JPH07122924B2 - 軟磁性金属膜磁気ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は軟磁性金属膜を磁気コアとする磁気ヘッドに
関する。

従来の技術 従来より磁気ヘッド用コア材として、加工性，耐摩耗性
が良いという特長からフェライトが広く使用されている
が、飽和磁束密度B_Sが合金材料に比べて30〜50％低い。
従って、近年登場してきた高抗磁力の高密度記録用媒体
に使用した場合、ヘッドコア材料の磁気飽和が問題とな
り、このような観点から、高密度記録媒体の対応ヘッド
として、センダストや非晶質の合金材料がヘッド用コア
材料に供されている。

これらの合金材料を、磁気ヘッドのコア材料として使用
した場合、材料の比抵抗が70〜120μΩ・cmと低いの
で、高周波領域で、うず電流による損失が大きい為フェ
ライトコア材料のようにバルク形状で加工した磁気ヘッ
ドでは特性が十分でない。

そのため、コア材料である非晶質合金やセンダスト合金
を、超急冷法により、リボン化し、耐摩耗性の良好な非
磁性基板材料で該リボン材料を両側から挾持したサンド
イッチ構造が採用されている。

他方近年のように高密度化すなわち狭トラック化が進め
られると、上記リボン材料を機械加工により加工するの
は非常に難しく量産性で問題がある。従って薄板化コア
材料を、蒸着やスパッタなどの薄膜作製装置を用いて非
磁性基板上に作製する方法が現在な所最良の方法であ
る。またこの方法では高周波対応用ヘッドとして、前記
うず電流損失を防止する目的で、磁性材料と層間絶縁材
料を交互に形成した積層コア材料が容易に得られる利点
がある。

ここで問題となるのは磁性材料と非磁性基板材料の熱膨
張係数である。センダスト合金の熱膨張係数が約150×1
0^-7/℃と大きく、この様な熱膨張係数を持つ適当な基板
材料が現在の所実用に供されていないので、センダスト
合金と基板材料を接着剤により合体したヘッド構成をと
らざるを得ない。この様な方法では高精度のギャップを
維持することは困難であり、経時劣化を招来する。

高精度のギャップを維持し、かつ信頼の高いヘッドを得
るにはガラス接着によるヘッド構成が最も信頼が高い。
その場合、基板材料と磁性材料の熱膨張係数が一致して
いないと、両者の接着後クラックが発生したり、接着界
面より破損する。特に薄膜作製装置による方法では、両
者の熱膨張係数が一致していないと基板より磁性膜が剥
離する。

従って非晶質合金用基板材料を考慮した場合、熱膨張係
数が一致している事（熱膨張係数が110〜120×10^-7/
℃）、機械加工性が良い事、耐摩耗性が良い事などの理
由で、多結晶，単結晶のMn−Znフェライト材料が使用さ
れている。しかしながら、これらの材料は磁性材料であ
るので、ギャップ近傍には配さず、代りに非磁性材料例
えばガラスを充填した構造となっている（特開昭58−13
3620号公報，同59−94219号公報他）。

すなわち第３図のように、一対のフェライト１の間に磁
性材料３を挾み、ギャップ４の周辺はフェライト１に代
えてガラス２を充填する。この様な構造のヘッドは効率
のよい再生信号を得ることが出来るものの、フェライト
材料は合金材料にくらべ、テープ走行時に摺動ノイズの
発生度合が大きい為S/Nが劣るという欠点がある。第３
図に示した構造のヘッドでもギャップ近傍にフェライト
がなくても同様の傾向がある。更に製造時の工数も多く
複雑となる。

そこで金属材料の特長を生かすため、テープ摺動面にフ
ェライトを配さない第４図に示す構造のヘッドが各種提
案されている（特開昭58−14313号公報他）。第４図に
示すようにギャップ７の形成されたテープ摺動面が金属
磁性材料６と非磁性基板材料５から構成されている。非
磁性基板材料５としては通常ガラス材料が用いられる。
ガラス材質は通常のソーダ，カリ系ガラスを用いても良
いが、耐摩耗性に劣る点と熱膨張係数が小さいので非晶
質合金には適さない。

