JP5490025B2

JP5490025B2 - 六方晶バリウムフェライト磁性粒子およびその製造方法、磁気記録用磁性粉、ならびに磁気記録媒体

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Publication number: JP5490025B2
Application number: JP2011001329A
Authority: JP
Inventors: 信夫山崎; 宏幸鈴木
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: US20120177951A1; JP2012142529A

Description

本発明は、六方晶バリウムフェライト磁性粒子およびその製造方法に関するものであり、詳しくは、高密度記録用磁気記録媒体における磁性体として好適な六方晶バリウムフェライト磁性粒子およびその製造方法に関するものである。
更に本発明は、上記六方晶バリウムフェライト磁性粒子からなる磁気記録用磁性粉、および上記六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含む磁気記録媒体にも関するものである。

従来、高密度記録用磁気記録媒体の磁性層には強磁性金属磁性粒子が主に用いられてきた。強磁性金属磁性粒子は主に鉄を主体とする針状粒子であり、高密度記録のために粒子サイズの微細化、高保磁力化が追求され各種用途の磁気記録媒体に用いられてきた。

記録情報量の増加により、磁気記録媒体には常に高密度記録が要求されている。しかしながら更に高密度記録を達成するためには強磁性金属磁性粒子の改良には限界が見え始めている。これに対し、六方晶フェライト磁性粒子は、保磁力は永久磁石材料にも用いられた程に大きく、保磁力の基である磁気異方性は結晶構造に由来するため粒子を微細化しても高保磁力を維持することができる。更に、六方晶フェライト磁性粒子を磁性層に用いた磁気記録媒体はその垂直成分により高密度特性に優れる。このように六方晶フェライト磁性粒子は、高密度化に適した強磁性体である。そのため近年、六方晶フェライト磁性粒子を使用した磁気記録媒体について、様々な検討がなされている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許３２５１７５３号明細書特開２００２−２６０２１２号公報特開２００３−７７１１６号公報特開２０１０−２４１１３号公報

近年、更なる高密度記録化が進行し、記録密度としては面記録密度として１Ｇｂｐｓｉ以上、更には１０Ｇｂｐｓｉ以上が目標とされている。かかる高密度記録化を実現するためには、ノイズ低減のために六方晶フェライト磁性粒子を微粒子化することが求められる。そのため上記特許文献１〜４には、微粒子状の六方晶フェライト磁性粒子を使用することについて検討がなされている。
しかし六方晶フェライト磁性粒子の粒子サイズを小さくすると、磁性粒子が磁化方向を保とうとするエネルギー（磁気エネルギー）が熱エネルギーに抗することが困難となり、いわゆる熱揺らぎにより記録の保持性が低下してしまい、磁気エネルギーが熱エネルギーに負けて記録が消失する現象が無視できなくなってくる。この点について説明すると、磁化の熱的安定性に関する指標として「ＫｕＶ／ｋＴ」が知られている。Ｋｕは磁性体の異方性定数、Ｖは粒子体積（活性化体積）、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。磁気エネルギーＫｕＶを熱エネルギーｋＴに対して大きくすることで熱揺らぎの影響を抑えることができるが、粒子体積Ｖ、即ち磁性体の粒子サイズ、は上記のとおり媒体ノイズを低減するために小さくする必要がある。上記の通り磁気エネルギーはＫｕとＶとの積であるため、Ｖが小さい領域で磁化エネルギーを高めるためにはＫｕを大きくすればよいことになるが、Ｋｕと異方性磁界ＨＫはＨＫ＝２Ｋｕ／Ｍｓの関係があり、Ｋｕを大きくするとＭｓが変わらなければＨＫも大きくなる。異方性磁界ＨＫは磁化困難軸方向から飽和磁化させるために必要な磁場強度であり、ＨＫが大きいと磁気ヘッドによる磁化の反転が起こりにくくなり記録（情報の書き込み）が困難となって再生出力が低下してしまう。つまり、磁性粒子のＫｕを高めるほど、情報の書き込みは困難となる。
以上説明したように、高密度記録化、熱的安定性、書き込み容易性の３つの特性を満たすことはきわめて困難であり、これは磁気記録のトリレンマと呼ばれ、今後更なる高密度記録化を進めるうえで大きな課題となっている。

そこで本発明の目的は、磁気記録のトリレンマを解消するための手段を見出すことにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた。
まず本発明者らは、上記トリレンマを解消するため、活性化体積Ｖが１３００〜１８００ｎｍ³、ＫｕＶ／ｋＴが６０以上、飽和磁化σｓが５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上の磁性粒子を得るための手段を見出すべく検討を重ねた。これは活性化体積およびＫｕＶ／ｋＴが上記範囲内であれば熱的安定性を維持しつつ高密度記録化を達成できるからであり、σｓについては、σｓが５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上であればＶおよびＫｕＶ／ｋＴが上記範囲内において書き込み容易性を確保することができると、本発明者らが推察したためである。これは、先に説明したようにＫｕＶを上げると熱的安定性の低下を抑えることができるが磁化反転が困難となって書き込み困難となるため、これを補うべくσｓを上げることで再生出力を確保することを狙ったものである。この点について更に説明すると、前述の式より、磁化エネルギーを高めるためにＫｕを大きくしつつ書き込み容易性を確保するためには、ＨＫを小さくすればよく、そのためにはＭｓを大きくすることが考えられる。Ｍｓは磁性体の飽和磁化σｓと比重の積であるため、磁性体のσｓを大きくすればＭｓを大きくすることができる。
そこで本発明者らは、上記磁性粒子を得るために六方晶フェライト磁性粒子を構成する元素種、含有量および含有率について相当数の試行錯誤を重ねた結果、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が１．５〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満であり、かつ、活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲である六方晶バリウムフェライト磁性粒子が、高密度記録領域において優れた熱的安定性および記録適性を有することを見出すに至った。
本願発明は、以上の知見に基づき完成された。

