KR100296731B1

KR100296731B1 - 자기기록방식

Info

Publication number: KR100296731B1
Application number: KR1019940021358A
Authority: KR
Inventors: 가도리겐지; 쇼지미쓰하루; 하야시가즈히꼬
Original assignee: 이데이 노부유끼; 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 2001-10-24
Also published as: KR950009535A; JPH0785401A; DE69422107D1; EP0643382A2; EP0643382B1; DE69422107T2; EP0643382A3; US5599635A

Abstract

고밀도 기록화를 달성할 수 있고, 또한 고출력, 고신뢰성을 가진 자기 기록 방식을 제공한다.

자성 분말을 사용하는 도포형의 자기 테이프 또는 자기 디스크를 사용한 자기 기록 방식에 있어서, 자기 테이프의 보자력을 2,000 0e∼3,300 0e, 또는 자기 디스크의 보자력을 2,000 0e ∼ 3,500 0e로 하는 동시에, 포화 자속 밀도 15 kG 이상의 자기 코어재를 사용한 자기 헤드로 신호를 기록한다. 자기 테이프 또는 자기 디스크의 보자력을 높이는 데는, 사용할 자성분말의 침상비(針狀比)를 개선하여, 표면 산화층을 저감시킨다. 자기 코어재에는, 예를 들면 (FeMCuRu)-N-O계(단, M은 Si, Al, Ta, B, Mg, Ca, Sr,Cr, Mn, Zr, Nb, Ti, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge, 희토류 원소중 최소한 1종을 나타냄)를 사용한다.

Description

자기 기록 방식

제1도는 MP 테이프 및 ME 테이프의 Hc와 자기 테이프의 성능지수인 보자력과 잔류 자속 밀도의 곱(Hc×Br)의 관계를 나타낸 특성도.

제2도는 MP 테이프 및 ME 테이프의 Hc 와 (Br/Hc)^-0.4의 관계를 나타낸 특성도

제3도는 고포화 자속 밀도를 가진 자기 코어재를 사용하여 제작한 적층형 자기 헤드의 개략사시도.

제4도는 각종의 보자력을 가진 MP 테이프, ME 테이프에 기록했을 때의 기록 전류와 재생 출력의 관계를 나타낸 특성도.

본 발명은 자기 테이프나 자기 디스크에 각종 정보 신호를 기록하기위한 자기 기록 방식에 관한 것이며, 특히 고기록 밀도 및 고신뢰성을 구현하는 신규의 자기 기록 방식에 관한 것이다.

자기 테이프를 사용한 기록 시스템에서 고밀도 자기 기록을 달성하기 위해, 자기 테이프와 자기 헤드의 조합이 Γ-Fe₂O₃도포형 테이프와 페라이트(ferrite)헤드, CrO₂와페라이트 헤드, CO-Γ-Fe₂O₃와 페라이트 헤드, 금속분말과 센더스트(sendust) 헤드 또는 비정질(amorphous)헤드, CoNi 증착 테이프와 센더스트 헤드 또는 비정질 헤드의 순서로 발전하고 있다.

이러한 발전은 자기 기록 매체의 발전에 힘입은 바가 크다. 즉, 자기 기록 매체의 보자력(保磁力)과 잔류 자속 밀도가 증가함에 따라서, 단파장 영역에서의 재생 출력이 개선되고, 이에 따라 고밀도화가 달성되고 있다.

이러한 가운데, 차세대 기록 시스템으로서, 예를 들면 제79회 일본응용자기(磁氣)학회 연구회 자료 79-2, pp. 9-16에 기재되어 있는 바와 같이, Co-Cr 수직 자기 기록 매체와 수직 자기 헤드, 또는 링 헤드와 Co-O 수직 자기 기록 매체 등의 조합이 제시되어 있다.

그러나 이러한 조합 모두가 자기 테이프와 자기 헤드 사이의 마찰면에 문제가 있다. 즉, 자기 테이프와 자기 헤드의 마찰면이 매체에 의해 손상되어 양호한 내구성을 얻지 못하고 있다.

