JPS63261503A

JPS63261503A - 磁気ヘツド

Info

Publication number: JPS63261503A
Application number: JP62095131A
Authority: JP
Inventors: Moichi Otomo; 茂一大友; Takayuki Kumasaka; 登行熊坂; Kazuo Shiiki; 椎木　一夫; Takeo Yamashita; 武夫山下; Noritoshi Saitou; 斉藤　法利; Yoshinobu Taruya; 良信樽谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1988-10-28
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2656485B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は磁気ヘッドに関し、特に超隆導量子干渉を用い
た超高感度の再生磁気ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

高密度磁気記録の進展は著しく、近年高密度磁気記録に
適した垂直磁気記録の研究が進み、また従来の面内磁気
記録においても磁気ヘッド、記録媒体の改良によって記
録の高密度化が進んでいる。

線記録密度およびトラック密度を増加した場合には、ビ
ット当りあるいは波長当りに憾与する記録媒体の面積は
減少するため、再生出力は減少する。垂直磁記録によっ
て記録した場合には、最大５００ＫＢＰＩの線記録密度
の信号まで記録できることが明らかになっている。しか
し、この記録されたｉ号を、従来の磁気ヘッドで再生し
た場合には、媒体の信号磁化から発生する磁束が微弱な
ため、低い記録密度に比較して出力が著しく低下〔発明
が解決しようとする問題点〕本発明は、かかる問題を解決し、線記録密度およびトラ
ック密度の極めて高い記録信号を再生出来るように、極
めて高感度の再生磁気ヘッドを提供しようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の磁気ヘッドでは、
少くとも再生磁束を導くための磁路と、これに鎖交する
超伝導量子干渉計を構成する超伝導リングからなる。す
なわち、磁束の検出手段として超伝導量子干渉計（５ｕ
ｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍ　Ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅ略して５ＱＵＩＤ）
を用いる。超伝導量子干渉計とは、１つまたは２つのジ
ョセフソン接合を含む超伝導リングを貫通する磁束量に
従って、前記リングに流れる超伝導電流が変化する現象
を利用して、磁束量を高感度に）ｌｌ’ｌ定する素子で
ある。

この超伝導量子干渉計は超伝導状態を利用するものであ
るため、素子は超伝導物質で構成し、かつ超伝導状態と
なるように素子全体を極低温に冷却する必要があった。

しかし、近年の超伝導物質の研究開発の進歩は目ざまし
く、約９５°にで超伝導となる物質が見出されている。

このような高温超瞥導物質を用いることにより、超伝導
量子干渉計を用いた超高感度の再生磁気ヘッドを構成す
ることが可能となる。

〔作用〕

本発明の磁気ヘッドは、少なくとも、再生磁束を導くた
めの磁路と、これに鎖交する超伝導量子干渉計を構成す
る超伝導リングからなる。また、ペルチェ効果を利用し
た冷却素子をそなえた構成とすることにより、必要な部
分を効率よく冷却して超伝導状態を保つ上で効果がある
。さらにまた、冷却する部分をヘッドの記録媒体対向面
から離した構造として、冷却を行ないやすくするために
。

再生磁束を導くための磁路と鎖交する通常のコイルを一
旦設け、このコイルと鎖交するもう一つの磁路を形成し
て、この磁路の磁束が超伝導量子干渉計素子と鎖交する
ようにしてもよい。また、この構成の場合に、もう一つ
の磁路は形成せずに、上記の再生磁束用磁路と鎖交する
コイルと、超伝導量子干渉計素子を空間を通して磁束を
鎖交させることも、超伝導量子干渉計素子の感度が高い
ために可能である。

本発明の磁気ヘッドにおいて、再生磁束を導くための磁
路の形状は、従来のリング型でもよく。

あるいは垂直磁気記録用単磁極型ヘッドのように薄い主
磁極膜で構成することも出来る。

従来のヘッドでは、再生感度を向上するために多巻数の
コイルが必要であったが、本発明の構成とすることによ
り、１個の超伝導材を用いたリングを形成すればよく、
プロセスが大幅に簡略化されるという利点がある。

