JPWO2004061827A1 - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明に係る磁気ヘッドは、ライトギャップ１４の直下の磁界強度を高め、これによって媒体の記録分解能を向上させたものである。このため、ライトギャップ１４を挟んで上部磁極１０と下部磁極１２とを対向して配置し、前記下部磁極１２の浮上面側の端面形状がＩ字状に設けられ、前記上部磁極１０の浮上面側の端面形状が、前記下部磁極１２に対向して下部磁極１２よりも短寸のＩ字状に形成された第１の上部磁極１０ａと、該第１の上部磁極１０ａに接合して第１の上部磁極よりも幅広に形成された第２の上部磁極１０ｂとにより上部磁極１０が形成されることにより、Ｔ字状に設けられている。

Description

本発明は、磁気ディスク装置や磁気テープ装置等に用いられる磁気ヘッドに関し、とくにライトヘッドの磁極形状を特徴とする磁気ヘッドに関するものである。

磁気ヘッドにおいて情報の記録に用いられるライトヘッドは、ライトギャップを挟んで上部磁極と下部磁極とが対向する構造を有する。下部磁極と上部磁極との間にはコイルが巻かれている。コイルに電流を流すと上部磁極と下部磁極が磁化され、ライトギャップ近傍で外側（媒体側）に磁界が漏れる。この磁界によって媒体が磁化され、情報の記録が行われる。
磁気ヘッドは、媒体が回転することによって媒体の記録面からわずかに浮上し、ライトギャップ部で媒体に情報が記録される。上部磁極と下部磁極とはライトギャップを挟む配置に設けられているが、媒体のライトトラックとの関係についてみると、ライトギャップにより記録された媒体部分がライトギャップよりも遠ざかる側（トレーディング方向）に位置するのが上部磁極であり、媒体の記録される部位が進入する側のライトトラックの位置にあるのが下部磁極である。
図４に、従来の一般的なライトヘッドの先端部の磁極の構成を示す。１０が上部磁極、１２が下部磁極、１４がライトギャップである。上部磁極１０の先端部は面記録密度を高めるために細幅に形成されている。コア幅ＣＷが狭いほど、面記録密度は高くなる。下部磁極１２については、記録時に隣接トラックへの書きにじみが生じたり、隣接データの消去（サイドイレーズ）が生じたりしないように、上部磁極１０の先端部と同幅となるようにトリミングしている。下部磁極１２の上部磁極１０に対向する部位を細幅に形成するには、上部磁極１０をめっきプロセスにより形成した後、上部磁極１０をマスクとしてギャップ層および下部磁極１２をイオン・ミリングする方法、あるいはメタルギャップを用いた一括めっきプロセスによって形成する方法が利用できる。このような製造方法によることから、従来のライトヘッドの磁極の端面（磁気ヘッドの浮上面側に露出する面）の形状は、円Ｐ内に示すように、下部磁極１２の端面が逆Ｔ字形となり、上部磁極１０の端面がＩ字形となっている。
ところで、記録密度の増大に伴い媒体のトラック幅は狭くなる一方、媒体の抗磁力Ｈｃが増大する。したがって、コア幅ＣＷを狭くした場合でも、十分なライト磁界強度を確保する必要があり、このため、磁極材料として飽和磁束密度Ｂｓの大きな材料を使用すること、ギャップ深さＧＤについてはこれを浅くし、フレアポイント高さＦＨについてはこれを低くすることが必要となってくる。
