JP4026909B2

JP4026909B2 - 磁気ディスク用潤滑剤及びその精製方法

Info

Publication number: JP4026909B2
Application number: JP597998A
Authority: JP
Inventors: 慶二渡部; 映矢野; 道徳朽網; 祥治笠松; 尚之山本; 栄進山川; 和敏鈴木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH11199882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク用潤滑剤とその精製方法に関する。具体的には、スティクション（粘性）に付随した摩擦特性の劣化を抑制した磁気ディスク装置用潤滑剤に関し、より詳しく言えばハードディスク表面のヘッドと媒体の磨耗を抑制し、両者の接触による磁気記録データの破壊を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスク装置におけるドライブ装置の起動・停止方式は、ドライブ装置の駆動に伴いそれまで磁気記録媒体に接触していたヘッドが浮上し、そして停止に伴いヘッドが再び磁気記録媒体に接触して触れ合うコンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）方式が主流となっている。しかし、磁気ディスクとスライダー（ヘッド）が長時間接触した後、ディスクが再起動する際に高いスティクションが発生することによりディスクが起動できなくなったり、また両者が接触して磁気記録データが破壊されたり（ヘッドクラッシュ）、ヘッドやジンバルを損傷する恐れがある。
【０００３】
スティクションの発生には、ディスクの表面粗さや材料の性質が大きく影響するため、ディスク磁性層上の保護膜（アモルファスカーボンや二酸化珪素の薄膜）の上に特定のフッ素含有樹脂からなる潤滑剤層を形成することが提案されている（米国特許第３７７８３０８号、同第４２６７２３８号、同第４２６８５５６号各明細書）。
【０００４】
また、近年パーソナルコンピュータの爆発的な普及と高性能化に付随して磁気ディスク装置の高記録密度化が加速してきており、これに伴い磁性層とヘッド間の距離（浮上量）を短く（低く）する必要がある。また、特に最近急速に普及しているノートパソコン等では、使用環境が高温高湿から低温低湿まで様々であるため、これらの様々な環境においてもスティクションを抑える必要があり、磁気ディスク装置の高性能化に向けて、潤滑剤の高性能化が従来以上に重要度を増している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、磁気ディスク用潤滑剤は、パーフロロアルキルエーテル樹脂等の市販のフッ素含有樹脂を原料として製造されている。これらの市販フッ素含有樹脂は、用途を限定せずに製造されている汎用品であって、低分子量成分や未反応物を含有するため、これらの存在が潤滑剤をディスク上に製膜した場合の潤滑剤の膜厚、吸着力、吸湿性の制御性を低下させ、スティクションの発生要因である摩擦力を増大させ、問題となっている。
【０００６】
これを解決するために、潤滑剤の樹脂原料の低分子量成分や未反応物を除去する方法が、特開平５−１０９０５３号公報、特開平５−２３４０６６号公報において提案されている。しかし、これらの方法は低分子量成分や未反応物を除去する能力がなお不十分であり、より高性能の潤滑剤を利用する上で実用的ではない。
【０００７】
また、特開平７−１４１６４４号公報では芳香族系溶剤を用いた常温での精製法が提案されている。この方法によれば、低分子量成分や未反応物を除去できるものの、その除去能力に限界があるため、更なる潤滑剤の高性能化が困難である。その上、ここで用いる芳香族溶剤中に含まれる微量ベンゼン起因の人体への悪影響も懸念される。
【０００８】
このように、今後の磁気ディスク装置の高性能化のためには、これまでの潤滑剤以上に膜厚、吸着力、吸湿性の制御性が高く、且つスティクションに付随した摩擦特性の劣化を抑制した高性能潤滑剤の開発が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、実用上のあらゆる環境下で安定稼働可能な磁気ディスクを提供するため、潤滑剤膜厚、潤滑剤の吸着力、吸湿性の制御性が高く、更にスティクションの発生要因である摩擦力の低い高性能潤滑剤を実現する手法について鋭意検討を行った。その結果、末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルを含み、且つ該パーフロロポリエーテルが、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤に不溶である成分で構成される潤滑剤が驚くべきほど有効であることを見出した。すなわち、これが、本発明の磁気ディスク用潤滑剤である。
【００１０】
