特許 5680809 ガラス組成物、化学強化ガラス、及び情報記録媒体用ガラス基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5680809

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】ガラス組成物、化学強化ガラス、及び情報記録媒体用ガラス基板

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/087 20060101AFI20150212BHJP

   C03C 3/085 20060101ALI20150212BHJP

   C03C 21/00 20060101ALI20150212BHJP

   G11B 5/73 20060101ALI20150212BHJP

   G11B 5/84 20060101ALI20150212BHJP

【ＦＩ】

   C03C3/087

   C03C3/085

   C03C21/00 101

   G11B5/73

   G11B5/84 Z

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-550584(P2014-550584)

(86)(22)【出願日】2014年6月3日

(86)【国際出願番号】JP2014002957

【審査請求日】2014年10月15日

(31)【優先権主張番号】特願2013-129250(P2013-129250)

(32)【優先日】2013年6月20日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004008

【氏名又は名称】日本板硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 耕一

(74)【代理人】

【識別番号】100163463

【弁理士】

【氏名又は名称】西尾 光彦

(72)【発明者】

【氏名】倉知 淳史

(72)【発明者】

【氏名】千秋 裕

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０５７３３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−３０２０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３７６８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ１／００−１４／００，２１／００

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で示して、
ＳｉＯ_２：５９.０〜６３.０％
ＴｉＯ_２：４.０〜１０.０％
Ａｌ_２Ｏ_３：８.０〜１２.０％
ＭｇＯ：１.０〜５.０％
ＣａＯ：０〜４.０％
ＳｒＯ：４.０〜１４.０％
Ｎａ_２Ｏ：４.０〜１１.０％
Ｋ_２Ｏ：０〜１.０％
を含む、ガラス組成物。

【請求項2】

Ｎａ_２Ｏの含有率が４．５〜１０．５質量％である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項3】

Ａｌ_２Ｏ_３の含有率が８．５〜１１．５質量％である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項4】

ＴｉＯ_２の含有率が５．０〜９.０質量％である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項5】

ガラス転移温度Ｔ_ｇが６４０℃以上である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項6】

粘度が１０^４ｄＰａ・ｓになる温度Ｔ_４が１１５０℃以下である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項7】

液相温度Ｔ_Ｌが１１２０℃以下である、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項8】

粘度が１０^４ｄＰａ・ｓになる温度Ｔ_４から液相温度Ｔ_Ｌを差し引いた差分が０℃以上である請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項9】

請求項１に記載のガラス組成物をナトリウムイオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価の陽イオンを含む溶融塩に接触させることにより、前記ガラス組成物に含まれるナトリウムイオンと前記一価の陽イオンとをイオン交換して得た化学強化ガラス。

【請求項10】

請求項１に記載のガラス組成物が用いられた情報記録媒体用ガラス基板。

【請求項11】

請求項９に記載の化学強化ガラスが用いられた情報記録媒体用ガラス基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化学強化に適したガラス組成物、より詳しくは、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板に適した特性を有するガラス組成物に関する。また、本発明は、このガラス組成物に化学強化を施した化学強化ガラスに関する。さらに、本発明は、このガラス組成物又はこの化学強化ガラスが用いられた情報記録媒体用ガラス基板に関する。

【背景技術】

【0002】

ガラス材料は、高い表面平滑性、高い表面硬度などの優れた特性を実現できる素材である。このため、ガラス材料は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に代表される磁気記録装置を用いて情報を記録する磁気記録媒体の基板に適している。ガラス基板を磁気記録媒体の基板として用いる場合、ガラス基板には強度を補うために化学強化を施すことが望ましい。

【0003】

化学強化は、ガラス表面に含まれるアルカリ金属イオンをより半径の大きい一価の陽イオンで置換することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成する技術である。化学強化は、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）をナトリウムイオン（Ｎａ^＋）で置換することにより、あるいはナトリウムイオンをカリウムイオン（Ｋ^＋）で置換することにより、実施される。

【0004】

ガラス基板に成膜される磁性体として、現行のＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系磁性体に比べて高密度記録に適したＰｔ−Ｆｅ系磁性体が用いられる場合、より高い成膜温度が必要とされる。このため、磁気記録媒体の基板として用いられるガラス基板は、耐熱性に優れていることが求められる。現行の技術水準では、この磁性体の成膜温度は６４０℃以上に及ぶので、この温度範囲でガラス基板が変形しないことが求められる。

