JPH04109427A - 磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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り、特に、磁気記録装置に用
いられる磁気記録媒体に関する。

〔従来の技術〕

近年、コンピュータシステムの外部記憶装置としての磁
気記憶装置の重要度は益々高まり、その記録密度は年々
著しい向上が図られている。このような高記録密度化に
対応する磁気記録媒体として、従来の磁性粉とバインダ
を混練した磁性塗料を基板上に塗布した塗布型媒体に代
り、磁性薄膜を用いた薄膜磁気記録媒体が注目されてい
る。このような磁性薄膜を用いた薄膜磁気記録媒体（以
下、単に磁気記録媒体と称する）の一般的な構造は次の
様である。基板はアルミニウム合金円板と、その上に形
成された下地層より成る。基板としてアルミニウム合金
の代りにガラス等硬度の高い円板材料を用いることも可
能であり、その場合には下地層が省略されることもある
。基板の上には磁性層が形成されるが、この両者の間に
は、密着性向上や磁性層の特性向上を目的として中間層
が形成される場合もある。磁性層の上には保護層、さら
には、必要に応じて潤滑層が形成されて、磁気記録媒体
が構成される。

磁気記録装置は、磁気記録媒体、記録再生磁気ヘッド（
以下、単にヘッドと称する）、及び、これらの駆動装置
を主構成要素としている。このヘッドは、特殊な形状の
摺動子（以下、これをスライダと称する）に記録再生用
のコイルを取り付けたものである。その記録再生方法は
、操作開始前にはヘッドと磁気記録媒体が接触状態であ
るが。

磁気記録媒体を回転させることによりヘッドと磁気記録
媒体の間に空間を作り、この状態で記録再生を行なう。

操作終了時には磁気記録媒体の回転が止まり、ヘッドと
磁気記録媒体は、再び、接触状態となる（コンタクト・
スタート・ストップ方式、以下Ｃ８Ｓ方式と称する）。

磁気記録装置の記録密度を向上させるには、記録再生時
のヘッドの浮上量は小さいほど良く、その際のヘットの
浮上安定性を確保するために、磁気記録媒体の表面はで
きるだけ平坦であることが要求される。

上記の磁性層はめつき法、イオンブレーティング法、真
空蒸着法などの手法によって形成された、Ｃｏ、Ｆｅ、
Ｎｉ等の強磁性金属、またはこれらの元素を主成分とす
る強磁性合金からなる膜が用いられる。この磁性層は耐
食性が悪く、また、磁気ヘッドとの接触等によって損耗
するため、これを防止するために磁性層の上に保護膜、
さらに潤滑膜を形成するのが一般的である。保護膜は、
例えば、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｓｉ等からなる材料
で形成させる方法（特開昭５３−４０５０５号公報。

特開昭５７−３７６５３７号公報、特開昭６３−７、９
２９号公報、特開昭６３−１６８８３０号公報、特開昭
６３−４４１９号公報）やＣ系保護膜（特開昭６０−１
５５６６８号公報）。

Ｂ系保護膜（特開昭５０−１０４６０２号公報、特開昭
６２−４３８２１号公報）、Ｚｒ系保護膜（特開昭６１
−１１５２３０号公報）、金属炭化物系保護膜（特開昭
６３−４４１９号公報）を形成させる手法等が提案され
ている。さらに、磁気ヘッドとの接触時の摺動性を向上
させるために、これらの保護膜の上にパーフロロアルキ
ルエーテル系の潤滑膜（特開昭６１−１０４３１８号公
報＋　ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、　
ＭＡＧ２３、ＮＱＩ（１９８７）ＰＰ３３−３５）を形
成させる方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、保護膜材料として種々のものが提案され
ているが、現在量も一般的に使用されているのはスパッ
タリング法で形成したカーボン膜である。しかし、この
カーボン膜も磁気ヘッドと磁性層の間のスペーシングを
より小さくした場合や磁気記録媒体の回転数をより大き
くした場合には、磁気ヘッドに対する耐摺動性は不十分
で、特に、磁気ヘッドと磁気記録媒体の浮上量が０．２
μｍオーダで、磁気記録媒体の回転数が四千ｒｐ１以上
の高性能磁気記録装置には使用するのが難しい。また、
金属磁性膜を水分等の腐食性ガスから保護するという観
点からも、その機能は十分満足できるものではない。

