JP2010244677A

JP2010244677A - らせん書込みコイル及び補助コイルを使用して書込み磁極での磁化切換え時間を短縮する垂直磁気記録システム

Info

Publication number: JP2010244677A
Application number: JP2010080603A
Authority: JP
Inventors: Michael Alex; マイケル・アレックス; John Thomas Contreras; ジョン・トーマス・コントレーラス; Manfred Ernst Schabes; マンフレッド・アーンスト・シャーベス; Xinzhi Xing; シンジー・シン
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-10-28
Also published as: US20100254041A1; CN101859571B; CN101859571A; US8116031B2

Abstract

【課題】補助コイル及び回路を使用して書込み磁極での磁化切換え時間を短縮する垂直磁気記録システムを提供する。
【解決手段】垂直磁気記録システムは、磁気記録媒体の記録層に対して垂直方向に書込み磁束を誘導する、主らせんコイル（書込みコイル）と主磁極（書込み磁極）、及び書込み磁極の主軸つまり垂直軸に対して斜めに書込み磁極に磁束を注入する補助コイルと補助磁極を有する書込みヘッドを備える。補助コイルは、補助磁極の周りに巻き付けられたらせんコイルであることが好ましい。書込み磁極の一次磁化と非平行に注入される、補助磁極からの追加磁束が書込み磁極の磁化にかなり大きなトルクを及ぼし、これにより書込み磁極の磁化反転が容易になる。電気回路は主コイル及び補助コイルと接続され、書込み磁極の磁化の切換えと同時に補助磁束を生成する。
【選択図】図７Ａ

Description

本発明は一般に垂直磁気記録システムに関し、より詳細には、垂直書込みヘッドの磁化方向の切換え時間を短縮するシステムに関する。

垂直磁気記録は、記録層内において記録ビットを垂直、即ち面外の向きに記憶するものであり、この記録方式を採用すれば磁気記録ハードディスク装置で超高密度記録を実現することができる。書込みヘッドは、高ビット密度でのデータ書込みだけでなく、高データレートでのデータ書込みも行えることが必要である。書込み速度は、企業向けディスク装置において特に重要である。しかし、データレートを高くするに従い、書込みヘッドの主磁極の磁化を一方向から反対の方向に切り換えるための切換え時間が制限要因となる。高データレートでは、書込みヘッドによってもたらされる使用可能な磁束（ディスク上の記録層で見受けられる）は、書込みヘッドの低周波の磁束出力によって左右される。このような書込み磁束の損失の原因として、書込みヘッドの主磁極における磁化反転の本質的な時定数が遅いことなどが挙げられる。また、データレートの低いシステムでは、磁化反転を助けるためにディスク装置の書込みドライバ回路からの書込み電流のオーバーシュートを割り増しすることが依然として必要である。このようにオーバーシュートを割り増しするには、書込みドライバ回路からの電力を増やす必要がある。

米国特許第６，８１６，３３９Ｂ１号明細書及び米国特許第７，２５６，９５５Ｂ２号明細書に説明されているような、高周波場支援書込み機能を備えた垂直磁気記録システムが提案されている。こうした提案システムでは、書込みコイルが主要な垂直書込み磁場と高周波の補助磁場を生成する。この補助磁場は、記録層の磁性粒の共振周波数に近い周波数を有し、磁性粒の磁化の切換えを容易にする。米国特許出願公開第２００７／０２５３１０６Ａ１号明細書では、補助コイルを使用して記録層の磁性粒に高周波の補助磁場を印加する高周波場支援書込みシステムについて説明している。

米国特許第６，８１６，３３９Ｂ１号明細書米国特許第７，２５６，９５５Ｂ２号明細書米国特許出願公開第２００７／０２５３１０６Ａ１号明細書

したがって、高速データレートと低速データレートいずれの垂直磁気記録についても、高周波の補助磁場を記録層に印加することなく、主磁極の磁化反転時間を短縮させ、主磁極のオーバーシュートを抑制させる書込みヘッド及びシステムが必要とされる。

本発明は、磁気記録媒体の記録層に対して垂直方向に書込み磁束を誘導する、主らせんコイル（書込みコイル）と主磁極（書込み磁極）、及び書込み磁極の主軸つまり垂直軸に対して斜めに書込み磁極に磁束を注入する補助コイルと補助磁極を有する書込みヘッドを備えた垂直磁気記録システムに関する。補助コイルは、補助磁極の周りに巻き付けられたらせんコイルであることが好ましい。書込み磁極の一次磁化と非平行に注入される、補助磁極からの追加磁束が書込み磁極の磁化にかなり大きなトルクを及ぼし、これにより書込み磁極の磁化反転が容易になる。補助磁極は書込み磁極の主軸つまり垂直軸と斜め（１５度より大きい）、好ましくは実質的に直交（７０〜９０度）するように配置された縦軸を有する。

