JP2007012157A - 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１インチ以下の小径の磁気ディスクを使用した磁気記録技術において、ヘッドと磁気ディスクが吸着することなくヘッド浮上量をできるだけ低減する。
【解決手段】内周面の平均表面粗さをＲａ1、及びそのデータ領域の外周面の平均表面粗さをＲａ2とするとき、０＜Ｒａ1−Ｒａ2≦０．２ｎｍで表される関係を有するディスク状基板を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録技術を用いたハードディスク装置等に用いられる磁気記録媒体、及びそれを用いた磁気記録再生装置に関する。

近年のコンピュータの処理速度向上に伴って、情報の記憶及び再生を行う磁気記憶装置(ＨＤＤ)には高速及び高密度化が要求されている。

記録密度が高くなるにつれ、磁気ディスクに対する記録再生ヘッドの浮上量も低くなってきている。浮上量を低くするためには、メディアのグライドを下げる必要がある。そのために、メディア表面の粗さ（Ｒａ）を小さくし、平滑化する傾向がある。メディアの表面の粗さ（Ｒａ）が小さいほど、浮上ヘッドの減圧特性は良好である。ところが、あまり粗さを小さくすると、ヘッドがメディアに吸着し易くなる。浮上ヘッドの減圧特性として、回転数、或いは圧力を下げて行った際に、ヘッドがメディアに接触する特性いわゆるタッチダウン特性ばかりでなく、一度接触した状態から回転数或いは圧力を上げることによりヘッドが浮上して安定な状態にもどる特性いわゆるテイクオフ特性も重要なパラメータとなっている。

例えば停止時に磁気ディスク上の非データゾーンに磁気ヘッドを保持するコンタクトスタートストップ方式の磁気ディスクでは、データゾーン表面の平均表面粗さをディスク外周より内周を大きくして減圧特性を向上する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、小さい径特に１インチ以下の径を有する磁気ディスクにおいては、２．５インチ径を有する磁気ディスクよりも、特にその内周に近付くほど、線速度が遅くなるために浮上圧が低くなり、ヘッドの浮上安定性が低くなって吸着し易くなる傾向がある。

このため、減圧特性をさらに改善することが必要であった。
特開平３−４９６２０号公報

本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、１インチ以下の小径の磁気ディスクを使用した磁気記録技術において、ヘッドと磁気ディスクが吸着することなくヘッド浮上量をできるだけ低減することを目的とする。

本発明の磁気記録媒体は、１インチ以下の直径を有し、そのデータ領域の内周面の平均表面粗さをＲａ1、及びそのデータ領域の外周面の平均表面粗さをＲａ2とするとき、０＜Ｒａ1−Ｒａ2≦０．２ｎｍで表される関係を有するディスク状基板と、
該基板上に設けられた磁気記録層とを具備することを特徴とする。

本発明を用いると、１インチ以下の小径の磁気ディスクを使用しても、ヘッドと磁気ディスクが吸着することなく浮上量をできるだけ低減することができる。

本発明の磁気記録媒体は、ディスク状基板と、ディスク状基板上に設けられた磁気記録層とを有する磁気記録媒体であって、ディスク状基板は１インチ以下の直径を有し、そのデータ領域の内周面の平均表面粗さをＲａ1、及びそのデータ領域の外周面の平均表面粗さをＲａ2とするとき、０＜Ｒａ1−Ｒａ2≦０．２ｎｍで表される関係を有する。

また、本発明の磁気記録再生装置は、ディスク状基板、及びディスク状基板上に設けられた磁気記録層とを有する磁気記録媒体と、記録再生ヘッドとを含み、使用されるディスク状基板は１インチ以下の直径を有し、そのデータ領域の内周面の平均表面粗さをＲａ1、及びそのデータ領域の外周面の平均表面粗さをＲａ2とするとき、０＜Ｒａ1−Ｒａ2≦０．２ｎｍで表される関係を有する。

