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JP2010118094A - 磁気ヘッドおよび情報記憶装置 - Google Patents

磁気ヘッドおよび情報記憶装置 Download PDF

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JP2010118094A JP2008288808A JP2008288808A JP2010118094A JP 2010118094 A JP2010118094 A JP 2010118094A JP 2008288808 A JP2008288808 A JP 2008288808A JP 2008288808 A JP2008288808 A JP 2008288808A JP 2010118094 A JP2010118094 A JP 2010118094A
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健一郎 青木
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Toshiba Storage Device Corp
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Abstract

【課題】渦電流による発熱で記録素子の周辺が突き出すことを抑制する新たな工夫を施す。
【解決手段】通電を受けるコイルと、上記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、上記コイルの他方の面に沿って配置され、上記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、上記コイルと鎖交するとともに、上記主磁極と上記補助磁極とを接続する接続部と、上記コイルと上記補助磁極との間に配置され、上記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層とを備えた。
【選択図】図6

Description

本件は、磁化によって表される情報を記憶媒体に記録する磁気ヘッド、および、このような磁気ヘッドと記憶媒体とを備えた情報記憶装置に関する。
近年、コンピュータ技術の発展とともに、コンピュータに内蔵される機器や、コンピュータに外部から接続される周辺機器に関する技術が急速に発展している。こうした技術の1つに、磁気ディスクなどの平面的な形状の記憶媒体を回転させて、情報を表す磁化の配列を記憶媒体に形成することで情報の記憶を行い、磁化の方向を記憶媒体から読み取ることで情報の再生を行う情報記憶装置が知られている。ハードディスク装置(HDD)は、こうした情報記憶装置の代表例であり、他にも光磁気ディスク装置(MO)が知られている。
情報記憶装置の中には、記録素子を有する磁気ヘッドを、記憶媒体表面に近接させることによって記憶媒体への磁化の形成を行うものが存在する。この記録素子は、記録用のコイル(以下、ライトコイルと呼ぶ)を有しており、情報の記録の際には、記録素子に記録信号が入力され、その記録信号に基づいた電流がライトコイルに流される。この電流によりライトコイル中に磁場が発生し、発生した磁場は所定の磁極を通って記憶媒体表面に印加されて、記憶媒体にその磁場の向きに応じた向きの磁化が生成される。
電流がライトコイルを流れる際には、ライトコイルの電気抵抗によりジュール熱が発生する。発生した熱により記録素子の周辺が高温化すると、記録素子周囲の材料の熱膨張により、記録素子の周辺が記憶媒体表面に向かって突き出るようになる。このように記録素子の周辺が記憶媒体表面に向かって突き出すと、記憶媒体が磁気ヘッドと接触して記憶媒体が損傷する可能性が高まるため、従来から、記録素子の流出端側に、熱伝導性の高い放熱部材を取り付けることで記録素子外部に熱が逃げやすくする工夫が行われている。ここで、記録素子の流出端側に放熱部材を備えた従来の磁気ヘッドの一例について説明する。
図1は、記録素子1b’の流出端側に放熱部材107’を有する磁気ヘッド1’の構造を表した断面図である。
図1の磁気ヘッド1’は、浮上面を、図の矢印方向に回転する磁気ディスク5に向けて磁気ディスク5から微小な距離をおいて浮上しており、図1では、図の水平方向に広がる磁気ヘッド1’の上側の面(図中では水平方向に延びた線)が、磁気ヘッド1’が磁気ディスク5に近接するときに磁気ディスク5側を向く浮上面である。磁気ヘッド1’は、情報を表す磁化の配列を記録素子1b’を用いて磁気ディスク5に形成することで情報の記録を行い、また、磁気ディスク5に形成された磁化の方向を再生素子1aを用いて読み取ることで情報の再生を行う。また、磁気ヘッド1’は、磁気ヘッド1’の浮上面から磁気ディスク5までの距離を調整するためのヒータ103も備えている。図1の磁気ヘッド1’では、磁気ヘッド1’の浮上面に沿って、上述の、再生素子1a、ヒータ103、および記録素子1b’が、絶縁性のアルミナ105を介してこの順番でスライダ2の上に積層された構成が備えられている。
再生素子1aは、印加される磁界の向きに応じて電気抵抗の値が変化する磁気抵抗効果膜102を2つの磁気シールド101で挟んだ構成を備えており、この磁気抵抗効果膜102により、磁気ディスク5の磁化の向きが検出される。
記録素子1b’は、ライトコイルとしてダブルコイル109を備えており、このダブルコイル109は、巻き方向は互いに異なるが同じ1本の巻き線によって構成される、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの2つのコイル部を有している。図では、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bのそれぞれについて、図の上下方向に並んだ6つのコイル断面が表されている。ここで、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの周囲には絶縁性の樹脂108が充填されている。また、このダブルコイル109は、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの間に、2つのコイル部をつなぐ巻き線からなる接続コイル部109cを備えており、この接続コイル部109cで、第1コイル部109aにおける巻き線の巻き方向と、第2コイル部109bにおける巻き線の巻き方向との間の巻き方向の反転が行われる。
また、記録素子1b’は、主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、および接続部106cを備えており、これらは強磁性材料により構成されている。ここで、第1補助磁極106aの先端部には、図の水平方向に延びたトレーリングシールド106dが備えられている。記録素子1b’では、接続部106cは、第1コイル部109aに取り巻かれており、第1コイル部109aに電流が流れると、この電流により、主磁極104、接続部106c、および第1補助磁極106aを通る磁束が発生する。ここで、上述したように第1コイル部109aおよび第2コイル部109bは同じ1本の巻き線によって構成されるコイルであるため、第1コイル部109aに流れる電流は第2コイル部109bにも流れる。この第2コイル部109bに流れる電流により、主磁極104および第2補助磁極106bを通る別の磁束が発生する。上述したように第1コイル部109aと第2コイル部109bとでは巻き線の巻き方向が反対であるため、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bそれぞれを流れる電流により発生する磁界は、主磁極104では同じ方向を向いた磁界となっており、これらの磁界の和からなる磁界が主磁極104から磁気ディスク5に印加される。このとき磁気ディスク5に印加される磁界により、磁気ディスク5にこの磁界の向きと同じ向きの磁化が形成される。
記録素子1b’は、第1補助磁極106aの、主磁極104側とは反対側の面であって記録素子1b’の流出端側を向いた面に、放熱層107’を備えている。ダブルコイル109を流れる電流によりダブルコイル109に発生したジュール熱は、放熱層107’に伝わり、放熱層107’に沿って浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散していく。ここで、放熱層107’は、熱が発生するダブルコイル109から離れた箇所に配置されているが、単位時間に発生する熱量がそれほど多くなければ、ダブルコイル109の周囲に多量の熱が蓄積される前に、熱が放熱層107’までに伝わって放熱層107’から記録素子1b’外部に熱が効率良く放出されていくこととなり、放熱層107’が、ダブルコイル109から離れた、記録素子1b’の流出端側に配置されている方が都合がよい。
ところで、記録素子に発生する熱には、ライトコイルに流される電流によってライトコイルに発生するジュール熱の他に、この電流によって生じた磁界の磁路で発生する渦電流に起因するジュール熱が存在する。この渦電流は、磁界の時間変化によって誘起される電流であり、この磁界の磁路を取り巻く渦状の流路を持つ電流である。この渦電流は磁極表面で特に大きく、磁極を取り巻くようにして磁極表面を流れる。このとき、磁極表面ではこの渦電流に起因するジュール熱が発生する。
図2は、ライトコイルに流される電流の周波数を増加させていったときの、ライトコイルの電流によるジュール熱の変化と、渦電流によるジュール熱の変化とを表した図である。
図2では、横軸にライトコイルに流される電流の周波数(単位はGHz)をとり、縦軸に単位時間あたりの発熱量(単位はmW)をとったときの、ライトコイルの電流によるジュール熱のグラフと、渦電流によるジュール熱のグラフとが示されている。図2に示すように、周波数が小さいときには、渦電流によるジュール熱は、ライトコイルの電流によるジュール熱に比べて十分に小さくほとんど無視できる程度の発熱量である。ここで、渦電流によるジュール熱は、理論的にはライトコイルに流される電流の周波数の約2乗に比例して急速に増加していき、一方、ライトコイルの電流によるジュール熱は、渦電流によるジュール熱に比べてもっと緩やかに増加する。この結果、図2に示すように、ライトコイルに流される電流の周波数が大きくなるにつれ、ライトコイルの電流によるジュール熱と、渦電流によるジュール熱との差は縮小していき、ライトコイルに流される電流の周波数が約1.3GHzに達すると、この差は、ほぼゼロとなり、周波数が1.3GHzを超えると、渦電流によるジュール熱は、ライトコイルの電流によるジュール熱を上回るようになる。特に、周波数が1.5GHz以上では、周波数が増加するとともに渦電流によるジュール熱は急速に大きくなっていくのに対し、ライトコイルの電流によるジュール熱はそれほど大きくは増加せず、それほど大きな熱量は発生しない。
