JP2010097677A - ヘッドスライダ、ヘッドアッセンブリ及び磁気ディスク装置 - Google Patents

ヘッドスライダ、ヘッドアッセンブリ及び磁気ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で記録媒体を加熱することが可能なヘッドスライダを提供する。
【解決手段】本発明のヘッドスライダ10では、ディスク状記録媒体2と対向する媒体対向面10aに開口する穴部14hが形成され、穴部14h内には、通電により発熱する発熱素子32と、発熱素子32から発せられた熱をディスク状記録媒体2に向けて反射する反射部43と、が配置される、ことを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、ヘッドスライダ、ヘッドアッセンブリ及び磁気ディスク装置に関し、特に、熱アシスト磁気記録を実現するヘッドスライダの構成に関する。
近年、磁気ディスク装置の記録密度を向上させる技術の一つとして、熱アシスト磁気記録が提案されている。この熱アシスト磁気記録は、記録媒体に磁場と熱とを印加することでデータを記録する技術である。特許文献1には、記録媒体を加熱する手段としてレーザー光源および近接場光学素子を用いたヘッドスライダが開示されている。
特開2008−10026号公報
しかしながら、上記従来のヘッドスライダでは、レーザー光源をヘッドスライダとヘッド支持部材との間に配置し、近接場光学素子を媒体対向面側に配置しているため、レーザー光源から近接場光学素子まで光を導くための導波路をヘッドスライダに形成しなければならず、記録媒体を加熱するための構成が複雑にならざるを得ない。また、レーザー光源がヘッドスライダとヘッド支持部材との間に配置されているため、レーザー光源の発熱に伴うヘッド支持部材の熱変形も問題となる。
本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであり、簡易な構成で記録媒体を加熱することが可能なヘッドスライダ、ヘッドアッセンブリ及び磁気ディスク装置を提供することを主な目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のヘッドスライダは、記録媒体上に浮上し、データの書き込みを行うヘッドスライダであって、前記記録媒体と対向する媒体対向面に開口する穴部が形成され、前記穴部内には、通電により発熱する発熱素子と、前記発熱素子から発せられた熱を前記記録媒体に向けて反射する反射部と、が配置される、ことを特徴とする。
本発明の一態様において、前記反射部は、前記穴部内のうち、前記発熱素子よりも前記記録媒体から離れた側に少なくとも形成される。
本発明の一態様において、前記反射部は、前記穴部の内面上に形成される。
本発明の一態様において、前記発熱素子は、前記穴部の内面から離れて配置される。
本発明の一態様において、前記反射部は、湾曲した反射面を有し、前記発熱素子から発せられた熱を、前記穴部の開口よりも狭い範囲に集光する。
本発明の一態様において、前記反射部の反射面は、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記発熱素子から前記記録媒体に向かう方向が長軸方向とされた楕円状の曲線を為す。
本発明の一態様において、前記穴部の内面は、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記発熱素子から前記記録媒体に向かう方向が長軸方向とされた楕円状の曲線を為し、前記反射部は、前記穴部の内面に沿って形成される。
また、前記反射面は、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向に沿って、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記楕円状の曲線を為すようにしてもよい。
また、前記反射面は、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向と交差する方向に沿って、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記楕円状の曲線を為すようにしてもよい。
また、前記反射面は、楕円筒面状に形成されるようにしてもよい。
また、前記楕円状の曲線によって前記穴部内に定められる第1の焦点の位置に、前記発熱素子が配置されるようにしてもよい。
また、前記楕円状の曲線によって前記穴部外に定められる第2の焦点が、前記記録媒体上に位置するようにしてもよい。
本発明の一態様において、前記穴部は、データの書き込みが行われる位置よりも、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向の前側に形成される。
本発明の一態様において、折り返されて並列した部分を少なくとも含む線状の電熱部材で構成される。
本発明の一態様において、前記発熱素子は、蛇行した線状の電熱部材で構成される。
本発明の一態様において、前記穴部内に充填された、前記発熱素子から発せられる熱に対して透熱性を有する透熱部材を更に備える。
