(57)【要約】【課題】主磁極及びトレーリングシールドの形状、材質を的確に設計することによって、優れた記録特性を有する垂直磁気記録ヘッドを提供する。【解決手段】Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある垂直磁気記録ヘッド。TSチャージ／MPチャージ≧１．０  なお、Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。【選択図】図５
2010157298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドであって、
Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある垂直磁気記録ヘッド。
TSチャージ／MPチャージ≧１．０
Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
【請求項２】
厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドであって、
Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある垂直磁気記録ヘッド。
TSチャージ／MPチャージ≦２．５
Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
【請求項３】
前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに、TSチャージ／MPチャージ≧１．３の関係にある請求項１または２記載の垂直磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらにTSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある請求項１または２記載の垂直磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
【請求項６】
磁気記録媒体と、アクチュエータアームに装着されたサスペンションに支持されたヘッドスライダと、前記ヘッドスライダに形成された磁気ヘッドと電気的に接続された磁気記録媒体及び前記アクチュエータアームの制御部とを備え、前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に情報を記録し再生する磁気記録装置であって、
前記磁気ヘッドは垂直磁気記録ヘッドとリードヘッドとを備え、
前記垂直磁気記録ヘッドは、
厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備え、
Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある磁気記録装置。
TSチャージ／MPチャージ≧１．０
Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
【請求項７】
磁気記録媒体と、アクチュエータアームに装着されたサスペンションに支持されたヘッドスライダと、前記ヘッドスライダに形成された磁気ヘッドと電気的に接続された磁気記録媒体及び前記アクチュエータアームの制御部とを備え、前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に情報を記録し再生する磁気記録装置であって、
前記磁気ヘッドは垂直磁気記録ヘッドとリードヘッドとを備え、
前記垂直磁気記録ヘッドは、
厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備え、
Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある磁気記録装置。
TSチャージ／MPチャージ≦２．５
Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
【請求項８】
前記MPチャージと前記TSチャージとが、１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある請求項６記載の磁気記録装置。
【請求項９】
厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドにおける、主磁極とトレーリングシールドの形状、材料を設計する方法であって、
Apex断面における、主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージを、主磁極の飽和磁束密度Ｂs-mpと絞り量ΔMPLに基づき、式MPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLにより求める工程と、
Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージを、トレーリングシールドの飽和磁束密度Ｂs-tsと、THとTGDのいずれか小さい値min（TH,TGD)に基づき、式TSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)によって求める工程と、
数値計算によって求められた前記主磁極と前記トレーリングシールドとからなる垂直磁気ヘッドの磁界強度及び磁界勾配とを、TSチャージ／MPチャージをパラメータとして表示し、磁界強度あるいは磁界勾配のねらい値に基づいて主磁極とトレーリングシールドとの形状及び材料を設計する工程と、
を備えることを特徴とする垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
【請求項１０】
前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０を満足するように、前記主磁極とトレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録ヘッド及びこの垂直磁気記録ヘッドを用いた磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録装置（HDD)は、データを記録する磁気記録媒体と、磁気記録媒体にデータを記録し、再生するための磁気ヘッドとを備える。磁気ヘッドは、磁気記録媒体にデータを記録する記録ヘッドと、磁気記録媒体に記録されたデータを読み取る再生ヘッド（リードヘッド）とを有する。近年、記録ヘッドには磁気記録媒体の面内記録密度の向上に有利な垂直磁気記録ヘッドが用いられるようになってきた。
垂直磁気記録ヘッドは、記録磁界を発生する主磁極と、主磁極の磁界勾配を大きくし，媒体上の記録磁化遷移幅を狭くすることで記録品質を向上することを目的とするトレーリングシールドを備える。
【０００３】
主磁極は記録磁界強度を強めるため、平面形状は、浮上面（ABS面）の近傍位置では細幅に絞った形態とし、絞り位置からハイト方向（浮上面から離間する方向）には徐々に幅広になる形態とされる。また、主磁極の厚さ方向には、浮上面の近傍位置では薄く、浮上面からハイト方向に向けてスロープ状あるいはステップ状に厚くなる形態とされる。
いずれも、浮上面の近傍において、細幅あるいは薄く絞った形態とすることによって、主磁極の先端部に記録磁界を集中させ、主磁極による記録磁界を強くし、急峻にして高密度記録を可能にするためである。
トレーリングシールドは、この主磁極の上に、アルミナ等の非磁性材を介して30nm〜40nm離間した配置に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７２６３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４０５９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE Trans.Magn.,VOL.39,NO.4,pp.1955-1960,July 2003.
