JP5022532B2 - 基板用ガラスおよびガラス基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク等の情報記録媒体の基板、PDP(プラズマディスプレイパネル)、FED(フィールドエミッションディスプレイ)等のフラットディスプレイの基板、等に用いられる基板用ガラスおよびガラス基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
情報記録媒体基板、フラットディスプレイパネル基板、等に用いられる基板用ガラスとして、ソーダライムシリカガラスが広く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ソーダライムシリカガラスからなる基板は、いわゆる白ヤケ現象によりその在庫中に表面性状が著しく変化するおそれがあった。特に磁気ディスク基板の場合には、前記基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜がはがれやすくなる。
【0004】
ソーダライムシリカガラスは化学強化処理によって白ヤケ現象が起りにくくなる。しかし化学強化処理には、工程が増加する、化学強化処理後の基板表面によごれが付着しやすい、等の問題がある。
本発明は、化学強化処理等の付加処理を行わなくとも耐候性に優れ、白ヤケ現象が起りにくい基板用ガラスの提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重量%表示で実質的に、
1)SiO2 45〜59、Al2O3 2〜20、B2O3 0〜1未満、MgO 0〜10、CaO 3〜12、SrO 1〜12未満、BaO 0〜2、Na2O 0〜10、K2O 0〜9.0(ただし、9.0を除く)、TiO2 0〜10、ZrO21〜5、からなり、または、
2)SiO2 45〜59、Al2O3 2〜20、B2O3 0〜1未満、MgO 0〜10、CaO 3〜12、SrO 1〜12未満、BaO 0〜2、Na2O 0〜10、K2O 0〜9.0(ただし、9.0を除く)、TiO2 1〜10、ZrO2 1〜5、からなり、
上記1)、2)、それぞれで、かつ、MgO+CaO+SrO+BaO<15であり、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持した該ガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数が1個/cm2以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数が105個/cm2以下であるガラス基板(ただし、肉厚2.8mmにおいて、530nm及び586nmの波長における光透過率が、460nm、550nm及び620nmの波長における各光透過率よりも3%以上低い基板ガラスを除く)を提供する。
【0006】
また、50〜350℃における平均線膨張係数が70×10-7/℃以上であるガラス基板を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の基板用ガラスの50〜350℃における平均線膨張係数は、ソーダライムシリカガラスと同程度またはそれ以上、すなわち70×10-7/℃以上であることが好ましい。より好ましくは75×10-7/℃以上である。以下、50〜350℃における平均線膨張係数を熱膨張係数という。
【0008】
上記の熱膨張係数が好ましい理由は、情報記録媒体基板に対しては、基板を取り付けるハブの金属の熱膨張係数(典型的には100×10-7/℃以上)により近い熱膨張係数、少なくとも従来使用されているソーダライムシリカガラスの熱膨張係数以上、が求められているからである。フラットディスプレイパネル基板に対しては、シール等に従来使用されているガラスフリット等の従来の無機材料粉末の熱膨張係数がソーダライムシリカガラス基板の熱膨張係数に整合しており、前記従来の無機材料粉末の熱膨張係数と整合させやすくするためである。
本発明の基板用ガラスはフロート成形できることが好ましい。
【0009】
次に、本発明の基板用ガラスの組成について、重量%を単に%と表示して以下で説明する。
SiO2はガラスの骨格を形成する必須成分である。45%未満では、ガラスが不安定になる。好ましくは46%以上である。59%超では、熱膨張係数が小さくなりすぎる。好ましくは58.5%以下である。
【0010】
Al2O3はガラスの耐候性を高くする必須成分である。2%未満では前記効果が小さい。好ましくは3%以上である。20%超では溶融ガラスの粘度が高くなりすぎ成形、特にフロート成形が困難になる。好ましくは19%以下である。
【0011】
B2O3は必須成分ではないが、ガラスの耐候性を高くする効果を有し、1%未満の範囲で含有してもよい。1%以上では溶融時の揮散が多くなりすぎ均質なガラスが得にくくなるおそれがある。好ましくは0.8%以下である。
【0012】
MgOは、必須成分ではないが、溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、10%まで含有してもよい。10%超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは9%以下である。MgOを含有する場合、1%以上含有することが好ましい。
【0013】
