JP4273620B2 - 基板用ガラス - 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、光ディスク等の情報記録媒体、バンドパスフィルタ等の光回路部品、等の基板に用いられるガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報記録媒体用基板、たとえば磁気ディスク（ハードディスク）用基板の材料としては、アルミニウム、ガラス、セラミックス、カーボンなどが知られている。現在では、サイズや用途に応じて主にアルミニウムおよびガラスが実用化されている。なかでもガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れているため、その使用範囲が拡大している。
【０００３】
このような基板に従来使用されているガラスとして、モル％表示の組成が、ＳｉＯ2：６５．３％、Ａｌ2Ｏ3：８．６％、ＺｒＯ2：３．５％、Ｌｉ2Ｏ：１２．５％、Ｎａ2Ｏ：１０．１％、であるガラス（以下「従来ガラス」という。）が例示される。
【０００４】
一方、情報記録媒体用基板のたわみや反りの問題を解決するために、高ヤング率のガラスが求められている。このような問題を解決するガラスとして、特開平１０−８１５４２号公報には、ヤング率が１００ＧＰａ以上であるガラスが開示されている。
【０００５】
また、バンドパスフィルタ等の光回路部品においては、ガラスまたは結晶化ガラスからなる基板が用いられている。たとえば、光回路の分波用または合波用バンドパスフィルタには、結晶化ガラス基板に種々のセラミックス薄膜またはガラス薄膜を積層したものが用いられてきている。このような基板用の結晶化ガラスとして、モル％表示の組成が、ＳｉＯ2：７４．５％、Ａｌ2Ｏ3：３．８％、ＭｇＯ：１．１％、ＣａＯ：０．１％、ＺｎＯ：０．４％、ＺｒＯ2：０．６％、Ｌｉ2Ｏ：１８．１％、Ｎａ2Ｏ：０．１％、Ｋ2Ｏ：１．２％、Ｐ2Ｏ5：０．１％、である結晶化ガラス（以下「従来結晶化ガラス」という。）が例示される。この従来結晶化ガラスには、Ｌｉ2Ｏ・２ＳｉＯ2等の結晶が析出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ディスクには多くの金属材料が用いられており、ガラス基板とその周囲で用いられる金属材料の膨張係数マッチングが重要である。たとえば、ガラス基板を固定しているクランプはステンレス鋼等の金属である。このガラス基板は磁気ディスク使用時には高速で回転し、その際、駆動モータ等の発熱によってクランプの温度は９０℃またはそれ以上に上昇する。
【０００７】
クランプとガラス基板の膨張係数の差が大きいほど、このクランプの温度上昇により次のような問題が生じる可能性が高くなる。すなわち、クランプによるガラス基板の固定が緩んだり、またはガラス基板に歪みやたわみが生じ、その結果、データ記録箇所の位置ずれが起って書き込みエラーまたは読み込みエラーが生じる。なお、金属材料の５０〜３５０℃における平均線膨張係数αは、典型的には１１０×１０-7／℃程度である。
【０００８】
また、磁気ディスクのたわみや反りの問題を解決するために、基板に用いられるガラスのヤング率が高いことが求められている。
前記従来ガラスのαは８７×１０-7／℃であり、前記膨張係数マッチングの問題の解決が図られているが、ヤング率は８３ＧＰａであり決して高くはない。
【０００９】
また、表面に積層薄膜が形成されている光回路部品用基板においても、基板とその積層薄膜との膨張係数マッチングが重要である。たとえば、該光回路部品を通過した光の中心波長の温度依存性を０．００３ｎｍ／℃以下にするためには、基板のαは８０×１０-7／℃以上であることが求められる。また、基板は研磨加工されるので高強度したがって高ヤング率であることが求められている。
【００１０】
前記従来結晶化ガラスのαは８７×１０-7／℃であり、またそのヤング率は９４ＧＰａであって比較的高いが、結晶化工程が必須であり、したがって製造工程がガラス基板に比べて多い問題がある。
本発明は、以上の課題を解決する、高ヤング率かつ高膨張係数の基板用ガラスの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ2Ｏ3 １０〜５０、
ＣａＯ ２０〜７０、
ＳｉＯ2 ０〜２５、
ＭｇＯ ０〜２５、
ＳｒＯ ０〜２５、
ＢａＯ ０〜２５、
ＺｎＯ ０〜２５、
ＴｉＯ2 ０〜２５、
ＺｒＯ2 ０〜１５、
Ｌｉ2Ｏ ０〜１５、
Ｎａ2Ｏ ０〜１５、
Ｋ2Ｏ ０〜１５、
Ｙ2Ｏ3 ０〜２５、
Ｌａ2Ｏ3 ０〜２５、
からなる基板用ガラスを提供する。
また、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ 2 Ｏ 3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ 2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ 2 ０〜１０、
ＺｒＯ 2 ０〜７、
Ｌｉ 2 Ｏ ０〜８、
Ｎａ 2 Ｏ ０〜６、
Ｋ 2 Ｏ ０〜６、
Ｙ 2 Ｏ 3 ０〜４、
Ｌａ 2 Ｏ 3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、液相温度が１４００℃以下である基板用ガラスを提供する。
また、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ 2 Ｏ 3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ 2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ 2 ０〜１０、
