JPH01140410A - 超伝導材料を含む記録／再生用磁気ヘッド - 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】 産業上の利用分野 本発明は、超伝導材料を含む記録／再生用磁気ヘッドに
関するものであり、さらに詳細には、超伝導材料がこの
磁気ヘッドから磁気記録媒体に向けて発生する磁束を集
束させるのに使用されている磁気ヘッドに関する。

従来の技術 本発明の重要性を明らかにするため、まず既存の記録／
再生用磁気ヘッドの一般的な記述を行う。

記録／再生用磁気ヘッドは、厚さがｅの非磁性ギャップ
２を有する透磁率の大きな磁気回路１と、この磁気回路
１を取り囲む電気回路（コイル）３とで構成されている
（第１図）。

コイル３は、電流が流れているときには磁場Ｈを発生さ
せる。この磁場が磁気回路１に捕捉されてギャップ２の
位置に集まる。これとは逆に、ギャップ２の位置で磁束
が局所的に変化するとコイル３の端子に電圧Ｖが誘起さ
れる。

既存の磁気ヘッドは２つのグループに分類することがで
きる。

−磁性材料からなる半ヘッドを加工して組み立てること
により実現されたサイズの大きなヘッド（例えば、フェ
ライト製または磁性金属製のオーディオ用ヘッドや、フ
ェライトの単結晶からなる家庭ビデオ（ＶＨ３）用ヘッ
ド）。コイル３は半ヘッドの組み立て後に巻きつける。

−第２図に示したように、誘電性材料、磁性材料、半導
電性材料の薄膜を連続的に堆積させてエツチングで成形
することにより磁気回路１、ギャップ２、コイル３を実
現した薄膜ヘッド。

各グループの磁気ヘッドの用途は以下の通りである。

−水平縦方向の記録。すなわち、記録媒体内で磁化を記
録媒体ならびにテープの進行方向に対して平行にする。

あるいは、 −垂直または鉛直記録。すなわち、記録媒体内で磁化を
記録媒体ならびにテープの進行方向に対して垂直にする
。

この第２のタイプの記録を行うためには、磁気回路１が
ギャップ２の位置で２つの対称な磁極によって閉じてお
らず、一方の磁極のみが記録に積極的な役割を演じるよ
うな磁気ヘッドを使用することが好ましい。これは、主
磁極または単一の磁極を有する磁気ヘッドである。

磁気ヘッドを特徴付ける主要な基準はＳ／Ｎ比である。

このＳ／Ｎ比はできるだけ大きい必要がある。

−信号の値は（記録中または逆に再生中の）効率ηによ
って決まる。

η−Ｈ（ｘ　）　／　Ｈａ ただし、Ｈ（ｘ）はギャップからの距離Ｘでの書き込み
磁場である。

Ｈｏは書き込みの理論的最大磁場の値でありｎ　ｉ　／
　ｅに等しい。

■はコイル３を流れる電流。

ｎはコイル３の巻線の数である。

′ｅはギャップの厚さである。

−磁気ヘッドの固有ノイズ（熱雑音）はインピーダンス
の実数部に比例する。

Ｒ＝ＲＢ＋Ｒし ただし、ＲＢ　はコイルの抵抗で、ρβ／Ｓと表され、 Ｒｏは、 μｅ と表される。ただし、 ρはコイル３のワイヤの抵抗。

ｌはコイル３の巻き線数に比例した長さ。

Ｓはワイヤの断面積。

Ｌは磁気ヘッドのインダクタンスでありｎ２に比例する
。

μ°°８は磁気回路の有効透磁率の虚数部である。

μ′０は磁気回路の有効透磁率の実数部である。

発明が解決しようとする課題 従って、本発明の目的は、磁気ヘッドのＳ／Ｎ比を大き
くすることのできる手段を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、様々なタイプの磁気ヘッドに適用することが
できるが、特に、以下の磁気ヘッドに関係する。

