JP5106317B2 - 磁気ヘッド用基板および磁気ヘッドならびに磁気記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハードディスクドライブやテープドライブ等の磁気記録装置、これに使用される磁気ヘッド、および磁気ヘッドの基材であるスライダを形成するための磁気ヘッド用基板に関する。

近年、記録媒体へ記録する磁気記録の高密度化は急速に進んでいる。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。

磁気ヘッドに用いるスライダは、機械加工性、耐摩耗性および記録媒体等に対面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いる。磁気ヘッドは、一例として以下のような手順で作製することができる。

まず、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ系セラミックスからなるセラミック基板上に非晶質状のアルミナからなる絶縁膜をスパッタリング法により成膜して、この絶縁膜上に複数の電磁変換素子を形成する。電磁変換素子は磁気抵抗効果を用いたものであり、たとえばＭＲ（Magnetro Resistive）素子、ＧＭＲ（Giant Magnetro Resistive）素子、ＴＭＲ（Tunnel Magnetro Resistive）素子、またはＡＭＲ（Anisotropic Magnetro Resistive）素子である。例示した電磁変換素子は、１種または複数種が所望の間隔で絶縁膜上に形成されることにより、スライダに搭載される。

次いで、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する。このとき、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する。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により、スライダに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが得られる。この磁気ヘッドでは、鏡面の一部が除去され、この部分が流路面となり、除去されずに残った鏡面が浮上面となる。流路面は、空気が流れるところであり、記録媒体との間に形成される狭い空間に空気が流入・流出することによって発生する浮力によって磁気ヘッドが記録媒体と接触しないように保たれる。

このような磁気ヘッドが搭載された磁気記録装置（ハードディスク駆動装置）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、磁気ヘッドが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。

そのために、磁気ヘッドを構成するスライダの基材である磁気ヘッド用基板に対しては、結晶粒子が容易に脱粒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要求されている。

このような要求に応じるために、結晶粒子の微粒化が検討されている。たとえば、アルミナおよび炭化チタンからなる焼結体である磁気ヘッドスライダ用材料では、切断面におけるアルミナ結晶粒子および炭化チタン結晶粒子の占める面積のうち、結晶粒径が２００〜３５０ｎｍであるアルミナ結晶粒子および炭化チタン結晶粒子の占める面積比率が８０％以上とされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された焼結体では、アルミナ結晶粒子および炭化チタン結晶粒子の各平均結晶粒径は、それぞれ０．２５〜０．３１μｍおよび０．２５〜０．３２μｍの範囲が好ましいことが記載されている。
特開２００７−４９３４号公報

上記特許文献１に記載のものをはじめとする炭化チタン結晶粒子およびアルミナ結晶粒子を含む、従来の磁気ヘッド用基板を構成する焼結体は、炭化チタン結晶粒子およびアルミナ結晶粒子の分散が十分なものとは言えず、微粒化が不十分であった。

すなわち、炭化チタン結晶粒子およびアルミナ結晶粒子の分散が十分でない場合、炭化チタン結晶粒子がアルミナ結晶粒子の粒成長を抑制することが困難となり、炭化チタン結晶粒子およびアルミナ結晶粒子が粒成長してしまう。そのため、磁気ヘッド用基板を短冊状に切断、あるいは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り流路面を形成したりする加工を施したときに、結晶粒子の脱粒を十分に防ぐことができなくなる。また、微粒化が不十分であるため、結晶粒子間の結合力が弱く、磁気ヘッドを構成するスライダから結晶粒子が脱粒する虞があった。

本発明は、加工時（切断、トリミングやエッチング）における脱粒を抑制することができる磁気ヘッド用基板、およびスライダからの脱粒を抑制することができる磁気ヘッドならびに磁気記録装置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、アルミナを６０〜７０質量％、炭化チタンを３０〜４０質量％含有する焼結体からなる磁気ヘッド用基板であって、任意断面の１０μｍ角における前記炭化チタンからなる結晶粒子と前記アルミナからなる結晶粒子との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であることを特徴とする。

また、本発明の磁気ヘッド用基板は、任意断面の１０μｍ角に存在する前記炭化チタンからなる結晶粒子の平均個数が５００個以上であることを特徴とする。

さらに、本発明の磁気ヘッド用基板は、前記アルミナからなる結晶粒子の平均粒径は０．２５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の磁気ヘッドは、スライダに電磁変換素子を設けてなる磁気ヘッドであって、前記スライダは、アルミナを６０〜７０質量％、炭化チタンを３０〜４０質量％含有する焼結体からなり、任意断面の１０μｍ角における前記炭化チタンからなる結晶粒子と前記アルミナからなる結晶粒子との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であることを特徴とする。

また、本発明の磁気記録装置は、上記磁気ヘッドと、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、該記録媒体を駆動させるモータとを具備してなることを特徴とする。

