(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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)        ０．５〜 ６％、
酸化リチウム(Ｌｉ２Ｏ)              １２〜２２％、
一酸化ナトリウム(Ｎａ２Ｏ)             ０〜 ５％、
酸化ジルコニウム(ＺｒＯ２)             ０〜 ５％、
酸化マグネシウム(ＭｇＯ)               ０〜 ８％、
酸化カルシウム(ＣａＯ)                ０〜１８％、
酸化ストロンチウム(ＳｒＯ)             ０〜 ５％、
ＲＯ(ＲＯ=ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ)       ５〜１８％
を含有し、実質的に二酸化チタン(ＴｉＯ２)を含まず、Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯのモル比率が１／４〜１／１であるガラス組成物。
【請求項２】
組成モルパーセントで、
二酸化ケイ素(ＳｉＯ２)               ５５〜６２％、
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)              １〜 ４％、
酸化ジルコニウム(ＺｒＯ２)              １〜 ３％、
酸化マグネシウム(ＭｇＯ)               ２〜 ６％、
酸化カルシウム(ＣａＯ)                ５〜１０％、
酸化ストロンチウム(ＳｒＯ)             ０〜 ５％、
ＲＯ(ＲＯ=ＭｇＯ+ＣａＯ+ＳｒＯ)       ８〜１８％、
二酸化チタン(ＴｉＯ２)               ０〜０．１％
を含有するガラス組成物。
【請求項３】
組成モルパーセントで、ＳｒＯを０．５〜５％含有する請求項１または２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯのモル比率が１／４〜１／１である請求項２または３に記載のガラス組成物。
【請求項５】
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以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項６】
フロート法により板状に成形した請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項７】
加熱した溶融塩中に浸漬して表面付近のアルカリ成分をイオン交換することにより破壊強度を高めた請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス組成物を用いた情報記録媒体用基板。
【請求項９】
請求項８に記載の情報記録媒体用基板を用いた情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【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かつ高い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】
磁気ディスクなどの情報記録装置には、アクセス時間の短縮や記録容量の増大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。しかし、記録媒体用基板自体にたわみがあるため、その回転数を高めると共振が大きくなり記録媒体と磁気ヘッドとが衝突するおそれが高くなる。この衝突は読み取りエラーや磁気ヘッドのクラッシュの原因となるので、磁気ヘッドと記録媒体の間隙をある程度以下にすることは現状用いられている記録媒体では困難である。
【０００３】
したがって、記録媒体の回転数を高めつつその共振を小さくするには、記録媒体用基板（以下、単に「基板」とする）の弾性率（ヤング率）およびヤング率を密度で割った値である剛性を高くする必要がある。
【０００４】
これまで基板として最も一般的に使用されてきたアルミニウム合金は、前記弾性率が７１GPa、剛性が２６GPa・cm3/gであり、１０，０００r.p.m以上の高速回転には対応できない。基板の厚さを増すことによりそのヤング率と剛性を高めることはできるが、装置のコンパクト化が時代の趨勢であるから、厚さを増すことは開発動向に逆行することになる。
【０００５】
一方、化学強化ガラスを用いた基板は、アルミ基板よりも弾性率が高くかつ密度が低い点で優れている。しかし、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基板の弾性率は７２GPa、剛性は２９GPa・cm3/g程度である。
【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、内部に結晶が析出するため、研磨後その表面に結晶凹凸が残り、化学強化ガラス基板と比較して表面平滑性が劣るという欠点を有している。
【０００７】
また、特開平１０−８１５４２号公報には、SiO2-Al2O3-RO系（ただし、Rは２価金属）のガラスであって、２０mol%以上のAl2O3もしくは２０mol%以上のMgOを含有する基板材料が開示されている。しかし、このガラス基板材料は、液相温度が高く成形が困難であり、また密度が大きいため高速回転に不向きという問題を有する。
【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℃以下のガラス基板が開示されている。しかし、液相温度が１，３５０℃では失透が起こり易く、安定して高品質の基板を得ることは困難である。この国際公開公報の請求の範囲第１１項ではTiO2を必須としているが、TiO2は、酸化鉄(Fe2O3)と共存するとガラスを黄色に着色する。また、Fe2O3は最も一般的なSiO2源である珪砂に不純物として含まれているため、TiO2を含有するガラスは必然的に黄色く着色することになる。そのため、このガラスの用途は色調を問わないものに限定される。さらには、このガラスを再利用した場合にも着色の問題が発生するため、このガラスは再利用に不向きであり、結果的に産業廃棄物の増加を招き、環境負荷削減の流れに逆行するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
