(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ2Ｏ3及びＣａＴｉＯ3の組成からなり、前記Ｆｅ2Ｏ3はヘマタイト相であると共に、前記ＣａＴｉＯ3はペロブスカイト相であり、
前記Ｆｅ2Ｏ3が２０〜８０ｍｏｌ％、一方、ＣａＴｉＯ3が８０〜２０ｍｏｌ％の組成構成であり、
平均結晶粒径が３μｍ以下であり、且つ、ビッカース硬度が８６０以上の高密度燒結体であることを特徴とする非磁性基板材料。
【請求項２】
室温から１００℃までの平均熱膨張係数が９０〜１１０×１０-7／℃、一方、室温から６００℃までの平均熱膨張係数が１１３〜１２５×１０-7／℃であることを特徴とする請求項１に記載の非磁性基板材料。
【請求項３】
ＣａＯとＴｉＯ2からＣａＴｉＯ3を焼成する工程、ＣａＴｉＯ3を微粉砕する工程及びＦｅ2Ｏ3とＣａＴｉＯ3を所要量秤量し、混合焼成を、３価のＦｅを維持するように、大気中で処理する工程、を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の非磁性基板材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、コンピュータ用ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、オーディオまたＶＴＲ等の磁気記録装置に使用される磁気ヘッドのスライダ材に係わり、特に電磁変換素子等を固定あるいは形成するスライダに好適な非磁性基板材とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ヘッドを用いて情報を記録あるいは再生する磁気記録装置は、高記録密度化、高容量化及び小型化の強いニーズを受け、数年前に比べると飛躍的な進歩を遂げてきている。磁気記録装置は、半導体メモリや光磁気記録などの他の記録方式あるいは装置と比較すると、ビット当たりの単価が安い、転送速度が速い、記録再生のデータの信頼性が高いなどの、記憶装置としての多くのメリットを有するためその需要は益々増加、高度化される一方である。これらのニーズに合致する磁気ヘッドは、小型で高記録密度が可能であることが必要で、そのためには、狭トラック幅、狭磁気ギャップ長の構成をとり高周波特性に優れていることが必須条件である。
【０００３】
さて、磁気記録装置に使用されている磁気ヘッドの構成要素を大別すると、電磁変換素子、スライダとその支持部材をあげることができる。磁気ヘッドの各構成要素は、用途、目標性能等によって外観上相違する。例えば、磁気記録媒体がテープであるＶＴＲ用磁気ヘッド、あるいはそれがディスクであるハードディスク用磁気ヘッドのように磁気記録媒体が異なる場合である。しかし、電磁変換素子を磁気記録媒体に対向配置させ相対的に移動させながら記録再生の機能を持たせていることを見れば、磁気記録媒体に関係なく同じであると言える。スライダは電磁変換素子を配置固定し、磁気記録媒体と接触摺動するため、機械的な性能は勿論のことトライボロジーの面での性能も同時に満足する必要がある。
【０００４】
従来のスライダについて、ハードディスクに使用されている浮上型磁気ヘッドを例に取り、その構造および機能を説明する。図５に示す浮上型磁気ヘッドは、磁気記録媒体であるディスク（図示せず）との対向面を上に向けた斜視図である。図示するように磁気ヘッドのスライダ１０には浮上用レール１２が設けられ、Contact Start and Stop（以下ＣＳＳと略す）動作を行うものである。この浮上用レールには、軟磁性合金膜２８を磁気ギャップ２６側に形成した一対のＩコアチップ２２及びＣコアチップ２４をガラス２７で接合した磁気コア２０が、スロット１４に磁気ギャップ２６を浮上用レール１２面側に露出するように別のガラス１６で固定されている。電磁変換素子は、この磁気コア２０にコイルを巻いて構成するが、本図ではコイルを省略してある。記録時には記録信号に応じた電流を流し、磁気ギャップ２６近傍に記録磁界を発生させ磁気記録媒体に記録着磁を行う。一方、再生時は磁気記録媒体からの漏洩磁束を磁気コアに導き、コイルに誘起される電圧を検出することにより再生信号を得るものである。
【０００５】
