JP2018198101A - 磁気ヘッドおよびこれを備えるディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生信号品質の劣化を抑制し、高記録密度化が可能な磁気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、磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子５５と、ダウントラック方向において、磁気抵抗効果素子のトレーリング側およびリーディング側に設けられた第１磁気シールド５６および第２磁気シールド５７と、トラック幅方向において、磁気抵抗効果素子の両側にそれぞれ設けられたサイドシールド８０ａ、８０ｂと、を備えている。少なくとも一方のサイドシールドは、トレーリング側部分とリーディング側部分とで異なる透磁率を有している。
【選択図】図４

Description

この発明の実施形態は、磁気ヘッドおよびこれを備えるディスク装置に関する。

ディスク装置として、磁気ディスクドライブは、ケース内に配設されたディスク状の記録媒体、すなわち、磁気ディスクと、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、を備えている。磁気ヘッドは、例えば、記録ヘッドおよび再生ヘッド（再生素子）を含んでいる。
記録ヘッドの主磁極の形状に起因して、主磁極のエッジ近傍での磁界分布は、ダウントラック方向に垂直とならず、湾曲している。すなわち、磁気記録時、記録ヘッドから発生する磁界強度、傾度がトラックエッジ部にかけて劣化するため、磁気ディスク上の記録磁化パターンの転移形状は湾曲した形状となる。

このような湾曲した転移形状の記録磁化パターンを再生ヘッドで再生した場合、再生ヘッドの再生感度の分布と、磁気ディスク上の磁化パターンの形状とが異なるため、再生信号の品質劣化が生じる。再生時の品質劣化は、磁化パターンの高線密度、高トラックピッチ化により、一層大きな影響を受ける。湾曲部にかからないように再生ヘッドの再生素子のサイズを縮小する方法が考えられるが、製造プロセス、出力劣化の観点からも再生素子のサイズ縮小には限界がある。

特開２０１１−２３８３４２号公報

この発明の実施形態の課題は、再生信号品質の劣化を抑制し、高記録密度化が可能な磁気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、磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、ダウントラック方向において、前記磁気抵抗効果素子のトレーリング側およびリーディング側に設けられた第１磁気シールドおよび第２磁気シールドと、トラック幅方向において、前記磁気抵抗効果素子の両側にそれぞれ設けられたサイドシールドと、を備え、前記サイドシールドの少なくとも一方は、トレーリング側部分とリーディング側部分とで異なる透磁率を有している。

図１は、実施形態に係るハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を概略的に示すブロック図。 図２は、前記ＨＤＤにおける磁気ヘッド、サスペンション、磁気ディスクを示す側面図。 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、前記磁気ヘッドのヘッド部をＡＢＳ側から見た平面図。 図５は、前記磁気ヘッドの再生ヘッドを拡大して示す断面図。 図６は、磁気ディスク上の記録パターンを一例を示す図。 図７は、実施形態に係る再生ヘッドの再生感度分布と、比較例に係る再生ヘッドの再生感度分布とを示す図。 図８は、実施形態に係る再生ヘッドの再生信号のＳＮ比と、比較例に係る再生ヘッドの再生信号のＳＮ比とを比較して示す図。

以下図面を参照しながら、実施形態に係るディスク装置ついて説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本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、詳細な説明を適宜省略することがある。

（実施形態）
ディスク装置として、実施形態に係るハードディスクドライブ（ＨＤＤ）について詳細に説明する。図１は、実施形態に係るＨＤＤを概略的に示すブロック図、図２は、浮上状態の磁気ヘッドおよび磁気ディスクを示す側面図である。
図１に示すように、ＨＤＤ１０は、矩形状の筐体１１と、筐体１１内に配設された記録媒体としての磁気ディスク１２と、磁気ディスク１２を支持および回転するスピンドルモータ２１と、磁気ディスク１２に対してデータの書込み（ライト）、読出し（リード）を行う複数の磁気ヘッド１６と、を備えている。また、ＨＤＤ１０は、磁気ヘッド１６を磁気ディスク１２上の任意のトラック上に移動するとともに位置決めするヘッドアクチュエータ１８を備えている。ヘッドアクチュエータ１８は、磁気ヘッド１６を移動可能に支持するキャリッジアッセンブリ２０と、このキャリッジアッセンブリ２０を回動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２２とを含んでいる。

