JPH0447525A - 磁気記録媒体および磁気ディスク装置 - 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ｌＪＸ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さ
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Ｃ
ｏ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摺脂と混ぜて
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６２−２４
４２３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。このためヘットの離着陸を繰り
返し耐久性を調べるＣ５Ｓ　（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
っけ荷重により最適化されるへきであり、具体的にはス
ライダ底面に２０ないし５゜Ｏ個室度がよい。

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Ｃ
ｒ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、Ｍｏ
、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−Ｆｅ、０３、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で覆った事にある。上記微結晶か
らなる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
してはダイヤモンド、立方晶ＢＮの他ＴｉＣ，５ｉＣ１
ＷＣ，ＭｏＣなどの炭化物、ＡＩＮ、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　（ケミカルペ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、イオンブレーティング法などを用いる事
ができる。例えばイオンブ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
、このほか、ダイヤモンドは炭化水素ガスと水素ガスを
混合したものを原料として熱ＣＶＤ、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法あるいはイオンビーム蒸着法によって形成す
る事ができる。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３
００℃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。結晶性が高い場合柱々にして微
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ＣＶ
Ｄ　（ケミカルベイバーチポジション）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１００ＯＶ程度に加速して基板
に衝突させる。

上記上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２０ｎｍの範囲がよい。

保護膜の材料としてはこのほか、ＢＮ、ＴｉＣ１ＳｉＣ
，ＷＣ，ＭｏＣ，ＡＩＮ、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剤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
液にディ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１＃
刀＼な凹凸をつけるとるとヘットカ會ｌ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ト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〕

以下に本発明の詳細な説明する。

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ＣＣｒ２００ｎとＣｏＮｊ合金５０ｎｍ
を積層した。つぎにこの表面に反応性イオンブレーティ
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ｗｔ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ｍ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Ｃ８Ｓ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ＣＣｒ２００ｎとＣｏＮ１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
オンブ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 反応ガス二Ｎ２ 基板温度：２００℃ 加速電圧：１ｋＶ 成膜時間：２０秒 ３、蒸着源：Ｔｉ 反応ガス二Ｎよ 基板温度：２５０℃ 加速電圧：１ｋＶ 成膜時間２１５秒 ４、蒸着源二ＭＯ 反応ガス：Ｃ，Ｈ。

基板温度二３００℃ 加速電圧：ｌｋＶ 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，ＡＩＮ、Ｔｉｎ、Ｍｏ
Ｃ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
Ｃ８Ｓ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゜ Ａ１製ディスク用円板の表面の硬質ＮｉＰめつきを施し
、鏡面研磨を行った後その表面に円周方向に平均粗さｌ
ｎｍの微細な加工を施した。この基板を洗浄し１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１ｘｌＯ’Ｔｏｒｒ以下に排気した。

その後基板を３００℃に加熱して反応室内゛・こメタン
と水素の容積比５：９５の混合ガスを導入しガス圧を５
０ｍＴｏｒｒ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＊ｉｉ＋ｉ察を行
ったところ粒径約５０ｎｍの粒子状物質がｌ１１１１２
あたり約１００個室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。つぎに上記の差まにして
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Ｃ８Ｓ試験装置にかけ、ヘッドの浮上量
約０．１μｍ″ｒｃｓｓを繰り返したところ、３０に回
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２０００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Ｃ５Ｓ試
験を行ったところ、１００に回のＣ８Ｓ後でもクラッシ
ュせず、潤滑剤なしの場合に比ベヘッドの汚れが軽減さ
れた。

実施例４゜ Ａ１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ｌ
ｎｍ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ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ以下に排気した。

その後基板を３００℃に加熱して反応室内にＢ２Ｈ１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１１
００ｎの粒状物質が１１１Ｉ１１２あたり約２００個室
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戻素を含
む非晶質薄溝膜を約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Ｃ８Ｓ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、３０に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２０００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Ｃ８Ｓ試験を行った
ところ、１００に回のＣ５Ｓ後でもクラッシュせず、潤
滑剤なしの場合に比ベ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トとの接触
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
対ヘット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。 代理人弁理士　小　川　勝　方− 篇 図 隼 ？ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、堆積物が主としてダイヤモンド、立方晶ＢＮあるい
   はＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮなどのセラミックスの
   なかから選ばれる材料の微結晶を含む事を特徴とする請
   求項１記載の磁気記録媒体。 ３、保護膜が非晶質炭素薄膜である事を特徴とする請求
   項１記載の磁気記録媒体。 ４、堆積物が磁性膜表面の面積の１ないし２０％を覆う
   事を特徴とした請求項１記載の磁気記録媒体。 ５、堆積物の磁性膜からの高さが３ないし２０ｎｍであ
   る事を特徴とした請求項１記載の磁気記録媒体。 ６、堆積物の密度がヘッドのスライダ面積当たり２０な
   いし５００個である請求項１記載の磁気記録媒体。 ７、非磁性基板表面に少なくとも主として強磁性体から
   なる薄膜を形成する工程と、その表面に気相成長法によ
   り微結晶を含む堆積物をまばらに成長させる工程と、該
   堆積物を含め磁性膜全面を覆うように保護膜を設ける工
   程とを有する事を特徴とした磁気記録媒体の製造方法。 ８、請求項６記載のヘッドディスクを組み合わせて製造
   した磁気ディスク装置。