本発明に用いる超伝導量子干渉計には二個のジョセフソ
ン接合素子を含む直流型と、−個のジョセフソン接合素
子を含む交流型とがある６直流型は二個のジョセフソン
接合を形成する必要があるため、−個のジョセフソン接
合を含む交流型に比較してプロセス上不利であるが、回
路構成が簡略であるという利点がある。一方交流型は一
個のジョセフソ接合を形成すればよく、プロセス上有利
であるが、回路構成が複雑である。本発明の磁気ヘッド
には、いずれの型も用いることができ、各々の利点を選
択して用いることが出来る。

本発明の磁気ヘッドに用いるａ導量子干渉計は外部から
の磁束に対して極めて高感度のため。

外部からの信号以外の洩れ磁束、およびｆｆｉ磁波など
のノイズに対して弱いという問題を持っている。

この点を解決するために１本発明の磁気ヘッドには、シ
ールドを施すことが望ましい。このシールド材としては
、従来のＮｉ−Ｆｅ合金（バーマロには磁束が貫入しな
い効果があるため、シールド材として超伝導材を用いる
ことが最も好ましい。

さらに本発明の磁気ヘッドにおいて、超伝導量子干渉計
素子と磁束を鎖交させるように配置したバイアスコイル
を設け、これに交流バイアス電流を流すことにより、信
号の検出をより容易にすることも可能である。

本発明の磁気ヘッドに用いる超伝導材料としては、例え
ば、（ＳｒｘＬａｚ−ｘ）ｚＣｕＯ４（ｘ　＝　０　、
０５〜０．１）あるいは、（Ｂａｔ−ｘＹｘ）３Ｃｕ２
０７（ｘ−０，３）などの組成を有する材料を用いるこ
とが出来る。特に後者は温度９５°にの高温度で超伝導
状態となるため、好ましい材料である。

また１本発明の磁気ヘッドにおいて磁気ヘッドの磁路と
鎖交して記録コイルをあわせて設けることにより、記録
ヘッドとしても従来通り用いることが出来る。この記録
コイルとして、前記のバイアスコイル、あるいは交流型
超伝導量子干渉計に用いる信号検出用の高周波コイルを
記録膜に切換えて用いることもできる。このコイルの材
料として超伝導材を用いることにより記録電流による発
熱が最小限に押えることが出来、優れた記録ヘッドとす
ることが出来る。

〔実施例〕

次に、本発明の磁気ヘッドを実施例により詳細に説明す
る。

第１図は、リング型磁気ヘッドにジョセフソン接合を２
個含む直流型超伝導量子干渉計を組合わせた例である。

第１図（イ）はヘッドの保護材を除いた平面図であり、
（ロ）は（イ）のＡＡ’の断面図を示したものである。

本ヘッドは、Ｍ　ｎ　−Ｚｎフェライトなどの磁性体か
らなる基板１上に、磁性合金からなる磁極２、および磁
気ギャップをかねる絶縁体３で構成されている６本ヘッ
ドの磁路と鎖交するように超伝導材で構成されたリング
４が形成され、このリングにはジョセフソン接合５が形
成され、さらに、端子部６が形成されて直流型の超伝導
量子干渉計を構成している。磁極とリングの間は絶縁材
７が充填されている。本ヘッドは記録媒体対向面８で記
録媒体と摺接するために、保護林９を接合しである。

第２図は交流型超伝導量子干渉計を組合わせた磁気ヘッ
ドの例である。この実施例では、超電導リング４は１個
のジョセフソン接合５を含んでおり、さらに、超伏′導
リングと磁気的に結合した信号検出用の高周波コイル１
０をそなえている。上記のような超伝導量子干渉計をそ
なえた再生磁気ヘッドは、再生磁束が超伝導量子干渉計
の超伝導リングに再生磁束が貫通するように、磁極を構
成したおり、ヘッドに流入した極めて微少な磁束を超高
感度で検出する事が出来る特徴を持っている。

