JPH02248879A - 磁性薄膜の磁化特性測定装置 - 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】 発明の目的： （産業上の利用分野） この発明は、磁気テープや磁気カードの磁気ストライブ
及び磁気ディスク等の磁性薄膜の磁化特性を非常に正確
に測定するための磁化特性測定装置に関する。

（従来の技術） 磁気カードあるいはデータ記録媒体としての磁気テープ
、磁気ディスク等の媒体が大量、安定。

低価格に生産されるためには、更に研究開発の進展５品
質レベルの向上などが求められており、これらのことを
支援するための手段の一つとして、媒体の磁化特性を測
定する装置が使用されている。

このような磁性体測定装置は、たとえば１９７３年発行
の°“横河技報Ｖｏ１．１７　Ｎｏ、２”の４９頁〜７
２頁に述べられている。しかしながら、この測定装置は
高透磁率材料、永久磁石などの板、ブロック材。

磁性粉、磁性薄膜などを測定対象にして汎用性をもたせ
ているが、機能、操作性８価格などに難点がある。また
、この測定装置では、例えば紙製カードに熱転写または
塗布により作成された磁気ストライプ、磁気テープが貼
着されたカードや通帳、表面にコーティングの施された
磁気カード等の磁化特性の測定は、カード等から磁性薄
膜を切取って装置の構成上ある大きさに揃えて、ｌＯ枚
程度重ねた試料を用いなければならず、非常に面倒であ
った。また、磁気カード等のｌｉｎ気ストライプの磁化
特性の測定を、磁気カードに層設した状態のままで行な
うことは不可能であった。更に、磁化特性の良否を判断
するのに、装置の設けられたｘ−Ｙレコーダ等で紙面上
に一度描画したヒステリシスカーブから使用者が飽和磁
束、残留磁気、保持力等の磁化特性値を目視で読取って
計算等をして判断しなければならず、非常に手間がかか
っていた。しかも、磁化特性値の工程管理能力が分析可
能な測定器は未だ存在しないという問題点がある。又、
現在商品化されている装置では、例えば励磁増幅部、信
号処理用積分器、　Ｘ−Ｙレコーダ等を個別の装置とし
て組合せて構成されており、装置自体が極めて大型化し
てしまうという欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような欠点を解決した装置として、本出願人によ
る特開昭６３−２３６９８１号公報に記載されたものが
ある。この装置の測定原理について第１４図を参照して
説明する。まず、コイル部の磁気コア１の断面積なＳ、
ギャップ部ＩＡの磁気コア断面積をＳ、、コア磁路長を
！、ギャップ長をＩｔ、、磁気コアの透磁率をμ、空気
の透磁率をμ０とする。

そして、ギヤツブ部島に何も媒体を接触させない状態の
磁束Φは、磁気コア１の磁気抵抗をＲ（・Ｉ／μｓ）、
ギャップ部ｌ＾の磁気抵抗をｎ＊（−Ｉｌｔ／μ。Ｓ、
）とすると、次に、磁気抵抗＋１＜＜Ｒ，の関係により
ギヤツブ部１へにおいては磁束Φは広がりを有し、ｂｉ
ｌ性薄膜２００の内部にも一部の磁束が見かけ上ギャッ
プ長２．０方向に平行に近い状態になる。いま磁性簿１
模２００をギャップ部ＩＡに接触させた時の磁束をΦ１
とすると、２次コイルの起電圧ｖｓは・・・・・・・・
・（４） であり、ギャップ部ｌ＾の磁界１１ｇは・・・・・・・
・・（５） であり、非検出側の２次コイルの起電圧Ｖｓｃは軽主束
をΦ。とすると、 磁界Ｈｇと電流■の関係は、 となる。従って、差動増幅器による差動後の出力’に圧
Ｖｏハ（４）　〜（６）式より、磁性薄１ｉ２００が無
いときは となる。

