JPH10106836A - 軟磁性膜及びこれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 飽和磁束密度が大きく、優れた軟磁気特性を
有するとともに、磁気ヘッドに加工した場合でも優れた
軟磁性を維持できるようにする。 【解決手段】 Ｆｅ−Ｒｕ−Ｇａ−ＳｉやＦｅ−Ａｌ−
Ｓｉ等の軟磁性合金にＹ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂの金
属元素を添加し、且つ酸素を添加する。また、この軟磁
性膜を磁気ヘッドのコア材の一部に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッドのコア
材等として使用される軟磁性膜に関し、さらにはこの軟
磁性膜を用いた磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）
等の磁気記録再生装置においては、画質などを向上させ
るために記録信号の高密度化が進められており、これに
対応して磁性粉末にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性金属の
粉末を用いたいわゆるメタルテープや、強磁性金属材料
を蒸着などの手法により直接ベースフィルム上に被着し
たいわゆる蒸着テープなどの高抗磁力媒体の開発が進め
られている。

【０００３】ところで、磁気記録媒体の高抗磁力化が進
むにつれて、記録再生に使用する磁気ヘッドのヘッド材
料には高飽和磁束密度化が要求される。例えば、従来よ
りヘッド材料として多用されているフェライト材では、
飽和磁束密度が低く、媒体の高抗磁力化に十分対応する
ことは難しい。

【０００４】このような状況から、磁気ヘッドを構成す
る磁気コアをフェライトやセラミクス等と高飽和磁束密
度を有する軟磁性膜との複合構造とし、軟磁性膜同士を
突き合わせて磁気ギャップを構成するようにした複合型
磁気ヘッドや、各磁気コアやコイルなどを薄膜技術によ
り形成し、これらを絶縁膜を介して多層構造とした薄膜
磁気ヘッドが開発されている。

【０００５】かかる磁気ヘッドに使用される軟磁性材料
としては、例えばＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金（いわゆるセン
ダスト合金）やＣｏ−Ｎｂ−Ｚｒ等の非晶質軟磁性膜が
知られており、これら軟磁性材料は１テスラ以上の高飽
和磁束密度を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な高密度磁気記録においては、磁気ヘッドのコア材に使
用される軟磁性膜に高い飽和磁束密度が要求される。従
来このような磁気ヘッドのコア材としては、Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ合金、非晶質合金などが使用されてきた。

【０００７】しかしながら、これらＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合
金や非晶質合金などにおいては、最も軟磁気特性が得ら
れ、且つ十分な熱的安定性が得られる組成では飽和磁束
密度は１０ｋガウス程度であり、高密度磁気記録用の磁
気ヘッドとして使用する場合にはさらに高い飽和磁束密
度が要求される。

【０００８】これに対して、Ｆｅ−Ｒｕ−Ｇａ−Ｓｉの
組成で構成される磁性膜は軟磁性に優れ飽和磁束密度が
１．２テスラ程度で、磁気ヘッドのコア材として優れた
特性を示すことが知られている。

【０００９】しかし、磁気ヘッドを製造する場合には、
通常セラミック基板に砥石加工を施し、その加工面に直
に或いは下地膜を介して磁性膜を成膜する必要がある
が、現行の材料ではこのような加工面に成膜した場合、
磁気特性が劣化或いは膜自体が剥離する等の欠点が生じ
る。

【００１０】そこで、本発明は、このような従来の実情
に鑑みて提案されたものであって、磁気ヘッドのコア材
料として飽和磁束密度が大きく、優れた軟磁気特性を有
するとともに、磁気ヘッドに加工した場合でも優れた軟
磁性を維持できる軟磁性膜及びこれを用いた磁気ヘッド
を提供する事を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の目
的を達成せんものと鋭意研究を重ねた結果、Ｆｅ−Ｒｕ
−Ｇａ−Ｓｉ、或いはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ等の合金にＹ、
Ｈｆ、Ｚｒ等の元素を適当量添加し、さらに酸素を添加
することによって磁気ヘッドに応用する際に優れた軟磁
性と高い飽和磁束密度を持つ磁性膜が得られることを見
出し、本発明を完成するに至った。

