JP2014086122A - 磁気記録ヘッド、これを備えたディスク装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高周波アシスト磁気記録において、より高速で安定な記録が行える磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、記録媒体12の記録層22に対し記録磁界を印加する主磁極66と、記録媒体と対向するディスク対向面の近傍で主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子74と、主磁極を励磁する記録コイル71と、記録コイルに記録電流を供給する記録電流制御回路70と、スピントルク発振子に一定電流を供給する定電流通電回路84と、スピントルク発振子に前記一定電流と極性の異なる反転電流を通電する反転電流通電回路86と、を備えている。
【選択図】図3

Description

この発明の実施形態は、ディスク装置に用いる磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置に関する。
ディスク装置として、例えば、磁気ディスク装置は、ケース内に配設された磁気ディスクと、磁気ディスクを支持および回転するスピンドルモータと、磁気ディスクに対して情報のリード/ライトを行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気ディスクに対して移動自在に支持したキャリッジアッセンブリと、を備えている。磁気ヘッドのヘッド部は、ライト用の記録ヘッドとリード用の再生ヘッドとを含んでいる。
近年、磁気ディスク装置の高記録密度化、大容量化あるいは小型化を図るため、垂直磁気記録用の磁気ヘッドが提案されている。このような磁気ヘッドにおいて、記録ヘッドは、垂直方向磁界を発生させる主磁極と、その主磁極のトレーリング側にライトギャップを挟んで配置されたトレーリングシールドと、主磁極に磁束を流すためのコイルとを有している。
記録密度の向上を図る目的で、主磁極とトレーリングシールドとの間に高周波発振子としてスピントルク発振子を設け、このスピントルク発振子から磁気記録層に高周波磁界を印加する高周波磁界アシスト記録方式の磁気ヘッドが提案されている。高周波発振子に駆動電流を通電し、発振層の磁化を十分な振幅で発振させることで、大きな高周波磁界を発生させ、安定した記録再生特性を実現することが可能となる。
特許第4358279号公報 特開2012−104168号公報
スピントルク発振子は、主磁極から印加される磁界よりも小さい保磁力を有するスピン注入層を用いている。これにより、記録磁界の方向とスピン注入層の磁化方向が常に同じ方向となり、安定した発振が得られる。しかし、このようなスピントルク発振子では、主磁極から印加される磁界よりも大きな保磁力を有するスピン注入層を用いることができないという問題がある。
また、スピン注入層の磁化反転は、記録ヘッドのギャップ磁界によって行われている。そのため、スピン注入層の磁化反転速度を早くしたとしても、ギャップ磁界の反転からは必ず遅れてスピン注入層の磁化反転が起こることになり、その結果、磁化反転の速度応答性を上げることが困難となる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、高周波アシスト磁気記録において、より高速で安定な記録が行える磁気記録ヘッドおよびこれを備えたディスク装置を提供することにある。
実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、記録媒体の記録層に対し記録磁界を印加する主磁極と、前記記録媒体と対向するディスク対向面の近傍で前記主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子と、前記主磁極を励磁する記録コイルと、前記記録コイルに記録電流を供給する記録電流制御回路と、前記スピントルク発振子に一定電流を供給する定電流通電回路と、前記スピントルク発振子に前記一定電流と極性の異なる反転電流を通電する反転電流通電回路と、を備えている。