本発明によれば、外周面よりも内周面の表面粗さが大きいディスク状基板を使用することにより、その上に形成される磁気記録層は、その表面粗さが基板表面とほぼ同様の表面形状となる。媒体表面をこのような表面粗さにすると、ヘッドが媒体に吸着し難くなり、減圧マージンを稼ぐことができる。このため、例え１インチ以下の直径を有する磁気記録媒体であっても、タッチダウン特性及びテイクオフ特性等の減圧特性が良好となり、浮上高さを低くした場合に、特にその内周で起こりやすいその磁気記録層表面の吸着が抑制され得る。

このように、本発明を用いると、ヘッドの浮上を磁気記録媒体で制御することが可能である。

平均表面粗さＲａ1と平均表面粗さＲａ2の差が０．２ｎｍより大きいと、内外周での粗さのばらつきが大きくなり、内周での減圧特性が悪くなるという不利点がある。

また、ディスク状基板の内周面と外周面との中間の周面の任意の平均表面粗さをＲａ3とするとき、内周面の平均表面粗さＲａ1、外周面の平均表面粗さＲａ2、及び中間の平均表面粗さをＲａ3は、Ｒａ1＞Ｒａ3≧Ｒａ2で表される関係を有することが好ましい。

より好ましくは、ディスク状基板の周方向の表面粗さは、外周面から内周面にかけて、段階的に大きくすることができる。

内周面の平均表面粗さＲａ1と外周面の平均表面粗さＲａ2の間にＲａ1及びＲａ2よりも大きい平均表面粗さを有する箇所があると、その箇所で減圧特性が悪くなる傾向がある。

さらに、ディスク状基板の内周面の平均表面粗さＲａ1は０．８ｎｍ以下であるが好ましい。平均表面粗さＲａ1が０．８ｎｍを超えると、ヘッドの浮上に影響を及ぼし、減圧特性が悪くなる傾向がある。

ディスク状基板の表面粗さは、例えば研磨、テクスチャ、及び薬液の適用により形成することができる。

薬液としては、例えば希硫酸、希硫酸、及びフッ酸等の酸を用いることができる。

本発明に使用される基板の全体の平均表面粗さは、０．３ないし０．８ｎｍの範囲にあることが好ましい。

また、この平均表面粗さは、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等により表面観察を行って測定することができる。

本発明の磁気記録媒体の一例の断面構造を表す模式図を図１に示す。

図示するように、この磁気記録媒体１は、例えば２１．６ｍｍの外径、６ｍｍの内径、及び０．３８１ｍｍの厚さを有し、その表面粗さがＲａ1＞Ｒａ3≧Ｒａ2で表される関係を有するように、例えばメカニカルテクスチャにより表面加工された結晶化ガラス製の基板２と、その上にスパッタにより形成された例えばＣｏＣｒＰｔからなる磁気記録層３とを有する。

また、図２に、図１の磁気記録媒体に使用される基板の表面粗さを表すグラフ図を示す。

図中、１０１は、図１の磁気記録媒体に使用される基板の半径方向の平均表面粗さを表す。この場合では、内周面の平均表面粗さＲａ1、外周面の平均表面粗さＲａ2、及び中間の表面粗さをＲａ3が、Ｒａ1＞Ｒａ3≧Ｒａ2で表される関係になっている。

１０２は、本発明の磁気記録媒体の他の一例に使用される基板の半径方向の平均表面粗さを表す。この場合は、Ｒａ1＞Ｒａ3≒Ｒａ2で表される関係になっている。

さらに、１０３は、従来の磁気記録媒体に使用される基板の半径方向の平均表面粗さを表す。この場合は、内周面の平均表面粗さＲａ1、外周面の平均表面粗さＲａ2、及び中間の表面粗さをＲａ3がほぼ等しくなっている。

