JP2020030878A - 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
Description
この発明の実施形態の課題は、隣接トラック信号の劣化を防止し、信号品質向上および記録密度の向上を図ることが可能な磁気ヘッドおよびディスク装置を提供することにある。
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あるいは簡略化することがある。
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)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。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、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。
メインコントローラ90はメモリ80を有している。メモリ80には、後述する記録ヘッドの物理幅相対比と最適なSTOバイアス電圧との関係をテーブル化したSTOバイアス電圧設定テーブル82、および、物理幅相対比と最適なSTOデバイス電圧の極性との関係をテーブル化したSTOバイアス極性設定テーブル84が格納されている。
メインコントローラ90において、例えば、MPU97は、STOバイアス電圧設定テーブル82に基づいてSTOバイアス電圧を調整するSTOバイアス電圧制御部86、およびSTOバイアス極性設定テーブル84に基づいてSTOバイアス電圧の極性を制御するSTOバイアス極性制御部88を含んでいる。
キャリッジアッセンブリ20は、筐体11に回動自在に支持された軸受部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(フレキシャ)28を介して、ヘッドアンプIC30に電気的に接続されている。
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。
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のリーディング側(流入側)およびトレーリング側(流出側)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、を有している。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は、ABS43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の下端は、ABS43に露出している。
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の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生する主磁極60、主磁極60のトレーリング側に設けられ主磁極60にライトギャップWGを置いて対向するトレーリングシールド(ライトシールド磁極、第1シールド)62、主磁極60のリーディング側に対向するリーディングシールド(第2シールド)64、主磁極60のクロストラック方向CTの両側に設けられた一対のサイドシールド63、および、ライトギャップWG内で主磁極60とトレーリングシールド62との間に設けられた高周波発振素子、例えば、スピントルク発振子(STO)65を有している。主磁極60とトレーリングシールド62とは磁路を形成する第1磁気コアを構成し、主磁極60とリーディングシールド64とは磁路を形成する第2磁気コアを構成している。記録ヘッド58は、第1磁気コアに巻き付けられた第1記録コイル70と、第2磁気コアに巻き付けられた第2記録コイル72とを有している。
図5および図6に示すように、主磁極60の先端部60aは、トレーリングシールド62に隙間をおいて対向した平坦なトレーリング側端面60bを有している。先端部60aは、例えば、断面が台形状に形成されている。台形状の先端部(先端面)60aは、クロストラック方向CTに延在するトレーリング側端面60b、トレーリング側端面60bと対向したリーディング側端面60c、および両側面60dを有している。ABS43において、先端部60aの幅、すなわち、クロストラック方向CTにおけるトレーリング側端面60bの幅Wpは、磁気ディスク12における記録トラックのトラック幅にほぼ対応している。先端部60aにおいて、トレーリング側端面60bおよびリーディング側端面60cは、ABS43に垂直な方向に延在しても良いし、あるいは、ABS43に垂直な方向に対し傾斜して延びていてもよい。両側面60dは、主磁極60の中心軸線Cに対して、すなわち、ダウントラック方向DTに対して、傾斜して延びている