ｖｏｌ　とすることができる。

であり、磁性薄膜２００が有るときは となる。このような差動増幅器の出力電圧ＶＤ、ＶＤ＋
を測定データ変換部で変換し、測定データ解析部に取込
みメモリ部に記憶させておくと共に、印加磁界Ｈで同期
をとり、メモリ部よりデータを読出して（７）及び（８
）式の差をとることによって、磁性薄膜２００を設定し
たことによる磁束Φの増分に基づく出力電圧ν。°を算
出することができる。

尚、磁性薄膜２００がないときの差動増幅器の出力電圧
Ｖ。はほぼ零に近いので大まかな検出でよい場合、また
は磁気コア１の製造精度を高めて出力電圧Ｖ。が零とな
っている場合には、差動出力電圧ＶＤを測定データ解析
部に取込む必要はなく、ＶＤＩをそして、磁性薄膜２０
０の断面積をＳ＋（−厚さｄＸ幅Ｗ）とすると、この部
分の磁束密度Ｂｌは、Φｌ Φ Φ°　纏　Ｂ、・Ｓ。

・・・・・・・・・（ｌＯ） とおくことができ、（９）式より ・・・・・・・・・（１１） である。

磁性薄膜２００の透磁率μｍ　（正確には磁化率χとな
り、μｍ−χ　・μｌ’　−１，μｍ゛は真の透磁率）
は となる。（９）式において各磁界強度におけるデータを
加算することによって、ソフトウェア積分を行なう。す
なわち、 ・・・・・・・・・（１３） であるから となる。ここに、Δｔはサンプリング周期であり、加算
は印加Ｉｉｎ界Ｈの１周期分とする。

また、この装置では印加磁界Ｈは、電流！に正比例する
という（３）式に基づいた考え方で、所定の磁界Ｉ＋（
−Ｈｇ）を得るために電流Ｉを制御している。しかしな
がら、上記磁化特性測定装置では磁気コア１がパーマロ
イ又はセンダストで形成されており、第５図に示す如く
低周波域において励磁電流に対して比例発生できる磁界
Ｈが約４　、０００　［Ｏｅ１未満であった。比例発生
できる磁界範囲を高くするためには、飽和磁束密度の高
いＦｅ−Ｃｏ系の磁気コアを使用すれば良いが、このよ
うな磁性材料は一般に保磁力が大きいために、入力端子
−発生磁界の理想特性か第１５図の実線Ａであるのに対
し、実際は一点鎖線で示す特性Ｂとなっている。このた
め、発生磁界自体に誤差かあることになり、その補正が
必要となっている。

この発明は上記問題点に鑑みなされたもので、この発明
の目的は、励磁電流に対して比例発生できる磁化力が約
１０，０００［Ｏｅ］以上であると共に、入力電流■−
発生磁界Ｈ間のヒステリシスに起因する誤差を補正して
被測定物のより正確な磁化特性を測定できる磁化特性測
定装置を提供することにある。

発明の構成； （課題を解決するための手段） この発明は磁化特性測定装置に関するもので、この発明
の上記目的は、検出ヘッド及びキャンセルヘッドを有す
る差動型磁気ヘッドと、この差動型磁気ヘッドを低周波
信号で励磁する低周波信号発生手段と、前記差動型磁気
−ヘッドの検出ヘッド及びキャンセルヘッドの差動出力
と前記検出ヘツドの出力とを切換える切換手段と、この
切換手段によって切換えられた前記差動型磁気ヘッドの
差動出力又は前記検出ヘッドの出力をサンプリングして
デジタル値に変換する測定データ変換手段と、＆ｎ性薄
膜の測定前に前記切換手段を切換えて、前記差動型磁気
ヘッドの前記検出ヘッドのデジタル値を順次人力して前
記検出ヘッドのコアのヒステリシス特性値を算出すると
共に、測定時は前記切換手段を切換えて測定すべき磁性
薄膜に対する前記差動出力のデジタル値を順次人力し、
算出された前記コアのヒステリシス特性値に基づいて前
記測定すべき磁性薄膜の磁化特性値を補正算出する測定
データ解析手段とを設番プることにより達成される。

