JP3994371B2

JP3994371B2 - 情報記録ディスク用ガラス基板及びそのガラス基板を用いた情報記録ディスク

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Publication number: JP3994371B2
Application number: JP2001056748A
Authority: JP
Inventors: 浩貴山本; 滑川　　孝; 内藤　　孝; 光利本田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002255585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記録ディスク用のガラス基板に係り、特に、磁性ディスクなどに好適なガラス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、汎用大型コンピュータやパーソナルコンピュータ用の情報記録媒体として、さらにはデジタル信号で配信される映像を一時的に保管する家庭用のサーバーとして磁気ディスク装置や、携帯性のある情報記録媒体として光磁気ディスクや光ディスクなどが用いられている。
【０００３】
例えば、磁気ディスク装置では、従来、基板として汎用向けやデスクトップ型のパーソナルコンピューター用途には３.５インチサイズのアルミニウム基板が、また持ち運び可能なノート型のパーソナルコンピューター用には主に２.５インチサイズのガラス基板が用いられてきた。このガラス基板は、アルミニウム基板に比べ硬くて変形し難く、かつ表面平滑度が優れている。このため、汎用型の３.５インチサイズや３インチサイズの基板にもアルミニウム基板に代えてガラス基板が適用されるようになってきている。また、１.８インチサイズや１インチサイズといった小型携帯端末用の情報記録装置にもガラス基板が適用されようとしている。
【０００４】
さらに、情報記録装置や情報記録媒体に対する大容量化の要請が強まっており、近年では年率１００％の割合でその記憶容量が増大している。このような記憶容量の増大に対応するには、ディスクに記録する情報の高密度化に伴い記録部のヘッドの浮上量をより低くする必要がある。したがって、ディスクの記録面がより平滑な情報記録ディスクの開発が必要であることからも、情報記録ディスクの基板へのガラス基板の適用が拡大している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のガラス基板では、熱膨張係数の適正化が考慮されているとは言い難い。そのため、従来のガラス基板を用いる情報記録ディスクとこの情報記録ディスクを支えるスピンドルなどとの間の熱膨張係数の不整合から、情報記録ディスクへの情報の記録や読み出しなどにおいてトラックずれが生じることが懸念される。これは今後の大容量化に伴うトラックの高密度化から、より重大な課題になると考えられる。したがって、ガラス基板やスピンドルが熱膨張したときにトラックずれなどを生じないように、ガラス基板の熱膨張係数を適正化することが望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を適正化することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報記録ディスク用ガラス基板は、重量百分率で、５０％以上７０％以下のＳｉＯ₂と、１０％以上２５％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、０％以上５％未満のＢ₂Ｏ₃と、１３％を超え１８％未満のＲ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素を表す）とを含む構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００８】
このような構成とすれば、０％以上５％未満のＢ₂Ｏ₃と、１３％を超え１８％未満のＲ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素を表す）とすることにより、ガラス基板やスピンドルが熱膨張したときにトラックずれなどを生じないように、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【０００９】
さらに、重量百分率で１０％以下のＺｎＯを含む構成、重量百分率で１２％以下のＲeＯ（Ｒeはアルカリ土類金属元素を表す）を含む構成、そして重量百分率で７％以下のＬａ₂Ｏ₃を含む構成とすれば、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を上昇させることにより情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を適正化できるので好ましい。
【００１０】
ところで、ガラス基板は、ガラス本来の性質である割れ易さ、かけ易さ、そしてクラックの入り易さなどの問題を有している。このようなガラスの割れ易さなどの問題を解決するため、ガラス基板に化学強化や、結晶化などを行っている。しかし、化学強化された非晶質のガラス基板では、化学強化の工程におけるアルカリイオンの置換によってガラス基板の表面が荒れてしまうため、平滑性が失われ、将来のヘッド浮上量の低化に対応することが難しい。さらに、化学強化されたガラス基板の表面は、置換されたイオン半径の大きいアルカリイオンが化学的に不安定であるため、生産工程中のガラス基板の洗浄工程や、ガラス基板表面への成膜工程などにおける加熱処理などにおいてアルカリイオンが基板表面に移動して析出し、ガラス基板表面などに形成された膜または層の剥がれや粘着などの不良や、ガラス基板表面などに形成された磁性膜などの磁気特性の劣化などを生ずることが懸念される。加えて、情報記録ディスクの長期間の使用や、高温多湿環境のもとでの保存などにおいても、膜または層の剥がれや粘着などの不良を生ずることや、アルカリイオンがガラス基板表面に移動して析出し、磁性膜などの磁気特性が劣化することが懸念される。
【００１１】
一方、結晶化ガラス基板は、非晶質なガラスの中に結晶質の微粒子が生成している状態になっており、この非晶質部分と結晶部分との硬度差により研磨速度が異なるため、情報記録ディスクに求められている高密度化に対応できるような十分な平滑性を持った記録面を作り難いという問題があった。
