CN1065061C - 具有保护膜的磁头 - Google Patents

Abstract

一种在其滑动面上设有保护膜的磁头，由设置保护膜而产生的间距损失以及再现输出下降可通过下述而得到补偿；确定再生效率X为82%-84%时的磁隙的长G1、深Gd、宽Gw，以此作为基准值；使所述长G1和深Gd中的至少一个小于所述基准值来补偿所造成的间距损失Ls；从间距损失Ls减去磁隙损失Lg的改善量，求出应补偿的再生灵敏度，及可补偿再生灵敏度的再生效率X；且使所述长G1和深Gd中的至少一个小于基于所述X求出的长G1值和深Gd值。

Description

具有保护膜的磁头

本发明涉及的是一种与诸如磁带等磁记录介质产生相对滑动的磁头，用于进行磁记录及再现；更具体地说，本发明涉及的是一种磁头，在它与记录介质进行滑动的表面上形成了一层保护膜，以及一种磁记录及再现装置。

附图1是透视图，显示了用于立体声录音机的磁头。

这种类型的磁头H包括由软坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)制成的屏蔽罩1和屏蔽板2a和2b，以及形成了磁隙G的磁芯3，它用硬质坡莫合金(Fe-Ni-Nb合金)材料层迭而成。屏蔽板2a、2b、磁芯3与屏蔽罩1之间的空间用树脂4予以填充。磁带T是以这样的方式来形成的，即在聚酯薄膜或类似薄膜制成的基膜上形成一层磁质层，该磁质层由细小的γ-Fe₂O₃或类似物的磁粉颗粒以及粘合剂或类似物制成。

在上述磁头H中，由于磁带T在位于磁头H前面的滑动表面A上滑动，因此滑动表面A的状态变化就会对磁头的记录和再现性能产生影响。滑动表面A的所述状态变化包括例如磁带T上的磁粉从磁带的基膜上剥落并附着在滑动表面A上，以及滑动表面A被磁带T磨损。

当磁粉附着在滑动表面A上时，磁芯3和磁带上的磁质层之间的间距变大，从而增大了间距损失。此外，当屏蔽罩1的表面1a、屏蔽板2a和2b、以及磁芯3，特别是屏蔽板2a、2b和磁芯3被在滑动表面上滑动的磁带T磨损时，就会使滑动表面A产生偏心磨损，由于这种偏心磨损而造成的滑动表面A的不规则性也会增大间距损失。

因此，人们设想在磁头H的滑动表面A上形成一层保护膜，用于防止磁粉的附着和磨损。

然而，当在滑动表面A上形成一层保护膜时，为了避免滑动磁带T对滑动表面A的磨损，就必须使上述保护膜具有一定的厚度。然而当保护膜较厚时，磁隙和磁质层之间的间距就会增大，造成间距损失，并降低磁头的再现灵敏度。

欧洲专利申请文件EP 0 581 303 A2公开一种磁头，在其滑动面上设有一层氮化铬保护膜，这种保护膜具有10⁹～10¹¹dyn／cm²的内压应力，不小于1500kgf／mm²的克鲁普(Knoop)硬度，其氮成分的比率为20～60％的原子。因此这种磁头不仅对于由氧化铁物质及其它金属材料组成磁质层的磁带，而且对于由那些在磁头上具有强烈磨损作用的氧化铬磁性材料组成磁质层的磁带也显示出极佳的耐磨性。所述保护膜的厚度为50～1000埃，不会在磁头和磁性记录介质之间产生间距损失。尽管这种设有保护膜的磁头具有声称的耐磨及不产生间距损失的优点，但实际上这种磁头的效果并不理想，也未能解决由于磨损而造成的输出率下降的问题。

为了减小由间距损失对再生灵敏度的影响，使之不至于成为一个问题，就必须使保护膜的厚度小于100埃。但是当采用这样的保护膜厚度时，由于磨损会很快地使保护膜损坏，同时保护膜也有可能剥落。

本发明解决了已知技术中所存在的上述问题。本发明的目的是提供一种磁头，该磁头能够通过减少磁隙损失或者提高再现灵敏度来补偿由于保护膜造成的间距损失所导致的输出降低量，并能够在形成保护膜之后获得与已知技术相同甚至比之更好的再现效率。

此外，当在磁头的滑动表面A上形成保护膜时，需要采用一种材料，使得磁带T上的磁粉难于附着在保护膜上，同时该材料应具有足够的硬度，使之难于被磁带T的滑动所磨损。

然而，即使用于形成保护膜的材料使得磁粉难于附着在其上并具有较高的硬度，如果该材料与构成磁头H的坡莫合金的附着性能不好，保护膜也有可能从磁头T的滑动表面A上剥落。此外，保护膜和滑动表面A之间的附着力取决于在形成保护膜时构成磁头的坡莫合金的热膨胀和构成保护膜的材料的热膨胀之间的差值，以及由于保护膜本身的特性所造成的与坡莫合金的粘合特性的差别。

考虑到磁带的滑动所造成的磨损，最好是采用较厚的保护膜。然而，如果保护膜过厚，在保护膜形成过程中残留在保护膜中的应力就会增大，使得保护膜有可能会从滑动表面上剥落。此外，当保护膜较厚时，间距损失也会增大。另外，保护膜的磨损和剥落也受构成磁带上的磁性层的磁粉特性的影响。

如上所述，当在磁头的滑动表面上形成保护膜时，由于保护膜的磨损和剥落受上述各种因素的影响，因此难于确定用于形成保护膜的材料、保护膜的形成条件、以及保护膜的厚度，这样就难于形成一个保护膜，使得磁头具有一致的质量。例如，如果仅仅注意硬度，并采用这样的材料来形成磁头滑动表面上的保护膜，就会出乎意料地发现输出下降了，从而不能获得令人满意的改进。

本发明也解决了已知技术中存在的上述问题。本发明的目的是提供一种磁记录和再现装置，根据在磁头滑动表面上形成保护膜的材料来确定最为适当的保护膜厚度，防止由于保护膜的磨损和剥落所造成的磁头输出的降低，从而获得对滑动表面的充分改进。

本发明涉及一种磁头，一个记录介质在磁头的滑动表面上滑动，在所述滑动表面上形成了一层坚硬的保护膜，该保护膜是BN(氮化硼)、DLC(金刚石型的碳)、CrN(氮化铬)或Al₂O₃(氧化铝)。由于形成了上述保护膜，因而产生了间距损失。通过改变磁隙长度Gl和磁隙深度Gd中的至少一个来增大再现灵敏度，从而补偿由于间距损失造成的输出下降。磁隙长度Gl和磁隙深度Gd如附图8所示。

由于存在磁隙而造成的磁阻Rg由如下的公式(5)来确定： $\mathrm{Rg}=\frac{G1}{\mathrm{\μ}\·\mathrm{GA}}----------\left(5\right)$

其中，当磁隙与空气相通时，μ的cgs制(厘米、克、秒)单位为“1”。因此可以根据公式(2)来计算磁阻Rg。

其次，当磁头的磁芯3的磁阻用Rc来表示时，磁头的再现效率根据如下的公式(6)来确定。公式(6)与公式(1)相同。 $X=\frac{\mathrm{Rg}}{\mathrm{Rg}+\mathrm{Rc}}---------\left(6\right)$

用于将再现效率X转换为再现效率Y的公式为公式(7)：

Y=20Log₁₀X    (7)

在本发明中，以常规磁头作为基准，通过改变Gl和Gd中的至少一个来补偿在常规磁头上形成保护膜所造成的间距损失。在常规的磁头中，当没有形成保护膜时，再现效率X为82％-84％。在本发明中，能够让再现效率X落入上述范围之内的磁隙的磁阻Rc以及磁隙长度Gl、深度Gd、宽度Gw被视为基准值。更具体地说，例如用作基准的磁隙长度Gl为1．5μm，深度Gd为0．2mm，宽度Gw为0．6mm。这些基准值在过去被用于已知的磁头。如果将这些数值作为基准值，再现效率X将随着磁芯的磁阻Rc而变化，其数值范围为82％-84％。如果磁芯的磁阻为0．025，不具有保护膜的磁头的再现效率X为83％。

