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特許7392909磁気記録媒体用ガラス基板及びそれを用いた磁気記録装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-28
(45)【発行日】2023-12-06
(54)【発明の名称】磁気記録媒体用ガラス基板及びそれを用いた磁気記録装置
(51)【国際特許分類】
   G11B 5/73 20060101AFI20231129BHJP
   C03C 3/085 20060101ALI20231129BHJP
   C03C 3/087 20060101ALI20231129BHJP
   C03C 3/091 20060101ALI20231129BHJP
【FI】
G11B5/73
C03C3/085
C03C3/087
C03C3/091
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019212416
(22)【出願日】2019-11-25
(65)【公開番号】P2021086643
(43)【公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-10-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000232243
【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 敦己
【審査官】川中 龍太
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-032918(JP,A)
【文献】国際公開第2017/204143(WO,A1)
【文献】特開2015-107911(JP,A)
【文献】特開平10-001329(JP,A)
【文献】国際公開第2019/146379(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G11B 5/62 - 5/82
C03C 3/085
C03C 3/087
C03C 3/091
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス組成として、質量%で、SiO 55~70%、Al 17~25%、B 0~2%、MgO 0~6%、CaO 0~7%、SrO 0.1~7%、BaO 0.1~15%を含有し、徐冷点が780℃以上であり、高温粘度102.5dPa・sにおける温度が1640℃以下であり、且つヤング率が80GPa以上であることを特徴とする磁気記録媒体用ガラス基板。
【請求項2】
表面の平均表面粗さRaが1.0nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体用ガラス基板。
【請求項3】
光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が70%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気記録媒体用ガラス基板。
【請求項4】
ディスク形状であることを特徴とする請求項1~の何れかに記載の磁気記録媒体用ガラス基板。
【請求項5】
請求項1~の何れかに記載の磁気記録媒体用ガラス基板を備えることを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気記録媒体用ガラス基板及びそれを用いた磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気記録装置は、磁気記録媒体用基板上に磁性層を成膜した磁気記録媒体を備えており、該磁性層を用いて情報を記録することができる。従来まで、磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体用基板としてアルミニウム合金基板が使用されてきた。現在では、高記録密度化の要求に伴い、磁気媒体用基板の薄肉化が検討されている。しかし、アルミニウム合金基板を薄くすると剛性がなくなってしまうため、剛性、平坦性、平滑性等に優れるガラス基板に注目が集まっている。
【0003】
近年では、更なる高記録密度化のニーズに応えるため、エネルギーアシスト磁気記録方式を用いた磁気記録媒体、つまりエネルギーアシスト磁気記録媒体が検討されている。エネルギーアシスト磁気記録媒体についても、ガラス基板が使用されると共に、ガラス基板の表面上に磁性層等が成膜される。エネルギーアシスト磁気記録媒体では、磁性層の磁性材料として大きな磁気異方性係数Ku(以下、「高Ku」と称する)を有する規則合金が用いられる。
【0004】
磁性層の規則化の程度(規則度)を高めて高Ku化を図るため、磁性層の成膜時、或いは成膜前後に、ガラス基板を含む基材を800℃程度の高温で熱処理することがある。この熱処理温度は高記録密度になればなる程、高温が必要になるため、従来の磁気記録媒体用ガラス基板よりも更に高い耐熱性が求められる。また、磁性層の成膜後に、ガラス基板を含む基材に対して、レーザー照射を実行することもある。このような熱処理やレーザー照射は、FePt系合金等を含む磁性層のアニール温度や保磁力を高めるという目的もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、磁気記録媒体用ガラス基板には、高速回転時に大きな変形を起こさないために、高い剛性(ヤング率)を有することが求められる。詳述すると、ディスク状の磁気記録媒体では、媒体を中心軸の周りに高速回転させつつ、磁気ヘッドを半径方向に移動させながら、回転方向に沿って情報の書き込み、読み出しを行う。近年、この書き込み速度や読み出し速度を上げるための回転数は5400rpmから7200rpm、更には10000rpmと高速化の方向に進んでいるが、ディスク状の磁気記録媒体では、予め中心軸からの距離に応じて情報を記録するポジションが割り当てられる。このため、ガラス基板が回転中に変形を起こすと、磁気ヘッドの位置ズレが起こり、正確な読み取りが困難になる。