ＺｒＯ 2 ０〜７、
Ｌｉ 2 Ｏ ０〜８、
Ｎａ 2 Ｏ ０〜６、
Ｋ 2 Ｏ ０〜６、
Ｙ 2 Ｏ 3 ０〜４、
Ｌａ 2 Ｏ 3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７０×１０ -7 ／℃以上である基板用ガラスを提供する。
また、本発明は、前記基板用ガラスからなる情報記録媒体用ガラス基板および光回路部品用ガラス基板を提供する。
【００１２】
本発明者は、ＳｉＯ2含有量が２５モル％超であるケイ酸塩ガラスまたはケイ酸塩結晶化ガラスにおいて高ヤング率および高膨張係数を同時に満たすことが困難であるのは、ケイ酸塩ガラスまたはケイ酸塩結晶化ガラスのガラス構造に由来することを見出し、本発明に至った。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の基板用ガラス（本発明のガラスという。）の液相温度は１４００℃以下であることが好ましい。１４００℃超ではガラス製造時に失透するおそれがある。より好ましくは１３５０℃以下、特に好ましくは１３００℃以下、最も好ましくは１２５０℃以下である。
【００１４】
本発明のガラスのヤング率Ｅは９０ＧＰａ以上であることが好ましい。９０ＧＰａ未満では、基板がたわんだり反ったりするおそれがある、または基板の強度が低くなりすぎるおそれがある。より好ましくは１００ＧＰａ以上、特に好ましくは１１０ＧＰａ以上である。
【００１５】
本発明のガラスの比弾性率、すなわちヤング率Ｅを密度ｄで除したものＥ／ｄは３４ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。３４ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3未満では基板がたわんだり反ったりするおそれがある。より好ましくは３５ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上、特に好ましくは３６ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上、最も好ましくは３７ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上である。
【００１６】
本発明のガラスの５０〜３５０℃における平均線膨張係数αは７０×１０-7／℃以上であることが好ましい。７０×１０-7／℃未満では、磁気ディスクの金属製クランプ、バンドパスフィルタの積層薄膜、等との膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。より好ましくは８０×１０-7／℃以上、特に好ましくは８４×１０-7／℃以上、最も好ましくは８９×１０-7／℃以上である。
【００１７】
本発明のガラスは、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ2Ｏ3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ2 ０〜１０、
ＺｒＯ2 ０〜７、
Ｌｉ2Ｏ ０〜８、
Ｎａ2Ｏ ０〜６、
Ｋ2Ｏ ０〜６、
Ｙ2Ｏ3 ０〜４、
Ｌａ2Ｏ3 ０〜４、
からなり、Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ2の含有量の比（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2が１０以上であることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明のガラスの組成について、モル％を単に％と表示して説明する。
Ａｌ2Ｏ3はガラスを安定化させる成分であり必須である。５０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３５％以下である。１０％未満でもガラス化が困難になる。好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上である。
【００１９】
ＣａＯはガラスを安定化させる成分であり必須である。７０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは６５％以下、より好ましくは６０％以下である。２０％未満でもガラス化が困難になる。好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上、特に好ましくは４５％以上である。
【００２０】
ＳｉＯ2は必須ではないが、ガラスを安定化させ、また液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではＥおよび／またはαが小さくなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１２％以下、最も好ましくは９％以下である。
【００２１】
ＳｉＯ2を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。０．１％未満ではガラス化が困難になるおそれがある、または液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２２】
