JP4507135B2 - ガラス組成物、それを用いた情報記録媒体用基板および情報記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性率の高いガラス組成物、特に表面平滑性に優れかつ高い弾性率を必要とする情報記録媒体用基板に適したガラス組成物に関する。さらには、このガラス組成物を用いた情報記録媒体用基板および情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクなどの情報記録装置には、アクセス時間の短縮や記録容量の増大が要求され続けており、その達成手段の一つとして、情報記録媒体（以下、単に「記録媒体」とする）の回転を高速化することが考えられている。しかし、記録媒体用基板自体にたわみがあるため、その回転数を高めると共振が大きくなり記録媒体と磁気ヘッドとが衝突するおそれが高くなる。この衝突は読み取りエラーや磁気ヘッドのクラッシュの原因となるので、磁気ヘッドと記録媒体の間隙をある程度以下にすることは現状用いられている記録媒体では困難である。
【０００３】
したがって、記録媒体の回転数を高めつつその共振を小さくするには、記録媒体用基板（以下、単に「基板」とする）の弾性率（ヤング率）およびヤング率を密度で割った値である剛性を高くする必要がある。
【０００４】
これまで基板として最も一般的に使用されてきたアルミニウム合金は、前記弾性率が７１GPa、剛性が２６GPa・cm3/gであり、１０，０００r.p.m以上の高速回転には対応できない。基板の厚さを増すことによりそのヤング率と剛性を高めることはできるが、装置のコンパクト化が時代の趨勢であるから、厚さを増すことは開発動向に逆行することになる。
【０００５】
一方、化学強化ガラスを用いた基板は、アルミ基板よりも弾性率が高くかつ密度が低い点で優れている。しかし、市販のソーダライムガラスをカリウム溶融塩中でイオン交換した基板の弾性率は７２GPa、剛性は２９GPa・cm3/g程度である。
【０００６】
化学強化ガラス以外の高剛性の基板として、弾性率が９０GPa、剛性が３８GPa・cm3/gの結晶化ガラスを用いた基板が市販されている。しかし、結晶化ガラスは、内部に結晶が析出するため、研磨後その表面に結晶凹凸が残り、化学強化ガラス基板と比較して表面平滑性が劣るという欠点を有している。
【０００７】
また、特開平１０−８１５４２号公報には、SiO2-Al2O3-RO系（ただし、Rは２価金属）のガラスであって、２０mol%以上のAl2O3もしくは２０mol%以上のMgOを含有する基板材料が開示されている。しかし、このガラス基板材料は、液相温度が高く成形が困難であり、また密度が大きいため高速回転に不向きという問題を有する。
【０００８】
国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報には、ヤング率が１００GPa以上、液相温度が１，３５０℃以下のガラス基板が開示されている。しかし、液相温度が１，３５０℃では失透が起こり易く、安定して高品質の基板を得ることは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
情報記録装置に関しては、基板の回転をさらに高速化する必要があり、また装置のコンパクト化に伴う基板の薄板化要求はさらに高まることが予想される。そのため、高い弾性率と剛性を示す基板の材料であり、成形が容易で大量生産に適したガラス組成物が求められている。
【００１０】
そこで、この発明は、弾性率（ヤング率）、剛性（弾性率／密度）および表面平滑性が高くかつ成形が容易で安価なガラス組成物、情報記録装置に用いた場合にたわみや振動を効果的に抑制する基板ならびに記録媒体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の情報記録媒体用基板は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：５５〜６５％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜６％、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）：１２〜２２％、一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）：０〜４％（但し４％を除く）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）：０．１〜１０％、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）：０〜３％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：０〜８％、酸化カルシウム（ＣａＯ）：５〜１８％、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）：０．５〜５％、ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ）：５〜１８％を含有し、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明の情報記録媒体用基板は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：５５〜６２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：２〜６％、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）：１２〜２０％、一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）：１〜４％（但し４％を除く）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）：０．５〜５％、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）：０〜２．５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：２〜６％、酸化カルシウム（ＣａＯ）：５〜１０％、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）：０．５〜５％、ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ）：８〜１８％を含有し、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１または２に記載の発明において、ガラス組成物は、密度が２．