(57)【要約】【課題】磁気記録再生装置のヘッドスライダの浮上量制御機構として、熱伝導率が低い材料の加熱機構と、ヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱や、環境温度の変化による不確定な浮上量変動をも考慮した浮上量を制御することが出来る機構を提供する。【解決手段】ヘッドスライダに発光素子を配置し、光エネルギーを吸収する位置に光吸収素子を配置し、さらに光吸収素子の膨張量を感知する位置に圧電素子を配置する。ここで、発光素子は、光吸収素子に対して発光し、光吸収素子は、光吸収効果にて膨張することでヘッドスライダの浮上量を低減させる。この時、光吸収素子に隣接して配置される圧電素子にて、前記光吸収素子の膨張量を定量化することで浮上量を制御する。【選択図】 図2
2008234756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子が発生する光エネルギーを吸収する位置に配置される光吸収素子と、
を備えることを特徴したヘッドスライダ。
【請求項２】
前記光吸収素子の膨張量を感知する位置に配置される圧電素子を備えることを特徴した請求項1記載のヘッドスライダ。
【請求項３】
磁気記録再生装置のヘッドスライダの浮上量の制御方法において、
前記ヘッドスライダ上に配置される発光素子は、光吸収素子に対して発光し、
前記光吸収素子は、光吸収効果にて膨張し、
圧電素子の圧電効果にて、前記光吸収素子の膨張量を定量化することを特徴としたヘッドスライダの浮上量の制御方法。
【請求項４】
磁気記録再生装置のヘッドスライダの浮上量の制御方法において、
前記光吸収素子に隣接して配置される圧電素子の圧電効果にて、前記光吸収素子の膨張量を定量化することで浮上量を制御することを特徴とした請求項3記載のヘッドスライダの浮上量の制御方法。
【請求項５】
発光素子と、前記発光素子が発生する光エネルギーを吸収する位置に配置される光吸収素子と、を備えるヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドと、
記録再生媒体となる磁気ディスクと
を備えることを特徴した磁気記録再生装置。
【請求項６】
前記ヘッドスライダは、前記光吸収素子に隣接して圧電素子を備えることを特徴とした請求項5記載の磁気記録再生装置。
【請求項７】
圧電素子の電圧を検出する手段と、
検出した電圧に応じて発光素子の発光を制御する手段と、を有し、
前記発光素子の発光の制御により光吸収素子を膨張させることで、ヘッドスライダの浮上量を制御することを特徴とした制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
磁気記録再生装置のヘッドスライダと、その浮上量の制御方法、ならびに制御回路。
【背景技術】
【０００２】
近年、ストレージ技術の発達に伴い、HDD（ハード・ディスク・ドライブ）を始めとする磁気記録再生装置は、従来の用途であるパーソナルコンピューターやサーバー等の外部記録装置以外にも、ビデオレコーダーを始めとし、ポータブルミュージックプレーヤーや、カーナビゲーションシステム、ゲーム機器、携帯電話等、様々な用途に使用されており、今後においても更なる高記録密度化が要求されている。磁気記録再生装置の高記録密度化には、磁気ヘッドと、記録媒体である磁気ディスクの性能改善が必須要件となる。磁気ヘッドの性能改善に関しては、磁気ヘッドの再生素子部の磁気抵抗効果率を高めることや、記録素子部の記録磁界強度を大きくすることが有効であるが、再生素子部においては、GMR（Giant Magneto Resistance）の磁気抵抗効果率を遥かに凌駕するTuMR(Tunneling Magneto Resistance)が既に量産用の磁気ヘッドに採用されている。また、記録素子部の記録磁界強度においては、物理的限界とされている2.45 Tの磁性材料を既に量産用の磁気ヘッドに対して採用しており、これ以上の記録磁界強度を増大させることは難しい。よって、現状では磁気ヘッドのこれ以上の高性能化は難しいと考えられている。また、磁気ディスクの性能改善に関しては、再生信号の低ノイズ化が課題となる。磁気ディスクの再生信号の低ノイズ化を図る為には、保磁力を増大させることにより、遷移性ノイズを低減させることが有効であるが、前述の通り、磁気ヘッドの記録素子部の記録磁界強度の物理的限界の制約から、現状以上の高保磁力化による低ノイズ化は難しい状況である。
