(57)【要約】【課題】信頼性が高い低融点の無鉛ガラス組成物、及びこの無鉛ガラス組成物を用いた磁気ヘッドを提供する。【解決手段】酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：５６〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜９％、ＺｎＯ：４〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え２１％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜７％、Ｓｂ２Ｏ３：０〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなることを特徴とする無鉛ガラス組成物。酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：６０〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜８％、ＺｎＯ：５〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え１７％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜５％、Ｓｂ２Ｏ３：１〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなることを特徴とする無鉛ガラス組成物。これらの無鉛ガラス組成物を用いて磁気ヘッドを構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：５６〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜９％、ＺｎＯ：４〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え２１％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜７％、Ｓｂ２Ｏ３：０〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなる
ことを特徴とする無鉛ガラス組成物。
【請求項２】
酸化物基準の質量％表示で、Ｂ２Ｏ３が1に対してＳｉＯ２が１．８以上の割合である
ことを特徴とする請求項1に記載された無鉛ガラス組成物。
【請求項３】
酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：６０〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜８％、ＺｎＯ：５〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え１７％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜５％、Ｓｂ２Ｏ３：１〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなる
ことを特徴とする無鉛ガラス組成物。
【請求項４】
酸化物基準の質量％表示で、Ｂ２Ｏ３が１に対してＳｉＯ２が１．８以上の割合である
ことを特徴とする請求項３に記載された無鉛ガラス組成物。
【請求項５】
請求項１、２、３、又は４に記載する無鉛ガラス組成物を用いてなる
ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
記録媒体に対向する摺動面に、前記無鉛ガラス組成物が少なくとも一部露出してなる
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無鉛ガラス組成物に関する。より詳しくは、フェライトやメタルなどの融着に使用される磁気ヘッド用ボンディングガラスに関し、例えば磁気ヘッドのギャップ形成、接合に好適なボンディングガラスに関するものである。
さらに、本発明は、上記無鉛ガラスを用いた磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に磁気ヘッドは、Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどの酸化物磁性材料やこれら酸化物磁性材料とセンダスト等の金属磁性材料との複合体よりなる磁気コア同士を、ボンディングガラスを用いて接合一体化することにより構成される。例えば、磁気ヘッドの作動ギャップ部は、ロッド状に線引きされたボンディングガラスを融点以上の作業高温まで加熱・溶融し、磁気コアの間に流し込ませた後冷却して、これら磁気コア間にガラスを融着させることによって構成される。
【０００３】