しかしながら、磁極材料の飽和磁束密度Ｂｓが自然界の上限である略２．４Ｔに到達すると、磁極の磁気飽和が起こるためライト磁界の急峻さが損なわれ、記録分解能の劣化、および記録された媒体の遷移ノイズの増大などが生じるようになり、結果として媒体のＳＮ比が著しく悪化する。したがって、磁極材料の飽和磁束密度Ｂｓを大きくすることにも限界がある。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、ライトギャップの直下において強い磁界を有し、かつ磁界分布の急峻さを備えることによって、優れた記録分解能を備える磁気ヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気ヘッドは、ライトヘッドの媒体の記録面に対向して配置される上部磁極と下部磁極の端面の形状が、前記上部磁極についてはＴ字形に形成され、下部磁極についてはＩ字形に形成されていることを特徴とする。このライトヘッドの磁極の端面の形状は、いわば、図４に示す従来の磁気ヘッドにおける上部磁極１０と下部磁極１２を上下反転させた形状となるものである。
すなわち、本発明に係る磁気ヘッドは、ライトギャップを挟んで上部磁極と下部磁極とが対向して配置されたライトヘッドを備える磁気ヘッドにおいて、前記下部磁極の浮上面側の端面形状がＩ字状に設けられ、前記上部磁極の浮上面側の端面形状が、前記下部磁極に対向して配置された下部磁極よりも短寸のＩ字状に形成された第１の上部磁極と、該第１の上部磁極よりも幅広に形成されて第１の上部磁極に接合された第２の上部磁極とにより、Ｔ字状に設けられていることを特徴とする。
また、前記下部磁極の幅寸法が、浮上面に近接する側が徐々に幅狭となるように設けられ、下部磁極のフレアポイント高さがコア幅の３倍以下に設けられていることが好ましい。
また、前記下部磁極が、端面形状がＩ字状に形成された第１の下部磁極と、該第１の下部磁極の下層に第１の下部磁極よりも幅広に形成され、前記第１の下部磁極よりも端面の位置を後退させて配置した第２の下部磁極とからなることを特徴とする。
図７は、図４に示す従来の磁気ヘッドについて、ライトトラックＴに対するライトヘッドの磁極端面の平面配置、および磁極端面における磁界強度分布を示す。図は色が濃いほど磁界が強いことを示す。
磁気ヘッドは回転アクチュエータによって駆動されて媒体上を一定の角度範囲で揺動する。したがって、ライトトラックのトラック方向に対して上部磁極１０と下部磁極１２の長手方向が平行になるとは限らず、ライトトラックに対してライトヘッドは最大で１０°〜１５°程度傾くようになる。
最近の磁気ヘッドでは、十分なライト磁界強度を確保するため、ギャップ深さＧＤおよびフレアポイント高さＦＨをコア幅ＣＷの３倍以下程度まで縮減してきている。このようにライトヘッドの磁極が浮上面の近傍で絞り込まれた形状になると、磁気飽和が起こりやすく、磁極の端面の全面にわたって磁界が漏出するようになる。この漏れ磁界は上部磁極１０の側面において特に強く起こりやすく、また、ライトギャップ１４に近い側でより強く表れる。この結果、上部磁極１０の側面での漏れ磁界が、ライトトラックＴに記書き込まれた記録に影響を及ぼすことになる。
図７で矢印Ｄの方向が媒体の移動方向であり、Ｔ１がライトギャップ１４を通過してデータが記録された領域、Ｔ２はこれからデータが記録される領域を示す。上述した上部磁極１０の側面での漏れ磁界（図のＥ部分）は、ライトギャップ１４よりもいわば下流側に位置するから、ライトギャップ１４の部分でライトトラックＴに記録された情報は、記録直後に上部磁極１０の側面での漏れ磁界の作用を受けることになる。なお、図７で下部磁極１２の側方にあらわれている漏れ磁界Ｆは、隣接するライトトラックの記録情報に影響を及ぼす。
