JP2014123414A - 磁気記録ヘッド、およびこれを備えた磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既記録情報の劣化または消去を防止し、高記録密度化を可能とする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、ディスク装置の磁気記録ヘッドは、記録媒体に対向する対向面４３と、対向面に露出する先端部を有し、記録媒体の記録層に対して記録磁界を印加する主磁極６０と、主磁極のトレーリング側に近接して設けられ、記録層に高周波磁界を印加する高周波発振子７４と、を備えている。主磁極のトレーリング側端と高周波発振子のトレーリング側端との間の領域において、主磁極から記録媒体に印加する記録磁界と、前記対向面とのなす角度が０ないし８５度である。
【選択図】図５

Description

この発明の実施形態は、磁気記録装置に用いる高周波アシスト磁気記録ヘッド、およびこの磁気記録ヘッドを備えた磁気記録装置に関する。

磁気記録装置として、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、磁気ディスクに対して磁気ヘッドを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。磁気ヘッドは、サスペンションに取り付けられたスライダ、およびスライダに設けられたヘッド部を有し、このヘッド部は、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構成されている。

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。更に、主磁極の近傍に高周波発振子を設け、この高周波発振子から記録媒体に高周波磁界を印加する高周波アシスト記録ヘッドが提案されている。

特開２００９−７０５４１号公報 特開２０１２−１０４１６８号公報 特開２００８−３０５４８６号公報 特開２００９−８０９０４号公報

高周波アシスト記録ヘッドおよび磁気記録装置では、大きな保磁力を持つ記録媒体に記録可能となる。しかしながら、近年、更なる記録密度の向上が求められている。

そこで、この発明の課題は、記録密度の更なる向上が可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備えた磁気記録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、記録媒体に対向する対向面と、前記対向面に露出する先端部を有し、前記記録媒体の記録層に対して記録磁界を印加する主磁極と、前記主磁極のトレーリング側に近接して設けられ、前記記録層に高周波磁界を印加する高周波発振子と、を備え、前記主磁極のトレーリング側端と前記高周波発振子のトレーリング側端との間の領域において、前記主磁極から記録媒体に印加する記録磁界と、前記対向面とのなす角度が０ないし８５度である。

図１は、実施形態に係るハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ）を示す斜視図。 図２は、前記ＨＤＤにおける磁気ヘッドおよびサスペンションを示す側面図。 図３は、前記磁気ヘッドのヘッド部を拡大して示す断面図。 図４は、前記磁気ヘッドの記録ヘッドを模式的に示す斜視図。 図５は、前記記録ヘッドのディスク側端部を拡大して示す断面図。 図６Ａは、記録磁界のなす角度が９０度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｂは、記録磁界のなす角度が８５度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｃは、記録磁界のなす角度が８０度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｄは、記録磁界のなす角度が６０度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｅは、記録磁界のなす角度が４５度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｆは、記録磁界のなす角度が３０度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｇは、記録磁界のなす角度が１０度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図６Ｈは、記録磁界のなす角度が１度の場合における、記録ヘッドの高周波磁界周波数と媒体反転磁界との関係を示す図。 図７Ａは、記録磁界のなす角度が４５の場合における、媒体反転磁界と高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）との関係を示す図。 図７Ｂは、記録磁界のなす角度が９０の場合における、媒体反転磁界と高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）との関係を示す図。 図８Ａは、本実施形態の記録ヘッドによる有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）、スピントルク発振子による高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）、および、媒体反転磁界（Ｈｃ）のダウントラック方向に沿ったプロファイルを示す図。 図８Ｂは、ダウントラック方向に沿った有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）の成す角度分布を示す図。 図８Ｃは、比較例として、記録磁界がＡＢＳとなす角度θが９０度であると仮定した場合の本実施形態の記録ヘッド５８による有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）、スピントルク発振子７４による高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）、および、媒体反転磁界（Ｈｃ）のダウントラック方向に沿ったプロファイルを示す図。 図９は、本実施形態における記録ヘッドの高周波アシスト記録磁界のダウントラック方向分布を計算した結果を示す図。 図１０は、複数の高周波周波数について、高周波アシスト記録磁界のダウントラック方向分布の具体的な計算結果を示す図。 図１１は、媒体核生成磁界（ＨｎＯ）＝１３ｋＯｅ、媒体飽和磁界（ＨｓＯ）＝１７ｋＯｅの記録媒体を用いて、遷移長（Trans５０）と高周波周波数との関係を求めた結果を示す図。 図１２は、最少の遷移長（Trans５０）と、発振層表面から主磁極までの距離と、の依存性を示す図。 図１３は、媒体反転磁界の高周波磁界周波数依存性と、記録磁界印加時間との関係を示す図。 図１４は、スピントルク発振子による高周波アシストなしでの媒体反転磁界（ＨｃＯ）で規格化したアシスト最大のスピントルク発振子の発振周波数ｆと、ＨｃＯで規格化した高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）との関係を示す図。

