JP4146605B2 - 磁気記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性磁気ディスク基板上に下地膜、磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布した磁気記録媒体に係り、特に保護膜の膜厚が、数ｎｍの極薄膜の磁気ディスク媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置における記録密度は、著しい増加の一途であり、最近は１平方インチ当たり１０ギガビット以上のもの迄発表されている。このような高記録密度を達成するためには、磁気ヘッドと磁気ディスクの磁気記録層との間隔をできるだけ近づけることが必須であり、現在は２０ｎｍ以下にしなければならない状況である。
【０００３】
この間隔の大半は、磁気ディスクの磁気記録層の上に設けられる保護膜と、磁気ヘッドの浮上高さによって占められる。従って、保護膜厚と磁気ヘッドの浮上高さとは、トレードオフの関係に有り、磁気ディスクに対しては、出来るだけ保護膜厚が薄く、磁気ヘッドが接触した場合に対する耐摺動性の高いものが要求される。磁気ヘッドと磁気ディスクの磁気記録層との間隔から予想して、今後は、５ｎｍ未満の膜厚を達成しなければならない。
【０００４】
最近の磁気ディスク装置においては、上記間隔を出来るだけ近づけるために磁気ディスクの表面粗さを極力小さくしなければならなくなったために、従来のような磁気ディスクの回転の停止時に磁気ヘッドが接触しており、磁気ディスクが回転し始めると、その気流によって磁気ヘッドが浮上するというコンタクトスタートストップ(ＣＳＳ)方式から、磁気ディスクの停止時には磁気ヘッドが磁気ディスク上から離れたところに退避され(アンロード)、磁気ディスクが回転し始めると磁気ヘッドを磁気ディスク上にロードオンされるロードアンロード(Ｌ/ＵＬ)方式が採用されつつある。この場合、耐摺動性は若干緩和されるが、しかしロードオン時の衝撃や通常動作時でも突発的に発生し得る磁気ヘッドの姿勢異常による接触等に耐えなければならない。
【０００５】
保護膜としては、米国特許Ｒｅ．３２４６４号公報等で開示されているように、従来からカーボン系のものが使用されているが、例えば、特開昭５９-１５４６４１号公報に記載の様に水素の添加や、特開平８-１０６６２９号公報に記載の様にスパッタ法による成膜時に窒素ガスを添加する等によりカーボン系保護膜の硬度を増加させ、薄膜化を図ることが数多く提案されている。
【０００６】
特に、水素添加のカーボン保護膜の中でも、硬度の高いダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜は古くから注目され、前出の特開昭５９-１５４６４１号公報に記載の様な炭化水素系のガスを用いて放電を生じさせて、ガスを分解して基板に堆積させるケミカルベーパーデポジション法(以下、ＣＶＤ法と略す)や、熱っしたフィラメントを用いて発生させた熱電子を炭化水素ガスに照射してイオン化し、そのイオンビームを基板に印加したバイアス電圧で加速してその基板に衝突させることにより堆積させるイオンビームデポジション法(以下、ＩＢＤ法と略す)等、種々の製法が提案されている。
【０００７】
特に、ＩＢＤ法は、特開２０００-１０５９１６号公報の第２４段に「熱フィラメントを使用すると、通常のＣＶＤ法に比較して、より低い圧力でプラズマを発生させることが可能であり、モノマーの分子が少ないために、モノマーより十分な解離を引き起こすことができる。」と記載されていることからも分る様に、硬度の高い膜が出来易い製法である。
【０００８】
一方、特開昭６１-１２６８２７号公報に記載の様に、カーボン系保護膜の硬度を上げるだけでは耐摺動性は向上せず、パーフルオロポリエーテル構造等のフッ素系潤滑剤と併用しなければならないことも明らかにされており、潤滑剤との最適化も磁気ディスクを設計する上で重要な要素となっている。
【０００９】
潤滑剤の性能を向上させるために、近年、米国特許第５９０８８１７号に記載されている様に、ホスファゼン環を持つ添加剤を混合することや、特開平６-２２００７７号公報に記載されている様にパーフルオロポリエーテルの末端にホスファゼン環を持つ潤滑剤も提案されている。また、最近、(株)松村石油研究所よりパーフルオロエーテルの末端に化学式（1）の様にホスファゼン環を付ける技術も開発された(特願平１１-２６７６９６号)。
【００１０】
更に、特開平１１-３２８６４７号公報に記載の様に、磁気ディスクの耐摺動性に対しては、磁気記録層の下地膜の材質も影響を与えることが分かっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜の場合、上記した様に、硬度は高いものが得られるのであるが、窒素添加のカーボン保護膜等と比較して磁気ディスク装置内で発生する熱の問題や回転による遠心力で潤滑剤が飛散し易いという問題があった。従って、保護膜の膜厚が５ｎｍ以下で耐摺動性を達成するためには、上記の様に保護膜の種類のみならず、潤滑剤等との最適な組合せを見出す必要がある。
【００１２】
