JP2010006810A - 潤滑剤化合物及び磁気データ記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ディスクの潤滑剤に好適な化合物を提供すること。
【解決手段】ペルフルオロポリエーテル鎖をもった主鎖を含む化合物。この化合物はまた、主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環を有する。この化合物はさらに、主鎖に結合しているか、１つ以上のシクロホスファゼン環に結合しているか、さもなければそれらの結合の組み合わせをもった少なくとも２つの官能基を含む。
【選択図】図１Ａ

Description

ハードディスクドライブにおける記録密度は確実に増大している。実際、１平方インチ当たり１００ギガビット（１００Gbit/inch²）の記録密度が報告されている。このような高密度を達成するための要件として、磁気ヘッドと磁気ディスクの磁気記録層との間の間隔をできる限り小さくすることがある。現在のところ、この間隔は、一般的に２０ｎｍである。

上述の間隔をできる限り小さくするため、磁気ディスクの表面粗さをできる限り小さくすべきである。そのために、コンタクトスタート／ストップ（ＣＳＳ）システムからロード／アンロード（Ｌ／ＵＬ）システムへの移行が行われている。ＣＳＳシステムの場合、ディスクが回転していないときに磁気ヘッドが磁気ディスクと接触しており、磁気ディスクが回転を開始すると、空気の流れに原因して磁気ヘッドが浮上する。Ｌ／ＵＬシステムでは、磁気ディスクが停止しているときに磁気ヘッドが磁気ディスクから引っ込められ（アンロード）、磁気ディスクが回転を開始すると、磁気ディスクの上に載置される（ロード）。さらに、Ｌ／ＵＬシステムでは、耐スライド（摺動）特性が若干緩和される。しかしながら、ハードディスクドライブは、ロードオン操作時の衝撃や、通常の操作でも起こり得るヘッドオリエンテーションにおける急激な不正行為に対して耐えうるものでなければならない。

慣用の手法では、摩擦を軽減するため、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）系の潤滑剤が磁気ディスクの最上面に適用されている。しかしながら、ＰＦＰＥ系の潤滑剤、例えばＺＤｏｌ及びＺＴｅｔｒａｏｌは、Ａｌ_２Ｏ_３のようなルイス酸の存在において接触分解を被ってしまう。摩擦熱による熱分解又は分解に原因してフッ化水素（ＨＦ）が発生せしめられ、このＨＦが連鎖反応を引き起こし、連鎖反応が潤滑剤のさらなる分解を引き起こすものと考察される。

さらに、長鎖のＰＦＰＥ潤滑剤、例えばＺＤｏｌ及びＺＴｅｔｒａｏｌは別の欠点を有している。ＺＤｏｌ及びＺＴｅｔｒａｏｌはペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）鎖の２つの末端部に官能基（ヒドロキシル基）を有しているだけであるので、その連鎖がディスクの表面で嵩高になる傾向がある。連鎖の嵩高が発生すると、潤滑剤が高いプロファイルをもったものとなる。

さらに、高いプロファイルのＰＦＰＥ潤滑剤とシクロホスファゼン環基を有するＰＦＰＥ潤滑剤の混合物も報告されている。しかしながら、２つもしくはそれ以上の化合物の混合物は、プロセス制御における困難を引き起こし、それには例えば、これらの２つの化合物の間で潤滑形態が異なっていることや、これらの２つの化合物の割合をディスク上の異なる位置でコントロールすることなどがある。また、ＺＤｏｌ／Ｘ１Ｐ及びＺＴｅｔｒａｏｌ／Ｘ１Ｐの場合には、これらの化合物の相分離が観察されている。

本発明のいくつかの態様は、ペルフルオロポリエーテル鎖を含む主鎖、その主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環、及び上記主鎖に結合しているか、上記１つ以上のシクロホスファゼン環に結合しているか、さもなければそれらの結合の組み合わせをもった少なくとも２つの官能基を含んでなる化合物を包含する。

