(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯとＦｅ２Ｏ３を互いにモル比が４５／５５〜６７／３３の範囲で添加混合して仮焼し、得られた仮焼体１００重量部に対してＺｎＦｅ２Ｏ４を１〜１７０重量部添加して混合粉砕する工程と、この混合粉体を成形し、焼成する工程からなる非磁性セラミックスの製造方法。
【請求項２】
上記焼成工程が、成形体を酸化雰囲気で予備焼成した後、熱間静水圧加圧処理を施す工程からなることを特徴とする請求項１記載の非磁性セラミックスの製造方法。
【請求項３】
上記ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＺｎＦｅ２Ｏ４の合計１００重量部に対して、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を合計０．１〜３重量部添加して混合粉砕することを特徴とする請求項１記載の非磁性セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド用セラミック基板、各種磁気ヘッド用スライダー、磁気ヘッドのスペーサ、磁気テープガイド、マイクロマシン用部品等に使用される非磁性セラミックスに関するものであり、特にコンピュータ用ハードディスク（コンポジットタイプ、薄膜タイプ、積層タイプ等）、光磁気ディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、またはオーディオ用レコーダやビデオテープレコーダ等の磁気記録に使用される磁気ヘッドのスライダー用材料に最適な記録再生ヘッド用非磁性セラミックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ヘッドを用いた磁気記録装置は、高記録密度化、高容量化が進みつつあり、それに伴い、磁気ヘッドに対しても高線密度化、高トラック密度化への対応が要求されている。
【０００３】
このような磁気ヘッドを用いた磁気ディスクへの記録において、高容量化に対応した高線密度、高トラック密度を達成する方法の一つとしてコンポジットスライダーが採用されている。いわゆるコンポジット型磁気ヘッドは、磁気ヘッドコアをセラミックス製のスライダーにガラス等で接着している。なお、磁気ヘッドコアとスライダーは、雰囲気を４００℃前後の高温として、両者の間に配置されたガラスを溶融することにより接着されている。
【０００４】
このヘッドコアとしては一般に高い透磁率を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトが使用されており、これに薄膜を設けたＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎ  Ｇａｐ）タイプが量産されている。
【０００５】
さらに、コアの一部を非磁性基板に置き換え、非磁性基板上に磁性薄膜を成膜した複合コアが採用されている。この様な複合コアの非磁性基板としては機械的強度の大きなチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ3 ）系の非磁性基板が採用されている。
【０００６】
一方、上記ヘッドコアを保持するスライダーの材料としては、例えばチタン酸カルシウムやチタン酸バリウムが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、スライダー材料の熱膨張係数がヘッドコアの熱膨張係数と異なると、ヘッドコアをスライダーに接着する際の熱応力により亀裂や残留歪みが生じて接着が不十分となり、ヘッドコアがスライダーから脱落し、磁気ヘッドとして不良となる恐れがある。このような不良品を確実に防止するためには、スライダーの熱膨張係数をヘッドコアの熱膨張係数に一致させる必要性がある。
【０００８】
しかしながら、ヘッドコア用材料の高透磁率Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの熱膨張係数は１０５〜１３０×１０-7／℃であり、複合コアの熱膨張係数は１００〜１２０×１０-7／℃であるのに対し、スライダーとして使用されるチタン酸カルシウム、チタン酸バリウムの熱膨張係数は、それぞれ１００〜１２０×１０-7／℃、８０〜１００×１０-7／℃程度と、ヘッドコアの熱膨張係数よりも小さく、ヘッドコアの熱膨張係数の範囲を全てカバーできるスライダー材料はなかった。
【０００９】
