JP2024045941A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気ヘッド毎の主磁極の寸法のバラつきによるアシスト効果のばらつきを抑制する。【解決手段】 実施形態に係る磁気ディスク装置は、主磁極、主磁極とライトギャップを置いて設けられ、主磁極とともに磁気回路を構成する補助磁極、主磁極のトラック幅方向の両サイドにサイドギャップをおいて配置されているサイドシールド、主磁極と補助磁極との間に設けられた高周波発振素子、及び主磁極とサイドシールドとの間に設けられ、高周波発振素子の発振周波数を制御する磁束制御素子を備えた磁気ヘッドと、高周波発振素子に供給するバイアス電流を制御する発振素子制御部と、磁束制御素子に供給するバイアス電流を制御する磁束制御素子制御部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気ディスク装置に関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録密度を向上するため、アシスト記録方式を用いた磁気ディスク装置が提案されている。アシスト記録方式として、例えば、アシスト素子として高周波発振素子を用いた高周波アシスト磁気記録方式等があげられる。
複数の磁気ヘッドを有する磁気ディスク装置では、磁気ヘッド毎の主磁極の寸法のバラつきによって、高周波発振素子に加わるライトギャップ内の磁界強度がバラつき、これに伴い、高周波発振素子の発振周波数が変動して、発振周波数と、媒体共鳴周波数とのアンマッチが生じて、アシスト効果が減衰、あるいは消失するという課題があった。

特開２０１２－２３６９４７号公報 特開２０１９－２００８２７号公報 特許第６７７１４３９号明細書 特開２０２０－３８７４３号公報

本発明の実施形態は、アシスト記録方式の磁気ディスク装置において、磁気ヘッド毎の主磁極の寸法のバラつきによるアシスト効果のばらつきを抑制することを目的とする。

実施形態によれば、
主磁極、
前記主磁極とライトギャップを置いて設けられ、前記主磁極とともに磁気回路を構成する補助磁極、
前記主磁極のトラック幅方向の両サイドにサイドギャップをおいて配置されているサイドシールド、
前記ライトギャップにおいて前記主磁極と前記補助磁極との間に設けられた高周波発振素子、及び
前記サイドギャップにおいて前記主磁極とサイドシールドとの間に設けられ、前記高周波発振素子の発振周波数を制御する磁束制御素子を備えた磁気ヘッドと、
前記高周波発振素子に供給するバイアス電流を制御する発振素子制御部と、
前記磁束制御素子に供給するバイアス電流を制御する磁束制御素子制御部とを含む磁気ディスク装置が提供される。

実施形態に係る磁気ディスク装置を概略的に示すブロック図である。 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。 磁気ヘッドのヘッド部および磁気ディスクの一部を拡大して概略的に示す断面図である。 実施形態に用いられる磁気ヘッドにおける記録ヘッドを空気支持面側から見た図である。 図４の磁気ヘッドと磁気記録媒体との配置を表す図である。 ＦＣＬに駆動電流を通電しない場合の磁気ヘッドの磁束の流れを示す図であるである。 ＦＣＬに駆動電流を通電した場合の磁気ヘッドの磁束の流れを示す図である。である。 図６の磁気ヘッドの磁束の流れをトラックセンターに沿った断面から見た図である。 図７の磁気ヘッドの磁束の流れをトラックセンターに沿った断面から見た図である。 施例１に係る磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの断面構成を表す概略図である。 実施例１におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。 Ｉｆを通電させない場合のヘッド主磁極の幅ＰＷＡとＳＴＯ発振周波数との関係を表すグラフ図である。 実施例２の磁気ディスク装置の一例におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。 実施例２の磁気ディスク装置の他の一例におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。 発振周波数を２４ＧＨｚに調整した場合の最適ＩｆとＰＷＡとの関係を表すグラフ図である。

実施形態に係る磁気ディスク装置は、主磁極、主磁極とライトギャップを置いて設けられ、主磁極とともに磁気回路を構成する補助磁極、主磁極のトラック幅方向の両サイドにサイドギャップをおいて配置されているサイドシールド、ライトギャップに設けられた高周波発振素子、及びサイドギャップに設けられ、高周波発振素子の発振周波数を制御する磁束制御素子を備えた磁気ヘッドと、
高周波発振素子に供給するバイアス電流を制御する発振素子制御部と、
磁束制御素子に供給するバイアス電流を制御する磁束制御素子制御部とを含む。