図６は動作時の浮上状態の模式図を示す。ディスク５０が停止している場合、浮上型磁気ヘッドは支持部材のバネ作用によりディスク５０面に押しつけられ、ディスク５０の回転に伴い空気流１７が発生し、その作用によってディスク５０から離間浮上して浮上量ｈを隔てた非接触の動作状態に入る。この状態で記録再生を行うことになる。一方、ディスク５０を減速停止させると空気流１７が弱まることにより、この磁気ヘッドは加速時とは逆の過程を経てディスク５０に摺動接触して停止することになる。この一連の動作過程がＣＳＳと称され、このＣＳＳ特性の善し悪しによりハードディスク装置の信頼性あるいは寿命が決まる。ＣＳＳ特性の良否判定は、一般的にＣＳＳ回数に対する摩擦力の増加特性を観測して行われる。しかしながら、ＣＳＳ回数に対する摩擦力増加のメカニズムは非常に複雑であるため、未だに解明されるに至っていない。明確な因果関係を見出すため、試行錯誤的な経験と実験の積み上げによる対症療法的な方法が一般的に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
従来の浮上型磁気ヘッドでは、電磁変換素子は機械的なストレスを受け易く、そのため磁気ヘッド特性の低下或いは劣化の原因となっていた。また、５００Ｍｂ／ｉｎ２以上の記録密度を達成するためには、浮上量ｈは数十ｎｍ程度と非常に狭い間隔に選ばれるため、浮上面側の僅かな加工誤差あるいは変形等がこの浮上量ｈと同程度になってしまい、目的とする磁気ヘッド特性と良好なＣＳＳ特性を得ることが困難であった。以下、具体的に従来技術の課題について詳しく説明する。
【０００７】
磁気ヘッドの高記録密度化と小型化を進めていくと、記録再生動作の初期には何ら問題なかった磁気ヘッドが、運転時間の経過につれてＣＳＳ特性の劣化などによる重大事故が多発するようになった。この原因を調べた結果、磁気ヘッドは室温から１００℃の間で変動する雰囲気中で動作するため、動作開始から停止までの稼働時間中周囲の温度上昇の影響を受けることになり、スライダを構成する部材間の熱膨張係数の違いによる局部的な変形の発生、即ちスライダの浮上用レール面の一部に変形が起こっていることが分かった。更に、周囲温度の変動による各部の変形量一定でないため、電磁変換素子に歪み応力が作用する等の問題を生じていた。
ハードディスク装置は起動初期では室温と同一であるが、時間と共に装置自体の温度は上昇しある飽和値に達する。また、稼働時間によってその温度上昇値に差を生じ、飽和に達していない過渡状態では変動していると考えることができる。このため、ハードディスク装置の内部に組み込まれる磁気ヘッドは、当然ながらこの温度変化の影響を受けることになる。即ち、磁気ヘッドの周囲温度は一定でなく、常に変動していると言える。
【０００８】
従来磁気ヘッドの周囲温度は室温程度で変化しない前提で考えていたが、浮上量ｈが非常に小さくなってきたため、上述した温度変動の範囲における僅かなスライダの変形量が磁気ヘッドに重大な影響を与えることになった。確認のため、室温において所要寸法に仕上げた磁気ヘッドについて、室温から１００℃の範囲で周囲温度を変えて浮上用レール表面の長手方向の変形を測定した。その結果を図７の比較例の欄に示す。
図７に示すプロファイルは、周囲温度２５℃と８５℃におけるスライダ浮上面の浮上用レールの長手方向における高さ方向の変化量を示す。図中、Ａで示す実線は磁気コアを固定した浮上用レール側を、また、Ｂで示す一点鎖線は磁気コアが配置されない浮上用レール側の変形を示す。図から明らかなように、周囲温度が低いときは浮上用レールの変形はほとんど観察されないが、周囲温度を８５℃に上昇させた場合には磁気コアを固定した場所に急激な変形が生じている。磁気コアがある場所は、ガラス、スライダ材等が複合した構成となっているため、熱膨張による変形は複雑で変則的である。この局所的な変形が浮上型磁気ヘッドのＣＳＳ特性劣化を招いている原因である。なお、スライダの中央部は端部より２０〜３０ｎｍ高い凸型形状に加工されているが、これはクラウニング加工と称され、ＣＳＳ特性改善のため採られる方策である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述した従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その発明思想は以下の如くである。
