JP3581051B2 - 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents
磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波キャリア信号を印加した軟磁性体の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッド、及びそれを用いた磁気記録再生装置、並びに外部磁界の存在や強度を検出する磁気センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁化容易軸を持つ一対の軟磁性体で導体を挟んで形成した磁気回路に、外部から磁界を印加して前記導体に高周波電流を流すとき、印加される磁界の強度に応じて前記導体のインピーダンスが変化する現象がある。印加磁界の強度により渦電流によって生じるスキンデプスの大小によって磁性体の電気抵抗が変化する、いわゆるＭＲ効果とは異なり、このインピーダンスの変化は、前記導体に流す高周波電流と磁性体の磁気特性変化によって生じる前記導体のインピーダンスとの積により生ずる逆起電圧により検出できる。従って、この磁気によるインピーダンスの変化を利用することにより高い検出感度を有する磁気ヘッドや磁気センサーが得られる。以下、従来のこの種の磁気ヘッドについて図７を参照しつつ説明する。
【０００３】
図７の（ａ）は電子情報学会技報ＭＲ９５−８０に報告された、磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの斜視図である。
図７の（ａ）において、導電性金属薄膜の検出導体２９が、磁気記録媒体４０のトラック幅とほぼ等しい幅３０の一対の軟磁性コア３３、３４によって挟まれている。各軟磁性コア３３、３４は、図７の（ｂ）の拡大図に示すように、パーマロイ膜３１とＳｉＯ２膜３２の積層体である。
【０００４】
検出導体２９の両端の電極端子３８及び３９に、高周波発信器３５からＵＨＦ帯の一定の高周波キャリア信号を抵抗３６を経て印加する。これにより矢印で示す高周波の電流３７が検出導体２９を流れる。その結果、検出導体２９の両端に接続した検出用端子端子３８及び３９間に検出導体２９の磁気によるインピーダンスの変化にもとずいて高周波の電圧変化が生じる。
【０００５】
磁気記録媒体４０に信号磁界が存在しない場合には、端子３８及び３９間には、電流３７と検出導体２９の端子３８及び３９間のインピーダンスとの積に相当する高周波キャリア周波数の電圧（以下、ＵＨＦキャリア信号と記す）が発生する。
磁気記録媒体４０に図中に矢印で示す磁化４１による信号磁界が存在する場合には、軟磁性コア３３、３４の磁化容易軸の方向がトラックの幅方向に配向されているため、軟磁性コア３３、３４の磁化の方向が信号磁界によって配向方向から傾けられる。その結果、軟磁性コア３３、３４の透磁率が小さくなり、検出導体２９のインピーダンスが減少する。
【０００６】
この検出導体２９のインピーダンスの変化により、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、そのＡＭ変調されたＵＨＦキャリア信号（以下、ＡＭ変調信号と記す）が端子３８、３９間で検出される。このＡＭ変調信号をＡＭ検波することによって磁気記録媒体４０の磁化４１により記録されている信号を再生することができる。
【０００７】
図８は、図７に示す磁気ヘッドの動作を示すグラフであり、横軸は信号磁界の方向及び強度を表し、縦軸は検出用電極端子３８、３９から得られるＡＭ変調信号のレベルを表す。図８のカーブ５２は、ＵＨＦキャリア信号の周波数を１．０ＧＨｚとして、上記磁気ヘッドをヘルムホルツコイルの中央部において直流磁界（ＤＣ磁界）を印加して求めたものである。図７の軟磁性コア３３、３４には、図８の直線４２で示す磁界の強さのバイアス磁界（以下、バイアス磁界４２と記す）が与えられている。
図８からわかるように、高い感度で信号磁界を検出し、歪みの少ないＡＭ変調波形を得るには、直流バイアス磁界４２を最適な値に設定する必要がある。上記磁気ヘッドではＵＨＦキャリア信号と図示を省略した直流電源からの直流電流とを検出導体２９に流して直流磁界を発生させバイアス磁界４２としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドでは、高周波における検出導体の磁気によるインピーダンスの変化を十分大きな望ましい値にすることができなかった。
本発明は、磁気によるインピーダンスの変化を十分大きくし、高い感度で磁気記録媒体の磁化による信号磁界を検出する磁気ヘッドを実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ヘッドは、磁気ヨークの磁気記録媒体に対向する面において、前記磁気ヨークと所定の磁気ギャップを保って接合された第１の軟磁性体膜、前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる磁気回路、前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、前記一対の電極端子にＵＨＦキャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び前記一対の電極端子間に生ずるＵＨＦキャリア信号を増幅する高周波増幅器を有している。
【００１０】
この構成の磁気ヘッドでは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って接合した、少なくとも一部にギャップを有する磁気回路を設け、前記磁気回路の実効透磁率を低下させている。これにより、ＵＨＦキャリア信号の高周波領域における導電性薄膜のインピーダンス特性を改善できる。その結果、磁気によるインピーダンスの変化率が高周波領域において高くなり、磁気ギャップで取り込んだ磁気記録媒体の信号磁界によるインピーダンスの変化を高い感度で検出できる。
【００１１】
