JP2017059280A - 磁気記録装置 - Google Patents

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Masayuki Takagishi
雅幸 高岸
山田 健一郎
Kenichiro Yamada
健一郎 山田
前田 知幸
Tomoyuki Maeda
知幸 前田
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Abstract

【課題】高密度化が可能な磁気記録装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気記録装置は、磁気記録媒体と、磁気ヘッドと、を含む。前記磁気ヘッドは、磁極と、トレーリングシールドと、を含む。前記磁極は、前記磁気記録媒体と対向する媒体対向面を有する。前記媒体対向面は、前記磁極から前記トレーリングシールドに向かう第1方向に沿う磁極長を有する。前記磁極長は、前記磁気記録媒体のトラックピッチよりも短い。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、磁気記録装置に関する。
磁気ヘッドを用いて、HDD(Hard Disk Drive)などの磁気記憶媒体に情報が記録される。例えば、垂直磁気記録は、高密度記録に有利である。磁気記録装置において、記録密度の向上が望まれる。
特開2007−257775号公報
本発明の実施形態は、高密度化が可能な磁気記録装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、磁気記録装置は、磁気記録媒体と、磁気ヘッドと、を含む。前記磁気ヘッドは、磁極と、トレーリングシールドと、を含む。前記磁極は、前記磁気記録媒体と対向する媒体対向面を有する。前記媒体対向面は、前記磁極から前記トレーリングシールドに向かう第1方向に沿う磁極長を有する。前記磁極長は、前記磁気記録媒体のトラックピッチよりも短い。
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式図である。 図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的平面図である。 図3(a)〜図3(c)は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。 図4(a)及び図4(b)は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。 図5(a)及び図5(b)は、磁気記録装置の特性を例示する模式図である。 磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。 磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。 第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。 第1の実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。 実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。 図11(a)及び図11(b)は、磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式図である。
図1(a)は、断面図である。図1(b)は、磁気記録装置に設けられる磁気記録媒体を示す平面図である。図1(c)は、磁気記録装置に設けられる磁気ヘッドを示す平面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る磁気記録装置150は、磁気記録媒体80と、磁気ヘッド110と、を含む。磁気ヘッド110は、磁極20を有する。磁極20は、媒体対向面20fを有する。媒体対向面20fは、磁気記録媒体80と対向する。媒体対向面20fは、磁気ヘッド110の媒体対向面(ABS:Air Bearing Surface)に対応する。
磁気記録媒体80から磁気ヘッド110(磁極20)に向かう方向をZ軸方向とする。Z軸方向は、ハイト方向である。Z軸方向は、媒体対向面20fに対して実質的に垂直である。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
磁気記録媒体80は、媒体移動方向85に沿って、磁気ヘッド110に対して相対的に移動する。媒体移動方向85をX軸方向とする。X軸方向は、ダウントラック方向に対応する。Y軸方向は、トラック幅方向に対応する。
磁気記録媒体80は、例えば媒体基板82と、媒体基板82の上に設けられた磁気記録層81と、を含む。磁気記録層81に複数の記録ビット84が設けられる。磁気ヘッド110から印加される磁界(磁極20で生じる記録磁界)により、複数の記録ビット84のそれぞれにおいて、磁化83が制御される。これにより書き込み動作が実施される。磁気記録層81は、例えば、垂直磁気記録層である。このように、磁気記録媒体80は、例えば、垂直磁気記録層を含む。
記録トラックは、磁気記録の記録ビット84の列84aに対応する。記録ビット84の列84aの延在方向が、ダウントラック方向に対応する。
磁気ヘッド110は、磁極20と、シールド10と、を含む。磁極20は、磁気記録媒体に情報を書き込む。シールド10は、トレーリングシールドである。磁気記録媒体80の特定の部分80pは、磁極20と対向した後に、シールド10と対向する。
磁気ヘッド110において、磁極20とシールド10との間には、ギャップ絶縁部30が設けられる。この例では、シールド43がさらに設けられる。シールド43と磁極20との間には、絶縁部31が設けられている。ギャップ絶縁部30及び絶縁部31には、例えば、アルミニウムの酸化物を含む材料が用いられる。
磁気記録媒体80は、例えば、円盤状である。
