JP2006012377A - ヘッドスライダおよび磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚染物質の付着が少なく、均一で平坦なヘッド潤滑層表面を形成でき、極低浮上特性に優れたヘッドスライダおよびこのヘッドスライダを備えた磁気記録装置を提供する。
【解決手段】ヘッドスライダ２は、磁気記録媒体１１と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面９に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層１０を備え、Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層１０の表面張力が、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面９の表面張力と同等またはそれ以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は磁気記録装置におけるヘッドスライダに関するものである。

磁気記録装置においては、記録変換素子（本発明では単にヘッドともいう）を備えたヘッドスライダが、磁気記録媒体であるハードディスク上を浮上しながら情報の読み書きを行う。

ヘッドと、ハードディスク上で磁気情報を記録（書き込み）あるいは再生（読み取り）するための磁性層との距離は磁気スペーシングと呼ばれ、磁気スペーシングが狭いほど記録密度が向上する。このため、近年の記録密度向上に対する強いニーズに対応して、現在のヘッド浮上隙間は１０ｎｍを切ろうとしている。このような極低浮上隙間にあっては、汚染物質がわずかにヘッドスライダに付着するだけで、ヘッドの浮上安定性が大きく崩れる。

汚染物質の一つとして、周囲の環境よりもたらされる揮発性有機物やデブリ等が知られている。ヘッドスライダの動作に伴い、ハードディスク上に付着した揮発性有機物質やデブリ等がヘッドスライダに掻き集められ、最終的にはヘッド浮上隙間が埋められ、ヘッドクラッシュへと繋がることになる。

上記の問題を解決すべく様々な方法が提案されている。たとえば、磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面（本明細書では、単に「ヘッドスライダ面」ともいう）をパターニングし、表面エネルギーを低下させることで汚染物質の付着を抑える方法が考案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法ではヘッドスライダの製作コストが高くなるという欠点がある。

また、ヘッドスライダ面に自己組織化膜を設けて表面エネルギーを低下させる方法が提案されている（たとえば特許文献２参照）が、自己組織化膜自体の膜厚（分子鎖長）が大きく、磁気スペーシングを大きくすることとなり、高記録密度化には向いていない。そればかりではなく、この方法で採用されている自己組織化膜には、ヘッドクラッシュを引き起こしやすい物質として知られている珪素が含有されているので実用化の障害となる。

さらに、ヘッドスライダ面やヘッドスライダ保護層（本明細書では「ヘッド保護層」とも呼称する）面に対して、ハードディスク上に塗布されている潤滑剤と同一または類似の潤滑剤を塗布し、更に紫外線を照射することで表面エネルギーを下げ、汚染物質の付着を低減することが提案されている（たとえば特許文献３参照）。しかし、この方法は以下の点で不利である。一般に、ディスク上からの蒸発やヘッドスライダ等との間欠的な接触により、ディスク面からヘッドスライダ面側に潤滑剤が移着し、ディスク上の潤滑層厚と同程度の膜厚のものが、ヘッドスライダがディスクに対向する側の最外表面（以下、「ＡＢＳ」ともいう。ＡＢＳは、”ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ”の略である）に形成されることが知られていた。浮上隙間が十分確保されている装置においては、このようなＡＢＳに付着して来る潤滑剤は問題とならなかったが、浮上隙間が小さくなるにつれ、この挙動が浮上を不安定化することが知られるようになってきた。この原因は、ＡＢＳ上の潤滑剤がディスクに接触し、液架橋を形成し、浮上を阻害するためと解されている。

この方法で優れている点は、ヘッドスライダに塗布した潤滑剤を紫外線処理により固定することで、潤滑層を液体から固体的な膜にし、液架橋を起こりにくくしている点である。しかしながら、この文献で開示されているような極性を有する分子末端を備える潤滑剤を単純に塗布しただけでは凝集力により潤滑剤が凝集してしまい、それを紫外線処理により固化してしまえば塗布むらができてしまうばかりか、凝集した潤滑剤の高さが浮上隙間を埋めてしまい、ヘッドスライダが浮上しなくなったり、ヘッドクラッシュが起こったり、磁気記録媒体に傷が付いたりする等の浮上障害を引き起こすことになってしまう場合がある。また、紫外線処理の程度によってはヘッドスライダ潤滑層（本発明では「ヘッド潤滑層」とも呼称する）の一部が液体として存在することになり、その部分では依然液架橋を起こすことになり、期待する効果が得られないことになる。
特開平９−２１９０７７号公報（特許請求の範囲） 特開平１１−１６３１３号公報（特許請求の範囲） 特開平７−８５４３８号公報（特許請求の範囲）

以上述べたように、汚染物質のヘッドスライダへの付着低減とヘッドスライダの極低浮上特性とを両立させることは困難であり、さらにはヘッド潤滑層を形成する樹脂の凝集の問題もあり、これらの問題解決へのニーズが存在する。本発明は、これらの問題を解決し、汚染物質のヘッドスライダへの付着低減やヘッド潤滑層を形成する樹脂の凝集防止とヘッドスライダの極低浮上特性とを両立させる技術を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の一態様によれば、磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層を備え、Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下であるヘッドスライダが提供される。

