JP2514216B2

JP2514216B2 - 磁気記録媒体

Info

Publication number: JP2514216B2
Application number: JP62305580A
Authority: JP
Inventors: 哲夫水村; 昇磯江
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPH01149217A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は磁気記録媒体に係わり、さらに詳しくは電磁
変換特性、特に色（クロマ）S/N（シグナル／ノイズ）
および輝度出力に優れた特性を示す連続斜め入射蒸着に
より成膜された強磁性金属薄膜を磁気記録層とする磁気
記録媒体に関する。

〔従来の技術〕

Co、Ni、Fe、またはそれらを主成分とする合金、ある
いは、それらの酸化物薄膜を、真空蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法などのベーパデポジシ
ョン法によって、ポリエステルフィルム、ポリイミドフ
ィルムなどの高分子フィルムや、非磁性の金属薄板など
よりなる基体上に形成させた強磁性薄膜型の磁気記録媒
体は、従来の塗布型の磁気記録媒体に比べて記録密度を
飛躍的に向上させることができ、また記録再生出力も塗
布型の磁気記録媒体を上回る。しかし、この高密度記録
化のためには、磁気ヘッドとのギャップを可能な限り少
なくし、併せて磁気記録媒体の表面を平滑化してスペー
シングロスを極力減少させる必要がある。しかし、あま
り表面を平滑化し過ぎると、ヘッドタッチあるいは走行
性の点で支障をきたす。このため、強磁性金属薄膜層の
表面に、種々の形状および高さや分布を有する微細突起
を形成させたりして表面状態を工夫し走行性を改善する
方法が提案されている（特開昭59−30231号公報、同59
−94227号公報）。しかし、これらの方法で磁気記録媒
体の走行性は改善されるものの、例えば、連続斜め入射
蒸着法により形成される強磁性金属薄膜を磁気記録層と
する磁気記録媒体においては、電磁変換特性、特にクロ
マS/Nの値が低く、必ずしも満足のいく特性が得られな
かった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上述した従来技術における磁気記録媒体の
電磁変換特性、特にクロマS/Nが悪いという問題点を解
消し、連続斜め入射蒸着法によって形成される強磁性金
属薄膜を磁気記録層（磁性層）とする強磁性薄膜型の磁
気記録媒体において、電磁変換特性、特にクロマS/N比
が高く、輝度出力が良好で、かつ走行性に優れた信頼性
の高い磁気記録媒体を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

従来、一般に高密度記録に必要な高保磁力を得るため
に、連続斜め入射蒸着の効率を極度に低下させない範囲
で、基体に対する磁性層の柱状粒子の水平成分Ｌ（第２
図参照）ができるだけ大きくなるような構造を持つ磁性
層を形成させていた。しかし、本発明者らが検討した結
果、高保磁力に寄与しているのは蒸着初期の高入射角で
基体上に蒸着された部分、すなわち、基体の法線とのな
す柱状粒子の傾斜角θが90度〜75度程度の部分であるこ
とを知った。さらに、第２図に示すごとく、柱状粒子８
の形状を、柱状粒子８の基体１に対する水平成分Ｌより
も、垂直成分ｌが大きくなるように成膜することによ
り、保磁力を低下させることなく、クロマS/Nを向上で
きることが判明した。

さらに本発明者らの検討によると、連続斜め入射蒸着
によって形成させた柱状粒子８の集合体である磁性層に
おいて、柱状粒子８の成長方向における中心線に接する
接線と、基体１の法線９とのなす角度、すなわち、柱状
粒子８の傾斜角θが90〜75度の範囲にある磁性層におい
ては、クロマS/Nは良好であるが再生出力が小さくな
り、また磁気記録媒体としての耐久性が劣化してしまう
ことを知った。そこで、上記の傾斜角θが90〜75度（よ
り好ましくは90〜80度）以外の部分の柱状粒子８の水平
成分Ｌを調整し、柱状粒子８の垂直成分ｌを増加させる
ことにより、再生出力および耐久性を損うことなく、ク
ロマS/Nを向上させることができることを見い出した。
そして、柱状粒子８のl/Lの比がl/L＜1.0では、S/Nの劣
化を招き、さらにl/L＜1.5では垂直成分ｌが大きくなり
過ぎて再生出力および耐久性が低下してしまい、好まし
い柱状粒子のl/Lの比の範囲は1.0〜1.5であることを実
験により確認した。

