JP3688666B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には磁気ディスク装置の分野に関し、特に、２層ディスク媒体を使用する磁気ディスク装置に適用し、磁気的外乱の影響を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスクドライブの分野では、磁気記録データに対応する磁化領域がディスク媒体（以下単にディスク）の垂直方向（厚み方向）に形成される垂直磁気記録システムが注目されている。
【０００３】
垂直磁気記録式のディスクドライブは、通常では、垂直磁気記録の可能な磁気記録層と、当該磁気記録層と基板との間に設けられた軟磁性層とを有する２層構造のディスクを使用する。
【０００４】
更に、ディスクドライブは、ヘッド本体のスライダ上に、リードヘッド素子とライトヘッド素子とが分離して実装された構造の磁気ヘッドを使用している。ライトヘッド素子は、垂直磁気記録方式に適合する例えば単磁極型ヘッド素子である。リードヘッド素子は、例えばスピンバルブ（spin-valve）ＭＲ（magnetoresistive）素子またはＴＭＲ（tunneling MR）素子などのＧＭＲ（giant MR）素子である。ＧＭＲ素子は、磁気抵抗型の磁気検出素子である。
【０００５】
垂直磁気記録式のディスクドライブでは、ライトヘッド素子からディスク上に印加された記録磁束が、軟磁性層にも受け入れられることにより、記録層への磁気記録が効率的に行なわれている。
【０００６】
ここで、垂直磁気記録式のディスクドライブでは、磁気記録効率を向上させるために用いられる軟磁性層が、同時に磁気的外乱に対しても敏感な感度を有するいう問題がある。磁気的外乱としては、ドライブ内に組み込まれたスピンドルモータ（ＳＰＭ）や、アクチュエータのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）から発生する外部磁界も含まれる。ＳＰＭは、ディスクを回転させるモータである。アクチュエータは、磁気ヘッド（スライダ）を搭載し、リード／ライトヘッドをディスク上の目標位置まで移動させる機構である。
【０００７】
このような磁気的外乱は、ディスクの記録装置の記録磁化を不安定化させたり、リードヘッドのＧＭＲ素子に対しても悪影響を及ぼす。特に、磁気的外乱からの磁界が軟磁性層により強調されて、リードヘッド素子（ＧＭＲ素子）に印加されると、当該リードヘッド素子から出力されるリード信号波形に歪みなどが発生して、リードエラーレートが劣化することが確認されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術としては、ディスクの長手方向に印加される外部磁界の影響を抑制するための技術が提案されている（例えば特開２０００−９０４２４号公報を参照）。
【０００９】
この先行技術は、軟磁性層の透磁率を相対的に小さくすることにより、外部磁界に対する軟磁性層の磁化の反応性を鈍化させて、磁気的外乱の磁束が磁気ヘッドに集中することを抑制している。
【００１０】
しかしながら、先行技術は、ディスクの長手方向に印加される外部磁界の影響を抑制できるが、ディスクに対して垂直方向に印加される磁気的外乱の磁界には必ずしも有効ではない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ディスクの垂直方向（厚み方向）に印加される磁気的外乱の磁界が、特に、リードヘッド素子に対して及ぼす影響を抑制できる構造を備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、磁気記録層と基板との間に軟磁性層を含む２層構造のディスク媒体を使用するディスクドライブにおいて、垂直方向（ディスクの厚み方向）に印加される磁気的外乱などの外部磁界により、リードヘッド素子に対して影響する磁界強度を抑制するための構造に関する。
【００１３】
本発明の観点に従ったディスクドライブは、データを記録する磁気記録層と基板との間に軟磁性層を有するディスク媒体と、前記ディスク媒体上で、前記磁気記録層からの記録磁界を検出するリードヘッド素子と、当該リードヘッド素子をシールドするためのシールド部材とを有する磁気ヘッドとを具備し、前記軟磁性層の厚みを“ｔ”とし、反磁界の影響を除去したときの軟磁性層の膜面垂直方向の透磁率を“μ”とし、前記リードヘッド素子を介在したときの前記シールド部材間の距離を“ｇ”とし、前記軟磁性層の表面から前記磁気ヘッドの先端部までのスペーシング距離を“ｄ”とした場合に、
関係式「ｔｇ（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））＜２πｄ（ｄ＋ｔ）」が成立するように構成されている磁気ディスク装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（ディスクドライブの構成）
図１は、本実施形態に関する構造を概念的に示す図であり、図２は本実施形態に関係するディスクドライブの外観を示す図であり、図３は同ドライブのディスクの構造を示す図である。
【００１６】
本ディスクドライブは、垂直磁気記録方式のドライブである。本ディスクドライブは、図２に示すように、筐体１の内部に、磁気記録媒体であるディスク２と、当該ディスク２に対してデータのリード／ライトを行なう磁気ヘッド（以下単にヘッドと表記）３とを有する。
【００１７】