【0006】
また、近年、磁気ヘッドにDFH(Dynamic Flying Height)機構を搭載させることで、磁気ヘッドの記録再生素子部と磁気記録媒体表面との間隙の大幅な狭小化(低浮上量化)を達成して、更なる高記録密度化を図ることが行われている。DFH機構とは、磁気ヘッドの記録再生素子部の近傍に極小のヒーター等の加熱部を設けて、素子部周辺のみを媒体表面方向に向けて熱膨張させる機構である。このような機構を備えることにより、磁気ヘッドと媒体の磁性層との距離が近づくため、より小さい磁性粒子の信号を拾うことができるようになり、高記録密度化を達成することが可能となる。その一方で、磁気ヘッドの記録再生素子部と磁気記録媒体の表面との間隙が、例えば2nm以下と極めて小さくなるため、僅かな衝撃によっても磁気ヘッドが磁気記録媒体の表面に衝突する虞がある。この傾向は、高速回転になる程、顕著となる。よって、高速回転時には、この衝突の原因になるガラス基板の撓みやバタツキ(フラッタリング)の発生を防ぐことが重要になる。
【0007】
更に、近年のデータセンターやサーバーの世界的な利用増に付随して、これらの磁気ディスク基板の低コスト化が求められている。ガラス基板の低コスト化には、一般的に、低温溶融が有効である。更に、オーバーフローダウンドロ―法、フロート法を採択して、大型のガラス基板を製品の厚みに近い板厚で成形することも有効である。
【0008】
そこで、本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その目的は、高速回転時に撓みやバタツキ(フラッタリング)が発生し難く、大幅な高記録密度を実現するために十分な耐熱性を備え、しかも低コスト化に資する磁気記録媒体用ガラス基板を創案することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、種々の実験を繰り返した結果、ガラス特性を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、徐冷点が780℃以上であり、高温粘度102.5dPa・sにおける温度が1640℃以下であり、且つヤング率が80GPa以上であることを特徴とする。ここで、「徐冷点」は、周知のファイバーエロンゲーション法で測定可能であり、例えばASTM C336の方法に基づいて測定することができる。「ヤング率」は、周知の共振法で測定可能である。「高温粘度102.5dPa・sにおける温度」は、周知の白金球引き上げ法で測定可能である。
【0010】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板では、徐冷点が780℃以上に規制されている。このようにすれば、熱アシスト等の高温での熱処理やレーザー照射を実行しても、ガラス基板の変形が生じ難くなる。結果として、高Ku化を図る際に、より高い熱処理温度を採用し得るため、高記録密度の磁気記録装置を作製し易くなる。
【0011】
また、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板では、高温粘度102.5dPa・sにおける温度が1640℃以下に規制されている。このようにすれば、低温溶融が可能になるため、ガラス基板の低コスト化に寄与することができる。また成形性も高めることができる。
【0012】
更に、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板では、ヤング率が80GPa以上に規制されている。このようにすれば、高速回転時に、ガラス基板の撓みやバタツキ(フラッタリング)が発生し難くなるため、情報記録媒体と磁気ヘッドの衝突を防止することができる。
【0013】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、ガラス組成として、質量%で、SiO 55~70%、Al 17~25%、B 0~2%、MgO 0~6%、CaO 0~7%、SrO 0.1~7%、BaO 0.1~15%を含有することが好ましい。
【0014】
また、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、表面の平均表面粗さRaが1.0nm以下であることが好ましい。このようにすれば、高記録密度化のためにビットサイズが微細化されても、磁気特性の改善が可能になる。ここで、「表面の平均表面粗さRa」は、端面を除く主表面(両表面)の平均表面粗さRaを指し、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)で測定することができる。
【0015】
また、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が70%以上であることが好ましい。
【0016】
