CN109389995B - 磁盘装置以及记录头的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式能够在向磁盘的记录时抑制在主磁极与返回磁极之间的间隙部产生的局部的突出。根据实施方式，磁盘装置具备具有垂直磁记录用的磁盘、产生垂直记录磁场的记录头及控制记录头的记录/非记录工作的控制器。记录头具备：产生垂直记录磁场的主磁极；与主磁极一起形成磁回路的返回磁极；对主磁极和返回磁极形成的磁回路激励磁通量的记录线圈；以及通电体，其两端面接合于主磁极的前端部与返回磁极的前端部相对向的写间隙的对向面，通电体的电阻值在记录时、非记录会变化。控制器具备：对夹着通电体而形成于主磁极及返回磁极的磁回路以恒定电压流动电流的恒定电压源；和在记录工作时对记录线圈供给用于激励磁通量的电流的电流供给源。

Description

磁盘装置以及记录头的控制方法
本申请享受将日本专利申请2017-155685号(申请日：2017年8月10日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及使用了垂直磁记录头的磁盘装置以及记录头的控制方法。
背景技术
近年来，对于磁盘装置，为了谋取高记录密度化、大容量化或者小型化，采用了垂直磁记录方式。基于该方式的磁盘装置中，使垂直磁记录用的记录头与具有垂直磁记录用的记录层的磁盘的记录面相对向，通过该记录头对磁盘的预定区域产生与记录数据对应的垂直方向磁场来记录数据。
在此，上述垂直磁记录用的记录头具备具有由软磁性金属形成的缩窄部分的主磁极、使来自主磁极的磁通量回流而与主磁极一起形成磁回路的返回磁极、向主磁极和返回磁极形成的磁回路激励磁通量而产生记录磁场的线圈。
然而，在上述结构的记录头中，有可能在记录时，会在主磁极与返回磁极之间的间隙部产生局部的突出，该突出有可能频繁发生与记录介质的异常突起的接触。特别是，在记录电流值高的情况下，容易发生记录头的ABS(Air Bearing Surface：空气支承面)处的DLC(Diamond Like Carbon：类金刚石碳)成分的磨损、析出等，在可靠性方面被指出了问题。
发明内容
本发明的实施方式提供一种能在向磁盘的记录时抑制在主磁极与返回磁极之间的间隙部产生的局部的突出的磁盘装置以及记录头的控制方法。
实施方式的磁盘装置具备具有垂直磁记录用的记录层的磁盘、产生向所述记录层施加的垂直记录磁场的记录头、以及对所述记录头的记录/非记录工作进行控制的控制器。所述记录头具备：产生所述垂直记录磁场的主磁极；使来自所述主磁极的磁通量回流而与主磁极一起形成磁回路的返回磁极；对所述主磁极和所述返回磁极形成的磁回路激励磁通量的记录线圈；以及通电体，其两端面接合于写间隙的对向面，所述写间隙的对向面是所述主磁极的前端部与所述返回磁极的前端部相对向的写间隙的对向面，所述通电体的电阻值在记录时、非记录时会变化。所述控制器具备：恒定电压源，其对夹着所述通电体而形成于所述主磁极及所述返回磁极的磁回路以恒定电压流动电流；和电流供给源，其在记录工作时对所述记录线圈供给用于激励所述磁通量的电流。
附图说明
图1是概略地表示实施方式的磁盘装置(HDD)的框图。
图2是表示所述HDD中的磁头、悬架、记录介质的侧视图。
图3是放大所述磁头的头部以及磁盘的一部分来概略地表示的剖视图。
图4是放大表示记录头的前端部以及磁盘的一部分的剖视图。
图5是放大表示从空气支承面侧观察到的所述记录头的前端部的俯视图。
图6是表示本实施方式的磁盘装置的记录头的控制方法的流程图。
图7的(a)和图7的(b)分别是表示本实施方式的记录时(写工作时)以及非记录时(读工作时)的写间隙WG附近的磁化状态的示意图。
