JPH08115506A - 磁気ヘッド用非磁性材料及びそれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

磁気ヘッド用非磁性材料及びそれを用いた磁気ヘッド

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JPH08115506A JP6340404A JP34040494A JPH08115506A JP H08115506 A JPH08115506 A JP H08115506A JP 6340404 A JP6340404 A JP 6340404A JP 34040494 A JP34040494 A JP 34040494A JP H08115506 A JPH08115506 A JP H08115506A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッド効率を向上させ、かつ偏摩耗を減少さ
せるとともに、磁気ヘッドとしての寿命を十分に向上さ
せる。 【構成】 ガード材11について、ヘッド効率及び耐偏
摩耗性の向上を考慮して、その主成分をCaO,TiO
2 及びNiOとし、混合比(モル比)NiO/TiO2
の値を30/70〜50/50とするとともに、NiO
の含有量を5〜30モル%として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオテープレ
コーダー(以下、単にVTRと記す。)、デジタルオー
ディオテープレコーダー(以下、単にDATと記
す。)、あるいはデジタルデータ記録装置等において、
音声信号や映像信号あるいは情報信号等を磁気テープ等
の磁気記録媒体の記録トラック上に磁気信号として高密
度記録するために用いられる磁気ヘッド及びそれに用い
られる磁気ヘッド用非磁性材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、磁気記録テープなどを磁気記録媒
体として用いているVTRあるいはDAT等の磁気記録
及び再生装置は、磁気記録テープに記録された情報信号
の読み取りを行ったり、あるいは磁気記録テープに記録
を行うため、磁気記録テープの信号記録面からの情報信
号の読み取り再生及び磁気記録テープの信号記録面への
情報信号の書き込み記録を行う磁気ヘッドを備えてい
る。
【0003】そして、前記磁気ヘッドは、磁気コアとこ
の磁気コアに巻回されたコイル等の部材により構成され
ており、前記磁気コアには微小間隙である磁気ギャップ
が形成されている。コイルは記録又は再生のための情報
信号を、磁気コアへ磁束として伝達する働きをする。ま
た、上記磁気コアは、記録時にはコイルから磁気記録媒
体へ、再生時には磁気記録媒体からコイルへ、磁束を伝
達するための通路としての働きをする。磁気ギャップ
は、磁気記録媒体に情報信号を記録するために磁界の広
がりの範囲を絞る働きと、再生時には磁気記録媒体から
の磁束取り入れ口としての働きをする。
【0004】ところで、近時においては、映像信号等の
記録又は再生の高画質化等を目的として、あるいは記憶
容量の大容量化を目的として、より多くの情報信号を記
録又は再生するため、より波長の短い信号の記録又は再
生する方法がとられている。このため、磁気記録媒体の
磁性層に用いられる磁性粉として強磁性金属粉末をベー
スフィルム上に塗布したメタルテープや、強磁性金属材
料をベースフィルム上に直接蒸着させた蒸着テープ等の
高抗磁力磁気記録媒体が使用されている。
【0005】また、これらの高抗磁力磁気記録媒体に記
録又は再生することを可能とするために、磁気ヘッドの
磁気コア材料として高透磁率かつ高飽和磁束密度を持つ
金属系磁性層、例えば鉄系合金、鉄−ニッケル系合金、
鉄−コバルト系合金等を用いた積層型磁気ヘッド、ある
いはいわゆるメタル・イン・ギャップ(MIG)型の磁
気ヘッド等が提案されている。
【0006】上記積層型磁気ヘッドは、金属系磁性層を
非磁性材料からなるガード材で挟み込んで磁気コア半体
を構成し、この磁気コア半体をお互いに突き合わせてガ
ラス融着等により接合一体化して構成した磁気ヘッドで
ある。本発明者等は、前記積層型磁気ヘッドにおいて、
磁気コアを形成する金属磁性体膜が端部で相互に静磁的
に結合させることにより、ヘッド効率を向上、特に高周
波領域において大幅に向上させることができることを提
案している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した高
密度磁気記録するために磁気コア材料に金属系磁性材料
を用いた積層型磁気ヘッドにおいては、磁気テープに対
する金属系磁性層の摩耗量が非磁性材であるガード材よ
りも大きいため、磁気コアの金属系磁性層の部分が他の
部分よりも速く摩耗してしまい、結果として磁気コア部
分がへこむいわゆる偏摩耗が発生する。積層型磁気ヘッ
ドでは、この偏摩耗によって磁気ギャップと磁気記録媒
体間に空隙生じ、磁気ギャップの磁気記録媒体に対する
磁界強度が弱くなるため、特に高周波域での電磁変換特
性が低下してしまうという問題がある。
【0008】この偏摩耗は、金属磁性層とガード材の磁
気テープに対する摩耗量の近い組み合わせにすることに
より少なくできる。しかしながら、実用的なヘッド寿命
が得られる耐摩耗性を有しかつ磁気特性も十分な金属磁
性材料はまだ得られていないので、偏摩耗を少なくしよ
うとすると必然的に磁気記録媒体に対する摩耗量が大き
いガード材を選定し、磁気コア材料である金属磁性材料
に合わせる方法をとらざるをえない。このような考え方
で単純に磁気テープに対する摩耗量の大きいガード材を
選定すると、偏摩耗は少ないが磁気ヘッドとして磁気テ
ープに対する摩耗量が大きいため寿命の短い磁気ヘッド
になってしまう。
【0009】そこで、従来より、磁気ヘッド用非磁性材
料として、特開昭62−22411号公報、特開平2−
296765号公報等に示されるようなMnO−NiO
系非磁性材料や特公平3−45024号公報や特開平6
−28607号公報等に示されるようなCaO−TiO
2 −NiO系非磁性材料等が提案されている。しかしな
がら、上記MnO−NiO系非磁性材料には金属磁性膜
とほぼ同等の熱膨張係数を有するが、磁気テープに対す
る摩耗量が大きいといった問題点がある。
【0010】また、例えば特公平3−45024号公報
に提案されているCaO−TiO2−NiO系非磁性材
料は、CaOが3モル%〜35モル%、TiO2 が3モ
ル%〜30モル%、NiOが60モル%〜90モル%の
組成を有し、金属磁性膜とほぼ同等の熱膨張係数を有
し、かつ磁気テープに対する摩耗量が非常に小さい。し
かし、上記非磁性材料には金属磁性膜の磁気テープに対
する摩耗量との差、すなわち偏摩耗が大きいといった問
題がある。
【0011】本発明はかかる事情に鑑みて提案されたも
のであり、金属磁性膜と近い熱膨張係数を有するととも
に、磁気テープに対する摩耗量と偏摩耗量のバランスに
優れた磁気ヘッド用非磁性材料を提案することを目的と
する。さらに本発明は、ヘッド効率が高く、かつ偏摩耗
が少ないとともに磁気ヘッドとしての寿命も十分な磁気
ヘッドを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明においては、磁気ヘッド用非磁性材料を、
CaO、TiO2 及びNiOからなり、CaO:15モ
ル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80モル
%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有するもの
とすることを特徴とするものである。
【0013】この場合、より好ましくは、CaOとTi
2 とのモル比CaO/TiO2 を30/70〜50/
50とすることが望ましい。ここで、モル比CaO/T
iO2 のうちCaOの割合が30より小(TiO2の割
合が70より大)となると、ヘッド効率の低下を招き、
さらにCaOの含有量が15モル%未満の場合及びTi
2 の含有量が80モル%を越える場合においては、熱
膨張係数が金属磁性膜よりもかなり小さくなってしま
う。
【0014】また、モル比CaO/TiO2 のうちCa
Oの割合が50より大(TiO2 の割合が50より小)
となると、CaOが析出して焼結性の劣化が起こり、さ
らにCaOの含有量が45モル%を越える場合及びTi
2 の含有量が40モル%未満の場合においては、非磁
性材料に気孔が多く発生してしまう。さらに、本発明に
