JPS61500640A - 高い耐摩耗性を備えた磁気情報記録および／または再生用ヘッドおよびその製造方法 - 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】 高い耐摩耗性を備えた磁気情報記録および／または再生用ヘッドおよびその製造 方法本発明は磁気情報の記録および再生技術に関し、特に情報の記録・再生用に 使用される磁気ヘッドに関する。「情報の記録」という言葉はデジタル情報の記 録と同様に、音の磁気記録媒体への録音、映像の録画技術を包含する。単純化の ために、本明細書中に開示される実施例は従来のテープ記録式の応用技術に関し ているが、その他の記録および再生もそれと等価のものと考えられる。

情報の記録技術の発達にょシ、数種類のヘッドの型が作シ出された。

従来型で広く用いられているヘッドは、軟鉄で形作られたシートが積層構成にな って作られた磁気コアを備えておシ、そして前記積層シートの磁気記録媒体に接 する前側の区域をちょうど横切るように、前記シート間にエアギャップが与えら れている。前記コアにはコイルが巻回されておシ、このコイルは適正な電子回路 に対して接続されるようになっている。このようなヘッドはヘッド支持体の中に 保持されておシ、そしてこのようなヘッドはその周囲に磁気シールドを有してい る。これらのヘッドは広く普　。

及しておシ、これらは少なくとも音の録音に応用する場合にかなシ良い電気的特 性を備えていて、そしてこれらを製造する場合の費用もそれほど高くはなかった 。ところがこのようなヘッドの基本的な欠点は、テープ走行時の摩擦の影響によ って軟質のコア材料がすぐに摩耗してしまうことである。　゛技術の進歩によシ 、ノーマルチーブよシいっそう硬度のあるクロミアムダイオキサイドテーゾやメ タルテープが導入されたので、積層されたコアはこれらの媒体によりて起こる摩 耗に耐えることができなくなった。

技術の改良によシこのようなヘッドミラ一部に硬質のコーティングが施こされ、 それによってヘッド表面の硬度が十分に高くなりた。ところがこのようなヘッド における問題は、コーティング材料のおかげで有効なエアギャップがコーティン グの厚みの２倍に相当するまでに増大してしまい、このために多くの場合、録音 した高い周波数の応答が前述のようなコーティングのない場合に比べて非常に悪 くなってしまったことである。

その他のヘッドの構造はフェライト材やガラスセラミック材の応用に基づいてい る。これらの材料は増大した摩耗に耐えるだけの十分な硬度を有しておシ、そし てこれらは周波数応答に関しても望ましい特性を持っている。これらのヘッドの 欠点は、その透磁率の値が低いことであり、それによってこれらのヘッドの出力 の電気信号のレベルは、パーマロイ製のコアの場合に比べて低くなっていること である。

これらのヘッドの最大の欠点は製造時の困難さである。これらの硬い材料は形作 ったり加工したシするのが困難であシ、これらの製造はコストがかかる上に多く の時間と工数とが要求される。これらのヘッドの更なる欠点は熱伝導性が低いこ とである。動作時において、摩擦の影響によシェアギャップの付近は非常に高い 温度になシ、この上昇した温度の中でガラス材とフェライト材の境界表面で再結 晶化が起こシ、このために実質的にはエアギャップが増大して周波数応答が低減 する。前記温度特性はしばしばヘッドに小さな亀裂をいくつも生じさせるように なシ、このことはヘッドの寿命が尽きたことを示すものである。

本発明の目的は、良い電気的特性を有するばかシでなく、適正なコストで製造可 能で、かつ高い耐摩耗性を備えた磁気ヘッドを提供することである。

本発明は次のような発見に基づいている、即ち、軟質コア製のヘッドの硬度を増 すためには、硬質材料がヘッドミラ一部に配置されるよシも、むしろ軟鉄製シー トと軟鉄製シートの間に配置される方が好ましいという発見に基づいている。も し硬質材料、例えばチタニウム窒化物のようなもの、がコアを形成する鉄製シー トの主表面上に積層されると、そのときはこのようにして得られた薄板サンドイ ッチ構造の硬度は、情報の記録媒体、即ちテープの幅方向にくし状に変化する。