以下図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る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、磁気記録装置としての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１０ａ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１０ａ上には、記録媒体としての磁気ディスク１２および機構部が設けられている。機構部は、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する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１０ａ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ラッチ機構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１０ａの外面には、制御回路基板２５がねじ止めされ、ベース１０ａ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方向に回転駆動される。

ヘッドアクチュエータ１４は、ベース１０ａの底壁上に固定された軸受部２４と、軸受部２４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２４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は対応するアーム２７と一体に形成されていてもよい。各サスペンション３０の延出端に磁気ヘッド３３が支持されている。アーム２７およびサスペンション３０によりヘッドサスペンションを構成し、このヘッドサスペンションと磁気ヘッド３３とによりヘッドサスペンションアッセンブリを構成している。

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。磁気ヘッド３３は、サスペンション３０の先端部に設けられたジンバルばね４１に固定されている。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１０ａ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１０ａに組み込んだ状態において、ボイスコイルは、ベース１０ａ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、磁気ディスク１２および磁気ヘッド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を拡大して示す断面図である。

図１ないし図３に示すように、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１０１を有している。基板１０１の各表面には、下地層として軟磁気特性を示す材料からなる軟磁性層１０２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磁気記録層１０３と、その上層部に保護膜層１０４が順に積層されている。

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は薄膜を積層すること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により浮上する。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および記録ヘッド５８を有し、分離型の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５５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５５を挟むように配置されたシールド膜５６、５７と、で構成されている。これら磁性膜５５、シールド膜５６、５７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。

記録ヘッド５８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４は、記録ヘッド５８および磁気ディスク１２を模式的に示す斜視図、図５は、記録ヘッド５８の磁気ディスク側の端部を拡大して示す断面図である。

図３ないし図５に示すように、記録ヘッド５８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透磁率材料からなる主磁極６０、トレーリングシールド６２、および、リーディングシールド６４を有し、主磁極６０とトレーリングシールド６２とからなる磁路を形成する第１磁気コアと、主磁極６０とリーディングシールド６４とからなる磁路を形成する第２磁気コアと、を構成している。記録ヘッド５８は、第１磁気コアに巻き付けられた第１コイル７０と、第２磁気コアに巻き付けられた第２コイル７２とを有している。

主磁極６０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６０の磁気ディスク１２側の先端部６０ａ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６０の先端部６０ａは、例えば、断面が台形状に形成され、トレーリング端側に位置した所定幅のトレーリング側端面、トレーリング端面と対向しているとともにトレーリング側端面よりも幅の狭いリーディング側端面、および両側面を有している。主磁極６０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。先端部６０ａのトレーリング側端面の幅は、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。

軟磁性体で形成されたトレーリングシールド６２は、主磁極６０のトレーリング側に配置され、主磁極直下の軟磁性層１０２を介して効率的に磁路を閉じるために設けられている。トレーリングシールド６２は、ほぼＬ字形状に形成され、主磁極６０に接続される第１接続部５０、および後述する第２接続部を有している。第１接続部５０は非導電体５２を介して主磁極６０の上部、すなわち、ディスク対向面４３から離れた上部、に接続されている。

