JPH0118485B2

JPH0118485B2 -

Info

Publication number: JPH0118485B2
Application number: JP56160937A
Authority: JP
Inventors: Iwao Hatakeyama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1989-04-06
Also published as: JPS5862803A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は垂直磁気記録媒体の高感度・高性能記
録再生を可能とする垂直記録再生方法に関するも
のである。

垂直磁気記録は水平磁気記録よりも、高密度記
録が可能な方式として期待されている。水平記録
では高密度になるに従つて反磁場の影響が大きく
なるのに対し、垂直記録では原理的に高密度にな
るに従つて反磁場が小さくなることによる。しか
しながら垂直媒体の中に高密度記録ができたとし
ても、それを再生することが困難であり垂直記録
の大きなネツクとなつている。第１図は、垂直記
録媒体上での漏洩磁場を計算によつて示したもの
であり、２ａは記録ヘツト長、Hyは漏洩磁場、
ｙは距離、記録ビツトの幅２ａがそれぞれ2μｍ、
0.2μｍ、0.1μｍとし、媒体からの距離をｙとして
ｙ方向の磁場Hyを示した。媒体の抗磁力Hc＝
1000Oe、膜厚1μｍとしたビツト幅2μｍ（線記録
密度500bit／mm）では媒体からの距離が0.3μｍで
Hy＝600Oeであるのに対してビツト幅0.2μｍ
（線記録密度が5000bit／mm）ではほとんど零にな
つてしまい、ビツト密度を大きくするといかにそ
の検出が難しいかが分る。

リングヘツドでの再生できる記録密度はギヤツ
プ幅と浮上量によつて決まるが、これまでの最高
は0.15μｍギヤツプのリングヘツドを用い、0.08μ
ｍの浮上でD₅₀＝3000bit／mm（高密度程出力が低
下し、D₅₀とは出力が半分となる密度である）程
度であつた。出力としてかろうじて出た限界は
8000bit／mmであるが、Ｓ／Ｎが悪く実用にはな
らない。この様な状況で従来の磁気ヘツドである
リングヘツドを用い様とすれば、ヘツドの媒体に
対する浮上量をさらに小さくして漏洩磁場を検出
しなければならなかつた。ところが、従来の浮上
ヘツドにおいて浮上量を0.1μｍ以下にすることは
数10Åの媒体の平滑性が要求され、実用的には無
理であつた。また、リングヘツド以外のヘツド、
即ち補助磁極付単磁極ヘツド、磁気抵抗ヘツド、
ホールヘツド等を用いようとしても、媒体からの
漏洩磁束を検出する型のヘツドでは上記問題が常
に存在する。さらにビツト密度が大きくなると、
検出すべき１ビツトの空間的大きさが小さくな
り、それに従つて検出素子の大きさも１ビツトの
大きさ以下に小さくする必要があり、検出感度が
低下するという問題点もある。媒体の磁化と光の
直接の相互作用を利用するタイプのヘツドではこ
れらの問題点はないが、磁気光学効果を利用する
ヘツドは、検出できる空間分解能は光の回折限界
で定まり、0.6μｍ程度の波長の光を用いるとする
とその検出限界は0.3μｍ程度となる。線記録密度
としては3300bit／mmとなりここで考えている
5000bit／mm以上の高密度記録の再生としては不
可能である。

本発明はこれらの問題点を解決するために、再
生したい箇所だけの磁化を大きくして、媒体から
の漏洩磁場の大きさおよび空間分布を大きくする
ものであり、これによつて従来不可能であつた高
密度垂直記録の高性能再生を可能にする方法を提
供することを目的とする。