さらに本発明者らは、磁性層を構成する強磁性状粒子
の垂直成分を増加させる方法について鋭意研究を重ねた
結果、第１図に示すごとく、微小突起部３を多数設けた
基体上１上に、強磁性金属からなる磁性層２を連続斜め
入射蒸着させて、磁性層２の表面に柱状粒子の集合体か
らなる特定形状の突起部を形成させることにより、磁性
層２を構成する柱状粒子８の垂直成分ｌを増加させるこ
とができ、電磁変換特性、特にクロマS/Nならびに輝度
出力が著しく向上し、かつ走行特性の良い磁気記録媒体
が得られることを見い出した。すなわち、一般に連続斜
め入射蒸着によって形成される強磁性金属薄膜からなる
磁性層の柱状粒子の形状は、基体に突起部がある場合に
は、突起部のシャドウィング効果により柱状粒子の成長
方向の水平成分Ｌが垂直成分ｌよりも大きくなるため、
例えば第１図に示すごとく、磁性層２表面の突起部４の
形状は、突起部４の頂点を通る垂直線によって２分され
る突起部４の底部の水平距離を、それぞれx₁、x₂（x₁≧
x₂）としたとき、強磁性金属の蒸気流の入射方向７の影
響を受け、x₁は大きくなり、x₁とx₂の比はx₁/x₂＞1.5と
なる。この場合、通常の磁気記録媒体の走行方向（記録
再生方向）であるノーマル方向５では輝度出力は良好で
あるがクロマS/Nの値は低くなり、逆にリバース方向６
ではクロマS/Nの値は高くなるが、輝度出力は劣化する
ことを知った。このことは磁性層の構造とクロマS/Nお
よび輝度出力との相関を示しており、ノーマル方向５で
も、磁気ヘッドがリバース方向６で感ずるのと似た構造
の磁性層とすることにより、クロマS/Nの値を高め輝度
出力を良好にすることが可能となる。そのため、磁性層
を構成する柱状粒子の成長方向の水平成分を減らし、上
部から見た磁性層表面の突起部の形状を、磁気記録媒体
の走行方向で、ほぼ円形に近いものとすることによりク
ロマS/Nを改善することができ、輝度出力の良好な磁気
記録媒体が得られることになる。

本発明は、強磁性金属の磁気流を基体上に斜め入射し
て形成する強磁性金属の柱状粒子の集合体よりなる磁性
層の表面に、特定の形状および高さを有する突起部を形
成し、該突起部の頂点を通る垂直線によって、基体の水
平方向に２分される突起部の底部の水平距離をx₁、x
₂（x₁≧x₂）としたとき、x₁およびx₂の比が、1.5≦x₁/x
₂＜1.0の範囲にあり、かつ突起部の高さＨを、100Å≦
Ｈ≦600Åの範囲とすることにより、本発明の目的は達
成される。そして、上記突起部の底部の水平距離x₁/x₂
の比が1.5を超えるとクロマS/Nが低下するので好ましく
なく、x₁/x₂の比が1.0未満になることは、連続斜め入射
蒸着による磁性層の形成においては理論的にありえな
い。そして上記のx₁/x₂の比のより好ましい範囲は1.0〜
1.3である。また、磁性層の表面の突起部の高さは、100
Å未満ではクロマS/Nが悪化するので好ましくなく、600
Åを超えると再生出力が低下するので好ましくない。上
記突起部の高さのより好ましい範囲は200〜400Åであ
る。

さらに本発明は、磁性層を構成する強磁性金属の柱状
粒子の形状を、該柱状粒子の成長方向（長手方向）での
基体に対する水平成分Ｌを、上記柱状粒子の基体に対す
る垂直成分ｌよりも小さくし、l/Lの比が1.0〜1.5の範
囲、より好ましくは1.0〜1.3の範囲とすることにより、
本発明の目的を達成することができる。

また、本発明の磁性層を構成する強磁性金属の柱状粒
子の基体の法線に対する最高傾斜角を、75〜90度、より
好ましくは80〜90度とし、柱状粒子のl/Lの比を1.0〜1.
5とすることにより、磁気特性ならびにクロマS/Nおよび
輝度出力を一層改善することができる。

