專(zhuān)利名稱(chēng)：磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于播放磁記錄的或利用與記錄介質(zhì)如磁帶的滑動(dòng)接觸進(jìn)行重播的磁頭，尤其是，其中與記錄介質(zhì)滑動(dòng)接觸的滑動(dòng)表面形成有保護(hù)膜的磁頭。


圖1是表示用于立體聲盒式磁帶播放機(jī)中一個(gè)磁頭的透視圖。
在這類(lèi)磁頭H中，屏蔽殼1及屏蔽板2a和2b均是由一種軟坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)作成的，形成磁隙G的磁心3是由一種層疊的硬坡莫合金材料(Fe-Ni-Nb合金)作成的。在屏蔽板2a及2b以及磁心3、和屏蔽殼1之間的空間用樹(shù)脂4填充滿(mǎn)。在磁帶T中，磁層形成在由聚酯或類(lèi)似材料作的基膜上，并由磁性粉末如γ-Fe2O3及粘接劑構(gòu)成。
因?yàn)榇艓在磁頭H前側(cè)的滑動(dòng)表面A上滑動(dòng)，故滑動(dòng)表面A狀態(tài)的改變對(duì)磁頭的記錄或重播特性具有影響。該滑動(dòng)表面A狀態(tài)的改變例如為，粘附在磁帶T上的磁粉從基膜上剝落并來(lái)到滑動(dòng)表面A上，滑動(dòng)表面A就被磁帶磨損。
如果磁粉粘到滑動(dòng)表面A上，在磁心3與磁帶T的磁層之間的間隙便增寬，就使間隙損耗增大。此外，如果屏蔽殼1的表面1a，屏蔽板2a及2b和磁心3，尤其是屏蔽板2a，2b及磁心3由于與磁帶T的滑動(dòng)接觸而磨損，就使滑動(dòng)表面A形成了一種偏斜的磨損狀態(tài)。由偏斜磨損產(chǎn)生的滑動(dòng)表面A的不平整度也增加了間隙損耗。
因此，已經(jīng)設(shè)計(jì)出，在磁頭H的滑動(dòng)表面A形成一保護(hù)膜與磁帶T作可滑動(dòng)接觸，以改進(jìn)磁帶的可滑動(dòng)性能(運(yùn)行性能)及防止磁粉粘附和磨損。
圖2是表示形成在滑動(dòng)表面A上覆蓋了屏蔽板2a及2b和磁心3的保護(hù)膜5及磁帶T的一個(gè)放大截面圖，磁帶T由磁頭墊P壓在屏蔽板2a及2b和磁心3上運(yùn)行。
作為上述保護(hù)膜5的材料必須使用這樣一種材料，它能阻止磁帶T上磁粉的粘附，并具有能防止由磁帶T的滑動(dòng)產(chǎn)生磨損的硬度。優(yōu)選的材料為，例如DLC(類(lèi)似鉆石的碳)，BN，TiN，SiO2及CrN。從硬度及對(duì)作為襯底的磁心及屏蔽板的粘接(接合能力)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，最好使用DLC及BN。
但是，當(dāng)形成保護(hù)膜5時(shí)，又出現(xiàn)了新問(wèn)題隨著磁帶T滑動(dòng)運(yùn)行時(shí)間的增加，保護(hù)膜5會(huì)剝離屏蔽板2a及2b，磁心3或樹(shù)脂4的表面，或被磨損。如果膜剝落或磨損，曝露出的板2a及2b和磁心3本身就由于磁帶T滑動(dòng)在一側(cè)產(chǎn)生磨損或是易于使磁帶T的磁粉粘到屏蔽板2a及2b和磁心3的這些表面上。這樣就增大了間隙損耗及使磁頭特性變壞。
雖然，保護(hù)膜5形成在磁頭H的整個(gè)滑動(dòng)表面A上，但由磁頭墊P壓著磁帶T所接觸的屏蔽板2a及2b，磁心3和樹(shù)脂4受磁帶滑動(dòng)的影響最大。
因?yàn)闃?shù)脂4具有與作為屏蔽殼、屏蔽板及磁心材料的坡莫合金具有完全不同的機(jī)械性能，因此樹(shù)脂4對(duì)保護(hù)膜的粘接及該保護(hù)膜的壽命不同于用坡莫合金作襯底的那些性能。
在圖1所示磁頭H中，樹(shù)脂出現(xiàn)在圖中所示滑動(dòng)表面A的上方及下方部分(a)中，及在磁心及屏蔽板之間的邊界上的部分(b)中。如果樹(shù)脂4出現(xiàn)在滑動(dòng)表面A的部分(a)及(b)中，則保護(hù)膜易于在部分(a)與(b)剝落。利用對(duì)磁頭H中所使用樹(shù)脂4的材料的適當(dāng)選擇，可使在樹(shù)脂4上保護(hù)膜的剝落被限制在一定的程度上，例如是用增加樹(shù)脂的硬度。
但是，在磁頭H中所使用樹(shù)脂4的所需特性并不僅是上述硬度。例如，如果樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)(線(xiàn)性膨脹系數(shù))α大時(shí)，在樹(shù)脂位置中將有很大收縮應(yīng)力作用于磁心3。其結(jié)果是，磁心3的磁特性降級(jí)，磁頭的重播特性變差。此外，如果樹(shù)脂4的玻璃態(tài)化溫度Tg低，當(dāng)磁頭H被置于機(jī)艙自動(dòng)磁帶播放機(jī)中的高溫環(huán)境中時(shí)，樹(shù)脂便軟化并從上述部分(a)及(b)鼓出。另外，當(dāng)樹(shù)脂4的玻璃態(tài)化溫度低時(shí)，樹(shù)脂4會(huì)被形成保護(hù)膜時(shí)的膜形成溫度軟化，并從上述部分(a)及(b)中凸出。這種樹(shù)脂4的凸出使磁隙G與磁帶T之間的間隙變寬，這是磁頭重播特性變差的一個(gè)原因。
因此用于磁頭H中的樹(shù)脂4的特性是緊密地與磁頭的性能相聯(lián)系的。此外，如上所述，作成的保護(hù)膜易于剝落而使滑動(dòng)表面A的樹(shù)脂4被曝露出來(lái)，不能有效地發(fā)揮其功能。
本發(fā)明將解決上述傳統(tǒng)的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種磁頭，它能防止保護(hù)膜從金屬襯底、如磁心及屏蔽板上剝落下來(lái)，或是能防止當(dāng)形成在滑動(dòng)表面上的保護(hù)膜與記錄介質(zhì)作滑動(dòng)接觸時(shí)產(chǎn)生顯著的磨損。
本發(fā)明的另一目的是制得一種難于從磁頭的樹(shù)脂上剝落下來(lái)的保護(hù)膜，其中磁心及樹(shù)脂被保護(hù)膜所覆蓋。
本發(fā)明的又一目的是利用調(diào)節(jié)樹(shù)脂固化溫度及填充物含量，作到易于提供出能防止上述保護(hù)膜剝落、磁心磁特性下降及樹(shù)脂從滑動(dòng)表面中凸出的一種樹(shù)脂。
本發(fā)明乃是基于作為各種試驗(yàn)結(jié)果的確認(rèn)基礎(chǔ)上作出的，這種確認(rèn)便是，作為磁頭滑動(dòng)表面上保護(hù)膜金屬襯底的由DLC，BN，TiN，SiO2，CrN或類(lèi)似材料作的磁心、屏蔽板及屏蔽殼的硬度對(duì)保護(hù)膜的剝落和磨損有極大的影響。
換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明提供了一種磁頭，在其中與記錄介質(zhì)滑動(dòng)接觸的滑動(dòng)表面被覆蓋了一層保護(hù)膜，及作為該保護(hù)膜襯底的一種金屬其維氏(Vickers)硬度Hv在140至950的范圍。
在以上說(shuō)明中，當(dāng)金屬襯底由坡莫合金作成時(shí)，它的維氏硬度將大于140。坡莫合金維氏硬底Hv的上限接近220。坡莫合金的硬度依賴(lài)于Nb含量而變化。對(duì)于記錄介質(zhì)的滑動(dòng)特性來(lái)說(shuō)，雖然利用增加坡莫合金的Nb含量可以得到改善，但它的磁性能降低了。為了將Nb含量調(diào)節(jié)到不損害磁特性的范圍中，坡莫合金的上限維氏硬度Hv接近220。因此，當(dāng)金屬襯底是由坡莫合金作成時(shí)，坡莫合金的維氏硬度在140至220的范圍中。
當(dāng)金屬襯底是由Fe-Ni-Nb合金作成時(shí)，可用調(diào)節(jié)其N(xiāo)b的含量來(lái)改變它的硬度。為了將Fe-Ni-Nb合金的維氏硬度Hv調(diào)節(jié)到150至220的范圍中，則需要Nb的含量在3wt％至10wt％(重量百分比)的范圍中。
此外，金屬襯底(例如一種坡莫合金)表面的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra優(yōu)選是在5至50的范圍中，并更優(yōu)選是在5至35的范圍中。
在以上說(shuō)明中，金屬襯底是指形成磁隙的磁心，屏蔽板及屏蔽殼。
本發(fā)明提供了一種磁頭，其中形成磁隙的磁心及固定磁心的樹(shù)脂出現(xiàn)在與記錄介質(zhì)形成滑動(dòng)接觸的滑動(dòng)表面上，并被一層保護(hù)膜覆蓋，該樹(shù)脂的巴氏(Barcol)硬度在50至70的范圍中。