第２図は本発明の基本原理を示した図であり、
２．１は記録媒体（たとえばCo−Cr、Baフエラ
イト等の垂直磁化膜とする）、２．２は磁極（パ
ーマロイ、Fe−Si合金、パーマロイ薄膜、Fe−
Si薄膜など）、M₁は媒体の磁化、M₂は磁極の磁
化、σ₁，σ₂はそれぞれ媒体、磁極上の磁極密度、
２ａは磁極の幅、ｄは媒体と磁極の間隔である。
ｙは媒体表面から媒体内部へ向つての距離であ
る。第２図の系において媒体２．１内のｙ方向の
内部磁界Hd（媒体磁化M₁に対する減磁界となる）
は Hd＝４（σ₁tan^-1ａ／ｙ＋σ₂tan^-1ａ／ｙ＋ｄ）（Oe） ……(1) となる。但し媒体裏面の磁極密度の影響は無視し
た。垂直媒体裏面に垂直媒体以上の大きさの磁化
を持つ磁性体（たとえばパーマロイ膜等）を裏打
ちすることにより実現することができる。今ｙ＝
０（媒体表面）とし、ａ＝0.05μｍとした時のHd
をｄの関数として計算する。結果を第３図に示
す。但しパラメーターはσ₂でありσ₂＝０〜−10σ₁
とした。第３図は本発明方法を実施した場合の記
録媒体表面での減磁界を媒体と磁極の距離に対し
て示したものである。Hd／σ₁は磁極面上の磁極
密度で規格化した減磁界である。第３図より明ら
かなように媒体上に磁極がない時の減磁界は2πσ₁
であり、たとえばσ₂＝−5σ₁とすれば、ｄ＝0.15μ
ｍで減磁界は零となる。

垂直磁化膜の膜面と垂直方向の磁気ヒステレシ
スカーブは第４図に示したようになる。図におい
て、Ｈは磁場、Ｍは磁化、Hcは抗磁力、Hsは飽
和磁場、Msは飽和磁化、Mrは残留磁化である。
第４図は磁化容易軸に平行に測定しているにもか
かわらずHcで飽和せずループが斜めになつてい
るのは膜内の減磁界のためである。今Hc＜
4πN・Ms（Ｎは磁性体の形状によつて決まる減磁
界の係数であり、一般に厚さが無視できる膜の膜
と垂直方向ではＮ＝１である）とすると、残留磁
化Mrは Mr＝Hc／4πN ……(2) となる。Hc＞4πN・Msの時にはMr＝Msとなる
がこのためにはMs＝200〜300gaussとするとHc
＞2500Oeとなり、現実にはこのような膜をつく
ることはかなり困難であることと、あまりHcを
大きくすると記録が不可能になる。Msを200〜
300gauss以下にすることは再生出力が小さくな
り望ましくない。即ち現実の垂直磁化膜では残留
磁化MrはMr＝Hc／4πNで与えられる。

ここで磁気ヘツドで高再生出力を得るためには
磁束応答型ヘツドは勿論、磁束微分型ヘツドでも
残留磁化Mrが大きい必要がある。したがつて、
媒体だけでは第４図に示したヒステレシスループ
を描くものに、媒体２．１上に磁極２．２をもつ
てきて減磁界を零にすることにより大幅に残留磁
化を大きくすることができる。但し磁極を持つて
来ただけでは媒体２．１と磁極２．２の磁束が連
続とならないため、媒体２．１と磁極２．２を同
一磁場で励磁することによつてこのことが達成で
きる。基本的な原理を図解したのが第５図であ
る。Hexは外部磁場であり、１〜６は時間の経緯
を示す。媒体表面の磁化はM₁であり最初１の状
態では膜と垂直方向に対して斜めに傾いており、
M₁の垂直成分がMrである。磁極２．２の磁化は
M₂であり、外部磁場Hex＝０の時は第５図の１
に示したようにM₂は媒体膜面と平行になつてい
るとする。これは媒体膜面と平行に磁極に磁化容
易軸を持たせることにより実現できる。次に外部
磁場Hexを最初、媒体磁化の垂直成分と同じ向き
に印加する。この状態が２である。磁極２．２の
飽和磁場は媒体２．１の抗磁力Hcよりも十分小
さくすることにより磁極２．２内の磁化M₂は外
部磁場Hex方向に揃う。この結果媒体内の磁化
M₁は、第５図ａに示したヒステレシスカーブで
矢印の方向に移動する。この時、磁極２．２がな
い場合には実線で示したヒステレシス上（第４図
と同じ）を動くのに対して、磁極２．２がそにあ
るため磁極２．２表面上の磁化M₂による磁場に
よつて減磁界は減少し、さらに減磁界が負になる
条件にすれば（第３図参照）磁気表面磁化M₂に
よる磁場が、外部磁界と同方向にバイアス磁場と
して働くため外部磁場だけでは媒体の抗磁力に足
りない場合でも、バイアス磁場が加わることによ
り、抗磁力と同等以上になり媒体磁化が増加す
る。以上の理由で第５図２において矢印で示した
方向に磁化が移動する。次に外部磁場Hexの方向
を逆向きにして加えたのが３の状態である。３に
おいて、媒体から遠方の磁極内磁化は外部磁場
Hexの向きに揃うが、媒体近くの磁極表面では媒
体磁化M₁（これはHexではほとんどその向きを変
えない）からの磁場の影響を受け、Hexの方向で
はなくM₁の方向に揃うことになり、その結果、
M₁の垂直成分もわずかに減少するに留まり、磁
化はａ図の３の状態となる。次にHexが逆向きに
なつたのが４であり、この結果、M₁はほぼHex
の方向に揃い、垂直方向の磁化はM₁Msとなる。
この状態でHexを零にすれば、６の最終状態とな
る。４の次にさらにHexを逆向きにしたのが５で
あり、この場合は３で述べたと同じ理由で媒体近
くの磁極内磁化M₂は、HexではなくM₁方向に揃
つている。したがつて５を経過した後Hex＝０と
しても６の状態になる。最終状態６では媒体から
遠方の磁化は磁極の容易軸方向に揃つており、媒
体近くではM₁との相互作用により、M₁方向に揃
つた状態で安定する。以上の理由により最初残留
磁化がMrであつたものが最終的には残留磁化が
Msとなる。普通Mrは100gauss程度であり、Ms
は500〜600gaussとすると、実に残留磁化は５〜
６倍に達する。