かかるボンディングガラスには、耐水性、耐食性、耐摩耗性、接合強度などの点で厳しい特性が要求され、またロッド状に線引きできることから、ＰｂＯ、ＳｉＯ２等を主成分とするボンディングガラスが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、磁気ヘッド用ボンディングガラスは、酸化物磁性材料や金属磁性材料と熱膨張係数が大きく異なると、磁気コアを接合した時に残留応力が累積され、ガラスクラックなどが発生し易いという欠点を有している。
したがって、フェライトなどの酸化物磁性材料や金属磁性材料を接着するボンディングガラスは、熱膨張係数をこれらの被接着体に合わせるため、その熱膨張係数が８５×１０−７〜１２０×１０−７［℃−１］程度のものを使用することが好ましい。また、融着する際の温度が高いとフェライトや金属磁性薄膜の磁気特性に影響を与えてしまうので、融着温度は６２０℃以下（ガラス転移点で４６０℃以下）であることが好ましい。
【０００５】
しかしながら、低融点のガラスは耐水性や耐アルカリ性等の化学的耐久性が高融点ガラスに比べて著しく劣り、磁気ヘッド加工時に研削液や洗浄液によるガラス溶出が多発するという問題を抱えている。
また、従来の融着ガラスには、低融点化させるために酸化鉛ＰｂＯが含まれているが、鉛は環境管理物質であるため、環境問題や廃棄処分の問題があり、鉛系成分を含まない低融点ガラスが求められている。
【０００６】
一方、高密度記録化のために磁気テープは、磁性粉の塗布型のものだけでなく、蒸着型も多く出回るようになり、それに伴い、テープの摺動潤滑剤としても様々なものが使用され、なかには研磨性の大きい潤滑剤も使用されている。そのような磁気テープが磁気ヘッドに摺動すると、磁気ヘッドの摺動部に露出しているガラスを必要以上に研磨し、磁気ヘッドの摺動部に段差を生じさせてしまう問題があり、耐摩耗性の優れたガラスが求められている。
【特許文献１】特開昭６１−１０１４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、具体的に磁気ヘッドに用いられる無鉛ガラスに要求される条件、及び課題はつぎの通りである。
（１）鉛系成分を含有せずに、融着温度を６２０℃以下（ガラス転移点で４６０℃以下）  にする必要がある。
（２）熱膨張係数は８５×１０−７〜１２０×１０−７［℃−１］程度。
（３）良好な化学的耐久性が要求される。
（４）一般に無鉛ガラスは、鉛系成分含有ガラスより融着温度が高くなりやすいため、  （１）のように低融化するには、ガラス形成成分としてＳｉＯ２よりもＢ２Ｏ３を使用することが多く、無鉛低融点ガラスは鉛系成分含有低融点ガラスと比較して耐磨耗性が大幅に劣る。
（５）したがって、融着温度を６２０℃以下（ガラス転移点４６０℃以下）に抑えつつ、  耐摩耗性を大幅に向上した無鉛低融点ガラスが求められる。無鉛ガラス組成物を摺動面  に用いる磁気ヘッドにおいては、いかなる磁気テープに対しても摺動部の偏摩耗が少な  く、良好な電磁変換特性を有する磁気ヘッドにする必要がある。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、磁気ヘッド用ガラスに求められる特性を満足し、作業環境および廃棄処理に問題のない無鉛系のガラス組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような無鉛系のガラスを用いた磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を達成するために、ガラス形成成分であり、耐摩耗性を向上させると考えられるＳｉＯ２の量を増やし、Ｂ２Ｏ３やＢｉ２Ｏ３などの他元素の量を調整することで、融着温度を大幅に上げることなく有鉛ガラスと同等以上の耐摩耗性を有するガラス組成物を見出した。
【００１０】
すなわち、本発明に係る無鉛ガラス組成物は、酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：５６〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜９％、ＺｎＯ：４〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え２１％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜７％、Ｓｂ２Ｏ３：０〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなり、ＰｂＯなどの有鉛成分を含まないことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る無鉛ガラス組成物は酸化物基準の質量％表示でＢｉ２Ｏ３：６０〜６８％、Ｂ２Ｏ３：４〜８％、ＺｎＯ：５〜６％、ＳｉＯ２：１３％を超え１７％以下、Ｎａ２Ｏ：１〜５％、Ｓｂ２Ｏ３：１〜２％、Ｆｅ２Ｏ３：２〜７％、ＺｒＯ２：０〜１％からなり、ＰｂＯなどの有鉛成分を含まないことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る無鉛ガラス組成物は、上述のいずれかの無鉛ガラスであって、酸化物基準の質量％表示で、Ｂ２Ｏ３が１に対してＳｉＯ２が１．８以上の割合であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る磁気ヘッドは、上記の無鉛ガラス組成物を用いて成ることを特徴とする。