最近、露光により結晶化するLiO,SiO₂を主成分とする感
光性結晶化ガラスを用いることが提案されている。この
材料では非晶質合金とほぼ同一の熱膨張係数が得られる
のと、耐摩耗性が良いので基板材料に供されている。

発明が解決しようとする問題点 結晶化ガラスは機械加工性が悪く、例えばダイヤモンド
カッターによる切断速さは、フェライト材料の1/5〜1/1
0と悪く量産性に向いていない。

他方上記第３図，第４図の構成からなるヘッドについ
て、市販の塗布型メタルテープによる各種環境下におけ
るテープ走行試験をした所、特に低湿環境（例えば20
℃,10％RH）でヘッド出力の大きな低下が見られた。こ
の出力が低下したヘッドのテープ摺動面を観察したとこ
ろ、いずれもガラス部に選択的に付着物があり、その程
度を段差計により測定した所、最大500〜600Åであっ
た。

この付着物をオージェ分析により分析した所、付着成分
はメタルテープ中の磁性材料成分であり、段差計による
値とオージェ分析による深さが一致した。

以上の結果より、塗布型メタルテープを低湿環境下で走
行すると、ガラス材料部に選択的にメタルテープ中の磁
性材料が付着し、その付着物の盛り上りのために、ヘッ
ドとテープ間のスペーシングロスにより、ヘッド出力が
低下する事が分かった。

以上を総合して、磁気ヘッド用基板材料として以下の点
が望まれる。

（１） 金属磁性材料と熱膨張係数が等しいか近い事。

（２） 機械加工性が良い事。

（３） 耐摩耗性が良い事。

（４） 非磁性である事。

（５） テープ媒体よりの付着がない事。

さらにガラス接着による加熱があるので、 （６） 熱的安定性が良い事。

も要求され、以上全項目を満足する材料が望まれてい
る。

問題点を解決するための手段 磁性体コアを指示する基板をα−Fe₂O₃を主体とする基
板材料から構成する。

作用 基板が金属磁性材料と熱膨張係数が一致しているので、
薄膜作製装置を用いて磁性膜が作製でき、ガラス接着が
可能である。また、Mn−Znフェライトと同等の機械加工
が可能であり、耐摩耗性,S/Nも良く、テープ媒体よりの
付着がないので安定した出力が得られる。

実 施 例 本発明の一実施例の磁気ヘッドの構成を第１図のヘッド
製造工程の順に従って説明する。

α−Fe₂O₃を熱間静水圧プレスで焼結して基板材料８を
得た。この基板材料の熱膨張係数を測定した所110×10
^-7/℃であった。第１図Ａに示すように、この基板材料
８の鏡面仕上げ面上にスパッタリングの薄膜作製装置で
軟磁性金属膜として非晶質合金膜９を形成した。さらに
反対側の基板材料10の表面に、接着用の溶着ガラス層11
をあらかじめ焼付け法もしくはスパッタリング等の方法
により付着しておく。

然る後第１図Ｂに示すように、双方を非晶質合金膜９と
上記ガラス層11が対面するように重ね合わせて加熱溶着
することより、コアブロック12,12′を形成し、一方に
巻線窓13を形成した。１組のコアブロック12,12′の少
なくとも一方側面にSiO₂等のギャップスペーサ膜14とギ
ャップボンディング用溶着ガラス膜15をスパッタリング
等の薄膜作製技術を用いて上記コアブロックの突き合わ
せ面の必要な部分に付着させた。第１図Ｃに示すよう
に、上記スペーサ膜14とガラス膜15が対面するように突
合わせて加熱溶着する。この時巻線窓13の先端にボンデ
ィング用ガラス16を置いて同時に溶融する。こうして第
１図Ｄに示すように必要なギャップ17を形成する。その
後、所定のコア厚みに切断線18,18′より切り出し、第
１図Ｅに示すように、テープ摺動部19を形成してヘッド
チップが完成する。

