(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板の表面にイオン交換層を有するガラス基板であって、
前記イオン交換層以外の部分がアルカリ金属酸化物を含有せず、
前記イオン交換層以外の部分がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有し、
イオン交換層が、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有し、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン及び二価金属イオンが、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、
かつ曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上であることを特徴とする基板。
【請求項２】
イオン交換層は、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンの少なくとも一部が、この二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンで置換されることにより形成されている請求項１に記載の基板。
【請求項３】
アルカリ金属酸化物を含有せず、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有するガラス基板を、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンであるＬｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する液に浸漬して、基板の少なくとも表面にイオン交換層を形成する工程を含むガラス基板の製造方法。
【請求項４】
イオン交換層を形成した基板が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上の曲げ強度を有するようにイオン交換条件を選択する請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
液への浸漬を４００℃以上の温度で行う請求項３〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された化学強化ガラス基板。
【請求項７】
請求項１〜２及び６のいずれか１項に記載のガラス基板からなることを特徴とする情報記録媒体用基板。
【請求項８】
少なくとも基板及び情報記録部からなる情報記録媒体であって、前記基板が請求項７に記載の基板であることを特徴とする情報記録媒体。
【請求項９】
情報記録媒体が磁気記録媒体である請求項８に記載の情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク等の情報記録媒体用基板や次世代ＬＣＤとして期待される低温多結晶シリコン液晶表示装置用耐熱性基板、或いは電気、電子部品用の基板等に好適に用いられるガラス基板及びその製造方法並びにこのガラス基板を用いた情報記録媒体に関する。特に、高い比弾性率及び／又はヤング率と、高い耐熱性とを有し、基板とした場合に高い表面平滑性を有し、かつ高い曲げ強度を有する情報記録媒体用基板等に好適なガラス基板及びそ製造方法並びにこのガラス基板を用いた情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターなどの磁気記憶装置の主要構成要素は、磁気記録媒体と磁気記録再生用の磁気ヘッドである。磁気記録媒体としてはフレキシブルディスクとハードディスクとが知られている。このうちハードディスク（磁気ディスク）用の基板材料としては、例えば、アルミニウム基板、ガラス基板、セラミック基板、カーボン基板等がある。しかし、実用的には、サイズや用途に応じて、主に、アルミニウム基板とガラス基板とが使用されている。
最近、ノートパソコン用ハードディスクドライブの小型化や磁気記録の高密度化にともなって磁気ヘッドの浮上量が顕著に減少してきている。これに伴い、磁気ディスク基板の表面平滑性について、きわめて高い精度が要求されてきている。しかし、アルミニウム合金の場合には、硬度が低いことから高精度の研磨材及び工作機器を使用して研磨加工を行っても、この研磨面が塑性変形するので、ある程度以上の高精度の平坦面を製造することは困難である。たとえアルミニウム合金の表面にニッケル−リンめっきを施しても、表面粗さRaを２０オングストローム以下にすることはできない。さらに、ハードディスクドライブの小型化・薄型化が進展するのにつれて、磁気ディスク用基板の厚みを小さくすることも強く要求されている。しかし、アルミニウム合金は、強度、剛性が低いので、ハードディスクドライブの仕様から要求される所定の強度を保持しつつ、ディスクを薄くすることは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高剛性、高耐衝撃性、高表面平滑性を有する磁気ディスク用ガラス基板が登場しきた。ガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れていることから、現在及び将来的な基板としても注目を浴びている。ガラス基板としては、例えば、基板表面をイオン交換法で強化した化学強化ガラス基板、結晶化処理を施した結晶化ガラス基板、及び実質的にアルカリを含まない無アルカリガラス基板などがよく知られている。
【０００４】
例えば、化学強化ガラス基板として、特開平１−２３９０３６号公報（以下先行技術１という）には、重量％でSiO2を６０〜７０％、Al2O3 を０．５〜１４％、R2O （ただしＲはアルカリ金属）を１０〜３２％、ZnO を１〜１５％、B2O3を１．１〜１４％含むガラスをイオン交換することによりガラス基板の表面に圧縮応力層形成し強化された磁気ディスク用ガラス基板が開示されている。
【０００５】
ところが、イオン交換による化学強化を施したガラスには多量のアルカリ成分含まれる。そのため、高温、多湿環境下において長時間使用すると磁気膜のピンホール部または磁気膜の周辺部など磁気膜が薄い部分またはガラスが露出した部分からアルカリイオンが析出し、これが引き金となって磁気膜が腐食或いは変質するなどの欠点が見出されている。そこで、最近では、この問題を解決するために、無アルカリガラスからなる磁気ディスク用ガラス基板が開示されている（例えば、特開平８−１６９７２４及び特開平９−１２３３３参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような無アルカリガラスは、アルカリ金属を含まないため、化学強化ができないと考えられてきた。その結果、充分な強度が得られないか、化学強化以外の方法で強化が行う必要があった。
また、最近のハードディスクの小型化、薄型化、記録の高密度化に伴って、磁気ヘッドの低浮上化及びディスク回転の高速化が急速に進んでいる。そのため、ディスク基板材料のたわみによる影響を低減することが一層厳しく要求されている。しかしながら、従来のイオン交換強化基板ガラスの多くはイオン交換のため多量のアルカリイオンをガラスに導入しており、そのためほとんどの強化ガラスは比弾性率、ヤング率が低いので、磁気ディスクの回転の高速化に対応できない。本発明者らは、長年にわたって高比弾性率、高ヤング率のガラスについて研究した結果、多量のアルカリを含まない低アルカリガラスとすることが好ましいことが分かった。そして、このようなガラスに対しても強化を行う必要がある。
従って、本発明の目的は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率の低アルカリガラス（無アルカリガラスを含む）からなるガラス基板でありながら、イオン交換による化学強化が施された高い曲げ強度を有するガラス基板及びその製造方法を提供することにある。
さらに本発明の目的は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率を有し、かつ高い曲げ強度を有するガラス基板を用いた情報記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のとおりである。
［請求項１］少なくとも基板の表面にイオン交換層を有するガラス基板であって、
前記イオン交換層以外の部分がアルカリ金属酸化物を含有せず、
前記イオン交換層以外の部分がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有し、
イオン交換層が、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有し、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン及び二価金属イオンが、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、
かつ曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上であることを特徴とする基板。
［請求項２］イオン交換層は、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンの少なくとも一部が、この二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンで置換されることにより形成されている請求項１に記載の基板。
［請求項３］アルカリ金属酸化物を含有せず、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有するガラス基板を、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンであるＬｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する液に浸漬して、基板の少なくとも表面にイオン交換層を形成する工程を含むガラス基板の製造方法。
