JP5113388B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク装置に関し、特に、サイド・シールドを有する垂直磁気記録用の磁気ヘッドとトラック幅を規定する凹凸構造を有する磁気ディスクとを備えた、磁気ディスク装置に関する。

磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気記録媒体の単位面積当たりの記録容量を大きくするためには、面記録密度を高める必要がある。しかしながら、記録されるビット長が小さくなると、媒体の磁化の熱揺らぎのために面記録密度を上げられない問題がある。一般に、熱揺らぎは、Ｋｕ・Ｖ／ｋＴ（Ｋｕは磁気異方性定数、Ｖは磁化最小単位体積、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度）の値が小さい程影響が大きくなる。したがって、熱揺らぎの影響を小さくするためにはKuをもしくはＶを大きくする必要がある。

この問題を解決できるものとして、単磁極ヘッドで軟磁性の裏打層を備えた二層垂直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ある。この方式を用いるとより強い記録磁界を媒体に印加することができる。したがって、媒体の記録層に磁気異方性定数（Ｋｕ）の大きなものを使用することができる。また、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体では、膜厚方向に磁性粒子を成長させることで、媒体表面の粒径は小さいままで、すなわちビット長は小さいままでＶを大きくできる利点もある。しかし、今後磁気記録媒体の高密度化がさらに進めば、たとえ垂直磁気記録方式であっても熱揺らぎ耐性に限界がでてくることが予想される。

さらに高記録密度に適した記録媒体の形態としては、磁気的に孤立した磁性粒子を規則的に配列させ、１粒子につき１ビットを対応させて記録させる方式、いわゆるパターンド・メディアが知られている。本方式では、ビット遷移領域での磁化状態の乱れに起因するノイズが発生せず、かつ熱揺らぎ限界まで１ビットを小さくすることが可能であるため、高密度磁気記録に有利であると考えられている。また、同様にトラックのみ磁気的に孤立させるディスクリート・トラックなどがある。これらの方式は記録されるビットのトラック幅方向の大きさは媒体の凸部（ランド）で決定される特徴がある。

図１２に、垂直記録用磁気ヘッド１４と磁気ディスク１１との関係及び垂直記録の概略を示す。従来の磁気ヘッドは、ヘッドの走行方向側（リーディング側）から、下部シールド８、再生素子７、上部シールド９、補助磁極３、薄膜コイル２、主磁極１の順に積層されている。下部シールド８、再生素子７、上部シールド９は再生ヘッド２４を構成し、補助磁極３、薄膜コイル２、主磁極１は記録ヘッド（単磁極ヘッド）２５を構成する。

主磁極１はピラー１７を介して補助磁極に接合される主磁極ヨーク部１Ａと浮上面に露出してトラック幅を規定する主磁極ポール・ティップ１Ｂからなる。記録ヘッド２５の主磁極１から出た磁界は磁気ディスク媒体１１の磁気記録層１９、軟磁性裏打ち層２０を通り、補助磁極３に入る磁気回路を形成し、磁気記録層１９に磁化パターンを記録する。磁気記録層１９と軟磁性裏打ち層２０の間には、中間層が形成されている場合もある。再生ヘッド２４の再生素子７には巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）やトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ）などが用いられる。

また、図１２に示したヘッド構造では、再生素子７と主磁極１との間に補助磁極３と薄膜コイル２とが存在するため、記録再生間隔が大きくなりフォーマット効率が劣化するという欠点がある。そのため、図１３（ａ）に示すように、補助磁極３を主磁極１のトレーリング側に配置する構造が適用されてきている。この構造にすることにより、記録再生間隔を小さくできる。図１３（ｂ）は、磁気ヘッド２４の浮上面を磁気ディスク１１側から見た図である。図１３（ｂ）に示すように、主磁極１の浮上面形状は、ヘッドにスキュー角がついた場合を考慮して、リーディング側の幅が狭い台形形状とするのが望ましい。

また、記録ヘッド磁界の強度と共に記録ビットセルの境界を記録するヘッド磁界垂直成分プロファイルにおける磁界勾配、すなわち、ヘッド走行方向のヘッド磁界垂直成分プロファイルの磁界勾配も高い記録密度を実現するための重要な要素である。今後、更に高い記録密度を達成するためには、更に磁界勾配を増大しなければならない。記録磁界勾配を向上させるために、図１４に示すように、主磁極１のトレーリング側に磁性体、いわゆるトレーリング・シールド３２を配置する構造がある。さらにサイド側にもいわゆるサイド・シールド３３を配置する構造がある。

同様に、図１３（ａ）に示すように、閉磁路を形成する補助磁極３を主磁極１のトレーリング側に配置する場合にも、トレーリング・シールド３２とサイド・シールド３３とを配置することもある。また、図１５（ａ）に示すように、コイルは主磁極ヨーク部１Ａ、主磁極ポール・ティップ１Ｂに巻かれている、いわゆるヘリカルコイルにすることもある。

