JP2007051064A - 磁気ディスク基板用ガラス、磁気ディスク用ガラス基板および磁気ディスク - Google Patents

Abstract

【課題】充分な機械的強度があり、かつガラス基板上の金属磁性膜の腐食を改善する磁気ディスク基板用ガラスを提供する。
【解決手段】組成が質量％表示で実質的に、ＳｉＯ_２ ５０〜６５、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜１５、Ｎａ_２Ｏ ２〜７、Ｋ_２Ｏ ４〜９、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ７〜１４、ＭｇＯ ０．５〜５、ＣａＯ ２〜８、ＭｇＯ＋ＣａＯ ２．５〜１０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １２〜２５、ＺｒＯ_２ １〜６、からなる磁気ディスク基板用ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は磁気ディスク用ガラス基板、磁気ディスク基板用ガラスおよび磁気ディスクに関する。

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。
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。

これを回避するためにはアルカリ含有量のきわめて低いガラス、たとえばノンアルカリガラスを用いればよいことになる。
しかし、ノンアルカリガラスを用いたのでは、実用上充分な強度を得ることが難しい。これは、イオン交換強化処理を行えないためである。実用上充分な強度を得るために施すガラスの強化処理としては、風冷強化やイオン交換強化があるが、厚さの薄いディスク用ガラス基板においては、平坦性を保持するため、低温で行えるイオン交換強化処理を採用する必要がある。イオン交換処理とは、具体的には、Ｎａを含むガラスの転移温度以下の温度でガラス中のＮａ^＋イオンをそれよりイオン半径の大きいＫ+ イオンと交換する処理である。
ガラスに含有されるアルカリは上記したようにイオン交換される成分であるから、ノンアルカリガラスはイオン交換強化の対策になり得ない。したがって低温型イオン交換処理を行う以上は基板ガラスはアルカリを含むガラスでなければならない。

前述のように磁気ディスクなどのガラス基板に要求される（１）多湿環境下またはエイジングによる磁性膜の劣化を生起させないこと、および（２）実用上充分な強度を有すること、は相反する性質であり、両者を満足することは難しい。
本発明の目的は、充分な機械的強度を得るためにイオン交換強化ができ、かつ従来のソーダライムガラスシリカ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ガラスおよびガラス基板を提供することにある。

本発明は、組成が質量％表示で実質的に、ＳｉＯ_２ ５０〜６５、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜１５、Ｎａ_２Ｏ ２〜７、Ｋ_２Ｏ ４〜９、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ７〜１４、ＭｇＯ ０．５〜５、ＣａＯ ２〜８、ＭｇＯ＋ＣａＯ ２．５〜１０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １２〜２５、ＺｒＯ_２ １〜６、からなる磁気ディスク基板用ガラスである。
また、前記磁気ディスク基板用ガラス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、前記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である。

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、耐食性および耐エージング性がきわめて優れる。また、本発明のガラス基板はイオン交換強化の効果が充分に得られ、実際使用上充分な機械的強度を有する。さらに、本発明のガラスは、フロート法による成形にも適するものである。また、本発明のガラスは、加工性にも優れ、研磨した場合の速度は、通常のソーダライムシリカガラスと比べて１５〜５５％高い。したがって、生産性の点でも有利である。
なお、本発明のガラス基板は、比較的、ＣａＯの含有量が少ないことから、化学強化用の熔融硝酸カリウム塩にＣａＯが解けだしにくく、熔融硝酸カリウム塩の寿命が長くなる効果も有することが予想される。

本発明における磁気ディスク基板用ガラス（基板用ガラス）の各成分について以下に説明する。
ＳｉＯ_２はガラスのネットワークフォーマーであり、本発明では、５０〜６５質量％とする。これが少ないと化学的耐久性が低下し、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５２〜６２質量％である。
Ａｌ_２Ｏ_３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５〜１５質量％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６〜９質量％、特に好ましくは６〜８質量％である。