なお、上記３つの基板は、各々、結晶化ガラス製で２１．６ｍｍの外径、６ｍｍの内径、及び０．３８１ｍｍの厚さを有する。

本発明に好ましく使用されるディスク状基板は、ガラス、アルミニウム、ケイ素、及びプラスチックからなる群から選択され得る。

より好ましいディスク状基板は、例えばガラス基板である。このガラス基板としては、例えばアモルファスガラス、強化ガラス、結晶化ガラス等があげられる。

さらに好ましくは、アモルファスガラス、あるいは強化ガラスを用いることができる。結晶化ガラスでは、結晶粒が存在するため長周期のうねりが存在し、吸着し難いことが知られているが、逆にその影響でタッチダウン特性が悪くなることが知られている。

磁気記録層を基板上に形成する方法としては、例えばスパッタ法、真空蒸着法、ガス中蒸着法、及びガスフロースパッタ法等の物理的蒸着法が用いられる。

シード層や下地層としては、Ｃｒ系の合金が最も良く使用されるが、ＮａＣｌ構造を有するＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＭｇＯ、ＶＮ、ＶＣ、ＺｒＣ等やＣｓＣｌ構造を有するＮｉＡｌ、ＦｅＡｌ、ＣｓＢｒ、ＣｕＰｄ、ＣｓＣｌ、ＣｕＺｎ、ＡｇＭｇ、及びＢｅＣｕ等を用いることができる。

磁気記録層の材料としては、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉ等から選択される少なくとも一種の元素を含有する強磁性体材料を用いることができる。このような強磁性体材料としては、例えばＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＴａＰｔ、ＣｏＮｉＴａ、及びＣｏＰｔ等が用いられる。

保護膜としては、例えばＣＶＤやスパッタで作成されたダイヤモンドライクカーボン、水素化カーボン等が使用される。

また、反強磁性構造を持つ磁気記録媒体とする場合には、下地層の上に磁性膜（安定化層）／Ｒｕ／磁性膜（磁気記録層）といった積層構造も取り得る。

本発明の磁気記録媒体は、そのデータ領域の最内周がディスク基板の中心から４．０ないし４．７ｍｍ離れたところにあることが好ましい。このようなディスク基板は、ヘッドを磁気ディスク外周から離間した位置に保持するランプロード機構を有する磁気記録再生装置に好ましく適用し得る。また、磁気記録媒体の内周の非データ領域が少なく、より小型化が可能である。

本発明は、垂直方向に磁化容易軸を有する垂直磁気記録媒体、これを用いた垂直磁気記録再生装置、面内方向に磁化容易軸を有する面内磁気記録媒体、これを用いた面内磁気記録再生装置のいずれにも適用し得る。

また、図３に、本発明の磁気記録再生装置の一例の構成を表す概略図を示す。

図示するように、ディスク装置としてのハードディスクドライブ（以下ＨＤＤと称する）は、上面の開口した矩形箱状のケース１０と、複数のねじによりケースにねじ止めされてケースの上端開口を閉塞する図示しないトップカバーとを有している。

ケース１０内には、記録媒体としての磁気ディスク１２、この磁気ディスク１２を支持および回転させるスピンドルモータ１３、磁気ディスクに対して情報の記録、再生を行なう磁気ヘッド３３、この磁気ヘッド３３を磁気ディスク１２に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ１４、ヘッドアクチュエータを回動および位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）１６、磁気ヘッドが磁気ディスクの最外周に移動した際、磁気ヘッド３３を磁気ディスクから離間した位置に保持するランプロード機構１８、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ヘッドアクチュエータを退避位置に保持するイナーシャラッチ機構２０、およびプリアンプ等の電子部品が実装されたフレキシブルプリント回路基板ユニット（以下、ＦＰＣユニットと称する）１７が収納されている。

また、ケース１０の外面には、ＦＰＣユニット１７を介してスピンドルモータ１３、ＶＣＭ１６、および磁気ヘッドの動作を制御する図示しないプリント回路基板がねじ止めされ、ケースの底壁と対向して位置している。

