JPH01239036A

JPH01239036A - 高強度ガラス

Info

Publication number: JPH01239036A
Application number: JP6297088A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Morisane; 敏倫森実
Original assignee: F G K KK
Current assignee: F G K KK
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-09-25
Also published as: JPH0470262B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気部品、電子部品、磁気記録・光記録・光
磁気記録装置およびそれらの再生装置、特に上記磁気・
光・光磁気装置の貯蔵素子となるメモリーディスク、す
なわち、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク用
基板等に使用する高密度記録用ディスク基板、並びに樹
脂成形体、特に眼鏡用樹脂レンズモールド（型）のよう
な強度が必要でしかも高精度の仕上げを必要とする透明
製品、および紫外線硬化型樹脂成形用の型に用いる°材
料に関する。

〔従来の技術〕

高密度記録用のディスク基板としては、プラスチックお
よび無機ガラスが検討されている。しかしプラスチック
は吸湿性が高いのが最大の弱点である。従ってその欠陥
を補うため記録膜の耐湿改良および基板材料の改良が検
討課題となっている。

ところが経時変化に見られるように、長期の信軟性を得
るには不安定要素が多い。

従来のソーダ石灰ガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、
硼珪酸塩ガラス等を化学強化したものに見られるような
、それ自身単体使用の場合は、自然破壊の確率は低いが
、記録膜との接合によるマイグレーション（イオン移動
・拡散）によって生じる引張応力因子によって爆発的破
壊につながる確率が高い。

従って合わせ条件で使用する場合は、結晶化構造を持つ
ガラスセラミックスが最適と考えられる。

上記自然破壊および割れ現象の内容について詳細に述べ
る。

化学強化ガラスの場合、基板ガラス−化学強化層−記録
膜（無機質・有ｍ質）の組合せは、基板ガラスに対して
化学強化層は圧縮応力強化層に対して記録膜とかその他
の合わせ材料が引張応力となるような関係が必要条件と
なる。

正合結合的には合わせ材料としてはガラス基板よりも融
点の低いことが理怨の組合わせであるが、合わせ条件の
技術は上記のみに限られるものではなく、もちろんわず
かではあるが例外もある。

化学強化されたガラスの場合、組成系によっては、特に
化学強化層が深く入り過ぎた場合、剥離現象あるいは収
縮方向に割れが生じる。又合わせる材料との複合体の場
合、ヘースとなる基板ガラスと合わせ材料との熱膨張係
数を一致させることが必要である。

しかしながら合わせ材料が無機質であるか有機質である
かを問わずマイグレーションなどの現象が起こり、合わ
せ面を通して何らかの形で引張応力が生じた場合、環境
条件により多少の差異はあるが、爆発的な破壊現象を起
こすことがある。

このように化学強化ガラスは、場合によって非常に危険
を伴うものであり、ガラス単体で使用する以外は不可能
な場合が多い。

表面圧縮応力に対して未処理のガラス部分は、急冷強化
法、化学強化法であってっも３ｍ／ｍ以上の板厚を必要
とするのは常法である。

現有の高密度記録用ディスク基板の場合、板厚２　ｍ　
／　ｍ以下の規格が多く、今後更に貰密度化されるのに
伴って板厚はますます増えるものと考えられる。

従ってガラスの表面に一様に圧縮応力が加えられている
場合には、外部からの張力は圧縮応力を打消すために使
われるので、その分だけガラスは強化される。これが化
学強化現象であるが、マイグレーションにより化学強化
Ｎ（圧縮応力強化層）がなくなり、引張り応力が直接加
わった場合について考慮しなければならない。

［発明が解決しようとする問題点］最近のエレクトロニクス技術、特にコンピュータに代表
される情報関連技術の進展に伴って、より本格的な情報
化社会への対応がすでに始まっている。

半導体レーザを用いて文書・データ・写真・ＴＶ画像等
の情報を迅速に記録再生できる光デイスクメモリーは、
従来の磁気メモリーと比較して記録密度が５０〜５００
倍あり、大量の情報を蓄積できる装置として追記型の光
デイスクメモリーが実用化されている。

