JPH07334813A - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録媒体の高保磁力化の進展に従い、両膜の
ＭＩＧ型ヘッドでも記録特性、特にオーバーライト特性
が不足してくる。このオーバーライトを向上させるこ
と。 【構成】 両膜型のメタル・イン・ギャップ型の磁気ヘ
ッドにおいて、各金属磁性薄膜層を構成する金属磁性膜
のＢｓは、磁気ヘッドの進行方向側であるリーディング
側では、磁気コアに接する金属磁性膜より、磁気ギャッ
プに接する金属磁性膜の方がＢｓは低く、また前記リー
ディング側と対向する位置にあるトレーリング側では、
磁気ギャップに接する金属磁性膜より磁気コアに接する
金属磁性膜の方がＢｓは低く、更にリーディング側の磁
気ギャップに接する金属磁性膜よりトレーリング側の磁
気ギャップに接する金属磁性膜の方がＢｓが高い磁気ヘ
ッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気記録再生装置、主と
して磁気ディスク装置に用いる浮上型磁気ヘッドに係わ
り、その浮上型磁気ヘッドに使用される金属磁性膜構
成、組成改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置に使用される磁気ヘッ
ドとして、一対のフェライト製磁気コアのギャップ対向
面に、磁気コアよりも飽和磁束密度（以下Ｂｓと略す）
の高い金属磁性膜を形成したＭＩＧ（メタル・イン・ギ
ャップ）型の磁気ヘッドが知られている。特開平４−６
６０３号、特開平２−２１６６０４号公報等で開示され
ている構成のヘッドでは、高Ｂｓの金属磁性膜を用いた
場合、記録時においてこの金属磁性膜から強く、かつト
レーリング側で急峻な記録磁界を媒体に印加できるた
め、高保磁力を有する媒体に有効な記録を行える事が利
点であり、高性能の磁気ディスク装置に多く使用されて
いる。

【０００３】また、最近この両膜型ＭＩＧヘッドにおい
て、磁気ギャップの両側に配置される金属磁性膜を異な
るＢｓを有する金属磁性膜の積層化により形成したもの
が多く提案されている。例えば、特開平４−６６０３号
公報では、これらの金属磁性膜を磁気ギャップに近い方
では、磁気コアに接する側の金属磁性膜よりもＢｓの高
い材料で構成することにより、それぞれの金属磁性膜の
有するＢｓの高さを有効に利用して効果的に記録磁界分
布や磁界勾配の改善が行えることを示している。また特
願平４−２９８４９９号では、磁気ギャップに隣接する
金属磁性膜のＢｓをリーディング側よりもトレーリング
側で高くすることで、記録磁界の勾配を効果的に制御す
ることで良好な重ね書き（以降はオーバーライトと記
す）特性が得られることを明示している。一方、特開平
５−５５０３６号では、比較的Ｂｓの低い金属磁性薄膜
と高Ｂｓ膜とを積層化し、段階的にＢｓを変化させた多
層膜を用いることで、媒体に有効な記録が行えることを
示している。またこの特開平５−５５０３６号に示され
る型の磁気ヘッドに使用される低Ｂｓの金属磁性膜とし
ては、Ni-Feをベースにした耐環境性の向上を図った材
料等が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】磁気ディスク装置の高
記録密度化の動向は目ざましく、記録波長は短くなり、
それに伴い記録媒体の高保磁力化が進んでいる。この記
録媒体の高保磁力化の進展に従い、両膜のＭＩＧ型ヘッ
ドでも記録特性、特にオーバーライト特性が不足してく
る。このオーバーライト特性とは、自己録再を行う磁気
ヘッドの記録性能を示すもので、先に低周波信号（長記
録波長）で記録されている媒体上に、高周波信号（短記
録波長）を重ね書きしたときの低周波信号成分の残存率
で表される。そこで、このオーバーライトを向上させる
ためには、まず記録の機構について考察する必要があ
る。

【０００５】図１（ａ）にフェライトヘッドの磁気ギャ
ップ近傍に発生する記録磁界の計算結果を示す。この図
は横軸（Ｘ）が媒体進行方向でのギャップ中心からの位
置、また縦軸がヘッド先端部から約0.1μmでの記録磁界
のＸ軸方向成分Ｈ_x（以後、記録磁界と記す）を表すも
のであるが、この記録磁界が強力なほど媒体への磁化信
号の書き込みが確実となる。従ってこの記録磁界の強度
がオーバーライト特性の向上と密接に関わり合っている
と従来より考えられている。また図１（ｂ）は、図３に
示すような、より強力な記録磁界を発生させるために考
案され、比較的Ｂｓの高い膜をギャップ内側に形成した
ＭＩＧヘッドの記録磁界分布であるが、このギャップに
発生する磁界分布は急峻であり、記録磁界のピーク値も
かなり高い値を示していることから、この磁性膜の構成
がオーバーライト特性向上に採用されてきた。ところが
最近のデータの大容量、高速転送化等の理由によるディ
スクの回転の増加や記録周波数の上昇等の状況下では、
このような記録磁界の分布ではオーバーライトの更なる
向上が否めなくなってきている。

