JPS60223042A - マイクロ磁気ヘツド - 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】 （技術分野） 本発明は磁気記録媒体上の超微細記録ビットを再生する
小型の磁気ヘッドに関するものである。

（背景技術） 近年磁気記録媒体の特性向上に関する進歩は目覚しく、
記録密度は１０年間で約１０倍の割合で向上している。

特に垂直磁気記録媒体を用いると原理的に記録ビット間
の減磁界の影響が小さくなるため超高密度記録が可能で
おる。実際既に東北大学の岩崎教授の研究グループによ
りＣｏ−０ｒスパツタ膜と補助磁極型シングルポールヘ
ッドにより８，０００ｂｉｔ／ｍｍの紐記録密度が確認
されている。

しかしこの（直は実験室段階で高感度な増幅を行ない検
出した値であり、実用的見地から１は未だ３．０００ｂ
ｉｔ／ｗｎ程度が記録密度の限界である。高出力な高密
度記録再生の実現に対する技術的方向は・ （１）磁気記録媒体の残留磁化を向上させる；（２）ヘ
ッドと記録媒体間隔をサブミクロン領域で安定に保持す
る機構を開発する。

（３）ヘッドの高感度化を図る； 等があり、それぞれの分野で研究が続けられている。現
状での垂直媒体の記録密度Ｇて対する潜在能力はまだま
だあることを考慮すｆＬば高密度化のための限界は主に
ヘッドにあると考えられる。以下に現兼でのヘッドの問
題点を述べる。

（１）シングルポールヘッド 現状で最も高い記録再生特性を示すヘッドとしては東北
大学岩崎教授によって開発されたシングルボールヘッド
であり図１１に示す。１．１は主磁極、１．２は補助磁
極、１．３はコイル、１．４はＣｏ−Ｏｒ等の垂直記録
媒体、１，５はそのベース、１．６は主磁極の厚さであ
る。再生原理は次の通りである。即ち記録ビットから発
生する漏洩磁場によＶ主磁極（１，１）先端が磁化され
、主磁極からの漏洩磁束を補助磁極（１，，２）Ｉｃ巻
いたコイル（１，３）により検知する。この場合記録ビ
ットからの漏洩磁場が小さいだめの主磁極（１，１）は
記録媒体に接する必要があることと、さらに主磁極（１
，１）の厚さはビットサイズ程度（０，２〜数μｍ）で
あるためその磁束を感知するためには補助磁極（１，２
）と主磁極の間隔を数１０μｍ以下に小さくする必要が
あることから記録媒体（１，４）のペース（１，５）は
フレキシブルかつ薄いものでなければならない。したが
って従来この種のヘッドはフロッピーディスクにのみ使
用されていた。

フロッピーディスクは簡便な用途には用いられるが、ト
ラック方向の位置制御も必要とする高密度記録には使用
できない。この用途に適するハードディスクでは基板の
厚さが１〜２ｍｍと厚いためシングルボールヘッドは記
録、再生共感度が足りず使用することができないという
欠点がある。

（２）ＭＲヘッド ＭＲヘッドの原理図を図２に示す。２．１はパーマロイ
膜等から成る磁気抵抗素子であり、犀さｔ１幅Ｗ、長さ
ｔとする。２．２は素子の両端に形成された導体である
。素子２．１の電気抵抗Ｒが媒体１，４からの信号磁界
によって変化する。

導体２．２を通して一定電流■を流しておくと記録媒体
１．４からの信号磁界により電気抵抗が変化し、素子２
．１の両端の電圧が変化する。この変化分を検出するこ
とにより再生ヘッドとして使用される。ＭＲヘッドの詳
細な解析がんηｐｅｘ社の几、Ｐ、Ｈｕｎｔによって行
なわハてお！ｌｌ（文献ＩＢＦＪＴｒａｎｓ、ｏｎＭａ
ｇ、Ｖｏｔ、ＭＡ−Ｇ−７、Ｎｏ、１ｐｐ１５０〜１５
４１９７１）出力電圧■は（１−ｅ）／ｋＷに比例する
。但しに＝２π／スであり、λは記録ピット長の２倍に
相当する記録波長である。こねによれば記録波長λを小
さくした場合、出力電圧を確保するためには素子幅Ｗを
小さくする必要がある。たとえばλ＝０，２μクルのビ
ットからの信号を検出するためには素子幅Ｗをサブミク
ロンの長さにする必要があり、素子作製上又ヘッドとし
ての摩耗を考慮した場合現実的でない。このように図２
に示したタイプのＭＲヘッドは幅損失を持つかこれは磁
気回路的に開磁路になっているためである。

この性質を改善するためにＭＲ素子の背部に磁束の吸い
込み口を設けて素子を閉磁路の一部として用いる方法が
提案されている。（電子通信学会磁気記録研究会Ｍ几８
２−２４）この原理図を図３に示す。３．１は磁性フェ
ライト等から成る磁束のリターンバス、３．２はガラス
等より成る非磁性部分である。図３においてＭＲ素子（
２，１）の先端から入った信号磁束は背部のリターンバ
ス（３゜１）を通って記録媒体にもどる。幅が２０μｍ
のＭＲ素子を用いて０．１３μｍ幅ビットの出力を検出
している。但しこの値は相対出力−４５ｄＢという値で
あり出力が半分となる時の再生ビット長は１．２７μｍ
と大きい。さらにこの場合記録媒体である磁気テープと
ＭＲヘッド先端が接触している状態であり媒体とヘッド
が離れると大幅に出力は減る。記録媒体とヘッド先端が
ｔ離れているとすると出力／ｄｅ−”倍となり、たとえ
ば０．１μｍビットで０．１μｍ離れると０．０４倍出
力が城少し、前述の改善さ五たＭＲヘッドでも再生する
ことが不可能となる。

