WO1999046765A1 - Support d'enregistrement magnetique et memoire magnetique - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a magnetic recording medium and a magnetic storage device, and more particularly to a magnetic recording medium having good sliding durability, suitable for high recording density, and capable of stably obtaining recording / reproducing output, and mounting the magnetic recording medium. It relates to a highly reliable magnetic storage device. Background art
- Magnetic disk drives are indispensable as main storage devices for information devices such as computers, and as the need for high-speed processing of large amounts of data, such as images and sounds, increases, the capacity and speed of recording and playback increase. Is needed.
- it is essential to increase the recording density and to perform high-speed read Z-write operation.
- the recording density the actual distance from the element of the recording / reproducing head to the recording film of the magnetic disk, which is the recording medium, should be reduced as much as possible, and the track width should be narrowed.
- high-speed rotation and high-speed seek are essential.
- the magnetic head and the magnetic disk which had been operating at a sufficiently large interval in the past, must move at high speed while almost in contact with each other, that is, in a so-called intermittent contact state.
- the protective layer and the lubricating layer between them it is necessary to make the protective layer and the lubricating layer between them as thin as possible.
- the lubricating layer is 2 nm or less, the average distance between the disk surface and the head is 30 nm or less, and in some cases, contact is possible. Practical under such severe conditions It goes without saying that the key to obtaining a magnetic disk is how to design the material and shape of the contact portion between the protective layer, the lubricating layer and the head.
- the protective layer is formed by sputtering an amorphous carbon film by sputtering graphite in an Ar atmosphere, or by sputtering a graphite in an Ar + H2 or Ar + CH4 atmosphere.
- Hydromorphic carbon films have been put into practical use.
- diamond-like carbon films can be formed by plasma CVD of hydrocarbon gas, and various elements such as Si, Ti, W, Fe, etc. can be added.
- Various protective films such as carbon films, BN, and Si02 have been studied.
- 62-287415 discloses an example in which two types of carbon layers having different hardnesses are laminated and a soft lower layer is used as a buffer layer.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191687 also discloses an example in which the hardness of the protective layer is changed in the film thickness direction. However, all of these were extremely thin films of l Onm or less and had poor strength or insufficient corrosion resistance and could not be used.
- a perfluoro-opening polyether-based lubricating oil having an adsorptive functional group at the end is used exclusively, and a large number of lubricants having an end group with improved binding to the protective layer are disclosed. .
- the protective layer and the lubricating layer need only consider the sliding with the head when starting and stopping the disk device, so-called contact start-stop. During the reading and writing operations of the disk, there was no sliding problem except for the entry of foreign matter because the head was separated from the disk.
- An object of the present invention is to provide a magnetic recording medium which is less damaged in high-speed low-flying sliding and has high durability, and is capable of using an extremely thin film having a substantial film thickness of l Onm or less under such severe conditions.
- An object of the present invention is to obtain a highly reliable magnetic storage device by realizing a magnetic recording medium having a layer. Disclosure of the invention
- a protective layer made of a specific material is provided in the present invention. The details are described below.
- FIG. 1 shows an example of the sectional structure of the magnetic recording medium of the present invention.
- the substrate 1 is a disc-shaped substrate having a hole in the center, and is usually made of an aluminum magnesium alloy with NiP plating, or a glass substrate that has been subjected to a strengthening treatment to increase the strength.
- the material is not particularly specified, but the surface should be as smooth as possible, and the center line average roughness should be several nm or less, preferably 1 nm or less.
- the underlayer 2 is for improving the crystallinity of the magnetic layer 3, and for example, Cr or an alloy thereof can be used. Of course, a multilayer structure is also possible.
- the magnetic layer 3 is for recording signals, and is made of, for example, a Co-based alloy material. Ternary alloys such as CoCrTa, CoCrPt, CoCrV, CoNiCr, and CoNiV are often used, but it is possible to add a fourth element or an oxide to them.o
- the protective layer 4 is a feature of the present invention and is a layer having specific mechanical strength characteristics.
- the specific mechanical strength characteristics are, specifically, the pressing direction of the head.
- the running direction are expressed as a ratio of the Young's modulus measured at a pressing depth of not more than half of the thickness of the protective layer 4.
- the Young's modulus in the pressing direction is Ed
- the Young's modulus in the running direction is Ec.
- EcZEd is less than 0.5.
- a conical or pyramidal indenter with a curvature R at the tip of 0.1 micron or less is pushed with a small load to the above-mentioned depth.
- the Young's modulus may be obtained from the relationship between the amount of deformation and the surface pressure within the range where plastic deformation does not occur when vibration is applied.
- the layer A has a layer with high hardness and Young's modulus as the layer 5 and the layer B has a layer with low hardness and Young's modulus.Because these layers function as a single unit, the thickness of each layer should be as thin as possible and stacked in multiple layers. preferable. However, since the object of the present invention is a layer having a total thickness of 10 nm or less, the thickness of each layer is preferably 3 nm or less, and more preferably 1 nm or less.
- a method of laminating by adding alternately an additive element mainly having a hardness and a Young's modulus that are both large and an additive element having both a small hardness and a Young's modulus are mainly added.
- the additional elements that increase both the hardness and Young's modulus of the former include nitrogen, less than 20% hydrogen, silicon, boron, etc., and a mixture of nitrogen and less than 20% hydrogen.
- Additive elements that decrease both the hardness and Young's modulus include hydrogen, oxygen, fluorine, etc., of 20% or more.
