JP4923092B2

JP4923092B2 - 磁気記録媒体初期化装置

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Publication number: JP4923092B2
Application number: JP2009238343A
Authority: JP
Inventors: 万壽和五十嵐
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011086342A

Description

本発明は、１平方インチあたり１Ｔビットを超える記録密度を有するエネルギーアシスト磁気記録対応の大きな磁気異方性を持つ記録媒体をＡＣ消磁して初期化する装置に関するものである。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録媒体は、記録膜形成後、大きな磁区構造を分断する初期化処理（ＡＣ消磁）を行わないと、大きなノイズ発生や読取ゼロ点のシフトといった問題が発生する。１平方インチあたり１Ｔビットを超えない記録密度を有する磁気記録媒体は、外部からＡＣ磁界を加えたり、書込みヘッドから発生する磁界を用いたりして、この初期化処理が行われていた。ところが、ＨＤＤの記録密度の増加とともに、書込みヘッドから発生する磁界の限界を越えて、記録媒体の磁気異方性磁界を大きくすることが必要となっている。こうして書込み磁界に加えて、熱やマイクロ波といったアシストエネルギーを局所的に照射することによって記録媒体の磁化を反転するエネルギーアシスト記録が開発された。

特開２００４−３２６９６０号公報特開２００９−１４６４９０号公報

エネルギーアシスト記録には、熱アシスト記録やマイクロ波アシスト記録がある。１平方インチあたり１Ｔビットを超える記録密度を有するエネルギーアシスト磁気記録では、主磁極からの書き込み磁界が印加されているナノメートルオーダーの領域に、強力な光や高周波磁界を照射して磁性記録媒体を局所的に磁化反転せしめるものである。アシストエネルギーは記録媒体の局所領域に印加されるため、記録密度の向上には有効であるが、局所的領域の磁化のみを反転できるように最適化されているため、ディスク全面の初期化に記録動作を適用することは、長時間を要し不向きである。外部磁界の印加によって初期化を行おうとすると、超伝導磁石のような大掛かりな装置が必要である。また、記録媒体をキュリー温度近くまで加熱し、磁石等により磁界を印加する方法も考えられるが、高温による基板や記録層、潤滑層への熱ダメージが懸念される。

本発明は、エネルギーアシスト磁気記録対応の大きな磁気異方性を持つ記録媒体をＡＣ消磁して初期化するにあたり、低コストで、時間が掛からず、記録媒体への負荷が小さな記録媒体初期化方法とこれを用いた記録媒体初期化装置を提供するものである。

本発明では、磁気記録媒体の磁化容易軸と垂直な方向に静磁界を印加すると共に高周波磁界を印加し、その静磁界と高周波磁界の印加を磁気記録媒体の全面に移動しながら行うことで磁気記録媒体をＡＣ消磁する。高周波磁界の振動方向は磁気記録媒体の表面に略平行であるのが好ましい。また、高周波磁界の振動方向は静磁界の方向と略垂直であることが好ましい。更に、高周波磁界の周波数を周期的に変化させ、その際、周波数を減少させる際の時間に比べて、増加させ際の時間を短くすることが好ましい。

本発明の磁気記録媒体初期化装置は、磁気記録媒体を保持して回転駆動する駆動部と、極性の異なる一対の磁極と、長軸が前記一対の磁極を結ぶ方向に向くように配置されたマイクロ波伝送線路と、マイクロ波伝送線路に接続された電極とを有し、磁気記録媒体をＡＣ消磁するための消磁ユニットと、その電極を介してマイクロ波伝送線路に給電するためのマイクロ波電源と、磁気記録媒体に対して消磁ユニットを相対的に駆動する消磁ユニット駆動部とを有する。

また、本発明の磁気記録媒体初期化装置は、磁気記録媒体を保持して回転駆動する駆動部と、極性の異なる一対の磁極と、前記一対の磁極の中間位置に配置された磁化回転層と、磁化回転層に直流電流を流す一対の電極とを有し、スピントルクの作用により磁化回転層から高周波磁界を発生する消磁ユニットと、消磁ユニットを搭載する消磁ヘッドスライダと、磁気記録媒体に対して消磁ヘッドスライダを、一対の磁極を結ぶ方向と異なる方向に相対移動させる手段とを有する。

