JP4410747B2 - 磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法および磁気記録ディスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法および磁気記録ディスクの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、潤滑層の材料技術に関するものである。

磁気記録ディスクでは、少なくとも、磁性層、保護層、および潤滑層が非磁性基板上にこの順で積層されており、潤滑層は、磁気記録ディスクと磁気ヘッドとが接触した際の衝撃を緩和する機能を担っている。ＨＤＤをはじめとする磁気記録ディスク駆動装置では、記録容量のさらなる増大化に伴い、磁気記録ディスクと磁気ヘッドとの隙間がさらに狭くなってきている。特に、ＬＵＬ（ロードアンロード）方式の採用により、磁気ヘッドの浮上量は一段と低下する傾向にあり、１０ｎｍ以下の極低浮上量でも安定して動作することが求められている。

すなわち、このような条件下では、まず、高速回転中の磁気記録ディスクと磁気ヘッドとが間欠的に接触し、接触した部分が摩擦により高温（閃光温度）になることがあるため、このような高温条件下でも、熱による潤滑層の分解、蒸発などが生じないように潤滑層には耐熱性が求められている。

また、磁気記録ディスクが高速回転すると、潤滑層が移動するマイグレーション現象が発生して潤滑層の膜厚が不均一になりやすく、このような状態では、ＬＵＬ動作時に磁気ヘッドが外周側から進入した際、フライスティクション障害が発生するという問題点がある。フライスティクション障害とは、磁気ヘッドが浮上飛行時に浮上姿勢や浮上量に変調をきたす障害であり、不規則な再生出力を伴う。また、場合によっては、浮上飛行中に磁気記録ディスクと磁気ヘッドが接触し、ヘッドクラッシュ障害を起こすことがある。従って、潤滑層にはマイグレーション現象が発生しにくいことも求められる。

このような要求に対し、磁気記録ディスクの潤滑層を形成する潤滑剤には、高い耐熱性、長期安定性を持つソルベイソレクシス社のＦＯＭＢＬＩＮＥ Ｚ系の潤滑剤が用いられることが多い。また、この潤滑剤における特性をさらに高めることを目的に、かかる組成物から不純物の除去、または分子量分布の適正化のために様々な精製が行われている。そして、精製を行う際、従来は、パラメータとして、重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）が多く用いられている（特許文献１参照）。
特開２００４−３１９０５８号公報

しかしながら、重量平均分子量や数平均分子量は、潤滑層の組成を直接、特定するものではないため、潤滑剤の特性、特にフライスティクション障害の原因となるマイグレーション現象が発生しやすいか否かを正確に評価できないという問題点がある。従って、潤滑剤を分子構造面および定量面の双方で規定すればよいが、従来の方法で潤滑層を核磁気共鳴分光法で分析すると、図３に示すように、ピーク団が重なってしまい、潤滑剤を分子構造面および定量面で規定することができないという問題点がある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、潤滑剤を分子構造面および定量面の双方で規定することのできる磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法および磁気記録ディスクの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者は、核磁気共鳴分光法で潤滑剤を分析するのに適した手法を案出するとともに、末端基の種類が異なるパーフルオロポリエーテル化合物の組成比を変えた各種の潤滑剤を評価することにより、上記課題を解決可能な潤滑剤を構成したものである。

すなわち、本発明は、パーフルオロポリエーテル化合物を主成分とする磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比を測定するにあたって、核磁気共鳴法において ¹⁹ Ｆを対象とする第１方法による測定と、前記磁気記録ディスク用潤滑剤に含まれる成分に官能基を導入して末端基の構造を変化させた後、核磁気共鳴法において ¹ Ｈを対象とする第２方法による測定と、を行ない、前記第１方法による測定結果および前記第２方法による測定結果に基づいて前記成分比を測定することを特徴とする。また、本発明は、上記の磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法を用いた磁気記録ディスクの製造方法であって、前記成分比測定方法により測定した結果において前記成分が所定の成分比となるように、パーフルオロポリエーテル化合物を含有する潤滑剤用素材を超臨界抽出法、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法、あるいは分子蒸留法により精製して磁気記録ディスク用潤滑剤を得、当該磁気記録ディスク用潤滑剤を用いて磁気記録ディスク用基板の保護層上に潤滑層を形成することを特徴とする。

