JP4795522B2 - 高剛性ガラスセラミックス基板及び情報磁気記憶媒体ディスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高剛性ガラスセラミックス基板に関する。より詳細には、情報記憶装置に用いられる情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板、およびこのガラスセラミックス基板の製造方法、並びにこのガラスセラミックス基板に成膜プロセスを施し形成される情報磁気記憶媒体ディスクに関する。尚、本明細書において「情報磁気記憶媒体ディスク」とは、パーソナルコンピュータのハードディスクとして使用される、固定型ハードディスク、リムーバル型ハードディスク、カード型ハードディスクや、ＨＤＴＶ、デジタルビデオカメラ・デジタルカメラ、携帯通信機器等において使用可能なディスク状情報磁気記憶媒体を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータのマルチメディア化や、デジタルビデオカメラ・デジタルカメラ等のように動画や音声等の大きなデータが扱われるようになり、大容量の情報磁気記憶装置が必要となっている。その結果、情報磁気記憶媒体デイスクは面記録密度を大きくするために、ビットセルのサイズを縮小化させてビットおよびトラック密度を増加させる傾向にある。このため、磁気ヘッドはディスク表面により近接して作動するようになっている。このように、磁気ヘッドが情報磁気記憶媒体ディスクに対し、低浮上状態または接触状態（コンタクト）にて作動する場合、磁気ヘッドおよび情報磁気記憶媒体の起動・停止技術として、情報磁気記憶媒体ディスクの特定部分（ディスク内径側もしくは外径側の未記憶部）に吸着防止加工を施し、その部分で磁気ヘッドおよび情報磁気記憶媒体ディスクの起動・停止動作を行うという、ランディングゾーン方式等の技術が開発されてきた。
【０００３】
現在の情報磁気記憶装置において、磁気ヘッドは、（１）装置起動前は情報磁気記憶媒体に接触しており、（２）装置始動時には情報磁気記憶媒体より浮上するといった動作を繰り返す、所謂ＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）方式を行っている。この時、両者の接触面が必要以上に鏡面であると吸着（スティクション）が発生し、摩擦係数の増大に伴う回転始動の不円滑、情報磁気記憶媒体表面もしくは磁気ヘッド自体の損傷という問題が発生する。この様に情報磁気記憶媒体は、記憶容量の増大に伴う磁気ヘッドの低浮上化と、情報磁気記憶媒体上での磁気ヘッド吸着防止という、相反する要求が以前から要望されている。この様な相反する要望に対する解答のひとつとして、稼働中は磁気ヘッドを完全に接触させつつも、磁気ヘッドの起動・停止動作を情報磁気記憶媒体基板上から外す、ランプロード技術が開発され、情報磁気記憶媒体表面への要求は、よりスムーズな方向へ進行している。
【０００４】
また、今日磁気記憶装置の情報磁気記憶媒体ディスクの回転を高速化する事で情報転送の高速化を計る技術開発が進んでいるが、そのため、ディスク基板のたわみや変形が発生するために、ディスク基板材には高ヤング率化が要求されている。加えて、現在の固定型情報磁気記憶装置に対し、リムーバブル方式やカード方式等、更に基板材自体の強度を要求する情報磁気記憶装置が検討・実用化段階にあり、ＨＤＴＶ、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯通信機器等への用途展開が始まりつつある。
【０００５】
この様に、高強度基板材が求められている状況において、アルミニウム合金基板では十分な強度を確保することができず、強度を得ようとする基板材の厚さを厚くすると、小型軽量化が困難になるという問題を有している。また化学強化ガラスも知られているが、この材料は、（１）研磨は化学強化後に行なわれるため、ディスクの薄板化における強化層の不安定要素が高い（２）化学強化相は、長期の使用において経時変化を発生するため、これにより磁気特性を悪化させてしまう（３）ガラス中にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を必須成分として含有するため、これらアルカリ成分が成膜時に形成された膜内に拡散し、情報記憶媒体の磁気特性を悪化させてしまう。これを防止するには、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ溶出防止のための全面バリアコート処理が必要であり、製品の低コスト安定生産性が難しいという欠点がある。（４）ガラスの機械的強度を向上させるために化学強化を行っているが、基本的に表面相と内部相の強化応力を利用するものであり、ヤング率は通常のアモルファスガラスと同等である８３ＧＰａ以下と高速回転ドライブへの使用に限界がある等、やはり高密度磁気記憶媒体用基板としての特性は不十分である。
【０００６】
これらアルミニウム合金基板や化学強化ガラス基板に対して、いくつかの結晶化ガラスが知られている。例えば、特開平１１−３４３１４３号公報に開示される磁気ディスク用ガラスセラミックス基板は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ系組成から成り、結晶相はβ石英固溶体とエンスタタイトを析出させたもので、１２５ＧＰａを越える高ヤング率が得られているが、ＬｉＯ2成分を必須成分として含有するため、アルカリ成分が成膜時に形成された膜内に拡散し、情報記憶媒体の磁気特性を悪化させてしまう。
【０００７】
また、特開平１１−２７８８６４号公報にエンスタタイト及びマグネシウムアルミニウムチタネート相を有する結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、エンスタタイトを主結晶としており、１２５ＧＰａを越える高ヤング率が得られているが、ＺｎＯを必須としている。
【０００８】
更にＵＳＰ５、４９１、１１６公報には、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ系結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、スピネルを主結晶として含有しており、１４４ＧＰａ（２０．９×１０6ｐｓｉ）以上の高ヤング率が得られているが、上記同様、ＺｎＯを必須としている。また、スピネル系結晶は結晶粒子系が大きく、かつ摩耗度、ビッカース硬度が大きくなる傾向があり、研磨後のスムースな表面粗度得ることができず、研磨レートが小さくなるため生産性が悪化する。
また、一般に、これら高ヤング率の結晶化ガラスは、脈理のない結晶化ガラスを得る為に熔解温度は高くする必要があり、また、失透し易い傾向がある為に、安定した生産が難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、高密度記録のためのランプロード方式（磁気ヘッドのコンタクトレコーディング）にも十分対応し得る良好な表面特性と、高速回転化に耐え得る高ヤング率特性と加工性に優れた表面硬度特性を兼ね備えた、情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意試験研究を重ねた結果、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を含有するガラスセラミックスからなる基板において、該ガラスセラミックスに微量成分としてＮｂ2Ｏ5を含有させたとき、原ガラスの溶融性・耐失透性に優れ、比較的低温で溶融することが可能で、かつ研磨加工性に優れ、研磨後の表面平滑性に優れ、高速回転に対応した高ヤング率な、情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミック基板が得られることを見い出し本発明に至った。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明は、
酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
Ｙ ２ Ｏ ３ ２〜６％
の範囲の各成分を含有し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有せず、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ３）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ３固溶体）を含有するガラスセラミックスからなる基板であって、ヤング率は１２５〜１６０ＧＰａであることを特徴とする高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項２に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、失透温度が１２７０℃以下であることを特徴とする、請求項１記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項３に記載の発明は、減衰定数は０．４５０〜０．７５０ｓ−１であることを特徴とする、請求項１〜２のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項４に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、酸化物基準の質量百分率で、
ＺｒＯ２ ０〜５％
Ｙ２Ｏ３ ２〜６％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有する、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項５に記載の発明は、該ガラスセラミックスは結晶相としてルチル（ＴｉＯ２）を含有することを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項６に記載の発明は、表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は８Å以下、表面最大粗さＲｍａｘは１００Å以下であることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項７に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、結晶相としてスピネルを実質上含有しないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項８に記載の発明は、−５０〜＋７０℃の範囲における熱膨張係数が、５０×１０−７〜７０×１０−７／℃の範囲であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項９に記載の発明は、該ガラスセラミックス中の各結晶相の平均結晶粒子径が０．０１μｍ〜０．２０μｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１０に記載の発明は、ビッカース硬度が８００〜１１００であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１１に記載の発明は、ガラス原料を１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１２に記載の発明は、酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
ＺｒＯ２ ０〜５％
Ｙ２Ｏ３ ２〜６％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有しＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有しないガラス原料を、１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られること特徴とする、高剛性ガラスセラミックス基板の製造方法であり、請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板上に、磁気記憶媒体被膜を形成してなる情報磁気記憶媒体ディスクである。
【００１２】
本発明のガラスセラミックの物理的特性、主結晶相と平均結晶粒子径、表面性状、組成範囲を上記のように限定した理由を以下に示す。尚、組成については、酸化物基準で表示する。
【００１３】
まずは、ヤング率ついて述べる。前述のように、記録密度およびデータ転送速度を向上するために、情報磁気記憶媒体基板の高速回転化傾向が進行しているが、これに対応するには、基板材は高速回転（特に１００００ｒｐｍ以上）時のたわみによるディスク振動を防止するために高剛性、低比重でなければならない。これは、単に高剛性であっても、比重が大きければ、高速回転時にその重量が大きいことによってたわみが生じ、振動を発生し、逆に低比重でも剛性が低ければ、同様に振動が生じるためである。続いて、ヤング率と同等に評価しなければならないパラメータとして、減衰特性がある。上述のようなディスク高速回転時に外力で生じる振動は、波として材料全体に伝わる。この振動は、継続させる外力がなければ時間と共に減少する。この材料固有の特性値となる振動減衰の割合は減衰定数と呼ばれる。減衰定数の大きな材料は波が伝わる前に減衰してしまうので、その結果ディスクの振動振幅が小さくなりフラッタリング現象が生じにくい。上記のように、波の伝搬の仕方により減衰定数は変化する為、結晶相にて変化がおこる。具体的には、高剛性ガラスセラミックス基板の２０ＭＨｚ超音波の減衰定数は、０．４５０〜０．７５０ｓ-1であることが好ましい。より好ましくは０．５５０〜０．７５０ｓ-1であり、特に好ましくは０．６００〜０．７５０ｓ-1である。副結晶相としてルチルを含む高剛性ガラスセラミックス基板は、０．６５０〜０．７５０ｓ-1の減衰定数とすることができる。
【００１４】
ところが、前記主結晶相を有する本発明のガラスセラミックス基板は、剛性を著しく向上させるべく成分の調整を行うと高比重となってしまい、逆に比重を著しく低減すべく成分の調整を行うと剛性が低下してしまうという傾向を持っている。したがって、高剛性でありながら、低比重という一見相反する特性のバランスをとらなければならない。この観点から各種検討を行った結果、低比重であってもヤング率は１２５ＧＰａ以上を有するものでなければならず、一方高ヤング率であっても比重とのバランスにより、ヤング率は１６０ＧＰａ以下でなければならない。より好ましくは、１３０ＧＰａ以上、１５０ＧＰａ以下が好ましい。
【００１５】
また、一般的に材料を高ヤング率化すると材料の表面硬度が硬質化する傾向にあり、あまり硬質化し過ぎると、加工研磨において加工時間が長時間化してしまい、生産性や低コスト化を著しく悪化させてしまう。加工性に起因する生産性を考慮すると、基板の表面硬度（ビッカース硬度）は８００〜１１００の範囲以内であることが好ましい。
【００１６】
次に結晶相について説明する。本発明の高剛性ガラスセラミックス基板は、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を含有する。上記結晶相は剛性増加に寄与し、更に析出結晶粒子径も比較的小さくすることができ、更に研磨加工における加工性も十分に備えている。また、副結晶相としてルチル（ＴｉＯ2）を含むガラスセラミックス基板は、０．６５０〜０．７５０ｓ-1と極めて高い減衰定数とすることができる。このように高い減衰定数を示すのは、ルチルがガラスセラミックス中に絡み合い構造を形成する為と思われる。本発明の高剛性ガラスセラミックス基板においては、良好な研磨加工性を維持するために、該ガラスセラミックスには結晶相としてスピネルを実質上含まないことが好ましい。
【００１７】