図1は、第1の実施形態に係る磁気ディスク装置(HDD)を示す斜視図。 図2は、前記HDDにおける磁気ヘッド、サスペンション、記録媒体を示す側面図。 図3は、前記磁気ヘッドのヘッド部および磁気ディスクの一部を拡大して概略的に示す断面図。 図4は、磁気記録ヘッドのスピントルク発振子に通電する通電電流を模式的に模式に示す図。 図5は、第2の実施形態に係る磁気ディスク装置において、磁気記録ヘッドに通電する記録電流およびスピントルク発振子の駆動電流を模式的に示す図。 図6は、前記スピントルク発振子のスピン注入層および発振層における磁化方向の変化を模式的に示す図。 図7は、前記記録電流、スピントルク発振子の駆動電流、および、スピン注入層、発振層における磁化方向を比較して示す図。 図8は、比較例に係る記録ヘッドの記録電流、スピントルク発振子駆動電流、および、スピン注入層、発振層における磁化方向を比較して示す図。
以下、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、ディスク装置として、第1の実施形態に係るハードディスクドライブ(HDD)のトップカバーを取り外して内部構造を示し、図2は、浮上状態の磁気ヘッドを示している。図1に示すように、HDDは筐体10を備えている。この筐体10は、上面の開口した矩形箱状のベース11と、図示しない矩形板状のトップカバーとを備えている。トップカバーは、複数のねじによりベースにねじ止めされ、ベースの上端開口を閉塞している。これにより、筐体10内部は気密に保持され、呼吸フィルター26を通してのみ、外部と通気可能となっている。
ベース11上には、記録媒体としての磁気ディスク12および駆動部が設けられている。駆動部は、磁気ディスク12を支持および回転させるスピンドルモータ13、磁気ディスクに対して情報の記録、再生を行なう複数、例えば、2つの磁気ヘッド33、これらの磁気ヘッド33を磁気ディスク12の表面に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ14、ヘッドアクチュエータを回動および位置決めするボイスコイルモータ(以下VCMと称する)16を備えている。また、ベース11上には、磁気ヘッド33が磁気ディスク12の最外周に移動した際、磁気ヘッド33を磁気ディスク12から離間した位置に保持するランプロード機構18、HDDに衝撃等が作用した際、ヘッドアクチュエータ14を退避位置に保持するイナーシャラッチ20、およびプリアンプ、ヘッドIC等の電子部品が実装された基板ユニット17が設けられている。
ベース11の外面には、制御回路基板25がねじ止めされ、ベース11の底壁と対向して位置している。制御回路基板25は、基板ユニット17を介してスピンドルモータ13、VCM16、および磁気ヘッド33の動作を制御する。
図1および図2に示すように、磁気ディスク12は、垂直磁気記録媒体として構成されている。磁気ディスク12は、例えば、直径約2.5インチの円板状に形成され非磁性体からなる基板19を有している。基板19の各表面には、下地層としての軟磁性層23と、その上層部に、ディスク面に対して垂直方向に磁気異方性を有する垂直磁気記録層22とが順次積層され、さらにその上に保護膜24が形成されている。
図1に示すように、磁気ディスク12は、スピンドルモータ13のハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにハブの上端にねじ止めされたクランプばね15によりクランプされ、ハブに固定されている。磁気ディスク12は、駆動モータとしてのスピンドルモータ13により所定の速度で矢印B方向に回転される。
図1および図2に示すように、ヘッドアクチュエータ14は、ベース11の底壁上に固定された軸受部21と、軸受部から延出した複数のアーム27と、を備えている。これらのアーム27は、磁気ディスク12の表面と平行に、かつ、互いに所定の間隔を置いて位置しているとともに、軸受部21から同一の方向へ延出している。ヘッドアクチュエータ14は、弾性変形可能な細長い板状のサスペンション30を備えている。サスペンション30は、板ばねにより構成され、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム27の先端に固定され、アームから延出している。各サスペンション30の延出端にジンバルばね41を介して磁気ヘッド33が支持されている。サスペンション30、ジンバルばね41、および磁気ヘッド33により、ヘッドジンバルアッセンブリを構成している。なお、ヘッドアクチュエータ14は、軸受部21のスリーブと、複数のアームとを一体に形成したいわゆるEブロックを備えた構成としてもよい。
