JPH07237964A

JPH07237964A - 記録再生ヘッド用非磁性セラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07237964A
Application number: JP6029864A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Nakamura; 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3085623B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加工時の変形を抑制できるとともに、加工時の
負荷が小さく、時間当たりの加工量が大きく、加工後の
凹凸も小さく、ディスクとの吸着力や摩擦力が小さい摺
動性に優れた非磁性セラミックスおよびその製造方法を
提供する。【構成】ホウ化アルミニウムを１〜９５体積％と、アル
ミナを９９〜５体積％とからなるもので、ホウ化アルミ
ニウムを１〜９５体積％と、アルミナを９９〜５体積％
とからなる主成分１００重量部に対してジルコニアを
０．１〜５重量部含有することが望ましい。また、この
ような非磁性セラミックスは、原料の平均粒径が２μｍ
以下のホウ化アルミニウムを１〜９５体積％、アルミナ
を９９〜５体積％含有する混合粉末、またはこの混合粉
末の成形体、或いは混合粉末の焼結体をホットプレスま
たは熱間静水圧処理することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、薄膜磁気ヘッ
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、磁器記録用テープガイド等に使用
される記録再生ヘッド用非磁性セラミックスおよびその
製造方法に関するものであり、材料自体が大きな硬度、
ヤング率を有することから高い加工精度のヘッドを作製
でき、信頼性の優れた情報記録装置を提供できるととも
に、高密度化された記録媒体である記録ディスク及び記
録テープ等との摩擦力や吸着力が小さい記録再生ヘッド
用非磁性セラミックスおよびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】近年においては、磁気記録の高密度化は急
速な進歩を遂げているが、この高密度化に伴い、ハード
ディスク、８ｍｍＶＴＲ、電子スチルカメラ、ビデオフ
ロッピィーやデジタルオーディオ等の高保磁力媒体の記
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】磁性薄膜を利用した薄膜ヘッドは、例えば
以下のようにして作製される。先ず、直径６インチない
し直径３インチの基板の表面にアルミナのスパッタ膜を
絶縁膜として形成した後、このアルミナ膜の上面にリソ
グラフィ技術を用い数千個のトランスデューサを形成す
る。トランスデューサを形成した基板上に再び絶縁性ア
ルミナ膜を形成する。そして、スライダーとしての研磨
代を考慮して、基板から個々の磁気ヘッドを切り出すこ
とにより得られる。個々の薄膜ヘッドを含むバー材を切
り出した後、そのバー材の一面が摺動面として研磨加工
される。

【０００４】ところで、近年では、ウインチェスター型
の磁気ヘッドの記録密度の向上と共に、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
りつつあるが、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ーの浮上量が変化する。この浮上
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
浮上量を一定化することが提案されている。

【０００５】従って、上記のような理由から、基板から
切り出されたバー材の一面である摺動面を研磨した後、
この摺動面に溝（凹部）を形成する。この溝は、一般的
には機械加工されるが、その他数μｍの溝を有する負圧
スライダーを形成する場合はイオンビームによるミリン
グ、反応性イオンミリング、ケミカルエッチング等で加
工される。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】従来の薄膜ヘッドで
は、上記切り出し加工の際にスライダー用バー材に長さ
５０ｍｍ当たり数ミクロンの反りが生じ、摺動面にある
磁気ギャップデプス（スロートハイト）の変化も数ミク
ロンとなるものの、再生記録に関する電気特性への影響
は少なかった。

【０００７】しかしながら、さらに高密度記録用の磁気
ヘッドでは、この反りによるギャップデプスのばらつき
は電気特性の低下の原因となる。そのため、スライダー
用バー材を切り出した状態での反りは長さ５０ｍｍ当た
りサブミクロン以下が必要となる。高密度記録用の磁気
ヘッド等には、従来スライダー材料としてアルミナ・炭
化チタン系材料が使用されているが、この材料系では、
スライダー用バー材を切りだした状態での反りをある程
度小さくすることはできるが、ダイヤモンド砥石による
切断加工時の負荷が大きく、短時間で精度良く切断加工
することが困難であるとの問題があった。

【０００８】更に、スライダー用バー材に溝を形成する
際には、イオンミリング等で摺動面の微細加工をする必
要もあるが、量産および精度という観点から、加工時間
と加工面の均一性は製造上重要な特性である。しかし、
従来のアルミナ・炭化チタン複合材料ではイオンミリン
グ後の加工面の凹凸も大きいという問題があった。即
ち、近年においてはイオンミリング後の加工面凹凸の小
さな材料が要求されている。

