JP4497591B2

JP4497591B2 - ガラス組成物、それを用いた情報記録媒体用基板および情報記録媒体

Info

Publication number: JP4497591B2
Application number: JP25625199A
Authority: JP
Inventors: 淳史倉知; 昭浩小山; 正一岸本; 信行山本
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: JP2000203872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性率の高いガラス組成物、特に表面平滑性に優れた高弾性率を必要とする情報記録媒体用基板に適したガラス組成物に関する。さらには、このようなガラス組成物を用いた情報記録媒体用基板および情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクに代表される磁気ディスクなどの情報記録装置には、記録容量の増大やアクセス時間の短縮が要求され続けており、その達成手段の一つとして、情報記録媒体（以下、単に「記録媒体」とする）の回転を高速化することが考えられている。
【０００３】
しかし、記録媒体の回転数を高めると、記録媒体にたわみが生じ共振が大きくなり、ついには記録媒体表面が磁気ヘッドと衝突して、読み出しエラーや磁気ヘッドがクラッシュする危険性が高くなる。したがって、現状の記録媒体では磁気ヘッドと記録媒体の距離（以下、「フライングハイト」という）をある程度以下に小さくすることができず、このことが磁気記録装置の記録容量を大きくする足枷となっている。
【０００４】
この記録媒体のたわみと共振の問題は、弾性率（ヤング率）および剛性（ヤング率／密度）の高い記録媒体用基板（以下、単に「基板」とする）を用いることにより解決される。しかし、これまで最も一般的に使用されてきたアルミニウム合金製の基板は、弾性率が７１GPa、剛性が２６GPa・cm³/gであり、１０，０００r.p.m以上での使用は困難である。さらに、装置のコンパクト化の要求から基板の薄板化が求められているが、現状のアルミ基板では弾性率および剛性が不十分であるため、薄板化の流れに逆行してより厚くする必要が出てきている。
【０００５】
これに対し、化学強化ガラスを用いた基板は、弾性率および剛性ともにアルミ基板よりも優れている。例えば、市販のソーダライムガラスをカリウム溶融塩中でイオン交換したガラス基板は、弾性率が７２GPa、剛性が２９GPa・cm³/gである。この他市販のコーニング社０３１７を化学強化したガラス基板は、弾性率が７２GPa、剛性が２９GPa・cm³/gである。しかし、これらのガラス基板であっても、１０，０００r.p.mで使用するには弾性率および剛性ともに不十分である。
【０００６】
化学強化ガラス以外の高剛性の基板として、弾性率が９０GPa、剛性が３８GPa・cm³/gの結晶化ガラスを用いた基板が市販されている。しかし、結晶化ガラスは、内部に結晶を析出させるため、表面研磨を行っても結晶による凹凸が残り、化学強化ガラス基板より表面平滑性が劣る。
【０００７】
特開平１０−８１５４２号公報には、SiO₂-Al₂O₃-RO系（ただし、Rは２価金属）のガラスからなり、２０mol%以上のAl₂O₃もしくは２０mol%以上のMgOを含有する基板に用いる材料が開示されている。しかし、この組成のガラス基板では、液相温度が高く成形が困難で、また密度が大きく高速回転に不向きという問題がある。
【０００８】
国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報には、ヤング率が１００GPa以上、液相温度が１，３５０℃以下のガラスからなる基板が開示されている。しかし、この組成のガラス基板では、液相温度が甚だしく高くまた高価な希土類酸化物を多量に含むため、大量に安定して高品質の基板を製造することは困難である。
【０００９】
大量生産に適したフロート法により製造するガラス組成物が、特表平９−５０７２０６号公報に開示されている。このガラス組成物は、液相温度が粘度logη＝３．５に対応する温度未満であるためフロート法により製造できるが、ヤング率が８０GPa以下と不十分である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
情報記録装置の記録容量の増大、コンパクト化およびアクセス時間の短縮を実現するため、記録媒体の高回転化および基板の薄板化に耐えうる弾性率および剛性を備え、成形が容易でかつ大量生産に適したガラス組成物を提供することにある。さらには、このガラス組成物を用いた基板およびその記録媒体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の情報記録媒体用基板は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素（SiO₂）：５５〜６５％、酸化アルミニウム（Al₂O₃）：２〜６％、酸化リチウム（Li₂O）：１２〜２０％、一酸化ナトリウム（Na₂O）：０．