【0005】

ガラス基板を効率的に量産するためには、ガラス組成物がフロート法等の量産設備に適した特性を有することが望ましい。具体的には、ガラス組成物の、作業温度（ガラスの粘度が１０^４ｄＰａ・ｓとなる温度、以下「Ｔ_４」という。）、液相温度Ｔ_Ｌ、及び作業温度Ｔ_４から液相温度を差し引いた差分（Ｔ_４−Ｔ_Ｌ）がフロート法による製造に適した条件を満たしていることが望ましい。なお、溶融温度は、ガラス粘度が１０^２ｄＰａ・ｓになる温度であり、以下「Ｔ_２」という。

【0006】

特許文献１には、フロート法などの量産設備を用いた製造に適し、耐熱性が高く、化学強化に適したガラス組成物が開示されている。特に、二価の金属酸化物ＲＯを構成するＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの含有率を、各酸化物がガラス組成物の特性に及ぼす影響を考慮しながら、各酸化物の含有率を調整することによって、上記の特性を有するガラス組成物を得ている。

【0007】

特許文献２には、ガラス転移温度Ｔ_ｇが６８０℃以上で、化学強化処理を行わなくとも耐候性に優れたデータ記憶媒体用基板ガラスが開示されている。具体的にＴｉＯ_２の含有量及びＺｒＯ_２の含有量を調整することによって、データ記憶媒体用基板ガラスのガラス転移温度を高めている。

【0008】

特許文献３、特許文献４、及び特許文献５には、化学強化処理を行わなくても耐候性に優れる情報記録媒体の基板又はディスプレイの基板に用いられる基板用ガラスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１３１８２４号

【特許文献2】国際公開第２００８／１１７７５８号

【特許文献3】特開２００１−３４８２４６号公報

【特許文献4】特開２００１−５８８４３号公報

【特許文献5】特開２０００−３５１６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１の実施例に係るガラス組成物のガラス転移温度Ｔ_ｇは高いもので６００℃程度であり、耐熱性をさらに向上させる余地がある。また、特許文献２の実施例に係るガラスの液相温度Ｔ_Ｌは１１４０℃を超えており、フロート法に適した液相温度とは言い難い。特許文献３〜５の実施例に係るガラスは、Ｋ_２Ｏの含有量が多く、化学強化に適した組成を有していない。

【0011】

以上の事情に鑑み、本発明は、耐熱性に優れ、フロート法による製造に適し、化学強化に適したガラス組成物を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのようなガラス組成物に化学強化を施した化学強化ガラスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、本発明は、
質量％で示して、
ＳｉＯ_２：５９.０〜６３.０％
ＴｉＯ_２：４.０〜１０.０％
Ａｌ_２Ｏ_３：８.０〜１２.０％
ＭｇＯ：１.０〜５.０％
ＣａＯ：０〜４.０％
ＳｒＯ：４.０〜１４.０％
Ｎａ_２Ｏ：４.０〜１１.０％
Ｋ_２Ｏ：０〜１.０％
を含む、ガラス組成物を提供する。

【0013】

また、本発明は、上記のガラス組成物をナトリウムイオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する一価の陽イオンを含む溶融塩に接触させることにより、前記ガラス組成物に含まれるナトリウムイオンと前記一価の陽イオンとをイオン交換して得た化学強化ガラスを提供する。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係るガラス組成物は、ガラス転移温度Ｔ_ｇが６４０℃以上に達し得るので耐熱性に優れる。また、本発明に係るガラス組成物の、作業温度Ｔ_４、液相温度Ｔ_Ｌ、及び作業温度Ｔ_４から液相温度Ｔ_Ｌを差し引いた差分Ｔ_４−Ｔ_Ｌは、フロート法に適した条件を満たす。従って、ガラス基板の量産方法としてフロート法を適用できる。さらに、本発明に係るガラス組成物のＮａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有率が化学強化に適した範囲に定められているので、本発明に係るガラス組成物は化学強化に適している。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。

【0016】

以下、ガラス組成物の成分を示す％表示は、特に断らない限り、すべて質量％を意味する。また、本明細書において、「実質的に構成される」とは、列挙された成分の含有率の合計が９９．５質量％以上、望ましくは９９．９質量％以上、より望ましくは９９．９５質量％以上を占めることを意味する。「実質的に含有しない」とは、当該成分の含有率が０．１質量％以下、望ましくは０．０５質量％以下であることを意味する。

