JP4208035B2 - 情報記録媒体用ガラス基板及び磁気記録媒体並びに情報記録媒体用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は情報記録媒体用ガラス基板（以下、「ガラス基板」と略すことがある）及び磁気記録媒体並びに情報記録媒体用ガラス基板の製造方法に関し、より詳細には、部分的に層厚の異なる化学処理層が表面に形成された情報記録媒体用ガラス基板及び磁気記録媒体並びに情報記録媒体用ガラス基板の製造方法に関するものである。

従来、磁気ディスク用基板としては、デスクトップ用コンピュータやサーバなどの据え置き型にはアルミニウム合金が、他方ノート型コンピュータやモバイル型コンピュータなどの携帯型にはガラス基板が一般に使用されていたが、アルミニウム合金は変形しやすく、また硬さが不十分であるため研磨後の基板表面の平滑性が十分とは言えなかった。さらに、ヘッドが機械的に磁気ディスクに接触する際、磁性膜が基板から剥離しやすいという問題もあった。そこで、変形が少なく、平滑性が良好で、かつ機械的強度の大きいガラス基板が、携帯型のみならず据え置き型の機器やその他の家庭用情報機器にも今後広く使用されていくものと予測されている。

ところがガラス基板を長期間使用すると、ガラス基板からイオンが溶出するといった問題が生じることがあった。このため従来から、ガラス基板表面に種々の化学処理層を設けてガラス基板の化学的耐久性を向上させることが行われていた。例えばガラス基板表面のアルカリ金属イオンを、その金属イオンよりも大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換することにより圧縮歪みを発生させて、機械的強度を向上させる化学強化処理が行われていた（特許文献１や特許文献２、特許文献３）。
特開平７−１３４８２３号公報 特開平８−１８０４０２号公報 特開平８−１２４１５３号公報

しかしながら、従来の化学処理の多くは、ガラス基板の表面全体に化学処理層を設けるものであって、必要な部分にのみ化学処理を施すものではなかった。このため、記録層が形成される主表面に必要以上の厚さの化学処理層が形成されてしまい、基板の変形や基板特性の変質を招くことがあった。加えて、これまでガラス基板の表面粗度との関連において化学処理層の層厚を定めるものはなかった。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた化学的耐久性を有すると同時に、基板の変形や基板特性の変質が生じない情報記録媒体用ガラス基板及び該情報記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供することにある。

また本発明の目的は、磁気ヘッドと磁気記録媒体表面との距離を小さくすることができ、記録容量を大きくできる磁気記録媒体を提供することにある。

本発明者は前記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ガラス基板の表面粗度と化学的耐久性との間に相関関係のあること、すなわちガラス基板の表面粗度が大きい部分ほど化学的耐久性が低いという知見を得て本発明をなすに至った。すなわち本発明に係る情報記録媒体用ガラス基板は、部分的に層厚の異なる化学処理層が表面に形成された情報記録媒体用ガラス基板であって、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分ほど、化学処理層の層厚を厚くしたことを特徴とする。

より高い化学的耐久性を得る観点から、形成する化学処理層の層厚Ｄは下記式（１）を満足するようにするのが好ましい。

１００Ｒａ≦Ｄ≦３０００Ｒａ ・・・・・・（１）
（Ｒａ：化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度）
化学的耐久性をより向上させると同時に記録容量をより大きくする観点から、円盤状で中心に穴が形成された情報記録媒体用ガラス基板の場合には、化学処理層の層厚を主表面よりも内周面および外周面の方を厚くするのが好ましく、内周面よりも外周面の方を厚くするのが好ましい。

また本発明によれば、前記記載のガラス基板上に磁性膜を形成したことを特徴とする磁気記録媒体が提供される。

なお、本明細書における「表面粗度」はJIS B 0601に規定される算術平均粗さをいい、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度Ｒａは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡：デジタルインスツルメント社製）を使用して測定したものである。

本発明に係るガラス基板では、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分、すなわち化学的耐久性の低い部分ほど化学処理層の層厚を厚くしたので、ガラス基板からのイオン溶出が防止され、情報記録媒体として使用したときの不具合が解消される。