【００１２】
このような化学強化や結晶化したガラス基板の問題を解決するため、発明者らは、特開平１０−０８３５３１号公報などに、ガラス基板に希土類イオンを含有させることにより機械的強度を向上することを提案している。これにより、化学強化や結晶化しなくても十分な強度のガラス基板が得られるため、ガラス基板や、このガラス基板を用いた情報記録ディスクの製造または加工工程におけるガラス基板表面の荒れや、情報記録ディスクの長時間の使用や保存などによるガラス基板表面の荒れなどが起こらず、ガラス基板表面の十分な平滑性を保つことができる。すなわち、情報記録ディスクに求められている高密度化に対応できるような十分な平滑性を持った記録面を有するガラス基板を作ることができる。
【００１３】
しかし、特開平１０−０８３５３１号公報などに提案した希土類イオンを含むガラス基板では、ガラス基板や情報記録ディスクの生産時における不良品発生の抑制、不良品の発見、さらに、化学的耐久性や、磁気ディスク装置や光磁気ディスクなどに加工した場合に必要な磁気特性などが十分に考慮されているとは言い難く、これらの観点からの情報記録ディスク用ガラス基板としての品質の向上が求められている。
【００１４】
これに対し、重量百分率で、５０％以上７０％以下のＳｉＯ₂と、１０％以上２５％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、０％以上５％未満のＢ₂Ｏ₃と、１３％を超え１８％未満のＲ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素を表す）と、１％以上８％以下のＬｎ₂Ｏ₃（ＬｎはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、またはＥｕを表す）とを含む構成とする。
【００１５】
このような構成にすれば、１％以上８％以下のＬｎ₂Ｏ₃（ＬｎはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、またはＥｕを表す）により、ガラス基板を適度に着色し、かつ適度な透過率にできるため、ガラス基板中の気泡やその他の混入物を目視により発見し易くなる。さらに、ガラス基板の加工や洗浄工程、そして情報記録ディスクの加工工程などにおいてガラス基板が視認し易いため、ガラス基板に傷をつけるなどの加工不良などを抑制できる。加えて、ガラス基板を磁気ディスク装置や光磁気ディスクなどに用いる場合には、ガラス基板の磁化量を低減し、磁気特性のばらつきを低減することができる。したがって、ガラス基板や情報記録ディスクの生産時における不良の発生などを抑制でき、さらに磁気特性のばらつきを低減することができるため、情報記録ディスク用ガラス基板の品質を向上できる。すなわち、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を適正化でき、かつ情報記録ディスク用ガラス基板の品質を向上できる。
【００１６】
また、Ｌｎ₂Ｏ₃を構成するＬｎがＰｒである構成とすれば、情報記録ディスク用ガラス基板の品質をさらに向上できるので好ましい。
【００１７】
さらに、３０℃〜１００℃の温度範囲で測定される熱膨張係数が７３×１０^−７／℃以上８６×１０^−７／℃以下であり、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上８５％以下であり、１ｋＯｅの磁界を印加したときの磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下である情報記録ディスク用ガラス基板とする。このような情報記録ディスク用ガラス基板とすれば、ガラス基板の熱膨張係数を適正化でき、かつガラス基板の品質を向上できる。
【００１８】
また、上記のいずれかに記載の情報記録ディスク用ガラス基板と、このガラス基板の表面上に直接または他の層を介して形成される情報記録層とを有する情報記録ディスクとすれば、ガラス基板の熱膨張係数を適正化できることにより、情報記録ディスクとしての信頼性を向上できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板の一実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板の概略構成を示す平面図である。図２は、本発明を適用してなるガラス基板を用いた磁気ディスクの概略構成を示す断面図である。図３は、本発明を適用してなるガラス基板を用いた磁気ディスクを備えた磁気ディスク装置の概略構成を示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態の情報記録ディスク用ガラス基板１は、図１に示すように、直径６５ｍｍφ、厚さ０.６３５ｍｍの２.５インチ型の円板状のディスクであり、中央部には、情報記録ディスクとして用いるときに記録や、読み出しまたは再生などを行う装置のモーターなどに連結されたスピンドルなどにディスクを内周チャックなどにより固定するための直径２０ｍｍφの円形の貫通穴３が形成されている。また、この内周面及び外周面の両縁角部は、削り取られて４５度の面取りがなされており、チャンファー部５となっている。
【００２１】
このようなガラス基板１の作製は、以下のように行う。目的のガラス組成になるように定められた量の原料粉末を秤量して混合し、白金製の坩堝に入れて、電気炉中で１６００℃で溶解する。原料が十分に溶解した後、攪拌羽を坩堝内のガラス融液に挿入し、約４時間攪拌する。その後、攪拌羽を取り出し、３０分間静置した後、鋳型にガラス融液を流し込むことによって直径約７０ｍｍφ、厚さ約１ｍｍのガラスブロックを得た。得られたガラスブロックは、このガラスのガラス転移点付近まで再加熱され、徐冷されることで歪み取りが行われる。
【００２２】
歪み取りされたガラスブロックを内周と外周とが同心円となるようにコアドリルを用いて切り出す。さらに、内周面と外周面の両縁角部をダイヤモンド砥石により面取り加工し、チャンファー部５を形成する。これにより、穴３を有するディスク状のガラス基板１の概形が形成される。その後、ガラス基板１の両面は、粗研磨され、次いでポリッシングが行われる。ポリッシング後、ガラス基板１は、洗浄剤、純水で洗浄され、情報記録ディスク用ガラス基板１となる。以上のように本発明の情報記録ディスク用ガラス基板１では、化学強化や結晶化処理のような強化処理を施していない。
