JPWO2008117758A1 - データ記憶媒体用基板ガラスおよびガラス基板 - Google Patents

データ記憶媒体用基板ガラスおよびガラス基板 Download PDF

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Abstract

化学強化処理等の付加処理を行わなくとも耐候性に優れ、白ヤケ現象が起りにくく、ガラス転移点が680℃以上であり、かつ耐酸性に優れたデータ記憶媒体用基板用ガラスの提供を目的とする。質量%表示で、SiO2を47〜60%、Al2O3を8〜20%、MgOを0〜8%、CaOを0〜6%、SrOを1〜18%、BaOを0〜13%、TiO2を1〜6%、ZrO2を1〜5%、Na2Oを2〜8%、K2Oを1〜15%含有し、ガラス転移点が680℃以上であることを特徴とするデータ記憶媒体用基板ガラス。

Description

本発明は、磁気ディスク、光ディスク等のデータ記憶媒体の基板に用いられる基板用ガラスおよびガラス基板に関する。
磁気ディスク、光ディスク等のデータ記憶媒体基板用ガラスとして、ソーダライムシリカガラスが広く用いられている。しかし、ソーダライムシリカガラスからなる基板は、いわゆる白ヤケ現象により、その在庫中に表面性状が著しく変化するおそれがあった。そのため、ソーダライムシリカガラスを磁気ディスク基板として用いる場合には、基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜がはがれやすくなるという問題点があった。また、白ヤケ現象を起りにくくするために、ソーダライムシリカガラスを化学強化処理するという手段がある。しかし、化学強化処理は、工程が増加し、化学強化処理後の基板表面によごれが付着しやすい、等の問題がある。そこで、これまでも、化学強化処理等の付加処理を行わなくとも耐候性に優れ、白ヤケ現象が起りにくいデータ記憶媒体用基板ガラスが提案されている(特許文献1、特許文献2)。
米国特許第6,949,485号公報 米国特許第5,599,754号公報
しかしながら、特許文献2に記載の基板用ガラスのガラス転移点(Tg)は680℃未満であり、ガラス転移点が680℃を超えるものはなかった。なお、特許文献1の例8には、ガラス転移点が710℃であるデータ記憶媒体用基板ガラスが開示されているが、このガラスの耐酸性は極めて悪く(90℃の0.1mol/lのHCl水溶液に20時間ガラスを浸漬したときの重量減少量が11.3mg/cmである)、ガラスの研磨工程や洗浄工程においてpHの低い薬液に晒されたときに面荒れを起こしやすいという問題点がある。
そこで、本発明は、化学強化処理等の付加処理を行わなくとも耐候性に優れ、白ヤケ現象が起りにくく、ガラス転移点が680℃以上であり、かつ耐酸性に優れたデータ記憶媒体用基板用ガラスの提供を目的とする。
本発明は、質量%表示で、SiOを47〜60%、Alを8〜20%、MgOを0〜8%、CaOを0〜6%、SrOを1〜18%、BaOを0〜13%、TiOを1〜6%、ZrOを1〜5%、NaOを2〜8%、KOを1〜15%含有し、ガラス転移点が680℃以上であることを特徴とするデータ記憶媒体用基板ガラスを提供する。
また、前記データ記憶媒体用基板ガラスからなるガラス基板を提供する。
本発明によれば、以下のような特長を有するデータ記憶媒体用ガラス基板を提供できる。
(1)化学強化処理がなくとも耐候性に優れ、在庫中に付着物(白ヤケ)が発生しにくい。
(2)熱膨張係数が従来使用されているソーダライムシリカガラスと同程度またはそれ以上にできる。
(3)ガラス転移点を、より高い680℃以上にできるので、データ記憶媒体の記録密度をより増加させることができる。
(4)耐酸性に優れ、ガラスの研磨工程や洗浄工程においてpHの低い薬液に晒されたときに面荒れが起こりにくい。
(5)密度が2.8g/cm以下と小さく、データ記録媒体として採用された際、軽量化が可能である。また、基板がたわみにくいため、記録容量を増大させることが可能である。また、記録媒体が衝撃を受けた際、割れにくい。
(6)ヤング率が75GPa以上と高く、基板がたわみにくいため、記録容量を増大させることが可能である。また、記録媒体が衝撃を受けた際、割れにくい。
(7)ガラス基板製造時における失透による歩留まりの低下を抑制できる。
本発明の基板用ガラス(以下、単に本発明のガラスということがある。)は、磁気ディスク、光ディスク等のデータ記憶媒体用の基板に用いられる。なお、特に言及しない限り、組成は質量百分率で表記する。
本発明のガラスの耐酸性(90℃の0.1mol/lのHCl水溶液に20時間ガラスを浸漬したときの重量減少量)は5mg/cm以下であることが好ましい。より好ましくは1mg/cm以下、特に好ましくは0.5mg/cm以下、最も好ましくは0.1mg/cm以下である。上記の耐酸性が好ましい理由は、ガラスの研磨工程や洗浄工程においてpHの低い薬液に晒されたときに面荒れを起こしにくいためである。
