JP2019046513A - 磁気ヘッドおよびこれを備えるディスク装置 - Google Patents

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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、主磁極60と、主磁極とライトギャップWGを挟んで対向するライトシールド62と、主磁極のトラック幅方向の両サイドにギャップを置いて配置されたサイドシールド63と、ライトギャップ内で主磁極とライトシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第1層80と、主磁極とサイドシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第2層82と、を有している。第1層80は、第2層82の比透磁率よりも小さい比透磁率を有している。【選択図】図6

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。記録ヘッドは、記録磁界を発生する主磁極と、主磁極のギャップを置いて対向するライトシールドおよびサイドシールドと、を有している。
このような記録ヘッドにおいて、記録分解能(記録密度)は、主磁極とシールドとの間の距離(ギャップ長)に大きく影響される。近年、高記録密度化に向けて、ギャップ長が小さくなる傾向にある。しかしながら、ギャップ長が小さくなると、主磁極から発生する磁界によライトシールドが磁気的に飽和してしまい、シールドとしての機能を果たせなくなる。この場合、逆に記録ヘッドの記録分解能、記録密度が劣化する。
特開平8−96325号公報 米国特許出願公開第2011/0268991号明細書 米国特許出願公開第2011/0075294号明細書
この発明の実施形態の課題は、シールドの飽和を抑制し、記録密度の向上を図ることが可能な磁気記録ヘッド、およびこれを備える磁気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、記録磁界を発生る主磁極と、前記主磁極とライトギャップを挟んで対向するライトシールドと、前記主磁極のトラック幅方向の両サイドにギャップを置いて配置されたサイドシールドと、前記ライトギャップ内で前記主磁極とライトシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第1層と、前記主磁極とサイドシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第2層と、を備えている。前記第1層は、前記第2層の比透磁率よりも小さい比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、前記磁気ヘッドにおける記録ヘッドの主要構成要素を一部破断して示す斜視図。 図5は、前記記録ヘッドの先端部を拡大して示す断面図。 図6は、前記記録ヘッドをABS側から見た平面図。 図7は、前記記録ヘッドおよび比較例に係る磁気ヘッドにおける、ギャップ長と記録密度との関係を示す図。 図8は、第2の実施形態に係る磁気ヘッドをABS側から見た平面図。 図9は、第3の実施形態に係る磁気ヘッドをABS側から見た平面図。 図10は、第3の実施形態に係る磁気ヘッドの先端部を拡大して示す断面図。
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。
(第1の実施形態)
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、第1の実施形態に係る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32と、ドライバIC37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32およびドライバIC37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32は、R/Wチャネル33と、ハードディスクコントローラ(HDC)34と、マイクロプロセッサ(MPU)36と、を備えている。メインコントローラ32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32は、ドライバIC37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。HDC34は、ホストコンピュータ38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42と、スライダ42の流出端(トレーリング)側の端部に形成された記録再生用のヘッド部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)で形成されている。ヘッド部44は複数の薄膜を積層することにより形成されている。磁気ヘッド16は、サスペンション26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。