【０００６】つまりこのような状況下においてオーバー
ライトの向上には、図１（ａ）（ｂ）中の記録磁界分布
図に示したピーク値Ｈｐよりも寧ろ、幅Ｈｗが重要であ
ると考えられる。この幅Ｈｗは、媒体の保磁力Ｈｃ以上
の磁界である、ヘッド進行方向での領域に対応するもの
で、このＨｗの増大に伴い、従来の急峻な記録磁界分布
と比較して、媒体の磁化に寄与する部分が多くなりオー
バーライトが向上すると考えられる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
技術の問題点を解決し、オーバーライトを向上させるの
に適した記録磁界を発生させることができる磁気ヘッド
を提供することを目的としており、そのためには、前述
した幅Ｈｗを大きくする記録磁界分布を発生させること
が有効であると考えられる。そこで本発明では、磁気ギ
ャップを挟んで一対の磁気コア半体を対向して配置し、
その一対の磁気コア半体の各々の対向部に、それぞれ２
層の金属磁性膜からなる金属磁性薄膜層を形成した両膜
型のメタル・イン・ギャップ型の磁気ヘッドにおいて、
前記各金属磁性薄膜層を構成する金属磁性膜の飽和磁束
密度Ｂｓは、磁気ヘッドの進行方向側であるリーディン
グ側では、磁気コアに接する金属磁性膜１ａより、磁気
ギャップに接する金属磁性膜１ｂの方がＢｓは低く、ま
た前記リーディング側と対向する位置にあるトレーリン
グ側では、磁気ギャップに接する金属磁性膜２ｂより磁
気コアに接する金属磁性膜２ａの方がＢｓは低く、更に
リーディング側の磁気ギャップに接する金属磁性膜１ｂ
よりトレーリング側の磁気ギャップに接する金属磁性膜
２ｂの方が高いことを特徴とする磁気ヘッドにする事に
より、前述した課題を解決させるものである。

【０００８】また本発明は、上記のヘッド構成におい
て、リーディング側の前記金属磁性膜１ｂを、以下の原
子％組成で表されるCo系アモルファス軟磁性材料で構成
させることにより、より効果的な記録磁界を発生させる
ものである。 Ｃｏ_X(Ｍ₁)_YＺｒ_Z(Ｍ₂)_w ７３≦ｘ≦８５ ８≦ｙ≦１５ ５≦ｚ≦１５ ０≦ｗ≦５ (ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００) 但しＭ₁はＴａまたはＮｂの１種以上の組み合わせを表
し、Ｍ₂は（Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｒｕ）の元素の
内、少なくとも１種以上の組み合わせを表す。

【０００９】また本発明は、上記のヘッド構成におい
て、リーディング側の前記金属磁性膜１ｂを、以下の原
子％組成で表されるFe系結晶質材料で構成させることに
より、より効果的な記録磁界を発生させるものである。 Ｆｅ_XＡｌ_YＳｉ_ZＣｒ_wＭ_V ３≦ｙ≦８ ５≦ｚ≦１５ １０≦ｗ≦２５ ０≦ｖ≦３ (ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｖ＝１００) 但しＭは（Ｔｉ、Ｒｕ）の元素の内、少なくとも１種以
上の組み合わせを表す。

【００１０】

【作用】本発明によるヘッドの磁気ギャップ部の構成を
図２に示す。本発明による磁気ヘッドでは、異なるＢｓ
を有する金属磁性膜を２層に積層化した構成になってお
り、特にトレーリング側ではＢｓが磁気コア側2aよりも
磁気ギャップ側2bが高い材質を用いており、またリーデ
ィング側では磁気コア側1aよりも磁気ギャップ側1bが低
くなるようにしている。このように、磁気ギャップ近傍
部の金属磁性膜のＢｓがリーディング側で小さくした構
成により、媒体に磁化信号の記録を行う際には起磁力の
増加に伴い、リーディング側の低Ｂｓ膜(1b)を早く飽和
させ、磁気ギャップ長が実質的に大きくなったような効
果をもたらす。つまり、起磁力の増加によりリーディン
グ側が磁気的に飽和すると、記録磁界の分布が図１
（ｃ）に示すようにリーディング側でブロードになり、
幅Hwが増加し、このブロードになった記録磁界がオーバ
ーライト過程において、先に記録されている磁化信号を
直流消磁する状態になる。

