JP3932840B2 - 情報記録方法および情報記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録補助を行う垂直記録用磁気ヘッド及びその垂直記録用磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置、および磁気ディスク装置を用いた情報機器・製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ機器におけるハードディスクの容量増加に伴い、単一記録面内における情報の記録密度が増加している。磁気ディスク装置では、記録媒体上のデ−タは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするためには、面記録密度を高くする必要がある。しかし、記録密度が高くなるに従って、記録媒体上で１ビット当りの占める記録面積（＝ビットサイズ）が小さくなっている。
【０００３】
ビットサイズが小さくなると、１ビットの情報が持つエネルギーが室温の熱エネルギーに近くなり、記録した磁化の情報が熱揺らぎのために反転する、または消えてしまうという、いわゆる熱減磁の問題が生じる。
【０００４】
ごく一般的に用いられてきた面内記録方式では、磁化の方向が、媒体の面内方向に向くように磁気を記録するが、この方式では熱減磁による記録情報の消失が起こりやすい。この問題の解決のために、媒体に垂直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式が注目されはじめている。これは、記録媒体に対し、単磁極（磁石のＮまたはＳのどちらか一つの極のみ）を媒体に近づける原理で、磁気情報を記録する方式である。隣接する反転磁化との相互作用を小さく抑えることができるため、記録情報の変化を抑えやすという利点がある。
【０００５】
図２、図３に、この垂直記録方式の原理を示す。
【０００６】
図２は、単磁極型垂直記録ヘッドと呼ばれるヘッドの構成を示す立体図である。図３は同断面図である。リソグラフィーを併用し、薄膜の作製技術を用いて作製されるため、薄膜磁気ヘッドとも呼ばれる。実際のハードディスク装置等では、このヘッド部は、浮上のためのパッド構造を付した、スライダ４と呼ばれる１〜３ｍｍ角のチップの一部に作り込まれているため、チップ全体としてスライダ型薄膜磁気ヘッドとも呼ぶ。ヘッドの心臓部には、主磁極１と補助磁極２がある。直方体の大きめの磁極は、磁束をフィードバックするための補助磁極２で、先端の細くなった小さ目の磁極の方が主磁極１である。その周囲にコイル３が形成されている。補助磁極の裏側には、もう一つの磁極と同様の金属があり、これを下部シールド８と呼んでいる。下部シールド８と補助磁極２の間の隙間に、磁気抵抗素子９（ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子）を配置して再生ヘッドとしている。記録のためのヘッド部と、再生のためのヘッドが構造的に分かれているため、この構造のヘッドを、記録再生分離型薄膜磁気ヘッドとも呼ぶ。なお、記録ヘッドと再生ヘッドを合わせて、単に磁気ヘッドとも呼ぶ。
【０００７】
主磁極１の先端を細くすることで磁界を集中させ、記録磁界を発生させる。一方、補助磁極２は、主磁極が発生した磁束を拾ってもう一度コイル３と主磁極１に戻す役割があり、補助磁極２の方が大きい柱状の形をしている。主磁極が、磁石のＮまたはＳに相当する独立した極（単磁極）となって記録するため、このヘッドを、単磁極ヘッド、または単磁極型垂直記録ヘッドとも呼ぶ。主磁極１や補助磁極２の材料としては、パーマロイなどの磁性を持つ金属も使用できる。
【０００８】
主磁極１から発生した磁界を、円板状のディスク上に記録膜６を付けた媒体５へ記録してゆく。記録膜６としては、ＴｅＦｅＣｏのような、硬磁性金属の薄膜も使用できる。これが磁気記録層となる。これをパーマロイなど軟磁性薄膜７上に重ねることで、垂直記録用の磁気記録媒体とする。この媒体のことを、単に磁性媒体、記録媒体とも呼ぶ。この媒体を、先程のヘッドに近接して配置し、矢印１５の方向に回転させる。このようにして記録した磁気情報は、ディスク媒体上で、図２０のように、主磁極１のトレーリング側のエッジを離れる瞬間に、磁石のＳ・Ｎに相当する磁気パターンとして形成される。
【０００９】
垂直記録方式では、このような磁気ヘッドと媒体の組合せを用いることにより、記録磁界が、記録膜に対しほぼ垂直な方向を向く。垂直な磁界で記録された情報は、膜面内においてＮ極とＳ極がループを作りにくいため、熱による記録磁化の微小回転に対しても、エネルギー的に安定を保ちやすい。これにより、垂直記録方式は、面内記録方式に比較して、熱減磁に強くなっている。
【００１０】
また、特開２０００−１９５００２号公報には、垂直記録方式と光アシスト磁気記録方式を組合せる方法が提唱されている。ここで、光アシストとは、光を照射することで媒体の加熱を行うことである。この方法では、従来の面内記録方式に用いる光アシスト方法を、垂直記録方式のヘッドに適用することを提案している。
【００１１】
