(57)【要約】【課題】塗布工程中リアルタイムに磁気記録媒体の磁気的に有効な膜厚を算出する磁性層厚み測定装置を提供する。【解決手段】直線偏光した光を走行中のウェブに垂直に出力することの出来る光源と、ウェブに対して平行に磁場を発生することの出来る磁石と、ウェブで反射した光の回転角を測定することの出来る受光部と、該回転角から磁性層厚みを算出する計算機からなる。【選択図】図２
2006216088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体を走行させて製造する磁気記録媒体の磁性層膜厚の検出装置であって、直線偏光した光を走行中のウェブに垂直に出力することの出来る光源と、ウェブに対して平行に磁場を発生することの出来る磁石と、ウェブで反射した光の入射光の偏光面に対する回転角を測定することの出来る受光部と、該回転角から磁性層厚みを算出する計算機を備える磁性層膜厚の検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転角がカー回転角である磁性層膜厚の検出装置。
【請求項３】
磁性層に当たる光のスポット径が０．６ｍｍ以下であることを特徴とする、前記請求項１記載の磁性層膜厚検出装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として、記録容量が大きく、アクセス速度、転送速度が速い磁気記録媒体の製造方法に関し、特に支持体を走行させて製造する磁気記録媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録媒体の一つである磁気テープは、オーディオテープ、ビデオテープ、コンピュータテープなど種々の用途があるが、特にデータバックアップ用の磁気テープ（バックアップテープ）の分野ではバックアップ対象となるハードディスクの大容量化に伴い、１巻当たり数１００ＧＢ以上の記憶容量のものが商品化されており、今後もハードディスクのさらなる大容量化に対応するためこの種バックアップテープの高容量化は不可欠となっている。また、アクセス速度や転送速度を大きくするため、テープの送り速度、テープとヘッド間の相対速度を高めることも必要不可欠となっている。
バックアップテ−プ１巻当たりの高容量化のためには、テープ全厚を薄くして１巻あたりのテープ長さを長くすること、磁性層厚さを０．３μｍ以下と極めて薄くすることで厚さ減磁を小さくして記録波長を短くすること、記録トラック幅を２１μｍ以下、特に１５μｍ以下と狭くして幅方向の記録密度を高くすることなどが必要である。
支持体を搬送しながら連続的に磁気記録媒体を製造する方法は、分散させた磁性塗料を塗布することで磁性層を形成する塗布型と、強磁性金属を支持体上に連続的に蒸着して強磁性薄膜を形成する蒸着型に大きく分かれる。しかしいずれの製造方法においても、前記のように磁性層厚みを０．３μｍ以下と極めて薄くすることは、製造上大変困難な技術が伴う。
また薄膜磁性層を形成する場合に、膜厚の平均値が０．３μｍ以下になっていても、厚みムラが大きく、例えば±１０％も厚み変動があると極端に特性を落としてしまう。長手方向の測定範囲を変えることで、影響を及ぼす特性が変わってくる。測定範囲が１００μｍ以下の範囲で測定した厚みムラは電磁変換特性と良く相関し、厚みムラが大きくなるに従ってエラーレートマージンの劣化を招く。また１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲で測定した場合の厚みムラは、再生出力の変動を招き、信号のドロップアウトとして計測されてしまう可能性が大きくなる。
このように磁性層膜厚をムラなく均一に製造することが重要であるが、そのためには磁性層膜厚を正確に測定することが必要となってくる。これは、現在搬送型の磁気記録媒体の製造においては磁性層などの膜厚を製造時にオンラインで測定し、厚みに変動がある場合にはフィードバックをかけて変動を抑える方法がとられているからである。磁性層膜厚の測定方法としては、磁性層内の元素の量を蛍光Ｘ線を用いて同定し、検量線から厚みを算出する方法、ウェブに対して透過光を照射し、対面での受光量から磁性層での吸光量を算出、これも検量線から厚みを算出する方法などがとられていた。