図８は、上述した従来の磁気ヘッドの磁界強度を、ライトトラックの方向を横軸として示したグラフ（コア幅の中央に沿って磁界強度をプロット）である。横軸の０点は、ライトギャップ１４の中心位置に相当する。Ｈ０は媒体のダイナミック抗磁力であり、Ｈｃは媒体の通常抗磁力を示す。情報記録（磁化遷移）に必要な磁界強度は媒体のダイナミック抗磁力Ｈ０であり、グラフに示す範囲Ａの部分で情報が記録される。次いで、媒体が上部磁極側へ移動し、その際に上部磁極の漏れ磁界の作用を受ける。グラフに示す範囲Ｂが漏れ磁界による作用が媒体に及ぼす範囲である。この漏れ磁界による作用が媒体の通常抗磁力Ｈｃ以上であると、媒体に記録された情報が擾乱作用を受け、媒体の信号対ノイズ比（ＳＮｍ）が悪化することになる。図示例は、この漏れ磁界による作用（範囲Ｂ）が媒体の通常抗磁力Ｈｃ以上となっていることを示すもので、漏れ磁界がＳＮ比を悪化させることを示す。
一方、図５は本発明に係る磁気ヘッドの浮上面（磁極端面）における磁界強度分布を示す。本発明に係る磁気ヘッドは、従来の磁気ヘッドの上部磁極と下部磁極を上下反転させた端面形状に形成されている。したがって、従来の磁気ヘッドにおいて上部磁極１０で生じていた磁気飽和が、下部磁極１２で生じ、上部磁極１０では磁気飽和が起こりにくい形態となる。この結果、ライトヘッドの磁極端面での漏れ磁界は上部磁極１０ではほとんど問題とならず、下部磁極１２において生じることになる。
図６は図５に示す磁気ヘッドの磁極端面における磁界強度（ダウントラックプロファイル）を示すグラフである。この磁気ヘッドの場合には、媒体に情報が記録される位置Ａよりも上部磁極側で、磁界強度が媒体の通常抗磁力Ｈｃ以下にまで急激に減衰していることが特徴的である。このことは、媒体の記録情報を擾乱させる磁界が作用する時間がきわめて短時間であることを示し、これによって、従来の磁気ヘッドにくらべ、媒体の信号対ノイズ比（ＳＮｍ）が改善できることを示している。
なお、本発明に係る磁気ヘッドでは、図５、６に示すように、ライトギャップ１４の上流側（図５のＴ２の領域）については漏れ磁界が通常抗磁力Ｈｃ以上になるが、媒体に対する情報記録はこれよりも下流側でなされるから、下部磁極１２の漏れ磁界が信号対ノイズ比（ＳＮｍ）に悪影響を与えることはない。

図１は、本発明に係る磁気ヘッドのライトヘッド部分の構成を示す斜視図であり、図２は、本発明に係る磁気ヘッドの他の構成を示す斜視図であり、図３は磁気ヘッドの比較例の構成を示す斜視図であり、図４は、従来の磁気ヘッドの構成を示す斜視図であり、図５は、本発明に係る磁気ヘッドの磁極端面における磁界強度分布を示す図であり、図６は、本発明に係る磁気ヘッドの磁界強度についてのダウントラック方向プロファイルを示すグラフであり、図７は、従来の磁気ヘッドの磁極端面における磁界強度分布を示す図であり、図８は、従来の磁気ヘッドの磁界強度についてのダウントラック方向プロファイルを示すグラフであり、図９は、図３に示す磁気ヘッドの比較例についての磁極端面における磁界強度分布を示す図であり、図１０Ａ、１０Ｂは、本発明に係る磁気ヘッドについての記録磁化状態を示す説明図であり、図１１Ａ、１１Ｂは従来の磁気ヘッドについての記録磁化状態を示す説明図である。

図１に本発明に係る磁気ヘッドの一実施形態の構成を示す。同図では、本発明において特徴的なライトヘッドの構成を示している。本発明に係る磁気ヘッドは、ライトヘッドが、浮上面側での端面形状がＴ字状をなす上部磁極１０と、ライトギャップ１４を挟んで上部磁極１０と対向して配置される、端面形状がＩ字状（長方形）をなす下部磁極１２とによって形成されたものである。
上部磁極１０は、第１の上部磁極１０ａと、第１の上部磁極１０ａと直交する向きに幅広の磁性膜によって形成された第２の上部磁極１０ｂとからなる。上部磁極１０は端面形状がＩ字状（長方形状）をなす第１の上部磁極１０ａを形成した後、この第１の上部磁極１０ａの端面上に幅広の磁性膜を接合することによって形成することができる。これによって、第１の上部磁極１０ａのライトギャップ１４に対向する面とは反対面側に第２の上部磁極１０ｂが形成される。