さらに、Optical Data Storage Topical Meeting 2001 (Santa Fe, New Mexico, April 2001)、１３０頁には、媒体の反対面側からの光入射して光アシストする方法が記載されている。この方法では、媒体基板として透明なガラス基板を用い、基板の反対側の面からガラス基板を透過させて、光を直接磁極の直下に集光照射する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開２０００−１９５００２号の記載の装置では、この光アシストは、従来の面内記録方式のハードディスクにて最適化された光アシスト方法である。これを、垂直記録に適用すると、光アシストとしての十分な効果を発揮できないという問題点があった。具体的には、特開２０００−１９５００２号では、導波路を用いて主磁極と補助磁極の間の隙間に光を導いて、２つの磁極の間を加熱する構造としていた。面内記録方式では、２つの磁極のちょうど中点で、磁化パターンを形成するため、ここで光アシストを行うことが、狙いであった。しかし図３のような構成のヘッドを用いる垂直記録方式では、図２０のように、主磁極１について補助磁極２とは反対側のエッジで磁気パターンを形成するので、面内記録方式で行うような磁極間の加熱では不適当であった。更に、光の波長よりも狭い隙間に、細長い導波路を用いて光を投光する構造であったため、導波効率が悪く、実用的な量の光が照射部まで届かなかったという問題点があった。具体的には、導波路の幅が光の半波長よりも狭く、しかも長さが数ミクロンと長いため、導波カットオフという現象で、伝わる光の量は、実質的に１万分の一以下まで減衰してしまうためである。このような効率が低い導波構造では、光源として数Ｗ級の大型のレーザを用いなければならないため、小型（個人用）情報端末として実用的ではない。
【００１３】
また、Optical Data Storage Topical Meeting 2001 (Santa Fe, New Mexico, April 2001)１３０頁の方法で、対面から光入射する光アシスト方法では、装置化の際に、本願の図５のように、媒体５の両面を、磁気ヘッド１２と光ヘッド１３を配置し、機械的な誤差なく二つのヘッドの動きを合わせて追従させ合うことが必要となる。なお、図中２０は光ファイバ、２２はロータリアクチュエータである。この装置構成では、光学的にも機構的にも、複雑となり、実際にハードディスク装置として形成するとコスト高となる点が問題となっていた。
【００１４】
本願発明の目的は、熱減磁を小さくし、情報の記録寿命の信頼性を確保し、磁気情報の書込みを安定して行い、装置構成の簡易な垂直磁気記録装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の構成とすることによって、達成される。即ち、垂直記録方式の薄膜磁気ヘッドの主磁極として、金属製の主磁極を用い、磁気記録媒体として、金属製の記録膜を用い、これら主磁極と媒体の二つの金属を微小な隙間を置いて近接配置させておく。そして、この隙間に対して、光を主磁極と媒体面の中間の角度（斜めの角度）から照射した際に生じる近接場効果を利用して、主磁極直下の媒体上に集光する。
【００１６】
なお、本願では、磁気マークのエッジを形成する役割を持つ磁極を主磁極と呼ぶことにする。主磁極と磁気回路的につながっており、主磁極の生じた磁力を、媒体を経由して主磁極へ戻す役割を持った磁極を補助磁極と呼ぶ。媒体に記録される磁化が、媒体面に対し垂直な方向を主とする記録方式を垂直記録方式と呼び、記録磁化が媒体面に対し平行な面内方向を主とする方式を面内記録方式と呼ぶことにする。
【００１７】
なお、本願発明を成した後に公知例調査を行った結果、特開昭６２−２００５０７号を見いだした。この公知例には、光を基板に対して斜入射させる垂直磁化記録再生装置が記載されている。しかし、主磁極は非晶状カーボンの基板にMn-Znフェライト膜を形成したものであって、本願発明のような近接場効果を生じさせるものではない。ここで、本明細書では、近接場効果とは、光の半波長を直径とする領域よりも小さな領域に光電場の集中を起こす効果（集光効果））をいい、近接場光とはこのような集光効果によって発生する光をいう
以下、本願発明について、詳細に説明する。
【００１８】
図１および図６に、本発明による光アシスト方法の原理を示す。図中、下側が媒体円板、上側がヘッドである。図１が立体図、図６が断面図である。
【００１９】
ヘッドの基本構造は図２と同様であり、この磁気ヘッドの構造自体は、垂直記録方式薄膜磁気ヘッドとして、知られている構造である。媒体としては、たとえばＴｂＦｅＣｏのような金属製の磁気記録膜を持った媒体円板を用いる。ハードディスク装置においては、薄膜磁気ヘッドを、この記録媒体円板上に近づけて、媒体円板を回転させる。円板の回転により生じる空気の流れによって、薄膜磁気ヘッドが、浮力で、５〜３０ｎｍのわずかな隙間（浮上ギャップ）をおいて、媒体円板表面から浮上する。この浮上によって、薄膜磁気ヘッドは、媒体円板と一定の距離を保って、記録膜上を走査することができる。つまりこの状態では、薄膜磁気ヘッドの主磁極と、媒体記録膜の間の距離が、５〜３０ｎｍ程度で、一定の距離を保っている。円板の回転方向１５は、一般的な垂直記録方式のディスク装置と同じく、図３のように、磁化パターンが形成されていく方向、主磁極に対し補助磁極とは反対側の方向、即ち、主磁極のトレーリング側となる方向である。
【００２０】
本発明による光アシスト方法では、この状態で、図１・図６のように、金属の主磁極と、金属の記録膜の隙間を狙うように、光束を、主磁極の横から、斜め約４５度の角度で斜入射する。通常、可視光の波長は４５０〜７００ｎｍであり、レンズで集光した光スポットの大きさは、回折限界の光学原理によって、波長の２分の３程度にまでしか小さくならない。従って、光スポットの大きさは、主磁極と媒体記録膜との隙間５〜３０ｎｍに比べて十分に大きく、隙間を狙って照射した光スポットは、図1のように、主磁極と隙間と媒体とにまたがって覆う形となる。つまり、光束は、媒体の面に対し、主磁極と同じ側、つまり磁気ヘッドのある側から入射され、媒体と主磁極の境界部をまたがるように照射される形となる。そして、この状態で光加熱される媒体上の磁気記録層に対して情報の書込みを行う。
【００２１】