本発明の磁気記録再生装置は、上記構成の磁気ヘッド、前記磁気ヘッドによって記録されている信号を再生される記録媒体保持手段、及び前記記録媒体上の指定された位置へ磁気ヘッドを位置決めするための位置決め手段を備えたことを特徴とする。
この構成の磁気記録再生装置によれば、磁気記録媒体の信号磁界を高い感度で検出できる。その結果、狭いトラック幅で高密度に記録された磁気記録媒体の情報を高い感度で再生することのできる磁気記録再生装置が得られる。
【００１２】
本発明の磁気センサーは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って接合した第１の軟磁性体膜、
前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み、前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる、外部磁界が印加される磁気回路、前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、前記一対の電極端子にＵＨＦキャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び前記一対の電極端子間に生ずるＵＨＦキャリア信号を増幅する高周波増幅器を有している。
この構成の磁気センサーでは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って第１の軟磁性膜を接合し、外部磁界が印加される磁気回路の少なくとも一部に別のギャップを設けたことにより、磁気回路の実効透磁率が低下する。これにより、ＵＨＦキャリア信号の高周波領域における導電性薄膜のインピーダンス特性を改善できる。その結果、磁気によるインピーダンスの変化率が高周波領域において高くなり、外部磁界によるインピーダンスの変化を高い感度で検出できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図１から図６を参照しつつ説明する。
【００１４】
《実施例》
図１は、本発明の実施例の磁気ヘッドの側面図である。
図１において、ガラス基板５０の面に、スパッタリングによってＦｅ系の軟磁性体の磁気ヨーク１９を形成する。このとき、磁気ヨーク１９の一部分に所定の深さの凹部１９Ａが形成されるように、マスクを用いて多段スパッタリングを行う。磁気ヨーク１９の凹部１９ＡにＳｉＯ２等の非磁性体２５を充填し、その表面を磁気ヨーク１９の面と同じになるように仕上げる。このとき、磁気ヨーク１９の磁気記録媒体２８と対向する先端部１６ＡにＳｉＯ２等の非磁性膜を形成し、その厚さが０．２ミクロンになるように仕上げて磁気ギャップ２０を形成する。
【００１５】
次に、磁気ヨーク１９の全面に厚さ１．５ミクロンの軟磁性体膜１６を形成する。これにより、磁気記録媒体２８と対向する先端部１６Ａにおいて、軟磁性膜１６と磁気ヨーク１９とは０．２ミクロンの磁気ギャップ２０を保って対向することになる。
次に、軟磁性膜１６の表面上でその下層に凹部１９Ａが存在する領域に、銅のスパッタリングにより厚さ０．５ミクロンの検出導体膜１５を形成する。軟磁性膜１６の上の、検出導体膜１５を形成しなかった後端領域１７に厚さ０．３ミクロンの非磁性膜１８を形成する。
【００１６】
最後に、検出導体膜１５、非磁性膜１８、及び軟磁性膜１６の先端部１６Ａの上に厚さ１．５ミクロンの軟磁性膜１４を形成する。これにより、軟磁性膜１４と１６とは後端領域１７で０．３ミクロンの非磁性膜１８のギャップを保って対向する。
この実施例の磁気ヘッドでは、従来例の図７に示した磁気ヘッドと同様に、検出導体膜１５の両端に電極端子３８ａ、３９ａと検出用電極端子３８、３９がそれぞれ設けられている。電極端子３８ａ、３９ａには、抵抗４７を経由して高周波発信器４８が接続されている。検出用電極端子３８、３９には、高周波増幅器４９が接続されている。
【００１７】
次に、この磁気ヘッドの動作について説明する。
磁気記録媒体２８の磁化２６から発生する磁束２２は磁気ヨーク１９を通って軟磁性膜１４及び１６に分かれてそれぞれ磁束２３及び２４となる。この磁束２３、２４が磁気ヘッドの外部磁界に対応している。この軟磁性膜１４及び１６中の磁界の強さに応じて、検出導体膜１５のインピーダンスが変化する。検出導体膜１５のこの磁気によるインピーダンスの変化特性は、後述する確認実験の結果からもわかるように、軟磁性膜１４と１６とで形成した磁気回路の一部にギャップを形成することにより、磁気回路の実効透磁率が下がり、高周波領域における周波数特性が改善される。その結果、この検出導体膜１５を流れる一定の高周波電流とこのインピーダンスとの積で生ずる電圧値の変化として磁気記録媒体２８の磁化２６が高い感度で検出される。
【００１８】
さらに詳しく説明すると、検出導体膜１５の両端に設けられている電極端子３８ａ及び３９ａに高周波発信器４８から抵抗４７を経て、ＵＨＦキャリア信号と図示を省略した直流電源の直流バイアス電圧とを印加する。検出導体膜１５の両端に設けた検出用電極端子３８及び３９から磁化２６によりＵＨＦキャリア信号が振幅変調されたＡＭ変調信号を検出する。このＡＭ変調信号は、高周波増幅器４９によって増幅され、次にＡＭ検波することによって磁気記録媒体の磁化２６に対応する信号を再生する。
【００１９】
本実施例では、非磁性膜１８により軟磁性膜１４と１６の間のギャップが、磁気ヘッドの後端領域１７に形成されている。このギャップにより高周波領域におけるインピーダンスの変化が大きくなり、再生感度が向上する。一方、軟磁性膜１６と磁気ヨーク１９の間の磁気ギャップ２０は、磁気ヘッドの磁気記録媒体２８への対向面である先端部１６Ａに形成されている。また他の効果として、検出導体膜１５と、軟磁性膜１４、１６との間の絶縁不良により、検出導体膜１５に印加したＵＨＦキャリア信号による高周波電流とバイアス電流が軟磁性膜１４、１６に流れても、その電流による磁化は軟磁性体１４、１６の磁気回路により短絡される。従って、磁気ギャップ２０により磁気記録媒体２８の磁化を消去するなどの悪影響を与えることを防止できる。。
【００２０】