図４に示すような垂直記録された媒体１．４からの媒体
から垂直方向の磁界Ｈｙは π Ｈｙ＝２πＭｒｅ’（Ｏｅ）（１１ と表わされる。但し、ＭｒＩま媒体の残留磁化ｄはビッ
ト幅であり媒体の厚さｔはビット幅ｄよりも十分太きい
として媒体の厚さ損失は無視した。（１）式の関係を示
したのが図５である。但しＭｒ＝１０００ｅｍｕ／ｃｃ
とした。

（３）光磁気再生 原理図を図６に示す。６．１は半導体レーザ等の光源、
６、２’（’Ｊ偏光子、６．３はビームスブリツタ−１
６，４は検光子、６．５はフォトダイオード、等の光検
出器、６．６は記録媒体内の磁化、である。光源６．１
から出た光は偏光子６．２により直線偏光となり記録媒
体１．４に入射する。

反射光は磁気光学効果によりその偏光面が回転する。こ
れを検光子６．４を通して光検出器６．５で受光すると
、磁化６．６の向きにより光の強弱となり出力電圧変化
として検出される。この場合記録ピットの識別分解能は
光ビームの回折限界によって決まり現在０．８μ毒波長
の半゛導体レーザを使うとすれば回折限界は約０．４−
である。より分解能を上げるためには、より短波長の小
型光源の開発が必要である。

（４）転写ヘッド（文献山田、氷室、牧野”ガーネット
膜を用いた磁気録画再生方式″電子通信学会、磁気記録
研究会ＭＲ７９−１１）転写ヘッドの原理図を図７に示
す。７．１はガーネット、パーマロイ等の軟磁性膜、７
．２は軟磁性膜内の磁化、７．３は媒体１．４からの漏
洩磁界である。再生原理は次の通りである。記録媒体１
．４からの漏洩磁界７．３により軟磁性膜７．１が磁化
され、その軟磁性膜の磁化７．２を前述した光磁気再生
と全く同じ原理で検出する。

記録媒体１．４からの情報を一担、軟磁性膜に転写する
ため転写ヘッドと呼ぶことにする。このヘッドは記録媒
体へ直接光を照射することがないため媒体ノイズの低減
ができるという利点があるか、記録ピットの識別分解能
が光の回折限界という制限はまぬがれ得ない。したがっ
てこの種の構成では再生限界は０．５μｍビット程度で
ある。又転写ヘッドの変形として提案されているものを
図８に示す。８．１け反視膜、８．２ハ光である。（文
献、特公昭５６−３３７８１）この場合軟磁性膜（７，
１）ｉ”ｔＭＲ素子のように記録媒体（１，４）面に対
して立った状態に設置されており、図７に示したタイプ
より短波長再生が優れている。しかし、記録波長が短か
くなると媒体（１，４）面からの距離を）・とじて、媒
体からの漏洩磁界は図５（／ｃ示したように小さくなる
。したがってたとえば０．１μｍビットでヘッドと媒体
間隔０．１μ兜とすればＭＲヘッドの項で述べたように
ヘッド先端磁化変化は極めてわずかになる。

さらに光による検出の場合、軟磁性膜７．１の磁化があ
る方向に飽和した時を１とすると、検出器のショットノ
イズを考慮して高々飽和磁化の１／１００の磁化の大き
さしか検出できない。ＭＲヘッドではそれが１／１００
０程度まで検出できるのに対して感度が小さい。さらに
図８の構成では光を軟磁性膜（５，１）の先端数μｍの
領域に当てる工夫がなされていないため、特にサブミク
ロン程度の微小ビットの検出は不可能である。

同様な転写ヘッドの例として米国特許３，７３７，２３
８かあ、す、その原理図を図９に示す。９．１は光ファ
イバ、９．２はコア、であり軟磁性膜７．１を光ファイ
バ９．１の先端に形成するようにしたものである。光フ
ァイバ（９，１）のコア（９，２３の直径は数μｍ〜数
１０μラルであり、このような方法によれば軟磁性膜上
のコア径程度の領域に光を容易に集光することができる
ため図８の構成における問題点は解決される。但し、記
録ピットが小さくなって漏洩磁界が小さくなった時の信
号検出については何も考慮が払われていない。又この種
の信号は、光の偏波面の変化で検出するにもかかわらず
光フアイバ内を光が伝搬する際の偏光面の乱れについて
は何ら考慮が払われていない。

以上述べたようにこれまで考案されている各種のヘッド
ではそれぞれの理由により特に１μ？ル以下の微小な記
録ピットを高効率で再生することは困難である。この問
題を解決する方法として、特願昭５７−１２４３１７（
マイクロ磁気ヘッド）があり、原理図を図１Ｏに示す。

１０．１はマイクロヘッド、１０．２は偏波面保存性単
一モード光導波路、１０゜３はコア、１０．４は偏光、
１０．５ｆｄ記録ビツトである。これはヘッドコア（・
′Ｃより媒体（１，４）からの磁界を検出しそれを偏光
１０．４によって信号に変えるものである。このヘッド
だよるとコア（１０゜１）のサイズをコア径Ｃ数μｍ１
ｒＬ）程度まで小さくし媒体からの磁束を吸い込む効率
を大幅に向上できしかもヘッドが媒体（１，４）と対向
している先端付近のヘッド磁化情報を検出できること又
光４ＦＩｊ２路として偏波面保存性を有するものを用い
るため光導波路内での信号の乱れがないこと等の特徴を
有するため、微小信号の高感度検出に適している。