【００２３】
このような情報記録用ディスク用ガラス基板１を用いて形成される情報記録ディスクの１例として、磁気ディスクの作成について説明する。磁気ディスク７は、図２に示すように、本実施形態のガラス基板１の表面つまり記録面上に順次形成された粒径制御層９、配向制御層１１、磁性膜１３、保護膜１５、そして潤滑膜１７などで構成されている。粒径制御層９は、磁性膜１３の粒径を制御し、配向制御層１１は、磁性膜１３の配向を制御する。本例では、粒径制御層９は、ＮｉＡｌ系の合金膜を２０nmの膜厚で成膜している。配向制御層１１は、ＣｒＭｏ系の合金膜を１０nmの膜厚で成膜している。情報記録層となる磁性膜１３は、ＣｏＣｒＰｒＢ系の磁性膜を２０nmの膜厚で成膜している。保護膜１５は、Ｃを４nmの膜厚で成膜している。これらの層または膜は、すべてスパッタリング法を用いて成膜した。また潤滑膜１７は、スパッタ終了後、塗布法によって形成した。
【００２４】
このような方法により作製した様々な組成の情報記録ディスク用ガラス基板１と、ガラス基板１に磁性膜１３などを形成した磁気ディスク７の特性、生産性などを評価し、ガラス基板１の品質を向上するためのガラス組成の検討を行った。
【００２５】
まず、添加する希土類元素の種類に着目し、色々な組成のガラスを作製した。表１に、ガラスの組成と、それらのガラスの組成に対するガラス基板及び磁気ディスクの特性を示す。
【００２６】
【表１】

表１において、希土類元素の種類以外は、同一組成で同一量のアルミノホウケイ酸ガラスとした。含有させる希土類酸化物の量はいずれも２.８重量％と一定にした。ガラス基板の特性として、マイクロビッカース硬さ、可視光の透過率、着色性、及びガラス基板の歩留まりを評価した。マイクロビッカース硬さは、荷重５００ｇ、荷重印加時間１５秒の条件でガラス基板に荷重を印加し、１０点の平均値として求めた。可視光の透過率は、分光光度計を用いて３００ｎｍから７００ｎｍまでの波長の分光透過率曲線より透過率スペクトルを測定し、この波長範囲の光の全透過率の積分値として求めた。着色性は目視により着色の程度を評価し、無色のものは×、着色しているものは○とした。歩留まりの評価は、ガラス基板をレーザー光照射による散乱光により異物数を検査する装置により評価し、気泡、研磨傷、かけ、表面異物などの不良がディスク片面当たり２０個以上のものを不良としてカウントし、不良でないものの割合で評価した。
【００２７】
また、磁気ディスクの特性として磁化、磁化の標準偏差、記録再生特性、及び磁気ディスクの歩留まりを評価した。さらに、ガラス基板への加工前のガラスブロックの作製から磁気ディスクの作製に至るまでの総合歩留まりを評価した。磁化及び磁化の標準偏差は、Ｂ−Ｈ曲線を振動試料型磁力計(ＶＳＭ)によって測定し、磁性膜のヒステリシスループのバックグラウンド成分をガラス基板からの磁性とし、そのバックグラウンド成分の大きさを評価した。なお、磁化及び磁化の標準偏差は、磁界として１ｋＯｅ印加したときの磁化の大きさである。
【００２８】
加えて、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録再生特性評価に用いた磁気ディスク装置１８は、図３に示すように、磁気ディスク７、スピンドル１９、図示していないスピンドルモーター、磁気ヘッド２１、磁気ヘッドのアーム２３、ヘッドを駆動するためのボイスコイルモーター２５、筐体２７などで構成されている。筐体２７には、図示していないスピンドルモーターとボイスコイルモーター２５などが固定されている。図示していないスピンドルモーターには、スピンドル１９が連結されており、スピンドル１９には磁気ディスク７が固定されている。磁気ディスク７は、図示していないスピンドルモーターの駆動によるスピンドル１９の回転によって、全体が回転する。一方、ボイスコイルモーター２５には、アーム２３が取りつけられており、アーム２３の先端部には、磁気ヘッド２１が取りつけられている。磁気ヘッド２１は、ボイスコイルモーター２５の駆動によるアーム２３の移動によって、所定の浮上量で磁気ディスク７の記録面上を移動する。
【００２９】
このような磁気ディスク装置１８に、様々な組成のガラス基板を用いて形成した磁気ディスクを搭載し、２０Ｇｂ／ｉｎ²に相当する磁気信号を記録して磁気記録再生特性を評価した。この評価を１５０枚の磁気ディスクに対して行い、十分な記録再生特性が得られたものの割合を磁気ディスク歩留まりとした。さらに、ガラス基板の歩留まりと磁気ディスクの歩留まりとから総合歩留まりを評価した。総合での歩留まりが８０％未満のものを×、８０％以上９０％未満のものを○、９０％以上のものを◎とした。
【００３０】
表１に示すように、ガラス基板の特性において、マイクロビッカース硬さは、いずれの希土類元素を含むガラス基板でも約６５０以上が得られており、良好であることが分かった。また、可視光の透過率は、いずれの希土類元素を含むガラス基板でも８０％以上であった。希土類元素のうちＮｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒのいずれか１つを含むガラス基板は、可視光域に希土類のｆ−ｆ遷移に起因するシャープな吸収が見られた。このため、他の希土類元素を含むガラス基板に比べて透過率は、若干低い。しかし、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒの鋭い吸収のため、希土類元素のうちＮｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒのいずれか１つを含むガラス基板では、明確な着色が見られた。白熱灯下での目視観察による評価では、Ｐｒは黄緑、Ｎｄは紫色、Ｓｍ、Ｅｕは非常に淡いがそれぞれ黄色と桃色に着色しているのが見られた。また、Ｅｒ、Ｈｏも桃色に着色していた。他の希土類元素を含むガラス基板は、無色であり、着色は見られなかった。
【００３１】
