組成を少なくとも９２％含む結晶化ガラスである。さよに、この結晶化ガラスからなる磁気ディスク用基板も開示されている。尚、上記特許に記載の結晶化ガラスと同一のガラスがJournal of Non-Crystalline Solids 219(1997)219-227にも開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近のハードディスクの小型化、薄型化、記録の高密度化に伴って、磁気ヘッドの低浮上化及びディスク回転の高速化が急速に進んでいる。そのため、ディスク基板材料の強度やヤング率、表面平滑性などが一層厳しく要求されてきている。特にパソコン及びサーバー用３.5インチハードディスク情報記録の高密度化によって基板材料の表面平滑性及び表面平坦性が厳しく要求され、またデータ処理の高速化に対応してディスクの回転数を10000rpm以上にする必要がある。そのため、基板材料の剛性度に対する要求が一層厳しくなってきており、従来のアルミ基板の限界がすでにはっきりとしている。今後、ハードディスクの高容量化、高速回転化の需要が必然であるかぎり、磁気記録媒体用基板材料としては高ヤング率、高強度、優れた表面平坦性、耐衝撃性などが強く要求されることは明らかである。
【０００８】
ところが、前述の特開平１−２３９０３６公報に開示されているような化学強化ガラスは、ヤング率が約８０Gpa程度であり、今後のハードディスクの厳しい要求に対応できない。これまでのイオン交換強化基板ガラスはイオン交換のため多量のアルカリイオンをガラスに導入しており、そのためほとんどの強化ガラスのヤング率は低い(90Gpa)。さらに、剛性度も低いので、3.5インチのハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応できない。また、イオン交換による化学強化を施したガラスには多量のアルカリ成分含まれる。そのため、高温、多湿環境下において長時間使用すると磁気膜のピンホール部または磁気膜の周辺部など磁気膜が薄い部分またはガラスが露出した部分からアルカリイオンが析出し、これが引き金となって磁気膜が腐食或いは変質するなどの欠点もある。さらに磁気記録媒体の製造過程においては、ガラス基板上に磁気層を設けた後に、磁気層の保磁力などの特性を向上させるために所定の熱処理を施される場合がある。しかし、上記従来のイオン交換強化ガラスではガラスの転移温度がせいぜい５００℃程度であり、耐熱性に乏しいので、高保磁力が得られないという問題もある。
【０００９】
また、前述の特許第２５１６５５３号公報に開示されているような従来の結晶化ガラスは、ヤング率や耐熱性の点では、上記の化学強化ガラス基板より少々優れている。しかし、表面粗さが１０オングストローム以上であり、表面平滑性が乏しく、磁気ヘッドの低浮上化に限界がある。そのため、磁気記録の高密度化に対応できないという問題がある。さらに、ヤング率もせいぜい90-100Gpa程度であり、3.5インチハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応することもできない。
また、前述の特開平７−２９１６６０号公報に開示されている結晶化ガラスは、ヤング率がせいぜい１００〜１３０ＧＰａであり、十分とは言えない。さらに、中心線平均粗さ（Ｒａ）が８オングストローム程度の表面平滑性しか有さず、平滑性に劣る。加えて、ガラスの液相温度も１４００℃程度と高く、製造しにくいという欠点がある。
【００１０】
さらに、前述の特開平９−７７５３１号公報に開示されている結晶化ガラスは、その主結晶がスピネルであるため、非常に研磨しにくいという欠点がある。さらには、ガラスの液相温度が１４００℃以上と高く、高温溶融及び高温成形し難いという欠点もある。
さらに、米国特許5,491,116及びJournal of Non-Crystalline Solids 219(1997) 219-227の結晶化ガラスはスピネルと共にエンスタタイトが多く含まれている。従って、特開平９−７７５３１号公報に開示された結晶化ガラスよりは研磨のし易さは改善されていると考えられる。しかし、依然としてスピネルが含まれているため、研磨性は充分とは言い難い。即ち、依然として所望の表面粗さを得るために要する研磨時間が長く、生産性が悪いという問題点があった。
【００１１】
さらに、特許第２６４８６７３号公報に記載のガラスは、1200℃以上の使用温度を目的とした耐火性ガラスセラミックスであるために、情報記録媒体用基板として用いることが困難である。即ち、熔解温度が高く製造し難く、さらに結晶サイズが大きく、情報記録媒体に要求される表面平滑性を得ることができない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、近い将来の磁気磁気記録媒体用基板の薄型化、高強度、高耐熱性、高対衝撃性などの要求を考慮して、ヤング率、強度及び耐熱性が高く、表面平滑性や表面均質性及び表面加工性に優れ、かつガラスの液相温度が比較的低く安価に製造できる、結晶化ガラスからなる磁気ディスク等の情報記録媒体用基板を提供することにある。
さらに本発明の目的は、上記結晶化ガラスからなる基板を用いた磁気ディスク等の情報記録媒体を提供することにある。
また、本発明は、上記結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らが種々検討した結果、１４０Gpa以上の高いヤング率及び良好な表面平滑性及び優れた表面加工性を有し、液相温度が比較的低い情報記録媒体用基板に適した結晶化ガラスが得られることを見出して、本発明に至った。
本発明は、以下の通りである。
【００１４】
［請求項１］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２］Al2O3とMgOとのモル比（Al2O3／MgO）が0.2以上0.5未満である請求項1に記載の基板。
［請求項３］SiO2：40−60モル％
Al2O3： 7−22モル％
MgO： 12−35モル％
TiO2： 5.5−14 モル％
を含有する請求項１または２に記載の基板。
［請求項４］10モル％以下のY2O3を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項５］10モル％以下のZrO2を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板。
［請求項６］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項７］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、結晶化度が２０〜７０体積％である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項８］0.3〜8モル％のY2O3を含有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板。
［請求項９］1〜10モル％のZrO2を含有する請求項１〜８に記載の基板。
［請求項１０］1〜5モル％のZrO2を含有する請求項９に記載の基板。
［請求項１１］5モル％以下のR2O(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)を含有する請求項1〜５及び８〜１０のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１２］R2OがK2Oである請求項１１に記載の基板。
［請求項１３］TiO2の含有量が8〜14 モル％である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１４］ヤング率が140Gpa以上である請求項1〜１３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１５］SiO2：35−43モル％
Al2O3： 9−20モル％
MgO： 30−39モル％
Y2O3： 1−3モル％
TiO2： 8.5−15 モル％
ZrO2： 1−5 モル％
である請求項1または２に記載の基板。
［請求項１６］SiO2／MgOモル比が1.35以下である請求項１５に記載の基板。
［請求項１７］ヤング率が160Gpa以上である請求項1５または１６に記載の基板。
［請求項１８］結晶粒子の平均粒子径が100nm以下である請求項1〜１７のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１９］結晶粒子の平均粒子径が70nm以下である請求項1〜１８のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２０］表面粗さRa(JIS B0601)が1nm以下である研磨面を有する請求項1〜１９のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２１］表面粗さRa(JIS B0601)が1nm以下である研磨面を有し、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２２］ 表面粗さRa(JIS B0601)が0.5nm以下である研磨面を有する請求項２１に記載の基板。
［請求項２３］波長が600nmである光の透過率が1mm厚のときに10%以上である請求項１〜２２に記載の基板。
［請求項２４］熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃である請求項１〜２３に記載の基板。
［請求項２５］主結晶としてエンスタタイト及び/又はその固溶体を含み、かつ少なくとも前記主結晶の平均結晶粒子径が100nm未満である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２６］少なくとも前記主結晶の平均結晶粒子径が70nm以下である請求項２５に記載の基板。
［請求項２７］波長が600nmである光の透過率が1mm厚のときに10%以上であり、主結晶がエンスタタイトである結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２８］結晶化度が５０体積％以上である請求項1〜２７のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２９］エンスタタイト及び/又はその固溶体の合量が７０〜９０体積％、チタン酸塩が１０〜３０体積％、エンスタタイト及び/又はその固溶体とチタン酸塩の合量が９０体積％以上である請求項1〜２８のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３０］熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃であり、主結晶としてエンスタタイト及び/又はその固溶体を含む結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項３１］熱膨張係数が７３×１０-7〜８３×１０-7／℃である請求項３０に記載の基板。
［請求項３２］主結晶として石英固溶体を実質的に含有しない請求項1〜３１のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３３］結晶相としてスピネルを実質的に含有しない請求項1〜３２のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３４］ZnOを実質的に含有しない請求項1〜３３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３５］情報記録媒体が磁気ディスクである請求項１〜３４のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３６］請求項１〜３４のいずれか１項に記載の基板と、該基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする情報記録媒体。
［請求項３７］記録層が磁気記録層である請求項３６に記載の情報記録媒体。
［請求項３８］ ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。
［請求項３９］ガラス原料がK2Oを含有し、熔解温度が１４００〜１６００℃である請求項３８に記載の製造方法。
［請求項４０］ガラス原料がY2O3を含有し、熔解ガラスを６００〜６８０℃の成形型で板ガラス状に成形する請求項３８または３９に記載の製造方法。
［請求項４１］ ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、
SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。
［請求項４２］成形したガラスを８５０〜１１５０℃まで昇温して結晶化させる請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の製造方法。
［請求項４３］昇温工程において、成形したガラスを５００〜８５０℃になるまで５〜５０℃／分で昇温し、５００〜８５０℃になった後は０．１〜１０℃／分で昇温する請求項４２に記載の製造方法。
［請求項４４］ SiO2、Al2O3、MgO及びTiO2を含有するガラスを８５０〜１１５０℃で熱処理することにより結晶化する工程を含む方法により製造された、
SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、ZnOを含有しない結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項４５］SiO2、Al2O3、MgO及びTiO2を含有するガラスを８５０〜１１５０℃で熱処理することにより結晶化する工程を含む方法により製造された、
SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項４６］前記熱処理は１〜４時間行われる請求項４４または４５に記載の基板。
［請求項４７］前記熱処理は、８７５〜１０００℃で行われる請求項４４〜４６のいずれか一項に記載の基板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔結晶化ガラス〕
本発明の情報記録媒体用基板は、SiO2：35−65モル％、Al2O3： 5−25モル％、MgO： 10−40モル％、及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、かつ主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなるものである。
本発明の基板を構成する結晶化ガラスにおけるガラスを構成する各成分について以下に説明する。尚、以下「％」は特に断わらない限り、「モル％」を意味する。
【００１６】
SiO2はガラスの網目構造の形成物であり、主な析出結晶であるMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体の構成成分でもある。SiO2の含有量が35%未満では熔解したガラスが非常に不安定なので、高温成形ができなくなるおそれがあるうえ、上記のような結晶も析出し難しくなる。また、SiO2の含有量が35%より少なくなると、残存ガラスマトリックス相の化学耐久性が悪化したり、耐熱性も悪化する傾向がある。一方、SiO2の含有量が65%を超えると、主結晶としてエンスタタイトが析出しにくくなり、ガラスのヤング率が急激に小さくなる傾向がある。そのため、SiO2の含有量は、析出結晶種及びその析出量、化学耐久性、耐熱性及び成形・生産性を考慮すると、35−65%の範囲である。より好ましい物性を有する結晶化ガラスが得られるという観点から、SiO2の含有量は、好ましくは、40−60%の範囲である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、SiO2の含有量が35〜43％であることが好ましい場合がある。
【００１７】
Al2O3はガラスの中間酸化物であり、ガラス表面硬度の向上に寄与する。しかし、Al2O3の含有量が 5％未満ではガラスマトリックス相の化学耐久性も低下し、基板材料に要求される強度が得られにくくなる傾向がある。一方、Al2O3の含有量が25％を超えると、主結晶としてのエンスタタイトの析出がしにくくなるとともに、溶融温度が高くなってガラスが溶けにくくなるうえ、失透しやすくなって容易に成形しにくくなる傾向がある。従って、ガラスの熔解性、高温度成形性、析出結晶種などを考慮して、Al2O3の含有量は5−25%の範囲、好ましくは7−22％の範囲とすることが適当である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、Al2O3の含有量が9〜20％であることが好ましい場合がある。
【００１８】
MgOはガラスの修飾成分であり、MgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及びその固溶体の結晶の主成分でもある。MgOの含有量が10％未満では上記のような結晶が析出しにくく、ガラスの失透傾向及び溶融温度が高く、かつガラス成形の作業温度幅が狭くなる傾向がある。一方、MgOの含有量が40％を超えると、ガラスの高温粘性が急激に低くなって熱的に不安定となり、生産性も悪化し、ヤング率や耐久性も低下する傾向がある。そこで、MgOの含有量は、ガラスの生産性、化学耐久性、高温粘性及び強度などを考慮すると、10−40%の範囲であること、好ましくは12−35％の範囲であることが適当である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、MgOの含有量が30〜39％であることが好ましい場合がある。