【００１１】従ってこのHw部が大きい程オーバーライト
の飽和値は増大すると考えられる。更にこのHwの大きさ
は低Ｂｓ膜のＢｓ値により変化するため、Hwを大きくす
る場合には低Ｂｓ膜のＢｓを下げることが必要である。
またリーディング側において、磁気コア側に位置する薄
膜層1aに比較的Ｂｓの高い金属磁性膜を用いるのは、実
用的な起磁力で媒体に十分な記録が行えるように、コイ
ルで発生した磁束がフェライト磁気コアを介し、ギャッ
プ先端部に効率良く集中させるためである。それ故に、
磁気コア側の金属磁性膜は高い比透磁率を有する事も非
常に重要である。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例について示す。まず単
結晶MnZnフェライトよりなる磁気コア半体４(トレーリ
ング側)及び５(リーディング側)の磁気ギャップ突き合
わせ面上に、金属磁性膜１及び２を形成する。さて単結
晶フェライトと前記金属磁性膜との密着性の向上を計る
ために、下地膜としてCrを9nm(90A,オンク゛ストローム)以下を形
成してある。またCr下地膜や金属磁性薄膜はスパッタ法
或いは蒸着法等の種々の真空技術により、Ａｒ等の不活
性ガス雰囲気中で作製することが可能であるが、本実施
例ではスパッタ法を用いて金属磁性膜の製膜（投入電力
1.5kW、ガス圧0.3Pa、膜厚1〜2μm）を行った。フェラ
イト磁気コア５と接する側の金属磁性膜1a及び2aはそれ
ぞれＢｓ=1.1(テスラ)程度のFe-Al-Si系の金属磁性薄膜で
高透磁率の材料を使用してある。またその膜厚は、トレ
ーリング側の合金磁性膜1aでは約1μm、低Ｂｓ膜を形成
するリーディング側の合金磁性膜1bでは記録磁界発生時
にギャップ近傍の磁気的な早期飽和を防止するために、
約2μmとトレーリング側よりも厚くした。

【００１３】次にこの金属磁性膜1a、2a上に形成される
金属磁性膜1b、2bであるが、まず磁気コアのトレーリン
グ側では金属磁性膜2a、2bは異なるＢｓを有する材質で
構成しており、記録磁界を急峻にさせるために、磁気ギ
ャップに接する金属磁性膜2bは磁気コア側に位置する2a
よりもＢｓの高いFeAlSi系の金属磁性膜（Ｂｓ=1.3(テス
ラ)）を用いた。しかしながら、この2bの金属磁性膜には
よりＢｓの高い、Ｂｓ≧1.5(テスラ)のFe系またはCo系金属
磁性膜で構成することが望ましい。次に磁気コアのリー
ディング側であるが、記録磁界発生時に金属磁性膜1b
（低Ｂｓ膜）が磁気的に飽和し、実質的にヘッドのギャ
ップ長が図２及び図４（ａ）中のGl₂から（ｂ）のGl₁と
なるように、金属磁性膜1a上には比較的Ｂｓの低い金属
磁性膜を形成する必要がある。本実施例では、この低Ｂ
ｓ膜として低Ｂｓ組成において高透磁率を有するCo系ア
モルファスの金属磁性膜を用いた。本発明によるヘッド
の機能を充分に発揮させるためには、Ｂｓは低く、また
比透磁率もできるだけ高いことが重要である。このCo系
アモルファス金属磁性膜としては、CoTaZr系、CoNbZr系
等が挙げられる。本実施例ではCoTaZr系で示す。このCo
TaZrの３元系合金は、図５の組成図中に示す飽和磁歪が
零である線の近傍での組成を用いる方が良い。このCoTa
Zr３元系金属磁性膜はアモルファスであるため、飽和磁
歪が殆ど零である組成を使用すれば、ヘッド製造プロセ
スにおける膜の異方性の誘導を制御するならば、良好な
軟磁気特性が得られる特徴がある。