テープは伸ばした状態での短い距離に関しては十分な剛性を持っているので、テ ープは硬質材料の端部のみの上を走行し、硬質材料と硬質材料の間の軟鉄材に対 しては摩耗を発生させない。

この効果は車の車輪が工事用のレール製の格子状道路の上もしくはそれに類する 所を通過する場合も同様である。もし鉄製のレールが十分な密度で配置されてい るときは、前記車輪はその鉄製レールの間に入り込むことはできない。

０．５ミクロンあるいはそれ未満と同じくうい薄いコーティングでさえ硬度を増 大させることができるということが経験的にめられた。もしコーティングの厚さ が約２ミクロンよシ厚いと、その結果として生じる硬度はコーティングの厚さを 増しただけ顕著に増大はしない。シートとシートの間に硬質材料を配置すること によシいっそう大きな利点、即ち、いくらかの摩耗があった後の構造には変化が ないという利点がある。ヘッド前面に被覆された硬質層は約１ミクロンの摩耗の 結果破壊されたのに対し、本発明に係る前記サンドインチ構造はその硬度をヘッ ドのエアイヤツブの深さがなくなるまで持続する・前記硬質材料によるコーティ ングは被覆技術によって形成されることが望ましく、特に、高速反応形スパッタ ーによって形成されることが望ましい。この製作においては、適正なプロセス制 御を被覆時に行なうことによって管理された物理特性を与えることができる。

ヘット表面Ｏヒフ　カー　ス硬度はＨｖ、。＝３０００ｋｐ／ｌｌＩ２と同じく うい高く、これは軟鉄材料からなるヘッド表面の２０倍高い値である。

前記結果として生じる本発明のヘッドの摩耗特性は、ちょうどフェライトヘッド およびセラミックヘッドの摩耗特性と同様であるが、一方、コア材料の高い透磁 率によシ出力信号しベ／に−が高くなシ、その結果良いφ比が得られる。前記被 覆工程は既知の軟鉄コア製ヘッドの製造技術に顕著なコストを付加することがな く、このことはこれらのヘッドが適正なコストで製造されるということを意味す る。

本発明のその他のいくつかの特性および利点が、好ましい実施例に関連するもの について、添付図面を参照して説明される。図面において、第１図はコアの半分 の拡大正面図、 第２図は第１図のコアの側面図、 第３図は具象化のために実際とは異なるスケールで描かれたヘッドとテープの動 作状態を示す構成説明図、 第４図は第３図の■−■線における断面の拡大断面図、 第５図は第４図の構造のヘッドのコアの厚さに対する硬度の曲線を示す線図、 第６図はテープを透視して見た第３図のヘッドの前側の区域の拡大頂面図、 第７図はマルチチャンネルヘッドの斜視図、第８図は第７図のヘッドにおける第 ５図同様の硬度曲線を示す線図である。

第１図、第２図および第３図は本発明に係る録音・再生ヘッドの磁極を模式的に 示している。ヘッドは一対の半磁極１０．１１を備えており、この各個は複数の 特定形状の高い透磁性を持つ軟鉄材料製シート１２を有している。前記シート１ ２は積み重ねられ、接着剤によって一体的に固定される。２つの半磁極１０．１ １は、第３図に示すように相互に接合され、そしてエアギャッ７’１３は半磁極 １０．１１の間に、コアの横側の側部表面（第１図の表面１４）と側部表面１４ との間に非磁性体の箔を挿入することによって規定される。前記エアギャップ１ ３の幅はミクロンの範囲であシ、代表的には約０．６ミクロンと１０ミクロンの 間の値になる。前記側部表面１４の高さはエアギャップ１３の最大の深さを規定 する。