エネルギーアシスト磁気記録対応の大きな磁気異方性を持つ磁気記録媒体が効率よくＡＣ消磁され、ＨＤＤ動作に良好な初期状態とすることができる。

熱アシスト記録の概念図。マイクロ波アシスト記録の概念図。計算モデルと方向の定義図。マイクロ波アシスト反転の有効なアシスト方向を示す計算結果の図。マイクロ波アシスト反転の有効なアシスト方向と磁化の関係を示す図。記録媒体の表面に垂直に磁界を印加したときのポテンシャル状態を示す図。記録媒体の表面に平行に磁界を印加したときのポテンシャル状態を示す図。マイクロ波アシスト記録時の磁化反転の様子を示す図。記録媒体に平行に磁界を印加した時の、一方向変動磁界マイクロ波を用いたマイクロ波アシスト反転の様子を示す図。マイクロ波アシスト初期化方法の原理を説明する図であり、（Ａ）は初期磁化状態、（Ｂ）は面内磁界印加、（Ｃ）は高周波磁界印加、（Ｄ）は一定時間以上放置、（Ｅ）はＡＣ消磁状態を示す図。マイクロ波アシスト消磁過程による反転粒子数の時間変化の計算結果を示す図。計算より求めた消磁完了までの時間と高周波磁界強度の関係を示す図。媒体面内方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁過程中の磁気記録媒体の磁化分布を示す図。図１３の磁化分布より求めた自己相関関数を示す図。媒体垂直方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁過程中の磁気記録媒体の磁化分布を示す図。媒体垂直方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁過程中の磁気記録媒体の磁化分布より求めた自己相関関数を示す図。周波数変調の検討に用いた高周波磁界周波数の時間依存性を示す図。周波数変調により、磁化反転が促進された磁化のＺ成分の時間変化を示す図。本発明の第１の実施例における一対の磁石とマイクロ波ストリップラインからなる消磁ユニットの構成例を示す図。消磁ユニットを２つ用いて初期化器を構成した例を示す図。本発明の第１の実施例における初期化器の側面図。本発明の第１の実施例における初期化器の正面図。本発明の第１の実施例における初期化器の磁石部分の配置図。図２３の磁石配置において、中心点における記録媒体面に平行となる磁界強度のスペースｄ依存性を示す図。図２３の磁石配置において、記録媒体面に平行となる磁界強度の、中心点から横方向へのずれ量ｙ依存性を示す図。本発明の第１の実施例における高周波磁界源となるマイクロストリップラインの電子回路構成と発生磁界を示す図。本発明の第１の実施例の初期化器を用いて磁気記録媒体を初期化する方法を示す図。本発明の第１の実施例の初期化器を複数用いて磁気記録媒体を初期化する方法を示す図。消磁ユニットの高周波磁界発生部分を媒体表面から一定距離に保つための機構を示す図。レーザ光を用いた測長機構を備える消磁ユニットの概略図。レーザ光を用いた測長機構の概略図。サーボパタンが書かれているディスクに対して、本発明の第１の実施例の初期化器を用いて初期化プロセスを行った後のサーボパタンの消磁状態を示す図。周波数変調の効果を調べるために用いた周波数の時間依存パタンを示す図。図３３に示された周波数の時間依存パタンを用いて初期化プロセスを行った後のサーボパタンの消磁状態を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な外部磁界を偏重する消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第１の実施例に適用可能な外部磁界を偏重する消磁ユニットの構成を示す図。本発明の磁気ディスク初期化方法の全体構成図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットの主要部分を示す図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットの構成図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットから発生する磁界を示す図。マイクロ波アシスト記録の記録ユニットから発生する磁界を示す図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットにおいて満たすべき、軟磁性下地層の磁化が飽和する条件を示す図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットを用いてマイクロ波アシスト反転が可能である理由を示す図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットから発生する高周波磁界発振周波数の電流依存性を示す図。本発明の第２の実施例に用いるＦＧＬへ流す電流の時間依存パタンを示す図。本発明の第２の実施例における消磁ユニットを搭載したスライダとサスペンションの構成例を示す図。図５１の消磁ユニットの拡大図。本発明の第２の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第２の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第３の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットの構成図。本発明の第３の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットから発生する磁界を示す図。本発明の第３の実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットを用いてマイクロ波アシスト反転が可能である理由を示す図。本発明の第３の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。本発明の第３の実施例に適用可能な他の消磁ユニットの構成を示す図。記録媒体初期化機を含む磁気ディスク装置の全体構成図。

図１及び図２は、エネルギーアシスト記録の概念図である。図１に示す熱アシスト記録は、レーザ光５１をNear Field Generator（ＮＦＧ）と呼ばれる微小な金属片５２に照射し、先端部に形成される数１０ｎｍ程度の近接場領域に記録媒体５３を近づけて加熱し、記録媒体の磁化スイッチ磁界が低減したところで、主磁極５４からの書込み磁界Ｈ_wで磁化反転を誘導するものである。図２に示すマイクロ波アシスト記録は、Field generation layer（ＦＧＬ）呼ばれる磁化方向が高速に回転する磁性膜５５から発せられる高周波磁界Ｈ_nfと主磁極５４からの書込み磁界Ｈ_wとで磁気共鳴を起こし、磁化反転を誘導するものである。なお、５６はトレーリングシールドである。どちらのアシスト記録でも、主磁極からの書込み磁界だけでは、記録媒体の磁化反転が起きない。

本発明では、記録媒体の初期化にマイクロ波アシストによる磁化反転を利用する。ただし、記録用ヘッドをそのまま用いると、ＦＧＬから発生した高周波磁界の影響が及ぶ局所的領域の磁化しか制御できないので、より広範囲に高周波磁界を印加する必要がある。この場合、高周波磁界強度は弱くなると考えられるため、計算機シミュレーションを用いて効率的な磁界印加方法を検討した。

図３のように、記録媒体を六角柱の磁性粒子の集合体を考え、一軸磁気異方性を有する各磁性粒子が一斉回転モデルにしたがって反転するものとした。磁化Ｍの挙動は、次のＬＬＧ（Landau-Lifschitz-Gilbert）方程式に従うものとする。

ここで、γはジヤイロ磁気定数、αはダンピング定数である。有効磁界Ｈ’は、磁気異方性磁界Ｈ_a（＝Ｈ_kcosθ_M、θ_Mは磁化と磁化容易軸のなす角）、反磁界Ｈ_d、外部磁界Ｈ_ext、粒子間交換結合磁界Ｈ_ex、及び、高周波磁界Ｈ_hfの５成分の和で構成される。磁気異方性磁界Ｈ_aの印加方向は、磁化容易軸方向である。外部磁界Ｈ_extは、初期磁化方向（＋ｚ方向）からθ_h傾いた方向に印加した。高周波磁界Ｈ_hfの印加方向θ_hfは、磁化容易軸と外部磁界の作る面内とした。磁化は、概ね＋ｚ方向から−ｚ方向に向かって、ｚ軸を軸とする回転運動をしながら反転する。本計算では、主に、記録媒体を構成する各磁性粒子の飽和磁化Ｍ_sは０．５Ｔとした。また、磁気異方性Ｈ_kは、平均１６００ｋＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）で分散１０％、磁化容易軸が＋ｚ方向を中心に４．５度のガウス分布となるようにした。計算に用いたこれらのパラメータは、できるだけ実際に用いる記録媒体のものに近い値を想定したもので、異なるパラメータ値であっても本発明の趣旨に沿うものであれば、十分な効果が得られると考えられる。

図４はマイクロ波アシスト反転の有効なアシスト方向を示す計算結果の図であり、θ_h＝１５０度で３種類の外部磁界２００ｋＡ／ｍ（２．５ｋＯｅ）、４００ｋＡ／ｍ（５．０ｋＯｅ）、６００ｋＡ／ｍ（７．５ｋＯｅ）に対し、磁化反転に必要な高周波磁界の強さＨ_hf-swを高周波磁界印加方向θ_hfの関数として示したものである。Ｈ_hf-swは、外部磁界Ｈ_extの増加とともに減少し、また、高周波磁界印加方向θ_hfの増加とともに急激に減少し、最小値を、９０度から１２０度付近の角度θ_hf-minで取っている。これらの最小値を取る角度θ_hf-minは、外部磁界Ｈ_extが大きくなるにつれて９０度から大きい角度に移動している。この理由は、磁化容易軸から傾いた外部磁界（ここでは、θ_h＝１５０度）のもとで、磁化の安定方向θ_M-Sが磁化容易軸方向から傾く現象で理解できる。

