JPH11328601A - 記録媒体用ガラス基板、ガラス基板を用いた記録媒体および記録媒体用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

記録媒体用ガラス基板、ガラス基板を用いた記録媒体および記録媒体用ガラス基板の製造方法

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JPH11328601A
JPH11328601A JP12881698A JP12881698A JPH11328601A JP H11328601 A JPH11328601 A JP H11328601A JP 12881698 A JP12881698 A JP 12881698A JP 12881698 A JP12881698 A JP 12881698A JP H11328601 A JPH11328601 A JP H11328601A
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Takao Omori
隆雄 大森
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C03C21/003—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions under application of an electrical potential difference

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録媒体の高速回転による強い遠心力に十分
に耐える機械的強度を有し、また万が一に破損が生じた
場合には微細な破砕片となって二次的被害の発生が防止
でき、かつ化学的耐久性が向上した記録媒体用基板、こ
の記録媒体用基板を用いた記録媒体、およびこの記録媒
体用基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラス基板に対し歪点以下の温度でイオ
ン交換による化学強化を行うことにより、ガラス基板表
面に圧縮応力層を形成し、ガラス基板の表面の圧縮応力
を３００ＭＰａ以上、圧縮応力層の厚さの基板厚さに対
する比を０．１０〜０．２５、かつガラス基板内部の引
張応力を５０〜３００ＭＰａにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体用ガラス
基板、ガラス基板を用いた記録媒体、および記録媒体用
ガラス基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータの外部記憶装置などに用い
られる記録装置は、近年のコンピュータソフトウエアや
オペレーティングシステムの進歩に伴い、大容量化およ
び転送レートの高速化が急速に進んでいる。
【０００３】このような記録装置として、磁気ディスク
装置のほか、光磁気ディスク装置や光ディスク装置など
の各種ディスク装置があり、例えば磁気ディスク装置に
おいて典型的にみられるように、記録装置はより小形高
密度、より高速回転に向かい、その記録媒体のディスク
基板として、ガラス基板が用いられるようになった。
【０００４】ガラス基板は、アルミニウム合金などの金
属基板に比べて容易に良好な平滑性および平面性が得ら
れるため、高密度化を目指す記録媒体用基板として好適
である。ガラスは通常は金属よりも脆いという強度上の
難点を有しているので、記録媒体基板として使用する場
合には、強化処理を行って、ガラスの強度を高めること
が行われている。
【０００５】ところで、従来の記録媒体用ガラス基板の
強化処理としては、イオン交換による化学強化処理方法
が用いられ、基板表面に圧縮応力層、内部に引張応力層
を形成し、基板内部の引張応力を４０ＭＰａ以下に設定
（特許番号第２６５７９６７号）することが開示されて
いる。
【０００６】しかしながら開示されたガラス基板では、
より高い転送レートを得るためにより高速の回転を行っ
て、より強い遠心力のもとで使用する記録媒体の基板に
用いるには、要求される機械的強度に対し、決して十分