Hexが第５図の２の状態でM₁の垂直成分と逆
向きに印加する状態から始まる場合は、第５図３
の状態から始まることに相当し、この場合でも最
終的には６の状態になる。又、磁化M₁が最初か
ら逆向きであつた場合（即ち残留が−Mrの時）
でも同様な操作により残留磁化が−Msとなるの
は自明である。この現象をより顕著に現わすため
にはHexを数10サイクル印加するのが良い。又印
加磁場の大きさを交流消磁する時の様に徐々にそ
の振幅を小さくすればその効果は大きい。第６図
は本発明方法において効果的な励磁用の磁場の与
え方を示したものである。この時のHexを第６図
に示す。図中ｔは時間を示す。

次に以上の操作によつて、再生したい部分の媒
体磁化の垂直成分を大きくした場合の効果につい
て述べる。

第７図は従来の垂直磁気記録の磁化状態を示す
モデルであり、このモデルよりｙ方向の漏洩磁場
Hyは次式の様に計算される。

Hy＝Ms／2πμ_0∞ 〓〓ⁿ⁼⁰ ｛tan^-1（2n＋２）ａ＋ｘ／ｙ−2tan^-1（2n＋１）ａ
＋ｘ／ｙ＋tan^-12na＋ｘ／ｙ −tan^-12na−ｘ／ｙ＋2tan^-1（2n＋１）ａ−ｘ／ｙ−
tan^-1（2n＋２）ａ−ｘ／ｙ｝（AT／ｍ）……(3) となる。μ₀は真空の透磁率、Msは媒体の磁化、
ａは記録ビツト幅であり、Hyの単位はAT／ｍ
である。これに対して、本発明による記録状態で
は第８図のように１個だけの記録ビツトだけが、
垂直方向の磁化が大きく、他のビツトの磁化Mr
はそれに対して無視できるのでその場合のｙ方向
の漏洩磁場Hyは Hy＝Ms／2πμ₀（tan^-1ａ／２−ｘ／ｙ＋tan^-1ａ／２＋
ｘ／ｙ）（AT／ｍ） ……(4) となる。

(3)式においてMsは実際には垂直方向の残留磁
化Mrであり、(2)式により決まる。今媒体厚δと
記録波長λ＝2aの比をδ／λ＝2.5とするとＮは
0.5と計算される。第９図は減磁界を計算するモ
デルであり、δが膜厚、σ_nは磁極密度、λは記
録波長である。これによるとｙ方向の減磁界Hdy
は Hdy＝−4πσ_nexp（−πδ／λ）cosh（2πy／λ） sin（2πx／λ） ……(5) となり、これより上記Ｎを求めた。