また、ハードディスク用磁気ヘッド等においては、ディスクが回転するとともに磁気ヘッドが浮上するＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ  ｓｔａｒｔ／ｓｔｏｐ）と呼ばれる方法が採用されているので、ディスク起動時および停止時にディスクとヘッドが接触する。従って、スライダー部分にポア（空孔）があると摺動する際にポア部分に潤滑剤や磁性粉が付着したり、ポア部分より前記付着物が脱落し、これにより、磁気媒体を破壊したり、データの破壊や、ヘッドの損傷を生じ、磁気記録装置の信頼性を著しく低下させるという問題があった。
【００１０】
特に近年においては磁気ディスクの磁性膜は薄くなり、僅かな摺動性の不調でも信頼性が低下するようになっているため、ポアサイズの小さなスライダー用材料が要求されるようになっている。
【００１１】
また、一部のディスク媒体に対しチタン酸カルシウム系スライダーは摺動特性が悪いとの問題があった。
【００１２】
これに対し、本発明者は、熱膨張係数の大きいヘッドコアに適用でき、かつ、磁気メディアとの摺動性に優れた磁気ヘッドスライダー用の非磁性セラミックスを得るべく、種々の検討を重ねた結果、カルシウムフ系ェライトにおいて酸化カルシウムと酸化鉄のモル比率を所定値に特定することにより、摺動特性が優れ、熱膨張係数が大きな優れた特性を有する磁気ヘッドのスライダー用磁器を得られることを突き止めた（特開平５ー８５８０７号参照）。
【００１３】
しかし、この組成系では熱膨張係数が１２０〜１２７×１０-7／℃程度であり、大きな熱膨張係数を有するＭｎ−Ｚｎフェライトコアには対応できたが、上記複合コアに対しては熱膨張係数が大きすぎるとの問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスは、上記複合コアに適用でき、かつ磁気メディアとの摺動性に優れた磁気ヘッドスライダー用の非磁性セラミックスを得るべく、種々の検討を重ねた結果、熱膨張係数の大きなカルシウム系フェライト（ＣａＦｅ２Ｏ４，Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５）に熱膨張係数の小さな亜鉛系フェライト（ＺｎＦｅ２Ｏ４）を加えることで、熱膨張係数を１００〜１２６×１０−７／℃の広い範囲で自由にコントロールでき、しかもこれらのカルシウム系フェライトと亜鉛系フェライトは何れも摺動特性に優れていることから、得られた非磁性セラミックスも優れた摺動特性を有することを見出した。
【００１５】
また、これらの非磁性セラミックスに微量成分を含む組成物で焼結性が優れ、ポアサイズが小さく優れた摺動特性が得られることを知見した。
【００１６】
即ち、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスは、ＣａＯとＦｅ２Ｏ３を互いのモル比が４５／５５から６７／３３の範囲で含有し、これらＣａＯとＦｅ２Ｏ３の合計重量１００重量部に対してＺｎＦｅ２Ｏ４を１〜１７０重量部含むことを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、ＣａＯとＦｅ2 Ｏ3 のモル比を４５／５５〜６７／３３としたのは、ＣａＯが６７モル％より多くなり、Ｆｅ2 Ｏ3 が３３モル％よりも少なくなると、セラミックス中に微量のＣａＯ相が生じ、ポアサイズが大きくなって焼結性が著しく悪くなるからである。一方、ＣａＯが４５モル％よりも少なくなり、Ｆｅ2 Ｏ3 が５５モル％よりも多くなると、磁性フェライト相が発生し非磁性セラミックスとして不適切となるからである。
【００１８】
また、ＺｎＦｅ2 Ｏ4 の含有量を１から１７０重量部としたのは、１重量部未満では熱膨張係数を小さくする効果に乏しく、一方１７０重量部を越えると熱膨張係数が１００×１０-7／℃未満と小さくなり過ぎて、ガラスボンディング時のクラック発生の原因となるためである。
【００１９】
なお、フェライトは結晶構造により磁気特性が異なり、ＭｎーＺｎ系フェライトやＮｉ−Ｚｎ系フェライト等は結晶が逆スピネル構造となるために強磁性を示すが、正スピネル構造やコランダム型の結晶構造を有するフェライトは強磁性を示さず、非磁性となる。そして、本発明で用いるカルシウム系フェライトや亜鉛系フェライトは一般に非磁性であることから、これらを主成分とすることにより非磁性のセラミックスとすることができる。
【００２０】
また、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスにおいて、セラミックス中には、ＣａＦｅ２Ｏ４とＣａ２Ｆｅ２Ｏ５の少なくとも一種、及びＺｎＦｅ２Ｏ４の結晶相を有することを特徴とする。これは、上記各結晶相が非磁性であるため、磁気ヘッドスライダー用材料として好適であるためである。なお、これらの結晶相の存在については、Ｘ線回折法により確認することができる。
