JP2023080897A - 磁気記録再生装置及び磁気記録再生方法 - Google Patents

磁気記録再生装置及び磁気記録再生方法 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気記録再生装置の寿命の悪化を防止する。【解決手段】実施形態に係る磁気記録再生装置は、記録面を各々有する複数の磁気記録媒体、記録面に対応して各々設けられ、アシスト記録を行う複数のアシスト記録用磁気ヘッド、及び複数のアシスト記録用磁気ヘッドに接続され、記録面の記録容量に対応するアシスト用磁気ヘッドのアシスト量を各々調整するアシスト量調整部を含む。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、磁気記録再生装置及び磁気記録再生方法に関する。
マイクロ波アシスト磁気記録(MAMR)に使用される磁気ヘッドのアシスト量はMAMR素子にかかるバイアス電圧によって決定される。アシスト電圧が増加すればアシスト量が増し、記録密度も増す。しかし、MAMR素子に通電による発熱が継続的に加わることで、素子部の酸化やエレクトロマイグレーション、溶融などの素子劣化をまねく。
また、複数の磁気記録媒体を用いる磁気記録再生装置において、磁気記録媒体の記録面ごとの記録容量はメディア、ヘッドの個体差からくる調整結果によって決まり、記録面ごとの書き込み総時間は記録容量によって異なる。記録容量が高い記録面では、書き込み時間が増加するため、長時間、熱が加えられることになり、アレニウス則に従い素子劣化が進行しやすくなる。
このような素子劣化は、素子の寿命の悪化(寿命が短くなること)、磁気ヘッドの寿命の悪化、しいては磁気記録再生装置全体の寿命の悪化を招く。磁気記録再生装置には複数の磁気ヘッドが含まれるが、1本のヘッドが劣化すれば、発塵等のリスクが高まり、装置としての寿命も悪化させる。そのため、ヘッド1本1本をなるべく劣化させずに使用することが望ましい。
このように、記録容量が高い記録面において磁気ヘッドのアシスト素子の寿命が悪化しやすく、複数の磁気ヘッドうち1本でも劣化すると磁気記録再生装置の寿命が悪化するという課題がある。
米国特許出願公開第2017/0097877号明細書 米国特許出願公開第2018/0004260号明細書
本発明の実施形態は、磁気記録再生装置の寿命の悪化を防止することを目的とする。
実施形態によれば、 記録面を各々有する複数の磁気記録媒体、
前記記録面に対応して各々設けられ、アシスト記録を行う複数のアシスト記録用磁気ヘッド、及び
前記複数のアシスト記録用磁気ヘッドに接続され、前記記録面の記録容量に対応する前記アシスト用磁気ヘッドのアシスト量を各々調整するアシスト量調整部を含む磁気記録再生装置が提供される。
実施形態に係るHDDの分解斜視図である。 図1の複数の磁気ディスクの記録面と複数の磁気ヘッドの構成を模式的に表す図である。 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である。 図3の磁気ヘッドのヘッド部を拡大して示す断面図である。 図4の磁気ヘッドの記録ヘッドを模式的に示す斜視図である。 図5の記録ヘッドのABS側端部を拡大して示すトラックセンターに沿った断面図である。 図6の磁気ヘッドの一部を拡大した図を示す断面図である。 図7の記録ヘッドの発生磁界を模式的に示す図である。 実施形態に係る磁気記録再生装置の機能的な構成の一部を表すブロック図である。 アシストのエネルギーに対する記録密度の関係を表すグラフ図である。 アシスト記録方式の磁気ヘッドの構成の一例を表す断面図である。 アシスト記録方式の磁気ヘッドの構成の他の一例を表す断面図である。 アシスト素子温度に対する素子寿命の関係を表すグラフ図である。 記録容量の調整を行うシステムの動作を表すフロー図である。
実施形態に係る磁気記録再生装置は、アシスト記録磁気記録再生装置であって、記録面を有する、複数の磁気記録媒体、各記録面に対応して設けられた、複数のアシスト記録用磁気ヘッド、及び複数のアシスト記録用磁気ヘッドに接続され、各記録面の記録容量に対応して各アシスト用磁気ヘッドのアシスト量を制御するアシスト量制御部を含む。
また、実施形態にかかる磁気記録再生方法は、記録面を各々有する複数の磁気記録媒体、及び記録面に対応して各々設けられ、アシスト記録を行う複数のアシスト記録用磁気ヘッドを備えたアシスト記録用磁気記録再生装置を用いる磁気記録再生方法であって、各記録面の記録容量の初期値を、一定のアシスト量から算出し、各記録面について、初期値の合計に対する初期値の比率(記録容量の比率)を求め、各記録容量の比率に基づいて、各磁気ヘッドのアシスト量の調整を行うことを含む。
アシスト量の調整は、例えば磁気ヘッドに接続されたアシスト量調整部を用いて行うことができる。
また、アシスト量の調整は、記録容量の比率から、記録容量に相応する書き込み時間(総ライト時間)に対する調整されたライト時間の比率(ライト時間比率)を算出し、ライト時間比率に相応するアシスト量を逆算することを含むことができる。
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る磁気記録再生装置としてのディスク装置について説明する。
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実施形態)
磁気記録再生装置として、第1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、カバーを外して示す実施形態に係るHDDの分解斜視図である。
図1に示すように、HDD100は、矩形状の筐体310を備えている。筐体310は、上面の開口した矩形箱状のベース12と、図示しないカバー(トップカバー)と、を有している。ベース12は、矩形状の底壁12aと、底壁の周縁に沿って立設された側壁12bとを有し、例えば、アルミニウムにより一体に成形されている。カバーは、例えば、ステンレスにより矩形板状に形成され、ベース12の側壁12b上にねじ止めし、ベース12の上部開口を気密に閉塞することができる。
