JPS5827565B2 - 磁気ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

磁気ヘッドおよびその製造方法

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JPS5827565B2
JPS5827565B2 JP52112815A JP11281577A JPS5827565B2 JP S5827565 B2 JPS5827565 B2 JP S5827565B2 JP 52112815 A JP52112815 A JP 52112815A JP 11281577 A JP11281577 A JP 11281577A JP S5827565 B2 JPS5827565 B2 JP S5827565B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気−\ラドの作動ギャップ部材を溶融するこ
となしにギャップ形成ができ、従ってギャップ長精度が
良く、ギャップ中欠陥が少く、かつ電磁変換特注のすぐ
れた磁気ヘッドおよびその製造方法を提供するものであ
る。
従来、磁気ヘッドの作動ギャップ用の非磁性体スペーサ
としては、その記録媒体磁は体表面との摺動に際して作
動ギャップの機械的くずれを生じたり、磁気へラドコア
の摩耗度合に比して極度に作動ギャップ部が摩耗するこ
とのないよう、硬度が高く、耐摩耗性にすぐれているガ
ラス材をこのギャップ部材として用いることが広く行な
われている。
このガラスギャップの形成法としては、ガラス微粉末混
合液中に磁気へラドコア材を入れ遠心分離によってガラ
ス微粉末の均一層をこのコアのギャップ対向面に堆積さ
せ、これを焼付けてガラス薄膜を形成した後、2つのギ
ャップ対向面をこのガラス薄膜を介して突合せ、ギャッ
プ形成熱処理により融着せしめて作動ギャップを形成す
る方法や、所定のギャップ長の高融点スペーサを介して
2つのギャップ対向面を突合せてギヤツブ長分の空隙を
保持し、この空隙にギャップガラス部材を溶融浸透させ
る方法等が知られている。
最近ではこのガラス薄膜を直接蒸着形成する技術として
高周波スパッタ蒸着法が実用化されており、この高周波
スパッタ蒸着により付着したガラス膜は、数々の点で従
来法と比べて利点を有している。
その第1は、従来法がそのギャップ長のコントロールに
おいて焼付ガラス膜厚のコントロールや、ギャップ長空
隙間隔保持用のスペーサによるコントロールに依存して
いたためその精度にも限度があるのに対して、スパック
蒸着によるガラス薄膜の形成においてはその膜厚を蒸着
プロセスでコントロールできるためその精度は前者に比
べて格段に良いことである。
膜厚1μm以下ではその膜厚精度を±0.02μmにコ
ントロールすることが可能である。
その第2は、従来法がそのギャップ部材ガラスを溶融形
成するため、磁気へラドコア部材とこのギャップ部材の
界面が浸蝕、拡散によって浸されるのに対して、スパッ
タ蒸着したガラスと磁気へラドコア部材の界面は最小限
の浸蝕とすることができることである。
もしスパック蒸着工程後の熱処理において、この界面の
劣化を生じせしめない方策を取るならば、磁気ヘッドの
作動ギャップのトレーリングエッヂ(レコーディングエ
ッヂ)における漏れ磁界の急峻さを得ることができるた
め、その電磁変換%注のうち特に高周波信号の記録にお
いて高出力の記録再生の可能な磁気ヘッドを得ることが
できる。
その他粉末ガラス焼付による薄膜ガラスに比べて、スパ
ッタ蒸着したガラス薄膜の表面あらさは高々0.02μ
mで十分滑らかなため、ギャップ形成時の密着度が良い
ことも挙げられる。