此外，在以上說(shuō)明中，樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中和/或樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度在100℃至130℃的范圍中。
另外，例如環(huán)氧樹(shù)脂的固化溫度在100℃至140℃的范圍中，而它的SiO2填充物含量在30wt％至60wt％的范圍中。
當(dāng)保護(hù)膜形成在磁心及屏蔽板表面上時(shí)，記錄介質(zhì)(磁帶)相對(duì)于磁心及屏蔽板表面的可滑動(dòng)性(運(yùn)行性能)就被提高了。其結(jié)果是，記錄介質(zhì)的磁粉難以粘附到磁心及屏蔽板上，也難以在磁心及屏蔽板的表面引起偏斜的磨損。當(dāng)圖2中所示磁帶T與磁頭的滑動(dòng)表面A滑動(dòng)接觸地運(yùn)行時(shí)，磁帶T的滑動(dòng)阻力F與磁帶T與滑動(dòng)表面A之間的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)μ成正比。該動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)μ與磁帶T及滑動(dòng)表面A之間的真正接觸區(qū)域Ar以及當(dāng)磁帶T在滑動(dòng)表面A上滑動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)力S成正比。當(dāng)滑動(dòng)表面A由軟金屬作成時(shí)，Ar增大而S減小。當(dāng)滑動(dòng)表面A由硬金屬作成時(shí)，Ar減小而S增大。在任何一種情況下，動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)μ及滑動(dòng)阻力F均增大。但是，當(dāng)在金屬表面形成保護(hù)膜5時(shí)，Ar及S兩者均小，動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)μ及滑動(dòng)阻力F也均低，就改善了磁帶T的可滑動(dòng)性(運(yùn)行特性)。
當(dāng)在金屬襯底如磁心、屏蔽板及屏蔽殼上形成保護(hù)膜5時(shí)，如果金屬襯底的硬度過(guò)低，在保護(hù)膜5及金屬襯底之間的粘接(接合力)將減弱。因此，如果金屬襯底的硬度過(guò)低時(shí)，隨著磁帶滑動(dòng)時(shí)間(運(yùn)行時(shí)間)的增加，保護(hù)膜就愈容易剝落。相反地，如果金屬襯底的硬度過(guò)高，磁帶將受到具有高硬度的金屬襯底的影響，磁帶上的磁性層會(huì)嚴(yán)重地受損。
因此，形成在滑動(dòng)表面的保護(hù)膜的剝落及磁帶的受損可利用使作為金屬襯底的磁心，和/或屏蔽板及屏蔽殼(尤其是磁心及屏蔽板)的硬度選擇在合適范圍中而變得難以出現(xiàn)。其結(jié)果是，可以延長(zhǎng)保護(hù)膜的壽命，及長(zhǎng)期地防止磁帶的變質(zhì)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在圖1所示的磁頭中，即其中樹(shù)脂4出現(xiàn)在滑動(dòng)表面A上并被保護(hù)膜覆蓋著，該保護(hù)膜可利用將樹(shù)脂硬度調(diào)整在合適的范圍中而變得難于從圖1的樹(shù)脂部分(a)及(b)上剝落下來(lái)，且該膜的壽命可以被延長(zhǎng)。
以下將分析當(dāng)磁帶T在磁頭上滑動(dòng)時(shí)磁頭的磨損。在其中使用新磁帶T的初始運(yùn)行狀態(tài)中，因?yàn)榇艓的磁層表面粗糙，粗糙的磁帶層將擦傷滑動(dòng)表面，由于這種擦傷，就易于在磁頭的滑動(dòng)表面上引起磨耗或剝落。通常這被稱(chēng)作摩擦磨損。此外，磁粉易于從磁層上分離出來(lái)，使磁頭的滑動(dòng)表面遭受摩擦磨損。如果磁帶已經(jīng)被運(yùn)行了一段時(shí)間，磁層是平滑的，當(dāng)磁帶滑動(dòng)時(shí)，磁帶的磁層及磁頭的滑動(dòng)表面之間的接觸區(qū)域增大，并且動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)增大。其結(jié)果是，磁帶及磁頭的滑動(dòng)表面易于彼此粘附，使磁頭的磨損量顯著增加，由此進(jìn)入了粘附磨損階段。
當(dāng)磁頭表面涂有一層保護(hù)膜時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的問(wèn)題。尤其是，因?yàn)檫@類(lèi)保護(hù)膜是一種約為1000A至1500A的特薄膜，當(dāng)磁帶在其上滑動(dòng)時(shí)，它直接地受到作為其襯底的磁頭表面特性的影響。這種影響在具有粘彈特性的樹(shù)脂部分中要比在磁帶表面的金屬部分中更大。
在此情況下，當(dāng)樹(shù)脂部分的硬度增大時(shí)，通常出現(xiàn)在起始運(yùn)行狀態(tài)中的摩擦磨損的影響也增大，并且保護(hù)膜也易于被磁帶擦傷。雖然當(dāng)樹(shù)脂硬度高時(shí)樹(shù)脂與保護(hù)膜之間的粘附應(yīng)增強(qiáng)，但由上述擦傷易于引起膜剝落及磨損，由此顯著地縮短膜壽命。
另一方面，當(dāng)樹(shù)脂部分的硬度降低時(shí)，樹(shù)脂部分上的保護(hù)膜與磁帶之間的接觸區(qū)域增大，由保護(hù)膜及磁帶的粘附產(chǎn)生的摩擦力增大。此外，因?yàn)楫?dāng)硬度低時(shí)樹(shù)脂與保護(hù)膜之間的粘附減弱，會(huì)引起嚴(yán)重的膜剝落及磨損。在此情況下膜壽命也大為縮短。
如上所述，當(dāng)樹(shù)脂被覆蓋了保護(hù)膜時(shí)，不管樹(shù)脂的硬度是過(guò)高或過(guò)低，均易于引起保護(hù)膜的磨損及剝落，并使膜壽命縮短。因此，就必須將樹(shù)脂硬度調(diào)整在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。本發(fā)明的發(fā)明人證實(shí)了利用將樹(shù)脂硬度調(diào)整在50至70的巴氏硬度范圍中，在摩擦磨損及粘附磨損的兩種情況下均難以使保護(hù)膜剝落。
其次，本發(fā)明的發(fā)明人也證實(shí)了施加于磁心的收縮應(yīng)力利用調(diào)整樹(shù)脂可以降低，并且當(dāng)樹(shù)脂的巴氏硬度在50至70的范圍中時(shí)利用調(diào)整樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)至低于500×10-7/℃可以限制磁心的磁性能變差。
此外，本發(fā)明人還證實(shí)了當(dāng)樹(shù)脂的巴氏硬度在50至70的范圍中時(shí)利用將樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度Tg調(diào)整到大于100℃，可以防止在高溫環(huán)境中樹(shù)脂從滑動(dòng)表面中凸出來(lái)。
在樹(shù)脂材料中，熱膨脹系數(shù)α及玻璃態(tài)化溫度Tg相互關(guān)聯(lián)。當(dāng)熱膨脹系數(shù)α增大時(shí)，玻璃態(tài)化溫度Tg也增大。因此，為了獲得熱膨脹系數(shù)小于500×10-7/℃及玻璃態(tài)化溫度Tg大于100℃，熱膨脹系數(shù)α應(yīng)在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中及玻璃態(tài)化溫度g應(yīng)在100℃至130℃的范圍中。利用調(diào)整熱膨脹系數(shù)Tg及玻璃態(tài)化溫度Tg在這些范圍中，就能夠防止由于樹(shù)脂強(qiáng)度產(chǎn)生的磁心磁性能下降及樹(shù)脂從滑動(dòng)表面中凸出來(lái)的問(wèn)題。
當(dāng)在磁頭的滑動(dòng)表面上形成保護(hù)膜時(shí)，滑動(dòng)表面的溫度由于膜形成而升高。為了在此膜形成溫度時(shí)完全防止樹(shù)脂凸出來(lái)，優(yōu)選是將玻璃態(tài)化溫度Tg設(shè)在110℃至130℃的范圍中。在此情況下，熱膨脹系數(shù)α的范圍為約從350×10-7/℃至500×10-7/℃。