第３図は、単磁極型磁気ヘッドと超伝導量子干渉計を組
合わせたヘッドの例である。第３図（イ）はヘッドの平
面図を示し、（ロ）は（イ）のＢ〜Ｂ′所面図を示す。

１１は超伝導材からなる基板であり、この上に絶縁材１
２をしいた上に磁性合金からなる薄い主磁極膜１３を形
成して単磁極型ヘッドを構成する。さらにこれをはさむ
がごとく超伝導材１４を形成し、基板の超伝導材１１と
の間に２個のジョセフソン接合１５を形成することによ
り直流型超伝導電子干渉計を構成している。

記録媒体対向面に１６であり、媒体から流入した微少の
磁束は主磁極膜１３に導かれて基板１１と。

超伝導材１４で構成される超伝導リングを貫通して、基
板１１と超伝導材１４に接続された信号線１７によって
信号が検出される。本ヘッドでは、超伝導リングの一部
をなす超伝導材１４は、第３図（イ）で記録媒体対向面
から距離ｄだけ離れて設置されている。これは、ｄを零
とした場合には、記録媒体上の目的の信号以外の周囲の
磁束も超伝導リングに流入していない１分解能が低下す
る。

これを防止するため、距離ｄを有限の値とすることで、
主磁極膜１３に流入した磁束のみ検出することが出来１
分解能を向上することが出来る。本ヘッドでは、記録媒
体と媒体対向面１６で摺接するため、主磁極膜１３の保
護のため、第３図（ハ）　　　−に示したように、保護
林１８を設けることが望ましい。なお、°第３図（ハ）
は、（イ）のＡ−Ａ’断面を示している。保護林１８と
して、非磁性材を用いてもよいが、Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎに
フェライト等の高透磁率材料を用いた場合には、主磁極
膜１３に流入した磁束のリターンパスとなるので、面　
効率が増加するという利点がある。この場合、主磁極膜
１３と、保護林１８の間には非磁性材１９を設けて、媒
体対向面近傍での保護林１８と主磁極膜１３との磁気的
短絡を防ぐ必要がある。さらにまた、保護材１８として
、超電導材料を用いることにより、完全な磁気シールド
とすることも出来る。この時、１９は絶縁材とする必要
がある。

第４図に、第３図に示した磁気ヘッドの超伝導量子干渉
計を交流型とした例あり、基板の超伝導材１１と、超伝
導材１４の間には、１つのジョセフソン接合１５が形成
されており、もう一つの接合部は短絡されている。また
、主磁極膜を介して超伝導リングと磁束が結合するよう
に高周波コイル２０が設けられており、これにより信号
の検出がなされる。

第５図は第３図の単磁極型磁気ヘッドのもう一つの例で
あり、（イ）は平面図を、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ″断
面図を、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ’断面図を示す、第５
図のヘッドは、第３図（ハ）に示した保護林１８が超伝
導量子干渉計の超伝導リングの一部をなすように構成し
たものである６超伝導材料１４が、基板の超伝導１１と
ジョセフソン接合１５を形成している。２１は非磁性材
であり、主磁極膜の保護の役割をする。

第６図は、第１図で示したヘッドの超伝導量子干渉計の
部分を記録媒体対向面から遠ざけた構造を持つヘッドの
例である。（イ）は保護材を除いた平面図を、（ロ）は
（イ）のＡ−Ａ’断面を示した図である０本ヘッドは通
常のリング型ヘッドのととし、記録媒体からのもれ磁束
と磁性体からなる基板１と磁極２からなる磁路に流し、
これと鎖交する磁束伝達コイルコイルマスで一旦、信号
電流に変換し、さらにこれと鎖交する後部基板２３と後
部磁極２４からなる後部磁路に磁束を発生させ、これと
鎖交する超伝導材からなるリング４により信号を検出す
る構造をとる。このようにした場合、超伝導材からなる
部分は、記録媒体と摺接する部分から分離することが出
来るため、超伝導材を用いた部分のみを冷却することが
容易となる。第６図に示したヘッドの例では、超伝導材
を使う部分に、超伝導の良好な物質２５を介して、ペル
チェ効果等を用いた冷却素子２６を用いることにより、
超伝導材を用いた部分を効率的に冷却することが可能と
なる。このような場合、前部磁路を構成する基板と、後
部磁路を構成する基板とは、熱的に絶縁するために、絶
縁材２７を用いて分離することが望ましい。