このようにスパッタ蒸着ガラス膜は種々の利点を有する
が、このスパッタ蒸着法をただ単に非磁性ギャップ部材
の形成法として従来法におきかえるだけではこれらの利
点を十分に完成磁気ヘッドの品質に反映させることはで
きない。
すなわち、通常の工程ではこのギャップ部材は接着のた
め、溶融させられるため、いくら膜厚精度を向上させで
もこの膜厚と完成磁気ヘッドのギャップ長との間に差異
を生じてしまう。
かつこの間の相関はギャップ形成熱処理条件(温度、保
持時間、コア押圧力等)によって異なり、バラツキも大
きい。
さらにギャップ部材の溶融接着時には磁気ヘッドコアと
の界面が浸蝕、拡散を受は上述第2のスパック膜の利点
を生せなくなることである。
本発明は、これらの従来の欠点を解決しスパック蒸着し
たギャップ部材の利点をその完成ヘッドの品質に結びつ
けることができるよう、そのギャップ形成時の接着を、
ギャップ部材を溶融させることなしに行ない得る磁気ヘ
ッドおよびその製造方法を提供するものである。
以下本発明の詳細について説明する。
本発明の磁気ヘッドにおいてはスパッタ蒸気を用い、そ
のギャップガラス部材の組成が810265〜85mo
lφ、82038〜30 mo1%の硼珪酸ガラスで、
アルカリ金属酸化物Na2Oおよびに20を2〜15m
0l俤、Al2O2を0.1〜5mol係を含みかつ酸
化硼素とアルカリ金属酸化物のモル比が NaO+K・O〈。
、4”05〈B2O3+ Na2O+ K2Oである。
この組成範囲のギャップガラスを高周波スパッタ蒸着法
にて磁気コアギャップ対向面に付着せしめ、これを介し
てギャップ対向面を突合せ、これを上記のスパッタガラ
ス膜の転移点より高いがその屈伏点より低い非溶融温度
域で加熱接着するものである。
ここで転移点はガラスの温度−熱膨張%注曲線における
変曲点を指しており、転移域と呼ばれる異常熱膨張を示
す温度範囲の下限温度である。
また屈伏点は同じくガラスの温度−熱膨張%注曲線にお
いて熱膨張のピークを示す。
軟化点より小さい温度であってガラスに外荷重が加わっ
ている場合にこれ以上の温度で永久変形が進行する限界
温度である(粘度は1010〜10” pols )。
上記スパッタ蒸着ガラス膜がその転移点から屈伏点まで
の非溶融温度域で接着することは新規な事象であり、そ
の接着メカニズムについて後述する。
このような組成範囲のガラスをギャップ部材に持つ磁気
ヘッドは次のような特徴を持つ。
すなわちその製造プロセス中にギャップ部材の溶融を生
じないためギャップ膜厚にほぼ等しいギャップ長を持っ
た磁気ヘッドが得られる。
従ってギャップ長のコントロールは膜厚のコントロール
によって行なうことができ、かつこの膜厚のコントロー
ルはスパッタ蒸着プロセスで行なうため極めて高精度の
コントロールが可能である。
本発明の実用化試作実験に当ってはギャップ長0.25
〜2μmを持つ磁気ヘッドの試作に当り、スパッタギャ
ップガラス膜の膜厚をレーザ干渉計測によりスパッタ蒸
着中のインプロセスで測定することにより膜厚0.25
〜1μmの範囲で±0.02μmの精度で膜厚をコント
ロールすることができた。
さらに完成磁気ヘッドのギャップ長は、±0.05μm
の寸法公差に対して100%歩留りで試作することがで
きた。
さらに製造プロセス中にギャップガラス部材の溶融を伴
わないため、溶融接着タイプの磁気ヘッドで常に問題と
なっていたギャップ中欠陥がこの場合には生じないとい
うメリットを持つ。
すなわちスパッタ蒸着したガラス膜を溶融した膜は必ず
しも均質な溶融ガラス質のものではなく、基盤部材であ
るコアとの反応生成物や、基盤表面に付着残留している
有機物との反応生成物や、さらに気泡等の異物や欠陥を
含みやすく、完成磁気ヘッドのギャップ中にはこれらに