図５はマイクロ波アシスト反転の有効なアシスト方向と記録媒体の磁化方向との関係を示す図であり、磁化反転に必要な高周波磁界の強さが最小値を取る角度θ_hf-minから９０度差し引いた角度を、磁化の安定方向θ_M-Sの関数として示したものである。磁化の安定方向θ_M-Sは、外部磁界がない場合には、＋ｚ方向の磁化容易軸方向を向くので、０度である。外部磁界が大きくなると、磁化が外部磁界方向に引っ張られて、θ_M-Sは大きくなる。図５によれば、θ_hf-min−９０とθ_M-Sとはほぼ一致していることが明らかである。このことは、磁化反転に必要な高周波磁界の強さが最小値を取る角度θ_hf-minがθ_M-Sに連動しており、かつ９０度傾いていることを示している。すなわち、「最も効率的な高周波磁界の方向は、印加した外部磁界のもとで安定な磁化方向に垂直である」ことが分かった。

図６は、マイクロ波アシストによる記録時と同様に、記録媒体に垂直に外部磁界を印加（θ_h＝１８０度）したときのポテンシャル状態を示す図である。ここで、＋ｚ方向に近い磁化の安定状態をＭ＋状態、−ｚ方向に近い磁化の安定状態をＭ−状態と呼ぶことにする。図６では、−ｚ方向に磁界を印加している。Ｍ＋状態とＭ−状態とのエネルギー差があるため、互いの状態へのエネルギーバリアが異なっており、磁化反転が一方通行となりやすい。磁化情報の書き込みには有用であるが、本発明の目的である記録媒体を初期化には不都合である。記録媒体を初期化するには、Ｍ＋状態にある磁性粒子の数とＭ−状態にある磁性粒子の数とをほぼ同じにし、媒体磁化Ｍを０とする（消磁）必要がある。図６にてこれを実施するためには、たとえば、すべての磁性粒子がＭ＋状態にある状況を出発点とすると、高周波磁界を印加して、磁化反転をアシストしながら、磁性粒子の数をモニタし、適切なタイミングで、高周波磁界を止めて反転を停止する必要がある。これは手間と時間を要する作業となる。

図７は、記録媒体面に平行に磁界を印加したときのポテンシャル状態を示す図である。面内方向へのパルス磁界印加後に垂直方向の磁化を測定した。周囲温度は３００Ｋである。この場合には、Ｍ＋状態とＭ−状態とのエネルギー差がなく、互いの状態へのエネルギーバリアが等しい。このため、エネルギーバリアを超えるアシストエネルギーが与えられれば、Ｍ＋状態→Ｍ−状態とＭ−状態→Ｍ＋状態とが同時に活性化し、個々の粒子磁化がＭ＋状態とＭ−状態との間で行き来するようになる。したがって、媒体磁化Ｍが０となるだけでなく、磁気クラスターを分断して小さくする作用も期待できる。磁気クラスターは、隣接粒子磁化がほぼ等しい磁性粒子の集団で、サイズが大きいほど信号再生時のノイズが大きくなり、エラーの原因となるため、高記録密度記録では記録媒体初期化による磁気クラスターの分断が必須の課題となっている。

図８は、マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）時の磁化反転の様子を模式的に示す図である。図６と同様に、記録媒体に垂直に外部磁界を印加しているが、強度は若干小さい。Ｍ＋状態とＭ−状態との２状態が取りうる状況においては、ＭＡＭＲの原理と本発明の原理は共に外部磁界の強度には影響されない。マイクロ波アシスト記録では、磁化の歳差運動に同期する高周波磁界を印加することにより、磁気共鳴を励起してアシストエネルギーを供給する。したがって、高周波磁界に含まれる反時計回り回転磁界成分が、磁化の歳差運動と同じ回転方向であるため利用される。ＭＡＭＲでは、反時計回り回転磁界成分を増強して記録媒体に印加している。磁化の歳差運動に同期する高周波磁界の周波数は、Ｍ＋状態における磁気共鳴周波数と同じかやや小さな値とするのが用いられる。これは、磁化がアシストエネルギーを受け取って歳差運動が大きくなると、Ｍ＋状態よりポテンシャルエネルギーが高くなり、磁気共鳴周波数が小さくなるためである。Ｍ＋状態における磁気共鳴周波数ｆは、磁気異方性磁界Ｈ_kによるもの（γ／２π・Ｈ_k）から、外部磁界の影響を差し引いたものであり、通常、γ／２π・Ｈ_kの７割程度の値を用いる。Ｍ−状態における磁気共鳴は、歳差運動の向きがＭ＋状態の場合の逆であるばかりでなく、周波数がγ／２π・Ｈ_kの３割増程度の値を持っているため、図８の構成を用いた磁化反転機構では、Ｍ＋状態→Ｍ−状態の磁化反転が優勢となっている。消磁に利用するには、例えば出発点としてすべての磁性粒子がＭ＋状態にある状況から、ほぼ半数の磁性粒子が反転してＭ＝０となるタイミングで、アシスト動作を停止する必要がある。

図９は、記録媒体に平行に磁界を印加し、さらに一方向変動磁界を用いたマイクロ波アシスト反転の様子を模式的に示す図である。一方向変動磁界に含まれる反時計回り回転磁界成分は、Ｍ＋状態にある粒子磁化の歳差運動と同じ方向の回転磁界であるため、Ｍ＋状態→Ｍ−状態の粒子磁化の反転をアシストする。また、一方向変動磁界に含まれる時計回り回転磁界成分は、Ｍ−状態にある粒子磁化の歳差運動と同じ方向の回転磁界であるため、Ｍ−状態→Ｍ＋状態の粒子磁化の（逆）反転をアシストする。粒子磁化の反転を磁気共鳴によりアシストする一方向変動磁界の周波数は、Ｍ＋状態とＭ−状態とのポテンシャルエネルギーが等しいため、どちらの反転過程でも同一である。

