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JP2004039078A - 磁気記録媒体 - Google Patents

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JP2004039078A
JP2004039078A JP2002193635A JP2002193635A JP2004039078A JP 2004039078 A JP2004039078 A JP 2004039078A JP 2002193635 A JP2002193635 A JP 2002193635A JP 2002193635 A JP2002193635 A JP 2002193635A JP 2004039078 A JP2004039078 A JP 2004039078A
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JP2002193635A
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English (en)
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Hisayo Ohata
久代 大畑
Kaji Maezawa
可治 前澤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】オーデイオ、ビデオ機器、各種情報機器に用いる磁気記録装置において、量産性に優れた高品質で信頼性の高い高記録密度媒体を提供する。
【解決手段】非磁性基板と磁性層からなる磁気記録媒体であって、磁性層として、120nm以下の厚さを有し、光電子分光分析法(ESCA)により測定される前記磁性層のデプスプロファイルに於いて、磁性層のCo(コバルト)−2pスペクトルの積分強度(Co−a)とO(酸素)−1sスペクトルの積分強度(O−a)に於ける原子数比(O−a/Co−a)が0.85以上のものを採用する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録用薄膜媒体に関するもので、特に、高記録密度が要求される用途に好適な磁気記録媒体であって、情報機器関連分野、オーディオ分野、ビデオ機器関連分野に利用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、磁気記録分野においては、磁気記録密度の向上に見られるように、その技術的発展はめざましいものがある。従来の磁気記録媒体の例として、オーディオ、ビデオ用テープ材料に用いられるγ−Fe粉末、CrO粉末、純鉄粉末等を樹脂等のバインダーとともに高分子フィルム上に塗着せしめた、いわゆる塗布型の磁気記録媒体がある。
そして、この塗布型磁気記録媒体より更に記録密度を高めるために、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、クラスターイオンビームなどの方法で、Fe、Co、Ni、Cr等の磁性金属を単独で、もしくは合金の状態で高分子フィルム或いはガラス基板上に蒸着する金属薄膜型磁気記録媒体の検討がなされている。また強磁性金属薄膜型の磁気記録媒体として、斜方入射蒸着法を用いて強磁性金属薄膜を形成したビデオ用テープが、またガラス基板にスパッタ法で強磁性金属薄膜を形成したハードディスク媒体が既に実用化されている。
【0003】
ここで、従来の、斜方入射蒸着により金属薄膜型磁気記録媒体を製造する方法としては、図5に示すような連続巻取真空蒸着法が特にその生産性において優れており、現実的な量産方法として有力である。
【0004】
従来の真空蒸着法による金属薄膜型磁気記録テープの製造方法を図5により説明する。巻出軸106にセットした高分子フィルム1を連続的に送り出して、冷却ドラム107を経て、巻取軸109で巻取る。この時、下方より電子ビームで強磁性金属100を溶解し、蒸発させ、酸素ノズル115より酸素を供給しながら、高分子フィルム1の表面上に蒸着する。蒸着時に不用な磁性金属は遮蔽板112、113でカットする。強磁性金属の蒸着後、テープ化する。そのテープ構成を示す破断面は図6に示すとおりである。
【0005】
磁気記録媒体は、表面に微粒子を分散させた非磁性基板としての高分子フイルム1の表面に磁性層2とDLC(Diamond Like Carbon)保護層3と潤滑剤4をこの順に形成し、裏面にバックコート層5を形成してなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
