JP2004161597A

JP2004161597A - ガラス組成物及びガラス基板

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Publication number: JP2004161597A
Application number: JP2003071789A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawai; 秀樹河合; Toshiharu Mori; 登史晴森
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP4530618B2; US20040063564A1; US7396788B2

Abstract

【課題】強化処理を行うことなく高い剛性と破壊靭性を有し、また適度な表面硬度を有すると共にアルカリ成分の溶出が少なく、さらには高い線熱膨張係数を有するガラス基板及びこれに用いるガラス組成物を提供する。
【解決手段】重量％で、ＳｉＯ₂：４５〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃：０〜１５％、ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃：６５〜９０％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の総量：７〜２０％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＺｎＯ：０〜６％、Ｒ’Ｏ（Ｒ’＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ）の総量：０〜１２％、ＴｉＯ₂：０．５〜１０％、ＺｒＯ₂：０．５〜１０％、Ｌｎ_xＯ_y：０〜８％、ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂＋Ｌｎ_xＯ_y：１〜１５％、の各ガラス成分を有し、
Ｂ₂Ｏ₃＝０％又はＡｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃≧１．０
且つ（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／（Ｒ₂Ｏの総量＋Ｒ’Ｏの総量）≧３を満足する構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス基板及びこれに用いるガラス組成物に関し、より詳細には磁気ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ、ＭＤなどの情報記録用媒体や光通信用素子などの基板として用いるガラス基板及びこれに用いるガラス組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ディスク用基板としては、デスクトップ用コンピュータやサーバなどの据え置き型にはアルミニウム合金が、他方ノート型コンピュータやモバイル型コンピュータなどの携帯型にはガラス基板が一般に使用されていたが、アルミニウム合金は変形しやすく、また硬さが不十分であるため研磨後の基板表面の平滑性が十分とは言えなかった。さらに、ヘッドが機械的に磁気ディスクに接触する際、磁性膜が基板から剥離しやすいという問題もあった。そこで、変形が少なく、平滑性が良好で、かつ機械的強度の大きいガラス基板が携帯型のみならず据え置き型の機器やその他の家庭用情報機器にも今後広く使用されていくものと予測される。
【０００３】
ガラス基板としては、基板表面のアルカリ元素を他のアルカリ元素と置換することにより圧縮歪みを発生させ、機械的強度を向上させた化学強化ガラスが知られている。しかし化学強化ガラスでは煩雑なイオン交換工程が必要であり、またイオン交換後の再加工が不可能であるため製造歩留を上げることが難しかった。また、ガラス基板にイオン交換性を持たせるために、アルカリイオンの基板中での移動が容易となるようにしていたので、基板表面のアルカリイオンが、磁性膜を成膜する際の加熱工程時に表面に移動して溶出したり、あるいは磁性膜を侵食したり、磁性膜の付着強度を劣化させたりする問題があった。
【０００４】
一方、化学強化処理を行わない一般的なガラス基板としてはソーダライム基板があるが、このソーダライム基板を情報記録用基板として用いるには機械的強度、化学的耐久性が不十分であった。また、液晶基板などに使用されているガラス材料では、高温での熱安定性を維持するため無アルカリあるいは低アルカリ化によって線熱膨張係数を低く抑えているので、SUS鋼などでできたクランプやスピンドルモータ部材の線熱膨張係数との差が大きく、記録媒体の記録装置への取付け時や情報記録時に不具合が生じることがあった。また機械的強度が不十分であるため情報記録用基板へ適用は困難であった。
【０００５】
