JPWO2020166701A1 - コバルトフェライト磁性粉およびその製造方法、ならびに磁気記録媒体 - Google Patents

コバルトフェライト磁性粉およびその製造方法、ならびに磁気記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】コバルトフェライト磁性粉は、一軸結晶磁気異方性を有し、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含む。CoKα線を使用した粉末X線回折測定で(3,1,1)面のピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下である。磁性粒子に含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されている。【選択図】図2

Description

本開示は、コバルトフェライト磁性粉およびその製造方法、ならびに磁気記録媒体に関する。
近年では、塗布型の高密度磁気記録媒体用の磁性粉としてコバルトフェライト磁性粉が期待されている。コバルトフェライト磁性粉の製造方法としては、磁性粉に添加物を導入する方法や、メカニカルミリングにより格子欠陥を磁性粉に導入する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
Ponce A.S. et al. "High coercivity induced by mechanical milling in cobalt Ferrite powders" Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 344, October 2013, Pages 182-187
しかしながら、上記提案の製造方法で得られたコバルトフェライト磁性粉では、保磁力Hcのばらつきが大きくなる虞がある。
本開示の目的は、保磁力Hcのばらつきを抑制することができるコバルトフェライト磁性粉およびその製造方法、ならびに磁気記録媒体を提供することにある。
上述の課題を解決するために、第1の開示は、一軸結晶磁気異方性を有し、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、CoKα線を使用した粉末X線回折測定で(3,1,1)面のピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下であり、磁性粒子に含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されているコバルトフェライト磁性粉である。
第2の開示は、ガラスの形成成分とコバルトフェライト磁性粉の形成成分とを溶融後、急冷することによりアモルファス体を作製することと、アモルファス体を熱処理し、コバルトフェライト磁性粉を析出させることとを含み、コバルトフェライト磁性粉は、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、磁性粒子に含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されており、熱処理時の酸素分圧が、1.0kPa以下であるコバルトフェライト磁性粉の製造方法である。
図1は、本開示の第2の実施形態に係る磁気記録媒体の断面図である。 図2Aは、実施例1の磁性粉のX線回折スペクトルを示す図である。図2Bは、図2Aの一部を拡大して表す図である。 図3Aは、実施例1の磁性粉の磁気トルク波形を示す図である。図3Bは、比較例2の磁性粉の磁気トルク波形を示す図である。図3Cは、比較例3の磁性粉の磁気トルク波形を示す図である。 図4Aは、実施例1、比較例1の磁性粉のヒステリシス曲線を示す図である。図4Bは、実施例1、比較例1の磁性粉のSFD曲線を示す図である。
本開示の実施形態について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態
1.1 磁性粉
1.2 磁性粉の製造方法
1.3 効果
2 第2の実施形態
2.1 磁気記録媒体の構成
2.2 磁性粉の製造方法
2.3 効果
<1 第1の実施形態>
[1.1 磁性粉]
まず、本開示の第1の実施形態に係る磁性粉について説明する。磁性粉は、テープ状の磁気記録媒体用の磁性粉であり、コバルトフェライトを主相として含む磁性粒子(以下「コバルトフェライト粒子」という。)を含む。コバルトフェライト粒子は、例えば、立方体状またはほぼ立方体状を有している。コバルトフェライトは、逆スピネル型の結晶構造を有している。なお、以下では、コバルトフェライト粒子を含む磁性粉をコバルトフェライト磁性粉という場合がある。
コバルトフェライト粒子は、一軸結晶磁気異方性を有している。コバルトフェライト粒子が一軸結晶磁気異方性を有することで、第1の実施形態に係る磁性粉を用いて磁気記録媒体を作製する際に、コバルトフェライト粒子を垂直配向させることができる。したがって、磁気記録媒体のノイズを低減することができる。
コバルトフェライト粒子が一軸結晶磁気異方性を有していることは、以下のようにして確認することができる。
(1)まず、磁性粉を用いてテープ状の磁気記録媒体を作製する。なお、磁性層の作製の際に、磁性粉を磁気記録媒体の垂直方向(磁気記録媒体の厚み方向)または磁気記録媒体の長手方向に磁場配向させる。続いて、作製した磁気記録媒体を所定の大きさに3枚切り出す。続いて、それら3枚を重ねて貼ったのち、両面をメンディングテープで貼ることにより積層体を得る。そして、得られた積層体を直径φ=6.25の丸いパンチで穴開けすることにより、円形状のサンプルを得る。
(2)次に、得られたサンプルをAC消磁する。この処理は、着磁した状態のサンプルを用いた場合、外部磁場印加時に磁化が飽和しており、トルクの出力数値が正常でなくなる可能性があることを考慮して行われるものである。
(3)次に、サンプルを測定装置にセットする。具体的には、磁性粉が垂直配向されている場合には、印加磁場方向に対してサンプルを垂直にセットする。一方、磁性粉が長手配向されている場合には、印加磁場方向に対してサンプルを水平にセットする。
(4)次に、測定装置(東英工業株式会社製、TRT−2形)をゼロ磁場調整したのち、トルク角度測定モードで15000Oeの外部磁場を印加し、トルク波形を測定する。測定したトルク波形が180°周期で変動している場合には、コバルトフェライト粒子が一軸結晶磁気異方性を有していると判断することができる。
コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されている。Coの一部がこのように置換されていることで、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。以下の説明において、コバルトフェライトに含まれるCoの一部を置換する元素を“添加元素”という場合がある。保磁力Hcのばらつき抑制効果を向上する観点からすると、遷移金属元素は、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる1種以上を含むことが好ましく、これら元素のうちでも、Cuを含むことが特に好ましい。また、保磁力Hcのばらつき抑制効果を向上する観点からすると、コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Cuと、Mn、Ni、Ta、Zr、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種とにより置換されていることも好ましい。
コバルトフェライトは、例えば、以下の式(1)で表される平均組成を有する。
CoFe ・・・(1)
(但し、式(1)中、Mは、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種である。遷移金属元素は、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる1種以上であることが好ましく、これらの元素のうちでも、Cuが特に好ましい。xは、0.4≦x≦1.0の範囲内の値である。yは、0≦y≦0.3の範囲内の値である。但し、x、yは(x+y)≦1.0の関係を満たす。zは3≦z≦4の範囲内の値である。Feの一部が他の金属元素で置換されていてもよい。)
(ピークトップ2θ)
CoKα線(Co管球)を使用した粉末X線回折測定で磁性粉を解析した場合における(3,1,1)面のピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下である。コバルトフェライトにひずみが生じていない場合には、上記のピークトップ2θは、41.3°以上41.5°以下の範囲内に現れる。一方、コバルトフェライトにひずみが生じている場合には、上記のピークトップ2θは、41.3°以上41.5°以下の範囲からずれた位置に現れる。したがって、本実施形態に係る磁性粉における保磁力Hcのばらつき抑制効果の発現は、コバルトフェライトの結晶構造に対する格子欠陥導入(コバルトフェライトの結晶構造の歪みの発生)に起因するものではない。
上記の(3,1,1)面のピークトップ2θは、Co管球搭載のX線回折装置(X-ray diffraction:XRD)を用いて、以下のようにして測定される。まず、粉末X線回折測定用の試料ホルダーに磁性粉を充填し、測定試料を作製する。この際、ガラス板などで摺り切り試料表面が平らになるようにする。次に、作製した測定用試料を用いて粉末X線回折測定(集中法、CoKα線)を行い、磁性粉の(3,1,1)面に起因するピークのピークトップ2θを得る。
