記録媒体用ガラス基板の製造方法、記録媒体用ガラス基板及び記録媒体
【課題】化学強化により機械的強度を効率よく高めることが可能で変形が少ない記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板を化学強化液と接触させて前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、前記化学強化工程は、前記ガラス基板を条件式を満足するように加熱する予熱工程と、続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有する。
【解決手段】ガラス基板を化学強化液と接触させて前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、前記化学強化工程は、前記ガラス基板を条件式を満足するように加熱する予熱工程と、続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体用ガラス基板の製造方法、記録媒体用ガラス基板及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体用基板としては、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の情報機器にはアルミニウム合金が使用され、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の情報機器にはガラス基板が一般に使用されていた。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、記録用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情報機器やその他のテレビ等の家庭用機器にも今後広く使用されていくものと予測されている。
【０００３】
記録媒体用ガラス基板の機械的強度を向上させるために、化学強化処理が従来から広く行われている。この化学強化処理は、化学強化処理槽内に貯留された化学強化液中にガラス基板を浸漬させて、ガラス基板表面のアルカリ金属イオンを、その金属イオンよりも大きなイオン径のアルカリ金属イオン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るものである。
【０００４】
上記の機械的強度を向上させる一方で、ガラス基板の平坦度が求められている。これは、記録媒体用ガラス基板の平坦度が不十分であると、記録媒体用ガラス基板を記録装置に組み込んで回転させた時、異常振動が発生したり、磁気ヘッドの追従が困難になるなどの問題が生じるためである。化学強化処理後においても平坦度の極めて高い磁気ディスク用ガラス基板を得る方法として以下がある。
【０００５】
磁気ディスク用ガラス基板の化学強化処理において、化学強化処理の際の予熱温度および取り出し時の雰囲気の温度をガラスの歪点より少なくとも１００℃低くする（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２９１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、予熱温度をガラス基板を成す基材の歪点より少なくとも１００℃低い温度とすることでガラス基板の変形を防止するとしているが、予熱温度が低すぎると化学強化処理におけるイオン交換反応の効率が低下してしまい、必要な厚みの化学強化層を得るために長時間を要することが十分予測できる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、化学強化により機械的強度を効率よく高めることが可能で変形が少ない記録媒体用ガラス基板の製造方法、この製造方法により製造された記録媒体用ガラス基板及びこの記録媒体用ガラス基板を用いた記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【０００９】
１． ガラス基板を化学強化液と接触させて、前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを、前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
前記化学強化工程は、
前記ガラス基板を以下の条件式を満足するように加熱する予熱工程と、
続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有することを特徴とする記録媒体用ガラス基板の製造方法。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
２． １に記載の記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とする記録媒体用ガラス基板。
【００１０】