電気回路は主コイル及び補助コイルと接続され、書込み磁極の磁化の切換えと同時に補助磁束を生成する。補助コイルへの電流は、書込み電流の大きさの少なくとも約２０％の大きさを有することが好ましい。補助コイルへの信号の周波数は、最高書込み周波数よりも大きいことが好ましく、更に書込み磁極の磁性体の強磁性共振周波数と近いことが好ましい。強磁性共振は、補助コイルからの補助磁場の存在下での書込み磁極の歳差運動から生じる。補助磁場が書込み磁極の磁性体の磁化にトルクを与え、これによって磁気モーメントが歳差運動する。しかし、強磁性共振周波数よりも周波数が低い補助磁場は、書込み磁極の磁気異方性の主方向に対してかなりの程度の角度で印加された場合に、書込み磁極の磁化の切換えに寄与することにもなる。補助磁場が強磁性共振周波数よりも低い周波数である場合、書込み磁極の磁化の切換えに対する補助磁場の有益な影響は、ｓｉｎ（θ）（ここで、θは主コイルと補助コイルからの合計磁場のローカル方向と書込み磁極の磁化のローカル方向の角度である）に比例する磁気反転トルクの増加によって支配される。

本発明の特性と利点を十分に理解できるように、添付の図を参照しながら以下に詳細を説明する。

ハードディスク装置のヘッド／ディスクアセンブリを上から視た平面図である。スライダの拡大端面図と、図１の２−２線に沿ったディスク断面図である。図２の３−３線に沿った図であり、ディスクから視た場合の読取り／書込みヘッドの端面を示している。スライダ部分の断面図であり、パンケーキコイルを伴う先行技術の垂直書込みヘッドと垂直磁気記録ディスクの一部分とを示している。図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った図であり、垂直書込みヘッド用のフレア書込み磁極のフレア領域を示す。読取りヘッド、らせんコイルを備えた先行技術の垂直書込みヘッド、及び垂直磁気記録ディスクを示すスライダの一部分の側断面図である。らせんコイルをデータトラックと平行の平面に巻いた状態のプレーナ型の垂直書込みヘッドを備えたスライダの一部分の側断面図である。図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線に沿った図であり、図６Ａの垂直書込みヘッドの同一平面上の主磁極とリターン磁極を示す。主磁極を有する主コイル（ＭＣ）、及び主磁極と実質的に直交する位置に配置された補助磁極を有する補助コイル（ＡＣ）を示す、本発明の基本概念を表す略図である。補助の直交磁場がある場合（曲線Ｂ）とない場合（曲線Ａ）の書込み磁極を表す円筒状の磁気ナノ構造の磁化反転のコンピュータ生成による超小型磁気シミュレーションのグラフである。主コイル（ＭＣ）と補助コイル（ＡＣ）に接続され、単独の信号源及び単独の相互接続ラインを備えた電気回路の実施形態を示す。図８Ａの回路実施形態について、ＭＣへの書込み電流（Ｉ_ｗ）とＡＣへの補助電流を時間の関数として示したグラフである。ＭＣとＡＣに接続され、単独の信号源及び単独の相互接続ラインとして発振器を必要としない電気回路の実施形態を示す。図９Ａの回路実施形態について、ＭＣへの書込み電流（Ｉ_ｗ）とＡＣへの補助電流を時間の関数として示したグラフである。対応する図６Ａに示すらせんコイルを備えたプレーナ型の書込みヘッドの変更形態として、本発明の書込みヘッドの一実施形態を示す。対応する図６Ｂに示すらせんコイルを備えたプレーナ型の書込みヘッドの変更形態として、本発明の書込みヘッドの一実施形態を示す。

図１は、ハードディスク装置１０のヘッド／ディスクアセンブリを、カバーを取り外した状態で上から視た平面図である。ディスク装置１０は、スピンドル１４を支持する剛性ベース１２を備え、スピンドル１４は上部ディスク１６を含むディスクのスタック（積層体）を支持している。スピンドル１４はスピンドルモーター（図示せず）によって回転され、カーブした矢印１７の方向にディスクを回転させる。ハードディスク装置１０は少なくとも１つのロードビームアセンブリ２０を備え、ロードビームアセンブリ２０は一体型リードサスペンション（ＩＬＳ）又はフレクシャ３０と、導電性相互接続トレース又はラインの配列３２とを含む。ロードビームアセンブリ２０は剛性アーム２２に取り付けられ、剛性アーム２２はＥ字形の支持構造体（Ｅブロックと称することもある）２４に連結されている。各フレクシャ３０は、エアべアリングスライダ２８に取り付けられている。磁気記録読取り／書込みヘッド２９は、スライダ２８の端面又は後端面２５に配置されている。フレクシャ３０の働きにより、スライダ２８は、回転するディスク１６によって生成されるエアベアリング上を「ピッチ運動」及び「ロール運動」することができる。ディスク装置１０はまた、剛性ベース１２に枢支点４１で回転可能に取り付けられたロータリアクチュエータアセンブリ４０を備える。アクチュエータアセンブリ４０は、ベース１２に固定されたマグネットアセンブリ４２とボイスコイル４３とを含むボイスコイルモーター（ＶＣＭ）アクチュエータである。ボイスコイル４３は制御回路（図示せず）によって励磁されると動作し、Ｅブロック２４とこれに取り付けられているアーム２２及びロードビームアセンブリ２０とを一緒に回転させて、読取り／書込みヘッド２９をディスク上のデータトラックに位置決めする。トレース相互接続配列３２は、その一端は読取り／書込みヘッド２９に接続され、他端は、Ｅブロック２４の側面に固定された電気モジュール又はチップ５０内に組み込まれた読取り／書込み回路に接続されている。チップ５０は、リードプリアンプと書込みドライバ回路を備えている。