ＨＤＤ１０は、ヘッドアンプＩＣ３０と、メインコントローラ４０と、ドライバＩＣ４８と、を備えている。ヘッドアンプＩＣ３０は、例えば、キャリッジアッセンブリ２０に設けられ、磁気ヘッド１６に電気的に接続されている。メインコントローラ４０およびドライバＩＣ４８は、例えば、筐体１１の背面側に設けられた図示しない制御回路基板に構成されている。メインコントローラ４０は、Ｒ／Ｗチャネル４２と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）４４と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４６と、を備えている。メインコントローラ４０は、ヘッドアンプＩＣ３０を介して磁気ヘッド１６に電気的に接続されている。また、メインコントローラ４０は、ドライバＩＣ４８を介して、ＶＣＭ２２及びスピンドルモータ２１に電気的に接続されている。ＨＤＣ４４は、ホストコンピュータ４５に接続可能である。

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（６．３５ｃｍ）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、磁気ディスク１２の表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１０３と、保護膜１０４とが順次積層されている。磁気ディスク１２は、スピンドルモータ２１のハブに互いに同軸的に嵌合されている。磁気ディスク１２は、スピンドルモータ２１により所定の速度で矢印Ｂ方向に回転される。
キャリッジアッセンブリ２０は、筐体１１に回動自在に固定された軸受部２４と、軸受部２４から延出した複数のサスペンション２６と、を有している。図２に示すように、磁気ヘッド１６は、各サスペンション２６の延出端に支持されている。磁気ヘッド１６は、キャリッジアッセンブリ２０に設けられた配線部材２８を介して、ヘッドアンプＩＣ３０に電気的に接続されている。

図２に示すように、磁気ヘッド１６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１５と、スライダ１５の流出端（トレーリング）側の端部に形成されたヘッド部１７とを有している。スライダ１５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１７は複数層の薄膜により形成されている。
スライダ１５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（媒体対向面、空気支持面（ＡＢＳ））１３を有している。スライダ１５は、磁気ディスク１２の回転によってディスク表面とＡＢＳ１３との間に生じる空気流Ｃにより、磁気ディスク１２の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１５は、空気流Ｃの流入側に位置するリーディング端１５ａおよび空気流Ｃの流出側に位置するトレーリング端１５ｂを有している。磁気ディスク１２の回転に伴い、磁気ヘッド１６は、磁気ディスク１２に対して矢印Ａ方向（ヘッド走行方向）、すなわち、ディスクの回転方向Ｂと反対の方向、に走行する。

図３は、ヘッド部１７を拡大して示す断面図、図４は、ＡＢＳ側から見た磁気ヘッドのヘッド部を拡大して示す平面図である。磁気ヘッド１６のヘッド部１７は、スライダ１５のトレーリング端１５ｂに薄膜プロセスで形成された再生ヘッド（リードヘッド）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および記録ヘッド５８は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出する部分を除いて、非磁性の保護絶縁膜５３により覆われている。保護絶縁膜５３は、ヘッド部１４の外形を構成している。

記録ヘッド５８は、再生ヘッド５４に対して、スライダ１５のトレーリング端１５ｂ側に設けられている。記録ヘッド５８は、ＡＢＳ１３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、この主磁極６０にライトギャップＷＧを置いて対向するライトシールド６２、主磁極６０の上部をライトシールド６２に物理的に接合する接合部６３、および、主磁極６０とライトシールド６２で構成される磁気コアに巻き付けられた記録コイル６４等を備えている。主磁極６０は、高透磁率、高飽和磁束密度を有する軟磁性材料から形成され、その先端６０ａはＡＢＳ１３に露出している。ライトシールド６２は、軟磁性材料で形成され、その先端部６２ａは、ＡＢＳ１３に露出している。主磁極６０およびライトシールド６２は、スライダ１５の長軸（中心軸Ｃ）上に、かつ、ヘッド走行方向Ａに並んで配置されている。図４に示すように、主磁極６０の先端部６０ａの幅（トラック幅方向ＴＷに沿った幅）Ｗ１は、磁気ディスク１２におけるトラックの幅Ｔに対し同等以下に設定されている。