熱減磁を防ぐためには、記録時に、媒体の光加熱を行う、いわゆる光アシストの方法が有効となる。これは、図４のように、元来、光アシストを用いない従来のヘッドでは書き込めなかったような高い保磁力の媒体を用い、光を照射して媒体を光加熱し、媒体の温度を一時的に上げることで、保磁力（媒体の磁化の反転を防いで維持する力）を一時的に小さくし、その瞬間に書込みを行う方法である。保存時は媒体が室温であるので熱減磁が起こりにくく、書込み時のみ温度を上げることで、従来のヘッドの発生磁力でも書込みができる。たとえば、主磁極の膜厚を４００ｎｍと厚めに設定していた従来の構造のヘッドでは、２５０Ｍｂｐｓを超える高速なデータの書き込みが可能であったが、主磁極の先端のサイズが大きい分、磁束密度が薄まるため、媒体の保磁力２．８ｋＯｅまでが、書き込める限界であった。そのため、例えば多層膜媒体でＣｏ（コバルト）２ｎｍ／Ｐｄ（パラジウム）１ｎｍを繰返し積層したような４ｋＯｅという高い保磁力を持つ媒体は、そのままでは書き込みは出来ず、これに光アシストを用いずに書き込むためには、主磁極の膜厚を減らして磁束密度を高め、高周波特性を大きく犠牲としたヘッド構造を新規に作製する必要があった。光アシストを用いる本方法では、光照射で媒体側の保磁力を下げるので、高周波特性を犠牲にせずに、磁気的なヘッド構造は従来のままで、室温で高い保磁力を持つ媒体への書き込みが可能となる。
【００２２】
次にこの状態で生じる近接場作用について説明する。図７・図８は、前記図１の配置において、主磁極の下に生じる、光電場強度の分布を、計算により求めた結果である。図７が、主磁極直下の光電場強度分布、図８が主磁極から２０ｎｍ離れた媒体表面上の光電場強度分布である。つまりこの計算では、主磁極と媒体は、２０ｎｍの隙間（間隔）を保っているとした。計算方法は、ＦＤＴＤ法として知られる方法を用いている。Ｘ軸側は一マス１０ｎｍであり、Ｙ軸側は一マス２５ｎｍの長さに対応する。斜線で囲まれた白い領域が主磁極の形状を示している。
【００２３】
金属の主磁極と、金属の媒体が生じるショートの効果によって、主磁極周囲の光電場は、主磁極に吸い取られ、金属媒体表面近傍の光電場は、媒体の金属記録膜に吸い取られ、ゼロ近くまでに減衰する。そして吸い取られた光電場エネルギーは、光スポットのまたがる、先ほどの主磁極と媒体の５〜３０ｎｍの隙間に集中する。これは、いわば雷の避雷針の原理と同じで、できるだけ抵抗の少ない部分へ電気が集中しようとする性質によるものである。これにより、あたかも照射した光スポットの光エネルギーが、主磁極と媒体の隙間に集中したような、集光効果を起こし、元の光電場強度（均一）の、数十〜２００倍近い光電場の集中を起こす。ただし、この効果により集められる光の範囲が、光の半波長程度のサイズに限られることから、これは、近接場光効果によるものといえる。このようにして集光された光電場の強度は、入射された光電場の元来の電場強度にくらべ、エネルギー密度が２桁高くなっている。このような集光効果は、前記の主磁極と媒体に対し、入射するアシスト光２３の光束の、入射角度が、媒体に対しても主磁極に対しても、約４５度付近の角度をもって斜入射された図１や図６のような場合に最大となる。角度が１５度から７５度の範囲を外れると、極端に集光効果が弱くなる。図１９に集光部周囲における光電場強度の入射角度依存性を示す。ただし、実際は磁極のサイズや媒体との間隔によって、光電場強度の分布は多様に異なるので、ここではギャップの幅が光の波長に比べて十分に小さいとした場合で、角度９０度で交わる２つの金属面を考えた単純化された系で、プラズモン等の表面共鳴効果がないとした場合について、ギャップ部付近に生じる光電場強度の角度依存性についての定性的な性質のみを述べる。光の電場が直交部のギャップ近傍で生じる定常波における、ギャップを挟んで最も近い２点の振幅の腹部（振幅が最大となる点）の間の光の位相差より、電場強度を求めてプロットしている。横軸が入射角、縦軸がギャップ近傍の光電場強度である。最大値を１として規格化している。角度が１５度から７５度の範囲を外れると、効率がほぼ最大となる４５度付近に比べ、本効果による本質的な集光の効率は２桁落ちとなる。効率が最大となる４５度付近において、主磁極直下での最大電場強度は、入射光電場強度の１００倍程度であったので、角度が１５度から７５度の範囲を外れると、集光部の電場強度が、元の光電場強度を下回り、ほとんど集光の効果は得られないことになる。従って、良い効率を得るためには入射角がこの１５度〜７５度の範囲に入っていることが必要となる。集光効率が最も高くなるのは、入射角が４５度の付近である。また、より実用的には、集光効率が、最大時の半分程度に入っている必要がある。図２２は、図１９の縦軸を、リニアスケールでプロットし直したものであるが、入射角が３５度〜５５度の範囲を外れると、効率は、最大時の半分以下となり、その場合、使われなかった大半の光エネルギーが、他の部分で発熱を起こして悪さをするなどの副作用を生じる。従って、これを防ぐためには、より実用的に、入射角はさらに３５度〜５５度の範囲に入っていることが望ましい。また、この図では偏向方向については示していないが、その時の入射光の偏光方向２４は、光の電場の方向が、主磁極と媒体にまたがる方向に向いている時に、効果が大きい。この方向は、媒体を反射面としてみなした時に、媒体面に対してＰ偏光と呼ばれる偏光方向である（媒体面に対し垂直な方向に主偏向成分を持つ光）。媒体面に対し平行な方向の電場成分しか持たないＳ偏光の成分の偏光光では、ギャップと平行な偏向成分の光がこの集光効果に作用しないため、本効果による集光効果は小さい。従って、入射角度は１５度と７５度の間にあり、しかもレーザのようなｇ偏光した光を用いる場合は、Ｐ偏光の偏光方向で入射することが望ましい。
【００２４】
本発明による集光方法を用いることの利点のもう一点は、主磁極１に対して、媒体５の金属記録膜が平面であることにより生じる鏡像効果である。鏡像効果により、主磁極と媒体の隙間のうち、媒体表面上に近い側で、集光された光電場強度が最大となる。これについて、次に図７〜９を用いて説明する。
【００２５】