図２はスライダ２８の拡大端面図と、図１の２−２線に沿ったディスク１６の断面図である。スライダ２８は、フレクシャ３０に取り付けられており、ディスク１６に対面するエアベアリング面（ＡＢＳ）２７と、ＡＢＳ２７に対してほぼ垂直である端面又は後端面２５とを含む。ＡＢＳ２７により、回転するディスク１６からの空気流がエアベアリングを生成し、このエアベアリングはディスク１６の表面と極めて近い距離つまりほぼ接触しそうな距離にスライダ２８を支持する。読取り／書込みヘッド２９は、スライダ２８の後端面２５に一連の薄膜を蒸着して形成される。通常、読取り／書込みヘッド２９上にはアルミナ等の絶縁材料の層が蒸着され、スライダ２８の外面としての役割を果たす。読取り／書込みヘッド２９は、端子パッド３１に接続されている。端子パッド３１は、チップ５０（図１）内のリードプリアンプ及び書込みドライバとの電気的な接続のために、フレクシャ３０のトレース配列３２に接続される。

図３は、図２の３−３線に沿った図であり、ディスク１６から視た場合の読取り／書込みヘッド２９の端面を示している。読取り／書込みヘッド２９は、スライダ２８の後端面２５に一連の薄膜を蒸着しリソグラフィ法でパターンニングすることにより形成された読取りヘッド９６と書込みヘッド３３とを備え、読取りヘッドの薄膜がまず蒸着され、読取りヘッドの上方に書込みヘッドの薄膜が蒸着されている。磁気抵抗読取りセンサ又はヘッド９６は、２つの磁気シールドＳ１、Ｓ２の間に配置され、第１のシールドＳ１は後端面２５に配置されている。書込みヘッド３３は、垂直書込みヘッドを有し、書込み磁極（ＷＰ）を含んでおり、この書込み磁極はＷＰ先端部７２と磁束リターン磁極７６とを備えている。ＡＢＳでは、通常、オプションのサイドシールド８４とトレーリングシールド８０とによってＷＰ先端部７２を取り囲むことができる。トレーリングシールド８０とサイドシールド８４を連結することにより、回り込みシールド（ＷＡＳ）を形成することができる。ＷＡＳについては、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第７，００２，７７５Ｂ２号明細書に従来の垂直記録ヘッド用のシールドとして詳細が記載されている。ＷＡＳ（非磁性ギャップ材料によってＷＰ先端部７２から分離されている）により、書込み時に書込み磁場の角度が変更されて書込み磁場の傾斜が改善されると共に、書込みが行われているトラックから離れているディスク領域において書込み磁場がシールドされる。読取りヘッド９６用のシールドＳ１、Ｓ２及び書込み磁極７２用のシールド８０、８４は、透磁性材料から形成されている。書込みヘッド３３の上方にはアルミナ等の絶縁材料の層が蒸着され、外面２６を形成している。トラックを横切る方向におけるＷＰ先端部７２と読取りヘッド９６の幅は、通常、ディスク１６上のデータトラックのトラック幅（ＴＷ）に対応する。