以下に、上記測定の条件の詳細を示す。
X線回折装置:試料水平型多目的X線回折装置(Rigaku製、Ultima IV)
管球:CoKα線(波長λ=1.79Å)
解析ソフト:PDXL−2
(モル比(Co/Fe))
コバルトフェライトに含まれるFeに対するCoのモル比(Co/Fe)が、好ましくは0.2以上0.5未満、より好ましくは0.2以上0.45以下、さらにより好ましくは0.2以上0.4以下、特に好ましくは0.2以上0.35以下である。モル比(Co/Fe)が0.2以上であると、磁性を持つFeやCoの含有量の減少により保磁力Hcが低下することを抑制することができる。コバルトフェライトに含まれるCoの一部がFe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されていると、モル比(Co/Fe)は0.5未満となる。したがって、モル比(Co/Fe)が0.5未満であると、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。
モル比(Co/Fe)は、以下のようにして誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)の解析値より算出される。まず、試料0.1gを酸を用いて湿式分解したのち、100mlにメスアップしたものを試料溶液としてICP−AESを用いて定性・半定量分析を行う。水で試料と同操作を行って作製したものをブランク試料として用いる。次に、この測定から得られたFeおよびCoのmol濃度から、モル比(Co/Fe)を求める。
(平均粒子サイズ)
磁性粉の平均粒子サイズが、好ましくは25nm以下、より好ましくは10nm以上25nm以下、さらにより好ましくは10nm以上23nm以下である。平均粒子サイズが10nm以上であると、超常磁性の発生を抑制することができる。したがって、磁性粉の磁気特性の低下を抑制することができる。磁気記録媒体10では、記録波長の1/2のサイズの領域が実際の磁化領域となる。このため、磁性粉の平均粒子サイズを最短記録波長の半分以下に設定することで、良好な電磁変換特性を得ることができる。磁性粉の平均粒子サイズが25nm以下である場合には、50nm以下の最短記録波長で信号を記録可能に構成された磁気記録媒体10において、良好な電磁変換特性を得ることができる。本明細書において、電磁変換特性は、例えばCNR(Carrier to Noise Ratio)等である。
磁性粉の平均粒子サイズは、以下のようにして求められる。まず、磁性粉を走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)により観察し、STEM像を得る。次に、得られたSTEM像から300個のコバルトフェライト粒子を無作為に選び出し、それらの各粒子の面積Sを求める。次に、粒子の形状が円形であると仮定して、以下の式(2)から各粒子の粒径(直径)Rを粒子サイズとして算出し、磁性粉の粒度分布を得る。
R=2×(S/π)1/2 ・・・(2)
次に、求めた粒度分布からメジアン径(50%径、D50)を求めて、これを平均粒子サイズとする。
(相対標準偏差)
下記の式(3)で表される磁性粉の相対標準偏差が、50%以下であることが好ましい。
相対標準偏差[%]=([粒子サイズの標準偏差]/[平均粒子サイズ])×100 ・・・(3)
相対標準偏差が50%以下であると、磁性粉の粒子サイズのばらつきを抑制することができる。したがって、保磁力Hc等の磁性粉の磁気特性のばらつきを抑制することができる。
上記の磁性粉の粒子サイズの相対標準偏差は、以下のようにして求められる。まず、上記の平均粒子サイズの算出方法と同様にして平均粒子サイズを求める。次に、平均粒子サイズを求める際に用いた粒度分布から粒子サイズの標準偏差を求める。次に、上述のようにして求めた平均粒子サイズおよび粒子サイズの標準偏差を上記の式(3)に代入することにより、相対標準偏差を求める。
(保磁力Hc)
磁性粉の保磁力Hcは、2500Oe以上、好ましくは2600Oe以上3500Oe以下である。保磁力Hcが2500Oe以上であると、磁性粉を磁気記録媒体に適用した場合に、記録領域を厳密に保持することが可能となり、良好な電磁変換特性を得ることができる。一方、保磁力Hcが3500Oe以下であると、記録ヘッドによる飽和記録が可能となり、良好な電磁変換特性を得ることができる。
上記の磁性粉の保磁力Hcは、以下のようにして求められる。まず、所定形状の磁性粉サンプルを作製する。磁性粉サンプルは、測定用カプセルへの圧密、測定用テープへの貼り付け等、測定に影響を及ぼさない範囲で自由に作製することができる。次に、振動試料型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer:VSM)を用いて、磁性粉サンプルのM−Hループを得たのち、得られたM−Hループから保磁力Hcを求める。なお、上記のM−Hループの測定は、室温(25℃)の環境下にて行われるものとする。
(SFD)
保磁力Hcの分布はSFD(Switching Field Distribution)によって評価することが可能である。磁性粉のSFD曲線(図4B参照)において、メインピークの半価幅(半値全幅)をHa、磁性粉の保磁力をHcとしたときに、SFDはHa/Hcで求められる。SFDは好ましくは、2.0以下、より好ましくは1.5以下、さらにより好ましくは1.0以下、特に好ましくは0.5以下である。
SFDは、上記の保磁力Hcの測定と同様の装置および測定条件にて磁場に対する磁化量を測定し、その微分曲線の半値幅Haを保磁力Hcで規格化することにより求められる。
(飽和磁化σs)
磁性粉の飽和磁化σsの下限値は、例えば50emu/g以上、好ましくは60emu/g以上、より好ましくは70emu/g以上である。飽和磁化σsが60emu/g以上であると、磁性層13が薄くしても、高い出力を得ることができるため、良好な電磁変換特性を得ることができる。なお、このような高い飽和磁化量σsはコバルトフェライト磁性粉により可能となるものであり、バリウムフェライト磁性粉ではこのような高い飽和磁化量σsを得ることは困難である。なお、バリウムフェライト磁性粉の飽和磁化量σsは50emu/g程度であり、磁性層13の薄層化に対して飽和磁化量σsが不足するため、磁化信号の再生出力が弱まり、良好な電磁変換特性が得られなくなる虞がある。
磁性粒子の飽和磁化量σsの上限値は、好ましくは85emu/g以下である。飽和磁化量σsが85emu/gを超えると、磁化信号を読み取るGMR(Giant Magnetoresistive)、TMR(Tunneling Magnetoresistive)ヘッド等が飽和することになるため、電磁変換特性が低下する虞がある。
上記の飽和磁化量σsは、以下のようにして求められる。すなわち、上述の磁性粉の保磁力Hcの測定方法と同様にして、磁性粉サンプルのM−Hループを得たのち、得られたM−Hループから飽和磁化量σsを求める。
[1.2 磁性粉の製造方法]
次に、本開示の第1の実施形態に係る磁性粉の製造方法について説明する。この磁性粉の製造方法は、ガラスの形成成分と、コバルトフェライト磁性粉の形成成分(以下単に「磁性粉の形成成分」という。)とを用いてガラス結晶化法により、コバルトフェライト磁性粉を作製するものである。
(原料混合の工程)
まず、ガラスの形成成分と磁性粉の形成成分とを混合し、混合物を得る。
ガラスの形成成分は、ホウ酸ナトリウム(Na)を含む。ガラスの形成成分がホウ酸ナトリウムを含むことで、後述の溶融およびアモルファス化の工程において磁性粉の形成成分をガラスに溶かすことができる。また、後述の溶融およびアモルファス化の工程におけるガラス化のための急冷条件が緩和される。これにより、溶融物を双ロール急冷装置により急冷するのではなく、溶融物を水中に投入することで急冷することでも、アモルファス体を得ることができる。さらに、後述の磁性粉取り出しの工程において、熱水等により結晶化ガラス(非磁性成分)を除去し、磁性粉を取り出すことができる。
ガラスの形成成分および磁性粉の形成成分の総量に対するホウ酸ナトリウムの割合は、35mol%以上60mol%以下であることが好ましい。ホウ酸ナトリウムの割合が35mol%以上であると、均質性の高いアモルファス体を得ることができる。一方、ホウ酸ナトリウムの割合が60mol%以下であると、得られる磁性粉の量の減少を抑制することができる。
ガラスの形成成分は、アルカリ土類金属の酸化物および当該酸化物の前駆体のうちの少なくとも1種をさらに含むことが好ましい。ガラスの形成成分がアルカリ土類金属の酸化物および当該酸化物の前駆体のうちの少なくとも1種をさらに含む場合、ガラスのガラス軟化点を高めることができ、ガラス軟化点付近で磁性粉の形成成分を結晶化することができる。したがって、磁性粉の形成成分が結晶化する温度に達した時点でガラスが柔らかくなり、析出した磁性粉が焼結してしまうことを抑制することができる。
アルカリ土類金属の酸化物は、例えば、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)および酸化バリウム(BaO)のうちの少なくとも1種を含み、これらの酸化物のうちでも酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種を含むことが特に好ましい。酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムによるガラス軟化点上昇の効果は、酸化カルシウムによるガラス軟化点上昇の効果に比べて高いからである。なお、アルカリ土類金属の酸化物として酸化カルシウムを用いる場合には、ガラス軟化点を上昇させる観点からすると、酸化カルシウムを酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種と組み合わせて用いることが好ましい。
