JP2000339655A

JP2000339655A - 磁気ヘッドスライダ

Info

Publication number: JP2000339655A
Application number: JP14868899A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kosaka; 祥二高坂; Masaaki Obata; 正明小畑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン照射などの加工後においてもボイドなど
の発生を抑制し、精密加工性が高く、緻密で優れた平滑
性を達成できる磁気ヘッドスライダを得る。【解決手段】ホウ素を０．１〜０．８重量％、遊離カー
ボンを０．３重量％以下、残部が炭化ケイ素からなり、
相対密度が９９％以上の炭化ケイ素焼結体によって磁気
ヘッドスライダを構成し、特に、前記焼結体中における
炭化ケイ素結晶粒子の平均粒径が１０μｍ以下であるこ
と、イオン照射によって加工された摺動面を具備するこ
と、スライダ摺動面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１０ｎｍ
以下であること、さらにはスライダ摺動面の３２０μｍ
²の領域における０．２μｍ以上の大きさの平均ボイド
数が４個以下であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッドスライ
ダ、特に薄膜磁気ヘッド用として摺動面がイオンミリン
グ法または反応性イオンエッチングなどのイオン照射に
よって表面加工される磁気ヘッドスライダに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録の急速な高密度化が行わ
れており、この高密度化に伴い、ハードデスク、８ｍｍ
ＶＴＲ、電子スチルカメラ、ビデオフロッピーやデジタ
ルオーディオ等の高保持力媒体の記録再生用磁気ヘッド
として、従来のフェライト等を使用した磁気ヘッドに代
わって、磁性薄膜を利用した磁気記録の高密度化に好適
な薄膜ヘッドが注目されている。

【０００３】この薄膜磁気ヘッド用スライダ材料には、
（１）耐摩耗特性に優れること、（２）摺動面の表面平
滑性に優れること、（３）耐チッピング特性に優れるこ
と、（４）機械加工性に優れること、等の特性が要求さ
れており、このような要求に対してアルミナ−炭化チタ
ン（ＴｉＣ）系のセラミックスが採用されている。

【０００４】最近になり、さらなる高密度化が要求され
ており、形状の微細化に伴い、放熱性が要求され、さら
なる高熱伝導性を有する薄膜磁気ヘッドスライダが必要
となっている。そこで、アルミナー炭化チタン系のセラ
ミックスと同等な弾性率、強度、硬度を有しながら、高
い熱伝導率を有する材料として、炭化ケイ素質焼結体が
注目され始めている。

【０００５】炭化ケイ素質焼結体を磁気記録用部品に応
用する試みは、特開昭６３−１２８８８５号において、
焼結助剤を添加した焼結体の例が記載されている。ま
た、特開平６−１９９５１３号には、化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）で作製された理論密度が１００％に近い、緻密でボ
イドがなく基体を有しない自立した炭化ケイ素膜をスラ
イダとして用いることが提案されている。さらに、特開
平１０−２５１０８６号には、シリコンを含浸した反応
焼結の炭化ケイ素焼結体をスライダとして用いることが
提案されている。

【０００６】一方、磁性薄膜を利用した薄膜ヘッドは、
一般に、以下のようにして作製される。先ず、直径３〜
６インチ程度の絶縁基板表面にアルミナスパッタ膜を絶
縁膜として形成した後、この絶縁膜の上面にリソグラフ
ィー技術を用い、数千個のトランスデューサーを形成す
る。その後、トランスデューサーを形成した基板上に再
び、絶縁性アルミナ膜を成形する。そして、スライダと
しての研磨しろを考慮して、複数の薄膜ヘッドを含むバ
ー材を切り出し、そのバー材の切り出し面の一面を摺動
面として研磨加工し摺動面の加工を施した後、個々の磁
気ヘッドを切り出すことにより１つの薄膜磁気ヘッドが
形成される。

【０００７】また、磁気ヘッドの記録密度の向上に伴
い、磁気ディスク表面からの磁気ヘッドの浮上量はサブ
ミクロン以下と小さくなっている。特に、磁気ディスク
の内周及び外周における周速の違いからスライダの浮上
量も変化する。この内周、外周での浮上量の変化を小さ
くするために、浮上面に従来の正圧部を設けるだけでな
く、摺動面の一部に微小な溝（凹部）を形成して、負圧
部を形成し、ディスクの内外周でヘッドの浮上量を一定
化させることが行われている。