おいては、一対のガード材により金属磁性膜を挟み込ん
でなる磁気コア半体同士が、前記金属磁性膜の端面同士
を対向させて突き合わされ、これら金属磁性膜の突き合
わせ面間に磁気ギャップが構成されてなる積層型の磁気
ヘッドにおいて、上記ガード材の主成分として上記磁気
ヘッド用非磁性材料を用いることを特徴とするものであ
る。
【0015】この場合、上記ガード材は2種類以上の材
料を接合してなる複合基板よりなるものとしてもよい
が、このとき磁気記録媒体との摺動面の全体或は一部分
が、CaO,TiO2 及びNiOを主成分とし、且つN
iOの含有量が5〜30モル%であることが必要であ
る。また、ヘッド効率を向上させるために、前記金属磁
性膜が磁性体膜と非磁性体膜を交互に堆積した単位積層
磁性体膜を絶縁体膜を介して堆積された積層磁性体膜で
あることが望ましい。
【0016】このとき、上記磁性体膜としては、具体的
にはCoを主成分とし、Zr,Mo,Nb,Ta,T
i,Hf,及びPdのうち少なくとも一種類の元素を含
む材料を用いて成膜することが好ましい。また、上記磁
性体膜としては、具体的にはFeを主成分とし、Ru,
Ga,Si,O,及びNのうち少なくとも一種類の元素
を含む材料を用いて成膜してもよい。
【0017】さらにこのとき、Fe,Ni,Coのうち
1つ以上の元素とP,C,B,Siのうち1つ以上の元
素とからなるアモルファス合金、またはこれらを主成分
としてAl,Ge,Be,Sn,In、Mo,W,T
i,Mn,Cr、Zr、Hf、Nb等を含んだ合金等の
メタル−メタロイド系アモルファス合金、あるいはC
o,Hf,Zr等の遷移元素や希土類元素等を主成分と
するメタル−メタル系アモルファス合金等を用いて上記
磁性体膜を成膜してもよい。
【0018】
【作用】本発明の磁気ヘッド用非磁性材料は、CaO:
15モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80
モル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有す
る、望ましくはCaOとTiO2 とのモル比CaO/T
iO2 が30/70〜50/50とされているため、金
属磁性膜とほぼ同等の熱膨張係数を有するとともに、磁
気テープに対する摩耗量と偏摩耗量のバランスに優れて
いる。
【0019】また、本発明の磁気ヘッドにおいては、金
属磁性膜を挟み込むガード材の主成分が上記磁気ヘッド
用非磁性材料とされているため、磁気記録媒体に対する
上記非磁性基板の摩耗量と磁気コアである金属磁性層の
摩耗量のバランスが良好となり、磁気記録媒体と摺動さ
せたときに、磁気コアとガード材の間に生じる偏摩耗が
少なく、かつ十分な寿命を有するとともにヘッド効率の
高い磁気ヘッドを得ることが可能となる。
【0020】
【実施例】以下、本発明のいくつかの具体的な実施例に
ついて詳細に説明するが、本発明がこの実施例に限定さ
れるものではないことはいうまでもない。先ず、第1実
施例について、実験結果に基づいて説明する。
【0021】第1実施例 〔実験例1〕先ず、磁気ヘッド用非磁性材料中のNiO
の量が磁気ヘッド用非磁性材料の摩耗量及び磁気ヘッド
とした場合の偏摩耗量に及ぼす影響について調査した。
【0022】試料の作製 CaOとTiO2 の混合比(モル比)、CaO/TiO
2 を45/55と一定にしておき、NiOの量を0モル
%〜80モル%まで変化させて磁気ヘッド用非磁性材料
を製造した。すなわち、先ず、上記組成となるように、
市販のCaCO3 粉末、TiO2 粉末及びNiO粉末を
適量秤量し、純水を加えボールミル中にて24時間湿式
混合した。次いで、100℃にて20時間以上乾燥し、
石川式ライカイ機で粗粉砕後、1100℃で5時間仮焼
した。その後、仮焼した粉末を石川式ライカイ機により
粉砕した。
【0023】そして、粉砕した粉末に再度純水を加えボ
ールミル中にて24時間湿式混合した。さらに、100
℃にて20時間以上乾燥し、石川式ライカイ機で粉砕
後、ポリビニールアルコール(以下、PVAと称す
る。)の10重量%水溶液を全粉末重量の10重量%と
なるようにを加え、造粒した。その後、80MPaでプ
レス成形し酸素中にて1250℃から1400℃で焼成
した。さらに、Arにより100MPaで加圧しながら
1150℃から1350℃で熱間等方圧プレス処理(以
下、HIP処理と称する。)を施した。
【0024】磁気ヘッドの作製 そして、上記のようにして作製したNiOの含有量の異
なる非磁性材料を用いて磁気ヘッドを作製した。なお、
本実験例においては、磁気ヘッドとして積層型磁気ヘッ
ドを作製するものとした。上記磁気ヘッドにおいて磁気
コアは、図1に示すように、閉回路を構成する一対の磁
気コア半体1、2が突き合わされて接合一体化され、磁
気記録媒体摺動面3に磁気ギャップGを構成されてい
る。
【0025】上記磁気コア半体1、2は、ガード材11
及び積層磁性体膜4、5とからなる。そして、磁気コア
半体1、2同士の突き合わせ面においては、積層磁性体
膜4、5の端面が突き合わされることによって磁気ギャ
ップGが構成されている。上記磁気ギャップGのトラッ
ク幅Twは、前記ガード材11が非磁性体であることか
ら、上記積層磁性体膜4、5の膜厚によって規制され
る。また、上記磁気コア半体1、2の突き合わせ面に
は、当該磁気ギャップGのデプスDpを規制するととも
にコイルを巻くための巻線窓6が形成されている。
【0026】上記ガード材11は、ヘッド効率及び耐偏
摩耗性の向上を考慮して、その主成分をCaO,TiO
2 及びNiOとするとともに、そのうちNiOの含有量
が5〜30モル%として構成されている。ここで、前記
積層磁性体膜4、5はヘッド効率を向上させる目的で、
図2に示すように磁性体膜21と非磁性体膜22を交互
に堆積した単位積層磁性体膜23を絶縁体膜24を介し
て堆積された積層磁性体膜とすることが望ましい。本第
1実施例では、磁性体膜21として膜厚241nmのC
oZrNbTAaアモルファス膜を、非磁性体膜22と
して膜厚10nmのSiO2 膜を、絶縁体膜24として
は膜厚200nmのSiO2 膜を用いた。また、単位積
層体膜23を8層に形成し、総膜厚は2μmとした。さ
らに、上記積層磁性体膜4、5を9層に形成し、総膜厚
は19.6μmとした。また、上記磁気ヘッドを2mm
(幅)×2mm(高さ)×0.2mm(厚み)の大きさ
を有し、トラック幅が19.6μm、当り幅が曲率半径
8mmであるものとした。
【0027】摩耗量及び偏摩耗量の測定 上記のような構成を有する各磁気ヘッドを、当該磁気ヘ
ッドのドラムからの突き出しが30μmとなるように、
ソニー社製VTR(商品名BVW−50)に搭載した。
そして、2種類のソニー社製ビデオテープ(商品名BC
T−90ML及びBCT−90MLA、以下、それぞれ
をテープA及びBと称する。)を30℃、80%RHの
条件下で100時間摺動させた。
【0028】このときのヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)及びギャップ部のガード材−積層磁性体膜間の偏摩
耗量を調べ評価した。NiO含有量とテープA及びBを
摺動させた後の偏摩耗量の関係を図3に示す。なお、図
3中○はテープAを摺動させた場合の結果を示し、図中
□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。積層型磁
気ヘッドにおいて、一般的に偏摩耗は分離損失となり、
上記分離損失は以下の式で概略示される。
【0029】 分離損失=54.6d/λ(dB) ・・・(1) このとき、上記dは偏摩耗量、λは記録波長を示す。こ
の式からわかるように、偏摩耗量dが大きくなると、特
に短波長領域(高周波領域)で出力が低下してしまうた
め、偏摩耗量は15μm以下であることが望ましい。ま
た、NiO含有量とテープA,Bを摺動させた後の摩耗
量の関係を図4に示す。なお、図4中においても、○は
テープAを摺動させた場合の結果を示し、図中□はテー
プBを摺動させた場合の結果を示す。摩耗量が大きいと
ヘッド寿命が短くなる為、当然耐摩耗性は高い程良い。
【0030】従って、これらの結果から、摩耗量、偏摩
耗量のバランスを総合的に評価すると、NiOの含有量
が5モル%〜30モル%の非磁性材料がガード材として
好適であることがわかる。
【0031】〔実験例2〕次に、非磁性材料中のCa
O、TiO2 の含有量とポア状態及び熱膨張係数の関係
を調査した。
【0032】試料の作製 CaO、TiO2 及びNiOが表1中に示す試料No.
