JPH1064021A - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が単純であり、再生出力電圧が十分に大
きく、かつ多値情報の同時再生が可能な透磁率変化を利
用した磁界検出型ヘッドを提供する。 【解決手段】 磁性体の透磁率変化を利用した磁界検出
型磁気ヘッドにおいて、記録媒体からの複数の信号磁界
を同時に検出することが可能な情報再生素子を備えるこ
とを特徴する磁気ヘッドを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高記録密度磁気記
録に用いられる再生ヘッド、特に電子計算機用固定ディ
スクの磁気記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録における記録密度は、現在も向
上を続けている。それにともなって、記録媒体の単位記
録面積あたりの記録容量が増加し、いわゆる高密度記録
の段階に来ている。単位記録面積あたりの記録容量が増
加するということを、別の言葉でいえば、1 bitの情報
を記録するために用いられる記録面積が減少するという
ことである。ここで、この記録面積の減少は、記録媒体
からの信号磁界の強度の減少につながる。

【０００３】ところで、磁気記録においては、記録され
た情報の再生は、記録媒体から発せられる磁界の変化あ
るいは磁界の強度を電圧変化として捉え、それを信号に
変換するという原理で行われる。そのため、記録面積の
減少による信号磁界の強度の減少は、結果として、再生
信号の微弱化を引き起こす。

【０００４】このような困難を克服するために、これま
で様々な磁界の検出方法が検討されてきた。その結果、
現在、従来より用いられていたインダクティブ検出から
MR効果すなわち磁気抵抗効果（Magnetoresistance effe
ct）を利用した検出へと移行しつつある。ここで、MR効
果を利用した磁気ヘッドを、従来のインダクティブヘッ
ドに対してMRヘッドと呼んでいる。このMRヘッドも、AM
R効果すなわち異方性磁気抵抗効果（Anisotropic Magne
toresistance effect）を利用するものから、GMR効果す
なわち巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance ef
fect）を利用するものへ移行しようとしている。

【０００５】しかしながら、磁気記録における高密度化
の傾向はますます加速されており、新しい磁界検出方式
の開発が望まれている。この要求を満たすものが、磁性
体の高周波透磁率変化を利用した磁界検出型ヘッドであ
る。

【０００６】この高周波透磁率変化を利用した磁界検出
型ヘッドでは、磁界検出用磁性体に高周波磁界を印加し
ておく。その状態で、外部磁界としての信号磁界が与え
られると該磁界検出用磁性体が高周波透磁率変化を示
す。この高周波透磁率変化を共振回路の共振変化に変え
て再生信号を得るというのが、この高周波透磁率変化を
利用した磁界検出型ヘッドの再生原理である。なお、こ
の高周波透磁率変化を利用した磁界検出型ヘッドは、信
号磁界の強度に比例した電圧変化を検出して信号を再生
する磁界感応型ヘッドに属する。

【０００７】この高周波透磁率変化を利用した磁界検出
型ヘッドの主な利点は、次の2つである。

【０００８】（1）電圧変化比が60 %と大きい。

【０００９】（2）数百MHzの高周波領域まで使用が可能
である。

【００１０】上記の高周波透磁率変化を利用した磁界検
出型ヘッドについては、次のようなものが知られてい
る。まず、磁性体が巻回するコイルを共振素子とする共
振回路を用いて信号磁界を検出するという例が、特公平
3-23962に、また、導体の表面に軟磁性体を積層した情
報再生素子を用いて信号磁界の変化を検出するという例
が、特開平5-145143に、それぞれ示されている。

【００１１】しかしながら、上記の高周波透磁率変化を
利用した磁界検出型ヘッドの例においては、一度の情報
再生操作により得られる情報は、0あるいは1の2値情報
である。これは、上記の高周波透磁率変化を利用した磁
界検出型ヘッドが、ただ1個の情報再生素子から構成さ
れており、かつ、該情報再生素子の同時再生可能な記録
トラックがただ1個であることに起因している。