これらの基板に対するガラス基板の歩留まりを評価すると、明瞭な着色の見られたＰｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｅｒでは加工や洗浄時などに起こる不良、つまり傷などの損傷による不良が着色していないものに比べて少なく、歩留まりが９５％以上となった。これは、着色したガラス基板は、加工工程や洗浄工程などにおいて透明なガラス基板よりも目視確認し易いため、取扱いが容易なことからガラス基板に処理作業中に誤って傷をつけるなどガラス基板の損傷の発生を抑制できることにより、歩留まりが向上したと考えられる。
【００３２】
また、表には示していないが比較例としてＮｉを含有する着色性の高いガラス基板について評価したところ、このＮｉを含有する基板は、透過率が４７％と低く、ガラス中に存在する気泡、またはガラス基板の原料の熔融時に坩堝を構成する成分つまり炉材のガラス中への溶損などを発見することが難しく、ガラス基板の表面に気泡や炉材などが残存することにより歩留まりが低かった。
【００３３】
このように、透過率とガラス基板及び磁気ディスクの歩留まりとの間に明瞭な相関関係が見られる。透過率が５０％未満となると、ガラス基板中に残存する気泡や炉材の混入が発見し難く、歩留まり低下の要因となる。また、ガラス基板の透過率が８５％を越えると、ガラス基板が視認し難くなるため、加工や洗浄作業においてガラス基板の取扱いが難しくなり、誤って傷を付けてしまうなどの加工不良が増加する。したがって、ガラス基板の透過率は、視認するのに十分に着色され、かつガラス基板中に残存する気泡や炉材の混入を発見し易い、つまり不良を発見しやすいガラス基板を得る上で、５０％以上８５％以下とする必要がある。さらに、このような光学的な特性を達成するためにガラス基板に添加する希土類元素は、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｅｒ、またはＨｏが好ましいことが分かった。このうち、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、またはＨｏであれば着色が顕著であるためより好ましい。
【００３４】
一方、表１に示すように、磁気ディスクの特性において、磁化の特性は、希土類元素のうちＳｃ、Ｙ、Ｌａのいずれか１つを含むガラス基板を用いて形成した磁気ディスクでは、ガラス基板の磁化の大きさが１０^−４ｅｍｕ／ｃｃのオーダーであり、他の希土類元素を含むガラス基板を用いて形成した磁気ディスクに比べて、極めて小さい磁化量であった。希土類元素としてＳｍを含むガラス基板を用いて形成した磁気ディスクでは、磁化は反磁性的な挙動を示しており、−４×１０^−４ｅｍｕ／ｃｃとなった。希土類元素としてＰｒ、Ｎｄ、Ｅｕのいずれか１つを含むガラス基板を用いて形成した磁気ディスクでは、１.０〜３.０×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃのオーダーであった。
【００３５】
希土類元素としてＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂのいずれか１つを含むガラス基板を用いて形成した磁気ディスクでは、５×１０^−３〜２×１０^−２ｅｍｕ／ｃｃと、磁化の値が他の希土類元素を含む場合に比べて大きくなっていた。磁化の固体差を示す磁化の標準偏差を評価したところ、磁化の大きさの大きいものほど磁化の標準偏差が大きくなっていた。これは、磁化の大きさの大きいものほどガラス基板による磁化のばらつきが大きくなっていることを示す。特に、磁化の大きさが３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃを超えるＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂのいずれか１つを希土類元素として含むガラス基板を用いた磁気ディスクでは、磁化の標準偏差が１×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以上となり、ガラス基板による磁気特性のばらつきが大きくなった。
【００３６】
磁気記録再生特性による磁気ディスクの歩留まりを見ると、磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下で、磁化の標準偏差が１×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ未満の磁気ディスクでは、十分な磁気特性の得られる磁気ディスクが９０％以上と良好であった。しかし、磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃを超え、かつ磁化の標準偏差が１×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以上となる磁気ディスクでは、歩留まりが８０％以下と低下していることが分かった。これは、ガラス基板に含有される希土類元素の僅かな固体差によってガラス基板の磁気特性が変化し、これにより標準偏差が大きくなったため、一定の磁界で記録した際の記録にばらつきが生じたものと考えられる。
【００３７】
このように、磁化の大きさが３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下であれば磁気記録再生のばらつきが比較的小さい磁気ディスクが得られた。磁化の大きさが３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃを超えると磁気記録再生特性のガラス基板毎のばらつきが大きくなるため、好ましくない。したがって、ガラス基板が磁気ディスクの磁化に与える影響を低減する上で、磁化の大きさが３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下にすることが必要である。さらに、このような磁気特性を得る上で、希土類元素としてＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕのいずれか１つをガラス基板に含有させることが好ましい。
【００３８】
ガラス基板の歩留まりに与える影響、及び磁気特性が磁気ディスク装置の記録再生特性に及ぼす影響を考慮して総合歩留まりを評価した。その結果、ガラス基板の歩留まりに与える影響、及び磁気特性が記録再生特性に及ぼす影響ともに十分な結果を示し、総合歩留まりが８０％以上となったＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕのうちのいずれか１つを希土類元素として含むガラス基板とすれば、ガラス基板の品質を向上できる。さらに、総合歩留まりが９０％となるＰｒを希土類元素として含むガラス基板とすれば、ガラス基板の品質をより向上することができる。