（作用） この発明では、磁性測定部の差動型磁気ヘッドのコアを
、Ｆｅ−Ｃｏ合金で形成している。そして、このＦｅ−
Ｃｏ合金で差動型磁気ヘッドのコアを構成すると、第１
５図で示すヒステリシス！。がパーマロイやセンダスト
の場合より大ぎくなることが判明した。このため、この
発明では第２図に示すように測定Ｉａ界レンジに対応す
る電流範囲での検出ヘット自身の磁化特性を測定し、こ
のときの検出ヘット自身の保磁力値に対応する入力端子
値ＩＣを求める。媒体測定後、測定値の表示や磁化特性
を求める場合、上述の如く求めたヒステリシスＩｃ分た
け入力端子ｌｌ１ｂをシフトさせて測定又は表示するこ
とにより、ヒステリシスＩ。分だけ補正した正しい測定
が可能である。

（実施例） 第１図はこの発明の原理構成を示しており、検出ヘット
１００及びキャンセルヘッド１０１を有する差動型磁気
ヘッド１０２には１次コイル１０３及び２次コイル１０
４，１０５が巻回され、１次コイル１０３はイε号発生
手段１８からの低周波信号で励磁される。

この信号は、三角波データを予め記憶させたｌｌ０Ｍを
カウント回路からの出力信号ＣＷでカウントアツプし、
Ｄ／Ａ変換することで得られる。２次コイル１０４の出
力は増幅器１０６を介して、２次コイル１０５の出力は
増幅器１０７を介してそれぞれ差動増幅器１０８に人力
され、差動増幅器１０Ｂの差動出力ＤＳはアナログスイ
ッチ１１０のａ接点に入力され、増幅器１０６からの検
知出力ＯＴはアナログスイッチ１１０のｂ接点に人力さ
れる。アナログスイッチ１１０で切換えられて出力され
る信号は、測定データ変換手段１２０内のローパスフィ
ルタ１２１を経てサンプルホールド回路１２２でサンプ
リングされ、そのサンプリング値がカウント回路からの
信号ＳＴＣに同期してへ／Ｄ変換器１２３でデジタル値
ＤＧに変換される。デジタル値ＤＧは測定データ解析手
段１３０に人力され、データ補正をして磁化特性値を算
出する。

すなわち、磁性薄膜の測定前にアナログスイッチ１１０
をｂ接点に切換え、検出ヘッド１００のデジタル値を順
次人力して検出へラド１００のコアの磁化特性を算出す
る。第３図（＾）に示すような励磁電流■に対して磁束
φの変化分、即ち前記検知出力ＯＴは同図（Ｂ）のよう
になるので、このサンプリングデータをソフトウェアと
積分によって同図（Ｃ）に示すような磁束φを求めるこ
とによって、前述したヒステリシス値ＩＣを得ることが
できる。

具体的には、このヒステリシス値ｒｃは、カウント回路
からの同期信号ＳＴＣ（第３図（Ｄ））を基壁として、
その遅れ時間として検出されることになる。

この後、磁性薄膜の測定時は前記アナログスイッチ１１
０をａ接点に切換えて、測定すべき磁性薄膜の有無に応
じてデジタル値を順次人力し、算出された前記コアのヒ
ステリシス値■。に基づいて磁性薄膜の磁化特性値を補
正演算する。その結果、第４図（Ａ）のμｍ１１特性又
は同図（Ｂ）のΦ（Ｂ）−１１特性の実線の如く補正さ
れた６１１化特性データか得られる。