本発明の磁気ヘッド用基板は、任意断面の１０μｍ角における炭化チタンからなる結晶粒子（以下、ＴｉＣ結晶粒子ということがある）とアルミナからなる結晶粒子（以下、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子ということがある）との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であるため、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子は微粒であるとともに、同成分の粒子同士が偏析することなく理想的に分散した微構造が得られる。その結果、特に、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の異常な粒成長が抑制され、脱粒しやすい過大なＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子が存在しなくなり、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の脱粒を低減できる。

また、結晶粒子の析出形状として、ＴｉＣ結晶粒子は、散在するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子間の微細な隙間を埋めるように析出する。その結果、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との間の粒界長さが長くなり、ＴｉＣ結晶粒子がＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子を保持するアンカー効果をもたらし、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の脱粒を低減できる。

以上のことから、本発明の磁気ヘッド用基板では、例えば、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し、あるいは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り流路面を形成したことにより、結晶粒子が脱粒して高速回転するハードディスク上に落ちることが少なく、不意の振動や衝撃によりハードディスクと磁気ヘッドとが接触しても結晶粒子の脱粒を少なくすることができる。

また、本発明では、任意断面の１０μｍ角に存在するＴｉＣ結晶粒子の平均個数が５００個以上であるため、結晶粒界数が多くなり、ＴｉＣ結晶粒子によるアンカー効果がより強化され、結晶粒子の脱粒を抑制することができる。

また、本発明では、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の平均粒径は０．２５μｍ以下であるため、同成分の粒子同士が偏析することなく理想的に分散した微構造が得られ、特に、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の異常な粒成長が抑制され、脱粒しやすい過大なＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子が存在しなくなり、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の脱粒を低減できる。

本発明の磁気ヘッドおよび磁気記録装置においては、浮上しているときにスライダから結晶粒子が脱粒することを抑制することができるため、脱粒した結晶粒子に起因した記録媒体の損傷を抑制することができる。本発明の磁気ヘッドでは、さらに、スライダにおけるマイクロクラックの発生を抑制することができ、スライダからの脱粒を有効に防止できる。そのため、本発明は、フェムトスライダやアトスライダ等の小型化されたスライダにも好適に用いることができる。

本発明の磁気ヘッド用基板は、図１（ａ）、（ｂ）に示すような磁気ヘッド用基板７、７′を準備する。図１（ａ）に示した磁気ヘッド用基板７は、図１（ｂ）に示した円板状の磁気ヘッド用基板７′にオリエンテーションフラット７０を形成したものである。オリエンテーションフラット７０は、スライダに電磁変換素子を搭載するとき、あるいは磁気ヘッド用基板７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。このオリエンテーションフラット７０は、図１（ｂ）に示した磁気ヘッド用基板７′の一部をダイシングソーで切除することで形成することができる。もちろん、図１（ｂ）に示した磁気ヘッド用基板７′を用いて磁気ヘッド２を形成することもできる。

磁気ヘッド用基板７、７′は、たとえば直径Ｄが１０２〜１５３ｍｍ、厚みＴが１．２〜２ｍｍの焼結体である。この磁気ヘッド用基板７、７′は、主成分としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の結晶粒子、副成分として炭化チタン（ＴｉＣ）の結晶粒子を含有する複合焼結体である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）の機械的特性、耐摩耗性および耐熱性を確保するためのものである。焼結体の機械加工性は、たとえば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ることができる。焼結体におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、６０〜７０質量％とされている。

ＴｉＣは、焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）の導電性および破壊靱性を調整するものである。焼結体の導電性は、例えば、体積固有抵抗として評価することができる。体積固有抵抗は、ＪＩＳ Ｃ ２１４１−１９９２に準拠して測定することができる。焼結体の導電性は、体積固有抵抗として、２×１０^―１Ω・ｍ以下であることが好ましく、特に２×１０^―３Ω・ｍ以下であることが好適である。焼結体におけるＴｉＣの含有量は３０〜４０質量％とされている。焼結体におけるＴｉＣの含有量が３０質量％以上であると、高い導電性を確保することができる。

そのため、磁気ヘッド用基板７、７′を用いて形成した磁気ヘッドにおいて、電磁変換素子に電荷が帯電したときに、速やかに電荷を除去することができる。一方、焼結体におけるＴｉＣの含有量が４０質量％以下であると、後に説明する焼結工程において、微少な気孔（たとえば直径が１００〜５００ｎｍの気孔）が焼結体の内部に発生することを抑制することができる。そのため、焼結工程後の加工、たとえば切断、イオンミリング加工法、反応性イオンエッチング法を行なうときに結晶粒子が脱粒するのを抑制することができる。

ここで、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を６０〜７０質量％、ＴｉＣの含有量が３０〜４０質量％と限定したのは、ＴｉＣの含有量が３０質量％よりも少ない場合（Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が７０質量％よりも多い場合）には、導電性および密度が低下して、脱粒が多くなり、一方、ＴｉＣの含有量が４０質量％よりも多い場合（Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が６０質量％よりも少ない場合）には、脱粒が多くなるからである。