上述的樹(shù)脂硬度、熱膨脹系數(shù)α及玻璃態(tài)化溫度Tg是由樹(shù)脂的固化溫度及填充物含量決定的。因此，可以利用調(diào)整樹(shù)脂的固化硬度及填充物含量將所有的硬度、熱膨脹系數(shù)及玻璃態(tài)化溫度設(shè)定在上述合適的范圍中。例如，如果樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂及填充在樹(shù)脂中的填充物是SiO2，僅必須將固化溫度調(diào)整到100℃至140℃的范圍中，及將填充物含量調(diào)整到30wt％至60wt％的范圍中。
利用將固化溫度及填充物含量調(diào)整到上述范圍中，則巴氏硬度、熱膨脹系數(shù)及玻璃態(tài)化溫度Tg能被分別設(shè)置成50至70，300×10-7/℃至500×10-7/℃，及100℃至130℃。因此，在本發(fā)明中優(yōu)選是，形成磁隙的磁心及固定磁心的樹(shù)脂出現(xiàn)在滑動(dòng)表面上與記錄介質(zhì)形成滑動(dòng)接觸，及在滑動(dòng)表面上覆蓋一層保護(hù)膜，該樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂，樹(shù)脂的固化溫度在100℃至140℃的范圍中，及SiO2的填充物含量在30wt％至60wt％的范圍中。
實(shí)施例現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實(shí)施例。
當(dāng)由DLC(類(lèi)似鉆石的碳)，BN，TiN，SiO2，CrN或類(lèi)似物作的保護(hù)膜形成在一個(gè)碳頭的滑動(dòng)表面A上時(shí)，作為保護(hù)膜襯底的磁心、屏蔽板，屏蔽殼及樹(shù)脂的硬度對(duì)保護(hù)膜的壽命具有很大影響。
以下的試驗(yàn)旨在闡明這一觀(guān)點(diǎn)。
試驗(yàn)1為了檢驗(yàn)作為保護(hù)膜襯底的金屬的硬度及保護(hù)膜的壽命，制作了具有與磁頭H(圖1中所示)的滑動(dòng)表面A相同彎曲表面的多個(gè)模型磁頭。在每個(gè)模型磁頭中，整個(gè)滑動(dòng)表面由單一金屬制成，并且在其上沒(méi)有樹(shù)脂4及磁隙G。
一共準(zhǔn)備了具有不同硬度的十三種模型磁頭。這十三種模型磁頭以它們的硬度表示在圖3的圖表中。由軟坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)作的模型磁頭具有的維氏硬度范圍為約從100至140，而由硬坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)作的模型磁頭具有的維氏硬度其范圍約從140至220。坡莫合金硬度Hv的極限約為220。因此使用了硬度高于上述值的不銹鋼，鐵硅鋁合金(Fe-Si-Al合金)及Mn-Zn鐵氧體。此外，使用碳鋼作的模型磁頭作為硬度Hv大于800的磁頭。
在上述材料中，不銹鋼及碳鋼石不用來(lái)作真正磁頭的磁心及屏蔽板的材料。但是，因?yàn)橛脕?lái)制作模型磁頭具有高的可加工性及適用性，故使用這些材料。換言之，模型磁頭是用來(lái)檢驗(yàn)金屬襯底的硬度與膜壽命之間的關(guān)系的。因此，不能使用在真正磁頭中的不銹鋼及碳鋼，這里鑒于硬度的原因被采用。當(dāng)真正磁頭的磁心及屏蔽板被生產(chǎn)時(shí)，使用一種無(wú)定形材料及一種鐵微晶材料作為具有與碳鋼相同硬度的磁性材料。
對(duì)于上述十三種硬度的每種硬度準(zhǔn)備了三個(gè)模型磁頭，并在具有同樣硬度的每三個(gè)磁頭的滑動(dòng)表面分別用不同的材料即DLC，TiN及SiO2形成保護(hù)膜。將DLC，TiN及SiO2選擇為保護(hù)膜材料，是因?yàn)樗鼈兙哂胁煌奶匦?，如硬度及?duì)金屬襯底的粘附(接合能力)。DLC呈現(xiàn)最高的硬度及保護(hù)膜本身的接合能力，而SiO2呈現(xiàn)最低的硬度及接合能力。
所有保護(hù)膜的厚度為1000A，及所有作為金屬襯底的模型磁頭的滑動(dòng)表面(其上形成保護(hù)膜的表面)的粗糙度以中心線(xiàn)平均粗糙度Ra為10nm。
首先，將十三種總共計(jì)三十九個(gè)模型磁頭的每一個(gè)安裝到磁帶播放機(jī)中，并用其上磁層是由γ-Fe2O3磁粉作的磁帶加載，及使它由磁帶盒中的磁頭墊壓在模型磁頭上持續(xù)運(yùn)行，然后檢測(cè)膜的壽命。這個(gè)試驗(yàn)旨在檢驗(yàn)形成在模型磁頭滑動(dòng)表面的保護(hù)膜的剝落。模型磁頭保護(hù)膜剝落并使滑動(dòng)表面(金屬襯底)曝露出來(lái)的點(diǎn)被判斷為膜壽命的終結(jié)。膜壽命檢測(cè)是在溫度為20℃及相對(duì)濕度為50％的環(huán)境中進(jìn)行的。
圖3表示上述膜壽命測(cè)試的結(jié)果。水平軸表示十三種模型磁頭(金屬襯底)的維氏硬度Hv，垂直軸代表模型磁頭保護(hù)膜的壽命到達(dá)終結(jié)時(shí)的點(diǎn)。在圖中，由DLC作保護(hù)膜的模型磁頭用□表示，由TiN及SiO2作保護(hù)膜的模型磁頭分別用+及◇來(lái)表示。
圖3中所示的結(jié)果揭示了，隨著模型磁頭中金屬(金屬襯底)硬度的下降，由于膜的剝落使膜壽命縮短，以及保護(hù)膜壽命也受到保護(hù)膜材料的影響。由DLC作的保護(hù)膜可維持接近3500小時(shí)的膜壽命，由具有較低硬度的材料TiN作的保護(hù)膜的膜壽命約為3000小時(shí)，而由SiO2作的保護(hù)膜其壽命僅有約2500小時(shí)。
在使用其中磁層是由γ-Fe2O3形成的磁帶的磁帶播放機(jī)中，保護(hù)膜的壽命大于2000小時(shí)就達(dá)到實(shí)際足夠的程度。參照?qǐng)D3，在所有的由DLC，TiN及SiO2作的各種保護(hù)膜中為了獲得膜壽命大于2000小時(shí)，金屬襯底的硬度Hv需大于140。當(dāng)保護(hù)膜是由DLC或TiN作成時(shí)，金屬襯底的硬度需大于120。因此，當(dāng)保護(hù)膜是由具有與SiO2相同或比其更好特性的材料作成時(shí)，在保護(hù)膜形成時(shí)金屬襯底的維氏硬度的優(yōu)選下限為大于140。當(dāng)保護(hù)膜是由具有與TiN或DLC相同或比其更好特性的材料作成時(shí)，優(yōu)選是金屬襯底的維氏硬度Hv為大于120。
具有與DLC相同的硬度、對(duì)金屬襯底的粘附性及膜壽命的材料，例如為作為VIa族中之一無(wú)素的氧化物的Cr2O3，作為VIa族中之一元素的氮化物的CrN，作為VIa族中之一元素的碳化物WC，作為IIIb族中一元素氧化物的Al2O3及作為IIb族中之一元素的氮化物的BN。
具有與TiN相同的硬度、對(duì)金屬襯底的粘附性及膜壽命的材料例如為T(mén)iO2；及能夠獲得膜壽命等于SiO2的膜壽命的材料例如為Si3N4。
在圖3中，能夠獲得的膜壽命在DLC及TiN的膜壽命之間的材料例如為，作為IVa族元素碳化物的TiC，HfC及ZrC，及作為IVb族中碳化物的SiC。
使用上述的十三種模型磁頭進(jìn)行磁帶特性降級(jí)試驗(yàn)，其中對(duì)每一種準(zhǔn)備了三個(gè)磁頭，圖4表示試驗(yàn)結(jié)果。
用與圖3中所示試驗(yàn)相似的方式，對(duì)于十三種不同硬度磁頭中的每一種準(zhǔn)備了三個(gè)模型磁頭，不同材料即DLC，TiN及SiO2作的厚度為1000的保護(hù)膜被分別形成在具有相同硬度的各模型磁頭上。第個(gè)模型磁頭中襯底表面的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra為10nm。該試驗(yàn)是在溫度為20℃及相對(duì)濕度為50％的環(huán)境中進(jìn)行的。
在試驗(yàn)中，使用新的磁帶(盒式磁帶)進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，其中每個(gè)磁帶的磁層是由γ-Fe2O3磁粉形成的，并記錄了12.5KHz及315Hz的信號(hào)。在該運(yùn)行試驗(yàn)中，每個(gè)模型磁頭被安裝在磁帶播放機(jī)中，并且磁帶由磁帶盒中的磁頭墊壓在模型磁頭上持續(xù)地運(yùn)行。磁帶相對(duì)于一些模型磁頭持續(xù)地運(yùn)行3500小時(shí)，這些磁頭具有十三種硬度(金屬襯底硬度)，其上形成有DLC保護(hù)膜。磁帶相對(duì)于其上形成TiN保護(hù)膜的十三種模型磁頭持續(xù)地運(yùn)行3000小時(shí)，而相對(duì)于其上形成SiO2保護(hù)膜的十三種模型磁頭持續(xù)運(yùn)行2500小時(shí)。