一方、磁気ディスクの表面粗さが小さければ小さいほど磁気ヘッドを近づけられるので記録密度の向上には好都合ではあるが、しかし、磁気ヘッドの突発的な接触等が発生した場合、磁気ヘッドと磁気ディスクとの接触面積が大きいため摩擦力が大きくなり、磁気ヘッドが振動して激しく磁気ディスクに衝突し保護膜に損傷を与える可能性が大きくなる。従って、表面粗さも適度な値とする必要がある。
【００１３】
また、保護膜のヤング率が大きい場合は、保護膜の変形が少ないためヘッド接触時の接触面積が小さくなるため、接触面厚が大きくなり摩耗が進み易い。この観点からも、保護膜の膜質と潤滑剤と面粗さの最適な組合せを見い出すことが重要である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の保護膜、保護膜厚、潤滑剤、表面粗さの組合せについて検討した結果、ＩＢＤ法を用いて形成したダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜と化学式(１)の潤滑剤と磁気ディスクの表面粗さ、すなわち保護膜の表面粗さを０.８ｎｍ以下にすることにより、保護膜の膜厚を５ｎｍ未満、すなわち１.５〜４.５ｎｍにしても十分な耐摺動性を得られ、この内のダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜、化学式(１)の潤滑剤、Ｒａのどれ一つの要素が欠けても全く達成できないことが分かった。
【００１５】
ここで、平均粗さＲａの上限は、表面粗さが大であるとかえって耐摺動性が劣化することが判明したためである。
【００１６】
すなわち、本発明の特徴は、非磁性磁気ディスク基板上に下地膜、磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布してなる磁気記録媒体において、
保護膜表面の平均粗さＲａが０.８ｎｍ以下であり、保護膜がダイヤモンドライクカーボン膜であり、その保護膜の膜厚が１.５〜４.５ｎｍの範囲にあり、かつカーボン保護膜上の潤滑膜が、以下の化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を含む磁気記録媒体にある。
【００１７】
【化１】
【００１８】
（ここでｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０、ｘ＝１〜５である）
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において、非磁性磁気ディスク基板としては、磁気ディスク用として市販されているガラス基板が好適に使用される。磁気ディスク媒体表面の面粗さは、基板面の表面粗さを反映させるため、基板面の粗さが、Ｒａ０.３５〜０.８ｎｍ、Ｒｐ４.０〜７.０ｎｍとしたものを用意した。
【００２０】
磁性膜は、Ｃｏ合金膜が一般的に使用される。磁性膜の下には、Ｃｒ合金よりなる下地膜、及びＣｏ合金、Ｎｉ合金等のシード層が形成される。
【００２１】
磁性膜の上にはカーボンを主成分とする保護膜が形成される。保護膜は、ＩＢＤ法で成膜したダイヤモンドライクカーボン保護膜が好適である。保護膜の膜厚は、１.５ｎｍ〜４.５ｎｍの膜厚とした。
【００２２】
この時、潤滑剤は、化学式(１)の構造を持つ潤滑剤とフォンブリンＺ-ＤＯＬTMの混合状態でも良く、少なくとも化学式(１)で示す潤滑剤が３０％以上含まれていればよい。更に化学式(１)で示される潤滑剤の主鎖の部分の潤滑剤は平均分子量で１,５００〜２,５００が好ましい。
【００２３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。基板の種類、保護膜の種類、保護膜厚、潤滑剤の種類、潤滑膜厚、熱処理温度をパラメータとして、表１に示した比較サンプル、実施サンプルを作成した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１に示した実施例は、６５ｍｍ直径のガラス基板を購入し用いた。基板種類として３種類の粗さの異なる基板を用いた。基板１(Ｒａ０.３７ｎｍ、Ｒｐ５.４５ ｎｍ）、基板２(Ｒａ０.７１ｎｍ、Ｒｐ５.５８ｎｍ)は本発明の実施例として、基板３(Ｒａ ０.８７ｎｍ、Ｒｐ７.３８ｎｍ)は比較例として粗さの大きいものである。基板の種類と面形状の測定結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
基板の粗さは、ＡＦＭ(走査型プローブ顕微鏡ＮａｎｏｓｃｏｐｅIIITM Digital Instrements社製)によりタッピングモードでスキャンサイズ１０×１０μｍ、スキャンレート１Ｈｚ、サンプル数５１２、Ｚ-ｌｉｍｉｔ４４０Ｖ、フィルター処理Ｆｌａｔｔｅｎ、カンチレバー単結晶シリコン製、先端曲率半径５〜２０ｎｍという測定条件で測定を行った結果である。ここで、平均粗さＲａと、最大突起高さＲｐは本AFM装置によって自動的に計算されたものである。測定はそれぞれ数回の測定を行い、その平均値を測定結果とした。測定値のばらつきは平均粗さＲａで０.１ｎｍ、最大突起高さＲｐで１.５ｎｍ程度であった。
