JPH04182916A - 磁気ヘッド - Google Patents

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］ 本発明は主として電子計算機やワークステーションなど
の外部記憶装置として用いられる磁気ディスク装置及び
その主要部品である磁気ヘッドにかかわり、特に耐摺動
性にすぐれ、かつ磁気ディスクの摩耗をも軽減できる磁
気ヘッドとそれを使用して信頼性を飛躍的に向上させ得
る磁気ディスク装置に関する。

［従来の技術］ 磁気ディスク、フロッピーディスク、磁気テープなどの
磁気記録技術を利用した記憶装置は計算機やワークステ
ーションなどの外部記憶装置として広く用いられており
、近年の情報量の増大に伴ってますます大容量のものが
要求されている。

一方で装置の形状は、より小型、軽量のものが望まれて
おり、これらを両立させるには記録媒体の飛躍的な記録
密度向上が不可欠となっている。

例えば磁気ディスク（以下、ディスクと略称）を記録媒
体とする装置では、従来は磁気ヘッド（以下、ヘッドと
略称）がディスクから一定の浮上スペースをもって浮上
しており、これによって高速なリード・ライトを行うと
共にヘッドが媒体をこするために生ずる媒体の摩耗破壊
を防いでいる。しかし、記録密度向上のためには前記の
浮上スペースをさらに下げヘッドをより媒体に近付けな
ければならず、ヘッド姿勢の変動や媒体面の凹凸、回転
時のうねりなどによってヘッドとディスクの接触の頻度
がますます増えてくると予想される。また。

究極的にはヘッドとディスクが常に接触状態にあるよう
な、いわゆるコンタクトレコーディングの様な駆動方法
も必要となってくる。

さらに、記録再生を高速に行うためにはディスクの回転
速度も現状よりさらに高速となる。

以上のことを考慮すると、ヘッド、ディスク共にこのよ
うな高速での接触時の摩耗や損傷を防ぎかつ摩擦係数を
低く保つような工夫が必要であることはいうまでもない
。

上記の事情に鑑み従来からも磁気記録媒体の表面を保護
するために各種の工夫がなされてきた。

例えば、グラファイトをスパッタリングすることによっ
て得られるカーボン膜、５ｉｎ２膜、セラミックス系薄
膜などを保護膜として被覆する試みがなされている。こ
れらの保護膜は主として磁気記録媒体の表面を摩耗から
防ぎ、かつヘッドとの摺動時の摩擦係数を低く保つこと
を目的としている。しかし、磁気記録媒体の摩耗を防ぐ
ためにその強度を強くすればするほど、これと摺動する
磁気ヘッドの摩耗が促進され、摩耗粉の多量発生やヘッ
ド表面形状の変化を招き、結果として磁気記録装置自身
の信頼性が思ったほど向上しないということが問題とな
っきた。

一方、磁気ヘッドの耐摺動性向上の点からも被摺動部に
保護層を設けることは知られており、例えば特開昭５６
−１０７３２６号公報にはポリビニルアルキルエーテル
からなる樹脂層を設けることが示されている。このよう
なことは当然考えられるものであるが、実際にはヘッド
のスライダ面は浮上中を除いて常にディスク面と接触し
ており。

摩耗の度合いが著しいので上記の保護層はすぐに摩耗消
失してしまい、保護効果がなくなるばかりでなく、これ
によって生じた摩耗粉がディスクやヘッドに付着し、か
えってクラッシュの原因となるなど、実用にならないも
のであった。

また、ヘッドコアの摺動面に非晶質炭素膜やダイヤモン
ド構造炭素膜、あるいはこれらの混合物からなるカーボ
ン膜を保護膜として被覆する提案もなされており、これ
らに関連するものとして例えば、特開昭６０−１９３１
１２号、特開昭６３−５８６１３号、特開昭６３−２２
２３１４号公報等が挙げられる。確かにこれらカーボン
膜を保腹膜とした場合は、樹脂層を設けた前者の場合に
比較して優れた膜強度を有しているが、実用化する上で
はまだ耐摩耗性が不十分であったり、摺動時に摩耗粉が
でてかえってクラッシュの原因になるなどの問題点があ
った。特に上記の公知例はいずれもヘッドの素子部を保
護する目的で形成されたものであり、素子の表面を覆う
ように形成されている。したがって、十分な寿命を得る
ためには保護層を厚くせざるを得す、厚くするとヘッド
素子と記録媒体との間のギャップが広がり、高記録密度
にできないという欠点を持っていた。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、本発明の目的は従来の炭素膜を保護膜とし
た場合の問題点を解消することにあり、その第１の目的
は、ヘッドと磁気ディスクとの双方の摺動部における損
傷を防ぎ、かっ摺動時の摩擦係数の変化を小さくするこ
とを可能とする改良された磁気ヘッドを提供することに
ある。

そして、第２の目的はこの磁気ヘッドを備えた磁気ディ
スク装置を提供することにあり、これにより優れた記録
再生特性及び耐摺動信頼性を有する磁気ディスク装置を
実現することができる。

［課題を解決するための手段］ 上記目的のためには磁気ヘッドが搭載されるスライダ摺
動部に超薄膜でも耐摩耗性が高くしかも摩耗粉が発生し
にくく、かつ記録媒体へのダメージも少なくなるような
材料を用いた保護層を形成するのがよい。