図2に示すように、各磁気ヘッド33は、ほぼ直方体形状のスライダ42とこのスライダの流出端(トレーリング端)に設けられた記録再生用のヘッド部44とを有している。各磁気ヘッド33は、サスペンション30の弾性により、磁気ディスク12の表面に向かうヘッド荷重Lが印加されている。2本のアーム27は所定の間隔を置いて互いに平行に位置し、これらのアームに取り付けられたサスペンション30および磁気ヘッド33は、磁気ディスク12を間に挟んで互いに向かい合っている。
各磁気ヘッド33は、サスペンション30およびアーム27上に固定された中継フレキシブルプリント回路基板(以下、中継FPCと称する)35を介して後述するメインFPC38に電気的に接続されている。
図1に示すように、基板ユニット17は、フレキシブルプリント回路基板により形成されたFPC本体36と、このFPC本体から延出したメインFPC38とを有している。FPC本体36は、ベース11の底面上に固定されている。FPC本体36上には、プリアンプ37、ヘッドICを含む電子部品が実装されている。メインFPC38の延出端は、ヘッドアクチュエータ14に接続され、各中継FPC35を介して磁気ヘッド33に接続されている。
VCM16は、軸受部21からアーム27と反対方向に延出した図示しない支持フレーム、および支持フレームに支持されたボイスコイルを有している。ヘッドアクチュエータ14をベース11に組み込んだ状態において、ボイスコイルは、ベース11上に固定された一対のヨーク34間に位置し、これらのヨークおよびヨークに固定された磁石とともにVCM16を構成している。
磁気ディスク12が回転した状態でVCM16のボイスコイルに通電することにより、ヘッドアクチュエータ14が回動し、磁気ヘッド33は磁気ディスク12の所望のトラック上に移動および位置決めされる。この際、磁気ヘッド33は、磁気ディスク12の径方向に沿って、磁気ディスクの内周縁部と外周縁部との間を移動される。
次に、磁気ヘッド33の構成について詳細に説明する。図3は、磁気ヘッド33のヘッド部44および磁気ディスクの一部を拡大して示す断面図である。
図2および図3に示すように、磁気ヘッド33は浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体状に形成されたスライダ42と、スライダの流出端(トレーリング)側の端部に形成されたヘッド部44とを有している。スライダ42は、例えば、アルミナとチタンカーバイドの焼結体(アルチック)で形成され、ヘッド部44は複数層の薄膜により形成されている。
スライダ42は、磁気ディスク12の表面に対向する矩形状のディスク対向面(空気支持面(ABS))43を有している。スライダ42は、磁気ディスク12の回転によってディスク表面とディスク対向面43との間に生じる空気流Cにより、磁気ディスク表面から所定量浮上した状態に維持される。空気流Cの方向は、磁気ディスク12の回転方向Bと一致している。スライダ42は、磁気ディスク12表面に対し、ディスク対向面43の長手方向が空気流Cの方向とほぼ一致するように配置されている。
スライダ42は、空気流Cの流入側に位置するリーディング端42aおよび空気流Cの流出側に位置するトレーリング端42bを有している。スライダ42のディスク対向面43には、図示しないリーディングステップ、トレーリングステップ、サイドステップ、負圧キャビティ等が形成されている。
図3に示すように、ヘッド部44は、スライダ42のトレーリング端42bに薄膜プロセスで形成された再生ヘッド54および磁気記録ヘッド56を有し、分離型磁気ヘッドとして形成されている。
再生ヘッド54は、磁気抵抗効果を示す磁性膜50と、この磁性膜のトレーリング側およびリーディング側に磁性膜50を挟むように配置されたシールド膜52a、52bと、で構成されている。これら磁性膜50、シールド膜52a、52bの下端は、スライダ42のディスク対向面43に露出している。