図1に示すように、筐体10内には、ディスク状の磁気記録媒体として磁気ディスク1として互いに対抗して配置された複数枚の磁気ディスク、および磁気ディスク1を支持および回転させるスピンドルモータ19が設けられている。スピンドルモータ19は、底壁12a上に配設されている。各磁気ディスク1は、例えば、直径95mm(3.5インチ)の円板状に形成され非磁性体、例えば、ガラスからなる基板と、基板の上面(第1面)及び下面(第2面)に形成された磁気記録層とを有している。図1では、例えば61-1aは第1面側の記録面となる。磁気ディスク1は、図示しない共通のスピンドルに設けられたハブに嵌合され、更に、クランプばね20によりクランプされている。これにより、磁気ディスク1は、ベース12の底壁と平行に位置した状態に支持されている。磁気ディスク1は、スピンドルモータ19により所定の回転数で矢印B方向に回転される。
筐体10内には、磁気ディスク1に対して情報の記録、再生を行なう複数の磁気ヘッド10、および、これらの磁気ヘッド10を磁気ディスク1に対して移動自在に支持したアクチュエータアッセンブリ22が設けられている。また、筐体10内には、アクチュエータアッセンブリ22を回動および位置決めするボイスコイルモータ(VCM)24、磁気ヘッド10が磁気ディスク1の最外周に移動した際、磁気ヘッド10を磁気ディスク1から離間したアンロード位置に保持するランプロード機構25、変換コネクタ等の電子部品が実装された基板ユニット(FPCユニット)21、およびスポイラ70が設けられている。
ベース12の底壁12aの外面には、プリント回路基板27がねじ止めされている。プリント回路基板は、スピンドルモータ19の動作を制御するとともに、基板ユニット21を介してVCM24および磁気ヘッド10の動作を制御する制御部を構成している。
アクチュエータアッセンブリ22は、ベース12の底壁12a上に固定された軸受部28と、軸受部28に設けられた図示しないアクチュエータブロックから延出した複数のアーム32と、各アーム32に取付けられたサスペンションアッセンブリ(ヘッドジンバルアッセンブリ:HGAと称する場合もある)30と、サスペンションアッセンブリ30に支持された磁気ヘッド10とを備えている。サスペンション34は、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム32の先端に固定され、アーム32から延出している。各サスペンション34の延出端に磁気ヘッド10が支持されている。記録時には、これらのサスペンション34および磁気ヘッド10は、磁気ディスク16を間に挟んで互いに向かい合っている。
図2は、図1に用いられるアクチュエータアッセンブリと磁気ディスクの一部の構成を模式的に表す図を示す。
ここでは、説明のため、アクチュエータアッセンブリ22が磁気ディスク1にロードされた状態になっている。
複数の磁気ディスク1として、磁気ディスク61-1、61-2、61-3、61-4は、ベース12の底壁12aに対し上から順に、図示しない共通のスピンドルに回転可能に設けられ、所定の間隔を置いて、互いに平行に、ベース12の底壁と平行に位置した状態に支持されている。複数のアーム32は、磁気ディスクの枚数よりも1つ数が多い。また、複数の磁気ヘッド10は、磁気ディスクの枚数の2倍の数のヘッドを含む。
アクチュエータアッセンブリ22では、1つの共通のアクチュエータブロック29から複数のアーム32-1,32-2,32-3,32-4,32-5が延出している。アクチュエータブロック29は軸受部28に回転可能に設けられている。上端のアーム32-1にはサスペンションアッセンブリ30-1が,下端のアーム32-5にはサスペンションアッセンブリ30-8が、それぞれ1つずつ取り付けられている。その間のアーム32-2,32-3,32-4,には、それぞれ一組ずつのサスペンションアッセンブリ30-2,30-3、サスペンションアッセンブリ30-4,30-5,サスペンションアッセンブリ30-6,30-7が取り付けられている。
磁気ヘッド51-1,51-2,51-3,51-4、51-5,51-6,51-7,51-8は、サスペンションアッセンブリ30-1,30-2,30-3,30-4、30-5,30-6,30-7,30-8の先端に支持されている。これにより、磁気ヘッド51-1,及び51-2が、磁気ディスク61-1を挟んで互いに向かい合うように設けられている。また、磁気ヘッド51-3,51-4は、磁気ディスク61-2を挟んで互いに向かい合うように設けられている。同様に、磁気ヘッド51-5,及び51-6が、磁気ディスク61-3を挟んで互いに向かい合うように設けられている。また、磁気ヘッド51-7,51-8は、磁気ディスク61-4を挟んで互いに向かい合うように設けられている。このとき、磁気ヘッド51-2と磁気ヘッド51-3、磁気ヘッド51-4と磁気ヘッド51-5、磁気ヘッド51-6と磁気ヘッド51-7は、各々背中合わせに隣接している。
このようにして、第1実施形態では、複数のディスク例えば磁気ディスク61-1,61-2、61-3、61-4の両面に各々記録面61-1a,61-1b,61-2a、61-2b、61-3a、61-3b、61-4a、61-4bが設けられている。記録面61-1a,61-1b,61-2a、61-2b、61-3a、61-3b、61-4a、61-4bに各々対応して、複数の磁気ヘッド例えば磁気ヘッド51-1,51-2,51-3,51-4、51-5,51-6,51-7,51-8が設けられる。
図3は、磁気ヘッド10およびサスペンションを示す側面図である。