【００２８】
基板は、洗浄を行った後にＭＤＰ-２５０TM(Intevac社製)により成膜を行った。まず最初に基板は、２３０℃に加熱され、その後にＮｉＣｒＺｒ合金を４０ｎｍ成膜した。その上にＣｏＣｒＺｒ合金を１０ｎｍ成膜した。この２層はシード層と呼ばれる下地膜の結晶制御の層である。更にその上に下地膜としてＣｒＴｉ合金を２５ｎｍ、磁性膜としてＣｏＣｒＰｔ合金を１８ｎｍ形成した。
【００２９】
保護膜は、２種類の保護膜を形成し比較を行った。一つはスパッタ法によるカーボン成膜であり、後一つは、ＩＢＤ法によるダイヤモンドライクカーボン成膜である。成膜装置は、どちらもIntevac社製のものであり、上記のＭＤＰ-２５０TMのチャンバーに取り付けて成膜した。スパッタ法での成膜条件は、成膜レート０.５ｎｍ/ｓであり、スパッタガスは窒素をアルゴンに対し濃度18%添加した(保護膜１)。一方、 ＩＢＤ法での成膜条件は、成膜レート１.０ｎｍ/ｓ、エミッション電流０.５Ａ、バイアス電圧差２００Ｖ、エチレンガス濃度５５％(保護膜２)、６１％(保護膜３)、７１％(保護膜４)である。それぞれの保護膜で膜厚の依存性を調べるために保護膜厚を１.０、２.０、３.０、４.０、４.５、５.０ｎｍと成膜したものが表１のそれぞれＧ、Ｆである。保護膜の膜厚はＸ線反射法を用いて、膜厚測定の精度を上げるために保護膜上にＣｒを５ｎｍ成膜し定量化した。Ｘ線反射法での膜厚の定量化は理学電機工業社製のＳＬＸ２０００TMによりＣｕＫα1のX線を用いて測定を行った。測定原理に関しては、ジャーナル オブ アプライド フィジックス ６６(４)、１９８９年８月１５日 ｐ１８６１に記載されている。
【００３０】
ここで、保護膜まで形成した後の表面粗さは、基板での測定値とほぼ同じ(±１０％以内)であった。
【００３１】
また、保護膜の種類、成膜条件により磁気記録媒体の硬度、ヤング率は変化するため、以下の方法により磁気記録媒体の硬度、ヤング率を測定した。測定装置はＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒTM (MTS社製)であり、ＣＳＭモードで(Continuous Stiffness Mode)、圧子を１０ｎｍ押し込み時の硬度・ヤング率を測定した。各保護膜の膜厚が、４ｎｍの場合の硬度、ヤング率を表３に示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】
潤滑剤も２種類の潤滑剤を塗布した。比較例としてアウジモンド社で製造されたフォンブリンＺ-ＤＯＬTMを分画した平均分子量が３,０００の潤滑剤を塗布した。実施例としては、フォンブリンＺ-ＤＯＬTMを分画し平均分子量を２,０００とした潤滑剤を原料として、化学式(１)に示した潤滑剤を合成し用いた。但し、この潤滑剤は１００％が化学式(１)で示される潤滑剤ではなく、水素についてのＮＭＲ(核磁気共鳴)、フッ素についてのＮＭＲの分析でＰＦＰＥの両末端に化学式(１)で表される末端官能基が修飾されているとした場合に３０％程度が化学式(１)で表されるものである。他の７０％は原料のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMである。化学式(１)のｐ、ｑは、合成原料のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMは分子量分布を持ち合成後も同じような分子量分布をしていると仮定すると、ｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０程度と推定された。化学式(１)のＸは、構造上Ｘ＝１〜５の範囲にあると考えられるが、特定できなかった。それぞれの潤滑剤について住友スリーエム社製ＨＦＥ７１００TMを溶媒として濃度を変化させた潤滑剤溶液を作り、その中に磁気ディスク媒体をディップし引き上げることで潤滑膜を形成した。その後、磁気ディスク媒体を熱処理した。温度は８０℃、１００℃、１２０℃で、時間は３０分である。潤滑膜厚は、ＦＴＩＲ(フーリエ変換型赤外分光光度計)により測定し、フォンブリンＺ-ＤＯＬTMを膜厚換算で０.５、１.０、１.５ｎｍとした。
【００３４】
これらのサンプルの信頼性、耐摩耗性の評価は、次の方法で行った。極低浮上における耐摩耗性評価のために、モータを逆回転することでヘッドを常時磁気ディスク媒体と接触する状態にして、磁気記録媒体の半径１５〜３１ｍｍの間をシークし、クラッシュする迄の時間を測定した。環境温度は６５℃、回転数は４,０００ｍｉｎ-1である。また、磁気ヘッドが磁気ディスク媒体と接触した際の振動を評価するために、磁気ヘッドとの摩擦力の測定を回転数４,０００ｍｉｎ -1の状態で試験装置内を減圧し磁気ヘッドの浮上量を４ｎｍにした時の接触摩擦力をひずみゲージを用いた摩擦力センサで測定した。次に、各サンプルについての試験結果により、本発明の有効性を説明する。
【００３５】
まず、最初にサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊについて摩擦力の測定を行った。その結果を第１図に示す。サンプルの保護膜厚は４ｎｍに統一した。潤滑膜厚は１.５ｎｍ、熱処理温度は８０℃である。
