JP2012104191A - 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波磁界アシスト記録方式において、主磁極からの磁界強度の向上と狭トラック記録を両立し、高記録密度を実現できる磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】主磁極１２０のトレーリング側に高周波磁界を発する発振器１１０を備え、浮上面で見たとき、主磁極のトレーリング側端部のトラック幅Ｐｗと発振器のリーディング側端部のトラック幅Ｔｗｏの比Ｐｗ／Ｔｗｏが０．８５以上１．２５以下であり、主磁極のトレーリング側端部とリーディング側端部の間にトラック幅がＰｗより広い箇所を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、磁気記録媒体に対し高周波磁界を印加することにより磁化反転を誘導する機能を有する磁気ヘッド、及びそれを搭載した磁気記録再生装置に関するものである。

近年、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記録再生装置においては、年率４０％程度の急速な記録密度の増加が求められており、２０１２年ごろには面記録密度は、１Ｔbits/inch²に達すると予想されている。面記録密度の向上には、磁気記録ヘッド及び再生ヘッドの微細化と磁気記録媒体における磁性粒子の粒径の微細化が必要である。しかし、磁気記録ヘッドの微細化により記録磁界強度は減少するため、記録能力不足の問題が予測される。また、磁気記録媒体を構成する磁性粒子の粒径が微細化すると熱揺らぎの問題が顕在化するため、粒径の微細化と同時に保磁力や異方性エネルギーを増加させる必要があり、結果的に記録が困難になる。したがって、面記録密度の向上には記録能力の向上が鍵である。そこで、熱や高周波磁界の印加により記録時のみ一時的に磁気記録媒体の保磁力を低下させるアシスト記録が提案されている。

一方、高周波磁界印加によるアシスト記録方式は、「マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）」という名称のもとに、近年着目されている。ＭＡＭＲでは、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に印加して記録媒体を局所的に励起し、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。磁気共鳴を利用するため、記録媒体の異方性磁界に比例する周波数の高い高周波磁界を用いないと、大きな磁化反転磁界の低減効果は得られない。特許文献１には、高周波アシスト磁界を発生させるための、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する構造の積層膜を電極で挟んだ構造の高周波発振器が開示されている。高周波発振器は、ＧＭＲ構造に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を非磁性体を介して磁性体に注入することにより微小な高周波振動磁界を発生させることができる。非特許文献１に記載された「Microwave Assisted Magnetic Recording」には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接して、スピントルクによって高速回転する高周波磁界発生層（Field Generation Layer：以下、ＦＧＬと略）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。さらに、非特許文献２には、発振器を磁気記録ヘッドの主磁極と主磁極後方のトレーリングシールドの間に配置させ、高周波磁界の回転方向を記録磁界極性に応じて変化させることにより、磁気記録媒体の磁化反転を効率的にアシストする技術が開示されている。また、非特許文献２には、主磁気極のトラック幅が発振器のトラック幅よりも大きいＭＡＭＲヘッドにおいて、記録トラック幅を発振器の幅とほぼ等しく記録できると記載されている。

特開２００５−０２５８３１号公報

"Microwave Assisted Magnetic Recording": J-G. Zhu et. al., IEEE trans. Magn., Vol.44, No.1, pp.125 (2008) "Medium damping constant and performance charactristics in microwave assisted magnetic recording with circular as field": Y. Wang et al., Journal of Applied Physics, Vol.105, pp.07B902 (2009)

近年、磁気記録において要求される記録密度は、１Ｔｂ／ｉｎ²を超える程度になっており、ＭＡＭＲでこの程度の記録密度を実現するには、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する必要がある。非特許文献文献１や２に開示された技術を用いれば、１Ｔｂ／ｉｎ²以上の記録密度を実現できる可能性があることが報告されている。これらの技術では、記録ヘッドのトラック幅が発振器幅よりも広くても、実際に記録される磁気トラック幅は発振器幅とほぼ等しくなると説明されている。つまり、ＭＡＭＲでは幅広の主磁極を用いることが出来るため、記録磁界強度も大きくなるという利点があると考えられている。本発明者等もＭＡＭＲ方式の技術を用いることで、どれくらいの記録密度向上の可能性があるのかをマイクロマグネティックシミュレーションにより検討した。この際に、記録信号の信号品質と磁気トラック幅に着目した。ここで、信号品質は良好なほど高い線記録密度を実現することが出来、これを示す指標として一般的には（ＳＮＲ：Signal-to-Noise Ratio）が用いられる。一方、磁気トラック幅を狭小化できるほどトラック密度を向上させることが出来、この指標としてＭＷＷ（Magnetic Write Width）が用いられる。

検討の結果、非特許文献１や２に記載の構成を用いると、ある条件では３Ｔｂ／ｉｎ²以上の高い記録密度の実現が期待できることを確認した。本検討では記録ヘッドの主磁極トラック幅は発振器のトラック幅４０ｎｍよりも十分に広い７０ｎｍとした。また、磁気記録媒体は非特許文献２に記載されているものと概ね同じ構成を想定し、粒径５ｎｍ、異方性磁界Ｈｋ３０ｋＯｅ、Ｈｋ分散を５％とし、粒径分散や粒間の交換結合分散はゼロとした。

しかし、現実の媒体では粒径分散や交換結合分散はゼロではなく、１０〜２０％程度の分散がある考えられる。このような現実の媒体を想定し、粒径分散や交換結合分散を考慮した磁気記録媒体を用いると、記録密度は大幅に低下することが明らかになった。これは、磁気記録トラック幅ＭＷＷが分散考慮前の４０ｎｍから５８ｎｍに大幅に増加したことが主な原因である。ＭＷＷの増加は媒体分散により媒体の反転磁界分散が増加したためであり、ＭＷＷを狭小化するためにはクロストラック方向の実効的な磁界勾配を向上させることが有効である。

