JPS59170248A - 非晶質合金の熱処理方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は非晶質合金の熱処理方法、およびこれを用いた
磁気ヘッドの製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、磁気記録技術は高保磁力テープおよび高性能磁気
ヘッド材料の開発によシ著しい進展を遂げつつある。従
来磁気ヘッド材料としてはｐｅ−Ａｔ−５ｉ系、Ｆｅ−
４Ｊｉ系などの結晶質磁性材料が用いられて来たが、こ
れらの材料は飽和磁束密度ＢＳがいずれもｌ０ＫＧ以下
であり、高保磁力テープ用磁気ヘッドに用いるにはＢｓ
が不足であること、結晶であるために結晶磁気異方性が
あり、結晶磁気異方性が極小となって高透磁率特性が得
られる組成範囲が極めて狭いという問題がある。近年開
発が進んでいる非晶質合金は、非晶質であるため結晶磁
気異方性がなく、従って高透磁性を持っている。しかし
一方、非晶質合金は以下に述べるような欠点を有する。

すなわち、非晶質合金は準安定相であるため、結晶化温
度以上で安定な結晶相に変化し、これに伴ってＨｃの大
幅な増加、透磁率の減少が起こる。捷た、結晶化温度以
下においても、長時間加熱することにより透磁率が徐々
に減少するという経時変化を示すことが知られており、
これは非晶質合金の実用化にとって大きな問題となって
いる。さらに、非晶質合金は作製後の状態よシこれを熱
処理することにより高い透磁率が得ら−れるが、この熱
処理は非晶質合金のキュリ一温度以上、結晶化温度以下
で行なわなければならないことが知られている（特許公
開公報昭５３−４３０２８　）。この熱処理をキュリ一
温度以下で行なった場合には透磁率を改善出来ず、かえ
って減少する場合がある。非晶質合金の干ユリ一温度は
ほぼ飽和磁束密度に比例する傾向をもっておシ、飽和磁
束密度が約８ＫＧ以上の非晶質合金ではキュリ一温度が
結晶化温度以上となってしまう。従ってこのような場合
、キュリ一温度以下の熱処理は不可能となり、熱処理に
よって透磁率を上げることが困難であるという問題があ
った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる問題を解決し飽和磁束密度が大
きく、キュリ一温度が結晶化温度よりも高い非晶質合金
を、その形状にかかわらず高透磁率特性を与え、かつ透
磁率の経時変化を減するような熱処理方法を提供し、か
つこれを磁気ヘッドの製造方法に応用することにより、
特性の優れた磁気ヘッドの製造方法を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では非晶質合金をそ
の結晶化温度以下において行なう第一の熱処理の後、回
転磁界中もしくは一方向磁界中において第２の熱処理を
行なう方法をとる。ここで第１の熱処理全行なう理由は
、この熱処理によって非晶質合金を安定化させ、透磁率
の経時変化を押えるためであり、第２の回転磁界中ある
いは一方向磁界中熱処理は透磁率を高めることを目的と
している。

〔発明の実施例〕

次に実例によυ本発明の熱処理方法を詳細に説明する。

非晶質合金は前述のように結晶磁気異方性はないが製造
条件によって一般的には磁気異方性を有しておシ、例え
ばスプラットクーリング法によって作製した薄板状の非
晶質合金には一般的に試料の長手方向を磁化容易方向と
する磁気異方性を有しており、またスパッタリング法な
どの薄膜作製技術によって作製した非晶質合金膜は作製
中に働いた微小な磁界に応じた磁界異方性を有している
。

このような非晶質合金の磁気異方性は応力下あるいは磁
界中で非晶質合金全作製したために生じた誘導磁気異方
性であると考えられる。

非晶質合金の誘導磁気異方性は試料作製した後に磁界中
で熱処理することによっても容易にその方向および大き
さを変えることが出来る。例えば第１図は高周波２極ス
パツタリング法によりガラス基板上に作製したＣＯ８０
ＭＯＩＬ５Ｃ０８Ｏ（原子％）の組成を有する非晶質合
金薄膜のＢ　−Ｈ曲線である。膜の作製中には、基板面
と平行に１００６の磁界を印加しながらスパッタリング
を行なった。