［請求項４］イオン交換層を形成した基板が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上の曲げ強度を有するようにイオン交換条件を選択する請求項３に記載の製造方法。
［請求項５］液への浸漬を４００℃以上の温度で行う請求項３〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項６］請求項３〜５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された化学強化ガラス基板。
［請求項７］請求項１〜２及び６のいずれか１項に記載のガラス基板からなることを特徴とする情報記録媒体用基板。
［請求項８］少なくとも基板及び情報記録部からなる情報記録媒体であって、前記基板が請求項７に記載の基板であることを特徴とする情報記録媒体。
［請求項９］情報記録媒体が磁気記録媒体である請求項８に記載の情報記録媒体。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ガラス基板
本発明のガラス基板は、少なくとも基板の表面にイオン交換層を有するガラス基板である。さらに、このガラス基板は、イオン交換層以外の部分が、アルカリ金属酸化物を含有しないか、または５モル％以下のNa2O及び／又は１０モル％以下のLi2O（但し、Na2OとLi2Oの合計含有量は１０モル％以下である）を含有し、かつ少なくとも１種の二価金属酸化物を含有する。即ち、無アルカリガラスまたは低アルカリガラスである。また、二価金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の酸化物を挙げることができる。また、これら二価金属酸化物の含有量は、例えば、５モル％以上であることが、イオン交換層を形成する上で好ましい。但し、二価金属酸化物の含有量の上限は、４５モル％とすることがガラスを形成する上で好ましい。さらに、二価金属酸化物の含有量は、好ましくは、１０〜４０モル％の範囲である。
尚、ガラス基板の形状や寸法には特に制限はなく、ガラス基板の用途に応じて適宜決定することができる。
また、本発明のガラス基板は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率という観点からは、36×106Nm/kg以上の比弾性率Ｇ又は１１０ＧＰａ以上のヤング率を有することが好ましい。
【０００９】
ガラス組成の説明
高比弾性率又は高ヤング率を有するガラス基板を形成するガラスとしては、以下の組成のガラスを挙げることができる。これらのガラスには、無アルカリ及び低アルカリが含まれる。
ガラス（１）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO2: 25-52％、Al2O3: 5-35％、MgO: 15-45％、Y2O3: 0-17％、TiO2: 0-25％、ZrO2: 0-8 ％、CaO: 1-30 ％、但し、Y2O3+TiO2+ZrO2+CaO: 5-30％、B2O3+P2O5: 0-5 ％である組成を有し、かつ比弾性率が36×106Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらに、As2O3+Sb2O3: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5: 0-5 ％を含有することができる。
ガラス（２）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO2: 25-50 ％、Al2O3: 10-37％、MgO: 5-40 ％、TiO2: 1-25％である組成を有し、比弾性率が36×106Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらにY2O3: 0-17％、ZrO2: 0-8 ％、CaO: 0-25 ％、As2O3+Sb2O3: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5: 0-5 ％を含むことができる。
ガラス（３）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO2: 25-50 ％、Al2O3: 20-40％、CaO: 8-30 ％、Y2O3: 2-15％である組成を有し、比弾性率が36×106Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらにMgO: 0-20 ％、TiO2: 0-25％、Li2O: 0-10％、As2O3+Sb2O3: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5: 0-5 ％を含むことができる。
【００１０】
ガラス（４）：ガラスを構成する酸化物としてモル％表示で、SiO2：３０−６０%、Al2O3：2−３５％、MgO：0−４０％、Li2O：０−１０％、Y2O3：0−２７％、La2O3：0−２７％、CeO2：0−２７％、Pr2O3：0−２７％、Nd2O3：0−２７％、Sm2O3：0−２７％、Eu2O3：0−２７％、Gd2O3：0−２７％、Tb2O3：0−２７％、Dy2O3：0−２７％、Ho2O3：0−２７％、Er2O3：0−２７％、Tm2O3：0−２７％、Yb2O3：0−２７％、但し、Y2O3+La2O3+ CeO2+Pr2O3+Nd2O3+Sm2O3+Eu2O3+Gd2O3+Tb2O3+Dy2O3+Ho2O3+Er2O3+Tm2O3+Yb2O3：１−２７％、Li2O+ MgO+ Y2O3+La2O3+ CeO2+Pr2O3+Nd2O3+Sm2O3+Eu2O3+Gd2O3+Tb2O3+Dy2O3+Ho2O3+Er2O3+Tm2O3+Yb2O3＞２５％である組成を有し、かつヤング率が１１０ＧＰａ以上であるガラス。このガラスは、さらにTiO2：0−２０％、 ZrO2：０−８％、但し、TiO2＋ZrO2：0−２０％、CaO ：0−１５％、ZnO：0−１５％、NiO： 0−１５％、Fe2O3：0−1５%、但し、CaO＋ZnO＋NiO＋Fe2O3：0−１５%を含むことができる。さらに、As2O3+Sb2O3：０−２％、B2O3＋P2O5＋Nb2O5+V2O5＋Cr2O3+Ga2O3+CoO+SrO+BaO＋FeO＋CuO＋MnO+Na2O：０−８％を含むこともできる。
ガラス（５）：ガラスを構成する酸化物としてモル％表示で、 TiO2:５−３０％、 Al2O3：０−１０％、 SiO2：３５−６０％、（MgO＋CaO）：１０−４５％、但しCaOは１−４５％、（Li2O＋Na2O）：３−３０％である組成を有するガラス。
【００１１】
ガラス（１）
ガラス（１）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×106Nm/kg以上である。
SiO2はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またSiO2はAl2O3などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として５２％より多くのSiO2を導入した酸化物ガラスは、36×106 Nm/kg を超える比弾性率をほとんど示さないので、SiO2の含有量は５２％以下であることが適当である。一方、SiO2の含有量が２５％未満では、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO2の下限は２５％である。そこで、SiO2の含有量は、２５〜５２％の範囲、好ましくは３０〜５０％の範囲であることが適当である。
【００１２】
Al2O3 はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO2と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl2O3 をSiO2と置換してガラスに導入する場合、Al2O3 はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al2O3 はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、Al2O3 の含有量が５％より少ないとガラスのヤング率を十分に向上させることができない。また、Al2O3 の含有量が3５％を超えると、ガラスの比弾性率の向上に寄与する成分であるMgO を多く導入することができなくなり、ガラスの高温溶融性も悪化する。そこで、Al2O3 の含有量は５〜３５％の範囲、好ましくは７〜３２％の範囲であることが適当である。
【００１３】
MgO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善するために導入される成分である。また、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にAl2O3 の含有量が２０％より少ない場合、ガラスの高比弾性率を維持するために多くのMgO を導入することが好ましい。しかし、MgO の含有量が４５％を超えると、量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。また、MgO の含有量を１5％より少なくするとガラスのヤング率が低下してしまう傾向がある。そこで、MgO の含有量は１５〜４５％の範囲、好ましくは２２〜４０％の範囲にすることが適当である。
【００１４】