図1(b)は、磁気記録媒体80の一部を例示している。磁気記録媒体80は、媒体回転軸80cを中心として回転する。例えば、記録ビット84の列84aの延在方向は、媒体回転軸80cを中心とした円状である。実施形態において、磁気記録媒体80に対向する磁極20のサイズは、磁気記録媒体80の全体のサイズよりも著しく小さい。従って、磁気記録媒体80において、記録ビット84の列84aの延在方向を考慮する際には、列84aの延在方向は、媒体回転軸80cを中心とした円の周方向に沿った直線と見なしても良い。すなわち、磁気記録媒体80は、磁極20と対向している部分を有する。この部分に着目すると、この部分の近傍においては、列84aの延在方向は、媒体回転軸80cを中心とした円の周方向に沿った直線に、実質的に沿っている。媒体回転軸80cを中心とした実質的に同心の円状に、記録ビット84の列84aが延在する。
図1(b)に示すように、磁気記録媒体80のトラックピッチTrpは、複数の列84aのピッチに対応する。トラックピッチTrpの方向は、媒体回転軸80cを通る直線80L(媒体対向面20fに対して平行で、媒体回転軸80cを通る直線)に沿う。一方、ダウントラック方向は、その直線80Lに対して実質的に垂直である。
図1(c)は、磁気ヘッド110を媒体対向面20fの側から見た平面図である。既に説明したように、磁気ヘッド110に、磁極20、シールド10及びシールド43が設けられ、さらに、第1サイドシールド41及び第2サイドシールド42が設けられる。第1サイドシールド41及び第2サイドシールド42の間に磁極20が配置される。シールド10とシールド43との間に、第1サイドシールド41、第2サイドシールド42及び磁極20が配置されている。
磁極20からシールド10に向かう方向をX1軸方向(第1方向)とする。X1軸方向は、Z軸方向に対して実質的に垂直である。X1軸方向に対して垂直でZ軸方向に対して垂直な方向をY1軸方向とする。Y1軸方向は、磁極20からシールド10に向かう方向に対して垂直で、媒体対向面20fに対して垂直である。媒体対向面20fは、X1−Y1平面に沿っている。磁極20のシールド10に対向する面は、Y1軸方向に沿っている。
磁極20とシールド10との間に生じる磁界により、磁気記録媒体80に情報が書き込まれる。磁極20とシールド10との間の間隔(X1軸方向に沿った距離)がライトギャップWGに対応する。磁極20と第1サイドシールド41との間の間隔(Y1軸方向に沿った距離)が、サイドギャップSGに対応する。磁極20と第2サイドシールド42との間の間隔(Y1軸方向に沿った距離)が、サイドギャップSGに対応する。磁極20のX1軸方向に沿った長さが、磁極長PLに対応する。磁極20のY1軸方向に沿った長さが、磁極幅PWに対応する。
磁極20の側面20sは、X1軸方向に対して傾斜している。傾斜の角度がベベル角θbに対応する。媒体対向面20fは、第1辺s1と、第2辺s2と、第3辺s3と、端部s4と、を有する。第1辺s1は、第1サイドシールド41と対向する。第2辺s2は、第2サイドシールド42と対向する。第3辺s3は、シールド10と対向する。端部s4は、磁極20において、第3辺s1とは反対側である。
第3辺s3は、Y1軸方向に実質的に沿う。第1辺s1は、Y1軸方向と交差する。後述するスキュー角が0のときに、第3辺s3は、媒体回転軸80cを通る直線80Lに実質的に沿う。例えば、第3辺s3のY1軸方向に沿う長さは、端部s4のY1軸方向に沿う長さよりも長い。
第1辺s1は、Y1軸方向に対して傾斜する。第1辺s1は、X1軸方向に対して傾斜する。第1辺s1とX1軸方向(磁極20からシールド10に向かう方向)との間の角度を、第1ベベル角θb1とする。第2辺s2は、Y1軸方向と交差する。第2辺s2は、Y1軸方向に対して傾斜する。第2辺s2は、X1軸方向に対して傾斜する。第2辺s2とX1軸方向との間の角度を第2ベベル角θb2とする。第1ベベル角θb1は、例えば、アウターベベル角である。第2ベベル角θb2は、インナーベベル角である。第1ベベル角θb1は、第2ベベル角θb2と実質的に同じも良い。第1ベベル角θb1は、第2ベベル角θb2と異なっても良い。第1ベベル角θb1及び第2ベベル角θb2を、合わせてベベル角θbと言う場合がある。
本実施形態においては、磁極長PLが短くされる。磁極長PLは、例えば、磁気記録媒体80のトラックピッチTrpよりも短い。
磁気記録媒体80のトラックピッチTrpは、例えば、磁気記録媒体80を磁気力顕微鏡(Magnetic Force Microscopy:MFM)などによる評価することにより、求められる。一方、トラックピッチTrpは、EWAC(Erasure Width of the AC pattern:例えば、米国特許第8804281号明細書参照)を基に算出することができる。EWACを基に算出される値は、「可能な最小トラックピッチ」に対応する。磁気記録装置において実用的に使用するトラックピッチは、「可能な最小トラックピッチ」である。磁気力顕微鏡による評価から求められたトラックピッチTrpは、EWACを基に算出された値と一致する。
一般に、磁極20の面積を小さくすると、磁極20で発生する磁界(記録磁界)が小さくなり、磁気記録媒体80への情報の記録の効率が低下すると考えられている。磁極20の磁極幅PWは、トラックピッチTrpに直接的に影響を与える。磁極幅PWを狭くすることで、トラックピッチを小さくでき、高密度の記録が可能になる。このため、一般には、磁極幅PWを小さくした上で、磁極20の面積(媒体対向面20fの面積)を大きくすることが良いと考えられている。このため、磁極長PLは長くなる。一方、実際の磁気記録装置においては、スキュー角が存在し、ベベル角θbを過度に小さくすると、スキュー角の大きい位置において、特性が急激に悪くなる。このため、一般的な技術思想においては、最大スキュー角以下程度のベベル角θbを保持したまま、磁極長PLが長い三角形状の磁極を目指す。
しかしながら、本願発明者の検討によると、実際の磁気記録装置においては、磁極長PLを短くしてベベル角θbを小さくすると、良好な特性で記録が可能であることが分かった。すなわち、実用的には、磁極20の面積が小さくなっても、磁極20で発生する有効的な磁界(記録磁界)は大きく維持される。本実施形態においては、磁極長PLを短くする。具体的には、磁極長PLは、例えば、磁気記録媒体80のトラックピッチTrpよりも短く設定される。これにより、スキュー角を考慮した条件において、有効に記録できる高い記録密度が得られる。
以下、スキュー角について説明する。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的平面図である。