次に析出結晶粒子径と表面粗度について説明する。先に述べたように、記録密度向上のためのニアコンタクトレコーディングやコンタクトレコーディング方式に対応するには、情報磁気記憶媒体の表面の平滑性が従来品よりも良好でなければならない。従来レベルの平滑性では、磁気媒体への高密度入出力を行おうとしても、ヘッドと媒体間の距離が大きいため、高密度磁気記録を行うことができない。またこの距離を小さくしようとすると、媒体の突起とヘッドが衝突し、ヘッド破損や媒体破損を引き起こしてしまうという問題も生じてくる。この様な理由から、ニアコンタクトレコーディングやコンタクトレコーディング方式に対応するためのディスク用基板表面の平滑性は、表面粗度（Ｒａ）＝８Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝１００Å以下であることが好ましい。より好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝６Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝７０Å以下であり、更に好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝４Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝５０Å以下であり、最も好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝２．５Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝３５Å以下である。また、これら好適な表面粗度を得るために、ガラスセラミックス中の各析出結晶相は微細粒子であることが好ましい。平均結晶粒子径は、いずれも０．０１〜０．２０μｍが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以下である。
【００１８】
次に熱膨張率についてであるが、ビットおよびトラック密度を増加させ、ビットセルのサイズを縮小化するにおいては、媒体と基板の熱膨張係数の差が大きく影響する。しかしこの物性は、析出する全結晶相の種類とその析出比や量により左右される。したがって、媒体の熱膨張係数と本発明のガラスセラミックス基板における結晶相を勘案すると、−５０〜＋７０℃の温度範囲における熱膨張係数は、５０×１０-7〜７０×１０-7／℃とするのが好ましい。
【００１９】
次に、ガラスセラミックスの組成限定理由について述べる。まずＳｉＯ2成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、エンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）結晶を生成する極めて重要な成分であるが、その量が４０質量％未満では、得られたガラスセラミックスの析出結晶相が不安定で組織が粗大化し、更に原ガラスの耐失透性を低下させる。また６０質量％を超えると原ガラスの溶融・成形性が困難になる。
【００２０】
ＭｇＯ成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、エンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）、を生成する極めて重要な成分であるが、その量が１０質量％未満では、所望とする結晶が得られず、例え得られたとしても、ガラスセラミックスの析出結晶が不安定で組織が粗大化しやすく、加えて溶融性も悪化する。また２５質量％を超えると失透性が悪化する。
【００２１】
Ａｌ2Ｏ3成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を生成する極めて重要な成分であるが、その量が１０質量％未満では、所望の結晶相が得られず、例え得られたとしても、ガラスセラミックスの析出結晶相が不安定で組織が粗大化しやすく、加えて溶融性も悪化する。また２０質量％を越えると、原ガラスの溶融性および失透性が悪化する。
【００２２】
ＺｒＯ2成分およびＴｉＯ2成分は、ガラスの結晶核形成剤として機能する上に、析出結晶相の微細化と材料の機械的強度向上、および化学的耐久性の向上に効果を有する事が見出された極めて重要な成分である。ＺｒＯ2成分は５質量％以内で十分であり、ＴｉＯ2成分については、６質量％未満では結晶化時に軟化を引き起こす場合があり、１２質量％を超えると原ガラスの溶融が困難となり、耐失透性が悪化する。
【００２３】
Ｎｂ2Ｏ5成分は、ガラスセラミックス基板のヤング率と減衰定数を向上させ、溶解温度を比較的低温に保ったままで、耐失透性を向上する重要な成分である。０．２質量％未満では上記効果がなく、１０質量％を越えると逆にガラスの失透性が悪化する。好ましくは１質量％〜５質量％であり、もっとも好ましいのは１質量％〜３質量％である。
【００２４】
Ｂｉ2Ｏ3成分も、ガラスのヤング率と減衰定数をあげる為に重要な成分であるが、０．２質量％未満では上記効果がなく、１０質量％を越えるとガラスの失透性が悪化する。
【００２５】
Ｙ2Ｏ3成分もガラスのヤング率を向上させる成分であるが、その量は６質量％以下で十分である。
【００２６】
ＢａＯ成分ＣａＯ成分およびＳｒＯ成分は、ガラスの溶融性を向上するために添加する成分であるが、５質量％を越えるとこれらの成分を含有する結晶（チタン酸バリウム等）が析出し易く、ヤング率が低下する可能性がある。
【００２７】
ＣｅＯ2成分はガラスのヤング率を向上させ、溶融成形時の粘度をコントロールできる成分であるが、その量は８質量％以下で十分である。
【００２８】
Ｂ2Ｏ3成分は成形時のガラスの粘度をコントロールすることができる成分であるが、２質量％を越えると原ガラスの溶融性が悪化する可能性がある。
【００２９】
Ｐ2Ｏ5成分は原ガラスの溶融性、成形時の失透性を改善するのに効果的であるが、２質量％を越えるとガラスの失透性が悪化する。
【００３０】
Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3成分は、ガラス溶融の際の清澄剤として使用するが、それぞれ０．５質量％以内で十分である。
【００３１】
次にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分についてであるが、磁性膜（特に垂直磁化膜）の高精度化、微細化において、材料中にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を含有すると、これらのイオンが成膜工程中に拡散し、磁性膜粒子の異常成長を生じたり配向性が悪化するため、これらの成分を実質的に含有しないことが重要である。
【００３２】
本発明の高剛性ガラスセラミックス基板は、上記の組成を含有するガラス原料を、１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して原ガラスとし、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させ得ることができる。
【００３３】
次に失透温度に関してであるが、ガラス成形の際に失透温度が高温であると、ガラス成形後のガラスに失透と呼ばれる微結晶が生じ、ガラス、及びガラスセラミックスの特性を低下させてしまう。生産性を向上させるためには、失透温度は１２７０℃以下であることが好ましい。
【００３４】