本発明は、高周波磁界を発生する発振器を用いる方式のマイクロ波アシスト記録において、狭トラック記録と高記録密度の達成が可能な磁気記録ヘッド及び磁気記録装置を提供するものである。

本発明では、上記課題を解決する為に、マイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）方式を前提として、磁気情報を記録する磁気記録媒体、磁気記録媒体の磁化反転を促進するための高周波磁界を印加できる発振器、磁気記録媒体に記録信号を記録するための記録ヘッド、記録信号を再生するための再生ヘッドを有する磁気記録再生装置を用いる。

発振器の構成としては、高周波発振をすることで磁気記録媒体に高周波磁界を印加する高周波磁界印加層（ＦＧＬ：Field Generation Layer）を含む必要がある。記録ヘッドとしては、媒体対向面に記録磁界を印加するための主磁極を備えている構造が必要である。発振器は主磁極から見てヘッド進行方向後方、すなわちトレーリング側に主磁極に近接した位置に配置する。主磁極の磁気ヘッド進行方向前方、後方、もしくはその両方にシールドを備えることができる。また、主磁極のトラック幅方向の外側の両方もしくは片側にサイドシールドを備えてもよい。本構成の磁気記録再生装置の発振器を搭載した磁気記録ヘッドにおいて、主磁極と発振器のお互いに対向する面の浮上面位置でのトラック幅に適切な関係を持たせることにより、記録トラック幅の狭小化による高記録密度の実現が可能となる。具体的には、主磁極のトレーリング端のトラック幅Ｐｗと発振器のリーディング端のトラック幅Ｔｗｏを以下の関係を満たす構成にする。
０．８５×Ｔｗｏ＜Ｐｗ＜１．２５×Ｔｗｏ (1)

さらに、上記の構成において記録磁界強度を向上させるために、主磁極のトレーリング端のトラック幅Ｐｗよりもリーディング側の位置におけるトラック幅の方が大きい構成とする。より具体的には、主磁極は以下のＡ，Ｂに代表される形状とする。
Ａ．浮上面におけるトラック幅が、発振器に近接するトレーリング端の位置からリーディング側に広がっていくテーパー形状を有する主磁極。
Ｂ．浮上面におけるトラック幅が、リーディン端とトレーリング端の間の所定位置からトレーリング端に向かって狭くなっていく凸型である主磁極。

さらに、上記Ａ，Ｂの構成において、記録時の隣接トラックのデータ消去を抑制することを目的として、以下のＣの構成とすることができる。
Ｃ．上記Ａ，Ｂの構成において、浮上面におけるトラック幅が、リーディン端とトレーリング端の間の所定位置からリーディング端に向かって狭くなっていく主磁極。

上記Ａ，Ｂ，Ｃの構成において、ダウントラック方向の磁界勾配の向上及び、高周波磁界印加層の回転方向が記録極性に応じた効率的方向に回転させることを目的として、磁気記録ヘッドを下記Ｄの構成とすることができる。
Ｄ．発振器よりもトレーリング方向の発振器に近接した位置にトレーリングシールドを有する磁気記録ヘッド。さらに本構成において、主磁極よりもリーディング側にリーディングシールドを設けた構成であってもよい。

上記Ｄの磁気記録ヘッドにおいて、クロストラック方向の磁界勾配の向上を目的として下記Ｅの構成としてもよい。
Ｅ．主磁極のトラック幅方向の両端もしくは片側にサイドシールドを設けた構成。

本発明によれば、発振器のリーディング端のトラック幅と主磁極のトレーリング端のトラック幅を概ね等しくすることにより、記録トラックの幅を狭小化することができる。さらに、主磁極をトレーリング端からリーディング側に向かってトラック幅が広がる形状とすることにより、記録トラック幅の増大を招くことなく記録磁界強度の向上が可能となり、高線記録密度を実現することができる。

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例による磁気記録再生ヘッドの概略図。 主磁極、トレーリングシールド及び発振器の一実施例を示す概略摸式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の一例を示す模式図。 記録ヘッド部の詳細な構成例を示す模式図。 主磁極と発振器の一例を示す模式的斜視図。 最適な主磁極幅と発振器幅の関係を示す図。 面記録密度と主磁極幅の関係を示す図。 主磁極、トレーリングシールド及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 磁気記録ヘッドの記録磁界強度と主磁極幅の関係を示す図。 転移湾曲と主磁極幅の関係を示す図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極及び発振器の他の例を示す模式図。 媒体対向面から見た主磁極、発振器、トレーリングシールド、及びサイドシールドの例を示す図。 媒体対向面から見た主磁極、発振器、トレーリングシールド、及びサイドシールドの例を示す図。 媒体対向面から見た主磁極、発振器、トレーリングシールド、及びサイドシールドの例を示す図。 磁気記録再生装置の概略図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。

〔実施例１〕
図１に、本発明の一実施例による磁気記録再生ヘッドの概略図を示す。磁気記録再生ヘッドは、記録ヘッド部１００と再生ヘッド部２００から構成される、記録再生分離ヘッドである。記録ヘッド部１００は高周波磁界を発生するための発振器１１０、記録磁界を発生するための主磁極１２０、主磁極１２０に磁場を励磁するためのコイル１６０、副磁極１３０ａを有する。さらに、本実施例では主磁極のトレーリング方向にトレーリングシールド１３０ｂを設けているが、必ずしも設ける必要はない。ここで、トレーリング方向はヘッドの媒体に対する進行方向と反対の方向であり、リーディング方向はヘッドの媒体対に対する進行方向であると定義している。また、図１には示していないが、主磁極１２０のトラック幅方向の外側にサイドシールドを設けてもよい。サイドシールドは主磁極１２０の両側に設けてもよいし、外側と内側のどちらか一方にだけ設けてもよい。また、磁気記録媒体３００を参考のために図示している。本実施例では、磁気記録媒体３００に対する磁気記録再生ヘッドの進行方向から見て、再生部２００が先頭で記録部１００が後方の配置であるが、ヘッドの進行方向から見て記録部１００が先頭で再生部２００が後方になるように配置を逆転した構成であってもよい。