また光フィルタや光スイッチなどの光通信用素子でも基板としてガラス基板が用いられているが、ガラス基板から溶出したアルカリ成分によって前記素子が劣化することがあった。また、ガラス基板上に形成される膜の密度が大きくなるほど、温度・湿度の変化による波長シフトが抑制されるところ、従来広く用いられている真空蒸着法では形成できる膜の密度に限界があった。
【０００６】
さらには、ガラス基板を情報記録用として用いる場合に、情報記録用膜をガラス基板上に形成する際、表面に加わえられる圧力や加熱、衝撃によりガラス基板にクラックが入り、製品の歩留まりが低下することがあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１９４６６号公報（特許請求の範囲の欄、表１〜表５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強化処理を行うことなく高い機械的強度を有し、またアルカリ溶出量が少なく、そして線熱膨張係数がモータ部材のそれに近く、さらには高い破壊靭性を有すると共に所定の表面硬度を有するガラス基板及びこれに用いるガラス組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、重量％で、ＳｉＯ₂：４５〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃：６５〜９０％、Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の総量：７〜２０％、Ｒ’Ｏ（Ｒ’＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）の総量：０〜１２％（ただし、ゼロを含む）の各ガラス成分を有し、
Ｂ₂Ｏ₃＝０％又はＡｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃≧１．０
且つ
（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／（Ｒ₂Ｏの総量＋Ｒ’Ｏの総量）≧３
を満足するガラス組成物が提供される。なお、以下「％」は特に断りのない限り「重量％」を意味するものとする。
【００１０】
剛性の向上や線熱膨張の上昇、溶融性の改善の観点から、Ｌｉ₂Ｏ：０．１〜１５％、Ｎａ₂Ｏ：０．１〜１５％、Ｋ₂Ｏ：０．１〜１０、ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂＋Ｌｎ_xＯ_y：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）のガラス成分をさらに含有させてもよい。
【００１１】
また本発明によれば、前記ガラス組成物から作製したことを特徴とするガラス基板が提供される。
【００１２】
ここで、強化処理を行うことなく、比弾性率Ｅ／ρを３１以上、ビッカース硬度Ｈｖを５００〜７００の範囲、アルカリ溶出量Ａを３５０ｐｐｂ／２．５インチディスク以下、線熱膨張係数αを６０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃、破壊靭性値Ｋｃを０．８０より大きくするのが好ましい。
【００１３】
また、溶融生産性、成形性などの観点から、ガラス転移温度Ｔｇを６００℃以下、液相温度Ｔ_Lを１，３００℃以下、ガラスの溶融粘性ｌｏｇη＝２となる温度Ｔ_logη₌₂を１，５５０℃以下とするのが好ましい。ガラス転移点Ｔｇは、粉末状に調整したガラス試料を示差熱測定装置を用いて室温〜９００℃の温度範囲を１０℃／ｍｉｎの昇温率で加熱し測定した値である。液相温度Ｔ_Lは、１，５５０℃で２ｈｒ溶融保持後、１，３００℃で１０時間保持し急冷した後、ガラスの表面及び内部に失透物の発生の有無を確認し判定したものである。温度Ｔ_logη₌₂は、撹拌式粘性測定機を用いて溶融したガラスの粘性を測定したときのｌｏｇη＝２となる温度である。
【００１４】
なお、比弾性率（Ｅ／ρ）はヤング率Ｅを比重ρで割った値であって、ヤング率はＪＩＳＲ１６０２ファインセラミックスの弾性試験方法の動的弾性率試験方法に準じて測定する。またビッカース硬度Ｈｖは、ビッカース硬度試験機を用い荷重１００ｇ、負荷時間１５ｓｅｃの条件下にて測定した値である。アルカリ溶出量Ｂは、酸化セリウムで表面を研磨してＲａ値が２ｎｍ以下の平滑面とした後表面を洗浄した試料ガラスを、８０℃の逆浸透膜水５０ｍｌ中に２４ｈ浸漬した後、ＩＣＰ発光分光分析装置でその溶出液を分析し算出した値である。したがってアルカリ溶出量はＬｉ，Ｎａ，Ｋ溶出量の総量である。なお、試料ガラスは２．５インチディスク基板と略同一の表面積のものを用いた。線熱膨張係数Ａは、示差膨張測定装置を用いて、荷重：５ｇ、温度範囲：２５〜１００℃、昇温速度：５℃／ｍｉｎの条件で測定した値である。
【００１５】
また破壊靭性値Ｋｃは、ビッカース硬度試験機を用いて、荷重５００ｇ、負荷時間１５ｓｅｃの条件下にてビッカース圧子にて圧痕をつけ下記式から算出した（図２を参照）。
Ｋｃ＝0.018（Ｅ／ＨＶ）^1/2（Ｐ／Ｃ^3/2）＝0.026Ｅ^1/2Ｐ^1/2ａ／Ｃ^3/2
