JPH11283245A - 磁気記録媒体及びその評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性層上に、保護層及び潤滑剤層を形成して
なる磁気記録媒体であって、保護層と潤滑剤層との接着
仕事量（極性成分）が２０〜３５ｍＮｍ^-1であることを
特徴とする。 【解決手段】 耐久性に優れた磁気記録媒体を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性層上に、保護
層及び潤滑剤層を形成してなる磁気記録媒体に関するも
のであり、特に耐久性に優れた磁気記録媒体およびその
評価方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク等の磁気記録媒体は、基板
上に金属又はそれらの合金からなる磁性薄膜層（磁性
層）を、メッキ法、真空蒸着法又はスパッタリング法等
によって被着形成することにより製造される。磁気記録
媒体は、その使用に際して磁気ヘッドとの物理的接触に
耐えられるだけの十分な耐摩耗性と水蒸気等の腐食環境
に磁性層が十分耐えられるだけの耐食性が要求されてい
る。このため、この要求特性を満たすために、磁気記録
媒体の磁性層上には保護層が設けられている。

【０００３】この保護層としては、通常、ヘッドとの耐
摩耗性に優れていることからカーボン質膜が用いられて
いる。カーボン質保護層は、通常、アルゴン等の希ガス
雰囲気下でグラファイトやアモルファスカーボンをター
ゲットとして通常のスパッタリング法によって磁性層上
に被着形成されている。しかしながら、磁性層上にカー
ボン質保護層を形成した磁気記録媒体でも、実際の使用
に際して耐摩耗性が十分でない。このため、従来、 保護層上にフルオロカーボン等の各種潤滑剤の塗布
する方法 上記において、プラズマ処理、紫外線及びオゾン
処理等によって保護層表面を極性化して保護層と潤滑剤
との付着力を向上させる方法（特開平４−６６２４号公
報） 等により、磁気記録媒体とヘッドとの間の耐摩耗性を改
善することが試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の方法では、潤滑剤層の膜厚を厚くすると磁気記録媒体
の吸着がおきるために適正な膜厚にする必要があるが、
このような膜厚では耐摩耗性の改善は十分に図れない。
また、上記の方法では保護層と潤滑剤との付着力は向
上するが、必ずしも耐摩耗性が十分満足し得る程度にな
されるとは言えない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記従来
技術に鑑み鋭意検討した結果、保護層と潤滑剤層の界面
化学的な性質を把握すること、特に保護層と潤滑剤層と
の接着仕事量（極性成分）が耐久性の重要な要因である
ことを見出した。即ち、本発明の磁気記録媒体は、磁性
層上に、保護層及び潤滑剤層を形成してなる磁気記録媒
体であって、保護層と潤滑剤層との接着仕事量（極性成
分）が２０〜３５ｍＮｍ^-1であることを特徴とする。

【０００６】また本発明の磁気記録媒体の評価方法は、
保護層と潤滑剤層を有する磁気記録媒体において、保護
層と潤滑剤層との接着仕事量（極性成分）を、耐久性の
指標として用いることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の磁気記録媒体は、基板上に少なくとも磁性層、
保護層及び潤滑剤層を有するものであればその他の構成
は任意だが、以下の説明では現在の一般的な構成であ
る、基板上に、下地層、磁性層及び保護層を順次有する
磁気記録媒体について説明する。

【０００８】本発明における磁気記録媒体の基板として
は、アルミニウム、アルミニウム合金、ガラス等の通常
のディスク状非磁性基板が用いられる。通常の場合、こ
れらの非磁性基板は、所定の厚さに加工後、その表面を
鏡面加工した後、非磁性金属、例えばＮｉ−Ｐ合金、Ｎ
ｉ−Ｃｕ−Ｐ合金等を無電解メッキ処理等により約５〜
２０μｍの膜厚で成膜して表面層を形成させた後使用さ
れる。このようにして基板上に形成した表面層には必要
に応じてテクスチャ加工を施し、微細な溝又は凸凹を精
度良く加工形成し、特定の表面粗さに仕上げた表面加工
層とする。このテクスチャ加工により、磁気ヘッドと磁
気記録媒体との吸着が防止でき、且つＣＳＳ特性が改善
され、更に磁気異方性が良好となる。