一方向変動磁界の周波数は、記録媒体の磁気異方性磁界Ｈ_kによる磁気共鳴周波数（γ／２π・Ｈ_k）と同じかやや小さな値とするのがよい。粒子磁化がアシストエネルギーを受け取って歳差運動が大きくなるとポテンシャルエネルギーが高くなり、磁気共鳴周波数が小さくなるためである。粒子磁化の歳差運動にあわせて磁気共鳴周波数を小さくすると、効率的に磁化反転を促進することが可能である。消磁過程においては、例えば、すべての磁性粒子がＭ＋状態にある状況を出発点とすると、当初はＭ＋状態→Ｍ−状態の粒子磁化の反転が進行するが、Ｍ−状態の粒子が増えるにつれてＭ−状態→Ｍ＋状態の（逆）反転が多くなる。そして、最終的には、Ｍ＋状態とＭ−状態とにある磁性粒子の数がほぼ等しくなると共に、Ｍ＋状態→Ｍ−状態の粒子磁化の反転とＭ−状態→Ｍ＋状態の粒子磁化の（逆）反転が拮抗する。Ｍ＋状態⇔Ｍ−状態の反転が繰り返されることにより、磁気クラスターが分断され、良好な消磁状態が形成されると期待される。

図１０は、本発明のマイクロ波アシスト初期化方法の原理を説明する図である。図１０（Ａ）は出発点磁化状態、図１０（Ｂ）は面内磁界印加状態、図１０（Ｃ）は高周波磁界印加状態、図１０（Ｄ）は一定時間以上放置した状態、図１０（Ｅ）はＡＣ消磁状態を示している。図１０（Ａ）の出発点磁化状態は、本発明の初期化方法を適用する直前の記録媒体のエネルギーポテンシャルの状態である。本図では、簡単のため、すべての磁性粒子がＭ＋状態にある（０度）ものとして説明しているが、出発点としていかなる磁化状態であっても、記録媒体として磁化容易軸がほぼそろったものを用いる限り、本発明の有効性を損なうものではない。図１０（Ｂ）は、記録媒体の磁化容易軸にほぼ垂直な面内に外部磁界を印加したときのエネルギーポテンシャルの状態を示した図である。約２５度と約１５５度にエネルギーポテンシャルの極小（Ｍ＋状態とＭ−状態）が形成されており、９０度にエネルギー障壁（極大）がみられる。粒子磁化は、エネルギー障壁を越えて他方の極小へは移れない。このため、図１０（Ａ）を出発点とすると、約２５度の極小に粒子磁化が存在する。図１０（Ｃ）は、外部磁界と磁化容易軸の作る面にほぼ垂直な方向に磁界が変動する高周波磁界印加を印加した直後の状態である。磁気共鳴によりエネルギーが供給され、Ｍ＋状態からＭ−状態へ反転した粒子磁化が見られる。さらに高周波磁界印加を印加し続け、一定時間以上放置すると、Ｍ＋状態とＭ−状態とにある磁性粒子の数がほぼ等しくなると共に、Ｍ＋状態→Ｍ−状態の粒子磁化の反転とＭ−状態→Ｍ＋状態の粒子磁化の（逆）反転が拮抗し、図１０（Ｄ）の状態となる。図１０（Ｄ）の状態は平衡状態と考えられ、時間が経過しても、記録媒体の平均磁化は０で変わらないが、個々の磁性粒子に着目すると、前記一定時間程度の時間スケールで、反転と逆反転を繰り返している。最後に、高周波磁界と外部磁界を除くと、図１０（Ｅ）に示すＡＣ消磁状態となり、記録媒体初期化が完了する。

図１１は、マイクロ波アシスト消磁過程による反転粒子数の時間変化の計算結果を示す図である。８００ｋＡ／ｍの外部磁界を垂直磁化媒体の面内方向に印加し、さらに４５ＧＨｚの高周波磁界を垂直磁化媒体の面内であって外部磁界と直交する方向に変化するように印加した。出発点磁化状態は、１０２４個の粒子磁化をＭ＋状態となる一方向に向けた。図１１では、高周波磁界強度が８０ｋＡ／ｍと１６０ｋＡ／ｍの場合について、Ｍ−状態にある粒子の数を反転粒子数として、高周波磁界印加からの経時変化をプロットしたものである。高周波磁界強度が８０ｋＡ／ｍの場合には、高周波磁界印加後数１０ナノ秒で磁化反転が始まり、１００００ナノ秒で半数の５１２個の反転粒子数に達している。高周波磁界強度が１６０ｋＡ／ｍの場合には、高周波磁界印加後数ナノ秒で磁化反転が始まり、数１００ナノ秒で反転粒子数が全体の半数（５１２個）に達し、以降、反転粒子数は一定の平衡状態となっている。高周波磁界強度が強いほど、平衡状態となる時間が早くなる。

図１２は、計算より求めた消磁完了までの時間と高周波磁界強度の関係を示す図である。消磁完了は、反転粒子数が全体の半数の９５％（４８６個）を超える時間とした。消磁完了時間は、高周波磁界が強いほど早くなる。また、外部磁界が強いほど消磁完了時間は、短縮するが、同時に周波数を低下させる必要がある。

図１３は、本発明による媒体面内方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁後の磁気記録媒体の磁化分布を示す図（２００ｎｍ×２００ｎｍ、磁性粒子径６．３ｎｍ）である。ｚ方向に磁化した後、ｘ方向に外部磁界Ｈ_ext、ｙ方向に１６０ｋＡ／ｍの高周波磁界Ｈ_thfを１００ナノ秒印加した。図１３では、磁化がｚ方向を向く粒子は最も暗く、磁化が−ｚ方向を向く粒子は最も明るく、中間の磁化の粒子は中間の階調で示している。磁化状態はＨ_extが６００ｋＡ／ｍの場合には、反転過程の途中であり、磁化がｚ方向を向く粒子の数が優勢である。ただし、未反転部分を示す暗い部分も細かい構造が観察されている。Ｈ_extが１２００ｋＡ／ｍを超えると磁化状態は、ほぼランダムとなり、ノイズの原因となる磁気クラスター構造がほとんど見られない。図１２より示される、１６０ｋＡ／ｍの高周波磁界Ｈ_thfを１００ナノ秒印加する場合に外部磁界強度が８００ｋＡ／ｍであれば、初期化が行える結果と一致している。

