(57)【要約】【課題】複数種類のガラス原料に金属化合物を含有する原料を添加したガラスであって表面に金属化合物の層を設けることのできるガラス、およびガラス表面に金属化合物を被覆させている金属化合物被覆ガラス、およびガラス表面に金属を被覆させている金属被覆ガラス、およびこれらを用いた部品の提供。【解決手段】ガラスの母材となる出発原料と金属化合物被膜となる原料とを所定量電子天秤にて計量して混合して、るつぼで溶融し冷却してガラスとし、再加熱によりガラス表面に金属化合物を被覆させ、金属化処理により金属被覆ガラスを製造する。これをエッチング加工などを施してプリント配線板などとして用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類のガラス原料に金属化合物を含有する原料を添加したガラスであって、被覆化処理によってガラス表面に金属化合物の層を設けることを特徴とするガラス。
【請求項２】
請求項１に記載のガラスを被覆化処理することによって表面に金属化合物を被覆させていることを特徴とするガラス。
【請求項３】
請求項２に記載のガラスを金属化処理することによりガラス表面に金属または合金を被覆させていることを特徴とする金属を被覆したガラス。
【請求項４】
請求項３に記載のガラスを用いたことを特徴とする部品。
【請求項５】
基板用途に用いたことを特徴とする請求項４に記載の部品。
【請求項６】
ハードディスク用途に用いたことを特徴とする請求項５に記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類のガラス原料に金属化合物を含有する原料を添加したガラスであって表面に金属化合物の層を設けたガラス、およびガラス表面に金属化合物を被覆させているガラス、およびガラス表面に金属または合金を被覆させているガラス、およびこれらを用いた部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス表面に金属や合金などの薄膜を積層したガラス積層体が提案されてきており、電気回路基板などに用いることが検討されてきている。特許文献１には、ペースト塗布法によりガラス基板上に金属薄膜を形成する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７９１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、複数種類のガラス原料に金属化合物を含有する原料を添加したガラスであって表面に金属化合物の層を設けることを特徴とするガラス、およびガラス表面に金属化合物を被覆させているガラス、およびガラス表面に金属または合金を被覆させているガラス、およびこれらを用いた部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題に対する第１の解決手段として本発明のガラスは、複数種類のガラス原料に金属化合物を含有する原料を添加したガラスであって、被覆化処理によってガラス表面に金属化合物の層を設けることができる構成とした。
【０００６】
前記課題に対する第２の解決手段として本発明の金属化合物被覆ガラスは、上記ガラスを被覆化処理することによって、ガラス表面に金属化合物を被覆させている構成とした。
【０００７】
前記課題に対する第３の解決手段として本発明の金属被覆ガラスは、上記金属化合物被覆ガラスを金属化処理することによって、ガラス表面に金属または合金を被覆させている構成とした。
【０００８】
前記課題に対する第４の解決手段として本発明の部品は、金属被覆ガラスを用いた構成とした。または基板用途やハードディスク用途に用いた構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下に説明するように、ガラス内部の物質の一部をガラス表面に金属化合物として被覆させることができるため、凹凸や貫通孔など、非平面形状を有する有形断面形状のものに対しても効率よく金属化合物や金属を被覆することが可能である。本発明の部品は基板用途やハードディスク用途などに好適である。さらに金属を被覆した際には、その上に電気めっきを効率よく行うことができる。また外部から特別な物質を添加するなどの製造工程やそのための設備などが不要となり、工程短縮やコスト低減などにも効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を説明する。ガラスには多くの種類が存在し、用途により適切な母材を選択すればよく、必ずしも下記の例に限定はされることはない。またガラス表面に形成したい金属または合金の種類も用途により適切に選択すればよく、必ずしも下記の例に限定はされることはない。ここでは、ガラス母材として酸化物ガラスの一形態であるリチウムアルミノシリケートガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）の場合を例にとり、また表面に形成される金属または合金の例として、遷移金属の一つであり複数の酸化数をもつ元素である銅を例にとって説明する。