図４Ａはスライダ２８の部分の断面図であり、垂直書込みヘッド３３と垂直磁気記録ディスク１６の一部分とを示している。ディスク１６は、ディスク基板上に形成された「軟磁性」（即ち、比較的に保持力が小さい透磁性）下地層（ＳＵＬ）上に垂直磁気データ記録層（ＲＬ）を含む。書込みヘッド３３は、主磁極７４と、磁束リターン磁極７６と、主磁極７４と磁束リターン磁極７６を接続するヨークスタッド７８とから構成されるヨークと、及びヨークスタッド７８の周りに巻き付けられた薄膜「パンケーキ」コイル７９（断面として図示）を含む。リターン磁極７６及びヨークスタッド７８は、通常電気メッキにより形成されるＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、及びＮｉＦｅＣｏの合金等、軟強磁性体で形成される。図４Ａの書込みヘッド３３には、オプションのＷＡＳ（図３）は示されていない。コイル７９は、スライダ２８の外面２６にある端子（端子３１等）に接続されている。フレア書込み磁極（ＷＰ）７０は主磁極７４の一部であり、フレア部７１とディスク１６の表面に向き合うＷＰ先端部７２とを有する。ＷＰ７０は、通常スパッタ堆積により形成される、高モーメントのＣｏＦｅ合金等、高モーメント材料で形成され、積層構造であってもよい。薄膜コイル７９を流れる書込み電流は、フレアＷＰ７０から磁場（点線９０で示す）を誘導する。この磁場はデータＲＬを通り（ＷＰ７０の下のＲＬの領域を磁化し）、ＳＵＬによって提供される磁束リターンパスを通り抜けてリターン磁極７６に戻る。ディスク１６が矢印１００の方向に書込みヘッド３３を通過するとき、スライダ２８のエアベアリング面（ＡＢＳ）２７はディスク１６表面の上方に支持される。ＲＬは、磁極先端部７２に隣接し、垂直に記録又は磁化されたデータを示す領域と共に図示されている。先行する領域は、矢印で示されるように、あらかじめ記録されたランダムな磁化方向を有するよう図示されている。磁気転移は、記録済みビットとして読取りヘッド（図４Ａには図示せず）によって検出可能である。書込みコイル７９は、基本的に単一の層としてスライダの後端部に堆積及びパターン化され、これによりコイル巻線全てが実質的に同一平面上にあるため、「パンケーキ」コイルと称される。チップ５０（図１）内の書込みドライバから書込み電流がコイル７９に向けて一方向に流れると（例えば、図４Ａにおいて、ドット印で示す上側のコイル区分７９では紙面に垂直に裏から表に向かう、Ｘ印で示す下側のコイル区分７９では紙面に垂直に表から裏に向かう）、ＷＰ先端部７２の下のＲＬの領域は、一方向（図４Ａでは下方つまりディスクの内方向）へ磁化される。書込みドライバがコイル７９に流す書込み電流の方向を切り換えると、ＷＰ先端部７２の下のＲＬの領域は逆方向（即ち、図４Ａでは上方つまりディスクの外方向）へ磁化される。

図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った図であり、フレアＷＰ７０のフレア領域７１を示す。ＷＰ先端部７２とフレア部７１の間の領域は、フレアポイント７５と称される。ＷＰ７０のフレアポイント７５は、磁束密度が最高となるポイントでありＷＰ７０が飽和するポイントであることから「チョーク」ポイントと称されることもある。ＷＰ先端部７２はＡＢＳに対し垂直である主軸つまり垂直軸を有し、その「高さ」又は距離は、ＡＢＳからフレアポイント７５までであり、スロートハイト（ＴＨ）と称されている。図４Ｂに示すように、ＷＰ先端部７２の２つの側壁によりトラックを横切る方向におけるＷＰ先端部の幅が定義され、これにより、ディスク１６のＲＬ内に記録されるデータのトラック幅（ＴＷ）が本質的に定義される。

図４Ａの垂直書込みヘッドは、「パンケーキ」コイル７９を有する。図５は、図４Ａ〜４Ｂと同様、後端面２５、外面２６、及びシールドＳ１、Ｓ２間の読取りヘッド９６を備えたスライダ２８を示すが、そこでは垂直書込みヘッド１３３が主磁極７４の周りに巻き付けられた薄膜「らせん」コイル（コイル区分１３９ａ、１３９ｂで図示）を有する。らせんコイルを備えた垂直書込みヘッドは、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００８／０１８６６２８Ａ１号明細書に記載されている。書込みヘッド１３３は外面２６を有するスライダ２８上に形成され、更に主磁極７４、シールド層１３５、及び主磁極７４への接続スタッド１３７から構成されるヨークを含む。磁極１３６は磁束９０のリターンパスであり、トレーリングシールド１５０に接続される。なお、トレーリングシールド１５０はＷＡＳの一部であってもよい。リターン磁極１３６は、リターン磁極１３６を主磁極７４に接続するヨークスタッド１３８を有する。フレアＷＰ７０は主磁極７４の一部であり、図４Ａ〜４Ｂに示すようなフレア部７１とＷＰ先端部７２を有する。コイル１３９ａ、１３９ｂを流れる書込み電流は、ＷＰ７０から磁場（点線９０で示す）を誘導する。この磁場は、ＲＬを通り（ＷＰ先端部７２の下のＲＬの領域を磁化し）、ＳＵＬによって提供される磁束リターンパスを通り抜けてリターン磁極１３６に戻る。ＷＰ先端部７２の終端は実質的にＡＢＳに位置し、リターン磁極１３６は実質的にＡＢＳに位置し、したがってＷＰ先端部７２の終端とほぼ同一平面上にある終端１３６ａを有する。

図６Ａは、図５のものと同様、後端面２５、外面２６、及びシールドＳ１、Ｓ２間の読取りヘッド９６を備えたスライダ２８を示す側断面図であるが、ここでは垂直書込みヘッド２３３が主磁極２７４の周りに巻き付けられた薄膜「らせん」コイル（コイル区分２３９ａ、２３９ｂで図示）を有する「プレーナ型」の書込みヘッドである。図６Ａは、第１のコイル区分セット２３９ａ、主磁極２７４及び接続されたＷＰ２７０、更に第２のコイル区分セット２３９ｂを示す。図６Ａでは、リターン磁極が実質的に主磁極２７４と同一平面であるため、図５のアイテム９０と異なり、磁束リターンパスが見えなくなっている。

