JP2000146830A

JP2000146830A - 赤外顕微・ｆｔ―ｉｒ装置及び記録媒体の分析方法

Info

Publication number: JP2000146830A
Application number: JP8119699A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kishii; 典之岸井; Takahiro Kamei; 隆広亀井; Takeshi Kobayashi; 健小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度記録媒体の表面部の有機材料について
定性・定量分析を簡便・的確に行うことができる赤外顕
微・ＦＴ−ＩＲ装置及び分析方法を提供する。【解決手段】上記装置を干渉光源部１０、測定部２０
及び信号処理部３０で構成し、測定部２０では、密閉し
た試料室内にＧｅからなる半球状プリズム２１と、入射
角度可変装置２２と、サンプル表面からの全反射光を感
知するディテクタ２３とを設ける。入射角度可変装置２
２は、一対の放物面鏡を対向配備して構成する。シング
ルビーム測定装置による分析に際しては、サンプルＳと
してのフロッピーディスクの磁性層形成側の表面をプリ
ズム底面に接圧１０ｋｇｆ／ｃｍ²以下で密着させる。
プリズムに対する赤外光の入射角度θをスキャンし、サ
ンプル表面で全反射した赤外光のスペクトルをＦＴ−Ｉ
Ｒ装置で解析する。同様の操作をリファレンスＲについ
て行い、サンプル磁性層における深さ方向の有機性潤滑
剤含有濃度のプロファイルを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面にプリズ
ムを密着させ、該プリズムに赤外線を任意の角度で入射
させ、試料表面で全反射した赤外線のスペクトルをＦＴ
−ＩＲ装置で解析することにより試料表面部の分析を行
う、減衰全反射法に基づく赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置及
び、これによる高密度記録媒体の分析方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体はオーディオ用テープ、ビ
デオテープ、バックアップ用データーカートリッジ、フ
ロッピーディスク、ハードディスク等として広く利用さ
れている。特に最近では、記録波長の短波長化、あるい
はディジタル記録方式など高密度記録の検討が盛んに行
われており、電磁変換特性の優れた磁気記録媒体の開発
が要求されている。

【０００３】現在主流となっている塗布型磁気記録媒体
においては、電磁変換特性を向上させるために磁性層の
薄膜化が検討されている。これは、記録時の自己減磁損
失を低減することにより電磁変換特性を向上させる方法
であり、近年種々の塗布方式が提案されている。

【０００４】一般に記録再生時のスペーシングロスを最
小限にするために表面の平滑化が図られている。高密度
記録においては使用する記録波長が短いため、表面粗さ
の影響を受けやすく、表面粗さの制御が特に重要であ
る。

【０００５】このように、磁気テープの高出力化が進む
につれ、磁性層表面の平滑性を極めて良好にする必要が
あり、これに伴って、磁気ヘッドやガイドローラー等の
摺動部材に対する実質的な接触面積が大きくなる。した
がって摩擦係数が大きくなり、凝着現象（いわゆる張り
付き）が起きやすくなるため、磁気テープが走行性や耐
久性に欠けるなどの問題が発生した。

【０００６】これらの問題点を解決するために、各種の
有機性潤滑剤を使用することが検討されており、従来よ
り高級脂肪酸やそのエステルなどを上記磁気記録媒体の
磁性層に内添したり、トップコートしたりすることによ
り摩擦係数を低下させる試みがなされている。

【０００７】ところが、この潤滑剤の磁気記録媒体表面
及び媒体中の存在量を定量的に測定する方法としては、
溶媒で潤滑剤を抽出して分析する方法しかないのが実情
である。しかしながら、この抽出法では溶媒（ヘキサ
ン、トルエン等）中に溶け出す潤滑剤しか測定できず、
また測定に非常に時間がかる。そのため、磁気記録媒体
の製造プロセスにおいては、潤滑剤付与量の管理が非常
に難しかった。

【０００８】一方、ハードディスクに代表される記録・
再生用の磁気ヘッドと磁気記録媒体とを主要構成要素と
する磁気記録装置においては、磁気ヘッドと磁気記録媒
体との間に摩擦力が発生し、これが磁気ヘッド及び磁気
記録媒体の摩耗損傷の原因となる。摩耗損傷が磁性層ま
で達すると、磁性層に記録されている情報が破壊され
る、いわゆるヘッドクラッシュ現象が発生するため、こ
のヘッドクラッシュを防ぐことは、磁気記録装置の信頼
性を確保するうえで重要である。

【０００９】ヘッドクラッシュを防ぐためには、磁気記
録媒体自体の耐摩耗性を向上させる必要があり、そのた
め磁性層は通常、炭素、酸化物、炭化物、窒化物等から
なる保護層で被覆され、さらに保護層上には潤滑膜が形
成される。このような潤滑膜には一般的に、低表面エネ
ルギー、耐熱性、化学的安定性、および潤滑性等の特性
が要求され、潤滑膜形成用の化合物として、米国特許第
３，７７８，３０８号明細書に記載されているパーフル
オロアルキルポリエーテル系またはパーフルオロアルキ
ル化合物が、現在最も多く使用されている。

【００１０】現在主流となっている磁気記録装置では、
磁気ヘッドと磁気記録媒体面との間に一定間隔の空間を
形成して記録・再生を行う方式が用いられている。この
一定間隔は浮上量と呼ばれる。磁気記録媒体への記録密
度を高めるには磁気ヘッドの浮上量をより小さくするこ
とが必要であるが、近年磁気記録装置の高密度化が急ピ
ッチで進んでいるため、浮上量も低下の一途を辿ってい
る。さらに近年浮上量の極限として、磁気ヘッドを磁気
記録媒体表面に常時接触させながら記録・再生を行う方
式、いわゆるコンタクト記録方式も提唱されている。

