JPH10203847A - 磁気ヘッド用結晶化ガラス基板およびその製造方法 - Google Patents

磁気ヘッド用結晶化ガラス基板およびその製造方法

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JPH10203847A
JPH10203847A JP9251389A JP25138997A JPH10203847A JP H10203847 A JPH10203847 A JP H10203847A JP 9251389 A JP9251389 A JP 9251389A JP 25138997 A JP25138997 A JP 25138997A JP H10203847 A JPH10203847 A JP H10203847A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なる機械加工性および表面特性を有し、
磁気ディスクに対して優れた摩擦特性を有する磁気ヘッ
ド用結晶化ガラス基板およびその製造方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 主結晶相が二珪酸リチウム(Li2 O・
2SiO2 )結晶および、α−クォーツ(α−Si
2 )とα−クリストバライト(α−SiO2 )の中か
ら選ばれた1種又は2種の結晶との混晶であり、該α−
クォーツ(α−SiO2 )は結晶粒子が凝集した複数の
粒子からなる球状粒子構造であり、その球状粒子の大き
さは0.1〜3.0μmの範囲の径を有し、該α−クリ
ストバライトは球状結晶粒子構造であり、その球状粒子
の大きさは0.1〜1.0μmの範囲の径を有してお
り、更に該結晶化ガラス基板の表面粗度(Ra)は5〜
50Åなる特性を有する、磁気へッド用結晶化ガラス基
板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、良好な機械加工性
および表面特性を有し、更に磁気ディスクに対して優れ
た摩擦特性を有する結晶化ガラスからなる磁気ヘッド用
基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年マルチメディヤ化が進み、画像、音
声等で大容量のデータを取り扱う様になってきた。この
ため、コンピューターの主外部記録媒体としてのHDD
(ハードディスク)装置の大容量化、高速化が急激に進
行しており、またこれに伴い、薄膜磁気ヘッドにおいて
は、従来の磁気誘導型(インダクティブ)の薄膜磁気ヘ
ッドから磁気抵抗効果型のMRへッドが主流になりつつ
あり、更に将来、高感度対応のための巨大磁気抵抗(G
MR)型ヘッドが注目を集めている。現在、ハードディ
スクはその稼働時に基板を高速で回転させ、磁気へッド
を浮上させてハードディスク基板上への書き込みおよび
読み出しを磁気へッドを介して行っている。これらHD
Dにおいて、起動時にCSS(コンタクト・スタート・
ストップ)方式を用いている装置では、この際に磁気ヘ
ッドスライダーと磁気ディスクとの吸着を防止するた
め、ディスク基板上に磁気ディスクの円周方向にほぼ同
心円周上に機械的研磨を行って加工痕を残す加工(機械
的テクステャ)が行われている。ディスク基板に対して
のテクスチャ処理としては、他に薬品によるエッチング
処理、スパッタ処理、レーザー加工等が行われている。
一方、基板表面に特殊な結晶構造を有する結晶粒子を析
出させて、このような特殊なテクスチャ処理を行わない
方法も提案されている。磁気へッドにおいてのCCSに
対する対策としては、以下のものが知られている。
【0003】特開昭56−169264号公報では、記
録媒体面に対向するスライダー面に非接着性の膜を形成
し、スライダーの吸着を防止する磁気ヘッドが提案され
ている。また、特開平5−182189号公報では、磁
気へッドの磁気ディスク基板面に接するレール部に感光
性ガラス層を形成し、この感光性ガラス層の表面に凹凸
のパターンを形成し、これにより吸着を防止する方法が
提案されている。特開昭63−60127号公報には主
結晶相としてα−石英およびスピネルを析出させた磁気
ヘッド基板材用高強度高膨張性結晶化ガラスが開示され