【0017】

特許文献１の実施例に係るガラス組成物のガラス転移温度Ｔ_ｇは高いもので６００℃程度であり、耐熱性をさらに向上させる余地がある。そこで、本発明では、得られるガラス組成物が化学強化に適することを確保しつつ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有率を抜本的に見直すことによって、耐熱性を向上させることにした。また、本発明はＡｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２の含有率を見直し、耐熱性を向上させつつ作業温度Ｔ_４の上昇を抑制した。これとともに、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＳｒＯの含有率を見直すことで液相温度を低下させ、作業温度Ｔ_４と液相温度Ｔ_Ｌとの差分Ｔ_４−Ｔ_Ｌがフロート法に適した条件を満たすようにした。

【0018】

以下、本実施形態に係るガラス組成物に含有されるべき成分又は含有が制限されるべき成分について説明する。

【0019】

（Ｎａ_２Ｏ）
Ｎａ_２Ｏは、ナトリウムイオンがカリウムイオンと置換されることにより、表面圧縮応力を大きくし、圧縮応力層の深さを大きくする成分である。また、融解性を向上させ、作業温度Ｔ_４、溶融温度Ｔ_２を低下させる成分でもある。他方、Ｎａ_２Ｏの含有率が高すぎるとガラス組成物の耐熱性（ガラス転移温度Ｔ_ｇ）が低下し、カリウムイオンと置換されることで生じた応力が緩和してしまう。

【0020】

従って、Ｎａ_２Ｏは必須成分であり、Ｎａ_２Ｏの含有率は、４.０〜１１.０％の範囲が適切である。Ｎａ_２Ｏの含有率は、４．５％以上が望ましく、５．０％以上がより望ましい。また、Ｎａ_２Ｏの含有率は、１０．５％以下が望ましく、１０．０％以下がより望ましい。Ｎａ_２Ｏの含有率は、さらに望ましくは、４．５〜９％の範囲である。

【0021】

（Ｋ_２Ｏ）
Ｋ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏと比較して、ガラス組成物の高温での粘性を示す作業温度Ｔ_４及び溶融温度Ｔ_２を高める傾向が大きい。また、Ｋ_２Ｏはガラス組成物の融液の清澄性を劣化させてしまうので、ガラス融液から泡が抜けにくくなってしまう。このため、Ｋ_２Ｏの含有率はできるだけ低い方がよい。しかし、ガラス組成物の原料等に不純物として混入していることによって不可避的にＫ_２Ｏを含有することは許容される。本実施形態に係るガラス組成物は、Ｋ_２Ｏを実質的に含まなくてもよい。

【0022】

従って、Ｋ_２Ｏの含有率は０〜１.０％の範囲が適切である。Ｋ_２Ｏの含有率は、０〜０．８％が望ましく、０〜０．５％がより望ましい。

【0023】

（Ｌｉ_２Ｏ）
Ｌｉ_２Ｏは、ガラス組成物の耐熱性（ガラス転移温度）を低下させる効果が大きい。また、Ｌｉ_２Ｏは、硝酸カリウム溶融塩、又は、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合溶融塩の中で化学強化を行う場合に、溶融塩に溶出して化学強化を阻害してしまう。そこで、Ｌｉ_２Ｏの含有率は０．５％以下が適切であり、０．２％以下が望ましく、０．１％以下がより望ましく、本実施形態に係るガラス組成物は実質的にＬｉ_２Ｏを含有しないことが望ましい。

【0024】

（Ａｌ_２Ｏ_３）
Ａｌ_２Ｏ_３はガラス組成物の化学的耐久性を向上させ、さらにガラス中のアルカリ金属イオンの移動を容易にする。また、化学強化後の強度の維持に寄与する成分でもある。他方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有率が高すぎると、液相温度Ｔ_Ｌが上昇し、溶融ガラスを適切に徐冷してガラス板を製造することが難しくなる。すなわち、ガラス組成物がフロート法に適した特性を得にくくなる。

【0025】

従って、Ａｌ_２Ｏ_３は必須成分であり、Ａｌ_２Ｏ_３の含有率は、８.０〜１２.０％の範囲が適切である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有率は１１．５％以下が望ましく、１１．０％以下がより望ましい。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有率は、８．５％以上が望ましく、９．０％以上がより望ましい。