トレーリングシールド６２の先端部６６ａは、細長い矩形状に形成され、その先端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。先端部６６ａのリーディング側端面６６ｂ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６６ｂは、主磁極６０のトレーリング側端面６７ａとライトギャップＷＧを置いて平行に対向している。

ディスク対向面４３の近傍で、主磁極６０の先端部６０ａとトレーリングシールド６２のリーディング側端面６６ｂとの間に、これらを電気的に接合する非磁性導電層６５が配置されている。トレーリングシールド６２の先端部６２ａは、第２接続部を構成している。非磁性導電層６５は、単層あるいは、複数の非磁性導電層を積層した多層構造のいずれでもよい。非磁性導電層６５の材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、ニクロム、Ｔａ、Ｒｕなどを用いることができる。

図３および図５に示すように、本実施形態では、非磁性導電層６５は、高周波発振子、例えば、スピントルク発振子７４を含んでいる。すなわち、スピントルク発振子７４は、主磁極６０に隣接して主磁極のトレーリング側に設けられ、ライトギャップＷＧ内に位置している。スピントルク発振子７４は、キャップ層、発振層（第１磁性体層）７４ａ、中間層、スピン注入層（第２磁性体層）、下地層を、主磁極６０側からトレーリングシールド６２側に順に積層して構成されている。各層は、ディスク対向面４３に対してほぼ垂直に延びている。これらの層の積層順は、上記と逆でもよい。

主磁極６０とトレーリングシールド６２とに端子９１、９２が接続され、これらの端子９１、９２は電源９４が接続されている。この電源９４から主磁極６０、非磁性導電層６５、トレーリングシールド６２を通して電流Ｉｏｐを直列に通電できるように電流回路が構成されている。

図３および図４に示すように、記録ヘッド５８は、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６０およびトレーリングシールド６２を含む磁気磁路に巻き付くように配置された第１コイル（記録コイル）７０を有している。第１コイル７０は、例えば、主磁極６０とリターン磁極６６との間で、第１接続部５０の回りに巻付けられている。

図３ないし図５に示すように、軟磁性体で形成されたリーディングシールド６４は、主磁極６０のリーディング側に主磁極と対向して設けられている。リーディングシールド６４は、ほぼＬ字形状に形成され、磁気ディスク１２側の先端部６４ａは細長い矩形状に形成されている。この先端部６４ａの先端面（下端面）は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。先端部６４ａのトレーリング側端面６４ｂ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。このトレーリング側端面６４ｂは、主磁極６０のリーディング側端面とギャップを置いて平行に対向している。このギャップには、後述する非磁性体としての保護膜絶縁膜が位置している。

リーディングシールド６４は、磁気ディスク１２から離間した位置で主磁極６０に接合された第１接続部６８を有している。この第１接続部６８は、例えば、軟磁性体で形成され、主磁極６０およびリーディングシールド６４とともに磁気回路を形成している。記録ヘッド５８は、主磁極６０およびリーディングシールド６４を含む磁気磁路に巻きつくように配置され、この磁気回路に磁界を印加する第２コイル７２を有している。第２コイル７２は、例えば、主磁極６０とリーディングシールド６４との間で、第１接続部６８の回りに巻付けられている。なお、第１接続部６８の一部に非導電体、もしくは、非磁性体を挿入してもよい。

第２コイル７２は、第１コイル７０と反対向きに巻かれている。第１コイル７０および第２コイル７２にそれぞれ端子９５、９６が接続され、これらの端子９５、９６に第２電源９８が接続されている。また、第２コイル７２は、第１コイル７０と直列に接続されている。なお、第１コイル７０および第２コイル７２は、別々に電流供給制御してもよい。第１コイル７０および第２コイル７２に供給する電流は、ＨＤＤの制御部によって制御される。

上述した記録ヘッド５８において、主磁極６０、トレーリングシールド６２、およびリーディングシールド６４を構成する軟磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉの少なくとも一種を含む合金、または化合物の中から選択して用いることができる。

図３に示すように、再生ヘッド５４および記録ヘッド５８は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出する部分を除いて、保護絶縁膜７６により覆われている。保護絶縁膜７６は、ヘッド部４４の外形を構成している。