本発明の目的は磁気ヘッドに対する耐摺動性に優れ、さ
らに、水分等の腐食性ガスの透過性を防止するに足る緻
密性の良い保護膜を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、磁気記録媒体の保護層として周期律表のＶ
ａ族（例えば、化学便覧基礎編Ｉ９日本化学会編、１９
８３に記載の周期律表）から選ばれた少なくとも一種の
元素と、Ｍ　ｇ　＋　Ａ　Ｑ　ｇ　Ｓ　ｉより選ばれた
少なくとも一種の元素の、酸化物。

窒化物、もしくは、それらの複合物を含む膜を用いるこ
とによって達成される。さらに詳しくは、これら保護層
はＶ、Ｎｂ、Ｔａの群から選ばれた少なくとも一種の元
素と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉより選ばれた少なくとも一種の
元素、酸素、及び窒素を含む組成の膜で構成される。こ
れらの保護膜は磁気記録媒体の磁性層の上に、例えば、
スパツタ法で形成することができる。この膜の厚さは磁
性層と磁気ヘッド間の実効スペーシングをできるだけ小
さくする必要性から６０ｎｍ以下でできるだけ薄いほど
良いが、耐摺動性と水分等の透過性を防止するという観
点からは８〜５０ｎｍの膜厚が望ましい。

この保護膜の形成法は多数考えられるが、−例としては
、Ｖａ族元素と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ等を主成分とする合
金ターゲットを用いて、アルゴンと酸素、及び、窒素の
混合ガス中でスパッタする方法がある。これらターゲッ
トのＶａ族元素に添加する第二の元素量はそれぞれの相
図のデータから決められる。第二の元素量は、例えば、
５〜９０ａｔ％にすることができるが、これに限定され
ることはなく、それぞれのスパッタ速度を考慮して決め
られるべきである。また、酸化物と窒化物の複合膜を造
るに当たっては、窒化物形成に比べて酸化物形成の方が
起り易いため、スパッタ時の雰囲気ガスは、酸素に対し
て窒素が過剰な条件下で行なうことが好ましい。重要な
点は形成された保護膜中に主成分として少なくとも一種
類のＶａ族元素と、Ｍｇ！　Ａｌ２ｔ　Ｓｉの中の少な
くとも一種類の元素を含み、さらに酸素、もしくは窒素
、あるいはその双方の元素を含むことである。

この理由は膜強度と膜の緻密性を向上させることである
。成膜方法も上記のスパッタ法に限定されることはなく
、ＲＦスパッタ法や蒸着法、その他多数の方法が可能で
ある。また、成膜の条件も上能の方法に限定されること
はなく１例えば、直接目的とする成分よりなるターゲッ
トを用いて成膜する方法や、金属窒化物ターゲットを用
いる方法等、これも多数の方法が可能である。

〔作用〕

周期律表のＶａ族から選ばれた少なくとも一種の元素と
、Ｍｇ、ＡｌＩＳｉより選ばれた少なくとも一種の元素
、酸素あるいは／および窒素とを含む保護膜は膜硬度が
大きく、膜の緻密性が優れているため、磁気ヘッドに対
する耐摺動性に優れ、また、水分等の透過性も非常に小
さい。

さらに、この保護膜上に潤滑剤を塗布した場合潤滑剤の
保持性能が非常に向上し、保護膜の耐摩耗性が良く、Ｃ
８Ｓ性能に優れた磁気記録媒体となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を示して詳細に説明する。

〈実施例１〉 外径５．２５　インチのアルミニウム合金円板１の表面
に無電解めっき法によりＮ１−Ｐ下地膜２を１５μｍ形
成し、下地膜を１０μｍまで研磨して、触針式表面粗さ
計で測定した平均粗さ（Ｒａ）５ｎｍ以下、最大粗さ（
Ｒｍａｘ）　１０　ｎ　ｍ以下になるように鎖面加工し
た６基板表面に通常の研磨テープと砥粒を用いてテクス
チャ加工した後、スパッタ法により第１図に示す構造の
磁気記録媒体を作成した。