이와 같이 Co-Cr등을 사용한 수직 자기 기록은 수년 전부터 차세대 자기 기록 매체로 여겨지면서도 신뢰성이라는 문제점을 극복할 수 없어서, 오늘에 이르고 있다.

한편, 면내(面內)(in-plane)매체의 자기 테이프의 보자력(Hc)을 높이는 시도에 대해서는, 예를 들면 제79회 일본응용자기학회 연구회 자료 79-2, p.15, 9행부터 기재되어 있다. 그에 따르면, "평균 보자력 3,000 에르스테드 정도의 침상(針狀) 미립자를 수십 나노미터 정도로 얇고 입경이나 치수를 될 수 있는 한 균일하게 하여 빽빽하게 또한 자기적 상호 작용이 없도록 길이 배향하여 배열하면, 10,000비트/mm 이상, 비트 간격 100 nm이하의 초고분해능에서도 정보를 기록할 수 있다"라고 되어 있다.

그러나, 미디어의 보자력은 자기 헤드의 기록 능력에 의해 제한된다.

센더스트 또는 Co계 비정질 자기 코어를 가지는 자기 헤드를 전제로 한 기록 시스템을 통상 사용해 왔지만, 통상의 기록 재생 가능한 자기 기록 시스템에서 도포형 테이프의 보자력을 2,000 Oe 이상으로 올리는 시도는 없었다.

이것은 차세대 자기 기록 시스템에 대한 연구 대상이, 전술한 문헌으로부터도 알 수 있는 바와 같이, Co계 증착 테이프 또는 Co-Cr등 수직 자기 기록을 이행하고 있으며, 도포형 매체에 대해서는 이미 염가, 고신뢰성만을 추구해 왔고 초고기록 밀도 매체로서의 연구·개발 대상에서 제외해왔었던 것과도 관계가 있다.

이와 같이, Co계 증착 테이프의 차세대를 떠맡을 것으로 여겨져 온 수직 자기 기록 방식이 10년 이상에 걸친 연구에 의해서도 실용화에 이르지 못하고, Co계 증착 테이프가 실용화된 1989년 이래, 충분한 신뢰성을 가지면서도 더욱 고밀도인 자기 기록 시스템이 제안되어 있지 않다.

HD-VTR로 대표되는 바왁 같이, 텔레비젼 화상의 고해상도화 등에 따라 기록되어야 할 정보량이 증가하고 있기 때문에, 더욱 고밀도로 기록할 수 있어 Co계 증착 테이프를 대체할 자기 기록 시스템의 개발이 기대되고 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해소하고자 제안된 것이며, 고밀도 기록을 달성할 수 있고, 또한 고출력, 고신뢰성을 가진 자기 기록 방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자성 분말을 사용하는 도포형 자기 테이프를 채용한 자기 기록 방식을 제시한다. 자기 테이프의 보자력(Hc)은 2,000 Oe ∼3,300 Oe이고, 신호의 기록을 위한 자기 헤드의 코어재의 포화 자속 밀도는 15kG 이상이다. 또한 본 발명이 제시하는 다른 방식은 자성 분말을 사용하는 도포형 자기 디스크를 채용한 접촉형 자기 기록 방식이다. 자기 디스크의 보자력(Hc)은 2,000 Oe ∼ 3,500 Oe이고, 신호의 기록을 위한 자기 헤드의 코어재의 포화 자속 밀도는 15kG 이상이다.

즉, 본 발명은 보자력이 매우 높은 도포형 자기 기록 매체와 포화 자속 밀도가 높은 자기 코어재를 사용한 기록용 자기 헤드를 사용함으로써, 이제까지 실용화된 테이프 등 접촉형 자기 기록 시스템 중에서 가장 고밀도의 기록이 가능한 증착 테이프를 능가하는 고밀도 기록을 충분한 신뢰성을 확보하면서 달성하는 것이다.