【００３６】
図から明らかな様に摩擦力は基板の粗さが小さくなるに従い、大きくなる傾向にある。また、保護膜４と化学式(１)の潤滑剤の組合せの場合が著しく小さくなっている。すなわち、磁気ディスク媒体の表面粗さが小さい場合（基板１、２に相当する面粗さ）においても保護膜４と化学式(１)で表される潤滑剤の組合せ(サンプルＢ、Ｆ)では、比較例(サンプルＡ、Ｃ、Ｇ)と比較して摩擦力が激減している。
【００３７】
次に、サンプルＦ、Ｇを耐摩耗試験した結果を第２図に示す。比較例Ｇではカーボン膜厚が４.０〜４.５ｎｍ以下となると極端にクラッシュ迄の時間が小さいのに比べ、実施例Fではクラッシュしていない。クラッシュまでの時間で、約１０倍以上の耐力向上が見られた。
【００３８】
この結果より、従来では数ｎｍの極薄膜ではすぐクラッシュしてしまい高信頼性を得られなかった磁気記録媒体が、本実施例に示した方法により従来の保護膜厚が５ｎｍ以上の実用レベルの磁気記録媒体と同等以上の信頼性を付与することが可能となった。
【００３９】
サンプルＡ〜Ｊ迄のサンプルの潤滑膜厚が１.５ｎｍの実施例・比較例について耐摩耗性の評価を行った結果を、表４に示す。
【００４０】
【表４】
【００４１】
基板の面粗さに着目して基板３を用いたサンプルＪ、基板２を用いたサンプルＤ、Ｅ、Ｆ、基板１を用いたサンプルＢを比較すると、粗さが小さい場合でも、耐摩耗性が良好である。また、保護膜の種類に着目して保護膜２、３、４を用いたサンプルＤ、Ｅ、Ｆと保護膜１を用いたサンプルＣを比較すると保護膜の種類をＩＢＤ法で作った保護膜にすると耐摺動性が格段に向上する事が判る。サンプルＨでは、熱処理の温度に依存せずに優れた耐摩耗性を有している。化学式(１)の潤滑剤は従来例のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMよりカーボン保護膜への吸着性が良いので、熱処理温度の増加に伴いカーボン保護膜上の化学式(１)の潤滑剤の付着割合は、増加するはずである。
【００４２】
以上の実施例より、磁気ディスク媒体の表面粗さが、基板１、２と同等の粗さであり、保護膜が保護膜２、保護膜３、保護膜４で実施されたものと同等なイオンビーム成膜したダイヤモンドライクカーボン膜であり、保護膜厚が５ｎｍ未満、すなわち１.５〜４.５ｎｍの厚さで、潤滑膜が化学式(１)で表される潤滑剤を含んでいる磁気ディスク媒体は、保護膜厚が極薄膜であるにも係わらず、従来の磁気ディスク媒体と同等以上の耐摩耗性を有すると考えられる。
【００４３】
更に、サンプルＦ、Ｇで磁気ディスク媒体を回転した時の潤滑剤の飛散性を環境温度６０℃、１２,０００ｍｉｎ-1、４００時間後に初期の潤滑膜厚と比較することで試験した。その結果、サンプルＧでは残存率が４３％で有るのに対してサンプルFでは６０％であった。すなわちイオンビーム成膜した保護膜と化学式(１)で表される潤滑剤の組合せが回転による潤滑剤の飛散が少ない。
【００４４】
この様に本発明により高信頼性で耐摩耗性の優れた磁気記録媒体を提供することが可能となった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、従来の磁気記録媒体と同等以上の優れた耐摩耗性と高信頼性の保護膜を極薄膜化した磁気記録媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板の粗さの変化による摩擦力の変化を表わす図。
【図２】極薄膜保護膜領域での本発明の有効性を表わす図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性磁気ディスク基板上に下地膜、磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布した磁気記録媒体に係り、特に保護膜の膜厚が、数ｎｍの極薄膜の磁気ディスク媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置における記録密度は、著しい増加の一途であり、最近は１平方インチ当たり１０ギガビット以上のもの迄発表されている。このような高記録密度を達成するためには、磁気ヘッドと磁気ディスクの磁気記録層との間隔をできるだけ近づけることが必須であり、現在は２０ｎｍ以下にしなければならない状況である。
【０００３】
この間隔の大半は、磁気ディスクの磁気記録層の上に設けられる保護膜と、磁気ヘッドの浮上高さによって占められる。従って、保護膜厚と磁気ヘッドの浮上高さとは、トレードオフの関係に有り、磁気ディスクに対しては、出来るだけ保護膜厚が薄く、磁気ヘッドが接触した場合に対する耐摺動性の高いものが要求される。磁気ヘッドと磁気ディスクの磁気記録層との間隔から予想して、今後は、５ｎｍ未満の膜厚を達成しなければならない。
【０００４】