上記光デイスクメモリーの特徴として光メモリーはＣＤ
（コンパクトディスク）やＶＤ（ビデオディスク）から
、ＣＤ−ＲＯＭ　（ＣＤ−Ｒｅ　ａ　ｄ○ｎｌｙ　　Ｍ
ｅｍｏｒｙ）、追記型（ＤＲＡＷ；Ｄｉｒｅｃｔ　　Ｒ
ｅａｄ　　Ａｆｔｅｒ　　Ｗｒ−ｉＬｅ）ディスクと発
展し、消去再生書込み可能な光磁気型（ＥＤＲＡＷ）　
　；　Ｅｒ　ａ　ｓ　ａ　ｂ　Ｉ　ｅＤｉｒｅｃｔ　　
Ｒｅａｄ　　Ａｆｔｅｒ　　Ｗｒｉｔ、−ｅ）ディスク
の登場も間近いものとみられている。

光デイスクメモリーの特徴としては下記の通りである。

１、非接触で記録再生が可能である。

２、ランダムアクセスが可能である。

３、複製品が廉価である。

４４高密度・高容量化が可能である。

以上の様な特徴を生かしながら、光ディスクはＣＤ、Ｖ
Ｄ等の民生用から映像ファイリング、文書ファイリング
等のオフィスオートメーション機器、情報処理機器へと
用途が拡大し、今後は電子計算機へ用途を拡大するため
に、より高い信顛性、高速転送レート、高速検索技術の
開発が課題となっている。

これらの光ディスクの基板の材料としては、現在のとこ
ろプラスチックが圧倒的に多く使用されており、一部の
追記大型コードデータ用光ディスクには化学強化ガラス
（ソーダ石灰ガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、硼珪
酸塩ガラス）がテスト使用されている。

しかし従来のプラスチック基板は熱による変形、複屈折
性、吸湿による反り等の欠陥があることが指摘されてい
る。また従来の化学強化ガラスは、基板自体の見掛は上
の強度は向上するが、記録膜と合わせた場合、マイグレ
ーション等の現象によって化学強化層が浸食され、強度
が低下する。更に基板ガラスに対して記録膜に引張応力
が発生した場合には爆発的に破壊が起こり、周囲の機器
に損傷を及ぼす。

以上のように、光デイスクメモリーの基板材料としての
プラスチックおよび化学強化ガラスは、それぞれ一長一
短があり、用途に応じた使い方がなされていくであろう
が、これから先、高性能化が要求される基板材料として
は対応しきれるものではない。

光ディスク、光磁気ディスク等の基板としては、耐熱性
、機械的強度、高加工精度を有し、また複屈折性の少な
い性質を持ち、マイグレーションの少ない圧縮応力層が
緩やかに拡散しているＺｎＯを含有していることを特徴
とする本発明の高強度ガラス製の基板が必要となる。

化学強化ガラスは、強化されてはいるものの前記のよう
に割れることがあり、また高価である等の欠点が指摘さ
れている。しかし本発明の高強度ガラスは、記録膜の貼
合わせによっても高い機械的強度を示し、また記録密度
が向上することから単位メモリー当たりのコストはかえ
って割安になる。

従って本発明の化学強化されたガラスによる基板の特徴
は下記のように表現することができる。

すなわち１９空気中の酸素や水分を通さないため記録膜の劣化を
防げる。

２、複屈折がほとんどない。

３、吸湿による反りが起こらない。

４、剛性が高いため、回転中の変形がない。

５、加工精度が高く、偏心面振れが起こりにくい。

以上のように本発明の高強度ガラスを用いた基板は、従
来の基板の欠点を克服しており、全く理想的なガラス組
成である。

今後の技術動向および要求特性と本発明の高強度ガラス
の特性として、光ディスク、光磁気ディスクにおいては
、光スポツト位置の制御が電子光学的に行われるが、こ
の制御には物理的な範囲の制約があるので、ディスク基
板自体の機械的特性も十分良好でなければならない。円
周方向にうねりがあると、または素材に配向性（ガラス
成形工程による）があると、回転時の抵抗摩擦で発生す
る熱によって面振れを生し、反りが大きいとレンズ面に
接触する虞もある。

偏心が大きいと動作が不安定になる。従って基板の平坦
度、同心度が特に重要な因子となるディスク基板は記録
膜の保護も兼ねているので、基板材料は、温度、ｌ２度
、機械的強度などの環境条件に対して強いことが望まれ
る。

光学的特性については、レーザー出力と媒体感度の関係
から、ガラス基板の透過率が高いほどよい。また複屈折
が大きいと、光検出器のレベル変動を生したり、レーザ
ーへの戻り光量が増してノイズが発生しやすくなる。