本発明のガラスの50〜350℃における平均線膨張係数(以下、熱膨張係数ということがある。)は、ソーダライムシリカガラスと同程度またはそれ以上、すなわち75×10-7/℃以上であることが好ましい。より好ましくは76×10-7/℃以上、特に好ましくは77×10-7/℃以上、最も好ましくは78×10-7/℃以上である。上記の熱膨張係数が好ましい理由は、データ記憶媒体用基板に取り付けるハブの金属の熱膨張係数(典型的には100×10-7/℃以上)により近い熱膨張係数、少なくとも従来使用されているソーダライムシリカガラスの熱膨張係数以上であることが求められているからである。
本発明のガラスのガラス転移点は680℃以上である。より好ましくは685℃以上、最も好ましくは690℃以上である。ガラス転移点が680℃以上とされる理由は、データ記憶媒体の記憶密度の増大が容易になるからである。すなわち、記憶密度増大のためには、磁気記録層である磁性層の保磁力を増加させることが有効であり、そのためには磁性層形成に際して行われる熱処理をより高い温度で行う必要がある。データ記憶媒体用基板に用いられるガラスのガラス転移点が680℃未満では所望の温度で前記熱処理を行えないおそれがある。
本発明のガラスは、その粘度が104dPa・sとなる温度T4と液相温度TLとの差ΔT(=TL−T4)が50℃以下、すなわちΔT≦50℃であることが好ましい。ΔTが50℃超では成形が困難になるおそれがある。より好ましくは30℃以下、特に好ましくは0℃以下である。上記のΔTが好ましい理由は、フロート法、フュージョン法、ダウンドロー法、プレス法などで大量生産を行う際、失透による歩留低下を抑制するためである。中でも、本発明のガラスはフロート法で成形できることが好ましい。
本発明のガラスはその密度が2.8g/cm以下であることが好ましい。より好ましくは2.77g/cm以下、最も好ましくは2.75g/cm以下である。上記の密度が好ましい理由はデータ記録媒体の軽量化を行うためである。また、記録媒体の記録容量を増すために基板の薄板化を行い、記録媒体と読み取りヘッドの間隔を小さくする際、前記基板の薄板化に伴う基板のたわみやそりの増大を抑えるためである。また記録媒体が衝撃を受けた際、基板をたわみにくくし、応力の発生を抑え、割れにくくするためである。
本発明のガラスのヤング率すなわち本発明のガラス基板のヤング率は75GPa以上であることが好ましい。より好ましくは76GPa以上、特に好ましくは78GPa以上、最も好ましくは80GPa以上である。上記のヤング率が好ましい理由は記録媒体の記録容量を増すために基板の薄板化を行い、記録媒体と読み取りヘッドの間隔を小さくする際、前記基板の薄板化に伴う基板のたわみやそりの増大を抑えるためである。また記録媒体が衝撃を受けた際、基板をたわみにくくし、応力の発生を抑え、割れにくくするためである。
次に、本発明の基板用ガラスの組成(各成分の含有量)について、酸化物基準により、特に断らない限り質量百分率表示で説明する。
SiO2はガラスの骨格を形成する必須成分である。47%未満では、ガラスが不安定になる。また、耐候性や耐酸性、ヤング率が低下するおそれがある。好ましくは48%以上、特に好ましくは49%以上、最も好ましくは50%以上である。60%超では、熱膨張係数が小さくなりすぎ、ガラスを作製するための溶解温度が高くなりすぎる。好ましくは57%以下である。
また、SiO2のモル百分率表示含有量は59%以上であることが好ましい。SiO2が59モル%未満では耐酸性が低下するおそれがある。
Al23はガラスの耐候性、ヤング率を高くする効果を有し、必須成分である。また、ガラス転移点を高くする効果も有する。8%未満では前記効果が小さい。好ましくは10%以上、より好ましくは11%以上である。20%超では溶融ガラスの粘度が高くなりすぎ成形、特にフロート成形が困難になる。また、液相温度も高くなりすぎる。好ましくは18%以下、より好ましくは17%以下、特に好ましくは16%以下である。
MgOは必須成分ではないが、溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくし、ヤング率を高くする効果を有し、8%まで含有してもよい。8%超では化学耐久性が悪化し、ガラスが不安定になり、液相温度も高くなりすぎるおそれがある。前記ΔTをより小さくしたい場合などには7%以下とすることが好ましい。MgOを含有する場合、1%以上含有することが好ましい。
CaOは必須成分ではないが、溶融ガラスの粘度を低下させ、ヤング率を高くし、またはガラスを溶融しやすくする効果を有し、6%まで含有してもよい。CaOが6%超ではガラスの化学耐久性が悪化し、ガラスが不安定になり、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5.5%以下である。なお、液相温度を低下させたい場合またはΔTをより小さくしたい場合であってもCaOは1.5%以上含有することが好ましい。仮にCaOを1.5%未満にしようとすると熱膨張係数が低下傾向となる。これを回避するためにたとえば、アルカリ金属酸化物を増加させるとガラス転移点が低下し、SrO、BaOを増加させると密度が大きくなり、MgOを増加させると液相温度が高くなる、などの問題が起こる。好ましくは2%以上である。