光アシスト磁気記録においては、媒体を加熱して保磁力を下げ、その瞬間に磁気情報を書き込むことを狙いとしている。しかし、媒体と同様に主磁極が加熱されてしまうと、主磁極の磁気伝達特性が劣化してしまい、磁気ヘッドが生じることのできる最大磁界強度が小さくなってしまう。そこで、媒体に対しては、できるだけ強い磁界を印加して、確実な磁気情報の書込みを行いたいので、主磁極自身が加熱されることは極力避けたい。
【００２６】
本発明による光アシストにおいては、主磁極１が媒体５に対し針のように垂直に立っており、平面の金属記録膜により、図９のように、ちょうど鏡のように、電場分布を反転する、鏡像効果が生じる。鏡像上の対極する仮想主磁極２５とのちょうど中点となる、媒体表面上において、集光された光の電場強度が最大となる。逆に、両極となる主磁極と仮想主磁極の上では、電場強度がゼロに近くなるため、主磁極上には光電場エネルギーはほとんど集中しない。図７と図８のＦＤＴＤ法による計算結果も、この結果を反映しており、光電場強度の分布は、主磁極の表面（図７）よりも、媒体の表面上（図８）において、全体的に強くなっている。これによって、加熱を避けたい主磁極自身は、あまり加熱されることなく、加熱を行いたい媒体上にのみ光エネルギーを集中することができる。これによって、効率良く、安定な光アシストが可能となる。
【００２７】
また、主磁極のトレーリング側の媒体上に光を集光させ、集中的に光加熱し、この光照射中に磁気情報を書込むことで、光アシスト磁気記録を行う。垂直記録方式に適した光アシストを行うためには、磁気パターンが形成される、主磁極のトレーリング側エッジ付近を集中的に加熱する必要がある。これは、補助磁極２とは反対側のエッジである（図３）。すなわち、主磁極の直下から主磁極に対し補助磁極とは反対側にかけての部分を集中的に加熱する。図８の電場分布より分かるように、光を入射した側である、図手前側（主磁極のトレーリング側）の電場強度が全体的に強くなっている。これを用いて光アシストすると、図１０に示すように、主磁極の直下から、補助磁極とは反対側の部分に、加熱領域１１の中心をつくることができる。すなわち、垂直記録方式にて望まれる、主磁極のトレーリング側を集中する光アシストが実現できることが分かる。
【００２８】
以上のように、本発明による光アシスト方法においては、金属製の主磁極と、金属製の記録膜を持つ媒体を、近接して配置し、その隙間をまたいで光束を斜入射する際に生じる近接場的な集光効果と、鏡像効果による媒体上の集中的な加熱を利用している。この効率の良い実現のために、入射する光の角度は、媒体または主磁極に対し４５度近く（斜入射）が適しており、入射光の偏光方向としては、隙間に対し垂直な光電場成分を持つ、媒体に対してＰ偏光となる成分を持つ光であることが望まれる。
【００２９】
本発明による光アシスト方法を用いることによって、光の入射光路を、媒体に対し、磁気ヘッドと同じ面の側に配置することができる。即ち、磁気ヘッドと光学集光系を一体化したスライダを構成することが可能となる。従来技術のOptical Data Storage Topical Meeting 2001 (Santa Fe, New Mexico, April 2001)１３０頁の方法構造のように、媒体の反対側の面に光ヘッドを別に設置し、磁気ヘッドと媒体の両面から挟んで磁気ヘッドと光ヘッドの動きを合わせて追従させ合うことが必要ではなくなり、二段サーボを用いたコスト高の機構を用いることなく、ハードディスク装置を構成することができる。光学的にも機構的にも、よりシンプルな構成となり、ハードディスク装置としてより低コストで形成できる。また、片面駆動が可能となり、媒体の表裏は独立した記録面として使えるため、両面記録が可能となる。実質的に記録密度を２倍に上げることができる。
【００３０】
また、磁気抵抗素子による再生ヘッドの検出分解能が高い、即ち記録時に主磁極が形成する磁気マークを明瞭に再生できる再生ヘッドが比較的容易に作製できるので、本方式と、磁気抵抗素子による再生ヘッドとの組合せによって、微小なマークの記録と再生が効率良く両立できるヘッドが実現できる。
【００３１】
また、本発明の方法による光アシスト方法を用いることによって、より微細な磁気パターンを形成するために、ヘッドの主磁極の先端のサイズを小さくした場合でも、その集光原理によって、主磁極先端のサイズに応じて集光される光スポットのサイズが自動的に小さくなる。また、金属間の電場の集中効果を用いているため、導波路や開口等を用いて集光する方式に比較して、集光される光スポットのサイズを小さくしても、高い集光効率が維持できる。このため、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２（一平方インチ当り１０００億ビット）クラスを超える高い記録密度においても、効率の良い光アシストを行うことができるため、高密度記録に適している。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例では、ファイバを用いて光を供給する装置について説明する。具体的な光学系の構成の一例について述べる。
【００３３】
図１１〜１２に、本発明による光アシストヘッドによる、情報記録方法と、その装置の構成例（その１）を示す。図１１と図１２は、各々、同じものの側面図（図１１）と、斜視図（図１２）である。ただし、図１２では、図を見やすくするため、板バネ２１を省いている。
【００３４】
磁気ヘッド部の基本構成は、図１と同様である。上記課題を解決するための手段の欄にて示した垂直記録方式の薄膜磁気ヘッドを、金属製の磁気記録膜を持つ媒体円板上に配置している。光の入射用の集光系として、ボールレンズを約４分の１の扇型に割ったものを、垂直記録用薄膜磁気ヘッドのスライダの先端に取付けて、レンズ部１８としている。ここに斜め４５度近い角度から、光束を斜入射し、主磁極先端とスライダ底面の境界部に集光できるよう構成している。実際には、ボールレンズは正確に４分の１ではなく、中心付近を多めに残して図１３のような形とする。
