专利名称：磁阻型磁头和应用该磁阻型磁头的磁记录/再生装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种安装在转鼓上、用螺旋扫描法(helical scanning)从作为记录介质的磁带上读取信息的磁阻型磁头，以及应用该磁阻型磁头的磁记录/再生装置。
最常见的用磁带作记录介质的磁记录/再生装置包括录像机、录音机、计算机的数据存储系统等。一直希望通过增加记录密度提高磁记录/再生装置的存储容量。
为了满足对高记录密度和大存储容量的需求，已提出在磁记录/再生装置上采用磁阻型磁头(下文称作“MR磁头”)并已经为实用化开展了大量研究。
在这种磁头中磁阻元件(下文称作“MR元件”)用作磁探测部分。其灵敏性优于感应型磁头，且其再生输出量大。因此，用MR磁头作为读磁头应该能够得到高记录密度和大存储容量。
典型的应用MR磁头的磁记录/再生装置如用来从/向作为记录介质的硬盘上读出/写入信息的固定磁头系统。在该固定磁头系统中，作为磁探测部分的MR元件设置为与磁头运动方向成90°角，且在记录磁道的不探测来自相邻磁道的磁通的任一端设置了无磁化转变的保护带。
这种保护带对MR磁头获得高记录密度和大存储容量非常地不利。
因此本发明的目的在于提供一种比传统磁记录/再生装置记录密度更高、存储容量更大的MR磁头，以及应用该MR磁头的磁记录/再生装置。
已经存在不具有保护带的螺旋扫描系统，但还没有应用MR磁头的螺旋扫描系统。
本发明提供一种螺旋扫描系统，该系统用MR磁头作读头且无保护带，可以获得高的磁道记录密度。
根据本发明提供一种MR磁头，该磁头具有夹在一对软磁材料屏蔽板之间、通过磁阻效应探测来自磁带的信号的MR元件；该MR元件具有以与垂直于磁带进给或移动方向有一预定方位角倾斜地设置的磁探测部分；该磁头安装在转鼓上并用螺旋扫描方法读取磁带的信号。
根据本发明还提供一种记录/再生装置，该装置用螺旋扫描方法向和/或从磁性金属薄膜作为磁性层的磁带上写入和/或读出信号，包括在其上安装的转鼓；作为读磁头的磁阻型磁头，该磁头具有夹在一对软磁材料屏蔽板之间的、通过磁阻效应从磁带探测信号的磁阻元件，该磁阻元件具有以与磁带进给或移动方向垂直的方向有一预定方位角的方式倾斜地设置的磁探测部分；以及作为写磁头的感应型磁头。
MR元件夹在一对软磁材料屏蔽板之间。通过以预定方位角设置的这种屏蔽结构的MR磁头，可以在不用任何保护带的情况下进行记录和再生。该MR磁头中采用的螺旋扫描系统可获得比传统的磁记录/再生系统高很多的记录密度和大很多的存储容量。
在结合附图对本发明的优选实施方案的描述中，本发明的目的、其它目的、特征和优点会更加清晰易见，其中
图1是根据本发明的MR磁头的一个实施方案的示意立体图；图2是根据本发明的MR磁头安装在其上的转鼓实例的示意立体图；图3是当读宽度随方位角变化时，方位角和MR磁头电阻值之间的关系曲线；图4是当MR元件宽度随方位角变化时，方位角和MR磁头电阻值之间的关系曲线；图5是在MR磁头的制造工艺中，在其上形成非磁性、非导电膜的基板的示意平面图；图6是在其上形成非磁性、非导电膜的基板的示意截面图；图7是在其上形成用于MR元件的薄膜的基板的示意平面图；图8是在其上形成MR元件薄膜的基板的示意截面图9是在其中插入永磁膜的基板的示意平面图；图10是示出插入基板的永磁膜形状的基板的示意平面图；图11是插入永磁膜的基板的示意截面图；图12是示出形成用于MR元件的薄膜图形的方法的基板示意平面图；图13是示出形成用于MR元件的薄膜图形的方法的基板示意截面图；图14是示出形成导电薄膜图形的方法的基板的示意平面图；图15是示出形成导电薄膜图形的方法的基板的示意截面图；图16是示出形成上层沟的方法的基板的示意平面图；图17是示出形成上层沟的方法的基板的示意截面图；图18是示出形成外部端子的方法的基板的示意平面图；图19是示出形成外部端子的方法的基板的示意截面图；图20是在其上形成多个MR元件的基板的示意平面图；图21是把基板切割成在其上水平排布MR元件的块的方法的基板示意平面图；图22是示出在图21所示的基板上层叠第二基板的方法的基板示意立体图；图23是示出把滑动面研磨成圆柱形的方法的图22所示层叠基板的示意立体图；图24是示出把基板切成磁头芯片的方法的图22所示层叠基板的示意立体图；图25是MR磁头记录图形的示意图；图26是螺旋扫描型磁记录/再生设备中使用的转鼓的实例的示意立体图；图27是包括图26所示转鼓的磁带进给机构的实例的示意平面图；图28是示出上述转鼓内部结构的转鼓的截面图；图29是示出转鼓的电路和相关电路的示意框图；图30是安装在图26所示转鼓上的MR磁头的实例的部分立体图；图31是示出MR磁头如何从磁带读取信号的示意立体图32是连续卷绕蒸镀机的实例的示意图。
参看图1，其中图示了根据本发明的磁阻型磁头。该磁头一般都用标号1表示。它包括基板2、用薄膜形成工艺在基板2上形成的磁头元件3和与磁头元件3相结合的另一个基板4。正如将从图2看到的，磁头1安装在转鼓5上并用螺旋扫描法从磁带6上读取信号。
如图1所示，相对于与磁头1相关联的磁带6的运动或进给方向，磁头元件3以与磁带进给方向A不垂直的角度(所谓的方位角)设置。
基板2和4都分别形成为基本为矩形的薄板，它们的顶端面分别用作滑动面2a和4a。沿着磁带6的进给或运动方向把磁带滑动面2a和4a加工成圆弧状使得磁带6可在它们上面平滑地滑动。