【０００８】従って、基板から切り出されたバー材の摺
動面に対して研磨処理を施した後、この摺動面に溝（凹
部）が形成されるが、負圧部用の溝は、数ミクロン程度
と非常に微細であり、且つ１０ｎｍ以下の高い加工精度
が要求されるために、溝の加工方法としてイオンミリン
グ法または反応性イオンミリング（イオンエッチング）
法等のように、摺動面に対してイオン照射して加工する
ことが行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−１９９５１３号に示されるような化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）法によって形成された炭化ケイ素膜は、基板面から
垂直な方向に炭化ケイ素粒子が成長しており物性に異方
性が存在しているために、摺動面の機械加工時、及びイ
オン照射後に結晶粒子が脱粒し、表面が荒れてしまう。

【００１０】また、特開平１０−２５１０８６号に示さ
れるようなシリコンを含浸した反応性炭化ケイ素焼結体
は、シリコンと炭化ケイ素粒子との混在物からなるもの
であって、シリコンと炭化ケイ素粒子の硬度が異なり、
またイオンミリング性が異なるために、イオンミリング
後にボイドが発生し、表面が荒れてしまい、実用には耐
えられないものであった。

【００１１】焼結助剤を添加含有する炭化ケイ素質焼結
体としては、アルミナやイットリアを焼結助剤とする焼
結体が知られているが、この焼結体の粒界相には、助剤
と炭化ケイ素粉末中に含まれるシリカの反応で生成する
複合酸化物が形成されているために、粒界相と炭化ケイ
素粒子との硬度、イオンミリング性の違いにより加工後
に表面が荒れてしまうものであった。

【００１２】さらに、焼結助剤としてホウ素および炭素
を添加含有する炭化ケイ素質焼結体は、炭素を必須成分
として多く添加するために、焼結体中に遊離カーボンと
して粒子状に残存する。その結果、この残存したカーボ
ン粒子と、炭化ケイ素粒子との硬度や化学的特性の違い
により加工性が異なり、加工後にボイドが多数発生して
しまうものであった。

【００１３】従って、本発明は、イオン照射などの加工
後においてもボイドなどの発生を抑制し、精密加工性が
高く、かつ緻密で優れた平滑性を達成できる磁気ヘッド
スライダを提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
対して鋭意検討を重ねた結果、用いる炭化ケイ素焼結体
の密度や組成、組織などを制御することにより、即ち、
ホウ素を０．１〜０．８重量％、遊離カーボンを０．３
重量％以下、残部が炭化ケイ素からなり、相対密度が９
９％以上の炭化ケイ素焼結体によって形成することによ
り、上記の目的が達成されることを見いだしたものであ
る。

【００１５】なお、上記焼結体としては、前記焼結体中
における炭化ケイ素結晶粒子の平均粒径が１０μｍ以下
であることが望ましく、また、イオン照射によって加工
された摺動面を具備すること、スライダ摺動面の表面粗
さ（Ｒｍａｘ）が１０ｎｍ以下であること、またはスラ
イダ摺動面の３２０μｍ²の領域における０．２μｍ以
上の大きさの平均ボイド数が４個以下であることをさら
なる特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明は、スライダの摺動面の機械加工やイオ
ン照射などによる加工時、炭化ケイ素粒子と硬度や化学
的安定性の異なる異相が存在した場合、この異相が選択
的に除去され、表面荒れが発生すること、さらに、大き
な炭化ケイ素粒子が存在する場合、機械加工やイオン照
射により、その部分が脱粒し、表面荒れが発生するとの
知見に基づく。

【００１７】炭化ケイ素質焼結体は、その製造方法の違
いにより、大きく３つに分類出来る。第１は、反応焼結
により作製され、焼結体中に遊離シリコンを２０％程度
含んでいるもの、第２は、焼結助剤を添加して作製され
たもので、それは焼結助剤としてホウ素＋炭素を添加含
有した焼結体および少なくともアルミナ、またはアルミ
ナとイットリアを添加含有した焼結体に大別される。ま
た、第３は、焼結法によらず、化学蒸着（ＣＶＤ）によ
り厚みのある炭化ケイ素膜を形成したものが挙げられ
る。

【００１８】これらの中で、焼結法により作製でき、異
相が存在しないと考えられるのが、ホウ素＋炭素を焼結
助剤とする焼結体である。ホウ素は炭化ケイ素粒子に固
溶し、炭化ケイ素粒子の表面拡散を進ませ、緻密化を促
進し、固溶量内で有れば、異相が存在しない。