特に光磁気ディスクの場合は、光の偏波面の回転を利用
して信号を検出するので、ディスク基板の複屈折の存在
は大きな障害となる。また基板の傾きや厚さの変化は光
学的収差の原因となる。

いずれにしても本発明の高強度ガラスを用いた基板は、
アルミニウム類・プラスチック製の基板に比べて表面平
滑性がよく、それに加えて高強度であるため肉厚をより
薄くすることができて記録密度の向上が可能である。曲
げ強度・固さも重要なポイントであるが、従来の技術よ
りルーベル高い精度を実現し、面粗さは１５〜２Ｏ人、
平坦度（５，２５インチディスクの場合）２μｍ以下の
データを得た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、化学強化ガラスであるにもかかわらず自然破
壊を起こさない安全性の高いガラスを提供するものであ
る。

すなわち本発明高強度ガラスは、重量に基づき、ＳｉＯ
，６０，０〜７０．０％、Ａｆ、０３０゜５〜１４．０
％、Ｒ２Ｏ（ただしＲはアルカリ金属）　１０．０〜３
２．０％、ＺｎＯ１，０〜１５゜０％、Ｂｚ　Ｏｉ　０
．　５〜１４．０％から成ることを特徴とする。

また（イ）重量に基づき、Ｓｉ０２６０．０〜７０．０
％、Ａ／！、ｏ＊　　１．０〜１４．０％、Ｒ２Ｏ（た
だしＲはアルカリ金属）１０゜０〜３２゜０％、ＺｎＯ
１，０〜１５．０％、Ｂ、０．０゜５〜１２．０％から
成る基本成分８８％以上と、（ロ）重量に基づき、Ｐｂ
Ｏ，Ｂａｄ、Ｚｒｏ、　、Ｔｉｅ、　、Ａｓ２Ｏ，、Ｓ
ｂ！Ｏ，、ＭｇＯ１ＳｒＯの、任意成分の中から選ばれ
た少なくとも１種の添加成分１２％以下を含むことを特
徴とするもので、マイグレーションによりガラス表面に
圧縮応力を生じ、それが冷却後のガラス表面に残留する
ことによってガラスが強化される強化特性に優れた高強
度ガラスを得ることができる。

上記本発明のガラスの組成は、特に厚さ３ｍ／ｍ以下の
薄いガラス板の化学強化に最適であり、表面をほとんど
損なうことなく応力層を緩徐に深部まで拡散し、すなわ
ち層状態ではなくイオン拡散するため、自然破壊もなく
、また化学強化後、精密研磨仕上げを行っても強化度の
変化はない。

化学強化は、ガラスの転移点（マイナス１００℃付近）
以下の温度で、ガラス中に含まれるアルカリイオンと、
これより大きいイオン半径を持つアルカリイオンを含む
アルカリ溶融塩中にガラスを浸漬することによりイオン
交換を行う。

上記イオン交換の結果、アルカリイオンの占有容積の差
によってガラス表面に圧縮応力が発生し、その応力が冷
却後ガラスの表面に残留するため強化される。

〔実施例〕

本発明高強度ガラスの化学強化に使用する処理液には次
の３種類が適している。

１、ＫＮＯ３１００％（重量％）２、ＫＮＯｊ　６０％＋Ｎ　ａ　Ｎｏｔ　４０％帽１％
）（特にＬｉｘＯを含有する場合に存効）３、ＫＮ○ｓ９
９．５％十Ｈｚ　Ｓ　ｉ　Ｏｓ　０．　５％（重量％）上記処理液によってガラス中のＬｉ“およびＮａ＋イオ
ンが処理液中のＮａ＋およびに゛イオンと交換される。

同時に２種類のイオン交換がおこなわれるため、優れた
強化特性を呈する。

組成１（重量％）Ｓｉｎｇ　６４．ＯＡｌＯｓ　　８．５Ｎａ、０　８．
　　ＯＫ、０　　７．　０ＺｎＯ２，７Ｌｉｔ　ＯＩ　
０ＢａＯ１，ＯＢ２Ｏｉ　　２．０ＴｆＯｚ　　１．　　ＯＺｒＣ１ｚ　　４．　５Ａｓ、
０３０．３組成２（重量％）Ｓｌｏｚ　　６２．　４　　　　Ａｆｆｉｚ　　０，２
．９ＮａｚＯ９，ＯＫ２Ｏ　　　９．　１Ｃａ０　　　０．Ｉ　　　　ＭｇＯ２，８ＺｎＯ１１，
５Ｂｚ　　Ｏ３１，ｌＴｉ１ｔ　　　０．６　　　　ＡＳｚ　　○、０．２Ｓ
ｂｚ　　０３　０．　３上記組成例１および２の各側によって得られた化学強化
の処理時間と抗折強度およびシャルピー強度、応力歪層
の厚さの関係を下記表１に示す。