なお、本実施形態の磁気ヘッドにおいては、第１の上部磁極１０ａの長さＨ２は下部磁極１２のＩ字状の端面部の長さＨ１よりも短寸に形成することがのぞましい。また、第１の上部磁極１０ａの端面の長さＨ２はライトギャップ１４のギャップ長よりも長く形成することがのぞましい。また、下部磁極１２の長さＨ１（厚さ）についてはとくに制限はないが、第１の上部磁極１０ａの長さＨ２は下部磁極１２の長さＨ１よりも短くする（Ｈ２＜Ｈ１）ことがのぞましい。
また、本実施形態の磁気ヘッドでは、第１の上部磁極１０ａと下部磁極１２のフレアポイント高さＦＨを図４に示す従来の磁気ヘッドにおけるフレアポイント高さＦＨよりも低く設定し、コア幅の３倍以下に設定している。また、下部磁極１２の両側面をテーパ面として、下部磁極１２の幅寸法（平面視）が、浮上面に近接する側で徐々に幅狭となるように設け、コアの先端部側に向けて下部磁極１２が絞られた形状としている。なお、コアの先端側を絞った形状に形成することについては、第１の上部磁極１０ａについても同様であり、第１の上部磁極１０ａも下部磁極１２と同様な形態で先端側が幅狭となるように形成している。
図１で円Ｐは、上部磁極１０と下部磁極１２の端面形状を模式的に示している。本実施形態の磁気ヘッドでは、上部磁極１０がＴ字状に、下部磁極１２がＩ字状に形成されるもので、図４の円Ｐに示す従来の磁気ヘッドにおける上部磁極と下部磁極を上下反転させた形状となっている。
図２は、本発明に係る磁気ヘッドの他の実施形態の構成を示す。この実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、端面形状がＩ字状に形成された第１の下部磁極１２ａの下層に第１の下部磁極１２ａよりも端面の位置を後退させた配置（長さＲ）に、第１の下部磁極１２ａよりも幅広の第２の下部磁極１２ｂを設けたことを特徴とする。なお、第２の下部磁極１２ｂの側面１２ｃを、浮上面側が徐々に細幅となるテーパ面（角度θ）に形成することがのぞましい。
図３に第２の下部磁極１２ｂを備えた磁気ヘッドの比較例として、第２の下部磁極１２ｂの端面位置と第１の下部磁極１２ａの端面位置を面一に形成した磁気ヘッドの例を示す。図９はこの比較例の磁気ヘッドについて、磁極の端面での磁界強度分布を示したものである。図９に示すように、第１の下部磁極１２ａに続いて幅広の第２の下部磁極１２ｂが浮上面側で露出していると、磁極内で磁気飽和が生じていないにも関わらず、本来ライトギャップ１４に集中するべき磁束が、幅広に形成された第２の下部磁極１２ｂから、幅広に形成された第２の上部磁極１０ｂへ直接流れてしまう。このため、不要な漏洩磁界が発生し、サイドイレーズなどの問題が生じる。図２に示す実施形態においては、第２の下部磁極１２ｂの端面を第１の下部磁極１２ａの端面よりも後退させ、第２の下部磁極１２ｂの側面１２ｃをテーパ面に形成したことによって、第２の下部磁極１２ｂから第２の上部磁極１０ｂに磁束が漏洩することを防止し、ライトギャップ１４に磁束を集中させることができ、媒体の信号対ノイズ比（ＳＮｍ）を改善することが可能となっている。
図１０Ａ、１０Ｂ及び図１１Ａ、１１Ｂは本発明に係る磁気ヘッドと従来構造の磁気ヘッドについて、媒体の記録磁化状態を、マイクロマグネティック・シミュレーションによって比較した結果を示す。図１０Ａ、１１Ａは、線記録密度ｆ＝４０７ｋＦＣＩにおける媒体の記録磁化状態、図１０Ｂ、図１１Ｂはｆ＝８１４ｋＦＣＩにおける媒体の記録磁化状態を示す。なお、シミュレーション条件は以下のとおりとした。