図２は、記録部１００の一部である主磁極１２０と発振器１１０を示す概略模式図である。図３は、主磁極１２０と発振器１１０を磁気記録媒体の対向面から見た図である。図３ではトレーリングシールド１３０ｂは省略している。本実施例の特徴は、主磁極１２０のトレーリング端における浮上面でのトラック幅Ｐｗと発振器１１０のリーディング端位置における浮上面でのトラック幅Ｔｗｏが概ね等しく、以下の関係を持つことである。
０．８５×Ｔｗｏ＜Ｐｗ＜１．２５×Ｔｗｏ (1)
上記数値範囲の技術的意義と効果に関しては後述する。

再生ヘッド部２００は、下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０によって再生センサ２１０を挟んだ構造を有する。再生センサ２１０は、記録信号を再生する役割を担うことさえ出来れば特に制限はない。再生センサ２１０は、例えば所謂ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）効果を有する再生センサであってもよいし、ＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）効果を有する再生センサであってもよいし、ＥＭＲ（Electro Mechanical Resonant）効果を有する再生センサであってもよい。また、外部磁界に対して逆極性の応答をする２つ以上の再生センサを有する所謂差動型再生センサであってもよい。また、下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０は、再生信号品質の向上に重要な役割を担うため設けることが好ましい。

図４は、記録ヘッド部１００のさらに詳細な構成例を示す模式図である。記録ヘッド部１００に設けられた発振器１１０は、高周波磁界を発生するＦＧＬ１１１、スピン透過性の高い材料からなる中間層１１２、ＦＧＬ１１１にスピントルクを与えるためのスピン注入固定層１１３、ＦＧＬの磁化回転を安定化させるための回転ガイド層１１４を有する。発振器１１０の構成は、図４に示すように主磁極１２０側から回転ガイド層１１４、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３の順に積層してもよいし、反対に主磁極１２０側からスピン注入固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１、回転ガイド層１１４の順に積層してもよい。回転ガイド層１１４は、ＦＧＬ１１１の発振の安定性の観点から設けることが好ましいが、必ずしもなくてもよい。

本実施例のＦＧＬ１１１の材料はＦｅ₇₀Ｃｏ₃₀であり、膜厚は１５ｎｍである。Ｆｅ₇₀Ｃｏ₃₀の飽和磁化は２．４Ｔであり、高い高周波磁界を発生することが出来る。ＦＧＬ１１１の材料としては、磁性体でさえあればＦＧＬとしての役割を担うことが可能である。ＦｅＣｏ合金の他に、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅＧｅ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＦｅＡｌ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＭｎＳｉ，ＣｏＦｅＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、ＣｏＣｒ系合金などでもよい。また、ＣｏＩｒなど負の垂直異方性エネルギーを持つ材料でもよい。膜厚も１５ｎｍ以上、あるいは以下であっても本発明の趣旨に反するものではないが、ＦＧＬ１１１の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。５ｎｍ以上に設定するのは、膜厚が薄すぎると高周波磁界強度が低下しすぎるためであり、３０ｎｍ以下に設定するのは膜厚が厚すぎるとＦＧＬ１１１が多磁区化し磁界強度の低下を招くためである。

本実施例の中間層１１２はＣｕであり、膜厚は２ｎｍである。中間層１１２の材料としては非磁性体の伝導材料であることが好ましく、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉなどを用いることが出来る。本実施例のスピン注入固定層１１３はＣｏ／Ｐｔであり、膜厚は８ｎｍである。また、本実施例に用いたＣｏ／Ｐｔの垂直異方性磁界Ｈｋは８ｋＯｅである。スピン注入固定層１１３に垂直異方性を持った材料を用いることによりＦＧＬ１１１の発振を安定させることが出来、例えばＣｏ／Ｐｔの他にＣｏ／Ｎｉ，Ｃｏ／Ｐｄ，ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄなどの人工格子磁性材料を用いることが好ましい。また、発振の安定性は若干失われるが、ＦＧＬ１１１と同様の材料を用いることも出来る。本実施例の回転ガイド層１１４は、垂直異方性エネルギーを持ったＣｏ／Ｎｉであり、膜厚は８ｎｍである。また、本実施例におけるＣｏ／Ｎｉの垂直異方性磁界Ｈｋは８ｋＯｅである。回転ガイド層１１４もスピン注入固定層１１３と同様の材料を用いることが好ましい。以上のような発振器１１０の構成とすることにより、磁気記録媒体３００の記録層に高い高周波磁界を印加することができる。

本実施例の主磁極１２０、副磁極１３０ａとシールド１３０ｂには、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性がほとんどないＣｏＦｅ合金を用いた。

図５に、主磁極１２０と発振器１１０の模式的斜視図を示す。上述したように、発振器１１０と主磁極１２０のトラック幅はほぼ等しく、本構成例では４０ｎｍとした。発振器の素子高さ方向の幅（ＳＨｏ）の狙い値は４０ｎｍであるが、ＦＧＬから適切な高周波磁界強度と周波数が得られるように設計することが可能である。また、主磁極１２０の浮上面から拡幅開始部までの高さ（ネック高さ）（ＴＨ）の狙い値は６０ｎｍとした。ＴＨも適切な記録磁界強度が得られるように設計することが出来る。さらに、浮上面から見てＴＨよりも上部のトラック幅方向の広がりの大きさも適切に設定することが可能である。