（式中、Ｋｃ：破壊靭性値（Pa・m^1/2）、Ｅ：弾性率(Pa)、Ｈｖ：ビッカース硬度(Pa)、Ｐ：押し込み荷重(N)、Ｃ：クラック長さの平均の半分(m)、ａ：圧痕の対角線長さの平均の半分(m)）
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、強化処理を行うことなくガラス基板の剛性を大きくすると共に、線熱膨張係数を従来よりも大きくしながらアルカリ溶出量は少なくし、さらには化学的耐久性を向上させ、破壊靭性値を大きくするべく鋭意検討を重ねた。この結果、ガラスのマトリックス成分としてＳｉＯ₂を用い、そこに所定量のＡｌ₂Ｏ₃及びＢ₂Ｏ₃を含有させてガラスの骨格を形成することにより所定の剛性が得られ、またこれらのガラスの骨格成分の総量とＲ₂Ｏ（Ｒ：Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）及びＲ’Ｏ（Ｒ’：Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）の総量との比を所定範囲とすることにより高い破壊靭性値を得られ、さらに特定のアルカリ金属酸化物の総含有量を特定の範囲にすることにより、線熱膨張係数を高くできると同時にアルカリ溶出量を抑えられることを見出し本発明をなすに至った。
【００１７】
以下、本発明に係るガラス組成物の成分についてその限定した理由について説明する。まずＳｉＯ₂はガラスのマトリックスを形成する成分である。その含有量が４５％未満では、ガラスの構造が不安定となり化学的耐久性が劣化すると共に、溶融時粘性特性が悪くなり成形性に支障を来す。一方含有量が７５％を超えると、溶融性が悪くなり生産性が低下すると共に、十分な剛性が得られなくなる。そこで含有量を４５〜７５％の範囲と定めた。より好ましい範囲は５０〜７２％の範囲である。
【００１８】
Ａｌ₂Ｏ₃はガラスのマトリックス中に入り、ガラス構造を安定化させ、化学的耐久性を向上させる効果を奏する。含有量が１％未満では十分な安定化効果が得られない。他方２０％を超えると溶融性が悪くなり、生産性に支障を来す。そこで含有量を１〜２０％の範囲と定めた。より好ましい範囲は３〜１６％の範囲である。
【００１９】
Ｂ₂Ｏ₃は溶融性を改善し生産性を向上させると共に、ガラスのマトリックス中に入りガラス構造を安定化させ、化学的耐久性を向上させる効果を奏する。含有量が１５％を超えると、溶融時粘性特性が悪くなり、成形性に支障を来すと共に、ガラスが不安定になる。そこで含有量を１５％以下（ただしゼロを含む）の範囲と定めた。より好ましい上限値は１２％であり、好ましい下限値は０．５％である。
【００２０】
ガラスの骨格成分であるこれら３つのガラス成分の総量が６５％より少ないと、ガラスの構造が脆弱となる一方、前記総量が９０％を超えると、溶融性が低下し生産性が落ちる。そこで前記総量を６５〜９０％の範囲と定めた。より好ましい範囲は６８〜８８％の範囲である。
【００２１】
アルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）は、溶融性を改善し、線熱膨張係数を増大させる効果を奏する。アルカリ金属酸化物の総量が７％未満では溶融性の改善および線熱膨張係数の増大という効果が充分には得られない。他方、総量が２０％超えるとガラス骨格間に分散されるアルカリ量が過剰となりアルカリ溶出量が増大する。そこでアルカリ金属酸化物の総量を７〜２０％の範囲と定めた。より好ましい範囲は８〜１８％の範囲である。また、アルカリ溶出量を低減する、いわゆるアルカリ混合効果を得るためには、前記アルカリ金属酸化物の各成分の下限含有量をそれぞれ０．１％とするのが望ましい。一方、化学的耐久性および溶融安定性の観点から、上限含有量をＬｉ₂ＯとＮａ₂Ｏとは１５％、Ｋ₂Ｏは１０％とするのが望ましい。
【００２２】
また２価の金属酸化物Ｒ’Ｏ（Ｒ’：Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）は、剛性を上げると共に溶融性を改善し、ガラス構造を安定化させる効果を奏する。Ｒ’Ｏの総量が１２％を超えると、ガラス構造が不安定となり溶融生産性が低下すると共に化学的耐久性が低下する。そこでＲ’Ｏの含有量を１２％以下と定めた。Ｒ’Ｏの総量のより好ましい上限値は１０％である。Ｒ’Ｏの各成分の好適含有量は次の通りである。
【００２３】
ＭｇＯは剛性を上げると共に溶融性を改善する効果を奏する。含有量が１０％を超えるとガラス構造が不安定となり、溶融生産性が低下すると共に化学的耐久性が低下するおそれがある。したがって含有量は０〜１０％の範囲が好ましい。より好ましい上限値は８％である。
【００２４】
またＣａＯは線熱膨張係数及び剛性を上げると共に溶融性を改善する効果を奏する。含有量が１０％を超えると、ガラス構造が不安定となり溶融生産性が低下すると共に化学的耐久性が低下するおそれがある。したがって含有量は０〜１０％の範囲が好ましい。より好ましい上限値は８％である。
【００２５】
ＳｒＯは線熱膨張係数を上げ、ガラス構造を安定化すると共に、溶融性を改善する効果を奏する。含有量が８％を超えるとガラス構造が不安定となるおそれがある。したがって含有量は０〜８％の範囲が好ましい。より好ましい上限値は６％である。
