JPS6066361A - 磁気ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデータ処理技術、特に磁気ディスク・ファイル
の分野で使用される磁気ヘッドに係り、％にスライダー
に使用される非磁性基板の拐料金適切に選択した磁気ヘ
ッドに関する。

磁気ディスクに用いられる磁気ヘッドとしては、例えば
日本特許公開公報特開５７　５ｆｉ９号に示されている
ような構造のものがよく使用されている。このようなフ
ローティン・グヘンドにおいては、非磁性基板あるいは
磁性基板からなるスライダーの後端部に高透磁率をもつ
磁性材料で作られた磁気コアが固定されている。スライ
ダーの下面側で、磁気コアは磁気変換用ギャップを有し
、またこの磁気コアには電磁変換用巻線が施されて磁気
トランスデー−サーが構成されている。このような構成
の７０−ティング磁気ヘッドは磁気ディスクが静止して
いる時は、スプリングの力で軽く磁気ディスクに接触し
ている。磁気ディスクが回転している時には、磁気ディ
スク表面付近の空気が同様に動いて、磁気ヘッドのスラ
イダー下面を持ち上げるように流れる。

磁気ヘッドの磁気トランスデー−サ一部分はＬｉｎ　−
Ｚ　ｎフェライトやＮ　ｉ　−Ｚ　ｎフェライトのよう
なソフトフェライトで作られることが多い。しかし、磁
気ディスクの記録密度を上げた場合、磁気コアの幅及び
磁気変換用ギャップの長さを小さくすることが要求され
る。この場合、磁気コアとしてスパッタリングなどで作
られた磁性薄膜−ノ（−マロイ薄膜、アモルファス金属
薄膜−が使用される。また、一方の磁気コアをソフトフ
ェライトで作り、他方のコアを磁性薄膜にすることも行
われている。薄膜コアにした場合、Ａ１．αなどの絶縁
性材料の薄膜を磁性薄膜とスライダーとに共通に、設け
て電磁変換用巻線と磁性薄膜間、電磁変換用巻線間の電
気絶縁を得ることもある。また、非磁性基板スライダー
が比較的低い電気抵抗を持った材料で作られている場合
、スライダーと磁性薄膜間を絶縁するためにスライダー
面に絶縁性材料の薄膜を付着させ、その上に磁気トラン
スす−一サーが形成されることもある。

このような磁気ヘッドは、磁気ディスクの回転中は空気
の流れによって浮上しているので磁気ディスクと接触す
ることはないが、磁気ディスクの回転を開始するとき及
び回転を止める時には、磁気ヘッドは磁気ディスク面に
接触する。磁気ディスクの回転を止める時の接触の状況
は、磁気ディスクの回転を落して来た時に、その表面の
空気の流れも次第に遅くなる。こうして、磁気ヘッドの
浮力が失われた時磁気ヘッドは磁気ディスク面にぶち当
る。その反動で、磁気ヘッドはとび上り、またディスク
面に落ちる。このような運動を何度か繰返した上で、磁
気ヘッドは磁気ディスク上を引きづられる様になり、最
後に停止下る。このような起動停止時の衝撃に磁気へノ
ドは耐える必要があり、その性能をＣ８Ｓ性（Ｃｏｎｔ
ａｃｔ−８ｔａｒｔ−８ｔｏｐ）と呼ばれることがある
。

Ｃ８Ｓ性能を向上させるには、磁気ヘッドのスライダ一
部は摺動性に優れていることが重要である。更に、スラ
イダーの表面が平担で気孔が存在る。

磁気ヘッドは上に述べた様にＣ８Ｓを受け、また磁気デ
ィスクと接触摺動する。この時に摩擦帯電が起ると磁気
トランスデユーサ÷の信号巻線にノイズが発生したり、
磁気ヘッドの浮上量が変わったりする恐れがある。そこ
で、摩擦帯電のできるだけ生じない材料で磁気ヘッドの
スライダ一部を構成することが望ましい。

磁気ヘッドのスライダ一部の構造は、例えば日本特許公
開公報特開５５−１６３６６５号に示されている様に、
極めて複雑な構造をしている。このような構造の磁気ヘ
ッドを生産性良く作るには、機械加工性の良好なことが
必要である。加工時の切削抵抗の少ないことや、切断ブ
レードなどへの目づまりのないことなどが要求される。