【０００９】更に、この表面加工層上には下地層を形成
した後、磁性層を被着形成する。下地層は、通常、スパ
ッタリング法により、例えば膜厚５０〜２０００Å程度
のクロム下地膜を成膜することにより形成される。この
下地層上に形成される磁性層としては、通常、Ｃｏ−Ｃ
ｒ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｘ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｘ、Ｃ
ｏ−Ｗ−Ｘ等で表されるＣｏ系合金の磁性薄膜層が好適
である。なお、ここで、ＸとしてはＬｉ、Ｓｉ、Ｃａ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｓ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ及びＥｕよりなる群から選ばれる１種又は２種
以上の元素が挙げられる。

【００１０】このようなＣｏ系合金からなる金属磁性層
は、通常、スパッタリング等の手段により基板の下地層
上に被着形成される。この金属磁性層の膜厚としては、
通常、５０〜６００Åの範囲とされる。

【００１１】保護層は、炭素膜、水素化カーボン膜、窒
素化カーボン膜、ＴｉＣ、ＳｉＣ等の炭化膜、ＳｉＮ、
ＴｉＮ等の窒化膜、ＳｉＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ等の酸
化物膜等によって構成され、通常、蒸着法、ＣＶＤ法、
スパッタ法、イオンプレーティング法、湿式法等により
形成される。保護層としては、炭素膜、水素化カーボン
膜及び窒素化カーボン膜が好ましい。

【００１２】例えば、水素化カーボン膜としては、水素
と炭素を含有する膜であれば良く、特に限定されるもの
ではないが、例えば、カーボンをターゲットとして希ガ
スと水素ガスを含むプラズマ中でスパッタリングするこ
とにより形成される。ここで使用されるターゲットとし
ては、ダイヤモンド状、グラファイト状、又は、アモル
ファス状のカーボンが用いられる。

【００１３】また、希ガスとしては、アルゴン、ヘリウ
ム、ネオン、キセノン、ラドン、クリプトン等が挙げら
れるが、これらのうち、特に、アルゴンが好適に用いら
れる。アルゴンガス等の希ガスと水素ガスを含むスパッ
タリング雰囲気中の水素ガスの含有量は、通常、２〜２
０体積％、望ましくは５〜１０体積％の範囲である。ス
パッタリング法としては、通常、直流マグネトロンスパ
ッタリング法が採用されるが、高周波マグネトロンスパ
ッタリング法も使用できる。

【００１４】スパッタリング時のチャンバー内の圧力
は、通常、０．５〜２０ｍＴｏｒｒ、望ましくは１〜１
０ｍＴｏｒｒとされ、基板の温度は、通常、３００℃以
下、望ましくは常温〜２５０℃の範囲とされる。基板と
ターゲットとの間隔、スパッタ時間、投入電力等は、形
成する水素化カーボン保護膜の膜厚に応じて適宜決定さ
れる。なお、水素化カーボン保護膜の厚さは、通常、５
０〜１０００Å、望ましくは１００〜６００Åの範囲で
ある。

【００１５】保護層の表面には、潤滑剤層が設けられ
る。潤滑剤としては、例えば、フッ素系液体潤滑剤が使
用され、通常、ディップコート法、スピンコート法、ス
プレーコート法等により、保護層の表面に形成される。
潤滑剤層の厚さは、通常、約１５〜５０Åの範囲であ
る。また、潤滑剤層形成後、加熱処理を施してもよい。
加熱温度は、５０℃以上、潤滑剤の分解温度よりも低い
温度の範囲で適宜選択すればよい。

