JP2008084520A - 磁気ヘッド用基板、磁気ヘッドおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェムトスライダー、アトスライダー等の小型化されたスライダーに好適に用いる磁気ヘッド用基板において、結晶組織の均一化が十分ではないため、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって得られる流路面には直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔が生じやすい。
【解決手段】 Ａｌ_２Ｏ_３を３５質量％以上、７０質量％以下、ＴｉＣを３０質量％以上、６５質量％以下の範囲である焼結体から成る磁気ヘッド用基板１であって、磁気ヘッド用基板１の両主面部３および厚み方向の中央部２におけるＴｉＣの格子定数の差が１×１０^−４ｎｍ以下である。これにより、磁気ヘッド用基板を短冊状に切断し、切断面を研磨して鏡面とした後に、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去して得られる流路面の表面粗さのばらつきを小さくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体駆動装置であるハードディスクドライブやテープドライブ等に用いられる磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッド，巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）ヘッド，トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）ヘッドまたは異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）ヘッド等の磁気ヘッドを構成するスライダーの基材である磁気ヘッド用基板およびこれを用いた磁気ヘッドならびに記録媒体駆動装置に関する。

近年、記録媒体に記録する磁気記録の高密度化は急速に進んでおり、一般に記録再生用の磁気ヘッドとして記録媒体上を浮上走行するスライダーに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが使用されている。

かかる磁気ヘッドに用いるスライダーには、耐摩耗性，機械加工性および記録媒体等に相対して空気により浮力を受ける浮上面の表面平滑性に優れることが要求されており、一例として以下のような手順で作製されるものである。

先ず、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ系セラミックスから成るセラミック基板上に非晶質状のＡｌ_２Ｏ_３から成る絶縁膜をスパッタリング法により成膜した後、この絶縁膜上に磁気抵抗効果（ＭＲ）素子（以下、ＭＲ素子と称す。），巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子（以下、ＧＭＲ素子と称す。），トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子（以下、ＴＭＲ素子と称す。），異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子（以下、ＡＭＲ素子と称す。）等の電磁変換素子のいずれかを複数、所望の間隔で列設して搭載する。

そして、列設した複数の電磁変換素子が搭載されたセラミック基板をスライシングマシーンやダイシングソーを用いて短冊状に切断、分離する。このときに、短冊状のセラミック基板の厚み方向に平行に切断し、切断面を研磨して鏡面とした後に、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去して得られた面を流路面とし、除去されずに残った鏡面を記録媒体に相対して情報の記録および再生を行なう浮上面としている。なお、流路面を設けることによって、記録媒体と浮上面との間に狭い空間が形成され、この空間に空気が流入・流出することによって発生する浮力で記録媒体と接触しないように保たれる。

この後、短冊状に切断されたセラミック基板をチップ状に分割することで、スライダーに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが得られる。

このような磁気ヘッドが搭載された記録媒体駆動装置（ハードディスクドライブ）は、益々その記録容量を増加させることが望まれ、記録密度をさらに高くすることが求められるようになってきている。この要求に応じようとすれば、磁気ヘッドの記録媒体である磁気ディスクからの浮上高さ（浮上量）は１０ｎｍ以下と極めて小さくしなければならなくなる。しかしながら、この１０ｎｍ以下の浮上高さ（浮上量）では、上述のようにして作製された磁気ヘッドは記録媒体に接触しやすく、この接触による衝撃によって磁気ヘッドを構成するスライダーの組成物の結晶粒子が脱粒して、磁気ヘッドの特性が劣化するという問題が顕在化している。

そのため、磁気ヘッドを構成するスライダーの基材である磁気ヘッド用基板に対しては、その組成物の結晶粒子が容易に脱落しない材料が求められており、結晶粒子間の結合力の向上、即ち焼結性の向上がより高いレベルで要求されるようになっている。

このような要求に応じるために、特許文献１ではＡｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＴｉＣを２０〜４０質量％の比率で含有するＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ系焼結体であって、該焼結体中のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の平均結晶粒径が、ＴｉＣ結晶粒の平均結晶粒径より５〜５０％大きく、しかも前記結晶粒全体の平均結晶粒径が１μｍ以下、前記ＴｉＣ結晶粒の平均結晶粒径が０．９μｍ以下である磁気ヘッド用基板が提案されている。
特開平７−２４２４６３号公報

しかしながら、特許文献１で提案された磁気ヘッド用基板は、磁気ヘッド用基板にイオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法等により流路面を形成した場合、流路面の表面品位は優れているものの、スライダーはいわゆるナノスライダー（長さ２ｍｍ、幅１．６ｍｍ、厚み０．４３ｍｍ）を対象としたものであり、磁気ディスク等の記録媒体の高容量化に伴い、小型化されたスライダーであるフェムトスライダー（長さ０．８５ｍｍ、幅０．７ｍｍ、厚み０．２３ｍｍ）、アトスライダー（長さ０．８５ｍｍ、幅０．４９ｍｍ、厚み０．２３ｍｍ）等を対象にすると、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって得られる流路面に新たに出現する直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔はスライダーに対して相対的には大きい上、流路面の表面粗さがばらつきやすく、その結果、小型化されたスライダーに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドは、浮上量を一定に保持することができず、情報を長期間、正確に記録、再生できないという問題が顕在化するようになってきた。