上述の通り、磁気ヘッドと磁気ディスク自体の性能の向上が難しい状況の中、 磁気ヘッドを浮上させるヘッドスライダが磁気ディスク上を浮上する距離、所謂ヘッドスライダの浮上量を低下させることが、磁気記録再生装置の高記録密度化に対して非常に効果的であることが知られている。 これは、ヘッドスライダの浮上量を低下させると、磁気ディスクの実効的な再生信号の出力や、ヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の実効的な記録磁界強度が強まることに依る。この為、近年、磁気ヘッドに銅（Cu）を材料とする薄膜状のヒーターを形成して通電させ、ヒーターの発熱により磁気ヘッドを膨張させることにより、ヘッドスライダを突き出して浮上量を低下させるDFH（Dynamic Fly Height）技術(別名TFC(Thermal Fly-height Control))が提唱されている。（例えば、非特許文献1を参照）
【非特許文献１】http://www.hitachigst.com/tech/techlib.nsf/techdocs/98EE13311A54CAC886257171005E0F16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、ヘッドスライダの浮上量は、ヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドに形成したヒーターに通電しない場合でも、10 nm程度と非常に低い浮上量となっている。この非常に低い浮上量の中で、ヒーターの発熱により、ヘッドスライダを突き出す場合、突き出し量を高精度で制御する必要がある。しかしながら、ヒーターの材料である銅の熱伝導率は、398 W/m・Kと非常に高い為に、加熱範囲は磁気ヘッドと磁気ヘッドを搭載するヘッドスライダの広範囲におよぶ。ここで、磁気ヘッドを構成する各層の材料や形状は異なる為、各層の膨張率や放熱性は一様では無い。また、磁気ヘッドの記録素子部には、記録磁界を発生させる為の薄膜コイルが形成されており、この薄膜コイルの発熱による磁気ヘッドの膨張による突き出し量も重畳されることから、ヒーター機構を利用したヘッドスライダの浮上量の制御は非常に困難なものとなる。
上述のヒーターによる加熱範囲が磁気ヘッドとヘッドスライダの広範囲におよぶ問題に関しては、ヒーターに隣接する磁気シールド層の体積を大きくすることで放熱性を高めることにより、熱伝導による加熱範囲領域が極力小さくなる様にしているが、その効果は顕著なものではない。なお、磁気シールド層の体積を大きくすることは、製造コストが高くなる為、好ましくない。
また、磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱を考慮したヘッドスライダの突き出しの現状の制御方法は、ヒーターへの通電量を、記録素子部の薄膜コイルに電圧を印加する場合と、印加しない場合の2通りのみに使い分けて対応している（例えば、非特許文献1を参照）。
しかしながら、磁気記録再生装置の一般的な動作保障温度は、5〜55  ℃の広範囲に及び、この環境温度の変化でもヘッドスライダは膨張し、浮上量は不確定に変動する。現状、温度センサを磁気記録再生装置内に配置し、磁気記録再生装置内の温度により、ヒーターによる加熱の有無を切り替える方法は提唱されているが、環境温度の変化によるヘッドスライダの浮上量を制御する方法は提唱されていない。
ここで、ヘッドスライダの浮上量を制御出来ずにヘッドスライダが磁気ディスクに接触した場合、サーマルアスペリティによるヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録再生素子部の損傷や磁気ディスクの保護層、記録層の物理的損傷等を招き、磁気記録再生装置の信頼性に対する問題を引き起こす。