1〜32の組成になるように、市販のCaCO3 粉末、
TiO2 粉末及びNiO粉末を適量秤量し、32種類の
粉末を用意し、これらに純水を加えボールミル中にて2
4時間湿式混合した。
【0033】
【表1】
【0034】次いで、100℃にて20時間以上乾燥
し、石川式ライカイ機で粗粉砕後、1100℃で5時間
仮焼した。その後、仮焼した粉末を石川式ライカイ機に
より粉砕した。そして、粉砕した粉末に再度純水を加え
ボールミル中にて24時間湿式混合した。さらに、10
0℃にて20時間以上乾燥し、石川式ライカイ機で粉砕
後、PVAの10重量%水溶液を全粉末重量の10重量
%となるようにを加え、造粒した。
【0035】その後、80MPaでプレス成形し酸素中
にて1250℃から1400℃で焼成した。さらに、A
rにより100MPaで加圧しながら1150℃から1
350℃でHIP処理を施して試料No.1〜32を得
た。
【0036】ポア状態と熱膨張係数の測定 次に、上記のようにして得られた各モル比の試料No.
1〜32の非磁性材料について、ポアの状態及び熱膨張
係数を評価した。その結果を表1に併せて示す。
【0037】表1中、ポア状態の評価結果において、○
印は気孔率が0.1%以下である状態を示し、×印はH
IP処理により緻密化できない程、気孔が多い状態を示
す。表1の結果から、試料No.7、8、15、16、
22、23、24、29、30、31、32のように、
CaOの含有量が45モル%を越える場合及びTiO2
の含有量が40モル%未満の場合、ポア状態の結果が悪
く、HIP処理を行っても緻密化せず気孔が非常に多い
ため磁気ヘッド用のガード材として不適であることがわ
かる。
【0038】また、表1の結果から、試料No.1、
9、17、25のように、CaOの含有量が15モル%
未満の場合及びTiO2 の含有量が80モル%を越える
場合、熱膨張係数が100×10-7/℃未満と金属磁性
膜の熱膨張係数に比べ非常に小さくなるため磁気ヘッド
用のガード材として不適であることがわかる。すなわ
ち、これらの結果から、CaO及びTiO2 の配合比と
してそれぞれが15モル%〜45モル%、40モル%〜
80モル%の範囲であれば、ポアの状態及び熱膨張係数
が良好であることが確認された。
【0039】従って、実験例1及び実験例2の結果か
ら、CaO、TiO2 及びNiOからなり、CaO:1
5モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80モ
ル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有する磁
気ヘッド用非磁性材料は、金属磁性膜とほぼ同等の熱膨
張係数を有するとともに、磁気テープに対する摩耗量と
偏摩耗量のバランスに優れていることが確認された。
【0040】第2実施例 次いで、第2実施例について実験結果に基づいて説明す
る。 〔実験例〕この実験では、磁気ヘッド用非磁性材料中の
NiOの量が磁気ヘッド用非磁性材料の摩耗量及び磁気
ヘッドとした場合の偏摩耗量に及ぼす影響について調査
した。
【0041】ここでは、CaOとTiO2 の混合比(モ
ル比)、CaO/TiO2 を45/55と一定にしてお
き、NiOの量を0モル%〜80モル%まで変化させて
上記第1実施例と同様に磁気ヘッド用非磁性材料を製造
した。
【0042】磁気ヘッドの作製 ここでは、第1実施例と同様に作製したNiOの含有量
の異なる非磁性材料を用いて上記図1及び図2に示す磁
気ヘッドを作製した。なお、本実験例においては、上記
第1実施例と同様に、磁気ヘッドとして積層型磁気ヘッ
ドを作製するものとした。
【0043】ここで、上記磁性体膜21は、DCマグネ
トロンスパッタ装置により、Co81Zr4 Nb12Ta3
(原子%)組成のターゲット材を用い、電力密度 5.
0W/cm2 、アルゴンガス圧0.4Pa、電極間距離
100mmの条件下で成膜した。また、非磁性体膜22
及び絶縁体膜24であるSiO2 膜は、高周波スパッタ
装置を用い、電力密度1.0W/cm2 、アルゴンガス
圧0.4Pa、電極間距離100mmの条件下で成膜し
た。
【0044】この耐摩耗性試験には、上記図1に示した
構成で、2mm(幅)×2mm(高)×0.2(厚み)
で、トラック幅19.6μm、当り幅70μm、先端R
8mmの形状の磁気ヘッドを使用した。 摩耗量及び偏摩耗量の測定 上記のような構成を有する磁気ヘッドを、当該磁気ヘッ
ドのドラムからの突き出しを30μmとし、ビデオテー
プレコーダ(VTR)に搭載して、磁気記録媒体として
2種の磁気テープ(上記テープA,B)を30℃、80
%RHの条件下で走行させた。そして、前記条件による
当該磁気ヘッドの摩耗量(突き出し変化量)、及び磁気
ギャップG近傍のガード材−金属磁性膜間偏摩耗量を調
べ評価した。
【0045】下記の表1にこの耐摩耗性試験の結果を示
す。ここで比較例として、α−ヘマタイト(α−Fe2
3 )、非磁性フェライト及びMnO−NiO系複合材
をガード材とし同一形状ヘッドで耐摩耗試験を行なった
結果も併せて示す。
【0046】
【表2】
【0047】上記ヘッドの如き積層型の磁気ヘッドにお
いては、一般的に偏摩耗は分離損失Lとなり上記(1)
式で概略示される。したがって、上記偏摩耗量が大きく
なると、特に短波長領域(高周波領域)で出力が低下す
るため、この偏摩耗量は15nm以下であることが望ま
しい。また、摩耗量が大きいとヘッド寿命が短くなる
為、当然耐摩耗性は高い程良い。上記表1に示す摩耗
量、偏摩耗量のバランスを考慮して総合的に評価する
と、上記ガード材11として、その主成分がCaO,T
iO2 及びNiOからなり、且つNiOの含有量が5〜
30モル%であるものが好適であることがわかる。
【0048】以上より、本第2実施例のCaO,TiO
2 及びNiOを主成分とし、且つNiOの含有量が5〜
30モル%の非磁性基板11をガード材とした上記積層
型ヘッドは、ヘッド効率が高く、かつ偏摩耗が少ないと
いう優れた特徴をもっていることがわかる。なお、上述
実施例においては、上記ガード材11の組成はCaOと
TiO2 との混合比(モル%)を45/55と一定とし
たものについて述べたが、この混合比が50/50から
40/60の範囲の組成においても上述同様の効果が得
られる。また、本第2実施例では、スパッタリングの際
に用いるターゲット材について、その組成がCo81Zr
4 Nb12Ta3 (原子%)のものを用いた場合について
述べたが、成膜した膜がCoaZrbNbcTad(但
し、a,b,c,dは各元素の割合(原子%)を表
す。)なる組成式で表され、その組成範囲が、 79≦a≦83 2≦b≦6 10≦c≦14 1≦d≦5 であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【0049】さらに、金属磁性体膜6、7としては、上
記CoZrNbTaアモルファス膜の他に、Fe,N
i,Coのうち1つ以上の元素とP,C,B,Siのう
ち1つ以上の元素とからなるアモルファス合金、または
これらを主成分としてAl,Ge,Be,Sn,In、
Mo,W,Ti,Mn,Cr、Zr、Hf、Nb等を含
んだ合金等のメタル−メタロイド系アモルファス合金、
あるいはCo,Hf,Zr等の遷移元素や希土類元素等
を主成分とするメタル−メタル系アモルファス合金等で
あってもよい。
【0050】また、本第2実施例ではDCマグネトロン
スパッタ装置及び高周波スパッタ装置により積層磁性体
膜4、5を成膜したが、膜厚制御性に優れる他の装置に
よるスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティ
ング法、イオンビーム法等に代表される真空薄膜形成技
術により成膜しても上述同様の作用効果が得られる。さ
らに、上記第2実施例はガード材がCaO,TiO2
びNiOを主成分とし、かつNiOの含有量が5〜30
モル%の非磁性基板11のみの場合であるが、このガー
ド材11を2種類以上の材料を接合してなる複合基板と
して構成しても上述と同様の効果を得ることができる。
【0051】フロントギャップ側とバックギャップ側に
それぞれ異なる材料を接合した複合材を用いた場合の構
成を図5に示す。ここで、磁気記録媒体を摺動するフロ
ントギャップ側には上記ガード材11と同様にその主成
分がCaO,TiO2 及びNiOからなり、且つNiO
の含有量が5〜30モル%である非磁性基板13を、バ
ックギャップ側には磁性フェライト等よりなる磁性基板
12を配置する。