図のように、非晶質合金薄膜はスノくツタリング中の磁
界印加方向を磁化容易方向とする典型的な一軸磁気異方
性を有する。膜の磁気異方性の大きさを示す異方性磁界
ＨＫは５０ｅ、飽和磁束密度Ｂｓは７ＫＧ、保磁力Ｈｃ
は０．２０　ｅ　、磁化困難方向の透磁率は３０ＫＨｚ
から３０ＭＨ２まで１５００、磁化容易方向の透磁率は
１００、膜厚は１．５μｍである。次にこの試料の磁化
困難方向に５００００６の磁界を印加しながら４００Ｃ
で３０分熱処理した場合には、熱処理中の磁界の印加方
向が磁化容易方向となジ飽和磁束密度、保磁力、異方性
磁界、透磁率はほとんど変わらないという結果となる。

すなわちこの熱処理により磁気異方性の大きさは変らず
に方向を変化させることが出来る。

磁気異方性の大きさ？変えたい場合には熱処理温度およ
び時間全コントロールする必要がある。

印加磁界に関しては、試料を十分に飽和させる値であれ
ば結果にはあまり影響を与えない。第２図は１００ｅの
磁界を基板に平行に印加しながら高周波２極スパツタリ
ング法により作製したＣｏ５２Ｎｂｘ３ＺｒｓおよびＣ
０８９Ｗ５Ｚｒ６　（いずれも原子％）の組成を有する
非晶質合金薄膜を５００００６の磁界を試料の磁化困難
方向に印加しながら、３００Ｃで熱処理した場合の異方
性磁界Ｈｖｃの熱処理時間による変化を示す。図におい
てＨＫが負の場合は磁化容易方向が磁界中熱処理前の方
向である場合、ＨＫが正の場合は磁化容易方向が熱処理
中の印加磁界の方向に変化した場合を示す。

ＣＯ５２Ｎｂｔ３Ｚｒｓの飽和磁束密度はｌ０ＫＧ、熱
処理前（７）　ＨＫは１１０　ｅ　％　ＣＯ５９ＷｓＺ
ｒｓの飽和磁束密度は１２ＫＧ、熱処理前のＨＫは２０
０ｅである。両者とも熱処理によってＨＫが減少し、１
０〜２０分経過後に磁化容易方向が変化し、その後ＨＫ
は増大する。一般的に一軸磁気異方性を示す磁性膜は磁
化困難方向の透磁率が磁化容易方向よシも大きく、その
１直はＨａが小さい場合は磁化困難方向のＢ−Ｈ曲線の
傾き、すなわち飽和磁束密度Ｂ８と異方性磁界ＨＫの比
にほぼ比例する。スプラットクーリング法により作製し
た薄板状試料の場合も、磁壁移動が押えられる高周波に
おいては磁化困難方向の透磁率が大きく、その値は前述
のような関係にある。従って、第３図に示したよう（で
、磁化困難方向の透磁率はＨＫが０を切る近傍において
極大を示し、約４０００もの高い透磁率が得られる。

このよう（磁界中熱処理によシ非晶質合金の磁気異方性
を減少することは、磁界と試料を相対的に回転しながら
、熱処理することによっても可能である。第４図は１０
０ｅの磁界を基板に平行に印加しながら高周波２極スパ
ツタリング法により作製したＣ　Ｏ８０Ｍ　ｏ　ｌｔ、
ｓＺ　ｒ　ｓ、ｓおよびＣ０８１，５Ｔｊｌａ５（いず
れも原子％）の組成を有する非晶質合金薄膜を、５００
００ｅの磁界中において試料を５００番ｒ−で回転しな
がら３０分間熱処理した場合の、ＨＫおよび５ＭＨ２に
おける磁化困難方向の透磁率の熱処理温度依存性を示し
たものである。飽和磁束密度７ＫＧ、熱処理前のＨｘ５
ＱｅのＣｏ　ｓｏＭ　Ｏｆ　１ｓ　Ｚ　ｒａｓおよび飽
和磁束密度９ＫＧ、熱処理前のＨＫ１５０ｅのＣ０ａｔ
ｓ　Ｔ　ｊ　ｔａ、ｓとも、回転磁界中熱処理によって
ＨＫが減少し、透磁率が署しく増加する。

