JP5528026B2

JP5528026B2 - 情報記録媒体基板用ガラス、情報記録媒体用ガラス基板および磁気ディスク

Info

Publication number: JP5528026B2
Application number: JP2009184593A
Authority: JP
Inventors: 淳遠藤; 哲也中島
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011040122A

Description

本発明は、磁気ディスク（ハードディスク）など情報記録媒体の基板に用いられるガラス、情報記録媒体用ガラス基板および磁気ディスクに関する。

情報記録媒体用基板、特に磁気ディスク用基板としてガラス基板が広く用いられており、たとえば質量％で、４７〜６０％のＳｉＯ_２、８〜２０％のＡｌ_２Ｏ_３、２〜８％のＮａ_２Ｏ、１〜１５％のＫ_２Ｏ、１〜６％のＴｉＯ_２、１〜５％のＺｒＯ_２、などを含有するガラスが提案されている。

国際公開第０８／１１７７５８号パンフレット

磁気ディスク用ガラス基板としては、膨張係数やヤング率などが適切なものであることが求められる他に、その在庫中に表面性状が著しく変化し、前記基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜が剥がれやすくならないこと、すなわち耐候性が求められる。
本発明は耐候性が改善された磁気ディスク用ガラス基板の提供を目的とする。

本発明は、下記酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２を５６〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２６％、Ｌｉ_２Ｏを０．５〜８％、Ｎａ_２Ｏを０〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜８％、ＭｇＯを０〜６％、ＣａＯを０〜８％、ＺｒＯ_２を０〜６％、Ｆを０．１〜０．９％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｒ_２Ｏが８〜１８％である情報記録媒体基板用ガラスを提供する。なお、たとえばＮａ_２Ｏを０〜１５％含有するとは、Ｎａ_２Ｏは必須ではないが１５％以下の範囲で含有してもよい、の意である。

また、ＳｉＯ_２を６１〜６９％、Ａｌ_２Ｏ_３を１１〜１８％、Ｎａ_２Ｏを０〜１３％、Ｋ_２Ｏを０〜５％、ＭｇＯを０〜４％、ＣａＯを０〜５％含有し、Ｒ_２Ｏが１０％以上である前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、ＳｉＯ_２を６６％以下、Ｌｉ_２Ｏを３〜６．５％、Ｎａ_２Ｏを９〜１２％、Ｋ_２Ｏを０〜３％含有し、Ｒ_２Ｏが１４％以上である前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、前記情報記録媒体基板用ガラスからなる情報記録媒体用ガラス基板を提供する。
また、前記情報記録媒体用ガラス基板上に磁気記録層が形成されている磁気ディスクを提供する。

本発明によれば、耐候性に優れた情報記録媒体基板用ガラスを得ることができる。これにより、前記基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜が剥がれにくくなる。

本発明の情報記録媒体基板用ガラス（以下、本発明のガラスという。）の密度ｄは２．８０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．８０ｇ／ｃｍ^３超ではドライブ回転時にモーター負荷がかかって消費電力が大きくなる、またはドライブ回転が不安定になるおそれがある。好ましくは２．６０ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは２．５４ｇ／ｃｍ^３以下である。

本発明のガラスはヤング率Ｅが７３ＧＰａ以上であることが好ましい。７３ＧＰａ未満であるとドライブ回転中に反りやたわみが発生しやすく、高記録密度の情報記録媒体を得ることが困難になるおそれがある。Ｅは７５ＧＰａ以上であることがより好ましい。

本発明のガラスは比弾性率Ｅ／ｄが２８ＭＮｍ／ｋｇ以上であることが好ましい。Ｅ／ｄが２８ＭＮｍ／ｋｇ未満であるとドライブ回転中に反りやたわみが発生しやすく、高記録密度の情報記録媒体を得ることが困難になるおそれがある。Ｅ／ｄは３０ＭＮｍ／ｋｇ以上であることがより好ましい。

本発明のガラスのガラス転移点Ｔｇは４５０℃以上であることが好ましい。４５０℃未満では磁性層形成熱処理温度を充分高くすることができず、磁性層の保磁力増加が困難になるおそれがある。より好ましくは４６０℃以上である。

本発明のガラスの−５０〜７０℃における平均線膨張係数αは５３×１０^−７／℃以上であることが好ましい。５３×１０^−７／℃未満では、金属製のドライブなど他の部材の熱膨張係数との差が大きくなり、温度変動時の応力発生による基板の割れなどが起こりやすくなるおそれがある。より好ましくは５５×１０^−７／℃以上である。αは典型的には１００×１０^−７／℃以下である。