本発明の情報磁気記憶媒体ディスクは、上記本発明の高剛性ガラスセラミックス基板上に、磁気記憶媒体被膜を形成して得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施例について説明する。表１〜表５に、本発明の磁気ディスク用ガラスセラミック基板の実施組成例（No.１〜９）、および比較組成例としてＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ系結晶化ガラス（比較例１）、エンスタタイト及びマグネシウムアルミニウムチタネート相を含む結晶化ガラス（比較例２）、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ系結晶化ガラス（比較例３）、チタン酸マグネシウム固溶体及びエンスタタイトを含む結晶化ガラス（比較例４）について、質量百分率又はモル百分率、核形成温度、結晶化温度、結晶相、失透温度、結晶粒子径、ヤング率、ビッカース硬度、比重、研磨後の表面粗度（Ｒａ）、最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）、−５０〜＋７０℃における熱膨張係数を示す。尚、各結晶相の析出比については、それぞれの結晶種の１００％結晶標準試料を準備し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置により、内部標準法を使った回折ピーク面積により求めた。結晶相に表記したMg-Al-TiとはMgAl2Ti3O10とMg2Al6Ti7O25結晶のメインピークは２θでほぼ同角にあり区別できない為、Mg-Al-Tiと記載した。失透温度については、各組成のガラスを作成し、５０ｃｃ白金ポットにガラスをいれ、失透が確実に解消される温度・時間である１４５０℃で２時間保持して溶融し、目的温度まで２００℃/ｈで降温し、１０ｈ保持後ガラスを溶融炉内からとりだし放冷して、顕微鏡による確認を行う。この操作を１０℃おきに行い、失透が析出した温度としない温度の両方の範囲を失透温度とした。結晶粒子径（平均）については、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により求めた。各結晶粒子の結晶種はＴＥＭ構造解析により同定した。表面粗度（Ｒａ：算術平均粗さ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により求めた。結晶相の記載は、析出比の大きいものから順に記載している。析出比の順位の決定は、Ｘ線回折による各主結晶相のメインピークの高さの順で決定した。
【００３６】
また、減衰定数については、厚さ０．８ｍｍのガラスセラミックス基板について、２０ＭＨｚの超音波を入射させ、遅延時間ｔと反射波強度Ｙとの関係を測定し、一般的に媒体中を進行する波の減衰の式：Y=ae- β tから、減衰定数βを求めた。ここで、aは比例定数、βは減衰定数（ｓ-1）、tは遅延時間（ｓ）である。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】
本発明の上記実施例のガラスセラミックス基板は、いずれも酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を混合し、これを通常の溶解装置を用いて約１３５０〜１４９０℃の温度で溶解・攪拌し、脱泡・均質化した後、ディスク状に成形して冷却し、ガラス成形体を得た。その後これを７００〜８５０℃で約１〜１２時間熱処理して結晶核形成後、８５０〜１０００℃で約１〜１２時間熱処理結晶化して、所望のガラスセラミックを得た。ついで上記ガラスセラミックを平均粒子径５〜３０μｍの砥粒にて約１０分〜６０分ラッピングし、その後平均粒子径０．５〜２μｍの酸化セリウムまたはジルコニアにて約３０分〜６０分間研磨し仕上げた。
【００４３】
比較例１の結晶化ガラスはＬｉ2Ｏを含有しているが、磁性膜（特に垂直磁化膜）の高精度化、微細化において、材料中にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を含有すると、これらのイオンが成膜工程中に拡散し、磁性膜粒子の異常成長を生じたり配向性が悪化する。本発明では、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を実質的に含有しないでも、好適な高剛性ガラスセラミックス基板を提供することができる。
【００４４】
また比較例２は、本発明と異なりＺｎＯを含有しており、従来この組成系では失透性が悪いことによる生産性の悪化が問題となってきた。本発明ではＮｂ2Ｏ5を添加する事により、失透温度を低下させ、ＺｎＯを実質的に含有しない好適なガラスセラミックス基板を提供する事ができる。
【００４５】
また比較例３のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＴｉＯ2系ガラスセラミックス基板は、同様にＺｎＯを含有している。更に結晶相として析出しているスピネル(Spinel)結晶は、一般的に結晶粒子径が大きくなるため、研磨後スムースな表面粗度を得ることができない。本発明では、平均結晶粒子径が０．０２０μｍ以下であり、スムースな表面粗度のガラスセラミックス基板を得ることができる。
【００４６】
また比較例４の、チタン酸マグネシウム固溶体、エンスタタイト系ガラスセラミックス基板は、従来の上記の減衰特性が余りよいものではなかった。比較例４に記載のガラスセラミックス基板は、減衰定数が０．３６４３ｓ-1に対し、本発明は０．４５０〜０．７５０ｓ-1と明らかに大きくなっており、減衰特性が改善されている。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、高記録密度のコンタクトレコーディング化に対応した基板表面の平滑性に優れた高剛性ガラスセラミックス基板を提供することができる。特にランプロード方式で主に用いられるニアコンタクトレコーディングあるいはコンタクトレコーディングに対応した超平滑な基板表面を有するガラスセラミックス基板を提供することができる。高速回転に対応し得る高ヤング率・低比重特性を備えた、磁気ディスク基板等の情報記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板を提供することができる。高速回転ドライブに対応した高ヤング率特性を兼ね備えた情報磁気記憶媒体用高剛性ガラスセラミック基板およびその製造方法ならびにこのガラスセラミック基板上に磁気媒体の被膜を形成してなる情報磁気記憶媒体ディスクを提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高剛性ガラスセラミックス基板に関する。より詳細には、情報記憶装置に用いられる情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板、およびこのガラスセラミックス基板の製造方法、並びにこのガラスセラミックス基板に成膜プロセスを施し形成される情報磁気記憶媒体ディスクに関する。尚、本明細書において「情報磁気記憶媒体ディスク」とは、パーソナルコンピュータのハードディスクとして使用される、固定型ハードディスク、リムーバル型ハードディスク、カード型ハードディスクや、ＨＤＴＶ、デジタルビデオカメラ・デジタルカメラ、携帯通信機器等において使用可能なディスク状情報磁気記憶媒体を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータのマルチメディア化や、デジタルビデオカメラ・デジタルカメラ等のように動画や音声等の大きなデータが扱われるようになり、大容量の情報磁気記憶装置が必要となっている。その結果、情報磁気記憶媒体デイスクは面記録密度を大きくするために、ビットセルのサイズを縮小化させてビットおよびトラック密度を増加させる傾向にある。このため、磁気ヘッドはディスク表面により近接して作動するようになっている。このように、磁気ヘッドが情報磁気記憶媒体ディスクに対し、低浮上状態または接触状態（コンタクト）にて作動する場合、磁気ヘッドおよび情報磁気記憶媒体の起動・停止技術として、情報磁気記憶媒体ディスクの特定部分（ディスク内径側もしくは外径側の未記憶部）に吸着防止加工を施し、その部分で磁気ヘッドおよび情報磁気記憶媒体ディスクの起動・停止動作を行うという、ランディングゾーン方式等の技術が開発されてきた。
【０００３】