しかし図５でも分るように媒体とヘッドが接触している
場合にはへラドコアは媒体表面の強い磁界を感じること
ができるが、媒体とヘッドの距離がある場合には、特に
記録ビットがサブミクロンと小さい時の信号磁界の強度
は、極端に小さくなりその検出のためのヘッド構成が次
第に回能となる。

たとえばヘッド浮上量０．２μｍとすればヘッド先端か
ら０．２〜０．３μｍ程度しかヘッドは十分磁化されな
い。コアの大きさを０．２〜０．３μｍ程度とすれば良
いがこの大きさの領域に光を導入することが難かしくな
り、高出力のレーザを用いるとか、光導波路の光入射端
のみ規格化周波数を２．４にしたままコアとクラッドの
比屈折率差を小さくしてコア径を太きくするとかの工夫
が必要となってくる。

即ち特願昭５７−１２４３１７によればヘッド浮上量が
あっても微小ビットからの信号を検出することは原理的
に可能ではあるがその構成方法が次第に困難となって来
る。

上記欠点を改善する技術として本出願人は先に特願昭５
８−８７５５７Ｃマイクロ磁気ヘッド）を提案した。本
発明（ｄこの技術に関連するものである。

（発明の課題） 本発明は従来の技術の欠点を解決するためにマイクロヘ
ッドコア全体を磁気的な単一磁区にしたことと、ヘッド
にバイアス磁界を加えることを特徴としたマイクロヘッ
ドに関するものであり、その目的は高記録密度の磁気記
録ビットを高感度。

高出力で再生するヘッドを提供するものである。

本発明の好ましい実施例によると、前記構成のヘッド本
体と、これに単一偏波光を照射する光係及びヘッド本体
からの透過光又は反射光を受光ｊ−る検光子及び光検出
器が単一のハウジングに収納され、更に好ましくは、各
部材が集積回路技術により構成される。

（発明の構成および作用］ 図１１１ｄ本発明の概略の構造図であり、１１．１はリ
ング状でギャップＧを有するマイク、ロヘノドコア、１
１．２は導体である。導体はコア１１，１を貫通するか
あるいはコア１１．１のまわりに巻回される。図１１で
は導体はコアの中を貫通している。

１１．３は入射光、１１゜４は反射光、１１．５は基板
であり、１０．３は図１０に示したように偏波面保存性
を有する単一モード光導波路のコアである。

又、ヘッドコア１１．１は光導波路１０．３の端面に矢
印で示したように接する。記録媒体はギャップＧに対し
直角方向Ｃ図の矢印への方向〕に相対的に走行するもの
とする。又、本ヘッドを実際に動作させるための概念図
を図１２に示した。１２．１は半導体レーザ等の光源、
１２．２は電源導入用リード線、１２．３は偏光子、１
２．４は検光子、１２゜５はフォトダイオード等の光検
出器、１２．６は信号検出用リード線、１２．７はバイ
アス用電源、１２゜８は電流導入用リード憩である。尚
記録媒体は１゜４であり点線で示したようにヘッドと直
交方向に移動する。本発明ヘッドの再生方法は次の通り
である。記録媒体からの信号磁界によってパーマロイ、
コバルト−ジルコニウム、センダスト等の軟磁性薄膜か
ら成るマイクロヘッドコア１１．１が磁化する。一方光
源１２．１から出た光は偏光子１２゜３を通過すること
に上り単一偏波となり、これが単一モード光導波路のコ
ア１０．３を通りヘッドコア１１．１に当る。光がヘッ
ドコアに入射する入射角αは６０〜７０程度が適当であ
る。反射光１１．４は磁気光学効果（この場合はＫｅｒ
ｒ（カー）効果）により偏波面が回転する。回転の方向
がヘッドコア１１．１の磁化の向きにより異なる。この
反射光１１．４を検光子１２．４を通過させることによ
り磁化の向きにより、その透過光が強弱と変化するため
これを光検出器１２．５によＶ電気信号に変えリード線
１２．６から取り出す。ヘッドコアのサイズを光導波路
のコアサイズ程度にすることにより記録媒体からの磁束
を吸い上げる効率を大幅に向上させることおよび光によ
りヘッドコアの磁化を検出すること等は特願昭５７−１
２４３１７と同じである。次に本発明の詳細な説明する
。

図１３と図１４は本発明の詳細な説明するための図であ
り図１３はヘッド斜視図、図１４は図１３をＡの方向か
ら見た図を示す。１３．１はへラドコア１１．１の磁化
容易軸、１３．２はバイアス磁界発生用の電流、１３．
３は電流１３．２によって発生するバイアス磁界、１３
．４はヘッドギャップである。

本ヘッドの動作原理は次の通りである。ヘッドコア１１
．１の磁化容易軸１３．１をヘッドギャップ１３．４と
直角方向につくっておく。磁化容易軸の導入方法は導入
したい方向に磁場を印加しながら熱処理をする方法ある
いは、容易方向の長さＬをそれと直角方向の幅Ｗより長
くし形状異方性をつける方法等がある。又ヘッドコア１
１．１は全体が単磁区構造とする。これはＷ、Ｌの値を
１０μｍ以下に小さくすることと上下２枚のへラドコア
を十分近づけ静磁的に結合させることによって達成され
る。このようなヘッドコア内に図１３に示したように銅
、アルミニウム、ベリリウム銅等の薄膜によって作製し
た導体を作製する。尚磁性体より成るヘッドコア１１．
１と導体との間は特に絶縁する必要はないが、その間に
ＳｉＯ、８ｉ０２．ＳｉＮ等の非晶質膜を入れることに
よりヘッドコアでらる磁性膜の軟磁化特性が良好となる
。図１４（ａ）はバイアスも信号もない時のへラドコア
の磁化状態を示したものであり各磁化は一様に磁化容易
軸方向に揃っている。この時のヘッドコアの磁化を＋Ｍ
ｓとする。尚、磁化の向きについては（ａ）で示したも
のと反対の向き（−Ｍｓ’）もアり得る。