３． ２に記載の記録媒体用ガラス基板の表面に磁性膜を有することを特徴とする記録媒体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガラス基板の予熱温度Ｔ１とガラス転移温度Ｔｇとの関係を条件式に満足させることで、イオン交換反応が低下し過ぎることがなく、且つ、ガラス基板の変形の発生を抑えることができる。
【００１２】
従って、化学強化により機械的強度を効率よく高めることが可能で変形量が少ない記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供することができる。また、この記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造された記録媒体用ガラス基板、更に、この記録媒体用ガラス基板に磁性膜を設けてある記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。
【００１４】
（製造工程）
記録媒体用ガラス基板の製造方法について説明する。図１に、記録媒体用ガラス基板の製造工程の例をフロー図で示す。まず、ガラス素材を溶融し（ガラス溶融工程）、溶融ガラスを下型に流し込み、上型によってプレス成形して円盤状のガラス基板前駆体を得る（プレス成形工程）。なお、円盤状のガラス基板前駆体は、プレス成形によらず、例えばダウンドロー法やフロート法で形成したシートガラスを研削砥石で切り出して作製してもよい。
【００１５】
プレス成形されたガラス基板前駆体には、必要によりコアドリル等で中心部に孔が開けられる（コアリング工程）。そして、第１ラッピング工程において、ガラス基板の両表面が研磨加工され、ガラス基板の全体形状、すなわちガラス基板の平行度、平坦度および厚みが予備調整される。
【００１６】
次に、ガラス基板の外周端面および内周端面が研削され面取りされて、ガラス基板の外径寸法および真円度、孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度が微調整された後（内・外径加工工程）、ガラス基板の内周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される（内周端面加工工程）。
【００１７】
次に、ガラス基板の両表面が再び研磨加工されて、ガラス基板の平行度、平坦度および厚みが微調整される（第２ラッピング工程）。そして、ガラス基板の外周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される（外周端面加工工程）。
【００１８】
次に、ガラス基板が洗浄された後、後述の化学強化液にガラス基板を浸漬してガラス基板に化学強化層を形成する（化学強化工程）。この後、ガラス基板の表面を精密に仕上げる研磨加工を行う（ポリッシング工程）。そして洗浄及び検査が行われ、製品としての記録媒体用ガラス基板とされる。
【００１９】
上記の化学強化工程の内容を図２のフロー図に示す。洗浄されたガラス基板は、予め加熱された（予熱工程）後、化学強化液に浸漬される（化学強化液浸漬工程）。化学強化液から取り出されたガラス基板は、水にて洗浄され（水浸漬工程）、乾燥される。
【００２０】
（予熱工程）
ガラス基板を次工程の化学強化液浸漬工程で化学強化液に浸漬する前に、以下の条件式（１）を満たすように予め加熱する。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃ ・・・・・（１）
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
上限値を満たすことで、予熱工程で加熱されたガラス基板の温度Ｔ１はガラス基板をなす材料のガラス転移温度Ｔｇより多くとも４００℃低くなり、化学強化層の厚みを効率良く十分な大きさとすることができる。この理由は定かではないが、以下のように推定される。ガラス基板をガラス転移温度Ｔｇより低すぎない温度で予め加熱しておくことで、ガラス基板表面のイオン移動が活性化され、イオン交換反応が促進される。このため、ガラス基板を化学強化液に浸漬する初期段階で、予め加熱しない場合に比較して、イオン交換反応がより円滑に行われることで、その後継続するイオン交換反応がより効率良く行われるものと推測される。
【００２１】
また、下限値を満たすことで、予熱工程で加熱されたガラス基板の温度Ｔ１はガラス基板をなす材料のガラス転移温度Ｔｇより少なくとも１００℃低くなる。このため、ガラス基板の温度が、軟化して粘性的挙動が容易となり変形しやすくなるガラス転移温度Ｔｇより適度に低い温度に抑えられ、ガラス基板が予熱により軟化して変形する変形量が抑えられる。変形量が抑えられることで平坦度が良好なガラス基板を得ることができる。変形等により反りが生じるとガラス基板の平坦度が劣化する。問題とならない変形量として、許容される平坦度は６μｍ未満である。平坦度の測定は、例えば、レーザー斜入射干渉計を用いたフラットネステスターＦＴ−９００（ＮＩＤＥＫ製）等が挙げられる。
【００２２】
（化学強化液浸漬工程）
