JP4081826B2 - 磁気ディスク用ガラス基板、磁気ディスクおよびドーナツ状円形ガラスディスク基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ディスク用ガラス基板および磁気ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクは、基板の上にスパッタ、メッキ、蒸着等のプロセスにより磁性膜および保護膜が形成されたものであり、一般にガラスは表面の平滑性に優れ、硬く、変形抵抗が大きく、かつ表面欠陥が少ない等の理由から高密度化に適した磁気ディスク用基板の材料として注目されている。
【０００３】
ガラス基板として比較的安価なアルカリを含むガラス、たとえばソーダライムシリカガラス、を用いた場合、特に多湿環境下やエイジング処理をした場合において磁性膜のピンホール部または磁性膜の周辺部など磁性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、これが引きがねとなって磁性膜が腐食または変色することが見出されている。
【０００４】
また、ガラス基板は従来のアルミニウム合金等の基板に比べ破壊強度が低い。従って、スピンドルへの装着その他取扱い時において形成されるわずかな傷の存在が破損につながる。
【０００５】
そのため、ガラス基板に化学強化を施し表面に圧縮応力層を形成することが行われているが、それだけでは不十分な場合が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記欠点を解決し、従来のソーダライムシリカガラスで問題となっていたガラス基板上の金属磁性膜の腐食を改善するとともに、傷がつきにくく破損しにくいガラス基板を提供することにある。
【０００７】
組成が重量％表示で、
ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
を含有し、ＺｎＯを含有しないガラス（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）を化学強化処理してなる磁気ディスク用ガラス基板である。
また、組成が重量％表示で、
ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
を含有し、ＺｎＯを含有しないドーナツ状円形ガラスディスク基板（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）である。
また、組成が重量％表示で、
ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
Ｎａ₂ Ｏ １〜 ４、
Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
を含有するドーナツ状円形ガラスディスク基板（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明におけるガラスの組成について以下に説明する。
ＳｉＯ₂ はガラスのネットワークフォーマーであり、本発明では、６０〜７０重量％とする。これが少ないと傷がつきやすくなり、また化学的耐久性が低下する。多すぎると熔解が困難になる傾向がある。より好ましくは６２〜６８重量％である。
【０００９】
Ａｌ₂ Ｏ₃ はガラスの化学的耐久性を向上させるとともに、ガラス表層部のアルカリ金属をよりイオン半径の大きいアルカリ金属で置換するイオン交換の速度を増大させ、深い圧縮応力を形成させやすくする作用があり、本発明では１〜１２重量％とする。これが多すぎると、熔解が困難になる。より好ましくは７重量％以下である。
【００１０】
Ｎａ₂ Ｏはガラス熔解時の粘性を下げ、溶解を促進するとともに、化学強化時にイオン交換される主たる成分となる。本発明では、１〜７重量％とする。これが多すぎると、化学的耐久性が低下するだけでなく、Ｎａ⁺ イオンがガラス基板表面へ多く析出するようになるため、磁性膜の耐食性が劣化するおそれがある。好ましくは４重量％以下である。
【００１１】
Ｋ₂ Ｏの添加は化学強化時のイオン交換の速度を向上させる。また、Ｎａ₂ Ｏを一部置換することにより、Ｎａ₂ Ｏの添加量を低減させ、磁性膜の耐食性を高めうる。逆にＫ₂ Ｏが多くなり、Ｎａ₂ Ｏが相対的に少なくなりすぎると、イオン交換そのものが起こりにくくなる。本発明ではＫ₂ Ｏの添加量は９〜１６重量％とする。イオン交換を容易にする観点で、Ｋ₂ Ｏは好ましくは１２重量％以上、特に１３重量％以上である。また、Ｋ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｏは以上の観点で、１０〜１７重量％とする。
【００１２】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはガラス熔解時の粘性を下げ、溶解しやすくするために合量で８重量％以上含有される。好ましくは合量で１３重量％以上である。他方、合量で１７重量％を超えるとガラスが傷つきやすくなり、また、失透温度が高くなる傾向がある。
【００１３】
フロート法による成形を容易にするためには、ＭｇＯは０．５〜９重量％、特に１〜７重量％とし、ＣａＯは０．５〜１０重量％、特には１〜８重量％とし、またＭｇＯ＋ＣａＯは５〜１３重量％、特には６〜１３重量％とすることが好ましい。これらが多すぎると、失透温度が高くなりフロート法による成形が困難になるおそれがある。
【００１４】
ＳｒＯは必須ではないが熔解性向上のために添加できる。フロート法による成形を容易にするためには、０〜５重量％、特には０〜３重量％とすることが好ましい。これが多すぎると失透温度が高くなり、ガラスが傷つきやすくなるおそれがある。
【００１５】