Y2O3はガラスの結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善するために添加される成分である。特に少量のY2O3の導入はガラス比弾性率の向上及びガラス均質性の改善に非常に寄与する。しかし、Y2O3をあまりにも多く添加するとガラスのヤング率が大きくなるが、比重も急激に増加するので、逆にガラスの比弾性率を低下させる傾向がある。そこで、Y2O3の含有量は１７％以下、好ましくは１５％以下とすることが適当である。尚、Y2O3の明らかな添加効果を得るためには、Y2O3の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００１５】
TiO2はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す。また、TiO2は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特に、MgO やAl2O3 を多く導入するガラスに対しては、TiO2はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、MgO とAl2O3 などの酸化物との組み合わせによってガラスの比弾性率を高めることが大いに期待できる。但し、TiO2を多く導入し過ぎると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。そこで、TiO2の含有量は、２５％以下、好ましくは２０％以下とすることが適当である。尚、TiO2の明らかな添加効果を得るためには、TiO2の含有量を１％以上とすることが好ましい。
【００１６】
CaO はMgO と共にガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善するために導入される成分である。また、CaO は、MgO と同様に、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。前述のように、Al2O3 の含有量が２０％より少ない場合、ガラスの高比弾性率を維持するために多くのMgO を導入することが好ましく、この場合のCaO は主にガラスの高温溶融性、結晶化安定性を改善するために導入される成分となる。しかし、CaO の含有量が３０％を超えると量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。そこで、CaO の含有量は３０％以下、好ましくは２７％以下とすることが適当である。尚、CaO の明らかな添加効果を得るためには、CaO の含有量を２％以上とすることが好ましい。
【００１７】
ZrO2は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO2を添加する場合はガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、ZrO2が８％を超えるとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO2の含有量は８％以下、好ましくは６％以下とすることが適当である。尚、ZrO2の明らかな添加効果を得るためには、ZrO2の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００１８】
尚、Y2O3+TiO2+ZrO2+CaOは１〜30％の範囲であることが適当である。これらの成分は、ガラスのヤング率の向上及び結晶化安定性の向上に寄与する成分である。これらの成分の合計が１％未満では、ガラスのヤング率が低くなる傾向があり、かつガラスの結晶化安定性も低下する傾向がある。一方、これらの成分は、いずれもガラスの比重を増加させるものであり、多量に導入しすぎるとガラスの比弾性率が小さくなってしまう。そこで、Y2O3+TiO2+ZrO2+CaOの含有量は、１〜30％の範囲、好ましくは5.5 〜27％の範囲であることが適当である。
【００１９】
P2O5及びB2O3はいずれもガラスの高温溶解性を調整するために添加される成分である。例えば、少量のP2O5又はB2O3をガラスに導入するとガラスの比弾性率が大きな変化がないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。B2O3+P2O5の合計は、ガラスの溶解性の改善とガラスの結晶化安定性及び物理的特性の調整という観点から、5 ％以下、好ましくは3.5％以下であることが適当である。尚、B2O3及びP2O5の明らかな添加効果を得るためには、その合計含有量を0.5％以上とすることが好ましい。
【００２０】
As2O3 とSb2O3 はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加させる成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs2O3 やSb2O3 或いはAs2O3 ＋Sb2O3 をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、脱泡剤の添加量を多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、V2O5、Cr2O3 、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe2O3 、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性や物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のV2O5、Cr2O3 、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+ Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5の合計は、ガラスの溶解性の改善とガラスの結晶化安定性及び物理的特性の調整という観点から、5 ％以下、好ましくは4％以下であることが適当である。
【００２２】
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe2O3 など及びガラスの清澄剤となるCl、F、SO3 等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
尚、このガラスは実質的にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、このガラスからなる基板上に薄膜を形成した場合、アルカリ成分が基板上の薄膜に拡散して悪影響を及ぼすことがない。
【００２３】
ガラス（２）
ガラス（２）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×106Nm/kg以上である。
SiO2はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またSiO2は、Al2O3 などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として５０％を超える量のSiO2を含むガラスには、ガラスの耐衝撃性や機械強度の向上に寄与する成分であるAl2O3 を多く導入することができない。そこで、より大きな比弾性率を有するガラスを得るという観点から含有量の上限は５０％とすることが適当である。一方、SiO2の含有量が２５％未満となると、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO2の下限は２５％とすることが適当である。SiO2の含有量は２５〜５０％の範囲、好ましくは３０〜４９％の範囲であることが適当である。
【００２４】
Al2O3 はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO2と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl2O3 をSiO2と置換してガラスに導入する場合、Al2O3 はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al2O3 はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、ガラスの曲げ強度や耐衝撃性を一層増大させるためにMgO の含有量を２５％以下とする場合、Al2O3 の含有量を１０％より少なくするとガラスのヤング率を十分に向上させられず、所望の比弾性率を得られない。また、Al2O3 含有量が３７％を超えるとガラスの高温溶融性が悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、Al2O3 の含有量の上限は３７％とすることが適当である。Al2O3 の含有量は１０〜３７％の範囲、好ましくは１１〜３５％の範囲とすることが適当である。
【００２５】
MgO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良するために導入される成分である。MgO はガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスのヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl2O3 が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもMgO は好ましい成分である。しかし、MgO の含有量が４０％を超えると、ガラスの耐衝撃性と強度を高めるために多量のAl2O3 を導入する組成物では量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。一方、MgO の含有量が５％未満では、十分な安定性を有し、かつ高い比弾性率をもつガラスが造れない。従って、MgO の含有量は５〜４０％の範囲に、好ましくは７〜３５％の範囲とすることが適当である。