図4および図5に示すように、トレーリングシールド62は、主磁極60に接続された第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、主磁極60のABS43から離れた部分に磁気的に接続されている。第1記録コイル70は、第1磁気コアにおいて、例えば、第1接続部50の回りに巻付けられている。磁気ディスク12に信号を書き込む際、第1記録コイル70に記録電流を流すことにより、第1記録コイル70は、主磁極60を励起して主磁極60に磁束を流す。
また、リーディングシールド64は、ABS43から離間した位置で主磁極60に接合された第2接続部68を有している。この第2接続部68は、例えば、軟磁性体で形成され、非導電体59を介して主磁極60の上部、すなわち、主磁極60のABS43から離れた部分に磁気的に接続されている。これにより、第2接続部68は、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の第2記録コイル72は、例えば、第2接続部68の回りに巻付けて配置され、この磁気回路に磁界を印加する。
第1記録コイル70および第2記録コイル72は、それぞれ配線を介して接続端子45に接続され、更に、フレキシャ28を介してヘッドアンプICに接続される。第2記録コイル72は、第1記録コイル70と反対向きに巻かれている。磁気ディスク12に信号を書き込む際、ヘッドアンプIC30の記録電流供給回路91から第1記録コイル70および第2記録コイル72に記録電流を流すことにより、主磁極60を励起して主磁極60に磁束を流す。第1記録コイル70および第2記録コイル72に供給する記録電流は、メインコントローラ90によって制御される。なお、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もよい。また、第1記録コイル70および第2記録コイル72は、別々に電流供給制御してもよい。
同時に、ヘッドアンプIC30の記録電流供給回路91は、R/Wチャネル94から発生する記録信号、記録パターンに応じて記録電流を第1、第2記録コイル70、72に通電する。第1、第2記録コイル70、72は主磁極60を励磁して記録磁界を発生させ、主磁極60から直下の磁気ディスク12の磁気記録層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で情報を記録する。記録磁界にSTO65の高周波磁界を重畳することにより、磁気記録層103の磁化反転が促進し、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。
更に、本実施形態によれば、STO65の幅WSは主磁極60のトレーリング側端面60bの幅WPよりも大きく形成され、STO65は主磁極60の両端縁EE1、EE2を覆うように配設されている。そのため、STO65により、主磁極60の両端部からトレーリングシールド62へ向かう戻り磁界(漏れ磁界)を抑制することができる。従って、
戻り磁界に起因する隣接トラックの記録信号の劣化を防止し、記録信号品質の向上、更には、記録密度の向上を図ることが可能となる。
なお、前述したように、STO65の幅WSは主磁極60のトレーリング側端部の幅WSよりも大きく形成されていることが望ましいが、製造誤差により、あるいは積極的にSTO65の幅WSが主磁極60の幅WPよりも小さい磁気ヘッドが存在する場合がある。
そこで、第1の実施形態に係るHDD10は、STO65の幅WSが主磁極60の幅WPよりも小さい磁気ヘッドでも、主磁極60の端部からの戻り磁界の発生を抑制できるように、バイアス電圧および/あるいはバイアス極性を調整、制御する機能および構成を有している。
ここで、幅の計測方法について説明する。主磁極60の幅WPに関しては、例えば、図8Aに示されるように、STO65のバイアス電圧をオフにした際の記録信号出力のオフトラックプロファイルを測定した上で、その半値幅(50%の位置)から幅WPを確認することができる。また、STO65の幅WSに関しては、図8Bに示されるように、STO65のバイアス電圧をオフにした際の記録信号出力と、STO65に基準バイアス電圧を通電した際の記録信号出力との差分出力値のオフトラックプロファイルを測定した上で、その半値幅(50%の位置)から幅WSを確認することができる。
あるいは、図9Bに示すように、STO65の発振する極性でSTO65にバイアス電圧を印加したときのオーバーライト特性と、発振方向とは逆極性にバイアス電圧をSTO65に印加したときのオーバーライト特性との差分絶対値をデルタOWとしたときに、バイアス電圧の絶対値を増大させながらデルタOWを測定し、例えば、デルタOWの最大値に対して90%のレベルまでデルタOWが達した際のバイアス電圧値を基準バイアス電圧とするなどしてもよい。