ディスク２は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）４に取り付けられて回転される。ヘッド３は、アクチュエータ５の先端部（サスペンション）に搭載されている。アクチュエータ５は、ボイスコイルモータ６を含み、ヘッド３をディスク２上の半径方向に移動させて、目標位置に位置決めするための機構である。
【００１８】
さらに、本ドライブは、ヘッド３と接続してリード／ライト信号の入出力を制御するヘッドＩＣ７、および、筺体１の裏面に設けられた回路基板８を有する。
【００１９】
ディスク２は、垂直磁気記録式の２層構造のディスクであり、図３に示すように、基板２１、軟磁性層２２、配向制御層２３、磁気記録層２４、保護膜（潤滑材を含む）２５を有する。
【００２０】
基板２１は、ガラス材またはアルミニューム材を含む。軟磁性層２２は、基板２１上に、例えば厚さ０．１μｍ程度のＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂを主成分とする磁性材が積層されたものである。配向制御層２３は、例えば厚さ５ｎｍ程度のＲｕ材を主成分とするものである。磁気記録層２４は、例えば厚さ１５ｎｍのＣｏ−Ｐｔを主成分とした磁性材が積層されたものである。保護膜２５は、例えば厚さ２ｎｍ程度のカーボン材の保護層からなる。
【００２１】
図４は、ヘッド３の構造を示す図である。
【００２２】
ヘッド３は、スライダと称するヘッド本体上に、図４に示すライトヘッド素子３１と、リードヘッド素子４１（但し、狭義にはＧＭＲ素子４２がリードヘッド素子）とが分離して実装された構造である。
【００２３】
ライトヘッド素子３１は、主磁極３２、リターンヨーク３４、およびコイル３３を含み、ディスク２に対して垂直方向の記録磁界を発生する。主磁極３２は、例えば飽和磁束密度Ｂｓが２．２テスラ程度の磁性材（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ）を、ディスク２上の記録トラック幅（例えば０．２ｕｍ）に対応するように、膜厚を例えば０．２ｕｍに加工されたものである。
【００２４】
リードヘッド素子４１は、磁気抵抗効果型の磁気検出素子であるＧＭＲ素子４２と、当該ＧＭＲ素子４２をシールドするための第１及び第２のシールド部材４３，４４とを有する。
【００２５】
ＧＭＲ素子４２は、例えばスピンバルブＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、シールド部材４３，４４に挟まれた構成である。ＧＭＲ素子４２は、ディスク２上の記録トラック（トラック幅０．２ｕｍ）に対して、０．１２ｕｍ程度の再生トラック幅を有する。
【００２６】
シールド部材４３，４４は、例えば飽和磁束密度Ｂｓが１．２テスラ程度で、膜厚１ｕｍ程度のパーマロイ（permalloy）からなる。
【００２７】
（同実施形態の特徴的構造とその作用効果）
前述のようなディスクドライブの基本的構造において、同実施形態の特徴的構造と、その作用効果を説明する。
【００２８】
図１は、本ディスクドライブに組み込まれたディスク２及びリードヘッド素子４１の構造を概念的に示す図である。
【００２９】
図１は、アクチュエータ５に搭載されたヘッド３（リードヘッド素子４１）が、ディスク２上を浮上している状態を示している。このような状態において、垂直方向（ディスク２の厚み方向）に磁気的外乱１００が印加されている状況を想定する。
【００３０】
リードヘッド素子４１では、シールド部材４３，４４の間隔ｇは、７０ｎｍ程度である。ヘッド３の浮上量（ディスク２の表面からヘッド３の先端部までの距離）は、１０ｎｍ程度である。ここでは、ヘッド３の先端部には、ディスク２の表面に対向するシールド部材４３，４４の先端部を含む。
【００３１】
ディスク２では、記録層２４の厚みが１５ｎｍ程度であり、保護層２５の厚みが２ｎｍ程度である。また、配向制御層２３の厚みは、１５ｎｍ程度である。従って、軟磁性層２２の表面からリードヘッド素子４１までの間隔（距離）であるスペーシングｄは、４７ｎｍ（４７＝１５＋１５＋２＋１０＋５）程度である。なお、リードヘッド素子４１には、ヘッド保護膜を含むリセス（recess）量が５ｎｍ程度存在する。
【００３２】
軟磁性層２２は、形状反磁性が生じない場合の透磁率を“μ”とした場合に、透磁率μが８０程度で、その厚み“ｔ”が５０ｎｍ程度とする。
【００３３】
本実施形態の特徴的構造は、シールド間隔ｇ、スペーシングｄ、軟磁性層２２の透磁率μ、及びその厚みｔの各パラメータの関係が、下記関係式（１）を満たすものである。
【００３４】
ｔｇ（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））＜２πｄ（ｄ＋ｔ）…（１）このような関係式（１）が成立するような構造であれば、垂直方向の磁気的外乱１００が印加されたときに、その磁界強度を“Ｈａ”とし、軟磁性層２２により強調されてリードヘッド素子（ＧＭＲ素子４２）に影響する磁界強度を“Ｈｚ”とした場合に、その磁界強度Ｈｚを抑制することができる（Ｈｚ＜Ｈａ）。
【００３５】
以下、図１と共に、図５から図１０を参照して、同実施形態の作用効果を説明する。
【００３６】
図５は、垂直磁気記録方式で、本実施形態の構造を採用していないディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その外部磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。具体的には、リードヘッド素子により、ディスク２からデータを読出すリード動作時に、磁気的外乱の磁界強度での影響を要因として発生するデータの誤り率（ビットエラーレート）を意味する。