【００２６】
TiO2はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す成分である。また、TiO2は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特にAl2O3 を多く導入するガラスに対しては、TiO2はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、Al2O3 との組み合わせによってガラスの比弾性率を高めることが大いに期待できる。但し、TiO2の含有量が２５％を超えるとガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。また、１％以上のTiO2の添加により、ガラスの高温溶解性が大きく改善される。そこで、TiO2の含有量は、１〜２５％の範囲、好ましくは２〜２０％の範囲とすることが適当である。
【００２７】
Y2O3はガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善する成分である。特にガラスの曲げ強度や耐衝撃性を高めるために多くのAl2O3 をガラスに導入する場合には、Al2O3 の助熔剤としてのY2O3の効果が優れている。例えば２５％以上のAl2O3 をガラスに導入する場合、Y2O3を添加することで均質なガラスを作製することができる。但し、Y2O3は比較的に高価なので、添加量は少量である方がコストの点からは好ましい。また、適当量のY2O3の添加は、ガラス比弾性率の向上に大きく寄与するが、Y2O3の含有量が１７％を超えると、ガラスのヤング率の増加に比べて比重の増加が勝り、ガラスの比弾性率の向上に寄与しなくなる。そこで、Y2O3の含有量は、Al2O3 の導入量に応じて０〜１７％の範囲、好ましくは１〜１５％の範囲することが適当である。
【００２８】
CaO はMgO と共にガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良することができる成分である。ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。ガラスのヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl2O3 が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもCaO の添加は好ましい。CaO の含有量が２５％を超えると、ガラスの耐衝撃性と強度を高めるために多量のAl2O3 を導入した組成物では量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。そこで、CaO の含有量の上限は２５％であることが適当である。尚、CaOの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を2％以上とすることが好ましい。
【００２９】
ZrO2は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO2を添加する場合はガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、ZrO2の含有量が８％を超えるとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO2の含有量は８％以下、好ましくは６％以下とすることが適当である。尚、ZrO2の明らかな添加効果を得るためには、ZrO2の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００３０】
As2O3 とSb2O3 はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加する成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs2O3 やSb2O3 或いはAs2O3 ＋Sb2O3 をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、これら脱泡剤の添加量が多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００３１】
P2O5、V2O5、B2O3、Cr2O3 、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe2O3 、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性とか物理的な物性を調整するときに添加することができる。例えば、少量のP2O5をガラスに導入するとガラスの比弾性率が大きく変化しないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV2O5、Cr2O3 、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加する場合、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+ Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5の合計は、ガラスの高温溶解性の改善とガラスの機械的・熱的物性の調整という観点から、5 ％以下であることが適当である。
【００３２】
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe2O3 など及びガラスの清澄剤となるCl、F 、SO3 等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
Li2Oを含有しない無アルカリガラスの場合には、このガラスからなる基板上に薄膜を形成した場合、アルカリ成分が基板上の薄膜に拡散して悪影響を及ぼすことがない。
【００３３】
ガラス（３）
ガラス（３）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×106Nm/kg以上である。
SiO2はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またAl2O3 などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、しかし、ガラスの主成分として５０％を超えるSiO2を導入したCaO −Al2O3 −SiO2系酸化物ガラスは、36×106 Nm/kg を超える比弾性率をほとんど示さないので、SiO2の含有量は５０％以下であることが適当である。一方、SiO2の含有量が２５％以下になる場合、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO2の下限は２５％である。そこで、SiO2の含有量は、２５〜５０％の範囲、好ましくは３０〜５０％の範囲であることが適当である。
【００３４】
Al2O3 はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO2と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl2O3 をSiO2と置換してガラスに導入する場合、Al2O3 はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al2O3 はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、Al2O3 の含有量が２０％より少ないとガラスのヤング率を十分に向上させることができない。また、Al2O3 の含有量が４０％を超えると、ガラスの高温溶融性も悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、Al2O3 の含有量は２０〜４０％の範囲、好ましくは2１〜３７％の範囲であることが適当である。
【００３５】
CaO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良する成分である。勿論ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスにヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl2O3 が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもCaO の添加が必要である。しかし、その含有量が８％未満では、ガラスの結晶化安定性が著しく低下するのに対し、３０％を超えるとガラスのヤング率も低くなる傾向がある。そこでCaO の含有量は８〜３０％の範囲、好ましくは１０〜２７％の範囲とすることが適当である。
【００３６】
Y2O3はガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善するために添加される成分である。特にガラスのヤング率を高めるために多くのAl2O3 をガラスに導入する場合には、Al2O3 の助熔剤としてY2O3は有効である。例えば２５％以上のAl2O3 をガラスに導入する場合、Y2O3を助熔剤として添加することで、均質なガラスが作製できる。しかし、Y2O3は比較的に高価なので、Y2O3の含有量は、要求されるガラスの物性に応じて１５％までの量で、比較的少量とすることが好ましい。しかし、Y2O3の含有量が少なく過ぎるとガラスの高温溶解性も悪化し、比弾性率も低下してしまう。そこで、Y2O3の含有量の下限は２％であることが適当である。Y2O3の含有量は、２〜１５％の範囲、好ましくは３〜１２％の範囲であることが適当である。
【００３７】