一方、これらの非晶質合金を磁界中でなく普通熱処理し
た場合を第５図に示した。焼鈍時間は１０分とした。図
のように、キュ’Ｊ　　ＴＥＡ度Ｔｃが４５０Ｃ，結晶
化温度Ｔｘが６００ＣのＣｏｓｏＭｏｔｔ、ｓＺ　ｒ８
．５が普通熱処理によってＵＫが減少し困難軸方向の透
磁率が大幅に増加するのに対して、Ｔｘが５２０ＣでＴ
ｃがＴｘより高いＣ０ｓｔｓＴ　１１１Ｌ５は普通熱処
理によってＨＫおよび透磁率はほとんど変化せず、結晶
化温度の近傍で磁気特性が劣化する。

以上のように飽和磁束密度が大きく、ＴｃがＴｘより高
い非晶質合金は普通熱処理によってＨｘの低減、透磁率
の向上を計ることが出来ず、従って磁界中熱処理法が磁
気特性の改善に特に有効である。作製後の非晶質合金薄
膜のＨＫは飽和磁束密度が大きくなるに従って犬となる
傾向があり、これに伴って透磁率が減少する傾向がある
。

これはスプラットクーリング法によって作製した非晶質
合金でも同様であり、飽和磁束密度大の非晶質合金では
作製後の透磁率が一般に小さい。従って飽和磁束密度の
大きな非晶質合金全磁気ヘッド等に応用する場合には磁
界中熱処理が不可欠である。

次に、非晶質合金を普通熱処理した後に磁界中熱処理を
行なった場合を述べる。前述のＣ０８９Ｗ５　Ｚ　ｒ　
ｓ非晶質合金薄膜をスパッタリングによシ作製した後３
００Ｕ、３５０Ｃ１４００ｃ。

４５０Ｃで各１０分熱処理し、その後５００００ｅの磁
界を磁化困難方向に印加しながら３５０ｔｌｌ’で熱処
理した場合のＨＫおよび５ＭＨ２における困難軸方向の
透磁率の熱処理時間による変化を第６図に示した。捷た
、前述のＣｏ５ｚＮｂ１３Ｚｒｓ非晶質合金薄膜をスパ
ッタリングにより作製した後に４７００で１０分熱処理
した後同様の方法で熱処理した場合についても第６図に
示した。図中Ｈｘのとｐ方は第２図と同様である。図の
ように、いずれの非晶質合金薄膜においても、磁界中熱
処理前の熱処理温度が高い場合にはＨＫの変化が起こり
にくく、磁化容易方向の変化に長い時間を必要とする。

同時に透磁率の変化も起こりに＜＜すっている。以上の
結果は普通熱処理の後に回転磁界中熱処理を行なった場
合も同様である。このような現象は、非晶質合金の誘導
磁気異方性の変化を助けているある要因が熱処理によっ
てしだいに消失することによって起こると考えられ、例
えば作製時に試料中に多量に生じた欠陥が原子の拡散移
動を助長して誘導磁気異方性の変化を助け、熱処理によ
ってこの欠陥が消失することによって誘導磁気異方性が
変化しにくくなるというモデルによって説明できる。こ
のような熱処理によってＨｘを小さくし、透磁率を大幅
に改善した非晶質合金は、その後の低温の熱処理に対し
て特性が変化せず、従って経時変化の少ない極めて安定
で、しかも高飽和磁束密度、高透磁率特性を有する非晶
質合金を得ることが出来る。