图8的(a)、图8的(b)以及图8的(c)分别是表示读工作时、写工作时的通电体的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙WG附近的发热量以及记录线圈电流的关系的图。
图9的(a)、图9的(b)以及图9的(c)分别是表示通电体由两层以上的多层膜构成的情况下写工作中的记录线圈电流变化了时的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙WG的发热量、以及记录线圈电流的时间轴变化的关系的图。
图10的(a)、图10的(b)以及图10的(c)分别是表示通电体由两层以上的多层膜构成的情况下在读工作期间记录线圈电流变化了时的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙WG的发热量、以及记录线圈电流的时间轴变化的关系的图。
图11的(a)和图11的(b)分别是表示不施加记录电压的情况下、施加了记录电压的情况下反复进行了写工作时的记录电阻值的变化率的图。
图12是表示在写工作时使对主磁极～通电体～返回磁极通电的电流的极性反转时的记录电阻值的变化率的分布特性图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行详细的说明。
图1是概略地表示作为实施方式的磁盘装置的硬盘驱动器(HDD)的框图，图2是表示浮起状态的磁头以及磁盘的侧视图。
如图1所示，HDD10具备矩形状的壳体11、作为配设于壳体11内的记录介质的磁盘12、支承磁盘12并使之旋转的主轴马达14、对磁盘12进行数据的写入、读出的多个磁头16。另外，HDD10具备使磁头16移动且定位到磁盘12上的任意轨道上的头致动器18。头致动器18包括将磁头16以能够移动的方式加以支承的悬架总成20和使该悬架总成20转动的音圈马达(VCM)22。
HDD10具备头放大器IC30、主控制器40以及驱动器IC48。头放大器IC30例如设于悬架总成20，与磁头16电连接。主控制器40以及驱动器IC48例如构成在设于壳体11的背面侧的未图示的控制电路基板。主控制器40具备R/W通道42、硬盘控制器(HDC)44、微处理器(MPU)46。主控制器40与头放大器IC30电连接，并且，经由驱动器IC48与VCM22及主轴马达14电连接。HDD10能够与未图示的主计算机连接。
如图1以及图2所示，磁盘12是具有记录层的垂直磁记录介质，该记录层在与盘面垂直的方向上具有各向异性。具体而言，磁盘12例如具有由形成为直径约2.5英寸(6.35cm)的圆板状的非磁性体形成的基板101。在基板101的各表面层叠有作为基底层的软磁性层102，在其上层部依次层叠有磁记录层103和保护膜104。磁盘12与主轴马达14的中心轴(hub)以彼此同轴的方式相嵌合。磁盘12通过主轴马达14以预定的速度按箭头B的方向旋转。
悬架总成20具有以转动自如的方式固定于壳体11的轴承部24、和从轴承部24延伸出的多个悬架26。如图2所示，磁头16支承于各悬架26的延出端。磁头16经由设于悬架总成20的布线部件28与头放大器IC30电连接。
接着，对磁头16的结构进行详细说明。图3是放大表示磁头的头部以及磁盘的一部分的剖视图，图4是放大表示记录头的前端部以及磁盘的一部分的剖视图，图5是放大表示从ABS侧观察到的记录头的前端部的俯视图。
如图2以及图3所示，磁头16构成为浮起型的头，具有形成为大致长方体状的滑块15、形成于滑块15的流出端(trailing，尾)侧的端部的头部17。滑块15例如由氧化铝与碳化钛的烧结体(アルチック，氧化铝碳化钛陶瓷)形成，头部17由多个层的薄膜形成。
滑块15具有与磁盘12的表面相对向的矩形状的ABS(空气支承面)13。滑块15通过因磁盘12的旋转而在盘表面与ABS13之间产生的空气流C，被维持为从磁盘12的表面浮起预定量的状态。空气流C的方向与磁盘12的旋转方向B一致。滑块15具有位于空气流C的流入侧的前导端15a以及位于空气流C的流出侧的尾端15b。