アルカリ土類金属の酸化物の前駆体としては、後述する溶融およびアモルファス化の工程における溶融時の加熱によりアルカリ土類金属の酸化物を生成する物質が好ましい。このような物質としては、例えば、アルカリ土類金属の炭酸塩が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。アルカリ土類金属の炭酸塩は、例えば、炭酸カルシウム(CaCO)、炭酸ストロンチウム(SrCO)および炭酸バリウム(BaCO)のうちの少なくとも1種を含み、これらの酸化物のうちでも炭酸ストロンチウムおよび炭酸バリウムのうちの少なくとも1種を含むことが特に好ましい。アルカリ土類金属の酸化物は、空気中のCOまたは水分と化合し不安定であるため、ガラスの形成成分としてアルカリ土類金属の酸化物を用いるよりも、アルカリ土類金属の酸化物の前駆体(例えばアルカリ土類金属の炭酸塩)を用いる方が正確な計量が可能である。
ホウ酸ナトリウムに対するアルカリ土類金属の酸化物のmol比(アルカリ土類金属の酸化物/ホウ酸ナトリウム)は、0.25以上0.5以下であることが好ましい。上記mol比が0.25未満であると、ガラスのガラス軟化点が低くなり、後述の結晶化の工程において磁性粉に十分な結晶性が付与される前に、ガラスが軟化してしまう虞がある。したがって、析出した磁性粉が焼結し、磁性粉の粒子サイズが大きくなってしまう虞がある。一方、上記mol比が0.5を超えると、ガラスのガラス軟化点が高くなり過ぎ、コバルトフェライト磁性粉とともに六方晶フェライト磁性粉が析出し、磁性粉の保磁力Hcのバラツキが大きくなってしまう虞がある。したがって、磁性粉を磁気記録媒体10に適用した場合に、S/Nが低下してしまう虞がある。
磁性粉の形成成分は、酸化コバルト(CoO)および酸化コバルトの前駆体のうちの少なくとも1種と、酸化鉄(Fe)と、添加元素の化合物とを含む。このように磁性粉の形成成分が添加元素の化合物を含むことで、後述する結晶化の工程(熱処理の工程)において粒子成長の速度を遅くし、粒子サイズの均一性を向上することができる。したがって、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。酸化コバルトの前駆体としては、後述する溶融およびアモルファス化の工程における溶融時の加熱により酸化コバルトを生成する物質が好ましい。このような物質としては、例えば、炭酸コバルト(CoCO)が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
添加元素の化合物は、例えば、CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物、CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物の前駆体、酸化亜鉛、酸化亜鉛の前駆体、酸化ゲルマニウムならびに酸化ゲルマニウムの前駆体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。
CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物は、粒子サイズの均一性を向上する観点からすると、酸化マンガン(例えばMnO)、酸化ニッケル(例えばNiO)、酸化銅(例えばCuO)、酸化タンタル(例えばTa)および酸化ジルコニウム(例えばZrO)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、これらの酸化物のうちでも酸化銅が特に好ましい。
CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物の前駆体は、後述する溶融およびアモルファス化の工程における溶融時の加熱によりCoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物を生成する物質が好ましい。このような物質としては、例えば、CoおよびFe以外の遷移金属元素の炭酸塩が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。CoおよびFe以外の遷移金属元素の炭酸塩は、粒子サイズの均一性を向上する観点からすると、炭酸マンガン、炭酸ニッケル、炭酸銅、炭酸タンタルおよび炭酸ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、これらの炭酸塩のうちでも、炭酸銅を含むことが特に好ましい。
酸化亜鉛の前駆体は、後述する溶融およびアモルファス化の工程における溶融時の加熱により酸化亜鉛を生成する物質が好ましい。このような物質としては、例えば、炭酸亜鉛が挙げられる。酸化ゲルマニウムの前駆体は、後述する溶融およびアモルファス化の工程における溶融時の加熱により酸化ゲルマニウムを生成する物質が好ましい。このような物質としては、例えば、炭酸ゲルマニウムが挙げられる。
(溶融およびアモルファス化の工程)
次に、得られた混合物を高温(例えば1400℃程度)で加熱、溶融し溶融物を得たのち、この溶融物を急冷することでアモルファス体(ガラス体)を得る。ここで一部微結晶体が析出していても、後の熱処理の際に粗大にならない程度であれば問題ない。
溶融物の急冷方法としては、例えば、金属双ロール法もしくは単ロール法等の液体急冷法、または溶融物を水中に投入する方法を用いることができるが、製造設備の簡略化の観点からすると、溶融物を水中に投入する方法が好ましい。
(結晶化の工程)
続いて、加熱装置により、アモルファス体を熱処理し結晶化することで、結晶化ガラス中にコバルトフェライト磁性粉を析出させ、磁性粉含有体を得る。この際、磁性粉は結晶化ガラス(非磁性成分)中で析出するため、粒子が互いに焼結することを抑制し、微細粒子サイズの磁性粉を得ることができる。また、アモルファス体を高温で熱処理するため、結晶性が良好な高磁化(σs)の磁性粉を得ることができる。
熱処理は、大気雰囲気よりも酸素濃度が低い雰囲気で行われる。このような雰囲気で熱処理が行われることで、磁性粉の保磁力Hcを向上し、かつ、磁性粉に一軸結晶磁気異方性を付与することができる。熱処理時の酸素分圧は、1.0kPa以下、好ましくは0.9kPa以下、より好ましくは0.5kPa以下、さらにより好ましくは0.1kPa以下である。なお、大気雰囲気の酸素分圧は21kPaである。熱処理時の酸素分圧が1.0kPa以下であると、磁性粉の保磁力Hcを2500Oe以上にすることができる。熱処理時の雰囲気を大気雰囲気よりも酸素濃度が低いものとするためには、アモルファス体を収容した加熱装置内に窒素、Arガス等の不活性なガスを導入してもよいし、加熱装置内を真空ポンプを用いて真空引きし低圧の状態にしてもよい。
熱処理の温度は、磁性粉のキュリー温度を超えることが好ましく、具体的には、好ましくは550℃以上670℃以下、より好ましくは590℃以上650℃以下、例えば610℃程度である。熱処理の温度が550℃以上であると、コバルトフェライト粒子(コバルトフェライト磁性粉)を析出させるとともに、析出されるコバルトフェライト粒子が含むCoの一部を添加元素で置換することができる。一方、650℃以下であると、粒度分布がブロードになることを抑制することができる。
熱処理の時間は、好ましくは0.5時間以上20時間以下、より好ましくは1.0時間以上10時間以下である。熱処理の時間が0.5時間以上であると、析出されるコバルトフェライト粒子が含むCoの一部を添加元素で置換することができる。一方、熱処理の時間が20時間以下であると、磁性粉の生産性の低下を抑制することができる。
非磁性成分であるガラスのガラス軟化点と磁性粉の形成成分の結晶化温度は近いことが好ましい。ガラス軟化点が低く、ガラス軟化点と結晶化温度とが離れていると、磁性粉の形成成分を結晶化するための温度に達した時点でガラスが柔らかくなり、析出した磁性粉が焼結し易くなり、磁性粉のサイズが大きくなる虞がある。
(磁性粉取り出しの工程)
その後、例えば弱酸または温水により、非磁性成分である結晶化ガラスを除去し、磁性粉を取り出す。これにより、目的とする磁性粉が得られる。
[1.3 効果]
上述したように、第1の実施形態に係る磁性粉では、コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されているので、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。
<2 第2の実施形態>
[2.1 磁気記録媒体の構成]
まず、図1を参照して、本開示の第2の実施形態に係る磁気記録媒体10の構成について説明する。磁気記録媒体10は、長尺状の基体11と、基体11の一方の主面上に設けられた下地層12と、下地層12上に設けられた磁性層13と、基体11の他方の主面上に設けられたバック層14とを備える。なお、下地層12およびバック層14は、必要に応じて備えられるものであり、無くてもよい。
磁気記録媒体10は長尺のテープ状を有し、記録再生の際には長手方向に走行される。磁気記録媒体10は、記録密度の向上の観点からすると、好ましくは50nm以下、より好ましくは46nm以下の最短記録波長で信号を記録可能に構成されている。磁気記録媒体10は、磁性粉サイズが転移幅に及ぼす影響を考慮すると、好ましくは30nm以上の最短記録波長で信号を記録可能に構成されている。磁気記録媒体10の線記録密度は、500kbpi以上850kbpi以下であることが好ましい。
