JPH0689460B2

JPH0689460B2 - 磁気ヘッド用コアの製造方法

Info

Publication number: JPH0689460B2
Application number: JP63047540A
Authority: JP
Inventors: 秀人三大寺; 文則竹矢
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH01222071A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、磁気ヘッド用コアの製造方法に関し、特にレ
ーザーによって熱化学反応を誘起させるレーザー誘起エ
ッチングを用いたトラックの磁気ヘッド用コアを製造す
る方法に関するものである。

（従来の技術）近年、フロッピーディスク装置（FDD）、固定磁気ディ
スク装置（RDD）、VTR等の磁気記録は高密度化の一途を
たどり、それに伴ない磁気ヘッドのトラック幅は狭く且
つ高精度になる傾向にある。

現在、トラック幅の寸法精度は、VTR,FDDで±２μｍ以
下、RDDでは±１μｍ以下が必要である。

これらの磁気ヘッド用コアを形成するに際して、従来か
らトラック部を空気中においてレーザー加工で行うこと
が知られており、特開昭51−29118号公報、特開昭57−2
12617号公報等に開示されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながらこれらの方法では、被加工物の加工温度は
被加工物の融点温度以上に達するため、加工面には熱に
よる加工歪やそれに伴うクラックを生じ、磁気ヘッドの
特性劣化を招いていた。また、加工面及びその周辺部に
は、被加工物の溶融凝固物や溶融飛散物の付着が起こる
とともに熱歪やクラック等の問題もあり、面粗度や寸法
精度が低下して近年要望の高い寸法精度±２μｍ以下の
高精度のトラック加工が行えない問題があった。

この発明は上記従来の課題を解消するためになされたも
のであり、その目的とするところは、レーザー誘起エッ
チング方法により高精度のトラックを加工し、信頼性の
高い磁気ヘッド用コアを製造し得る方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）本発明の磁気ヘッド用コアの製造方法は、磁気ヘッド用
コアのトラック幅をレーザー加工で規定する製造方法に
おいて、10wt％〜90wt％のリン酸水溶液中で、液面を石
英ガラスで押えて、石英ガラスで押えられた液面と被加
工物との距離を200〜10000μｍとするとともに、50〜19
00mWのパワーＰを有する50μｍ以下の径のレーザービー
ムを、走査速度Ｖが２〜200μm/secの範囲でＶ≦0.31P
＋34の関係式とＶ≦−0.14P＋271の関係式を同時に成り
立たせる走査速度で前記石英ガラスを介して照射し、レ
ーザー誘起エッチングにより加工することを特徴とする
ものである。

（作用）上述した構成において、コイル巻線孔と磁気ギャップを
有するギャップバーに対して、リン酸水溶液中でギャッ
プバー表面に所定のレーザー光を所定の走査速度で照射
することにより、ギャップバーとリン酸との化学反応を
誘起させるとともに、リン酸水溶液が加工点の進行方向
前方から加工点の後方に向かって流れを起こす。そのた
め、加工点へのリン酸の供給が常に行われると同時に、
加工点から切削くずの排除が速やかに行われ、レーザー
誘起エッチングが進行することとなる。その結果、本発
明のレーザー誘起エッチングにより溝あるいは孔加工を
行い、トラックを形成すれば、従来のレーザー加工にお
ける被加工物の溶融凝固、熱による加工歪や変質、クラ
ック等の問題を解消することができる。

磁気ヘッドコアは、フェライト等からなるギャップバー
に対してレーザー誘起エッチングによりトラック幅を規
定する溝あるいは孔加工を行って、トラックを形成した
後、必要に応じてトラックを補強するためのガラスを溝
あるいは孔の内部に埋込む工程、磁気ヘッドの記録媒体
との摺動面からコイル巻線孔までの磁気ギャップの深
さ、すなわちデプス深さが所要の寸法となるまで摺動面
に研磨する工程、さらに所要のコア幅にスライスする工
程等の後加工を経て得られる。