また、本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、ディスク形状、つまり円盤形状であり、且つ中心部に円形の開口部が形成されている形状(図1参照)であることが好ましい。
【0017】
また、本発明の磁気記録装置は、上記の磁気記録媒体用ガラス基板を備えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】ディスク形状を示すための上方斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板において、徐冷点は、好ましくは780℃以上、785℃以上、790℃以上、795℃以上、800℃以上、特に好ましくは805~900℃である。徐冷点が低過ぎると、高温での熱処理やレーザー照射を実行し難くなり、高記録密度の磁気記録媒体を作製し難くなる。
【0020】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板において、高温粘度102.5dPa・sにおける温度は、好ましくは1640℃以下、1635℃以下、1630℃以下、特に1450~1625℃である。高温粘度102.5dPa・sにおける温度が高過ぎると、溶融性や成形性が低下して、ガラス基板の製造コストが高騰する。
【0021】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板において、ヤング率は、好ましくは80GPa以上、81GPa以上、82GPa以上、特に好ましくは83~100GPaである。ヤング率が低過ぎると、高速回転時に、ガラス基板の撓みやバタツキ(フラッタリング)が発生し易くなるため、情報記録媒体と磁気ヘッドが衝突し易くなる。
【0022】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、ガラス組成として、質量%で、SiO 55~70%、Al 17~25%、B 0~2%、MgO 0~6%、CaO 0~7%、SrO 0.1~7%、BaO 0.1~15%を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有量を限定した理由を以下に示す。なお、各成分の含有量の説明において、%表示は、特に断りがある場合を除き、質量%を表す。
【0023】
SiOは、ガラスのネットワークを形成する成分である。SiOの含有量は、好ましくは55~70%、56~67%、57~65%、特に58~63%である。SiOの含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また耐熱性が低下し易くなる。一方、SiOの含有量が多過ぎると、溶融性、成形性、ヤング率が低下し易くなる。
【0024】
Alは、ヤング率や徐冷点を高める成分である。Alの含有量は、好ましくは17~25%、18~23%、18.5~21%、特に19~20%である。Alの含有量が少な過ぎると、ヤング率や耐熱性が低下し易くなる。一方、Alの含有量が多過ぎると、溶融性、成形性、耐失透性が低下し易くなる。
【0025】
は、ガラスのネットワークを形成する成分であるが、ヤング率や耐熱性を低下させる成分である。よって、Bの含有量は、好ましくは0~2%、0.1~1.8%、0.3~1.5%、特に0.4~1%である。
【0026】
MgOは、ヤング率を大幅に高める成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。MgOの含有量は、好ましくは0~6%、1~6%、1.5~5%、2~5%、2~4.5%、特に2.5~4%である。MgOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、MgOの含有量が多過ぎると、耐熱性、耐失透性が低下し易くなる。
【0027】
CaOは、高温粘度を低下させて、溶融性及び成形性を高める成分である。CaOの含有量は、好ましくは0~7%、1~6%、2~5%、特に2.5~4.5%である。CaOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、CaOの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。
【0028】
SrOは、他の成分とのバランスを取り、耐失透性を高める効果があり、特に無アルカリガラス系ではガラスの安定化に必須の成分である。一方、SrOの含有量が多過ぎると、CaO系の結晶析出が促進されて、耐失透性が低下することを加えて、ヤング率も低下してしまう。よって、SrOの含有量は、好ましくは0.1~7%、0.1~6%、0.5~5%、1~4.5%、特に1~4%である。
【0029】
BaOは、CaO系の結晶析出を低減する効果があり、特に無アルカリガラス系ではガラスの安定化に必須の成分である。一方、BaOの含有量を多過ぎると、ヤング率が低下し易くなる。よって、BaOの含有量は、好ましくは0.1~15%、3~13%、4~12%、5~12%、特に6~11%である。
【0030】
上記成分以外にも、例えば以下の成分を添加してもよい。
【0031】
LiO、NaO及びKOは、高温粘度を低下させて、溶融性及び成形性を高める成分であるが、耐水性や耐候性を低下させる成分である。LiO、NaO及びKOの合量は、好ましくは0~15%、0~10%、0~5%、0~1%、特に0~0.1%未満である。LiO、NaO及びKOのそれぞれの含有量は、好ましくは0~10%、0~5%、0~1%未満、特に0~0.1%未満である。