媒体の異方性磁界Ｈｋ＝１２００ｋＡ／ｍ ダイナミック抗磁力Ｈ０＝５９０ｋＡ／ｍ飽和磁化Ｍｓ＝３００ｋＡ／ｍ 粒径＝９ｎｍ 膜厚＝１１ｎｍ トラック幅＝１５０ｎｍ ギャップ長＝１００ｎｍ 磁気スペーシング＝１５ｎｍ 最大磁界強度＝７８０ｋＡ／ｍ スキュー角度＝１０ｄｅｇ
また、媒体ＳＮｍは、乱数を用いて２６通りの粒子異方性配向状態を作り、これを初期状態としたシミュレーション結果から算出した。
媒体の信号対ノイズ比（ＳＮｍ）の結果は以下のとおりである。
本実施形態の磁気ヘッド ｆ＝４０７ｋＦＣＩ：ＳＮｍ＝１７．６ｄＢ、 ｆ＝８１４ｋＦＣＩ：ＳＮｍ＝１５．２ｄＢ
従来構造の磁気ヘッド ｆ＝４０７ｋＦＣＩ：ＳＮｍ＝１６．８ｄＢ、 ｆ＝８１４ｋＦＣＩ：ＳＮｍ＝１２．４ｄＢ
従来構造の磁気ヘッドでは、図１１Ｂに示すように、ｆ＝８１４ｋＦＣＩの高密度時にビットとビットが部分的につながってしまう現象がみられ、媒体ＳＮｍも悪い。
これに対して本発明に係る磁気ヘッドの場合は、図１０Ａ、１０Ｂに示すように、鮮明にビットが記録されており、とくに、ｆ＝８１４ｋＦＣＩにおいては３ｄＢ近くも改善することが認められた。
このように、本発明に係る磁気ヘッドによれば、ライトギャップ１４の直下の磁界強度を高めることができるとともに、図６に示すようにライトギャップ１４の近傍部分での磁界分布を急峻にすることができ、これによって媒体の記録分解能を有効に向上させることが可能となる。これによって、製造歩留まりの高い磁気ヘッドを提供することが可能になる。

Claims (7)

1. ライトギャップを挟んで上部磁極と下部磁極とが対向して配置されたライトヘッドを備える磁気ヘッドにおいて、
   前記下部磁極の浮上面側の端面形状がＩ字状に設けられ、
   前記上部磁極の浮上面側の端面形状が、前記下部磁極に対向して配置された下部磁極よりも短寸のＩ字状に形成された第１の上部磁極と、該第１の上部磁極よりも幅広に形成されて第１の上部磁極に接合された第２の上部磁極とにより、Ｔ字状に設けられていることを特徴とする磁気ヘッド。
2. 下部磁極の幅寸法が、浮上面に近接する側が徐々に幅狭となるように設けられ、
   下部磁極のフレアポイント高さがコア幅の３倍以下に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
3. 第１の上部磁極の長さが、Ｉ字状に形成された下部磁極の長さよりも短寸に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
4. 第１の上部磁極の長さが、ライトギャップのギャップ長よりも長寸に設けられていることを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッド。
5. 下部磁極のＩ字状をなす端面部の長さが、コア幅よりも長寸に設けられていることを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッド。
6. 下部磁極が、端面形状がＩ状に形成された第１の下部磁極と、
   該第１の下部磁極の下層に第１の下部磁極よりも幅広に形成され、前記第１の下部磁極よりも端面の位置を後退させて配置した第２の下部磁極とからなることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
7. 第２の下部磁極の幅寸法が、浮上面側に近接する側が徐々に幅狭となるように設けられていることを特徴とする請求項６記載の磁気ヘッド。

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