情報記録装置に関しては、基板の回転をさらに高速化する必要があり、また装置のコンパクト化に伴う基板の薄板化要求はさらに高まることが予想される。そのため、弾性率および剛性が共に高く、成形が容易でかつ大量生産に適した基板が得られるガラス組成物が求められている。
【００１０】
そこで、この発明は、弾性率（ヤング率）、剛性（弾性率／密度）および表面平滑性が高くかつ再利用が容易なガラス組成物、情報記録装置に用いた場合にたわみや振動を効果的に抑制する前記ガラス組成物を用いた基板ならびにその記録媒体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記従来技術の課題および要求に基づいて行われたものであり、請求項１に記載の発明のガラス組成物は、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)：０．５〜６％、一酸化リチウム(Li2O)：１２〜２２％、一酸化ナトリウム(Na2O)：０〜５％、酸化ジルコニウム(ZrO2)：０〜５％、酸化マグネシウム(MgO)：０〜８％、酸化カルシウム(CaO)：０〜１８％、酸化ストロンチウム(SrO)：０〜５％、RO(RO=MgO+CaO+SrO)：５〜１８％を含有し、実質的に二酸化チタン(TiO2)を含まず、Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比率が１／２０〜１／５、ＣａＯに対するＭｇＯのモル比率が１／４〜１／１であるものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明のガラス組成物は、組成モルパーセントで、二酸化ケイ素(SiO2)：５５〜６２％、酸化アルミニウム(Al2O3)：２〜６％、一酸化リチウム(Li2O)：１２〜２０％、一酸化ナトリウム(Na2O)：１〜４％、酸化ジルコニウム(ZrO2)：１〜３％、酸化マグネシウム(MgO)：２〜６％、酸化カルシウム(CaO)：５〜１０％、酸化ストロンチウム(SrO)：０〜５％、RO(RO=MgO+CaO+SrO)８〜１８％、二酸化チタン(TiO2)：０〜０．１％を含有するものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明のガラス組成物は、請求項１または２に記載の発明において、SrOを０．５〜５％含有するものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明のガラス組成物は、請求項２または３に記載の発明において、Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比率が１／２０〜１／５で、ＣａＯに対するＭｇＯのモル比率が１／４〜１／１であるものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明のガラス組成物は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、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以上であるものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明のガラス組成物は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、フロート法により板状に成形したものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明のガラス組成物は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、加熱した溶融塩中に浸漬して表面付近のアルカリ成分をイオン交換することにより破壊強度を高めたものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明の基板は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス組成物を用いたものである。
【００１９】
請求項９に記載の発明の記録媒体は、請求項８に記載の基板を用いたものである。
【００２０】
【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。
【００２１】
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、６５％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５５〜６５％である必要があり、５５〜６２％がより好ましい。
【００２２】
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％を越えると液相温度が上昇し、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。
【００２３】
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。その比率が１２％未満では弾性率および剛性が不足する。一方、２２％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１２〜２２％である必要があり、特に耐水性の面から１２〜２０％がより好ましい。
【００２４】
Na2O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。しかし、５％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。また、４％を越えると液相温度を下げる効果が小さくなる。したがって、Na2Oの含有率は、０〜５％である必要があり、１〜４％がより好ましい。