磁気記録ヘッド56は、再生ヘッド54に対して、スライダ42のトレーリング端42b側に設けられている。図3に示すように、記録ヘッド56は、磁気ディスク12の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高飽和磁化材料からなる主磁極(記録磁極)66と、主磁極66のトレーリング側にギャップ(ライトギャップ)を置いて対向したトレーリングシールド(シールド磁極)68と、磁気ディスク12に信号を書き込む際、主磁極60に磁束を流すために主磁極66およびトレーリングシールド68を含む磁気回路(磁気コア)に巻きつくように配置された記録コイル71と、主磁極66のディスク対向面43側の先端部66aとトレーリングシールド68との間で、かつ、ディスク対向面43に面する部分に配置された高周波発振子、例えば、スピントルク発振子74と、を有している。
主磁極66は、磁気ディスク12の表面に対してほぼ垂直に延びている。主磁極66の磁気ディスク12側の先端部66aは、ディスク面に向かって先細に絞り込まれている。主磁極66の先端面は、スライダ42のディスク対向面43に露出している。本実施形態において、主磁極66の先端部66aの幅は、磁気ディスク12におけるトラックの幅にほぼ対応している。
トレーリングシールド68は、ほぼU字形状に形成され、その先端部68aは、細長い矩形状に形成されている。トレーリングシールド68の先端面は、スライダ42のディスク対向面43に露出している。トレーリングシールド68は、主磁極66直下の軟磁性層23を介して効率的に磁路を閉じるために設けられている。先端部68aのリーディング側端面は、磁気ディスク12のトラックの幅方向に沿って延びている。このリーディング側端面は、主磁極66のトレーリング側端面とライトギャップWGを置いてほぼ平行に対向している。なお、主磁極66のトラック幅方向の両側へサイドシールドを設置してもよい。このサイドシールドを設置することにより、隣接トラックへのフリンジ磁界の減少が可能となり、トラック幅方向の記録密度を向上することが出来る。
トレーリングシールド68は、ディスク対向面43から離れた位置で、例えばSiO2等の非導電体67を介して主磁極66に連結されている。この非導電体67により、主磁極66とトレーリングシールド68とが電気的に絶縁されている。
記録コイル71は、記録電流制御回路70に接続されている。記録電流制御回路70は、制御回路基板25および基板ユニット17から送られる記録信号に応じて記録電流Iwを記録コイル71に通電する。これにより、記録コイル71は主磁極66を励磁し、主磁極66から記録磁界を発生させる。
図3に示すように、スピントルク発振子74は、主磁極66の先端部66aとトレーリングシールド68のリーディング側端面との間に設けられ、ライトギャップWG内に位置している。また、スピントルク発振子74の下端面は、スライダのディスク対向面43に露出し、磁気ディスク12の表面に対して、主磁極66の先端面とほぼ同一の高さ位置に設けられている。すなわち、スピントルク発振子74の下端面は、スライダ42のディスク対向面43と面一に、かつ、磁気ディスク12の表面とほぼ平行に位置している。
スピントルク発振子74は、非磁性導電層からなる下地層、スピン注入層(第1磁性体層)74a、中間層74b、発振層(第2磁性体層)74c、非磁性導電層からなるキャップ層を、主磁極66側からトレーリングシールド68側に順に積層して構成されている。下地層は主磁極66の先端部66aに接して形成され、また、キャップ層はトレーリングシールド68のリーディング側端面に接して形成されている。
発振層74cは、例えば、軟磁性かつ飽和磁束密度が2Tと大きなFeCoNiにより形成され、中間層74bは、例えば、スピン拡散長が長いCuにより形成されている。スピン注入層74aは、例えば、保磁力が高くかつスピン偏極率が高いCo/Ni人工格子により形成されている。また、スピン注入層74aは、記録時に発生するギャップ磁界よりも大きな保磁力を有する材料で形成してもよい。なお、主磁極66側から順にスピン注入層74a、中間層74b、発振層74cを積層する構成としたが、これに限らず、主磁極66側から発振層、中間層、スピン注入層の順で積層する構成としてもよい。