本発明のヘッドアッセンブリは、上記ヘッドスライダを備えることを特徴とする。
本発明の磁気ディスク装置は、上記ヘッドアッセンブリを備えることを特徴とする。
本発明の一態様では、データが書き込まれる磁気記録層の下に、該磁気記録層よりも熱伝導性が低い低熱伝導層を含むディスク状記録媒体を更に備える。
本発明によれば、媒体対向面に開口する穴部内に発熱素子および反射部が配置されるので、簡易な構成で記録媒体を加熱することができる。また、媒体対向面側に発熱素子が配置されるので、ヘッド支持部材への熱の影響を低減することができる。
本発明のヘッドスライダ、ヘッドアッセンブリ及び磁気ディスク装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、磁気ディスク装置1の斜視図である。同図では、トップカバーの図示を省略している。磁気ディスク装置1の筐体には、ディスク状記録媒体2及びヘッドアッセンブリ4が収納されている。ディスク状記録媒体2は、筐体の底部に設けられたスピンドルモータ3に取り付けられている。ヘッドアッセンブリ4は、ディスク状記録媒体2の隣で旋回可能に支承されている。このヘッドアッセンブリ4の先端側には、サスペンションアーム5が設けられ、その先端部にヘッドスライダ10が支持されている。他方、ヘッドアッセンブリ4の後端部には、ボイスコイルモータ7が設けられている。ボイスコイルモータ7は、ヘッドアッセンブリ4を旋回駆動することで、ヘッドスライダ10をディスク状記録媒体2上で略半径方向に移動させる。
図2は、ヘッドスライダ10の断面の概略を表す図である。同図において、X,Y,Z方向は、ヘッドスライダ10の長手方向,幅方向,厚さ方向をそれぞれ表す。このうちZ方向は、ヘッドスライダ10の浮上方向に対応する。またX,Y方向は、実質的に、ディスク状記録媒体2の回転方向,半径方向(すなわち、トラックの伸長方向(トラック方向),幅方向(トラック幅方向))にそれぞれ対応する。
また、同図中の矢印DRは、ディスク状記録媒体2の回転方向を表す。従って、ヘッドスライダ10とディスク状記録媒体2とは、この回転方向(X方向)に沿って相対移動する。
ヘッドスライダ10は、サスペンションアーム5の先端部にディンプル51を介して支持されている。このヘッドスライダ10は、ディスク状記録媒体2と対向する媒体対向面10aがABS(Air Bearing Surface)とされ、回転するディスク状記録媒体2上に空気等の気体のくさび膜効果によって浮上する。ヘッドスライダ10の浮上量Δfは、近年では例えば10nm以下程度まで縮められている。
ヘッドスライダ10は、アルミナとチタンカーバイトの焼結体(いわゆるアルチック)からなる扁平直方体状のスライダ基板12と、このスライダ基板12のトレーリング側の端面に薄膜形成技術により形成された薄膜部14とを有している。なお、同図では、薄膜部14の厚さがスライダ基板12に対して強調されている。
この薄膜部14には、データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子14wが形成されている。具体的には、記録再生素子14wは、コイルを流れる電流に応じた磁界を発生するインダクティブ素子からなる記録素子と、受けた磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子からなる再生素子とを含む。
また、薄膜部14のうちの記録再生素子14wよりもX方向の後側(気体流入側)には、媒体対向面10aに開口14aを有する穴部14hが形成されている。この穴部14h内には、発熱素子32及び反射部43が配置されている。以下、これら穴部14h、発熱素子32及び反射部43の具体的な態様について説明する。
[ヘッドスライダの第1例]
図3A及び図3Bは、第1例のヘッドスライダ10の断面構造を表す図である。これらの図は、発熱素子32と穴部14hの開口14aとを通るようにYZ平面及びXZ平面のそれぞれで切断されたときの断面構造を表す。
穴部14hは、楕円筒面状の内面14fを有している。この内面14fは、YZ平面で切断されたときに、Z方向が長軸方向、Y方向が短軸方向となる楕円状曲線を為す。この穴部14hは、楕円の長半径よりもやや長い深さを有し、略半周分の楕円筒状に形成されている。
反射部43は、例えばAu等の比較的反射率の高い金属で構成される。この反射部43は、穴部14hの内面14f全体に形成され、この内面14fに沿って湾曲した反射面43fを有する。従って、この反射面43fも、楕円筒面状とされ、YZ平面で切断されたときに、Z方向が長軸方向、Y方向が短軸方向となる楕円状曲線を為す。図3A中には、1周分の楕円状曲線52が二点鎖線で示される。
発熱素子32は、例えばNiCrやW等の金属からなる電熱部材である。この発熱素子32は、薄膜部14内に形成された配線38,39と接続され、反射部43の反射面43fから離れた位置に支持されている。この発熱素子32は、磁気ディスク装置1の制御回路(不図示)からの通電により発熱する。なお、配線38,39の配置は、図3Bに示される態様に限られず、図6A及び図6Bに示される態様であっても構わない。