図６Ｂは図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線に沿った図である。主磁極２７４、第１のリターン磁極２３５、第２のリターン磁極２３６、及び接続スタッド２３７は全て単一の連続層として形成される。リターン磁極２３５、２３６は、主磁極２７４の両側にクロストラック方向に間隔をおいて配列される。図６Ｂは、２つのコイル区分セット２３９ａ、２３９ｂも図示している。第１のコイル区分２３９ａは主磁極及びリターン磁極の前に形成され、第２のコイル区分２３９ｂは主磁極及びリターン磁極の後ろに形成される。２つのコイル区分セット２３９ａ、２３９ｂはその終端で接続され、主磁極２７４の周りに巻き付けられたらせんコイルを形成する。リード線２３９ｃ、２３９ｄへの／からの書込み電流は、主磁極２７４の周りのらせんパスで伝わる。電流の方向に応じて、ほぼＲＬと垂直である、ＷＰ２７０からの２つの方向の一方に磁場が誘導される。例えば、図６Ｂでは、リード線２３９ｃから入り、リード線２３９ｄから外に出る書込み電流の場合、ＷＰ先端部２７２の終端の真下のＲＬの矢印の方向で示されるように、ＲＬに向かって垂直に磁場が誘導される方向でコイルが巻き付けられている。リターン磁極２３５、２３６はそれぞれ、オプションとして、ＷＰ先端部２７２の終端に向かって次第に細くなっていく終端２３５ａ、２３６ａを有してもよい。これにより、リターン磁極の端面２３５ａ、２３６ａは、ＡＢＳから引っ込んだリターン磁極領域よりも主磁極２７４により近くに位置することになり、磁束リターンパス２９０が容易になると同時に、コイル区分２３９ａ、２３９ｂを形成するためのスペースを提供できる。図６Ａ〜６Ｂに示すらせんコイルを備えたプレーナ型の垂直書込みヘッドは、２００７年５月２日に出願し、米国特許出願公開第２００８／０２７３２６８Ａ１号明細書として掲載され、本願と同一の譲受人に譲渡された、係属中の出願第１１／７４３，１５０号明細書に記載されている。

本発明では、補助コイルを備えた補助磁極を使用して、主磁極の主軸に対して斜めに、好ましくは実質的に直交して、磁束を主磁極に注入する。主磁極からの書込み磁束は、ＡＢＳに対し垂直方向、主コイルの書込み電流の方向に応じて、ＲＬに向かってか、又はＲＬから遠ざかる方向で流れる。主磁極の一次磁化と非平行に注入される、補助磁極からの追加磁束が主磁極の磁化にかなり大きなトルクを及ぼし、これにより主磁極の磁化反転が容易になる。本発明の基本概念を図７Ａに示す。この図では、ディスクのＲＬに垂直に書込み磁束が誘導される主コイル（ＭＣ）と主磁極、及び主磁極と斜め（１５度より大きい）、好ましくは実質的に直交（７０〜９０度）するように補助磁束が誘導される補助コイル（ＡＣ）と補助磁極を示す。

コンピュータシミュレーションにより、データレートパフォーマンスと直接関係する主磁極の磁束反転に必要とされる時間が本発明で大幅に短縮されることが立証されている。このように切換え時間が短縮されることで、つまり書込みヘッドの切換えスピードが向上することで、高いデータレートのディスクドライブが可能になる。図７Ｂに、書込み磁極を表す円筒状の磁気ナノ構造の磁化反転のコンピュータ生成による超小型磁気シミュレーションを示す。このナノ構造は直径Ｄ＝８ｎｍ及び高さｈ＝１０ｎｍを有する。時間ｔ＝０で、ナノ構造は＋１の正規化磁化値を有する。曲線Ａは、周波数０．５ＧＨｚでナノ構造の高さと平行に磁場を印加することで、磁化を−１に反転させる試みを示す。曲線Ａに示すように、磁化が切り替わることはなく、およそ１ｎｓ後におよそ＋０．３に減少するだけである。曲線Ｂは、同じ平行磁場をナノ構造と直交する補助磁場と一緒に印加した場合の結果を示す。直交補助磁場は、平行磁場の振幅の２０％に等しい振幅を有し、平行磁場の周波数の２倍である周波数１．０ＧＨｚで印加した。曲線Ｂに示すように、およそ０．８ｎｓ後に磁化が完全に−１に切り替わる。補助の直交磁場について異なる周波数で更にシミュレーションを行うことにより、周波数が高いほど、切換え時間が一層向上することが示される。例えば、周波数６．５ＧＨｚの補助の直交磁場では、およそ０．５ｎｓで磁化が−１に切り替わる。