Ｃ以下余白） 次にヘッドコアの異方性磁界（ＨＫ）よシも少しだけ小
さい交流バイアス磁界（振幅２Ｈｂ）をヘッドコアの磁
化容易軸方向に加える。ＨＫなる異方性磁界を有する単
磁区薄膜のヒステリシスループは図−１５に示すように
保磁力（Ｈｅ）がＨｘに等しく矩となる。即ち、ヘッド
コアの磁化は＋Ｍｓあるいは−Ｍｓの２値のみを取りつ
る。又、図−１５に示すようにバイアス磁場は−Ｈｅ（
−）Ｉｂ及びＨｂ（ｌ（ｃの範囲で加えられるので、バ
イアス磁場のみが加わった場合にはヘッドコアの磁化は
変化しない。即ち、図−１４（ａ）の場合ならば＋Ｍｓ
のままである。この状態でヘッドギャップの上方に記録
媒体１．４が対向したとすると、ヘッドコアには媒体か
らの磁場が加わる。記録媒体の磁化によってヘッド・コ
アに加わる平均の磁場は、記録媒体の磁化方向が上向の
場合は十血、下向きの場合は一血であるとする。

）ｉｍ、＞Ｈｃ−Ｈｂという関係が成立するようにＨｂ
を設定すると、ヘッドコアの磁化は記録媒体の磁化が上
向きの場合は＋Ｍｓ（図−１４（ｂ））、記録媒体の磁
什九下面六の塩会Ｈ−ＭＱ（ｒＯ−ＩＡ（１”ｌＪ−％
ス＼ッドコアの磁化の変化の様子をヒステリシスループ
上で示したのが図−１５である。記録媒体の磁化が上向
きの時は＋Ｍｓ、下向きの時は−Ｍｓに対応する。この
場合、ヒステリシスループのＨｅ点での勾配が垂直であ
り、しかもＨｅ−Ｈｂを無限小とすれば、無限小の信号
磁界によりヘッドコア全体の磁化の向きが決定される。

しかし、実際にはヘッドコア内の異方性の分散があるた
めに検出できる信号磁界は無限小とはならない。ヘッド
コア内の異方性の分散は磁化容易方向に測定したヒステ
リシスループの保磁力点での勾配に反映されるものであ
り、分散がない一様な膜の場合には）（ｃ点でのヒステ
リシスループの勾配は＋■あるいは−のとなる。実際の
磁性薄膜の磁化容易方向のヒステリシスループの例を図
−１６に示す。磁化が＋Ｍｓから−Ｍｓへ変化するため
に必要な磁場（ΔＨ）が広い程Ｈｅ点でのヒステリシス
ループの勾配は小さ力値となシ、異方性の分散が大きい
ことを示している。

図−１６に示すようなΔＨが０．１０ｅ以下の軟磁性膜
ΔＨ は比較的容易に得られる。翫≧ΔＨならばＨｂ＝Ｈｃ−
τと定めることによシ、ヘッドコアの磁化を＋Ｍｇと−
Ｍｓの２安定状態でのみ動作させることができる。

もし、Ｋｍ（ｌＨならば、ヘッドコアの磁化は図−１６
に点線で示したヒストリシヌのマイナーループ上を動作
するので、ヘッドコアの磁化は信号磁界の極性によって
十Ｍ１及び−Ｍ２Ｏ３つの動作状態を持つ。ＭＳ）Ｍｌ
なので、本特許のようにヘッド・コアの磁化状態を磁気
光学効果を利用して検出する場合には再生出力が低下す
る。

即ち、（１）式よシ垂直磁気記録媒体においてビット長
が１μｍ及び記録媒体の残留磁化（Ｍｒ）が１０００１
０００Ｑの場合、記録媒体から３，５μｍはなれた位置
でも０１０ｅの信号磁界が発生するので、少なくともへ
ラドコアの高さく先端部からの長さ）が３．５μｍ以下
であれば、ΔＨ二Ｏ，１０ｅの軟磁性膜をヘッドコアと
して用い、垂直磁化記録媒体からの出力を検出すること
ができる。もしヘッドコアの高さが３μｍであれば、媒
体からヘッド先端が０．５μｍはなれても信号出力を検
出できる。

以上の状況は、ヘッドコアの磁化が＋Ｍｓおよび−Ｍｇ
の間を反転することを前提としており、ヘッドコアが図
−１６に点線で示したマイナーループ上を動作する場合
にはより微少なビット長の信号も再生できる。又、平均
信号磁界（Ｉ（ｍ）が０．１０ｅ以上となる領域は媒体
表面から７μｍ程度となるので、ヘッドコアの高さくＬ
）も７μｍ程度に大きなものが利用できると推定される
。以上に述べた原理では言及しなかったが、ヘッドコア
の磁化は媒体の磁化と同一方向を向いて動作するので、
媒体表面の磁荷とヘッド端面の磁荷は逆符号となって互
いに引き合い自己減磁界を減らす効果がある。