以下に、発振器１１０と主磁極１２０の相互に対向する面におけるトラック幅ＰｗとＴｗｏの最適な関係の範囲、及びその範囲に設定することにより得られる効果を図６、図７と表１を用いて説明する。表１は、後述する構造Ａ，Ｂ，Ｃにおける発振器幅、主磁極幅、ＳＮＲ、線記録密度、磁気トラック幅、面記録密度を表にして示したものである。

初めに本検討に用いたヘッド、媒体の条件を示す。浮上面での主磁極１２０のトラック幅Ｐｗと発振器１１０のトラック幅Ｔｗｏは、１０ｎｍから１２０ｎｍの範囲で変化させた。主磁極１２０のネック高さＴＨはＰｗにより変化させており、Ｐｗの１．５倍とした。発振器の素子高さＳＨｏはＴｗｏと等しい値とした。主磁極１２０の材料はＦｅ₇₀Ｃｏ₃₀であり、飽和磁化は２．４Ｔである。トレーリングシールド１３０ｂと主磁極１２０の距離は、上述の発振器の各層の膜厚と等しく３３ｎｍである。磁気記録媒体３００の記録層は異方性磁界Ｈｋが３０ｋＯｅ、粒径が５ｎｍ、膜厚１２ｎｍとした。また、主磁極１２０や発振器１１０の浮上面と磁気記録媒体３００の記録層の最上面の間の距離は６ｎｍであるとした。

上述の条件における、本発明による最適なＰｗとＴｗｏの関係を図６に示す。ＰｗとＴｗｏの関係は先述した式(1)を満たせばよい。図７は、Ｔｗｏが一定の時の実現可能な面記録密度（Areal density）とＰｗの関係を示した図である。図６及び図７中の符号Ａ，Ｂ，Ｃは、表１に示した構造Ａ、構造Ｂ、構造Ｃに対応している。構造Ａ，Ｂ，ＣのＴｗｏはいずれも４０ｎｍである。Ｔｗｏが４０ｎｍの場合、面記録密度は、ＰｗがＴｗｏと等しい４０ｎｍのときに最大の２．５Ｔｂ／ｉｎ²となる（構造Ａ）。しかし、Ｐｗが狭い２５ｎｍのときには１．５Ｔｂ／ｉｎ²（構造Ｂ）、Ｐｗが広い７０ｎｍのときには１．８Ｔｂ／ｉｎ²（構造Ｃ）に低下する。面記録密度が最大の２．５Ｔｂ／ｉｎ²から１０％程度低下することを許容できるものとすると、Ｔｗｏが４０ｎｍの場合、Ｐｗの最適範囲はＴｗｏの８５％以上１２５％以下の範囲である。

また、図６にはＴｗｏが４０ｎｍの例のみを示しているが、図７にはＴｗｏが２５ｎｍの場合とＴｗｏが６０ｎｍの場合についても、実現可能な面記録密度とＰｗの関係を示した。図７から分かるように、Ｔｗｏが４０ｎｍ以外のときにもＴｗｏとＰｗをほぼ等しくすることにより、記録密度が最大になることが分かる。したがって、ＰｗとＴｗｏが式(1)の関係を保つことが出来れば、Ｔｗｏの大きさに応じた最高の面記録密度を実現可能である。しかし、Ｔｗｏ又はＰｗが１０ｎｍ程度以下の時には、発振器１１０からの高周波磁界もしくは主磁極１２０からの記録磁界強度が著しく低下するため、記録パターンを飽和記録することが出来ず、記録密度も著しく低下する。よって、ＴｗｏとＰｗは１０ｎｍ程度以上にする必要がある。反対に、Ｔｗｏ又はＰｗが１００ｎｍ以上の時には記録密度が１Ｔｂ／ｉｎ²を下回るため、現行の垂直記録方式に対する利得が小さく、ＭＡＭＲ方式を採用するメリットが小さい。したがって、ＴｗｏとＰｗは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが望ましい。

ＴｗｏとＰｗが式(1)の関係から外れた場合に面記録密度が低下する理由を、表１を用いて、構造Ｂと構造Ｃを例にとり説明する。構造ＢのＴｗｏが４０ｎｍでＰｗが２５ｎｍの時には、ＰｗとＴｗｏが大きく異なるためにクロストラック方向の実効的な磁界勾配の低下及びＰｗの狭小化に伴う記録磁界強度の低下によりＳＮＲが大きく低下する。また、ＭＷＷはＰｗが４０ｎｍの時よりは僅かに狭い３６ｎｍになる。このＭＷＷの低減量はＰｗが４０ｎｍから２５ｎｍへの幾何幅の低減量と比較すると小さい。これは、現実的な分散を有する磁気記録媒体では、ＭＷＷの狭小化にはＰｗとＴｗｏの両方の狭小化が必要であるためである。よって、ＰｗがＴｗｏの０．８５倍よりも狭い時には記録密度が大きく減少するのである。

次に、Ｔｗｏに対してＰｗが大きい場合について、面記録密度が低下する理由を、構造Ｃを例に説明する。構造ＣのＴｗｏが４０ｎｍでＰｗが７０ｎｍの時には、Ｐｗが４０ｎｍのときよりも記録磁界強度は増加するため、ＳＮＲ自体は構造Ａとほとんど同じになる。しかし、Ｐｗが広がることによりＭＷＷが大きく広がり、Ｐｗが４０ｎｍのときのＭＷＷ４０ｎｍから５７ｎｍにまで広がってしまう。結果として、線記録密度はほとんど一定のまま、トラック密度が大きく劣化し、面記録密度の劣化を招く。よって、ＰｗがＴｗｏの１．２５倍よりも広い時にも記録密度が大きく減少するのである。したがって、ＰｗをＴｗｏの大きさに応じて式(1)の関係を保つような寸法とすることで、高面記録密度の実現を容易とする磁気記録再生ヘッドを実現することができる。