近年、情報記憶装置の分野では、情報の記憶にかかる時間の短縮化が強く求められている。この要請を受けて情報記憶装置の分野では、ライトコイルに流される電流の周波数を増加して記録素子が記憶媒体に印加する磁界を高速で時間変化させることで、磁化の形成速度の高速化が図られている。現在の情報記憶装置ではライトコイルに流される電流の周波数は数百MHz程度であるが、将来的には1.5GHz以上に達するものと考えられる。図2から推測されるように1.5GHz以上の周波数では、渦電流によるジュール熱の方が、ライトコイルの電流によるジュール熱に比べてかなり大きくなり、この渦電流によるジュール熱が記録素子周辺に蓄積されるのを回避することが新たな課題となる。
ところが、図1に示すように放熱層が記録素子の流出端側に配置されている方式では、ライトコイルの電流によるジュール熱のような小さい発熱量であれば充分に放熱層からその熱を記録素子の外部に逃がすことが可能であるが、渦電流によるジュール熱のように発熱量が大きいと、その熱が放熱層に伝わる前に記録素子の周辺が、意図せず記憶媒体表面に向かって突き出すおそれがある。ここで、記録素子付近に設けられたヒータを制御することにより意図的に記録素子の周辺を記憶媒体表面に向かって突き出させること(いわゆるDFH制御)は従来から知られているが、DFH制御による意図的な突き出しに、渦電流による意図しない突き出しが重畳すると、記録素子の周辺が記憶媒体表面に接触する可能性が高くなる。
ここで、一般に、渦電流によるジュール熱は、渦電流が発生する部材の抵抗率に反比例する。そこで、渦電流によるジュール熱を抑える措置としては、抵抗率の大きい材料で磁極を構成することが考えられる(例えば、特許文献1〜3参照)。例えば、図1の磁気ヘッド1’で、主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、および接続部106cを、抵抗率の大きい材料で構成することで、渦電流によるジュール熱を、ある程度小さくすることができる。また、一般に渦電流は、制御上望ましい磁極の磁化変化を抑制するように働くため、磁極の磁化が制御電流に追従できなくなって記録性能を低下させる性質がある。上記のように抵抗率の大きい材料で磁極を構成することで渦電流が小さくなり、こうした記録性能の低下を、ある程度回避できる。
特開2001−68336号公報 特開平11−175913号公報 米国特許7190552号公報
一般に、磁極の材料としては、飽和磁束密度が高い材料であることが望ましく、例えば、飽和磁束密度が高いニッケル(Ni)や鉄(Fe)の合金(Ni−Fe)がよく用いられる。磁極としての用途の観点から、飽和磁束密度が高いことを最優先して磁極の材料を決定する必要がある。このため、磁極の材料を変えることで渦電流によるジュール熱を抑える措置では、飽和磁束密度が高い材料の中から、抵抗率が比較的大きい材料を選択することが必要となり、選択肢の幅はかなり狭い。このため、この措置では、ライトコイルに流される電流の周波数が極めて高い高周波数領域では、渦電流によるジュール熱を充分に小さく抑えるほどの効果を上げるのは困難である。
上記事情に鑑み、本件開示の磁気ヘッドおよび情報記憶装置の課題は、渦電流による発熱で記録素子の周辺が突き出すことを抑制する新たな工夫を施すことにある。
上記目的を達成する第1の磁気ヘッドの基本形態は、
通電を受けるコイルと、
上記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
上記コイルの他方の面に沿って配置され、上記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
上記コイルと鎖交するとともに、上記主磁極と上記補助磁極とを接続する接続部と、
上記コイルと上記補助磁極との間に配置され、上記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えている。
一般に、補助磁極の、コイル側を向いた面には、コイル側を向いていない面と比べて大きな渦電流が発生し、発生する熱量も多い。上記の基本形態によれば、補助磁極とコイルとの間に放熱層が備えられており、補助磁極の、コイル側を向いた面で発生した熱は、放熱層によりその補助磁極からその補助磁極の外部に放出される。このため、上記の基本形態では、補助磁極について、コイル側とは反対側に放熱層が備えられている場合に比べて渦電流による熱が拡散しやすくなっており、熱で補助磁極周辺が記憶媒体に向かって突き出しにくい磁気ヘッドが実現している。
また、上記目的を達成する第2の磁気ヘッドの基本形態は、
通電を受ける、らせん状に巻かれた巻き線からなるコイルと、
上記コイルと鎖交し、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
上記コイルを構成する巻き線の一部を間において上記主磁極にそれぞれ対向する、上記主磁極と平行に配置された2つ以上の補助磁極と、
上記主磁極と上記補助磁極とを接続する接続部と、
上記コイルと上記主磁極との間に配置され、該主磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えている。
一般に、らせん状に巻かれた巻き線からなるコイル(いわゆるヘリカルコイル)では、コイルと鎖交する主磁極の表面に大きな渦電流が発生し、発生する熱量も多い。上記の第2の磁気ヘッドの基本形態によれば、コイルと主磁極との間に放熱層が備えられており、主磁極表面で発生した熱は、放熱層により主磁極から主磁極外部に放出される。このため、上記の基本形態では、補助磁極のコイル側とは反対側に放熱層が備えられている場合に比べて渦電流による熱が拡散しやすくなっており、熱で主磁極周辺が記憶媒体に向かって突き出しにくい磁気ヘッドが実現している。
また、上記目的を達成する情報記憶装置の基本形態は、
記憶媒体と、磁化によって表される情報を該記憶媒体に記録する磁気ヘッドとを備えた情報記憶装置において、
上記磁気ヘッドが、
通電を受けるコイルと、
上記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
上記コイルの他方の面に沿って配置され、上記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
上記コイルと鎖交するとともに、上記主磁極と上記補助磁極とを接続する接続部と、
上記コイルと上記補助磁極との間に配置され、上記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えている。
この情報記憶装置の基本形態は、上述した第1の磁気ヘッドの基本形態を備えており、このため、熱で磁極周辺が記憶媒体に向かって突き出しにくく、記憶媒体と磁気ヘッドとの接触により記憶媒体が損傷する可能性が低い情報記憶装置が実現する。
以上説明したように、磁気ヘッドおよび情報記憶装置の上記基本形態によれば、新たな工夫により、渦電流による発熱で記録素子の周辺が突き出すことが抑制される。
基本形態について上述した磁気ヘッドおよび情報記憶装置に対するいくつかの具体的な実施形態を、以下図面を参照して説明する。
まず、第1実施形態について説明する。
図3は、第1実施形態の情報記憶装置であるハードディスク装置(HDD)10を表した図である。
図3に示すHDD10には、可動式のコイルであるボイスコイル(不図示)と、ボイスコイルに一定の磁場を印加する永久磁石(不図示)とを内蔵したボイスコイルモータ4が設けられている。このボイスコイルモータ4では、ボイスコイルに電流が流されることでボイスコイルが移動することができ、このボイスコイルの移動により、軸40を中心とする回転駆動力が発生する。このボイスコイルモータ4の回転駆動力を受けて、アーム3は、軸40の周りを回動する。アーム3の先端には、ジンバルと呼ばれる支持具でスライダ2が取り付けられており、さらに、このスライダ2の先端部には、ヘッド1が取り付けられている。このヘッド1とスライダ2とを合わせてなるヘッドスライダが、第1実施形態の磁気ヘッドである。
ヘッド1は、磁気ディスク5からの情報の読み取りや磁気ディスク5への情報の書き込みを行う役割を担っている。情報の読み取りや書き込みの際には、アーム3がボイスコイルモータ4により軸40を中心として回転駆動され、この回転駆動により、ヘッド1が、磁気ディスクの半径方向に移動し、磁気ディスクの半径方向について、情報の読み取りや書き込みを行うための目標のヘッド位置(所望のヘッド位置)に位置決めされる。ここで、所望の位置に位置決めされたヘッド1は、円盤状の磁気ディスク5の表面から微小な高さだけ浮上した位置に維持される。図3では、ヘッド1の位置を原点とし、磁気ディスク103の中心向き方向をy軸とし、図3に垂直な法線方向をz軸として定義されたxyz直交座標系の中で、ヘッド1が表されている。
円盤状の磁気ディスク5の表面には、ディスク中心を周回する帯状のトラックが半径方向に複数並んだ構成が設けられており、図3ではこれら複数のトラックのうちの1つのトラック50が図示されている。円盤状の磁気ディスク5の表面には、図3に示すように、磁気ディスク5の回転中心側と磁気ディスク5の円周側との間に延びるサーボ領域52が、複数本設けられている。このサーボ領域52は、ヘッド1の位置決め用の情報を記憶する領域であって、半径方向の位置や円周方向の位置を表した位置情報(アドレス情報)が記録されている。また、複数本のサーボ領域52の形状は、図3に示すように、いずれも、緩やかな弧を描いて湾曲した形状となっており、この湾曲した形状は、ボイスコイルモータ4の回転駆動によりヘッド1が磁気ディスク5上で移動する際のヘッド1の位置の軌跡に合わせたものである。また、トラック50における、2つのサーボ領域52の間の領域は、データセクタと呼ばれる領域であり、データセクタ51は、ユーザによって取り扱われる情報(以下、単に「データ」と呼ぶ)の書き込みおよび読み出し用のデータ領域である。ここで、上記のサーボ領域52やデータセクタ51には、図3のz軸の正方向あるいは負方向を向いた磁化が並んでおり、このような2つの向きにより「0」および「1」の2値が表現されて1ビットの情報が表される。