【００２１】
さらに、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスは、上記ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＺｎＦｅ２Ｏ４の合計１００重量部に対し、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を合計で０．１〜３重量部以下含有させたことを特徴とする。これらの成分を含有させたのは焼結性を向上させるためであるが、これらの合計量を上記範囲としたのは、合計で３重量％よりも多く含有されると焼結性が悪くなり、ポアサイズも大きくなるからである。これらの副成分は焼結助剤として別途添加する他、ＣａＣＯ３やＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｎＦｅ２Ｏ４等の原料中や粉砕、混合等のボールの摩耗により混入する場合もある。
【００２２】
また、本発明の非磁性セラミックスの製造方法は以下の通りである。
【００２３】
まず、例えば市販されている純度９９％以上のＦｅ2 Ｏ3 （不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎｂ等を含む）を使い、ＣａＯ源としてＣａＣｌ2 、ＣａＣＯ3 、ＣａＦｅ2 Ｏ4 、Ｃａ2 Ｆｅ2 Ｏ5 等を使用し、副成分としてＭｇＯ、ＴｉＯ2 、ＭｎＯ、ＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 を使用し、これらを所定量秤量する。この原料をボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥し、乾燥後の原料を酸化性雰囲気において所定温度で所定時間仮焼し、仮焼後の原料にＺｎＯ或いは別途合成したＺｎＦｅ2 Ｏ4 原料を所定量加え、アルミナボール、ジルコニアボール、又はメノーボールを用い平均粒径が２μｍ以下となるよう微粉砕する。
【００２４】
ここで仮焼したカルシウム系フェライトに別途用意した亜鉛系フェライトを添加するのは亜鉛系フェライトの添加量により熱膨張係数を調整することが可能であり、種々の熱膨張係数を有する材料を容易に製造可能とするからである。なお、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 、ＭｎＯ、ＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 の副成分の添加は仮焼前に限らず、使用原料中に含ませたり、仮焼後に添加したり、あるいは粉砕工程におけるボールやライナーの摩耗混入により添加することができる。
【００２５】
そして、この原料粉体にバインダーを加え造粒を行った後、所定圧力でプレス成形し焼成することで本発明の非磁性セラミックスを得ることができる。特に、この焼成時に、酸化雰囲気中において１０００〜１２００℃の常圧で焼成して相対密度９５％以上の予備焼結体を得た後、この予備焼結体を不活性ガス雰囲気中で１０００〜１２００℃で熱間静水圧（ＨＩＰ）処理することが好ましく、このような焼成方法によればポアサイズが１μｍ以下の焼結体を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスは、磁気ヘッドスライダーに限らず、磁気ヘッドのスペーサ、磁気テープガイド、マイクロマシン用部品等さまざまな分野に使用することができる。
【００２７】
【実施例】
実施例１
市販されている純度９９％以上のＦｅ2 Ｏ3 （不純物としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎｂ等を含む）を使用し、ＣａＯ源としてＣａＣｌ2 、ＣａＣＯ3 等を使用し、これらを最終組成が表１となるよう所定量秤量した後、ボールミルを用いて湿式混合し、これを乾燥した後の原料を酸化性雰囲気において所定温度で所定時間仮焼した。
【００２８】
仮焼後の原料に、別途合成した純度９９％以上のＺｎＦｅ2 Ｏ4 原料を所定量加え、アルミナボール、ジルコニアボール、またはメノーボールを用い、平均粒径が２μｍ以下となるよう微粉砕する。なお、この粉砕によりジルコニア、アルミナ、またはシリカ等が３重量％以下混入することがある。これにバインダーを加えて造粒を行った後、０．８〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力でプレス成形した。
【００２９】
その後、酸化性雰囲気において常圧下の所定温度で焼成した。得られた焼結体を１０００℃から１２００℃でアルゴン雰囲気中２０００気圧でＨＩＰ処理した。