【００３５】
スライダ４の上に台形プリズム１９を固定してあり、光ファイバ２０を板バネ側からこのスライダ上に固定している。焦点の位置および深度は、光ファイバ２０の位置により調節できる。調整については、圧電素子を用いた調整治具を用いて行えば良い。この製造方法により、主磁極先端に集光照射する本発明の垂直記録用磁気ヘッドを製造できる。スライダを含めこれら全体を、ジンバルと呼ばれる板バネ２１上に固定し、記録媒体面に合わせて角度が変わるように柔らかく支持している。
【００３６】
台形プリズム１９の斜面は、底面に対して約５９度の角度をなし、光ファイバから供給された光は、ここの斜面により、レンズ部１８側へ向けて反射される。反射された光が、約４５度の角度で台形プリズムより出射され、前記レンズ部１８に斜入射される。このような台形プリズムを用いることで、光路を確保しつつ、磁気ヘッドのスライダ４との十分な接触面積を確保して、機械的な強度を保って光学系と磁極の位置関係を堅持することができる。
【００３７】
光ファイバ２０の先は光切換器を介して半導体レーザにつながっており、レーザ光を導入できるようになっている。半導体レーザは、放熱をとるため、エンクロージャ（ケース）の近くに別に配置している。
【００３８】
本光アシストにおいては、光ファイバにより供給された光の集光点が、安定して主磁極（または単磁極）と、浮上面との境界部に堅持されている必要がある。本構造を用いると、レンズ部１８と台形プリズム１９が、垂直記録ヘッドのあるスライダ４上に一体化または固定されていることにより、スライダ４が媒体面に接触した際にも、主磁極に対する光軸の配置は一定に保たれるという利点がある。また、光ファイバ２０の接続方向は、板バネ２１の半径方向と同じ方向を向いているため、板バネの途中上で光ファイバを固定する構造がとりやすい。光ファイバが板バネ上にも固定されることで、台形プリズム１９との接続部の付け根付近に加わる負担が減り、耐久性が向上する。また、ファイバの固定が強固なものとなることで、光軸自体も安定する。ヘッドがトラッキング等で駆動されて移動した場合でも、光学的に集光点の位置の安定性が得られる。これによって安定な光アシストが可能となる。
【００３９】
主磁極１先端を狙うべき集光点（焦点位置）の初期調節は、スライダ４に対するレンズ部１８の接着位置と、スライダ４に対する台形プリズム１９の接着位置と、台形プリズム１９に対する光ファイバ２０の固定位置と角度の調節によって行う。具体的には、スライダ底面を観察しながら、圧電素子を用いた微動調節機構を用いて調整しながら組み立てることで、調節可能である。
【００４０】
装置として実際に情報の記録を行う際には、この構成を用いて、磁気情報の書込み時に、光ファイバより光を供給して、光加熱による光アシストを行う。通常の読出し時は、すでに書きこまれた磁気情報を損傷しないよう、光ファイバからの光供給はＯＦＦされる。
【００４１】
垂直磁気記録方式と、本発明による光アシスト方法を組合せることによって、従来構造の垂直記録用磁気ヘッドを用いても、４ｋＯｅを超える保磁力の高い媒体に、安定して垂直記録を行うことができる。従来のように、光アシストを行わない垂直記録方式においても、保磁力３ｋＯｅ程度の媒体までは利用できたが、３ｋＯｅ程度の保磁力では、５０〜６０Ｇｂｉｔ／ｉｎ２（一平方インチ当り５００〜６００億ビット）の記録密度で、室温においても、熱減磁による磁化の減少が、数ヶ月を単位に、目に見える程度に表れる。１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２（一平方インチ当り１０００億ビット）以上の高い記録密度で、室温における情報の記録寿命の信頼性を確保するためには、室温において４ｋＯｅ以上の保磁力を持つ媒体への磁気情報の書込みができることが必要である。本発明によれば、わずか１００℃程度の光加熱であっても、現状の垂直記録ヘッドにて記録可能な２．５ｋＯｅまで保磁力を一時的に下げることができるため、４ｋＯｅといった高い保磁力の媒体も十分に利用できる。これにより、情報の保存信頼性の高い、ハードディスク装置を提供することができる。
【００４２】
なお、上記の構成例としては、レンズ部１８として、ボールレンズを約４分の１の扇型に割ったもの接着して用いる例を示しているが、レンズ構造は、熱可塑性樹脂材料を液滴状に固めたものや、円形のマスクを型として、透明埋込み層のドライエッチングにより作ることもできる。主磁極とスライダ底面（浮上面）との境界部に対して集光可能な光学構造であればよい。上記のレンズの構成例に束縛されるものではない。
【００４３】
また、レンズによる集光特性を損なわないために、垂直記録用薄膜磁気ヘッドのヘッド埋込み媒質としては、アルミナ（ＡｌＯ３）よりは石英（ＳｉＯ２）の方が好ましい。理由は、アルミナの単結晶は光学異方性があり、斜入射された光の集光時に、光の位相（波面）を乱してしまい、十分な集光特性が得られない場合があるためである。このような乱れを起こさない材質として、光学的に等方性を持つ石英が安価かつ化学的に安定しており、好ましい。
（実施例２）
先の実施例１では、光ファイバによるを用いた光供給方法を用いた例について述べた。もう一つの構成例として、次に、半導体レーザチップとの一体化構造による構成例について述べる。
【００４４】
図１４に、本発明による光アシストヘッドによる、情報記録方法と、その装置の構成例（その２）を示す。
【００４５】
磁気ヘッドのスライダ４と台形プリズム１９を用いる基本構成までは、図１１と同様である。ただし、台形プリズム１９の長さを短くし、光ファイバを省き、代わりに半導体レーザチップ３０とレーザチップ駆動のための配線を付した構造とする。なお、図では電気配線については省略している。光ファイバを用いた外部からの光供給に代えて、半導体レーザチップ３０自身をスライダ構造として一体化することで、光学系と磁気ヘッドを全て一体化している。