- FIG. 2 shows the results of the above-described nanoindentation evaluation (evaluation by microindentation) for five alternately stacked layers having a total film thickness of 10 nm. As a comparison, the evaluation results when a single 10 nm layer of each film was provided are also shown. As can be seen from Fig.
- the Young's modulus in the vertical direction ( ⁇ ) to the film is slightly larger than the average of the Young's modulus of each single-layer film, whereas the Young's modulus in the horizontal direction (II) of the film is The ratio becomes a value smaller than the average of the Young's ratio of each single layer film, and the effect of the present invention can be exhibited.
- a lubricating layer 7 can be provided on the protective layer 4 of the present invention.
- a perfluoropolyether having a terminal group modified at present is often used.
- the lubricating layer 7 has a main chain of perfluoropolyether, and has a hydroxyl group, an amide group, an amino group, an amine Fluorine oil having a molecular weight of 1,000 to 10,000, and having a polar group such as a salt, an ester group, or a pyrrolyl group, can be used.
- the use of these materials reduces the friction coefficient at the time of contact with the head, and is effective in prolonging the life at the time of CSS or stable continuous sliding. However, it has no effect on intermittent and shock contact as intended in the present invention.
- a disk having a predetermined outer diameter, such as 2.5 inches or 3.5 inches, having a hole at the center for attachment to the spindle motor is used.
- the thickness, end face shape, etc. may be determined according to the intended use, and the present invention does not depend on this.
- Other non-magnetic substrate materials can be used as well as commonly used non-magnetic MP magnesium plated aluminum magnesium alloys and surface-reinforced glass substrates.
- the flatness of the surface is important, and it is better to use a flat surface as much as possible.
- the substrate is cleaned as it is or after performing surface processing called texture processing to reduce defects.
- a process of removing dirt and contaminants from the surface with a brush or pad while supplying detergent, spraying pure water It is preferable to combine a process of dropping fine foreign substances by superimposing ultrasonic waves on the substrate and a process of spin drying, hot air drying and the like. Further, a step of dissolving the very surface layer with an acid or an alkali or a step of modifying the surface by a plasma treatment or the like may be incorporated. The present invention can be carried out irrespective of these steps. If necessary, irregularities can be formed in the head start / stop areas, so-called CSS zones, to prevent sticking.For example, a laser spot is irradiated to melt the substrate material in that area. The irregularities formed during solidification may be arranged at appropriate intervals.
- the substrate is heated in a vacuum in order to control the crystallinity of the magnetic layer, and an appropriate base metal layer is provided by sputtering, and then a ferromagnetic material layer is formed.
- the heating temperature varies depending on the desired magnetic properties, but is generally between 150 ° C. and 300 ° C.
- the underlayer is made of Cr or a Cr alloy having good lattice matching with the magnetic layer. Often used.
- the underlayer and the magnetic layer may be each composed of a plurality of layers instead of one layer.
- a protective layer which is a point of the present invention is formed.
- the protective layer can be provided in a separate step from that of the magnetic layer.
- the protective layer of the present invention can be formed by a film deposition method in a vacuum, such as a sputtering method, a plasma CVD method, or an ion beam deposition method.
- a film deposition method in a vacuum such as a sputtering method, a plasma CVD method, or an ion beam deposition method.
- a method in which a bath in which lubricating oil is dissolved in a solvent at a certain concentration is provided, and the disk substrate is immersed in the solvent and gently lifted, or a spin coating method in which a certain amount of solution is dripped on the disk surface and the disk substrate is rotated and applied Can be used. If the thickness of the lubricating oil layer is too thick, it is better to be thin because it collects and sticks to the contact surface with the head, but if it is too thin, its effect is small, so about 5 to 20 people are preferred.
- the protective layer as described above is suitable for the purpose of the present invention for the following reasons. It is.
- the durability of the magnetic disk is improved by the present invention for the following reasons.
- the head floats with a very small distance from the disk surface due to the air pressure caused by rotation, but this interval is on average 10 to 40 nm, Frequent vibrations and fluctuations can frequently cause a part of the head to come into contact, or rub the disk surface with small dust particles. For this reason, it has been necessary to create a system that not only withstands the so-called contact-start / stop operation when starting and stopping but also withstands instantaneous contact during high-speed rotation.
- the recording width is less than 1 micron and the track width is also very narrow, the recording / reproducing output cannot be secured unless the space between the magnetic recording medium and the head element is reduced as much as possible. That is, the protective layer must be as thin as possible. To meet these conflicting requirements, new protective layers that are thin but can withstand high-speed, high-load contact are needed.
- the protective layer is most suitable for the high-speed and high-load contact as described above.
- the Young's modulus in the horizontal direction is low on the surface of the protective layer, the reaction force at the time of contact is small, and it is elastically deformed and escapes. It is less likely to be damaged by the edge or edge, resulting in a contact mode with less damage.
- Simply lowering the Young's modulus of the entire film results in a soft contact in the horizontal direction, but a large sink in the depth direction, resulting in an increase in the deformed portion and an increase in the contact force.
- the magnetic disk formed as described above is fixed to the sample fixing table of this apparatus, and first, the sample table is slowly moved upward to push the diamond needle within the elastic deformation range. Next, the amplitude is gradually increased while vibrating in the vertical direction at a frequency of 1 Hz, and the relationship between the load and the amplitude at that time is taken. If the load reaches 0 before the needle is completely lifted, it means that it has been plastically deformed. Stop vibration and pull up the needle. Next, push the needle in the same way with a slight displacement, and then vibrate while gradually increasing the amplitude in the horizontal direction. If the horizontal load becomes 0 before the needle returns to its original position, it means plastic deformation, so stop vibration and pull up the needle.