デプス深さは、VTR,FDDで30μｍ程度、RDDで５μｍ程度
である。従って、このギャップバーに対してトラックを
形成するに際し、トラックを規定するための溝あるいは
孔の深さは、摺動面研磨等の後加工のことを考慮に入れ
ると、少なくとも10μｍ以上が必要であり、好ましくは
30μｍ以上、より好ましくは50μｍ以上が必要である。
また、トラックを規定する寸法精度は±２μｍ以下が必
要であり、好ましくは±１μｍ以下が必要である。

本発明の方法に於いては、加工深さ及び寸法精度はレー
ザーパワーとレーザービーム走査速度との関係で論じら
れる。実験の結果によると、レーザーパワーが大きい程
また走査速度が小さい程、加工深さは大きくなる傾向に
ある。しかしながら、レーザーパワーがあまりにも大き
くなり過ぎると、レーザー光の熱による溶融量がリン酸
による化学反応量よりも多くなるため、加工面には溶融
凝固物の付着やクラックが発生し寸法精度は低下する。
また走査速度があまりにも大きくなり過ぎても充分な化
学反応を起こすことができず、同様の傾向を示す。

そのため、レーザーパワーが50mW以下では、レーザー誘
起エッチングを起こすのに充分なパワーに足りず、必要
とする10μｍ以上の深さを得ることができない。更に、
このレーザー誘起エッチングを工業的に実施し得るため
には、従来の機械加工と比較すると１トラック当たり30
秒以下で加工することが望ましく、走査速度は少なくと
も２μm/sec以上を必要とする。

寸法精度が±２μｍ以下で、加工深さ10μｍ以上のトラ
ックを工業的に実施し得る加工速度で加工するための条
件は、本発明の特許請求の範囲における限定条件である
レーザーパワーＰが50〜1900mW、走査速度Ｖが２〜200
μm/secの範囲であって、且つ関係式Ｖ≦0.31P＋34と関
係式Ｖ≦−0.14P＋271とによって囲まれる領域となる（後述
する第２図参照）。

このレーザー誘起エッチング法に於いて、リン酸水溶液
は被加工物であるギャップバーのエッチング液として作
用する。ギャップバーは主にフェライトからできてお
り、従来からリン酸がフェライトの化学エッチングに適
していることが本出願人による特開昭62−83483号公報
等に開示されている。加工深さは、このリン酸水溶液の
濃度によっても変化する。濃度が高いほど加工深さは大
きくなるが、濃度が高すぎると液の流れが遅くなり、水
溶液は過度に温められて沸騰して気泡を発生し、レーザ
ー光はこの気泡によって散乱され、所定箇所の被加工物
表面の加熱が妨げられるため、加工深さが減少したり、
寸法精度が低下したりする。また濃度が低すぎると、化
学反応量が減少し、充分なレーザー誘起エッチングを起
こすことができず、必要とする加工深さが得られなくな
る。従って、リン酸水溶液の濃度は10wt％〜90wt％にす
る必要がある。

レーザービームの収束径は50μｍ以下であれば所要の加
工深さ及び寸法精度を得ることができるが、レーザービ
ームの収束径は加工形状等に影響を与えるので、加工条
件の選定に於いては、更にレーザービームの収束径と上
記リン酸水溶液の濃度の関係も考慮する必要がある。

レーザー光源として各種レーザーを使用することができ
るが、フェライトが１μｍ以下の波長の吸収率が高い点
から、発振の安定性に優れレーザー光の拡がり角が小さ
いArイオンレーザーやYAGレーザーの第２高周波等のレ
ーザー光源を使用することが望ましい。

（実施例）装置構成第１図は本発明を実施する装置の一例を示す図である。
本実施例では、Ｘ−Ｙテーブル１に加工容器２が載置さ
れており、その中には試料台３とその上に置かれた被加
工物であるギャップバー４が配置されている。加工容器
２の内部にはリン酸水溶液５が満たされており、マイク
ロメータ６でその位置を調整可能な石英窓７によって、
ギャップバー４上のリン酸水溶液５の液面高さをコント
ロールしている。液面高さは、小さ過ぎると液の流れが
遅くなり、水溶液は過度に温められて気泡が発生しやす
くなるため、加工深さは減少し寸法精度は低下する。液
面高さが200μｍ以上ではこの影響はほとんどないが、
液面高さが大き過ぎるとレーザー光が水溶液中を通過す
る間に損失する光量が増して加工深さが減少したり、液
の流れが液面の上下方向の対流となって発生するため、
加工点から排出された切削くずや気泡がこの対流にのっ
て巻き上げられ、レーザー光を散乱させ、加工深さの減
少や寸法精度の低下を招く。従って、液面高さは200μ
ｍ以上にすることが望ましく、より好ましくは、300〜1
0000μｍにすることが望ましい。