【0026】

（ＭｇＯ）
ＭｇＯはガラスの融解性を向上させる成分である。また、ＭｇＯは、二価のアルカリ土類金属酸化物ＲＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯ）の中では、ガラス組成物中のナトリウムイオンをカリウムイオン等により置換するイオン交換を促進する効果が最も大きい。他方、ＭｇＯの含有率が高すぎると、ガラス中のナトリウムイオンの移動が阻害される。また、ガラス組成物の液相温度Ｔ_Ｌが上昇してしまう。さらに、失透が成長する速度が急激に大きくなってしまう。すなわち、ＭｇＯの含有率が高すぎると、後述する失透増大温度Ｔ_ｒｄがＭｇＯの含有率の増加に対し単調かつ急激に増加する。フロート法で用いられるガラス溶融槽においては、操業条件によってガラス融液の温度が局所的に低くなる部位が生じることがある。このような場合に、溶融ガラスの内部で急減に失透が発生しないようにするためには、失透増大温度Ｔ_ｒｄが低く、液相温度Ｔ_Ｌから失透増大温度Ｔ_ｒｄを差し引いた差分（Ｔ_Ｌ−Ｔ_ｒｄ）が大きいことが望ましい。

【0027】

従って、ＭｇＯは必須成分であり、ＭｇＯの含有率は１.０〜５.０％の範囲が適切である。ＭｇＯの含有率は、１.０〜４.５％の範囲が望ましく、１.５〜４．０％の範囲であるのがより望ましい。ＭｇＯの含有率は、さらに望ましくは、２．０〜３．０％の範囲である。

【0028】

（ＳｒＯ）
ＳｒＯは、ガラスの高温粘性を下げるため、溶融温度Ｔ_２及び作業温度Ｔ_４の低下に寄与する。また、ＳｒＯが含有されると、ガラス組成物の液相温度Ｔ_Ｌが顕著に低下する。特に、ＳｒＯが所定量のＭｇＯ又は所定量のＣａＯと共存することによって、ガラス組成物の液相温度Ｔ_Ｌが特異的に低下する。他方、ＳｒＯの含有率が高すぎると、ガラス組成物におけるナトリウムイオンの移動が阻害されてしまう。

【0029】

従って、ＳｒＯは必須成分であり、ＳｒＯの含有率は４.０〜１４.０％の範囲が適切である。ＳｒＯの含有率は、５.０％以上が望ましく、６.０％以上がより望ましく、場合によっては７.０％以上が望ましい。また、ＳｒＯの含有率は、１３．５％以下が望ましく、場合によっては１３．０％以下がより望ましい。ＳｒＯの含有率は、さらに望ましくは、９．０〜１３.０％の範囲である。

【0030】

（ＣａＯ）
ＣａＯは、ガラス組成物の高温での粘性を低下させ、所定の含有率であれば液相温度Ｔ_Ｌを低下させる効果を有する。しかし、ＣａＯの含有率が高すぎると、ガラス組成物におけるナトリウムイオンの移動が阻害されてしまう。また、液相温度Ｔ_Ｌを上昇させ、ガラス転移温度Ｔ_ｇを低下させてしまう。

【0031】

従って、ＣａＯの含有は任意であり、ＣａＯの含有率は０〜４.０％の範囲が適切である。ＣａＯの含有率は、０．５％以上が望ましく、１．０％以上が望ましい。また、ＣａＯの含有率は、３.０％以下が望ましい。ＣａＯの含有率は、さらに望ましくは、２．０〜３．０％の範囲である。

【0032】

（ＢａＯ）
ＢａＯは、ガラス組成物におけるナトリウムイオンの移動を顕著に妨げ、ＢａＯの含有量がたとえ少量であってもガラス組成物の化学強化が著しく阻害される。また、ＢａＯ、及び、その原料として用いられる炭酸バリウム、硝酸バリウムなどの化合物は、毒物及び劇物取締法により劇物に指定されており、生産時又は廃棄時に環境への悪影響を及ぼすおそれがある。このため、ＢａＯは本実施形態に係るガラス組成物から排除されるべきものであり、本実施形態に係るガラス組成物はＢａＯを含んでいないことが望ましい。

【0033】

（ＲＯの内訳）
質量比で表示して、ＭｇＯ／ＲＯが０．１２〜０．２０、ＣａＯ／ＲＯが０．０９〜０．２１、ＳｒＯ／ＲＯが０．６１〜０．７７の範囲にあると、液相温度Ｔ_Ｌ及び失透増大温度Ｔ_ｒｄが低くなりやすい傾向が見られる。特に、失透増大温度Ｔ_ｒｄが低くなりやすい。

【0034】

（ＴｉＯ_２）
ＴｉＯ_２はガラス組成物の耐熱性を高めることができる。また、ＴｉＯ_２はガラス組成物の高温粘性の上昇を抑制することができ、ガラス組成物の作業温度Ｔ_４及び溶融温度Ｔ_２の上昇を抑制できる。他方、ＴｉＯ_２の含有率が高すぎると、ＴｉＯ_２を核とする失透が生じやすい。