本発明において、前記磁気記録ディスク用潤滑剤は、例えば、以下の化学式（１）で示すパーフルオロポリエーテル化合物を主成分として含有し、当該パーフルオロポリエーテル化合物として、末端基ＸがＸ１で表わされる第１成分と、末端基ＸがＸ２で表わされる第２成分と、末端基ＸがＸ３で表わされる第３成分とを含み、前記成分比測定方法により、前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分の成分比を測定する。この場合、前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分の前記パーフルオロポリエーテル化合物中における含有量がモル比で以下の比率
前記第１成分：前記第２成分：前記第３成分＝７１〜７３：１５〜１７：１１〜１３
であることが好ましい。

本発明において、核磁気共鳴分光法で分析したときの前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分の前記パーフルオロポリエーテル化合物中における総含有量がモル比で９９．０％以上であることが好ましい。

本発明において、さらに、以下の化学式（化２）において末端基ＸがＸ４で表わされる第４成分と、末端基ＸがＸ５で表わされる第５成分とを含み、かつ、核磁気共鳴分光法で分析したときの前記第４成分と前記第５成分の前記パーフルオロポリエーテル化合物中における総含有量がモル比で１．０％以下であることが好ましい。

本発明において、前記潤滑剤が、さらに、上記化学式（化２）において末端基ＸがＸ４で表わされる第４成分と、末端基ＸがＸ５で表わされる第５成分とを含んでいる場合、核磁気共鳴分光法で分析したときの含有量は、前記第４成分が前記第５成分に比較して少ないことが好ましい。

本発明において、前記保護層は、例えば、炭素系材料から構成されている。

本発明では、潤滑剤に含まれているパーフルオロポリエーテル化合物の末端基を構造面および定量面の両面で規定しているため、潤滑剤の特性を明確に規定できる。それ故、本発明では、耐熱性が高く、かつ、フライスティクション障害の原因となるマイグレーション現象が発生しにくい潤滑剤を確実に特定できる。よって、本発明によれば、磁気ヘッドの低浮上量化を図ったときでも高い信頼性を発揮する磁気記録ディスクを提供することができる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

[磁気記録ディスクの構成]
図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、磁気記録ディスクの平面図、および概略断面図である。これらの図に示すように、本形態の磁気記録ディスク１は、中心穴１１１を備えた円形の非磁性基板１１の表面に、下地層（図示せず）、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成された磁性層１２、プラズマＣＶＤ法により形成された保護層１３、および浸漬法により形成された潤滑層１４をこの順に積層した構造を有している。非磁性基板１１は、例えば、アルミノシリケートガラスなどの化学強化ガラスからなる。保護層１３は、例えば、厚さが５ｎｍの水素化カーボン（ダイヤモンドライクカーボン）からなり、耐摩耗性を向上させて磁性層１２を保護する機能を担っている。潤滑層１４は、例えば、厚さが１．２ｎｍの薄い高分子材料から構成され、磁気ヘッドと接触した際の衝撃を緩和する機能を担っている。このような潤滑層１４を浸漬法により形成するには、所定の潤滑剤を有機溶剤に溶解させた薬液中に、保護層１３を形成した磁気記録ディスク用基板を浸漬した後、引き上げ、加熱処理を施して潤滑剤を潤滑層１４として定着させる。

[潤滑層の調製]
図２は、分子蒸留装置の概略的な構成を示す説明図である。本形態では、磁気記録ディスク１の潤滑層１４に用いる潤滑剤として、末端基が相違する複数のパーフルオロポリエーテル化合物を各々、所定の組成比で含む潤滑剤を調製し、かかる潤滑剤を用いて潤滑層１４を形成した磁気記録ディスクについて、各種試験を行った。かかる潤滑剤を調製するにあたって、本形態では、ソルベイソレクシス社製のＦＯＭＢＬＩＮＥ Ｚ系（商品名）の潤滑剤などを素材として用い、この素材を精製したものを潤滑剤として用いた。精製方法としては、超臨界抽出法、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法、分子蒸留法などを用いることができるが、本形態では、図２に示す蒸留装置を用いて素材を分子蒸留し、各種潤滑剤を調製した。

ここで、上記素材の主成分は、後述する核磁気共鳴分光法で分析すると、以下の化学式（化３）で表わされるパーフルオロポリエーテル化合物であって、当該パーフルオロポリエーテル化合物として、末端基ＸがＸ１で表わされる第１成分（モノ付加体）と、末端基ＸがＸ２で表わされる第２成分（ビス付加体）と、末端基ＸがＸ３で表わされる第３成分と、末端基ＸがＸ４で表わされる第４成分と、末端基ＸがＸ５で表わされる第５成分とを以下の組成比
第１成分＝７１．９％
第２成分＝１０．５％
第３成分＝１５．０％
第４成分＝ １．４％
第５成分＝ １．２％
で含んでいる。