- the magnetic storage device of the present invention includes: a magnetic recording medium; a driving unit for driving the magnetic recording medium; a magnetic head for recording and reproducing information on and from the magnetic recording medium;
- the magnetic recording medium includes means for moving relative to the recording medium, and recording / reproducing signal processing means for reproducing a signal input to the magnetic head and reproducing an output signal from the head.
- the magnetic recording medium described above is mounted.
- FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a magnetic disk according to the present invention.
- FIG. 2 is a graph showing a comparison between the Young's modulus of the magnetic disk according to the present invention and the Young's modulus of the prior art.
- FIG. 3 is a table summarizing the evaluation results 1 of the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a table summarizing evaluation results 2 of the example of the present invention.
- FIG. 5 is a schematic plan view of a magnetic storage device according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- each layer was adjusted to 20 nm, CoCrPt to 20 nm, and the protective layer to 7.5 nm.
- the layer B in FIG. 1 was formed as a mixed gas of argon: hydrogen-6: 4 at a gas pressure of 10 mT 0 rr.
- the film thickness in each chamber was 1.5 nm. After removing this substrate from the vacuum chamber, the perfluoropolyether bone A preeminent lubricant was applied to an average thickness of about 1.5 nm.
- the head pressing direction was 180 GPa
- the head running direction was 70 GPa. Met.
- the magnetic disk fabricated as described above was made of A1203-TiC ceramics on the bottom of a block with a length of 2 mm, a width of 1.5 mm, and a thickness of 0.4 mm.
- a continuous sliding test was performed with a load of 5 gf and a rotation speed of 5 m / s using a test head manufactured by rail slider processing.
- the sliding part of this disk and the slider surface of the test head were observed with an optical microscope and an AFM (atomic microscope), but no wear was detected.
- the amount of lubricant in the sliding part of the disk was measured, it was about 95% of that in the non-sliding part, and it was found that there was almost no decrease.
- Example 1 when forming the protective layer, all the film forming conditions in the five film forming chambers were set to Condition 1 (conditions for increasing the hardness and Young's modulus). Produced.
- the Young's modulus in the head pressing direction and the head running direction were 190 GPa GPa and 160 GPa, respectively.
- the results showed that the friction coefficient increased with the number of times of sliding, and the friction coefficient exceeded 1.0 just before 10 k times, and crashed.
- Si02 spray test scratches that were dragged long in the circumferential direction were generated at a rate of 100 or more per surface, and embedding of Si02 particles was observed.
- Example 2 a magnetic disk was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the conditions of the five film forming chambers were all set to condition 2 (conditions for reducing hardness and Young's modulus) when forming the protective layer. .
- the Young's modulus in the head pressing direction and the head running direction were 85 GPa and 81 GPa, respectively.
- the result was that the initial friction coefficient was about 0.1 and did not increase up to 30 k times, but increased with the rotation speed thereafter. And it reached 7.5gf at 100k times. After stopping, the slider was kept in contact with the slider for one day, and the frictional force after rotation was measured.
- FIG. 3 shows the same evaluation in Example 1 except that the film forming conditions of the film forming chambers 2 and 4 were changed, and the results are shown in a table. From this table, it can be seen that those with a Young's modulus in the head pressing direction of 150 GPa or more and a ratio of the Young's modulus in the head running direction of 0.5 or less are excellent characteristics. Understand.
- Fig. 4 shows that in Example 1, the number of deposition chambers was reduced by one, and the total film thickness was adjusted to be 6 to 8 nm.After that, a magnetic disk was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results of the above are summarized in a table. As shown in the table, it was found that the effect of the outermost layer was strong when the number of layers was two or less, and the ratio of Young's modulus required in the present invention could not be obtained.
- FIG. 5 is a schematic plan view of the magnetic storage device of the present invention.
- the aforementioned fruit One or more magnetic disks 21 shown in the first embodiment, a magnetic head 23 corresponding to the information recording surface of the magnetic disk 21, and a drive unit 22 for rotating the magnetic disk 21, It has a magnetic head driving means 24 and a signal processing unit 25.
- a composite head MR head (Magnetoresistive Head)
- GMR head Giant Magnetoresistive Head
- a magnetic disk having sufficient strength and sliding resistance can be obtained even with a protective film having a substantial thickness of 10 nm or less, and the adhesion resistance of a lubricant can be improved.