【0052】また、図6に示すように、積層磁性体膜
4、5を磁気ギャップGと直交する位置にではなく、所
定のアジマス角をつけて設けても上述の同様の効果を得
ることができる。
【0053】第3実施例 次いで、第3実施例について実験結果に基づいて説明す
る。 〔実験例1〕この実験では、磁気ヘッド用非磁性材料中
のNiOの量が磁気ヘッド用非磁性材料の摩耗量及び磁
気ヘッドとした場合の偏摩耗量に及ぼす影響について調
査した。
【0054】ここでは、CaOとTiO2 の混合比(モ
ル比)、CaO/TiO2 を45/55と一定にしてお
き、NiOの量を0モル%〜80モル%まで変化させて
上記第1実施例と同様に磁気ヘッド用非磁性材料を製造
した。
【0055】磁気ヘッドの作製 ここでは、第1,第2実施例と同様に作製したNiOの
含有量の異なる非磁性材料を用いて上記図1及び図2に
示す磁気ヘッドを作製した。なお、本実験例において
は、上記第1,第2実施例と同様に、磁気ヘッドとして
積層型磁気ヘッドを作製するものとした。
【0056】本第3実施例では、上記図2に示すよう
に、磁性体膜21として膜厚3μmのFeRuGaSi
合金膜を、非磁性体膜22として膜厚10nmのSiO
2 膜を、絶縁体膜24としては膜厚200nmのSiO
2 膜を用い、単位積層体膜23を6層に形成し、総膜厚
は19μmとした。ここで、上記磁性体膜21は、RF
マグネトロンスパッタ装置により、Fe81Ru4 Ga12
Si3 (原子%)組成のターゲット材を用い、電力密度
5.0W/cm2 、アルゴンガス圧0.4Pa、電極
間距離100mmの条件下で成膜した。また、非磁性体
膜22及び絶縁体膜24であるSiO2 膜は、高周波ス
パッタ装置を用い、電力密度3.0W/cm2 、アルゴ
ンガス圧0.4Pa、電極間距離100mmの条件下で
成膜した。
【0057】この耐摩耗性試験には、上記図1に示した
構成で、2mm(幅)×2mm(高)×0.2(厚み)
で、トラック幅19μm、当り幅70μm、先端R5m
mの形状の磁気ヘッドを使用した。
【0058】摩耗量及び偏摩耗量の測定 上記のような構成を有する磁気ヘッドを、当該磁気ヘッ
ドのドラムからの突き出しを30μmとし、ビデオテー
プレコーダ(VTR)に搭載して、磁気記録媒体として
2種の磁気テープ(上記テープA,B)を30℃、80
%RHの条件下で300時間走行させた。そして、前記
条件による当該磁気ヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)、及び磁気ギャップG近傍のガード材−金属磁性膜
間偏摩耗量を調べ評価した。
【0059】このときのヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)及びギャップ部のガード材−積層磁性体膜間の偏摩
耗量を調べ評価した。NiO含有量とテープA及びBを
摺動させた後の偏摩耗量の関係を図7に示す。なお、図
7中■はテープAを摺動させた場合の結果を示し、図中
□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。上記積層
型の磁気ヘッドにおいて、一般的に偏摩耗は分離損失と
なり、上記分離損失は上記(1)式で概略示される。こ
の式からわかるように、偏摩耗量dが大きくなると、特
に短波長領域(高周波領域)で出力が低下してしまうた
め、偏摩耗量は15μm以下であることが望ましい。
【0060】また、NiO含有量とテープA,Bを摺動
させた後の摩耗量の関係を図8に示す。なお、図8中に
おいても、■はテープAを摺動させた場合の結果を示
し、図中□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。
摩耗量が大きいとヘッド寿命が短くなる為、当然耐摩耗
性は高い程良い。従って、これらの結果から、摩耗量、
偏摩耗量のバランスを総合的に評価すると、NiOの含
有量が5モル%〜30モル%の非磁性材料がガード材と
して好適であることがわかる。
【0061】〔実験例2〕次に、NiOの含有量を10
モル%及び30モル%と固定し、CaOとTiO2 の混
合比(モル比)CaO/TiO2 を10/90〜55/
45に変化させた際の上記磁気ヘッドの自己記録再生特
性について調べたものである。ここで、比較出力は、N
iOの含有率を10モル%、混合比(モル比)CaO/
TiO2 を45/55としたときの上記磁気ヘッドの出
力を0と規定した相対的な値である。また、出力の測定
には磁気ヘッド固定式ドラムテスタを用い、磁気ヘッド
と磁気テープとの相対速度を20m/s、周波数を40
MHzとした。
【0062】実験結果を表3,表4に示す。ここで表3
はNiOの含有量が10モル%、表4は30モル%の場
合をそれぞれ示している。
【0063】
【表3】
【0064】
【表4】
【0065】このように、モル比CaO/TiO2 のう
ちCaOの割合が30をより小(TiO2 割合が70よ
り大)となると、熱膨張係数が小さくなって出力が低下
する。また、モル比CaO/TiO2 のうちCaOの割
合が50より大(TiO2 の割合が50より小)となる
と、気孔率が大きくなりガード材として使用が困難とな
る。したがって、モル比CaO/TiO2 は30/70
〜50/50の範囲内の値であるものが好適であること
がわかる。
【0066】以上より、本第3実施例のCaO,TiO
2 及びNiOを主成分とし、モル比CaO/TiO2
30/70〜50/50の範囲内の値であり、且つNi
Oの含有量が5〜30モル%の非磁性基板11をガード
材とした上記積層型ヘッドは、ヘッド効率が高く、かつ
偏摩耗が少ないという優れた特徴をもっていることがわ
かる。
【0067】なお、本第3実施例では、スパッタリング
の際に用いるターゲット材について、その組成がFe81
Ru4 Ga12Si3 (原子%)のものを用いた場合につ
いて述べたが、成膜した膜が(FeaRubGacSi
d)xNyOzCw(但し、a,b,c,d,x,y,
z,wは各元素の割合(原子%)を表す。)なる組成式
で表され、その組成範囲が、 68≦a≦90 0.1≦b≦10 0.1≦c≦15 10≦d≦25 80≦x≦100 0≦y≦20 0≦z≦20 0≦w≦20 但し、a+b+c+d=100,x+y+z+w=10
0であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【0068】さらに、金属磁性体膜6、7としては、上
記FeRuGaSi合金膜の他に、Feを主成分とし、
Ru,Ga,Si,O,及びNのうち少なくとも一種類
の元素を含む材料を用いて成膜してもよい。また、本第
3実施例ではRFマグネトロンスパッタ装置及び高周波
スパッタ装置により積層磁性体膜4、5を成膜したが、
膜厚制御性に優れる他の装置によるスパッタリング法、
真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンビーム法
等に代表される真空薄膜形成技術により成膜しても上述
同様の作用効果が得られる。
【0069】さらに、上記第3実施例はガード材がCa
O,TiO2 及びNiOを主成分とし、モル比CaO/
TiO2 が30/70〜50/50の範囲内の値であ
り、且つNiOの含有量が5〜30モル%の非磁性基板
11のみの場合であるが、上記図5に示すように、この
ガード材11を2種類以上の材料を接合してなる複合基
板として構成しても上述と同様の効果を得ることができ
る。
【0070】また、上記図6に示すように、積層磁性体
膜4,5を磁気ギャップGと直交する位置にではなく、
所定のアジマス角をつけて設けても上述の同様の効果を
得ることができる。
【0071】
【発明の効果】本発明に係る磁気ヘッド用非磁性材料
は、CaO、TiO2 及びNiOからなり、CaO:1
5モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80モ
ル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有する、
好ましくはモル比CaO/TiO2 が30/70〜50
/50とされているので、金属磁性膜と近い熱膨張係数
を有するとともに、磁気テープに対する摩耗量と偏摩耗
量のバランスに優れている。
【0072】また、本発明に係る磁気ヘッドによれば、
上記磁気ヘッド用非磁性材料を主成分としてガード材が
構成されているので、ヘッド効率を向上させ、かつ偏摩
耗を減少させるとともに、磁気ヘッドとしての寿命を十