−水平縦記録または垂直記録用のサイズの大きな磁気ヘ
ッド。

−水平縦記録または垂直記録用の薄膜磁気ヘッド。

−主磁極または単極を有する垂直記録用の磁気ヘッド。

従って、本発明によれば、ギャップによって隔てられた
２つの磁極を端部に有する磁気回路を備え、これら磁極
とギャップが磁気記録媒体の記録面の近くに配置されて
いる記録／再生用磁気ヘッドであって、上記ギャップが
、上記記録媒体の記録面にほぼ垂直な方向に配置された
少なくとも１つの超伝導材料層を含むことを特徴とする
記録／再生用磁気ヘッドが提供される。

さらに、本発明によれば、超伝導材料からなる薄膜にさ
れた磁場誘導回路を備える記録／再生用薄膜磁気ヘッド
が提供される。

また、本発明によれば、磁場形成用誘導コイルが取り付
けられており、磁気記録媒体の記録面の近（に配置され
た発生面を有する磁場発生端部を備える単一の磁極を含
んでおり、磁場を上記記録面に対して垂直に発生させる
単極記録／再生用磁気ヘッドであって、このヘッドが、
上記発生面を除いて上記磁場発生端部を覆う超伝導材料
製の少なくとも１つのスリーブを備えることを特徴とす
る記録／再生用磁気ヘッドが提供される。

最後に、本発明によれば、記録／再生用磁気ヘッドの製
造法であって、 ａ）上記超伝導材料層の一部の上に磁性材料層を堆積さ
せ、 ｂ）上記超伝導材料層の残りの部分の上に第１の絶縁層
を形成し、 Ｃ）上記磁性材料層と上記第１の絶縁層の上に、絶縁材
料がなく磁性材料が露出した部分を中心部に有する第２
の絶縁材料層を形成し、 ｄ）上記第２の絶縁層の上に超伝導材料からなるコイル
を形成し、上記磁性材料層の上にやはり超伝導材料から
なるギャップを形成し、 ｅ）上記コイルの上に、上記磁性材料の上記部分を露出
させた状態で第３の絶縁層を形成し、ｆ）上記磁性材料
の上記露出部分と上記ギャップとを覆う磁性材料層を形
成し、 ｇ）上記ヘッド全体の上に超伝導材料層を形成する段階
を含むことを特徴とする方法が提供される。

本発明の様々な目的および特徴は、実施例を示す添付の
図面を参照した以下の説明により明らかになろう。

実施例 第１図に図示したような従来の大きなサイズの磁気ヘッ
ドは書き込み効率がよい。というのは、ギャップの位置
で磁気回路の断面積を容易に小さくして磁束を集束させ
ることができるからである。

逆に、この磁気ヘッドは再生の際のＳ／Ｎ比が最適にな
らない。その理由は以下の通りである。

大きなサイズの磁気ヘッドでは、値ＲＬが圧倒的に大き
い。というのは、透磁率が典型的には１に等しい材料で
構成されたギャップ２を磁束が通過しているため、イン
ダクタンスＬが特に磁気回路のこのギャップ２の位置で
の断面積Ｓに比例するからである。

断面積Ｓは、磁気ヘッドの幅Ｌ（この幅が記録トラック
の幅を決定する）と、ギャップの深さβによって決まる
。ギャップの深さは、磁気ヘッドの加工条件と摩耗条件
によって決まる固定された値である。

５＝ＬＸ／！ 例えばＶＨＳビデオ用ヘッドは以下の特性を有する。

−ｅ＝０．３ミクロン、 −Ｌ＝　　４０ミクロン、 −ｆ＝　　２０ミクロン、 一３＝８００平方ミクロン。

本発明を利用すると、第３図に示したようにギャップ２
に超伝導材料を用いてこの問題を解決することができる
。実際、従来の材料は透磁率が極めて１に近いために磁
場がギャップを通過することができた。

これに対して超伝導材料は透磁率がゼロであるために磁
場はギャップをまったく通過することができない。従っ
て、磁場はギャップの外でしかループを作ることができ
ない。この結果、インダクタンスが（従って磁気ヘッド
のノイズが）小さくなって大きなサイズの磁気ヘッドの
Ｓ／Ｎ比が向上する。