５〜４％、一酸化カリウム（K₂O）：０〜１％、酸化マグネシウム（MgO）：４〜１２％、酸化カルシウム（CaO）：０〜１％、酸化ストロンチウム（SrO）：５〜１２％、酸化バリウム（BaO）：０〜１％、二酸化チタン（TiO₂）：０．５〜７％、酸化ジルコニウム（ZrO₂）：０〜２．５％を含有し、これら組成成分の合計が９７％以上であり、ヤング率で示される弾性率が９０GPa以上、かつヤング率／密度で表される剛性が３０GPa・cm³/g以上であるガラス組成物を用いたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２に記載の発明の情報記録媒体用基板は、請求項１に記載の発明において、情報記録媒体用基板に用いるガラス組成物をフロート法により板状に成形したものである。
【００１７】
請求項３に記載の発明の情報記録媒体は、請求項１または２に記載の情報記録媒体用基板を用いたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について詳細に説明する。なお、％はモルパーセント(mol%)を表す。
【００１９】
本発明者らは、各組成成分の含有率が一定の範囲にある場合において、MgOおよびCaOの少なくとも一方と、SrOおよびBaOの少なくとも一方とを混在させることにより、弾性率および剛性に優れかつ成形が容易なガラス組成物が得られることを見出した。
【００２０】
SiO₂は、ガラスを構成する主要成分であり、その含有率が５５％未満になるとガラスの化学的耐久性が悪化する。一方、７０％を超えると必要とされる弾性率が得られない。したがってSiO₂の含有率は５５％〜７０％である必要があり、５５〜６５％がより好ましい。
【００２１】
Al₂O₃は、ガラスの弾性率および剛性を向上させ、かつガラスの耐水性を向上させる成分である。その含有率が０．５％未満では、これらの効果が十分に現れない。一方、その含有率が６％を越えると耐酸性が急激に悪化し、さらに液相温度が上昇して成形性が悪化する。したがってAl₂O₃の含有率は０．５〜６％である必要があり、２〜６％がより好ましい。
【００２２】
Li₂Oは、ガラスの弾性率および剛性を向上させるとともに、熔解温度を下げる成分である。その含有率が６％未満では、弾性率および剛性が不足する。一方、３５％を超えると基板の耐候性、耐酸性が悪化する。したがって、Li₂Oの含有率は６〜３５％である必要があり、１２〜２０％がより好ましい。
【００２３】
Na₂OおよびK₂Oは、熔解温度を下げるとともに、液相温度を下げて成形性を高める成分である。両成分の合計が０．１％未満では、これらの効果が十分に現れない。しかし、いずれかが１０％を越えると必要とする弾性率が得られず、さらには耐候性、耐酸性が悪化する。したがって、Na₂OとK₂Oの含有率は、合計で０．１％以上かついずれも１０％以下でなくてはならない。さらに、Na₂Oの含有率は０．５〜４％がより好ましい。また、K₂Oは、Na₂Oと比較してガラスの密度を上げる傾向が強いため、１％以下にすることがより好ましい。
【００２４】
MgO、CaO、SrOおよびBaOは、ガラスの弾性率を向上させる成分である。しかし、いずれかの含有量が２０％を超えるとガラスの液相温度が上昇して成形性が悪化するとともに、耐候性、耐酸性が悪化する。したがって、各成分はそれぞれ２０％以下でなくてはならない。さらに、MgOとCaOの少なくとも一方と、SrOとBaOの少なくとも一方とを混在させることにより、液相温度の上昇が抑えられて成形性のよい高弾性率ガラスが得られる。MgOとCaOの含有率の和が４％以上、SrOとBaOの含有率の和が５％以上である場合に、液相温度の抑制効果が顕著に現れる。さらに、MgOとCaOを比較した場合、液相温度の抑制効果は同程度であり、弾性率および軽量化の点ではMgOが優れる。また、SrOとBaOを比較した場合、液相温度の抑制効果は同程度であり、弾性率および軽量化の点ではSrOが優れる。したがって、MgOとSrOとの組み合わせがより好ましい。具体的には、MgO：４〜１２％、CaO：１％以下、SrO：５〜１２％、BaO：１％以下の含有率とするのが好ましい。
【００２５】
TiO₂は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が１５％を超えると液相温度を上昇させ、成形性を悪化させる。しかし、その含有率が０．５〜７％であれば、効果的に液相温度を下降させ成形性を向上させる。したがって、TiO₂の含有率は０〜１５％が好ましく、０．５〜７％がより好ましい。
【００２６】
ZrO₂は、ガラスの弾性率、剛性および耐候性を向上させる成分であるが、その含有率が５％を超えると液相温度を上昇させ、成形性を悪化させる。また、２．５％を超えると、熔融時に微細な結晶として析出する可能性が高まる。したがってZrO₂の含有率は５％以下が好ましく、２．５％以下がより好ましい。
【００２７】
また、これらの組成成分以外に、着色、熔解時の清澄などを目的として、あるいは不純物として、例えばAs₂O₃、Sb₂O₃、SO₃、SnO₂、Fe₂O₃、CoO、Cl、FまたはK₂Oなどを加えることができる。これらの組成成分の合計は、３％未満であることが好ましい。