〔実施例２〕
本発明の第２の実施例を以下に示す。本実施例の構成は、記録部１００の主磁極１２０の形状のみが実施例１とは異なる。図８に本実施例の発振器１１０、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの模式図を示す。また、図９に本実施例の発振器１１０、主磁極１２０を浮上面から見た模式図を示す。図９ではトレーリングシールド１３０ｂは割愛している。

本実施例は実施例１と同様に、浮上面で見たとき、主磁極１２０のトレーリング端におけるトラック幅Ｐｗと発振器１００のリーディング端位置におけるトラック幅Ｔｗｏが概ね等しく、式(1)の関係を有する。実施例１と異なる本実施例の特徴は、主磁極１１０の形状が、トレーリング端からリーディング側に向かってトラック幅が広がっていく形状である点である。以後、主磁極１２０の浮上面でのトラック幅の最大値をＰｗ_mと定義する。より具体的な構成例は、図９に示すように、トラック幅はトレーリング端からリーディング方向に広がっていき、ある位置で最大Ｐｗ_mとなり、トラック幅が最大となった位置からリーディング端までは一定のトラック幅Ｐｗ_mである形状である。また、図１０に示す形状のように、トラック幅はトレーリング端でのトラック幅Ｐｗからリーディング端でのトラック幅Ｐｗ_mになるまで広がり続けてもよい。

以上のような構成とすることにより、大幅なＭＷＷの増加を招くことなく記録磁界強度の向上が可能となり、ＳＮＲや線記録密度の向上が可能となる。

さらに上記の構成に加えて、主磁極１２０の幾何学的形状に以下のような特徴を持たせることにより、大きな効果を得ることが出来る。
１０°＜θ_t＜７０° (2)
１．３＜Ｐｗ_m／Ｐｗ＜３ (3)

ここで、θ_tはヘッド進行方向に対する主磁極１２０のトレーリング端からのテーパー角度である。θ_tが７０°よりも大きいの場合は、テーパー部からの磁界の影響が大きくＭＷＷが大幅に増加するため、７０°以下に設定することが望ましい。θ_tが１０°以下の場合は、テーパーを設けない構成との差が小さく、磁界強度の向上効果もほとんど得られないため、１０°よりも大きくすることが好ましい。同様に、Ｐｗ_m／Ｐｗは１．３以下ではテーパーを設けることによる効果が小さいため、１．３よりも大きくすることが好ましい。反対にＰｗ_m／Ｐｗが大きすぎても特に特性上の大きな問題は生じないが、ヘッドの製造上ＰｗとＰｗ_mの差が３倍を超えるとＰｗの寸法誤差が増大するため、Ｐｗ_m／Ｐｗは３未満に設定することが好ましい。例えば、図９に示す構成例の場合、Ｐｗは４０ｎｍ、Ｐｗ_mは６２ｎｍであり、Ｐｗ_m／Ｐｗは１．６、θ_tは４２°である。図１０に示す構成例のＰｗは４０ｎｍ、Ｐｗ_mは８２ｎｍであり、Ｐｗ_m／Ｐｗは２．１、θ_tは２５°である。よって、図９と図１０に示す構成は、式(2)と式(3)の条件を満たしており、ＭＷＷの増加を招くことなく記録磁界強度の向上が可能である。

次に、表２、図１１、図１２を用いて、本実施例により得られる効果の詳細を説明する。図９と図１０に示した構成は、ほぼ同等の効果が得られるため、両構成共に構造Ｄと表記している。表２は、実施例１の構造Ａ、及び本実施例の構造Ｄにおける発振器幅、主磁極幅、ＳＮＲ、線記録密度、磁気トラック幅、面記録密度を表にして示したものである。

表２から分かるように、本実施例の構造Ｄは実施例１の構造Ａよりも高い面記録密度の実現が可能である。これは、ＭＷＷの増加を招くことなくＳＮＲや線記録密度の向上が可能であるためである。

本実施例の構造ＤによりＳＮＲが向上する理由は、図１１に示すように、主磁極１２０からの磁界強度が増加することが要因である。磁界強度は媒体の記録層の膜厚方向の中心で評価している。本実施例では主磁極１２０の浮上面と媒体の記録層表面の距離を６ｎｍ、記録層の膜厚を１２ｎｍとしたので、図１１に示す磁界強度は浮上面から媒体方向に１２ｎｍ移動した点における値である。

ここで、ＭＡＭＲではなく通常の記録方式において、主磁極１２０の形状を構造Ａから構造Ｄのものに変化させても効果はなく、寧ろＳＮＲは劣化する。実際に、現状のハードディスクドライブの製品ではトレーリング端からリーディング側にトラック幅が広がるような主磁極形状を持つ磁気記録ヘッドは採用されていない。これは転移湾曲を考えることにより説明できる。転移湾曲とは、記録磁化のビット境界線の湾曲量である。ビット境界線の湾曲は小さいほど、再生時に感知すべき信号成分のみを再生できるため、転移湾曲は小さい方が記録密度を向上できる。しかし、主磁極１２０の磁界強度はトラックの中心の方がトラック端よりも高いので、トラックの中心でのビットの転移は主磁極から遠い位置において起こり、トラック端部でのビットの転移は主磁極から近い位置において起こる。すなわち、ヘッド磁界の等磁界曲線の湾曲に起因した記録パターンの転移湾曲が発生するのである。図１２に、主磁極１２０の形状が異なる構造Ａと構造ＤでＭＡＭＲ方式と通常の記録方式で記録した時の転移湾曲を示す。

