JP2000182218A

JP2000182218A - 磁気ヘッド並びに磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP2000182218A
Application number: JP10356503A
Authority: JP
Inventors: Akio Kuroe; 章郎黒江; Akio Murata; 明夫村田; Sayuri Muramatsu; 小百合村松
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、インピーダンス変化の新規な検出
方法を考案し、インピーダンスの変化分による信号のみ
を検出することによって、高感度なＭＩヘッドを実現す
る課題がある。【解決手段】軟磁性体で導電性薄膜を挟み込むように
形成したＭＩヘッドを、それぞれヘッドスライダの凸部
４９と凹部４８に構成したＭＩヘッド３２とＭＩヘッド
３３の出力の差分をとるように電気回路的に構成し、前
記ＭＩヘッド３２には磁気記録媒体からの信号磁界（外
部磁界）１５を加え、前記ＭＩヘッド３３には外部磁界
が印加しないように構成することによって外部磁界によ
って変化するインピーダンス成分による信号のみ検出し
感度の良好な磁気ヘッドを提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波キャリア信
号の高感度なインピーダンス変化を用いたアクティブな
磁気ヘッド及び高密度磁気記録再生装置に関するもので
ある。

【従来の技術】図６は電子情報学会技報MR95-85に報告
され、磁気インピーダンスの変化を用いた素子及びヘッ
ドとして提案されたものである。図６は導電性金属薄膜
からなるリード５６をトラック幅５７にわったってパー
マロイ膜５８とSiO2膜５９の積層膜からなる６８及び６
０の軟磁性コアによってサンドイッチした磁気インピー
ダンス素子の動作原理を表すものである。ＵＨＦ帯の高
周波発信器６１より高周波信号を抵抗６２を介して印加
して電流６３を通電し、リード５６の両端に配備した端
子６４及び６５間の磁気インピーダンスの変化にもとず
いてその端子間の電圧変化を検出するものである。磁気
記録媒体６６上の磁化６７から発生する信号磁界が存在
しない場合には、端子６４及び６５間には、電流６３と
該リード５６の端子６４及び６５間のインピーダンスと
の積に相当するＵＨＦキャリア信号の電圧が発生し、磁
気録媒体からの信号磁界を受けた場合には、素子の軟磁
性コアの磁化の容易磁化方向がトラック幅方向に配向さ
れているため、磁化が信号磁界によって、配向方向から
傾き、磁気インピーダンスが小さくなる。従って、ＵＨ
Ｆキャリア信号が磁気記録媒体の信号磁界によってＡＭ
変調された形で検出されるものである。この信号をＡＭ
検波することによって磁気記録媒体６６上の信号磁化６
７を読み出すことができるものである。このヘッドが実
現されると現在開発が進められているジャイアントＭＲ
ヘッドより約１０倍出力が得られる可能性が有ることが
予想される。また、図７は図６に示す素子の動作カーブ
を求めたものである。つまり、端子６４、６５で検出さ
れる高周波電圧をプロットしたものである。キャリア信
号周波数1.0GHzとして上記素子をヘルムホルツコイルの
中央部においてｄｃ磁界を加えて端子６４、６５で検出
される高周波電圧を求めたものである。直流磁界の値が
０のときは、端子６４、６５で検出される高周波電圧は
最も大きい。直流磁界を増加させていくと、端子６４、
６５で検出される高周波電圧は減少していく。この直流
磁界は磁気記録媒体６６上の信号磁界に相当し、図７か
ら分かるように、感度良く信号を再生し、歪みの小さな
波形を得るには、直流バイアス６９点の設定が必要にな
る。上記モデルではキャリア信号と直流電流を導体中に
流して直流磁界を発生させバイアスとしている。しか
し、高周波における動作特性が明確ではなく、この解析
とともに、高感度なインピーダンス変化を得るために
は、高周波におけるインピーダンス変化の新しい検出方
法が必要であった。

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、高密度
記録を実現する高感度な磁気ヘッドの実現が望まれる
が、高周波におけるインピーダンスの動作特性が明確で
はなく、その特性を明らかにするとともに新規な検出方
法を発見することが必要であるなどの課題があった。本
発明は、新規な検出方法を考案し、インピーダンスの変
化分による信号のみを検出することによって、高感度な
磁気ヘッドを実現しようとするものである。