このことは、記録ビット表面の磁荷が残留磁化’Ｍｒよ
りもより飽和磁化Ｍｓに近い値となることを示しており
、再生出力が増加することを示している。

１Ｈｂｌ≦１Ｈｃ−ΔＩ（／２１なる値までバイアス磁
界°の振幅が時間的に変化する方法等も考えられる。以
下にこれらのバイアス磁界印加力法についてその動作原
理と特徴を説明する。（１）の場合のＨｂ、Ｋｍ、及び
ヘッドコアの磁化Ｍの時間変化を図−１７に示す。記録
ビットからの信号磁界がない（Ｈｍ＝ＯＯｅ）場合には
、ＭはＨｂと同一周波数で＋Ｍｓから−Ｍｇの間を反転
し、一方Ｈｍ）ＡＨなる信号磁界が加わった場合にはＭ
＝＋Ｍｇ、−Ｋｍ（−ＪＨなる信号磁界が加わった場合
にはＭ＝−Ｍｓという一定値を取る。

即ち、ＩＨｂｌ＝１）Ｉｃ−ΔＨ／２１なるバイアスを
加えた場合と同じ感度で、信号磁界を検出することが原
理的には、可能である。しかし、（１）の場合に記録媒
体の−）ＩｃがへラドコアのＭｓよシも小さい場合には
バイアス電流によってヘッドコアに発生する磁−界で記
録媒体が磁化されてしまう（記録が書き込まれる）こと
や、あらかじめ記録しておいた磁化が減磁すること等の
問題が生じることが予想される。即ち、ヘッドコアのＭ
ｓは記録媒体のＨｃよりも低い値に制限することが望ま
しい。ただし、ヘッドコア先端が媒体面からはなれてい
る場合には、ヘッドコアから発生する磁界のうち媒体に
達する成分も減少するので、ヘッドコアのＭｓが媒体の
Ｈｅよシも大きい値の場合でも、正常な動作をさせるこ
とができる。

図−１８にはＨｅ≧祖という関係が成立する一一２ ラドコアを用いた場合に（２）のＨｂＯ印加力法につい
てＨｂ、ｕｒｎ、’Ｍの時間変化を示す。本方法によ′
れば信号磁界がない時（Ｈｍ＝ＯＯｅ）、ヘッドコアの
磁化は＋Ｍｓから−ＭｓまでＨｂと同位相で変化し、信
号磁界がある場合（ｈ＼００ｅ）には、信号磁界と同一
符号のへラドコアの磁化（＋Ｍｓ又は−Ｍｓ）となるこ
とは、（１）の場合と同様である。（２）の場合検出で
きる血の値は交流バイアス磁界（Ｈｂ）の１周期当シの
変化量に等しいと考えられるので、原理的には無限小と
なる。又、ヘッドコアのＨｅおよびＡＨについてＨｅ≧
正という関係が成り立てば、−一２ ラドコアの磁化は＋Ｍｓあるいは−Ｍｓの２安定値のみ
を取る。図−１９にはへラドコアのＨｅとＡＨの関係が
Ｈｅ（血である場合のヒステリシヌルーゾ、及び（２）
の／Ｊイアス方法を印加した場合について、Ｈｂ、）ｉ
ｍ、Ｍの時間変化を示す。ＩＨ６＋の最大値はＡＨ ｌＨｃ＋ＡＨ／２１以上と設定できるが、Ｈｅ・−Σく
０々ので場合にはへラドコアの磁化は＋Ｍｓに飽和し、
（＞−Ｍｓ）に収束する。即ち、ヘッドコアの磁化の変
化を検出する本発明のような動作原理では再生出力が低
下する。

次に実際のヘッドとしての実施例を示す。

光導波路として石英基板上にＶＡＤ法によりＧｅをドー
ピングした厚さ６μｍの８１０２膜を作製した。石英基
板との比屈折率差を０．２３％にした。この力゛ラス膜
上に図−１２に示した導波路のパターンをＴ１で作製し
、Ｃ２Ｆ６＋Ｃ２Ｈ４のガス雰囲気中でスパッタリング
しＴｉマスクがのっている所以外を除去して光導波路を
作製した。その後Ｔｉマヌク除去にＳｉＯ２膜を・やタ
ーンを含む全面に作製し導波路を保護した。

作製した光導波路の折れ曲シの所で基板端面を光学研磨
し、この端面にマイクロヘッドを膜作製技術（ＲＦヌノ
やツタリングおよびイオンビームスノやツタ）と電子ビ
ーム露光およびヌ・フッタエツチングにより作製した。

ヘッドコアのＨｅ及びΔＨは０．６及び０．１０ｅであ
った。ヘッドサイズ厚さ０．２μｍ１幅５μｍ１長さ１
０μｍの軟磁性薄が０１μｎＬのギャップをはさんでい
る構造である。

次に光導波路を含む面で表面を軽く研磨して表面の平滑
化を行ないヘッドを作製した。光源としては０．７８μ
ｍ波長のＡノＧａＡｓレーザダイオード、偏光子、検光
子にはダラムトムソンプリズム、検出器にはＳｉのフォ
トダイオードを用いた。光の導波路への結合はマイクロ
レンズを用いて行なった。磁気記録媒体としてス）ｌツ
タリングによって３０μｍ厚のポリイミドベーヌにノぞ
−マロイトＣｏ−Ｃｒ膜を順に作製したものを用いた。