ＳｉＯ2の含有量が０．１％以上である場合、Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ2の含有量の比（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2は２以上であることが好ましい。ここで、（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2は、Ｅおよび／またはαに影響する因子である。この比が２未満ではＥおよび／またはαが小さくなりすぎる。好ましくは４以上、より好ましくは６以上、特に好ましくは８以上、最も好ましくは１０以上である。
【００２３】
ＭｇＯは必須ではないが、Ｅを大きくするために、または液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではかえって液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＭｇＯを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。
【００２４】
ＳｒＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、溶融ガラスの粘度を小さくするために、または液相温度を低下させるために、それぞれ２５％まで含有してもよい。２５％超ではＥが小さくなりすぎるおそれがある。それぞれの含有量は、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＳｒＯを含有する場合、またはＢａＯを含有する場合、それぞれの含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２５】
ＺｎＯは必須ではないが、Ｅを大きくするために、または液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではかえって液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＺｎＯを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２６】
ＴｉＯ2は必須ではないが、Ｅを大きくするために、または化学的耐久性を高くするために、２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＴｉＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２７】
ＺｒＯ2は必須ではないが、Ｅを大きくするために、または化学的耐久性を高くするために、２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下、最も好ましくは７％以下である。ＺｒＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２８】
Ｌｉ2Ｏは溶融ガラスの粘度を小さくするために、またはＥを大きくするために、またはαを大きくするために、１５％まで含有してもよい。１５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下、特に好ましくは６％以下である。Ｌｉ2Ｏを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２９】
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏは溶融ガラスの粘度を小さくするために、またはαを大きくするために、それぞれ１５％まで含有してもよい。１５％超ではＥが小さくなりすぎるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは７％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｎａ2Ｏを含有する場合、またはＫ2Ｏを含有する場合、それぞれの含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００３０】
Ｙ2Ｏ3は必須ではないが、Ｅを大きくするために２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｙ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上である。なお、液相温度をより低くしたい場合はＹ2Ｏ3を実質的に含有しないことが好ましい。
【００３１】
Ｌａ2Ｏ3は必須ではないが、Ｅを大きくするために２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｌａ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上である。
【００３２】
本発明のガラスは実質的に上記成分からなるが、その他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。前記その他成分の含有量の合計は２５モル％以下であることが好ましい。より好ましくは１５モル％以下、特に好ましくは１０モル％以下である。前記その他成分について以下に述べる。
【００３３】