発明者らは、潤滑剤の基本特性には、（１）分子の蒸発を抑える観点から、分子量が大きいこと、（２）分子同志の滑りやすさを維持する観点から、表面張力が小さいこと、（３）自己修復、塗布性の観点から、粘度が低いこと、が要求されると考えた。本発明は、これらの要求を満たすことを目指して、磁気ディスク用潤滑剤の主成分であるフッ素含有樹脂のうちの、極性基（エーテル基、エステル基、水酸基、スルホン酸基及びカルボキシル基）含有量と分子量とが潤滑剤の特性にとって最適の成分のみを抽出することにより、分子の蒸発を抑え、表面張力を小さくし、且つ粘度の低い潤滑剤を得ることに成功したものである。すなわち、潤滑剤原料のフッ素含有樹脂の分子量、表面張力、粘度が潤滑剤の溶解性パラメータ（潤滑剤分子同志の相互引力）に影響するとの思想に基づき、この最適成分を抽出するために、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2 以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤に不溶である成分を取り出すという手法を見出したのである。
【００１１】
ここで用いる潤滑剤の原料樹脂は、分子構造中に基板への密着性を確保するための極性基を含むフッ素含有高分子であり、本発明において好ましく用いることができる原料樹脂は、末端にピペロニル基を有し且つ分子構造中に極性基（エーテル基）を有するパーフロロポリエーテル樹脂である。
【００１２】
本発明において潤滑剤原料樹脂のうちの目的の成分のみを抽出する（溶媒と混合して不溶な成分のみを取り出す）ために使う溶剤は、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下の溶剤であれば特に限定されないが、人体、環境への安全性の観点から、発癌性等の危険のない脂肪族炭化水素類、エステル類、ケトン類、又はエーテル類を好ましく用いることができ、更に好ましくは炭素数５〜１０の脂肪族炭化水素を用いることができる。なお、「溶解性パラメータ」とは、凝集エネルギー密度の平方根で示される物性値であり、詳細は接着ハンドブック第２版（日本接着協会編、日刊工業新聞社、昭和５７年１２月１０日発行）ｐ．１０５〜１１５等に記載されている。
【００１３】
溶剤の溶解性パラメータが８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2より大きいと、その溶剤を用いて精製後の潤滑剤は分子量が小さくなり、且つ表面張力が大きくなる傾向があり、好ましくない。各種溶剤の溶解性パラメータは一般に５．７以上であるが、本発明ではこれより小さい溶解性パラメータを示す溶剤を使用しても差し支えない。
【００１４】
目的成分を抽出する潤滑剤の精製手法としては、市販の又は合成直後の潤滑剤原料樹脂を、先に説明した溶剤に任意の温度で十分に混合させ、該溶剤に不溶な成分のみを回収する工程を含む方法を好ましく用いることができる。原料樹脂と溶剤との混合比はいずれでもよいが、原料樹脂に比べて溶剤が少なくなると溶剤に対する不要な低分子量成分の溶解除去能力が悪くなるので、一般には潤滑剤原料樹脂１重量部に対し溶剤を２重量部以上使用するのが好ましい。原料樹脂と溶剤を混合する温度は、原料樹脂中の除去しようとする不要成分（低分子量成分、未反応物等）を実用的な速度で溶解することができる温度であればよい。この場合、温度が低くなると溶解性不十分で精製潤滑剤の分子量が小さくなり、その一方温度が高くなるほど精製後の潤滑剤分子量を高くできるが、２００℃以上だと潤滑剤が熱劣化を起こす場合があり、好ましくない。これらを考慮に入れて、本発明で好ましく使用できる温度は１０〜２００℃であり、より好ましい温度は２０〜１００℃である。また、上記方法で分取した溶剤に不溶な成分よりなる潤滑剤は、分取後にロータリーエバポレータ等で潤滑剤中に残留する溶剤を除去して用いることが好ましい。
【００１５】
本発明の磁気ディスク用潤滑剤は、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下の溶剤に不溶のフッ素含有高分子だけから構成してもよく、あるいはこのフッ素含有高分子のほかに、必要に応じて任意の添加成分を含有してもよい。
【００１６】
本発明の潤滑剤を使って磁気ディスク装置を製造するには、表面に本発明の潤滑剤を塗布した磁気記録媒体を通常の方法で装置に組み込めばよい。
また、磁気記録媒体表面に潤滑剤原料の樹脂を塗布して製膜し、この潤滑剤原料樹脂塗布膜を先に説明した溶剤にて処理して、可溶成分のみ溶解除去する工程を含む方法も使用することができる。
【００１７】
磁気ディスク装置を製造するため磁気記録媒体に本発明の潤滑剤又はその原料樹脂を塗布する方法は特に限定されないが、潤滑剤又はその原料樹脂を特定の溶媒に溶解した溶液を用いたディップコート方式、スピンコート方式、スプレーコート方式による塗布方法を好ましく用いることができる。また、磁気記録媒体表面に潤滑剤原料樹脂を塗布後に行う溶剤での処理は、磁気記録媒体の溶剤への浸漬で好ましく行うことができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
〔実施例１〕