SrOは熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、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3%以上、特に好ましくは4%以上、最も好ましくは5%以上である。18%超では化学耐久性が悪化し、ガラスが不安定になり、液相温度も高くなりすぎ、ガラスの密度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは17%以下、より好ましくは16%以下、特に好ましくは15%以下、最も好ましくは14%以下である。
BaOは必須成分ではないが、ガラス転移点を高くし、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、13%まで含有してもよい。13%超ではガラスの耐候性を低下させ、液相温度が高くなりすぎ、ガラスの密度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは10%以下である。密度を小さくしたい場合などには8%以下とすることが好ましい。BaOを含有する場合、0.5%以上含有することが好ましい。なお、耐候性をより向上させたい場合にはBaOを実質的に含有しないことが好ましい。
TiO2は、熱膨張係数を大きくし、ガラスの耐候性を高くし、ガラス転移点を高くし、またはヤング率を高くする効果を有し、必須である。6%超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは5%以下である。1%未満ではガラスの耐熱性またはガラス転移点が低下する。2%以上含有することが好ましく、3%以上含有することがより好ましい。
ZrO2は、ガラスの耐候性を高くし、またガラス転移点を高くする効果を有し、必須である。5%超ではガラスが不安定になり、液相温度が高くなりすぎ、密度が高くなりすぎるおそれがある。
TiOおよびZrOの含有量の和(TiO+ZrO)は11%以下であることが好ましい。(TiO+ZrO)が11%未満では耐熱性もしくはガラス転移点が低下する、または高温粘性が高くなるおそれがある。
BaOおよびZrOの含有量の和は6.5モル%以下であることが好ましい。この和が6.5モル%超では密度または液相温度が高くなりすぎるおそれがある。
Na2Oは、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、必須である。
Na2Oが8%超ではガラスの耐候性を低下させるおそれがある。好ましくは5%以下である。2%未満では熱膨張係数が小さくなる。
2Oは、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、必須である。
2Oが15%超ではガラスの耐候性を低下させ、液相温度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは14.5%以下、より好ましくは13%以下、特に好ましくは12%以下、最も好ましくは11%未満である。1%未満では熱膨張係数が小さくなる。好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上である。
(NaO+KO)は16%以下であることが好ましい。16%超では、耐候性が低下する、またガラス転移点が低くなるおそれがある。好ましくは15%以下、より好ましくは14%以下、特に好ましくは13%以下である。(NaO+KO)は5%以上であることが好ましい。5%未満では溶融ガラスの粘度が高くなりすぎるおそれがある。より好ましくは8%以上である。
O/NaOは1.5以上40以下であることが好ましい。1.5未満では、ガラス転移点が低くなる、または熱膨張係数が小さくなりすぎるおそれがある。あるいは、ガラス転移点の低下を抑制するためにAl、ZrO、SiO等をより多く含有しなければならなくなるなどにより高温粘性が高くなるおそれがある。40超では溶融ガラスの粘度が高くなりすぎるおそれがある。好ましくは30以下、より好ましくは10以下、特に好ましくは5以下である。
SiO/(TiO+ZrO)は5.0〜10.0であることが好ましい。5.0未満では、ガラス転移点が低くなるおそれがある。10超では液相温度が高くなるおそれがある。好ましくは9.8以下、より好ましくは9.5以下である。
本発明のガラスは実質的に、または本質的に上記成分からなるが、この他に以下に例示する成分などを、本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。上記成分以外の成分の含有量の合計は20%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。
SO3、Cl、As23、Sb23等の清澄剤、Fe23、NiO、CoO等の着色剤、を合量で5%まで含有してもよい。
熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくするためにZnO、Li2Oを合計で10%まで含有してもよい。Li2Oを含有する場合、その含有量は0.1〜5%であることがより好ましい。Li2Oの含有量が5%超では耐候性が低下する、またガラス転移点が低くなるおそれがある。合計はより好ましくは5%以下、特に好ましくは3%以下である。