【００２６】
ＢａＯはＳｒＯを同じ効果を奏し、その含有量が８％を超えるとガラス構造が不安定となるおそれがある。したがって含有量は０〜８％の範囲が好ましい。より好ましい上限値は６％である。
【００２７】
ＺｎＯは化学的耐久性及び剛性を上げると共に溶融性を改善する効果を奏する。含有量が６％を超えると、ガラス構造が不安定となり溶融生産性が低下すると共に化学的耐久性が低下するおそれがある。したがって含有量は０〜６％の範囲が好ましい。より好ましい上限値は５％である。
【００２８】
さらに本発明のガラス組成物ではＢ₂Ｏ₃の含有量がゼロでない場合には、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃が１．０以上である必要がある。Ａｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃が１．０より小さいと、ガラスの骨格におけるＢ₂Ｏ₃の量が多くなりすぎガラスの構造が脆弱になるからである。
【００２９】
そしてまた（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）と（Ｒ₂Ｏの総量＋Ｒ’Ｏの総量）との比が３以上である必要がある。（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）と（Ｒ₂Ｏの総量＋Ｒ’Ｏの総量）との比が３より小さいと、ガラスの骨格に対して修飾酸化物であるＲ₂ＯとＲ’Ｏが過剰となりガラス構造が不安定となるからである。前記比のより好ましい下限値は３．５で、好ましい上限値は１２である。
【００３０】
本発明のガラス組成物では、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｌｎ_xＯ_yのガラス成分の１種または２種以上の特定量を必要によりさらに含有させてもよい。しかし（ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂＋Ｌｎ_xＯ_y）が１５％を超えるとガラスが不安定となり、靭性が大幅に低下すると共に失透傾向が高まり生産性が著しく低下することがある。したがってこれらの総量は０〜１５％の範囲が好ましい。より好ましい総量は０．５〜１２％の範囲である。これらのガラス成分の好適含有量は次の通りである。
【００３１】
ＴｉＯ₂はガラスの構造を強固にし、剛性を向上させると共に溶融性を改善する効果を奏する。含有量が１０％を超えるとガラス構造が不安定となり、溶融生産性が低下すると共に化学的耐久性が低下するおそれがある。したがって含有量は０〜１０％の範囲が好ましい。より好ましい範囲は０．５〜８％の範囲である。
【００３２】
またＺｒＯ₂はガラスの構造を強固にし剛性を向上させると共に化学的耐久性を向上させる効果を奏する。含有量が１０％を超えると溶融性が低下し生産性が向上しないおそれがある。したがって含有量は０〜１０％の範囲が好ましい。より好ましい範囲は０．５〜８％の範囲である。
【００３３】
Ｌｎ_xＯ_yはガラスの構造を堅固にし剛性を向上させる効果を奏する。含有量が８％を超えるとガラス構造が不安定となり、溶融生産性が低下すると共に比重が大きくなりＨＤＤ部材として不利となる。したがって含有量は８％以下が好ましい。より好ましい上限値は６％である。なお、このＬｎ_xＯ_yはランタノイド金属酸化物及びＹ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｔａ₂Ｏ₅からなる群より選ばれた少なくとも１つの化合物を意味し、ランタノイド金属酸化物としては、Ｌｎ₂Ｏ₃やＬｎＯなどが種類があり、ＬｎとしてはＬａ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどが挙げられる。
【００３４】
本発明のガラス組成物には、Ｓｂ₂Ｏ₃などの清澄剤を２％以下の範囲で添加してもよい。その他必要により従来公知のガラス成分及び添加剤を本発明の効果を害しない範囲で添加しても構わない。
【００３５】
次に本発明のガラス基板について説明する。本発明のガラス基板の大きな特徴は前記ガラス組成物を用いて製造したことにある。ガラス基板の製造方法に特に限定はなく、これまで公知の製造方法を用いることができる。例えば、各成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を使用し、所望の割合に秤量し、粉末で十分に混合して調合原料とする。これを例えば１，３００〜１，５５０℃に加熱された電気炉中の白金坩堝などに投入し、溶融清澄後、撹拌均質化して予め加熱された鋳型に鋳込み、徐冷してガラスブロックにする。次に、ガラス転移点付近まで再加熱し、徐冷して歪み取りを行う。そして得られたガラスブロックを円盤形状にスライスして、内周および外周を同心円としてコアドリルを用いて切り出す。あるいは溶融ガラスをプレス成形して円盤状に成形する。そして、このようにして得られた円盤状のガラス基板は、さらにその両面を粗研磨および研磨された後、水、酸、アルカリの少なくとも１つの液で洗浄されて最終的なガラス基板とされる。