【００１１】このように浮上量が低下してくると、磁気
ヘッドと磁気記録媒体面が接触摺動する時間が必然的に
増加するため、潤滑膜の連続摺動耐久性を高めて動摩擦
係数や摩耗の低減を図る必要がある。また、このような
極低浮上方式あるいはコンタックト記録方式をとる磁気
記録装置ではディスクの面粗さや、うねりが小さくなる
ため、ヘッド・ディスク間で高い最大静止摩擦力（粘
着）が発生しやすくなる。粘着はディスクの起動不能や
ヘッドの損傷の原因となる。

【００１２】粘着の起こる大きな原因として、磁気ディ
スク表面に存在する潤滑膜の厚みが挙げられる。この磁
気ディスク上に存在する潤滑剤量を定量する方法として
エリプソメーター、ＸＰＳ等がある。エリプソメーター
では磁気ディスク表面の粗さが測定に大きく影響するた
め、正確な潤滑剤量を測定することは困難である。また
ＸＰＳでは真空中での測定であるため、磁気ディスク表
面の潤滑剤が消失するし、フッ素原子での測定のため炭
化水素系の潤滑剤の測定には適していない。

【００１３】また光ディスク（相変化、光磁気等）に関
しては、従来ディスクと光学ヘッドとのスペーシング
は、数百ｎｍ〜数μｍで、他の磁気記録方式と比べ、か
なり大きくなっている。そのため記録層上には保護膜が
数百μｍ程度形成されている。このように、従来の光デ
ィスクでは、スペーシングが大きいために、保護層等を
厚く形成することができ、トライポロジー的な特性を考
えるのに十分な余裕があった。

【００１４】しかし、現在研究開発が行われているニア
フィールドでの光記録を行う場合、記録層と光学ヘッド
とのスペーシングは１００μｍ以下になると考えられ、
保護層の厚みを数十ｎｍ以下にしなければならない。そ
のためにニアフィールド光記録に要求されるトライポロ
ジー特性は、現行の磁気ディスク等に要求されているト
ライポロジー特性と殆ど変わらない。ディスク表面に
は、潤滑剤層として有機薄膜を数ｎｍ程度塗布すること
が考えられている。したがって、光ディスクにおいて
も、磁気ディスク等と同様にディスク上潤滑膜の塗布量
および配向性等を検討する必要がある。

【００１５】上記のように、媒体表面及び媒体中の潤滑
剤の定性分析及び定量分析は、従来ＸＰＳ等の元素分析
に頼っていた。しかし、この元素分析は通常、真空中で
行うため潤滑剤が揮発してしまうことが懸念される。ま
たカーボンや水素などの原子は、媒体表面に汚染物とし
て常に存在していることから、潤滑剤と区別することが
できない。したがって、フッ素原子が潤滑剤に含まれて
いる場合に限り、そのフッ素原子量からのみ、潤滑剤の
存在量を測定することができる。

【００１６】通常、潤滑剤として用いられる化合物に
は、フッ素原子を含有するパーフルオロポリエーテル、
パーフルオロアルキル化合物以外に、炭化水素系の脂肪
酸、脂肪酸エステルがあるため、すべての潤滑剤化合物
の分析にこの手法を適用することはできない。また、高
感度反射吸収赤外分光法では、非磁性支持体の吸収を十
分に除去できず、非磁性支持体のスペクトルとその上に
存在する潤滑剤のスペクトルとが重なるため、潤滑剤の
みのスペクトルを判別することは非常に困難である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、高密度記録媒体上の有機薄膜および、媒体中の有
機材料について定性分析および定量分析を簡便・的確に
行うことができる光学的分析装置、すなわち赤外顕微・
ＦＴ−ＩＲ装置および、これによる高密度記録媒体の分
析方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的達成するため、
本発明に係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置は、試料表面に
プリズムを密着させ、該プリズムに赤外光を所定角度で
入射させ、試料表面で全反射した赤外光のスペクトルを
ＦＴ−ＩＲ装置で解析することにより試料表面部の分析
を行う、減衰全反射法に基づく赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装
置において、プリズムとして底面が平滑な平面である半
球状プリズムを備え、かつ試料装着部と入射光学系が前
記半球状プリズムによって互いに隔てられている入射角
度可変の光学系を設けたことを特徴とするものである。

【００１９】また本発明は、上記赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ
装置において、前記入射角度可変の光学系を密閉された
試料室内に収納したことを特徴とする。

【００２０】また本発明は、上記赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ
装置において、前記入射角度可変の光学系が、互いに対
向する放物面鏡を備えていることを特徴とする。

【００２１】また本発明は、上記赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ
装置において、前記半球状プリズムの前記底面と試料表
面との密着圧力を微調整する接圧制御装置を設けたこと
を特徴とする。

【００２２】また、本発明に係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ
装置は、試料表面にプリズムを密着させ、該プリズムに
赤外光を所定角度で入射させ、試料表面で全反射した赤
外光のスペクトルをＦＴ−ＩＲ装置で解析することによ
り試料表面部の分析を行う、減衰全反射法に基づく赤外
顕微・ＦＴ−ＩＲ装置において、プリズムとして底面が
平滑な平面である半球状プリズムを設けるとともに、該
半球状プリズムの前記底面と試料表面との密着圧力を微
調整する接圧制御装置を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００２３】さらに、本発明に係る記録媒体の分析方法
は、記録媒体に試料表面部の定性分析、定量分析の少な
くとも一方を、上記の赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置を用い
て行うことを特徴とする。