図2(a)に示すように、磁気記録装置は、磁気記録媒体80及び磁気ヘッド110に加えて、アーム155をさらに含む。アーム155は、アーム軸155cと、延在部155eと、を含む。延在部155eは、アーム軸155cを中心として回転する。延在部155eは、アーム延在方向155dに沿って延びる。磁気ヘッド110は、延在部155eに固定される。すなわち、磁極20は、延在部155eに固定される。
図2(a)に示すように、アーム155の回転(延在部155eの回転)により、磁気ヘッド110は、磁気記録媒体80の内周部80i、中周部80m及び外周部80oを移動する。
図2(b)は、磁気記録媒体80における記録ビット84の列84aと、磁極20と、の相対的な関係を図示している。図2(b)には、磁気記録媒体80の内周部80i、中周部80m及び外周部80oに対応する3つの状態が図示されている。図2(b)に示すように、例えば、中周部80mにおいては、アーム155の延在部155eのアーム延在方向155dは、列84aの方向に沿っている。内周部80iにおいては、アーム155の延在部155eのアーム延在方向155dは、列84aの方向と交差する。外周部80oにおいては、アーム155の延在部155eのアーム延在方向155dは、列84aの方向と交差する。内周部80iと外周部80oとにおいて、交差の方向が逆である。
アーム155の延在部155eの動きに伴って、磁極20に関する方向(X1軸方向及びY1軸方向)と、記録ビット84の列84aの方向と、の間の角度(スキュー角θs)が変化する。
内周部80iと外周部80oとにおいて、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)と、アーム延在方向155dと、の間の角度(スキュー角θs)が変化する。
例えば、内周部80iにおいて、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)と、アーム延在方向155dと、の間の角度を、インナースキュー角θsiとする。外周部80oにおいて、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)と、アーム延在方向155dと、の間の角度を、アウタースキュー角θsoとする。インナースキュー角θsiとアウタースキュー角θsoとにおいて、角度の方向は逆であり、角度の極性は、逆である。インナースキュー角θsiの絶対値の最大値は、アウタースキュー角θsoの絶対値の最大値と実質的に同じでも良い。インナースキュー角θsiの絶対値の最大値は、アウタースキュー角θsoの絶対値の最大値と異なっても良い。
例えば、外周部80oにおいては、第2辺s2は、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)に実質的に沿っている。そして、外周部80oにおいて、第1辺s1と、記録ビット84の列84aの方向と、の間の角度は大きい。一方、内周部80iにおいては、第1辺s1は、記録ビット84の列84aの方向に実質的に沿っている。そして、内周部80iにおいて、第2辺s2と、記録ビット84の列84aの方向と、の間の角度は大きい。
このように、内周部80iと外周部80oとにおいて、磁極20の辺と、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)と、の間の角度が変化する。スキュー角θsの絶対値の最大値が大きいと、磁極20の辺とダウントラックの方向との間の角度の変化は大きくなる。
実用的には、外周部80oにおける特性は、内周部80iにおける特性と実質的に同じと考えて良い。磁気記録媒体80の回転速度が速い場合は、磁気記録媒体80と磁気ヘッド110との間の相対速度の差により、特性差が生じることがあり、磁気記録媒体80中の場所による不均一性により、特性差が生じることもある。以下で説明するスキュー角θsとベベル角θbとの関係は、これらの特性差がある場合においても、実質的に同じである。
以下では、内周部80iの特性について説明する。以下の説明は、外周部80oにも適用できる。インナースキュー角θsiの絶対値の最大値を最大スキュー角θsmとする。最大スキュー角θsmは、アウタースキュー角θsoの絶対値の最大値でも良い。最大スキュー角θsmは、インナースキュー角θsiの絶対値の最大値と、アウタースキュー角θsoの絶対値の最大値と、の小さい方でも良い。
以下、スキュー角θsと、ベベル角θb(第1ベベル角θb1)と、を変えたときの記録特性の例について説明する。
図3(a)〜図3(c)は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、磁気記録装置のシミュレーション結果を例示している。このシミュレーションにおいては、磁極長PLは90nmであり、磁極幅PWは40nmである。
これらの図において、横軸は、スキュー角θsである。図3(a)の縦軸は、記録可能なトラックピッチTrppである。図3(b)の縦軸は、トラックピッチの差分DTrpである。図3(c)の縦軸は、トラックピッチロスTPILである。
図3(a)において、記録可能なトラックピッチTrppは、磁気記録媒体80に記録された2T信号の書き込み幅から算出される。図3(a)に示すように、スキュー角θsが大きいと、記録可能なトラックピッチTrppが大きくなる。例えば、スキュー角θsが15度のとき、ベベル角θbが大きいと、記録可能なトラックピッチTrppが小さくなる。スキュー角θsが小さいとき(例えば0度のとき)、ベベル角θbに対する記録可能なトラックピッチTrppの変化は、小さい。
スキュー角θsが0度のときの記録可能なトラックピッチTrppを基準トラックピッチTrpp0とする。基準トラックピッチTrpp0(すなわち、スキュー角θsが0度のときの記録可能なトラックピッチTrpp)を、評価の際の基準とする。基準トラックピッチTrpp0と、スキュー角θsが他の値のときの記録可能なトラックピッチTrppと、の差を、トラックピッチの差分DTrpとする。
図3(b)に示すように、差分DTrp(スキュー角θsが0度のときの記録可能なトラックピッチTrppを基準としたときの、スキュー角θsが他の値のときの記録可能なトラックピッチTrppの増大)は、スキュー角θsが大きいと、大きい。差分DTrpは、ベベル角θbが小さいと、大きい。
トラックピッチロスTPILを、

TPIL=(DTrp/Trpp0)×100(%)

のように定義する。
