ディスクの読み書きヘッド
プラッター上のハードディスクのヘッドとアーム
ハードディスクヘッドの顕微鏡写真。先端部のサイズは約0.3×1.2mmです 。ヘッドの機能部分は、中央にあるオレンジ色の丸い構造です。金メッキパッドに接続された接続ワイヤにも注目してください。
読み書きヘッド2013年に製造された3TBハードディスクドライブ。暗い長方形の部品はスライダーで、長さ1.25mm。プラッター面はヘッドを右から左へ通過します。

ディスク読み取り/書き込みヘッドは、ディスクドライブの小さな部品で、ディスクプラッターの上を移動し、プラッターの磁場を電流に変換（ディスクの読み取り）したり、逆に電流を磁場に変換（ディスクの書き込み）したりします。[ 1 ] ヘッドは長年にわたって多くの変化を遂げてきました。

ハードドライブでは、ヘッドはディスク表面からわずか 3ナノメートルのクリアランスで浮上します。面密度を高めるため、技術の世代交代ごとに浮上高は低下しています。ヘッドの浮上高は、スライダーのディスクに面する面にエッチングされたエアベアリングの設計によって制御されます。エアベアリングの役割は、ヘッドがディスク表面上を移動する際に、一定の浮上高を維持することです。エアベアリングは、プラッター中心からのヘッド距離に応じて速度が異なっても、プラッター全体で同じ高さを維持するように注意深く設計されています。[ 2 ]ヘッドがディスク表面に衝突すると、悲惨なヘッドクラッシュが発生する可能性があります。ヘッドには、ダイヤモンドのような炭素コーティングが施されていることがよくあります。[ 3 ]

誘導型ヘッド

誘導型ヘッドは読み取りと書き込みの両方に同じ要素を使用します。

伝統的な頭

ヘッド自体は、テープレコーダーのヘッドに似た、パーマロイやフェライトなどの高磁化性材料でできた小さなC字型の部品を細いコイルで巻いたシンプルな装置から始まりました。書き込み時にはコイルに電流が流され、C字型のギャップに強力な磁場が形成され、ギャップに隣接する記録面が磁化されます。読み取り時には、磁化された材料がヘッドの周りを回転し、フェライトコアが磁場を集中させ、コイルに電流が発生します。ギャップ内の磁場は非常に強く、非常に狭いです。このギャップは、記録面上の磁気媒体の厚さとほぼ同じです。このギャップによって、ディスク上の記録領域の最小サイズが決まります。フェライトヘッドは大きく、かなり大きな形状を書き込みます。また、表面からかなり離れた位置に配置する必要があり、そのため、より強い磁場と大型のヘッドが必要になります。[ 4 ]

メタルインギャップ（MIG）ヘッド

メタル・イン・ギャップ（MIG）ヘッドは、ヘッドギャップ内に磁界を集中させる小さな金属片を備えたフェライトヘッドです。これにより、より微細なパターンの読み書きが可能になります。MIGヘッドは薄膜ヘッドに置き換えられました。

薄膜ヘッド

1979年にIBM 3370ディスクドライブで初めて導入された薄膜技術は、半導体デバイスでハードドライブのヘッドを製造する際に用いられるフォトリソグラフィー技術に類似した技術を用いています。当時、これらのヘッドは当時使用されていたフェライトベースのヘッドよりも小型で高精度でした。電子的にはフェライトベースヘッドと類似しており、同じ物理特性を用いていました。磁性体（Ni-Fe）、絶縁体、銅コイル配線材の薄層がセラミック基板上に構築され、その後、エアベアリングと一体化した個々の読み取り/書き込みヘッドへと物理的に分離されました。これにより、ユニットあたりの製造コストが大幅に削減されました。[ 5 ]薄膜ヘッドはMIGヘッドよりもはるかに小型であったため、より小さな記録機能を使用できました。薄膜ヘッドにより、1995年には3.5インチドライブの記憶容量が4GBに達しました。ヘッドギャップの形状は、読み取りに最適なものと書き込みに最適なものの間の妥協点となりました。[ 4 ]