ＢａＯも必須ではないが熔解性向上のために添加でき、０〜２重量％とすることが好ましい。これも多すぎると、失透温度が高くなり、ガラスが傷つきやすくなるおそれがある。
【００１６】
ＺｒＯ₂ は化学的耐久性を向上させる効果がある。本発明では０．５〜５重量％とする。化学的耐久性向上の点で、好ましくは２重量％以上含有する。一方多すぎると、熔解性が低下し、ガラスが傷つきやすくなるおそれがある。好ましくは４重量％以下である。
【００１７】
本発明によるガラス基板は上記成分以外に、ガラスの熔解性、清澄性、成形性を改善するため、Ａｓ₂ Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、Ｐ₂ Ｏ₅ 、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ₃ を合量で２重量％以下添加できる。また、ガラスの化学的耐久性向上のため、Ｌａ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｎＯ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ を合量で５重量％以下添加できる。またＺｎＯも化学的耐久性向上のために添加できるが、フロート成形性を損なわないために１重量％以下とすることが好ましい。特に好ましくは、ＺｎＯは実質的には含有されない。
【００１８】
さらに、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｎｄ₂ Ｏ₃ 、Ｓｅ等の着色材を添加してガラスの色調を調整できる。この着色材の含有量は合量で１重量％以下が好ましい。なお、Ｋ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏなどのアルカリ成分は、この若干量をＬｉ₂ Ｏに置換できる。Ｌｉ₂ Ｏの含有量は３重量％以下が好ましい。
【００１９】
本発明においてガラスの脆さを示す指標値としてはローンらによって提案された脆さ指標値Ｂを使用する（B.R.Lawn and D.B.Marshall, J.Am.Ceram.Soc.,62(7-8)347-350(1979) ）。ここで、脆さ指標値Ｂは材料のビッカース硬さＨ_V と破壊靱性値Ｋ_C から数１により定義される。
【００２０】
【数１】
Ｂ＝Ｈ_V ／Ｋ_C （１）
【００２１】
本発明のガラスの脆さ指標値は７４００ｍ^-1/2以下であることが好ましく、より好ましくは７３００ｍ^-1/2以下である。
また、本発明のガラスは、化学強化が可能である。化学強化は通常、硝酸カリウム融液もしくは、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合融液にガラス板を浸漬することによって行われる。本発明のガラスにおいては化学強化によって、表面から５μｍ以上、特には１０μｍ以上の厚さの圧縮圧力層を生じさせることができる。
【００２２】
上述のように本発明のガラスは、傷がつきにくいうえ、従来の磁気ディスク用ガラスと同等以上の化学強化が可能であるため、製造工程中や、製品として使用中の破損おそれを大幅に減じることができる。
なお、本発明のガラスは典型的には密度が２．７ｇ／ｃｃ以下、特には２．６ｇ／ｃｃ以下である。このことも落下時の衝撃を小さくし、破損のおそれを小さくしている。
【００２３】
また、本発明のガラスの１つの重要な特徴として、フロート成形が可能なことがある。すなわち、フロート成形時の成形温度である１０⁴ ポイズの粘性を示す温度に比べて失透温度が低い。従って、失透などの不具合を生じることなく、フロート成形が可能である。
【００２４】
本発明のガラスは、たとえば、次のような方法で製造できる。すなわち、通常使用される各成分の原料を目標成分になるように調合し、これを熔解炉に連続的に投入し、１５００〜１６００℃に加熱して、熔融する。この熔融ガラスをフロート法により所定の板厚に成形し、徐冷後切断する。
【００２５】
本発明のガラス基板においては、所定のサイズに切断されたガラス板を化学強化処理する。化学強化処理は公知の方法で行えばよい。すなわち、４００〜５３０℃の硝酸カリウムまたはこれと硝酸ナトリウムとの混合液にガラス物品を２〜２０時間程度浸漬した後取り出し、徐冷することにより行える。
【００２６】
本発明の磁気ディスク用ガラス基板によって、磁気ディスクを形成するには、ガラス基板の上に順次、下地層、磁性層、保護層、潤滑層を設ければよい。
【００２７】
本発明で用いられる磁気記録層としての磁性層としては、Ｃｏ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｔ系、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ系、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ系などのＣｏ系合金を好ましく採用できる。耐久性や磁気特性を向上するために、磁性層の下に設けられる下地層としては、Ｎｉ層、Ｎｉ−Ｐ層、Ｃｒ層、ＳｉＯ₂ 層などを採用できる。
【００２８】
本発明では、Ｃｒ層、Ｃｒ合金層、他の材料からなる金属または合金層を磁性層の上または下に設けうる。
【００２９】
保護層としては、５０〜１０００Åの厚みのカーボンまたはシリカの層が使用でき、潤滑層を形成するためには、３０Å程度の厚みのパーフルオロポリエーテル系の液体潤滑剤が使用できる。
【００３０】
【実施例】
＜板状ガラスの作成＞
表１に示した例１〜４の４種類の組成について常法に従い調合・混合し、ガラスバッチを調製した。次いで容量約５００ｍｌのＰｔ−Ｒｈ１０％坩堝にガラスバッチを入れ１５００℃で均質化のため約１時間の撹拌を含め約４時間熔解し、カーボン板上に流し出して板状とし徐冷後、常法に従い切断・研磨して約１ｍｍ厚の板状ガラスサンプルを得た。なお、例１〜５は実施例であり、例６、７は比較例である。