実施形態によれば、主磁極と補助磁極間のライトギャップに高周波発振素子を有する、高周波アシスト磁気記録方式の磁気ヘッドにおいて、主磁極とサイドシールド間にさらに磁束制御素子が設けられ、この磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置において、発振素子制御部と磁束制御素子制御部とが設けられる。このような磁気ディスク装置を用いると、磁束制御素子制御部により磁束制御素子の磁化状態を調整することにより、高周波発振素子に印可されるライトギャップ内の外部磁界の磁界強度を調整することが可能となり、これにより、高周波発振素子の発振周波数を調整できる。このため、ヘッド主磁極の寸法のばらつきにより、媒体共鳴周波数と、各磁気ヘッドの高周波発振素子の発振周波数との間にズレが生じる場合であっても、磁束制御素子を駆動して、各磁気ヘッド毎に独立して発振周波数を調整して媒体共鳴周波数に合わせることができる。実施形態よれば、磁束制御素子を用いて高周波素子の発振周波数を調整することにより、ヘッド主磁極の寸法のばらつきによるアシスト効果のばらつきを抑制することができる。

磁束制御素子は、例えば、主磁極側から順に積層された第１非磁性導電層、磁化反転層、及び第２非磁性導電層を有することができる。
第１非磁性導電層の材料として、例えばＴａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＮｉＣｒ、及びＷ等を使用することができる。
磁化反転層の材料として、例えばＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｒ、及びＦｅＶといった合金材料等を使用することができる。

第２非磁性導電層の材料として、例えばＣｕ、及びＲｕ等を使用することができる。
主磁極上に第１非磁性導電層、磁化反転層、及び第２非磁性導電層を積層する順序を逆にすることも可能である。
磁束制御素子は、主磁極と、主磁極の両側に設けられたサイドシールドとの間に、１つずつ設けることができる。２つの磁束制御素子は、同様の構成を有することができる。
また、高周波発振素子は、主磁極側から順に積層された第３非磁性導電層、スピン注入層、第４非磁性導電層、発振層、及び第５非磁性導電層を有することができる。
第３非磁性導電層の材料として、例えばＴａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＮｉＣｒ、及びＷ等を使用することができる。
スピン注入層の材料として、例えばＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｒ、及びＦｅＶといった合金材料等を使用することができる。

第４非磁性導電層の材料として、例えばＣｕ、Ｒｕ等を使用することができる。
発振層の材料として、例えばＮｉＦｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｒ、及びＦｅＶといった合金材料等を使用することができる。
第５非磁性導電層の材料として、例えばＴａ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＮｉＣｒ、及びＷ等を使用することができる。
主磁極上に第３非磁性導電層、スピン注入層、第４非磁性導電層、発振層、及び第５非磁性導電層を積層する順序を逆にすることができる。

磁気ディスク装置が２以上の磁気ヘッドを備えることが可能であり、トラック幅方向に第１の幅を有し、第１バイアス電流が印加される第１主磁極を備える第１磁気ヘッドと、トラック幅方向に第１の幅より大きい第２の幅を有し、第１バイアス電流よりも低い第２バイアス電流が印加される第２主磁極を有す第２磁気ヘッドとを含むことができる。これにより、主磁極のトレーリング端における空気支持面の物理幅が広くなるほど、主磁極の通電電流を低減させることが可能となり、ヘッド寸法バラつきによるアシスト効果のバラつきを抑制することが可能となる。
発振素子制御部と磁束制御素子制御部は、互いに独立して設けることができる。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
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。

図１は、実施形態に係る磁気ディスク装置であ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、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、図３は、磁気ヘッドのヘッド部および磁気ディスクの一部を拡大して概略的に示す断面図である。
ＨＤＤ１０は、図１に示すように、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１４と、磁気ディスク１２に対してデータの書込み、読出し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サスペンションアッセンブリ２０と、このサスペンションアッセンブリ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、メインコントローラ４０およびドライバＩＣ４８を備えている。ヘッドアンプＩＣ３０は、例えば、サスペンションアッセンブリ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（ＲＤＣ）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に電気的に接続されると共に、ドライバＩＣ４８を介してＶＣＭ２２及びスピンドルモータ１４に電気的に接続されている。ＨＤＤ１０は、図示しないホストコンピュータに接続可能である。