最近の磁気ディスク装置においては、上記間隔を出来るだけ近づけるために磁気ディスクの表面粗さを極力小さくしなければならなくなったために、従来のような磁気ディスクの回転の停止時に磁気ヘッドが接触しており、磁気ディスクが回転し始めると、その気流によって磁気ヘッドが浮上するというコンタクトスタートストップ(ＣＳＳ)方式から、磁気ディスクの停止時には磁気ヘッドが磁気ディスク上から離れたところに退避され(アンロード)、磁気ディスクが回転し始めると磁気ヘッドを磁気ディスク上にロードオンされるロードアンロード(Ｌ/ＵＬ)方式が採用されつつある。この場合、耐摺動性は若干緩和されるが、しかしロードオン時の衝撃や通常動作時でも突発的に発生し得る磁気ヘッドの姿勢異常による接触等に耐えなければならない。
【０００５】
保護膜としては、米国特許Ｒｅ．３２４６４号公報等で開示されているように、従来からカーボン系のものが使用されているが、例えば、特開昭５９-１５４６４１号公報に記載の様に水素の添加や、特開平８-１０６６２９号公報に記載の様にスパッタ法による成膜時に窒素ガスを添加する等によりカーボン系保護膜の硬度を増加させ、薄膜化を図ることが数多く提案されている。
【０００６】
特に、水素添加のカーボン保護膜の中でも、硬度の高いダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜は古くから注目され、前出の特開昭５９-１５４６４１号公報に記載の様な炭化水素系のガスを用いて放電を生じさせて、ガスを分解して基板に堆積させるケミカルベーパーデポジション法(以下、ＣＶＤ法と略す)や、熱っしたフィラメントを用いて発生させた熱電子を炭化水素ガスに照射してイオン化し、そのイオンビームを基板に印加したバイアス電圧で加速してその基板に衝突させることにより堆積させるイオンビームデポジション法(以下、ＩＢＤ法と略す)等、種々の製法が提案されている。
【０００７】
特に、ＩＢＤ法は、特開２０００-１０５９１６号公報の第２４段に「熱フィラメントを使用すると、通常のＣＶＤ法に比較して、より低い圧力でプラズマを発生させることが可能であり、モノマーの分子が少ないために、モノマーより十分な解離を引き起こすことができる。」と記載されていることからも分る様に、硬度の高い膜が出来易い製法である。
【０００８】
一方、特開昭６１-１２６８２７号公報に記載の様に、カーボン系保護膜の硬度を上げるだけでは耐摺動性は向上せず、パーフルオロポリエーテル構造等のフッ素系潤滑剤と併用しなければならないことも明らかにされており、潤滑剤との最適化も磁気ディスクを設計する上で重要な要素となっている。
【０００９】
潤滑剤の性能を向上させるために、近年、米国特許第５９０８８１７号に記載されている様に、ホスファゼン環を持つ添加剤を混合することや、特開平６-２２００７７号公報に記載されている様にパーフルオロポリエーテルの末端にホスファゼン環を持つ潤滑剤も提案されている。また、最近、(株)松村石油研究所よりパーフルオロエーテルの末端に化学式（1）の様にホスファゼン環を付ける技術も開発された(特願平１１-２６７６９６号)。
【００１０】
更に、特開平１１-３２８６４７号公報に記載の様に、磁気ディスクの耐摺動性に対しては、磁気記録層の下地膜の材質も影響を与えることが分かっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜の場合、上記した様に、硬度は高いものが得られるのであるが、窒素添加のカーボン保護膜等と比較して磁気ディスク装置内で発生する熱の問題や回転による遠心力で潤滑剤が飛散し易いという問題があった。従って、保護膜の膜厚が５ｎｍ以下で耐摺動性を達成するためには、上記の様に保護膜の種類のみならず、潤滑剤等との最適な組合せを見出す必要がある。
【００１２】
一方、磁気ディスクの表面粗さが小さければ小さいほど磁気ヘッドを近づけられるので記録密度の向上には好都合ではあるが、しかし、磁気ヘッドの突発的な接触等が発生した場合、磁気ヘッドと磁気ディスクとの接触面積が大きいため摩擦力が大きくなり、磁気ヘッドが振動して激しく磁気ディスクに衝突し保護膜に損傷を与える可能性が大きくなる。従って、表面粗さも適度な値とする必要がある。
【００１３】
また、保護膜のヤング率が大きい場合は、保護膜の変形が少ないためヘッド接触時の接触面積が小さくなるため、接触面厚が大きくなり摩耗が進み易い。この観点からも、保護膜の膜質と潤滑剤と面粗さの最適な組合せを見い出すことが重要である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の保護膜、保護膜厚、潤滑剤、表面粗さの組合せについて検討した結果、ＩＢＤ法を用いて形成したダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜と化学式(１)の潤滑剤と磁気ディスクの表面粗さ、すなわち保護膜の表面粗さを０.８ｎｍ以下にすることにより、保護膜の膜厚を５ｎｍ未満、すなわち１.５〜４.５ｎｍにしても十分な耐摺動性を得られ、この内のダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)膜、化学式(１)の潤滑剤、Ｒａのどれ一つの要素が欠けても全く達成できないことが分かった。
【００１５】
ここで、平均粗さＲａの上限は、表面粗さが大であるとかえって耐摺動性が劣化することが判明したためである。