本発明の好ましい態様は、以下の詳細な説明において、本発明を実施するに当たって考察される最良の形態を説明する手法で簡単に、図示し、説明することとする。理解されるように、本発明は、その他の及び異なる態様で実施することができ、また、本発明の詳細は、すべて本発明の範囲を逸脱することなく、いろいろな明らかな面に関して変更を実施することが可能である。したがって、以下の説明は、もっぱら説明のためのものであり、本発明を制限するものではないことに留意されたい。

メディア記憶装置の模式図である。 高プロファイル潤滑剤の模式図である。 ペルフルオロポリエーテル主鎖の模式図である。 ＺＤｏｌ記憶媒体潤滑剤の末端基の模式図である。 ＺＴｅｔｒａｏｌ記憶媒体潤滑剤の末端基の模式図である。 低プロファイルの潤滑剤を高プロファイルの記憶媒体潤滑剤と比較した模式図である。 本発明の１態様のディスクヘッドアバランシェ高さを高プロファイルの潤滑剤のそれと比較した模式図である。 本発明の１態様に従いペルフルオロポリエーテル鎖に結合せしめられるかもしくは組み込まれる１つ以上のシクロホスファゼン環をもった化合物のリストである。

低プロファイルの潤滑剤は、新しいタイプのハードディスクドライブ用潤滑剤であり、媒体表面上のより低い位置に（あるいは、それに接近させて）読み取り／書き込みヘッドを浮上させることを可能とする。これは、低プロファイルの潤滑剤の場合、媒体表面上により平たい状態で配置することができるからである。すなわち、低プロファイルの潤滑剤の粗さは、慣用のＺＤｏｌ又はＺＴｅｔｒａｏｌ潤滑剤のそれよりも小さい粗さである。

慣用の潤滑剤、例えばＺＤｏｌ又はＺＴｅｔｒａｏｌは、ＰＦＰＥ鎖の２つの末端部にアンカー機能をもったヒドロキシル基（官能基）を有しているだけである。これらのヒドロキシル基がカーボン保護膜に対して固定（アンカー）された場合には、長くてフレキシブルなポリマー連鎖が嵩高となることがしばしばである。その結果、表面粗さを増大させる傾向がある高プロファイルをもった潤滑剤が形成される。また、本発明の低プロファイル潤滑剤の多くは、ＰＦＰＥ鎖の２つの末端部にも官能基を有している。しかしながら、さらに加えて、それらの潤滑剤は、ＰＦＰＥ鎖の中央部にも１つもしくはそれ以上の官能基を有している。本発明の１態様において、官能基は、例えば、ヒドロキシル基である。好ましくは、中央部の官能基は、カーボン保護膜に結合している。このような結合が起こった場合には、官能基に隣接したポリマーがカーボン保護膜の表面に向かって引きずられる。その結果、媒体の表面上に潤滑剤がより平たい状態で配置されることとなる。すなわち、これが低プロファイル潤滑剤である。

しかしながら、本発明で使用される低プロファイル潤滑剤の基本構造は、ＺＤｏｌ及びＺＴｅｔｒａｏｌタイプの潤滑剤に類似している。そのために、低プロファイル潤滑剤は、同じ欠点の一部を甘受することとなる。すなわち、本発明の混合物中に混入された低プロファイル潤滑剤は、ルイス酸の存在において接触分解を甘受する。したがって、低プロファイル潤滑剤の寿命は、ＺＤｏｌ及びＺＴｅｔｒａｏｌのそれと同様である。

シクロホスファゼン環をもった化合物は、ルイス酸に原因する接触分解に対してより大きな耐性を有する傾向があり、従ってより長い寿命がある。すなわち、シクロホスファゼン環は、潤滑剤混合物に対して化学的安定性を提供する。本発明者らが発見したところによると、低プロファイル潤滑剤に対して１つもしくはそれ以上のシクロホスファゼン環を付加させるかさもなければ組み込んだ場合には、低プロファイル潤滑剤の低プロファイル／より高いクリアランス（隙間）を維持する一方で、化学的安定性がもたらされる。

図１Ａは、メディア記憶装置１００である。メディア記憶装置１００は、磁性層１０２、カーボン保護膜１０４、そして高プロファイル潤滑剤１０６を包含する。カーボン保護膜１０４は、磁性層１０２を保護するハードコートである。高プロファイル潤滑剤１０６は、メディア記憶装置１００の上方における読み取り／書き込みヘッド（図示せず）の通過を促進する。