図１２には、通常の記録方式（ＰＭＲ）で主磁極の形状のみが構造Ａと構造Ｄのものと等しい構成を構造Ａ’と構造Ｄ’と表示する。通常の記録方式では、構造Ｄ’は構造Ａ’よりも転移湾曲が大きいことが分かる。このため、構造Ｄ’では構造Ａ’よりもＳＮＲが劣化する。一方、ＭＡＭＲ方式では、発振器１１０が主磁極１２０に近接して配置しているため、転移湾曲はヘッド磁界の等磁界曲線の湾曲に依らず非常に小さくなり、構造Ａと構造Ｄでほぼ等しくなる。したがって、構造Ｄでは構造Ａよりも転移湾曲の増大を招くことなく磁界強度の増加が可能であるため、ＳＮＲと線記録密度が向上するのである。

〔実施例３〕
本発明の第３の実施例を以下に示す。本実施例は、主磁極１２０の形状のみが実施例２とは異なる。本実施例も実施例２と同様に、浮上面で見たとき、主磁極１２０のトレーリング端におけるトラック幅Ｐｗと発振器１１０のリーディング端位置におけるトラック幅Ｔｗｏが概ね等しく、式(1)の関係を有し、主磁極１２０はトレーリング端のトラック幅Ｐｗよりもリーディング側でのトラック幅の方が大きい。図１３、図１４、図１５に本実施例の具体的な構成例を示す。なお、図１３、図１４、図１５にはトレーリングシールド１３０ｂを図示していないが、設けてもよい。

本実施例の特徴は、図１３、図１４、図１５に示すように、浮上面で見たとき主磁極１２０のトラック幅が、トレーリング端からリーディング側に一定幅で一定距離進んだ後、幅が広がる凸型の形状を有する点である。言い換えると、実施例２に示した構成のθ_tが概ね０°の構成である。厳密には、トレーリング端からリーディング側の所定位置まで一定のトラック幅Ｐｗであり、その位置よりもリーディング側に向かってトラック幅が広がり、Ｐｗよりも広いトラック幅Ｐｗ_mとなる形状である。本実施例は、図１３、図１４、図１５に示す何れの構成においても実施例２に記載の構成とほぼ同等の効果が得られるため、効果に関する説明は省略する。

図１３に示す主磁極の浮上面形状は、トレーリング端からリーディン側の所定位置までは一定のトラック幅Ｐｗを有し、そこで急激にトラック幅が広がり、その後リーディング端まで一定のトラック幅Ｐｗ_mとなる形状である。図１４に示す主磁極の浮上面形状は、トレーリング端からリーディン側の所定位置までは一定のトラック幅Ｐｗを有し、そこからリーディング端までトラック幅が広がり続け、最終的にリーディング端において最大のトラック幅Ｐｗ_mとなる形状である。図１５に示す主磁極の浮上面形状は、トレーリング端からリーディン側の所定位置までは一定のトラック幅Ｐｗを有し、そこからリーディング端の決められた位置まで徐々にトラック幅が広がり続け、その後はリーディング端までトラック幅が一定のＰｗ_mとなる形状である。

本実施例の効果を十分に得るために、図１３、図１４、図１５に示す形状は、さらに以下のような関係を満たすことが好ましい。
１．３＜Ｐｗ_m／Ｐｗ＜３ (3)
０．２＜ｔ／Ｐｗ＜２ (4)

ここで、式(3)を満たす必要がある理由に関しては実施例２と同一であるため、説明は省略する。式(4)に記載のｔはトレーリング端から主磁極幅の最大値であるＰｗ_mとなる位置までのヘッド進行方向の距離である。ｔ／Ｐｗが０．２以下の時には、主磁極幅がＰｗよりも広がっている位置からの磁界の影響が大きすぎるため、ＭＷＷの大幅の増大を招くため、０．２よりも大きくすることが好ましい。反対に、ｔ／Ｐｗが２以上の時には磁化転移が形成される主磁極１２０と発振器１１０の境界位置における磁界強度の向上効果が大幅に低減するため、２よりも小さくすることが好ましい。

図１３、図１４、図１５に示した構成の幾何寸法例を以下に示す。図１３の構成として好ましい寸法の一例は、Ｐｗが４０ｎｍ、Ｐｗ_mが６８ｎｍ、Ｐｗ_m／Ｐｗが１．７、ｔが１２ｎｍ、ｔ／Ｐｗが０．３である。図１４の構成として好ましい寸法例は、Ｐｗが４０ｎｍ、Ｐｗ_mが６７ｎｍ、Ｐｗ_m／Ｐｗが１．７、ｔが３１ｎｍ、ｔ／Ｐｗが０．８である。図１５の構成として好ましい寸法例は、Ｐｗが４０ｎｍ、Ｐｗ_mが６７ｎｍ、Ｐｗ_m／Ｐｗが１．７、ｔが２２ｎｍ、ｔ／Ｐｗが０．６である。これらの寸法をとる図１３、図１４、図１５の構成は、いずれも式(3)と式(4)を満たしており、ＭＷＷの大幅な増大を招くことなく、磁界強度を向上することが出来る。