如果在具有上述基准值的磁头的滑动表面上形成一层厚度为d的保护膜，由于保护膜而造成的间距损失Ls按照如下的公式(8)来确定，该公式与公式(4)相同：

其中λ是再现信号的波长。以后将基准再现频率设定为12．5KHz，因而基准再现波长为3．8μm。如果将保护膜的厚度设定为1500埃，间距损失Ls将为2．15dB。由于间距损失Ls而造成的再现输出信号的降低量将通过减小磁隙长度Gl和深度Gd中的至少一个、使之小于上述基准值来予以补偿。

在本发明的一种最佳实施例中，作为补偿由于在磁头滑动表面上形成保护膜而造成的间距损失的一种措施，首先通过减小磁隙长度Gl来降低磁隙损失Lg。随后，磁隙损失Lg减小了，而对于不能被补偿的间距损失Ls通过增大再现灵敏度，亦即减小磁隙的宽度Gd来予以补偿。

附图9表示了再现信号频率和磁头的再现灵敏度之间的关系。当磁隙深度Gd小于如图中实线所示的基准磁头的数值时，磁头的再现灵敏度在由低频到高频的频带范围内获得了一致的改善。相反，如果磁隙长度Gl小于基准值，在低频范围内再现灵敏度降低，但是在接近12．5KHz的频带范围内，即使减小磁隙长度Gl，也难于降低再现灵敏度。这一事实意味着在12．5KHz的基准频带范围内，即使减小Gl和磁隙损失，也不会使得再现灵敏度降低，因而可以采用这样一种方式，即首先减小Gl来降低磁隙损失，然后进一步减小Gd来改善再现灵敏度。

换句话说，在本发明的上述最佳实施例中，当形成一层厚度为d的保护膜时，为了在基准波长3．8μm(对应于12．5KHz的基准频率)处补偿间距损失Ls，可首先减小磁隙的长度Gl。此时，由于磁隙长度Gl的存在而造成的再现输出的下降，亦即磁隙损失Lg，是根据公式(9)来确定的，该公式与公式(3)相同。 $\mathrm{Lg}=20{\mathrm{Log}}_{10}\frac{\sin (\mathrm{\π}\·G1/\mathrm{\λ})}{\mathrm{\π}\·G1/\mathrm{\λ}}---------\left(9\right)$

通过减小磁隙长度Gl能够抑制上述磁隙损失Lg。这样，在一开始时，当使得磁隙长度Gl小于基准值时(例如1．5μm)，磁隙损失Lg的改善量根据公式(9)来确定。同样，根据公式(8)来确定由于形成具有厚度d的保护膜而造成的间距损失Ls，并在间距损失Ls的基础上减去由于减小磁隙长度Gl所获得的对磁隙损失Lg的改善量。该量就是磁头再现灵敏度所需的增量ΔY。其次，确定当减小磁隙长度Gl时由于使再现灵敏度增大ΔY所获得的再现效率X。公式(10)表示了再现灵敏度的所需增量ΔY和磁头的再现效率X之间的关系。

ΔY=10．30X-8．56    (10)

根据公式(10)来确定X，并根据公式(6)和(2)来进一步确定当减小磁隙长度Gl时对应于磁隙长度Gl的磁隙深度Gd。

在本发明中，由于被设定的磁头磁隙长度和深度小于根据上述公式计算出来的Gl和Gd中的至少一个，最好使得磁头的磁隙长度和深度都小于Gl和Gd的计算值，因此可以通过增大磁头的再现灵敏度(再现效率)来补偿由于形成了厚度为d的保护膜而造成的间距损失Ls。

最好通过磁头的再现效率从数值上完全补偿由于形成保护膜而造成的间距损失Ls。然而，本发明并不限于从数值上完全补偿间距损失，也可以通过使得磁隙的磁隙长度Gl和深度Gd中的至少一个小于基准值(例如Gl=1．5μm，Gd=0．2mm)来部分地补偿间距损失Ls。

通过在下述范围内来选择Gl和Gd，就可以完全地或者在某种程度上补偿由于形成其厚度在一定范围之内的保护膜所造成的间距损失。

一开始，当设定磁隙长度Gl为0．8μm-1．2μm，最好为0．9μm-1．1μm时，就能够很容易地补偿由于形成保护膜所造成的间距损失。

或者，当在下述范围内设定磁隙长度Gl时，就可能补偿间距损失。

当保护膜的厚度为100-1000埃时，磁隙深度Gd最好为0．03mm-0．2mm，磁隙长度Gl最好为0．5μm-1．5μm(参见附图3)。

当保护膜的厚度为100-1500埃时，磁隙深度Gd最好为0．03mm-0．2mm，磁隙长度Gl最好为0．5μm-1．4μm(参见附图3)。

当保护膜的厚度为100-1500埃时，磁隙深度Gd最好为0．03mm-0．2mm，磁隙长度Gl最好为0．5μm-1．2μm(参见附图4)。

当保护膜的厚度为100-2000埃时，磁隙深度Gd最好为0．03mm-0．2mm，磁隙长度Gl最好为0．5μm-1．0μm(参见附图5)。

当保护膜的厚度为100埃到小于1500或者1000埃时，磁隙深度Gd最好为0．1mm-0．2mm，磁隙长度Gl最好为0．5μm-1．2μm(参见附图6)。

此外，本发明是通过从各种不同的角度来研究下述现象而做出的，即在磁头和磁介质之间所形成的保护膜被偏心地磨损或者剥落，间距损失增大，磁头性能降低。当采用不同的材料来形成保护膜时，保护膜的寿命根据保护膜的厚度而有所不同。如果保护膜的厚度较小，保护膜就会因为磨损而很快损坏，或者有可能从磁头的滑动表面上剥落。如果保护膜的厚度较大，那么由于在形成保护膜过程中在保护膜的厚度方向上产生的残余应力，也有可能使保护膜剥落。

为此，采用了各种不同的材料来制作保护膜，用磁带作为记录介质来进行实际试验，对保护膜的寿命进行观察，并对保护膜寿命与保护膜厚度之间的关系进行了调查。其结果表明：用于形成保护膜的材料可以被分成不同的组，每一组中各种材料的寿命和厚度之间的关系十分相似。研究结果也表明：每一种材料所形成的保护膜具有不同的寿命，它取决于用于形成磁带的磁质层的磁粉类型。根据对保护膜厚度和寿命特性进行分析的结果，可以确定由每一种材料形成的保护膜的适当厚度范围。

表1显示了用于在磁头的滑动表面上形成保护膜所用的材料的分类，这样的材料被分成A、B、C三组。当作为记录介质的磁带的磁质层中的磁粉以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、Fe型金属中的任何一种作为其主要成分时，A-C组中每一组中所包含的材料在其保护膜厚度和寿命关系方面具有几乎相同的特性。

表1

组	保护膜类型	保护膜材料
			A	Ⅵa族的氧化物、氮化物、碳化物	Cr2O3,CrN,WC
Ⅲb族的氧化物、氮化物	A12O3,BN
		单质元素		DLC
B	Ⅳa族的碳化物				TiC,HfC,ZrC
		Ⅳb族的碳化物	SiC
	C			Ⅳa族的氧化物、氮化物	TiO2,TiN,ZrN
Ⅳb族的氧化物、氮化物		SiO2,Si3N4
			Ⅴa族的氮化物	TaN
		GLC

在表1中，A组材料是下列材料中的任何一种：Ⅵa元素族中一种元素的氧化物、Ⅵa元素族中一种元素的氮化物、Ⅵa元素族中一种元素的碳化物、Ⅲb元素族中一种元素的氧化物、Ⅲb元素族中一种元素的氮化物、以及一种元素单质DLC。上述DLC是一种其晶格结构与金刚石相似的类金刚石碳。表1中最可边的一栏为具体材料，例如Ⅵa元素族中一种元素的氧化物采用Cr₂O₃，Ⅲb元素族中一种元素的氮化物采用CrN，Ⅵa元素族中一种元素的碳化物采用WC，Ⅲb元素族中的一种元素的的氧化物采用Al₂O₃，Ⅲb元素族中的一种元素的氮化物采用BN。