また、加工時に加工された部分の結晶粒の脱落が起るが
、この脱落部分が出来るだけ小さいことが望ましい。

そのためには、スライダーを構成している材料の結晶粒
が小さいことが望ましい。

５５−１６３６６５号に開示されている。その磁気ヘッ
ドのス→イダーはＡＩ、ＱとＴＩＣとの混合物で作られ
ていて、ＡＩ、０．とＴｉＣの重量比は６０；４０から
８０：２０の範囲にある。ＡＩ、０．〜ＴｉＣセラミッ
クスは、加工性が良好で複雑な形状のものを加工した際
、クラックやチッピングを生じることはない。また耐摩
耗性にも優れている。

しかし、このキラミック全磁気ヘッドのスライダーとし
て用いた際の最も重要な性能であるＣ８Ｓ性、特に摺動
特性に劣っている。ＡＩ、０．は電気絶縁性が高いので
、電気抵抗を下げるためにＴｉＣを上の公報で述べてい
るように多く含有させる必要がある。

そこで、本発明は摺動特性の優れたスライダーを持った
磁気ヘッドを提供することを目的とする。

更に、本発明の磁気ヘッドによれげ、摩擦帯電が少くま
た機械加工性も良好になる。

そこで、本発明の磁気ヘッドは、非磁性基板上に強磁性
体片及び信号コイルで構成された磁気トランスデー−ザ
が配置されており、上記非磁性基板として摺動性のよい
ジルコニアセラミックスを用いたことを特徴としている
。

本発明の実施にあたり、磁気トランスデユーサとして薄
膜磁性材料で作られた磁気コアを用いることができ、絶
縁性薄膜を磁気コアと非磁性基板の両方の上に共通して
付着し、あるいは、非磁性基板と磁気コア間に付着させ
ることもできる。

本発明の磁気ヘッドにおいては、ジルコニアセラミック
スとしては、ジルコニア相からなる主相（マトリックス
）に、周期率表ｒｖａ、ｖａ、ｖｘａ族から選ばれた少
くとも１種類の元素の炭化物微粒子を分散させた材料が
望ましく、特にＴＩＣ微粒子を分散させていることが望
ましい。

更に、ジルコニア相からなる主相に、炭化物微粒子に加
えてアルミナ微粒子を分散させることが望ましい。ジル
コニア相に炭化物微粒子、特にＴｉＣ微粒子、やアルミ
ナ微粒子を分散させることによりジルコニア相の結晶粒
の成長を防ぎ、マトリックスの結晶粒を微細化する働き
があるものと考えられる。

ジルコニア相４０〜ｇ□ｖｏ１％に対して、炭化物微粒
子０５〜３Ｑｖｏ１％、アルミナ微粒子０５〜３Ｑｖｏ
　１％を含むことが望ましい。炭化物微粒子としてＴｉ
Ｃを用いた場合、０．４〜２６゜３　ｗ　ｔＸ　（ｊ’
５’Ｅ”　０．３４〜２２．５　Ｘ　（７）　Ａ　Ｉ−
０−’ｅ　含ミａ部が実質的にジルコニア相であること
になる。不純物としては通常許容される程度のＳｉｎ、
Ｆｅ。

αは、含有することが出来るが、ＦｅｙＱの量は０゜１
ｗｔ％以下にすることが望ましい。ＳｉＱの量は５ｗｔ
％までは問題にならない。また、通常はジルコニア相に
固溶されていると考えられている。

Ｙ、Ｏ，ＮＣａ　Ｏ，Ｍ’ｇ　Ｏなどが部分的に析出し
て来て、分散粒子となり、あるいは、添加したＴｉＣや
Ａ１．０．などと結合あるいは反応した微粒子としてジ
ルコニア相中に分散させることもあるが、これは問題で
はない。

Ａ１′。”　と　１“０の量−上に述ゝたように０５〜
３Ｑｖｏ　１％添加するの赤望ましいが、更に望ましい
量は１−１０ＶｏｌＸである。ＡＩ、０゜て、結晶粒の
粗大化するのを防ぐが、同時にジルコニアセラミックス
を切削する際に、高硬度の炭化物がドレフシングの役割
をして、ダイヤモンドブレードの目づまりを防止する。

ジルコニア相としては安定化ジルコニア相、すなわち立
方晶シルコニ゛アであることが望ましい。

立方晶ジルコニアは摺動特性に優れるので磁気ヘッドの
スライダー材料に適している。

ジルコニア相を安定化するには、Ｙ、０．ＸＭｇＯ１Ｃ
ａＯ等の安定化剤を添加する。これらの安定化剤を添加
しないジルコニアは高温（２４００℃以上）では立方晶
（Ｃ−相）であるが、温度を下けて２′＋ＱＯ℃〜！７
１２０ｏ℃の範囲では正方晶（を−相）となり、常温Ｃ
駒１１ｏｏ　℃以下）では単斜晶（ｍ−相）となる。