即ち、上記目的は、下記手段により達成された。
［１］Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が５．０〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満である原料混合物を使用するガラス結晶化法により、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が５．０〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満であり、かつ、活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲である六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得ることを特徴とする六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
［２］前記２価元素はＣｏおよびＺｎからなる群から選ばれる２価元素である、［１］に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
［３］前記５価元素はＶおよびＮｂからなる群から選ばれる５価元素である、［１］または［２］に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載の製造方法によって得られた六方晶フェライト磁性粒子。
［５］５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上の飽和磁化σｓを有する［４］に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子。
［６］ＫｕＶ／ｋＴ［Ｋｕ：異方性定数、Ｖ：活性化体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度］が６０以上となる熱的安定性を有する［４］または［５］に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子。
［７］［４］〜［６］のいずれかに記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子からなる磁気記録用磁性粉。
［８］非磁性支持体上に強磁性体および結合剤を含む磁性層を有する磁気記録媒体であって、
前記強磁性体として、［４］〜［６］のいずれかに記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含むことを特徴とする磁気記録媒体。

本発明によれば、磁気記録におけるトリレンマを解消することができ、これにより更なる高密度記録化を進行させることが可能となる。

原料混合物組成の一例を示す説明図（三角相図）である。実施例、比較例の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の活性化体積ＶをＫｕＶ／ｋＴ、飽和磁化σｓに対してプロットしたグラフである。

本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子は、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が１．５〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満であり、かつ、活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲であることを特徴とするものである。

本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子（以下、単に「磁性粒子」ともいう）は、高ＳＮＲを実現し得る微粒子磁性体であって、熱的安定性と記録適性の両立を可能とするものである。したがって本発明の磁性粒子は、磁気記録用磁性粉として、中でも高密度記録用磁気記録媒体の磁性体として、好適である。
純粋なバリウムフェライトの組成式はＢａＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃であり、フェライト組成を構成するＢａ、Ｆｅ、Ｏの三元素からなる。これに対し本発明の磁性粒子は、フェライト組成を構成するＢａ、Ｆｅ、Ｏとともに、Ｆｅ含有量１００原子％に対して、Ａｌを１．５〜１５原子％含み、２価元素と５価元素の合計がＦｅ含有量１００原子％に対して１．０〜１０原子％、かつ５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満となる量の２価元素と５価元素を含む。２価元素と５価元素を上記割合で所定量含有することによりσｓを高めることができるが、２価元素と５価元素のみではＫｕの低下を招くため、熱的安定性が低下してしまう。これに対し本発明者らは、２価元素と５価元素を上記割合で所定量含有する系にＡｌを所定量存在させることで、σｓ、Ｋｕを共に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
以下、本発明の磁性粒子について、更に詳細に説明する。

本発明の磁性粒子は、Ｆｅ含有量１００原子％に対して、Ａｌを１．５〜１５原子％含む。上記の通りＡｌが存在することでσｓとＫｕを共に高めることができるが、Ａｌが１５原子％を超えて存在するとσｓの低下を招き、１．５原子％未満ではＫｕを十分高めることができない。より一層の高σｓ化および高Ｋｕ化を実現する観点からは、本発明の磁性粒子におけるＡｌ含有量は、Ｆｅ含有量１００原子％に対して５．０原子％〜１５原子％の範囲であることが好ましい。

本発明の磁性粒子は、上記の量のＡｌを含むとともに、２価元素と５価元素の合計がＦｅ含有量１００原子％に対して１．０〜１０原子％、かつ５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満となる量の２価元素と５価元素を含む。以下、２価元素含有量を「Ｍ２＋量」、５価元素含有量を「Ｍ５＋量」ともいう。Ｍ２＋量とＭ５＋量の合計がＦｅ含有量１００原子％に対して１．０原子％未満、または５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合［（Ｍ２＋量）／（Ｍ５＋量）］が原子基準で２．０以下では、再生出力向上に十分なσｓを実現することが困難となる。他方、Ｍ２＋量とＭ５＋量の合計がＦｅ含有量１００原子％に対して１０原子％超、または５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合［（Ｍ２＋量）／（Ｍ５＋量）］が原子基準で４．０以上になると、ＡｌによるＫｕ向上効果が打ち消されてしまい、Ａｌが所定量存在しても高Ｋｕ化を達成することが困難となり熱的安定性が低下してしまう。より一層の高σｓ化および高Ｋｕ化を実現する観点からは、本発明の磁性粒子において、Ｍ２＋量とＭ５＋量の合計はＦｅ含有量１００原子％に対して４．０〜１０原子％の範囲であることが好ましく、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合［（Ｍ２＋量）／（Ｍ５＋量）］は原子基準で２．１以上３．５以下であることが好ましい。
以下、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合［（Ｍ２＋量）／（Ｍ５＋量）］について更に説明すると、六方晶バリウムフェライト磁性粒子の作製方法では、バリウムフェライト中の３価であるＦｅを置換する元素の価数が３価になるように組成を調整することが一般的である。これに対し本発明者らは、２価元素をリッチにすることでσｓが大きく向上することを見出した。２価元素と５価元素の価数を３価とするには［（Ｍ２＋量）／（Ｍ５＋量）］が２．０であるが、これを２価リッチとなる２．０超とすることで、σｓを大きく向上させることができるのである。この理由は必ずしも明らかではないが、本発明者らは次のように推察している。バリウムフェライト結晶格子中のＦｅサイトによりupスピンとdownスピンが決まっており、σｓはこの差から発生することが知られている。２価元素と５価元素がこれらのＦｅサイトを、２価元素リッチとなるように置換することでσｓ向上に有利に働くと考えている。

