JP2005302198A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁性記録層のデータ信頼性を保ちつつ、スパイクノイズに対する対応策を与える。
【解決手段】記録ヘッド等を利用して、記録媒体の軟磁性層の再生ヘッド直下及びその近傍の磁区状態を局所的かつ一時的に一様化し、軟磁性層の磁区境界(磁壁)に起因するスパイクノイズの再生波形への影響を抑制する。磁界印加のタイミングとしては磁気ディスク装置のリードリトライ動作をトリガとし、磁界印加を短時間とする。
【選択図】 図9
【解決手段】記録ヘッド等を利用して、記録媒体の軟磁性層の再生ヘッド直下及びその近傍の磁区状態を局所的かつ一時的に一様化し、軟磁性層の磁区境界(磁壁)に起因するスパイクノイズの再生波形への影響を抑制する。磁界印加のタイミングとしては磁気ディスク装置のリードリトライ動作をトリガとし、磁界印加を短時間とする。
【選択図】 図9
Description
本発明は、軟磁性層を含む記録媒体を用いて垂直記録方式で磁化情報を記録再生する磁気ディスク装置に関する。
垂直記録方式を用いた磁気ディスク装置の実用化に際し、適した形態として広く検討されているのは、記録用素子として単磁極型記録ヘッドを用い、記録媒体として軟磁性層(軟磁性裏打ち層とも呼ばれる)を含む多層構造の垂直記録媒体を用い、再生用素子として磁気抵抗効果(MR効果)を利用した磁界感応型の再生ヘッドを用いるものである。しかしながらこれまでに、記録媒体の軟磁性層内部に生じる磁壁に起因するノイズ、通称スパイクノイズの発生が確認されている(例えば、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.29, NO.6, NOVENBER 1993, pp.3742-3744)。スパイクノイズとは、記録媒体の軟磁性層内部に生じた磁壁(磁区の境界)の上部を再生ヘッドが通過する際に再生波形に重畳するノイズであり、以下のような特徴がある。
(1) 発生箇所が不規則(必ずしも記録媒体上の特定の場所に発生するわけではない。)
(2) 移動する(スパイクノイズ発生箇所に記録をし直すと、別の場所に移動することがある。)
(3) 長いエラーになる(スパイクノイズが重畳することによって再生波形はベースラインシフトや歪みを起し、データの読み取りエラーとなる。その長さは磁壁の大きさにもよるが数十〜数百μm(数百〜数千bit相当)に及ぶ。)
(1) 発生箇所が不規則(必ずしも記録媒体上の特定の場所に発生するわけではない。)
(2) 移動する(スパイクノイズ発生箇所に記録をし直すと、別の場所に移動することがある。)
(3) 長いエラーになる(スパイクノイズが重畳することによって再生波形はベースラインシフトや歪みを起し、データの読み取りエラーとなる。その長さは磁壁の大きさにもよるが数十〜数百μm(数百〜数千bit相当)に及ぶ。)
従来、このようなスパイクノイズの対策としては、原因となる軟磁性層内部の磁壁の発生を抑制するための記録媒体作成時のさまざまな手法が検討・提案されてきた(例えば、特許文献1,2,3参照)。
一方で、上記対策にもかかわらず発生してしまったスパイクノイズに対しては、再生信号処理LSIのTA(Thermal Asperitty)補正機能で対応、あるいは製品出荷前の媒体欠陥登録処理で欠陥として登録する等の対策が検討されてきた。しかし、市販LSIのTA補正機能はせいぜい数十bit程度の長さのベースラインシフトしか想定していないのでスパイクノイズへの対応は困難であり、また、媒体欠陥登録処理で対応しようとしてもスパイクノイズは位置が定まっていないので極めて困難であり、決定的解決法には至っていない。また、特許文献4には、永久磁石などにより磁界を記録媒体に常時印加し、軟磁性層全体あるいは広範囲を一様に磁化して磁壁の発生を抑える方法が記載されている。
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.29, NO.6, NOVENBER 1993, PP3742-3744
特開2002-298326号公報