【００１２】ところで、複数の情報再生素子を組み合わ
せて構成した磁気センサおよび該磁気センサを用いた磁
界検出方法が、特開平7-63832に示されている。しか
し、この例において行われている複数の情報再生素子の
組み合わせ構成は、多値情報の同時再生を実現するため
のものではなかった。ここで、多値情報の多値とは、３
値以上を意味する。したがって、この例においても、一
度の再生操作により得られる情報は、従来通りの２値情
報に限られていた。

【００１３】さて、多値情報の同時再生が可能になる
と、記録された情報の再生に要する時間が、従来の2値
情報の同時再生に比べて大きく短縮される。そのため、
高密度記録の再生において、多値情報の同時再生は重要
な問題である。

【００１４】このような多値情報の同時再生が可能な磁
気ヘッドについて、次のような報告がある。

【００１５】まず、多値情報の同時再生が可能な情報再
生素子としてMR素子を用いた例が、Journal of The Mag
netics Society of Japan, Vol. 18, Supplement, N
o. S1, (1994) pp.161-170に示されている。ここで、
図6に示した例、すなわち、1つのMR素子によって複数の
記録トラックからの信号磁界を検出し、多値情報を同時
再生する磁気ヘッドの例について説明する。なお、図6
は、従来の技術におけるMR素子を用いた磁気ヘッドおよ
び記録トラックを示す模式図である。また、図6におけ
て、3はMRヘッドを、30はMR素子を、31は検出線を、32
は基板を、21、22、23は記録トラックをそれぞれ表して
いる。

【００１６】図6に示した例では、1つのMR素子30と該MR
素子に接続された検出線31により、MRヘッドが構成され
ている。そして、該1つのMR素子を用いて、互いにトラ
ック幅の異なる記録トラック21、22、23からの情報の同
時再生を行う。しかしながら、このような例では、MR素
子30と検出線31とをそれぞれ異なるパターンを用いて形
成する。そのため、該MR素子30と該検出線31との位置を
正確に合わせる必要があり、製造工程の複雑化等の困難
があった。それに加えて、情報再生素子としてMR素子を
用いるこの例では、十分大きな再生出力電圧を得ること
が難しい。

【００１７】これに対して、記録媒体からの磁束変化を
コイルの起電力によって検知するという例が、IEEE TRA
NSACTIONS ON MAGNETICS, Vol. 30, No. 6, Novembe
r 1994, pp.3900-3902に示されている。なお、ここで
は、ただ1個の単磁極ヘッドを用いて、複数の記録トラ
ックの同時再生を行っている。しかしながら、この例で
は、再生ヘッドにコイルを構成する必要があり、構造が
極めて複雑になるばかりでなく、十分な再生出力電圧が
得られない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、上記の従来の技術において解決されていな
い、実用上有用な多値情報再生を実現することである。
すなわち、構造が比較的単純であり、再生出力電圧が十
分に大きく、かつ多値情報の同時再生が可能な磁気ヘッ
ドを提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであり、それは下記の方法
によって実現される。すなわち、本発明は、磁性体の透
磁率変化を利用した磁界検出型磁気ヘッドにおいて、記
録媒体からの複数の信号磁界を同時に検出することが可
能な情報再生素子を備えることを特徴とする磁気ヘッド
である。