如图3所示，头部17是在滑块15的尾端15b通过薄膜工艺形成有再现头54以及记录头58的分离型的磁头。为了控制头部17的记录再现浮起量，在记录头58的进深侧配置有第1加热器19a，在再现头54的进深侧配置有第2加热器19b。
再现头54包括由呈现磁阻效应的磁性膜实现的再现元件55、在再现元件55的尾侧以及前导侧以夹着磁性膜55的方式配置了屏蔽膜的上部屏蔽56以及下部屏蔽57。这些再现元件55、上部屏蔽56、下部屏蔽57的下端向滑块15的ABS13露出。再现头54经由未图示的电极、布线以及布线部件28与头放大器IC30连接，向头放大器IC30输出读取的数据。
记录头58相对于再现头54设在滑块15的尾端15b侧。记录头58具有使得产生与磁盘12的表面垂直的方向的记录磁场的由高透磁率材料形成的主磁极60、成为尾屏蔽(写屏蔽、第1屏蔽)的返回磁极62以及成为前导(leading)屏蔽(第2屏蔽)的前导芯64。主磁极60和返回磁极62构成形成磁路的第1磁芯，主磁极60和前导芯64构成形成磁路的第2磁芯。记录头58具有卷于第1磁芯的第1线圈(记录线圈)70和卷于第2磁芯的第2线圈(记录线圈)72。
如图3以及图4所示，主磁极60相对于磁盘12的表面大致垂直地延伸。主磁极60的磁盘12侧的前端部60a朝向盘面以尖端细的方式缩窄，例如形成为截面为梯形。主磁极60的前端面朝向滑块15的ABS13露出。前端部60a的尾侧端面60b的宽度大致与磁盘12中的轨道的宽度对应。
由软磁性体形成的返回磁极62配置在主磁极60的尾侧，是为了经由主磁极60的正下的磁盘12的软磁性层102而有效地使磁路闭合而设置的。返回磁极62大致形成为L字形状，具有与主磁极60连接的第1连接部50。第1连接部50经由非导电体52与主磁极60的上部、即主磁极60的远离ABS13的部分连接。
返回磁极62的前端部62a形成为细长的矩形状。返回磁极62的前端面朝向滑块15的ABS13露出。前端部62a的前导侧端面62b沿着磁盘12的轨道的宽度方向延伸，另外，相对于ABS13大致垂直地延伸。该前导侧端面62b与主磁极60的尾侧端面60b隔着写间隙WG而大致平行地相对向(对置)。
第1线圈70配置为卷于包括主磁极60以及返回磁极62的磁回路(第1磁芯)。第1线圈70例如卷于第1连接部50的周围。在向磁盘12写入信号时，通过在第1线圈70流动记录电流，第1线圈70激励主磁极60而在主磁极60流动磁通量。
如图4以及图5所示，在写间隙WG以夹在主磁极60的前端部60a的尾侧端面60b与返回磁极62的前导侧端面62b之间的方式配置有在通电时磁阻值会变化的由磁阻效应膜实现的通电体65。通电体65的下端面朝向ABS13露出，与ABS13形成为平齐。通电体65的宽度幅SW被设定为与磁记录层103的轨道宽度大致相等、或者比轨道宽度小。通电体65的高度(与ABS13垂直的方向的高度)SH形成为与返回磁极62的前导侧端面62b的高度大致相等、或者为其以下。此外，通电体65的下端面不限于位于ABS13平齐的位置的情况，也可以为从ABS13向高度方向上方离开。
如图3所示，与主磁极60和返回磁极62分别连接有连接端子91、92，这些连接端子91、92经由布线与头放大器IC30连接。由此，以从头放大器IC30通过主磁极60、通电体65、返回磁极62而能够串联地通过电流的方式构成电流回路。
如图3以及图4所示，由软磁性体形成的前导芯64在主磁极60的前导侧与主磁极60对向设置。前导芯64形成为大致L字形状，磁盘12侧的前端部64a形成为细长的矩形状。该前端部64a的前端面(下端面)朝向滑块15的ABS13露出。前端部64a的尾侧端面64b沿着磁盘12的轨道的宽度方向延伸。该尾侧端面64b与主磁极60的前导侧端面隔着间隙而相对向。该间隙由作为非磁性体的保护绝缘膜76覆盖。