以上のように構成されたＨＤＤによれば、ＶＣＭ１６を駆動することにより、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され、位置決めされる。また、磁気ヘッド３３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により浮上する。ＨＤＤの動作時、スライダ４２のディスク対向面４３はディスク表面に対し隙間を保って対向している。図２に示すように、磁気ヘッド３３は、ヘッド部４４の記録ヘッド５８部分が最も磁気ディスク１２表面に接近した傾斜姿勢をとって浮上する。この状態で、磁気ディスク１２に対して、再生ヘッド５４により記録情報の読み出しを行うとともに、記録ヘッド５８により情報の書き込みを行う。

情報の書き込みにおいては、図３に示すように、電源９４から主磁極６０、スピントルク発振子７４を含む非磁性導電層６５、トレーリングシールド６２に直流電流を通電し、スピントルク発振子７４から高周波磁界を発生させ、この高周波磁界を磁気ディスク１２の磁気記録層１０３に印加する。また、電源９８から第１コイル７０および第２コイル７２に交流電流を流すことにより、第１コイル７０により主磁極６０を励磁し、この主磁極から直下の磁気ディスク１２の記録層１０３に垂直方向の記録磁界を印加する。これにより、磁気記録層１０３に所望のトラック幅にて情報を記録する。記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、高保持力かつ高磁気異方性エネルギーの磁気記録を行うことができる。また、主磁極６０からトレーリングシールド６２にかけて電流を流すことにより、主磁極６０内の磁区の乱れを解消し、効率のよい磁路を導くことができ、主磁極の先端から発生する磁界が強くなる。

この際、第２コイル７２に電流を流してリーディングシールド６４を励起し、主磁極６０およびリーディングシールドを含む閉磁路に所望の磁界流すことにより、トレーリングシールド６２直下へ戻り磁界が集中することを防止することができる。すなわち、リーディングシールド６４を含む閉磁路を流れる磁界により、戻り磁界をリーディングシールド６４にも分散させ、トレーリングシールド６２方向への集中的な戻りが抑制される。

このことから、記録トラックにおける既記録情報劣化や消去を抑制することができる。したがって、書込みトラック上での記録能力を確保したまま、既記録情報劣化や消去を防止することができ、磁気ディスク１２の記録層を高トラック密度化し、ＨＤＤの記録密度の向上を図ることが可能となる。

また、図５に示すように、記録ヘッド５８は、スピントルク発振子７４から高周波磁界を印加した状態で、主磁極６０のトレーリング側端とスピントルク発振子７４のトレーリング側端との間の領域において、主磁極６０から記録媒体（磁気ディスク１２）に印加する記録磁界Ｅと、スライダのディスク対向面（ＡＢＳ）４３とのなす角度θが０ないし８５度となるように構成されている。

図６Ａないし図６Ｈは、種々の角度θについて、媒体反転磁界（Ｈｃ）の周波数依存性をそれぞれ示す図である。計算に用いた構成は次の通りである。垂直の磁気異方性磁界Ｈｋ＝１６ｋＯｅの磁気記録媒体（磁気ディスク）を構成する単一の記録媒体粒子に、スピントルク発振子からＡＢＳ面と平行な成分からなる円偏光の高周波磁界７００（Ｏｅ）を印加した。その時に、磁気記録媒体が反転する記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）を媒体反転磁界（Ｈｃ）とした。なお、記録磁界Ｅと記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）の関係は、ストナー・ウォルファース（Stoner−Wohlfarth）モデルに従って、下記の式であらわされる。

（記録磁界のＡＢＳ面並行成分）^{（２／３）}＋（記録磁界のＡＢＳ面垂直成分）^{（２／３）}＝（記録有効磁界強度）^{（２／３）}
図６Ｂないし図６Ｈに示すように、記録磁界Ｅがディスク対向面４３となす角度θが０〜８５度の場合には、高周波磁界の周波数と媒体反転磁界（Ｈｃ）とが１対１に対応している。すなわち、ある周波数に対して、一定の媒体反転磁界が対応している。そのため、高周波磁界周波数を制御することにより、所望の媒体反転磁界を発生させることができる。