附图10-12显示了用每一种材料所形成的保护膜的厚度和寿命之间的关系。当磁头再现输出的频率特性降低，亦即当12．5KHz处的再现输出相对于315HZ的再现输出的降低量等于或者大于3．0dB时，就认为保护膜的寿命已经结束。应使保护膜的寿命等于或大于2000小时。

在A组中，通过将保护膜的厚度设定为300-2500埃，可以使保护膜的寿命达到或者超过2000小时。要使得保护膜的寿命达到2000小时，并使由于间距损失所造成的再现输出在12．5KHz处的降低量等于或者小于2．0dB，最好使保护膜的厚度在300-1500埃的范围之内。

B组的材料可以是Ⅳa元素族中一种元素的碳化物或者Ⅳb元素族中一种元素的碳化物。例如，Ⅳa元素族中一种元素的碳化物可以为TiC、HfC、ZrC中的任何一种，Ⅳb元素族中的一种元素的碳化物是SiC。

附图13-15显示了用B组材料所形成的保护膜的厚度和寿命之间的关系。当采用B组材料来形成保护膜时，如果将保护膜的厚度设定为1200-1700埃，保护膜的寿命可以达到或超过2000小时。为了获得这样的使用寿命，并使得由于间距损失而造成的再现输出在12．5KHz处的降低量等于或小于2．0dB，最好使保护膜的厚度在1200-1500埃的范围之内。

对于B组中的TiC和SiC来说，如果保护膜的厚度为1000-2000埃，可以获得等于或大于2000小时的使用寿命。此外，如果保护膜的厚度在1000-1500埃的范围之内，由于间距损失所造成的在12．5KHz处的再现输出的降低量可以等于或小于2．0dB。

表1中的C组材料可以是Ⅳa元素族中的一种元素的氧化物(TiO₂)、Ⅳa元素族中的一种元素的氮化物(TiN、ZrN)、Ⅳb元素族中一种元素的氧化物(SiO₂)、Ⅴa元素族中一种元素的氮化物(TaN)、单质元素GLC(石墨状碳)中的任何一种。

如附图16-18所示，C组中的各种材料在保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系方面具有相同的趋势。当保护膜采用C组材料中的TiO₂或者TiN来形成时，如果保护膜的厚度为900-1100埃，保护膜的寿命可以接近或大于2000小时。

在下面的表2中，当作为记录介质的磁带的磁质层采用CrO₂来形成其磁粉时，在保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系方面具有相同特性的材料被分在相同的组中。

表2

组	保护膜类型	保护膜材料
			D	Ⅲb族的氮化物、单质元素	BN,DLC
E	Ⅵa族的氧化物、碳化物	Cr2O3,WC
			Ⅲb族的氧化物、碳化物	A12O3,B4C
	Ⅳa族的碳化物	TiC(HfC,ZrC)
			Ⅳb族的碳化物	SiC
	F(C)	Ⅳa族的氧化物、氮化物			TiC,TiN,ZrN
Ⅳb族的氧化物、氮化物			SiO2,Si3N4
		Ⅴa族的氮化物		TaN
单质元素			GLC

将表2与表1进行对比，当采用γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、或者Fe型金属作为构成磁带磁质层的磁粉的主要成分时，以及当采用CrO₂作为其主要成分时，两个表中在保护膜厚度和保护膜寿命之间基本上具有相同关系的材料分组有所不同。

D组包括A组中的一部分材料，换句话说D组仅仅包括A组中那些具有较高硬度的材料。E组包括了A组和B组中的材料，F组与C组相同。这意味着不论采用γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、或者Fe型金属作为构成磁带磁质层的磁粉的主要成分，还是当采用CrO₂作为其主要成分，C组中的每一种材料在保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系上都具有相同的趋向或特性。

附图19显示了D组材料的保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系。当磁头在磁质层以CrO₂为主要成分的磁记录介质上进行磁记录和／或磁再现操作时，如果采用D组中的BN或者DLC来形成与磁记录介质的滑动表面上的保护膜，并使保护膜的厚度为1500-2200埃时，就有可能使保护膜的使用寿命达到或超过2000小时。

然而，当形成保护膜的材料是BN时，通过使保护膜的厚度为1300-2300埃，就有可能使保护膜的使用寿命达到或超过2000小时。同样，为了保证保护膜的使用寿命，并使得由于间距损失所造成的在12．5KHz处的再现输出降低量等于或小于2．0dB，BN保护膜的厚度最好为1300-1500埃。

附图20显示了用E组中的每一种材料形成的保护膜的保护膜厚度和保护膜使用寿命之间的关系。当磁记录介质的磁质层采用CrO₂作为其主要成分时，通过采用E组中的B₄C、WC、Cr₂O₃中的任何一种来形成保护膜，并使保护膜的厚度为1400-1600埃时，就有可能使保护膜的使用寿命达到或超过2000小时。

在表2的E组中，将HfC和ZrC写在括弧中，其原因是这两种材料没有写入下面将要说明的表3中。然而，对于以CrO₂为主要成分的磁记录介质来说，采用HfC和ZrC所形成的保护膜的寿命基本上与TiC保护膜相同。

附图21显示了采用F组的材料形成的保护膜的保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系。由附图21可以清楚地看出，当磁记录介质的磁质层以CrO₂为主要成分时，无论保护膜的厚度如何，保护膜的寿命都不可能达到或者超过2000小时。

在上述装置中，当在磁头与磁记录介质之间的滑动表面上形成一层保护膜，用于防止磁粉的附着和记录介质的磁质层磨损时，就会由于保护膜的厚度而产生间距损失，亦即由于间距所导致的再现输出的降低。然而，为了首先减小磁隙损失并改善再现灵敏度，采取了减小磁隙长度和磁隙深度，使之小于基准值的措施。其结果是有可能减小甚至完全补偿由于保护膜所产生的间距损失。

如上所述，当采用以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、或者Fe型金属作为记录介质的磁质层的主要成分时，如附图10-18所示，表1中A-C组中所包含的各种材料在保护膜厚度和保护膜寿命的关系方面具有彼此相似的特性，这是因为每一组中的材料在与磁头滑动表面A的粘合性能和硬度方面具有相似的特性。

表3显示了关于构成磁头的屏蔽罩1、屏蔽板2a和2b、以及磁芯的坡莫合金与每一组中各种材料之间的粘合特性的特性分类情况。

表3

组	材料	替代特性	原子半径	内部晶格	热膨胀系数
						A	Cr2O3	○	○	○	○
CrN	○	○	○	○
					WC		○	○	○	△
A12O3	○	○	○	○
					BN		△	○	○	△
DLC	△	△	○	○
					B		TiC	△	△	○	△
HfC	△	△	○	△
						ZrC	△	△	○	△
SiC	△	○	○	△
						C	TiO2	△	△	○	○
ZrN	△	△	○	○
					SiO2		△	○	○	△
TiN	△	△	○	○
					Si3N4		△	○	○	△
TaN	○	○	○	△
					GLC		△	△	○	△
D	BN	△	○	○							△
					DLC	△	△	○	○
	E	Cr2O3	○	○						○	○
A12O3					○	○	○	○
		TiC	△	△					○	△
WC					○	○	○	△
		B4C	△	○					○	△
SiC					△	○	○	△
		F(C)	TiO2	△					△	○	○
ZrN	△				△	○	○
			SiO2	△				○	○	△
TiN	△				△	○	○
			Si3N4	△				○	○	△
TaN	○				○	○	△
			GLC	△				△	○	△

使保护膜能够容易地与坡莫合金粘合在一起的一个条件是：让形成保护膜的材料从交界面充分地扩散到坡莫合金之中，并在交界面上形成一种伪扩散结构。由于可靠地形成了一层伪扩散结构，就会使得保护膜难于从坡莫合金上剥落。第二个条件是使保护膜材料具有与坡莫合金相似的热膨胀系数。当保护膜材料与坡莫合金的热膨胀系数差别较大时，由于在保护膜形成过程温度下的膨胀差别，保护膜中接近与坡莫合金的交界面处的残留应力就会增大，其结果是使得保护膜有可能从坡莫合金上剥落。

在表3中，“替代性质”指的是一种保护膜材料是否容易被具有面心立方晶格结构的坡莫合金晶体中的Fe或Ni来替代。其中，“◎”表示保护膜材料容易被坡莫合金的Fe原子来替代；“○”表示保护膜材料容易被坡莫合金的Ni原子来替代；“△”表示这样的材料，它被Fe或者Ni原子替代的特性低于用“◎”和“○”来表示的材料。