特開2003-168207号公報
特開2003-45015号公報
特開2002-100020号公報
軟磁性層を含む多層構造の記録媒体を用いた垂直記録方式による磁気ディスク装置の実用化には、前述のスパイクノイズへの対策が必須となる。従来のスパイクノイズ対策は記録媒体の軟磁性層の磁区制御に関するものが多く、いかにスパイクノイズのない記録媒体を作成するかとの観点で進められてきた。一方で、磁区制御が不十分等の理由でスパイクノイズが残ってしまった媒体を利用した磁気ディスク装置への対応策は不十分であった。特許文献4に記載の方法は、微小といえども装置内での常時の磁界印加には磁気ディスク装置の信頼性の観点から不安が残る。
本発明の目的は、装置において発生してしまったスパイクノイズに対する対応策を与え、スパイクノイズの発生する記録媒体を用いてもデータ信頼性の高い磁気ディスク装置を提供することにある。
本発明は、再生動作時に、微小直流磁界により記録媒体の軟磁性層内部の磁区状態を局所的かつ一時的に一様化することで、少なくとも再生ヘッドの動作時にその読み取り範囲内に磁壁がない状態にし、再生信号へのスパイクノイズの影響を抑制するものである。具体的には、記録媒体の軟磁性層内の再生ヘッドのデータ読み取り範囲近傍に所定の強さの直流磁界を所定の時間にわたって印加する手段を備え、かつ当該直流磁界の印加のタイミングとして磁気ディスク装置のリードリトライ処理をトリガとする機能を備えたものである。微小な直流磁界の印加により、スパイクノイズの原因である磁壁を再生素子直下から移動あるいは解消できれば、再生に成功する可能性が高まる。
本発明によると、スパイクノイズの発生するあるいは発生する可能性のある記録媒体を用いた場合でも信頼性の高い再生信号を得ることができる。
2層磁気記録媒体は、基板上に軟磁性層と記録磁性層を有する磁気記録媒体である。軟磁性層の磁区状態は、Kerr効果測定装置により観測が可能である。特別な磁区の制御を行っていない場合、図1に示すように、多数の磁壁の存在が確認できる(図中のコントラストの境目が磁壁)。軟磁性層の磁区はわずかな外部磁界によって変化するため、磁壁の発生箇所も必ずしも一定しない。すなわちスパイクノイズ発生箇所も一定しない。一方で、わずかな外部磁界にも反応する性質から、軟磁性層内に数Oe(エルステッド)程度の面内方向の微小な直流磁界を印加すると、図2に示すように、磁壁は消失あるいは移動することが確認されている。
このことを利用すると、軟磁性層に面内方向の微小直流磁界(記録媒体の軟磁性層内部の磁壁を移動させる程度、かつ記録磁性層に記録された記録磁化及び再生ヘッドに影響を与えない程度の大きさ)を加えることで、軟磁性層内部の磁壁を移動あるいは消失させ、再生波形へのスパイクノイズの影響を抑制することが可能である。また、記録媒体の軟磁性層全体を一様に磁化せずとも、再生ヘッドの読み取り範囲である、再生ヘッドの直下及びその近傍の軟磁性層内から磁壁を締め出すことができれば、再生ヘッドへのスパイクノイズの影響は抑制可能と考えられる。
このような知見に基づき、本発明においては、軟磁性層内への磁界の印加の範囲は再生ヘッドのデータ読み取り範囲近傍とし、印加時間は常時ではなく、磁気ディスク装置のリードリトライ処理をトリガとした短時間の印加とした。また当該磁界の生成手段としては、再生ヘッドと同一のスライダ上の記録ヘッドまたは同一のスライダ上に別に作りこんだ磁界発生用素子を用いることとした。
図3は、本発明による磁気ディスク装置の概略ブロック図である。磁気ディスク装置は、円盤状の磁気記録媒体3083、記録媒体3083を回転駆動するスピンドルモータ3082、及び記録・再生ヘッド3081を記録媒体の所望のトラック上に移動させるアクチュエータを備える。アクチュエータは、ヘッド3081を含むアームと、アームを記録媒体上の半径方向に移動させるボイスコイルモータ3084とからなる。磁気記録媒体3083は、ガラスあるいはアルミニウム製の基板上にCoTaZr等の軟磁性層が積層され、その上にCoCrPt系の記録磁性層及び表面保護層が積層された2層媒体である。軟磁性層及び記録磁性層は単一の組成ではなく、それぞれの層がさらに多層構造を持っていても良い。また、装置の筐体内部には、ヘッドアンプ回路などを実装している回路基板が配置されている。ヘッドアンプ回路はFPC(Flexible Print Cable)を介してヘッド3081と接続しており、記録・再生時のデータ及び制御信号の伝送を行なう。