【００１９】一方、炭化ケイ素粉末の表面には不可避的
にシリカが存在するが、このシリカは緻密化を阻害する
ために除去することが必要である。従って、焼結には、
炭化ケイ素粒子表面のシリカを除去し、緻密化を促進さ
せるために、カーボンが必要となるため、通常、炭化ケ
イ素粉末に対してカーボン源を添加する。その時に添加
されるカーボン量は、余剰のカーボンが存在しても強度
等の特性に対して影響が小さいために、通常、シリカ分
を完全に除去するに充分な量よりも多くのカーボンが添
加され、焼結体には、遊離のカーボンが炭化ケイ素結晶
の粒界または粒内に残存することになるが、この遊離カ
ーボンが異相として残存する。しかしながら、機械加工
やイオン照射等による加工を施す場合、前述した様な理
由から、この遊離カーボンがボイドの発生原因となって
しまう。

【００２０】そこで、本発明では、ホウ素を焼結助剤と
する高緻密性の炭化ケイ素焼結体を用い、遊離カーボン
量を０．３重量％以下に制御することによって、イオン
照射などによる加工を施した場合においても、ボイドの
発生の無い精密加工性に優れ、表面平滑性に優れる磁気
ヘッドスライダを提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の磁気ヘッドスライダは、
炭化ケイ素質焼結体によって形成されるものであるが、
この焼結体中には、焼結助剤成分としてホウ素を含有す
るものである。このホウ素は、焼結体の焼結性を高める
ために添加含有されてものであり、焼結体中に０．１〜
０．８重量％、特に０．１５〜０．５重量％の割合で含
有されていることが重要である。即ち、ホウ素量が０．
１重量％より少ないと、密度低下を招いてしまい、０．
８重量％を越えてしまうと固溶できないボロンが粒界に
残存し、異相が析出してしまう。

【００２２】さらに、炭化ケイ素質焼結体を作製する場
合には、ホウ素に加え、炭化ケイ素原料中の遊離シリカ
を除去するのに、カーボンを添加するが、このカーボン
を多く添加すると、焼結体中に遊離カーボンが残存する
が、本発明によれば、この遊離カーボンは０．３重量％
以下、好ましくは０．１重量％以下、望ましくは、０．
０５重量％以下であることが望ましい。これは、遊離カ
ーボンが０．３重量％を越えると焼結体中に粒径が０．
２μｍ以上のカーボン粒子が存在してしまい、加工後、
ボイドの発生を伴いスライダとしての浮上特性を劣化さ
せてしまう。

【００２３】ここで、焼結体中の遊離カーボン量は、焼
結体中の全炭素量から、焼結体中に含まれる全シリコン
（Ｓｉ）に対してＳｉＣとして化学量論比率で結合して
いる炭素分を差し引いた残りの炭素量として算出される
ものである。

【００２４】また、本発明の磁気ヘッドスライダ用の炭
化ケイ素焼結体は、炭化ケイ素の理論密度（３．２１）
に対する比率、即ち、相対密度が９９％以上、好ましく
は９９．５％以上であることも重要であり、この相対密
度が９９％よりも低いと、イオン照射による加工の際
に、焼結体表面に存在するボイド部分が選択的にエッチ
ングされるために、表面平滑性が低下してしまう。

【００２５】焼結体中の炭化ケイ素結晶粒子は、等軸晶
または板状結晶の形状からなるものであり、その結晶粒
子の平均粒径は、１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以
下、望ましくは３μｍ以下であることが望ましい。この
平均粒径が１０μｍよりも大きいと、機械加工、イオン
照射後、脱粒による表面平滑性の低下を招く恐れがあ
る。

【００２６】本発明の磁気ヘッドスライダは、少なくと
も摺動面にイオンミリングや反応性イオンエッチング等
のイオン照射により、数μｍの深さの微少な溝（凹部）
による負圧部を形成する場合に好適に用いられる。

【００２７】また、このスライダにおいては、その摺動
面における表面粗さは浮動高さを決定する大きな要因の
１つであり、イオン照射によって負圧部が形成された摺
動面の表面粗さが、平均表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以
下、好ましくは８ｎｍ以下であることが望ましく、この
表面粗さが１０ｎｍを越えると磁気ディスクとの吸着力
や摩擦力が変化し、記録密度の変動やヘッドクラシュ等
の故障の原因となってしまう恐れがある。

