JPH04182910A - 非磁性酸化物基板材料及び磁気ヘッド - Google Patents

非磁性酸化物基板材料及び磁気ヘッド

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JPH04182910A
JPH04182910A JP2311128A JP31112890A JPH04182910A JP H04182910 A JPH04182910 A JP H04182910A JP 2311128 A JP2311128 A JP 2311128A JP 31112890 A JP31112890 A JP 31112890A JP H04182910 A JPH04182910 A JP H04182910A
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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] 本発明は軟磁性薄膜を被着してなる磁気ヘッドに用いら
れる非磁性の酸化物基板材料と、それを用いた磁気ヘッ
ドに関するものである。
[従来の技術] VTR、ディジタルオーディオ(DAT)等に組み込ま
れる磁気ヘッドとして、基板材料の表面にセンダスト、
アモルファス磁性合金等の磁性薄膜を形成した薄膜磁気
ヘッドが広く用いられている。
かかる薄膜磁気ヘッドにおいては、基板材料の熱膨張係
数が磁性薄膜の熱膨張係数と近似していることが必要と
される。すなわち、両者の熱膨張係数の差が大きいと、
温度変化によって両材料の接合界面に応力が生じ、亀裂
を発生させたり、磁気特性を低下させたりするおそれが
ある。さらに基板材料として具現すべき性質に磁気テー
プとの走行において平滑性が維持され、かつ適度な摩耗
性を有すること等、磁気テープとの摺動性、摩耗性が良
好なことが挙げられる。
磁性薄膜としては磁気特性が優れているコバルト(Co
)系アモルファス薄膜及びセンダスト薄膜の利用が進め
られている。Co系アモルファス合金の熱膨張係数は1
00〜120 xl0.7/℃であり、センダストの熱
膨張係数は120X 10−7/’C以上であり、基板
材料としても同様の熱膨張係数を有する材料が必要とな
る。
かかる特性を有した基板材料として、Ni0−T i 
O2糸酸化物材料(特開昭62−95810号、同60
−204668号、同60−204669号、同60−
246258号、同60−246259号−1同60−
264362号、同60〜264363号、同62−1
43857号)及びN10.Coo  TiO2系酸化
物材料(特開平2−154307号)等が公知である。
特開昭62−95810号にはNi050〜90wt%
、残部T i O2よりなる基板材料と、Ni01Ti
e2にさらにZrO□を少量添加した基板材料が開示さ
れている。これ以外の公報には、N10.TiO2系に
おいて、更にCa O、M g O、A l 203、
Zr()z 、Cr2O3、L t20.CaMnO3
等を添加した組成系の基板材料が開示されている。
また、特開平2−154307号にはC0025〜85
ITI01%、 N  i  OO〜50  mol%
、 T 102 5〜20 In01%よりなる基板材
料が開示されている。
これら公知の基板材料は、熱膨張係数は磁性薄膜合金と
近似したものが得られるが、磁気テープとの走行時にお
ける平滑性の保持や摩耗性について問題があること、及
び面荒れや磁性薄膜との偏摩耗が生じ易い欠点のあるこ
とが最近指摘されている。
非磁性体を基板材料とし、磁気ヘッドとしてのギャップ
相当部に磁性薄膜を配した例としては、特開昭60−2
31903号記載のものが挙げられる。この磁気ヘッド
は、磁気記録媒体対向面における断面形状が突出してい
るほぼ7字状の突起部の少なくとも両側面と作動ギャッ
プ形成面上に前記金属磁性体が被着され、該突起部の先
端部において作動ギャップを介して該金属磁性体が相対
峙した構造となっている。
[発明が解決しようとする課題] また、CO系アモルファス薄膜の熱膨張係数に合致した
非磁性基板材料としては、先に本発明者等が提案した実
質的にN i T i 0.相とNiO相より成り、N
i060〜77wt%、Ti0z40〜23wt%より
成る組成のものがある(特願平2−81503号)。し
かし、この組成のものにおいても磁気テープとの摺動に
