JPS6222411A

JPS6222411A - 非磁性基板材料及び磁気ヘツド

Info

Publication number: JPS6222411A
Application number: JP60161660A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tsuchiya; 土屋　一広; Shunichi Nishiyama; 俊一西山; Hiroshi Tomijima; 富島　浩
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1987-01-30
Also published as: US4805059A; JPH0332202B2; US5057374A

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】［産業上の利用分野］本発明は、非磁性基板及び磁気ヘッドに関するものであ
る。

［従来の技術］コンピュータ記録再生用磁気ヘッド、ＶＴＲ・テープの
位置決め用磁気センサ、ＰＣＭ録音チー　　　゛プ用ヘ
ッド、電子カメラ用ヘッドなどの高密度記録用磁気ヘッ
ドとして従来のフェライト及びセンダストを使用したヘ
ッドに変わって薄膜磁気ヘッドが注目されている。薄膜
磁気ヘッド用基板に要求される特性として下記の項目が
挙げられる。

（イ）　熱膨張係数が、基板上に真空蒸着法、スパッタ
リング法、イオンブレーティング法等の公知の物理蒸着
法技術を用いて付けられる金属磁性膜の熱膨張係数と同
等である。

（ロ）　表面が平坦で気孔が少ない。

（ハ）　精密機械加工が容易でしかも加工中にクラック
、チッピングが生じない。

（ニ）　化学的に安定である。

ところで、従来、例えば薄膜磁気ヘッド、集積回路素子
等を製造するに際しては、チタン酸バリウム、チタン酸
カルシウム、アルミナ、亜鉛フェライト、ガラス等を非
磁性基板材料として用い、該基板材料上に金属磁性膜を
形成したものが用いられている。

また、本出願人より、改良された非磁性材料が特公昭５
６−２１７３２及び特開昭５９−９０８にて、公知とさ
れている。これらの非磁性基板材料は、基板材料として
鏡面仕上げ加工が施された後、トリクロールエチレン、
アセトン等の有機溶媒中で洗浄される０次いで、この基
板上に公知の物理蒸着技術を用いて数ｐ〜数＋ｇｍの膜
厚に。

Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ａｎ−５ｉ系、またはＣ。

−Ｎｂ−Ｚｒ系などの合金磁性膜を形成し、その後、磁
気特性改善のため熱処理を実施している。

［発明が解決しようとする問題点Ｊ上記従来の基板材料の多くは（本出願人の提案した上記
のものを除いて）、その熱膨張係数が金属磁性膜の熱膨
張係数と大きく異なっているため、蒸着した金属磁性膜
が剥離し易いという欠点を有していた。また、例えば熱
膨張係数が金属磁性膜の熱膨張係数と合ったガラスの場
合には、蒸着膜の！！離の問題点はないが、薄膜ヘッド
を構成した場合には、ガラスの硬度が低いため磁気記録
媒体との摺動により摩耗し易いという欠点があった。

しかして、本出願人より提案された上記の材料によれば
、かかる問題点は解決されるのであるが１本発明者がさ
らに研究を重ねたところ、硬度が高いため精密機械加工
時に、ブレード摩耗が激しく、加工中にクラック、チッ
ピングが生じ易くなるおそれの存在することが知見され
た。

このため、金属磁性膜の熱膨張係数（１２Ｏ３、Ｖ２Ｏ
５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ〜１５０ＸｌＯ−’／”０）に近い
熱膨張係数を有し、しかも精密機械加工時にブレード摩
耗が少なく、加工中にクラック、チッピングが生じにく
い、非磁性基板材料が望まれている。

本発明は上記要望に答えるものであり、金属磁性膜を物
理蒸着法により形成するに極めて好適な非磁性基板及び
それを用いた磁気ヘッドを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の非磁性基板材料はＭ　ｎ　０６７〜９０モル％
、ＮｆＯ１０〜３３モル％を含み、岩塩型結晶構造を有
することを特徴とする非磁性基板材料である。