【００１９】
但し、モル比（Al2O3／MgO）は０．５未満となるように、MgO及びAl2O3の含有量は調整する。モル比（Al2O3／MgO）が、０．５以上になると、結晶化ガラスのヤング率が急激に低下する傾向があるからである。Al2O3／MgO＜０．５とすることで、150ＧＰａ以上の高ヤング率を有する結晶化ガラスを得ることもできる。好ましくはAl2O3／MgO＜０．４５である。但し、Al2O3／MgOのモル比を小さくし過ぎると、ガラスの高温粘性が低下する傾向及び結晶粒子が大きくなる恐れがあるのでAl2O3／MgO比は０．２以上、好ましくは０．２５以上であることが適当である。
【００２０】
TiO2はMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体の結晶相析出の核生成剤でる。さらに、TiO2は、SiO2の含有量が少ない場合に、ガラスの失透を抑える効果も有する。但し、TiO2の含有量が5%未満の場合、主結晶の核生成剤としての効果が充分に得られず、ガラスが表面結晶化してしまい、均質な結晶化ガラスの作製が難しくなる傾向がある。一方、TiO2の含有量が15%を超えると、ガラスの高温粘性が低くなりすぎて分相したり、失透したりするので、ガラスの生産性が極端に悪化する傾向がある。そのため、ガラスの生産性、化学耐久性、高温粘性、結晶核生成などを考慮すると、TiO2の含有量は5−15%の範囲であること、好ましくは5.5−14％の範囲であることが適当である。より好ましくは、8-14％の範囲である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性よりもヤング率を重視したとき、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、TiO2の含有量が8.5〜15％であることが好ましい場合がある。
【００２１】
本発明の結晶化ガラスにおいて、Y2O3を含むことができる。しかし、後述の実施例で示すように、例えば、2%のY2O3を導入することによって結晶化ガラスのヤング率を10Gpa程度増大でき、かつ液相温度を50−100℃程度低減することができる。即ち、少量のY2O3の導入によってガラスの特性や生産性を格段に向上させることができる。Y2O3の含有量が0.3％以上であれば、上記Y2O3の効果が得られる。Y2O3の含有量は好ましくは0.5％以上である。但し、Y2O3は前述のガラスに含まれる主結晶の成長を抑える力をもつ。そのため、Y2O3の含有量が多過ぎると、ガラスを結晶化させる目的で行われる熱処理において、表面結晶化が起り易く、目的とする結晶化ガラスが作れなくなる傾向がある。このような観点からY2O3の含有量は、10%以下とすることが適当である。特に、Y2O3の含有量は、好ましくは8%以下、より好ましくは3%以下である。
【００２２】
さらに、本発明の結晶化ガラスは、１０％以下のＺｒＯ2を含有することができる。ＺｒＯ2はガラスの安定性を高め、特にＭｇＯを多く含むガラスの安定性の向上に大きな役割を果たすことができる。また、核生成剤としても作用し、ＴｉＯ2の補佐役として予備処理中のガラス分相を促進して結晶粒子の微細化に貢献する。しかし、ＺｒＯ2の含有量が１０％を超えると、ガラスの高温熔解性や均質性が悪化するおそれがあるので、その導入量は１〜１０％であることが適当である。さらに、ガラスの高温熔解性や結晶粒子の均質性などを考慮すると、ＺｒＯ2の導入量は好ましくは０〜６％、さらに好ましくは１〜５％である。
【００２３】
本発明の結晶化ガラスは、高ヤング率などの特性及び均質な結晶性を保つという観点からSiO2、Al2O3、MgO、及びTiO2の合計を９２％以上とする。SiO2、Al2O3、MgO、及びTiO2の合計は、好ましくは９３％以上、より好ましくは９５％以上である。
【００２４】
上記範囲内であれば、上記以外の成分として、結晶化ガラスの所望の特性を損なわない範囲で、アルカリ金属酸化物R2O(例えば、Li2O、Na2O、K2O等)及び／又はアルカリ土類金属酸化物RO(例えば、CaO、SrO、BaO等)等の成分を含んでもよい。アルカリ金属酸化物及び／又はアルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料として硝酸塩を使用できる。ガラス製造の際に脱泡剤としてSb2O3を使用するとガラス熔解用白金坩堝からガラスに白金が混入し易く、ガラス原料として硝酸塩を使用することにより、ガラスへの白金の混入を抑制することができる。アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物の含有量はそれぞれ0.1％以上であることが上記効果を得るという観点から好ましい。但し、アルカリ金属酸化物を含む場合、アルカリ金属酸化物はヤング率を低下させる傾向があることから、その含有量は5％以下とすることが適当である。一方、アルカリ金属酸化物はガラスの熔解温度を下げる効果や、白金熔解炉からの白金の混入物をイオン化して熔解させる効果がある。この場合も、0.1％以上の添加が効果的である。特に、K2Oは、ガラスの熔解温度を下げる効果、及び白金熔解炉からの白金の混入物をイオン化して熔解させる効果とともにヤング率を低下させにくい効果を有するため好ましい。K2Oを含有させる場合、その含有量は、5％以下とすることが適当であり、好ましくは0.1〜2％、より好ましくは0.1〜1％とする。
【００２５】
又、アルカリ土類金属酸化物を含む場合、アルカリ土類金属酸化物は、結晶粒子を大きくする傾向があることから、その含有量は5%以下であることが適当である。アルカリ金属酸化物を含む場合、特に、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%、より好ましくは0.1〜1%のK2Oを含むことが好ましい。アルカリ土類金属酸化物を含む場合、特に、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%のSrOが好ましい。特にガラスの安定化という観点から、SrOが好ましく、その含有量は、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%である。
【００２６】
また、ガラスの均質化を図るために脱泡剤としてAs2O3及び／又はSb2O3を含有させることもできる。ガラスの組成により変化する高温粘性に応じて、適当量のAs2O3やSb2O3或いはAs2O3＋Sb2O3をガラスに添加することで、より均質なガラスが得られる。但し、脱泡剤の添加量が多過ぎると、ガラスの比重が上昇してヤング率を低下させる傾向があり、また熔解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える場合もある。そこで、脱泡剤の添加量は２％以下、好ましくは1.5％以下とすることが適当である。
以上の基本成分の他に原料中の不純物、例えばガラスの清澄剤となるCl、F、SO3等を本発明の結晶化ガラスの特性を損ねることのない、それぞれ１％以下であれば含有させることができる。
又、本発明の結晶化ガラスは、ZnO及びNiOを実質的に含まないことが好ましい。ZnOは、硬い結晶であるスピネルを形成し易くさせるためである。またNiOは、スピネルを形成し易くさせるという観点からも環境に影響する成分であるという観点からも含有させないことが望ましい。
【００２７】
本発明の好ましい情報記録媒体用基板の１つの態様は、SiO2：35−65モル％、Al2O3： 5−25モル％、MgO： 10−40モル％、TiO2： 5−15 モル％、Y2O3： 0−10モル％、ZrO2： 0−6 モル％、R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)、RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)、As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％、SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92 モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる基板である。
【００２８】
本発明において主結晶とは、本発明の効果を得るために必須の結晶であり、ガラス中の結晶のうち最も多く含有される結晶である。好ましくは主結晶とは、ガラス中の結晶のうち、50体積%以上含有されるものである。尚、本発明の結晶化ガラスは、多くは、エンスタタイト及び/又はその固溶体が７０体積％以上であり、場合によっては８０体積％以上、さらに場合によっては９０体積％以上含有される。本発明の結晶化ガラスにおける主結晶は、例えば、MgO・SiO2及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト（エンスタタイト固溶体を含む）である。また、本発明の結晶化ガラスが、エンスタタイト及びその固溶体を含有する場合、エンスタタイト及びその固溶体の集合を主結晶という。尚、エンスタタイトには、クリノエンスタタイト、プロトエンスタタイト及びエンスタタイトが包含される。さらに、上記の結晶の他にチタン酸塩を含み得る。結晶相の例としては、エンスタタイト及び/又はその固溶体の合量が５０〜１００体積％、チタン酸塩が５０〜０体積％析出したものを挙げることができる。また、エンスタタイト及び/又はその固溶体が７０〜９０体積％、チタン酸塩が３０〜１０体積％析出したものを挙げることができる。このとき、エンスタタイト及び/又はその固溶体とチタン酸塩の合量は、ガラス中の結晶のうち９０体積%以上であることが好ましく、９５体積％以上であることがより好ましく、９９体積％以上であることが最も好ましい。
【００２９】
エンスタタイト及び/又はその固溶体並びにチタン酸塩以外の結晶としては、ムライト、フォステライト、コージェライト、クオーツ、クオーツ固溶体などが挙げられる。しかし、スピネルは含有しない。エンスタタイトは、硬度が低いため（モース硬度５．５）、エンスタタイトを主結晶とする結晶化ガラスは非常に研磨がしやすく、比較的短い時間で所望の表面粗さを得ることができるという特徴がある。さらに、エンスタタイトは、その鎖状又は層状の結晶の形状から、そのすき間にガラス成分が入り込み、粒子サイズが小さくても高いヤング率が得られると考えられる。それに対して、スピネルは、エンスタタイトと比較すると硬い結晶である（モース硬度８）であるため、研磨がしやすいという効果を損ねると考えられる。本発明の結晶化ガラスは石英固溶体を含まないことが好ましい。
【００３０】
また、本発明において、ガラス中の結晶の割合（結晶化度）は、約２０〜７０体積％である。ここで結晶化度は、５０体積％以上であることが、高いヤング率を有する基板とする上で好ましい。但し、結晶化後の後工程の容易さを考慮すると、結晶化度は、２０〜５０体積％、さらには２０〜３０体積％とすることもできる。また、結晶化後の後工程の容易さよりもヤング率の高さを重視する場合には、結晶化度は５０〜７０体積％とすることができる。
さらに、本発明の結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズ(粒径)の平均値は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、30nm以下であることがさらに好ましい。結晶サイズの平均値は100nmを超えると、ガラスの機械強度を低下させるだけでなく、研磨加工時に結晶の欠落を引き起こしてガラスの表面粗度を悪化させるおそれがある。このような結晶粒子のサイズの制御は、主に、含まれる結晶相の種類及び後述の熱処理条件によって行うことができる。本発明においては、本発明における必須成分であるエンスタタイト及び／又はその固溶体の主結晶が得られる熱処理条件において、上記したような微細な結晶のサイズを得ることが可能である。
また、本発明の基板を構成する結晶化ガラスは、熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃であり、さらに７３×１０-7〜８３×１０-7／℃であることができる。熱膨張係数は、情報記録媒体用基板として要求される特性に照らして上記範囲内に設定することができる。
【００３１】
〔結晶化ガラス及び基板の製造方法〕
本発明の結晶化ガラスからなる基板は、公知のガラス基板の製造方法を用いて製造することができる。例えば、高温溶融法、即ち所定の割合のガラス原料を空気中または不活性ガス雰囲気で熔解し、バブリングや脱泡剤の添加や撹拌などによってガラスの均質化を行い、周知のプレス法やダウンロード成形などの方法により板ガラスに成形し、その後、研削、研磨などの加工を施こすことで、所望のサイズ、形状のガラス成形品を得ることができる。本発明の結晶化ガラスは、例えば、１４００〜１６５０℃で熔解することができるが、１５００〜１６５０℃、さらには１５５０〜１６００℃で熔解可能なものを含む。前述のように、例えば、熔解温度を下げる成分としてK2Oの導入は好ましい。
【００３２】
得られたガラス成形品は、結晶化のための熱処理を施される。
熱処理の方法には特に制限はなく、結晶化促進剤の含有量やガラスの転移温度、結晶化ピーク温度などに応じて適宜選択することができる。但し、初期の段階で比較的低温度（例えば、（ガラスの転移温度（Ｔｇ）−３０℃）〜（Ｔｇ＋６０℃）、特にＴｇ〜（Ｔｇ＋６０℃）で熱処理して多数の結晶核を生じさせる。これらの温度は、具体的には７００℃〜８５０℃の範囲である。その後、温度を８５０〜１１５０℃に上げて結晶を成長させることが、結晶を微細化するという観点からは好ましい。このとき、ガラスが５００〜８５０℃になった後は、微細な結晶粒の析出、及び板ガラスの外形変形防止の観点から、昇温速度は０．１〜１０℃／分とすることがより好ましい。但し、ガラスが５００〜８５０℃になるまでは特に昇温速度には制限はないが、５〜５０℃／分とすることができる。また、本発明においては、同じヤング率や同じ結晶粒子の大きさまたは同じ結晶化均質性を有する結晶化ガラスを作製するための結晶核生成熱処理及び結晶成長熱処理の許容温度範囲は30℃以上の温度幅をもつので、結晶化の製造工程を容易に制御することができる。
【００３３】
さらに、本発明においては、熱処理によりMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体が主結晶として析出する熱処理条件とする。尚、これらの主結晶のほか、フォステライト、コージェライト、チタン酸塩、ムライトなどのその他の結晶が析出してもよいが、エンスタタイトやその固溶体が析出する条件を設定する。そのような条件としては、結晶化のための熱処理として８５０〜１１５０℃、好ましい。８７５〜１０５０℃で加熱することが好ましい。加熱温度が８５０℃未満ではエンスタタイト及びその固溶体が析出しにくい。また、１１５０℃を超えるとエンスタタイト及びその固溶体以外の結晶が析出し易くなる。また、８７５〜１０００℃以下にすることにより、エンスタタイト及び／又はその固溶体の粒径を比較的小さく、例えば、100nm以下、好ましくは50nm以下にすることができる。結晶化のための熱処理時間は、熱処理温度との関係で、結晶化度、結晶粒径に作用するため、所望の結晶化度、結晶粒径によって、適宜選択出来るが、８５０〜１１５０℃の熱処理の場合、１〜４時間とすることが好ましい。
また、結晶化のための熱処理の前に行う核生成処理温度をガラスの転移温度（Ｔｇ）より３０℃低い温度から６０℃高い温度、好ましくはＴｇより０〜６０℃高い温度、より好ましくはＴｇより１０〜５０℃高い温度に設定することが、小さい結晶粒径の結晶を析出させるという観点から適当である。
【００３４】
熱処理を終えた結晶化ガラスの成形品は、必要により研磨することができ、研磨方法については特に制限がない。例えば、合成ダイヤモンド、炭化珪素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素などの合成砥粒や、天然ダイヤモンド、酸化セリウムなどの天然砥粒を用いて、公知の方法により研磨することができる。成形を終え、結晶化する前の成形品を研磨した後、上記結晶化を行うことも出来る。
本発明の本発明の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板は、上記方法において、成形品を基板形状とすることで得ることができる。
本発明の結晶化ガラスから基板は、AFM（原子間力顕微鏡）で測定した平均粗さRa(JIS B0601)で１ｎｍ以下の表面平滑性を有することが好ましい。特に本発明の結晶化ガラスを磁気ディスク基板に用いる場合、表面の平均粗さRa(JIS B0601)は、磁気ディスクの記録密度に大きく影響する。表面粗さが１ｎｍを超えると、高記録密度化を達成しにくくなる。本発明の結晶化ガラスから基板の表面粗さは磁気ディスクの高記録密度化を考慮すると、０．７ｎｍ以下であることがより好ましく、０．５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３５】