【００３１】
これらのガラスの失透温度、１０⁴ ポイズの温度、１０² ポイズの温度、歪点温度、脆さ指標値を測定し、表１に併記した。ついで例１〜５の板状ガラスサンプルを切断・研磨して外径６５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのドーナツ状の円形ガラスディスク基板を各２０枚作成した。
【００３２】
脆さ指標値（単位：ｍ^-1/2）は次のようにして求めた。脆さ指標値をガラスに適用する際の大きな問題は破壊靱性値Ｋ_C が正確に評価しにくいことである。しかし、本出願人は、いくつかの手法を検討した結果、ビッカース圧子を押し込んだときにガラス表面に残る圧子の痕の大きさと痕の四隅から発生するクラックの長さとの関係から脆さを定量的に評価できることを見出している。その関係式は式（２）により定義される。ここで、Ｐはビッカース圧子の押し込み荷重でありａ、ｃは、それぞれ、ビッカース圧痕の対角長および四隅から発生するクラックの長さ（圧子の痕を含む対称な２つのクラックの全長）である。各種ガラスの表面に打ち込んだビッカース圧痕の寸法と数２を用いて、脆さ指標値を評価する。
【００３３】
【数２】
ｃ／ａ＝０．００５６Ｂ^2/3 Ｐ^1/6 （２）
【００３４】
例７のガラス基板は、脆さ指標値が７４００ｍ^-1/2を超えるので、傷がつきやすく回転時に破損する確率が大きいことになる。
【００３５】
＜化学強化性テスト＞
上記ガラスディスクの基板各１０枚について化学強化処理を行った。すなわち、例１〜４および例７については４８０℃の熔融硝酸カリウム塩に、また、例６については４５０℃の熔融硝酸カリウム塩に、それぞれ１０時間浸漬し、化学強化処理を行った。上記各ガラスディスク基板について、東芝硝子製の主表面応力計ＦＳＷ−６０にて表面圧縮応力層の厚みを測定した結果を表１に併記する。表から明らかなように本発明によるガラス基板は１０μｍ以上の圧縮応力層を生じさせることができる。
【００３６】
＜磁気記録媒体の耐湿テスト＞
上記未強化品および強化品のそれぞれの主表面上にスパッタ法により厚さ約５００ÅのＣｒからなる下地層を形成した後、厚さ約６００ÅのＣｏ−３０原子％Ｎｉ合金磁性層を形成し、その上に厚さ約３００Åのカーボン保護膜を形成し、さらにその上にパーフルオロポリエーテル系の液体潤滑剤を塗布することにより磁気記録媒体を得た。これらについて８０℃、９０％ＲＨの雰囲気条件で１００時間保持することにより耐湿テストを実施した。
【００３７】
表より明らかなように、本発明によるガラス基板の脆さ指標値は、７４００ｍ^-1/2以下であり、傷がつきにくい。そのため、スピンドルへの装着その他取扱い時においても傷がつきにくく回転時に破損が起こる等の問題がない。更に、例１〜５のガラス基板からなる磁気記録媒体は未強化品、強化品ともに変色が認められなかった。また、失透温度は、フロート法の成形粘度である１０⁴ ポイズに相当する温度よりも低く、フロート法による製造に好適であることがわかる。
【００３８】
一方、例６のガラス基板からなる未強化品磁気記録媒体はディスクの内周および外周の端面から２〜３ｍｍの範囲にわたってＣｏ−Ｎｉ合金層とガラスとの界面から面内にかけて変色が認められ、例６のガラス基板からなる強化品磁気記録媒体では同じく１〜２ｍｍの範囲にわたって変色が認められた。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【発明の効果】
本発明の高強度な磁気ディスク用ガラス基板はソーダライムシリカガラスを使用したガラス基板に比べ、傷がつきにくく、耐食性および耐エージング性がきわめて優れる。さらに、本発明の磁気ディスク用ガラス基板は、フロート法による成形にも適するものである。

Claims (18)

1. 組成が重量％表示で、
   ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
   Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
   Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
   Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
   ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
   を含有し、ＺｎＯを含有しないガラス（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）を化学強化処理してなる磁気ディスク用ガラス基板。
2. 密度が２．７ｇ／ｃｃ以下である請求項１記載の磁気ディスク用ガラス基板。
3. 脆さ指標値が７４００ｍ^-1/2以下である請求項１または２記載の磁気ディスク用ガラス基板。
4. 前記ガラスが、組成が重量％表示で、
   ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
   Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜 ７、
   Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
   Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
   ＭｇＯ ０．５〜 ９、
   ＣａＯ ０．５〜１０、
   ＳｒＯ ０〜 ５、
   ＢａＯ ０〜 ２、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ ５〜１３、
   ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
   を含有するもの（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）である請求項１、２または３記載の磁気ディスク用ガラス基板。
5. 前記ガラスが、組成が重量％表示で、
   ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
   Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜 ７、
   Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
   Ｋ₂ Ｏ １２〜１６、
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １３〜１７、
   ＭｇＯ １〜 ７、
   ＣａＯ １〜 ８、
   ＳｒＯ ０〜 ３、
   ＢａＯ ０〜 ２、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ ６〜１３、
   ＺｒＯ₂ ０．５〜 ４、
   を含有するもの（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）である請求項１、２、３または４記載の磁気ディスク用ガラス基板。
6. 表面から５μｍ以上の厚さの圧縮応力層を有する請求項１、２、３、４または５記載の磁気ディスク用ガラス基板。
7. ４００〜５３０℃の硝酸カリウムまたはこれと硝酸ナトリウムとの混合液にガラスを１〜２０時間浸漬することによって化学強化処理されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の磁気ディスク用ガラス基板。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７記載の磁気ディスク用ガラス基板の上に、順次、下地層、磁性層、保護層、潤滑層を設けてなる磁気ディスク。
9. 組成が重量％表示で、
   ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
   Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
   Ｎａ₂ Ｏ １〜 ７、
   Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
   Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
   ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
   ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
   を含有し、ＺｎＯを含有しないドーナツ状円形ガラスディスク基板（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）。
10. 組成が重量％表示で、
    ＳｉＯ₂ ６０〜７０、
    Ａｌ₂ Ｏ₃ １〜１２、
    Ｎａ₂ Ｏ １〜 ４、
    Ｋ₂ Ｏ ９〜１６（９を除く）、
    Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ １０〜１７、
    ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜１７、
    ＺｒＯ₂ ０．５〜 ５、
    を含有するドーナツ状円形ガラスディスク基板（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂ Ｏ₃＋ＺｒＯ₂が７０重量％以下のものを除く）。
11. ＳｉＯ₂が６２〜６８重量％である請求項９または１０記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
12. Ａｌ₂ Ｏ₃が７重量％以下である請求項９、１０または１１記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
13. Ｋ₂ Ｏが１２重量％以上である請求項９、１０、１１または１２記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
14. ＭｇＯが１〜７重量％、ＣａＯが１〜８重量％、ＭｇＯ＋ＣａＯが６〜１３重量％である請求項９、１０、１１、１２または１３記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
15. ＳｒＯが０〜３重量％、ＢａＯが０〜２重量％である請求項９、１０、１１、１２、１３または１４記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
16. ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯが１３重量％以上である請求項９、１０、１１、１２、１３、１４または１５記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
17. 密度が２．７ｇ／ｃｃ以下である請求項９〜１６いずれか１項記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。
18. 脆さ指標値が７４００ｍ^-1/2以下である請求項９〜１７いずれか１項記載のドーナツ状円形ガラスディスク基板。