おいて面荒れが大きく、また、摩耗性についても改良す
べき点のあることがわかった。
本発明は、磁気ヘッドの基板材料において、磁気テープ
との摺動時の面荒れの解決及びテープ走行時の磁性薄膜
と基板間の摩耗の合致を図り、磁気テープとの摺動性、
摩耗性が適合し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〕 本発明は、N i 015〜60 mol%、CoO1
O〜70mol%、T i O210〜40 mol%
、Ca00.5〜25mol%からなることを特徴とす
るものである。また、本発明は上記組成のもの100重
量部に対し、さらにMgOまたはZr 02を0.5〜
3wt%添加したことを特徴とするものである。
従来のN i O’ T i O2系基板材料は磁気テ
ープと摺動させると時間経過と共に面荒れが激しくなり
、磁気ヘッドに供するには不適であることは先に述べた
が本発明者らが種々研究した結果、CaOを加えること
により結晶粒が微細化され、磁気テープとの摺動による
面荒れが大幅に低減され、実用に供し得ることを見出し
た。
すなわち、N10.TiO□系において、NiOをCa
Oで0〜30 mol%まで置換したところ、Ca O
0.5mol%未滴では磁気テープとの摺動における面
荒れが大きく、かつ結晶粒の大きさもN10.TiO□
系と同等であり効果がないが、CaOを0−5 mol
%以上置換すると結晶粒の微細化が図られ、面荒れの大
きさも著しく低減されることがわかった。
CaOの上限を30 mol%としたのは、CaOは吸
湿性があり、そのためできるだけ使用料を少なくする方
が望ましいためである。なお、磁気テープ走行時の摩耗
性を考慮すると、CaOの範囲は0.5〜25 mol
%の範囲が好ましい。
磁気テープとの走行において、上述した摺動性(平滑性
)と共に重要なことは適度に摩耗することである。具体
的には磁気薄膜と基板材料がほぼ同等に摩耗することが
要求される。これが満足されないと、薄膜と基板との摩
耗量が異なり(偏摩耗)、磁気ヘッドの寿命に影響し、
信頼性に欠けることになる。このため、現用の磁性体フ
ェライト基板とほぼ同等レベルの摩耗量のものが望まれ
る。
また、材料の摩耗性を予測する物性値としてはビッカー
ス硬さが挙げられる。N10.TiO□系基板材料のビ
ッカース硬さは約900 kgf/mad2であり、硬
いために磁気テープとの走行においてほとんど摩耗しな
い。そのため磁性薄膜との偏摩耗を生ずる。ビッカース
硬さを低減させるためには、焼結温度を高(すれば良い
が、これを行うと結晶粒が大きくなり面荒れの原因とな
る。このため、本発明者らは第3成分の探索を行い、N
 i 0.TiO2系にCooを加えるとビッカース硬
さを制御できることを見出し本発明を成し得たものであ
る。
現用の磁性体フェライト基板のビッカース硬さは600
〜700 kgf/mm2であるが、本発明によるNi
 0.T i Ot系にCooを例えば10 mol%
加えたものは、ビッカース硬さがほぼ700kgf/m
+a2であり、さらにCaO量を増加すると、70 m
ol%まで600 kgf/−m2台で緩やかに減少し
、70■01%を越えるとビッカース硬さはSOOkg
f/nm”台まで低下する。これらCaO量を変化させ
たN10.Ti02 CoO系材系材対し、磁気テープ
走行に対する摩耗量をフェライトと比較したところ、C
oO量20〜70 mol%のものはフェライトの11
5〜1/lO程度しか摩耗せず、Co 07(l mo
l%を越えると逆にフェライトの2倍以上摩耗すること
がわかった。更にまた、Co020〜70 mol%を
含むものは磁気テープ走行後の面荒れが低減されている
こともわかった。
すなわち、本発明はCaOとCooを同時に加えること
により面荒れの低減化を図るとともに、摩耗性を著しく
向上させたことを特徴とするものである。N10.Ti
Ot −CaO系にCaOを加えると、 5 mol%
CaOでフェライトの約172.10 mol%以上加
えるとほぼフェライトと同等の摩耗量が得られ、これは
25 mol%CaOまで持続され、30 mol%C
aOになると再び摩耗しなくなる。
本発明において各成分の限定範囲を規定したのは以下に
述べる理由からである。CaOを0.5〜25 woo
1%としたのは、0.5mol%未満では、磁気テープ
との摺動において面荒れが太き(、かつ摩耗量が少ない
。一方、25 mol%を越えると摩耗量が少なく、基