【００１２】即ち、本発明の軟磁性膜は、Ｆｅ_x Ｍ_y Ｌ
_z Ｊ_u Ｑ_v Ｏ_w （但し、式中ＭはＲｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｒｈより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｌ
はＹ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂより選ばれた少なくとも
１種類を表し、ＪはＡｌ、Ｇａより選ばれた少なくとも
１種類を表し、ＱはＳｉ、Ｇｅより選ばれた少なくとも
１種類を表し、Ｏは酸素を表し、ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｖ、
ｗはそれぞれ各元素の割合を原子％で示す。）なる一般
式で表され、その組成範囲が、６０＜ｘ＜８０、０≦ｙ
＜１０、２＜ｚ＜１０、０≦ｕ＜１０、１０＜ｖ＜２
５、１＜ｗ＜５であることを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明の磁気ヘッドは、磁気コアの
少なくとも一部が上記軟磁性膜により構成されてなるこ
とを特徴とするものである。

【００１４】本発明の軟磁性膜は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、
Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｇａ等を基本組成とす
る微結晶合金であり、優れた軟磁気特性が得られ、更に
磁気ヘッドとして必要な磨耗特性を改善するためにＲ
ｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈが添加されるものであ
る。特に、Ｒｕを添加すると摩耗特性の改善が大きく、
且つ飽和磁束密度の低下が小さい。

【００１５】これら元素の添加量は、飽和磁束密度の低
下を抑えるために１０％以下が望ましい。

【００１６】また、本発明の軟磁性膜においては、これ
らの合金に、Ｙ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属元素
を添加することによって、磁気ヘッドを作製する際の機
械加工面のように荒れた面に成膜した場合にも磁気特性
の劣化が少なく、優れた特性を有する磁気ヘッドを得る
ことができる。

【００１７】さらに、本発明の軟磁性膜においては、酸
素を添加することにより、高い熱的安定性が得られ、広
い熱処理温度で優れた軟磁気特性が維持され、飽和磁束
密度が増加する。

【００１８】また、本発明の磁気ヘッドにおいては、か
かる軟磁性膜を磁気ヘッドのコア材として使用してお
り、優れた特性を有する磁気ヘッドが得られる。

【００１９】本発明の軟磁性膜は、スパッタリング等の
いわゆる気相メッキ技術によって製造される。例えばス
パッタリングにより成膜する場合、所望の組成比となる
ように調整された合金ターゲットを用いて行っても良い
し、各元素のターゲットを個別に用意し、その面積や印
加出力等を調整して組成をコントロールするようにして
も良い。特に、前者の方法を採用する場合、膜組成はタ
ーゲット組成によってほぼ一意に決まるので、例えば大
量生産するうえで好適である。

【００２０】また、本発明の軟磁性膜において、当該軟
磁性膜中に酸素を導入するには、成膜をＡｒ等の不活性
ガスに酸素ガス或いは二酸化炭素、水蒸気等の酸素を含
む物質を混合した雰囲気中で行うようにすれば良い。

【００２１】また、本発明を適用した軟磁性膜は、単層
膜であっても良く、パーマロイ等の磁性金属や、Ａｇ、
Ｃｕ等の非磁性金属、さらにはＳｉ₃ Ｎ、ＳｉＯ₂ 等の
セラミックス材料等で分断して積層構造とした多層膜で
あっても良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明を適用した軟磁性膜として
は、前述のように、Ｆｅ_x Ｍ_y Ｌ_z Ｊ_u Ｑ_vＯ_w （但
し、式中ＭはＲｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈより選
ばれた少なくとも１種類を表し、ＬはＹ、Ｈｆ、Ｚｒ、
Ｔａ、Ｎｂより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｊは
Ａｌ、Ｇａより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｑは
Ｓｉ、Ｇｅより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｏは
酸素を表し、ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｖ、ｗはそれぞれ各元素
の割合を原子％で示す。）なる一般式で表され、その組
成範囲が、６０＜ｘ＜８０、０≦ｙ＜１０、２＜ｚ＜１
０、０≦ｕ＜１０、１０＜ｖ＜２５、１＜ｗ＜５とされ
るものが挙げられる。