数的なコア材料であるパーマロイの磁界発生能力は第５
図で示すように約４．０００　［Ｏｅｌ　までが線形と
なっているが、Ｆｅ−Ｃｏ合金、例えば４９Ｆａ−４９
Ｇ、−２ν合金（パーメンジュール）では約１０．００
０［Ｏｅｌまで線形となっている。なお、第５図の特性
はいずれもモールド充填なしの場合を示し、Ｆｅ−Ｃｏ
合金のモールド充填なしは第６図に示す如く充填した場
合よりも線形特性・が向上している。樹脂モールドで線
形性が悪くなるのは、強度が熱処理によって弱くなり、
モールド樹脂が凝固する際の収縮による変形がより大き
くなって歪を生ずるためである。第６図におりるトラッ
ク幅は、第１４図に示す幅Ｗに相当している。

ギャップを有するコアの入力端子・発生磁界特性は第８
図に示すようになり、入力端子に対し発生磁界のおくれ
ＩＣが生じているが、これはコア材料の保磁力＋ＩＣに
よるものである。ｒｃはできるだけ小さいのが望ましく
、従ってコア材料のＨＣを下げることが望ましい。そし
て、保磁力１１ｃが結晶粒の大きさの逆数に比例するこ
とは゛株式会社朝倉書店発行　磁性体ハンドブック　第
１０７０頁”に記載されており、これより保磁力１１ｃ
を小さくするには結晶粒を大きくすれば良いことが分る
。また、“丸善株式会社発行　磁気工学講座５　磁性薄
膜工学　第２１頁”は、ヒステリシスを起こす要因とし
て結晶粒界５格子欠陥、不純物介在等の不均一性がある
ことを示しており、上記３点に対処すれば保磁力Ｎｃが
小さくなることが容易に推考される。更に“°共立出版
株式会社発行　基礎金属材料　第１６０頁の図８．１”
には、熱処理温度を上げると結晶粒の大きさが大きくな
ること、電気抵抗が小さ（なること、硬さか低下するこ
とが示されており、°゛丸善株式会社発行　金属工学シ
リーズ９　金属組織写真集　鉄鋼材粗編　第４８頁の図
４２°′にも温度を上げると粒の粗大化、硬さの低下、
電気抵抗の低下があることが示されている。

従って温度を上げれば、つまり熱処理を施せば粒が大き
くなり、保磁力Ｈｃを小さくできることは公知であるが
、逆に温度を上げると、■硬さが低下する、■電気抵抗
が低下する、といった欠点を生ずる。上記■によれば渦
電流が生じ易くなり高周波域での透磁率は低下し、高周
波用のへラドコアには使用できない。しかし、この発明
のｌｉｎ気ヘッドは低周波域で使用されるため、熱処理
によって抵抗が下がっても問題は生じない。一方、上記
■によればヘッドコアをセンサケースに固定させる際、
従来のように樹脂モールドで行なえば凝固収縮によって
コアが変形し易くなり磁化特性が悪くなるが、これに対
しては第６図の結果からモールド充填なしとして対処し
ている。なお、不純物を除去すれば保磁力１１ｃを小さ
くできることは上記文献（“磁性薄膜工学“）より明ら
かであり、この発明ではＦｅ−Ｃｏ合金の不純物である
炭素（Ｃ）を除去している。

上述のようなＦｅ−Ｃｏ合金のコアをモールド充填なし
で用いることにより、約１０，０００［Ｏｅｌまで線形
な磁界を発生できるため、プリペイドカードに代表され
る高保磁力（約３０００（０゜１）の磁性薄膜の特性を
も検出することが可能である。しかし、コア材料の保持
力ＩＩｃによるＩＣを補正した方が、より正確に特性を
測定できる。

第８図はこの発明の差動型磁気ヘッドの一部構成要素を
示しており、箱状のセンサケース３００の中には前述し
たような炭素成分を除去したＦｅ−Ｃ。

合金が熱処理されたコア３０１が設けられており、コア
３０１はコアホルダー３０２で固定されている。

センサケースは３００は例えば真ちゅうで形成されてお
り、第１２図の実線で示すようなコア３０１にはコイル
３０３及び３０４が直列に巻回されている。そして、静
へ°の断面構造は第１θ図（Ａ）に示すようになってお
り、Ｂ−１１’の断面構造は同図（８）に示すようにな
っており、ｃ−ｃ’の断面構造は同図（Ｃ）に示すよう
になっており、コイル３０３は方形板状のボビン３１２
及び３１３に挟持され、コイル３０４は方形板状のボビ
ン３１０及び３１１に挟持されて巻回されている。また
、センサケース３００の上面は第８図では平坦となって
いるが、領域Ｐ及びＱを切削して第９図の如く切欠部３
２０及び３２１を形成する。

