JP2000028506A - 保護膜強度評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気ディスク等記録媒体表面保護膜の強度を評
価するために従来は起動・停止繰り返し試験、高速シー
ク試験、衝撃力印加試験、低速摺動試験等が行なわれて
きた。このためこれら評価試験を行なうためには多くの
測定器を揃え、長時間かけた測定が必要であった。さら
に、微細な錐状の硬質ティップを所定の荷重で保護膜表
面に押し付け、この状態で引っ掻き動作を行なうことに
より生じる摩擦痕の深さの変化が表面保護膜硬度および
保護膜と下層の記録膜との接着強度の関係することが知
られている。 【解決手段】上記引っ掻き動作中に次第に荷重を変化
（例えば増加）するように制御し、この時の摩擦痕の深
さと上記荷重の関係をプロットし、予め測定しておいた
標準媒体の摩擦痕の深さと上記荷重の関係とを比較する
ことにより上記課題を解決している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド等の電
磁変換素子を記録媒体に近接または接触させて情報を記
録・再生するための高密度記憶媒体における表面保護膜
の強度を評価する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像（静止画、動画）、多重情報
処理等により情報処理量が増大し、これに伴い、高速で
高密度・大容量かつ低価格なメモリ需要が強まってきて
いる。このため、コンピュータの外部記憶装置として代
表的な磁気ディスクメモリの高密度化・小形化が急速に
推し進められるようになった。磁気ディスク装置は、ヘ
ッドを含む周辺機構のコンパクトさや記録密度の高さか
ら、メカニカルな機構部を有するメモリの中では格段に
アクセス速度が速く、単位スピンドル当たりの記憶容量
が大きいなどの特長ゆえに、コンピュータシステムにお
ける外部記憶装置として、主要な地位を占めるに至った
ものである。

【０００３】磁気ディスク装置は、その動作原理が表面
記録であるがゆえに、高い記録密度を実現するために
は、媒体と磁気ヘッドとの間隔（分離長）をできるだけ
低減し接近させることにより、記録時の磁気ヘッドから
の記録磁界の発散を抑制したり、再生時における記録媒
体表面に記録された記録ビットからの漏洩磁界を効率よ
く検出することが不可欠である。磁気ヘッド（電磁変換
部）を媒体に限りなく接近させて記録媒体と磁気ヘッド
の分離長を低減し、安定な情報の蓄積と読み出しを実現
するためには、上記磁気ヘッドが取り付けられているヘ
ッドスライダの小型軽量化による記録トラックに対する
追従性の向上はもちろんであるが、不測の接触や衝撃、
摺動に耐える媒体材料の組合せ、特に表層の保護・潤滑
剤の選択が極めて重要である。

【０００４】従来、作製した記録媒体の耐久性や信頼性
を評価するために、種々の環境中でのヘッドスライダの
起動・停止繰り返し試験（ＣＳＳ試験）や、高速シーク
試験、衝撃力印加試験、低速摺動試験などが行われてき
た。しかしながら、これらの試験には多くの時間や各種
設備を要し、短時間のうちに多くのサンプルを詳細に評
価することが困難であった。これに対して、媒体表層の
保護膜や潤滑膜の機械的特性に関する膜質、保護膜とそ
の下層に形成されている記録膜との密着強度を比較的短
時間に評価する方法として、ダイヤモンドのような硬質
材料で角錐状に形成されたティップを所定の微小荷重で
サンプルに押圧し、繰り返し摺動（引っ掻き）を行う試
験法が提案されている。この方法の基本構成を図６に示
す。図６において、４１は数ｍｍからサブｍｍ長のカン
チレバーで、その先端にダイヤモンド等の硬質材料で角
錐状に形成されたティップ４が取り付けられている。こ
のティップ４は評価用の媒体サンプル１の表面に所定の
荷重で接しており、この所定の荷重は移動機構（スキャ
ナ）２の上下移動により生じるカンチレバ−４１のたわ
みに比例した量として与えられる。同時に移動機構（ス
キャナ）２は上記のように荷重で押圧された状態で媒体
サンプル１表面の面方向に移動させることにより引っ掻
き動作を行うための走査を行うものである。このように
繰り返し引っ掻き動作により形成された摩擦痕は変位セ
ンサ５によりカンチレバ４１のティップ４が取り付けら
れている先端部の変位すなわち媒体表面の微細な凹凸が
検出される。この検出された変位量（押圧荷重）を制御
部において所望の押圧荷重目標値と比較し、その誤差分
をサンプル移動機構を上下させることで常に一定の荷重
でティップを押圧しながら走査できる。