在表3中，“原子半径”指的是构成坡莫合金的原子的半径是否接近保护膜材料的原子半径。“◎”表示与坡莫合金的原子半径之间的差值小于15％；“○”表示原子半径之间的差值大于15％；“△”表示原子半径之间的差值更大。

在表3中，“内部晶格”指的是保护膜材料是否容易扩散进入到坡莫合金的Fe-Ni晶格之中。用符号“◎”、“○”、“△”来表示材料扩散进入的容易性质的依次降低。

在表3中，“热膨胀系数”指的是对坡莫合金和保护膜材料的热膨胀系数的比较，用“◎”、“○”、“△”表示材料的热膨胀系数与坡莫合金的接近程度的依次降低。

如上所述，“原子半径”、“内部晶格”和“热膨胀系数”都表示保护膜材料是否容易扩散到坡莫合金之中，以及是否容易在与坡莫合金的交界面上形成伪扩散结构。“热膨胀系数”表示是否容易在形成保护膜的过程中在保护膜内部产生内部应力。

从表3中可以看出：A组材料中的Ⅵa元素族中的氧化物Cr₂O₃、氮化物CrN、碳化物WC容易被坡莫合金的一种成分Fe所替代，这些材料容易和坡莫合金粘合在一起。由于Cr₂O₃、CrN、WC具有和坡莫合金接近的热膨胀系数，因此在形成保护膜的过程中由于热膨胀系数的不同所造成的内部应力较小，即使保护膜具有较大的厚度，这些材料也难于剥落。

由于Al₂O₃、BN(它们是与上面所述材料相似的A组中Ⅲb元素族中的氧化物和氮化物)和DLC容易扩散进入坡莫合金的晶格，因此这些材料具有较高的与坡莫合金相粘合的特性。此外，这些材料，尤其是BN和DLC，具有较高的硬度。由于与坡莫合金的粘合特性较高，硬度也较高，因此即使保护膜的厚度较大，保护膜也难于剥落和被磨损(参见附图10-12)。

如表3所示，属于B组中的每一种保护膜材料在“替代特性”、“原子半径”、“内部晶格”和“热膨胀系数”方面均比A组材料稍差，因此与坡莫合金的粘合特性略为降低。此外，B组材料的硬度也比A组材料稍差。因此，如附图13-15所示，用B组中的每一种材料制成的保护膜的寿命一般比A组材料短。如果保护膜的厚度增加过多，就会缩短保护膜的寿命。

C组材料的“替代特性”、“原子半径”、“内部晶格”和“热膨胀系数”与B组材料相似，因此它们与坡莫合金的粘合特性基本上与B组材料相似。然而，C组中的每一种材料的硬度比B组材料低。因此，如附图16-18所示，由它们形成的保护膜的寿命一般比B组材料短。不过，由于C组中的Ti₂O₃和TiN具有与坡莫合金相接近的热膨胀系数，因此用这两种材料制成的保护膜具有相对较长的寿命。

其次，当记录介质的磁质层是用CrO₂制成时，由于呈颗粒状的CrO₂是一种硬质材料，因此保护膜材料本身的硬度而不是它与坡莫合金的粘合特性将对保护膜的寿命产生大的影响，而材料与坡莫合金的粘合特性取决于是否有可能在交界面上形成伪扩散结构，取决于保护膜材料与坡莫合金之间的热膨胀系数差值是否较小。

D、E、F组材料是依照硬度依次降低的顺序来分类的。D组中具有高硬度的BN和DLC具有最长的保护膜寿命，E组中的B4N、WC和Cr₂O₃的寿命次之。

下面将对本发明的一种实施例进行详细的说明。

附图1是磁头的滑动表面的透视图；

附图2显示了磁隙的长度和深度的组合，这些组合能够补偿由于保护膜所造成的间距损失；

附图3显示了磁隙的长度和深度的组合，这些组合能够补偿由于保护膜所造成的间距损失；

附图4显示了磁隙的长度和深度的组合，这些组合能够补偿由于保护膜所造成的间距损失；

附图5显示了磁隙的长度和深度的组合，这些组合能够补偿由于保护膜所造成的间距损失；

附图6显示了磁隙的长度和深度的组合，这些组合能够补偿由于保护膜所造成的间距损失；

附图7显示了再现灵敏度增量ΔY和用于获得ΔY的再现灵敏度X之间的关系，其中ΔY是通过缩短磁隙长度所希望获得的结果；

附图8一个磁芯的部分主视图，显示了磁隙的长度Gl和深度Gd；

附图9显示了磁头的再现频率和再现灵敏度之间的关系；

附图10显示了在磁带的磁质层采用γ-Fe₂O₃制成的情况下，A组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图11显示了在磁带的磁质层采用Co-γ-Fe₂O₃制成的情况下，A组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图12显示了在磁带的磁质层采用Fe型金属制成的情况下，A组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图13显示了在磁带的磁质层采用γ-Fe₂O₃制成的情况下，B组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图14显示了在磁带的磁质层采用Co-γ-Fe₂O₃制成的情况下，B组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图15显示了在磁带的磁质层采用Fe型金属制成的情况下，B组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图16显示了在磁带的磁质层采用γ-Fe₂O₃制成的情况下，C组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图17显示了在磁带的磁质层采用Co-γ-Fe₂O₃制成的情况下，C组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图18显示了在磁带的磁质层采用Fe型金属制成的情况下，C组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图19显示了在磁带的磁质层采用CrO₂制成的情况下，D组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图20显示了在磁带的磁质层采用CrO₂制成的情况下，E组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系；

附图21显示了在磁带的磁质层采用CrO₂制成的情况下，F组材料的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系。

本发明所述的磁头是附图1所示的用于立体声盒式磁带录音机的磁头H，其中包括用软质坡莫合金(一种Fe-Ni-MO合金)制成的屏蔽屏蔽罩1和屏蔽板2a、2b，以及用硬质坡莫合金(一种Fe-Ni-Nb合金)制成的磁芯3。在滑动表面A的中心表面上形成了BN、DLC、CrN、Al₂O₃等材料制成的保护膜。

在本发明中，磁隙(参见附图8)长度Gl和深度Gd以及磁隙的宽度Gw的常规值被用作基准值。磁隙部位的横截面面积GA(磁芯的磁隙中的相对表面面积)根据Gw和Gd，按照公式(5)来确定，如果将μm设定为1，磁头由于上述磁隙所产生的磁阻Rg根据Gl和GA来确定。根据公式(6)能够确定磁头的再现效率X。在本发明中，其再现效率X为82％-84％的磁头的Gl、Gd、Gw被用作基准值。例如，Gl的基准值为1．5μm；Gd的基准值为0．2mm，Gw的基准值为0．6mm。当磁芯的磁阻Rc为0．025时，再现效率X为83％。

如果磁头的滑动表面A上所形成的保护膜的厚度用d来表示，可以根据公式(8)来确定在基准再现波长λ处(3．8μm)的间距损失Ls。表4显示了当保护膜厚度d在100-2500埃之间变化时，保护膜厚度d与间距损失Ls(dB)之间的关系。例如，当保护膜厚度为1500埃时，在频率为12．5KHz(波长λ=3．8μm)时的间距损失为2．15dB。

表4间距损失Ls(基准再现波长为3．8μm)

保护膜厚度d(_)
100	0．14dB
200	0．29dB
500	0．72dB
1000	1．43dB
1500	2．15dB
2000	2．87dB
2200	3．15dB
2300	3．30dB
2500	3．58dB

此外，当磁隙长度为Gl时，磁隙损失Lg可以根据公式(9)来确定。

当波长λ为3．8μm(亦即基准再现波长)，磁隙长度Gl为1．5μm时，磁隙损失Lg根据公式(9)来确定。另外，分别确定在磁隙长度Gl为1．2、1．0、0．8、0．6、0．4μm时的磁隙损失Lg。表5列出了将磁隙长度Gl为1．5μm时的磁隙损失Lg(亦即基准值)减去磁隙长度Gl为1．2μm、1．0μm…时的磁隙损失Lg所获得的数值。