본 발명에서는, 먼저 포화 자속 밀도 15kG이상의 자기 코어재를 사용한 자기 헤드로 신호를 기록하는 것으로 한다. 종래는 기록 헤드의 제한 때문에 보자력(Hc) 1,700 Oe 이상의 고 Hc영역은 생각할 수 없었지만, 이미 본원 출원인이 제안한 바와 같이, 예를 들면 포화 자속 밀도(Bs)가 19kG이상으로 종래의 센더스트의 2배 가까운 값을 나타내며 내식성, 내마모성이 충분히 높은 자기 코어재를 사용한다. 따라서 고 Hc영역에 대한 인식이 가능하게 되고, 금속 분말을 사용한 도포형 자기 테이프(이하, MP테이프라고 칭함)의 우위성이 비로소 명백해졌다.

본 발명에 사용하는 자기 코어재로는, 전술한 것처럼 포화 자속 밀도가 15kG이면 어떤 것이라도 가능하다. 구체적으로 예시하면, (Fe_aM_bCucRu_d)_eN_fO_g(단, a, b, c, d, e, f,g는 원자 %로 나타낸 조성이고, M은 Si, Al, Ta, B, Mg, Ca, Sr, Cr, Mn, Zr , Nb, Ti, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge 및 희토류 원소중 최소한 1종을 나타냄)인 조성식으로 나타내고, 그 조성 범위가,

0.1 ≤ b ≤ 5

0 ≤ c ≤ 8

0 < d ≤ 5

0.2 ≤c + d ≤8

a + b+ c+ d = 1OO

0.5 ≤ f ≤ 15

0.1 ≤ g ≤ 13

e + f + g = 1OO

인 합금 재료를 들 수 있다.

여기서 첨가원소 M은 Al, Ga, Ti 및 희토류 중 최소한 1종인 M^I과, Nb, Ta, V, Zr, Hf 중 최소한 1종인 M^II을 조합해도 되고, 이 경우에는 조성식은 (Fe_aM^I _jM^II _kCu_cRu_d)_eN_fO_g로 나타내고, 또 그 조성 범위는,

0.1 ≤ j ≤ 2.5

0.1 ≤ k ≤ 2.5

0 ≤ c ≤ 8

0 < d ≤ 5

0.2 ≤c + d ≤ 8

a + j + k + c + d = 1OO

0.5 ≤ f ≤ 15

0.1 ≤ g ≤ 13

e + f + g = 1OO

이다.

한편, 종래에는 기록 헤드의 자기 코어재에 필요한 자속 밀도가 자기 테이프의 보자력(Hc)의 약 6∼7배이다. 이것을 고 Hc 자기 테이프에 적용시키면, 보자력(Hc)이 2,000 0e 인 자기 테이프에 대해서 자기 코어재의 포화 자속 밀도(Bs)는 12∼14 kG이고, 역으로 포화 자속 밀도(Bs)가 19∼20 kG인 자기 코어재를 사용한 자기 헤드에 의해 기록 가능한 자기 테이프의 보자력(Hc)은 3,000 Oe정도이다.

자성 분말의 보자력(Hc)은 입자의 침상비(針狀比)를 개선하고 표면산화층을 줄임으로써 3,500 Oe 정도까지 가능하지만, 전술한 바와 같이 자기헤드가 제한되어 있기 때문에, 자기 테이프의 보자력(Hc)은 2,000 ∼3,000 0e로 하는 것이 바람직하다. 한편, 지금까지 자기 테이프를 중심으로 생각해 왔으나, 플로피 디스트 등의 접촉형 자기 디스크에 대해서도 동일하다.

본 발명은, 내구성에 관해서는 종래부터 정평이 있는 도포형 자기 기록매체를 사용하고 있으므로, 수직 기록에서 언급한 바와 같은 내구성의 우려는 없다.

또, 재생 출력도 종래의 Co계 증착 테이프보다 우수하다는 것을 순서에 따라서 설명한다.