化学強化液浸漬工程は、化学強化剤を溶融した化学強化液にガラス基板を浸漬させて、ガラス基板表層のアルカリ金属イオンを化学強化液のアルカリ金属イオンにイオン交換する。
【００２３】
化学強化剤としては従来公知のものを使用でき、例えば、硝酸カリウム（ＫＮＯ3）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）などが挙げられ、これらを単独又は２種以上混合して使用する。
【００２４】
化学強化剤は化学強化処理槽に所定量投入され、加熱されることによって溶融して化学強化液となる。化学強化液の加熱温度は、イオン交換の速度やガラス基板のＴｇなどの点から２８０〜６６０℃の範囲が好ましく、より好ましくは３００〜４５０℃の範囲である。この３００℃〜４５０℃の範囲は、ガラス転移温度Ｔｇより低くいためガラス基板の形状に影響が生じることなく、また、イオン交換の反応速度が遅すぎることがないため、より好ましい。
【００２５】
ガラス基板を化学強化液に浸漬する時間は０．１時間〜数十時間程度の範囲が好ましい。この化学強化液浸漬時間は、化学強化液の温度を上げると、必要な厚みの化学強化層を形成する時間をある程度短くすることができる傾向があることが発明者らの実験により分かっている。その一方で、より短時間にしようと化学強化液の温度を上げすぎると、ガラス基板の強度が低下することも分かっている。この理由は定かではないが、イオン交換速度が速くなりすぎると、化学強化膜が形成される速度は速くなるが均一性が良好で無くなるためと推定される。
【００２６】
化学強化層の厚みとしては、ガラス基板の強度向上とポリッシング工程の時間の短縮との兼ね合いから、５μｍ〜１５μｍ程度の範囲が好ましい。強化層の厚みがこの範囲の場合、平坦度、機械的強度である耐衝撃性が良好なガラス基板とすることができる。
【００２７】
（水浸漬工程）
ガラス基板を化学強化液に浸漬した後、連続してガラス基板の表面の化学強化液をムラなく除去するために水に浸漬する。ガラス基板の全体を水に浸漬することで化学強化液がガラス基板上に部分的に存在することが無く、部分的に化学強化が進むことがなくなる。このため、化学強化にムラがないため、ガラス基板に一様な強度を持たせることができる。
【００２８】
ガラス基板の表面から化学強化液や化学強化液を成す塩の結晶物は、浸漬する水の温度を高くするほどより短時間で効率よく除去することができる。こうした水の温度は、大気圧下で、３５℃から１００℃が好ましい。また、ガラス基板を水に浸漬する時間は、１秒以上が好ましい。１秒未満であると、ガラス基板上の化学強化液を十分に除去できないため化学強化液がガラス基板上に残り、強化ムラが生じる。水に浸漬する時間の上限は、特に制限はなく、生産性を考慮して適宜決めればよい。
【００２９】
また、水の温度と化学強化液との温度差により水浸漬工程においてガラス基板のひび、割れが発生しないように温度差を緩和するために、化学強化液浸漬工程と水浸漬工程との間でガラス基板を冷却する冷却工程を設けてもよい。
【００３０】
（ガラス基板）
化学強化されるガラス基板としては特に限定はないが、二酸化ケイ素、酸化ナトリウム、酸化カルシウムを主成分としたソーダライムガラス；二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、Ｒ2Ｏ（Ｒ＝Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ）を主成分としたアルミノシリケートガラス；ボロシリケートガラス；酸化リチウム−二酸化ケイ素系ガラス；酸化リチウム−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス；Ｒ’Ｏ−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス（Ｒ’＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ）を使用することができ、これらガラス材料に酸化ジルコニウムや酸化チタン等を添加したものであってもよい。
【００３１】
またガラス基板の大きさに限定はなく２．５インチ，１．８インチ、１インチ、０．８５インチあるいはそれ以下の小径ディスクにも本発明の方法を適用することができ、またその厚さが２ｍｍや１ｍｍ、０．６３ｍｍ、あるいはそれ以下といった薄型のものにも適用することができる。
【００３２】
化学強化工程に提供されるガラス基板において、主表面および端面部分の粗さに特に限定はないが、ガラス基板の主表面の表面粗度は、Ｒｍａｘ（最大高さ）が１０ｎｍ以下、Ｒａ（中心線平均粗さ）が１．０ｎｍ以下であるのが好ましい。また端面の表面粗度は、Ｒｍａｘが０．０１μｍ〜１μｍの範囲、Ｒａが０．００１μｍ〜０．８μｍの範囲であるのが好ましい。表面研磨されたガラス基板を化学強化処理すると、強化層を均一に形成することができるようになる。
【００３３】
（記録媒体）