磁気記録媒体10は、記録用ヘッドとしてリング型ヘッドを備える記録再生装置で用いられることが好ましい。磁気記録媒体10は、ライブラリ装置に用いられてもよい。この場合、ライブラリ装置は、上述の記録再生装置を複数備えるものであってもよい。
なお、本明細書において、“垂直方向”とは、平坦な状態の磁気記録媒体10の表面に対して垂直な方向(すなわち磁気記録媒体10の厚み方向)を意味し、“長手方向”とは、磁気記録媒体10の長手方向(走行方向)を意味する。
(基体)
基体11は、下地層12および磁性層13を支持する非磁性支持体である。基体11は、長尺のフィルム状を有する。基体11の平均厚みの上限値は、好ましくは4.2μm以下、より好ましくは3.8μm以下、さらにより好ましくは3.4μm以下である。基体11の平均厚みの上限値が4.2μm以下であると、1データカートリッジ内に記録できる記録容量を一般的な磁気記録媒体よりも高めることができる。基体11の平均厚みの下限値は、好ましくは3μm以上である。基体11の平均厚みの下限値が3μm以上であると、基体11の強度低下を抑制することができる。
基体11の平均厚みは以下のようにして求められる。まず、1/2インチ幅の磁気記録媒体10を準備し、それを250mmの長さに切り出し、サンプルを作製する。続いて、サンプルの基体11以外の層(すなわち下地層12、磁性層13およびバック層14)をMEK(メチルエチルケトン)または希塩酸等の溶剤で除去する。次に、測定装置としてMitutoyo社製レーザーホロゲージを用いて、サンプル(基体11)の厚みを5点以上の位置で測定し、それらの測定値を単純に平均(算術平均)して、基体11の平均厚みを算出する。なお、測定位置は、サンプルから無作為に選ばれるものとする。
基体11は、例えば、ポリエステル類、ポリオレフィン類、セルロース誘導体、ビニル系樹脂、およびその他の高分子樹脂のうちの少なくとも1種を含む。基体11が上記材料のうちの2種以上を含む場合、それらの2種以上の材料は混合されていてもよいし、共重合されていてもよいし、積層されていてもよい。
ポリエステル類は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PBN(ポリブチレンナフタレート)、PCT(ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、PEB(ポリエチレン−p−オキシベンゾエート)およびポリエチレンビスフェノキシカルボキシレートのうちの少なくとも1種を含む。
ポリオレフィン類は、例えば、PE(ポリエチレン)およびPP(ポリプロピレン)のうちの少なくとも1種を含む。セルロース誘導体は、例えば、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、CAB(セルロースアセテートブチレート)およびCAP(セルロースアセテートプロピオネート)のうちの少なくとも1種を含む。ビニル系樹脂は、例えば、PVC(ポリ塩化ビニル)およびPVDC(ポリ塩化ビニリデン)のうちの少なくとも1種を含む。
その他の高分子樹脂は、例えば、PA(ポリアミド、ナイロン)、芳香族PA(芳香族ポリアミド、アラミド)、PI(ポリイミド)、芳香族PI(芳香族ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、芳香族PAI(芳香族ポリアミドイミド)、PBO(ポリベンゾオキサゾール、例えばザイロン(登録商標))、ポリエーテル、PEK(ポリエーテルケトン)、ポリエーテルエステル、PES(ポリエーテルサルフォン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PSF(ポリスルフォン)、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、PC(ポリカーボネート)、PAR(ポリアリレート)およびPU(ポリウレタン)のうちの少なくとも1種を含む。
(磁性層)
磁性層13は、信号を記録するための垂直記録層である。磁性層13は、垂直方向に一軸磁気異方性を有する。すなわち、磁性層13の磁化容易軸は、垂直方向に向いている。磁性層13は、例えば、磁性粉および結着剤を含む。磁性層13が、必要に応じて、潤滑剤、帯電防止剤、研磨剤、硬化剤、防錆剤および非磁性補強粒子等のうちの少なくとも1種の添加剤をさらに含んでいてもよい。
磁性層13の平均厚みが、好ましくは40nm以上90nm以下、より好ましくは40nm以上70nm以下、さらにより好ましくは40nm以上60nm以下、特に好ましくは40nm以上50nm以下である。磁性層13の平均厚みtが40nm以上であると、再生ヘッドとしてはMR型ヘッドを用いた場合に、出力を確保できるため、電磁変換特性を向上することができる。一方、磁性層13の平均厚みが90nm以下であると、記録ヘッドとしてリング型ヘッドを用いた場合に、磁性層13の厚み方向に均一に磁化を記録できるため、電磁変換特性を向上することができる。
磁性層13の平均厚みは以下のようにして求められる。まず、FIB(Focused Ion Beam)法等により、磁気記録媒体10をその主面に対して垂直に薄く加工して薄片を作製し、その薄片の断面を透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により観察し、TEM像を得る。以下に、装置および観察条件を示す。
装置:TEM(日立製作所製、H9000NAR)
加速電圧:300kV
倍率:100,000倍
次に、得られたTEM像を用い、磁気記録媒体10の長手方向に少なくとも10点以上の位置で磁性層13の厚みを測定した後、それらの測定値を単純に平均(算術平均)して磁性層13の平均厚みを求める。なお、測定位置は、試験片から無作為に選ばれるものとする。
(磁性粉)
磁性粉は、上述の第1の実施形態に係る磁性粉である。磁性粉は、垂直方向に配向している。第1の実施形態に係る磁性粉は、上述のように一軸結晶磁気異方性を有するため、磁性粉を垂直配向させることができる。したがって、磁気記録媒体10のノイズを低減させることができる。なお、本開示において、“磁性粉の配向方向”とは、磁気記録媒体10の垂直方向および長手方向のうち、より大きい角形比が得られる方向を意味する。
コバルトフェライト粒子の磁化容易軸は、垂直またはほぼ垂直方向を向いていることが好ましい。すなわち、磁性粉は、コバルトフェライト粒子の正方形状面またはほぼ正方形状面が磁性層13の厚み方向と垂直またはほぼ垂直となるように、磁性層13内に分散されていることが好ましい。立方体状またはほぼ立方体状のコバルトフェライト粒子では、六角板状のバリウムフェライト粒子に比べて、媒体の厚み方向における粒子同士の接触面積を低減し、粒子同士の凝集を抑制できる。すなわち、磁性粉の分散性を高めることができる。
コバルトフェライト粒子の正方形状面またはほぼ正方形状面が、磁性層13の表面から露出していることが好ましい。コバルトフェライト粒子の正方形状面またはほぼ正方形状面に磁気ヘッドにより短波長記録を行うことは、同一体積を有する六角板状のバリウムフェライト磁性粉の六角形状面に短波長記録を行う場合に比べて、高密度記録の観点で有利である。磁性層13の表面には、高密度記録の観点からすると、コバルトフェライト粒子の正方形状面またはほぼ正方形状面が敷き詰められていることが好ましい。
(結着剤)
結着剤としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、反応型樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、アクリル酸エステル−塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、アクリル酸エステル−塩化ビニリデン共重合体、メタクリル酸エステル−塩化ビニリデン共重合体、メタクリル酸エステル−塩化ビニル共重合体、メタクリル酸エステル−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、セルロース誘導体(セルロースアセテートブチレート、セルロースダイアセテート、セルローストリアセテート、セルロースプロピオネート、ニトロセルロース)、スチレンブタジエン共重合体、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、合成ゴム等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン硬化型樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられる。
上記の全ての結着剤には、磁性粉の分散性を向上させる目的で、−SOM、−OSOM、−COOM、P=O(OM)(但し、式中Mは水素原子またはリチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属を表す)や、−NR1R2、−NR1R2R3で表される末端基を有する側鎖型アミン、>NR1R2で表される主鎖型アミン(但し、式中R1、R2、R3は水素原子または炭化水素基を表し、Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素イオン、無機イオンまたは有機イオンを表す。)、さらに−OH、−SH、−CN、エポキシ基等の極性官能基が導入されていてもよい。これら極性官能基の結着剤への導入量は、10−1〜10−8モル/gであるのが好ましく、10−2〜10−6モル/gであるのがより好ましい。