この後、第９図に示す同一構成の要素を第１１図の如く
合体させネジ、接着剤等で固定することによってモード
充填しない差動型磁気へラド３５０が形成される。この
差動型磁気ヘッド３５０のコア構造は第１２図に示すよ
うになっており、実線部が第１１図の下側要素のコアを
、破線部が同図の上側要素のコアをそれぞれ示しており
、切欠部３２０が検出側のギャップ３２２を形成し、切
欠部３２１が非検出側のギャップ３２３を形成している
。このとき、ギャップ３２２，３２３の部分にギヤツブ
部補強の為のギャップスペーサを入れても良いが、特に
は入れる必要がない。そして、第１１図の結合に際して
、上下の要素を樹脂モールドせずに中空状態とする。

通常のセンダストの硬度（ｆｌｙ−５００〜６００）に
比べ、４９Ｆｅ−４９Ｃｏ−２ν（パーメンジュー　／
ｌ／　）　ｔＤ　硬度（Ｉｌｖ”２００〜３００）は小
さく、樹脂モールド時の凝固収縮による磁気的性質の残
留応力の彫りは容易に考えられる。このため、第６図に
示すようなモールド充填の有無について入力端子■と発
生磁界［Ｏｅ］との直線性を比較すると、モールド充填
を無くし、応力フリーにした方が直線性が向上すること
が分った。このことから、コア３０１を炭素成分を除去
した４９Ｆｅ−４９Ｇｏ−２ν合金（パーメンジュール
）を熱処理した材料で形成すると共に、モールド充填な
しでトラック幅を約６ｍｍとしている。

第１３図は上述のような構造の差動型磁気ヘッド３５０
を用いた測定装置の回路系をブロック構成で示しており
、この回路系は磁気テープ等の磁性薄膜の磁化特性を測
定する磁性測定部２０と、この磁性測定部２０で測定さ
れた電圧信号をデジタル信号に変換したり、磁性測定部
２０を駆動する三角ｄ１信号５０２を発生する測定デー
タ変換部２１と、この測定データ変換部２１で変換され
たデジタル信号をコンピュータ処理して磁化特性値の表
示をしたり、磁化特性の良否の判定や自己診断機能等を
有した測定データ解析部６０とから構成されている。

磁性測定部２０には、第１２図で示すようなＨ字状コア
３０１で成る磁気ヘッド３５０が設けられており、磁気
ヘッド３５０の１ｉ１１気コア３０１　には、巻数Ｎ１
の直列に接続された１次コイル３０３及び３０４が巻回
されると共に、巻数Ｎ２の２次コイル３０５及び３（１
６がそれぞれ分離して巻回されている。１次コイル３０
３及び３０４には、測定データ変換部２１より１〜１０
１１２程度の低周波の三角波信号ＳＤ２が増幅器１９を
介して人力されている。磁気ヘッド３５０の下部には検
出側のギャップ部３２２が、上部には非検出側のギャッ
プ部３２３がそれぞれ設けられている。２次コイル３０
５の出力電圧νＳは増幅器ｌＯを介して得られ、２次コ
イル３０６の出力電圧ＶＳＣは増幅器１１を介して得ら
れ、出力電圧ν５及びＶＳＣは差動増幅器１２へ人力さ
れている。差動増幅器１２の出力及び出力電圧ＶＳは切
換ス・イッチ９を経て、測定データ変換部２１内のロー
パスフィルタ１３に人力されている。