本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層であって、ヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下の平均膜厚のヘッドスライダ潤滑層を備え、Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、当該ヘッドスライダ面および当該ヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下であるヘッドスライダが提供される。

上記両態様について、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対し、ヘッドスライダ潤滑層が、実質的に化学結合されていること、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対するヘッドスライダ潤滑層の固着率が８５％以上であること、具体的には、ヘッドスライダ潤滑層が溶媒で洗浄されたものであること、ヘッドスライダ潤滑層が、キセノンエキシマ線、電子線等の高エネルギー線の照射を受けたものであること、ヘッドスライダ潤滑層が、分岐していてもよいフッ素化炭化水素または分岐していてもよいフッ素化ポリエーテルまたはこれらの混合物等のフッ素系樹脂を含むこと、フッ素系樹脂の分子末端の少なくとも一部がトリフロロメチル基であること等が好ましい。

本発明態様により、汚染物質の付着が少なく、均一で平坦なヘッド潤滑層表面を形成でき、極低浮上特性に優れたヘッドスライダを提供できる。

本発明の他の一態様によれば、上記のヘッドスライダを備えた磁気記録装置が提供される。ヘッドスライダがロード／アンロードタイプまたはコンタクト・スタート・ストップの機構で動作することや、ヘッドスライダが完全浮上方式、気液混合方式およびコンタクト方式からなる群から選ばれた方式で情報を記録および／または再生することが好ましい。

本発明により、汚染物質の付着が少なく、均一で平坦なヘッド潤滑層表面を形成でき、極低浮上特性に優れたヘッドスライダおよびこのヘッドスライダを備えた磁気記録装置を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。なお、図中、同一の番号は同一の要素を指す。また、本発明に係る、「記録変換素子（ヘッド）」、「記録媒体」および「磁気記録装置」は、磁気情報の記録（書き込み）のみ、磁気情報の再生（読み取り）のみおよび磁気情報の記録と再生の両方のいずれにも使用可能である。

以下、本発明を主としてハードディスク装置について説明するが、本発明に係る「ヘッドスライダ」には、ロード／アンロードタイプの機構で動作するもの、コンタクト・スタート・ストップの機構で動作するもの、完全浮上方式で情報を記録し、再生するもの、気液混合方式で情報を記録し、再生するもの、コンタクト方式で情報を記録し、再生するものなど、ハードディスク装置用のものに限らず、いかなるヘッドスライダも含まれる。また、本発明に係る「磁気記録媒体」は、ハードディスク装置に使用される、面内媒体、ＳＦＭ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｆｅｒｒｉ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｅｄｉａ）、垂直記録媒体、パターンド媒体など、どのような記録媒体であってもよい。また、本発明に係る「磁気記録装置」には、このような磁気記録媒体を使用するすべての磁気記録装置が含まれる。

図１はハードディスク装置の内部構造を示す模式的平面図であり、図２は、ヘッドと、磁気記録媒体との関係を示す模式的横断面図（磁気記録媒体磁性層に垂直な方向で切断した図）である。

このハードディスク装置は、図１に示すように磁気記録媒体１とヘッドを備えたヘッドスライダ２、磁気記録媒体１の回転制御機構（たとえばスピンドルモータ）３、ヘッドの位置決め機構４および記録再生信号の処理回路（リードライトアンプ等）５を主要構成要素としている。

ヘッドスライダ２は、図２に示すように、サスペンジョン６およびヘッドスライダ２を柔軟に支持するためのジンバル７により、ヘッドの位置決め機構４と連結されており、その先端にヘッド８が設けられている。ヘッドスライダ面にはヘッド保護層９とヘッド潤滑層１０が設けられている。

ヘッド保護層はヘッドスライダ面全体ではなく、その一部を覆うようになっていることが多い。従って、本発明における「ヘッドスライダ潤滑層」は、ヘッド保護層およびヘッドスライダ面そのものと接することが多い。本発明において「ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面」とは、ヘッドスライダ面がすべてヘッド保護層で覆われている場合にはその表面、ヘッドスライダ面の一部がヘッド保護層で覆われている場合にはその両方の表面を意味する。なお、本明細書ではヘッドスライダ潤滑層をヘッド潤滑層と呼称する場合もある。

各層の厚さは、ハードディスクの場合、ヘッド潤滑層で１〜２ｎｍ程度、ヘッド保護層で３〜５ｎｍ程度が一般的である。

以下、本明細書では、ヘッド保護層がヘッドスライダ面の一部をカバーするようになっており、ヘッド潤滑層が、ヘッドスライダ面とヘッド保護層面とをカバーしている構成について説明する。