- the magnetic disk storage device equipped with this magnetic disk can be a highly reliable magnetic disk storage device with stable recording and reproduction characteristics.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Magnetic Record Carriers (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
明 細
磁気記録媒体及び磁気記憶装置 技術分野
本発明は磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関するものであり、 特に摺 動耐久性が良好で高記録密度に適し、 かつ記録再生出力が安定に得られ る磁気記録媒体及びこの磁気記録媒体を搭載した信頼性の高い磁気記憶 装置に関する。 背景技術
磁気ディスク装置はコンピュー夕などの情報機器の主記憶装置として なくてはならないものとなっており、 画像や音声などの大量データ高速 処理の必要性増大に伴って、 益々大容量かつ記録再生の高速化が必要と なっている。 このためには記録密度を高めると共に高速な読み取り Z書 き込み動作が不可欠である。 記録密度に関しては、 記録再生へッ ドの素 子から記録媒体である磁気ディスクの記録膜までの実質距離をできる限 り縮め、 トラック幅を狭くすること、 高速動作に関しては、 データ処理 の高速化とともに高速回転、 高速シークが必須である。 これらの改良に 伴って、 従来は十分に余裕ある間隔をもって動作していた磁気へッ ドと 磁気ディスクとがほとんど接しながら高速で運動する、 いわゆる間欠接 触の状態での動作を余儀なく される。 しかも、 前記のように磁気ヘッ ド 素子と磁気ディスク記録膜の実質距離を縮めるためには、 その間にある 保護層および潤滑層をできるだけ薄くする必要があり、 具体的には、 保 護層が l Oninあるいはそれ以下、潤滑層が 2nmあるいはそれ以下であり、 ディスク表面とへッ ドとの平均間隔が 30nmあるいはそれ以下で、場合に よっては接触も有り得る。 この様に極めて厳しい条件下で実用に耐える
磁気ディスクを得るためには、 保護層、 潤滑層およびへッ ドの接触部の 材質、 形状を如何に設計するかがキーボイン トであることは言うまでも ない。
磁気ディスクの保護層および潤滑層については、 従来から耐摩耗性、 耐摺動性、 耐食性などの向上の観点から改良が加えられてきている。 保 護層については、グラフアイ 卜を Ar雰囲気でスパッ夕 リ ングすることに より形成するアモルファスカーボン膜や、 同じく グラフアイ トを Ar + H2 あるいは Ar+CH4 雰囲気でスパッタ リ ングすることにより形成する水素 化ァモルファス力一ボン膜等が実用になっているが、 このほか炭化水素 ガスのプラズマ CVD でダイヤモン ド状力一ボンを形成したり、 Si や Ti, W, Fe,等種々の元素を添加したカーボン膜、 BN, Si02 等さまざまな保 護膜が検討されている。 また、 特に機械強度の改良を目的として、 特開 昭 6 2— 2 8 7 4 1 5号には硬さの異なる 2種のカーボン層を積層し、 柔らかい下層を緩衝層として用いる例が開示されており、 特開平 9一 9 1 6 8 7には、 やはり保護層の膜厚方向に硬度を変えた例が開示されて いる。 しかし、 これらのいずれも l Onm以下の極薄膜では強度的にもたな いか耐食性が不十分で使用に耐えないものであつた。
一方潤滑層に関しては、 末端に吸着性の官能基をもつパーフロ口ポリ エーテル系潤滑油がもっぱら用いられており、 保護層との結合性を改良 した末端基を持つ潤滑剤が多数開示されている。
しかし、 従来の使用環境では、 保護層、 潤滑層についてはまずデイス ク装置の起動 ·停止時のへッ ドとの摺動、 いわゆるコンタク ト · スター 卜 - ス トップのみを考慮すればよく、 実際の読み取り、 書き込み動作時 には、 へッ ドとディスクが離れているため異物の混入以外は摺動上の問 題点は発生しなかった。
これに対し本発明で目的とする高記録密度高速処理用磁気ディスク装 置においては、 高速回転しているディスクに対しへッ ドが接触するか、
あるいは接触しないまでも空気の流れなどを介して相互作用し、 それに よって保護膜の損傷が生じ、 ひいてはディスク自体の損傷を生じるもの であり、 従来と違った性能をも併せ持つ保護層が求められるのである。 従って前記した公知技術のいずれも本願発明者らの目的とするような低 浮上かつ極薄膜での使用に耐えるものではなかった。
本発明の目的は、 高速低浮上摺動における損傷が少なく耐久性の高い 磁気記録媒体を提供することにあり、実質膜厚 l Onm以下の極薄膜でもこ のような過酷な条件で使用できる保護層を有する磁気記録媒体を実現す ることによって信頼性の高い磁気記憶装置を得ることにある。 発明の開示
上記の課題を解決するために、 本発明では特定の材質の保護層を設け た。 その詳細を以下に説明する.