本実施例では、軟磁性体としてＦｅ系材料を用いたが，その他のＣｏ系，Ｆｅ系アモルファス磁性体，パーマロイ，センダストなどの軟磁性材料を用いることができる。
また、基板もガラス基板に限らずＮｉＴｉＭｇ、ＡｌＴｉＣ、その他セラミック、ガラス系、カーボン基板等の非磁性基板を用いることができる。検出導体膜としＣｕを用いたが、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどの導電性材料を用いることができる。
【００２１】
上記の構成の磁気ヘッドについて、以下に詳細に示すような各種の測定実験を行って、この磁気ヘッドが高い感度を有することを確認した。
測定実験用のサンプルとして、幅３００ミクロン，長さ３ミリメートル、厚さ１．５ミクロンのＦｅＴａＮ材の軟磁性体１４、１６と、長さ２ミリメートル、幅４００ミクロン、厚さ１ミクロンの銅（Ｃｕ）からなる検出導体膜１５を用いた。
図１に示す構成の磁気ヘッドを作製し、検出導体膜１５の両端のインピーダンスに関して調べた。磁気記録媒体の磁化からの信号磁界の代わりに，外部磁界を発生するヘルムホルツコイルによって軟磁性体１４、１６の長手方向に直流磁界を印加した。直流磁界を５Ｏｅにすると、本実験に用いた軟磁性体１４、１６は完全に飽和する。
【００２２】
図２及び図３はＵＨＦキャリア信号の周波数に対するインピーダンスの変化について調べた結果を示すグラフである。図２は、インピーダンスメータにて測定したサンプルの全インピーダンスの変化を示している。
図２に示すように、曲線１は外部磁界が零の場合の特性、曲線２は外部磁界５Ｏｅを加えた時の特性であり、矢印３に示すように変化する。この変化の差が大きいほど、磁気によるインピーダンスの変化率が高く，大きな振幅変調出力を得ることができる。
インピーダンスメータでは全インピーダンスを、インダクタンス成分と抵抗成分とに分離して測定することができる。図３は、インダクタンス成分及び抵抗成分のそれぞれの外部磁界に対する特性を示すグラフである。
【００２３】
図２から分かるように、ＵＨＦキャリア信号の周波数が１００ＭＨｚ以下の低周波領域では、外部磁界の変化に対して全インピーダンスが大きく変化している。しかし、５００ＭＨｚ以上の高周波領域では、外部磁界の変化に対して全インピーダンスはほとんど変化しない。ところが、磁気によるインピーダンスの変化率は、ＵＨＦキャリア信号の周波数と磁気回路を形成する軟磁性体の透磁率の変化率との積に比例するため、磁気によるインピーダンスの変化率を高めるにはＵＨＦキャリア信号を高周波とすることが重要である。
【００２４】
図２の特性は図３に示したインダクタンス成分の変化と類似の特性を示している。このことから、外部磁界によって変化するインダクタンス成分は、外部磁界によって変化しない検出導体などのインダクタンス成分が大きいため、高周波領域ではマスクされていることがわかる。一方、図３に示す抵抗成分は、１００ＭＨｚ以上の高周波領域において外部磁界に対して大幅に変化していることが本実験によって初めて分かった。
【００２５】
さらに詳しく述べると、図３中の曲線４は軟磁性体１４、１６の透磁率に応じて生ずるインダクタンス成分と検出導体膜１５のインダクタンス成分との和である。軟磁性体１４、１６の透磁率が、外部磁界５Ｏｅの印加により空気中での値の１に近づくため、検出導体膜１５のインダクタンス成分が主となり、曲線５となる。曲線６は、軟磁性体１４、１６の透磁率に応じて生ずる抵抗成分と検出導体膜１５の抵抗成分との和である。軟磁性体１４、１６の透磁率が、外部磁界５Ｏｅの印加により１となるため、外部磁界によって変化しない検出導体膜１５の抵抗成分が主となり、曲線７となる。
【００２６】
また、第２の実験用サンプルとして厚み１ミクロン、幅１０ミクロンの検出導体膜の長さを変化させたものを作成し、磁気による検出導体膜１５のインダクタンスの変化を測定し、その結果を図４に曲線８で示す。図４に示すように、検出導体膜１５のインダクタンスは、その長さが１００ミクロン以下になると大幅に減少する。
つまり、外部磁界によって変化しない検出導体膜１５のインダクタンス成分を大幅に減少させることにより、外部磁界によって変化する軟磁性体膜１４、１５のインピーダンス変化を顕在化して検出することが重要である。
【００２７】
さらに、ＵＨＦキャリア信号の周波数の高周波領域における、検出導体のインピーダンスの抵抗成分は、軟磁性体１４、１６で形成された磁気回路の一部にギャップを形成して磁気回路の実効透磁率を低下させることにより大幅に増加する。
本発明の磁気ヘッドは、これらの解析の知見に基づいて発明したものである。このギャップを形成する効果の確認実験について以下に図５から図６を参照しつつ説明する。
【００２８】
図５は、ギャップの効果の確認試験の第１の試作例の磁気ヘッドのＵＨＦキャリア信号の周波数に対する検出導体のインピーダンスの変化を示すグラフである。第１の試作例の磁気ヘッドにおける検出導体膜１５の幅は１０ミクロン、厚さは１ミクロン、及び長さは１０ミクロンとし、磁気ヘッドのトラック幅は０．５ミクロン、軟磁性体膜１４、１６の厚さは１．５ミクロン、及び長さは１ミリメートルとした。つまり、狭トラック幅０．５ミクロンに対応する検出導体膜１５の長さを１０ミクロンと短くした。
軟磁性体の長手方向にヘルムホルツコイルによって均一な直流磁界を加えることによってインピーダンスをネットワークアナライザーによって測定した。
軟磁性体膜１４、１６をＦｅＴａＮとした場合、１ＧＨｚのＵＨＦキャリア信号でのインピーダンス変化率が５２％となる。
【００２９】
図５に示すのは、軟磁性体膜１４、１６をＦｅ系のように透磁率の周波数特性が高周波まで伸びている材料とした場合を示し、インピーダンスの変化率が９４％に達している。つまり、図５において、印加する磁界が０Ｏｅの場合のインピーダンス特性の曲線９が、飽和磁界を印加するとインピーダンス特性の曲線１０となり、１ＧＨｚにおけるインピーダンス変化率が９４％となる。
開発されつつあるスピンバルブＧＭＲヘッドのインピーダンスの変化率が５〜７％程度であることに比較すると、極めて高いインピーダンスの変化率であることがわかる。