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(媒体対向面、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ABS43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。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44を拡大して示す断面図である。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(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。リードヘッド54および記録ヘッド58は、スライダ42のABS43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44の外形を構成している。
リードヘッド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ABS43に露出している。
記録ヘッド58は、リードヘッド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、記録ヘッドの主要構成要素を一部破断して示す斜視図、図5は、記録ヘッドの先端部を拡大して示す断面図、図6は、ABS側から見た記録ヘッドを拡大して示す平面図である。
図3および図4に示すように、記録ヘッド58は、高飽和磁束密度材料からなる主磁極60と、軟磁性材料からなるトレーリングシールド(ライトシールド)62と、一対のサイドシールド63と、リーディングシールド64と、を有している。主磁極60は、磁気ディスク12の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる。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ライトギャップWG(ダウントラック方向Dのギャップ長)を置いて配置され、主磁極60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。一対のサイドシールド63は、主磁極60のトラック幅方向TWの両側にそれぞれサイドギャップSGを置いて対向配置されている。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ギャップを置いて配置されている。本実施形態において、サイドシールド63およびリーディングシールド64は、軟磁性材料により一体に形成してもよい。
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(バックギャップ)に接続されている。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(バックギャップ)で非導電体(絶縁体)69を介して主磁極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。また、第1接続部68の位置で、主磁極60とリーディングシールド64とは絶縁体69により電気的に絶縁されている。
記録ヘッド58は、主磁極60に磁束を流すための第1記録コイル70および第2記録コイル72を有している。第1記録コイル70は、主磁極60およびトレーリングシールド62を含む第1磁気コアに巻き付くように配置され、第2記録コイル72は、主磁極60およびリーディングシールド64を含む第2磁気コアに巻き付くように配置されている。第1記録コイル70および第2記録コイル72にはそれぞれ端子95、96が接続され、これらの端子95、96に記録電流回路97が接続されている。第2記録コイル72は、第1記録コイル70と直列に接続されている。磁気ディスク12に信号を書き込む際、記録電流回路97から第1記録コイル70および第2記録コイル72に所定の電流が供給され、主磁極60に磁束を流し磁界を発生させる。
図3ないし図6に示すように、主磁極60は、磁気ディスク12の表面およびABS43に対してほぼ垂直に延びている。主磁極60のABS43側の先端部60aは、ABS43に向かって先細に(ロート状に)絞り込まれている。主磁極60の先端部60aは、トレーリング端側に位置したトレーリング側端面60c、トレーリング側端面と対向してリーディング側端面60d、および両側面60eを有している。主磁極60の先端面は、スライダ42のABS43に露出している。先端部60aにおいて、トレーリング側端面60cは、ABS43に垂直な方向に対して、傾斜して延びている。両側面60eは、主磁極60の中心軸線に対して、すなわち、ダウントラック方向Dに対して、傾斜して延びている。
トレーリングシールド62の先端部62a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62の下端面は、スライダ42のABS43に露出している。先端部62aのリーディング側端面(主磁極側端面)62bは、トラック幅方向TWに沿って延びている。リーディング側端面62bは、ABS43に垂直な方向に対して、傾斜して延びている。リーディング側端面62bは、主磁極60の先端部60aにおいて、主磁極60のトレーリング側端面60c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60のトレーリング側端面60cおよびトレーリングシールド62のリーディング側端面62bは、ABS43と垂直な方向に延在していてもよい。
本実施形態において、一対のサイドシールド63は、軟磁性体によりリーディングシールド64と一体に形成され、リーディングシールド64からトレーリングシールド62側に延出している。一対のサイドシールド63は、主磁極60のトラック幅方向TW両側に主磁極60から物理的に分断し、かつ、リーディングシールド64と磁気的かつ電気的に接続している。各サイドシールド63の側面63bは、主磁極60の側面60eにギャップSGを置いてほぼ平行に対向している。サイドシールド63の先端面は、ABS43に露出している。