持續(xù)運(yùn)行的磁帶的信號(hào)由磁帶播放機(jī)重播出來(lái)，在該播放機(jī)中裝設(shè)了不同于模型磁頭的一個(gè)新的監(jiān)測(cè)磁頭。這時(shí)，頻率特性，即315Hz信號(hào)的重播輸出與12.5KHz信號(hào)的重播輸出之比值被求得。在相對(duì)于當(dāng)磁帶在持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)前的新?tīng)顟B(tài)時(shí)預(yù)先測(cè)得的重播輸出頻率特性(0db)的持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后頻率特性的降級(jí)，被視為磁帶的降級(jí)值。在圖4中，水平軸表示模型磁頭的維氏硬度Hv，垂直軸表示磁帶的降級(jí)值。
圖4揭示出，當(dāng)模型磁頭的硬度(金屬襯底硬度)超過(guò)維氏硬度Hv值950時(shí)，不管保護(hù)膜是由什么材料作的，頻率特性迅速地降級(jí)。
在圖3所示的膜壽命試驗(yàn)中，當(dāng)分別相對(duì)于DLC保護(hù)膜，TiN保護(hù)膜及SiO2保護(hù)膜并每個(gè)包含γ-Fe2O3磁粉的磁帶被分別地運(yùn)行了3500小時(shí)，3000小時(shí)及2500小時(shí)，在金屬襯底高硬度區(qū)域中，這些膜未曾剝落，并且金屬襯底也未曝露出來(lái)，在這時(shí)膜壽命并未終結(jié)。然而，圖4揭示了，當(dāng)金屬襯底的硬度超過(guò)950Hv時(shí)，在分別持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后，磁帶的磁層已經(jīng)降級(jí)。這意味著金屬襯底硬度的增大通過(guò)保護(hù)層影響了磁帶的磁層，并且磁帶的磁層損壞之程度依賴(lài)于金屬襯底的硬度。
根據(jù)圖4，保護(hù)膜的金屬襯底的維氏硬度Hv優(yōu)選小于950，以防止磁帶在持續(xù)運(yùn)行超過(guò)2500小時(shí)后磁帶的磁層降級(jí)。
圖5表示上述模型磁頭動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的測(cè)量結(jié)果，在這些磁頭上類(lèi)似地形成有保護(hù)膜。
以與上述試驗(yàn)類(lèi)似的方式，在圖5中使用了具有十三種不同硬度的，其上分別形成了厚度為1000的DLC，TiN及SiO2保護(hù)膜的模型磁頭。保護(hù)膜金屬襯底表面的中心線(xiàn)平均粗糙度為10nm。在溫度為20℃及相對(duì)濕度為50％的環(huán)境中使具有γ-Fe2O3磁層的磁帶在每個(gè)模型磁頭的保護(hù)膜表面滑動(dòng)運(yùn)行，并測(cè)量動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)。
在圖5中，水平軸代表金屬襯底的維氏硬度，而垂直軸代表動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)(μ)。圖5揭示了，當(dāng)金屬襯底硬度小于140Hv，并進(jìn)而當(dāng)其小于120Hv時(shí)則不管保護(hù)膜是何材料作成的，保護(hù)膜與磁帶之間的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)增大。這個(gè)結(jié)果與圖3中的結(jié)果相符合。由圖5表明了，當(dāng)金屬襯底具有的維氏硬度小于140Hv或小于120Hv時(shí)，磁帶易于粘附在保護(hù)膜表面并使動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)增大。同時(shí)也清楚地表明了，由于粘附增強(qiáng)，保護(hù)膜易于被磁帶的滑動(dòng)產(chǎn)生剝落。
圖5還揭示了，當(dāng)金屬襯底的維氏硬度Hv超過(guò)950時(shí)，保護(hù)膜及磁帶之間的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)增大。這個(gè)結(jié)果與圖4中所示的磁帶在持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后的降級(jí)相符合。這清楚地表明，在保護(hù)膜表面滑動(dòng)運(yùn)行的磁帶其上的滑動(dòng)負(fù)載增大，并且磁帶的磁層在金屬襯底硬度特別高時(shí)遭到損壞。
圖5中所示的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的測(cè)量也表明了，對(duì)金屬襯底硬度范圍應(yīng)作適當(dāng)?shù)倪x擇。
根據(jù)圖3，4及5，磁心和/或屏蔽板及屏蔽殼的維氏硬度Hv應(yīng)在140至950的范圍中，以便防止保護(hù)膜的降級(jí)(主要是剝落)及磁帶的降級(jí)。在保護(hù)膜是由硬度及對(duì)金屬襯底的粘附性與TiN相同或高于它的材料作成時(shí)，例如，如果保護(hù)膜是DLC，Cr2O3，WC，Al2O3，BN，TiC，HfC，ZrC或CrN時(shí)，則需要使金屬襯底的維氏硬度Hv在120至950的范圍中。
此外，如果作為金屬襯底的磁頭的磁心和/或屏蔽板及屏蔽殼是由坡莫合金作成時(shí)，因?yàn)槠履辖鸬挠捕壬舷藜s為220，在此情況下，該金屬襯底(坡莫合金)所需的硬度Hv應(yīng)在140至220，或120至220的范圍中。
試驗(yàn)2雖然在上述試驗(yàn)1中，模型磁頭是由各種材料作的并且這些模型磁頭的維氏硬度范圍到達(dá)約1000Hv，對(duì)它們已作了試驗(yàn)，但在該試驗(yàn)2中要對(duì)坡莫合金作的、在其上形成了保護(hù)膜的金屬襯底及其特性進(jìn)行試驗(yàn)。
圖6表示對(duì)作為金屬襯底的坡莫合金的硬度及該坡莫合金對(duì)形成在其上的DLC膜5的粘附(接合力)的測(cè)量結(jié)果。
在涉及圖6的測(cè)量中，使用了如圖11A中所示的一種坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)作為金屬襯底M，及厚度為1000A的DLC膜5被形成在該坡莫合金上，由此制備了一種試樣。如圖6中所示，利用改變Fe-Ni-Nb合金中的Nb含量(wt％)來(lái)改變金屬襯底的硬度。當(dāng)Nb含量為0wt％時(shí)，其維氏硬度為120。當(dāng)Nb含量為3wt％，5wt％，7wt％及10wt％時(shí)，其維氏硬度分別為150，165，180及220。在該試驗(yàn)中，使用了分別具有Nb含量為0wt％，3wt％，5wt％，7wt％及10wt％的五種襯底M。
使用了其導(dǎo)入端的曲率半徑為220μm的唱針10進(jìn)行刮擦，并在1分鐘內(nèi)使唱針10的負(fù)載W從0N(牛頓)上升到30N(牛頓)。金屬襯底M及唱針10之間的相對(duì)速度為10mm/min，移動(dòng)距離為10mm。測(cè)量唱針10的AE信號(hào)，并將這時(shí)的臨界強(qiáng)度Lc作為膜的粘接力。
在圖6中，水平軸表示Fe-Ni-Nb合金的維氏硬度及相應(yīng)的Nb含量(wt％)，垂直軸表示DLC膜的粘接力(臨界強(qiáng)度Lc)。根據(jù)圖6，當(dāng)金屬襯底是由Fe-Ni-Nb合金作成時(shí)，當(dāng)維氏硬度Hv降到小于150Hv(Nb含量小于3wt％)時(shí)，DLC膜的粘接強(qiáng)度急劇地下降，并當(dāng)維氏硬度低于140時(shí)，進(jìn)一步地下降。