【0035】

従って、ＴｉＯ_２は必須成分であり、ＴｉＯ_２の含有率は、４.０〜１０.０％の範囲が適切である。ＴｉＯ_２の含有率は、５.０％以上が望ましく、６．０％以上がより望ましい。また、ＴｉＯ_２の含有率は、９.０％以下が望ましく、８．５％以下がより望ましく、場合によっては８.０％以下がより望ましい。

【0036】

（ＳｉＯ_２）
ＳｉＯ_２は、ガラス組成物を構成する主要成分であり、その含有率が低すぎるとガラスの化学的耐久性及び耐熱性が低下する。他方、ＳｉＯ_２の含有率が高すぎると、高温でのガラス組成物の粘性が高くなり、融解及び成形が困難になる。従って、ＳｉＯ_２の含有率は、５９.０〜６３.０％の範囲が適切である。ＳｉＯ_２の含有率は、５９.０〜６２.０％が望ましく、５９．０〜６１．５％がより望ましい。ＳｉＯ_２の含有率は、さらに望ましくは、５９．０〜６１．０％の範囲である。

【0037】

（Ｂ_２Ｏ_３）
Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス組成物の粘性を下げ、融解性を改善する成分である。しかし、Ｂ_２Ｏ_３の含有率が高すぎると、ガラス組成物の耐水性が低下し、ガラス組成物が分相しやすくなる。また、Ｂ_２Ｏ_３とアルカリ金属酸化物とが形成する化合物が揮発してガラス融解室の耐火物を損傷するおそれがある。本実施形態のガラス組成物は、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含有していないことが望ましいが、Ｂ_２Ｏ_３を含有する場合には、Ｂ_２Ｏ_３の含有率は０．５％以下が適切である。

【0038】

（Ｆｅ_２Ｏ_３）
通常Ｆｅは、Ｆｅ^２＋又はＦｅ^３＋の状態でガラス中に存在する。Ｆｅ^３＋はガラスの紫外線吸収特性を高める成分であり、Ｆｅ^２＋は熱線吸収特性を高める成分であるが、Ｆｅの含有は必須ではない。本実施形態のガラス組成物は、酸化鉄を実質的に含有していなくてもよい。Ｆｅは工業原料により不可避的に混入する場合があるが、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算した酸化鉄の含有率は、例えば０．３％以下、望ましくは０．２％以下である。また、場合によっては０．１％以下であってもよい。ガラス組成物を磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板として用いる場合、磁性体を成膜する際に赤外線ランプを用いてガラス基板を加熱する。この加熱の効率を高めるために、Ｆｅは、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算して、０．０１％以上含まれることが望ましい。

【0039】

（ＺｒＯ_２）
ＺｒＯ_２を含む結晶は融解しにくくガラス中に融解せずに残りやすい。このため、ガラス組成物を磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板として用いる場合、ガラス中に融解していないＺｒＯ_２が磁気ヘッドと衝突して磁気ヘッドを損傷させる可能性がある。なお、ＺｒＯ_２は、ガラス板の量産設備に用いられる耐火物又は原料からガラス組成物に混入することがある。このため、本実施形態のガラス組成物では、不純物としてＺｒＯ_２が混入することは許容される。従って、ＺｒＯ_２の含有率は０．１％以下が適切であり、０．０５％以下であることが望ましい。本実施形態のガラス組成物は、ＺｒＯ_２を実質的に含有しなくてもよい。

【0040】

（その他の成分）
本実施形態のガラス組成物は、上記に必須成分として列挙した各成分から実質的に構成されていることが望ましい。ただし、本実施形態のガラス組成物は、上記に列記した成分以外の成分を、望ましくは各成分の含有率が０．５％未満、より望ましくは０．１％未満となる範囲で含有していてもよい。含有が許容される成分としては、溶融ガラスの脱泡を目的として添加される、Ａｓ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＳＯ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｃｌ、Ｆを例示できる。ただし、Ａｓ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_５、Ｃｌ、Ｆは、環境に対する悪影響が大きいなどの理由から添加しないことが望ましい。脱泡のための添加成分としては硫酸塩として添加された原料から発生するＳＯ_３が好適である。また、含有が許容される成分の別の例は、ＺｎＯ、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３である。工業的に使用される原料に由来する上記以外の成分であっても０．１％を超えない範囲であればその成分の含有が許容される。これらの成分は、必要に応じて適宜添加したり、不可避的に混入したりするものであるから、本実施形態のガラス組成物は、これらの成分を実質的に含有しなくてもよい。