現在の情報磁気記憶装置において、磁気ヘッドは、（１）装置起動前は情報磁気記憶媒体に接触しており、（２）装置始動時には情報磁気記憶媒体より浮上するといった動作を繰り返す、所謂ＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）方式を行っている。この時、両者の接触面が必要以上に鏡面であると吸着（スティクション）が発生し、摩擦係数の増大に伴う回転始動の不円滑、情報磁気記憶媒体表面もしくは磁気ヘッド自体の損傷という問題が発生する。この様に情報磁気記憶媒体は、記憶容量の増大に伴う磁気ヘッドの低浮上化と、情報磁気記憶媒体上での磁気ヘッド吸着防止という、相反する要求が以前から要望されている。この様な相反する要望に対する解答のひとつとして、稼働中は磁気ヘッドを完全に接触させつつも、磁気ヘッドの起動・停止動作を情報磁気記憶媒体基板上から外す、ランプロード技術が開発され、情報磁気記憶媒体表面への要求は、よりスムーズな方向へ進行している。
【０００４】
また、今日磁気記憶装置の情報磁気記憶媒体ディスクの回転を高速化する事で情報転送の高速化を計る技術開発が進んでいるが、そのため、ディスク基板のたわみや変形が発生するために、ディスク基板材には高ヤング率化が要求されている。加えて、現在の固定型情報磁気記憶装置に対し、リムーバブル方式やカード方式等、更に基板材自体の強度を要求する情報磁気記憶装置が検討・実用化段階にあり、ＨＤＴＶ、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯通信機器等への用途展開が始まりつつある。
【０００５】
この様に、高強度基板材が求められている状況において、アルミニウム合金基板では十分な強度を確保することができず、強度を得ようとする基板材の厚さを厚くすると、小型軽量化が困難になるという問題を有している。また化学強化ガラスも知られているが、この材料は、（１）研磨は化学強化後に行なわれるため、ディスクの薄板化における強化層の不安定要素が高い（２）化学強化相は、長期の使用において経時変化を発生するため、これにより磁気特性を悪化させてしまう（３）ガラス中にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を必須成分として含有するため、これらアルカリ成分が成膜時に形成された膜内に拡散し、情報記憶媒体の磁気特性を悪化させてしまう。これを防止するには、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ溶出防止のための全面バリアコート処理が必要であり、製品の低コスト安定生産性が難しいという欠点がある。（４）ガラスの機械的強度を向上させるために化学強化を行っているが、基本的に表面相と内部相の強化応力を利用するものであり、ヤング率は通常のアモルファスガラスと同等である８３ＧＰａ以下と高速回転ドライブへの使用に限界がある等、やはり高密度磁気記憶媒体用基板としての特性は不十分である。
【０００６】
これらアルミニウム合金基板や化学強化ガラス基板に対して、いくつかの結晶化ガラスが知られている。例えば、特開平１１−３４３１４３号公報に開示される磁気ディスク用ガラスセラミックス基板は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ系組成から成り、結晶相はβ石英固溶体とエンスタタイトを析出させたもので、１２５ＧＰａを越える高ヤング率が得られているが、ＬｉＯ2成分を必須成分として含有するため、アルカリ成分が成膜時に形成された膜内に拡散し、情報記憶媒体の磁気特性を悪化させてしまう。
【０００７】
また、特開平１１−２７８８６４号公報にエンスタタイト及びマグネシウムアルミニウムチタネート相を有する結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、エンスタタイトを主結晶としており、１２５ＧＰａを越える高ヤング率が得られているが、ＺｎＯを必須としている。
【０００８】
更にＵＳＰ５、４９１、１１６公報には、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ系結晶化ガラスが開示されている。この結晶化ガラスは、スピネルを主結晶として含有しており、１４４ＧＰａ（２０．９×１０6ｐｓｉ）以上の高ヤング率が得られているが、上記同様、ＺｎＯを必須としている。また、スピネル系結晶は結晶粒子系が大きく、かつ摩耗度、ビッカース硬度が大きくなる傾向があり、研磨後のスムースな表面粗度得ることができず、研磨レートが小さくなるため生産性が悪化する。
また、一般に、これら高ヤング率の結晶化ガラスは、脈理のない結晶化ガラスを得る為に熔解温度は高くする必要があり、また、失透し易い傾向がある為に、安定した生産が難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、高密度記録のためのランプロード方式（磁気ヘッドのコンタクトレコーディング）にも十分対応し得る良好な表面特性と、高速回転化に耐え得る高ヤング率特性と加工性に優れた表面硬度特性を兼ね備えた、情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意試験研究を重ねた結果、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を含有するガラスセラミックスからなる基板において、該ガラスセラミックスに微量成分としてＮｂ2Ｏ5を含有させたとき、原ガラスの溶融性・耐失透性に優れ、比較的低温で溶融することが可能で、かつ研磨加工性に優れ、研磨後の表面平滑性に優れ、高速回転に対応した高ヤング率な、情報磁気記憶媒体用に好適なガラスセラミック基板が得られることを見い出し本発明に至った。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明は、
酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
Ｙ ２ Ｏ ３ ２〜６％
の範囲の各成分を含有し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有せず、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ３）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ３固溶体）を含有するガラスセラミックスからなる基板であって、ヤング率は１２５〜１６０ＧＰａであることを特徴とする高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項２に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、失透温度が１２７０℃以下であることを特徴とする、請求項１記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項３に記載の発明は、減衰定数は０．４５０〜０．７５０ｓ−１であることを特徴とする、請求項１〜２のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項４に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、酸化物基準の質量百分率で、
ＺｒＯ２ ０〜５％