第１表に、第１図Ｄに示した工程で所定のコア厚みに切
り出す時の実験結果を示す。参考迄に従来例の第３図，
第４図に示すフェライト基板ヘッドと結晶化ガラスの基
板材料についても合わせて示した。なおいずれのヘッド
も同一寸法のものを使用し、切断条件はすべて同一条件
である。

第１表に示されるように切断速度を早めると本発明ヘッ
ドとMn−Zn基板ヘッドは切断可能であるが、結晶化ガラ
ス基板ヘッドはいずれもギャップ面で破損もしくはスピ
ンドルモータが停止してしまい切断不可能であった。

次にいずれの材料も切断可能な切断速度20mm/分で、ス
ピンドルモータの負荷電流を測定した所、本発明のヘッ
ドとMn−Zn基板ヘッドは同様であるが、結晶化ガラス基
板ヘッドは約５倍の値を示した。なおここでの負荷電流
は本発明のヘッドを１として規格化して示してある。

以上の結果より結晶化ガラス基板は機械加工性が悪く、
本発明ヘッドはフェライトと同程度の良好な加工性を示
す。

次にこれらのヘッドをビデオテープレコーダ（ヘッドテ
ープ相対速度3.8m/秒）に取付け、市販の塗布型メタル
テープを用いて、23℃,70％相対湿度下でのヘッド出力
（0dBとする）、およびC/N特性を測定した（本発明ヘッ
ドを0dBとする）。

次いで23℃,10％相対湿度下におけるヘッド出力も測定
し、第２表に示した。

第２表より明らかなように、C/N特性については、Mn−Z
n基板ヘッドではテープ摺動ノイズが発生するので本発
明ヘッドより2dB劣る。

また23℃,10％低湿環境下では、本発明以外のヘッド
は、ギャップ近傍にガラスが存在するので、前記媒体中
の磁性材料が付着し、ヘッド出力が３〜5dB低下する。

第２図にテープ走行に対するヘッド摩耗を示す。参考と
して、テープ摺動面が全てMn−Zn単結晶フェライトから
なるダミーチップの摩耗も合わせて示した。結晶化ガラ
スの摩耗は一番大きく、次いでフェライト基板ヘッド、
本発明ヘッドは一番摩耗量が小さくMn−Znフェライト単
結晶とほぼ同一の値を示す。

フェライト基板ヘッドの摩耗が、ダミーチップにくらべ
て大きいのは、ギャップ付近がガラスで構成されている
ため、そのガラスの耐摩耗性がフェライト材料より劣る
ためである。

本発明の実施例ではα−Fe₂O₃を熱間静水圧プレスで焼
結した基板について述べたが、最も好ましいのは単結晶
α−Fe₂O₃である。すなわち単結晶では結晶方位が一定
であり、テープ摺動時の摩耗が均一に起こるので、面ア
レが極めて少なくなる。また熱膨張係数がａ軸とｃ軸で
約20…10^-7/℃異なるので（ポリクリスタルはほぼ中間
になる。）、結晶方位により熱膨張係数の使いわけが出
来る利点がある。

しかしながら、現在の技術では装置の制約もあり、Mn−
Znの単結晶のように大型でしかも大量に量産出来ず、実
験室，研究室レベルで製造されているにすぎない。

次に提供出来るのは結晶方位が配向した多結晶体であ
る。出発原料に六角板状α−Fe₂O₃を用い、湿式成型す
るとｃ軸が配向した成型体が容易に得られる。これを焼
結すればｃ軸が配向した多結晶焼結体が容易に得られ
る。得られた結晶体より配向方位に従って切り出し、基
板材料に使えば単結晶に近い効果が期待出来る。