【0041】

以下、本実施形態に係るガラス組成物の特性について説明する。

【0042】

（ガラス転移点：Ｔ_ｇ）
本実施形態によれば、ガラス組成物のガラス転移点（Ｔ_ｇ）を６４０℃以上、場合によっては６５０℃以上に高めて優れた耐熱性を確保できる。このため、本実施形態に係るガラス組成物は、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板として適した特性を有する。

【0043】

（作業温度：Ｔ_４）
フロート法では、溶融ガラスを溶融窯からフロートバスに流入させる際に、溶融ガラスの粘度が１０^４ｄＰａ・ｓ（１０^４Ｐ）程度に調整される。フロート法による製造において、例えば、製造設備に要するエネルギーを抑制するため、ガラス組成物の作業温度Ｔ_４は所定温度（例えば、１１５０℃）以下であることが望ましい。本実施形態によれば、ガラス組成物のＴ_４を、１１５０℃以下、さらには１１４０℃以下、場合によっては１１３０℃以下まで低減し、フロート法による製造に適したガラス組成物を提供できる。

【0044】

（溶融温度：Ｔ_２）
溶融ガラスの粘度が１０^２ｄＰａ・ｓになる温度（溶融温度；Ｔ_２）が低いと、ガラス原料を熔かすために必要なエネルギー量を抑制することができ、ガラス原料がより容易に融解してガラス融液の脱泡及び清澄が促進される。本実施形態によれば、Ｔ_２を１６１０℃以下、さらには、１５８０℃以下、場合によっては１５６０℃以下にまで低下させることができる。

【0045】

（作業温度と液相温度との差分：Ｔ_４−Ｔ_Ｌ）
フロート法では、溶融ガラスの温度が作業温度Ｔ_４において、溶融ガラスが失透しないこと、言い換えれば作業温度Ｔ_４が液相温度Ｔ_Ｌ以上であることが必要である。作業温度Ｔ_４から液相温度Ｔ_Ｌを差し引いた差分が大きいほど、溶融ガラスをガラス製品に成形する際に失透による欠点が生じにくく望ましい。本実施形態によれば、作業温度Ｔ_４から液相温度Ｔ_Ｌを差し引いた差分が、０℃以上、さらには２０℃以上、場合によっては４０℃以上に達する、ガラス組成物を提供できる。また、本実施形態によれば、ガラス組成物の液相温度Ｔ_Ｌを１１２０℃以下、さらには１１００℃以下、場合によっては１０８０℃以下にまで低下させることができるので、ガラス組成物のＴ_４−Ｔ_Ｌが大きくなりやすい。

【0046】

（密度（比重）：ｄ）
電子機器の軽量化のため、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板として用いられるガラス組成物ｄの密度は小さいことが望ましい。本実施形態よれば、ガラス組成物の密度を２．７５ｇ・ｃｍ^−３以下、さらには２．７１ｇ・ｃｍ^−３以下、場合によっては２．６７ｇ・ｃｍ^−３以下にまで減少させることができる。

【0047】

以下、ガラス組成物の化学強化について説明する。

【0048】

（化学強化の条件）
上記のガラス組成物を、ナトリウムイオンよりもイオン半径の大きい一価の陽イオン、望ましくはカリウムイオン、を含む溶融塩に接触させ、上記のガラス組成物に含まれるナトリウムイオンを上記の一価の陽イオンによって置換するイオン交換を行うことにより、上記のガラス組成物の化学強化を実施できる。これによって、上記のガラス組成物を成形したガラス板の表面に圧縮応力が付与された圧縮応力層が形成される。溶融塩としては、典型的には硝酸カリウムを挙げることができる。硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとの混塩を用いることもできるが、混塩は濃度管理が難しいため、硝酸カリウム単独の溶融塩が望ましい。溶融塩の温度及び処理時間は、処理するガラス組成物の組成、大きさ及び形状などによって適宜定めればよいが、硝酸カリウム単独の溶融塩を用いる場合には、硝酸カリウムの熱分解及びガラスの耐熱性を考慮して、溶融塩の温度を例えば４６０℃〜５００℃に定めるとよい。ガラス組成物と溶融塩とを接触させる時間は、例えば４時間〜１２時間が適切である。