それぞれの厚すハノぞ−マロイ０３μ？ル、Ｃ，ｏ−Ｃ
ｒＯ，３μｍｆ６ル。本マイクロヘッドとフロッピーデ
ィヌクを用いて記録再生した結果を図−２０に示す。尚
記録は東北大学岩崎教授提案の補助磁極励磁シングルポ
ールヘッドを用いた。バイアス磁界はその振幅１２Ｈｂ
ｌが１０秒の間に１４から１２００まで直線的に減少す
るような１００ｋＨｚの交流磁界である。（ａ）は本方
法によるヘッドの再生特性であシＤ５ｏ（出力が孤立波
再生出力の半分まで低下する記録密度）は８０５０ｂｉ
ｔ／＋ｎｍを達成した。（ｂ）は同一ヘッドを用いてバ
イアス磁界を印加し′ない時の特性である。

尚、本発明によるヘッドは磁化容易軸が記録媒体面に平
行な場合についても、高感度ヘッドとして動作する。図
−２１にこのようなヘッドのコア部分の構成例を示す。

矢印Ａの側に光導波路の折れ曲シの端面が接着されるの
は、図−１１あるいは図−１２に示したヘッドと同様で
ある。ヘッドコアの磁化は、バイアス磁界がない場合に
はＸ軸方向（ヘッドコア幅方向）に＋Ｍｓあるいは−Ｍ
ｓで飽和している。一般に、−軸異方性を有する単磁区
薄膜において磁化反転を起こすために必要な最小磁界は
アステロイド曲線（ｈｘ）２＋（ｈｙ）′Ｔ＝１で示さ
れる。ここで、ｈＸとｈｙは異方性磁界ＨＫで規格化し
たＸ方向（磁化容易方向）およびＹ方向（磁化困難方向
）の磁界である。図−２２にアステロイド曲線とバイア
ス磁界の軌跡を示す。図−２３に点線で示したのがバイ
アス磁界である。バイアス磁界の振幅をｈｘよシも小さ
く（ｌＨｂｌ＜１ｈＸｌ）すれば、ヘッドコアの磁化は
＋Ｍｓか−Ｍｓに飽和したままで変化しない。この状態
のへラドコアに記録ビットからの信号磁界（１４ｍ）を
磁化困難軸方向に加え、バイアス磁界の最大値がアステ
ロイド曲線の外側にはみ出した場合にはヘッドコアの磁
化はＨｂの変化に伴なって反転する。即ち、信号磁界が
ない時はヘッドからの再生出力は一定値だったものが、
信号磁界が加わることで再生出力はバイアス磁界と同一
周波数で振動するので、記録ビットの検出が可能になる
。このヘッドの場合もｌＨｇ−Ｈｂｌを無限小と設定す
れば、無限小の脂に感応する。

又、ヘッドコアに加えるバイアス磁界は、トラック方向
なのでヘッドコアの側面に誘起される磁荷によって発生
する磁界は上下２枚のへラドコア間で閉じるため、記録
媒体の磁化状態には影響しない。つまシ、ヘッドコアの
Ｍｓと記録媒体のＨｃは互いに独立に設定できる。

実際のへラドコアにおいては、磁化容易軸を厳密にトラ
ック方向（Ｘ方向）と平行に保つことも、あるいは、バ
イアス磁界の印加方向を厳密にＸ軸と平行に保つことも
困難でアシ相互に若干の傾きがあるのが普通である。こ
のような場合のアステロイド曲線と信号磁界及びバイア
ス磁界の相対関係の１例を図−２３に示す。バイアス磁
界の振幅をアステロイド曲線の内側ぎりぎりに設定する
ことで信号磁界（平均値Ｈｍ）がない場合にはへラドコ
アの磁化はその符号を変えない（磁化反転しない）状態
に保つことができる。ここで、平均信号磁界（Ｈｍ）が
図−２４に示すように加わると、バイアス磁界（Ｈｂ）
が正の最大値を取った場合には、ヘッドコアに加わる外
部磁界（バイアス磁界と平均信号磁界のベクトル和）は
アステロイド曲線の外側にはみ出すので、ヘッドコアの
磁化（Ｍ）は前歴に関係な（＋ｈｘ方向に傾くこととな
る。一方、平均信号磁界が図−２３とは逆の向きに加わ
った場合には、ヘッドコアに加わる最大外部磁場は−ｈ
ｘ成分が大きな方向でアステロイド曲線の外側へはみ出
すので、Ｍは−ｈｘ方向へ傾く。即ち、血の極性に応じ
、Ｍの極性も反転するので、記録ビットの検出が可能と
なる。図−２４において上記のバイアス磁界の印加方法
以外にも、（１）バイアス磁界の振幅がアステロイド曲
線よりわずかにはみ出す値とする方法や、（２）バイア
ス磁界の振幅をアステロイド曲線よシわずかにはみ出る
大きさから、アステロイド曲線の内側におさまる振幅ま
で変化させる方法等も考えられる。（１）の場合にはＨ
ｍ＝Ｏの時はＭはＨｂの極性と連動して符合を反転する
。しかし、脂が正で−ＨｂとＴｏｍのベクトル和かアス
テロイド曲線の内側に入れば、Ｍは正の値のみを取り、
一方血が負でＨｂと一血のベクトル和かアステロイド曲
線の内側に入ればＭは負の値のみを取る。即ち、（１）
の方法でも、Ｈｒｒの極性に応じてＭの符号が反転し、
記録ビットの情報を読み出すことができる。（２）の方
法は、（１）の方法においてバイアス磁界（Ｈｂ）の振
幅をアステロイド曲線からはみ出す量を小さく設定する
程検出できる血の値は小さくなるため、Ｈｂの振幅を変
調しＨｂの振幅がアステロイド曲線に接する場合（この
時には無限小の血に感応する）が存在するようにした場
合であシ、図−２３のよりな血及びＨｂの方向を向いて
いた場合には１ａｂｌの減少に伴ない血が正の場合Ｍは
ｈｘＸ方向傾き、血が負の場合Ｍは−ｈｘ方向へ傾く。