図１および図２に示すように、磁気ディスク１２は、ディスク面に対して垂直方向に異方性をもつ記録層を有する垂直磁気記録媒体である。具体的には、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、下地層としての軟磁性層１０２と、その上層部に、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１４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１４により所定の速度で矢印Ｂ方向に回転される。
サスペンションアッセンブリ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、サスペンションアッセンブリ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。

次に、磁気ヘッド１６の構成について詳細に説明する。
図２および図３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ＡＢＳ（空気支持面）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。

図３に示すように、ヘッド部１７は、スライダ１５のトレーリング端１５ｂに薄膜プロセスで再生ヘッド５４および記録ヘッド５８を形成した、分離型の磁気ヘッドである。ヘッド部１７の記録再生浮上量を制御するため、記録ヘッド５８の奥行き側に記録ヒータ１９ａが配置され、再生ヘッド５４の奥行き側に再生ヒータ１９ｂが配置されている。再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果を示す磁性膜による再生素子５５と、この再生素子５５のトレーリング側およびリーディング側に磁性膜による再生素子５５を挟むようにシールド膜を配置した上部シールド５６および下部シールド５７と、で構成されている。これら再生素子５５、上部シールド５６、下部シールド５７の下端は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。再生ヘッド５４は、図示しない電極、配線、および配線部材２８を介して、ヘッドアンプＩＣ３０に接続され、読み取ったデータをヘッドアンプＩＣ３０に出力する。

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、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高透磁率材料からなる主磁極６０、リターン磁極（ライトシールド、第１シールド）となるリターン磁極６２、および、リーディングシールド（第２シールド）となるリーディングコア６４を有している。主磁極６０とリターン磁極６２とは磁路を形成する第１磁気コアを構成し、主磁極６０とリーディングコア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コイル（記録コイル）７０と、第２磁気コアに巻き付けられた第２コイル（記録コイル）７２とを有している。

図３に示すように、主磁極６０は、磁気ディスク１２の表面に対してほぼ垂直に延びている。主磁極６０の磁気ディスク１２側の先端部６０ａは、ディスク面に向かって先細に絞り込まれ、例えば、断面が台形状に形成されている。主磁極６０の先端面は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６０ａのトレーリング側端面６０ｂの幅は、磁気ディスク１２におけるトラックの幅にほぼ対応している。

軟磁性体で形成されたリターン磁極６２は、主磁極６０のトレーリング側に配置され、主磁極６０の直下の磁気ディスク１２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。リターン磁極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、主磁極６０のＡＢＳ１３から離れた部分、に接続されている。

リターン磁極６２の先端部６２ａは、細長い矩形状に形成され、その先端面は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６２ａのリーディング側端面６２ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延び、また、ＡＢＳ１３に対してほぼ垂直に延びている。このリーディング側端面６２ｂは、主磁極６０のトレーリング側端面６０ｂとライトギャップＷＧを置いてほぼ平行に対向している。

第１コイル７０は、主磁極６０およびリターン磁極６２を含む磁気回路（第１磁気コア）に巻き付くように配置されている。第１コイル７０は、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コイル７０に記録電流を流すことにより、第１コイル７０は、主磁極６０を励起して主磁極６０に磁束を流す。

スピントルク制御素子（ＳＴＯ）６５は、ライトギャップＷＧ内において、主磁極６０の先端部６０ａとリターン磁極６２との間に設けられ、その一部は、ＡＢＳ１３に露出している。ＳＴＯ６５の下端面は、ＡＢＳ１３と面一に位置している場合に限らず、ＡＢＳ１３から高さ方向上方に離間していてもよい。なお、ＳＴＯは、アシスト素子の一例であり、例えば、スピントルクにより磁化をライトギャップ内の磁束方向とは逆向きに反転させることによる磁束制御に伴うアシスト効果を目的としたものでもよいし、スピントルクにより磁化を高周波で発振させることで媒体磁化の共鳴を引き起こす高周波アシスト効果を目的とした構成（高周波アシスト素子）が考えられる。

図３に示すように、主磁極６０とリターン磁極６２とに接続端子９１、９２がそれぞれ接続され、これらの接続端子９１、９２は、配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。これにより、ヘッドアンプＩＣ３０から主磁極６０、ＳＴＯ６５、リターン磁極６２を通して電流を直列に通電できるように電流回路が構成されている。また、記録ヒータ１９ａと再生ヒータ１９ｂとに接続端子９７、９８がそれぞれ接続され、これらの接続端子９７、９８は、配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。