エンスタタイトやその固溶体を主結晶として含む本発明の結晶化ガラスからなる基板は、高強度、高硬度、高ヤング率であり、かつ化学的耐久性や耐熱性が優れることから、磁気ディスク基板として有用である。さらに、本発明の結晶化ガラスは、無アルカリ、又は低アルカリであるため、磁気ディスク基板とした場合でも、磁気膜と基板とのコロージョンを大いに低減することができ、磁気膜を最善に保つことができる。
【００３６】
本発明の結晶化ガラス基板は、上記のように、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であるSiO2−Al2O3−MgO系ガラスからなるが、これ以外に、本発明は、SiO2−Al2O3−MgO系ガラス以外のガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなり、かつ表面粗さRa(JIS B0601)が１ｎｍ以下である研磨面を有する情報記録媒体用結晶化ガラス基板を包含する。尚、ここで主結晶とは、ガラス中の結晶のうち５０体積％以上含有されるものである。この結晶化ガラスは、多くの場合、エンスタタイト及び／又はその固溶体が結晶のうち７０体積％以上、又、場合によっては８０体積％以上、さらには９０体積％以上含有されるものである。また、この結晶化ガラスにおいて、ガラス中の結晶の割合は、おおよそ２０〜７０％程度である。
【００３７】
この態様の結晶化ガラス基板においては、結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズ(粒径)の平均値(結晶粒子の平均粒子径)は、０．５μm以下であることが好ましく、０．３μm以下であることがより好ましく、０．１μm以下であることがさらに好ましい。結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズの平均値は、最も好ましくは、５０ｎｍ以下である。結晶サイズの平均値は０．５μmを超えると、ガラスの機械強度を低下させるだけでなく、研磨加工時に結晶の欠落を引き起こしてガラスの表面粗度を悪化させるおそれがある。このような結晶粒子のサイズの制御は、主に、含まれる結晶相の種類及び後述の熱処理条件によって行うことができるが、本発明においては、本発明における必須成分であるエンスタタイト及び／又はその固溶体の主結晶が得られる熱処理条件において、上記したような微細な結晶のサイズを得ることが可能である。結晶粒子径が小さいと、波長600nmの光の透過率が1mm厚さの結晶化ガラス基板に対して大きくなる。本発明の基板においては、厚さ1mmの結晶化ガラス基板についての波長600nmの光の透過率は、10%以上であり、50%以上、さらに60〜90%以上にもなり得る。
【００３８】
この態様の結晶化ガラス基板は、ヤング率が140Gpa以上であることが高速回転基板として好ましい。また、本発明の結晶化ガラス基板は、主結晶として石英固溶体を実質的に含有しないことが好ましい。さらに、本発明の結晶化ガラス基板は、結晶相としてスピネルを実質的に含有しないことが好ましい。スピネルは、エンスタタイトと比較すると硬い結晶である（モース硬度８）であるため、研磨しにくく、表面粗さRa(JIS B0601)が１ｎｍ以下である研磨面が得られにくい。
【００３９】
高ヤング率の必要性は、次のような事実に基づき説明することができる。即ち、最近、ＨＤＤの小型化、高容量化、高速化に伴って、将来の磁気記録媒体陽基板の厚みは恐らく現在3.5インチの0.8mmから0.635mmへと、2.5インチの0.635mmから0.43mmさらに0.38mmへと薄くなり、基板の回転速度も現在の最高速度の10000rpmから14000rpmへと高速回転化すると予測されている。このような磁気記録媒体用基板は薄くなればなるほど、基板のたわみやうねりや反りが生じしやくなり、また高速回転すればするほど基板の受ける応力（回転によって生じる風圧に基づくディスクに働く力）が大きくなることが予想できる。力学の理論に基づけば、単位面積当たりＰの荷重を受けている円板のたわみＷは以下のように表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
但し、 ａは円板の外円径、ｈは基板の厚み、Eは円板材料のヤング率である。静止状態においては、円板に加わる力は重力のみであり、たわみは、円板材料の比重をｄとすると、
【００４２】
【数２】
【００４３】
と表される。ここでＧは円板材料の比弾性率（＝ヤング率／比重）である。
一方、円板の回転状態においては、重力成分は遠心力成分をバランスして無視できると考えた場合、円板に加わる力は回転に基づく風圧としてよい、風圧は円板回転速度の関数であり、一般的にその２乗に比例すると言われている。従って、円板が高速回転するときのたわみは以下のように表される。
【００４４】
【数３】
【００４５】
この結果から、高速回転化基板のたわみを押さえるためにはヤング率の高い基板材料が必要となることがわかる。本発明者らの計算によると2.5インチ基板の厚みを0.635mmから0.43mmに、3.5インチ基板の厚みを0.8mmから0.635mmに薄くすると基板材料の比弾性率は少なくとも37MNm/kg以上であることが要求される。また、3.5インチハイエンド基板の回転速度を現在の7200rpmから将来の10000rpmに高速化すれば、70Gpa程度のヤング率をもつアルミ基板で対応できなくなり、少なくとも110Gpa以上のヤング率を有する新しい基板材料が必要とされる。基板材料の比弾性率またはヤング率が高ければ高いほど基板の剛性度が高くなるだけでなく、基板の耐衝撃性も強度もともに大きくなるので、高い比弾性率及び大きなヤング率を持つガラス材料がＨＤＤの市場から強く要求されている。
【００４６】
本発明では、SiO2：35−43モル％、Al2O3： 9−20モル％、MgO： 30−39モル％、Y2O3： 1−3モル％、TiO2： 8.5−15 モル％、ZrO2： 1−5 モル％を含有する基板が、160Gpa以上の高いヤング率を有する。この場合、SiO2／MgOモル比は1.35以下であることが適当である。
【００４７】
本発明の結晶化ガラスからなる磁気ディスク基板は、磁気ディスク基板として必要な表面平滑性、平坦性、強度、硬度、化学耐久性、耐熱性などをすべて満足することができる。また、従来の結晶化ガラス（Li2O−SiO2系結晶化ガラス）に比べ、約２倍程度のヤング率をもつので、ディスクの高速回転化によるたわみをより小さく抑えることができ、高TPIハードディスクの実現のため基板材料として好適である。
本発明の結晶化ガラスは、耐熱性、表面平滑性、化学耐久性、光学的性質及び機械的強度に優れているので、磁気ディスク等の情報記録媒体用基板や光磁気ディスク用のガラス基板や光ディスクなどの電子光学用ガラス基板として好適に使用できる。
【００４８】
〔磁気ディスクの説明〕
本発明の情報記録媒体は、本発明の基板と、該基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする。以下、本発明の結晶化ガラスからなる基板の主表面に、少なくとも磁性層を形成した磁気ディスク（ハードディスク）について説明する。
磁性層以外の層としては、機能面から、下地層、保護層、潤滑層、凹凸制御層などが挙げられ、必要に応じて形成される。これらの各層の形成には各種薄膜形成技術が利用される。磁性層の材料は特に制限されない。磁性層としては、例えば、Co系の他、フェライト系、鉄−希土類系などが挙げられる。磁性層は、水平磁気記録、垂直磁気記録のいずれの磁性層でもよい。
磁性層としては、具体的には、例えば、Coを主成分とするCoPt、CoCr、CoNi、CoNiCr、CoCrTa、CoPtCrやCoNiCrPt、CoNiCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtSiO などの磁性薄膜が挙げられる。また、磁性層を非磁性層で分割してノイズ低減を図った多層構成としてもよい。
【００４９】
磁性層における下地層は、磁性層に応じて選択される。下地層としては、例えば、Cr、Mo、Ta、Ti、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Alなどの非磁性金属から選ばれる少なくとも一種以上の材料、又はそれらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。Coを主成分とする磁性層の場合には、磁気特性向上の観点からCr単体やCr合金であることが好ましい。下地層は単層とは限らず、同一又は異種の層を積層した複数層構造とすることもできる。例えば、Al／Cr／CrMo、Al／Cr／Cr等の多層下地層等が挙げられる。
また、基板と磁性層の間又は磁性層の上部に、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することを防止するための凹凸制御層を設けてもよい。この凹凸制御層を設けることによって、磁気ディスクの表面粗さは適度に調整されるので、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することがなくなり、信頼性の高い磁気ディスクが得られる。凹凸制御層の材料及び形成方法は多種知られており、特に制限されない。例えば、凹凸制御層の材料としては、Al、Ag、Ti、Nb、Ta、Bi、Si、Zr、Cr、Cu、Au、Sn、Pd、Sb、Ge、Mgなどから選ばれる少なくとも一種以上の金属、又はそれらの合金、あるいは、それらの酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。形成が容易であるという観点からは、Al単体やAl合金、酸化Al、窒化AlといったAlを主成分とする金属であることが望ましい。
【００５０】
また、ヘッドスティクションを考慮すると、凹凸形成層の表面粗さは、Rmax＝５０〜３００オングストロームであることが好ましい。より好ましい範囲は、Rmax＝１００〜２００オングストロームである。Rmaxが５０オングストローム未満の場合、磁気ディスク表面が平坦に近いため、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが傷ついてしまったり、吸着によるヘッドクラッシュを起こすので好ましくない。また、Rmaxが３００オングストロームを超える場合、グライド高さ（グライドハイト）が大きくなり記録密度の低下を招くので好ましくない。
尚、凹凸制御層を設けずに、ガラス基板表面に、エッチング処理やレーザー光の照射等の手段で凹凸を付け、テクスチャリング処理を施してもよい。
【００５１】
保護層としては、例えば、Cr膜、Cr合金膜、炭素膜、ジルコニア膜、シリカ膜等が挙げられる。これらの保護膜は、下地層、磁性層等とともにインライン型スパッタ装置等で連続して形成できる。また、これらの保護膜は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の膜からなる多層構成としてもよい。
上記保護層上に、あるいは上記保護膜に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層上にテトラアルコキシランをアルコール系の溶媒で希釈した中に、コロイダルシリカ微粒子を分散して塗布し、さらに焼成して酸化ケイ素（SiO2）膜を形成してもよい。この場合、保護膜と凹凸制御層の両方の機能を果たす。
潤滑層としては多種多様な提案がなされているが、一般的には、液体潤滑剤であるパーフルオロポリエーテルをフレオン系などの溶媒で希釈し、媒体表面にディッピング法、スピンコート法、スプレイ法によって塗布し、必要に応じて加熱処理を行って形成する。
【００５２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明の詳細を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表1〜５には実施例１〜４２のガラス組成をモル％（または重量％）で示した。尚、表１〜５に記載の組成は原料の組成であるが、実施例１〜１５の結晶化ガラスについて原料組成と結晶化ガラス組成を分析比較した結果、両者の差は±0.1モル％以内であった。従って、表１〜５に示す原料ガラス組成は、結晶化ガラス組成と実質的に同一である。
【００５３】
実施例におけるこれらのガラスを熔解する際の出発原料としては、SiO2、Al2O3、Al(OH)3、MgO、Y2O3、TiO2、ZrO2、KNO3、Sr(NO3)2、Sb2O3などを用いて表1〜５に示した所定の割合に２５０−３００g秤量した。尚、表には示していないが、全てのガラスはSb2O3を０．０３モル％を含有する。秤量した原料を十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１５５０℃で攪拌しながら空気中4−５時間ガラスの熔解を行った。熔融後、ガラス融液をサイズ１８０×１５×２５mmのカーボンの金型に流し、ガラスの転移点温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールして炉内で室温まで放冷した。得られたガラスは顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。
【００５４】
１８０×１５×２５mmサイズのガラスを１００×１０×１０mm、１０×１０×２０mm、１０×１×２０mmに研磨した後、熱処理炉に入れ、表1〜５に示した第一次熱処理温度まで1−5℃／分の昇温速度で昇温し、当該温度で2−10時間程度保温し第一次熱処理を行い、第一次熱処理を終えた後直ちに第一次熱処理温度から表1〜５に示した第二次熱処理温度までに2−10℃／分の昇温速度で昇温し、1−５時間程度保温した後、炉内で室温まで冷却することによって結晶化ガラスを作製した。得られた結晶化ガラスをさらに長さを95mmに研磨してヤング率、比重の測定サンプルとした。測定で得られたデータをガラスの組成と共に表1〜５に示した。
比較のため、特開平１−２３９０３６号に開示されたイオン交換ガラス基板と米国特許第2,516,553号に記載されたガラス基板とをそれぞれ比較例１及び２として、表６に組成と特性を記載する。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】
【表４】
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
(1)結晶種の同定
CuのKα線を用いて結晶化後のガラスを粉末にしたものについてX線回折を測定した。(装置:マックサイエンス製X線回折装置MXP18A、管電圧:50kV、管電流:300mA、走査角度10-90°)得られたX線回折のピークから、析出している結晶の同定を行った。
(2)物性測定方法
比重（密度）測定
ガラスサンプル自体を比重測定用サンプルとした。装置は、アルキメデス法を利用した電子比重計（ミラージュ貿易（株）製ＭＤ−２００Ｓ）を用いた。室温での比重の測定精度は±0.001g/cm3である。
ヤング率測定
端面積１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角、長さ５０〜１００ｍｍの平行出しされたサンプルを用い、ヤング率測定前に、比重（密度）測定及び試料長さをノギスで測定し、それらを測定条件として用いた。装置は、（株）超音波工業製ＵＶＭ−２を用いた。縦波（Ｔｌ１、Ｔｌ２）及び横波（ＴＳ１、ＴＳ２）を測定する際、深触子接触媒体として、縦波の場合は「水」を、横波の場合は「ソニコートＳＨＮ２０若しくはＳＨＮ−Ｂ２５」を深触子とサンプル端面に塗布した。同一サンプルに対して縦波２回以上、横波５回以上の繰り返し測定を行い、平均を算出した。尚、この操作により、ポアソン比も同時に得られる。ヤング率の測定精度は±1Gpaであり、ポアソン比の測定精度は±0.001である。
熱機械測定（ Thermal Mechanical Analysis ）
結晶化後の結晶化ガラスサンプルから試験片を切り出し、φ5mm×20mmの円柱状に研削加工し、TMA測定用サンプルとした。測定装置は(株)リガク製TAS100を用いた。測定条件は、昇温速度4K/min、最大温度350℃とした。
原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscopy)
結晶化ガラスサンプルから30×25×1mmに加工し、30×15mmの2平面を精密光学研磨したものをAFM測定用サンプルとした。装置は、Digital Instrument社製Nano Scope IIIを用いた。測定条件は、Tapping mode AFMで測定範囲、2×2μmまたは5×5μｍ、サンプル数256×256、スキャンレート1Hzとし、データ処理条件、Planefit Auto order 3(X,Y)、Flatten Auto order 3とした。Integral gain, Proportion gain, Set point は測定毎に調整した。尚、測定の前処理として、研磨されたサンプルはクリーンルーム内大型洗浄機にて純水、IPAなどによる洗浄を行った。
透過率測定
2平面を精密光学研磨した1mm厚のものを透過率測定用サンプルとした。装置は、HITACHI分光器U-3410を用い、測定波長は600nmとした。
結晶化度
結晶化ガラス試料について、Ｘ線の全散乱強度を測定し、その結果から、結晶化度ｘ（％）は以下の式により求めることができる。Ｘ線回折装置としては、マックサイエンス製X線回折装置MXP18Aを用いた。
【００６２】
【数４】
ｘ＝（１−（ΣＩａ／ΣＩａ１００））×１００
ｘ＝（ΣＩｃ／ΣＩｃ１００）×１００
Ｉａ：未知物質の非晶質部分の散乱強度
Ｉｃ：未知物質の結晶質部分の散乱強度
Ｉａ１００：１００％非晶質試料の散乱強度
