KR950009849B1

KR950009849B1 - 자기헤드

Info

Publication number: KR950009849B1
Application number: KR1019910013069A
Authority: KR
Inventors: 미쯔오 아베; 유끼꼬 오구라; 마사까쯔 사이또; 도시오 쯔찌야
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1995-08-29
Also published as: US5276574A; JPH04102209A; JP2812542B2; KR920005069A

Abstract

내용 없음.

Description

자기헤드

제1도는 본 발명의 1실시예에 있어서의 자기헤드의 사시도.

제2도는 본 발명의 1실시예에 있어서의 자기헤드의 불균형적인 마모가 발생한 부분을 나타낸 단면도.

제3도는 갭깊이 Gd, 불균형적인 마모량 Δd 및 헤드출력 E와 내마모비 E의 관계를 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 자기헤드의 일부를 절단한 주요부사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1′ : 연자성금속막 2 : 기판

3 : 갭 4 : 감기창

5 : 슬라이드면 CH₁,CH₂: 코어반체

Gd : 갭깊이 Δd : 불균형적인 마모

6 : 신호코일 7 : 매입재

8 : 절연재 9 : 보호막

본 발명은 연자성금속막과 이것을 유지하는 자성 또는 비자성의 기판을 구비한 복합형 자기헤드에 관한 것이다.

고보자력테이프에 대응하기 위해 고포화자속밀도를 갖는 연자성금속막을 사용한 자기헤드가 최근 여러가지 제안되어 있다. 이들 자기헤드는 연자성금속막의 주위를 내마모성이 양호한 자성기판 또는 비자성기판으로 유지하고, 테이프슬라이드 주행에 의한 헤드 마모를 저감하여 필요한 수명을 확보하도록 하고 있다.

그런데, 헤드 슬라이드면이 여러 재료로 구성되어 있는 경우, 각 재료의 마모특성이 일치하지 않으면, 각 재료의 경계부에서 마모단차(소위 불균형적인 마모에 의한)를 발생시켜 헤드 기록 재생시의 간격손실을 증가시킨다는 문제가 있다.

불균형적인 마모를 저감하기를 위해 종래 취해지고 있던 대책은 헤드 슬라이드면을 구성하는 재료의 마모특성을 일치시키는 것이다. 이 1예로써, 일본국 특허 공개공보 평성 1-102713호에 개시된 방법을 소개한다. 이 종래예에서는 기판재로써 주성분인 α-Fe₂O₃에 Bi₂O₃등을 적당량 첨가하여 내마모성을 떨어뜨리고, 비정질합금이나 Fe-Al-Si 합금, 소위 센더스트 등으로 이루어지는 연자성금속막에 대해 그 마모특성을 일치시키고, 이것에 의해 불균형적인 마모, 즉 간격손실이 적은 자기헤드를 얻도록 하고 있다.

상기 종래기술에서 불균형적인 마모는 저감할 수 있지만, Bi₂O₃등을 첨가하는 것에 의해 가판재료의 마모속도가 증대하고, 이것을 사용한 헤드 전체의 내마모성이 악화한다. 따라서, 소정의 수명을 확보하기 위해서는 예를들면 갭깊이 값을 과대하게 설정해야만 하지만, 이것은 헤드의 자기회로효율을 떨어뜨리게 되어 상기한 불균형적인 마모에 의한 간격손실의 개선효과를 상쇄시켜 버린다. 또, 상기의 자기회로효율이라는 것은 자기헤드를 자기저항으로 되는 등 가자기회로로 표현했을때 테이프의 신호자속이 헤드의 코일부를 통과하는 비율이다.

한편, 역의 해결방법으로써, 기판에는 내마모성이 양호한 재료를 사용하여 연자성금속막의 마모특성을 높여서 이 기판에 일치시키는 검토도 이루어지고 있다. 예를들면 질소 첨가에 의해 연자성금속막의 마모특성이 개선된다는 보고도 있지만, 기판재료와의 마모차는 아직 10배정도 되어 채용가능한 레벨에는 이르지 않고 있다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 감안해서 이루어진 것으로써, 현재 상태의 재료의 마모특성에 따라 어느 정도의 불균형적인 마모를 용인하고, 자기회로효율의 대폭적인 향상에 의해서 불균형적인 마모에 의한 간격손실이 있더라도 전체적으로 봐서 헤드출력을 개선할 수 있는 자기헤드를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기헤드는 작동 갭을 거쳐서 대향하는 1쌍의 연자성금속막을 가지며, 이 연자성금속막의 적어도 1개는 기판에 의해 유지되고, 기판의 재료로써는 연자성금속막의 20~200배의 내마모성을 갖는 자성 또는 비자성재료(연자성금속막에 대한 내마모비 N이 20~200의 재료)를 사용하며, 또한 갭깊이 Gd를 1~5㎛로 설정하고 있다. 본 발명의 자기헤드는 또 코일을 갖는 것은 물론이다.

