JP4112789B2 - 垂直磁気記録方式の磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には垂直記録方式の磁気ディスク装置に関し、特にディスク記録媒体の軟磁性層の安定化を実現する機能を備えた磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブを代表とする磁気ディスク装置の分野では、長手磁気記録（面内磁気記録）方式での記録密度の限界を超えるための技術として、垂直磁気記録方式が注目されている。この垂直磁気記録方式の中で、記録媒体として２層構造のディスク記録媒体（以下単にディスクと称する）を使用するディスクドライブの実用化が推進されている。
【０００３】
２層構造のディスクは、垂直方向の磁気異方性を示す記録磁性層と、当該記録磁性層と基板との間に軟磁性層（裏打ち軟磁性層とも呼ばれる）とを有する。軟磁性層は、データ記録動作時に、ヘッドの一方の磁極から発生する磁束の一部を他方の磁極まで通過させて、いわばヘッドの記録動作を支援するような機能を有するものである。
【０００４】
ところで、軟磁性層は、磁区状態の不安定性から磁気ノイズが発生し易いことが確認されている。特に、ヘッドがディスク上を移動しているときに、当該ヘッドに接近する軟磁性層からスパイク状（又はパルス状）の磁気ノイズが発生しやすい。この磁気ノイズは、記録磁性層に影響して、ヘッドからの再生信号レベルの低下などが起こる。また、軟磁性層は、外乱磁界に対する感度が高く、これによる磁区の変化に伴って、記録磁性層の磁化状態の不安定化をもたらす要因になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
２層構造のディスクを使用する垂直磁気記録方式のディスクドライブの実用化を図るためには、前述のような軟磁性層における磁区状態の不安定性を抑制し、当該軟磁性層からの磁気ノイズの発生を抑制するための対策が必要不可欠になっている。
【０００６】
従来では、ディスクドライブの筐体を強磁性体材質の材料から構成して、特に外乱磁界に対するシールド機能を実現する提案がなされている（例えば特開平６−２３６６７４号公報を参照）。しかしながら、この提案方法では、外乱磁界に対する軟磁性層の不安定化を抑制できるが、ディスクドライブの内部から発生する磁界（浮遊磁界）には弱く、また軟磁性層の磁区状態の不安定性を解消できない。
【０００７】
また、別の提案として、軟磁性層の下層に、当該軟磁性層と交換結合した一様な磁化を有する硬磁性固着層を設けるディスク構造が提案されている（例えば特許第２９４７０２９号公報を参照）。このようなディスク構造であれば、外乱磁界に対する耐性を向上できると共に、軟磁性層の磁区状態の安定化も実現できる可能性がある。しかし、硬磁性固着層に対する磁化の一様化工程が必要となり、またディスクの構成層の膜厚が極端に厚くなるなど、特にディスクの製造工程上の課題があり、結果として実用化が困難である。
【０００８】
さらに、軟磁性層に対して磁界を印加するための磁界発生素子を有する磁気ヘッドを使用するディスクドライブが提案されている（例えば特開平６−７６２０２号公報を参照）。しかしながら、磁界発生素子からの磁界が磁気ヘッドに対して外乱磁界として影響する致命的な問題があり、結果として実用化が困難である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、特別の製造工程や磁気ヘッドに対する影響を及ぼすことなく、ディスクの軟磁性層の磁区状態の安定化を実現して、ノイズの低減化及び外乱磁界に対する安定性を図ることにより、実用化の可能な垂直記録方式の磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、記録磁性層の下層に軟磁性層を設けた２層構造のディスクを使用し、
当該軟磁性層の磁区を一様化して、磁区構造を安定化させる磁界発生手段を有する垂直記録方式の磁気ディスク装置に関する。
【００１１】
