JPS6233759A - 炭素被膜の製造方法 - Google Patents

炭素被膜の製造方法

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JPS6233759A
JPS6233759A JP17300585A JP17300585A JPS6233759A JP S6233759 A JPS6233759 A JP S6233759A JP 17300585 A JP17300585 A JP 17300585A JP 17300585 A JP17300585 A JP 17300585A JP S6233759 A JPS6233759 A JP S6233759A
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glassy carbon
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山内 通秀
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605Carbon

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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〕 本発明は炭素被膜の製造方法に関する。特に、耐久性に
優れ、しかも摺接する相手の部材および自身の下地に損
傷を与えない炭素被膜の製造方法に関する。
本発明は、情報処理装置の磁気記録媒体、人工関節、電
磁弁摺動部その他に利用する。
〔概要〕
本発明は、他の部材と摺接する摺接部品の表面に被膜を
形成する炭素皮膜の製造方法において、ガラス状カーボ
ンを炭素源としてスバノクリングにより炭素被膜を形成
することにより、耐久性に優れ、しかも摺接する他の部
材との摩擦抵抗が少ない被膜を形成するものである。
〔従来例〕
現在、シートやフィルム等に磁性体層を設けた記録媒体
を用いる記録再生装置や、紙を記録媒体として用いる記
録再生装置が各種市販されている。
これらの記録再生装置には、記録媒体と常時または一時
的に摺接する部品が多数台まれている。このような部品
としては、例えばフレキシブルディスクのヘントスライ
ダ、ハードディスクの浮上スライダ、磁気ヘッド等を挙
げることができる。これらの部品には、耐久性に優れ、
しかも相対的に摺接する記録媒体に損傷を与えないこと
が必要である。
また、メカニカルシール、電磁弁摺動部、人工関節等の
摺動性を機能の一つとしてもっ摺接部品において、その
構造材としての強度を有する部材の表面に摺動性を賦与
させることが必要である。
機能としての摺動性とは、摩擦係数が小さく、耐久性が
あり、しかも相対的に摺接する相手の材料に損傷を与え
ない性質をいう。
このような摺動性を得るために、界面科学的な研究が行
われてきた。フレキシブルディスク駆動装置やハードデ
ィスク駆動装置では、記録媒体表面に保護膜を設けたり
、記録媒体に潤滑剤を塗布したり、記録媒体と摺接する
部品の表面に潤滑剤を塗布する等により、記録媒体の損
傷を防止する試みがなされている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、潤滑剤を用いる場合には、潤滑剤が経時的に失
われる問題がある。すなわち、潤滑作用を長時間持続さ
せることが困難であり、定期的に潤滑剤を塗布しなけれ
ばならない欠点があった。
保護膜を設けた例としては、磁気ヘッドにアルミナ(特
開昭56−83829) 、シリカ、あるいはチタン酸
バリウム(特開昭56−83869)の被膜を形成した
例が知られているが、記録媒体の耐久性は不十分であっ
た。
記録媒体表面に保護膜を形成した例も知られ、その材料
としてシリカや炭素が用いられている。
しかし、これらは、保護膜の下になる記録媒体の特性を
劣化させ、摺動性が不十分であるものが多い。