焼結体における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元素およびＴｉ元素の比率により求めることができる。Ａｌ_２Ｏ_３についてはＡｌ元素の比率を酸化物に換算し、ＴｉＣについてはＴｉ元素の比率を炭化物に換算することにより求めることができる。

そして、本発明では、焼結体は、図２に示すように、ＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９とを具備して構成されており、任意断面の１０μｍ角（１０μｍ×１０μｍの視野）におけるＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上とされている。言い換えれば、任意断面１０μｍ×１０μｍの領域に存在するＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との間の全界面の長さを求め、そのような界面の長さを複数領域で求め、その平均が１２０μｍ以上とされている。

任意断面における１０μｍ×１０μｍの領域に存在するＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との全界面平均長さは、特に１５０μｍ以上、さらには１８０μｍ以上であるのが好適である。任意の領域に存在するＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であれば、ＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９は、微粒で、かつ同成分の粒子同士が偏析することなく理想的に分散していることになり、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９の異常な粒成長を抑制できる。また、ＴｉＣ結晶粒子７７は、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９間の隙間を埋めるように析出するため、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との接触面積が大きく、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９のアンカーとして機能する。そのため、スライシングマシーンやダイシングソーを用いて磁気ヘッド用基板７、７′を短冊状に切断し、あるいは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り流路面を形成したとしても、結晶粒子の脱粒を抑制することができる。

ここで、ＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との全界面平均長さを求めるのに、焼結体の任意断面における１０μｍ×１０μｍの領域としたのは、焼結体における結晶粒子の平均結晶粒径が、例えば０．２５μｍ以下とされるため、このような範囲の平均粒径においては、１０μｍ×１０μｍ程度の領域で、結晶粒子界面の長さを精度よく求めることができるからである。

また、任意断面の１０μｍ角におけるＴｉＣ結晶粒子７７とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子７９との間の全界面平均長さについては、以下のような手順で求めることができる。

まず、磁気ヘッド用基板７、７′の任意の面を「クロスセクションポリッシャー」（日本電子（株）製）にて鏡面加工した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、鏡面のうちで任意の場所を５視野選び、倍率を１０，０００倍で撮影して画像（以下、この画像をＳＥＭ画像と称す）を得る。得られた５視野分のＳＥＭ画像を、たとえば「Ｊｔｒｉｍ」というフリーソフトを用いて画像処理する。具体的には、ＳＥＭ画像をグレースケールに変換し、その後、フィルターによって細かいノイズを除去して、ＳＥＭ画像よりもコントラストを強調した画像を求める。

次に、コントラストが強調された画像に輝度（明暗）を強調する処理を行なった後に、２値化処理する。なお、２値化処理とは画像の濃度を白か黒の２つの値に変換する処理をいい、たとえばＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子は黒色、ＴｉＣ結晶粒子は白色として処理される。そして、黒色部分と白色部分との境界部分の長さを合算し、５視野分を平均することで、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との全界面平均長さを求めることができる。

焼結体は、任意断面の１０μｍ角に存在するＴｉＣ結晶粒子の平均個数が５００個以上であることが望ましい。特に、６００個以上であるのが好適である。この場合、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子と隣接した状態で析出するＴｉＣ結晶粒子の個数が多いため、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子とＴｉＣ結晶粒子との界面は必然的に多くなる。その結果、ＴｉＣ結晶粒子は、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子に対してアンカー効果をもたらすものとして作用する。そのため、スライシングマシーンやダイシングソーを用いて磁気ヘッド用基板７、７′を短冊状に切断し、あるいは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り流路面を形成したとしても、結晶粒子の脱粒を抑制することができる。

なお、ＴｉＣ結晶粒子の数については、以下のような手順で求めることができる。磁気ヘッド用基板７、７′の任意の面を「クロスセクションポリッシャー」にて鏡面加工した後、この面を燐酸により数１０秒程度エッチング処理を行う。これは、個々のＴｉＣ結晶粒子の粒界部を明確にし、ＴｉＣ結晶粒子の数のカウントを容易にするためである。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、エッチング処理面のうちで任意の場所を選び、倍率を１０，０００倍で撮影して画像を得て、前述のＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との２値化処理を行った画像から、白色として処理されるＴｉＣ結晶粒子の数をカウントすることで求めることができる。

焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）におけるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子の平均結晶粒径は、０．２５μｍ以下であるのが好ましく、特に０．１８μｍ未満であるのが好適である。焼結体におけるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子の平均結晶粒径を０．２５μｍ以下とすれば、ＴｉＣ結晶粒子は、その微細なＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子間を縫うようにＴｉＣ結晶粒子が粒成長し、焼結体における結晶粒子の脱粒を抑制することができる。

なお、上述した焼結体のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子の平均粒径は、前述のＴｉＣ結晶粒子の個数の算出に用いた走査型電子顕微鏡画像を、画像解析ソフト（たとえば「Image-Pro Plus」；日本ビジュアルサイエンス（株）製）を用いて解析することで求めることができる。

焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）はまた、熱伝導率について１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であるのが好ましい。

焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）の熱伝導率を１９Ｗ／（ｍ・ｋ）以上とすれば、電磁変換素子２０から発生した熱を速やかにスライダ２１に逃がすことができる。そのため、このような熱伝導性に優れる磁気ヘッド用基板７、７′を用いて磁気ヘッド２を形成すれば、記録媒体に保存された記録が熱破壊されることを抑制することができる。ここで、熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ １６１１−１９９７に準拠して測定することができる。

本発明の磁気ヘッド用基板７、７′は、例えば材料粉末を混合・粉砕、造粒して得られる顆粒を用いた加圧焼結により作製される。

材料粉末としては、アルミナ粉末６０〜７０質量％、焼結助剤としてのＴｉＯ_２粉末０．２〜１０質量％を含有し、残部がＴｉＣ粉末であるものが用いられる。材料粉末としては、焼結を促進させて焼結体をより緻密にするために、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯのうち少なくとも１種を０．１〜０．６質量％加えたものを使用してもよい。

材料粉末の混合は、例えばボールミル、振動ミル、コロイドミル、アトライター、あるいは高速ミキサーを用いて行なわれる。また、本発明における材料粉末の混合・粉砕方法の手順として、まず、アルミナ粉末のみを単独で粉砕し、次に残部すなわち、ＴｉＣ粉末、ＴｉＯ_２粉末、その他、必要に応じてＹｂ_２Ｏ_３粉末など焼結促進作用のある粉末を追加混合し、粉砕することが重要である。

この理由として、従来、ＴｉＣ粉末とＡｌ_２Ｏ_３粉末を同時に混合・粉砕した場合、ＴｉＣ粉砕の粒度を十分下げるために長時間の粉砕が必要とされるが、長時間の粉砕によりＡｌ_２Ｏ_３粉末が微細になり、その際、解砕された微粒のＡｌ_２Ｏ_３が再凝集するといった問題があった。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の再凝集を抑制するために、粉砕時間を短時間にした場合、ＴｉＣ粉砕の粒度が十分下がらないという問題があった。

そのため、単独でアルミナ粉末のみを粉砕しすぎない程度に解砕し、その後、ＴｉＣ粉末、ＴｉＯ_２粉末、焼結促進作用のある粉末を追加混合・粉砕した場合、長時間粉砕してもＡｌ_２Ｏ_３の再凝集が起こりにくい。これにより、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子は、同成分の粒子同士が偏析することなく理想的に分散し、さらに微粒であることから、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の異常な粒成長を抑制する効果がある。

材料粉末の粉砕には、たとえば直径が２．８ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いるのが好ましい。これにより、材料粉末の平均粒径が０．５μｍ以下（但し、０μｍを除く。）とされ、焼結体の平均結晶粒径を０．２５μｍ未満にすることが可能となる。

尚、混合粉砕工程が、ＴｉＣ粉末とＡｌ_２Ｏ_３粉末を同時に混合・粉砕する工程だけの従来の場合に比較して、分割して粉砕すると、ＴｉＣ粉末とＡｌ_２Ｏ_３粉末の粒径が少し大きくなるが、Ａｌ_２Ｏ_３の再凝集を抑制することができる。

粉砕後の材料粉末の平均粒径は、液相沈降法、遠心沈降光透過法、レーザー回折散乱法あるいはレーザードップラー法等により測定することができる。

顆粒の造粒は、粉砕した材料粉末に、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に、公知の造粒機を用いて行なうことができる。造粒機としては、たとえば転動造粒機、噴霧乾燥機、あるいは圧縮造粒機を用いることができる。顆粒は、たとえば平均粒径が１００μｍ以下に形成される。顆粒の平均粒径を１００μｍ以下とするのは粉砕された原料が凝集したり、原料を構成する組成が分離したりするのを防止するためである。

加圧焼結は、たとえば顆粒を所望の形状に成形した成形体を加圧焼結装置内に配置して行なわれる。図３に示したように、加圧焼結装置８においては、成形体８０は、たとえば両主面よりカーボン質の離型材８１を介して黒鉛製スペーサ８２で挟まれ、段積み状態で配置される。加圧焼結装置８において、成形体８０の周囲には炭素質材料を含む遮蔽材８３が配置されている。

加圧焼結装置８において、カーボン質の離型材８１を介することによってＴｉＯ_２が焼成工程で還元されて発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）が焼結体から容易に排出されるため、磁気ヘッド用基板７、７′の密度のばらつきを制御することができる。

炭素質材料を含む遮蔽材８３を成形体８０の周囲に配置して加圧焼結すれば、ＴｉＣ粒子からＴｉＯ_２、ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ（ｘ＋ｙ＜１、かつｘ≫ｙ）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７、７′とすることができる。