Ｙ２Ｏ３ ２〜６％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有する、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項５に記載の発明は、該ガラスセラミックスは結晶相としてルチル（ＴｉＯ２）を含有することを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項６に記載の発明は、表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は８Å以下、表面最大粗さＲｍａｘは１００Å以下であることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項７に記載の発明は、該ガラスセラミックスは、結晶相としてスピネルを実質上含有しないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項８に記載の発明は、−５０〜＋７０℃の範囲における熱膨張係数が、５０×１０−７〜７０×１０−７／℃の範囲であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項９に記載の発明は、該ガラスセラミックス中の各結晶相の平均結晶粒子径が０．０１μｍ〜０．２０μｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１０に記載の発明は、ビッカース硬度が８００〜１１００であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１１に記載の発明は、ガラス原料を１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板であり、請求項１２に記載の発明は、酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
ＺｒＯ２ ０〜５％
Ｙ２Ｏ３ ２〜６％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有しＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有しないガラス原料を、１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られること特徴とする、高剛性ガラスセラミックス基板の製造方法であり、請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板上に、磁気記憶媒体被膜を形成してなる情報磁気記憶媒体ディスクである。
【００１２】
本発明のガラスセラミックの物理的特性、主結晶相と平均結晶粒子径、表面性状、組成範囲を上記のように限定した理由を以下に示す。尚、組成については、酸化物基準で表示する。
【００１３】
まずは、ヤング率ついて述べる。前述のように、記録密度およびデータ転送速度を向上するために、情報磁気記憶媒体基板の高速回転化傾向が進行しているが、これに対応するには、基板材は高速回転（特に１００００ｒｐｍ以上）時のたわみによるディスク振動を防止するために高剛性、低比重でなければならない。これは、単に高剛性であっても、比重が大きければ、高速回転時にその重量が大きいことによってたわみが生じ、振動を発生し、逆に低比重でも剛性が低ければ、同様に振動が生じるためである。続いて、ヤング率と同等に評価しなければならないパラメータとして、減衰特性がある。上述のようなディスク高速回転時に外力で生じる振動は、波として材料全体に伝わる。この振動は、継続させる外力がなければ時間と共に減少する。この材料固有の特性値となる振動減衰の割合は減衰定数と呼ばれる。減衰定数の大きな材料は波が伝わる前に減衰してしまうので、その結果ディスクの振動振幅が小さくなりフラッタリング現象が生じにくい。上記のように、波の伝搬の仕方により減衰定数は変化する為、結晶相にて変化がおこる。具体的には、高剛性ガラスセラミックス基板の２０ＭＨｚ超音波の減衰定数は、０．４５０〜０．７５０ｓ-1であることが好ましい。より好ましくは０．５５０〜０．７５０ｓ-1であり、特に好ましくは０．６００〜０．７５０ｓ-1である。副結晶相としてルチルを含む高剛性ガラスセラミックス基板は、０．６５０〜０．７５０ｓ-1の減衰定数とすることができる。
【００１４】
ところが、前記主結晶相を有する本発明のガラスセラミックス基板は、剛性を著しく向上させるべく成分の調整を行うと高比重となってしまい、逆に比重を著しく低減すべく成分の調整を行うと剛性が低下してしまうという傾向を持っている。したがって、高剛性でありながら、低比重という一見相反する特性のバランスをとらなければならない。この観点から各種検討を行った結果、低比重であってもヤング率は１２５ＧＰａ以上を有するものでなければならず、一方高ヤング率であっても比重とのバランスにより、ヤング率は１６０ＧＰａ以下でなければならない。より好ましくは、１３０ＧＰａ以上、１５０ＧＰａ以下が好ましい。
【００１５】
また、一般的に材料を高ヤング率化すると材料の表面硬度が硬質化する傾向にあり、あまり硬質化し過ぎると、加工研磨において加工時間が長時間化してしまい、生産性や低コスト化を著しく悪化させてしまう。加工性に起因する生産性を考慮すると、基板の表面硬度（ビッカース硬度）は８００〜１１００の範囲以内であることが好ましい。
【００１６】
次に結晶相について説明する。本発明の高剛性ガラスセラミックス基板は、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を含有する。上記結晶相は剛性増加に寄与し、更に析出結晶粒子径も比較的小さくすることができ、更に研磨加工における加工性も十分に備えている。また、副結晶相としてルチル（ＴｉＯ2）を含むガラスセラミックス基板は、０．６５０〜０．７５０ｓ-1と極めて高い減衰定数とすることができる。このように高い減衰定数を示すのは、ルチルがガラスセラミックス中に絡み合い構造を形成する為と思われる。本発明の高剛性ガラスセラミックス基板においては、良好な研磨加工性を維持するために、該ガラスセラミックスには結晶相としてスピネルを実質上含まないことが好ましい。
【００１７】
次に析出結晶粒子径と表面粗度について説明する。先に述べたように、記録密度向上のためのニアコンタクトレコーディングやコンタクトレコーディング方式に対応するには、情報磁気記憶媒体の表面の平滑性が従来品よりも良好でなければならない。従来レベルの平滑性では、磁気媒体への高密度入出力を行おうとしても、ヘッドと媒体間の距離が大きいため、高密度磁気記録を行うことができない。またこの距離を小さくしようとすると、媒体の突起とヘッドが衝突し、ヘッド破損や媒体破損を引き起こしてしまうという問題も生じてくる。この様な理由から、ニアコンタクトレコーディングやコンタクトレコーディング方式に対応するためのディスク用基板表面の平滑性は、表面粗度（Ｒａ）＝８Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝１００Å以下であることが好ましい。より好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝６Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝７０Å以下であり、更に好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝４Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝５０Å以下であり、最も好ましくは、表面粗度（Ｒａ）＝２．５Å以下、最大粗さ（Ｒｍａｘ）＝３５Å以下である。また、これら好適な表面粗度を得るために、ガラスセラミックス中の各析出結晶相は微細粒子であることが好ましい。平均結晶粒子径は、いずれも０．０１〜０．２０μｍが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以下である。
【００１８】
次に熱膨張率についてであるが、ビットおよびトラック密度を増加させ、ビットセルのサイズを縮小化するにおいては、媒体と基板の熱膨張係数の差が大きく影響する。しかしこの物性は、析出する全結晶相の種類とその析出比や量により左右される。したがって、媒体の熱膨張係数と本発明のガラスセラミックス基板における結晶相を勘案すると、−５０〜＋７０℃の温度範囲における熱膨張係数は、５０×１０-7〜７０×１０-7／℃とするのが好ましい。
【００１９】