この発熱素子32は、反射部43の反射面43fが為す楕円状曲線52により穴部14h内に定められる第1の焦点の位置に配置されている。また、楕円状曲線52により穴部14h外に定められる第2の焦点は、ディスク状記録媒体2上に位置するように設定されている。図3A中には、第2の焦点52bが二点鎖線で示される。
従って、発熱素子32から発せられた熱(赤外線)は、反射部43の反射面43fによって反射され、ディスク状記録媒体2上の第2の焦点52bに集光される。このようにして、ディスク状記録媒体2の微少領域が加熱される。
また、本例では、反射部43の反射面43fがYZ平面で楕円形状を為すので、発熱素子32から発せられる熱を、ディスク状記録媒体2のトラック幅方向に集中させることができる。また、薄膜部14はX方向に積層されるので、X方向を楕円筒の厚さ方向とすることで、穴部14hの形成が容易となる。
なお、反射部43の形状は、楕円筒状に限られない。但し、湾曲した反射面43fによって、熱が開口14aよりも狭い範囲に集光されることが好ましい。また、反射部43は、穴部14hの内面14fの一部に形成されてもよい。この場合、反射部43は発熱素子32よりもZ方向の側に少なくとも形成されることが好ましい。
また、穴部14h内には、発熱素子32から発せられる熱に対して透熱性(透光性)を有する透熱部材を充填するようにしてもよい。透熱部材としては、例えばCaF,Si,SiO,サファイア等がある。
また、発熱素子32の形状は、図7Aないし図7Cに示される態様であってもよい。図7Aに示される発熱素子32Aは、折り返された線状の電熱部材で構成されており、各配線38,39から一方向に並列して延びる並列部323,324と、これらが折り返されてできる折り返し部321とを有する。このように並列部323,324を設けることで、それぞれから生じる磁界を打ち消し合うことができる。このことは、磁気的にデータの読み書きを行う磁気ディスク装置1にとって重要である。また、電熱部材の経路が比較的長くなるので、発熱量を向上させることもできる。
さらに、図7Bに示される発熱素子32Bは、蛇行した線状の電熱部材で構成されており、複数の並列部325と、これらの間に設けられた複数の折り返し部321とを有する。これによって、磁界打ち消しの効果および発熱量向上の効果を更に期待できる。図7Cに示される発熱素子32Cは、折り返された線状の電熱部材が渦巻き状に巻かれており、渦巻き状に並列する並列部323,324と、これらが折り返されてできる折り返し部321とを有する。これによっても、磁界打ち消しの効果および発熱量向上の効果を更に期待できる。
なお、ウェーンの変移則によれば、黒体表面からの輻射のピーク波長は、例えば30℃のときに9.56μmであり、温度上昇とともに低下し、100℃のときに8μmである。従って、穴部14hの深さ、幅などの寸法は9μm以上であることが好ましい。また、穴部14hに透熱部材が充填される場合には、透熱部材の透過波長帯が考慮される。例えば穴部14hにSiが充填される場合、Siの透過波長帯が1.3μm〜9.01μmであるので、ピーク波長を9μm以下とする。この場合、発熱素子32の温度は50℃以上とされる。
[ヘッドスライダの第2例]
図4A及び図4Bは、第2例のヘッドスライダ10の断面構造を表す図である。これらの図は、上記第1例と同様に、発熱素子32と穴部14hの開口14aとを通るようにYZ平面及びXZ平面のそれぞれで切断されたときの断面構造を表す。なお、上記第1例と重複する構成については、同番号を付すことで詳細な説明を省略する。
穴部14hの内面14f及び反射部43の反射面43fは、上記第1例と同様に、YZ平面で切断されたときに、Z方向が長軸方向、Y方向が短軸方向となる楕円状曲線を為す一方で、XZ平面で切断されたときにも、Z方向が長軸方向、X方向が短軸方向となる楕円状曲線を為す。
従って、本例では、上記第1例の効果に加えて、発熱素子32から発せられる熱を、ディスク状記録媒体2のトラック方向にも集中させることができるので、ディスク状記録媒体2の微少領域の加熱効率を向上させることができる。
次に、図5A及び図5Bを用いて、ヘッドスライダ10による熱および磁場の印加について説明する。これらの図では、磁気記録層21を構成する各微少領域21mの磁化の方向が矢印で表される。また、矢印DRはディスク状記録媒体2の回転方向を表す。
磁気記録層21の任意の微少領域21mは、図5Aに示されるように、まず穴部14hの下方を通るときに、発熱素子32から発せられる熱によって加熱される。そして、この加熱された微少領域21mは、図5Bに示されるように、記録再生素子14wの下方を通るときに、記録再生素子14wから発せられる記録磁界によって磁化の向きが反転される。このように、加熱されて保持力が低下した状態の微少領域21mに記録磁界を印加することで、磁化の向きを容易に反転させることができる。
なお、これらの図に示すように、磁気記録層21下には、それよりも熱伝導性の低い低熱伝導層23が設けられてもよい。これによれば、微少領域21mに照射された熱が拡散してしまうことを抑制できる。
[シミュレーション実験]