Ｉｃ１００：１００％結晶質試料の散乱強度
【００６３】
熱膨張係数測定
ガラスサンプルを切り出し、φ50nm×20nmの円柱状に研削加工し、TMA測定用サンプルとした。測定装置は(株)リガク製TAS100を用いた。測定条件は、昇温速度4K/min、最大温度350℃とし、100〜300℃における熱膨張係数を測定した。
【００６４】
表１〜５に示す結果から明らかなように、実施例１〜４２の本発明の結晶化ガラスはヤング率（140Gpa以上）や比弾性率（40-60MNm/kgの範囲）などの強度特性が大きい。そのため、これらのガラスを磁気記録媒体等の情報記録媒体用基板として使用した場合、このガラス基板が高速回転しても、基板に反りやブレが生じにくく、より基板の薄型化にも対応できることが分かる。また、実施例１、実施例４、及び実施例１０の熱処理前のガラスについて液相温度を測定したところ、それぞれ1300℃、1290℃、及び1270℃であり、ガラスの溶融及び成形の面から要求される液相温度（例えば1350℃以下）を満足するものであった。また、実施例１〜４２の結晶化ガラスについて、透過電子顕微鏡（TEM）を用いて結晶粒子の平均粒径を測定したところ、平均粒径が20-30nmのものから100〜150nmのものまであった。また、全ての実施例の結晶化ガラスについて、表面粗さ測定用に光学ガラス研磨を施したサンプルの研磨面について、原子間力顕微鏡(AFM)による表面観察を行った。その結果、実施例20、21及び24以外の結晶化ガラスの表面粗さ（Ra(JIS B0601)）は0.5nm以下であった。これらの結晶化ガラスの表面粗度（Ra(JIS B0601)）は、例えば、合成ダイヤモンド、炭化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化セリウムなどの研磨剤を用いる通常の光学ガラスの研磨法で0.5nm以下に研磨することができる。そのため、平坦性に優れた基板を得ることができ、磁気ヘッドの低浮上化を図ることを目的とする磁気記録媒体用ガラス基板として有用である。本発明の結晶化ガラスは、厚さ1mmの場合、波長600nmでの透過率が50%以上であり、ある程度透明性があった。かかる透明性は、所望の結晶種、結晶粒径が得られているかの指標にもなり得る。本発明の結晶化ガラスの場合、上記透過率は、例えば、６０〜９０％になり得る。例えば、結晶粒径が小さいほど、上記透過率が大きくなる。
【００６５】
これに対し、表６に示す比較例１の化学強化ガラス基板は、表面平滑性及び平坦性に優れているものの、耐熱性及びヤング率などの強度特性で本発明の結晶化ガラスに比べかなり劣る。従って、磁気記録媒体を製造する際、高い保磁力を得るために行う磁気層に対する熱処理が十分できず、高保磁力を有する磁気記録媒体が得られないし、また、比較例１のガラスには多量のアルカリを含有するため、磁気膜と基板とのコロージョンが生じやすく、磁気膜にダメージを与えるおそれがある。
また、比較例２の結晶化ガラス基板は、ヤング率や比弾性率及び平滑性の点で本発明のガラスに比べ劣る。特に基板の平滑性が大きな結晶粒子の存在によって損なわれるので、高密度記録化を図ることが難しい。
【００６６】
磁気ディスクの製造方法
図１に示すように、本発明の磁気ディスク１は、上記実施例1の結晶化ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成したものである。
各層について具体的に説明すると、基板２は、外円半径32.5mm、内円半径10.0mm、厚さ0.43mmの円板上に加工したものであって、その両主表面を表面粗さがRa(JIS B0601)＝４オングストローム、Rmax＝４０オングストロームとなるように精密研磨したものである。
凹凸制御層は、平均粗さ５０オングストローム、表面粗さRmaxが１５０オングストローム、窒素の含有量が５〜３５％のAlＮの薄膜である。
下地層は、厚さ約６００オングストロームのCrＶの薄膜で、組成比はCr：８３ａｔ％、Ｖ：１７ａｔ％である。
磁性層は、厚さ約３００オングストロームのCoPtCrの薄膜で、組成比はCo：７６ａｔ％、Pt：６．６ａｔ％、Cr：１７．４ａｔ％である。
保護層は、厚さ約１００オングストロームのカーボン薄膜である。
潤滑層は、パーフルオロポリエーテルからなる潤滑層をスピンコート法によって、カーボン保護層上に塗布して厚さ８オングストロームに形成したものである。
【００６７】
次に、磁気ディスクの製造方法について説明する。
まず、実施例1で製造した結晶化ガラスを、外円半径32.5mm、内円半径10.0mm、厚さ0.5mmの円板上に研削加工し、その両主表面を表面粗さがRa(JIS B0601)＝４オングストローム、Rmax＝４０オングストロームとなるように精密研磨して磁気ディスク用結晶化ガラス基板を得る。
次いで、上記ガラス基板を基板ホルダーにセットした後、インラインスパッタ装置の仕込み室に送り込む。続いて、結晶化ガラス基板のセットされたホルダーを、Alターゲットがエッチされた第一チャンバーに送り込み、圧力４mtorr 、基板温度３５０℃、Ar＋N2ガス（N2＝４％）雰囲気でスパッタリングする。その結果、結晶化ガラス基板上に、表面粗さRmax＝１５０オングストローム、膜厚５０オングストロームのAlＮ薄膜（凹凸形成層）が得られた。
次に、AlＮが成膜された結晶化ガラス基板のセットされたホルダーを、CrＶ（Cr：８３ａｔ％、Ｖ：１７ａｔ％）ターゲットが設置された第二チャンバー、CoPtCr（Co：７６ａｔ％、Pt：６．６ａｔ％、Cr：１７．４ａｔ％）ターゲットが設置された第三チャンバーに連続的に順次送り込み、基板上に成膜する。これらの膜は、圧力２mtorr 、基板温度３５０℃、Ar雰囲気中でスパッタリングし、膜厚約６００オングストロームのCrＶ下地層、膜厚約３００オングストロームのCoPtCr磁性層を得る。
次いで、凹凸制御層、下地層、磁性層が形成された積層体を、加熱処理するための加熱ヒーターが設けられた第四チャンバーに送り込む。このとき第四チャンバー内をArガス（圧力２mtorr ）雰囲気にし、熱処理温度を変化させて熱処理を行う。
上記基板をカーボンターゲットが設置された第五チャンバーに送り込み、Ar＋H2ガス（H2＝６％）雰囲気中で成膜したこと以外は上記CrＶ下地層及びCoPtCr磁性層と同じ成膜条件で、膜厚約１００オングストロームのカーボン保護層を得る。
最後に、カーボン保護層の形成までを終えた基板を上記インラインスパッタ装置から取り出し、そのカーボン保護層の表面に、ディッピング法によってパーフルオロポリエーテルを塗布して厚さ８オングストロームの潤滑層を形成して磁気ディスクを得た。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板は、容易に成形することができ、１４０GPa以上の大きなヤング率及び高い耐熱性を有し、優れた表面加工性及び表面平滑性（表面粗さRa(JIS B0601)＜１０オングストローム）をもち、かつ硬度や強度の大きい基板材料として用いることができる。
また、本発明の結晶化ガラスからなる基板は、当該材料の耐熱性が優れるため、磁気膜の特性向上に必要な熱処理を基板の変形無しに施すことができ、平坦性が優れるため、磁気ヘッドの低浮上化、即ち高密度記録化が達成でき、ヤング率や比弾性率及び強度が大きいので、磁気ディスクの薄型化及び高速回転化を達成できると共に磁気ディスクの破損も避けられるという利点を有する。
さらに本発明の結晶化ガラスは、比較的安定に得ることができ、工業的規模での生産が容易であるため、安価な次世代磁気記録媒体用基板ガラスとして大きく期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶化ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成した本発明の磁気ディスク１の概略断面図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の情報記録媒体に用いられる基板用に適した結晶化ガラス、この結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板および該情報記録媒体用基板を用いた情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターなどの磁気記憶装置の主要構成要素は、磁気記録媒体と磁気記録再生用の磁気ヘッドである。磁気記録媒体としてはフレキシブルディスクとハードディスクとが知られている。このうちハードディスク用の基板材料としては主としてアルミニウム合金が使用されてきている。最近、ノートパソコン用ハードディスクドライブの小型化や磁気記録の高密度化にともなって磁気ヘッドの浮上量が顕著に減少してきている。これに伴い、磁気ディスク基板の表面平滑性について、きわめて高い精度が要求されてきている。しかし、アルミニウム合金の場合には、硬度が低いことから高精度の研磨材及び工作機器を使用して研磨加工を行っても、この研磨面が塑性変形するので、ある程度以上高精度の平坦面を製造することは困難である。たとえアルミニウム合金の表面にニッケル−リンめっきを施しても、表面粗さRa(JIS B0601)を５オングストローム以下にすることはできない。さらに、ハードディスクドライブの小型化・薄型化が進展するのにつれて、磁気ディスク用基板の厚みを小さくすることも強く要求されている。しかし、アルミニウム合金は、強度、剛性が低いので、ハードディスクドライブの仕様から要求される所定の強度を保持しつつ、ディスクを薄くすることは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高剛性、高耐衝撃性、高表面平滑性を必要とされる磁気ディスク用ガラス基板が登場してきた。このうち、基板表面をイオン交換法で強化した化学強化ガラス基板や、結晶化処理を施した結晶化基板などがよく知られている。
イオン交換強化ガラス基板としては、例えば、特開平１−２３９０３６号公報に開示のガラスが知られている。このイオン交換強化ガラス基板は、重量％表示で、SiO2：５０−６５％、Al2O3：０．５−１４％、R2O（ただしＲはアルカリ金属イオン）：１０−３２、ZnO：１−１５％、B2O3：１．１−１４％を含むガラスをアルカリイオンによるイオン交換法によってガラス基板の表面に圧縮応力層を形成し強化された磁気ディスク用ガラス基板である。
【０００４】
また、結晶化ガラスとしては、例えば、特許第２５１６５５３号公報に記載のものがある。この結晶化ガラスは、重量％表示で、SiO2：６５−８３％、Li2O：８−１３％、K2O：０−７％、MgO：０．５−５．５％、ZnO：０−５％、PbO：０−５％（ただしMgO+ZnO+ PbO：０．５−５％）P2O5：１−４％、Al2O3：０−７％、As2O3+Sb2O3：０−２％を含み、主結晶として微細なLi2O・２SiO2結晶粒子を含む磁気ディスク用結晶化ガラスである。
さらに、特開平７−２９１６６０号公報にも、結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、重量百分率で、SiO2 ３８％〜５０％、Al2O3 １８％〜３０％、ＭｇＯ １０％〜２０％、ただし、重量比で、Al2O3／MgO＝１．２〜２．３、B2O3 ０％〜５％、CaO ０％〜５％、BaO ０％〜５％、SrO ０％〜５％、ZnO ０．５％〜７．５％、TiO2 ４％〜１５％、ZrO2 ０％〜５％、As2O3および／またはSb2O3 ０％〜２％、の組成から成るガラスを溶融し、成形した後、熱処理することにより得られる。このガラスは、結晶として、コージェライト系結晶を含有することを特徴とするコージェライト系結晶化ガラスである。さらに、この結晶化ガラスからなる磁気ディスク用基板も開示されている。
【０００５】
また、特開平９−７７５３１号公報（米国特許5,476,821号）にも結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、ヤング率が約14×106 から約24×106 psi（９６〜１６５Gpa）までの範囲にあり、破壊靱性が1.0 Mpa.m1/2 より大きいガラスセラミック製品である。さらに、この結晶化ガラスは、ケイ質を多く含む残存ガラスマトリックス相中に均一に分散している均一な大きさの尖晶石型結晶から主になる結晶相集成体から構成され、酸化物基準の重量パーセントで表して、35−60％のSiO2 と、20−35％のAl2O3と、０−25％のMgOと、０−25％のZnOと、０−20％のTiO2 と、０−10％のZrO2と、０−２％のLi2Oと、０−８％のNiOとから実質的になり、MgO＋ZnOの合計が少なくとも約10％であり、BaO、CaO、PbO、SrO、P2O5、B2O3、およびGa2O3からなる群より選択される５％までの任意の成分と、Na2O、K2O、Rb2O、およびCs2Oからなる群より選択される、０−５％のR2Oと、０−８％の遷移金属酸化物とを含んでもよく、Al2O3が約25％未満の量しか含まれない場合には、TiO2 ＋ZrO2 ＋NiOの合計量が５％以上である組成を有するガラスセラミックである。上記公報には、このガラスセラミックからなる磁気ディスク用基板も開示されている。
【０００６】
また、米国特許第5,491,116号にも結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、破壊係数が少なくとも約15,000psi、ヌープ硬度が約760KHNを超え、ヤング率が約20×106 psi、及び破壊靱性が1.0Mpa.m1/2より大きいガラスセラミック製品である。主結晶は、エンスタタイト又はその固溶体及びスピネル（尖晶石型結晶）からなり、重量％で、35-60％のSiO2、10-30％のAl2O3、12-30％のMgO、0-10％のZnO、5-20％のTiO2、及び0-8％のNiOから実質的になる組成を少なくとも９２％含む結晶化ガラスである。さよに、この結晶化ガラスからなる磁気ディスク用基板も開示されている。尚、上記特許に記載の結晶化ガラスと同一のガラスがJournal of Non-Crystalline Solids 219(1997)219-227にも開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近のハードディスクの小型化、薄型化、記録の高密度化に伴って、磁気ヘッドの低浮上化及びディスク回転の高速化が急速に進んでいる。そのため、ディスク基板材料の強度やヤング率、表面平滑性などが一層厳しく要求されてきている。特にパソコン及びサーバー用３.5インチハードディスク情報記録の高密度化によって基板材料の表面平滑性及び表面平坦性が厳しく要求され、またデータ処理の高速化に対応してディスクの回転数を10000rpm以上にする必要がある。そのため、基板材料の剛性度に対する要求が一層厳しくなってきており、従来のアルミ基板の限界がすでにはっきりとしている。今後、ハードディスクの高容量化、高速回転化の需要が必然であるかぎり、磁気記録媒体用基板材料としては高ヤング率、高強度、優れた表面平坦性、耐衝撃性などが強く要求されることは明らかである。
【０００８】
ところが、前述の特開平１−２３９０３６公報に開示されているような化学強化ガラスは、ヤング率が約８０Gpa程度であり、今後のハードディスクの厳しい要求に対応できない。これまでのイオン交換強化基板ガラスはイオン交換のため多量のアルカリイオンをガラスに導入しており、そのためほとんどの強化ガラスのヤング率は低い(90Gpa)。さらに、剛性度も低いので、3.5インチのハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応できない。また、イオン交換による化学強化を施したガラスには多量のアルカリ成分含まれる。そのため、高温、多湿環境下において長時間使用すると磁気膜のピンホール部または磁気膜の周辺部など磁気膜が薄い部分またはガラスが露出した部分からアルカリイオンが析出し、これが引き金となって磁気膜が腐食或いは変質するなどの欠点もある。さらに磁気記録媒体の製造過程においては、ガラス基板上に磁気層を設けた後に、磁気層の保磁力などの特性を向上させるために所定の熱処理を施される場合がある。しかし、上記従来のイオン交換強化ガラスではガラスの転移温度がせいぜい５００℃程度であり、耐熱性に乏しいので、高保磁力が得られないという問題もある。
【０００９】
また、前述の特許第２５１６５５３号公報に開示されているような従来の結晶化ガラスは、ヤング率や耐熱性の点では、上記の化学強化ガラス基板より少々優れている。しかし、表面粗さが１０オングストローム以上であり、表面平滑性が乏しく、磁気ヘッドの低浮上化に限界がある。そのため、磁気記録の高密度化に対応できないという問題がある。さらに、ヤング率もせいぜい90-100Gpa程度であり、3.5インチハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応することもできない。
また、前述の特開平７−２９１６６０号公報に開示されている結晶化ガラスは、ヤング率がせいぜい１００〜１３０ＧＰａであり、十分とは言えない。さらに、中心線平均粗さ（Ｒａ）が８オングストローム程度の表面平滑性しか有さず、平滑性に劣る。加えて、ガラスの液相温度も１４００℃程度と高く、製造しにくいという欠点がある。
【００１０】
さらに、前述の特開平９−７７５３１号公報に開示されている結晶化ガラスは、その主結晶がスピネルであるため、非常に研磨しにくいという欠点がある。さらには、ガラスの液相温度が１４００℃以上と高く、高温溶融及び高温成形し難いという欠点もある。