起因する欠陥を生じやすかった。
しかるに本発明の磁気ヘッドではギャップ部材を溶融す
ることなしにギャップ形成できるため原理的にこれらの
欠陥は生じない。
また、本発明のスパッタガラス組成物を単独でギャップ
部材とする場合、磁気コアのギャップ対向面とこのギャ
ップ部材の界面は、ギャップ接着の熱処理時に大幅な相
互拡散、侵蝕を受けないため、記録漏えい磁束の急峻さ
を持つことができ、すぐれた電磁変換特注を得られる。
以下実施例について詳述するに、第1図a〜fは磁気ヘ
ッドの製造プロセスの説明図であり、アペックス部1を
持つ巻線用溝2を加工してフロントギャップ対向面3と
パックギャップ対向面4を形成した片側コア5と、ギャ
ップ対向面6を持つもう一方の片側コア7を素材から切
断、研削加工により前加工しa、ギャップ対向面3,4
および6をラッピングにより鏡面加工しb、これらのギ
ャップ対向面にスパッタ蒸着によりギャップスペーサと
して前記組成のガラス薄膜8を形成する。
次にこれらの2つの片側コア5および7をギャップスペ
ーサ8を介して突合せ、ボンドガラス9を巻線溝2のア
ペックス部1に配置して加熱処理しギャップボンディン
グを行なうd。
このギャップボンディングは加熱中に常にギャップ対向
面が突合わされた状態で保持するよう高温耐力に優れた
バネ材によりコアに背圧がかかるよう構成した専用のギ
ャップ形成治具を用いて行なう。
ボンディングの完了したコアはバックギャップ部を切断
により落しe、この切断面11を鏡面加工し、別に用意
した■型コアパー12に巻線をほどこして前記切断面1
1に突合せ合体することにより完成ヘッドチップとなす
foこの完成した磁気ヘッドチップは適当なケーシング
13を行ない完成ヘッドとなす。
磁気へラドチップは作動ギャップ14をその記録媒体摺
動面15に持ちその磁路内に巻線16を有する構造とな
る。
実施例で用いたコアは熱間プレスにより製造されたM。
−Zn系フェライト(Fe20353% MnO28
,0% Z2019.0%;重量係)である。
また、ギャップ部材としては5in280 mo1%。
B20313mo1% 、 Na20−に204m01
% 。
AI2032 rn7 % の低アルカリ硼珪酸ガラ
スおよびSIO267m0101)、B20322mo
1%、Na2Oに206.5mcJ % t AI 2
032 mo7 % の低アルカリ硼珪酸ガラスであ
る。
酸化硼素B2O3とアルカリ金属酸化物Na202に2
0のモル比 は前者の場合0.235、後者の場合0.228である
膜厚は0.15μm(ギャップ長0.3μm)および0
.5μm(同1μm)の2種を実施した。
低アルカリ硼珪酸ガラスではAl2O3の様な分相抑制
材を含まない場合、ある特定の組成範囲では適当な熱処
理により分相現象を生ずることが知られている。
第2図はアルカリ金属酸化物としてNa2Oを含んだア
ルカリ硼珪酸ガラスのこのような分相域を示したもので
図中X−Xで示される範囲内の組成のガラスは常温で分
相を生じているか、もしくはその転移点〜屈伏点の温度
で熱処理を行なうと分相を生じる。
分相は5IO2リツチの高融点の高温成分ガラスと可溶
性硼珪酸ガラスの低融点の低温成分ガラスの二層に分離
する現象であって通常実用ガラスではこの分相を抑制す
るためにAl2O3等を若干添加する。
図中SD′で表わした破線はNa2O・5B203の組
成に相当する線でガラス構造篩によ1−L7fこの線を
境にして低アルカ’J(Na2 o)側のS D’Hの
領域を蓄積域、高アルカリ側を切断域と呼び、蓄積域で
はS iO4四面体とB03三角形の構造を持つ母材に
はいった修飾酸化物Na2Oは蓄積されるだけで酸素橋