なお、石英窓７は液面高さをコントロールすると同時
に、液面のゆらぎをなくし加工精度を向上させている。
レーザー光８はレーザー光源９から放射され、レンズ系
10、石英窓７を通してギャップバー４上に照射される。
この時、Ｘ−Ｙテーブル１を動かすことによって所要の
形状の加工を行うことができる。

加工条件の決定上記のような装置を用いてこの発明を適用する場合につ
いて以下に記述する。

第２図は加工深さが10μｍ以上、寸法精度±２μｍ以下
の加工を行うための条件範囲を示したグラフである。こ
の範囲が、レーザーパワーＰは50〜1900mW、走査速度Ｖ
は２〜200μm/secの範囲で、且つレーザーパワーを一定
とした場合の走査速度の上限が、加工深さ10μｍを示す
関係式Ｖ≦0.31P＋34（実線）と寸法精度±２μｍを示す関係
式Ｖ≦−0.14P＋271（破線）とで限定される範囲である
ことが理解できる。

第２図から、例えばレーザーパワー300mW、走査速度２
〜130μm/secの範囲内で、±２μｍ以下の寸法精度で10
μｍ以上の加工深さを得ることができるが、同じパワー
で走査速度が130μm/sec〜230μm/secの範囲では、±２
μｍ以下の寸法精度は得られるが10μｍ以上の加工深さ
を得ることはできないことがわかる。さらに、走査速度
が230μm/sec以上では、±２μｍ以下の寸法精度も得ら
れないことがわかる。また、レーザーパワーが600mWで
は、走査速度が２〜185μm/secの範囲内では±２μｍ以
下の寸法精度で10μｍ以上の加工深さが得られるが、同
じパワーで走査速度185〜225μm/secの範囲内では、10
μｍ以上の加工深さは得られるが±２μｍ以下の寸法精
度を得ることはできないことがわかる。さらに走査速度
225μm/sec以上では、加工深さ10μｍ以上も得ることが
できないことがわかる。

上記の第２図に示す条件は、リン酸水溶液濃度が10wt％
〜90wt％、レーザービーム径が50μｍ以下の条件下での
実験結果に基づいている。しかしながら、レーザーパワ
ー、走査速度を一定とした場合でも、濃度やレーザービ
ーム径が変われば加工深さも寸法精度も異なってくる。
従って、目的とする加工深さと寸法精度に対する適切な
条件は、上記第２図に示された範囲内で更に濃度とレー
ザービーム径を考慮して選定されなければならない。特
に、レーザービーム径に関して、レーザービーム径を小
さくする場合には、レーザー光の熱による溶融量がリン
酸による化学反応量よりも多くならないようにするため
に、レーザーパワーは低くすることが好ましい。逆にレ
ーザービーム径を大きくする場合には、レーザー誘起エ
ッチングを充分に起こさせるために、レーザーパワーは
高くすることが好ましい。

第３図にレーザービーム径４μｍでリン酸水溶液濃度を
20wt％,37wt％,57wt％,77wt％,85wt％と変えて、第１図
に示す装置において液面高さ500μｍで実験を行った結
果を示す。実線は加工深さ50μｍの上限であり、破線は
寸法精度±２μｍの上限である。レーザーパワー、走査
速度を一定とした時、加工深さは濃度が高いほど大きく
なり、寸法精度は濃度が57wt％前後で低下することがわ
かる。このように濃度の違いによって加工深さの上限、
寸法精度の上限が異なるため、適切な加工条件の範囲が
変化することがわかる。