しかしウェブに磁性層以外にも構成層がある場合は、これらの方法では感度、精度ともに落ちるという問題点があった。すなわち例えば反射蛍光Ｘ線を検出して膜厚を算出する方法では、磁性層の下に下層非磁性層などがあり、両者に含まれる元素がほぼ同じである場合には、検出した蛍光信号がいずれの層から反射されたものかを分解することは不可能である。また透過光を用いる方法では更に問題は深刻で、構成層が複数ある場合、光を吸収しない層などは考えられないので、磁性層による吸光量を分離することは不可能である。
これを解決するための方法として、磁性層に固有の元素を何とか見つけ出して反射蛍光Ｘ線により膜厚を同定する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４など）。しかし現実的には感度的に難しい場合が多い。またこのように算出した膜厚は、元素が含まれている膜厚であって、実際に磁気特性を持つ磁性層の膜厚とは異なっている。特に厚みムラを議論する場合、重要なのは磁性を持つ部分の厚みの変動であるので、測定し制御した厚みが実際の特性とかけ離れたものになってしまう可能性も大きい。
透過光を用いた膜厚計においては、波長や偏光の異なる複数の光を用いて、各光と各構成層との吸光係数を測定しておき、これらを検量線として磁性層他各層の厚みを同定する方法が提案されている（特許文献５、特許文献６など）。しかし複数の検量線を用いるので誤差が伝搬し、精度を落とすという問題点がある。また前記したようにこの測定で検出された磁性層も、磁気特性を反映した部分の厚みとは異なるので、蛍光Ｘ線法と同様の困難は残る。
【特許文献１】特開昭６３−１８３６２３号公報（第２−３頁）
【特許文献２】特開平４−２５１４４０号公報（第２−４頁）
【特許文献３】特開平７−７８３３７号公報（第２−３頁）
【特許文献４】特開平１０−２７５４３５号公報（第２−５頁）
【特許文献５】特開２００３−２８６１７
【特許文献６】特開２００２−３６５２３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記してきたように磁気記録媒体の製造工程において、リアルタイムに磁性層膜厚を検出することは重要である。しかしこれまでの方法においてはその精度、感度、確度（信頼性）の点で問題があった。特に信頼性という点で、これまで測定してきた磁性層の膜厚が、磁気特性を反映した膜厚であるか、という点に常に疑問があり、今後の超薄膜磁性層を形成するに当たっては、磁気特性を反映した磁性層厚みの検出が急務であると考えられる。
そこで、本発明は、磁気特性を反映した磁性層を検出しかつ感度、精度ともに高い膜厚検出装置を提供すことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討した結果、磁気による偏光面回転効果、特にカー効果の原理を膜厚測定に導入することで感度、精度、確度の高い膜厚検出が可能となることを見出した。
本発明は、以上の知見をもとにして、完成されたものである。すなわち、本発明は支持体を走行させて製造する磁気記録媒体の磁性層膜厚の検出装置であって、直線偏光した光を走行中のウェブに垂直に出力することの出来る光源と、ウェブに対して平行に磁場を発生することの出来る磁石と、ウェブで反射した光の入射光の偏光面に対する回転角を測定することの出来る受光部と、該回転角から磁性層厚みを算出する計算機を備える磁性層膜厚の検出装置（請求項１）と、請求項１記載の回転角がカー回転角である磁性層膜厚の検出装置（請求項２）と、磁性層に当たる光のスポット径が０．６ｍｍ以下であることを特徴とする、前記請求項１記載の磁性層膜厚検出装置（請求項３）とから構成される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明による磁気記録媒体の磁性層厚み検出装置によれば、入射光と反射光の偏光面の変化によって磁気特性を持つ部分のみを直接的に測定することが出来るので、格段高い信頼性を持って磁性層膜厚の算出ができる。また従来の膜厚測定方法より感度、精度とも高くなっているので、製造工程において適切なフィードバックを行い、均一で超薄膜な磁性層を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下本発明の最適とする実施形態を、図面を参照にして説明する。なお本発明は以下の記述に限定されるものではない。本発明は磁性層の膜厚を計測する膜厚測定装置からなるが、付随する装置として支持体を搬送する搬送系と適宜組み合わせる事が出来る。膜厚測定装置は搬送系の適切な位置に配置することが出来る。