Ｅを大きくするために、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5およびＷＯ3からなる群（以下この群を群Ａという。）から選ばれる１種以上の成分を含有してもよい。群Ａの成分の含有量の合計は２０モル％以下であることが好ましい。２０モル％超では、液相温度が高くなりすぎるおそれがある、または密度が大きくなりすぎ比弾性率が低下するおそれがある。より好ましくは１５モル％以下、特に好ましくは１０モル％以下、最も好ましくは３モル％以下である。また、群Ａの成分を含有する場合、それらの含有量の合計は０．１モル％以上であることが好ましい。より好ましくは１モル％以上、特に好ましくは２モル％以上である。
【００３４】
ガラス溶解を促進するために、またはガラスを安定化させるために、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＴｅＯ2、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3等を含有してもよい。これらの含有量の合計は１０モル％以下であることが好ましい。
ガラスの清澄促進のために、ＳＯ3、Ａｓ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ5等を含有してもよい。これらの含有量の合計は２モル％以下であることが好ましい。
【００３５】
本発明のガラスは溶融後板状に成形され、その後、徐冷工程、切断工程を経てガラス基板とされる。本発明においては結晶化工程は不要である。
【００３６】
次に、本発明の情報記録媒体用ガラス基板および光回路部品用ガラス基板について説明する。
本発明の情報記録媒体用ガラス基板は、本発明のガラスからなり、所望の寸法に切断されているガラス板であって、情報記録媒体の基板に用いられる。ここでいう情報記録媒体として、磁気ディスク、光ディスク等が例示される。
【００３７】
本発明の光回路部品用ガラス基板は、本発明のガラスからなり、所望の寸法に切断されているガラス板であって、光回路部品の基板に用いられる。ここでいう光回路部品として、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）光通信システムで使用される光合波用／光分波用バンドパスフィルタ、利得平坦化フィルタ等が例示される。なお、本発明の光回路部品用ガラス基板の表面には、通常、積層薄膜が形成される。
【００３８】
【実施例】
表のＡｌ2Ｏ3〜Ｌａ2Ｏ3の欄にモル％表示で示した組成となるように原料を調合して白金るつぼに入れ、１４５０〜１６５０℃に加熱し３〜５時間溶融した。この際白金スターラにより２時間撹拌し溶融ガラスを均質化した。次いで溶融ガラスを流し出して板状に成形後、徐冷を行った。
【００３９】
得られたガラスについて、密度ｄ（単位：ｇ／ｃｍ3）、ヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）、５０〜３５０℃における平均線膨張係数α（単位：１０-7／℃）および液相温度ＴL（単位：℃）を測定した。ヤング率を密度で除した比弾性率Ｅ／ｄ（単位：ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3）の値とともに表に示す。ｄ、Ｅ、α、ＴLの測定方法は以下のとおりである。
【００４０】
ｄ：約２０ｇのガラスについて、アルキメデス法により測定した。
Ｅ：４ｃｍ×４ｃｍのガラス板の両面が平行になるように研磨して、厚さを１０〜２０ｍｍとした試料について、超音波パルス法により測定した。
α：直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工し、熱機械分析装置（リガク（株）製、商品名ＴＭＡ８１４０）を用いて５℃／分の昇温速度で測定し、５０〜３５０℃における平均線膨張係数を算出した。
ＴL：ガラスを乳鉢で２ｍｍ程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートの上に並べて置く。この白金ボートを温度傾斜炉に入れて２４時間熱処理し、結晶が析出しているガラス粒が位置していた部分の温度の最高値を液相温度とした。
【００４１】
例１〜１０は実施例である。例１１は前記従来ガラス、例１２は特開平１０−８１５４２号公報に実施例３として開示されているガラスであり、いずれも比較例である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、書き込みエラーまたは読み込みエラー等のトラブルが起りにくい磁気ディスク等の情報記録媒体を提供できる。また、強度が大きく温度依存性の小さいバンドパスフィルタ等の光回路部品を提供できる。
さらに、結晶化工程が不要であり、結晶化ガラス基板に比べて製造工程が少ない情報記録媒体用ガラス基板または光回路用ガラス基板を提供できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク等の情報記録媒体、バンドパスフィルタ等の光回路部品、等の基板に用いられるガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報記録媒体用基板、たとえば磁気ディスク（ハードディスク）用基板の材料としては、アルミニウム、ガラス、セラミックス、カーボンなどが知られている。現在では、サイズや用途に応じて主にアルミニウムおよびガラスが実用化されている。なかでもガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れているため、その使用範囲が拡大している。
【０００３】
このような基板に従来使用されているガラスとして、モル％表示の組成が、ＳｉＯ2：６５．３％、Ａｌ2Ｏ3：８．６％、ＺｒＯ2：３．５％、Ｌｉ2Ｏ：１２．５％、Ｎａ2Ｏ：１０．１％、であるガラス（以下「従来ガラス」という。）が例示される。