さらに、米国特許5,491,116及びJournal of Non-Crystalline Solids 219(1997) 219-227の結晶化ガラスはスピネルと共にエンスタタイトが多く含まれている。従って、特開平９−７７５３１号公報に開示された結晶化ガラスよりは研磨のし易さは改善されていると考えられる。しかし、依然としてスピネルが含まれているため、研磨性は充分とは言い難い。即ち、依然として所望の表面粗さを得るために要する研磨時間が長く、生産性が悪いという問題点があった。
【００１１】
さらに、特許第２６４８６７３号公報に記載のガラスは、1200℃以上の使用温度を目的とした耐火性ガラスセラミックスであるために、情報記録媒体用基板として用いることが困難である。即ち、熔解温度が高く製造し難く、さらに結晶サイズが大きく、情報記録媒体に要求される表面平滑性を得ることができない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、近い将来の磁気磁気記録媒体用基板の薄型化、高強度、高耐熱性、高対衝撃性などの要求を考慮して、ヤング率、強度及び耐熱性が高く、表面平滑性や表面均質性及び表面加工性に優れ、かつガラスの液相温度が比較的低く安価に製造できる、結晶化ガラスからなる磁気ディスク等の情報記録媒体用基板を提供することにある。
さらに本発明の目的は、上記結晶化ガラスからなる基板を用いた磁気ディスク等の情報記録媒体を提供することにある。
また、本発明は、上記結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らが種々検討した結果、１４０Gpa以上の高いヤング率及び良好な表面平滑性及び優れた表面加工性を有し、液相温度が比較的低い情報記録媒体用基板に適した結晶化ガラスが得られることを見出して、本発明に至った。
本発明は、以下の通りである。
【００１４】
［請求項１］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２］Al2O3とMgOとのモル比（Al2O3／MgO）が0.2以上0.5未満である請求項1に記載の基板。
［請求項３］SiO2：40−60モル％
Al2O3： 7−22モル％
MgO： 12−35モル％
TiO2： 5.5−14 モル％
を含有する請求項１または２に記載の基板。
［請求項４］10モル％以下のY2O3を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項５］10モル％以下のZrO2を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板。
［請求項６］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項７］SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、結晶化度が２０〜７０体積％である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項８］0.3〜8モル％のY2O3を含有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板。
［請求項９］1〜10モル％のZrO2を含有する請求項１〜８に記載の基板。
［請求項１０］1〜5モル％のZrO2を含有する請求項９に記載の基板。
［請求項１１］5モル％以下のR2O(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)を含有する請求項1〜５及び８〜１０のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１２］R2OがK2Oである請求項１１に記載の基板。
［請求項１３］TiO2の含有量が8〜14 モル％である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１４］ヤング率が140Gpa以上である請求項1〜１３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１５］SiO2：35−43モル％
Al2O3： 9−20モル％
MgO： 30−39モル％
Y2O3： 1−3モル％
TiO2： 8.5−15 モル％
ZrO2： 1−5 モル％
である請求項1または２に記載の基板。
［請求項１６］SiO2／MgOモル比が1.35以下である請求項１５に記載の基板。
［請求項１７］ヤング率が160Gpa以上である請求項1５または１６に記載の基板。
［請求項１８］結晶粒子の平均粒子径が100nm以下である請求項1〜１７のいずれか１項に記載の基板。
［請求項１９］結晶粒子の平均粒子径が70nm以下である請求項1〜１８のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２０］表面粗さRa(JIS B0601)が1nm以下である研磨面を有する請求項1〜１９のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２１］表面粗さRa(JIS B0601)が1nm以下である研磨面を有し、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２２］ 表面粗さRa(JIS B0601)が0.5nm以下である研磨面を有する請求項２１に記載の基板。
［請求項２３］波長が600nmである光の透過率が1mm厚のときに10%以上である請求項１〜２２に記載の基板。
［請求項２４］熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃である請求項１〜２３に記載の基板。
［請求項２５］主結晶としてエンスタタイト及び/又はその固溶体を含み、かつ少なくとも前記主結晶の平均結晶粒子径が100nm未満である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２６］少なくとも前記主結晶の平均結晶粒子径が70nm以下である請求項２５に記載の基板。
［請求項２７］波長が600nmである光の透過率が1mm厚のときに10%以上であり、主結晶がエンスタタイトである結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項２８］結晶化度が５０体積％以上である請求項1〜２７のいずれか１項に記載の基板。
［請求項２９］エンスタタイト及び/又はその固溶体の合量が７０〜９０体積％、チタン酸塩が１０〜３０体積％、エンスタタイト及び/又はその固溶体とチタン酸塩の合量が９０体積％以上である請求項1〜２８のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３０］熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃であり、主結晶としてエンスタタイト及び/又はその固溶体を含む結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項３１］熱膨張係数が７３×１０-7〜８３×１０-7／℃である請求項３０に記載の基板。
［請求項３２］主結晶として石英固溶体を実質的に含有しない請求項1〜３１のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３３］結晶相としてスピネルを実質的に含有しない請求項1〜３２のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３４］ZnOを実質的に含有しない請求項1〜３３のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３５］情報記録媒体が磁気ディスクである請求項１〜３４のいずれか１項に記載の基板。
［請求項３６］請求項１〜３４のいずれか１項に記載の基板と、該基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする情報記録媒体。
［請求項３７］記録層が磁気記録層である請求項３６に記載の情報記録媒体。
［請求項３８］ ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。
［請求項３９］ガラス原料がK2Oを含有し、熔解温度が１４００〜１６００℃である請求項３８に記載の製造方法。
［請求項４０］ガラス原料がY2O3を含有し、熔解ガラスを６００〜６８０℃の成形型で板ガラス状に成形する請求項３８または３９に記載の製造方法。
［請求項４１］ ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、
SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。
［請求項４２］成形したガラスを８５０〜１１５０℃まで昇温して結晶化させる請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の製造方法。
［請求項４３］昇温工程において、成形したガラスを５００〜８５０℃になるまで５〜５０℃／分で昇温し、５００〜８５０℃になった後は０．１〜１０℃／分で昇温する請求項４２に記載の製造方法。
［請求項４４］ SiO2、Al2O3、MgO及びTiO2を含有するガラスを８５０〜１１５０℃で熱処理することにより結晶化する工程を含む方法により製造された、
SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、ZnOを含有しない結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項４５］SiO2、Al2O3、MgO及びTiO2を含有するガラスを８５０〜１１５０℃で熱処理することにより結晶化する工程を含む方法により製造された、
SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
Y2O3： 0−10モル％
ZrO2： 0−10 モル％
R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)
As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％
SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。
［請求項４６］前記熱処理は１〜４時間行われる請求項４４または４５に記載の基板。
［請求項４７］前記熱処理は、８７５〜１０００℃で行われる請求項４４〜４６のいずれか一項に記載の基板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔結晶化ガラス〕
本発明の情報記録媒体用基板は、SiO2：35−65モル％、Al2O3： 5−25モル％、MgO： 10−40モル％、及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、かつ主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなるものである。
本発明の基板を構成する結晶化ガラスにおけるガラスを構成する各成分について以下に説明する。尚、以下「％」は特に断わらない限り、「モル％」を意味する。
【００１６】
SiO2はガラスの網目構造の形成物であり、主な析出結晶であるMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体の構成成分でもある。SiO2の含有量が35%未満では熔解したガラスが非常に不安定なので、高温成形ができなくなるおそれがあるうえ、上記のような結晶も析出し難しくなる。また、SiO2の含有量が35%より少なくなると、残存ガラスマトリックス相の化学耐久性が悪化したり、耐熱性も悪化する傾向がある。一方、SiO2の含有量が65%を超えると、主結晶としてエンスタタイトが析出しにくくなり、ガラスのヤング率が急激に小さくなる傾向がある。そのため、SiO2の含有量は、析出結晶種及びその析出量、化学耐久性、耐熱性及び成形・生産性を考慮すると、35−65%の範囲である。より好ましい物性を有する結晶化ガラスが得られるという観点から、SiO2の含有量は、好ましくは、40−60%の範囲である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、SiO2の含有量が35〜43％であることが好ましい場合がある。
【００１７】
Al2O3はガラスの中間酸化物であり、ガラス表面硬度の向上に寄与する。しかし、Al2O3の含有量が 5％未満ではガラスマトリックス相の化学耐久性も低下し、基板材料に要求される強度が得られにくくなる傾向がある。一方、Al2O3の含有量が25％を超えると、主結晶としてのエンスタタイトの析出がしにくくなるとともに、溶融温度が高くなってガラスが溶けにくくなるうえ、失透しやすくなって容易に成形しにくくなる傾向がある。従って、ガラスの熔解性、高温度成形性、析出結晶種などを考慮して、Al2O3の含有量は5−25%の範囲、好ましくは7−22％の範囲とすることが適当である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、Al2O3の含有量が9〜20％であることが好ましい場合がある。
【００１８】
MgOはガラスの修飾成分であり、MgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及びその固溶体の結晶の主成分でもある。MgOの含有量が10％未満では上記のような結晶が析出しにくく、ガラスの失透傾向及び溶融温度が高く、かつガラス成形の作業温度幅が狭くなる傾向がある。一方、MgOの含有量が40％を超えると、ガラスの高温粘性が急激に低くなって熱的に不安定となり、生産性も悪化し、ヤング率や耐久性も低下する傾向がある。そこで、MgOの含有量は、ガラスの生産性、化学耐久性、高温粘性及び強度などを考慮すると、10−40%の範囲であること、好ましくは12−35％の範囲であることが適当である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性は多少劣るが、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、MgOの含有量が30〜39％であることが好ましい場合がある。
【００１９】
但し、モル比（Al2O3／MgO）は０．５未満となるように、MgO及びAl2O3の含有量は調整する。モル比（Al2O3／MgO）が、０．５以上になると、結晶化ガラスのヤング率が急激に低下する傾向があるからである。Al2O3／MgO＜０．５とすることで、150ＧＰａ以上の高ヤング率を有する結晶化ガラスを得ることもできる。好ましくはAl2O3／MgO＜０．４５である。但し、Al2O3／MgOのモル比を小さくし過ぎると、ガラスの高温粘性が低下する傾向及び結晶粒子が大きくなる恐れがあるのでAl2O3／MgO比は０．２以上、好ましくは０．２５以上であることが適当である。
【００２０】
TiO2はMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体の結晶相析出の核生成剤でる。さらに、TiO2は、SiO2の含有量が少ない場合に、ガラスの失透を抑える効果も有する。但し、TiO2の含有量が5%未満の場合、主結晶の核生成剤としての効果が充分に得られず、ガラスが表面結晶化してしまい、均質な結晶化ガラスの作製が難しくなる傾向がある。一方、TiO2の含有量が15%を超えると、ガラスの高温粘性が低くなりすぎて分相したり、失透したりするので、ガラスの生産性が極端に悪化する傾向がある。そのため、ガラスの生産性、化学耐久性、高温粘性、結晶核生成などを考慮すると、TiO2の含有量は5−15%の範囲であること、好ましくは5.5−14％の範囲であることが適当である。より好ましくは、8-14％の範囲である。
尚、後述するように、ほかの成分との組合せで、表面平滑性よりもヤング率を重視したとき、１６０ＧＰａ以上の高いヤング率を有する結晶化ガラスが得られることから、TiO2の含有量が8.5〜15％であることが好ましい場合がある。
【００２１】
本発明の結晶化ガラスにおいて、Y2O3を含むことができる。しかし、後述の実施例で示すように、例えば、2%のY2O3を導入することによって結晶化ガラスのヤング率を10Gpa程度増大でき、かつ液相温度を50−100℃程度低減することができる。即ち、少量のY2O3の導入によってガラスの特性や生産性を格段に向上させることができる。Y2O3の含有量が0.3％以上であれば、上記Y2O3の効果が得られる。Y2O3の含有量は好ましくは0.5％以上である。但し、Y2O3は前述のガラスに含まれる主結晶の成長を抑える力をもつ。そのため、Y2O3の含有量が多過ぎると、ガラスを結晶化させる目的で行われる熱処理において、表面結晶化が起り易く、目的とする結晶化ガラスが作れなくなる傾向がある。このような観点からY2O3の含有量は、10%以下とすることが適当である。特に、Y2O3の含有量は、好ましくは8%以下、より好ましくは3%以下である。
【００２２】
さらに、本発明の結晶化ガラスは、１０％以下のＺｒＯ2を含有することができる。ＺｒＯ2はガラスの安定性を高め、特にＭｇＯを多く含むガラスの安定性の向上に大きな役割を果たすことができる。また、核生成剤としても作用し、ＴｉＯ2の補佐役として予備処理中のガラス分相を促進して結晶粒子の微細化に貢献する。しかし、ＺｒＯ2の含有量が１０％を超えると、ガラスの高温熔解性や均質性が悪化するおそれがあるので、その導入量は１〜１０％であることが適当である。さらに、ガラスの高温熔解性や結晶粒子の均質性などを考慮すると、ＺｒＯ2の導入量は好ましくは０〜６％、さらに好ましくは１〜５％である。