次に、これまで説明した記録媒体用ガラス基板を用いた記録媒体について説明する。この記録媒体用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、図面に基づき記録媒体について説明する。
【００３４】
図３は記録媒体の一例である磁気ディスクの斜視図である。この磁気ディスクＤは、円形の記録媒体用ガラス基板１の表面に磁性膜２を直接形成されている。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０．３μｍ〜１．２μｍ程度、スパッタリング法での膜厚は０．０４μｍ〜０．０８μｍ程度、無電解めっき法での膜厚は０．０５μｍ〜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、さらに焼成して二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層を形成してもよい。
【００３９】
以上、記録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、記録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。
【実施例】
【００４０】
化学強化を行うガラス基板として、図１の製造工程に沿っての外周端面加工後まで製造した外径φ１＝６５ｍｍ、内径φ２＝２０ｍｍ、板厚ｄ＝０．６３５ｍｍの硼珪酸ガラス基板を準備し、図２に沿って化学強化を行った。ここで用いた硼珪酸ガラス（ＭＥＬ−３：コニカミノルタオプト（株）製）基板を成す材料のガラス転移温度Ｔｇは、５００℃である。
【００４１】
予熱工程で上記のガラス基板１０枚を予熱温度Ｔ１としてそれぞれ１００℃、１１０℃、１５０℃、３００℃、３９０℃、４００℃に加熱後、化学強化液に１５分間浸漬した。化学強化液は、ＮａＮＯ3とＫＮＯ3とを質量比１：９の割合とした化学強化剤を化学強化槽に投入し３３０℃に加熱したものとした。
【００４２】
化学強化液に浸漬した後、ガラス基板を６０℃の水に５分間浸漬し、その後乾燥した。乾燥後、ガラス基板の変形状態を、フラットネステスターＦＴ−９００（ＮＩＤＥＫ製）を用いて、ガラス基板の外側１ｍｍ、内側１ｍｍ除外した面でのｐ−ｖ値を求めこれを平坦度とした。また、化学強化層の厚みを推定するためのアルカリ金属イオン量の測定には、ＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた。
【００４３】
上記の予熱工程での予熱温度Ｔ１を上記として化学強化後の、平坦度、化学強化層の厚みの結果を以下の表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１の平坦度（ｐ−ｖ値）は、ガラス基板１０枚の平均値を示している。平坦度の判定の記号は以下を示している。
○：ガラス基板全数が６μｍ未満である。
×：ガラス基板全数が６μｍ以上である。
【００４６】
表１の化学強化層の厚みは、ガラス基板１０枚の平均値を示している。化学強化層の厚みの判定の記号は以下を示している。
○：ガラス基板全数が化学強化層の厚みが５μｍ以上である。
×：ガラス基板全数が化学強化層の厚みが５μｍ未満である。
【００４７】
上記の表１が示す様にガラス転移温度Ｔｇと予熱温度Ｔ１との関係が上記の条件式（１）の範囲において、化学強化後のガラス基板が化学強化層の厚み及び平坦度が良好であった。
【００４８】
また、表１で化学強化層の厚み（平均値）が４μｍとなっている予熱温度１００℃でもって、予熱温度１１０℃の化学強化層の厚み（平均値）７μｍと同等にしようとすると、化学強化液に浸漬する時間が４０分程度必要となり化学強化の効率が悪いことが分かった。
【００４９】
以上より、ガラス基板を予熱する温度Ｔ１が条件式（１）を満足することで、必要な厚みの化学強化膜を効率よく形成することができて、且つ、変形が少ない記録媒体用ガラス基板が製造できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】記録媒体用ガラス基板の製造工程の例を示すフロー図である。
【図２】図１における化学強化処理工程の内容を示すフロー図である。
【図３】磁気ディスクの部分断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 記録媒体用ガラス基板
２ 磁性膜
Ｄ 磁気ディスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体用ガラス基板の製造方法、記録媒体用ガラス基板及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体用基板としては、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の情報機器にはアルミニウム合金が使用され、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の情報機器にはガラス基板が一般に使用されていた。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、記録用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情報機器やその他のテレビ等の家庭用機器にも今後広く使用されていくものと予測されている。