以上に述べた非晶質合金の経時変化の安定化の程度は、
非晶質合金が作製後に経験した温度と時間の累積によっ
て定まるものであり、従って非晶質合金作製後に普通熱
処理を経ずに磁界中熱処理を比較的高温・長時間荷なっ
ても経時変化の減少は可能である。しかしながら普通熱
処理を行なわずに磁界中熱処理を行なった場合には以下
に述べるような難点がある。すなわち、非晶質合金作製
後にその磁化困難方向に磁界を印加しながら熱処理した
場合には第２図に示したように３０（Ｉ’という比較的
低温の熱処理によっても短時間でＨＫの変化が起こるた
めＨＫの制御が困難となる。

ＨＫの制御を容易にするために熱処理温度を低くした場
合には経時変化の減少の効果は少ない。また普通熱処理
を行なわずに回転磁界中を比較的高温で行なった場合に
は、例えば第４図の４００Ｃ以上の熱処理では熱処理後
の磁化容易方向と熱処理前の磁化容易方向の関係が不定
となってしまい、磁化容易方向の制御が出来なくなる。

すなわちこの状態では試料に残留するわずかな歪と磁歪
によって決まる方向に磁化容易方向が定まる。磁化容易
方向と困難方向では透磁率の値は犬きく異なるため、磁
化容易方向の制御が出来ないことは実用上極めて問題で
ある。これを防ぐには熱処理温度を下げればよいが、そ
の結果経時変化の減少の効果が少なくなる。

以上述べたように非晶質合金作製後に磁界を印加しない
第１の熱処理を行ない、その後磁界を印加する第２の熱
処理を行なうことはＨｔｃの制御を行なう上で良好な方
法である。第１および第２の熱処理温度は原理的に室温
までの低温が可能であるが、実用上Ｈｚの制御が極めて
長時間にならないようにするため九は１５０Ｃ以上とす
ることが必要である。熱処理温度の上限は非晶質合金の
結晶化温度である。また、第２の熱処理の温度を第１の
熱処理温度よりあまり高くすることはＨＫの制御を困難
にするため、第２の熱処理の温度は第１の熱処理の温度
に５（Ｉ’加えた温度より低くすることが望ましい。

本発明における熱処理法は非晶質合金の作製方法および
形状によらず効果を有するが、特にスパッタリング法な
どの薄膜作製技術によって作製した非晶質合金薄膜にお
いて効果が大きい。すなわちスプラットクーリング法な
どによって作製した薄板状非晶質合金は誘導磁気異方性
を有しているものの、その方向および大きさは必ずしも
一定でなく不安定である。一方スバッタリング法などの
薄膜作製技術によって作製した非晶質合金薄膜は作製の
度に安定した磁気異方性の大きさと方向を示す。しかし
、この方法で作製した非晶質合金の磁気異方性は作製中
に存在した磁界の影響を極めて受けやすいため、非晶質
合金を飽和するに十分なだけの磁界を印加しながら作製
したほうが磁気異方性の大きさと方向がそろった試料を
安定に得ることが出来る。従ってこのような非晶質合金
薄膜を本発明の方法によシ熱処理した場合にＨＫの制御
が容易となる。

本発明の熱処理方法は非晶質の組成によらず効果を有す
るが、普通熱処理によってＨＫの低減、透磁率の改善が
出来ない飽和磁束密度が大きくキュリ一温度が結晶化温
度よシ高い非晶質合金に特に有効である。非晶質合金は
一般にＦｅ、Ｃｏ。

Ｎｉなどの磁性をもつ遷移金属元素と非晶質化元素とか
らなっており、非晶質化元素としてはＢ。

ｃ、Ａｔ、ｓ＋、、ｐ、ｏｅなどのメタロイド元素とＴ
ｉ、ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、希土類元素など
の遷移金属元素がある。メタロイド元素は一般に非晶質
合金中での拡散速度が早いため、メタロイド元素を多量
に含む非晶質合金は誘導磁気異方性の変化が早く、経時
変化が大きいという欠点がある。従って経時変化の小さ
い非晶質合金を得るためには、メタロイド元素を全く含
まないか、含んでいても１０原子パーセント以下とする
ことが望ましい。