例えば、ディスクが高速回転することによりこのディス
ク上にヘッドが浮上するフローティングタイプのヘッド
を備えた固定型磁気ディスク装置の場合では、装置の起
動停止の際にヘッドとディスクは２０〜４０ｍ／ｓｅｅ
という高速で摺動し、動作時は０．１〜０．３μｍとい
う狭い間隔スペースを保って浮上している。したがって
、上記保護層はこの浮上間隔スペースに大きく影響しな
いような厚さでなければならず、しかも上記摺動を何百
回も繰り返しても摩耗により特性が落ちないようにしな
ければならない。

ヘッドの摺動部に保護層を設けることが容易に実現しな
いのは、正に上記のような条件を満たす適切な保護層材
料がなかったからにほかならない。

本発明者らは各種の材料でコーティングを試み、種々実
験検討の結果、特定のカーボン系保護膜が上記目的に適
しているという知見を得た。

本発明は、かかる知見に基づいて為されたものであり、
その具体的な目的達成手段につき以下に順次説明する。

上記本発明の第１の目的は、 （１）、磁気記録再生素子の搭載されたスライダが高速
回転する磁気ディスク上を摺動し浮上するフローティン
グタイプの磁気ヘットにおいて、前記磁気記録再生素子
はスライダの摺動面に近接して、しかも非摺動面を形成
して配設され、前記スライダの摺動面には、水素を１〜
３０Ｍ子％含有し。

密度１．７〜２．２を有する非晶質炭素薄膜が被覆され
て成る磁気ヘッドにより、達成される。

非晶質炭素薄膜中に含まれる水素の含有量及び炭素薄膜
の密度は膜の強度を左右することから、上記の範囲が望
ましく、水素について更に好ましくは３〜１５ｆｉ子％
である。水素が多すぎると膜質が軟らかくなり、摩耗速
度が大きいか、脆く壊れ易くなり、また、少ないと安定
した非晶質薄膜が得られない。密度については、低いと
隙間の多い脆い膜となり、高すぎると炭素の安定状態で
あるグラファイトに近づくことから柔らかく摩耗しやす
い膜となる。したがって、密度の実用的な上限、下限は
上記の範囲が好ましい。

また、上記本発明の第１の目的は、 （２）、磁気記録再生素子の搭載されたスライダが高速
回転する磁気ディスク上を摺動し浮上するフローティン
グタイプの磁気ヘッドにおいて、前記磁気記録再生素子
はスライダの摺動面に近接して、しかも非摺動面を形成
して配設され、前記スライダの摺動面には、平均面粗さ
Ｒａが２〜５０ｎｍ、最大突起高さ１１００ｎ以下、近
接する突起間の平均距離が１０〜１１０００ｎの微細な
凹凸面を有する炭素薄膜が被覆されて成る磁気ヘッドに
より、達成される。そして、好ましくは、（３）、上記
微細な凹凸面を有する炭素薄膜が、水素を１〜３０Ｍ子
％含有し、密度１．７〜２．２を有する非晶質炭素薄膜
から構成されることであり、更に好ましくは。

（４）、上記（２）もしくは（３）記載の微細な凹凸面
を有する炭素薄膜として、格子状に揃った凹凸を形成し
、かつ格子の向きをスライダの摺動方向から３０’以内
の角度に傾斜させることであり、（５）、上記（１）乃
至（４）何れか記載の炭素薄膜の表面を更に液状潤滑層
で覆う１：とである。

上記本発明の第２の目的は、 （１）、上記（１）乃至（５）何れか記載の磁気ヘッド
と、磁気記ディスクの記録媒体Ｌｈに前記磁気ヘッドの
スライダ摺動面に被覆されたものと同質の炭素薄膜を保
護層として被覆された磁気ディスクと、前記磁気ヘッド
を前記ディスクの有効記録範囲の中の所定の位置に前記
磁気ヘッドを移動させる機構と、前記磁気ディスクを回
転させる機構と。

前記磁気ヘッドを介して前記磁気ディスクに情報を書き
込みもしくは読み出すアクセス機構とを具備して成る磁
気ディスク装百により、達成される。

即ち、この磁気ディスク装置は本発明の特徴ある炭素薄
膜を、ヘッドとディスクの双方の摺動面に保護膜として
被覆して構成されるものであり、双方の摺動面が同質の
摩耗特性を有していることから信頼性の高い磁気ディス
ク装置が実現される。

二こで、上記本発明の特徴ある炭素薄膜について本発明
者等が得た知見につき更に詳述すると以下の通りである
。

上記（１）記載の非晶質炭素薄膜については、特にカー
ボン系の中でも炭化水素ガスをプラズマ中で分解し、負
のバイアス電圧のかかる基板に堆積させることにより形
成される非晶質水素化カーボン膜がよいことがわかった
。これはプラズマＣ■Ｄと称される周知の成膜技術であ
るが、また、これと同様に炭化水素をイオン化して負の
バイアス電圧のかかる基板に引き付は成膜する所謂イオ
ンビームデポジションも有効であった。これらの成膜法
で得られた材料は硬度が高い」二にクラックが発生しに
くく、摩擦係数も低く、かつ摩耗粉が発生しにくいとい
う１本発明に最も適した性質を有している。また、摩耗
速度がきわめて小さいためにごく薄い膜でも大きな効果
を発揮することができる。