前述したように、STO65の幅WPは主磁極60の幅WPより大きいことが望ましく、主磁極60の幅WPよりも小さくなると、主磁極端部からライトシールドに向う漏れ磁界が大きくなる。そのため、STO65の幅WPが狭くなる程、すなわち、物理幅相対比WP/WSが大きくなる程、バイアス電圧を低くすることが望ましい。一例として、図10に特性(a)で示すように、物理幅相対比WP/WSの増加に伴い、基準バイアスに対して一意にバイアス電圧を低減するようにバイアス電圧を調整してもよい。
一方で、幅相対比WP/WSが1.05以下の領域では、前述した漏れ磁界の影響が少ないことも考えられる。このため、例えば、図10に示す特性(b)のように、幅相対比WP/WSが所定の閾値Vth1までは、バイアス電圧を基準バイアス電圧(例えば、200mV)に設定し、閾値Vth1以上の領域において、相対比WP/WSの増加に応じて一意に基準バイアスに対してバイアス電圧を低減するように調整することも可能である。
逆に、漏れ磁界による影響が大きい場合には、図10に示す特性(c)のように、幅相対比WP/WSが所定の閾値Vth2以下の領域では、幅相対比WP/WSの増加に伴い、基準バイアス電圧に対して一意にバイアス電圧を低減し、閾値Vth2以上の領域ではバイアス電圧をオフにする、すなわち、バイアス電圧をゼロに設定するように調整してもよい。
なお、閾値Vth1、Vth2は、例えば、0.87〜1.13(幅相対比WP/WS)に設定することができる。また、基準バイアス電圧は、図9A、9Bに示した基準バイアス電圧と同様に設定することができる。
図示のように、STOバイアス極性制御部88は、物理幅相対比WP/WSが切替え閾値Vth3以下の領域において、バイアス極性を発振バイアス極性に設定し、バイアス電圧を基準バイアスに維持する。STOバイアス極性制御部88は、幅相対比WP/Wsが切替え閾値Vth3より大きくなると、バイアス極性をSTO65が発振しない逆極性に切替える、すなわち、STO65の発振をオフする極性に切替える。極性切替え閾値Vth3は、例えば、0.87〜1.13(幅相対比WP/WS)に設定している。
このように、記録ヘッド58の幅相対比WP/WSが大きい場合、すなわち、STO65の幅WSが主磁極60の幅WP以下である場合、STO65を駆動するバイアス電圧を低減、あるいは、オフすることで、又は、バイアス極性を逆極性に切替えてSTO65の発振をオフすることで、STO65の過剰な発振を抑制し、主磁極60の端部からの漏れ磁界を抑制することが可能となる。これにより、隣接トラックへの影響、隣接トラックの記録信号の劣化を防止し、記録信号品質の向上、更には、記録密度の向上を図ることが可能となる。
図12に矢印で示すように、比較例に係る記録ヘッドでは、主磁極の両端部から漏れ磁界が発生している。これに対して、本実施形態に係る記録ヘッドでは、漏れ磁界がなく、磁極の両端から磁極中心に向って有効磁界がほぼ一律に増加していることが分かる。
(第2の実施形態)
図15は、第2の実施形態に係るHDDにおける磁気ヘッドの記録ヘッドをABS側から見た平面図である。図示のように、第2の実施形態では、ABS43において、STO65のクロストラック方向CTの幅WSは、主磁極60のトレーリング側端面60bの幅WPよりも大きく(WS>WP)形成されている。一例では、STO65の幅WSは、主磁極60の幅WPの1.1〜1.6倍程度としている。また、STO65は、トレーリング側端面60bの一方の端縁(クロストラック方向の端)EE1を覆うように、すなわち、端縁EE1を超えて主磁極60の外側まで延在するように、配置されている。本実施形態では、STO65は、中心軸線Cに対して、クロストラック方向の1方向にずれて配置され、トレーリング側端面60bの他方の端縁EE2から端縁EE1側に離間している。すなわち、STO65は、主磁極60の一方の端縁EE1を覆い、他方の端縁EE2を覆っていない。
第2の実施形態において、磁気ヘッド16およびHDD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HDDと同一である。
例えば、実施形態に係る記録ヘッドは、リーディングシールドおよび/あるいはサイドシールドを持たない記録ヘッドにも適用可能である。リーディングシールドを有する記録ヘッドの場合、高周波発振素子は主磁極とリーディングシールドとの間のギャップに配置することも可能である。高周波発振素子はスピントルク発振子に限定されることなく、他の高周波発振素子を用いても良い。
その他、磁気ヘッドの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。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、必要に応じて増減可能であり、磁気ディスクのサイズも種々選択可能である。
30…ヘッドアンプIC、60…主磁極、
62…トレーリングシールド(ライトシールド磁極)、63…サイドシールド、