【００３９】
さらに、希土類酸化物の種類と希土類酸化物の添加量の関係について調べた。着色に関して、表１で透明であった希土類元素を含むガラス基板では、希土類元素の含有量を増減させてもガラス基板の透過率に変化は見られなかった。このため、ガラス基板を着色させた希土類元素のうち、Ｐｒ、Ｅｒ、Ｓｍについて、その含有量を変化させたガラス基板を作製し、表１と同様の検討を行った。表２に、その検討した結果を示す。
【００４０】
【表２】

Ｐｒの含有量を変化させていったところ、試料Ｎｏ．１７のＰｒ_２Ｏ_３を０.７重量％含有するガラス基板では、マイクロビッカース硬さが低く、ガラスの機械的強度が低いため、研磨傷やかけなどの不良が多く、ガラス基板の歩留まりが８２％と低かった。Ｐｒ_２Ｏ_３を１重量％含有する試料Ｎｏ．１６、及びＰｒ_２Ｏ_３を１.５〜７重量％含有する試料Ｎｏ．１８〜２１では、マイクロビッカース硬さは高い値を示しており、着色、磁気特性ともに十分であった。この事から、試料Ｎｏ．１６、及び試料Ｎｏ．１８〜２１のガラス基板は、総合歩留まりも９０％を超えており、良好な結果となった。
【００４１】
一方、試料Ｎｏ.２２のようにＰｒ_２Ｏ_３含有量が７重量％を超えるものでは、着色に関しては問題無いものの、磁気ディスクの磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃを超える値となった。このため、磁化のばらつきが大きくなり、磁気ディスクの歩留まりが８０％を下回り十分な結果が得られなかった。さらに、試料Ｎｏ.２３のようにＰｒ_２Ｏ_３含有量が１０.５重量％のガラス基板では、ガラス中の希土類元素が均一にガラス中に溶解せず、不良品数が増大し、歩留まりが１５％と低いため、ガラス基板としては好ましくなかった。
【００４２】
希土類元素としてＥｒを含有させたガラス基板では、Ｅｒ_２Ｏ_３含有量が０.５重量％の試料Ｎｏ．２５では、マイクロビッカース硬さが小さいため、十分な強度のガラス基板が得られず、ガラス基板の歩留まりが悪かった。このとき、磁気ディスクの磁化の値が３.１×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃと高く、磁気ディスクとしての歩留まりも低下していた。Ｅｒ_２Ｏ_３含有量を１重量％から増加させていくと、マイクロビッカース硬さも高くなると共に、透過率が低くなるため、ガラス基板の歩留まりは上昇するものの、磁化が依然として３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃを超えるため、磁気ディスクの歩留まりが悪かった。このように、希土類元素としてＥｒを用いた場合では、ガラス基板としての硬さや光学特性、磁気ディスクとしての磁気特性の両方を同時に満たす組成範囲が存在しないことが分かった。
【００４３】
希土類元素としてＳｍを含有させたガラス基板では、ガラス基板の光学的特性については、Ｓｍ_２Ｏ_３含有量が２.５重量％以上であると透過率が８５％以下で適正な範囲となった。磁気ディスクとしての磁気特性は、Ｓｍ_２Ｏ_３を１０重量％含有させても適正であったが、Ｓｍ_２Ｏ_３の含有量が１０重量％を超えるとＰｒの場合と同様にガラス中に残存原料が残るため好ましくなかった。
【００４４】
同様に、希土類元素としてＮｄ，Ｅｕ，Ｈｏを含有させたガラス基板について検討を行ったところ、Ｎｄ、Ｅｕについては、Ｓｍと同様の結果が得られたが、ＮｄまたはＥｕの含有量が８重量％を越えると磁気ディスクとしての磁気特性が低下し好ましくなかった。Ｈｏについては、希土類元素としてＥｒを含むガラス基板と同じく、ガラス基板の光学的特性と磁気ディスクとしての磁気特性の両者を同時に満たす組成範囲が存在しなかったたため、好ましい結果が得られなかった。
【００４５】
このように、希土類元素としてＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕを含有させ、含有させる希土類酸化物の濃度を１重量％以上８重量％以下にすることにより、ガラス基板の光学的特性において、ガラス基板の視認性を向上してガラス基板の加工時などに生じる傷やかけなどの不良の発生を低減し、また、品質検査などにおけるガラス基板中の気泡、脈理、異物、傷、かけなどの不良の発見を容易にできる。さらに、磁気ディスクや光磁気ディスクとした場合の磁気特性において、ガラス基板の磁化を低減できるため、磁気ディスクや光磁気ディスクに加工された場合の磁化特性に与えるガラス基板の影響を低減できる。したがって、ガラス基板の品質を向上できる。
【００４６】
さらに、希土類元素としてＰｒを含ませ、その希土類酸化物の濃度を１.５重量％以上５.２重量％以下とすれば、総合歩留まりが９０％以上となり、ガラス基板の品質を一層向上できる。
【００４７】
また、希土類元素としてＰｒ、Ｎｄのいずれか１つを含ませる場合以外の場合で、希土類元素としてＳｍを含ませる場合には、その希土類酸化物の濃度が２.５重量％以上９重量％以下、希土類元素としてＥｕを含ませる場合には、その希土類酸化物の濃度が２.５重量％以上８重量％以下とすることもできる。
【００４８】
なお、希土類元素であるＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの含有量が１重量％よりも少ないと、ガラス基板のマイクロビッカース硬さなどで示される機械的強度が低下したり、透過率が高くなり過ぎ、ガラス基板の歩留まりが低下する。すなわち、ガラス基板の傷やかけなどによる不良が増大することとなり、ガラス基板の品質の低下を招く結果となった。一方、希土類元素の含有量が８重量％よりも多いと、ガラス基板の磁化の値が増大し、磁気ディスクや光磁気ディスクに加工された場合に磁気ディスクや光磁気ディスクの磁化特性のばらつきを増大させてしまい、ガラス基板とこのガラス基板を用いた磁気ディスクや光磁気ディスクの品質を低下させてしまうため好ましくない。さらに、希土類元素の含有量が８重量％よりも多いと、ガラス中に原料が残存するばあいがあるため、ガラス基板の品質が低下し好ましくない。