図３に示すように、軟磁性体で形成されたリーディングコア６４は、主磁極６０のリーディング側に主磁極６０と対向して設けられている。リーディングコア６４は、ほぼＬ字形状に形成され、磁気ディスク１２側の先端部６４ａは細長い矩形状に形成されている。この先端部６４ａの先端面（下端面）は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６４ａのトレーリング側端面６４ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延びている。このトレーリング側端面６４ｂは、主磁極６０のリーディング側端面とギャップを置いて対向している。このギャップは、非磁性体としての保護絶縁膜７６によって覆われている。

リーディングコア６４は、磁気ディスク１２から離間した位置で主磁極６０との間のバックギャップに接合された第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、主磁極６０およびリーディングコア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コイル７２は、主磁極６０およびリーディングコア６４を含む磁気回路（第２磁気コア）に巻きつくように配置され、この磁気回路に磁界を印加する。第２コイル７２は、例えば、第２接続部６８の回りに巻付けられている。なお、第２接続部６８の一部に非導電体５２ａを挿入することができる。第２接続部６８は非導電体５２ａを介して主磁極６０の上部、すなわち、主磁極６０のＡＢＳ１３から離れた部分、に接続されている。もしくは、非導電体５２ａの代わりに非磁性体を挿入することができる。

第２コイル７２は、第１コイル７０と反対向きに巻かれている。第１コイル７０および第２コイル７２は、端子９５、９６にそれぞれ接続され、これらの端子９５、９６は配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。第２コイル７２は、第１コイル７０と直列に接続されてもよい。また、第１コイル７０および第２コイル７２は、別々に電流の供給を制御するようにしてもよい。第１コイル７０および第２コイル７２に供給する電流は、ヘッドアンプＩＣ３０およびメインコントローラ４０によって制御される。

図４は、実施形態に用いられる磁気ヘッドにおける記録ヘッドを空気支持面側から見た図である。
図示するように、記録ヘッド５８は、主磁極６０、主磁極６０とライトギャップＷＧを置いて設けられ、主磁極６０とともに磁気回路を構成する補助磁極６２を有する。主磁極６０のライトギャップＷＧ側の端面６０－１と補助磁極６２の間には高周波発振素子６５としてのＳＴＯ（Ｓｐｉｎ－Ｔｏｒｑｕｅ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が設けられており、いる。主磁極６０のトラック幅方向の両サイド６０－２，６０－３にはサイドギャップＳＧをおいてサイドシールド１１２が配置されている。主磁極６０のサイドギャップＳＧ側には、少なくとも１つの磁束制御素子（ＦＣＬ）（Ｆｌｕｘ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒ）１１１を設けることが可能であり、ここでは、主磁極６０の両サイド６０－２，６０－３に、高周波発振素子６５の発振周波数を制御するための一対のＦＣＬ１１１が、各々設けられている。

図５は、図４の磁気ヘッドと磁気記録媒体との配置を表す図を示す。
図５の磁気ヘッド１６は、図４の磁気ヘッド１６のＸ－Ｘ’断面を示す。磁気記録媒体１２は、磁気ヘッド１６のＡＢＳ１３に対向配置されている。
ＦＣＬ１１１はＡＢＳ１３からみて、ＳＴＯ６５よりも後退した位置に設けることができる。これにより、隣接するトラックに干渉するような漏れ磁界を低減することができる。

磁気ヘッド１６及び記録ヘッド５８を駆動するヘッドアンプＩＣ３０は、図１に示したように、接続端子９５、９６を介して第１コイル７０および第２コイル７２に記録電流を供給する記録電流供給回路８１と、図示しない配線および接続端子９１、９２を介してＳＴＯ６５にバイアス電流を供給する高周波発振素子制御部としての発振素子電流供給回路８２と、図示しない配線および接続端子９７、９８を介して記録ヒータ１９ａおよび再生ヒータ１９ｂにヒータ電圧を供給するヒータ電圧供給回路８３と、磁気ヘッドの再生素子部へ電圧を印可したうえで、磁気ディスク１２に記録された再生信号を読み取るリード電圧供給回路８４と、配線９１、配線９３、及び、リーディングコア６４のサイドシールド１１２を介してＦＣＬ１１１にバイアス電流を供給する磁束制御素子制御部としての磁束制御素子電流供給回路８５とを備えている。さらに、図示しないが、記録電流供給回路８１に電流を流す時間及びそのタイミングを制御すると共に、発振素子電流供給回路８２に電流を流す時間およびそのタイミングを制御する図示しないタイミング演算部と、Ｒ／Ｗチャネル４２で発生する記録パターン信号に応じて、記録電流波形を発生する図示しない記録電流波形発生器と、を備えている。