測定データ変換部２１には、測定データ解析部６０との
間でデータの交信を行なうためのパラレル人出力インタ
フェース１７が設けられており、パラレル人出力インタ
フェース１７からの制御信号ＳＤＩが三角波発生回路１
８に人力され、三角波信号５０２が発生されて増幅器１
９を介して磁性測定部２０へ入力される。又、サンプル
ホールド回路１４が設けられており、このサンプルホー
ルド回路１４には磁性測定部２０からローパルスフィル
タ１３を経て電圧ＶＳ又は差動増幅器の出力が人力され
ている。サンプルホールド回路１４は、三角波発生回路
１８からのタイミング信号ＳＨにより・上記入力端子を
サンプリングし、サンプリングデータＳ０３をＡ／Ｄコ
ンバータ１５に入力する。＾／Ｄコンバータ１５は三角
波発生回路１８からのタイミング信号ＳＴＣにより上記
サンプリングデータＳＤ３をデジタル信号ＤＳＩに変換
し、パラレル人出力インタフェース１７を介して測定デ
ータ解析部６０へ伝送する。

測定データ解析部６０には、各部の制御、メモリ部６１
よりデータを読出して演算（ソフトウェア積分）を行な
うＣＰＩＪ７３　と、制御プログラム等が記憶されてい
る１１０Ｍ６９　とが設けられると共に、前述の如く求
められた検出ヘットのコアの磁化値１１ｏｆｆを記憶し
、更に磁性薄［２００が磁気ヘット３５０上にある場合
の磁気ヘッド３５０の差動出力電圧データを記憶し、磁
性薄膜２００がない場合の磁気ヘッド３５０の差動出力
電圧データを記憶するＲへＭ６２を有し、その他各種入
力データを記憶するメモリ部６１が設けられている。更
に、日付１時刻をデイスプレィ６８に表示するためのク
ロック６４が設けられ、インタフェースとして、ＧＰ−
１８インタフエース２２と、パラレル人出力インタフェ
ース２４．７０とが設けられており、ＧＰ−Ｉロインタ
フエース２２にはＧＰ−ＩＢ用比出力コネクタ２３接続
されている。

ところで、上述では低周波の三角波を１次コイ入力ＬＬ
　（ＡＴ） 烙 図 区 手 図 慕 図 手続補正書 （方式） 事件の表示 平成１年特許願第 ７０２３０号 発明の名称 磁性薄１漠の磁化特性測定装置 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出ヘッド及びキャンセルヘッドを有する差動型磁
   気ヘッドと、この差動型磁気ヘッドを低周波信号で励磁
   する低周波信号発生手段と、前記差動型磁気ヘッドの検
   出ヘッド及びキャンセルヘッドの差動出力と前記検出ヘ
   ッドのみの出力とを切換える切換手段と、この切換手段
   によって切換えられた前記差動型磁気ヘッドの差動出力
   又は前記検出ヘッドのみの出力をサンプリングしてデジ
   タル値に変換する測定データ変換手段と、磁性薄膜の測
   定前に前記切換手段を切換えて、前記差動型磁気ヘッド
   の前記検出ヘッドのデジタル値を順次入力して前記検出
   ヘッドのコアのヒステリシス特性値を算出すると共に、
   測定時は前記切換手段を切換えて測定すべき磁性薄膜に
   対する前記差動出力のデジタル値を順次入力し、算出さ
   れた前記コアのヒステリシス特性値に基づいて前記測定
   すべき磁性薄膜の磁化特性値を補正算出する測定データ
   解析手段とを具備したことを特徴とする磁性薄膜の磁化
   特性測定装置。 ２、前記補正を前記測定の都度自動的に行なうようにし
   た請求項１に記載の磁性薄膜の磁化特性測定装置。 ３、前記補正の値を予め記憶手段に格納しておき、前記
   測定に際して前記記憶手段から読出して前記補正を行な
   うようにした請求項１に記載の磁性薄膜の磁化特性測定
   装置。