【００２３】
本発明の結晶化ガラスは、高ヤング率などの特性及び均質な結晶性を保つという観点からSiO2、Al2O3、MgO、及びTiO2の合計を９２％以上とする。SiO2、Al2O3、MgO、及びTiO2の合計は、好ましくは９３％以上、より好ましくは９５％以上である。
【００２４】
上記範囲内であれば、上記以外の成分として、結晶化ガラスの所望の特性を損なわない範囲で、アルカリ金属酸化物R2O(例えば、Li2O、Na2O、K2O等)及び／又はアルカリ土類金属酸化物RO(例えば、CaO、SrO、BaO等)等の成分を含んでもよい。アルカリ金属酸化物及び／又はアルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料として硝酸塩を使用できる。ガラス製造の際に脱泡剤としてSb2O3を使用するとガラス熔解用白金坩堝からガラスに白金が混入し易く、ガラス原料として硝酸塩を使用することにより、ガラスへの白金の混入を抑制することができる。アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物の含有量はそれぞれ0.1％以上であることが上記効果を得るという観点から好ましい。但し、アルカリ金属酸化物を含む場合、アルカリ金属酸化物はヤング率を低下させる傾向があることから、その含有量は5％以下とすることが適当である。一方、アルカリ金属酸化物はガラスの熔解温度を下げる効果や、白金熔解炉からの白金の混入物をイオン化して熔解させる効果がある。この場合も、0.1％以上の添加が効果的である。特に、K2Oは、ガラスの熔解温度を下げる効果、及び白金熔解炉からの白金の混入物をイオン化して熔解させる効果とともにヤング率を低下させにくい効果を有するため好ましい。K2Oを含有させる場合、その含有量は、5％以下とすることが適当であり、好ましくは0.1〜2％、より好ましくは0.1〜1％とする。
【００２５】
又、アルカリ土類金属酸化物を含む場合、アルカリ土類金属酸化物は、結晶粒子を大きくする傾向があることから、その含有量は5%以下であることが適当である。アルカリ金属酸化物を含む場合、特に、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%、より好ましくは0.1〜1%のK2Oを含むことが好ましい。アルカリ土類金属酸化物を含む場合、特に、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%のSrOが好ましい。特にガラスの安定化という観点から、SrOが好ましく、その含有量は、0.1〜5%、好ましくは0.1〜2%である。
【００２６】
また、ガラスの均質化を図るために脱泡剤としてAs2O3及び／又はSb2O3を含有させることもできる。ガラスの組成により変化する高温粘性に応じて、適当量のAs2O3やSb2O3或いはAs2O3＋Sb2O3をガラスに添加することで、より均質なガラスが得られる。但し、脱泡剤の添加量が多過ぎると、ガラスの比重が上昇してヤング率を低下させる傾向があり、また熔解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える場合もある。そこで、脱泡剤の添加量は２％以下、好ましくは1.5％以下とすることが適当である。
以上の基本成分の他に原料中の不純物、例えばガラスの清澄剤となるCl、F、SO3等を本発明の結晶化ガラスの特性を損ねることのない、それぞれ１％以下であれば含有させることができる。
又、本発明の結晶化ガラスは、ZnO及びNiOを実質的に含まないことが好ましい。ZnOは、硬い結晶であるスピネルを形成し易くさせるためである。またNiOは、スピネルを形成し易くさせるという観点からも環境に影響する成分であるという観点からも含有させないことが望ましい。
【００２７】
本発明の好ましい情報記録媒体用基板の１つの態様は、SiO2：35−65モル％、Al2O3： 5−25モル％、MgO： 10−40モル％、TiO2： 5−15 モル％、Y2O3： 0−10モル％、ZrO2： 0−6 モル％、R2O： 0−5 モル％(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)、RO： 0−5 モル％(但し、RはCa、Sr、Baからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)、As2O3+Sb2O3： 0−2 モル％、SiO2 + Al2O3 + MgO + TiO2： 92 モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる基板である。
【００２８】
本発明において主結晶とは、本発明の効果を得るために必須の結晶であり、ガラス中の結晶のうち最も多く含有される結晶である。好ましくは主結晶とは、ガラス中の結晶のうち、50体積%以上含有されるものである。尚、本発明の結晶化ガラスは、多くは、エンスタタイト及び/又はその固溶体が７０体積％以上であり、場合によっては８０体積％以上、さらに場合によっては９０体積％以上含有される。本発明の結晶化ガラスにおける主結晶は、例えば、MgO・SiO2及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト（エンスタタイト固溶体を含む）である。また、本発明の結晶化ガラスが、エンスタタイト及びその固溶体を含有する場合、エンスタタイト及びその固溶体の集合を主結晶という。尚、エンスタタイトには、クリノエンスタタイト、プロトエンスタタイト及びエンスタタイトが包含される。さらに、上記の結晶の他にチタン酸塩を含み得る。結晶相の例としては、エンスタタイト及び/又はその固溶体の合量が５０〜１００体積％、チタン酸塩が５０〜０体積％析出したものを挙げることができる。また、エンスタタイト及び/又はその固溶体が７０〜９０体積％、チタン酸塩が３０〜１０体積％析出したものを挙げることができる。このとき、エンスタタイト及び/又はその固溶体とチタン酸塩の合量は、ガラス中の結晶のうち９０体積%以上であることが好ましく、９５体積％以上であることがより好ましく、９９体積％以上であることが最も好ましい。
【００２９】
エンスタタイト及び/又はその固溶体並びにチタン酸塩以外の結晶としては、ムライト、フォステライト、コージェライト、クオーツ、クオーツ固溶体などが挙げられる。しかし、スピネルは含有しない。エンスタタイトは、硬度が低いため（モース硬度５．５）、エンスタタイトを主結晶とする結晶化ガラスは非常に研磨がしやすく、比較的短い時間で所望の表面粗さを得ることができるという特徴がある。さらに、エンスタタイトは、その鎖状又は層状の結晶の形状から、そのすき間にガラス成分が入り込み、粒子サイズが小さくても高いヤング率が得られると考えられる。それに対して、スピネルは、エンスタタイトと比較すると硬い結晶である（モース硬度８）であるため、研磨がしやすいという効果を損ねると考えられる。本発明の結晶化ガラスは石英固溶体を含まないことが好ましい。
【００３０】
また、本発明において、ガラス中の結晶の割合（結晶化度）は、約２０〜７０体積％である。ここで結晶化度は、５０体積％以上であることが、高いヤング率を有する基板とする上で好ましい。但し、結晶化後の後工程の容易さを考慮すると、結晶化度は、２０〜５０体積％、さらには２０〜３０体積％とすることもできる。また、結晶化後の後工程の容易さよりもヤング率の高さを重視する場合には、結晶化度は５０〜７０体積％とすることができる。
さらに、本発明の結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズ(粒径)の平均値は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、30nm以下であることがさらに好ましい。結晶サイズの平均値は100nmを超えると、ガラスの機械強度を低下させるだけでなく、研磨加工時に結晶の欠落を引き起こしてガラスの表面粗度を悪化させるおそれがある。このような結晶粒子のサイズの制御は、主に、含まれる結晶相の種類及び後述の熱処理条件によって行うことができる。本発明においては、本発明における必須成分であるエンスタタイト及び／又はその固溶体の主結晶が得られる熱処理条件において、上記したような微細な結晶のサイズを得ることが可能である。
また、本発明の基板を構成する結晶化ガラスは、熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃であり、さらに７３×１０-7〜８３×１０-7／℃であることができる。熱膨張係数は、情報記録媒体用基板として要求される特性に照らして上記範囲内に設定することができる。
【００３１】
〔結晶化ガラス及び基板の製造方法〕
本発明の結晶化ガラスからなる基板は、公知のガラス基板の製造方法を用いて製造することができる。例えば、高温溶融法、即ち所定の割合のガラス原料を空気中または不活性ガス雰囲気で熔解し、バブリングや脱泡剤の添加や撹拌などによってガラスの均質化を行い、周知のプレス法やダウンロード成形などの方法により板ガラスに成形し、その後、研削、研磨などの加工を施こすことで、所望のサイズ、形状のガラス成形品を得ることができる。本発明の結晶化ガラスは、例えば、１４００〜１６５０℃で熔解することができるが、１５００〜１６５０℃、さらには１５５０〜１６００℃で熔解可能なものを含む。前述のように、例えば、熔解温度を下げる成分としてK2Oの導入は好ましい。
【００３２】
得られたガラス成形品は、結晶化のための熱処理を施される。
熱処理の方法には特に制限はなく、結晶化促進剤の含有量やガラスの転移温度、結晶化ピーク温度などに応じて適宜選択することができる。但し、初期の段階で比較的低温度（例えば、（ガラスの転移温度（Ｔｇ）−３０℃）〜（Ｔｇ＋６０℃）、特にＴｇ〜（Ｔｇ＋６０℃）で熱処理して多数の結晶核を生じさせる。これらの温度は、具体的には７００℃〜８５０℃の範囲である。その後、温度を８５０〜１１５０℃に上げて結晶を成長させることが、結晶を微細化するという観点からは好ましい。このとき、ガラスが５００〜８５０℃になった後は、微細な結晶粒の析出、及び板ガラスの外形変形防止の観点から、昇温速度は０．１〜１０℃／分とすることがより好ましい。但し、ガラスが５００〜８５０℃になるまでは特に昇温速度には制限はないが、５〜５０℃／分とすることができる。また、本発明においては、同じヤング率や同じ結晶粒子の大きさまたは同じ結晶化均質性を有する結晶化ガラスを作製するための結晶核生成熱処理及び結晶成長熱処理の許容温度範囲は30℃以上の温度幅をもつので、結晶化の製造工程を容易に制御することができる。
【００３３】
さらに、本発明においては、熱処理によりMgO・SiO2の組成を有するエンスタタイト及び(Mg・Al)SiO3の組成を有するエンスタタイト固溶体が主結晶として析出する熱処理条件とする。尚、これらの主結晶のほか、フォステライト、コージェライト、チタン酸塩、ムライトなどのその他の結晶が析出してもよいが、エンスタタイトやその固溶体が析出する条件を設定する。そのような条件としては、結晶化のための熱処理として８５０〜１１５０℃、好ましい。８７５〜１０５０℃で加熱することが好ましい。加熱温度が８５０℃未満ではエンスタタイト及びその固溶体が析出しにくい。また、１１５０℃を超えるとエンスタタイト及びその固溶体以外の結晶が析出し易くなる。また、８７５〜１０００℃以下にすることにより、エンスタタイト及び／又はその固溶体の粒径を比較的小さく、例えば、100nm以下、好ましくは50nm以下にすることができる。結晶化のための熱処理時間は、熱処理温度との関係で、結晶化度、結晶粒径に作用するため、所望の結晶化度、結晶粒径によって、適宜選択出来るが、８５０〜１１５０℃の熱処理の場合、１〜４時間とすることが好ましい。
また、結晶化のための熱処理の前に行う核生成処理温度をガラスの転移温度（Ｔｇ）より３０℃低い温度から６０℃高い温度、好ましくはＴｇより０〜６０℃高い温度、より好ましくはＴｇより１０〜５０℃高い温度に設定することが、小さい結晶粒径の結晶を析出させるという観点から適当である。
【００３４】
熱処理を終えた結晶化ガラスの成形品は、必要により研磨することができ、研磨方法については特に制限がない。例えば、合成ダイヤモンド、炭化珪素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素などの合成砥粒や、天然ダイヤモンド、酸化セリウムなどの天然砥粒を用いて、公知の方法により研磨することができる。成形を終え、結晶化する前の成形品を研磨した後、上記結晶化を行うことも出来る。
本発明の本発明の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板は、上記方法において、成形品を基板形状とすることで得ることができる。
本発明の結晶化ガラスから基板は、AFM（原子間力顕微鏡）で測定した平均粗さRa(JIS B0601)で１ｎｍ以下の表面平滑性を有することが好ましい。特に本発明の結晶化ガラスを磁気ディスク基板に用いる場合、表面の平均粗さRa(JIS B0601)は、磁気ディスクの記録密度に大きく影響する。表面粗さが１ｎｍを超えると、高記録密度化を達成しにくくなる。本発明の結晶化ガラスから基板の表面粗さは磁気ディスクの高記録密度化を考慮すると、０．７ｎｍ以下であることがより好ましく、０．５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３５】
エンスタタイトやその固溶体を主結晶として含む本発明の結晶化ガラスからなる基板は、高強度、高硬度、高ヤング率であり、かつ化学的耐久性や耐熱性が優れることから、磁気ディスク基板として有用である。さらに、本発明の結晶化ガラスは、無アルカリ、又は低アルカリであるため、磁気ディスク基板とした場合でも、磁気膜と基板とのコロージョンを大いに低減することができ、磁気膜を最善に保つことができる。
【００３６】
本発明の結晶化ガラス基板は、上記のように、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であるSiO2−Al2O3−MgO系ガラスからなるが、これ以外に、本発明は、SiO2−Al2O3−MgO系ガラス以外のガラスであって、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなり、かつ表面粗さRa(JIS B0601)が１ｎｍ以下である研磨面を有する情報記録媒体用結晶化ガラス基板を包含する。尚、ここで主結晶とは、ガラス中の結晶のうち５０体積％以上含有されるものである。この結晶化ガラスは、多くの場合、エンスタタイト及び／又はその固溶体が結晶のうち７０体積％以上、又、場合によっては８０体積％以上、さらには９０体積％以上含有されるものである。また、この結晶化ガラスにおいて、ガラス中の結晶の割合は、おおよそ２０〜７０％程度である。
【００３７】
この態様の結晶化ガラス基板においては、結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズ(粒径)の平均値(結晶粒子の平均粒子径)は、０．５μm以下であることが好ましく、０．３μm以下であることがより好ましく、０．１μm以下であることがさらに好ましい。結晶化ガラスに含まれる結晶のサイズの平均値は、最も好ましくは、５０ｎｍ以下である。結晶サイズの平均値は０．５μmを超えると、ガラスの機械強度を低下させるだけでなく、研磨加工時に結晶の欠落を引き起こしてガラスの表面粗度を悪化させるおそれがある。このような結晶粒子のサイズの制御は、主に、含まれる結晶相の種類及び後述の熱処理条件によって行うことができるが、本発明においては、本発明における必須成分であるエンスタタイト及び／又はその固溶体の主結晶が得られる熱処理条件において、上記したような微細な結晶のサイズを得ることが可能である。結晶粒子径が小さいと、波長600nmの光の透過率が1mm厚さの結晶化ガラス基板に対して大きくなる。本発明の基板においては、厚さ1mmの結晶化ガラス基板についての波長600nmの光の透過率は、10%以上であり、50%以上、さらに60〜90%以上にもなり得る。
【００３８】
この態様の結晶化ガラス基板は、ヤング率が140Gpa以上であることが高速回転基板として好ましい。また、本発明の結晶化ガラス基板は、主結晶として石英固溶体を実質的に含有しないことが好ましい。さらに、本発明の結晶化ガラス基板は、結晶相としてスピネルを実質的に含有しないことが好ましい。スピネルは、エンスタタイトと比較すると硬い結晶である（モース硬度８）であるため、研磨しにくく、表面粗さRa(JIS B0601)が１ｎｍ以下である研磨面が得られにくい。
【００３９】
高ヤング率の必要性は、次のような事実に基づき説明することができる。即ち、最近、ＨＤＤの小型化、高容量化、高速化に伴って、将来の磁気記録媒体陽基板の厚みは恐らく現在3.5インチの0.8mmから0.635mmへと、2.5インチの0.635mmから0.43mmさらに0.38mmへと薄くなり、基板の回転速度も現在の最高速度の10000rpmから14000rpmへと高速回転化すると予測されている。このような磁気記録媒体用基板は薄くなればなるほど、基板のたわみやうねりや反りが生じしやくなり、また高速回転すればするほど基板の受ける応力（回転によって生じる風圧に基づくディスクに働く力）が大きくなることが予想できる。力学の理論に基づけば、単位面積当たりＰの荷重を受けている円板のたわみＷは以下のように表される。