【００４６】
本構造においては、磁気ヘッドの構造も、光ヘッドの構造も、全て一体化して板バネ２１上に固定されているため、このヘッド構造から外に出るものは、磁気ヘッドの記録コイル用配線と、磁気再生ヘッドの信号配線と、半導体レーザチップの駆動用の電気配線のみとなる。スライダ４が、媒体面に角度をあわせて接触しても、レンズ部、台形プリズム、半導体レーザチップも共に、同時に向きが変わるため、主磁極に対する光軸の配置は、実施例２と同様、一定に保たれるという利点がある。さらに、光学系が板バネ上に集約されているために、光ファイバ・光切換器等の光学部品の点数が減らせ、板バネから引き出され、可動部にて屈曲させられる接続線は、従来同様の電気配線のみで済むという利点がある。このため、機械的な駆動性、柔軟性、耐久性は、従来の磁気のみのハードディスク装置と同様、非常に高い。
（実施例３）
先の実施例までにおいて、本発明による光アシストによるヘッドの板バネよりヘッド側の構成例について述べた。次に、全体的なハードディスク装置の構成例について述べる。
【００４７】
図１５・図１６に、本発明による光アシストによるハードディスク装置の全体構成の例を示す。
【００４８】
図１５は、光ファイバにより光供給した光アシストによるハードディスク装置の構成例である。実施例１にて示した台形プリズムと一体化した垂直記録用薄膜磁気ヘッドのスライダ４を、板バネ２１の先端に取付け、光ファイバ２０を板バネ２１に沿って配置し、光切換器２８を介して半導体レーザ２９に接続し、半導体レーザよりアシスト光を供給している。なお、本構成例では、実施例１にて示したような、光ファイバを用いてアシスト光を供給する構成としているが、実施例２のような半導体レーザチップをスライダに一体化した構造を用いる場合は、光ファイバ２０と光切換器２１は不要であり、省略できる。
【００４９】
垂直記録用薄膜磁気ヘッドのスライダ４を乗せた板バネ２１は、ロータリアクチュエータ２２と呼ばれるトラッキング位置決め用の駆動機構にて、半径方向に駆動される。円盤状の記録媒体５は、モータによって回転される。回転に伴い生じる空気の流れを用いて、前記スライダ４を、５〜３０ｎｍというわずかな距離だけ浮上させる。この状態で、磁気抵抗素子より得られる再生信号を、記録再生アンプ２７にて増幅し、トラッキング信号を検知することで、円板の一定半径上を走査する、いわゆるトラッキングサーボを実現する。
【００５０】
上記のようにして得られる再生信号よりデータを復元することで、情報の読出しを行う。書込み時は、記録再生アンプから記録データに応じて変調された電流を、前記垂直記録用薄膜磁気ヘッドのコイルへ供給すると共に、半導体レーザをＯＮして、アシスト光を供給する。このアシスト光は、前期薄膜磁気ヘッドの主磁極まで、光ファイバ２０・台形プリズム・レンズ構造を経由して集光され、供給される。アシスト光により主磁極直下の媒体上の記録膜が加熱され、媒体の保磁力が下がった部分に対して、コイルにより発生された磁界が供給され、磁気情報が書き込まれる。書込み終わった媒体は、ディスクの回転と共に主磁極を離れ、早やかに室温まで冷却されて、以後安定して磁気情報を保持することができる。この方法を用いて、室温で保磁力３．５〜４ｋＯｅを超える媒体に対し、安定して磁気情報を書込むことができる。半導体レーザは、熱を発生するので、エンクロージャ２６と呼ばれるケース外壁の近くに配置している。なお光ファイバ途中に、光切換器２８として、導波路型光スイッチ（光セレクター）が設けられており、複葉枚の媒体に対し、供給する半導体レーザからのアシスト光を切換えることができるようになっている。
（実施例４）
本実施例は、媒体の多層膜構造について説明する。本発明における光アシスト方法は、多層膜構造をとることで高保磁力化した、たとえばＣｏ（コバルト）とＰｄ（パラジウム）の繰返し膜といった、多層膜構造の媒体に対して用いると、再生信号の信号／ノイズ比をも向上することができる。ここで、多層膜構造の媒体とは、磁性（非磁性／強磁性／反強磁性）の異なる複数の材料を繰返し積層し、記録膜（記録層）としたもので、代表的には、上記のような強磁性の材料（コバルト・鉄）と非磁性の材料（白金・パラジウム）を交互に積層したものがある。反強磁性という特性は、化合物の層構造や界面構造等により生じるもので、例えば上記材料とルテニウム系材料の組合せにより生じる。これらの磁性を持つ複数の材料の組合せにより多層膜構造の媒体が形成される。例として、図２１に示すようなコバルト２ｎｍと白金１ｎｍの多層膜構造を記録層としたものがある。
【００５１】
このような多層膜構造の媒体では、多層膜構造を用いることで磁気異方性を向上しているので、磁荷の反転には書込みヘッドの負担が大きくなる。本発明による構成では、光アシストによって、この負担を改善することができ、使用に伴う磁気ヘッドのコイルの劣化を小さくすることができる。
（実施例５）
本実施例では、レーザ光変調による情報の書き込みについて説明する。
【００５２】