本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法等による流路面の表面粗さのばらつきを低減し、特に、フェムトスライダー、アトスライダー等の小型化されたスライダーの形成を可能とした、より緻密質な磁気ヘッド用基板を提供することを目的とする。

本発明の磁気ヘッド用基板は、Ａｌ_２Ｏ_３を３５質量％以上７０質量％以下、ＴｉＣを３０質量％以上６５質量％以下の範囲である焼結体から成る磁気ヘッド用基板であって、該磁気ヘッド用基板の両主面部および厚み方向の中央部におけるＴｉＣの格子定数の差が１×１０^−４ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

また、本発明の磁気ヘッド用基板は、前記磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部における前記ＴｉＣの格子定数が０．４３１５ｎｍ以上０．４３１６８ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

さらに、本発明の磁気ヘッド用基板は、前記Ａｌ_２Ｏ_３を６０質量％以上６５質量％以下、前記ＴｉＣを３５質量％以上４０質量％以下の範囲であることを特徴とするものである。

またさらに、本発明の磁気ヘッド用基板は、熱伝導率が１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上とすることを特徴とするものである。

さらにまた、本発明の磁気ヘッド用基板は、抗折強度が７００ＭＰａ以上とすることを特徴とするものである。

また、本発明の磁気ヘッドは、前記磁気ヘッド用基板をチップ状に分割してなる各スライダーに電磁変換素子を備えてなることを特徴とする。

さらに、本発明の記録媒体駆動装置は、前記磁気ヘッド用基板をチップ状に分割したスライダーに電磁変換素子を備えた磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによって情報の記録および再生を行う磁気記録膜を有する記録媒体と、該記録媒体を駆動するモータと、を備えてなることを特徴とする。

本発明の磁気ヘッド用基板は、磁気ヘッド用基板の両主面部および厚み方向の中央部におけるＴｉＣの格子定数の差を１×１０^−４ｎｍ以下としたことから、焼結助剤として添加されるＴｉＯ_２は、そのほとんどがＴｉＣに変化し、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶により発生する直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔が低減されているため、磁気ヘッド用基板を短冊状に切断し、切断面を研磨して鏡面とした後に、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去して得られる流路面の表面粗さのばらつきを小さくすることができる。

また、前記磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部におけるＴｉＣの格子定数を０．４３１５０ｎｍ以上とすることで、上述のようにＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶をさらに抑制することができ、直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔を低減させることができる。これにより、流路面の表面粗さのばらつきをより低減することができる。同時に、ＴｉＣの格子定数を０．４１３６８ｎｍ以下とすることで、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶を最適な範囲にできるため、焼結性が低下することなく、より均一な結晶組織となり、機械的特性および熱的特性の安定した磁気ヘッド用基板を得ることができる。

さらに、前記Ａｌ_２Ｏ_３を６０質量％以上６５質量％以下、前記ＴｉＣを３５質量％以上４０質量％以下の範囲とすることで、導電性と機械加工性をバランスよく維持することができる。

またさらに、熱伝導率を１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上とすることで、スライダーに搭載された電磁変換素子から発生した熱を速やかに逃がすことができるため、記録媒体に記録された磁気記録は破壊されずに済む。

さらにまた、抗折強度を７００ＭＰａ以上の磁気ヘッド用基板とすることで、チップ状に分割してスライダーとする場合に、マイクロクラックの発生が抑制され、このマイクロクラックの発生に伴う脱粒が起こりにくくなるため、良好なＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性を得ることができる。

また、本発明の磁気ヘッドは、前記磁気ヘッド用基板をチップ状に分割してなる各スライダーに前記電磁変換素子を備えてなることから、上述のように均一な結晶組織を有する磁気ヘッド用基板から形成されるため、個々に切り出された磁気ヘッドにはマイクロクラックを抑制でき、磁気ヘッドからの脱粒も有効に防止できるため、フェムトスライダー、アトスライダー等の小型化されたスライダーに好適に用いることができる。

また、本発明の記録媒体駆動装置は、前記磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによって情報の記録および再生を行う磁気記録層を有する記録媒体と、該記録媒体を駆動するモータと、を備えており、小型化されたスライダーにおいても、高精度な浮上面を有するため、その浮上量を一定に保持して、情報を長期間、正確に記録、再生することができる。

以下、本発明の最良の形態を説明する。

本発明の磁気ヘッド用基板は、導電性と機械加工性を兼ね備えたものであり、Ａｌ_２Ｏ_３を３５質量％以上７０質量％以下、ＴｉＣを３０質量％以上６５質量％以下の範囲である焼結体からなる。