磁気記録媒体１１は、図２の下方から基板１２、Ｃｒ下地層１３，磁性層１４，磁気記録媒体保護層（以下、媒体保護層とも呼称する）１５，磁気記録媒体潤滑層（以下、媒体潤滑層とも呼称する）１６等がある。シード層等のその他の層が設けられる場合もあるが本図では省略してある。各層の厚さは、ハードディスクの場合、媒体潤滑層で１〜２ｎｍ程度、媒体保護層で３〜５ｎｍ程度、磁性層で２０ｎｍ程度、Ｃｒ下地層で１０ｎｍ程度が一般的である。

磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダについて、たとえば、極低浮上隙間（１０ｎｍ程度）で、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面に特別のパターニングを施すことなく、その浮上を安定化させるためには、ヘッドスライダ面およびヘッド保護層面に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッド潤滑層を備えたものであることが有用である。平均膜厚は１．５ｎｍ以下であることがより好ましい。このようにするとＡＢＳが撥水性樹脂で均一に覆われ、揮発性有機物やデブリ等が付着しにくくなる。撥水性樹脂よりなるヘッド潤滑層としては、水との接触角が７０°以上のものが好ましい。

平均膜厚を２．５ｎｍ以下、好ましくは１．５ｎｍ以下としたのは、次の理由による。まず、反跳粒子（水素）の強度と平均膜厚との関係を調べた。図３は、基板に水素含有アモルファスカーボンが積層されている磁気ディスクを使用し、潤滑剤として末端にトリフルオロメチル基を有するパーフルオロポリエーテル（分子量９５００）を使用したときの反跳粒子の強度と潤滑剤の膜厚との関係を示したものである。反跳粒子の強度が小さいほど基板表面が潤滑剤で覆われていることを意味するが、図３より、１ｎｍ程度あれば、基板表面が潤滑剤で覆われており、１．５ｎｍもあれば充分以上であることが分かる。これは恐らく、少なくとも潤滑剤の一分子層が形成されたものと考えることができる。一方、上記した各種の問題点に鑑みれば潤滑剤の膜厚が不要に大きいことは好ましくなく、潤滑剤の１〜２分子層程度が形成された状態が好ましいとも言える。

さらに、潤滑剤の膜厚を、ヘッドスライダをディスクから引き剥がす力の観点から見ると、図４のようになり、１ｎｍあたりから２ｎｍあたりで低い値を示すようになる。図４の縦軸の吸着力は、磁気記録媒体上に置いたヘッドスライダを持ち上げるときに要する力である。

また、図５は、ハードディスク媒体を使用した場合の、ヘッド潤滑層の膜厚と、ＴＯＶ（ｔａｋｅ−ｏｆｆ ｖｅｌｏｃｉｔｙ：離陸回転速度）やＴＤＶ（ｔａｋｅ−ｄｏｗｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ：着陸回転速度）の関係を示すグラフである。ＴＯＶやＴＤＶは、小さければ小さいほど、ヘッドの浮上安定性に優れていると言える。この図からは、０ｎｍより大きく、２．０ｎｍ程度より小さい膜厚が好ましいと言えよう。

さらに、ヘッド潤滑層の膜厚と、タッチダウン高度およびテイクオフ高度との関係および、電磁変換特性により求めた磁気スペーシングの変化と膜厚との関係について検討した。

この結果、後述するように、ヘッド潤滑層の膜厚と、タッチダウン高度およびテイクオフ高度との関係からは、少なくとも２ｎｍｍでは、膜厚が大きい方が好ましく、磁気スペーシングの変化と膜厚との関係からは、統計的ばらつきを考慮した場合、平均膜厚は２．５ｎｍｍまでは厚くしても許容可能であることが示された。

これらの結果より、平均膜厚は２．５ｎｍ以下にすべきであり、１．５ｎｍ以下にすることが好ましいことが理解されよう。なお、本発明において、平均膜厚は公知のどのような方法によって求めてもよい。たとえば、Ｘ線光電子分光法、フーリエ変換赤外吸収分光法、エリプソメータを用いる方法等を挙げることができる。

なお、ヘッドの浮上隙間との関係からは、実施例５に示すように、ヘッド潤滑層の平均膜厚を、ヘッド潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下にすることを許容範囲と考えることができる。

このようなヘッドスライダの浮上を安定化させるためには、撥水性樹脂よりなるヘッド潤滑層が、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対し、実質的に化学結合されたものであることが好ましい。ここで「実質的に化学結合された」ことは、実際に化学結合が起こっていることを確認することまで要求するものではなく、吸着したものが数重量％以下であれば充分である。

物理吸着等により弱い吸着力でヘッドスライダ面やヘッド保護層面に吸着している潤滑剤部分はヘッドスライダの動作時に浮上障害の原因となり得るが、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対し、実質的に化学結合されたものである層とすることにより、このような弱い吸着力の潤滑剤部分がなく、あるいは少なく、均質で固体的なヘッド潤滑層を得ることができる。固体的な層とは、液体のように少々の物理的接触では変形しない状態の層を意味する。ヘッド潤滑層が液体的であると、汚染物質がその膜を破壊し、その下のヘッドスライダ面やヘッド保護層面に堆積していくことになるが、固体的な層とし、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面にその層をしっかり保持しておくと、このような現象を防止することができる。

ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対するヘッド潤滑層の固着率としては８５％以上であることが好ましい。具体的には、撥水性樹脂よりなるヘッド潤滑層を２，３−ジハイドロデカフルオロペンタン、ヘキサフルオロイソプロパノール等の溶媒で抽出し、ヘッド潤滑層の膜厚が定常状態になったときの抽出前膜厚に対する抽出後膜厚の割合で求めることができる。膜厚は平均膜厚である。抽出時間はヘッド潤滑層厚が一定値を指すまで行えばよいが、通常１分間ほどで充分である。膜厚は、上記のごときＸ線光電子分光法、フーリエ変換赤外吸収分光法、エリプソメータを用いる方法等で測定することができる。または、抽出量が定常状態になったときの、抽出前重量に対する非抽出物重量の割合で求めてもよい。磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に対する前記ヘッドスライダ潤滑層の固着率は、９５％以上がより好ましく、９８％以上がさらに好ましい。

このような条件を満たすには、ヘッド潤滑層を溶媒で洗浄することや、ヘッド潤滑層を高エネルギー線で照射することが有用である。洗浄により、物理吸着等によりヘッドスライダ面やヘッド保護層面に弱く吸着している潤滑剤部分を除去することができる。この目的のための溶媒としては、フッ素系の溶媒である、２，３−ジハイドロデカフルオロペンタン、ヘキサフルオロイソプロパノール等を挙げることができる。高エネルギー線で照射する場合には、ヘッド潤滑層とヘッドスライダ面やヘッド保護層面との化学結合を促進できるものと考えられる。高エネルギー線としては、紫外線、エキシマ線、Ｘ線、電子線、収束イオンビーム等があるが、特にキセノンエキシマ線または電子線が好ましい。照射時間は適宜選択すればよい。キセノンエキシマ線の場合、通常数秒の照射で充分である。

上記のような性質を有するヘッド潤滑層は、本発明の趣旨に反しない限りどのようなものでもよいが、フッ素系樹脂を含むことが好ましい。このようなフッ素系樹脂としては、分岐していてもよいフッ素化炭化水素または分岐していてもよいフッ素化ポリエーテルまたはこれらの混合物を例示することができる。分岐していてもよいパーフロロハイドロカーボンまたは分岐していてもよいパーフロロポリエーテルまたはこれらの混合物であることがより好ましい。一分子中のフッ素含有量が多い方が、凝集性が小さく、均一に層を形成することが可能であり、表面張力を小さくすることができる。フッ素含有率としては、一分子中のフッ素と水素の全モル数に対するフッ素のモル数の割合が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがさらに好ましい。なお、これらの樹脂の分子量は、重量平均分子量で２０００〜２００００の範囲が好ましい。

これらのヘッド潤滑層は、その９５重量％以上がフッ素系樹脂よりなることが好ましく、触媒等の微量成分を除いて、実質的にフッ素系樹脂のみよりなることがより好ましい。

なお、このようにしても、ヘッド潤滑層の表面張力を、ヘッドスライダ面やヘッド保護層の表面張力以下の表面張力にしておかないと、潤滑剤が凝集してしまい、そのこと自体が磁気スペーシングを狭めることになることが判明した。たとえば、通常用いられるパーフロロポリエーテル潤滑剤の分子末端には官能基があり、その部分の凝集エネルギーが比較的大きく、その官能基を中心にして、その外側をパーフロロポリエーテル主鎖部が包み込むような構造をとる傾向にあるが、ヘッド潤滑層の表面張力を、ヘッドスライダ面やヘッド保護層の表面張力以下の表面張力にしておけば、この傾向を抑制することが可能となる。

この場合の潤滑剤の表面張力は、一般的なペンダントドロップ法やプレート法による測定値では、分子末端の特性が反映されないため、指標として不十分である。

これに対し、ヘッド潤滑層を形成する樹脂よりなる基板上に対し、１〜数μｍ程度に厚く形成した潤滑剤について２種類以上の液体の接触角を測定し、Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた値が、分子末端の特性を反映し、良い指標になることを見出した。本発明における「Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層の表面張力」とはこの条件によって求めた値を意味する。この目的のための接触角測定に使用できる液体としては、水、ジヨードメタン（ＣＨ₂Ｉ₂）、ホルムアミド等を挙げることができる。Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層の表面張力の値としては、３０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。なお、Ｆｏｗｋｅｓ式は次のように表される。

固体試料の表面自由エネルギーをγ_S、液体試料の表面自由エネルギーをγ_L、固体試料／液体試料の接触角をθ_SL、固体試料／液体試料の界面自由エネルギーをγ_SLとすれば（１）式に示すYoungの式が成立する。

γ_S =γ_L・cosθ_SL+γ_SL ・・・（１）
また、液体が固体表面に付着することにより安定化するエネルギーである接着仕事W_SLはDupreの式（２）に従う。