７５ｇ／ｃｍ ３ 以下であるものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物が実質的にＺｒＯ２を含有しないものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の含有率が５〜６％であるものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物におけるＬｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏの比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯの比率が１／４〜１／１であるものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物のヤング率で示される弾性率が９０ＧＰａ以上、ヤング率／密度で表される剛性が３０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上であるものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明に用いるガラス組成物をフロート法により板状に成形したものである。
【００１９】
請求項９に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物が加熱した溶融塩中に浸漬して表面付近のアルカリ成分をイオン交換し、強度を高めたものである。
【００２１】
請求項１０に記載の発明の記録媒体は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板を用いたことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について具体的に説明する。なお、％はモルパーセント(mol%)を表す。
【００２３】
SiO2は、ガラスを構成する主要成分であり、その含有率が５５％未満になるとガラスの化学的耐久性が悪化する。一方、６５％を超えると必要とされる弾性率が得られない。したがって、SiO2の含有率は５５％〜６５％である必要があり、耐水性の面から５５〜６２％がより好ましい。
【００２４】
Al2O3は、ガラスの弾性率および剛性を向上させ、かつガラスの耐水性を向上させる成分である。その含有率が０．５％未満では、これらの効果が十分に現れない。一方、その含有率が６％を越えると液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、Al2O3の含有率は０．５％〜６％である必要がある。弾性率を高めるためには６％を超えない範囲で可能な限り多く含有させるのが好ましく、２％以上、さらには５％以上がより好ましい。
【００２５】
Li2Oは、ガラスの弾性率および剛性を向上させるとともに、熔解温度を下げる成分である。その比率が１２％未満では弾性率および剛性が不足する。一方、２２％を超えると基板の耐候性、耐酸性が悪化する。したがって、Li2Oの含有率は１２〜２２％である必要があり、特に耐水性の面からは１２〜２０％が好ましい。
【００２６】
Na2Oは、熔解温度を下げるとともに、液相温度を下げて成形性を高める成分である。しかし、５％を越えると必要とする弾性率が得られず、さらには耐候性、耐酸性が悪化する。また、４％を越えると液相温度を下げる効果が小さくなる。したがって、Na2Oの含有率は０〜５％である必要があり、１〜４％がより好ましい。
【００２７】
なお、Li2Oに対するNa2Oの比率（Na2O／Li2O）を１／２０〜１／５にすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えられるので、ガラス組成物の製造上特に有利である。
【００２８】
TiO2は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が１０％を超えると液相温度を上昇させ、成形性を悪化させる。しかし、その含有率が０．５〜５％であれば、液相温度を下降させ成形性を向上させる効果を発揮する。したがって、TiO2の含有率は０．１〜１０％が好ましく、０．５〜５％がより好ましい。
【００２９】
ZrO2は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が３％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。また、３％以下でも微細な結晶として析出する場合があり、含有率が２．５％を超えるとその可能性が高まる。したがってZrO2の含有率は３％以下である必要があり、２．５％以下、さらには実質的には含有しないことが好ましい。
【００３０】
MgOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分である。その含有率が８％を超えると、ガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、MgOの含有率は８％以下である必要がある。また、２〜６％であることがより好ましい。
【００３１】
CaOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分であるが、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、CaOの含有率は１８％以下である必要がある。また、５〜１０％であることがより好ましい。
【００３２】
SrOは、ガラスの弾性率を高める成分であるが、ガラス中に多量に含まれると密度が高くなる。したがって、SrOの含有率は５％以下である必要がある。また、SrOはガラスの液相温度を低下させる効果が大きく、０．５％以上含有されると、弾性率を保ちつつ成形性を改善する効果がよく発揮される。したがってSrOの含有率は０〜５％である必要があり、０．５〜５％がより好ましい。
【００３３】
また、MgO+CaO+SrOの合計含有率(RO)が５％未満では弾性率、剛性が不十分であり、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、ROの合計量は５〜１８％が必要であり、８〜１８％がより好ましい。
【００３４】
さらに、CaOに対するMgOの比率（MgO／CaO）を１／４〜１／１にすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えることができるので、ガラス組成物の製造上特に有利である。
【００３５】