図3に示すように、各磁気ヘッド10は、浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体形状のスライダ42とこのスライダ42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10は、サスペンション34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10は、サスペンション34の弾性により、磁気ディスク1の表面に向かうヘッド荷重Lが印加されている。図2に示すように、各磁気ヘッド10は、サスペンション34およびアーム32上に固定された配線部材(フレキシャ)35を介してヘッドアンプIC11およびHDC13に接続される。
次に、磁気ディスク1および磁気ヘッド10の構成について詳細に説明する。
図4は、磁気ヘッド10のヘッド部44および磁気ディスク1を拡大して示す断面図である。
図3及び図4に示すように、磁気ディスク1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、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、その上層部に保護層104とが順に積層されている。
磁気ヘッド10のスライダ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1の記録面61-1a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1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により浮上する。空気流Cの方向は、磁気ディスク1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1の表面に対し、ABS43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ABS43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4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(磁気記録ヘッド)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42のABS43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。
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55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、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5は、記録ヘッド58および磁気ディスク1を模式的に示す斜視図、図6は、記録ヘッド58の磁気ディスク1側の端部を拡大して示すトラックセンターに沿った断面図である。図7は、図6の記録ヘッド58の一部を拡大した図を示す断面図である。
図4ないし図6に示すように、記録ヘッド58は、磁気ディスク1の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高飽和磁化材料からなる主磁極60と、主磁極60のトレーリング側に配置され、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た軟磁性材料からなるトレーリングシールド(補助磁極)62と、磁気ディスク1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を含む磁気コア(磁気回路)に巻きつくように配置された記録コイル64と、主磁極60のABS43側の先端部60aとトレーリングシールド62との間で、かつ、ABS43と面一に配置された磁束制御層65と、を有している。
軟磁性材料で形成された主磁極60は、磁気ディスク1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側の下端部は、ABS43に向かって先細に、かつ、トラック幅方向にロート状に絞り込まれた絞込み部60bと、この絞込み部60bから磁気ディスク側に延出する所定幅の先端部60aと、を有している。先端部60aの先端、つまり、下端は、磁気ヘッドのABS43に露出している。先端部60aのトラック幅方向の幅は、磁気ディスク1の記録面61-1aにおけるトラックの幅TWにほぼ対応している。また、主磁極60は、ABS43に対してほぼ垂直に延び、トレーリング側を向いた、シールド側端面60cを有している。一例では、シールド側端面60cのABS43側の端部は、ABS43に対しシールド側(トレーリング側)に傾斜して延びている。
軟磁性材料で形成されたトレーリングシールド62は、ほぼL字形状に形成されている。トレーリングシールド62は、主磁極60の先端部60aにライトギャップWGを置いて対向する先端部62aと、ABS43から離間しているとともに主磁極60に接続される接続部(バックギャップ部)50とを有している。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、ABS43から奥側あるいは上方に離れた上部、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、磁気ディスク1のトラックの幅方向に沿って延びているとともに、ABS43に対してトレーリング側に傾斜している。このリーディング側端面62bは、主磁極60の下端部(先端部60aおよび絞込み部60aの一部)において、主磁極60のシールド側端面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。
図6に示すように、磁束制御層65は、主磁極60からトレーリングシールド62への磁束の流入のみを抑制する、すなわち、実効的にライトギャップWGの透磁率が負になるようスピントルクを発振する機能を有している。