分液ロートに、未処理潤滑剤として末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルであるＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤としてｎ−ヘキサン（溶解性パラメータδ＝７．３（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2）を９００ｇを入れ、室温で十分撹拌した後、１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留ｎ−ヘキサンを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）にて測定したところ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）換算でＭｗ＝１３２０、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５であった。
【００２０】
〔実施例２〕
分液ロートに、未処理潤滑剤としてＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤としてメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）（溶解性パラメータδ＝８．６）を９００ｇ入れ、室温で十分撹拌した後、１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留ＭＩＢＫを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をＧＰＣにて測定したところ、ＰＭＭＡ換算でＭｗ＝１２８２、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．４７であった。
【００２１】
〔実施例３〕
分液ロートに、未処理潤滑剤としてＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤として酢酸ｎ−ブチル（溶解性パラメータδ＝８．４６）を９００ｇ入れ、室温で十分撹拌した後、１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留酢酸ｎ−ブチルを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をＧＰＣにて測定したところ、ＰＭＭＡ換算でＭｗ＝１４４０、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２８であった。
【００２２】
〔実施例４〕
発熱体を装着した分液ロートに、未処理潤滑剤としてＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤としてｎ−ヘキサン（溶解製パラメータδ＝７．３）を９００ｇ入れ、６０℃で十分撹拌した後、５０℃で１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留ｎ−ヘキサンを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をＧＰＣにて測定したところ、ＰＭＭＡ換算でＭｗ＝２７２１、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２６であった。
【００２３】
〔実施例５〕
発熱体を装着した分液ロートに、未処理潤滑剤としてＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤として酢酸ｎ−ブチル（溶解製パラメータδ＝８．４６）を９００ｇを入れ、７０℃で十分撹拌した後、６０℃で１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留酢酸ｎ−ブチルを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をＧＰＣにて測定したところ、ＰＭＭＡ換算でＭｗ＝１７３５、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．３６であった。
【００２４】
〔比較例〕
特開平７−１４１６４４号公報の記載にならって、分液ロートに未処理潤滑剤としてＦｏｍｂｌｉｎＡＭ３００１（モンテカチーニ社製、Ｍｗ＝９８４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．５５）を１００ｇ、そして溶剤としてトルエン（溶解性パラメータδ＝８．９）を９００ｇ入れ、室温で十分撹拌した後、１２時間静置した。その後、下層の精製潤滑剤相を取り出し、ロータリーエバポレータにて残留トルエンを除去した。得られた精製潤滑剤の分子量をＧＰＣにて測定したところ、ＰＭＭＡ換算でＭｗ＝１１２１、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．４２であり、低分子量成分の除去が不十分であった。
【００２５】
〔実施例６〕