磁気ヘッド用基板は、Ａｌ_２Ｏ_３の有する機械的特性、耐摩耗性および耐熱性を維持したまま、ＴｉＣにより速やかに電荷を除去するよう構成されており、磁気ヘッド用基板におけるＴｉＣの比率は、導電性および機械加工性に影響を及ぼす。ＴｉＣの含有比率が低いと、体積固有抵抗が高くなるために導電性が低下し、ＴｉＣの含有比率が高いと、磁気ヘッド用基板の靱性が高くなるために、機械加工性が低下する。

ＴｉＣを３０質量％以上６５質量％以下としたのは、ＴｉＣが３０質量％未満では導電性が低くなり、磁気ヘッドに電荷が帯電しても、速やかに電荷を除去することができないからであり、一方、６５質量％を超えると、機械加工性が低下するためである。

なお、磁気ヘッド用基板の体積固有抵抗は、ＪＩＳ Ｃ ２１４１−１９９２に準拠して測定でき、この測定値が1×１０^―３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。また、磁気ヘッド用基板の機械加工性については、ラップ加工における単位時間当たりの研磨量を測定することにより評価すればよい。

磁気ヘッド用基板は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの複合焼結体からなり、焼結助剤としてＴｉＯ_２が用いられる。このＴｉＯ_２は、焼成工程で雰囲気中に含まれる微量の一酸化炭素（ＣＯ）により、式（１）に示すようにＴｉＯに還元される。還元されたＴｉＯは、ＴｉＣに固溶して、新たにＴｉＣ_ｘＯ_ｙ（ｘ＋ｙ＜１、かつｘ＞＞ｙ）を生成する。なお、ｘ＝０．８５〜０．９，ｙ＝０．１〜０．１５である。

ＴｉＯ_２＋ＣＯ→ＴｉＯ＋ＣＯ_２ ・・・（１）
生成したＴｉＣ_ｘＯ_ｙは、ＴｉＯの固溶量ｙに応じて、ＴｉＣの格子定数は異なり、固溶量ｙが０．１５のときに格子定数が最も大きく、０．１５より大きくても小さくても格子定数は小さくなり、その差はＴｉＣからなる結晶相の均一性に影響を与える。

このことから、本発明では、磁気ヘッド用基板の両主面部および厚み方向の中央部におけるＴｉＣの格子定数の差を１×１０^−４ｎｍ以下とすることが重要である。この範囲にすることで、焼結助剤として添加したＴｉＯ_２は、そのほとんどがＴｉＣに変化して、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶により発生する直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔が低減されている。このため、磁気ヘッド用基板を短冊状に切断し、切断面を研磨して鏡面とした後に、イオンビームによるイオンミリング加工や反応性イオンエッチングによって鏡面の一部を除去して得られる流路面の表面粗さのばらつきを低減させることができる。また、両主面部および中央部におけるＴｉＣの格子定数の差を２×１０^−５ｎｍ以下とすることがより好ましく、さらに微小な気孔が低減され、表面粗さのばらつきもほとんどない磁気ヘッド用基板を得ることができる。

ここで、磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部の位置を説明する。図１は、本発明の磁気ヘッド用基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）を厚み方向に切断した断面図である。磁気ヘッド用基板１は直径（Ｄ）、厚み（ｔ）の基板であり、本願における磁気ヘッド用基板の両主面部とは図１における３の上下面を含む領域であり、厚み方向の中央部２とは、磁気ヘッド用基板１の厚み（ｔ）の中心線Ｃ（1点鎖線）、即ち両主面の間の厚みの１／２の位置する線を中心に厚み方向に（ｔ／２）以内の領域（２点鎖線で囲まれた領域）をいう。

また、図２に磁気ヘッド用基板１の一部に直線部であるオリエンテーションフラット４を備えた場合を示す。図２（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）を厚み方向に切断した断面図である。図２に示す磁気ヘッド用基板１は、直径（Ｄ）、厚み（ｔ）の基板であり、図１の磁気ヘッド基板と同様、本願における磁気ヘッド用基板の両主面部３とは図１における３の上下面を含む領域であり、厚み方向の中央部２とは、磁気ヘッド用基板１の厚み（ｔ）の中心線Ｃ（1点鎖線）、即ち両主面の間の厚みの１／２の位置する線を中心に厚み方向に（ｔ／２）以内の領域（２点鎖線で囲まれた領域）をいう。なお、オリエンテーションフラット４とは、直線上の切り欠きであり、絶縁膜を介して電磁変換素子をスライダーに搭載するときや磁気ヘッド用基板１を短冊状に切断するときの位置決めに用いられるものである。