図３および図４に示すように、再生ヘッド５４は、記録ヘッド５８のリーディング側、すなわち、流入側に設けられている。再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果素子５５と、ダウントラック方向ＤＴにおいて、磁気抵抗効果素子５５のトレーリング側（流出側）およびリーディング側（流入側）に、磁気抵抗効果素子５５を挟むように配置された第１磁気シールド膜５６および第２磁気シールド膜５７と、サイドシールド８０ａ、８０ｂと、を備えている。磁気抵抗効果素子５５、第１および第２磁気シールド膜５６、５７、およびサイドシールド８０ａ、８０ｂは、ＡＢＳ１３に対してほぼ垂直に延在している。磁気抵抗効果素子５５、第１および第２磁気シールド膜５６、５７、およびサイドシールド８０ａ、８０ｂの下端は、ＡＢＳ１３に露出している。

図５は、再生ヘッドの先端部を拡大して示す断面図である。図４および図５に示すように、磁気抵抗効果素子５５は、磁化方向が固定された第１磁性体層（ピン層）７０と、ピン層７０上に配置された絶縁層７１と、絶縁層７１上に設けられ、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２磁性体層（フリー層）７２と、を有している。ピン層７０は、第２磁気シールド膜５７に対向して設けられている。フリー層７２は、ピン層７０と第１磁気シールド膜５６との間で、絶縁層７１上に設けられている。フリー層７２上に非磁性層７４、非磁性キャップ層７５が順に積層され、更に、非磁性キャップ層７５は非磁性層７６を介して第１磁気シールド膜５６に当接している。磁気抵抗効果素子５５のトラック幅方向ＴＷの幅Ｗ２は、磁気ディスク１２のトラック幅Ｔに対し同等以下に設定されている。

サイドシールド８０ａ、８０ｂは、トラック幅方向ＴＷにおいて、磁気抵抗効果素子５５の両側にそれぞれ配置されている。サイドシールド８０ａ、８０ｂと磁気抵抗効果素子５５および第２磁気シールド膜５７との間に、絶縁層８４がそれぞれ設けられている。サイドシールド８０ａ、８０ｂのリーディング側（流入側）は、絶縁層８４を介して第２磁気シールド膜５７に当接している。サイドシールド８０ａ、８０ｂのトレーリング側（流出側）は、非磁性層７６を介して第１磁気シールド膜５６に当接している。サイドシールド８０ａ、８０ｂの少なくとも一方は、サイドシールドのリーディング側とトレーリング側とで透磁率が相違している。

本実施形態では、サイドシールド８０ａは、トレーリング側（流出側、記録ヘッド側）に位置する第１サイドシールド層８１ａと、リーディング側（流入側）に配置された第２サイドシールド層８２ａとを有している。ダウントラック方向ＤＴにおいて、第１サイドシールド層８１ａと第２サイドシールド層８２ａとの境界は、磁気抵抗効果素子５５のフリー層７２とピン層７０との境界にほぼ整列している。これにより、第１サイドシールド層８１ａは、フリー層７２および非磁性キャップ層７５に対向し、第２サイドシールド層８２ａは、ピン層７０に対向している。第１サイドシールド層８１ａの透磁率μ１と第２サイドシールド層８２ａの透磁率μ２とが互いに相違している。ここでは、透磁率μ１よりも透磁率μ２を高く（μ１＜μ２）している。

同様に、サイドシールド８０ｂは、トレーリング側（流出側、記録ヘッド側）に位置する第１サイドシールド層８１ｂと、リーディング側（流入側）に配置された第２サイドシールド層８２ｂとを有している。ダウントラック方向ＤＴにおいて、第１サイドシールド層８１ｂと第２サイドシールド層８２ｂとの境界は、フリー層７２とピン層７０との境界にほぼ整列している。これにより、第１サイドシールド層８１ｂは、フリー層７２および非磁性キャップ層７５に対向し、第２サイドシールド層８２ｂは、ピン層７０に対向している。第１サイドシールド層８１ｂの透磁率μ１と第２サイドシールド層８２ｂの透磁率μ２とが互いに相違している。ここでは、透磁率μ１よりも透磁率μ２を高く（μ１＜μ２）している。