도포형 자기 기록 매체, 특히 고밀도 자기 기록을 지향하는 금속 테이프(MP 테이프)의 경우, Fe를 주로 한 Fe-Co 합금의 미세분말을 기록 매체로서 사용하고 있다. 이 경우, 자성 합급 자체의 결정 자기 이방성은 작고, 침상(針狀) 입자의 형상 이방성에 기인한 보자력이 크다. 형상 이방성의 경우, 침상비가 커지거나 자화(磁化)가 커질수록 보자력이 커진다. 자성분말의 표면 산화층을 얇게 하는 등에 의해 자화가 커지면 보자력도 커진다. 자화의 크기와 보자력은 상반되는 것이 아니라, 특성 개선을 지향하는 경우, 양립하는 것이다.

한편, Co계 증착 테이프(ME 테이프)의 경우, Co계 합금의 결정 자기 이방성이 보자력의 유발한다. 결정을 고립시키고 작게 하여 큰 보자력을 이끌어낸다. 결정을 고립시키기 위해 경사증착법을 사용하고, 다시 미세화하기 위해 산소를 도입한다. 여기서, 보자력을 상승시키기 위해서는, 산소의 도입량을 증가시키고, Co계 결정립의 미세화를 더욱 더 진행시킬 필요가 있지만, 예를 들어 제79회 일본응용자기연구회 자료 79-5, p.33 에 기재되어 있는 바와 같이, 산소를 도입할 경우에는, Co 미립자의 표면 산화층이 커지거나 Co 입자 사이의 간극이 커져서, 결과적으로 자화가 줄어든다. 즉 ME 테이프의 경우, 보자력을 높이면 테이프 자화가 감소한다.

자기 테이프에 어느 정도 고밀도로 정보를 기록 가능한가를 나타내는 성능 지수로서, 제79회 일본응용자기학회 연구회 자료 79-2, p.14에 기재되어 있는 바와 같이, (δMrHc)^0.6및 (δMr/Hc)^-O.4가 있다. 여기서, δ는 막두께, Mr은 테이프의 잔류 자속 밀도이다. (δMrHc)^0.6은 저밀도에서의 테이프 표면 잔류 자속 밀도에 비례하고, (δMr/Hc)^-O.4는 그 잔류 자속 밀도가 절반으로 되는 기록 밀도에 비례한다. 즉, 양쪽 모두 큰 것이 바람직하다.

각각의 자기 테이프의 보자력(Hc)을 파라미터로 하고, ME 테이프(CoNi-O), MP 테이프(Br:2,500 G)에 대하여 플롯한 그래프가 제1도 및 제2도 이다. 자성층 두께는 ME 테이프에서 2000 Å, MP 테이프에서 3㎛로 크게 다르지만, 유효 기록 두께는 기록 파장의 1/4로 되어 있으며, 예를 들면 0.5㎛라고 기록을 생각한 경우에는, 양쪽 모두 전혀 동일한 유효기록 두께가 된다. 그러므로 막두께(δ)는 무시할 수 있다. Mr 과 Br은 동일한 잔류 자속 밀도를 나타낸다. (Br/Hc)^-0.4는 전역에 걸쳐서, MP 테이프쪽이 높은 값을 나타낸다. 이것은 MP 테이프의 Br이 Hc에 비하여 상대적으로 낮기 때문이다.

Hc×Br을 보면, 현 상황의 Hc 1,500 Oe 정도에서는 ME 테이프(증착 테이프)의 쪽이 우수하다는 것을 알 수 있다. 이 차를 dB로 나타내면, 5dB정도로 되어, 현 상황의 ME테이프와 MP 테이프의 출력차와 대략 일치한다. 이와같이, 현상황에의 Hc에서는, ME테이프의 쪽이 훨씬 우수한 재생출력이 얻어지지만, Hc 를 더욱 상승시킨 경우에는, 전술한 바와 같이 ME 테이프의 경우에는 자화가 저하되고, Hc×Br은 도시한 바와 같이 열화되어 버린다. 한편, MP 테이프의 경우에는, 전술한 바와 같이 고 Hc와 고 Br은 모순되지 않고, Hc를 상승시킨 경우에도 Br은 대략 일정하게 유지된다. 결과로서 Hc 2000 Oe이상의 고 Hc 영역까지 고려한 경우에는, MP 테이프의 쪽이 ME 테이프의 최고치까지도 상회하여, 높은 재출력이 얻어진다.