スピントルク発振子74は、主磁極66およびトレーリングシールドを介してスピントルク発振子(STO)駆動電流制御回路80に接続されている。STO駆動電流制御回路80は、電源82に接続されている。そして、STO駆動電流制御回路80は、制御回路基板25の制御の下、電源82から主磁極66およびトレーリングシールド68に電圧を印加することにより、主磁極66、スピントルク発振子74、トレーリングシールド68を通して駆動電流Istoを直列に通電する。すなわち、STO駆動電流制御回路80は、スピントルク発振子74の膜厚方向に、直流電流をスピントルク発振子74に通電する。通電することにより、スピントルク発振子74の発振層74cの磁化が回転し、高周波磁界を発生させることが可能となる。これにより、スピントルク発振子74は、磁気ディスク12の記録層に高周波磁界を印加する。
STO駆動電流制御回路80は、スピントルク発振子74に一定電流を供給する定電流通電回路84と、スピントルク発振子74に前記一定電流と極性の異なる反転電流を通電し、スピントルク発振子74のスピン注入層74cの磁化方向を反転する反転電流通電回路86と、を備えている。定電流通電回路84は、記録電流制御回路70から供給する記録電流Iwに同期して一定電流をスピントルク発振子74に通電し、また、反転電流通電回路86は、記録電流Iwの極性反転に同期してスピントルク発振子74に反転電流を通電する。
図4は、STO駆動電流制御回路80による駆動電流Istoの通電方法を示している。この図に示すように、STO駆動電流制御回路80は、記録ヘッド56による信号記録時、定電流通電回路84から一定電流で通電する時間と、反転電流通電回路86から一定電流と逆極性の反転電流を短時間、パルス的に通電するタイミングとを制御するように構成されている。
以上のように構成されたHDDおよび磁気記録ヘッドによれば、スピントルク発振子74に反転電流を通電することにより、スピン注入層74aの磁化方向を記録ヘッドのギャップ磁界によらず、電流により変化させることができる。すなわち、スピン注入磁化反転効果を用いてスピン注入層の磁化反転を電流で行える。そのため、ギャップ磁界よりも大きな保磁力を有するスピン注入層材料であっても用いることが可能となる。そして、保磁力の大きなスピン注入層を用いることにより、スピン注入層の磁化が安定し、より安定で確実な高周波アシスト記録を行うことができる。また、反転電流によってスピン注入層の磁化を反転することにより、ギャップ磁界によらず、応答性が向上し、高速での記録が可能となる。
以上のことから、本実施形態によれば、より高速で安定した記録が可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備えたディスク装置が得られる。
次に、他の実施形態に係るHDDの磁気ヘッドについて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係るHDDにおける、記録電流IwとSTO駆動電流Istoの通電制御方法を示す図である。本実施形態によれば、STO駆動電流制御回路80の定電流通電回路84は、記録電流Iwに同期して一定電流を通電するとともに、反転電流通電回路86は、記録電流Iwの極性が反転するタイミングに合わせて、定電流が通電されているスピントルク発振子74に極性の異なる反転電流をパルス的に、すなわち短時間だけ通電するように構成されている。
図6は、図5の通電(1)ないし(5)に対応したスピントルク発振子74の発振層74cの磁化状態とスピン注入層74aの磁化状態とを示している。図5および図6に示すように、記録電流Iwの極性の変化に合わせて、反転電流を通電することにより、発振層74cの磁化状態とスピン注入層74aの磁化方向が変化する。
また、図7に示すように、本実施形態では、反転電流通電回路86は、記録電流Iwの極性が反転する際、記録電流Iwの絶対値が減少し始めてからゼロになるまでの間に、すなわち、記録電流Iwが立ち上げり初めてからゼロになるまでの間、あるいは、記録電流Iwが立下り始めてからゼロになるまでの間に、反転電流をスピントルク発振子74に通電するように構成されている。このように逆極性のパルス的な反転電流をスピントルク発振子74に印加することで、まず、スピン注入層74aの磁化方向の反転が起こり、そして、発振層74cの磁化が速やかに反転し、記録電流Iwの立ち上がり、あるいは、立下りに合わせて回転し始める。