パターンド・メディア、ディスクリート媒体の場合、例えば図１６に示すように、磁気記録層１９、軟磁性裏打ち層２０に凹凸が施されている。この他、磁気記録層の下層である非磁性膜や基板に凹凸が施されることもある。図１６（ａ）は円周方向にそってトラックを規定するために、半径方向に凹凸（グルーブとランド）が設けられているディスクリート媒体を模式的に示している。また、図１６（ｂ）においては、ビット方向にもビットパターンを規定するために凹凸が設けられている。

なお、基板は平坦でその上の軟磁性裏打ち層２０、磁気記録層１９に凹凸が施されている場合や、磁気記録層１９のみに凹凸が施されている場合などもある。これらのことは、例えば、特許文献１、２に開示されている。また、引用文献３は浮遊磁界によるデータの自己トラックのデータ消去に対する技術が開示されているが、これは、本発明が考慮する記録電流によって励起された主磁極からの記録磁界の隣接トラックへの影響とは異なるものである。
特開２００４−２５９３０６号公報 特開２００４−１６４４９２号公報 特開平６−１１９６３２号公報

上述のように、凹凸部が施された媒体を用いる方式では、記録されるビットのトラック幅方向の大きさは、媒体の凸部（ランド）に規定される特徴がある。しかし、書き込もうとしているトラックに隣接するトラックに印加される磁界強度を小さくして、隣接トラックにすでに記録されている磁化情報の減衰、消去をなくさなければならないことは従来方式と同様である。

以上の事から、隣接トラックのデータを減衰、消去することなく媒体上の記録トラック幅を小さくすることが高記録密度化にとって必須である。この問題は、垂直磁気記録を用いた磁気ディスク装置のさらなる高記録密度化を実現するために解決しなくてはならない問題である。特に、軟磁性裏打ち層２０にも半径方向に凹凸を施してランドとグルーブを形成すると、隣接トラックの軟磁性裏打ち層のランドのエッジに磁束が集中し磁界強度が増加してしまうことを発明者らは見出した。

そこで、本発明は、記録ヘッドのコイルに記録電流が流され、それによって励起された主磁極からの記録磁界が、隣接トラックへ漏洩し、隣接トラックのデータを減衰、消去する問題を解決することを目的とする。

本発明の一態様に係る磁気ディスク装置は、垂直磁気記録用の磁気ディスクと垂直磁気記録用の磁気ヘッドとを備える。前記磁気ディスクは、磁気記録層とその磁気記録層より下の下層とを有し、さらに、前記磁気記録層及び前記下層の少なくとも一方において、トラック幅を規定するグルーブとランドとを有する。前記磁気ヘッドは、主磁極と、補助磁極と、前記主磁極のトラック幅方向両側に非磁性膜を介して配置され、磁性体からなるサイド・シールドとを有する。前記トラック幅を規定する前記主磁極の幅と、その主磁極とその両側の前記サイド・シールドとの間の両サイド・ギャップとの和が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和以下である。この構造をとることにより、隣接トラックに印加される磁界を低減し、隣接トラックのデータの消去・減少を抑えて記録トラック幅を狭くでき高密度化を図ることができる。

好ましくは、前記両側のサイド・シールドの各トレーリング側端の距離が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和以下である。これにより、より効果的に隣接トラックのデータの消去・減少を抑えることができる。
好ましくは、前記両側のサイド・シールドの各リーディング端の距離が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和以下である。これにより、より効果的に隣接トラックのデータの消去・減少を抑えることができる。

前記磁気ヘッドのトラックに対するスキュー角の最大角度をＳとし、一方の前記サイド・シールドのリーディング側端から、その対角に位置する他方の前記サイド・シールドの内側端までの距離をＬ１とし、前記スキュー角の最大角度Ｓにおいて、前記Ｌ１がトラック幅方向に投影された線分の長さをＬ１´とし、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和をＬ２とする。この場合において、前記Ｌ２が前記Ｌ１´以上であることが好ましい。これにより、より効果的に隣接トラックのデータの消去・減少を抑えることができる。

前記下層は軟磁性裏打ち層とすることができる。あるいは、前記下層は非磁性層であり、前記磁気記録層が前記トラック幅を規定するグルーブとランドとを有していてもよい。あるいは、前記磁気記録層においてビット方向に記録ビットを形成するための凹凸が設けられていてもよい。

本発明によれば、隣接トラックに印加される磁界を低減し、隣接トラックのデータの消去・減少を抑えて記録トラック幅を狭くでき磁記録再生装置の高密度化を図ることができる。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、磁気ディスク装置の一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）に対して本発明を適用したものである。本形態のＨＤＤは、主磁極と補助磁極を有する垂直磁気記録用ヘッドと、媒体に凹凸部が設けられたパターンド・メディア、あるいはディスクリート媒体を有している。本形態の目的は、この垂直磁気記録用ヘッドによる磁気ディスクへの書き込みにおいて、隣接トラックに印加される磁界を低減することにある。

図１は、ＨＤＤの筐体のトップ・カバーがない状態の上面図を示している。ＨＤＤは、データを記録するディスクである磁気ディスク１１を備えている。本形態の磁気ディスク１１は、図１６（ａ）を参照して説明したような凹凸構造を有している。つまり、半径方向に交互に位置するランド（凸部）とグルーブ（凹部）を有する。また、図１６（ｂ）に示すように、ビット方向（円周方向）においても凹凸構造を有してもよい。