これから膜の垂直方向の抗磁力Hcを1000Oeと
すれば(2)式よりMr＝1000／4π×0.5＝160gaussと
なる。又(4)式においてMs＝500gauss（たとえば
15at％Cr−Co合金の場合）として、両者を比較
したのが第１０図、第１１図である。第１０図は
媒体表面からの距離をｙとして、媒体表面上のｙ
方向の漏洩磁場Hyを示したものであり、図中曲
線Ａは第７図で示したモデルの場合、曲線Ｂは本
発明方法によつた場合であり、第８図に示したモ
デルによるものである。ただし、ビツト幅ａは
0.2μｍ（5000bit／mmに相当する）とした。Ａの
場合にはｙ＝0.3μｍ以上では、Hyはほとんど零
になるためいかに高感度の磁気ヘツドを用いても
検出が不可能であるのに対し、Ｂの場合にはｙ＝
0.3μｍとしてもHyが650Oeとなり十分検出可能
となる。第１１図はｙ＝0.2μｍとしてｘ方向の
Hy分布を示したものである。ビツト幅ａは0.2μ
ｍであり、曲線Ａの場合は0.2μｍ周期でHyは正
負に変化する。これに対して曲線Ｂでは0.2μｍ幅
の弧立磁化がある場合であり、ｘ＝０でHyはＡ
の場合の18倍であり、ｘ方向の広がりもＡに比較
して大幅に広がつていることがわかる。

以上述べた優れた特性を実際の垂直磁気デイス
クの再生に用いるためには種々の方法があるが、
その例を次に示す。第１２図において１２．１は
磁極２．２の周囲に巻いた励磁コイルであり、こ
れに電流を流すことにより励磁用の磁場を発生す
る。磁極の幅２ａは１記録ビツト幅より小さくす
る。１２．２はある時間だけコイル電流を流すた
めのスイツチング回路、１２．３は交流電源であ
る。この場合は励磁用と再生用磁極が共通になつ
ており、１２．４は再生用コイル、１２．５はあ
る時間だけ信号を通すゲート回路、１２．６は信
号の増幅器である。これによつて再生するには次
の様にする。媒体２．１は磁極２．２に対して両
者の間隔を一定に保ちつつ相対的に移動させる。
それと共に第１３図イに示した様に励磁コイル１
２．１に１ビツトが通過する時間t_nより短い時間
だけ数サイクル電流を流し、第８図に示したよう
に再生したいビツト内の磁化の垂直成分を大きく
する。次に励磁電流を切ると同時にゲート回路１
２．５でゲートを開き、磁束検出用コイル１２．
４で媒体２．１から磁極２．２に誘導した磁束を
検出し第１３図ロに示すような信号を得ることが
できる。またこれと異なる方法でも再生できる。
第１３図ハに示したように励磁コイルにt_nよりも
短い周期の交流電流を連続的に流しておくと、第
１３図ニに示したような信号が検出コイル１２．
４に誘起される。第１３図ニで励磁用信号をフイ
ルター等で切ることにより記録媒体からの信号の
みを検出することができる。

再生の他の方法を第１４図に示す。１４．１は
励磁用および検出用の補助磁極である。１４．２
は媒体２．１の基板である。この場合は主磁極
２．２の励磁を媒体２．１をはさんで反対側にお
いた補助磁極に励磁電流を流して行なう。又検出
は媒体からの磁場により主磁極２．２の先端が磁
化され、主磁極２．２からの磁束により補助電極
１４．１に誘導磁束を生じせしめ、コイル１４．
１を再生用として用いることにより、増幅器１
２．６から信号出力を取り出すことができる。

さらに、第１２図、第１４図とほぼ同じ構成
で、ただし検出の原理は磁束の微分型ではなく磁
極２．２内の磁束を直接検出しても良い。この場
合は磁極２．２を磁気抵抗素子として用いる方
法、あるいは磁気光学効果を用いて磁極に直線偏
波光を当て反射光のケル（Kerr）回転角を検出
するか、直線偏波光を磁極２．２の中を透過させ
フアラデー回転角を検出すれば良い。あるいは磁
極２．２上にホール素子を設置してホール電圧を
検出する方法もある。いずれにしても信号の大き
さ、空間的分布が非常に大きくなり検出が楽にな
り、SNRも向上する。この発明は検出の原理
（磁束変化、磁気抵抗効果、磁気光学効果、ホー
ル効果等）を規定するものではなく、磁極２．２
に誘起された信号磁束は他の種種の方法で検出で
きよう。