実際、非超伝導材料からなるギャップを有する大きなサ
イズの磁気ヘッドでは、ノイズはインダクタンスに比例
し、インダクタンスはさらに磁気回路のギャップの位置
の断面積５＝Ｌ）ｌに比例する。

ギャップが超伝導材料で構成されている場合には、磁場
はギャップの外でしかループを作ることができない。す
るとインダクタンスは漏れ磁場のみによる。これは、第
１近似として有効面積Ｓ゛が約ＬＸｅになっていること
に対応する。従ってノイズは係数Ｓ／Ｓ’　　＝ｌ／ｅ
の分だけ減少する。

ここで例として考えているビデオ用磁気ヘッドの場合に
はこの係数の値は約６６である。

さらに、超伝導材料からなるギャップを使用すると、磁
力線の配置がより好ましいために効率を向上させること
ができることに注意されたい。−般には利得は２であり
、この利得により、特に、磁気回路１を構成する所定の
材料に対して、保磁力が２倍大きな材料に記録すること
ができる。

製造方法によっては、磁気回路が２つの部分にされる。

磁気ヘッドの磁気回路を得るためには、磁気回路の２つ
の部分を接合する。第１１図には、例として磁気回路の
部分１０が示されている。本発明の変形例によれば、磁
気回路の２つの部分を接合する前に、磁気回路の少なく
とも一部の内側、特にギャップ２として機能すべき領域
を超伝導材料層９で覆う。

数値例を挙げると、このような層の厚さは磁場の侵入深
さよりも大きくなるよう約数百オングストロームにする
。

以下に、第２図に示したタイプの本発明の薄膜磁気ヘッ
ドを説明する。

薄膜磁気ヘッドは断面積Ｓが２つの理由ではるかに狭く
なっている。すなわち、ギャップの深さｌを浅くするこ
とが可能であり、しかも、原則として記録媒体と接触せ
ずに機能するので、このタイプの磁気ヘッドは摩耗せず
、従ってギャップの深さβが深い必要がないからである
。

例えば、ハードディスク用の磁気ヘッドは以下の特徴を
有する。

−ｅ＝０．５ミクロン、 −Ｌ＝　　４０ミクロン、 −β＝　２ミクロン、 −Ｓ＝　　８０平方ミクロン。

従って、このような磁気ヘッドは原則としてＳ／Ｎ比が
より大きいという利点を有する（信号が同じであると仮
定するとＳ／Ｎ比が１０倍優れている）。

しかし、このような磁気ヘッドには３つの欠点がある。

−記録媒体と接触して動作することはできない。

というのは、ギャップの深さｌが浅いために、信号がわ
ずかでも小さくなることを防止するために磁気ヘッドが
少しでも摩耗することが禁止されるからである。

−　ギャップの深さβが数ミクロンになるように磁気ヘ
ッドを加工することは極めて難しいため、生産効率が低
くなる。

−ギャップの深さβがあまりに大きな値（磁性材料層の
厚さよりも大きな値）に維持されているときには、磁場
はギャップ内でループを形成する傾向があり、ギャップ
から発生する記録用漏れ磁場は大きく減衰して急速にゼ
ロとなる。すると磁気ヘッドは保磁力が弱い（従って低
性能である）媒体にしか書き込むことができない。さら
に、相反性の原理により、読み出しの効率も同じ割合で
小さくなる。この結果Ｓ／Ｎ比が悪くなる。

上記の欠点はすべて、従来の磁気ヘッドにおいてはギャ
ップ２を構成するのに通常使用される材料の透磁率が１
に近いために磁場がギャップを通過してループを形成す
ることができることと関係している。

本発明に従ってギャップに透磁率がゼロの材料を用意す
るとギャップ内で磁場がループを形成することが禁止さ
れるため、大きな効率を維持したままギャップの深さｌ
をより深くした薄膜磁気ヘッドを製造することができる
。従って、磁気ヘッドの加工がはるかに簡単になる。さ
らに、ギャップの深さｌはある程度の摩耗に耐えられる
値であるため、このタイプの磁気ヘッドを記録媒体と接
触させて使用することができるようになる。この結果、
磁気ヘッドの生産効率と寿命が明らかに向上する。