記録密度と転送レートをさらに向上させるために、ヘッド及び磁気記録媒体のさらなる改善が必要となっている。従来のヘリカルスキャン方式でのVTRやテープストリーマでは、誘導型の磁気ヘッドが使用されているが、高ビットレートでの記録再生が難しい。そこで、ハードディスクで採用されており、磁界に対する感度の高いMRヘッドを搭載したテープ記録再生装置が検討されている。一方、磁気記録媒体においては、高密度記録を実現するために保磁力を高めると共に、磁性層を薄くする必要がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、非磁性基板、厚さが120nm以下の磁性層を含む磁気記録媒体であって、前記磁性層として、光電子分光分析法(ESCA)により測定される前記磁性層のデプスプロファイルに於いて、磁性層のCo(コバルト)−2pスペクトルとO(酸素)−1sスペクトルの積分強度に於ける原子数比が0.85以上であるものを採用することを特徴とする。
【0008】
本発明の磁気記録媒体は、磁性層は、厚さが120nm以下の薄い強磁性金属薄膜である。従って、本発明の磁気記録媒体を用いれば、狭ギャップ長(例えば0.1〜0.25μm)の磁気ヘッドを用いて、短い記録波長でトラック幅を小さくして信号を記録することができるだけでなく、このような記録に最適である。
【0009】
本発明に係わる磁気記録媒体では、磁性層を形成するコバルトと酸素との比率を規制することにより高保磁力を得ることができ、MR(Magneto Resistive)ヘッドや、狭ギャップヘッドでのCN比を確保し、保存信頼性の高い磁気記録を達成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気記録媒体の実施の形態について説明する。
【0011】
本発明の磁気記録媒体に非磁性基板として使用される高分子フイルム基板は、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)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、などから目的、用途に応じて適宜選択される。例えば、高分子フイルムの機械強度と剛性に関しては、同じフイルム厚み5μmの場合、PAはPETの1.7倍、PENは1.4倍である。そして、磁気記録テープは、長時間記録が必要な場合、テープ厚みが薄くなるので、高分子フイルムの機械強度が重要になる。したがって、必要な機械強度を満足し得る高分子フィルムを選択すればよい。
【0012】
また、磁気記録媒体の走行性を改善するためには、SiO、TiO、Al、ZrO等の無機粒子材料あるいはポリサルホン等の有機粒子材料を用いる。その形状は、突起形状の高さを5〜50nmの範囲とするように適宜調整される。その理由は、5nm以下の表面形状を維持することはむずかしく、また50nm以上の大きさではスペイシング損失が生じ磁気記録媒体に用いることは出来ないからである。また、これら形状付与物質は高分子樹脂と混合されて高分子基板(高分子フイルム)にコーティングされる。高分子基板上に分散する10nm以上の高さの微粒子の数は1mmにつき1×10〜1000×10個であり、固着されていることが望ましい。
【0013】
使用できる磁性金属材料は、Co、Fe、Ni、Crあるいはこれらをベースにした各種の合金、例えばCo−Ni、Co−Fe、Co−Cr、Co−Cu、Co−Pt、Co−Pd、Co−Sn、Co−Ni−Crおよびこれらの金属酸化物である。
【0014】
磁性層の厚みは、一般には3〜180nm、好ましくは5〜120nmに設定する。
【0015】
強磁性金属膜の厚さは、シールド間ギャップ長が0.1〜0.25μmのMRヘッドを用いて再生した場合、磁性層が厚ければ出力が飽和し、ノイズが高くなり、その結果CN比は悪くなる。前記MRヘッドでは、120nmの磁性層厚みは出力が飽和しない厚みの限界である。
【0016】
磁気特性のヒステリシスループの形と面積の大きさは、磁気記録媒体に重要な因子であり、記録密度と密接に関係する。しかし、前述したように高記録密度を達成するためにMRヘッドなどを使用する場合には、磁気記録テ−プの磁束密度が大きすぎると出力が飽和する。また、磁性層が薄すぎると熱揺らぎの問題が生じる。
【0017】
磁性層の磁気特性の調整、特に保磁力の大きさの調整は、蒸着時の入射角、酸素ガス量とガス導入法で行う。また、磁性金属の下地処理として、金属あるいは金属酸化物を形成し、保磁力の調整を行う。
【0018】
磁束密度と共に保磁力を大きくすることで電磁変換特性と記録密度の向上を図れる。保磁力と磁束密度との積はその記録媒体が持つ磁気的エネルギーであり、30000Oe・G・μm以下ではノイズは低いが出力も低いため、充分な再生が出来ず、一方、1000000Oe・G・μmを超えるとヘッドの再生出力が飽和するため、CN比が悪くなる。磁性層厚みを薄くすることにより、磁束密度が低下するため、磁気的エネルギーを保つためには、保磁力を高くする必要がある。
【0019】
本発明の磁気記録媒体に用いられる強磁性金属酸化物は斜方入射蒸着法で形成することが好ましい。