ヘッド1は、磁気ディスク5への情報の書き込みを行う記録素子(図3では不図示)と、磁気ディスク5からの情報の読み取りを行う再生素子(図3では不図示)の2つの素子を有している。再生素子は、印加される磁界の向きに応じて電気抵抗の値が変化する磁気抵抗効果膜を備えており、データや位置情報の再生時には、再生素子は、この磁気抵抗効果膜を流れる電流の値が、磁化により発生する磁界の向きに応じて変化することを検出することで、磁化の向きで表された情報を取り出す。この電流の変化を表す信号が、取り出された情報を表す再生信号であり、その再生信号はヘッドアンプ8に出力される。また、記録素子は、電磁石として機能するコイルおよび磁極とを備えており、データの記録の際には、磁気ディスク5に近接したヘッド1中の記録素子に、データをビット値で表した電気的な記録信号がヘッドアンプ8を介して入力され、記録素子は、その記録信号のビット値に応じた向きの電流をコイルに流す。この電流によりコイル中に発生した磁界が磁極を通って、磁気ディスク5上の磁化に印加されてこの記録信号のビット値に応じた向きに磁化の方向が揃えられる。これにより、記録信号に担持されたデータが磁化方向の形式で記録されることとなる。
磁気ディスク5は、スピンドルモータ9の回転駆動力を受けて図3の面内で回転し、ヘッド1は、磁気ディスク5の回転により、円周方向に並んだサーボ領域52に順次近接して、位置情報の読み取りを実行する。そして、この読取結果に基づいて、ヘッド1が、ボイスコイルモータ4の回転駆動により、磁気ディスク5の半径方向についての所望のデータセクタ51の位置に位置決めされる。ヘッド1の位置決め後、磁気ディスク5の回転により所望のデータセクタ51に近接したときにデータの再生/記録が実行される。
上述した、ボイスコイルモータ4、アーム3、スライダ2、ヘッド1、およびヘッドアンプ8など、情報の記憶再生に直接的に携わる各部は、磁気ディスク5とともに、ベース6に収容されており、図3では、ベース6の内側の様子が表されている。ベース6の裏側には、ボイスコイルモータ4の駆動やヘッド1によるアクセスを制御する制御回路を有する制御基板7が設けられており、図3では、制御基板7は点線で示されている。なお、HDD10では、ベース6の表側の各部と、ベース6の裏側の制御基板7との全体は、図3では不図示の筺体に収容されている。上記の各部は、不図示の機構でこの制御基板7と電気的に導通しており、ヘッド1に入力される上述の記録信号や、ヘッド1で生成された上述の再生信号は、ヘッドアンプ8を介してこの制御基板7において処理される。
次に、この制御基板7について説明する。
図4は、制御基板7の構成を表した図である。
制御基板7には、ボイスコイルモータ(VCM)ドライバ4aを介したボイスコイルモータ(VCM)4の制御を行うMPU(Micro Processing Unit)70や、図3の磁気ディスク5へのヘッド1によるデータの記録/再生(アクセス)を制御するディスクコントローラ72が設けられている。また、この制御基板7には、再生信号や記録信号の信号処理を実行するR/Wチャネル71も設けられている。
データの記録が行われる際には、このHDD10に接続されたコンピュータなどの外部機器から、ディスクコントローラ72を介してR/Wチャネル71に記録信号が入力され、R/Wチャネル71でアナログ/デジタル変換などの各種の信号処理が行われる。信号処理が行われた記録信号は、ヘッドアンプ8で増幅された後、ヘッド1内の記録素子1bに入力され、上述したように、磁気ディスク5へのデータの記録が実行される。
データの再生および位置情報の再生が行われる際には、上述したように、ヘッド1の再生素子1aで再生信号が生成され、その再生信号は、ヘッドアンプ8で増幅された後、R/Wチャネル71に入力されて各種の信号処理が施される。
ここで、データの再生信号は、R/Wチャネル71での信号処理後にディスクコントローラ72に送られ、さらにディスクコントローラ72から、このHDD10に接続された外部機器(コンピュータなど)に送られる。
一方、位置情報の再生信号は、R/Wチャネル71での信号処理後にMPU70に入力される。MPU70は、ディスクコントローラ72からヘッド1の位置決め制御実行の指示を受けて、入力された位置情報の再生信号に基づきボイスコイルモータ(VCM)ドライバ4aを介したボイスコイルモータ(VCM)4の制御を行うことで、ヘッド1の位置決め制御を実行する。
以下、ヘッド1についてさらに詳しく説明する。
図5は、図3および図4に示すヘッド1を示す図である。
図5には、ヘッド1が、上述したスライダ2や磁気ディスク5とともに示されている。図の矢印方向への磁気ディスク5の回転に伴い、スライダ2は、空気流入側から空気流出側に流れる空気流を浮上面に受けて磁気ディスク5上(図5では下向きの方向)に浮上する。ヘッド1は、スライダ2の先端に固定されており、このスライダ2の浮上で、ヘッド1は、ヘッド1の浮上面が磁気ディスク5から微小な高さをおいて浮上した状態に維持される。ここで、ヘッド1が磁気ディスク5から微小な高さをおいて浮上した状態では、ヘッド1が有する再生素子1aと記録素子1bとは、磁気ディスク5に近接した場所に位置することとなる。
図6は、図5に示すヘッド1の構成を表した断面図である。
図6には、図5に沿った平面内でヘッド1の断面の様子が拡大されて図示されており、図6では、図の水平方向に広がるヘッド1の上側の面(図中では水平方向に延びた線)が、ヘッド1が磁気ディスク5(図6では不図示)に近接するときに磁気ディスク5側を向く浮上面である。
上述したようにヘッド1は再生素子1aおよび記録素子1bを備えており、これらに加え、ヘッド1の浮上面から記憶媒体までの距離を調整するためのヒータ103も備えている。ヘッド1では、ヘッド1の浮上面に沿って、再生素子1a、ヒータ103、および記録素子1bが、絶縁性のアルミナ105を介してこの順番でスライダ2の上に積層された構成が備えられている。
再生素子1aは、印加される磁界の向きに応じて電気抵抗の値が変化する磁気抵抗効果膜102を2つの磁気シールド101で挟んだ構成を備えており、この磁気抵抗効果膜102により、記憶媒体の磁化の向きが検出される。
記録素子1bは、ライトコイルとしてダブルコイル109を備えており、このダブルコイル109は、巻き方向は互いに異なるが同じ1本の巻き線によって構成される、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの2つのコイル部を有している。図では、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bのそれぞれについて、図の上下方向に並んだ6つのコイル断面が表されている。ここで、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの周囲には絶縁性の樹脂108が充填されている。また、このダブルコイル109は、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bの間に、2つのコイル部をつなぐ巻き線からなる接続コイル部109cを備えており、この接続コイル部109cで、第1コイル部109aにおける巻き線の巻き方向と、第2コイル部109bにおける巻き線の巻き方向との間の巻き方向の反転が行われる。
また、記録素子1bは、主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、および接続部106cを備えている。主磁極104、第1補助磁極106a、および第2補助磁極106bの各磁極は、磁気ディスク5(図6では不図示)に向かってヘッド1内部から浮上面まで延びており、これらの磁極は浮上面に沿って並んでいる。主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、および接続部106cを合わせたものが、いわゆるヨークである。また、第1補助磁極106aの先端部には、図の水平方向に延びたトレーリングシールド106dが備えられている。以上の、主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、接続部106c、およびトレーリングシールド106dの材料には、飽和磁束密度が高いことで知られる、ニッケル(Ni)と鉄(Fe)の合金(Ni−Fe)であるパーマロイが用いられている。図6では、記録素子1bは、主磁極104、第1補助磁極106a、第2補助磁極106b、接続部106c、およびトレーリングシールド106dの断面だけが図示されているが、それぞれの全体的な形状については従来のダブルコイルと同様である。例えば、図6に垂直な方向については、主磁極104は、浮上面に近づくに従って図6に対して垂直な方向の幅が先細りとなっていく形状を有しており、第1補助磁極106aおよび第2補助磁極106bは、主磁極104に比べて図6に垂直な方向の幅が長く、これら第1補助磁極106aおよび第2補助磁極106bの形状は全体的には板状となっている。図6では、その板状の、板の厚みに相当する部分が図示されている。ここで、図6の記録素子1bでは、主磁極104と第1補助磁極106aとは接続部106cによって接続されており、一方、第2補助磁極106bは、主磁極104や接続部106cから分離されている。
図6に示すように主磁極104と第1補助磁極106aとの間には、第1コイル部109aを構成する巻き線が存在しており、第1コイル部109aは、接続部106cを取り巻いている。第1コイル部109aに電流が流れると、この電流により、主磁極104、接続部106c、および第1補助磁極106aを通る磁束が発生する。
