JP2007035251A - ギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】磁気記録媒体の記録面のトラック方向に進行しながら、磁気記録媒体の記録面に磁場を印加するメインポールと、メインポールとギャップをおいて離隔されているリターンポールと、メインポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、メインポールとリターンポールとの間のギャップ領域には、２つ以上のギャップシールドが形成された、ギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドである。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、垂直磁気記録ヘッドに係り、より詳細には、メインポールとリターンポールとの間にギャップシールドを形成し、垂直磁気記録ヘッドのフィールドプロファイルを向上させたギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド、及びこれを含む垂直記録装置に関する。

産業化及び情報化が進行しつつ、個人または団体が取扱う情報の量が急激に増加している。多様な情報を得ることができるインターネット空間への接続が可能であり、データ処理速度が速く、データ保存能力の大きいコンピュータは、既に大衆的に広く普及されている。コンピュータのデータ処理速度を上昇させるために、ＣＰＵチップとコンピュータ周辺装置が改善され、データ保存能力を向上させるために多様な形態の情報記録媒体、例えばハードディスクの高密度化が研究されている。

最近、多様な形態の記録媒体が紹介されているが、ほとんどの記録媒体は、磁性層をデータ記録層として利用する磁気記録媒体である。磁気記録媒体は、データ記録方式を基準として水平磁気記録方式と垂直磁気記録方式とに大別される。

水平磁気記録方式は、磁性層の磁化方向が磁性層の表面に平行に整列されることを利用してデータを記録する方式であり、垂直磁気記録方式は、磁性層の磁化方向が磁性層の表面に垂直方向に整列されることを利用してデータを記録する方式である。データ記録密度の側面では、垂直磁気記録方式が水平磁気記録方式よりはるかに有利である。

図１Ａは、従来技術による垂直磁気記録装置の一実施形態を示す図面である。図１Ａを参照すれば、従来の一般的な磁気記録装置は、記録媒体１０と記録媒体１０にデータを記録する書き込み用の磁気ヘッド３０及び記録媒体１０のデータを再生する読み取り用の磁気ヘッド２０を備える。読み取り用の磁気ヘッド２０は、第１及び第２磁気遮蔽層Ｓ１、Ｓ２を備え、第１及び第２磁気遮蔽層Ｓ１、Ｓ２の間に読み取り用の磁気抵抗素子３１を備える。第１及び第２磁気遮蔽層Ｓ１、Ｓ２は、選択されたトラックの所定の位置からデータを読む間に、前記位置の周囲の磁気的要素から発生する磁場が前記所定の位置に達することを遮断する。読み取り用の磁気抵抗素子３１は、ＧＭＲまたはＴＭＲを使用できる。

図１Ｂは、前記図１ＡのＡ領域を拡大した図面である。ここで、書き込み用の磁気ヘッド２０のメインポールＰ１、メインポールＰ１と離隔されているリターンポールＰ２、及びメインポールＰ１に磁場を発生させる誘導コイルＣ(図１Ａ参照)を備える。このような書き込み用の磁気ヘッド３０は、記録媒体１０に入力される信号の品質を左右し、特に、前記メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の磁気的特性が重要な役割を行う。記録装置が順次に高密度化しながら、記録媒体１０のビットサイズは縮小しつつある。したがって、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２に使用する磁気材料は、飽和磁化値及び透磁率が大きく、保磁力が小さな軟磁性特性が要求される。

記録媒体１０にデータを記録する場合、書き込み用の磁気ヘッド３０のメインポールＰ１から放出された磁場が記録媒体１０の記録層を所定の方向に磁化させ、さらにリターンポールＰ２に戻る。垂直磁気記録ヘッドは、記録媒体１０のトラック方向に移動しながら記録し、トラック内でのみ記録されることが望ましい。しかし、メインポールＰ１から放出された磁場を制御し難いため、トラックの以外の領域、すなわちオフトラック領域の記録層に影響を及ぼすが、これは、記録特性に悪影響を及ぼす要因となる。