図１から図５に示すように、実施形態に係る磁気ディスク装置１０は、マイクロ波アシスト磁気記録方式を用いており、ヘッドアンプＩＣ３０内に、ＳＴＯ６５を駆動するための発振素子電流供給回路８２、及びＦＣＬ１１１を駆動するための磁束制御素子電流供給回路８５を有する。リターン磁極６２とサイドシールド１１２は離間することが可能であり、これにより、矢印１６１ｂに示すように、ＦＣＬ１１１を介して主磁極６０からサイドシールドにかけて還流する磁束制御素子電流供給回路８５を確保することができる。ＦＣＬ１１１には、矢印１６１ｂで示す方向にバイアス電流Ｉｆを通電することができる。また、ＳＴＯ６５には、矢印１６１ａに示すように、主磁極からリターン磁極６２側へ電子が流れる向きへ電流を通電する発振素子電流供給回路８２により、バイアス電流Ｉｓを通電することができる。発振素子電流供給回路８２は、磁気ヘッド１６のＡＢＳ１３から離間した位置に、主磁極６０とリターン磁極６２が絶縁層５２を介して接合された第１接続部５０を設けることにより確保することができる。

実施形態によれば、このように、ＳＴＯに供給する発振素子電流供給回路８２と、ＦＣＬに供給する磁束制御素子電流供給回路８５とを分けて、互いに独立して設けることができるため、ＳＴＯ６５及びＦＣＬ１１１の各素子は独立して制御することができ、ＦＣＬ１１１へ通電するバイアス電流Ｉｆと、ＳＴＯ６５へ通電するバイアス電流Ｉｓを制御することにより、ＦＣＬ１１１の磁化状態に応じてＳＴＯ６５に印可されるライトギャップ内の磁界強度を調整することを可能とする。

ＳＴＯ６５からの高周波磁界により磁気記録層１０３の磁化反転を共鳴しアシストするためには、高周波磁界の周波数，すなわち，ＳＴＯ６５の磁化の発振周波数と磁気記録層１０３の共鳴周波数を合わせることができる。いずれも強磁性共鳴に基づく磁化発振であるため、ＳＴＯ６５の発振周波数はＳＴＯ６５へ加わる有効磁界すなわち、ライトギャップＷＧ内の磁界強度に依存し、磁気記録層１０３の共鳴周波数は磁気記録層１０３の異方性磁界（Ｈｋ）に依存することとなる。磁気記録層１０３をアシスト記録するためには、その媒体の最適な周波数でＳＴＯ６５を発振させることができる。ＳＴＯ６５の発振周波数は、ライトギャップＷＧ内の磁界強度によって変動し、そのギャップ内磁界強度は、主磁極６０の幅ＰＷＡによって変動するため、ヘッドの寸法バラつきによって、媒体磁化反転を共鳴することが難しくなることがある。そのため、ギャップ内磁界を独立に制御することが有効である。実施形態によれば、媒体共鳴周波数と、各磁気ヘッド１６のＳＴＯ６５の発振周波数との間にズレが生じる場合であっても、ＦＣＬ１１１を駆動することにより各磁気ヘッド毎に独立して発振周波数を調整して媒体共鳴周波数に合わせることができるので、磁気ヘッド毎のアシスト効果のばらつき及びこれによるアシスト効果の減衰を抑制することが可能となる。