また、図6に示すように主磁極104と第2補助磁極106bとの間には、第2コイル部109bを構成する巻き線が存在している。ここで、上述したように第1コイル部109aおよび第2コイル部109bは同じ1本の巻き線によって構成されるコイルであるため、第1コイル部109aに流れる電流は第2コイル部109bにも流れる。この第2コイル部109bに流れる電流により、主磁極104および第2補助磁極106bを通る別の磁束が発生する。上述したように第1コイル部109aと第2コイル部109bとでは巻き線の巻き方向が反対であるため、第1コイル部109aおよび第2コイル部109bそれぞれを流れる電流により発生する磁界は、主磁極104では同じ方向を向いた磁界となっており、これらの磁界の和からなる磁界が主磁極104から記憶媒体に印加される。このとき記憶媒体に印加される磁界により、記憶媒体にこの磁界の向きと同じ向きの磁化が形成される。
近年、HDDの分野では、情報の記憶にかかる時間の短縮化が強く求められている。この要請を受けてHDDの分野では、ライトコイルに流される電流の周波数を増加して記録素子が記憶媒体に印加する磁界を高速で時間変化させることで、磁化の形成速度の高速化が図られている。このような高周波数の電流がライトコイルに流された場合には、ライトコイルで発生する磁界の高速な時間変化に起因して磁極表面に大きな渦電流が発生し、発生した渦電流のジュール熱で記録素子周辺が加熱される。記録素子の周辺が高温化すると、記録素子周囲の材料の熱膨張により、記録素子の周辺が、意図せず記憶媒体表面に向かって突き出るようになる。ここで、記録素子付近に設けられたヒータを制御することにより意図的に記録素子の周辺を記憶媒体表面に向かって突き出させること(いわゆるDFH制御)は従来から知られているが、DFH制御による意図的な突き出しに、渦電流による意図しない突き出しが重畳すると、記録素子の周辺が記憶媒体表面に接触して記憶媒体が損傷する可能性が高まる。
図1に示す方式のように放熱層が記録素子の流出端側に配置されている方式は、発熱量が小さい場合には、記録素子周辺の加熱が進む前に熱が放熱層に伝わって放熱層から放出されていくので有効な措置となるが、発熱量が大きい場合には、熱が放熱層に伝わって放熱層から放出されていくよりも前に記録素子周辺の加熱が進んでしまうために有効な措置とはならない。
図2の説明で上述したように、ライトコイルに流される電流の周波数が1.5GHz以上になると、渦電流は、その影響が無視できない程度にまで大きくなる。本実施形態のHDD10は、この渦電流の影響が除去されるよう工夫された実験機であって、この工夫の効果が明確に確認できるように、ダブルコイル109に流される電流の周波数として1.5GHz以上の周波数が採用されている。このHDD10では、このような高周波数の電流に起因する渦電流のジュール熱を放熱するために、ヘッド1の記録素子1bは、第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面、すなわち記録素子1bの流入端側を向いた面に、主磁極104や第1補助磁極106aの材料であるパーマロイよりも熱伝導率の大きい材料で構成された放熱層107を備えている。より具体的には、パーマロイの熱伝導率は24W/mK程度なので放熱層107は、24W/mKよりも大きい熱伝導率の材料で構成されている。なお、図6では、放熱層107は、接続部106cにより図の上下の2つに分断されているように図示されているが、これは、図6が断面図であることによるものである。実際には、放熱層107は、接続部106cを取り囲むように、図6の垂直方向にも広がって配置されて、第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面を覆っている。
第1補助磁極106aでは、記録素子1bの流出端側を向いた面よりは流入端側を向いた面の方が第1コイル部109aに近いために、より大きな磁界が発生してより大きな渦電流が流れることとなるが、図6に示すように記録素子1bの流入端側を向いた面に放熱層107を備えることで、大きな渦電流が発生しても、その渦電流によって発生するジュール熱は、放熱層107を伝わって、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散しやすくなっている。この結果、このHDD10では、ヒータ103を用いたDFH制御による意図的なヘッド1の熱膨張に、渦電流による熱によるヘッド1の熱膨張が重畳しても、ヘッド1が磁気ディスク5と接触することが抑制されることとなる。
ここで、図6のヘッド1では、主磁極104、第1補助磁極106a、および第2補助磁極106aのうち、第1補助磁極106aで最も大きな渦電流が発生する。以下ではこのことについて説明する。
図7は、渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。
図7では、図6の記録素子1b全体で渦電流に起因して発生する合計のジュール熱のうち、主磁極104の、第1補助磁極106a、および第2補助磁極106bの各磁極で発生するジュール熱の割合が示されている。図7に示すように、図6のヘッド1では、主磁極104の、第1補助磁極106a、および第2補助磁極106bの3つの磁極のうち、第1補助磁極106aで最も大きな渦電流が発生している。これは、図6のヘッド1では、第1コイル部109aに取り囲まれている接続部106c付近に大きな渦電流が発生しやすく、この影響で、接続部106cと接続面積が最も大きい第1補助磁極106aにも大きな渦電流が発生するためである。
図6では、特に大きな渦電流が発生する大渦電流発生箇所111が、濃い太線で表されている。ヘッド1では、この大渦電流発生箇所111のうち、第1補助磁極106aの流入端側を向いた面に存在する大渦電流発生箇所111については、この箇所に放熱層107が配置されていることでこの箇所で発生した渦電流に起因する熱は、放熱層107を伝わって、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散していく。接続部106cの表面にも、大渦電流発生箇所111が存在しており、この箇所には、放熱層107が設けられていないが、接続部106cの幅(図の水平方向の接続部106cの長さ)は充分に短く、この箇所で発生した熱は、この箇所に近い放熱層107を伝わって拡散することとなり、問題になるほど熱が蓄積されてしまうことは回避されている。
ここで、放熱層107は、スライダ2の材料よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されており、この放熱層107の材料には、炭化ケイ素、タングステン、窒化アルミニウム、およびモリブデンのうちの少なくとも1つが含まれている。
仮に、放熱層107の材料がスライダ2の材料よりも熱膨張係数が大きいと、熱の供給を受けて放熱層107の付近が、スライダ2の浮上面と比べて、大きく記録媒体側に向かって突出するようになる。そこで、放熱層107の材料として、スライダ2の材料よりも熱膨張係数が小さい材料が採用されることで、放熱層107の付近の大きな突出は抑えられる。特に、炭化ケイ素、タングステン、窒化アルミニウム、およびモリブデンは、熱熱膨張係数が小さい材料であり、少なくともこれらのいずれかを含む材料が採用されることで、こうした突出の回避が簡単に実現される。
次に、放熱層107によりヘッド1の突き出し量が低減されることについて、具体的なシュミレーションの結果を用いて説明する。
このシュミレーションでは、1μmの放熱層107を採用したヘッド1において、第1補助磁極106の表面で渦電流に起因するジュール熱が1mW発生したと仮定したときに、スライダ2やヘッド1の材料の、電磁気学的特性、熱伝導特性、および、熱膨張特性を反映した方程式を有限要素法を用いて解くことで、スライダ2やヘッド1の突き出し量や、浮上面近くの記録素子1bの温度上昇について算出が行われた。
図8は、シュミレーションの結果を表した図である。
図8では、横軸に、図6の浮上面に沿った方向について図6のスライダ2とヘッド1との境界を基準位置とし図6の右方向(ヘッド1側の方向)を正の方向としたときの位置(単位はμm)が採用されており、縦軸に突き出し量(単位はnm)が採用されている。すなわち横軸の座標が0μmとなる位置が図6のスライダ2とヘッド1との境界の位置である。
図8では、このような座標の取り方の下で、情報の記録時における、浮上面に沿った図6のスライダ2やヘッド1の突き出し量の変化が実線のグラフで表されている。ここで、横軸の座標が10μmの付近に図6の記録素子1bが備えられており、図8に示すように、この付近で突き出し量が大きく、突き出し量の最大値は、0.33nmであった。また、浮上面近くの記録素子1bの温度は、情報の記録が行われていない時に比べて1.25℃上昇していた。
ここで、このシュミレーションでは、比較のために、放熱層107’が、第1補助磁極106aの、第1コイル部109a側とは反対側の面に存在する図1の従来のヘッド1’についても、突き出し量や、浮上面近くの記録素子1bの温度上昇の程度について算出が行われた。この従来のヘッド1’は、放熱層が備えられている位置が異なる点を除けば図6のヘッド1と同じ構成のヘッドである。図8では、この従来のヘッド1’についての突き出し量が点線で示されており、この突き出し量の最大値は0.39nmであった。また、この従来のヘッド1’では、浮上面近くの記録素子1bの温度は、情報の記録が行われていない時に比べて1.65℃上昇していた。
図6のヘッド1についてのシュミレーションの結果と、図1の従来のヘッド1’についてのシュミレーションの結果とを比較すると、最大の突き出し量に関しては、図6のヘッド1の最大の突き出し量である0.33nmは、図1の従来のヘッド1’の最大の突き出し量である0.39nmに比べて0.06nm小さい結果となっている。また、温度上昇に関しては、図6のヘッド1では1.25℃の温度上昇であって、図1の従来のヘッド1’の1.65℃に比べて0.4℃低い結果となっている。従って、従来のヘッド1’の結果を基準にすると図6のヘッド1では、最大の突き出し量に関しては、0.06nm/0.39nm=15.4%の低減効果が得られたこととなり、温度上昇に関しては、0.4℃/1.65℃=24.2%の低減効果が確かめられたこととなる。
以上より、放熱層が、図6のヘッド1のように、放熱層107が、第1補助磁極106aの、第1コイル部109a側の面に存在することで、第1補助磁極106aで発生した熱が、効率良く拡散されることが結論される。