上位のホストから送られた記録データはHDC(HardDisk Controller)301内のECC(Error Correction Code)生成回路304で誤り訂正コードを付加される。続いてチャネルLSI302内のデータ変調回路305にてデータ誤りが小さくなるようなデータ列に変換され、記録補償回路306を経てヘッドアンプ303に送られる。ヘッドアンプ内のライトアンプ307によって記録データは所定の電流値の変化として表現され、その後、ヘッド・記録媒体308内の記録・再生ヘッド3081の記録素子で磁界の変化に変換され、記録媒体3083に記録される。以上が記録過程である。再生過程では記録・再生ヘッド3081の再生素子で記録媒体上から電圧の変化として読み出された波形は、ヘッドアンプ内303のリードアンプ309を経てチャネルLSI302内の波形等化回路310、データ検出回路311へと送られる。波形等化回路とデータ検出回路の組み合わせはPRML回路として知られ、フィルタなどで波形を所望の特性に整形(=等化)し、その波形からデータを最尤的に検出する。検出されたデータは、その後データ復調回路312でデータ変調回路と逆の処理を行われ、HDC内のECC訂正回路313でデータ誤りの検出及び訂正処理を受けホストへ戻される。
続いて磁気ディスク装置のリードリトライ処理について説明する。ECCには通常、Mビットのデータ誤りの訂正能力とNビットのデータ誤りの検出能力が備わっている。ここでM,Nは正の整数とし、かつM≦Nとする。すなわちECC訂正回路において最大Mビットまでのデータ誤りは訂正でき、Mビット以上Nビット以下のデータ誤りは訂正はできないが誤りが生じたことを検出できる。このことを利用して、あるデータの再生処理中にECC訂正回路で訂正はできなかったがデータ誤りが生じたことが検出された場合(リードエラー)に、同じデータを再度読みに行く処理のことを一般にリードリトライと呼ぶ。具体的には、リードエラーが生じた場合に、ECC訂正回路313からリトライ制御回路314へ指示が飛び、リードリトライが実行される。リトライ処理は、所定の回数Rを上限として、データが誤りなく読めるまで行われる。R回リトライしてもデータが正しく読めなかった場合には、読み取りエラーがホストへ伝えられる。リードリトライは最大R回行われることをすでに述べたが、一般にはすべての回で同じ処理が行われる訳ではない。例えばリトライの最初の回には通常の再生処理が行われることが多いが、これにより再生ヘッドの一時的な不調によるリードエラーの回復が期待できる。またVCM制御回路315に指示を出し、ヘッドをわずかにずらして再生を試みることがある。これにより回復できるのは、主として記録時にヘッドが所定位置からずれていたことに起因するリードエラーである。ほかにも波形等化回路310に指示を出し、等化パラメータを変えて再生を試みる方法もある。これらを複合させて種々の原因のリードエラーに対応する。
本発明の磁気ディスク装置のヘッドアンプ303は、上述した再生動作中にも記録電流源・ライトアンプをアクティブにできるモードを持ったものであり、リトライ制御の信号がこのヘッドアンプ303にも入力されている。この信号は通常のリトライが規定回数Rを超えた場合にアクティブとなる構成とする。
図4に、本発明による記録・再生ヘッド3081の構造例を示す。図4(a)及び(b)に図示した記録・再生ヘッドは、記録ヘッドとして主磁極401と補助磁極402を有する単磁極型記録ヘッドを備え、再生ヘッドとしてMR素子を有するヘッドを備える。主磁極401と補助磁極403によって形成される磁気回路と鎖交するようにして励磁コイル402が形成されている。記録時には、励磁コイル402により励磁された主磁極401から磁界(記録磁界)が発生し、記録媒体3083の記録磁性層407に情報が記録される。さらに記録磁界は軟磁性層408を通って補助磁極403へと還流し、閉じた磁気回路を構成する。再生時には、記録媒体3083の記録磁性層407からの漏れ磁界をMR素子405により感知し電圧の変化として情報を読み取る。MRシールド404,406は、データを読み出そうとする領域以外からの磁界を遮断し、再生ヘッドの感度を向上させる働きをする。