【００１６】
すなわち、本発明の特徴は、非磁性磁気ディスク基板上に下地膜、磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布してなる磁気記録媒体において、
保護膜表面の平均粗さＲａが０.８ｎｍ以下であり、保護膜がダイヤモンドライクカーボン膜であり、その保護膜の膜厚が１.５〜４.５ｎｍの範囲にあり、かつカーボン保護膜上の潤滑膜が、以下の化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を含む磁気記録媒体にある。
【００１７】
【化１】
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において、非磁性磁気ディスク基板としては、磁気ディスク用として市販されているガラス基板が好適に使用される。磁気ディスク媒体表面の面粗さは、基板面の表面粗さを反映させるため、基板面の粗さが、Ｒａ０.３５〜０.８ｎｍ、Ｒｐ４.０〜７.０ｎｍとしたものを用意した。
【００２０】
磁性膜は、Ｃｏ合金膜が一般的に使用される。磁性膜の下には、Ｃｒ合金よりなる下地膜、及びＣｏ合金、Ｎｉ合金等のシード層が形成される。
【００２１】
磁性膜の上にはカーボンを主成分とする保護膜が形成される。保護膜は、ＩＢＤ法で成膜したダイヤモンドライクカーボン保護膜が好適である。保護膜の膜厚は、１.５ｎｍ〜４.５ｎｍの膜厚とした。
【００２２】
この時、潤滑剤は、化学式(１)の構造を持つ潤滑剤とフォンブリンＺ-ＤＯＬTMの混合状態でも良く、少なくとも化学式(１)で示す潤滑剤が３０％以上含まれていればよい。更に化学式(１)で示される潤滑剤の主鎖の部分の潤滑剤は平均分子量で１,５００〜２,５００が好ましい。
【００２３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。基板の種類、保護膜の種類、保護膜厚、潤滑剤の種類、潤滑膜厚、熱処理温度をパラメータとして、表１に示した比較サンプル、実施サンプルを作成した。
【００２４】
【表１】
表１に示した実施例は、６５ｍｍ直径のガラス基板を購入し用いた。基板種類として３種類の粗さの異なる基板を用いた。基板１(Ｒａ０.３７ｎｍ、Ｒｐ５.４５ ｎｍ）、基板２(Ｒａ０.７１ｎｍ、Ｒｐ５.５８ｎｍ)は本発明の実施例として、基板３(Ｒａ ０.８７ｎｍ、Ｒｐ７.３８ｎｍ)は比較例として粗さの大きいものである。基板の種類と面形状の測定結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
基板の粗さは、ＡＦＭ(走査型プローブ顕微鏡ＮａｎｏｓｃｏｐｅIIITM Digital Instrements社製)によりタッピングモードでスキャンサイズ１０×１０μｍ、スキャンレート１Ｈｚ、サンプル数５１２、Ｚ-ｌｉｍｉｔ４４０Ｖ、フィルター処理Ｆｌａｔｔｅｎ、カンチレバー単結晶シリコン製、先端曲率半径５〜２０ｎｍという測定条件で測定を行った結果である。ここで、平均粗さＲａと、最大突起高さＲｐは本AFM装置によって自動的に計算されたものである。測定はそれぞれ数回の測定を行い、その平均値を測定結果とした。測定値のばらつきは平均粗さＲａで０.１ｎｍ、最大突起高さＲｐで１.５ｎｍ程度であった。
【００２８】
基板は、洗浄を行った後にＭＤＰ-２５０TM(Intevac社製)により成膜を行った。まず最初に基板は、２３０℃に加熱され、その後にＮｉＣｒＺｒ合金を４０ｎｍ成膜した。その上にＣｏＣｒＺｒ合金を１０ｎｍ成膜した。この２層はシード層と呼ばれる下地膜の結晶制御の層である。更にその上に下地膜としてＣｒＴｉ合金を２５ｎｍ、磁性膜としてＣｏＣｒＰｔ合金を１８ｎｍ形成した。
【００２９】
保護膜は、２種類の保護膜を形成し比較を行った。一つはスパッタ法によるカーボン成膜であり、後一つは、ＩＢＤ法によるダイヤモンドライクカーボン成膜である。成膜装置は、どちらもIntevac社製のものであり、上記のＭＤＰ-２５０TMのチャンバーに取り付けて成膜した。スパッタ法での成膜条件は、成膜レート０.５ｎｍ/ｓであり、スパッタガスは窒素をアルゴンに対し濃度18%添加した(保護膜１)。一方、 ＩＢＤ法での成膜条件は、成膜レート１.０ｎｍ/ｓ、エミッション電流０.５Ａ、バイアス電圧差２００Ｖ、エチレンガス濃度５５％(保護膜２)、６１％(保護膜３)、７１％(保護膜４)である。それぞれの保護膜で膜厚の依存性を調べるために保護膜厚を１.０、２.０、３.０、４.０、４.５、５.０ｎｍと成膜したものが表１のそれぞれＧ、Ｆである。保護膜の膜厚はＸ線反射法を用いて、膜厚測定の精度を上げるために保護膜上にＣｒを５ｎｍ成膜し定量化した。Ｘ線反射法での膜厚の定量化は理学電機工業社製のＳＬＸ２０００TMによりＣｕＫα1のX線を用いて測定を行った。測定原理に関しては、ジャーナル オブ アプライド フィジックス ６６(４)、１９８９年８月１５日 ｐ１８６１に記載されている。
【００３０】
ここで、保護膜まで形成した後の表面粗さは、基板での測定値とほぼ同じ(±１０％以内)であった。
【００３１】