【００２３】また、本発明を適用した磁気ヘッドとして
は、上記のような本発明の軟磁性膜を磁気コアの少なく
とも一部に使用したものが挙げられ、例えばメタル・イ
ン・ギャップヘッド（以下、ＭＩＧヘッドと称する。）
積層型の磁気ヘッド等が挙げられる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例により説明す
るが、本発明がこの実施例に限定されるものでないこと
は言うまでもない。

【００２５】〈実施例１〉本実施例は、直径１００ｍｍ
の合金ターゲットを用いてスパッタリングを行って軟磁
性膜を形成した例である。

【００２６】実験例１ 先ず、ターゲットとしてＦｅ−Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｓｉ
の合金ターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタを
行った。成膜時の条件は、下記に示す通りである。

【００２７】 導入ガス アルゴンガス 投入電力 ４００Ｗ Ａｒガス圧 ０．５Ｐａ 到達真空度 ２×１０^-4Ｐａ また、成膜に際し、酸素ガスの導入により得られる膜に
おける膜中酸素量が２％となるようにした。なお、得ら
れた膜の膜厚は、１０μｍであった。

【００２８】ここで、上記膜中酸素量は、金属中元素分
析装置を用いて測定した。この金属中元素分析装置は、
金属材料中に含まれる酸素・窒素・水素等のガス、及び
炭素・硫黄等の化学成分を測定する装置であり、一般に
金属試料を高温下で融解、燃焼させることにより対象成
分をガス化させ、検出器へ搬送して定量するような構成
を有するものである。膜中酸素量の分析においては、ガ
ス化の方式として黒鉛るつぼに直接大電流を通じ、その
ジュール熱を利用した不活性ガス中融解法を用いる。

【００２９】そして、この膜を５００℃、６００℃、７
００℃にてそれぞれ熱処理した。

【００３０】以上のようにして作製された軟磁性膜の保
磁力を測定し、膜組成によりマッピングした図を図１乃
至図３に示した。また、この軟磁性膜の透磁率及び飽和
磁束密度を調べ、この結果に基づき飽和磁束密度、磁歪
が０を示す線を図１乃至図３中に併せて記した。

【００３１】なお、保磁力ＨｃはＢ−Ｈループトレーサ
ー、透磁率は８の字型透磁率測定装置により測定した。
また、飽和磁束密度は試料振動型磁力計により測定し
た。

【００３２】比較実験例１ 上記実験例１において、得られる膜における膜中酸素量
を２％としたのを膜中酸素量が１％未満となるように変
え、その他は上記実験例１と同様にして軟磁性膜を作製
した。

【００３３】そして、上述の各温度で熱処理された軟磁
性膜の保磁力、透磁率及び飽和磁束密度を同様にして調
べ、膜組成によりマッピングした図を図４乃至図６に示
した。

【００３４】実験例１及び比較実験例１の結果から、膜
中酸素量を２％とした本発明を適用した軟磁性膜は、膜
中酸素量を１％未満とした本発明を適用しない軟磁性膜
と比べて熱処理温度を上げても広い組成範囲で優れた軟
磁気特性が維持されることが確認された。