は打開されないが、これが上記限界を越えると酸素橋の
切断が行なわれる。
分相はこの境界を中心とした領域で起こる。
分相性ガラスの特徴はその転移点が低く、屈伏点が高く
、すなわち転移点〜屈伏点間のいわゆる異常膨張域の温
度範囲が広いことであり、分相を起こすにはこの温度域
で長時間加熱保持してやればよい。
この分相域相当組成のガラスで分相抑制材を若干含んだ
ガラスのスパッタ蒸着膜が、その転移点〜屈伏点間で非
溶融状態で接着する。
この状態では、通常の意味での分相は生じてはいないが
、ミクロに見て分相に相当する現象が生じて低温成分が
この接着に関与していると考えられる。
事実この組成範囲のガラスの水溶MEは他に比べて大き
く、アルカリ溶出量の増加が見られ、接着界面における
アルカリ金属の移動が容易な状態となっていると推定さ
れる。
常温範囲における熱膨張率はS i02 consta
ntとした場合には上記のS D’線に添って熱膨張率
最低となる傾向があり(実測値は若干これとずれている
)、この組成範囲のガラスは一般に熱膨張率が小さい。
この点はスパッタ蒸着技術上の利点として重要である。
すなわち熱膨張率が大きすぎるとこれをターゲットとし
て+イオンでたたく場合の過熱によりターゲットかわれ
てしまいターゲットとしての用をなさない。
これを解決する一方法は粉末ガラスをターゲットとする
ことであるが極薄膜の蒸着プロセスに粉末を使用するこ
とは、粉末の飛散による歩留りの低下をきたし望ましく
ない。
この点この組成範囲のガラスは熱膨張率が小さく固体ガ
ラスターゲットとして使用可能である。
前記スパッタガラス膜の組成は、S 102B203−
に2O−Na20−Al2O3系からなるもので、その
組成範囲は5i0265〜85mo1% 、B2O33
〜30mol’% 、 Na20+に202〜15 m
o1%、Al2030.1〜S mcJ係でかつ のモル比を有するものである。
SiO2を65〜85mcJ %と限定したのはS t
0265 rnolJφ以下ではこのガラス系はビッ
カース硬度が500以下でギャップガラスとしては適さ
ず、85mo10I)以上ではその融点が1ooo℃付
近に達し融着が困難となるためであり、アルカリ金属酸
化物Na2O+に20を2〜15 mo1% と限定
したのは15mo101)以上では熱膨張率が70 X
10−7/’C以上となり固体ターゲットによるスパ
ッタ蒸着が困難となり、2 ma1%以下では修飾酸化
物添加効果がないからである。
また酸化硼素B2O3とアルカリ金属酸化物Na2O+
に20のモル比を と限定したのは上記S D’線の上記モル比0.167
を中心として、下限と上限は分相域を包含して、転移点
〜屈伏点の温度域で接着可能な範囲であり、実1験的に
定めた。
AI2030.1〜5mol多は分相抑制材として添加
するものである。
上記以外の数値限定は、以上の限定でほぼ制限される範
囲でありB2O3を8〜30molfOと限定したのは
8m0l係以下では高融点であり30 mo1%以上で
はビッカース硬度が500以下であるからである。
これらの組成を持ったスパッタ蒸着膜はほぼ同絹成のガ
ラスをターゲットとしてスパッタ蒸着することによって
得ることができる。
クーゲット組成と膜組成は、電子線マイクロアナライザ
(EPMA)およびS2次イオン質量分析(IMS)に
て比較したところS iO2およびB 203.6分の
変動はほとんどなく、Al2O3が若干域、Na2O,
に20力5減の傾向の変化を示した。
従ってターゲラl−Ag戒としてはアルカリ金属酸化物
Na207 K20を多い目に含む材質を使用すればよ
い。
分相抑制材のAl2O2が若干減となる組成変化は、本
発明の低温接着性を増大させる傾向である。