【0032】
ZnOは、高温粘性を下げて、溶融性を顕著に高める成分である。ZnOの含有量は、好ましくは0~7%、0.1~5%、特に0.5~3%である。ZnOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。なお、ZnOの含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなる。
【0033】
TiOは、耐水性や耐候性を高める成分であるが、ガラスを着色させる成分である。しかし、TiOの含有量が多過ぎると、光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が低下し易くなる。よって、TiOの含有量は、好ましくは0~0.5%、特に0~0.1%未満である。
【0034】
清澄剤として、SnO、Cl、SO、CeOの群(好ましくはSnO、SOの群)から選択された一種又は二種以上を0.05~0.5%添加してもよい。
【0035】
Feは、ガラス原料に不純物として不可避的に混入する成分であり、着色成分である。よって、Feの含有量は、好ましくは0.5%以下、0.001~0.1%、0.005~0.07%、0.008~0.025%、特に0.01~0.03%である。Feの含有量が多過ぎると、光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が低下し易くなる。
【0036】
、Cr、CoO及びNiOは、着色成分である。よって、V、Cr、CoO及びNiOのそれぞれの含有量は、好ましくは0.1%以下、特に0.01%未満である。V、Cr、CoO及びNiOのそれぞれの含有量が多過ぎると、光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が低下し易くなる。
【0037】
環境的配慮から、ガラス組成として、実質的にAs、Sb、PbO、Bi及びFを含有しないことが好ましい。ここで、「実質的に~を含有しない」とは、ガラス成分として積極的に明示の成分を添加しないものの、不純物として混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、明示の成分の含有量が0.05%未満であることを指す。
【0038】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、以下の特性を有することが好ましい。
【0039】
磁気記録媒体用ガラス基板には、磁気記録媒体の記録再生の信頼性を高めるために、適正な熱膨張係数を有することが求められる。詳述すると、磁気記録媒体を組み込んだHDD(ハードディスクドライブ)は、中央部分をスピンドルモーターのスピンドルで押圧して、磁気記録媒体自身を回転させる構造を備えている。このため、ガラス基板とスピンドル材料の熱膨張係数差が大き過ぎると、周囲の温度変化に対して、両者の熱膨張・熱収縮が相違するため、磁気記録媒体が変形するという現象が生じる。このような現象が生じると、書き込んだ情報を磁気ヘッドで読み出せなくなってしまい、記録再生の信頼性を損なう虞がある。よって、磁気記録媒体用ガラス基板には、スピンドル材料(例えばステンレス等)の熱膨張係数に整合する熱膨張係数を有していることが望ましい。このような観点から、30~380℃の温度範囲における平均線熱膨張係数は、好ましくは25×10-7~60~10-7/℃、28×10-7~55~10-7/℃、特に30×10-7~50~10-7/℃である。
【0040】
液相温度は、好ましくは1300℃以下、1280℃以下、1260℃以下、1250℃以下、1240℃以下、特に1230℃以下である。液相粘度は、好ましくは103.8dPa・s以上、104.4dPa・s以上、104.6dPa・s以上、104.8dPa・s以上、特に105.0dPa・s以上である。このようにすれば、成形時に失透結晶が析出し難くなり、オーバーフローダウンドロー法等で板状に成形し易くなるため、表面を研磨しなくても、或いは少量の研磨によって、表面の平均表面粗さRaを1.0nm以下、特に0.2nm以下にすることができる。結果として、ビットサイズの微細化によって磁気特性を高めることが可能になる。また失透結晶や研磨量の低減により、ガラス基板を低コスト化することができる。ここで、「液相温度」は、標準篩30メッシュ(500μm)を通過し、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、温度勾配炉中に24時間保持して、結晶が析出する温度を測定することにより算出可能である。「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を指し、白金球引き上げ法で測定可能である。
【0041】
光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率は、好ましくは70%以上、80%以上、特に90%以上である。光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率が低過ぎると、レーザー照射する際に、レーザー光が磁性層に十分に照射されず、磁性層の高Ku化を図り難くなる。
【0042】
β-OHは、好ましくは0.30/mm以下、0.25/mm以下、0.20/mm以下、0.15/mm以下、特に0.10/mm以下である。β-OHが大き過ぎると、徐冷点が低下し易くなる。なお、β-OHが小さ過ぎると、ガラス中の塩素が高い状態で推移している虞がある。よって、β-OHは、好ましくは0.01/mm以上、特に0.02/mm以上である。