本発明の突起部を有する磁性層の成膜方法は、表面に
50〜300Åの大きさの微細突起を加工形成した非磁性の
基体、または基体表面に粒径が50〜300Å程度の酸化ケ
イ素（SiO₂）などからなる非磁性の無機物を付着させた
基体を用い、Co、Ni、Fe、もしくはそれらを主成分とす
る強磁性金属を連続斜め入射蒸着させることにより、達
成される。そして、磁性層の突起部のx₁/x₂の比較の制
御は、連続斜め入射蒸着において、最低入射角部より導
入する酸素（O₂）、アルゴン（Ar）、窒素（N₂）などよ
りなる酸化性ガスあるいはこれらの混合ガスの導入量
（圧力）および強磁性金属の蒸気流の最低入射角の大き
さを調整することによって行うことができる。すなわ
ち、最低入射角部において導入する酸化性ガスの導入量
（例えば0.5/min以上）を極力多くし、かつ最低入射
角（例えば45度以下）をできるだけ小さくすることによ
りx₁/x₂の比を1.0に近付けることができるが、上記x₁/x
₂比の制御条件は、使用する個々の蒸着装置の形式、容
量などによって異なり、その都度最適条件を具体的に決
める必要がある。

他方、本発明の磁性層の突起部のx₁/x₂の比較の制御
方法として、連続斜め入射蒸着において、x₁/x₂の比が
大きくなる傾向にあるのは基体上の突起部のシャドウィ
ング効果によるものであるので、この効果を抑制するた
めに、まず最初、基体上に所定の方向から斜め入射蒸着
を行い、いったん原反を巻き取った後、再び蒸着装置に
セットし、今度は上記とは逆の方向から蒸着させること
を、少なくとも１回繰返して行い所定の膜厚を有する磁
性層を形成させることによっても達成できる。

さらに、本発明の磁性層を構成する強磁性金属柱状粒
子の基体に対する水平成分Ｌおよび垂直成分ｌの調節
は、強磁性金属の蒸発源の位置と円筒状キャンに沿って
移動する基体との位置などを調節して、連続斜め入射蒸
着の初期のステップにおいては、上記流の最高入射角が
90度〜75度で基体上に蒸着されるようにし、その後の低
い入射角部において入射させる蒸気流をできるだけ少な
くして、基体に対して入射する蒸気流が垂直に近くなる
ように調整して、柱状粒子の垂直成分ｌを増加させる
か、あるいは最低入射角部において吹き付けるO₂、Ar、
N₂などの酸化性ガスの総量を可能な限り多くして、磁性
層の表面部分における柱状粒子の傾斜角を垂直化するこ
とにより、柱状粒子のl/Lの比を1.0〜1.5の範囲に制御
することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいてさら
に詳細に説明する。

（実施例１）第３図に示す連続斜め真空蒸着装置を使用し、表面に
200Å高さの微細突起を多数有するポリエチレンテレフ
タレート（PET）フィルムの基体14を、送り出しロール1
5より、ガイドロール16を介して回転する円筒状キャン1
3の周側面に沿って移動させ、ガイドロール17を介して
巻き取りロール18に巻き取るようにセットすると共に、
強磁性金属材料の蒸発源19内にCo−20wt％Ni合金からな
る強磁性金属材料20をセットした。ついで、真空排気系
12で真空槽11内を約５×10^-5Torrにまで真空排気し、Co
−20wt％Ni合金からなる強磁性金属材料20を加熱蒸着さ
せて、斜め入射蒸着の入射角θを規制する防着板21を調
整して、強磁性金属材料20の蒸気流の最低入射角を45度
となし、蒸着速度800Å/sで斜め入射蒸着を開始すると
同時に、酸化性ガス導入管22から最低入射角部Ａの基体
14に対して、酸素60部、窒素40部の組成からなる酸化性
ガスを0.8/min（酸素0.48/min、窒素0.32/min）
の割合で吹きつけて、膜厚が1500ÅのCo−20wt％Ni合金
からなる強磁性金属薄膜層（磁性層）を形成させた。こ
のようにして作製した磁気記録媒体の原反の磁性層の表
面に、潤滑剤としてフッ素系潤滑剤であるフオンブリン
ZDISOC（モンテジソン社製商品名）をフッ素系溶剤FC−
77（住友スリーエム社製商品名）に0.1wt％の濃度に希
釈したものを塗布し、乾燥した後、スリットして8mm幅
の磁気テープを作製した。

（実施例２）実施例１における防着板11の一部（最低入射角θ＝42
度に相当する位置）に蒸着孔（スリット）を設けたこ
と、および酸化性ガスとして酸素のみを使用し、その流
量を0.5/minとした以外は、実施例１と同様にして磁
気テープを作製した。なお、本実施例における磁性層の
膜厚の増分は、実施例１におけるよりも100Å増加し
た。