前导芯64具有在离开磁盘12的位置接合于与主磁极60之间的背部间隙的第2连接部68。该第2连接部68例如由软磁性体形成，与主磁极60以及前导芯64一起形成磁回路。记录头58的第2线圈72配置为卷于包括主磁极60以及前导芯64的磁回路(第2磁芯)，向该磁回路施加磁场。第2线圈72例如卷于第2连接部68的周围。此外，也可以在第2连接部68的一部分插入非导电体或者非磁性体。
第2线圈72向与第1线圈70相反的方向卷绕。第1线圈70以及第2线圈72分别与端子95、96连接，这些端子95、96经由布线与头放大器IC30连接。第2线圈72也可以与第1线圈70串联连接。另外，第1线圈70以及第2线圈72也可以为分别地控制电流的供给。向第1线圈70以及第2线圈72供给的电流由头放大器IC30以及主控制器40控制。
如图5所示，记录头58还具备在主磁极60的宽度方向两侧隔着间隙配置的一对侧屏蔽67。在本实施方式中，侧屏蔽67与返回磁极62以及前导芯64形成为一体，由这些包围主磁极60的前端部60a以及写间隙WG。
在上述的记录头58中，构成主磁极60、返回磁极62、前导芯64以及侧屏蔽67的软磁性材料可以从包含Fe、Co、或者Ni的至少一种的合金或者化合物中选择来使用。
如图3所示，再现头54以及记录头58除了朝向滑块15的ABS13露出的部分以外，由保护绝缘膜76覆盖。保护绝缘膜76构成头部17的外形。
如图1所示，驱动如上所述那样构成的磁头16以及记录头58的头放大器IC30具备：经由端子95、96向第1线圈70以及第2线圈72供给记录电流的记录电流供给电路81；用于经由未图示的布线以及端子91、92向主磁极60、通电体65、返回磁极62的串联路径施加恒定电压来流动电流的恒定电压供给电路82；控制在记录电流供给电路81和恒定电压供给电路82流动电流的时间以及定时的未图示的定时运算部；根据在R/W通道42产生的记录模式(pattern)信号来产生记录电流波形的未图示的记录电流波形发生器。
在HDD10工作时，主控制器40在MPU46的控制下，通过驱动器IC48驱动主轴马达14，使磁盘12以预定的速度旋转。另外，主控制器40通过驱动器IC48驱动VCM22，将磁头16移动以及定位到磁盘12的所希望的轨道上。
在记录时，头放大器IC30的记录线圈电流供给电路81根据从R/W通道42产生的记录信号、记录模式，使记录线圈电流(AC)通到第1以及第2线圈(以下称为记录线圈)70、72。由此，第1以及第2线圈70、72使主磁极60励磁，从主磁极60产生记录磁场。恒定电压供给电路82在MPU46的控制下，向主磁极60以及返回磁极62施加恒定电压，由此使驱动电流以串联的方式通过布线、连接端子91、92、主磁极60、通电体65、返回磁极62。
以下对在上述结构的磁盘装置中的其工作进行说明。
图6是表示本实施方式的HDD10的记录头的控制方法的流程图。首先，主控制器40在接受到HDD启动的指示时(步骤S11)，指示头放大器IC30向磁头16供给恒定电压(步骤S12)。在此，对停止指示的有无进行确定(步骤S13)，若没有停止指示，则对记录指示进行待机(步骤S14)，在具有了记录指示的情况下，指示头放大器IC30向记录线圈70、72供给与记录模式相应的记录线圈电流(步骤S15)。在确定到记录完成的情况下(步骤S16)，返回步骤S13，继续进行与记录有关的一系列处理直到具有停止指示。
图7的(a)和图7的(b)分别是表示本实施方式的记录时(写工作时)以及非记录时(读工作时)的写间隙WG附近的磁化状态的示意图。