図3(c)に示すように、トラックピッチロスTPILは、スキュー角θsが大きいと大きくなる。トラックピッチロスTPILは、ベベル角θbが大きいと大きくなる。
このように、スキュー角θs及びベベル角θbは、トラックピッチロスTPILに影響を与える。
以下、磁極長PLを変えたときの特性について説明する。
図4(a)及び図4(b)は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。
図4(a)において、横軸は、磁極長PLである。縦軸は、スキュー角θsが15度の時のトラックピッチロスTPILである。
図4(a)から分かるように、磁極長PLが長いと、トラックピッチロスTPILは大きい。磁極長PLが長いと、ベベル角θbが変化すると、トラックピッチロスTPILの変化の程度は大きい。すなわち、磁極長PLが長いと、実用的に実現できるトラックピッチTrpは、ベベル角θbに大きく依存する。
磁極長PLが短いと、トラックピッチロスTPILは小さい。すなわち、磁極長PLが短いと、実用的に実現できるトラックピッチTrpは、小さく、ベベル角θbに実質的に依存しない。
例えば、磁極長PLが40nm以下のときに、トラックピッチロスTPILは実質的に一定となる。磁極長PLが40nm以下のときに、トラックピッチロスTPILは、ベベル角θbに実質的に依存しない。磁極長PLが40nm以下の全てのベベル角θbにおける、トラックピッチTrpの平均は、57.3nmである。
このように、磁極長PLが短いと(例えば40nm以下)、トラックピッチロスTPILは小さくなり、実質的に一定となる。このときのトラックピッチTrpは、約57nmである。このトラックピッチTrpは、EWAC(Erasure Width of the AC pattern:例えば、米国特許第8804281号明細書参照)を基に算出されている。実施形態においては、磁極長PLをトラックピッチTrpよりも短くする。実施形態においては、磁極長PLをトラックピッチTrpの0.7倍以下とする。すなわち、トラックピッチTrpが57nmであるときに、磁極長PLを40nm以下とする。
図4(b)は、図4(a)のデータを基にして作成されている。
図4(b)の横軸は、磁極長PLである。縦軸は、トラックピッチロスTPILの標準偏差σ(TPIL)である。標準偏差σ(TPIL)は、磁極長PLのそれぞれのときのトラックピッチロスTPILの標準偏差である。標準偏差σ(TPIL)は、ベベル角θbが、7度、10度、13度または17度における、トラックピッチロスTPILの値を基に算出されている。
図4(b)に示すように、磁極長PLが40nm以下において、標準偏差σ(TPIL)が小さい。磁気ヘッド110の加工時のばらつきにより、ベベル角θbのばらつきが生じる。ベベル角θbのばらつきに起因して、特性が変化する。磁極長PLが40nm以下においては、ベベル角θbのばらつきに起因するトラックピッチロスTPILの特性のばらつきが抑えられる。これにより、安定したHDD特性を得ることができる。
実施形態においては、トラックピッチロスTPILを小さくできる。すなわち、スキュー角θsを考慮した実用的な条件において、高密度の磁気記録装置が提供できる。
図5(a)及び図5(b)は、磁気記録装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、磁気記録媒体80に加わる磁極磁界のシミュレーション結果を示している。これらのシミュレーションにおいて、媒体対向面20fと磁気記録媒体80との間の距離は、17nmである。磁極幅PWは40nmである。ライトギャップWGは、22nmである。サイドギャップSGは、30nmである。図5(a)に例示する磁気ヘッド110aにおいては、磁極長PLは40nmであり、ベベル角θbは10度である。図5(b)に例示する磁気ヘッド119においては、磁極長PLは70nmであり、ベベル角θbは17度である。磁気ヘッド110aは、実施形態に対応し、磁気ヘッド119は、参考例に対応する。
これらの図は、例えばスキュー角θsが0のときの状態を例示している。このとき、磁極20に関するX1軸方向は、磁気記録媒体80に関するX軸方向に対して平行である。これらの図には、記録磁界の等高線が表示されている。これらの図中の暗い(濃い)部分においては、明るい(淡い)部分よりも、記録磁界が強い。記録磁界が13kOeである等高線が、破線で描かれている。これらの図中には、磁極20の媒体対向面20fの形状が表示されている。
これらの図に示すように、破線で示す記録磁界(13kOe)の幅は、EWACを基に算出されるトラックピッチTrpと一致する。磁気記録媒体80への記録は、破線で示す記録磁界(13kOe)で決まっていると、考えられる。この破線で示す記録磁界(13kOe)を記録バブルと呼ぶ。この記録バブルの形状と、磁極20の媒体対向面20fの形状と、を比較する。
長い磁極長PLを有する磁気ヘッド119においては、記録バブルの形状の1つの辺は、磁極20の側面(第1辺s1及び第2辺s2)に沿っている。すなわち、記録バブルの形状の辺のX軸方向との間の角度は、実質的にベベル角θbに一致している。図4(a)に関して説明したように、磁極長PLが長いときに実用的に実現できるトラックピッチTrpがベベル角θbに大きく依存するのは、この現象が関係していると考えられる。
これに対して、短い磁極長PLを有する磁気ヘッド110aにおいては、記録バブルの形状の辺は、外側に曲線状にふくらんでいる。記録バブルの形状の辺は、丸くなっている。磁極長PLが短いときには、記録バブルの形状は、円に近づく。それに伴って、実用的に実現できるトラックピッチTrpのベベル角θb依存性が小さくなると考えられる。
図6は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。
図6は、磁極幅PWを変えた時のトラックピッチロスTPILの標準偏差σ(TPIL)を示す。
図6において、横軸は、磁極長PLである。縦軸は、トラックピッチロスTPILの標準偏差σ(TPIL)である。磁極長PLが磁極幅PW程度よりも小さいときに、トラックピッチロスTPILの標準偏差σ(TPIL)が小さい。記録バブルの形状が丸くなると、トラックピッチTrpのベベル角θb依存性が小さくなる。磁極長PLが磁極幅PW以下において、トラックピッチTrpのベベル角θb依存性が小さくなる。EWACから算出されるトラックピッチTrpは、磁極幅PWの約0.7倍である。実施形態において、磁極長PLは、例えば、トラックピッチTrpの0.7倍以下とする。