【００３０】
第１の試作例の磁気ヘッドと同じ構成の磁気回路の一部に０．３ミクロンの厚さの非磁性膜１８でギャップを形成した第２の試作例の磁気ヘッドについて説明する。
ＵＨＦキャリア信号の周波数が１ＧＨｚにおけるインピーダンスの変化は、主として軟磁性体膜１４、１６の透磁率により生ずる抵抗成分によるため、以下、この第２の試作例の磁気ヘッドにおける抵抗成分の変化について説明する。
図６は、ギャップの有無による検出導体膜１５のインピーダンスの抵抗成分の変化を示すグラフである。
【００３１】
前述したように、インピーダンスの変化率を大きくするには、ＵＨＦキャリア信号の周波数が１ＧＨｚにおける抵抗成分を大きくすることが必要である。図６に示すように、第２の試作例の磁気ヘッドの検出導体膜１５のインピーダンスの抵抗成分の曲線１１は、１ＧＨｚにおいて、ギャップを形成していない第１の試作例の磁気ヘッドの抵抗成分の曲線１２に対して１．８倍の抵抗値が得られている。この曲線１１は、飽和磁界を印加すると検出導体膜のインピーダンスの抵抗成分の曲線１３に変化する。
以上、この第２の試作例の磁気ヘッドで説明したように、本発明の磁気ヘッドでは、軟磁性膜１４、１６で構成する磁気回路に非磁性膜１８でギャップを形成することによって、１ＧＨｚにおける磁気によるインピーダンスの変化率は大幅に向上できる。
【００３２】
なお、この実施例は磁気ヨークと磁気回路とを磁気記録媒体との対向面において所定の磁気ギャップを保って接合した磁気ヘッドについて説明した。しかし、この磁気回路に印加される外部磁界を高い感度で検出する素子として、例えば、磁石と組み合わせた位置センサー等に用いられる磁気センサーとして利用できるのはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の実施例で詳しく説明したように、本発明の磁気ヘッドによれば、磁気記録媒体の磁化による信号磁界を、磁気ヨークと磁気ギャップを保って形成した磁気回路で受け取り、受け取った磁束を一部にギャップを有する磁気回路に通すことにより高周波領域におけるインピーダンスの変化率を大きくすることができる。その結果、磁気記録媒体の信号磁界を高い感度で検出することができる。
【００３４】
また、磁気回路に設けるギャップを磁気ギャップと離間して配置することにより、検出導体膜と軟磁性膜との絶縁不良により生じる、高周波キャリア信号による磁気記録媒体の磁化の消去などの悪影響を防止できる。
さらに、本発明の磁気ヘッドを用いることにより、高密度記録された磁気記録媒体の磁化を高い感度で検出できる磁気記録再生装置が得られる。
また、この磁気回路をこれに印加される外部磁界を高い感度で検出する磁気センサーとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ヘッドの構成を示す図。
【図２】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性を示すグラフ。
【図３】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性のインダクタンス成分と抵抗成分とを示すグラフ。
【図４】本発明の確認実験サンプルの検出導体の長さとインダクタンスとの関係を示すグラフ。
【図５】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性を示すグラフ。
【図６】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性の抵抗成分を示すグラフ。
【図７】従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの動作原理を説明する図。
【図８】従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの磁界強度とＵＨＦキャリア信号レベルの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 外部磁界０Ｏｅ時の特性
２ 外部磁界５Ｏｅ時の特性
３ 印加磁界による変化を示す矢印
４ 外部磁界０Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性
５ 外部磁界５Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性
６ 外部磁界０Ｏｅ時の抵抗成分の特性
７ 外部磁界５Ｏｅ時の抵抗成分の特性
８ 検出導体のインダクタンス特性
９ 外部磁界０Ｏｅ時のインピーダンス特性
１０ 飽和磁界印加時のインピーダンス特性
１１ ギャップが０．３ミクロンの抵抗成分の特性
１２ ギャップを形成しない場合の抵抗成分の特性
１３ 外部磁界により変化しない検出導体膜の抵抗成分の特性
１４、１６ 軟磁性体膜
１５ 検出導体膜
１６Ａ 先端部
１７ 後端領域
１８ 非磁性膜
１９ 磁気ヨーク
１９Ａ 凹部
２０ 磁気ギャップ
２２、２３、２４ 磁束
２５ 非磁性膜
２６ 磁化
２８ 磁気記録媒体
３８ａ、３９ａ 電極端子
３８、３９ 検出電極端子
４７ 抵抗
４８ 高周波発信器
４９ 高周波増幅器
５０ ガラス基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波キャリア信号を印加した軟磁性体の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッド、及びそれを用いた磁気記録再生装置、並びに外部磁界の存在や強度を検出する磁気センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁化容易軸を持つ一対の軟磁性体で導体を挟んで形成した磁気回路に、外部から磁界を印加して前記導体に高周波電流を流すとき、印加される磁界の強度に応じて前記導体のインピーダンスが変化する現象がある。印加磁界の強度により渦電流によって生じるスキンデプスの大小によって磁性体の電気抵抗が変化する、いわゆるＭＲ効果とは異なり、このインピーダンスの変化は、前記導体に流す高周波電流と磁性体の磁気特性変化によって生じる前記導体のインピーダンスとの積により生ずる逆起電圧により検出できる。従って、この磁気によるインピーダンスの変化を利用することにより高い検出感度を有する磁気ヘッドや磁気センサーが得られる。以下、従来のこの種の磁気ヘッドについて図７を参照しつつ説明する。