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、第１の本発明（請求項１に対応）は、導電性薄
膜と、前記導電性薄膜を挟み込むように形成した軟磁性
体と、前記導電性薄膜の両端に接続した第１の対の電極
端子と、前記導電性薄膜の両端に接続した第２の対の電
極端子と、前記第１の対の電極端子に高周波キャリア信
号電流と直流電流を同時に印加する印加手段と、前記第
２の対の電極端子から外部磁界よるインピーダンスの変
化によって生じる信号のみを検出する信号検出手段とを
備えたことを特徴とする磁気ヘッドである。また第２の
本発明（請求項２に対応）は、導電性薄膜と、前記導電
性薄膜を挟み込むように形成した軟磁性体と、前記導電
性薄膜の両端に接続した第１の対の電極端子と、前記導
電性薄膜の両端に接続した第２の対の電極端子とを有す
る第１のＭＩ素子と、導電性薄膜と、前記導電性薄膜を
挟み込むように形成した軟磁性体と、前記導電性薄膜の
両端に接続した第３の対の電極端子と、前記導電性薄膜
の両端に接続した第４の対の電極端子とを有する第２の
ＭＩ素子と、前記第１の対の電極端子と第３の対の電極
端子に高周波キャリア信号電流と直流電流を同時に印加
する印加手段と、前記第２の対の電極端子と前記第４の
対の電極端子に生じる互いの出力の差分をとることによ
って信号を検出する信号検出手段とを備え、前記第１の
ＭＩ素子は、磁気記録媒体からの外部磁界を受け、前記
信号検出手段は、前記外部磁界によるインピーダンスの
変化によって生じる信号のみを検出することを特徴とす
る磁気ヘッドである。また第３の本発明（請求項３に対
応）は、前記信号検出手段は、外部磁界が印加されない
状態での信号を、前記外部磁界を印加した状態での信号
より差し引くことによって、前記外部磁界によるインピ
ーダンスの変化によって生じる信号のみを検出すること
を特徴とする第１の発明に記載の磁気ヘッドである。ま
た第４の本発明（請求項４に対応）は、前記外部磁界
が印加されない状態での信号は、予め記憶されているこ
とを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッドである。また
第５の本発明（請求項５に対応）は、前記信号検出手段
は、差動増幅器であることを特徴とする第１〜４の発明
のいずれかに記載の磁気ヘッドである。また第６の本発
明は、第１〜５の発明のいずれかに記載の磁気ヘッド
と、前記磁気ヘッドによって記録されている信号を再生
される記録媒体を保持する記録媒体保持手段と、前記記
録媒体と前記磁気ヘッドを位置決めする位置決め手段と
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置である。