【０００３】
記録媒体用ガラス基板の機械的強度を向上させるために、化学強化処理が従来から広く行われている。この化学強化処理は、化学強化処理槽内に貯留された化学強化液中にガラス基板を浸漬させて、ガラス基板表面のアルカリ金属イオンを、その金属イオンよりも大きなイオン径のアルカリ金属イオン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るものである。
【０００４】
上記の機械的強度を向上させる一方で、ガラス基板の平坦度が求められている。これは、記録媒体用ガラス基板の平坦度が不十分であると、記録媒体用ガラス基板を記録装置に組み込んで回転させた時、異常振動が発生したり、磁気ヘッドの追従が困難になるなどの問題が生じるためである。化学強化処理後においても平坦度の極めて高い磁気ディスク用ガラス基板を得る方法として以下がある。
【０００５】
磁気ディスク用ガラス基板の化学強化処理において、化学強化処理の際の予熱温度および取り出し時の雰囲気の温度をガラスの歪点より少なくとも１００℃低くする（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２９１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、予熱温度をガラス基板を成す基材の歪点より少なくとも１００℃低い温度とすることでガラス基板の変形を防止するとしているが、予熱温度が低すぎると化学強化処理におけるイオン交換反応の効率が低下してしまい、必要な厚みの化学強化層を得るために長時間を要することが十分予測できる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、化学強化により機械的強度を効率よく高めることが可能で変形が少ない記録媒体用ガラス基板の製造方法、この製造方法により製造された記録媒体用ガラス基板及びこの記録媒体用ガラス基板を用いた記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【０００９】
１． ガラス基板を化学強化液と接触させて、前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを、前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
前記化学強化工程は、
前記ガラス基板を以下の条件式を満足するように加熱する予熱工程と、
続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有することを特徴とする記録媒体用ガラス基板の製造方法。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
２． １に記載の記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とする記録媒体用ガラス基板。
【００１０】
３． ２に記載の記録媒体用ガラス基板の表面に磁性膜を有することを特徴とする記録媒体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガラス基板の予熱温度Ｔ１とガラス転移温度Ｔｇとの関係を条件式に満足させることで、イオン交換反応が低下し過ぎることがなく、且つ、ガラス基板の変形の発生を抑えることができる。
【００１２】
従って、化学強化により機械的強度を効率よく高めることが可能で変形量が少ない記録媒体用ガラス基板の製造方法を提供することができる。また、この記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造された記録媒体用ガラス基板、更に、この記録媒体用ガラス基板に磁性膜を設けてある記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。
【００１４】
（製造工程）
記録媒体用ガラス基板の製造方法について説明する。図１に、記録媒体用ガラス基板の製造工程の例をフロー図で示す。まず、ガラス素材を溶融し（ガラス溶融工程）、溶融ガラスを下型に流し込み、上型によってプレス成形して円盤状のガラス基板前駆体を得る（プレス成形工程）。なお、円盤状のガラス基板前駆体は、プレス成形によらず、例えばダウンドロー法やフロート法で形成したシートガラスを研削砥石で切り出して作製してもよい。
【００１５】
プレス成形されたガラス基板前駆体には、必要によりコアドリル等で中心部に孔が開けられる（コアリング工程）。そして、第１ラッピング工程において、ガラス基板の両表面が研磨加工され、ガラス基板の全体形状、すなわちガラス基板の平行度、平坦度および厚みが予備調整される。
【００１６】