であるとは言えなかった。また万が一にもガラス基板に
破損が生じた場合には、比較的大きな破片を生じ、破片
は鋭角の部分を有するので、破損による二次的被害を防
止するのに望ましい破片であるとは言えなかった。また
化学強化されたガラス基板の化学的耐久性の更なる向上
が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の記録媒体用ガラス基板の事情を考慮した上でなされ
たもので、記録媒体の高速回転による強い遠心力に十分
に耐える機械的強度を有し、万が一にも破損が生じた場
合には基板は微細な破片となって二次的被害の発生が防
止でき、かつ化学的耐久性の向上した記録媒体用基板、
この記録媒体用基板を用いた記録媒体、およびこの記録
媒体用基板の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の記録媒体用ガラ
ス基板は、ガラス基板に対し歪点以下の温度でイオン交
換による化学強化を行ってガラス基板表面に圧縮応力層
を形成し、前記ガラス基板表面の圧縮応力を３００ＭＰ
ａ以上、前記圧縮応力層の厚さの基板厚さに対する比を
０．１０〜０．２５、かつ前記ガラス基板内部の引張応
力の最高値を５０〜３００ＭＰａにしてなることを特徴
とするものである。
【０００９】本発明において歪点とはガラスの粘度が４
×１０14 poise（４×１０13 Pa.s)のときの温度であっ
て、この温度以下では高粘度のため、粘性流動が事実上
起こり得ない。このため、イオン交換による表面圧縮層
の応力緩和が少なく、また、そりや変形を生ずることな
く、有効に化学強化を行うことができる。
【００１０】また本発明において、圧縮応力層とは、ガ
ラス基板において圧縮応力が正の値を有する部分を表わ
す。例えば図１のガラス基板の厚さ方向に関する応力分
布の例を示した図において、応力曲線が応力ゼロの直線
と交わる点よりも表面側の部分を表わす。
【００１１】また本発明において、イオン交換による化
学強化は、ガラス基板を溶融塩中に浸漬して、ガラス中
のイオンをより大きいイオン半径を有するイオンに置き
換えること、例えばＬｉ+ をＮａ+ に、あるいはＮａ+
をＫ+ に置き換えるなどして表面に圧縮層を形成するも
のである。
【００１２】本発明において、表面の圧縮応力を３００
ＭＰａ以上としたのは、表面の圧縮応力が３００ＭＰａ
未満では高速回転（例えば１４０００ｒｐｍの高速回
転）にて常時使用するための記録媒体用基板として、余
裕をもって十分な強度が得られないためである。
【００１３】また本発明において表面圧縮応力層厚さの
基板厚さに対する比が０．１０〜０．２５としたのは、
０．１０未満では破損を防止するには圧縮応力層が薄く
不十分で、万が一に破損をした場合に十分に微細な破片
が得られず、また０．２５を超えてあまり大きくすると
遅れ破壊を誘発する領域に近づくことになり、好ましく
ないためである。
【００１４】また、本発明において、ガラス基板内部の
引張応力の最高値を５０〜３００ＭＰａとしたのは、内
部引張応力の最高値が５０ＭＰａ未満では、十分に微細
な破片が得られず、また内部引張応力の最高値が３００
ＭＰａを超えてあまり大きくなると遅れ破壊を誘発する
領域に近づくことになり好ましくないためである。
【００１５】本発明のガラス基板の外径については特に
制限されないが、高速回転に適するために、好ましくは
１３０ｍｍ以下、より好ましくは９５ｍｍ以下、さらに
好ましくは６５ｍｍ以下である。同様に本発明のガラス
基板の厚さについても特に制限されないが、好ましくは
厚さ２ｍｍ以下、より好ましくは１．２ｍｍ以下、さら
に好ましくは０．８ｍｍ以下である。
【００１６】また、本発明の記録媒体用ガラス基板は、
上記圧縮応力層が５０質量％以上のＳｉＯ2 および１０
質量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を含み、さらにＬｉ+ 、Ｎａ+
およびＫ+ を共に含有することを特徴とするものであ
る。
【００１７】本発明において、上記質量％のＳｉＯ2 お
よびＡｌ2 Ｏ3 を含有し、さらにＬｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏを
成分として含有するガラス基板に対し、歪点以下の温度
において、溶融塩中に浸漬して、より大きいイオン半径
を有するイオンによりイオン交換を行って表面圧縮層を
形成することによって、本発明の要件を満たす化学強化
を得ることができる。
【００１８】本発明において、表面圧縮応力層のガラス
が５０質量％以上のＳｉＯ2 および１０質量％以上のＡ
ｌ2 Ｏ3 を含み、アルカリイオンとしてＬｉ、Ｎａ+ お
よびＫ+ を共に含有するとしたのは、このような組成を
選んで本発明の要件を満たすことによって、高い強度が
実現でき、しかもアルカリの溶出が少なく従って良好な
化学的耐久性が得られるからである。ここに化学的耐久
性とは、長期間の使用において化学的変化が小さく、従
って長期間の使用に耐えることを意味するものである。
【００１９】すなわち、Ｌｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏのみを含む
イオン交換前のガラス基板にイオン交換によって表面応
力層へＫ2 Ｏを添加することにより、混合アルカリ効果
を生じ、ガラス基板の耐久性は大幅に向上する。これに
より長期間の安定使用に耐え得る記録媒体用ガラス基板
とすることが可能となる。同様の効果は、ガラスのビッ
カース硬度にも現れ、耐衝撃強度の強いガラス基板が得
られる。
【００２０】また本発明の記録媒体は、上記ガラス基板
上に記録層を有することを特徴とするものである。そし
て本発明の磁気記録媒体は、上記ガラス基板上に磁気記
録層を有することを特徴とするものである。
【００２１】本発明において、上記ガラス基板上に記録
層を有することにより、高速回転に十分に耐え、高い転
送レートが可能であって、しかも良好な化学的耐久性を
有する記録媒体が実現できる。
【００２２】さらに、本発明の記録媒体用ガラス基板の
製造方法は、５０質量％以上のＳｉＯ2 、１０質量％以
上のＡｌ2 Ｏ3 を含みさらにＬｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏを成分
として含有するガラス基板に対し、歪点以下の温度でＮ
ａ溶融塩およびＫ溶融塩に浸漬してイオン交換による化
学強化を行って前記ガラス基板表面にＬｉ+ 、Ｎａ+お
よびＫ+ を共に含有させて圧縮応力層を形成し、前記ガ
ラス基板の表面の圧縮応力を３００ＭＰａ以上、前記圧
縮応力層の厚さの基板厚さに対する比を０．１０〜０．
２５、かつ前記基板内部の引張応力を５０〜３００ＭＰ
ａにすることを特徴とするものである。
【００２３】本発明において、基板のガラス材料とし
て、その組成は特に制限されないが、例えばアルミノシ
リケートガラスなどが良好に使用できる。そして５０質
量％以上のＳｉＯ2 、１０質量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を含
み、ガラス中にアルカリ成分として、ＬｉとＮａとを含
有する高均質ガラスを用いれば、イオン交換処理により
Ｌｉ+ をＮａ+ に、そしてＮａ+ をＫ+ に置換して表面
に圧縮応力を有する化学強化を良好に行うことができ
る。
【００２４】記録媒体用ガラス基板は、ガラス素材を常
法に従い、成型し加工して精密研磨を行って表面を例え
ば最大粗さＲｙ５ｎｍ程度に仕上げた後、これを例えば
ＮａＮＯ3 やＫＮＯ3 などのＮａ+ やＫ+ を有する溶融
塩の溶融液に浸漬して、イオン交換することにより、化
学強化を行う。
【００２５】本発明のイオン交換処理はＮａＮＯ3 とＫ
ＮＯ3 の混合溶融塩を用いて行うことができる。また最
初にＮａ+ の多い混合溶融塩にて処理を行い、次いでＫ
+ の多い混合溶融塩あるいはＫＮＯ3 単独の溶融塩にて
処理を行う二段階処理によって行うこともできる。
【００２６】その場合に、Ｎａ+ はガラス中でのＬｉ+
との交換速度が比較的早いので、ガラス基板表面から内
部へ比較的深く浸透させることができる。これに対しＫ
+ はガラス中でのＮａ+ とのイオン交換速度は遅く、あ
まり深くは浸透しないが、表面圧縮応力を大きくできる
という特徴がある。従って上述の二段処理を用い、一段