因此，當(dāng)保護(hù)膜的金屬襯底是由Fe-Ni-Nb合金制作時(shí)，優(yōu)選的維氏硬度大于140，更優(yōu)選是大于150。在坡莫合金的情況下，維氏硬度的極限為約220。換言之，坡莫合金的硬度依賴(lài)于Nb含量而變化，并且利用增加坡莫合金的Nb含量可提高相對(duì)于記錄介質(zhì)的滑動(dòng)性能。但是與此相反，磁性能被降低了。為了將Nb含量設(shè)置在不削弱磁性能的范圍中，坡莫合金維氏硬度Hv的上限約為220。因此，當(dāng)作為保護(hù)膜金屬襯底的磁心、屏蔽板及類(lèi)似部件是由Fe-Ni-Nb合金制作時(shí)，維氏硬度Hv優(yōu)選在140至220的范圍中，更優(yōu)選為150至220。優(yōu)選的Nb含量在3wt％至10wt％的范圍中。
圖7表示作為保護(hù)膜金屬襯底的磁頭表面粗糙度與膜壽命之間的關(guān)系。
在該測(cè)量中，與圖3及4所示測(cè)量中相似的模型磁頭是由一種坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)作的。制備了由該坡莫合金作的并中心線(xiàn)平均粗糙度為2nm至58nm范圍八種模型磁頭，并將厚度為1000的DLC保護(hù)膜形成在每個(gè)模型磁頭上。所使用的金屬襯底具有的維氏硬度Hv為165。
在運(yùn)行試驗(yàn)中，使用了其上磁層包含γ-Fe2O3磁粉及記錄了12.5KHz及315Hz信號(hào)的新磁帶。每個(gè)模型磁頭被安裝在磁帶播放機(jī)中，磁帶由磁頭墊壓在模型磁頭上并在溫度為20℃及相對(duì)濕度為50％的環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)。此后，磁帶的記錄信號(hào)由其中裝有監(jiān)測(cè)磁頭的磁帶播放機(jī)重播。將持續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后的頻率特性(12.5KHz/315Hz)與持續(xù)運(yùn)行前測(cè)得的頻率特性相比較，磁帶的降級(jí)值被視為頻率特性(F-特性)的變化量(dB)。
在圖7中，水平軸表示作為金屬襯底的坡莫合金的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra，垂直軸則表示頻率特性的改變量(降級(jí)值)。根據(jù)圖7，當(dāng)作為保護(hù)膜金屬襯底的磁心及屏蔽板是由坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)制作時(shí)，表面粗糙度Ra必須在5nm至50nm的范圍中才能使頻率特性的改變小。
其次，在使磁帶在磁頭上非連續(xù)運(yùn)行的情況下，對(duì)不同表面粗糙度的真實(shí)磁頭的重播輸出進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果如圖8中所示。其中水平軸表示磁頭的表面粗糙度Ra(nm)，而垂直軸表示頻率特性。它揭示了，當(dāng)表面粗糙度小于35nm時(shí)在常規(guī)磁頭中頻率特性本身的下降。由圖7及8中所示結(jié)果來(lái)判斷，磁頭可取的粗糙度Ra優(yōu)選在5nm至35nm的范圍中，更優(yōu)選是在5nm至30nm的范圍中。
(試驗(yàn)3)接著，制作了一個(gè)真實(shí)磁頭，其中磁心3及屏蔽板2a和2b用樹(shù)脂嵌埋在屏蔽殼1中，并對(duì)膜壽命及磁帶的降級(jí)值進(jìn)行測(cè)量。
圖9表示磁頭中磁心硬度與膜壽命之間的關(guān)系。
在該試驗(yàn)中，磁頭H的屏蔽板2a及2b由軟坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)作成，它的維氏硬度Hv變?yōu)?0，120及150。對(duì)于這三種屏蔽板的每種，準(zhǔn)備了具有不同硬度的十二種磁心3。磁心3的材料如圖9中所示，為Fe-Ni-Mo合金，F(xiàn)e-Ni-Nb合金，F(xiàn)e-Si-Al合金，Mn-Zn鐵氧體，一種無(wú)定形材料及鐵微晶材料。將上述具有不同硬度的三種屏蔽板及具有不同硬度的十二種磁心相組合制作了總共三十六個(gè)磁頭。在每個(gè)磁頭的滑動(dòng)表面上形成了厚度為1000的DLC保護(hù)膜。
在與圖3中所示相同的試驗(yàn)條件下，在上述各磁頭上進(jìn)行膜壽命試驗(yàn)。使用了其上磁層是由γ-Fe2O3磁粉形成的磁帶，利用持續(xù)運(yùn)行在磁心或屏蔽板從保護(hù)膜中曝露出來(lái)的時(shí)間點(diǎn)判斷出膜壽命的終結(jié)。
圖9中所示試驗(yàn)結(jié)果幾乎是與圖3中使用具有各種硬度的模型磁頭的結(jié)果等價(jià)的。為了獲得大于2000小時(shí)的膜壽命，必須使屏蔽板的維氏硬度Hv大于150，及磁心的硬度Hv大于140。如果屏蔽板的維氏硬度Hv大于150，及磁心的維氏硬度大于150，膜壽命可以增加到高級(jí)別的3000小時(shí)。此外，當(dāng)屏蔽板的硬度Hv大于120時(shí)，磁心的硬度Hv應(yīng)大于200。
其次，在如圖4所示相同的試驗(yàn)條件下，利用與圖9所示試驗(yàn)中所用相同的模型磁頭，對(duì)磁心硬度與磁帶降級(jí)量之間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果表示在圖10中。
圖10揭示了，在屏蔽板的維氏硬度為80，120及150的所有情況下，當(dāng)磁心的維氏硬度Hv超過(guò)950時(shí)，磁帶的降級(jí)值急劇地下降。
在圖9及10中，準(zhǔn)備了三種具有不同硬度的屏蔽板，及十二種具有不同硬度的磁心。由于圖3與圖9所示的結(jié)果是等價(jià)的，圖4與圖10所示的結(jié)果是等價(jià)的，因此容易設(shè)想到，當(dāng)磁頭的維氏硬度Hv改變到80，120及150，及屏蔽板的硬度逐步改變時(shí)，進(jìn)行與圖9及10中所示等價(jià)的膜壽命試驗(yàn)及關(guān)于磁帶降級(jí)量的試驗(yàn)，將獲得與圖9及10中所示結(jié)果等價(jià)的結(jié)果。
考慮上述情況，當(dāng)保護(hù)膜形成在磁頭的滑動(dòng)表面A上，及作為保護(hù)膜金屬襯底的磁心和/或屏蔽板的維氏硬度被設(shè)置在140到950的范圍中，由此可獲得足夠的膜壽命及可阻止磁帶的降級(jí)。由圖9及10的結(jié)果判斷出，磁心和/或屏蔽板更可優(yōu)選的硬度Hv是在150至950的范圍中。
此外，由圖3及4所示結(jié)果判斷出，當(dāng)保護(hù)膜是用具有與TiN等價(jià)或更好特性的材料、如DLC，Cr2O3，WC，Al2O3，BN，TiC，HfC，ZrC或CrN作成時(shí)，作為金屬襯底的磁心和/或屏蔽板的硬度Hv將在120至950的范圍中。
另外，當(dāng)磁心和/或屏蔽板是由坡莫合金作成時(shí)，其硬度Hv的極限是220。因此，在此情況下，磁心和/或屏蔽板的維氏硬度Hv應(yīng)在140至220的范圍中，更優(yōu)選是在150Hv至220Hv的范圍中。當(dāng)保護(hù)膜是由具有與TiN等價(jià)或更好特性的任何上述材料作成時(shí)，由坡莫合金作成的磁心和/或屏蔽板的硬度則在120至220的范圍中。
由圖6中所示結(jié)果判斷出，當(dāng)磁心和/或屏蔽板是由Fe-Ni-Nb合金制成時(shí)，優(yōu)選的Nb含量大于3wt％，或是在3wt％至10wt％的范圍中。
此外，由圖7所示的結(jié)果判斷出，磁心和/或屏蔽板的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra應(yīng)在5nm至50nm的范圍中，更優(yōu)選的是在5nm至35nm的范圍中。
對(duì)于形成磁隙及如上所述由磁頭墊使磁帶壓在其上的磁心及屏蔽板來(lái)說(shuō)，保護(hù)膜的金屬襯底的硬度范圍是極為重要的。利用將磁心或是屏蔽板的硬度，Nb含量及表面粗糙度調(diào)整到上述范圍中，可使膜壽命保持并防止磁帶的降級(jí)。但是，優(yōu)選是將磁心及屏蔽板兩者的硬度等調(diào)整到上述范圍中。上述的金屬襯底硬度范圍可用于屏蔽殼。僅將屏蔽殼的硬度調(diào)整到上述范圍時(shí)可提高作為記錄介質(zhì)的磁帶的可滑動(dòng)性(運(yùn)行特性)并對(duì)磁粉的粘附起到一種效果。但是，優(yōu)選是不僅將屏蔽殼的硬度等，而且將磁心及屏蔽板的硬度等調(diào)整到上述范圍中。
如上所述，從實(shí)用性的角度考慮，最有效的辦法是將磁頭的磁心和屏蔽板的特性參數(shù)調(diào)整在上述的范圍中。