上述の通り、ヒーターの発熱によるヘッドスライダの浮上量の制御は、製造コストの問題を有することや、磁気記録再生装置に対する十分な信頼性を満足しているものではない。本発明では、この課題を解決する為に、熱伝導率が低い材料の加熱機構と、ヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱や、環境温度の変化による不確定な浮上量変動をも考慮した浮上量を制御することが出来る機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ヘッドスライダの浮上量の制御機構として、ヘッドスライダ上に発光素子を配置し、発光素子に隣接する様に、例えば半導体からなる光吸収素子を配置し、さらに光吸収素子に隣接する様に圧電素子を配置する。ここで、発光素子は、光吸収素子に対して発光し、光吸収素子は、半導体の光吸収効果（低いエネルギー状態にある電子が外部から供給されたエネルギーを吸収すると、高いエネルギー準位に遷移する効果）にて膨張することでヘッドスライダの浮上量を低下させる。この時、光吸収素子に隣接して配置される圧電素子の圧電効果よる電圧を検知することで、光吸収素子の膨張量、すなわち、ヘッドスライダの浮上量を定量化することが可能となる。
また、圧電素子が配置されることにより、環境温度変化やヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱によるヘッドスライダの突き出し量も圧電効果で感知される為、前述の光吸収素子の突き出し量と、環境温度の変化や、記録素子部の薄膜コイルの発熱による不確定なヘッドスライダの浮上量の変化をも含めた絶対的な浮上量を定量化することが出来、ヘッドスライダの浮上量に応じて、発光素子による発光のオンとオフを切り替えることにより、浮上量の制御が可能なる。
また、一般的に発光素子、半導体からなる光吸収素子、圧電素子は、銅や銀など熱伝導率が高い材料を使用しなくとも作製することが出来る為、従来の銅を材料とする薄膜状のヒーターを有する磁気ヘッドに比較して、磁気シールド層の体積を必要以上に増加させる必要がなくなる為、ヘッドスライダに搭載する磁気ヘッドの製造コストを削減することが出来る。
【発明の効果】
【０００５】
ヘッドスライダの浮上量の制御として、上述の発光素子、半導体からなる光吸収素子、圧電素子を用いると、従来のヒーター制御のヘッドスライダに比較して、熱伝導率を抑制することが出来ることにより、放熱性確保の為に磁気シールド層を必要以上に大きくする必要が無くなる。また、光吸収素子による磁気ヘッドの突き出し量のみだけではなく、環境温度変化やヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱によるヘッドスライダの突き出し量を含めた絶対的なヘッドスライダの浮上量の制御が可能となる。
この結果、ヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの製造コストの削減や、磁気記録装置の信頼性を確保しつつ、ヘッドスライダの浮上量を低下させることが可能なり、高密度記録化を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を、図1ならびに図6に基づいて説明する。 図1は、本発明のヘッドスライダが使用される一般的な磁気記録再生装置の内部概略図である。磁気記録再生装置1の内部には、記録再生媒体となる磁気ディスク71、磁気ヘッドが装着されるヘッドスライダ72、記録再生信号の制御ならびに磁気ヘッドへの電源供給を行う役目を担うヘッドアンプIC部6が配置される。図2は、本発明の実施の形態のヘッドスライダと磁気ヘッドの断面図である。また、図3は、本発明の実施形態の磁気ヘッドの浮上面から見た図である。まず、図2ならびに図3において、ヘッドスライダ部となる厚さ2 mm程度のAl2O3-Ti-Cからなるアルミナ・チタンカーバイト層10上に、図示しないが絶縁層としてスパッタリング法にてAl2O3からなるアルミナ層を2.0 μm程度の厚さで形成する。また、図3において、磁気ヘッドの幅23は60 μm程度の幅となる。