磁头元件3是通过磁阻效应从磁带6探测信号的MR元件。
通常，与通过电磁感应从磁带读出或向磁带写入信号的感应型头元件相比，MR元件更适合于高密度记录。因此，通过把MR元件用作磁头元件3，可以获得高记录密度。
注意，为了更容易理解其特征图中的磁头元件3都被放大了，实际上磁头元件3远比基板2和4小。更具体地说，例如，如果在磁带进给方向上基板2长为0.8mm，磁头元件3在其上形成的那部分基板在磁带进给方向上长仅5μm。因此，磁带6基本上只在磁头1的基板2和4各自的上端面2a和4a上滑过。
在磁头1中，基板2和4由软磁材料如Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体组成，用来屏蔽磁头元件3。因此磁头1就具有磁头元件3被屏蔽板(基板2和4)夹在中间的屏蔽MR磁头结构。
磁头(MR磁头)1具有方位角，这一点对无保护带的磁记录/再生系统是很重要的。方位角在其它一些方面也是有利的。
在高记录密度的磁记录/再生装置中，应用屏蔽的MR读头会因磁道宽度下降而减小输出。因此，为了得到具有高记录密度的磁记录/再生装置，应当尽可能地增加输出并尽可能地降低输出的噪声分量。输出中的噪声有三种磁头的直流电阻造成的噪声、输出放大器造成的噪声、以及记录介质造成的噪声。应当把它们减到最小。
下面描述这些噪声中的磁头电阻造成的噪声。磁头的直流电阻R造成的电阻噪声的电压NV由下式(1)表示NV=4KTRΔf-------(1)]]>其中，K是波尔兹曼常数，T是元件温度，Δf是单位频率。
因此，电阻噪声的相对偏压NVr可由下式(2)表示。可以看出，应当尽可能降低MR磁头的电阻。NVr=10log(RR0)----(2)]]>可以把传统的感应型磁头的DC电阻设计为非常小。而且当绕圈在磁芯上绕20匝以提供足够的输出电压时，DC电阻可＜1Ω。假设该电阻R0=1Ω，且包括导线电阻的MR磁头电阻R=30Ω，为比较噪声电压把这些值代入公式(2)，NVr=14.8分贝，可见电阻噪声比较高。如果电阻噪声之外的其它噪声如放大器噪声和介质噪声足够低，与磁头相对于磁带移动速度为10m/sec的小型螺旋扫描磁带记录/再生系统相比MR磁头的输出每单位磁道宽度高6-12分贝，但是电阻噪声可能会使信噪比(S/N)更低。考虑到目前使用的磁带系统的放大器噪声和介质噪声，对于≥1兆位/平方英寸的记录密度，电阻应为≤30Ω。
通过增加导线厚度、增加导线宽度、降低MR元件电阻可以减小MR磁头的电阻，反之亦然。然而，屏蔽板的使用限制了导线厚度的减小而且由于减小导线厚度需要新的技术从而使制造成本增加，而且仅靠MR元件膜的改变磁头电阻的减小量是很有限的。但是，减小MR磁头电阻的另一个方法即尽可能地增加导线宽度，不会造成任何生产率的下降且可以采用现有的高精密加工方法。为了减小MR磁头电阻，希望采用这种方法。
在屏蔽型磁头中，通过把MR磁头设置成其沟平面倾斜于磁头运动方向(增加方位角)可以减小MR磁头电阻包括连接MR元件的导线电阻。如果磁道宽度窄，必须提高绝对输出。因此通过增加方位角以增加导线宽度、以及增加MR元件宽度以增加输出来减小MR磁头电阻是很重要的。
如果通过增加MR元件来增加方位角，方位角会大大增加，但MR元件的电阻也增加，所以通过增加方位角以减小MR磁头电阻效果不好。
例如，下面描述的弧形MR磁头的方位角θ=0°,MR元件宽度为5μm，厚40nm,MR元件比滑动面高1.5μm，导线厚130nm，长900μm。在仅有与方位角大小对应的导线宽度变化而MR元件的其它参数都不变的情况下测量MR磁头的电阻，测量结果图示于图3。可见，方位角≤5°时，MR磁头电阻的减小很少。随方位角增加，MR磁头电阻的减小越多，从而在得到高的倍噪比S/N时降低了电阻噪声。
为了满足更大的输出，MR元件应当相应地加宽。然而，当MR元件宽度增加时，与导线宽度同样地，相应的方位角也增加，MR磁头的电阻如图4所示。当MR元件宽度固定时，随方位角增加MR磁头电阻也减小。然而，当MR元件宽度增加时，相应的方位角也增加，MR元件自身的电阻增加。方位角≥45°的MR磁头电阻大于方位角=0°的磁头电阻。
基于上述考虑，根据本发明的MR磁头1优选地具有5°～45°的方位角。
在上述例子中，如果MR元件宽度进一步减小，MR磁头的输出降低使得需要MR电阻的进一步减小，且这种减小更加重要。增加导线宽度同时增加方位角是在不增加制造成本的前提下解决MR磁头电阻问题的关键。
把MR元件以某一方位角设置在MR磁头上对于MR磁头的易于制造也非常有利。
然而，例如，为了用3μm的磁道宽度再生高密度记录图形，磁沟的宽度必须使得不产生具有相同方位角的磁道间的任何串扰，即，磁道的宽度不能大于9μm。当考虑串扰的影响、磁道的线性度和伺服时，其最大值就应为6μm。
但是，在现在流行的录像机上采用的读磁头使用MnZn铁氧体、铁硅铝磁合金之类的价廉、且可用简单工艺加工的材料形成的磁芯(所谓的大容积磁头)。为了形成磁沟宽度为6μm的大容积磁头，由于磁沟宽度必须由磁沟形成后的机加工确定，使得制造工艺复杂化，制造成本上升。
而且，考虑到仅仅通过在非磁性衬底上形成一软磁金属薄膜以形成磁芯的层叠结构磁头和ETF磁头，在层叠结构和磁沟形成时通过移动在非磁性衬底上形成的软磁金属薄膜就可以减小磁沟宽度。然而，除非磁沟宽度和精确度小于例如±0.5μm，串扰会影响记录。因此这些磁头也不能以高的生产率生产。