例えば、レーザーパワー450mW、走査速度65μm/secとし
た時、濃度57wt％では寸法精度±２μｍ以下で、加工深
さ50μｍ以上を得ることができるが、濃度37wt％では寸
法精度±２μｍ以下を得ることができないことがわか
る。また濃度77wt％でも、寸法精度±２μｍ以下を得る
ことはできないことがわかる。

第４図は、レーザービーム径が４μｍでレーザーパワー
を400mWと一定にし、リン酸水溶液濃度を変化させた時
の寸法精度±２μｍ以下を得ることができる走査速度の
範囲を示すグラフである。濃度の違いによって、寸法精
度±２μｍ以下を得るための走査速度の範囲が変化する
ことがわかる。レーザービーム径が４μｍでレーザーパ
ワーが400mWの場合、寸法精度±２μｍ以下を得ること
ができる走査速度の範囲が最大となるのは、リン酸水溶
液濃度が37wt％〜77wt％の間であることがわかる。

第３図及び第４図より、レーザービーム径が４μｍの
時、加工深さ50μｍ以上で、寸法精度±２μｍ以下の加
工条件の範囲は、レーザーパワー10〜800mW、走査速度
２〜85μm/secである。

第５図はレーザービーム径10μｍでリン酸水溶液濃度を
20wt％,37wt％,57wt％,77wt％,85wt％と変えて液面高さ
500μｍで実験を行った結果を示すグラフである。第５
図において、実線は加工深さ30μｍの上限であり、破線
は寸法精度±２μｍの上限である。第５図から、レーザ
ーパワー、走査速度を一定とした時、加工深さは濃度が
高いほど大きくなり、寸法精度は濃度が37wt％前後で低
下することがわかる。

例えば、レーザーパワー600mW、走査速度90μm/secとし
た時、濃度37wt％では寸法精度±２μｍ以下で加工深さ
30μｍ以上を得ることができるが、濃度が57wt％,20wt
％では、寸法精度±２μｍ以下を得ることができないこ
とがわかる。レーザービーム径が10μｍの時、加工深さ
30μｍ以上で寸法精度±２μｍ以下の加工条件の範囲
は、レーザーパワー30〜1000mW、走査速度２〜110μm/s
ecである。

第６図はレーザービーム径50μｍでリン酸水溶液濃度を
20wt％,37wt％,57wt％,77wt％,85wt％と変えて液面高さ
500μｍで実験を行った結果を示すグラフである。第６
図において、実線は加工深さ30μｍの上限であり、破線
は寸法精度±２μｍの上限である。第６図から、レーザ
ーパワー、走査速度を一定とした時、加工深さは濃度が
高いほど大きくなり、寸法精度は濃度が77wt％前後で低
下することがわかる。

例えば、レーザーパワー1100mW、走査速度110μm/secと
した時、濃度77wt％では寸法精度±２μｍ以下で加工深
さは30μｍ以上を得ることができるが、濃度が57wt％,8
5wt％では寸法精度±２μｍ以下を得ることができない
ことがわかる。レーザービーム径が50μｍの時、加工深
さ30μｍ以上で寸法精度±２μｍ時下の加工条件の範囲
は、レーザーパワー200〜1900mW、走査速度２〜160μm/
secである。

上記第３図〜第６図に示すように、レーザービーム径、
リン酸水溶液濃度の違いによって加工条件の範囲が変化
することがわかる。加工条件を決める目安は、加工深さ
を大きくするには（１）レーザーパワーを上げる、
（２）走査速度を下げる、（３）濃度を高くすれば良
く、寸法精度を高くするには、（１）レーザーパワーを
下げる、（２）走査速度を下げる、（３）濃度を30wt％
〜80wt％にすれば良いことがわかる。また、加工溝のア
スペクト比（加工深さ／加工幅）を上げるには、レーザ
ービーム径を小さくすれば良い。

なお、センダストやパーマロイ等の磁性合金とフェライ
トの複合材料の加工を行う場合には、センダストやパー
マロイが熱伝導率が高い点を考慮して、レーザービーム
径を10μｍ以下にしてパワー密度を上げ、さらに濃度を
50wt％以上にすることによって、良好な加工を行うこと
ができる。