本発明の磁気記録媒体の断面構造の 1例を第 1図に示す。 基板 1は、 中央に穴の開いた円板状基板であり、 通常 NiPメ ツキされたアルミニゥ ムーマグネシゥム合金、 あるいは強度を増すために強化処理を施したガ ラス基板が用いられる。 本発明においては、 その材質に特別の指定はな いが、表面はできる限り平滑なものがよく、中心線平均粗さで数 nm以下、 好ましくは lnm以下とするのがよい。 下地層 2は、 磁性層 3の結晶性を 良くするためのもので、例えば Crあるいはその合金を用いることができ る。 もちろん多層構造にすることも可能である。 磁性層 3は、 信号を記 録する ための もので、 例えば Co 系合金材料等が用いられる。 CoCrTa, CoCrPt, CoCrV, CoNiCr, CoNiV,などの 3元系合金がよく用いられ るが、 これらに第 4の元素を加えたり酸化物を加えたりすることもでき る o
保護層 4は、 本発明の特徴であって、 特定の機械強度特性を有する層 である。 特定の機械強度特性とは、 具体的には、 へッ ドの押し付け方向
と走行方向のそれぞれについて保護層 4の厚みの半分以下の押し込み深 さにおいて測定されたヤング率の比で表わされ、 押し付け方向のヤング 率を E d、 走行方向のヤング率を E c とした時、 E c Z E dが 0 . 5以 下のものをさす。 この測定には、 例えば、 先端の曲率 Rが 0 . 1 ミクロ ン以下の円錐形あるいは角錐形圧子を微小荷重で前記深さまで押し込み- その位置でへッ ド押し付け方向あるいはへッ ド走行方向に微小振動を加 えて塑性変形が起こらない範囲での変形量と面圧との関係からヤング率 を求めればよい。
また、 保護層が基板面に垂直な方向と平行した方向とで機械特性を大 きく変えるには、 異なる性質の層が積層されたラミネ一 ト構造とするの がよい。 特に本発明で必要な、 垂直方向にヤング率/硬度比が大きく水 平方向にヤング率 Z硬度比の小さい膜を得るには、 ヤング率の小さくな る層と大きくなる層を交互に重ねるのがよい。 すなわち、 第 1図におけ る A層 5および B層 6の様にするのがよい。 A層 5 として硬度 · ヤング 率が大きな層、 B層 6 として硬度 · ヤング率が小さな層とし、 これらが 1体として作用をなすために各層の膜厚をできるだけ薄く、 かつ多層に 積層することが好ましい。 但し、 本発明で目的とするのは、 合計膜厚 1 0 nm以下の層であるので、 各層の膜厚は 3 nm以下、 好ましくは 1 nm以 下とするのがよい。 ここで、 このための 1つの優れた方法として、 力一 ボンを主として硬度 · ヤング率が共に大きくなる添加元素と、 硬度 · ャ ング率が共に小さくなる添加元素を交互に添加して積層する方法がある, 前者の硬度 ·ヤング率が共に大きくなる添加元素としては、窒素、 2 0 % 未満の水素、 シ リ コ ン、 ボロン等や窒素と 2 0 %未満の水素の混合物等 があり、 後者の硬度 · ヤング率が共に小さくなる添加元素としては、 2 0 %以上の水素、 酸素、 フッ素等がある。
本発明の特徴を示す構成例として、 シリコン基板上に窒素比率 1 0 % の窒素化カーボン膜と水素比率 4 0 %の水素化カーボンを膜厚 2 nm づ
つ交互に 5層積層した総膜厚 1 0 n mの層について、 前記のナノインデ ンテーシヨ ン評価 (微小押し込みによる評価) を行った結果を第 2図に 示す。 比較として、 それぞれの膜の単層 1 0 n mの層を設けた場合の評 価結果も示した。 第 2図から分かる様に膜に垂直方向 (丄) のヤング率 は、 それぞれの単層膜のヤング率の平均よりやや大きな値となっている のに対し、 膜の水平方向 ( II ) のヤング率は、 それぞれの単層膜のヤン グ率の平均より小さな値となり、 本発明の効果を発揮することができる。 第 1図において、 本発明の保護層 4の上に潤滑層 7を設けることができ る。 潤滑層 7 として、 現在末端基を変性させたパ一フロロポリエーテル がよく用いられており、 例えば、 パーフロロポリエーテルの主鎖をもち、 末端に水酸基、 アミ ド基、 アミ ノ基、 アミ ン塩、 エステル基、 ピぺロニ ル基等の極性基を持つ分子量 1 , 0 0 0〜 1 0 , 0 0 0のフッ素油を用い ることができる。 本発明においても、 これらを用いることはへッ ドとの 接触時の摩擦係数を低減させ、 C S S時あるいは安定連続摺動時の長寿 命化に効果がある。 但し、 本発明で目的とする様な、 間欠的かつ衝撃的 接触には効果がない。
次に、 本発明の磁気ディスク円板の作製方法について述べる。
基板としては、 2 . 5インチ、 3 . 5インチ等所定の外径を持つ円板 であって、 スピン ドルモータに取り付けるための穴を中心にあけたもの を用いる。 厚さ、 端面形状等は、 その用途に応じて決めればよく、 本発 明はこれにはよらない。 通常用いられる非磁性 MPメ ツキを施したアル ミニゥムマグネシウム合金や表面を強化したガラス基板等はもちろん、 その他の非磁性基板材料も同様に用いることができる。 但し、 その表面 の平坦性は重要であり、 出来得る限り平坦なものを用いるのがよい。 基板は、 そのままあるいはテクスチャ加工と呼ばれる表面加工を行つ た後、 欠陥低減のため洗浄を行う。 洗剤を供給しながらブラシあるいは パッ ド等で表面についたごみや汚染物質を擦リ取る工程、 純水スプレー
に超音波を重畳させて微小異物を落とす工程、 スピン乾燥や温風乾燥等 の工程を組み合わせて行うのがよい。 また、 酸やアルカリ等で極表面層 を溶かし出す工程やプラズマ処理等で表面を改質する工程を組み込むこ ともできる。 本発明はこれらの工程の如何によらず行うことができる。 必要があれば、 へッ ドの起動 ·停止領域いわゆる C S Sゾ一ンに粘着 防止のための凹凸を形成することができ、 例えば、 レーザ一スポッ トを 照射してその部分の基板材を溶かし、 固化する時にできる凹凸を適当な 間隔で並べてもよい。
