JP2006048920A - 磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 再生信号のＳ／Ｎを悪化することなく、記録信号ＳＩＧとサーボ信号ＰＥＳとを同時に入手できる連続サーボ方法を備えた磁気記録再生装置に用いて好適な磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】 磁気異方性エネルギーが相対的に低い第１の材料からなり、同心円状に設けられた複数の記録トラックと、
磁気異方性エネルギーが相対的に高い第２の材料からなり、前記記録トラックと交互に同心円状に設けられた複数のガード帯と、
を備え、
前記ガード帯は、磁化方向が互いに異なる第１及び第２の領域が交互に配置されてなることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気記録媒体に関し、特に、ディスク状の磁気記録媒体に信号を磁気的情報として記録・再生する磁気記録再生装置であって、超高密度の記録・再生が可能な磁気記録再生装置に用いて好適な磁気記録媒体に関する。

近年、ハードディスクは年率２倍近い速度で高密度化されている。この際に問題になるのが、メディアの熱擾乱、ヘッドの磁界検出感度、及びヘッド位置決め精度である。これらの問題のうち、メディアの熱擾乱については、面内磁化記録方式から垂直磁化記録方式へ改めることにより、ある程度まで解決できるとされ、また、ヘッドの磁界検出感度についてもＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance effect）等の新たな磁気抵抗素子を用いることにより大幅な感度の改良が期待されている。

しかし、ヘッドの位置決めサーボ技術に関しては、未だ狭トラック化対策の決め手が描けていない。すなわち、４００Ｇｂｐｓｉ（bit per square inch）を超える超高密度のＨＤＤ（Hard Disk Drive）となると、サーボ時のヘッド位置決め要求精度は、トラックピッチの５〜１０％となるが、１Ｔｂｐｓｉ級だとほんの数ナノメータと言うオーダーになり、要求される精度の達成が極めて困難になる。

その主要な理由は、アーム固有振動とサンプリング周期とに関する。とはいっても、前者に関しては、２段ピギーバック方式や、アクティブダンピング方式等の検討がなされており、近い将来、アーム固有振動対策はなんとかなる見込みである。してみると、サーボの高性能化に対する１番の問題は、後者のサンプリング周期となる。

ハードディスクのサーボ方式としては、「サーボ面サーボ方式」や、「セクタサーボ方式」などを挙げることができるが、ディスク枚数の少ない一般的なＨＤＤの場合は、セクタサーボ方式という離散系制御が採用されることが多い。

図１４は、ハードディスク上に形成されたトラックおよびヘッダ部の一部を表す概念図である。すなわち、データを記録するための複数のトラックＴが、トラックピッチＴPで略平行に設けられ、セクター毎に、それらの先頭部にヘッダ部Ｈが設けられている。

ヘッダ部Ｈには、トラック偏差情報（position error signal：ＰＥＳ）を得るための「バースト信号」と呼ばれる信号が記録されている。バースト信号は、例えば、「０」レベルと「１」レベルとが交互に記録された領域Ｈ１と、「０」レベルのみからなる領域Ｈ２とが図示したように交互に形成されている。

領域Ｈ１は、互いにずれて設けられ、トラックＴの中心線Ｃが、領域Ｈ１の中心を通る場合と、領域Ｈ１の両辺のいずれかを通る場合がとがある。このように、領域Ｈ１をトラックＴの中心線Ｃに対して違いにずらして設けることにより、トラックＴに対するサーボ情報として利用することができる。

なお、ヘッダ部Ｈにおけるこれらのバースト信号は、「サーボトラックライタ」などと呼ばれる装置で媒体上に事前に書き込まれてから出荷される。

磁気検出領域ＲＨが、ヘッダ部Ｈを走行する際にこれらバースト信号を検出する。そして、これらバースト信号が信号処理されて、トラッキング偏差ＰＥＳが抽出される。すなわち、ＰＥＳはバースト信号が形成されたヘッダ部Ｈの通過直後にしか得られない。

いま、媒体ディスクの一周のセクタ数をＮ、ディスク回転速度をｆ（Ｈｚ）とすると、Ｎｆ（Ｈｚ）のサンプリング周期でサーボ情報を制御処理することになる。しかし、サーボ制御の際には一般に、サーボ情報のサンプリング周期がサーボ帯域制限の一つの制約になり、経験的にサンプリング周期の１／８程度にしか、サーボ帯域を上げることができない。つまり、応答特性などのサーボ性能を上げるには、サンプリング周期を高くする必要があることになる。なお、実際には、サンプリング周期の制約の他にも、アーム固有振動の制約もあるが、ここではまず、サンプリング周期を高くすることによるサーボ性能の向上を目的とする。

サンプリング周期を上げる方法としては、媒体ディスクに形成されるセクタ数を増加する方法と、媒体ディスクの回転速度を増加する方法と、をまず挙げることができる。

しかし、後者の方法は、回転速度の増加に伴うディスクの「振れ回り」の増加を招く虞がある。つまり、高速回転によりディスクが「あばれる」と、サーボ帯域を広げて外乱抑圧率を向上しても、抑圧すべき外乱そのものが大きくなり、結果としてトラッキング誤差の残留偏差は小さくならず、むしろ悪化する場合もある。