また、本発明の磁気ヘッドは、かかる材質の非磁性基板
を有し、その上に磁性合金薄膜を形成したものである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明の非磁性材料は、ＭｎＯを６７〜９０モル％（以
下１％は特にことわらぬ限リモル％を示す、）、ＮｉＯ
を１０〜３３％含み、さらに必要に応じ、ＣａＯ，Ｚ　
ｒｏ２．Ａｌ２Ｏ２、Ｖ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ
２Ｏｓ　、Ｂ　ａＯ，Ｙ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ
２Ｏ３及びＣｕｏｃ７）　１種又は２種以上を１０％以
下含む。

本発明において、主成分たるＭ　ｎ　Ｏの含有率を６７
％以上とした理由は、この範囲において材料の硬度が十
分に低くなり、研削性、切削性が優れたものになるから
である。（具体的には、後述のように、研削用ブレード
の摩耗や、研削抵抗が相当に小さくなる。）また、Ｍｎ
Ｏ含有率を９０％以下とした理由は、Ｍ　ｎ　Ｏ含有量
が９０％を超えると、材料の焼結性が低下し、気孔量が
増加するからである。

Ｃａｂ、Ｚ　ｒ０２．Ａ２２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、
Ｙ２Ｏ３　、Ｖ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２ＯＳ、
ＢａＯ１Ｙ、２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３．　
Ｃｕｏ　（以下、ＣａＯ等ということがある。

）は、いずれも材料の焼結性を高め、気孔量を減少させ
る作用を有する。また。

ＢａＯは切削性を高める作用を有する。

しかして、ＣａＯ等の含有量が１０％よりも多くなると
、材料の硬度を高め、研削性、切削性を低下させるので
、ＣａＯ等を添加する場合は１０％以下、とりわけ６％
以下とするのが好ましい。

ＣａＯ等は１種類だけ加えても、２種類以上加えても良
い。

１種類だけ用いる場合は、■硬度増大作用がそれ程大き
くない、■焼結促進作用が高い、■水に不溶性である、
■切削時に粒子脱落のおそれが極めて小さい、等の理由
からＣａＯが最も好ましい。

２種類用いる場合では、ＣａＯとＺ　ｒ　０２とを加え
るのが、ＣａＯ単独、ＺｒＯ２単独で加える場合よりも
、材料の硬度を増大させる度合が小さく、さらに焼結性
が高まり気孔量が減少するので好ましい。

これらの組成範囲にある本発明の材料は、Ｆｅ−Ｎｉ系
またはＦｅ−Ａ１−５ｉ系合金磁性薄膜の熱膨張係数（
１２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ〜１５０ＸｌＯ−
’）とほぼ近似した熱膨張係数を有する。また、実質的
に非磁性である。

なお１本発明において、結晶構造を岩塩型としたのは１
次の理由による。即ち、本発明の組成に係る材料はスピ
ネル型結晶構造をもとリラるのであるが、岩塩型とする
ことにより、 ■　熱膨張係数が磁性合金薄膜に近似する。

■　気孔が減少する。

ようになるからである。

本発明の非磁性材料は１通常の方法によって製造し得る
０例えば、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、アルコ
ラード等の原料を所定比で秤量した後、水、アルコール
、アセトン等の適宜の溶媒を添加してボールミル等を用
いてよく混合した後、乾燥、仮焼する０次いで、粉砕し
た後、成形し、焼結させるものである。焼成は、真空、
窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気とするのが好ましい
、また、十分に緻密な焼結体とするために、熱間静水圧
プレス（ＨＩＰ）処理するのが好ましい。

次に本発明に係る磁気ヘッドの構成について説明する。

第１図は本発明の磁気ヘッドの一実施例の概略図である
。磁気ヘッドｌは非磁性スライダー２とチップ３とから
なり、チップ３はスライダー２の２木の空気ベアリング
面４．５の一方の面４に形成されたスリット６中に、ガ
ラス等でモールド固定されている。

チップ３の一例の詳細な構造を第２図に示す。

第２図において、非磁性基板１０上にスパッタ膜が形成
されており、このスパッタ膜は、磁性合金層１１−１３
．１４〜１６と絶縁層１７〜１８．１９〜２Ｏ３、Ｖ２
Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏとが交互に積層した構造となって
いる。一対のチップ部材は、ギャップ２１を有するよう
に、磁性合金Ｍ１３と１６との面でガラス接合されてい
る。２２はガラス接合部を示す、巻線窓２３に所定の巻
線が施される。