(潤滑剤)
潤滑剤としては、例えば、炭素数10〜24の一塩基性脂肪酸と、炭素数2〜12の1価〜6価アルコールのいずれかとのエステル、これらの混合エステル、ジ脂肪酸エステル、トリ脂肪酸エステル等が挙げられる。潤滑剤の具体例としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、エライジン酸、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸ペンチル、ステアリン酸ヘプチル、ステアリン酸オクチル、ステアリン酸イソオクチル、ミリスチン酸オクチル等が挙げられる。
(帯電防止剤)
帯電防止剤としては、例えば、カーボンブラック、天然界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤等が挙げられる。
(研磨剤)
研磨剤としては、例えば、α化率90%以上のα−アルミナ、β−アルミナ、γ−アルミナ、炭化ケイ素、酸化クロム、酸化セリウム、α−酸化鉄、コランダム、窒化珪素、チタンカ−バイト、酸化チタン、二酸化珪素、酸化スズ、酸化マグネシウム、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、2硫化モリブデン、磁性酸化鉄の原料を脱水、アニール処理した針状α酸化鉄、必要によりそれらをアルミおよび/またはシリカで表面処理したもの等が挙げられる。
(硬化剤)
硬化剤としては、例えば、ポリイソシアネート等が挙げられる。ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)と活性水素化合物との付加体等の芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)と活性水素化合物との付加体等の脂肪族ポリイソシアネート等が挙げられる。これらポリイソシアネートの重量平均分子量は、100〜3000の範囲であることが望ましい。
(防錆剤)
防錆剤としては、例えばフェノール類、ナフトール類、キノン類、窒素原子を含む複素環化合物、酸素原子を含む複素環化合物、硫黄原子を含む複素環化合物等が挙げられる。
(非磁性補強粒子)
非磁性補強粒子として、例えば、酸化アルミニウム(α、βまたはγアルミナ)、酸化クロム、酸化珪素、ダイヤモンド、ガーネット、エメリー、窒化ホウ素、チタンカーバイト、炭化珪素、炭化チタン、酸化チタン(ルチル型またはアナターゼ型の酸化チタン)等が挙げられる。
(下地層)
下地層12は、基体11の表面の凹凸を緩和し、磁性層13の表面の凹凸を調整するためのものである。下地層12が、潤滑剤を含み、磁性層13の表面に潤滑剤を供給するようにしてもよい。下地層12は、非磁性粉および結着剤を含む非磁性層である。下地層12が、必要に応じて、潤滑剤、帯電防止剤、硬化剤および防錆剤等のうちの少なくとも1種の添加剤をさらに含んでいてもよい。
下地層12の平均厚みは、好ましくは0.6μm以上2.0μm以下、より好ましくは0.8μm以上1.4μm以下である。なお、下地層12の平均厚みは、磁性層13の平均厚みと同様にして求められる。但し、TEM像の倍率は、下地層12の厚みに応じて適宜調整される。
(非磁性粉)
非磁性粉は、例えば無機粒子粉または有機粒子粉の少なくとも1種を含む。また、非磁性粉は、カーボンブラック等の炭素粉を含んでいてもよい。なお、1種の非磁性粉を単独で用いてもよいし、2種以上の非磁性粉を組み合わせて用いてもよい。無機粒子は、例えば、金属、金属酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属窒化物、金属炭化物または金属硫化物等を含む。非磁性粉の形状としては、例えば、針状、球状、立方体状、板状等の各種形状が挙げられるが、これらの形状に限定されるものではない。
(結着剤)
結着剤は、上述の磁性層13と同様である。
(添加剤)
潤滑剤、帯電防止剤、硬化剤および防錆剤はそれぞれ、上述の磁性層13と同様である。
(バック層)
バック層14は、結着剤および非磁性粉を含む。バック層14が、必要に応じて潤滑剤、硬化剤および帯電防止剤等のうちの少なくとも1種の添加剤をさらに含んでいてもよい。潤滑剤および帯電防止剤は、上述の磁性層13と同様である。また、非磁性粉は、上述の下地層12と同様である。
非磁性粉の平均粒子サイズは、好ましくは10nm以上150nm以下、より好ましくは15nm以上110nm以下である。非磁性粉の平均粒子サイズは、上記の磁性粉の平均粒子サイズと同様にして求められる。非磁性粉が、2以上の粒度分布を有する非磁性粉を含んでいてもよい。
バック層14の平均厚みの上限値は、好ましくは0.6μm以下である。バック層14の平均厚みの上限値が0.6μm以下であると、磁気記録媒体10の平均厚みが5.6μm以下である場合でも、下地層12や基体11の厚みを厚く保つことができるので、磁気記録媒体10の記録再生装置内での走行安定性を保つことができる。バック層14の平均厚みの下限値は特に限定されるものではないが、例えば0.2μm以上である。
バック層14の平均厚みは以下のようにして求められる。まず、1/2インチ幅の磁気記録媒体10を準備し、それを250mmの長さに切り出し、サンプルを作製する。次に、測定装置としてMitutoyo社製レーザーホロゲージを用いて、サンプルの厚みを5点以上で測定し、それらの測定値を単純に平均(算術平均)して、磁気記録媒体10の平均厚みT[μm]を算出する。なお、測定位置は、サンプルから無作為に選ばれるものとする。続いて、サンプルのバック層14をMEK(メチルエチルケトン)または希塩酸等の溶剤で除去する。その後、再び上記のレーザーホロゲージを用いてサンプルの厚みを5点以上で測定し、それらの測定値を単純に平均(算術平均)して、バック層14を除去した磁気記録媒体10の平均厚みT[μm]を算出する。なお、測定位置は、サンプルから無作為に選ばれるものとする。その後、以下の式よりバック層14の平均厚みt[μm]を求める。
t[μm]=T[μm]−T[μm]
(磁気記録媒体の平均厚み)
磁気記録媒体10の平均厚み(平均全厚)の上限値が、好ましくは5.6μm以下、より好ましくは5.0μm以下、さらにより好ましくは4.4μm以下である。磁気記録媒体10の平均厚みが5.6μm以下であると、1データカートリッジ内に記録できる記録容量を一般的な磁気記録媒体よりも高めることができる。磁気記録媒体10の平均厚みの下限値は特に限定されるものではないが、例えば3.5μm以上である。
磁気記録媒体10の平均厚みは、上述のバック層14の平均厚みの測定方法において説明した手順により求められる。
(磁性層と下地層の総厚)
磁性層13と下地層12の平均厚みの総和は、好ましくは1.1μm以下、より好ましくは0.8μm以下、さらにより好ましくは0.6μm以下である。磁性層13と下地層12の平均厚みの総厚が1.1μm以下であると、単位体積当たりに含まれる磁性層13の割合が増加することにより、体積容量を向上させることができる。磁性層13と下地層12の平均厚みの総厚の下限値は、下地層12からの潤滑剤の供給の観点からすると、0.3μm以上であることが好ましい。下地層12および磁性層13の平均厚みの測定方法は、上述した通りである。
(保磁力Hc)
磁気記録媒体10の垂直方向における保磁力Hcが、好ましくは2500Oe以上4000Oe以下、より好ましくは2500Oe以上3500Oe以下、さらにより好ましくは2500Oe以上3000Oe以下である。保磁力Hcが2500Oe以上であると、熱擾乱の影響および反磁界の影響による、高温環境下における電磁変換特性の低下を抑制することができる。一方、保磁力Hcが4000Oe以下であると、記録ヘッドでの飽和記録が困難となり、記録できない部分が発生することを抑制することができる。したがって、ノイズが増加することを抑制し、結果として電磁変換特性の低下を抑制することができる。
保磁力Hcは以下のようにして求められる。まず、長尺状の磁気記録媒体10から測定サンプルを切り出し、VSMを用いて測定サンプルの垂直方向(厚み方向)に測定サンプル全体のM−Hループを測定する。次に、アセトンまたはエタノール等を用いて塗膜(下地層12、磁性層13およびバック層14等)を払拭し、基体11のみを残してバックグラウンド補正用のサンプルとし、VSMを用いて基体11の垂直方向(厚み方向)に基体11のM−Hループを測定する。その後、測定サンプル全体のM−Hループから基体11のM−Hループを引き算して、バックグラウンド補正後のM−Hループを得る。得られたM−Hループから保磁力Hcを求める。なお、上記のM−Hループの測定はいずれも、25℃にて行われるものとする。また、M−Hループを磁気記録媒体10の垂直方向に測定する際に“反磁界補正”は行わないものとする。
(角形比)
磁気記録媒体10の垂直方向(厚み方向)における角形比Sが、65%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上である。角形比Sが65%以上であると、磁性粉の垂直配向性が十分に高くなるため、優れた電磁変換特性を得ることができる。
角形比Sは以下のようにして求められる。まず、上記の保磁力Hcの測定方法と同様にして、バックグラウンド補正後のM−Hループを得る。次に、得られたM−Hループの飽和磁化Ms(emu)および残留磁化Mr(emu)を以下の式に代入して、角形比S(%)を算出する。
角形比S(%)=(Mr/Ms)×100