加圧焼結装置８に成形体８０を配置した後は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素あるいは真空等の雰囲気中で、温度を１４００〜１７００℃、加圧力を３０ＭＰａ以上で加圧焼結することによって図１（ｂ）に示す円板状の磁気ヘッド用基板７′を得ることができる。また、図１（ｂ）に示す円板状の磁気ヘッド用基板７′の一部をダイシングソーで切除することによって、図１（ａ）に示した磁気ヘッド用基板７を形成することができる。

また、本発明における焼結条件としては、１６００〜１７００℃の範囲の最高温度、１４００〜１５５０℃の範囲に中間保持温度を設定し、該中間保持温度で少なくとも１時間保持することが重要である。この理由として、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣが、それぞれ粒成長しすぎることなく緻密化する最適な焼結温度が異なっているためであり、上述の通り保持温度を設定することで、焼結が十分に進行し、特に、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の異常な粒成長が抑制できる。

尚、１４００〜１５５０℃の範囲でＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子が結晶化を開始し、少なくとも１時間保持することで、ある程度の焼結収縮が進行する。続いて、１６００〜１７００℃の範囲で、ＴｉＣ結晶粒子は、既に結晶化し散在するＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子間の微細な隙間を埋めるように析出する。これにより、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との全界面平均長さが増加し、ＴｉＣ結晶粒子はアンカー効果をもたらすものとして機能し、特に、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子の脱粒が低減できる。

また、焼結時の加圧力を３０ＭＰａ以上とすれば、焼結体の緻密化を促進し、磁気ヘッド用基板７、７′として求められる強度を得ることができる。

このようにして得られる焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）は、主成分および副成分がそれぞれＡｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣである複合焼結体となる。
このような複合焼結体においては、切断面での任意の１０μｍ×１０μｍの領域に存在する炭化チタンとアルミナとの間の全界面平均長さが、１２０μｍ以上とされている。

ここで、焼結助剤としてＴｉＯ_２を用いれば、このＴｉＯ_２は、焼成工程で焼成雰囲気中に含まれる微量の一酸化炭素（ＣＯ）により、下記式（１）に示すようにＴｉＯに還元される。還元されたＴｉＯは、反応式（２）に示すように、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）
ＴｉＯ＋ＴｉＣ→ＴｉＣ_ｘＯ_ｙ（ｘ＋ｙ＜１、かつｘ＞＞ｙ）・・・（２）
生成したＴｉＣ_ｘＯ_ｙは、ＴｉＯの固溶量ｙに応じて密度が異なり、固溶量ｙを０．１５にすると、焼結体（磁気ヘッド用基板７、７′）の密度が最も大きくなる。

焼結助剤として添加したＴｉＯ_２は、そのほとんどがＴｉＣ_ｘＯ_ｙに変化する。ｘ＝０．８５〜０．９、ｙ＝０．１〜０．１５の範囲では、ＴｉＣへのＴｉＯの固溶により内部に発生する微小な気孔（直径が１００〜５００ｎｍ）の発生を低減でき、気孔の凝集をも抑制することができる。

加圧焼結後には、必要に応じて熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）を行なってもよい。

焼結の終了後は、図４示したように、電磁変換素子７２を形成する。電磁変換素子７２は、磁気ヘッド用基板７（７′）上に非晶質状のアルミナからなる絶縁膜７１をスパッタリング法により成膜した後、絶縁膜７１上に形成される。電磁変換素子７２は、磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子あるいはＡＭＲ素子として形成される。

次に、図５（ａ）に示したように、電磁変換素子７２が搭載された磁気ヘッド用基板７（７′）を切断して、図５（ｂ）に示すような短冊片７３を得る。磁気ヘッド用基板７（７′）の切断は、スライシングマシーンやダイシングソーを用いて行なうことができる。

次に、図５（ｂ）に示したように、短冊片７３は、スライダ２１において浮上面２２（図１１参照）となるべき面を研磨して鏡面とする。この研磨は、たとえば公知のラップ装置を用いて行なうことができる。

次に、図６（ａ）に示したように、短冊片７３の研磨面７４に凹部（流路面）７５を形成する。凹部７５は、磁気ヘッド２を浮上させるための空気を通す流路面２３（図１１参照）として機能するものである。研磨面７４における除去されずに鏡面のままの部分は、磁気ヘッド２において磁気記録媒体に対向させられる浮上面２２（図１１参照）となるものである。

凹部７５は、たとえば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り、目的とする形状、深さおよび表面粗さに形成される。凹部７５の深さは、研磨面７４（浮上面２２）（図１１参照）に対して、たとえば１．５〜２．５μｍとされる。凹部７５の表面における算術平均粗さＲａは、たとえば１５ｎｍ以下（０ｎｍを除く）とされる。このような表面粗さに凹部７５を形成すれば、磁気ヘッド２における流路面２３（図１１参照）の平滑性が向上し、空気の流れを適切に制御できるため、磁気ヘッド２の浮上特性を安定化させることができる。