【００２４】また本発明は、上記記録媒体の分析方法に
おいて、記録媒体が非磁性支持体上に結合剤と強磁性粉
末とを主体とし、かつ有機性潤滑剤を含有する磁性塗料
の塗膜により磁性層が形成された塗布型磁気記録媒体で
あることを特徴とする。

【００２５】また本発明は、上記記録媒体の分析方法に
おいて、記録媒体が非磁性支持体上に金属薄膜と、該金
属薄膜上に有機性潤滑剤を含有する磁性層とが形成され
た薄膜金属型磁気記録媒体であることを特徴とする。

【００２６】また本発明は、上記記録媒体の分析方法に
おいて、記録媒体が非磁性支持体上に光記録層が形成さ
れ、かつ該光記録層の表面に有機性潤滑剤を含有する有
機薄膜が形成された薄膜金属型光記録媒体であることを
特徴とする。

【００２７】また本発明は、上記記録媒体の分析方法に
おいて、波長２μｍ〜２０μｍの赤外光を入射させるこ
とを特徴とする。

【００２８】さらに本発明は、上記記録媒体の分析方法
において、屈折率２．０〜４．５の半球状プリズムを用
いることを特徴とする。

【００２９】本発明に係る高密度記録媒体の分析方法で
は、上記接圧制御装置により、分析中の試料表面と半球
状プリズム底面との密着圧力を１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下
とすることが好ましい。

【００３０】本発明において上記のように密着圧力を１
０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下に維持した状態で赤外光をプリズ
ムに入射させるのは、試料表面とプリズム底面とをこれ
らの接触面全体にわたって均一に密着させるためであ
り、こうすることで、サンプルの所望表面位置について
高精度の分析を行うことができるうえ、再現性の良い分
析結果を得ることができる。なお、試料がフロッピーデ
ィスク、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスクなどの
記録媒体である場合では、密着圧力を１０ｋｇｆ／ｃｍ
² より高くしたときには試料が破損してしまい、分析が
不可能になることがある。

【００３１】上記接圧制御装置としては金属圧子と、こ
の金属圧子を試料表面に密着させるための押圧機構と、
試料表面とプリズム底面との密着圧力を検出する圧力検
出機構と、該圧力検出機構による検出データに基づいて
上記押圧機構により金属圧子を適宜に移動させて上記密
着圧力を所定範囲内に制御する制御機構とを備えている
ものが好ましい。具体的には、金属圧子をスプリングま
たは油圧機構により試料表面に密着させ、制御機構に連
絡された圧電素子等のセンサーで上記密着圧力を感知
し、この密着圧力が所定範囲から外れているときには、
上記制御機構により押圧機構を作動させて金属圧子を適
宜に移動させる。

【００３２】本発明により分析することができる高密度
記録媒体としては、（１）記録媒体が非磁性支持体上に
結合剤と強磁性粉末とを主体とし、かつ有機性潤滑剤を
含有する磁性塗料の塗膜により磁性層が形成された塗布
型磁気記録媒体、（２）非磁性支持体上に金属薄膜と、
該金属薄膜上に有機性潤滑剤を含有する磁性層とが形成
された薄膜金属型磁気記録媒体、（３）非磁性支持体上
に光記録層が形成され、かつ該光記録層の表面に有機性
潤滑剤を含有する有機薄膜が形成された薄膜金属型光記
録媒体が挙げられる。また、これら高密度記録媒体の具
体例としては磁気テープ（オーディオ用テープ、ベデオ
テープ）、フロッピーディスク、光ディスク（光磁気デ
ィスク、相変化型光ディスク）、ハードディスクなどが
挙げられる。

【００３３】すなわち本発明は、上記高密度記録媒体に
内添またはトップコートされた有機材料、特に有機性潤
滑剤の定性分析、定量分析の少なくとも一方を簡便・的
確に行うことができるものである。上記トップコートさ
れた潤滑剤とは、記録媒体の最上面（支持体とは反対の
側）に存在する潤滑剤であり、内添された潤滑剤とは媒
体中、つまり支持体表面と記録媒体最上面との間の層内
に存在する潤滑剤を意味する。なお、以下では有機潤滑
剤を潤滑剤と、記録媒体を媒体と、それぞれ略記するこ
とがある。

【００３４】本発明に係る高密度記録媒体の分析方法で
は、波長が１μｍから２０μｍまでの赤外領域の光を用
い、測定試料（以下、サンプルということがある）の表
面を半球状プリズムの底面（平滑な平面）に所定の接圧
で密着させ、この半球状プリズム（以下、プリズムと略
称することがある）の球面上から赤外光を入射させ、プ
リズム中での内部反射から漏れ出るエバネッセント波に
より、サンプル表面の最上層部分（深さ１００ｎｍ〜数
ｎｍ）の有機物のスペクトルを得た後、これをフーリエ
変換器により解析する。上記プリズムには赤外域で透明
であり、かつできるだけ高い屈折率を有するクリスタル
が用いられる。その代表例としてはゲルマニウム（Ｇ
ｅ）やシリコン（Ｓｉ）が挙げられる。

【００３５】なお、通常の高感度反射吸収赤外分光法で
は、光源から入射する光は、サンプル表面の反射率が相
当に大きくないとサンプルに吸収されてしまい、十分満
足のいく測定ができない。金属薄膜型磁気記録媒体、塗
布型磁気記録媒体および光記録媒体ではこの反射率が低
く、高感度反射吸収赤外分光法では媒体表面および媒体
中の極微量の潤滑剤を分析することは不可能である。