【０００３】
図７の（ａ）は電子情報学会技報ＭＲ９５−８０に報告された、磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの斜視図である。
図７の（ａ）において、導電性金属薄膜の検出導体２９が、磁気記録媒体４０のトラック幅とほぼ等しい幅３０の一対の軟磁性コア３３、３４によって挟まれている。各軟磁性コア３３、３４は、図７の（ｂ）の拡大図に示すように、パーマロイ膜３１とＳｉＯ２膜３２の積層体である。
【０００４】
検出導体２９の両端の電極端子３８及び３９に、高周波発信器３５からＵＨＦ帯の一定の高周波キャリア信号を抵抗３６を経て印加する。これにより矢印で示す高周波の電流３７が検出導体２９を流れる。その結果、検出導体２９の両端に接続した検出用端子端子３８及び３９間に検出導体２９の磁気によるインピーダンスの変化にもとずいて高周波の電圧変化が生じる。
【０００５】
磁気記録媒体４０に信号磁界が存在しない場合には、端子３８及び３９間には、電流３７と検出導体２９の端子３８及び３９間のインピーダンスとの積に相当する高周波キャリア周波数の電圧（以下、ＵＨＦキャリア信号と記す）が発生する。
磁気記録媒体４０に図中に矢印で示す磁化４１による信号磁界が存在する場合には、軟磁性コア３３、３４の磁化容易軸の方向がトラックの幅方向に配向されているため、軟磁性コア３３、３４の磁化の方向が信号磁界によって配向方向から傾けられる。その結果、軟磁性コア３３、３４の透磁率が小さくなり、検出導体２９のインピーダンスが減少する。
【０００６】
この検出導体２９のインピーダンスの変化により、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、そのＡＭ変調されたＵＨＦキャリア信号（以下、ＡＭ変調信号と記す）が端子３８、３９間で検出される。このＡＭ変調信号をＡＭ検波することによって磁気記録媒体４０の磁化４１により記録されている信号を再生することができる。
【０００７】
図８は、図７に示す磁気ヘッドの動作を示すグラフであり、横軸は信号磁界の方向及び強度を表し、縦軸は検出用電極端子３８、３９から得られるＡＭ変調信号のレベルを表す。図８のカーブ５２は、ＵＨＦキャリア信号の周波数を１．０ＧＨｚとして、上記磁気ヘッドをヘルムホルツコイルの中央部において直流磁界（ＤＣ磁界）を印加して求めたものである。図７の軟磁性コア３３、３４には、図８の直線４２で示す磁界の強さのバイアス磁界（以下、バイアス磁界４２と記す）が与えられている。
図８からわかるように、高い感度で信号磁界を検出し、歪みの少ないＡＭ変調波形を得るには、直流バイアス磁界４２を最適な値に設定する必要がある。上記磁気ヘッドではＵＨＦキャリア信号と図示を省略した直流電源からの直流電流とを検出導体２９に流して直流磁界を発生させバイアス磁界４２としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドでは、高周波における検出導体の磁気によるインピーダンスの変化を十分大きな望ましい値にすることができなかった。
本発明は、磁気によるインピーダンスの変化を十分大きくし、高い感度で磁気記録媒体の磁化による信号磁界を検出する磁気ヘッドを実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ヘッドは、磁気ヨークの磁気記録媒体に対向する面において、前記磁気ヨークと所定の磁気ギャップを保って接合された第１の軟磁性体膜、前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる磁気回路、前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、前記一対の電極端子にＵＨＦキャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び前記一対の電極端子間に生ずるＵＨＦキャリア信号を増幅する高周波増幅器を有している。
【００１０】
この構成の磁気ヘッドでは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って接合した、少なくとも一部にギャップを有する磁気回路を設け、前記磁気回路の実効透磁率を低下させている。これにより、ＵＨＦキャリア信号の高周波領域における導電性薄膜のインピーダンス特性を改善できる。その結果、磁気によるインピーダンスの変化率が高周波領域において高くなり、磁気ギャップで取り込んだ磁気記録媒体の信号磁界によるインピーダンスの変化を高い感度で検出できる。
【００１１】
本発明の磁気記録再生装置は、上記構成の磁気ヘッド、前記磁気ヘッドによって記録されている信号を再生される記録媒体保持手段、及び前記記録媒体上の指定された位置へ磁気ヘッドを位置決めするための位置決め手段を備えたことを特徴とする。
この構成の磁気記録再生装置によれば、磁気記録媒体の信号磁界を高い感度で検出できる。その結果、狭いトラック幅で高密度に記録された磁気記録媒体の情報を高い感度で再生することのできる磁気記録再生装置が得られる。
【００１２】
本発明の磁気センサーは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って接合した第１の軟磁性体膜、
前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み、前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる、外部磁界が印加される磁気回路、前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、前記一対の電極端子にＵＨＦキャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び前記一対の電極端子間に生ずるＵＨＦキャリア信号を増幅する高周波増幅器を有している。