次に磁性層の結晶性を制御するため真空中で基板を加熱し、 スパッタ リ ングにより適当な下地金属層を設けたのち強磁性材料層を形成する。 加熱温度は、 所望する磁気特性によって異なるが、 大凡 1 5 0 °Cから 3 0 0 °Cの間であり、 下地層は磁性層との格子マッチングのよい C rある いは C rの合金がよく用いられる。 下地層、 磁性層は、 それぞれ 1層で なく複数の層からなっていてもよい。
次に本発明のポイン 卜である保護層を形成する。 保護層は、 磁性層と 別工程で設けることもできるが、 磁性層表面の酸化による劣化や密着力 低下を防ぐためには、 同一真空装置内で連続して形成するのがよい。 こ のためには、 後で解説する多層膜連続形成装置を用いる。
本発明の保護層は、 スパッタ リ ング法、 プラズマ C V D法、 イオンビ —ムデポジショ ン法等の真空中での皮膜堆積法で形成することができる < 保護層 4の上に潤滑層 7を形成するには、 潤滑油を溶媒に一定濃度で 溶解した浴を設け、 ディスク基板をこれに浸して静かに引き上げる方法 やディスク表面に一定量の溶液を垂らしてディスク基板を回転し塗布す るスピン塗布法等を用いることができる。 潤滑油層の厚さは、 厚過ぎる とヘッ ドとの接触面にたまり粘着するので薄い方がよいが、 薄過ぎると その効果が小さいので、 5〜 2 0人程度が好ましい。
上記の様な保護層が、 本発明の目的に好適であるのは下記の理由から
である。
本発明により磁気ディスクの耐久性が向上するのは次の理由による。 すなわち、 今般の磁気ディスクにおいては、 回転による空気圧でへッ ド がディスク表面から極僅かの距離を保って浮上しているが、 この間隔が 平均的には 1 0〜 4 0 n mであり、 微小な振動や揺らぎによってへッ ド の一部が接触したり、 微小な塵埃等を嚙み込んでディスク面を擦ったり することが頻繁に起こり得る。 このため、 従来、 起動停止時のいわゆる コンタク ト - スター ト . ストップにおける摺動に耐えるだけでなく、 高 速回転時の瞬間的な接触にも耐える系を作らなければならなくなつてい る。 一方で記録幅が 1 ミ クロンを切り トラック幅も非常に狭くなつてい るため磁気記録媒体とへッ ド素子の間隔をできるだけ詰めなければ記録 再生出力が確保できなくなつている。 すなわち、 保護層は可能な限り薄 く しなければならないのである。 このような互いに背反する要求を満た すためには、 薄くても高速高荷重接触に耐えうる新しい保護層が必要と なっているのである。
本発明では、 上記の様な高速高荷重接触時に最も適した物性の保護層 となっている。 すなわち、 保護層の面に水平方向のヤング率が低いため に接触時の反力が小さ く、 弾性変形して逃げてくれると共に垂直方向に はヤング率が大きいために接触による異物の嚙み込みやエツジ部による 傷が生じ難く、 結果として損傷の少ない接触モ一 ドとなるのである。 単 に膜全体のヤング率を下げただけでは、 水平方向には柔らかな接触とな るが、 深さ方向に沈み込みが大きく、 結果として変形部が大きくなるた めに接触力が増大し、 ついには弾性限界を超え塑性変形から破壊に至る 反対に膜全体のヤング率を上げると沈み込みは小さくなるが、 水平方向 に当たった時の反力が大きく、 結果として保護層全体や磁性膜に亀裂が 入り破壊に至る。
保護膜の面方向の機械強度を調べるために、 次の様な試験装置を用い
た。 すなわち、 先端を球面研磨したダイヤモン ド針を精密な平行板ばね の付いた保持具にセッ 卜して、 水平方向および垂直方向に振動可能な様 に固定した。 この保持具に水平および垂直の 2方向の誘導コイルを取り 付け、 このコイルにそれぞれ交流電流を流すことでダイヤモン ド針に微 小な振動を与えることができる様にした。 更にこの保持具に取り付けた 水平および垂直の金属箔と固定された金属箔の間の静電容量の変化を測 定し、 これにより、 ダイヤモン ド針を水平、 垂直それぞれの方向に振動 させた時の針先端に掛かる水平、 垂直方向の荷重およびそれに対応した 位置を測定できる様にした。
この装置の試料固定台に、 前記の様にして作製した磁気ディスク円板 を固定し、 まず試料台を上方にゆつ く り と動かして弾性変形範囲内でダ ィャモン ド針を押し込む。 次に垂直方向に 1 H zの周期で振動させなが ら徐々に振幅を大きく し、 その時の荷重と振幅の関係を採る。 針が上に 上がりきる前に荷重 0になったら塑性変形したことになるので、 振動を 止め、 針を引き上げる。 次に場所を僅かにずらして同じ様に針を押し込 み、 今度は水平方向に徐々に振幅を大きく しながら振動させる。 針が原 点に戻る前に水平方向の荷重が 0になったら塑性変形したということに なるので、 振動を止め針を引き上げる。
このようにして垂直方向、 水平方向の塑性変形する直前の荷重および 弾性変形領域でのある一定量の振幅の時の荷重を求め、 これらから水平、 垂直方向の弾性率、 弾性限界応力を求めた。
さらに、 本発明の磁気記憶装置は、 磁気記録媒体と、 該磁気記録媒体 を駆動する駆動部と、 該磁気記録媒体に情報を記録 ·再生する磁気へッ ドと該磁気へッ ドを上記磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、 上記磁気へッ ドへの信号入力と上記へッ ドからの出力信号再生を行なう ための記録再生信号処理手段とを有しており、 磁気記録媒体として前述 の磁気記録媒体を搭載するものである。
図面の簡単な説明
第 1図は本発明による磁気ディスクの構造を示す断面図である。