MgO は、ガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善する効果があり、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与し、比弾性率を高める効果もある成分であるため、所望により添加することができる。しかし、MgO の含有量が２０％を超えると、必須の成分であるCaO を多く添加することができなくなり、ガラスの結晶化安定性も低下する傾向がある。そこで、MgO の含有量の上限は２０％とすることが適当である。尚、MgOの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を5％以上とすることが好ましい。
【００３８】
TiO2はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す成分である。また、TiO2は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。しかし、CaO −Al2O3 −SiO2系酸化物ガラスに対しては、あまりにも多くのTiO2を導入すると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。そこで、含有量は２５％以下、好ましくは２０％以下とすることが適当である。尚、TiO2の効果を得るという観点からは、TiO2の含有量は１％以上であることが適当である。
【００３９】
Li2Oは主にガラスの高温粘性を下げて溶解を容易にする成分である。特にAl2O3 の含有量が多い場合、少量のLi2Oを導入すればガラスの均質化に非常に効果がある。しかし、その含有量が多くなり過ぎるとガラスの耐久性も悪化し、ヤング率も小さくなる傾向がある。そこで、Li2Oの含有量は１５％以下、好ましくは１２％以下とすることが適当である。尚、Li2Oの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を1.5 ％以上とすることが好ましい。
【００４０】
As2O3 とSb2O3 はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加させる成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs2O3 やSb2O3 或いはAs2O3 ＋Sb2O3 をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、脱泡剤の添加量を多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００４１】
P2O5、V2O5、B2O3、Cr2O3 、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe2O3 、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性や物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のP2O5をガラスに導入するとガラスの比弾性率は大きく変化しないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV2O5、Cr2O3 、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe2O3+ Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5の合計は、ガラスの機械的及び熱的な物性を調整するという観点から、5 ％以下であることが適当である。
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe2O3 など及びガラスの清澄剤となるCl、F 、SO3 等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
【００４２】
ガラス（４）
ガラス（4）のガラス組成は、主にヤング率を大きくするために構成された組成であり、ヤング率が１１０ＧＰａ以上である。
SiO2はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化、即ち失透に対する結晶化安定性を増す。またAl2O3などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として60％より多くのSiO2を導入したガラス組成物には、ガラスの対衝撃性や機械強度の向上に寄与する成分であるAl2O3を多く導入することができないので、より大きなヤング率を有するガラスの開発にはSiO2の含有量を６０％以下に抑える必要がある。これに対し、あまりにもSiO2の含有量を少なく抑えると、例えば30％未満では、ガラスの結晶化安定性が相当に悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO2の含有量は３０−６０％の範囲とする。特に３２−５５％の範囲であることが好ましい。
【００４３】
Al2O3はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO2と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特に、Al2O3でSiO2を置換してガラスに導入する場合はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al2O3はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも絶対欠かせない成分である。しかし、ガラスの曲げ強度や対衝撃性を一層増大させるためにY2O3の含有量が5％以下である場合、Al2O3の含有量が2％未満ではガラスのヤング率を十分に向上させられない。また、Al2O3を35％を超えて導入するとガラスの高温熔融性が悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、その含有量は2−３５％の範囲とする。特に、3−３０％の範囲であることが好ましい。
【００４４】
MgOはガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良するために導入される成分である。さらに、MgOはガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスにヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl2O3が多く導入される場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするるためにもMgOは非常に重要な成分である。しかし、４０％を超えるMgOをガラスに導入すると、ガラスの対衝撃性と強度を高めるために多量のY2O3やAl2O3を導入したガラスでは、量産化できるほどの結晶化安定性が得られない。従って、MgOの含有量は、0-４０％の範囲であることが適当である。特に、MgOの含有量は5-３５％の範囲であることが好ましい。
【００４５】
Y2O3、La2O3、CeO2、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3などの希土類金属酸化物は、ガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温熔融性を改善するために添加される成分である。特にガラスの曲げ強度や対衝撃性を高めるために多くのAl2O3をガラスに導入する場合には、Al2O3の助熔剤としての希土類金属酸化物の役割が無視できない。例えば、２０％以上のAl2O3をガラスに導入する場合、Y2O3は均質なガラスの作製に必要不可欠な成分である。しかし、希土類金属酸化物は比較的高価なものであるので、所望のヤング率に応じて、なるべく少量の希土類金属酸化物を導入することが好ましい。また、希土類金属酸化物の添加量が多くなり過ぎると、ガラスのヤング率は増加するが、比重も大きく増加してしまう。これに対し適当量の希土類金属酸化物をガラスに導入するとガラスヤング率の向上に大きく寄与する。従って、希土類金属酸化物の合計の含有量は、磁気ディスク基板として使用されるガラスに要求されるヤング率に応じて１-２７％の範囲とすることが適当である。特に、希土類金属酸化物の合計の含有量は、２-２０％の範囲であることが好ましい。
【００４６】
Li2Oはガラスの高温溶解性を改善するために非常に有用な成分である。さらに、少量のLi2Oを導入すると、ガラスのヤング率はあまり変わらないが、比重を大幅に減少できるという利点がある。また、少量でもLi2Oを導入したガラスは、イオン交換により化学強化することができ、高強度ガラスの製造の際に有利である。しかし、Li2Oの導入量が多くなり過ぎるとガラスの結晶化安定性が低下する傾向がある。そこで、Li2Oの導入量は、１５％以下であることが好ましい。尚、Li2O の添加効果を得るという観点からは、Li2O の含有量は2％以上であることが適当である。
【００４７】
TiO2はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め熔融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す。また、TiO2は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特にMgOやAl2O3を多く導入するガラスに対しては、TiO2はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、Al2O3との組み合わせによってガラスのヤング率を高めることが大いに期待できる。但し、あまりにも多くのTiO2を導入すると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる恐れがある。そこで、TiO2の含有量は２０％以下とすることが適当である。特に、１５％以下であることが好ましい。尚、TiO2 の添加効果を得るという観点からは、TiO2 の含有量は2％以上であることが適当である。