【００１１】
まずガラスの母材となる出発原料として炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の各粉末を所定量（例えば、酸化物重量ベースでそれぞれ１５重量％、２０重量％、６５重量％）電子天秤で計測して、アルミナ製の乳鉢に入れた。炭酸リチウムはガラス成分のＬｉ２Ｏを与えることになる。次に金属化合物被膜となる原料として、例えば、酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）の粉末を所定量（例えば、前記ガラス母材の１重量％）となるように電子天秤で計測して前述の乳鉢に入れ、乳棒で充分にかき混ぜて混合した。その後、白金るつぼに移して加熱装置に入れ、大気雰囲気で加熱（１４５０℃で１時間）して溶融し、その後室温まで冷却した。この際のガラスは、内部まで青色の透明ガラスとなっていた。
【００１２】
ガラス中で銅イオンはＣｕ＋では無色透明になり、Ｃｕ２＋では青色透明になるため、ガラス内部には少なくともＣｕ２＋の銅イオンが含まれていることになる。しかしながら添加した第一酸化銅の全てがＣｕ２＋に変化したとは言いえず、Ｃｕ＋も依然含まれている。上記では簡単に行うため、大気雰囲気で加熱処理を行ったが、これは酸化性雰囲気での熱処理となっている。この他に還元性雰囲気や非酸化性雰囲気や不活性雰囲気（例えば、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、アンモニア分解ガス、真空など）で行ってもよい。この場合には、より多くのＣｕ＋がガラス中に残存することになる。特に還元性雰囲気で行った場合には、添加した酸化第一銅のほとんどがガラス中でＣｕ＋として残ると考えられる。
【００１３】
次に上記のガラスを大気雰囲気で再加熱して、ガラス表面に黒色の薄膜を形成させる。再加熱温度としては２５０〜６５０℃の範囲が望ましい。より望ましくは４００〜５５０℃の範囲である。２５０℃未満では表層にＣｕＯがほとんど形成せず、６５０℃を超えるとガラスが割れやすく望ましくない。この黒色薄膜を薄膜ＸＲＤ（Thin Film X-ray Diffraction、薄膜Ｘ線回折法）で解析すると、ＣｕＯのピークの出現を確認することができた。その後、金属化処理を行った。これにより黒色の薄膜は、鮮やかな金属銅の色の薄膜に変化した。酸化物に対する金属化処理としては、種々の還元処理の方法があり、用途に応じて適切に選択すればよい。簡単に行うには、例えば、黒色薄膜形成後引き続いて、３００〜４００℃で１０分ほど熱処理して、加熱装置から取り出した直後にエタノールを含む脱脂綿で表面を拭いてもよい。銅が被覆されているため、ハードディスク用途のガラス基板に用いた場合、駆動時に温度が上昇したとしても熱放熱性が優れるため、高温になりにくい。
【００１４】
上述の黒色薄膜を薄膜ＸＲＤで解析すると、ＣｕＯのピークの出現を確認することができた。また金属被覆ガラスの表面を薄膜ＸＲＤで解析すると、Ｃｕのピークの出現を確認することができた。これにより、金属銅の被覆ガラスを得たことが確認できた。なお上記組成での結晶化開始温度は５５０℃近辺であり、ガラス自体の結晶化は起こっていないと考えられる。上記の大気雰囲気での再加熱は、酸化性雰囲気での熱処理となっている。窒素ガス雰囲気（非酸化性雰囲気）での再加熱では、ガラス表面の被膜は肉眼では確認できなかった。
【００１５】
ガラスには、酸化物系ガラスと非酸化物系ガラスがある。酸化物系ガラスは、酸化物ガラスやそれらに窒化物などの酸化物以外のものを少量入れたものである。酸化物ガラスは、酸化物で構成され、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２などやこれらまたはこれらの組合せを主成分としたものである。例えばＳｉＯ２を主成分とするガラスには、シリカガラス、ソーダライムガラス、カリウムガラス、鉛クリスタルガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラスなどがある。なお光ファイバーも酸化物ガラスの一形態である。また上記以外の酸化物としては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯなどがある。したがって酸化物ガラスの母材は、概略すると、IまたはII族の元素（Ｈは除く）とIIB〜VIB族（酸素、硫黄を除く）の元素（このうち正の酸化数を持つものの中で酸化物を形成できるもの）の酸化物を成分としたものとも考えることもできる。
【００１６】
非酸化物系ガラスは、非酸化物ガラスやこれに酸化物などの非酸化物以外のものを少量入れたものである。非酸化物ガラスには、カルコゲン化物（硫黄、セレン、テルルの化合物）で作るカルコゲン化物ガラスや、ハロゲン化物（フッ素、塩素、臭素の化合物）で作るハロゲン化物ガラスなどがある。カルコゲン化物ガラスは、Ａｓ２Ｓ３、ＧｅＳ２、ＡｓＳｅ３などを主成分としており、ハロゲン化物ガラスは、ＺｒＦ４、ＢａＦ２、ＡｌＦ３などの複数成分を主体としている。
【００１７】