第 2図は本発明による磁気ディスクのヤング率と従来技術のヤング率 との比較を示すグラフである。
第 3図は本発明の実施例の評価結果 1を纏めた表である。
第 4図は本発明の実施例の評価結果 2を纏めた表である。
第 5図は本発明による磁気記憶装置の平面模式図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。
《実施例 1》
外径 3. 5ィ ンチの非磁性 NiPめっきを施した A1 - Mg合金製ディスク基 板の表面を平滑研磨したものの両面に円周方向に微細な加工溝を設けた c 加工後の表面粗さは、 Raで約 0 . 5 nmであった。 この基板を洗浄して異 物や有機汚染を除去し乾燥させた後、 多層膜連続形成装置を用いて成膜 を行った。 成膜工程においては、 基板を口一ドロック室から真空中に導 入し、 赤外線ヒーターで 2 5 0°C迄加熱した後、 順次 Cr下地層、 CoCrPt 磁性層、保護層を形成した。それぞれの厚さは が 20nm,CoCrPtが 20nm、 保護層が 7 . 5 nmとなる様条件を調節した。 ここでは 5つの成膜室を使 い、 グラフアイ 卜ターゲッ トをガス雰囲気を交互に変えて D Cマグネ ト ロンスパッ夕リ ングすることにより保護層を形成した。 すなわち、 成膜 室 1、 3、 5では、 雰囲気にガス圧 7 m T 0 r rのアルゴン : 水素: 窒 素 = 6 : 1 : 3の混合ガスとして第 1図 A層を形成し、 成膜室 2、 4で は、 ガス圧 1 0 m T 0 r rのアルゴン : 水素- 6 : 4の混合ガスとして 第 1図 B層を形成した。 各室での成膜膜厚は、 1 . 5 n mとした。 この基 板を真空槽から出した後、 ディ ップ法によりパーフロロポリエーテル骨
格の潤滑剤を約 1 . 5 n mの平均厚さとなるように塗布した。
このようにして製造した磁気ディスクのへッ ド押し付け方向およびへ ッ ド走行方向のヤング率を測定したところ、 へッ ド押し付け方向が 1 8 0 G P a、 へッ ド走行方向が 7 0 G P aであった。
上記のようにして作製した磁気ディスクを A1203- TiCセラ ミ ックスで できた長さ 2mm、 幅 1. 5mm、 厚さ 0. 4mmのブロックの底面にィォンミ リ ン グにより幅 2 0 0 ミクロンの 2 レールスライダ加工を行って作製したテ ス ト用へッ ドを用いて荷重 5gf回転速度 5m/sで連続摺動試験を行った。 このディスクの摺動部およびテス ト用へッ ドのスライダ面を光学顕微 鏡および AFM (原子間顕微鏡) で観察したが、 摩耗は検出されなかった。 また、 ディスク摺動部の潤滑剤量を測定したところ未摺動部の約 95%で あり、 ほとんど減少していないことがわかった。
次に実際の磁気ディスク装置に用いているいわゆるピコへッ ドを用い て、 へッ ド浮上量を 1 8 n mに調節し、 7 2 0 0 r p mで回転している ディスクにへッ ドを口一 ドオンした後、 ディスク表面に直径 1 0 0 n m の S i O 2粒子を噴霧してそのまま 1 0分間回転させ続けた。 試験後デ ィスク表面の損傷を光学顕微鏡で観察したが、 キズは見られなかった。 《比較例 1》
実施例 1において、 保護層の成膜時に 5つの成膜室の成膜条件を全て 条件 1 (硬度 · ヤング率を大きくする条件) として、 他は実施例 1 と同 じ様にして磁気ディスクを作製した。 へッ ド押し付け方向とへッ ド走行 方向のヤング率は、 それぞれ 1 9 0 G P a GPa, 1 6 0 GPaであった。 こ れを実施例 1 と同じ様に連続摺動試験を行ったところ、 結果は摺動回数 と共に摩擦係数が増加し、 1 0 k回直前で摩擦係数が 1 . 0を超えてクラ ッシュした。 また、 S i 0 2噴霧試験では、 周方向に長く引きずったキ ズが 1 0 0本/面以上発生し、 S i 0 2粒子の埋め込みも見られた。 《比較例 2》
実施例 1において、 保護層の成膜時に 5つの成膜室の条件を全て条件 2 (硬度 · ヤング率を小さくする条件) とし、 他は実施例 1 と同じ様に して磁気ディスクを作製した。 へッ ド押し付け方向とへッ ド走行方向の ヤング率は、 それぞれ 8 5 G P a , 8 1 G P aであった。 これを実施例 1 と同じように摺動試験を行ったところ、結果は初期摩擦係数が 0 . 1程 度であり、 3 0 k回までは増加しなかったが、 それ以降は回転数と共に 増加し、 100k回では 7. 5gf に達した。 また、 停止後そのままスライダを 接触させて 1 日置き、 その後の回転立ち上がり摩擦力を測定したところ、 約 1 5 g f であり、 著しく粘着していることが分かった。 このディスク の摺動部およびテス ト用へッ ドのスライダ面を光学顕微鏡および AFMで 観察したところ、 ディスク面では保護膜が約 5 nm摩耗し、 スライダ面に も傷が観られた。 更にスライダ端部に潤滑剤の集まった部分が観られた また、ディスク摺動部の潤滑剤量を測定したところ、未摺動部の約 3 0 % であり、 殆ど無くなつていることが分かつた。
次に S i 0 2噴霧試験を行ったところ、 1分以内で保護層が削れて磁 性層に達するキズが発生し、 クラッシュした。
第 3図は実施例 1において、成膜室 2、4の成膜条件を変えて同様の評 価を行い、 結果を表に纏めて示したものである。 この表からへッ ド押し 付け方向のヤング率が、 1 5 0 G P a以上でかっこれに対しへッ ド走行 方向のヤング率の割合が 0 · 5以下のものが優れた特性を示すことがわ かる。