磁気記録媒体10の長手方向(走行方向)における角形比Sが、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、さらにより好ましくは25%以下である。角形比Sが35%以下であると、磁性粉の垂直配向性が十分に高くなるため、優れた電磁変換特性を得ることができる。
角形比Sは、M−Hループを磁気記録媒体10および基体11の長手方向(走行方向)に測定すること以外は角形比Sと同様にして求められる。
(比率L4/L2)
磁気記録媒体10のトルク波形をフーリエ変換して得られる一軸結晶磁気異方性の成分L2と、多軸結晶磁気異方性の成分L4との比率L4/L2は、コバルトフェライト粒子の一軸結晶磁気異方性の強さを表しており、比率L4/L2が小さい程、コバルトフェライト粒子の一軸結晶磁気異方性が強くなる。この比率L4/L2は、0以上0.25以下、好ましくは0以上0.20以下、より好ましくは0以上0.18以下である。比率L4/L2が0以上0.25以下あると、コバルトフェライト粒子の一軸結晶磁気異方性が十分に強くなるため、ノイズを低減することができる。したがって、電磁変換特性を向上することができる。
上記比率L4/L2は、以下のようにして求められる。まず、コバルトフェライト粒子が一軸結晶磁気異方性を有していることを確認する方法(第1の実施形態にて説明した確認方法)と同様にして、トルク波形を測定する。但し、測定サンプルは、第2の実施形態に係る磁気記録媒体10を用いて作製される。トルク波形の測定後、測定装置が自動的にフーリエ変換して算出表示する一軸結晶磁気異方性の成分L2と、多軸結晶磁気異方性の成分L4とを用いて、比率L4/L2を求める。
[2.2 磁気記録媒体の製造方法]
次に、上述の構成を有する磁気記録媒体10の製造方法について説明する。まず、非磁性粉および結着剤等を溶剤に混練、分散させることにより、下地層形成用塗料を調製する。次に、磁性粉および結着剤等を溶剤に混練、分散させることにより、磁性層形成用塗料を調製する。磁性層形成用塗料および下地層形成用塗料の調製には、例えば、以下の溶剤、分散装置および混練装置を用いることができる。
上述の塗料調製に用いられる溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、乳酸エチル、エチレングリコールアセテート等のエステル系溶媒、ジエチレングリコールジメチルエーテル、2−エトキシエタノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、メチレンクロライド、エチレンクロライド、四塩化炭素、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素系溶媒等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、適宜混合して用いてもよい。
上述の塗料調製に用いられる混練装置としては、例えば、連続二軸混練機、多段階で希釈可能な連続二軸混練機、ニーダー、加圧ニーダー、ロールニーダー等の混練装置を用いることができるが、特にこれらの装置に限定されるものではない。また、上述の塗料調製に用いられる分散装置としては、例えば、ロールミル、ボールミル、横型サンドミル、縦型サンドミル、スパイクミル、ピンミル、タワーミル、パールミル(例えばアイリッヒ社製「DCPミル」等)、ホモジナイザー、超音波分散機等の分散装置を用いることができるが、特にこれらの装置に限定されるものではない。
次に、下地層形成用塗料を基体11の一方の主面に塗布して乾燥させることにより、下地層12を形成する。続いて、この下地層12上に磁性層形成用塗料を塗布して乾燥させることにより、磁性層13を下地層12上に形成する。なお、乾燥の際に、例えばソレノイドコイルにより、磁性粉を基体11の厚み方向に磁場配向させる。また、乾燥の際に、例えばソレノイドコイルにより、磁性粉を基体11の走行方向(長手方向)に磁場配向させたのちに、基体11の厚み方向に磁場配向させるようにしてもよい。磁性層13の形成後、基体11の他方の主面にバック層14を形成する。これにより、磁気記録媒体10が得られる。
その後、得られた磁気記録媒体10を大径コアに巻き直し、硬化処理を行う。最後に、磁気記録媒体10に対してカレンダー処理を行った後、所定の幅(例えば1/2インチ幅)に裁断する。以上により、目的とする細長い長尺状の磁気記録媒体10が得られる。
[2.3 効果]
上述したように、第2の実施形態に係る磁気記録媒体10は、第1の実施形態に係る磁性粉を含む磁性層13を備える。これにより、良好な電磁変換特性を得ることができる。
以下、実施例により本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
本実施例において、ベースフィルム(基体)の平均厚み、磁性層の平均厚み、下地層の平均厚み、バック層の平均厚み、および磁気テープ(磁気記録媒体)の平均厚みは、上述の第2の実施形態にて説明した測定方法により求められたものである。
[実施例1]
(原料混合の工程)
まず、ガラスの形成成分としての四ホウ酸ナトリウム(Na)および炭酸ストロンチウム(SrCO)と、磁性粉の形成成分としての酸化鉄(Fe)、塩基性炭酸コバルト(2CoCO・3Co(OH))および酸化銅(CuO)とを準備した。そして、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):CuOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得た。
(溶融およびアモルファス化の工程)
次に、得られた混合物を1400℃で1時間加熱し溶融させ溶融物を得たのち、この溶融物を水中に投入しアモルファス体(ガラス体)を得た。なお、上記加熱の際に、炭酸ストロンチウムから炭酸が除去され、酸化ストロンチウムが生成される。また、塩基性炭酸コバルトから炭酸が除去され、酸化コバルトが生成される。
(結晶化の工程)
続いて、得られたアモルファス体を、酸素分圧0.1kPaの雰囲気中で610℃、2.5時間、熱処理し結晶化させ、コバルトフェライト磁性粉を析出させた。これにより、結晶化ガラス中にコバルトフェライトが析出された磁性粉含有体が得られた。
(磁性粉取り出しの工程)
その後、非磁性成分である結晶化ガラスを熱水処理により凡そ除去したのち、熱クエン酸処理により極小微粒子と残留ガラスを除去した。そして、遠心力5000Gで1時間、遠心分離をかけ、真空濾過したのち、乾燥させることにより、コバルトフェライト磁性粉((Co0.7Cu0.30.7Fe)を得た。
(X線回折による分析)
上述のようにして得られたコバルトフェライト磁性粉を粉末X線回折測定で解析し、(3,1,1)面のピークトップ2θを測定した。その結果を図2A、図2Bに示す。図2Bは、図2Aの2θ=40〜45°の範囲の拡大図である。なお、測定は、第1の実施形態にて説明したピークトップ2θの測定方法により行われた。図2A、図2Bから、ピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下の範囲内に現れていることが確認される。したがって、実施例1では、コバルトフェライトの結晶構造にひずみが生じていないことがわかる。
[実施例2]
準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):CuOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.7:2.5となるように混合したこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.6Cu0.40.7Fe)を得た。
[実施例3]
酸化銅(CuO)に代えて酸化亜鉛(ZnO)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):ZnOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Zn0.30.7Fe)を得た。
[実施例4]
酸化銅(CuO)に代えて炭酸マンガン(MnCO)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):MnCO3がモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Mn0.30.7Fe)を得た。
[実施例5]
酸化銅(CuO)に代えて酸化ゲルマニウム(NiO)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):NiOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Ni0.30.7Fe)を得た。
[実施例6]
酸化銅(CuO)に代えて酸化ゲルマニウム(GeO)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):GeOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Ge0.30.7Fe)を得た。
[実施例7]
酸化銅(CuO)に代えて酸化タンタル(Ta)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):Taがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Ta0.30.7Fe)を得た。
[実施例8]