【０００４】
一方、情報記録媒体用基板のたわみや反りの問題を解決するために、高ヤング率のガラスが求められている。このような問題を解決するガラスとして、特開平１０−８１５４２号公報には、ヤング率が１００ＧＰａ以上であるガラスが開示されている。
【０００５】
また、バンドパスフィルタ等の光回路部品においては、ガラスまたは結晶化ガラスからなる基板が用いられている。たとえば、光回路の分波用または合波用バンドパスフィルタには、結晶化ガラス基板に種々のセラミックス薄膜またはガラス薄膜を積層したものが用いられてきている。このような基板用の結晶化ガラスとして、モル％表示の組成が、ＳｉＯ2：７４．５％、Ａｌ2Ｏ3：３．８％、ＭｇＯ：１．１％、ＣａＯ：０．１％、ＺｎＯ：０．４％、ＺｒＯ2：０．６％、Ｌｉ2Ｏ：１８．１％、Ｎａ2Ｏ：０．１％、Ｋ2Ｏ：１．２％、Ｐ2Ｏ5：０．１％、である結晶化ガラス（以下「従来結晶化ガラス」という。）が例示される。この従来結晶化ガラスには、Ｌｉ2Ｏ・２ＳｉＯ2等の結晶が析出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ディスクには多くの金属材料が用いられており、ガラス基板とその周囲で用いられる金属材料の膨張係数マッチングが重要である。たとえば、ガラス基板を固定しているクランプはステンレス鋼等の金属である。このガラス基板は磁気ディスク使用時には高速で回転し、その際、駆動モータ等の発熱によってクランプの温度は９０℃またはそれ以上に上昇する。
【０００７】
クランプとガラス基板の膨張係数の差が大きいほど、このクランプの温度上昇により次のような問題が生じる可能性が高くなる。すなわち、クランプによるガラス基板の固定が緩んだり、またはガラス基板に歪みやたわみが生じ、その結果、データ記録箇所の位置ずれが起って書き込みエラーまたは読み込みエラーが生じる。なお、金属材料の５０〜３５０℃における平均線膨張係数αは、典型的には１１０×１０-7／℃程度である。
【０００８】
また、磁気ディスクのたわみや反りの問題を解決するために、基板に用いられるガラスのヤング率が高いことが求められている。
前記従来ガラスのαは８７×１０-7／℃であり、前記膨張係数マッチングの問題の解決が図られているが、ヤング率は８３ＧＰａであり決して高くはない。
【０００９】
また、表面に積層薄膜が形成されている光回路部品用基板においても、基板とその積層薄膜との膨張係数マッチングが重要である。たとえば、該光回路部品を通過した光の中心波長の温度依存性を０．００３ｎｍ／℃以下にするためには、基板のαは８０×１０-7／℃以上であることが求められる。また、基板は研磨加工されるので高強度したがって高ヤング率であることが求められている。
【００１０】
前記従来結晶化ガラスのαは８７×１０-7／℃であり、またそのヤング率は９４ＧＰａであって比較的高いが、結晶化工程が必須であり、したがって製造工程がガラス基板に比べて多い問題がある。
本発明は、以上の課題を解決する、高ヤング率かつ高膨張係数の基板用ガラスの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ2Ｏ3 １０〜５０、
ＣａＯ ２０〜７０、
ＳｉＯ2 ０〜２５、
ＭｇＯ ０〜２５、
ＳｒＯ ０〜２５、
ＢａＯ ０〜２５、
ＺｎＯ ０〜２５、
ＴｉＯ2 ０〜２５、
ＺｒＯ2 ０〜１５、
Ｌｉ2Ｏ ０〜１５、
Ｎａ2Ｏ ０〜１５、
Ｋ2Ｏ ０〜１５、
Ｙ2Ｏ3 ０〜２５、
Ｌａ2Ｏ3 ０〜２５、
からなる基板用ガラスを提供する。
また、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ 2 Ｏ 3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ 2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ 2 ０〜１０、
ＺｒＯ 2 ０〜７、
Ｌｉ 2 Ｏ ０〜８、
Ｎａ 2 Ｏ ０〜６、
Ｋ 2 Ｏ ０〜６、
Ｙ 2 Ｏ 3 ０〜４、
Ｌａ 2 Ｏ 3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、液相温度が１４００℃以下である基板用ガラスを提供する。
また、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ 2 Ｏ 3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ 2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ 2 ０〜１０、
ＺｒＯ 2 ０〜７、
Ｌｉ 2 Ｏ ０〜８、
Ｎａ 2 Ｏ ０〜６、
Ｋ 2 Ｏ ０〜６、
Ｙ 2 Ｏ 3 ０〜４、
Ｌａ 2 Ｏ 3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７０×１０ -7 ／℃以上である基板用ガラスを提供する。
また、本発明は、前記基板用ガラスからなる情報記録媒体用ガラス基板および光回路部品用ガラス基板を提供する。
【００１２】
本発明者は、ＳｉＯ2含有量が２５モル％超であるケイ酸塩ガラスまたはケイ酸塩結晶化ガラスにおいて高ヤング率および高膨張係数を同時に満たすことが困難であるのは、ケイ酸塩ガラスまたはケイ酸塩結晶化ガラスのガラス構造に由来することを見出し、本発明に至った。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の基板用ガラス（本発明のガラスという。）の液相温度は１４００℃以下であることが好ましい。１４００℃超ではガラス製造時に失透するおそれがある。より好ましくは１３５０℃以下、特に好ましくは１３００℃以下、最も好ましくは１２５０℃以下である。