【００３６】すなわち上記の高感度反射吸収赤外分光法
では、サンプル表面の法線に対し約８０°の角度で入射
させ、サンプル表面で光を反射させて測定を行うもの
で、１回反射を利用する。サンプルは通常、反射率の高
い金属下地膜表面の有機物の分析に適しており、ハード
ディスク上の有機物分析には有効である。しかし記録媒
体では通常、反射率が非常に低いため（磁気テープ、フ
ロッピーディスク等）、この分析方法では有機物の分析
は全く不可能である。これに対し本発明では、反射率の
高低に関係なく多種類のサンプルについて高精度の分析
が可能である。

【００３７】また、通常の内部反射赤外分光法を用いた
ＡＴＲ法（多重反射を利用する減衰全反射法）では、板
状プリズムの上下両面にサンプルを重ね、さらにそれぞ
れのサンプル背面にバッキングおよび締め付け用の板体
を重ね、全体をボルト・ナットで締めつけたものを用意
し、これを測定装置内にセットして分析を行う。しか
し、この方法においては、板状プリズムとサンプル表面
とを全面にわたって均一に密着させるには微妙な調整が
必要なため、高精度の分析を行うことは非常に難しい。
また、サンプル表面の位置によって測定対象物の存在量
が異なる場合には、これらの平均値を知ることしかでき
ず、本発明とは違って、微小領域（半径１ｍｍ以下の部
分）について潤滑剤濃度分布を求めることはできない。

【００３８】これに対し本発明では、半球状プリズムを
用いるとともに、サンプル表面とこのプリズム底面との
接圧を所定の範囲内に設定することで、これら両面を広
い範囲にわたって均一に密着させた状態で分析するよう
にしたので、プリズムに入射させた赤外光をサンプル表
面の所定位置に簡便・確実に集光することができる。こ
のため、媒体表面および媒体中に存在する極微量の潤滑
剤を高精度に定性分析および定量分析することが可能と
なるし、サンプル表面の微小領域（半径１ｍｍ以下の部
分）について非常に高感度（Ｓ／Ｎ比が高い）で、潤滑
剤濃度を求めることができる。

【００３９】本発明により記録媒体の潤滑剤を分析する
場合、高精度の分析を再現性良く行うためには、各回分
析時のプリズム底面とサンプル表面との密着圧の差を数
十ｍｇｆ／ｃｍ² 以内に制御する必要があること、また
上記接圧制御装置によれば、各回分析時の上記密着圧の
差を数ｍｇｆ／ｃｍ² 以内に制御できることが、本発明
者らの検討で確認されている。

【００４０】本発明では通常、波長２μｍ〜２０μｍの
赤外光を用いる。この理由は、有機材料は幅広い赤外光
領域にわたって特徴的な吸収特性をもっており、２μｍ
〜２０μｍの光の波長領域に、殆どの有機材料の吸収が
見られるためである。

【００４１】また本発明によりサンプル最表面から１〜
２μｍの深さ範囲について高精度に分析するには、半球
状プリズムとして屈折率１．０〜５．０、好ましくは
２．０〜４．５のものを用いる。本発明ではプリズムと
して屈折率が大きいほどサンプル最表面の分析に有利で
あり、屈折率が小さいほど赤外光がサンプル内部の深く
に侵入するためサンプル最表面の分析は難しくなる。

【００４２】すなわち、本発明の分析法ではプリズムと
サンプル表面との界面で光が全反射し、このときプリズ
ム表面からエバネッセント光が発生するが、このエバネ
ッセント光がサンプル表面に侵入するため、最表面のみ
の情報を得ることができる。プリズムの屈折率が小さい
（例えば２．０）ときには、上記侵入深さが数μｍ以上
となるため、サンプル最表面またはそのごく近傍の直下
部分（これは磁気記録媒体の磁性層に相当する）の分析
は困難になる。屈折率２．０〜４．５のプリズムは容易
に入手できるうえ、サンプル最表面およびその直近部分
を高精度に分析できるが、赤外光領域で透明でしかも屈
折率が４．５を超えるものは入手困難である。

【００４３】本発明は媒体最表面の潤滑剤の分析に加え
て、媒体内部の有機材料の分析を行うことができるよう
に構成されている。その理由は、記録媒体中の有機材
料、とくに潤滑剤は媒体の信頼性を左右する大きな要因
の一つであり、媒体全体では潤滑剤量が同一であって
も、媒体中の潤滑剤の存在状態（深さ方向の濃度分布、
表面上の濃度）によって、その信頼性が大きく異なるこ
とが判っているからである。従来技術ではできなかった
媒体内部の有機材料の高精度分析が、本発明により初め
て可能となったのであり、この点で本発明は極めて重要
な技術的意味をもつものである。

【００４４】また、本発明の角度可変入射光学系では、
光学系を試料装着部と上記半球状プリズムを隔てて構成
してあるため、光学系のみを密閉することができ、試料
の交換等の操作が容易になる。また、光学系が密閉され
ているため、試料を交換した際、光学系の光路に二酸化
炭素、または水分が混入することがないので、これらに
よるノイズの発生を抑えることができるとともに、試料
を交換した後、これらの除去のために試料室を窒素ガス
等で置換するための余分な待ち時間をとる必要がない。

【００４５】

【発明の実施の形態】実施の形態１まず、本発明に係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置を構成す
る光学系について図１に基づいて説明する。この光学系
は密閉した試料室、すなわちケースＨ内に収納されてお
り、ｐｍ１及びｐｍ２は、互いに対向する放物面鏡であ
り、Ｐはその焦点である。焦点Ｐに半球状プリズム（図
示せず）を配置し、このプリズム上に試料を設置する。
ｍｉ，ｍｏはそれぞれ入射鏡、出射鏡である。入射角度
度制御のためのミラーｍ１，ｍ２は共通の可動ステージ
ＳＴ上に配置し、この可動ステージと一体で平行移動で
きるようにする。Ｍは折り返しミラーであり、Ｗ１，Ｗ
２はそれぞれ入射窓、出射窓である。また、上記ケース
Ｈでは、放物面鏡ｐｍ１，ｐｍ２の対向間隙の上部に試
料交換用の開閉口及び開閉蓋を設けてある（図示せ
ず）。