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第2実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第2実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と異なる点は、ヘッド内の記録素子の構成にあり、この点を除けば、第2実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と同じ構成を備えている。そこで、以下では、相違点である記録素子の構成に焦点を絞って説明を行う。
図9は、第2実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1002の構成を表した断面図である。
図9では、図6のヘッド1およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図9では、図の水平方向に広がるヘッド1002の上側の面(図中では水平方向に延びた線)が、ヘッド1002が磁気ディスク(図9では不図示)に近接するときに磁気ディスク側を向く浮上面である。
図9のヘッド1002が有する記録素子2bは、ライトコイルとしてヘリカルコイル209を備えており、このヘリカルコイル209は、後述するように、らせん状に巻かれた巻き線によって構成されるコイルである。
また、図9の記録素子2bは、主磁極204、第1補助磁極206a、第2補助磁極206b、および接続部206cを備えている。主磁極204、第1補助磁極206a、および第2補助磁極206bの各磁極は、磁気ディスク(図6では不図示)に向かってヘッド1002内部から浮上面まで延びており、これらの磁極は浮上面に沿って並んでいる。主磁極204、第1補助磁極206a、第2補助磁極206b、および接続部206cを合わせたものが、いわゆるヨークである。また、第1補助磁極206aの先端部には、図の水平方向に延びたトレーリングシールド206dが備えられている。以上の、主磁極204、第1補助磁極206a、第2補助磁極206b、接続部206c、およびトレーリングシールド206dの材料には、飽和磁束密度が高いことで知られる、ニッケル(Ni)と鉄(Fe)の合金(Ni−Fe)であるパーマロイが用いられている。図9では、記録素子2bは、主磁極204、第1補助磁極206a、第2補助磁極206b、接続部206c、およびトレーリングシールド206dの断面だけが図示されているが、それぞれの全体的な形状については従来のヘリカルコイル(例えば、特開2006−244692のヘリカルコイル)と同様である。例えば、図9に垂直な方向については、主磁極204は、浮上面に近づくに従って図9に対して垂直な方向の幅が先細りとなっていく形状を有しており第1補助磁極206aおよび第2補助磁極206bは、主磁極204に比べて図9に垂直な方向の幅が長く、これら第1補助磁極206aおよび第2補助磁極206bの形状は全体的には板状となっている。図9では、その板状の、板の厚みに相当する部分が図示されている。ここで、図9の記録素子2bでは、主磁極204は、接続部206cによって、第1補助磁極206aおよび第2補助磁極206bの両方に接続されている。
主磁極204には、ヘリカルコイル209が鎖交している。図9では、このヘリカルコイル209について、上下方向に3つずつ並んだ2列のコイル断面が示されており、ヘリカルコイル209を構成する巻き線は、右側の列の上から1番目のコイル断面 → 左側の列の上から1番目のコイル断面 → 右側の列の上から2番目のコイル断面 → 左側の列の上から2番目のコイル断面 → 右側の列の上から3番目のコイル断面 → 左側の列の上から3番目のコイル断面、の順番で、らせん状に主磁極204を取り巻いている。このように巻き線が主磁極204を取り巻くことで、図9の記録素子2bでは、主磁極204と第1補助磁極206aとの間、および、主磁極204と第2補助磁極206bとの間には、ヘリカルコイル209を構成する巻き線が存在する構成が実現している。
ここで、ヘリカルコイル209に電流が流れると、この電流により、主磁極204を貫く磁束が発生する。このとき、主磁極204の、図の上側を向いた先端部から記憶媒体に印加される磁界により、記憶媒体にこの磁界の向きと同じ向きの磁化が形成される。ここで、主磁極204を貫く磁束のうちの1部は、接続部206cの、主磁極204との接続箇所よりも図の右側にある部分、および第1補助磁極206aを通って再び主磁極204に戻って周回する。また、主磁極204を貫く磁束の別の1部は、接続部206cの、主磁極204との接続箇所よりも図の左側にある部分、および第2補助磁極206bを通って周回する。
第1実施形態と同様に、この第2実施形態においても、記録素子2bに流される電流として1.5GHz以上の高周波数の電流が用いられている。このHDDでは、このような高周波数の電流に起因する渦電流のジュール熱を放熱するために、ヘッド1002の記録素子2bは、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面に放熱層207を備えている。この放熱層207は、主磁極204や第1補助磁極206aや第2補助磁極206bの材料であるパーマロイよりも熱伝導率の大きい材料で構成されている。一般に、パーマロイの熱伝導率は24W/mK程度であり、従って、放熱層207は、24W/mKよりも大きい熱伝導率の材料で構成されていることになる。なお、図6では、放熱層207は、接続部106cにより図の上下の2つに分断されているように図示されているが、これは、図6が断面図であることによるものである。実際には、放熱層207は、接続部106cを取り囲むように、図6の垂直方向にも広がって配置されており、その一部が、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面を覆っている。
仮に、放熱層が、主磁極204表面ではなく、第1補助磁極206aや第2補助磁極206bの流出端側の面(ヘリカルコイル209の巻き線に対向する面とは反対側の面)に存在していたとすると、主磁極204表面の渦電流に起因して発生したジュール熱がその放熱層に伝達して拡散する前にその熱で主磁極204周辺が熱膨張する可能性があり、ヘッドと磁気ディスクとが接触することが危惧される事態となる。
図9に示すヘッド1002では、主磁極204の表面のうち、少なくとも1つの面、例えば第2補助磁極206b側を向いた面に放熱層207を備えることで、主磁極204表面で大きな渦電流が発生してもその渦電流によって発生するジュール熱は、放熱層207を伝わって、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散しやすくなっている。この結果、図9に示すヘッド1002では、渦電流による熱によるヘッド1002の熱膨張でヘッド1002が磁気ディスク5と接触することが抑制される。
ここで、図9のヘッド1002では、主磁極204、第1補助磁極206a、および第2補助磁極206bのうち、主磁極204で大きな渦電流が発生する。以下ではこのことについて説明する。
図10は、渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。
図10では、図9の記録素子2b全体で渦電流に起因して発生する合計のジュール熱のうち、主磁極204、第1補助磁極206a、および第2補助磁極206bの各磁極で発生するジュール熱の割合が示されている。図10に示すように、図9のヘッド1002では、主磁極204、第1補助磁極206a、および第2補助磁極206bの3つの磁極のうち、主磁極204で最も大きな渦電流が発生している。これは、図9のヘッド1002では、ヘリカルコイル209に取り囲まれている主磁極204付近に大きな磁束が発生するのでそれに伴って発生する渦電流も大きいためである。
図9では、特に大きな渦電流が発生する大渦電流発生箇所211が、濃い太線で表されており、この大渦電流発生箇所211は、主磁極204の表面に存在している。この主磁極204の表面のうち、少なくとも1つの面、例えば第2補助磁極206b側を向いた面に放熱層207を備えることで、渦電流によって発生するジュール熱は放熱層207を伝わって、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散する。なお、主磁極204の表面のうちの第2補助磁極206b側を向いた面だけでなく、第1補助磁極206a側を向いた面にも渦電流に起因するジュール熱が発生するが、第1補助磁極206a側を向いた面の近くに放熱層207が存在しているため、この第1補助磁極206a側を向いた面に発生したジュール熱は、放熱層207に伝導して浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散することとなる。
ここで、放熱層207は、スライダ2の材料よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されており、この放熱層207の材料には、炭化ケイ素、タングステン、窒化アルミニウム、およびモリブデンのうちの少なくとも1つが含まれている。
このため第2実施形態でも第1実施形態と同様に、放熱層207の材料としてスライダ2の材料よりも熱膨張係数が大きい材料が採用されることで、放熱層207の付近の大きな突出は抑えられる。特に、炭化ケイ素、タングステン、窒化アルミニウム、およびモリブデンのうちの少なくともいずれかを含む材料が採用されることで、こうした突出の回避が簡単に実現される。
次に、放熱層207によりヘッド1002の突き出し量が低減されることについて、具体的なシュミレーションの結果を用いて説明する。
このシュミレーションでは、1μmの放熱層207を採用したヘッド1002において、主磁極204表面で渦電流に起因するジュール熱が1mW発生したと仮定したときに、スライダ2やヘッド1002の材料の、電磁気学的特性、熱伝導特性、および、熱膨張特性を反映した方程式を有限要素法を用いて解くことで、スライダ2やヘッド1002の突き出し量や、浮上面近くの記録素子2bの温度上昇について算出が行われた。
図11は、シュミレーションの結果を表した図である。
図11では、横軸に、図9の浮上面に沿った方向について図9のスライダ2とヘッド1002との境界を基準位置とし図9の右方向(ヘッド1002側の方向)を正の方向としたときの位置(単位はμm)が採用されており、縦軸に突き出し量(単位はnm)が採用されている。すなわち横軸の座標が0μmとなる位置が図9のスライダ2とヘッド1002との境界の位置である。