【００１６】潤滑剤としては、末端又は側鎖に水酸基を
有し、分子骨格中にフルオロカーボン骨格を有する化合
物、例えば、パーフルオロカルボン酸エステル、パーフ
ルオロチオールカルボン酸エステル、パーフルオロジカ
ルボン酸エステル、パーフルオロカルボン酸パーフルオ
ロアルキルエステル、パーフルオロ安息香酸エステル、
カルボン酸パーフルオロアルキルエステル、ジカルボン
酸パーフルオロアルキルエステル、カルボン酸パーフル
オロアルコキシアルキルエステル、パーフルオロカルボ
ン酸アミド、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロ
ポリエーテルカルボン酸、パーフルオロポリエーテルア
ルコール、パーフルオロポリエーテルエステル等を用い
ることができる。このような潤滑剤としては、Ａｕｓｉ
ｍｏｎｔ社製のＦｏｍｂｌｉｎ−Ｚ−ＤＯＬ（商品
名）、Ｆｏｍｂｌｉｎ−Ｚ−Ｔｅｔｒａｏｌ（商品名）
等が挙げられる。

【００１７】本発明の磁気記録媒体は、保護層と潤滑剤
層との接着仕事量（極性成分）が２０〜３５ｍＮｍ^-1で
あることを特徴とする。本発明において保護層と潤滑層
との接着仕事量（極性成分）は、保護層及び潤滑剤層の
表面エネルギーから求める。表面エネルギーの解析方法
としては、一般に試液との接触角を利用する方法が知ら
れている。

【００１８】接触角θ、固体の表面自由エネルギー
γ_S 、液体の表面自由エネルギーγ_L 、固液界面の表面
自由エネルギーγ_SL、接着仕事量Ｗ_SLは、下記の関係が
ある（Ｙｏｕｎｇ−Ｄｕｐｒｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎ）。

【００１９】

【数１】 γ_S ＝γ_L ・ｃｏｓθ＋γ_SL … γ_S ＋γ_L ＝γ_SL＋Ｗ_SL … 、より Ｗ_SL＝γ_L （１＋ｃｏｓθ） … また、表面自由エネルギーγは、分散力成分γ^d 、双極
子力成分γ^p 、水素結合成分γ^h の和で示される。

【００２０】

【数２】γ＝γ^d ＋γ^p ＋γ^h 表面自由エネルギーが未知である固体の表面自由エネル
ギーγ_S （＝γ_S ^d ＋γ_S ^p ＋γ_S ^h ）は、表面自由エ
ネルギー既知の試液との接触角から求めることができ
る。試液（Ａ、Ｂ、Ｃ）の表面自由エネルギーを

【００２１】

【数３】γ_LA＝γ_LA ^d ＋γ_LA ^p ＋γ_LA ^h γ_LB＝γ_LB ^d ＋γ_LB ^p ＋γ_LB ^h γ_LC＝γ_LC ^d ＋γ_LC ^p ＋γ_LC ^h とすると、上記の接着仕事量は次のように表わされる
（Ｆｏｗｋｅｓの理論、北崎・畑らの拡張Ｆｏｗｋｅｓ
の理論）。

【００２２】

【数４】

【００２３】この連立方程式を解くことにより、求める
固体の表面自由エネルギーγ_S 及びその３成分γ_S ^d 、
γ_S ^p 、γ_S ^h を求めることができる。上記方法に従っ
て、保護層及び潤滑剤層の表面自由エネルギーをそれぞ
れ求める。また、保護層及び潤滑剤層の接触も、固液界
面の接触と考えられるため、保護層と潤滑剤層の接着仕
事量Ｗは、上記Ｆｏｗｋｅｓの理論を適用して、下記の
ように表わされる。