【００２５】
なお、Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比率（Ｎａ２Ｏ／Ｌｉ２Ｏ）を１／２０〜１／５にすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えることができ、特に有利である。
【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％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。弾性率を高めるためには、１％以上含有することが好ましい。また、３％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％以下である必要があり、１〜３％であることがより好ましい。
【００２７】
MgOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分であるが、８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、MgOの含有率は８％以下である必要がある。また、必要な弾性率を維持するためには２〜６％であることがより好ましい。
【００２８】
CaOは、ガラスの弾性率、剛性および熔解性を高める成分であるが、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、耐失透性が悪化する。したがって、CaOの含有率は１８％以下である必要がある。また、５〜１０％であることがより好ましい。
【００２９】
SrOは、ガラスの熔解性を下げ、弾性率を高める成分であるが、ガラス中に多量に含まれると密度が高くなる。したがって、SrOの含有率は５％以下である必要がある。また、SrOはガラスの液相温度を低下させる効果が大きいので、これを０．５％以上添加することで弾性率を保ちつつ成形性を改善できる。したがって、SrOの含有率は０〜５％である必要があり、０．５〜５％がより好ましい。SrOが所定量含有されることにより、Li2Oの含有率が低くてもガラス組成物の耐水性は向上する。
【００３０】
また、MgO+CaO+SrOの合計含有率(RO)が５％未満では弾性率、剛性が不十分であり、１８％を超えるとガラスの液相温度が上昇し、成形性が悪化する。したがって、ROの合計含有率は５〜１８％が必要であり、８〜１８％がより好ましい。
【００３１】
さらに、ＣａＯに対するＭｇＯのモル比率（ＭｇＯ／ＣａＯ）を１／４〜１／１とすると、弾性率を高く保ちつつ液相温度を低く抑えることができ、特に有利である。
【００３２】
TiO2は、ガラス中でFe2O3と共存した場合ガラスを黄色に着色するため、製品および製造時に発生するガラス屑の再利用を難しくする。そのためその含有率は実質的にゼロ、具体的には０．１％以下である必要がある。
【００３３】
なお、ガラスがFe2O3を含有しない場合には着色は発生しない。しかし、これを再びガラス原料として再利用する時にFe2O3を含んだ原料を用いれば着色を生じてしまう。このため、Fe2O3の量に関わらず、TiO2の含有率は実質的にゼロでなければならない。
【００３４】
また、これらの成分以外に、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、Cl、F、K2OまたはY2O3などその他の成分を合計で３％を上限として加えてもよい。
【００３５】
ガラス組成物の成形法については、プレス法、ダウンドロー法またはフロート法など特にこだわらないが、大量生産に適し、かつ高平坦なガラス板の製造が可能なフロート法が、品質、コストの面で最適である。
【００３６】
また、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。
【００３７】
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、上述の特性を必要とする各種用途で利用可能である。例えば、建築用ガラスとして用いる場合には、着色がなく割れ難いという特性が有効に発揮され、また建築用ガラスは大量に生産廃棄されるので再利用の道を開くことによる資源保護の効果が大きい。一方基板として用いる場合には、従来の基板と比較して弾性率、剛性が高いため、たわみが小さく、共振による基板の振動を起こし難い。したがって、このガラス組成物を用いた記録媒体は、特に高回転型の情報記録装置に適する。
【００３８】
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。上記組成からなるガラス組成物は、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。
【００３９】
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。
【００４０】
【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。
【００４１】
（実施例１〜１３）
下記「表１」に示した組成となるように、通常のガラス原料である珪砂、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、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、チタニア、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中、６５０℃で３０分保持した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して試料ガラスとした。これら試料ガラスの特性を下記「表１」に併せて示す。測定したガラス組成の特性は、密度、弾性率（ヤング率）、剛性（ヤング率／密度）および液層温度である。
【００４２】
［弾性率の測定］
上記試料ガラスを切断し、各面を鏡面研磨して５×３０×３０mm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を算出した。
【００４３】
［密度の測定］