次に実施例の磁気ヘッドのギャップ部を強制的に剥離し
て調べた結果に基づき判明した本発明のギャップ部材の
は質について説明する。
第1図eに示した完成ギャップドパ−のテープ摺動面を
、ギャップ深さ0.5 mmまでラッピング加工し、長
さが31間あるこのギャップドパ−から1 mmのコア
厚の磁気コアチップを25ケ切断により切出し、この各
磁気コアチップのギャップ部が剥離するよう荷重を加え
て、この剥離面を観察した。
なお、片側コア6.7のギャップ対向面3,6に付着さ
れるギャップ部材はそれぞれ第1層としてS io 2
が4000Aの厚さまでスパッタ蒸着され、その上に第
2層としてS i0267 mo1%、B20゜22m
、o#% 、 Na2O、K2O6,5mcJ% 、
Al2032 moe % の組成の低アルカリ硼珪
酸ガラスが500人の厚さまでスパッタ蒸着されて、両
片側コア6.7のギャップ部材の合計膜厚は9000人
である。
この2つの片側コアをスパックガラス膜を介して突合せ
、700℃で1時間の熱処理で両者を接着した。
前記25ケの磁気コアチップのうち75係は剥離過程で
フェライト部(コア部)で破壊したが25係はギャップ
ガラス膜部で剥離した。
このようなギャップガラス膜部で強制剥離された両コア
の剥離面のガラス膜の干渉色よりスパッタ蒸着した時の
ガラス膜の表面の一部が剥離面に残っており、明らかに
通常の溶融接着と異なることがわかる。
第3図a、bは、この両コアの剥]離面の表面形状を触
針式表面形状測定器で調べたもので、それぞれ両コアの
剥離面の互に対向する部分の断面形状を示している。
この両者の表面形状は当然対の関係にあり、第1層目の
膜厚が4000人、第2層目の膜厚が500人である事
実から考えて、剥離部の大部分は第1層目同志の界面(
図中点線で表示)で生じていることがわかる。
詳細の観察すると、さらに剥離は第1層目と第2層目の
弁面でも起っていることがわかる。
このように接着が非溶融の状態で生じていることが明ら
かであり、スパッタ蒸着したガラス膜厚の膜厚にちょう
ど等しいギャップ長の磁気ヘッドを得ることができる。
なお上述の実施例はコア材としてM。
−Zn系フェライトを用いた場合であったが、センダス
トをコア材としても同様の効果があった。
このように本発明は酸化物磁性体磁気ヘッドにも金属磁
性体磁気ヘッドにも有効である。
以上の説明ではスパッタ蒸着膜の付着強度について特に
ふれなかったが、本発明の組成範囲内のガラスでも膜厚
が大きい場合にその付着強度の点で差異があり、前述実
施例のS i0280 mol!優。
B 20313 rno1%t Na2OHK204
mo1%、Al2032 mo1%の場合、付着速度が
1300λ/hour以上となると基盤からはく離した
(基盤Mn−Z、フェライト、基盤温度150’C1膜
厚0.5μm)。
これ以下の付着速度では付着可能であるが、プロセス能
率上好ましくない。
付着強度は一般に高珪酸、低硼酸、低アルカリのガラス
程太きいが、基盤の洗浄度合にも大きく影響され、付着
可能速度が小さいということはそれだけ付着強度の点で
不安定性を持っており、製造プロセス上の難点であった
そこで付着強度をより強固に確保するためには磁気コア
のギャップ対向面に予め他の組成の付着強度の大きい物
質を蒸着しておき、この上に前記本発明の組成範囲のガ
ラスを蒸着すると付着強度は改善される。
実施例ではこの下地蒸着膜として5i02スパッタ蒸着
膜を採用したところ本発明で限定した全範囲の組成のガ
ラスについて安定してスパッタ蒸着を実施することがで
きた。
この場合、2層膜の膜地を1層目5i020.1 μm
、 2層目0.4μmとした場合と1層目S+020.