磁気ディスク１２は、例えば、直径６５ｍｍ（２．５インチ）に形成され、磁気記録層を有している。磁気ディスク１２は、スピンドルモータ１３の図示しないハブに嵌合されているとともにクランプばね２１によりクランプされている。そして、磁気ディスク１２は、駆動部としてのスピンドルモータ１３により所定の速度で回転駆動される。

磁気ヘッド３３は、図示しないほぼ矩形状のスライダに形成されたいわゆる複合型ヘッドであり、単磁極構造のライトヘッドと、ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜などを用いたリードヘッドと記録再生用のＭＲ（磁気抵抗）ヘッドとを有し、スライダと共にサスペンション１３２の先端部に形成されたジンバル部に固定されている。

実施例
以下のサンプル１ないし７を作成した。

サンプル１
まず、面内表面粗さ分布が０．１ｎｍ以下であり、２１．６ｍｍの外径、６ｍｍの内径、及び０．３８１ｍｍの厚さを有する結晶化ガラス基板を作成し、それを比較の基板とした。

内外周のチャンファーポリッシュは施されているが、無くとも良い。

。

この基板上に、スパッタ法により、Ａｒ雰囲気下、０．２７Ｐａの条件で、ＣｒＴｉシード層、Ｃｒ合金下地層、ＣｏＣｒＰｔＢ合金磁性層、及びカーボン保護膜の順に形成し、サンプル１の磁気記録媒体を得た。

サンプル２
２１．６ｍｍの外径、６ｍｍの内径の結晶化ガラス基板を０．３８１ｍｍの厚さに研磨する際に、砥石の圧力と回転数、砥粒の粒径、濃度を変化させ、外周面から内周面に連続的に粗さが増加する基板を作成した。

平均表面粗さは、外周面が最も小さく、内周面に行くほど連続的に大きくなっており、外周面と内周面の平均表面粗さの差が０．１ないし０．２ｎｍ程度であった。また、外周面での粗さが４ｎｍ程度になるように調整した。なお、平均表面粗さは、Digital Installment社製のAFM(Atomic Force Microscopy)を用いて、表面状態を測定し、これに基づいて求めた。

得られた基板を用いてサンプル１と同様にしてサンプル２の磁気記録媒体を得た。

サンプル２の磁気記録媒体を得た。

サンプル３
その平均表面粗さが、半径方向にほぼ中周面までは外周面と同程度で、中周面から内周面に掛けて、連続的に粗さが増加する以外はサンプル２と同様にして基板を作成した。外周面と内周面の平均表面粗さの差もまた０．１ないし０．２ｎｍ程度であった。外周面での粗さが４ｎｍ程度になるように調整した。

得られた基板を用いてサンプル１と同様にしてサンプル３の磁気記録媒体を得た。

サンプル４
サンプル１と同様の基板を用意し、ダイヤモンド砥粒をクーラントに混ぜ込み、布製のテープに砥粒を垂らしながらディスクを挟み、ディスクを回転させることで周方向へテクスチャを掛けた。その際、テープを半径方向に周期的に揺動させて均質なテクスチャを掛けた。ただし、テクスチャは、テクスチャ前の粗さ分布を変化させない程度のライト・テクスチャとした。平均表面粗さは、外周面が最も小さく、内周面に行くほど連続的に大きくなっており、外周面と内周面の平均表面粗さの差が０．１ないし０．２ｎｍ程度であった。外周面での粗さが４ｎｍ程度になるように調整した。

得られた基板を用いてサンプル１と同様にしてサンプル４の磁気記録媒体を得た。

また、粗さを変化させる他の方法を用いた例として、酸やアルカリの薬液で表面をエッチングすることにより、表面を荒らした基板を作成した。このとき、結晶化基板では、結晶と非結晶とのエッチングレートの違いにより、表面状態が大きく変化してしまうため、アモルファス基板を用いた。