γ_S +γ_L = W_SL+γ_SL・・・（２）
以上の２式からYoung- Dupreの式（３）が導出され、接着仕事は液体の表面自由エネルギーと接触角から求められることになる。

W_SL=γ_L（1+cosθ_SL）・・・（３）
この接着仕事に対して表面自由エネルギーの各成分の幾何平均則を適用すると、（４）式が成り立つ。

W_SL= ２√（γ_S ^d・γ_L ^d）＋２√（γ_S ^h・γ_L ^h）・・・（４）
ここでｄ、ｈは分散成分、水素結合成分を意味する。

２種類の液体（i, j）を用いれば接着仕事について次の関係が成り立つ。

従って、２種類の液体の接触角を実測し接着仕事求めれば次の関係から固体の表面自由エネルギーを各成分毎に求めることができる。この関係式をＦｏｗｋｅｓ式と呼ぶ。またこの関係式より、表面自由エネルギーγ=γ^d＋γ^hが求められる。

この方法で表面張力を測定すると、パーフロロポリエーテルでは分子末端の少なくとも一部がトリフロロメチル基であるものが表面張力が小さく、また、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面の表面張力以下の表面張力にできるため、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面に薄く濡れ広がることが判明した。

分子末端としてトリフロロメチル基を備えたパーフロロポリエーテルが層を形成する場合には、分子一層膜厚が１ｎｍ程度であり、しかも分子が一層か二層で十分な撥水特性が得られる。これらの樹脂は極性を有する官能基が存在せず、媒体潤滑層を形成する潤滑剤との凝集力が小さいので、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面の表面張力以下の表面張力にでき、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面に薄く濡れ広がり、ＡＢＳへの潤滑剤の移着を抑えることができるのである。このような傾向は、パーフロロハイドロカーボン等の他のフッ素系樹脂でも同様であろうと考えられる。

すなわち、ヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、または、ヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下の平均膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッド潤滑層を備え、Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッド潤滑層の表面張力が、ヘッドスライダ保護層面および当該磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面の表面張力と同等またはそれ以下であるヘッドスライダは、汚染物質の付着が少ない、極低浮上特性の優れたヘッドスライダとなる。

フッ素樹脂には、分岐していない分子の場合には一分子あたり二個の、分岐している分子の場合には一分子あたり三個以上の分子末端が存在することになるが、そのすべてがトリフロロメチル基である必要はなく、どの程度の割合のトリフロロメチル基を含めるかは、必要とする表面張力の大きさ等の実状に応じて適宜定めることができる。分子末端の９０％以上がトリフロロメチル基であることがより好ましい。

なお、このようにして薄く均質に成膜しても、液体的な膜であれば、汚染物質がその膜を破壊するばかりでなく、装置の動作時に空気圧により膜が変形してしまう恐れがあるので、上記のようにヘッドスライダ面やヘッド保護層面の上に、これらの面に対し実質的に化学結合により形成されたヘッド潤滑層を設けること、このヘッド潤滑層の固着率が８５％以上であるようにすること、ヘッドスライダ潤滑層を溶媒で洗浄すること、ヘッドスライダ潤滑層を高エネルギー線で照射すること等を組み合わせることが好ましい。

なお、パーフロロポリエーテル系の潤滑剤を使用する場合は、高エネルギー線の照射により潤滑剤が電子を捕捉しやすく、その結果、基板と結合する反応が進むことが知られているので、ヘッドスライダ面やヘッド保護層面の仕事関数よりも高い高エネルギー線を照射し光電子を放出させるか、あるいは直接電子線を照射することが好ましい。

以上に示したヘッド潤滑層は、従来のヘッド潤滑層を作製するための公知の方法で作製することができる。たとえば、スピンコート法、ディップコート（浸漬）法を例示することができる。また、必要に応じて焼き付け等の処理を行ってもよい。溶媒洗浄、高エネルギー線による照射は、ヘッド潤滑層形成後であればどの段階で行ってもよい。

本発明に係るヘッド保護層やヘッドスライダーには、ヘッド保護層やヘッドスライダーを形成するために使用される公知の材料を任意に選択することが可能である。ヘッド保護層の材料としては、ＴｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｒＮ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢＮ等や、ＣＶＤによるアモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を例示できる。ヘッドスライダーの材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣやシリコン、サファイア等を例示できる。

このようにして、汚染物質の付着の少ない、極低浮上特性の優れたヘッドスライダを得ることができ、このヘッドスライダを備えた磁気記録装置の小型化、高記録密度化を実現できる。

このヘッドスライダは、現在主流の完全浮上型でロード／アンロード機構あるいは、コンタクト・スタート・ストップ機構で動作する磁気記録装置のみならず、将来予想される、スライダの一部が媒体潤滑層と接触し、一部が浮上している気液混合方式での応用も可能である。さらには、スライダの一部または全体が磁気記録媒体と接触するコンタクト方式においても、拡張が可能と考えられる。

次に本発明の実施例及び比較例を詳述する。なお、固着率は、２，３−ジハイドロデカフルオロペンタンで潤滑層を洗い流した後の潤滑層膜厚を洗い流す前の潤滑層膜厚で除することで求めた。