Y2O3およびランタノイド酸化物は、弾性率向上に有効な成分として一般に知られている。しかし、これらを少量でも含有するとガラスの密度が大きく増加することから、軽量化が求められる用途のガラス組成物の組成成分としては好ましくない。さらには、高価かつ流通量が少なく供給上の不安があることから、大量生産されるガラス組成物の組成成分としては不向きである。上述のように、基板には安価かつ薄板化という要求がされていることから、これらの組成成分は、基板には含有されない方が好ましい。したがって、Y2O3およびランタノイド酸化物の含有率は、実質的に０％すなわち合計含有率で０．１％以下である必要がある。なお、ランタノイドとは、原子番号５７から７１までの希土類元素をいう。これらの元素の化学的性質は、原子番号５７のランタンの性質に似ている。
【００３６】
ここで、「実質的に含有しない」とは、意図的に加えないという趣旨であり、ガラス原料中に不純物として含まれる場合やガラス特性に影響を与えない程度に含有する場合まで排除するものではない。
【００３７】
これらの成分以外に、着色、熔解時の清澄などを目的として、または不純物として、例えばAs2O3、Sb2O3、SO3、SnO2、Fe2O3、Cl、F、K2Oなどその他の成分を合計で３％を上限として加えてもよい。
【００３８】
ガラス組成物の成形法としては、プレス法、ダウンドロー法、フロート法など公知の方法がいずれも使用可能である。このガラス組成物は、液相温度が低いので成形性に優れており、特にフロート法での製造に適している。フロート法では、表面平滑性に優れた厚さの均一な板状ガラス組成物が大量に製造されるので、各用途における加工が容易で安価な生産材が提供されることになる。
【００３９】
また、ガラス組成物はNa2OおよびLi2Oを含むため、よりイオン半径の大きなイオンを含む溶融塩に漬けることにより化学強化される。このイオン交換により、表面圧縮応力が生じ、ガラス組成物に高い破壊強度が備わる。
【００４０】
ガラス組成物の使用用途は、特に限定されるものではなく、上述の特性を必要とする各種用途で利用可能である。例えば、建築用ガラスとして用いる場合には、弾性率が高く割れ難いという特性が有効に発揮される。一方基板として用いる場合には、従来の基板と比較して弾性率、剛性が高いため、たわみが小さく、共振による問題が生じ難いという効果が発揮される。したがって、このガラス組成物を用いた記録媒体は、特に高回転型の情報記録装置に適する。
【００４１】
現在情報記録装置として広く用いられているハードディスクでは、記録媒体は４，０００〜１０，０００r.p.mで回転し、磁気ヘッドと記録媒体との距離（フライングハイト）は１０ナノメートルオーダーに設定されている。今後記録媒体の回転数はさらに高くなり、またフライングハイトが小さくなることは必至であるから、基板の弾性率および剛性を高めることは次世代の要求品質に対応するという点において極めて重要な意義を有する。上記組成からなるガラス組成物は、ヤング率で示される弾性率が９０GPa以上、剛性（ヤング率／密度）が３０GPa・cm3/g以上であり、従来のアルミ基板に比べ弾性率が２０GPa程度、剛性が２割以上改善される。したがって、このガラス組成物からなる基板であれば、１０，０００r.p.m以上でも現状と同じフライングハイトを維持できる。
【００４２】
ガラス組成物を基板に加工するには、従来のガラス製基板の製造方法がそのまま流用できる。したがって、このガラス組成物を用いれば、新たな設備投資を必要としないので、高性能な基板を容易かつ安価に製造することができる。また、基板を記録媒体に加工するにも、従来の製造方法をそのまま流用可能である。
【００４３】
【実施例】
以下に、実施例および比較例により、この発明をさらに具体的に説明する。
【００４４】
（実施例１〜２０）および（比較例１〜６）
下記「表１」および「表２」の各組成成分の含有率となるように、通常のガラス原料であるシリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、チタニアおよびジルコニアなどを用いてバッチを調合した。調合したバッチを白金ルツボを用いて１，５５０℃で４時間保持し、その後鉄板上に流し出した。このガラスを６５０℃に設定した電気炉で３０分間保持した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して各試料ガラスを作製した。
【００４５】
なお、比較例１および２は基板として市販されている２種類のガラス組成物を、比較例３および４は特開平１０−８１５４２号公報に開示されている２種類のガラス組成物を、比較例５および６はＷＯ９８／５５９９３号公報に開示されているガラス組成を再現したものである。これらの試料ガラスの特性を以下の方法により測定した。
【００４６】
［弾性率の測定］
上記試料ガラスを切断し、各面を鏡面研磨して５×３０×３０mmの板状サンプルを作製した。シングアラウンド発信器を用い、超音波法により各サンプルの弾性率を算出した。
【００４７】
［密度の測定］
上記試料ガラスをアルキメデス法により測定した。
【００４８】
［剛性の測定］
上記弾性率と密度の測定結果より算出した。
【００４９】
［液相温度の測定］
上記試料ガラスを粉砕し、２，３８０μmのフルイを通過させ、１，０００μmのフルイ上に留まったガラス粒をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、恒温槽で乾燥させた。幅１２mm、長さ２００mm、深さ１０mmの白金ボート上に前記ガラス粒２５ｇをほぼ一定の厚さになるように入れ、９３０〜１，１８０℃の勾配炉内に２時間保持した後、炉から取り出し、ガラス内部に発生した失透を４０倍の光学顕微鏡にて観察し、失透が観察された最高温度をもって液相温度とした。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
実施例１〜２０のガラス組成物は、いずれも弾性率が９０GPa、剛性が３５GPa・cm3/g以上であった。これに対し、比較例１および２のガラスはいずれも弾性率が７２GPaであり、剛性は３０GPa・cm3/g未満であった。このことから、この発明の各組成成分の含有率であれば、弾性率および剛性の高いガラス組成物が確実に得られることが判る。
【００５３】
また、実施例１〜２０の失透温度はその多くが１，０００℃以下であるのに対し、比較例３〜６の失透温度はいずれも１，１８０℃を超えている。このことから、この発明の各組成成分の含有率であれば、成形性のよいガラス組成物が確実に得られることが判る。なお、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報に記載された液相温度と比較例５および６の液相温度とに大きな開きがあるが、これは液相温度の測定方法、特に熔融状態での保持時間が異なることに起因するものであると考えられる。ガラスの失透は熔融状態での保持時間にしたがって上昇する傾向にあり、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報の液相温度が低いのは、熔融後の保持時間が短かかったためと推察される。したがって、比較例５および６のガラス組成物は、熔融から成形まで短時間に行われる必要があり、成形に長時間を要するフロート法には不向きである。