【００２８】また、本発明の磁気ヘッドスライダは、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによる表面観察におい
て、０．２μｍ以上の孔径のボイド数が少ないことが重
要で有り、その目安として、３２０μｍ²、例えば２０
μｍ×１６μｍの観察領域における０．２μｍ以上のボ
イド数が４個以下、特に３個以下、さらには１個以下で
あることが望ましい。

【００２９】これは、孔径が０．２μｍより小さいボイ
ドは浮上性能に問題とならないが、０．２μｍを越える
ボイドは表面粗さを低下させてしまい、浮上性能を劣化
させてしまう。このボイドは、機械加工時は、焼結体に
残存するボイドを指し、イオン照射後の加工では、さら
に異相で存在するカーボン粒子がボイドを形成する。こ
のボイドが前記観察領域で４個を越えるレベルでは、浮
上特性を劣化させてしまう恐れがある。

【００３０】本発明の磁気ヘッドスライダを作製するに
は、炭化ケイ素原料粉末として平均粒子径が１μｍ以
下、好ましくは０．８μｍ以下の粉末を用いる。平均粒
子径が１μｍを越える場合、焼結性が低下し、密度低下
を招いてしまうためである。

【００３１】また、原料粉末中の金属不純物として、特
にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の磁性金属が５００ｐｐｍ以下、
特に３００ｐｐｍ以下であることが必要であり、これら
の磁性金属が５００ｐｐｍを越えると焼結体が微弱な磁
性を持ち、記録時の誤作動を招いてしまう恐れがある。

【００３２】上記の炭化ケイ素粉末に、炭化ホウ素、ホ
ウ素の群から選ばれる少なくとも１種のホウ素源をホウ
素換算で０．１〜０．８重量％、特に０．１５〜０．５
重量％の割合で添加する。また、同時に、炭化ケイ素原
料中の遊離シリカ量を除去する、即ち、ＳｉＯ₂＋３Ｃ
→ＳｉＣ＋２ＣＯの反応を進行させてシリカ分をすべて
除去できるのに必要最小限のカーボン粉末やフェノール
樹脂、シリコン樹脂などのカーボン源を添加する。その
際、ホウ素源として炭化ホウ素などの炭化物を用いた場
合には、そのホウ素源中に含まれる炭素量および炭化ケ
イ素粉末中に含まれる過剰の炭素分も炭素源として含
め、最終的に焼結体中の遊離カーボン量を０．３重量％
以下となるように調製する。その後、上記のように調合
された粉末をプラスチック、炭化ケイ素を内張とする容
器内でポリイミドや炭化ケイ素などのボールを用いて混
合し、成形用のバインダーを加えて造粒する。

【００３３】このようにして造粒された粉末を所望の成
形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレスなどに
より任意の形状に成形し、場合によっては、生加工す
る。この成形体から熱分解によりバインダーを除去した
後、焼成する。

【００３４】焼成は、緻密化を促進させるため、機械的
な加圧下で焼成することが望ましい。一般的には、ホッ
トプレス型に成形体をセットし、２０ＭＰａ以上、好ま
しくは３０ＭＰａの圧力を掛けながら、２０００℃〜２
１００℃の温度範囲でアルゴン等の不活性雰囲気中で
０．５〜５時間程度焼成して相対密度が９９％以上に緻
密化させる。

【００３５】この焼成時の圧力が２０ＭＰａより小さい
と密度低下を招き、ボイドが発生してしまう。また、焼
成温度が２０００℃よりも低いと同様に密度低下を招い
てしまう。２１００℃を越えると炭化ケイ素結晶粒子の
粒成長を招き、焼結体の結晶の平均粒径が１０μｍを越
えてしまう。さらに、緻密化を促進させるために、１９
５０℃〜２０５０℃の間で、アルゴンガスによる１００
ＭＰａ以上の圧力下で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を施
しても良い。

【００３６】このようにして得られる本発明における炭
化ケイ素質焼結体としては、高熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上、弾性率が４５０ＧＰａ以上、硬度が２５ＧＰ
ａ以上、体積固有抵抗が１０⁹Ω・ｃｍ以下であること
が望ましい。

【００３７】このようにして作製された直径が３〜６イ
ンチの磁気ヘッドスライダ素体板を用いて薄膜磁気ヘッ
ドを作製するには、このスライダ素体板に対して、ダイ
ヤモンド砥石により上下面を鏡面加工し、この加工面に
アルミナのスパッタ膜を絶縁膜として形成した後、さら
にアルミナ膜の上面にリソグラフィー技術を用い、周知
の構成からなる数千個のトランスデューサ（薄膜磁気ヘ
ッド）を形成する。