ている。しかしながら、前述した非接着性の膜を形成し
たへッドについては、その皮膜が固体材料であれば摺動
時に皮膜の摩耗粉が摺動障害の原因となる可能性があ
り、液体であれば摩耗、摩擦による脱着を引き起こし、
スライダー付着物となり性能劣化を引き起こす可能性が
ある。
【0004】また、感光性ガラスを用いた磁気へッドで
は、磁気へッドに設けたガラス層の脱離の問題や、凹凸
を形成する際に感光処理またはエッチング処理を行わね
ばならず、コスト、手間等が増大するという問題を抱え
ている。結晶相にα−石英およびスピネルを析出させた
結晶化ガラスは高い強度を有しているが、その反面加工
性が非常に悪い。アルミナーチタン・カーバイト系焼結
材を用いた磁気へッド材料は非常に硬く、加工性が悪い
材料であり、そのうえボイドが多く、磁気へッドの生産
性および低コスト化を妨げる要因となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、結晶化ガラス
の析出結晶の結晶構造および結晶粒子を制御することに
より、表面特性に一段と優れた結晶化ガラスからなる磁
気へッド用基板およびその製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意試験研究を重ねた結果、極めて限定さ
れたSiO2 −Li2 O−P2 5 系原ガラスを、特定
条件の熱処理を行うことによって得られる結晶化ガラス
の結晶構造は、二珪酸リチウム(Li2 O・2Si
2 )の微細結晶の中に、α−クォーツ(α−Si
2 )の凝集球状結晶粒子とα−クリストバライトの球
状粒子の中から選ばれる1種又は2種がランダムに析出
した混晶状態の構造であり、この構造は機械的・化学的
に不安定な二珪酸リチウム結晶相及び、機械的・化学的
に安定なα−クォーツの凝集球状粒子とα−クリストバ
ライトの球状粒子の中から選ばれる1種又は2種の結晶
相との間に、研磨加工により機械的・化学的作用に対応
して、表面に凹凸を生じることを見いだし、更に、α−
クォーツの凝集球状粒子とα−クリストバライトの球状
粒子の中から選ばれる1種又は2種の結晶のサイズを制
御することにより、研磨してなる表面特性の優れた、磁
気ヘッド用基板材が得られることを見いだし、本発明を
成すに至った。
【0007】すなわち、請求項1に記載の発明は、磁気
へッド用結晶化ガラス基板において、前記結晶化ガラス
基板の主結晶相は二珪酸リチウム(Li2 O・2SiO
2 )および、α−クォーツ(α−SiO2 )及びα−ク
リストバライト(α−SiO2 )の中から選ばれた1種
又は2種の結晶との混晶であって、該α−クォーツは結
晶粒子がそれぞれ凝集した複数の粒子からなる球状粒子
構造であり、その球状粒子の大きさは0.1〜3.0μ
mの範囲の径を有し、該α−クリストバライトは球状結
晶粒子構造であり、その球状粒子の大きさは0.1〜
1.0μmの範囲の径を有しており、更に、前記結晶化
ガラス基板の研磨後の表面粗度(Ra)は5〜50Åの
範囲内であることを特徴とする、磁気ヘッド用結晶化ガ
ラス基板であり、
【0008】請求項2に記載の発明は、前記結晶化ガラ
ス基板は重量百分率で、 SiO2 65 〜83 %、 Li2 O 8 〜13 %、 K2 O 0 〜 7 %、 MgO 0.5 〜 5.5%、 ZnO 0 〜 5 %、 PbO 0 〜 5 %、 但し、MgO+ZnO+PbO 0.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 4 %、 Al2 3 0 〜 7 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを熱処理することによって得られるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の磁気へッド用結晶化
ガラス基板であり、
【0009】請求項3に記載の発明は、前記結晶化ガラ