酸化銅(CuO)に代えて酸化ジルコニウム(ZrO)を準備し、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH):ZrOがモル比で51.7:20.7:22.4:2.9:2.3となるように混合し、混合物を得たこと以外は実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉((Co0.7Zr0.30.7Fe)を得た。
[比較例1]
まず、ガラスの形成成分としての四ホウ酸ナトリウム(Na)および炭酸ストロンチウム(SrCO)と、磁性粉の形成成分としての酸化鉄(Fe)および塩基性炭酸コバルト(2CoCO・3Co(OH))とを準備した。そして、準備した原料をNa:SrCO:Fe:2CoCO・3Co(OH)がモル比で54.3:19.0:23.0:3.7となるように混合し、混合物を得た。
これ以外のことは実施例1と同様にしてコバルトフェライト磁性粉(CoFe)を得た。
[比較例2]
(原料混合の工程)
まず、ガラスの形成成分としての四ホウ酸ナトリウム(Na)と、磁性粉の形成成分としての酸化鉄(Fe)および炭酸バリウム(BaCO)とを準備した。そして、準備した原料をNa:Fe:BaCO:TiOがモル比で40.0:32.2:22.0:5.8となるように混合し、混合物を得た。
(溶融およびアモルファス化の工程)
次に、得られた混合物を1350℃で80分間加熱し溶融させ溶融物を得たのち、この溶融物を水中に投入しアモルファス体(ガラス体)を得た。なお、上記加熱の際に、炭酸バリウムから炭酸が除去され、酸化バリウムが生成される。
(結晶化の工程)
続いて、得られたアモルファス体を大気中で575℃、8時間、熱処理し結晶化させ、バリウムフェライト磁性粉を析出させた。これにより、結晶化ガラス中にバリウムフェライト磁性粉が析出された磁性粉含有体が得られた。
(磁性粉取り出しの工程)
その後、非磁性成分である結晶化ガラスを酢酸洗浄により除去したのち、純粋洗浄した。そして、遠心力5000Gで1時間、遠心分離をかけ、真空濾過したのち、乾燥させることにより、バリウムフェライト磁性粉(BaFe(11.08)Ti0.9219)を得た。
[比較例3]
共沈法により、多軸結晶磁気異方性を有するコバルトフェライト粒子粉を作製した。
[磁性粉の評価]
上述のようにして得られた磁性粉のモル比(Co/Fe)、平均粒子サイズ、粒子サイズの相対標準偏差、飽和磁化σs、保磁力HcおよびSFDを、上述の第1の実施形態にて説明した方法により測定した。また、上述のようにして得られた磁性粉の角形比Rsを以下のようにして求めた。まず、上記の保磁力Hcの測定方法と同様にして、バックグラウンド補正後のM−Hループを得た。次に、得られたM−Hループの飽和磁化Ms(emu)および残留磁化Mr(emu)を用いて、角形比Rs(=(Mr/Ms))を算出した。さらに、上述のようにして得られた磁性粉の一軸結晶磁気異方性の有無を、上述の第1の実施形態にて説明した方法確認した。これらの測定および確認の結果を表1に示す。
一軸結晶磁気異方性の有無の確認の際に測定した磁気トルク波形を図3A(実施例1)、図3B(比較例2)、図3C(比較例3)に示す。磁性粉の保磁力Hcの測定の際に得られたヒステリシス曲線を図4A(実施例1、比較例1)に示す。磁性粉のSFDの測定の際に得られたSFD曲線を図4B(実施例1、比較例1)に示す。
実施例1、2、比較例1〜3の磁性粉の原料、製造条件および評価結果を示す。
Figure 2020166701
実施例3〜8の磁性粉の原料、製造条件および評価結果を示す。
Figure 2020166701
表1から以下のことがわかる。
コバルトの一部をCuで置換した実施例1、2のコバルトフェライト磁性粉では、コバルトの一部をCuで置換していない比較例1のコバルトフェライト磁性粉に比べてSFDを低減することができる。したがって、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。
表2から以下のことがわかる。
コバルトの一部をZn、Mn、Ni、Ge、TaまたはZrで置換した実施例3〜8のコバルトフェライト磁性粉でも、コバルトの一部をCuで置換した実施例1、2のコバルトフェライト磁性粉と同様にSFDを低減することができる。したがって、保磁力Hcのばらつきを抑制することができる。
実施例1〜8におけるSFDの低減効果(すなわち保磁力Hcのバラツキ抑制効果)の発現は、添加元素の導入により、結晶化の工程(アニール工程)における粒子成長の速度が遅くなり、粒子サイズを均一にそろえることができたためと考えられる。
図2A、図2Bから、上述のように、実施例1のコバルトフェライト磁性粉では、コバルトフェライトの結晶構造にひずみが生じていないことがわかる。この結果から、実施例1のコバルトフェライト磁性粉における保磁力Hcのばらつき抑制効果の発現は、コバルトフェライトの結晶構造に対する格子欠陥導入(コバルトフェライトの結晶構造の歪み発生)に起因するものではないと推測される。
図3A、図3B、図3Cから以下のことがわかる。
実施例1のコバルトフェライト磁性粉および比較例2のバリウムフェライト磁性粉の磁気トルク波形(図3A、図3B)では、180°周期でトルクが変動している。したがって、実施例1のコバルトフェライト磁性粉および比較例2のバリウムフェライト磁性粉は、一軸結晶磁気異方性を有している。
これに対して、比較例1のコバルトフェライト磁性粉の磁気トルク波形(図3C)では、90°周期でトルクが変動している。したがって、比較例1のコバルトフェライト磁性粉は、多軸結晶磁気異方性(三軸結晶軸異方性)を有している。
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
上述の実施形態で段階的に記載された数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値または下限値は、他の段階の数値範囲の上限値または下限値に置き換えてもよい。上述の実施形態に例示した材料は、特に断らない限り、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、化合物等の化学式は代表的なものであって、同じ化合物の一般名称であれば、記載された価数等に限定されない。
第1の実施形態において、ガラスの形成成分は、ホウ酸ナトリウムおよびホウ酸ナトリウムの前駆体の少なくとも1種を含むようにしてもよい。
第1の実施形態において、磁性粉の形成成分は、酸化コバルトおよび酸化コバルトの前駆体のうち少なくとも1種と、酸化鉄および酸化鉄の前駆体のうち少なくとも1種と、添加元素の化合物とを含むようにしてもよい。
第1の実施形態において、磁性粉の製造方法が、結晶化の工程と磁性粉取り出しの工程との間に、以下に説明する磁界中熱処理の工程をさらに含むようにしてもよい。
(磁界中熱処理の工程)
磁界を印加可能なアニール装置により、磁性粉含有体(熱処理後のアモルファス体)を磁界中にて再度熱処理する。すなわち、スピネル型フェライト磁性粉の粒子間に介在物(結晶化ガラス)がある状態で、スピネル型フェライト磁性粉を磁界中にて再度熱処理することも可能である。この磁界中の熱処理により、析出したスピネル型フェライト磁性粉に印加磁場方向の異方性が付与される。
磁界中熱処理は、大気雰囲気よりも酸素濃度が低い雰囲気で行われる。熱処理時の酸素分圧は、好ましくは1.0kPa以下、より好ましくは0.9kPa以下、さらに好ましくは0.5kPa以下、特に好ましくは0.1kPa以下である。熱処理時の酸素分圧が1.0kPa以下であると、スピネル型フェライト磁性粉の保磁力Hcを2500Oe以上にすることができる。熱処理時の雰囲気を大気雰囲気よりも酸素濃度が低いものとするためには、熱処理後の磁性粉含有体を収容したアニール装置内に窒素、Arガス等の不活性なガスを導入してもよいし、アニール装置内を真空ポンプを用いて真空引きし低圧の状態にしてもよい。
磁界中熱処理の温度は、好ましくは300℃以上600℃以下、より好ましくは350℃以上550℃以下である。磁界中熱処理の時間は、好ましくは1時間以上10時間以下、より好ましくは2時間以上5時間以下である。
また、本開示は以下の構成を採用することもできる。
(1)
一軸結晶磁気異方性を有し、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、
CoKα線を使用した粉末X線回折測定で(3,1,1)面のピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下であり、
前記コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されているコバルトフェライト磁性粉。
(2)
Feに対するCoのモル比(Co/Fe)が、0.2以上0.5未満である(1)に記載のコバルトフェライト磁性粉。
(3)
前記遷移金属元素が、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む(1)または(2)に記載のコバルトフェライト磁性粉。
(4)
前記遷移金属元素が、Cuを含む(1)または(2)に記載のコバルトフェライト磁性粉。
(5)
平均粒子サイズが、25nm以下である(1)から(4)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉。
(6)
粒子サイズの相対標準偏差が、50%以下である(1)から(5)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉。
(7)