第７図は、第６図に示したヘッドの後部磁路を省略し、
再生信号を伝達するコイルと超伝導リングが空間を通し
て磁気的に結合するように構成した例である。超伝導量
子干渉計は磁束の検出感度が極めて高いため、このよう
な構成も可能である。

なお、第６図、第７図に示したヘッドでは、直流型超伝
導量子干渉計の例のみを示したが、第２図に示したごと
く、交流型の超伝導量子干渉計と組み合うヘッドとする
ことも、もちろん可能である。

第８図は、第１図、第２図、第６図、第７図に示したヘ
ッドにおいて、磁路を磁性合金のみで構成した例を示す
。すなわち、磁性材料からなる基板１のかわりに非磁性
材からなる基板２８を用い、この上に下部磁極２９を設
ける。特に第８図（ロ）では後部磁路および超伝導材を
形成すべき基板をペルチェ効果などを用いた冷却素子３
０とすることにより、さらに冷却能率が高く、超伝導状
態を安定に保持したヘッドとすることが出来る。

第９図は第８図に示したヘッドの超伝導量子干渉計部分
に磁気シールドを設けた例である。超伝導量子干渉計は
磁束に対して極めて高感度であるため、ノイズの発生を
防ぐ起め磁気シールドを施こすことが望ましい、磁気シ
ールド材としては従来の高透磁率材を用いることも出来
るが、第９図（イ）、（ロ）の磁極の上・下部に超伝導
材料を用いた磁気シールド３１を設けることにより磁気
シールドが完全になされる。この場合磁極との間に絶縁
材３２を施して絶縁を行うことが必要である。

第１０は第１図に示した磁気ヘッドの超伝導量子干渉計
に、バイアスコイル３３を付加した例である。このよう
なバイアスコイルを設けたヘッドとすることにより、超
伝導量子干渉計での信号の検出、信号の処理を容易にす
ることが出来る。このようなバイアスコイルは、第１図
、第３図、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図に
示したヘッドのいずれにも、付加することにより同様の
効果がある。

本発明に主として再生特性に優れたヘッドを提供するこ
とを目的としたものであるが１本ヘッドを、記録ヘッド
に用いろ場合にも、従来と同様に可能である。この際、
これまで述べて来た超伝導量子干渉計用の超伝導リング
を、記録電流印加用のコイルとしてもよいが、より好ま
しくは、第２図、第４図のヘッドの高周波コイル１０，
２０および第１０図のヘッドのバイアスコイル３３を記
録時の記録電流印加用コイルとして用いるとよい。

これらの記録用コイルの材料としては、従来のＣｕある
いはＡｌおよびこれらの合金を用いてもイ叡よいが、より好ましくは、超電導材料を用いることによ
り、高い電流密度の記録電流を流した時もコイルからの
発性を最小限に押えられ、より好ましい。第３図、第６
図、第７図に示したような磁気ヘッドでは、第１１図の
ような記録電流印加用のコイル３４をそなえることが好
しい。

なお本発明の実施例で、高周波コイル、バイアスコイル
、記録コイル、および磁束伝達コイル等はすべて１回巻
としたが多数回巻としてもよく、場合によっては、より
優れた特性が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の磁気ヘッドにより極めて記
録密度の高い微弱な信号を高感度に再生でき、しかも外
部からのノイズに強く、記録時にも発熱の少ない磁気ヘ
ッドを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