【０００５】図７は、上記の機構に基づいて、所定の矩
形領域を一定の荷重で走査（引っ掻き）後、上記の摩擦
痕の形状に影響を及ぼさない軽微な荷重にて走査し、そ
の引っ掻き領域近傍の表面形状を観察した結果である。
図７のデータから定荷重で走査（引っ掻き）した領域が
一定深さで摩耗していることが知れる。

【０００６】ティップ４による摩耗特性は、一般に、荷
重をかけ始めた軽荷重領域では荷重増加と共に緩やかな
比例関係を示し、ある押圧荷重（臨界荷重）を越えた時
点で急増する性質を示すことが知られている。ここで、
図８に示すように摩耗初期の比較的軽い荷重の領域での
緩やかな勾配は、表層保護膜の硬度等の膜質に関係し、
摩耗の急増する荷重（臨界荷重）の大小は表層保護膜と
下層の記録（磁性）膜との密着力に関係するとされてい
る。そこで、上述のＣＳＳ試験やシーク試験などにおい
て良好な耐久特性を示す記録媒体をリファレンス（標準
媒体）として上述の引っ掻き試験を行い、更に新たに作
製された被測定媒体サンプルにおいても同様の試験を行
う。これらの測定結果を、図８における標準媒体に対す
るデータと摩耗初期の勾配や臨界荷重に関して比較する
ことで、短時間に媒体の耐久性に関する良否を判定する
ことが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の引っ掻き試験は、摩耗深さがnｍオーダと微小で、ま
た押圧荷重もμgオーダの極めて軽微な範囲で行われる
ため、十分信頼性の高い摩耗特性のデータを得るために
は、ティップ４の押圧荷重を多水準に亘って変えなが
ら、図６に示すような引っ掻き試験のデータを得る必要
があり、ＣＳＳ耐久試験やシーク試験などに比べれば、
はるかに簡便な方法ではあるものの、データ採取に多大
な時間と労力を要していた。

【０００８】上記のことから、本発明においては、短時
間に高信頼で、媒体の耐久性を評価し得る装置を提供す
ることを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては標準媒体に対する図８に示すデー
タを基準として、被測定媒体に対して同様の測定を行な
い両者を比較することにより記録媒体表面保護膜強度の
評価を行なうこととしている。すなわち、請求項１にお
いては、円錐或いは角錐等尖頭部を有するティップを情
報記録媒体の表面に押圧した状態で上記表面の面内方向
に移動させる手段と、上記ティップの押圧荷重を制御す
る手段と、これにより生じる摩耗痕の断面形状を測定す
る手段と、かつ上記押圧荷重と上記摩耗痕の深さとの関
係を求める手段を有したことを特徴とする保護膜強度評
価装置について規定したものである。

【００１０】請求項２は、上記請求項１で述べた評価装
置において、上記押圧荷重の制御手段は、上記ティップ
を上記情報記録媒体の面内方向への移動に比例して上記
ティップの押圧荷重を増加させる機能を有している保護
膜強度評価装置について規定したものである。

【００１１】また、請求項３は上記摩耗痕を上記ティッ
プを用いて押圧荷重状態で走査して得られる複数の断面
形状のデータを平均化する手段と、この平均化されたデ
ータを上記ティップの移動距離に対して微分する演算手
段と、これにより得られた微分値と予め標準サンプルに
より得られている標準微分値とを比較する手段と、上記
演算手段により得られた微分値が急変する点での押圧荷
重と予め標準サンプルにより得られている微分値が急変
する点での押圧荷重とを比較する手段とを有している請
求項２項記載の保護膜強度評価装置について規定したも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る一実施の形態を示し
たものである。

【００１４】基本構成は、図６に示す従来の装置に、さ
らにサンプル表面走査の動作中にサンプル押圧荷重を変
化させるサンプル押圧荷重発生部６を含む制御ループを
設けたものである。このサンプル押圧荷重動作は以下の
様に制御されるものである。すなわち、動作切り替えス
イッチ９を引っ掻き動作のモードに設定しておき、制御
部８からサンプル走査電圧発生を行わせる信号をサンプ
ル走査電圧発生部７に供給する。このサンプル走査電圧
発生部７からはこの走査動作に同期した信号が発せら
れ、この同期した信号によりサンプル押圧荷重発生部６
でのサンプル押圧荷重が設定される。ここで設定された
サンプル押圧荷重信号は制御部８にフィードバックされ
変位センサ５からの変位信号と比較され、この比較結果
の信号によりティップ押しつけ用電圧発生部１０を介し
てサンプルの移動機構２が移動し所定の設定された押圧
荷重が得られるように制御される。このティップ４の荷
重を制御するフィードバックループにより、その設定荷
重値を走査中に亘って可変とすることができる。このよ
うな構成とすることで、引っ掻き（走査）動作の始めか
ら終わりにかけた１サイクルの間で、押圧荷重が小から
大へと連続的に変化する引っ掻き動作が可能となる。以
上の引っ掻き動作終了後は、切り替えスイッチ９を表面
観察用低（定）荷重走査のモードに切り替え、走査範囲
を先の引っ掻き動作時よりやや拡大して引っ掻きによる
摩耗痕形状を観察する。