本実施形態によれば、第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂと、第２サイドシールド層８２ａ、８２ｂとは、透磁率μ１と透磁率μ２の関係がμ１＜μ２となるように、互いに異なる磁性材料で形成されている。第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂと、第２サイドシールド層８２ａ、８２ｂとは、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ等を用い、例えば、ＦｅＮｉのＮｉ含有量を変える、Ｍｂ，Ｃｕ、Ｃｒ等を添加する、あるいは、異なる材料を用いることで、透磁率μ１＜透磁率μ２としている。

また、第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂと、第２サイドシールド層８２ａ、８２ｂとは、同一の磁性材料で形成してもよい。本実施形態では、図５に示すように、第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂの高さ（ＡＢＳ１３に垂直な方向の高さ）をＳＴＨ１と、第２サイドシールド層８２ａ、８２ｂの高さをＳＴＨ２とした場合、第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂと、第２サイドシールド層８２ａ、８２ｂとは、ＳＴＨ１＜ＳＴＨ２となるように形成されている。第１サイドシールド層８１ａ、８１ｂの高さＳＴＨ１は、フリー層７２の高さ以下に設定されている。

次に、以上のように構成された磁気ヘッドの作用について説明する。
図６は、磁気ディスク１２上に記録された記録磁化パターンの一例を模式的に示す図である。記録ヘッド５８から発生する磁界の強度、傾度がトラックエッジ部にかけて低下するため、図に示すように、磁気ディスク１２上の記録磁化パターンの転移形状は、トラックエッジ部が湾曲した形状となる。
図７は、実施形態に係る再生ヘッド５４の再生感度分布と、比較例に係る再生ヘッドの再生感度分布とを示している。本実施形態では、フリー層の物理幅は４０ｎｍ、膜厚は５ｎｍとした。サイドシールドは、トレーリング側に配置されるサイドシールド層８１ａ、８１ｂとリーディング側に配置されるサイドシールド層８２ａ、８２ｂのそれぞれの透磁率μ１、μ２の関係がμ１＜μ２となるように形成している。なお、比較例に係る再生ヘッドは、サイドシールドの透磁率がリーディング側とトレーリング側とで一定に設定されているものとしている。

図７は、再生ヘッドの再生感度分布を計算し、各トラック幅位置において、再生ヘッドの再生感度が最大となるヘッド走行方向Ａの位置をそれぞれプロットしたものである。黒丸は、比較例に係る再生ヘッドのプロファイルを示し、白丸は、本実施形態に係る再生ヘッドのプロファイルを示している。比較例、実施形態ともに、再生ヘッドのフリー層は、ヘッド走行位置１６ｎｍに位置している。
黒丸で示すように、比較例に係る再生ヘッドでは、再生感度が最大となる位置は、フリー層の位置に沿ってトラック幅方向に直線的に延在している。これに対して、白丸で示すように、本実施形態の再生ヘッドによれば、トラックセンター近傍ではフリー層の位置に沿って再生ヘッドの再生感度が最大となっているが、トラックセンターから離れるに従い、再生ヘッドの再生感度が最大となるヘッド走行方向位置は、リーディング側（流入側）にシフトしている。このように、本実施形態の再生ヘッドによれば、再生感度の分布をトラックエッジ部でリーディング側に湾曲させることができ、図６に示したような磁気ディスク１２上の記録磁化パターンの形状に近づけることができる。従って、本実施形態に係る再生ヘッドによれば、記録磁化パターンが湾曲している場合でも、磁気磁化パターンを高精度にリードすることが可能となる。

図８は、単一記録磁化パターンを読み込んだ場合の、実施形態に係る再生ヘッドの再生信号のＳＮ比と、比較例に係る再生ヘッドの再生信号のＳＮ比とを比較して示している。この図から、比較例に対して、本実施形態の再生ヘッドでは、再生信号のＳＮ比が１．５ｄＢ程度、改善し、再生時の信号品質が改善していることが分かる。