詳細には、磁束制御層65は、導電性を有する中間層(第1非磁性導電層)65aと、調整層65bと、導電性を有する伝導キャップ層(第2非磁性導電層)65cと、を有し、これらの層を主磁極60側からトレーリングシールド62側に順に積層して、すなわち、磁気ヘッドの走行方向Dに沿って順に積層して、構成されている。中間層65a、調整層65b、伝導キャップ層65cは、それぞれ主磁極60のシールド側端面60cと平行な、すなわち、ABS43と交差する方向に延びる膜面をそれぞれ有している。
なお、中間層65a、調整層65b、伝導キャップ層65cの積層方向は、上記に限らず、逆向きに、すなわち、トレーリングシールド62側から主磁極60側に積層してもよい。
また、図7に示すように、主磁極60、磁束制御層65、及びトレーリングシールド62を含む記録ヘッド58のABS43上に保護層68が設けられている。
中間層65aは、例えば、Cu、Au、Ag、Al、Ir、NiAl合金、などの金属層で、かつ、スピン伝導を妨げない材料により形成することができる。中間層65aは、主磁極60のシールド側端面60c上に直接、形成されている。調整層65bは、鉄、コバルト、またはニッケルのうち少なくとも1つを含む磁性材料を含む。調整層として、例えば、FeCoに、Al、Ge、Si、Ga、B、C、Se、Sn、及びNiのうち少なくとも1つが添加された合金材料、及びFe/Co、Fe/Ni、及びCo/Niからなる人工格子群から選択される少なくとも1種の材料などを使用することができる。調整層の厚さは、例えば2ないし20nmにすることができる。伝導キャップ層65c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。伝導キャップ層65cは、例えば、Ta、Ru、Pt、W、Mo、Irから選ばれる少なくとも一つ、あるいは少なくとも一つを含む合金により形成することができる。伝導キャップ層65cは、トレーリングシールド62のリーディング側端面62b上に直接、形成される。また、伝導キャップ層は、単層または多層にすることができる。
中間層65aは、主磁極60からのスピントルクを伝達しつつ、交換相互作用が十分弱くなる程度の膜厚、例えば、1~5nmの膜厚に形成されている。伝導キャップ層65cは、トレーリングシールド62からのスピントルクを遮断しつつ、かつ、交換相互作用が十分弱くなる程度の膜厚、例えば、1nm以上の膜厚があればよい。
調整層65bは、主磁極60からのスピントルクにより、磁化の向きが磁場と逆向きになる必要があるため、調整層65bの飽和磁束密度は小さいほうがよい。その反面、調整層65bにより磁束を実効的に遮蔽するためには、調整層65bの飽和磁束密度は大きいほうがよい。ライトギャップWG間の磁界は10~15kOe程度であるため、調整層65bの飽和磁束密度を1.5T程度以上としても改善効果は向上しにくい。これらのことから、調整層65bの飽和磁束密度は、1.5T以下であることが望ましく、より具体的には、調整層65bの膜厚と飽和磁束密度との積が20nmT以下となるように形成することが望ましい。
中間層65a、調整層65b、伝導キャップ層65cの膜面に垂直な方向に電流が集中して流れるようにするため、磁束制御層65の周囲は、主磁極60およびトレーリングシールド62に接触している部分を除いて、絶縁層、例えば、保護絶縁膜76で覆われている。
主磁極60は、Fe-Co合金を主成分とする軟磁性金属合金で形成することができる。この主磁極60は、中間層65aに電流を印加するための電極としての機能を兼ね備えている。トレーリングシールド62は、Fe-Co合金を主成分とする軟磁性金属合金で形成することができる。このトレーリングシールド62は、伝導キャップ層65cに電流を印加するための電極としての機能を兼ね備えている。
保護層68は、ABSを保護するため設けられ、1つまたは2つ以上の材料からなり、単層または多層で構成される。保護層は、例えば、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層を有する。
また、記録ヘッド58のABS43と保護層68との間に、例えばSi等からなる下地層を設けることも可能である。
また、主磁極60と中間層65aとの間には、さらに下地層を設けることができる。
下地層には、例えばTa、Ruなどの金属を用いることができる。下地層の厚さは例えば0.5ないし10nmにすることができる。さらには約2nmにすることができる。
さらに、トレーリングシールド62と伝導キャップ層65cとの間にさらにキャップ層を設けることができる。
キャップ層としては、Cu、Ru、W、及びTaからなる群から選択される少なくとも1種の非磁性元素を用いることができる。キャップ層の厚さは例えば0.5ないし10nmにすることができる。さらには約2nmにすることができる。
その他、主磁極と中間層の間にスピン偏極層としてCoFeを用いることができる。
図4に示すように、主磁極60とトレーリングシールド62は、それぞれ配線66を介して接続端子45に接続され、更に、図2の配線部材(フレキシャ)35を介して図示しないヘッドアンプICおよびHDCに接続される。ヘッドアンプICから主磁極60、STO65、トレーリングシールド62を通してSTO駆動電流(バイアス電圧)を直列に通電する電流回路が構成されている。
記録コイル64は、配線77を介して接続端子45に接続され、更に、フレキシャ35を介してヘッドアンプICに接続される。磁気ディスク12に信号を書き込む際、ヘッドアンプICの図示しない記録電流供給回路から記録コイル64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。記録コイル64に供給する記録電流は、HDCによって制御される。