図２Ａないし図２Ｃは、前述したスプレーフィールドの悪影響を減少させるための構造を示す図面であって、メインポールＰ１の両側に側面シールドＳＳを形成した垂直磁気記録ヘッドを示す。図２Ａは、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の側面を示す図面であり、図２Ｂは、正面図であり、図２Ｃは、ＡＢＳ(Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ)面の断面図であって、磁気記録媒体方向で書き込み用の磁気ヘッド３０側から示す図面である。図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、側面シールドＳＳは、メインポールＰ１から放出する磁場が磁気記録媒体のオフトラック領域に及ぼす影響を減少させる役割を行う。しかし、単純にシールドを形成する場合、垂直磁気媒体に記録できる垂直磁場の大きさが減少するなどの問題点があるので、磁場プロファイルを効果的に制御できるさらに最適化されたシールド構造を導入する必要がある。

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためのものであって、記録媒体のトラック密度を高め、動作時にヘッドのフィールドプロファイルを向上させ、漏れ磁場を防止するか、または最小化することができる垂直磁気記録用の磁気ヘッド、及びこれを含む垂直記録装置を提供することを目的とする。

前記技術的課題を達成するために、本発明では、磁気記録媒体の記録面のトラック方向に進行しながら、前記磁気記録媒体の記録面に磁場を印加するメインポールと、前記メインポールとギャップをおいて離隔されているリターンポールと、前記メインポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、前記メインポールと前記リターンポールとの間のギャップ領域には、２つ以上のギャップシールドが形成されたギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを提供する。

本発明において、前記ギャップシールドは、前記メインポール及び前記リターンポールの下端面(ＡＢＳ）の中心をつなぐ線分に対称的に形成されたことを特徴とする。

本発明において、前記ギャップシールドの前記トラック方向の長さは、前記ギャップの幅より小さいことを特徴とする。

本発明において、前記ギャップの下端部の幅は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明において、前記ギャップシールドは、軟磁性材料から形成されたことを特徴とする。

また、本発明では、情報が記録される磁気記録媒体；前記磁気記録媒体の記録面のトラック方向に進行しながら、前記磁気記録媒体の記録面に磁場を印加するメインポール、前記メインポールとギャップをおいて離隔されているリターンポール、及び前記メインポールに磁場を誘導する誘導コイルを備える書き込み用の磁気ヘッド；前記磁気記録媒体に記録された情報を読み出す磁気抵抗素子を備える読み取り用の磁気ヘッドを有する磁気記録装置において、前記メインポールと前記リターンポールとの間のギャップ領域には、２つ以上のギャップシールドが形成されたギャップシールドを備える垂直磁気記録装置を提供する。

本発明によれば、メインポールとリターンポールとの間の磁束漏れを防止し、かつ最小化することができる。したがって、磁気記録媒体にデータを記録する場合、オフトラック方向への磁束漏れを防止して選択されたトラックにのみデータを記録でき、選択されないトラックに望んでいないデータが記録される場合にも、その影響を最小化できて、トラックの記録密度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを、添付された図面を参照して詳細に説明する。ただし、図面に示された層や領域などの厚さは、明確な説明のために多少誇張されている。

図３Ａないし図３Ｃは、本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。図３Ａは、図１Ｂに示すような、書き込み用の磁気ヘッドのメインポールＰ１及びリターンポールＰ２の端部領域の拡大図であり、図３Ｂは、メインポールＰ１位置からリターンポールＰ２方向に見た正面図である。また、図３Ｃは、垂直磁気記録媒体方向(ＡＢＳ）で磁気記録ヘッドの形態を示す図面である。

図３Ａないし図３Ｃを参照すれば、本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドは、磁気記録媒体のトラック方向に移動し、記録のために磁場を印加するメインポールＰ１とリターンポールＰ２との間のギャップ領域に２つ以上のギャップシールドＧＳを形成させたことを特徴とする。このような構造の垂直磁気記録ヘッドは、前記図１Ａの構造の垂直磁気記録装置の書き込み用の記録ヘッドとして採用される。

メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の下端部におけるギャップは、１００ｎｍ以下の幅を有し、望ましくは５０ｎｍ以下の幅を有する。そして、ギャップは、メインポールＰ１とリターンポールＰ２の上端まで拡張され、この領域は、通常、アルミナ(Ａｌ_２Ｏ_３)、窒化アルミニウム、シリコン(Ｓｉ)または酸化シリコン(ＳｉＯ_２)などで形成させる。そして、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の中央部のギャップは、前記下端部のギャップより広く形成し、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の上端は連結されている。本発明のギャップシールドＧＳは、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の下端部のギャップの間に形成されていることを特徴とする。ギャップシールドＧＳとメインポールＰ１、及びギャップシールドＧＳとリターンポールＰ２は、数ｎｍ以下の所定の間隔で離隔されており、記録媒体のトラックの幅によって、ギャップシールドＧＳ間の距離も調節できる。ギャップシールドＧＳは、通常のシールドと同様に軟磁性材料で形成させ、例えば、ＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅが代表的に使われうる。ギャップシールドＧＳは、メインポールＰ１とリターンポールＰ２との間の絶縁層と連結されているので、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２との絶縁を維持している。図３Ａないし図３Ｃでは、２個のギャップシールドがメインポールＰ１とリターンポールＰ２との下端面(ＡＢＳ）の中心をつなぐ線分に対称的に形成されたことを開示している。これは、最も単純化させた構造であって、場合によって非対称的に形成させてもよく、特に制限はない。

以下、本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッド及び従来技術による垂直磁気記録ヘッドの磁気的な性質を比較する。

図４Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示すような、従来技術による垂直磁気記録ヘッドのＡＢＳ面での断面形態を示す図面である。図４Ｂは、図４Ａに示す構造の垂直磁気記録ヘッドの磁場の大きさＨを示す図面である。図４Ｂの横軸は、磁気記録媒体のトラック方向を示し、縦軸は、クロストラック方向の距離をｎｍ単位で示したものである。ここでは、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の間に別途のシールドを形成させていない状態の記録ヘッドの磁場の大きさを説明する。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、記録媒体(図示せず)にデータを記録する場合、メインポールＰ１から放出された磁場がメインポールＰ１とリターンポールＰ２との間のギャップ領域で高い磁場の強度を維持していることを確認することができる。特に、垂直軸であるクロストラック方向において、メインポールＰ１を中心に１００ｎｍ以上の領域であるオフトラック領域で高い磁場の大きさを維持しているので、記録媒体の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。具体的に説明すれば、メインポールＰ１の下端部で発生した磁場は、広域に分布する場合には、メインポールＰ１の下部の記録媒体の所定トラック領域を逸脱し、選択されていない隣接トラックに影響を及ぼすようになって、データの安定性に影響を及ぼすおそれがあるからである。

図５Ａは、図２Ｃに示すような、垂直磁気記録ヘッドに関し、メインポールＰ１の両側部に側面シールドＳＳが形成された構造を有する。このような構造の垂直磁気記録媒体の磁場の大きさＨを図５Ｂに示す。図５Ｂの横軸は、磁気記録媒体のトラック方向を示し、縦軸は、クロストラック方向の距離をｎｍ単位で示すものである。

図５Ｂを参照すれば、側面シールドＳＳが形成された領域の０以上のダウントラック方向では、メインポールＰ１の側面領域の磁場の大きさが減少したことを確認することができる。しかし、メインポールＰ１とリターンポールＰ２との間のギャップ領域のクロストラック方向では、高い磁場の大きさを維持していることが分かる。すなわち、メインポールＰ１の中心から１００ｎｍ以上の距離でも非常に高い磁場の大きさを示し、オフトラック領域の磁気記録媒体の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。

図６Ａは、メインポールＰ１の両側面とメインポールＰ１及びリターンポールＰ２の間にシールドを形成したものであって、実質的にはトラック方向以外のメインポールＰ１のオフトラック領域をいずれもシールドで覆った構造である前面シールドＦＳを有する垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。図６Ｂは、前記図６Ａに示すような構造の垂直磁気記録ヘッドの磁束分布を示すグラフである。図６Ｂの横軸は、磁気記録媒体のトラック方向を示し、縦軸は、クロストラック方向の距離をｎｍ単位で示す。