半磁極にはコイル１５が設けられておシ、このコイル１５は再生状態においては ピックアップコイルとして作用し、録音状態においては励磁コイルとして作用す る。

第３図はヘッドの動作状態を示しておシ、このときはテープ１６がヘッドの前側 の区域１７に押しつげられ、そしてテープは矢印Ａの方向に所定の速度で走行し ている。ヘッドの前側の区域１７は研摩されて作られていることが好ましく、そ してその外形はテープ１６の走行時の最適の案内となるように加工されている。

前記区域１７はしばしばヘッドミラーと呼ばれる。

第１図から第３図に示されるヘッドは、積層コアを備えた従来のヘッド、例えば 工学士クリスチャン・ショルッ（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ　５ｃｈｏｌｚ）著［磁気 テープ幅技術（Ｍａｇｎｅｔｂａｎｄ−ｓｐｅ　ｉ　ｃｈｅｒｔｅｃｈｎｉｋ） 　Ｊ　ＶＥＢフエアラーク・テクニーク、ベルリン、１９６９、という本の２１ １〜２３６頁に記載されているようなヘッド、あるいは民生用テープレコーダの 中に広く使用されているヘッド、に似ている。本発明のヘッドと従来のヘッドと の基本的な相違は、シート１２の各個がその表面、少なくともエアギャップ１３ の深さによって規定される領域の中の表面および前側の区域１７の表面にコーテ ィング１８を備えている点である。このコーティング１８は摩滅に対して高い抵 抗力を有する硬質材料でできている。

前記コーティングはイオンめっきやスノＪ？ツタ−のような従来の蒸着技術によ って行うことができる。

磁気ヘッドは大量生産によって製造されるので、コーティング１８は高い生産性 のみならず均一なコーティング厚、完全な基板材料への付着および管理可能なコ ーティング特性が得られる高速スパッター技術によって形成されることが望まし い。この高速スパッター技術は当該分野では良く知られており、そして切刃の硬 化、時計のフレームやブレスレットのコーティングおよび薄膜技術を含む種々の 応用技術に広く使用されている。高速スノＪ？ツタ−についてはその詳細が、例 えばＷ、Ｄ、　ミュンッ（Ｍ’ｕｎｚ）　（！：　Ｇ、ヘスペルガー（Ｈｅｓｓ ｂｅｒｇｅｒ）による「高速スパッターによる硬質チタニウム窒化物の層の形成 （Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆｈａｒｄ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｎ１ｔｒｉｄｅ　 １ａｙｅｒｓ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　−ｒａｔｅ　ｃａｔｈｏｄ ｅ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）Ｊと題された論文、レイボルト・ヘラオイスＧｍｂ Ｈ発行、ＦＲＧ　、の中に記載されている。この技術では特別に分配された磁場 が目標物に対して与えられ、それによって電子が目標物の前で集中し、そして高 い粒子密度が得られて放電電圧が減少し、高いスパッター速度がもたらされる口 非常に硬度の高い層を作るためには反応形スパッターの使用が好ましい。この技 術は金属塩基性材料の酸化物、窒化物または炭化物が被覆される時に使用される 。前記塩基性材料、例えばチタニウムは目標物として使用される。放電室内の雰 囲気はアルゴンのような不活性ガスと例えば窒素のような反応ガスとが混合した ものである。ス・やツタ一工程中は反応ガスが目標物に反応し、そして目標−か ら再スパッターされ、金属原子が凝結している間にスパッターされた層の中で集 積される。被覆層の硬度は反応ガスの分圧に高く依存しており、適正な工程制御 によって最適の硬度になる。