【００３７】
また、図６は、長手磁気記録方式のディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その外部磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。
【００３８】
図５及び図６から明白であるように、垂直磁気記録方式のディスクドライブでは、一般的に外部磁界の影響により、リード動作時でのビットエラーレートの特性変化が大きくなり、データの信頼性が不安定になることが確認できる。
【００３９】
さらに、垂直磁気記録方式では、印加する磁界の強度がある値Ｆ（例えば４０×一／（４）×１０３Ａ／ｍ）以上になると、磁界を取り去った後も以前のビットエラーレートに回復することはない。これは磁気的外乱により、ディスク２上に記録された磁化パターンに歪みが発生したことが要因であると推定される。
【００４０】
一方で、前記値Ｆ以下の外部磁界を印加した場合には、ビットエラーレートの変化は可逆性である。即ち、一度劣化したビットエラーレートも、外部磁界を取り除いた後には、元のリードエラーレート特性に回復する。
【００４１】
図７は、垂直磁気記録方式のディスクドライブにおいて、外部磁界の強度Ｈａに対して、リードヘッド素子４１から出力されるリード信号波形の上下非対称性（asymmetry）の変化を示す。図７から明白であるように、磁気的外乱の磁界強度が、リードヘッド素子のＧＭＲ素子４２にバイアス磁界として印加し、ＧＭＲ素子からのリード信号波形の非対称性を強調させることが推定できる。リード信号波形の上下非対称性が大きい場合には、リード動作時でのビットエラーレートを低下させる要因となる。
【００４２】
図８は、前記関係式（１）の条件を満足するようにパラメータを設定した構造のディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その印加磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。
【００４３】
この図８から明白であるように、磁気的外乱の印加磁界による特性変化の影響が大きく抑制されて、リードエラーレートが安定性を示していることが分かる。即ち、本実施形態の構造であれば、リードヘッド素子に対して、磁気的外乱により影響する磁界強度を抑制できることが推定される。
【００４４】
図９及び図１０は、ディスク２の軟磁性層２２の磁気特性を、膜面に平行な方向成分、および膜面法線方向成分（垂直方向成分）に分けてそれぞれ示したものである。
【００４５】
軟磁性層２２は、薄膜の場合には、膜面に平行な方向では形状異方性をほとんどもたない。このため、その磁束密度Ｂは、わずかな印加磁界（強度Ｈａ）に対しても急激に立ちあがり、やがて飽和磁束密度に到達する特性を示す。
【００４６】
一方、軟磁性層２２に対して印加磁界が垂直方向の場合には、軟磁性層２２では、自身の磁化から薄膜表面に表れる表面磁荷（図１のσ）により生じる形状反磁界が、外部磁界の影響を打ち消す方向に働く。このため、磁束密度の上昇は鈍化され、図１０のような磁気特性（ヒステリシスが発生している）を示すことになる。この時、軟磁性層２２の内部の磁束密度が高くなると、それだけ表面付近の磁界強度は強くなることになる。
【００４７】
ディスクドライブに対して、磁気的外乱の磁界が印加された場合に、軟磁性層２２により、その磁界強度の影響が強調される。このため、リードヘッド素子４１に対して、軟磁性層２２からの印加磁界の強度の影響を抑制することが必要となる。
【００４８】
図１０において、外乱の印加磁界の範囲で、軟磁性層２２の磁束密度Ｂが増加しても、表面付近の磁界強度（図１のσ）を抑制できればよい。一般的に、垂直方向に対する印加磁界に対して、軟磁性層２２の垂直方向（膜面法線方向）の透磁率μ（μ＝磁束密度の変化／印加磁界の変化）が１以下であれば、表面での磁界強度の増加を抑制することができる。
【００４９】
しかしながら、軟磁性層の厚み“ｔ”は、記録特性、即ちライトヘッド素子からの記録磁束（総磁束量）を十分に受け入れるだけの容量を必要とするため、薄くするには限界がある。これから、透磁率μを１以下に設定することは困難である。
【００５０】
ここで、図１に示すように、磁気外乱１００が印加された場合に、リードヘッド素子４１の各シールド部材４３，４４には容易に磁束が流れる。一方、軟磁性層２２の表面に表れる磁荷は、各シールド部材４３，４４の表面に表れる磁荷とでキャンセルするように表出する。このため、軟磁性層２２の表面には、表面磁荷（σ）による反磁界は実効的には現れないことになる。
【００５１】
一般的に、各シールド部材４３，４４の膜厚は１μｍ程度あるため、シールド間ギャップｇと比較すると十分厚い。よって、シールドギャップ間に存在するＧＭＲ素子４２に対して、軟磁性層２２の表面から印加される磁界を想定した場合に、各シールド部材４３，４４との対向面より外側の影響はほぼ無視できる。
【００５２】
また、各シールド部材４３，４４のトラック幅方向（外乱１００に対して直交する方向）の厚さを数１０μｍ程度と想定する。ここで、軟磁性層２２の磁化Ｍｚが、垂直方向に向くとき、軟磁性層２２の内部に生じる反磁界の強度Ｈｄは、下記式（２）で与えられる。