【0020】
斜方入射蒸着は、真空蒸着槽内において適当な支持体上を移動する非磁性基板上に、所定の高入射成分から低入射成分に磁性金属蒸気流を蒸着することによって実施する。非磁性基板はキャン状回転支持体または、ベルト状支持体上を移動させる。強磁性金属薄膜内に酸素を存在させる場合は酸素雰囲気下での蒸着を行う。
【0021】
磁性層は単層膜、2層膜あるいは3層以上の多層膜でも良く、また磁性層に下地処理などを施しても良い。
【0022】
本発明を実施するに当たり、テープの表面にDLC(Diamond Like Carbon)などの炭素系の保護膜、あるいは炭化水素系、フッ素系の保護膜あるいは潤滑剤を用いることも可能であり、テープの磁性層と反対側の面に有機系のバックコート層を用いても良い。
【0023】
また、ヘッドとの接触を良くするためアルミニウム、銅、チタン、スズ、鉄、ニッケル、コバルト、クロム他の金属、金属酸化物を蒸着し、テープの剛性を上げる事も可能である。この補強層は、テープとヘッドとの当たりに必要な剛性を得るために、高分子フイルムと磁性層の厚みから、最適厚みを決定出来る。
【0024】
補強層は、好ましくはテープの磁性層と反対の面に形成することが好ましい、形成方法としては通常、真空蒸着法が採用される。
【0025】
保護層は、スパッタもしくはプラズマCVDなどの方法で形成される。具体的には、例えば炭素膜が保護層として形成される。DLC膜の最適厚みは1〜50nmである。
【0026】
潤滑剤は、テープとシステムあるいは使用環境に応じて任意に選択出来る。例えばパーフルオロポリエーテルなどのフッ素系潤滑剤または炭化水素系潤滑剤であることが好ましい。
【0027】
走行性を改善するためのバックコート層は磁性面と反対の面に形成される。そして、その素材としては、ポリウレタン系樹脂、ニトロセルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、カーボン及び炭酸カルシウムなどから選択出来る。
【0028】
本発明の磁気記録媒体は、磁性層が高密度記録に適した厚み、磁気特性を有する強磁性金属薄膜であるため、ギャップ長の狭い磁気ヘッドを用いて、短波長記録を行うことが可能である。従って本発明の磁気記録媒体によれば高記録密度と長時間記録が可能で且つ、磁性層の薄層化によって、使用する磁性金属の大幅な低減が図れる。
【0029】
本発明の磁気記録媒体は、狭ギャップ長(例えば0.1〜0.25μm)の磁気ヘッドを用いて、短い記録波長でトラック幅を小さくして信号を記録し、MR(Magneto Resistive)ヘッド、GMR(Giant Magneto Resistive)ヘッド、TMR(Tunneling Magneto Resistive)ヘッドなどで最適に再生される。
【0030】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【0031】
(実施例1)
図4は本発明の磁気記録媒体を製造するための製造装置を示す図であり、高分子フイルム基板として6.3μmのポリエチレンナフタレ−トフィルム(PET)1を送り軸6にセットし、上部冷却回転ドラム7a、板状ベルト8、下部冷却ドラム7bを経て巻取り軸9で巻き取る。高分子フイルムはSiOからなる直径15nmの微粒子が1mm当たり1×10〜200×10個分散する。
【0032】
エンドレスベルトは水平面(例えば磁性金属の溶解面)に対し55度(θ)の傾きとし、冷媒の設定温度は−20度とした。強磁性金属(この実施例ではCo)10を電子ビーム11で溶解し、下方より斜方入射蒸着で蒸着する。この時蒸着は遮蔽板12、13により、高入射角(β)87度から低入射角(α)38度までの範囲で行われる。溶解金属10の中央から遮蔽板12、13への立体角度(ω)は34度である。
【0033】
蒸着には酸素ガスと蒸着金属との反応性蒸着法を用い、酸素ガスの導入は、14、15の2箇所から行い、低入射角はフイルムの進行方向と逆向きで、平行となるよう設定され、高入射角はフイルム面と直交するよう設定される。この時のガス圧を1.6kg/cm及び上室のガス流量を1.0l/minに固定し、下室のガス流量を0.1〜15l/minで変化させ、酸化状態の異なる磁性層を有する磁気記録媒体を作成した。蒸着時のライン速度は200m/minとし、磁性層の厚みは100nmとした。
【0034】
磁性金属の蒸着後、磁性層表面に炭素系保護層をプラズマCVD法により形成し、その上に潤滑剤を塗布した。テープの磁性層と反対の面にはカーボンブラックを主成分とするバックコート層を形成し、幅1/4インチにスリットした。
【0035】
この実施例の磁気記録媒体の断面形状は図6と同様である。
【0036】