なお、非磁性基板１０は１本発明に係る非磁性材料製の
ものであり、その組成等は前記した通りである。

スパッタ薄膜の組成は、特に限定されるものではなく、
従来から用いられている各種組成のものを採用し得る。

好ましい組成の一例として、特願昭６０−４０８７６号
で本出願人より提案されている、原子％でＡ１３〜７％
、Ｓｉ７〜１１％及びＦｅ８２〜９０％のもの、あるい
は、高透磁率を得る目的でＡ文４．５〜６．５％、Ｓｉ
９．８〜１０．５％、Ｆｅ８３〜８７％の組成のものが
挙げられる。

スパッタＦｊｊ膜の電気抵抗は数ル〜数百ルΩ・Ｃｍ程
度の小さな値であるため、膜の厚さをある程度薄くして
おかないと渦電流損により透磁率が低下する。従って表
皮深さよりも薄くするのが好ましい、しかし逆に余り薄
くなり過ぎると、金属膜の体積と層間絶縁の中間層の体
積の比が小さ　　□くなり、全体としての透磁率が低下
し好ましくない０以上の観点から、スパッタｔＪＨａの
好ましい厚さは０．５〜３０ＪＬｍ、とりわけ３〜１５
ＩＬｍである。

透磁率の周波数特性を向上するために、スパッタ薄膜は
多層とするのが望ましい、この場合、各磁性合金層間に
酸化珪素等の絶縁層を介在させる。また、磁性合金層の
厚さは０．５〜ｌＯＩＬｍ、好ましくは３〜１０７１ｍ
である。絶縁層が磁性合金層の１７２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、
ＢａＯ、Ｙ２Ｏ以下であれば磁気抵抗は十分に小さく、
また０、０２１Ｌｍ以上であれば十分な絶縁が得られる
。一般に絶縁層の厚さは０．０２〜１．ｏｐｍ、好まし
くは０　、２〜０．７用ｍである。第２図は３層の磁性
合金層を有するスパッタ薄膜を示しているが、２層、４
Ｒ又はそれ以上のものも必要に応じ使用するこができる
。

なお、スパー、夕薄膜は通常のスパッタ条件で形成する
ことができる。

ターゲツト材とスパッタ膜とでは、組成が僅かに異なる
が、この組成の差はアルゴン圧や電極間の距離等のスパ
ッタ条件によっても変化する。

従って所望の組成のスパッタ膜はターゲットの組成やス
パッタ条件を変えることで容易に得ることができる。

スパッタにより磁性合金薄膜を形成した磁気ヘッドに、
透磁率を向上させるために、熱処理を施こすのが好まし
い、熱処理は真空中または不活性ガス中で好ましくは４
００〜９００℃、特に好ましくは５００〜７００℃の温
度で０．３時間〜２時間、好ましくは０．５〜１時間行
う、熱処理をガラス接合と同時に行ってもよい、かかる
熱処理により、磁性合金薄膜の結晶粒は成長する。結晶
粒は０．３ｇｍ以上であると透磁率は向上するが、１．
０ｇｍより大きくなると透磁率は向上するものの加工時
に膜の！！離やクラックを生じ、精密加工に耐えないと
いう欠点が生ずる。従って、結晶粒の大きさは０．３〜
１．ＯＩＬｍが適切である。

実施例１市販の試薬特級のＭ　ｎ　ＣＯ３及びＮｉＯを、ＭｎＯ
：ＮｉＯ（モル比）が１００：０，９０：１０．８０：
２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ，７０：３０及び６
０　：　４０となるように秤量し、純水を加えボールミ
ル中で２４時間粉砕した後、Ｎ２雰囲気中にて９００℃
Ｘ４Ｈｒの仮焼を行った。

これを３３　ｍ　ｍ　Ｘ　４０ｍｍＸ　１４ｍｍのブロ
ック形状に３ｔＯｎ／Ｃｔｒｌ’の圧力で成形し、１次
焼成（Ｎ２雰囲気中、１３３０℃Ｘ６Ｈｒ）を行った後
、ｔｏｏ。

ａｔｍにて１２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ０℃Ｘ
ＩＨｒのＨＩＰ処理を行った（雰囲気Ａｒ）。