〔実施例４〕
本発明の第４の実施例を以下に示す。本実施例は、主磁極１２０の形状のみが実施例２，３とは異なる。本実施例も実施例２，３と同様に、浮上面で見たとき、主磁極１２０のトレーリング端におけるトラック幅Ｐｗと発振器１１０のリーディング端位置における浮上面でのトラック幅Ｔｗｏが概ね等しく、式(1)の関係を有し、主磁極１２０のトレーリング端のトラック幅Ｐｗよりもリーディング側でトラック幅が広い部位を有する。図１６から図２１に本実施例の具体的な構成例を示す。なお、図にはトレーリングシールドを図示していないが、設けてもよい。

本実施例の特徴は、浮上面で見たとき主磁極１２０のトラック幅が、リーディング端における幅Ｐｗ_rからトレーリング側に向かって広がり幅Ｐｗ_mになる主磁極形状を有することである。このような構成とすることにより、実施例２，３の構成の効果に加えて、主磁極１２０から隣接トラックへの漏洩磁界が低減するので、隣接トラックの記録磁化消去を抑制することが可能になる効果を得ることができる。本実施例は、実施例２，３に記載の構成よりは、主磁極の面積自体が減少しているので記録磁界強度は若干減少するが、隣接トラックの記録磁化の消去を抑制できるのでトラック密度の向上が容易であり、全体として面記録密度の向上が容易である。図１６から図２１に示した本実施例の構成は、何れもほぼ同等の効果を実現することが可能である。

次に、図１６から図２１に示す主磁極１２０形状の詳細を説明する。いずれの構成においても、浮上面における主磁極１２０のトレーリング端のトラック幅をＰｗ、トレーリング端からリーディング端の間のある位置において最大となるトラック幅をＰｗ_m、リーディング端のトラック幅をＰｗ_rと定義している。

図１６、図１７に示した主磁極形状は、トレーリング端でのトラック幅Ｐｗからリーディング側のある位置でのトラック幅Ｐｗ_mまで広がっていく形状であり、トレーリング側の形状は実施例２に示した構成に近い。図１６の構成では、トラック幅がＰｗからＰｗ_mになると、すぐにリーディング端に向かってトラック幅が小さくなるが、図１７に示した構成例では、トラック幅がＰｗ_mで概ね一定の領域があった後、リーディング端に向かってトラック幅が小さくなり、リーディング端でトラック幅Ｐｗ_rになる。

一方、図１８、図１９、図２０、図２１に示した構成例は、トレーリング端のトラック幅Ｐｗがリーディング側に向かって所定位置まで一定の幅を維持した後、広がる凸型の形状であり、トレーリング側の形状は実施例３の実施例の形状に近い。図１８の構成では、トラック幅が最大値Ｐｗ_mになった後すぐにリーディング端に向かってトラック幅が小さくなる。図１９の構成では、トラック幅がＰｗ_mで概ね一定の領域があった後リーディング端に向かってトラック幅が小さくなる。図２０と図２１の構成は、トレーリング側からリーディング側に向かってトラック幅がＰｗからＰｗ_mに徐々に広がっていく領域を有する構成である。図２０と図２１の構成の相違点は、図２０の構成ではトラック幅がＰｗ_mの最大値になった後すぐにリーディング端に向かってトラック幅が小さくなる形状であるのに対し、図２１の構成ではトラック幅がＰｗ_mで概ね一定の領域があった後リーディング端に向かってトラック幅が小さくなる形状である点である。

本実施例の効果を十分に得るために、図１６から図２１に示す形状は、さらに以下のような関係を満たすことが好ましい。
（条件Ａ）θ_t≠０°の時
１０°＜θ_t＜７０° (2)
１．３＜Ｐｗ_m／Ｐｗ＜３ (3)
５°＜θ_r＜６０° (5)
Ｐｗ_r／Ｐｗ_m＜０．７ (6)
（条件Ｂ）θ_t〜０°の時
１．３＜Ｐｗ_m／Ｐｗ＜３ (3)
０．２＜ｔ／Ｐｗ＜２ (4)
５°＜θ_r＜６０° (5)
Ｐｗ_r／Ｐｗ_m＜０．７ (6)

ここでθ_rは、主磁極１２０の幅がＰｗ_mからリーディング方向に幅が減少し始める位置でのヘッド進行方向に対する角度である。θ_rが５°未満の時は隣接トラックへの漏洩磁界の低減効果が十分でないため、θ_rは５°よりも大きくすることが好ましい。反対にθ_rが６０°よりも大きい場合は、ヘッド製造上Ｐｗ_mとＰｗ_rの幾何寸法誤差が増大するため、θ_rは６０°未満にすることが好ましい。式(5)を満たす限りはＰｗ_rの下限はゼロでもよいが、Ｐｗ_r／Ｐｗ_mが０．７以上では隣接トラックへの漏洩磁界の低減効果が十分に得られないため、０．７未満に設定することが好ましい。

図１６と図１７に示す構成は条件Ａのときであり、式(2)、式(3)、式(5)、式(6)を満たせばよい。一方、図１８から図２１に示す構成は条件Ｂのときであり、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)を満たせばよい。

寸法の例について説明する。図１６から図２１に示した構成例のＰｗ，Ｐｗ_m，Ｐｗ_rはいずれも等しく、それぞれ４０ｎｍ，６５ｎｍ，２５ｎｍであり、式(3)と式(6)を満たしている。図１６と図１７に示した構成例のθ_tはいずれも２４°であり、図１６に示した構成例のθ_rは２３°、図１７に示した構成例のθ_rは３５°であり、式(2)と式(5)を満たす。図１８から図２１に示した構成例では、図１８と図１９の構成例のｔは１２ｎｍ、ｔ／Ｐｗは０．３、図２０と図２１の構成例のｔは２２ｎｍ、ｔ／Ｐｗは０．６であり、何れの構成例も式(4)を満たす。図１８から図２１の構成例のθ_rは、順に２３°，３５°，２８°，３５°であり、式(5)を満たす。