なお、凹部７５の算術平均高さ（Ｒａ）を１５ｎｍ以下にするには、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法で適宜加工条件を選択すればよい。たとえば、イオンミリング加工法により凹部７５を形成する場合には、Ａｒイオンを用いて、加速電圧を６００Ｖ、ミリングレートを１８ｎｍ／分として７５〜１２５分間加工すればよい。一方、反応性イオンエッチング法により凹部７５を形成する場合には、たとえばＡｒガスおよびＣＦ_４ガスを用いて、それぞれの流量を３．４×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓおよび１．７×１０^−２Ｐａ・ｍ^３／ｓとして混合したガス雰囲気中で、このガスの圧力を０．４Ｐａにして加工すればよい。

最後に、図６（ｂ）に示したように、凹部７５を形成した短冊片７３を切断することにより、図１１に示したようなチップ状の磁気ヘッド２を得ることができる。

上述した製造方法で得られた磁気ヘッド用基板７、７′および磁気ヘッド２のスライダ２１は、任意断面の１０μｍ角におけるＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上とされている。そのため、磁気ヘッド用基板７、７′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し、あるいは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り凹部７５（流路面２３）を形成しても、結晶粒子がほとんど脱粒しなくなる。

磁気ヘッド用基板７、７′により得られる磁気ヘッド２は、記録媒体上を浮上走行しているときに流路面２３からの脱粒が抑制されるため、脱粒した結晶粒子によって記録媒体に傷が発生して特性が劣化することを抑制することができる。

図７ないし図９に示したハードディスクドライブ１は、磁気記録装置の一例に相当するものであり、ケース１０の内部に、磁気ヘッド２、磁気ディスク３Ａ、３Ｂ、および回転駆動機構４を収容したものである。

磁気ヘッド２は、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なうためのものである。磁気ヘッド２は、アクチュエータ５に対して、サスペンションアーム５０を介して支持されており、磁気ディスク３Ａ、３Ｂ上を非接触状態で移動するようになっている。より具体的には、磁気ヘッド２は、アクチュエータ５を中心として、磁気ディスク３Ａ、３Ｂの半径方向に回転可能であるとともに、上下方向に往復移動可能とされている。磁気ヘッド２は、電磁変換素子２０および磁気ヘッド用基板７、７′からなるスライダ２１を備えている。

図１０および図１１に示したように、電磁変換素子２０は、磁気抵抗効果を発揮するものであり、たとえばＭＲ（Magnetro Resistive）素子、ＧＭＲ（GIANT Magnetro Resistive）素子、あるいはＴＭＲ（Tunnel Magnetro Resistive）素子として構成されている。電磁変換素子２０は、スライダ２１の端面に設けられた絶縁膜２４の表面に形成されている。

スライダ２１は、磁気ヘッド２の基材となるものであり、浮上面２２および流路面２３を備えている。浮上面２２は、磁気ディスク３Ａ、３Ｂに対向する面であり、鏡面として形成されている。磁気ヘッド２を駆動させたときの浮上面２２の浮上量は、たとえば１０ｎｍ以下とされる。流路面２３は、磁気ヘッド２を浮上させるための空気を通す流路として機能する。流路面２３は、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目的とする深さ（たとえば１．５〜２．５μｍ）および形状に形成されており、表面における算術平均高さＲａは、たとえば１５ｎｍ以下（０ｎｍを除く）とされている。

磁気ヘッド２は、スライダ２１に形成された流路面２３の表面性状により、浮上特性が影響される。表面性状の指標の１つである算術平均高さ（Ｒａ）を基準に考えると、流路面２３の算術平均高さ（Ｒａ）が小さいと、流路面２３で空気の乱流が発生しにくく浮上特性が安定する。そのため、流路面２３における算術平均高さ（Ｒａ）を１５ｎｍ以下と微小なものにすることで、流路面２３での乱流の発生を抑制し、磁気ヘッド２の浮上特性を安定させることができる。

ここで、磁気ヘッド２の浮上特性とは、磁気ヘッド２のローリングおよびピッチングを指す。ローリングとは、図１０に矢印θ_１に示す方向の浮上特性である。ピッチングとは、図１０に矢印θ_２に示す方向の浮上特性である。

流路面２３の算術平均高さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に準拠して測定することができる。

図７ないし図９に示した磁気ディスク３Ａ、３Ｂは、記録媒体の一例に相当するものであり、磁気記録層（図示略）を備えている。これらの磁気ディスク３Ａ、３Ｂは、貫通孔３０Ａ、３０Ｂを有する円板状に形成されている。

回転駆動機構４は、磁気ディスク３Ａ、３Ｂを回転させるためのものであり、モータ４０および回転軸４１を備えている。モータ４０は、回転軸４１に対して回転力を付与するためのものであり、ケース１０の底壁１１に固定されている。回転軸４１は、モータ４０により回転させられるものであるとともに、磁気ディスク３Ａ、３Ｂを支持するためのものである。この回転軸４１に対しては、ハブ４２が固定されている。ハブ４２は、回転軸４１とともに回転するものであり、挿入部４３およびフランジ部４４を有するものである。