【００１４】
本発明のガラスのヤング率Ｅは９０ＧＰａ以上であることが好ましい。９０ＧＰａ未満では、基板がたわんだり反ったりするおそれがある、または基板の強度が低くなりすぎるおそれがある。より好ましくは１００ＧＰａ以上、特に好ましくは１１０ＧＰａ以上である。
【００１５】
本発明のガラスの比弾性率、すなわちヤング率Ｅを密度ｄで除したものＥ／ｄは３４ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。３４ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3未満では基板がたわんだり反ったりするおそれがある。より好ましくは３５ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上、特に好ましくは３６ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上、最も好ましくは３７ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3以上である。
【００１６】
本発明のガラスの５０〜３５０℃における平均線膨張係数αは７０×１０-7／℃以上であることが好ましい。７０×１０-7／℃未満では、磁気ディスクの金属製クランプ、バンドパスフィルタの積層薄膜、等との膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。より好ましくは８０×１０-7／℃以上、特に好ましくは８４×１０-7／℃以上、最も好ましくは８９×１０-7／℃以上である。
【００１７】
本発明のガラスは、下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ2Ｏ3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ2 ０〜１０、
ＺｒＯ2 ０〜７、
Ｌｉ2Ｏ ０〜８、
Ｎａ2Ｏ ０〜６、
Ｋ2Ｏ ０〜６、
Ｙ2Ｏ3 ０〜４、
Ｌａ2Ｏ3 ０〜４、
からなり、Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ2の含有量の比（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2が１０以上であることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明のガラスの組成について、モル％を単に％と表示して説明する。
Ａｌ2Ｏ3はガラスを安定化させる成分であり必須である。５０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３５％以下である。１０％未満でもガラス化が困難になる。好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上である。
【００１９】
ＣａＯはガラスを安定化させる成分であり必須である。７０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは６５％以下、より好ましくは６０％以下である。２０％未満でもガラス化が困難になる。好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上、特に好ましくは４５％以上である。
【００２０】
ＳｉＯ2は必須ではないが、ガラスを安定化させ、また液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではＥおよび／またはαが小さくなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１２％以下、最も好ましくは９％以下である。
【００２１】
ＳｉＯ2を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。０．１％未満ではガラス化が困難になるおそれがある、または液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２２】
ＳｉＯ2の含有量が０．１％以上である場合、Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ2の含有量の比（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2は２以上であることが好ましい。ここで、（Ａｌ2Ｏ3＋ＣａＯ）／ＳｉＯ2は、Ｅおよび／またはαに影響する因子である。この比が２未満ではＥおよび／またはαが小さくなりすぎる。好ましくは４以上、より好ましくは６以上、特に好ましくは８以上、最も好ましくは１０以上である。
【００２３】
ＭｇＯは必須ではないが、Ｅを大きくするために、または液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではかえって液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＭｇＯを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。
【００２４】
ＳｒＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、溶融ガラスの粘度を小さくするために、または液相温度を低下させるために、それぞれ２５％まで含有してもよい。２５％超ではＥが小さくなりすぎるおそれがある。それぞれの含有量は、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＳｒＯを含有する場合、またはＢａＯを含有する場合、それぞれの含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２５】
ＺｎＯは必須ではないが、Ｅを大きくするために、または液相温度を低下させるために、２５％まで含有してもよい。２５％超ではかえって液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＺｎＯを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは４％以上である。
【００２６】
ＴｉＯ2は必須ではないが、Ｅを大きくするために、または化学的耐久性を高くするために、２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＴｉＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２７】
ＺｒＯ2は必須ではないが、Ｅを大きくするために、または化学的耐久性を高くするために、２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下、最も好ましくは７％以下である。ＺｒＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２８】
Ｌｉ2Ｏは溶融ガラスの粘度を小さくするために、またはＥを大きくするために、またはαを大きくするために、１５％まで含有してもよい。１５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下、特に好ましくは６％以下である。Ｌｉ2Ｏを含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００２９】
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏは溶融ガラスの粘度を小さくするために、またはαを大きくするために、それぞれ１５％まで含有してもよい。１５％超ではＥが小さくなりすぎるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは７％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｎａ2Ｏを含有する場合、またはＫ2Ｏを含有する場合、それぞれの含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは３％以上である。
【００３０】
Ｙ2Ｏ3は必須ではないが、Ｅを大きくするために２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｙ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上である。なお、液相温度をより低くしたい場合はＹ2Ｏ3を実質的に含有しないことが好ましい。
【００３１】
Ｌａ2Ｏ3は必須ではないが、Ｅを大きくするために２５％まで含有してもよい。２５％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。Ｌａ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上である。
【００３２】
本発明のガラスは実質的に上記成分からなるが、その他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。前記その他成分の含有量の合計は２５モル％以下であることが好ましい。より好ましくは１５モル％以下、特に好ましくは１０モル％以下である。前記その他成分について以下に述べる。
【００３３】
Ｅを大きくするために、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5およびＷＯ3からなる群（以下この群を群Ａという。）から選ばれる１種以上の成分を含有してもよい。群Ａの成分の含有量の合計は２０モル％以下であることが好ましい。２０モル％超では、液相温度が高くなりすぎるおそれがある、または密度が大きくなりすぎ比弾性率が低下するおそれがある。より好ましくは１５モル％以下、特に好ましくは１０モル％以下、最も好ましくは３モル％以下である。また、群Ａの成分を含有する場合、それらの含有量の合計は０．１モル％以上であることが好ましい。より好ましくは１モル％以上、特に好ましくは２モル％以上である。
【００３４】
ガラス溶解を促進するために、またはガラスを安定化させるために、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＴｅＯ2、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3等を含有してもよい。これらの含有量の合計は１０モル％以下であることが好ましい。
ガラスの清澄促進のために、ＳＯ3、Ａｓ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ5等を含有してもよい。これらの含有量の合計は２モル％以下であることが好ましい。
