JPH05114109A

JPH05114109A - 磁歪振動ノイズを減少させた浮上型磁気ヘツド

Info

Publication number: JPH05114109A
Application number: JP27363591A
Authority: JP
Inventors: Chiharu Mitsumata; 千春三俣; Masanobu Yamazaki; 昌信山崎; Makoto Goto; 良後藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】浮上型磁気ヘッドの再生時のノイズを低減し
て、トラック位置の検出精度を高くする。【構成】立方晶系である単結晶磁性体の有する線磁歪
定数λ₁₁₁とλ₁₀₀がその絶対値に於いて、｜｜λ₁₁₁｜
−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１０-⁶である単結晶磁性体を電磁
変換素子に用いた浮上型磁気ヘッドで、特に電磁変換素
子を形成する前記単結晶磁性体がｍｏｌ％表示で２０≦
ＭｎＯ≦４０、１０≦ＺｎＯ≦２５、５０≦Ｆｅ₂Ｏ₃≦
６５の範囲の化学組成を有する単結晶ＭｎＺｎフェライ
トである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータなどに用い
られる外部用磁気記録装置において、磁気的信号および
電気的信号を電磁変換して信号の入出力を行う磁気ヘッ
ドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】外部記憶装置としての磁気記録装置には
高密度記録を指向して様々な技術が導入されている。磁
気記録装置に用いられる磁気ヘッドも高密度記録、再生
を行うために高い性能が要求されている。磁気ヘッドは
記録の高密度化に対応するため、その記録再生を司る電
磁変換素子には狭トラック化が図られている。狭トラッ
ク化が進んだ場合素子は高効率の電磁変換特性を要求さ
れるが、この変換効率を上げるために素子材料の単結晶
化が行われている。電磁変換素子に用いられる単結晶材
料の代表としてはＭｎＺｎフェライトが上げられるが、
素子の高性能化の目安としては例えば永田ら（電子通信
学会技術研究報告８３（１９８３）１１）によるよう
な磁性体の異方性エネルギ−と磁歪の関連に置いて透磁
率の変化という観点で議論されてきた。即ち、高効率の
電磁変換素子では透磁率の高い材料が必要となるという
ことである。単結晶材料の磁歪現象については例えば麻
生ら（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＭ
ＡＧＮＥＴＩＣＳ１４（１９７８）７６）によるよう
な議論がなされている。この結果によれば単結晶材料の
透磁率は誘導磁気異方性を介して磁歪の関数として表現
されるが、材料の持つ個々の線磁歪の値としてではなく
飽和磁歪としての効果が問題とされており、結晶方位に
関する線磁歪定数の詳しい解析はなされていない。

【０００３】これらの単結晶磁性体を電磁変換素子とし
て用いた例としては特開昭５７−５５５２２の様な技術
が上げられる。電磁変換素子に単結晶体を用いることの
最大の利点は高い再生出力を得られるということであ
る。先の永田らや麻生らの結果から単結晶磁性体の透磁
率は磁歪の値を制御することで誘導磁気異方性エネルギ
−を一定値の範囲にし、高い透磁率を得ることができる
が、前記の技術では更に結晶の方位を特定の向きに選択
することで誘導磁気異方性エネルギ−を有効に制御し、
高い性能の磁気ヘッドを得ることに成功している。以上
に述べた技術内容は高変換効率の素子を得るために磁気
異方性を制御する必要があり、この手段として誘導磁気
異方性を生じさせる磁歪現象を利用するというものであ
り、また単結晶体の結晶方位の選択についても向きによ
る誘導磁気異方性の変化を制御するための手段として用
いられているものである。しかし、磁歪現象は磁性体の
磁気的性質を変化させるだけでなく、材料の形状等に関
し力学的変化ももたらすものである。しかも磁気記録の
高密度化が進むにつれて今までは考慮されることのなか
った浮上型ヘッドに特有の技術課題が出現した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般にコンピュータの
外部磁気記録装置に用いられる浮上型磁気ヘッドは単一
の電磁変換素子によって記録、再生を行っている。この
ため信号記録時には素子を励磁する誘導コイルに大きな
電流が流れ、素子内の磁化状態を大きく変化させる。磁
歪が零でない磁性体は内部の磁化状態の変化によりその
形状を変化させる。この結果素子は記録電流の変化にし
たがって膨張収縮を繰り返し、振動することになる。一
方磁気ヘッドは記録再生を行うトラック位置を決定する
ため記録媒体のトラック位置の情報を得ることが必要で
あり、これには磁気ヘッドが瞬時にトラックサーボ信号
の再生を行う必要がある。しかしながら信号を切り替え
た後も減衰過程にある前記振動が残っており、信号記録
とトラック位置変更を連続して行うと前記振動の影響に
より再生信号に多大のノイズを生じることになる。この
ノイズによってトラック位置信号の再生に不具合が生
じ、磁気ヘッドが作動しなくなると云う問題が存在す
る。この問題は電磁変換素子に単結晶磁性体を用いてい
る磁気ヘッドに顕著なものである。