【００４８】
ZrO2は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO2を添加するとガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、８％を超える量のZrO2を導入するとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO2の含有量は８％以下にすることが好ましく、６％以下であることがさらに好ましい。尚、ZrO2 の添加効果を得るという観点からは、ZrO2 の含有量は0.5％以上であることが適当である。
【００４９】
CaO、ZnO、NiO及びFe2O3は主にガラスの高温溶融性、結晶化安定性を改善するために導入される成分である。これらの成分は陽イオンの半径が大きく、MgOと混合してガラスに導入すると結晶化安定性を向上させる効果がある。しかし、導入量が多くなり過ぎるとガラスの比重も増大し、ヤング率も低下する傾向がある。そこで、CaO、ZnO、NiO及びFe2O3の合計の含有量は、１５％以下であることが好ましく、１２％以下であることがさらに好ましい。尚、これらの成分の添加効果を得るという観点からは、その合計の含有量は1％以上であることが適当である。
【００５０】
As2O3とSb2O3はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加される成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適当量のAs2O3やSb2O3或いはAs2O3＋Sb2O3をガラスに添加するともっと均質なガラスが得られる。しかし、これらの脱泡剤の添加量が多過ぎると、ガラスの比重が上昇してヤング率を低下させる傾向があり、かつ溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える恐れもある。そこで、As2O3＋Sb2O3の添加量は２％以下であることが好ましく、1.5％以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
SrO、CoO、Fe2O3、CuO、Cr2O3 、B2O3、P2O5、V2O5等の成分はいずれもガラスの高温溶解性とか物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のP2O5をガラスに導入するとガラスのヤング率に大きな変化はないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV2O5、Cr2O3、CuO、CoOなどの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができるZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Cr2O3+B2O3+P2O5+V2O5の合計は、ガラスの高温溶解性の改善とガラスの機械的・熱的物性の調整という観点から、5 ％以下であることが適当である。
【００５２】
以上の基本成分の他に原料中の不純物例えばガラスの清澄剤となるCl、F、SO3等はそれぞれ１％までなら含有しても本発明のガラス組成物の主旨を損ねることがない。
【００５３】
ガラス（５）
ガラス（５）のガラス組成は、主にヤング率を大きくし、液相温度を低くして小さくするために構成された組成であり、例えば、ヤング率が１００ＧＰａ以上であり、液相温度が１２５０℃以下である。
TiO2は、比重を著しく上昇させることなしにヤング率をを向上させることができる必須の成分であり、５モル％以上添加することで、このような効果を得ることができる。しかし、３０モル％を超えるとがき耐失透性が悪化し、容易に製造できる１２５０℃以下の液相温度が得られない傾向がある。そこで、TiO2は、5-30モル％の範囲であることが適当である。好ましくは、６−２５モル％の範囲である。
【００５４】
Al2O3は、ヤング率の向上には寄与しないが、ガラスの液相温度低下、分相傾向の抑制、作業温度領域での粘性の向上、化学強化特性の向上に有効である。しかし、１０モル％を超えて添加すると逆に著しい液相温度の上昇と、溶解性の悪化による未溶解物の生成を引き起こす傾向がある。そこで、Al2O3は、０−１０モル％の範囲であることが適当である。
SiO2は、ガラス構造を形成する必須の成分である。１２５０℃以下の液相温度を得るには、含有量が３５モル％以上であることが適当である。但し、６０モル％を超えるとヤング率が１００ＧＰａ以下に低下する。そこで、SiO2は、３５−６０モル%の範囲であることが適当である。好ましくは、３５−５０モル％の範囲である。
【００５５】
MgO及びCaOは、共にヤング率を上昇させる成分である。さらにMgOとCaOとを比べると、 MgOは、液相温度を上げる働きと比重を下げる働きとがあり、CaOは、液相温度を低下させる働きと比重を上げる働きがある。１２５０℃以下の液相温度を得るという観点からは、CaOを１〜４５モル％の範囲とすくことが好ましい。さらに、１１０ＧＰａ以上のヤング率を得るには、MgO及びCaOの合計含有量を１０モル％以上とすることが適当である。但し、４５モル％を超えるとガラス化が困難になる傾向がある。よって、MgO＋CaOは、１０−４５モル％の範囲とすることが適当である。
【００５６】
Na2Oはヤング率を低下させるが、液相温度も低下させる効果がある成分であり、TiO2が共存する場合に特に有効である。TiO2が多量に含まれるガラスの場合でもNa2Oを添加することにより、液相温度を１２５０℃以下にすることができる。さらに、熱膨張係数を大きくする効果も有るので、Na2O量を調整することにより、ドライブモーターのスピンドルに固定するクランプに使用されるステンレス合金に近似させることもできる。一方、Li2Oはヤング率を低下させることなく、ガラスの高温粘性を下げて溶解を容易にする成分である。しかし、Li2Oは、Na2Oに比べて、液相温度を低下させる効果及び熱膨張係数を大きくする効果は小さい。そこで、Li2O とNa2Oの合計含有量は３−３０％の範囲とすることで、ヤング率、液相温度及び熱膨張係数を調節することができる。
【００５７】
イオン交換層の説明
本発明のガラス基板は、少なくとも基板の表面にイオン交換層を有する。基板の表面とは、平板状であるガラス基板の２つの対向する平面を形成する面を意味する。
イオン交換層は、ガラス基板を構成するガラスに本来含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有する。即ち、イオン交換層は、二価金属酸化物を構成する二価金属イオンの少なくとも一部が、この二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンで置換されることにより形成されている。
【００５８】
二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン及び二価金属イオンとしては、例えば、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Srイオン、及びBaイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種のイオンを挙げることができる。これらのイオンの大小関係は以下のとおりである。
【００５９】
【化１】
Li+<Na+<K+
Mg2+< Zn2+<Ca2+< Sr2+<Ba2+
Mg2+<Li+<Zn2+<Ca2+<Na+<Sr2+<K+<Ba2+
【００６０】
上記のように、Ｍｇイオンがもっともイオン半径が小さく、多量のMgOをガラスに導入することで、イオン交換速度を促進し、ガラスの化学強化の効果を大幅に増幅することができる。しかし、４５％以上のMgOをガラスに導入すると量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない傾向がある。また、MgOの含有量が５％より少ないとイオン交換が不十分となり、所望の曲げ強度が得られない場合がある。そこて、MgOの導入量は５−４５％の範囲であることが適当である。特に１０〜４０％の範囲で好ましい。
【００６１】
イオン交換層の形成方法については後述するが、イオン交換層は、曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上となるように形成する。イオン交換層形成前のガラス基板の曲げ強度は、ガラスの種類により異なるが、通常10〜14Ｋｇ／ｍｍ2程度である。イオン交換層形成による曲げ強度は、イオン交換される二価金属酸化物及びイオン交換により導入されるアルカリ金属イオン及び二価金属イオンの種類及びイオン交換の程度(濃度及び層の厚み)等により異なるが、適宜選択することができる。
イオン交換層形成による曲げ強度は好ましくは30Ｋｇ／ｍｍ2以上である。
【００６２】
ガラス基板の製造方法
本発明のイオン交換層を有するガラス基板の製造方法では、アルカリ金属酸化物を含有しないか、または５モル％以下のNa2O及び／又は１０モル％以下のLi2O（但し、Na2OとLi2Oの合計含有量は１０モル％以下である）を含有し、少なくとも１種の二価金属酸化物を含有するガラス基板を用いる。このガラス基板は、前記本発明のガラス基板の説明において挙げたガラスを用いて形成したものであることができ、例えば、前記ガラス（１）〜（５）を用いて形成したものであることができる。さらに、上記ガラス基板は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率という観点からは、36×106Nm/kg以上の比弾性率Ｇ又は１１０ＧＰａ以上のヤング率を有することが好ましい。