表5(磁隙损失Lg的改善量)(基准再现波长为3．8μm)

磁隙长度Gl(μm)
1．5	0dB
1．2	0．87dB
1．0	1．33dB
0．8	1．70dB
0．6	1．98dB
0．4	2．18dB

表5列出了假定磁隙长度Gl为基准值1．5μm时的改善量为0dB，在使得磁隙长度Gl小于上述基准值时，以dB为单位来表示的磁隙损失Lg的改善量(亦即对由于磁隙损失所造成的再现输出降低的减小量)。表5表明，例如当磁隙长度Gl减小到1．2μm时，由于磁隙所造成的再现输出的降低量比Gl为基准值1．5μm时减小了0．87dB。

表6列出了将表5的数据与表4的数据相减的结果。表6列出是当保护膜厚度d由100埃逐级朝2500埃变化时，从公式(8)所确定的间距损失Ls中减去通过减小表2所列的磁隙长度Gl、使之小于1．5μm所获得的磁隙损失Lg的改善量。表6所列数据表示的是磁头再现灵敏度的所需增量ΔY。

例如，在表4中当保护膜的厚度为1500埃时，由于间距损失Ls所造成的输出的降低量为2．15dB。然后，减小磁隙长度Gl，使之小于1．5μm，亦即使Gl=1．2μm。从表5中可以看到由于磁隙损失所造成的再现输出的降低量被改善了0．87dB。在表6中，当保护膜厚度为1500埃，磁隙长度Gl为1．2μm时，给出的数据是2．15-0．87=1．28。

这意味着：在通过将磁隙长度Gl设定为1．2μm来改善磁隙损失Lg时，如果使得磁头的再现灵敏度进一步增大1．28dB，就能够完全补偿当保护膜厚度为1500埃时的间距损失Ls。换句话说，当Gl=1．2μm时，为了完全补偿由于保护膜厚度为1500埃造成的间距损失所需的再现灵敏度的增量ΔY为1．28dB。

表6再现灵敏度的所需增量(间距损失Ls-磁隙损失Lg的改善量)

保护膜厚度d(A)	磁隙长度Gl(μm)
							1.5	1.2	1.0	0.8	0.6	0.4
	100	0.14	-0.73	-1.19	-1.56	-1.84							-2.04
200							0.29	-0.58	-1.04	-0.71	-1.69	-1.89
	500	0.72	-0.15	-0.61	-0.98	-1.26							-1.46
1000							1.43	0.56	0.10	-0.27	-0.55	-0.75
	1500	2.15	1.28	0.82	0.45	0.17							-0.03
20000							2.87	2.00	1.54	1.17	0.89	0.69
	2200	3.15	2.28	1.82	1.45	1.17							0.97
2300							3.30	2.43	1.97	1.60	1.32	1.12
	2500	3.58	2.71	2.25	1.88	1.60							1.40

下面，表7列出了用于获得如表6所示的再现灵敏度的所需增量ΔY的再现效率X。公式(7)表达了再现灵敏度Y与再现效率X之间的关系。然而，由于表6中列出的是基准磁头(亦即磁隙长度为1．5μm的磁头)中磁隙长度Gl变化时所需的再现灵敏度的所需增量ΔY，因此不可能直接根据公式(7)由ΔY来确定再现效率X。

这时就需要使用附图7。在附图7中，纵轴方向表示再现灵敏度的所需增量ΔY，横轴方向表示磁头的再现效率X。在这一实施例中，当Gl=1．5μm，Gd=0．2mm，Gw=0．6mm，Rc=0．025被用作磁头的基准值时，再现效率X为83％(0．83)。因此，在附图7中，当X为0．83时，ΔY为0dB。附图7表明：相对于基准磁头来说如果将再现灵敏度提高0．2dB，磁头的再现效率X就会达到85％。附图7所示的关系曲线近似为一条直线，ΔY和X之间的关系由公式(10)来表示。

在表7中，将表6中的每一个数据替换为根据公式(10)计算出的ΔY所确定的再现效率X。

表7列出的是再现效率X的数值，这样的数值能够改善再现灵敏度，改善的程度是根据由于保护膜厚度所造成的间距损失Ls与通过减小磁隙长度Gl所获得的对磁隙损失Lg的改进量之间的差值来确定的，用于进一步完全补偿间距损失Ls。

例如，当保护膜厚度为1500埃、磁隙长度Gl为1．2μm时，如果将磁头的再现效率X设定为0．955(95．5％)，就能够获得能够从数值上完全补偿由于保护膜的厚度d所造成的间距损失。

表7所需的再现效率(X)

保护膜厚度d(_)	磁隙长度Gl(μm)
							1.5	1.2	1.0	0.8	0.6	0.4
	100	0.845	0.760	0.716	0.680	0.652							0.633
200							0.859	0.775	0.730	0.762	0.667	0.648
	500	0.901	0.817	0.772	0.736	0.709							0.689
1000							0.970	0.885	0.841	0.805	0.778	0.758
	1500	1.040	0.955	0.911	0.875	0.848							0.828
2000							1.110	1.025	0.981	0.945	0.917	0.898
	2200	1.137	1.052	1.008	0.972	0.945							0.925
2300							1.151	1.067	1.022	0.986	0.959	0.940
	2500	1.179	1.094	1.050	1.014	0.986							0.967

表8列出的是为了获得具有表7所列再现效率X的磁头，磁隙所需的磁阻Rg。在公式(11)中，根据公式(6)将Rc设定为0．025。将表7中的数值代入到公式(11)中，就可以获得表8中所列的数值。 $\mathrm{RG}=\frac{0.025X}{1-X}---------\left(11\right)$

表8所需的磁阻Rg

保护膜厚度d(_)	磁隙长度Gl(μm)
							1.5	1.2	1.0	0.8	0.6	0.4
	100	0.136	0.079	0.063	0.053	0.047							0.043
200							0.153	0.086	0.068	0.080	0.050	0.046
	500	0.227	0.111	0.085	0.070	0.061							0.055
1000							0.806	0.193	0.132	0.103	0.087	0.078
	1500	-0.653	0.535	0.255	0.175	0.139							0.120
2000							-0.253	-1.015	1.263	0.427	0.278	0.220
	2200	-0.208	-0.502	-3.244	0.863	0.427							0.309
2300							-0.190	-0.398	-1.145	1.814	0.588	0.390
	2500	-0.165	-0.290	-0.530	-1.864	1.814							0.732

表9列出了每一种磁阻Rg，采用表8所列的磁隙长度Gl，并将Gw=0．6mm代入到公式(2)中，求出Gd。

表9所需的磁隙深度Gd(mm)

保护膜膜厚度d(_)	磁隙长度Gl(μm)
							1.5	1.2	1.0	0.8	0.6	0.4
	100	0.184	0.252	0.270	0.245	0.213							0.162
200							0.164	0.233	0.251	0.162	0.200	0.152
	500	0.110	0.180	0.201	0.187	0.164							0.126
1000							0.031	0.104	0.129	0.126	0.114	0.089
	1500	-0.038	0.037	0.067	0.074	0.072							0.058
2000							-0.099	-0.020	0.013	0.030	0.036	0.032
	2200	-0.120	-0.040	-0.005	0.015	0.023							0.023
2300							-0.132	-0.050	-0.015	0.007	0.017	0.018
	2500	-0.152	-0.069	-0.032	-0.007	0.006							0.010

表9列出了磁隙长度Gl和磁隙深度Gd的组合，这样的组合在保护膜厚度d为100、200、500…2500埃时能够从数值上完全补偿由于保护膜所造成的间距损失。

当磁头的磁隙长度Gl和磁隙深度Gd是表9中的一种组合时，就能够完全补偿由于保护膜的厚度d所造成的间距损失。

例如，当保护膜的厚度为1500埃时，如果将磁隙长度Gl设定为1．0μm，将磁隙深度Gd设定为0．067mm，就能够完全补偿由于保护膜厚度所造成的间距损失，并可以获得83％的再现效率，这一再现效率与基准磁头的再现效率相同。

附图2-6显示了在表9所列的保护膜厚度中，当保护膜厚度d分别为100、500、1000、1500、2000、2500时，能够从数值上完全补偿由于这样的保护膜厚度而造成的间距损失的磁隙长度Gl(纵轴)与磁隙深度Gd(横轴)之间的关系。