【００５４】
実施例１〜２０のガラス組成物の密度は、いずれも２．７５g/cm3以下、多くは２．６g/cm3以下である。これに対し、比較例３〜５ではいずれも２．８g/cm3以上であり、特に比較例５は２．８８g/cm3と最も高い。比較例５のガラス組成物はY2O3を６％含有することから、Y2O3またはランタノイド酸化物を含有すると密度が高くなることが判る。これらの組成成分を含有する媒体は、駆動装置に負担をかけ、装置の消費電力を増加させる。なお、比較例６については、成形が不可能であったため、特性の測定ができなかった。
【００５５】
［基板および媒体の製造と評価］
上記実施例１〜２０のガラス組成物を外径９５mm×内径２０mmのドーナッツ状に切り出し、研削、研磨後さらに鏡面研磨（表面粗さＲａ：２nm以下；ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）をして厚さ１．２mmの円盤とした。
【００５６】
この円盤を３８０℃に加熱したKNO3：NaNO3＝８０：２０の混合溶融塩に１時間浸漬して化学強化し、基板とした。この基板を用いて、記録媒体をつぎのように作製した。基板上に下地層としてCrを、記録層としてCo-Cr-Taを、保護層としてCを、順次スパッタリング法で成膜した。さらに潤滑層を成形して、記録媒体とした。
【００５７】
このようにして得た記録媒体を、定法によりハードディスクに組み込み、フライングハイト１５nm、１０，０００および１２，０００r.p.mでそれぞれ連続稼動させた。いずれの実施例の媒体も、磁気ヘッドとの衝突は検出されず、磁気ヘッドのクラッシュの問題も生じなかった。
【００５８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているため、つぎのような効果を奏する。
【００５９】
請求項１に記載の発明によれば、組成成分が適当であるので、弾性率(ヤング率）および剛性が高く、かつ成形性のよい安価なガラス組成物を容易に得ることができる。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、組成成分がさらに適当であるので、製造の容易な高剛性・高弾性率ガラス組成物を確実に得ることができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、SrOの含有率が限定されているので、ガラス組成物の弾性率を保ちつつ、その成形性を改善することができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、実質的にZrO2を含有しないので、ガラス熔融時にジルコニアが微細な結晶として析出することを防止でき、表面平滑性の高い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６３】
請求項５に記載の発明によれば、Al2O3の含有率が５〜６％であるので、液相温度が適当な高剛性・高弾性率ガラス組成物を確実に得ることができる。
【００６４】
請求項６に記載の発明によれば、Na2O／Li2OとMgO／CaOの比率が適当であるため、液相温度が下がり成形し易い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６５】
請求項７に記載の発明によれば、ガラス組成物の弾性率および剛性が高いので、基板の薄板化や媒体のさらなる高速回転にも十分に対応することができる。
【００６６】
請求項８に記載の発明によれば、フロート法で成形するので、表面平滑性の高い安価な板状の高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６７】
請求項９に記載の発明によれば、化学強化されるので、高い弾性率と強度を併せ持つガラス組成物を得ることができる。
【００６８】
請求項１０に記載の発明によれば、高剛性・高弾性率ガラス組成物を用いるので、薄板化可能で高速回転においてもたわみの生じ難い基板を得ることができる。
【００６９】
請求項１１に記載の発明によれば、高剛性かつ高弾性率の基板を用いるので、情報記録装置の記憶容量の増大およびアクセス時間の短縮が可能となる媒体を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性率の高いガラス組成物、特に表面平滑性に優れかつ高い弾性率を必要とする情報記録媒体用基板に適したガラス組成物に関する。さらには、このガラス組成物を用いた情報記録媒体用基板および情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクなどの情報記録装置には、アクセス時間の短縮や記録容量の増大が要求され続けており、その達成手段の一つとして、情報記録媒体（以下、単に「記録媒体」とする）の回転を高速化することが考えられている。しかし、記録媒体用基板自体にたわみがあるため、その回転数を高めると共振が大きくなり記録媒体と磁気ヘッドとが衝突するおそれが高くなる。この衝突は読み取りエラーや磁気ヘッドのクラッシュの原因となるので、磁気ヘッドと記録媒体の間隙をある程度以下にすることは現状用いられている記録媒体では困難である。
【０００３】
したがって、記録媒体の回転数を高めつつその共振を小さくするには、記録媒体用基板（以下、単に「基板」とする）の弾性率（ヤング率）およびヤング率を密度で割った値である剛性を高くする必要がある。
【０００４】
これまで基板として最も一般的に使用されてきたアルミニウム合金は、前記弾性率が７１GPa、剛性が２６GPa・cm3/gであり、１０，０００r.p.m以上の高速回転には対応できない。基板の厚さを増すことによりそのヤング率と剛性を高めることはできるが、装置のコンパクト化が時代の趨勢であるから、厚さを増すことは開発動向に逆行することになる。
【０００５】
一方、化学強化ガラスを用いた基板は、アルミ基板よりも弾性率が高くかつ密度が低い点で優れている。しかし、市販のソーダライムガラスをカリウム溶融塩中でイオン交換した基板の弾性率は７２GPa、剛性は２９GPa・cm3/g程度である。
【０００６】
化学強化ガラス以外の高剛性の基板として、弾性率が９０GPa、剛性が３８GPa・cm3/gの結晶化ガラスを用いた基板が市販されている。しかし、結晶化ガラスは、内部に結晶が析出するため、研磨後その表面に結晶凹凸が残り、化学強化ガラス基板と比較して表面平滑性が劣るという欠点を有している。
【０００７】