コーティング１８を形成するにあたシ、シート１２は放電室の中に供給され被覆 される基板として使用される。コーティングの工程は一対の高速カソードが対向 位置に取り付けられておシ、そして基板が２つのカソードの間の中央の部分に位 置されているときに促進される。このようなコーティングを形成するのに好適な 装置は、レイボルト・ヘレオイスＧｍｂＨのモジエラー・インライン・スパッタ ー・システムＺ　６００　（Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｉｎ−Ｌｉｎｅ　Ｓｐｕｔｔｅｒ ｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｚ６００）である。

好適なコーティングはチタニウム窒化物であシ、これは窒素ガスの分圧が約５〜 １０　Ｘ　１０−’　ｍｂａｒであるときに約３０００ｋｐ／ｌｌ１１２の硬度 ＨＶ１ｏを有している。

同じような硬質の層は、クロム窒化物、シリコン炭化物（シリコンカーバイド） 、タンタル窒化物、タングステン窒化物およびその他の硬質の化合物のような、 他の種の被膜を使用することによって得ることができる。これらの化合物の硬度 および酸化反応は次の論文中で分析されている、Ｗ、Ｄ、　ミュンッ（ＭｕｏＨ ｚ）とＪ、グーペル（Ｇ９″ｂｅｌ）著「高速スパッターされたＴｉＮ　、　Ｔ ｉｃ　、　Ｔ１ＣＮ　、　ＣｒＮおよび鼎被膜の酸化反応（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ 　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｒｉｔｅ　５ｐｕｔｔｅｒｅｄＴｉＮ 　、　ＴｉＣ、Ｔ１ＣＮ　、　ＣｒＮ　ａｎｄ　ＷＮ　ｆｉｌｍｓ　）　Ｊサン ドイッチにおける第１１回ＩＣＭＣ会議期間中に発行、カリフォルニア州、１９ ８４゜また、金属基板上への硬質被膜の被覆について取扱った出版物は数多くあ るので、本発明はある特定の化合物について限定を行の間に非常に優れた結合を 与え、そしてこの結合は確かに力と温度条件に耐えるので、前述のテープとヘッ ドとの間の、両者が係シを持つ区域１７において効果があるということは言及さ れるべきである。

さて、ここで第３図の■−ＩＶ線に沿りた断面の拡大図を示す第４図を参照され たい。よシ良く図解するために、第４図のスケールは実際のものとは相違させで ある。テープ１６は通常図面に対して垂直に走行し、ヘッドを圧力Ｐで押圧する 。ヘッドのテープを支持する表面は鉄製シート１２とその上に被覆されたコーテ ィング１８のサンドイッチ状の構造の層から構成されている。シートの厚さは約 ０．１〜０．１５Ｍの間であシ、一方、コーティングの厚さはミクロンの範囲に あって、好ましくは少なくとも１ミクロンはある。テープ幅Ｗに沿って測定され るこの構造のビッカース硬度Ｈｖ１ｏは、ｋｐ／ＩＩＩＩ＋２の単位で第５図に 示されている。テープ幅に対する硬度の測定結果の曲線は、くしのような構成と なっておシ、３ｏｏ。

ｋｐ／Ｉ＋２のピーク値と１５０　ｋｐ、／ａ２の基本硬度値とを有している。

近接した一定の間隔を置かれた硬質コーティング間の短い距離の中では、テープ 材料は剛　。

性が高いので、その結果ヘッドの構造の硬度はコーティング材料によシ規定され 、軟鉄製シート１２は実質的にはヘッド表面の摩滅を決定するための機能的役割 を果していないということが経験された。