【０００９】また、従来のアルミナ・炭化チタンからな
る薄膜ヘッド用スライダー材料では、ディスクとの吸着
力や摩擦力が大きく、ヘッドクラシュ等の故障の原因と
なり情報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。磁気ヘッドの信頼性を高める為にも、磁気
ヘッドとディスクの間に発生する摩擦力や吸着力の小さ
な、摺動特性の優れた材料が要求されていた。

【００１０】このような記録ディスクと記録または及び
再生ヘッドとの摩擦力や吸着力を軽減するために、ヘッ
ドの浮上面にクラウン等を形成して吸着力を軽減するこ
とが提案されているが、このクラウンの大きさは数ナノ
メータであり、これを精度良く作製するには加工治具、
装置の高精度化等が必要であり、この点から安価なヘッ
ドの量産を困難なものとしていた。

【００１１】本発明は、バー材切り出し時や研磨加工時
等における変形を抑制できるとともに、微細加工が可能
で、研削加工時の負荷が小さく、イオンミリング等の微
細加工後の凹凸も小さく、さらに、ディスクとの吸着力
や摩擦力が小さく摺動特性に優れた非磁性セラミックス
およびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記の問
題点に対して検討した結果、ヘッド用非磁性材料では、
材料自体のヤング率を大きくすることにより、スライダ
ー用バー材の加工時の変形を抑制することができ、微細
加工が容易であることを知見した。また、記録再生ヘッ
ド用非磁性セラミックスを、ホウ化アルミニウムを１〜
９５体積％と、アルミナ９９〜５体積％とから構成する
ことにより、加工負荷が小さく、イオンミリング等にお
ける微細加工後の加工面の凹凸が小さく、微細加工が容
易で、ディスクとの吸着力や摩擦力が小さく摺動特性に
優れた材料を得ることができることを見出し、本発明に
至った。

【００１３】即ち、本発明の非磁性セラミックスは、ホ
ウ化アルミニウムを１〜９５体積％と、アルミナ９９〜
５体積％とからなるもので、ホウ化アルミニウムを１〜
９５体積％と、アルミナ９９〜５体積％とからなる主成
分と、この主成分１００重量部に対して、ジルコニアを
０．１〜５重量部含有することが望ましい。この非磁性
セラミックスは、原料の平均粒径が２μｍ以下のホウ化
アルミニウム１〜９５体積％、アルミナを９９〜５体積
％含有する混合粉末、またはこの混合粉末の成形体、或
いは混合粉末の焼結体をホットプレスまたは熱間静水圧
処理することにより作製される。

【００１４】ここで、ホウ化アルミニウムおよびアルミ
ナを上記の比率に限定したのは、ホウ化アルミニウムが
１体積％よりも少ないと（アルミナが９９体積％よりも
多いと）、ヤング率が低下し、バー材の切り出し等の加
工時に変形し、スライダーの浮上面を精度良く平面に加
工することが困難となるとともに、焼結性が低下し、１
μｍ以上のポアが存在するようになるからである。また
ホウ化アルミニウムが９５体積％を越えると（アルミナ
が５体積％よりも少なくなると）、ヤング率が低下する
とともに、焼結体の緻密化が困難になるからである。特
に、焼結性という点から、ホウ化アルミニウムは１０〜
６０体積％、アルミナは９０〜４０体積％含有すること
が望ましく、摺動性という点から、ホウ化アルミニウム
は１０〜５０体積％、アルミナは９０〜５０体積％含有
することが望ましい。

【００１５】ホウ化アルミニウムとしてはＡｌＢ₂、Ａ
ｌＢ₁₂、ＡｌＢ₁₀、或いはこれらの混合物が望ましい。
このホウ化アルミニウムには、微量の不可避不純物を含
有することがある。