サンプル５
サンプル１と同様のガラス基板を用意し、適当な濃度の酸に基板を浸漬することにより、サンプル２と同様に半径方向に外周面から内周面にかけて連続的に増加する平均表面粗さを持つ基板を作成した。平均表面粗さは、酸の濃度、浸漬時間、及び浸漬方法を調整することで調節した。得られた基板の外周面と内周面の平均表面粗さの差は、０．１ないし０．２ｎｍ程度であった。外周面での粗さが４ｎｍ程度になるように調整した。

得られた基板を用いてサンプル１と同様にしてサンプル５の磁気記録媒体を得た。

サンプル６
面内表面粗さ分布が０．１ｎｍ以下であり、２１．６ｍｍの外径、６ｍｍの内径、及び０．３８１ｍｍの厚さを有するアモルファス基板を作成し、サンプル４と同様のテクスチャ方法を使用するがその押しつけ圧力等を増加させて、ハード・テクスチャを施し、外周面から内周面にかけて半径方向に連続的に平均表面粗さが増加する基板を作成した。

平均表面粗さは、外周面が最も小さく、内周面に行くほど連続的に大きくなっており、外周面と内周面の平均表面粗さの差が０．１ないし０．２ｎｍ程度であった。外周面での粗さが４ｎｍ程度になるように調整した。

得られた基板を用いてサンプル１と同様にしてサンプル６の磁気記録媒体を得た。

サンプル７
また、外周面と内周面の平均表面粗さの差を０．３ｎｍ程度にすること以外は、サンプル６と同様にして、サンプル７を作成した。

各サンプルのグライドをグライド測定機で測定したところ、全て５ｎｍ以下であった。

各サンプルについて、その磁気記録特性及び電磁変換特性を調べた。表１に示す。磁気記録特性はＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）で測定した。電磁変換特性は、Guzik社製スピンスタンドを用いて、実際のドライブで使用されるヘッドを用いて測定を行った。得られた結果を下記表１に示す。

サンプル１ないし７は、基板の状態のみことなり、その上に作成した各層は全て同様の方法で作成したが、各サンプルの保磁力Ｈｃが若干異なっていた。これは、テクスチャの有無や磁気記録層の結晶性等によるものと考えられる。磁気記録特性としては、等方性の媒体例えばサンプル１よりは、異方性媒体例えばサンプル４の方が分解能が良好であり、電磁変換特性は、等方性の媒体よりは異方性の媒体の方が良好であり、更に異方性の媒体の中でもテクスチャがより掛っているほうが改善されているような傾向を示していた。

各媒体に対するヘッドの浮上特性を調べるために、実際の磁気記録再生装置で用いるヘッドを使用して、タッチダウン(ＴＤ)特性/テイクオフ(ＴＯ)特性を測定した。

タッチダウン(ＴＤ)特性とは、一定の環境内で、一定の回転数で回転する媒体に対し、安定して浮上するヘッドが、減圧されることにより媒体に接触した時点の圧力をヘッドに取り付けたＡＥセンサー（acoustic emission sensor）で測定したものである。また、テイクオフ(ＴＯ)特性は、一定の環境内で、一定の回転数で回転する媒体に対し、接触しているヘッドが、圧力を上げることにより浮上した（ＡＥセンサーの出力がなくなった）時点の圧力を測定したものである。

ＴＤ特性は、サンプル６を除いた全てのサンプルで０．６ａｔｍ程度まで下げることが可能であり、大きく違いが無いことが分かった。サンプル６は、ＴＤが０．６５ないし０．７ａｔｍになった。特に、最内周で最もＴＤが特性が悪く、約０．７ａｔｍ程度になった。これは、内周面の粗さが高いため、浮上マージンが低くなってしまったためと考えられる。