【0043】
β-OHを低下させる方法として、以下の方法が挙げられる。(1)低含水量の原料を選択する。(2)ガラス中にβ-OHを低下させる成分(Cl、SO等)を添加する。(3)炉内雰囲気中の水分量を低下させる。(4)溶融ガラス中でNバブリングを行う。(5)小型溶融炉を採用する。(6)溶融ガラスの流量を多くする。(7)電気溶融法を採用する。
【0044】
ここで、「β-OH」は、FT-IRを用いてガラス基板の透過率を測定し、下記の式で求めた値を指す。
【0045】
[数1]
β-OH=(1/X)log(T/T
X:板厚(mm)
:参照波長3846cm-1における透過率(%)
:水酸基吸収波長3600cm-1付近における最小透過率(%)
【0046】
表面の平均表面粗さRaは、好ましくは1.0nm以下、0.7nm以下、0.4nm以下、特に0.2nm以下である。表面の平均表面粗さRaが大き過ぎると、高記録密度化のためにビットサイズを微細化しても、磁気特性の改善が見込めなくなる。
【0047】
板厚は、好ましくは1.5mm以下、1.2mm以下、0.2~1.0mm、特に0.3~0.9mmである。板厚が厚過ぎると、所望の板厚まで研磨しなければならず、加工コストが高騰する虞がある。
【0048】
本発明の磁気記録媒体用ガラス基板は、例えば、以下の方法で作製することができる。まず所望のガラス組成になるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入して、1500~1700℃で加熱溶融し、清澄した後、溶融ガラスを成形装置に供給した上で板状に成形し、冷却することが好ましい。板状に成形した後に、所定寸法に切断加工する方法は、周知の方法を採用することができる。ガラス基板の成形方法として、種々の方法を採択することができるが、表面平滑性を高めるために、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウン法等を採択することが好ましい。
【実施例1】
【0049】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【0050】
表1~3は、本発明の実施例(試料No.1~50)を示している。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】
【表3】
【0054】
まず表中のガラス組成になるように、ガラス原料を調合したガラスバッチを白金坩堝に入れた後、1500~1700℃で24時間溶融、清澄、均質化を行った。ガラスバッチの溶解に際しては、白金スターラーを用いて攪拌し、均質化を行った。次いで、溶融ガラスをカーボン板上に流し出して、板状に成形した後、徐冷点付近の温度で30分間徐冷した。得られた各ガラス基板について、30~380℃の温度範囲における平均線熱膨張係数α30~380℃、密度Density、β-OH、歪点Ps、徐冷点Ta、軟化点Ts、高温粘度104.5dPa・sにおける温度、高温粘度104.0dPa・sにおける温度、高温粘度103.0dPa・sにおける温度、高温粘度102.5dPa・sにおける温度、液相温度TL、液相粘度logη at TL、ヤング率Young’s Modulus、ヤング率/密度で計算されるSpecific modulusを評価した。
【0055】
30~380℃の温度範囲における平均線熱膨張係数は、ディラトメーターで測定した値である。
【0056】
密度は、アルキメデス法によって測定した値である。
【0057】
β-OHは、上記方法により測定した値である。
【0058】
歪点、徐冷点、軟化点は、ASTM C336及びC338の方法に基づいて測定した値である。
【0059】
高温粘度104.5dPa・s、104.0dPa・s、103.0dPa・s、102.5dPa・sにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
【0060】
液相温度は、標準篩30メッシュ(篩目開き500μm)を通過し、50メッシュ(篩目開き300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に24時間保持して、結晶(初相)の析出する温度を測定した値である。液相粘度は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
【0061】
ヤング率は、共振法により測定した値を指す。
【0062】
表から明らかなように、試料No.1~50は、徐冷点が796℃以上、ヤング率が81.2GPa以上、102.5dPa・sにおける温度が1640℃以下であるため、磁気記録媒体用ガラス基板として好適である。
【実施例2】
【0063】
表中の試料No.1~50のガラス組成になるように、ガラス原料を調合したガラスバッチを溶融窯に投入した後、1500~1700℃で24時間溶融、清澄、均質化を行い、板厚0.675mmになるように、オーバーフローダウンドロー法で板状に成形した。得られたガラス基板の表面の表面粗さRaを原子間力顕微鏡(AFM)で測定したところ、0.10~0.20nmであった。更に、得られたガラス基板について、光路長1mm、波長範囲350~1500nmにおける平均直線透過率を島津製作所製分光光度計UV-3100で測定したところ、何れも90%以上であった。
図1