磁気ディスク３Ａ、３Ｂは、磁気ディスク３Ａ、３Ｂの貫通孔３０Ａ、３０Ｂが挿入部４３に挿入された状態で、スペーサ４５、４６、４７を介して、フランジ部４４に積層されている。磁気ディスク３Ａ、３Ｂはさらに、クランプ４９をネジ４８によりスペーサ４７に固定することにより、ハブ４２ひいては回転軸４１に固定されている。このような回転機構４では、モータ４０により回転軸４１を回転させることにより、ハブ４２ひいては磁気ディスク３Ａ、３Ｂが回転させられる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、１４種類の磁気ヘッド用基板（試料Ｎｏ．１〜１２）について、炭化チタンとアルミナとの全界面平均長さ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの重量比率、導電性、密度、ＴｉＣ結晶粒子の個数、パーティクル数を検討した。

磁気ヘッド用基板は、所定のスラリーを調製して成形体を形成した後に、加圧焼結により作製した。

材料粉末の混合・粉砕方法として、平均粒径０．２μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、平均粒径０．５μｍのＴｉＣ粉末、平均粒径０．１μｍのＴｉＯ_２粉末、平均粒径０．１μｍのＹｂ_２Ｏ_３粉末、成形用バインダーおよび分散剤を用い、平均粒径が０．２μｍのビーズミルを用いて粉砕した。なお、アルミナ粉末のみを単独で１時間粉砕し、次に残部すなわち、ＴｉＣ粉末、ＴｉＯ_２粉末、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末を追加混合し１時間粉砕を行う分割粉砕と、全ての原料粉末を一括投入し２時間粉砕する一括粉砕を行った。成形体は、スラリーを噴霧乾燥法により顆粒とした後に乾式加圧成形することで形成した。

加圧焼結は、得られた成形体を図３に示すように種類毎に１４段に配置し、表１に示す中間保持温度で表１に示す時間だけ保持した後、表１に示す最高保持温度で焼成した。加圧力を４０ＭＰａ、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとして加圧焼結した。次いで、熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）を行ない、直径が１５２．４ｍｍ、厚みが３ｍｍの磁気ヘッド用基板を作製した。

磁気ヘッド用基板における重量比率の測定は、蛍光Ｘ線分析装置（「ＲｉｇａｋｕＺＳＸ１００ｅ」；理学電機工業（株）製）を用いて行なった。より具体的には、まず、先の蛍光Ｘ線分析装置を用いて、磁気ヘッド用基板を構成するＡｌおよびＴｉの各元素量を、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴｉＣの合量を１００質量％としたときの量として表１に示した。

なお、Ｙｂ_２Ｏ_３については、いずれの試料においても１質量％未満の微量であったため、表１には記載していない。

磁気ヘッド用基板の導電性は、ＪＩＳ Ｃ ２１４１−１９９２に準拠して体積固有抵抗として評価した。体積固有抵抗の測定結果については、表２に示した。磁気ヘッド用基板の体積固有抵抗は、電磁変換素子に帯電した電荷を速やかに除去するという点から、４×１０^−１Ω・ｍ以下であることが望ましい。

磁気ヘッド用基板の密度は、ＪＩＳ Ｒ １６３４−１９９６に準拠して測定し、表２に示した。密度が４．２６ｇ／ｃｍ^３以上を合格、４．２６ｇ／ｃｍ^３未満を不合格とした。磁気ヘッド用基板の密度は、気孔の周辺からＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子の脱粒を抑制するという点から、４．２６ｇ／ｃｍ^３以上であることが望ましい。

任意断面の１０μｍ角における炭化チタンからなる結晶粒子とアルミナからなる結晶粒子との間の全界面長さの平均は、以下のような手順で評価した。

まず、磁気ヘッド用基板７、７′の任意の面を「クロスセクションポリッシャー」（日本電子（株）製）にて鏡面加工した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、鏡面のうちで任意の場所を５視野選び、倍率を１０，０００倍で撮影して画像（以下、この画像をＳＥＭ画像と称す）を得る。得られた５視野分のＳＥＭ画像を、たとえば「Ｊｔｒｉｍ」というフリーソフトを用いて１０μｍ×１０μｍの面積で画像処理する。具体的には、ＳＥＭ画像をグレースケールに変換し、その後、フィルターによって細かいノイズを除去して、ＳＥＭ画像よりもコントラストを強調した画像を求める。

次に、コントラストが強調された画像に輝度（明暗）を強調する処理を行なった後に、２値化処理し、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子は黒色、ＴｉＣ結晶粒子は白色として処理される。そして、黒色部分と白色部分との境界部分の長さを合算し、５視野分を平均することで、ＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との全界面平均長さを求めた。