ヘッド・スライダ１０５は、外部ホスト（不図示）との間で入出力されるデータについて、磁気ディスク１１への書き込み及び／又は読み出しを行う磁気ヘッドと、その磁気ヘッドがその面上に形成されているスライダとを備えている。磁気ヘッドは、磁気ディスク１１への記憶データに応じて電気信号を磁界に変換する記録素子及び磁気ディスク１１からの磁界を電気信号に変換する再生素子を有する。磁気ヘッドの構造については、後に詳述する。

アクチュエータ１０６は、ヘッド・スライダ１０５を保持し、それを移動する。アクチュエータ１０６は回動軸１０７に回動自在に保持されており、駆動機構としてのボイス・コイル・モータ（以下、ＶＣＭ）１０９によって駆動される。アクチュエータ１０６及びＶＣＭ１０９のアセンブリは、ヘッド・スライダ１０５の移動機構である。磁気ディスク１１は、ベース１０２に固定されたスピンドル・モータ（以下、ＳＰＭ）１０３に保持され、ＳＰＭ１０３により所定の角速度で回転される。

磁気ディスク１１からのデータの読み取り／書き込みのため、アクチュエータ１０６は回転している磁気ディスク１１表面のデータ領域上空にヘッド・スライダ１０５を移動する。磁気ディスク１１に対向するスライダのＡＢＳ（Air Bearing Surface）面と回転している磁気ディスク１１との間の空気の粘性による圧力が、アクチュエータ１０６によって磁気ディスク１１方向に加えられる圧力とバランスすることによって、ヘッド・スライダ１０５は磁気ディスク１１上を一定のギャップを置いて浮上する。

磁気ディスク１１の回転が停止する等のときには、アクチュエータ１０６はヘッド・スライダ１０５をデータ領域からランプ１１５に退避させる。上記各構成要素の動作は、制御回路基板（不図示）上の制御回路が制御する。なお、ヘッド・スライダ１０５がデータ書き込み／読み出し処理を行わない場合に、磁気ディスク１１の内周に配置されているゾーンに退避するＣＳＳ（Contact Start and Stop）方式に、本発明を適用することも可能である。また、上記の説明では、簡単のために磁気ディスク１１が一枚構成で、片面記憶のタイプを説明しているが、ＨＤＤは、１もしくは複数枚の両面記憶磁気ディスクを備えることができる。

図２は、本実施形態に係る磁気ディスク１１と磁気ヘッド１４の主磁極ポール・ティップ１Ｂの先端部である。図２は、トレーリング方向からみた本形態の主磁極先端部のトレーリング・エッジ端での平面摸式図である。図１５に示した構造が、本形態の磁気ヘッドの一例のトラック中心での断面模式図と同様となる。図２に示すように、磁気ディスク１１は平坦な非磁性基板２２上に、磁気記録層１９と磁気記録層１９よりも下の層である軟磁性裏打ち層２０を有する。

軟磁性裏打ち層２０は、半径方向（トラック幅方向）に凹凸のパターン有する。凹凸構造は、半径方向において交互に凹部と凸部が位置しており、この凹部をグルーブ、凸部をランドと呼ぶ。同様に、磁気記録層１９も、軟磁性裏打ち層２０の形状に沿って、トラック幅方向に交互に位置するランドとグルーブとを有している。軟磁性裏打ち層２０のランドは、半径方向における寸法であるランド幅w_landを有している。

また、軟磁性裏打ち層２０の各ランドの左側グルーブはグルーブ幅w_groove_1を有し、右側グルーブはグルーブ幅w_groove_2を有している。典型的には、左側と右側のグルーブの幅w_groove_1、w_groove_2は、同一寸法である。図２の構造において、データを記録するトラック幅は、軟磁性裏打ち層２０のランドの幅w_landによって規定される。

また、磁気ヘッド１４は主磁極ポール・ティップ１Ｂ（主磁極１）とサイド・シールド３３を備えている。図１５に示すように、この磁気ヘッド１４は、主磁極１と補助磁極３とを備えた記録ヘッド（単磁極ヘッド）２５と、再生素子７を備えた再生ヘッド２４を有する記録再生複合ヘッドである。巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）やトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ）などからなる再生素子７は、リーディング側の下部シールド８とトレーリング側の上部シールド９からなる一対の磁気シールド（再生シールド）間に配置されている。

主磁極１と補助磁極３とは浮上面から離れた位置でピラー１７によって磁気的に接続され、主磁極１、補助磁極３、ピラー１７によって構成される磁気回路に薄膜コイル２が鎖交している。主磁極１は、補助磁極３のリーディング側に配置されている。主磁極１は、補助磁極３とピラー１７で接続される主磁極ヨーク部１Ａ、ヘッド浮上面に露出してトラック幅を規定する主磁極ポール・ティップ１Ｂから構成される。