磁気クラスターの大きさの定量的な議論には、磁化分布の自己相関関数が一般に用いられている。磁化分布の自己相関関数は、各粒子の磁化を数値化し、「距離」分だけずらした磁化分布と元の磁化分布を掛け合わせた値の合計値を求め、「距離」の関数として示したものである。図１４は、図１３の磁化分布より求めた自己相関関数を示す図である。磁気クラスターサイズは、自己相関関数が最初に負になる値の１．５である。図１４より、外部磁界が弱い場合も含めて、磁気クラスターサイズが１．５粒子分（９．３ｎｍ）と細分化されており、記録媒体初期化方法として十分な特性が得られることが分かった。

媒体垂直方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁を行った後の磁化分布を図１５に示す。外部磁界は媒体面に垂直に１２００ｋＡ／ｍ、高周波磁界は４５ＧＨｚで８０ｋＡ／ｍとした。図１５は、高周波磁界印加後１３０ナノ秒経過し、ちょうど平均磁化が０となった時点の磁化分布である。図１３に比べて、大きな黒又は白の領域が観察され、磁気クラスターが大きいことが推定される。図１６は、媒体垂直方向に磁界を印加するマイクロ波アシスト消磁過程中の磁気記録媒体の磁化分布より求めた自己相関関数を示す図である。高周波磁界印加後、３３ナノ秒、１３０ナノ秒、２６０ナノ秒経過した時点での磁化分布より求めた。各時点での磁化は、順番に０．５Ｍ_s、０．０、−０．１Ｍ_sである。各時点での自己相関関数が０を横切る点は、２．５〜３．５となっており、磁気クラスターサイズは２７．９ｎｍ（４．５粒子分）が得られた。記録密度１Ｔbit/in²の磁気記録においては、１ビットあたりの占有面積が２５ｎｍ²であることを考えると、この磁気クラスターサイズはかなり大きな値であり、ノイズによるエラー発生が懸念される。

以上のように、本発明のＡＣ消磁方式は、良好な消磁状態が得られることがわかった。

図１７は、周波数変調の検討に用いた高周波磁界周波数の時間依存性を示す図である。図８、図９の説明にも示したように、磁化がアシストエネルギーを受け取って歳差運動が大きくなると、基底状態よりポテンシャルエネルギーが高くなり、磁気共鳴周波数が小さくなる。従って、磁化の歳差運動と高周波磁界の位相が外れすぎてアシストエネルギーが受け取れなくなる事態が想定される。高周波磁界強度が強い場合には、磁化が受け取るアシストエネルギーが大きいため、位相が外れる前に磁化反転に至ることができる。しかし、高周波磁界強度が弱い場合には、磁化が受け取るアシストエネルギーが小さいため、長時間位相を保つ必要がある。強い高周波磁界強度が得られない状況において、周波数を記録媒体の磁気異方性磁界Ｈ_kに対応する周波数（γ／２π・Ｈ_k）からほぼ直線的に小さくすることにより、周波数を一定とする場合の約１／５程度の高周波磁界強度でＡＣ消磁が行えることを計算により確認した。歳差運動の増大に伴う磁気共鳴周波数の変化と印加した高周波磁界の周波数が一致するためであると考えられる。これは、磁化がアシストエネルギーをもらい過ぎて歳差運動の位相が高周波磁界の位相から外れかけると、ダンピングの効果によりエネルギーを失い、再び、高周波磁界の位相に同調する効果を含んでいると考えられる。

図１８は、図１７に示した周波数変調により、磁化反転が促進された粒子磁化のＺ成分の時間変化を示す図である。外部磁界強度は８００ｋＡ／ｍで、高周波磁界は３２ｋＡ／ｍとした。図１２によれば、初期化には１０⁷ナノ秒程度掛かるはずの条件である。周波数を徐々に下げることにより、Ｚ成分の振動が次第に大きくなって、４００ナノ秒を超えるところで磁化が反転することが分かる。共鳴周波数の高い磁化の安定方向から、周波数の低い磁化反転バリアに向かって、磁化を徐々に引き上げることにより、磁化反転に至っていることが確認された。

周波数変調による初期化では、周波数が高い初期段階で、歳差運動の位相と高周波磁界の位相が確率的に一致する粒子磁化が反転のアシストを受けると考えられる。できるだけ試行回数を増やすことにより、多くの粒子磁化を反転させる必要がある。周波数を増加させる局面においては、原理的に反転のアシスト効果が無いことを考慮すると、高周波磁界の周波数の変化は、減少させる際の時間に比べて、増加させる際の時間を短くすることが重要となる。

以上の構成を取ることにより、エネルギーアシスト磁気記録対応の大きな磁気異方性を持つ磁気記録媒体が効率よくＡＣ消磁され、ＨＤＤ動作に良好な初期状態とすることができる。すなわち、本発明によると、低コストで、時間が掛からず、記録媒体への負荷が小さな記録媒体初期化が可能となる。

以下、図１９から図４２を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。

図１９は、本発明の第１の実施例における一対の磁石３０１とマイクロ波ストリップライン３０２からなる消磁ユニット３０７の構成を示す図である。それぞれの磁石３０１の磁化方向は、図面上下方向に互いに逆方向であり、マイクロ波ストリップライン３０２上方に、マイクロ波ストリップライン３０２の長軸方向と平行な静磁界を形成する。高周波電圧は電極３０３の端部に印加され、マイクロ波ストリップライン３０２に高周波電流が流れ、マイクロ波ストリップライン３０２の近傍に、その長軸方向と直交する方向の高周波磁界が形成される。したがって、マイクロ波ストリップライン３０２の上方において、互いに直交する静磁界と高周波磁界とを重ねることが可能な消磁ユニット３０７が構成されることになる。

図２０に示すように、円盤の両面に磁気記録層を有する磁気ディスク３０４のＡＣ消磁にあたっては、２つの消磁ユニットを用いて磁気ディスク３０４を表裏面側から挟み込むことにより、初期化器３０８を構成する。この際、それぞれの消磁ユニットの磁石は、磁気ディスク３０４を介してＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極が互いに正対するように配置することにより、磁気ディスク３０４面に平行に形成される静磁界の強度を強めるようにする。一方、マイクロ波ストリップライン等のマイクロ波伝送線路のから発生する磁界は、伝送線路の幅程度の距離までしか影響を及ぼさないので、２つの消磁ユニットのマイクロ波伝送線路に流す高周波は同期させる必要は無い。