【００４０】
【数１】
但し、 ａは円板の外円径、ｈは基板の厚み、Eは円板材料のヤング率である。静止状態においては、円板に加わる力は重力のみであり、たわみは、円板材料の比重をｄとすると、
【００４２】
【数２】
と表される。ここでＧは円板材料の比弾性率（＝ヤング率／比重）である。
一方、円板の回転状態においては、重力成分は遠心力成分をバランスして無視できると考えた場合、円板に加わる力は回転に基づく風圧としてよい、風圧は円板回転速度の関数であり、一般的にその２乗に比例すると言われている。従って、円板が高速回転するときのたわみは以下のように表される。
【００４４】
【数３】
この結果から、高速回転化基板のたわみを押さえるためにはヤング率の高い基板材料が必要となることがわかる。本発明者らの計算によると2.5インチ基板の厚みを0.635mmから0.43mmに、3.5インチ基板の厚みを0.8mmから0.635mmに薄くすると基板材料の比弾性率は少なくとも37MNm/kg以上であることが要求される。また、3.5インチハイエンド基板の回転速度を現在の7200rpmから将来の10000rpmに高速化すれば、70Gpa程度のヤング率をもつアルミ基板で対応できなくなり、少なくとも110Gpa以上のヤング率を有する新しい基板材料が必要とされる。基板材料の比弾性率またはヤング率が高ければ高いほど基板の剛性度が高くなるだけでなく、基板の耐衝撃性も強度もともに大きくなるので、高い比弾性率及び大きなヤング率を持つガラス材料がＨＤＤの市場から強く要求されている。
【００４６】
本発明では、SiO2：35−43モル％、Al2O3： 9−20モル％、MgO： 30−39モル％、Y2O3： 1−3モル％、TiO2： 8.5−15 モル％、ZrO2： 1−5 モル％を含有する基板が、160Gpa以上の高いヤング率を有する。この場合、SiO2／MgOモル比は1.35以下であることが適当である。
【００４７】
本発明の結晶化ガラスからなる磁気ディスク基板は、磁気ディスク基板として必要な表面平滑性、平坦性、強度、硬度、化学耐久性、耐熱性などをすべて満足することができる。また、従来の結晶化ガラス（Li2O−SiO2系結晶化ガラス）に比べ、約２倍程度のヤング率をもつので、ディスクの高速回転化によるたわみをより小さく抑えることができ、高TPIハードディスクの実現のため基板材料として好適である。
本発明の結晶化ガラスは、耐熱性、表面平滑性、化学耐久性、光学的性質及び機械的強度に優れているので、磁気ディスク等の情報記録媒体用基板や光磁気ディスク用のガラス基板や光ディスクなどの電子光学用ガラス基板として好適に使用できる。
【００４８】
〔磁気ディスクの説明〕
本発明の情報記録媒体は、本発明の基板と、該基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする。以下、本発明の結晶化ガラスからなる基板の主表面に、少なくとも磁性層を形成した磁気ディスク（ハードディスク）について説明する。
磁性層以外の層としては、機能面から、下地層、保護層、潤滑層、凹凸制御層などが挙げられ、必要に応じて形成される。これらの各層の形成には各種薄膜形成技術が利用される。磁性層の材料は特に制限されない。磁性層としては、例えば、Co系の他、フェライト系、鉄−希土類系などが挙げられる。磁性層は、水平磁気記録、垂直磁気記録のいずれの磁性層でもよい。
磁性層としては、具体的には、例えば、Coを主成分とするCoPt、CoCr、CoNi、CoNiCr、CoCrTa、CoPtCrやCoNiCrPt、CoNiCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtSiO などの磁性薄膜が挙げられる。また、磁性層を非磁性層で分割してノイズ低減を図った多層構成としてもよい。
【００４９】
磁性層における下地層は、磁性層に応じて選択される。下地層としては、例えば、Cr、Mo、Ta、Ti、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Alなどの非磁性金属から選ばれる少なくとも一種以上の材料、又はそれらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。Coを主成分とする磁性層の場合には、磁気特性向上の観点からCr単体やCr合金であることが好ましい。下地層は単層とは限らず、同一又は異種の層を積層した複数層構造とすることもできる。例えば、Al／Cr／CrMo、Al／Cr／Cr等の多層下地層等が挙げられる。
また、基板と磁性層の間又は磁性層の上部に、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することを防止するための凹凸制御層を設けてもよい。この凹凸制御層を設けることによって、磁気ディスクの表面粗さは適度に調整されるので、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することがなくなり、信頼性の高い磁気ディスクが得られる。凹凸制御層の材料及び形成方法は多種知られており、特に制限されない。例えば、凹凸制御層の材料としては、Al、Ag、Ti、Nb、Ta、Bi、Si、Zr、Cr、Cu、Au、Sn、Pd、Sb、Ge、Mgなどから選ばれる少なくとも一種以上の金属、又はそれらの合金、あるいは、それらの酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。形成が容易であるという観点からは、Al単体やAl合金、酸化Al、窒化AlといったAlを主成分とする金属であることが望ましい。
【００５０】
また、ヘッドスティクションを考慮すると、凹凸形成層の表面粗さは、Rmax＝５０〜３００オングストロームであることが好ましい。より好ましい範囲は、Rmax＝１００〜２００オングストロームである。Rmaxが５０オングストローム未満の場合、磁気ディスク表面が平坦に近いため、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが傷ついてしまったり、吸着によるヘッドクラッシュを起こすので好ましくない。また、Rmaxが３００オングストロームを超える場合、グライド高さ（グライドハイト）が大きくなり記録密度の低下を招くので好ましくない。
尚、凹凸制御層を設けずに、ガラス基板表面に、エッチング処理やレーザー光の照射等の手段で凹凸を付け、テクスチャリング処理を施してもよい。
【００５１】
保護層としては、例えば、Cr膜、Cr合金膜、炭素膜、ジルコニア膜、シリカ膜等が挙げられる。これらの保護膜は、下地層、磁性層等とともにインライン型スパッタ装置等で連続して形成できる。また、これらの保護膜は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の膜からなる多層構成としてもよい。
上記保護層上に、あるいは上記保護膜に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層上にテトラアルコキシランをアルコール系の溶媒で希釈した中に、コロイダルシリカ微粒子を分散して塗布し、さらに焼成して酸化ケイ素（SiO2）膜を形成してもよい。この場合、保護膜と凹凸制御層の両方の機能を果たす。
潤滑層としては多種多様な提案がなされているが、一般的には、液体潤滑剤であるパーフルオロポリエーテルをフレオン系などの溶媒で希釈し、媒体表面にディッピング法、スピンコート法、スプレイ法によって塗布し、必要に応じて加熱処理を行って形成する。
【００５２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明の詳細を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表1〜５には実施例１〜４２のガラス組成をモル％（または重量％）で示した。尚、表１〜５に記載の組成は原料の組成であるが、実施例１〜１５の結晶化ガラスについて原料組成と結晶化ガラス組成を分析比較した結果、両者の差は±0.1モル％以内であった。従って、表１〜５に示す原料ガラス組成は、結晶化ガラス組成と実質的に同一である。
【００５３】
実施例におけるこれらのガラスを熔解する際の出発原料としては、SiO2、Al2O3、Al(OH)3、MgO、Y2O3、TiO2、ZrO2、KNO3、Sr(NO3)2、Sb2O3などを用いて表1〜５に示した所定の割合に２５０−３００g秤量した。尚、表には示していないが、全てのガラスはSb2O3を０．０３モル％を含有する。秤量した原料を十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１５５０℃で攪拌しながら空気中4−５時間ガラスの熔解を行った。熔融後、ガラス融液をサイズ１８０×１５×２５mmのカーボンの金型に流し、ガラスの転移点温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールして炉内で室温まで放冷した。得られたガラスは顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。
【００５４】
１８０×１５×２５mmサイズのガラスを１００×１０×１０mm、１０×１０×２０mm、１０×１×２０mmに研磨した後、熱処理炉に入れ、表1〜５に示した第一次熱処理温度まで1−5℃／分の昇温速度で昇温し、当該温度で2−10時間程度保温し第一次熱処理を行い、第一次熱処理を終えた後直ちに第一次熱処理温度から表1〜５に示した第二次熱処理温度までに2−10℃／分の昇温速度で昇温し、1−５時間程度保温した後、炉内で室温まで冷却することによって結晶化ガラスを作製した。得られた結晶化ガラスをさらに長さを95mmに研磨してヤング率、比重の測定サンプルとした。測定で得られたデータをガラスの組成と共に表1〜５に示した。
比較のため、特開平１−２３９０３６号に開示されたイオン交換ガラス基板と米国特許第2,516,553号に記載されたガラス基板とをそれぞれ比較例１及び２として、表６に組成と特性を記載する。
【００５５】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
(1)結晶種の同定
CuのKα線を用いて結晶化後のガラスを粉末にしたものについてX線回折を測定した。(装置:マックサイエンス製X線回折装置MXP18A、管電圧:50kV、管電流:300mA、走査角度10-90°)得られたX線回折のピークから、析出している結晶の同定を行った。
(2)物性測定方法
比重（密度）測定
ガラスサンプル自体を比重測定用サンプルとした。装置は、アルキメデス法を利用した電子比重計（ミラージュ貿易（株）製ＭＤ−２００Ｓ）を用いた。室温での比重の測定精度は±0.001g/cm3である。
ヤング率測定
端面積１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角、長さ５０〜１００ｍｍの平行出しされたサンプルを用い、ヤング率測定前に、比重（密度）測定及び試料長さをノギスで測定し、それらを測定条件として用いた。装置は、（株）超音波工業製ＵＶＭ−２を用いた。縦波（Ｔｌ１、Ｔｌ２）及び横波（ＴＳ１、ＴＳ２）を測定する際、深触子接触媒体として、縦波の場合は「水」を、横波の場合は「ソニコートＳＨＮ２０若しくはＳＨＮ−Ｂ２５」を深触子とサンプル端面に塗布した。同一サンプルに対して縦波２回以上、横波５回以上の繰り返し測定を行い、平均を算出した。尚、この操作により、ポアソン比も同時に得られる。ヤング率の測定精度は±1Gpaであり、ポアソン比の測定精度は±0.001である。
熱機械測定（ Thermal Mechanical Analysis ）
結晶化後の結晶化ガラスサンプルから試験片を切り出し、φ5mm×20mmの円柱状に研削加工し、TMA測定用サンプルとした。測定装置は(株)リガク製TAS100を用いた。測定条件は、昇温速度4K/min、最大温度350℃とした。
原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscopy)
結晶化ガラスサンプルから30×25×1mmに加工し、30×15mmの2平面を精密光学研磨したものをAFM測定用サンプルとした。装置は、Digital Instrument社製Nano Scope IIIを用いた。測定条件は、Tapping mode AFMで測定範囲、2×2μmまたは5×5μｍ、サンプル数256×256、スキャンレート1Hzとし、データ処理条件、Planefit Auto order 3(X,Y)、Flatten Auto order 3とした。Integral gain, Proportion gain, Set point は測定毎に調整した。尚、測定の前処理として、研磨されたサンプルはクリーンルーム内大型洗浄機にて純水、IPAなどによる洗浄を行った。
透過率測定
2平面を精密光学研磨した1mm厚のものを透過率測定用サンプルとした。装置は、HITACHI分光器U-3410を用い、測定波長は600nmとした。
結晶化度
結晶化ガラス試料について、Ｘ線の全散乱強度を測定し、その結果から、結晶化度ｘ（％）は以下の式により求めることができる。Ｘ線回折装置としては、マックサイエンス製X線回折装置MXP18Aを用いた。
【００６２】
【数４】
ｘ＝（１−（ΣＩａ／ΣＩａ１００））×１００
ｘ＝（ΣＩｃ／ΣＩｃ１００）×１００
Ｉａ：未知物質の非晶質部分の散乱強度
Ｉｃ：未知物質の結晶質部分の散乱強度
Ｉａ１００：１００％非晶質試料の散乱強度
Ｉｃ１００：１００％結晶質試料の散乱強度
【００６３】
熱膨張係数測定
ガラスサンプルを切り出し、φ50nm×20nmの円柱状に研削加工し、TMA測定用サンプルとした。測定装置は(株)リガク製TAS100を用いた。測定条件は、昇温速度4K/min、最大温度350℃とし、100〜300℃における熱膨張係数を測定した。
【００６４】
表１〜５に示す結果から明らかなように、実施例１〜４２の本発明の結晶化ガラスはヤング率（140Gpa以上）や比弾性率（40-60MNm/kgの範囲）などの強度特性が大きい。そのため、これらのガラスを磁気記録媒体等の情報記録媒体用基板として使用した場合、このガラス基板が高速回転しても、基板に反りやブレが生じにくく、より基板の薄型化にも対応できることが分かる。また、実施例１、実施例４、及び実施例１０の熱処理前のガラスについて液相温度を測定したところ、それぞれ1300℃、1290℃、及び1270℃であり、ガラスの溶融及び成形の面から要求される液相温度（例えば1350℃以下）を満足するものであった。また、実施例１〜４２の結晶化ガラスについて、透過電子顕微鏡（TEM）を用いて結晶粒子の平均粒径を測定したところ、平均粒径が20-30nmのものから100〜150nmのものまであった。また、全ての実施例の結晶化ガラスについて、表面粗さ測定用に光学ガラス研磨を施したサンプルの研磨面について、原子間力顕微鏡(AFM)による表面観察を行った。その結果、実施例20、21及び24以外の結晶化ガラスの表面粗さ（Ra(JIS B0601)）は0.5nm以下であった。これらの結晶化ガラスの表面粗度（Ra(JIS B0601)）は、例えば、合成ダイヤモンド、炭化珪素、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化セリウムなどの研磨剤を用いる通常の光学ガラスの研磨法で0.5nm以下に研磨することができる。そのため、平坦性に優れた基板を得ることができ、磁気ヘッドの低浮上化を図ることを目的とする磁気記録媒体用ガラス基板として有用である。本発明の結晶化ガラスは、厚さ1mmの場合、波長600nmでの透過率が50%以上であり、ある程度透明性があった。かかる透明性は、所望の結晶種、結晶粒径が得られているかの指標にもなり得る。本発明の結晶化ガラスの場合、上記透過率は、例えば、６０〜９０％になり得る。例えば、結晶粒径が小さいほど、上記透過率が大きくなる。
【００６５】
これに対し、表６に示す比較例１の化学強化ガラス基板は、表面平滑性及び平坦性に優れているものの、耐熱性及びヤング率などの強度特性で本発明の結晶化ガラスに比べかなり劣る。従って、磁気記録媒体を製造する際、高い保磁力を得るために行う磁気層に対する熱処理が十分できず、高保磁力を有する磁気記録媒体が得られないし、また、比較例１のガラスには多量のアルカリを含有するため、磁気膜と基板とのコロージョンが生じやすく、磁気膜にダメージを与えるおそれがある。
また、比較例２の結晶化ガラス基板は、ヤング率や比弾性率及び平滑性の点で本発明のガラスに比べ劣る。特に基板の平滑性が大きな結晶粒子の存在によって損なわれるので、高密度記録化を図ることが難しい。
【００６６】
磁気ディスクの製造方法
図１に示すように、本発明の磁気ディスク１は、上記実施例1の結晶化ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成したものである。
各層について具体的に説明すると、基板２は、外円半径32.5mm、内円半径10.0mm、厚さ0.43mmの円板上に加工したものであって、その両主表面を表面粗さがRa(JIS B0601)＝４オングストローム、Rmax＝４０オングストロームとなるように精密研磨したものである。
凹凸制御層は、平均粗さ５０オングストローム、表面粗さRmaxが１５０オングストローム、窒素の含有量が５〜３５％のAlＮの薄膜である。