【００３５】実験例２ 上記実験例１において用いた合金ターゲットをＦｅ−Ｒ
ｕ−Ｙ−Ｇａ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｒｕ−Ｔａ−Ｓｉ及びＦｅ
−Ｚｒ−Ａｌ−Ｓｉの合金ターゲットにそれぞれ変え、
その他は上記実験例１と同様にして軟磁性膜を作製し
た。

【００３６】そして、得られた各軟磁性膜を５００℃に
て熱処理した場合の保磁力及び飽和磁束密度を同様にし
て調べ、その一例を下記表１に示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果から、本発明を適用したこれら
軟磁性膜においては、優れた軟磁気特性と高い飽和磁束
密度が確保されていることが確認された。

【００３９】実験例３ 上記実験例１において、ターゲットとしてＦｅ₆₇Ｒｕ₅
Ｈｆ₇ Ｇａ₃ Ｓｉ₁₈なる組成を有する合金ターゲットを
用い、酸素の添加量を種々に変化させた他は上記実験１
と同様にして軟磁性膜を作製した。

【００４０】そして、得られた各軟磁性膜を６００℃に
て熱処理した場合の保磁力及び飽和磁束密度を同様にし
て調べ、その結果を図７及び図８に示した。なお、図７
中縦軸は保磁力を示し、横軸は膜中酸素量を示す。さら
に、図８中縦軸は飽和磁束密度を示し、横軸は膜中酸素
量を示す。

【００４１】図７及び図８に示すように、酸素の添加量
が増加すると、保磁力が減少し飽和磁束密度が増加する
傾向が見られ、該酸素の添加量が３％程度の時に保磁力
が最小値をとることが判った。

【００４２】また、酸素を添加しない場合と酸素の添加
量が３％の場合について、それぞれの組成の膜を熱処理
温度を変えて熱処理した時の保磁力と熱処理温度の関係
を図９に示した。図９中縦軸は保磁力を示し、横軸は熱
処理温度を示し、実線は本発明を適用した酸素を含有す
る軟磁性膜の結果を示し、破線は酸素を含有しない本発
明を適用しない軟磁性膜の結果を示す。

【００４３】図９より、酸素を添加した軟磁性膜は広い
熱処理温度範囲で優れた軟磁性を示すことが明らかとな
った。

【００４４】〈実施例２〉本実施例は、本発明を適用し
て成膜された軟磁性膜をコア材として用いて複合型の磁
気ヘッドを作製した例である。

【００４５】即ち、ヘッド基板としてＭｎ−Ｚｒフェラ
イトを用い、ギャップ面に平行になるように上記実施例
１において作製したＦｅ−Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｓｉ−Ｏ
軟磁性膜を成膜した。なお、得られた軟磁性膜の膜厚は
４μｍとした。

【００４６】続いて、温度５５０℃にてギャップのガラ
ス融着を行って複合型の磁気ヘッドを作製した。

【００４７】そこで、このようにして得られた磁気ヘッ
ドの電磁変換特性を調べた。

【００４８】記録再生測定に際し、固体ヘッド測定器を
用いて自己録再で行った。また、磁気テープは保磁力１
７０００Ｏｅのメタルテープを用いて、相対速度１０ｍ
／秒で行った。

【００４９】この結果、優れた電磁変換特性が得られ、
上述のように軟磁性膜を直接基板上に成膜した場合でも
優れた軟磁気特性と高い飽和磁束密度が確保され、磁気
特性が劣化することなく、良好な特性が得られた。

【００５０】なお、本実施例では、コア材としてＦｅ−
Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｓｉ−Ｏ軟磁性膜を使用したが、こ
れに限定されるものではなく、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ等の軟
磁性合金にＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ等の金属元素を
添加し、且つ酸素を添加した軟磁性膜を使用することに
より、同様の効果を得ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の軟磁性膜においては、Ｆｅ−Ｒｕ−Ｇａ−ＳｉやＦｅ
−Ａｌ−Ｓｉ等の軟磁性合金にＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，
Ｎｂ等の金属元素を添加するとともに、更に酸素を添加
しているので、高い飽和磁束密度と優れた軟磁気特性が
得られ、広い熱処理温度に対応できる。