主磁極ポール・ティップ１Ｂのトレーリング側に配置した磁性体３２（トレーリング・シールド）は、ヘッド走行方向のヘッド磁界垂直成分プロファイルの磁界勾配を増大するためのシールドである。また、主磁極ポール・ティップ１Ｂのトラック幅方向の両側に配置した磁性体３３（サイド・シールド）はトラック幅方向への磁界漏れを小さくし、記録磁界のトラック幅方向の分布を狭小化するためのシールドである。

図２に示すように、本形態の磁気ヘッド１４において、主磁極ポール・ティップ１Bは、トラック幅を規定する幅Ｐｗを有している。また、磁気ヘッド１４は、サイド・シールド３３と主磁極ポール・ティップ１Bとの間隔であるサイド・ギャップ長s_gl_1、s_gl_2を有している。典型的には、左側のサイド・ギャップ長s_gl_1と右側のサイド・ギャップ長s_gl_2とは、同じ寸法である。

図２に示すように、本形態においては、左右のサイド・ギャップ長s_gl_1、s_gl_2、と主磁極ポール・ティップ１Ｂのトラック幅を規定する幅Ｐｗとの和が、ディスクリート・トラックの軟磁性裏打ち層２０のランドの幅w_land幅とその左右両側のグルーブの幅w_groove_1、w_groove_2との和以下の構造となっている。つまり、次の数式１の関係を満たしている。
Pw+s_gl_1+ s_gl_2<=w_land+w_groove_1+w_groove_2 （数式１）

数式１において、左辺は左右のサイド・ギャップ長s_gl_1、s_gl_2と主磁極ポール・ティップ１Ｂのトラック幅を規定する幅Ｐｗとの和である。右辺は、軟磁性裏打ち層２０のランドの幅w_landとその左右両側のグルーブの幅w_groove_1、w_groove_2との和である。この構成により、隣接トラックに印加される磁界強度をサイド・シールド３３によって効果的に抑制でき、隣接トラックのデータの消去・減衰を抑制して高密度化した磁気記録装置を提供できる。

記録ヘッド２５の主磁極１から出た磁界は、磁気記録媒体１１の磁気記録層１９及び軟磁性裏打ち層２０を通り補助磁極３に入る磁気回路を形成し、磁気記録層１９に磁化パターンを記録する。磁気記録層１９と軟磁性裏打ち層２０の間には中間層が形成されている場合もある。非磁性中間層の材料としては例えばＦｅＴａＺｒ、ＣｏＴａＺｒなどがある。中間層により記録磁性膜の特性を変化させることができる。また、膜厚を変化させることにより、磁界強度や磁界勾配を調整することができる。

また、本発明の磁気記録媒体では必要に応じて記録層のグルーブ（凹部）に非磁性膜（図８の非磁性膜２１を参照）を形成し媒体表面の平坦化してもよい。さらに、本発明の磁気記録媒体において記録層１９もしくは非磁性膜の上に保護膜を形成することが好ましい。また、軟磁性裏打ち層２０の平坦部２０ｂと軟磁性裏打ち層２０の凸部（ランド）２０ａとの間に非磁性層を介入してもよい。非磁性層の材質としてはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などの酸化物やＳｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＴｉＮなどの炭化物などが用いられる。

軟磁性層裏打ち層２０の材料としては、飽和磁束密度の大きい材料としては、ＦｅＣｏ系、ＦｅＣｏＢ、ＦｅＣｏＶ、ＦｅＳｉ、ＦｅＳｉＢ−Ｃなどがある。それより、飽和磁束密度の小さい材料としては、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮｉ、ＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＯ、ＡｌＦｅＳｉ、ＮｉＴａＺｒなどが例としてあげられる。記録層１９の材料としてはＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ２のグラニュラー膜、ＦｅＰｔ規則合金、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔの人工格子膜、ＴｂＦｅＣｏのアモルファス膜などがある。

図３は、ヘッド・スライダ１０５の浮上面（磁気ディスク対抗面）から見た場合における、記録ヘッド２５及びその近傍の形状を模式的に示している。図３における上側がトレーリング側、下側がリーディング側となる。磁気ヘッド１４は、主磁極ポール・ティップ１Ｂの半径方向の左右両側に、サイド・シールド３３を有している。また、主磁極ポール・ティップ１Ｂの円周方向におけるトレーリング側に、トレーリング・シールド３２を有している。

図３の例においては、トレーリング・シールド３２とサイド・シールド３３とが連続的に形成されている。また、トレーリング・シールド３２とサイド・シールド３３の主磁極ポール・ティップ１Ｂに対向する各辺は、主磁極ポール・ティップ１Ｂの形状に沿うように形成されている。つまり、主磁極ポール・ティップ１Ｂとトレーリング・シールド３２及びサイド・シールド３３の各対向辺が、互いに平行となっている。