下地層は、厚さ約６００オングストロームのCrＶの薄膜で、組成比はCr：８３ａｔ％、Ｖ：１７ａｔ％である。
磁性層は、厚さ約３００オングストロームのCoPtCrの薄膜で、組成比はCo：７６ａｔ％、Pt：６．６ａｔ％、Cr：１７．４ａｔ％である。
保護層は、厚さ約１００オングストロームのカーボン薄膜である。
潤滑層は、パーフルオロポリエーテルからなる潤滑層をスピンコート法によって、カーボン保護層上に塗布して厚さ８オングストロームに形成したものである。
【００６７】
次に、磁気ディスクの製造方法について説明する。
まず、実施例1で製造した結晶化ガラスを、外円半径32.5mm、内円半径10.0mm、厚さ0.5mmの円板上に研削加工し、その両主表面を表面粗さがRa(JIS B0601)＝４オングストローム、Rmax＝４０オングストロームとなるように精密研磨して磁気ディスク用結晶化ガラス基板を得る。
次いで、上記ガラス基板を基板ホルダーにセットした後、インラインスパッタ装置の仕込み室に送り込む。続いて、結晶化ガラス基板のセットされたホルダーを、Alターゲットがエッチされた第一チャンバーに送り込み、圧力４mtorr 、基板温度３５０℃、Ar＋N2ガス（N2＝４％）雰囲気でスパッタリングする。その結果、結晶化ガラス基板上に、表面粗さRmax＝１５０オングストローム、膜厚５０オングストロームのAlＮ薄膜（凹凸形成層）が得られた。
次に、AlＮが成膜された結晶化ガラス基板のセットされたホルダーを、CrＶ（Cr：８３ａｔ％、Ｖ：１７ａｔ％）ターゲットが設置された第二チャンバー、CoPtCr（Co：７６ａｔ％、Pt：６．６ａｔ％、Cr：１７．４ａｔ％）ターゲットが設置された第三チャンバーに連続的に順次送り込み、基板上に成膜する。これらの膜は、圧力２mtorr 、基板温度３５０℃、Ar雰囲気中でスパッタリングし、膜厚約６００オングストロームのCrＶ下地層、膜厚約３００オングストロームのCoPtCr磁性層を得る。
次いで、凹凸制御層、下地層、磁性層が形成された積層体を、加熱処理するための加熱ヒーターが設けられた第四チャンバーに送り込む。このとき第四チャンバー内をArガス（圧力２mtorr ）雰囲気にし、熱処理温度を変化させて熱処理を行う。
上記基板をカーボンターゲットが設置された第五チャンバーに送り込み、Ar＋H2ガス（H2＝６％）雰囲気中で成膜したこと以外は上記CrＶ下地層及びCoPtCr磁性層と同じ成膜条件で、膜厚約１００オングストロームのカーボン保護層を得る。
最後に、カーボン保護層の形成までを終えた基板を上記インラインスパッタ装置から取り出し、そのカーボン保護層の表面に、ディッピング法によってパーフルオロポリエーテルを塗布して厚さ８オングストロームの潤滑層を形成して磁気ディスクを得た。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板は、容易に成形することができ、１４０GPa以上の大きなヤング率及び高い耐熱性を有し、優れた表面加工性及び表面平滑性（表面粗さRa(JIS B0601)＜１０オングストローム）をもち、かつ硬度や強度の大きい基板材料として用いることができる。
また、本発明の結晶化ガラスからなる基板は、当該材料の耐熱性が優れるため、磁気膜の特性向上に必要な熱処理を基板の変形無しに施すことができ、平坦性が優れるため、磁気ヘッドの低浮上化、即ち高密度記録化が達成でき、ヤング率や比弾性率及び強度が大きいので、磁気ディスクの薄型化及び高速回転化を達成できると共に磁気ディスクの破損も避けられるという利点を有する。
さらに本発明の結晶化ガラスは、比較的安定に得ることができ、工業的規模での生産が容易であるため、安価な次世代磁気記録媒体用基板ガラスとして大きく期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶化ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成した本発明の磁気ディスク１の概略断面図。
Claims (50)
- SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
R 2 O( 但し、 R は Li 、 Na 、 K からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す ) ： 0 − 5 モル％および 10 モル％以下の Y 2 O 3 を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
R 2 O( 但し、 R は Li 、 Na 、 K からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す ) ： 0 − 5 モル％を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であり、ヤング率が 160GPa 以上の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
R 2 O( 但し、 R は Li 、 Na 、 K からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す ) ： 0 − 5 モル％を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が少なくとも92モル％以上であって、 ZnO を実質的に含有せず、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
および 10 モル％以下の Y 2 O 3 を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であり、熱膨張係数が６５×１０ -7 〜８５×１０ -7 ／℃の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であり、熱膨張係数が６５×１０ -7 〜８５×１０ -7 ／℃であって、ヤング率が 160GPa 以上の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - SiO2：35−65モル％
Al2O3： 5−25モル％
MgO： 10−40モル％
TiO2： 5−15 モル％
を含有し、上記組成の合計が少なくとも92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であり、ZnO を実質的に含有せず、熱膨張係数が６５×１０ -7 〜８５×１０ -7 ／℃の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板。 - 10モル％以下のY2O3を含有する請求項２、３、５、６のいずれか１項に記載の基板。
- 5モル％以下のR2O(但し、RはLi、Na、Kからなる群から選ばれる少なくとも１種を表す)を含有する請求項４〜６のいずれか１項に記載の基板。
- R2OがK2Oである請求項１〜３、８のいずれか１項に記載の基板。
- ヤング率が１６０ＧＰａ以上である請求項１、３、４、６のいずれか１項に記載の基板。
- 熱膨張係数が６５×１０-7〜８５×１０-7／℃である請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板。
- ZnOを実質的に含有しない請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載の基板。
- Al2O3とMgOとのモル比（Al2O3／MgO）が0.2以上0.5未満である請求項1〜１２のいずれか１項に記載の基板。
- SiO2：40−60モル％
Al2O3： 7−22モル％
MgO： 12−35モル％
TiO2： 5.5−14 モル％
を含有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の基板。 - 10モル％以下のZrO2を含有する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の基板。
- 前記結晶化ガラスは、
SiO 2 ： 35 − 65 モル％
Al 2 O 3 ： 5 − 25 モル％
MgO ： 10 − 40 モル％
TiO 2 ： 5 − 15 モル％
Y 2 O 3 ： 0 − 10 モル％
ZrO 2 ： 0 − 10 モル％
R 2 O ： 0 − 5 モル％ ( 但し、 R は Li 、 Na 、 K からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す )
RO ： 0 − 5 モル％ ( 但し、 R は Ca 、 Sr 、 Ba からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す )
As 2 O 3 +Sb 2 O 3 ： 0 − 2 モル％
SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + TiO 2 ： 92 モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の基板。 - 前記結晶化ガラスの結晶化度は２０〜７０体積％である、請求項１６に記載の基板。
- 0.3〜8モル％のY2O3を含有する請求項１〜１７のいずれか一項に記載の基板。
- 1〜10モル％のZrO2を含有する請求項１〜１８のいずれか１項に記載の基板。
- 1〜5モル％のZrO2を含有する請求項１９に記載の基板。
- TiO2の含有量が8〜14 モル％である請求項１〜２０のいずれか１項に記載の基板。
- SiO2：35−43モル％
Al2O3： 9−20モル％
MgO： 30−39モル％
Y2O3： 1−3モル％
TiO2： 8.5−15 モル％
ZrO2： 1−5 モル％
である請求項1〜２１のいずれか１項に記載の基板。 - SiO2／MgOモル比が1.35以下である請求項２２に記載の基板。
- 結晶粒子の平均粒子径が100nm以下である請求項１〜２３のいずれか１項に記載の基板。
- 結晶粒子の平均粒子径が70nm以下である請求項１〜２４のいずれか１項に記載の基板。
- 表面粗さRa(JIS B0601)が1nm以下である研磨面を有する請求項１〜２５のいずれか１項に記載の基板。
- 表面粗さ Ra(JIS B0601) が 0.5nm 以下である研磨面を有する請求項２６に記載の基板。
- 波長が600nmである光の透過率が1mm厚のときに10%以上である請求項１〜２７のいずれか１項に記載の基板。
- 結晶化度が５０体積％以上である請求項１〜２８のいずれか１項に記載の基板。
- エンスタタイト及び/又はその固溶体の合量が７０〜９０体積％、チタン酸塩が１０〜３０体積％、エンスタタイト及び/又はその固溶体とチタン酸塩の合量が９０体積％以上である請求項１〜２９のいずれか１項に記載の基板。
- 熱膨張係数が７３×１０-7〜８３×１０-7／℃である請求項１〜３０のいずれか１項に記載の基板。
- 主結晶として石英固溶体を実質的に含有しない請求項１〜３１のいずれか１項に記載の基板。
- 結晶相としてスピネルを実質的に含有しない請求項１〜３２のいずれか１項に記載の基板。
- 情報記録媒体が磁気ディスクである請求項１〜３３のいずれか１項に記載の基板。
- 請求項１〜３３のいずれか１項に記載の基板と、該基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする情報記録媒体。
- 記録層が磁気記録層である請求項３５に記載の情報記録媒体。
- ガラス原料を１４５０〜１６００℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％、TiO2：5−15 モル％ならびに K 2 O および 10 モル％以下の Y 2 O 3 を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料を１４５０〜１６００℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％、TiO2：5−15 モル％および K 2 Oを含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が92モル％以上であり、実質的に ZnO を含有せず、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを500 〜 850 ℃になるまで 5 〜 50 ℃ / 分で昇温し、 500 〜 850 ℃になった後は 0.1 〜 10 ℃ / 分で昇温し、 850 〜 1150 ℃まで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％、TiO2：5−15 モル％、および 10 モル％以下の Y 2 O 3 を含有し、SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 、および TiO 2 の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを500 〜 850 ℃になるまで 5 〜 50 ℃ / 分で昇温し、 500 〜 850 ℃になった後は 0.1 〜 10 ℃ / 分で昇温し、 850 〜 1150 ℃まで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であって、ヤング率が 160GPa 以上の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料を１４００〜１６５０℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを500 〜 850 ℃になるまで 5 〜 50 ℃ / 分で昇温し、 500 〜 850 ℃になった後は 0.1 〜 10 ℃ / 分で昇温し、 850 〜 1150 ℃まで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％及びTiO2：5−15 モル％を含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、実質的に ZnO を含有せず、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体である結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料を１４５０〜１６００℃で熔解し、ガラス化する工程、
上記工程で得られたガラスを板ガラス状に成形する工程、
上記工程で得られた板状ガラスを結晶が析出する温度にまで昇温して結晶化させる工程、
を含む、SiO2：35−65モル％、Al2O3：5−25モル％、MgO：10−40モル％、TiO2：5−15 モル％、および K 2 Oを含有し、上記組成の合計が92モル％以上であり、主結晶がエンスタタイト及び/又はその固溶体であって、ヤング率が 160GPa 以上の結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板の製造方法。 - ガラス原料がK2Oを含有し、熔解温度が１４５０〜１６００℃である請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の製造方法。
- 成形したガラスを８５０〜１１５０℃まで昇温して結晶化させる請求項３７、３８、４２のいずれか一項に記載の製造方法。
- 昇温工程において、成形したガラスを５００〜８５０℃になるまで５〜５０℃／分で昇温し、５００〜８５０℃になった後は０．１〜１０℃／分で昇温する請求項４４に記載の製造方法。
- ガラス原料がY2O3を含有し、熔解ガラスを６００〜６８０℃の成形型で板ガラス状に成形する請求項３７〜４５のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記結晶化ガラスが、
SiO 2 ： 35 − 65 モル％
Al 2 O 3 ： 5 − 25 モル％
MgO ： 10 − 40 モル％
TiO 2 ： 5 − 15 モル％
Y 2 O 3 ： 0 − 10 モル％
ZrO 2 ： 0 − 10 モル％
R 2 O ： 0 − 5 モル％ ( 但し、 R は Li 、 Na 、 K からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す )
RO ： 0 − 5 モル％ ( 但し、 R は Ca 、 Sr 、 Ba からなる群から選ばれる少なくとも１種を表す )
As 2 O 3 +Sb 2 O 3 ： 0 − 2 モル％
SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + TiO 2 ： 92 モル％以上
のみからなる組成を有する結晶化ガラスである、請求項３７〜４６のいずれか１項に記載の製造方法。 - SiO 2 、 Al 2 O 3 、 MgO 及び TiO 2 を含有するガラスを８５０〜１１５０℃で熱処理することにより結晶化する工程を含む方法により製造された、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の基板。
- 前記熱処理は１〜４時間行われる請求項４８に記載の基板。
- 前記熱処理は、８７５〜１０００℃で行われる請求項４８または４９に記載の基板。
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