の実施例を示す図である。１・・・基板、２・・・磁極、３・・・絶縁材、４・・
・超伝導リング、５・・・ジョセフソン接合、６・・・
端子部、７・・・絶縁材、８・・・記録媒体対向面、９
・・・保護材、１０・・・高周波コイル、１１・・・基
板、１２・・・絶縁材、１３・・・主磁極膜、１４・・
・超伝導材、１５・・・ジョセフソン接合、１６・・・
記録媒体対向面、１７・・・信号線。１８・・・保護材、１９・・・非磁性材、２０・・・高
周波コイル、２１・・・非磁性材、２２・・・磁束伝達
コイル、２３・・・後部基板、２４・・・後部磁極、２
５・・・熱伝導物質、２６・・・冷却素子、２７・・・
絶縁材、２８・・・基板、２９・・・下部磁極、３０・
・・冷却素子、３１・・・磁気シールド、３２・・・絶
縁材、３３・・・バイアスコイル、３４・・・記録コイ
ル。第７目第２切第３目、　　　第４図ノや第を回第７目３ｚ

Claims

【特許請求の範囲】１、磁束を導くための磁路と、これに鎖交するジョセフ
ソン結合を含む超伝導材からなるリングによって構成さ
れ、信号の検出を上記リングによって作られた超伝導量
子干渉計によって行うことを特徴とした磁気ヘッド。２、特許請求の範囲第１項の磁気ヘッドにおいて、上記
リングに含まれるジョセフソン結合が２個であり、直流
型の超伝導量子干渉計を構成して信号の検出を行うこと
を特徴とする磁気ヘッド。３、特許請求の範囲第２項に記載の磁気ヘッドにおいて
、信号の検出を容易にするためのバイアスコイルを、前
記超伝導材からなるリングと磁気的に結合するように設
けたことを特徴とする磁気ヘッド。４、特許請求の範囲第１項の磁気ヘッドにおいて、上記
リング含まれるジョセフソン結合が１個であり、上記リ
ングと磁気的に結合した信号検出用の高周波コイルを含
み、交流型の超伝導量子干渉計を構成して信号の検出を
行うことを特徴とする磁気ヘッド。５、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載
の磁気ヘッドにおいて、磁束を導くための磁路はリング
型であることを特徴とする磁気ヘッド。６、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載
の磁気ヘッドにおいて、磁束を導くための磁路は単磁極
型であることを特徴とした磁気ヘッド。７、特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載
の磁気ヘッドにおいて、磁気ヘッドの磁路と鎖交する磁
束伝達コイルと、これと鎖交する後部磁路を設け、該後
部磁路と、前記超伝導材からなるリングが鎖交するよう
にしたことを特徴とする磁気ヘッド。８、特許請求範囲第７項に記載の磁気ヘッドにおいて、
前記後部磁路がなく、前記磁束伝達コイルと前記超伝導
材からなるリングが空間を通して磁気的に結合するよう
にしたことを特徴とする磁気ヘッド。９、特許請求の範囲第１項から第８項のいずれかに記載
の磁気ヘッドにおいて、ペルチェ効果などを用いた冷却
素子と組合わせることにより、超伝導材料を用いた部分
を冷却することを特徴とした磁気ヘッド。１０、特許請求の範囲第１項から第９項のいずれかに記
載の磁気ヘッドにおいて、磁気ヘッドの磁極部あるいは
前記超伝導材料からなるリングの一方もしくは双方の周
囲に磁気シールドを施したことを特徴とする磁気ヘッド
。１１、特許請求の範囲第１０項記載の磁気ヘッドにおい
て、前記磁気シールド材を超伝導材としたことを特徴と
する磁気ヘッド。１２、特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに
記載の磁気ヘッドにおいて、磁気ヘッドの磁路と鎖交す
る記録コイルを設けたことを特徴とした磁気ヘッド。１３、特許請求の範囲第１２項に記載の磁気ヘッドにお
いて、前記記録コイルは、前記高周波コイルあるいはバ
イアスコイルを兼用することを特徴とした磁気ヘッド。１４、特許請求の範囲第１２項または第１３項記載の磁
気ヘッドにおいて、前記記録コイルは超伝導材からなる
ことを特徴とした磁気ヘッド。