上記２価元素とは、２価の正電荷を帯び得る元素であればよく、σｓ向上の観点からはＣｏおよびＺｎからなる群から選ばれることが好ましい。上記５価元素とは５価の正電荷を帯び得る元素であればよく、σｓ向上の観点からはＶおよびＮｂからなる群から選ばれることが好ましい。これら元素は、フェライト組成においてＦｅ（３価の鉄）の置換元素として上記含有量および割合で存在することでσｓ向上に寄与していると、本発明者らは推察している。
なお、純粋なＢａフェライト（ＢａＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）のＫｕは文献によれば３．３Ｅ＋５Ｊ／ｍである。従来、純粋なバリウムフェライトにＣｏやＴｉなどの置換元素を添加してＫｕを低減させることが広く行われてきたが、これは上記の通りＫｕが高まるほど記録が困難となるからである。これに対し本発明によれば、高Ｋｕ化とともに高σｓ化を実現することで、高Ｋｕ磁性体において、書き込み容易性を確保することができる。本発明の磁性粒子は、マグネトプランバイト型のバリウムフェライト、スピネルで粒子表面を被覆したマグネトプランバイト型フェライト、さらに一部にスピネル相を含有したマグネトプランバイト型のバリウムフェライト等であることができる。

本発明の磁性粒子における各元素の含有量および割合は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）分析等の公知の元素分析法により求めることができる。また、本発明の磁性粒子は後述するガラス結晶化法により得ることができるが、ガラス結晶化法ではＡｌ、２価元素、５価元素は仕込み量のほぼ１００％が磁性粒子に存在するため、仕込み量から含有量および割合を算出することもできる。

本発明の磁性粒子は、上記含有量および割合でＡｌ、２価元素および５価元素を含む六方晶バリウムフェライト磁性粒子であり、その活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲である微粒子磁性体であることにより、高密度記録領域においてノイズを低減し高ＳＮＲを実現することができる。活性化体積が１８００ｎｍ³を超えると高密度記録された信号を高感度再生することが困難となる（ＳＮＲが低下）。他方、活性化体積が１３００ｎｍ³未満では、高Ｋｕ化を達成したとしても熱エネルギーｋＴに抗し得る磁気エネルギーＫｕＶを得ることは困難であり、熱揺らぎによる記録の消失が発生することが懸念される。したがって高密度記録領域において高ＳＮＲと高い熱的安定性を同時に実現する観点から、本発明の磁性粒子の活性化体積は、１３００〜１８００ｎｍ³の範囲とする。

以上説明した本発明の磁性粒子は、Ａｌ、２価元素および５価元素を上記含有量および割合で含むことで、高い熱的安定性と高σｓを兼ね備えることができる。熱的安定性については、前述のようにＫｕＶ／ｋＴ［Ｋｕ：異方性定数、Ｖ：活性化体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度］が６０以上であることが好ましく、本発明の磁性粒子によれば、活性化体積Ｖが１３００〜１８００ｎｍ³と微粒子の領域において、Ｋｕを大きくすることで磁気エネルギーＫｕＶを高めることができ、これにより６０以上のＫｕＶ／ｋＴを実現することができる。ＫｕＶ／ｋＴが大きいほど熱的安定性の観点からは好ましくその上限は特に限定されるものではない。例えば純粋なバリウムフェライトのＫｕ（上記の通り３．３Ｅ＋５Ｊ／ｍ）において実現されるほど高いＫｕＶ／ｋＴであっても、本発明によれば上記の通りσｓを高めることで、書き込み容易性を確保することができる。
先に説明したように、ＫｕはＡｌ量によって制御することができる。また、Ｖについては、磁性粒子の製造条件により制御することができる。例えば、ガラス結晶化法により本発明の磁性粒子を製造する場合、結晶化条件により磁性粒子の活性化体積を制御することができる。

本発明の磁性粒子の飽和磁化σｓは、先に説明した通り５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上であることが好ましい。再生信号に伴うノイズやＧＭＲ再生ヘッドの飽和を抑制する観点からは、σｓは高すぎない方が良いと一般に考えられており、この点からは、例えば６０Ａ・ｍ²／ｋｇ程度が、σｓの上限となり得る。ただし、記録特性と再生出力の観点からは、σｓは高いほど好ましい。したがって、上記のノイズやヘッドの飽和の発生をシステムの最適化などにより抑制したうえでより高いσｓを有する磁性粒子を使用して、更なる記録特性および再生出力の向上を達成することも可能である。
先に説明したように、飽和磁化σｓは２価元素および５価元素の含有量および割合により制御することができる。