如上所述，传统的磁头得不到所期望的方位角和所需的磁沟宽度，因此在试图用这些传统磁头在更窄的磁道上记录时，不能在不增加制造成本的前提下制造磁头。
为了在MR磁头上用3μm的磁道宽度再生高密度记录图形，与磁沟宽度相对应的MR元件的磁探测部分的长度设计为与感应型磁头中相同。但是，形成MR元件的精度最小为≤0.5μm。而且，MR元件以某一方位角设置在MR磁头上使得MR元件的宽度可以设计为更大。因此使探测部分容易制造。更具体地，在方位角=0°时，磁探测部分的宽度可以为5μm，方位角=35°时可以是6.1μm。
因此，随方位角增加，对磁探测部分的宽度的精度要求也相应降低了。磁道宽度设计为更窄只造成制造成本的稍稍增加。更具体地，对于具有有限的厚度作为螺旋扫描型滑过磁头的磁头切片来说，MR元件以某一方位角设置可以使图形宽度更大，这会使磁头的制造更加容易。
下面，讨论根据本发明上述磁头1是如何制造的。注意在下面的描述中引用的附图中，与图1一样为了更好地理解磁头1的特征而把其放大了。具体地，所有部件不都是用和弧状磁头相同的比例表示的。
在下面的描述中，磁头1的各种部件、它们的材料、尺寸和厚度被详细论述。但是，必须指出本发明并不仅仅限于这些。例如，在下文中已在硬盘元件之类上应用的所谓屏蔽的SAL(软磁性层Soft AdjacentLayer)偏置的MR元件被作为例子，但不言自明地，根据本发明的磁头可以应用任何屏蔽SAL偏置的MR元件之外的其它MR元件。
为了制造磁头1，首先准备例如直径3英寸的盘状基板12。基板12被镜面抛光，在镜面抛光的基板12上形成多个磁头元件13。然后把在其上形成多个磁头元件的基板12切割成多个磁头1。
基板12还用来保护引导边和屏蔽磁头元件13的下层。它由硬软磁材料形成，更具体地，基板12应当优选地由例如Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体形成。
然后，在基板12上形成一Al2O3层21以提供如图15和16所示的磁头元件13的下层沟。由于磁头元件13的下层应当是非磁性且非导电的，Al2O3层是优选的。注意该非磁性、非导电层21的膜厚可被设置为与待记录的信号的频率等相一致的合适值，更具体地，如190nm。
接着，如图7和图8所示，在非磁性、非导电层21上形成薄膜22，该薄膜22将用来形成SAL-偏置的MR元件(下文称作“MR元件薄膜”)。更具体地，用溅射法依次形成MR元件薄膜22的Ta层(5nm厚)、NiFeNb(43nm厚)、Ta(5nm厚)、NiFe(40nm厚)、和Ta(1nm厚)。在这种情况下，NiFe层是具有磁阻效应的软磁膜，并形成磁头元件13的磁探测部分。NiFeNb层是向NiFe层施加偏置磁场的软磁层(所谓的SAL)。注意MR元件各部件的材料和厚度不限于上述的情况。根据应用MR元件的磁记录/再生系统的要求选用合适的材料和厚度。
然后，为了MR元件的稳定工作，如图9-11所示，在每个磁头元件的MR元件薄膜22中用平版印刷法插入两个长方形的永磁层23a和23b。注意图9中标号B所指的并被圈住的部分对应于磁头元件13，在描述本发明的图10-23中被放大了。永磁层23a和23b的长边t3例如约为50μm，短边t4例如为10μm。将成为磁头元件13的磁道宽度的两个永磁层23a和23b的间距t5约为5μm。然而，根据本发明，磁道宽度不限于约5μm，可以根据采用MR元件的磁记录/再生系统的要求合适地设置。为了插入永磁层23a和23b，首先采用光致抗蚀层形成具有两个针对每个磁头元件的长形孔的掩膜，然后利用腐蚀去除暴露在开口处的MR元件薄膜22。应当说明可用干蚀法也可用湿蚀法进行腐蚀。然而，考虑到加工容易和其它因素，优选采用离子蚀刻。
然后，用溅射之类的方法形成永磁层，永磁层23应当优选地用矫顽力≥1000Oe的材料，例如CoNiPt或CoCrPt形成。然后，把掩膜光致抗蚀层和在其上形成的永磁层一起去除。这样，具有预定图形的永磁层23a和23b就被插入到图9-11所示的MR元件薄膜22上。
接着，用平版印刷法腐蚀MR元件薄膜22，其中，最终要作为MR元件的部分22a(下文将被称作“MR元件22a”)未被腐蚀，如图12和13所示。
此时，要用作向MR元件22a提供探测电流的端子的部分22b和22c也未被腐蚀。具体地说，光致抗蚀层要先形成针对每个磁头元件的MR元件22a和部分22b和22c的开孔。如上所述，部分22b和22c将会作为向MR元件22a提供探测电流的端子。
接着，进行腐蚀去除暴露在开孔处的MR元件薄膜22。这种腐蚀可采用干蚀法也可采用湿蚀法。但是考虑到加工的容易性和其它因素，优选采用离子蚀刻工艺。
此后，去除掩膜光致抗蚀剂，留下MR元件22a和如图14和15所示的部分22b和22c，它们将用作向MR元件薄膜的MR元件22a提供探测电流的端子。
MR元件22a的宽度t6为例如4μm。宽度t6对应于从MR元件22a的磁带滑动面的一端到另一端的长度即深度d。因此，MR元件22a的深度d，例如在本实施方案中为约4μm，然而，深度d并不限于此值，可以根据采用MR元件的磁记录/再生系统的要求合适地设置。
而且要成为端子的部分22b和22c的尺寸例如为长t7约1500μm，宽t8约50μm，它们之间的间距t9约为10μm。