効率において２倍の利得が大きなサイズの磁気ヘッドの
場合と同様に得られることに注意されたい。

さらに、この場合には抵抗Ｒは主としてコイルの抵抗Ｒ
Ｂによる。コイルが超伝導材料で構成されているとこの
抵抗Ｒｓは無視することができる。

本発明に従って、ともに超伝導材料からなるギャップ２
とコイル３を組み合わせると、信号を大きくし、かつノ
イズを小さくすることができる。従って、コイルが単一
の巻線を有する磁気ヘラドの場合には特にこの組み合わ
せが重要である。実際、コイルとギャップは、第４図に
示されているように同じパターンの超伝導材料で形成さ
れている。

このため、磁気ヘッドの製造が非常に簡単になる。

非超伝導材料からなるこのタイプの磁気ヘッドはＳ／Ｎ
比が極めて悪いが、超伝導材料からなるギャップとコイ
ルを有する本発明の磁気ヘッドはＳ／Ｎ比が満足すべき
ものである。特に、磁気ヘッドにやはり超伝導材料から
なる（固定または回転）トランスが接続されている場合
には信号を人力増幅器のノイズに対して十分に大きなレ
ベルにすることによってＳ／Ｎ比が優れたものになる。

第４図は、このタイプの本発明の薄膜磁気ヘッドの図で
ある。

絶縁基板６が超伝導材料層７で被覆されている。

この超伝導材料層７の一部は、磁気ヘッドの活性面２５
の端部までが磁性材料層１で覆われている。

この超伝導材料層７の残りの部分は絶縁材料層８゜で覆
われている。

磁性材料層１と絶縁材料層８″　の上には、超伝導材料
からなるプレーナ型コイル３がそれらの層とは絶縁材料
層８で分離された状態で形成されている。このコイルの
絶縁は、上から絶縁材料層８゛′で覆うことにより完了
する。

磁性材料層１の上には超伝導材料からなるギャップ２が
形成される。

磁気回路１は、絶縁材料層８″とギャップ２を磁性材料
で覆うことにより完成する。この全体は、超伝導材料７
゛で覆われる。

このようにして、磁気回路１がコイル３の内部を通過し
、かつギャップ２を取り囲む２つの磁極１０．１１を有
する磁気ヘッドが得られる。

このような磁気ヘッドの製造方法には以下の段階が含ま
れる。

ａ）基板６の上に超伝導材料層７を形成する。

ｂ）超伝導材料層７の一部の上に磁性材料層１を堆積さ
せる。

Ｃ）超伝導材料層７の残りの部分の上に絶縁材料層８°
　を形成する。

ｄ）磁性材料層１と絶縁材料層８′　の上に、絶縁材料
がなく磁性材料が露出した部分Ｍを中心部に有する絶縁
材料層８を形成する。

ｅ）絶縁材料層８の上に超伝導材料からなるコイル３を
形成し、磁性材料層１の上に超伝導材料からなるギャッ
プ２を形成する。

ｆ）コイル３の上に、上記磁性材料層の部分Ｍを露出さ
せた状態で絶縁材料層８°′を形成する。

ｇ）磁性材料層１の部分Ｍとギャップ２とを覆う磁性材
料層を形成する。

ｈ）上記ヘッド全体の上に超伝導材料層７′　を形成す
る。

上記の各段階は、公知の蒸着法とエツチング法によって
実現される。

本発明の変形例によると、超伝導材料からなる層７と７
°を形成しないことが可能である。

第５図と第６図は、本発明のプレーナ型磁気ヘッドの図
である。この磁気ヘッドは、基板Ｓの上に、ギャップ２
で隔てられた２つの薄膜磁極１０と１１を備えている。

磁場を誘起するためのコイル３と３′　を有する磁気回
路１は、基板に対して磁極１０と１１とは反対側でこれ
ら磁極に対向するように位置している。

コイルから発生する磁束Ｆは基板Ｓを通って磁極１０と
１１によってループを形成する。

これまでに説明した実施例にふけるのと同様にギャップ
２は超伝導材料を含んでいるため、第６図に示されたよ
うにコイル３と３′　で発生した全磁束Ｆはギャップ２
を通過せずに磁極１ｏから磁極１１に向かう。

