| 【発明の名称】 |
シールド型磁気ヘッド並びに磁気再生装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】黒江 章郎
【氏名】村田 明夫
【氏名】村松 小百合
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| 【要約】 |
【課題】シールド型高周波インピーダンスヘッドを、信号磁界によって変化しないインピーダンス成分を相殺し、信号磁界によって変化するインピーダンス成分のみを検出する高感度な磁気ヘッドとして構成する。
【解決手段】シールド型磁気ヘッドを構成するギャップ７中に、磁気記録媒体との対向面に平行な方向に延びる複数本の導電性磁性膜１、２、３、４を、前記対向面に垂直な方向に相互に間隔を設けて並べて配置した構成とする。４本の導電性磁性膜によりブリッジ回路を形成して、高周波キャリア信号を印加し、磁気記録媒体の信号磁界による第１の導電性磁性膜１のインピーダンスの変化を、高周波キャリア信号の変化として検出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シールド型磁気ヘッドを構成するギャップ中に、磁気記録媒体との対向面に平行な方向に延びる複数本の導電性磁性膜を、前記対向面に垂直な方向に相互に間隔を設けて並べて配置したことを特徴とするシールド型磁気ヘッド。
【請求項２】 前記複数本の導電性磁性膜は、前記磁気記録媒体面と対向する側から順に配置された第１から第４の導電性磁性膜を含み、前記４本の導電性磁性膜によってブリッジ回路が構成され、前記４本の導電性磁性膜のうち、前記第１の導電性磁性膜に前記磁気記録媒体からの信号磁界が印加されるように、前記導電性磁性膜間の距離が設定されたことを特徴とする請求項１記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項３】 実質的に前記第１の導電性磁性膜のみに前記磁気記録媒体からの信号磁界が印加されるように、前記導電性磁性膜間の距離が設定されたことを特徴とする請求項２記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項４】 前記ギャップを形成する１対のシールド用軟磁性体と、前記磁気記録媒体面と対向する側から順に配置され前記ギャップ中に絶縁体膜を介して挟み込まれた第１から第４の導電性磁性膜と、前記４本の導電性磁性膜によって形成されたブリッジ回路と、前記第１から第４の導電性磁性膜に直流磁界を印加する手段と、前記ブリッジ回路に信号を供給するために用いられる第１及び第２の電極端子と、前記ブリッジ回路から信号を検出するために用いられる第３及び第４の電極端子と、前記第１及び第２の電極端子に接続した高周波発信器と、前記第３及び第４の電極端子に接続した高周波増幅器とを備え、前記磁気記録媒体の信号磁界による前記第１の導電性磁性膜のインピーダンスの変化を、前記高周波キャリア信号の変化として検出することを特徴とする請求項１記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項５】 高周波キャリア信号周波数における前記シールド用軟磁性体の実効透磁率が前記導電性磁性膜の実効透磁率より小であることを特徴とする請求項４記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項６】 前記導電性磁性膜の厚みを、高周波キャリア信号周波数におけるスキンデプス以下に構成したことを特徴とする請求項４記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項７】 前記シールド用軟磁性体は、前記導電性磁性膜に相対する面に配置された高周波特性の優れた第１の磁性体と、その外側に配置され、磁気記録媒体から発生する信号に応答する第２の磁性体とを含むことを特徴とする請求項４記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項８】 高周波キャリア信号電流に直流バイアスとして直流電流を重畳させて導電性磁性膜に印加することを特徴とする請求項第４記載のシールド型磁気ヘッド。