【非特許文献２】IEEE Trans.Magn.,VOL.39,NO.5,pp.2405-2407.September 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
垂直磁気記録ヘッドの主磁極による記録磁界の強さや磁界勾配などは、主磁極のスロートハイトといった平面形状、主磁極の厚さ方向の絞り量、絞り部（スロープ部）の角度、トレーリングシールドの配置及び形状、主磁極とトレーリングシールドの材料等によって左右される。たとえば、スロートハイトが短い場合には磁界強度が高くなり、スロートハイトが長くなると磁界強度が弱くなる。
したがって、主磁極による記録磁界を強くし、かつ磁界勾配を適正に制御して設計するには、使用する磁性材料を選択することと合わせて、主磁極とトレーリングシールドの形状、寸法を的確に設計する必要がある。
【０００７】
本発明は、主磁極及びトレーリングシールドを備える垂直磁気記録ヘッドにおいて、主磁極及びトレーリングシールドの形状、材質を的確に設計することによって、優れた記録特性を有する垂直磁気記録ヘッド及びこの垂直磁気記録ヘッドを備えた磁気記録装置を提供し、垂直磁気記録ヘッドの好適な設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
垂直磁気記録ヘッドについての実施形態の一観点によれば、厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドであって、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、次式の関係にある垂直磁気記録ヘッド。TSチャージ／MPチャージ≧１．０あるいは、TSチャージ／MPチャージ≦２．５。
Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る垂直磁気記録ヘッドは、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージに基づき、TSチャージ／MPチャージをパラメータとして、主磁極とトレーリングシールドとが設計され、記録特性に優れた垂直磁気記録ヘッドとして提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】磁気記録装置の内部構成を示す平面図である。
【図２】垂直磁気記録ヘッドを備える磁気ヘッドの断面図である。
【図３】主磁極とトレーリングシールドとの正面図（ａ）、透視図（ｂ）、Apex断面図（ｃ）、主磁極の平面図（ｄ）である。
【図４】主磁極とトレーリングシールドの透視斜視図である。
【図５】主磁極とトレーリングシールドのApex断面図である。
【図６】主磁極とトレーリングシールドのApex断面図である。
【図７】計算で使用した主磁極とトレーリングシールドの形状とパラメータを示すApex断面図である。
【図８】θをパラメータとした磁界勾配を示すグラフである。
【図９】θをパラメータとした記録磁界の強度を示すグラフである。
【図１０】（TSチャージ／MPチャージ）をパラメータとした磁界勾配を示すグラフである。
【図１１】（TSチャージ／MPチャージ）をパラメータとした記録磁界の強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（磁気記録装置）
図１は本発明に係る垂直磁気ヘッドを備える磁気ヘッドを搭載した磁気記録装置３００の平面図である。
磁気記録装置３０は、矩形の箱状に形成されたケーシング３１内に、スピンドルモータによって回転駆動される複数の磁気記録媒体３２を備える。磁気記録媒体３２の側方には、媒体面に平行に揺動可能に支持されたアクチュエータアーム３３が配されている。アクチュエータアーム３３の先端には、アクチュエータアーム３３の延長方向にサスペンション３４が取り付けられ、サスペンション３４の先端にヘッドスライダ３５が取り付けられる。ヘッドスライダ３５は、サスペンション３４の媒体に対向する面に取り付けられている。
【００１２】
ヘッドスライダ３５には記録ヘッドとリードヘッドとを備える磁気ヘッドが形成されている。ケーシング３１の背面には制御部を備えるプリント板ユニットが実装される。磁気ヘッドと制御部とは、サスペンション３４の表面に形成された配線、及びアクチュエータアーム３３の側面に取り付けられたフレキシブル基板３６を介して電気的に接続される。ヘッドスライダ３５に形成された磁気ヘッドにより磁気記録媒体３２に情報を記録し、磁気記録媒体３２に記録されている情報を読み取る処理は、制御部によって制御されるアクチュエータ３７により、アクチュエータアーム３３を所定位置に揺動させる操作（シーク動作）とともになされる。
図１に示す磁気記録装置３０は、磁気ヘッドを磁気記録媒体３２の側方に退避させる退避機構として、サスペンション３４の突端に設けられたタブ３４ａを支持するランプ３８を備えている。
【００１３】
（磁気ヘッド）
図２は、垂直磁気記録ヘッドを備える磁気ヘッドの構成を浮上面（ABS面）に直交するコア幅の中心を通る断面（A-A線位置が浮上面）によって示している。この磁気ヘッドは、媒体に情報を記録する記録ヘッド１０と、媒体に記録された情報を読み取るリードヘッド２０とを備える。