【００３８】そして、トランスデューサ（薄膜磁気ヘッ
ド）を形成したスライダ素体板上に再び、絶縁性アルミ
ナ膜を形成した後、研磨代を考慮して薄膜磁気ヘッドバ
ー材を切り出す。

【００３９】切り出された薄膜磁気ヘッドバー材の切り
出し面の一面を浮上面として研磨加工した後、さらに、
その浮上面に従来の正圧部を機械加工で形成する。さら
に、浮上面の一部に微小な溝（凹部）をイオンミリング
法または反応性イオンエッチングなどのイオン照射によ
って加工して負圧部を形成した後、この薄膜磁気ヘッド
バー材から個々の薄膜磁気ヘッドを切り出す。

【００４０】

【実施例】平均粒子径０．５μｍ、遊離シリカ２重量
％、遊離カーボン０．３重量％、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の
磁性金属の不純物量が２００ｐｐｍの炭化ケイ素粉末
に、平均粒子径０．８μｍの炭化ホウ素粉末を各種の比
率で秤量し、ポリエチレン製容器にポリイミドボールを
用いてボールミル混合し乾燥させた。そして、成形用バ
インダーと、炭素源として炭化率４０％のフェノール樹
脂を溶解させた有機溶媒に前記乾燥粉末を添加混合後、
有機溶媒を除去し造粒した。この造粒粉末を金型に入れ
て、１．５ｔ／ｃｍ²の圧力でプレス成形し、真空中で
脱脂した。

【００４１】この成形体をカーボン型にセットし、Ａｒ
雰囲気中、２０５０℃〜２１００℃の温度で３０ＭＰａ
の圧力で１時間ホットプレス焼成し、直径４０ｍｍの炭
化ケイ素質焼結体を得た。

【００４２】得られた焼結体を研磨し、アルキメデス法
により密度を測定し、理論密度を３．２１として相対密
度を求めた。また、一部を切り出しＩＣＰ分析によって
ホウ素量を測定し、また、遊離カーボンについてはＪＩ
ＳＲ１６１６に基づいて測定した。

【００４３】さらに、焼結体表面の一部を鏡面加工し、
ＮａＯＨ＋ＫＯＨ混合融体中でエッチングし、走査電子
顕微鏡写真からインターセプト法による１０箇所の平均
から、平均粒径を求めた。

【００４４】さらに、この焼結体を５．２×１０^-4ｔｏ
ｒｒの真空中に保持し、焼結体の加工面に８００Ｖ、２
００ｍＡのアルゴンビームにより１．５μｍの深さの溝
をエッチング加工した。そして、アルゴンビームによる
加工後の表面の表面粗さ（Ｒａ）を測定した。また、加
工面を５０００倍にて観察し、２０μｍ×１６μｍ（３
２０μｍ²）の任意の領域１０箇所における０．２μｍ
以上のボイド数を数えその平均ボイド数を算出した。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１によると、炭化ケイ素質焼結体中のホ
ウ素量が０．１重量％より少ない試料Ｎo.１は、密度が
９９％よりも低く、また加工面の表面粗さが大きく、
０．８重量％より多い試料Ｎo.８は表面粗さが大きくボ
イド数も多くなった。また、遊離カーボンが０．３重量
％を越える試料Ｎo.１２、１３は、ボイドが増加し、表
面粗さも低下していた。

【００４７】それに対して、その他の本発明による試料
は、いずれも加工面の表面粗さが１０ｎｍ以下で、３２
０μｍ²における０．２μｍ以上のボイド数が４個以下
と非常に優れた表面性状を有するものであった。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、イ
オンミリング法または反応性イオンエッチング法などの
イオン照射によっても表面平滑性が優れ、磁気ヘッド、
特に薄膜磁気ヘッド用として適した磁気ヘッドスライダ
を提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホウ素が０．１〜０．８重量％、遊離カー
ボンが０．３重量％以下、残部が炭化ケイ素からなり、
相対密度が９９％以上の炭化ケイ素焼結体からなること
を特徴とする磁気ヘッドスライダ。
【請求項２】前記焼結体中における炭化ケイ素結晶粒子
の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求
項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項３】イオン照射によって加工された摺動面を具
備することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスラ
イダ。
【請求項４】スライダ摺動面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が
１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁
気ヘッドスライダ。
【請求項５】スライダ摺動面の３２０μｍ²の領域にお
ける０．２μｍ以上の大きさの平均ボイド数が４個以下
であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスラ
イダ。