なお、ＴｉＣ結晶粒子の数については、以下のような手順で求めた。磁気ヘッド用基板７、７′の任意の面を「クロスセクションポリッシャー」にて鏡面加工した後、この面を燐酸により数１０秒程度エッチング処理を行う。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、エッチング処理面のうちで任意の場所を選び、倍率を１０，０００倍で撮影して画像を得て、前述のＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との２値化処理を行った画像から、１０μｍ×１０μｍの面積で白色として処理されるＴｉＣ結晶粒子の数をカウントすることで求めた。

また、焼結体のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子の平均結晶粒径は、前述のＴｉＣの結晶粒子数の算出に用いた走査型電子顕微鏡画像を、画像解析ソフト（たとえば「Image-Pro Plus」；日本ビジュアルサイエンス（株）製）を用いて解析することで求めた。

磁気ヘッド用基板の機械加工性については、磁気ヘッド用基板より切断した磁気ヘッドスライダから発生するパーティクル数を評価した。なお、スライダは、ダイヤモンドブレードを備えたスライシングマシーンを用いて、長さが１．２ｍｍ、幅が１ｍｍ、厚みが０．３ｍｍとして切り出した。パーティクル数については、２００ｃｃの純水にスライダを浸漬し、超音波振動を時間加えた後、発生する単位容積当たりの径０．１μｍ以上であるパーティクルの個数をリキッドパーティクルカウンタによって計測した。

ダイヤモンドブレードとしては、「ＳＤ１２００」を用いた。磁気ヘッド用基板の切断時において、ダイヤモンドブレードの回転数は１００００ｒｐｍ、送り速度は１００ｍｍ／分、１回の切り込み量を２ｍｍとした。

磁気ヘッドスライダから発生するパーティクル数の測定結果を表２に示した。

表１、２に示す通り、アルミナを６０〜７０質量％、炭化チタンを３０〜４０質量％含有し、任意断面の１０μｍ角におけるＴｉＣ結晶粒子とＡｌ_２Ｏ_３結晶粒子との全界面平均長さが１２０μｍ以上である本発明の試料２〜５、７〜１１では、体積固有抵抗が７×１０^−１Ω・ｍ以下、密度が４．２６ｇ／ｃｍ^３以上、パーティクル数が３５０個／ｃｃ以下であることがわかる。特に、試料Ｎｏ．２は、密度が高く緻密化されており、発生するパーティクル数が２１０個／ｃｃと最も少なかった。

一方、組成比が本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１、１２ではパーティクル数が４００個／ｃｃ以上であり、一括混合し、焼成時に中間保持しなかった試料Ｎｏ．６でも、パーティクル数が３５０個／ｃｃ以上と多いことがわかる。

（ａ）（ｂ）は本発明の磁気ヘッド用基板の例を示す全体斜視図である。 本発明の磁気ヘッド用基板の断面写真である。 加圧焼結装置に成形体を配置した状態を示す加圧焼結装置の要部を示す断面図である。 本発明の磁気ヘッド用基板に電磁変換素子を形成する工程を説明するための斜視図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の磁気ヘッド用基板を切断して短冊片を得る工程を説明するための斜視図である。 （ａ）（ｂ）は短冊片から磁気ヘッドを得る工程を説明するための斜視図である。 本発明の磁気記録装置の一例を示す平面図である。 図７のII−II線に沿う断面図である。 図７のIII−III線に沿う断面図である。 本発明の磁気記録装置における磁気ヘッドの周りを拡大して示した斜視図である。 本発明の磁気ヘッドの一例を裏面側から見た全体斜視図である。

符号の説明

１ ハードディスクドライブ（磁気記録装置）
２ 磁気ヘッド
７、７′ 磁気ヘッド用基板
２０ （磁気ヘッドの）電磁変換素子
２１ （磁気ヘッドの）スライダ
２３ （スライダの）流路面
３Ａ、３Ｂ 磁気ディスク（記録媒体）
７７ ＴｉＣ結晶粒子
７９ Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子

Claims (5)

1. アルミナを６０〜７０質量％、炭化チタンを３０〜４０質量％含有する焼結体からなる磁気ヘッド用基板であって、任意断面の１０μｍ角における前記炭化チタンからなる結晶粒子と前記アルミナからなる結晶粒子との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であることを特徴とする磁気ヘッド用基板。
2. 任意断面の１０μｍ角に存在する前記炭化チタンからなる結晶粒子の平均個数が５００個以上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. 前記アルミナからなる結晶粒子の平均粒径は０．２５μｍ以下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. スライダに電磁変換素子を設けてなる磁気ヘッドであって、前記スライダは、アルミナを６０〜７０質量％、炭化チタンを３０〜４０質量％含有する焼結体からなり、任意断面の１０μｍ角における前記炭化チタンからなる結晶粒子と前記アルミナからなる結晶粒子との間の全界面平均長さが１２０μｍ以上であることを特徴とする磁気ヘッド。
5. 請求項４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具備してなることを特徴とする磁気記録装置。