（実施例３）まず、酸化性ガスとして酸素ガスを0.5/min導入し
て、実施例１と同様の方法で磁性層の膜厚が1000Åにな
るまで蒸着し、いったん巻き取りロールに巻き取った
後、再び同じ蒸着装置にセットして、今度は逆方向から
連続斜め入射蒸着を行い、厚さ1000Åの磁性層上に、さ
らに500Åの膜厚に磁性層を形成させ、合計膜厚1500Å
の磁性層を有する磁気テープを実施例１と同様の方法で
作製した。

（実施例４）酸化性ガスとして酸素ガスを0.5/min、窒素ガスを
0.2/min（合計流量0.7/min）の混合ガスを導入し、
その他は実施例１と同様にして磁気テープを作製した。

（実施例５）酸化性ガスとして酸素ガスを0.5/min、窒素ガスを
0.1/min（合計流量0.6/min）の混合ガスを導入し、
その他は実施例１と同様にして磁気テープを作製した。

（比較例１）酸化性ガスとして窒素ガスを0.5/min導入した以外
は、実施例１と同様にして磁気テープを作製した。

（比較例２）最低入射角を50度に変えた以外は比較例１と同様の方
法で磁気テープを作製した。

以上の実施例１〜５および比較例１〜２において作製
した磁気テープについて、0.75M Hzのクロマ信号に対す
るクロマS/Nを測定し磁気テープの電磁変換特性を評価
した。その結果を第１表に示す。クロマS/Nは、市販の
塗布型8mmメタルテープを0dBとして示した。なお、各磁
気テープをテープ走行方向と平行に超薄切片を採取し、
透過型電子顕微鏡により磁性層の断面を観察したとこ
ろ、磁性層表面の突起部のＨおよびx₁/x₂の比は第１表
に示すとおりであった。Ｈについては、ほぼ同一であっ
たが、x₁/x₂の比は1.5〜1.0の範囲内になければクロマS
/Nが悪化することが判明した。また、Ｈについては本実
施例において述べていないが、Ｈが600Åを超えると磁
気ヘッドとのスペーシングが大きくなり、その場合はx₁
/x₂の比が1.5〜1.0の範囲内にあっても、クロマS/Nが悪
くなり実用的でないことを確認している。

第１表から明らかなごとく、本発明の実施例１〜５に
おける磁気テープは、いずれもクロマS/Nが良好で、優
れた電磁変換特性を有することが分かる。

（実施例６〜10、および比較例３〜５）第３図に示す実施例１において用いたのと同様の連続
斜め真空蒸着装置を使用した。すなわち、真空排気系12
によって排気された真空槽11内において、送り出しロー
ル15より送り出された厚さ９μｍの市販のPETフィルム
である基体14は、円筒状キャン13に沿って移動すると共
に、下部に配設された蒸発源19から発生する強磁性金属
材料20であるCo−20wt％Ni合金の蒸気流23の基体14の法
線に対する入射角度を防着板21によって、蒸気流23の最
高入射角部（Ｂ部）および最低入射角部（Ａ部）のそれ
ぞれの入射角を変化させて、蒸気流23の入射角度を調節
し、基体14上に斜め入射蒸着を行った後、巻き取りロー
ル18によって巻き取られる。また、蒸着時にな酸化性ガ
ス導入管22より、酸素（O₂）ガスとアルゴン（Ar）ガス
との混合ガスを、最低入射角部Ａに吹きつけ、酸素ガス
分圧Po₂＝１×10^-4Torrとなるように調整し、膜厚が150
0ÅのCo−Ni−Ｏ合金からなる磁性層を形成させた。こ
のようにして作製した磁気記録媒体の原反を裁断して磁
気テープを得た。なお、磁性層を構成する柱状粒子の基
体に対する水平成分Ｌおよび垂直成分ｌの調整は、Arと
O₂との混合ガス中のArガスの量を変化させ、蒸気流23に
差し向ける混合ガスの総量を変えることによって柱状粒
子の成長方向（傾斜角）を制御した。本実施例において
は酸化性ガスとしてArとO₂との混合ガスを用いたが、Ar
の他、He、N₂などの不活性ガスであってもよく、また柱
状粒子のl/Lの比の調整は、導入する酸化性ガスの総量
による制御の他、第３図に示すごとく、蒸発源19を支持
台24上を水平に移動させ、蒸発源19と円筒状キャン13と
の位置を調整することによっても行うことができる。