図６は、ＦＣＬに駆動電流を通電しない場合の磁気ヘッドの磁束の流れを示す図である。
図７は、ＦＣＬに駆動電流を通電した場合の磁気ヘッドの磁束の流れを示す図である。
図８は、図６の磁気ヘッドの磁束の流れをトラックセンターに沿った断面を矢印１６２の方向から見た図である。
図９は、図７の磁気ヘッドの磁束の流れをトラックセンターに沿った断面を矢印１６２の方向から見た図である。
図６に示すように、ＦＣＬ１１１に駆動電流を通電しない場合には，ＦＣＬ１１１の磁化の方向は矢印１２４に示すように、矢印１２１で表される主磁極６０の磁化方向と、矢印１２３で表されるサイドシールド１１２内の磁化方向に揃う形となる。主磁極６０からの磁界は、矢印１２２に示すように主磁極６０とサイドシールド１１２内に閉じる形となるため、図８に示すように、ライトギャップＷＧ内へ誘導される磁界強度は矢印１３２に示すように小さくなる。一方、図７に示すように、ＦＣＬ１１１内に電流を駆動し、ＦＣＬ１１１の磁化の方向を、矢印１２４ａに示すように、主磁極６０及びサイドシールド１１２内の磁化と反対方向へ反転させることによって、サイドギャップＳＧ内の透磁率が実効的に負となり、サイドギャップＳＧ内に閉じていた磁界は矢印１２２ａに示すようにライトギャップＷＧ内へ誘導されるため、ライトギャップＷＧ内の磁界強度は矢印１３２ａで示すように増大する。このように、このＦＣＬ１１１の磁化の制御によって、ライトギャップＷＧ内の磁界強度に依存するＳＴＯ６５の発振周波数を独立して制御することが可能となる。

以下、実施例を示し、実施形態に係る磁気ディスク装置について具体的に説明する。
実施例１
図１０は、実施例１に係る磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの断面構成を表す概略図である。
実施例１に係る磁気ディスク装置は、図１０に示す構成を持つ磁気ヘッドを備えている。
実施例１に用いられる磁気ヘッド１６’は、ＳＴＯ６５の代わりにＳＴＯ６５’が設けられ、ＦＣＬ１１１の代わりにＦＣＬ１１１’が設けられること以外は、図４と同様の構成を有する。

ＳＴＯ６５’は、主磁極６０のトレーリング端６０－１上に順に設けられた、第３非磁性導電層６５ａ、スピン注入層６５ｂ、第４非磁性導電層６５ｃ、発振層６５ｄ、及びを有する。ここで、第３非磁性導電層６５ａは必要に応じて省略することができる。また、主磁極６０の先端部６０ａ上に、第３非磁性導電層６５ａ、スピン注入層６５ｂ、第４非磁性導電層６５ｃ、発振層６５ｄ、及び第５非磁性導電層６５ｅを製膜する順序を逆にして、第５非磁性導電層６５ｅ、発振層６５ｄ、第４非磁性導電層６５ｃ、スピン注入層６５ｂ、及び第３非磁性導電層６５ａを介してリターン磁極６２の先端部６２ａに流れる極性へバイアス電流を通電することも可能である。

ＦＣＬ１１１’は、主磁極６０のサイドシールド側端面６０－２，６０－３上に、に設けられた、第１非磁性導電層１１１ａ、磁化反転層１１１ｂ、及び第２非磁性導電層１１１ｃを有する。ここで、第１非磁性導電層１１１ａは必要に応じて省略することができる。また、主磁極６０のサイドシールド側端面６０－２，６０－３上に、第１非磁性導電層１１１ａ、磁化反転層１１１ｂ、及び第２非磁性導電層１１１ｃを製膜する順序を逆にして、サイドシールド側端面６０－２，６０－３上から、各々、第２非磁性導電層１１１ｃ、磁化反転層１１１ｂ、及び第１非磁性導電層１１１ａを介してサイドシールド１１２に流れる極性へバイアス電流を通電することも可能である。

ここでは、サイドギャップＳＷに設けられた２つのＦＣＬ１１１’として主磁極６０側より、
第１非磁性導電層１１１ａ：Ｔａ ２０ｎｍ
磁化反転層１１１ｂ： ＮｉＦｅ ５ｎｍ
第２非磁性導電層１１１ｃ： Ｃｕ ２ｎｍ
の順に製膜した。

また、ＳＴＯ６５’として 主磁極６０側より
第３非磁性導電層６５ａ：Ｔａ ６ｎｍ
スピン注入層６５ｂ： ＮｉＦｅ ３ｎｍ
第４非磁性導電層６５ｃ： Ｃｕ ２ｎｍ
発振層６５ｄ： ＦｅＣｏ ８ｎｍ
第５非磁性導電層６５ｅ： Ｔａ ６ｎｍ
の順に製膜した。