【００４６】上記光学系の作用について説明すると、入
射窓Ｗ１からケースＨ内に入射した赤外光は入射鏡ｍｉ
により可動鏡ｍ１に導かれる。ｍ１は可動ステージＳＴ
の移動により光路と平行に移動し、放物面鏡ｐｍ１での
入射位置を、光路を平行に保ったまま変えることができ
る。放物面鏡ｐｍ１に光軸と平行に入射した光はすべて
焦点Ｐに入射する。このとき、放物面鏡ｐｍ１への入射
位置が移動する（図１において、実線で示すｍ１，ｍ２
が点線で示すｍ１，ｍ２に移動する。）ことにより、焦
点Ｐへの入射角度が変化する（実線で示す光路が、点線
で示す光路に変わる。）。焦点Ｐで反射された光は放物
面鏡ｐｍ１から焦点Ｐへの入射角度を保ったまま、対向
する放物面鏡ｐｍ２へ出射する。放物面鏡ｐｍ２から出
た光は折り返しミラーＭで折り返され、放物面鏡ｐｍ１
への入射光と平行に移動鏡ｍ２に導かれる。このよう
に、可動ステージＳＴの動作で可動鏡ｍ１及び移動鏡ｍ
２を平行移動させることにより、焦点Ｐ（半球状プリズ
ムの設置位置）への入射角度が可変となる。

【００４７】また、上記入射角度可変の光学系を密閉ケ
ースＨ（試料室）内に収納してあるため、焦点Ｐ上部で
の試料交換に伴う光学系への外気の侵入を防ぐことがで
きるうえ、試料交換も容易である。

【００４８】以下、フロッピーディスクをサンプルとす
る場合の本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明す
る。図２は赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置の要部構成を示す
模式的断面図である。図３はシングルビーム測定装置の
構成を示す説明図である。図４は図３の分析装置による
分析方法を示すフローチャートである。

【００４９】シングルビーム測定装置を干渉光源部１０
と、測定部２０と、信号処理部３０とにより構成する。
干渉光源部１０には赤外光源１１と、可動ミラー１２
と、ハーフミラー１３とを設ける。測定部２０は半球状
プリズム２１と、入射角度可変装置２２と、ディテクタ
２３とを試料室（図示せず）内に設けて構成する。信号
処理部３０には信号アンプ３１、フーリエ変換器３２、
屈折率計算部３３、深さ情報計算部３４、深さプロファ
イル計算部３５、メモリ３６および表示部３７を設ける
とともに、これらをこの順に接続する。

【００５０】上記試料室内には、図２に示すようにリフ
ァレンスＲ（対照）の分析対象面すなわちフロッピーデ
ィスクを構成する支持体表面のうち磁性層形成側の面
を、ゲリマニウムまたはシリコンからなる半球状プリズ
ム２１の底面に、上述した構成の接圧制御装置２４を用
いて１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の適当な圧力で密着させた
ものをセットする。そして、上記リファレンスＲについ
て図４に示すフローチャートに従って分析操作を行う。
ついでリファレンスＲに替えて、上記と同様にしてサン
プルＳを試料室内にセットし、同じ分析操作を行う。

【００５１】この場合、プリズム２１に対するサンプル
Ｓの密着圧力ＰｓをリファレンスＲの場合の密着圧力Ｒ
ｓと同一または殆ど同一に調整する（ＰｓとＲｓの差の
絶対値を１０ｍｇｆ／ｃｍ² 以下とする）ことが、分析
精度を高めるうえで重要である。なお、リファレンスＲ
は、磁性層が形成されていない点だけがサンプルＳと異
なっている。以下、上記操作についてさらに詳細に説明
する。

【００５２】あらかじめ半球状プリズム２１の屈折率を
適当な手段で求めておくとともに、リファレンスＲおよ
びサンプルＳの分析対象面の屈折率を測定する。例え
ば、サンプルＳの分析対象面の屈折率を測定するには、
サンプルＳを図３の測定部２０に図２のようにセット
し、赤外光源１１からの赤外光（波数範囲は例えば４０
０ｃｍ^-1〜５０００ｃｍ^-1）の半球状プリズム２１への
入射角θ（図２）を、入射角度可変装置２２により０°
〜９０°の範囲内の適当な範囲内（例えば３０°〜８０
°）でスキャンする。この間に情報信号部３０によりサ
ンプルＳによる赤外光の吸収強度をその入射角θに対し
てプロットし、吸収強度が最小値をとるとき（つまり全
反射するとき）の入射角とプリズムの屈折率とから、屈
折率計算部３３によってサンプルＳの屈折率を自動的に
算出する。

【００５３】つぎに、図３の装置を用い、図４のフロー
チャートに従ってサンプルＳの表面層中の有機材料の定
性分析および定量分析を行う。それには、上記と同様に
して赤外光源１１からの赤外光の半球状プリズム２１へ
の入射角θを、入射角度可変装置２２により０°〜９０
°の範囲内の適当な範囲内でスキャンする。この間にサ
ンプルＳ（リファレンスＲについても全く同じ）からの
反射光を信号処理部３０の信号アンプ３１およびフーリ
エ変換器３２で処理することにより、赤外吸収スペクト
ルを得るのと並行して、下記のようにして屈折率計算部
３３により深さプロファイルを自動的に計算する。