Ｎａ_２Ｏはガラス熔解時のフラックスとして作用するとともに、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、２〜７質量％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。
Ｋ_２Ｏ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、Ｎａ_２Ｏを一部置換することにより、Ｎａ_２Ｏの添加量を低減させ、磁性膜の耐食性を高めうる。Ｋ_２Ｏの添加量は４〜９質量％とする。Ｋ_２Ｏが多くなり、Ｎａ_２Ｏ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。Ｋ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏは以上の観点で、７〜１４質量％とする。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはガラス熔解時のフラックスとしての作用があり、熔解を促進させるために添加される。これを超えると、ガラスの失透温度が高くなり、製板が困難になるおそれがある。
フロート法による成形を容易にするために、ＭｇＯは０．５〜５質量％とし、ＣａＯは２〜８質量％とし、またＭｇＯ＋ＣａＯは２．５〜１０質量％とする。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。失透温度をある程度低くすることはフロート法による成形性を確保するうえで重要である。つまり、フロート法成形は、粘度１０^４ポイズ程度で行われるため、失透温度が１０^４ポイズに相当する粘度を持つ温度より低いガラスでないとフロート法による成形が難しくなる。また、本発明において、ＣａＯは、後に述べる発明者らの実験によると、多すぎる場合に化学強化が入りにくくなる傾向がある。

以上の観点から、ＭｇＯは、より好ましくは１〜３質量％である。またＣａＯは、より好ましくは２〜５．５質量％であり、特に好ましくは３〜５．５質量％である。さらに、ＭｇＯ＋ＣａＯは、より好ましくは４〜９質量％である。
ＳｒＯはフロート法による成形を容易にするためには、４〜１０質量％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る。より好ましくは６〜９質量％である。また、ＢａＯは５〜１２質量％とすることが好ましい。これも多すぎると、失透温度が高くなる。より好ましくは６〜１１質量％である。

ＺｒＯ_２は化学的耐久性を向上させる効果がある。本発明では１〜６質量％とする。多すぎると、熔解性が低下するおそれがある。好ましくは２〜５質量％である。

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、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ_３を合量で２質量％以下添加できる。また、ガラスの化学的耐久性向上のため、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯを合量で５質量％以下添加できる。さらに、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｎｄ_２Ｏ_３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質量％以下が好ましい。なお、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏなどのアルカリ成分は、この若干量をＬｉ_２Ｏに置換できる。Ｌｉ_２Ｏの含有量は１質量％以下が好ましい。

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。

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。

また、磁気ディスク上に必要に応じて所定のテクスチャを形成するテクスチャ加工は、基板をドーナツ状に加工し、エッチング、研磨、洗浄した後、化学強化処理の前に行われる。テクスチャ加工は、フッ酸の液または蒸気を使用して行える。テクスチャ加工されたガラス基板は化学強化処理がなされる。

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。
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。
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。
保護層としては、５〜１００ｎｍ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、３ｎｍ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。

＜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。表１には比較例として通常のソーダライムシリカガラスも記載した（例５）。
これらのガラスの失透温度、１０^４ポイズの温度、１０^２ポイズの温度、歪点温度を表１に併記する。
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。

＜ガラス基板の強度テスト＞
その後、上記ガラスディスク基板の各１０枚について化学強化処理を行った。すなわち、例１〜４については４８０℃の熔融硝酸カリウム塩に、また、例５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。また、例１については、別途、５００℃の熔融硝酸カリウム塩に１０時間浸漬し、化学強化処理を行ったところ、表面圧縮応力層の厚みは２０μｍとなった。

表１に示した結果からは、本発明の実施例にかかるガラス基板は１０μｍ以上の表面圧縮応力層を有し、かつＣａＯの含有量が５．５重量％未満のものは、１４μｍ以上の表面圧縮応力層を有することがわかる。すなわち、同条件で化学強化処理を行った場合、本発明においては、ＣａＯの含有量が少なくなると、表面の圧縮応力相の深さは深くなり、化学強化が入りやすくなる傾向がある。具体的には、前述したように、ＣａＯの含有量は２〜５．５重量％であることが好ましい。