【0049】

（圧縮応力層）
本実施形態のガラス組成物を化学強化して得られた化学強化ガラスは、その表面に圧縮応力層が形成されている。この化学強化ガラスは、例えば、荷重２００ｇｆに対するビッカース硬度が５８０以上、又は、耐クラック荷重が１.０ｋｇｆ以上の強度を示す。従って、本実施形態のガラス組成物を化学強化して得られた化学強化ガラスは、十分な強度を有しており、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板に適した強度を有している。

【0050】

本実施形態によれば、耐熱性に優れ、フロート法による製造に適し、化学強化に適した特性を有するガラス組成物を提供できる。また、本実施形態のガラス組成物に化学強化を施した化学強化ガラスは、耐熱性に優れるので、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板に適している。ただし、本実施形態によるガラス組成物は、化学強化処理を施し、あるいはこの処理を施さずに、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等やタッチパネル式ディスプレイのカバーガラス又は電子デバイスの基板などとして用いることもできる。

【実施例】

【0051】

以下では、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

【0052】

（ガラス組成物の作製）
表１、表２、表３、表４、及び表５に示すガラス組成となるように、汎用のガラス原料である、ケイ砂、酸化チタン、アルミナ、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸ナトリウム、を用いてガラス原料（バッチ）を調合した。さらに、全てのバッチには、清澄剤として少量の硫酸ナトリウム（ボウ硝）と炭素を加えた。なお加えた硝酸ナトリウムの量を考慮して炭酸ナトリウムの量を定めてガラス原料を調合した。実施例２４、実施例３２、比較例１、比較例５、比較例６、比較例７、比較例１０、比較例１１、及び比較例１２については、ガラス原料に炭酸カリウムをさらに加えた。比較例６については、ガラス原料に炭酸バリウム及び酸化ジルコニウムをさらに加えた。比較例７については炭酸リチウムをさらに加えた。なお、実施例１〜６において、ケイ砂として不純物の少ない高純度ケイ砂を用いた。調合したバッチを白金ルツボに投入し、電気炉内で１５８０℃で４時間加熱して溶融ガラスとした。次いで、溶融ガラスを鉄板上に流し出し、冷却してガラスプレートとした。次いで、このガラスプレートを再び電気炉へ入れ、６５０℃から７００℃の間の適切な温度で３０分間保持した後、炉の電源を切り、室温まで徐冷して試料ガラスとした。このようにして、実施例１〜５２に係る試料ガラス及び比較例１〜１２に係る試料ガラスを得た。表１〜５に示すように、実施例に係る試料ガラス及び比較例に係る試料ガラスは、上記の原料に由来してＦｅ_２Ｏ_３に換算して所定量の酸化鉄又は所定量のＳＯ_３を含んでいた。

【0053】

試料ガラスについて、ガラス転移点Ｔ_ｇ、作業温度Ｔ_４、溶融温度Ｔ_２、液相温度Ｔ_Ｌ、及び密度ｄを測定した。

【0054】

ガラス転移点Ｔ_ｇは示差熱膨張計（理学電機株式会社サーモフレックスＴＭＡ８１４０）を用いて測定した。作業温度Ｔ_４及び溶融温度Ｔ_２は、白金球引き上げ法により測定した。密度ｄはアルキメデス法により測定した。

【0055】

液相温度Ｔ_Ｌは、以下の方法により測定した。

【0056】

試料ガラスを粉砕してふるいにかけ、２３８０μｍのふるいを通過し、１０００μｍのふるい上に留まったガラス粒を得た。このガラス粒をエタノールに浸漬し、超音波洗浄した後、恒温槽で乾燥させた。このガラス粒２５ｇを幅１２ｍｍ、長さ２００ｍｍ、深さ１０ｍｍの白金ボート上にほぼ一定の厚さになるように入れて測定試料とし、この白金ボートを約９００℃〜１１４０℃の温度勾配を有する電気炉（温度勾配炉）内に２時間保持した。その後、試料を倍率１００倍の光学顕微鏡を用いて観察し、失透が観測された部分の最高温度を液相温度Ｔ_Ｌとした。また、試料を目視で観察し、結晶の体積分率が５０％となる最高の温度を失透増大温度Ｔ_ｒｄとした。

【0057】

（強化ガラスの作製）
試料ガラスを２５ｍｍ×３５ｍｍに切り出し、その両面をアルミナ砥粒で研削し、さらに酸化セリウム研磨砥粒を用いて鏡面研磨した。こうして、両面の表面粗さＲａが２ｎｍ以下である厚さ５ｍｍのガラスブロックを得た（ＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に従う）。このガラスブロックを４８０℃に加熱した硝酸カリウム溶融塩中に８時間浸漬して化学強化を行った。化学強化処理後のガラス基板を８０℃の熱水で洗浄し、強化ガラスブロックを得た。