CaOは、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする必須成分である。3%未満では前記効果が小さい。好ましくは4%以上である。12%超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは11%以下である。
【0014】
SrOは熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする成分であり、必須である。1%未満では前記効果が小さい。好ましくは2%以上である。12%以上ではガラスが不安定になる。好ましくは11%以下である。
【0015】
BaOは必須成分ではないが、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、2%まで含有してもよい。2%超ではガラスの耐候性を低下させるおそれがある。好ましくは1.8%以下である。BaOを含有する場合、0.2%以上含有することが好ましい。
【0016】
MgO、CaO、SrOおよびBaOの合量は15%未満である。15%以上では、ガラスが不安定になる。好ましくは14.8%以下である。
【0017】
Na2Oは必須成分ではないが、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、10%まで含有してもよい。10%超ではガラスの耐候性を低下させるおそれがある。好ましくは8%以下である。Na2Oを含有する場合、2%以上含有することが好ましい。
【0018】
K2Oは必須成分ではないが、熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくする効果を有し、12%まで含有してもよい。12%超ではガラスの耐候性を低下させるおそれがある。好ましくは10%以下である。K2Oを含有する場合、2%以上含有することが好ましい。
【0019】
TiO2は必須成分ではないが、熱膨張係数を大きくし、またガラスの耐候性を高くする効果を有し、10%まで含有してもよい。10%超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは9%以下である。TiO2を含有する場合、1%以上含有することが好ましく、2%以上含有することがより好ましい。
【0020】
ZrO2は必須成分ではないが、ガラスの耐候性を高くする効果を有し、5%まで含有してもよい。5%超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは4%以下である。ZrO2を含有する場合、1%以上含有することが好ましい。
【0021】
本発明のガラスは実質的に上記成分からなるが、この他に以下に例示する成分を、本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。
SO3、Cl、As2O3、Sb2O3等の清澄剤、Fe2O3、NiO、CoO等の着色剤、を合量で1%まで含有してもよい。
熱膨張係数を大きくし、また溶融ガラスの粘度を低下させガラスを溶融しやすくするためにZnO、Li2Oを合量で2%まで含有してもよい。
ガラスの溶解性や安定性を向上させるために、P2O5、V2O5等を、ヤング率を大きくするためにLa2O5、Y2O5、等の希土類金属酸化物を、それらの合量で2%まで含有してもよい。
【0022】
本発明のガラス基板は本発明の基板用ガラスからなり、表面を充分洗浄して付着物が認められない状態にした後、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持したとき、該ガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数NLは1個/cm2以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数NSは105個/cm2以下である。
【0023】
NLが1個/cm2超またはNSが105個/cm2超では、ガラス基板在庫中にガラス基板表面に付着物(白ヤケ)が発生し、磁気ディスクにおいてはガラス基板上に形成される下地膜、磁性膜、保護膜等の膜がはがれやすくなる。また、フラットディスプレイパネルにおいてはガラス基板が曇り、また、端子取り出し部に発生した前記付着物により絶縁破壊が起こりフラットディスプレイパネルの信頼性を低下させる。この付着物は、空気中の水分や炭酸ガスの影響によりガラス基板に生成付着した反応生成物であると考えられ、拭いても除去できないものである。NLは好ましくは0.5個/cm2以下、より好ましくは0.2個/cm2以下である。NSは好ましくは0.8×105個/cm2以下、より好ましくは0.6×105個/cm2以下である。
【0024】
本発明の基板用ガラスおよびガラス基板の製造方法は特に限定されず、各種方法を適用できる。たとえば、通常使用される各成分の原料を目標組成となるように調合し、これをガラス溶融窯で加熱溶融する。バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、周知のフロート法、プレス法、またダウンドロー法などの方法により所定の厚さの板ガラスに成形し、徐冷後必要に応じて研削、研磨などの加工を行った後、所定の寸法・形状のガラス基板とされる。成形法としては、特に、大量生産に適したフロート法が好適である。
【0025】
【実施例】