得られた焼結体のＸ線回折結果より、いずれも岩塩型結
晶構造を有していることが認められた。

また、気孔率及び熱膨張係数の測定結果をぞれぞれ第３
図及び第４図に示す、なお、気孔率は、焼結体表面を鏡
面仕上げし、走査型電子顕微鏡（倍率２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５
、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ００倍）にて写真撮影し、気孔の直径
と数とを測定することにより求めた。

第３図より、Ｍ　ｎ　Ｏが９０％を超えると、気孔含有
率が顕著に増大し、Ｍｎ０６６〜９０％では緻密な焼結
体となっていることが認められる。

また、第４図より、熱膨張係数は１３０〜１４０　Ｘ　
１０　”’の間にあり、磁性合金膜とほぼ一致した値で
あることが認められる。

なお、第４図には、後述するＭｎ０−ＮｉＯ−ＣａＯ系
の材料（Ｃａ０２％添加）の熱膨張係数の測定結果をも
示しである。

実施例２Ｍｎ０　：　Ｎ　ｉ　Ｏ：　Ｃａｏｃ７）モル比が７０
　：　３０：（２，４又は６）となるように、市販の試
薬特級Ｃａ　ＣＯｚをさらに原料に加えたこと以外は実
施例１と同様にして焼結体を得た。第５図に、この焼結
体の気孔率の測定結果を示す。

実施例３Ｃａ　ＣＯ３ノ代わりに、Ｚｒ、ＡＭ、■、Ｂａ及びＣ
ｕの酸化物を用いたこと以外は実施例２と同様にして焼
結体を得た。その気孔率の測定結果を第５図に示す。

第５図より、ＣａＯ１Ｚ　ｒｏ２．ＡＱ　２Ｏ３、Ｖ２
Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３　。

Ｖ２　（）５．Ｂａｏ及びＣｕＯは、Ｍ　ｎ　Ｏ−Ｎ　
ｉ　Ｏ系酸化物の焼結を促進させることが認められる。

実施例４ＣａＣ０３（７）代わりにＣａＣＯ３とＺｒ０２（７）
等モル混合物を用いたこと以外は実施例２同様にして焼
結体を得た。その気孔率を測定したところ、ＣａＣＯ３
だけを添加した実施例２より気孔率が減少していること
が認められた。

また、Ｃａ　ＣＯ３を添加して得た焼結体（実施例２）
及びＣａ　Ｃ０３とＺ　ｒｏ２の等モル混合物を添加し
て得た焼結体（実施例４）について、ビアカース硬度を
測定した。その結果を第６因に示す。

第６図より、ＣａＯ又はＣａＯ＋Ｚｒ０２ｃ７）含有率
が増大するとビッカース硬度が増大し、切削加工しに〈
〈なり、とりわけ１０モル％を超えると、ビッカース硬
度がかなり顕著に増大することが認められる。また、Ｃ
ａＯ＋ＺｒＯ２は、ＣａＯ単独のものに比べ、ビッカー
ス硬度を増大させる作用は、少ないことが認められる。

さらに、ＣａＯ単独添加の場合は、６％以下ならばそれ
程ビッカース硬度は、増大しないことも認められる。

実施例５実施例１〜４において１寸法を１０ｍｍＸ２１０ｍｍＸ
２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏとしたこと以外は同
様にして焼結体を得た０次に、この焼結体の片面を鏡面
仕上げし、これらの鏡面仕上げ面上にスパッタリング法
にてＦｅ−Ｎｉ系金属磁性膜（パーマロイ膜）又はＦｅ
−Ａ！Ｌ−５ｉ系金属磁性膜（センダスト膜）を約５Ｊ
Ｌｍ厚みに形成した。こうして得られたものを、真空中
６００℃１０分間保持後、炉冷する条件で熱処理を施し
た。

また、比較のために、従来材としてチタン酸バリウム系
の基板も上記と同様にして作製処理した。その結果、従
来材ではパーマロイ膜及びセンダスト膜のいずれも熱処
理時に剥離が生じたが。