本発明は、耐久性に優れ、摺接する部材との摩擦抵抗が
少ない炭素被膜を形成することを特徴とする特に、磁気
記録媒体の表面に、磁性層およびその特性を損傷させる
ことなしに炭素被膜を形成することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の炭素被膜の製造方法は、他の部材と摺接する摺
接部品の表面に炭素被膜を形成する炭素皮膜の製造方法
において、ガラス状カーボンを炭素源とし、スパッタリ
ングにより炭素被膜を形成することを特徴とする。
ここで「スパッタリング」とは、ターゲットに配置した
物質にイオンを衝突させてこのターゲット表面の原子ま
たは分子を蒸発させ、この蒸発した原子または分子を被
スパンタ物の表面に沈着させる方法をいう。本発明では
、イオンの種類、反応雰囲気、イオンを生成する方法な
どを限定するものではないが、形成される皮膜の純度や
形成速度の速さの点で、低ガス圧スパッタリング法を用
いることが望ましい。低ガス圧スパッタリング法とは、
反応中のガス圧が通常の冷陰極直流グロー放電維持頭載
の10−’〜lOづTorrより低い状態でスパッタリ
ングを行う方法であり、3極直流グロー放電スパツタリ
ング法、2極高周波グロー放電スパッタリング法、マグ
ネトロンスパッタリング法等が知られている。
本発明では、炭素源として、熱硬化性樹脂を炭化して得
られるガラス状カーボン、共重合や共縮合等により熱硬
化するように変性された樹脂を炭素化して得られるガラ
ス状カーボン、硬化あるいは炭素化の過程で化学処理に
より結晶化を著しく妨げることにより得られるガラス状
カーボン、メタン、エチレン、ベンゼン等の低分子量炭
化水素類を気相で熱分解して得られるガラス状カーボン
等を用いる。具体的には、ポリアクリロニトリル系ガラ
ス状カーボン、レーヨン系ガラス状カーボン、ピンチ系
ガラス状カーボン、リグニン系ガラス状カーボン、フェ
ノール系ガラス状カーボン、フラン系ガラス状カーボン
、アルキッド樹脂系ガラス状カーボン、不飽和ポリエス
テル系ガラス状カーボン、キシレン樹脂系ガラス状カー
ボン等を用いることができる。
より好ましくは、フェノール、フルフリルアルコールお
よびホルマリンの3元系混合物を主成分とする樹脂硬化
物を焼成して得られたガラス状カーボンを用いる。
〔作用〕
摺接部品やその他の基板表面に炭素被膜を形成する方法
としては、気相状態の炭化水素を炭素源として用いるも
のと、バルク状のカーボン材料を炭素源として用いるも
のとがある。
気相状態の炭化水素を炭素源として用いる例としては、
一般に、熱的平衡条件下で熱分解炭素を生じさせる化学
気相成長(CVD)法や、何等かの方法で熱的平衡状態
を乱すかまたは強制的に非熱平衡状態にして炭素を分離
する方法がある。後者の例としては、メタン等の炭化水
素を用いたプラズマCVD法や、イオン化蒸着法がある
。これらの方法では熱分解を起こすための温度域が60
0℃〜800℃以上であり、基板の耐熱性の問題や、磁
気記録媒体に被膜を形成する場合には磁性材料への熱の
影響の問題がある。さらに、この方法では大面積に均一
に被膜を形成することが困難である。また、プラズマC
VD法やイオン化蒸着法では、硬い炭素被膜を得ること
ができるが、十分な均一性が得られず、高価な装置が必
要となる。
バルク状のカーボン材料を炭素源として用いる方法の例
としては、真空蒸着やスパッタリングを用いた方法があ
る。しかし、真空蒸着により被膜を形成する場合には、
蒸着する粒子の運動エネルギが比較的低いために、形成
された被膜は剥がれやすく耐久性に劣る欠点がある。ま
た、真空蒸着により得られる薄膜は、一般的に不均質で
あり膜圧も不均質である。
この他に、イオンブレーティング法等が知られているが
、高価な装置が必要である。
これに対して、スパッタリング法は膜厚が極めて均質な
被膜を形成することができる。本発明者らの研究により
、スパッタリング法により炭素被膜を形成すると、ター
ゲット材料の構造と相関のある膜が形成され、ガラス状
カーボンをスパッタリングのターゲットに用いた場合に