【００５４】すなわち赤外光の波長λ、入射角θ、あら
かじめ求めてある半球状プリズム２１の屈折率ｎ_P 、サ
ンプルＳの上記屈折率ｎ_S から下記［数１］により、赤
外光のそれぞれの入射角におけるエバネッセント波のサ
ンプルＳ表面から内部への侵入深さｄ（通常１００ｎｍ
〜数μｍ）が計算される。

【００５５】

【数１】

【００５６】そして、この侵入深さｄと、赤外吸収スペ
クトルの吸収強度（例えば、後述する図７を参照）とか
ら、深さ情報計算部３４および深さプロファイル計算部
３５によって上記深さプロファイル、つまりサンプルＳ
の深さ方向の有機材料の濃度分布が定量的に計算され、
その結果がメモリ３６に記録されるとともに表示部３７
に表示される。また、上記有機材料の定性分析は、得ら
れた赤外線吸収スペクトルを常法により解析することに
より行う。さらに、リファレンスＲについても上記と同
様の操作を行う。そして、これらサンプルＳについての
分析結果と、リファレンスＲについてのそれとを比較す
ることで、最終的にサンプルＳについての定量分析およ
び定性分析の結果を得る。

【００５７】実施の形態２フロッピーディスクをサンプルとする場合の別の実施の
形態を、図面に基づいて説明する。図５はダブルビーム
を用いる赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置の構成を示す説明図
であり、図６は図５の分析装置による分析方法を示すフ
ローチャートである。

【００５８】上記分析装置を干渉光源部１０、リファレ
ンスＲの測定部２０、サンプルＳの測定部４０、信号処
理部５０および信号処理部６０により構成する。干渉光
源部１０の構成は、図３の干渉光源部１０のそれと同一
とする。測定部２０，４０の構成は、図３の測定部２０
と同一とする。測定部２０および４０を、干渉光源部１
０に並列に連絡させる。測定部２０は信号処理部５０
に、測定部４０は信号処理部６０にそれぞれ直列に連絡
させる。

【００５９】信号処理部５０では信号アンプ５１、フー
リエ変換器５２、屈折率計算部５３、深さ情報計算部５
４および深さプロファイル計算部５５をこの順に直列に
接続する。信号処理部６０では信号アンプ６１、フーリ
エ変換器６２、屈折率計算部６３、深さ情報計算部６
４、深さプロファイル計算部６５、メモリ６６および表
示部６７をこの順に直列に接続する。また、信号処理部
５０の深さプロファイル計算部５５を信号処理部６０の
メモリ６６に接続する。

【００６０】図３の分析装置がリファレンスＲおよびサ
ンプルＳについて、共通の（単一の）測定部２０および
信号処理部３０を用いて分析を行うように構成したのに
対し、図５の分析装置は、（１）リファレンスＲ専用の
測定部２０とサンプルＳ専用の測定部４０を設けること
により、リファレンスＲとサンプルＳとについて並行し
て（同時に）反射光の検出を行うことができるように構
成した点と、（２）リファレンスＲからの反射光を信号
処理部５０で、サンプルＳからの反射光を信号処理部６
０でそれぞれ並行して解析するとともに、得られた深さ
方向の有機材料のプロファイル測定結果を、共通のメモ
リ６６に記録し、かつ共通の表示部６７上に表示させる
ようにした点とに特徴がある。

【００６１】図５の分析装置は、リファレンスＲとサン
プルＳとについて常に同時測定を行うことができるた
め、極めて高精度の分析結果を得ることができる点で、
図３の分析装置に比べて優れている。なお、図５の装置
による分析方法の手順などは、実施の形態１と同様であ
るから、具体的な説明は省略する。

【００６２】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例について
説明する。実施例１支持体上に下記組成の磁性塗料を塗布して磁性層を形成
し、支持体の下面に下記組成のバック塗料を塗布してバ
ックコート層を形成することにより、記録媒体としての
磁気テープを試作した。

【００６３】＜磁性層塗料の組成＞・Ｆｅ系メタル強磁性粉末１００重量部（保磁力＝１６０ｋＡ／ｍ、飽和磁化量＝１４５Ａｍ² ／ｋｇ、比表面積＝５１ｍ² ／ｇ、長軸長＝０．０８μｍ、針状比＝３）・ポリ塩化ビニル樹脂１４重量部（日本ゼオン製ＭＲ−１１０）・ポリエスエルポリウレタン樹脂３重量部（東洋紡製）・添加剤（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）５重量部・潤滑剤（ヘプチルステアレート）０．５重量部・溶剤：（１）メチルエチルケトン１５０重量部（２）シクロヘキサノン１５０重量部

【００６４】上記磁性層塗料の調製では、常法に従い強
磁性粉末、結合剤（樹脂）、添加剤、潤滑剤および溶剤
を混合し、エクストルーダーにより混練した後、サンド
ミルで６時間分散した。この分散後の磁性層塗料１００
重量部にポリイソシアネートを３重量部加え、厚さ７μ
ｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの
片面に厚さ６．５μｍになるように塗布し、ソレノイド
コイルにより配向処理した後、乾燥・カレンダー処理・
硬化処理を行った。さらに下記組成のバック塗料を上記
ＰＥＴフィルムの反対面に塗布し、８ｍｍ幅に裁断して
磁気テープとした。

【００６５】＜バック塗料の組成＞・カーボンブラック＃５０１００重量部・ポリエスエルポリウレタン樹脂１００重量部（ニッポランＮ−２３０４）・溶剤：（１）メチルエチルケトン５００重量部（２）シクロヘキサノン５００重量部

