ディスク読み取り書き込みヘッド

ハードディスクヘッドの顕微鏡写真。前端のサイズは約 0.3 x 1.2 mm です。ヘッドの機能部分は、中央の丸いオレンジ色の構造です。金メッキパッドに接合された接続ワイヤにも注目してください。

ディスク読み取り/書き込みヘッドは、ディスクプラッター上を移動し、プラッターの磁場を電流に変換する（ディスクを読み取る）、または逆に電流を磁場に変換する（ディスクに書き込む）ディスクドライブの小さな部品です。[ 1 ^] ヘッドは長年にわたって多くの変更を経てきました。

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、新世代の技術が登場するたび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表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、ヘッドがディスクの表面上を移動するときに浮上高を一定に保つことです。エアベアリングは、プラッターの中心からのヘッドの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]ヘッドがディスクの表面に衝突すると、壊滅的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カーボン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。

伝統的な頭部

ヘッド自体は、テープレコーダーのヘッドに似たものから始まりました。つまり、パーマロイやフェライトなどの非常に磁化しやすい素材でできた小さな C 字型の部品を細いコイルで巻いた単純な装置です。書き込み時にはコイルに電流が流れ、C のギャップに強い磁場が形成され、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、磁化された素材がヘッドの横を回転し、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、記録面の磁気媒体の厚さとほぼ同じです。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、かなり大きな特徴を書き込みます。また、表面からかなり離れたところまで飛ばす必要があるため、より強い磁場とより大きな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場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、より小さなフィーチャの読み取りと書き込みが可能になります。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では、ハードドライブヘッドの製造に半導体デバイスで使用されるものと同様のフォトリソグラフィー技術が使用されています。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精度が高く、電子的にはフェライトベースのヘッドと似ており、同じ物理特性を使用していました。磁性 (Ni-Fe)、絶縁体、銅コイル配線材料の薄い層がセラミック基板上に構築され、その後、物理的に分離されて個別の読み取り/書き込みヘッドがエアベアリングと統合され、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 インチドライブのストレージ容量が 4 GB 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妥協点でした。^[4]

磁気抵抗ヘッド（MRヘッド）

ヘッド設計における次のヘッド改良は、書き込み要素を読み取り要素から分離して、書き込み用の薄膜要素と読み取り用の別の薄膜ヘッド要素を最適化できるようにすることでした。別の読み取り要素は、磁場の存在下で材料の抵抗を変える磁気抵抗(MR) 効果を使用します。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、書き込みに使用される強力な磁場を生成するために使用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GMR (巨大磁気抵抗) およびTMR (トンネル磁気抵抗)と呼ばれる MR 技術の改良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%という急速な増加が起こりました。

GMRヘッド

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

1990年代以降、巨大磁気抵抗効果（CMR）の効果に関する研究が数多く行われており、これにより密度をさらに高めることができる可能性がある。しかし、低温と大型の装置を必要とするため、これまでのところ実用化には至っていない。^[8]^[9]

TMRヘッド

2004年、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ための統合された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、書き込みポールがディスクとメディアに近づくようにします。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。同じ熱作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の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、他のメーカーも自社製品で同様のアプローチを使用し始めました。

参照

かつてはディスクヘッドの最大手サプライヤーだったアプライド・マグネティクス・コーポレーション
テープヘッド

参考文献

^ 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。
^ 2011年8月、Bestofmedia Team 31 (2011年8月31日)。「ハードドライブ101：磁気ストレージ」。Tom 's Hardware 。2021年6月9日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)
^ https://www.fujitsu.com/global/documents/about/resources/publications/fstj/archives/vol42-1/paper13.pdf ^{[ベアURL PDF ]}
^ ab 「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」。Tom 's Hardware。2011年 8 月 30 日。2019 年 4 月 13 日閲覧。
^ 「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。
^ 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 .
^ abc Christopher H. Bajorek (2014 年 11 月)。「磁気抵抗 (MR) ヘッドと初期の MR ヘッドベースのディスクドライブ: 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 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2015年 9 月 25 日閲覧。
^ 「化学者、次世代コンピュータハードドライブの可能性を持つ新素材を研究」アバディーン大学ニュース。2014年1月27日。
^ Dagotto, Elbio (2013 年 3 月 14 日)。「巨大磁気抵抗 (GMR) の簡単な紹介」。ナノスケールの相分離と巨大磁気抵抗: マンガナイトと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。

外部リンク

PC ガイド: 読み取り/書き込みヘッドの機能
IBM Research: GMR の紹介、アニメーション 2012-01-11 にWayback Machineでアーカイブされました
日立グローバルストレージテクノロジーズ: 記録ヘッド材料 2012-03-30 にWayback Machineにアーカイブ

[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] 2011年8月、Bestofmedia Team 31 (2011年8月31日)。「ハードドライブ101：磁気ストレージ」。Tom 's Hardware 。2021年6月9日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)

[3] ttps://www.fujitsu.com/global/documents/about/resources/publications/fstj/archives/vol42-1/paper13.pdf ^{[ベアURL PDF ]}

[:0-4] 「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」。Tom 's Hardware。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 .

[comphist-museum-7] Christopher H. Bajorek (2014 年 11 月)。「磁気抵抗 (MR) ヘッドと初期の MR ヘッドベースのディスクドライブ: 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持つ新素材を研究」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) の簡単な紹介」。ナノスケールの相分離と巨大磁気抵抗: マンガナイトと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。