【０００５】図１４に磁気ヘッドの振動について測定し
た例を示す。(ａ)は記録周波数８．７ＭＨｚの励磁電流
を加えた場合の振動で(ｂ)において１４１で示す部分で
の観察結果である。(ｂ)はヘッド背面における振動の様
子を模式的に示したものである。(ａ)で示す振動は７〜
１０ＭＨｚの間で最大となり、振動数のモ−ドは離散的
である。この振動のヘッド全体の分布を調べると１４２
と１４３で位相がπ／２ずれており、この位相のずれた
部分が交互に分布している。振動部と振動部の間では振
動は観察され無い非振動部となっており、前記振動部と
前記非振動部が腹と節になった定常波が立っている構造
になっている。これらの結果から、問題となっている振
動は電磁変換素子の磁歪振動を起源とする磁気ヘッドの
共振現象であると考えられる。前記の問題を解決するた
めには多結晶磁性体を素子材料とする事が考えられる
が、高密度記録を達成するための狭トラック化、高周波
化が進むと多結晶材では再生出力などに不足が生じるた
め単結晶材の使用が必要となる。このため単結晶磁性体
を用いて、いかに振動を抑えるかという点が技術課題で
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は結晶系が立方晶
系である単結晶磁性体の有する線磁歪定数λ₁₁₁、λ₁₀₀
が｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１０-⁶である前記単
結晶磁性体を電磁変換素子に用いたことを特徴とする浮
上型磁気ヘッドである。図１に示したとおり、問題とな
る振動はヘッド全体の共振現象であると考えられるが、
共振を避けるためには電磁変換素子の振動が共振のモ−
ドから外れていれば良いことになる。素子に対する励磁
電流の周波数は磁気記録装置のみならずコンピュータ本
体も含めたシステム全体の要請によって決定されるもの
であり、また高密度記録を行う上で高周波の帯域を用い
ることが必然となるため周波数変更によるモ−ドの変更
には困難な点が多い。そこで考えられるのが振動の分散
を行う方法である。本発明の線磁歪定数λ₁₁₁、λ₁₀₀が
｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１０-⁶である磁気ヘッ
ドの電磁変換素子の振動は、あらゆる結晶方位に関して
等方的な振幅を持っている。電磁変換素子の振動が等方
的であるため、素子からヘッド全体に伝達される振動も
等方的である。ゆえにヘッド内部の振動は方向が無秩序
で振幅の等しい波が干渉し合うことになる。この干渉の
結果から得られる振動はモ−ドが分散されて、ヘッドの
固有振動のモ−ドのみを励起することは出来ない。結果
として、ノイズを生じさせる原因となった振動は共振現
象が起こった場合よりも早く減衰し、記録信号から再生
信号に瞬時に切り替えが行われてもトラックサーボ信号
の再生エラーは生じなくなる。