【００２０】前記複数の信号磁界の磁界強度が互いに異
なることを特徴とする磁気ヘッドである。

【００２１】前記複数の信号磁界の記録トラック幅が互
いに異なることを特徴とする磁気ヘッドである。

【００２２】前記情報再生素子を1個のみ備えているこ
とを特徴とする磁気ヘッドである。

【００２３】前記情報再生素子を2個以上備え、これら
は再生出力電圧を異にし、かつ、直列に接続されている
ことを特徴とする磁気ヘッドである。

【００２４】前記2個以上の情報再生素子の再生出力電
圧が、互いに2の累乗倍異なることを特徴とする磁気ヘ
ッドである。

【００２５】前記2個以上の情報再生素子の再生出力電
圧が、1:2:4の比になるように配列されたことを特徴と
する磁気ヘッドである。

【００２６】前記2個以上の情報再生素子の再生トラッ
ク幅が、互いに2の累乗倍異なる幅に分割されているこ
とを特徴とする磁気ヘッドである。

【００２７】前記2個以上の情報再生素子のトラック幅
が1:2:4の比に分割された情報再生素子であることを特
徴とする磁気ヘッドである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２９】まず、デジタル記録における2値情報と多
値情報について説明する。但し、上記の通り、ここでい
う多値情報の多値とは3値以上を意味している。また、
以下において、再生出力電圧は、任意単位（arbitrary
unit）a.u.を用いて表すことにする。その理由は、以下
において問題にするのが、再生出力電圧の比であるから
である。そこで、再生出力電圧の基本値を1 a.u.とす
る。

【００３０】再生出力電圧の値が、基本値のみの1通り
である場合、得られる出力電圧は、上記の通り、0 a.u.
あるいは1 a.u.のいずれかである。すなわち、再生出力
電圧の値がただ1通りである場合には、得られる情報は2
値情報に限られる。言い換えれば、再生出力電圧の値が
1通りである場合に得られる情報が、2値情報であるとい
うことである。

【００３１】それに対して、再生出力電圧の値を、基本
値以外の異なる値にも設定することを考える。そこで、
再生出力電圧の値を、1 a.u.、2 a.u.、4 a.u.、...の
ように2の累乗倍異なるように設定する。かつ、これら
の個々の再生出力電圧の値を合計した値を、実際の磁気
ヘッドの再生出力電圧となるように、電気的に直列に接
続する。

【００３２】すると、一般に、n個の2の累乗倍異なった
再生出力電圧を設定すると、2のn乗個の多値情報が得ら
れることになる。その理由を以下に説明する。

【００３３】まず、2の累乗倍異なった個々の再生出力
電圧の値に対して、それぞれ2通りの再生出力電圧が得
られる。具体的にいえば、再生出力電圧の値1 a.u.に対
しては、0 a.u.あるいは1 a.u.のいずれか、再生出力電
圧の値2 a.u.に対しては、0 a.u.あるいは2 a.u.のいず
れか、再生出力電圧の値4 a.u.にに対しては、0 a.u.あ
るいは4 a.u.のいずれか、という具合である。

【００３４】これらの互いに2累乗倍異なる再生出力電
圧を合計した実際に磁気ヘッドから得られる再生出力電
圧の値は、次式（＊）によって与えられる。

【００３５】（＊）p₀×1 + p₁×2 + p₂×4 + ... 但し、前記（＊）において、p_j（j=0,1,2,...）は0ある
いは1である。

【００３６】したがって、一般に、互いに2の累乗倍異
なるn個の再生出力電圧を設定し、これらを電気的に直
列に接続すれば、2のn乗個の多値情報が得られる。そし
て、この互いに2の累乗倍異なるn個の再生出力電圧を同
時に再生することによって、2のn乗個の多値情報の同時
再生が可能となる。

【００３７】次に、上記の再生出力電圧の値の変え方に
ついて説明する。再生出力電圧の値は、記録媒体からの
信号磁界あるいは情報再生素子の出力のいずれかを調整
すれば変えられる。比較的容易にできるものには、次の
4つがある。

【００３８】記録媒体からの信号磁界の調整としては、
磁界の幅あるいは強度が互いに2の累乗倍異なる複数の
信号磁界をつくればよく、そのためには、 （1）個々の信号磁界の記録トラック幅を、互いに2の累
乗倍異なるようにする。

【００３９】また、情報再生素子の出力の調整として
は、複数の情報再生素子からなる磁気ヘッドをつくれば
よく、そのためには、 （2）個々の情報再生素子の再生トラック幅を、互いに2
の累乗倍異なるようにする。