この構成の磁気センサーでは、磁気ヨークに磁気ギャップを保って第１の軟磁性膜を接合し、外部磁界が印加される磁気回路の少なくとも一部に別のギャップを設けたことにより、磁気回路の実効透磁率が低下する。これにより、ＵＨＦキャリア信号の高周波領域における導電性薄膜のインピーダンス特性を改善できる。その結果、磁気によるインピーダンスの変化率が高周波領域において高くなり、外部磁界によるインピーダンスの変化を高い感度で検出できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図１から図６を参照しつつ説明する。
【００１４】
《実施例》
図１は、本発明の実施例の磁気ヘッドの側面図である。
図１において、ガラス基板５０の面に、スパッタリングによってＦｅ系の軟磁性体の磁気ヨーク１９を形成する。このとき、磁気ヨーク１９の一部分に所定の深さの凹部１９Ａが形成されるように、マスクを用いて多段スパッタリングを行う。磁気ヨーク１９の凹部１９ＡにＳｉＯ２等の非磁性体２５を充填し、その表面を磁気ヨーク１９の面と同じになるように仕上げる。このとき、磁気ヨーク１９の磁気記録媒体２８と対向する先端部１６ＡにＳｉＯ２等の非磁性膜を形成し、その厚さが０．２ミクロンになるように仕上げて磁気ギャップ２０を形成する。
【００１５】
次に、磁気ヨーク１９の全面に厚さ１．５ミクロンの軟磁性体膜１６を形成する。これにより、磁気記録媒体２８と対向する先端部１６Ａにおいて、軟磁性膜１６と磁気ヨーク１９とは０．２ミクロンの磁気ギャップ２０を保って対向することになる。
次に、軟磁性膜１６の表面上でその下層に凹部１９Ａが存在する領域に、銅のスパッタリングにより厚さ０．５ミクロンの検出導体膜１５を形成する。軟磁性膜１６の上の、検出導体膜１５を形成しなかった後端領域１７に厚さ０．３ミクロンの非磁性膜１８を形成する。
【００１６】
最後に、検出導体膜１５、非磁性膜１８、及び軟磁性膜１６の先端部１６Ａの上に厚さ１．５ミクロンの軟磁性膜１４を形成する。これにより、軟磁性膜１４と１６とは後端領域１７で０．３ミクロンの非磁性膜１８のギャップを保って対向する。
この実施例の磁気ヘッドでは、従来例の図７に示した磁気ヘッドと同様に、検出導体膜１５の両端に電極端子３８ａ、３９ａと検出用電極端子３８、３９がそれぞれ設けられている。電極端子３８ａ、３９ａには、抵抗４７を経由して高周波発信器４８が接続されている。検出用電極端子３８、３９には、高周波増幅器４９が接続されている。
【００１７】
次に、この磁気ヘッドの動作について説明する。
磁気記録媒体２８の磁化２６から発生する磁束２２は磁気ヨーク１９を通って軟磁性膜１４及び１６に分かれてそれぞれ磁束２３及び２４となる。この磁束２３、２４が磁気ヘッドの外部磁界に対応している。この軟磁性膜１４及び１６中の磁界の強さに応じて、検出導体膜１５のインピーダンスが変化する。検出導体膜１５のこの磁気によるインピーダンスの変化特性は、後述する確認実験の結果からもわかるように、軟磁性膜１４と１６とで形成した磁気回路の一部にギャップを形成することにより、磁気回路の実効透磁率が下がり、高周波領域における周波数特性が改善される。その結果、この検出導体膜１５を流れる一定の高周波電流とこのインピーダンスとの積で生ずる電圧値の変化として磁気記録媒体２８の磁化２６が高い感度で検出される。
【００１８】
さらに詳しく説明すると、検出導体膜１５の両端に設けられている電極端子３８ａ及び３９ａに高周波発信器４８から抵抗４７を経て、ＵＨＦキャリア信号と図示を省略した直流電源の直流バイアス電圧とを印加する。検出導体膜１５の両端に設けた検出用電極端子３８及び３９から磁化２６によりＵＨＦキャリア信号が振幅変調されたＡＭ変調信号を検出する。このＡＭ変調信号は、高周波増幅器４９によって増幅され、次にＡＭ検波することによって磁気記録媒体の磁化２６に対応する信号を再生する。
【００１９】
本実施例では、非磁性膜１８により軟磁性膜１４と１６の間のギャップが、磁気ヘッドの後端領域１７に形成されている。このギャップにより高周波領域におけるインピーダンスの変化が大きくなり、再生感度が向上する。一方、軟磁性膜１６と磁気ヨーク１９の間の磁気ギャップ２０は、磁気ヘッドの磁気記録媒体２８への対向面である先端部１６Ａに形成されている。また他の効果として、検出導体膜１５と、軟磁性膜１４、１６との間の絶縁不良により、検出導体膜１５に印加したＵＨＦキャリア信号による高周波電流とバイアス電流が軟磁性膜１４、１６に流れても、その電流による磁化は軟磁性体１４、１６の磁気回路により短絡される。従って、磁気ギャップ２０により磁気記録媒体２８の磁化を消去するなどの悪影響を与えることを防止できる。。
【００２０】
本実施例では、軟磁性体としてＦｅ系材料を用いたが，その他のＣｏ系，Ｆｅ系アモルファス磁性体，パーマロイ，センダストなどの軟磁性材料を用いることができる。
また、基板もガラス基板に限らずＮｉＴｉＭｇ、ＡｌＴｉＣ、その他セラミック、ガラス系、カーボン基板等の非磁性基板を用いることができる。検出導体膜としＣｕを用いたが、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどの導電性材料を用いることができる。
【００２１】
上記の構成の磁気ヘッドについて、以下に詳細に示すような各種の測定実験を行って、この磁気ヘッドが高い感度を有することを確認した。
測定実験用のサンプルとして、幅３００ミクロン，長さ３ミリメートル、厚さ１．５ミクロンのＦｅＴａＮ材の軟磁性体１４、１６と、長さ２ミリメートル、幅４００ミクロン、厚さ１ミクロンの銅（Ｃｕ）からなる検出導体膜１５を用いた。
図１に示す構成の磁気ヘッドを作製し、検出導体膜１５の両端のインピーダンスに関して調べた。磁気記録媒体の磁化からの信号磁界の代わりに，外部磁界を発生するヘルムホルツコイルによって軟磁性体１４、１６の長手方向に直流磁界を印加した。直流磁界を５Ｏｅにすると、本実験に用いた軟磁性体１４、１６は完全に飽和する。