本発明の非晶質合金の熱処理方法は、そのまま磁気ヘッ
ドの製造工程の一部として利用することが出来る。磁気
ヘッドの製造工程中には、熱を加える工程が含まれるこ
とが多く、この工程を本発明の第１の熱処理として用い
、その後第２の熱処理として磁界中熱処理をすることが
出来る。本発明の熱処理方法を磁気ヘッドの製造に実施
した例を第７図に示した。第７図（ａ）で鏡面研摩し、
表面を洗浄した基板１を用意した。本実施例では基板材
料としてフオトセラム（米国コーニング社の商品名）を
用いた。次に第７図（ｂ）において基板面に平行に１０
０ｅの磁界を印加しながら、高周波２極スパツタリング
法により非晶質合金薄膜２を基板上に被着した。本実施
例ではＣ０８９Ｗ５Ｚｆ６を非晶質合金薄膜として用い
た。膜厚は２０μｍとした。次に第７図（Ｃ）において
フオトセラムの保護板３をＰ、ｂ系ガラスを用いて接着
した。この接着において試料を４００Ｃ・１０分間加熱
し、本発明における第１の熱処理とした。本発明におけ
る第２の熱処理として基板面に対して垂直に１３０００
０６の磁界を印加しなから３５０ｔ：”で１時間熱処理
を行ない非晶質薄膜の膜面に垂直方向を磁化容易方向と
する小さな磁気異方性を付与するようにした。

次に第７図（Ｃ）の破線部よシ切断し、第７図（ｄ）に
おいてギャップ突き合わせ面４，４′を鏡面研摩し、接
合用溝５．５’、および巻線窓用溝６を加工し、さらに
ギャップ突き合わせ面４．４′にギャップ材を被着した
。次にヘッドコア半体７，７′を第７図（ｅ）において
ギャップ材を介して一体化し、接合用溝５，５′に有機
接着剤８を充填し、１５０ｅ２時間加熱硬化して磁気へ
ラドコア９を作製した。以上の工程によシ作製した磁気
ヘッドは第７図（Ｃ）において磁界中熱処理を行なわな
かった磁気ヘッドと比較して約４ｄＢ再生出力が高かっ
た。

以上の製造方法の他に本発明の熱処理方法は種々の応用
が可能である。例えば、非晶質合金薄膜としてＣ０５ｚ
Ｎｂ１３Ｚｒｓを用い、第７図（Ｃ）におイテ保護材の
接着を４７０Ｃ・１０分間行ない、第７図（ｅ）におい
て接合用接着剤としてｐｂ系ガラスを用い、基板面に垂
直に磁場を印加しながら、４００Ｃ・１時間加熱する第
２の熱処理を行ない、この第２の熱処理と磁気へラドコ
ア半休の接合・一体化の工程を同時に行なう方法もある
。

次に本発明の熱処理方法を薄膜磁気ヘッドの製造に実施
した例を第８図の薄膜磁気ヘッドの断面図に示した。第
８図（ａ）において高透磁率Ｍ　ｎ　−７、ｎフェライ
ト基板１０の上に５１０２のギャップ材１１を被着し、
さらにＡｔ配線１２を形成し、次にＡｔ配線の上にポリ
イミド系接着剤１３をかぶぜて加熱硬化した。次に第８
図（ｂ）において矢印の方向に１ｏｏｅの磁界を印加し
ながら、高周波２極スパツタリング法によシ膜厚２μｍ
のＣ０５ｚＮｂ１３Ｚｒｓの非晶質合金薄膜１４を被着
した。