【００４０】（3）個々の情報再生素子の磁性層の膜厚
を変える。

【００４１】（4）個々の情報再生素子の磁性層を構成
する磁性体あるいはその組成を変える。

【００４２】これら4つのうちのいずれかを行うことに
より、再生出力電圧の設定を変えることができる。ある
いは、これら4つのいくつかを組み合わせることによ
り、より効果的に再生出力電圧の設定を変えることがで
きる。

【００４３】なお、上記の（1）の場合すなわち記録媒
体からの信号磁界自体を調整する場合については、磁気
ヘッドをただ1個の情報再生素子から構成しても、多値
情報の同時再生は可能である。

【００４４】続いて、以下、本発明の磁気ヘッドについ
て説明する。

【００４５】図1は、本発明の磁気ヘッドおよび記録ト
ラックを示す模式図である。また、図2は、本発明のた
だ1個の情報再生素子を有する磁気ヘッドに関する模式
図であり、磁気ヘッド1を図1におけるA-A'方向からみた
図になっている。これらの図において、1は磁気ヘッド
を、10は磁性層を、11は非磁性導電層を、12は基板を、
21、22、23は記録トラックを、Eは情報再生素子をそれ
ぞれ表している。なお、本発明においては、該非磁性導
電層11が、検出線を兼ねる。また、情報再生素子Eは、
図中の点線によって囲まれた部分であり、磁性層10と非
磁性導電層11から構成される。

【００４６】また、図4は、本発明の磁気ヘッドの情報
再生素子に関する断面構造の模式図であり、図2におけ
るB-B'方向の断面を表している。なお、図4は、図3にお
けるB-B'方向の断面を表していると考えてもよい。同図
において、10は磁性層を、11は非磁性導電層をそれぞれ
表している。

【００４７】ここで、まず、本発明の磁気ヘッドの構造
について、これらの図に基づいて説明する。

【００４８】基板12上に、磁性層10、非磁性導電層11が
この順に積層されている。なお、この積層体が情報再生
素子Eを構成する。

【００４９】また、図4の本発明の磁気ヘッドの断面図
に示すように、非磁性導電膜11と磁性層10は直接積層し
てもよいし、図5の断面図に示すように、絶縁層13を介
して積層してもよい。なお、図5は、本発明の絶縁層を
有する磁気ヘッドの情報再生素子に関する断面構造の模
式図である。

【００５０】但し、非磁性導電層11と磁性層10を絶縁体
13を介さず直接積層する場合、磁性層を構成する磁性体
の比抵抗は、非磁性導電層11の比抵抗と比較して10倍以
上であることが必要で、好ましくは20倍以上あることが
望ましい。前記範囲以下では、非磁性導電層に通電した
電流が磁性層にも分流してしまい、高い再生感度が得ら
れない。なお、該磁性層を構成する磁性体の比抵抗につ
いては、特に上限はない。

【００５１】次に、本発明の磁気ヘッドに関する再生の
動作について説明する。

【００５２】検出線を兼ねる非磁性導電層11に電流を流
すことによって、磁性層10に高周波磁界を印加する。高
周波磁界が印加された磁性層10は、記録媒体から外部磁
界として与えられる記録磁界によって透磁率が変化す
る。そのため、情報再生素子Eのインピーダンスが変化
し、その結果、外部磁界の変化は、出力電圧の変化とし
て検出することが可能となる。

【００５３】ところで、磁性層10に高周波磁界を印加す
るには、上記の検出線を兼ねる非磁性導電層11を用いる
以外に、例えば、次のようにすればよい。該非磁性導電
層とは別に、電流供給専用の電極あるいはコイルを設
け、該電極あるいは該コイルから電流を流すことによっ
て、磁性層に高周波磁界を印加する。

【００５４】以下、本発明の磁気ヘッドによる多値情報
の同時再生について説明する。なお、ここでは、ただ1
個の情報再生素子を用いた場合と、3個の情報再生素子
を電気的に直列に接続した場合について説明する。