【００４９】
次に、情報記録ディスク用ガラス基板として適切なガラス組成について検討するため、ガラスの安定性、熱膨張係数、ガラス基板表面のマイクロビッカース硬度、円環強度、熱サイクル試験について検討した結果を表３に示す。表３に示す各試料において、添加する希土類元素としてＰｒを用いた。なお、表３のガラス組成の中で、Ｒ_２ＯとはＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、そしてＫ_２Ｏを合わせた全アルカリ金属酸化物の含有量を示す。
【００５０】
【表３】

ここで、ガラスの安定性では、ガラス溶解後に気泡、脈理、異物などが顕著に見られたものは×とし、気泡、脈理、異物などが見られず、清澄で均質なガラスが得られた場合は○とした。熱膨張係数は、各試料の組成に対応するガラスブロックを作製し、４ｍｍ×４ｍｍ×１５ｍｍの熱膨張測定用試験片を切り出し、熱膨張測定装置を用いて測定した。このとき、測定温度範囲は、３０℃〜１００℃とした。円環強度は、試料となる２.５″のガラス基板の上面側に、外径２２ｍｍφの円環状の部材を載せ、ガラス基板の下面側に内径６３ｍｍφ、外径６５ｍｍφの円環状の部材を設置した後、これらの円環状の部材に荷重をかけてガラス基板の破壊強度を測定した。
【００５１】
熱サイクル試験では、得られたガラス基板を用いて前述と同様に磁気ディスクを作製し、作製した磁気ディスクを図３に示すような磁気ディスク装置に搭載して実施した。熱サイクル試験の結果は、トラックずれによる読み取りエラーなどの問題が生じる割合が１％以下の場合は○を、１％以上の場合は×として示した。このとき、熱サイクルは、０℃で４時間保持した後、昇温して６５℃で４時間保持した。さらにこの後、０℃に降温して４時間保持した。このサイクルを１０回繰り返し、その間でエラーが生じるか否かを判定した。
【００５２】
ＳｉＯ₂の含有量について表３に示す試料Ｎｏ．５０〜５５などのガラス基板により検討した。ＳｉＯ₂の含有量が４９.５重量％のＮｏ．５２ガラス基板では、マイクロビッカース硬度、円環強度が十分でなく、情報記録ディスク用ガラス基板として十分な品質ではなかった。しかし、試料Ｎｏ．５１に示すようにＳｉＯ₂の含有量がが５０重量％であれば、マイクロビッカース硬さが６５０を超えるため、ガラス基板として適切であった。また、試料Ｎｏ．５５のようにＳｉＯ₂の含有量が７０重量％を超えると、ガラス溶解時に気泡などの発生が顕著になるので好ましくなかった。一方、試料Ｎｏ．５４のようにＳｉＯ₂の含有量が７０重量％では、気泡、脈理などの発生がなく、十分な耐水性と機械的強度を有するガラス基板が得られた。
【００５３】
このように、ＳｉＯ₂の含有量は５０重量％以上７０重量％以下とすれば、情報記録ディスク用ガラス基板として十分な耐水性と機械的強度を有するガラス基板を得ることができる。なお、ＳｉＯ₂の含有量が５０重量％未満では、マイクロビッカース強度などの機械的強度が低下するため好ましくない。また、ＳｉＯ₂の含有量が７０重量％を超えると気泡、脈理などが発生し、清澄で均質なガラスを得難いので好ましくない。
【００５４】
Ａｌ₂Ｏ_３の含有量について試料Ｎｏ．５６〜５９などのガラス基板により検討した。試料Ｎｏ．５７のＡｌ₂Ｏ_３の含有量が２６重量％であるガラス基板では、ガラスの熔融温度が高くなりすぎ、１６００℃の熔融ではガラスの原料が残存したため好ましくなかった。しかし、試料Ｎｏ．５６のＡｌ₂Ｏ_３の含有量が２５重量％のガラスでは、清澄なガラスを得ることができた。このとき、マイクロビッカース硬度、円環強度ともガラス基板として十分な値を示した。一方、Ａｌ₂Ｏ_３の含有量が１０重量％の試料Ｎｏ．５８のガラス基板でも、マイクロビッカース硬度、円環強度共にガラス基板として十分な値を示し、かつ清澄なガラス基板が得られた。しかし、Ａｌ₂Ｏ_３の含有量が９.５重量％のＮｏ．５９のガラス基板では、ガラス中に脈理などの不均質が生じ、清澄なガラスを得ることができなかった。
【００５５】
このように、Ａｌ₂Ｏ_３の含有量が１０重量％以上２５重量％以下とすれば、情報記録ディスク用ガラス基板として十分な機械的強度を有し、かつ十分な安定性を有するガラス基板、つまり清澄で均質なガラス基板が得られた。なお、Ａｌ₂Ｏ_３の含有量が１０重量％未満であると、清澄で均質なガラス基板が得られなかった。一方、Ａｌ₂Ｏ_３の含有量が２５重量％を超えたときも、ガラス中に原料成分が残存し、清澄なガラスを得ることができなかった。
【００５６】
Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏを合わせた全アルカリ酸化物の含有量（表中のＲ_２Ｏ）とガラス基板の熱膨張係数の変化について試料Ｎｏ．４２〜４９などにより検討した。試料Ｎｏ．４４、４５のガラス基板ようにアルカリ金属酸化物の含有量が少ないガラスでは、熱サイクル試験においてトラックずれによるエラーが確認された。試料Ｎｏ．４８、４９のようにアルカリ金属酸化物の含有量が多い場合にも同様にトラックずれによるエラーが生じる磁気ディスク装置が確認された。
【００５７】
これらのガラス基板の熱膨張係数を見ると、試料Ｎｏ．４４、４５のガラス基板では、各々７１.０×１０^−７／℃、５８.３×１０^−７／℃となっており、一般的にスピンドルの材料として用いられるステンレス鋼などの熱膨張係数である８０×１０^−７／℃に比較して小さくなっている。また試料Ｎｏ．４８、４９のガラス基板では、各々８７.４×１０^−７／℃、９５.１×１０^−７／℃となっており、スピンドルを形成する材料の熱膨張係数に比べて大きくなっていた。したがって、このようなガラス基板の熱膨張係数とスピンドルの熱膨張係数との差が、熱サイクルによるガラス基板の熱膨張とスピンドルの熱膨張との差となり、図１に示すような情報記録ディスク１の貫通穴３の熱膨張が図３に示すような磁気ディスク装置１８のスピンドル１９の熱膨張よりも大きくなって、貫通穴３とスピンドル１９との間の嵌合状態に不具合が生じ、トラックずれが生じたものと考えられる。
【００５８】