【００３０】
【表１】
0003825079.tif 000002
【００３１】
得られた試料について嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性について調べ、表２に結果を記した。
【００３２】
ここで、嵩比重は水中におけるアルキメデス法により求め、熱膨張係数は熱膨張係数測定装置により求めた。ポアの発生率は１μｍのダイヤモンド砥粒を用いた最終ラップ面に生じるポア径を測定することにより評価し、焼結性は吸水率で評価した。
【００３３】
この結果より明らかに、本発明の製造方法により作製したＮｏ．２、５〜１１、１３は、熱膨張係数が１００〜１２６×１０−７／℃の範囲であり、ポアの平均径が２μｍ以下と小さく、焼結性は良好であった。これに対し、Ｎｏ．１はＣａＯが若干多いことから焼結性が劣り、またＮｏ．１４はＦｅ２Ｏ３が多いため非磁性セラミックスとして適切でなかった。
【００３４】
【表２】
0003825079.tif 000003
【００３５】
次に、表２の各試料を２本のレールを有するスライダー形状に加工し、取付金具を介してディスク上にセットした。そして、磁気ディスクの最大回転数を３６００ｒｐｍとして回転と停止を繰り返す（ＣＳＳ）試験を行った。ＣＳＳ回数の５０００回毎に磁気ディスク側のメディアとスライダーの傷の有無を調べ、結果を表３に記載した。
【００３６】
この結果より、本発明の製造方法により作製したＮｏ．２、５〜１１、１３については、優れた摺動特性を有することが分かる。
【００３７】
【表３】
0003825079.tif 000004
【００３８】
実施例２
前記実施例１と同様のＦｅ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＺｎＦｅＯ4 からなる主成分１００重量部に対し、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 、ＭｎＯ、ＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも一種を表４に示す含有量となるように秤量し、その後ボールミルを用いて湿式混合した。その後は上記実施例１と同様にして各試料を得た。
【００３９】
【表４】
0003825079.tif 000005
【００４０】
得られた試料について実施例１と同様に嵩比重、熱膨張係数、ポア率、焼結性について調べた。結果は表５に示す通りであった。
【００４１】
表５によりＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を３重量部以下含有する本発明の製造方法で作製した実施例（Ｎｏ．１５〜２４）は、焼結性が良くなり、ポアサイズも小さくなることが判明した。
【００４２】
【表５】
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【００４３】
さらに実施例１と同様にしてＣＳＳ試験を行った結果を表６に示す。この結果より、本発明の製造方法で作製したＮｏ．１５〜２４は摺動特性が良好となることが分かった。
【００４４】
【表６】
0003825079.tif 000007
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の非磁性セラミックスの製造方法は、ＣａＯとＦｅ２Ｏ３を互いにモル比が４５／５５〜６７／３３の範囲で添加混合して仮焼し、得られた仮焼体１００重量部に対してＺｎＦｅ２Ｏ４を１〜１７０重量部添加して混合粉砕する工程と、この混合粉体を成形し、焼成する工程からなることによって、熱膨張係数を１００〜１２６×１０−７／℃の範囲で自由に調整できるため、磁気ヘッドスライダーを形成した場合にヘッドコアとの熱膨張差を小さくし、ヘッドコアをスライダーに接着する際に亀裂や残留歪みを生ぜず、ヘッドコアをスライダーに確実に接着することができる。
【００４６】
また、ポアの発生率および焼結性の良好な非磁性セラミックスを得られるため、このセラミックスで磁気ヘッド用スライダーを形成すれば、ＣＳＳ時に潤滑剤や磁性粉等が付着することがなく、記録データの破壊やヘッドの破損を確実に防止し、磁気記録装置の信頼性を著しく向上することができる。
【００４７】
さらに、本発明の製造方法により作製した非磁性セラミックスは、上記成分に対してＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１種を合計で３重量部以下含有させることによって、焼結性が向上し、ポアサイズも小さくなり、摺動特性を向上させることができる。