図２１及び図２２は、初期化器３０８と磁気ディスク３０４の上下方向の位置関係を示す図であり、図２１は側面図、図２２は正面図である。できるだけ強い高周波磁界を得るため、マイクロ波ストリップライン３０２の幅は数μｍから数十μｍとする必要がある。さらに、磁気ディスク３０４とマイクロ波ストリップライン３０２との距離もマイクロ波ストリップライン３０２の幅の数分の１に制御する必要がある。これに対して、静磁界は、磁石３０１間の距離が数ミリ程度離れていても十分な強度が得られる。したがって、図２１及び図２２に示すように、固定された磁石３０１の隙間に磁気ディスク３０４を通過させるようにし、通過の際、磁気ディスク３０４とマイクロ波ストリップライン３０２との距離を調整できる構造とするのがよい。ＡＣ消磁動作時には、消磁ユニット３０７の磁石３０１の磁極面よりマイクロ波ストリップライン３０２の部分が磁気ディスク３０４側に飛び出す形となる。磁気ディスク３０４の着脱時には、マイクロ波ストリップライン３０２の部分が後退して、磁気ディスク３０４とぶつからないようにしてもよい。

図２３は、本実施例の初期化器で用いた磁石３０１の配置図である。一辺が１０ｍｍのキューブ状ネオジウム系希土類磁石（表面残留磁束密度１．２Ｔ）を用いたが、磁気ディスク３０４に対して強い面内磁界が得られれば、磁石の形状や特性はどんなものを用いてもよいし、電磁石等でも同等の効果が得られる。

図２４は、図２３に示された磁石の配置において、中心点における記録媒体面に平行となる磁界強度の消磁ユニット内磁石間距離ｄ依存性を示す図である。ｄが大きくなると、磁界が増加し、２ｍｍ程度でピークを取り、緩やかに減衰した。消磁ユニット間磁石間距離Gapは、小さいほど大きな磁界が得られる。図２５は、図２３に示された磁石の配置において、記録媒体面に平行となる磁界強度の、中心点から横方向へのずれ量ｙ依存性を示す図である。中心部分（ｙ＝０）での磁界強度の変化は、どのGapでも緩やかであることから、マイクロ波ストリップライン等のマイクロ波伝送線路の設置はｘ−、ｙ−方向内では大きな精度を必要としない。

図２６は、本発明の第１の実施例における高周波磁界源となるマイクロ波ストリップラインの電子回路構成と発生磁界を示す図である。マイクロ波電源３０５として電圧によって周波数の制御が可能なガンダイオードを用いた。インパットダイオード等でも周波数変調が可能であれば、本発明のＡＣ消磁に極めて有効である。周波数変調が不可のマイクロ波電源を用いても本発明の構成をとることにより、有効なＡＣ消磁が期待できる。マイクロ波電源からの高周波電圧は、電極３０３の端部に印加され、マイクロ波ストリップライン３０２及び終端抵抗３０６を通って他方の電極３０３の端部に入る。終端抵抗３０６は、マイクロ波ストリップライン３０２に流れる高周波電流が最大になるように調整する。マイクロ波の周波数を変調する場合には、変調を利用した磁化反転の最終段階である低周波側で高周波電流が最大になるようにするのがよい。

本実施例では、マイクロ波ストリップライン３０２と磁気ディスク３０４との距離に応じてマイクロ波ストリップラインのインピーダンスが変化する状況を、マイクロ波電源近くで交流電圧計３１９にてモニタし、圧電アクチュエータにフィードバックして浮上量約３μｍとなるよう簡易的制御を行った。レーザを用いて、磁気ディスクとマイクロ波ストリップラインとの距離を測長し、正確に浮上量を制御してもよい。

図２７は、本実施例の初期化器３０８を用いて磁気記録媒体を初期化する方法を示す図である。初期化器３０８のギャップに磁気ディスク３０４を挟み込んだ後、磁気ディスク３０４を回転し、マイクロ波電力をマイクロ波ストリップラインに投入する。その後、初期化器３０８を半径方向に動かして磁気ディスク３０４の全面のＡＣ消磁を行う。このとき、マイクロ波ストリップラインの長軸に直交する方向と初期化器の移動方向を一致させないようにすると、均一なＡＣ消磁を行いやすい。本実施例では、ディスク回転速度１０００ｒｐｍ、初期化器３０８の移動速度５ｃｍ／ｓ、マイクロ波ストリップラインの長軸に直交する方向と初期化器の移動方向のなす角度θを４５度とした。初期化器３０８の磁気記録媒体３０４の半径方向への移動は、アーム３１３を介して初期化器３０８がロータリアクチユエータ３１２に支持されるようにして行った。尚、本実施例においては、マイクロ波電源をロータリアクチユエータ３１２近傍に配置し、同軸線によりアーム３１３を経てマイクロ波電流を消磁ユニットまで導いたが、マイクロ波電源を消磁ユニット近傍に配置しても良い。マイクロ波電源を消磁ユニット近傍に配置する場合には、該マイクロ波電源の動作が消磁ユニットを構成する磁石からの磁界の影響をなるべく受けないようにするために、１）電流方向と磁界方向が平行または反平行となるように、２）磁界が小さくなる磁極の中間位置に、３）磁気シールド内に、設置するのが好ましい。

図２８に示すように、複数の初期化器３０８を用いて同時に初期化を行うと、初期化に要する時間が短縮できる。この場合、磁石同士が干渉しあわないように動作を制御する必要がある。動径距離に応じて各初期化器の分担を決めてもよい。

図２９は、消磁ユニット３０７の高周波磁界発生部分（マイクロ波ストリップライン３０２）を磁気ディスク３０４表面から一定距離に保って移動するための機構の例を示す図である。マイクロ波ストリップライン３０２の可動ユニットは、基板３１１上に圧電アクチュエータ３１０、絶縁層３０９と形成した後、パタンを切って電極３０３を埋め込み、最上部に高純度Ｃｕのマイクロ波ストリップライン３０２を形成した。基板３１１は、磁石３０１に固定されている。マイクロ波ストリップライン３０２は、長さ１．５ｍｍ、幅１０μｍ、厚さ１００ｎｍとした。