化学処理層の層厚Ｄを前記式（１）を満足するようにすると、より高い化学的耐久性が得られるようになる。

円盤状で中心に穴が形成された情報記録媒体用ガラス基板の場合に、化学処理層の層厚を主表面よりも内周面および外周面の方を厚くすると、化学的耐久性をより高めることができ、同時に記録容量をより大きくできる。

また本発明に係る磁気記録媒体では、前記記載のガラス基板上に磁性膜を形成したので、磁気ヘッドと磁気記録媒体表面との距離を小さくすることができ、記録容量を大きくできる。

部分的に層厚の異なる化学処理層をガラス基板に形成する方法の一例を示す斜視図である。 部分的に層厚の異なる化学処理層をガラス基板に形成する方法の一例を示す概説図である。 本発明に係るガラス基板の概説断面図である。 本発明に係る磁気記録媒体の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 磁性膜
１１ 化学処理層
Ｄ 化学処理層の層厚
Ｄ₁ 主表面における化学処理層の層厚
Ｄ₂ 外周面における化学処理層の層厚
Ｄ₃ 内周面における化学処理層の層厚
Ｒａ 化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度
Ｍ 磁気ディスク

本発明に係るガラス基板の大きな特徴の一つは、ガラス基板の表面粗度の大きい部分ほど化学処理層の層厚を厚くしたことにある。コアリング工程やラッピング工程、研磨工程などのガラス基板の製造工程において、微細なクラックやガラス構造の欠陥などがガラス基板に生じ、これらのダメージを受けた部分からイオンの移動が特に起こりやすいと考えられる。ガラス基板の表面にこのようなダメージを受けた部分があると、その部分の表面粗度は一般に大きくなる。そこで本発明では、表面粗度の大きい部分ほど化学処理層の層厚を厚くして、当該部分からのイオンの溶出等を防止するようにしたのである。

ガラス基板に形成する化学処理層は、化学処理を行って形成する層であって、化学処理としては例えば化学強化処理やイオン溶出処理、イオン打ち込み処理などが挙げられる。ここで化学強化処理は、ガラス基板表面のアルカリ金属イオンを、その金属イオンよりも大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換することにより圧縮歪みを発生させて、機械的強度を向上させるものをいう。またイオン溶出処理は、ガラス基板表面の耐久性に影響を与えるイオン成分を、温純水やイオン水、あるいは硝酸、塩酸、硫酸、シュウ酸、クエン酸などの水溶液を用いて除去する処理をいう。処理条件としては、水溶液の濃度は０．０１〜１０％程度、処理時間は０．５〜１００分間、処理温度は常温〜１００℃の範囲が好ましい。さらにイオン打ち込み処理は、ガラス基板の表面に特定の化学種（イオン）を物理的に打ち込む処理をいう。イオンの打ち込み程度は、ガラス基板表面が変質しない程度とする。

化学処理層の層厚Ｄは、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度Ｒａにも基づいて決定される。すなわち表面粗度Ｒａの大きい部分ほど化学処理層の層厚Ｄを厚くする。一般に、化学処理層の層厚Ｄは、下記式（１）を満足する範囲が好ましい。

１００Ｒａ≦Ｄ≦３０００Ｒａ ・・・・・・（１）
但し、Ｒａは、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度である。
化学処理層の層厚Ｄが１００Ｒａよりも薄いと、ガラス基板からのイオン溶出が十分には防止されず、ガラス基板の化学的耐久性が向上しないおそれがある。一方、化学処理層の層厚Ｄが３０００Ｒａよりも厚いと、ガラス基板の変形や基板特性の変質を招くおそれがある。化学処理層の層厚Ｄのより好ましい範囲は、下記式（２）を満足する範囲である。
２００Ｒａ≦Ｄ≦２０００Ｒａ ・・・・・・（２）
化学処理層の層厚を調整するには、例えば処理時間や処理温度などの化学処理条件を変える、あるいは処理液の濃度や種類を変えることなどが挙げられる。具体的には化学強化処理の場合は、化学強化液の加熱温度と接触時間とによって化学処理層の層厚Ｄは調整される。加熱温度が高いほど、また接触時間が長いほど化学処理層は厚くなる。イオン溶出処理の場合は水溶液の濃度や処理時間、処理温度によって化学処理層の層厚Ｄは調整される。水溶液濃度が高いほど、処理時間が長いほど、そして処理温度が高いほど化学処理層は厚くなる。イオン打ち込み処理の場合は、ガラス基板に打ち込むイオンの種類や打ち込み速度などによって化学処理層の層厚は調整される。