本発明の磁性粒子の製造方法としては、ガラス結晶化法を用いる。上記微粒子状磁性粒子を容易に得るためには、ガラス結晶化法を用いることが好ましい。

即ち本発明は、ガラス結晶化法による本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法（以下、単に「磁性粒子の製造方法」ともいう）にも関するものである。
本発明の磁性粒子の製造方法は、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が１．５〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満である原料混合物を使用するガラス結晶化法により前記本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得るものである。
前述のように、ガラス結晶化法では原料として仕込んだＡｌ、２価元素および５価元素がほぼ１００％取り込まれたバリウムフェライトを得ることができるため、上記原料混合物を使用することで、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が１．５〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満であって、活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲である、本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得ることができる。なお活性化体積については、前述のように結晶化条件により制御することができ、その詳細については後述する。

本発明の磁性粒子の製造方法では、前述のようにガラス結晶化法により六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得る。ガラス結晶化法とは、一般に以下の工程からなるものである。
（１）六方晶フェライト形成成分（任意に保磁力調整成分）およびガラス形成成分を含む原料混合物を溶融し、溶融物を得る工程（溶融工程）；
（２）溶融物を急冷し非晶質体を得る工程（非晶質化工程）；
（３）非晶質体を加熱処理し、六方晶フェライト粒子を析出させる工程（結晶化工程）；
（４）加熱処理物に酸処理および洗浄処理を施すことにより六方晶フェライト磁性粒子を捕集する工程（粒子捕集工程）。
ここで本発明の六方晶フェライト磁性粒子の製造方法では、工程（１）において使用する原料混合物として、前述の含有量および割合でＦｅ、Ａｌ、２価元素および５価元素を含む原料混合物を使用する。これにより工程（３）において六方晶フェライト磁性粒子を結晶化したガラス成分とともに析出させることができる。その後、工程（４）において、酸処理および洗浄処理を行うことにより、上記含有量および割合でＦｅ、Ａｌ、２価元素および５価元素を含む六方晶フェライト磁性粒子を捕集することができる。
以下、本発明の六方晶フェライト磁性粒子の製造方法について、更に詳細に説明する。

（１）溶融工程
ガラス結晶化法において使用される原料混合物は、ガラス形成成分と六方晶フェライト形成成分を含むものであり、本発明においても少なくとも上記含有量および割合でＦｅ、Ａｌ、２価元素および５価元素を含む原料混合物を使用する。ガラス形成成分とは、ガラス転移現象を示し非晶質化（ガラス化）し得る成分であり、通常のガラス結晶化法ではＢ₂Ｏ₃成分が使用される。本発明でもガラス形成成分としてＢ₂Ｏ₃成分を含む原料混合物を使用することができる。なお、ガラス結晶化法において原料混合物に含まれる各成分は、酸化物として、または溶融等の工程において酸化物に変わり得る各種の塩として存在する。本発明において「Ｂ₂Ｏ₃成分」とは、Ｂ₂Ｏ₃自体および工程中にＢ₂Ｏ₃に変わり得るＨ₃ＢＯ₃等の各種の塩を含むものとする。他の成分についても同様である。また、Ｂ₂Ｏ₃成分以外のガラス形成成分としては、例えばＳｉＯ₂成分、Ｐ₂Ｏ₅成分、ＧｅＯ₂成分等を挙げることができる。

前記原料混合物に含まれる六方晶フェライト形成成分としては、バリウムフェライト磁性粉末の構成成分となる成分であって、Ｆｅ₂Ｏ₃成分およびＢａＯ成分が含まれる。原料混合物中の六方晶フェライト（バリウムフェライト）形成成分の合計含有量は、所望の磁気特性に応じて適宜設定することができる。本発明の磁性粒子の製造方法では、Ｆｅを置換する置換元素として２価元素および５価元素を導入することが、高σｓ化を実現する観点から好ましいと、本発明者らは推察している。したがって２価元素および５価元素は、酸化物として、または溶融等の工程において酸化物に変わり得る各種の塩（水酸化物等）として、Ｆｅ₂Ｏ₃成分の一部を置き換える成分として添加することが好ましい。

原料混合物の組成は、Ａｌ、２価元素および５価元素を上記含有量および割合で含む点以外、特に限定されるものではない。なお、本発明の磁性粒子の製造方法では、Ａｌを酸化物として、または溶融等の工程において酸化物に変わり得る各種の塩（水酸化物等）として添加することができる。原料混合物の組成は、ＡＯ成分（式中、ＡはＢａ）、Ｂ₂Ｏ₃成分、Ｆｅ₂Ｏ₃成分を頂点とする、図１に示す三角相図において、斜線部（１）〜（３）の組成領域内の原料が、優れた磁気特性を有する磁性粒子を得るうえで好ましい。なお本発明の磁性粒子の製造方法では、ＡＯ成分、Ｂ₂Ｏ₃成分、Ｆｅ₂Ｏ₃成分の一部をＡｌ化合物、２価元素および５価元素の化合物と置換することができる。

上記原料混合物は、各成分を秤量および混合して得ることができる。次いで、前記原料混合物を溶融し溶融物を得る。溶融温度は原料組成に応じて設定すればよく、通常、１０００〜１５００℃である。溶融時間は、原料混合物が十分溶融するように適宜設定すればよい。