又、第１２図、第１４図に示した構成により記
録もできる。その場合は励磁用コイル（第１２図
の場合は再生用コイル１２．１は使用しないで）
を記録用として用い、第１５図に示した様に電流
を流せば良い。イでは、より高周波部分は媒体磁
化を立たせるための電流であり、低周波部分が信
号であり残留の磁化方向を決定する。ロの場合は
信号である低周波上により高周波の励磁用電流が
重畳しているものであり、この方法によつても記
録できる。ただし励磁用磁界は第４図に示したヒ
ステレシスループで媒体の抗磁力Hcを越えては
いけない。又信号磁界はHc以上でなければなら
ない。従来飽和記録を行なうためには媒体の飽和
磁場Hs以上の記録磁場を必要としたのに対し、
本発明の記録方法を用いると媒体の抗磁力Hcよ
りわずかに大きい磁場で飽和記録ができるという
利点がある。通常Co−Cr垂直磁化膜でHs
10KOe、Hc1KOeであり、１桁近い低磁場で
飽和記録ができる。

具体的な記録の構成に関してはこれ以外にもあ
り、たとえば励磁用コイルと信号用コイルを別々
にするが、あるいは励磁用磁極と信号記録用磁極
を別々にする等考えられるが、この発明は上記原
理を応用するすべての場合を含み個々の具体例を
規定するものではない。

以上述べたように本発明方法を用いることによ
り、10000bit／mm以上の高密度記録を行なつた垂
直記録媒体において再生したい箇所のみの磁化の
垂直成分を大きくできること、したがつて再生し
たい箇所の漏洩磁場の大きさ、空間的広がりを共
に飛躍的に大きくすることができるため、従来不
可能であつた高密度記録の高出力、高Ｓ／Ｎ再生
が可能となる。又記録においても従来垂直記録媒
体へ飽和記録を行なうには媒体の飽和磁場程度の
大きい磁場を必要としたのに対して、記録したい
部分の減磁界を零にすることにより媒体の抗磁力
程度の低い磁場によつてそれが可能となるという
大きな利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の垂直記録された媒体上の漏洩磁
場と媒体からの距離の関係を示したものである。
第２図は本発明方法の原理図、第３図は記録媒体
での減磁界を媒体と磁極の距離に対して示したも
のである。第４図は垂直磁化膜で膜面と垂直方向
に測定した一般的ヒステレシス曲線、第５図は本
発明の作用を説明する図であり１〜６は時間の経
緯を示す。ａ図は媒体のヒステレシス曲線の中で
１〜６に対応した点を示すための図である。第６
図は本発明方法において効果的な励磁用の磁場の
与え方を示したもの、第７図は従来の一般的垂直
記録された媒体の磁化モデル、第８図は本発明方
法を実施した結果の媒体の磁化モデル、第９図は
垂直記録された媒体内での減磁界を計算するため
の磁化モデル、第１０図は本発明方法による磁化
構造と従来の垂直記録の磁化構造から計算された
漏洩磁場の媒体からの距離依存性を示した図、第
１１図は媒体からの距離ｙをｙ＝0.2μｍと一定と
し、ｘ方向の磁場変化を示したものである。第１
２図は本発明方法の具体的実施例、第１３図は励
磁用コイルに流す電流および検出した信号電圧の
波形を示すもので、イ，ハは励磁電流、ロ，ニは
出力信号電圧の波形である。第１４図は本発明方
法の他の実施例、第１５図イ，ロは本発明方法に
よる記録電流波形を示したものである。１２．１……励磁用コイル、１２．２……スイ
ツチング回路、１２．３……交流電源、１２．４
……検出用コイル、１２．５……ゲート回路、１
２．６……増幅器、１４．１……励磁および検出
用の補助磁極、１４．２……媒体の基板。

Claims

【特許請求の範囲】

１垂直磁気異方性を有する磁性薄膜媒体と、磁
性体より成る磁極を対向させ、該磁性薄膜媒体と
該磁極とを両者の間隔をほぼ一定に保ちながら相
対的に移動させ、しかも該磁性薄膜媒体と該磁極
とを同一の磁場で励磁し、励磁と共にあるいは励
磁後に再生を行うことを特徴とする垂直記録再生
方法。