そこで、安定化剤の量がきわめて少い場合、ジルコニア
は常温ではｍ−相になるが、安定化剤の量を増加すると
ｔ−相が常温で存在するようになり、更に安定化剤の量
を増やすと常温でもＣ−相で存在することになる。

そこで本発明の磁気ヘッドにおいては、そのスライダー
材料のジルコニア相には常温においても立方晶ジルコニ
アとして存在するだけの安定化剤を含有させることが望
ましい。Ｙ、　０．の場合、ジルコニア相のなかに５〜
２０ｍ０１％含有され、残部実質的にＺｒＯ，であるこ
とが望ましい。しかし、ＭｇＯやＣａＯも同時に含有さ
れても問題ない。

このような安定化剤が過剰に含まれた場合、立方晶ジル
コニアのなかにＹ、　Ｚ　ｒ、　０．、のようなＺ　ｒ
　Ｏ。

−Ｙ、　Ｏ，の化合物が析出して、摺動性の劣化、強度
の低下をまねく。そこで２０ｍｏ１％以上のＹ、Ｏ。

を含有することは望ましくない。安定化剤が少くなると
上に述べたように、を相やｍ相も生じてくるが常温でｍ
相が生じると、その際体積膨張を伴なう。基板への膜付
け、パターン付けの際の数百℃までの加熱や冷却に起因
してｍ相が生じると基板の反りやパターンずれが生じる
おそれがある。

そこで、安定化ジルコニアにするための安定化剤の下限
値は約５　ｍ　ｏ　１％である。Ｙ、０．の含有量は５
　ｍ　ｏ　１％以上でできるだけ少いことがよく、より
適当な量は約５〜約１０　ｍ　ｏ　１％である。

ジルコニア相の結晶粒径は１２μｍ以下であることが望
ましい。より望ましくは、１０μＩｎＰｌ下である。正
方晶ジルコニアの結晶粒径は通常的１５μｍであるが、
１２μｍ以下にすることによって機械加工性が向上し、
チッピングの太きさも小さくすることができる。

更に、本発明の磁気ヘッドに使用される基板材の相対密
度（理論密度と比して）は９９Ｘ以上であることが望ま
しく、ボアの極めて少ないものとなっている。このよう
に高い密度を持つので、摺動性の優れたものとなる。

ジルコニアセラミックスをスライダーに用いた場合に、
磁気ディスクとのＣ８Ｓや摺動によって摩擦帯電するこ
との少いことも本発明の有効な点−ｔｌル。ジルコニア
セラミックスの比抵抗は炭化物を多く含有しなければ低
くならない。炭化物粒子をそれほど多く含んでいない比
較的抵抗の高いジルコニアセラミックスでも摩擦帯電の
少いことが判明した。この理由は明らかではないが、磁
気ディスク表面に塗布されている保護膜との間で、摩擦
耐電特性差の小さいためと考えられる。

本発明に使用されるジルコニアセラミックスを製造する
には、Ｚ　ｒ　Ｏ，微粉末、Ｙ、０．粉末、ＩＶａ。

ｖａ１■ａ族元累の炭化物（例えばＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｈ
ｆ（、ＶＣＸＮｂＣ，ＴａＣ，ＷＣ）粉末及びＡ、ｌ、
Ｏ，粉末を所定の割合で配合し、十分混合し、これを乾
燥させ、少量のバインダーを加えて造粒する。この造粒
粉を得るべき形状のキャビティを持ったプレス機で成形
体に予備成型する。この成形体を真空中で１４００℃〜
１６００℃ノ温度でホットプレスして焼結体としてジル
コニアセラミックスを得る。

０℃以上の温度はセラミックスの相対密度を９９％以上
にするために必要である。しかし、１０００今℃以上に
すると安定化ジルコニアの結晶粒の粒成長が著しくなる
ので１６００℃以下でホットプレスすることが望ましい
。

ホットプレスで得たジルコニアセラミックスは磁気ヘッ
ドスライダ−の形状にダイヤモンドブレードで切断し、
グラインダーなどで仕上加工をする。スライダーの形状
になったものに磁気コア、信号コイル、絶縁膜を付けて
磁気ヘッドとなる。