分に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した磁気ヘッドの構成を模式的に
示す斜視図である。
【図2】積層磁性体膜を示す模式図である。
【図3】第1実施例において、NiO含有量と偏摩耗量
の関係を示す特性図である。
【図4】第1実施例において、NiO含有量と摩耗量の
関係を示す特性図である。
【図5】本発明を適用した磁気ヘッドの他の例の構成を
模式的に示す斜視図である。
【図6】本発明を適用した磁気ヘッドのさらに他の例の
構成を模式的に示す斜視図である。
【図7】第3実施例において、NiO含有量と偏摩耗量
の関係を示す特性図である。
【図8】第3実施例において、NiO含有量と摩耗量の
関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1,2 磁気コア半体 3 磁気記録媒体摺動面 4,5 金属磁性膜 6 巻線窓 11 ガード材 12 磁性フェライト 13 非磁性基板 21 磁性体膜 22 非磁性体膜 23 単位積層体膜 24 絶縁体膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年6月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 磁気ヘッド用非磁性材料及びそれを用
いた磁気ヘッド
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオテープレ
コーダー(以下、単にVTRと記す。)、デジタルオー
ディオテープレコーダー(以下、単にDATと記
す。)、あるいはデジタルデータ記録装置等において、
音声信号や映像信号あるいは情報信号等を磁気テープ等
の磁気記録媒体の記録トラック上に磁気信号として高密
度記録するために用いられる磁気ヘッド及びそれに用い
られる磁気ヘッド用非磁性材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、磁気記録テープなどを磁気記録媒
体として用いているVTRあるいはDAT等の磁気記録
及び再生装置は、磁気記録テープに記録された情報信号
の読み取りを行ったり、あるいは磁気記録テープに記録
を行うため、磁気記録テープの信号記録面からの情報信
号の読み取り再生及び磁気記録テープの信号記録面への
情報信号の書き込み記録を行う磁気ヘッドを備えてい
る。
【0003】そして、前記磁気ヘッドは、磁気コアとこ
の磁気コアに巻回されたコイル等の部材により構成され
ており、前記磁気コアには微小間隙である磁気ギャップ
が形成されている。コイルは記録又は再生のための情報
信号を、磁気コアへ磁束として伝達する働きをする。
【0004】また、上記磁気コアは、記録時にはコイル
から磁気記録媒体へ、再生時には磁気記録媒体からコイ
ルへ、磁束を伝達するための通路としての働きをする。
磁気ギャップは、磁気記録媒体に情報信号を記録するた
めに磁界の広がりの範囲を絞る働きと、再生時には磁気
記録媒体からの磁束取り入れ口としての働きをする。
【0005】ところで、近時においては、映像信号等の
記録又は再生の高画質化等を目的として、あるいは記憶
容量の大容量化を目的として、より多くの情報信号を記
録又は再生するため、より波長の短い信号の記録又は再
生する方法がとられている。このため、磁気記録媒体の
磁性層に用いられる磁性粉として強磁性金属粉末をベー
スフィルム上に塗布したメタルテープや、強磁性金属材
料をベースフィルム上に直接蒸着させた蒸着テープ等の
高抗磁力磁気記録媒体が使用されている。
【0006】また、これらの高抗磁力磁気記録媒体に記
録又は再生することを可能とするために、磁気ヘッドの
磁気コア材料として高透磁率かつ高飽和磁束密度を持つ
金属系磁性層、例えば鉄系合金、鉄−ニッケル系合金、
鉄−コバルト系合金等を用いた積層型磁気ヘッド、ある
いはいわゆるメタル・イン・ギャップ(MIG)型の磁
気ヘッド等が提案されている。
【0007】上記積層型磁気ヘッドは、金属系磁性層を
非磁性材料からなるガード材で挟み込んで磁気コア半体
を構成し、この磁気コア半体をお互いに突き合わせてガ
ラス融着等により接合一体化して構成した磁気ヘッドで
ある。本発明者等は、前記積層型磁気ヘッドにおいて、
磁気コアを形成する金属磁性体膜が端部で相互に静磁的
に結合させることにより、ヘッド効率を向上、特に高周
波領域において大幅に向上させることができることを提
案している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した高
密度磁気記録するために磁気コア材料に金属系磁性材料
を用いた積層型磁気ヘッドにおいては、磁気テープに対
する金属系磁性層の摩耗量が非磁性材であるガード材よ
りも大きいため、磁気コアの金属系磁性層の部分が他の
部分よりも速く摩耗してしまい、結果として磁気コア部
分がへこむいわゆる偏摩耗が発生する。積層型磁気ヘッ
ドでは、この偏摩耗によって磁気ギャップと磁気記録媒
体間に空隙生じ、磁気ギャップの磁気記録媒体に対する
磁界強度が弱くなるため、特に高周波域での電磁変換特
性が低下してしまうという問題がある。
【0009】この偏摩耗は、金属磁性層とガード材の磁
気テープに対する摩耗量の近い組み合わせにすることに
より少なくできる。しかしながら、実用的なヘッド寿命
が得られる耐摩耗性を有しかつ磁気特性も十分な金属磁
性材料はまだ得られていないので、偏摩耗を少なくしよ
うとすると必然的に磁気記録媒体に対する摩耗量が大き
いガード材を選定し、磁気コア材料である金属磁性材料
に合わせる方法をとらざるをえない。このような考え方
で単純に磁気テープに対する摩耗量の大きいガード材を
選定すると、偏摩耗は少ないが磁気ヘッドとして磁気テ
ープに対する摩耗量が大きいため寿命の短い磁気ヘッド
になってしまう。
【0010】そこで、従来より、磁気ヘッド用非磁性材
料として、特開昭62−22411号公報、特開平2−
296765号公報等に示されるようなMnO−NiO
系非磁性材料や特公平3−45024号公報や特開平6
−28607号公報等に示されるようなCaO−TiO
2 −NiO系非磁性材料等が提案されている。
【0011】しかしながら、上記MnO−NiO系非磁
性材料には金属磁性膜とほぼ同等の熱膨張係数を有する
が、磁気テープに対する摩耗量が大きいといった問題点
がある。また、例えば特公平3−45024号公報に提
案されているCaO−TiO2−NiO系非磁性材料
は、CaOが3モル%〜35モル%、TiO2 が3モル
%〜30モル%、NiOが60モル%〜90モル%の組
成を有し、金属磁性膜とほぼ同等の熱膨張係数を有し、
かつ磁気テープに対する摩耗量が非常に小さい。しか
し、上記非磁性材料には金属磁性膜の磁気テープに対す
る摩耗量との差、すなわち偏摩耗が大きいといった問題
がある。
【0012】本発明はかかる事情に鑑みて提案されたも
のであり、金属磁性膜と近い熱膨張係数を有するととも
に、磁気テープに対する摩耗量と偏摩耗量のバランスに
優れた磁気ヘッド用非磁性材料を提案することを目的と
する。さらに本発明は、ヘッド効率が高く、かつ偏摩耗
が少ないとともに磁気ヘッドとしての寿命も十分な磁気
ヘッドを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明においては、磁気ヘッド用非磁性材料を、
CaO、TiO2 及びNiOからなり、CaO:15モ
ル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80モル
%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有するもの
とすることを特徴とするものである。
【0014】この場合、より好ましくは、CaOとTi
2 とのモル比CaO/TiO2 を30/70〜50/
50とすることが望ましい。ここで、モル比CaO/T
iO2 のうちCaOの割合が30より小(TiO2の割
合が70より大)となると、ヘッド効率の低下を招き、
さらにCaOの含有量が15モル%未満の場合及びTi
2 の含有量が80モル%を越える場合においては、熱
膨張係数が金属磁性膜よりもかなり小さくなってしま
う。
【0015】また、モル比CaO/TiO2 のうちCa
Oの割合が50より大(TiO2 の割合が50より小)
となると、CaOが析出して焼結性の劣化が起こり、さ
らにCaOの含有量が45モル%を越える場合及びTi
2 の含有量が40モル%未満の場合においては、非磁