前記ガラスディスク基板の未強化品および強化品についてディスクの外周全周を支持し、内周部に荷重をかける曲げ強度テストを各１０枚のディスクについて行い平均強度を求めた。
例５の曲げ強度は未強化品が１２．０ｋｇｆ／ｍｍ^２、深さ２０μｍの圧縮応力層をもつ強化品が３４．１ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。これに対し、例１〜４未強化品は１５．５ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、例１のガラス基板に対して深さ２０μｍの圧縮応力層を形成した強化品は４３．６ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。

これらの結果によれば、本発明のガラス基板は従来のソーダライムシリカガラスからなる基板と遜色のない化学強化処理ができ、その強化処理後の強度も従来のソーダライムシリカガラスと同等以上のものであり、磁気記録媒体用として、実用上充分な強度を持つものと認められる。このことは、現在磁気ディスク基板として広く用いられているアルミニウムの降伏強度１０ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて上記の曲げ強度がはるかに大きいことからも裏付けられる。

＜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５０ｎｍのＣｒからなる下地層を形成した後、厚さ約６０ｎｍのＣｏ−３０原子％Ｎｉ合金磁性層を形成し、その上に厚さ約３０ｎｍ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ところ、例５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５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。これに対し例１〜４のガラス基板からなる磁気記録媒体は未強化品を用いたもの、強化品を用いたものともに変色が認められなかった。

＜研磨テスト＞
鋳鉄定盤を備えた両面研磨機を用いて、アルミナ・ジルコニア系の１５００番の研磨剤を用いて、加工圧６０ｇｆ／ｃｍ^２で研磨すると、ソーダライムシリカガラスが厚み変化３．７８μｍ／分であったのに対し、例１のガラスは、厚み変化４．３５μｍ／分であった。
また、酸化セリウム含浸発泡ポリウレタンパッドを備えた両面研磨機を用いて酸化セリウムからなる研磨剤を用いて、加工圧１００ｇｆ／ｃｍ^２で研磨すると、ソーダライムシリカガラスが厚み変化０．７４μｍ／分であったのに対し、例１のガラスは、厚み変化１．１５μｍ／分であった。

Claims (11)

1. 組成が質量％表示で実質的に、ＳｉＯ_２ ５０〜６５、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜１５、Ｎａ_２Ｏ ２〜７、Ｋ_２Ｏ ４〜９、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ７〜１４、ＭｇＯ ０．５〜５、ＣａＯ ２〜８、ＭｇＯ＋ＣａＯ ２．５〜１０、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １２〜２５、ＺｒＯ_２ １〜６、からなる磁気ディスク基板用ガラス。
2. ＳｉＯ_２が５２〜６２質量％である請求項１の磁気ディスク基板用ガラス。
3. Ａｌ_２Ｏ_３が６〜９質量％である請求項１または２の磁気ディスク基板用ガラス。
4. ＳｒＯが４〜１０質量％である請求項１、２または３の磁気ディスク基板用ガラス。
5. ＢａＯが５〜１２質量％である請求項１、２、３または４の磁気ディスク基板用ガラス。
6. ＺｒＯ_２が１．５〜３質量％である請求項１、２、３、４または５の磁気ディスク基板用ガラス。
7. 失透温度が１０^４ポイズに相当する粘度を持つ温度より低い請求項１〜６のいずれかの磁気ディスク基板用ガラス。
8. 請求項１〜７のいずれかの磁気ディスク基板用ガラスを化学強化処理してなる磁気ディスク用ガラス基板。
9. 表面から１０μｍ以上の厚さの圧縮応力層を有する請求項８の磁気ディスク用ガラス基板。
10. 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２〜２０時間浸漬することによって化学強化処理される請求項８または９の磁気ディスク用ガラス基板。
11. 請求項８、９または１０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。