スパッタ装置内の試料室を２　Ｘ　１０”−’Ｔｏｒｒ
以下に排気した後、Ａｒガスを導入して１０−”Ｔｏｒ
ｒで、ＤＣマグネトロン法により、基板温度１５０℃で
基板上にＣｒ膜３を０．４μｍ形成した。次に、ｃｒ膜
３上にＣｏ　ｏ、ａａＮ　ｉ　Ｏ，４Ｃｒｏ、ｏｓ合金
ターゲットを用いて、基板温度２００℃で０．０５μ履
の磁性膜４を形成した。円板上に次のようにして保護膜
５を形成した。

基板温度２００℃２反応室内圧力１０−８ＴｏｒｒでＤ
Ｃマグネトロンスパッタ法により膜厚２０ｎｍの保護膜
を形成した。形成した保護膜の種類を表１に示す。

表　　１ 本実施例では、Ｖａ族元素を主成分とし、Ｍｇ。

Ａｌ＋　Ｓｉ等を含む合金ターゲットを用いて、アルゴ
ンと窒素、及び、少量の酸素の混合ガス中でスパッタす
ることにより成膜した。これらターゲットのＶａ族元素
に添加する第二の元素量はそれぞれの相図のデータから
決められるが、本実施例では、第二の元素量は、主に１
０ａｔ％のものを使用した。

また、表１に示した保護膜を磁気記録媒体作製時と同条
件でシリコン基板上に形成し、膜をＲＨＥＥＤ法で分析
したところ、はとんどの膜はアモルファス構造であるこ
とが判明した。

保護膜５上にパーフロロアルキルエーテル系の液体潤滑
剤をスピンコード法で塗布し、潤滑剤膜６を約１０ｎｍ
形成して磁気記録媒体を得た。上記潤滑剤の付着性を通
常のスパッタ法で形成したＣ膜と比較した。スパッタし
たままのＣ膜には上記の潤滑剤はほとんど付着しないの
にくらべて、本発明の保護膜はスパッタしたままの状態
でも、Ｃ膜に比べて潤滑剤の付着量が二〜五倍も多く、
磁気記録媒体の保護膜として適していることがわかった
。

一般に、潤滑剤の付着量が多いほど磁気記録媒体の耐摺
動性は向上するが、一方、磁気ヘッドの粘着力は大きく
なるため、最適量は磁気記録装置の駆動系の仕様から決
められる。そのため、本発明の保護膜をスパッタしたま
まの状態で潤滑剤を塗布して使用してもよく、また、ス
パッタ成膜後になんらかの処理、例えば、酸素プラズマ
処理後に潤滑剤を塗布して使用してもよい。また、潤滑
剤の種類も上記のものに限定されることはない。

さらに、本発明の保護膜と潤滑膜の間、あるいは、磁性
膜の間に他の膜を形成しても、本発明の保護膜としての
効果は変わらない。

また、前述のように、通常磁気ヘッドの粘着を防止する
目的でディスクの下地膜の上にテクスチャといわれる微
細な凹凸を形成するが、これを下地膜の上ではなく本発
明の保護膜上に表面微細構造を形成してもかまわない。

この表面微細構造は、例えば、保護膜の上にフォトリン
グラフィの技術を用いて形成することが可能である。本
実施例では、保護膜までを形成したディスク基板にフォ
トレジストを塗布し、マスクを通して特定の形状に露光
後、現像し、これをエツチング、最後に残留レジストを
除去することにより、微細構造の形成も試みた。微細構
造の形状は、同心円状、スパイラル状、その他、種々の
ものが可能であり、また、その凹部と凸部との比率を任
意に変えることが出来る。