図６Ｂを参照すれば、図４Ｂ及び図５Ｂに示すグラフに比べて、オフトラック方向の磁場の大きさが低く、特に、メインポールＰ１とリターンポールＰ２との間のギャップ領域での磁場の大きさが相対的に低いことを確認することができる。しかし、このようにメインポールＰ１の周辺をいずれもシールドで覆い包むようになれば、メインポールＰ１から放出されて垂直磁気記録媒体の記録層を磁化させる磁場の強度が弱くなって、記録効率が非常に低下するという短所がある。すなわち、メインポールＰ１の周辺の磁場分布自体は望ましい形態であるが、垂直磁気記録媒体の磁化させるための磁場自体の強度が弱くなるので、磁気ヘッドとしての特性が悪くなる結果となる。

図７Ａ及び図７Ｂは、図３Ｂに示すような、本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッドに対する磁場の大きさを示すグラフであって、垂直磁気記録ヘッドのメインポールＰ１とリターンポールＰ２との間のギャップ領域にシールドを形成したものである。ただし、図７Ａの場合には、図３ＢのメインポールＰ１とギャップシールドＧＢとの距離ｄを１０ｎｍに形成したものであり、図７Ｂの場合には、メインポールＰ１とギャップシールドＧＢとの距離ｄを３０ｎｍに形成したものである。図７Ａ及び図７Ｂの横軸は、磁気記録媒体のトラック方向を示し、縦軸は、クロストラック方向の距離をｎｍ単位で示すものである。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッドの場合には、シールドを形成しない図４Ｂ及びサイドシールドを形成した図５Ｂの場合に比べて、メインポールＰ１及びリターンポールＰ２の間のギャップ周辺のオフトラック領域での磁場の強度が非常に大きく減少したことが分かる。そして、メインポールＰ１及びギャップのオフトラック方向の前面にシールドを形成した図６Ｂと比較すれば、メインポールＰ１の周辺の磁束密度がさらに高いということが分かる。これを整理すれば、本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッドは、その悪影響を及ぼすギャップのオフトラック領域での磁束密度を減少させ、垂直磁気記録媒体の記録層を容易に磁化反転させる磁場の強度を維持することができるということが分かる。

図８は、垂直磁気記録ヘッドのメインポールＰ１から放出される磁場のＺ軸方向(図１参照)成分Ｈｚの大きさを示すグラフである。ここで、測定対象の垂直磁気記録ヘッドは、シールドを形成していない垂直磁気記録ヘッド、側面シールドを形成した垂直磁気記録ヘッド、メインポール及びギャップの両側面に前面シールドを形成した垂直磁気記録ヘッド、及び本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッドである。図８の横軸は、クロストラック方向への距離(ｎｍ)であり、縦軸は、メインポールＰ１から放出される磁場の垂直成分Ｈｚ(Ｔ)である。

メインポールＰ１から放出される磁場の垂直成分Ｈｚが重要な理由は、次の通りである。垂直磁気記録媒体にデータを記録するためには、記録層のドメインの磁化方向を変化させねばならない。記録層の磁化方向を変化させることは、垂直磁気記録ヘッドのメインポールＰ１から放出される磁場の垂直成分により行われる。したがって、メインポールＰ１から放出される磁場の垂直成分(ｚ軸方向成分）の磁束密度が大きいことが望ましい。また、トラックの中央(横軸の０ｎｍ位置)を中心にグラフの幅が狭く、勾配が大きいことが望ましい。

図８を参照すれば、シールドを備えていない垂直磁気記録ヘッドは、垂直成分の磁場の大きさＨｚが最も大きいが、グラフの幅が大きく、勾配が最も小さいことが分かる。したがって、シールドがない場合、オフトラック領域の記録層を磁化させるおそれがあって望ましくない。

メインポールＰ１の側面及びギャップの側面の何れにもシールドを形成した場合には、メインポールＰ１から放出される磁場の垂直成分の大きさが最も小さいことが分かる。たとえグラフの幅が狭く勾配が大きいとしても、磁場の強度が小さいという短所がある。これは、メインポールＰ１の側面にシールドを形成した実施形態の場合にも同様である。