板材料として不適当であるためである。Cooを10〜
701101%としたのは、Cooが10 goa1%
未満ではビッカース硬さが700kgf/mm”以上を
有し、摩耗しに(いためである。しかし、70 mol
%を越えるとビッカース硬さが600kgf10+m2
よりも小さく、摩耗が激しくなるため信頼性を損なう、
Ti0−をlO〜40請01%と限定したのは、Ti0
zは熱膨張係数を低下させ、CaOは逆に増加させるた
め、’Ti0zが10 mol%未満では熱膨張係数を
所望の範囲を越え、調整することが困難となる。一方、
40 IIa1%を越えると、T i Oz量が多過ぎ
て熱膨張係数が100X 10−’/ ’C以下となる
ため好ましくない。
本発明における基板材料は適度な摩耗性を付与させるた
め、ビッカース硬さの調整が重要である。
CaOは限定範囲においてはほとんど硬さを変化させな
いが、Cooはビッカース硬さを低減させ、NiOとT
iO2は逆に増大させる。従って、NiOを15〜60
IIIO1%と限定したのは、15 mol%未満では
相対的にCaO量が多(なり、ビッカース硬さが600
kgf/lllm2よりも小となり、摩耗量が大となる
ためである。また、60 mol%を越えるとビッカー
ス硬さの調整が困難となり、750kgf/mm”以と
と硬(なり、摩耗しにくくなるためである。
なお、後述する実施例ではCaOとしてCaC0−を使
用したが、本発明においては、CaOそのものを使用し
ても何ら問題はない。
また、本発明者らは、当初は特級試薬の原料を使用した
が、コスト高となるため、市販の量産原料でも検討を加
えた。このとき、製造メーカーの異なる原料粉あるいは
製造ロットが異なる原料粉を用いると、焼結体の結晶粒
子間の結合が弱くなるためか、鏡面仕上げの際に脱粒の
問題が発生した。この改善のため、本発明者らは種々検
討を行い、MgOあるいはZ r O2添加が効果ある
ことを見出した。MgOあるいはZ r O2添加量が
0、5wt%未満では脱粒が多く、さらに添加量を増す
と改善され、ボイドの無い鏡面が得られる。添加量が3
wt%を越えるとT l 02及びCaOとの化合物を
形成し、異相として出現して、磁気テープとの摺動性を
損なうため、MgOまたはZ r 02は0.5〜3w
t%添加するのが望ましい。
また本発明による磁気ヘッドは、前記非磁性酸化物基板
により一対のコアを作成し、両コアの間にギャップを形
成し、そのギャップ部を含むコア合わせ面に磁性薄膜を
形成することにより作製することができる。
[実施例] 以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は
これら実施例の態様のみに限定されるものではない。
(実施例1) 特級試薬N i 0.T i 02 、 Coo、及び
CaOとしてCaC0−を使用し、第1表に示す割合と
なるように秤量し、純水を用いてボールミル混合した。
乾燥後900℃で仮焼し、再びボールミル粉砕を行い、
乾燥した。ポリビニルアルコール10wt%水溶液を乾
燥粉重量100wt%に対しl 0wt%加えて造粒し
、加圧成形した。この成形体を1200〜1300℃で
2時間空気中またばN2中にて焼結した。
さらに、この焼結体を1500atw 、 1250〜
1300℃、1時間、熱間静水圧加工(HI P)処理
した。
このようにして得られた各焼結体について、アルキメデ
ス法により密度を測定した結果、いずれも99.5%以
上の相対密度を有することが認められた。また、熱膨張
係数、ビッカース硬さ、および磁気テープ走行による摩
耗量等を測定した結果を第1表に示す。
第1表 熱膨張係数は、各焼結体から測定用資料を切り出し、熱
膨張計により室温から500℃まで加熱し、100〜4
00℃の間の平均熱膨張係数を求めた。ビッカース硬さ
はビッカース硬さ硬度計により、荷重300gにて10
点測定し、その平均値を求めた。磁気テープとの走行評
価は市販のVTRデツキのヘッド部分を改良して試験し
た。試験時間は100時間とし、面粗さは表面アラザ計
によりピーク対ピークの値とした。また、摩耗量は、顕
微鏡により測定した。フェライトの摩耗量との比を求め
た。
熱膨張係数は主にTiO□量とCaO量によって調整す
ることができ、TiO□量が増加すると減少し、CaO
量が増加すると増大する。従って、本発明においては、
T i O2量とCaO量を調合することにより熱膨張