この非晶質水素化カーボン膜は、前述のとおり適量の水
素を含有するが、この水素含有量のコントロールはＣＶ
Ｄ条件、例えば原料ガス圧、プラズマを発生させる際に
投入する電力等を適切に制御すれば容易に行なうことが
できる。水素は炭化水素が分解して炭素膜になる際に、
大部分は分解脱離するが一部は膜中に）・ラップさ九、
炭素鎖の末端に結合して膜を安定化する効果を持つと考
えられる。

また、上記（２）記載の微細な凹凸面を有する炭素薄膜
については、前記（１）記載の非晶質水素化カーボン薄
膜が好ましいが、これに限らず例えばダイヤモンド微結
晶を含む炭素系薄膜であっても良い。重要なのは微細な
凹凸を有する炭素系薄膜を摺動部に形成することである
。このようにして形成した微細な凹凸はヘッドとディス
クとの間の接触面積を小さくし、摩擦係数を低減する効
果がある。この微細な凹凸の程度については上記（２）
に記したように、平均粗さ（Ｒａ）で約２〜５゜ｎｍ、
最大突起高さ１１００ｎ以下のものであり、近接する突
起間の平均距離が１０〜１１０００ｎのものである。こ
れよりも平均粗さが粗いか、最大突起高さが高いとディ
スクを傷つける恐れがある。また、平均粗さがＬ記より
小さいと摩擦係数低減の効果が小さくなる。

なお、ヘッド摺動部に凹凸をつける方法には。

気相成長法によりダイヤモンド微結晶からなる微細な凹
凸を有する堆積物を形成するほか、非晶質炭素薄膜をヘ
ッドのスライダ摺動面、ディスク表面に形成した後、こ
の炭素薄膜上にレジスト膜を設け、フォトリソグラフィ
ーによりレジストのパターニングを行い微細なマスクを
形成して、レジストマスクのない部分の非晶質炭素膜を
例えば酸素プラズマなどで選択的にエツチング除去して
もよい。このリソグラフィーによる選択エツチング方法
によると所望の形状の凹凸を形成することができる。例
えば、ヘッドの摺動方向にそろった格子状の凹凸を形成
すると、ディスクに対するダメージが小さく、高速回転
時に有利である。

また、上記（４）に記したように、この格子状の凹凸を
スライダの摺動方向と３０’以内、好ましくは５〜３０
’傾斜させて形成すると、摺動にょり発生した微粉等の
汚れのかきとり、排除の効果があり更に信頼性が向上す
る。

また、摺動時の摩擦係数をさらに下げるためには、上記
（５）に記したようにヘッド摺動部に潤滑剤を付着させ
るのがよい。この潤滑剤とは例えばパーフロロポリエー
テルまたはパーフロロアルキルからなる主鎖を持ち、少
なくとも一方の末端がエーテル基、エステル基、水酸基
、カルボニル基、アミノ基、アミド基などの極性基で置
換された分子量１０００〜１００００程度のものを使う
のが最もよい。このほかに飽和脂肪酸やその誘導体、高
級アルコールやその誘導体なども用いることができる。

■〔磁気ヘッドについての具体的な説明〕つぎに、本発
明による磁気ヘッドの具体的構造を図を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の磁気ヘッドの構造をスライダ底面側か
らみた斜視図を模式的に示したものである。ヘッドのス
ライダ本体１は酸化ジルコニア、アルミナ含有チタンカ
ーバイド、フェライトなどの材料でできており、２本の
スライダ摺動部２が機械加工やエツチング処理などで形
成されている。

このスライダ摺動部２の後部側面には磁気信号を電気信
号に変えるための記録再生素子３が摺動面に近接して、
ただし摺動面上から若干後退して非摺動面を形成して配
設、搭載されている。スライダ摺動部２は櫓の形状をし
ており、先頭２ａおよび末尾２ｂの部分はヘッド走行時
にエツジが当たらないようにテーパがつけられている。

図の斜線部の摺動面に本発明の特徴あるカーボンからな
る保護層４が設けられている。

第２図は、スライダ摺動部２の摺動面をカーボン保護／
＠４で覆ったヘッド裏面の平面図を模式的に示したもの
であり、第２図（ａ）は上記（１）記載の非晶質炭素薄
膜保護膜を形成した例、第２図（ｂ）は上記（２）及び
（３）に記載した微細な凹凸を有するカーボン保護層を
形成した例、　第２図（ｃ）は上記（４）に記載したよ
うにスライダの摺動方向に格子の長手方向がそろった格
子状の微細な凹凸を有するカーボン保護層を形成した例
、第２図（ｄ）は同じく上記（４）に記載したように格
子の向きをスライダの摺動方向に対して３０°以内の角
度θを持たせて形成した例である。

第３図はスライダ摺動部２の摺動面にカーボン保護層４
を形成した第１図のｘ−ｘ’断面拡大図を示したもので
あり、第３図（ａ）は均一な厚さの膜を設けた場合、第
３図（ｂ）は微細な凹凸のある膜を設けた場合、第３図
（Ｑ）は粒子状堆積物５を設けた場合、第３図（ｄ）は
粒子状堆積物５の上に均一な厚さの保護膜４を設けた場
合である。