この実施例により得られたテープについて、光電子分光分析法(島津製作所製AXIS−HSX)により元素定量及び、化学結合状態分析を行った。このとき、Arイオンでエッチングを行い、エッチング1分毎に元素定量及び、化学結合状態分析を行い、厚み方向の各原子の占める割合を求めた。測定条件は、X線励起源:Mg−Kα線、X線源:120W、パスエネルギー:80eV、分析室内の真空度:1.0〜3.0×10−5Paとした。測定元素は、Co−2p、O−1s、C−1s、F−1sである。デプスプロファイルの一例を図1に示す。図1において、1はCo−2p、2はO−1s、3は、C−1s、4はF−1sの深さ方向の定量値の原子数比率(%)を示す。点Aが、テープの最表面であり、点A〜点Bまでが、潤滑剤層と保護層、点B〜点Cが磁性層を示す。図1において、磁性層を示す点B〜点CにおけるCo−2pの原子数%の平均値と、O−1sの原子数%の平均値との比(O−a/Co−a)を算出した。図2は、最もO−1sの原子数%が大きくなる点Dにおける、Co−2pのスペクトルを示している。図2において、結合エネルギーが778eV付近のメタルコバルトのピーク高さ(MeCo−i)と、結合エネルギーが780eV付近の酸化コバルトのピーク高さ(CoO−i)との強度比(CoO−i/MeCo−i)を求めた。図3に比較例のCo−2pのスペクトルを示す。
【0037】
高分子フイルムの厚みは市販の厚み計(マイクロメータ)を用い、フイルムを10枚重ねた状態で厚さを測定し、その厚さからフイルム厚を求めた。
磁性層の厚みはテープの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で倍率20万倍で観察し、測定した。
【0038】
磁気特性のうち保磁力は振動型磁力計(VSM)を用いて測定した。
【0039】
電磁変換特性は、DV用シリンダーにシールド間ギャップ長0.2μmのMRヘッドを搭載して相対速度10.2m/s、トラック幅6μm、最大記録周波数50MHzで信号をMIGヘッドで記録し、MRヘッドで再生して測定した。
【0040】
耐候保存特性の評価は、DVカセットに装填したテープを、60℃90%RHの環境下に1ヶ月間保存し、錆の発生について表面観察をした。評価基準を次に示す。
【0041】
○  … 錆発生なし
○△ … 倍率500倍で確認できる点錆あり
△  … 倍率200倍で確認できる点錆あり
△× … 倍率100倍で確認できる錆あり
×  … 目視で確認できる錆あり
【0042】
以上の実施例1の評価結果を表1に示す。
【0043】
【表1】
Figure 2004039078
【0044】
(実施例2)
本発明の第2の実施例は、図4に示すように、装置に高分子基板として4.5μmポリエチレンナフタレートフィルム(PEN)1を送り軸6にセットし、−25度に設定した冷却回転ドラム7aを経て巻取り軸9で巻き取る。冷却キャン7aの下方から、Co金属10を電子銃11で溶解し、酸素ガス導入14、15による反応性蒸着でCo酸化物を100nm斜方入射蒸着する。この時蒸着の遮蔽板12、13は、低入射角40度から高入射角85度までが蒸着されるよう設定されている。坩堝の中央位置から遮蔽板12、13への立体角度(ω)は18度である。フイルム表面には、ポリスルホンからなる直径10nmの微粒子が1平方mm当たり5×10〜1000×10個分散する。
【0045】
いずれも蒸着法としては酸素ガスと蒸着金属との反応性蒸着法を用い、この時のガス圧を1.6kg/cm及び上室のガス流量を0.2l/minで固定し、下室のガス流量を0.1〜15l/minで変化させ、酸化状態の異なる磁性層を有する磁気記録媒体を作成した。蒸着時のライン速度は200m/minとし、磁性層の厚みは100nmとした。
【0046】
磁性金属の蒸着後、磁性層表面に炭素保護層をプラズマCVD法により形成し、その上に潤滑剤を塗布した。テープの磁性層と反対の面にはウレタン樹脂系のバックコート層を形成し、幅1/4インチにスリットした。
【0047】
得られたテープについて、実施例1と同様の評価を行った。結果を、表2に示す。
【0048】
【表2】
Figure 2004039078
【0049】
(実施例3)
高分子基板として4μmアラミドフイルム(PA)用い、実施例1と同様にPAフイルム上にCo磁性層を100nm形成する。他は実施例1と同様である。評価結果を表3に示す。
【0050】
【表3】
Figure 2004039078
【0051】
(実施例4)
実施例1において高分子基板として6.3μmPETフイルムを用い、磁性金属層の厚さを70nmに設定し、他は実施例1と同様である。評価結果を表4に示す。
【0052】
【表4】
Figure 2004039078
【0053】
(実施例5)
実施例1において高分子基板として6.3μmPETフイルムを用い、磁性金属層の厚さを120nmに設定し、他は実施例1と同様である。評価結果を表5に示す。
【0054】
【表5】
Figure 2004039078
【0055】
(実施例6)