(試驗(yàn)4)圖12表示樹(shù)脂硬度與保護(hù)膜磨損時(shí)間之間的關(guān)系。
圖12中所示結(jié)果是由使用模型磁頭的試驗(yàn)獲得的。
雖然在該試驗(yàn)中所使用的模型磁頭具有與圖1中所示磁頭H相同的外形，但是它沒(méi)有磁心，也沒(méi)有屏蔽板，而是整個(gè)由環(huán)氧樹(shù)脂作成。該環(huán)氧樹(shù)脂中包含SiO2作為填充物。在圖12中，水平軸表示巴氏硬度，垂直軸表示膜壽命時(shí)間(H)。
使用了多個(gè)模型磁頭進(jìn)行測(cè)量。圖18表示環(huán)氧樹(shù)脂的固化溫度與填充物含量、及與巴氏硬度之間的關(guān)系。圖18揭示了，環(huán)氧樹(shù)脂的巴氏硬度依賴(lài)于填充物含量及固化溫度而變化。在圖18中，對(duì)相應(yīng)包含0wt％，30wt％，45wt％，60wt％及70wt％的填充物及分別在60℃，80℃，100℃，120℃，140℃，160℃及180℃溫度下固化的環(huán)氧樹(shù)脂的巴氏硬度進(jìn)行了測(cè)量。
在圖12所示的試驗(yàn)中，使用與使用在圖18所示測(cè)量中相同的樹(shù)脂作成的模型磁頭。標(biāo)記(□)，(+)，(◇)，(△)及(×)分別與圖18中所示標(biāo)記相對(duì)應(yīng)。在用各種樹(shù)脂模制的每個(gè)模型磁頭的表面上形成作為保護(hù)膜的厚度為1000的CrN膜。
將上述每個(gè)磁頭安裝在磁帶播放機(jī)中，并加載其上磁層是由γ-Fe2O3磁粉形成的磁帶。該磁帶被磁帶盒中磁頭墊壓在模型磁頭的滑動(dòng)表面A上，并作持續(xù)運(yùn)行，并測(cè)量膜壽命。該試驗(yàn)旨在檢測(cè)形成于模型磁頭滑動(dòng)表面上保護(hù)膜的剝落。將模型磁頭保護(hù)膜剝落及滑動(dòng)表面(環(huán)氧樹(shù)脂襯底)露出的時(shí)間點(diǎn)判斷為膜壽命的終結(jié)。膜壽命試驗(yàn)是在溫度為20℃及相對(duì)濕度為50％的環(huán)境中進(jìn)行的。
在圖12中，根據(jù)其巴氏硬度，沿水平軸安排了試驗(yàn)中所用的模型磁頭，而模型磁頭的膜壽命時(shí)間的測(cè)量結(jié)果表示在垂直軸上。
由圖12中所示試驗(yàn)可以證實(shí)，當(dāng)巴氏硬度在50至70的范圍中時(shí)膜壽命大約為43小時(shí)，并在當(dāng)巴氏硬度低于或高于上述區(qū)域的兩種情況下其膜壽命降低。由于圖12表示的是在環(huán)氧樹(shù)脂及具有保護(hù)膜的模型磁頭上作的壽命試驗(yàn)的結(jié)果，該膜壽命短，最大約為43小時(shí)。在真正的磁頭中，樹(shù)脂露在滑動(dòng)表面上的區(qū)域小，并且保護(hù)膜粘附在由屏蔽殼，屏蔽板及磁心構(gòu)成的坡莫合金襯底上，因此直到膜從樹(shù)脂部分剝落的膜壽命自然要比圖12中所示的要長(zhǎng)。在其中樹(shù)脂露出在部分滑動(dòng)表面上的真實(shí)磁頭中，容易設(shè)想到，在樹(shù)脂巴氏硬度及膜壽命(保護(hù)膜在樹(shù)脂部分中剝落的時(shí)間點(diǎn))之間的關(guān)系具有與圖12中所示相同的趨勢(shì)。
在圖12中，覆蓋在巴氏硬度小于50的環(huán)氧樹(shù)脂上的保護(hù)膜的壽命短，因?yàn)槿缟纤?，?dāng)樹(shù)脂硬度低時(shí)，保護(hù)膜的粘接力下降，并且當(dāng)樹(shù)脂軟時(shí)，在樹(shù)脂表面上的保護(hù)膜與磁頭之間的粘附磨損易于被引起。當(dāng)巴氏硬度超過(guò)70時(shí)膜壽命將縮短，這是因?yàn)楫?dāng)樹(shù)脂硬度高時(shí)由磨擦磨損產(chǎn)生的刮擦力強(qiáng)烈地作用在保護(hù)膜上，使保護(hù)膜遭到磨損并剝落。
圖13表示在上述樹(shù)脂及保護(hù)膜之間的檢測(cè)到的粘附強(qiáng)度。圖13中所示結(jié)果是用圖11A及11B所示試驗(yàn)來(lái)獲得的。在該試驗(yàn)中，利用環(huán)氧樹(shù)脂作成襯底塊M，并在該襯底塊M的表面形成厚度為1000A的CrN膜5，由此獲得一個(gè)試樣。如圖18所示，這種試樣使用填充物含量及固化溫度不同的多種環(huán)氧樹(shù)脂的每一種來(lái)制作。
利用在其導(dǎo)入端的曲率半徑為200μm的舊唱針10來(lái)刮擦，并且使唱針的負(fù)荷W在一分鐘從0N(牛頓)上升到30N(牛頓)。在襯底塊M與唱針10之間的相對(duì)速度是10mm/min，移動(dòng)距離是10mm。
在圖13中，水平軸表示試驗(yàn)中所使用的襯底塊M的環(huán)氧樹(shù)脂巴氏硬度，而垂直軸表示作為粘接強(qiáng)度的每個(gè)試樣的臨界強(qiáng)度LC，單位為N(牛頓)。圖13表示保護(hù)膜的粘接力隨著環(huán)氧樹(shù)脂的硬度增大而增大。將圖12及13中所示結(jié)果相比較，清楚地表明，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂的巴氏硬度低于50時(shí)，樹(shù)脂與保護(hù)膜之間的粘附力降低，并主要引起膜壽命的降低。此外，還表明，當(dāng)巴氏硬度大于70時(shí)，樹(shù)脂及保護(hù)膜之間的粘附力大，并難以發(fā)生由于粘附力的下降引起的保護(hù)膜剝落，而膜壽命降低是由于硬度增加所產(chǎn)生的上述磨擦磨損引起的。
另外，圖13揭示了，當(dāng)樹(shù)脂的巴氏硬度大于50時(shí)，臨界強(qiáng)度(粘附力)Lc大于1N。
考慮上述情況，優(yōu)選是使出現(xiàn)在磁頭滑動(dòng)表面上樹(shù)脂的巴氏硬度在50至70的范圍中，以便使保護(hù)膜難于剝落。
(試驗(yàn)5)圖19表示當(dāng)具有不同SiO2填充物含量的環(huán)氧樹(shù)脂固化溫度時(shí)的熱膨脹系數(shù)α變化的測(cè)量結(jié)果。該填充物含量與固化溫度在圖18及圖19中類(lèi)似地變化。換言之，在圖18及19中對(duì)同一試樣的巴氏硬度及熱膨脹系數(shù)α分別進(jìn)行試驗(yàn)。
圖18揭示了，當(dāng)其中填充物含量及固化溫度改變時(shí)樹(shù)脂的巴氏硬度的變化。而圖19揭示了，當(dāng)填充物含量及固化溫度改變時(shí)熱膨脹系數(shù)α的變化。
為了將巴氏硬度調(diào)整在上述最優(yōu)選的50至70范圍中，必須這樣來(lái)調(diào)節(jié)填充物含量及固化溫度。但是，作為結(jié)果，熱膨脹系數(shù)α也受調(diào)節(jié)的影響而改變。因此，對(duì)待使用在磁頭中樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)的優(yōu)選范圍進(jìn)行試驗(yàn)。
圖14表示熱膨脹系數(shù)α與磁心的磁性下降率之間的測(cè)試關(guān)系。
在該試驗(yàn)中，將與磁心3材料相同的材料、即硬坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)的層疊材料作成的測(cè)試環(huán)上繞制一個(gè)線(xiàn)圈并放入一個(gè)盒內(nèi)。然后，將具有以與圖18及19相似方式變化的SiO2填充物含量的每種環(huán)氧樹(shù)脂放入到該盒內(nèi)，并在不同的固化溫度60℃，80℃，100℃，120℃，140℃，160℃及180℃下固化，在樹(shù)脂固化前測(cè)試環(huán)的導(dǎo)磁率用μO(píng)來(lái)表示，在樹(shù)脂固化后測(cè)試環(huán)的導(dǎo)磁率用μ來(lái)表示，并有[表達(dá)式1]{(μO(píng)-μ)/μO(píng)}x100(％)它表示磁性下降率。當(dāng)測(cè)試環(huán)的導(dǎo)磁率μ由于樹(shù)脂固化時(shí)的收縮應(yīng)力而下降時(shí)，磁性下降率增大。