記録ヘッド１０は、主磁極１１、第１リターンヨーク１２及び第２リターンヨーク１３を備える。第１リターンヨーク１２は主磁極１１のリーディング側に配置され、第２リターンヨーク１３は主磁極１１に対しリーディング側と反対側に配置される。
主磁極１１と第２リターンヨーク１３とは後部側（ハイト方向）でバックギャップ１５により連結され、コイル１６がヨーク部１１０を巻回する配置に設けられている。なお、主磁極１１と第一リターンヨーク１２とをさらに接続した構成とすることもできる。
第２リターンヨーク１３の前端部には主磁極１１に対向する配置にトレーリングシールド１４が設けられる。
【００１４】
リードヘッド２０は、下部シールド層２１、上部シールド層２２及びリード素子２３を備える。
なお、図１において、各層間はアルミナ等の非磁性絶縁体によって充填されている。
図１に示す磁気記録装置３０は、図２に示す磁気ヘッドが形成されたヘッドスライダ３５を搭載している。
【００１５】
（垂直磁気記録ヘッド）
図２に示したように、トレーリングシールド１４は主磁極１１の上に非磁性材を介して主磁極１１に対向する配置に設けられる。
図３（ａ）は、垂直磁気記録ヘッドの主磁極１１とトレーリングシールド１４の浮上面における正面形状、図３（ｂ）は、主磁極１１を浮上面から透視した透視図、図３（ｃ）は、主磁極１１とトレーリングシールド１４の断面図（Apex断面）、図３（ｄ）は、主磁極１１の平面図である。
図３（ａ）に示すように、主磁極１１の浮上面における端面形状は、リーディング側が幅狭となる逆台形状に形成される。スキュー角が変動した場合であっても隣接するトラックの記録データに影響を与えないようにするためである。
【００１６】
図３（ｄ）に示すように、主磁極１１は浮上面側に平坦部１１ａが形成されスロープ部１１３を介してハイト方向に徐々に幅広となる主体部１１ｄと一体に連結した形態に形成される。
図３（ｃ）に示すように、平坦部１１ａはトレーリングシールド１４に対向する上面が浮上面に対して垂直となる平坦面に形成される。スロープ部１１３は、トレーリングシールド１４に対向する面が、平坦部１１ａの面に対して傾斜した面に形成される。
【００１７】
主磁極１１の下面は平坦面であり、平坦部１１ａの膜厚（D1)は主体部１１ｄの膜厚（D2)よりも薄く形成される。スロープ部１１３を介して平坦部１１ａと主体部１１ｄとが連結されることにより、主磁極１１は、先端側が厚さ方向に絞られた形態となる。主磁極１１は厚さ方向にはスロープ部１１３が絞り部となる。
図示例の主磁極１１のスロープ部１１３は、第１のスロープ部１１ｂと第２のスロープ部１１ｃの２つのスロープ部からなる。第１のスロープ部１１ｂと第２のスロープ部１１ｃは、平面方向における開き角度が異なることから区別している。なお、第１のスロープ部１１ｂと第２のスロープ部１１ｃの傾斜面の角度は共通である。
【００１８】
図３（ｄ）に示すように、第２のスロープ部１１ｃは、第１のスロープ部１１ｂにくらべて側面の開き角度が大きい。図３（ｂ）は、第２のスロープ部１１ｃが第１のスロープ部１１ｂよりも側面の開き角度が大きくなっていることを示している。
図示例の主磁極１１は、平面方向には、平坦部１１ａと第１のスロープ部１１ｂによって絞り部１１２が形成され、第２のスロープ部１１ｃと主体部１１ｄによって幅広部１１４が形成される。
なお、図３（ｄ）に、図３（ｃ）におけるC線の高さ位置における平面形状を破線によって示した。C線の高さ位置に固定すると、NHの領域ではコア幅が一定となり、NHよりもハイト方向側では主体部１１ｄは一様な角度で広がる形状となる。
【００１９】
本明細書においては、主磁極１１及びトレーリングシールド１４の各部の長さを以下のように規定する。
TGDL：浮上面（図３のＡ線位置）から平坦部１１ａと第１のスロープ部１１ｂの境界位置までの長さ。NH(Neck Height)：浮上面から第１のスロープ部１１ｂと第２のスロープ部１１ｃとの境界位置までの長さ（浮上面から絞り部分と幅広部との境界までの長さ）。TGD(Trailing Gap Depth)：浮上面から第２のスロープ部１１ｃと主体部１１ｄとの境界位置までの長さ。TH(Trailing Height):トレーリングシールド１４の浮上面からハイト方向の長さ（厚さ）。TG:主磁極とトレーリングシールドとの対向面間の間隔。
【００２０】
（主磁極とトレーリングシールドの設計方法）
以下においては、主磁極とトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドにおいて、主磁極の記録磁界を適正に制御するために、主磁極とトレーリングシールドの形状を最適化する設計方法について説明する。
図４は、主磁極１１を浮上面側から見た透視斜視図である。トレーリングシールド１４は主磁極１１上に、非磁性層を介してコア幅方向に延在する配置に、ハイト方向（厚さ方向）に所定の厚さ（TH)に形成される。
図４の斜線領域（B)は、トレーリングシールド１４が主磁極１１の上面に対向する領域部分を示す。
【００２１】
主磁極の記録磁界を適正に制御するためには、主磁極とトレーリングシールドとの磁気的な関係を考慮して主磁極とトレーリングシールドを設計する必要がある。
主磁極は、記録媒体にデータを記録する際には、記録媒体の表面に対して垂直方向に磁化し、このときトレーリングシールドには主磁極の磁化方向とは垂直方向に磁化される。すなわち、トレーリングシールドは、主磁極の磁化方向と垂直方向に磁化して、主磁極による記録磁界の強さや、磁界勾配を調節するように作用する。