ス基板は重量百分率で、 SiO2 70 〜82 %、 Li2 O 8 〜12 %、 K2 O 1 〜 6 %、 MgO 1 〜 5 %、 ZnO 0.2〜 5 %、 但し、MgO+ZnO 1.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 3 %、 Al2 3 1 〜 6 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを熱処理することによって得られるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の磁気ヘット用結晶化
ガラス基板であり、
【0010】請求項4に記載の発明は、磁気ヘッド用結
晶化ガラス基板の製造方法において、重量百分率で SiO2 65 〜83 %、 Li2 O 8 〜13 %、 K2 O 0 〜 7 %、 MgO 0.5〜 5.5%、 ZnO 0 〜 5 %、 PbO 0 〜 5 %、 但し、MgO+ZnO+PbO 0.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 4 %、 Al2 3 0 〜 7 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを400〜600℃の核形成温度で1
〜10時間の範囲で熱処埋し、つづいて、650〜85
0℃の結晶化温度で1〜10時間の範囲で熱処埋後、表
面を5〜50Åの表面粗度(Ra)に研磨することを特
徴とする、磁気ヘッド用結晶化ガラス基板の製造方法で
あり、
【0011】請求項5に記載の発明は、磁気ヘッド用結
晶化ガラス基板の製造方法において、重量百分率で SiO2 70 〜82 %、 Li2 O 8 〜12 %、 K2 O 1 〜 6 %、 MgO 1 〜 5 %、 ZnO 0.2〜 5 %、 但し、MgO+ZnO 1.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 3 %、 Al2 3 1 〜 6 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを450〜540℃の核形成温度で1
〜5時間の範囲で熱処理し、つづいて、730〜820
℃の結晶化温度で1〜5時間の範囲で熱処埋する後、表
面を5〜50Åの表面粗度(Ra)に研磨することを特
徴とする、磁気ヘット用結晶化ガラス基板の製造方法で
ある。
【0012】本発明の磁気へッド用基板を構成する結晶
化ガラス基板において、主結晶相は二珪酸リチウム結晶
(Li2 O・2SiO2 )および、α−クォーツ(α−
SiO2 )とα−クリストバライトの中から選ばれる1
種又は2種の結晶との混晶で、且つ、該α−クォーツ
は、それそれが凝集した複数の粒子からなる球状粒子構
造を有しており、その球状粒子の大きさは0.1〜3.
0μmの範囲であり、該α−クリストバライトは球状粒
子構造を有しており、その球状粒子の大きさは0.1〜
1.0μmの範囲であり、更に、研磨してなる該結晶化
ガラス基板の表面粗度は5〜50Åであることが、磁気
へッドと磁気ディスクとのトライボロジーの上で必要で
ある。好ましくは、α−クォーツの凝集球状粒子の大き
さは0.1〜2.0μm、α−クリストバライトの球状
粒子の大きさは0.1〜0.8μm、研磨後の表面粗度
が5〜40Åであり、特に好ましくは、α−クォーツの
凝集球状粒子の大きさは0.1〜1.5μm、α−クリ
ストバライトの球状粒子の大きさは0.1〜0.6μ
m、研磨後の表面粗度が5〜30Åである。
【0013】前記該磁気ヘッド用結晶化ガラス基板の組
成は、原ガラスと同様酸化物基準で表示し得る。以下
に、原ガラスの組成範囲に限定した理由について述べ
る。
【0014】SiO2 成分は、原ガラスの熱処理により
主結晶相としての二珪酸リチウム(Li2 O・2SiO
2 ) およびα−クォーツ・α−クリストバライトを生
成する極めて重要な成分であるが、その量が65%未満
では得られる結晶化ガラスの析出結晶が不安定で結晶組
織が粗大化しやすく、また、83%を超えると原ガラス
の溶融が困難となる。実験の結果、好ましい範囲は70
〜82%であり、特に好ましい範囲は70〜77%であ
ることが分かった。
【0015】Li2 O成分は、ガラスの熱処理により主
結晶相としての二珪酸リチウム(Li2 O・2Si