次に、ガラス基板の外周端面および内周端面が研削され面取りされて、ガラス基板の外径寸法および真円度、孔の内径寸法、並びにガラス基板と孔との同心度が微調整された後（内・外径加工工程）、ガラス基板の内周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される（内周端面加工工程）。
【００１７】
次に、ガラス基板の両表面が再び研磨加工されて、ガラス基板の平行度、平坦度および厚みが微調整される（第２ラッピング工程）。そして、ガラス基板の外周端面が研磨されて微細なキズ等が除去される（外周端面加工工程）。
【００１８】
次に、ガラス基板が洗浄された後、後述の化学強化液にガラス基板を浸漬してガラス基板に化学強化層を形成する（化学強化工程）。この後、ガラス基板の表面を精密に仕上げる研磨加工を行う（ポリッシング工程）。そして洗浄及び検査が行われ、製品としての記録媒体用ガラス基板とされる。
【００１９】
上記の化学強化工程の内容を図２のフロー図に示す。洗浄されたガラス基板は、予め加熱された（予熱工程）後、化学強化液に浸漬される（化学強化液浸漬工程）。化学強化液から取り出されたガラス基板は、水にて洗浄され（水浸漬工程）、乾燥される。
【００２０】
（予熱工程）
ガラス基板を次工程の化学強化液浸漬工程で化学強化液に浸漬する前に、以下の条件式（１）を満たすように予め加熱する。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃ ・・・・・（１）
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
上限値を満たすことで、予熱工程で加熱されたガラス基板の温度Ｔ１はガラス基板をなす材料のガラス転移温度Ｔｇより多くとも４００℃低くなり、化学強化層の厚みを効率良く十分な大きさとすることができる。この理由は定かではないが、以下のように推定される。ガラス基板をガラス転移温度Ｔｇより低すぎない温度で予め加熱しておくことで、ガラス基板表面のイオン移動が活性化され、イオン交換反応が促進される。このため、ガラス基板を化学強化液に浸漬する初期段階で、予め加熱しない場合に比較して、イオン交換反応がより円滑に行われることで、その後継続するイオン交換反応がより効率良く行われるものと推測される。
【００２１】
また、下限値を満たすことで、予熱工程で加熱されたガラス基板の温度Ｔ１はガラス基板をなす材料のガラス転移温度Ｔｇより少なくとも１００℃低くなる。このため、ガラス基板の温度が、軟化して粘性的挙動が容易となり変形しやすくなるガラス転移温度Ｔｇより適度に低い温度に抑えられ、ガラス基板が予熱により軟化して変形する変形量が抑えられる。変形量が抑えられることで平坦度が良好なガラス基板を得ることができる。変形等により反りが生じるとガラス基板の平坦度が劣化する。問題とならない変形量として、許容される平坦度は６μｍ未満である。平坦度の測定は、例えば、レーザー斜入射干渉計を用いたフラットネステスターＦＴ−９００（ＮＩＤＥＫ製）等が挙げられる。
【００２２】
（化学強化液浸漬工程）
化学強化液浸漬工程は、化学強化剤を溶融した化学強化液にガラス基板を浸漬させて、ガラス基板表層のアルカリ金属イオンを化学強化液のアルカリ金属イオンにイオン交換する。
【００２３】
化学強化剤としては従来公知のものを使用でき、例えば、硝酸カリウム（ＫＮＯ3）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）などが挙げられ、これらを単独又は２種以上混合して使用する。
【００２４】
化学強化剤は化学強化処理槽に所定量投入され、加熱されることによって溶融して化学強化液となる。化学強化液の加熱温度は、イオン交換の速度やガラス基板のＴｇなどの点から２８０〜６６０℃の範囲が好ましく、より好ましくは３００〜４５０℃の範囲である。この３００℃〜４５０℃の範囲は、ガラス転移温度Ｔｇより低くいためガラス基板の形状に影響が生じることなく、また、イオン交換の反応速度が遅すぎることがないため、より好ましい。
【００２５】
ガラス基板を化学強化液に浸漬する時間は０．１時間〜数十時間程度の範囲が好ましい。この化学強化液浸漬時間は、化学強化液の温度を上げると、必要な厚みの化学強化層を形成する時間をある程度短くすることができる傾向があることが発明者らの実験により分かっている。その一方で、より短時間にしようと化学強化液の温度を上げすぎると、ガラス基板の強度が低下することも分かっている。この理由は定かではないが、イオン交換速度が速くなりすぎると、化学強化膜が形成される速度は速くなるが均一性が良好で無くなるためと推定される。
【００２６】
化学強化層の厚みとしては、ガラス基板の強度向上とポリッシング工程の時間の短縮との兼ね合いから、５μｍ〜１５μｍ程度の範囲が好ましい。強化層の厚みがこの範囲の場合、平坦度、機械的強度である耐衝撃性が良好なガラス基板とすることができる。
【００２７】
（水浸漬工程）