磁気ヘッドにおけるスライダの構成を考えると、電磁変換素子がスライダに直接取り付けられる構造となっており、ヘッド化した場合、スライダが電磁変換素子の特性に影響を与えやすく劣化の原因になる場合が多かったことから材質的な面だけの検討が行われてきていた。また、磁気記録媒体と必ず接触し摺動するため、スライダと磁気記録媒体との相性が重要であり、特に相対速度が大きくなり高記録密度化している現在においては、解決しなければならない技術的に重要な課題である。しかしながら、従来技術では磁気ヘッドの特性向上は電磁変換素子の構成要素であるコアチップ、軟磁性膜等の材質的な面からの個別的な改善アプローチが主体であり、また、スライダ用材料への要求は磁気記録媒体との接触摺動性、研削、研磨加工時の割れ、カケの少ない機械加工性等に限定されていた。
【００１０】
小型でかつ高記録密度化に対応する磁気ヘッドにとっては、材質や構造の検討にとどまらず、製造工程を含めた総合的な検討と調和が必要になってくることは、磁気記録分野の今後の展開を予測すれば議論の余地はないと言える。特に、５００Ｍｂ／ｉｎ２〜１Ｇｂ／ｉｎ２以上を目標とするハードディスク用浮上型磁気ヘッドの場合は、現在までに開示されているスライダ用材料では解決することが不可能であることが検証され、本発明を想到するに至ったものである。
【００１１】
即ち、ヘマタイト相のＦｅ２Ｏ３とペロブスカイト相のＣａＴｉＯ３を有する高密度燒結体をスライダ材に適用することにより、磁気記録媒体との摺動性を確保できることである。この条件を満たすには、結晶粒径が３μｍ以下で、かつビッカース硬度が８６０以上の物性定数が付与されていることが必要である。ヘマタイト相のＦｅ２Ｏ３は、磁気記録媒体との摺動特性の相性が格段に優れていること、更にその占める比率は２０〜８０ｍｏｌ％が適している事実を発見したことによる。材質的には、磁気ヘッドの記録再生特性に影響のない程度に非磁性体であることは必要十分条件である。
磁気ヘッドの製造工程では、ガラスによるボンディング等の４００〜６００℃の熱処理工程が数回必ず含まれる。一方、磁気ヘッドの記録再生動作時には周囲温度の変動があり、その上限値は１００℃以下である。これらを考慮して、製造時に対応する熱膨張係数として室温から６００℃までの平均熱膨張係数を１１３〜１２５Ｘ１０−７／℃、記録動作時の温度範囲に対応する熱膨張係数として室温から１００℃までの平均熱膨張係数を９０〜１１０Ｘ１０−７／℃とすることによって、変形の少ない、記録再生特性に優れた磁気ヘッドを構成することが可能となる。
【００１２】
本発明による非磁性高密度燒結体を工業的に製造するための方法は、３価の鉄以外の生成を阻止することがポイントである。このためには大気中などで行うことが有効である。アルゴンガス、窒素ガス等を含む雰囲気では、２価の鉄を発生し焼結体が磁性を帯びてしまう。焼成温度については、高い程高密度化には有利であるが、Ｆｅ２Ｏ３が２価に還元されたりＣａＴｉＯ３が分解し結晶粒径の増大を招くため、適正な温度管理をすることが必要である。
【００１３】
【発明の実施形態】
本発明による実施例について、以下に詳しく述べる。
表１は、本発明の非磁性基板材料の各特性と物性値についてまとめたものであり、比較例についても同時に示した。また、製造工程の概略を図１に示す。
まづ、製造方法と条件について述べる。ＣａＯを５０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２を５０ｍｏｌ％秤量し、ボールミルにて４時間湿式にて混合する。次いで、１２００℃にて焼成してＣａＴｉＯ３を製造する。更に、焼成したＣａＴｉＯ３を微粉砕してから、規定の重さに秤量したＦｅ２Ｏ３とを一緒にしてボールミルにて１２時間程湿式混合する。造粒工程では、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１ｗｔ％を結合材として添加した後スプレードライヤー等で造粒を行う。１ｔｏｎ／ｃｍ２の油圧プレスを用いて成型を行い、焼結炉内に置き、１１２０℃で４時間、大気中にて焼結する。その後、１１００℃、１０００気圧のアルゴンガス中でＨＩＰ処理をして高密度化を図った。