2 ))を生成する重要な成分てあるが、その量が8%
未満では上記結晶の析出が困難であると同時に原ガラス
の溶融が困難となり、また、13%を超えると得られる
結晶化ガラスの析出結晶の組織が粗大化しやすいうえ、
化学的耐久性および硬度が低下する。好ましい範囲は8
〜12%であり、特に好ましい範囲は8〜11%であ
る。
【0016】K2 O成分はガラスの溶融性を向上させる
と同時に析出結晶の粗大化を防止する効果を有する成分
であるが、7%を超えると、逆に析出結晶の異常成長・
結晶相変化及び化学的耐久性の低下をもたらすため、7
%以下とする必要がある。好ましい範囲は1〜6%であ
り、特に好ましい範囲は1〜5%である。
【0017】MgO、ZnOおよびPbOの二価金属酸
化物は、本発明における結晶化ガラスの主結晶相として
のα−クォーツ(α−SiO2 )の結晶を凝集した球状
粒子としてガラス中にランダムに析出させるための重要
な成分であり、実験の結果、所望の結晶を析出させるに
は、MgO成分は、0.5〜5.5%の範囲である必要
があり、ZnO、PbOは前記析出の調整補助を目的と
して、各々5%まで含有させることができる。但し、こ
の時上記3成分の合計量が0.5%未満では所望の結晶
粒径が得られず、また、5.5%を超えると所望の結晶
が析出し難くなる。尚、好ましい範囲は、MgOが1〜
5%、ZnOが0.2〜5%、但し、MgO+ZnOは
1.5〜5.5%の範囲であり、特に好ましい範囲は、
MgOが2〜4%、ZnOが0.5〜4%、但し、Mg
O+ZnOは2.5〜5.5%の範囲である。
【0018】P2 5 成分は、本発明において、ガラス
の結晶核形成剤として不可欠な成分であるが、その量が
1%未満では結晶核の形成が不十分であり、また、4%
を超えると、得られる結晶化ガラスの析出結晶が不安定
で組織が組大化しやすい上、原ガラスの溶融中に失透を
起こしやすくなる。好ましい範囲は1〜3%であり、特
に好ましい範囲は1.5〜2.5%である。
【0019】Al2 3 成分は、結晶化ガラスの化学的
耐久性を向上させる有効な成分であるが、その量が7%
を超えるとガラスの溶融性が悪化し、また、主結晶とし
てのα−クォーツの結晶析出量が低下する。好ましい範
囲は1〜6%である。
【0020】AS2 3 およびSb2 3 成分はガラス
溶融の際の清澄剤として添加し得るがその合計量は2%
以下で十分である。
【0021】なお、本発明においては、析出結晶粒径調
整用として、上記成分の他に所望の特性を損なわない範
囲で少量のB2 3 、CaO、SrO、BaO、TiO
2 、SnO2 およびZrO2 を含有させることができ
る。
【0022】また、上記組成範囲の原ガラスから磁気へ
ッド用結晶化ガラス基板を製造するには、上記組成を有
するガラスを溶融し、熱間成形あるいは冷間加工を行っ
た後、400〜600℃の核形成温度で1〜10時間の
範囲で熱処理し、つづいて、650〜850℃の結晶化
温度範囲で熱処埋することにより容易に製造することが
できる。核形成温度が400℃未満ではP2 5 成分の
分相によって引き起こされる核形成が不十分であり、一
方、核形成温度が600℃を超えると、結晶核として析
出する二珪酸リチウムの微結晶が均一に析出しないのと
同時に粗大な結晶核となるため、その後析出するα−ク
ォーツ(α−SiO2 )の凝集した球状粒子が分散し、
α−クォーツ単一結晶粒子となったり、α−クリストバ
ライトの異常粒径結晶を生成してしまう。
【0023】結晶化温度は、MgO成分等の二価金属酸
化物の効果と相まってα−クォーツの結晶を凝集した球
状粒子構造に、あるいはα−クリストバライトを球状粒
子構造に制御するのに重要な温度であるが、その温度が
650℃未満では、生成したα−クォーツ微結晶が凝集
して球状粒子構造を形成し難く、850℃を超えるとα
−クオーツ微結晶の凝集球状粒子構造もしくはα−クリ
ストバライトの球状粒子構造を保つことができなくな
る。尚、磁気へッド用基板として最も好適な表面粗度を
得るには450〜540℃の核形成温度で1〜5時間の
範囲で、つづいて、730〜820℃の結晶化温度で1
〜5時間の範囲で熱処埋するのがより好ましい。
【0024】次に、この熱処理により結晶化した結晶化