在附图2-6中，如果磁隙长度Gl和磁隙深度Gd的数值位于图中的每一条曲线上，就能够完全补偿由该曲线所代表的保护膜厚度所造成的间距损失。在这些附图中，如果所选择的磁隙长度Gl和磁隙深度Gd的数值位于相应曲线下方的区域中，则不但能够补偿由于保护膜厚度所造成的间距损失Ls，而且能使灵敏度得到更大的提高。

例如，从上面数起的第二条虚线表示的是当保护膜厚度为500埃时，能够完全补偿由于该保护膜厚度所造成的间距损失的磁隙长度Gl和磁隙深度Gd之间的组合。换句话说，任意选择该曲线上的一点，将对应于该点的磁隙长度Gl和磁隙深度Gd组合起来，就能够完全补偿由于厚度为500埃的保护膜所造成的间距损失Ls，并获得与没有形成保护膜的基准磁头相同的再现效率。

此外，当保护膜厚度为500埃时，如果从位于上述虚线下面的区域中，亦即在附图2所示的阴影区域中选择磁隙长度Gl和磁隙深度Gd的数值，那么就不但能够补偿由于厚度为500埃的保护膜所造成的间距损失，而且能使得其再现灵敏度优于没有形成保护膜的基准磁头的再现灵敏度。

附图2所示的每一条曲线都是朝上弯曲的曲线，这样在Gl近似为1．0μm的位置上Gd达到其极值。这意味着当Gl低于1．0μm时，即使不显著地减小磁隙深度Gd，也能够充分地补偿由于保护膜厚度所造成的间距损失。

例如，假设磁头位于附图2中①所示的位置，此时Gl大约为1．3μm，Gd大约为0．2mm。当在这样的磁头上形成厚度为500埃的保护膜时，间距损失增大了。然而，这种情况意味着仅仅通过将磁隙长度Gl减小到1．0μm而不改变磁隙深度Gd来达到虚线所示的曲线，并能够补偿由于厚度为500埃的保护膜而造成的间距损失。当需要进一步改善再现效率和再现灵敏度，或者当保护膜厚度等于或大于500埃时，可以通过略微减小Gd，由状态②转移到状态③来实现。

这意味着：在磁隙长度Gl大约为1．0μm的磁头中，由于不需要较大地改变磁隙深度Gd，因此在对保护膜的间距损失进行校正时所需的加工步骤将变得更为简单。此外，由于不必较大地改变磁隙深度Gd，调节工序也变得简单。

因此，磁隙长度Gl最好为0．8-1．2μm，更好为0．9-1．1μm。在这样的范围之内，如上面的例子所述，当保护膜厚度为500埃时，即使磁隙深度Gd与已知技术相同为0．2mm，也能够补偿间距损失。另外，当进一步增大保护膜厚度Gl时，可以通过仅仅略微改变磁隙深度Gd来补偿间距损失。

其次，在磁头中，可以通过一个回路来补偿再现灵敏度的轻微降低。因此，并不总是需要使Gl和Gd的组合完全符合附图2-6中所示的每一条曲线，或者使之位于每一条曲线下方的区域(亦即附图2中所示的阴影区域)中。通过使Gl和Gd分别小于1．5μm和0．2mm，就有可能在某种程度上补偿由于具有预定厚度的保护膜所造成的间距损失。

一开始，在具有如附图8所示机械结构的磁芯3中，从加工技术的角度来看存在一个限制，即磁隙深度Gd的最小值为大约0．03mm。另外，从机械加工的角度来看，磁隙长度Gl的缩短也有一定的限制，Gl的最小值为大约0．5μm。因此，Gl和Gd的下限分别为0．5μm和0．03mm。

这样，如附图3所示，当磁隙深度Gd为0．03mm到小于0．2mm(附图3中的范围(a))，磁隙长度Gl为0．5μm到小于1．5μm时，就可能补偿由于其厚度为100埃至1000埃的保护膜所造成的间距损失。在附图3中，当Gl和Gd从区域(a)中予以选取时，使得再现灵敏度变得最低的Gl和Gd的组合是(i)。当磁隙具有该(i)点的Gl、Gd组合值时，能够被补偿的间距损失相当于所能够补偿的由于其厚度为100埃的保护膜所造成的间距损失，亦即0．14dB。当选取(i)点的Gl和Gd值时，如果保护膜的厚度为1000埃，间距损失为1．43dB。这样，间距损失的最大保留值为1．43-0．14=1．29dB。这意味着在上述范围中，间距损失能够被补偿的最小量为0．14dB或者更大。这样，就能够期望获得对间距损失的令人满意的改进。

此外，在附图3中，如果Gd被设定为0．03mm到小于0．2mm(范围(a))，Gl被设定为0．5μm到小于1．4μm(附图3中的范围(b))，就能够以较高的精度来补偿由于其厚度为100埃到1000埃的保护膜所造成的间距损失，即使保护膜厚度等于或小于1500埃，也能够在某种程度上补偿间距损失。

在附图4中，当选取Gd和Gl，使Gd为0．03mm到小于0．2mm(范围(a))，Gl为0．5μm到小于1．2μm(范围(c))时，就能够以较高的精度来补偿由于其厚度为100埃-1500埃的保护膜所造成的间距损失。当在被范围(a)和范围(c)所包围的区域中选取Gl和Gd时，使再现灵敏度变得最差的Gl和Gd的组合位于(Ⅱ)点。当磁隙具有(Ⅱ)点的Gl和Gd时，对于厚度为500埃的保护膜能够补偿0．72dB的间距损失。此时，如果保护膜的厚度为1500埃，由于这一保护膜厚度所造成的间距损失为2．15dB，因此当磁隙具有点(Ⅱ)处的Gl和Gd时，不能够被补偿的最大间距损失为2．15-0．72=1．43dB。这意味着通过在上述范围内予以设定，能够补充最小为0．72dB或者更大的间距损失，并可期望得到令人满意改善效果。

在附图5中，当选取Gd和Gl，使Gd为0．03mm到小于0．2mm(范围(a))，Gl为0．5μm到小于1．0μm(范围(c))时，就能够改善补偿对厚度为100-1500埃的保护膜所造成的间距损失的补偿精度，即使保护膜厚度d增大到2000埃，也能够在某种程度上补偿间距损失。

在附图6中，当选择Gd为0．1mm到小于0．2mm时(图中的范围(e))，即使保护膜的厚度为100-1000埃，也能够以较高的精度来补偿间距损失。然而，Gl最好为0．5μm至1．2μm。

附图10-21显示了对A组-F组材料的保护膜寿命进行试验所获得的结果。

对保护膜寿命进行试验的样品是用每一种材料在如附图1所示的盒式磁带录音机磁头H的滑动表面A上形成的保护膜，保护膜的厚度500、1000、1500、2000、2500埃。磁头的屏蔽罩1和屏蔽板2a、2b用软质坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)制成，磁芯3用硬质坡莫合金(Fe-Ni-Nb)合金制成。

在录音机上安装磁头H，磁头H的整个滑动表面A上具有用每一种材料形成的保护膜，并在温度为20℃、湿度为50％的环境下让磁带T连续地在上述滑动表面A上滑动。确定此时的频率特性，亦即频率为315Hz时的再现输出与频率为12．5KHz时的再现输出之间的比值。当频率特性下降量等于或大于3．0dB时，就认定保护膜的寿命已经结束。在保护膜寿命已经结束的状态下，保护膜被磨损或者剥落，磁带表面的不均匀性变大，或者由于磨损而使得保护膜部分地丧失，致使屏蔽板2a和2b的表面受到直接的损坏，形成不规则的磨损状态，并使不均匀性增大。其结果是间距损失增大，频率特性降低。

这一试验是在接近于室温的20℃和50％的相对湿度的条件下进行的。在将磁头安装在实际的音像设备中时，直至频率特性下降3．0dB的时间应等于或大于2000小时。

当频率特性如上所述下降3．0dB时，就认为磁头的寿命已经终止；相反，如果频率特性的下降没有超过3．0dB，则可认为作为一个磁带录音机来说暂时还没有问题。

另一方面，由于形成了一层保护膜，磁带上的磁质层与间隙部分G之间的距离增大，因此由这一间距而造成的间距损失增大。一个总的原则是对于12．5KHz的再现信号来说，在形成保护膜之后，由于间距损失所造成的输出下降应在大约2．0dB的范围之内。