また、第４図（ａ）〜（ｄ）は上記（５）に記載したよ
うに第３図（、）〜（（１）の上にさらに潤滑層６を設
けた場合の断面拡大図である。

上記の例ではスライダ摺動部２を左右に２本持つ薄膜磁
気ヘッドについて説明したが、本発明はもちろんこの型
のヘッドに限定されるものではなく、ヘッドと記録媒体
との摺動、接触が生じるような構造のヘッドであればい
ずれの場合でも効果がある。

本発明における保護膜は主として炭素からなる硬質かつ
非晶質の薄膜であり、　これを例えば１μｍ以上の厚さ
に形成した場合はマイクロビッカース硬さにして約１５
００　Ｈｖ以上、密度にして１．７〜２．４となるもの
でり、また水素を含む場合はその原子数比率が３〜３０
原子％のものである。上記の範囲以外の皮膜は柔らかく
、摩耗速度が大きいか、ｆｍ＜壊れやすいため好ましく
ない。

上記の炭素薄膜は例えば次のような方法により形成する
ことができる。

■〔ヘッドへの炭素薄膜の具体的な形成例の説明〕■−
１）、炭化水素ガスを単独または他のガスと混合して原
料とし、プラズマを発生させて、基板表面がプラズマ電
位に対し１００ｖ以上電位降下を生じるような条件でＣ
ＶＤ　（ケミカルベイパーデポジション）を行う。最も
簡便には被処理基板を一方の電極とし、この面積より十
分に広い電極との間に商用高周波（１３，５６ＭＨｚ）
などの高周波電圧を印加し、プラズマを発生させて、基
板近傍に発生する自己バイアス電圧によりイオンを加速
するようにして膜形成するのがよい。この方法に用いる
装置の例を第５図（ａ）に示す。

■−２）、炭化水素ガスを単独または他のガスと混合し
て原料とし、このガスをイオン化室でイオン化し、発生
するイオンを電界で１００〜１０００Ｖ程度に加速して
基板に衝突させる。この方法に用いる装置の例を第５図
（ｂ）に示す。

また、前記のダイヤモンド微結晶を含む堆積物を成長さ
せるには次のような方法が周知であり、これらのうちか
ら生成速度、設定できる基板温度の上限などを考慮して
選択するのがよい。

■−３）５主として炭化水素系のガスと水素との混合ガ
スを原料としてマイクロ波プラズマを発生させると共に
基板を２００℃〜７００℃に加熱する。

上記のプラズマ領域に磁場を印加し、いわゆるエレクト
ロンサイクロトロン共鳴とよばれる現象が発生する条件
で処理するとプラズマ密度が高まり、ダイヤモンド粒子
の成長速度を高めることができる。上記より成長速度は
小さくなるが、上記のマイクロ波プラズマの代わりに高
周波プラズマや直流プラズマを用いてもよい。この方法
に用いる装置の例を第５図（ｃ）に示す。

■−４）、基板を７００℃〜１０００℃程度に加熱し、
炭化水素ガスと水素ガスの混合ガスを導入して基板面に
熱反応によりダイヤモンド粒子を生成させる。

■−５）、炭化水素ガスと水素ガスの混合ガスを大気圧
以下に保持し、基板に近接して配置されたタングステン
などのフィラメントに電流を流して発生する熱電子を利
用して原料ガスを反応させる。

■−６）、炭化水素分子をイオン化し、３００Ｖ〜２０
００Ｖのエネルギーで基板に衝突させる。

■−７）、大気圧下で炭化水素ガスの燃焼炎のうち還元
炎の部分に基板を配置し、基板表面にダイヤモンド粒子
を生成させる。

実際には磁気ヘッドの素子の耐熱性が低い場合が考えら
れるので、できるだけ低温で形成できることが好ましく
、■−３）のマイクロ波ＣＶＤ法が最も適している。

なお、上記の方法では往々にしてダイヤモンドの他に非
晶質炭素も同時に生成するが、これは非晶質炭素ではあ
っても往々にして密度が低くもろいものであり、本発明
の特徴ある適量の水素を含有する非晶質炭素とは異なり
、場合によっては本発明の目的とする耐摺動性の向上に
悪影響を及ぼす。したがってこのような場合には０２や
Ｈ２のプラズマにより非晶質部分をアッシングまたはエ
ツチングして取り除いた方がよい。

上記の非晶質炭素薄膜またはダイヤモンド粒子を含む炭
素薄膜の生成方法に用いられる原料は、主として炭素と
水素からなる炭化水素化合物であり、酸素その他の原子
を含んでいてもかまわない。

具体的には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペン
タン、ヘキサンなどの飽和炭化水素類、エチレン、アセ
チレン、プロペン、ブテンなどの不飽和炭化水素類、ベ
ンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、
メタノール、エタノール、プロパツールなどのアルコー
ル類、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケト
ンなどのケトン類、ジメチルエーテル、メチルエチルエ
ーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類などが用い
られる。また、これらの２種以上の混合ガス、あるいは
Ｘｒ、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ−０２−Ｈ，０，Ｎ。