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。まず、実験と
して幅３００μｍ、長さ３ｍｍのＦｅＴａＮの軟磁性体
をギャップ０．３μｍ、銅（ｃｕ）からなる検出導体薄
膜の長さ；２ｍｍ、検出導体薄膜幅；４００μｍ、厚
み；１μｍの図６に示すヘッドを作製し検出導体の両端
のインピーダンスに関して解析した。その際、磁気記録
媒体からの信号磁界の代わりに、外部磁界としてヘルム
ホルツコイルによって磁性体の長さ方向に直流磁界を印
加した。なお、この直流磁界は５Ｏｅとすると本実験に
用いた磁性体は完全に飽和する。図１及び図２はインピ
ーダンスの変化について解析した結果を示すものであ
る。図１はインピーダンスメータにて測定したＭＩ素子
の全インピーダンスの変化を示し、外部磁界零時の特性
１は外部磁界５Ｏｅを加えると、変化を示す矢印３に示
すように外部磁界５Ｏｅ時の特性２に変化する。この差
が大きいほど、インピーダンス変化率が高く、大きな出
力を得ることが出来る。また、インピーダンスメータで
はインダクタンス成分と抵抗成分とに分離して測定する
ことが出来る。これらをそれぞれインダクタンス成分及
び抵抗成分と呼ぶことにする。図２には虚数部、ここで
はインダクタンス成分の特性と抵抗成分の外部磁界に対
する特性を示すものである。図１と同様に図２の外部磁
界を５Ｏｅとすると本実験に用いた磁性体は完全に飽和
するものである。図１から分かるように、低周波領域で
は外部磁界（直流磁界）に対してインピーダンスが変化
しているが高周波領域（１ＧＨｚ）ではほとんど変化し
ないことが、本解析で明らかになった。ところが、ＭＩ
効果のインピーダンス変化率は周波数と磁性体の透磁率
の変化率の積に比例するため、これを高めるには高周波
領域で動作させることが重要であることが知られてい
る。また、本解析によりこの原因として、図１の特性は
図２に示したインダクタンス成分の変化と類似の特性を
示しており、外部磁界によって変化しないインダクタン
スは、リードなどのインダクタンスによって高周波領域
で制限されており、一方、図２に示す抵抗成分では外部
磁界に対して大幅に変化していることが本解析によって
初めて分かった。さらに詳しく述べると、図２中の外部
磁界零時のインダクタンス成分の特性４は磁性体の透磁
率の実数部が関連しているインダクタンスと検出導体の
インダクタンスの和であり、外部磁界５Ｏｅを印加する
と外部磁界５Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性５とな
り透磁率が空気中での値の１に近づくため主として検出
導体のみのインダクタンス成分が残る。また、外部磁界
零時の抵抗成分の特性６は磁性体の透磁率の虚数部が関
連している抵抗成分と検出導体の抵抗成分の和であり、
外部磁界５Ｏｅを印加すると、同様に外部磁界５Ｏｅ時
の抵抗成分の特性７で示すように虚数部の透磁率が１と
なるため、外部磁界によって変化しない検出導体の抵抗
成分が主となるものである。本発明はこれらの解析の知
見に基づいて考案されたものである。つまり外部磁界に
よって変化しないインダクタンス成分を差し引き、外部
磁界によって変化する抵抗成分のみによる信号を検出す
ることが重要であることが分かった。（実施の形態１）図３は、本発明の実施の形態１の構成
のブロックダイアグラムを示すものである。図４はヘッ
ドスライダー上にホトリソグラフィー技術を用いて形成
した本発明のＭＩヘッドを示すものである。本発明の実
施の形態１では、２つのＭＩヘッドを用いて、磁界の加
わったＭＩヘッドと磁界の加わらないヘッドの差分をと
って、磁界が加わった時変化するインピーダンスによる
信号成分を検出するものである。高周波信号発生器８か
ら抵抗１０及び抵抗９を介して、一対のヘッドのそれぞ
れＭＩヘッド３２及び３３に高周波キャリア信号を供給
する。ＭＩヘッド３２はＣｕからなる検出導体薄膜１２
はＦｅＴａＮのアモルファス軟磁性体１１によって挟み
込むように形成される。また、検出導体薄膜１２には、
高周波キャリア信号供給用端子２０と接地用電極端子２
２と、検出用電極端子２１と接地用電極端子２３の２対
の電極端子を一体化して形成した。また、該接地用電極
端子２２及び２３は接地１７及び１６に接続される。こ
の接地は必ずしも２箇所に分ける必要はなくヘッド構成