4 μm 、 2層目0.1μmとした場合を比較実験
し、両者とも本発明の効果を示して低温ボンディングに
よる高精度、無欠陥のギャップを形成することができた
前者の比率では第1層目はコンタクトマテリアルを付着
させているのに対し、後者の場合は第1層目がギャップ
部材の大幅を占め、第2層目が低温ボンド用の接着材層
となっているという解釈もできよう。
この2層構造では界面の問題は第1層目の問題となるの
でより高融点の材質を第1層目に蒸着すれば、ギャップ
ボンド中の界面劣化をさらに軽度に押える方策も可能と
なる。
さらにキャップ中欠陥の界面残留不純物に起因するもの
は、同様に高融点のガラスを用いることによりより完壁
にシャットアウトすることができる。
なおギャップ長が小さく膜厚が小さい場合には付着強度
に問題はなく上記の2層構造を取ることなく本発明の組
成のガラスを付着することができる。
また、上述の実施例はコア材としてM。
−Zn系フェライトを用いた場合であったが、コア材と
してセンダストおよびパーマロイを用いて2層膜構造と
し、第1層目に8102を付着せしめたところ、コア材
である金属磁性体とギャップガラス材の熱膨張率の差異
が大きいにもかかわらず安定して第2層目の膜をスパッ
ク蒸着でき、かつ高精度、無欠陥のギャップを形成する
ことができた。
このように金属磁性体磁気ヘッドのギャップ材としてガ
ラスを用いることは一般に熱膨張率差の点から難かしい
とされていたが、センダスト、パーマロイ等の金属磁性
体磁気コアで磁性ヘッドを横取したときにも有効である
【図面の簡単な説明】
第1図a = fは本発明の磁気ヘッドの製造プロセス
の説明図、第2図は本発明に係るアルカリ硼珪酸ガラス
の組成説明図、第3図は本発明により製造された磁気ヘ
ッドのヘッドギャップ部の剥離面の断面図である。 1・・・・・・アペックス部、2・・・・・・巻線用溝
、3・・・・・・フロントギャップ対向面、4・・・・
・・バックギャップ対向面、5・・・・・・片側コア、
6・・・・・・ギャップ対向面、7・・・・・・片側コ
ア、8・・・・・・ガラス薄膜、9・・・・・・ボンド
ガラス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 磁気コアのギャップ形成面に、510265〜85
    mo1%、B2O33〜30mo1%の硼珪酸ガラス
    で、アルカリ金属酸化物Na2Oおよびに20を2〜1
    5 mo1% 、 AI203を0.1〜5 molj
    %を含み、かつ酸化硼素とアルカリ金属酸化物のモル比
    がであるスパッタ蒸着によるガラス膜を有する磁気ヘッ
    ド。 2、特許請求の範囲第1項において前記スパックガラス
    膜と前記磁気コアのギャップ形成面に前記スパッタガラ
    ス膜と異なる成分の層を介在させたことを特徴とする磁
    気ヘッド。 3 特許請求の範囲第2項において前記界なる成分の層
    はS i02層であることを特徴とする磁気ヘッド。 42つの片側磁気コアのギャップ対向面に、スパッタ蒸
    着によりガラス膜を形成し、その組成が5i0265〜
    85 mo1% 、 B2O38〜30 mo1%の硼
    珪酸ガラスで、アルカリ金属酸化物Na2Oおよびに2
    0を2〜15 mo1% 、 Al2O3を01〜5m
    ol咎を含み、かつ酸化硼素とアルカリ金属酸化物のモ
    ル比が の範囲であり前記スパッタガラス膜を介して2つの片側
    磁気コアを突合せ、これを前記スパッタガラス膜の転移
    点より高く、屈伏点より低い温度に加熱し接着せしめる
    ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 5 %許請求の範囲第4項において2つの片側磁気コア
    のギャップ対向面にスパック蒸着により2層の組成の異
    なる薄膜を形成し、第2層目の膜の組成が、5i026
    5〜85mo1%、B2O33〜30mo1%の硼珪酸
    ガラスで、アルカリ酸化物Na2Oおよびに20を2〜
    15 r?ro1% 、 Al2Oを0.1〜5mo1
    %含み、かつ酸化硼素とアルカリ金属酸化物のモル比が の範囲のガラスとし前記薄膜を介して2つの片側磁気コ
    アを突合せ、これを前記2層目のスパックガラス膜の転
    移点より高く、屈伏点より低い温度に加熱し接着せしめ
    ることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 6 特許請求の範囲第5項において第1層目の膜が5i
    02である磁気ヘッドの製造方法。
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