また化学処理層の層厚を、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度Ｒａにも基づいて、部分的に異なるようにするには、化学処理を施す部分毎に工程を分けて化学処理を行うのが簡便である。例えば、化学処理剤を部分的に塗布する方法が挙げられる。化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分に化学処理を施す第１工程と、ガラス基板の表面粗度の小さい部分に化学処理を施す第２工程とに分けて、第１工程で行う化学処理の化学処理層の厚さを第２工程で行う化学処理の化学処理層の厚さよりも大きくなるように化学処理を行う。また、図１及び図２に、ガラス基板の化学処理を部分毎に工程を分けて行う場合の別の例を示す。これらの図では、円盤状で中心に穴が形成されたガラス基板１の間に中間治具Ｔ₂が介装され、最上のガラス基板上に上蓋治具Ｔ₁、最下のガラス基板に下蓋治具Ｔ₃がそれぞれ装着されている。これによって、ガラス基板１の上・下の主表面が治具Ｔ₁〜Ｔ₃で覆われ、ガラス基板の内・外周面のみが露出する。そして、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい内・外周面の部分に化学処理を施す第１工程として、図２に示すように、治具Ｔ₁〜Ｔ₃によって固定された積層状のガラス基板１を、化学処理液Ｌの貯溜された容器内に所定時間浸漬させる。これによって、ガラス基板１の内・外周面のみに化学処理層が形成される。次に、ガラス基板の表面粗度の小さい部分に化学処理を施す第２工程として、図示はしないが、別の治具を用いてガラス基板の主表面のみを露出させた後、前記と同様にして、化学処理液の貯溜された容器内に所定時間浸漬させる。これによって、ガラス基板の主表面に化学処理層が形成される。このような化学処理において浸漬時間や化学処理液の種類、温度などを変えることによって、ガラス基板の主表面と内外周面における化学処理層の厚さを変えることができるようになる。

図３に示すような、円盤状で中心に穴が形成されたガラス基板の場合、主表面の化学処理層１１の厚さＤ₁よりも内外周面の化学処理層１１の厚さＤ₂，Ｄ₃を厚くするのが好ましい。ガラス基板１の主表面はその表面に記録層が形成される部分であって、この部分の化学処理層１１が厚いと基板特性の変質や基板の変形が起こりやすくなるからである。さらには、内周面の化学処理層１１の厚さＤ₃よりも外周面の化学処理層１１の厚さＤ₂を厚くするのが好ましい。これは、化学処理前の内・外周面加工において、加工砥石や加工ブラシなどの加工具が内周面に比べて速い周速で外周面に接触し、外周面の表面粗度が大きくなりやすいからである。

化学処理を行う前のガラス基板において一般に、主表面の表面粗度Ｒａ_Sは０．０５〜１．００ｎｍの範囲であり、また内・外周面の表面粗度Ｒａ_Eは０．５〜５０．００ｎｍの範囲である。さらには、表面粗度Ｒａ_Eが表面粗度Ｒａ_Sの５倍以上であるとき、化学処理層の内・外周面の厚さは主表面の厚さの５倍以上とするのが好ましい。

本発明で使用するガラス基板としては特に限定はなく、例えば二酸化ケイ素、酸化ナトリウム、酸化カルシウムを主成分としたソーダライムガラス；二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ）を主成分としたアルミノシリケートガラス；ボロシリケートガラス；酸化リチウム−二酸化ケイ素系ガラス；酸化リチウム−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス；Ｒ’Ｏ−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス（Ｒ’＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ）が挙げられ、これらガラス材料に酸化ジルコニウムや酸化チタン等を添加したものであってもよい。