ガラスを、通常法によりラッピングした後、ポリッシン
グすることにより、表面粗度(Ra)が5〜50Åの範
囲の磁気へッド用基板材が得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】次に本発明にかかる好適な実施例
について説明する。表1〜6は、本発明の磁気へッド用
基板の実施組成例(No.1〜22)および比較例1,
2の組成を有する原ガラスを、表中にある条件(核形成
温度、結晶化温度及び各処理時間)にて製造し、得られ
た結晶化ガラスの結晶相および研磨後の表面粗度(R
a)の測定結果を示したものである。なお、表中におい
て、各成分の数値は重量%表示、α−クォーツはα−Q
と、α−クリストバライトはα−Cと表示した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】
【0030】
【表5】
【0031】
【表6】
【0032】本発明の上記実施例の磁気ヘッド用結晶化
ガラス基板は、いずれも酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原
料を混合し、これを通常の溶融装置を用いて約1350
〜1500℃の温度で溶融し、攪拌均質化した後、所望
の形状に成形し、冷却後、所定のガラス成形体を得た。
その後、これを所定の温度および所定の時間で熱処理
(結晶核形成・結晶化の各工程)を行うことにより、所
望の結晶化ガラスを得て、続いて、上記結晶化ガラスを
GC系砥粒でラッピング後、平均粒径9〜12μmの酸
化セリウムにて約30〜40分間ポリッシングして仕上
げた。表面粗度(Ra)の測定は表面粗さ計(Tenc
or P2)を、析出結晶の同定にはX線回折装置を用
いた。
【0033】実施例に示すように、本発明の磁気ヘッド
用結晶化ガラスは、二珪酸リチウム(Li2 O・2Si
2 )の微細結晶中に、α−クォーツ(α−SiO2
の凝集球状粒子及びα−クリストバライトの球状粒子の
中から選ばれる1種又は2種の結晶をランダムに析出さ
せることにより所望の表面粗度が得られる。一方、比較
例1の結晶化ガラス基板は析出結晶相がα−クォーツお
よびスピネルであるが所望の表面粗度が得られず、また
核形成温度および結晶化温度が本発明の熱処埋温度より
はるかに高温となるため、生産性が悪い。比較例2の結
晶化ガラス基板は析出結晶相がα−クォーツおよび二珪
酸リチウムであるが、析出結晶の粒径が大きすぎるため
に、所望の表面粗度が得られない。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による結晶化
ガラスの結晶構造は二珪酸リチウム(Li2 O・2Si
2 )の微細結晶の中に、α−クォーツ(α−Si
2 )の凝集球状粒子およびα−クリストバライトの球
状粒子の中から選ばれる1種又は2種の結晶がランダム
に析出した混晶構造であって、該α−クォーツの凝集球
状粒子については0.1〜3.0μmの範囲内の径を有
し、また該α−クリストバライトの球状粒子については
0.1〜1.0μmの範囲内の径を有しており、更に磁
気ヘッド基板を研磨してなる表面粗度(Ra)は5〜5
0Åの範囲内にあることにより、磁気ディスク装置の始
動/停止(CSS)特性向上のため従来の磁気ヘッド基
板材に必要であったレーザーテクスチャ、機械的、化学
的テクスチャ処理を全く施す必要のない表面粗度を有す
る磁気ヘッド用基板を得ることができる。
【0035】しかも上記範囲内の所望の表面粗度を熱処
埋条件を変えるだけで容易に得ることができるため、あ
らゆる表面粗度を有する磁気ディスク基板にマッチング
させることができる。さらに、基板表面は繊密な結晶構
造を有し、ピットやボイド等の表面欠陥も存在しない。
したがって、高密度記録用磁気ディスク装置に対して好
適な特性を備えた磁気ヘッド用基板を低コストで、か
つ、安定して量産することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G11B 25/04 101 G11B 25/04 101R

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気へッド用結晶化ガラス基板におい