【００１４】図５のCoTaZr３元系組成図に本検討膜の組
成、Ｂｓを示す。ここで単結晶フェライトのＢｓ(≒0.5
(テスラ))よりも高いＢｓが必要であるならば、Ｂｓ=0.5
(T)のラインよりもCoリッチ側の組成を、またフェライ
ト磁気コアよりも低いＢｓが必要であるならば、Ｂｓ=
0.5(テスラ)のライン以下の組成を用いれば良い。しかしな
がら本発明による磁気ギャップ長の制御を効果的に行わ
せるためには、この低Ｂｓ膜が磁気ヘッドの製造過程に
おける熱プロセスにも充分適応可能であり、熱プロセス
通過後も高い比透磁率を有することが必要である。図６
に非磁性基板上における本低Ｂｓ膜の2μm単層での熱処
理温度と比透磁率の関係を示すが、CoTaZr３元組成にお
いては、Coの含有原子量の減少に伴いCoの結晶化が抑え
られ、耐熱温度も向上する傾向があることから、高耐熱
温度が得られるCo含有原子量が73〜85(at％)の組成域を
使用することが望ましい。Coが73at％以下では、磁性膜
としての特性が得られなくなるため、Coは73at％以上の
組成域を使用する必要がある。尚本実施例では、表１に
示した組成でヘッドの作製を行った。この組成での磁気
特性も表１に示す。

【００１５】またTa、Zrの含有原子量に関しては飽和磁
歪λsとの関係から、λs≦±1×10^{- 6}となるような飽和
磁歪の小さくなる組成領域幅を調査し、請求項記載の組
成域を定めてある。更にCoTaZrへの微量元素の添加であ
るが、本磁性膜の耐食性、特にヘッド製造に使用される
ガラス等との反応、または原子の拡散による密着性や磁
性膜の磁気特性劣化を防止するためのものであり、その
添加量は多くとも全体で5at％以内に抑えた方が望まし
い。それ以上添加した場合には膜の磁気特性そのものが
低下してしまう恐れがある。

【００１６】

【表１】

【００１７】尚、これら上記したCr下地膜と磁性膜の製
膜はスパッタにより作製する場合、それぞれ別々のスパ
ッタ装置で作製することも可能であるが、膜表面の酸化
や、不純物付着を防止するために同一真空内で作製する
方が好ましい。更に磁性膜のスパッタ終了後、磁気ギャ
ップ長を決定させるためのガラスを磁性膜上にスパッタ
等により形成し、窒素雰囲気中で、550〜600℃のピーク
温度（本実施例ではピーク温度保持時間:0.5hr、昇温速
度:3〜5℃/minで行った）で磁気コア半体を融着させる
熱処理を施すことで、磁性膜の磁気特性を劣化させるこ
となく、強度的にも信頼性のあるヘッドを得ることが可
能となる。

【００１８】以上、Co系アモルファス膜を用いた場合に
ついて示したが、Ｂｓが単結晶フェライトのＢｓよりも
大きいものが必要になる場合には、耐環境性に優れたFe
AlSiCr系の膜の方が有効である。図７にFeAlSi膜のCr含
有量に対する590℃の熱処理後の磁気特性の変化を示
す。この関係からCr含有量が10〜25wt％の範囲内では比
透磁率も600〜800と安定しており、また飽和磁歪も零に
近いことから特性も良好であることがわかる。従って、
Ｂｓが0.6〜0.8(T)の特性が必要な場合はFeAlSiCr系の
金属磁性膜を使用するほうが好ましい。

【００１９】次に作製したヘッドの電磁変換特性の評価
結果について表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】前述した低Ｂｓ膜を有する本発明によるヘ
ッドの比較用ヘッドとして、表２に示すような磁性膜の
特性を有する従来型のヘッドを用いた。尚同一表内に本
発明による実施例も記す。まず図８にオーバーライトの
起磁力依存性を示す。これはギャップ深さGdが1.8μmの
ヘッドで従来型と本発明によるヘッドとを比較したもの
であるが、従来型に比べ、その飽和値はかなり高い値を
示しており、しかも起磁力が高くなるに従い、その従来
型ヘッドとの差が5dB以上と、違いが顕著に現れる結果
となり良好な特性を示した。また再生出力の評価結果を
図９に示す。これは規格化出力のピーク値で各出力を規
格化したものであるが、従来型ヘッドに対し、出力がピ
ークに到達した後の起磁力の増加に伴う出力の低下率が
小さく、記録減磁が小さいことも本発明によるヘッドの
特徴である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の磁気ヘッドは、優れたオーバー
ライト特性を有するので、高記録密度を達成させるため
に必要な高保磁力の媒体への磁化信号の書込みを十分に
行う事ができる。尚、本発明は上記の具体例にのみ限定
して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しな
いかぎり、様々な改良や変更を加えた形態で実施され得
るものであることから、本発明はそのような実施形態を
も包含するものであることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）フェライトヘッドの記録磁界分布、
（ｂ）ＭＩＧヘッドの記録磁界分布、（ｃ）本発明によ
るヘッドの記録磁界分布