添加される金属化合物としては、酸化物の他にも窒化物なども考えられる。酸化物を例に取ると、遷移金属の酸化物を金属化合物として利用することができる。遷移金属の酸化物としては、酸化バナジウム、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化鉄、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯ）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化プラセオジウム、酸化ネオジウム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）などがある。
【００１８】
遷移金属としては、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ランタノイド系元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ａｕ、アクチノイド系元素（Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ）がある。これらの金属の化合物、例えば、酸化物のうち少なくとも１種類を含むものを金属化合物として添加することができる。Ｃｕなどは複数の酸化数を持つ元素である。複数の金属化合物を添加した場合は、ガラス中での酸化還元電位などの物理的・化学的特性により析出形態が変化するものと考えることもできる。
【００１９】
以上のようにして、金属被覆ガラスを製造することができた。この金属被覆ガラスは基板材料などの部品として利用することができる。例えば、プリント配線板用途のガラス基板であったり、ハードディスク用途のガラス基板などである。また凹凸や貫通孔など、非平面形状を有する有形断面形状のものに対しても効率よく金属化合物や金属を被覆することができる。金属被覆ガラスは、表面の金属が導電性を持つのであるから、効率よく電気めっきを施すことができる。ガラス内部の物質の一部をガラス表面に移動させて金属化合物被覆ガラスを形成しているため、外部から余分な物質を添加するなどの必要がなくなる。このため余分な製造工程やそのための設備などが不要となり、工程短縮やコスト低減などに効果がある。
【００２０】
プリント配線板用途のガラス基板は、以下のように製造することができる。ガラス母材を適切に選択して、その中に酸化第一銅粉末を金属化合物原料として添加して溶融し、フロート法などによって平板のガラスを製造する。次に適度な大きさに切り出して、ガラス基板とし、必要により、ガラス基板にバイアホールとしての貫通孔を設ける。これを加熱処理して、ガラス表面に銅酸化物を析出させて還元処理することにより銅被覆ガラスとする。バイヤホールの貫通孔内部にも銅が被覆され導通が図られる。次にガラス基板の表面に配線パターンをエッチング加工などにより形成する。この際にガラス基板の端面の銅を同時に除去してもよいし、予め切削などの機械加工により除去しておいてもよい。さらに必要により電気めっきなどを施して必要な厚みの銅パターンを得ることができる。このようにしてガラス基板のプリント配線板を製造することが可能である。
【００２１】
ハードディスク用途のガラス基板なども上記と同様に製造することができる。ハードディス用途では外部と内部の端面部分にクラックが入りやすいため、この部分の保護にも役に立つ。また析出させる金属や合金を適切に選択することにより、積層させる磁性層などとの密着性を向上させることも可能である。また、金属層として銅を被覆すると、ハードディスク用途のガラス基板に用いた場合、駆動時に温度が上昇したとしても熱放熱性が優れるため、高温になりにくい。
【実施例】
【００２２】
ガラスの母材となる出発原料として炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を酸化物重量ベースでそれぞれ１５重量％、２０重量％、６５重量％、電子天秤で計測してアルミナ製の乳鉢に入れ、金属化合物被膜となる原料として、酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）を前記ガラス母材の１重量％となるように電子天秤で計測して前述の乳鉢に入れ、乳棒で充分にかき混ぜて混合した。その後、白金るつぼに移して加熱装置に入れ、大気雰囲気で加熱（１４５０℃で１時間）して溶融し、その後室温まで冷却して平板のガラスを製造した。次にガラスを大気雰囲気で再加熱（５００℃で３時間）して、ガラス表面に黒色の酸化第二銅の薄膜を形成させた。その後還元処理を行って、金属銅被覆ガラスを製造した。これにエッチング加工を施しプリント配線板を製造した。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
酸化第１銅などを添加することにより、ガラス表面に金属銅などを析出させて、その上に電気めっきなどで容易に金属層を析出させて放熱性に優れた磁気ディスク用ガラス基板を提供できる。また、金属銅層にエッテング加工を施すことによりプリント配線板を提供できる。