レーザ光を用いて測長し正確に浮上量を制御する場合には、図３０に示すように、絶縁層３０９表面に開けられた孔よりレーザ光が放射され、磁気ディスク３０４で反射されたレーザ光が再び孔に入射するようにする。絶縁層３０９内には、図３１に示すように、レーザ発生器３２１、プリズム３２３、ミラー３２４、光検出器３２２が設置されている。レーザ発生器３２１から出たレーザ光は、プリズム３２３によってミラー３２４へ向かうものと磁気ディスク３０４に向うものとに分けられる。ミラー３２４と磁気ディスク３０４とから反射されたレーザ光は、再びプリズム３２３で一緒になり、光検出器３２２に入る。ミラー３２４と磁気ディスク３０４とから反射されたレーザ光は互いに干渉するので、光検出器３２２に入る光強度は、光路差３２５とレーザ光の波長との関係により変化する。ミラー３２４とプリズム３２３の間の距離を調整することにより、磁気ディスク３０４の位置ずれを高感度で検出することが可能となる。

図３２は、予めマイクロ波アシスト記録でサーボパタンが書き込まれたディスクに対して、本発明の初期化器を用いて初期化プロセスを行った後のサーボパタンの消磁状態を示す図である。らせん状のパタンが、今回用いたサーボパタンである。本発明の初期化器は、マイクロ波アシスト反転を原理としているので、記録媒体の磁気異方性磁界によって決まる磁気共鳴周波数近くの高周波磁界を用いないと、ＡＣ消磁が行えない。本実施例の記録媒体の磁気異方性磁界は約１６０ｋＡ／ｍであるので、図３２では、４５ＧＨｚ−５０ＧＨｚで良好なＡＣ消磁が行えている。周波数がこの範囲から離れると消磁が不十分となり、３０ＧＨｚではほとんど消磁されていない。

ＡＣ消磁プロセス終了後の磁気ディスク３０４を再び装置に取り付け、ノイズを測定すると、３０ＧＨｚではＡＣ消磁プロセス前と変わらず高レベルなノイズが観測された。３５、４０、５５ＧＨｚでは、低周波ノイズのレベルは低下したが、高周波ノイズはむしろ増加した。４５ＧＨｚ−５０ＧＨｚでは、ノイズが格段に減少した。４５ＧＨｚ−５０ＧＨｚの磁気ディスク３０４について磁気力顕微鏡で磁気クラスターサイズを観察したところ、１０−２０ｎｍと良好な結果が得られた。本発明のＡＣ消磁方式が有効であることを示している。

図３３及び図３４は、周波数変調を用いると効率よくＡＣ消磁が行えることを示す説明図である。図３３に周波数の時間依存パタンを示す。周波数一定でＡＣ消磁状態のよかった４８ＧＨｚを中心に、周波数を５６ＧＨｚと４０ＧＨの間で鋸波状に変化させた。記録媒体の磁気異方性磁界の分散が大きい場合には、より大きな周波数から減少させるのがよい。周波数変調の下限周波数の決定には、予め連続的に周波数を低下させるテストを行い、消磁が進行しなくなる周波数を求めた。一定の周波数以下になると、磁気共鳴による磁化の振動がまったく発生しなくなる。磁化反転は、周波数の低下時のみに発生する。これは、共鳴周波数の高い磁化の安定方向から、周波数の低い磁化反転障壁に向かって、磁化を徐々に引き上げることにより、磁化反転に至っていることを示している。したがって、周波数の低下時に時間をかけ、周波数の上昇は速やかに行うことにより、周波数変調の周期を短くすることができる。

図３４は、図３３に示した周波数の時間依存パタンを用いて初期化プロセスを行った後のサーボパタンの消磁状態を示すものである。終端抵抗３０６の調整により、図３２の場合に比べて、高周波電流が４分の１となるようにした。周波数を固定した場合には、ほとんどＡＣ消磁が行えていないのに対して、周波数変調を行うと良好な記録媒体の初期化（ＡＣ消磁）が行えることがわかった。

このことから、マイクロ波ストリップラインの幅を広くしたり、図３５から図３９のように、複数のマイクロ波ストリップラインを設けたり、長くしたりしても、各マイクロ波伝送線路がそれぞれ十分な高周波磁界を発生できるため、広範囲を同時に初期化（ＡＣ消磁）できるようになる。図３６の２本のマイクロ波ストリップラインを有する平行型のマイクロ波伝送線路では、図面右側の近接する電極３０３にマイクロ波電力を供給することにより、マイクロ波ストリップラインの長さを長くするとともに、マイクロ波入射効率を改善する効果がある。特に、図３７のコブレーナ型のマイクロ波伝送線路では、真ん中のラインに定在波が立ち共振器として作用するため、高周波磁界が増強されて有利である。図３８に図３７のマイクロ波供給の等価回路を示す。したがって、磁気ディスク３０４を高速で回転さる、あるいは、初期化器３０８の移動速度を早くすることによって、ＡＣ消磁のスループットが向上できる。図３９は、絶縁性の基板３１１を直接、磁石３０１に接触させる構造としている。消磁プロセス中の消磁ユニットと磁気ディスクとの距離の調整はできないが、予め磁気ディスク予備回転させて回転面がぶれない様に調整しておけば、消磁ユニットのアクチュエータ機構が不要となるため、装置が簡便化される。

また、図４０あるいは図４１のように第２のマイクロ波ストリップライン３１５を導入して、第１のマイクロ波ストリップライン３０２に印加する高周波の周波数の２〜４割程度の比較的周波数の低い高周波磁界を印加できるようにすると、磁石３０１からの磁界が変調でき、さらに良好なＡＣ消磁が行えることがわかった。第２の高周波磁界の印加によりエネルギーポテンシャルが変調を受ける効果と考えられる。

図４２は、本発明の磁気ディスク初期化装置を用いた初期化処理の全体構成を示したものである。スパッタ等により磁性膜が形成された磁気ディスク３０４は、初期化されるのを待つ投入スタックに投入される（Ａ）。次に、スピンドルモータ６３１と回転軸修正機構６３２と円盤チャック６３３からなるホルダー６３４に、投入スタックより取り出された磁気ディスク３０４を保持させ、搬送機構（Ｅ）によって予備回転プロセス（Ｂ）に搬送する。予備回転プロセス（Ｂ）では、次の消磁プロセス（Ｃ）と同じか少し高い回転数にて安定に回転するかを検査する。検査に当たっては、レーザ発生器６２１、プリズム６２３、ミラー６２４、光検出器６２２からなる測長システムのほか、画像等の解析を行い、均一でぶれのない回転となっているかを確認する。問題があれば、回転軸修正機構６３２を調整する。予備回転プロセス（Ｂ）では、回転の中心座標、回転軸、磁気ディスク３０４の厚み等の情報を同時に計測し、メモリ６３５に保持する。次に、ホルダー６３４は、磁気ディスク３０４を保持したまま、搬送機構（Ｅ）によって消磁プロセス（Ｃ）に搬送される。搬送時には、図２７に示すようなロータリアクチユエータ３１２を使って初期化器３０８を、退避しておく。