【００２２】
主磁極とトレーリングシールドとの配置や形状を設計する場合に、従来は、各部の寸法をパラメータとして設定し、主磁極等に使用する磁性材料を変えながら、シミュレーションによる数値計算によって磁界強度を求め、最適化している。
本発明における最適化方法は、従来方法とは異なり、主磁極と主磁極に対向して配置されているトレーリングシールドの対向面に生じる磁荷（チャージ）を比較して設計する。すなわち、本発明方法においては、図４に示すように、主磁極とトレーリングシールドとの対向面（斜線領域）における磁荷を考慮して設計する。
図４における斜線領域（B)は、主磁極１１の上面をトレーリングシールド１４に向けて平行に投影した領域である。トレーリングシールド１４は、主磁極１１を形成した後、所定の厚さに非磁性層を形成し、非磁性層に積層して形成される。したがって、トレーリングシールド１４に投影された主磁極１１の領域は主磁極１１の上面形状と同一になる。
【００２３】
以下においては、主磁極１１の上面のスロープ部１１３やトレーリングシールド１４の主磁極１１に対向する面に生じる磁荷について検討する。その際に、主磁極１１とトレーリングシールド１４のApeｘ断面をもとに検討する。これは、主磁極１１とトレーリングシールド１４の対向面については面形状が同一であるから、Apex断面における形状を比較すれば十分であることに基づく。実際の製品においては、主磁極１１の上面の形状と、トレーリングシールド１４の主磁極１１との対向部分の形状が完全に同一形状にならない可能性はある。設計上（理論上）はその差は無視しても問題はない。
【００２４】
（Apex断面のチャージ：形態１）
図５は、平坦部１１ａを備えない形状の主磁極１１とトレーリングシールド１４のApex断面図を示す。
主磁極のスロープ部１１３の前端面が浮上面に露出し、スロープ部１１３の後方に主体部が続く配置となる。スロープ部１１３の浮上面に位置する先端縁が低位に、スロープ部１１３のハイト方向が高位に形成され、スロープ部１１３の前端と後端の高さの差（ΔMPL)が、主磁極１１の厚さ方向の絞り量である。
なお、本明細書においては、浮上面側を前方、浮上面から離れる側を後方とする。
【００２５】
図５（ａ）に示すトレーリングシールド１４は、主磁極１１のスロープ部１１３に対向する面がスロープ部１１３と同一の傾斜角度に形成された傾斜面部１４１と、傾斜面部１４１と一体に形成された平坦部１４２とを備える。トレーリングシールド１４のトレーリングシールドハイトTHはスロープ部１１３の後端位置、すなわちTGDよりも大きくなっている（TH>TGD)。
【００２６】
図５（ｂ）に示すトレーリングシールド１４は、THの全域にわたって、主磁極１１に対向する面がスロープ部１１３と同一の傾斜角度を有する傾斜面部１４１とし、THをTGDよりも長く設定した（TH＞TGD）例である。
図５（ｃ）に示すトレーリングシールド１４は、THがTGDよりも小さい（TH＜TGD)例であり、主磁極１１に対向する傾斜面部１４１の面がスロープ部１１３と同一の傾斜面に形成されている例である。本例のトレーリングシールド１４は、傾斜面部１４１から後方の領域が大きく切除された形態となっている。
【００２７】
図５に、主磁極１１とトレーリングシールド１４の磁化方向を矢印によって示した。記録操作を行う際には、主磁極１１は記録媒体の媒体面に垂直方向に磁化する。これによって主磁極１１の先端面とスロープ部１１３に磁荷が生じる。磁荷を＋記号によって示した。本発明において、主磁極１１とトレーリングシールド１４とを設計する際には、トレーリングシールド１４に対向する主磁極１１のスロープ部１１３の磁荷（図の太線部分）を考慮する。
【００２８】
トレーリングシールド１４は主磁極１１の磁化方向とは直交する方向に磁化し、主磁極１１に対向する面に磁荷が発生する。トレーリングシールドにおいては、主磁極１１をトレーリングシールド１４に平行に投影した領域における磁荷（図の太線部分）を考慮する。トレーリングシールドの磁荷を−記号によって示した。
【００２９】
図５（ａ）に示す例においては、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１の領域は主磁極１１のスロープ部１１３とほぼ一致しているから傾斜面部１４１における磁荷が考慮される。
図５（ｂ）では、TH＞TGDであり、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１のうちスロープ部１１３を投影した領域の磁荷を考慮する。
図５（ｃ）では、TH＜TGDであり、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１の全域の磁荷を考慮する。
【００３０】
主磁極１１のスロープ部１１３の磁荷（MPチャージ）は、スロープ部１１３の磁荷の密度とスロープ部１１３の斜面の長さに比例する。
磁気記録時には主磁極１１はほぼ飽和磁化しており、主磁極１１の飽和磁束密度をＢs-mpとすると、スロープ部１１３の斜面における磁荷の密度はＢs-mp×sinθとなる。
また、スロープ部１１３の長さは、ΔMPL／sinθによって与えられる。ΔMPLは、スロープ部１１３を厚さ方向に見た絞り量である。MPチャージは次式によって表される。
MPチャージ＝（Ｂs-mp×sinθ）×（ΔMPL／sinθ）＝Ｂs-mp×ΔMPL・・・(1)