保磁力Hcが、2500Oe以上である(1)から(6)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉。
(8)
SFD(Switching Field Distribution)が、2.0以下である(1)から(7)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉。
(9)
(1)から(8)のいずれかに記載の前記コバルトフェライト磁性粉を含む磁性層を備えるテープ状の磁気記録媒体。
(10)
ガラスの形成成分とコバルトフェライト磁性粉の形成成分とを溶融後、急冷することによりアモルファス体を作製することと、
前記アモルファス体を熱処理し、前記コバルトフェライト磁性粉を析出させることと
を含み、
前記コバルトフェライト磁性粉は、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、
前記コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されており、
前記熱処理時の酸素分圧が、1.0kPa以下であるコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(11)
前記ガラスの形成成分が、ホウ酸ナトリウムを含む(10)に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(12)
前記ガラスの形成成分が、アルカリ土類金属の酸化物および該酸化物の前駆体のうちの少なくとも1種をさらに含む(11)に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(13)
前記アルカリ土類金属の酸化物が、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種を含む(12)に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(14)
前記アルカリ土類金属の酸化物が、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種を含む(12)に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(15)
前記ガラスの形成成分および前記コバルトフェライト磁性粉の形成成分の総量に対する前記ホウ酸ナトリウムの割合は、35mol%以上60mol%以下である(11)から(14)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(16)
前記コバルトフェライト磁性粉の形成成分が、
酸化コバルトおよび該酸化コバルトの前駆体のうちの少なくとも1種と、
酸化鉄と、
CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物、CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物の前駆体、酸化亜鉛、酸化亜鉛の前駆体、酸化ゲルマニウムならびに酸化ゲルマニウムの前駆体からなる群より選ばれる少なくとも1種と
を含む(10)から(15)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(17)
前記熱処理時の酸素分圧が、0.9kPa以下である(10)から(16)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(18)
前記熱処理の温度が、550℃以上670℃以下である(10)から(17)のいずれかに記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
(19)
前記遷移金属元素が、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる少なくとも1種である(16)に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
10 磁気記録媒体
11 基体
12 下地層
13 磁性層
14 バック層

Claims (19)

  1. 一軸結晶磁気異方性を有し、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、
    CoKα線を使用した粉末X線回折測定で(3,1,1)面のピークトップ2θが、41.3°以上41.5°以下であり、
    前記コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されているコバルトフェライト磁性粉。
  2. Feに対するCoのモル比(Co/Fe)が、0.2以上0.5未満である請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  3. 前記遷移金属元素が、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  4. 前記遷移金属元素が、Cuを含む請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  5. 平均粒子サイズが、25nm以下である請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  6. 粒子サイズの相対標準偏差が、50%以下である請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  7. 保磁力Hcが、2500Oe以上である請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  8. SFD(Switching Field Distribution)が、2.0以下である請求項1に記載のコバルトフェライト磁性粉。
  9. 請求項1に記載の前記コバルトフェライト磁性粉を含む磁性層を備えるテープ状の磁気記録媒体。
  10. ガラスの形成成分とコバルトフェライト磁性粉の形成成分とを溶融後、急冷することによりアモルファス体を作製することと、
    前記アモルファス体を熱処理し、前記コバルトフェライト磁性粉を析出させることと
    を含み、
    前記コバルトフェライト磁性粉は、コバルトフェライトを含む磁性粒子を含み、
    前記コバルトフェライトに含まれるCoの一部が、Fe以外の遷移金属元素、ZnおよびGeからなる群より選ばれる少なくとも1種により置換されており、
    前記熱処理時の酸素分圧が、1.0kPa以下であるコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  11. 前記ガラスの形成成分が、ホウ酸ナトリウムを含む請求項10に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  12. 前記ガラスの形成成分が、アルカリ土類金属の酸化物および該酸化物の前駆体のうちの少なくとも1種をさらに含む請求項11に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  13. 前記アルカリ土類金属の酸化物が、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種を含む請求項12に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  14. 前記アルカリ土類金属の酸化物が、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのうちの少なくとも1種を含む請求項12に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  15. 前記ガラスの形成成分および前記コバルトフェライト磁性粉の形成成分の総量に対する前記ホウ酸ナトリウムの割合は、35mol%以上60mol%以下である請求項11に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  16. 前記コバルトフェライト磁性粉の形成成分が、
    酸化コバルトおよび該酸化コバルトの前駆体のうちの少なくとも1種と、
    酸化鉄と、
    CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物、CoおよびFe以外の遷移金属元素の酸化物の前駆体、酸化亜鉛、酸化亜鉛の前駆体、酸化ゲルマニウムならびに酸化ゲルマニウムの前駆体からなる群より選ばれる少なくとも1種と
    を含む請求項10に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  17. 前記熱処理時の酸素分圧が、0.9kPa以下である請求項10に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  18. 前記熱処理の温度が、550℃以上670℃以下である請求項10に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
  19. 前記遷移金属元素が、Mn、Ni、Cu、TaおよびZrからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項16に記載のコバルトフェライト磁性粉の製造方法。
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