このような、磁極長PLと、記録バブルの形状と、の関係は、従来知られていない。このため、磁極20の媒体対向面20fの面積が大きいほど、磁気記録媒体80に印加される記録磁界は大きくなると考えられていた。しかしながら、図5(a)及び図5(b)に示すように、磁極20の磁極長PLが記録磁界に大きく影響を与える。実施形態においては、磁極20の磁極長PLを小さくすることで、トラックピッチロスTPILを小さくする。これにより、高密度化が可能な磁気記録装置を提供できる。
記録バブルの形状は、磁気ヘッド110の浮上量等の記録条件を変えても大きく変わることは無い。トラックピッチTrpを変えると、記録バブルの形状は相似形を維持しつつ、記録バルブの大きさが変わる。
上記の例では、磁極長PLがトラックピッチTrpの70%以下になるとベベル角θb依存性が著しく小さくなる。この関係の傾向は、トラックピッチTrpが変わっても実質的には、変わらない。
実施形態において、磁極20のベベル角θbは、磁気記録媒体80のスキュー角θsの最大値(最大スキュー角θsm)よりも小さく設定できる。
例えば、図2(b)に例において、磁極20の第1辺s1に関する第1ベベル角θb1が、インナースキュー角θsiの絶対値の最大値と同じとする。このとき、インナースキュー角θsiの絶対値が最大となる位置において、第1辺s1は、記録ビット84の列84aの方向(ダウントラックの方向)に沿う。
磁極長PLが長い参考例においては、磁極20の形状に対応した形状の記録磁界が発生する。この参考例において、第1ベベル角θb1がインナースキュー角θsiの絶対値よりも小さいと、磁極20と相似形の記録磁界の一部が、記録ビット84の列84aの外を通過してしまう。これにより、隣接するトラックの特性が悪化する。
これに対して、磁極長PLが小さいと、円に近い記録磁界が発生する。このため、ベベル角θbを小さくすることができる。実施形態においては、磁極長PLを短くする。これにより、第1ベベル角θb1がインナースキュー角θsiの絶対値の最大値よりも小さくしても、スキュー角θsが大きい位置においても、適正な記録が可能となる。
例えば、実施形態において、ベベル角θbは、スキュー角θsの最大値(最大スキュー角θsm)の0.5倍以下としても良い。
例えば、ベベル角θbは、0度以上17度以下である。一方、スキュー角θsの絶対値の最大値(最大スキュー角θsm)は、20度以下である。
このように、実施形態においては、アーム155が設けられる。そして、アーム155は、アーム軸155cと、アーム軸155cを中心として回転しアーム延在方向155dに沿って延びる延在部155eと、を含む(図2(b)参照)。磁極20は、延在部155e(の一部であり、先端部分)に固定される。一方、磁気記録媒体80は、媒体回転軸80cを中心として回転する。トラックピッチTrpの方向は、媒体回転軸80cを通る。トラックピッチTrpの方向は、媒体回転軸80cに対して垂直な直線80Lに沿う(図1(b)参照)。
ダウントラック方向は、直線80Lに対して実質的に垂直である。トラックピッチTrpの方向は、直線80Lに沿う。磁極20の媒体対向面20fは、直線80Lと交差する辺(第1辺s1及び第2辺s2など)を有する(図1(c)参照)。辺と、X1軸方向(磁極20からシールド10に向かう第1方向)と、の間の第1角度(第1ベベル角θb1及び第2ベベル角θb2の少なくともいずれか)は、ダウントラック方向とアーム延在方向155dとの間の第2角度(スキュー角θs)の絶対値の最大値(最大スキュー角θsmに対応する)よりも小さい。
実施形態において、第1角度は、例えば、第2角度の絶対値の最大値の0.5倍以下である。第1角度は、例えば、0度以上17度以下である。第2角度の絶対値の最大値は、例えば、20度以下である。
実施形態において、磁極長PLは、例えば40ナノメートル以下である。
媒体対向面20fは、磁極幅PWを有している。磁極幅PWは、Y1軸方向(磁極20からシールド10に向かうX1軸方向に対して垂直で、媒体対向面20fに対して垂直な方向)に沿う、媒体対向面20fの長さ(最大値)である。実施形態において、磁極長PLは、磁極幅PW以下である。
垂直磁気記録において、磁極20で発生する磁界(記録磁界)を用いて、磁気記録媒体80に書き込みを行う。磁極20から出た磁束は、磁気記録媒体80の軟磁性裏打ち層(SUL: Soft Under Layer)を通過して拡散する。磁極20の媒体対向面20fを磁束が通過する。このため、一般的には、磁極20の媒体対向面20fの面積が大きいほど、磁気記録媒体80に印加される磁界は大きくなると考えられていた。
一方、磁気ヘッド110は、アーム155(スイングアーム)に固定される。アーム155は、1つの回転軸(アーム軸155c)の周りをスイングする。ダウントラック方向と、磁気ヘッド110の中心線と、の間の角度は、スキュー角θsに対応する。実施形態においては、磁極長PLを短くする。これにより、磁極20のベベル角θbがスキュー角θsより小さいときにも、適正な記録が可能である。例えば、スキュー角θsの最大値(最大スキュー角θsm)は、約15度である。このとき、磁極20のベベル角θbも、約15度としても良い。
ベベル角θbを小さくすると、磁極20の媒体対向面20fの全体の面積を大きくできるため、一般には、記録特性が向上すると考えられている。すなわち、ベベル角θbが小さいと、磁極20の媒体対向面20fは、長方形に近づき、媒体対向面20fの面積が大きくなる。例えば、ベベル角θbを小さくするに従って磁極長PLを長くすることで、媒体対向面20fの面積を広げることができる。
一方、ベベル角θbが小さいと、スキュー角θsが大きい位置において、磁極20の媒体対向面20fがトラックの外に位置してしまう。このため、トラックピッチロスTPILが長じる。
アーム155を長くすることにより、ベベル角θbが小さくてもトラックピッチロスTPILを抑制することが考えられる。しかしながら、この方法において、アーム155が長いと、対衝撃性能が低下する。したがって、一般に、磁極20の媒体対向面20fの面積は、ベベル角θbにより制限を受けることになる。
実施形態においては、図4及び図5に関して説明した特性に着目している。すなわち、磁極20の磁極長PLを小さくすることで、トラックピッチロスTPILを小さくできる。