一方、ギャップシールドを形成した本発明の実施形態による垂直磁気記録ヘッドの場合には、メインポールＰ１から放出する磁場の垂直成分Ｈｚの大きさもシールドを形成していない記録ヘッドの次に大きく、勾配も大きく、かつグラフの幅が狭いということが分かる。したがって、図８に示す垂直磁気記録ヘッドのうち最も望ましい結果を得たことが分かる。

前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まらねばならない。

本発明は、磁気記録関連の技術分野に好適に用いられる。

従来技術によるシールドを備えていない垂直磁気記録装置及び垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 図１ＡのＡ領域を拡大した図面である。 従来技術による側面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 従来技術による側面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 従来技術による側面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドを示す図面である。 従来技術によるシールドを備えていない垂直磁気記録ヘッドの断面図を示す図面である。 従来技術によるシールドを備えていない垂直磁気記録ヘッドの磁場の大きさを示す図面である。 従来技術による側面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドの断面図を示す図面である。 従来技術による側面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドの磁場の大きさを示す図面である。 従来技術による前面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドの断面図を示す図面である。 従来技術による前面シールドを備える垂直磁気記録ヘッドの磁場の大きさを示す図面である。 本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドのメインポール及びリターンポールの周辺の磁場の大きさを示す図面である。 本発明の実施形態によるギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッドのメインポール及びリターンポールの周辺の磁場の大きさを示す図面である。 垂直磁気記録ヘッドのメインポールＰ１から放出される磁場のＺ軸方向成分(Ｈｚ)の大きさを示すグラフである。

符号の説明

１０ 垂直磁気記録媒体
２０ 書き込み用の磁気ヘッド
２１ 補助ヘッド
３０ 読み取り用の磁気ヘッド
３１ 磁気抵抗素子
Ｐ１ メインポール
Ｐ２ リターンポール
ＳＳ 側面シールド
ＦＳ 前面シールド
ＧＳ ギャップシールド

Claims (10)

1. 磁気記録媒体の記録面のトラック方向に進行し、前記磁気記録媒体の記録面に磁場を印加するメインポールと、
   前記メインポールとギャップをおいて離隔されているリターンポールと、
   前記メインポールに磁場を誘導する誘導コイルと、を備える磁気ヘッドにおいて、
   前記メインポールと前記リターンポールとの間のギャップ領域には、２つ以上のギャップシールドが形成されたことを特徴とするギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
2. 前記ギャップシールドは、前記メインポール及び前記リターンポールの下端面(ＡＢＳ）の中心をつなぐ線分に対称的に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録ヘッド。
3. 前記ギャップシールドの前記トラック方向の長さは、前記ギャップの幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
4. 前記ギャップは、下端部の幅が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
5. 前記ギャップシールドは、軟磁性材料から形成されたことを特徴とする請求項１に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
6. 前記ギャップシールドは、ＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅから形成されたことを特徴とする請求項１に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
7. 情報が記録される磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体の記録面のトラック方向に進行しながら、前記磁気記録媒体の記録面に磁場を印加するメインポール、前記メインポールとギャップをおいて離隔されているリターンポール、及び前記メインポールに磁場を誘導する誘導コイルを備える書き込み用の磁気ヘッドと、
   前記磁気記録媒体に記録された情報を読み出す磁気抵抗素子を備える読み取り用の磁気ヘッドと、を有する磁気記録装置において、
   前記メインポールと前記リターンポールとの間のギャップ領域には、２つ以上のギャップシールドが形成されたことを特徴とするギャップシールドを備える垂直磁気記録装置。
8. 前記ギャップシールドは、前記メインポール及び前記リターンポールの下端面(ＡＢＳ）の中心をつなぐ線分に対称的に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の垂直磁気記録ヘッド。
9. 前記ギャップシールドの前記トラック方向の長さは、前記ギャップの幅より小さいことを特徴とする請求項７に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。
10. 前記ギャップの下端部の幅は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７または請求項９に記載のギャップシールドを備える垂直磁気記録ヘッド。