このように、書込み磁極の磁化の切換えは、直交の補助磁場の印加の恩恵を受け、その向上は補助磁場の周波数に応じることが判明している。当業者にはよく知られているように、強磁性体は、その強磁性共振周波数又はその近くで、印加された磁場をより効率的に吸収する［ＫｉｔｔｅｌＣ．，“ＯｎｔｈｅＴｈｅｏｒｙｏｆＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．７３，ｐ．１５５−１６１（１９４８）］。したがって、好ましくは書込み磁極を構成する磁性体の強磁性共振の近い範囲内になるよう、補助コイルからの補助磁場の周波数を選択できる。一般的に、これは主書込み磁場の周波数よりも高い周波数を意味する。強磁性共振は、補助コイルからの補助磁場の存在下での書込み磁極の歳差運動から生じる。補助磁場が書込み磁極の磁性体の磁化にトルクを与え、これによって磁気モーメントが歳差運動する。強磁性の歳差の共振周波数は、磁気異方性、モーメント密度、及び磁気構造の形状といった、材料特性に依存する。例えば、従来のディスクドライブの書込みヘッドで書込み磁極として使用されている材料では、強磁性共振周波数は通常１〜４ＧＨｚの範囲である。ただし、強磁性共振周波数よりも周波数が低い補助磁場は、書込み磁極の磁気異方性の主方向に対してかなりの程度の角度で印加された場合に、書込み磁極の磁化の切換えに寄与することにもなる。補助磁場が強磁性共振周波数よりも低い周波数である場合、書込み磁極の磁化の切換えに対する補助磁場の有益な影響は、ｓｉｎ（θ）（ここで、θは主コイルと補助コイルからの合計磁場のローカル方向と書込み磁極の磁化のローカル方向の角度である）に比例する磁気反転トルクの増加によって支配される。磁気トルクとｓｉｎ（θ）との比例関係により、補助磁場が書込み磁極に対して９０度の角度だけでなく、それよりも小さい角度、好ましくは１５〜９０度の範囲でも有益である理由も明らかである。

図８Ａに、主コイル（ＭＣ）と補助コイル（ＡＣ）に接続され、主磁極の磁化の切換えと同時に補助磁束を生成する電気回路の実施形態を示す。書込みドライバ回路は、スライダから離れた位置、通常Ｅブロック２４（図１）上に配置されたチップ５０（図１）の読取り／書込み集積回路にある。書込みドライバは、一体型リードサスペンション（ＩＬＳ）の相互接続ラインを介して、端子Ｔ１、Ｔ２でＭＣに接続される。書込みヘッドは抵抗Ｒ_ｗを有し、ＭＣはインダクタンスＬ_ＭＣを有し、Ｃ_ＭＣという用語は寄生容量を表す。図８Ａの実施形態では、インダクタンスＬ_ＡＣを有する補助コイル（ＡＣ）の独立した信号源としてチップ５０の回路に発振器も配置される。この発振器は、書込みドライバとＭＣとの間の相互接続ラインとは別でありながら、同じくＩＬＳ上に配置された相互接続ラインを介してＡＣに接続される。発振器は、ＡＣに高周波信号（書込みドライバからの書込み信号の周波数よりも高い）を提供する。発振器の周波数は電圧によって制御される（Ｖ_{ｆｃｎｔｌ}）。発振器の位相（θ）は、書込み信号の位相を基準にして制御されるため、ＡＣはＭＣからの書込み電流の切換えと同位相で補助磁束を生成する。書込み信号の位相と一致する位相を有する補助電流の独立した信号源は、従来の位相同期ループ（ＰＬＬ）及び電圧制御発振器（ＶＣＯ）を使用することで、実現できる。

図８Ｂは、ＭＣへの書込み電流（Ｉ_ｗ）とＡＣへの補助電流を時間の関数として示したグラフである。この例では、書込み電流は、最高データレート５００Ｍｂ／ｓｅｃに相当する周波数２５０ＭＨｚでの＋５０ｍＡから−５０ｍＡへの切換えとして表されている。補助電流は、最高書込み周波数よりも高い、好ましくは書込み磁極の磁性体の強磁性共振周波数に近い周波数を有するべきである。補助電流は、書込み電流の大きさの少なくともおよそ２０％の大きさを有するべきである。例えば、図８Ｂでは、補助信号は書込み信号の周波数のおよそ１２倍の周波数であり、書込み信号の振幅のおよそ２０％の信号振幅を有し、このためＡＣの電流を＋１０ｍＡから１０ｍＡに切換える。

図９Ａに、ＭＣとＡＣに接続され、単独の信号源及び単独の相互接続ラインとして発振器を必要としない電気回路の実施形態を示す。この実施形態では、書込み信号を高域フィルタ処理した信号を使用して、ＡＣを励磁し、補助磁束を生成する。一対の整合コンデンサＣ_ＡＣがＡＣと直列に存在し、書込みドライバからＭＣへの書込み信号の高域フィルタ（ＨＰＦ）としての機能を果たす。ＨＰＦはＭＣと平行である。図９Ｂでは、Ｉ_ｗがＭＣへの書込み電流で、ＨＰＦから生成されるＡＣへの電流と一緒に示される。書込み信号が、例えば２ｎｓで正から負へ、書込み電流の方向を切換えると、ＨＰＦはＡＣに誘導される高周波成分を通過させ、補助磁束を生成する。この高周波成分は、書込み電流の高域転移により生成される。次の方程式は、ＨＰＦの高域である、書込み信号の固有共振周波数（ｆ_ＨＰ）の計算を示したものである。