연자성금속막에 대한 기판의 내마모비를 N으로 하면, (1) 헤드의 마모속도는 1/N로 감소하고, 갭깊이 Gd는 그것에 비례해서 작게 할 수 있다. 또, 이것에 의해 자기회로효율 η가 증가한다. 실험에 의하면 N=10 일때 η=0.95로 된다.

(2) 본원 발명자들의 실험에 의하면, 불균형적인 마모 Δd는 logN에 비례해서 발생하여 간격손실 Ld을 악화시키는 것이 판명되었다. 이 관계는 예를들면 N=10 일때 Ld=0.81, N=100 일때 Ld=0.66이다.

전체적인 헤드출력은 상기 (1), (2)의 양쪽에서 결정되고, 그 곱 ηㆍLd는 N=20~200의 범위에서 최대값을 취한다. 또, 이때의 갭깊이 Gd는 1~5㎛이다.

또, 갭깊이 Gd가 1㎛ 미만에서는 헤드의 제조공정 및 검사공정에서 그 정밀도를 유지하는 것이 곤란하다. 또, Gd가 1㎛에서 0㎛로 저감되어도 자기회로효율의 증가는 겨우 0.4dB 이하에 지나지 않는다. 한편, 갭깊이 Gd가 5㎛를 넘으면 내마모비 N이 20인 경우라도 마모의 점에서 봐서 필요이상으로 큰 Gd로 되며, 또한 자기회로효율 η가 매우 저하하여 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 자기헤드에 있어서는 연자성금속막에 대한 기판의 내마모비 N을 20~200으로 하고, 갭깊이 Gd를 1~5㎛로 한다.

본 발명의 자기헤드에서 작동 갭을 거쳐서 대향하는 고포화자속밀도의 연자성금속막으로써는 예를들면 Co_81~86Nb_11~14Zr_3~5, Co_86~89Ta_6.5~9.0Zr_3.5~5.5와 같은 Co게 비정질 자성합금, Fe_65~85Ta_5~15C_10~20, Fe_60~80Nb_5~20C_10~20과 같은 Fe-C게 미세결정자성재 및 센더스트 Fe_85~88Al_4~6Si_8~10등을 들을 수 있지만 이들에 한정할 필요가 없다. 상기 각 합금은 센더스트가 wt%, 그외는 at%로 조성을 나타내고 있다. 또, 고포화자속밀도를 갖는 연자성금속막은 종래의 고유전율페라이트 대신에 사용되고 있고, 그 포화자속밀도는 고유전율페라이트보다 높은 것이다. 상기의 각 연자성금속막에 대해서 내마모비 N이 20~200으로 되는 기판재료로써는 예를들면 MnNiO₂, α-Fe₂O₃, ZrO₂등을 들을 수 있지만 이들에 한정할 필요는 없다.

또, 그외의 연자성금속막 재료로써 Fe-N계 미세결정자성재, Ni를 35~80wt% 포함하는 Fe-Ni 합금(소위 퍼머로이)을 들 수 있고, 이들에 대해서 N이 20~200으로 되는 기판재료는 전자에 대해서 예를들면 MnNiO₂, α-Fe₂O₃, ZrO₂가 후자에 대해서 예를들면 MnZn 페라이트단결정, MnNiO₂, α-Fe₂O₃가 있다.

상기와 같이 본 발명은 자기헤드의 자기기록매체 대향면의 불균형적인 마모가 관계된 것으로써, 불균형적인 마모가 발생하게 되어 자기헤드를 대상으로 하는 것은 아니다. 예를들면, 컴퓨터의 하드디스크용 자기헤드는 부상주행하는 것이므로, 마모하지 않는, 즉 불균형적인 마모의 발생과는 관계가 없는 시스템으로써 본 발명의 대상으로는 되지 않는다.

한편, 본 발명의 자기헤드는 자기테이프와 같은 자기기록매체가 접촉하여 슬라이드하는 것을 전제로 하는 것으로써, 헤드나 테이프의 재질 등에 의해 정해지는 양(다음에 기술하는 식(4)에 따른다)의 불균형적인 마모가 반드시 발생하고, 이와 같은 불균형적인 마모가 발생하고 있는 상태하에서 사용하는 시스템이다.