一方、セクタ数の増加は、サーボ性能として見れば有効な方法であるが、ディスク面に対するサーボエリア面すなわちヘッダ部の面積の比率が高くなる。実際には、サーボエリア面の割合とサーボ性能とのトレードオフにより、サーボエリア面占有率は決められるが、サーボエリア面が１０％以上になると問題である。つまり、ディスクのうちでヘッダ部の占める割合が大きくなりデータ領域が縮小する。１Ｔｂｐｓｉ級の面記録密度では、この問題が深刻であり、セクタ数を増やすことなく、サンプリング周期を増やす方法が望まれる。

この方法として、幾つかのものが提案されている。例えば、特開平０６−２１５３２２号公報においては、２つの再生素子をトラックＴの幅方向に併置配置して、その和信号で記録信号を検出し、差信号でトラッキング偏差信号を検出する連続サーボ方式が開示されている。

一方、１つの再生ヘッドを用いるものとして、特開２０００−１９５２００号公報に開示されているように、ディスクを工夫し、そのデータ領域の側壁にサーボ信号を配置し、再生信号を周波数分離することで、トラック偏差信号と記録信号とを分離取得する方法もある。

しかし、これらの方式をＨＤＤに適用しようとすると、再生信号のＳ／Ｎが低下するという問題が生ずる。ヘッド磁界検出感度の改善見通しは、あくまで現状のアクセスを前提とした上で連続サーボのための工夫を取ることであり、そのディスク記録信号のＳ／Ｎ比が低下するとなると、事情は異なってくる。再生ヘッドへのディスク記録磁界からの漏れ磁界を低下させたり、隣接トラック等からのノイズ磁界を増加させたりすると、十分な再生信号のＳ／Ｎを確保できなくなる。

特開平０６−２１５３２２号公報に開示されている方法の場合、併置した２つの再生素子をディスクにアクセスさせると、トラックに記録された信号磁区の中央部、つまりトラックの中心線上に、これら２つの再生素子の間の電極が来るため、再生素子部へのディスク記録からの漏れ磁界強度が低下する問題がある。つまり、トラック上に形成される記録信号の磁界分布の最も高い中心部には、一対の再生素子の間の電極が配されることとなり、読み取り損失が大きいという問題がある。

一方、特開２０００−１９５２００号公報に開示された方法の場合は、サーボ信号側の感度に関して改善の余地がある。つまり、偏差が生じない場合、偏差情報が生成しない状態となるため、偏差零近傍でのサーボ情報の検出感度がほとんどない。従って、偏差がゼロの条件の近傍においては、サーボ剛性が相対的に低下する場合もありうる。その理由は、検出信号そのものに含まれる偏差情報が、信号情報に比べて極めて小さいため、周波数分離等の処理を工夫しても、抽出される偏差信号のＳ／Ｎが悪いためである。従って、サーボ剛性を高くするのが難しいからである。
また、記録再生信号においても、記録トラック量サイドからのサーボ信号は高調波成分を持つため、帯域分離しても、その高調波成分が記録信号に影響を与え、偏差がある場合には、その再生信号のＳ／Ｎを低下させる場合もありうる。

以上説明したように、超高密度のＨＤＤを実現するには、偏差信号と再生信号とを十分な感度及び帯域で同時に検出できるような連続サーボが必要であったが、従来は、再生ヘッドのＳ／Ｎ比を劣化させるなどの問題があり、結果として超高密度ＨＤＤを実現するのが困難であった。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、今後の高密度ＨＤＤをターゲットとした新たな磁気記録システム構成を提供することにあり、再生信号のＳ／Ｎを悪化することなく、記録信号ＳＩＧとサーボ信号ＰＥＳとを同時に入手できる連続サーボ方法を備えた磁気記録再生装置に用いて好適な磁気記録媒体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の関連技術の磁気記録再生装置は、
磁気記録媒体上に形成された記録トラックに磁気的に記録された情報を再生する磁気記録再生装置であって、
前記記録トラックの長手方向及び幅方向にそれぞれオフセットして設けられ、且つ前記長手方向に見たときにオーバーラップする部分を有する第１及び第２の磁気検出領域を有する磁気ヘッドと、
前記第１及び第２の磁気検出領域のそれぞれにおいて検出された信号の和に基づいて、前記記録トラックに記録された前記情報を抽出する記録信号抽出部と、
前記第１及び第２の磁気検出領域のそれぞれにおいて検出された信号の差に基づいて、前記記録トラックに対する前記磁気ヘッドの偏差信号を抽出する偏差信号抽出部と、
前記偏差信号に基づいて前記記録トラックと前記磁気ヘッドとの相対的な位置関係を修正するサーボ機構と、
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、２つの磁気検出領域のいずれもが記録トラックの中央付近からの磁界を読み出すことができ、高いＳ／Ｎ比で記録信号の再生が可能となるとともに、差信号をとることにより、高帯域のトラッキング情報も確実に得ることができる。
ここで、前記第１及び第２の磁気検出領域の双方によりカバーされる領域を前記記録トラックの幅方向にみた時の幅は、前記記録トラックの幅よりも長いものとすれば、トラックに記録された記録磁界を十分に検出し、且つその外側に格納されたサーボパターンなどの情報も読み取ることが可能となる。