また、主磁極６０として、ＡＢＳ１３における記録幅ＰＷＡが４５ｎｍとなるヘッドを作製した。
ＦＣＬ１１１には、矢印１１６ｂに示すように主磁極６０側からサイドシールド１１２側へ電子が流れる向きへバイアス電流Ｉｆを通電することで、第２非磁性導電層１１１ｃを通した反射のスピントルクにより磁化反転層１１１ｂが反転することとなる。また、ＳＴＯ６５’には、矢印１６１ａに示すように、主磁極６０からリターン磁極６２側へ電子が流れる向きへバイアス電流Ｉｓを通電することにより、スピン注入層６５ｂと発振層６５ｄ間のスピントルクにより、発振層６５ｄの磁化が面内に発振することとなる。この構成で、ＦＣＬ１１１へ通電するバイアス電流Ｉｆ を変えながら、ＳＴＯ６５へバイアス電流Ｉｓ を通電して発振周波数を観測した。得られた結果を図１１に示す。

図１１は、実施例１の磁気ディスク装置におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。
曲線１５１は、ＦＣＬ１１１へ通電するバイアス電流Ｉｆに対するＳＴＯ６５の発振周波数の変化を表す。
図示するように、バイアス電流Ｉｆを増大するにともない、ＦＣＬ１１１の磁化が反転することで、ＳＴＯ６５に加わるライトギャップ内磁界が増大していくため、ＳＴＯ６５の発振周波数もそれに応じて増大していくことがわかる。

たとえば、磁気記録媒体１２の磁気記録層１０３の共鳴周波数が２４ＧＨｚである場合、ＦＣＬ１１１を駆動しない場合には、発振周波数が～２０Ｇｈｚ程度と低いため、磁気記録層１０３を共鳴させることが難しいが、Ｉｆを図８のＡに調整することで、発振周波数を 媒体記録層共鳴周波数を含む最適な範囲１４１（～２４ＧＨｚ）に合わせることで磁気記録層１０３の磁化を共鳴させ、効率的に媒体の磁化反転をアシストすることが可能となる。

このように、実施形態にかかる磁気ディスク装置１０では、主磁極６０と補助磁極６２との間のライトギャップＷＧに設けられたＳＴＯ６５にバイアス電流を通電し、ＳＴＯ６５を発振させてアシスト記録を行う高周波アシスト磁気記録方式において、主磁極６０とサイドシールド１１２間にさらにＦＣＬ１１１を設け、ＦＣＬ１１１の磁化状態を調整することで、ＳＴＯ６５に印加される外部磁界の磁界強度を調整し、これにより、ＳＴＯ６５の発振周波数を調整することができる。

実施例２
実施例２に係る磁気ディスク装置は、ヘッド主磁極６０の幅 ＰＷＡが実施例１とは異なること以外は図１０に示す構成と同様の構成を持つ磁気ヘッドを備えている。
主磁極６０の空気支持面の幅ＰＷＡを 概３８～５５ｎｍの範囲で変化させ、磁気ヘッドを５本作製し、得られた磁気ヘッドを各々組み入れて、５つの磁気ディスク装置を作製した。ＦＣＬ１１１’には、主磁極６０側からサイドシールド１１２側へ電子が流れる向きへ電流を通電することで、第２非磁性導電層１１１ｃを通した反射のスピントルクにより磁化反転層１１１ｂが反転することとなる。また、ＳＴＯ６５’には主磁極６０からリターン磁極６２側へ電子が流れる向きへ電流を通電することにより、スピン注入層６５ｂと発振層６５ｄ間のスピントルクにより、発振層６５ｄの磁化が面内に発振することとなる。

図１２は、Ｉｆを通電させない場合について、ヘッド主磁極の幅ＰＷＡとＳＴＯ発振周波数との関係を表すグラフ図を示す。
１５２は、この構成で、Ｉｆを通電させない場合にＳＴＯを駆動した際の発振周波数を観測した結果を示す。図１２に示すように、主磁極６０の幅ＰＷＡが広いほど、主磁極６０からの磁界強度、すなわち、ＳＴＯ６５に加わるライトギャップＷＧ内の磁界強度も増大するため、ＳＴＯ６５の発振周波数も増大していく傾向が確認できる。このため、磁気記録層１０３の共鳴周波数とＳＴＯ６５の発振周波数との乖離もＰＷＡ次第で変化するため、ＦＣＬ１１１の磁化反転度，すなわちＦＣＬ１１１へ通電するＩｆの調整もＰＷＡによって変動させることができる。
図１３は、実施例２の磁気ディスク装置の一例におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。
図１４は、実施例２の磁気ディスク装置の他の一例におけるバイアス電流ＩｆとＳＴＯの発振周波数との関係を表すグラフ図である。
図１３の曲線１５３は、ＰＷＡが３８ｎｍの磁気ヘッド用いた磁気ディスク装置について、図１４の曲線１５４は、ＰＷＡが５５ｎｍの磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置について、バイアス電流Ｉｆを変えながら、ＳＴＯ発振周波数を観測した結果を示す。