このようにガラス基板の熱膨張係数は、含有するアルカリ金属酸化物に大きく依存するが、表３に示す結果から、アルカリ金属酸化物の含有量が１３.０重量％以下となると、ガラス基板の熱膨張係数がスピンドルを形成する材料の熱膨張係数より小さくなり過ぎ、熱サイクル試験においてトラックずれが生じるため好ましくなかった。また、１８.０重量％以上になると、ガラス基板の熱膨張係数がスピンドルを形成する材料の熱膨張係数より大きくなり過ぎ、やはり熱サイクル試験においてトラックずれが生じるため好ましくなかった。一方、アルカリ金属酸化物の含有量が１３.０重量％を超え１８.０重量％未満であれば、熱サイクル試験においてトラックずれなどの問題はほとんど生じなかった。また、試料Ｎｏ．４３のガラス基板のように熱膨張係数が７３.０×１０^−７／℃以上であり、試料Ｎｏ．４７のガラス基板のように熱膨張係数が８６.０×１０^−７／℃以下であれば、熱サイクル試験でトラックずれなどの問題はほとんど生じない磁気ディスク装置が得られた。
【００５９】
したがって、アルカリ金属酸化物の含有量が１３.０重量％を超え１８.０重量％未満であれば、ガラス基板の熱膨張係数がトラックずれなどの問題を生じない適正範囲、すなわち７３.０×１０^−７／℃以上８６.０×１０^−７／℃以下となり、ガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【００６０】
Ｂ_２Ｏ_３の含有量について試料Ｎｏ．６０〜６３などのガラス基板より検討した。Ｂ_２Ｏ_３を含有していないか、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が３重量％以下である試料Ｎｏ．６０〜６２のガラス基板は、気泡や脈理などが少なく十分に均質であり、かつ熱膨張係数、ビッカース硬度や円環強度などの機械的強度も適正な値を示した。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が５重量％である試料Ｎｏ．６３のガラス基板は、熱膨張係数が小さくなって適正範囲からはずれ、熱サイクル試験においてトラックずれを生じる磁気ディスク装置が見られた。
【００６１】
このように、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、０重量％以上５重量％未満であればガラス基板の熱膨張係数を適正化でき、熱サイクル試験においてトラックずれが生じない。なお、表３には示していないが、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が５重量％以上であると、熱膨張係数が適正範囲外となるため好ましくなかった。
【００６２】
ここで、試料Ｎｏ.６３〜７２のガラス基板などのように、これまでに述べたガラス基板の組成にＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属、またはＺｎＯを含有させると、いずれもガラス基板の熱膨張係数を上昇させる効果があり、ガラス基板の熱膨張係数を適正化する上で好ましい。ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属では、表３には示していないが、ガラス基板への含有量が１２重量％を超えるとクラックが発生することにより、マイクロビッカース硬度が適正な範囲にあるにもかかわらず円環強度が低減した。したがって、アルカリ土類金属酸化物は、含有させるとガラス基板の熱膨張係数を上昇させる効果があるが、１２重量％を超えるとガラス基板の機械的強度が低下してしまう。このため、アルカリ土類金属酸化物であるＭｇＯとＣａＯの含有量は、０重量％以上１２重量％以下であれば、十分なビッカース硬度や円環強度、つまり機械的強度を有し、ガラス基板の熱膨張係数を適正化したガラス基板を得ることができる。
【００６３】
試料Ｎｏ．７３、７４のガラス基板は、アルカリ土類金属酸化物としてＭｇＯ、ＣａＯ、そしてＢａＯを２種類同時に含有させたものである。表３には示していないが、この例のように２種類以上のアルカリ土類金属を同時にガラス基板に含有させることにより、アルカリ金属元素やアルカリ土類元素のガラス基板からの析出または溶出が抑制できる。これにより、ガラス基板の表面に形成した磁性膜などの情報記録層の剥離などを抑制でき、化学的な安定性を向上することができる。なお、２種類のアルカリ土類金属をガラス基板に含有させる場合でも、クラックの発生を抑制する上で、含有量は１２重量％以下とする必要がある。
【００６４】
一方、ＺｎＯでは、試料Ｎｏ．７２のガラス基板などに示されるように、含有量が１０重量％を超えるとガラス基板中に結晶の析出が著しくなるため好ましくない。ＺｎＯの含有量が１０重量％では、このような結晶の析出は認められなかった。したがって、ＺｎＯの含有量は、０重量％以上１０重量％以下であることが好ましかった。
【００６５】
これまでに述べたガラス基板の組成に希土類元素であるＬａを含有させることでも、ガラス基板の熱膨張係数を上昇させる効果があり、ガラス基板の熱膨張係数を適正化する上で好ましい。試料Ｎｏ．７５〜７７のガラス基板ようにＬａ_２Ｏ_３の含有量が７重量％以下の場合にはガラスの脈理や気泡の発生が見られず、良好なガラスが得られた。一方、試料Ｎｏ．７８のガラス基板では、熱膨張係数、マイクロビッカース硬さなどでは十分な特性が得られたものの、ガラス基板中に脈理の発生が見られ、十分なガラスの安定性が得られ難かった。
【００６６】
このように、７重量％以下のＬａ_２Ｏ_３をガラス基板に含有させると機械的強度を損なうことなくガラス基板の熱膨張係数を上昇させて、ガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。しかし、７重量％を超えてＬａ_２Ｏ_３をガラス基板に含有させると十分なガラスの安定性が得られ難いため好ましくない。
【００６７】
以上説明したように、５０重量％以上７０重量％以下のＳｉＯ₂と、１０重量％以上２５重量％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、０重量％以上５重量％未満のＢ₂Ｏ₃と、１３重量％を超え１８重量％未満のＲ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素を表す）とを含む構成の情報記録ディスク用ガラス基板とする。これにより、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数と情報記録ディスクの貫通穴に嵌合されて情報記録ディスクを支持するスピンドルの熱膨張係数との間の差が低減し、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数がトラックずれなどの問題を生じない適正範囲、すなわち７３.０×１０^−７／℃以上８６.０×１０^−７／℃以下となるため、ガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【００６８】