一方、本発明の磁気記録媒体は、
磁気異方性エネルギーが相対的に低い第１の材料からなり、同心円状に設けられた複数の記録トラックと、
磁気異方性エネルギーが相対的に高い第２の材料からなり、前記記録トラックと交互に同心円状に設けられた複数のガード帯と、
を備え、
前記ガード帯は、磁化方向が互いに異なる第１及び第２の領域が交互に配置されてなることを特徴とする。

上記構成によれば、磁気ヘッドのスキュー角度などにより、記録ヘッドの端部に生じうる、あいまいな磁区の部分を解消し、高いＳ／Ｎ比の記録・再生が可能となり、さらに、ガード帯からの信号をサーボパターンとして利用することが可能となる。

以上詳述したように、本発明によれば、２つの再生ヘッドをトラック長手方向及び幅方向に沿って互いにずらして設けることにより、これらの和信号を記録信号として検出し、これらの差信号をトラックサーボ情報としてやはり高い感度で検出できる。その結果として、１Ｔｂｐｓｉ以上の超高記録密度のＨＤＤであっても、十分な再生信号のＳ／Ｎを確保し、十分なヘッド位置決め精度を実現しうる連続サーボが可能となる。

また、本発明によれば、磁気記録媒体において、書き換え可能な記録トラックの両側に書き換えできないガード帯を設けることにより、記録ヘッドの端部付近において形成されるあいまいな磁区領域を解消することができ、高いＳ／Ｎを確保して確実な記録・再生が実現できる。

さらにまた、本発明によれば、このようなガード帯にサーボ制御のための磁化パターンを設けることにより、帯域の高い確実なサーボ情報を得ることができ、超高密度記録においても安定したサーボ制御が可能となる。

その結果として、記録密度を飛躍的に高くした磁気記録再生が実現でき、産業上のメリットは多大である。

以下、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、磁気記録再生装置及びこれに用いて好適な磁気記録媒体を用いた１Ｔｂｐｓｉ級のＨＤＤシステムについて説明する。

図１は、本実施形態の磁気記録再生装置において用いる磁気ヘッドの基本的な平面構成を例示する概念図である。

すなわち、この磁気ヘッドは、記録ヘッドの書き込み領域ＷＨと、再生ヘッドの磁気検出領域ＲＨと、が図示しない記録媒体のトラック長手方向ＴＬに沿って配列された構成を有する。これら書き込み領域ＷＨと磁気検出領域ＲＨとの間には、図示しない磁気シールドなどが適宜設けられる。

そして、再生ヘッドの磁気検出領域ＲＨは、２つの磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２を有し、これら磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２は、記録媒体のトラックの長手方向及び幅方向にそれぞれオフセットして設けられ、且つ前記長手方向に見たときにオーバーラップする部分を有するように設けられている。すなわち、これら磁気検出領域ＲＨ１及びＲＨ２は、トラック長手方向ＴＬに沿ってみるとピッチＰLだけずれ、また、トラック幅方向ＴWに沿ってみると幅ＰWにわたって互いにオーバーラップして配置されている。

なお、ここに表した磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２は、記録媒体に格納された磁気的情報から得られる漏れ磁界を読み取るためのウインドウに相当する。つまり、記録媒体からの漏れ磁界のうちで、図１の磁気検出領域ＲＨ１またはＲＨ２に入射したものが検出される。図１に表した磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２は、具体的には、例えば、ヘッドの媒体対向面に露出した磁気抵抗効果素子の磁気検出端面であったり、あるいは、媒体からの記録磁界を検出するためにヘッドの媒体対向面に露出した磁気ヨークの端面に相当する。

再生に際しては、これら一対の磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２から得られる信号の和を記録信号として抽出する。磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２は、そのいずれもが、記録媒体のトラックの中心線Ｔcを含むように設けられているので、記録磁界の最大部をカバーしており、読み取り損失が低い。

一方、これら一対の磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２から得られる信号の差をとると、トラッキング情報を確実且つ容易に抽出することができる。

つまり、本発明によれば、このような独特の配置関係を有する一対の磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２を用いることにより、記録信号の検出と、トラッキングエラー情報の検出とを高い感度で両立させることができる。

また、図１に例示したような書き込み領域ＷＨ及び磁気検出領域ＲＨは、図示しないスライダなどの上に形成され、モータ駆動されるアームに搭載される。ここで、このアームを特開平０５−２９８６１５号公報に開示されているロングアーム構成とすれば、スキュー角の変動を抑えることができるので、これらヘッドがトラック長手方向ＴLに対してずれ角度を持たないようにスライダを取付ければ、記録媒体にアクセスした際の位置関係も、良好な範囲に維持可能である。

各要素の寸法の具体例を挙げると、例えば、書き込み領域ＷＨはトラック幅方向が６４ｎｍ、長さ方向が６０ｎｍで、シールド層（図示せず）を介した書き込み領域ＷＨと磁気検出領域ＲＨとの間隔は約５００ｎｍ程度とすることができる。

磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２は、共にトラック幅方向が４５ｎｍ、長さ方向が８ｎｍで、これらの間隔は、ＴL方向（トラック進行方向）に１５ｎｍ、Ｔw方向（トラック幅方向）に２４ｎｍ程度ずれた構成とすることができる。