第 4図は実施例 1 において、 成膜室の数を 1つずつ減らし、 合計膜厚 は 6〜 8 n mとなる様に調節して、 後は実施例 1 と同様に磁気ディスク を作製し評価を行った結果を、 表に纏めて示したものである。 表に示す 様に 2層以下では最表面層の影響が強く、 本発明で必要なヤング率の比 は得られないことが分かった。
また、 第 5図は本発明の磁気記憶装置の平面模式図である。 前述の実
施例 1で示された磁気ディスク 21を一枚又は複数枚と、磁気ディスク 2 1の情報記録面に対応した磁気へッ ド 23と、磁気ディスク 2 1を回転駆 動する駆動部 22と、 磁気へッ ド駆動手段 24と、 信号処理部 25とを有す る。 磁気へッ ド 2 3 として、 電磁誘導型記録へッ ドと磁気抵抗効果型再 生へッ ドの複合へッ ド(MRへッ ド(Magnetoresistive Head) )、 或いは GMR へッ ド (Giant Magnetoresistive Head) を組み合わせて用いることが好 ましい。 産業上の利用可能性
本発明により実質厚さ 10nmあるいはそれ以下の膜厚の保護膜でも十 分な強度および耐摺動性を有する磁気ディスクを得ることができ、 潤滑 剤の粘着耐性も向上させることができる。 また、 この磁気ディスクを搭 載した磁気ディスク記憶装置は、 記録再生特性が安定した信頼性の高い 磁気ディスク記憶装置とすることができる。
Claims
1 . 少なく とも基板とその上に設けられた非磁性下地層と強磁性薄膜か らなる記録層とその上の保護層および潤滑層とからなる磁気記録媒体に おいて、 最表面から 5nm押し込んだときの記録媒体面に垂直方向のヤン グ率がへッ ド走行方向のヤング率に比べ 2倍以上大きいことを特徴とす る磁気記録媒体。
2 . ヘッ ド押し付け方向のヤング率が 1 5 0 G P a以上であることを特 徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。
3 . 前記磁気記録媒体は磁気ディスクであることを特徴とする請求の範 囲第 2項記載の磁気記録媒体。
4 . 前記基板はアルミ二ユウム合金あるいはガラスからなり、 非磁性下 地層は C rあるいはその合金からなり、 強磁性薄膜は C o合金からなる ことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の磁気記録媒体。
5 . 少なく とも基板とその上に設けられた非磁性下地層と強磁性薄膜か らなる記録層とその上の保護層および潤滑層とからなる磁気記録媒体に おいて、 前記保護層が窒素、 2 0 %未満の水素、 シリ コン、 ボロンのい ずれかあるいは 2 0 %未満の水素と窒素を含む炭素からなる層と、 酸素、 2 0 %以上の水素、 フッ素のいずれかを含む炭素からなる層が交互に積 層され、 各層の厚さが 3 nm以下でありかつ合計厚さ 10nm以下の層から なることを特徴とする磁気記録媒体。
6 . 前記磁気記録媒体は磁気ディスクであることを特徴とする請求の範 囲第 5項記載の磁気記録媒体。
7 . 磁気記録媒体と、 該磁気記録媒体を駆動する駆動部と、 該磁気記録 媒体に情報を記録 ·再生する磁気へッ ドと、 該磁気へッ ドを前記磁気記 録媒体に対して相対運動させる手段と、 前記磁気へッ ドへの信号入力と 当該磁気へッ ドからの出力信号再生を行なうための記録再生信号処理手 段とを有する磁気記憶装置において、
前記磁気記録媒体は、 少なく とも基板とその上に設けられた非磁性下地 層と強磁性薄膜からなる記録層とその上の保護層および潤滑層とからな り、 最表面から 5nm押し込んだときの記録媒体面に垂直方向のヤング率 がへッ ド走行方向のヤング率に比べ 2倍以上大きいことを特徴とする磁 §じ憶 置。 '
8 . 前記磁気へッ ドの再生部が磁気抵抗効果型磁気へッ ドで構成されて いることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の磁気記憶装置。
9 . 前記磁気へッ ドの再生部が G M Rへッ ドで構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 7項記載の磁気記憶装置。
10. 磁気記録媒体と、 該磁気記録媒体を駆動する駆動部と、 該磁気記録 媒体に情報を記録 · 再生する磁気へッ ドと、 該磁気へッ ドを前記磁気記 録媒体に対して相対運動させる手段と、 前記磁気へッ ドへの信号入力と 当該磁気へッ ドからの出力信号再生を行なうための記録再生信号処理手 段とを有する磁気記憶装置において、
前記磁気記録媒体は、 少なく とも基板とその上に設けられた非磁性下地 層と強磁性薄膜からなる記録層とその上の保護層および潤滑層とからな り、 前記保護層が窒素、 2 0 %未満の水素、 シリ コン、 ポロンのいずれ かあるいは 2 0 %未満の水素と窒素を含む炭素からなる層と、 酸素、 2 0 %以上の水素、 フッ素のいずれかを含む炭素からなる層が交互に積層 され、 各層の厚さが 3 mn以下でありかつ合計厚さ 10nm以下の層からな ることを特徴とする磁気記憶装置。
1 1.前記磁気へッ ドの再生部が磁気抵抗効果型磁気へッ ドで構成されて いることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の磁気記憶装置。
12.前記磁気へッ ドの再生部が G M Rへッ ドで構成されていることを特 徴とする請求の範囲第 10項記載の磁気記憶装置。
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