【００５２】また、本発明の磁気ヘッドは、磁気コアの
少なくとも一部、例えばＭＩＧヘッド、積層型ヘッドと
いった磁気ヘッドにおける金属軟磁性薄膜を上記の本発
明の軟磁性膜により形成したものであるが、当該軟磁性
膜が高い飽和磁束密度を有するので、高密度磁気記録化
に好適なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した軟磁性膜を５００℃で熱処理
した場合の膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪
曲線の関係を示す特性図である。

【図２】本発明を適用した軟磁性膜を６００℃で熱処理
した場合の膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪
曲線の関係を示す特性図である。

【図３】本発明を適用した軟磁性膜を７００℃で熱処理
した場合の膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪
曲線の関係を示す特性図である。

【図４】膜中酸素量が１％未満のＦｅ−Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇ
ａ−Ｓｉ−Ｏの軟磁性膜を５００℃で熱処理した場合の
膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪曲線の関係
を示す特性図である。

【図５】膜中酸素量が１％未満のＦｅ−Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇ
ａ−Ｓｉ−Ｏの軟磁性膜を６００℃で熱処理した場合の
膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪曲線の関係
を示す特性図である。

【図６】膜中酸素量が１％未満のＦｅ−Ｒｕ−Ｈｆ−Ｇ
ａ−Ｓｉ−Ｏの軟磁性膜を７００℃で熱処理した場合の
膜組成と保磁力分布、飽和磁束密度、零磁歪曲線の関係
を示す特性図である。

【図７】本発明を適用した軟磁性膜における膜中酸素量
と保磁力の関係を示す特性図である。

【図８】本発明を適用した軟磁性膜における膜中酸素量
と飽和磁束密度の関係を示す特性図である。

【図９】本発明を適用した軟磁性膜と酸素を含有しない
軟磁性膜における保磁力の熱処理温度依存性を示す特性
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ_x Ｍ_y Ｌ_z Ｊ_u Ｑ_v Ｏ_w （但し、式
   中ＭはＲｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈより選ばれた
   少なくとも１種類を表し、ＬはＹ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔａ、
   Ｎｂより選ばれた少なくとも１種類を表し、ＪはＡｌ、
   Ｇａより選ばれた少なくとも１種類を表し、ＱはＳｉ、
   Ｇｅより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｏは酸素を
   表し、ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｖ、ｗはそれぞれ各元素の割合
   を原子％で示す。）なる一般式で表され、その組成範囲
   が ６０＜ｘ＜８０ ０≦ｙ＜１０ ２＜ｚ＜１０ ０≦ｕ＜１０ １０＜ｖ＜２５ １＜ｗ＜５ であることを特徴とする軟磁性膜。
2. 【請求項２】 磁気コアの少なくとも一部が上記軟磁性
   膜により構成され、 前記軟磁性膜が、Ｆｅ_x Ｍ_y Ｌ_z Ｊ_u Ｑ_v Ｏ_w （但し、
   式中ＭはＲｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈより選ばれ
   た少なくとも１種類を表し、ＬはＹ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔ
   ａ、Ｎｂより選ばれた少なくとも１種類を表し、ＪはＡ
   ｌ、Ｇａより選ばれた少なくとも１種類を表し、ＱはＳ
   ｉ、Ｇｅより選ばれた少なくとも１種類を表し、Ｏは酸
   素を表し、ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、ｖ、ｗはそれぞれ各元素の
   割合を原子％で示す。）なる一般式で表され、その組成
   範囲が ６０＜ｘ＜８０ ０≦ｙ＜１０ ２＜ｚ＜１０ ０≦ｕ＜１０ １０＜ｖ＜２５ １＜ｗ＜５ であることを特徴とする磁気ヘッド。