本発明の観点に従った磁気ディスク装置は、垂直磁気記録方式のデータ記録媒体として使用されて、記録磁性層、軟磁性層、及び磁化固着層を有する３層構造のディスク記録媒体と、前記ディスク記録媒体に対してデータの記録及び再生を行なうための磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを搭載し、前記ディスク記録媒体上の半径方向に当該磁気ヘッドを移動させるためのアクチュエータ機構と、前記ディスク記録媒体の面内方向に対して所定の磁界の強さを有する直流磁界を印加するための手段であって、前記磁化固着層の着磁方向とほぼ同一方向の当該直流磁界を発生する磁界発生手段とを具備し、前記磁界発生手段は、前記アクチュエータ機構を構成するボイスコイルモータの構成要素であるマグネット部材を兼用するように構成されている。
【００１６】
このような構成であれば、磁気ヘッドに対して影響を及ぼすことなく、また特別の製造工程を要することなく、ディスクの軟磁性層の磁区を一様化して、磁区構造の安定化を実現することができる。従って、実用化の可能な方法により当該軟磁性層からのノイズを低減化し、かつ外乱磁界による安定性を確保できる。これにより、２層構造のディスクを使用する垂直記録方式のディスクドライブの実用化を推進することが可能となる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（ディスクドライブ機構）
図１は、第１の実施形態に関する垂直記録方式のディスクドライブの要部を示す。同ディスクドライブは、ドライブ本体である筐体（上部カバーを省略している）７の内部に、ディスク１、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２、及びアクチュエータからなるドライブ機構が組み込まれた構成である。
【００１９】
アクチュエータは、ヘッド３を搭載しているサスペンションを含むアーム４と、当該アーム４をディスク１上の半径方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５とからなる。アクチュエータは、データのリード／ライト動作時には、ヘッド３をディスク１上の半径方向に移動させる。また、アクチュエータは、リード／ライト動作の停止時には、ヘッド３をディスク１上から，ディスク１の外側に配置されたランプ部材（図示せず）に退避させるアンロード動作を実行する。
【００２０】
また、筐体７には、プリアンプ回路などを実装している回路基板６が配置されている。プリアンプ回路は、ＦＰＣ（フレキシブル・プリント・ケーブル）を介してヘッド３と接続しており、リード／ライト信号の伝送を行なう。
【００２１】
ディスク１は、図２に示すように、垂直方向の磁気異方性を有する記録磁性層２４と、当該記録磁性層２４と基板２１との間に介在する軟磁性層（裏打ち軟磁性層）２２とを有する２層構造である。
【００２２】
さらに、筐体７の内部には、直流誘導磁界の発生器（以下磁界発生器と表記する）１０が設けられている。この磁界発生器１０は、後述するように、ディスク１の面内方向（長手方向）に直流磁界を印加し、軟磁性層２２の磁区を一様化するように磁区制御するために設けられた永久磁石又は電磁石である。磁界発生器１０は、図１に示すように、アクチュエータの近傍でかつヘッド３とは離れた位置であり、さらにヘッド３が移動する範囲に対応するディスク１の範囲に対して磁界が作用する位置に配置される。
【００２３】
（ディスク構造）
ディスク１の構造を具体的に説明すると、アルミニューム又はガラス材質の基板２１の表面上に、例えばＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系の軟磁性層２２が３００ｎｍ程度の厚さで積層される。さらに、軟磁性層２２上には、Ｔｉ系の中間制御層（配向制御層）２３、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の合金からなる記録磁性層２４、及びカーボン材質の表面保護膜２５がスパッタリング処理により積層される。なお、軟磁性層２２は、センダスト（ｓｅｎｄｕｓｔ）、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、またはＦｅ−Ｃｏ系合金等の磁性材料でもよい。
【００２４】
（軟磁性層の特性）