実施形態においては、小さいベベル角θbを保持したまま、トラックピッチロスTPILを減少できる。
例えば、磁極20の磁極長PL(磁極20のダウントラック方向の最大長さ)を短くする。磁極長PLは、例えば、トラックピッチTrpの70%以下とする。これにより、トラックピッチロスTPILを小さくでき、高密度の記録が可能になる。
さらに、ベベル角θbを、磁気記録装置150(ハードディスク)のスキュー角θsの最大値(最大スキュー角θsm)よりも小さくする。磁極長PLを小さくすると同時にベベル角θbを小さくすることにより、さらに良好な記録性能が確保できる。
例えば、線記録密度が2000kBPIの2.5インチのハードディスクの中周において、トラック密度が、391kTPIとする。この時、トラックピッチTrpは、65nmである。このとき、以下の第1条件及び第2条件の磁気ヘッドを検討する。
第1条件の磁気ヘッドにおいては、磁極幅PWが60nmであり、ベベル角θbは、17度であり、磁極長PLは、90nmである。このとき、ノイズ特性SNRは、10.2dBである。第1条件においては、磁極長PLは、トラックピッチTrp(65nm)よりも大きい。
第2条件の磁気ヘッドにおいては、磁極幅PWが58nmであり、ベベル角θbは、7度であり、磁極長PLは、40nmである。このとき、ノイズ特性SNRは、11dBである。第2条件においては、磁極長PLは、トラックピッチTrp(65nm)の約62.5%である。
第2条件においては、第1条件よりも、トータルの容量が大きい。容量の差は、3.2%である。第1条件における磁極20の媒体対向面20fの面積は、2924nmであり、第2条件における磁極20の媒体対向面20fの面積は、2124nmである。磁極20の媒体対向面の20f面積は、第2条件の方が小さいにもかかわらず、容量が大きくなっておる。このことから、媒体対向面20fの面積だけが書き込み能力に関与しているのではないことがわかる。例えば、磁極20のトレーリング側の寄与が、リーディング側の寄与よりも大きいと、考えられる。ベベル角θbが小さい場合は、媒体対向面20fの全体の面積が多少小さくても、書き込み能力が向上すると考えられる。
例えば、線記録密度が2000kBPIの2.5インチのハードディスクの中周において、トラック密度が、488kTPIとする。この時、トラックピッチTrpは、52nmである。このとき、以下の第3条件及び第4条件の磁気ヘッドを検討する。
第3条件の磁気ヘッドにおいては、磁極幅PWが33nmであり、ベベル角θbは、15度であり、磁極長PLは、60nmである。このとき、ノイズ特性SNRは、9.8dBである。第3条件においては、磁極長PLは、トラックピッチTrp(52nm)よりも大きい。
第4条件の磁気ヘッドにおいては、磁極幅PWが35nmであり、ベベル角θbは、7度であり、磁極長PLは、30nmである。このとき、ノイズ特性SNRは、10.7dBである。第4条件においては、磁極長PLは、トラックピッチTrp(52nm)の約57.7%である。
第4条件においては、第3条件よりも、トータルの容量が大きい。容量の差は、4.5%である。
上記の第2条件及び第4条件が、実施形態に対応する。実施形態によれば、良好な特性の高密度の記録が可能である。
図7は、磁気記録装置の特性を例示するグラフ図である。
図7は、磁気記録装置の記録密度を例示している。図7の横軸は、磁気記録媒体80におけるトラックピッチTrpの方向の位置PTrp(ゾーン番号に対応する)である。縦軸は、記録密度AD(Gbpsi)である。この図には、実施形態に係る磁気記録装置150(例えば磁気ヘッド110a)の特性と、参考例の磁気記録装置159(例えば磁気ヘッド119)の特性と、が示されている。磁気記録装置150においては、ベベル角θbは、10度であり、トラックピッチTrpは、30nmである。磁気記録装置159においては、ベベル角θbは、17度であり、トラックピッチTrpは、60nmである。
磁気記録装置150(例えば磁気ヘッド110a)において、スキュー角θsが15度の時の記録密度ADは、1021Gbpsiである。この記録密度ADは、479kTPI/2130kBPIに対応する。
磁気記録装置150における記録密度ADは、磁気記録装置159における記録密度ADよりも高い。
スキュー角θsが0度のときに、磁気記録装置150における記録密度ADは、磁気記録装置159における記録密度ADよりも高い。向上の程度は、2.1%である。スキュー角θsが15度のときにも、磁気記録装置150における記録密度ADは、磁気記録装置159における記録密度ADよりも高い。向上の程度は、3.7%である。スキュー角θsの全体において、向上の程度の平均は、2.6%である。
磁気記録装置150においては、スキュー角θsが大きいとき(例えば15度のとき)に、トラックピッチロスTPILが特に小さくなる。このため、磁気記録媒体80の内周部及び外周部において、記録密度ADの向上の程度が高くなる。
図8は、第1の実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。
図8においては、シールド10、シールド43、第1サイドシールド41及び第2サイドシールド42などが省略されている。
磁気ヘッド110の磁極20に書き込みコイル28が設けられる。書き込みコイル28に供給される電流により、磁極20において、記録磁界が発生する。発生した記録磁界が、磁気記録媒体80に加わる。磁気記録媒体80には、複数のトラック(例えば第1〜第4トラックTr1〜Tr4など)が形成される。複数のトラックのピッチが、トラックピッチTrpに対応する。
図8に示すように、磁気ヘッド110は、再生部70をさらに含んでも良い。再生部70は、第1再生シールド72aと、第2再生シールド72bと、再生素子71と、を含む。再生素子71は、第1再生シールド72aと第2再生シールド72bとの間に設けられる。再生素子71により、情報が記録された記録ビット84の磁化83の状態が検出される。
磁気記録装置150において、制御部55が設けられても良い。制御部55からのコイル28に電気信号が供給される。制御部55は、再生素子71の電気抵抗の状態を検出しても良い。
図9は、第1の実施形態に係る磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図9は、磁気ヘッドが搭載されるヘッドスライダを例示している。