図３に示すように、主磁極ポール・ティップ１Ｂのトレーリング側端辺の半径方向寸法が、トラック幅を規定する幅Ｐｗである。また、サイド・ギャップs_gl_1、s_gl_2は、幅Ｐｗであるトレーリング側端辺に沿った方向における、そのトレーリング側端辺の各端点とサイド・シールド３３との間の距離である。左右のサイド・シールド３３間のトレーリング側における幅は、w_trailingとして示されている。また、左右のサイド・シールド３３間のリーディング側における幅は、w_leadingとして示されている。トレーリング・シールド３２と主磁極ポール・ティップ１Ｂのトレーリング側端辺との間の距離は、トレーリング・ギャップt_glである。

ここで、トレーリング側端における左右サイド・シールド３３の幅w_trailingは、ディスクリート・トラックのランドの幅w_landと、左側と右側のグルーブの幅w_groove_1、w_groove_2との和以下の構造をとるようすることが望ましい。つまり、以下の数式２が満足することが好ましい。
w_trailing≦w_land+w_groove_1＋w_groove_2 （数式２）
これによって、主磁極ポール・ティップ１Ｂのトレーリング側端辺で生ずる強い書き込み磁界によって隣接トラックのデータが消去・減衰することを、より確実に抑制することができる。

同様の視点から、図３に示すように、サイド・シールド３３が主磁極ポール・ティップ１Ｂのベベル角に沿うように形成される場合に、設定されたサイド・ギャップに対しては、上記数式２を満たすように、トレーリング・ギャップt_glを構成することが好ましい。すなわち、図３に示すように、ベベル角をｂとすると、設定されたサイド・ギャップs_gl_1、s_gl_2に対して、以下の数式３を満たすようにトレーリング・ギャップt_glの大きさを設定することが好ましい。
2×t_gl≦((w_land＋w_groove_1＋w_groove_2)−(Pw＋s_gl_1＋s_gl_2))／tan(b)
（数式３）

また、図３に示した例において、以下の（数式４）が成立することが理解される。
2×t_gl×tan(b)＋Pw＋s_gl_1＋s_gl_2 = w_trailing （数式４）
従って、上記（数式２）に（数式４）を代入することによって、（数式３）が成立することが好ましいことが理解される。

また、リーディング側のw_leadingも、ディスクリート・トラックのランドの幅w_landと、左側と右側のグルーブの幅w_groove_1、w_groove_2との和以下の構造をとるようすることがさらに望ましい。つまり、以下の（数式５）が成立することがさらに好ましい。
w_leading≦w_land＋w_groove_1＋w_groove_2 （数式５）

主磁極ポール・ティップ１Ｂの生成磁界はトレーリング側端辺近傍における磁界が強く、また、その磁界がトラック幅を規定するが、リーディング側端辺における磁界による隣接トラックのデータ消去・減衰も考慮することが好ましい。上記数式３を満足することによって、主磁極ポール・ティップ１Ｂのリーディング側において、書き込み磁界による隣接トラックへの影響をサイド・シールド３３によってより確実に抑えることができる。

ここで、図３の例においては、主磁極ポール・ティップ１Bは、トラック幅方向において線対称であり、そのリーディング部分の幅が、トレーリング部分の幅よりも狭い台形形状を有している。これは、図４に示すように、磁気ヘッド１４とトラックとの間にスキュー角が存在する場合、主磁極ポール・ティップ１Bのリーディング部分における磁界によって隣接トラックのデータを消去・減衰させることを抑制するためである。

また、図３の例では、サイド・シールド３３が主磁極ポール・ティップ１Ｂのベベル角に沿うように形成され、サイド・シールド３３の形状が主磁極ポール・ティップ１Ｂの形状に沿ったものである。このため、サイド・シールド３３のトレーリング側間隔w_trailingがリーディング側間隔w_leadingよりも大きくなる。つまり、（数式２）が成立すれば、（数式３）が必ず成立する。

しかし、主磁極ポール・ティップ１Ｂがこれと異なる形状を有する場合、あるいは、サイド・シールド３３の主磁極ポール・ティップ１Ｂに対向する辺が、主磁極ポール・ティップ１Ｂと平行ではない場合など、サイド・シールド３３のリーディング側間隔w_leadingがトレーリング側間隔w_trailingよりも大きくなるケースが考えられる。このような磁気ヘッドにおいて、（数式３）は特に重要な条件となる。

続いて、図４を参照して、磁気ヘッド１４とトラックとの間にスキュー角が存在する場合について説明する。ＨＤＤにおいて、記録トラックに対して磁気ヘッド１４はある角度で傾く。これをスキュー角と呼ぶ。ヘッドにスキュー角がついた場合、記録ヘッド２５のサイド・シールド３３のリーディング側部分が、図４に示すように、隣接トラックの方向へはみ出る。そこで、本発明の考え方から、隣接トラックのトラック幅を規定するランド（図３の例において軟磁性裏打ち層２０のランド）のエッジに磁束が流れ込まないように、サイド・シールド３３の端部Ｐ１が隣接トラックのランドよりも主磁極１側になる、つまり、端部Ｐ１が隣接トラックのランドに重ならないように構成することが好ましい。