組成例１および２の差はほとんどない。

表１上記２例のガラスは粉末状混合物を開口るつぼに入れ、
１４５０〜１５００°Ｃに加熱溶融し、４〜１２時間こ
の温度に保ち、清澄後４時間かけて徐冷したものである
。

なお構造上の均質性から、完全に除歪したのち、化学強
化処理を施すことが安定した化学強化法である。従って
構造上の不均質（歪その他）、成形上の配向性がある場
合、曲がり・ねじれ等が発生する。

表面応力針による検査結果においては、通常のソーダ石
灰ガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、硼珪酸塩ガラス
よりも化学強化層が緩徐に拡散しており自然破壊につな
がることはない。

本発明の課題は、前述のように記録膜との接合によって
生じるマイグレーションなどの反応現象で引張応力が起
き、自然破壊、あるいは複合時点で破壊を起こさないガ
ラス組成を得ることにあるもので、本発明高強度ガラス
（屈折率１．５１０〜１．　５３５　　　アツベ数６３
．０〜５０．０の範囲として）の基本成分中の５ｉｆｔ
は、全重量に基づき６０．０〜７０．０％必要である。

この量が６０．０％未満では化学的耐久性が劣化するし
、７０％より多いと溶融困難となり作業性が低下する。

次にＡｌ２Ｏ，は、化学的耐久性向上および溶融ガラス
の粘性調節などのために使用されるが、この量が０．５
％未満ではこれらの効果は不十分であるし、また１４．
０％より多くなると必要以上にガラスの粘性が増して取
扱いが困難になるので好ましくない。

更に、Ｒ２Ｏ（アルカリ金属酸化物例えばＮａｇ０６．
０〜１４．０％、Ｌｉ、ＯＯ〜５．０％、Ｋ、０４．Ｏ
〜１３．０％）はガラスの粘性、イオン交換成分、熱膨
張係数の調節、溶融温度の低下を目的として、重量に基
づきＲ，Ｏとして１０゜０〜３２．０％の範囲で用いら
れる。この量が１０．０％未満ではガラスが難溶性とな
り、また化学強化は不可能となる。また３２％より多く
なると、ガラスの粘性低下、屈折率の低下、化学的耐久
性の劣化、ガラスの化学強化による強度に悪影響を来す
ため好ましくない。

本発明の高強度ガラスは、上記の成分に加えてＺｎＯ１
，０〜１５．０％の基本成分が必要である。この成分は
化学的耐久性、屈折率の維持に必要である。また化学強
化ガラスに発生する破壊につながる現象を防止する。す
なわちイオン交換がソーダアルミノ珪酸ガラス、ソーダ
石灰ガラス、硼珪酸塩ガラス等に見られるような顕著な
強化層を示さず、イオンの拡散が緩徐に行われるため、
化学強化層は層状に明確に現れない。そのため記録膜そ
の他の合わせ材料との反応拡散によるマイグレーション
がなく、破壊につながることはない。

本発明の高強度ガラスは、以上、の基本成分に加えて更
にＢ！　Ｏ＊　、ＰｂＯ，ＢａＯ１ＺｒＯｚ、Ｔｉ０ｚ
　　、Ｌｉｔ　　０１Ｍｇ○、ＣａＯ１Ａｓｚ　　Ｏｚ
、５ｂｚＯｚの中から選ばれた少なくとも１種の任意成
分を含有させることができる。

これらはガラスの溶融性、泡切れ性、すなわち清澄など
を改善するために加えられるが、重量に基づきＢ２Ｏ，
については１２．０％以下、Ｚｒ０□については４．０
％以下、ＰｂＯについては１２．０％以下、ＢａＯにつ
いては１２．０％以下、ＴｉＯ□については１．０％以
下、ＬｉｚＯについては５．０％以下、ＭｇＯについて
は４゜０％以下、ＣａＯについては７．０％以下、Ａｓ
ｚＯ３および５ｂｚＯｓについては各々１．０％以下の
範囲で含有させても本発明の高強度ガラスには何らの悪
影響もない。