【図２】本発明によるヘッドの磁性膜の構成

【図３】従来型のヘッドの磁性膜の構成

【図４】（ａ）本発明ヘッドの記録磁界発生時のギャッ
プ長、（ｂ）本発明ヘッドの再生時のギャップ長

【図５】CoTaZr３元系金属磁性膜の組成と磁気特性

【図６】CoTaZr磁性膜の比透磁率の熱処理温度依存性

【図７】FeAlSiCr系金属磁性膜の磁気特性のCr含有量依
存性

【図８】オーバーライト特性の起磁力に対する依存性

【図９】規格化再生出力の起磁力に対する依存性

【図１０】本発明のヘッドをスライダーに組み込んだコ
ンポジット型浮上式ヘッドの斜視図

【符号の説明】

１ａ 金属磁性膜（リーディング側、磁気コアサイ
ド）、１ｂ 低Ｂｓ金属磁性膜（リーディング側、磁気
ギャップサイド）、２ａ 金属磁性膜（トレーリング
側、磁気コアサイド）、２ｂ 金属磁性膜（トレーリン
グ側、磁気ギャップサイド）、３ 磁気ギャップ、４
単結晶フェライト磁気コア（トレーリング側）、５ 単
結晶フェライト磁気コア（リーディング側）、６ １次
ボンディングガラス、７ 低飽和磁束密度の金属磁性膜
の膜厚、８ スライダー、９ スライダーレール、１０
磁気コア、１１ ２次ボンディングガラス。

フロントページの続き (72)発明者 坂口 勇夫 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社磁性材料研究所内 (72)発明者 後藤 良 栃木県真岡市松山町18番地日立金属株式会 社電子部品工場内 (72)発明者 富谷 忠史 栃木県真岡市松山町18番地日立金属株式会 社電子部品工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気ギャップを挟んで一対の磁気コア半
   体を対向して配置し、その一対の磁気コア半体の各々の
   対向部に、それぞれ２層の金属磁性膜からなる金属磁性
   薄膜層を形成した両膜型のメタル・イン・ギャップ型の
   磁気ヘッドにおいて、前記各金属磁性薄膜層を構成する
   金属磁性膜の飽和磁束密度Ｂｓは、磁気ヘッドの進行方
   向側であるリーディング側では、磁気コアに接する金属
   磁性膜１ａより、磁気ギャップに接する金属磁性膜１ｂ
   の方が飽和磁束密度Ｂｓは低く、また前記リーディング
   側と対向する位置にあるトレーリング側では、磁気ギャ
   ップに接する金属磁性膜２ｂより磁気コアに接する金属
   磁性膜２ａの方が飽和磁束密度Ｂｓは低く、更にリーデ
   ィング側の磁気ギャップに接する金属磁性膜１ｂよりト
   レーリング側の磁気ギャップに接する金属磁性膜２ｂの
   方が飽和磁束密度Ｂｓが高いことを特徴とする磁気ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 請求項１において、リーディング側の前
   記金属磁性膜１ｂが、以下の組成（原子％）で表される
   アモルファス軟磁性材料で構成されることを特徴とする
   磁気ヘッド。但し(Ｍ₁)はＴａまたはＮｂの少なくとも
   １種以上の組み合わせを表し、(Ｍ₂)は（Ａｌ、Ｓｉ、
   Ｃｒ、Ｔｉ、Ｒｕ）の元素の内、少なくとも１種以上の
   組み合わせを表す。 Ｃｏ_X(Ｍ₁)_YＺｒ_Z(Ｍ₂)_w ７３≦ｘ≦８５ ８≦ｙ≦１５ ５≦ｚ≦１５ ０≦ｗ≦５ 但し ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１００
3. 【請求項３】 請求項１において、リーディング側の金
   属磁性膜１ｂが、以下の組成（原子％）で表される結晶
   質軟磁性材料で構成されることを特徴とする磁気ヘッ
   ド。但しＭは（Ｔｉ、Ｒｕ）の元素の内、少なくとも１
   種以上の組み合わせを表す。 Ｆｅ_XＡｌ_YＳｉ_ZＣｒ_wＭ_V ３≦ｙ≦８ ５≦ｚ≦１５ １０≦ｗ≦２５ ０≦ｖ≦３ 但し ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｖ＝１００