본 발명의 자기헤드는 기판재에 의해 유지된 연자성금속막이 작동 갭을 거쳐서 대향하고, 자기기록매체대향면에는 자기기록매체와 접촉하여 슬라이드하는 것에 기인하는 소정량의 불균형적인 마모가 발생하는 접촉 슬라이드형의 자기헤드이고, 연자성금속막에 대한 기판의 내마모비 N이 20~200이며, 갭깊이 Gd가 1~5㎛로 설정되어 있는 것 이외에 대해서는 이 기술분야에 있어서의 종래기술의 식견을 이용해도 지장이없다.

[실시예 1]

본 실시예에 있어서의 자기헤드의 사시도를 제1도에 주요부 단면도를 제2도에 도시한다.

제1도에서, CH₁, CH₂는 쌍을 이루는 코어반체로써, 각각 고포화자속밀도의 연자성금속막(1)과 연자성금속막(1)을 샌드위치형상으로 끼워넣어서 유지하는 비자성재로 이루어지는 기판(2)를 구비하고 있다. 연자성금속막으로는 Co_83.5Nb_12.4Zr_4.1및 Co_87.1Ta₉C₁₄의 Co계 비정질 자성합금(조성은 at%), Fe₇₇Ta₉C₁₄의 Fe-C계 미세결정자성재(조성은 at%), Fe_85.3Al_5.8Si_8.9의 센더스트(조성은 wt%)를 사용하였다.

상기 양쪽의 코어반체 CH₁, CH₂는 도시하지 않은 접합용의 유리에 의해서 일체화되어 있다.

작동 갭(3)을 구성하는 갭규제박막으로는 막두께 0.2~0.3㎛의 SiO₂막을 사용하였다. 작동 갭(3)은 주위의 연자성금속막(1)보다 조금(약 5~10nm) 부풀어오르지만, 그 면적은 미소하므로, 헤드특성으로의 영향은 무시할 수 있다.

제1도에서 (4)는 감기창, (5)는 슬라이드면이고, Gd는 갭깊이를 나타낸다. 감지창(4)를 사용해서 코일(도시하지 않음)이 감겨져 있는 것은 물론이다.

제2도는 마모가 진행한 상태에 있어서의 자기헤드의 각종 갭(3)의 근방으로 이것과 평행한 단면을 나타내고 있으며, 테이프와의 상대주행 슬라이드에 의해서 슬라이드면(5)에는 불균형적인 마모 Δd가 발생하여 연자성금속막(11)이 움푹패인 상태로 되어 있다.

제1, 2도에 도시한 구조를 취하는 자기헤드의 상기 기판(2)로써 마모특성이 다른 여러가지의 재료를 사용해서 자기헤드를 시작하여 그 불균형적인 마모와 헤드출력의 관계를 조사하였다. 표 1은 사용한 기판재료와 그 연자성금속막에 대한 내마모비 N, 필요로 하는 갭깊이 Gd 및 헤드출력 E를 나타내고, 제3도는 내마모비 N에 대한 갭깊이 Gd, 불균형적인 마모 Δd 및 헤드출력 E의 의존성을 나타내고 있다. 또, 이들의 측정에는 금속테이프를 사용하여 상대속도 3.75m/s, 주파수 5MHz로 하였다. 또, 표 1과 제3도에 나타낸 데이타는 연자성금속막으로는 Co_83.5Nb_12.4Zr_4.1(조성은 at%)을 사용해서 자기테이프를 100시간 주행했을때의 값이다. 불균형적인 마모 Δd는 10~50시간의 테이프 주행으로 포화하고, 그후는 정상상태로 되어 일정값을 유지한다.

[표 1]

표 1에 나타낸 A의 결정화유리는 Li₂OㆍAl₂O₃ㆍSiO₂, B의 페라이트는 MnZn 페라이트 단결정, C의 MnNiO는 MnNiO₂이다.

표 1과 제3도에 나타낸 헤드출력 E는 모두 상대값이며, 표 1에서는 기판에 페라이트를 사용한 N의 값이 10인 경우의 헤드출력 E를 100μV로 한 상대값이고, 제3도에서는 얻어진 헤드출력 E의 최대값(N의 값이 50부근의 출력)을 0dB로 한 상대값이다.

이 실험의 결과, 표 1에 나타낸 재료 C, D, E의 경우에 헤드출력이 큰 것이 판명되었다. 또 제3도에서 최고출력에 대해 1dB의 저하를 허용하면, 재료의 내마모비 N은 N=20~200배의 범위가 적당하다.