また、サンプル４も、他のものと比較して約０．０５ａｔｍ程度高めになっていることが分かった。これは、薬液を用いて荒したため、表面形状が大きく変化したと考えられ、実際に平均表面粗さは他のサンプルと同等であるが、最大表面粗さＲｐが０．５ｎｍ程度高いことが分かった。

一方、ＴＯ特性は基板により差が見られた。サンプル６は、内周面のＴＤが悪いためか、ＴＯ特性は良好であった。サンプル６以外のサンプルの外周面の特性は、どのサンプルでも同様にＴＯがほぼ０．６ないし０．６５ａｔｍの範囲にあったが、内周面の傾向が各々のサンプルで異なることが分かった。サンプル１のみ、内周面側で０．８ａｔｍ程度と悪いことが分かった。これは、表面粗さが低く、吸着する傾向にあるため、一度ヘッドが接触すると吸着傾向になり浮上が不安定になることが影響すると考えられる。

それ以外のサンプル２ないし７に関しては、内周面のＴＯ特性も０．６５ａｔｍ程度の値を示しており、内周面側でのＴＤ特性とＴＯ特性の差がほぼ０ないし０．０５ａｔｍと非常に良好な値を示している。

以上のように、内周面の粗さを外周面より粗くすることによって、内周面での浮上特性、特にＴＯ特性を改善できることがわかった。更に、粗さのコントロールは、材料、研磨方法、テクスチャ制御方法等によって、自由にコントロールできることができる。

以上は、ガラス基板を用いた例であるが、基板材料としては、Ａｌ、Ｓｉ等の金属又はプラスティック基板を用いることも可能である。また、媒体の大きさは、０．８５インチ媒体だけでなく、1インチ媒体や、それらの内径が異なる媒体、更には中心に穴の無い媒体でも構わない。基板の上に形成する磁気記録媒体に関しても、磁気記録特性、電磁変換特性が、磁気記録層そのもので変化するが浮上特性は変化しないので、本発明は、磁気記録媒体が垂直磁気記録方式のための媒体であっても、同様に有効である。

本発明の磁気記録媒体の一例の断面構造を表す模式図 図１の磁気記録媒体に使用される基板の表面粗さを表すグラフ図 本発明の磁気記録再生装置の一例の構成を表す概略図

符号の説明

１，１０，１２…磁気ディスク，２…基板，３…磁気記録層，１４…ヘッドアクチュエータ，１６…ボイスコイルモータ，１７…ＦＰＣユニット，２４…軸受組立体，２７…アーム，３３…磁気ヘッド，４２…メインＦＰＣ，４２…接続端部

Claims (9)

1. １インチ以下の直径を有し、そのデータ領域の内周面の平均表面粗さをＲａ1、及びそのデータ領域の外周面の平均表面粗さをＲａ2とするとき、０＜Ｒａ1−Ｒａ2≦０．２ｎｍで表される関係を有するディスク状基板と、
   該基板上に設けられた磁気記録層とを具備することを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記内周面と前記外周面との中間の平均表面粗さをＲａ3とするとき、内周面の平均表面粗さＲａ1、外周面の平均表面粗さＲａ2、及び中間の平均表面粗さをＲａ3は、
   Ｒａ1＞Ｒａ3≧Ｒａ2
   で表される関係を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 前記内周面の平均表面粗さＲａ1は０．８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
4. 前記ディスク状基板は、その表面粗さがそのデータ領域の外周面から内周面にかけて段階的に増加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
5. 前記ディスク状基板は、その表面粗さは、研磨、テクスチャ、及び薬液の適用により形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
6. 前記ディスク状基板は、ガラス、アルミニウム、ケイ素、及びプラスチックからなる群から選択されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
7. 前記データ領域の最内周は中心から４．０ｍｍ〜４．７ｍｍ離れたところにあることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の磁気記録媒体と、記録再生ヘッドとを含むことを特徴とする磁気記録再生装置。
9. 前記ヘッドを磁気ディスク外周から離間した位置に保持するランプロード機構をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の磁気記録再生装置。

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