【００６６】実施例２実施例１において潤滑剤の添加量を１重量部とする以外
は実施例１と同一にして磁気テープを作製した。

【００６７】実施例３実施例１において潤滑剤の添加量を２重量部とする以外
は実施例１と同一にして磁気テープを作製した。

【００６８】実施例４実施例１において潤滑剤の添加量を３重量部とする以外
は実施例１と同一にして磁気テープを作製した。

【００６９】上記実施例１〜４で作製した磁気テープに
ついて、図３の装置により記録媒体上の有機薄膜（磁性
層）中の潤滑剤の定性分析を行うとともに、その含有量
を定量分析した。また、ＣＨ₂ の伸縮振動ピークの面積
強度を比較することで、記録媒体中の（ＰＥＴフィルム
の表面層すなわちフィルムの最上層部分の）潤滑剤の定
性分析および定量分析を行った。実施例１〜４で得られ
た赤外吸収スペクトルを図７〜図１０に示す。これらの
図は、磁気テープの厚さ方向の潤滑剤のプロファイル測
定結果を示すものである。

【００７０】図３の装置では、上述のように潤滑剤を含
まない磁気テープを用いてリファレンス測定を行った
後、各実施例で得られた磁気テープにより分析を行っ
た。これらにより潤滑剤のみの赤外吸収スペクトルが得
られる。また潤滑剤の分子構造は測定前に判っているの
で、その分子構造に特有な吸収スペクトルのピーク面積
強度を比較することで、潤滑剤の定性分析および定量分
析を行うことができた。

【００７１】比較例１実施例４で得られた磁気テープについて、高感度反射赤
外吸収スペクトル法により吸収スペクトルを得た。結果
を図１１に示す。この図から明らかなように、本発明法
とは違って、潤滑剤の定性分析、定量分析のいずれも不
可能であった。その原因としては、高感度反射赤外吸収
分光法では赤外光がサンプルを透過してしまうため光の
干渉の影響が大きいことや、サンプルの反射率が非常に
小さいことが考えられる。これに対し本発明では、赤外
光が磁性層表面から支持体の表層部までしか届かない。

【００７２】また、図１２のグラフは、実施例１〜４に
係るもので、図３の装置によりサンプル上のある特定の
一点について、磁性層中の潤滑剤含有量を測定した結果
を示すものである。このグラフでは横軸が磁性層塗料中
の潤滑剤添加量を示し、縦軸は実際に形成された磁性層
中の潤滑剤含有量の測定値を示している。実施例１，
２，３，４のそれぞれに対応して横軸の値が０．５，
１，２，３となっているのに対して、縦軸の値は約０．
５，３，６０，８０となっていて、横軸の値と縦軸の値
との比がほぼ一定値とはなっている。上記高感度反射吸
収法では、比較例１のスペクトル（図１１）で明らかな
ように、磁性層中の潤滑剤含有量は全く測定できないの
に対して、上記図１２の結果から、本発明の測定装置・
方法によれば磁性層中の潤滑剤含有量をかなりの正確さ
で測定できることがわかる。

【００７３】実施例５〜８これらの実施例では金属薄膜型磁気テープを作製し、図
３の装置で分析を行った。すなわち、厚さ１０μｍのＰ
ＥＴフィルム上に、斜方蒸着法でＣｏ−Ｎｉ合金を被着
させて膜厚１００ｎｍの強磁性金属薄膜を形成した。つ
ぎに、この金属薄膜上にスパッタリングにより膜厚１５
ｎｍのカーボン膜を成膜し、この膜上に潤滑剤（ヘプチ
ルステアレート）を各種濃度でトルエンに溶解させた溶
液を塗布した。このフィルムを８ｍｍ幅に裁断し、サン
プルテープとした。この場合、上記潤滑剤のトルエン溶
液の潤滑剤濃度は、実施例５では０．５ｗｔ％、実施例
６では１ｗｔ％、実施例７では２ｗｔ％、実施例８では
３ｗｔ％とした。得られた赤外吸収スペクトルを図１３
〜図１６に示す。

【００７４】比較例２実施例８で得られたサンプルテープについて、高感度反
射赤外吸収分光法により吸収スペクトルを得た。結果を
図１７に示す。この図から明らかなように潤滑剤の定性
分析、定量分析のいずれも不可能であった。

【００７５】実施例９図１８は実施例１に係るもので、図１の光学系によりサ
ンプル上のある特定の一点について、磁性層中の潤滑剤
含有量を入射角度可変測定したときの結果を示すグラフ
である。このグラフでは、赤外光の入射角度を変化する
毎に潤滑剤の対応するメチレン、及びカルボニルの吸収
が変化し、理論式（上記［数１］）に合致していること
から、測定されるサンプルの深さが赤外光の入射角度変
化に対応していることがわかる。

【００７６】また、図１９のグラフは、図１８の測定結
果をもとに、サンプル深さ方向の潤滑剤量（相対値）を
プロットしたものである。このサンプルでは、深さに対
して潤滑剤量がリニアであることから、潤滑剤が磁性層
中に均一に分布していることがわかる。

【００７７】さらに、上記測定では、サンプルに対する
赤外光の入射角度を変化させる際、試料室の開閉を行う
必要がないため、入射角度変更後の試料室の窒素置換が
不要であるので、６点の測定に要した時間がわずか１５
分であった。

【００７８】比較例３市販されている光学系（商品名シーガル：ハリック社
製）を用いた場合、赤外光の入射角度が変化するのに伴
って、試料室の窒素置換のためそれぞれ３０分を要し、
全体として３時間の測定時間が必要であった。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置、またはこれを用いる記
録媒体の分析方法にれば簡単な構成、簡便な操作により
磁気テープ、フロッピーディスク、光ディスク、ハード
ディスクなど高密度記録媒体の表面部（媒体の表面およ
び、該表面の直下部分）の有機材料、特に有機性潤滑剤
を高精度に、かつ再現性良く定性分析および定量分析す
ることができる効果がある。このような効果は、従来の
高感度反射吸収赤外吸収分光法や、内部反射赤外分光法
では到底得られないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置の光学
系を示す説明図である。