【００１６】そして、本発明の非磁性セラミックスは、
ホウ化アルミニウムとアルミナからなる主成分１００重
量部に対して、ジルコニアを０．１〜５重量部含有する
ことが望ましいが、これはジルコニアを添加することで
機械加工時のチッピング特性を改善し、平坦な摺動面を
得ることができるからである。ここで、主成分に対して
ジルコニアを０．１〜５重量部含有したのは、ジルコニ
アが０．１重量部よりも少ない場合には、ダイヤモンド
ホイールによる加工、或いは溝加工で作製したエッジ部
が欠け易く、５重量部よりも多い場合には、材料のヤン
グ率が低下する傾向にあり好ましくないからである。ホ
ウ化アルミニウムとアルミナからなる主成分１００重量
部に対するジルコニア量は、焼結性という点からは２〜
５重量部、さらには耐チッピング特性という点からは
０．１〜３重量部含有することが望ましい。

【００１７】また、本発明の非磁性セラミックスは、ヤ
ング率は４００ＧＰａ以上であることが望ましい。ヤン
グ率は４００ＧＰａよりも少ない場合には、例えば、ス
ライダー用バー材の切り出し等の加工時の変形が大きく
なる傾向があるからである。

【００１８】このヤング率は切り出し等の加工時の変形
を抑制するという点からは４２０ＧＰａ以上であること
が特に望ましい。

【００１９】本発明の非磁性セラミックスは、アルミナ
とホウ化アルミニウムを主成分とするものであるが、周
期律表第４ａ族元素の炭化物或いは硼化物，ＳｉＣ，Ｂ
₄Ｃを３０重量％以下含有しても良い。

【００２０】本発明の非磁性セラミックスでは、例え
ば、原料の平均粒径が２μｍ以下（マイクロトラックに
よる５０％粒径、ここで、マイクロトラックによる５０
％粒径とは積算粒径分布における体積率が５０％となる
粒径をいう）のホウ化アルミニウムとアルミナを含有す
る混合粉末をホットプレスまたは熱間静水圧処理（ＨＩ
Ｐ）したり、前記混合粉末の成形体をホットプレスまた
は熱間静水圧処理したり、前記混合粉末を上記のように
して成形、焼成した焼結体をホットプレスまたは熱間静
水圧処理したりすることにより得られる。これらの中で
も特に真空焼成炉、還元雰囲気焼成炉等により作製した
予備焼結体を熱間静水圧処理することが望ましい。

【００２１】尚、ホウ化アルミニウムの原料の平均粒径
を２μｍ以下としたのは、２μｍよりも大きいと焼結温
度が高くなるため、アルミナ結晶の粒径が大きくなり、
焼結体中にポアが残存し、これを除去することが困難と
なるからである。また、焼結体が緻密化されてもイオン
ミリングにより微細加工した加工面の表面粗さＲａが１
００ｎｍ以上と大きくなり、例えばスライダー材料とし
て適切でないからである。このホウ化アルミニウムの原
料粒径は０．５μｍ以下であることが望ましい。アルミ
ナの原料の平均粒径は標準的なものが使用されるが、一
般には０．２〜１μｍである。また、焼成するにホット
プレスまたは熱間静水圧処理を採用するのは、焼結体中
の１μｍ以上のポアを除去できるからである。ホットプ
レス処理はカーボン型において圧力１００〜５００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²、１５００〜１９００℃で０．５〜２時間行
い、熱間静水圧処理は、アルゴンまたは窒素雰囲気にお
いて圧力５００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ²、１４００〜
１８００℃で１時間行うのが適当である。

【００２２】

【作用】スライダーの浮上面を鏡面加工する際、ディス
クに対面する浮上面の平坦度はその浮上量の低下に従い
厳しくコントロールする必要が生じている。図１に、鏡
面加工時にワークに荷重をかけた状態でのワークの変形
量を有限要素法で計算した模式図を示す。このような状
態は、ワーク固定治具に、例えば接着剤で固定した場
合、接着剤の効果により端部にｆの力が作用する。尚、
ワーク形状は４ｍｍ×１．３ｍｍ×２．５ｍｍであり、
荷重を１．０ｋｇｆとした。そして、ヤング率が１３０
００ｋｇｆ／ｍｍ²、２５０００ｋｇｆ／ｍｍ²、４０
０００ｋｇｆ／ｍｍ²と異なる材料についてそれぞれ計
算した結果、ワークの変形量Δｘは２．１９×１０^-4ｍ
ｍ、１．１４×１０^-4ｍｍ、７．１３×１０^-5ｍｍであ
り、ヤング率が大きい程変形が小さくなることが判る。
これより、ヤング率の大きな材料ほど変形が少なく平面
度の良い面に加工でき、微細加工が容易になることが判
る。