然后，如图14和15所示，用平版印刷法以低电阻的导电薄膜取代部分22b和22c，由此形成向MR元件22a提供探测电流的端子24a和24b。更具体地，用光致抗蚀剂先形成具有针对部分22b和22c的开孔的掩膜，然后腐蚀去除在将成为向MR元件22a提供探测电流的端子的部分22b和22c上保留的MR元件薄膜22。保持掩膜抗蚀剂不动，在其上形成导电层，导电层由例如Ti层(15nm厚)、Cu层(100nm厚)和Ti层(15nm厚)依次在光致抗蚀剂上溅射形成。然后，把掩膜光致抗蚀剂和其上形成的导电层去除。由此，得到了由导电层形成的端子24a和24b，如图14和15所示。
然后，如图16和17所示，用溅射之类的方法形成将成为磁头元件13的上层沟的非磁性、非导电层25。考虑到绝缘性和耐磨性、非磁性、非导电层25优选地由Al2O3形成。非磁性、非导电性25的厚度根据要被记录的信号的频率和其它因素合适地设置，更具体地，例如180nm左右。
接着，在外引导电体24a和24b的一端形成向外电连接的外部端子26a和26b，即，图18和19所示的上述端子，更具体地，先施加光致抗蚀剂，然后用平版印刷方法形成光致抗蚀剂图形，其中，只有要成为外部端子26a和26b的部位的光致抗蚀剂被去除。外部端子26a和26b分别形成在外引导电体24a和24b的长度方向的未与永磁层23a和23b相连的一端。而且，从外引导体24a和24b的端部起，外部端子26a和26b的长度tb为例如600μm。接着，用光致抗蚀剂作掩膜用腐蚀去除从掩膜光致抗蚀剂暴露的非磁性、非导电层25。这种腐蚀可以用干蚀法也可以用湿蚀法，但是，考虑到易加工性和其它因素优选采用离子蚀刻。
然后，保持光致抗蚀剂图形不动，形成用于外部端子的导电层。更具体地，用溅射或其它方法依次形成500nm厚的Cu层和500nm厚的Au层以得到用于外部端子的导电层。接着，去除光致抗蚀剂和在其上形成的外部端子导电层，由此在外引导电体24a和24b的端部上形成外部端子26a和26b。
通过上述方法，在第一基板12上形成了MR元件13，可由此在第一基板12上形成多个MR元件13，如图20所示。
然后，把在其上形成了多个MR元件13的第一基板12切割成矩形块，在每个矩形块上有沿其长度方向排列的MR元件13，如图21所示。矩形块上的MR元件应当尽可能地多以提高生产率。为了易于说明，在图中一个矩形块上只有五个这样的MR元件，但实际上其数目可以更大。块的宽度t17为1500μm。
如图22所示，把厚度t18为例如约700μm的第二基板16结合在从第一基板12上切下的矩形块上。第二基板16用作磁带滑动方向后端的保护部件和MR磁头的上层屏蔽板。用例如合成胶把第二基板16与矩形块13相粘合。第二基板16的高度t19小于第一基板12的高度t17，使得MR元件的外部端子21a和21b暴露出来便于与外部电连接。第二基板16由硬软磁材料如Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体构成。
然后，把MR元件的表面部分，即第一和第二基板12和16的组装的将成为磁带滑动面的部分研磨成图23所示的圆弧状。更具体地，把每个包括MR元件行的矩形块研磨成圆柱状，直到MR元件22a的前端暴露在磁带滑动面上并具有预定深度d。由此，磁带滑动面具有了图23所示的圆弧状。注意磁带滑动面的圆柱研磨的形状可能对磁带拉引或其它因素合适，但并限于某一特定的形状。
最后，把矩形块即其上的MR元件行切成一个一个的MR元件，如图24所示，每个MR元件上的磁带途径为例如长度约1400μm、宽度约200μm、高度约1500μm。从图24可看出，不是沿垂直于第一和第二基板12和16的结合面切割矩形块，而是与之成一角度θ。根据应用MR元件磁记录/再生系统的不同需要，θ角可不同。由于这个原因，θ角可以为5°～45°。在本实施方案中，θ角设为25°。切角θ是磁头元件13相对于磁头运动方向的夹角，即所谓的方位角。
为了应用由此得到的磁头1，将其结合在芯片基板上，并把上述的外部端子21a和21b和芯片基板上的端子电连接。然后将由此结合在芯片基板上的磁头1安装在转鼓4上，如图2所示。
当磁头1的方位角是0°即当MR元件设置为垂直于磁头运动方向时，在带形记录介质上记录的记录磁道必须与磁头运动方向垂直，因为如果读头的方向不平行于记录图形的方向，就会产生所谓的方位损失，造成再生输出的极大降低。而且，当方位角为0°时，记录磁道的磁转变方向平行于相邻磁道的磁转变方向。只要磁头1沿与记录磁道完全相同的磁道记录，就不会发生任何问题。然而，如果磁头1沿与记录磁道稍稍偏离的记录磁道记录，它就会读出相邻磁道的磁道信号。在用转鼓进行螺旋扫描记录/再生时，由于其扫描机制，难以非常精确地在记录磁道内记录。而且，存在使记录磁道隔开以避免从相邻磁道探测信号的方法。然而，这又使记录介质的面积增加，造成记录密度减小。
相反地，在根据本发明的具有上述方位角的磁头中，如图25所示，由于要进行记录的相邻的记录磁道的磁转变方向之间有一偏角，即使从磁道上偏离，读磁头也只能探测到相邻磁道的因方位损失造成的很小的信号。这一特点可被用来使读磁头可靠地沿记录磁道记录。因此，磁头元件3的磁探测部分设计为其宽度Kw大于记录磁道的有效宽度Tw，并被伺服控制以提供最大输出。由于记录磁道不被相邻磁道影响，记录磁道可以不被彼此隔开，由此获得高的记录和再生密度。