由于间距损失而造成的输出下降Ls是根据如下的公式(12)来确定的：

其中d是磁芯的磁隙G与记录介质(磁带)之间的间距，λ是再现波长，它是根据如下的公式(13)来确定的： $\mathrm{\λ}=\frac{v}{f}---------\left(13\right)$

其中V是磁带和磁头之间的相对滑动速度，为4．76cm／s；f是频率，为12．5KHz。

在上面的试验中，如果将d设定为1500埃，那么Ls为2．15dB。这意味着当保护膜厚度等于或大于1500埃，频率为12．5KHz时，由于形成保护膜而造成的间距损失Ls的下降量等于或大于2．15dB。因此，为了使得频率为12．5KHz的再现信号的输出下降量小于2．15dB，使之为大约2．0dB，保护膜的厚度最好等于或小于1500埃。

在附图10-21所示的保护膜寿命试验中，本发明的保护膜厚度选取范围应使直到频率特性下降3．0dB的时间长度达到或超过2000小时。此外，为了使在12．5KHz处的再现输出的下降等于或小于2．15dB，保护膜厚度的上限为1500埃。

附图10-12显示了采用A组材料制成的保护膜的寿命。附图10显示的是采用γ-Fe₂O₃来制作磁带的磁质层；附图11显示的是采用Co-γ-Fe₂O₃来制作磁带的磁质层；附图12显示的是采用Fe型金属来制作磁带的磁质层。在每一附图中，横轴以1000埃为单位来表示保护膜的厚度，纵轴以1000小时为单位来表示频率特性下降3．0dB所需要的时间。

在上述每一个附图中，Ⅵa元素族的氧化物Cr₂O₃、氮化物CrN以及碳化物WC分别用“□”、“+”、“◇”来予以表示；Ⅲb元素族的氧化物Al₂O₃和氮化物BN分别用“△”和“×”来予以表示；单质元素DLC用“∨”来予以表示。

如结合附图3所述，这些物质具有优良的与坡莫合金相粘合的性质。

因此，如附图10-12所示，采用上述每一种材料制成的保护膜的寿命通常具有较高的价值。Ⅵa元素族的氧化物Cr₂O₃、氮化物CrN和碳化物WC具有与坡莫合金相接近的热膨胀系数，因此即使保护膜具有较大的厚度，也难于发生保护膜由于其内部的残余应力而剥落的现象。此外，由于Ⅲ元素族的氧化物Al₂O₃和氮化物BN以及单质元素DLC具有较高的硬度，即使增大保护膜的厚度也难于产生磨损。因此，当采用属于A组的所有各种材料来制作的保护膜的厚度大约为2000埃时，其寿命最长。然而，如果保护膜的厚度超过2000埃，保护膜中位于与坡莫合金的交界面处的残余应力变大，从而使得保护膜有可能剥落，保护膜寿命降低。

如上所述，采用A组中的每一种材料制成的保护膜在保护膜厚度和保护膜寿命之间的关系方面均具有相似的特性。如果保护膜的厚度小于300埃，则保护膜太薄，保护膜本身容易被磨损；相反，如果保护膜厚度大于2500埃，则由于上述残余应力而会降低保护膜的寿命。

此外，A组中的各种材料按照保护膜寿命减小的顺序来排列依次是：BN、DLC、Cr₂O₃、WC、CrN、Al₂O₃。这是和每一种材料的硬度相一致的。因此，对于制作磁头的保护膜来说，上述材料的佳选顺序是：BN、DLC和Cr₂O₃。

此外，保护膜的寿命也取决于磁带的磁质层上所包含的磁粉。当磁粉以Co-γ-Fe₂O₃为主要成分时，保护膜的寿命最长；当以γ-Fe₂O₃和Fe型金属为主要成分时，保护膜的寿命就会降低。在磁头采用的记录介质(磁带)以这些材料来形成其磁质层时，对于如附图10所示的采用γ-Fe₂O₃的情况来说，能够使保护膜寿命等于或大于2000小时的保护膜的厚度条件为300埃至2500埃；对于如附图12所示的采用Fe类金属的情况来说，该厚度条件就更为严格。

因此，对于在一种记录介质上(磁带)进行次磁记录和／或磁再现的磁头来说，如果该记录介质具有以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃和一种Fe型金属作为其主要成分的磁质层，当采用A组材料来形成保护膜时，要想获得等于或大于2000小时的保护膜寿命，就必须使保护膜的厚度为300埃至2500埃。

此外，为了使由于间距损失所造成的再现输出在频率为12．5KHz时的下降等于或小于2．15dB，最好使保护膜厚度的上限为1500埃。因此，当采用A组材料来形成保护膜时，保护膜厚度的最佳范围为300-1500埃。

附图13-15与附图10-12相似，显示了采用B组材料形成的保护膜的保护膜厚度与保护膜寿命之间的关系。附图13显示了采用γ-Fe₂O₃作为磁带上磁质层的主要成分；附图14显示了采用Co-γ-Fe₂O₃作为磁带上磁质层的主要成分；附图15显示了采用Fe型金属作为磁带上磁质层的主要成分。

在上述附图中，Ⅳa元素族的碳化物TiC、HfC、ZrC分别用符号“□”、“+”、“◇”来予以表示，Ⅳb元素族的碳化物SiC用符号“△”来予以表示。

与附图10-12所示的A组材料相比，B组材料整个具有较短的保护膜寿命。如果保护膜厚度过大，保护膜的寿命就会降低。这是由于B组材料与坡莫合金的粘合性质低于A组材料，同时与坡莫合金在热膨胀系数上的差别大于A组材料。

然而，即使在B组中，只要适当地选择保护膜的厚度，仍有可能获得足够的保护膜寿命。在附图13-15中，如果用处于最严格条件之下的γ-Fe₂O₃磁质层作为基准，使得保护膜寿命等于或大于2000小时的保护膜厚度为1200-1700埃。换句话说，当采用B组材料来形成保护膜时，如果使保护膜厚度为1200-1700埃，就有可能获得等于或大于2000小时的保护膜寿命。

如前所述，能够使在12．5KHz处的再现输出的下降不超过2．15dB的保护膜厚度的上限为1500埃。因此，在采用B组中的TiC、HfC、ZrC、SiC中的任何一种来形成保护膜的情况下，最佳的保护膜厚度为1200-1500埃。

在附图13-15中，B组中的TiC、SiC、HfC具有相对较长的保护膜寿命，其原因是B组材料中的TiC、SiC、HfC具有较高的硬度。

因此，当采用TiC、SiC在磁头的滑动表面A上形成保护膜时，从附图13中可以看出通过使保护膜厚度在1000-2000埃的范围之内，就能够使保护膜寿命等于或大于2000小时。因此，由TIC、SiC形成的保护膜的厚度范围为1000-2000埃。此外，当采用TiC、SiC、HfC中的任何材料来形成保护膜时，使得保护膜寿命等于或大于2000小时的保护膜厚度为1000-1800埃。

此外，由于能够使在12．5KHz处的再现输出的下降不超过2．15dB的保护膜厚度的上限为1500埃，考虑到由于保护膜厚度所造成的间距损失，由TiC、SiC、HfC形成的保护膜的厚度最好为1000-1500埃。

附图16-18显示了用C组材料形成的保护膜的寿命特性。其中附图16显示了用γ-Fe₂O₃作为磁带上磁质层的主要成分的情况；附图16显示了用Co-γ-Fe₂O₃作为磁带上磁质层的主要成分的情况；附图16显示了用Fe型金属作为磁带上磁质层的主要成分的情况。