また、特開平１０−８１５４２号公報には、SiO2-Al2O3-RO系（ただし、Rは２価金属）のガラスであって、２０mol%以上のAl2O3もしくは２０mol%以上のMgOを含有する基板材料が開示されている。しかし、このガラス基板材料は、液相温度が高く成形が困難であり、また密度が大きいため高速回転に不向きという問題を有する。
【０００８】
国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報には、ヤング率が１００GPa以上、液相温度が１，３５０℃以下のガラス基板が開示されている。しかし、液相温度が１，３５０℃では失透が起こり易く、安定して高品質の基板を得ることは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
情報記録装置に関しては、基板の回転をさらに高速化する必要があり、また装置のコンパクト化に伴う基板の薄板化要求はさらに高まることが予想される。そのため、高い弾性率と剛性を示す基板の材料であり、成形が容易で大量生産に適したガラス組成物が求められている。
【００１０】
そこで、この発明は、弾性率（ヤング率）、剛性（弾性率／密度）および表面平滑性が高くかつ成形が容易で安価なガラス組成物、情報記録装置に用いた場合にたわみや振動を効果的に抑制する基板ならびに記録媒体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の情報記録媒体用基板は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：５５〜６５％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：０．５〜６％、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）：１２〜２２％、一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）：０〜４％（但し４％を除く）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）：０．１〜１０％、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）：０〜３％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：０〜８％、酸化カルシウム（ＣａＯ）：５〜１８％、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）：０．５〜５％、ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ）：５〜１８％を含有し、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明の情報記録媒体用基板は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：５５〜６２％、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）：２〜６％、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）：１２〜２０％、一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）：１〜４％（但し４％を除く）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）：０．５〜５％、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）：０〜２．５％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：２〜６％、酸化カルシウム（ＣａＯ）：５〜１０％、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）：０．５〜５％、ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ）：８〜１８％を含有し、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１または２に記載の発明において、ガラス組成物は、密度が２．７５ｇ／ｃｍ ３ 以下であるものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物が実質的にＺｒＯ２を含有しないものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の含有率が５〜６％であるものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物におけるＬｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏの比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯの比率が１／４〜１／１であるものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物のヤング率で示される弾性率が９０ＧＰａ以上、ヤング率／密度で表される剛性が３０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上であるものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明に用いるガラス組成物をフロート法により板状に成形したものである。
【００１９】
請求項９に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、ガラス組成物が加熱した溶融塩中に浸漬して表面付近のアルカリ成分をイオン交換し、強度を高めたものである。
【００２１】
請求項１０に記載の発明の記録媒体は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板を用いたことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について具体的に説明する。なお、％はモルパーセント(mol%)を表す。
【００２３】
SiO2は、ガラスを構成する主要成分であり、その含有率が５５％未満になるとガラスの化学的耐久性が悪化する。一方、６５％を超えると必要とされる弾性率が得られない。したがって、SiO2の含有率は５５％〜６５％である必要があり、耐水性の面から５５〜６２％がより好ましい。
【００２４】