【００２４】

【数５】

【００２５】本発明において、接着仕事量の極性成分
（Ｗ^h ）とは双極子力成分と水素結合成分の和をいう。

【００２６】

【数６】

【００２７】以上のようにして、接着仕事量（極性成
分）を求めることができる。本発明においては、接着仕
事量（極性成分）が、２０〜３５ｍＮｍ^-1の範囲である
ことが好ましい。接着仕事量（極性成分）が上記範囲よ
り小さい場合には保護層と潤滑剤層との吸着が弱く潤滑
性能が劣化し、上記範囲より大きい場合には摩擦抵抗が
増大するためスティッキング現象を生じやすくなる。こ
のように、接着仕事量は磁気記録媒体の耐久性の評価指
針としても非常に有用である。

【００２８】本発明においては、上記範囲の接着仕事量
（極性成分）が得られるように、保護層の種類及び潤滑
剤層の種類を適宜選択すればよい。例えば、保護層が水
素化カーボンの場合には、潤滑剤としてＤＯＬ２０００
を用いることが好ましい。保護層と潤滑剤層の接着仕事
量（極性成分）を本発明の範囲内にすることにより、耐
久性に優れる磁気記録媒体を提供することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例
により限定されるものではない。図３は、本発明で使用
した接触角測定装置の構成を示す概略図である。すなわ
ち、マイクロシリンジから滴下された試料液体は、ステ
ージ上の被測定物（保護層、潤滑剤）の表面に接触し、
表面張力により曲線状の液面を形作る。試料液体と被測
定物表面との接触面を光源に対向する方向かつ水平方向
からＣＣＤカメラで撮影し、その画像データを解析用コ
ンピュータで画像処理してθ／２法により接触角をもと
める。シリンジから滴下する試料液体の量は、液体の持
つ表面張力によって異なるが、１から２mlである。

【００３０】（１）保護層の表面自由エネルギー測定 Ｎｉ−Ｐメッキ層を施したＡｌ製のディスク状基板上
に、Ｃｒ下地層、Ｃｏ系磁性層を形成したディスク上
に、スパッタ法により水素化カーボン保護層（膜厚１５
０Å）を成膜した。スパッタ条件を下記に示す。

【００３１】

【表１】 試液として水（γ^d ＋γ^p ＋γ^h ）、エチレングリコー
ル（γ^d ＋γ^h ）、ホルムアミド（γ^d ＋γ^p ＋γ^h ）
を用いて得られた水素化カーボン保護層の接触角（°）
を測定した結果を下記に示す。

【００３２】

【表２】 測定した接触角から計算した保護層の表面自由エネルギ
ー（ｍＮｍ^-1）を下記に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】（２）潤滑剤層の表面自由エネルギーの測
定 潤滑剤の塗布表面ではなく、潤滑剤がバルクとして存在
するときの表面自由エネルギーを規定することにした。
潤滑膜は保護膜界面に吸着している吸着層と、その上に
存在する流動性を持ったＦｒｅｅ Ｌｕｂ層が存在する
と考えられるが、十分厚い潤滑膜では、このＦｒｅｅ
Ｌｕｂ層はバルクと同じ性質を持っていると仮定して、
作製した厚膜上の表面自由エネルギーをバルクの表面自
由エネルギーとした。潤滑剤はＡｕｓｉｍｏｎｔ社製の
Ｄｏｌ ２０００、Ｄｏｌ ４０００、Ｔｅｔｒａｏｌ
２０００Ｓ（それぞれ商品名）を用いた。各潤滑剤の
構造及び特性を下記に示す。

【００３５】

【化１】X-CH₂ −CF₂ −[(O-OF₂ −CF₂ )_p −(O−CF₂ )
_q ]−O−CF₂ −CH₂ −X Fomblin Z dol Ｘ＝−ＯＨ

【００３６】

【表４】 ディスク上に潤滑剤の原液を滴下し、不織布で表面にの
ばし、厚膜を作成した。実際に塗布された膜厚は通常の
磁気記録媒体の潤滑剤層の５０〜１００倍の膜厚であっ
た。