而且，从磁头运动方向看，在磁道高度方向上的磁头元件3的宽度Tw’小到为方位角θ的1/cosθ。假设有两个磁头一个无方位角，另一个有方位角，二者都有同一有效磁道宽度Tw，则有方位角的磁头的磁道面积小。因此，有方位角的磁头有利于提高记录密度。
如上所述，用与无方位角的磁头同样的方式制造的读磁头比其更优良。因此，它将是未来高密度磁记录/再生系统的必不可少的手段。
用上述的读MR磁头与螺旋扫描磁记录系统结合，可以得到具有无可比拟的高记录密度的记录系统。下面描述这样的记录/再生系统。
在下面将讨论的应用螺旋扫描磁记录系统的磁记录/再生装置中，使用了在其上设置了作为读磁头的上述MR磁头的转鼓。
图26和27示出了在磁记录/再生装置中采用的转鼓单元的形状的一个实例。图26是示意表示转鼓单元41的立体图，图27是示意表示应用了转鼓单元41的磁带给送机构50。
从图26可看出，转鼓单元41包括静止圆(柱)鼓42、可动圆(柱)鼓43、驱动转鼓43的马达44、安装在转鼓43上的一对感应型磁头45a和45b、和也安装在转鼓43上的一对MR磁头46a和和46b。
静鼓42被固定，不转动。静鼓42具有在其侧面沿磁带47的进给方向形成的导引件48。如下面所述，在记录和再生时磁带沿导引件48进给。转鼓43与静鼓42同心设置。
马达44以预定速度驱动转鼓43以从磁带47读出或向其写入信息。转鼓43是圆柱形且具有与静鼓42基本相同的直径。在转鼓43的与静鼓42相对的侧面上安装了一对感应型磁头45a和45b以及一对MR磁头46a和46b。
每一个感应型磁头45a和45b都有一对结合在一起的磁芯，在磁芯之间有一磁沟，并有线圈缠绕在磁沟内。感应型磁头用来把信号写到磁带47上，感应型磁头45a和45b安装在转鼓43上使得它们相对于转鼓43中心成180°角，并且磁头45a和45b的磁沟伸出转鼓43的外周。注意感应型磁头45a和45b具有分别设置的方位角，以此方位角向磁带47写入信号。
另一方面，MR磁头46a和46b具有作为从磁带47探测信号的磁探测部分的MR元件。即，它们是播放磁带47的只读型磁头。这些MR磁头46a和46b安装在转鼓43上，使得它们相对于转鼓43的中心成180°角，且磁头46a和46b的磁沟从转鼓43的外周伸出。注意这些感应型磁头46a和46b具有分别设置的方位角，以从磁带47读出感应型磁头45a和45b以一定方位角记录在磁带47上的信号。
通过这样的磁记录/再生装置，磁带47在转鼓单元41上滑动以向磁带47写入信号或从磁带47读出信号。
更具体地，由供带卷轴51通过导引轴52和53把磁带47传递到并卷绕在进行读写的转鼓单元41上。由此被转鼓单元41上读写的磁带47通过导引轴54和55、主导轮56和导引轴57送回到收带卷轴58。即由主导轮马达59驱动的主导轮56以一定拉力和速度给送磁带47，并通过导引轴57卷回到收带卷轴58上。
图26中马达44沿箭头A方向驱动转鼓43。另一方面，磁带47沿相对于静鼓42和转鼓43倾斜设置的静鼓42的导引件48滑动给送。即，磁带47从磁带入口沿导引件48和图26的箭头B所示的磁带给送方向在静鼓42和转鼓43上滑动给送。
下面描述转鼓单元41的内部结构。
如图28所示，在静鼓42和转鼓43的中心插入转轴61。注意静鼓42和动鼓43和转轴61都由导电材料构成。即，它们是导电的且静鼓42接地。
在静鼓42的套筒内安装了两个轴承62和63用来支撑可相对静鼓42旋转的转轴61。另一方面，在转鼓43内壁形成固定在转轴61顶端的凸缘64。这样，转鼓43就和转轴61一起旋转。
而且，在转鼓单元41内部设置了旋转转换器65，它是用于静鼓42和转鼓43之间信号转换的非接触式信号转换器。旋转转换器65具有安装在静鼓42上的定子芯66和安装在转鼓43上的转子芯77。
定子芯和转子芯66和67由磁性材料如铁氧体构成，并形成为绕转轴61的环形。在定子芯66上同心地设置着一对分别与感应型磁头45a和45b对应的信号传输环66a和66b、与一对MR磁头46a和46b对应的信号传输环66c、以及提供驱动MR磁头46a和46b所需的电力的电源传输环66d。同样地，在转子芯67上同心地设置着一对分别与感应型磁头45a和45b对应的信号传输环67a和67b、与一对MR磁头46a和46b对应的信号传输环67c、以及提供驱动MR磁头46a和46b所需的电力的电源传输环68d。上述环66a、66b、66c、66d、67a、67b、67c、67d都分别形成为关于转轴61的圆环状缠绕线圈。定子芯66的环66a、66b、66c和66d分别与转子芯67的67a、67b、67c和67d相对地设置，这样构成的旋转转换器65在定子芯66的环66a、66b、66c和66d与转子芯67的环67a、67b、67c和67d之间传输信号。
而且，转鼓单元41与驱动转鼓43的马达44相连接。马达44具有转子68和定子69，转子68安装在转轴61的下端且在其上有驱动磁铁70。另一方面，定子69安装在静鼓42的下端，且具有安装在其底部的驱动线圈71，当向驱动线圈71提供电流时，转子68被驱动旋转。由此，安装在转子68上的转轴61旋转，固定在转轴61上的转鼓43也被驱动旋转。
下面，参照图29描述由上述构造的转鼓单元41的记录和再生，图29示意地示出转鼓单元41的电路图和其相关电路。