【００１５】例えば上記のように、引っ掻き（走査）距
離に比例して変化する押圧荷重で行った引っ掻き摩耗痕
を図２に示す。ここで、最終到達荷重を十分に大きく設
定すれば、摩耗痕の深さの変化は荷重が比較的小さい範
囲では緩やかな傾斜を示し、あるところ（臨界荷重）か
ら急傾斜となる。このようにして得られた断面形状はと
りもなおさず図７に示した引っ掻き試験による摩耗特性
そのものであるので、この痕形状を詳細に分析すること
で短時間に連続的な荷重と摩耗特性を得ることができ
る。

【００１６】ところで、すでに述べたように摩耗痕は実
際には摩耗深さのレベルがnｍ程度で極めて小さいこ
と、また押圧荷重が変化する範囲も極めて軽微な範囲で
の試験であるため、既存の表面の凹凸と摩耗痕の形状を
引っ掻き走査範囲で十分な高Ｓ／Ｎで計測・評価するこ
とは難しい。これを解決するための処理手続を図３に示
す。

【００１７】まず図３（ａ）に示すように媒体表面がも
ともと有している凹凸から摩耗痕深さを高精度に検出す
るために、複数回の引っ掻きを繰り返し、個々の引っ掻
き断面の測定データ毎に適当なローパスフィルタを用い
て平均化し、さらにこのようにして得られた複数の断面
形状の測定データを算術平均することで、ノイズとなる
突発的な変動（突起や凹み）成分を除去することが出
来、図３（ｂ）に示す測定データが得られる。次に、こ
れらの平均化断面の測定データを引っ掻き（走査）方向
に微分することにより、図３（ｃ）に示すように勾配の
大小により２つのレベルを示す結果が得られる。ここ
で、微分値（勾配）の絶対値の小さい方のレベルは初期
摩耗特性を代表するものであり、保護膜の硬度が数値化
されることになり、また、上記勾配が急変する臨界荷重
の部分ではステップ状となり、臨界荷重の同定が客観的
で精密かつ容易に求めることが出来る。このように測定
することにより、参照サンプルとなる標準媒体の摩耗特
性との比較も、走査開始初期の緩やかな勾配の部分の微
分値と臨界荷重に対応する勾配急変点の２つの数値の比
較で済むため、測定者がモニタ上で測定されたサンプル
の特性と標準特性とを１点ずつ随時比較して良否を判別
する必要はなく、測定処理が自動的に行なわれるため高
スループットで評価・判定することが出来る。なお、微
分処理の際に、不要な雑音成分が発生する場合には、再
度微分データに対して適当なフィルタリング処理を施す
ことにより平均化処理を行うことも可能であることは勿
論である。

【００１８】以上の一連のデータ処理は図１におけるテ
ィップ押し付け用電圧発生部１０の出力から取り出され
た信号に対して実行される。すなわち、図１に示すよう
にローパスフィルタで媒体表面にもともと含まれている
微細な凹凸による雑音成分をローパスフィルタ１１で除
去し、さらに加算器１２およびメモリ１３により平均化
処理が行なわれた後、微分器１４により初期勾配と臨界
荷重とが検出される。このようにして得られた初期勾配
と臨界荷重との測定データは、予め登録されている標準
媒体のデータとコンパレータ１５において比較され、こ
の比較結果はＣＲＴ或いはプロッタ等のディスレイ装置
１６により表示される。

【００１９】図４は上記の本発明における処理の流れを
示したものである。すなわち、測定条件である引っ掻き
速度、引っ掻き範囲および最大押圧荷重の各パラメータ
を入力し、同時に判定時の基準となる標準微分値、標準
臨界荷重を入力して初期設定を行なう。つぎに、引っ掻
き試験を行なうことにより摩耗痕を付けた後に引っ掻き
面形状測定を行ない図３（ａ）のデータを得る。このデ
ータは平均化処理が施され（図３（ｂ））ることにより
初期摩耗痕の勾配が求められ、さらに微分演算が行なわ
れ（図３（ｃ））臨界荷重が求められる。このようにし
て得られたデータは最初に入力されている標準微分値と
標準臨界荷重と比較され判定される（図３（ｄ））。