尚、本出願と類似した動作については、既に薄膜マグネ
トメーター（文献、Ｆ；Ｇ、Ｗｅｓｔｅｔａｆｆｌ。

”ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＬｏｗ−Ｉｎｔｅｎ
ｓｉｔｙＭａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄｓｂｙＭｅａｎｓ
ｏｆＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＦｉｌｍ”Ｊ、Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、３４。

ｐ、１１６３．１９６３）とか薄膜ヘッド（文献Ａ、Ｄ
、ＫａｓＲｅｅｔ、ａｎ、”Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｅｄＴｈ１ｎＦｉｌｍ’ＲｅｃｏｒｄｉｎｇＨｅａｄ
ｓ”ＩＥＥＥＴｒａｒ＋ｓ、ｏｎＭａｇ、ｖｏｉ、ＭＡ
Ｇ−７，ｐ、６７５＋１９７１）等において用いられて
いる。いずれも磁性薄膜の困難軸方向にバイアス磁場を
印加し容易軸方向での磁束の時間変化をセンス線を用い
て検出するものである。これら文献の方法においては磁
性膜の磁束変化を電磁誘導で検出するものであシ、シた
がってヘッドサイズが数１００Ｉｔｍ〜数層角となっそ
いる。よって検出すべき信号磁場もその程度の空間分布
を持つもので々ければならない。又磁束の時間変化をセ
ンス線で検出する方法は比較的高感度であるためヘッド
内の磁化が飽和する必要がないが逆にこのように数１０
０μｍ〜数謳角の磁性膜は静磁エネルギーを下げるため
に必ずその中に磁区が発生するため本発明のような磁化
の一斉回転は絶対におこシ得々己。したがって文献にお
ける方法においては微小磁場の高感度検出はできるが、
微小の大きさでしかも空間的拡がシも微小な場合には適
用することができない。本発明の主要点はまさにこの点
を解決したものである。即ち、（１）ヘッドコアサイズ
を光のスポットサイズまで小さくしたこと、（２）ヘッ
ドギャップと直角方向に磁化容易軸を持ちしかもヘッド
コア全体を、単一磁区にしたこと、（３）バイアス磁場
を磁化容易軸方向に印加することで、磁界の検出感度を
向上させたこと等が発明のポイントである。この結果、
従来の電磁誘導を利用した薄膜ヘッド、磁気抵抗効果を
利用したＭＲ−・ラドよシもヘッド全体のサイズを小さ
くでき、したがってヘッド先端から入る磁束のうちへラ
ドコア全体を回る磁束の割合が大きく向上する。光は光
導波路によって導入するが、光導波路をＳｊＯ等で作製
すれば５ＩＯ２は硬いためたとえば記録媒体と接触して
も摩耗しにくい。しかもヘッド先端に光導波路がついて
いるためヘッド先端から数μｍ範囲のヘッド磁化の検出
ができる。

又へラドコア全体を単一磁区にすることとバイアス磁場
を印加することによシ微小な記録ビットからの信号磁界
によシ数μｍのヘッドコア全体の磁化を信号磁界の方向
に向けることができるため微小領域での０１０ｅ以下の
微小磁界を高感度に検出することができる。

本発明におけるヘッドにおいて他の構成例が種々考えら
れる。図−２４〜図−２７は本発明の他の構成例である
。図−２４はへラドコアの広がシを図−１３とは異なる
ようにしたものであシ磁性層を貫通して導体を通す。図
−２５はヘッドのアレイを構成したものでろシマルチト
ラックヘッドとして用いる。光の伝搬速度は高速である
ためマルチトラック信号の並列処理ができる。図−２６
はヘッドコアを光が透過するタイプであり、この場合は
Ｆａｒａｄａｙ効果を用いる。又導体としては酸化スズ
のような透明導体を用いる。図−２７において２７．１
は銀、アルミニウム等で作製（７たミラー、２７．２は
スリットであり、反射光をミラー２７．１で反射させ又
スリッ）２７．２で方向を変える。即ち光源と光検出器
をヘッド全体で同じ方向に配７１したい時有効である。

又この構成では磁気光学回転角が２倍になるという利点
もある。

尚、これまで示した構成例においては、光源。

偏光子、検光子、光検出器等はヘッドを颯した光導波路
基板とは別々に存在し、それらの間はレンズ等のパーツ
で結ぶ構成であったが全体をノ・イブリッド的にあるい
はモノリシックに一つの基板の上に集積化することによ
り全体が数配角の１つのチップ上に収まる。あるいは一
つのチップに収まらなくとも光源および検出器とヘッド
チップの間を偏波面保存性を有する単一モード光ファイ
バで結ぶことによりヘッドチップは全体で数覇角となる
。このような小型になることによりヘッドチップをノン
パルに取シ付は浮止ヘッドとして現用のヘッドをそのま
まおき換えることも可能である。

又、実施例においては光の偏光面の変化を検光子を通し
て光の強弱に変換して検出する場合のみしか示さなかっ
たが、光の特徴を活かす方法即ち同一光源から出た光を
２つに分は一方はヘッドを通過させ他方は他のルートを
通過させた後、合成して干渉させる方法も有効である。

ヘッドを通った後の光の位相変化は１°以下と微小では
あるが高感度検出法としては有効である。ただし本発明
はヘッドの基本構成に関するものであり、この精神にそ
ったいかなる構成も含むものであるが偏波面の変化、光
の位相変化についての検出力法については規定するもの
ではない。