本発明の材料では、剥離は全く生じなかった。

実施例６Ｍ　ｎ　Ｏ：　Ｎ　ｉ　Ｏ：　Ｃａ　Ｏがモル比で６０
：４０：２（比較例）、７０：３０：２，８０：２Ｏ３
、Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ：２．９０：　ｌｏ：２，
１００：Ｏ：２　（比較例）である焼結体を上記各実施
例と同様にして得、ダイヤモンド砥石を用いてこれらの
焼結体を研削したときの研削抵抗及びブレード摩耗量を
第７図に示す、なお、研削条件は次の通りである。

ブレード：レジンポンドのダイヤモンド砥石（粒度＃１
０００、厚さ０．２ｍｍ。

直径５０ｍｍ）　　　　　　　　　　　　　　１ブレ一
ド回転速度：　２５００　ｒｐｍ切込深さ：０．３ｍｍ切込長さ二合計６００　ｍｍ（２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｂａ
Ｏ、Ｙ２Ｏｍｍを３０回）第７図にはビー２力−ス硬度
の測定結果を併せて示す。

第７図より、Ｍ　ｎ　Ｏ含有量の増加に伴ってビッカー
ス硬度が低くなり、研削抵抗及びブレード研磨量のいず
れもが小さくなることが認められる。

なお、上記各実施例に係る本発明材料の磁場１０００ｅ
での飽和磁化を測定したところ、いずれも実質的に非磁
性であることが認められた。下記の■〜■の材料の飽和
磁化の測定結果を次に示す、（単位Ｇ、比率はモル比を
示す、）■　ＭｎＯ：　Ｎ　１ｏ＝７０　：　３０の材
料■　ＭｎＯ：ＮｉＯ：Ｃａ０＝ｒｏ　：　３０　：　２の材料 ■　ＭｎＯ：　ＮｆＯ：ＣａＯ：Ｚｒ０２＝７０：３０
：２：２の材料飽和磁化の測定結果： ■　０．８Ｇ ■　２．５Ｇ ■　０．５Ｇ［効果］以上より明らかな通り、本発明に係る非磁性基板は、熱
膨張係数が合金磁性８ＩＷＩＪと近似しており、かつ気
孔のない均質な焼結体であって、切削、研削加工性も優
れている。

また、本発明の磁気ヘッドは、製造工程の切削、研削を
迅速に行え、製造が容易であると共に、熱処理時に１合
金磁性膜の剥離のおそれがないから、適切な熱処理を経
た磁気特性の優れたものとなし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る磁気ヘッドの斜視図、第２図は第
１図の部分拡大図、第３図〜第７図の各図は実施例にお
ける測定結果を示すグラフである。代　理　人　　弁理士　　重　野　　剛第　　１ｗｌ１’−−−−−、る１１気へ・・ト” ２−−−−−スラ４り− ３−−−−−ｈ電気へ１．ド・干、ｖ７゜４・５−一一
空威へ′アリン２゛狛６−−−−−又り％ｙ　ト第　　２　　図１０−−−−−・幕岑尽１１〜．１６−−−＝ｔ、ンタ゛スト層１７〜２Ｏ３、
Ｖ２Ｏ５、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ−−−−絶縁１２１−−−−
−Ａ“ヤ１，７°　　　　　　　　　　　　　　　　　
き２２−−−−−−“かラス掴ト惨令Ｐ２３−−−−一も線認。第　　３　　図手続補正書昭和６０年１２月１３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＭｎＯ６７〜９０モル％、ＮｉＯ１０〜３３モル
％を含み、岩塩型結晶構造を有することを特徴とする非
磁性基板材料。
（２）ＣａＯ、ＺｒＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｖ＿２Ｏ
＿５、ＢａＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３及びＣｕＯの１種又は２種
以上を１０モル％以下含むことを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の非磁性基板材料。
（３）磁性合金薄膜を非磁性基板上に有する磁気ヘッド
において、該非磁性基板はＭｎＯ６７〜９０モル％、Ｎ
ｉＯ１０〜３３モル％を含み、岩塩型結晶構造を有する
ことを特徴とする磁気ヘッド。
（４）非磁性基板はＣａＯ、ＺｒＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｖ＿２Ｏ＿５、ＢａＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３
及びＣｕＯの１種又は２種以上を１０モル％以下含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の磁気ヘッ
ド。