【００３１】
一方、トレーリングシールド（TS）に生じる磁荷（TSチャージ）は、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１における磁荷の密度と、傾斜面部１４１にスロープ部１１３を投影した投影部分の長さに比例する。
トレーリングシールド１４も、磁気記録時にはほぼ飽和磁化する。トレーリングシールド１４の飽和磁束密度をＢs-tsとすると、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１における磁化の密度は、Ｂs-ts×cosθとなる。また、トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１の斜面の長さは、min（TH,TGD)／cosθとなる。min（TH,TGD)は、TH（Trailing Height）とTDG（Trailing Gap Depth）のうちいずれか小さい値の意である。こうして、TSチャージは次式によって表される。
TSチャージ＝（Ｂs-ts×cosθ）×（min（TH,TGD)／cosθ)＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)・・・(2)
図５（ａ）、（ｂ）のような場合は、min（TH,TGD)はTHとなり、図５（ｃ）のような場合は、min（TH,TGD)はTGDとなる。
【００３２】
（Apex断面のチャージ：形態２）
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、平坦部１１ａとスロープ部１１３を備える主磁極１１とトレーリングシールド１４のApex断面を示す。
図６（ａ）は、主磁極１１の平坦部１１ａ、スロープ部１１３の形状にならってトレーリングシールド１４に浮上面（A-A線位置）側から第１の平坦部１４３、傾斜面部１４１、第２の平坦部１４４が形成されていることを示す（TH＞TGD)。主磁極１１とトレーリングシールド１４との間にはギャップ材として非磁性材が介在し、トレーリングシールド１４の主磁極１１に対向する面は、主磁極１１の上面と平行に形成される。
主磁極１１とトレーリングシールド１４との設計に際して考慮する磁荷は、主磁極１１のスロープ部１１３に生じる磁荷と、トレーリングシールド１４の第１の平坦部１４３と傾斜面部１４１における磁荷である（図の太線部分）。
【００３３】
図６（ｂ）は、トレーリングシールド１４が平坦部１４３と傾斜面部１４１からなる場合で、TH＞TGDの場合である。傾斜面部１４１の主磁極１１に対向する面は、スロープ部１１３と同一の傾斜面に形成されている。この場合は、主磁極１１のスロープ部１１３の磁荷と、トレーリングシールド１４の第１の平坦部１４３と傾斜面部１４１のうち、スロープ部１１３を傾斜面部１４１に平行に投影した領域の磁荷（図の太線部分）が考慮する対象となる。
【００３４】
図６（ｃ）は、トレーリングシールド１４が平坦部１４３と傾斜面部１４１からなる場合で、TH<TGDの場合である。この場合は、トレーリングシールド１４の第１の平坦部１４３と傾斜面部１４１の全域の磁荷を考慮する（図の太線部分）。
【００３５】
図６に示した例において、主磁極１１のトレーリングシールド１４に対向する面の磁荷（MPチャージ）は、スロープ部１１３に生じる磁荷のみであり、前述した例と同様に、次式によって表される。Ｂs-mpは主磁極１１の飽和磁束密度である。
MPチャージ＝（Ｂs-mp×sinθ）×（ΔMPL／sinθ）＝Ｂs-mp×ΔMPL・・・(3)
ΔMPLは、スロープ部１１３の厚さ方向の絞り量に相当する。
【００３６】
トレーリングシールド１４において考慮する磁荷（太線部分の磁荷）は、第１の平坦部１４３における磁荷と、傾斜面部１４１における磁荷の双方を加えたものとなる。
トレーリングシールド１４の第１の平坦部１４３における磁荷は、トレーリングシールド１４の飽和磁束密度Ｂs-tsと、TGDLを用いて、(Ｂs-ts×TGDL)となる。
トレーリングシールド１４の傾斜面部１４１における磁荷は、傾斜面部１４１の磁荷の密度(Ｂs-ts×cosθ)と傾斜面部１４１の長さ｛min（TH,TGD)−TGDL｝／cosθ)との積となる。
【００３７】
TSチャージは、第１の平坦部１４３と傾斜面部１４１の和として、次式によって表される。
TSチャージ＝(Ｂs-ts×TGDL)+(Ｂs-ts×cosθ)×｛min（TH,TGD)−TGDL｝/cosθ)
＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)・・・(4)
ここで、min（TH,TGD)は、THとTGDのうち小さい方の値である。図６（ａ）、（ｂ）の配置の場合には、min（TH,TGD)はTGDとなり、図６（ｃ）の配置の場合は、min（TH,TGD)はTHとなる。
【００３８】
（計算例）
次に、図５に示した主磁極１１の形態の場合、すなわちスロープ部１１３の前端縁が浮上面に位置する形状の主磁極を備える垂直磁気記録ヘッドについて、実際に記録磁界の強度、記録磁界の勾配を計算した結果について説明する。
図７は、実際の計算に用いた主磁極とトレーリングシールドの断面形状を示す。磁界強度と磁界の勾配の計算では、主磁極のスロープ部の傾斜角度θを１５°、３０°、４０°とした場合について計算した。