【００２２】
図２及び図３はＵＨＦキャリア信号の周波数に対するインピーダンスの変化について調べた結果を示すグラフである。図２は、インピーダンスメータにて測定したサンプルの全インピーダンスの変化を示している。
図２に示すように、曲線１は外部磁界が零の場合の特性、曲線２は外部磁界５Ｏｅを加えた時の特性であり、矢印３に示すように変化する。この変化の差が大きいほど、磁気によるインピーダンスの変化率が高く，大きな振幅変調出力を得ることができる。
インピーダンスメータでは全インピーダンスを、インダクタンス成分と抵抗成分とに分離して測定することができる。図３は、インダクタンス成分及び抵抗成分のそれぞれの外部磁界に対する特性を示すグラフである。
【００２３】
図２から分かるように、ＵＨＦキャリア信号の周波数が１００ＭＨｚ以下の低周波領域では、外部磁界の変化に対して全インピーダンスが大きく変化している。しかし、５００ＭＨｚ以上の高周波領域では、外部磁界の変化に対して全インピーダンスはほとんど変化しない。ところが、磁気によるインピーダンスの変化率は、ＵＨＦキャリア信号の周波数と磁気回路を形成する軟磁性体の透磁率の変化率との積に比例するため、磁気によるインピーダンスの変化率を高めるにはＵＨＦキャリア信号を高周波とすることが重要である。
【００２４】
図２の特性は図３に示したインダクタンス成分の変化と類似の特性を示している。このことから、外部磁界によって変化するインダクタンス成分は、外部磁界によって変化しない検出導体などのインダクタンス成分が大きいため、高周波領域ではマスクされていることがわかる。一方、図３に示す抵抗成分は、１００ＭＨｚ以上の高周波領域において外部磁界に対して大幅に変化していることが本実験によって初めて分かった。
【００２５】
さらに詳しく述べると、図３中の曲線４は軟磁性体１４、１６の透磁率に応じて生ずるインダクタンス成分と検出導体膜１５のインダクタンス成分との和である。軟磁性体１４、１６の透磁率が、外部磁界５Ｏｅの印加により空気中での値の１に近づくため、検出導体膜１５のインダクタンス成分が主となり、曲線５となる。曲線６は、軟磁性体１４、１６の透磁率に応じて生ずる抵抗成分と検出導体膜１５の抵抗成分との和である。軟磁性体１４、１６の透磁率が、外部磁界５Ｏｅの印加により１となるため、外部磁界によって変化しない検出導体膜１５の抵抗成分が主となり、曲線７となる。
【００２６】
また、第２の実験用サンプルとして厚み１ミクロン、幅１０ミクロンの検出導体膜の長さを変化させたものを作成し、磁気による検出導体膜１５のインダクタンスの変化を測定し、その結果を図４に曲線８で示す。図４に示すように、検出導体膜１５のインダクタンスは、その長さが１００ミクロン以下になると大幅に減少する。
つまり、外部磁界によって変化しない検出導体膜１５のインダクタンス成分を大幅に減少させることにより、外部磁界によって変化する軟磁性体膜１４、１５のインピーダンス変化を顕在化して検出することが重要である。
【００２７】
さらに、ＵＨＦキャリア信号の周波数の高周波領域における、検出導体のインピーダンスの抵抗成分は、軟磁性体１４、１６で形成された磁気回路の一部にギャップを形成して磁気回路の実効透磁率を低下させることにより大幅に増加する。
本発明の磁気ヘッドは、これらの解析の知見に基づいて発明したものである。このギャップを形成する効果の確認実験について以下に図５から図６を参照しつつ説明する。
【００２８】
図５は、ギャップの効果の確認試験の第１の試作例の磁気ヘッドのＵＨＦキャリア信号の周波数に対する検出導体のインピーダンスの変化を示すグラフである。第１の試作例の磁気ヘッドにおける検出導体膜１５の幅は１０ミクロン、厚さは１ミクロン、及び長さは１０ミクロンとし、磁気ヘッドのトラック幅は０．５ミクロン、軟磁性体膜１４、１６の厚さは１．５ミクロン、及び長さは１ミリメートルとした。つまり、狭トラック幅０．５ミクロンに対応する検出導体膜１５の長さを１０ミクロンと短くした。
軟磁性体の長手方向にヘルムホルツコイルによって均一な直流磁界を加えることによってインピーダンスをネットワークアナライザーによって測定した。
軟磁性体膜１４、１６をＦｅＴａＮとした場合、１ＧＨｚのＵＨＦキャリア信号でのインピーダンス変化率が５２％となる。
【００２９】
図５に示すのは、軟磁性体膜１４、１６をＦｅ系のように透磁率の周波数特性が高周波まで伸びている材料とした場合を示し、インピーダンスの変化率が９４％に達している。つまり、図５において、印加する磁界が０Ｏｅの場合のインピーダンス特性の曲線９が、飽和磁界を印加するとインピーダンス特性の曲線１０となり、１ＧＨｚにおけるインピーダンス変化率が９４％となる。
開発されつつあるスピンバルブＧＭＲヘッドのインピーダンスの変化率が５〜７％程度であることに比較すると、極めて高いインピーダンスの変化率であることがわかる。
【００３０】
第１の試作例の磁気ヘッドと同じ構成の磁気回路の一部に０．３ミクロンの厚さの非磁性膜１８でギャップを形成した第２の試作例の磁気ヘッドについて説明する。
ＵＨＦキャリア信号の周波数が１ＧＨｚにおけるインピーダンスの変化は、主として軟磁性体膜１４、１６の透磁率により生ずる抵抗成分によるため、以下、この第２の試作例の磁気ヘッドにおける抵抗成分の変化について説明する。
図６は、ギャップの有無による検出導体膜１５のインピーダンスの抵抗成分の変化を示すグラフである。
【００３１】
前述したように、インピーダンスの変化率を大きくするには、ＵＨＦキャリア信号の周波数が１ＧＨｚにおける抵抗成分を大きくすることが必要である。図６に示すように、第２の試作例の磁気ヘッドの検出導体膜１５のインピーダンスの抵抗成分の曲線１１は、１ＧＨｚにおいて、ギャップを形成していない第１の試作例の磁気ヘッドの抵抗成分の曲線１２に対して１．８倍の抵抗値が得られている。この曲線１１は、飽和磁界を印加すると検出導体膜のインピーダンスの抵抗成分の曲線１３に変化する。