また、本発明の磁気記録再生装置において用いられる記録媒体のトラックピッチは、例えば６７．５ｎｍで、最小ピット長は９．５ｎｍ程度とすることができる。これらピッチは、３７５ｋＴＰＩ×２６６７ｋＢＰＩに相当する。

図２は、本実施形態において好適な磁気記録媒体の平面構成を表す概念図である。

すなわち、本発明の磁気記録媒体は、書き換え可能な記録トラックＴRと、書き換えが不可能なガード帯ＴGとが交互に配列した構造を有する。記録トラックＴRは、書き込み領域ＷＨから印加される記録磁界により記録が可能な材料により形成され、ガード帯ＴGは、書き込み領域ＷＨからの信号磁界では書き換えが不可能な材料により形成されている。

具体的には、例えば、記録トラックＴRが相対的に低い保磁力を与え、ガード帯ＴGが相対的に高い保磁力を与えることにより実現できる。このためには例えば、記録トラックＴRを相対的に低い磁気異方性エネルギーを有する材料により形成し、ガード帯ＴGを相対的に高い保磁力を有する材料により形成すればよい。

具体的な寸法は、例えば、トラックピッチＴPを６７．５ｎｍとした場合に、書き換え可能なメディアからなる記録トラックＴRの幅は、２／３Ｔｐに当たる４５ｎｍ、ガード帯は１／３Ｔｐ相当の２２．５ｎｍとすることができる。

また、ガード帯ＴGは全面Ｎ極に磁化したものでも良いが、同期処理が容易になるように、一定周期でＮ極とＳ極の磁極が反転し、かつ、記録トラックＴRを挟んで隣接ガード帯が同一磁極パターンとなる「パターンドメディア」を設けてもよい。

以下、このように、ガード帯ＴGにおいてＮ極とＳ極の磁極が交互に配置された同期用サーボパターンを持つディスクを用いた場合を例に挙げて説明する。ただし、後に第３実施形態に関して詳述するように、ガード帯ＴGにおいて、Ｎ極あるいはＳ極を一様に形成してもよい。

また、図２においては、記録媒体にヘッドがアクセスしている状態を表したが、これはスキュー角が全くない理想的な状態を表したものである。寸法関係として前述した具体例を想定すると、磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２がいずれも約１２ｎｍの幅に亘ってガード帯ＴGにオーバーラップする状態が、ジャストオントラック状態となり、書き込み領域ＷＨも完全にオントラックする。隣接する記録トラックＴRからの漏れ磁界によるクロストークの影響が無視できるトラック偏差検出範囲は、プラスマイナス１２ｎｍであり、要求位置決め精度であるプラスマイナス３ｎｍにより十分に満足される。

ただし、前述したようなロングアーム構成を採用しても、実際には１度以下のスキュー角の変動が生ずる。書き込み領域ＷＨと磁気検出領域ＲＨ１との間隔が約５００ｎｍｋの場合、磁気検出領域ＲＨをオントラック状態にすると、書き込み領域ＷＨは最大で約８．７ｎｍ程度オフセットすることになる。記録トラックＷＨの幅方向が６４ｎｍの場合、磁気検出領域ＲＨがジャストオントラックすれば、書き込み領域ＷＨは、記録トラックＴRを完全にまたぐ（０．８ｎｍ／１８．２ｎｍ）。このため、記録トラックＴRに形成される磁区の形状にはなんら問題を与えず、きれいな磁区を形成できる。

また、この条件で、書き込み領域ＷＨと隣接する記録トラックＴWとの距離は、わずか４．３ｎｍとなるため、書き込み領域ＷＨからの横漏れ磁界によるクロスイレースも危惧される。しかし、これに対しては、書き込み領域ＷＨの構造として、いわゆる「くし型垂直ヘッド」の構造を与えれば、記録磁界強度はヘッド周囲で急峻に低下するので、クロスイレース影響を解消できる。
また、余裕度を上げるため、後に詳述するように、記録／再生でサーボする目標オフセットを変える方式を採用してもよい。

次に、図３を参照しつつ、記録信号ＳＩＧとトラック偏差信号ＰＥＳを抽出する方法について説明する。

図３は、本実施形態の磁気記録再生装置の再生信号処理回路を表すブロック図である。

本実施形態の再生信号処理回路１０は、記録信号抽出部１０Ａと、偏差信号抽出部１０Ｂとを有する。記録信号抽出部１０Ａは、磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２から得られる再生信号Ａ及びＢの和に基づいて記録トラックに記録された記録信号を抽出する。偏差信号抽出部１０Ｂは、これら再生信号Ａ及びＢの差に基づいてトラックに対する磁気ヘッドの偏差信号を抽出する。

以下、これら記録信号抽出部１０Ａ及び偏差信号抽出部１０Ｂについて説明する。

本実施形態においては、トラック進行方向に磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２がずれているため、これら磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２でそれぞれ検出した再生信号Ａ、Ｂは、「位相ズレ」を含んでいる。この位相ズレを補償する役割をはたすのがフェーズロック回路１２である。このためには、一般的には、後に詳述するように、図示しないキャリブレーション領域で、信号遅延量のノミナル値を求めておき、フェーズロック回路１２において、この遅延量を実時間補正して、再生信号Ｂを遅延させ、再生信号Ａに位相同期させる処理を行なうこともできる。