なお、磁気ヘッド用基板１の両主面部３および中央部２におけるＴｉＣの格子定数は、詳細を後述する高分解能Ｘ線回折法を用いて求められ、上面側、下面側の２つの主面部３、即ち両主面部３と、中央部２のそれぞれのＴｉＣの格子定数を同じ厚み方向に沿って測定し、上面側、下面側の２つの主面部３のＴｉＣの格子定数と、中央部２のＴｉＣの格子定数の差をそれぞれ求めることで得られる。なお、中央部２のＴｉＣの格子定数は、中央部２の少なくとも一方の表面（磁気ヘッド用基板より切り出した面のうち一方の面）の値を測定すればよい。

また、本発明の磁気ヘッド用基板は、ＴｉＣの格子定数によりその密度が影響を受ける。ＴｉＣの格子定数を小さくし過ぎると、ＴｉＯ_２が焼成工程で還元されて発生した二酸化炭素（ＣＯ_２）が磁気ヘッド用基板中に閉じこめられ、微小な気孔として発生しやすくなる。一方、前記ＴｉＣの格子定数を大きくし過ぎると、焼結性が損なわれるために、気孔が発生しやすくなる。

このような観点から、磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部における前記ＴｉＣの格子定数が０．４３１５０ｎｍ以上、０．４３１６８ｎｍ以下であることが好適であり、格子定数を０．４３１５０ｎｍ以上とすることで、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶が抑制されるために、直径１００ｎｍ〜５００ｎｍの微小な気孔を低減させられ、流路面の表面粗さのばらつきをさらに抑制できるとともに、前記ＴｉＣの格子定数を０．４３１６８ｎｍ以下とすることで、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶が最適化されるため、焼結性が低下することなく、より均一な結晶組織となり、機械的特性および熱的特性の安定した磁気ヘッド用基板１を得ることができる。

さらに、ＴｉＣの格子定数は、０．４３１６０ｎｍ以上、０．４３１６２ｎｍ以下であることが好適であり、流路面の表面粗さのばらつきのほとんどない磁気ヘッド用基板を得ることができる。

ＴｉＣの格子定数は高分解能Ｘ線回折法を用いて求められる。具体的には、ＣｕＫ_α１特性Ｘ線を磁気ヘッド用基板に照射し、回折角（２θ）が２０°≦２θ≦１１０°の範囲で、０．００８°のステップでスキャンして得られたＸ線回折パターンをRIETAN-2000プログラム（泉富士夫氏作成：F.Izumi and T.Ikeda,Mater.Sci.Forum, 321-324 (2000)198）を用いてリートベルト法で解析することにより、格子定数を求めることができる。

但し、上述のように、RIETAN-2000を用いてリートベルト法で解析する場合、ＴｉＣ結晶の各結晶面からの回折線のピーク形状によって格子定数が変動するため、虎谷の分割psedo-voigt関数を用いてピーク形状を限定すればよい。

また、磁気ヘッド用基板は、特にＡｌ_２Ｏ_３を６０質量％以上６５質量％以下、ＴｉＣを３５質量％以上４０質量％以下の範囲とすることがより好適である。この範囲にすることで、導電性と機械加工性をさらにバランスよく維持することができるからである。磁気ヘッド用基板を形成する元素１００質量％（但し、炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）を除く）中におけるＡｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの比率は蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法によりＡｌおよびＴｉの各比率を求め、Ａｌについては酸化物に、Ｔｉについては炭化物に換算すればよい。

さらに、磁気ヘッド用基板は、スライダーの放熱性を考慮すると、その熱伝導率は高いほうが好ましく、磁気ヘッド用基板の熱伝導率は１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好適であり、ハードディスクドライブ用のＭＲ素子，ＧＭＲ素子等の電磁変換素子を備えた磁気ヘッドを構成する場合には、その記録密度を大きくするため、磁気ヘッドの浮上量を１０ｎｍ以下とし、記録媒体に記録された磁気記録が電磁変換素子から発生した熱の影響を受けやすくなっても、この熱を速やかに逃がせるため、磁気記録は破壊されずに済むからである。なお、熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ １６１１−１９９７に準拠して測定することができる。

またさらに、磁気ヘッド用基板は、スライダーが小型化すると、その抗折強度の影響が大きくなるため、本発明の磁気ヘッド用基板は、その抗折強度が７００ＭＰａ以上であることが好適である。磁気ヘッド用基板の抗折強度を７００ＭＰａ以上とすることで、チップ状のスライダーに分割しても、マイクロクラックの発生が抑制され、このマイクロクラックの発生に伴う結晶粒子の脱粒が起こりにくくなるため、良好なＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性を有する磁気ヘッドを得ることができ、特に、フェムトスライダー、アトスライダー等の小型化されたスライダーを構成する際に好適に用いることができる。なお、抗折強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１−１９９５に準拠して３点曲げ強度で評価することができる。但し、磁気ヘッド用基板が薄く、前記ＪＩＳ規格で規定する試験片を磁気ヘッド用基板から切り出せない場合、磁気ヘッド用基板の厚みを試験片の厚みとしても差し支えない。