【図２】本発明に係る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置の要部
構成を示す説明図である。

【図３】本発明に係るシングルビーム測定装置の構成を
示す説明図である。

【図４】図３の測定装置による分析方法を示すフローチ
ャートである。

【図５】本発明に係るダブルビーム測定装置の構成を示
す説明図である。

【図６】図５の測定装置による分析方法を示すフローチ
ャートである。

【図７】本発明の実施例１で得られた赤外線吸収スペク
トルである。

【図８】本発明の実施例２で得られた赤外線吸収スペク
トルである。

【図９】本発明の実施例３で得られた赤外線吸収スペク
トルである。

【図１０】本発明の実施例４で得られた赤外線吸収スペ
クトルである。

【図１１】比較例１で得られた赤外線吸収スペクトルで
ある。

【図１２】本発明の実施例１〜４で得られた分析結果を
まとめて示すグラフである。

【図１３】本発明の実施例５で得られた赤外線吸収スペ
クトルである。

【図１４】本発明の実施例６で得られた赤外線吸収スペ
クトルである。

【図１５】本発明の実施例７で得られた赤外線吸収スペ
クトルである。

【図１６】本発明の実施例８で得られた赤外線吸収スペ
クトルである。

【図１７】比較例２で得られた赤外線吸収スペクトルで
ある。

【図１８】本発明の実施例９に係るもので、サンプルに
対する赤外光の入射角度と、特定の官能基による吸光度
との関係を示すグラフである。

【図１９】本発明の実施例９に係るもので、図１８の測
定結果をもとに、サンプル深さ方向の潤滑剤量（相対
値）をプロットしたグラフである。

【符号の説明】

１０…干渉光源部、２０…測定部、２１…半球状プリズ
ム、２２…入射角度可変装置、２３…ディテクタ、２４
…接圧制御装置、３０…信号処理部、３３…屈折率計算
部、３４…深さ情報計算部、３５…深さプロファイル計
算部、４０…干渉光源部、５０，６０…信号処理部、Ｈ
…試料室（密閉ケース）、Ｍ…折り返しミラー、Ｐ…焦
点、ＳＴ…可動ステージ、Ｗ１…入射窓、Ｗ２…出射
窓、ｍ１…可動鏡、ｍ２…移動鏡、ｍｉ…入射鏡、ｍｏ
…出射鏡、ｐｍ１，ｐｍ２…放物面鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA01 BB15 CC12 DD13 EE01 EE02 EE10 FF08 HH01 HH06 JJ12 JJ14 JJ30 KK01 MM05 MM10 MM20 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面にプリズムを密着させ、該プリ
ズムに赤外光を所定角度で入射させ、試料表面で全反射
した赤外光のスペクトルをＦＴ−ＩＲ装置で解析するこ
とにより試料表面部の分析を行う、減衰全反射法に基づ
く赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置において、プリズムとして
底面が平滑な平面である半球状プリズムを備え、かつ試
料装着部と入射光学系が前記半球状プリズムによって互
いに隔てられている入射角度可変の光学系を設けたこと
を特徴とする赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置。
【請求項２】請求項１において、前記入射角度可変の
光学系を密閉された試料室内に収納したことを特徴とす
る赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置。
【請求項３】請求項１において前記入射角度可変の光
学系が、互いに対向する放物面鏡を備えていることを特
徴とする赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置。
【請求項４】請求項１において、前記半球状プリズム
の前記底面と試料表面との密着圧力を微調整する接圧制
御装置を設けたことを特徴とする赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ
装置。
【請求項５】試料表面にプリズムを密着させ、該プリ
ズムに赤外光を所定角度で入射させ、試料表面で全反射
した赤外光のスペクトルをＦＴ−ＩＲ装置で解析するこ
とにより試料表面部の分析を行う、減衰全反射法に基づ
く赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置において、プリズムとして
底面が平滑な平面である半球状プリズムを設けるととも
に、該半球状プリズムの前記底面と試料表面との密着圧
力を微調整する接圧制御装置を設けたことを特徴とする
赤外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置。
【請求項６】記録媒体に試料表面部の定性分析、定量
分析の少なくとも一方を、請求項１または５に記載の赤
外顕微・ＦＴ−ＩＲ装置を用いて行うことを特徴とする
記録媒体の分析方法。
【請求項７】請求項６において、記録媒体が非磁性支
持体上に結合剤と強磁性粉末とを主体とし、かつ有機性
潤滑剤を含有する磁性塗料の塗膜により磁性層が形成さ
れた塗布型磁気記録媒体であることを特徴とする記録媒
体の分析方法。
【請求項８】請求項６において、記録媒体が非磁性支
持体上に金属薄膜と、該金属薄膜上に有機性潤滑剤を含
有する磁性層とが形成された薄膜金属型磁気記録媒体で
あることを特徴とする記録媒体の分析方法。
【請求項９】請求項６において、記録媒体が非磁性支
持体上に光記録層が形成され、かつ該光記録層の表面に
有機性潤滑剤を含有する有機薄膜が形成された薄膜金属
型光記録媒体であることを特徴とする記録媒体の分析方
法。
【請求項１０】請求項６において、波長２μｍ〜２０
μｍの赤外光を入射させることを特徴とする記録媒体の
分析方法。
【請求項１１】請求項６において、屈折率２．０〜
４．５の半球状プリズムを用いることを特徴とする記録
媒体の分析方法。