性材料に気孔が多く発生してしまう。
【0016】さらに、本発明においては、一対のガード
材により金属磁性膜を挟み込んでなる磁気コア半体同士
が、前記金属磁性膜の端面同士を対向させて突き合わさ
れ、これら金属磁性膜の突き合わせ面間に磁気ギャップ
が構成されてなる積層型の磁気ヘッドにおいて、上記ガ
ード材の主成分として上記磁気ヘッド用非磁性材料を用
いることを特徴とするものである。
【0017】この場合、上記ガード材は2種類以上の材
料を接合してなる複合基板よりなるものとしてもよい
が、このとき磁気記録媒体との摺動面の全体或は一部分
が、CaO,TiO2 及びNiOを主成分とし、且つN
iOの含有量が5〜30モル%であることが必要であ
る。
【0018】また、ヘッド効率を向上させるために、前
記金属磁性膜が磁性体膜と非磁性体膜を交互に堆積した
単位積層磁性体膜を絶縁体膜を介して堆積された積層磁
性体膜であることが望ましい。このとき、上記磁性体膜
としては、具体的にはCoを主成分とし、Zr,Mo,
Nb,Ta,Ti,Hf,及びPdのうち少なくとも一
種類の元素を含む材料を用いて成膜することが好まし
い。
【0019】また、上記磁性体膜としては、具体的には
Feを主成分とし、Ru,Ga,Si,O,及びNのう
ち少なくとも一種類の元素を含む材料を用いて成膜して
もよい。さらにこのとき、Fe,Ni,Coのうち1つ
以上の元素とP,C,B,Siのうち1つ以上の元素と
からなるアモルファス合金、またはこれらを主成分とし
てAl,Ge,Be,Sn,In、Mo,W,Ti,M
n,Cr、Zr、Hf、Nb等を含んだ合金等のメタル
−メタロイド系アモルファス合金、あるいはCo,H
f,Zr等の遷移元素や希土類元素等を主成分とするメ
タル−メタル系アモルファス合金等を用いて上記磁性体
膜を成膜してもよい。
【0020】
【作用】本発明の磁気ヘッド用非磁性材料は、CaO:
15モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80
モル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有す
る、望ましくはCaOとTiO2 とのモル比CaO/T
iO2 が30/70〜50/50とされているため、金
属磁性膜とほぼ同等の熱膨張係数を有するとともに、磁
気テープに対する摩耗量と偏摩耗量のバランスに優れて
いる。
【0021】また、本発明の磁気ヘッドにおいては、金
属磁性膜を挟み込むガード材の主成分が上記磁気ヘッド
用非磁性材料とされているため、磁気記録媒体に対する
上記非磁性基板の摩耗量と磁気コアである金属磁性層の
摩耗量のバランスが良好となり、磁気記録媒体と摺動さ
せたときに、磁気コアとガード材の間に生じる偏摩耗が
少なく、かつ十分な寿命を有するとともにヘッド効率の
高い磁気ヘッドを得ることが可能となる。
【0022】
【実施例】以下、本発明のいくつかの具体的な実施例に
ついて詳細に説明するが、本発明がこの実施例に限定さ
れるものではないことはいうまでもない。先ず、第1実
施例について、実験結果に基づいて説明する。
【0023】第1実施例 〔実験例1〕先ず、磁気ヘッド用非磁性材料中のNiO
の量が磁気ヘッド用非磁性材料の摩耗量及び磁気ヘッド
とした場合の偏摩耗量に及ぼす影響について調査した。
【0024】試料の作製 CaOとTiO2 の混合比(モル比)、CaO/TiO
2 を45/55と一定にしておき、NiOの量を0モル
%〜80モル%まで変化させて磁気ヘッド用非磁性材料
を製造した。
【0025】すなわち、先ず、上記組成となるように、
市販のCaCO3 粉末、TiO2 粉末及びNiO粉末を
適量秤量し、純水を加えボールミル中にて24時間湿式
混合した。次いで、100℃にて20時間以上乾燥し、
石川式ライカイ機で粗粉砕後、1100℃で5時間仮焼
した。その後、仮焼した粉末を石川式ライカイ機により
粉砕した。
【0026】そして、粉砕した粉末に再度純水を加えボ
ールミル中にて24時間湿式混合した。さらに、100
℃にて20時間以上乾燥し、石川式ライカイ機で粉砕
後、ポリビニールアルコール(以下、PVAと称す
る。)の10重量%水溶液を全粉末重量の10重量%と
なるようにを加え、造粒した。
【0027】その後、80MPaでプレス成形し酸素中
にて1250℃から1400℃で焼成した。さらに、A
rにより100MPaで加圧しながら1150℃から1
350℃で熱間等方圧プレス処理(以下、HIP処理と
称する。)を施した。
【0028】磁気ヘッドの作製 そして、上記のようにして作製したNiOの含有量の異
なる非磁性材料を用いて磁気ヘッドを作製した。なお、
本実験例においては、磁気ヘッドとして積層型磁気ヘッ
ドを作製するものとした。
【0029】上記磁気ヘッドにおいて磁気コアは、図1
に示すように、閉回路を構成する一対の磁気コア半体
1、2が突き合わされて接合一体化され、磁気記録媒体
摺動面3に磁気ギャップGを構成されている。上記磁気
コア半体1、2は、ガード材11及び積層磁性体膜4、
5とからなる。そして、磁気コア半体1、2同士の突き
合わせ面においては、積層磁性体膜4、5の端面が突き
合わされることによって磁気ギャップGが構成されてい
る。上記磁気ギャップGのトラック幅Twは、前記ガー
ド材11が非磁性体であることから、上記積層磁性体膜
4、5の膜厚によって規制される。また、上記磁気コア
半体1、2の突き合わせ面には、当該磁気ギャップGの
デプスDpを規制するとともにコイルを巻くための巻線
窓6が形成されている。
【0030】ここで、前記積層磁性体膜4、5はヘッド
効率を向上させる目的で、図2に示すように磁性体膜2
1と非磁性体膜22を交互に堆積した単位積層磁性体膜
23を絶縁体膜24を介して堆積された積層磁性体膜と
することが望ましい。本第1実施例では、磁性体膜21
として膜厚241nmのCoZrNbTaアモルファス
膜を、非磁性体膜22として膜厚10nmのSiO2
を、絶縁体膜24としては膜厚200nmのSiO2
を用いた。また、単位積層体膜23を8層に形成し、総
膜厚は2μmとした。さらに、上記積層磁性体膜4、5
を9層に形成し、総膜厚は19.6μmとした。また、
上記磁気ヘッドを2mm(幅)×2mm(高さ)×0.
2mm(厚み)の大きさを有し、トラック幅が19.6
μm、当り幅が曲率半径8mmであるものとした。
【0031】摩耗量及び偏摩耗量の測定 上記のような構成を有する各磁気ヘッドを、当該磁気ヘ
ッドのドラムからの突き出しが30μmとなるように、
ソニー社製VTR(商品名BVW−50)に搭載した。
そして、2種類のソニー社製ビデオテープ(商品名BC
T−90ML及びBCT−90MLA、以下、それぞれ
をテープA及びBと称する。)を30℃、80%RHの
条件下で100時間摺動させた。
【0032】このときのヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)及びギャップ部のガード材−積層磁性体膜間の偏摩
耗量を調べ評価した。NiO含有量とテープA及びBを
摺動させた後の偏摩耗量の関係を図3に示す。なお、図
3中○はテープAを摺動させた場合の結果を示し、図中
□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。積層型磁
気ヘッドにおいて、一般的に偏摩耗は分離損失となり、
上記分離損失は以下の式で概略示される。
【0033】 分離損失=54.6d/λ(dB) ・・・(1) このとき、上記dは偏摩耗量、λは記録波長を示す。こ
の式からわかるように、偏摩耗量dが大きくなると、特
に短波長領域(高周波領域)で出力が低下してしまうた
め、偏摩耗量は15μm以下であることが望ましい。
【0034】また、NiO含有量とテープA,Bを摺動
させた後の摩耗量の関係を図4に示す。なお、図4中に
おいても、○はテープAを摺動させた場合の結果を示
し、図中□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。
摩耗量が大きいとヘッド寿命が短くなる為、当然耐摩耗
性は高い程良い。
【0035】従って、これらの結果から、摩耗量、偏摩
耗量のバランスを総合的に評価すると、NiOの含有量
が5モル%〜30モル%の非磁性材料がガード材として
好適であることがわかる。
【0036】〔実験例2〕次に、非磁性材料中のCa
O、TiO2 の含有量とポア状態及び熱膨張係数の関係
を調査した。
【0037】試料の作製 CaO、TiO2 及びNiOが表1中に示す試料No.