【００１４】
Ｂｉ２Ｏ３は無鉛ガラス組成物の主要成分であり、軟化点や粘性を下げる効果がある。この含有量は５６〜６８％（以下、％とは特に断りのない限り質量％を意味する）である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が６８％を超えるとガラスの耐磨耗性が有鉛ガラスに比較して著しく悪くなるため、このガラスを磁気ヘッドの摺動面に用いることができなくなり、また本ガラスは融着温度を上げるＳｉＯ２の量が多いため融着温度を下げる効果のあるＢｉ２Ｏ３の含有量が５６％未満では融着温度が適用範囲より高くなりぬれ性を劣化させる。融着温度の観点からＢｉ２Ｏ３のより好ましい含有量は、６０〜６８％の範囲である。
【００１５】
Ｂ２Ｏ３は後述のＳｉＯ２と共にガラスの形成成分としての効果を持ち、この含有量は４〜９％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が９％を超えるとガラスの耐磨耗性が有鉛ガラスに比較して著しく悪くなり、また本ガラスは融着温度を上げるガラス形成成分ＳｉＯ２を多く含有しているためＢ２Ｏ３の含有量が４％未満では融着温度が適用範囲より高くなる。耐摩耗性や耐アルカリ性の観点からＢ２Ｏ３のより好ましい含有量は、４〜８％の範囲である。
【００１６】
ＺｎＯはガラスを安定化させるのに効果がある。この含有量は４〜６％である。ＺｎＯの含有量が６％を超えるとガラスの耐磨耗性が有鉛ガラスに比較して著しく劣化し、このガラスを磁気ヘッドの摺動面に用いにくい。ガラス化形成元素であるＢ２Ｏ３とＳｉＯ２の量が不足した場合、ＺｎＯはガラス化を補助する効果があるので、４％未満ではガラスが不安定になって失透しやすくなる。ガラス形成の観点からＺｎＯのより好ましい含有量は、５〜６％の範囲である。
【００１７】
ＳｉＯ２はガラスの網目構造を形成し、ガラスの安定化、ガラス化範囲を広げる、高融点化、化学的耐久性と耐磨耗性の向上に効果がある。この含有量は１３％を超え２１％以下である。ＳｉＯ２の含有量が２１％を超えると融着温度が適用範囲より高くなり、熱膨張係数は適用範囲より小さくなる。またＳｉＯ２の含有量が１３％以下ではガラスの耐磨耗性が有鉛ガラスに比較して著しく劣化し、このガラスを磁気ヘッドの摺動面に用いにくくなる。融着温度の観点からＳｉＯ２のより好ましい含有量は、１３％を超え１７％以下の範囲である。
【００１８】
Ｎａ２Ｏはガラスの溶融を促進する効果があり融着温度を下げるが、大量に含有するとガラスの信頼性を下げ、熱膨張が適用範囲より大きくなる。よってこの含有量は１〜７％とした。Ｎａ２Ｏの含有量が７％を超えるとガラスの耐磨耗性が大幅に下がるため磁気ヘッドの摺動面に用いるのが困難になり、１％未満では融着温度が高くなりぬれ性を劣化させ、また熱膨張係数も８５×１０−７ [℃-1]より小さくなる。耐摩耗性、耐水性、耐アルカリ性や熱膨張の観点からＮａ２Ｏのより好ましい含有量は、１〜５％の範囲である。
【００１９】
Ｓｂ２Ｏ３はＢｉ２Ｏ３の一部と置換することにより、ガラスの融着温度を比較的上昇させずに耐水性、耐アルカリ性を向上させる効果がある。この含有量は０〜２％である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量が２％を超えるとガラスが不安定になり、融着時のガラス中に析出物が発生し易くなって、ガラスの濡れが悪くなったり、析出部にクラックが入ったりする。耐水性、耐アルカリ性の観点からＳｂ２Ｏ３のより好ましい含有量は、１〜２％の範囲である。
【００２０】
Ｆｅ２Ｏ３はガラスの融着温度を比較的上昇させずに耐水性、耐アルカリ性等の化学的耐久性を向上させる効果があり、また耐摩耗性に関しても若干向上させる効果がある。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は２〜７％である。Ｆｅ２Ｏ３はガラス化元素ではないため、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が７％を越えるとガラスが不安定になって線引きできなくなる。またＦｅ２Ｏ３の含有量が２％未満ではガラスの耐磨耗性が有鉛ガラスに比較して著しく劣化し、このガラスを磁気ヘッドの摺動面に用いにくくなる。
【００２１】