ガラスの溶解性や安定性を向上させるために、B2、P25、V25等を、ヤング率を大きくするためにLa23、Y23等の希土類金属酸化物を、それらの合量で15%まで含有してもよい。好ましくは5%以下である。
RO(MgO、CaO、SrOおよびBaOのモル%表示の含有量の合計)に対するSrOとBaOのモル%表示の含有量の合計の比は、0.01以上3以下であることが好ましい。0.01未満では、ガラスの液相温度が高くなりすぎ、ガラス転移点が低くなるおそれがある。3超ではガラスの耐候性を低下させ、ガラスの密度が高くなりすぎ、ガラスの強度を低下させるおそれがある。好ましくは2以下、より好ましくは1以下である。
本発明のガラス基板は、磁気ディスク、光ディスク等のデータ記憶媒体用の基板として用いられる。
本発明のガラス基板は本発明のガラスからなり、表面を充分洗浄して付着物が認められない状態にした後、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持したとき、該ガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数NLは1個/cm2以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数NSは10個/cm2以下であることが好ましい。
Lが1個/cm2超またはNSが10個/cm2超では、ガラス基板在庫中にガラス基板表面に付着物(白ヤケ)が発生し、磁気ディスクにおいてはガラス基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜がはがれやすくなる。この付着物は、空気中の水分や炭酸ガスの影響によりガラス基板に生成付着した反応生成物であると考えられ、拭いても除去できないものである。NLは好ましくは0.5個/cm2以下、より好ましくは0.2個/cm2以下である。NSは好ましくは10個/cm2以下、より好ましくは0.8×105個/cm2以下、特に好ましくは0.6×105個/cm2以下である。
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、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。
各成分の原料を表1、2のSiO2からK2Oまでの欄に質量百分率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1550〜1650℃の温度で3〜5時間溶解した。次いで溶融ガラスを流し出して板状に成形し、徐冷した。
こうして得られたガラス板について、ガラス転移点Tg(単位:℃)、熱膨張係数α(単位:×10-7/℃)、密度ρ(単位:g/cm3)、ヤング率E(単位:GPa)、粘度が104Pとなる温度T4(単位:℃)、液相温度TL(単位:℃)、耐酸性A(単位:mg/cm)、前記NL(単位:個/cm2)、前記NS(単位:104個/cm2)を、以下に示す方法により測定した。結果を表に示す。なお、表中の*を付したものは組成から推定した値であり、「−」は測定しなかったことを示す。
g: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、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。
α:前記Tgの測定と同様にして得られた熱膨張曲線から50〜350℃における平均線膨張係数を算出した。
ρ:アルキメデス法により測定した。
E:厚さが8〜20mm、大きさが4cm×4cmのガラス板について、超音波パルス法により測定した。
4:回転粘度計により測定した。
L:ガラスを乳鉢で2mm程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートに並べて置き、温度傾斜炉中で24時間熱処理した。結晶が析出しているガラス粒の温度の最高値を液相温度とした。TLは1200℃以下であることが好ましい。
A:厚さが2mm、大きさが4cm×4cmのガラス板の両面を鏡面研磨し、炭酸カルシウムおよび中性洗剤を用いて洗浄した後、90℃に加熱した0.1mol/lのHCl水溶液に20時間浸漬した。浸漬前後におけるガラスの重量減少量、およびガラスの表面積を測定し、その比を取ることで耐酸性とした。
L、NS:厚さが1〜2mm、大きさが4cm×4cmのガラス板の両面を鏡面研磨し、炭酸カルシウムおよび中性洗剤を用いて洗浄した後、超加速寿命試験器(不飽和型プレッシャークッカーTPC−410、タバイエスペック(株))に入れて120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間静置した。取り出したガラス板の表面200μm角の範囲を微分干渉顕微鏡で観察し、大きさが10μm以上の付着物の個数と大きさが1μm以上10μm未満の付着物の個数をカウントし、これら個数と前記観察面積200μm×200μmから算出した。
例1〜8のガラスは実施例であり、例9〜13のガラスは比較例である。例10のガラスは米国特許第6,949,485号明細書(例8)に記載されているガラスである。
Figure 2008117758