実施例1において高分子基板として6.3μmPETフイルムを用い、磁性金属層の厚さを100nmに設定し、磁性面と反対の面にバックコート層の代わりに、酸化アルミニュウムを真空蒸着法で厚さ0.4μmに形成した。他は実施例1と同様である。評価結果を表6に示す。
【0056】
【表6】
Figure 2004039078
【0057】
表1〜6から判るように、本発明の実施例と従来例を比較した場合、本発明の実施例は、磁性層の酸化度を上げることにより、いずれも保磁力を1500Oe以上とすることができ、電磁変換特性において優れていることが判る。保磁力を大きくすることで電磁変換特性と記録密度の向上がはかれ、シールド間ギャップ長が0.1〜0.25μmのMRなどの磁気ヘッドを用いる記録に最適であることが判る。
また、酸化度を上げることにより、耐食性は向上する。
【0058】
高分子フイルムの厚みが同じ場合、PA、PEN、PETの順で再生時のSN比が高い。
これは、再生時のCN比と出力の比較をした場合、相対的な機械強度が高いほどヘッド当たりが良く、電磁変換特性が高いことに起因すると思われる。実施例6に示す様に、バックコート層のかわりに、金属酸化膜を形成することにより、機械強度が高くなり、電磁変換特性がさらに良くなったと考えられる。
【0059】
【発明の効果】
以上のように本発明は、非磁性基板と磁性層からなる磁気記録媒体であって、磁性層として、120nm以下の厚さを有し、光電子分光分析法(ESCA)により測定される前記磁性層のデプスプロファイルに於いて、磁性層のCo(コバルト)−2pスペクトルの積分強度(Co−a)とO(酸素)−1sスペクトルの積分強度(O−a)に於ける原子数比(O−a/Co−a)が0.85以上のものを採用することにより、電磁変換特性が高く、かつ保存信頼性に優れた磁気記録媒体を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気記録媒体の一実施例のESCAによるデプスプロファイルを示す図である。
【図2】本発明の磁気記録媒体の一実施例の酸素の積分強度が最も高い点でのCo(コバルト)−2pスペクトルを示す図である。
【図3】磁気記録媒体の比較例の酸素の積分強度が最も高い点でのCo(コバルト)−2pスペクトルを示す図である。
【図4】本発明の磁気記録媒体の製造に適用される真空蒸着装置の構成図である。
【図5】従来の真空蒸着装置の構成図である。
【図6】本発明の磁気記録媒体の一例としての蒸着テープ構成の破断面である。
【符号の説明】
1 高分子フイルム基板
2 磁性金属膜
3 炭素保護膜
4 潤滑剤
5 バックコート層

Claims (8)

  1. 非磁性基板(1)と磁性層(2)とを含む磁気記録媒体であって、磁性層(2)として、120nm以下の厚さを有し、光電子分光分析法により測定される前記磁性層のデプスプロファイルに於いて、磁性層のCo−2pスペクトルの積分強度(Co−a)とO−1sスペクトルの積分強度(O−a)とに於ける原子数比(O−a/Co−a)が0.85以上であるものを採用することを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 前記磁性層(2)は、その厚み方向に於いて、かつ、酸素の積分強度が最も高い点でのCo−2pスペクトルに於いて、酸化コバルトを示す結合エネルギーが780eV付近のピーク高さ(CoO−i)と、メタルコバルトを示す結合エネルギーが778eV付近のピーク高さ(MeCo−i)との比(CoO−i/MeCo−i)が0.85以上のものである請求項1に記載の磁気記録媒体。
  3. 前記非磁性基板(1)は高分子フイルムである請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
  4. 前記磁性層(2)は真空蒸着により形成されたものである請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
  5. 前記磁性層(2)の上に保護層として炭素膜(3)が形成され、炭素膜(3)の上に潤滑剤層(4)が形成されている請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
  6. 前記非磁性基板(1)を介して磁性層(2)と対向するバックコート層(5)を更に有する請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
  7. 前記非磁性基板(1)の相反する面に、強磁性金属薄膜層と非磁性金属酸化物層とがそれぞれ形成されている請求項1から請求項3の何れかに記載の磁気記録媒体。
  8. MRヘッドで再生するために使用されるものである請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
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