次に第８図（Ｃ）においてこの非晶質合金薄膜をトラッ
ク幅規制のためにエツチングした後に、フォトセーラム
の保護板１５をガラス１６で接着した。この工程におい
て４００Ｃ・１０分間の熱処理を行なった。その後薄膜
磁気ヘッドのトラック幅方向に５００００２の磁界を印
加しながら３５０Ｃで１時間熱処理を行ない、薄膜磁気
ヘッドのトラック幅方向を磁化容易方向とする小さな磁
気異方性を非晶質合金薄膜に付与した。このようにして
作製した薄膜磁気ヘッドは磁界中熱処理を行なわなかっ
た薄膜磁気ヘッドと比較して約３ｄＢ再生出力が高かっ
た。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の熱処理方法によれば、８Ｋ
Ｇ以上の高飽和磁束密度および高透磁率を有し、しかも
透磁率の経時変化の小さい非晶質合金を得ることが出来
、非晶質合金の磁気異方性の大きさおよび方向の制御が
容易となる。本発明の熱処理方法を磁気ヘッドの製造方
法に実施した場合には高性能で性能の経時変化のない磁
気ヘッドが歩留まシよく製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は非晶質合金薄膜のＢ−Ｈ曲線の一例、第２図お
よび第３図は非晶質合金薄膜を磁界中熱処理した時のＨ
Ｋおよび透磁率の変化、第４図は非晶質合金薄膜を回転
磁界中で熱処理した時のＨｚおよび透磁率の変化、第５
図は非晶質合金薄膜を普通熱処理した時のＨＫおよび透
磁率の変化、第６図は非晶質合金薄膜全普通熱処理した
後に磁界中熱処理した時のＨＫおよび透磁率の変化、第
７図（ａ）〜（ｅ）は本発明の磁気ヘッドの製造方法の
工程を示す斜視図、第８図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の磁
気ヘッドの製造方法の工程を示す断面図をそれぞれ示す
。 １・・・基板、２，１３・・・非晶質合金薄膜、３，１
５・・・保護板、４，４′・・・ギャップ突き合わせ面
、５゜５′・・・接合用溝、６・・・巻線窓用溝、７，
７′・・・磁気へラドコア半休、８・・・接合用接着剤
、９・・・磁気へラドコア、１０・・・Ｍ　ｎ　−Ｚ　
ｎフェライト基板、１１・・・ギャップ材、１２・・・
Ａｔ配線、１３・・・ポリ第　１　区 Ｙ　２　口 ２θ＋ ソ　３　ｚ セ１勢理　吟圏　（ｈ） テへカ方ｊ仏よ　（′Ｃ） 第　５　図 ９！：処理温水　（Ｃ） １〜　　　乙　　　　昏弓 勧刈）里ン龜生（ｈ） 第　７　図 （久）　　　　　　　　　　　　　　　　　（し）（Ｃ
）（べ） 片　＆　図 （Ｑ） 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　山下武夫 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ＠発　明　者　椎木−夫 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 （η）発　明　者　斉藤法利 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気異方性を有する非晶質合金を、その結晶化温度
   以下の温度で行なう第１の熱処理の後に、非晶質合金と
   相対的に回転する磁界中において、キュリ一温度以下で
   しかも結晶化温度以下の温度で第２の熱処理を行なうこ
   とを特徴とした非晶質合金の熱処理方法。 ２　磁気異方性を有する非晶質合金を、その結晶化温度
   以下の温度で行なう第１の熱処理の後に、非晶質合金の
   磁化困難方向に印加された磁界中において、キュリ一温
   度以下でしかも結晶化温度以下の温度で第２の熱処理を
   行なうことを特徴とした非晶質合金の熱処理方法。 ３、特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の非晶質
   合金の熱処理方法において、第１および第２の熱処理に
   おける温度＝ｉ１５０Ｃ以上とし、かつ第２の熱処理に
   おける温度金弟１の熱処理における温度に５０Ｃ加えた
   温度以下とするとと全特徴とした非晶質合金の熱処理方
   法。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記載
   の非晶質合金の熱処理方法において、非晶質合金はスパ
   ッタリング法、蒸着法などの薄膜形成技術によシ作製さ
   れ、かつ非晶質合金の作製が磁界中において行なわれる
   ことヲ蒔徴とする非晶質合金の熱処理方法。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項もしくは第
   ４項記載の非晶質合金の熱処理方法において、非晶質合
   金は９０原子％以上の金属元素と１０原子％以下のメタ
   ロイド元素から成ることを特徴とした非晶質合金の熱処
   理方法。