以下に、本発明を垂直記録用磁気ヘッドに応用した実施
例を説明する。

この応用は、やはり磁気ヘッドから記録媒体に向けて発
生した磁束を集束させるという点で、既に説明した本発
明の実施例におけるのと同じアイデアから出たものであ
る。

水平または垂直の磁気記録の特徴は、磁気ヘッドそのも
のの特性よりも記録媒体の特性により決まる。従って、
第３図に図示したタイプの磁気ヘッドをこの２つの場合
に使用することができる。

しかし、場合によっては、垂直記録により適した磁気ヘ
ッド、すなわち記録媒体の表面に垂直な磁場成分が水平
成分に比べて圧倒的に大きい磁気ヘッドを利用すること
が望ましい。この目的で利用される基本原理は、磁気回
路１の磁極を１つのみ磁気ヘッドの活性領域に残すとい
うものである。

この磁気回路の残りの部分は、補助磁極と呼ばれる磁極
によって記録媒体上でループを形成する場合、あるいは
無限遠でループを形成すると考えることができる場合が
ある。このような単極磁気ヘッドが第７図に示されてい
る。

このタイプの磁気ヘッドでは、空間分解能、すなわち磁
気ヘッドが読むことのできる最小波長は、もはやギャッ
プの厚さｅによって決まるのではなく主磁極の厚さによ
って決まる。理論的には２０゜の程度の分解能が可能で
あるが、磁力線が理想的な配置になっている場合にしか
この限界値に到達することができない。しかし、この配
置は通常の材料を用いたのでは実現することができない
。というのは、第８図に点線で示されている磁力線が端
部面１６に達しないうちに磁極から外に出るからである
。

この現象は、磁極を取り囲む記録媒体の透磁率が１に近
いことに起因する。

本発明によれば、この欠点を解決するために、磁極を透
磁率がゼロの超伝導材料５で取り囲むことにより磁場を
磁極の内部に閉じ込める手段を設ける。

第９図は、このような磁気ヘッドの実施例を示す図であ
る。磁極１４は、端部面１６を除く各面が透磁率がゼロ
の材料、特に超伝導材料５で覆われている。従って、磁
場は磁極１４内に閉じ込められる。

この磁極の側壁からの漏れ磁場はない。磁極１４から出
る全磁場は、第９図の点線で示したように端部面１６を
通る。

このような磁気ヘッドの効率は、磁気回路１と超伝導材
料５の形状を変えて磁束を活性領域の位置に集束させる
ことにより向上させることができる。

例えば第１Ｏ図に示した実施例において、磁極１４は端
部１５に磁束を集束させることのできる狭隘部を備えて
いる。超伝導材料５はこの狭隘部に適合した形状である
。

さらに、この実施例の超伝導材料は、磁気ヘッド、すな
わち磁気回路１４とコイル３とを端部面１６を除いて覆
っている。

磁気回路１４は、透磁率が大きな下層を備える記録媒体
上の補助磁極を用いて閉じさせることもできる。この補
助磁極には、磁場を集束させるための超伝導材料製スリ
ーブを取り付けることも可能である。