軟磁性層２２の磁区状態は、オプティカル表面アナライザを使用するＫｅｒｒ効果測定方法により観察することが可能である。特別の磁区制御を施していない場合、軟磁性層２２には多数の磁壁（磁区の境界場所）が存在している。これらの磁壁は移動して、軟磁性層２２の磁化状態を変化させる。また、これらの磁壁は、静磁気的なエネルギー状態により、特にディスクの外周側近辺に多く存在している。
【００２５】
このような軟磁性層を有するディスク１を直流（ＤＣ）消磁した後に、当該ディスク１に対して磁気ヘッド３によりリード動作を実行して、ヘッド３からの再生波形を観察する。この観察から、データが記録されていないディスク１から、スパイク状（パルス状）の多数のノイズが発生する現象を確認することができる。これらのスパイク状のノイズの発生箇所は、軟磁性層２２の磁壁の存在位置にほぼ対応している。従って、軟磁性層２２の磁壁が、スパイク状ノイズの発生要因であることが推定される。軟磁性層２２の磁壁は、わずかな外乱磁界でも影響されて変化してしまう。
【００２６】
次に、オプティカル表面アナライザを使用する測定方法により、ディスク１に対して例えば永久磁石により磁界を与えた場合の軟磁性層２２の磁区状態（磁化状態）を観察することができる。この観察から、永久磁石からの印加磁界により、軟磁性層２２の磁区状態が一様化されることが確認できる。ここで、永久磁石による印加磁界領域は限定された領域である。しかし、軟磁性層２２の一部の磁化を永久磁石により飽和させることで、その磁束が軟磁性層２２の内部を伝わり、かなりの広範囲で軟磁性層２２の磁区状態が一様化されることも確認されている。
【００２７】
（第１の実施形態の作用効果）
以下、同実施形態のディスクドライブに設けられた磁界発生器１０による作用効果を説明する。
【００２８】
同実施形態では、図１に示すように、アクチュエータの近傍に設けられた磁界発生器１０により、ディスク１の面内方向（径方向）には、常に直流磁界が印加されている。なお、磁界発生器１０としては、鉄心にコイルを巻いた電磁石を想定する。但し、実際にディスクドライブに搭載させる磁界発生器１０としては、電源を必要としない永久磁石の方が望ましい。
【００２９】
電磁石は、コイルに流す電流値により、ディスク１に印加する直流磁界の強さ（Ｈ＝Ａ／ｍ）を調整することが可能である。ここで、電磁石からディスク１に対して、例えば磁界の強さ（Ｈ）が「１０×７９．５８Ａ／ｍ」以下の直流磁界を印加しても、前述の軟磁性層２２の磁区状態に応じたスパイク状ノイズの発生頻度は変化しない。従って、ノイズの低減化に対する顕著な効果が得られない。
【００３０】
一方、例えば磁界の強さ（Ｈ）が「５０×７９．５８Ａ／ｍ」以上の直流磁界を印加すると、前述の軟磁性層２２の磁区状態に応じたスパイク状ノイズは発生しなくなり、ノイズの低減化に対する顕著な効果がある。
【００３１】
要するに、磁界発生器１０から、軟磁性層２２の磁気異方性の磁界より大きい磁界の強さの印加磁界を発生させることにより、軟磁性層２２の磁化が飽和し、磁区状態を一様化できると推定できる。
【００３２】
また、例えば磁界の強さ（Ｈ）が「１５００×７９．５８Ａ／ｍ」以上の直流磁界を印加すると、ヘッド３からの再生信号の振幅値が規定値より減少することが確認されている。要するに、磁界発生器１０からの印加磁界の強過ぎると、ヘッド３及び記録磁性層２４に対して影響を及ぼすことになる。特に、記録磁性層２４の保磁力より大きい磁界が印加されると、記録磁性層２４の磁化が減衰するものと推定できる。
【００３３】
従って、磁界発生器１０からディスク１に印加される磁界の強さ（Ｈ）は、軟磁性層２２の磁気異方性の磁界より大きく、かつ記録磁性層２４の保磁力（図３の３１）より小さくするように設定する必要がある。ここで、ディスク１として角型性のよい２層構造のディスクの場合には、当該磁界発生器１０からの印加磁界の強さ（Ｈ）は、ディスクの記録磁性層２４の非可逆磁化反転開始の磁界の強さ（図３の３０）よりも小さいことが望ましい。
【００３４】
次に、磁界発生器１０の配置関係について説明する。
【００３５】
磁界発生器１０の配置としては、印加磁界により、ヘッド３が移動する範囲（シーク動作の範囲）に対応する軟磁性層２２の磁区状態を一様化できる位置が望ましい。即ち、図４（Ａ）に示す磁界発生器１０の配置である。なお、ヘッド３が移動する範囲とは、ディスク１上の記録磁性層２４におけるデータの記録有効範囲を意味する。
【００３６】