などとの混合ガスを用いてもよい。さらに、上記の炭化
水素分子の中の一部の水素がフッ素で置換されたものを
用いることもできる。

上記主として非晶質炭素からなる薄膜あるいはダイヤモ
ンド微結晶を含む堆積物の厚さは、厚すぎるとヘッドと
磁性層の間の実質的な間隔が広がりＳ／Ｎの低下を招く
ので５０ｎｍ以下が好ましい。一方で薄すぎると摩耗に
より効果が小さくなるので１０ｎｍ以上が好ましい。

■〔ヘッドへの潤滑膜の具体的な形成例〕上記（５）に
記載したヘットを実現するために、ヘッドスライダ摺動
部の保護膜に潤滑剤を塗布する方法としては次のような
ものがある。

■−１）、潤滑剤分子を溶かした溶液にヘッドを浸し、
一定時間保持したのち引き上げるデイツプ法。

■−２）、潤滑剤分子を溶かした溶液をスプレーし、溶
剤を揮発させるスプレー法。

■−３）、潤滑剤分子を真空槽のなかで蒸発させ。

ヘッドスライダ部表面に蒸着させる蒸着法。

もちろん、これらの方法に限られるものではない。また
、潤滑剤の量は多すぎるとヘッドと磁気記録媒体の接触
部分に集まり、ヘッドを固定してしまう粘着現象が起こ
り、また少ないと潤滑作用が小さくなるのである範囲に
制御することが必要である。この量は潤滑剤の種類や分
子量にも依存するが、一般には膜厚換算にして１〜５０
ｎｍ、好ましくは２〜１０ｎｍがよい。また、潤滑剤分
子として末端または分子鎖中にカルボニル基、カルボキ
シル基、エステル基、エーテル結合、アミド基、アミノ
基、水酸基など分極性の大きな基をもっているものを用
い、前記保護層表面にＡｌ。

Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇなどの金属またはその化合物を
微量存在させるようにすると保護層と潤滑剤との間に強
い結合ができ、粘着現象を低減することができる。

■〔磁気ディスクへの炭素薄膜の形成〕磁気ディスクの
摺動信頼性をさらに向上させるためには、本発明の磁気
ヘットに適用した特定の保護膜と同質のものを磁気ディ
スクの保護膜として設けるのがよい。特に好ましいのは
上記磁気ヘッドの保護膜に用いたのと同じ方法で形成さ
れる非晶質水素化カーボン膜である。また、この保護膜
の上に潤滑層を設けるとさらに信頼性を向上できる。こ
の潤滑層の材料や形成方法も上記磁気ヘッドの場合に説
明したものと同様のものを用いることができる。

［作用コ 本発明により磁気ディスク装置の信頼性が向上するのは
次のような理由による。

磁気ディスクが故障する際はほとんどディスク側が損傷
する。これは磁気記録媒体の機械的強度が弱いためであ
り、このために従来から耐摩耗性の高い保護層を設けた
り潤滑層を設けたりする工夫がなされている。

しかし、本発明者らは、磁気ヘッドと磁気ディスクの摺
動における磁気ヘッドの役割あるいは影響が大きいと考
え、磁気ヘッドが磁気ディスクと摺動する部分も適当な
材質および形状にする必要があると考えた。なぜならば
、磁気ヘッドと磁気ディスクの摺動において発生する両
者の接触面積に依存するはずであり、摺動前は表面の微
細な凹凸により比較的小さな接触面積が摺動と共に摩耗
で大きくなり、これが摩擦力増加ひいてはヘッドクラッ
シュにつながると思われるからである。

すなわち、磁気ヘッドの摩耗を防ぐことにより摩擦力の
変化が小さくなり、磁気ディスク側のダメージも押さえ
られ、信頼性が向上するはずである。これを実現するた
めには耐摩耗性の高い保護層が必要であり、本発明者ら
は各種材料を比較検討し、特定の炭素系材料が優れてい
ることを見いだしたのである。特定の炭素系材料とは、
先に述べたように非晶質炭素およびダイヤモンド微結晶
を含む堆積物である。これらは次のような特徴を持ち、
これが耐摺動性向上に作用していると考えられる。すな
わち、 （ａ）硬度が高い（ビッカース硬度で１５００〜５００
０）　　。

（ｂ）摺動時に大きな摩耗粉が発生しにくい。

（ｃ）摺動相手の材料に付着しにくい。

本発明においては上記磁気ヘッドも磁気ディスクも共に
相互の摺動面に同質の炭素系保護膜を設けている。

一般に摩擦摩耗の分野では所謂ともすりと称される同質
の材料同志の組み合わせは摩耗を促進するとされる。し
かし、本発明のカーボン系材料に限っては、逆に同質の
材料で相乗効果があり、飛躍的に耐摩耗性が向上するこ
とがわかった。これは前記の炭素系材料の特徴からいっ
て一般的に同質材料同志の摺動で問題となる凝着現象が
おきにくいためと考えられる。

本発明を用いて磁気デイなり装置の摺動信頼性以外の性
能を向上させることもできる。

すなわち、磁気ヘッド側の摩耗が低減すれば磁気ヘッド
の摺動部の表面粗さを粗くしてやることにより磁気ディ
スク側の表面を粗くしなくても前記の摩擦力上昇を防ぐ
ことができる。したがって、磁気ディスクの表面を平滑
にすることができ、磁気ヘッドの浮上量祭低減でき、記
録密度向上およびＳ／Ｎ向上に効果がある。