次に絶縁層の上に、発光素子11を配置する。発光素子11は、半導体レーザー、または発光ダイオード等から選定することが可能であるが、本発明の実施形態においては、取り分け半導体レーザーが好ましい。この理由は、半導体レーザーの発光は、誘導放出と称される発光過程が主体となっている為、コヒーレント光（波長や位相が綺麗に揃った光）が得られ、指向性やエネルギー集中性に優れている特長を持つ為である。
ここで、半導体レーザーの材料は、例えばInGaAlP、GaAlAs、InGaAsP等の材料から選択することが出来る。なお、後述する半導体からなる光吸収素子12が光吸収効果を起こす為には、光吸収素子12の半導体のエネルギーギャップよりも、発光素子11の光のエネルギーが大きい必要がある。この様な光吸収素子12と発光素子11の組み合わせの例として、GaAs（ガリウム砒素）光吸収素子(エネルギーギャップ ＝ 1.43 eV)と、GaAlAs(ガリウムアルミ砒素)/InGaN(インジウムガリウム窒素)のpn型半導体発光素子 (エネルギー ＝ 3.1 eV)が挙げられる。
本発明では、一般的な手法（熱拡散法、イオン注入法、エピタキシャル法(気相成長法)等）を用いて、厚さ10 μm程度の上述のGaAlAs半導体レーザーの発光素子11を形成した。なお、図示しないが、半導体レーザーの発光素子11は、発光面である光吸収素子面に対向する面以外は、光反射層にて覆われているものとする。
次に、厚さ5 μm程度の半導体からなる光吸収素子12を発光素子11に隣接する様に配置する。ここで、光吸収素子としての半導体の材料は、例えば、AlGaAs、GaAs、AlGaAs等の材料の中から選択することが出来る。本発明の実施形態においては、前述の発光素子11のエネルギーより低いエネルギーギャップとなるGaAs半導体を選定した。
次に、厚さ10 μm程度の圧電素子13を光吸収素子12に隣接する様に配置する。圧電素子13には、LiTaO3、NbTiO3等の材料から選定することが可能であるが、本発明の実施形態においては、LiTaO3を選定した。ここで、図示しないが、前記発光素子11と圧電素子13に対して、一対の電極を形成する。
次に、下部磁気シールド層14と、アルミナ・チタンカーバイト層10の空間部分を図示しないが、例えば表面が酸化シリコン膜で覆われたエポキシ樹脂または、アルミナで充填する。ここまでが、突き出し機構の作製プロセスとなる。以下、通常の磁気ヘッドと同じプロセスで磁気ヘッドを作製することが出来る。また、ヘッドスライダの突き出し方向は矢印22の方向となる。
先ず、磁気ディスクからの不要な再生信号の影響を低減させる為の例えばNi-Fe合金からなる厚さ2.0 μm程度の下部磁気シールド層14を一般的なめっき法にて形成する。その後、GMRまたは、TuMRの磁気抵抗効果を有する再生素子部15を一般的なスパッタリング法にて形成し、続いて例えばNi-Fe合金からなる厚さ1.5 μm程度上部磁気シールド層16を形成する。なお、図示しないが、下部磁気シールド層14と上部磁気シールド層16間の空間部は、アルミナで覆われているものとする。
次に上部磁気シールド層16の上にアルミナからなる絶縁層を0.26 μm程度の厚さで形成し、その後、記録素子部を形成する。記録素子部は、一般的なめっき法にて、厚さ1.0 μm程度の下部第1磁極層17、厚さ4.3 μm程度の下部第2磁極層18、厚さ5.0 μm程度の接合部19、厚さ1.8 μm程度の薄膜コイル部20、厚さ5.0 μm程度の上部磁極層21を形成する。なお、記録素子部における所望の形状への加工は、イオンミリングやフォトリソグラフィー技術を用いることで可能となる。また、図示しないが、薄膜コイル部20間、下部第2磁極層18、接合部19と上部磁極層21のギャップ間等の空白部分は、アルミナで覆われているものとする。すなわち、図2の全体図2における空間部分は、アルミナで覆われているものとする。
なお、図4は，本発明の比較対象となる従来のヒーター機構を搭載したヘッドスライダと磁気ヘッドの断面図である。下部第1磁極層17と薄膜コイル部20の間に、めっき法にて銅からなる薄膜状のヒーター31が配置されていることを特徴とする。なお、図4の全体図4における空間部分は、アルミナで覆われているものとする。