以上のような構成により、主磁極１２０からの磁界強度を増加しつつ狭トラック記録が可能で、隣接トラック信号消去を抑制できる磁気記録再生ヘッドを実現できる。

〔実施例５〕
本発明の第５の実施例を以下に示す。本実施例の記録ヘッドを浮上面から見た模式図を図２２に示す。本実施例では、主磁極と発振器の形状は実施例２と同じである。実施例２と異なる点は、主磁極１２０のトラック幅方向の外側にサイドシールド１４０を設けている点である。なお、サイドシールド１４０は、実施例２の構成以外に実施例１，３，４の構成に設けてもよい。サイドシールド１４０を設けることにより、主磁極１２０と発振器１１０からのトラック幅方向への磁界勾配の向上が可能であり、記録時の書き広がりを抑制し、トラック密度を向上することができる。

サイドシールド１４０は、図２２に示すように主磁極１２０のトラック幅方向の両端に設けていてもよいし、図２３に示すようにトラック幅方向のどちらか片側一方にだけ設けていてもよい。主磁極に対してトラック幅方向の片側一方にだけサイドシールド１４０を設ける構成は、磁気記録媒体の半径方向にトラック幅方向端部を重ね書きしながら一方向に記録する所謂シングル記録（shingle recording）において有効である。さらに、これらの構成ではサイドシールド１４０とトレーリングシールド１３０ｂは接しているが、必ずしも接している必要はない。

また、図２４に示すように、サイドシールド１４０を主磁極１２０のトラック幅方向の外側にだけ設けて、発振器１１０のトラック幅方向の外側にはシールドを設けないようにすることもできる。この場合には、発振器１１０からの高周波磁界のトラック幅方向への磁界勾配は劣化するが、反対に発振器１１０からの高周波磁界の強度自体は向上するため、異方性磁界Ｈｋが大きく記録が難しい媒体に記録する場合において特に有効である。

〔実施例６〕
本発明の第６の実施例を以下に示す。図２５は、本発明の磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録再生装置の構成例を示す概念図である。磁気記録ヘッドは実施例１〜５の何れのものであってもよく、ヘッドスライダ６００に搭載される。

図２５に示した磁気記録再生装置は、磁気記録媒体３００をスピンドルモータ４００にて回転させ、アクチュエータ５００によってヘッドスライダ６００を磁気記録媒体３００の所望のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドスライダ６００上に形成した再生ヘッド及び記録ヘッドがこの機構に依って磁気記録媒体３００上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取る。アクチュエータ５００はロータリーアクチュエータであることが望ましい。磁気記録媒体３００は各ビットが連続して存在する所謂連続媒体でもよいし、複数のトラック間に記録ヘッドにより書き込み不可能な非磁性である領域が設けられている所謂ディスクリートトラックメディアでもよい。また、基板上に、凸状の磁性パターンと磁性パターン間の凹部を充填する非磁性体とを含む所謂パターンド媒体でもよい。記録信号は信号処理系７００を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を、信号処理系７００を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエータを制御して、ヘッドスライダの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダ６００、磁気記録媒体３００を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また磁気記録媒体３００は両面に磁気記録層を有して情報を記録してもよい。情報の記録がディスク両面の場合、ヘッドスライダ６００は磁気記録媒体３００の両面に配置する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００：記録部
１１０：発振器
１１１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）
１１２：中間層
１１３：スピン注入固定層
１１４：回転ガイド層
１２０：主磁極
１３０ａ：副磁極
１３０ｂ：トレーリングシールド
１４０：サイドシールド
１６０：コイル
２００：再生部
２１０：再生センサ
２２０：下部磁気シールド
２３０：上部磁気シールド
３００：磁気記録媒体
４００：スピンドルモータ
５００：アクチュエータ
６００：ヘッドスライダ
７００：記録信号処理系

Claims (9)

1. 記録磁界を発生させる主磁極と、
   前記主磁極のトレーリング側に前記主磁極に近接して設けられた高周波磁界を発生する発振器とを備え、
   前記主磁極のトレーリング側端部の浮上面におけるトラック幅Ｐｗと前記発振器の前記主磁極側の端部の浮上面におけるトラック幅Ｔｗｏが次の関係
   ０．８５×Ｔｗｏ＜Ｐｗ＜１．２５×Ｔｗｏ
   を満たすことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極のトレーリング側端部とリーディング側端部の間に、浮上面におけるトラック幅が前記トラック幅Ｐｗよりも大きい箇所を有することを特徴とする磁気ヘッド。
3. 請求項２に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極の浮上面におけるトラック幅が、トレーリング側端部からリーディング側に向かって徐々に拡大している領域を有することを特徴とする磁気ヘッド。
4. 請求項２に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極の浮上面におけるトラック幅が、トレーリング側端部からリーディング側に向かって所定距離の間だけ前記Ｐｗを維持し、その後前記Ｐｗよりも大きくなった箇所を有することを特徴とする磁気ヘッド。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極のトレーリング側端部とリーディング側端部の間に、浮上面におけるトラック幅がリーディング側端部のトラック幅より広い箇所を有することを特徴とする磁気ヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極のトレーリング方向にトレーリングシールドを有し、リーディング側からトレーリング側に前記主磁極、前記発振器、前記トレーリングシールドの順に配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記主磁極のクロストラック方向の両側もしくは片側にサイドシールドを有することを特徴とする磁気ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の磁気ヘッドにおいて、更に、一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された再生センサとを備えることを特徴とする磁気ヘッド。
9. 磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
   前記磁気記録媒体に対して情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望トラック上に位置決めするヘッド駆動部とを備える磁気記録再生装置において、
   前記磁気ヘッドとして請求項７に記載の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気記録再生装置。

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