ＺｒＯ２は耐水性、耐アルカリ性等の化学的耐久性を向上させる効果があり、また耐摩耗性に関しても大きく向上させる効果がある。この含有量は０〜１％である。ＳｉＯ２の量が多いためＺｒＯ２の含有量が１％を超えるとガラスの融着温度が上昇して濡れ性が劣化する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る無鉛ガラス組成物は、鉛系成分を含有しないことから、作業環境の改善につながり、さらに廃棄処理に困らない効果がある。
【００２３】
また、従来の無鉛ガラスは有鉛ガラスと比較して耐磨耗性が大幅に劣っていたが、本発明によるガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３に対してＳｉＯ２を一定割合以上含有することにより、有鉛ガラスと同等以上の耐磨耗性を有し、かつ化学的耐久性を確保しながら融着温度が６２０℃以下に抑えられる。したがって、本発明の無鉛ガラス組成物を摺動面に用いる磁気ヘッドは、いかなる磁気テープに対しても摺動部のガラスの凹みが生じにくく、良好な電磁変換特性を有する磁気ヘッドであり、かつ製造し易い磁気ヘッドでもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
先ず、本実施の形態に係る無鉛ガラス組成物について説明する。無鉛ガラスを構成する各成分を表１の実施例に示す割合で混合し、無鉛ガラスを作成した。単位は質量％である。尚、比較例に載せたものは請求範囲を外れた組成の無鉛ガラスならびに現在使用されている鉛系ガラスである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の組成で得られた各ガラスについて、熱膨張係数（１００〜３５０℃）及びガラス転移点、ガラス屈伏点、を測定した。結果を表２に記す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表１の組成から得られたガラスのうち実施例試料１〜１３と比較例試料１４〜１５はすべてガラス化し、結晶化や失透はみられなかった。また、表２に示すように実施例試料１〜１３の熱膨張係数（１００〜３５０℃において）は８７×１０−７〜１０５×１０−７[/℃]、ガラス転移点は４３４〜４５４℃となった。
【００３０】
表３に、実施例、比較例における各資料１〜１５のガラスの耐摩耗性を評価した結果を示す。
【表３】
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【００３１】
耐磨耗性の試験方法は、図１に示すようにオープンリールの長距離摩擦測定器を利用し、固定されたドラム１の側面上の磁気テープ２が摺動する位置にテープ走行方向と垂直方向にロッド状のガラス３を樹脂で貼り付け、そのガラス上に一定テンションで接触させた磁気テープを一定距離だけ摺動させる。そのときのガラス３の側面を図２に示すが、ガラスの一部がテープで削られ、その削られた部分を密な斜線領域Ａとする。削られた幅２Ｙを測定してガラス３の線径２Ｒと削られた幅２Ｙと削られた長さ（奥行き）から削られた体積を算出した。ただし削られたガラス３の長さ（奥行き）はテープ幅であるので一定であり、削られた寸法の比較の為には計算に入れなくても問題ないために、体積ではなく面積を算出して、比較した。よって、面積が小さいほど耐磨耗性が良いといえる。試料のサイズは外径０．５±０．０２ｍｍに線引きしたガラスで1本ずつ外径を測定し、ガラス３の接着にはエポキシ樹脂を用い、ガラス３の磁気テープ２との摺動面には樹脂が付着しないようにした。環境（温湿度）は恒温槽にて４０℃３０％に設定し、テープ２はデジタルビデオ用の１／４インチ幅の蒸着テープ（固体潤滑剤使用）を用い、ガラスを変える毎に新しいテープを使用し、片道１４０ｍを１０往復させた。このときのテープ速度は５ｍ／ｓｅｃであり、ドラム１は回転しない。
【００３２】
削られた面積は次のようにして求めた。図２（ロッド状のガラス３の断面）に示すように、削られた幅を２Ｙ、削られた断面積を密な斜線領域Ａとし、密な斜線領域Ａと粗い斜線領域Ｂを含む扇形面積から、三角形（粗い斜線領域Ｂ）の面積を求めて、削られた面積Ａとした。
【００３３】
図３に、表２に記載のガラス転移点（横軸）と、表３に記載の耐磨耗性（縦軸）の関係を示す。削られた面積が小さいほど耐摩耗性に優れている。比較例の試料１４はＢ２Ｏ３に対するＳｉＯ２の量が少ない為、耐磨耗性が悪い。実施例のように、Ｂ２Ｏ３に対するＳｉＯ２の割合を１．８以上に増やすことで、ガラス転移点を４６０℃以下（融着温度で６２０℃以下）に保ったまま、現行の鉛ガラスである試料１５と同等以上の耐磨耗性が得られる。
【００３４】