为了通过转鼓单元41把信号写在磁带47上，先向马达44的驱动线圈71提供电流，驱动转鼓43使其旋转。如图29所示，当转鼓43旋转时，外部电路80把待记录的信号提供给记录放大器81。
记录放大器81把来自外部电路80的要被记录的信号放大，并在感应型磁头之一(45a)要进行信号记录时把放大信号提供给与感应型磁头45a相对应的定子芯66的信号传输环66a。当感应型磁头的另一个(45b)要进行信号记录时记录放大器81把放大信号提供给与感应型磁头45b相对应的定子芯66的信号传输环66b。
由于如前所述，一对感应型磁头45a和45b设置为相对于转鼓43的中心成180°角，感应型磁头45a和45b将交替写入相位差为180°的信号。即，在向感应型磁头之一(45a)和另一个(45b)提供放大的要被记录的信号的时刻之间，记录放大器71要进行交替转换。
提供到与感应型磁头之一45a对应的定子芯66的信号传输环66a的放大待记录信号以非接触方式传到转子芯67的信号传输环67a。这样地传输到转子芯67的信号传输环67的信号被提供给感应型磁头45a，并被它写入磁带47。
同样地，提供到与另一感应型磁头45b对应的定子芯66的信号传输环66b的放大待记录信号以非接触方式传到转子芯67的信号传输环67b。这样地传输到转子芯67的信号传输环67b的信号被提供给感应型磁头45b，并被它写入磁带47。
为了通过转鼓单元41再生来自磁带47的信号，先向马达44的驱动线圈71提供电源，驱动转鼓43旋转。当转鼓43旋转时，来自振荡器82的高频电流提供电源驱动器83。
来自振荡器82的高频电流被电源驱动器83转换成预定的AC电流，然后提供给定子芯66的电源传输环66d。提供给定子芯66的电源传输环66d的AC电流以非接触方式传输给转子芯67的电源传输环67d。传输给转子芯67的电源传输环67d的AC电流被整流器84整流成DC电流，并传输到调节器85，把DC电流调整成预定电压。
把已被调节器85设为预定电压的电流作为探测电流提供给一对MR磁头46a和46b。MR磁头46a和46b已连接到再生放大器86，来自调节器85的电流也提供给再生放器大86。
MR磁头46a和46b分别具有电阻值随外部磁场变化的MR元件。即，MR磁头46a和46b的MR元件的电阻随来自磁带47的信号磁场变化，使得探测电流可反映出因电阻变化的电压变化。
再生放大器86提供对应于电压变化的信号作为再生信号。应当指出，为了在MR磁头之一(46a)进行信号再生对提供MR磁头46a探测的再生信号和在另一个MR磁头46b进行信号再生时提供MR磁头46b探测的再生信号，采用了再生放大器86。
由于如前所述，一对MR磁头46a和46b设置为相对于转鼓43的中心成180°角，MR型磁头将交替读出相位差为180°的信号。即，在向MR磁头之一(46a)和另一个(46b)提供放大的待记录的信号的时刻之间，再生放大器86要进行交替转换。
来自再生放大器86的再生信号提供到转子芯67的信号传输环67c，并以非接触方式从环67c传输到定子芯66的信号传输环66c。提供给定子芯66的信号传输环66c的再生信号被另一再生放大器87放大，并送给补偿电路88，在补偿电路88中进行预定补偿，然后送至外部电路80。
在图29所示的电路图中，一对感应型磁头45a和45b、一对MR磁头46a和46b、整流器84、调节器85和再生放大器86安装在转鼓43上，并随转鼓43一起转动。另外，记录放大器81、振荡器82、电源驱动器83、再生放大器87和补偿电路88设置在转鼓单元41的静止部分上或包含在与转鼓单元41分离形成的外部电路中。
下面，参照图30进一步描述安装在转鼓43上的MR磁头46a和46b。注意MR磁头46a和46b除方位角外结构相同。因此，在下面的描述中把它们统一称为“MR磁头46”。
MR磁头46安装在转鼓43上，用螺旋扫描法和磁阻效应只从磁带47上读取信号。一般地MR磁头比在信号记录和再生时利用电磁感应的感应型磁头的灵敏度高、再生输出大。因此，MR磁头适合用于获得高密度记录。用MR磁头46从磁带上读取信号可以获得磁记录/再生装置的高记录密度。
MR磁头46具有前述结构。如图30所示，它与一对由软磁材料如Ni-Zn多晶铁氧体之类构成的磁屏蔽板91和92结合，MR元件单元94的形状基本为矩形且插入夹在一对屏蔽板91和92之间的绝缘体93之间的绝缘体94中。分别从MR元件94的相反的两端引出一对端子，通过这些端子向MR元件94提供探测电流。
MR元件单元是MR元件层、SAL层、以及夹在MR元件层和SAL层之间的绝缘层的层叠结构。MR元件由因各向异性的磁阻效应(AMR)其电阻值随外部磁场变化的软磁材料如Ni-Fe之类构成。SAL层用所谓的SAL偏置方法向MR元件施加偏磁场，且由磁矫顽力小、磁渗透性好的磁性材料如坡莫合金之类构成。绝缘层提供MR层和SAL层之间的绝缘以防止分路电损，且由绝缘材料如Ta之类构成。
MR元件单元94的形状一般为矩形。它插入绝缘层93并夹在一对屏蔽板91和92中，使得其一个侧面暴露在MR磁头46的磁带滑动面95上。更具体地，MR元件的侧边方向设置为基本垂直于磁带滑动面95，其长度方向基本垂直于磁带滑动方向。
沿磁带47的滑动方向把MR磁头46的磁带滑动面95研磨成圆柱状，使得MR元件单元94的一侧面暴露出来，而且还沿与磁带47的滑动方向垂直的方向研磨成圆柱状。这样，MR磁头46在MR元件单元94处或靠近MR元件单元94处几乎为凸圆形，使得MR元件单元94和磁带47有更好的接触。