【００３５】
本発明のガラスは溶融後板状に成形され、その後、徐冷工程、切断工程を経てガラス基板とされる。本発明においては結晶化工程は不要である。
【００３６】
次に、本発明の情報記録媒体用ガラス基板および光回路部品用ガラス基板について説明する。
本発明の情報記録媒体用ガラス基板は、本発明のガラスからなり、所望の寸法に切断されているガラス板であって、情報記録媒体の基板に用いられる。ここでいう情報記録媒体として、磁気ディスク、光ディスク等が例示される。
【００３７】
本発明の光回路部品用ガラス基板は、本発明のガラスからなり、所望の寸法に切断されているガラス板であって、光回路部品の基板に用いられる。ここでいう光回路部品として、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）光通信システムで使用される光合波用／光分波用バンドパスフィルタ、利得平坦化フィルタ等が例示される。なお、本発明の光回路部品用ガラス基板の表面には、通常、積層薄膜が形成される。
【００３８】
【実施例】
表のＡｌ2Ｏ3〜Ｌａ2Ｏ3の欄にモル％表示で示した組成となるように原料を調合して白金るつぼに入れ、１４５０〜１６５０℃に加熱し３〜５時間溶融した。この際白金スターラにより２時間撹拌し溶融ガラスを均質化した。次いで溶融ガラスを流し出して板状に成形後、徐冷を行った。
【００３９】
得られたガラスについて、密度ｄ（単位：ｇ／ｃｍ3）、ヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）、５０〜３５０℃における平均線膨張係数α（単位：１０-7／℃）および液相温度ＴL（単位：℃）を測定した。ヤング率を密度で除した比弾性率Ｅ／ｄ（単位：ＧＰａ／ｇ／ｃｍ3）の値とともに表に示す。ｄ、Ｅ、α、ＴLの測定方法は以下のとおりである。
【００４０】
ｄ：約２０ｇのガラスについて、アルキメデス法により測定した。
Ｅ：４ｃｍ×４ｃｍのガラス板の両面が平行になるように研磨して、厚さを１０〜２０ｍｍとした試料について、超音波パルス法により測定した。
α：直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工し、熱機械分析装置（リガク（株）製、商品名ＴＭＡ８１４０）を用いて５℃／分の昇温速度で測定し、５０〜３５０℃における平均線膨張係数を算出した。
ＴL：ガラスを乳鉢で２ｍｍ程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートの上に並べて置く。この白金ボートを温度傾斜炉に入れて２４時間熱処理し、結晶が析出しているガラス粒が位置していた部分の温度の最高値を液相温度とした。
【００４１】
例１〜１０は実施例である。例１１は前記従来ガラス、例１２は特開平１０−８１５４２号公報に実施例３として開示されているガラスであり、いずれも比較例である。
【００４２】
【表１】
【発明の効果】
本発明により、書き込みエラーまたは読み込みエラー等のトラブルが起りにくい磁気ディスク等の情報記録媒体を提供できる。また、強度が大きく温度依存性の小さいバンドパスフィルタ等の光回路部品を提供できる。
さらに、結晶化工程が不要であり、結晶化ガラス基板に比べて製造工程が少ない情報記録媒体用ガラス基板または光回路用ガラス基板を提供できる。
Claims (7)
- 下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ2Ｏ3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ2 ０〜１０、
ＺｒＯ2 ０〜７、
Ｌｉ2Ｏ ０〜８、
Ｎａ2Ｏ ０〜６、
Ｋ2Ｏ ０〜６、
Ｙ2Ｏ3 ０〜４、
Ｌａ2Ｏ3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、液相温度が１４００℃以下である基板用ガラス。 - 下記酸化物基準のモル％表示で、実質的に、
Ａｌ 2 Ｏ 3 ２０〜３５、
ＣａＯ ４５〜６０、
ＳｉＯ 2 ４〜９、
ＭｇＯ ０〜１０、
ＳｒＯ ０〜１０、
ＢａＯ ０〜１０、
ＺｎＯ ０〜１０、
ＴｉＯ 2 ０〜１０、
ＺｒＯ 2 ０〜７、
Ｌｉ 2 Ｏ ０〜８、
Ｎａ 2 Ｏ ０〜６、
Ｋ 2 Ｏ ０〜６、
Ｙ 2 Ｏ 3 ０〜４、
Ｌａ 2 Ｏ 3 ０〜４、
からなり、Ａｌ 2 Ｏ 3 およびＣａＯの含有量の合計とＳｉＯ 2 の含有量の比（Ａｌ 2 Ｏ 3 ＋ＣａＯ）／ＳｉＯ 2 が１０以上であって、５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７０×１０ -7 ／℃以上である基板用ガラス。 - 液相温度が１４００℃以下である請求項２に記載の基板用ガラス。
- ５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７０×１０-7／℃以上である請求項１に記載の基板用ガラス。
- ヤング率が９０ＧＰａ以上である請求項１、２、３または４に記載の基板用ガラス。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の基板用ガラスからなる情報記録媒体用ガラス基板。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の基板用ガラスからなる光回路部品用ガラス基板。
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