しかしながら、この配置構成では、磁界発生器１０からの印加磁界の強さが「５０×７９．５８Ａ／ｍ」程度でも、ヘッド３からの再生信号の振幅が規定値より減衰するほど、強すぎることが確認されている。即ち、図４（Ａ）に示す磁界発生器１０の配置では、磁界発生器１０の位置がヘッド３に接近しすぎるため、印加磁界がヘッド３に大きく影響するものと推定できる。このため、ヘッド３と軟磁性層２２との相互作用により、強いヘッド磁界が発生し、記録磁性層２４の磁化を減磁させる事態となることが容易に推測できる。従って、図１に示すように、磁界発生器１０の位置は、ヘッド３に対して印加磁界がそれ程影響しない程度に離れた場所が望ましい。
【００３７】
次に、図４（Ｂ）に示すような磁界発生器１０の配置を検討する。
【００３８】
この配置構成は、磁界発生器１０の位置を、スピンドルモータ２を中間として、ディスク１上のヘッド３の移動範囲（データの記録範囲）の反対側に設定している。この位置であれば、ヘッド３に対する磁界発生器１０からの印加磁界の影響を抑制することが可能である。
【００３９】
しかしながら、この配置構成では、磁界発生器１０からの印加磁界の強さを「１０００×７９．５８Ａ／ｍ」程度に増大した場合でも、ヘッド３からの再生出力にはスパイク状ノイズが発生することが確認されている。要するに、磁界発生器１０からの印加磁界がディスク１の軟磁性層２２には有効に作用していないものと推定できる。即ち、磁界発生器１０からの印加磁界による磁区制御（磁区状態の一様化）は、磁界の印加位置から近い範囲でのみ有効であることが確認できる。
【００４０】
以上のような理由から、図１に示すように、同実施形態での磁界発生器１０の配置構成が、軟磁性層２２の磁区制御に有効である。また、この配置構成であれば、ヘッド３に対して印加磁界がそれ程影響しない程度に離れている。換言すれば、磁界発生器１０の位置とヘッド３の位置（移動位置）とを結ぶ直線が、ディスク１の回転中心（スピンドルモータ２の回転軸）と交差しないような配置構成が望ましい。
【００４１】
なお、ヘッド３に対して直接作用する印加磁界の強さ（Ｈ）は「５×７９．５８Ａ／ｍ」以下になるように、磁界発生器１０の配置を調整する必要がある。これにより、印加磁界により、ヘッド３が誤動作するような事態を防止することができる。
【００４２】
以上のように同実施形態によれば、ディスクドライブの内部に、永久磁石などの磁界発生器１０を所定の位置に設けるだけで、２層構造のディスク１に対して軟磁性層２２の磁区状態を一様化するように磁区制御を実現することができる。この場合、磁界発生器１０からの印加磁界が、磁気ヘッド３に対して許容範囲外の影響を及ぼすような事態を未然に防止できる。要するに、同実施形態の方式であれば、特別の製造工程等を要することなく、ディスクの軟磁性層２２の磁区状態の安定化を実現できる。従って、実用化の可能な方法により当該軟磁性層２２からのノイズを低減化し、かつ外乱磁界による安定性を確保できる。
【００４３】
（変形例）
図５から図７は、第１の実施形態の変形例に関する図である。
【００４４】
本変形例は、磁界発生器１０としてＶＣＭ５の磁気回路を構成するマグネット部材（永久磁石）を兼用した構成である（図５の５０）。このような構成であれば、独立の部品として磁界発生器１０を用意する必要は無い。予めＶＣＭ５を設計する場合に、磁界発生器１０の機能（軟磁性層２２に対する有効な磁界の印加）を得られるようにマグネット部材５０の仕様（磁気特性やサイズなど）を設定すればよい。
【００４５】
図６は、従来のＶＣＭ５の構造を示す概念図である。ＶＣＭ５は、マグネット部材１５と電磁コイルとの相互作用により、アーム４を駆動させる。従来では、マグネット部材１５からの磁束（矢印）が、ディスク１側には作用しないように、ＶＣＭ５の設計が行なわれている。
【００４６】
本変形例では、図７に示すように、兼用マグネット部材５０から所定の磁界がディスク１側に印加されるように、ＶＣＭ５の設計を行なうことになる。即ち、ディスク１の記録磁性層２４の保磁力を超えず、かつ軟磁性層２２の磁区状態の一様化（磁化を一様に飽和させること）に有効な程度の漏れ磁束が、マグネット部材５０から出るような設計仕様で、ＶＣＭ５を設計することになる。
【００４７】