在记录状态中，如图7的(a)所示，主磁极60以及返回磁极62的磁化大致成为饱和状态，因此，通电体65通过来自主磁极60和/或返回磁极62的磁化的自旋转矩，其磁化相对于来自主磁极60的磁通量方向而具有角度。作为其结果，通过主磁极60和/或返回磁极62与通电体65之间的磁阻效应，经由主磁极60～通电体65～返回磁极62通过电流时的记录(Writer)电阻增大。
另一方面，在磁极退磁了的非记录状态中，如图7的(b)所示，主磁极60以及返回磁极62的磁化成为杂乱的状态，因此，也不产生通电体65和主磁极60和/或返回磁极62的自旋转矩，通电体65的磁化状态也成为保持着杂乱。其结果，在主磁极60和/或返回磁极62与通电体65之间也不产生磁阻效应，因此，经由主磁极60～通电体65～返回磁极62通过电流时的记录电阻值不增大。
如以上所述，在本实施方式的结构中，由于在记录时和非记录时记录电阻值会变化，因此，能够利用记录电阻值的变化来局部地控制写间隙WG附近的元件突出。
接着，对利用记录电阻值的变化来修正元件的突出的方法进行详细说明。
在图8的(a)、图8的(b)、图8的(c)分别表示读工作时(非记录时)、写工作时(记录时)的通电体65的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙WG附近的发热量以及记录线圈电流的关系。如前所述，在不进行记录工作的读工作时，记录电阻值相对低。因此，恒定电压控制下的写间隙WG的发热量相对大，写间隙WG附近的元件突出变大。另一方面，在写工作时由于如上所述的磁阻效应，记录电阻值上升。其结果，恒定电压控制下的写间隙WG的发热量相对于读工作时受到抑制，写间隙WG附近成为相对地从ABS面凹进(recess)的形式。一般而言，当从读工作转变为写工作时，成为因记录线圈电流本身的发热影响而写间隙WG附近与介质不容易接触的状态，但根据本实施方式的结构，能够在写工作时自适应地使元件凹进，能够抑制接触的担心。
另外，为了完全消除可靠性的问题，对写工作中的短时间尺度下的元件突出也需要进行考虑。为此，希望通电体65由1层形成。图9的(a)、图9的(b)、图9的(c)分别示出在由磁阻效应膜实现的通电体65由2层以上的多层膜构成的情况下、写工作中的记录线圈电流变化时的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙WG的发热量、以及记录线圈电流的时间轴变化的关系。在通电体65由多层膜形成的情况下，在短时间尺度下来看时，在各层的磁化变化会特别地在记录线圈电流的极性反转的定时(T2、T3)产生若干的相位差，在写工作期间记录电阻值会降低。其结果，写间隙WG会产生局部时间的发热(图9的(b)所示的H1、H2)，因此，乍看之下即使可以看为在长时间尺度下能够修正元件的突出，在写工作时元件也会成为容易与介质接触的状态，无法消除可靠性的担心。另一方面，在通电体65由1层构成的情况下，成为没有层间的相位差而产生了磁阻效应的状态，因此，记录电阻值相对于读工作时而维持高的状态，也能够抑制写间隙WG的局部时间的发热。
此外，在通电体65由1层构成的情况下，在读工作期间记录线圈电流变化时的记录电阻值、恒定电压控制下的写间隙发热量、以及记录线圈电流的时间轴变化如图10的(a)、图10的(b)、图10的(c)所示，即使记录线圈电流的极性反转，记录电阻值也不变化，写间隙WG的局部时间的发热不发生。其结果，不会发生元件的突出，能避免介质接触。
接着，对应用本实施方式时的效果进行说明。在写工作期期间内施加恒定电压(记录电压)的情况下和不施加恒定电压(写电压)的情况下，将反复进行了写工作时的记录电阻值的变化率示于图11的(a)以及图11的(b)。图11的(a)表示不施加记录电压的情况，图11的(b)表示施加了记录电压的情况。在不施加写电压的情况下，如图11的(a)所示，由于未完全修正元件突出，或者由于当继续进行某种程度写工作时记录电阻值逐渐开始上升而与记录介质接触，能看到写间隙WG的元件的劣化发展的状况。另一方面，在施加了记录电压的情况下，如图11的(b)所示，可知能大幅地抑制反复进行了写工作时的记录电阻值的变化，可靠性得到大幅度地改善。