本実施形態に係る支持体の搬送装置は、塗布装置や薄膜形成装置に設置さえれていることが最も望ましいが、カレンダー装置やスリッター装置、または専用のウェブ搬送装置や、スリッターで裁断後のパンケーキを搬送する装置であってもかまわない。膜厚測定装置を設置する場所は適宜設定することが出来るが、ウェブの巻き取りに近い方が好ましい。
ところで膜厚を測定し更にフィードバック制御をかけることを考えると、塗布装置や薄膜形成装置に設置されていることが望ましいので、以下には搬送装置が塗布装置に設置されている設備を例として詳述する。特にこの塗布設備においては、強磁性粉末、結合剤及び溶剤等を混合した磁性塗料と、酸化鉄などの無機粉末、結合材及び溶剤等を混合した非磁性塗料とを可撓性支持体上に同時に塗布する重層塗布が行われる。同時重層塗布によって形成された磁気記録媒体は、前記の非磁性塗料を乾燥硬化させた非磁性の下層が存在するので、元素分析等による上層の膜厚測定が困難になってくることは、前記したとおりである。
図１に示す塗布設備としての搬送装置は、供給ローラーと、巻取ローラーと、ウェブ搬送時に支持する複数のガイドローラーと、同時重層塗布装置と、磁場配向部分と、乾燥部分と、膜厚検出装置により構成される。同時重層塗布にはエクストルージョン型ダイ、スライド型ダイ、カーテン型ダイなど既存の複数層製膜可能な塗布装置が使用される。特にエクストルージョン型ダイは、塗料が供給されてから可撓性支持体に転移するまで外気に接触しないので、同時重層塗布方式として特に優れている。
上層の磁性層に用いられる強磁性粉末としては、針状鉄系金属粉末、球状鉄系磁性粉末、フェライトを含む酸化鉄粉末等があげられる。また下層に用いられる非磁性粉末としては、酸化鉄、硫酸バリウム、水酸化鉄などがある。両層の結合剤としてはポリウレタン樹脂、塩化ビニール系樹脂、ポリエステル系樹脂等が用いられる。これら磁性塗料、非磁性塗料と結合剤とをリン酸等の分散剤、カーボンや酸化アルミニウム(アルミナ)などの添加剤、脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミドなどの潤滑剤等と混練し、分散させたものを磁性層用、下層用の塗料として使用される。塗布対象となる可撓性支持体としては、一般にベースフィルムと称させる、可撓性を有するプラスチック樹脂であり、樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、芳香族系ポリアミド（アラミド）等である。
搬送装置は所定の長さが巻き取られているベースフィルムを供給ローラーが駆動することで繰り出され、回転できるように保持されいるガイドローラーによって巻取ローラーに向けて導かれ、巻き取りローラーに巻き取られることで完結する。塗布装置、磁場配向部分、乾燥部分、膜厚検出装置は図２に示すようにガイドローラーの間隙の適切な位置に、適切な順番で配置されている。
配向部分は、ベースフィルム上に塗布された非磁性層および磁性層が実質的に未乾燥であるうちに磁場を印加し、磁性層中の強磁性粉末の磁化容易軸方向を、作成される磁気記録媒体が用いられるシステムに適合する方向に平行になるように配向させる。例えば長手記録のリニア方式磁気テープであれば、テープが裁断される方向、同じくヘリカル方式の磁気テープであれば、記録再生方向であるテープ裁断方向から適切な定角傾いた方向に配向させることが特に好ましい。また垂直記録のシステムに使用するのであれば、ウェブ面に垂直方向に配向させる必要がある。更に長手記録方式の磁気ディスクに使用するのであれば、ウェブ面内に均等に配向させることが望ましくなってくる。
乾燥部分は、配向の終了した未乾燥の磁性層及び非磁性層に対して、たとえば直接熱風を吹きつけることにより乾燥させる。これによって強磁性粉末の配向方向は固定される。
本発明の膜厚測定装置は、乾燥部分と巻き取りローラーとの間の適切なガイドロール間に設けられている。この膜厚測定装置は、走行するベースフィルムに塗布、配向、乾燥された非磁性層および磁性層を搬送し、磁性層の膜厚を非接触に測定する。