（２）非晶質化工程
次いで、上記工程で得られた溶融物を急冷することにより固化物を得る。この固化物は、ガラス形成成分により非晶質化（ガラス化）した非晶質体である。上記急冷は、ガラス結晶化法で非晶質体を得るために通常行われる急冷工程と同様に実施することができ、例えば高速回転させた水冷双ローラー上に溶融物を注いで圧延急冷する方法等の公知の方法で行うことができる。

（３）結晶化工程
上記急冷後、得られた非晶質体を加熱処理する。この工程により、六方晶バリウムフェライト磁性粒子および結晶化したガラス成分を析出させることができる。析出させる六方晶バリウムフェライト磁性粒子の粒子サイズは、結晶化温度および結晶化のための加熱時間により制御可能である。なお、後述する粉砕処理や塗布液中での分散処理では、六方晶バリウムフェライト磁性粒子の粒子サイズは変化しない。したがって、本発明では最終的に１３００〜１８００ｎｍ³の活性化体積を有する六方晶バリウムフェライト磁性粒子が得られるように、結晶化温度および加熱時間を決定することが好ましい。結晶化温度は、原料組成にもよるが、６００℃以上７５０℃以下とすることが好ましく、結晶化のための加熱時間（上記結晶化温度での保持時間）は、例えば０．５〜２４時間であり、好ましくは１〜８時間である。また、上記結晶化温度までの昇温速度は、例えば０．２〜１０℃／分程度が好適である。

（４）粒子捕集工程
上記結晶化工程において加熱処理を施された加熱処理物中には、六方晶バリウムフェライト磁性粒子と結晶化したガラス成分が析出している。そこで、加熱処理物に酸処理を施すと、粒子を取り囲んでいた、結晶化したガラス成分が溶解除去されるため六方晶バリウムフェライト磁性粒子を採取することができる。

上記酸処理の前には、酸処理の効率を高めるために粉砕処理を行うことが好ましい。粗粉砕は乾式、湿式のいずれの方法で行ってもよいが均一な粉砕を可能とする観点から湿式粉砕を行うことが好ましい。粉砕処理条件は、公知の方法にしたがって設定することができ、また後述の実施例も参照できる。粒子捕集のための酸処理は、加熱下酸処理等のガラス結晶化法で一般的に行われる方法により行うことができ、後述の実施例も参照できる。その後、必要に応じて水洗、乾燥等の後処理を施すことで、本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得ることができる。

本発明の磁気記録媒体は、非磁性支持体上に強磁性体および結合剤を含む磁性層を有する磁気記録媒体であって、前記強磁性体として、本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含むものである。先に説明したように、本発明の六方晶フェライト磁性粒子によれば、高密度記録化、熱的安定性、書き込み容易性の３つの特性を実現することができ、トリレンマを解消し更なる高密度記録化を進行させることができる。
以下、本発明の磁気記録媒体について、更に詳細に説明する。

磁性層
磁性層に使用される六方晶バリウムフェライト磁性粒子およびその製造方法の詳細は、前述の通りである。前記磁性層は、六方晶バリウムフェライト磁性粒子とともに結合剤を含む。磁性層に含まれる結合剤としては、ポリウレタン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂、スチレン、アクリロニトリル、メチルメタクリレートなどを共重合したアクリル系樹脂、ニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラールなどのポリビニルアルキラール樹脂などから単独または複数の樹脂を混合して用いることができる。これらの中で好ましいものはポリウレタン樹脂、アクリル系樹脂、セルロース系樹脂、塩化ビニル系樹脂である。これらの樹脂は、後述する非磁性層においても結合剤として使用することができる。以上の結合剤については、特開２０１０−２４１１３号公報段落［００２９］〜［００３１］を参照できる。また、上記樹脂とともにポリイソシアネート系硬化剤を使用することも可能である。

磁性層には、必要に応じて添加剤を加えることができる。添加剤としては、研磨剤、潤滑剤、分散剤・分散助剤、防黴剤、帯電防止剤、酸化防止剤、溶剤、カーボンブラックなどを、所望の性質に応じて適量、市販品または公知の方法により製造されたものの中から適宜選択して使用することができる。カーボンブラックについては、特開２０１０−２４１１３号公報段落［００３３］も参照できる。

非磁性層
次に非磁性層に関する詳細な内容について説明する。本発明の磁気記録媒体は、非磁性支持体と磁性層との間に非磁性粉末と結合剤を含む非磁性層を有することができる。非磁性層に使用できる非磁性粉末は、無機物質でも有機物質でもよい。また、カーボンブラック等も使用できる。無機物質としては、例えば金属、金属酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物などが挙げられる。これらの非磁性粉末は、市販品として入手可能であり、公知の方法で製造することもできる。その詳細については、特開２０１０−２４１１３号公報段落［００３６］〜［００３９］を参照できる。

非磁性層の結合剤、潤滑剤、分散剤、添加剤、溶剤、分散方法その他は、磁性層のそれが適用できる。特に、結合剤量、種類、添加剤、分散剤の添加量、種類に関しては磁性層に関する公知技術が適用できる。また、非磁性層にはカーボンブラックや有機質粉末を添加することも可能である。それらについては、例えば特開２０１０−２４１１３号公報段落［００４０］〜［００４２］を参照できる。