以上のように構成されたHDDによれば、VCM4を駆動することにより、アクチュエータ3が回転駆動し、磁気ヘッド10は、磁気ディスク1の記録面61-1aの所望のトラック上に移動され、位置決めされる。また、図3に示すように、磁気ヘッド10は、磁気ディスク1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により浮上する。HDDの動作時、スライダ42のABS43はディスク表面に対し隙間を保って対向している。この状態で、磁気ディスク1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。
磁気ヘッドのヘッド部44は、第1ヒーター76aおよび第2ヒーター76bを任意に備えることができる。第1ヒーター76aは、記録ヘッド58の近傍、例えば、記録コイル64及び主磁極60の近傍に設けられている。第2ヒーター76bはリードヘッド54の近傍に設けられている。第1ヒーター76aおよび第2ヒーター76b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35を介してヘッドアンプIC11に接続されている。
第1ヒーター76aおよび第2ヒーター76bは例えばコイル状であり、通電されることにより発熱し、周囲を熱膨張させる。これにより、記録ヘッド58及び再生ヘッド54付近のABS43を突出して、磁気ディスク1との距離が近づき、磁気ヘッドの浮上高さが低くなる。このように、第1ヒーター76aおよび第2ヒーター76に各々供給する駆動電圧を調整して発熱量を制御すると、磁気ヘッドの浮上高さの制御が可能となる。
図8は、磁束制御層65が機能している状態での、ライトギャップWG内の磁化状態を模式的に示している。
上記情報の書き込みにおいては、図4および図8に示すように、電源から記録コイル64に交流電流を流すことにより、記録コイル64により主磁極60を励磁し、この主磁極60から直下の磁気ディスク1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。
また、磁気ディスク1に記録磁界を印加する際、他の電源から配線66、主磁極60、磁束制御層65、トレーリングシールド62を通して電流が印加される。この電流印加により、磁束制御層65の調整層65bに対して主磁極60からスピントルクが作用し、調整層65bの磁化の向きは、矢印105に示すように、主磁極60とトレーリングシールド62との間に生じる磁界(ギャップ磁界)Hgapの向きと反対方向に向けられる。この磁化反転により、調整層65bは、主磁極60からトレーリングシールド62に直接的に流れる磁束(ギャップ磁界Hgap)を遮蔽する効果が生じる。結果として、主磁極60からライトギャップWGに漏れ出る磁界が低減し、主磁極60の先端部60aから磁気ディスク1の磁気記録層103に向かう磁束の収束度が向上する。これにより、記録磁界の分解能が向上し、記録線密度の増大を図ることができる。なお、上記はスピントルクの作用により、磁束制御層の磁化が反転するモードだが、磁束制御層の磁化が一斉回転するモードも含む。一斉回転によって生じる高周波磁界を磁気記録層103に印加することで、記録線密度の増大を図ることができる。
図9は、実施形態に係る磁気記録再生装置の機能的な構成の一部を表すブロック図を示す。
図示するように、実施形態に係る磁気記録再生装置100は、アシスト記録磁気記録再生装置であって、例えば記録面61-1aを有する磁気記録媒体などの複数の磁気記録媒体1と、記録面61-1aなどの各記録面に対応して設けられた、複数のアシスト記録用磁気ヘッド10と、複数のアシスト記録用磁気ヘッド10に接続されたアシスト量調整部130を含む。アシスト量調整部130は、各記録面の記録容量に対応して各アシスト用磁気ヘッド10のアシスト量を調整する。なお、磁気記録媒体1とアシスト記録用磁気ヘッド10はそれぞれ複数設けられているが、ここでは、1枚の磁気記録媒体1と1つのアシスト記録用磁気ヘッド10に簡略して記載されている。
アシスト量調整部130は、例えば、磁気ディスク1に磁気記録を行うためのアシスト記録用磁気ヘッド10に接続され、磁気ヘッド10のアシスト量の変更を制御する主制御部126と、主制御部126に各々接続され、記録面61-1aなどの各記録面の記録容量の初期値、各記録面の記録容量の初期値の合計値、及び合計値に対する各記録面の記録容量の初期値の比率(記録容量の比率)などを算出する記録容量演算部121、記録容量の比率から、記録容量に相応する書き込み時間(総ライト時間)に対する調整されたライト時間の比率(ライト時間比率)を算出するライト時間演算部122、ライト時間比率に相応するアシスト量を逆算して決定するアシスト量決定部123、アシスト量決定部123からの情報を受けてアシスト量設定値の更新を決定する決定部124、及び決定されたアシスト量に基づいてアシスト量設定値の更新を指示する指示部127とを含むことができる。
主制御部126には、各記録面の記録容量の初期値を記憶する初期値記憶部128、及びライト時間比率に相応して決定されたアシスト量を記憶する更新値記憶部129を含む記憶部125を接続することができる。記憶部125を設けることにより、例えば、記録容量演算部121では、初期値記憶部128から取得した記録容量の初期値から初期値の合計値、及び記録容量の比率を演算することが可能となる。更新値記憶部129では、ライト時間比率に相応して設定されたアシスト量の更新値を記憶させることができる。
更新したアシスト量に基づいて記録面毎にアシスト記録素子への電流印加を調整してアシスト量の調整を行い、アシスト磁気記録を行うことができる。このようなアシスト磁気記録のために、例えば、アシスト量調整部130と磁気ヘッド10との間には、任意に、例えば更新値記憶部129から取得したアシスト量の更新値と、初期値を得るために用いた一定のアシスト量との変化量からアシスト記録素子例えば図8の磁束制御層65などに印加する電流の変化量を演算する演算部(図示せず)、電流の変化量に応じて印加する電流を決定する決定部(図示せず)、及び決定された電流情報を受けてアシスト記録素子への電流印加を磁気ヘッド10に指示する指示部(図示せず)などを接続することが可能である。