光アシストの応用として、レーザ光そのものを変調することで情報の書込みを行うこともできる。この場合、コイルにより発生する磁界を一定方向にしておき（直流磁界を印加）、アシスト光のレーザ光強度３２を図１７のようにＯＮ・ＯＦＦして変調することで、媒体に記録する磁界を変調し、磁気マーク１６を形成してデータを記録する。レーザ光強度の変調速度は、４０Ｇｂｉｔ／秒程度まで高速化することが可能であるので、現在コイルの遮断周波数で限界となっている記録変調速度を、より高くすることができる。磁界を発生するコイルのインダクタンスによらず、光によって記録磁界情報を変調できるため、情報の記録速度を現在よりも１０〜１００倍の速度へ上げることができる。この方法によるデータの記録の場合、媒体上の以前のデータを消去してあらかじめ一方向に磁化を揃えるという作業が必要になる。具体的には、先に記録ヘッドで、レーザ光を直流的に照射したまま、磁気ヘッドより直流磁界をかけて、一方向に磁化を揃えておく。この後で、コイルに流す電流を反転させ、磁気ヘッドより発生させる磁界を反転させておき、この状態でレーザをＯＮ・ＯＦＦして変調することで、レーザをＯＮしているときのみ、媒体の保磁力がヘッドの発生磁界よりも下がり、図１７のように反転した磁化情報が記録される。またこの方法では、情報を記録する速度は、媒体の加熱と熱拡散による冷却の速度で制限される。レーザ光の強度変調は、たとえば直流レーザ光源と光変調器（多重量子井戸型）との組合せによって、１０ＧＨｚ以上高速なものが実現でき、これは媒体の加熱と熱拡散による冷却で制限される速度よりもずっと速い。従って、媒体構造の工夫により、現在の磁気ヘッドのコイル・インダクタンスによる周波数限界を超えて、さらに情報記録速度を高速化することができる。
【００５３】
本発明による情報記憶装置は、光アシストによって高い保磁力を持つ媒体を記録材料として用いることができるため、ビットサイズの小さくなった高密度記録においても、長期にわたり安定して情報を保持することができる。記録情報の寿命を大幅に伸ばすことができるため、情報の蓄積を用途とするコンピュータ機器にて利用することができる。また、情報の記録密度を高くでき、コンパクト性に優れるという点と、使用温度環境に対する耐性の高さから、携帯情報端末にて利用できる。特に、ノートブック型と呼ばれる携帯型のパーソナルコンピュータでは、熱減磁による情報の消失を防ぐためには、図１８のように、ハードディスク装置３３（ＨＤ）を、動作中温度の高くなる中央演算ユニット３４（ＣＰＵ）から離して配置する必要があり、配置上の不自由を生じていた。本発明を適用したハードディスク装置では、高い保磁力の記録媒体と光アシストを用いることで、使用温度環境に対する耐性が高くなっているため、たとえば中央演算ユニットの付近にハードディスク装置を配置することができるなど、熱源となるデバイスとの位置関係について、配置の自由度が高まる。
【００５４】
また、本発明のもう一つの利点は、従来の保磁力の媒体を用いても、書込み時に必要とする記録ヘッドの発生磁界が小さくて済むため、記録用コイルの巻き数を減らしても、安定して書込みできることである。このため、コイルのインダクタンス（交流抵抗）が小さくなり、書込み時における磁界の変調速度を上げ、高速化することができる。これにより、一秒当りに記録できる情報の量を多くすることができ、より高速な情報の記録を行えるハードディスク装置としても利用できる。より高速な情報の記録再生を行うことが求められる情報記憶装置やコンピュータ機器へ応用することができる。
【００５５】
また、本発明のもう一つの利点は、従来の保磁力の媒体を用いても、書込み時に必要とする記録ヘッドの発生磁界が小さくて済むため、ヘッドのコイルにかかる電流を大幅に低減して記録することができる。このため、ヘッドのコイルに繰返し限界近くの電流を流すことにより発生する熱損傷を防ぐことができるため、とくに長期の使用に対する信頼性の求められるコンピュータ機器への用途に使用することができる。
【００５６】
以上述べたように、本発明による情報記憶装置の磁気ヘッドにおいては、主磁極自体をプローブとしているため、開口や光導波路を併設する必要がなく、高効率で、高密度記録に必要な、微小領域への光アシストができる。
【００５７】
情報の書込みを行う、必要な時だけ、半導体レーザ等による光供給を行い、瞬時的に媒体の保磁力を下げて書込むことで、記録ヘッドには負担少なく書込みができ、また情報の保存時は熱減磁の少ない保存寿命の長い情報保持ができる。または、ヘッドのコイルにかかる電流を大幅に低減して記録することができるため、コイルの熱損傷や故障を低減し、信頼性をも向上することができる。装置寿命を大幅に伸ばすことができる。
【００５８】
本発明による光アシスト記録によって、より高い保磁力の記録媒体を用いて、従来の垂直記録ヘッドを用いても、磁気情報を記録・再生できる。特に、従来光アシスト方法で問題であった、磁極直下での光加熱も可能なため、十分な加熱時間を確保でき、しかも加熱範囲のサイズを、自動的に主磁極の形状で決まるトラックピッチに収めることができる点で、狭トラック化にも有利である。これにより、さらに高密度化も可能である。光アシストによって温度を上げて記録するので、常温よりも使用環境温度を高く設定でき、記録媒体として高い保磁力の媒体を用いることができることで、使用環境に対する信頼性も高くすることができる。
【００５９】
以上の光アシスト垂直記録用磁気ヘッドを搭載することにより、高い保磁力の記録媒体を用いて、高密度記録でも、常温での熱減磁が小さく、情報の保存寿命の長い、信頼性の高いハードディスク装置を提供することができる。また媒体の裏表両面を記録面として用いることができるので、より記録密度の高い光アシスト情報記録装置を提供することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、金属主磁極と金属記録膜媒体とのギャップ間に集中する光電場を利用して、効率の良い光アシストを、垂直記録用磁気ヘッドに組合せて実現することができ、高い保磁力の記録媒体を用いて、より高密度で、常温での熱減磁が小さく、記録情報の寿命の長い、保存信頼性の高いハードディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光アシスト方法の基本構成を説明する図である。
【図２】スライダに組み込まれた垂直記録ヘッド（従来構造）の構成を説明する図である。
【図３】垂直記録ヘッドの断面構成例である。
【図４】光アシストの原理と効果を説明する図である。
【図５】磁気ヘッドと光ヘッドを対面に配置する従来光アシスト方法の一例を示す図である。