本発明の情報記録媒体用ガラス基板（以下、本発明のガラス基板という。）は、１２０℃、０．２ＭＰａの水蒸気雰囲気下に２０時間保持した時そのガラス表面に析出しているＬｉ量、Ｎａ量、Ｋ量をそれぞれＣ_Ｌｉ、Ｃ_Ｎａ、Ｃ_ＫとしてＣ_Ｒ＝Ｃ_Ｌｉ＋Ｃ_Ｎａ＋Ｃ_Ｋが７．５ｎｍｏｌ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。Ｃ_Ｒが７．５ｎｍｏｌ／ｃｍ^２超では、基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜が剥がれやすくなる。より好ましくは７ｎｍｏｌ／ｃｍ^２以下である。

次に、本発明のガラスの組成について質量百分率表示を用いて説明する。
ＳｉＯ_２はガラスの骨格を形成する成分であり、必須である。５６％未満では、耐候性が低下する、ｄが大きくなる、または液相温度が上昇しガラスが不安定になる。好ましくは６１％以上である。７０％超では、粘度が１０^２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ_２および粘度が１０^４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ_４が上昇しガラスの溶解、成形が困難となる、ＥもしくはＥ／ｄが低下する、またはαが小さくなる。好ましくは６９％以下、より好ましくは６６％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３は耐候性を高める効果を有し、必須である。１０％以下では前記効果が小さい、ＥもしくはＥ／ｄが低下する、またはＴｇが低くなる。好ましくは１１％以上である。２６％超では耐酸性が低下する、Ｔ_２およびＴ_４が上昇しガラスの溶解、成形が困難となる、αが小さくなる、または液相温度が高くなりすぎる。好ましくは１８％以下である。

Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏはαを大きくするが、ＥまたはＥ／ｄを低下させる。これに対し、Ｌｉ_２ＯはＥまたはＥ／ｄを維持したままαを大きくする効果があるため必須である。０．５％未満では前記効果が小さい。好ましくは３％以上である。８％超では、耐候性が低下する、またはＴｇが低くなる。好ましくは６．５％以下である。

Ｎａ_２Ｏは必須ではないが、αを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があり１５％まで含有してもよい。１５％超では、耐候性が低下する、ＥもしくはＥ／ｄが低下する、またはＴｇが低くなる。好ましくは１３％以下、より好ましくは１２％以下である。Ｎａ_２Ｏを含有する場合その含有量は、好ましくは９％以上である。

Ｋ_２Ｏは必須ではないが、αを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があり８％まで含有してもよい。８％超では耐候性が低下する、またはＥもしくはＥ／ｄが低下する。好ましくは５％以下、特に好ましくは３％以下である。

Ｎａ_２ＯまたはＫ_２Ｏは前記効果を有し、αを大きくする効果が他の成分に比べて特に大きいため、Ｎａ_２ＯまたはＫ_２Ｏのいずれかを必ず含有することが好ましく、その場合Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計は好ましくは０．５％以上、より好ましくは３％以上である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｒ_２Ｏが８％未満では、αが小さくなる、またはガラスの溶解性が低下する。好ましくは１０％以上、より好ましくは１４％以上である。Ｒ_２Ｏが１８％超では耐候性が低下する。

ＭｇＯは必須ではないが、耐候性を維持したままＥ、Ｅ／ｄもしくはαを大きくする、ガラスを傷つきにくくする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があり、６％まで含有してもよい。６％超では液相温度が高くなりすぎる。好ましくは４％以下である。

ＣａＯは必須ではないが、耐候性を維持したままαを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があり、８％まで含有してもよい。８％超ではｄが大きくなる、Ｅが低下する、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５％以下である。
ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計は１０％以下であることが好ましく、より好ましくは７％以下である。

ＺｒＯ_２は必須ではないが、Ｅ、Ｅ／ｄもしくはＴｇを高くする、耐候性を高くする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があるため６％まで含有してもよい。６％超ではｄが大きくなる、または液相温度が高くなりすぎるおそれがある。ＺｒＯ_２を含有する場合、典型的には４％以上である。

Ｆは耐候性を高くする効果があるため、必須である。０．１％未満では前記効果が小さい。好ましくは０．２％以上である。Ｆの含有量が０．９％超ではＴｇが低下する、αが低下する、またはＥもしくはＥ／ｄが低下する。好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．６％以下である。

本発明のガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。その場合、当該他の成分の含有量の合計は好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、典型的には２％以下である。
以下、上記成分以外の成分について例示的に説明する。

ＳｒＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、耐候性を維持したままαを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させる効果があるために含有してもよいが、含有量が多すぎると密度が大きくなる、またはガラスに傷がつきやすくなる。ＳｒＯおよびＢａＯの含有量は典型的にはそれぞれ１．５％以下、２％以下であり、ＭｇＯ、ＣａＯの各含有量が０％の場合も含めて、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの各含有量の合計は１０％以下であることが好ましく、典型的には７％以下である。

Ｂ_２Ｏ_３は、ＥもしくはＥ／ｄを大きくする、耐候性を高くする、ガラスの溶解性を向上させるなどを目的として、３．５％以下の範囲で含有してもよい。３．５％超では分相現象が起こりやすくなる。好ましくは２．５％以下、より好ましくは１％以下である。典型的にはＢ_２Ｏ_３は含有しない。

ＴｉＯ_２は、Ｅ、Ｅ／ｄもしくはＴｇを高くする、耐候性を高くする効果があり、６％まで含有してもよい。６％超では液相温度が高くなりすぎるおそれがある、または分相現象が起りやすくなるおそれがある。好ましくは４％以下である。

Ｌａ_２Ｏ_３は必須ではないが、耐候性を維持したままＥを向上させる効果があるため６％まで含有してもよい。６％超ではｄが大きくなる、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４％以下である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は必須ではないが、耐候性を維持したままＥを向上させる効果があるため６％まで含有してもよい。６％超ではｄが大きくなる、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４％以下である。

ＲＥ_２Ｏ_３を合計で１％未満まで含有してもよい。なお、前記ＲＥ_２Ｏ_３はＳｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる希土類の酸化物を示している。

ＳＯ_３、ＳｎＯ_２等の清澄剤を合計で２％まで含有してもよい。
Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯなどの着色剤を合計で２％まで含有してもよい。

Ｐ_２Ｏ_５は分相現象を起こりやすくする、耐酸性もしくは耐候性を低下させるため、典型的にはＰ_２Ｏ_５を含有しない。

ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３およびＣｌは、環境に対する配慮から使用を極力控えるべきであり、典型的にはこれら５成分は含有しない。

本発明のガラスは非晶質ガラスである。
本発明のガラス基板は通常は円形のガラス板である。

本発明のガラス基板は典型的には磁気ディスク用ガラス基板として用いられる。
磁気ディスク用ガラス基板はノートブックパソコン等に用いられる２．５インチ基板（ガラス基板外径：６５ｍｍ）やポータブルＭＰ３プレーヤなどに用いられる１．８インチ基板（ガラス基板外径：４８ｍｍ）などに広く使用され、その市場は年々拡大しており、一方で低価格での供給が求められている。このようなガラス基板に使用されるガラスは、大量生産に適したものであることが好ましい。
板ガラスの大量生産はフロート法、フュージョン法、ダウンドロー法などの連続成形法により広く行われており、本発明のガラスはたとえばフロート成形が可能なガラスを含むので大量生産に好適である。

本発明のガラスおよびガラス基板の製造方法は特に限定されず、各種方法を適用できる。たとえば、通常使用される各成分の原料を目標組成となるように調合し、これをガラス溶融窯で加熱溶融する。バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、周知のフロート法、プレス法、フュージョン法またダウンドロー法などの方法により所定の厚さの板ガラスに成形し、徐冷後必要に応じて研削、研磨などの加工を行った後、所定の寸法・形状のガラス基板とされる。成形法としては、特に、大量生産に適したフロート法が好適である。また、フロート法以外の連続成形法、すなわち、フュージョン法、ダウンドロー法にも好適である。

表１のＳｉＯ_２からＦまでの欄に質量％表示で示したガラス組成となるように各成分の原料を調合し、白金るつぼを用いて１６００℃の温度で３〜５時間溶解した。溶解にあたっては、白金スターラを溶融ガラス中に挿入し、２時間撹拌して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し、毎分１℃の冷却速度で室温まで徐冷した。なお、Ｆの含有量はＩＣＰ−ＭＳによって測定した。
例１、２のガラスは実施例、例３のガラスは比較例である。

こうして得られたガラス板について、密度ｄ（単位：ｇ／ｃｍ^３）、前記平均線膨張係数α（単位：×１０^−７／℃）、ヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）、比弾性率Ｅ／ｄ（単位：ＭＮｍ／ｋｇ）、ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）、耐候性指標Ｃ_Ｒ（単位：ｎｍｏｌ／ｃｍ^２）を以下に示す方法によって測定した。結果を表１に示す。