次に、ガラスセラミックスの組成限定理由について述べる。まずＳｉＯ2成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、エンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）結晶を生成する極めて重要な成分であるが、その量が４０質量％未満では、得られたガラスセラミックスの析出結晶相が不安定で組織が粗大化し、更に原ガラスの耐失透性を低下させる。また６０質量％を超えると原ガラスの溶融・成形性が困難になる。
【００２０】
ＭｇＯ成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、エンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）、を生成する極めて重要な成分であるが、その量が１０質量％未満では、所望とする結晶が得られず、例え得られたとしても、ガラスセラミックスの析出結晶が不安定で組織が粗大化しやすく、加えて溶融性も悪化する。また２５質量％を超えると失透性が悪化する。
【００２１】
Ａｌ2Ｏ3成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出するエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ3固溶体）を生成する極めて重要な成分であるが、その量が１０質量％未満では、所望の結晶相が得られず、例え得られたとしても、ガラスセラミックスの析出結晶相が不安定で組織が粗大化しやすく、加えて溶融性も悪化する。また２０質量％を越えると、原ガラスの溶融性および失透性が悪化する。
【００２２】
ＺｒＯ2成分およびＴｉＯ2成分は、ガラスの結晶核形成剤として機能する上に、析出結晶相の微細化と材料の機械的強度向上、および化学的耐久性の向上に効果を有する事が見出された極めて重要な成分である。ＺｒＯ2成分は５質量％以内で十分であり、ＴｉＯ2成分については、６質量％未満では結晶化時に軟化を引き起こす場合があり、１２質量％を超えると原ガラスの溶融が困難となり、耐失透性が悪化する。
【００２３】
Ｎｂ2Ｏ5成分は、ガラスセラミックス基板のヤング率と減衰定数を向上させ、溶解温度を比較的低温に保ったままで、耐失透性を向上する重要な成分である。０．２質量％未満では上記効果がなく、１０質量％を越えると逆にガラスの失透性が悪化する。好ましくは１質量％〜５質量％であり、もっとも好ましいのは１質量％〜３質量％である。
【００２４】
Ｂｉ2Ｏ3成分も、ガラスのヤング率と減衰定数をあげる為に重要な成分であるが、０．２質量％未満では上記効果がなく、１０質量％を越えるとガラスの失透性が悪化する。
【００２５】
Ｙ2Ｏ3成分もガラスのヤング率を向上させる成分であるが、その量は６質量％以下で十分である。
【００２６】
ＢａＯ成分ＣａＯ成分およびＳｒＯ成分は、ガラスの溶融性を向上するために添加する成分であるが、５質量％を越えるとこれらの成分を含有する結晶（チタン酸バリウム等）が析出し易く、ヤング率が低下する可能性がある。
【００２７】
ＣｅＯ2成分はガラスのヤング率を向上させ、溶融成形時の粘度をコントロールできる成分であるが、その量は８質量％以下で十分である。
【００２８】
Ｂ2Ｏ3成分は成形時のガラスの粘度をコントロールすることができる成分であるが、２質量％を越えると原ガラスの溶融性が悪化する可能性がある。
【００２９】
Ｐ2Ｏ5成分は原ガラスの溶融性、成形時の失透性を改善するのに効果的であるが、２質量％を越えるとガラスの失透性が悪化する。
【００３０】
Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3成分は、ガラス溶融の際の清澄剤として使用するが、それぞれ０．５質量％以内で十分である。
【００３１】
次にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分についてであるが、磁性膜（特に垂直磁化膜）の高精度化、微細化において、材料中にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を含有すると、これらのイオンが成膜工程中に拡散し、磁性膜粒子の異常成長を生じたり配向性が悪化するため、これらの成分を実質的に含有しないことが重要である。
【００３２】
本発明の高剛性ガラスセラミックス基板は、上記の組成を含有するガラス原料を、１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して原ガラスとし、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させ得ることができる。
【００３３】
次に失透温度に関してであるが、ガラス成形の際に失透温度が高温であると、ガラス成形後のガラスに失透と呼ばれる微結晶が生じ、ガラス、及びガラスセラミックスの特性を低下させてしまう。生産性を向上させるためには、失透温度は１２７０℃以下であることが好ましい。
【００３４】
本発明の情報磁気記憶媒体ディスクは、上記本発明の高剛性ガラスセラミックス基板上に、磁気記憶媒体被膜を形成して得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施例について説明する。表１〜表５に、本発明の磁気ディスク用ガラスセラミック基板の実施組成例（No.１〜９）、および比較組成例としてＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ系結晶化ガラス（比較例１）、エンスタタイト及びマグネシウムアルミニウムチタネート相を含む結晶化ガラス（比較例２）、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ系結晶化ガラス（比較例３）、チタン酸マグネシウム固溶体及びエンスタタイトを含む結晶化ガラス（比較例４）について、質量百分率又はモル百分率、核形成温度、結晶化温度、結晶相、失透温度、結晶粒子径、ヤング率、ビッカース硬度、比重、研磨後の表面粗度（Ｒａ）、最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）、−５０〜＋７０℃における熱膨張係数を示す。尚、各結晶相の析出比については、それぞれの結晶種の１００％結晶標準試料を準備し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置により、内部標準法を使った回折ピーク面積により求めた。結晶相に表記したMg-Al-TiとはMgAl2Ti3O10とMg2Al6Ti7O25結晶のメインピークは２θでほぼ同角にあり区別できない為、Mg-Al-Tiと記載した。失透温度については、各組成のガラスを作成し、５０ｃｃ白金ポットにガラスをいれ、失透が確実に解消される温度・時間である１４５０℃で２時間保持して溶融し、目的温度まで２００℃/ｈで降温し、１０ｈ保持後ガラスを溶融炉内からとりだし放冷して、顕微鏡による確認を行う。この操作を１０℃おきに行い、失透が析出した温度としない温度の両方の範囲を失透温度とした。結晶粒子径（平均）については、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により求めた。各結晶粒子の結晶種はＴＥＭ構造解析により同定した。表面粗度（Ｒａ：算術平均粗さ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により求めた。結晶相の記載は、析出比の大きいものから順に記載している。析出比の順位の決定は、Ｘ線回折による各主結晶相のメインピークの高さの順で決定した。
【００３６】
また、減衰定数については、厚さ０．８ｍｍのガラスセラミックス基板について、２０ＭＨｚの超音波を入射させ、遅延時間ｔと反射波強度Ｙとの関係を測定し、一般的に媒体中を進行する波の減衰の式：Y=ae- β tから、減衰定数βを求めた。ここで、aは比例定数、βは減衰定数（ｓ-1）、tは遅延時間（ｓ）である。