本変形例の構成であれば、独立の部品として磁界発生器１０を削減できるため、相対的に低コストで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図８及び図９は、第２の実施形態に関する図である。
【００４９】
同実施形態は、図８に示すように、軟磁性層２２と基板２１間に、磁化固着層８０を設けた３層構造のディスク１００を使用するディスクドライブに関するものである。
【００５０】
このような３層構造のディスク１００の場合でも、図９に示すように、アクチュエータの近傍に磁気発生器１０を配置することにより、ディスク１００の軟磁性層２２の磁区状態の安定化を実現できるため、垂直磁気記録におけるノイズの低減化と外乱磁界に対する安定性を実現できる。同実施形態では、特に磁気発生器１０からの印加磁界の方向（ディスクの面内方向）９１が、磁化固着層８０の固着磁化方向９０とほぼ同一方向になるように、磁気発生器１０の設計を行なうことが望ましい。
【００５１】
なお、第１及び第２の実施形態、及び第１の実施形態の変形例に関するいずれのディスクドライブにおいて、ディスクの軟磁性層２２は、外部磁界の時間的変化に敏感であり、不安定化することが確認されている。そこで、ディスクドライブの筐体７及び上部カバー（トップカバー）を強磁性体材料で構成することにより、外部磁界に対する磁気シールド効果を高めることが望ましい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、軟磁性層を有する２層構造のディスクを使用する垂直記録方式のディスクドライブにおいて、ディスクに対して直流磁界を印加する磁気発生手段を配置させることにより、実用的かつ効果的に当該軟磁性層の磁区状態の安定化を実現できる。従って、垂直記録方式の課題であるノイズの低減化及び外乱磁界に対する安定性を図ることができるため、垂直記録方式のディスクドライブの実用化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関するディスクドライブの要部を示す図。
【図２】同実施形態に関するディスクの構造を説明するための図。
【図３】同実施形態に関する記録磁性層の磁気特性（ＭＨループ）を説明するための図。
【図４】同実施形態に関する磁界発生部材の配置関係を説明するための図。
【図５】同実施形態の変形例に関するディスクドライブの要部を示す図。
【図６】同変形例に関する磁界発生作用を説明するための図。
【図７】同変形例に関する磁界発生作用を説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施形態に関するディスクの構造を説明するための図。
【図９】同実施形態に関するディスクドライブの要部を示す図。
【符号の説明】
１…ディスク
２…スピンドルモータ
３…ヘッド
４…アーム
５…ボイスコイルモータ
６…回路基板
７…筐体
１０…磁界発生器（永久磁石または電磁石）
２１…ディスク基板
２２…軟磁性層
２３…中間制御層（配向制御層）
２４…記録磁性層
２５…表面保護膜
５０…ＶＣＭの兼用マグネット部材
８０…磁化固着層

Claims (2)

1. 垂直磁気記録方式のデータ記録媒体として使用されて、記録磁性層、軟磁性層、及び磁化固着層を有する３層構造のディスク記録媒体と、
   前記ディスク記録媒体に対してデータの記録及び再生を行なうための磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドを搭載し、前記ディスク記録媒体上の半径方向に当該磁気ヘッドを移動させるためのアクチュエータ機構と、
   前記ディスク記録媒体の面内方向に対して所定の磁界の強さを有する直流磁界を印加するための手段であって、前記磁化固着層の着磁方向とほぼ同一方向の当該直流磁界を発生する磁界発生手段とを具備し、
   前記磁界発生手段は、前記アクチュエータ機構を構成するボイスコイルモータの構成要素であるマグネット部材を兼用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。
2. 前記ディスク記録媒体、前記磁気ヘッド、前記アクチュエータ機構、及び前記磁界発生手段を収納する筐体が強磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。

Images