但し、本実施形態においては、磁気記録媒体のガード帯ＴGから得られるサーボパターンの情報を用いることにより、同期処理を行うことができる。すなわち、フェーズロック回路１２は、差信号ＳＵＢの情報を使う回路とすることもできる。
和差回路１４は、このタイミング同期した再生信号Ｂと再生信号Ａとの和信号と差信号とを演算する回路で、和信号ＡＤＤは、再生信号ＡよりもＳ／Ｎ比が向上した検出信号となり、信号処理回路系に渡される。

和信号ＡＤＤには、ガード帯ＴGに形成されたサーボパターンの影響が出るが、ガード帯ＴGからの磁界の影響は、記録トラックＴRの影響に比べて小さいので、正負判定器１６のような簡単な比較器を介してから、０、１符号化器２８において、再生信号を１，０符合に戻すことができ、その出力を記録信号ＳＩＧとして取り出すことができる。

一方、差信号ＳＵＢは、サーボパターンと記録信号とが混在した形で、偏差量が振幅に相当する信号が得られる。

差信号のこの振幅のみを抽出するため、まず、和信号に適当なゲインを書け、和信号の正負判定器出力との差を取って変調基準信号を生成する。次に、差信号をこの変調基準信号で除算する。この様にして除算器３０を介して得られた信号は、多少の高周波成分を含むが差信号の振幅を抽出したものとなる。
尚、ゲインｇ１（１８）とｇ２（３３）は、適当な調整ゲインで、出荷前調整時に高調波成分の抑圧率が最も高くなるように最適な値に調整される。

最後に、高周波影響を除去するため、サーボ帯域より十分に高い遮断周波数のローパスフィルタ３２を通過させて、偏差信号ＰＥＳが得られる。

図４は、磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２により検出された再生信号波形を例示するグラフ図であり、同図（ａ）は偏差が殆どない場合、（ｂ）は偏差が大きい場合をそれぞれ表す。

偏差がない場合には、記録トラックＴRから得られる記録信号と、ガード帯ＴGから得られるサーボパターン信号とのバランスは、２つの磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２の間でほぼ同一である。従って、同図（ａ）に表したように、再生信号に含まれる高周波成分の割合は、２つの磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２の間でほぼ等しくなる。

これに対して、偏差が大きくなると、記録信号とサーボパターンのバランスは、２つの磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２の間で同一ではなくなる。すなわち、いずれか一方のヘッドにおいてサーボパターン信号の割合が高くなるため、高周波成分が増加する。このため、図４（ｂ）に表した具体例の場合、磁気検出領域ＲＨ２からの再生信号の高周波成分が増加している。
図５は、図３に表した再生信号処理回路の和差回路１４により得られる和信号ＡＤＤと差信号ＳＵＢを例示するグラフ図であり、同図（ａ）は和信号ＡＤＤ、同図（ｂ）は差信号ＳＵＢをそれぞれ表す。また、同図に例示したものは、トラック偏差が正弦波状に変化している際の長時間応答を表す。差信号ＳＵＢにはトラック偏差量がその振幅量として高感度検出されていることが分かる。

図６は、図３の再生信号処理回路により得られた信号出力を例示するグラフ図であり、同図（ａ）は抽出された記録信号ＳＩＧ、同図（ｂ）はトラック偏差信号ＰＥＳをそれぞれ表す。また、これらのグラフにおいては、信号を実線で、真値すなわち実際の値を破線でそれぞれ示した。

偏差が拡大すると、記録信号ＳＩＧについても高調波除去が不完全になる傾向があるために誤差が若干大きくなるが、全般的に、記録信号ＳＩＧと偏差信号ＰＥＳは、真値に極めて近い値が得られることが分かる。特に、サーボは偏差がゼロの近傍においては、トラック偏差信号も極めて高Ｓ／Ｎと直線性をもって検出されていることが確認できた。

なお、記録媒体として、後に詳述するように、ガード帯ＴGが一様にＮ極に磁化されたものを用いる場合は、図３よりも簡略な処理回路系を用いることができる。

また、このようにして抽出される偏差信号ＰＥＳに基づいて動作するサーボ機構について簡単に説明すると、要求位置決め精度としてプラスマイナス３ｎｍを実現するためには、流体軸受けスピンドルの非同期振れ低減化のための改善や、アーム固有振動対策を施したＶＣＭ（Voice Coil Motor）の低域外乱抑圧率の向上、２段ピギーバックサーボによる高帯域抑圧率の向上などの施策が有効である。本実施形態においても、これらのサーボ工夫を同時に採用することにより、より安定したサーボが実現できる。

以上説明した構成により、１Ｔｂｐｓｉ以上の超高記録密度のＨＤＤであっても、十分な再生信号のＳ／Ｎを確保し、十分なヘッド位置決め精度を実現しうる連続サーボが可能となる。

今後の高密度化においては、ヘッドサイズが従来延長で考えると、製造困難な大きさとなってくるが、本発明を用いることで、ヘッドサイズ（トラック幅方向にみたサイズ）を大きくすることが可能になり、検出感度のみならずヘッド製造の面からも有利である。