磁気ヘッド110は、ヘッドスライダ3に搭載される。ヘッドスライダ3には、例えばAl/TiCなどが用いられる。ヘッドスライダ3は、磁気記録媒体80の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体80に対して相対的に運動する。
ヘッドスライダ3は、例えば、空気流入側3Aと空気流出側3Bとを有する。磁気ヘッド110は、ヘッドスライダ3の空気流出側3Bの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ3に搭載された磁気ヘッド110は、磁気記録媒体80の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体80に対して相対的に運動する。
図10は、実施形態に係る磁気記録装置を例示する模式的斜視図である。
図11(a)及び図11(b)は、磁気記録装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図10に示したように、実施形態に係る磁気記録装置150は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。記録用媒体ディスク180は、スピンドルモータ4に装着され、駆動装置制御部からの制御信号に応答するモータにより矢印Aの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録装置150は、複数の記録用媒体ディスク180を備えても良い。磁気記録装置150は、記録媒体181を含んでもよい。例えば、磁気記録装置150は、ハイブリッドHDD(Hard Disk Drive)である。記録媒体181は、例えば、SSD(Solid State Drive)である。記録媒体181には、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。
記録用媒体ディスク180に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ3は、既に説明したような構成を有し、薄膜状のサスペンション154の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ3の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。
記録用媒体ディスク180が回転すると、サスペンション154による押し付け圧力とヘッドスライダ3の媒体対向面(ABS)で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ3の媒体対向面は、記録用媒体ディスク180の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ3が記録用媒体ディスク180と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。
サスペンション154は、アーム155(例えばアクチュエータアーム)の一端に接続されている。アーム155は、例えば、駆動コイルを保持するボビン部などを有する。アーム155の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ156が設けられている。ボイスコイルモータ156は、アーム155のボビン部に巻き上げられた駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とを含むことができる。サスペンション154は、一端と他端とを有し、磁気ヘッドは、サスペンション154の一端に搭載され、アーム155は、サスペンション154の他端に接続されている。
アーム155は、軸受部157の上下2箇所に設けられたボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ156により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気ヘッドを記録用媒体ディスク180の任意の位置に移動可能となる。
図11(a)は、磁気記録装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ160の拡大斜視図である。
また、図11(b)は、ヘッドスタックアセンブリ160の一部となる磁気ヘッドアセンブリ(ヘッドジンバルアセンブリ:HGA)158を例示する斜視図である。
図11(a)に示したように、ヘッドスタックアセンブリ160は、軸受部157と、ヘッドジンバルアセンブリ158と、支持フレーム161と、を含む。ヘッドジンバルアセンブリ158は、軸受部157から延出している。支持フレーム161は、軸受部157からHGAと反対方向に延出している。支持フレーム161は、ボイスコイルモータのコイル162を支持する。
また、図11(b)に示したように、ヘッドジンバルアセンブリ158は、軸受部157から延出したアーム155と、アーム155から延出したサスペンション154と、を有している。
サスペンション154の先端には、ヘッドスライダ3が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ3には、実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。
すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ(ヘッドジンバルアセンブリ)158は、実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダ3と、ヘッドスライダ3を一端に搭載するサスペンション154と、サスペンション154の他端に接続されたアーム155と、を備える。
サスペンション154は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、及び、例えばスピントルク発振子用などのためのリード線(図示しない)を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ3に組み込まれた磁気ヘッドの各電極と、が電気的に接続される。