一方、図8は、比較例として、逆極性のパルス的な反転電流を印加せず、一定電流のみをスピントルク発振子に流し続けた場合の記録電流、STO駆動電流、スピントルク発振子の発振層の磁化状態、およびスピン注入層の磁化状態を示している。比較例に係る通電制御方法では、スピン注入層74aの磁化方向の反転は、記録電流の極性が反転した後に起こる。そのため、発振層74cの磁化が反転して回転をし始めるのは、本実施形態の通電制御方法に比べて遅くなることが解る。
以上のように、第2の実施形態によれば、記録電流の極性反転に同期して反転電流をスピントルク発振子に通電することにより、発振層の磁化状態とスピン注入層の磁化状態を高速で反転することができ、磁化反転の応答性が向上する。従って、記録磁界の反転に遅れることなくスピン注入層の磁化反転を行うことができ、高速の記録が行える。また、スピン注入磁化反転効果を用いてスピン注入層の磁化反転を電流で行える。そのため、ギャップ磁界よりも大きな保磁力を有するスピン注入層材料であっても用いることが可能となる。そして、保磁力の大きなスピン注入層を用いることにより、スピン注入層の磁化が安定し、より安定で確実な高周波アシスト記録を行うことができる。
以上のことから、本実施形態によれば、より高速で安定した記録が可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備えたディスク装置を提供することができる。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、高周波発振子は、主磁極のトレーリング側に限らず、主磁極のリーディング側に設けてもよい。
10…筺体、11…ベース、12…磁気ディスク、13…スピンドルモータ、
14…ヘッドアクチュエータ、25…制御回路基板、27…アーム、
30…サスペンション、42…スライダ、43…ディスク対向面、
44…ヘッド部、54…再生ヘッド、56…磁気記録ヘッド、66…主磁極、
66a…先端部、68…トレーリングシールド、68a…先端部、
70…記録電流制御回路、74…スピントルク発振子、74a…スピン注入層、
74c…発振層、80…STO駆動電流制御回路、84…定電流通電回路、
86…反転電流通電回路、WG…ライトギャップ

Claims (6)

  1. 記録媒体の記録層に対し記録磁界を印加する主磁極と、
    前記記録媒体と対向するディスク対向面の近傍で前記主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子と、
    前記主磁極を励磁する記録コイルと、
    前記記録コイルに記録電流を供給する記録電流制御回路と、
    前記スピントルク発振子に一定電流を供給する定電流通電回路と、
    前記スピントルク発振子に前記一定電流と極性の異なる反転電流を通電する反転電流通電回路と、
    を備える磁気記録ヘッド。
  2. 前記反転電流通電回路は、前記記録電流の極性反転に同期して前記スピントルク発振子に反転電流を通電するように構成されている請求項1に記載の磁気記録ヘッド。
  3. 前記反転電流通電回路は、前記記録電流の絶対値が減少し始めてからゼロになるまでの間に、前記反転電流をスピントルク発振子に通電するように構成されている請求項1又は2に記載の磁気記録ヘッド。
  4. 前記主磁極にギャップを置いて対向配置されたシールド磁極を備え、
    前記スピントルク発振子は、前記ギャップ内で前記主磁極とシールド磁極との間に設けられている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の磁気記録ヘッド。
  5. 前記スピントルク発振子は、スピン注入層と発振層とを有し、前記スピン注入層は、記録時に前記主磁極とシールド磁極との間に発生するギャップ磁界よりも大きな保磁力を有する磁性材料で形成されている請求項4に記載の磁気記録ヘッド。
  6. 記録層を有するディスク状の記録媒体と、
    前記記録媒体を支持および回転する駆動部と、
    前記記録媒体に対し情報処理を行う請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁気記録ヘッドと、
    を備えるディスク装置。
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