일반적으로, 갭깊이 Gd는 헤드의 요구되고 있는 수명시간(즉, 그 수명이 끝날 때까지의 테이프 주행시간)에 헤드가 마모되는 양을 넘도록 설정한다. 즉, 요구되고 있는 수명시간내에 헤드의 자기기록매체 대향면이 마모에 의해 감기창까지 도달하는 일이 없도록 Gd는 설정된다.

본 실시예에서는 현행의 페라이트제 헤드와 같은 2000시간의 수명이 얻어지도록 갭깊이 Gd를 결정하였다. 우선, 사용하는 기판재의 내마모비 N을 실험에 의해 측정하고, 이 N의 값에 반비례하도록 Gd를 설정하였다. 단, Gd가 1㎛ 이하로 되는 경우에는 1㎛로 하였다. Gd를 1㎛ 미만으로 하는 것은 비실용적이며, 실용적인 최소의 Gd는 1㎛이다. 또, Gd를 N값에 반비례한 값으로 하는 경우, 기준으로써 N이 10의 페라이트의 2000시간 테이프 주행후의 마모량 10㎛를 사용하였다.

다음에 상기 결과의 타당성을 수식을 사용해서 사용하였다.

(1) 자기회로효율 η는 헤드 각부의 자기저항에서 구하고, 갭깊이 Gd의 존성은

η=1/(1+AㆍGd)……………………………………(1)

로 나타낸다. 여기에서, A는 실험으로 구하는 정수로써 A=0.05㎛^-1이다. Gd는 내마모비 N에 대하여 반비례하며, (1)식은

η=1/(1+A′/N)………………………………………(2)

로 된다. 여기에서, A′=5이다(단, N=10일때 Gd=10㎛로 가정).

(2) 불균형적인 마모 Δd에 따르는 간격손실 Ld는

Ld=exp(-2πΔd/λ)………………………………(3)

으로 나타낸다. 여기에서 λ는 기록파장으로 약 0.7㎛(3.75m/s, 5MEz 일때)이다.

Ld와 η는 상기 식(1), (2), (3)으로 나타내고 있는 바와 같이, 모두 무차원수로 최대값은 1로 된다.

한편, 불균형적인 마모 Δd와 내마모비 N의 관계는 본원 발명자들의 실험에 의하면

Δd=ClogN…………………………………………(4)

로 부여된다. 여기에서, C는 테이프변형에 따르는 정수로 약 10nm이다.

이상의 각 식에서 자기회로효율 η과 간격손실 Ld의 곱이 전체적인 헤드출력 E를 결정하며, 헤드출력 E는

E=ηㆍLd

=1/(1+A′/N)ㆍN²πC/λ………………………(5)

로 나타내진다. 그리고, 헤드출력 E가 극대값을 갖는 조건은

N=A′(1-2πC/λ)/2πC/λ………………………(6)

로 된다. A′=5, C=10nm, λ=0.7㎛ 일때 (6)식은 N=50으로 된다.

이것은 의해서, N〉1의 영역에서 출력이 최대로 될 수 있는 조건이 존재하는 것이 논리적으로도 증명된다.

식(5)에 있어서는 헤드출력 E는 Ld와 η가 각각 1인 경우(즉, 손실이 없이 효율이 100%인 경우)에 1이라는 상대값으로 된다.

상기와 같이, 식(5)는 실험으로 얻어진 제3도에 도시되는 E의 값의 경향과 더욱 일치하고 있다.

[실시예 2}

제4도는 본 실시예에 관한 자기헤드의 일부를 절단한 주요부 사시도이다. 본 실시예에서는 내마모비 N=20~200값의 기판(2)(예를들면 α-Fe₂O₃)상면에 박막형상의 연자성금속막(1)(1′)(예를들면 Co-Nb-Zr계 비정질 자성합금으로 이루어지는)와 박막형상의 Cu로 이루어지는 신호코일(6) 등을 형성한 것이다. 이 경우도 상기 실시예와 마찬가지로 전체적으로 봐서 헤드출력을 개선하는 것이 가능하게 된다. 또, 본 실시예에서는 박막패터닝의 제조 메리트를 살리면서 갭깊이 Gd가 1~5㎛라는 미소한 치수관리를 용이하게 실현할 수 있다.

다음에 본 실시예의 자기헤드의 제조방법을 설명한다.