これに対して、図６Ａに示すように、角度θが９０度の場合には、高周波磁界の周波数が１２〜１５ＧＨの範囲で、媒体反転磁界が内側に食い込んでおり、周波数に対する媒体反転磁界（Ｈｃ）が不定となる領域が生じる。すなわち、ある周波数に対して、複数の大きさの媒体反転磁界が生じる。

図７Ａおよび図７Ｂは、２つの角度θ（θ＝４５度、θ＝９０度）について、媒体反転磁界と高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）との関係を示している。図７Ａに示すように、記録磁界ＥがＡＢＳとなす角度θが４５度の場合には、媒体有効磁界と高周波磁界強度とが１対１で対応している。一方、角度θが９０度の場合、図７Ｂに示すように、１０ＧＨｚの周波数、かつ、高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）が３３０〜６３００（Ｏｅ）の範囲で、媒体反転磁界（Ｈｃ）が不定となる。すなわち、この領域を用いて、記録媒体磁化を反転させる場合、磁化遷移位置が不定となる。

図８Ａは、本実施形態の記録ヘッド５８による記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）、スピントルク発振子７４による高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）、および、媒体反転磁界（Ｈｃ）のダウントラック方向に沿ったプロファイルを示している。また、図８Ｂは、ダウントラック方向に沿った記録磁界Ｅの成す角度分布を示している。

なお、これら図８Ａ、８Ｂでは、ダウントラック方向位置が０ｎｍの場所に主磁極６０の端部があり、負の方向へ伸びている。トレーリングシールド６２の端部は５０ｎｍの場所にあり、正の方向へ伸びている。スピントルク発振子７４の発振層（第１磁性体層）７４ａは１０ｎｍ〜２３ｎｍの場所に位置している。

これらの図８Ａ、８Ｂから、記録ヘッド５８では、広い領域で記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）が媒体反転磁界（Ｈｃ）よりも大きくなっており、良好な飽和記録が可能となる。また、記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）と媒体反転磁界（Ｈｃ）が交差する部分が、媒体磁化の遷移点に相当している。記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）と媒体反転磁界（Ｈｃ）は１点で交差しており、遷移長が短く高線記録密度の実現が可能となる。また、図８Ｂに示すように、主磁極端部からスピントルク発振子端部までの間で、記録磁界ＥがＡＢＳと成す角度θの分布は、０〜８５度となっている。

図８Ｃは、比較例として、記録磁界ＥがＡＢＳとなす角度θが９０度であると仮定した場合の本実施形態の記録ヘッド５８による記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）、スピントルク発振子７４による高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）、および、媒体反転磁界（Ｈｃ）のダウントラック方向に沿ったプロファイルを示している。角度θが９０度の場合、不定な媒体反転磁界領域と記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）領域とが交差し、遷移長が長くなることがわかる。

次に、以下の方法により、高周波アシスト記録での遷移長を定量的に計算した。
まず、高周波アシスト記録有効磁界の計算方法を説明する。通常の記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）が反転可能な最大媒体Ｈｋに相当することを鑑み、高周波アシスト記録有効磁界を次のように計算した。すなわち、高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）、記録有効磁界強度（Ｈｅｆｆ）、記録磁界Ｅが媒体容易軸となす角度、および、周波数が与えられた時、その条件で反転可能な最大媒体Ｈｋを、高周波アシスト記録有効磁界とした。なお、高周波アシスト記録の場合、記録磁界が媒体容易軸となす角によっては、媒体反転磁界が不定となる場合がある。この場合には、反転開始するＨｋと、完全に反転するＨｋとの２種類を求め、高周波アシスト記録有効磁界とした。

次に、図９に示すように、高周波アシスト記録有効磁界のダウントラック方向分布を計算した。記録媒体の磁化反転は、記録時の媒体核生成磁界（ＨｎＯ）から開始し、記録時の媒体飽和磁界（ＨｓＯ）で終了する。Hn0の位置からHs0の位置までの間は、媒体の磁化状態は不定となる。そこで、遷移長（Trans５０）は、ＨｎＯの位置からＨｓＯの位置までの距離の半分とした。なお、高周波アシスト記録の場合、有効磁界が媒体容易軸となす角によっては、反転磁界が不定となる場合がある。そのため、確実に核生成・飽和する領域を求め、遷移長（Trans５０）を評価した。