【００５５】まず、ただ1個の情報再生素子を用いた場
合について説明する。図1にあるように、互いに記録ト
ラック幅の異なる記録トラック21、22、23からの信号磁
界を同時再生すると、各記録トラックに書き込まれた信
号に対応して、表1のような8通りの再生出力電圧が得ら
れる。ここで、記録トラック21、22、23の記録トラック
幅は、1:2:4となるように設定する。つまり、記録トラ
ック幅を変えることにより、それぞれから得られる再生
出力電圧の値を1:2:4となるようにする。これにより、8
値情報の同時再生が可能である。これを、次の表1に示
す。

【００５６】

【表１】

【００５７】次に、3個の情報再生素子を電気的に直列
に接続した場合について説明する。図3は、本発明の再
生トラック幅が互いに異なる3個の情報再生素子を有す
る磁気ヘッドに関する模式図である。なお、図3におけ
るE1、E2、E3は、上記の図1あるいは図2の場合と同様
に、点線で囲まれた情報再生素子を表している。ここで
は、再生トラック幅が1:2:4となるように分割した情報
再生素子E1、E2、E3を電気的に直列に接続する。したが
って、記録トラック幅あるいは信号磁界の磁界強度が一
定であっても、再生出力電圧は再生トラック幅に対応し
て1:2:4となり、上記のただ1個の素子の場合と同様の結
果が得られる。

【００５８】最後に、本発明の磁気ヘッドの磁性層およ
び非磁性導電層に用いられる物質について説明する。

【００５９】上記の通り、磁性体のインピーダンスは透
磁率に依存する。したがって、本発明の磁気ヘッドに用
いられる磁性層を構成する磁性体としては、印加する高
周波磁界の周波数帯において透磁率が高くなる物質を選
択する必要がある。

【００６０】通常、磁性体については、高周波領域にお
ける透磁率の周波数特性を決定する要因は、渦電流損失
と強磁性共鳴である。但し、渦電流損失は膜厚と比抵抗
に依存し、強磁性共鳴は磁化の大きさと異方性磁界に依
存する。したがって、これらを制御することにより、任
意の高周波領域において、高い透磁率を得ることができ
る。

【００６１】そのため、本発明の磁気ヘッドに用いる磁
性体としては、比抵抗の高い物質が有用である。このよ
うな物質としては、特に酸素含有合金からなる軟磁体が
好ましい。このような酸素含有軟磁性体としては、Fe-Y
-O、Fe-Nd-O、Fe-Hf-O等の各薄膜がある。これらは、ス
パッタリング法により、比較的容易に成膜できる。な
お、これらの具体的な組成および比抵抗を、次の表2に
示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】これに対して、本発明の磁気ヘッドの非磁
性導電層に用いる物質としては、比抵抗50μΩcm以下の
金属が特に好ましい。具体的には、Cu、Ti、Ta、Ni-P合
金等がある。

【００６４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００６５】なお、ここでは、3種類の記録トラックに
対するただ1個の情報再生素子からなる磁気ヘッドの再
生出力の結果および3個の情報再生素子を電気的に直列
に接続した磁気ヘッドの再生出力の結果について述べ
る。

【００６６】基板としてAlTiCを用いて、次のような膜
構成の磁気ヘッドを作製した。

【００６７】まず、磁性層には、Fe_70.3Y_8.4O_21.3薄膜
を用いた。該薄膜の膜厚は1μmである。また、該薄膜
は、酸素混合雰囲気中における反応性スパッタリング法
により成膜し、350℃の真空磁界中において熱処理を行
った。さらに、該磁性層の比抵抗は250μΩcmであっ
た。

【００６８】なお、該磁性層に用いた薄膜については、
次の各方法を用いて、特性の分析を行った。

【００６９】（1）組成−蛍光Ｘ線分析法またはラザフ
ォード後方散乱法 （2）比抵抗−4端子法 また、非磁性導電層には、Cu薄膜を用いた。該Cu薄膜の
膜厚は、約500nmである。また、該薄膜は、スパッタリ
ング法により成膜した。なお、該Cu薄膜の比抵抗は2.2
μΩcmであった。