また、本発明により磁気ヘッド、磁気ディスクの摩耗が
大きく低減されるので、磁気ヘッドと磁気ディスクが常
時または断続的に接触するような状態で記録再生を行う
いわゆるコンタクトレコーディングのような厳しい条件
においても好適に使用することができる。

［実施例］ 以下に実施例を示し、更に本発明を具体的に説明する。

実施例１゜ 酸化ジルコニアなど透磁率の高い材料でできた厚さ４ｒ
ｒ＋ｍのウェハを用意し、この表面に真空蒸着、めっき
、スパッタリングなどの薄膜形成工程とフォトリソグラ
フィ工程を用いてコア材料およびコイル材料、電極、保
護層などの必要パターンを形成する。このようにして形
成した薄膜磁気ヘッド素子３をウェハから切りだし、機
械加工により第３図の様な形状のヘッド本体１とした。

つぎにスライダ摺動部２の摺動面を鏡面研磨し、テーパ
部２ａと側面エツジ部２ｂの面とり加工を行い、指状の
摺動部２を形成した。このヘット本体１を洗浄し加工残
渣を取り除いた後、スライダ摺動部側を表にして第５図
（ａ）に示すような内部電極型高周波プラズマ発生装置
のバイアスのかかる側の電極に置き、メタンガスを５０
ｓｅｃｍの流量で導入してガス圧が５０ｍＴｏ　ｒ　ｒ
になるように排気速度を調整した。反応室内のガス圧が
安定した後、高周波電圧を印加し、反射電力が最小にな
るように定在波比Ｓ　Ｗ　Ｒ（Ｓ　ｔａｎｄｉｎｇＶｖ
’ａｖｅＲａｔｉｏ）のマツチング調整を行い、実効電
力１ｋＷで１分間放置した。これによりスライダ摺動部
表面に膜厚２０ｎｍの水素含有量約１０原子％の非晶質
水素化カーボン膜が形成された。

このようにして製作した磁気ヘッドを、スパッタリング
によりカーボン保護膜が形成された磁気ディスクと組み
合わせてＣ８Ｓ試験機に組み込み、荷重Ｌｏｇをかけて
ディスクを回転させ、−旦へラドが浮上したのち回転を
緩めて再びヘッドとディスクを接触させ、回転を停止す
るサイクルを繰り返すいわゆるＣ８Ｓ試験を行い、ヘッ
ドに発生する摩擦力（ｇｆ）の変化と３０に回試験後の
ヘッドおよびディスクの損傷の程度を評価した。

また、比較のため、水素を含まないスパッタカーボン膜
を形成したヘッドについても同じ試験を行った。

結果は第１表に示す通りであり、スパッタカーボンを形
成した場合に比べ、摩擦力の増加が少なく、ヘッド、デ
ィスクの摺動面の損傷も軽微であった。また、上記のＣ
８Ｓ試験におけるヘッドにかかる摩擦力の摺動回数依存
性を第６図に示す。

図示の通りＣ８Ｓ回数が増えるに伴い両者の特性の差が
明瞭である。

実施例２〜７゜ 実施例］−と同様に非晶質炭素保護膜の形成された磁気
ヘッドを作成し、これと下記のような磁気ディスクとを
組み合わせてそれぞれＣ８Ｓ試験を行った。

以下余白 結果は第１表に示すように摩擦力（ｇｆ）の増加が少な
く、ヘッド、ディスクの摺動面の損傷も軽微であった。

実施例１と３とを対比してみれば明らかなように、ディ
スクの保護膜の種類としてヘッド側と同一の非晶質カー
ボンを被覆したものは格段に特性が改善され、さらに実
施例４に示すように潤滑剤膜を被覆した場合には一層良
好となる。

実施例８゜ 実施例１の非晶質水素化カーボン薄膜を形成する際の投
入電力、ガス流量等をコントロールして非晶質水素化カ
ーボン薄膜中の水素含有量を変えると共に、水素量と薄
膜の強度（硬度で表示）との関係について調べた◎ 第８図（ａ）は投入電力と水素含有量との関係を、第８
図（ｂ）はガス流量と水素含有量との関係をそれぞれ示
したものであり、いずれの場合によっても水素含有量の
コントロールは可能である。

また、第９図は水素含有量とカーボン薄膜の強度（硬度
で表示）との関係を示した特性図であり、含有量１〜３
０原子％において良好な強度を示し、特に３〜１５原子
％において好ましいことがわかる。

実施例９〜１５゜ 実施例１と同様の工程で、先ずスライダを構成する材料
として酸化ジルコニアのウェハを準備し、この表面にコ
ア材料及びコイル材料、電極、保護層などの必要パター
ンを形成し、素子をウェハから切りだし、機械加工によ
りヘッド形状としたのち、スライダ摺動部２の摺動面を
鏡面研磨し、テーパ部２ａと側面エツジ部２ｂの面とり
加工を行い、ヘッド本体１を準備した。