受動素子をスライダに形成させることでＨＰＦを生成でき、スライダの読取り／書込みヘッドを製造するために使用したものと同じ材料及び同じ薄膜加工を使用して受動素子を製造できる。０．０１Ｏｈｍ／ｓｑ〜２０Ｏｈｍ／ｓｑの範囲の抵抗率の既存のフィルムから、数オームから数十キロオーム程度の抵抗を製造できる。１０ｎｍから数ミクロンの範囲のアルミナギャップから、２〜３フェムトＦから数十ピコＦまでの範囲のコンデンサを製造できる。読取り／書込みヘッドに必要とされるシールド及び磁極材料から、数十ナノＨまでのインダクタを形成できる。更に、ＨＰＦの共振の減衰を促進するために、抵抗受動素子をＬ_ＡＣ及び／又はＬ_ＭＣと直列に追加してもよい。

図１０Ａ〜１０Ｂに、図６Ａ〜６Ｂに示すらせんコイルを備えたプレーナ型の書込みヘッドの変更形態として、本発明の書込みヘッドの一実施形態を示す。図１０Ａの側断面図では、縦軸が主磁極２７４とそれに取り付けられているＷＰ２７０の両方の主軸と好ましくは実質的に直交（７０〜９０度）した位置に配置された状態で、補助磁極２８０が形成される。単巻きの補助コイル２８２が、補助磁極２８０の周りに巻き付けられた断面として図示される。補助コイル２８２は多重巻きのコイルであってもよい。補助磁極２８０は、ＷＰ２７０に面し、磁束をＷＰ２７０に誘導するのを助ける、装着済みの磁束ガイド２８１を有してもよい。補助磁極２８０及び磁束ガイド２８１は、ＷＰ２７０と同様、従来の書込み磁極で使用するのと同じ高モーメント材料で形成してもよい。図１０Ｂは、本発明の書込みヘッドの下層にある特徴を示すために、保護用のアルミナオーバーコートを取り外した状態のスライダ２８の外面の図である。補助コイル２８２は、スライダ２８上の端子Ｔ３、Ｔ４に接続される。主コイル２３９ａ、２３９ｂは、スライダ２８上の端子Ｔ１、Ｔ２に接続される。図１０Ｂでは、電気回路の実施形態に接続された状態の書込みヘッドが図示される。ここでは、図９Ａに示すように、補助コイルが高域フィルタ処理された書込み信号により励磁される。したがって、ＨＰＦを形成する２つの整合コンデンサＣ_ＡＣは、スライダ２８上に製造され、それぞれＴ１とＴ４との間、及びＴ２とＴ３との間に接続されているものとして示される。

らせんコイルと補助コイルを備えた書込みヘッドのその他の実施形態も可能である。例えば、図５に示されるらせん書込みコイルを参照すると、ＷＰ７０とリターン磁極１３６の間に補助コイルと補助磁極（図１０Ａ、１０Ｂのコイル２８２と磁束ガイド２８１付きの磁極２８０のように）を追加することで、この構造を変更できる。

好適な実施形態を参照して本発明を具体的に図示及び説明してきたが、本発明の精神や範囲から逸脱しない限りは形態及び詳細において種々の変更が行えることを当事者であれば理解できよう。したがって、開示された発明は単に例示的なものであって且つ添付の特許請求で指定された範囲内に限定されるものと見なされるべきである。

１０ディスク装置
１２剛性ベース
１４スピンドル
１６上部ディスク
１７矢印
２０ロードビームアセンブリ
２２剛性アーム
２４Ｅブロック
２５後端面
２６外面
２７エアベアリング面（ＡＢＳ）
２８スライダ
２９読取り／書込みヘッド
３０フレクシャ
３１端子パッド
３２トレース配列
３３書込みヘッド
４０アクチュエータアセンブリ
４１枢支点
４２マグネットアセンブリ
４３ボイスコイル
５０チップ
７０フレア書込み磁極（ＷＰ）
７１フレア部
７２ＷＰ先端部
７４主磁極
７６磁束リターン磁極
７８ヨークスタッド
７９パンケーキコイル
９０磁束
９６読取りヘッド
１３３書込みヘッド
１３５シールド層
１３６リターン磁極
１３６ａ終端
１３７接続スタッド
１３９ａ、１３９ｂコイル
１３８ヨークスタッド
１５０トレーリングシールド
２３３垂直書込みヘッド
２３５第１のリターン磁極
２３５ａ、２３６ａ終端
２３６第２のリターン磁極
２３７接続スタッド
２３９ａ第１のコイル区分
２３９ｂ第２のコイル区分
２３９ｃ、２３９ｄリード線
２７０ＷＰ
２７２ＷＰ先端部
２７４主磁極
２８０補助磁極
２８１磁束ガイド
２８２補助コイル
Ｓ１、Ｓ２シールド
ＭＣ主コイル
ＡＣ補助コイル
ＩＬＳ一体型リードサスペンション
Ｌ_ＭＣインダクタンス
Ｃ_ＭＣ寄生容量
θ 位相
ＰＬＬ位相同期ループ
ＶＣＯ電圧制御発振器
Ｉ_ｗ書込み電流
Ｃ_ＡＣ整合コンデンサ
ＨＰＦ高域フィルタ
ｆ_ＨＰ固有共振周波数
Ｔ１、Ｔ２端子
Ｔ３、Ｔ４端子
ＡＢＳエアベアリング面
ＴＨスロートハイト
ＴＷトラック幅
ＳＵＬ下地層
ＲＬ垂直磁気データ記録層
ＷＡＳ回り込みシールド
ＷＰ書込み磁極。