【００５３】
Ｈｄ＝４πＭｚ（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ））…（２）
ここで、各シールド部材４３，４４のトラック幅は、十分に大きい値（＞＞ｔ、ｇ）である。
【００５４】
軟磁性層２２の反磁界の影響が無い時の透磁率をμとすると、前記式（２）と磁気的外乱の磁界強度Ｈａとから、軟磁性層２２の表面に表れる磁荷σは下記式（３）で与えられる。
【００５５】
σ＝（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））Ｈａ…（３）
更に、軟磁性層２２の表面の磁荷σが、リードヘッド素子４１に加える磁界強度を“Ｈｚ”とした場合に、その磁界強度は下記式（４）により与えられる。
【００５６】
Ｈｚ＝σｇ／２πｄ−σｇ／２π（ｄ＋ｔ）…（４）
従って、外部磁界（磁気的外乱１００の印加磁界）に対しての影響が、軟磁性層２２により強調されるのを回避するためには、下記関係式（５）が成立していれば良いことになる。
【００５７】
Ｈｚ＜Ｈａ…（５）
この関係式（５）から、前述の式（１）を導き出すことができる。
【００５８】
以上要するに、２層ディスクを使用するディスクドライブでは、軟磁性層が垂直方向に印加される外部磁界（磁気的外乱）を強調する。そこで、軟磁性層の厚み“ｔ”を相対的に薄くし、シールド部材間ギャップ距離“ｇ”を相対的に小さくし、かつ、スペーシング距離“ｄ”を大きくすれば、リードヘッド素子に対して影響する磁気外乱の磁界強度を抑制できる。
【００５９】
しかし、一方で、軟磁性層の厚み“ｔ”は、記録特性、即ちライトヘッド素子からの記録磁束（総磁束量）を十分に受け入れるだけの容量を必要とするため、薄くするには限界がある。シールド部材間ギャップ距離“ｇ”を小さくすることは、製造上の困難性がある。また、スペーシング距離“ｄ”を大きくすると、リードヘッド素子の出力低下を招くことになる。
【００６０】
そこで、前記関係式（１）の条件を満たす構造であれば、磁気的外乱の磁界強度が強調されて、リードヘッド素子に対して影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、磁気的外乱に対して敏感な軟磁性層２２を含むディスク２を使用するディスクドライブにおいても、リードエラーレートの安定化を実現し、信頼性の高いデータを再生することが可能となる。
【００６１】
本実施形態は、垂直磁気記録式のディスクドライブに適用した場合を想定したが、ディスク媒体が軟磁性層を含む構造であり、シールド型のリードヘッドを使用するディスクドライブには有効である。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、軟磁性膜を有するディスク媒体を使用するディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱の印加磁界がリードヘッド素子に及ぼす影響を抑制することが可能となる。従って、結果的にリードエラーレートの向上を図ることができるため、高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関するディスクおよびヘッドの構造を概念的に示す図。
【図２】同実施形態に関するディスクドライブの外観を示す図。
【図３】同実施形態に関するディスクの構造を示す図。
【図４】同実施形態に関するヘッドの構造を示す図。
【図５】同実施形態の効果を説明するために、垂直磁気記録方式のディスクドライブでのリードエラーレートの測定結果を示す図。
【図６】同実施形態の効果を説明するために、長手磁気記録方式のディスクドライブでのリードエラーレートの測定結果を示す図。
【図７】同実施形態の効果を説明するために、磁気的外乱とリード信号波形の上下非対称性との関係を示す図。
【図８】同実施形態の効果を説明するために、リードエラーレート特性を示す図。
【図９】同実施形態の効果を説明するために、軟磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０】同実施形態の効果を説明するために、軟磁性層の磁気特性を示す図。
【符号の説明】
１…筐体
２…ディスク（ディスク媒体）
３…ヘッド（磁気ヘッド）
４…スピンドルモータ（ＳＰＭ）
５…アクチュエータ
６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
２１…基板
２２…軟磁性層
２３…配向制御層
２４…磁気記録層
２５…保護膜
３１…ライトヘッド素子
４１…リードヘッド素子
４２…ＧＭＲ素子
４３…シールド部材
４４…シールド部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には磁気ディスク装置の分野に関し、特に、２層ディスク媒体を使用する磁気ディスク装置に適用し、磁気的外乱の影響を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスクドライブの分野では、磁気記録データに対応する磁化領域がディスク媒体（以下単にディスク）の垂直方向（厚み方向）に形成される垂直磁気記録システムが注目されている。
【０００３】
垂直磁気記録式のディスクドライブは、通常では、垂直磁気記録の可能な磁気記録層と、当該磁気記録層と基板との間に設けられた軟磁性層とを有する２層構造のディスクを使用する。
【０００４】