コーティングの厚さが１ミクロンよシ小さい場合でさえも硬度の顕著な増大があ るということが経験によって判ったが、安全性の理由からコーティング１８は少 なくとも０．５〜１ミクロンの厚さがちることが望ましく、２ミクロンの厚さが 好適である。もしコーティングの厚さをこの値を越えて増加させても、硬化剤と しての効果はそれ以上ないが、よシ厚いコーティングを形成することももちろん 可能である。軟鉄シート１２は薄いコーティングのための良い支持体となるので 、この薄いコーティングはシート間に確実に固定される。シート１２は熱導電性 の金属から作られているので、テープとヘッドとの間の摩擦によって発生した熱 は運び去られてしまい、それゆえ顕著な局部的温度勾配は発生し得ない。もしヘ ッド構造が摩滅を受けても、前記サンドインチ構造は変化することなく保持され 、そしてヘッドのエアギャップ１３の領域においてはヘッドの深さを全て使用す ることができる。これらの要因により何故本発明に係るヘッドの期待される寿命 が、軟鉄製シートの積層体から成る従来のヘッドの寿命と比較して、実質的に増 大されたかの説明がつくであろう。

第６図はテープを透視して見たヘッドミラー領域の頂面図を示しておシ、この実 施例では２トラツク用のヘッドを示している。ヘッドとテープとの間で係りを持 つ区域１７には２つのサンドイッチ構造１９と２０がちシ、それぞれ、そしてこ れらの各個は複数のシート１２とこれに接合されたコーティング１８とから構成 されている。テープ１６は２つのトラックの幅より広く、そして磁気シールド２ １がこれらのトラック間に配設されている。このシールド２１も高い透磁串を有 する鉄製シートから作られている゛　ことが好ましく、そしてこのシールドは片 面あるいは両面にコーティングが施されていることが好ましい。シールド上に硬 質コーティングを施すことにより、２つのトラック間が磁気的に短絡する危険が 防止されるが、これは前記コーティングが非磁性材料で作られているからである 。この利点に加えて、シールド２１上のコーティングはテープに対するいっそう の支持を与えることができる。第６図には更に２つの付加的な被覆シー）２２． ２３がサンドイッチ構造１９と２０の両側に示されているが、これらすることが 可能である。被覆シート２２と２３を使用することによシテー７６１６を更に支 持することができる。

コーティング１８は磁極シートの表面上に被覆された層として説明されたが、例 えばタングステン箔やその他の任意の硬質材料製の箔のような分離した箔を被覆 されたコーティングの代シに使用することができるということも十分理解できる であろう。しかしながら、現在の技術水準では分離した箔よりも被覆コーティン グの方がはるかに好適であると思われる。

前記シートはその両面にコーティングを施すこともできるし、また片面のみにコ ーティングを施すこともでき、またコーティングを施したシートと施さないシー トとを交互に使用することも可能である。

重要なことはこのような間隔で硬度の高い端部を構成することであり、その結果 ヘッドの前端部分の表面の硬度がこれら端部によって決定的に規定されることで ある。シート１２の全表面にコーティングを施す方が好ましい場合もある。

前記シート１２のテープへの当接面およびコーティング１８の当接面は、テープ の走行方向に対して垂直である必要はない。磁気ヘッドの構成には色々の種類が あシ、中には優れたチャンネル分離度を得るためにヘッドを傾けて使用している ものもある。

コーティング１８の存在はテープに対する従来からのヘッドの配置の可能性を制 限するものではない。

第７図は各種が硬質膜のコーティングが施されたシートを有する、多極構造のマ ルチチャンネルヘッドの単純化された斜視図を示している。各チャンネル間の磁 気シールドもまた硬度の高いコーティングを有している。幅に対する硬度の曲線 が第８図に示されており、この中の破線が各チャンネル間のシールド板に対応し ている・ 本発明によれば、軟鉄製ヘッドの硬度が増大され、ちょうどフェライトヘッドや ガラスセラミックヘッドのように使用することができる。そしてパーマロイコア 製ヘッドの優れた磁気特性は変わらずに維持されるが、これは非磁性体のコーテ ィングの量が少ないために実際の鉄の質量はほとんど減少しないからである。ま たコーティングの分離特性はうず電流積を減少させるが、これはシート間の任意 の電流の流れが安全に防止されるからである。本発明の更なる利点は、高品質で 長寿命の磁気ヘッドを製造するために、従来のシートコア製ヘッドの製造におけ る高い生産性を維持することができることである。