Claims

垂直磁気記録層内の領域を磁化するための垂直磁気記録書込みシステムであって、
書込みヘッドであって、
主磁極と
前記主磁極内に磁束を生成するために前記主磁極の周りに巻き付けられた主導電性らせんコイルと、
前記主磁極に対して１５度より大きく９０度以下の角度をなす向きで配置された補助磁極と、
前記補助磁極の周りに巻き付けられた補助導電性らせんコイルと、
を備える書込みヘッドと、
前記主コイルに対して２方向の書込み電流を供給することができる書込みドライバと、
前記書込みドライバが前記主コイルへの書込み電流の方向を切り換えるときに前記補助コイルを励磁する、前記補助コイルと結合された回路と、
を有するシステム。
前記補助磁極が前記主磁極と実質的に直交するように配置される請求項１に記載のシステム。
前記補助らせんコイルが単巻きのコイルである請求項１に記載のシステム。
前記補助磁極に連結されていて前記補助磁極から前記主磁極へ磁束を誘導する磁束ガイドを更に備える請求項１に記載のシステム。
ディスクの垂直磁気記録層のデータトラック内の領域を磁化するための、前記記録層と対面するエアベアリング面（ＡＢＳ）を備えるスライダ上に形成される磁気記録ディスク装置垂直記録書込みヘッドであって、
基板と、
前記基板上の主磁極と、
前記基板上の、前記主磁極と実質的に同一平面上にある第１及び第２のリターン磁極であり、主磁極の両側にクロストラック方向に間隔をおいて配列されて前記ＡＢＳで実質的に終端し、前記ＡＢＳから引っ込んだ領域の前記主磁極に連結された第１及び第２のリターン磁極と
前記主磁極上に配置されているが前記主磁極と同一平面になく、前記ＡＢＳで実質的に終端する書込み磁極と、
前記主磁極とそれに連結された書込み磁極に磁束を生成するために、前記主磁極の周りに巻き付けられた主導電性らせんコイルと、
前記主磁極と実質的に直交するように配置される補助磁極と、
前記補助磁極の周りに巻き付けられた補助導電性らせんコイルと、
を有する書込みヘッド。
前記補助磁極に連結されており前記補助磁極から前記主磁極へ磁束を誘導する磁束ガイドを更に有する請求項５に記載の書込みヘッド。
前記主らせんコイルが、前記基板上でほぼ同一平面上にある第１の導電性コイルセグメントと、トラックに沿った方向に前記第１のコイルセグメントと間隔を置いて配列されたほぼ同一平面上にある第２の導電性コイルセグメントと、を備え、前記主磁極が前記第１のコイルセグメントと前記第２のコイルセグメントとの間に配置される請求項５に記載の書込みヘッド。
磁気記録ディスク装置垂直記録書込みシステムであって、
請求項５に記載の前記書込みヘッドと、
前記主コイルに対して２方向の書込み電流を供給することができる書込みドライバと、
前記書込みドライバが前記主コイルへの書込み電流の方向を切り換えるときに前記補助コイルを励磁する、前記補助コイルと結合された回路と、
を有するシステム。
前記主磁極が強磁性共振周波数を有し、前記補助コイルに結合された前記回路が前記補助コイルを励磁して前記強磁性共振周波数で補助磁場を生成する請求項１又は８に記載のシステム。
前記書込みドライバが前記書込み周波数で一次信号を生成し、前記補助コイルに結合された前記回路が前記書込み周波数より大きな周波数で補助信号を印加する発振器を有する請求項１０又は８のシステム。
前記書込みドライバが前記発振器に結合され、前記発振器からの前記補助信号の位相が前記書込みドライバからの前記一次信号の位相と一致する請求項１０に記載のシステム。
前記書込みドライバが一次信号を生成し、前記補助コイルに結合された前記回路が、前記書込み電流の電流方向切換えに応答して前記一次信号から高周波成分を通過させる高域フィルタを有する請求項１又は８に記載のシステム。
前記高域フィルタが前記補助コイルと直列になっている２つの整合コンデンサを有し、前記補助コイルが前記２つのコンデンサの間に配置される請求項１２に記載のシステム。
前記書込みドライバからの前記書込み電流の大きさがＩ_ｗであり、前記補助コイルに結合された前記回路が、約０．２Ｉ_ｗよりも大きな補助電流（Ｉ_ａ）を生成する請求項１又は８に記載のシステム。