【図６】本発明による光アシスト方法を説明する断面図である。
【図７】本発明による光アシストにおける、主磁極直下の光強度分布を示す図である。
【図８】本発明による光アシストにおける、媒体表面上の光強度分布を示す図である。
【図９】金属主磁極と金属媒体の相互作用により生じる鏡像効果を説明する図である。
【図１０】本光アシストによって集中的に加熱される加熱領域を説明する図である。
【図１１】本発明による光アシストを実現する一体化ヘッドの構成例の側面図である。
【図１２】本発明による光アシストを実現する一体化ヘッドの構成例の斜視図である。
【図１３】スライダ上に取り付けるレンズ部の形状を説明する図である。
【図１４】本発明による光アシストを実現する一体化ヘッドの構成例を示す図である。
【図１５】本発明による光アシストを用いた、ハードディスク装置の全体構成例を示す図である。
【図１６】ハードディスク装置の全体構成例を説明する断面構造図である。
【図１７】磁気マークと光変調の対応例を示す図である。
【図１８】携帯型のパーソナルコンピュータにおける各デバイスの配置例を説明する図である。
【図１９】光の入射角度に対する集光強度の変化の例を示す図である。
【図２０】垂直記録ヘッドでディスク媒体上に磁気パターンを形成する様子を説明する図である。
【図２１】異なる磁性を有する複数の材料を繰返し積層した垂直記録用の記録層構造の例を示す図である。
【図２２】光の入射角度に対する集光強度の変化の例を示す図であり、縦軸をリニアスケールに取り直したものである。
【符号の説明】
１． 主磁極
２． 補助磁極
３． コイル
４． スライダ
５． 媒体
６． 記録膜
７． 軟磁性薄膜
８． 下部シールド
９． 磁気抵抗素子
１０． トレーリング側
１１． 加熱領域
１２． 磁気ヘッド
１３． 光ヘッド
１４． 磁束
１５． ディスク回転方向
１６． 磁気マーク
１７． 光電場強度
１８． レンズ部
１９． 台形プリズム
２０． 光ファイバ
２１． 板バネ
２２． ロータリアクチュエータ
２３． アシスト光
２４． 偏光方向
２５． 鏡像上の仮想主磁極
２６． エンクロージャ
２７． 記録再生アンプ
２８． 光切換器
２９． 半導体レーザ
３０． 半導体レーザチップ
３１． 保磁力
３２． レーザ光強度
３３． ハードディスク装置
３４． 中央演算ユニット
３５． 磁気マーク
３７． コバルト
３８． 白金。

Claims (12)

1. 主磁極と、垂直磁気記録膜を有する金属製の媒体とを５nm以上３０nm以下の間隔で配置し、
   光源からの光を前記媒体と前記主磁極との間に前記媒体に対して斜入射させて照射することによって、主磁極直下に近接場光を発生させ、
   前記主磁極から前記垂直磁気記録膜に対して磁界を印加し、
   前記近接場光に重ねられた磁界によって前記磁気記録膜に情報を記録することを特徴とする垂直磁気記録方法。
2. 前記光源からの光を、前記媒体に対して１５度以上７５度以下の角度で斜入射させることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録方法。
3. 前記主磁極から発生する記録磁界は、前記媒体の垂直磁気記録膜に対して垂直方向の磁界であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録方法。
4. 前記媒体の保磁力は、４ｋＯｅ以上であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録方法。
5. 主磁極と、
   前記主磁極と５nm以上３０nm以下の間隔で配置され、金属製の垂直磁気記録膜を有する媒体と、
   前記磁極と前記媒体との境界部に、前記主磁極のトレーリング側から光を斜入射させる光源とを有し、
   光源からの光を前記媒体と前記主磁極との間に前記媒体に対して斜入射させて照射することによって主磁極直下に近接場光を発生させ、前記主磁極から前記垂直磁気記録膜に対して磁界を印加し、前記近接場光に重ねられた磁界によって前記磁気記録膜に情報を記録することを特徴とする垂直磁気記録装置。
6. 更に、前記媒体に記録された情報を再生するための磁気抵抗素子を有することを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
7. 前記媒体と前記主磁極との間に前記光を集光させるためのレンズと、前記主磁極とが、スライダ上に固定されていることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
8. 前記光源からの光を反射する台形プリズムと、前記台形プリズムから反射された光を集光するレンズとがスライダ上に固定されていることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
9. 前記主磁極を有する磁気ヘッドと、前記光を供給する光ファイバ又は半導体レーザチップとが、ジンバル上に固定されていることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
10. 前記光源からの光を、前記媒体に対して１５度以上７５度以下の角度で斜入射させることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
11. 前記主磁極から発生する記録磁界は、前記媒体の垂直磁気記録膜に対して垂直方向の磁界であることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。
12. 前記媒体の保磁力は、４ｋＯｅ以上であることを特徴とする請求項５記載の垂直磁気記録再生装置。

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