JP2901706B2 - 磁気記録媒体および磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子計算機やワークステーションなどの外部
記憶装置として用いられる磁気記録媒体にかかわり、特
に耐摺動性にすぐれた保護膜構造を持つ磁気ディスクお
よび磁気ディスク装置に関する。

〔従来の技術〕

磁気ディスクなどの磁気記録技術を利用した記憶装置
は計算機やワークステーションなどの外部記憶装置とし
て広く用いられており、近年の情報量の増大に伴ってま
すます大容量のものが要求されている。一方で装置自身
の形状は、より小型、軽量のものが望まれており、これ
らを両立させるには記録媒体の飛躍的な記録密度向上が
不可欠となっている。例えば磁気ディスクでは磁気ヘッ
ドがディスクから一定の浮上スペースをもって浮上して
おり、これによって高速なリードライトを行うと共にヘ
ッドが媒体をこするために生ずる媒体の摩耗破壊を防い
でいる。しかし、記録密度向上のためには前記の浮上ス
ペースをさらに下げなければならず、ヘッド姿勢の変動
や媒体面の凹凸、回転時のうねりなどによってヘッドと
ディスクの接触の頻度がますます増えてくると予想あれ
る。さらに、記録再生を高速に行うためにはディスクの
回転速度も現状よりさらに高速となる。したがってヘッ
ド、ディスク共にこのような高速での接触に対して十分
な強度を持つ事が必要である。

磁気ディスクの記録密度を向上させるため、最近では
Co系合金などをスパッタして薄膜とするスパッタ磁気デ
ィスクが開発されている。このような薄膜磁気ディスク
では従来の磁性粉をバインダーとよばれる樹脂と混ぜて
塗布するいわゆるコーティング磁気ディスクに比べて磁
性層の耐摺動強度が劣るため、炭素膜などの保護膜を形
成して強度を持たせている。しかし、前記のように将来
ヘッドとディスクの間隔が狭くなり、互いの接触の機会
が増加すると従来の炭素膜では十分に磁性層を保護する
事ができなくなる事は明らかである。このため、保護膜
を改良する方法が種々開示されているが、必要とされる
耐摩耗性に対して十分な効果を持つものは見いだされて
いなかった。例えば特開昭62−24423にはダイヤモンド
状炭素膜に溝をつけ耐摺動安定性を持たせた保護膜を設
けた磁気記録媒体が開示されているが、この例のように
表面を粗面化する事によって実際の接触面積が少なくな
り、摩擦係数を下げる効果が生じる事は従来から知られ
ているところである。

しかしながら、粗面化されたディスク表面においてヘ
ッドと接触する部分は凹凸の最先端部であり、この部分
は面圧がきわめて高くなるため容易に摩耗し、結局は接
触面積が増加してしまう。このためヘッドの離着陸を繰
り返し耐久性を調べるCSS（コンタクト・スタート・ス
トップ）試験において摩擦係数が徐々に高くなってしま
うという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような現状に鑑みてなされたものであ
り、低浮上スペーシング時にも高い耐摩耗性を発揮でき
る保護膜構造を提供し、磁気記録媒体の耐久性を著しく
向上させることを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記の問題点を克服するため本発明では磁性層表面に
気相成長法によって主として微結晶からなる堆積層を磁
性層上に直接または特定の中間層を介して磁性層の全面
を覆わないように形成し、さらにその上に該堆積層と磁
性層の全面を覆うように保護膜を設けた。前記主として
微結晶からなる堆積層は磁性層表面にまばらに存在し、
個々の孤立した堆積層の大きさは平均直径で１ないし10
μｍ、高さは５ないし20nmの範囲がよい。また、この島
状堆積層の面内分布は用いるヘッドの大きさや押しつけ
荷重により最適化されるべきであり、具体的にはスライ
ダ底面に20ないし500個程度がよい。