図11では、このような座標の取り方の下で、情報の記録時における、浮上面に沿った図9のスライダ2やヘッド1002の突き出し量の変化が実線のグラフで表されている。ここで、横軸の座標が9μmの付近に図9の記録素子2bが備えられており、図11に示すように、この付近で突き出し量が大きく、突き出し量の最大値は0.26nmであった。また、浮上面近くの記録素子2bの温度は、情報の記録が行われていない時に比べて1.23℃上昇していた。
ここで、このシュミレーションでは、比較のために、放熱層が、第1補助磁極206aの流出端側の面(ヘリカルコイル209の巻き線に対向する面とは反対側の面)に存在する、従来のヘリカルコイル方式のヘッドについても、突き出し量や、浮上面近くの記録素子2bの温度上昇の程度について算出が行われた。この従来のヘリカルコイル方式のヘッドは、放熱層が備えられている位置が異なる点を除けば図9のヘッド1002と同じ構成のヘッドである。図11では、この従来のヘリカルコイル方式のヘッドについての突き出し量が点線で示されており、この突き出し量の最大値は、0.34nmであった。また、この従来のヘリカルコイル方式のヘッドでは、浮上面近くの記録素子の温度は、情報の記録が行われていない時に比べて2.03℃上昇していた。
図9のヘッド1002についてのシュミレーションの結果と、従来のヘリカルコイル方式のヘッドについてのシュミレーションの結果とを比較すると、最大の突き出し量に関しては、図9のヘッド1002の最大の突き出し量である0.26nmは、従来のヘリカルコイル方式のヘッドの最大の突き出し量である0.34nmに比べて0.08nm小さい結果となっている。また、温度上昇に関しては、図9のヘッド1002では1.23℃の温度上昇であって、従来のヘリカルコイル方式のヘッドの2.03℃に比べて0.8℃低い結果となっている。従って、従来のヘリカルコイル方式のヘッドの結果を基準にすると図9のヘッド1002では、最大の突き出し量に関しては、0.08nm/0.34nm=23.5%の低減効果が得られたこととなり、温度上昇に関しては、0.8℃/2.03℃=39.4%の低減効果が確かめられたこととなる。
以上より、放熱層が、図9のヘッド1002のように、放熱層207が、主磁極204の表面に存在することで、第1補助磁極206aで発生した熱が、効率良く拡散されることが結論される。
次に、第3実施形態について説明する。
第3実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第3実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第3実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と異なる点は、ヘッド内の記録素子の構成にあり、この点を除けば、第3実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と同じ構成を備えている。そこで、以下では、相違点である記録素子の構成に焦点を絞って説明を行う。
図12は、第3実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1001の構成を表した断面図である。
図12では、図6のヘッド1およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図12のヘッド1001における記録素子10bが、図6のヘッド1における記録素子1bと異なる点は、図12の記録素子10bでは、第2補助磁極103が、接続部1060cにより主磁極104や第1補助磁極106aと接続されている点であり、この点を除けば、図12の記録素子10bは、図6の記録素子1bと同じ構成を備えている。従って、図12の記録素子10bも、第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面、すなわち記録素子1bの流入端側を向いた面に放熱層107を備えている。上述したように、この放熱層107は、主磁極104や第1補助磁極106aの材料であるパーマロイよりも熱伝導率の大きい材料で構成されている。
図13は、図12の記録素子10bの渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。
図13では、図12の記録素子10b全体で渦電流に起因して発生する合計のジュール熱のうち、主磁極104の、第1補助磁極106a、および第2補助磁極106bの各磁極で発生するジュール熱の割合が示されている。図13に示すように、各磁極で発生するジュール熱は互いに接近しているが、第1補助磁極106aでは、主磁極104や第2補助磁極106bよりも若干大きなジュール熱が発生している。図7と異なり、図13では第1補助磁極106aで発生するジュール熱と第2補助磁極106bで発生するジュール熱とが互いに接近した値となっているのは、図12の記録素子10bでは、第2補助磁極103が、第1補助磁極106aと同様に接続部1060cにより主磁極104に接続されているためである。ただし、第1補助磁極106aでは先端にトレーリングシールド206dが存在するために、第1補助磁極106aを通過する磁束の方が第2補助磁極103を通過する磁束よりも若干大きく、このため、図9に示すように、第1補助磁極106aでは、第2補助磁極106bよりも若干大きなジュール熱が発生する。
図12のヘッド1001でも、このように最も大きなジュール熱が発生する第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面に放熱層107を備えていることで、この面の渦電流によって発生するジュール熱は、放熱層107を伝わって、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散しやすくなっている。この結果、図12のヘッド1001でも、渦電流に起因するヘッドの熱膨張でヘッドが磁気ディスクと接触することは抑制されている。
次に、第4実施形態について説明する。
第4実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第4実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第4実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と異なる点は、
第4実施形態におけるヘッドが図6のヘッド1よりも多くの放熱層を備えている点にあり、この点を除けば、第4実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第1実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図6のヘッド1およびスライダ2を合わせたもの)および図3のHDD10と同じ構成を備えている。そこで、以下では、この相違点に焦点を絞って説明を行う。
図14は、第4実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1003の構成を表した断面図である。
図14では、図6のヘッド1およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図14のヘッド1003が図6のヘッド1と異なる点は、図14のヘッド1003では、第1補助磁極106aの、第1コイル部109a側を向いた面と反対側にも放熱層が備えられている点である。すなわち、図14のヘッド1003では、記録素子3bが、第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面に備えられている放熱層107に加えて、その面と反対側の面に、第2の放熱層107’を備えている。ここで、この第2の放熱層107’は、第1補助磁極106aの、第1コイル部109aや主磁極104の側を向いた面に備えられている放熱層107と同じ材料で構成されている。
図14のヘッド1003では、このように2つの放熱層を備えることで、第1補助磁極106a表面の渦電流に起因するジュール熱を、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散する効果が高められている。
次に、第5実施形態について説明する。
第5実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第5実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第5実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第2実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図9のヘッド1002およびスライダ2を合わせたもの)および第2実施形態のHDD(第2実施形態のヘッドスライダを採用し、ヘッドスライダ以外の点については第1実施形態のHDD10と同じ構成のHDD)と異なる点は、第5実施形態におけるヘッドが図9のヘッド1002よりも多くの放熱層を備えている点にあり、この点を除けば、第5実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第2実施形態のヘッドスライダおよびHDDと同じ構成を備えている。そこで、以下では、この相違点に焦点を絞って説明を行う。
図15は、第5実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1004の構成を表した断面図である。
図15では、図9のヘッド1002およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図15のヘッド1004が図9のヘッド1002と異なる点は、図15のヘッド1004では、主磁極204の、第1補助磁極206a側を向いた面や、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面にも放熱層が備えられている点である。すなわち、図14のヘッド1003では、記録素子4bが、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面に備えられている放熱層207に加えて、その面と反対側の面にも別の放熱層2070を備えており、さらに、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面に、さらに別の放熱層207’を備えている。ここで、これら2つの放熱層2070,207’は、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面に備えられている放熱層207と同じ材料で構成されている。