本ヘッドは記録媒体をはさんで他方から強磁場で励磁す
ることによりシングルポールヘッドト同じ原理で記録用
としても用いることができる。

（発明の効果） 以上示したように本発明ヘッドを用いると高密度記録さ
れた記録媒体のサブミクロンサイズのビット信号を高感
度に検出することができる。したがって磁気テープ、フ
ロッピーディスク、磁気ディスク等における磁気ヘッド
として用いることによシ、超高密度記録再生が可能であ
り、磁気記録を用いるディジタル情報処理ＶＴＲ、放送
用チーブオーディオ等において従来の記録密度特性を大
きく向上させることができると共に記録装置の小型化、
低価格化に大きく貢献するものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

図−１は本発明ヘッドの構成を示す斜視図であり、１１
．１はへラドコア、１１．２は導体、１１．３は入射光
、１１．４は反射光、１１．５は基板である。 図−２は、磁気抵抗形（ＭＲ）ヘッドであり、２．１は
磁気抵抗素子、２，２は導体、図−３は従来の改良され
たＭＲヘッドであシ、３．１は磁束のリターンパス、３
．２は非磁性部である。図−４は垂直記録媒体上の磁界
を計算するモデルを示す図である。 図−５は図−４のモデルによ′り計算した垂直方向の磁
界Ｈｙの媒体からの距離依存性でありパラメーターはビ
ット幅である。図−６は従来の光磁気再生の原理図であ
り、６．１は光源、６．２は偏光子、６．３はビームス
プリッタ−１６，４は検光子、６．５は光検出器、６．
６は記録媒体内の磁化である。図−７は転写ヘッドの原
理図であシ、７．１は転写用軟磁性膜、７．２は軟磁性
膜の磁化、７．３は媒体からの漏洩磁界である。図−８
は改良された転写ヘッドの一例であシ、８．１は反射膜
、８．２は光線である。図−９は転写ヘッドの他の例で
あｆｉ、９．１光フアイバ、９．２はコアである。図−
１０は従来のマイクロ磁気ヘッドの構成図であ５．１０
．１はマイクロヘッド、１０．２は偏波面保存性単一モ
ード光導波路、１０．３はコア、１０．４は偏光、１０
．５は記録ビットである。 図−１１は従来の垂直記録用の補助磁極励磁形シングル
ポールヘッドであシ、１．１は主磁極、１．２は補助磁
極、１．３はコイル、１．４は記録媒体、１．５は記録
媒体用ベースである。 図−１２は本発明ヘッドの全体の概念図で１２．１は光
源、１２．２はリード線、１２．３は偏光子、１２．４
は検光子、１２．５は光検出器、１２．６はリード線、
１２．７はバイアス用電源、１２．８はリード線である
。図−１３、発明の詳細な説明するためのヘッドの図、
図−Ｉ４（ａ）〜（Ｃ）は図−１３をＡの方向から見た
図である。図−１５は異方性分散のない場合の単磁区薄
膜のヒステリシスループを示す。 図−１６は異方性の分散がある場合のヒステリシスルー
プを示す。図−１７はバイアス磁界の振幅ＩＨｂ、１が
ｌＨｅ＋２１以上の場合のバイアス磁界（Ｈｂ）記録ビ
ットから発生する磁界の平均値（Ｈｍ）、及びヘッドコ
アの磁化（Ｍ）の時間変化を示す。図−１８は、・シる
関係が成立する場合のへラドコアのヒステリシスループ
の例とバイアス磁界の振幅１ＨｂｌをＩＨＣ＋”１以上
から０まで変調した場合のＨｂ、）ｈｎ。 Ｍの時間変化を示す。図−２０は本発明ヘッドによる記
録再生特性の一実験例であり、曲線（ａ）バイアス有の
時、曲線（ｂ）は無バイアスの時である。実線はヘッド
と媒体が接触した時、点線はその間隔が０．１μｍの時
である。図−２１は磁化容易軸及び／％’）イアス磁界
の方向が記録媒体と平行な場合のへラドコア部分の図で
ある。図−２２はアステロイド曲線とバイアス磁場（点
線）を示す。２２．１は平均信号磁界（Ｈ，、）が磁化
困難軸方向に加わった場合のバイアス磁界の軌跡である
。図−２３は、ヘッドコアの磁化容易方向及びバイアス
磁界の方向が記録媒体面に対し、平行かられずかに傾い
た場合のアステロイド曲線とバイアス磁界（点線）及び
平均信号磁界を示す。２３．１は平均信号磁界（Ｈｍ）
がヘッドコアに印加された場合のバイアス磁界の軌跡で
ある。図−２４、図−２５、図−２６、図−２７は、本
発明の他の構成例で２７．１はミラー、２７．２はスリ
ットである。 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士山本恵− 第１図 −１，５ 第３図第４図 第７図 第５図 Ｖ（Ｐｒｎ） 第８図 第９図 す、１）Ｉ！４ 第１４Ｂ 第１６図 ん吊止 第１７図 第１８図 第１９図 第２０図 言己＃書＊（ｂｔｔ／ｍｍ） 第２１図 第２２閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 偏波面保存性を有する単一モード光導波路と、該光導波
   路の光軸と交叉する面内に形成される磁気光学効果を有
   する磁性薄膜と、該磁性薄膜に接する導体とを有し、前
   記磁性薄膜は一軸性の磁化容易軸を有する単磁区構造を
   有し、前記導体中を流れる電流により磁性薄膜が磁化容
   易軸方向に磁化されることを特徴とするマイクロ磁気ヘ
   ッド。