磁気記録媒体のヘッドに対する摺動信頼性を以下の方法
で評価した。第３図に磁気ディスク装置の概略を示す。

磁気ディスク装置は第３図の８〜１５の構成要素及びボ
イスコイルモータ制御回路を含む。８はベース、９はス
ピンドルである。

つのスピンドルに図のように複数枚の円板状の磁気ディ
スク１１が取付けられる。第３図では一つのスピンドル
に四枚の磁気ディスク１１を設けた例が示されているが
、１枚に限定されることはない。また、このように一つ
のスピンドル９に複数枚の磁気ディスク１１を設けたも
のを複数個設置してもよい。１０はスピンドル９を駆動
し、磁気ディスクを回転するためのモータ、すなわち、
磁気ディスク回転制御手段である。１２はデータ用磁気
ヘッドを示し、１２ａは位置決め用磁気ヘッドを示して
いる。１３はキャリジ、１４はボイスコイル、１５はマ
グネットである。ボイスコイル１４はマグネット１５に
よりボイスコイルモータが構成される。そして、１３，
１４．１５の要素によりヘッドの位置決めがなされる。

従って、１３．１４．１５を含めて磁気ヘッド位置決め
機構と総称する。ボイスコイル１４と磁気ヘッド１２及
び１２ａとは、ボイスコイルモータ制御回路を介して接
続されている６また、第３図において、上位装置とは、
例えば、コンピュータシステムを示し、磁気ディスク装
置に記録された情報を処理する機能をもつ。

上記装置により、以下の条件でＣ８Ｓ試験を行った。荷
重ＬｏｇのＡ　Ｑ　２ｏ　ｓ　　Ｔ　ｉＣ製スライダを
もつヘッドを用いて磁気ヘッドの浮上量０．１２μｍ、
磁気記録媒体の回転速度４５００ｒｐｍでＣ８Ｓ試験を
行ない、目視のきすが発生するまでのＣ８Ｓ試験回数を
測定した。保護膜５の種類の異なる磁気記録媒体につい
て測定した結果を表１に示す。

いずれの保護膜をもつ磁気記録媒体も比較例に示したカ
ーボン膜を保護層とする磁気記録媒体に比べて耐摺動性
に優れていることが判明した。また、これらの場合、い
ずれの磁気記録媒体でも試験後にヘッドのスライダ面に
はほとんど付着物は認められなかった。さらに、他種の
スライダとして、Ｚｎ−Ｍｎ−フェライト製、及び、Ｚ
ｒ０ｚを主成分とする複合セラミクス製スライダについ
て、同様にＣ８Ｓ試験を行なった。この場合は、スライ
ダ材料により、耐久性に差異がみられた。

即ち、Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｎ−フェライト製スライダを用い
た場合、−ガロのＣ８Ｓ試験でスライダ材が削れて摩耗
粉が発生し、これが介在物となって保護膜を削り、クラ
ッシュに至った。本発明の保護膜は、カーボン膜に比べ
て空気中の酸素、水分に対する耐酸化性が優れており、
このことがＡｌｚＯａ−Ｔ　ｉ　Ｃ製スライダ、及びＺ
ｒ○２移酸化物を主成分とするスライダでを用いた場合
の耐摺動性に優れる理由の一つと考えられる。一方、Ｚ
　ｎ　−Ｍ　ｎ−フェライト製スライダを用いた場合に
耐摺動性が低下したのは、膜硬度がスライダ材料に比べ
て大きすぎるため、スライダが削られていったものと考
えられる。

なお、本実施例では上記の三種のスライダ材の磁気ヘッ
ドを試みたが、もちろんこれに限定されることはない。

さらに、磁気ヘッドの形状も薄膜ヘッド、コンポジット
ヘッド等あるが、これに特に限定されることはない。

ここで磁気記録装置の性能を決める大きな要素として磁
気ヘッドと磁気記録媒体の磁性層の間のスペーシングが
ある。磁気記録装置の高記録密度化のためにはスペーシ
ングを小さくすることが要求される。この要求を満たす
ためには、磁気記録媒体の保護層は薄いほど望ましいが
、一方、磁気ヘッドとの接触時の耐摺動信頼性の向上や
磁性層の腐食防止の観点からはある膜厚が必要である。