図15のヘッド1004では、このように全部で3つの放熱層を備えることで、主磁極204表面bの渦電流に起因するジュール熱、および、第1補助磁極106a表面の渦電流に起因するジュール熱を、浮上面とは反対方向(図の下方向)に効率よく拡散することができる。
次に、第6実施形態について説明する。
第6実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第6実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第6実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第5実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図15のヘッド1004およびスライダ2を合わせたもの)および第5実施形態のHDD(第5実施形態のヘッドスライダを採用し、ヘッドスライダ以外の点については第1実施形態のHDD10と同じ構成のHDD)と異なる点は、第6実施形態におけるヘッドが図15のヘッド1004よりも1枚多く放熱層を備えている点にあり、この点を除けば、第6実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第5実施形態のヘッドスライダおよびHDDと同じ構成を備えている。そこで、以下では、この相違点に焦点を絞って説明を行う。
図16は、第6実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1005の構成を表した断面図である。
図16では、図15のヘッド1004およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図16のヘッド1005が図15のヘッド1004と異なる点は、図16のヘッド1005では、ヘッド1005とスライダ2の間にも放熱層が備えられている点である。すなわち、図16のヘッド1005では、主磁極204の両面の放熱層207,2070や、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面の放熱層207’に加えて、ヘッド1005とスライダ2の間に、さらに別の放熱層2071が備えられている。ここで、この新たな別の放熱層2071は、主磁極204の両面の放熱層207,2070や、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面の放熱層207’と同じ材料で構成されている。
図16のヘッド1005では、このようにヘッド1005とスライダ2の間にさらに別の放熱層2071が備えられていることで、熱がスライダ2に伝わる前に、このさらに別の放熱層2071により、浮上面とは反対方向(図の下方向)に拡散されやすくなっており、スライダ2の熱膨張が抑えられている。
次に、第7実施形態について説明する。
第7実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第7実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第7実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第5実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図15のヘッド1004およびスライダ2を合わせたもの)および第5実施形態のHDD(第5実施形態のヘッドスライダを採用し、ヘッドスライダ以外の点については第1実施形態のHDD10と同じ構成のHDD)と異なる点は、第7実施形態におけるヘッドが図15のヘッド1004よりも1枚多く放熱層を備えている点にあり、この点を除けば、第7実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第5実施形態のヘッドスライダおよびHDDと同じ構成を備えている。そこで、以下では、この相違点に焦点を絞って説明を行う。
図17は、第7実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1006の構成を表した断面図である。
図17では、図15のヘッド1004およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図17のヘッド1006が図15のヘッド1004と異なる点は、図17のヘッド1006では、第2補助磁極206bの表面にも放熱層が備えられている点である。すなわち、図17のヘッド1006では、記録素子6bが、主磁極204の両面の放熱層207,2070や、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面の放熱層207’に加えて、第2補助磁極206bの、スライダ2側を向いた面に、さらに別の放熱層2072を備えている。ここで、この放熱層2071は、主磁極204の両面の放熱層207,2070や、第1補助磁極206aの、主磁極104側を向いた面とは反対側の面の放熱層207’と同じ材料で構成されている。
図17のヘッド1006では、第2補助磁極206bの、スライダ2側を向いた面に、さらに別の放熱層2072が備えられていることで、熱が再生素子1aやスライダ2に伝わる前に、この放熱層2072により、浮上面とは反対方向(図の下方向)に熱が拡散されやすくなっており、再生素子1a周辺やスライダ2の熱膨張が抑えれている。
次に、第8実施形態について説明する。
第8実施形態の磁気ヘッドも、ヘッドとスライダからなるヘッドスライダであって、第8実施形態の情報記憶装置は、このヘッドスライダを備えたHDDである。第8実施形態におけるヘッドスライダおよびHDDが、第5実施形態のヘッドスライダ(すなわち、図15のヘッド1004およびスライダ2を合わせたもの)および第5実施形態のHDD(第5実施形態のヘッドスライダを採用し、ヘッドスライダ以外の点については第1実施形態のHDD10と同じ構成のHDD)と異なる点は、第8実施形態におけるヘッドは、放熱層の数は全部で2枚であって図15のヘッド1004よりも放熱層の数が1枚少ないが、この2つの放熱層とスライダ2との間に介在する伝熱部材を備えている点にあり、この点を除けば、第8実施形態のヘッドスライダおよびHDDは、第5実施形態のヘッドスライダおよびHDDと同じ構成を備えている。そこで、以下では、この相違点に焦点を絞って説明を行う。
図18は、第8実施形態のヘッドスライダにおけるヘッド1007の構成を表した断面図である。
図18では、図15のヘッド1004およびスライダ2の構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されており、同じ構成要素についての説明は省略する。図18のヘッド1007が図15のヘッド1004と異なる点は、図18のヘッド1007では、記録素子7bが、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面には放熱層を有しておらず、代わりに、2つの放熱層207,207’とスライダ2との間に介在する伝熱部材2073が備えてられている点である。ここで、この伝熱部材2073は、図18の2つの放熱層207,207’と同じ材料で構成されている。なお、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面に備えらている放熱層207は、図18では、伝熱部材2073により分断されているかのように示されているが、これは、図18が断面図であることによるものである。実際には、この放熱層207は、伝熱部材2073を取り囲むように、図18の垂直方向にも広がって配置されて、主磁極204の、第2補助磁極206b側を向いた面を覆っている。
図18のヘッド1007では、放熱層207,207’とスライダ2との間に伝熱部材2073が備えてられていることで、放熱層207,207’から伝導してきた熱は、伝熱部材2073によりスライダ2に逃がされる。この結果、スライダ2は熱膨張しやすくはなるが、スライダ2の熱容量は放熱層207,207’よりも大きいため、図18のヘッド1007では、記録素子7b周辺からスライダ2に向けて熱が移動しやすくなっており、記録素子7bの周辺からの熱の拡散速度が向上している。
以上の第8実施形態では、ヘリカルコイル方式の記録素子7bを有するヘッド1007において伝熱部材2073が備えられていたが、上述した、第1の磁気ヘッドの基本形態および情報記憶装置の基本形態では、図14のダブルコイル方式の記録素子3bを有するヘッド1007において放熱層107,107’とスライダ2との間に介在する伝熱部材が設けられていてもよい。すなわち、このように伝熱部材が設けられているダブルコイル方式のヘッドと、スライダ2とからなるヘッドスライダも、基本形態について上述した第1の磁気ヘッドの一実施形態であり、このようなヘッドスライダを有するHDD(ヘッドスライダ以外は第1実施形態のHDD10と同じHDD)も、基本形態について上述した情報記憶装置の一実施形態(第9実施形態)である。この第9実施形態は、記録素子3bがダブルコイル方式である点を除き、実質的には、上述した第8実施形態と同じであるのでここではその実施形態についての詳しい説明は省略する。
以上が実施形態の説明である。
以上の説明では、ヘッドにおける記録素子としては、ダブルコイル方式の記録素子(例えば、第1実施形態における、図6の記録素子1b)やヘリカルコイル方式の記録素子(例えば、第2実施形態における、図9の記録素子2b)が採用されていたが、上述した第1の磁気ヘッドの基本形態や情報記憶装置の基本形態では、補助磁極が1つしかない単磁極型の記録素子が採用されていてもよい。