Figure 2008117758
Figure 2008117758
Figure 2008117758
表5、6に質量%表示のガラス組成とその組成から推定したTg、α、ρ、E、T4、TL、A、NL、NSを示す。例14〜22は実施例、例23は比較例である。
また、表7、8に例14〜23のガラスのモル%表示組成を示す。
Figure 2008117758
Figure 2008117758
Figure 2008117758
Figure 2008117758
本発明によるガラス基板は、磁気ディスク、光ディスク等のデータ記憶媒体の基板として極めて広範な分野に利用される。

なお、2007年3月23日に出願された日本特許出願2007−077020号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (17)

  1. 質量%表示で、SiOを47〜60%、Alを8〜20%、MgOを0〜8%、CaOを0〜6%、SrOを1〜18%、BaOを0〜13%、TiOを1〜6%、ZrOを1〜5%、NaOを2〜8%、KOを1〜15%含有し、ガラス転移点が680℃以上であることを特徴とするデータ記憶媒体用基板ガラス。
  2. NaOの質量%表示含有量に対するKOの質量%表示含有量の比(KO/NaO)が1.5以上である請求項1に記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  3. 前記KO/NaOが10以下である請求項2に記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  4. NaOの含有量およびKOの含有量の和(NaO+KO)が16質量%以下である請求項1、2または3に記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  5. (NaO+KO)が13質量%以下である請求項1、2または3に記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  6. TiOおよびZrOの質量%表示含有量の和に対するSiOの質量%表示含有量の比SiO/(TiO+ZrO)が5.0〜10.0である請求項1〜5のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  7. Alを11質量%以上含有する請求項1〜6のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  8. TiOおよびZrOの含有量の和が11質量%以下である請求項1〜7のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  9. SiO含有量が59モル%以上である請求項1〜8のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  10. BaOおよびZrOの含有量の和が6.5モル%以下である請求項1〜9のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  11. 密度が2.8g/cm以下である請求項1〜10のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  12. 液相温度をT(単位:℃)、粘度が10dPa・sとなる温度をT(単位:℃)として、T−T≦50℃である請求項1〜11のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  13. 90℃の0.1mol/lのHCl水溶液に20時間ガラスを浸漬したときの重量減少量が5mg/cm以下である請求項1〜12のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  14. 50〜350℃における平均線膨張係数が75×10−7/℃以上である請求項1〜13のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラス。
  15. 請求項1〜14のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラスからなるガラス基板。
  16. 請求項1〜14のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラスからなるガラス基板であって、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持した該ガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数が1個/cm以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数が10個/cm以下であるガラス基板。
  17. 請求項1〜14のいずれかに記載のデータ記憶媒体用基板ガラスからなるガラス基板であって、ヤング率が75GPa以上であるガラス基板。
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