JP5659544B2 - 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 - Google Patents

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、６２〜７５％のＳｉＯ_２、５〜１５％のＡｌ_２Ｏ_３、４〜１０％のＬｉ_２Ｏ、４〜１２％のＮａ_２Ｏ、および５．５〜１５％のＺｒＯ_２を含有し、かつＮａ_２Ｏ／ＺｒＯ_２の質量比が０．５〜２．０であり、さらにＡｌ_２Ｏ_３／ＺｒＯ_２の質量比が０．４〜２．５であるガラスが提案されている。

特開平５−３２４３１号公報

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、下記酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を５８〜７８％、Ａｌ_２Ｏ_３を８〜１４％、Ｌｉ_２Ｏを１２．１〜２０％、Ｎａ_２Ｏを０〜１１％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜８％、ＣａＯを０〜８％、ＺｒＯ_２を０〜５％、ＨｆＯ_２を０．０２〜０．２％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが２２〜２６％であり、ＳｒＯを含有しないか２％以下含有し、ＢａＯを含有しないか２％以下含有し、ＴｉＯ_２を含有しないか１％未満含有す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０〜１６％含有するとは、Ｎａ_２Ｏは必須ではないが１６％以下の範囲で含有してもよい、の意である。

また、ＣａＯを含有しない前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、ＳｉＯ_２が６２〜７１％、Ａｌ_２Ｏ_３が８〜１２％、Ｌｉ_２Ｏが１２．１〜１４％、Ｎａ_２Ｏが７〜１１％、Ｋ_２Ｏが０〜３％、ＭｇＯが０〜５％、ＣａＯが０〜６％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が６９％以下、Ａｌ_２Ｏ_３が１１％以下、Ｋ _２ Ｏが０〜２％である前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、Ｋ_２Ｏが１％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、ＨｆＯ_２が０．０３％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、ＨｆＯ_２が０．１３％以下である前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、ＨｆＯ_２が０．０４〜０．０９％である前記情報記録媒体基板用ガラスを提供する。
また、ヤング率が７６〜９０ＧＰａ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２．６０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．６０ｇ／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２．５４ｇ／ｃｍ^３以下である。

本発明のガラスはヤング率Ｅが７６ＧＰａ以上であることが好ましい。７６ＧＰａ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７７ＧＰａ以上であることがより好ましい。また、Ｅは典型的には９０ＧＰａ以下である。９０ＧＰａ超ではガラス構造が密になってガラスが脆くなりやすい。

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５６×１０^−７／℃以上であることが好ましい。５６×１０^−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５８×１０^−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９ｎｍｏｌ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。Ｃ_Ｒが９ｎｍｏｌ／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８ｎｍｏｌ／ｃｍ^２以下である。

次に、本発明のガラスの組成についてモル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。５８％未満では、耐酸性が低下する、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５９％以上、より好ましくは６０％以上、典型的には６２％以上である。７８％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７７％以下、より好ましくは７６％以下、さらに好ましくは７３％以下、特に好ましくは７１％以下、典型的には６９％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。３％未満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４％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは７％以上である。１５％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１４％以下、より好ましくは１２％以下、典型的には１１％以下である。

Ｌｉ_２Ｏは、Ｅ、Ｅ／ｄもしくは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、必須である。１％未満では前記効果が小さい。好ましくは２％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは８％以上である。２０％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１９％以下、より好ましくは１４％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１６％まで含有してもよい。１６％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１５％以下、より好ましくは１４％以下、典型的には１３％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１％以上、典型的には７％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１０％まで含有してもよい。１０％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９％以下、より好ましくは３％以下、典型的には２％以下である。Ｋ_２Ｏを含有する場合その含有量は、好ましくは０．１％以上、典型的には１％以上である。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ（以下、Ｒ_２Ｏと記す。）が１５％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１６％以上、より好ましくは１９％以上である。Ｒ_２Ｏが２６％超では耐候性が低下する。好ましくは２５％以下、より好ましくは２４％以下である。
耐候性を高くしたい場合には、ＳｉＯ_２は５８〜７２％、Ａｌ_２Ｏ_３は７〜１５％、Ｌｉ_２Ｏは１〜１４％、Ｎａ_２Ｏは０〜１４％、Ｒ_２Ｏは１５〜２５％であることが好ましい。

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、８％まで含有してもよい。８％超では液相温度が高くなりすぎる。好ましくは７％以下、より好ましくは５％以下である。液相温度を低くしたい場合などにはＭｇＯは２％以下であることが好ましく、含有しないことがより好ましい。

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過ぎるおそれがある。好ましくは７％以下、より好ましくは６％以下、特に好ましくは４％以下、典型的には２％以下である。Ｅ／ｄを大きくしたい場合などにはＣａＯは２％以下であることが好ましく、含有しないことがより好ましい。

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５％まで含有してもよい。５％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、より好ましくは３％以下、典型的には２％以下である。