更に、ディスクドライブは、ヘッド本体のスライダ上に、リードヘッド素子とライトヘッド素子とが分離して実装された構造の磁気ヘッドを使用している。ライトヘッド素子は、垂直磁気記録方式に適合する例えば単磁極型ヘッド素子である。リードヘッド素子は、例えばスピンバルブ（spin-valve）ＭＲ（magnetoresistive）素子またはＴＭＲ（tunneling MR）素子などのＧＭＲ（giant MR）素子である。ＧＭＲ素子は、磁気抵抗型の磁気検出素子である。
【０００５】
垂直磁気記録式のディスクドライブでは、ライトヘッド素子からディスク上に印加された記録磁束が、軟磁性層にも受け入れられることにより、記録層への磁気記録が効率的に行なわれている。
【０００６】
ここで、垂直磁気記録式のディスクドライブでは、磁気記録効率を向上させるために用いられる軟磁性層が、同時に磁気的外乱に対しても敏感な感度を有するいう問題がある。磁気的外乱としては、ドライブ内に組み込まれたスピンドルモータ（ＳＰＭ）や、アクチュエータのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）から発生する外部磁界も含まれる。ＳＰＭは、ディスクを回転させるモータである。アクチュエータは、磁気ヘッド（スライダ）を搭載し、リード／ライトヘッドをディスク上の目標位置まで移動させる機構である。
【０００７】
このような磁気的外乱は、ディスクの記録装置の記録磁化を不安定化させたり、リードヘッドのＧＭＲ素子に対しても悪影響を及ぼす。特に、磁気的外乱からの磁界が軟磁性層により強調されて、リードヘッド素子（ＧＭＲ素子）に印加されると、当該リードヘッド素子から出力されるリード信号波形に歪みなどが発生して、リードエラーレートが劣化することが確認されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術としては、ディスクの長手方向に印加される外部磁界の影響を抑制するための技術が提案されている（例えば特開２０００−９０４２４号公報を参照）。
【０００９】
この先行技術は、軟磁性層の透磁率を相対的に小さくすることにより、外部磁界に対する軟磁性層の磁化の反応性を鈍化させて、磁気的外乱の磁束が磁気ヘッドに集中することを抑制している。
【００１０】
しかしながら、先行技術は、ディスクの長手方向に印加される外部磁界の影響を抑制できるが、ディスクに対して垂直方向に印加される磁気的外乱の磁界には必ずしも有効ではない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ディスクの垂直方向（厚み方向）に印加される磁気的外乱の磁界が、特に、リードヘッド素子に対して及ぼす影響を抑制できる構造を備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の観点は、磁気記録層と基板との間に軟磁性層を含む２層構造のディスク媒体を使用するディスクドライブにおいて、垂直方向（ディスクの厚み方向）に印加される磁気的外乱などの外部磁界により、リードヘッド素子に対して影響する磁界強度を抑制するための構造に関する。
【００１３】
本発明の観点に従ったディスクドライブは、データを記録する磁気記録層と基板との間に軟磁性層を有するディスク媒体と、前記ディスク媒体上で、前記磁気記録層からの記録磁界を検出するリードヘッド素子と、当該リードヘッド素子をシールドするためのシールド部材とを有する磁気ヘッドとを具備し、前記軟磁性層の厚みを“ｔ”とし、反磁界の影響を除去したときの軟磁性層の膜面垂直方向の透磁率を“μ”とし、前記リードヘッド素子を介在したときの前記シールド部材間の距離を“ｇ”とし、前記軟磁性層の表面から前記磁気ヘッドの先端部までのスペーシング距離を“ｄ”とした場合に、
関係式「ｔｇ（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））＜２πｄ（ｄ＋ｔ）」が成立するように構成されている磁気ディスク装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（ディスクドライブの構成）
図１は、本実施形態に関する構造を概念的に示す図であり、図２は本実施形態に関係するディスクドライブの外観を示す図であり、図３は同ドライブのディスクの構造を示す図である。
【００１６】
本ディスクドライブは、垂直磁気記録方式のドライブである。本ディスクドライブは、図２に示すように、筐体１の内部に、磁気記録媒体であるディスク２と、当該ディスク２に対してデータのリード／ライトを行なう磁気ヘッド（以下単にヘッドと表記）３とを有する。
【００１７】
ディスク２は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）４に取り付けられて回転される。ヘッド３は、アクチュエータ５の先端部（サスペンション）に搭載されている。アクチュエータ５は、ボイスコイルモータ６を含み、ヘッド３をディスク２上の半径方向に移動させて、目標位置に位置決めするための機構である。
【００１８】
さらに、本ドライブは、ヘッド３と接続してリード／ライト信号の入出力を制御するヘッドＩＣ７、および、筺体１の裏面に設けられた回路基板８を有する。
【００１９】
ディスク２は、垂直磁気記録式の２層構造のディスクであり、図３に示すように、基板２１、軟磁性層２２、配向制御層２３、磁気記録層２４、保護膜（潤滑材を含む）２５を有する。
【００２０】