図２に全体像を示すように、膜厚測定装置の構成要素としては、ウェブに対して平行の磁場を発生させる磁石部分と、直線偏光した単色光を発生させる光源と、直線偏光光を案内する光路系と、直線偏光光をウェブに安定して垂直反射させるためのウェブと光路のガイド部分と、ウェブで反射した偏光光を案内する光路系と、反射した偏光光の回転角を受光する受光部分と、検知した回転角から磁性層膜厚を計算するコンピュータである。以下にそれぞれの部分に対する詳しい説明を述べる。
磁場を発生させる磁石部分は永久磁石または電磁石が用いられる。いずれを用いるにしても、発生する磁場のウェブ平行方向成分は１６００ｋＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上が好ましく、２０００ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）以上がより好ましい。電磁石を用いてウェブに平行に磁場を発生させるためには、ソレノイドコイルに電流を流し、その中心にウェブを走行させる。ソレノイドコイルの内径のうち、さしわたし最大部分の長さは、ウェブ幅の１．０５〜１．１であることが好ましい。
また永久磁石を用いる場合には、ウェブを対称面としてその上下に同一の極（ＮとＮ、もしくはＳとＳ）を配置する。図２に示すように偏光光案内の光路系を対称軸として反対の極（NとＳ）を配置することによって、偏光光がウェブに当たる地点の磁場の内、ウェブ平行方向成分が極大になるので好ましい。用いる永久磁石は棒状の直方体が好ましく、ウェブに平行な長手方向の長さＬとウェブに垂直方向の高さｈ、及びウェブ幅方向の奥行きｗの比にかんして、ｈ／Ｌが０．１〜０．２５、ｗ／Ｌが０．１〜０．５であることが好ましい。ウェブと磁石とのクリアランスは０．５〜２ｃｍであることが好ましい。０．５ｃｍよりクリアランスが小さくなると、ウェブのバタツキなどで永久磁石とウェブが接触する可能性が大きくなるからである。また２ｃｍより大きくなると磁界のウェブ平行方向成分が極端に小さくなるからである。永久磁石の飽和磁束密度は１〜２．２Ｔであることが好ましく、保磁力は２０００ｋＡ／ｍ（２５ｋＯｅ）以上であることが好ましい。このような永久磁石を形成する磁石材料としては、サマリウムコバルト合金、ネオジウム鉄合金などがある。
直線偏光した単色光を発生させる光源は、直線偏光光を出力する、たとえば、レーザーダイオードなどの発光素子を備えている。またこの光源は発光素子を駆動するための図示しない駆動回路を内蔵しており、この駆動回路が後述するコントローラに電気的に接続されている
発光された直線偏光光及びウェブで反射した偏光光は光ファイバーなどの外部遮断型の光路系によって案内される。特に永久磁石やソレノイドコイル中に光ファイバーを挿入する場合には、偏波面保存ファイバーを用いることが望ましい。ウェブへの入射光とウェブによる反射光は、ウェブの直上では同一の光路系によって案内される。これらは図２に示すように適切なスペースのある場所に設置されたハーフミラーによって、反射光のみ後述する偏光光の受光部分へと取り出される。
直線偏光光をウェブに入射する場合、光ファイバー等の光路系とウェブとのクリアランスが０．１〜０．５ｃｍであることが好ましい。ウェブのバタツキを考えると０．５ｃｍ以上のクリアランスマージンが必要であるが、後述するウェブの安定化ガイドを用いることによって、このマージンを０．１ｃｍまで小さくすることができる。またクリアランスが０．５ｃｍ以下であると、入射光がウェブにほぼ垂直に入射されるので好ましい。また入射光のスポット径は０．６mm以下であることが好ましい。スポット径が０．６ｍｍ以下であると、膜厚の空間分解能があがり、膜厚分布の情報量が増加するので好ましい。スポット径を０．６ｍｍ以下にするには、上記のようにウェブ−光ファイバーのクリアランスを小さくすること、内径が０．５ｍｍの光ファイバーを用いることによって実現できる。
直線偏光光をウェブに安定して垂直入射させるためには、ウェブに適切なガイドを配置することによって実現できる。ガイドはロール型の回転ガイドや固定ガイドを用いることができるが、固定ガイドの方がガイドとウェブの追従性が良好であるので好ましい。とくにガイドからエアを噴出してウェブを安定化させるエアガイドがより好ましい。これはエアの噴出量を場所毎に制御することによって、ウェブの幅方向のバタツキを極限まで抑えることが出来るからである。ガイドの材質としては多孔晶シリコンなどが用いられる。もちろん幅方向制御の方法として、従来公知のＥＰＣなどを用いることもできる。