このヘッド本体１を洗浄し加工残渣を取り除いた後、ス
ライダ摺動部側を表にして第５＠（ｃ）に示したような
有磁場マイクロ波プラズマ発生装置の真空槽に入れ、基
板となる上記ヘッド本体１を２５０℃に加熱し、メタン
と水素との混合比２：９８の混合ガスを流速１０１００
５ｅの流量で導入し、ガス圧が１００ｍＴｏｒｒになる
ように排気速度を調、整した。反応室内のガス圧が安定
した後、磁界発生用コイルに電流を流し、５００Ｗのマ
イクロ波を導入してプラズマを発生させた。５分間後に
マイクロ波を停止して真空槽を大気開放し、ヘッド本体
を取り出したところスライダ摺動面に微細な凹凸のある
堆積物が形成された。これをラマン散乱スペクトルおよ
び薄膜Ｘ線回折で分析したところ、ダイヤモンド微粒子
と非晶質炭素が混在することが確認された。また、その
表面形状は、平均厚さが２０ｎｍであり平均粗さＲａで
１０ｎｍであることがわかった。また、非晶質炭素に含
まれる水素量は約７原子％であった。

一方、磁気ディスクについては、第１表の実施例１〜７
と同一のものを準備した。

このようにして製作した磁気ヘッドと磁気ディスクとを
用いて実施例１と同様にｃｓｓ試験を行い、ヘッドに発
生する摩擦力（ｇｆ）の変化と３゜ｋ回試験後のヘッド
及びディスクの損傷の程度を評価した。結果は第２表に
示す通りであり、第１表の実施例１〜７に比べ、摩擦力
の増加が少なく。

ヘッド、ディスクの摺動面の損傷も軽微であった。

実施例１６゜ 実施例１と同様の工程で、先ずスライダを構成する材料
として酸化ジルコニアのウェハを準備し、この表面にコ
ア材料及びコイル材料、電極、保護層などの必要パター
ンを形成し、素子をウェハから切りだし、機械加工によ
りヘッド形状としたのち、スライダ摺動部２の摺動面を
鏡面研磨し、テーパ部２ａと側面エツジ部２ｂの面とり
加工を行い、ヘッド本体１を準備した。このヘッド本体
１を洗浄し加工残渣を取り除いた後、スライダ摺動部側
を表にして実施例１と同様に内部電極型高周波プラズマ
発生装置のバイアスのかかる側の電極に置き、メタンガ
スを５０ｓｅｃｍの流量で導入してガス圧が５０ｍＴｏ
ｒｒになるように排気速度を調整した。実効電力１ｋＷ
で１分間放置した所スライダ表面に２０ｎｍの膜厚の非
晶質水素化カーボン膜（水素含有量約１０原子％）が形
成された。

このようにして形成したカーボン薄膜上に厚さ２００ｎ
ｒｎのポジ型レジストを塗布し、乾燥させた後、幅１ミ
クロン、間隔５μｍの格子状パターンを持つマスク原版
を介して紫外線を照射することによって露光し、現像リ
ンスすることによって上記の寸法を持つレジストマスク
パターンを形成した。つぎにこの磁気ヘッドのスライダ
摺動部側を表にして再度前記のプラズマ発生装置に入れ
、酸素ガスを導入してガス圧をＱ、２Ｔｏｒｒに保ち、
５００Ｗの電力をかけて２分間保持した。これによりレ
ジストのない露出部分のカーボン膜が選択的にエツチン
グされ、前記の格子状マスク寸法を持つカーボン薄膜の
パターンを形成した。その後レジストマスクを剥離して
実施例１と同様にスパッタカーボン保護膜の設けられた
磁気ディスクと組み合わせてＣ８Ｓ試験を行った。結果
は。

３０に回の試験後も摩擦係数の増加は３ｇ以下であり、
摩擦力の増加が少なく、ヘット、ディスクの摺動面の損
傷も軽微であった。

なお、ヘッドスライダ摺動部に設けた格子状マスク寸法
を持つカーボン薄膜のパターンにつき、格子の方向をス
ライダ摺動部の摺動方向に一致させたもの、摺動方向か
らθ角傾斜したものをそれぞれ準備して摺動特性を測定
したところ、摺動方向に一致させた場合には、ディスク
に対するダメージが小さく、高速回転に有利であること
、また、３０°以内、好ましくは５°〜３０’であれば
、傾斜させた方がヘッドに付着した汚れのかき取りに効
果あり、更に信頼性の向上に有効であることがわかった
。

実施例１７゜ 実施例１〜７及び９〜１６で実施した磁気ヘッドと磁気
ディスクとの組み合わせを用い、第７図に示したように
磁気ディスク１０枚をスピンドルに一定間隔で取り付け
、磁気ヘッドを磁気ディスクの各面に一本づつ取り付は
磁気ヘッド位置決め機構及び信号記録再生用回路基板を
取り付けて磁気ディスク装置を組み立てた。この装置を
稼動させて磁気ヘッドを浮上量０．１μｍで浮上させ、
すべてのトラックに信号を書き込み順次読み出すサイク
ルを連続して行う寿命試験を行った。連続５ｏｏｏ時間
の動作のあと装置を分解して磁気ヘッドと磁気ディスク
の表面を光学顕微鏡で観察したところ、磁気ヘッドのス
ライダ摺動部のテーパ部２ａにごくわずかに汚九がつい
ているものがあったが、それ以外は磁気ヘッド、磁気デ
ィスク共に傷や付着物は見られなかった。