【００３７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
本発明の上記実施例のガラスセラミックス基板は、いずれも酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を混合し、これを通常の溶解装置を用いて約１３５０〜１４９０℃の温度で溶解・攪拌し、脱泡・均質化した後、ディスク状に成形して冷却し、ガラス成形体を得た。その後これを７００〜８５０℃で約１〜１２時間熱処理して結晶核形成後、８５０〜１０００℃で約１〜１２時間熱処理結晶化して、所望のガラスセラミックを得た。ついで上記ガラスセラミックを平均粒子径５〜３０μｍの砥粒にて約１０分〜６０分ラッピングし、その後平均粒子径０．５〜２μｍの酸化セリウムまたはジルコニアにて約３０分〜６０分間研磨し仕上げた。
【００４３】
比較例１の結晶化ガラスはＬｉ2Ｏを含有しているが、磁性膜（特に垂直磁化膜）の高精度化、微細化において、材料中にＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を含有すると、これらのイオンが成膜工程中に拡散し、磁性膜粒子の異常成長を生じたり配向性が悪化する。本発明では、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ成分を実質的に含有しないでも、好適な高剛性ガラスセラミックス基板を提供することができる。
【００４４】
また比較例２は、本発明と異なりＺｎＯを含有しており、従来この組成系では失透性が悪いことによる生産性の悪化が問題となってきた。本発明ではＮｂ2Ｏ5を添加する事により、失透温度を低下させ、ＺｎＯを実質的に含有しない好適なガラスセラミックス基板を提供する事ができる。
【００４５】
また比較例３のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＴｉＯ2系ガラスセラミックス基板は、同様にＺｎＯを含有している。更に結晶相として析出しているスピネル(Spinel)結晶は、一般的に結晶粒子径が大きくなるため、研磨後スムースな表面粗度を得ることができない。本発明では、平均結晶粒子径が０．０２０μｍ以下であり、スムースな表面粗度のガラスセラミックス基板を得ることができる。
【００４６】
また比較例４の、チタン酸マグネシウム固溶体、エンスタタイト系ガラスセラミックス基板は、従来の上記の減衰特性が余りよいものではなかった。比較例４に記載のガラスセラミックス基板は、減衰定数が０．３６４３ｓ-1に対し、本発明は０．４５０〜０．７５０ｓ-1と明らかに大きくなっており、減衰特性が改善されている。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、高記録密度のコンタクトレコーディング化に対応した基板表面の平滑性に優れた高剛性ガラスセラミックス基板を提供することができる。特にランプロード方式で主に用いられるニアコンタクトレコーディングあるいはコンタクトレコーディングに対応した超平滑な基板表面を有するガラスセラミックス基板を提供することができる。高速回転に対応し得る高ヤング率・低比重特性を備えた、磁気ディスク基板等の情報記憶媒体用に好適なガラスセラミックス基板を提供することができる。高速回転ドライブに対応した高ヤング率特性を兼ね備えた情報磁気記憶媒体用高剛性ガラスセラミック基板およびその製造方法ならびにこのガラスセラミック基板上に磁気媒体の被膜を形成してなる情報磁気記憶媒体ディスクを提供することができる。
Claims (13)
- 酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
Ｙ ２ Ｏ ３ ２〜６％
の範囲の各成分を含有し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有せず、主結晶相として、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ３）又はエンスタタイト固溶体（ＭｇＳｉＯ３固溶体）を含有するガラスセラミックスからなる基板であって、ヤング率は１２５〜１６０ＧＰａであることを特徴とする高剛性ガラスセラミックス基板。 - 該ガラスセラミックスは、失透温度が１２７０℃以下であることを特徴とする、請求項１記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 減衰定数は０．４５０〜０．７５０ｓ−１であることを特徴とする、請求項１〜２のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 該ガラスセラミックスは、酸化物基準の質量百分率で、
ＺｒＯ２ ０〜５％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有する、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。 - 該ガラスセラミックスは結晶相としてルチル（ＴｉＯ２）を含有することを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は８Å以下、表面最大粗さＲｍａｘは１００Å以下であることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 該ガラスセラミックスは、結晶相としてスピネルを実質上含有しないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- −５０〜＋７０℃の範囲における熱膨張係数が、５０×１０−７〜７０×１０−７／℃の範囲であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 該ガラスセラミックス中の各結晶相の平均結晶粒子径が０．０１μｍ〜０．２０μｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- ビッカース硬度が８００〜１１００であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- ガラス原料を１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板。
- 酸化物基準の質量百分率で、
ＳｉＯ２ ４０〜６０％
ＭｇＯ １０〜２５％
Ａｌ２Ｏ３ １０〜２０％
ＴｉＯ２ ６〜１２％
Ｎｂ２Ｏ５ ０．２〜１０％
Ｂｉ２Ｏ３ ０．２〜１０％
ＺｒＯ２ ０〜５％
Ｙ２Ｏ３ ２〜６％
ＢａＯ ０〜５％
ＳｒＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜５％
ＣｅＯ２ ０〜８％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２％
Ｐ２Ｏ５ ０〜２％
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．５％
Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．５％
の範囲の各成分を含有しＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを実質上含有しないガラス原料を、１３５０〜１４９０℃で溶解・攪拌し、成形して得られた原ガラスを、７００℃〜８５０℃で１〜１２ｈ熱処理して核形成した後、８５０℃〜１０００℃で１〜１２ｈ熱処理して結晶成長させて得られること特徴とする、高剛性ガラスセラミックス基板の製造方法。 - 請求項１〜１１のいずれか一項記載の高剛性ガラスセラミックス基板上に、磁気記憶媒体被膜を形成してなる情報磁気記憶媒体ディスク。
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