Al2O3は、ガラスの弾性率および剛性を向上させ、かつガラスの耐水性を向上させる成分である。その含有率が０．５％未満では、これらの効果が十分に現れない。一方、その含有率が６％を越えると液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、Al2O3の含有率は０．５％〜６％である必要がある。弾性率を高めるためには６％を超えない範囲で可能な限り多く含有させるのが好ましく、２％以上、さらには５％以上がより好ましい。
【００２５】
Li2Oは、ガラスの弾性率および剛性を向上させるとともに、熔解温度を下げる成分である。その比率が１２％未満では弾性率および剛性が不足する。一方、２２％を超えると基板の耐候性、耐酸性が悪化する。したがって、Li2Oの含有率は１２〜２２％である必要があり、特に耐水性の面からは１２〜２０％が好ましい。
【００２６】
Na2Oは、熔解温度を下げるとともに、液相温度を下げて成形性を高める成分である。しかし、５％を越えると必要とする弾性率が得られず、さらには耐候性、耐酸性が悪化する。また、４％を越えると液相温度を下げる効果が小さくなる。したがって、Na2Oの含有率は０〜５％である必要があり、１〜４％がより好ましい。
【００２７】
なお、Li2Oに対するNa2Oの比率（Na2O／Li2O）を１／２０〜１／５にすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えられるので、ガラス組成物の製造上特に有利である。
【００２８】
TiO2は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が１０％を超えると液相温度を上昇させ、成形性を悪化させる。しかし、その含有率が０．５〜５％であれば、液相温度を下降させ成形性を向上させる効果を発揮する。したがって、TiO2の含有率は０．１〜１０％が好ましく、０．５〜５％がより好ましい。
【００２９】
ZrO2は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が３％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。また、３％以下でも微細な結晶として析出する場合があり、含有率が２．５％を超えるとその可能性が高まる。したがってZrO2の含有率は３％以下である必要があり、２．５％以下、さらには実質的には含有しないことが好ましい。
【００３０】
MgOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分である。その含有率が８％を超えると、ガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、MgOの含有率は８％以下である必要がある。また、２〜６％であることがより好ましい。
【００３１】
CaOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分であるが、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、CaOの含有率は１８％以下である必要がある。また、５〜１０％であることがより好ましい。
【００３２】
SrOは、ガラスの弾性率を高める成分であるが、ガラス中に多量に含まれると密度が高くなる。したがって、SrOの含有率は５％以下である必要がある。また、SrOはガラスの液相温度を低下させる効果が大きく、０．５％以上含有されると、弾性率を保ちつつ成形性を改善する効果がよく発揮される。したがってSrOの含有率は０〜５％である必要があり、０．５〜５％がより好ましい。
【００３３】
また、MgO+CaO+SrOの合計含有率(RO)が５％未満では弾性率、剛性が不十分であり、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、ROの合計量は５〜１８％が必要であり、８〜１８％がより好ましい。
【００３４】
さらに、CaOに対するMgOの比率（MgO／CaO）を１／４〜１／１にすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えることができるので、ガラス組成物の製造上特に有利である。
【００３５】
Y2O3およびランタノイド酸化物は、弾性率向上に有効な成分として一般に知られている。しかし、これらを少量でも含有するとガラスの密度が大きく増加することから、軽量化が求められる用途のガラス組成物の組成成分としては好ましくない。さらには、高価かつ流通量が少なく供給上の不安があることから、大量生産されるガラス組成物の組成成分としては不向きである。上述のように、基板には安価かつ薄板化という要求がされていることから、これらの組成成分は、基板には含有されない方が好ましい。したがって、Y2O3およびランタノイド酸化物の含有率は、実質的に０％すなわち合計含有率で０．１％以下である必要がある。なお、ランタノイドとは、原子番号５７から７１までの希土類元素をいう。これらの元素の化学的性質は、原子番号５７のランタンの性質に似ている。
【００３６】
ここで、「実質的に含有しない」とは、意図的に加えないという趣旨であり、ガラス原料中に不純物として含まれる場合やガラス特性に影響を与えない程度に含有する場合まで排除するものではない。
【００３７】
これらの成分以外に、着色、熔解時の清澄などを目的として、または不純物として、例えばAs2O3、Sb2O3、SO3、SnO2、Fe2O3、Cl、F、K2Oなどその他の成分を合計で３％を上限として加えてもよい。
【００３８】
ガラス組成物の成形法としては、プレス法、ダウンドロー法、フロート法など公知の方法がいずれも使用可能である。このガラス組成物は、液相温度が低いので成形性に優れており、特にフロート法での製造に適している。フロート法では、表面平滑性に優れた厚さの均一な板状ガラス組成物が大量に製造されるので、各用途における加工が容易で安価な生産材が提供されることになる。
【００３９】
また、ガラス組成物はNa2OおよびLi2Oを含むため、よりイオン半径の大きなイオンを含む溶融塩に漬けることにより化学強化される。このイオン交換により、表面圧縮応力が生じ、ガラス組成物に高い破壊強度が備わる。
【００４０】
ガラス組成物の使用用途は、特に限定されるものではなく、上述の特性を必要とする各種用途で利用可能である。例えば、建築用ガラスとして用いる場合には、弾性率が高く割れ難いという特性が有効に発揮される。一方基板として用いる場合には、従来の基板と比較して弾性率、剛性が高いため、たわみが小さく、共振による問題が生じ難いという効果が発揮される。したがって、このガラス組成物を用いた記録媒体は、特に高回転型の情報記録装置に適する。
【００４１】