非磁性支持体
非磁性支持体としては、二軸延伸を行ったポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリアミドイミド、芳香族ポリアミド等の公知のものが挙げられる。これらの中でもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミドが好ましい。
これらの支持体はあらかじめコロナ放電、プラズマ処理、易接着処理、熱処理などを行ってもよい。また、本発明に用いることのできる非磁性支持体の表面粗さはカットオフ値０．２５ｍｍにおいて中心平均粗さＲａ３〜１０ｎｍが好ましい。

層構成
本発明の磁気記録媒体の厚み構成は、非磁性支持体の厚みが、好ましくは３〜８０μｍである。磁性層の厚みは、用いる磁気ヘッドの飽和磁化量やヘッドギャップ長、記録信号の帯域により最適化されるものであるが、一般には０．０１〜０．１５μｍであり、好ましくは０．０２〜０．１２μｍであり、さらに好ましくは０．０３〜０．１０μｍである。磁性層は少なくとも一層あればよく、磁性層を異なる磁気特性を有する２層以上に分離してもかまわず、公知の重層磁性層に関する構成が適用できる。

非磁性層の厚みは、例えば０．１〜３．０μｍであり、０．３〜２．０μｍであることが好ましく、０．５〜１．５μｍであることが更に好ましい。なお、本発明の磁気記録媒体の非磁性層は、実質的に非磁性であればその効果を発揮するものであり、例えば不純物として、あるいは意図的に少量の磁性体を含んでいても、本発明の効果を示すものであり、本発明の磁気記録媒体と実質的に同一の構成とみなすことができる。なお、実質的に同一とは、非磁性層の残留磁束密度が１０ｍＴ以下または保磁力が７．９６ｋＡ／ｍ（１００Ｏｅ）以下であることを示し、好ましくは残留磁束密度と保磁力を持たないことを意味する。

バックコート層
本発明の磁気記録媒体には、非磁性支持体の磁性層を有する面とは反対の面にバックコート層を設けることもできる。バックコート層には、カーボンブラックと無機粉末が含有されていることが好ましい。バックコート層形成のための結合剤、各種添加剤は、磁性層や非磁性層の処方を適用することができる。バックコート層の厚みは、０．９μｍ以下が好ましく、０．１〜０．７μｍが更に好ましい。

製造方法
磁性層、非磁性層またはバックコート層を形成するための塗布液を製造する工程は、通常、少なくとも混練工程、分散工程、およびこれらの工程の前後に必要に応じて設けた混合工程からなる。個々の工程はそれぞれ２段階以上に分かれていてもかまわない。本発明で用いられる強磁性体、非磁性粉末、結合剤、カーボンブラック、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、溶剤などすべての原料はどの工程の最初または途中で添加してもかまわない。また、個々の原料を２つ以上の工程で分割して添加してもかまわない。例えば、ポリウレタンを混練工程、分散工程、分散後の粘度調整のための混合工程で分割して投入してもよい。本発明の目的を達成するためには、従来の公知の製造技術を一部の工程として用いることができる。混練工程ではオープンニーダ、連続ニーダ、加圧ニーダ、エクストルーダなど強い混練力をもつものを使用することが好ましい。これらの混練処理の詳細については特開平１−１０６３３８号公報、特開平１−７９２７４号公報に記載されている。また、磁性層塗布液、非磁性層塗布液またはバックコート層塗布液を分散させるには、ガラスビーズを用いることができる。このようなガラスビーズは、高比重の分散メディアであるジルコニアビーズ、チタニアビーズ、スチールビーズが好適である。これら分散メディアの粒径と充填率は最適化して用いられる。分散機は公知のものを使用することができる。磁気記録媒体の製造方法の詳細については、例えば特開２０１０−２４１１３号公報段落［００５１］〜［００５７］を参照できる。

以上説明した本発明の磁気記録媒体は、本発明の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含むことにより高記録密度領域において高ＳＮＲおよび高再生出力を実現することができるため、優れた電磁変換特性が求められる高密度記録用磁気記録媒体として好適である。

以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。また、以下に記載の「部」、「％」は、特に示さない限り「質量部」、「質量％」を示す。

１．六方晶バリウムフェライト磁性粒子に関する実施例・比較例・参考例

ＢａＯを３５．２ｍｏｌ％、Ｂ₂Ｏ₃を２９．４ｍｏｌ％、Ｆｅ₂Ｏ₃を３５．４ｍｏｌ％となる原料組成を基準とし、２価元素および５価元素の酸化物を、Ｆｅの一部を置換する成分として、Ａｌ₂Ｏ₃はＢ₂Ｏ₃の一部を置換する成分として、原料総量を２ｋｇとして表１の組成になるように原料処方を決定した。
決定した原料処方となるよう各成分を秤量しミキサーにて混合し原料混合物を得た。得られた原料混合物を、容量１Ｌの白金ルツボで溶解し、１３８０℃で攪拌しつつ白金ルツボの底に設けた出湯口を加熱し融液を約６ｇ／ｓｅｃで棒状に出湯させた。出湯液を水冷双ロールで急冷圧延して非晶質Ａ〜Ｐを作製した。
得られた非晶質体３００ｇを電気炉に仕込み、表２に示す結晶化温度まで５℃／ｍｉｎで昇温した後、該結晶化温度で５時間保持させて六方晶バリウムフェライト磁性粒子を析出（結晶化）させた。次いで六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含む結晶化物を乳鉢で粗粉砕し、２０００ｍｌのガラス瓶に１ｍｍφＺｒビーズ１０００ｇと１％濃度の酢酸を８００ｍｌ加えてペイントシェーカーにて３時間分散処理を行った後、分散液をビーズと分離させ３Ｌステンレスビーカーに入れた。分散液を１００℃で３時間処理した後、遠心分離器で沈澱させてデカンテーションを繰り返して洗浄し、乾燥させて磁性粒子（Ｎｏ．１〜２４）を得た。得られた磁性粒子についてはＸ線回折分析を行い、六方晶フェライト（バリウムフェライト）であることを確認した。