ガラス基板を化学強化液に浸漬した後、連続してガラス基板の表面の化学強化液をムラなく除去するために水に浸漬する。ガラス基板の全体を水に浸漬することで化学強化液がガラス基板上に部分的に存在することが無く、部分的に化学強化が進むことがなくなる。このため、化学強化にムラがないため、ガラス基板に一様な強度を持たせることができる。
【００２８】
ガラス基板の表面から化学強化液や化学強化液を成す塩の結晶物は、浸漬する水の温度を高くするほどより短時間で効率よく除去することができる。こうした水の温度は、大気圧下で、３５℃から１００℃が好ましい。また、ガラス基板を水に浸漬する時間は、１秒以上が好ましい。１秒未満であると、ガラス基板上の化学強化液を十分に除去できないため化学強化液がガラス基板上に残り、強化ムラが生じる。水に浸漬する時間の上限は、特に制限はなく、生産性を考慮して適宜決めればよい。
【００２９】
また、水の温度と化学強化液との温度差により水浸漬工程においてガラス基板のひび、割れが発生しないように温度差を緩和するために、化学強化液浸漬工程と水浸漬工程との間でガラス基板を冷却する冷却工程を設けてもよい。
【００３０】
（ガラス基板）
化学強化されるガラス基板としては特に限定はないが、二酸化ケイ素、酸化ナトリウム、酸化カルシウムを主成分としたソーダライムガラス；二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、Ｒ2Ｏ（Ｒ＝Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ）を主成分としたアルミノシリケートガラス；ボロシリケートガラス；酸化リチウム−二酸化ケイ素系ガラス；酸化リチウム−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス；Ｒ’Ｏ−酸化アルミニウム−二酸化ケイ素系ガラス（Ｒ’＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ）を使用することができ、これらガラス材料に酸化ジルコニウムや酸化チタン等を添加したものであってもよい。
【００３１】
またガラス基板の大きさに限定はなく２．５インチ，１．８インチ、１インチ、０．８５インチあるいはそれ以下の小径ディスクにも本発明の方法を適用することができ、またその厚さが２ｍｍや１ｍｍ、０．６３ｍｍ、あるいはそれ以下といった薄型のものにも適用することができる。
【００３２】
化学強化工程に提供されるガラス基板において、主表面および端面部分の粗さに特に限定はないが、ガラス基板の主表面の表面粗度は、Ｒｍａｘ（最大高さ）が１０ｎｍ以下、Ｒａ（中心線平均粗さ）が１．０ｎｍ以下であるのが好ましい。また端面の表面粗度は、Ｒｍａｘが０．０１μｍ〜１μｍの範囲、Ｒａが０．００１μｍ〜０．８μｍの範囲であるのが好ましい。表面研磨されたガラス基板を化学強化処理すると、強化層を均一に形成することができるようになる。
【００３３】
（記録媒体）
次に、これまで説明した記録媒体用ガラス基板を用いた記録媒体について説明する。この記録媒体用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、図面に基づき記録媒体について説明する。
【００３４】
図３は記録媒体の一例である磁気ディスクの斜視図である。この磁気ディスクＤは、円形の記録媒体用ガラス基板１の表面に磁性膜２を直接形成されている。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０．３μｍ〜１．２μｍ程度、スパッタリング法での膜厚は０．０４μｍ〜０．０８μｍ程度、無電解めっき法での膜厚は０．０５μｍ〜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、さらに焼成して二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層を形成してもよい。
【００３９】
以上、記録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、記録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。
【実施例】
【００４０】
化学強化を行うガラス基板として、図１の製造工程に沿っての外周端面加工後まで製造した外径φ１＝６５ｍｍ、内径φ２＝２０ｍｍ、板厚ｄ＝０．６３５ｍｍの硼珪酸ガラス基板を準備し、図２に沿って化学強化を行った。ここで用いた硼珪酸ガラス（ＭＥＬ−３：コニカミノルタオプト（株）製）基板を成す材料のガラス転移温度Ｔｇは、５００℃である。
【００４１】
予熱工程で上記のガラス基板１０枚を予熱温度Ｔ１としてそれぞれ１００℃、１１０℃、１５０℃、３００℃、３９０℃、４００℃に加熱後、化学強化液に１５分間浸漬した。化学強化液は、ＮａＮＯ3とＫＮＯ3とを質量比１：９の割合とした化学強化剤を化学強化槽に投入し３３０℃に加熱したものとした。
【００４２】