次に、実施例のうち試料１、試料８と比較例の試料１４と試料１５のガラスを用いて図４に示すような磁気ヘッドを作製し、テープを摺動させて摺動面のフェライトとガラスとの段差を測定した。この実施の形態に係る磁気ヘッド１１は、所謂メタルインギャップ（ＭＩＧ）型の磁気ヘッドであって、フェライトコア半体１２Ｌ及び１２Ｒの突合せ面に高透磁率の金属磁性薄膜１３を成膜し、金属磁性薄膜１３間にギャップ膜を介して磁気ギャップｇが形成されるように、両フェライトコア半体１２Ｌ、１２Ｒをガラス組成物１４で接合して構成される。１６は、フェライトコア半体に巻回されたコイルである。
【００３５】
テープを摺動させたときの摺動面のフェライトとガラスとの段差は、ガラス単体の耐摩耗性ではなく、ヘッドとしての耐摩耗性を示す。段差が無いほど、耐摩耗性に優れていることになる。その結果を図５に記す。実施例の試料１と試料８は、比較例の試料１４に比べて、７５時間後のフェライトとガラスの段差が抑えられており、鉛系ガラスである試料１５と同程度を保っている。
【００３６】
また、図５の測定において、テープを５０時間走行させた後の摺動面の干渉縞を観察した結果を図６に記す。図６Ａに磁気ヘッド摺動面の模式図を示す（但し、図Ａはアジマスの向きが異なる２つのヘッドのうち一方を代表して示す）。図６Ｂは磁気ヘッド摺動面の顕微鏡写真であり、それぞれ、ヘッドの金属磁性膜１３、フェライトコア半体１２Ｌ、１２Ｒ、ガラス部１４が写っている。図６Ｂにおいて、ヘッドに架かるいくつかのリング状の縞は、干渉縞であり、同じ高さの部分が同じ線で繋がれている。干渉縞のずれが段差を表す。つまり、干渉縞のずれが大きいほど、摺動面のフェライト１２Ｌ,１２Ｒとガラス１４の段差は大きく、耐摩耗性は弱い。摺動させる前の干渉縞はズレが無く、段差のない状態である（図示せず）。
図６Ｂにおける写真は、それぞれテープ走行５０時間後の状態、すなわち５０時間摺動させた摺動面における干渉縞の状態を写したものである。それぞれ左右の写真はアジマスの向きが異なる1ペアの磁気ヘッドの摺動面である。試料１４では５０時間テープを走行させた後干渉縞のずれが大きいのに対して、試料１及び８では、５０時間テープを走行させても段差が見られず、鉛系ガラスである試料１５と同程度を保つことが可能であることがわかる。以上のように、試料１及び試料８では、試料１４に比べて、ヘッドとしての耐摩耗性に優れているということができる。
【００３７】
試料１４はＳｉＯ２が１３％以下でＢ２Ｏ３に対するＳｉＯ２の割合も１．８未満である為、このガラスを摺動面に用いると段差が発生してしまう。よって、このガラスを磁気ヘッドの摺動面には使用することが出来ない。
一方、請求項１、２、３、又は４の条件を満たすガラスは熱膨張、化学的耐久性、耐磨耗性、段差において鉛系ガラスと同等の特性を有することが判明した。したがって、磁気ヘッドの摺動面にガラスを露出させても化学的耐久性、耐磨耗性、段差が従来の鉛系ガラスと同等である磁気ヘッドを作製することが出来る。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明に係る無鉛ガラス組成物及び磁気ヘッドは、上述の実施の形態に限られるものではない。例えば、本発明による無鉛ガラス組成物を用いて構成される磁気ヘッドとして、ＭＩＧ型磁気ヘッドを例にあげて説明したが、金属薄膜積層型ヘッドなど、他の型の磁気ヘッドに適用することができる。
【００３９】
また、例えば、本発明による無鉛ガラス組成物を用いて構成されるＭＩＧ型磁気ヘッドにおいて、摺動面に露出される所謂フロントギャップ側に設ける融着ガラスとして本発明による無鉛ガラス組成物を用い、摺動面と分離された所謂バックギャップ側には他の組成によるガラス組成物を用いた構成も可能であるなど、本発明による無鉛ガラス組成物及び磁気ヘッドは、種々の変更及び変形をなし得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】耐磨耗性の測定方法を示す構成図である。
【図２】削られたガラスの面積の算出に供する説明図である。
【図３】表２及び表３の実施例と比較例の評価結果をグラフにしたもので、ガラス転移点と削られた面積の関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る磁気ヘッドの一実施の形態を示す構成図である。
【図５】実施例の一部と比較例の段差の評価結果をグラフにしたもので、摺動時間と段差の関係を示すグラフである。
【図６】図Ａは磁気ヘッド摺動面の模式図であり、図Ｂは実施例の一部と比較例のガラスを摺動面に用いた磁気ヘッド（左右でアジマスの向きが異なる1ペア）の５０時間摺動後の摺動面の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１１・・磁気ヘッド、１２Ｌ，１２Ｒ・・フェライトコア半体、１３・・金属磁性薄膜、１４・・ガラス、ｇ・・磁気ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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