基板２１は、ガラス材またはアルミニューム材を含む。軟磁性層２２は、基板２１上に、例えば厚さ０．１μｍ程度のＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂを主成分とする磁性材が積層されたものである。配向制御層２３は、例えば厚さ５ｎｍ程度のＲｕ材を主成分とするものである。磁気記録層２４は、例えば厚さ１５ｎｍのＣｏ−Ｐｔを主成分とした磁性材が積層されたものである。保護膜２５は、例えば厚さ２ｎｍ程度のカーボン材の保護層からなる。
【００２１】
図４は、ヘッド３の構造を示す図である。
【００２２】
ヘッド３は、スライダと称するヘッド本体上に、図４に示すライトヘッド素子３１と、リードヘッド素子４１（但し、狭義にはＧＭＲ素子４２がリードヘッド素子）とが分離して実装された構造である。
【００２３】
ライトヘッド素子３１は、主磁極３２、リターンヨーク３４、およびコイル３３を含み、ディスク２に対して垂直方向の記録磁界を発生する。主磁極３２は、例えば飽和磁束密度Ｂｓが２．２テスラ程度の磁性材（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ）を、ディスク２上の記録トラック幅（例えば０．２ｕｍ）に対応するように、膜厚を例えば０．２ｕｍに加工されたものである。
【００２４】
リードヘッド素子４１は、磁気抵抗効果型の磁気検出素子であるＧＭＲ素子４２と、当該ＧＭＲ素子４２をシールドするための第１及び第２のシールド部材４３，４４とを有する。
【００２５】
ＧＭＲ素子４２は、例えばスピンバルブＭＲ素子またはＴＭＲ素子であり、シールド部材４３，４４に挟まれた構成である。ＧＭＲ素子４２は、ディスク２上の記録トラック（トラック幅０．２ｕｍ）に対して、０．１２ｕｍ程度の再生トラック幅を有する。
【００２６】
シールド部材４３，４４は、例えば飽和磁束密度Ｂｓが１．２テスラ程度で、膜厚１ｕｍ程度のパーマロイ（permalloy）からなる。
【００２７】
（同実施形態の特徴的構造とその作用効果）
前述のようなディスクドライブの基本的構造において、同実施形態の特徴的構造と、その作用効果を説明する。
【００２８】
図１は、本ディスクドライブに組み込まれたディスク２及びリードヘッド素子４１の構造を概念的に示す図である。
【００２９】
図１は、アクチュエータ５に搭載されたヘッド３（リードヘッド素子４１）が、ディスク２上を浮上している状態を示している。このような状態において、垂直方向（ディスク２の厚み方向）に磁気的外乱１００が印加されている状況を想定する。
【００３０】
リードヘッド素子４１では、シールド部材４３，４４の間隔ｇは、７０ｎｍ程度である。ヘッド３の浮上量（ディスク２の表面からヘッド３の先端部までの距離）は、１０ｎｍ程度である。ここでは、ヘッド３の先端部には、ディスク２の表面に対向するシールド部材４３，４４の先端部を含む。
【００３１】
ディスク２では、記録層２４の厚みが１５ｎｍ程度であり、保護層２５の厚みが２ｎｍ程度である。また、配向制御層２３の厚みは、１５ｎｍ程度である。従って、軟磁性層２２の表面からリードヘッド素子４１までの間隔（距離）であるスペーシングｄは、４７ｎｍ（４７＝１５＋１５＋２＋１０＋５）程度である。なお、リードヘッド素子４１には、ヘッド保護膜を含むリセス（recess）量が５ｎｍ程度存在する。
【００３２】
軟磁性層２２は、形状反磁性が生じない場合の透磁率を“μ”とした場合に、透磁率μが８０程度で、その厚み“ｔ”が５０ｎｍ程度とする。
【００３３】
本実施形態の特徴的構造は、シールド間隔ｇ、スペーシングｄ、軟磁性層２２の透磁率μ、及びその厚みｔの各パラメータの関係が、下記関係式（１）を満たすものである。
【００３４】
ｔｇ（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））＜２πｄ（ｄ＋ｔ）…（１）このような関係式（１）が成立するような構造であれば、垂直方向の磁気的外乱１００が印加されたときに、その磁界強度を“Ｈａ”とし、軟磁性層２２により強調されてリードヘッド素子（ＧＭＲ素子４２）に影響する磁界強度を“Ｈｚ”とした場合に、その磁界強度Ｈｚを抑制することができる（Ｈｚ＜Ｈａ）。
【００３５】
以下、図１と共に、図５から図１０を参照して、同実施形態の作用効果を説明する。
【００３６】
図５は、垂直磁気記録方式で、本実施形態の構造を採用していないディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その外部磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。具体的には、リードヘッド素子により、ディスク２からデータを読出すリード動作時に、磁気的外乱の磁界強度での影響を要因として発生するデータの誤り率（ビットエラーレート）を意味する。
【００３７】
また、図６は、長手磁気記録方式のディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その外部磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。
【００３８】
図５及び図６から明白であるように、垂直磁気記録方式のディスクドライブでは、一般的に外部磁界の影響により、リード動作時でのビットエラーレートの特性変化が大きくなり、データの信頼性が不安定になることが確認できる。
【００３９】