各成分の原料を表のSiO2からZrO2までの欄に重量%表示で示した組成となるように調合し、白金るつぼを用いて1550〜1650℃の温度で3〜5時間溶解した。次いで溶融ガラスを流し出して板状に成形し、徐冷した。なお、表のRO計は、MgO、CaO、SrOおよびBaOの含有量(単位:重量%)の合計である。
【0026】
こうして得られたガラス板について、熱膨張係数α(単位:×10-7/℃)、前記NL(単位:個/cm2)、前記NS(単位:104個/cm2)、密度ρ(単位:g/cm3)、ガラス転移点Tg(単位:℃)、液相温度TL(単位:℃)、粘度が104Pとなる温度T4(単位:℃)、および粘度が102Pとなる温度T2(単位:℃)を、以下に示す方法により測定した。結果を表に示す。
【0027】
α:示差熱膨張計を用いて、石英ガラスを参照試料として室温から5℃/分の割合で昇温した際のガラスの伸び率を、ガラスが軟化してもはや伸びが観測されなくなる温度、すなわち屈伏点まで測定し、得られた熱膨張曲線から50〜350℃における平均線膨張係数を算出した。
【0028】
NL、NS:厚さが1〜2mm、大きさが4cm×4cmのガラス板の両面を鏡面研磨し、炭酸カルシウムおよび中性洗剤を用いて洗浄した後、超加速寿命試験器(不飽和型プレッシャークッカーTPC−410、タバイエスペック(株))に入れて120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間静置した。取り出したガラス板の表面200μm角の範囲を微分干渉顕微鏡で観察し、大きさが10μm以上の付着物の個数と大きさが1μm以上10μm未満の付着物の個数をカウントし、これら個数と前記観察面積200μm×200μmから算出した。
【0029】
ρ:泡を含まない約30gのガラスについてアルキメデス法により測定した。
Tg:前記αの測定と同様にして得られた熱膨張曲線における屈曲点に相当する温度をガラス転移点とした。
【0030】
TL:ガラスを乳鉢で2mm程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートに並べて置き、温度傾斜炉中で24時間熱処理した。結晶が析出しているガラス粒の温度の最高値を液相温度とした。フロート成形を行うためには、TLはT4以下であることが好ましい。
T4、T2:回転粘度計により測定した。
【0031】
例4、6〜12のガラスは実施例、例13のガラスはソーダライムシリカガラス、例14のガラスは磁気ディスクに従来使用されているアルミノシリケートガラス、例15のガラスはPDPに従来使用されているアルミノシリケートガラスである。例4、6〜12のガラスの前記NL、NSの測定において観察された付着物の大きさは10μm以下であり、平均的な大きさは3〜5μmであった。これに対し、例13、14のガラスにおいては100μm以上の大きな付着物が多数観察された。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような特長を有する情報記録媒体用ガラス基板、フラットディスプレイ用ガラス基板を提供できる。
(1)化学強化処理がなくとも耐候性に優れ、在庫中に付着物(白ヤケ)が発生しにくい。
(2)熱膨張係数が従来使用されているソーダライムシリカガラスと同程度またはそれ以上である。
Claims (3)
- 重量%表示で実質的に、SiO2 45〜59、Al2O3 2〜20、B2O3 0〜1未満、MgO 0〜10、CaO 3〜12、SrO 1〜12未満、BaO 0〜2、Na2O 0〜10、K2O 0〜9.0(ただし、9.0を除く)、TiO2 0〜10、ZrO2 1〜5、からなり、かつ、MgO+CaO+SrO+BaO<15であり、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持したガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数が1個/cm2以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数が105個/cm2以下であるガラス基板(ただし、肉厚2.8mmにおいて、530nm及び586nmの波長における光透過率が、460nm、550nm及び620nmの波長における各光透過率よりも3%以上低い基板ガラスを除く)。
- 重量%表示で実質的に、SiO2 45〜59、Al2O3 2〜20、B2O3 0〜1未満、MgO 0〜10、CaO 3〜12、SrO 1〜12未満、BaO 0〜2、Na2O 0〜10、K2O 0〜9.0(ただし、9.0を除く)、TiO2 1〜10、ZrO2 1〜5、からなり、かつ、MgO+CaO+SrO+BaO<15であり、120℃、2気圧の水蒸気雰囲気に20時間保持したガラス基板表面に存在する大きさが10μm以上の付着物の数が1個/cm2以下であり、大きさが1μm以上10μm未満の付着物の数が105個/cm2以下であるガラス基板(ただし、肉厚2.8mmにおいて、530nm及び586nmの波長における光透過率が、460nm、550nm及び620nmの波長における各光透過率よりも3%以上低い基板ガラスを除く)。
- 50〜350℃における平均線膨張係数が70×10-7/℃以上である請求項1または2に記載のガラス基板。
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