为了使具有这种形状的MR磁头46从磁带47上再生信号，如图31所示，磁带47在MR元件单元94上滑动。图31中的箭头示意地示出磁带47如何被磁化。
当磁带47在MR元件单元94上滑动时，通过与MR元件单元94的两端相连的端子94a和94b向MR元件单元94提供探测电流，MR元件单元94测出探测电路的电压变化。更具体地，从与MR元件单元94的一端相连接的端子94a向MR元件单元94提供预定电压Vc，与MR元件单元94的另一端相连的端子94b连接到转鼓43上。转鼓43通过转轴61与静鼓42电连接，静鼓42接地。因此，与MR元件单元94连接的一个端子(94b)通过转鼓43、转轴61和静鼓42接地。
磁带47在MR元件单元94上滑动时提供探测电流，在MR元件单元94中形成的MR元件的电阻随来自磁带47的磁场变化，所以探测电流的电压也变化。通过探测该探测电流的电压变化，可探测来自磁带47的信号磁场以再生记录在磁带47的信号。
应当注意MR磁头46的MR元件单元94中形成的MR元件可以显示出磁阻效应。也可以是巨磁阻(GMR)元件，例如，由多层层叠而成以保证更大的磁阻效应。可以由除SAL偏置方法之外的方法如永磁铁偏置、分流偏置、自偏置、交换偏置、标杆(barber pole)偏置、分离元件偏置、伺服偏置等。巨磁阻效应和各种的偏置方法参见例如，《磁阻型磁头-基本原理及其应用》,John C.Mallinson著(林和彦译)，Maruzen。
下面描述本发明的实施方案中所用的磁带47。
磁带47包括非磁性支撑物或衬底和作为磁性层在支撑物上形成的磁金属薄膜。作为磁性层的磁金属薄膜的厚度和剩余磁化强度比传统磁带小，使其适合MR读磁头的特点。
通过改变线速度可以控制磁金属薄膜的厚度，通过在薄膜蒸镀时改变供氧量控制剩余磁化强度。
通过控制上面的两个参数，可以使MR读磁头免于饱和，且可使MR磁头提供最大无畸变输出。更具体地，磁金属薄膜的剩余磁化强度Mr和厚度δ的乘积Mr.δ控制为1～5memu/cm2。
如果乘积Mr.δ小于1memu/cm2，不能保证足够的再生输出。另一方面，如果乘积Mr.δ大于5memu/cm2，MR磁头会饱和，造成再生输出的畸变。
在1～5memu/cm2的范围内可以任意设置厚度δ和剩余磁化强度Mr。然而，如果参数δ和Mr设为太小，难以保证其乘积Mr.δ大于1memu/cm2。相反地，如果它们太大，就会在再生输出中发生不适当的畸变。
因此，磁金属薄膜的厚度δ应优选在30～120nm范围内，且其剩余磁化强度Mr在200～400emu/cm2的范围内。
而且，为了实现小噪声、高分辨率，磁带47面内矫顽力(intra-planecoercivity)应保持为大于1000Oe。然而，如果矫顽力大于2500Oe，可能不能充分地记录且再生输出会减小。因此，优选地矫顽力就为1000～2500Oe。
从高分辨率和低噪声的相容性考虑，优选地，磁带47的面内长宽比(intra-plane rectangular ratio)应为0.6～0.9。
下面基于试验结果对上述限定的参数作进一步的讨论。
首先，制备厚10μm、宽150mm的聚对苯二甲酸乙二酯的薄膜。然后在薄膜表面施加以丙烯酯为基的水溶性乳胶至密度为1000万个/mm2以形成底层。
然后，以下列条件在底层上形成Co-O磁金属薄膜。
成膜条件原材料Co入射角45°-90°
磁带线速度0.17m/sec供氧速率3.3×10-6m3/sec蒸镀时的真空度7×10-2pa使用图32所示的连续卷绕型蒸镀设备，它包括真空室101、设置在真空室101内的冷却罐102、正对冷却罐102的蒸镀室104，供料轴105和卷绕轴106。在真空室101中，由供料轴105给送非磁性支撑物103，绕冷却罐102移动并由卷绕轴106卷起来。当沿冷却罐102传送非磁性支撑物103时，在其上蒸镀一层磁性金属薄膜。
用电子束源107发射电子束B加热蒸镀器104以产生被加热的金属材料的流体。提供挡板108以限制喷到非磁性支撑物103上的流体的入射角，还在挡板108附近提供了供氧管109以向液体中混入极少量的氧。
在这样制得的磁记录介质中，发现可以不考虑去磁场的容易磁化轴相对于磁金属薄膜的主表面成20°的倾斜角。
此后，在由此得到的磁层上用溅射或CVD法形成约10nm的碳膜。
然后，在非磁性支撑物103的与磁层相对的一面上形成一层厚为0.6μm的碳和聚氨脂的背底层，并在碳膜表面施加金属聚酯的润滑剂。此后，把非磁性支撑物103切割成8mm的宽度以形成磁带。
测试样带的电磁转换性能，更具体地，使用改造过的的8-mmVTR以0.5μm的记录波长把信息信号记录到每一个样带上。用屏蔽的MR磁头读取每一样带的信息，测量其再生输出的噪音水平和出错率。
用于再生样带的MR磁头的元件是其饱和磁化强度为800emu/cc和层厚为40nm的FeNi-AMR(各向异性磁阻效应元件)。MR元件被NiZn屏蔽，屏蔽板间距离为0.17μm。磁道宽度为18μm，方位角是25°。测量了二十种类型的实施方案1～20和8种比较例1～8。
磁金属薄膜乘积Mr.δ(剩余磁化强度Mr×厚度δ)和噪音大小(频率为1MHz，低于载体信号)及测得的再生输出(以0.5μm的波长记录)如表1所示。
表1