また、超高密度化するとトラック数増加に伴うサーボ書込み時間の増加が生産性の面から問題となってくるが、本発明ではガード帯におけるパターンドメディアの採用により、このようなサーボ書き込みが不要となる。従って、ドライブ状態に組上げてから、セクタ情報等のヘッダ情報記録のみを記録する出荷前処理のみで完成させることができ、ドライブの製造上も有利である。

すなわち、本発明は、ヘッド感度と位置決め精度のみならず、生産性等の点からも高密度ＨＤＤとして、高い効果をもたらすものである。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、前述した第１実施形態のヘッド構成を用い、記録媒体のみが異なる場合の具体例を、図７及び図８を参照しつつ説明する。この構成は、記録媒体のガード帯ＴGが一様にＮ極に磁化されたものを用いる場合の具体例で、記録媒体の製造や、信号処理処理回路等も簡単にできる。

図７は、記録媒体にヘッドがアクセスしている状態を表したものである。本具体例では、磁気記録媒体として本発明の書き換え可能な記録トラックＴRと、書き換えが不可能なガード帯ＴGとが交互に配列した構造を有する。記録トラックＴRは、書き込み領域ＷＨから印加される記録磁界により記録が可能な材料により形成され、ガード帯ＴGは、書き込み領域ＷＨからの信号磁界では書き換えが不可能な材料により形成されている。但し、ガード帯ＴGは、本例では一様なＮ磁極で初期形成されていて、記録トラックＴＲを挟んで対称ではあるが、図２のようなＮ磁極とＳ磁極とが交互に繰返す磁化パターンではない。
このような一様磁化の場合、ディスク製造後、全面に強力な一様外部磁界を掛け、その後、ガード帯ＴGが磁化反転せず、記録トラックＴＲのみが磁化反転する程度の、一様逆磁界を掛ける処理をすることで、ガード帯ＴGと記録トラックＴＲとが磁化反転した記録媒体を容易に初期化できる。また、セクタフォーマット処理に関しては、記録媒体の初期状態が、ガード帯ＴGと記録トラックＴＲとで磁化反転した状態にあるので、ＨＤＤとして装置組立てした後に、ドライブ状態のまま容易に実施することができるので、生産性の向上が可能になる。

尚、記録媒体には、本発明のようなガード帯ＴGが、相対的に高い保磁力を持つ磁性体である必要はなく、公知のガード帯が非磁性のメディアや、ガード帯ＴG面が溝となって、記録トラックＴＲ面のみが凸状に形成されたメディアであっても良い。

次に、信号再生方法に関して、図８を用いて説明する。再生ヘッドの検出特性は、低域ノイズ影響を受けない様に、ＡＣ検出（ハイパス検出）特性を持つため、再生検出信号Ａ，ＢにはＤＣ影響として加わるガード帯影響は極めて小さくなる。すなわち、磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２の記録トラックＴＲ上にオーバラップしている部分の磁化のみが、検出信号Ａ，Ｂとして現われる。

但し、トラック進行方向に磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２がズレているため、フェーズロック回路１２でこの位相ズレを補償する。詳細処理は省略するが、図示しないキャリブレーション領域で、信号遅延量のノミナル値を求めておき、再生信号Ｂを遅延させた信号と再生信号Ａとの位相差を内部検出して、再生信号Ｂの遅延量を実時間補正することで位相同期させる処理を行なう。

次に、フェーズロック回路１２の出力Ａ，Ｂ＿を和差処理して、Ａｄｄ信号とＳｕｂ信号をつくる。差信号Ｓｕｂは、磁気検出領域ＲＨ１の記録トラックＴＲ上にオーバラップ量からＲＨ２のオーバラップ量を引いたものになるので、その振動周期は記録信号の変調周期で、振幅がトラッキング誤差の２倍の信号となる。
すなわち、記録変調を（−１or１）の様に符号推定して、乗算してやればトラック偏差ＴＥを推定できる。
図９に、図８の検出回路で検出した再生記録信号ＳＧ（同図（ａ））と、位置偏差信号ＰＥＳ（同図（ｂ））とを示す。
実際のトラック偏差に比べて、推定された偏差は多少のゲイン低下が生じているが、最終段の比例ゲインを、図示しないキャリブレーション域で較正する事で、真値との振幅一致は可能であり、十分な検出精度を保つ事ができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、本発明の垂直磁化パターンドメディアと、特開平０６−２１５３２２号公報などに開示された２再生ヘッドとを組み合わせた４００Ｇｂｐｓｉ級ＨＤＤシステムについて、図１０乃至図１３を参照しつつ説明する。この具体例は、例えば、記録媒体のトラックピッチが１１５ｎｍで、最小ビット長が１４ｎｍのシステムであり、ヘッドアクセス機構は、従来と同様の長さのアーム構成で、スキュー角が媒体ディスクの内周部と外周部とで変化するタイプのものとすることができる。