次いで、磁気ヘッド用基板１を個々に切り出してなる磁気ヘッドについて図３を用いて説明する。

本発明の磁気ヘッド２１は、浮上面３２と空気を通す流路面３４を有するスライダー３３と、このスライダー３３に絶縁膜３６を介して形成された電磁変換素子３５と、を有してなる。

この磁気ヘッド２１は、以下のような手順で作製されるものである。例えば、先ず、磁気ヘッド用基板１上に非晶質状のＡｌ_２Ｏ_３から成る絶縁膜３６をスパッタリング法により成膜した後、この絶縁膜３６上に磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子，ＧＭＲ素子，ＴＭＲ素子，ＡＭＲ素子等の電磁変換素子のいずれかを複数、所望の間隔で列設して搭載する。そして、列設した複数の電磁変換素子が搭載された磁気ヘッド用基板１をスライシングマシーンやダイシングソーを用いて短冊状に切断、分離する。このときに、短冊状の磁気ヘッド用基板１の厚み方向に平行に切断し、切断面を研磨して鏡面とした後に、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去して得られた面を流路面３４とし、除去されずに残った鏡面を記録媒体に相対して情報の記録および再生を行なう浮上面３２としている。なお、流路面３４を設けることによって、記録媒体と浮上面３２との間に狭い空間が形成され、この空間に空気が流入・流出することによって発生する浮力で記録媒体と接触しないように保たれる。

この後、短冊状に切断された磁気ヘッド用基板をチップ状に分割することで、スライダー３３に電磁変換素子３５を搭載した磁気ヘッド２１が得られる。

このような磁気ヘッド２１は、上述のように均一な結晶組織を有する磁気ヘッド用基板１から形成されるため、個々に切り出された磁気ヘッド２１においてもマイクロクラックを抑制でき、磁気ヘッド２１からの脱粒も有効に防止できるため、フェムトスライダー、アトスライダー等の小型化されたスライダーに好適に用いることができる。

図４は、上述した本発明の磁気ヘッドを搭載した記録媒体駆動装置（ハードディスクドライブ）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図である。

記録媒体駆動装置２０は、前記磁気ヘッド用基板をチップ状に分割したスライダーに電磁変換素子（不図示）を備えてなる磁気ヘッド２１と、磁気ヘッド２１によって情報の記録および再生を行う磁気記録層（不図示）を有する記録媒体である磁気ディスク２２と、磁気ディスク２２を駆動するモータ２３と、を備えている。

磁気ディスク２２はモータ２３の回転軸２４に装着され、回転軸２４とともに回転するハブ２５に、複数の磁気ディスク２２とスペ−サ２６とを交互に挿入した後、最後にスペーサ２６をクランプ２７で押さえ付け、このクランプ２７をネジ２８で締め付けることにより固定される。モータ２３は記録媒体駆動装置２０のシャーシ２９に固定され、この状態で、回転軸２４を駆動することにより磁気ディスク２２を回転させる。

磁気ヘッド２１は、基端をキャリッジ３１で保持されてなるサスペンション３０の先端に固定された状態で、磁気ディスク２２上を非接触状態で移動することにより、任意のトラックにアクセスし、情報の記録および再生を行うようになっている。

記録媒体駆動装置２０は、本発明の磁気ヘッド用基板から得られた磁気ヘッド２１を用いているので、磁気ヘッド２１からの脱粒が少なく、信頼性の高い記録媒体駆動装置とすることができる。

次に、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法について説明する。

本発明の磁気ヘッド用基板を得るには、平均粒径０．３〜０．７μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末３５〜７０質量％、平均粒径２０ｎｍ〜０．３μｍのＴｉＯ_２粉末１〜１０質量％、および平均粒径１０ｎｍ〜０．５μｍのＴｉＣ粉末２０〜６４質量％を調合して調合原料とし、ボールミル、振動ミル、コロイドミル、アトライター、高速ミキサー等で均一に混合する。

ＴｉＯ_２粉末は、焼成工程で焼結助剤として機能するとともに、上述したようにＴｉＣ_ｘＯ_ｙ（ｘ＋ｙ＜１、かつｘ＞＞ｙ）になる。

また、Ａｌ_２Ｏ_３が６０質量％以上、６５質量％以下、ＴｉＣが３５質量％以上、４０質量％以下の範囲である磁気ヘッド用基板を得るには、前記Ａｌ_２Ｏ_３粉末を６０〜６５質量％、前記ＴｉＯ_２粉末を１〜１０質量％、前記ＴｉＣ粉末を２５〜３９質量％にすればよい。

Ａｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの熱伝導率は、それぞれ３４Ｗ／（ｍ・ｋ）、１７Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、Ａｌ_２Ｏ_３の熱伝導率はＴｉＣの熱伝導率よりかなり高い。このため磁気ヘッド用基板の熱伝導率を高くするには、Ａｌ_２Ｏ_３の比率を高くすればよく、熱伝導率が１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上である磁気ヘッド用基板を得るには、Ａｌ_２Ｏ_３の比率を６４質量％以上とし、さらには熱伝導性を低下させる不純物や結晶粒界を減少させればよい。