【００１４】
表１に本発明の範囲による組成の配合結果例を、実施例１から５まで、また、範囲外の配合例を比較例１から５に示す。 Ｆｅ２Ｏ３を ＣａＴｉＯ３より多く含むと熱膨張係数は小さくなり、逆にＣａＴｉＯ３が多くなると熱膨張係数は大きくなる傾向にある。 Ｆｅ２Ｏ３が２０〜８０ｍｏｌ％、一方、 ＣａＴｉＯ３が８０〜２０ｍｏｌ％の組成構成の範囲内で、室温から１００℃までの平均熱膨張係数が９０〜１１０Ｘ１０−７／℃、かつ、室温から６００℃までの平均熱膨張係数が１１３〜１２５Ｘ１０−７／℃を示しており、本用途に好適な値を有している。
ＣＳＳ特性はヘマタイト相であるＦｅ２Ｏ３の含有量が多くなる程良好となるが、本実施例の組成範囲内では実用上差し支えのないレベルを示している。
浮上面の変形改善は、ＣＳＳ特性改善とは反対の組成構成を要求している。即ち、ＣａＴｉＯ３が多くＦｅ２Ｏ３が少ない組成範囲では、スライダの浮上面変形は良好となり、逆にＦｅ２Ｏ３が多いと変形が悪化する。平均結晶粒径は、本発明の範囲内で３μm以下と小さく、ＣＳＳ特性の良否と直接関係する研削研磨加工による仕上がり面の凹凸の段差も小さく作成できる。ビッカース硬度はＦｅ２Ｏ３が多く含まれる程高いものが得られる。
【００１５】
図２は実施例１および２の表面顕微鏡写真である。比較例２についても合わせて示す。白地になっている部分がヘマタイト相であり、 Ｆｅ２Ｏ３の配合を少なくするに従いヘマタイト相が減少しているのがわかる。また、黒地のペロブスカイト相と白地のヘマタイト相は、一カ所に集中することなく焼結体全面にわたり一様に分布するため、ＣＳＳ特性と研削研磨加工性の向上にきよしている。
【００１６】
図３に本発明による非磁性基板材料を浮上型磁気ヘッドに適用した場合を示す。図示するように、スライダ１０の浮上用レール１２には僅かなクラウニング加工と微小なエッジ１１が施されている。この浮上型磁気ヘッドのＣＳＳ特性を図４に示す。比較例と比べると、格段にＣＳＳ回数に対する摩擦力の低減が図られている。
また、浮上用レールの熱変形のプロファイルを図７に示す。両図から、ＣＳＳ特性の改善と浮上用レールの熱変形のないことが理解できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、本発明を詳しく説明したが、次のような効果をあげることが出来る。即ち、室温から１００℃までの平均熱膨張係数を９０〜１１０Ｘ１０−７／℃とし、室温から６００℃までの平均熱膨張係数が１１３〜１２５Ｘ１０−７／℃とすることにより、温度上昇による浮上用レールの熱変形を抑制できるため、ＣＳＳ特性を改善できる。このため、小型で、高記録密度化に対応した磁気ヘッドを容易に得られると共に、信頼性が高く、寿命の長いハードディスク装置を製造することが出来る。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【表１】0003939396.tif 000002
本発明による実施例の物性特性表を示す。
【図１】本発明の製造方法を示した流れ図を示す。
【図２】本発明による非磁性基板材料の表面顕微鏡写真を示す。
【図３】本発明による基板材を適用した浮上型磁気ヘッドを示す。
【図４】本発明による基板材を適用した浮上型磁気ヘッドのＣＳＳ特性を示す。
【図５】従来の浮上型磁気ヘッドを示す。
【図６】動作時の浮上型磁気ヘッドの模式図を示す。
【図７】浮上用レールの浮上面側長手方向の熱変形プロファイルを示す。
【符号の説明】
１０  スライダ、  １１  エッジ、  １２  浮上用レール、  １４  スロット、  １６  ガラス、
１７  空気流、  ２０  磁気コア、  ２２  Ｉコア、  ２４  Ｃコア、  ２５コイル
２６  磁気ギャップ、  ２８  軟磁性膜、  ５０  ディスク
【図１】
0003939396.tif 000003
【図２】
0003939396.tif 000004
【図３】
0003939396.tif 000005
【図４】
0003939396.tif 000006
【図５】
0003939396.tif 000007
【図６】
0003939396.tif 000008
【図７】
0003939396.tif 000009