本実施例によって得られた各磁気テープについて、磁
気変換特性は、試作した記録再生装置を用い、0.75M Hz
の信号を記録再生した時の再生出力およびクロマS/N
（シグナル／ノイズ）を測定することによって磁気特性
を、スチル寿命により耐久性を、それぞれ評価した。ま
た、磁性層の柱状粒子のl/Lの比は、透過型電子顕微鏡
による各磁気テープの断面写真により求めた。その結果
を第２表に示す。

第２表から明らかなごとく、磁性層を構成する柱状粒
子のl/Lの比が1.0〜1.5の範囲で、かつ柱状粒子の最高
傾斜角が90〜75度の範囲である本発明の磁気テープ（実
施例６〜10）はいずれも磁気特性、再生出力、耐久性を
劣化させることなく、クロマS/Nを向上させることがで
きる。

なお、本発明の上記実施例において、基体としてポリ
エチレンテレフタレートフィルムを用いたが、その他に
ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチックフィルム、
あるいはこれらのプラスチックフィルムに炭素繊維や無
機物などを混入したり、上塗り層を設けた基体など、一
般に基体として用いられているもの全て適用することが
可能である。

また、磁性層を形成する強磁性材料としてCo−Ni合金
の他、Co、Ni、Feなどの単体金属、あるいはCo−Cr、Co
−Ni−Cr、Co−Ti、Co−Ｐ、Co−Mn、Co−Fe、Ni−Fe、
Ni−Fe−Cr、Ni−CrなどのCo、NiまたはFeを主成分とす
る強磁性合金が好適に使用される。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したくごとく、連続斜め入射蒸着によ
り、表面に特定形状ならびに大きさの突起部を形成させ
た強磁性金属薄膜からなる磁性層を有する磁気記録媒体
は、磁気特性、耐久性および再生出力を低下させること
なく、特にクロマS/Nに優れ、輝度出力が良好で、かつ
走行特性が良く、高密度磁気記録に適した信頼性の高い
磁気記録媒体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１〜５における磁気テープの断
面構造を示す模式図、第２図は実施例６〜10における磁
気テープの磁性層を構成する強磁性金属柱状粒子の形状
を示す説明図、第３図は実施例において用いた連続斜め
入射蒸着装置の構造を示す模式図である。１……基体、２……磁性層３……基体の微小突起部、４……磁性層の突起部５……ノーマル方向、６……リバース方向７……蒸気流の入射方向、８……柱状粒子９……基体の法線、11……真空槽 12……真空排気系、13……円筒状キャン 14……基体、15……送り出しロール 16、17……ガイドロール、18……巻き取りロール 19……蒸発源、20……強磁性金属材料 21……防着板、22……酸化性ガス導入管 23……蒸気流、24……支持台Ａ……最低入射角部、Ｂ……最高入射角部 θ……入射角

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に微細突起部を多数設けた非磁性の基
体上に、強磁性金属の蒸気流を斜めに入射して、表面に
多数の突起部を有する強磁性金属の柱状粒子の集合体よ
りなる磁性層を形成した磁気記録媒体であって、上記磁
性層表面の突起部の形状を、該突起部の頂点を通る垂直
線によって基体の水平方向に２分される上記突起部の底
部の水平距離を、それぞれx₁およびx₂（ただし、x₁≧
x₂）とするとき、上記x₁およびx₂の比が1.0≦x₁/x₂≦1.
5の範囲であり、上記突起部の底部から突起部の頂点ま
での高さが100〜600Åの範囲にあり、上記柱状粒子の形
状が、該柱状粒子の成長方向における基板に対して水平
な長さ成分をＬとし、上記柱状粒子の基板に対して垂直
な長さ成分をｌとするとき、上記ｌとＬとの比が、1.0
≦l/L≦1.5の範囲にあり、上記柱状粒子の成長方向にお
ける柱状粒子の中心線の接線と、基体の法線とのなす柱
状粒子の最高傾斜角が75〜90度の範囲にあることを特徴
とする磁気記録媒体。
【請求項２】磁性層表面の突起部の頂点を通る垂直線に
よって基体の水平方向に２分される水平距離の比が、1.
0≦x₁/x₂≦1.3の範囲にあり、かつ突起部の底部からの
高さが200〜400Åの範囲にあることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】柱状粒子の垂直な長さ成分ｌと水平な長さ
成分Ｌとの比が、 1.0≦l/L≦1.3の範囲にあり、かつ柱状粒子の最高傾斜
角が80〜90度の範囲にあることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の磁気記録媒体。