予期される性能の向上は、以下の２つの条件が満たされ
たときにのみ実現される。

−超伝導材料内への磁場の侵入深さが十分に浅い。

−超伝導材料の臨界磁場が十分に大きい。

上記の説明は単なる例であって本発明が上記の実施例に
限定されないことは明らかである。本発明の範囲を逸脱
することなく、別の変形例を考えることができる。数値
例は単に説明をわかりやすくするために提示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、サイズの大きな従来の磁気ヘッドの図である
。 第２図は、従来の薄膜磁気ヘッドの図である。 第３図は、本発明のサイズの大きな磁気ヘッドの図であ
る。 第４図は、本発明の薄膜磁気ヘッドの図である。 第５図と第６図は、本発明のプレーナ型磁気ヘッドの図
である。 第７図と第８図は、単極磁気ヘッドの図である。 第９図は、本発明の単極磁気ヘッドの図である。 第１０図は、第９図の磁気ヘッドの変形例を示す図であ
る。 第１１図は、本発明の磁気回路の一部の一実施例を示す
図である。 （主な参照番号） １・・磁気回路（磁性材料層）、 ２・・ギャップ、　　　　　３．３°・・コイノベ５．
７．７°、９・・超伝導材料（層）、６、Ｓ・・基板、 ８．８°、８°”・・絶縁材料（層）、１０．１１．１
４・・磁極、　　１５・・端部、１６・・端部面 特許出願人トムソンーセーエスエフ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）ギャップによって隔てられた２つの磁極を端部に
   有する磁気回路を備え、これら磁極とギャップが磁気記
   録媒体の記録面の近くに配置されている記録／再生用磁
   気ヘッドであって、上記ギャップが、上記記録媒体の記
   録面にほぼ垂直な方向に配置された少なくとも１つの超
   伝導材料層を含むことを特徴とする記録／再生用磁気ヘ
   ッド。
2. （２）上記ギャップが単一の超伝導材料で構成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の記録／再生用磁気
   ヘッド。
3. （３）超伝導材料薄膜で製造された磁場誘導回路を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の記録／再生用磁気ヘ
   ッド。
4. （４）上記磁場誘導回路が、上記ギャップを形成してい
   るのと同じ超伝導材料からなることを特徴とする請求項
   ３に記載の記録／再生用磁気ヘッド。
5. （５）磁場形成用誘導コイルが取り付けられており、磁
   気記録媒体の記録面の近くに配置された発生面を有する
   磁場発生端部を備える単一の磁極を含んでおり、磁場を
   上記記録面に対して垂直に発生させる単極記録／再生用
   磁気ヘッドであって、このヘッドが、上記発生面を除い
   て上記磁場発生端部を覆う超伝導材料製の少なくとも１
   つのスリーブを備えることを特徴とする記録／再生用磁
   気ヘッド。
6. （６）超伝導材料製の上記スリーブが、上記放射面を除
   いて、上記磁気回路と、上記磁場誘導コイルとを覆って
   いることを特徴とする請求項５に記載の記録／再生用磁
   気ヘッド。
7. （７）超伝導材料製の上記スリーブが、上記磁気回路と
   上記磁場誘導コイルとを覆う層であることを特徴とする
   請求項６に記載の記録／再生用磁気ヘッド。
8. （８）上記磁場発生端部が狭隘部を備え、超伝導材料製
   の上記スリーブがこの狭隘部の形状に適合していること
   を特徴とする請求項５に記載の記録／再生用磁気ヘッド
   。
9. （９）請求項４に記載の記録／再生用磁気ヘッドの製造
   法であって、 ａ）上記超伝導材料層の一部の上に磁性材料層を堆積さ
   せ、 ｂ）上記超伝導材料層の残りの部分の上に第１の絶縁層
   を形成し、 ｃ）上記磁性材料層と上記第１の絶縁層の上に、絶縁材
   料がなく磁性材料が露出した部分を中心部に有する第２
   の絶縁材料層を形成し、 ｄ）上記第２の絶縁層の上に超伝導材料からなるコイル
   を形成し、上記磁性材料層の上にやはり超伝導材料から
   なるギャップを形成し、 ｅ）上記コイルの上に、上記磁性材料の上記部分を露出
   させた状態で第３の絶縁層を形成し、ｆ）上記磁性材料
   の上記露出部分と上記ギャップとを覆う磁性材料層を形
   成し、 ｇ）上記ヘッド全体の上に超伝導材料層を形成する段階
   を含むことを特徴とする方法。
10. （１０）上記方法の第１段階の前に超伝導材料からなる
    層を堆積させる段階を含むことを特徴とする請求項９に
    記載の方法。
11. （１１）上記方法の最後の段階のあとに超伝導材料から
    なる層を堆積させる段階を含むことを特徴とする請求項
    ９に記載の方法。