なお、焼結を促進してより緻密にするために、前記調合原料に対しＹｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯの少なくともいずれか１種を０．１〜０．６質量％加えてもよい。

Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径は、成形性や焼結性に影響を与える。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径を０．３〜０．７μｍとしたのは、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径が０．７μｍを超えると、焼結体の緻密化が不十分となり、強度不足となるからであり、０．３μｍ未満では成形性が低下しやすく、そのため焼結における制御も難しくなるからである。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径を０．３〜０．７μｍとすることで、緻密化は促進され、磁気ヘッド用基板として必要な強度を容易に得ることができる。

また、ＴｉＣ粉末の平均粒径は、凝集性や焼結性に影響を与える。

ＴｉＣ粉末の平均粒径を１０ｎｍ〜０．５μｍとしたのは、平均粒径が１０ｎｍ未満では、ＴｉＣ粉末の凝集力が強過ぎるため、凝集体が形成されやすくなるからであり、０．５μｍを超えると、低温での焼結性が悪化する傾向にあるからである。ＴｉＣ粉末の平均粒径を１０ｎｍ〜０．５μｍとすることで、凝集体が形成されず、低温での焼結性も良好な磁気ヘッド用基板を得ることができる。

なお、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＴｉＯ_２粉末およびＴｉＣ粉末の平均粒径は液相沈降法、遠心沈降光透過法、レーザー回折散乱法、レーザードップラー法等により測定することができる。

次に、調合原料に結合剤、分散剤等の成形助剤を添加して均一に混合した後、転動造粒機、噴霧乾燥機、圧縮造粒機等の各種造粒機を用いて顆粒にする。そして、得られた顆粒を乾式加圧成形、冷間等方静水圧成形等の成形手段で所望の形状に成形して成形体とした後、加圧焼結装置内に配置する。

図５は、加圧焼結装置内における前記成形体の配置状態を示す断面図である。

成形体１ａは、その両主面よりエンボス加工の施されたカーボンシート５を介して黒鉛製スペーサ６で挟まれ、段積み状態で配置される。本発明の磁気ヘッド用基板を得るには成形体１ａの両主面にカーボンシート５を接触させることが重要である。このように接触させることでＴｉＯ_２が焼成工程で還元されて発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）が容易に排出され、磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部におけるＴｉＣの格子定数およびその差を制御することができるからである。このように配置した後、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素、真空等の雰囲気中、１４００〜１７００℃で、加圧焼結することで本発明の図１に示す磁気ヘッド用基板を得ることができる。

なお、加圧焼結後、必要に応じて熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行ってもよく、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行うことで抗折強度を容易に７００ＭＰａ以上にすることができる。また、図１に示す磁気ヘッド用基板をその厚み方向からダイシングソーで一部切除することで、図２に示す磁気ヘッド用基板を得ることができる。加圧焼結温度は１４００〜１７００℃とすることが重要である。これは、加圧焼結温度が１４００℃未満では、十分焼結させることができないからであり、加圧焼結温度が１７００℃を超えると、ＴｉＣ粉末が成長し結晶組織が不均一になりやすく、ＴｉＣが本来備えている機能を十分に発揮することができないからである。加圧焼結温度を１４００〜１７００℃とすることで、ＴｉＣ粉末を均一に分散することができるとともに、その分布密度を５×１０^５個／ｍｍ^２以上、且つ隣り合うＴｉＣ粒子の間隔を２μｍ以下とすることができる。

また、焼結方法のうち、加圧焼結を選択したのは、緻密化を促進し、磁気ヘッド用基板として求められる強度を得るためであり、加圧力は３０ＭＰａ以上とすることが好適である。

また、炭素質材料を含む遮蔽材７を成形体１ａの周囲に配置して加圧焼結することが好適である。なぜなら、このように配置することで、ＴiＣ粒子からＴｉＯ，ＴｉＯ_２等の酸化物粒子への変質を防ぎ、機械的特性の優れた磁気ヘッド用基板とすることができるからである。

上述した製造方法で得られた磁気ヘッド用基板は、磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部における前記ＴｉＣの格子定数の差を１×１０^−４ｎｍ以下とすることができるので、磁気ヘッド用基板全体に亘り、密度のばらつきが少ない緻密質な基板となる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

先ず、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＯ_２粉末、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末、成形用バインダーおよび分散剤を所定量混合し、スラリーを作製した。このスラリーを噴霧乾燥法で、顆粒とした後、乾式加圧成形にて成形体を得た。次に、この成形体を図５に示すように２０段配置し、アルゴン雰囲気中で加圧焼結した後、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行うことで、直径１５２．４ｍｍ、厚み３ｍｍの磁気ヘッド用基板である試料Ｎｏ．１〜５，７〜１０，１２〜１６を作製した。

但し、試料Ｎｏ．６，１１は加圧焼結でとどめ、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行わない磁気ヘッド用基板とした。