在圖14中，水平軸表示各種樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)，而垂直軸表示它的磁性下降率。由在參照?qǐng)D19的上述試驗(yàn)中使用的樹(shù)脂的填充物含量及固化溫度可求得熱膨脹系數(shù)，并且具有這些熱膨脹系數(shù)的各種樹(shù)脂的磁性下降率被描繪在圖14中。圖14揭示了，由固化時(shí)收縮應(yīng)力產(chǎn)生的測(cè)試環(huán)磁性下降率隨著樹(shù)脂熱膨脹系數(shù)的增大而增大。
在圖15中，將其中填充物含量呈類(lèi)似上述變化的每種樹(shù)脂作為在圖1中所示真實(shí)磁頭H中固定屏蔽板2a及2b以及磁心3的樹(shù)脂4，并且它們的固化溫度以和圖19中相似的方式變化，為60℃，80℃，100℃，……，由此來(lái)制備試驗(yàn)樣品。將這些磁頭的每一個(gè)安裝在盒式磁帶播放機(jī)中，并從磁帶上播放315Hz的信號(hào)。其重播靈敏度表示在圖15中。
圖15表示，磁心3的磁性由于樹(shù)脂的熱應(yīng)力而降低，并當(dāng)樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)α超過(guò)500x10-7/℃時(shí)，重播靈敏度開(kāi)始下降。最小可允許的磁性下降率大約在85％至90％的范圍中。
顯然，由圖14及15所示的結(jié)果表明，樹(shù)脂的優(yōu)選巴氏硬度在50至70的范圍中和樹(shù)脂的優(yōu)選熱膨脹系數(shù)小于500×10-7/℃可防止磁頭滑動(dòng)表面的保護(hù)膜的壽命縮短，并防止由樹(shù)脂的熱應(yīng)力使磁心的磁性下降。
(試驗(yàn)6)圖20表示對(duì)具有不同SiO2填充物含量及固化溫度的環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度Tg測(cè)量的結(jié)果。在圖18，19和20中分別測(cè)量的樹(shù)脂在填充物含量及固化溫度方面是相同的。換言之，同樣試樣的巴氏硬度，熱膨脹系數(shù)及玻璃態(tài)化溫度Tg分別地表示在圖18，19及20中。
圖20揭示了，玻璃態(tài)化溫度Tg隨著填充物含量及固化溫度的變化而改變。
待使用于磁頭H中的樹(shù)脂4的玻璃態(tài)化溫度Tg與從磁隙G周?chē)拇判?的端面伸出的樹(shù)脂4部分的平均高度之間的關(guān)系表示在圖16中，該伸出的平均高度以下稱(chēng)為樹(shù)脂4的凸出高度。
在該試驗(yàn)中，利用分別具有如圖20中所示填充物含量即0wt％，30wt％，45wt％，60wt％及75wt％的環(huán)氧樹(shù)脂將屏蔽板2a及2b以及磁心3固定在具有圖1所示形狀的真實(shí)磁頭H中，這些樹(shù)脂的固化溫度分別調(diào)整到60℃，80℃，100℃，120℃，140℃，160℃及180℃，由此得到試樣。在這些試樣磁頭上，在100℃溫度下進(jìn)行240小時(shí)的熱運(yùn)行試驗(yàn)。
在熱運(yùn)行試驗(yàn)后，對(duì)各磁頭的滑動(dòng)表面A進(jìn)行觀(guān)察，并對(duì)樹(shù)脂的凸出高度(nm)進(jìn)行測(cè)量。在圖16中，水平軸表示玻璃態(tài)化溫度Tg，而垂直軸表示樹(shù)脂4的凸出高度。由圖20基于其填充物含量及固化溫度可以知道所使用樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度。在熱運(yùn)行試驗(yàn)中，從所使用的每個(gè)磁頭磁隙G周?chē)拇判?端面伸出的樹(shù)脂4部分的平均凸出高度相對(duì)于玻璃態(tài)化溫度Tg的關(guān)系被描繪在圖16中。
如圖16所示，由在100℃下240小時(shí)的熱運(yùn)行試驗(yàn)表明，樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度需要大于100℃，以便阻止樹(shù)脂從滑動(dòng)表面A上凸出來(lái)。
此外，圖19及20揭示了環(huán)氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)α及玻璃態(tài)化溫度Tg隨著環(huán)氧樹(shù)脂的固化溫度的改變而改變。制備了分別具有30wt％，45wt％，及60wt％的填充物含量的三種環(huán)氧樹(shù)脂，并且它們的固化溫度作出改變。樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度Tg及熱膨脹系數(shù)之間的關(guān)系被表示在圖17中。
熱膨脹系數(shù)α需要小于500×10-7，以便防止由于樹(shù)脂的應(yīng)力產(chǎn)生磁心的磁性下降；及樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度需要大于100℃，以便防止在高溫環(huán)境中樹(shù)脂從滑動(dòng)表面上凸出來(lái)。參照?qǐng)D17，滿(mǎn)足這兩個(gè)要求的區(qū)域是熱膨脹系數(shù)α在300x10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中及玻璃態(tài)化溫度在100℃至130℃的范圍中。
換言之，樹(shù)脂需要具有巴氏硬度在50至70的范圍中，熱膨脹系數(shù)α在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中，及玻璃態(tài)化溫度在100℃至130℃的范圍中，以便防止樹(shù)脂部分中磁頭保護(hù)膜的剝落，防止由樹(shù)脂的收縮應(yīng)力引起磁心的磁性下降，及防止在高溫環(huán)境中樹(shù)脂從滑動(dòng)表面上凸出來(lái)。
根據(jù)圖17，當(dāng)其中SiO2填充物含量在30wt％至60wt％的環(huán)氧樹(shù)脂被使用時(shí)，如果使它的熱膨脹系數(shù)α調(diào)整在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中，則玻璃態(tài)化溫度能夠被調(diào)整在100℃至130℃的范圍中。相反地，如果玻璃態(tài)化溫度被調(diào)整在100℃至130℃的范圍中，則熱膨脹系數(shù)α能被調(diào)整在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中。
如上所述，樹(shù)脂需要具有巴氏硬度在50至70的范圍中，熱膨脹系數(shù)α在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中，及玻璃態(tài)化溫度在100℃至130℃的范圍中，以便防止樹(shù)脂部分中磁頭保護(hù)膜的剝落，防止由樹(shù)脂的收縮應(yīng)力引起磁心的磁性下降，及防止在高溫環(huán)境中樹(shù)脂從滑動(dòng)表面上凸出來(lái)。
能滿(mǎn)足所有上述要求的樹(shù)脂可從圖18至20中獲得。圖18揭示了可利用將固化溫度設(shè)置在100℃至140℃的范圍中使分別具有SiO2填充物含量為30wt％，45wt％及60wt％的樹(shù)脂的巴氏硬度調(diào)整在約50至70的范圍中。在圖19中，當(dāng)SiO2填充物含量被調(diào)整在30wt％，45wt％及60wt％及固化溫度被調(diào)整在100℃至140℃的范圍中時(shí)，熱膨脹系數(shù)α能夠被調(diào)整在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中。此外，在圖20中，當(dāng)SiO2填充物含量被調(diào)整到30wt％，45wt％及60wt％及固化溫度被調(diào)整到100℃至140℃的范圍中時(shí)，玻璃態(tài)化溫度Tg能夠被調(diào)整在約100℃至130℃的范圍中。
換言之，分別根據(jù)圖18至20，如果使用了包含30wt％至60wt％的SiO2作為填充物的環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)固定磁心及屏蔽板，及它們的固化溫度被調(diào)整在約50至70的范圍中，其巴氏硬度可被調(diào)整在約50至70的范圍中，由此可防止保護(hù)膜，例如CrN膜從滑動(dòng)表面A上的樹(shù)脂部分a及b上剝落；熱膨脹系數(shù)α可以在300×10-7/℃至500×10-7/℃的范圍中，可以防止由于在樹(shù)脂固化時(shí)的收縮應(yīng)力引起磁心的磁性下降；及玻璃態(tài)化溫度可以在100℃至130℃的范圍中，可以防止在高溫環(huán)境中樹(shù)脂從滑動(dòng)表面上凸出來(lái)。