【００６３】
本発明の製造方法では、上記ガラス基板を、基板中に含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有する溶液に浸漬して、基板の少なくとも表面にイオン交換層を形成する。
イオン交換によりガラスに導入するイオンは、基板中に含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有する金属イオンであり、例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Srイオン、及びBaイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。
前述のように、これらのイオンの大小関係は以下のとおりである。
【００６４】
【化２】
Li+<Na+<K+
Mg2+< Zn2+<Ca2+< Sr2+<Ba2+
Mg2+<Li+<Zn2+<Ca2+<Na+<Sr2+<K+<Ba2+
【００６５】
Ｍｇイオンがもっともイオン半径が小さく、次いでＺｎイオン、Ｃａイオンがイオン半径が小さい。従って、ガラスに含まれる二価金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上であることが好ましい。特に、多量のMgOをガラスに導入することで、イオン交換速度を促進し、ガラスの化学強化の効果を大幅に増幅することができる。
【００６６】
MgOを含むガラスの場合、Liイオン、Naイオン、Kイオン、Znイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。また、ＣａＯを含むガラスの場合、Naイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。さらに、ＺｎＯを含むガラスの場合、Naイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。
【００６７】
溶液への浸漬は、例えば、４００℃以上の温度で行うことができ、好ましくは５００〜７５０℃の範囲である。尚、ガラスに含まれるアルカリ成分を少なくすると、ガラス転移点が高いもの（５００〜９００℃）を得ることができる。ガラス転移点温度が高いガラスに対しては、イオン交換処理温度を高くすることができ、イオン交換を効果的に促進することができる。また、浸漬時間は、所望の曲げ強度により適宜選択することができるが、例えば、６０〜３６０分程度である。
【００６８】
また、Liイオン、Naイオン、Kイオン、 Znイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム及びその混合硝酸塩を含有する処理浴を用いるのが好ましいが、硝酸塩に限定されるものではなく、硫酸塩、重硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩ハロゲン化物などを用いてもよい。
イオン交換用溶液がLiイオン、Naイオン、Kイオン、 Znイオン、Caイオン、Srイオン、及びBaイオンを含む場合には、 Naイオン、Kイオン、Caイオン、Srイオン、及びBaイオンがガラス中のLiイオンまたはＭｇイオンと次のようにイオン交換する。
【００６９】
【化３】
Li+（ガラス）⇔Na+ or K+（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔2Na+（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔2K+（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔Ca+2（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔Sr+2（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔Ba+2（処理浴）
Ｍｇ+2（ガラス）⇔Zn+2（処理浴）
【００７０】
このイオン交換により、ガラス表面層部のアルカリ金属イオンまたは２価金属イオンが、イオン半径のより大きなアルカリ金属イオンまたは２価金属イオンに置き換わり、ガラス表層部に圧縮応力層が形成されてガラスが化学強化される。上述のように本発明で用いる化学強化用ガラスは、高いヤング率または高い比弾性率を有し、優れたイオン交換性能をもち、曲げ強度も高いので、得られた化学強化ガラスは破壊耐性を有する。従って、この化学強化ガラスからなる本発明の磁気記録基板も優れた破壊耐性を有する。
【００７１】
本発明のガラス基板は、例えば上述の化学強化用ガラスディスク状などの磁気記録媒体用基板の形状に加工後、上記本発明の方法により化学強化したものであることが好ましい。
本発明のガラス基板は、高ヤング率または高比弾性率を有し、耐熱性、表面平滑性、化学耐久性、光学的性質及び機械的強度に優れている。従って、例えば、磁気記録媒体等の情報記録媒体用の基板として好適である。さらに、光磁気ディスク用のガラス基板や光ディスクなどの電子光学用ガラス基板、次世代LCDとして期待される低温多結晶シリコン液晶表示装置用の耐熱性基板、或いは電気・電子部品用のガラス基板としても好適に使用できる。
【００７２】
磁気ディスクの説明
本発明の磁気記録媒体は、上述した本発明のガラス基板の主表面に、少なくとも磁性層を形成した磁気ディスク（ハードディスク）である。この磁気ディスクについて以下に説明する。
磁性層以外の層としては、機能面から、下地層、保護層、潤滑層、凹凸制御層などが挙げられ、必要に応じて形成される。これらの各層の形成には各種薄膜形成技術が利用される。
磁性層の材料は特に制限されない。磁性層としては、例えば、Co系の他、フェライト系、鉄−希土類系などが挙げられる。磁性層は、水平磁気記録、垂直磁気記録のいずれの磁性層でもよい。
磁性層としては、具体的には、例えば、Coを主成分とするCoPt、CoCr、CoNi、CoNiCr、CoCrTa、CoPtCrやCoNiCrPt、CoNiCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtSiO などの磁性薄膜が挙げられる。また、磁性層を非磁性層で分割してノイズ低減を図った多層構成としてもよい。
【００７３】
磁性層における下地層は、磁性層に応じて選択される。下地層としては、例えば、Cr、Mo、Ta、Ti、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Alなどの非磁性金属から選ばれる少なくとも一種以上の材料、又はそれらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。Coを主成分とする磁性層の場合には、磁気特性向上の観点からCr単体やCr合金であることが好ましい。下地層は単層とは限らず、同一又は異種の層を積層した複数層構造とすることもできる。例えば、Al／Cr／CrMo、Al／Cr／Cr等の多層下地層等が挙げられる。
【００７４】
また、基板と磁性層の間又は磁性層の上部に、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することを防止するための凹凸制御層を設けてもよい。この凹凸制御層を設けることによって、磁気ディスクの表面粗さは適度に調整されるので、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することがなくなり、信頼性の高い磁気ディスクが得られる。凹凸制御層の材料及び形成方法は多種知られており、特に制限されない。例えば、凹凸制御層の材料としては、Al、Ag、Ti、Nb、Ta、Bi、Si、Zr、Cr、Cu、Au、Sn、Pd、Sb、Ge、Mgなどから選ばれる少なくとも一種以上の金属、又はそれらの合金、あるいは、それらの酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。形成が容易であるという観点からは、Al単体やAl合金、酸化Al、窒化AlといったAlを主成分とする金属であることが望ましい。
【００７５】
また、ヘッドスティクションを考慮すると、凹凸形成層の表面粗さは、Rmax＝５０〜３００オングストロームであることが好ましい。より好ましい範囲は、Rmax＝１００〜２００オングストロームである。Rmaxが５０オングストローム未満の場合、磁気ディスク表面が平坦に近いため、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが傷ついてしまったり、吸着によるヘッドクラッシュを起こすので好ましくない。また、Rmaxが３００オングストロームを超える場合、グライド高さ（グライドハイト）が大きくなり記録密度の低下を招くので好ましくない。
尚、凹凸制御層を設けずに、ガラス基板表面に、エッチング処理やレーザー光の照射等の手段で凹凸を付け、テクスチャリング処理を施してもよい。
【００７６】
保護層としては、例えば、Cr膜、Cr合金膜、炭素膜、ジルコニア膜、シリカ膜等が挙げられる。これらの保護膜は、下地層、磁性層等とともにインライン型スパッタ装置等で連続して形成できる。また、これらの保護膜は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の膜からなる多層構成としてもよい。
上記保護層上に、あるいは上記保護膜に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層上にテトラアルコキシランをアルコール系の溶媒で希釈した中に、コロイダルシリカ微粒子を分散して塗布し、さらに焼成して酸化ケイ素（SiO2）膜を形成してもよい。この場合、保護膜と凹凸制御層の両方の機能を果たす。