【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載のシールド型磁気ヘッドと、磁気的に信号が記録されている記録媒体を保持する手段と、前記記録媒体上の所定の位置へ前記磁気ヘッドを位置決めするための位置決め手段とを備えたことを特徴とする磁気再生装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波インピーダンス変化を用いた高感度なアクティブ方式のシールド型磁気ヘッド及び高密度磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、電子情報学会技報ＭＲ９５−８０に記載された、磁気インピーダンスの変化を用いた磁気インピーダンス素子を用いたＭＩヘッドの動作原理を示す。図６において、導電性金属薄膜からなる検出導体膜２０は、トラック幅Ｔにわたって軟磁性コア２１ａ及び２１ｂによって挟持されている。軟磁性コア２１ａ及び２１ｂは、パーマロイ膜ＰとＳｉＯ2膜Ｓの積層膜からなる。ＵＨＦ帯の高周波発信器２２により高周波信号を抵抗２３を介して印加して、電流２４を検出導体膜２０に通電し、検出導体薄膜２０の両端に配備した端子２５及び２６間の磁気インピーダンスの変化に基づいて、その端子間の電圧変化をを検出する。
【０００３】磁気記録媒体２７上の磁化２８から発生する信号磁界が存在しない場合には、端子２５及び２６間には、電流２４と検出導体薄膜１６の端子２５及び２６間のインピーダンスとの積に相当するＵＨＦキャリア信号の電圧が発生する。磁気録媒体からの信号磁界を受けた場合には、素子の軟磁性コアの磁化の容易磁化方向がトラック幅方向に配向されているため、磁化が信号磁界によって配向方向から傾き、磁気インピーダンスが小さくなる。従って、ＵＨＦキャリア信号が磁気記録媒体の信号磁界によってＡＭ変調された形で検出される。この信号をＡＭ検波することによって磁気記録媒体２７上の信号磁化２８を読み出すことができる。
【０００４】このヘッドが実現されると現在開発が進められているジャイアントＭＲヘッドの約１０倍の出力が得られる可能性が有る。図７は、図６に示す素子の動作カーブを示すもので、キャリア信号周波数１．０ＧＨｚとして、上記素子をヘルムホルツコイルの中央部においてｄｃ磁界を加えて求めたものである。図７から分かるように、感度良く信号を再生し、歪みの小さな波形を得るには、直流バイアス２９の設定が必要になる。上記モデルでは、キャリア信号と直流電流を導体中に流して直流磁界を発生させバイアスとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では、検出導体の寸法、特に断面積を小さくすると抵抗値が著しく大きくなり、また検出導体周りの磁性体膜厚を薄くするとインダクタンス、すなわちインピーダンスが小さくなるという欠点があった。さらに線記録密度を向上させるためには、検出部が磁気記録媒体に近接し強い媒体からの信号磁界を検出するシールド型の磁気ヘッドに適用できることが望まれた。
【０００６】このように、高密度記録を実現する高感度な磁気ヘッドの実現が望まれるが、そのためには、高周波におけるインピーダンス変化を利用した新しい検出法を考案しその動作特性を明らかにすることが必要である。
【０００７】従って本発明は、インピーダンスの変化分のみを効率的に検出することが可能であって、解像度が優れかつ高感度な高周波インピーダンス型磁気ヘッドを実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために、本発明の基本構成におけるシールド型磁気ヘッドは、シールド型磁気ヘッドを構成するギャップ中に、磁気記録媒体との対向面に平行な方向に延びる複数本の導電性磁性膜を、前記対向面に垂直な方向に相互に間隔を設けて並べて配置した構成を有する。
【０００９】この構成において好ましくは、複数本の導電性磁性膜は、磁気記録媒体面と対向する側から順に配置された第１から第４の導電性磁性膜を含み、４本の導電性磁性膜によってブリッジ回路が構成される。また、４本の導電性磁性膜のうち、第１の導電性磁性膜に磁気記録媒体からの信号磁界が印加されるように、導電性磁性膜間の距離が設定される。
【００１０】さらに好ましくは、実質的に第１の導電性磁性膜のみに磁気記録媒体からの信号磁界が印加されるように、前記導電性磁性膜間の距離が設定される。