［実施例１］
アルチック基板（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板）上にアモルファスカーボン保護膜を成膜して、ヘッド保護層を模したモデルとし、その上に、平均膜厚が１ｎｍになるよう、パーフロロポリエーテル（両分子末端：トリフロロメチル基、分子量：９５００）を塗布して、ヘッド潤滑層を作製した後、溶媒２，３−ジハイドロデカフルオロペンタンに５分間浸漬洗浄した後、３日間放置した。

ヘッド潤滑層の表面に斜光入射させながら顕微鏡観察したところ、潤滑剤の凝集は確認されなかった。この潤滑剤のバルクの表面張力は２４ｍＮ／ｍと求められている（ペンダントドロップ法）が、約１μｍ厚にシリコンウェハーに塗布したものについて水とジヨードメタンとで接触角を測定し、Ｆｏｗｋｅｓ式により表面張力を求めたところ、１２．８ｍＮ／ｍであることがわかった。なお、上記アモルファスカーボン膜のＦｏｗｋｅｓ式による表面張力では３２．２ｍＮ／ｍであった。また、アルチック基板のＦｏｗｋｅｓ式による表面張力では４３ｍＮ／ｍであった。この潤滑剤の水との接触角は１１８°であった。

［実施例２］
Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣよりなるヘッドスライダー上にアモルファスカーボン保護膜を成膜（Ｆｏｗｋｅｓ式による表面張力：３２．２ｍＮ／ｍ）してヘッド保護層とし、その表面を部分的に取り除きヘッドスライダー面を露出させた面に、実施例１と同じ条件で潤滑剤を塗布してヘッド潤滑層（撥水性樹脂層）を形成し、キセノンエキシマ光（波長：１７２ｎｍ）を、固着率が９０％になるよう照射した後、浮上試験を行ったところ、ＴＯＶ、ＴＤＶは、それぞれ、２０５５，１６６９ｒｐｍ程度で、良好な浮上特性が得られた。なお、浮上隙間は８．５ｎｍとした。キセノンエキシマ光照射後のＦｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層の表面張力は２４．５ｍＮ／ｍであった。

浮上試験に用いたディスク媒体は、アルミ基板を使用し、磁性層の上に、実施例１と同じアモルファスカーボンからなる媒体保護層、媒体潤滑層が順次積層されたものであった。この媒体潤滑層の厚さは１ｎｍであり、潤滑剤として両分子末端が水酸基となっているパーフロロポリエーテル（分子量４０００）が塗布されていた。

［実施例３］
実施例２と同じ条件で作成したヘッドスライダとディスク媒体について、８０℃，６０％ＲＨの環境で１００時間ランニング試験を行ったところ、ランニング試験中に、ヘッドスライダが浮上しなくなったり、ヘッドクラッシュが起こったり、磁気記録媒体に傷が付いたりする等の浮上障害は発生しなかった。また、ランニング試験後のＡＢＳを光学式顕微鏡で観察したが、汚れは観察されず、正常状態であることが確認された。

［比較例１］
実施例１で使用した潤滑剤の代わりに、パーフロロポリエーテル（両分子末端：水酸基、分子量：４０００）を使用したことと、溶媒による洗浄を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。

塗布後３日間放置したサンプルのヘッド潤滑層面に斜光入射させながら顕微鏡観察したところ、潤滑剤の凝集が確認された。

この潤滑剤のバルクの表面張力は、ペンダントドロップ法では、２４ｍＮ／ｍと求められているが、約１μｍ厚にシリコンウェハーに塗布したものについて水とジヨードメタンとで接触角を測定し、Ｆｏｗｋｅｓ式により表面張力を求めたところ、３９ｍＮ／ｍであることがわかった。なお、この潤滑剤の水との接触角は５４°であった。

この結果を実施例１の結果と比較すると、潤滑剤の表面張力として、ペンダントドロップ法では差異がなくても、実施例１と同様にしてＦｏｗｋｅｓ式により求めた値では差異が生じることおよび、Ｆｏｗｋｅｓ式により求めた表面張力について、ヘッドスライダー面やヘッド保護層面の表面張力よりも潤滑剤の表面張力が大きい場合には、潤滑剤が凝集してしまうことが理解できる。

［比較例２］
ヘッドスライダに対して比較例１と同じ条件で、潤滑剤を塗布してヘッド潤滑層を形成した以外は実施例２と同様にしてヘッドスライダとディスク媒体とを準備し、キセノンエキシマ光を、固着率が９０％になるよう照射した後、実施例２と同様にして浮上試験を行ったところ、ＴＯＶ、ＴＤＶは、それぞれ、３５２１，３２９０ｒｐｍ程度で、良好な浮上特性が得られなかった。潤滑剤がＡＢＳで凝集してしまった結果、浮上特性を悪化させてしまったためである。なお、キセノンエキシマ光照射後のＦｏｗｋｅｓ式によって求めたヘッドスライダ潤滑層の表面張力は２８．７ｍＮ／ｍであった。