ｄ：泡のないガラス２０〜５０ｇを用い、アルキメデス法にて測定した。
α：示差熱膨張計を用いて、石英ガラスを参照試料として室温から５℃／分の割合で昇温した際のガラスの伸び率をガラスが軟化してもはや伸びが観測されなくなる温度すなわち屈伏点まで測定し、得られた熱膨張曲線から−５０〜７０℃における平均線膨張係数を算出した。
Ｅ：厚さが５〜１０ｍｍ、大きさが３ｃｍ角のガラス板について、超音波パルス法により測定した。
Ｔｇ：示差熱膨張計を用いて、石英ガラスを参照試料として室温から５℃／分の割合で昇温した際のガラスの伸び率を屈伏点まで測定し、得られた熱膨張曲線における屈曲点に相当する温度をガラス転移点とした。

Ｃ_Ｒ：厚さが１〜２ｍｍ、大きさが４ｃｍ×４ｃｍのガラス板の両面を酸化セリウムで鏡面研磨し、炭酸カルシウムおよび中性洗剤を用いて洗浄した後、高度加速寿命試験装置（エスペック社製不飽和型プレッシャークッカーＥＨＳ−４１１Ｍ）に入れて１２０℃、０．２ＭＰａの水蒸気雰囲気に２０時間静置した。洗浄済みチャック付ポリ袋に試験後試料と超純水２０ｍｌを入れ超音波洗浄機で１０分間表面析出物を溶解し、ＩＣＰ−ＭＳを使用して各アルカリ成分（Ｌｉ、Ｎａ）の溶出物を定量した。各アルカリ成分の溶出量はモル換算し、試料表面積で規格化し、これらの合計をＣ_Ｒとした。

Ｆを含有しない例３においては耐候性指標Ｃ_Ｒが７．８５ｎｍｏｌ／ｃｍ^２であるが、Ｆを０．２６％、０．５４％それぞれ含有する例１、２においてはＣ_Ｒが６．７８ｎｍｏｌ／ｃｍ^２、６．５３ｎｍｏｌ／ｃｍ^２まで低下している。
一方、例１、２においてはガラスの物性（ｄ、α、Ｅ、Ｅ／ｄ）に大きな変化がないことがわかる。つまり、本発明によればガラスの物性を変化させることなく耐候性を高くできることがわかる。

表２のＳｉＯ_２からＦまでの欄に質量％表示で示した例４〜１３のガラス組成は本発明の実施例であるがガラスの溶融は行わず、ｄ、α、Ｅ、Ｃ_Ｒは組成から計算・推定して求めた。このようにして求めたｄ、α、Ｅ、Ｃ_Ｒを表２にあわせて示す。

磁気ディスクなどの情報記録媒体の製造や情報記録媒体用ガラス基板に利用できる。

Claims

下記酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２を５６〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜２６％、Ｌｉ_２Ｏを０．５〜６．５％、Ｎａ_２Ｏを９〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜８％、ＭｇＯを０〜６％、ＣａＯを０〜８％、ＺｒＯ_２を０〜６％、Ｆを０．１〜０．９％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｒ_２Ｏが１０〜１８％であり、Ｐ _２Ｏ _５を含有しない、情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が１０％以下である請求項１の情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＳｉＯ_２を６１〜６９％、Ａｌ_２Ｏ_３を１１〜１８％、Ｎａ_２Ｏを９〜１３％、Ｋ_２Ｏを０〜５％、ＭｇＯを０〜４％、ＣａＯを０〜５％含有し、Ｒ_２Ｏが１０％以上である請求項１の情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＳｉＯ_２を６６％以下、Ｌｉ_２Ｏを３〜６．５％、Ｎａ_２Ｏを９〜１２％、Ｋ_２Ｏを０〜３％含有し、Ｒ_２Ｏが１４％以上である請求項１、２または３の情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７％以下である請求項３または４の情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＺｒＯ_２を４％以上含有する請求項１〜５のいずれかの情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
Ｆを０．２〜０．６％含有する請求項１〜６のいずれかの情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３およびＣｌのいずれも含有しない請求項１〜７のいずれかの情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
密度が２．８０ｇ／ｃｍ^３以下である請求項１〜８のいずれかの情報記録媒体基板用非晶質ガラス。
請求項１〜９のいずれかの情報記録媒体基板用非晶質ガラスからなる情報記録媒体用ガラス基板。
請求項１０の情報記録媒体用ガラス基板上に磁気記録層が形成されている磁気ディスク。