は、得られる炭素被膜は実質的に非晶質であり、均質で
、しかも耐久性に優れていることが判明した。さらに、
表面孔が極めて少ないガラス状カーボンを用いた場合に
は、スパッタリングを行うための背景圧力I X 10
− ’Torrに到達するまでの時間を短縮でき、しか
もスパッタリング時およびその前後での不純ガスおよび
カーボン粉末の発生を抑制することができる。
〔発明の効果〕
本発明の方法により得られた炭素被膜は、摺接部品その
ものの耐久性を改善し、しかもこの部品と摺接する他の
部材との摩擦係数を低下させる効果がある。したがって
、このような炭素被膜をハードディスクの表面保護膜、
電磁弁摺動面、人工骨摺動面等に用いて大きな効果があ
る。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例および比較例を示して本発明の詳
細な説明する。以下に示す例はあくまでも一例であり、
これにより本発明の技術的範囲を限定するものではない
。また、以下の実施例および比較例では、磁気記憶装置
に用いられるハードディスクに炭素被膜を形成する場合
を例に説明するが、他の材料や他の部材でも本発明を同
様に実施できる。なお、実施例中で「部Jとあるのはす
べて「重量部」を意味する。
(実施例1) フルフリルアルコール、パラホルムアルデヒドおよびフ
ェノールをモル比で30 : 40 : 30になるよ
うに調節したフェノール変性フラン樹脂を通常の方法に
より生成し、800cpsの液状樹脂を得た。この樹脂
に、p−1ル工ンスルホン酸60%水溶液を2.5部添
加して十分に撹拌し、厚さ3.5mmの円板状硬化物に
成形した。この硬化物を、窒素雰囲気中において2℃/
hrの昇温速度で1)00℃まで昇温し、2時間保持し
た後に冷却してガラス状カーボンを得た。
このガラス状カーボンをバッキングプレートに装着して
、スパッタリングのターゲツト材とした。
被膜を施す基板は、住友軽金属製の直径5.25インチ
のアルミニウム基板に0.5−の厚さのCo−Cr合金
膜をスパッタリングで形成したディスク基板を用いた。
スパッタリング装置として日電アネルバ製5PF530
を用い、通常のスパッタリングと同様に、背景圧力とし
てI X IF ’Torrの真空にした後、放電ガス
としてアルゴンガスを2 X 10−’Torrまで導
入し、基板を水冷し、400Wの高周波電力を印加して
スパッタリングを行った。このとき、形成中の被膜の厚
さを水晶発振式の膜圧針でモニタし、400人の炭素被
膜を形成した。
薄膜X線回折、ラマン分光分析、透過型電子顕微鏡像か
ら、得られた炭素被膜は実質的に非晶質であることが判
明した。
(実施例2) ガラス状カーボン(花王石鹸製グラハードS)をターゲ
ツト材とし、背景圧力I X 10−’Torr、アル
ゴンガス圧3 X 10−3Torrおよび高周波電力
300Wの条件で実施例1と同様にスパッタリングを行
い、ディスク基板表面に膜厚350人の炭素被膜を形成
した。実施例1と同様の測定によると、得られた炭素被
膜は実質的に非晶質であった。
(実施例3) ガラス状カーボン(花王石鹸製グラハードR)をターゲ
ツト材とし、背景圧力I X 10−’Torr、アル
ゴンガス圧3 X 10−’Torrおよび高周波電力
500Wの条件で実施例1と同様にスパッタリングを行
い、ディスク基板表面に膜厚400人の炭素被膜を形成
した。
(比較例1) 炭素被膜を形成するために、グラファイト(東北協和カ
ーボン製メタフエイトMP−301)をスパッタリング
ターゲットに用いて、背景圧力lXl0−7Torr、
アルゴンガス圧3 X 10−3Torrおよび高周波
電力500Wの条件で実施例■と同様にスパッタリング
を行い、ディスク基板表面に膜厚400人の炭素被膜を
形成した。この比較例では、被膜の厚さを段差針を用い
て測定した。
(実施例4) モル比が35 : 40 : 35のフルフリルアルコ
ール、バラホルムアルデヒドおよびフェノールからなる
樹脂硬化物を原料に、実施例1と同様に焼成およびスパ