【００２８】
上記組成成分の含有率からなるガラス組成物は高い弾性率および剛性を備えるが、さらに強度をも必要とする場合には、化学強化処理を施してもよい。ガラス組成物はNa₂OおよびLi₂Oを含むため、よりイオン半径の大きなイオンを含む溶融塩に漬けることにより化学強化される。このイオン交換により、表面圧縮応力が生じ、基板に高い破壊強度が備わる。
【００２９】
ガラス組成物の成形は、成形性がよいためプレス法、ダウンドロー法またはフロート法などいかなる方法によっても可能である。これらの方法の中でも、大量生産に適しかつ表面平滑性の高い板状ガラスの製造が可能なフロート法が品質およびコストの面で最適である。
【００３０】
ガラス組成物の使用用途は、特に限定されるものではなく、建築用や基板など現存する全ての用途に利用可能である。中でも、基板および記録媒体として用いられる場合には、たわみおよび共振を生じ難いという優れた効果を発揮するので特に好ましい。また、ガラス組成物を基板または記録媒体に加工する方法は、特に限定されるものではなく、従来のガラス基板および記録媒体の製造方法がそのまま流用できる。
【００３１】
現在情報記録装置として広く用いられているハードディスクでは、記録媒体は４，０００〜１０，０００r.p.mで回転し、磁気ヘッドと記録媒体との距離（フライングハイト）は１０ナノメートルオーダーに設定されている。今後記録媒体の回転数はさらに高くなり、またフライングハイトが小さくなることは必至であるから、基板の弾性率および剛性を高めることは次世代の要求品質に対応するという点において極めて重要な意義を有する。ガラス組成物は、ヤング率で示される弾性率が９０GPa以上、剛性（ヤング率／密度）が３０GPa・cm³/g以上であり、従来のアルミ基板に比べ弾性率が２０GPa程度、剛性が２割以上改善される。したがって、このガラス組成物からなる基板であれば、１０，０００r.p.m以上でも現状と同じフライングハイトを維持できる。
【００３２】
なお、ガラス組成物を基板に加工するには、従来のガラス製基板の製造方法がそのまま流用できる。したがって、このガラス組成物を用いれば、新たな設備投資を必要としないので、高性能な基板を容易かつ安価に製造することができる。
また、基板を記録媒体に加工するにも、従来の製造方法をそのまま流用可能である。
【００３３】
【実施例】
以下に、実施例および比較例により、この発明をさらに具体的に説明する。
【００３４】
（実施例１〜１６）および（比較例１〜１２）
下記「表１」および「表２」の各組成成分の含有率となるように、各実施例および比較例において、通常のガラス原料であるシリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、チタニアおよびジルコニアなどを用いてバッチを調合した。調合したバッチを白金ルツボを用いて１,５５０℃で４時間保持し、その後鉄板上に流し出した。このガラスを電気炉に入れ、６５０℃で３０分保持した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して各試料ガラスを得た。なお、比較例１および２は、基板として市販されているものであり、比較例３および４は特開平１０−８１５４２号公報に開示されている２種類のガラス組成物である。比較例５および６は、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報に開示されている液相温度が低い方から２種類のガラス組成物である。また、「表２」に記載の実施例１２〜１６と比較例７〜１２とは、実施例１におけるアルカリ土類の含有率を変更したものである。各実施例および比較例におけるガラス組成物の特性は、以下の方法により測定した。
【００３５】
［弾性率の測定］
上記各試料ガラスを切断し、各面を鏡面研磨して８×３０×３０mmの板状サンプルを作製した。シングアラウンド発信器を用い、超音波法により各サンプルの弾性率（ヤング率）を算出した。
【００３６】
［密度の測定］
上記各板状サンプルをアルキメデス法により測定した。
【００３７】
［剛性の測定］
上記弾性率および密度の測定結果より算出した。
【００３８】
［液相温度の測定］
試料ガラスを粉砕し、２，３８０μmのフルイを通過させ、１,０００μmのフルイ上に留まったガラス粒をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、恒温槽で乾燥させた。幅１２mm、長さ２００mm、深さ１０mmの白金ボート上に前記ガラス粒２５ｇをほぼ一定の厚さになるように入れ、９３０〜１，１８０℃の勾配炉内に２時間保持した後、炉から取り出し、ガラス内部に発生した失透を４０倍の光学顕微鏡にて観察し、失透が観察された最高温度をもって液相温度とした。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