1〜32の組成になるように、市販のCaCO3 粉末、
TiO2 粉末及びNiO粉末を適量秤量し、32種類の
粉末を用意し、これらに純水を加えボールミル中にて2
4時間湿式混合した。
【0038】
【表1】
【0039】次いで、100℃にて20時間以上乾燥
し、石川式ライカイ機で粗粉砕後、1100℃で5時間
仮焼した。その後、仮焼した粉末を石川式ライカイ機に
より粉砕した。
【0040】そして、粉砕した粉末に再度純水を加えボ
ールミル中にて24時間湿式混合した。さらに、100
℃にて20時間以上乾燥し、石川式ライカイ機で粉砕
後、PVAの10重量%水溶液を全粉末重量の10重量
%となるようにを加え、造粒した。
【0041】その後、80MPaでプレス成形し酸素中
にて1250℃から1400℃で焼成した。さらに、A
rにより100MPaで加圧しながら1150℃から1
350℃でHIP処理を施して試料No.1〜32を得
た。
【0042】ポア状態と熱膨張係数の測定 次に、上記のようにして得られた各モル比の試料No.
1〜32の非磁性材料について、ポアの状態及び熱膨張
係数を評価した。その結果を表1に併せて示す。
【0043】表1中、ポア状態の評価結果において、○
印は気孔率が0.1%以下である状態を示し、×印はH
IP処理により緻密化できない程、気孔が多い状態を示
す。表1の結果から、試料No.7、8、15、16、
22、23、24、29、30、31、32のように、
CaOの含有量が45モル%を越える場合及びTiO2
の含有量が40モル%未満の場合、ポア状態の結果が悪
く、HIP処理を行っても緻密化せず気孔が非常に多い
ため磁気ヘッド用のガード材として不適であることがわ
かる。
【0044】また、表1の結果から、試料No.1、
9、17、25のように、CaOの含有量が15モル%
未満の場合及びTiO2 の含有量が80モル%を越える
場合、熱膨張係数が100×10-7/℃未満と金属磁性
膜の熱膨張係数に比べ非常に小さくなるため磁気ヘッド
用のガード材として不適であることがわかる。
【0045】すなわち、これらの結果から、CaO及び
TiO2 の配合比としてそれぞれが15モル%〜45モ
ル%、40モル%〜80モル%の範囲であれば、ポアの
状態及び熱膨張係数が良好であることが確認された。従
って、実験例1及び実験例2の結果から、CaO、Ti
2 及びNiOからなり、CaO:15モル%〜45モ
ル%、TiO2 :40モル%〜80モル%、NiO:5
モル%〜30モル%の組成を有する磁気ヘッド用非磁性
材料は、気孔率が小さく金属磁性膜とほぼ同等の熱膨張
係数を有するとともに、磁気テープに対する摩耗量と偏
摩耗量のバランスに優れていることが確認された。
【0046】本実施例では、スパッタリングの際に用い
るターゲット材について、その組成がCo81Zr4 Nb
12Ta3 (原子%)のものを用いた場合について述べた
が、成膜した膜がCoaZrbNbcTad(但し、
a,b,c,dは各元素の割合(原子%)を表す。)な
る組成式で表され、その組成範囲が、 79≦a≦83 2≦b≦6 10≦c≦14 1≦d≦5 であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【0047】さらに、金属磁性体膜6、7としては、上
記CoZrNbTaアモルファス膜の他に、Fe,N
i,Coのうち1つ以上の元素とP,C,B,Siのう
ち1つ以上の元素とからなるアモルファス合金、または
これらを主成分としてAl,Ge,Be,Sn,In、
Mo,W,Ti,Mn,Cr、Zr、Hf、Nb等を含
んだ合金等のメタル−メタロイド系アモルファス合金、
あるいはCo,Hf,Zr等の遷移元素や希土類元素等
を主成分とするメタル−メタル系アモルファス合金等で
あってもよい。
【0048】また、本実施例ではDCマグネトロンスパ
ッタ装置及び高周波スパッタ装置により積層磁性体膜
4、5を成膜したが、膜厚制御性に優れる他の装置によ
るスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティン
グ法、イオンビーム法等に代表される真空薄膜形成技術
により成膜しても上述同様の作用効果が得られる。 さ
らに、上記実施例はガード材がCaO,TiO2 及びN
iOを主成分とし、かつNiOの含有量が5〜30モル
%の非磁性基板11のみの場合であるが、このガード材
11を2種類以上の材料を接合してなる複合基板として
構成しても上述と同様の効果を得ることができる。
【0049】フロントギャップ側とバックギャップ側に
それぞれ異なる材料を接合した複合材を用いた場合の構
成を図5に示す。ここで、磁気記録媒体を摺動するフロ
ントギャップ側には上記ガード材11と同様にその主成
分がCaO,TiO2 及びNiOからなり、且つNiO
の含有量が5〜30モル%である非磁性基板13を、バ
ックギャップ側には磁性フェライト等よりなる磁性基板
12を配置する。
【0050】また、図6に示すように、積層磁性体膜
4、5を磁気ギャップGと直交する位置にではなく、所
定のアジマス角をつけて設けても上述の同様の効果を得
ることができる。
【0051】第2実施例 次いで、第2実施例について実験結果に基づいて説明す
る。 〔実験例1〕この実験では、磁気ヘッド用非磁性材料中
のNiOの量が磁気ヘッド用非磁性材料の摩耗量及び磁
気ヘッドとした場合の偏摩耗量に及ぼす影響について調
査した。
【0052】ここでは、CaOとTiO2 の混合比(モ
ル比)、CaO/TiO2 を45/55と一定にしてお
き、NiOの量を0モル%〜80モル%まで変化させて
上記第1実施例と同様に磁気ヘッド用非磁性材料を製造
した。
【0053】磁気ヘッドの作製 ここでは、第1実施例と同様に作製したNiOの含有量
の異なる非磁性材料を用いて上記図1及び図2に示す磁
気ヘッドを作製した。なお、本実験例においては、上記
第1,第2実施例と同様に、磁気ヘッドとして積層型磁
気ヘッドを作製するものとした。
【0054】本第2実施例では、上記図2に示すよう
に、磁性体膜21として膜厚3μmのFeRuGaSi
合金膜を、非磁性体膜22として膜厚10nmのSiO
2 膜を、絶縁体膜24としては膜厚200nmのSiO
2 膜を用い、単位積層体膜23を6層に形成し、総膜厚
は19μmとした。
【0055】ここで、上記磁性体膜21は、RFマグネ
トロンスパッタ装置により、Fe81Ru4 Ga12Si3
(原子%)組成のターゲット材を用い、電力密度5.0
W/cm2 、アルゴンガス圧0.4Pa、電極間距離1
00mmの条件下で成膜した。また、非磁性体膜22及
び絶縁体膜24であるSiO2 膜は、高周波スパッタ装
置を用い、電力密度3.0W/cm2 、アルゴンガス圧
0.4Pa、電極間距離100mmの条件下で成膜し
た。
【0056】この耐摩耗性試験には、上記図1に示した
構成で、2mm(幅)×2mm(高)×0.2(厚み)
で、トラック幅19μm、当り幅70μm、先端R5m
mの形状の磁気ヘッドを使用した。 摩耗量及び偏摩耗量の測定 上記のような構成を有する磁気ヘッドを、当該磁気ヘッ
ドのドラムからの突き出しを30μmとし、ビデオテー
プレコーダ(VTR)に搭載して、磁気記録媒体として
2種の磁気テープ(上記テープA,B)を30℃、80
%RHの条件下で300時間走行させた。そして、前記
条件による当該磁気ヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)、及び磁気ギャップG近傍のガード材−金属磁性膜
間偏摩耗量を調べ評価した。
【0057】このときのヘッドの摩耗量(突き出し変化
量)及びギャップ部のガード材−積層磁性体膜間の偏摩
耗量を調べ評価した。NiO含有量とテープA及びBを
摺動させた後の偏摩耗量の関係を図7に示す。なお、図
7中■はテープAを摺動させた場合の結果を示し、図中
□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。上記積層
型の磁気ヘッドにおいて、一般的に偏摩耗は分離損失と
なり、上記分離損失は上記(1)式で概略示される。こ
の式からわかるように、偏摩耗量dが大きくなると、特
に短波長領域(高周波領域)で出力が低下してしまうた
め、偏摩耗量は15μm以下であることが望ましい。
【0058】また、NiO含有量とテープA,Bを摺動
させた後の摩耗量の関係を図8に示す。なお、図8中に
おいても、■はテープAを摺動させた場合の結果を示
し、図中□はテープBを摺動させた場合の結果を示す。
摩耗量が大きいとヘッド寿命が短くなる為、当然耐摩耗
性は高い程良い。
【0059】従って、これらの結果から、摩耗量、偏摩
耗量のバランスを総合的に評価すると、NiOの含有量
が5モル%〜30モル%の非磁性材料がガード材として
好適であることがわかる。