現在情報記録装置として広く用いられているハードディスクでは、記録媒体は４，０００〜１０，０００r.p.mで回転し、磁気ヘッドと記録媒体との距離（フライングハイト）は１０ナノメートルオーダーに設定されている。今後記録媒体の回転数はさらに高くなり、またフライングハイトが小さくなることは必至であるから、基板の弾性率および剛性を高めることは次世代の要求品質に対応するという点において極めて重要な意義を有する。上記組成からなるガラス組成物は、ヤング率で示される弾性率が９０GPa以上、剛性（ヤング率／密度）が３０GPa・cm3/g以上であり、従来のアルミ基板に比べ弾性率が２０GPa程度、剛性が２割以上改善される。したがって、このガラス組成物からなる基板であれば、１０，０００r.p.m以上でも現状と同じフライングハイトを維持できる。
【００４２】
ガラス組成物を基板に加工するには、従来のガラス製基板の製造方法がそのまま流用できる。したがって、このガラス組成物を用いれば、新たな設備投資を必要としないので、高性能な基板を容易かつ安価に製造することができる。また、基板を記録媒体に加工するにも、従来の製造方法をそのまま流用可能である。
【００４３】
【実施例】
以下に、実施例および比較例により、この発明をさらに具体的に説明する。
【００４４】
（実施例１〜２０）および（比較例１〜６）
下記「表１」および「表２」の各組成成分の含有率となるように、通常のガラス原料であるシリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、チタニアおよびジルコニアなどを用いてバッチを調合した。調合したバッチを白金ルツボを用いて１，５５０℃で４時間保持し、その後鉄板上に流し出した。このガラスを６５０℃に設定した電気炉で３０分間保持した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して各試料ガラスを作製した。
【００４５】
なお、比較例１および２は基板として市販されている２種類のガラス組成物を、比較例３および４は特開平１０−８１５４２号公報に開示されている２種類のガラス組成物を、比較例５および６はＷＯ９８／５５９９３号公報に開示されているガラス組成を再現したものである。これらの試料ガラスの特性を以下の方法により測定した。
【００４６】
［弾性率の測定］
上記試料ガラスを切断し、各面を鏡面研磨して５×３０×３０mmの板状サンプルを作製した。シングアラウンド発信器を用い、超音波法により各サンプルの弾性率を算出した。
【００４７】
［密度の測定］
上記試料ガラスをアルキメデス法により測定した。
【００４８】
［剛性の測定］
上記弾性率と密度の測定結果より算出した。
【００４９】
［液相温度の測定］
上記試料ガラスを粉砕し、２，３８０μmのフルイを通過させ、１，０００μmのフルイ上に留まったガラス粒をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、恒温槽で乾燥させた。幅１２mm、長さ２００mm、深さ１０mmの白金ボート上に前記ガラス粒２５ｇをほぼ一定の厚さになるように入れ、９３０〜１，１８０℃の勾配炉内に２時間保持した後、炉から取り出し、ガラス内部に発生した失透を４０倍の光学顕微鏡にて観察し、失透が観察された最高温度をもって液相温度とした。
【００５０】
【表１】
【表２】
実施例１〜２０のガラス組成物は、いずれも弾性率が９０GPa、剛性が３５GPa・cm3/g以上であった。これに対し、比較例１および２のガラスはいずれも弾性率が７２GPaであり、剛性は３０GPa・cm3/g未満であった。このことから、この発明の各組成成分の含有率であれば、弾性率および剛性の高いガラス組成物が確実に得られることが判る。
【００５３】
また、実施例１〜２０の失透温度はその多くが１，０００℃以下であるのに対し、比較例３〜６の失透温度はいずれも１，１８０℃を超えている。このことから、この発明の各組成成分の含有率であれば、成形性のよいガラス組成物が確実に得られることが判る。なお、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報に記載された液相温度と比較例５および６の液相温度とに大きな開きがあるが、これは液相温度の測定方法、特に熔融状態での保持時間が異なることに起因するものであると考えられる。ガラスの失透は熔融状態での保持時間にしたがって上昇する傾向にあり、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報の液相温度が低いのは、熔融後の保持時間が短かかったためと推察される。したがって、比較例５および６のガラス組成物は、熔融から成形まで短時間に行われる必要があり、成形に長時間を要するフロート法には不向きである。
【００５４】
実施例１〜２０のガラス組成物の密度は、いずれも２．７５g/cm3以下、多くは２．６g/cm3以下である。これに対し、比較例３〜５ではいずれも２．８g/cm3以上であり、特に比較例５は２．８８g/cm3と最も高い。比較例５のガラス組成物はY2O3を６％含有することから、Y2O3またはランタノイド酸化物を含有すると密度が高くなることが判る。これらの組成成分を含有する媒体は、駆動装置に負担をかけ、装置の消費電力を増加させる。なお、比較例６については、成形が不可能であったため、特性の測定ができなかった。
【００５５】
［基板および媒体の製造と評価］
上記実施例１〜２０のガラス組成物を外径９５mm×内径２０mmのドーナッツ状に切り出し、研削、研磨後さらに鏡面研磨（表面粗さＲａ：２nm以下；ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）をして厚さ１．２mmの円盤とした。
【００５６】
この円盤を３８０℃に加熱したKNO3：NaNO3＝８０：２０の混合溶融塩に１時間浸漬して化学強化し、基板とした。この基板を用いて、記録媒体をつぎのように作製した。基板上に下地層としてCrを、記録層としてCo-Cr-Taを、保護層としてCを、順次スパッタリング法で成膜した。さらに潤滑層を成形して、記録媒体とした。
【００５７】
このようにして得た記録媒体を、定法によりハードディスクに組み込み、フライングハイト１５nm、１０，０００および１２，０００r.p.mでそれぞれ連続稼動させた。いずれの実施例の媒体も、磁気ヘッドとの衝突は検出されず、磁気ヘッドのクラッシュの問題も生じなかった。
【００５８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているため、つぎのような効果を奏する。
【００５９】