またガラス基板の大きさに限定はなく２．５インチ，１．８インチ、１インチ、０．８５インチあるいはそれ以下の小径ディスクにも本発明の方法を適用することができ、またその厚さが２ｍｍや１ｍｍ、０．６３ｍｍ、あるいはそれ以下といった薄型のものにも適用することができる。本発明のガラス基板は化学処理方法によって強化されることから、薄型のガラス基板において好適に適用される。

次に、本発明のガラス基板を用いた情報記録用媒体について説明する。情報記録用媒体の基板として本発明のガラス基板を用いると、耐久性および高記録密度が実現される。以下、図面に基づき情報記録用媒体について説明する。

図４は磁気ディスクの斜視図である。この磁気ディスクＭは、円形のガラス基板１の上・下主表面に磁性膜２を直接形成したものである。磁性膜２の形成方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば磁性粒子を分散させた熱硬化性樹脂を基板上にスピンコートして形成する方法や、スパッタリング、無電解めっきにより形成する方法が挙げられる。スピンコート法での膜厚は約０．３〜１．２μｍ程度、スパッタリング法での膜厚は０．０４〜０．０８μｍ程度、無電解めっき法での膜厚は０．０５〜０．１μｍ程度であり、薄膜化および高密度化の観点からはスパッタリング法および無電解めっき法による膜形成が好ましい。

磁性膜に用いる磁性材料としては、特に限定はなく従来公知のものが使用できるが、高い保持力を得るために結晶異方性の高いＣｏを基本とし、残留磁束密度を調整する目的でＮｉやＣｒを加えたＣｏ系合金などが好適である。具体的には、Ｃｏを主成分とするＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＮｉ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＮｉＰｔや、ＣｏＮｉＣｒＰｔ、ＣｏＮｉＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢ、ＣｏＣｒＰｔＳｉＯなどが挙げられる。磁性膜は、非磁性膜（例えば、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶなど）で分割しノイズの低減を図った多層構成（例えば、ＣｏＰｔＣｒ／ＣｒＭｏ／ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＴａ／ＣｒＭｏ／ＣｏＣｒＰｔＴａなど）としてもよい。上記の磁性材料の他、フェライト系、鉄−希土類系や、ＳｉＯ₂、ＢＮなどからなる非磁性膜中
にＦｅ、Ｃｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＰｔ等の磁性粒子を分散された構造のグラニュラーなどであってもよい。また、磁性膜は、内面型および垂直型のいずれの記録形式であってもよい。

また、磁気ヘッドの滑りをよくするために磁性膜の表面に潤滑剤を薄くコーティングしてもよい。潤滑剤としては、例えば液体潤滑剤であるパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）をフレオン系などの溶媒で希釈したものが挙げられる。

さらに必要により下地層や保護層を設けてもよい。磁気ディスクにおける下地層は磁性膜に応じて選択される。下地層の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Ａｌ、Ｎｉ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が挙げられる。Ｃｏを主成分とする磁性膜の場合には、磁気特性向上等の観点からＣｒ単体やＣｒ合金であることが好ましい。また、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しても構わない。例えば、Ｃｒ／Ｃｒ、Ｃｒ／ＣｒＭｏ、Ｃｒ／ＣｒＶ、ＮｉＡｌ／Ｃｒ、ＮｉＡｌ／ＣｒＭｏ、ＮｉＡｌ／ＣｒＶ等の多層下地層としてもよい。

磁性膜の摩耗や腐食を防止する保護層としては、例えば、Ｃｒ層、Ｃｒ合金層、カーボン層、水素化カーボン層、ジルコニア層、シリカ層などが挙げられる。これらの保護層は、下地層、磁性膜など共にインライン型スパッタ装置で連続して形成できる。また、これらの保護層は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の層からなる多層構成としてもよい。なお、上記保護層上に、あるいは上記保護層に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層に替えて、Ｃｒ層の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、さらに焼成して二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂)層を形成してもよい。

以上、情報記録用媒体の一実施態様として磁気ディスクについて説明したが、情報記録用媒体はこれに限定されるものではなく、光磁気ディスクや光ディスクなどにも本発明のガラス基板を用いることができる。