在此，写间隙附近的局部的发热在记录线圈电流的极性反转时容易发生。因此，为了抑制写间隙附近的局部的发热，优选相对于通到记录线圈的AC电流的、记录电阻值的电阻变化的频率分量为装置的最小数据频率分量的2倍(例如40MHz以下)。另外，在写工作时，对主磁极～通电体～返回磁极通电的电流的极性反转时的记录电阻值的变化率能得到如图12所示的分布特性。由此，当根据使用于通电体65的材料的特性求取能得到最大的磁阻效应的范围时，优选在绝对值下为0.1％以上且10％以下。
如以上所述，本实施方式的磁盘装置中，在记录时和非记录时，通电体65的记录电阻值会变化，因此，通过对由主磁极60、通电体65、返回磁极62实现的电流回路施加恒定电压，能够利用记录电阻值的变化来局部地抑制写工作时的写间隙WG附近的元件突出。
本发明并不限定于上述实施方式不变，能够在实施阶段在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形、具体化。另外，通过上述实施方式公开的多个构成要素的适当的组合能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。进一步，也可以适当地组合不同的实施方式中的构成要素。

Claims (6)

1.一种磁盘装置，具备具有垂直磁记录用的记录层的磁盘、产生向所述记录层施加的垂直记录磁场的记录头、以及对所述记录头的记录/非记录工作进行控制的控制器，
所述记录头具备：
产生所述垂直记录磁场的主磁极；
使来自所述主磁极的磁通量回流而与主磁极一起形成磁回路的返回磁极；
对所述主磁极和所述返回磁极形成的磁回路激励磁通量的记录线圈；以及
通电体，其两端面接合于写间隙的对向面，所述写间隙的对向面是所述主磁极的前端部与所述返回磁极的前端部相对向的写间隙的对向面，所述通电体的电阻值根据记录/非记录工作而变化，
所述控制器具备：
恒定电压源，其对夹着所述通电体而形成于所述主磁极及所述返回磁极的磁回路以恒定电压流动电流；和
电流供给源，其在记录工作时对所述记录线圈供给用于激励所述磁通量的电流。
2.根据权利要求1所述的磁盘装置，
所述通电体具有如下特性：相对于向所述记录线圈供给的记录线圈电流，使所述电阻值变化的频率分量为所述记录线圈电流的频率分量的2倍以下。
3.根据权利要求1所述的磁盘装置，
在所述记录工作时，将使对所述主磁极、所述通电体以及所述返回磁极的路径通电的电流的极性反转时的所述通电体的电阻值的变化率设为绝对值为0.1％以上且10％以下。
4.根据权利要求1所述的磁盘装置，
所述通电体至少包含1层磁阻效应膜。
5.根据权利要求1所述的磁盘装置，
所述记录头具备与所述主磁极及所述返回磁极连接的端子，
所述恒定电压源向所述端子供给所述恒定电压。
6.一种记录头控制方法，是磁盘装置的记录头控制方法，
所述磁盘装置的对垂直磁记录用的磁盘产生垂直记录磁场的记录头具备：
产生所述垂直记录磁场的主磁极；
使来自所述主磁极的磁通量回流而与主磁极一起形成磁回路的返回磁极；
对所述主磁极和所述返回磁极形成的磁回路激励磁通量的记录线圈；以及
通电体，其两端面接合于写间隙的对向面，所述写间隙的对向面是所述主磁极的前端部与所述返回磁极的前端部相对向的写间隙的对向面，所述通电体的电阻值根据记录/非记录工作而变化，
所述记录头控制方法包括：
对夹着所述通电体而形成于所述主磁极及所述返回磁极的磁回路以恒定电压流动电流；
在记录工作时向所述记录线圈供给用于激励所述磁通量的电流，在非记录工作时停止所述电流的供给。
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