第１図は本発明による保護膜を設けた磁気記録媒体の
断面を模擬的に示したものである。本図において基板１
は例えば磁気ディスクの場合にはアルミ製基板の表面に
約10μｍの厚さにNiPめっきを施し表面を鏡面研磨した
ものやアルミ製基板を熱処理しアルマイト層を設けたも
の、あるいは強化ガラス、セラミックスなどを表面粗さ
（Ra）約5nm以下に処理したものなどが用いられる。耐
熱性が必要な場合にはガラス基板またはセラミックス基
板を用いるのがよい。また、下地膜２は例えばCrやその
合金などの非磁性金属、セラミックスなどを薄膜化した
ものが用いられる。もちろん基板として用いる材料によ
っては下地層を省略してもよい場合もあり、あるいは２
層以上の複合膜にした方がよい場合もある。磁性層３は
強磁性を有する材料からなる薄膜であり、例えばCoやCo
酸化物、Co−NiやCo−Crなどの合金およびこれらにTi,M
o,Zr,V,PtSi,Nb,Wなどから選ばれる第３ないし第４の元
素を加えた複合合金が主として用いられるが、このほか
Fe、γ−Fe₂O₃、窒化鉄あるいはこれらに添加物を加え
たものも用いることができる。

本発明の特徴は磁性膜表面に直接または中間物質を介
して気相成長により主として微結晶からなる堆積層４を
磁性膜表面に離散状態で成長させ、かつその堆積層およ
び磁性膜の全面を保護膜５で覆った事にある。上記微結
晶からなる堆積層４は、エピタキシャル的な成長により
磁性膜表面または中間物質と密着性よく成長したもので
あり、その材質としては立方晶BNの他TiC、SiC、WC、Mo
Cなどの炭化物、AlN、TiNなどの窒化物など硬度の高い
材料を選ぶのがよい。また、その形成方法としてはCVD
（ケミカルベーパーデポジション）法、プラズマCVD
法、イオンビームデポジション法、スパッタ法、イオン
プレーティング法などを用いる事ができる。例えばイオ
ンプレーティングを行うにはTi、Al、WMoなどの原料を
蒸発させ、炭化水素やN₂，NH₃などのガスをプラズマで
分解したなかを蒸発粒子が通過して基板に到達するよう
にするのがよい。また、立方晶BNはB₂H₆とNH₃を混合し
たものを原料としてマイクロ波プラズマCVD法などで形
成する事ができる。さらに、前記の材料をそのままター
ゲットとして直流あるいは交流のプラズマによりスパッ
タリングを行う事でも形成できる。この場合は基板表面
での粒子状結晶の成長が促進されるよう、基板温度を高
くし、かつ成長速度を遅くするのがよい。具体的には基
板温度を200℃以上好ましくは300℃以上とし、成長速度
を平均10nm/min以下とするのがよい。

本発明においてはこの堆積物４は純粋な結晶である必
要はなく、微結晶部分と非晶質部分の混在するものでよ
い。この堆積物４が微結晶を含む事は電子線回折、、Ｘ
線回折などで確認する事ができる。一般にCVDなどで気
相から薄膜を成長させる場合その初期は島状の離散状態
となり、成長と共に連続膜となる。したがって本発明を
実現するには連続膜となる前にその成長をとめるのがよ
い。この堆積物の成長を制御するさらによい方法は、磁
性膜表面に特定の中間物質を設け、この中間物質の状態
によって所望する物質の離散的な成長を実現させる事で
ある。例えば、ダイヤモンドを成長させる場合には磁性
層表面にSiまたはGeの超薄膜を形成し、この表面に機械
加工などで傷を付けるとこの傷の特異点から選択的にダ
イヤモンド粒子が成長する。同様の方法は他の材料につ
いても効果があるが、中間物質の種類は材料個々に最適
なものを選択する必要がある。一般にはその材料と結晶
構造が類似で格子間隔の近いものを選ぶのがよい。

本発明における保護膜５は耐摩耗性が高くかつ非晶質
の材料を選ぶべきである。結晶性が高い場合往々にして
微少クラックを発生し、割れによる保護膜破壊が生じ
る。上記の保護膜としては例えば主として炭素からなる
硬質かつ非晶質の皮膜が好適に用いられる。このような
炭素膜は例えばグラファイトをターゲットとしてスパッ
タリングにより形成することができるが、次のような方
法によるとさらに硬く耐摩耗性が大きい皮膜が得られ
る。