【００３７】試液にはｎ−Ｈｅｘａｄｅｃａｎｅ（γ^d
型）と水（γ^d＋γ^p＋γ^h型）を用いた。まず、ｎ−Ｈ
ｅｘａｄｅｃａｎｅの接触角を測定する。ｎ−Ｈｅｘａ
ｄｅｃａｎｅはγ^d成分のみを持つ液体である。分散力
と極性力には加成性が成り立ち、互いに相互作用しない
とすることは良い近似であるから、Ｆｏｗｋｅｓの理論
を適用すると、界面自由エネルギーは

【００３８】

【数７】 と表される。これとＹｏｕｎｇの式とＤｕｐｒｅの式を
各成分に適用して、

【００３９】

【数８】γ_S ＝γ_SL＋γ_L ・ｃｏｓθ γ_L ＋γ_S ＝γ_SL＋Ｗ_SL から未知数としてγ_S ^dが求まる。得られたγ_S ^dの値を用
いて同様に

【００４０】

【数９】 として、γ_S ^Phを求める。測定した接触角の値を下記に
示す。

【００４１】

【表５】 これらの値から計算した表面自由エネルギー（ｍＮ
ｍ^-1）を下記に示す。ここでγ^phは双極子力成分と水素
結合力成分の和である。

【００４２】

【表６】

【００４３】（３）接着仕事量の計算 上記（１）、（２）で求めた各表面エネルギーから、水
素化カーボン保護層と潤滑剤の組合せについて計算した
接着仕事量を下記に示す。（ここで、潤滑剤層の極性成
分γ^phは、水酸基に起因する水素結合力成分が大部分で
あると考えられるため、γ^h ＝γ^phとした。） Ｗ^d は接着仕事量の分散力成分、Ｗ^h は接着仕事量の極
性成分を示す。

【００４４】

【表７】 また、Ｗ^h と水素ガスＦｌｏｗの関係を図１に示す。

【００４５】（４）耐久性 雰囲気水素濃度９％で水素化カーボン保護膜上にＤｏｌ
２０００（●）及びＤｏｌ ４０００（○）を潤滑剤
層として成膜した磁気記録媒体のＣＳＳ特性評価結果を
図２に示す。磁気記録媒体を３２℃、８０％ＲＨの条件
で実ドライブに組み込み、スタートとストップを繰り返
し行った後の駆動トルクを測定し、ＣＳＳ回数と駆動ト
ルクとの関係により評価した。

【００４６】前述したようにこの場合の接着仕事量（極
性成分）Ｗ^h は、Ｄｏｌ ２０００：２３．４ｍＮ
ｍ^-1、Ｄｏｌ ４０００：１５．６ｍＮｍ^-1である。接
着仕事量（極性成分）が本発明の範囲内であるＤｏｌ
２０００の場合は安定なＣＳＳ特性を示すことが分か
る。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐久性に優れた磁気記録媒体が得られるほか、保護層に
適した潤滑剤の選定が容易になる、耐久性の推測が短時
間に行える等の効果が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における接着仕事量Ｗ^h を示す
図。

【図２】本発明の実施例におけるＣＳＳ特性を示す図。

【図３】本発明において使用した接触角測定装置の構成
を示す概略図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性層上に、保護層及び潤滑剤層を形成
   してなる磁気記録媒体であって、保護層と潤滑剤層との
   接着仕事量（極性成分）が２０〜３５ｍＮｍ ^-1であるこ
   とを特徴とする磁気記録媒体。
2. 【請求項２】 保護層が水素化カーボン保護層である請
   求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 【請求項３】 保護層と潤滑剤層を有する磁気記録媒体
   において、保護層と潤滑剤層との接着仕事量（極性成
   分）を、耐久性の指標として用いる磁気記録媒体の評価
   方法。