図4(a)に示した記録・再生ヘッドは、ヘッド進行方向からMRシールド、MR素子、MRシールド、補助磁極、励磁コイル、主磁極の順で素子が配置されている。これに対して、図4(b)に示した記録・再生ヘッドは、ヘッド進行方向からMRシールド、MR素子、MRシールド、主磁極、励磁コイル、補助磁極の順で素子が配置されている点が異なる。以降、図4(a)の構造のヘッドを通常構造ヘッド、図4(b)の構造を記録素子逆転構造ヘッドと呼称する。図4(a)に示した通常構造ヘッドの場合、補助磁極403と一方のMRシールド404は一体とした構造としてもよい。
従来の記録・再生ヘッドの記録ヘッドは、記録時にのみ主磁極401から磁界を発生し、再生時には磁界を発生しない。本発明の記録・再生ヘッド3081も、通常の動作モードでは、再生時に記録ヘッドから磁界を発生することはない。しかし、リードリトライ処理が発生し、リトライ回数が所定の回数に達した時は、リトライ制御回路314からヘッドアンプのライトアンプ307に信号が伝達され、図示したように、再生動作中に記録ヘッドから微小な直流磁界を発生し、その磁界を軟磁性層408に印加する。このとき発生する直流磁界の大きさは、軟磁性層408内に生じている磁壁を移動させる程度には強く、記録磁性層の記録磁化あるいはMR素子405に影響を与えない程度に弱い大きさである。そして、記録ヘッドから軟磁性層に微小な直流磁界を印加しながら再生動作を行う。
図5は、再生ヘッドのMR素子位置での磁界強度シミュレーションの結果を示すグラフである。シミュレーションは現状のヘッド寸法を考慮した3次元の有限要素法で行った。記録ヘッド主磁極に同一の励磁力(0.01AT)を与えた場合の通常構造ヘッド(図5A)のMR素子位置での磁界の面内方向成分は5Oe足らずであるのに対し、記録素子逆転構造ヘッド(図5B)のMR素子位置での磁界の面内方向成分はでは20Oe弱である。本検討では磁壁移動(あるいは消去)に必要な面内方向磁界強度として20Oeを仮定しているので、記録素子逆転構造ヘッドでは0.01AT程度の励磁力で良いのに対し、通常構造ヘッドでは0.01AT以上(単純な線形性が成り立つなら4倍の0.04AT)の励磁力が必要である。
このように、記録素子逆転構造ヘッドでは、通常構造ヘッドに比べMR素子直下の軟磁性層内に所定の微小直流磁界を発生させるために主磁極に与える励磁力が小さくても良いことがシミュレーションにより確認できる。これは、記録素子逆転構造ヘッドでは通常構造ヘッドに比べ、主磁極−MR素子間の距離を小さくできるためである。すなわち通常構造ヘッドでは、主磁極−MR素子間には励磁コイル、補助磁極、MRシールドが存在するのに対し、記録素子逆転構造ヘッドでは主磁極−MR素子間にはMRシールドしか存在しないためである。再生動作中に主磁極に与える励磁力を小さくすることができるということは、スパイクノイズ対策の微小直流磁界による主磁極直下の記録磁性層への影響をより小さなものとすることができることを意味し、データ信頼性の向上が期待できる。
図6は、本発明で用いる記録・再生ヘッドの変形例を示す図である。図6(a)に示すヘッドは、ヘッド進行方向から再生ヘッド、磁界発生用コイル601、記録ヘッドの順で素子が配置された構造を有する。磁界発生用コイル601は、励磁コイル402とは異なり、単磁極型記録ヘッドの主磁極401と補助磁極403によって形成される磁気回路とは鎖交していない。本構造のヘッドを使用する場合には、再生動作中に軟磁性層内に所定の微小直流磁界を発生させるための素子は、主磁極401ではなく磁界発生用コイル601となる。この場合、発生した微小直流磁界は補助磁極、軟磁性層、MRシールドを伝って磁路を形成する。記録素子逆転構造ヘッドの場合と同様に、磁界発生用コイルとMR素子までの間にはMRシールドしか存在しないため磁界発生用コイル601に与える励磁力を小さくすることができ、記録磁性層への影響を小さくできる。図5Cに、この構造のヘッドでのシミュレーション結果を示す。磁界発生用コイルへの励磁力0.01ATでのMR素子位置での磁界の面内方向成分は20Oe強であり、磁壁移動(あるいは消去)に必要な面内方向磁界強度としては十分なことが分かる。