단, 하드디스크 등의 비접촉형의 자기 디스크에서는, 매체 작성 조건이 다르고, 보다 고 Hc, 고 Br 의 기록 매체가 스퍼터 등에 의해 보다 용이하게 얻어지므로, 이제까지의 이론은 성립하지 않는다.

다음에, 본 발명은 적용한 구체적인 실시예에 대하여 도면이나 실험결과에 따라서 설명한다.

먼저, 본 실시예에 있어서 사용한 자기 헤드에 대하여 설명한다. 자기 코어재에는, 전술한 합금 조성중, (Fe_95.5Al₁V_0.5Nb_0.5Cu_0.5Ru₂)₉₂N₆O₂(수치는 조성을 원자 %로 나타냄)인 조성의 합금 재료를 사용하였다. 이 합금 재료의 포화 자속 밀도(Bs)는 19∼20 kG 였다. 이것을 절연층 SiO₂과 함께 3㎛씩의 계층(階層)구조로 하고, 적층형(laminate-type) 헤드를 제작하였다. 제3도에 이 적층형 헤드를 나타낸다.

이 자기 헤드는 각각 가드재(3,4) 및 가드재(5,6) 사이에 끼워져 있는 자기 코어재(1,2)로 이루어진 자기 코어 반체(半體)(I,II)를 포함한다. 한쪽 자기 코어 반체(I)에는 권선 홈(7)이 형성되어 있고, 이들 자기 코어 반체(Ⅰ,Ⅱ)는 자기 코어재(1,2)의 끝면이 서로 맞닿도록 갭재를 개재하여 맞대어져 있으며, 접합 일체화되어 자기 갭(g)을 이룬다.

이러한 적층형 헤드를 사용하여, 보자력(Hc) 이 다른 각종 자기 테이프(MP 테이프 및 ME 데이프)에 기록 재생 실험을 행하였다. 이때 자기 테이프와 자기 헤드의 상대 속도는 3.8m/초, 자기 헤드의 갭 길이는 0.2㎛, 기록 주파수는 7 MHz로 하였으며 그 결과가 제4도에 나타나 있다. 제4도에서, 선(A)은 MP 테이프(Hc: 3,000 0e), 선(B)은 MP 테이프(Hc: 2,500 0e), 선(C)은 ME 테이프(Hc: 1,4OO Oe), 선(D)은 MP 데이프(Hc: 2,000 Oe), 선(E)은 ME 테이프(Hc: 1,700 Oe), 선(F)은 MP 테이프(Hc:1,500 Oe)의 특성을 각각 나타낸다.

Hc가 1,500 Oe 정도인 경우를 비교하면 MP 테이프보다 ME 테이프가 휠씬 우수하지만, Hc 2,O00 Oe의 MP 테이프는 ME 테이프의 최고값에 가까워져서, 내구성등을 고려한다면, Hc 2,O00 Oe 에서도 이미 MP 테이프가 바람직하다. 또한 Hc가 높은 경우에는 MP 테이프의 재생출력이 우수한 것을 알 수 있다. 이와 같은 실험은 포화 자속 밀도가 높은 자기 코어 재료를 사용한 자기 헤드를 사용하여 비로소 가능하게 된 것이며, 이제까지의 자기 헤드에서는 이상의 실험이 불가능하였다.

그리고, 도포형 플로피 디스크 및 증착형 플로피 디스크를 사용하여, 자기 데이프의 경우와 동일한 실험을 행한 바, 전혀 동등한 결과가 얻어졌다.