このため、保護膜の厚さは好ましくは８〜５０ｎｍであ
る。

次に、シリコン基板上に保護膜を形成した試料を用いて
、磁気ヘッドのスライダ材であるＡｌｚＯａ−Ｔ　ｊ、
　Ｃ複合セラミックスに対する摩擦係数を測定した６本
測定ではＲ３０の球面摺動子状に加工したＡｌ２．Ｏｓ
　　ＴｉＣを用い、荷重２０ｇｆ、移動速度１　ｖａ　
／　ｓの条件とした。摩擦係数はいずれの保護膜の場合
にも０．２〜０．３で、比較例に来示たＣ膜と同等であ
った。また、膜の硬度はＨｋ（ヌープ硬度）１２００ｋ
ｇｆ／ｍｍ２以上で、いずれも比較例に示したＣ膜と同
等かそれ以上であった６ 従って、本発明の保護膜はＣ８Ｓ試験時に潤滑剤が損耗
して、ヘッドと保護膜が、直接、接触した場合にも、十
分な摺動耐久性をもつものと考えられる。

さらに、この手法で作成した磁気記録媒体の耐食性を以
下の方法で評価した。磁気記録媒体を相対湿度９０％、
温度６０℃の条件下に−が月間放置した後、磁気記録媒
体の表面を光学顕微鏡で検査し、腐食痕の有無を調べた
。本実施例で作成した磁気記録媒体では試験後も表面に
腐食痕は認められず、耐食性も優れていると判断された
。このことから、本実施例で作成した保護膜にはピンホ
ールはほとんどないものと判断された。

〈比較例〉 基板として５．２５’φ　のＡＩ２合金基板を用い、実
施例１と同様にＮ１−Ｐ膜、Ｃｒ膜及び磁性膜としてＣ
ｏＮｉＣｒ膜を形成した後、保護膜としてＣターゲット
を用いて、Ａｒ圧１　ｍＴｏｒｒ、基板温度２００℃の
条件で、スパッタ法により２０ｎｍのカーボン保護膜５
を形成させた。保護膜Ｓ上に実施例１と同じパーフロロ
アルキルエーテル系の液体潤滑剤をスピンコード法で塗
布し、潤滑膜６を形成させた。潤滑膜の平均膜厚をＦＴ
−ＩＲ法でチエツクしたところ、約２ｎｍであり、潤滑
剤の付着性は悪かった。保護膜５を形成後、酸素プラズ
マ処理を行なうことにより潤滑剤の付着性を向上させる
ことができたが、その場合でも付着量は約５ｎｍに過ぎ
ず、本発明の保護膜に比べて、付着量は少なかった。

磁気記録媒体のヘッドに対する摺動信頼性を実施例１と
同様の方法で評価した。しかし、比較例で作成した磁気
記録媒体は約二号回のＣ８Ｓ試験回数後に目視で確認で
きるきすが磁気記録媒体表面に検出され、高記録密度の
磁気記録装置に用いるには摺動信頼性は不十分であった
。

この原因はスパッタ法で形成したカーボン膜は磁気ヘッ
ドと磁気記録媒体のスペーシングが小さく、例えば、０
．１５μｍ以下で、磁気記録媒体の回転速度が３６０Ｏ
ｒｐｍ以上の場合には、保護膜としての強度が不十分で
あると判定された。

〈実施例２〉 基板として５．２５’φの強化ガラス円板１を用い、第
２図に示す構成の磁気記録媒体を作成した。基板上に、
実施例１と同条件で、はぼ同じ膜厚のＣｒ膜３及び磁性
膜４を形成させた。次いで、実施例１と同様の方法で表
１に示す保護膜５を形成した。膜厚は約３０ｎｍであっ
た。この円板上に実施例１と同様にパーフロロアルキル
エーテル系の液体潤滑剤をデイツプ法で塗布し、潤滑膜
６を形成して磁気記録媒体を得た。潤滑膜の膜厚は約８
ｎｍであった。磁気記録媒体のヘッドに対する摺動信頼
性を実施例１と同条件で評価したところ、実施例１の磁
気記録媒体とほぼ同レベルの耐摺動性に優れた磁気記録
媒体であることが判明した。