係数が100〜140 ×10−7/℃のものを任意に
得ることができる。ビッカース硬さはT i 02量が
増加すると硬くなり、Co。
量が増加すると軟らかくなる。従って、Ti0z量とC
aO量を調合することにより適正なビッカース硬さのも
のを得ることができる。ただし、CaO量が70 mo
l%を越えるとビッカース硬さは急激に低下し、75 
+no1%で約490kgf/mm2程度になるので、
CaO量は70 +mol%以下とすることが好ましい
6磁気テープとの摺動後の面粗さは、30r++++p
−p以下で実用に供し得るが、Co 075 mol%
ではビッカース硬さが小さいため、面荒れが太き(なっ
ている。
第1図は第1表に示した例の中で、T x O220m
ol%一定とし、NiOとCooを1:1とした時、C
aO量による摩耗量の変化を示したものである。CaO
量が0及び0.2 mol%ではフェライトの約l/1
0程度でほとんど摩耗しないが、CaO量の増加と共に
摩耗し易(なり、CaO量がlO〜15 mol%でフ
ェライトと同等の摩耗量が得られ、さらにCaO量が増
すと摩耗量は減少し、CaO30mol%で再びフェラ
イトの約1/10程度となり、低摩耗材料となる。
すなわち、本発明においては、CooとCaOを複合で
加えることにより従来得られなかったような効果のある
ことが明らかである。
以上述べたように、本発明によるN10.TiO□−C
oo−CaO系基板材料は、熱膨張係数が100〜14
0 ×10−’/’Cが得られ、かつ適度な硬さを有し
、磁気テープとの摺動後の面荒れが小さく、摩耗量もフ
ェライトと同等である。
(実施例2) Nip、Ti0z 、Coo、CaCO5、MgO及び
Z r Oz粉末原料として市販の量産原料を使用し、
第2表に示した割合で調合したほかは、実施例1と同じ
条件で焼結体を作製した。得られた焼結体から試料を切
り出し、鏡面仕上げを行い、脱粒の有無を調べた。その
結果を第2表に示す。
第2表 MgOまたはZr0.を0.5〜3wt%添加した試料
は脱粒によるボイドがないことがわかるが、4wt%添
加すると異相が発生し、基板材料として好ましくない。
(実施例3) 実施例1で得た基板材料を用いて1対のコアを作成し、
その1対のコアをガラス接合(ガラスボンディング)す
ることにより磁気ヘッドを製造した。これらのコアには
、それらの合わせ面に磁気ギャップが形成され、その磁
気ギャップを含むコア合わせ面に高透磁率の磁性薄膜を
スパッタリングにより形成した。なお、磁性薄膜の形成
は、スパッタリングに限定されるものではなく、蒸着・
CVD・めっき等の手法により形成しても良い。
この磁性薄膜としては、 100〜120 X 10−
’deg−草の熱膨張係数を有する合金薄膜が好適であ
り、このような薄膜としては例えばCo系アモルファス
合金の薄膜がある。また、好適なCo系アモルファス合
金の組成としてはco83〜86、Nd1O〜12、Z
r2〜7at%が例示される。
本実施例では、実施例1に従って製造された基板材料か
らC形コア及びI形コアを切り出し、これらの接合され
る側の面にCo系アモルファス合金(組成:Co84、
N b 12、Zr4at%、熱膨張係数110 X 
10−’deg−’ )厚さ30μmにスパッタリング
した。スパッタリング前にはV溝をC形及び■形コアに
加工(各々のブロックについて25本)した。なおスパ
ッタリング後にCo系アモルファス膜のV溝を削って作
成した突起部をトラック幅とした。これら1対のC形及
び■形コアをガラスボンディング(ガラス組成はV*0
s60、P2O。
20、T I 20 15 、  S bz 035 
wt%、ボンディング温度450℃)した。か(して得
られた磁気ヘッドは、磁気テープとの摺動において、磁
性薄膜と基板との偏摩耗が認められず、基板の面荒れも
20nmp−p以下であり、十分に実用に供し得るもの
であった。
(比較例1) 比較例1はN I OT I Oを系材にCaOを単独
で添加した結果である。
特級試薬Ni01T i Oz 、及びCaOとしてC
aCO3を使用し、第3表に示す割合となるように秤量
し、純水を用いてボールミル混合した。
乾燥後900℃で仮焼し、再びボールミル粉砕を行い、
乾燥した。ポリビニルアルコール10wt%水溶液を乾
燥粉重量に対し1Ovt%加えて造粒し、加圧成形した
。この成形体を1200〜1300℃で、2時間空気中
又はN2中にて焼結した。さらにこの焼結体を15(l