目の処理および二段目の処理の溶融塩の各イオン濃度、
温度、時間などを制御することにより、応力分布のパタ
ーンを適宜調整することができる。
【００２７】ここにイオン交換処理温度は歪点以下、好
ましくは３５０℃から４５０℃、より好ましくは３７０
℃から４３０℃の範囲で行われる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に実施例に基づき、本発明の
実施の形態を具体的に説明する。
【００２９】（実施例）ガラス組成として、ＳｉＯ2 ６
３．２質量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４．５質量％、Ｎａ2 Ｏ
９．７質量％、Ｌｉ2 Ｏ６．４質量％、ＺｎＯ２．６質
量％、およびＺｒＯ2 １．８質量％を含有するガラス基
板で、５インチ（外径１３０ｍｍ、肉厚１．９ｍｍ）、
３．５インチ（外径９．５ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ）、
２．５インチ（外径６５ｍｍ、肉厚０．６３５ｍｍ）、
および１．８インチ（外径４８ｍｍ、肉厚０．３８ｍ
ｍ）の各サイズのものを常法により成形し、加工して、
精密研磨仕上げを行い、表面の最大粗さＲｙ５ｎｍに仕
上げた。
【００３０】このガラス基板を表１に示した各処理条件
により、ＮａＮＯ3 およびＫＮＯ3の溶融塩を用いて化
学強化処理を行った。
【００３１】化学強化処理後のガラス基板に対して、表
面圧縮応力、圧縮応力部厚さ、および中心部の最大引張
応力の測定を、光弾性を用いた測定装置（東芝歪検査器
ＳＶＰ−３０）を用いて行った。結果を表１に示す。
【００３２】また本実施例のガラス基板の基板厚さ方向
に関する応力分布を求め、図１に示した。図１におい
て、曲線８および曲線１０はそれぞれ表１の実施例８お
よび実施例１０のガラス基板の応力分布である。また曲
線Ｃ３は後述の比較例Ｃ３のガラス基板の応力分布であ
る。
【００３３】図１において、圧縮応力層の基板厚に対す
る比率が０．０８と小さい記号Ｃ３では、内部の引張応
力も小さいが、記号８および記号１０のように圧縮応力
層の比率がそれぞれ、０．１６および０．２４と大きく
なると、内部の引張応力も大きくなり、本発明の要件を
満たすようになる。そして圧縮応力層の比率が大きくな
ると内部の引張応力の分布は双峰から単峰へと変化して
ゆく。
【００３４】また化学強化処理後のガラス基板を１００
℃の純水にて１時間煮沸した後のアルカリ溶出を調べ、
ガラス基板に対する化学的耐久性の評価とした。評価結
果はガラス基板の質量減少率として、◎：０．０２％以
下、○：０．０２％を超え０．０４％以下、△：０．０
４％を超え０．０８％以下、×：０．０８％を超える値
の４段階で示した。
【００３５】化学強化処理した上記の各ガラス基板は表
面の圧縮応力層を損なわない範囲で軽く研磨を行って表
面平滑性（Ｒａ０．５ｎｍ、Ｒｙ５ｎｍ程度）を確保し
た後、クロムを含む約１００ｎｍの厚さの下地層を形成
し、その上に約５０ｎｍのＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金磁性層
をスパッタリング形成し、さらにその上に約２０ｎｍの
カーボン保護膜、および約２ｎｍのパーフルオロポリエ
ーテル系の潤滑層を形成することにより、磁気ディスク
媒体を作製した。
【００３６】本実施例の磁気ディスク媒体の強度測定お
よび破壊試験は、ディスクの内径に対してやや大きめの
直径の硬球を押し込むことによって行った。実際にはデ
ィスク状媒体は高速回転で使用され、その遠心力による
応力は内径で最大になる。内径に対し硬球を押し込む試
験方法は、それによって生じる応力とその分布が実際の
遠心力による応力とは相違はあるものの、強度試験の結
果としてよい相関が得られているものである。
【００３７】表において強度の評価はそれぞれ、◎：十
分に大、○：大、△：やや不十分、×：不十分、の４段
階評価で示した。また破壊させた場合の破片の評価は、
◎：十分微細、○：微細、△：やや大、×：大の４段階
評価で示した。
【００３８】
【表１】 表１の実施例の結果から明かなように、本発明に従え