比較のため、グラファイト板をターゲットとしてスライ
ダ摺動面にカーボン保護膜をスパッタ成膜した磁気ヘッ
ドを各装置に１本ずつ組み込んだところ、このヘッドに
は摺動方向に数本の傷が発生し、付着物も多かった。ま
た、磁気ディスクにも汚れが多く付着し、なかにはクラ
ッシュに至ったものもあった。なお、このカーボン保護
膜には水素が含まれていない。

実施例１８゜ 実施例１７で用いた磁気ディスク装置を用い、ヘッド荷
重と回転数を調整して磁気ヘッドがほぼ連続的に磁気デ
ィスク表面に当たる条件（コンタクトレコーディングと
称される）とし、前記実施例１７と同様の試験を行った
。連続２０００時間の試験の後、装置を分解して磁気ヘ
ッドと磁気ディスクの損傷を調べたところ、磁気ディス
ク側に光学顕微鏡で判別できる軽微な摩耗痕が数個所見
られたが、保護膜のみの摩耗であり、磁気記録媒体には
達していなかった。同装置内において、実施例１７内で
示した比較例の磁気ヘッド（スパッタカーボン膜）と組
んだ磁気ディスクはクラッシュし、磁気ヘッド側の傷も
大きかった。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によると磁気ヘッドのみなら
ず、磁気ディスク側の耐摺動特性をも向上させることが
でき、磁気ディスク装置の長寿命化に大きな効果がある
。また、磁気ディスクと磁気ヘッドの間の浮上スペース
を小さくしても必要な信頼性を確保できるため、磁気デ
ィスクの記録密度をさらに向上させることができる。

これまでは磁気ディスクに限って説明をしてきたが、こ
のほかヘッドを用いて記録再生を行う記憶装置であれば
本発明をまったく同様に用いることができ、長寿命化を
実現できることはいうまでもない。このような例として
は、例えば、磁気テープ、フロッピーディスク、浮上型
ヘッドを用いる光磁気ディスクなどがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例となる磁気ヘッドを模式的に
示した斜視図、第２図は同じく本発明の実施例となる磁
気ヘッドの摺動面に炭素薄膜を形成した平面図、第３図
は同じく本発明の他の実施例となる磁気ヘッド摺動部の
断面図、第４図は同じく本発明の他の実施例となる磁気
ヘッド摺動部の断面図、第５図は炭素薄膜を形成する成
膜装置の概略図、第６図は本発明の磁気ヘッドを用いた
Ｃ８Ｓ試験の結果を示す特性曲線図、第７図は本発明の
磁気ディスク装置の構造を示す見取り図、第８図は炭素
薄膜中の水素含有量をコントロールする一実施例を示し
た特性曲線図、第９図は炭素薄膜中の水素含有量と硬度
との関係を示した特性曲線図である。 〈符号の説明〉 ｌ・・・ヘッド本体、　　　　　２・・・スライダ摺動
部。 ３・・・記録再生用素子、　　　４・・・保護膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気記録再生素子の搭載されたスライダが高速回転
   する磁気ディスク上を摺動し浮上するフローティングタ
   イプの磁気ヘッドにおいて、前記磁気記録再生素子はス
   ライダの摺動面に近接して、しかも非摺動面を形成して
   配設され、前記スライダの摺動面には、水素を１〜３０
   原子％含有し、密度１．７〜２．２を有する非晶質炭素
   薄膜が被覆されて成る磁気ヘッド。 ２、磁気記録再生素子の搭載されたスライダが高速回転
   する磁気ディスク上を摺動し浮上するフローティングタ
   イプの磁気ヘッドにおいて、前記磁気記録再生素子はス
   ライダの摺動面に近接して、しかも非摺動面を形成して
   配設され、前記スライダの摺動面には、平均面粗さＲａ
   が２〜５０ｎｍ、最大突起高さ１００ｎｍ以下、近接す
   る突起間の平均距離が１０〜１０００ｎｍの微細な凹凸
   面を有する炭素薄膜が被覆されて成る磁気ヘッド。 ３、上記微細な凹凸面を有する炭素薄膜が、水素を１〜
   ３０原子％含有し、密度１．７〜２．２を有する非晶質
   炭素薄膜から成る請求項２記載の磁気ヘッド。 ４、上記微細な凹凸面を有する炭素薄膜として、格子状
   に揃った凹凸を形成し、かつ格子の向きをスライダの摺
   動方向から３０°以内の角度に傾斜させて成る請求項２
   もしくは３記載の磁気ヘッド。 ５、上記炭素薄膜の表面を液状潤滑層で覆って成る請求
   項１乃至４何れか記載の磁気ヘッド。 ６、請求項１乃至５何れか記載の磁気ヘッドと、磁気記
   ディスクの記録媒体層上に前記磁気ヘッドのスライダ摺
   動面に被覆されたものと同質の炭素薄膜を保護層として
   被覆された磁気ディスクと、前記磁気ヘッドを前記ディ
   スクの有効記録範囲の中の所定の位置に前記磁気ヘッド
   を移動させる機構と、前記磁気ディスクを回転させる機
   構と、前記磁気ヘッドを介して前記磁気ディスクに情報
   を書き込みもしくは読み出すアクセス機構とを具備して
   成る磁気ディスク装置。