［比較例３］
ヘッドスライダに対して比較例１と同じ条件で、潤滑剤を塗布してヘッド潤滑層を形成し、キセノンエキシマ光（波長：１７２ｎｍ）を固着率が７５％になるよう照射した以外は実施例２と同様にしてヘッドスライダとディスク媒体とを準備した後、実施例３と同様にして８０℃６０％ＲＨの環境で１００時間ランニング試験を行った所、ランニング試験中ヘッドクラッシュが発生していることが確認された。ヘッドスライダ面およびヘッド保護層面に塗布した潤滑剤の固着率が８５％以下であると、このようにヘッドクラッシュが起こり易くなる。

［実施例４］
膜厚を変化させたこと以外は実施例２と同じ条件で作成したヘッドスライダとディスク媒体について、ヘッド潤滑層の膜厚と、タッチダウン高度およびテイクオフ高度との関係を検討した。

タッチダウン高度およびテイクオフ高度は、ディスク媒体のランニング中の環境を減圧して得られる浮上隙間から、タッチダウンおよびテイクオフ時の高度を求めるもので、具体的には次のようにして行った。すなわち、初めにヘッドを浮上させておき、その時の回転数を保ったまま、徐々に減圧していく。ヘッドがディスクに接触した時の気圧から高度に換算しそれをタッチダウン高度と定義した。また、接触した後に気圧を徐々に上げていくとヘッドは浮上しディスクと接触しなくなる。この時の気圧から高度に換算したものをテイクオフ高度と定義した。これは、いわゆる高度保証の実験であり、タッチダウンとテイクオフの高度は高い程よい特性と言える。

図６から明らかなように、膜厚が厚い程、高度保証は良い傾向にあり、この実験では、２ｎｍ以上が好ましいことが示された。

［実施例５］
膜厚を変化させたこと以外は実施例２と同じ条件で作成したヘッドスライダとディスク媒体について、電磁変換特性により求めた磁気スペーシングの変化と膜厚との関係について検討した。図７は、その結果を示す。

電磁変換特性から磁気スペーシングの変化を求めるには次の式を用いた。ここで、Δｄは磁気スペーシングの変化、ｖは媒体の周速、ｆは読み込み周波数、Ｒ１は処理前の読み込み出力、Ｒ２は処理後の読み込み出力を示す。

Δｄ=v/(2πf)×ln(R1/R2)
図７中、膜厚ゼロにおけるの磁気スペーシング（０で表してある）は、ヘッド潤滑層を設けないときの磁気スペーシングを意味する。また、各点（◆）の上下の線はデータのばらついた範囲を示している。

図７より、膜厚１．０ｎｍでは磁気スペーシングが減少し、膜厚２．０ｎｍでは増大することが判明した。

ヘッド潤滑層を単なる固体の層と考えれば、ヘッド潤滑層が存在する限り、たとえ膜厚１．０ｎｍでも、磁気スペーシングは増大する筈であり、膜厚１．０ｎｍで磁気スペーシングが減少したという好ましい結果は意外である。恐らく、媒体潤滑層からヘッドスペーサへの潤滑剤の移行が抑制されたためと思われる。

なお、膜厚２．０ｎｍでは磁気スペーシングが増大するが、実施例３に示したように、この場合には、高度保証の効果が大きいので、この程度までは許容できる値と考えることができる。膜厚には統計的ばらつきが最大で３０％程度あるので、そのことを考慮すると、少なくとも約２．５ｎｍｍまでは許容可能と考えることができる。

なお、このヘッドについてヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間は１２ｎｍであった。従って、ヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間との関係からは、２．５／１２＝０．２０であり、ヘッド潤滑層の平均膜厚を、ヘッド潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下にすることを許容範囲と考えることが好ましいと言える。

［実施例６］
膜厚を２．０ｎｍおよび２．５ｎｍとした以外は実施例２と同じ条件で作成したヘッドスライダとディスク媒体について、８０℃，６０％ＲＨの環境で１００時間ランニング試験を行ったところ、ランニング試験中に、ヘッドスライダが浮上しなくなったり、ヘッドクラッシュが起こったり、磁気記録媒体に傷が付いたりする等の浮上障害は発生しなかった。また、ランニング試験後のＡＢＳを光学式顕微鏡で観察したが、汚れは観察されず、正常状態であることが確認された。

なお、上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。

（付記１）
磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、
当該磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層を備え、
Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、当該ヘッドスライダ面および当該ヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下である
ヘッドスライダ。

（付記２）
磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、
当該磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層であって、当該ヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下の平均膜厚のヘッドスライダ潤滑層を備え、
Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、当該ヘッドスライダ面および当該ヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下である
ヘッドスライダ。

（付記３）
前記ヘッドスライダ面および前記ヘッドスライダ保護層面に対し、前記ヘッドスライダ潤滑層が、実質的に化学結合されている、付記１または２に記載のヘッドスライダ。