ＨｆＯ_２は耐候性を高くする効果があるため、必須である。０．０２％未満では前記効果が小さい。好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０４％以上である。ＨｆＯ_２の含有量が０．２％超では前記効果がかえって小さくなる、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０．１８％以下、より好ましくは０．１０％以下、典型的には０．０９％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はαを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させるために、２％以下の範囲で含有してもよい。２％超ではｄが大きくなる、またはガラスに傷つきやすくなるおそれがある。好ましくは１％以下である。典型的にはＳｒＯは含有しない。
ＢａＯはαを大きくする、またはガラスの溶解性を向上させるために、２％以下の範囲で含有してもよい。２％超ではｄが大きくなる、またはガラスに傷つきやすくなるおそれがある。好ましくは１％以下である。典型的にはＢａＯは含有しない。なお、ＢａＯを含有する場合その含有量は質量百分率表示で３％以下が典型的である。ガラスを傷つきにくくしたい場合などにはＳｒＯおよびＢａＯのいずれも含有しないことが好ましい。

ＴｉＯ_２は、Ｅ、Ｅ／ｄもしくはＴｇを高くする、耐候性を高くするなどを目的として、１％未満の範囲で含有してもよい。１％以上ではＴ_Ｌ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０．５％以下である。また、ＴｉＯ_２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。

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、６％以下の範囲で含有してもよい。６％超では分相現象が起こりやすくなる。好ましくは５％以下、より好ましくは４％以下、特に好ましくは３％以下である。典型的にはＢ_２Ｏ_３は含有しない。

Ｌａ_２Ｏ_３は耐候性を維持したままＥを向上させるなどを目的として含有してもよいが、その場合３％以下であることが好ましい。３％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。より好ましくは２％以下、特に好ましくは１％以下である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は耐候性を維持したままＥを向上させるなどを目的として含有してもよいが、その場合３％以下であることが好ましい。３％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。より好ましくは２％以下、特に好ましくは１％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、Ｌａ、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、Ｃｌ、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_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。

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。

各成分の原料を表１のＳｉＯ_２からＨｆＯ_２までの欄にモル％表示で示した組成となるように調合し、白金るつぼを用いて１５５０〜１６００℃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。表１ではＲ_２ＯはＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの各含有量（単位：モル％）の合計を示し、ＨｆＯ_２の含有量はＩＣＰ−ＭＳによって測定した。
例１〜５のガラスは実施例、例６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。

ＨｆＯ_２を含有しない例６においては耐候性指標Ｃ_Ｒが１１．４５ｎｍｏｌ／ｃｍ^２であるのに対し、ＨｆＯ_２を０．０２６％含有させた例１においてはＣ_Ｒは７．８３ｎｍｏｌ／ｃｍ^２まで急速に低下し、ＨｆＯ_２を０．０４１〜０．１８７％含有する例２〜５においてもＣ_Ｒは７．１２〜７．６２という低い値にとどまることが表１からわかる。
一方、例１〜５においてはガラスの物性（ｄ、α、Ｅ、Ｅ／ｄ、Ｔｇ）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。

また、表２〜７に本発明の実施例である例７〜３０とそれらと比較するための例３１〜５４のガラス組成から計算または推定したｄ、α、Ｅ、Ｅ／ｄ、Ｔｇ、Ｃ_Ｒを示す。

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 (11)

1. 下記酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を５８〜７８％、Ａｌ_２Ｏ_３を８〜１４％、Ｌｉ_２Ｏを１２．１〜２０％、Ｎａ_２Ｏを０〜１１％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜８％、ＣａＯを０〜８％、ＺｒＯ_２を０〜５％、ＨｆＯ_２を０．０２〜０．２％含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが２２〜２６％であり、ＳｒＯを含有しないか２％以下含有し、ＢａＯを含有しないか２％以下含有し、ＴｉＯ_２を含有しないか１％未満含有する情報記録媒体基板用ガラス。
2. ＣａＯを含有しない請求項１の情報記録媒体基板用ガラス。
3. ＳｉＯ_２が６２〜７１％、Ａｌ_２Ｏ_３が８〜１２％、Ｌｉ_２Ｏが１２．１〜１４％、Ｎａ_２Ｏが７〜１１％、Ｋ_２Ｏが０〜３％、ＭｇＯが０〜５％、ＣａＯが０〜６％である請求項１の情報記録媒体基板用ガラス。
4. ＳｉＯ_２が６９％以下、Ａｌ_２Ｏ_３が１１％以下、Ｋ _２ Ｏが０〜２％である請求項３の情報記録媒体基板用ガラス。
5. Ｋ_２Ｏが１％以上である請求項１〜４のいずれかの情報記録媒体基板用ガラス。
6. ＨｆＯ_２が０．０３％以上である請求項１〜５のいずれかの情報記録媒体基板用ガラス。
7. ＨｆＯ_２が０．１３％以下である請求項１〜６のいずれかの情報記録媒体基板用ガラス。
8. ＨｆＯ_２が０．０４〜０．０９％である請求項１〜５のいずれかの情報記録媒体基板用ガラス。
9. ヤング率が７６〜９０ＧＰａである請求項１〜８のいずれかの情報記録媒体基板用ガラス。
10. 請求項１〜９のいずれかの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。
11. 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。