初 Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、４　Ｆｉ９．ｓ ｆ’：ｉｇ、５　Ｆｉｇ、８ 国際調査報告 窮１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理番号Ｇ　１１　Ｂ　５／２９　６６４ ７−５Ｄｎ・発明者　ポルラ、イストバン　バンカ’Ｊ−，１０３６Ｄ発　明　 者　チャニイ、イストバン　ハンガリー、　２１２０ブダペスト、コルビン　オ ツトー　ウッツア。

ダナケシ、タルラー　ウツツア、２

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．高い透磁率を備えた材料からなる所定の形状をした複数の磁極シートであっ て、シートの各個が磁気記録媒体支持用の前側区域とエアギャップを規定する側 部表面を備えているものを作る段階と、該磁極シートを半コアを形成するために 組立てる段階、および該半コアの一対を、前記側部表面と側部表面との間にエア ギャップを介して一体的に取り付ける段階を含む磁気へッドの製造方法において 、該組立て段階には少なくとも前記前側区域と前記側部表面とによって規定され る有効領域において所定の数の硬質材料製の箔を前記シートとシートの間に配設 する段階を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
2. ２．請求の範囲第１項記載の方法であって、前記箔が被覆コーティング形成の形 式により前記シートの表面への蒸着により作る段階を有することを特徴とする方 法。
3. ３．請求の範囲第２項記載の方法であって、前記被覆形成が高速反応形スパッタ ーによるものである方法。
4. ４．請求の範囲第３項記載の方法であって、前記硬質材料が硬質の化合物例えば チタニウム窒化物、クロム窒化物、シリコン炭化物、タンタル窒化物およびタン グステン窒化物である方法。
5. ５．請求の範囲第４項記載の方法であって、前記コーティングが前記シートの両 面にも被覆されている方法。
6. ６．複数の所定形状のシートからなる磁気コア、該コアに巻かれたコイル、該コ アの有効な前側の区域であって、情報記録媒体との摺動接触するよう露出される 前側の区域を横切るように規定されるエアギャップ、前記シートの側部表面に隣 接する前記エアギャップ内の非磁性材料、および前記コアを支えるヘッド支持体 を備えている、情報の記録用および／または再生用の磁気ヘッドにおいて、前記 シート１２とシート１２との間に箔の各個が配置され、該箔は前記前側の区域１ ７および前記側部表面１４まで延長されており、該箔は前記シート１２の硬度よ り複数倍大なる硬度を有する材料で作られていることを特徴とする情報の記録用 および／または再生用の磁気ヘッド。
7. ７．請求の範囲第６項記載の磁気ヘッドであって、前記箔が前記シート１２の表 面上に被覆されたコーティングであることを特徴とする磁気ヘッド。
8. ８．請求の範囲第７項記載の磁気ヘッドであって、前記コーティング１８の厚さ が少なくとも０．５ミクロンであることを特徴とする磁気ヘッド。
9. ９．請求の範囲第７項記載の磁気ヘッドであって、それぞれのコーティング１８ が前記シート１２の両面にも被覆されていることを特徴とする磁気ヘッド。
10. １０．請求の範囲第７項記載の磁気ヘッドであって、前記コーティング１８がチ タニウム窒化物、クローム窒化物、シリコン炭化物、タンタル窒化物、タングス テン窒化物あるいは同様の硬度の高い化合物であることを特徴とする磁気ヘッド 。
11. １１．請求の範囲第７項記載の磁気ヘッドであって、前記コアが分離したトラッ ク毎に配置され、磁気シールド板１２１が隣接するコアの間にそれぞれ配設され 、前記シールド板１２１は前記被覆された硬度の高いコーティング１８を備えて いることを特徴とする磁気ヘッド。