【００７０】再生に際しては、記録媒体として、垂直磁
気記録用のCoCr薄膜テープを用いた。なお、該CoCr薄膜
テープには、トラック幅の異なる複数の薄膜インダクテ
ィブリング型ヘッドを用いて、80MHzの信号を与えて、
予め情報を記録しておいた。但し、記録トラックは、2
μmの間隔をとった。このとき、3個の記録トラックを
1、2、3とし、それぞれの幅を2μm、4μm、8μmとし
た。

【００７１】次に、磁性層に700 MHzの高周波磁界を印
加し、再生操作を行った。なお、磁性層への高周波磁界
の印加は、検出線に電流を流すことによって行った。ま
た、バイアス磁界の印加は、永久磁石を用いて行った。

【００７２】但し、ただ1個の情報再生素子からなる磁
気ヘッドを用いた場合を実施例1とし、3個の情報再生素
子を電気的に直列接続した磁気ヘッドを用いた場合を実
施例2とする。それぞれの場合の再生信号は、記録媒体
の記録状態に対応し、3個の記録トラックに対して異な
る出力電圧変化を示した。その結果は、次の再生出力電
圧を示した表3の通りである。

【００７３】

【表３】

【００７４】以上の通り、実施例1および2のいずれの場
合にも、再生出力電圧は媒体の記録状態に対応し、3値
情報の同時再生動作が確認された。

【００７５】

【発明の効果】本発明によって、構造が比較的簡単な磁
気ヘッドを用いて、再生出力が十分に大きい多値情報の
同時再生が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の磁気ヘッドおよび記録トラックを示す
模式図である。

【図2】本発明のただ1個の情報再生素子を有する磁気ヘ
ッドに関する模式図である。

【図3】本発明の再生トラック幅が互いに相異なる3個の
情報再生素子を有する磁気ヘッドに関する模式図であ
る。

【図4】本発明の磁気ヘッドの情報再生素子に関する断
面構造の模式図である。

【図5】本発明の絶縁層を有する磁気ヘッドの情報再生
素子に関する断面構造の模式図である。

【図6】従来の技術におけるMR素子を用いた磁気ヘッド
および記録トラックを示す模式図である。

【符号の説明】

1 磁気ヘッド 10 磁性層 11 非磁性導電層 12、32 基板 13 絶縁層 21、22、23 記録トラック 3 MRヘッド 30 MR素子 31 検出線 E、E1、E2、E3 情報再生素子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体の透磁率変化を利用した磁界検出
   型磁気ヘッドにおいて、記録媒体からの複数の信号磁界
   を同時に検出することが可能な情報再生素子を備えるこ
   とを特徴とする磁気ヘッド。
2. 【請求項２】 前記複数の信号磁界の磁界強度が互いに
   異なることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
3. 【請求項３】 前記複数の信号磁界の記録トラック幅が
   互いに異なることを特徴とする請求項1または2記載の磁
   気ヘッド。
4. 【請求項４】 前記情報再生素子を1個のみ備えている
   ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の磁気
   ヘッド。
5. 【請求項５】 前記情報再生素子を2個以上備え、これ
   らは再生出力電圧を異にし、かつ、直列に接続されてい
   ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の磁
   気ヘッド。
6. 【請求項６】 前記2個以上の情報再生素子の再生出力
   電圧が、互いに2の累乗倍異なることを特徴とする請求
   項5記載の磁気ヘッド。
7. 【請求項７】 前記2個以上の情報再生素子の再生出力
   電圧が、1:2:4の比になるように配列されたことを特徴
   とする請求項5または6記載の磁気ヘッド。
8. 【請求項８】 前記2個以上の情報再生素子の再生トラ
   ック幅が、互いに2の累乗倍異なる幅に分割されている
   ことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項記載の磁気
   ヘッド。
9. 【請求項９】 前記2個以上の情報再生素子のトラック
   幅が1:2:4の比に分割された情報再生素子であることを
   特徴とする請求項8記載の磁気ヘッド。