【００２３】そこで、本発明の記録再生ヘッド用非磁性
セラミックスは、ヤング率の大きいホウ化アルミニウム
とアルミナから構成することにより、材料自体のヤング
率を向上し、ダイヤモンド砥石等による切断加工や溝切
り加工，鏡面加工時等における変形を抑制することが可
能となるとともに、加工時の負荷を小さくし、イオンミ
リング後の凹凸も小さく、さらに、ディスクとの摩擦力
や吸着力を小さくすることが可能となる。

【００２４】また、ホウ化アルミニウムとアルミナから
なる主成分に対してジルコニアを含有させることによ
り、機械加工時のチッピング特性を改善し、加工後の表
面粗さを向上することが可能となる。

【００２５】

【実施例】

実施例１平均粒径０．８μｍのホウ化アルミニウム原料粉末（Ａ
ｌＢ₁₂）と、平均粒径０．２μｍのアルミナ原料粉末
を、焼結体の組成が表１となるように秤量し、アルミナ
ボールを媒体として粉砕混合した。尚、平均粒径は、マ
イクロトラックによる５０％粒径である。混合した原料
粉末を乾燥し、４０メッシュを通し整粒した後、カーボ
ン型に充填し３５０ｋｇｆ／ｃｍ²の加圧力を加え、１
７５０℃で１時間ホットプレス処理した。焼結体の特性
を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】ここで、密度はアルキメデス法を使い、硬
度はＡＶＫ（（株）明石製作所製）の硬度計を使い測定
した。測定条件はビッカース圧子により荷重２０ｋｇｆ
を１５秒間加えた後、その圧子による圧痕の大きさから
測定した。強度は３ｍｍ×４ｍｍの断面を有する試験片
を作製し、３０ｍｍのスパンで３点曲げ試験法により測
定した。この時のヘッドのスピードを０．５ｍｍ／ｍｉ
ｎとした。ヤング率は強度測定と同じ形状のサンプルを
作製し、３点曲げで荷重を加え、その変形量と荷重値の
傾きから測定した。ポアの有無は１μｍのダイヤモンド
砥粒を使い研磨した後、走査型電子顕微鏡で研磨面を観
察し１μｍ以上のポアの有無を観察した。

【００２８】次に試料をカウフマン型ミラトロン（コモ
ンウェルス社製）のアルゴンソース源を使いミリング加
工し、ミリング面粗度を求めた。加速電圧は８００Ｖと
し、試料の加工面の法線と４５度となる角度からアルゴ
ンビームを照射した。比較のためにアルミナ・炭化チタ
ンコンポジット材料（ＴＦ７００Ｈ）を同時にミリング
加工した。表面粗さはデジタルインスツルメンツ社製の
ナノスコープ２原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用した。
ＡＦＭにはオリンパス（株）で製造した窒化珪素製の探
針先端曲率Ｒ１０〜３０ｎｍの探針を使用した。また、
この測定視野は１０μｍ角とした。

【００２９】この表１より、本発明の非磁性セラミック
ス（試料Ｎo.２〜１０）は、ヤング率が３９０ＧＰａ以
上で従来のアルミナ・炭化チタン材料とほぼ同等であ
り、焼結体中には１μｍ以上のポアが存在せず、ミリン
グ加工後のミリング面粗度Ｒａも６８ｎｍ以下と小さい
ことが判る。これに対して従来のアルミナ・炭化チタン
コンポジット材料（試料Ｎo.１２）では、ヤング率が３
９８ＧＰａと高いが、加工時の負荷が大きく、ミリング
面粗さＲａが１１０ｎｍと大きいことが判る。

【００３０】次に、表１のＮo.２〜１０の試料とＮo.１
２の材料を１．６×２．２×０．９ｍｍのサイズの２本
レールを有するスライダー形状に作製し、榛名通信
（株）製のＣＳＳテスタ−を使い、ＣＳＳ回数とメディ
アのダメージ、ヘッドダメージを評価する試験を行っ
た。試験方法は、ディスク上にスライダーを摺動させる
ことにより行い、ディスクの最大回転速度を３６００ｒ
ｐｍとし、停止時から３６００ｒｐｍとなる時間を５秒
間とし、３６００ｒｐｍで３秒間保持した後、５秒後に
停止し、この停止状態を５秒間保持した。これらの一連
の動作をＣＳＳ回数１回とした。その結果、Ｎo.１２の
材料は３００００回でディスク或いはヘッドにダメージ
を生じるのに対し、本発明の試料Ｎo.２〜１０のコンポ
ジット材料は３００００回でもダメージがなく優れた摺
動特性を示すことが判明した。