すなわち、磁気ヘッド１４がトラックに対して傾く角度いわゆるスキュー角の最大角度をＳとする。主磁極１のトラック幅方向に配置された磁性体であるサイド・シールド３３のリーディング端Ｐ１から、その対角に位置するトレーリング・シールド内側の端部Ｐ２までの距離をＬ１とする。スキュー角Ｓにおいて、Ｌ１がトラック幅方向に投影された線分の長さＬ１'とする。軟磁性裏打ち層２０のランド（凸部）の幅w_landとそのランドの左右のグルーブ（凹部）の幅w_groove_1、w_groove_2の和（w_land＋w_groove_1＋w_groove_2）をＬ２とする。このとき、Ｌ２がＬ１以下であることが好ましい。また、この関係を満たすために磁気ヘッド１４のトレーリング・ギャップ長、主磁極ポール・ティップ１Ｂの膜厚とトラック幅、サイド・ギャップ長、リーディング側の幅w_leadingを構成する磁気ヘッドを用いてもよい。

本実施形態に係る磁気ヘッド／磁気ディスクと、従来構造の磁気ヘッド／磁気ディスクに対して、主磁極より発生する記録磁界を３次元磁界計算により計算した。ここで軟磁性裏打ち層２０のランド（凸部）の幅w_landは５０ｎｍとし、サイド・ギャップs_gl_1、s_gl_2は左右で同じとし、従来構造では８５nm、本形態に係る構成では３５nmとした。主磁極ポール・ティップ１Ｂの幅Ｐｗは８０ｎｍとした。したがって、計算に用いた本形態の構成では、（数式１）の条件を満たしている。

その他の計算の条件は以下の通りである。主磁極ポール・ティップ１Bの先端部分はベベル角ｂを８度設けて、リーディング部分の幅の幅が狭い台形形状とした。膜厚は２００ｎｍとした。主磁極ポール・ティップ１Ｂとトレーリング・シールド３２の間隔t_glは５０ｎｍとした。主磁極ポール・ティップ１Ｂの材料としてはＣｏＮｉＦｅを想定し、飽和磁束密度を２．４Ｔ、比透磁率を５００とした。主磁極１のヨーク部１Ａは、飽和磁束密度が１．０Ｔの８０ａｔ％Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅを想定した。補助磁極３は、飽和磁束密度が１．０Ｔの材料を想定し、大きさは、トラック幅方向の幅を３０μｍ、素子高さ方向の長さを１６μｍ、膜厚を２μｍとした。

上部シールド９、下部シールド８は、飽和磁束密度が１．０Ｔの８０ａｔ％Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅを想定し、大きさは、トラック幅方向の幅を３２μｍ、素子高さ方向の長さは１６μｍ、膜厚を１．５μｍとした。磁性体３２の材料は４５ａｔ％Ｎｉ−５５ａｔ％Ｆｅを想定して。飽和磁束密度を１．７Ｔ、比透磁率を１０００とした。記録電流値は３５ｍＡのコイルの巻き数５ターンを仮定した。

磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層２０の材料としては飽和磁束密度１．３５Ｔを想定した。軟磁性裏打ち層２０の平坦部の厚さは５０ｎｍ、軟磁性裏打ち層２０のランド（凸部）の厚さは５０ｎｍとした。また、軟磁性裏打ち層２０のランド（凸部）の幅は５０ｎｍ、グルーブ（凹部）の幅は５０ｎｍとした。記録磁界は、ヘッド浮上面から１５ｎｍの磁気記録層中心位置を想定した位置で算出した。磁気記録層１９は膜厚だけを考慮した磁気ヘッドと裏打ち層表面までの距離は３１ｎｍとした。サイド・ギャップ長の大きさが８５ｎｍの磁気ヘッド／磁気記録媒体の従来構造の構成に対しては、サイド・シールドの大きさ以外は、形状、材料ともに上記例の磁気ヘッドと同様の条件で計算を行った。

図５に、磁界分布の等磁界曲線を示す。１線間隔が２０００（×１０００／４π（Ａ／ｍ））に相当する。図５（ａ）が従来構造の比較例、図５（ｂ）が本形態のものである。図５（ａ）において、破線の円で示した隣接トラック位置付近に磁界強度の大きくなっている。その程度は本発明の方が小さくすることができている。

図６にトラック幅方向の磁界分布を示した。図６（ａ）の横軸はトラック幅方向位置、縦軸が記録磁界強度である。隣接トラック・エッジ付近に印加される磁界強度は３０００（×１０００／４π（Ａ／ｍ））程度減少させることができている。図６（ｂ）は縦軸をトラック中心の磁界強度に対する相対値で示した図である。本構成では従来構成に比較してトラック中心の磁界強度に対する隣接トラックのエッジ付近の磁界強度の割合は１０％程度減少することができる。これは、本形態の構成では、サイド・シールドが軟磁性裏打ち層のランド（凸部）の隣接トラックのエッジより主磁極に近くなっているために、軟磁性裏打ち層のランド（凸部）の隣接トラックのエッジに流れ込む磁束の量が減少するためである。