ば、高い基板強度が得られ、しかも万が一に破損した場
合には微細な破片を生じるので二次的被害の恐れがな
い。また、水分に対しアルカリ溶出が少ないため、化学
的に耐久性があり、長期の使用に対し、アルカリ溶出な
どの問題を生じることがない。
【００３９】（比較例）上記実施例に対し、化学強化処
理条件を変えた比較例とその結果を表２にまとめて示
す。
【００４０】
【表２】 表２の結果から、表面の圧縮応力が小さい場合には基板
の強度不足し、また圧縮応力表面層の厚さ比が小さく、
内部の引張応力が小さい場合には万が一に破損した場合
には破片は微細にならないという問題がある。
【００４１】また、表２に示されているように、比較例
においては表面圧縮層のガラスが５０質量％以上のＳｉ
Ｏ2 および１０質量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を含みアルカリ
イオンとしてＬｉ、Ｎａ+ およびＫ+ を共に含有してい
ても、表面の圧縮応力層の比が小さいために、化学的耐
久性は実施例に示されたガラス基板には及ばないことが
わかった。
【００４２】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、高い
基板強度が得られるので、高速回転の磁気記録媒体に使
用できる。しかも万が一に破損した場合には微細な破片
を生じるので二次的被害を防ぎ、その被害を最小限に抑
えることができる。また本発明によれば、化学的耐久性
が優れ、長期の使用に対し、高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例および比較例におけるガラス基
板の厚さ方向に関する応力分布を示した図である。
【符号の説明】
８……本発明の一実施例のガラス基板における応力分布
曲線、 １０……本発明の他の一実施例のガラス基板
における応力分布曲線、 Ｃ３……比較例のガラス基
板における応力分布曲線。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 歪点以下の温度でイオン交換による化学
    強化を行ってガラス基板表面に圧縮応力層を形成し、前
    記ガラス基板表面の圧縮応力を３００ＭＰａ以上、前記
    圧縮応力層の厚さの基板厚さに対する比を０．１０〜
    ０．２５、かつ前記ガラス基板内部の引張応力の最高値
    を５０〜３００ＭＰａにしてなることを特徴とする記録
    媒体用ガラス基板。
  2. 【請求項２】 前記圧縮応力層が５０質量％以上のＳｉ
    Ｏ2 および１０質量％以上のＡｌ2 Ｏ3 を含み、さらに
    Ｌｉ+ 、Ｎａ+ およびＫ+ を共に含有することを特徴と
    する請求項１記載の記録媒体用ガラス基板。
  3. 【請求項３】 請求項１ないし請求項２のいずれか１項
    記載のガラス基板面に記録層を有することを特徴とする
    記録媒体。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項２のいずれか１項
    記載のガラス基板面に磁気記録層を有することを特徴と
    する磁気記録媒体。
  5. 【請求項５】 ５０質量％以上のＳｉＯ2 、１０質量％
    以上のＡｌ2 Ｏ3 を含みさらにＬｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏを成
    分として含有するガラス基板に対し、歪点以下の温度で
    Ｎａ溶融塩およびＫ溶融塩に浸漬してイオン交換による
    化学強化を行って、前記ガラス基板表面にＬｉ+ 、Ｎａ
    + およびＫ+ を共に含有させて圧縮応力層を形成し、前
    記ガラス基板の表面の圧縮応力を３００ＭＰａ以上、前
    記圧縮応力層の厚さの基板厚さに対する比を０．１０〜
    ０．２５、かつ前記基板内部の引張応力の最高値を５０
    〜３００ＭＰａにすることを特徴とする記録媒体用ガラ
    ス基板の製造方法。
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