以下、上記図3A及び図3Bに示した第1例に係るシミュレーション実験について説明する。楕円状曲線52の中心をY−Z座標の原点としたとき、楕円状曲線52の方程式は下記数式1で表される。この数式1において、aは楕円の長半径、bは楕円の短半径、y及びzは楕円円周上の任意の点を表す。
Figure 2010097677
ここで、発熱素子32が配置される第1の焦点の座標は(0,(a−b1/2)、第2の焦点52bの座標は(0,−(a−b1/2)で表される。
また、輻射熱の単位面積あたり熱流速Eは、ステファン−ボルツマンの法則により下記数式2で表される。この数式2において、σはステファン−ボルツマン定数、Tは絶対温度を表す。
Figure 2010097677
ここで、穴部14h内に反射部43がないと仮定した場合、発熱素子32の温度をT、第2の焦点52bの温度をTとすると、発熱素子32からディスク状記録媒体2へ伝播する放射エネルギーq1→2は、下記数式3で表される。この数式3において、φは総括吸収率、Sは発熱素子32の表面積、Sはディスク状記録媒体2の被加熱部分の表面積を表す。
Figure 2010097677
また、加熱によるディスク状記録媒体2の温度上昇量をΔTとすると、このΔTは、下記数式4に基づき、下記数式5で表すことができる。
Figure 2010097677
Figure 2010097677
次に、穴部14h内に反射部43がある場合について考える。発熱素子32から反射面43fへ伝播する放射エネルギーq1→4は、下記数式6で表される。この数式6において、Sは反射面43fの面積、Φは総括吸収率を表す。
Figure 2010097677
また、加熱による反射部43の温度上昇量をΔTとすると、このΔTは、下記数式7に基づき、下記数式8で表すことができる。
Figure 2010097677
Figure 2010097677
また、反射部43からディスク状記録媒体2へ伝播する放射エネルギーq4→2は、下記数式9で表される。この数式9において、Φは総括吸収率、δは反射部43における熱の反射率を表す。
Figure 2010097677
そして、全放射エネルギーq1→2+q4→2によるディスク状記録媒体2の温度上昇量をΔTとすると、このΔTは、下記数式10に基づき、下記数式11で表すことができる。
Figure 2010097677
Figure 2010097677
ここで、例えば、発熱素子32の温度を100℃、表面積をX軸方向に10μm、Y軸方向に1μmの10μmとする。ディスク状記録媒体2の被加熱部分の初期温度を23℃、表面積をX軸方向に10μm、Y軸方向に1μmの10μmとする。反射部43の初期温度を23℃とし、長半径を100μm、短半径を50μmとする。また、第2の焦点52bはディスク状記録媒体2の表面から5nmの深さにあり、ヘッドスライダ10の浮上量Δfは5nmであるものとする。反射部43はz=―86.6μm〜100μmの範囲で形成されているものとする。このとき、反射部43の表面積はS≒3900μmとなる。また、反射部43がない場合の総括吸収率を0.9とし、反射部43がある場合の総括吸収率をΦ=0.928、Φ=0.32とする。また、反射部43がAuで構成されていると仮定し、その反射率を0.97とする。このとき、反射部43がない場合のディスク状記録媒体2の温度上昇量ΔTは、上記数式5に基づき、下記数式12で表される。他方、反射部43がある場合のディスク状記録媒体2の温度上昇量ΔTは、上記数式11に基づき、下記数式13で表される。
Figure 2010097677
Figure 2010097677
このように、反射部43がある場合とない場合とでは、温度上昇量が1.6倍程度異なることになる。この反射部43がある場合のディスク状記録媒体2の温度上昇量ΔTは、熱アシスト磁気記録を行うのに十分な量である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。例えば、穴部14hの位置は、記録再生素子14wよりも気体流出側であってもよい。この場合、発熱素子32がよりディスク状記録媒体2に近づくので、ディスク状記録媒体2を加熱しやすくなる。また、穴部14hの位置は、記録再生素子14wを構成する記録素子および再生素子の間であってもよい。この場合、発熱素子32がより記録素子に近づくので、ディスク状記録媒体2の加熱量を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドスライダの断面の概略を表す図である。 ヘッドスライダの第1例がYZ平面で切断されたときの断面構造を表す図である。 ヘッドスライダの第1例がXZ平面で切断されたときの断面構造を表す図である。 ヘッドスライダの第2例がYZ平面で切断されたときの断面構造を表す図である。 ヘッドスライダの第2例がXZ平面で切断されたときの断面構造を表す図である。 ヘッドスライダによる熱の印加を説明する図である。 ヘッドスライダによる磁場の印加を説明する図である。 発熱素子に接続される配線の変形例を表す図である。 発熱素子に接続される配線の変形例を表す図である。 発熱素子の変形例を表す図である。 発熱素子の変形例を表す図である。 発熱素子の変形例を表す図である。