【０００７】また本発明は電磁変換素子に単結晶磁性体
を用いる前記磁気ヘッドに於いて前記の電磁変換素子を
形成する前記単結晶磁性体がｍｏｌ％表示で２０≦Ｍｎ
Ｏ≦４０、１０≦ＺｎＯ≦２５、５０≦Ｆｅ₂Ｏ₃≦６５
の範囲の化学組成を有する単結晶ＭｎＺｎフェライトで
あることを特徴とする浮上型磁気ヘッドである。磁気ヘ
ッドにおいて高周波の記録再生を行うためには磁気損失
を小さく押さえることが必要であり、特に高周波に置け
る渦電流損失を小さくするために電磁変換素子材料とし
て電気抵抗の大きな酸化物であるＭｎＺｎフェライトが
用いられる。電磁変換素子は信号再生において高い出力
が求められるが、このために素子材料は高い透磁率を有
する必要がある。本発明において規定する範囲の化学組
成を有する単結晶ＭｎＺｎフェライトは保磁力が小さ
く、５ＭＨzにおける透磁率μ≧３００の領域である。
単結晶ＭｎＺｎフェライトの組成が前記範囲であれば。
磁気ヘッド製作中にガラス接合等による応力により透磁
率が低下しても、実用上の性能は維持できる。図１に単
結晶ＭｎＺｎフェライトについて測定された線磁歪λ
₁₁₁、λ₁₀₀とこれらの磁歪より振幅が等方的となる範囲
を計算した結果を示す。１１および１２はそれぞれ振幅
が結晶方位に依存して異方的になる範囲で、１１と１２
の間にある１３の領域が振幅の等方的な部分である。本
発明に於いて磁歪振動の振幅を小さくするための領域は
１３にあたる。この領域では結晶磁気異方性エネルギー
が小さく、且つ結晶方位による振幅の変化を考慮するこ
となく磁歪による磁気弾性エネルギーを小さくする方位
を選択することが可能で、良好なヘッド特性を得ること
ができる。

【０００８】

【実施例】図２に線磁歪λ₁₁₁＝７×１０-⁶、λ₁₀₀＝−
７×１０-⁶の単結晶磁性体を用いた磁気ヘッドの振動ノ
イズの測定結果を示す。測定は７０μｓの間記録電流を
流して素子を励磁し、後に７０μｓの間の素子からの出
力波形を観察したものである。この場合、振動ノイズの
振幅は出力波形の電圧に比例している。本実施例に置い
ては線磁歪定数は|｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜|≦1×１０-⁶
を満足しており振幅は素子材料の結晶方位によらず等方
的になるはずである。(ａ)は素子の媒体走行方向と平行
な方向に単結晶素子材料の［１００］を選択した場合で
ある。これにたいして(ａ)は(ｂ)の場合と線磁歪の方向
成分が異なり且つ結晶方位が９０°異なる［０１１］を
選択した場合である。(ａ)と(ｂ)の振幅を比較すると両
者の間に大きな差はなく結晶方位による振幅の差は小さ
く等方的であると考えられる。図３に線磁歪|｜λ₁₁₁｜
−｜λ₁₀₀｜|≦1×１０-⁶と｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜
＞1×１０-⁶の場合についての磁気ヘッドの振動の様子
を比較した結果を示している。(ａ)は|｜λ₁₁₁｜−｜λ
₁₀₀｜|≦1×１０-⁶、(ｂ)は｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜
＞1×１０-⁶で電磁変換素子の結晶方位は同じ向きに取
ってある。測定は図２の実施例と同じく７０μｓの間記
録電流を流して素子を励磁し、後に７０μｓの間の素子
からの出力波形を観察したものである。振動の振幅は
(ａ)の方が小さくなっており、線磁歪定数の絶対値の関
係による違いが顕著に現れている。

【０００９】磁歪振動の振幅は磁歪による結晶の伸び縮
みの最大と最小の差で求めることができる。結晶の対象
性が立方晶系である場合の磁歪による伸縮は以下の式で
定義されている。 δ／L＝３／２×λ₁₀₀（α₁ ²β₁ ²＋α₂ ²β₂ ²＋α₃ ²β₃ ²）＋３λ₁₁₁（α₂α₃β₂β₃＋α₃α₁β₃β₁＋α₁α₂β₁β₂）ここでδは伸び、L は試料の長さを示している。またα
i（ｉ＝１，２，３）は磁化の向きのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
に対する方向余弦である。βi（ｉ＝１，２，３）は伸
縮量を観察する向きのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対する方向余
弦である。観察方向βiを固定して磁化の向きαiを変化
させると（δ／L ）の最大値と最小値を求めることがで
き、この差が観察方向βiの磁歪振動の振幅となる。こ
の結果を全てのβiについて計算を行うことにより結晶
方位による磁歪振動の振幅の変化を得ることができる。
図４は線磁歪定数λ₁₀₀とλ₁₁₁を変化させて結晶方位に
よる振幅の依存性を計算し、その最大値と最小値を求め
たものである。三角は最大値、丸は最小値である。最大
値は｜λ₁₀₀｜＝｜λ₁₁₁｜を中心に谷状になっており、
最小値は尾根状の値の分布を示している。最大値と最小
値の差は｜λ₁₀₀｜＝|λ₁₁₁｜の領域で小さくなってお
り、線磁歪定数の絶対値の差が大きくなるに従って大き
くなる傾向を示している。以下振幅の変化について詳し
く議論するため、図４の特定の線磁歪の値の切辺を観察
してみる。