ここで、本発明のヘッドスライダの突き出し機構部の熱伝導率をシミュレーションにて算出した。シミュレーションの結果、従来のヒーター機構部の銅の熱伝導率は、398 W/m・Kであることに対して、本発明の突き出し機構部の熱伝導率は42 W/m・K程度であり、熱伝導率を90 %低減させることが可能となった。よって、従来型のヒーター機構によるヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドでは、磁気シールド層の体積を大きくする必要があったが、本発明の磁気ヘッドではその必要が無くなり製造コストを削減することが出来る。
図5は、本発明のヘッドスライダの浮上量制御方法の例について示した図である。まず、発光素子11に通電させない場合の浮上量は点41とする。この時、圧電素子13の電圧値は、圧電効果が起こらないので0となる。ここで、所望の設定浮上量の点42となる様に、発光素子11に電圧を印加し発光させ、光吸収素子12を膨張させて浮上量を低下させる。ここで、光吸収素子12の膨張によるヘッドスライダの浮上量を圧電素子13の圧電効果による電圧の値にて定量化する。つまり、設定電圧である点43となるまで、光吸収素子を膨張させる。なお、圧電素子13の圧電効果による電圧の変化量とヘッドスライダの浮上量の変化量の関係の定義算出方法は、ヘッドスライダの作製後、浮上量計測器にて、圧電素子の圧電効果による電圧変化と浮上量の変化の関係値を計測し、その関係値を利用する方法や、ヘッドスライダが磁気記録再生装置に組み込まれた状態で、意図的に磁気ディスクに接触するまでヘッドスライダの浮上量を低下させ、その時の再生波形の出力変化量と圧電効果による電圧変化量の関係値を用いる方法等がある。
なお、環境温度の変化や記録素子部の薄膜コイル発熱により、必要以上にヘッドスライダの浮上量が低下した点44となった場合は、圧電素子13の電圧も連動して点45まで増大する為、目的の浮上量である点46に戻るまで（圧電素子の設定電圧の点47に戻るまで）、発光素子11の電圧をオフにすれば良い。この様に圧電素子13の圧電効果を用いることにより、光吸収素子によるヘッドスライダの突き出し量のみだけではなく、環境温度変化やヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドの記録素子部の薄膜コイルの発熱によるヘッドスライダの突き出し量を含めた絶対的なヘッドスライダの浮上量の制御が可能となる。
図6は、本発明のヘッドスライダを制御する制御ブロック図を示した図である。リードライトチャネルLSI部5のエンコーダー部54は、ライトデータをコードして、ヘッドアンプIC部6に配置されるライトデータバッファ部66にライトデータを送信し、ライトドライバ68を通じて、薄膜コイル部20を経由し、上下磁極層17、21より記録磁界が印加されて記録動作が実行される。なお、薄膜コイル部20への電源は、ライト電圧レギュレーター53より、ライト電源部62を経由して印加される。また、リードライトチャネルLSI部5のデコーダー部52は、リードデータバッファ部65から受信した、リードデータをデコードする機能を有している。再生動作は、再生素子部15が、磁気ディスクからの再生信号をリードアンプ部67で増幅し、リードデータバッファ部65を経由し、リードライトチャネルLSI部5にデータを送信することで実行される。なお、再生素子部15への電源は、リード電圧レギュレーター51より、リード電源部61を経由して印加される。
ここで、本発明のヘッドスライダの浮上量を制御する制御回路について説明する。ここでは例としてヘッドアンプIC部6の内部に配置する例を述べる。まず、発光素子11に電源を供給する為に、発光素子電源63を配置する。発光素子電源63は、リード電源部61やライト電源部62と同様のものを用いることが出来る。ここで、発光素子電源63は、発光素子電源レギュレーター55と発光素子11の電極部に接続される。次に、電圧モニタ部69を配置する。電圧モニタ部69は、電圧量を計測できる一般的な電圧計の機能を有するものであれば良い。なお、圧電素子13は，電圧モニタ部69に接続される。次いで、発光素子ドライバ64を配置する。発光素子ドライバ64は、電圧モニタ部69から送信される電圧量により、発光素子電源63のON，OFFを制御する役割を果す。この様な制御回路を用いることにより、図5に示したヘッドスライダの浮上量制御方法が可能となる。なお、ヘッドスライダの浮上量を制御する制御回路は、リードライトチャネルLSI部5の内部や、リードライトチャネルLSI部5とヘッドアンプIC部6を中継する形で単独で配置することも可能である。