ッタリングを行い、膜厚が400人の炭素被膜を形成し
た。
(実施例5) モル比が5:55:40のフルフリルアルコール、バラ
ホルムアルデヒドおよびフェノールからなる樹脂硬化物
を原料に、実施例1と同様に焼成およびスパッタリング
を行い、膜厚が400人の炭素被膜を形成した。
(実施例6) モル比が50 : 30 : 20のフルフリルアルコ
ール、バラホルムアルデヒドおよびフェノールからなる
樹脂硬化物を原料に、実施例1と同様に焼成およびスパ
ッタリングを行い、膜厚が400人の炭素被膜を形成し
た。
(実施例7) 実施例2で得られた樹脂硬化物を、窒素気流中2℃/h
rの昇温速度で600℃まで加熱し、これを2時間保持
した。この焼成物の炭素比率を元素分析装置で定量した
ところ92.5重量%であった。この焼成物を用いて、
実施例1と同様の方法でスパッタリングを行い、膜厚4
00人の炭素被膜を形成した。
(比較例2) 市販のSiO2スパッタリングターゲット材料を用いて
、背景圧力I X 10−’Torr、アルゴンガス圧
3X 10” ’Torrの雰囲気に酸素気流を導入し
て、高周波電力500 Wでバイアススパッタリングを
行い、ディスク基板表面にSingの被膜を形成した。
(試験例) 実施例1〜7および比較例により得られた炭素被膜の摩
擦係数を、ピンオンディスク型の摩擦係数測定装置で測
定した。ピンとしては、磁気ヘッドの材料として用いら
れるMn−Znフェライトのチップを用いた。
さらに、実施例1〜7および比較例1〜2により炭素被
膜が形成されたディスク基板をカートリッジ型ハードデ
ィスク駆動装置に装着して、一定のトランク上を磁気ヘ
ッドの浮上、着陸を繰り返すコンタクト・スタート・ス
トップ(C3S)E験を2万回行い、互いに摺接する基
板面およびヘッド面の損傷状況を走査型電子顕微鏡によ
り観測した。この結果を表に示す。また、下地の磁性膜
の磁気特性(保磁力Hcおよび異方性磁界の強さHk)
が保護膜形成により変化するようすを示した。表から、
ガラス状カーボンをターゲットとしたスパッタリングに
より得られた被膜は、下地の磁性膜の特性劣化がなく、
耐久性に優れ、しかも摩擦係数が低いことがわかる。
(以下号二頁余白)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)他の部材と摺接する摺接部品の表面に炭素被膜を
    形成する炭素被膜の製造方法において、ガラス状カーボ
    ンを炭素源としてスパッタリングにより炭素被膜を形成
    すること を特徴とする炭素被膜の製造方法。
  2. (2)形成される炭素被膜は実質的に非晶質である特許
    請求の範囲第(1)項に記載の炭素皮膜の製造方法。
  3. (3)摺接部品は磁気記憶装置のハードディスクである
    特許請求の範囲第(1)項に記載の炭素皮膜の製造方法
  4. (4)ガラス状カーボンは、フェノール、フルフリルア
    ルコールおよびホルマリンの混合物を主成分とする樹脂
    硬化物の焼成物である特許請求の範囲第(1)項に記載
    の炭素皮膜の製造方法。
  5. (5)ガラス状カーボンは、表面孔が極めて少ないもの
    を用いる特許請求の範囲第(1)項に記載の炭素皮膜の
    製造方法。
  6. (6)スパッタリングは、冷陰極直流グロー放電を維持
    できるガス圧より低い雰囲気下で行う特許請求の範囲第
    (1)項に記載の炭素皮膜の製造方法。
JP17300585A 1985-08-05 1985-08-05 炭素被膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH062936B2 (ja)

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EP0216079A1 (en) 1987-04-01
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