図１０は、高周波アシスト記録有効磁界のダウントラック方向分布の具体的な計算結果を示している。計算に用いた記録ヘッドの構成は次の通りである。主磁極とトレーリングシールドとの距離（ＷＧ）は３５ｎｍとし、主磁極とトレーリングシールド間にスピントルク発振子を設置している。スピントルク発振子は、磁化が回転する発振層（ＦＧＬ）とスピンを注入するスピン注入層（ＳＩＬ）を有している。発振層の膜厚は１３ｎｍ、飽和磁束密度は２．３Ｔである。発振層表面から主磁極までの距離は５ｎｍとしている。

図１０に示すように、高周波印加なしの場合、有効磁界の最大値は１５ｋＯｅとなる。高周波周波数を増加させるに従い、高周波アシスト記録有効磁界の最大値が増加し、高周波周波数３８ＧＨｚの場合には最大値が２４ｋＯｅとなる。周波数が４６ＧＨｚおよびそれ以上の場合、媒体共鳴条件と一致しないため、高周波アシスト記録有効磁界は、通常の有効磁界（高周波印加なし）と同一となる。

図１１は、媒体核生成磁界（ＨｎＯ）＝１３ｋＯｅ、媒体飽和磁界（ＨｓＯ）＝１７ｋＯｅの記録媒体を用いて、遷移長（Trans５０）と高周波周波数との関係を求めた結果を示している。スピントルク発振子の発振層（ＦＧＬ）表面から主磁極（ＭＰ）までの距離が５ｎｍの場合、高周波周波数を２６ＧＨｚとすることで、遷移長（Trans５０）を１．３ｎｍまで低減することが可能となる。なお、高周波アシスト記録を用いない、通常の磁気記録ヘッドの場合、最良の遷移長（Trans５０）は３ｎｍであり、高周波アシスト記録ヘッドにより、遷移長（Trans５０）の改善が可能となることが分かる。なお、通常の磁気記録ヘッドの場合、主磁極とトレーリングシールドの距離（ＷＧ）を縮小することで、遷移長（Trans５０）を低減することが可能であるが、縮小しすぎると有効磁界の最大値が小さくなるため遷移長（Trans５０）が悪化する。このため最適なライトギャップＷＧが存在する。
なお、図１１には、発振層（ＦＧＬ）の位置を移動した場合の結果も合わせて記載している。いずれの場合でも、周波数が２０〜３０ＧＨｚの間で、遷移長（Trans５０）が最小となる。

図１２は、最少の遷移長（Trans５０）と、発振層（ＦＧＬ）７４ａの表面から主磁極までの距離と、の依存性を示している。ＦＧＬ表面から主磁極までの距離が０〜１５ｎｍの間では、遷移長（Trans５０）は２．０ｎｍ以下と良好な結果を示す。一方、ＦＧＬ表面から主磁極までの距離が２０ｎｍ以上では、高周波磁界と有効磁界との重畳が悪化するため、遷移長（Trans５０）が急激に悪化する。このため、ＦＧＬ表面から主磁極までの距離は、０〜１５ｎｍとすることが望ましい。

図１３は、媒体反転磁界の高周波磁界周波数依存性と、記録磁界印加時間との関係を示している。図１３（ａ）に示すように、印加時間が０．０５ｎｓの場合、アシスト領域が小さいが、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示すように、印加時間を０．１ｎｓ以上とすることで、アシスト領域が拡大し安定して磁化反転することがわかる。すなわち、磁化遷移領域における記録媒体粒子への印加時間を考慮すると、記録媒体の平均磁性体粒子サイズ／周速 ≧ ０．１ｎｓにすることが望ましい。磁性体粒子は１ビット粒を用いてもよい。また、記録媒体は、グラニュラー媒体を用いることもできる。