２．磁気記録媒体（磁気テープ）に関する実施例・比較例

２−１．磁性層塗布液処方
六方晶バリウムフェライト磁性粒子（表３に記載）：１００部
ポリウレタン樹脂：１２部
質量平均分子量１００００
スルホン酸官能基含有量０．５ｍｅｑ/ｇ
ダイアモンド微粒子（平均粒径５０ｎｍ）：２部
カーボンブラック（旭カーボン社製＃５５、粒子サイズ０．０１５μｍ）：０．５部
ステアリン酸：０．５部
ブチルステアレート：２部
メチルエチルケトン：１８０部
シクロヘキサノン：１００部

２−３．非磁性層塗布液
非磁性粉体 α酸化鉄：１００部
平均一次粒子径０．０９μm
ＢＥＴ法による比表面積５０ｍ^２／ｇ
ｐＨ７
ＤＢＰ吸油量２７〜３８ｇ／１００ｇ
表面処理剤Ａｌ_２Ｏ_３８質量％
カーボンブラック（コロンビアンカーボン社製コンダクテックスＳＣ−Ｕ）：２５部
塩化ビニル共重合体（日本ゼオン社製ＭＲ１０４）：１３部
ポリウレタン樹脂（東洋紡社製ＵＲ８２００）：５部
フェニルホスホン酸：３．５部
ブチルステアレート：１部
ステアリン酸：２部
メチルエチルケトン：２０５部
シクロヘキサノン：１３５部

２−３．磁気テープの作製
上記の塗布液のそれぞれについて、各成分をニ−ダで混練した。１．０ｍｍφのジルコニアビーズを分散部の容積に対し６５％充填する量を入れた横型サンドミルにポンプで通液し、２０００ｒｐｍで１２０分間（実質的に分散部に滞留した時間）分散させた。得られた分散液にポリイソシアネートを非磁性層の塗布液には６．５部、さらにメチルエチルケトン７部を加え、１μｍの平均孔径を有するフィルターを用いて濾過し、非磁性層形成用および磁性層形成用の塗布液をそれぞれ調製した。
得られた非磁性層塗布液を、厚さ５μｍのポリエチレンナフタレートベース上に乾燥後の厚さが１．０μｍになるように塗布乾燥させた後、磁性層の厚さが７０ｎｍになるように逐次重層塗布を行い、乾燥後７段のカレンダで温度９０℃、線圧３００ｋｇ／ｃｍにて処理を行った。１／４インチ巾にスリットし表面研磨処理を施して磁気テープ（Ｎｏ．１〜５）を得た。

３．磁性粒子および磁気テープの評価
以下の方法で、磁性粒子および磁気テープの評価を行った。各評価は２３℃±１℃の環境で測定した。なお本発明における活性化体積Ｖ、異方性定数Ｋｕ、およびＫｕＶ／ｋＴは、本項記載の方法により測定された値をいうものとする。
（１）磁気特性（Ｈｃ、σｓ）
表１に示すＮｏ．１〜２３の磁性粒子の磁気特性を、振動試料型磁束計（東英工業社製）を用い磁場強度１１９４ｋＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）で測定した。
（２）比表面積ＳＳＡ
表１に示すＮｏ．１〜２３の比表面積をＢＥＴ法により求めた。
（３）出力、ノイズ、ＳＮＲ
表３に示すＮｏ．１〜５の磁気テープの再生出力、ノイズ、ＳＮＲを、記録ヘッド（ＭＩＧ、ギャップ０．１５μｍ、１．８Ｔ）と再生用ＧＭＲヘッドをドラムテスターに取り付けて、トラック密度１６ＫＴＰＩ、線記録密度４００Ｋｂｐｉ（面記録密度６．４Ｇｂｐｓｉ）の信号を記録した後に測定した。
（４）減磁
表３に示すＮｏ．１〜５の磁気テープを振動試料型磁束計（東英工業社製）で１１９４ｋＡ／ｍ（１５ｋＯｅ）で飽和磁化し、磁界の極性を変えて５００Ｏｅの反転磁界を加えて、０秒後の磁化量と６０秒後の磁化量から次式で減磁を算出した。
減磁（％）＝１−（６０秒後の磁化量／０秒後の磁化量）×１００
（５）活性化体積、異方性定数、熱的安定性ＫｕＶ／ｋＴ
振動試料型磁束計（東英工業社製）を用いてＨｃ測定部の磁場スイープ速度を３分と３０分で測定し、以下の熱揺らぎによるＨｃと磁化反転体積の関係式から活性化体積Ｖと異方性定数Ｋｕを計算した。
Ｈｃ＝２Ｋｕ／Ｍｓ｛１−［（ＫｕＴ／ｋＶ）ｌｎ（Ａｔ／０．６９３）］１／２｝
［上記式中、Ｋｕ：異方性定数、Ｍｓ：飽和磁化、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ｖ：活性化体積、Ａ：スピン歳差周波数、ｔ：磁界反転時間］