また、上記素材は、以下に示す属性
数平均分子量（Ｍｎ）＝２３２６．５０
−ＯＨ基１つあたりの平均分子量＝６２７．０６
分子１つあたりの−ＯＨの平均数＝３．７１
主鎖における（Ｃ₂Ｆ₄Ｏ）／（ＣＦ₂Ｏ）の比＝０．８９
を有している。

図２に示す分子蒸留装置３００を用いて素材を精製するためには、まず、フィードフラスコ３１内に素材を投入する。分子蒸留は、必ずしも減圧環境下で行う必要は無いが、高分子成分を含む素材を分子蒸留する場合、所定の減圧環境で行うことが望ましい。なぜなら、分子蒸留を減圧環境下で行わないと、気化した成分の分子が他の分子と衝突する頻度が高まり、これにより、素材が平均自由行程以内の距離で液化されることが妨げられるからである。従って、フィードフラスコ３１内に材料を投入した後、排気装置４２によって装置内を所定の減圧度となるよう排気を行う。この際の減圧度は、例えば、１×１０^-2Ｐａ〜１×１０^-3Ｐａ程度、あるいはそれ以下の高真空とすることが好ましい。減圧度は、真空ゲージ４０によって計測することができる。なお、装置内の減圧環境を利用して、フィードフラスコ３１内の材料に含まれている不純ガス等の脱気処理を予め行うことができる。この際、素材に含まれていた不純ガス等は配管４４を通って、排気装置４２側に流れ、その一部は低沸点物凝縮トラップ３９内に溜まる。また必要に応じて、フィードフラスコマントルヒータ３２によって、フィードフラスコ３１内の素材を加熱しても良い。

装置内を所定の減圧度にした後、素材をフィードフラスコ３１から蒸留本管３５へと流し込む。フィードフラスコ３１から蒸留本管３５へ素材を流し込む量（フィード量）は、フィードフラスコ３１の下端に設けられたコック３５の開閉量により制御することができる。通常は１〜３０ｇ／分程度のフィード量が適当である。フィード量が少ないと蒸留に長時間を要し、フィード量が多いと蒸留効率が低下する場合がある。

蒸留本管３５へ流れ込んだ素材は、円筒状の蒸留本管３５の周辺に配置された蒸留本管マントルヒータ３６によって所定の温度に加熱される。本実施例においての加熱温度は、少なくとも素材が気化する温度である。なお、素材の加熱温度の制御は、蒸留本管マントルヒータ３６の温度制御によって行えるが、蒸留本管３５内に温度計を設置することにより、蒸留本管３５内の素材における実際の加熱温度を測定することもできる。

また、蒸留本管３５内の長手方向には、例えば、フッ素樹脂製のワイパーが構成された磁気カップリング攪拌機３３が設けられており、攪拌機コントロールボックス３４によって、２０〜１００ｒｐｍ程度の回転速度で一定方向に回転している。このワイパーの回転により、素材は蒸留本管３５の壁面において薄膜状になり、気化しやすくなる。気化した素材は、蒸留本管３５内に設けられた冷却棒４６に接触して液化され、留出物受けフラスコ３８内に溜まる。冷却棒４６には、冷却水が、下端の流入口４６ａより導入され、排出口４６ｂより排出される。なお、気化されずに残留物受けフラスコ３７内に溜まった残留物は、蒸留本管マントルヒータ３６による加熱温度を変更した後、再度フィードフラスコ３１内に投入して、蒸留を繰り返しても良い。また、以上示した動作は、操作盤４３によって制御される。

このような分子蒸留装置３００を用いて潤滑剤を得るにあたっては、まず、素材を分子蒸留装置３００内のフィードフラスコ３１に投入してから、排気装置４２によって分子蒸留装置３００内を１×１０^-3Ｐａになるまで減圧した。また、装置内の減圧環境を利用して、フィードフラスコ３１内の素材に含まれている不純ガス等の脱気処理を予め充分に行った。次に、フィードフラスコ３１から一定のフィード量で蒸留本管３５に流し込んだ。この際、蒸留本管３５内のワイパーを所定の回転速度で駆動させた。なお、蒸留本管３５内の温度は、マントルヒータ３６の設定温度と等しい１８０℃であった。このようにして、１８０℃の留出分を留出物受けフラスコ３８内に得、潤滑剤を得た。なお、以上の潤滑剤の精製は、クリーンルーム内で行った。用いたクリーンルーム内の雰囲気は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｂ９９２０規定の清浄度クラス６よりも清浄な雰囲気である。