    て、前記結晶化ガラス基板の主結晶相は、二珪酸リチウ
    ム(Li2 O・2SiO2 )結晶および、αークォーツ
    (α−SiO2 )とα−クリストバライト(α−SiO
    2 )の中から選ばれた1種又は2種の結晶との混晶であ
    って、該α−クォーツは結晶粒子がそれぞれ凝集した複
    数の粒子からなる球状粒子構造であり、その球状粒子の
    大きさは0.1〜3.0μmの範囲の径を有し、該α−
    クリストバライトは球状結晶粒子構造であり、その球状
    粒子の大きさは0.1〜1.0μmの範囲の径を有して
    おり、更に前記結晶化ガラス基板の研磨後の表面粗度
    (Ra)は5〜50Åの範囲内であることを特徴とす
    る、磁気へッド用結晶化ガラス基板。
  2. 【請求項2】 前記磁気ヘッド用結晶化ガラス基板は重
    量百分率で、 SiO2 65 〜83 %、 Li2 O 8 〜13 %、 K2 O 0 〜 7 %、 MgO 0.5 〜 5.5%、 ZnO 0 〜 5 %、 PbO 0 〜 5 %、 但し、MgO+ZnO+PbO 0.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 4 %、 Al2 3 0 〜 7 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを熱処理後、表面を5〜50Åの表面
    粗度(Ra)に研磨することによって得られることを特
    徴とする、請求項1に記載の磁気へッド用結晶化ガラス
    基板。
  3. 【請求項3】 前記磁気ヘッド用結晶化ガラス基板は重
    量百分率で、 SiO2 70 〜82 %、 Li2 O 8 〜12 %、 K2 O 1 〜 6 %、 MgO 1 〜 5 %、 ZnO 0.2〜 5 %、 但し、MgO+ZnO 1.5〜 5.5%、 P2 5 1 〜 3 %、 Al2 3 1 〜 6 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを熱処理することによって得られるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の磁気へッド用結晶化ガ
    ラス基板。
  4. 【請求項4】 磁気へッド用結晶化ガラス基板の製造方
    法において、重量百分率で、 SiO2 65 〜83 %、 Li2 O 8 〜13 %、 K2 O 0 〜 7 %、 MgO 0.5〜5.5%、 ZnO 0 〜 5 %、 PbO 0 〜 5 %、 但し、MgO+ZnO+PbO 0.5〜5.5%、 P2 5 1 〜 4 %、 Al2 3 0 〜 7 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを400〜600℃の核形成温度で1
    〜10時間の範囲で熱処理し、つづいて、650〜85
    0℃の結晶化温度で1〜10時間の範囲で熱処理した
    後、表面を5〜50Åの表面粗度(Ra)に研磨するこ
    とを特徴とする、磁気へッド用結晶化ガラス基板の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 磁気へッド用結晶化ガラス基板の製造方
    法において、重量百分率で、 SiO2 70 〜82 %、 Li2 O 8 〜12 %、 K2 O 1 〜 6 %、 MgO 1 〜 5 %、 ZnO 0.2〜 5 %、 但し、MgO+ZnO 1.5〜 5.5%、 P2 5 1 〜 3 %、 Al2 3 1 〜 6 %、 AS2 3 +Sb2 3 0 〜 2 % からなる原ガラスを450〜540℃の核形成温度で1
    〜5時間の範囲で熱処理し、つづいて、730〜820
    ℃の結晶化温度で1〜5時間の範囲で熱処理した後、表
    面を5〜50Åの表面粗度(Ra)に研磨することを特
    徴とする、磁気ヘッド用結晶化ガラス基板の製造方法。
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