Qats 、 1250〜1300℃、1時間、熱間静
水圧加工(HIP)処理した。
このようにして得られた各焼結体についてアルキメデス
法により密度を測定した結果、いずれも99.5%以上
の相対密度を有することが認められた。
熱膨張係数は各焼結体から測定用試料を切り占し、熱膨
張計により室温から500℃まで加熱し、100〜40
0℃の間の平均熱膨張係数を求めた。ビッカース硬さは
ビッカース硬度計により、荷重3aOgにで10点測定
し、その平均値を求めた。磁気テープとの走行評価は市
販のVTRデツキのヘッド部分を改良して試験した。試
験時間は100時間とし、面荒れは表面アラサ計により
ピーク対ピークの値とした。また摩耗量は顕微鏡により
測定し、フェライトの摩耗量との比を求めた。以上の結
果を第3表に示した。N10.TiO□系にCaOを加
えることにより結晶粒が微細化され、それに伴い磁気テ
ープとの摺動後の面荒れが低減されていることがわかる
。しかし、ピッカルス硬さは800kgf/mm2以上
であり、摩耗量もフェライトの115〜1710程度し
か摩耗せず、非常に低摩耗性の材料であり、この基板を
用いたときには偏摩耗が生ずることがわかる。
第3表 (比較例2) 比較例2はCooを加えたときの効果をみたものである
。
第4表に示した割合になるようにNi0.TiO□及び
CoO粉末原料を秤量し、比較例1と同じ製造条件で焼
結体を得た。第2図は本実施例の中の1例で、82 s
o1%N i 0−18 mol%T i O2材につ
いてNiOをCoOで置換した時のビッカース硬さの変
化を示したもので、82 mol%NiON10−l8
%T i O2材がビッカース硬さ860 kgf/m
m”有しているのに対し、NiOを10 mol%C0
0で置換するとビッカース硬さは700kgf/mm”
まで低下し、さらにCooの置換量を多くするにつれ、
硬さは減少し、70 ma1%を越えると600 kg
f/ff1II+2以下となる。磁気テープとの摺動後
の面粗さ及び摩耗量の結果を第4表に示した。面荒れは
C00置換により低減されているが、摩耗量については
フェライトの175〜l/10程度と小さく、低摩耗材
であることがわかる。Nip、Tie、、C00の配合
比を変えても依然として摩耗しにくいことがわかる。
[発明の効果] 以上詳述した様に、本発明の非磁性酸化物基板材料はN
 i 0.T i 02−Coo−CaOからなり、磁
気テープとの摺動に対し、面荒れが小さく、かつ現用ヘ
ッドに用いられるフェライト基板と同等の摩耗性を有し
ている。従って、この基板材料を用いた磁気ヘッドは、
寿命が長く、信頼性に優れるので工業的利用価値が大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図はNiOTiO2CoOCaO系におけるCaO
量と磁気テープ摺動後の基板摩耗量の関係を示すグラフ
、第2図は従来のNi0−T i O2系基材において
NiOをCooで置換した時のCaO量とビッカース硬
さの関係を示すグラフである。 出願人  日 立 金 属 株式会社 株式会社 日 立 製 作 所 代理人  弁理士  牧   克  次第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)NiO15〜60mol%、CoO10〜70m
    ol%、TiO_210〜40mol%、CaO0.5
    〜25mol%からなることを特徴とする非磁性酸化物
    基板材料。
  2. (2)NiO15〜60mol%、CoO10〜70m
    ol%、TiO_210〜40mol%、CaO0.5
    〜25mol%からなる主成分100重量部に対し、M
    gOまたはZrO_2を0.5〜3wt%添加含有する
    ことを特徴とする非磁性酸化物基板材料。
  3. (3)熱膨張係数が100〜140×10^−^7/℃
    であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
    の非磁性酸化物基板材料。
  4. (4)請求項1乃至3項のいずれかに記載の非磁性酸化
    物基板材料を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
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