なお、このような潤滑剤を用いて潤滑層１４を形成するには、潤滑剤をフッ素系溶剤である三井デュポンフロロケミカル社製のバートレルＸＦ（商品名）などに分散させた薬液に、保護層１３の形成までを終えた磁気記録ディスク用基板を浸漬した後、熱処理を施して、磁気記録ディスク用基板に潤滑剤を定着させて潤滑層１４を形成する。

［核磁気共鳴分光法による分析方法］
核磁気共鳴分光法は、物質に磁場を印加すると、原子核がもつスピンの状態が２つに分かれるので、スピン間のエネルギーに相当するラジオ波を照射して分析を行う。ここで、スピン間のエネルギー差は、その陽子核の置かれている電子的環境（化学的環境）を反映するため、得られたピークについては、分子中のそれぞれの原子に帰属させることができ、その分子内の存在量を決定できる。それ故、分子の構造を詳しく分析することができる。

核磁気共鳴分光法において、測定可能な核種は原理的には核スピンをもつ全ての核種であるが、代表的なものとしては、¹Ｈ、¹³Ｃ、¹⁹Ｆ、³¹Ｐがある。但し、¹Ｈを対象とすると、図３を参照して説明したように、ピーク団が重なってしまい、潤滑剤を構造面および定量面の双方で規定することが困難である。そこで、本形態では、以下の２つの方法を併用することにより、潤滑剤を核磁気共鳴分光法で分析する。

まず、第１の方法は、¹⁹Ｆを対象とする方法であり、この方法で素材を分析すると、以下に示すように、
ケミカルシフト（相対値ｐｐｍ） 対応する成分
−５２．１ 主鎖に帰属されるピーク
−５３．７ 主鎖に帰属されるピーク
−５５．４ 主鎖に帰属されるピーク
−８９．１ 主鎖に帰属されるピーク
−９０．７ 主鎖に帰属されるピーク
−１２５．８ 主鎖に帰属されるピーク
−１２９．７ 主鎖に帰属されるピーク
ケミカルシフト（相対値ｐｐｍ） 対応する成分
−８１．３ 第３成分の末端基に帰属されるピーク
−８３．３ 第３成分の末端基に帰属されるピーク
−５６．３ 第４成分の末端基に帰属されるピーク
−５８．０ 第４成分の末端基に帰属されるピーク
−２７．７ 第５成分の末端基に帰属されるピーク
−２９．３ 第５成分の末端基に帰属されるピーク
−７４．５ 第５成分の末端基に帰属されるピーク
−７８．０ 第１、２成分の末端基に帰属されるピーク
の足し合わせ
−８０．０ 第１、２成分の末端基に帰属されるピーク
の足し合わせ
所定のケミカルシフトをもって、各成分のシグナルが出現する。ここで、各シグナルのピーク面積比は各々のフッ素の存在比になっているので、末端基の形状を決定でき、かつ、主鎖と末端基の比によって分子量を決定することができる。

次に、第２の方法は、¹Ｈを対象とする方法であるが、その前に素材を試薬処理して官能基を導入し、末端基の構造を変えた後、分析を行う。その結果、以下
ケミカルシフト（相対値ｐｐｍ） 対応する成分
５．５ 第１成分に帰属されるピーク
５．３ 第２成分に帰属されるピーク
に示すシグナルを得ることができる。従って、第１成分と第２成分との比を決定することができる。

[潤滑層の構成]
このような分析方法での分析結果と、各潤滑剤を用いての磁気記録ディスク１の試験結果とを対比して、最適な潤滑剤の組成を核磁気共鳴分光法での分析結果で表わすと、前記化学式（化３）で表わされるパーフルオロポリエーテル化合物において、末端基ＸがＸ１で表わされる第１成分（モノ付加体）と、末端基ＸがＸ２で表わされる第２成分（ビス付加体）と、末端基ＸがＸ３で表わされる第３成分と、末端基ＸがＸ４で表わされる第４成分と、末端基ＸがＸ５で表わされる第５成分とを、以下の組成比（パーフルオロポリエーテル化合物中におけるモル比）
第１成分＝７１．７％
第２成分＝１５．７％
第３成分＝１１．７％
第４成分＝ ０．３％
第５成分＝ ０．６％
で含んでいた。