（実施例１〜６，比較例１〜３）
表１に示すように、主表面と内・外周面の表面粗度を種々に変えたガラス基板に所定層厚の化学処理層をそれぞれ形成し、ガラス基板の化学的耐久性および基板形状を測定・評価した。結果を表１に合わせて示す。

表１から明らかなように、実施例１〜６のガラス基板では、化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分ほど、化学処理層の層厚を厚くしたので、良好な化学的耐久性が得られ、基板形状品質も良好であった。

これに対し、化学処理を行う前のガラス基板において、表面粗度が小さい主表面の化学処理層の層厚を厚くした比較例１と比較例２のガラス基板では、いずれも化学的耐久性は良好であったものの、比較例１のガラス基板では大きなうねりが生じ、比較例２のガラス基板では大きな変形が生じた。逆に、表面粗度が大きい内・外周面の化学処理層の層厚を薄くした比較例３のガラス基板では、洗浄乾燥後、大気中で３週間放置すると基板の内・外周面に析出物が見られた。

Claims (20)

1. 部分的に層厚の異なる化学処理層が表面に形成された情報記録媒体用ガラス基板であって、
   化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分ほど、前記化学処理層の層厚を厚くしたことを特徴とする、情報記録媒体用ガラス基板。
2. 前記化学処理層の層厚Ｄが下記式（１）を満足することを特徴とする、請求項１に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
   １００Ｒａ≦Ｄ≦３０００Ｒａ ・・・・・・（１）
   （Ｒａ：化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度）
3. 前記化学処理層の層厚Ｄが下記式（２）を満足することを特徴とする、請求項１に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
   ２００Ｒａ≦Ｄ≦２０００Ｒａ ・・・・・・（２）
4. 前記化学処理が化学強化処理であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
5. 前記化学処理がイオン溶出処理であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
6. 前記化学処理がイオン打ち込み処理であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
7. 円盤状で中心に穴が形成された情報記録媒体用ガラス基板であって、前記化学処理層の層厚が主表面よりも内周面および外周面の方が厚いことを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
8. 前記化学処理層の層厚が内周面よりも外周面の方が厚いことを特徴とする、請求項７に記載の情報記録媒体用ガラス基板。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の情報記録媒体用ガラス基板上に磁性膜を形成したことを特徴とする、磁気記録媒体。
10. 情報記録媒体用ガラス基板の製造方法であって、
    化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分に化学処理を施す第１工程と、ガラス基板の表面粗度の小さい部分に化学処理を施す第２工程とを有し、
    化学処理を行う前のガラス基板の表面粗度の大きい部分ほど、化学処理層の層厚を厚くすることを特徴とする、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
11. 前記第１工程及び前記第２工程は化学処理剤を塗布して行うことを特徴とする、請求項１０に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
12. 前記第１工程及び前記第２工程は、化学処理を施す部分を露出させ、その他の部分を治具で覆った状態で、化学処理液の貯留された容器内にガラス基板を浸漬させることにより行うことを特徴とする、請求項１０に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
13. 前記第１工程は、固定された積層状のガラス基板を前記容器内に所定時間浸漬させることを特徴とする、請求項１２に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
14. 前記第２工程は、ガラス基板を主表面のみ露出させた後、前記容器内に所定時間浸漬させることを特徴とする、請求項１２に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
15. 請求項９に記載の磁気記録媒体において、前記磁性膜が垂直型の記録形式であることを特徴とする、磁気記録媒体。
16. 前記磁性膜の表面に潤滑剤をコーティングしたことを特徴とする、請求項９に記載の磁気記録媒体。
17. 前記潤滑剤が、パーフロロポリエーテルをフレオン系溶媒で希釈したものであることを特徴とする、請求項１６に記載の磁気記録媒体。
18. 請求項９に記載の磁気記録媒体において、前記磁性膜の上部に保護層を有することを特徴とする、磁気記録媒体。
19. 前記保護層がＣｒ層、Ｃｒ合金層、カーボン層、水素化カーボン層、ジルコニア層またはシリカ層を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の磁気記録媒体。
20. 請求項９に記載の磁気記録媒体において、前記磁性膜の下部に下地層を有することを特徴とする、磁気記録媒体。