１）炭化水素ガスを単独または他のガスと混合して原料
とし、プラズマを発生させて、基板表面がプラズマ電位
に対し100V以上電位降下を生じるような条件でCVD（ケ
ミカルベイパーデポジション）を行う。最も簡便には被
処理基板を一方の電極とし、この面積より十分に広い電
極との間に商用高周波（13.56MHz）などの高周波電圧を
印加し、プラズマを発生させて、基板近傍に発生する自
己バイアス電圧によりイオンを加速するようにして膜形
成するのがよい。

２）炭化水素ガスを単独または他のガスと混合して原料
とし、このガスをイオン化室でイオン化し、発生するイ
オンを電界で100から1000V程度に加速して基板に衝突さ
せる。

上記主として硬質非晶質炭素からなる膜の膜厚は厚す
ぎるとヘッドと磁性層の間の実質的な間隔が広がりS/N
の低下を招くので50nm以下が好ましい。しかも、本発明
の目的である凸部最先端での摩耗による接触面積増加を
防ぐにはさらに薄いほうがよく、実質的には2nmないし2
0nmの範囲がよい。

保護膜の材料としてはこのほか、BN、TiC、SiC、WC、
MoC、AlN、TiNなどで非晶質のものを用いる事ができ
る。これらの材料は主として微結晶からなる堆積物と材
料的には同じであるが、成膜方法あるいは条件を変えて
非晶質としたものである。特に基板温度を低くするか成
膜速度を早めると非晶質化する傾向がある。

保護層の表面に直鎖状有機高分子からなる潤滑層６を
設けるとさらに摺動特性の向上ができる。これに用いら
れる潤滑財は例えばパーフロロポリエーテルまたはパー
フロロアルキルからなる主鎖を持ち、少なくとも一方の
末端がエーテル基、エステル基、水酸基、カルボニル
基、アミノ基、アミド基などの極性基で置換された分子
量1000から10,000程度のものを使うのが最もよい。この
ほかに飽和脂肪酸やその誘導体、高級アルコールやその
誘導体なども用いる事ができる。

本発明に用いる潤滑剤は潤滑剤分子を溶剤に溶かした
溶液にデイスク基板を浸して引き揚げる浸漬法、前記溶
液をスプレーで噴霧して乾燥させるスプレー法、潤滑剤
分子を蒸発させて基板表面に付着させる蒸着法、前記溶
液を基板表面に滴下し基板を高速回転させて余分な潤滑
剤を振り切り乾燥させるスピン塗布法、特定の液体の表
面に潤滑剤分子の単分子膜を形成し基板をこの液に浸し
垂直に引き揚げて基板表面に潤滑剤分子を付着させるラ
ングミュアブロジェット法などがある。

〔作用〕

本発明のように磁性層表面を平らにして保護膜面で微
小な凹凸をつけるとヘッドが浮上している間ヘッドとデ
ィスクとのスペーシングが実質的に一定であり、記録再
生時の信号−雑音比を向上させる事ができる。さらに本
発明では特にヘッドの接触する保護膜面凸部において磁
性層からエピタキシャル成長した硬質な材料からなる結
晶質の堆積物が荷重を受けるため、この接触点での摩耗
や破壊による損傷を防ぎ、磁気記録媒体の摺動信頼性を
飛躍的に向上させる事ができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を説明する。

実施例1. 直径5.25インチのガラス性ディスク基板に連続スパッ
タ装置によりCr200nmとCoNi合金50nmを積層した。つぎ
にこの表面に反応性イオンプレーティング法により下記
の条件でTiCの離散状堆積物を形成した。

蒸着源:Ti 反応ガス：C₂H₂ 基板温度:400℃ 加速電圧:1kV 成膜時間:10秒 この結果肉眼では観察できないが電子顕微鏡により平
均直径0.2ないし0.5μｍの粒子状堆積物が観察された。
また、この粒子の透過電子線回折を行った所非晶質のハ
ローパターンと結晶性を示すスポット状回折パターンが
同時に観察され、微結晶を含む事がわかった。