이상의 설명으로부터도 명백한 바와 같이, 본 발명의 자기 기록 방식에서는, 내구성에서는 정평이 있는 도포형 테이프를 사용하고 있으므로, Co-Cr 매체 등을 사용한 수직 자기기록 방식의 문제인 테이프와 헤드 사이의 마찰에 관한 문제를 해소할 수 있다.

또, 높은 포화 자속 밀도를 가진 자기 코어재를 사용하여 기록하므로, 큰 Hc를 가진 MP 테이프에 기록할 수 있어, ME 테이프를 능가하는 재생 출력을 얻을 수 있다. 따라서, 이로서 HD-VTR과 같은 정보량이 많은 기록에도 대응가능한 고밀도 자기 기록이 가능하게 된다.

Claims

(정정) 자성 분말을 사용하는 도포형 자기 테이프를 사용한 자기 기록 방식에 있어서, 보자력이 2,000 0e ∼ 3,300 0e인 자성 분말 도포형 자기 테이프, 그리고 자기 갭을 정의하도록 맞대어져 접착되어 있는 한 쌍의 자기 코어 반체를 가지는 신호 기록용 자기 헤드를 포함하며, 상기 각 코어 반체는 포화 자속 밀도 15 kG 이상의 합금 코어를 포함하며, 상기 코어는 조성식

(Fe_aM_bCu_cRu_d)_eN_fO_g

(단, M은 Si, Al, Ta, B, Mg, Ca, Sr, Cr, Mn, Zr, Nb, Ti, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge 및 희토류 원소를 포함하는 군에서 선택된 최소한 하나이고, a b c d e f g는 조성비이며,

0.1 ≤ b ≤ 5

0 ≤ c ≤ 8

0 < d ≤ 5

0.2 ≤c+d ≤ 8

a + b + c + d = 1OO

0.5 ≤ f ≤ 15

0.1 < 0 < 13

e + f + g = 1OO

임)인 조성물인 자기 기록 방식.
(정정) 자성 분말을 사용하는 도포형 자기 디스크를 사용한 자기 기록 방식에 있어서, 보자력이 2,000 0e ∼ 3,500 0e 인 자성 분말 도포형 자기 디스크, 그리고 자기 갭을 정의하도록 맞대어져 접착되어 있는 한 쌍의 자기 코어 반체를 가지는 신호 기록용 자기 헤드를 포함하며, 상기 각 코어 반체는 포화 자속 밀도 15 kG 이상의 합금 코어를 포함하며,

상기 코어는 조성식

(Fe_aM_bCu_cRu_d)_eN_fO_g

(단, M은 Si, Al, Ta, B, Mg, Ca, Sr, Cr, Mn, Zr, Nb, Ti, Mo, V, W, Hf, Ga, Ge 및 희토류 윈소를 포함하는 군에서 선택된 최소한 하나이고, a b c d e f g 는 조성비이며,

0.1 ≤ b ≤ 5

0 ≤ c ≤ 8

0 < d ≤ 5

0.2 ≤c+d ≤ 8

a + b + c + d = 1OO

0.5 ≤ f ≤ 15

0 1 ≤ g ≤ 13

e + f + g = 1OO

임) 인 조성물인 자기 기록 방식.
(신설) 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금 코어는 (Fe_95.5Al₁V_0.5Nb_0.5Cu_0.5Ru₂)₉₂N₆O₂의 조성식으로 표현되는 조성물인 자기 기록방식.
(신설) 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기 헤드는 상기 합금 코어를 사이에 끼고 있는 가드재를 더 포함하며, 상기 자기 갭은 상기 자기 고어 반체의 끝면 사이에 형성되어 있는 자기 기록 방식.
(신설) 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자성 분말은 Fe-Co 합금 분말을 포함하는 자기 기록 방식.
(신설) 제1항에 있어서, 상기 자기 헤드는 적층형 자기 헤드인 자기 기록 방식.