さらに、必要に応じて、記録容量演算部121、ライト時間演算部122、及びアシスト量決定部123、初期値記憶部128、更新値記憶部129等は、アシスト量調整部130内に設ける代わりに、アシスト量調整部130と通信または接続可能なPCなどの外部機器内に設けることが可能である。
アシスト記録方式として、例えば、マイクロ波アシスト磁気記録(MAMR)方式、熱アシスト磁気記録(TAMR)方式、またはエネルギーアシスト垂直磁気記録方式等があげられる。
図10は、MAMRヘッドにおいて、アシストのエネルギーに対する記録密度の関係を表すグラフ図を示す。
図示するように、例えば、MAMR方式においては、STOに対する電圧が上がれば上がるほど磁界が増し、磁気記録密度は大きくなるが、ある程度のところで記録密度は飽和する。この記録密度は、ほぼ磁気ディスク1面あたりの記録容量と読み替えることができる。
実施形態に用いられるアシスト量は、アシスト記録方式により表現が異なり、MAMR方式では、アシスト量はSTOにかかる素子電圧に相当し得る。アシスト記録方式が電流による磁界スイッチングによるアシストを用いたePMR方式や、TAMR方式であっても、電流/レーザーダイオードパワーに対するアシスト量の関係は同様である。
図11に、エネルギーアシスト記録方式の磁気ヘッドの構成の一例を表す断面図を示す。
例えばエネルギーアシスト記録方式においては、図示するように、記録ヘッド158は、磁気ディスクの表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高飽和磁化材料からなる主磁極160と、主磁極160のトレーリング側に配置され、軟磁性材料からなる補助磁極162と、主磁極160のABS143側の先端部と補助磁極162との間で、かつ、ABS143と面一に配置された導電層165とを有している。記録ヘッド158は、図7の磁束制御層65の代わりに導電層165を用いること以外は、図7とほぼ同様の構成を有する。主磁極160へ通電する際、導電層165へ電流が集中し、磁界を発生させ、磁気記録をアシストする。この場合、磁界の強さは電流量に比例するため、エネルギーアシスト垂直磁気記録方式では、アシスト量はほぼ電流量に相当し得る。
また、図12に、TAMR方式の磁気ヘッドの構成の一例を表す断面図を示す。
図示するように、TAMR方式の磁気ヘッド258には、コイル268を備えた主磁極260と補助磁極262の間に近接場光素子265と、近接場光素子265に光を伝播させる光導波路266、光導波路266の光を供給する光源としてのレーザーダイオード267が設けられ、近接場光素子265から発生する近接場光による発熱でスイッチングをアシストする。この場合、レーザーダイオード267からのパワーとアシスト量が比例するので、TAMR方式では、アシスト量はレーザーダイオードパワーに相当し得る。
高記録密度化のため、アシスト記録においてはアシスト量を最大化することが考えられるけれども、アシスト量増大は発熱・過電流によるエレクトロマイグレーションを発生させるなどヘッド寿命を悪化させる要因となる。
図13に、MAMRヘッドにおけるアシスト素子温度に対する素子寿命の関係を表すグラフ図を示す。
ここでは、素子寿命とは、磁気記録再生装置におけるビットエラーレートが許容下限よりも悪くなるまでの総ライト時間のことをいう。
アシスト記録ヘッドを搭載する磁気記録再生装置において、各磁気ヘッドのアシスト量は、記録密度、保証可能な動作時間の双方の観点から決められる。
図14は、実施形態に係る磁気記録再生装置の製造システムの一部であり、組み立てられた磁気記録再生装置について記録容量の調整を行うシステムの動作を表すフロー図を示す。
通常、磁気ディスク各面における記録容量の調整では、まず、組み立てられた磁気記録再生装置について、磁気記録媒体の記録面毎に対応する磁気ヘッドとのリードライト条件の初期調整を行う(S1)。次に、各記録面のフォーマット調整を行う(S2)。続いて、各種計測、及び例えば欠陥検査のような全面検査などを行う(S3)。その後、磁気ディスク各面の記録容量の合計で磁気記録再生装置としての記録容量が決定される(S4)。なお、ここでいう組み立てられた磁気記録再生装置は、例えば蓋を装着する前の状態の磁気記録再生装置も含む。
各記録面における記録容量に差がある場合、書き込みのためのアクセス頻度が異なり、記録面ごとに磁気ヘッドの寿命差が生じる。例えば、記録容量が1TBの記録面と、800GBの記録面が単一の磁気記録再生装置に共存していた場合、1TBの面の総ライト時間は、800GBの面のおよそ1.25倍となる。そのため、高容量の面においてはヘッドの劣化が先行する可能性が高い。
そこで、実施形態によれば、高記録容量の面ではアシスト量を設定値よりも下げ、低記録容量の面では逆にアシスト量を上げ、予想されるライト時間に対してヘッド寿命が一定となるような調整を行うことができる。これにより、それぞれの磁気ヘッドを劣化させずにバランスよく使用して、装置寿命の悪化を防止することができる。
アシスト量の調整を行うためのアシスト量の設定は、図14に示す磁気記録再生装置の記録容量の調整の一部として設けることができる。アシスト量の設定には、実施形態に係る磁気記録再生装置に設けられるアシスト量調整部130を用いることが可能である。
アシスト量調整部130の記録容量演算部121は、各記録面の記録容量の初期値を、一定のアシスト量から算出し、各記録面について、記録容量の比率を求め、各記録容量の比率に基づいて、各磁気ヘッドのアシスト量を算出し、アシスト量の調整を行う。各記録面の記録容量の初期値は、初期値記憶部128に記憶させることができる。アシスト量の調整は、ライト時間演算部22において、記録容量の比率から、ライト時間比率を算出し、アシスト量決定部124においてライト時間比率に相応するアシスト量を逆算することを含むことができる(S5)。決定部124は、ライト時間比率に相応するアシスト量を決定する。指示部127は、決定されたアシスト量に基づいてアシスト量設定値の更新を指示する(S6)。アシスト量の更新値は、更新値記憶部129に記憶させることができる。