図5および図6に示すように、主磁極60とトレーリングシールド62の先端部62aとの間、主磁極60とリーディングシールド64との間、および主磁極60とサイドシールド63との間、のスペースには、非磁性の絶縁体、例えば、アルミナ、酸化シリコン等からなる保護絶縁膜73が設けられている。
本実施形態では、主磁極60とトレーリングシールド62との間のライトギャップGWに非磁性あるいは磁性の第1層80が充填されている。主磁極60と各サイドシールド63との間のサイドギャップSGに、非磁性あるいは磁性の第2層82が充填されている。第1層の比透磁率Aは、第2層82の比透磁率Bよりも小さく、A<Bの関係に設定されている。更に、第1層80の比透磁率Aと第2層82の比透磁率Bとの差は、2以上であることが望ましい。第1層80としては、例えば、Fe、Co、Ni等を用いることができる。第2層82としては、例えば、Fe、Co、Ni等を用いることができる。
以上のように構成された磁気ヘッド16によれば、記録ヘッド58のシールド間に、比透磁率A<Bの関係を満たす第1層80および第2層82を設け、磁気記録時にサイドシールド63側へ流れる磁束を調整することにより、すなわち、磁束をサイドシールド63側へ積極的に流れるように調整している。これにより、主磁極60とトレーリングシールド62との間のライトギャップWGを狭くしても、主磁極60からライトシールド62側に直接、流れる磁束を低減し、ライトシールド62の磁気的飽和を抑制することができる。従って、ライトシールド62のシールド機能を維持しつつ、記録密度の向上を図ることが可能となる。
図7は、本実施形態に係る磁気ヘッドおよび比較例に係る磁気ヘッドについて、ライトギャップWGの長さと、ダウントラック方向Dの記録密度(分解能)BPIとの関係を測定した結果を示している。なお、比較例の磁気ヘッドは、第1層80および第2層82を持たない磁気ヘッド、すなわち、主磁極とライトシールドとの間のギャップ全体に、保護絶縁膜が設けられている磁気ヘッドを用いている。
図に示すように、比較例の磁気ヘッドでは、主磁極とトレーリングシールドとの間の距離(ライトギャップWG)を狭くしていくと、一定距離までは記録密度を改善することが可能であるが、トレーリングシールドが飽和する領域から記録密度を伸ばすことができなくなる。すなわち、ライトギャップWGを狭くし過ぎると、トレーリングシールドが磁気的に飽和し、記録密度が劣化する。
これに対して、本実施形態の磁気ヘッドでは、主磁極とトレーリングシールドとの間の距離(ライトギャップWG)が狭くしても、その分だけ、記録密度が向上することが分かる。サイドシールドへ磁束を逃がすことができ、記録密度を改善することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、シールドの飽和を抑制し、記録密度の向上を図ることが可能な磁気記録ヘッド、およびこれを備える磁気ディスク装置が得られる。
なお、記録ヘッドの第1層および第2層は、比透磁率A<Bの関係に設定されていればよく、上述した第1の実施形態に限らず、種々の材料を選択可能である。
次に、他の実施形態に係る磁気ヘッドおよびディスク装置について説明する。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あるいは簡略化し、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8は、第2の実施形態に係る記録ヘッドの先端部をABS側から見た記録ヘッドの平面図である。本実施形態では、記録ヘッド58の主磁極60とトレーリングシールド62との間に充填された第1層80は、周囲の保護絶縁膜73と同層で形成され、その比透磁率Aは、1としている。主磁極60と各サイドシールド63との間のサイドギャップSGに充填された第2層82は、比透磁率Bが1よりも高い磁性層あるいは弱磁性層で形成されている。第2層82としては、例えば、Fe、Co、Niを用いることができる。第1層80の比透磁率Aと第2層82の比透磁率Bとの差は、2以上であることが望ましい。第2の実施形態において、記録ヘッド58の他の構成、および磁気ヘッドの他の構成は、前述した第1の実施形態と同様である。
以上のように構成された磁気ヘッドによれば、記録ヘッド58のシールド間に、比透磁率A<Bの関係を満たす第1層80および第2層82を設け、磁気記録時にサイドシールド63側へ流れる磁束を増加させている。これにより、主磁極60とトレーリングシールド62との間のライトギャップWGを狭くしても、主磁極60からライトシールド62側に直接、流れる磁束を低減し、ライトシールド62の磁気的飽和を抑制することができる。従って、ライトシールド62のシールド機能を維持しつつ、記録密度の向上を図ることが可能となる。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に係る記録ヘッドの先端部をABS側から見た記録ヘッドの平面図、図10は、第3の実施形態に係る記録ヘッドの先端部を示す断面図である。