上述のように適切な加工条件の決定は、加工深さ、寸法
精度、加工速度、加工形状等を考慮して、レーザーパワ
ー、走査速度、レーザービーム径、リン酸水溶液濃度を
総合的に判断して行うことが必要である。

磁気ヘッドコアの作製第７図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれVTR磁気ヘッド用コア
の本発明による製造工程の一例を示す斜視図である。ま
ず第７図（ａ）に示すように、フェライト棒材11aとコ
イル巻線孔12を有するフェライト棒材11bとを、ガラス
による接合や固相反応による接合等の手段により接合し
て、磁気ギャップ11を有するギャップバー４を形成す
る。次に、レーザーパワー400mW、走査速度20μm/sec、レーザービ
ーム径10μｍ、リン酸水溶液濃度77wt％、液面高さ500
μｍの条件で、準備したギャップバー４を第１図に示す
装置に装着して、第７図（ｂ）に示すようにギャップバ
ー４にトラック幅13を規定する溝14を複数個加工する。
次いで、第７図（ｃ）に示すように、加工した溝14内に
ガラス15を埋め込み、所定の寸法まで研磨する。最後
に、これを所定の幅に切り出して第７図（ｄ）に示すよ
うなVTRヘッド用コア16を得た。かくして得られた磁気
ヘッド用コア16は、クラックや溶融物の付着がない高精
度のトラックが形成され、信頼性の高いものであった。

なお、本発明はVTRヘッド用コアの製造方法に何等限定
されるものではなく、RDD,FDD等各種磁気ヘッド用コア
にも好適に使用されるものである。また、本発明はトラ
ック加工に限定されるものではなく、コイル巻線孔加工
やRDD磁気ヘッド用コアの浮上面加工等、フェライト材
料の各種加工にも好適に利用されるものである。

（発明の効果）以上述べてきたように、本発明の製造法によれば、所定
濃度のリン酸水溶液中で所定のレーザービームを所定の
走査速度で照射することにより、ギャップバーに対して
溶融凝固物や溶融飛散物の付着がなく、熱による変質や
加工歪それに伴うクラックがなく、幅の狭い高精度のト
ラックを形成できるため、信頼性の高い磁気ヘッド用コ
アを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する装置の一例を紙す概念図、第２図は、加工深さ10μｍ以上且つ寸法精度±２μｍ以
下としたときの条件範囲を示すグラフ、第３図はレーザービーム径４μｍでリン酸水溶液濃度を
変えて実験を行った結果を示すグラフ、第４図はレーザービーム径４μｍで、レーザーパワーを
400mWと一定にし、リン酸水溶液濃度を変化させた時の
寸法精度±２μｍ以下を得ることができる走査速度の範
囲を示すグラフ、第５図はレーザービーム径10μｍでリン酸水溶液濃度を
変えて実験を行った結果を示すグラフ、第６図はレーザービーム径20μｍでリン酸水溶液濃度を
変えて実験を行った結果を示すグラフ、第７図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれこの発明をVTR磁気ヘ
ッド用コアの製造に適用した場合の加工手順を示す斜視
図である。１……Ｘ−Ｙテーブル２……加工容器、３……試料台４……ギャップバー、５……リン酸水溶液６……マイクロメータ７……石英窓、８……レーザー光９……レーザー光源、10……レンズ系 11……磁気ギャップ 11a,11b……フェライト棒材 12……コイル巻線孔、13……トラック幅 14……溝、15……ガラス 16……コア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ２３Ｆ 4/04 8414−4Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ヘッド用コアのトラック幅をレーザー
加工で規定する製造方法において、10wt％〜90wt％のリ
ン酸水溶液中で、液面を石英ガラスで押えて、石英ガラ
スで押えられた液面と被加工物との距離を200〜10000μ
ｍとするとともに、50〜1900mWのパワーＰを有する50μ
ｍ以下の径のレーザービームを、走査速度Ｖが２〜200
μm/secの範囲でＶ≦0.31P＋34の関係式とＶ≦−0.14P
＋271の関係式を同時に成り立たせる走査速度で前記石
英ガラスを介して照射し、レーザー誘起エッチングによ
り加工することを特徴とする磁気ヘッド用コアの製造方
法。