図１０は、本実施形態において、磁気記録媒体上にヘッドを配置した状態を表す概念図である。磁気記録媒体は、幅５５ｎｍのガード帯ＴGと、幅６０ｎｍの記録トラックＴRとが交互に配置され、ガード帯ＴGは保磁力が高い磁性体により形成されている。このため、書き込み領域ＷＨからの記録磁界では、ガード帯ＴGの極性反転は生じない。そして、出荷前のディスク初期化処理時に、所定のＮ磁極磁化がガード帯ＴGに保持され、書き込み領域ＷＨからの記録磁界により磁区形成されるのは、記録トラックＴRのみである。

書き込み領域ＷＨには、スキュー角による姿勢変動を考慮して、記録トラックＴRの幅よりも大きい８０ｎｍ幅のものを採用している。同様に、再生ヘッド幅（磁気検出領域ＲＨ１とＲＨ２とを合せた幅）も８０ｎｍとし、記録トラックＴWの幅より大きく設定されている。

また、磁気検出領域ＲＨと書き込み領域ＷＨとの間隔は、例えば１５０ｎｍとし、絶縁壁を薄くしたヘッド構成のものを採用することができる。なお、出荷時の記録トラックＴRのデータ領域は、書き込み領域ＷＨの記録磁界程度の弱い磁界を外部磁界として与え、全てＳ極となるように初期化しておく。また、セクタ情報等を記録するフォーマット処理に関しては、これらのＳ極とＮ極とを用いた「セルフサーボ」と呼ばれるサーボライト手法を利用して実施することができる。

図１１は、本実施形態において、磁気記録媒体に記録された磁区の状態を表す概念図である。この図は、スキュー角が大きい状態で記録された磁区を表しているが、比較のために、まず、従来の一様な垂直記録媒体でスキュー角が大きい場合について、図１２を参照しつつ説明する。

本発明の磁気記録媒体のようなガード帯ＴGを持たない一様な垂直磁気記録媒体の場合、書き込み領域ＷＨのトラック幅方向の端部において、極めてあいまいな磁区が形成される。これは、図１２において、符号ＤＺで表したように、記録トラックＴの端部に形成される。

そして、このようなあいまいな磁区が形成された領域ＤＺからの漏れ磁界が磁気検出領域ＲＨの直下の磁界にクロス干渉し、Ｓ／Ｎ低下を招く。このような領域ＤＺからの影響を低減するように、磁気検出領域ＲＨの幅を記録幅よりも小さくする方法もあるが、このようにすると、再生ヘッドの検出範囲が小さくなり、検出感度そのものが低下し、電気ノイズ等による影響でＳ／Ｎが低下するという問題が生ずる。従来の一様な垂直磁気記録媒体の場合には、このあいまいな領域ＤＺからの影響と、再生素子幅の縮小による検出感度低下と、のトレードオフに基づいて、サイズや配置を決定する必要があったが、高密度記録で磁区サイズが小さくなると、高感度の信号検出が困難になる。

これに対して、本実施形態によれば、図１１に表したように、書き込み領域ＷＨの端部は、記録不可能なガード帯ＴGにかかるため、スキュー角によるあいまい磁区は形成されない。そして、記録トラックＴRに形成される磁区は、極めてきれいに記録される。また、ガード帯ＴGがＮ磁極であるため、記録トラックＴRの記録磁区上に形成される漏れ磁界分布は、ガード帯ＴGが非磁性材料により形成され磁極を持たない、いわゆる「ディスクリートパターンドメディア」よりも、Ｓ磁区サイドの漏れ磁界分布が急峻になる。これを、記録トラックＴRの全幅をカバーする磁気検出領域ＲＨ１，ＲＨ２により検出するため、Ｓ／Ｎ比の向上が図れる。

ここで、本具体例の再生ヘッドの場合、記録トラックＴRの中央の最も良質の信号が得られる部分が２つの磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２の「つなぎ目」であり、電極などが配置されるために、ロスしているので、Ｓ／Ｎ低下につながる。しかし、従来よりも幅の広い再生素子を使えること、および、記録磁区が低ノイズであること等のメリットが強く働き、従来よりもＳ／Ｎの良い信号検出を得ることができる。

次に、図１３を参照しつつ、再生信号Ａ，Ｂから記録信号ＳＩＧとトラック偏差信号ＰＥＳとを取得する方法について説明する。

本具体例の磁気ヘッドは、信号検出感度の点ではやや問題のあるヘッドであるが、本発明の磁気記録媒体と組み合わせることにより、従来の単一再生ヘッド構成のものよりも、Ｓ／Ｎ比改善できることを先に説明した。

記録信号ＳＩＧは、特開平０６−２１５３２２号公報に開示されているように、単に再生信号Ａ，Ｂを加算することにより得られる。この際、記録信号ＳＩＧは、ガード帯のバイアス影響を受けるが、その振幅は従来単一再生ヘッドよりも大きくなるため、Ｓ／Ｎ比が改善される。

一方、差信号ＳＵＢは、記録磁区がＮ磁極の時は零になり、Ｓ磁極の時はトラック偏差に相当する信号となる。そこで図１３の回路では、差信号ＳＵＢをローパスフィルタ３２によりフィルタリング処理し、オートゲインコントローラ３６を介してトラック偏差信号ＰＥＳを生成する。

記録信号は、符号化器２８における符号化処理時に、ある帯域以上となるように変調されるので、ローパス処理帯域をこの帯域より十分に小さく、かつ、サーボ帯域より十分大きく取れば、記録信号の影響はトラック偏差信号ＰＥＳに現われず、サーボ制御器への位相遅れ影響も無視できるので問題にならない。