計算に使用した各部のパラメータは下記の通りである。
主磁極：浮上面における厚さ  220nm、絞り量ΔMPL  50nm、NH  110nm、主磁極材  FeCo（Bs：2.4T）。トレーリングシールド：TH  110nm、TG（主磁極とトレーリングシールドとの間のギャップ）45nm、トレーリングシールド材  FeCo(Bs:2.4T)、CoNiFe（1.8T）。なお、コア幅: 120 nm，主磁極逆台形角度 12 度, 磁界計算位置はヘッドから23 nm（媒体記録層中心位置）を想定して計算した。
【００３９】
図８〜１１は、上記条件の下において、主磁極とトレーリングシールドがともに飽和磁化状態になった場合における記録磁界強度と記録磁界の勾配を計算した結果を示す。磁界強度と磁界勾配の計算は数値計算により、θ＝６０度付近まで求めた。
図８、９は、磁界強度と磁界の勾配を計算した結果を主磁極のスロープ部の角度θをパラメータ（横軸）として示した結果を示す。いずれも、トレーリングシールドにFeCo(Bs:2.4T)を使用した場合と、CoNiFe（1.8T）を使用した場合について示す。主磁極は、いずれもFeCo(Bs:2.4T)としている。
【００４０】
図８に示す計算結果は、トレーリングシールドにFeCoを使用した場合にくらべて、CoNiFeを使用した場合には、スロープ角度がより小さい角度で記録磁界の勾配が小さくなることを示す。これは、CoNiFeの方がFeCoよりも飽和磁束密度が低いために、スロープ角度が小さい角度で磁荷が飽和してしまうためと考えられる。垂直磁気記録ヘッドとしては、磁界勾配が大きい方が、記録磁界が集束し微細に記録できることから特性的に好ましい。
【００４１】
図９に示す計算結果は、トレーリングシールドにFeCo(Bs:2.4T)を使用した場合は、スロープ角度が３５°付近においてピークとなることを示す。トレーリングシールドにCoNiFe（1.8T）を使用した場合は、スロープ角度が３０°付近から、スロープ角度が大きくなるにしたがって記録磁界強度が小さくなる傾向がみられる。垂直磁気記録ヘッドの特性としては、記録磁界強度が強い方が望ましい。
【００４２】
図１０、１１は、記録磁界の勾配と記録磁界の強度についての計算結果を、前述した（MPチャージ）と（TSチャージ）の比をパラメータとして表したものである。
図１０は（TSチャージ／MPチャージ）を横軸のパラメータとして示した記録磁界の勾配を示し、図１１は、（TSチャージ／MPチャージ）を横軸のパラメータとして記録磁界の強度を示している。
図１０と図１１のグラフにおいて特徴的な点は、いずれのグラフも、トレーリングシールドにFeCo(Bs:2.4T)を使用した場合と、CoNiFe（1.8T）を使用した場合の計算結果が、ほぼ同一の曲線としてあらわれている点である。このことは、（TSチャージ／MPチャージ）をパラメータとして記録磁界の勾配と記録磁界の強さを示す方法によれば、トレーリングシールドに使用する材料（飽和磁束密度）によらずに、垂直磁気記録ヘッドの磁界強度、磁界の勾配についての傾向（特性）を知ることができることを意味する。
【００４３】
図１０の磁界勾配のグラフからは、（TSチャージ／MPチャージ）が大きくなるにしたがって磁界勾配が大きくなり、比が１．０程度以上になるとかなり良好な磁界勾配が得られることがわかる。さらに、（TSチャージ／MPチャージ）が１．３程度以上の範囲において、ほぼ最高値を維持している。
したがって、磁界勾配についてみると、（TSチャージ／MPチャージ）が１．０以上が好適な範囲であり、さらに好適には１．３以上の範囲であると言える。
また、図１１の記録磁界強度のグラフからは、（TSチャージ／MPチャージ）が２．５を超えると磁界強度が徐々に弱まることから、（TSチャージ／MPチャージ）が２．５以下の範囲が好適な範囲であり、ピーク値に近い値となる（TSチャージ／MPチャージ）が２．０以下がとくに好ましい範囲となる。
【００４４】
上述した計算結果は、（TSチャージ／MPチャージ）をパラメータとして使用すると、主磁極とトレーリングシールドの材料を変えても、その特性の傾向が変わらないことを示唆している。したがって、主磁極とトレーリングシールドに使用する磁性材料を変えた場合には、磁界強度等の絶対値は変わる可能性はあるが、（TSチャージ／MPチャージ）をパラメータとして使用することによって容易に好適な範囲を選択することができる。
すなわち、上述した結果に基づけば、主磁極とトレーリングシールドの形状等を最適化するには、（MPチャージ）と（TSチャージ）の比が、１．０＜（TSチャージ／MPチャージ）＜２．５、さらに好ましくは１．３＜（TSチャージ／MPチャージ）＜２．０となるように設定すればよい。
【００４５】
前述した（MPチャージ）を求める式(1)は、主磁極の飽和磁束密度と主磁極の絞り量との積であり、（TSチャージ）を求める式(2)は、トレーリングシールドの飽和磁束密度とTHとTGDとのいずれか小さい方との積である。したがって、TSチャージ／MPチャージを見積もることは容易であり、TSチャージ／MPチャージをパラメータとして主磁極の厚さ方向の絞り量、絞り部分の長さ、トレーリングシールドの形状を選択し、主磁極とトレーリングシールドの材料を選択して最適に設計することは容易である。
【００４６】