実施例１〜１６のガラス組成物は、いずれも弾性率が９０GPa以上、剛性が３２GPa・cm³/g以上であった。これに対し、比較例１および２のガラスガラス組成物は、いずれも弾性率が７２GPaであり、剛性は３０GPa・cm³/gに満たなかった。比較例１および２ではNa_２Oの含有率が１０％以上であり、これが弾性率の向上を妨げているものと考えられる。また、比較例１の液相温度は、１，０２０℃であり、実施例１〜１１と比較してかなり高い。これは、比較例１のガラス組成物にはSrOまたはBaOが含まれていないためと考えられる。
【００４２】
実施例１〜１６の液相温度は、殆どが１，０００℃以下であるのに対して、比較例３〜６では１，１８０℃を超える。このことより、MgOとCaOの少なくとも一方と、SrOとBaOの少なくとも一方とを混在させる効果は明白である。なお、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報に記載された液相温度と比較例５および６の液相温度とに大きな開きがあるが、これは液相温度の測定方法、特に熔融状態での保持時間が異なることに起因するものであると考えられる。ガラスの失透は熔融状態での保持時間にしたがって上昇する傾向にあり、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報の液相温度が低いのは、熔融後の保持時間が短かかったためと推察される。したがって、比較例５および６のガラス組成物は、熔融から成形まで短時間に行われる必要があり、成形に長時間を要するフロート法には不向きである。
【００４３】
また、実施例１〜１６と比較例７，８および１１とを比較することにより、アルカリ土類としてMgOとCaOのみを含み、SrOまたはBaOを含有しない場合、液相温度が高くなることが判る。
【００４４】
［基板および記録媒体の製造］
実施例１〜１６の各試料ガラスを外径９５mm×内径２０mmのドーナッツ状に切り出し、研削、研磨後さらに鏡面研磨（表面粗さＲａ：２nm以下；ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）をして厚さ１．２mmとした。その後、３８０℃に加熱したKNO₃：NaNO₃＝８０：２０の混合溶融塩に１時間浸漬して化学強化し、基板とした。この基板に、下地層としてCrを、記録層としてCo-Cr-Taを、保護層としてCを、それぞれスパッタリング法で成膜した。さらに、潤滑層を成形して記録媒体とした。
【００４５】
［記録媒体の評価］
このようにして得た記録媒体を、定法によりハードディスクに組み込み、フライングハイト１５nm、１０，０００および１２，０００r.p.mでそれぞれ連続稼動させた。いずれの実施例の媒体も、磁気ヘッドとの衝突は検出されず、磁気ヘッドのクラッシュの問題も生じなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば次の効果が発揮される。
【００４７】
請求項１に記載の発明によれば、従来のガラスと比較して弾性率(ヤング率）および剛性が高く、かつ成形が容易なガラス組成物を得ることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、TiO₂とZrO₂とを適量含有するので、成形性のよい高剛性・高弾性率ガラス組成物を確実に得ることができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、各組成成分の含有率が限定されているので、液相温度が下がり成形し易い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、ガラス組成物の弾性率および剛性が高いので、各種用途におけるガラス組成物の利用価値を高めることができる。
【００５１】
請求項５に記載の発明によれば、フロート法により大量に製造されるため、高剛性・高弾性率ガラス組成物を安価に安定して得ることができる。
【００５２】
請求項６に記載の発明によれば、高剛性・高弾性率ガラス組成物を用いるので、高速回転においてもたわみや共振の生じ難い高性能な基板を得ることができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明によれば、高い弾性率および剛性を備えた基板を使用するので、破壊強度が高く高性能な記録媒体が得られる。したがって、この記録媒体を用いることにより、情報記録装置の記録容量の増大およびアクセス時間の短縮が達成される。

Claims

組成モルパーセントで、
二酸化ケイ素（SiO₂）５５〜６５％
酸化アルミニウム（Al₂O₃）２〜６％
酸化リチウム（Li₂O）１２〜２０％
一酸化ナトリウム（Na₂O）０．５〜４％
一酸化カリウム（K₂O）０〜１％
酸化マグネシウム（MgO）４〜１２％
酸化カルシウム（CaO）０〜１％
酸化ストロンチウム（SrO）５〜１２％
酸化バリウム（BaO）０〜１％
二酸化チタン（TiO₂）０．５〜７％
酸化ジルコニウム（ZrO₂）０〜２．５％
を含有し、
これら組成成分の合計が９７％以上であり、ヤング率で示される弾性率が９０GPa以上、かつヤング率／密度で表される剛性が３０GPa・cm³/g以上であるガラス組成物を用いたことを特徴とする情報記録媒体用基板。
ガラス組成物がフロート法により板状に成形した請求項１に記載の情報記録媒体用基板。
請求項１または２に記載の情報記録媒体用基板を用いた情報記録媒体。