また、図７には隣接トラック・エッジに印加される磁界のサイド・ギャップ長依存性を示したものである。横軸はサイド・ギャップ長、縦軸は隣接トラック位置での磁界強度である。以上のような本形態の磁気ヘッドを用いると、パターンが施された垂直磁気記録用媒体において隣接トラックに印加される磁界強度を抑制でき、隣接トラックのデータの消去・減衰を抑制して高密度化した磁気記録装置を提供できる。

本発明のヘッド構造は、図１５（ａ）のように薄膜コイル２が主磁極１のトレーリング側とリーディング側とにある構造の他、図１３（ａ）の構造のようにトレーリング側だけに薄膜コイル２を有することもでき、あるいは、図１２、１４の構造のようにリーディング側だけに薄膜コイル２を有することもできる。また、図１５（ａ）のように、コイルは主磁極１Ａ、１Ｂに巻かれている、いわゆるヘリカルコイルにしても良いし、他のコイル構成でもよい。なお、図１３（ａ）、１５（ａ）に示したヘッド構造のように、補助磁極３を主磁極１のトレーリング側に配置してもよいし、図１２、１４に示すように、補助磁極３を主磁極１のリーディング側に配置してもよい。また、図１３（ａ）に示すように再生シールド９と主磁極１の間にコイルを配置しなくてもよく、また、図１５（ａ）に示した補助シールド１０は、配置しなくて良い。

また、浮上面形状は、図３に示すように、サイド・シールドの端部（主磁極ポール・ティップ１Ｂに対向する端部）が主磁極ポール・ティップ側面に沿っていても良いし、沿っていなくてもよい。また、サイド・シールドとトレーリング・シールドが分離されていてもよい。また、磁界強度を大きくするためにトレーリング・シールドは存在しなく、サイド・シールドのみ構成されていてもよい。いずれの構造においても本発明の効果が得られる。トレーリング・シールドが存在しない場合でもあっても、図３を参照して説明したサイド・シールドのリーディング側間隔w_leading及びトレーリング側間隔w_trailingを定義することができることは明らかである。

以上の説明は、磁気ディスクの軟磁性裏打ち層の凹凸の幅、つまりランド・グルーブ幅によって磁気ヘッドのトラック幅のサイド・ギャップの幅を設定したが、本発明の構成を得るために、磁気ヘッドのサイド・ギャップに合わせて磁気記録媒体の裏打ち層の凹凸の幅を設定しても同様の効果が得られることは明らかである。

また、図８に示すように軟磁性裏打ち層２０が隣接トラックと完全に分離していても良い。また、磁気記録層１９のグルーブ内に非磁性膜２１を形成してもよい。図９に示すように磁気記録層１９は裏打ち層２０のランドの側面に形成されてなくても良い。製造工程において、裏打ち層２０のランドの上に磁気記録される層１９ａと、同じ材質の磁性膜１９ｂが軟磁性裏打ち層２０のグルーブに形成されることもあるがこれは記録ビットとしては用いられない。

さらに図１０に示すように、裏打ち層２０がない場合においては、磁気記録層１９もしくは非磁性層２３の凹凸部の幅に対して本発明の構成を適用することにより、効果を得られる。あるいは、基板２２に凹凸形状を形成し、それによって磁気記録層１９にランド・グルーブ形状を形成するようにすることも可能である。なお、図１０の例においては、磁性膜１９ｂが非磁性層２３のグルーブ（凹部）に形成されているが、非磁性層２３のグルーブ内に磁性膜１９ｂが存在しない場合もある。あるいは、これら構造と異なり、図１１に示すように、基板２２上に平坦な軟磁性裏打ち層２０を形成し、その上にランドとグルーブを構成する凹凸構造を有する磁気記録層１９を形成してもよい。

これらが示すように、本発明は、磁気記録層とその下層の一方もしくは双方にトラック幅を規定するランド／グルーブを形成する凹凸構造を有する磁気ディスクに適用することができる。トラック幅は、磁気記録層もしくはその下層のランド幅で規定される。例えば、図２及び図８の構造においては、下層である軟磁性裏打ち層２０のランド幅が磁気記録層１９のランド幅よりも小さく、軟磁性裏打ち層２０のランド幅がトラック幅を規定する。図９の構成において磁気記録層１９と軟磁性裏打ち層２０のランド幅が同一である。図１０の構成において磁気記録層１９のランド幅がトラック幅を規定する。また、ランドの幅は上辺と下辺で異なる場合があるが、磁束の集中しやすい上辺の幅がトラック幅を規定するランド幅となり、ランド間の上辺の間隔がグルーブの幅となる。なお、明らかなように、トラック幅は磁気ディスクのランド幅と磁気ヘッドの磁極の幅の双方が規定する。

本発明は、図１６（ｂ）に示すように、ランドのビット方向にも凹凸部が設けられたパターンド・メディアにおいて同様に適用でき、前述してきた構成を満たすようにすることで垂直磁気記録用媒体において隣接トラックに印加される磁界強度を抑制でき、隣接トラックのデータの消去・減衰を抑制して高密度化した磁気ディスク装置を提供できる。また、トラックを規定するための凹凸部をトラック方向に、記録ビットを規定するための凹凸部をビット方向に設けた磁気記録媒体であれば、熱アシスト記録や面内磁気記録においても本発明の効果は得られる。