また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部190が設けられる。信号処理部190は、例えば、図10に例示した磁気記録装置150の図面中の背面側に設けられる。信号処理部190の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ158の電極パッドに接続され、磁気ヘッドと電気的に結合される。
このように、本実施形態に係る磁気記録装置150は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気記録媒体と磁気ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とした可動部と、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
すなわち、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク180が用いられる。
上記の可動部は、ヘッドスライダ3を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ158を含むことができる。
このように、本実施形態に係る磁気記録装置150は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
実施形態によれば、高密度化が可能な磁気記録装置が提供される。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気ヘッドに含まれるシールド、磁極及びサイドシールド、磁気記録装置に含まれる磁気記録媒体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
3…ヘッドスライダ、 3A…空気流入側、 3B…空気流出側、 4…スピンドルモータ、 10…シールド、 20…磁極、 20f…媒体対向面、 20s…側面、 28…コイル、 30…ギャップ絶縁部、 31…絶縁部、 41、42…第1、第2サイドシールド、 43…シールド、 55…制御部、 70…再生部、 71…再生素子、 72a…第1再生シールド、 72b…第2再生シールド、 80…磁気記録媒体、 80L…直線、 80c…媒体回転軸、 80i…内周部、 80m…中周部、 80o…外周部、 80p…部分、 81…磁気記録層、 82…媒体基板、 83…磁化、 84…記録ビット、 84a…列、 85…媒体移動方向、 θb…ベベル角、 θb1、θb2…第1、第2ベベル角、 θs…スキュー角、 θsi…インナースキュー角、 θso…アウタースキュー角、 θsm…最大スキュー角、 σ(TPIL)…標準偏差、 110、110a、119…磁気ヘッド、 150…磁気記録装置、 154…サスペンション、 155…アーム(アクチュエータアーム)、 155c…アーム軸、 155d…アーム延在方向、 155e…延在部、 156…ボイスコイルモータ、 157…軸受部、 158…ヘッドジンバルアセンブリ、 159…磁気記録装置、 160…ヘッドスタックアセンブリ、 161…支持フレーム、 162…コイル、 180…記録用媒体ディスク、 181…記録媒体、 190…信号処理部、 A…矢印、 AD…記録密度、 DTrp…差分、 PL…磁極長、 PTrp…位置、 PW…磁極幅、 SG…サイドギャップ、 TPIL…トラップピッチロス、 Tr1〜Tr4…第1〜第4トラック、 Trp…トラックピッチ、 Trpp…トラックピッチ、 Trpp0…基準トラックピッチ、 WG…ライトギャップ、 s1〜s3…第1〜第3辺

Claims (14)

  1. 磁気記録媒体と、
    磁気ヘッドであって、前記磁気記録媒体と対向する媒体対向面を有する磁極と、トレーリングシールドと、を含む磁気ヘッドと、
    を備え、
    前記媒体対向面は、前記磁極から前記トレーリングシールドに向かう第1方向に沿う磁極長を有し、
    前記磁極長は、前記磁気記録媒体のトラックピッチよりも短い、磁気記録装置。
  2. 前記磁極長は、前記トラックピッチの0.7倍以下である、請求項1記載の磁気記録装置。
  3. 前記磁極のベベル角は、磁気記録媒体のスキュー角の絶対値の最大値よりも小さい、請求項1または2に記載の磁気記録装置。
  4. 前記ベベル角は、前記最大値の0.5倍以下である、請求項3記載の磁気記録装置。
  5. 前記ベベル角は、0度以上17度以下である、請求項3または4に記載の磁気記録装置。
  6. 前記最大値は、20度以下である、請求項3〜5のいずれか1つに記載の磁気記録装置。
  7. アームをさらに備え、
    前記アームは、アーム軸と、前記アーム軸を中心として回転しアーム延在方向に沿って延びる延在部と、を含み、
    前記磁極は前記延在部に固定され、
    前記磁気記録媒体は、媒体回転軸を中心として回転し、
    前記トラックピッチの方向は、前記媒体回転軸を通り前記媒体回転軸に対して垂直な直線に沿い、
    前記ダウントラック方向は、前記直線に対して実質的に垂直であり、
    前記媒体対向面は、前記直線と交差する辺を有し、
    前記第1方向と、前記辺と、の間の第1角度は、前記ダウントラック方向と前記アーム延在方向との間の第2角度の絶対値の最大値よりも小さい、請求項1または2に記載の磁気記録装置。
  8. 前記第1角度は、前記第2角度の絶対値の最大値の0.5倍以下である、請求項7記載の磁気記録装置。
  9. 前記第1角度は、0度以上17度以下である、請求項7または8に記載の磁気記録装置。
  10. 前記第2角度の絶対値の最大値は、20度以下である、請求項7〜9のいずれか1つに記載の磁気記録装置。
  11. 前記磁極長は、40ナノメートル以下である、請求項1〜10のいずれか1つに記載の磁気記録装置。
  12. 前記媒体対向面は、前記第1方向に対して垂直で前記媒体対向面に対して垂直な方向に沿う磁極幅を有し、
    前記磁極長は、前記磁極幅以下である、請求項1〜11のいずれか1つに記載の磁気記録装置。
  13. 前記磁極長は、前記磁極幅以下である、請求項12記載の磁気記録装置。
  14. 前記磁気記録媒体は、垂直磁気記録層を含む、請求項1〜13のいずれか1つに記載の磁気記録装置。
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