【００１０】図５にλ₁₁₁＝７×１０-⁶、１５×１０-⁶
≦λ₁₀₀≦−１×１０-⁶の範囲で計算した単結晶磁性体
の磁歪振動の振幅の最大最小を示す。５１は最大値、５
２は最小値を示している。また図６にλ₁₀₀＝−７×１
０-⁶、１×１０-⁶≦λ₁₁₁≦１５×１０-6の範囲で計算
した振幅の最大最小を示す。６１は最大値、６２は最小
値を示している。最大値および最小値は単結晶体の方位
を変化させた時、観察方向の振幅がそれぞれ最大または
最小を取る結晶方位の場合の値である。図５、図６の結
果から｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜＞１×１０-⁶の場合で
は振幅の最大最小は各々λ₁₁₁とλ₁₀₀の絶対値と一致し
ている。しかし、｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１０
-⁶の範囲ではλ₁₁₁とλ₁₀₀絶対値の中間の値となってお
り、最大最小がλ₁₁₁とλ₁₀₀の合成になっていると考え
られる。またこの範囲では最大値と最小値の差が｜｜λ
₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜＞１×１０-⁶の場合と比べて小さく
なっている。例えばλ₁₁₁＝７×１０-⁶、λ₁₀₀＝−７×
１０-⁶では最大と最小の差が１×１０-⁶程度になってい
る。単結晶磁性体の線磁歪定数λ₁₁₁とλ₁₀₀の関係が本
発明の範囲にある時、その振動の振幅は図７のようにな
る。図７の（ａ）はλ₁₁₁＝１４×１０-⁶、λ₁₀₀＝−１
５×１０-⁶、(b)はλ₁₁₁＝７×１０-⁶、λ₁₀₀=−６×１
０-⁶の場合である。(ａ)、(ｂ)ともに全ての結晶方位に
対する振幅を（１１１）に射影したものである。本図の
示す結果から、単結晶磁性体の磁歪振動の振幅が等方的
と考えられる範囲は｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１
０-⁶である。しかし、｜｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×
１０-⁶以下の関係を満たしていても、線磁歪定数が大き
くなると、等方的であっても振幅が大きくなり好ましく
ない。図５および図６の結果から、線磁歪の絶対値が
７×１０-⁶以上の場合、振幅の最大値と最小値の差が１
×１０-⁶より大きくなる。従って、個々の線磁歪定数λ
₁₁₁とλ₁₀₀の範囲については｜λ₁₁₁｜≦７×１０-⁶、
｜λ₁₀₀｜≦７×１０-⁶であることが望ましい。

【００１１】図８、図９、図１０、図１１に｜λ₁₁₁｜
＝｜λ₁₀₀｜の条件で任意の結晶方位について計算した
単結晶体の磁歪振動の振幅を（１１１）へ射影した結果
を示す。図８は｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜＝７×１０-⁶、図
９は５×１０-⁶、図１０は３×１０-⁶、図１１は１×１
０-⁶の場合である。８１、９１、１０１、１１１の曲線
は面内の振幅で、大きさは図原点からの距離で表されて
いる。図１２は｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜＝５×１０-⁶の条
件で、磁歪振動による単結晶磁性体の結晶方位による振
幅を計算によって求めた図である。(ａ)、(ｂ)はそれぞ
れ（１００）、（０１１）への射影である。１２１、１
２２はそれぞれの投影面内に於ける振幅を示している。
図８ａおよびｂの結果から、｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜の条
件では振幅は投影される結晶面によらずほぼ同じ値で分
布していることが分かる。また図７〜図１１では（００
１）、（１１０）、（１１１）それぞれの投影面上の分
布形状は円形に近い形をしており、単結晶体の全ての結
晶方位にわたって観察した振幅の分布は球形状であって
振動が等方的になることが分かる。振幅が等方的である
条件において、図７〜図１２の結果から各々の線磁歪の
値が変化しても振幅の分布形状は変化していない。よっ
て、線磁歪定数が本発明の範囲にあるならば、振動の等
方性が保たれる。