【００３６】
ここで、本発明のガラス基板を例えば情報記録用媒体の基板として用いる場合に、ヘッドの浮上量や記録媒体の膜厚を小さくする観点などから、研磨工程後のガラス基板の表面粗度Ｒａを１ｎｍ以下とし、且つ洗浄工程後の表面粗度Ｒａ’を表面粗度Ｒａの１．５倍以下とするのが好ましい。アルカリ成分を多く含む、強化処理を行ったガラス基板の場合には、研磨により表面粗度Ｒａを１ｎｍ以下にすることは可能であるが、次の洗浄工程において、水や酸、アルカリで基板表面を表面洗浄したときに、化学的耐久性が低いため表面が激しく浸食される結果、洗浄工程後の表面粗度Ｒａ’が大きくなってしまう。一方、強化処理しないガラス基板では一般に、基板の表面および内部の組成が均質であるので、洗浄工程においても基板の表面粗度Ｒａ’は大きくは変化しない。このため、ガラス成分を最適化することにより洗浄工程後の表面粗度Ｒａ’を研磨工程後の表面粗度Ｒａの１．５倍以下とすることも可能となる。
【００３７】
本発明に係るガラス基板ではつぎの諸物性を満足しているのが好ましい。まず、比弾性率（Ｅ／ρ）が３１以上であるのが好ましい。強化処理を行っていないガラス基板では機械的強度は基板の剛性に依存するため、比弾性率が３１よりも小さいと、基板の機械的強度が不十分となり、ＨＤＤ搭載時に外部から衝撃を受けた際、ＨＤＤ部材との締結部分から破損しやすくなるからである。より好ましい比弾性率（Ｅ／ρ）は３２以上である。
【００３８】
ビッカース硬度Ｈｖは５００〜７００の範囲が好ましい。ビッカース硬度Ｈｖが５００よりも小さいと、衝撃による破損や製造工程内での損傷が生じやすくなる。一方、ビッカース硬度Ｈｖが７００よりも大きいと、ガラス基板の研磨加工において研磨レート低下し、所望の平滑面が得られにくくなる共に、研磨加工後のテープテクスチャー加工による表面形状の調整やテープもしくはスクラブ洗浄処理による表面欠陥修正などが困難となるからである。ビッカース硬度をこのような範囲とするには、例えば目的とする主物性を劣化させない範囲で、ガラス中のイオン充填率を高めるように成分比率を調整すればよい。ビッカース硬度Ｈｖのより好ましい下限値は５２０であり、より好ましい上限値は６８０である。
【００３９】
アルカリ溶出量Ａは２．５インチディスク当たり３５０ｐｐｂ以下が好ましい。アルカリ溶出量Ａが３５０ｐｐｂより多いと、ガラス基板を情報記録用媒体として用いた場合に、ガラス基板表面に形成される磁性膜などの記録膜が、溶出したアルカリ成分によって劣化するからである。より好ましいアルカリ溶出量Ａは３２０ｐｐｂ以下である。
【００４０】
線熱膨張係数αは６０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃の範囲が好ましい。線熱膨張係数αがこの範囲から外れると、ガラス基板を用いた情報記録用媒体を取り付ける駆動部の材料の線熱膨張係数との差が大きくなって、情報記録用媒体の固定部に応力が発生し、基板の破損や基板の変形による記録位置のズレが発生し、記録の読み書きができなくなるからである。線熱膨張係数のより好ましい下限値は６２×１０^-7／℃であり、より好ましい上限値は８８×１０^-7／℃である。
【００４１】
破壊靭性値Ｋｃは０．８０より大きいのが好ましい。ガラス基板を情報記録用媒体として用いる場合、破壊靭性値Ｋｃが０．８０以下であると、ガラス基板表面に磁性膜などの記録膜を形成する工程において加わえられる圧力などによりガラス基板にひび割れが生じることがあるからである。また、破壊靭性値Ｋｃが０．８０以下であると、基板の機械加工において基板が損傷を受けやすくなり、加工歩留まりが大きく低下する。破壊靭性値Ｋｃのより好ましい下限値は０．８５である。
【００４２】
ガラス溶液を１，５００℃で２４時間保持したときの重量減少率は８．０％未満とするのが好ましい。重量減少率が８．０％以上であると、物性安定性および生産性が低下するからである。
【００４３】
また、本発明のガラス基板では、ガラス転移温度Ｔｇを６００℃以下とし、溶融成形時における生産性などの観点から液相温度Ｔ_Lを１，３００℃以下とし、さらにガラスの溶融粘性ｌｏｇη＝２となる温度Ｔ_logη₌₂を１，５５０℃以下とするのが好ましい。ガラス転移温度、液相温度及びＴ_logη₌₂をこのような範囲とするには、例えばガラス転移温度については、骨格成分であるＳｉＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃，Ａｌ₂Ｏ₃の総量及びそれら比率、そしてガラス転移温度を大幅に低下させる成分であるアルカリ金属酸化物の添加量を、目的とする主物性を劣化させない範囲で調整すればよい。ガラスの液相温度については、過剰に添加するとガラスが不安定になる成分の総量及び比率を調整してやればよい。Ｔ_logη₌₂については、目的とする主物性を劣化させない範囲で、粘性を高める主成分であるＳｉＯ₂と粘性を改善する成分との添加比率を調整すればよい。
【００４４】