図１Ｂは、高プロファイル潤滑剤１０６を模式的に示したものである。高プロファイル潤滑剤１０６は、ＰＦＰＥ主鎖１０８を有していて、その主鎖１０８の両端に官能基１１０を有している。官能基１１０は、カーボン保護膜１０４と結合するものであり、メディア記憶装置１００の表面に対して高プロファイル潤滑剤１０６を固定（アンカーリング）している。主鎖１０８は比較的に長くかつ２個所でのみ固定されているので、高プロファイル潤滑剤１０６を装置の表面に群れることが可能である。この状態は、高プロファイル潤滑剤１０６の分子を取り囲んだ大きな点線の円で図示されている。

図１Ｃは、高プロファイルＰＦＰＥの主鎖１０８を図示したものである。図１Ｄ及び図１Ｅには、２種類の高プロファイル記憶媒体潤滑剤１０６の末端官能基１１０が示されている。図１Ｄは、高プロファイル記憶媒体潤滑剤１０６，ＺＤｏｌの末端官能基１１０を示し、一方、図１Ｅは、高プロファイル記憶媒体潤滑剤１０６，ＺＴｅｔｒａｏｌの末端官能基を示している。ＺＤｏｌは、ＰＦＰＥ主鎖１０８の両方の末端で単一のヒドロキシル基を有しており、一方、ＺＴｅｔｒａｏｌは、ＰＦＰＥ主鎖１０８の末端で２個のヒドロキシル基を有している。

図２は、本発明の低プロファイル潤滑剤２００と高プロファイル記憶媒体潤滑剤１０６の比較を模式的に示したものである。この態様において、低プロファイル潤滑剤は３個の官能基２１０を有している。官能基２１０のうちの２個の官能基は、高プロファイル潤滑剤１０６と同様に、ＰＦＰＥ主鎖２０８の末端に位置している。しかしながら、本発明の低プロファイル潤滑剤は、ＰＦＰＥ主鎖２０８の領域内であって２つの末端の間に第３の官能基２１０を包含している。好ましくは、この態様において、第３の官能基２１０は、ＰＦＰＥ主鎖２０８の中央部近傍に結合している。しかしながら、第３の官能基２１０は、正確に中央に存在する必要はない。

本発明の代替的な態様において、低プロファイル潤滑剤２００は、ＰＦＰＥ主鎖２０８の領域内であって２つの末端の間に結合している多数個の官能基２１０を包含している。下記の第Ｉ表は、本発明者らによって調製され、評価されたいくつかの低プロファイル潤滑剤２００について、分子量と官能基の数を示したものである。合計して６個の低プロファイル潤滑剤２００が第Ｉ表に示されているけれども、これらの潤滑剤は、ＺＤｏｌ １０００潤滑剤を改良することによって調製されたものである。第Ｉ表に記載するＰＦＰＥ主鎖２０８中の官能基の数は、３〜８個である。しかしながら、官能基の数は、８個までに限定されるものではない。好ましくは、主鎖２０８に沿って、比較的に等間隔で、追加の官能基２１０を配置することができる。しかしながら、間隔が等間隔であることは必須の要件ではない。

図３は、ディスクヘッドアバランシェ高さと、粗い表面を有するディスク、すなわち、高プロファイル潤滑剤を使用したもの、及び平滑な表面を有するディスク、すなわち、低プロファイル潤滑剤を使用したもの、のクリアランス（隙間）との比較を模式的に示したものである。メディア記憶装置の浮上高さは、浮上中の読み取り／書き込みヘッドの底面からディスクの平均表面を意味する理論線までの間隔として規定される。クリアランスは、浮上中の読み取り／書き込みヘッドの底面からディスクの実際の表面の最高ピークまでの間隔である。これらの２つの間隔の差が、ディスクアバランシェ高さである。ディスクヘッドアバランシェ高さは、いろいろな浮上ヘッドに関して表面に対する当りを伴うことなく走行させることが不可能である間隔を示す１つの尺度である。逆に、クリアランスは、いろいろな浮上ヘッドを表面に対する当りを伴うことなく走行させ得る間隔の程度である。平滑な表面を有するディスクは、ディスクヘッドアバランシェ高さがより小さく、このことはまた、与えられた浮上高さのとき、クリアランスがより大きいことに言い換えることができる。