以上説明した磁性粒子の原料処方の詳細を表１に、磁性粒子作製時の結晶化温度および作製した磁性粒子の評価結果を表２に、作製した磁気テープの詳細を表３に示す。

評価結果
図２は、表２に示す磁性体Ｎｏ．１〜９について測定された活性化体積ＶとＫｕＶ／ｋＴ、σｓを整理したグラフである。非晶質Ａから得られた磁性体Ｎｏ．１〜３は無置換のバリウムフェライトである。無置換のバリウムフェライトは、Ｆｅの一部を置換して作製される置換型のバリウムフェライトよりも大きなＫｕを示すと従来考えられていたが、Ａｌを添加した非晶質Ｂから得られた磁性体Ｎｏ．４〜６は、その理由は明らかではないが、無置換バリウムフェライトである磁性体Ｎｏ．１〜３よりもＫｕが高い。したがって、活性化体積が近い値を示している粒子間で比較すると、磁性体Ｎｏ．４〜６は磁性体Ｎｏ．１〜３に対してＫｕＶ／ｋＴは大きくなっている。σｓについては、磁性体Ｎｏ．４〜６は磁性体Ｎｏ．１〜３よりも高いσｓを示したが、本発明の目指す微粒子領域での５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上のσｓは実現できていない。非晶質Ｃから得られた磁性体Ｎｏ．７〜９は、Ａｌを添加するとともにＦｅをＺｎとＮｂにより置換した本発明の実施例である。Ｚｎ−Ｎｂで置換することによりＫｕはＡｌ添加のみの磁性体Ｎｏ．４〜６よりは小さくなるものの、無置換バリウムフェライトである磁性体Ｎｏ．１〜３より大きく、したがって活性化体積が近い値を示している粒子間で比較すると、磁性体Ｎｏ．７〜９は磁性体Ｎｏ．１〜３に対してＫｕＶ／ｋＴは大きくなっている。加えて磁性体Ｎｏ．７〜９は、微粒子領域で５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上を達成している。このように、Ｚｎ−Ｎｂ置換によるＫｕＶ／ｋＴ低下とσｓの向上は、バリウムフェライト中のＦｅの一部を置換することによるものと考えられる。
表３に示す媒体Ｎｏ．４、５は、表２に示す実施例の磁性体を用いて作製された磁気テープであり、表３に示す比較例の媒体（媒体Ｎｏ．１〜３、６）と比べて優れたＳＮＲを示し、また記録保持性も良好（減磁が少ない）であった。これに対し媒体Ｎｏ．１のＳＮＲが劣っていた理由は、使用した磁性体が活性化体積１８００ｎｍ³を超えるものであったためと考えられる。媒体Ｎｏ．２は、磁性体を単に微粒子化するのみでは熱的安定性（記録保持性）および記録特性が良好な媒体は得られないことを示す比較例である。媒体Ｎｏ．３は、従来の無置換バリウムフェライトによれば良好な熱的安定性（記録保持性）は得られるが、記録特性は劣ることを示す比較例である。媒体Ｎｏ．６は、活性化体積が１３００ｎｍ³を下回るほどの微粒子になると高密度記録領域において、熱的安定性と書き込み容易性を兼ね備えた媒体を得ることは困難であることを示す比較例である。
以上説明した結果から、本発明によれば、高密度記録化、熱的安定性、書き込み容易性の３つの特性を満たす磁気記録媒体が得られることが示された。即ち本発明によれば、磁気記録のトリレンマを解消することができる。

本発明によれば、優れた記録再生特性を発揮する高密度記録用磁気記録媒体を提供することができる。

Claims

Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が５．０〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満である原料混合物を使用するガラス結晶化法により、Ｆｅ含有量１００原子％に対するＡｌ含有量が５．０〜１５原子％であり、２価元素と５価元素の合計含有量が１．０〜１０原子％であり、５価元素含有量に対する２価元素含有量の割合が原子基準で２．０超かつ４．０未満であり、かつ、活性化体積が１３００〜１８００ｎｍ³の範囲である六方晶バリウムフェライト磁性粒子を得ることを特徴とする六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
前記２価元素はＣｏおよびＺｎからなる群から選ばれる２価元素である、請求項１に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
前記５価元素はＶおよびＮｂからなる群から選ばれる５価元素である、請求項１または２に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法によって得られた六方晶フェライト磁性粒子。
５０Ａ・ｍ²／ｋｇ以上の飽和磁化σｓを有する請求項４に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子。
ＫｕＶ／ｋＴ［Ｋｕ：異方性定数、Ｖ：活性化体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度］が６０以上となる熱的安定性を有する請求項４または５に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子。
請求項４〜６のいずれか１項に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子からなる磁気記録用磁性粉。
非磁性支持体上に強磁性体および結合剤を含む磁性層を有する磁気記録媒体であって、
前記強磁性体として、請求項４〜６のいずれか１項に記載の六方晶バリウムフェライト磁性粒子を含むことを特徴とする磁気記録媒体。