つぎに前記の基板の磁性膜とTiC堆積物の全面を覆う
ようにプラズマCVD法により非晶質炭素膜を20nmの厚さ
で生成した。さらにこの表面に主鎖がパーフロロポリエ
ーテルからなる潤滑剤を塗布した。このようにして製作
した磁気ディスクをディスク装置に組み込んでディスク
を回転させ、実際のヘッドを用いて浮上停止を繰り返す
CSS試験を行った。合計50,000回のサイクルを繰り返し
た後もヘッドディスク間の摩擦係数に変化はなく、ヘッ
ドの損傷やディスクの摩耗も見られなかった。比較のた
めTiCを設けないで非晶質炭素膜を設け、潤滑剤を塗布
したディスクも同様の評価を行ったところ、1,000回を
こえたところでヘッドがディスクに固着する粘着現象が
発生し、そのまま試験を続けた所ディスク表面に傷が入
りクラッシュした。

実施例2. 直径5.25インチのガラス性ディスク基板に連続スパッ
タ装置によりCr200nmとCoNi合金50nmを積層した。つぎ
にこの表面実施例１と同様に反応性イオンプレーティン
グ法により下記の条件で各種物質を堆積させた。

1.蒸着源:W 反応ガス：C₂H₂ 基板温度:350℃ 加速電圧:1kV 成膜時間:10秒 2.蒸着源:A1 反応ガス：N₂ 基板温度:200℃ 加速電圧:1kV 成膜時間:20秒 3.蒸着源:Ti 反応ガス：N₂ 基板温度:250℃ 加速電圧:1kV 成膜時間:15秒 4.蒸着源:Mo 反応ガス：C₂H₂ 基板温度:300℃ 加速電圧:1kV 成膜時間:10秒 これらの結果実施例１と同様電子顕微鏡により平均直
径0.2ないし0.5μｍの粒子状堆積物が観察された。ま
た、この粒子の透過電子線回折を行った所非晶質のハロ
ーパターンと結晶性を示すスポット状回折パターンが同
時に観測され、それぞれWC,AlN,Tin,MoCの微結晶を含む
事がわかった。

つぎに前記の基板の磁性膜と堆積物の全面を覆うよう
にプラズマCVD法により非晶質炭素膜を20nmの厚さで形
成した。さらにこの表面に主鎖がパーフロロポリエーテ
ルからなる潤滑剤を塗布した。このようにして製作した
磁気ディスクをディスク装置に組み込んでディスクを回
転させ、実際のヘッドを用いて浮上停止を繰り返すCSS
試験を行った。合計50,000回のサイクルを繰り返した後
もヘッドディスク間の摩擦係数に変化はなく、ヘッドの
損傷やディスクの摩耗も見られなかった。

実施例3. Al製ディスク用円板の表面に硬質NiPめっきを施し、
鏡面研磨を行った後その表面に円周方向に平均粗さ1nm
の微細な加工を施した。この基板を洗浄し、両面にスパ
ッタリング工程によってCr下地層およびCo系合金の磁性
層をそれぞれ約50nmの厚さに形成した。この基板をマイ
クロ波プラズマ発生装置の反応室内にセットし反応室内
を１×10^-5Torr以下に排気した。その後基板を300℃に
加熱して反応室内にメタンと水素の容積比5:95の混合ガ
スを導入しガス圧を50mTorrとしてマイクロ波を導入し
てプラズマを発生させ、そのまま１分間保った。この基
板を取り出して表面の電子顕微鏡観察を行ったところ粒
径約50nmの粒子状物質が１mm²あたり約100個程度の密度
でまばらに生成しているのが観察された。この粒子は電
子線回折によりダイヤモンド構造を含む事が確認され
た。つぎに上記の様にしてダイヤモンドを含む粒子を生
成させた基板を高周波プラズマCVD装置の電極にセット
し、基板側の電極に負のバイアス電圧がかかるようにし
てメタンガスを原料としてプラズマを発生させ主として
炭素を含む非晶質薄膜を約10nmの厚さに形成した。この
ようにして作成した磁気ディスクをCSS試験装置にか
け、ヘッドの浮上量約0.1μｍでCSSを繰り返したとこ
ろ、30k回までクラッシュせず、ヘッドとディスクの間
の摩擦係数の増加もほとんどなかった。また、ディスク
表面の観察でも光学顕微鏡で観察できるような摩擦痕は
見当たらなかった。さらにこのディスクに平均分子量20
00の末端をエステル基で置換したパーフロロポリエーテ
ルを湿式法で塗布し、同じCSS試験を行ったところ、100
k回のCSS後でもクラッシュせず、潤滑剤なしの場合に比
べヘツドの汚れが軽減された。