図6(b)は、磁界発生用コイルを付加した記録・再生ヘッドの別の例を示す図である。本例の記録・再生ヘッドは、磁界発生用コイル601を再生素子よりさらにヘッド走行方向側へ配置した構造となっているが、得られる効果は図6(a)に示したヘッドと同じである。
なお、図6には、記録ヘッドの主磁極401による記録磁界と磁界発生用コイル601による微小磁界を模式的に図示したが、これらの磁界は同時に発生されることはない。記録動作時には、主磁極による記録磁界のみが記録媒体3083に印加される。また、再生動作時には、通常は記録・再生ヘッドから記録媒体に磁界が印加されることはないが、リードリトライの回数が規定の回数Rに達したときのみ磁界発生用コイル601から微小な直流磁界が発生され、記録媒体に印加される。このとき発生する直流磁界は、軟磁性層408内に生じている磁壁を移動させる程度には強く、記録磁性層の記録磁化あるいはMR素子405に影響を与えない程度に弱い。そして、軟磁性層に微小な直流磁界を印加しながら再生動作を行う。
以上述べてきたヘッド構造のうち、再生動作時に主磁極から微小磁界を発生させる構造、すなわち図4に示したヘッドを用いる際には、記録・再生ヘッドを駆動するヘッドアンプ回路に、ヘッドの再生動作時にも記録電流を流すことができる機能を付加する。あるいは、通常のヘッドアンプ回路に微小磁界用の駆動回路を併設し、微小磁界印加時には、微小磁界用の駆動回路を使って記録ヘッドから磁界を発生する。また、図6に例示したように、専用の磁界発生用素子を有するヘッドを使う場合には、通常のプリアンプ回路に加え、磁界発生用素子を駆動する回路を付加する。この回路はプリアンプ回路に内蔵される構成となっていても良い。
図7に、再生動作時に主磁極から微小磁界を発生させる記録・再生ヘッド用のヘッドアンプの構成例を示す。このヘッドアンプは、アンプの動作を制御する制御回路701、所定の強さの記録電流を供給する電流源702、MR素子にセンス電流を供給する電流源703、ライトバッファ704、リードバッファ705、ヘッド切り替え機構706及びライトアンプ307、リードアンプ309がヘッドの数だけ配置された構造である。チャネルLSIからの制御信号は制御回路701に入力される。制御信号には記録・再生の指示、どのヘッドで記録・再生をするか、その際の記録電流、センス電流の大きさなどの情報がシリアルデータとして含まれており、制御回路で記録電流源・センス電流源・ヘッド選択機構への制御信号に分離される。記録動作時には記録電流源・ライトバッファ・ライトアンプがアクティブとなり、再生動作時にはセンス電流源・リードバッファ・リードアンプがアクティブとなるように排他的に動作する。
本発明のヘッドアンプは、再生動作時にも記録電流源・ライトアンプがアクティブとなるモードを持つ。そのような動作モードを可能とする制御回路701の構成例を図8に示す。図中“R/W”は再生動作時に“1”、記録動作時に“0”となる制御信号、Is、Iw、Itはそれぞれセンス電流値、記録電流値、微小磁界発生用の記録電流値とする。またHsはヘッド切り替え制御信号である。新たにリトライ制御信号(“0”/“1”)が入力された構成とすることで、記録動作時には記録電流源がアクティブ、センス電流源がインアクティブ(=センス電流値が0)、また再生動作時かつリトライ制御信号が“0”の場合にはセンス電流源がアクティブ、記録電流源がインアクティブ(=記録電流値が0)、再生動作時かつリトライ制御信号が“1”の場合にはセンス電流源がアクティブ、記録電流源がアクティブ(=記録電流値がIt)という本発明で所望の機能が実現可能である。