本発明のガラス基板は、その大きさに限定はなく３．５，２．５，１．８インチ、あるいはそれ以下の小径ディスクとすることもでき、またその厚さは２ｍｍや１ｍｍ、０．６３ｍｍ、あるいはそれ以下といった薄型とすることもできる。
【００４５】
次に、本発明のガラス基板を用いた情報記録用媒体について説明する。情報記録用媒体の基板として本発明のガラス基板を用いると、耐久性および高記録密度が実現される。以下、図面に基づき情報記録用媒体について説明する。
【００４６】
図１は磁気ディスクの斜視図である。この磁気ディスクＤは、円形のガラス基板１の表面に磁性膜２を直接形成したものである。磁性膜２の形成方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば磁性粒子を分散させた熱硬化性樹脂を基板上にスピンコートして形成する方法や、スパッタリング、無電解めっきにより形成する方法が挙げられる。スピンコート法での膜厚は約０．３〜１．２μｍ程度、スパッタリング法での膜厚は０．０４〜０．０８μｍ程度、無電解めっき法での膜厚は０．０５〜０．１μｍ程度であり、薄膜化および高密度化の観点からはスパッタリング法および無電解めっき法による膜形成が好ましい。
【００４７】
磁性膜に用いる磁性材料としては、特に限定はなく従来公知のものが使用できるが、高い保持力を得るために結晶異方性の高いＣｏを基本とし、残留磁束密度を調整する目的でＮｉやＣｒを加えたＣｏ系合金などが好適である。具体的には、Ｃｏを主成分とするＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＮｉ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＮｉＰｔや、ＣｏＮｉＣｒＰｔ、ＣｏＮｉＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢ、ＣｏＣｒＰｔＳｉＯなどが挙げられる。磁性膜は、非磁性膜（例えば、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶなど）で分割しノイズの低減を図った多層構成（例えば、ＣｏＰｔＣｒ／ＣｒＭｏ／ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＴａ／ＣｒＭｏ／ＣｏＣｒＰｔＴａなど）としてもよい。上記の磁性材料の他、フェライト系、鉄−希土類系や、ＳｉＯ₂、ＢＮなどからなる非磁性膜中にＦｅ、Ｃｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＰｔ等の磁性粒子を分散された構造のグラニュラーなどであってもよい。また、磁性膜は、内面型および垂直型のいずれの記録形式であってもよい。
【００４８】
また、磁気ヘッドの滑りをよくするために磁性膜の表面に潤滑剤を薄くコーティングしてもよい。潤滑剤としては、例えば液体潤滑剤であるパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）をフレオン系などの溶媒で希釈したものが挙げられる。
【００４９】
さらに必要により下地層や保護層を設けてもよい。磁気ディスクにおける下地層は磁性膜に応じて選択される。下地層の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Ａｌ、Ｎｉ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が挙げられる。Ｃｏを主成分とする磁性膜の場合には、磁気特性向上等の観点からＣｒ単体やＣｒ合金であることが好ましい。また、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しても構わない。例えば、Ｃｒ／Ｃｒ、Ｃｒ／ＣｒＭｏ、Ｃｒ／ＣｒＶ、ＮｉＡｌ／Ｃｒ、ＮｉＡｌ／ＣｒＭｏ、ＮｉＡｌ／ＣｒＶ等の多層下地層としてもよい。
【００５０】
磁性膜の摩耗や腐食を防止する保護層としては、例えば、Ｃｒ層、Ｃｒ合金層、カーボン層、水素化カーボン層、ジルコニア層、シリカ層などが挙げられる。これらの保護層は、下地層、磁性膜など共にインライン型スパッタ装置で連続して形成できる。また、これらの保護層は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の層からなる多層構成としてもよい。なお、上記保護層上に、あるいは上記保護層に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層に替えて、Ｃｒ層の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)層を形成してもよい。
【００５１】
以上、情報記録用媒体の一実施態様として磁気ディスクについて説明したが、情報記録用媒体はこれに限定されるものではなく、光磁気ディスクや光ディスクなどにも本発明のガラス基板を用いることができる。
【００５２】