簡(jiǎn)言之，當(dāng)在磁頭H中使用含有SiO2填充物的環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，僅利用調(diào)整填充物含量及固化溫度就可防止保護(hù)膜的剝落，磁心的磁性下降及在高溫環(huán)境中樹(shù)脂凸出來(lái)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在滑動(dòng)表面上形成保護(hù)膜時(shí)，將保護(hù)膜的金屬襯底(尤其是，磁心和/或屏蔽板)的硬度調(diào)節(jié)在適當(dāng)?shù)姆秶校纱丝墒贡Ｗo(hù)膜的粘附力提高，可防止由記錄介質(zhì)持續(xù)的滑動(dòng)使保護(hù)膜剝落，并能防止磁帶由金屬襯底的高硬度引起損壞。因此，可以提供由保護(hù)膜的形成所產(chǎn)生的記錄介質(zhì)可滑動(dòng)性(運(yùn)行性能)改善的充分效果，并可長(zhǎng)期防止磁頭輸出的下降。
此外，在本發(fā)明中，保護(hù)膜作得難以從滑動(dòng)表面上的樹(shù)脂部分中剝落，并可提高保護(hù)膜的壽命。
與此同時(shí)，可以防止由樹(shù)脂應(yīng)力引起的磁心的磁性下降，及樹(shù)脂從滑動(dòng)表面上凸出來(lái)。
另外，所有的要求，即保護(hù)膜的膜壽命，防止磁心的磁性下降及防止樹(shù)脂的凸出，可利用僅調(diào)整樹(shù)脂的填充物含量及固化溫度來(lái)滿(mǎn)足。圖1是說(shuō)明磁頭滑動(dòng)表面的透視圖；圖2是表示其上形成保護(hù)膜的并有磁帶在上面滑動(dòng)的磁頭的一部分的放大截面圖；圖3是表示其中在具有不同硬度的金屬襯底上形成保護(hù)膜的各模型磁頭與膜壽命之間關(guān)系的圖；圖4是表示其中在具有不同硬度的金屬襯底上形成保護(hù)膜的各模型磁頭與磁帶降級(jí)值之間關(guān)系的圖；圖5是表示其中在具有不同硬度的金屬襯底上形成保護(hù)膜的各模型磁頭與磁頭和保護(hù)膜上磁帶間動(dòng)態(tài)磨擦系數(shù)之間關(guān)系的圖；圖6是表示具有不同硬度的坡莫合金及DLC膜之間的粘附力的圖；圖7是表示坡莫合金表面粗糙度及膜壽命之間關(guān)系的圖；圖8是表示磁頭表面粗糙度及頻率特性之間關(guān)系的圖；圖9是表示其中磁心及屏蔽板是由具有不同硬度的材料作成的磁頭與保護(hù)膜壽命之間關(guān)系的圖；圖10是表示其中磁心及屏蔽板是由具有不同硬度的材料作成的磁頭與磁帶降級(jí)值之間關(guān)系的圖11A是表示在圖6中所示膜上進(jìn)行粘接力試驗(yàn)的透視圖，及圖11B是表示粘接力試驗(yàn)中AE信號(hào)的圖；圖12是表示在環(huán)氧樹(shù)脂作的模型磁頭中保護(hù)膜的壽命與樹(shù)脂硬度之間關(guān)系的圖；圖13是表示環(huán)氧樹(shù)脂的硬度與保護(hù)膜的粘附強(qiáng)度之間關(guān)系的圖；圖14是表示樹(shù)脂熱膨脹系數(shù)與磁心的磁性下降之間關(guān)系的圖；圖15是表示裝入磁頭中樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)與磁頭的重播靈敏度之間關(guān)系的圖；圖16是表示裝入磁頭中樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度與樹(shù)脂從滑動(dòng)表面凸出的量之間關(guān)系的圖；圖17是表示環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度及熱膨脹系數(shù)之間關(guān)系的圖；圖18是表示環(huán)氧樹(shù)脂的填充物含量及固化溫度，以及硬度之間關(guān)系的圖；圖19是表示環(huán)氧樹(shù)脂的填充物含量及固化溫度，以及熱膨脹系數(shù)之間關(guān)系的圖；圖20是表示環(huán)氧樹(shù)脂的填充物含量及固化溫度，以及玻璃態(tài)化溫度之間關(guān)系的圖。H磁頭G磁隙1屏蔽殼2a，2b屏蔽板3磁心4樹(shù)脂
權(quán)利要求
1.一種磁頭，其中在記錄介質(zhì)上滑動(dòng)的滑動(dòng)表面覆蓋了一層保護(hù)膜，并且作為所述保護(hù)膜襯底的金屬其維氏硬度Hv在140至950的范圍中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬是由坡莫合金作成的，并且所述金屬的維氏硬度大于140。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬是由Fe-Ni-Nb合金作成的，并且所述金屬的Nb含量在3wt％至10wt％的范圍中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬其表面的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra在5至50的范圍中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬其表面的中心線(xiàn)平均粗糙度Ra在5至35的范圍中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬是用以形成磁隙的磁心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬是在磁心附近的屏蔽板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述作為襯底的金屬是容納磁心及屏蔽板的屏蔽殼。
9.一種磁頭，其中用于形成磁隙的磁心及用于固定所述磁心的樹(shù)脂出現(xiàn)在于記錄介質(zhì)上滑動(dòng)的滑動(dòng)表面上，所述磁心及所述樹(shù)脂被覆蓋了一層保護(hù)膜，并且所述樹(shù)脂的巴氏硬度在50至70的范圍中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭，其中所述樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)在300x10-7/℃至500x10-7/℃的范圍中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的磁頭，其中所述樹(shù)脂的玻璃態(tài)化溫度在100℃至130℃的范圍中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的磁頭，其中所述樹(shù)脂的固化溫度在100℃至140℃的范圍中，并且它的填充物含量在30wt％至60wt％的范圍中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁頭，其中所述樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂，所述填充物是SiO2。
全文摘要
本發(fā)明可防止滑動(dòng)表面上有保護(hù)膜的磁頭，在磁帶長(zhǎng)期滑時(shí)，由剝落等產(chǎn)生的保護(hù)膜損壞，并能長(zhǎng)期維持膜的功能。當(dāng)作為保護(hù)膜金屬襯底的磁心3及屏蔽板2a和2b的硬度過(guò)低時(shí)，保護(hù)膜的粘附力減少并易于引起膜剝落。反之，磁帶的磁層則受到損害，且磁帶被降級(jí)。因此，磁心3及屏蔽板2a和2b的維氏硬度被調(diào)整到140至950的范圍中，且當(dāng)金屬襯底由坡莫合金作成時(shí)，該硬度在140至220的范圍中，由此可防止膜剝落及磁帶降級(jí)。
文檔編號(hào)G11B5/255GK1118916SQ9510819
公開(kāi)日1996年3月20日 申請(qǐng)日期1995年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月20日
發(fā)明者上原敏夫, 佐藤隆, 志賀健治, 飯雅博, 登坂修 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社