第3の実施形態では、記録ヘッド58の主磁極60とトレーリングシールド62との間のライトギャップWGに充填された第1層80は、複数の導電層を積層して構成された磁束制御層を用いている。磁束制御層は、例えば、主磁極60側からトレーリングシールド62に向かって、順に積層された第1制御層80a、第2制御層80b、第3制御層80cを有している。第1制御層80aは、Cu、Au、Ag、Al、Ir、NiAl合金などの金属相で、かつ、スピン伝導を妨げない物質を使うことができる。第2制御層80bは、金属層を含み、Fe、Co、Niから選ばれる磁性金属、およびそれらの少なくとも1つを含む軟磁性金属合金を用いることができる。第3制御層80cは、非磁性金属で、かつスピン伝導を遮断する材料を用いることができる。具体的には、Ta、Ru、Pt、W、Moから選ばれる少なくとも1つ、あるいは少なくとも1つを含む合金により形成することができる。第1制御層80aと第3制御層80cの積層順番は逆でも構わない。
主磁極60の先端部60aとトレーリングシールド62の先端部62aとは、磁束制御層80を介して電気的に導通している。
主磁極60と各サイドシールド63との間のサイドギャップSGに第2層82が充填されている。第2層82としては、例えば、アルミナ等を用いることができる。
図10に示すように、主磁極60およびトレーリングシールド62に通電するための、接続端子90、91がそれぞれ主磁極60およびトレーリングシールド62に接続されている。HDDの制御部は、接続端子90、91に接続された電源94を有している。接続端子90、主磁極60、磁束制御層80、トレーリングシールド62、接続端子91を通して通電可能な電気回路を構成している。
電源94から主磁極60およびトレーリングシールド62を介して磁束制御層80に通電すると、磁束制御層80は、主磁極60からトレーリングシールド62への磁束と逆向きに磁束を発生させる。その結果、磁束制御層80の比透磁率Aは、空気の比透磁率よりも低下し、実質的に第2層82の比透磁率Bよりも低下する。従って、比透磁率は、A<Bの関係となる。
第3の実施形態において、記録ヘッド58および磁気ヘッドの他の構成は、前述した第1の実施形態における磁気ヘッドおよび記録ヘッドと同様である。上記第3の実施形態においても、磁気記録時にサイドシールド63側へ流れる磁束を増加させている。これにより、主磁極60とトレーリングシールド62との間のライトギャップWGを狭くしても、主磁極60からライトシールド62側に直接、流れる磁束を低減し、ライトシールド62の磁気的飽和を抑制することができる。従って、ライトシールド62のシールド機能を維持しつつ、記録密度の向上を図ることが可能となる。
なお、磁束制御層の形成材料は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の導電層を選択可能である。磁束制御層は、3層に限定されることなく、2層あるいは4層以上としてもよい。
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、磁気記録ヘッドにおいて、リーディングシールドは省略可能である。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(HDD)、 12…磁気ディスク、16…磁気ヘッド、
42…スライダ、43…空気支持面(ABS)、44…ヘッド部、54…リードヘッド、
58…記録ヘッド、60…主磁極、62…トレーリングシールド、
63…サイドシールド、64…リーディングシールド、73…保護絶縁膜、
80…第1層(磁束制御層)、82…第2層、WG…ライトギャップ、
SG…サイドギャップ

Claims (9)

  1. 記録磁界を発生する主磁極と、前記主磁極とライトギャップを挟んで対向するライトシールドと、前記主磁極のトラック幅方向の両サイドにギャップを置いて配置されたサイドシールドと、前記ライトギャップ内で前記主磁極とライトシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第1層と、前記主磁極とサイドシールドとの間に設けられた磁性あるいは非磁性の第2層と、を備え、
    前記第1層は、前記第2層の比透磁率よりも小さい比透磁率を有している磁気ヘッド。
  2. 前記第1層の比透磁率と前記第2層の比透磁率との差は、2以上である請求項1に記載の磁気ヘッド。
  3. 前記第1層は、非磁性層で形成され、前記第2層は、空気に対する比透磁率が1よりも大きい磁性層または弱磁性層で形成されている請求項1又は2に記載の磁気ヘッド。
  4. 前記主磁極と前記ライトシールドとの間、および前記主磁極とサイドシールドとの間に充填された絶縁膜を更に備え、
    前記第1層は、前記絶縁膜により形成されている請求項1又は2に記載の磁気ヘッド。
  5. 前記第1層は、複数の導電層を積層して形成された磁束制御層を有し、前記磁束制御層は、通電することにより、空気よりも小さい比透磁率を有する請求項1又は2に記載の磁気ヘッド。
  6. 前記主磁極、前記磁束制御層、および前記ライトシールドを通して通電するための接続端子を更に備えている請求項5に記載の磁気ヘッド。
  7. 前記磁束制御層は、Fe、Co、Niからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含む第1制御層と、Cu、Ag、Auからなる群から選択された少なくとも1つの元素を含み、前記第1制御層に積層された第2制御層と、を有している請求項5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を記録する請求項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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