【００３１】実施例２平均粒径２．０μｍのホウ化アルミニウム（ＡｌＢ₁₂）
と、平均粒径０．２μｍのアルミナ原料粉末を、焼結体
の組成が表２となるように秤量し、アルミナボールを媒
体として粉砕混合した後、実施例１と同様に焼成した。
また、焼結体の特性、ポアの有無及び表面粗さを実施例
１と同様にして測定し、その結果を表２に記す。

【００３２】

【表２】

【００３３】この表２より、試料Ｎo.１４〜２２ではヤ
ング率が３８０ＧＰａ以上と大きく、焼結体中には１μ
ｍ以上のポアが存在せず、ミリング後のミリング面粗度
も良好な特性を有していることが判る。また、実施例１
と同様にして摺動特性を調べたところ、試料Ｎo.１４〜
２２ではＣＳＳ回数が３００００回でもディスクやヘッ
ドにおけるダメージがなく、優れた摺動特性を示すこと
を確認した。

【００３４】実施例３実施例１の表１のＮo.１〜１１の組成の原料を１ｔｏｎ
／ｃｍ²の加圧力で成形し、１０００℃で２時間予備焼
成した。予備焼成体を１７００℃で２０００気圧の圧力
を加え１時間熱間静水圧処理した。焼結体の特性、ミリ
ング後の表面粗さを実施例１と同様にして測定し、その
結果を表３に記す。

【００３５】

【表３】

【００３６】この表３より、熱間静水圧処理した場合で
も、ヤング率が４００ＧＰａ以上であり、焼結体中には
１μｍ以上のポアが存在せず、ミリング後のミリング面
粗度Ｒａも６２ｎｍ以下と良好な特性を有していること
が判る。また、実施例１と同様にして摺動特性を調べた
ところ、試料Ｎo.２５〜３３では、ＣＳＳ回数が３００
００回でもディスクやヘッドにおけるダメージがなく、
優れた摺動特性を示すことを確認した。

【００３７】比較例表１のＮｏ．３の組成でホウ化アルミニウムとして平均
粒径８．６８μｍの原料と、アルミナとして０．８μｍ
の原料をアルミナボールを媒体として粉砕混合し、実施
例１と同様にして焼成した。焼結体には１μｍ以上のポ
アがあり、また、実施例１と同様の摺動試験を行った結
果、ＣＳＳ回数を３００回行うとディスクにダメージを
生じた。

【００３８】

【発明の効果】本発明の非磁性セラミックスでは、材料
自体のヤング率を高くすることができ、加工時の変形が
小さく、浮上面の平坦度を精度良くコントロールでき、
微細加工が可能で、加工速度が大きく、微細加工面にお
ける凹凸も小さく、ヘッドとディスクの間に発生する摩
擦力や吸着力の小さな、摺動特性の優れた材料を得るこ
とができる。これにより、例えば、薄膜磁気ヘッド用セ
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、磁気テープ用ガイド等に最適な記録再生
ヘッド用非磁性セラミックスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鏡面加工時にワークに荷重をかけた状態でのワ
ークの変形量を有限要素法で計算した模式図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/645 Ｇ１１Ｂ 5/127 Ｆ 7303−5Ｄ 5/31 Ｇ 8935−5ＤＣ０４Ｂ 35/64 ３０２Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホウ化アルミニウムを１〜９５体積％と、
アルミナを９９〜５体積％とからなることを特徴とする
記録再生ヘッド用非磁性セラミックス。
【請求項２】ホウ化アルミニウムを１〜９５体積％と、
アルミナを９９〜５体積％とからなる主成分と、この主
成分１００重量部に対してジルコニアを０．１〜５重量
部含有することを特徴とする記録再生ヘッド用非磁性セ
ラミックス。
【請求項３】原料の平均粒径が２μｍ以下のホウ化アル
ミニウムを１〜９５体積％、アルミナを９９〜５体積％
含有する混合粉末、またはこの混合粉末の成形体、或い
は前記混合粉末の焼結体をホットプレスまたは熱間静水
圧処理することを特徴とする記録再生ヘッド用非磁性セ
ラミックスの製造方法。