また、本発明のガラス基板は光通信用素子にも好適に使用できる。本発明のガラス基板では、アルカリ溶出量が２．５インチディスク当たり３５０ｐｐｂ以下と少なく、基板から溶出したアルカリ成分によって基板上の膜が劣化することがない。また、従来のガラス基板に比べて線熱膨張係数が６０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃の範囲と大きいので、蒸着工程で加熱されたガラス基板が冷却されて縮む量が大きくなり、このガラス基板の収縮により基板表面に形成された膜が圧縮されてその密度が大きくなる。この結果、温度・湿度の変化による波長シフトが抑制される。
【００５３】
以下、波長多重分割（「ＤＷＤＭ」；Dense Wavelength Division Multiplexing）用の光フィルタを例に本発明のガラス基板を用いた光通信用素子について説明する。誘電体多層膜を用いた光フィルタは高屈折率層と低屈折率層とを有し、これらの層を積層した構造を有している。これらの層を形成する方法としては、特に限定はなく従来公知の方法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームアシスト法などを用いることができる。この中でも生産性が高いことから真空蒸着法が推奨される。真空蒸着は、真空中で蒸着材料を加熱し、発生した蒸気を基体上に凝縮・付着させて薄膜を形成する方法である。蒸着材料の加熱方法には、抵抗加熱、外熱ルツボ、電子ビーム、高周波、レーザーなどの各種方法がある。具体的な蒸着条件として、真空度は１×１０^-3〜５×１０^-3Ｐａ程度である。蒸着中は真空度が一定となるように電磁弁を制御して導入酸素量を調整する。そして層厚モニターにより所定層厚となったところでシャターを閉じて蒸着を終了する。
【００５４】
各膜厚としては特に限定はないが、光学的膜厚が波長の１／４とするのが基本であって、一般的に１μｍ程度までである。また、総層数は一般的に１００層を超える。用いる膜材料としては例えば、誘電体や半導体、金属であって、この中でも誘電体が特に好ましい。
【００５５】
以上、本発明のガラス基板を用いた光通信用素子の一実施態様としてＤＷＤＭ用の光フィルタについて説明したが、光通信用素子はこれに限定されるものではなく、本発明のガラス基板は光スイッチ、合分波素子などの光通信用素子にも使用できる。
【００５６】
【実施例】
実施例１〜２３３，比較例１〜５
定められた量の原料粉末を白金るつぼに秤量して入れ、混合したのち、電気炉中で１，５５０℃で溶解した。原料が充分に溶解したのち、撹拌羽をガラス融液に挿入し、約１時間撹拌した。その後、撹拌羽を取り出し、３０分間静置したのち、治具に融液を流しこむことによってガラスブロックを得た。その後各ガラスのガラス転移点付近までガラスブロックを再加熱し、徐冷して歪取りを行った。得られたガラスブロックを約１.５ｍｍの厚さ、２．５インチの円盤形状にスライスし、内周，外周を同心円としてカッターを用いて切り出した。そして、両面を粗研磨及び研磨、洗浄を行って実施例及び比較例のガラス基板を作製した。作製したガラス基板について下記物性評価を行った。結果を合わせて表１〜表１２に示す。
【００５７】
（比弾性率）
ヤング率Ｅを「ＪＩＳＲ１６０２」ファインセラミックスの弾性試験方法の動的弾性率試験方法に準じて測定し、これを天秤法で測定した比重値で割って比弾性率を算出した。
【００５８】
（ビッカース硬度Ｈｖ）
ビッカース硬度試験機を用い荷重１００ｇ、負荷時間１５ｓｅｃの条件下にて測定した。
【００５９】
（アルカリ溶出量Ａ）
ガラス基板の表面を酸化セリウムで研磨してＲａ値が２ｎｍ以下の平滑面とした後、表面を洗浄し、８０℃の逆浸透膜水５０ｍｌ中に２４ｈ浸漬した後、ＩＣＰ発光分光分析装置でその溶出液を分析し算出した。
【００６０】
（線熱膨張係数α）
示差膨張測定装置を用いて、荷重：５ｇ、温度範囲：２５〜１００℃、昇温速度：５℃／ｍｉｎの条件で測定した。
【００６１】
（破壊靭性値Ｋｃ）
ビッカース硬度試験機を用い、荷重５００ｇ、負荷時間１５ｓｅｃの条件下にてビッカース圧子にて圧痕をつけ前記式から算出した。
【００６２】
（ガラス転移点Ｔｇ）
粉末状に調整したガラス試料を、示差熱測定装置によって室温〜９００℃の温度範囲を１０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し測定した。
【００６３】
（液相温度Ｔ_L）
１，５５０℃で２ｈｒ溶融保持後、１，３００℃で１０時間保持し急冷した後、ガラスの表面及び内部に失透物の発生の有無を観察し、失透物がなかった場合を「○」、失透物があった場合を「×」とした。
【００６４】
（温度Ｔ_logη₌₂）
撹拌式粘性測定機を用いて溶融したガラスの粘性を測定し、ｌｏｇη＝２となる温度Ｔ_logη₌₂を求め、Ｔ_logη₌₂が１，５５０℃以下であった場合を「○」、１，５５０℃を超えていた場合を「×」とした。
【００６５】
（重量減少率）
ガラスカレット５０ｇを白金るつぼで溶解させ、１，５００℃で２４時間保持して、保持前後の重量を測定し下記式から算出した。
重量減少率（％）＝（保持前重量−保持後重量）／（保持前重量）×１００
【００６６】
【表１】