本発明の態様は、低プロファイル潤滑剤に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環を有する新規な潤滑剤系（システム）を包含する。低プロファイル潤滑剤が慣用のＰＦＰＥ潤滑剤よりも高いクリアランスを提供する一方で、シクロホスファゼン環は、化学的な安定性を潤滑剤に対して提供する。さらに、このシステムは単一成分系であるので、製造のコントロールが容易である。

図４は、ペルフルオロポリエーテル鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環をもった８種類の化合物を列挙したものである。この態様において、Ｐはシクロホスファゼン環であり、Ｚはペルフルオロポリエーテル鎖であり、Ｘは単官能性又は多官能性の基であり、そしてｎは整数である。ＰＦＰＥ主鎖及び／又はシクロホスファゼン環上に官能基（Ｘ）があるので、より高いクリアランス特性が導かれる。すなわち、高プロファイル接着剤に比較して追加の官能基が存在しているので、低プロファイル接着剤、低いディスクアバランシェ高さ、そして高いクリアランスが得られる。１つの好ましい態様において、官能基はヒドロキシル基である。本発明のもう１つの態様において、官能基はジオールである。任意に、シクロホスファゼン環は、アルコキシ又はアリールオキシ置換基を含んでもよい。本発明の１態様において、シクロホスファゼン環はヒドロキシル基を含んでいる。

本発明者らは、本発明の潤滑剤を製造するためのいくつかの技法を開発した。この態様は、一例を示すと、図４に示される構造Ｉの合成に関する。窒素パージ下、５ｍｌのＤＩ（脱イオン）水中の１．０５ｇ（１８．７ミリモル）の水酸化カリウムを、３首フラスコ中の５０．４７ｇ（１６２ミリモル）のＡ２ＯＨ（分子量：３０００、１６．８ミリモル）に添加した。３首フラスコには、機械式攪拌機、水ジャケット付きの冷却凝縮器、そして温度計を取り付けた。混合物を５５℃まで加熱し、２時間にわたって攪拌した。次いで、混合物を３０℃まで冷却し、一晩中攪拌した。次いで、混合物を６５℃まで加熱し、１５．４２ｇ（１６７ミリモル）のエピクロロヒドリンを添加した。エピクロロヒドリンの添加が完了した後、混合物を９０℃まで加熱し、６時間にわたって攪拌した。

得られた生成物をＩＰＡで洗浄した。洗浄後、生成物をロータリー蒸発器で処理してＩＰＡを除去した。得られた中間体をＥｐ−Ａ２ＯＨとした。

機械式攪拌機、水ジャケット付きの冷却凝縮器、そして温度計を取り付けた第２の３首フラスコに、約０．２ｍｌのＤＩ水中の０．３７ｇ（６．７ミリモル）の水酸化カリウム及び６．８ｇ（６．７ミリモル）のＺＤｏｌ（分子量：１０２５）を注入した。攪拌下、溶液を５０℃に１時間にわたって加熱した。次いで、この溶液に２０．０ｇのＥｐ−Ａ２ＯＨを１滴ずつ１時間にわたって添加した。５０℃で一晩をかけて反応を実施させた。ＤＩ水で洗浄後、２０ｍｌの１ＭＨＣｌを油状物に添加した。２時間にわたって攪拌を継続した。次いで、生成物をＤＩ水及びＩＰＡで洗浄した。水及びＩＰＡをロータリー蒸発器によって除去した。構造Ｉの収率の合計は３０％であった。

上記した方法は、構造Ｉを製造する１方法を示したものである。図４に示した他の構造のものも含めて、本発明のいろいろな潤滑剤を製造するために同様な方法を使用してもよい。