符号の説明
1 磁気ディスク装置、2 ディスク状記録媒体、3 スピンドルモータ、4 ヘッドアッセンブリ、5 サスペンションアーム、7 ボイスコイルモータ、10 ヘッドスライダ、10a 媒体対向面、12 スライダ基板、14 薄膜部、14a 開口、14f 内面、14h 穴部、14w 記録再生素子、21 磁気記録層、23 低熱伝導層、32 発熱素子、321 折り返し部、323〜325 並列部、38,39 配線、43 反射部、43f 反射面、51 ディンプル、52,54 楕円状曲線、52b 第2の焦点。

Claims (19)

  1. 記録媒体上に浮上し、データの書き込みを行うヘッドスライダであって、
    前記記録媒体と対向する媒体対向面に開口する穴部が形成され、
    前記穴部内には、通電により発熱する発熱素子と、前記発熱素子から発せられた熱を前記記録媒体に向けて反射する反射部と、が配置される、
    ことを特徴とするヘッドスライダ。
  2. 前記反射部は、前記穴部内のうち、前記発熱素子よりも前記記録媒体から離れた側に少なくとも形成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  3. 前記反射部は、前記穴部の内面上に形成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  4. 前記発熱素子は、前記穴部の内面から離れて配置される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  5. 前記反射部は、湾曲した反射面を有し、前記発熱素子から発せられた熱を、前記穴部の開口よりも狭い範囲に集光する、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  6. 前記反射部の反射面は、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記発熱素子から前記記録媒体に向かう方向が長軸方向とされた楕円状の曲線を為す、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  7. 前記穴部の内面は、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記発熱素子から前記記録媒体に向かう方向が長軸方向とされた楕円状の曲線を為し、
    前記反射部は、前記穴部の内面に沿って形成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  8. 前記反射面は、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向に沿って、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記楕円状の曲線を為す、
    請求項6に記載のヘッドスライダ。
  9. 前記反射面は、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向と交差する方向に沿って、前記発熱素子および前記穴部の開口を通るように切断された断面において、前記楕円状の曲線を為す、
    請求項6に記載のヘッドスライダ。
  10. 前記反射面は、楕円筒面状に形成される、
    請求項6に記載のヘッドスライダ。
  11. 前記楕円状の曲線によって前記穴部内に定められる第1の焦点の位置に、前記発熱素子が配置される、
    請求項6に記載のヘッドスライダ。
  12. 前記楕円状の曲線によって前記穴部外に定められる第2の焦点が、前記記録媒体上に位置する、
    請求項10に記載のヘッドスライダ。
  13. 前記穴部は、データの書き込みが行われる位置よりも、前記記録媒体に対する当該ヘッドスライダの相対移動方向の前側に形成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  14. 前記発熱素子は、折り返されて並列した部分を少なくとも含む線状の電熱部材で構成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  15. 前記発熱素子は、蛇行した線状の電熱部材で構成される、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  16. 前記穴部内に充填された、前記発熱素子から発せられる熱に対して透熱性を有する透熱部材を更に備える、
    請求項1に記載のヘッドスライダ。
  17. 請求項1に記載のヘッドスライダを備えるヘッドアッセンブリ。
  18. 請求項17に記載のヘッドアッセンブリを備える磁気ディスク装置。
  19. データが書き込まれる磁気記録層の下に、該磁気記録層よりも熱伝導性が低い低熱伝導層を含むディスク状記録媒体を更に備える、
    請求項18に記載の磁気ディスク装置。
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