磁気抵抗ヘッド（MRヘッド）

ヘッド設計における次の改良点は、書き込み素子と読み取り素子を分離することで、書き込み用の薄膜素子と読み取り用の別個の薄膜ヘッド素子を最適化できるようにしたことです。この分離した読み取り素子は、磁場の存在下で材料の抵抗が変化する磁気抵抗（MR）効果を利用します。これらのMRヘッドは、非常に小さな磁気特性を確実に読み取ることができますが、書き込みに必要な強力な磁場を生成することはできません。AMR（異方性MR）という用語は、後に導入されたMR技術の改良であるGMR（巨大磁気抵抗）およびTMR （トンネル磁気抵抗）と区別するために使用されます。

垂直磁気記録（PMR ）媒体への移行は、書き込みプロセスとヘッド構造の書き込み要素に大きな影響を与えますが、ヘッド構造のMR読み取りセンサーへの影響はそれほど大きくありません。[ 6 ]

AMRヘッド

1990年にIBMがAMRヘッドを導入したことで[ 7 ]、面密度が年間約100%という急速な増加を遂げた。

GMRヘッド

1997年にGMR（巨大磁気抵抗効果型）ヘッドがAMRヘッドに取って代わり始めました。[ 7 ]

1990年代以降、巨大磁気抵抗（CMR）の効果に関する多くの研究が行われており、これによりさらなる密度増加が可能になる可能性がある。しかし、低温と大型の装置が必要となるため、実用化には至っていない。[ 8 ] [ 9 ]

TMRヘッド

2004年に、トンネルMR（TMR ）ヘッドを使用した最初のドライブがSeagate [ 7 ]によって発表され、 3枚のディスクプラッターを備えた400 GBドライブが可能になりました。Seagateは、動作中にヘッドのトランスデューサ領域の形状を制御する統合型微細ヒーターコイルを備えたTMRヘッドを発表しました。ヒーターは、書き込み操作の開始前にアクティブ化され、書き込みポールをディスクとメディアに近づけることができます。これにより、ヘッドの書き込みフィールドが磁気ディスクメディアを完全に飽和させることが保証され、書き込まれた磁気遷移が改善されます。同じ熱駆動アプローチを使用して、リードバックプロセス中にディスクメディアと読み取りセンサー間の距離を一時的に短縮し、信号強度と解像度を向上させることができます。2006年半ばまでに、他のメーカーも製品に同様のアプローチを採用し始めました。

参照

参考文献

  1. ^ Mee, C.; Daniel, Eric D. (1996).磁気記録技術. ニューヨーク: McGraw-Hill. p. 7.1. ISBN 978-0-07-041276-7。
  2. ^ 「ハードドライブ101：磁気ストレージ」 . Tom's Hardware . 2011年8月31日. 2021年6月9日閲覧。
  3. ^後藤 康之; 中村 範一; 水谷 明代; 千葉 宏; 渡辺 啓二 (2005-07-14). 「高記録密度・高信頼性を実現するヘッドディスクインタフェース技術」(PDF) .富士通技報. 42 : 113–121 . 2025-07-19時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  4. ^ a b「読み取り/書き込みヘッドの設計：フェライト、メタル・イン・ギャップ、薄膜 - ハードドライブ101：磁気ストレージ」トムズ・ハードウェア2011年8月30日. 2019年4月13日閲覧。
  5. ^ 「1979年：大型ディスク用薄膜ヘッド導入」コンピュータ歴史博物館2015年12月2日. 2019年6月19日閲覧。
  6. ^岩崎俊一 (2009年2月). 「垂直磁気記録 ―その開発と実現―」 .日本学士院紀要. シリーズB, 物理・生物科学. 85 ( 2): 37– 54. Bibcode : 2009PJAB...85...37I . doi : 10.2183/pjab.85.37 . ISSN 0386-2208 . PMC 3524294. PMID 19212097 .   
  7. ^ a b c Christopher H. Bajorek (2014年11月). 「磁気抵抗（MR）ヘッドと初期のMRヘッドベース・ディスクドライブ：SawmillとCorsair」（PDF） .コンピュータ歴史博物館、カリフォルニア州マウンテンビュー. 2015年12月20日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年9月25日閲覧。
  8. ^ 「化学者、次世代コンピュータハードドライブの可能性を秘めた新素材を研究」アバディーン大学ニュース、2014年1月27日。
  9. ^ Dagotto, Elbio (2013年3月14日). 「巨大磁気抵抗（GMR）入門」.ナノスケール相分離と巨大磁気抵抗：マンガン酸塩および関連化合物の物理学. Springer Series in Solid-State Sciences. 第136巻. Springer Science & Business Media. pp.  395– 396. doi : 10.1007/978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440。
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