図８〜１１は、図７に示した主磁極のスロープ部の前端面が浮上面に面する形態の例である。図６に示すような、平坦部１１ａとスロープ部１１３を備える主磁極を備える垂直磁気記録ヘッドを設計する場合も、上述したTSチャージ／MPチャージをパラメータとして利用する方法を適用して設計することができる。
図６に示した垂直磁気記録ヘッドの場合は、MPチャージとして式(3)、TSチャージとして式(4)を使用する。なお、式(3)及び式(4)は、それぞれ式(1)、(2)と見かけ上は同一である。式(3)、式(4)を使用する場合は、浮上面からスロープ部の後端縁までの長さをTGDとし、トレーリングシールドの第１の平坦部１４３と傾斜面部１４１とをあわせてTHとすればよい。
【００４７】
本発明は、垂直磁気記録ヘッドの主磁極に形成する厚さ方向の絞り部分とトレーリングシールドとを設計する際に、主磁極とトレーリングシールドとの互いの対向面における磁荷に着目して最適設計となるようにしたものである。本発明方法によれば、主磁極とトレーリングシールドに使用する磁性材料を変えたことによる影響が計算上、除外されるから、主磁極とトレーリングシールドを最適に設計する処理を容易になる。
なお、主磁極とトレーリングシールドとを設計する際には、たとえば記録磁界の強度を磁界勾配よりも優先させて設計するといったことがあり得る。したがって、設計時における設計目標に合わせてTSチャージ／MPチャージのパラメータを設定すればよい。
【００４８】
（付記１）  厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドであって、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、TSチャージ／MPチャージ≧１．０の関係にある垂直磁気記録ヘッド。Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
（付記２）  厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドであって、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、TSチャージ／MPチャージ≦２．５の関係にある垂直磁気記録ヘッド。Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
（付記３）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに、TSチャージ／MPチャージ≧１．３の関係にある付記１または２記載の垂直磁気記録ヘッド。
（付記４）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらにTSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある付記１または２記載の垂直磁気記録ヘッド。
（付記５）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある付記１記載の垂直磁気記録ヘッド。
（付記６）  磁気記録媒体と、アクチュエータアームに装着されたサスペンションに支持されたヘッドスライダと、前記ヘッドスライダに形成された磁気ヘッドと電気的に接続された磁気記録媒体及び前記アクチュエータアームの制御部とを備え、前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に情報を記録し再生する磁気記録装置であって、前記磁気ヘッドは垂直磁気記録ヘッドとリードヘッドとを備え、前記垂直磁気記録ヘッドは、厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備え、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、TSチャージ／MPチャージ≧１．０の関係にある磁気記録装置。Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
（付記７）  磁気記録媒体と、アクチュエータアームに装着されたサスペンションに支持されたヘッドスライダと、前記ヘッドスライダに形成された磁気ヘッドと電気的に接続された磁気記録媒体及び前記アクチュエータアームの制御部とを備え、前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に情報を記録し再生する磁気記録装置であって、前記磁気ヘッドは垂直磁気記録ヘッドとリードヘッドとを備え、前記垂直磁気記録ヘッドは、厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備え、Apex断面における主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLと、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)とが、TSチャージ／MPチャージ≦２．５の関係にある磁気記録装置。Ｂs-mpは主磁極の飽和磁束密度、Ｂs-tsはトレーリングシールドの飽和磁束密度、ΔMPLは主磁極の厚さ方向の絞り量、TGDは主磁極の浮上面位置から前記絞り部のハイト方向の後端縁位置までの長さ、THはトレーリングシールドハイト、min（TH,TGD)はTHとTGDのいずれか小さい値である。