さらに、垂直磁気記録方式では、印加する磁界の強度がある値Ｆ（例えば４０×一／（４）×１０３Ａ／ｍ）以上になると、磁界を取り去った後も以前のビットエラーレートに回復することはない。これは磁気的外乱により、ディスク２上に記録された磁化パターンに歪みが発生したことが要因であると推定される。
【００４０】
一方で、前記値Ｆ以下の外部磁界を印加した場合には、ビットエラーレートの変化は可逆性である。即ち、一度劣化したビットエラーレートも、外部磁界を取り除いた後には、元のリードエラーレート特性に回復する。
【００４１】
図７は、垂直磁気記録方式のディスクドライブにおいて、外部磁界の強度Ｈａに対して、リードヘッド素子４１から出力されるリード信号波形の上下非対称性（asymmetry）の変化を示す。図７から明白であるように、磁気的外乱の磁界強度が、リードヘッド素子のＧＭＲ素子４２にバイアス磁界として印加し、ＧＭＲ素子からのリード信号波形の非対称性を強調させることが推定できる。リード信号波形の上下非対称性が大きい場合には、リード動作時でのビットエラーレートを低下させる要因となる。
【００４２】
図８は、前記関係式（１）の条件を満足するようにパラメータを設定した構造のディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱が印加された場合に、その印加磁界の強度Ｈａに対するリードエラーレートを測定した結果を示す図である。
【００４３】
この図８から明白であるように、磁気的外乱の印加磁界による特性変化の影響が大きく抑制されて、リードエラーレートが安定性を示していることが分かる。即ち、本実施形態の構造であれば、リードヘッド素子に対して、磁気的外乱により影響する磁界強度を抑制できることが推定される。
【００４４】
図９及び図１０は、ディスク２の軟磁性層２２の磁気特性を、膜面に平行な方向成分、および膜面法線方向成分（垂直方向成分）に分けてそれぞれ示したものである。
【００４５】
軟磁性層２２は、薄膜の場合には、膜面に平行な方向では形状異方性をほとんどもたない。このため、その磁束密度Ｂは、わずかな印加磁界（強度Ｈａ）に対しても急激に立ちあがり、やがて飽和磁束密度に到達する特性を示す。
【００４６】
一方、軟磁性層２２に対して印加磁界が垂直方向の場合には、軟磁性層２２では、自身の磁化から薄膜表面に表れる表面磁荷（図１のσ）により生じる形状反磁界が、外部磁界の影響を打ち消す方向に働く。このため、磁束密度の上昇は鈍化され、図１０のような磁気特性（ヒステリシスが発生している）を示すことになる。この時、軟磁性層２２の内部の磁束密度が高くなると、それだけ表面付近の磁界強度は強くなることになる。
【００４７】
ディスクドライブに対して、磁気的外乱の磁界が印加された場合に、軟磁性層２２により、その磁界強度の影響が強調される。このため、リードヘッド素子４１に対して、軟磁性層２２からの印加磁界の強度の影響を抑制することが必要となる。
【００４８】
図１０において、外乱の印加磁界の範囲で、軟磁性層２２の磁束密度Ｂが増加しても、表面付近の磁界強度（図１のσ）を抑制できればよい。一般的に、垂直方向に対する印加磁界に対して、軟磁性層２２の垂直方向（膜面法線方向）の透磁率μ（μ＝磁束密度の変化／印加磁界の変化）が１以下であれば、表面での磁界強度の増加を抑制することができる。
【００４９】
しかしながら、軟磁性層の厚み“ｔ”は、記録特性、即ちライトヘッド素子からの記録磁束（総磁束量）を十分に受け入れるだけの容量を必要とするため、薄くするには限界がある。これから、透磁率μを１以下に設定することは困難である。
【００５０】
ここで、図１に示すように、磁気外乱１００が印加された場合に、リードヘッド素子４１の各シールド部材４３，４４には容易に磁束が流れる。一方、軟磁性層２２の表面に表れる磁荷は、各シールド部材４３，４４の表面に表れる磁荷とでキャンセルするように表出する。このため、軟磁性層２２の表面には、表面磁荷（σ）による反磁界は実効的には現れないことになる。
【００５１】
一般的に、各シールド部材４３，４４の膜厚は１μｍ程度あるため、シールド間ギャップｇと比較すると十分厚い。よって、シールドギャップ間に存在するＧＭＲ素子４２に対して、軟磁性層２２の表面から印加される磁界を想定した場合に、各シールド部材４３，４４との対向面より外側の影響はほぼ無視できる。
【００５２】
また、各シールド部材４３，４４のトラック幅方向（外乱１００に対して直交する方向）の厚さを数１０μｍ程度と想定する。ここで、軟磁性層２２の磁化Ｍｚが、垂直方向に向くとき、軟磁性層２２の内部に生じる反磁界の強度Ｈｄは、下記式（２）で与えられる。
【００５３】
Ｈｄ＝４πＭｚ（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ））…（２）
ここで、各シールド部材４３，４４のトラック幅は、十分に大きい値（＞＞ｔ、ｇ）である。
【００５４】
軟磁性層２２の反磁界の影響が無い時の透磁率をμとすると、前記式（２）と磁気的外乱の磁界強度Ｈａとから、軟磁性層２２の表面に表れる磁荷σは下記式（３）で与えられる。
【００５５】
σ＝（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））Ｈａ…（３）
更に、軟磁性層２２の表面の磁荷σが、リードヘッド素子４１に加える磁界強度を“Ｈｚ”とした場合に、その磁界強度は下記式（４）により与えられる。
【００５６】
Ｈｚ＝σｇ／２πｄ−σｇ／２π（ｄ＋ｔ）…（４）