最も量産が容易でかつ安価に出来るのは、α−Fe₂O₃,γ
−FeOOHなどを出発原料としてこれを所定の形状に成型
した後、焼結，緻密化すれば容易にα−Fe₂O₃の焼結体
が得られる。この時の成型体のかさ比重は出来るだけ高
い方がより緻密な焼結体が得られやすい。

上記多結晶体の緻密化は、普通焼結法，ホットプレス
法，熱間静水圧プレス法あるいはこれらを組み合わせた
方法などいずれでも良い。

ただ前述のテープ摺動時の結晶方位の摩耗差により面ア
レないしは加工時のチッピングなどを考慮すれば、出来
るだけ結晶粒径が小さく、かつ気孔（ボア）の少ない結
晶体が望ましいので、熱間静水圧プレス法が最良であ
る。

また、α−Fe₂O₃に対して出発原料中に含まれる不純物
レベルでの他の元素、あるいは熱膨張係数の調整のため
の例えばAl₂O₃などの添加，粒界強度向上の為のZrO₂な
どの添加は一向に支障はない（但し、主組成はα−Fe₂O
₃）。

また出発原料のちがい，焼結条件などによりα−Fe₂O₃
中に残留ないしは析出する少量のウスタイト（FeO），
マグネタイト（Fe₃O₄）相が存在しても、実用的に許容
出来る非磁性であれは特に問題はない。

非晶質合金膜としてはメタル−メタル系であるCo−Ｍ
（ＭはNb,Ti,Ta,Zr,W等の金属元素）やCo−M₁−M₂（M₁,
M₂は上記Ｍで示された金属元素）系の非晶質金属磁性膜
のような、飽和磁束密度がMn−Zn単結晶フェライトより
も大きく、高透磁率を示す金属軟磁性膜であれば、Si,
B,C,Pを含むメタル−メタロイド系よりも耐摩耗性が良
好で最も好ましい。しかしながらCo−Fe−Si−B,Ni−Si
−Ｂ系などについても特に不都合はない。

これら非晶質合金膜の形成はスパッタに限定されるもの
ではなく、蒸着法などによっても可能であり、また超急
冷法によるリボンアモルファスでも良い。

なお基板材料8,10の接着やコアブロック12,12′の接着
は、低融点鉛ガラスを用いて作業温度を低くして非晶質
磁性合金膜の結晶化温度以下で溶着するのは言うまでも
ない。

また信頼性は劣るが、磁性材料と基板材料を有機接着剤
で構成する磁気ヘッドにおいては、他の金属磁性膜、例
えばセンダスト合金などへの応用が考えられる。

なお本実施例では非晶質合金膜が単層のものについて述
べたが、前述したようにうず電流損失を防ぐ目的で、合
金膜と層間絶縁材料を交互に形成した積層コアを使用す
ればさらに良い。

発明の効果 非磁性基板上に薄膜作製装置を用いて金属軟磁性膜を作
製したものをコア材として用いる磁気ヘッドにおいて、
前記基板がα−Fe₂O₃を主体とすることにより、金属磁
性膜と基板の熱膨張係数が一致しているので、歪，剥離
の心配がなくガラス接着が可能であり、Mn−Znフェライ
トと同等の機械加工性，耐摩耗性を有し、S/Nが良好
で、実用的に使用される幅広い環境のテープ走行に対し
て、テープ中の磁性材料成分の付着がなく、従って安定
したヘッド出力が得られ、信頼の高い磁気ヘッドが供給
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気ヘッドの実施例の製造工程を示す
斜視図、第２図は本発明ヘッドの摩耗特性を示す特性
図、第３図，第４図は従来例の磁気ヘッドのテープ摺動
面を示す正面図である。 ８……基板、９……非晶質合金膜、10……基板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体の両側を基板で挾んだ構造のコア材
   を用い、前記基板が、α−Fe₂O₃を主体として構成され
   たことを特徴とする軟磁性金属膜磁気ヘッド。
2. 【請求項２】軟磁性金属膜として、非晶質合金膜を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軟磁性
   金属膜磁気ヘッド。