【００１２】振幅の分布状態の等方性を確認するため
に、全て結晶方位について計算した振幅の分布を(１１
１)または(１００)の断面から観察し、その変化の様子
を調べてみた。図１３は｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜の条件に
おいて観察方位の違いによる磁歪振動の振幅に対して計
算を行った結果である。１３１は観察面が（１００）、
１３２は（０１１）の場合の振幅を示している。横軸の
角度は磁歪振動の振幅の観察方向を示しており、［１０
０］を基準として（１００）では［０１０］までの間、
（０１１）では［０１１］までの間の９０°の範囲の角
度である。（１００）の場合も、（０１１）の場合も観
察方向が変化しても振幅の変化は少ない。また（１０
０）の場合の値と（０１１）の場合の値も同程度となっ
ており結晶の全方位にわたって振幅が一様になっている
ことがわかる。

【００１３】

【発明の効果】本発明による電磁変換素子の単結晶材料
の線磁歪の関係を用いることにより、浮上型磁気ヘッド
に置いて問題となった振動ノイズの原因となる電磁変換
素子からヘッド全体へと伝搬する振動を減少させること
が可能である。この結果として磁気ヘッドが記録再生を
繰り返してもヘッドの共振は起こらず、ノイズの無い浮
上型磁気ヘッドを得ることができる。また振動が方位に
よらず一様なため任意の結晶方位を選択した電磁変換素
子を有する磁気ヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶ＭｎＺｎフェライトについて、線磁歪定
数の組成依存を示す図である。

【図２】線磁歪定数がλ₁₁₁＝７×１０-⁶、λ₁₀₀＝−７
×１０-⁶の場合の振動ノイズの測定結果を示す図であ
る。

【図３】||λ₁₁₁|−|λ₁₀₀||≦１×１０-⁶と||λ₁₁₁|−
|λ₁₀₀||１＞１×１０-⁶の場合の振動ノイズの測定結果
を示す図である。

【図４】線磁歪定数λ₁₁₁、λ₁₀₀と磁歪振動の振幅との
関係を示す図である。

【図５】λ₁₁₁＝７×１０-⁶の一定の場合に、λ₁₀₀の変
化による磁歪振動の振幅の変化を示す図である。

【図６】λ₁₀₀＝−７×１０-⁶の一定の場合にλ₁₁₁の変
化による磁歪振動の振幅の変化を示す図である。

【図７】｜λ₁₁₁｜≠｜λ₁₀₀｜で||λ₁₁₁|−|λ₁₀₀||≦
１×１０-⁶の場合の振幅を示す図である。

【図８】線磁歪の絶対値が｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜＝７×
１０-⁶の場合の振幅を示す図である。

【図９】線磁歪定数の絶対値が｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜＝
５×１０-⁶の場合の振幅を示す図である。

【図１０】線磁歪定数の絶対値が｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜
＝３×１０-⁶の場合の振幅を示す図である。

【図１１】線磁歪定数の絶対値が｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜
＝１×１０-⁶の場合の振幅を示す図である。

【図１２】｜λ₁₁₁｜＝｜λ₁₀₀｜の条件で計算した振幅
の様子を（１００）および（０１１）に投影した結果を
示す図である。

【図１３】観察方位による振幅の変化を示す図である。

【図１４】磁気ヘッドの振動の様子を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶系が立方晶系である単結晶磁性体の
有する線磁歪定数λ₁₁₁、λ₁₀₀がその絶対値に於いて｜
｜λ₁₁₁｜−｜λ₁₀₀｜｜≦１×１０-⁶である前記単結晶
磁性体を電磁変換素子に用いた浮上型磁気ヘッド。
【請求項２】電磁変換素子を形成する前記単結晶磁性
体がｍｏｌ％表示で２０≦ＭｎＯ≦４０、１０≦ＺｎＯ
≦２５、５０≦Ｆｅ₂Ｏ₃≦６５の範囲の化学組成を有す
る単結晶ＭｎＺｎフェライトである請求項１記載の浮上
型磁気ヘッド。