また、比較例として前記成形体の両主面に黒鉛製スペーサ６を直接接触させて、段積み状態で配置した後、上述と同様の方法で加圧焼結、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を順次行い、直径１５２．４ｍｍ、厚み３ｍｍの磁気ヘッド用基板である試料Ｎｏ．１５，１６を作製した。

なお、前記試料は、各組成でそれぞれ６枚準備し、それぞれの試料に対して、以下の方法にてＡｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの比率、格子定数、表面粗さを示す算術平均高さ（Ｒａ）、ラッピングレート、体積固有抵抗、熱伝導率および３点曲げ強度を測定して評価した。

これら磁気ヘッド用基板を形成する元素１００質量％（但し、炭素（Ｃ）および酸素（Ｏ）を除く）中におけるＡｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの比率はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析装置（島津製作所製、ＩＣＰＳ−８１００）を用いてＡｌおよびＴｉの各比率を測定し、Ａｌについては酸化物に、Ｔｉについては炭化物に換算した。その値を表１に示す。

各種組成の試料における格子定数を以下の方法で測定した。即ち、試料より上述で説明した両主面部および中央部を切り出し、切り出した各試料にＣｕＫ_α１特性Ｘ線を照射し、回折角（２θ）が２０°≦２θ≦１１０°の範囲で、０．００８°のステップでスキャンして得られたＸ線回折パターンをRIETAN-2000プログラムを用いてリートベルト法で解析することにより、格子定数を求めた。但し、ＴｉＣ結晶の各結晶面からの回折線のピーク形状によって格子定数は変動するため、虎谷の分割psedo-voigt関数を用いて上記ピーク形状を限定した。なお、格子定数は上面側、下面側の両主面部および中央部を切り出した試料のそれぞれ１０箇所（厚み方向で両主面部および中央部でほぼ同じ位置）で両主面部、中央部の３点を測定した。そして両主面部における２０（１０箇所×２面（上面側、下面側の主面））箇所、中央部における１０箇所の測定値のそれぞれの平均値およびこれら平均値の差の絶対値を算出した。その結果を表１に示す。

また、各種組成の試料における表面粗さを示す算術平均高さ（Ｒａ）を測定した。具体的には、先ず、各種試料より格子定数の測定と同様に両主面部および中央部を切り出し、切り出した各試料にイオンミリング装置（日本電子製 ＡＰ−ＭＩＥＤ）を用いてイオンミリング加工を行った。加工条件は、加速電圧を３ｋｖ、電流を３０ｍＡ、アルゴンガスの圧力を１Ｐａ、イオン銃と試料との衝突角度を３５°とし、加工深さが０．２μｍになるまで加工した。加工した表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）（Degital Instrument製 Ｄ３０００）により、測定方法としてタッピングモード、探針としてＳｉプローブを採用し、３０×３０ｎｍの範囲でそれぞれ両主面部および中央部での算術平均高さ（Ｒａ）を測定した。表１には、両主面部の算術平均高さ（Ｒａ）の平均値，中央部の算術平均高さ（Ｒａ）の測定値および両者の差の絶対値を示す。

また、磁気ヘッド用基板の機械加工性については、ラップにおける単位時間当たりの研磨量（以下、ラッピングレートという。）を測定した。

図６は、磁気ヘッド用基板の研磨に使用するラップ装置の概略構成図を示すものであり、ここではラップマスターＳＦＴ製９”型を用いた。ラップ装置８は、ラップ盤９がスラリー状の研磨液１０が容器１１から供給されるとともに、駆動部（不図示）により回転し、円盤形状のラップ治具１２に固定された磁気ヘッド用基板１がラップ盤９上で所定の圧力を受けながら、回転、研磨される構成となっている。

ラップ盤９は平面度が１０μｍ以下、ビッカース硬度（Ｈ_Ｖ）が７８ＭＰａの錫製の円盤であり、表面には矩形状の溝が螺旋状に形成され、隣り合う溝の間隔は０．３ｍｍである。

また、研磨液１０は平均粒径０．１μｍのダイヤモンド砥粒を濃度０．５ｇ／リットルで分散させたｐＨ８．１のスラリー状の液体である。

図７は、磁気ヘッド用基板１を円周状にラップ冶具１２に配置した状態を示す斜視図である。機械加工性の評価に先立ち、磁気ヘッド用基板の組成の異なる各試料から主面の大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍである平板１ｂを切り出し、円盤形状のラップ治具１２に平板１ｂを３０枚等間隔で円周状に配置、固定した。ラップ治具１２をラップ盤９に置き、研磨液１０をラップ盤９に供給しながら圧力０．０７ＭＰａ、周速０．６５ｍ／秒でラップし、ラッピングレートを測定した。