図１４は、スピントルク発振子による高周波アシストなしでの媒体反転磁界（ＨｃＯ）で規格化したアシスト最大のスピントルク発振子の発振周波数ｆと、ＨｃＯで規格化した高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）との関係を、種々の角度θについて示している。規格化した発振周波数ｆが０．３５〜０．８であるとき、すなわち、
（０．３５ ＜ ｆ／（γ×ＨｃＯ） ＜ ０．８）、 γ＝２．８８ＧＨｚ／ｋＯｅ、
であるとき、アシスト最大となることが分かる。上記と同様に、記録磁界の角度θが１５〜８５度において、発振周波数ｆが０．３５〜０．８とすることにより、ビット間の遷移長（Trans５０）を短くすることができる。

以上のように、本実施形態に係る磁気記録ヘッドおよびＨＤＤによれば、高周波アシスト記録ヘッドにおいて、記録磁化遷移領域での、記録ヘッドから記録媒体に印加する記録磁界とディスク対向面（ＡＢＳ）とのなす角度θを０〜８５度にするとともに、アシストなしでの媒体反転磁界（ＨｃＯ）で規格化したスピントルク発振子の発振周波数を０．３５〜０．８とすることにより、更に、記録媒体の記録層について、媒体平均磁性体粒子サイズ／周速 ≧ ０．１ｎｓ、に構成することにより、ビット間の遷移長を短くし、線記録密度の向上を図ることができる。これにより、記録密度の更なる向上が可能な記録ヘッドおよびこれを備えた磁気記録装置を得ることができる。

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、ヘッド部を構成する要素の材料、形状、大きさ等は、必要に応じて変更可能である。また、磁気ディスク装置において、磁気ディスクおよび磁気ヘッドの数は、必要に応じて増加可能であり、磁気ディスクのサイズも種々選択可能である。

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、４２…スライダ、
４３…ディスク対向面（ＡＢＳ）、４４…ヘッド部、５４…再生ヘッド、
５６…記録ヘッド、６０…主磁極、６０ａ…先端部、６２…トレーリングシールド、
６４…リーディングシールド、６５…非磁性導電層、７０…第１コイル、
７２…第２コイル、７４…スピントルク発振子、１００…制御部

Claims (7)

1. 記録媒体に対向する対向面と、
   前記対向面に露出する先端部を有し、前記記録媒体の記録層に対して記録磁界を印加する主磁極と、
   前記主磁極のトレーリング側に近接して設けられ、前記記録層に高周波磁界を印加する高周波発振子と、を備え、
   前記主磁極のトレーリング側端と前記高周波発振子のトレーリング側端との間の領域において、前記主磁極から記録媒体に印加する記録磁界と、前記対向面とのなす角度が０ないし８５度である磁気記録ヘッド。
2. 前記高周波発振子は、発振層を有し、前記発振層の表面から前記主磁極までの距離が０ないし１５ｎｍである請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
3. 前記高周波発振子の高周波磁界発振がない時の媒体反転磁界をＨｃＯとした場合、前記高周波発振子の発振周波数ｆ（ＧＨｚ）は、
   ０．３５ ＜ ｆ／（γ×ＨｃＯ） ＜ ０．８、 γ＝２．８８ ＧＨｚ／ｋＯｅ
   である請求項１又は２に記載の磁気記録ヘッド。
4. 前記主磁極のトレーリング側にライトギャップを置いて対向し、非導電体を介して前記主磁極に接続され、前記主磁極とともに第１磁気コアを形成するトレーリングシールドと、前記第１磁気コアに巻き付つくように設けられた第１コイルと、を具備する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
5. 前記主磁極のリーディング側にギャップを置いて対向し、磁性体を介して前記主磁極に接続され、前記主磁極とともに第２磁気コアを形成するリーディングシールドと、前記第２磁気コアに巻き付つくように設けられた第２コイルと、を具備する請求項４に記載の磁気記録ヘッド。
6. 媒体面に対して垂直方向に磁気異方性を有する磁気記録層を有する記録媒体と、
   前記記録媒体を回転する駆動部と、
   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、
   を備える磁気記録装置。
7. 前記磁気記録層の磁性体粒子サイズと前記記録媒体の周速との比が、０．１ｎｓ以上である請求項６に記載の磁気記録装置。

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