ＮｉＰメッキされたアルミニウム基板を研磨し、テクスチャー処理して中心線粗さＲａを６．５ｎｍとした基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタリングによりＡｒガス雰囲気中でＣｒ層、ＣｏＣｒＴａ系磁性層、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）保護膜を順次形成したディスクを用意した。このディスク表面に、実施例１〜５、比較例の精製潤滑剤及び未精製潤滑剤の溶液をディップコート法にて所定の膜厚で塗布した。これらの磁気ディスクについて、スライダー材にアルミナとＴｉＣとの焼結体を用いた薄膜ヘッドを使用して、ヘッド荷重１．５ｇｆにて静止状態から回転速度１ｒｐｍへ立ち上がり時における静摩擦係数μ_sをディスク摩擦試験機で調べた。その結果を、表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
〔実施例７〕
ＮｉＰメッキされたアルミニウム基板を研磨し、テクスチャー処理して中心線粗さＲａを５．２ｎｍとした基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタリングによりＡｒガス雰囲気中でＣｒ層、ＣｏＣｒＴａ系磁性層、ＤＬＣ保護膜を順次形成したディスクを用意した。このディスク表面に、実施例４、比較例の精製潤滑剤及び未精製潤滑剤の溶液をディップコート法にて所定の膜厚で塗布した。これらの磁気ディスクについて、スライダー材にアルミナとＴｉＣとの焼結体を用いた薄膜ヘッドを使用して、ヘッド荷重１．５ｇｆにて、回転速度１００ｒｐｍで１時間回転させた後静止させ、直ちに静止状態から回転速度１ｒｐｍへ立ち上がり時における静摩擦係数μ_sをディスク摩擦試験機で調べた。その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
〔実施例８〕
ＮｉＰメッキされたアルミニウム基板を研磨し、テクスチャー処理して中心線粗さＲａを５ｎｍとした基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタリングによりＡｒガス雰囲気中でＣｒ層を５０ｎｍ、ＣｏＣｒＴａ系磁性層を４０ｎｍ形成し、その上にＤＬＣ保護膜を形成したディスクを用意した。このディスク表面に、実施例３、４及び比較例の精製潤滑剤及び未精製潤滑剤をディップコート法にて２５Å（２．５ｎｍ）塗布した。これらの磁気ディスクについて、スライダー材にアルミナとＴｉＣとの焼結体を用いた薄膜ヘッドを使用して、浮上量０．１μｍ、３６００ｒｐｍで１５秒稼働後１５秒停止するサイクル試験を行い、耐ＣＳＳ特性をディスク摩擦試験機で調べた。その結果を、摩擦係数が０．６に達した時のＣＳＳ回数として表３に示す。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、一定の溶解性パラメータ値を有する溶媒に対して不溶な成分を含む本発明の潤滑剤は、一般に高分子量成分に比べて極性基の含有割合が高い低分子量成分や不純物成分が取り除かれていることから、極性基含有量と分子量を潤滑剤の特性にとってより好適な範囲に制御でき、スティクション（粘性）に付随した摩擦特性の劣化を抑制した磁気ディスク用潤滑剤として大変に有用なものとなる。また、本発明の潤滑剤で処理した磁気記録媒体を用いた磁気ディスク装置は、磁気記録媒体のディスク表面とヘッドの磨耗を抑制して、両者の接触による磁気記録データの破壊を効果的に抑制することが可能である。

Claims

末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルを含み、且つ該パーフロロポリエーテルが、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤に不溶である成分で構成されていることを特徴とする磁気ディスク用潤滑剤。
末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテル１重量部を、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤２重量部以上に十分に混合し、そして該溶剤に不溶な成分のみを精製潤滑剤として回収する工程を含む、磁気ディスク用潤滑剤の精製方法。
磁気記録媒体表面に、末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルを塗布して製膜し、この塗布膜を溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤にて処理して可溶成分のみ溶解除去する工程を含む、磁気ディスク装置の製造方法。
末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルを含み、且つ該パーフロロポリエーテルが、溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤に不溶である成分で構成されていることを特徴とする、磁気記録媒体表面の潤滑剤層。
請求項４に記載の潤滑剤層を表面に備えたことを特徴とする磁気記録媒体。
表面に、末端にピペロニル基を有するパーフロロポリエーテルを塗布して製膜し、この塗布膜を溶解性パラメータ値が８．７（ｃａｌ・ｃｍ^-3）^1/2以下、炭素数が５〜１０の脂肪族炭化水素である溶剤にて処理して可溶成分のみ溶解除去することにより得られる潤滑剤層を含むことを特徴とする磁気記録媒体。
請求項５又は６に記載の磁気記録媒体を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。