【００２０】上記の説明では、引っ掻き試験時に、押圧
荷重を走査距離に伴って線形に、あるいは連続的に変え
た場合について説明したが、１回毎の走査範囲を更に複
数の区間に区分して、これらの区間毎に押圧荷重をそれ
ぞれ一定として段階的に（不連続に）荷重を変えた走査
を行ってもよい。図５はこのようにして測定した結果を
示したものである。ここにおける測定データの処理につ
いては、図３および図４で説明したような平均化、微分
処理を同様に適用することが出来る。図５のような場合
には、図７のような個々の荷重と摩耗深さのデータセッ
トとして得られるので、これらのデータポイントを結ぶ
ことにより、初期勾配や臨界荷重を求めることができ
る。

【００２１】なお、以上の説明では、図６に示す従来の
引っ掻き試験装置において、サンプル走査電圧に連動し
て押圧荷重を変える荷重発生部や、切替えスイッチ部な
どをハード構成として示したが、これらの制御はティッ
プの荷重制御ソフトによっても同様の機能として実現し
得ることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、錐
状のティップを情報記録媒体の表面に所望の荷重で押圧
して繰り返し引っ掻き動作を行ない、これにより生じた
摩耗痕の深さと押圧荷重の関係から、情報記録媒体の表
面保護膜の強度を評価する装置において、ティップの記
録媒体引っ掻き移動量に応じて押圧荷重を変化させ、こ
れによりえられた初期勾配と臨界荷重とから表面保護層
の強度および保護層と記録層との接着強度を短時間にか
つ高信頼で、媒体の耐久性を評価できる装置を提供する
ことが出来るようになった。また、ティップ移動に連動
した押圧荷重で引っ掻いた摩耗痕断面のプロファイルを
平均化する手段と、この平均された断面形状を引っ掻き
方向に沿って微分する手段、及びこれら微分値と標準微
分値もしくは微分値の急変荷重（臨界荷重）と、これの
標準の臨界（急変）荷重とを比較する手段を具備してお
り、精度よく媒体の良否を高速で自動判別できる装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る保護膜強度評価装置の構成図。

【図２】本発明に係る保護膜強度評価装置による引っ掻
き試験後の表面形状図。

【図３】本発明に係る保護膜強度評価装置による引っ掻
き試験における各ステップでの測定データを処理した結
果を示すグラフ。

【図４】本発明における測定手順を示すフローチャー
ト。

【図５】本発明に係る保護膜強度評価装置による引っ掻
き試験後の表面形状図。

【図６】従来の保護膜強度評価装置の構成図。

【図７】従来の保護膜強度評価装置による引っ掻き試験
後の表面形状図。

【図８】引っ掻き試験用ティップの押圧荷重と摩耗痕深
さの関係図。

【符号の説明】

１…評価用サンプル ２…サンプル走査および荷重印加用アクチュエータ ３…評価装置筐体 ４…サンプル引っ掻き用ティップ ４１…ティップ支持用カンチレバー ５…ティップ変位計測用変位センサ ６…サンプル押圧荷重発生部 ７…サンプル走査電圧発生部 ８…制御部 ９…引っ掻き・形状測定切換部スイッチ １０…ティップ押し付け用電圧発生部 １１…ローパスフィルタ １２…加算器 １３…メモリ １４…微分器 １５…コンパレータ １６…ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA15 AA43 BC09 BD07 BD13 BD20 CA11 DA02 DA04 DA21 DB03 DB05 DD02 EB01 EB15 EB18 EB23 KA01 LA12 LA16 LA22 LA23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】尖頭部を有するティップを情報記録媒体の
   表面に押圧した状態で上記表面の面内方向に移動させる
   手段と、上記ティップの押圧荷重を制御する手段と、こ
   れにより生じる摩耗痕の断面形状を測定する手段と、か
   つ上記押圧荷重と上記摩耗痕の深さとの関係を求める手
   段と、この得られた関係を表示する手段とを有したこと
   を特徴とする保護膜強度評価装置。
2. 【請求項２】上記押圧荷重を制御する手段は、上記ティ
   ップを上記情報記録媒体の面内方向への移動と共に上記
   ティップの押圧荷重を変化させる機能を有していること
   を特徴とする請求項１記載の保護膜強度評価装置。
3. 【請求項３】上記摩耗痕を上記ティップを用いて押圧荷
   重状態で走査して得られる複数の断面形状のデータを平
   均化する手段と、この平均化されたデータを上記ティッ
   プの移動距離に対して微分する演算手段と、これにより
   得られた微分値と予め標準サンプルにより得られている
   標準微分値とを比較する手段と、上記演算手段により得
   られた微分値が急変する点での押圧荷重と予め標準サン
   プルにより得られている微分値が急変する点での押圧荷
   重とを比較する手段とを具備することを特徴とする請求
   項２記載の保護膜強度評価装置。