潤滑層としては多種多様な提案がなされているが、一般的には、液体潤滑剤であるパーフルオロポリエーテルをフレオン系などの溶媒で希釈し、媒体表面にディッピング法、スピンコート法、スプレイ法によって塗布し、必要に応じて加熱処理を行って形成する。
【００７７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１〜９
実施例１〜９は、本発明のガラス基板の製造に用いる化学強化用ガラス及び化学強化ガラスの製造例である。
これらのガラスを溶解する際の出発原料としては、SiO2、Al2O3 、Al(OH)3 、MgO 、CaCO3 、Y2O3、TiO2、ZrO2、Li2CO3など、通常使用されている酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いた。これらの原料を、表１及び表２に示した所定の割合に０．３−１８．０Kg秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１５５０−１６００℃で空気中、５〜時間ガラスの溶解を行った。熔融後、ガラス融液をサイズ１８０×１５×２５mm或いは３００×２５０×６０のカーボンの金型に流し、ガラスの転移点温度まで  放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールして炉内で室温まで放冷した。得られたガラスは顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。
【００７８】
３００×２５０×６０ｍｍサイズのガラスを５０×１５×１ｍｍサイズ及びφ９５mmx厚み０．８mmディスク状のガラスに研磨して化学強化用ガラスを得た。これらのガラスを５５０〜６５０℃の温度に保ったKNO3硝酸塩、60%KNO3と40%NaNO3、85%KNO3と15%Ca(NO3)2及び85%KNO3と15%Sr(NO3)2などの混合硝酸塩の処理浴に４〜１６時間浸漬して、ガラス表面層のLiやNaなどのアルカリイオンまたはＭｇなどアルカリ土類イオンを、前期処理浴中のNa、K、Ca、Zn及びSrイオンとそれぞれイオン交換させ、化学強化した。このようにして実施例１〜９の９種類の化学強化ガラスを得た。これらの化学強化ガラスの曲げ強度を化学強化前の曲げ強度とともに、表１及び2の特性欄に示した。
【００７９】
１８０×１５×２５mmサイズのガラスを１００×１０×１０mm、１０×１０×２０mm、１０×１×２０mmに研磨した後、ヤング率、比重、DSCの測定サンプルとした。DSCの測定は１０×１×２０mmの板状ガラスを１５０メッシュの粉末に磨き、５０mgを秤量して白金パンに入れ、MACー３３００型DSC装置を用いて行われた。ヤング率の測定は１００×１０×１０mmのサンプルを用いて超音波法で行った。測定で得られたデータをガラスの組成と共に表１及び2に示した。
なお、比較のため、特許公報第2516553号に開示された市販のTS10結晶化ガラス基板を比較例１として、表2にその特性を記載する。
【００８０】
【表１】
0003965228.tif 000002
【００８１】
【表２】
0003965228.tif 000003
【００８２】
表１及び２から明らかなように、実施例１〜９の化学強化ガラス基板はヤング率や比弾性率などガラスの強度特性が大きいことから、磁気記録媒体用基板として使用した場合、このガラス基板が高速回転しても、基板に反りやブレが生じにくく、より基板の薄型化にも対応できることが分かる。さらに、これらのガラスの表面粗度（Ra）を５Å以下に研磨することができ、平坦性に優れているので、磁気ヘッドの低浮上化を図ることができ、磁気記録媒体用ガラス基板として有用である。
これに対し、比較例１の結晶化ガラス基板は、曲げ強度本発明のガラスとほぼ同程度で優れているものの、ヤング率が本発明のガラス基板に比べかなり劣るため、基板の薄型化や高速回転化に対応できない。特に基板の平滑性が大きな結晶粒子の存在によって損なわれるので、高密度記録化を図ることができない。
【００８３】
前述した実施例１−９で得られた化学強化用ガラスについて、3.5磁気ディスク基板の形状（φ95mm、中心孔部径φ 25mm、厚み0.8mm）に成形し、その後、前述の実施例１−９で述べた方法で化学強化して化学強化ガラスからなる磁気ディスク基板を得た。これらの化学強化ガラス基板をディスク装置にセットして、３５０００rpmで基板を回転させても破壊しなかった。この基板上に磁気膜を付けたディスクでも３５０００rpmの回転では破壊しなかった。
【００８４】
実施例１０  （磁気ディスクの製造方法）
磁気ディスクの製造方法に関しては、図１に示すように本発明のディスク１は、上記の実施例５の化学強化ガラス基板２上に、順次、凸凹制御層３、下地層４、磁気層５、保護層６、潤滑層７を形成したものである。
各層について具体的に説明すると、基板１は、外円径47.5mm、内円径22.5mm、厚み0.8mmの円板上に加工したものであって、その両主表面を表面粗さRa＝４オングストローム、Rmax=３５オングストロームとなるように精密研磨したものである。
凸凹制御層は、平均粗さ５０オングストローム、表面粗さRmaxが１５０オングストローム、窒素の含有量が５−３５％のAlNの薄膜である。
下地層は、厚さ約６００オングストロームのCrVの薄膜で、組成比はCr：83at%、V：17at%である。
磁気層は、厚さ約３００オングストロームのCoPtCrの薄膜で、組成比はCo：76at%、Pt：6.6at%、Cr：17.4at%である。
保護層は、厚さ約１００オングストロームのカーボン薄膜である。
潤滑層は、パーフルオロポリエーテルからなる潤滑層をスピンコート法によって、カーボン保護層に塗布して厚さ８オングストロームに形成したものである。
【００８５】
次に本発明の一実施例に関わる磁気ディスクの製造方法について説明する。
まず、実施例５で製造した化学強化ガラスを、外円径47.5mm、内円径22.5mm、厚み0.8mmの円板上に研削加工し、その両主表面を粗さがRa＝４オングストローム、Rmax=３５オングストロームとなるように精密研磨し、化学強化して磁気ディスク用ガラス基板を得る。
次いで、上記化学強化ガラス基板を基板ホルダーにセットした後、インラインスパッタ装置の仕込み室に送り込む。続いて、化学強化ガラス基板のセットされたホルダーを、Alターゲットがエッチされた第一チャンバーに送り込み、圧力４mtorr、基板温度３５０℃、Ar+N2ガス雰囲気でスパッタリングする。その結果、化学強化ガラス基板上に、表面粗さRmax１５０オングストローム、薄膜厚み５０オングストロームのAlN薄膜（凸凹層）が得られた。
【００８６】
次に、AlNが成膜された化学強化ガラス基板のセットされたホルダーをCrV（ Cr：83at%、V：17at%）ターゲットが設置された第二チャンバー、CoPtCr（ Co：76at%、Pt：6.6at%、Cr：17.4at%）ターゲットが設置された第三チャンバーに連続的に順次に送り込み、基板上にに成膜する。これらの膜は、圧力２mtorr、基板温度３５０℃、Ar雰囲気でスパッタリングし、薄膜厚約６００オングストロームのCrV下地層、薄膜厚約３００オングストロームのCoPtCr磁気層を得る。
次いで、凸凹制御層、下地層、磁性層が形成された積層体を、加熱処理するための加熱ヒーターが設けられた第四チャンバーに送り込む。このとき第四チャンバー内をArガスmtorr）雰囲気にし、熱処理温度を変化させて熱処理を行う。
【００８７】
上記基板をカーボンターゲットが設置された第五チャンバーに送り込み、Ar+H2（H2=6%）雰囲気中で成膜した以外は上記CrV下地層、CoPtCr磁性層と同じ成膜条件で、薄膜厚約１００オングストロームのカーボン保護層を得る。
最後に、カーボン保護層の形成までを終えた基板を上記インラインセンススパッタ装置から取り出し、そのカーボン保護層の表面に、ディッピング法によってパーフルオロポリエーテルを塗布して厚８オングストロームの潤滑層を形成して磁気ディスクを得た。
以上、好ましい実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００８８】
【発明の効果】
本発明のガラスを用いることで、無アルカリガラスまたは低アルカリガラスであっても、イオン交換層を形成して曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上のガラス基板を提供することができる。本発明によれば、36×106Nm/kg以上の高い比弾性率または１１０ＧＰａ以上の大きなヤング率を有する無アルカリガラスまたは低アルカリガラスであっても、イオン交換層を形成して曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上のガラス基板を提供することができる。さらに、７００℃以上の高い転移温度（高い耐熱性）を有し、優れた表面平滑性（表面粗さＲａ＜９オングストローム）を有するガラス基板であって、曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ2以上の強度の大きいガラスを提供することもできる。
また、本発明のガラスは耐熱性に優れるため、磁気膜の特性向上に必要な熱処理を基板が変形すること無しに施すことができ、平坦性に優れるため、磁気ヘッドの低浮上化即ち高密度記録化が達成でき、比弾性率及び強度が大きいので、磁気ディスクの薄型化を達成できると共に磁気ディスクの破損も避けられる。さらにガラスとしても比較的安定に得ることができ、工業的規模での生産が容易であるため、安価な次世代磁気記録媒体用基板ガラスとして大いに期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成した磁気ディスク１の概略断面図。
【図１】
0003965228.tif 000004