の都合によって１箇所でも有効である。同様にＭＩヘッ
ド３３はＣｕからなる検出導体薄膜１４はＦｅＴａＮの
アモルファス軟磁性体１３によって挟み込むように形成
される。また、検出導体薄膜１４には、高周波キャリア
信号供給端子２６と接地用電極端子２４と、検出用電極
端子２７と接地用電極端子２５の２対の電極端子を一体
化して形成した。また、該接地用電極端子２４及び２５
は接地１７及び１６に接続される。この接地も同様に、
必ずしも２箇所に分ける必要はなくヘッド構成の都合に
よって１箇所でも有効である。以上の様に構成したＭＩ
ヘッドを磁気記録媒体からの外部磁界１５を矢印の方向
に加えると、高周波キャリア信号がＡＭ変調された信号
として、検出用電極端子２１に生じる。一方、ＭＩヘッ
ド３３の検出用電極端子２７には外部磁界が加わってい
ないため、高周波キャリア信号が変調されること無く生
じることになる。これらを差動増幅３４の端子２８及び
２９に加えることによって外部磁界１５によって変調さ
れた信号のみ端子３０及び３１間に検出できることにな
る。また、ＭＩヘッド３２及び３３は同一基板上の２ｍ
ｍ×１ｍｍ程度の微小面積内に形成するためインピーダ
ンスのばらつきは極めて少なく効果的に動作するもので
ある。図４は試作したヘッドスライダーの斜視図を示す
ものである。図４から明らかなように、ＭＩヘッド３２
及び３３はそれぞれヘッドスライダーの凸部４９と凹部
４８に形成した。ＨＤＤでは、ヘッドスライダーの下面
（図の下面）が磁気記録媒体と一定の間隔を持って浮上
して信号を再生している。ＭＩヘッド３２は磁気記録媒
体から１５の信号磁界（外部磁界）を受けることにな
る。しかしＭＩヘッド３３は凹部４８に形成してあるた
め、磁気記録媒体からの距離が少なくとも１０μｍ以上
はあり、スペーシングロスが発生し、磁気記録媒体から
の信号磁界磁界は加わらないものである。回路ブロック
４６には高周波信号発生器とＡＭ検波器とが収めれれて
おり、高周波信号発生器からの信号供給端子４１から導
電性膜３７を通ってヘッド形成面上の高周波キャリア信
号端子３９へ伝えられる。同様に接地端子４０、接地用
導電性膜３６、接地用端子３８を形成した。これらの導
体膜及び端子はセラミックスからなる基板４７上にホト
リソグラフィ技術によって構成した。また、３５は差動
増幅器であり、出力は端子４５、導体膜５０、端子４
３、及び接地用端子４４、導体膜５１、接地用端子４２
により伝達される。この後、出力は端子４３からＡＭ検
波器に伝達され再生信号となる。（実施の形態２）図５は本発明の実施の形態２の構成の
ブロックダイアグラムを示すものである。本発明の実施
の形態１では、２個のヘッドを用いたが、実施の形態２
では、メモリー装置を設けることによって、上記差分の
信号を有効に取出すものである。高周波信号発生器８よ
り抵抗１０を介してＭＩヘッド３２に加え、検出用電極
端子２１から外部磁界１５が零の場合の高周波キャリア
信号をスイッチング回路５２を介してメモリー装置５３
に加える。この時の高周波キャリア信号レベルをメモリ
ー装置で記憶し、次にスイッチング回路５２をＯＦＦと
しスイッチング回路５２から差動増幅器５４に接続す
る。この状態で外部磁界１５によって変調されたＭＩヘ
ッドの検出用電極端子２１に生じる信号を差動増幅器に
伝達する。一方、高周波信号発生器８からの高周波キャ
リア信号記は抵抗９を介してメモリー装置に伝達され、
記憶されたレベルで、差動増幅器５４に加えられ、外部
磁界が加わっている時の信号と外部磁界が零の場合の差
分の信号が端子５５に生じるものである。なお、差動増
幅器とメモリー装置は配線のインピーダンスを小さくす
るためＭＩヘッドを形成した同一面上に構成することが
有効であった。なお、本発明の実施の形態に述べられて
いる軟磁性体として、ＦｅＴａＮアモルファス材料を用
いたが、その他のＣｏ系、Ｆｅ系アモルファス磁性体、
パーマロイ、センダストなどの軟磁性材料も有効であ
る。また、検出導体としＣｕを用いたが、説明するまで
もなく、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどの導電性材料も有効であ
る。なお、本実施の形態の高周波信号発生器及び抵抗
は、本発明の印加回路の例であり、本実施の形態の検出
導体薄膜は、本発明の導電性薄膜の例である。