【００１１】また、上記の基本構成において好ましくは、ギャップを形成する１対のシールド用軟磁性体と、磁気記録媒体面と対向する側から順に配置されギャップ中に絶縁体膜を介して挟み込まれた第１から第４の導電性磁性膜と、４本の導電性磁性膜によって形成されたブリッジ回路と、第１から第４の導電性磁性膜に直流磁界を印加する手段と、ブリッジ回路に信号を供給するために用いられる第１及び第２の電極端子と、ブリッジ回路から信号を検出するために用いられる第３及び第４の電極端子と、第１及び第２の電極端子に接続した高周波発信器と、第３及び第４の電極端子に接続した高周波増幅器とを備える。そして、磁気記録媒体の信号磁界による第１の導電性磁性膜のインピーダンスの変化を、高周波キャリア信号の変化として検出する。
【００１２】この構成において好ましくは、高周波キャリア信号周波数におけるシールド用軟磁性体の実効透磁率を、導電性磁性膜の実効透磁率より小とする。また好ましくは、導電性磁性膜の厚みを、高周波キャリア信号周波数におけるスキンデプス以下に構成する。また好ましくは、シールド用軟磁性体は、導電性磁性膜に相対する面に配置された高周波特性の優れた第１の磁性体と、その外側に配置され、磁気記録媒体から発生する信号に応答する第２の磁性体とを含む構成とする。また好ましくは、高周波キャリア信号電流に直流バイアスとして直流電流を重畳させて導電性磁性膜に印加する。
【００１３】本発明の磁気再生装置は、上記のいずれかの構成のシールド型磁気ヘッドと、磁気的に信号が記録されている記録媒体を保持する手段と、記録媒体上の所定の位置へシールド磁気ヘッドを位置決めするための位置決め手段とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】まず、本発明の原理について説明する。導体に電流を流したときに発生する磁束と電流の差交数によってインダクタンスが決定することは、電磁気学的に自明のことである。このときのインダクタンスを、内部インダクタンスと外部インダクタンスに分けて考えることができる。内部インダクタンスは、導体内部の電流と導体内部に発生した磁束できまるインダクタンス、外部インダクタンスは、導体内部を流れる電流と導体の外部に発生する磁束とで決まるインダクタンスである。例えば、磁性体の周りに非磁性の導体線を巻いたときのインダクタンスや、非磁性の導体の周りに軟磁性体を形成したときのインダクタンスは外部インダクタンスと見てよい。
【００１６】ところで、従来の磁気ヘッドの信号の検出法としては、ＭＲやＧＭＲなどの様に抵抗変化を利用する方法、ＭＩ効果のように渦電流を利用し磁界で変化するスキンデプスによる抵抗変化により信号を検出する方法、あるいは、従来例に示した様に軟磁性体とＳｉＯ2膜を積層した膜によって導電性金属膜を挟み込んだ形に形成することによって、外部インピーダンスを利用して信号磁界印加により変化するインピーダンスを利用して検出する方法がある。
【００１７】本発明の検出方法は、第１の磁性体であるリボン状の導電性磁性薄膜の内部インダクタンスの信号磁界による変化を主として検出するものである。またこれに加えて、シールドコアの表面に第２の磁性体膜を形成することによって外部インピーダンスを組み合わせて、内部及び外部インピーダンスの磁界による変化を信号検出法として用いることもできる。
【００１８】一般に導電性金属膜では、その厚みが減少するにつれて抵抗成分が増加することはよく知られている。軟磁性体に直接通電してＭＩ効果を使用する場合には、渦電流によるスキンデプスを発生させその大小を利用することが必要なため、軟磁性体の寸法をスキンデプスよりかなり厚くする必要があり、磁気ヘッドに組み込むには寸法的な制限が生じる。導体性金属膜の周りに軟磁性体膜を形成し外部インピーダンスを利用する従来例の場合でも、抵抗成分は磁気回路を貫通する導体膜の断面積に関係し、特に金属導体の断面積を小さくすると、磁界によって変化しない抵抗成分が極めて大きくなって、信号磁界によるインピーダンスの変化が大幅にマスクされることが分かった。
【００１９】したがって、非常に大きい抵抗成分を相殺して、変化分のみを検出することが望ましい。本発明では、シールド型磁気ヘッドのシールドコア間に配置した複数の導電性磁性体膜により、ホイーストンブリッジ回路を構成する。それにより、軟磁性体膜が薄くなることに起因して大幅に増加する抵抗成分を相殺し、信号磁界によって変化するインピーダンス成分のみを検出することを可能とする。