従って、外部磁界（磁気的外乱１００の印加磁界）に対しての影響が、軟磁性層２２により強調されるのを回避するためには、下記関係式（５）が成立していれば良いことになる。
【００５７】
Ｈｚ＜Ｈａ…（５）
この関係式（５）から、前述の式（１）を導き出すことができる。
【００５８】
以上要するに、２層ディスクを使用するディスクドライブでは、軟磁性層が垂直方向に印加される外部磁界（磁気的外乱）を強調する。そこで、軟磁性層の厚み“ｔ”を相対的に薄くし、シールド部材間ギャップ距離“ｇ”を相対的に小さくし、かつ、スペーシング距離“ｄ”を大きくすれば、リードヘッド素子に対して影響する磁気外乱の磁界強度を抑制できる。
【００５９】
しかし、一方で、軟磁性層の厚み“ｔ”は、記録特性、即ちライトヘッド素子からの記録磁束（総磁束量）を十分に受け入れるだけの容量を必要とするため、薄くするには限界がある。シールド部材間ギャップ距離“ｇ”を小さくすることは、製造上の困難性がある。また、スペーシング距離“ｄ”を大きくすると、リードヘッド素子の出力低下を招くことになる。
【００６０】
そこで、前記関係式（１）の条件を満たす構造であれば、磁気的外乱の磁界強度が強調されて、リードヘッド素子に対して影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、磁気的外乱に対して敏感な軟磁性層２２を含むディスク２を使用するディスクドライブにおいても、リードエラーレートの安定化を実現し、信頼性の高いデータを再生することが可能となる。
【００６１】
本実施形態は、垂直磁気記録式のディスクドライブに適用した場合を想定したが、ディスク媒体が軟磁性層を含む構造であり、シールド型のリードヘッドを使用するディスクドライブには有効である。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、軟磁性膜を有するディスク媒体を使用するディスクドライブにおいて、垂直方向の磁気的外乱の印加磁界がリードヘッド素子に及ぼす影響を抑制することが可能となる。従って、結果的にリードエラーレートの向上を図ることができるため、高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関するディスクおよびヘッドの構造を概念的に示す図。
【図２】同実施形態に関するディスクドライブの外観を示す図。
【図３】同実施形態に関するディスクの構造を示す図。
【図４】同実施形態に関するヘッドの構造を示す図。
【図５】同実施形態の効果を説明するために、垂直磁気記録方式のディスクドライブでのリードエラーレートの測定結果を示す図。
【図６】同実施形態の効果を説明するために、長手磁気記録方式のディスクドライブでのリードエラーレートの測定結果を示す図。
【図７】同実施形態の効果を説明するために、磁気的外乱とリード信号波形の上下非対称性との関係を示す図。
【図８】同実施形態の効果を説明するために、リードエラーレート特性を示す図。
【図９】同実施形態の効果を説明するために、軟磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０】同実施形態の効果を説明するために、軟磁性層の磁気特性を示す図。
【符号の説明】
１…筐体
２…ディスク（ディスク媒体）
３…ヘッド（磁気ヘッド）
４…スピンドルモータ（ＳＰＭ）
５…アクチュエータ
６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
２１…基板
２２…軟磁性層
２３…配向制御層
２４…磁気記録層
２５…保護膜
３１…ライトヘッド素子
４１…リードヘッド素子
４２…ＧＭＲ素子
４３…シールド部材
４４…シールド部材
Claims (4)
- データを記録する磁気記録層と基板との間に軟磁性層を有するディスク媒体と、
前記ディスク媒体上で、前記磁気記録層からの記録磁界を検出するリードヘッド素子と、当該リードヘッド素子をシールドするためのシールド部材とを有する磁気ヘッドとを具備し、
前記軟磁性層の厚みを“ｔ”とし、反磁界の影響を除去したときの軟磁性層の膜面垂直方向の透磁率を“μ”とし、前記リードヘッド素子を介在したときの前記シールド部材間の距離を“ｇ”とし、前記軟磁性層の表面から前記磁気ヘッドの先端部までのスペーシング距離を“ｄ”とした場合に、
関係式「ｔｇ（μ−４π（１−ｅｘｐ（−πｔ／ｇ）））＜２πｄ（ｄ＋ｔ）」が成立するように構成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 前記ディスク媒体は垂直磁気記録式での磁気記録が可能な２層媒体であり、
前記磁気ヘッドは、ディスク媒体に対して垂直磁気記録式での磁気記録動作を行なうライトヘッド素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。 - 前記リードヘッド素子は、前記磁気ヘッドの構成要素として、前記ディスク媒体上に磁気記録を行なうライトヘッド素子と分離して設けられて、
前記シールド部材間に配置された磁気抵抗効果型素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。 - 前記リードヘッド素子は、ＧＭＲ素子からなる磁気検出素子を含むことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の磁気ディスク装置。
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