実施例4. Al製ディスク用円盤の表面に硬質NiPめっきを施し、
鏡面研磨を行った後その表面に円周方向に平均粗さ1nm
の微細な加工を施した。この基板を洗浄し、両面にスパ
ッタリング工程によってCr下地層およびCo系合金の磁性
層をそれぞれ約50nmの厚さに形成した。この基板をマイ
クロ波プラズマ発生装置の反応室内にセットし反応室内
を１×10^-5Torr以下に排気した。その後基板を300℃に
加熱して反応室内にB₂H₃とNH₃の容積比50:50の混合ガス
を導入しガス圧を50mTorrとしてマイクロ波を導入して
プラズマを発生させ、そのまま１分間保った。この基板
を取り出して表面の電子顕微鏡観察を行ったところ粒径
約100nmの粒状物質が１mm²あたり約200個程度の密度で
まばらに生成しているのが観察された。この粒子は電子
線回折により立方晶BNを含む事が確認された。つぎに上
記の様にしてBNを含む粒子を生成させた基板を高周波プ
ラズマCVD装置の電極にセットし基板側の電極に負のバ
イアス電圧がかかるようにしてメタンガスを原料として
プラズマを発生させ主として炭素を含む非晶質薄膜を約
10nmの厚さに形成した。このようにして作成した磁気デ
ィスクをCSS試験装置にかけ、ヘッドの浮上量約0.1μｍ
でCSSを繰り返したところ、30k回までクラツシュせず、
ヘッドとディスクの間の摩擦係数の増加もほとんどなか
った。また、ディスク表面の観察でも光学顕微鏡で観察
できるような摩擦痕は見当たらなかった。さらにこのデ
ィスクに平均分子量2000の、末端エステル基で置換した
パーフロロポリエーテルを湿式法で塗布し、同じCSS試
験を行ったところ、100k回のCSS後でもクラッシュせ
ず、潤滑剤なしの場合に比べヘッドの汚れが軽減され
た。

〔発明の効果〕

本発明によると磁気ディスク表面と磁気ヘッドとの接
触面積を小さくする事によって摩擦抵抗を下げると共
に、接触部での保護膜の強度を高くする事によって実質
的に対ヘッド摺動特性を向上できるため低いヘッド浮上
量において高い信頼性を確保でき、磁気ディスクの寿命
を飛躍的に向上させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気ディスクの断面図、 第２図は本発明の磁気ディスクの平面図である。 １…基板 ２…下地膜 ３…磁性膜 ４…気相成長による離散状堆積膜 ５…保護膜 ６…潤滑剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼頭 諒 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−215319（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−260627（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−116520（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 5/72 G11B 5/82 G11B 5/84

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性膜上に直接または中間層を介して気相
   成長により磁性膜全面を覆わないように設けられた主と
   して立方晶BNあるいはTiC,SiC,WC,MoC,AlN,TiNのなかか
   ら選ばれる材料の微結晶体からなる堆積物と、該堆積物
   および磁性膜の全表面を覆ってなる保護膜とを有する磁
   気記録媒体。
2. 【請求項２】上記保護膜が非晶質炭素薄膜であることを
   特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
3. 【請求項３】上記堆積物の磁性膜または中間層からの高
   さが５ないし20nmであることを特徴とする請求項１記載
   の磁気記録媒体。
4. 【請求項４】請求項１記載の磁気記録媒体が磁気ディス
   クであり、これを磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置
   に組み合わせて使用する磁気ディスク装置において、上
   記堆積物の密度が、上記磁気ヘッドのスライダ面積当た
   り20ないし500個であることを特徴とする磁気ディスク
   装置。