【００６７】
【表２】

【００６８】
【表３】

【００６９】
【表４】

【００７０】
【表５】

【００７１】
【表６】

【００７２】
【表７】

【００７３】
【表８】

【００７４】
【表９】

【００７５】
【表１０】

【００７６】
【表１１】

【００７７】
【表１２】

【００７８】
表１〜表１２によれば、実施例１〜２３３のガラス基板では比弾性率が３２以上と従来のガラス基板に比べ大きい値となり、またビッカース硬度は５３０〜６８０の範囲と適度な表面硬度を有していた。さらに、アルカリ溶出量は３５０ｐｐｂ以下と従来のガラス基板に比べ少なかった。そしてまた、線熱膨張係数は６０〜９０×１０^-7／℃の範囲とＨＤＤの部材と近い値であった。また破壊靭性値は０．８０よりいずれも大きく、いずれも実用上まったく問題のないレベルであった。さらに、ガラスの溶融性についても良好なレベルであった。
【００７９】
一方、表６によれば、比較例１のガラス基板では、ＳｉＯ₂の含有量が４３．１％と少ないため、ガラスの構造が軟弱となりアルカリ溶出量が増加した。また、Ｒ’Ｏ（Ｒ’：Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ）の総量が多い結果、Ｒ₂ＯとＲ’Ｏとの総量に対するガラスの骨格成分（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）の含有量が少なくなり、ビッカース硬度および破壊靭性値が低下した。またガラスに失透物が見られた。一方、ＳｉＯ₂の含有量が７６．８％と多い比較例２のガラス基板では、比弾性率が低下し、また温度Ｔ_logη₌₂が高くガラスの溶融性が悪かった。ガラスの骨格成分（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）の含有量が少なく、Ｒ₂Ｏ（Ｒ：Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の含有量が多く、さらにＲ₂ＯとＲ’Ｏとの総量に対するガラスの骨格成分（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）の含有量が少ない比較例３のガラス基板では、比弾性率、ビッカース硬度、アルカリ溶出量、線熱膨張係数および破壊靭性値のすべての特性において所望値が得られなかった。
【００８０】
また表１２によれば、比較例４のガラス基板では、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が１５．７％と多いためガラスの構造が脆弱となり、アルカリ溶出量が増加するとともに重量減少率が高くなった。さらには線熱膨張係数が小さくなった。一方、比較例５のガラス基板では、Ａｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃が０．５３と小さいためガラスの構造が脆弱になり、比較例４のガラス基板と同様に、アルカリ溶出量が増加するとともに重量減少率が高くなった。また破壊靭性値が小さく、さらには温度Ｔ_logη₌₂も高くガラスの溶融性が悪かった。
【００８１】
【発明の効果】
本発明に係るガラス組成物及びガラス基板は、強化処理を行うことなく高い剛性を有し、また適度な表面硬度を有し基板表面の傷を防止すると共に研磨などの表面加工が容易で、しかもアルカリ成分の溶出が少ない。また従来に比べ線熱膨張係数が高くＨＤＤの部材のそれに近くなったので、記録装置への取付け時や情報記録時に不具合が生じることがない。また破壊靭性値が高いので情報記録用基板の製造時などに基板が破損することがない。
【００８２】
本発明に係るガラス基板を情報記録用媒体に使用すると、表面処理が容易で、製造工程中において破損することがなく、耐久性に優れ、高い記録密度が得られる。
【００８３】
また本発明に係るガラス基板を光通信用素子に使用すると、経時変化が少なく、温度・湿度の変化による波長シフトを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス基板を用いた情報記録用媒体の一例を示す斜視図である。
【図２】ビッカース圧子で押圧したときにできるガラス基板表面の圧痕とクラックの模式図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２磁性膜
Ｄ磁気ディスク

Claims

重量％で、
ＳｉＯ₂：４５〜７５％、
Ａｌ₂Ｏ₃：１〜２０％、
Ｂ₂Ｏ₃：０〜１５％（ただし、ゼロを含む）、
ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃：６５〜９０％、
Ｒ₂Ｏ（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の総量：７〜２０％、
Ｒ’Ｏ（Ｒ’＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ）の総量：０〜１２％（ただし、ゼロを含む）、
の各ガラス成分を有し、
Ｂ₂Ｏ₃＝０％又はＡｌ₂Ｏ₃／Ｂ₂Ｏ₃≧１．０
且つ
（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／（Ｒ₂Ｏの総量＋Ｒ’Ｏの総量）≧３
を満足することを特徴とするガラス組成物。
重量％で、
Ｌｉ₂Ｏ：０．１〜１５％、
Ｎａ₂Ｏ：０．１〜１５％、
Ｋ₂Ｏ：０．１〜１０
ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂＋Ｌｎ_xＯ_y：０〜１５％（ただしゼロを含む、またＬｎ_xＯ_yはランタノイド金属酸化物及びＹ₂Ｏ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｔａ₂Ｏ₅からなる群より選ばれた少なくとも１つの化合物を意味する）
のガラス成分を含有する請求項１記載のガラス組成物。
請求項１又は２に記載のガラス組成物を用いて作製されたことを特徴とするガラス基板。
強化処理を行うことなく、比弾性率（Ｅ／ρ）が３１以上、ビッカース硬度Ｈｖが５００〜７００、アルカリ溶出量Ａが２．５インチディスク当たり３５０ｐｐｂ以下、線熱膨張係数αが６０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃、破壊靭性値Ｋｃが０．８０より大きい請求項３記載のガラス基板。
ガラス転移温度Ｔｇが６００℃以下、液相温度Ｔ_Lが１，３００℃以下、ガラスの溶融粘性ｌｏｇη＝２となる温度Ｔ_logη₌₂が１，５５０℃以下である請求項３又は４に記載のガラス基板。