〈実施例３〉 基板としてセラミックス系の５．２５”　φ　の円板を
用いて、実施例２と同構成で、磁性膜まで形成した磁気
記録媒体を作成した。次いで、実施例１と同様の方法で
表１に示すような保護膜５をもつ磁気記録媒体を形成し
た。

磁気記録媒体のヘッドに対する摺動信頼性を実施例１と
同条件で評価したところ、実施例１の磁気記録媒体と同
レベルの耐摺動性に優れた磁気記録媒体であることが判
明した。

本発明の保護膜は実施例に示した基板が円板状の磁気記
録媒体に限定されることはなく、磁気テープ、フロッピ
ディスク等、磁気ヘッドと組合せて使用する磁気記録装
置に用いられる磁気記録媒体に用いられる。さらに、磁
気記録媒体の構成も実施例に示した構成に限定されるこ
とは無い。

また５本発明の保護膜をもつ磁気記録媒体は従来のＣ保
護膜を用いた磁気記録媒体に比べ、磁気ヘッドに対する
耐摺動性に優れているため、複数セラミックス製のスラ
イダをもつ磁気ヘッドと組合せた場合、磁気ヘッドと磁
気記録媒体のスペーシングは０．１５μｍ以下、さらに
０．１μｍ以下にすることも可能である。さらに、実施
例１〜３のＣ８Ｓ試験を磁気記録媒体の回転数を従来の
３６０Ｏｒｐｍから５４０Ｏｒｐｍに上げて実施した場
合にも耐摺動性はなんら低下することはなかった。

そのため、第３図に示すような磁気ヘッドと磁気記録媒
体間のスペーシングが小さく、さらに。

磁気記録媒体の回転速度が大きく、磁気ヘッドのアクセ
ス時間の短い高性能磁気記録装置を提供することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明の磁気記録媒体は保護層として緻密性に優れた高
硬度の膜を用いているので、耐摺動性。

耐食性に優れているだけではなく、潤滑剤の保持性にも
優れているため、長期にわたって高信頼性を保つことが
でき、磁気ヘッドの浮上量が小さく、また、磁気記録媒
体の回転速度の大きい高性能磁気記録装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における磁気記録媒体の構造
を示す断面図、第２図は本発明の他の実施例における磁
気記録媒体の断面図、第３図は本発明の磁気記録媒体を
用いた磁気記録装置のブロック図である。 １・・・Ａ２合金基板、２・・・下地膜、３・・・中間
膜、４・・・磁性膜、５・・・保護膜、６・・・潤滑膜
、７・・・ガラス基板、８・・・ベース、９・・・スピ
ンドル、１０・・・モータ、１１・・・磁気記録媒体、
１２・・・磁気ヘッド、１３・・・キャリジ、１４・・
・ボイスコイル、１５・・・マグネット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性基体上に磁性層を設け、前記磁性層上に保護
   層を設けた磁気記録媒体において、 前記保護層が周期律表のＶａ族から選ばれた少なくとも
   一種の元素と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉより選ばれた少なくと
   も一種の元素の、酸化物、窒化物、もしくはそれらの複
   合物を主成分とする膜であることを特徴とする磁気記録
   媒体。 ２、請求項１において、前記保護層はＴａとＡｌの、酸
   化物、窒化物、もしくはそれらの複合物を主成分とする
   膜である磁気記録媒体。 ３、請求項１において、前記保護層の膜厚が８〜５０ｎ
   ｍである磁気記録媒体。 ４、請求項１において、前記保護層をスパッタ法によつ
   て形成した磁気記録媒体。 ５、請求項１において、前記非磁性基体として少なくと
   もＡｌ合金、ガラス、プラスチック及びセラミックスか
   ら選ばれた円板状の基体を用いる磁気記録媒体。 ６、請求項１の構造をもつ磁気記録媒体と複合セラミッ
   クス製のスライダを用いた磁気ヘッドを組み込んだ磁気
   記録装置。