（付記４）
前記ヘッドスライダ面および前記ヘッドスライダ保護層面に対する前記ヘッドスライダ潤滑層の固着率が８５％以上である、付記１〜３のいずれかに記載のヘッドスライダ。

（付記５）
前記ヘッドスライダ潤滑層が溶媒で洗浄されたものである、付記１〜４のいずれかに記載のヘッドスライダ。

（付記６）
前記ヘッドスライダ潤滑層が高エネルギー線の照射を受けたものである、付記１〜５のいずれかに記載のヘッドスライダ。

（付記７）
前記高エネルギー線がキセノンエキシマ線または電子線である、付記６に記載のヘッドスライダ。

（付記８）
前記ヘッドスライダ潤滑層がフッ素系樹脂を含む、付記１〜７のいずれかに記載のヘッドスライダ。

（付記９）
前記フッ素系樹脂が、分岐していてもよいフッ素化炭化水素または分岐していてもよいフッ素化ポリエーテルまたはこれらの混合物である、付記８に記載のヘッドスライダ。

（付記１０）
前記フッ素系樹脂の分子末端の少なくとも一部がトリフロロメチル基である、付記８または９に記載のヘッドスライダ。

（付記１１）
前記フッ素系樹脂の分子末端の９０％以上がトリフロロメチル基である、付記８〜１０のいずれかに記載のヘッドスライダ。

（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載のヘッドスライダを備えた磁気記録装置。

（付記１３）
前記ヘッドスライダがロード／アンロードタイプまたはコンタクト・スタート・ストップの機構で動作する、付記１２に記載の磁気記録装置。

（付記１４）
前記ヘッドスライダが完全浮上方式、気液混合方式およびコンタクト方式からなる群から選ばれた方式で情報を記録および／または再生する、付記１２または１３に記載の磁気記録装置。

ハードディスク装置の内部構造を示す模式的平面図である。 ハードディスク装置のヘッドと磁気記録媒体との関係を示す模式的横断面図である。 反跳粒子の強度と潤滑剤の膜厚との関係を示したグラフである。 ヘッドスライダをディスクから引き剥がす力と潤滑剤の膜厚との関係を示したグラフである。 ＴＯＶ、ＴＤＶとヘッド潤滑層の膜厚との関係を示したグラフである。 タッチダウン高度およびテイクオフ高度とヘッド潤滑層の膜厚との関係を示すグラフである。 ヘッド潤滑層の膜厚の磁気スペーシングに対する影響を示すグラフである。

符号の説明

１ 磁気記録媒体
２ ヘッドスライダ
３ 回転制御機構
４ ヘッドの位置決め機構
５ 記録再生信号の処理回路
６ サスペンジョン
７ ジンバル
８ ヘッド
９ ヘッド保護層
１０ ヘッド潤滑層
１１ 磁気記録媒体
１２ 基板
１３ Ｃｒ下地層
１４ 磁性層
１５ 媒体保護層
１６ 媒体潤滑層

Claims (10)

1. 磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、
   当該磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、平均２．５ｎｍ以下の膜厚の、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層を備え、
   Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、当該ヘッドスライダ面および当該ヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下である
   ヘッドスライダ。
2. 磁気記録媒体に対し、記録および／または再生を行うための記録変換素子（ヘッド）を備えたヘッドスライダであって、
   当該磁気記録媒体と対向するヘッドスライダ面およびヘッドスライダ保護層面に、撥水性樹脂よりなるヘッドスライダ潤滑層であって、当該ヘッドスライダ潤滑層を設けないときの浮上隙間の２０％以下の平均膜厚のヘッドスライダ潤滑層を備え、
   Ｆｏｗｋｅｓ式によって求めた当該ヘッドスライダ潤滑層の表面張力が、当該ヘッドスライダ面および当該ヘッドスライダ保護層面の表面張力と同等またはそれ以下である
   ヘッドスライダ。
3. 前記ヘッドスライダ面および前記ヘッドスライダ保護層面に対し、前記ヘッドスライダ潤滑層が、実質的に化学結合されている、請求項１または２に記載のヘッドスライダ。
4. 前記ヘッドスライダ面および前記ヘッドスライダ保護層面に対する前記ヘッドスライダ潤滑層の固着率が８５％以上である、請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドスライダ。
5. 前記ヘッドスライダ潤滑層が溶媒で洗浄されたものである、請求項１〜４のいずれかに記載のヘッドスライダ。
6. 前記ヘッドスライダ潤滑層が高エネルギー線の照射を受けたものである、請求項１〜５のいずれかに記載のヘッドスライダ。
7. 前記ヘッドスライダ潤滑層がフッ素系樹脂を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のヘッドスライダ。
8. 前記フッ素系樹脂が、分岐していてもよいフッ素化炭化水素または分岐していてもよいフッ素化ポリエーテルまたはこれらの混合物である、請求項７に記載のヘッドスライダ。
9. 前記フッ素系樹脂の分子末端の少なくとも一部がトリフロロメチル基である、請求項７または８に記載のヘッドスライダ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のヘッドスライダを備えた磁気記録装置。

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