アシスト量設定値の更新には、あらかじめ、磁気ヘッドの場合には、抵抗値に対する温度、素子寿命の計算式あるいはテーブルを用意し、更新することができる。例えば、素子寿命が一般的なアレニウスモデルに従う場合、素子寿命は以下の式(1)によって計算できる。
L=A×exp(ΔEa/kT) …(1)
ここで、Lは素子寿命、Aは装置などの特有の係数、ΔEaは素子劣化の活性化エネルギー、kはボルツマン定数、Tは素子温度である。
また、素子寿命がパワー則モデルに従う場合については、以下の式(2)を使用することもできる。
L=B×S …(2)
ここで、Bは装置などの特有の係数、Sは電圧、あるいはレーザーダイオードパワー、nは素子特有の係数である。
これらの式を使用し、各面ごとのライト時間比率から、使用可能なアシスト量を逆算することができる。
尚、この更新作業は1回で終了してもよいし、複数回行って精度を高めることもできる。この調整では、アシスト量は、低記録容量の記録面では初期調整値よりも大きく、高記録容量の記録面では初期調整値よりも小さいことから、記録容量と負の相関を有する。
実施形態に係る磁気記録再生装置を用いると、磁気記録方式として、アシスト記録を使用し、アシスト記録用磁気ヘッドにアシスト量調整部を接続することにより、磁気ヘッドのアシスト量を個々に調整することが可能となる。各記録面の記録容量の差により各磁気ヘッドの負荷に差が生じても、高い記録容量を有する記録面ではアシスト量を少なく、低い記録容量を有する記録面ではアシスト量を大きくして、この差を緩和することができる。このようにして、各記録面でできるだけ均等に記録ヘッドへの負荷を分散させて、各磁気ヘッドの寿命をより均等に調整し、各磁気ヘッドをなるべく劣化させずにバランスよく使用することにより、磁気記録再生装置自体の寿命悪化を防止することができる。
また、実施形態に係る磁気記録再生方法によれば、磁気記録方式として、アシスト磁気記録を使用し、個々の磁気記録ヘッドのアシスト量の変更が可能である。各記録面の記録容量の比率を求め、記録容量の比率に基づいて、アシスト記録用磁気ヘッドのアシスト量の調整を各々行うことができる。アシスト量の調整において、高い記録容量を有する記録面ではアシスト量を少なく、低い記録容量を有する記録面ではアシスト量を大きくすることにより、各磁気ヘッドの負荷をできるだけ均等にすることができる。これにより、各磁気ヘッドの寿命を調整し、各磁気ヘッドをなるべく劣化させずにバランスよく使用することにより、結果として磁気記録再生装置の寿命の悪化を防止する効果が得られる。
以下、実施例を示し、実施形態を具体的に説明する。
実施例
実施例1
MAMR方式の磁気記録ヘッドを以下のようにして作成した。
まず、主としてFeCoからなる主磁極上に、下記の材料及び厚さを有する層を、それぞれDCマグネトロンスパッタ法を用いて、第1導電層、調整層、及び第2導電層の順に積層し、図7の磁束制御層65と同様の構成を有する磁束制御層1を得た。第1導電層、調整層、及び第2導電層は、各々図7の中間層65a、調整層65b、伝導キャップ層65cと同様の構成を有する。
第1導電層は、例えば、Cu、Au、Ag、Al、Ir、NiAl合金、などの金属層で、かつ、スピン伝導を妨げない材料により形成することができる。調整層は、鉄、コバルト、またはニッケルのうち少なくとも1つを含む磁性材料を用いて形成することができる。磁性材料として、例えば、FeCoに、Al、Ge、Si、Ga、B、C、Se、Sn、及びNiのうち少なくとも1つが添加された合金材料、及びFe/Co、Fe/Ni、及びCo/Niからなる人工格子群から選択される少なくとも1種の材料などを使用することができる。
磁束制御層1上のストライプ高さ方向のサイズを規定するためのマスク層を形成し、その後、IBE(イオンビームエッチング)法で磁束制御層を主磁極が露出するまでエッチングした。磁束制御層周辺部分に絶縁膜のSiOxを成膜し、その後マスク層を除去した。また、トラック幅方向のサイズを規定するためのマスク層をたて、同様にエッチングし、素子周辺部分は絶縁膜のSiOxを成膜することにより、磁束制御層1を加工した。
次に、伝導キャップ層上に、トレーリングシールドとしてNiFeを形成した。
その後、ABS側の主磁極、磁束制御層、トレーリングシールド、及び絶縁膜上に、スパッタによりSi下地層をおよそ1nm成膜した後、Si下地層上にCVD法により、ダイヤモンドライクカーボンを成膜して厚さ1.6nmの保護層を形成することにより、磁気記録ヘッドを得た。同様にして、ABS側に1.6nmの保護層を有する磁気記録ヘッドを作製、ヘッド18本、磁気ディスク9枚からなるHDDへと組み込み、合計200台の磁気記録再生装置を作成した。
得られた磁気記録再生装置200台のうち100台について、比較例として、磁気記録媒体の記録面毎に対応する磁気ヘッドとのリードライト条件の初期調整、各記録面のフォーマット調整、各種計測、及び例えば欠陥を調べる全面検査などを行った。その後、磁気ディスク各面の記録容量の合計で磁気記録再生装置としての記録容量を決定した。一方、残りの100台については実施例として、各記録面のフォーマット調整の際に、記録容量の比率を求め、各記録容量の比率に基づいて、各磁気ヘッドのアシスト量の設定値を算出すること以外は同様にした。
長時間の通電試験として、得られたHDDを環境温度70℃下において、300mVの印加電圧で、磁束制御層の通電を5000時間持続した。このとき、比較例1については、アシスト量の調整は行わず、実施例1については、アシスト量の設定値に基づいてアシスト量として磁束制御層への電流量の調整を行った。通電前と通電後について、ビットエラーレート(BER)を測定した。