さらに、１０重量％以下のＺｎＯを含む構成や、１２重量％以下のＲeＯ（Ｒeはアルカリ土類金属元素を表す）を含む構成、そして重量百分率で７％以下のＬａ₂Ｏ₃を含む構成とすることによっても、ガラス基板の熱膨張係数を上昇させることができるため、ガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。また、合計で重量百分率で１２％以下の２種類以上のＲeＯ（Ｒeはアルカリ土類金属元素を表す）を含む構成とすれば、ガラス基板の化学的な安定性を向上し、かつガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【００６９】
さらに、１重量％以上８重量％以下のＬｎ₂Ｏ₃（ＬｎはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、またはＥｕを表す）とを含む構成とすれば、ガラス基板の視認性を向上してガラス基板の加工時などに生じる傷やかけなどの不良の発生を低減し、また、品質検査などにおけるガラス基板中の気泡、脈理、異物、傷、かけなどの不良の発見を容易にできる。さらに、磁気ディスクや光磁気ディスクに用いる場合には、ガラス基板の磁化を低減できるため、磁気ディスクや光磁気ディスクに加工された場合の磁化特性に与えるガラス基板の影響を低減できる。したがって、ガラス基板の品質を向上でき、かつガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【００７０】
また、Ｌｎ₂Ｏ₃を構成するＬｎがＰｒであれば、不良の発生をより低減でき、不良発見をより容易化でき、さらに、磁気ディスクや光磁気ディスクに加工された場合の磁化特性に与える影響をより低減できることから、ガラス基板の品質をより向上することができる。
【００７１】
ただし、Ｌａ以外の希土類元素、すなわちＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、またはＥｕは、ガラス基板の熱膨張係数の変化にあまり影響しないため、不良の発生の低減、不良発見の容易化、さらに、磁気ディスクや光磁気ディスクに加工された場合の磁化特性に与える影響の低減の面におけるガラス基板の品質の向上が必要ない場合には、希土類元素としてＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、またはＥｕを含有させない構成にできる。さらに、ガラス基板の機械的強度を化学強化や結晶化によって得る場合には、希土類元素をガラス基板に含有させない構成にできる。
【００７２】
さらに、３０℃〜１００℃の温度範囲で測定される熱膨張係数が７３×１０^−７／℃以上８６×１０^−７／℃以下であり、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上８５％以下であり、１ｋＯｅの磁界を印加したときの磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下である情報記録ディスク用ガラス基板とする。このようなガラス基板とすることでも、ガラス基板の品質を向上でき、かつガラス基板の熱膨張係数を適正化できる。
【００７３】
さらに、本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板を用いた情報記録ディスクでは、ガラス基板の熱膨張係数が適正化されてトラックずれなどが生じ難いため、情報記録ディスクとしての信頼性を向上できる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、情報記録ディスク用ガラス基板の熱膨張係数を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板の一実施形態の平面図である。
【図２】本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板の一実施形態の断面図である。
【図３】本発明を適用してなる情報記録ディスク用ガラス基板を用いた磁気ディスクを備えた磁気ディスク装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１情報記録ディスク用ガラス基板
３貫通穴
５チャンファー部

Claims

重量百分率で、
５０％以上７０％以下のＳｉＯ₂と、
１０％以上２５％以下のＡｌ₂Ｏ₃と、
０％以上５％未満のＢ₂Ｏ₃と、
１３％を超え１８％未満のＲ_２Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素を表す）と、
１％以上８％以下のＰｒ ₂ Ｏ ₃ と、
１％以上１０％以下のＺｎＯとを含む情報記録ディスク用ガラス基板。
重量百分率で１２％以下のＲｅＯ（Ｒｅはアルカリ土類金属元素を表す）を含むことを特徴とする請求項１に記載の情報記録ディスク用ガラス基板。
重量百分率で７％以下のＬａ₂Ｏ₃を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報記録ディスク用ガラス基板。
請求項１に記載の情報記録ディスク用ガラス基板であって、３０℃〜１００℃の温度範囲で測定される熱膨張係数が７３×１０^−７／℃以上８６×１０^−７／℃以下であり、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光における透過率が５０％以上８５％以下であり、１ｋＯｅの磁界を印加したときの磁化が３×１０^−３ｅｍｕ／ｃｃ以下であることを特徴とする情報記録ディスク用ガラス基板。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報記録ディスク用ガラス基板と、該ガラス基板の表面上に直接または他の層を介して形成される情報記録層とを有する情報記録ディスク。