本発明はまた、上記したような潤滑剤を備えた記憶媒体デバイスも包含する。好ましくは、本発明のこの態様に従う記憶媒体は、カーボン保護層を最上層（トップ）として備えた磁性層を含むディスクを包含する。カーボン保護層の上には、ペルフルオロポリエーテル主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環を有し、かつ少なくとも２個の官能基を有する任意の低プロファイル潤滑剤を堆積させることができる。官能基は、主鎖に結合していてもよく、１つ以上のシクロホスファゼン環に結合していてもよく、さもなければ、それらの任意の組み合わせであってもよい。

上記した実施やその他の実施は、この出願の特許請求の範囲の範囲内である。

１００ メディア記憶装置
１０２ 磁性層
１０４ カーボン保護膜
１０６ 潤滑剤
１０８ ＰＦＰＥ主鎖
１１０ 官能基
２００ 低プロファイル潤滑剤
２０８ ＰＦＰＥ主鎖
２１０ 官能基

Claims (15)

1. ペルフルオロポリエーテル鎖を含む主鎖、
   前記主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環、及び
   前記主鎖に結合しているか、前記１つ以上のシクロホスファゼン環に結合しているか、さもなければそれらの結合の組み合わせをもった少なくとも２つの官能基
   を含んでなる化合物。
2. 前記化合物が、下記の構造からなる群：
   

   

   

   

   

   

   

   

   

   （上式において、Ｐはシクロホスファゼン環であり、Ｚはペルフルオロポリエーテル鎖であり、Ｘは単官能性又は多官能基であり、そしてｎは整数である）から選択される、請求項１に記載の化合物。
3. 前記シクロホスファゼン環がアルコキシ又はアリールオキシ置換基を含む、請求項１に記載の組成物。
4. 前記シクロホスファゼン環がヒドロキシル基を含む、請求項１に記載の組成物。
5. 式中のＸがヒドロキシル又はジオールである、請求項１に記載の組成物。
6. 磁気ディスクと、
   その磁気ディスクの少なくとも一方の表面に施された、ペルフルオロポリエーテル鎖を含む主鎖、
   前記主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環、及び
   前記主鎖に結合しているか、前記１つ以上のシクロホスファゼン環に結合しているか、さもなければそれらの結合の組み合わせをもった少なくとも２つの官能基
   を含んでいる潤滑剤
   とを含んでなる装置。
7. 前記潤滑剤が、下記の構造からなる群：
   

   

   

   

   

   

   

   

   

   （上式において、Ｐはシクロホスファゼン環であり、Ｚはペルフルオロポリエーテル鎖であり、Ｘは単官能性又は多官能基であり、そしてｎは整数である）から選択される化合物を含む、請求項６に記載の装置。
8. 前記シクロホスファゼン環がアルコキシ又はアリールオキシ置換基を含む、請求項６に記載の装置組成物。
9. 前記シクロホスファゼン環がヒドロキシル基を含む、請求項６に記載の装置組成物。
10. 式中のＸがヒドロキシル又はジオールである、請求項６に記載の装置組成物。
11. 記憶装置を製造することを含む方法であって、
    磁気ディスクを提供することと、
    前記磁気ディスクにカーボン保護膜を塗布することと、
    前記カーボン保護膜に、ペルフルオロポリエーテル鎖を含む主鎖、
    前記主鎖に結合しているかもしくはそれに組み込まれている１つ以上のシクロホスファゼン環、及び
    前記主鎖に結合しているか、前記１つ以上のシクロホスファゼン環に結合しているか、さもなければそれらの結合の組み合わせをもった少なくとも２つの官能基
    を含んでいる潤滑剤を塗布すること
    とを含んでなる方法。
12. 前記潤滑剤が、下記の構造からなる群：
    

    

    

    

    

    

    

    

    

    （上式において、Ｐはシクロホスファゼン環であり、Ｚはペルフルオロポリエーテル鎖であり、Ｘは単官能性又は多官能基であり、そしてｎは整数である）から選択される化合物を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記シクロホスファゼン環がアルコキシ又はアリールオキシ置換基を含む、請求項１１に記載の装置組成物。
14. 前記シクロホスファゼン環がヒドロキシル基を含む、請求項１１に記載の装置組成物。
15. 式中のＸがヒドロキシル又はジオールである、請求項１１に記載の装置組成物。

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