また、保護膜の種類、成膜条件により磁気記録媒体の硬度、ヤング率は変化するため、以下の方法により磁気記録媒体の硬度、ヤング率を測定した。測定装置はＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒTM (MTS社製)であり、ＣＳＭモードで(Continuous Stiffness Mode)、圧子を１０ｎｍ押し込み時の硬度・ヤング率を測定した。各保護膜の膜厚が、４ｎｍの場合の硬度、ヤング率を表３に示す。
【００３２】
【表３】
潤滑剤も２種類の潤滑剤を塗布した。比較例としてアウジモンド社で製造されたフォンブリンＺ-ＤＯＬTMを分画した平均分子量が３,０００の潤滑剤を塗布した。実施例としては、フォンブリンＺ-ＤＯＬTMを分画し平均分子量を２,０００とした潤滑剤を原料として、化学式(１)に示した潤滑剤を合成し用いた。但し、この潤滑剤は１００％が化学式(１)で示される潤滑剤ではなく、水素についてのＮＭＲ(核磁気共鳴)、フッ素についてのＮＭＲの分析でＰＦＰＥの両末端に化学式(１)で表される末端官能基が修飾されているとした場合に３０％程度が化学式(１)で表されるものである。他の７０％は原料のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMである。化学式(１)のｐ、ｑは、合成原料のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMは分子量分布を持ち合成後も同じような分子量分布をしていると仮定すると、ｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０程度と推定された。化学式(１)のＸは、構造上Ｘ＝１〜５の範囲にあると考えられるが、特定できなかった。それぞれの潤滑剤について住友スリーエム社製ＨＦＥ７１００TMを溶媒として濃度を変化させた潤滑剤溶液を作り、その中に磁気ディスク媒体をディップし引き上げることで潤滑膜を形成した。その後、磁気ディスク媒体を熱処理した。温度は８０℃、１００℃、１２０℃で、時間は３０分である。潤滑膜厚は、ＦＴＩＲ(フーリエ変換型赤外分光光度計)により測定し、フォンブリンＺ-ＤＯＬTMを膜厚換算で０.５、１.０、１.５ｎｍとした。
【００３４】
これらのサンプルの信頼性、耐摩耗性の評価は、次の方法で行った。極低浮上における耐摩耗性評価のために、モータを逆回転することでヘッドを常時磁気ディスク媒体と接触する状態にして、磁気記録媒体の半径１５〜３１ｍｍの間をシークし、クラッシュする迄の時間を測定した。環境温度は６５℃、回転数は４,０００ｍｉｎ-1である。また、磁気ヘッドが磁気ディスク媒体と接触した際の振動を評価するために、磁気ヘッドとの摩擦力の測定を回転数４,０００ｍｉｎ -1の状態で試験装置内を減圧し磁気ヘッドの浮上量を４ｎｍにした時の接触摩擦力をひずみゲージを用いた摩擦力センサで測定した。次に、各サンプルについての試験結果により、本発明の有効性を説明する。
【００３５】
まず、最初にサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊについて摩擦力の測定を行った。その結果を第１図に示す。サンプルの保護膜厚は４ｎｍに統一した。潤滑膜厚は１.５ｎｍ、熱処理温度は８０℃である。
【００３６】
図から明らかな様に摩擦力は基板の粗さが小さくなるに従い、大きくなる傾向にある。また、保護膜４と化学式(１)の潤滑剤の組合せの場合が著しく小さくなっている。すなわち、磁気ディスク媒体の表面粗さが小さい場合（基板１、２に相当する面粗さ）においても保護膜４と化学式(１)で表される潤滑剤の組合せ(サンプルＢ、Ｆ)では、比較例(サンプルＡ、Ｃ、Ｇ)と比較して摩擦力が激減している。
【００３７】
次に、サンプルＦ、Ｇを耐摩耗試験した結果を第２図に示す。比較例Ｇではカーボン膜厚が４.０〜４.５ｎｍ以下となると極端にクラッシュ迄の時間が小さいのに比べ、実施例Fではクラッシュしていない。クラッシュまでの時間で、約１０倍以上の耐力向上が見られた。
【００３８】
この結果より、従来では数ｎｍの極薄膜ではすぐクラッシュしてしまい高信頼性を得られなかった磁気記録媒体が、本実施例に示した方法により従来の保護膜厚が５ｎｍ以上の実用レベルの磁気記録媒体と同等以上の信頼性を付与することが可能となった。
【００３９】
サンプルＡ〜Ｊ迄のサンプルの潤滑膜厚が１.５ｎｍの実施例・比較例について耐摩耗性の評価を行った結果を、表４に示す。
【００４０】
【表４】
基板の面粗さに着目して基板３を用いたサンプルＪ、基板２を用いたサンプルＤ、Ｅ、Ｆ、基板１を用いたサンプルＢを比較すると、粗さが小さい場合でも、耐摩耗性が良好である。また、保護膜の種類に着目して保護膜２、３、４を用いたサンプルＤ、Ｅ、Ｆと保護膜１を用いたサンプルＣを比較すると保護膜の種類をＩＢＤ法で作った保護膜にすると耐摺動性が格段に向上する事が判る。サンプルＨでは、熱処理の温度に依存せずに優れた耐摩耗性を有している。化学式(１)の潤滑剤は従来例のフォンブリンＺ-ＤＯＬTMよりカーボン保護膜への吸着性が良いので、熱処理温度の増加に伴いカーボン保護膜上の化学式(１)の潤滑剤の付着割合は、増加するはずである。