在每一个附图中，TiO₂、SiO₂、TiN、Si₃N₄、TaN、GLC分别用符号“□”、“+”、“◇”、“△”、“×”、“∨”来予以表示。

当采用C组中的一种材料在磁头的滑动表面A上形成保护膜时，保护膜寿命将显著低于用A组和B组材料形成的保护膜，因为C组中的每一种材料的硬度都较低。然而，通过将保护膜厚度设定为1000埃，仍有可能获得2000小时的保护膜寿命。因此，当采用TiO或者TiN来形成保护膜时，可以将保护膜厚度设定为1000埃。但是，为了实际地形成保护膜，需要给出一个最小公差。当上述公差为±100埃时，TiO或TiN保护膜的厚度范围为900-1100埃。通过在上述范围内选择保护膜厚度，就能够输出保护膜寿命达到或超过2000小时。

附图19和20显示了以CrO₂作为记录介质(磁带)上磁质层的磁粉的主要成分的情况。

附图19显示了采用D组中的材料来形成保护膜的情况。D组包括BN(用符号“□”来表示)和DLC(用符号“+”来表示)，它们是A组中具有较高硬度的材料。这两种材料的保护膜寿命与保护膜厚度之间的关系如附图19所示。由于CrO₂磁粉具有较高的硬度，保护膜寿命的下降值小于采用以γ-Fe₂O₃作为其主要成分的磁带。然而，由于BN和DLC是具有较高硬度的材料，不可能获得等于或大于2000小时的保护膜寿命。

从附图19中可以看出，通过将BN或DLC形成的保护膜的厚度设定为1500-2000埃，就有可能使得保护膜寿命达到或超过2000小时。

用BN制成的保护膜具有最长的寿命，当形成以BN为主要成分的保护膜时，如果保护膜厚度为1300-2300埃，就有可能使保护膜寿命达到或超过2000小时。对于BN制成的保护膜来说，考虑到能够使由于间距损失所造成的再现输出的下降等于或小于2．15dB的上限(1500埃)，保护膜厚度的最佳范围为1300-1500埃。

当在磁头的记录介质的滑动表面A上形成BN保护膜时，即使磁带上的磁质层以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、Fe型金属、CrO₂中的任何一种作为主要成分，通过使保护膜厚度在1300-2300埃的范围之内，就有可能使保护膜寿命达到或超过2000小时。换句话说，对于一个在记录介质上进行磁记录和／或磁再现的磁头来说，当记录介质的磁质层以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、Fe型金属、CrO₂中的任何一种作为其主要成分时，在磁头上可以形成一层其厚度为1300-2300埃的BN保护膜。此外，考虑到由于间距损失所造成的再现输出的下降量，BN保护膜的厚度最好为1300-1500埃。

附图20显示了用E组材料形成的保护膜的保护膜寿命与保护膜厚度之间的关系。

在E组中，能够使保护膜寿命达到或超过2000小时的材料是有限的。用B₄C、WC和Cr₂O₃中的任何一种形成的保护膜分别用符号“×”、“△”、“□”来予以表示，它们有可能使保护膜寿命达到或超过2000小时。当考虑到在形成保护膜的过程中保护膜厚度的公差，通过使保护膜厚度在1400-1600埃的范围之内，就有可能获得大约2000小时的保护膜寿命。

附图21显示了用F组(C组)材料形成的保护膜的保护膜寿命与保护膜厚度之间的关系。由附图21可以清楚地看出，当记录介质(磁带)上的磁质层以CrO₂作为其主要成分时，由F组材料形成的保护膜不能使保护膜寿命达到或超过2000小时。

根据本发明，可以构成采用磁头来仅仅进行再现的装置、仅仅进行记录的装置、或者既进行记录又进行再现的装置，在上述磁头上按照上面所述的条件形成了一层保护膜。

如上所述，当在磁头的滑动表面上形成一层保护膜时，可以通过例如减小磁头的磁隙损失和改善再现灵敏度来补偿由于保护膜厚度造成的间距损失所导致的输出的下降。其结果是即使形成了保护膜，也能够获得与其上没有形成保护膜的基准磁头相当的再现效率，并有可能使其再现效率优于没有形成保护膜的基准磁头。因此，可以采用其上形成了保护膜的磁头来取代没有形成保护膜的常规磁头。

此外，根据本发明，在采用磁头在记录介质上进行磁记录和／或再现的磁记录和再现装置中，当该记录介质上的磁质层以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、Fe型金属中的任何一种材料作为其主要成分时，如果采用表1中A-C组的任何一种材料来形成保护膜，通过使保护膜厚度在预定的范围之内，就有可能使保护膜寿命达到或超过2000小时。此外，通过将保护膜厚度的上限设定为1500埃，就有可能使由于间距损失所造成的12．5KHz处的再现输出的下降量等于或小于2．15dB。

在采用磁头在记录介质上进行磁记录和／或再现的磁记录和再现装置中，当该记录介质上的磁质层以CrO₂作为其主要成分时，如果采用表2中D-F组的任何一种材料来形成保护膜，通过使保护膜厚度在预定的范围之内，就有可能使保护膜寿命达到或超过2000小时。

此外，即使记录介质的磁质层以γ-Fe₂O₃、Co-γ-Fe₂O₃、Fe型金属中的任何一种材料作为其主要成分，通过采用BN或DLC来形成保护膜，特别是采用BN来形成保护膜，就能够获得令人满意的保护膜寿命。

Claims (7)

1、一种具有保护膜的磁头，它具有一滑动面，一记录介质在该滑动面上滑动；长为Gl、深为Gd、宽为Gw的磁隙，该磁隙在所述滑动面上，由磁性材料制成的磁芯的相对前端部分处形成；一厚度为100埃的保护膜，它形成在所述滑动面上，以防止所述记录介质的磁粉附着于所述滑动面上和由于所述记录介质的滑动所造成的滑动面磨损；其特征在于，在所述滑动面上未形成所述保护膜的状态下，以根据公式(1)确定的再生效率X为82％-84％时的所述磁隙的长Gl、深Gd、宽Gw作为基准值，通过使所述长Gl和深Gd中的至少一个小于所述基准值来补偿所述保护膜厚度所造成的如公式(4)所示的间距损失Ls；并且，从所述间距损失Ls减去由使所述长度Gl小于所述基准值而造成的如公式(3)所示的磁隙损失Lg的改善量，从而求出应补偿的再生灵敏度，并求出可补偿再生灵敏度的再生效率X，且使所述长Gl和深Gd中的至少一个小于根据公式(1)和公式(2)基于所述X求出的长Gl值和深Gd值； $X=\frac{\mathrm{Rg}}{\mathrm{Rg}+\mathrm{Rc}}----------\left(1\right)$

其中，Rc是磁芯的磁阻，Rg是由磁隙造成的磁阻，是根据公式(2)求出的： $\mathrm{Rg}=\frac{G1}{\mathrm{Gw}\×\mathrm{Gd}}-----------\left(2\right)$ $\mathrm{Lg}=20{\mathrm{Log}}_{10}\frac{\sin (x\·G1/\mathrm{\λ})}{x\·G1/\mathrm{\λ}}--------\left(3\right)$ $\mathrm{Ls}=20{\mathrm{Log}}_{10}{e}^{2\mathrm{\πd}/\mathrm{\λ}}$ $=54.6\frac{d}{\mathrm{\λ}}-----\left(4\right)$

其中，d是保护膜的厚度，λ是基准再现波长。

2、根据权利要求1所述的具有保护膜的磁头，其特征在于下述数值被用作基准值：磁隙长度Gl为1．5μm，磁隙深度Gd为0．2mm，磁隙宽度Gw为0．6mm。

3、根据权利要求2所述的具有保护膜的磁头，其特征在于当没有形成保护膜、磁芯的磁阻为0．025时，再现效率X为83％。

4、根据权利要求1所述的具有保护膜的磁头，其特征在于磁隙长度Gl为0．8-1．2μm。

5、根据权利要求1所述的具有保护膜的磁头，其特征在于保护膜的厚度为100-1000埃，磁隙深度Gd为0．03mm到小于0．2mm，磁隙长度Gl为0．5μm到小于1．5μm。

6、根据权利要求1所述的具有保护膜的磁头，其特征在于保护膜的厚度为100-1000埃，磁隙深度Gd为0．03mm到小于0．2mm，磁隙长度Gl为0．5μm到1．4μm。

7、根据权利要求1所述的具有保护膜的磁头，其特征在于保护膜的厚度为100-2000埃，磁隙深度Gd为0．03mm到小于0．2mm，磁隙长度Gl为0．5μm到1．0μm。

Images