化学強化液に浸漬した後、ガラス基板を６０℃の水に５分間浸漬し、その後乾燥した。乾燥後、ガラス基板の変形状態を、フラットネステスターＦＴ−９００（ＮＩＤＥＫ製）を用いて、ガラス基板の外側１ｍｍ、内側１ｍｍ除外した面でのｐ−ｖ値を求めこれを平坦度とした。また、化学強化層の厚みを推定するためのアルカリ金属イオン量の測定には、ＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた。
【００４３】
上記の予熱工程での予熱温度Ｔ１を上記として化学強化後の、平坦度、化学強化層の厚みの結果を以下の表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１の平坦度（ｐ−ｖ値）は、ガラス基板１０枚の平均値を示している。平坦度の判定の記号は以下を示している。
○：ガラス基板全数が６μｍ未満である。
×：ガラス基板全数が６μｍ以上である。
【００４６】
表１の化学強化層の厚みは、ガラス基板１０枚の平均値を示している。化学強化層の厚みの判定の記号は以下を示している。
○：ガラス基板全数が化学強化層の厚みが５μｍ以上である。
×：ガラス基板全数が化学強化層の厚みが５μｍ未満である。
【００４７】
上記の表１が示す様にガラス転移温度Ｔｇと予熱温度Ｔ１との関係が上記の条件式（１）の範囲において、化学強化後のガラス基板が化学強化層の厚み及び平坦度が良好であった。
【００４８】
また、表１で化学強化層の厚み（平均値）が４μｍとなっている予熱温度１００℃でもって、予熱温度１１０℃の化学強化層の厚み（平均値）７μｍと同等にしようとすると、化学強化液に浸漬する時間が４０分程度必要となり化学強化の効率が悪いことが分かった。
【００４９】
以上より、ガラス基板を予熱する温度Ｔ１が条件式（１）を満足することで、必要な厚みの化学強化膜を効率よく形成することができて、且つ、変形が少ない記録媒体用ガラス基板が製造できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】記録媒体用ガラス基板の製造工程の例を示すフロー図である。
【図２】図１における化学強化処理工程の内容を示すフロー図である。
【図３】磁気ディスクの部分断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 記録媒体用ガラス基板
２ 磁性膜
Ｄ 磁気ディスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板を化学強化液と接触させて、前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを、前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
前記化学強化工程は、
前記ガラス基板を以下の条件式を満足するように加熱する予熱工程と、
続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有することを特徴とする記録媒体用ガラス基板の製造方法。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
【請求項２】
請求項１に記載の記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とする記録媒体用ガラス基板。
【請求項３】
請求項２に記載の記録媒体用ガラス基板の表面に磁性膜を有することを特徴とする記録媒体。
【請求項１】
ガラス基板を化学強化液と接触させて、前記ガラス基板の表面のアルカリ金属イオンを、前記化学強化液が含む前記アルカリ金属イオンより大きなイオン径のアルカリ金属イオンと置換して化学強化を行う化学強化工程を有する記録媒体用ガラス基板の製造方法において、
前記化学強化工程は、
前記ガラス基板を以下の条件式を満足するように加熱する予熱工程と、
続いて、前記ガラス基板を前記化学強化液に浸漬する化学強化液浸漬工程と、を有することを特徴とする記録媒体用ガラス基板の製造方法。
１００℃ ＜ Ｔｇ−Ｔ１ ＜ ４００℃
但し、
Ｔｇ：ガラス基板をなす材料のガラス転移温度
Ｔ１：予熱工程で加熱されたガラス基板の温度
【請求項２】
請求項１に記載の記録媒体用ガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とする記録媒体用ガラス基板。
【請求項３】
請求項２に記載の記録媒体用ガラス基板の表面に磁性膜を有することを特徴とする記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１２３６３５（Ｐ２００８−１２３６３５Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０８８４９（Ｐ２００６−３０８８４９）
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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