【００４２】
以上の実施例より、磁気ディスク媒体の表面粗さが、基板１、２と同等の粗さであり、保護膜が保護膜２、保護膜３、保護膜４で実施されたものと同等なイオンビーム成膜したダイヤモンドライクカーボン膜であり、保護膜厚が５ｎｍ未満、すなわち１.５〜４.５ｎｍの厚さで、潤滑膜が化学式(１)で表される潤滑剤を含んでいる磁気ディスク媒体は、保護膜厚が極薄膜であるにも係わらず、従来の磁気ディスク媒体と同等以上の耐摩耗性を有すると考えられる。
【００４３】
更に、サンプルＦ、Ｇで磁気ディスク媒体を回転した時の潤滑剤の飛散性を環境温度６０℃、１２,０００ｍｉｎ-1、４００時間後に初期の潤滑膜厚と比較することで試験した。その結果、サンプルＧでは残存率が４３％で有るのに対してサンプルFでは６０％であった。すなわちイオンビーム成膜した保護膜と化学式(１)で表される潤滑剤の組合せが回転による潤滑剤の飛散が少ない。
【００４４】
この様に本発明により高信頼性で耐摩耗性の優れた磁気記録媒体を提供することが可能となった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、従来の磁気記録媒体と同等以上の優れた耐摩耗性と高信頼性の保護膜を極薄膜化した磁気記録媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板の粗さの変化による摩擦力の変化を表わす図。
【図２】極薄膜保護膜領域での本発明の有効性を表わす図。
Claims (9)
- 非磁性磁気ディスク基板上に、少なくとも磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布してなる磁気記録媒体において、
保護膜表面の平均粗さＲａが０.８ｎｍ以下であり、保護膜がダイヤモンドライクカーボン膜であり、その保護膜の膜厚が１.５〜４.５ｎｍの範囲にあり、かつカーボン保護膜上の潤滑膜が、以下の化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を含むことを特徴とする磁気記録媒体。
（ここでｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０、ｘ＝１〜５である） - 上記カーボン保護膜上の潤滑膜が、上記化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を３０％以上含むことを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
- 上記化学式(1)で示される潤滑剤の主鎖の部分の潤滑剤の平均分子量が１５００〜２５００であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
- 非磁性磁気ディスク基板上に、少なくとも磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布してなる磁気記録媒体において、
保護膜表面の平均粗さＲａが０.８ｎｍ以下であり、保護膜がダイヤモンドライクカーボン膜であり、その保護膜の膜厚が５ｎｍ未満であり、かつカーボン保護膜上の潤滑膜が、以下の化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を含むことを特徴とする磁気記録媒体。
（ここでｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０、ｘ＝１〜５である） - 上記カーボン保護膜上の潤滑膜が、上記化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を３０％以上含むことを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒体。
- 上記化学式(1)で示される潤滑剤の主鎖の部分の潤滑剤の平均分子量が１５００〜２５００であることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒体。
- 非磁性磁気ディスク基板上に、少なくとも磁性膜、保護膜を形成し、その表面にパーフルオロポリエーテル構造を有する液体潤滑剤を塗布してなる磁気記録媒体において、
保護膜表面の平均粗さＲａが０.８ｎｍ以下であり、保護膜がダイヤモンドライクカーボン膜であり、かつカーボン保護膜上の潤滑膜が、以下の化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を含むことを特徴とする磁気記録媒体。
（ここでｐ＝５〜３６、ｑ＝４〜３０、ｘ＝１〜５である） - 上記カーボン保護膜上の潤滑膜が、上記化学式(1)に記載の構造よりなる潤滑剤成分を３０％以上含むことを特徴とする請求項７記載の磁気記録媒体。
- 上記化学式(1)で示される潤滑剤の主鎖の部分の潤滑剤の平均分子量が１５００〜２５００であることを特徴とする請求項７記載の磁気記録媒体。
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