この絶縁膜としては数１０μｍ厚さにスパッターで付け
たＡＩ、Ｏ，が使用される。

以上説明したように、本発明の磁気ヘッドはジルコニア
セラミックスをその非磁性基板としているので、磁気デ
ィスクとの摺動性、耐摩耗性に優れている。また、密度
も高くボアがほとんどないので、Ｃ８Ｓ性能が高い。ま
た、摩擦帯電も少いので、高記録密度用の磁気ヘッドと
して適している。

更に、機械加工性が良好などで、微細な加工を行うこと
ができる。

本発明に使用するジルコニアセラミックスについて、以
下例を示す。

例１゜ 平均粒径０．０３μｍのＺ　ｒ　Ｏ，微粉末とＹ、　０
．粉末、さらに代表的なＩ’ｔ／　ａ、　Ｖ　ａ、　Ｖ
ｌ　ａ族遷移元素の炭化物（ＴｉＣＸＺｒＣ，ＨｆＣ，
Ｖｃ、ＮｂＣ。

ＴａＣＸＷＣ）粉末及びＡ　Ｉ、０．粉末を表１に示す
割合に配合し、純水を溶媒としてアルミナボールミルで
２４時間混合した。混合溶液を乾燥し１０％のＰＶＡ溶
液を添加してらいかい機で造粒後、１　ｔ　ｏ　ｎ　／
ｃｔｌの圧力で８０φ×６〜７の成型体に予備成型した
。次にこれを真空中１４５０℃×３００’ｆ１０＋ｌＸ
　１　ｈの条件下でホットプレスした。

焼結体の密度は水中置換法で測定し理論密度を除して相
対密度をめた。曲げ強度試験は焼結体全ダイヤモンドブ
レードで切断し４ｍｍＸ３’ｍｍＸ３５咽の試験片を使
用し、Ｊ工Ｓ４点曲げで測定した。

また、ボア観察、ピンカース硬度測定（荷重２０ｏｙ）
は試片の一部を鏡面研摩して行った。比抵抗の測定には
ＩＣｒｎ角の試片を用い、４端子法の一種であるパラ法
で測定したが、比抵抗が高いときにＬｉ両面に鱗ペース
トを塗布し絶縁抵抗を決めた。

また、摩耗テストを行い、摩耗量を測定し、ジルコニア
の摩耗量を１００としたときの相対比較を行った。加工
性は、鏡面研摩した試片にダイヤモトプレードで溝を入
れラッピング面と切削面の稜に生ずるチッピングの大小
で比較した。また摺動特性は焼結体から実際の薄膜磁気
へ・ドの形状に切り出し、磁気ディスクと接触させてデ
ィスクを回転し、特性を比較した。以上の測定結果を第
１表に示す。

ＡＩ、Ｏ，のみを加えたジルコニアセラミックスである
。いずれも助剤としてＡＩ、０．を２ｗ１％添加しであ
る。また、屋閤は助剤としてＭｇ０ｆＱ、　５　ｗ　ｔ
％添加し、１６５０℃でホットプレスしたものである。

相対密度Ａｌ１０ｌ−ＴＩＣを除いてすべて９９％以上
に緻密化しており、また鏡面のボア観察においてもほと
んどボアは観察されず、基板としての基本的特性である
表面にボアが存在しないという条件を満していることが
わかった。これはマトリックスであるＺｒ０ＩがＡ、’
　Ｉ　、　Ｏ＋に比べて焼結性が元来良好である上に、
圧力下で焼結していることに起因するものと、ψわれる
。

ビッカース硬さはＡｌ１０Ｉ−ＴＩＣに比べ、２ｒＯ１
の方が小さい炭化物を加えることにより、１−１ｖハ１
４００〜’１５５０と１００〜２００程上昇する。その
ため、耐摩耗性も向上する。曲げ強度はマトリックスの
強度に強く影響を受けるため、残留正方晶の多いＡ７に
比べ、ＺｒＱ、及びＺｒＯ。

−炭化物系では強度は小さいが基板材としては十分な強
度である。また比抵抗は３Ｑｖｏ　１％の炭化物を複合
化した場合、炭化物粒子の平均粒径、分布状態によって
大きな差異が存在するが、それでもマトリックスのＺ　
ｒ　Ｏ＋に比べ導電性は大幅に向上されており、帯電防
止という点では好ましい影響を与える。

溝入れの際のチッピングは炭化物を添加すると、チッピ
ングの量、大きさは小さくなり加工性は向上した。摺動
特性はＡ　’　＋　Ｏｒ　Ｔ　Ｉ　Ｃの場合、短時間で
ディスクに傷をつけるため基板材としてあまり好ましく
ないのに対し、ＹＩＯＩを十分に入れた安定化ジルコニ
アでは長時間のディスク回転に耐え、摺動性は良好であ
る。