また、各種組成の試料の体積固有抵抗、熱伝導率および３点曲げ強度について、それぞれＪＩＳ Ｃ ２１４１−１９９２、ＪＩＳ Ｒ １６１１−１９９７およびＪＩＳ Ｒ １６０１−１９９５に準拠して測定した。但し、３点曲げ強度で用いた試験片の厚みは、いずれも２ｍｍとした。

これら測定値は表１に示す通りである。

表１に示す通り、本発明の試料Ｎｏ．３〜５，７〜１４は、ＴｉＣが３０質量％以上６５質量％以下の範囲であったため、導電性、機械加工性とも高く、さらに試料の両主面部および中央部におけるＴｉＣの格子定数の差が１×１０^−４ｎｍ以下であったために、両主面部および中央部における算術平均高さ（Ｒａ）の差が小さく、基板全体にわたって高精度に加工することができ、基板の結晶組織が均質化していることがわかる。

特に、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）がなされ、ＴｉＣの格子定数が０．４３１５０ｎｍ以上０．４３１６８ｎｍ以下である試料Ｎｏ．１０，１２〜１４は、両主面部および中央部における算術平均高さ（Ｒａ）の差が、０．２８ｎｍ以下と、非常に小さく、基板の均質性がさらに高いことがわかる。

また、ＴｉＣが３５質量％以上４０質量％以下の範囲である試料Ｎｏ．９〜１２は、導電性と機械加工性をバランスよく維持している。

また、熱伝導率が１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上である試料Ｎｏ．１０〜１４は、磁気ヘッドを作製した場合、スライダーに搭載された電磁変換素子から発生した熱を速やかに逃がせるため、記録媒体に記録された磁気記録は破壊されずに済むといえる。

また、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行った試料Ｎｏ．３〜５，７〜１０，１２〜１４は、３点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であるため、チップ状のスライダーに分割しても、マイクロクラックの発生が抑制され、良好なＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性を有する磁気ヘッドを得ることができる。

これに対し、試料Ｎｏ．１はＴｉＣが６５質量％を超えていたために、焼結させることができなかった。試料Ｎｏ．２，６，１５，１６は、試料の両主面部および中央部におけるＴｉＣの格子定数の差が１×１０^−４ｎｍを超えるため、中央部、両主面部における算術平均高さの差が本発明の範囲内の試料に比して大きなものとなっており、ＴｉＣ結晶粒子内へのＴｉＯの固溶により発生する微小な気孔を低減できないために、基板全体にわたってイオンミリング加工後の表面粗さのばらつきが生じていることがわかった。また、試料Ｎｏ．１５は、ＴｉＣの含有量が１５質量％と、３０質量％未満であったために、体積固有抵抗が高く、導電性も低いものであった。

本発明の磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部の各領域を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の他の実施形態である磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部の各領域を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 磁気ヘッド用基板１を個々に切り出してなる磁気ヘッドを示す斜視図である。 本発明の磁気ヘッド用基板から形成した磁気ヘッドを搭載した記録媒体駆動装置（ハードディスクドライブ）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図である。 加圧焼結装置内における成形体の配置状態を示す断面図である。 磁気ヘッド基板の研磨に使用するラップ装置の概略構成図を示す。 磁気ヘッド用基板を円周状にラップ冶具に配置した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１：磁気ヘッド用基板
２：中央部
３：両主面部
４：オリエンテーションフラット
５：カーボンシート
６：黒鉛製スペーサ
７：遮蔽材
８：ラップ装置
９：ラップ盤
１０：研磨液
１１：容器
１２：ラップ治具
２０：記録媒体駆動装置
２１：磁気ヘッド
２２：磁気ディスク
２３：モータ
２４：回転軸
２５：ハブ
２６：スペ−サ
２７：クランプ
２８：ネジ
２９：シャーシ
３０：サスペンション
３１：キャリッジ
３２：浮上面
３３：スライダー
３４：流路面
３５：電磁変換素子
３６：絶縁膜

Claims (7)

1. Ａｌ_２Ｏ_３を３５質量％以上７０質量％以下、ＴｉＣを３０質量％以上６５質量％以下の範囲である焼結体から成る磁気ヘッド用基板であって、該磁気ヘッド用基板の両主面部および厚み方向の中央部における前記ＴｉＣの格子定数の差が１×１０^−４ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ヘッド用基板。
2. 前記磁気ヘッド用基板の両主面部および中央部における前記ＴｉＣの格子定数が０．４３１５０ｎｍ以上０．４３１６８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド用基板。
3. 前記Ａｌ_２Ｏ_３を６０質量％以上６５質量％以下、前記ＴｉＣを３５質量％以上４０質量％以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド用基板。
4. 熱伝導率が１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ヘッド用基板。
5. 抗折強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気ヘッド用基板。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気ヘッド用基板をチップ状に分割してなる各スライダーに電磁変換素子を備えてなることを特徴とする磁気ヘッド。
7. 請求項６に記載の磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによって情報の記録および再生を行う磁気記録層を有する記録媒体と、該記録媒体を駆動させるモータと、を備えてなることを特徴とする記録媒体駆動装置。

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