上記試料ガラスをアルキメデス法により測定した。
【００４４】
［剛性の測定］
上記弾性率と密度の測定結果より算出した。
【００４５】
［液相温度の測定］
上記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。
【００４６】
（比較例１〜４）
基板として市販されている２種類のガラス組成物を比較例１および２とし、特開平１０−８１５４２号公報に開示されている２種類のガラス組成を比較例３および４として下記「表１」に併せて記載した。
【００４７】
【表１】
0004544666.tif 000002
【００４８】
実施例１〜１３のガラス組成物は、「表１」に示したようにいずれも弾性率が９０GPaを超えている。また、剛性は３４GPa・cm3/g以上である。これに対し、比較例１および２のガラス組成物は、いずれも弾性率が９０GPa未満、剛性も３０GPa・cm3/g未満であった。
【００４９】
また、実施例１〜１３のガラス組成物の失透温度は、最大で約１，１００℃、多くは１，０２０℃以下であるのに対し、比較例３および４のガラス組成物の失透温度は１，１８０℃を越えている。このことから、この発明のガラス組成物は、成形が容易であることが判る。
【００５０】
さらに、実施例１〜１３のガラス組成物の密度は２．７g/cm3以下、またその多くは２．６g/cm3以下であることから、記録媒体駆動装置の負担を抑えることができる。これに対し、比較例３および４のガラス組成物は密度が２．８g/cm3以上であり、駆動装置の負担が増えるとともに装置の消費電力が大きくなる。
【００５１】
［光学特性の測定］
実施例１のガラス組成物と、これにTiO2を３％添加したガラス組成物との光学特性を測定した。その結果を下記「表２」に示す。このTiO2を含むガラス組成物は、国際公開ＷＯ９８／５５９９３公報の請求の範囲第１１項に記載されたものであって、これを（比較例５）とする。さらに、比較のため、市販の建築用ガラスの光学特性を併せて記載する。なお、実施例１、比較例５および建築用ガラスのガラス組成物は、原料の珪砂中に不純物としてFe2O3が０．０３％含まれるため、それぞれ約０．０２％のFe2O3を含む。
【００５２】
光学特性は、つぎのようにして測定した。上記弾性率測定用板状サンプルの可視光透過率を光学測定器（島津製作所社製：ＵＶ−３１００ＰＣ）を用いて測定し、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ  ８７２９に基づいてＬ＊、ａ＊、ｂ＊を算出した。
【００５３】
【表２】
0004544666.tif 000003
【００５４】
上記「表２」より、比較例５のガラス組成物は、Ｌ＊が小さく、かつａ＊，ｂ＊共に建築用ガラスの値から大きく外れ、鮮明な黄緑色に着色していることが判る。これに対し実施例１のガラス組成物は、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊とも建築用ガラスに近い。したがって、実施例１のガラス組成物は、TiO2を含む高弾性率ガラスと異なり、着色による再資源化の問題がない。
【００５５】
［基板および媒体の製造と評価］
上記実施例１〜１３のガラス組成物を外径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；ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）をして厚さ１．２mmの円盤とした。
【００５６】
この円盤を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。この基板を用いて、記録媒体をつぎのように作製した。基板上に下地層としてCrを、記録層としてCo-Cr-Taを、保護層としてCを、順次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。
【００５７】
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。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によればつぎのような効果が奏せられる。
【００５９】
請求項１に記載の発明によれば、組成含有率が適当であるので、弾性率(ヤング率）および剛性が高く、かつ再利用が容易なガラス組成物を得ることができる。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、さらに組成含有率が限定されているので、特に製造し易い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、SrOの含有率が適当で液相温度が下がるため、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。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、Li2Oに対するNa2Oの比率およびCaOに対するMgOの比率が適当であるので、さらに成形し易い高剛性・高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６３】
請求項５に記載の発明によれば、各種用途において高い弾性率と剛性に基づく効果を十分に発揮するガラス組成物を得ることができる。
【００６４】
請求項６に記載の発明によれば、フロート法により成形されるので、平坦性に優れた安価な板状の高剛性、高弾性率ガラス組成物を得ることができる。
【００６５】
請求項７に記載の発明によれば、化学強化により高い弾性率、剛性および強度をも備えるガラス組成物を得ることができる。
【００６６】
請求項８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、今後の要求品質に十分に対応可能な基板を得ることができる。
【００６７】
請求項９に記載の発明によれば、高い弾性率と剛性を備える基板を用いるので、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を実現可能な媒体を得ることができる。