【0060】〔実験例2〕次に、NiOの含有量を10
モル%及び30モル%と固定し、CaOとTiO 2 の混
合比(モル比)CaO/TiO2 を10/90〜55/
45に変化させた際の上記磁気ヘッドの自己記録再生特
性について調べたものである。
【0061】ここで、比較出力は、NiOの含有率を1
0モル%、混合比(モル比)CaO/TiO2 を45/
55としたときの上記磁気ヘッドの出力を0と規定した
相対的な値である。また、出力の測定には磁気ヘッド固
定式ドラムテスタを用い、磁気ヘッドと磁気テープとの
相対速度を20m/s、周波数を40MHzとした。
【0062】実験結果を表2,表3に示す。ここで表2
はNiOの含有量が10モル%、表3は30モル%の場
合をそれぞれ示している。
【0063】
【表2】
【0064】
【表3】
【0065】このように、モル比CaO/TiO2 のう
ちCaOの割合が30をより小(TiO2 割合が70よ
り大)となると、熱膨張係数が小さくなって出力が低下
する。また、モル比CaO/TiO2 のうちCaOの割
合が50より大(TiO2 の割合が50より小)となる
と、気孔率が大きくなりガード材として使用が困難とな
る。したがって、モル比CaO/TiO2 は30/70
〜50/50の範囲内の値であるものが好適であること
がわかる。
【0066】以上より、本第2実施例のCaO,TiO
2 及びNiOを主成分とし、モル比CaO/TiO2
30/70〜50/50の範囲内の値であり、且つNi
Oの含有量が5〜30モル%の非磁性基板11をガード
材とした上記積層型ヘッドは、ヘッド効率が高く、かつ
偏摩耗が少ないという優れた特徴をもっていることがわ
かる。
【0067】なお、本第2実施例では、スパッタリング
の際に用いるターゲット材について、その組成がFe81
Ru4 Ga12Si3 (原子%)のものを用いた場合につ
いて述べたが、成膜した膜が(FeaRubGacSi
d)xNyOzCw(但し、a,b,c,d,x,y,
z,wは各元素の割合(原子%)を表す。)なる組成式
で表され、その組成範囲が、 68≦a≦90 0.1≦b≦10 0.1≦c≦15 10≦d≦25 80≦x≦100 0≦y≦20 0≦z≦20 0≦w≦20 但し、a+b+c+d=100,x+y+z+w=10
0であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【0068】さらに、金属磁性体膜6、7としては、上
記FeRuGaSi合金膜の他に、Feを主成分とし、
Ru,Ga,Si,O,及びNのうち少なくとも一種類
の元素を含む材料を用いて成膜してもよい。また、本実
施例ではRFマグネトロンスパッタ装置及び高周波スパ
ッタ装置により積層磁性体膜4、5を成膜したが、膜厚
制御性に優れる他の装置によるスパッタリング法、真空
蒸着法、イオンプレーティング法、イオンビーム法等に
代表される真空薄膜形成技術により成膜しても上述同様
の作用効果が得られる。
【0069】さらに、上記実施例はガード材がCaO,
TiO2 及びNiOを主成分とし、モル比CaO/Ti
2 が30/70〜50/50の範囲内の値であり、且
つNiOの含有量が5〜30モル%の非磁性基板11の
みの場合であるが、上記図5に示すように、このガード
材11を2種類以上の材料を接合してなる複合基板とし
て構成しても上述と同様の効果を得ることができる。
【0070】また、上記図6に示すように、積層磁性体
膜4,5を磁気ギャップGと直交する位置にではなく、
所定のアジマス角をつけて設けても上述の同様の効果を
得ることができる。
【0071】
【発明の効果】本発明に係る磁気ヘッド用非磁性材料
は、CaO、TiO2 及びNiOからなり、CaO:1
5モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%〜80モ
ル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を有する、
好ましくはモル比CaO/TiO 2 が30/70〜50
/50とされているので、金属磁性膜と近い熱膨張係数
を有するとともに、磁気テープに対する摩耗量と偏摩耗
量のバランスに優れている。
【0072】また、本発明に係る磁気ヘッドによれば、
上記磁気ヘッド用非磁性材料を主成分としてガード材が
構成されているので、ヘッド効率を向上させ、かつ偏摩
耗を減少させるとともに、磁気ヘッドとしての寿命を十
分に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した磁気ヘッドの構成を模式的に
示す斜視図である。
【図2】積層磁性体膜を示す模式図である。
【図3】第1実施例において、NiO含有量と偏摩耗量
の関係を示す特性図である。
【図4】第1実施例において、NiO含有量と摩耗量の
関係を示す特性図である。
【図5】本発明を適用した磁気ヘッドの他の例の構成を
模式的に示す斜視図である。
【図6】本発明を適用した磁気ヘッドのさらに他の例の
構成を模式的に示す斜視図である。
【図7】第3実施例において、NiO含有量と偏摩耗量
の関係を示す特性図である。
【図8】第3実施例において、NiO含有量と摩耗量の
関係を示す特性図である。
【符号の説明】 1,2 磁気コア半体 3 磁気記録媒体摺動面 4,5 金属磁性膜 6 巻線窓 11 ガード材 12 磁性フェライト 13 非磁性基板 21 磁性体膜 22 非磁性体膜 23 単位積層体膜 24 絶縁体膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二瓶 ゆかり 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 浦井 彰 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 高橋 公雄 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 八木橋 和弘 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO、TiO2 及びNiOからなり、
    CaO:15モル%〜45モル%、TiO2 :40モル
    %〜80モル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成
    を有することを特徴とする磁気ヘッド用非磁性材料。
  2. 【請求項2】 CaOとTiO2 とのモル比CaO/T
    iO2 が30/70〜50/50であることを特徴とす
    る請求項1記載の磁気ヘッド用非磁性材料。
  3. 【請求項3】 CaO、TiO2 及びNiOからなり、
    CaO:15モル%〜45モル%、TiO2 :40モル
    %〜80モル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成
    を有する磁気ヘッド用非磁性材料を主成分とする一対の
    ガード材により金属磁性膜を挟み込んでなる磁気コア半
    体同士が、前記金属磁性膜の端面同士を対向させて突き
    合わされ、これら金属磁性膜の突き合わせ面間に磁気ギ
    ャップが構成されてなることを特徴とする磁気ヘッド。
  4. 【請求項4】 ガード材が2種類以上の材料を接合して
    なる複合材料よりなり、その磁気記録媒体摺動面の全体
    或は一部分がCaO、TiO2 及びNiOからなり、C
    aO:15モル%〜45モル%、TiO2 :40モル%
    〜80モル%、NiO:5モル%〜30モル%の組成を
    有する磁気ヘッド用非磁性材料を主成分してなることを
    特徴とする請求項3の磁気ヘッド。
  5. 【請求項5】 CaOとTiO2 とのモル比CaO/T
    iO2 が30/70〜50/50であることを特徴とす
    る請求項3又は4記載の磁気ヘッド。
  6. 【請求項6】 金属磁性体膜が磁性体膜と非磁性体膜を
    交互に堆積した単位積層磁性体膜を絶縁体膜を介して堆
    積された積層磁性体膜からなり、前記磁性体膜が端部で
    相互に静磁的に結合していることを特徴とする請求項
    3,4又は5記載の磁気ヘッド。
  7. 【請求項7】 磁性体膜がCoを主成分とし、Zr,M
    o,Nb,Ta,Ti,Hf,及びPdのうち少なくと
    も一種類の元素を含むことを特徴とする請求項6記載の
    磁気ヘッド。
  8. 【請求項8】 磁性体膜がFeを主成分とし、Ru,G
    a,Si,O,及びNのうち少なくとも一種類の元素を
    含むことを特徴とする請求項6記載の磁気ヘッド。
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