（付記８）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに、TSチャージ／MPチャージ≧１．３の関係にある付記６または７記載の磁気記録装置。
（付記９）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらにTSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある付記６または７記載の磁気記録装置。
（付記１０）  前記MPチャージと前記TSチャージとが、１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０の関係にある付記６記載の磁気記録装置。
（付記１１）  厚さ方向の絞り部を備える主磁極と、該主磁極に対向して配置されたトレーリングシールドとを備える垂直磁気記録ヘッドにおける、主磁極とトレーリングシールドの形状、材料を設計する方法であって、Apex断面における、主磁極のTGDの領域における磁荷に相当するMPチャージを、主磁極の飽和磁束密度Ｂs-mpと絞り量ΔMPLに基づき、式MPチャージ＝Ｂs-mp×ΔMPLにより求める工程と、Apex断面における前記TGDの範囲の前記主磁極を前記トレーリングシールドに向けて平行に投影した領域の磁荷に相当するTSチャージを、トレーリングシールドの飽和磁束密度Ｂs-tsと、THとTGDのいずれか小さい値min（TH,TGD)に基づき、式TSチャージ＝Ｂs-ts×min（TH,TGD)によって求める工程と、数値計算によって求められた前記主磁極と前記トレーリングシールドとからなる垂直磁気ヘッドの磁界強度及び磁界勾配とを、TSチャージ／MPチャージをパラメータとして表示し、磁界強度あるいは磁界勾配のねらい値に基づいて主磁極とトレーリングシールドとの形状及び材料を設計する工程と、を備えることを特徴とする垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
（付記１２）  前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、TSチャージ／MPチャージ≧１．０を満足するように、前記主磁極及び前記トレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする付記１０記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
（付記１３）  前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、TSチャージ／MPチャージ≦２．５を満足するように、前記主磁極及び前記トレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする付記１０記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
（付記１４）  前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに、TSチャージ／MPチャージ≧１．３を満足するように前記主磁極及び前記トレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする付記１１または１２記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
（付記１５）  前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、さらに、TSチャージ／MPチャージ≦２．０を満足するように、前記主磁極及び前記トレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする付記１１または１２記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
（付記１６）  前記主磁極とトレーリングシールドとを設計する工程において、前記MPチャージと前記TSチャージとが、１．３≦TSチャージ／MPチャージ≦２．０を満足するように、前記主磁極及び前記トレーリングシールドの形状及び材料を選択することを特徴とする付記１０記載の垂直磁気記録ヘッドの設計方法。
【符号の説明】
【００４９】
１０  記録ヘッド
１１  主磁極
１１ａ  平坦部
１１ｂ  第１のスロープ部
１１ｃ  第２のスロープ部
１１ｄ  主体部
１４  トレーリングシールド
２０  リードヘッド
３０  磁気記録装置
３２  磁気記録媒体
３５  ヘッドスライダ
１１２  絞り部
１１３  スロープ部
１１４  幅広部
１４１  傾斜面部
１４２  平坦部
１４３  第１の平坦部
１４４  第２の平坦部
【図１】
2010157298.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010157298.tif 000009
【図８】
2010157298.tif 000010
【図９】
2010157298.tif 000011
【図１０】
2010157298.tif 000012
【図１１】
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