本実施形態の構成によれば、磁気ヘッドの製造コストの削減や、磁気記録装置の信頼性を確保しつつ、磁気ヘッドの浮上量を低下させることが可能なり、高密度記録化を達成することが可能となる。
なお、本発明の実施形態のヘッドスライダと磁気ヘッドは、面内磁気記録用の磁気ヘッドを用いて説明しているが、垂直磁気記録等の磁気ヘッドや、光磁気記録用のヘッドスライダや磁気ヘッドにも使用することが可能である。
本発明は以下の付記を含むものである。
(付記1) 発光素子と、前記発光素子が発生する光エネルギーを吸収する位置に配置される光吸収素子と、を備えることを特徴したヘッドスライダ。
(付記2) 前記光吸収素子の膨張量を感知する位置に配置される圧電素子を備えることを特徴した付記1記載のヘッドスライダ。
(付記3) 前記発光素子は、半導体レーザー、または発光ダイオードからなることを特徴とした付記1記載のヘッドスライダ。
(付記4)前記発光素子から発光される光のエネルギーは、前記光吸収素子のエネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする付記1記載のヘッドスライダ。
(付記5)前記光吸収素子は、半導体であることを特徴とした付記1記載のヘッドスライダ。
(付記6)非磁性支持体上に、前記発光素子、前記光吸収素子、前記発電素子の順に形成されることを特徴とした付記2記載のヘッドスライダ。
(付記7)前記発光素子、前記光吸収素子、前記発電素子の熱伝導率は，Cu(銅)よりも低いことを特徴とした付記2記載のヘッドスライダ。
(付記8) 磁気記録再生装置のヘッドスライダの浮上量の制御方法において、前記ヘッドスライダ上に配置される発光素子は、光吸収素子に対して発光し、前記光吸収素子は、光吸収効果にて膨張し、圧電素子の圧電効果にて、前記光吸収素子の膨張量を定量化することを特徴としたヘッドスライダの浮上量の制御方法。
(付記9) 磁気記録再生装置のヘッドスライダの浮上量の制御方法において、前記光吸収素子に隣接して配置される圧電素子の圧電効果にて、前記光吸収素子の膨張量を定量化することで浮上量を制御することを特徴とした付記7記載のヘッドスライダの浮上量の制御方法。
(付記10) 発光素子と、前記発光素子が発生する光エネルギーを吸収する位置に配置される光吸収素子と、を備えるヘッドスライダに搭載される磁気ヘッドと、記録再生媒体となる磁気ディスクとを備えることを特徴した磁気記録再生装置。
(付記11) 前記ヘッドスライダは、前記光吸収素子に隣接して圧電素子を備えることを特徴とした付記9記載の磁気記録再生装置。
(付記11) 圧電素子の電圧を検出する手段と、検圧した電圧に応じて発光素子の発光を制御する手段と、を有し、前記発光素子の発光の制御により光吸収素子を膨張させることで、ヘッドスライダの浮上量を制御することを特徴とした制御回路。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるヘッドスライダが使用される一般的な磁気記録再生装置の内部概略図である。
【図２】本発明によるヘッドスライダと磁気ヘッドの断面図である。
【図３】本発明によるヘッドスライダと磁気ヘッドの浮上面図である。
【図４】本発明の比較対象となる従来のヒーター機構を搭載したヘッドスライダと磁気ヘッドの断面図である。
【図５】本発明によるヘッドスライダとの浮上量制御方法を示す図である。
【図６】本発明のヘッドスライダを制御するブロック図を示した図である
【符号の説明】
【０００８】
11     発光素子
12     光吸収素子
13     圧電素子
【図１】
2008234756.tif 000003
【図２】
2008234756.tif 000004
【図３】
2008234756.tif 000005
【図４】
2008234756.tif 000006
【図５】
2008234756.tif 000007
【図６】
2008234756.tif 000008