本発明では、軟磁性層への磁界印加を通常の再生動作では読めなかった場合に限ることで、常時の磁界印加に比べ、データ信頼性を損なうリスクを小さくできる。具体的には、図9に示すように、磁気ディスク装置の再生時の通常のリードリトライ処理がその上限回数Rを超えた場合には、磁壁によるスパイクノイズが発生しているものと考え、記録ヘッドあるいは磁界発生用素子から軟磁性層に微小な直流磁界を印加しながら再生を試みる。Rとしては、例えば現状の装置のリトライの上限値100回程度を想定するが、これに限らない。また、本方式のバリエーションとして印加する微小直流磁界の大きさを磁性記録層及び再生ヘッドに影響の出ない範囲で段階的に大きくしながら再生を試みる方式としても良い。以上述べたような方法により、スパイクノイズの発生する記録媒体を用いた場合にも信頼性の高い磁気ディスク装置を作成することができる。
301…HDC、302…チャネルLSI、303…ヘッドアンプ、304…ECC生成回路、305…データ変調回路、306…記録補償回路、307…ライトアンプ、308…ヘッド・記録媒体、309…リードアンプ、310…波形等化回路、311…データ検出回路、312…データ復調回路、313…ECC訂正回路、314…リトライ制御回路、315…VCM制御回路、3081…記録・再生ヘッド、3082…スピンドルモータ、3083…記録媒体、3084…ボイスコイルモータ、
401…主磁極、402…励磁コイル、403…補助磁極、404…MRシールド、405…MR素子、406…MRシールド、407…記録磁性層、408…軟磁性層、
601…磁界発生用コイル、
701…制御回路、702…記録電流源、703…センス電流源、704…ライトバッファ、705…リードバッファ、706…ヘッド切り替え機構
401…主磁極、402…励磁コイル、403…補助磁極、404…MRシールド、405…MR素子、406…MRシールド、407…記録磁性層、408…軟磁性層、
601…磁界発生用コイル、
701…制御回路、702…記録電流源、703…センス電流源、704…ライトバッファ、705…リードバッファ、706…ヘッド切り替え機構
Claims (5)
- 軟磁性層と記録磁性層を有する記録媒体と、記録ヘッドと再生ヘッドを備える記録・再生ヘッドと、前記記録媒体を駆動する媒体駆動部と、前記記録・再生ヘッドを前記記録媒体上で移動させるアクチュエータと、前記記録・再生ヘッドに接続された信号処理回路とを含む磁気ディスク装置において、
前記信号処理回路は、再生動作中に前記記録・再生ヘッドから直流磁界を発生させる動作モードを有することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の磁気ディスク装置において、前記直流磁界は前記記録ヘッドから発生することを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1記載の磁気ディスク装置において、前記記録ヘッドは、主磁極、補助磁極、及び前記主磁極と補助磁極によって形成される磁気回路と鎖交して前記主磁極から記録磁界を発生させるための励磁コイルを有する単磁極型記録ヘッドであり、前記記録・再生ヘッドは前記主磁極と補助磁極によって形成される磁気回路と鎖交しない磁界発生用コイルを備え、前記直流磁界は前記磁界発生用コイルへの通電によって発生することを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1記載の磁気ディスク装置において、前記直流磁界の大きさは前記軟磁性層内に生じた磁壁を移動させる程度に強く、前記記録磁性層の磁化に影響を与えない程度に弱いことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1記載の磁気ディスク装置において、リードリトライ機構を有し、前記信号処理回路は、規定回数以上のリトライが発生したとき、再生動作中に前記記録・再生ヘッドから直流磁界を発生させることを特徴とする磁気ディスク装置。
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2005
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