【００２０】本発明では、シールド型の磁気ヘッドのように、例えば０．１μｍ以下の狭ギャップの中に導電性磁性体膜を挿入する。したがって、導電性磁性体膜の厚みは５００Å以下となり、極めて薄いので、変化しない抵抗成分が大幅に増加する。このように内部インダクタンスを利用して検出する方式、すなわち、渦電流によってスキンデプスが発生し得ない程度の厚みの薄膜に直接高周波電流を通電し、印加磁界によって変化する透磁率によって生じる内部インダクタンス変化を利用して信号を検出する方式の磁気ヘッドは、従来存在しなかった。
【００２１】また本発明の磁気ヘッドは、構造上はＭＲやＧＭＲの構造と同じような形態を示しているが、それらが直流電流を通電し、磁界による抵抗変化を利用しているのに対して、本発明の実施の形態では、高周波キャリア信号を用い、導電性磁性薄膜とシールド用軟磁性体上に形成した第２の磁性体の高周波透磁率をシールド用軟磁性体の高周波透磁率と変えている点で、異なっている。さらに、導電性磁性薄膜を薄くすることによる抵抗の増大する成分を、４本の導電性磁性薄膜を用いて相殺する点で、異なっている。したがって、構造は同じように見えても、単に、従来のＭＲやＧＭＲヘッドの導体薄膜に高周波電流を通電しても、高周波インピーダンスは大きな抵抗成分にマスクされ、所望の出力が得られない。
【００２２】（実施の形態１）図１は実施の形態１における磁気ヘッドの構成を示す正面断面図、図２は側面図を示す。図１に示すように、第１の導電性磁性膜１、第２の導電性磁性膜２、第３の導電性磁性体３及び第４の導電性磁性膜４からなる４本の導電性磁性膜が、ＣｏＮｂＺｒとＳｉＯ2の積層膜からなるシールドコア５及び６間の、ＳｉＯ2からなる絶縁体のギャップ７中に配置されている。８は磁気記録媒体を示す。
【００２３】図２の磁気ヘッド１４は、図１の矢印１２方向に見た側面が示されている。導電性磁性膜１、２、３、４はブリッジに接続され、その出力は高周波増幅器１３に印加される。また、直流電源１５からの直流バイアス電流と、高周波発信器１６からの高周波キャリア信号電流とが重畳され、抵抗１７を介してブリッジ回路に印加される。
【００２４】このように構成した磁気ヘッドを、図１に示すように磁気記録媒体８と対向させて走行させると、磁気記録媒体８の信号磁化９からの磁束１０及び１１は、第１の導電性磁性膜１、及びシールドコア５及びシールドコア６を通る。この場合、第１導電性磁性膜１と第２の導電性磁性膜２の間隔ｗを十分大きくとることによって、磁束が、第２、第３、第４の導電性磁性膜２、３、４を通過しないように設計できる。
【００２５】図３は、図２において導電性磁性膜１、２、３、４により構成されるホイーストンブリッジ回路を示す回路図である。インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４は、導電性磁性膜１、２、３、４に対応する。接点（ａ）及び（ｃ）間に高周波信号発生器１６より高周波信号を加える。そのブリッジ回路の出力を接点（ｂ）及び（ｄ）間で検出する。導電性磁性膜１、２、３、４のインピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が各々等しい場合には接点（ｂ）及び（ｄ）間には電圧が生じない。このためには、導電性磁性膜１、２、３、４をギャップ中に等間隔に並べることが望ましい。それにより、ＧＨｚ帯のキャリアに対して境界条件を同一にすることができるため、インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が等しくなり易いからである。
【００２６】このように構成したシールド型磁気ヘッド１４では、磁気記録媒体８からの信号磁界が無い場合には、導電性磁性膜１、２、３、４のインピーダンスが等しいため、ブリッジ回路の接点（ｂ）及び（ｄ）に各々接続した電極端子（ｅ）及び（ｆ）間には出力電圧が発生しない。磁気記録媒体８から信号磁界が発生すると、第１の導電性磁性膜１にのみ磁気記録媒体８からの信号の磁束１０、１１が流れる。それにより、第１の導電性磁性膜１のインピーダンスＺ１のみが変化し、磁界によって変化しないインピーダンス成分は相殺される。したがって信号磁界によるインピーダンス変化分のみが、ブリッジ回路の出力として電極端子（ｅ）及び（ｆ）間に検出されることになる。この信号を高周波増幅器１３により増幅する。