64…リーディングシールド、65…スピントルク発振子(高周波発振素子)、
82…バイアス電圧設定テーブル、84…バイアス極性設定テーブル、
86…バイアス電圧制御部、88…バイアス極性制御部、90…メインコントローラ、 91…記録電流供給回路、93…バイアス電圧供給回路、WG…ライトギャップ
Claims (10)
- 空気支持面と、前記空気支持面まで延びる先端部を有し、垂直方向の記録磁界を発生する主磁極と、前記主磁極の前記先端部にライトギャップを置いて対向し、前記主磁極とともに磁気コアを構成するライトシールド磁極と、前記磁気コアに磁束を励起するコイルと、前記ライトギャップ内で、前記主磁極と前記ライトシールド磁極との間に設けられた高周波発振素子と、を備える磁気ヘッドであって、
前記主磁極は、前記ライトギャップを置いて前記ライトシールド磁極に対向し前記高周波発振素子に当接したシールド側端面を有し、
前記空気支持面において、前記高周波発振素子のクロストラック方向の幅WSは、前記シールド側端面のクロストラック方向の幅WPよりも大きく形成され、
前記高周波発振素子は、前記シールド側端面の少なくとも一方のクロストラック方向の端縁を超えて前記主磁極の外側に延在するように配置されている磁気ヘッド。 - 前記高周波発振素子は、前記クロストラック方向の両端部を有し、前記両端部は、それぞれ前記シールド側端面の前記クロストラック方向の端縁を超えて前記主磁極の外側に延在している請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 前記高周波発振素子は、前記クロストラック方向の両端部を有し、一方の端部は、前記シールド側端面の一方のクロストラック方向の端縁を超えて前記主磁極の外側に延在し、他方の端部は、前記シールド側端面のクロストラック方向の他方の端縁から前記一方の端縁側に離間して位置している請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 磁気記録層を有する回転自在なディスク状の記録媒体と、
前記磁気記録層に対し情報を記録する請求項1から3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。 - 磁気記録層を有する回転自在なディスク状の記録媒体と、
空気支持面と、前記空気支持面まで延びる先端部を有し、垂直方向の記録磁界を発生する主磁極と、前記主磁極の前記先端部にライトギャップを置いて対向し、前記主磁極とともに磁気コアを構成するライトシールド磁極と、前記磁気コアに磁束を励起するコイルと、前記ライトギャップ内で、前記主磁極と前記ライトシールド磁極との間に設けられた高周波発振素子と、を備える磁気ヘッドであって、前記磁気記録層に対し情報を記録する磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを駆動するコントローラと、を備え、
前記主磁極は、前記ライトギャップを置いて前記ライトシールド磁極に対向し前記高周波発振素子に当接したシールド側端面を有し、
前記空気支持面において、前記高周波発振素子のクロストラック方向の幅をWS、前記シールド側端面のクロストラック方向の幅をWPとすると、
前記コントローラは、前記高周波発振素子にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給回路と、前記高周波発振素子の幅WSと前記シールド側端面の幅WPとの幅相対比(WP/WS)に応じて前記バイアス電圧を調整するバイアス電圧制御部と、前記幅相対比(WP/WS)に応じて前記高周波発振素子に印加するバイアスの通電極性を切替えるバイアス極性制御部と、を備えているディスク装置。 - 前記バイアス電圧制御部は、幅相対比(WP/WS)が大きくなるほど、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するように調整する請求項5に記載のディスク装置。
- 前記バイアス電圧制御部は、幅相対比(WP/WS)が第1閾値以上の際に、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減し、あるいは、オフする請求項5に記載のディスク装置。
- 前記第1閾値は、幅相対比(WP/WS)、0.87以上、1.13以下に設定されている請求項7に記載のディスク装置。
- 前記バイアス極性制御部は、幅相対比(WP/WS)が第2閾値以上の際に、前記バイアス電圧の通電極性を前記高周波発振素子が発振する方向と逆の逆極性に切替える請求項5に記載のディスク装置。
- 前記第2閾値は、幅相対比(WP/WS)、0.87以上、1.13以下に設定されている請求項7に記載のディスク装置。
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