更に本発明においては、前記の基本成分または任意成分
に加えて、紫外線透過の必要のない場合（Ｎ　ｉ　０１
Ｃｏｏ系着色剤は別）、通常の着色ガラスの製造の際に
慣用されている着色成分を含有させることができる。

このような着色成分としては、例えばＳｅ、ＣＵ○、Ｃ
ｕｔ　ｏ、Ｃｒｚ　０３　、Ｎｄｚ　Ｏ３、Ｎ　１Ｏ１
Ｃｏｏ、Ｍｎ０ｚ　　（ＭｎＯ）、Ｆｅｗ　０３（Ｆｅ
ｄ）などの金属酸化物を挙げることができる。これらは
単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。これ
らの着色成分は、その合計量が本発明高強度ガラスの全
重量当たり３％以下であれば問題は生しない。

下記表２に前記組成１による本発明高強度ガラスの特性
値を、表３に、その他の各種組成によって作った本発明
高強度ガラスの特性値を示す。

〔発明の効果〕

本発明高強度ガラスは、前記特許請求の範囲記載の組成
によって構成したものであるから、化学強化されたにも
かかわらず自然破壊を起こすことがなくて安全性が高く
、板厚をより薄くすることができる。従って光ディスク
、光磁気ディスク等の基板材料に適しており、本発明の
ガラスで上記記録用基板を作ると、記録膜の劣化を防げ
る、複屈折がほとんどない、吸湿による反りを生しない
、高剛性のため回転中の変形がない、加工精度が高くて
偏心面ふれが起こりにくい等の効果が得られる。

（自発）手続補正書１、　事件の表示昭和６３年特　許願第　６２９７０号２、　発明の名称高強度ガラス３、　補正をする者事件との関係　　　特許出願人名　称　　株式会社　エフ・ジー・ケー４、　代理人住所　東京都渋谷区代々木２丁目１１番１２号木村ビル
　６階２、特許請求の範囲（１）重量に基づき、Ｓｉｎ、６０．０〜７０゜０％、
ＡＤＺ　Ｃ）＋　ｏ、　　５〜１４．０％、Ｒ２Ｏ（た
だしＲはアルカリ金属）１０．０〜３２．０％、ＺｎＯ
１，（）〜１５．Ｏ％、Ｂｚ　Ｏ＊　０．５〜１４．０
％から成る高強度ガラス。

（２）（イ）重量に基づき、ＳｉＯ２６０．０〜７０，
０％、Ａｎｔ　０３１．Ｏ〜１４．０％、Ｒ２Ｏ（ただ
しＲはアルカリ金属）１０．０〜３２．０％、ＺｎＯ１
，０〜１５．０％、Ｂｔｕ３０．５〜１２．０％から成
る基本成分８８％以上と、（ロ）重量に基づき、ＰｂＯ，ＢａＯ１ＺｒＯｚ　、Ｔ
ｉ０ｚ　、ＡＳＺ　０３、Ｓｂｚ　Ｏｘ、ＭｇＯ，５ｒ
Ｏ１ＣａＯの、任意成分の中から選ばれた少なくとも１
種の添加成分１２％以下を含む高強度ガラス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量に基づき、ＳｉＯ＿２６０．０〜７０．０％
、Ａｌ＿２Ｏ＿３０．５〜１４．０％、Ｒ＿２Ｏ（ただ
しＲはアルカリ金属）１０．０〜３２．０％、ＺｎＯ１
．０〜１５．０％、Ｂ＿２Ｏ＿３０．５〜１４．０％か
ら成る高強度ガラス。
（２）（イ）重量に基づき、ＳｉＯ＿２６０．０〜７０
．０％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１．０〜１４．０％、Ｒ＿２Ｏ
（ただしＲはアルカリ金属）１０．０〜３２．０％、Ｚ
ｎＯ１．０〜１５．０％、Ｂ＿２Ｏ＿３０．５〜１２．
０％から成る基本成分８８％以上と、（ロ）重量に基づき、ＰｂＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ＿２、ＴｉＯ＿２、Ａｓ＿２Ｏ＿３、Ｓｂ＿２Ｏ
＿３、ＭｇＯ、ＳｒＯの、任意成分の中から選ばれた少
なくとも１種の添加成分１２％以下を含む高強度ガラス。