反射した偏光光の回転角を受光する受光部は、たとえばフォトダイオードで構成される受光素子及び直線偏光光用の偏光板を備えている。ウェブで反射・偏光した直線偏光光は、前述の光路、ハーフミラーを通過してまず偏光板を通過し、更に受光素子へ導入される。偏光板は入射光に対して垂直に配置されており、直線偏光方向はこの入射光に対しての垂直の面内で回転することができる。
また、偏光板を通過した入射光は受光素子によって信号検出される。受光部には、受光素子の検出信号を増幅する図示しない増幅回路が内蔵されており、この増幅回路と前述の偏光板の回転サーボ制御回路に電気的に接続されている。この制御回路により偏光板を回転させることで、受光素子に入射する検出信号を変化させることが出来るが、常に入射光が最大になるような角度に偏光板をサーボ制御することによって、偏光光の回転角を検出することが出来る。この場合の偏光光の回転角はカー効果によるものが好ましい。また、偏光板を含む回転のサーボ制御系における特性周波数は１０ｋＨｚ以上であることが好ましい。
以上のように偏光板の回転角から検出した偏光光の回転角の電気信号を、磁性層膜厚を計算するコンピュータに送られる。このコンピュータに検出信号等の情報が蓄積、管理され、更に検出された回転角から膜厚を計算する。
次に、上記構成の膜厚測定装置における膜厚測定方法について説明する。図３に一例を示すように、上述してきた回転角の測定結果と、実際に物理的に測定した磁性層膜厚との間の検量線が作成できる。コンピュータにはこの検量線を記憶させておき、検出したカー回転角から磁性層の膜厚を算出することが出来る。
ウェブを走行させながら検出信号をサンプリングすることで、ウェブ長手方向の膜厚を複数個測定することが出来る。また上述してきた受光部までの膜厚検出装置を幅手方向に複数個並べることで、ウェブ幅方向の膜厚を測定することが出来る。また単一の膜厚検出装置であっても、上記の受光部までの装置を図示しない駆動装置によってウェブ幅方向に高速移動させることで、実質的には幅方向の膜厚測定結果を得ることができる。膜厚情報のサンプリング間隔は１ｍｍ〜５００ｍｍ程度が好ましい。
以上のように検出した膜厚情報全てに対して、膜厚の測定結果と、検出位置の情報をコンピュータに蓄積することが出来る。この情報は適宜グラフ等に表示することが出来る。この情報により、オペレータはリアルタイムに磁性層を把握することができる。
オペレータは、得られた膜厚の値から、磁性層の塗布装置を調整し、さらには塗布量が適切になるように調整する。これにより、所望の磁性層膜厚及び膜厚分布を得ることができる。また測定した磁性層膜厚から塗布装置を機械的に制御し、膜厚調整を自動制御するシステムとして構築することも可能である。このフィードバックにより、塗布工程中リアルタイムで磁性層膜厚を目標値内に制御することが出来る。
以上のように、本実施形態によれば、ウェブ走行時に磁性層を非接触で測定することができる。この結果、膜厚ムラの少ない高性能の磁気記録媒体を製造することが出来る。また、本発明によれば磁気記録媒体の長手方向の全長および全幅手方向の膜厚を測定することができるため、磁気記録媒体の全面の品質管理することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】塗布設備
【図２】偏光光の光路と配向磁石の配置図
【図３】検量線の一例
【符号の説明】
【０００８】
1a：供給ローラー
1b：同時重層塗布装置
1c：ウェブ搬送時に支持するガイドローラー
1d：磁場配向部分
1e：乾燥部分
1f：膜厚検出装置
1g：巻取ローラー
1h：ウェブ 
2a：ウェブに対して平行の磁場を発生させる磁石部分
2b：直線偏光した単色光を発生させる光源
2c：直線偏光光を案内する光路系
2d：直線偏光光をウェブに安定して垂直反射させるためのウェブと光路のガイド部分
2e：ウェブで反射した偏光光を案内する光路系
2f：反射した偏光光のカー回転角を受光する受光部分
2g：検知したカー回転角から磁性層膜厚を計算するコンピュータ
2h：ウェブ
【図１】
2006216088.tif 000003
【図２】
2006216088.tif 000004
【図３】
2006216088.tif 000005