その結果、通電試験前のBER値に対し、5000時間経過時点でBERが悪化しているヘッドが複数存在した。BER値を1×10-1.7のカットオフ値でOK/NG判定し、個数を数えたところ、以下の結果が得られた。
通電試験結果
BER NG台数
実施例1 5/100
比較例1 15/100
また、装置を分解、解析してみると、アシスト素子に負荷の高い(ライト時間の長い)素子で多くのBER NGが発生していることがわかった。この結果より、比較例1と比較して、実施例1では、平均的にアシスト記録ヘッドの寿命の悪化を防止でき、一定時間内の記録ヘッド劣化を抑制することができることが判った。
実施例2
TAMR方式の磁気記録ヘッドを以下の方法で作成した。
まず、主としてFeCoからなる主磁極上に近接場光の光導波路を屈折率の高いAlまたはTaによって作成した。光導波路を光源ユニットに備えられたレーザーダイオードと接続させた。主磁極と反対側に上に、例えばAu、Pd、Pt、Rh、またはそれらの2以上の組み合わせを含む合金を用いて近接場光素子を作成した。
さらに、主磁極近傍にCuからなるヒートシンク層を作成し、熱アシスト磁気記録用ヘッドとした。また、使用する磁気記録媒体の磁気記録層にはFePtを主成分とする磁気異方性(Hk)の高い材料を用いた。これらのヘッドを50本用意し、25本を実施例2、残りの25本を比較例2として使用して磁気記録再生装置を組み立てた。
得られた磁気記録再生装置について、評価環境温度は室温、近接場光素子への通電時間を2000時間とする以外は実施例1と同様にして長時間の通電試験を行った。このとき、比較例2については、アシスト量の調整は行わず、実施例2については、アシスト量の設定値に基づいてアシスト量としてレーザーダイオードパワーの調整を行った。通電前と通電後について、ビットエラーレート(BER)を測定した。
その結果、通電試験前のBER値に対し、2000時間経過時点でBERが悪化しているヘッドが複数存在した。BER値を1×10-1.7のカットオフ値でOK/NG判定し、個数を数えたところ、以下の結果が得られた。
通電試験結果
BER NG台数
実施例2 7/25
比較例2 10/25
また、装置を分解、解析してみると、アシスト素子に負荷の高い(ライト時間の長い)素子で多くのBER NGが発生していることがわかった。この結果より、比較例2と比較して、実施例2では、平均的にアシスト記録ヘッドの寿命の悪化を防止でき、一定時間内の記録ヘッド劣化を抑制することができることが判った。
実施例3
エネルギーアシスト記録方式の磁気ヘッドを実施例1と同様の方法で作成した。
磁束制御層65の代わりに導電層165として非磁性導電帯であるCuを同じ膜厚で埋め込んだこと以外は実施例1と同様にした。
この状態では磁束制御層の磁化の反転・回転ではなく、電流による磁界が発生し、ヘッドの磁化切り替えがアシストされる。これらのヘッドを200本用意し、100本を実施例3、残りの100本を比較例3とした。
評価環境温度は室温、評価時間は5000時間とする以外は実施例1と同様の条件で長時間の通電試験を行った。
その結果、通電試験前のBER値に対し、5000時間経過時点でBERが悪化しているヘッドが複数存在した。BER値を1×10-1.7のカットオフ値でOK/NG判定し、個数を数えたところ、以下の結果が得られた。
通電試験結果
BER NG台数
実施例3 23/100
比較例3 40/100
また、装置を分解、解析してみると、アシスト素子に負荷の高い(ライト時間の長い)素子で多くのBER NGが発生していることがわかった。この結果より、比較例3と比較して、実施例3では、平均的にアシスト記録ヘッドの寿命の悪化を防止でき、一定時間内の記録ヘッド劣化を抑制することができることが判った。
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。
61-1a,61-1b,61-2a、61-2b、61-3a、61-3b、61-4a、61-4b、1-1a…記録面、10、51-1、51-2、51-3、51-4、51-5、51-6、51-7、51-8、158、258…磁気ヘッド、1、61-1、61-2、61-3、61-4…磁気記録媒体、100…磁気記録再生装置、130…アシスト量調整部

Claims (5)

  1. 記録面を各々有する複数の磁気記録媒体、
    前記記録面に対応して各々設けられ、アシスト記録を行う複数のアシスト記録用磁気ヘッド、及び
    前記複数のアシスト記録用磁気ヘッドに接続され、前記記録面の記録容量に対応する前記アシスト用磁気ヘッドのアシスト量を各々調整するアシスト量調整部を含む磁気記録再生装置。
  2. 前記記録容量は、前記アシスト量と負の相関関係にある請求項1に記載の磁気記録再生装置。
  3. 前記アシスト記録は、マイクロ波アシスト磁気記録、熱アシスト磁気記録、またはエネルギーアシスト垂直磁気記録のいずれかである請求項1または2に記載の磁気記録再生装置。
  4. 記録面を各々有する複数の磁気記録媒体、及び前記記録面に対応して各々設けられ、アシスト記録を行う複数のアシスト記録用磁気ヘッドを備えたアシスト記録用磁気記録再生装置を用いる磁気記録再生方法であって、
    前記記録面の記録容量の初期値を、各々一定のアシスト量から算出し、
    前記記録面の記録容量の比率として、各々、前記初期値の合計に対する前記初期値の比率を求め、
    前記記録容量の比率に基づいて、各々、前記磁気ヘッドのアシスト量の調整を行うことを含む磁気記録再生方法。
  5. 前記アシスト量の調整は、前記記録容量の比率から、前記記録容量に対応する総ライト時間に対する調整されたライト時間の比率であるライト時間比率を逆算し、前記ライト時間比率に相応するアシスト量に調整することを含む請求項4に記載の磁気記録再生方法。
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