以上、この第２の試作例の磁気ヘッドで説明したように、本発明の磁気ヘッドでは、軟磁性膜１４、１６で構成する磁気回路に非磁性膜１８でギャップを形成することによって、１ＧＨｚにおける磁気によるインピーダンスの変化率は大幅に向上できる。
【００３２】
なお、この実施例は磁気ヨークと磁気回路とを磁気記録媒体との対向面において所定の磁気ギャップを保って接合した磁気ヘッドについて説明した。しかし、この磁気回路に印加される外部磁界を高い感度で検出する素子として、例えば、磁石と組み合わせた位置センサー等に用いられる磁気センサーとして利用できるのはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の実施例で詳しく説明したように、本発明の磁気ヘッドによれば、磁気記録媒体の磁化による信号磁界を、磁気ヨークと磁気ギャップを保って形成した磁気回路で受け取り、受け取った磁束を一部にギャップを有する磁気回路に通すことにより高周波領域におけるインピーダンスの変化率を大きくすることができる。その結果、磁気記録媒体の信号磁界を高い感度で検出することができる。
【００３４】
また、磁気回路に設けるギャップを磁気ギャップと離間して配置することにより、検出導体膜と軟磁性膜との絶縁不良により生じる、高周波キャリア信号による磁気記録媒体の磁化の消去などの悪影響を防止できる。
さらに、本発明の磁気ヘッドを用いることにより、高密度記録された磁気記録媒体の磁化を高い感度で検出できる磁気記録再生装置が得られる。
また、この磁気回路をこれに印加される外部磁界を高い感度で検出する磁気センサーとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ヘッドの構成を示す図。
【図２】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性を示すグラフ。
【図３】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性のインダクタンス成分と抵抗成分とを示すグラフ。
【図４】本発明の確認実験サンプルの検出導体の長さとインダクタンスとの関係を示すグラフ。
【図５】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性を示すグラフ。
【図６】本発明の確認実験サンプルのインピーダンス特性の抵抗成分を示すグラフ。
【図７】従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの動作原理を説明する図。
【図８】従来の磁気によるインピーダンスの変化を利用した磁気ヘッドの磁界強度とＵＨＦキャリア信号レベルの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 外部磁界０Ｏｅ時の特性
２ 外部磁界５Ｏｅ時の特性
３ 印加磁界による変化を示す矢印
４ 外部磁界０Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性
５ 外部磁界５Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性
６ 外部磁界０Ｏｅ時の抵抗成分の特性
７ 外部磁界５Ｏｅ時の抵抗成分の特性
８ 検出導体のインダクタンス特性
９ 外部磁界０Ｏｅ時のインピーダンス特性
１０ 飽和磁界印加時のインピーダンス特性
１１ ギャップが０．３ミクロンの抵抗成分の特性
１２ ギャップを形成しない場合の抵抗成分の特性
１３ 外部磁界により変化しない検出導体膜の抵抗成分の特性
１４、１６ 軟磁性体膜
１５ 検出導体膜
１６Ａ 先端部
１７ 後端領域
１８ 非磁性膜
１９ 磁気ヨーク
１９Ａ 凹部
２０ 磁気ギャップ
２２、２３、２４ 磁束
２５ 非磁性膜
２６ 磁化
２８ 磁気記録媒体
３８ａ、３９ａ 電極端子
３８、３９ 検出電極端子
４７ 抵抗
４８ 高周波発信器
４９ 高周波増幅器
５０ ガラス基板
Claims (4)
- 磁気ヨークの磁気記録媒体に対向する面において、磁気ギャップを保って接合した第１の軟磁性体膜、
前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み、前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる磁気回路、
前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、
前記一対の電極端子に高周波キャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び
前記一対の電極端子間に生ずる高周波キャリア信号を増幅する高周波増幅器
を有することを特徴とする磁気ヘッド。 - 前記一対の軟磁性体膜からなる磁気回路の一部に形成したギャップと、前記磁気ヨークと前記第１の軟磁性体膜との間の磁気記録媒体に対向する磁気ギャップとが互いに反対の位置になるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
- 請求項１または２に記載の磁気ヘッド、
前記磁気ヘッドにより記録されている信号が再生される磁気記録媒体の保持手段、及び
前記磁気記録媒体上の指定された位置へ磁気ヘッドを位置決めする位置決め手段
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。 - 磁気ヨークに磁気ギャップを保って接合した第１の軟磁性体膜、
前記第１の軟磁性体膜と第２の軟磁性体膜とで導電性薄膜を挟み込み、前記磁気ギャップから離れた位置の少なくとも一部にギャップを設けた一対の軟磁性体膜からなる、外部磁界が印加される磁気回路、
前記導電性薄膜の両端に接続した一対の電極端子、
前記一対の電極端子に高周波キャリア信号電流と直流電流を同時に印加する手段、及び
前記一対の電極端子間に生ずる高周波キャリア信号を増幅する高周波増幅器
を有することを特徴とする磁気センサー。
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