この他の処理として、第２実施例で記した処理回路でも、同様の検出が可能である。

再生時は、このＰＥＳを零にするように、図示しないサーボ制御系によりサーボ処理する。

なお、信号記録時は、磁気検出領域ＲＨをオントラックさせると、書き込み領域ＷＨがスキュー角影響を受けて、再生ヘッドと記録ヘッドとの距離により記録トラックＴRからオフセットする問題が生ずる。本具体例のヘッドでは、スキュー角がプラスマイナス１２度程度変動するため、３１ｎｍ程度のスキュー角オフセットが生ずるが、記録時に限り、再生ヘッド位置をスキュー角オフセット量相当ずらした位置にサーボするようにして、この問題に対処している。つまり、記録時には、記録ヘッドが記録トラックの中央に位置するように、再生時には再生ヘッドが記録トラックの中央に位置する様に制御切換えする処理を取っている。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記録再生装置の電気信号処理系、機械系の具体的な構成については、当業者が適宜選択して用いたものも本発明と同様の作用効果が得られる限り本発明の範囲に包含される。

また、本発明において用いる記録ヘッド及び再生ヘッドの具体的な構成についても、当業者が適宜選択して用いることができ、例えば、再生ヘッドとしては、ＴＭＲやスピンバルブ構造などの各種の磁気抵抗効果素子を磁気検出素子として用いたものを用いることができる。また、これら磁気検出素子がヘッドの媒体対向面に直接的に露出している構造でもよく、あるいは、媒体対向面に設けられた磁気ヨークなどを介してこれら磁気検出素子に磁界が与えられる構造であってもよい。

また、本発明の磁気記録媒体についても、その記録トラック及びガード帯のサイズや配列周期、あるいはこれらを構成する材料については、各種の変形が可能であり、本発明の作用効果が得られるものは本発明の範囲に包含される。

また、本発明の磁気記録再生装置及びこれに用いる磁気記録媒体は、１つあるいは複数の磁気記録媒体を固定的な備えた「固定式」のものでもよく、または、磁気記録媒体の脱着が可能ないわゆる「リムーバブルタイプ」のものであってもよい。

本発明の第１の実施形態の磁気記録再生装置において用いる磁気ヘッドの基本的な平面構成を例示する概念図である。 本発明の磁気記録媒体の平面構成を表す概念図である。 本発明の第１の実施形態の磁気記録再生装置の再生信号処理回路を表すブロック図である。 図４は、磁気検出領域ＲＨ１、ＲＨ２により検出された再生信号波形を例示するグラフ図であり、同図（ａ）は偏差が殆どない場合、（ｂ）は偏差が大きい場合をそれぞれ表す。 図３に表した再生信号処理回路の和差回路１４により得られる和信号ＡＤＤと差信号ＳＵＢを例示するグラフ図であり、同図（ａ）は和信号ＡＤＤ、同図（ｂ）は差信号ＳＵＢをそれぞれ表す。 図３の再生信号処理回路により得られた信号出力を例示するグラフ図であり、同図（ａ）は抽出された記録信号ＳＩＧ、同図（ｂ）はトラック偏差信号ＰＥＳをそれぞれ表す。 記録媒体にヘッドがアクセスしている状態を表したものである。 本発明の第２の実施形態における再生信号の処理回路を表すブロック図である。 図８の検出回路で検出した再生記録信号ＳＧ（同図（ａ））と、位置偏差信号ＰＥＳ（同図（ｂ））とを示す。 本発明の第３の実施形態において、磁気記録媒体上にヘッドを配置した状態を表す概念図である。 本発明の第３の実施形態において、磁気記録媒体に記録された磁区の状態を表す概念図である。 従来の一様な垂直記録媒体でスキュー角が大きい場合について、磁気記録媒体に記録された磁区の状態を表す概念図である。 再生信号Ａ，Ｂから記録信号ＳＩＧとトラック偏差信号ＰＥＳとを取得する方法について表すブロック図である。 ハードディスク上に形成されたトラックおよびヘッダ部の一部を表す概念図である。

符号の説明

１２ フェーズロック回路
１４ 和差回路
１６ 正負判定器
２６ ローパスフィルタ
２８ 符号化器
３０ 除算器
３２ ローパスフィルタ
３６ オートゲインコントローラ
ＤＺ あいまいな磁区が形成された領域
Ｈ ヘッダ部
ＲＨ、ＲＨ１、ＲＨ２ 再生ヘッド
ＴG ガード帯
ＴL トラック長手方向
ＴP トラックピッチ
ＴR 記録トラック
Ｔc 中心線
ＷＨ 記録ヘッド

Claims (1)

1. 磁気異方性エネルギーが相対的に低い第１の材料からなり、同心円状に設けられた複数の記録トラックと、
   磁気異方性エネルギーが相対的に高い第２の材料からなり、前記記録トラックと交互に同心円状に設けられた複数のガード帯と、
   を備え、
   前記ガード帯は、磁化方向が互いに異なる第１及び第２の領域が交互に配置されてなることを特徴とする磁気記録媒体。
   

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