【0058】

上記のようにして得た強化ガラスブロックについて、ビッカース硬度Ｈ_Ｖおよび耐クラック荷重Ｒ_Ｃを評価した。ビッカース硬度Ｈ_Ｖは、アカシ製作所製のビッカース硬度計を用いて、ビッカース圧子で２００ｇｆの荷重を１５秒間加え、除荷後に残る正方形の圧痕から評価した。

【0059】

耐クラック荷重Ｒ_Ｃは以下の手順で算出した。まず、強化ガラスブロックの表面にビッカース圧子を押し当て、１ｋｇｆの荷重を１５秒間加えた。除荷の５分後に強化ガラスブロック表面に残る正方形の圧痕において、その頂点からクラックが生じている数を計測した。この計測を１０回繰り返して行ない、クラックが生じた数を頂点の数の合計４０ヶ所で除してクラック発生確率Ｐを算出した。前述の１ｋｇｆの荷重から開始し、クラック発生確率Ｐが５０％を超えるまで荷重を２ｋｇｆ、５ｋｇｆと段階的に増やし、それぞれの荷重について同様にクラック発生確率Ｐを求めた。このようにして、Ｐ＝５０％を跨いで隣り合う２段階の荷重Ｗ_Ｈ、Ｗ_Ｌとその時の発生確率Ｐ_Ｈ、Ｐ_Ｌ（Ｐ_Ｌ＜５０％＜Ｐ_Ｈ）を得た。２点（Ｗ_Ｈ，Ｐ_Ｈ）および（Ｗ_Ｌ,Ｐ_Ｌ）を通る直線がＰ＝５０％をとるときの荷重を求め、耐クラック荷重Ｒ_Ｃとした。結果を表１〜表５に示す。

【0060】

各実施例において、ガラス転移温度Ｔ_ｇが６４０℃以上であり、各実施例に係るガラス組成物が耐熱性に優れていることが示された。また、各実施例において、作業温度Ｔ_４は１１５０℃以下であり、液相温度Ｔ_Ｌは１１１６℃以下であり、作業温度Ｔ_４から液相温度Ｔ_Ｌを差し引いた差分Ｔ_４−Ｔ_Ｌは０℃以上であり、各実施例に係るガラス組成物は、フロート法による製造に適していることが示された。また、各実施例に係るガラス組成物について化学強化を施すことができた。このため、各実施例に係るガラス組成物は、耐熱性に優れ、フロート法の製造に適し、化学強化に適していることが示された。

【0061】

これに対し、比較例１、２、４〜１１に係るガラス組成物のガラス転移温度Ｔ_ｇは６４０℃を下回っており、これらのガラス組成物の耐熱性は十分に高いとは言い難かった。また、比較例１、３、１２に係るガラス組成物の液相温度Ｔ_Ｌは１１２０℃を超えていた。比較例１に係るガラス組成物の作業温度Ｔ_４は１１５０℃を超えていた。比較例１、３、５に係るガラス組成物の溶融温度Ｔ_２は１６１０℃を超えており、原料が融解しにくくガラス融液の脱泡及び清澄が難しかった。比較例６に係るガラス組成物は、０．４％ものＺｒＯ_２を含んでおり、未融解のＺｒＯ_２が磁気ヘッドを損傷させるおそれがあるので、磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板としての使用に適さない。また、比較例６に係るガラス組成物は、劇物であるＢａＯを含有しており、製造時又は廃棄時の取り扱いに注意を要する。

【0062】

【表1】

【0063】

【表2】

【0064】

【表3】

【0065】

【表4】

【0066】

【表5】

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、例えば磁気ディスクなどの磁気記録媒体のガラス基板として適した特性を有し、フロート法による製造に適し、化学強化に適した特性を有するガラス組成物を提供できる。

【要約】

本発明は、質量％で示して、ＳｉＯ_２：５９.０〜６３.０％、ＴｉＯ_２：４.０〜１０.０％、Ａｌ_２Ｏ_３：８.０〜１２.０％、ＭｇＯ：１.０〜５.０％、ＣａＯ：０〜４.０％、ＳｒＯ：４.０〜１４.０％、Ｎａ_２Ｏ：４.０〜１１.０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１.０％を含む、ガラス組成物を提供する。本発明によれば、耐熱性に優れ、フロート法による製造に適し、化学強化に適したガラス組成物を提供できる。