例２ 表２に示す組成のジルコニアセラミノ、クスを例１と同
じ製造条件で作成した。これを加工し、鏡面にラッピン
グして、３″径のウェノ・−とした。

この試料について、結晶粒径、耐チッピング性、切削抵
抗−加工性、切削面の肌の状況、摺動特性を測定した。

耐チンピンク性はダイサーによる溝入れ加工の際に稜に
生ずるチッピングの大きさく表では最大チッピング深さ
で示Ｔ）及びアルミナ膜の欠けによって測定した。アル
ミナ膜はセラミック基板上に約４０μｍ厚さにスパッタ
ーリングで形成し、これにダイサーで溝入れ加工した時
に基板とともにアルミナ膜が欠けた時のその部分の欠け
の幅で示した。

切削抵抗は外周スライサーで、スライサーに加わる応力
を圧電素子を用いて測定した。

摺動特性は磁気ディスクを回転させて、これにジルコニ
アセラミックスを接触摺動させるＣ８Ｓテストによって
判定した。

ＡＩ、ＯＩＸ　ＴｉＣを添加しない況１２及び屋１４の
ジルコニアの場合切、副抵抗は非常に大きく切削面の肌
の状態も良くなかった。チッピング深さは結晶粒径の小
さい屋１２では小さいが、Ｙ、０゜量を増加し粗大な立
方晶が多くなった屋１４では大きくなった。Ｔ　ＩＣ，
Ａ　ｌ５（Ｌを単独に添加したＡ１５、ＩＰ＋では結晶
粒がある程度微細化されるためチッピング深さはある程
度減少するが切削面の肌の状態は大きな改善もされない
。それに対しＴｉＣとＡ１．０．を同時に添加したＡ１
３及びＡＩ　７〜２５の場合にはチッピング量は煮１４
に比べ１／３程度に減少しまた切削抵抗力も小さく切削
面の肌の状態も良好であり、スライダーを９０本加工後
も切削面は最初とほとんど変わりはない。またアルミナ
膜の欠けも非常に小さい。

Ａ　２５はＴｉＣを４０ｖｏ　１％と非常ニ多く添以上
の実験から明らかなように、ジルコニアセラミックスは
摺動特性に優れている。しかし、炭化物を３Ｑｖｏ１％
を越えて加えたものは少し摺動特性が落ちる。それでも
、Ａ　１．０．−’Ｔ　ｉ　Ｃ系よりも優れている。

ジルコニアセラミックスに炭化物、アルミナを分散させ
たものは、耐摩耗性に優れている。

Ｃ相のジルコニアであっても、Ａｌ鵞Ｏ１、ＴｌＣ１分
散させると結晶粒径が小さくなり、チッピング量が小さ
くなる。このため加工性が良好になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　非磁性基板上に強磁性体片及び信号コイルで構成さ
   れた磁気トランスデー−サを配置した磁気する磁気ヘッ
   ド。 ２、特許請求の範囲第１項記載の磁気ヘッドにおいて、
   非磁性基板上に絶縁性薄膜を付着させその上に磁気トラ
   ンスジー−サを配置したことを特徴とする磁気ヘッド。 ニア相から々る主相のなかに周期率表ＩＶＩＬ％　ｖａ
   ｓＶｌａ族から選ばれた少くとも１種類の元素の炭化物
   微粒子を分散させたことを特徴とする磁気ヘッド。 ４、特許請求の範囲第３項記載の磁気ヘッドにおを特徴
   とする磁気へノド。 ５、特許請求の範囲彫工ないし２項記載の磁気へノドに
   おいて、ジルコニアセラミックスはジルコニア相からな
   る主相のなかに周期率表ＩＶａ、Ｖａ。 ■ａ族から選ばれた少くとも１樵類の元素の炭化物微粒
   子及びアルミナ微粒子を分散させたことを特徴とする磁
   気ヘッド。 ６、％許請求の範囲第５項記載の磁気ヘッドにおいて、
   ジルコニア相は主として立方晶であることを特徴とする
   磁気ヘッド。 ７、特許請求の範囲第一６項記載の磁気ヘッドにおいて
   、ジルコニアセラミックスは０．４〜２６３ｗｔ％のＴ
   ｌ０１０．３４〜２２．５ｗｔ％のＡ　Ｉ、αと残部が
   実質的にジルコニア相からなり、このジルコニア相は５
   〜含Ｑｍｏ　１％のＹ、　０．と残部が実質的にＺ　ｒ
   　Ｏ，からなることを特徴とする磁気ヘッド。