【００２７】なお、接点（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、導電性の良いＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの導電性の良い材料膜で、なるべく厚めに形成することによって、精度の良好なブリッジ回路を形成できる。また、導電性磁性膜１、２、３、４とシールドコア５、６の材料の実効透磁率の周波数特性は、図４に示すように設定する。すなわち、高周波キャリア信号周波数を１ＧＨｚとした時、導電性磁性膜１、２、３、４の実効透磁率μ１が、シールドコア５、６の実効透磁率μｃより大となるように構成する。それにより、高周波キャリア信号と磁気記録媒体からの信号成分に応答する領域を、導電性磁性膜とシールドコアによって役割を分担する形になっている。
【００２８】導電性磁性膜としては、ＦｅＴａＮ膜に限らず、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ系、ＦｅＮ系などの軟磁性体の全てが有効である。
【００２９】（実施の形態２）図５は、実施の形態２のシールド型磁気ヘッドの断面図を示す。本実施の形態は、実施の形態１と動作原理は同様であるので、詳細な説明については省略する。実施の形態１との違いは、シールドコア５及び６のギャップ面側の面に、キャリア信号周波数に応答する透磁率をもつ第２の軟磁性体膜１８を形成した点である。
【００３０】このように形成すると、磁気記録媒体８から発生している信号磁束は、第２の軟磁性膜１８中を通過するため、外部インピーダンスが発生し、各一本当たりのインピーダンスが大きくなる効果がある。インピーダンスが大きくなることによって、信号磁界によって変化する電圧が増大する効果が得られる。
【００３１】この場合、第２の軟磁性体膜１８としては、４本の導電性磁性体膜と同じＦｅＴａＮに限られず、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ系、ＦｅＮ系などの軟磁性体の全てが有効である。
【００３２】なお、実施の形態１及び２では、導電性磁性薄膜としてＦｅＴａＮ膜を用いた例を示したが、パーマロイなど比抵抗の小さな磁性体の方がより好適である。ＦｅＴａＮ膜の比抵抗が７５Ω・ｃｍであるのにに対して、パーマロイ膜の比抵抗は２０Ω・ｃｍであり、例えば膜厚が５００Å、長さ：０．５μｍ、幅：０．５μｍの場合、１５オーム程度から４オーム程度まで引き下げることができる。磁界によって変化するインピーダンスに対して、相殺すべき抵抗値が大幅に大きい場合には、相殺の誤差が大きくなるが、比抵抗の小さな材料を選ぶことにより、誤差を小さくすることができるので、有効である。
【００３３】また、ギャップを形成する誘電体として、上記の実施の形態ではＳｉＯ2を用いた例を示したが、更にアルミナ、ガラスなどの無機質の誘電体膜が有効である、またシールド用軟磁性体膜として、渦電流が生じないようにＣｏＺｒＮｂ金属磁性体とＳｉＯ2との積層膜を用いたが、他の金属磁性体としてＦｅ系及びＣｏ系金属磁性体、フェライト酸化物などが有効である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、シールド型高周波インピーダンスヘッドのギャップ間に複数本の導電性磁性膜を配置して、ブリッジ回路を形成することによって、信号磁界によって変化しないインピーダンス成分を相殺し、信号磁界によって変化するインピーダンス成分のみを検出する、高感度な磁気ヘッド実現できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年８月７日（２０００．８．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５５５５
【弁理士】
【氏名又は名称】池内 寛幸 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−５６５１０（Ｐ２００２−５６５１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月２２日（２００２．２．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２３８６３０（Ｐ２０００−２３８６３０） |
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