以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、本発明をＨＤＤ以外の磁気ディスク装置に適用することができ、記録ヘッドのみを有する磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置に適用することができる。

本実施形態に係るＨＤＤの全体構成を模式的に示す平面図である。 本実施形態に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体の一例をトレーリング方向から見た主磁極トレーリング端での平面模式図である。 本実施形態に係る主磁極先端付近の浮上面平面模式図である。 本実施形態に係るスキューが生じた時の磁気ヘッドの位置を示す平面模式図である。 本実施形態の例と比較例の等磁界曲線である。 本実施形態の例と比較例のトラック幅方向の磁界分布図である。 本実施形態に係る隣接トラックの凸部の端部に印加される磁界強度のサイド・ギャップ長依存性を示す図である。 本実施形態に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体の別の一例をトレーリング方向から見た主磁極トレーリング端での平面模式図である。 本実施形態に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体の別の一例をトレーリング方向から見た主磁極トレーリング端での平面模式図である。 本実施形態に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体の別の一例をトレーリング方向から見た主磁極トレーリング端での平面模式図である。 本実施形態に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体の別の一例をトレーリング方向から見た主磁極トレーリング端での平面模式図である。 従来の技術に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体のトラック中心での断面模式図である。 従来の技術に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体のトラック中心での断面模式図及び浮上面平面模式図である。 従来の技術に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体のトラック中心での断面模式図である。 従来の技術に係る磁気ヘッドと磁気記録媒体のトラック中心での断面模式図及び)浮上面平面模式図である。 従来の技術に係るディスクリート媒体とパターンド媒体の模式図である。

符号の説明

１ 主磁極、１Ａ 主磁極ヨーク部、１Ｂ 主磁極ポール・ティップ
２ 薄膜導体コイル、３ 補助磁極、７ 再生素子、８ 下部シールド
９ 上部シールド、１０ 補助シールド、１１ 磁気ディスク
１４ 磁気ヘッド、１６ 記録ヘッド、１７ ピラー
１９ 磁気記録層、２０ 軟磁性裏打ち層、２１ 非磁性層、２２ 基板
２３ 非磁性層、２４ 再生ヘッド、２５ 記録ヘッド、２８ モータ
３２ 磁性体（トレーリング・シールド）、３３ 磁性体（サイド・シールド）
１０２ ベース、１０３ スピンドル・モータ、１０５ ヘッド・スライダ
１０６ アクチュエータ、１０７ 回動軸、１０９ ボイス・コイル・モータ

Claims (7)

1. 磁気記録層とその磁気記録層より下の下層とを有し、さらに、前記磁気記録層及び前記下層の少なくとも一方において、トラック幅を規定するグルーブとランドとを有する、垂直磁気記録用の磁気ディスクと、
   主磁極と、補助磁極と、前記主磁極のトラック幅方向両側に非磁性膜を介して配置され、磁性体からなるサイド・シールドと、を有する垂直磁気記録用の磁気ヘッドと、
   を備え、
   前記トラック幅を規定する前記主磁極の幅と、その主磁極とその両側の前記サイド・シールドとの間の両サイド・ギャップとの和が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和よりも小さく、
   かつ、前記両側のサイド・シールドの各トレーリング側端の距離が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和よりも小さい、
   磁気ディスク装置。
2. 前記両側のサイド・シールドの各リーディング側端の距離が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和よりも小さい、請求項１に記載の磁気ディスク装置。
3. 磁気記録層とその磁気記録層より下の下層とを有し、さらに、前記磁気記録層及び前記下層の少なくとも一方において、トラック幅を規定するグルーブとランドとを有する、垂直磁気記録用の磁気ディスクと、
   主磁極と、補助磁極と、前記主磁極のトラック幅方向両側に非磁性膜を介して配置され、磁性体からなるサイド・シールドと、を有する垂直磁気記録用の磁気ヘッドと、
   を備え、
   前記トラック幅を規定する前記主磁極の幅と、その主磁極とその両側の前記サイド・シールドとの間の両サイド・ギャップとの和が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和よりも小さく、
   かつ、前記両側のサイド・シールドの各リーディング側端の距離が、前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和よりも小さい、
   磁気ディスク装置。
4. 前記磁気ヘッドのトラックに対するスキュー角の最大角度をＳとし、
   一方の前記サイド・シールドのリーディング側端から、その対角に位置する他方の前記サイド・シールドの内側端までの距離をＬ１とし、
   前記スキュー角の最大角度Ｓにおいて、前記Ｌ１がトラック幅方向に投影された線分の長さをＬ１´とし、
   前記ランドの幅とそのランドの両側のグルーブの幅との和をＬ２とし、
   前記Ｌ２が前記Ｌ１´以上である、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
5. 前記下層は軟磁性裏打ち層である、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
6. 前記下層は非磁性層であり、前記磁気記録層が前記トラック幅を規定するグルーブとランドとを有している、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
7. 前記磁気記録層においてビット方向に記録ビットを形成するための凹凸が設けられている、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。

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