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、磁気記録媒体から発生する外部磁界（信号磁界）が
零のＭＩヘッドの出力と、外部磁界を印加したＭＩヘッ
ドの出力の差分をとることによって、インピーダンスの
変化分のみによって発生する信号を検出し、インピーダ
ンス変化率の大なるＭＩヘッドを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に至る基礎となったインピーダンス特性
図。

【図２】本発明に至る基礎となったインピーダンス特性
の解析結果を示す特性図

【図３】本発明の実施の形態１の構成のブロックダイア
グラム

【図４】本発明のＭＩヘッドの斜視図

【図５】本発明の実施の形態２の構成のブロックダイア
グラム

【図６】従来の発明の形態であってＭＩヘッドの動作原
理図

【図７】従来の発明の形態であってＭＩヘッドの動作原
理図

【符号の説明】

１外部磁界零時の特性２外部磁界５Ｏｅ時の特性３変化を示す矢印４外部磁界零時のインダクタンス成分の特性５外部磁界５Ｏｅ時のインダクタンス成分の特性６外部磁界零時の抵抗成分の特性７外部磁界５Ｏｅ時の抵抗成分の特性８高周波信号発生器９抵抗１０抵抗１１軟磁性体１２検出導体薄膜１３軟磁性体１４検出導体薄膜１５外部磁界１６接地１７接地２０高周波キャリア信号供給端子２１検出用電極端子２２接地用電極端子２３接地用電極端子２４接地用電極端子２５接地用電極端子２６高周波キャリア信号供給端子２７検出用電極端子２８端子２９端子３０端子３１端子３２ＭＩヘッド３３ＭＩヘッド３４差動増幅器３５差動増幅器３６接地用導電性膜３７導電性膜３８接地用端子３９高周波キャリア信号端子４０接地端子４１信号供給端子４２接地用端子４３端子４４接地用端子４５端子４６回路ブロック４７基板４８凹部４９凸部５０導体膜５１導体膜５２スイッチング回路５３メモリ装置５４差動増幅器５５端子５６リード５７トラック幅５８パーマロイ膜５９ SiO2膜６０軟磁性コア６１高周波発信器６２抵抗６３電流６４端子６５端子６６磁気記録媒体６７磁化６８軟磁性コア６９直流バイアス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村松小百合大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC08 AD51 AD63 AD65 5D091 DD09 DD30 HH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性薄膜と、前記導電性薄膜を挟み込むように形成した軟磁性体と、前記導電性薄膜の両端に接続した第１の対の電極端子
と、前記導電性薄膜の両端に接続した第２の対の電極端子
と、前記第１の対の電極端子に高周波キャリア信号電流と直
流電流を同時に印加する印加手段と、前記第２の対の電極端子から外部磁界よるインピーダン
スの変化によって生じる信号のみを検出する信号検出手
段とを備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】導電性薄膜と、前記導電性薄膜を挟み込むように形成した軟磁性体と、前記導電性薄膜の両端に接続した第１の対の電極端子
と、前記導電性薄膜の両端に接続した第２の対の電極端子と
を有する第１のＭＩ素子と、導電性薄膜と、前記導電性薄膜を挟み込むように形成した軟磁性体と、前記導電性薄膜の両端に接続した第３の対の電極端子
と、前記導電性薄膜の両端に接続した第４の対の電極端子と
を有する第２のＭＩ素子と、前記第１の対の電極端子と第３の対の電極端子に高周波
キャリア信号電流と直流電流を同時に印加する印加手段
と、前記第２の対の電極端子と前記第４の対の電極端子に生
じる互いの出力の差分をとることによって信号を検出す
る信号検出手段とを備え、前記第１のＭＩ素子は、磁気記録媒体からの外部磁界を
受け、前記信号検出手段は、前記外部磁界によるインピ
ーダンスの変化によって生じる信号のみを検出すること
を特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】前記信号検出手段は、外部磁界が印加さ
れない状態での信号を、前記外部磁界を印加した状態で
の信号より差し引くことによって、前記外部磁界による
インピーダンスの変化によって生じる信号のみを検出す
ることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項４】前記外部磁界が印加されない状態での信
号は、予め記憶されていることを特徴とする請求項３記
載の磁気ヘッド。
【請求項５】前記信号検出手段は、差動増幅器である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気
ヘッド。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の磁気ヘ
ッドと、前記磁気ヘッドによって記録されている信号を再生され
る記録媒体を保持する記録媒体保持手段と、前記記録媒体と前記磁気ヘッドを位置決めする位置決め
手段とを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。