また、この潤滑剤は、以下に示す属性
数平均分子量（Ｍｎ）＝２６３０．１２
−ＯＨ基１つあたりの平均分子量＝６５６．３１
分子１つあたりの−ＯＨの平均数＝４．０１
主鎖における（Ｃ₂Ｆ₄Ｏ）／（ＣＦ₂Ｏ）の比＝０．９１
を有していた。

また、磁気ヘッドの浮上量を１０ｎｍ以下に設定した場合でも、磁気記録ヘッド１に十分な信頼性を確保できるという観点から、各成分の組成比を規定すると、核磁気共鳴分光法で分析したときの第１成分、第２成分および第３成分の含有量がパーフルオロポリエーテル化合物中におけるモル比で以下の比率
７１〜７３：１５〜１７：１１〜１３
であることが好ましいという結果を得ることができた。すなわち、パーフルオロポリエーテル化合物のうち、アルコール変性されたパーフルオロポリエーテル化合物では、ジオール化合物、トリオール化合物、テトラオール化合物などの様々な末端基構造を備えた化合物が含まれ、アルコール変性の程度、すなわち、パーフルオロエーテル主鎖の末端基に結合する水酸基の数の違いによって、潤滑分子の潤滑性能や保護層１３への付着力が異なる。従って、ジオール化合物、トリオール化合物、テトラオール化合物などの様々なアルコール変性化合物の比率を規定すれば、潤滑分子の潤滑性能や保護層１３への付着力を確実に規定することができる。

また、磁気ヘッドの浮上量を１０ｎｍ以下に設定した場合でも、磁気記録ヘッド１に十分な信頼性を確保できるという観点から、核磁気共鳴分光法で分析したときの第１成分、第２成分および第３成分の総含有量を規定すると、総含有量がモル比で９９．０％以上であることが好ましいという結果を得ることができた。すなわち、上記素材を用いた場合に含まれる第４成分と第５成分とについては、核磁気共鳴分光法で分析したときの総含有量がモル比で１．０％以下であることが好ましいという結果が得られた。

さらにまた、第４成分が第５成分に比較して少ないことが好ましいという結果が得られた。その理由は、潤滑剤に含まれる不純物としての第４成分および第５成分は、高温下で潤滑剤の分解を促進する度合いに差があるからと考えられる。

（その他の実施例）
なお、本形態を説明する際に用いられる図における構成（形状、大きさ、および配置関係）については本発明が理解、および実施できる程度に概略的に示したものに過ぎず、また、数値および各構成における組成（材質）については例示に過ぎない。従って、本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない範囲において適宜、変更が可能である。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、磁気記録ディスクを示す平面図および概略断面図である。 分子蒸留装置の概略的な構成を示す説明図である。 分析試料をそのまま¹Ｈを対象にして核磁気共鳴分光分析を行った結果を示す説明図である。

符号の説明

１ 磁気記録ディスク
１１ 非磁性基板
１２ 磁性層
１３ 保護層
１４ 潤滑層

Claims (3)

1. パーフルオロポリエーテル化合物を主成分とする磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比を測定するにあたって、
   核磁気共鳴法において ¹⁹ Ｆを対象とする第１方法による測定と、
   前記磁気記録ディスク用潤滑剤に含まれる成分に官能基を導入して末端基の構造を変化させた後、核磁気共鳴法において ¹ Ｈを対象とする第２方法による測定と、
   を行ない、
   前記第１方法による測定結果および前記第２方法による測定結果に基づいて前記成分比を測定することを特徴とする磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法。
2. 請求項１に記載の磁気記録ディスク用潤滑剤の成分比測定方法を用いた磁気記録ディスクの製造方法であって、
   前記成分比測定方法により測定した結果において前記成分が所定の成分比となるように、パーフルオロポリエーテル化合物を含有する潤滑剤用素材を超臨界抽出法、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法、あるいは分子蒸留法により精製して磁気記録ディスク用潤滑剤を得、
   当該磁気記録ディスク用潤滑剤を用いて磁気記録ディスク用基板の保護層上に潤滑層を形成することを特徴とする磁気記録ディスクの製造方法。
3. 請求項２において、
   前記磁気記録ディスク用潤滑剤は、以下の化学式（１）で示すパーフルオロポリエーテル化合物を主成分として含有し、
   当該パーフルオロポリエーテル化合物として、末端基ＸがＸ１で表わされる第１成分と、末端基ＸがＸ２で表わされる第２成分と、末端基ＸがＸ３で表わされる第３成分とを含み、
   前記成分比測定方法により、前記第１成分、前記第２成分および前記第３成分の成分比を測定することを特徴とする磁気記録ディスクの製造方法。
   

   

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