在表1中，比较例1的Mr.δ乘积值设为0.5memu/cm2，实施方案1、2、3、4、5的Mr.δ值分别设为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0memu/cm2，比较例2的Mr.δ设为6.0memu/cm2，把实施方案1的再生输出和噪声大小作为基准，出错率是信号错误率。
从表1明显可见，当Mr.δ乘积值小于1memu/cm2(见比较例1)时，得不到足够的再生输出。而当Mr.δ乘积值大于5memu/cm2(见比较例2)时，MR元件饱和，再生波形畸变，且出错率大。因此，可以说Mr.δ乘积值应优选在1～5memu/cm2范围内。
表1表示对于同一个Mr.δ乘积值可包括无数个可能的剩余磁化强度Mr和膜厚δ的结合。因此，下面更详细地研究这些结合。
表2示出磁性金属薄膜的膜厚δ变化时的再生输出、噪声大小和出错率。表2中，把实施方案6的再生和噪声大小作为基准。对于所有的实施方案和比较例薄膜的剩余磁化强度都为360emu/cc。
表2
在比较例4中，膜厚＞150nm时，MR元件饱和，造成波形畸变。在比较例4中，膜厚是20nm时，得不到足够的再生输出，磁矫顽力也差，造成分辨率下降。如这些结果所表明，优选地，膜厚δ为30～120nm。
然后，评价了膜厚δ固定在120nm、剩余磁化强度Mr变化时的再生输出、噪声大小和出错率。结果示于表3。在表3中，把实施方案11的再生输出和噪声大小作为基准值。
表3<
在比较例5中，剩余磁化强度Mr小，与各实施方案相比，它得不到足够的再生输出。相反地，比较例6的剩余磁化强度Mr太大，矫顽力小，噪声大且分辨率低。
然后，又评价了磁记录介质的面内矫顽力变化时的再生输出、噪声和出错率。结果示于表4。在表4中，把实施方案16的再生输出、噪声大小作为基准。
表4<
从表4可看出在比较例7中，矫顽力小，噪声大。在比较例8中，矫顽力过大，难以记录。再生输出也低。因此，优选地，矫顽力为1000～25000Oe之间。
表4示出随矫顽力变化测量的面内长宽比。可看出，考虑到再生输出和噪声大小，优选地，宽长比为0.6～0.9之间。
磁金属薄膜的材料应该是从CO、Co-Ni、Co-Cr及其氧化物中选出的Co基材料。
本发明中采用的磁带47的磁层可以具有保护层。通常可用作磁金属薄膜的保护层的材料都可用作该保护层。例如，可以是从CrO2、Al2O3、BN、Co氧化物、MgO、SiO2、Si3O4、SiNx、SiC、SiNx-SiO2、ZrO2、TiO2、TiC等中选出的任何一个。保护层可以是单层，多层或复合层。
当然，磁带47不仅限于这种构造，可在非磁性支撑物形成一底层，可在非磁性支撑物的与磁金属薄膜相反的一面上形成背面涂层，或在磁金属薄膜或保护层上形成一层由润滑剂、防尘剂之类构成的顶涂层。
从以上描述可见，根据本发明的MR磁头可以在无保护带的情况下进行记录。因此，如果与螺旋扫描相结合就能使记录/再生系统实现比传统的记录/再生系统高很多的密度和大很多的存储容量。
权利要求
1．一种磁阻型磁头，包括磁阻元件，该磁阻元件夹在一对软磁材料构成的屏蔽板之间，通过磁阻效应探测磁带的信号；该磁阻元件具有磁探测部分，该磁探测部分以与垂直于磁带进给或移动方向的方向成一预定方位角的倾斜方式设置；该磁阻型磁头安装在转鼓上用螺旋扫描方法从磁带上读取信号。
2．如权利要求1所述的磁阻型磁头，其中所述磁阻元件的磁探测部分比磁带的记录磁道宽。
3．如权利要求1所述的磁阻型磁头，其中所述磁阻元件的磁探测部分的宽≤10μm。
4．如权利要求1所述的磁阻型磁头，其中所述方位角是5°～45°。
5．一种记录/再生装置，该装置用螺旋扫描方法从具有作为磁性层的磁金属薄膜的磁带上读取信号或向该磁带写入信号，该装置包括在其上设置的转鼓；作为读磁头的磁阻型磁头，该磁阻型磁头具有夹在一对软磁材料构成的屏蔽板之间、通过磁阻效应探测磁带的信号的磁阻元件，该磁阻元件具有以与垂直于磁带进给或移动方向的方向成一预定方位角的倾斜方式设置的磁探测部分；以及作为写磁头的感应型磁头。
6．如权利要求5所述的记录/再生装置，其中所述磁金属薄膜的剩余磁化强度Mr和膜厚δ的乘积Mr.δ为1-5memu/cm2。
7．如权利要求6所述的记录/再生装置，其中所述磁金属薄膜的剩余磁化强度Mr为200～400emu/cc。
8．如权利要求7所述的记录/再生装置，其中所述磁金属薄膜的膜厚为30～120nm。
9．如权利要求6所述的记录/再生装置，其中所述磁带的面内方向的磁矫顽力为1000～2500Oe。
10．如权利要求6所述的记录/再生装置，其中在垂直于所述磁带方向上，宽长比为0.6～0.9。
全文摘要
提供一种磁阻型磁头,该磁阻型磁头具有夹在一对软磁材料屏蔽板之间、通过磁阻效应探测磁带信号的磁阻元件,该磁阻元件具有与垂直于磁带进给或移动方向的方向成一预定方位角的倾斜方式设置的磁探测部分,该磁阻型磁头安装在转鼓上用螺旋扫描法从磁带上读取信号。还提供一种记录/再生装置,在该装置上装有转鼓、作为读头的磁阻型磁头和作为写头的感应型磁头,用螺旋扫描方法从磁带上读取信号或向磁带写入信号。
文档编号G11B5/53GK1228577SQ9910091
公开日1999年9月15日 申请日期1999年1月6日 优先权日1998年1月6日
发明者稻雄辉往, 尾上精二, 鹿野博司, 池田义人, 小野寺诚一 申请人:索尼株式会社