以上のように構成されたＨＤＤおよび磁気ヘッドによれば、再生ヘッドのサイドシールドをトレーリング側とリーディング側とで透磁率が異なる構成とすることにより、再生感度の分布を湾曲した磁化転移形状に近づけることが可能となる。これにより、再生時の信号品質の劣化を抑制し、信号品位の向上および高密度記録化が可能な磁気ヘッドおよびこれを備えたディスク装置を得ることができる。

本発明は上述した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、再生ヘッドのサイドシールドは、２層に限らず、３層以上のサイドシールド層を用いることが可能である。また、サイドシールドを一層とし、トレーリング側からリーディング側に向かって、体積を増加させる構成としてもよい。更に、両方のサイドシールドの透磁率を変化させる構成に限らず、片方のサイドシールドのみを透磁率がトレーリング側とリーディング側とで異なる構成としてもよく、この場合でも、信号品位の向上を図ることが可能である。ディスク装置を構成する要素の材料、形状、大きさ等は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて種々変更可能である。

１０…磁気ディスク装置、１１…筐体、１２…磁気ディスク、１３…ＡＢＳ、
１４…スピンドルモータ、１５…スライダ、１６…磁気ヘッド、１７…ヘッド部、
１８…ヘッドアクチュエータ、３０…ヘッドアンプＩＣ、４０…メインコントローラ、
５４…再生ヘッド、５５…磁気抵抗効果素子、５６…第１磁気シールド膜、
５７…第２磁気シールド膜、５８…記録ヘッド、７０…第１磁性体層（ピン層）、
７２…第２磁性体層（フリー層）、８０ａ、８０ｂ…サイドシールド、
８１ａ、８１ｂ…第１サイドシールド層、８１ｂ、８２ｂ…第２サイドシールド層

Claims (9)

1. 磁気抵抗効果素子と、
   ダウントラック方向において、前記磁気抵抗効果素子のトレーリング側およびリーディング側に設けられた第１磁気シールドおよび第２磁気シールドと、
   トラック幅方向において、前記磁気抵抗効果素子の両側にそれぞれ設けられたサイドシールドと、を備え、
   前記サイドシールドの少なくとも一方は、トレーリング側部分とリーディング側部分とで異なる透磁率を有している磁気ヘッド。
2. 前記磁気抵抗効果素子は、前記第２磁気シールドに隣接して設けられ磁化方向が固定された第１磁性体層と、前記第１磁性体層のトレーリング側に設けられ、磁化方向が変化可能な第２磁性体層と、を含んでいる請求項１に記載の磁気ヘッド。
3. 上記サイドシールドのトレーリング側部分は第１透磁率を有し、前記リーディング側部分は、前記第１透磁率よりも高い第２透磁率を有している請求項２に記載の磁気ヘッド。
4. 前記サイドシールドの各々は、前記第１磁気シールド側に設けられた第１サイドシールド層と、前記第２磁気シールド側に設けられた第２サイドシールド層とを含み、
   前記第１サイドシールド層の第１透磁率と、第２サイドシールド層の第２透磁率とが相違している請求項２に記載の磁気ヘッド。
5. 前記第２透磁率は、前記第１透磁率よりも高い請求項４に記載の磁気ヘッド。
6. 前記磁気抵抗効果素子、第１サイドシールド層、および前記第２サイドシールド層が露出したディスク対向面を有し、
   前記ディスク対向面からの前記第２サイドシールド層の高さは、前記ディスク対向面からの前記第１サイドシールド層の高さよりも高く形成されている請求項５に記載の磁気ヘッド。
7. 前記第１サイドシールド層および第２サイドシールド層は、前記第２磁性体層および第１磁性体層にそれぞれ対向して配置されている請求項４から６のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
8. ディスク状の記録媒体と、
   前記記録媒体に対して情報の再生を行う請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと、
   を備えるディスク装置。
9. 前記記録媒体は、軟磁性層と、前記軟磁性層の上に設けられ、記録媒体面に対して垂直な磁気異方性を有する磁気記録層と、を備えている請求項８に記載のディスク装置。

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