以下、本件の種々の形態について付記する。
(付記1)
通電を受けるコイルと、
前記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
前記コイルの他方の面に沿って配置され、前記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
前記コイルと鎖交するとともに、前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
前記コイルと前記補助磁極との間に配置され、前記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
(付記2)
前記コイルは、該コイルを構成する巻き線の巻き方向が互いに異なる2つのコイル部を有するダブルコイルであり、
前記補助磁極の少なくとも1つは、前記2つのコイル部のうちの一方のコイル部を構成する巻き線を間において前記主磁極と対向するものであり、
前記放熱層は、前記主磁極と対向する前記補助磁極の、前記主磁極に対向する面に設けられたものであることを特徴とする付記1記載の磁気ヘッド。
(付記3)
通電を受ける、らせん状に巻かれた巻き線からなるコイルと、
前記コイルと鎖交し、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
前記コイルを構成する巻き線の一部を間において前記主磁極にそれぞれ対向する、前記主磁極と平行に配置された2つ以上の補助磁極と、
前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
前記コイルと前記主磁極との間に配置され、該主磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
(付記4)
前記コイル、前記主磁極、前記補助磁極、および、接続部を保持する磁気ヘッド基板と、
前記放熱層と前記磁気ヘッド基板との間に介在する伝熱部材を備えたことを特徴とする付記1から3のうちいずれか1項記載の磁気ヘッド。
(付記5)
前記補助磁極として、前記浮上面に沿った方向に並んだ複数の磁極を備え、これら複数の磁極のうち最も端側に並んだ磁極の、隣接する磁極とは反対側を向いた面に、第2の放熱層を備えたことを特徴とする付記1から4のうちいずれか1項記載の磁気ヘッド。
(付記6)
前記コイル、前記主磁極、前記補助磁極、および、接続部を保持する磁気ヘッド基板を備え、
前記放熱層は、前記磁気ヘッド基板よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されたものであることを特徴とする付記1から5のうちいずれか1項記載の磁気ヘッド。
(付記7)
前記放熱層は、炭化ケイ素、タングステン、窒化アルミニウム、およびモリブデンのうちの少なくとも1つを含む材料で構成されたものであることを特徴とする付記6記載の磁気ヘッド。
(付記8)
記憶媒体と、磁化によって表される情報を該記憶媒体に記録する磁気ヘッドとを備えた情報記憶装置において、
前記磁気ヘッドが、
通電を受けるコイルと、
前記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
前記コイルの他方の面に沿って配置され、前記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
前記コイルと鎖交するとともに、前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
前記コイルと前記補助磁極との間に配置され、前記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
を備えたことを特徴とする情報記憶装置。
記録素子の流出端側に熱伝導性の高い放熱部材を有する磁気ヘッドの構造を表した断面図である。 ライトコイルに流される電流の周波数を増加させていったときの、ライトコイルの電流によるジュール熱の変化と、渦電流によるジュール熱の変化とを表した図である。 第1実施形態の情報記憶装置であるハードディスク装置(HDD)を表した図である。 制御基板の構成を表した図である。 図3および図4に示すヘッドを示す図である。 図5に示すヘッドの構成を表した断面図である。 渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。 シュミレーションの結果を表した図である。 第2実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。 シュミレーションの結果を表した図である。 第3実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 図12の記録素子の渦電流に起因して発生する各磁極ごとのジュール熱を表した図である。 第4実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 第5実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 第6実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 第7実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。 第8実施形態のヘッドスライダにおけるヘッドの構成を表した断面図である。
符号の説明
1’,1,1001,1002 ヘッド
1003,1004,1005,1006,1007 ヘッド
1a 再生素子
1b,1b’,10b,2b,3b,4b,6b,7b 記録素子
2 スライダ
3 アーム
4 ボイスコイルモータ(VCM)
4a ボイスコイルモータ(VCM)ドライバ
40 軸
5 磁気ディスク
50 トラック
51 データセクタ
52 サーボ領域
6 ベース
7 制御基板
70 MPU
71 R/Wチャネル
72 ディスクコントローラ
8 ヘッドアンプ
9 スピンドルモータ(SPM)
10 HDD
101 シールド
102 磁気抵抗効果膜
103 ヒータ
104,204 主磁極
105 アルミナ
106a,206a 第1補助磁極
106b,206b 第2補助磁極
106c,206c 接続部
106d,206d トレーリングシールド
107’,107,207’,207,2070,2071,2072 放熱層
108 樹脂
109 ダブルコイル
109a 第1コイル部
109b 第2コイル部
109c 接続コイル部
111,211 大渦電流発生箇所
209 ヘリカルコイル

Claims (6)

  1. 通電を受けるコイルと、
    前記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
    前記コイルの他方の面に沿って配置され、前記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
    前記コイルと鎖交するとともに、前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
    前記コイルと前記補助磁極との間に配置され、前記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
    を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
  2. 前記コイルは、該コイルを構成する巻き線の巻き方向が互いに異なる2つのコイル部を有するダブルコイルであり、
    前記補助磁極の少なくとも1つは、前記2つのコイル部のうちの一方のコイル部を構成する巻き線を間において前記主磁極と対向するものであり、
    前記放熱層は、前記主磁極と対向する前記補助磁極の、前記主磁極に対向する面に設けられたものであることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
  3. 通電を受ける、らせん状に巻かれた巻き線からなるコイルと、
    前記コイルと鎖交し、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
    前記コイルを構成する巻き線の一部を間において前記主磁極にそれぞれ対向する、前記主磁極と平行に配置された2つ以上の補助磁極と、
    前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
    前記コイルと前記主磁極との間に配置され、該主磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
    を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
  4. 前記コイル、前記主磁極、前記補助磁極、および、接続部を保持する磁気ヘッド基板と、
    前記放熱層と前記磁気ヘッド基板との間に介在する伝熱部材を備えたことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の磁気ヘッド。
  5. 前記補助磁極として、前記浮上面に沿った方向に並んだ複数の磁極を備え、これら複数の磁極のうち最も端側に並んだ磁極の、隣接する磁極とは反対側を向いた面に、第2の放熱層を備えたことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項記載の磁気ヘッド。
  6. 記憶媒体と、磁化によって表される情報を該記憶媒体に記録する磁気ヘッドとを備えた情報記憶装置において、
    前記磁気ヘッドが、
    通電を受けるコイルと、
    前記コイルの一方の面に沿って配置され、浮上面から浮上面と直交する方向に延設する主磁極と、
    前記コイルの他方の面に沿って配置され、前記主磁極と平行に配置された少なくとも1つの補助磁極と、
    前記コイルと鎖交するとともに、前記主磁極と前記補助磁極とを接続する接続部と、
    前記コイルと前記補助磁極との間に配置され、前記補助磁極より熱伝導率の大きい放熱層と、
    を備えたことを特徴とする情報記憶装置。
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