α-Fe₂O₃로 이루어지는 기판(2)에 Co-Nb-Zr계 비정질 자성합금으로 이루어지는 하부의 연자성금속막(1′), Cu로 이루어지는 신호코일(6), SiO₂로 이루어지는 작동 갭(3), Co-Nb-Zr계 비정질 자성합금으로 이루어지는 상부의 연자성금속막(1) 및 포오스 테라이트로 이루어지는 보호막(9)를 이 순서로 스퍼터링법으로 적층 형성하였다. 이 경우, 각 재료의 부분은 이온밀링법으로 소정 형상으로 페터닝함과 동시에 포오스 테라이트로 이루어지는 비자성의 매입재(7) 및 SiO₂로 이루어지는 절연재(8)을 충전하였다. 또, 슬라이드면(5)는 기판(2), 연자성금속막(1), (1′), 보호막(9), 매입재(7) 및 작동 갭(3)으로 구성되어 있다.

또, 본 발명의 자기헤드는 기판으로써 자성, 비자성을 불문하고 적용할 수 있으며, 또한 헤드구조는 공지의 각종 MIG(metal-in-gap)형의 자기헤드구조에 적용가능하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 연자성금속막에 대해서 기판의 내마모비 N을 20~200이라는 최적값으로 선택하고 있으므로, 이것에 의해서 갭깊이를 저감하여 불균형적인 마모에 따르는 간격손실을 능가해서 총합적으로 헤드출력을 개선시킬 수 있다.

Claims

슬라이드면이 적어도 연자성금속막과 이것을 유지하는 기판으로 구성된 자기헤드에 있어서, 상기 기판의 내마모성이 상기 연자성금속막의 내마모성보다 20~200배 크고, 갭깊이의 지수를 1~5㎛로 한 자기헤드.
제1항에 있어서, 상기 기판상에 박막형상의 상기 연자성금속막과 박막형상의 신호코일을 형성해서 이루어진 자기헤드.
작동 갭을 거쳐서 대향하는 1쌍의 연자성금속막을 갖고, 상기 연자성금속막의 적어도 1개는 기판에 의해 유지되며, 슬라이드면은 상기 연자성금속막과 상기 기판 및 상기 작동 갭으로 구성되고, 상기 기판의 내마모성은 상기 연자성금속막의 내마모성의 20~200배이고, 갭깊이가 1~5㎛인 자기헤드.
제3항에 있어서, 상기 연자성금속막은 Co계 비정질 자성합금, Fe-c계 미세결정 자성합금, Fe-N계 미세결정 자성합금, Fe-Si-Al계 자성합금, Fe-Ni계 자성합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 자성합금으로 이루어지는 자기헤드.
제3항에 있어서, 상기 기판은 단결정 MnZn 페라이트, MnNiO₂, α-Fe₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제3항에 있어서, 상기 연자성합금막은 Co계 비정질 자성합금, Fe-c계 미세결정 자성합금, Fe-N계 미세결정 자성합금 및 Fe-Si-Al계 자성합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 자성합금으로 이루어지며, 상기 기판은 MnNiO₂, α-Fe₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제3항에 있어서, 상기 연자성금속막은 Fe-Ni합금이고, 상기 기판은 단결정 MnZn 페라이트, MnNiO₂, α-Fe₂O₃로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제3항에 있어서, 박막형상의 신호코일을 갖는 자기헤드.
작동 갭을 거쳐서 대향하는 1쌍의 연자성금속막을 갖고, 상기 연자성금속막의 적어도 1개는 기판에 의해 유지되고, 슬라이드면은 상기 연자성금속막, 상기 기판 및 상기 작동 갭으로 구성되며 상기 연자성금속막과 상기 기판의 경계부에는 소정의 불균형적인 마모를 갖는 접촉 슬라이드형의 자기헤드에 있어서, 상기 기판의 내마모성은 상기 연자성금속의 내마모성의 20~200배이고, 갭깊이는 1~5㎛인 자기헤드.
제9항에 있어서, 상기 연자성금속막은 Co계 비정질 자성합금, Fe-c계 미세결정 자성합금, Fe-N계 미세결정 자성합금, Fe-Si-Al계 자성합금 및 Fe-Ni계 자성합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 자성합금으로 이루어지는 자기헤드.
제9항에 있어서, 상기 기판은 단결정 MnZn 페라이트, MnNiO₂, α-Fe₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제9항에 있어서, 상기 연자성금속막은 Co계 비정질 자성합금, Fe-c계 미세결정 자성합금, Fe-N계 미세결정 자성합금 및 Fe-Si-Al계 자성합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 자성합금으로 이루어지며, 상기 기판은 MnNiO₂, α-Fe₂O₃및 ZrO₂로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제9항에 있어서, 상기 연자성금속막은 Fe-Ni합금이고, 상기 기판은 단결정 MnZn 페라이트, MnNiO₂, α-Fe₂O₃로 이루어지는 군에서 선택한 1개의 재료로 이루어지는 자기헤드.
제9항에 있어서, 박막형상의 신호코일을 갖는 자기헤드.