図１３に示すように、ＰＷＡ３８ｎｍの場合、ライトギャップ内磁界強度が小さく、Ｉｆ通電がゼロの場合の発振周波数が低いため，発振周波数を 媒体記録層共鳴周波数を含む最適な範囲１４１（～２４ＧＨｚ）に合わせるには、ＩｆをＢの値（概４ｍＡ）まで通電させる必要があると考えられる。一方で、図１４に示すように、ライトギャップ内磁界強度が大きく、元の発振周波数が高いＰＷＡ５５ｎｍの場合は、Ｉｆをの値（概０．７～０．８ｍＡ）程度通電することで、周波数を最適化することが可能となる。これより、ＳＴＯの発振周波数を最適化するための最適Ｉｆ は、ＰＷＡによって変化することとなる。

図１５は、発振周波数を２４ＧＨｚに調整した場合の最適ＩｆとＰＷＡとの関係を表すグラフ図を示す。
１５５は、ＰＷＡに対する最適Ｉｆを表す。図１５に示すように、記録層媒体をヘッド寸法バラつきによらず共鳴させるためには、ＩｆをＰＷＡが大きいほどに低めに調整することができることがわかる。

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。

１０…磁気ディスク装置、１３…空気支持面、１６…磁気ヘッド、５２，５２ａ…絶縁層、６０…主磁極、６２…補助磁極、６５…高周波発振素子、６５ａ…第３非磁性導電層、６５ｂ…スピン注入層、６５ｃ…第４非磁性導電層、６５ｄ…発振層、６５ｅ…第５非磁性導電層、８２…発振素子制御部、８５…磁束制御素子制御部、１１１…磁束制御素子、１１１ａ…第１非磁性導電層、１１１ｂ…磁化反転層、１１１ｃ…第２非磁性導電層、１１２…サイドシールド

Claims (8)

1. 主磁極、
   前記主磁極とライトギャップを置いて設けられ、前記主磁極とともに磁気回路を構成する補助磁極、
   前記主磁極のトラック幅方向の両サイドにサイドギャップをおいて配置されているサイドシールド、
   前記ライトギャップにおいて前記主磁極と前記補助磁極との間に設けられた高周波発振素子、及び
   前記サイドギャップにおいて前記主磁極とサイドシールドとの間に設けられ、前記高周波発振素子の発振周波数を制御する磁束制御素子を備えた磁気ヘッドと、
   前記高周波発振素子に供給するバイアス電流を制御する発振素子制御部と、
   前記磁束制御素子に供給するバイアス電流を制御する磁束制御素子制御部とを含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記磁気ヘッドの空気支持面から離間した位置に、前記主磁極と前記補助磁極が絶縁層を介して接合された接合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
3. 前記補助磁極と前記サイドシールドは離間されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
4. 前記磁束制御素子は、前記主磁極上に設けられた第１非磁性導電層、前記第１非磁性導電層に設けられた磁化反転層、及び前記磁化反転層を設けられた第２非磁性導電層を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
5. 前記高周波発振素子は、前記主磁極上に設けられた第３非磁性導電層、前記第３非磁性導電層上に設けられたスピン注入層、前記スピン注入層上に設けられた第４非磁性導電層、前記第４非磁性導電層上に設けられた発振層、及び前記発振層に設けられた第５非磁性導電層を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
6. ２以上の磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置であって、
   トラック幅方向に第１の幅を有し、第１バイアス電流が印加される第１主磁極を備える第１磁気ヘッドと、トラック幅方向に前記第１の幅より大きい第２の幅を有し、前記第１バイアス電流よりも低い第２バイアス電流が印加される第２主磁極を備える第２磁気ヘッドとを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
7. 空気支持面からみて、前記磁束制御素子は、前記高周波発振素子よりも後退していることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
8. 前記発振素子制御部と前記磁束制御素子制御部は、互いに独立して設けられることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。

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