請求項１に記載の発明によれば、組成成分が適当であるので、弾性率(ヤング率）および剛性が高く、かつ成形性のよい安価なガラス組成物を容易に得ることができる。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、組成成分がさらに適当であるので、製造の容易な高剛性・高弾性率ガラス組成物を確実に得ることができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、SrOの含有率が限定されているので、ガラス組成物の弾性率を保ちつつ、その成形性を改善することができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、実質的にZrO2を含有しないので、ガラス熔融時にジルコニアが微細な結晶として析出することを防止でき、表面平滑性の高い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６３】
請求項５に記載の発明によれば、Al2O3の含有率が５〜６％であるので、液相温度が適当な高剛性・高弾性率ガラス組成物を確実に得ることができる。
【００６４】
請求項６に記載の発明によれば、Na2O／Li2OとMgO／CaOの比率が適当であるため、液相温度が下がり成形し易い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６５】
請求項７に記載の発明によれば、ガラス組成物の弾性率および剛性が高いので、基板の薄板化や媒体のさらなる高速回転にも十分に対応することができる。
【００６６】
請求項８に記載の発明によれば、フロート法で成形するので、表面平滑性の高い安価な板状の高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６７】
請求項９に記載の発明によれば、化学強化されるので、高い弾性率と強度を併せ持つガラス組成物を得ることができる。
【００６８】
請求項１０に記載の発明によれば、高剛性・高弾性率ガラス組成物を用いるので、薄板化可能で高速回転においてもたわみの生じ難い基板を得ることができる。
【００６９】
請求項１１に記載の発明によれば、高剛性かつ高弾性率の基板を用いるので、情報記録装置の記憶容量の増大およびアクセス時間の短縮が可能となる媒体を得ることができる。
Claims (10)
- 組成モルパーセントで、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２） ５５〜６５％
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３） ０．５〜 ６％
酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ） １２〜２２％
一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ） ０〜 ４％（但し４％を除く）
二酸化チタン（ＴｉＯ２） ０．１〜１０％
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２） ０〜 ３％
酸化マグネシウム（ＭｇＯ） ０〜 ８％
酸化カルシウム（ＣａＯ） ５〜１８％
酸化ストロンチウム（ＳｒＯ） ０．５〜 ５％
ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ） ５〜１８％
を含有し、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とする情報記録媒体用基板。 - 組成モルパーセントで、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２） ５５〜６２％
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３） ２〜 ６％
酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ） １２〜２０％
一酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ） １〜 ４％（但し４％を除く）
二酸化チタン（ＴｉＯ２） ０．５〜 ５％
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２） ０〜２．５％
酸化マグネシウム（ＭｇＯ） ２〜 ６％
酸化カルシウム（ＣａＯ） ５〜１０％
酸化ストロンチウム（ＳｒＯ） ０．５〜 ５％
ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ） ８〜１８％
を含有し、
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびランタノイド酸化物を実質的に含有しないガラス組成物を用いたことを特徴とする情報記録媒体用基板。 - ガラス組成物は、密度が２．７５ｇ／ｃｍ３以下である、請求項１または2に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物が実質的にＺｒＯ２を含有しない請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の含有率が５〜６％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物におけるＬｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏの比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯの比率が１／４〜１／１である請求項１〜５のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物のヤング率で示される弾性率が９０ＧＰａ以上、ヤング率／密度で表される剛性が３０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物がフロート法により板状に成形したものである請求項１〜７のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- ガラス組成物が加熱した溶融塩中に浸漬して表面付近のアルカリ成分をイオン交換し、強度を高めたものである請求項１〜８のいずれか１項に記載の情報記録媒体用基板。
- 請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板を用いたことを特徴とする情報記録媒体。
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1999
- 1999-09-10 JP JP25757399A patent/JP4507135B2/ja not_active Expired - Fee Related
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