ホルダー６３４が消磁プロセス（Ｃ）に装着されたことが確認されると、初期化器３０８は、磁気ディスク３０４を挟み込む位置に移動するとともに、メモリ６３５に保持されたデータを元に適正な高さに調整される。本実施例では、磁気ディスク３０４表面と消磁ユニット３０７の表面の距離が１ミクロンとなるように設定した。次にスピンドルモータ６３１により、磁気ディスク３０４を回転させ、回転が安定したところで、高周波磁界を発生させて、消磁を行う。磁気ディスク３０４の全面の消磁が完了したところで、高周波磁界を止め、初期化器３０８を退避させた後、ホルダー６３４を搬送機構（Ｅ）によって、完了スタック（Ｄ）に搬送、円盤チャック６３３を開放して、磁気ディスク３０４をスタックする。搬送機構（Ｅ）は、複数のホルダー６３４を同時に搬送することができるようにした。円盤チャック６３３を開放したホルダー６３４は、再度、投入スタック（Ａ）にて、未初期化の磁気ディスク３０４を保持することを繰り返す。以上により、連続的に大量の円盤の初期化が実施できる。

以下、図４３から図５４を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。

図４３は、マイクロ波アシスト記録と同様に、磁化回転層（ＦＧＬ）２の面内磁化回転より創出される高周波磁界を利用して、記録媒体の初期化（ＡＣ消磁）を行う消磁ユニットの構成例を示している。本実施例の消磁ユニットは、ＤＣ電流にて発生するスピントルクを利用して磁性体を高速回転させるため、マイクロ波電源を必要としない特徴がある。磁石４０５と対向する磁石４０６との中間にＦＧＬ２が形成されている。第２の実施例の消磁ユニットをスライダに搭載し、相対的に記録媒体の表面を移動できるようにしたヘッドを消磁ヘッドスライダと呼ぶことにする。ヘッドの相対移動方向は、磁石４０５、ＦＧＬ２、対向する磁石４０６を結ぶラインと３０度傾けるようにした。

図４４に示すように、磁気記録媒体７としては、基板１９上に下地層２０を介して垂直記録膜１６を積層した記録媒体を使用した。スライダを利用することにより、記録媒体と消磁ユニット２００とがほぼ一定の距離を保つことができるため、均一な初期化が期待される。

本実施例の消磁ユニット２００は、磁石４０５の浮上面端部側面より対向する磁石４０６側に向かって、磁束整流層８、非磁性スピン散乱体１２、磁化回転層（ＦＧＬ）２としての負の垂直磁気異方性層、金属非磁性スピン導電層１５、対向する磁石側磁束整流層１３と積層され、対向する磁石４０６に至る構造を有している。磁束整流層８と対向磁石側磁束整流層１３は、飽和磁束密度の高い磁性材料で、軟磁性体でも垂直磁気異方性体でもよい。ここでは、飽和磁束２．４ＴのＣｏＦｅ合金を用いた。ＦＧＬ２の自発磁化は負の垂直磁気異方性によって積層面内に安定であるため、面内の磁化回転が安定化する。ＦＧＬ２には、ＣｏとＦｅの積層膜を用いた。金属非磁性スピン散乱体層１２は、金属非磁性スピン導電層１５（Ｃｕ）を介して磁化回転体層２に流入するスピントルクの効果を打消す影響を及ぼす恐れのある磁束整流層８から磁化回転体層２に流入するスピンを散乱する作用がある。あるいは、磁化回転体層２側から磁束整流層８へのスピントルクの流出を防ぐ作用があるとも言える。したがって、金属非磁性スピン散乱体層１２を用いると、必要なスピントルクを得るための電流を小さくすることができる。金属非磁性スピン散乱体層１２としてＲｕを用いるとこの効果は特に大きくなる。

このような構造の積層膜に対向する磁石４０６から磁石４０５の向きに電流を流した場合、電子は磁石４０５から各層を経由して対向する磁石４０６まで移動する。ここで、磁石４０５が上向きに励磁されている場合には、磁束整流層８及び対向する磁石側磁束整流層１３が概ね右向きに磁化されるので、右向きのスピンを持つ電子だけが非磁性スピン導電層１５を透過して対向する磁石側磁束整流層１３に達する。左向きのスピンを持つ電子は、対向する磁石側磁束整流層１３を透過できないため磁化回転層（ＦＧＬ）２に残留し、磁化回転層２の磁化を左に向けようとするスピントルクとして作用する（作用１）。一方、磁石４０５からの漏洩磁界は磁化回転層２の磁化を右に向けようと作用する（作用２）。さらに、負の垂直磁気異方性は、磁化回転層２の磁化が層内に留まるよう作用する（作用３）。磁化回転層２の自発磁化の向きは、作用１、作用２、作用３のバランスで決定されるが、作用２と、作用３で決定される方向に復元するようにトルクが発生し、膜面内で高速回転する。その結果、直流電流（以下、高周波励起電流と呼ぶ）にて交流磁界が発生する。発生する交流磁界は、磁化回転層２の向きが膜面内にあるときに最大となる。上の説明では、磁束整整流層８は、磁石４０５とは別に設けられた層であるとして説明したが、磁石４０５に付随する突出部として構成されていてもよい。

図４５に、本実施例に用いるＦＧＬを応用した消磁ユニットから発生する磁界を示す。良好なＡＣ消磁状態の形成には、記録媒体の面内方向に強い静磁界が印加されている必要がある。従って、磁石４０５，４０６から強い磁界を発生し、軟磁性下地層２０の磁化を飽和する。そのため、軟磁性下地層２０の磁化が飽和していないマイクロ波アシスト記録（図４６）の場合と異なり、磁石４０５から発生した磁界の多くは、軟磁性下地層２０を経ずに対向する磁石４０６に至っている。このような構成とするには、図４７に示すように、ＦＧＬ位置での平均的な磁石の幅Ｌを使って、式（２）を満たしている必要がある。

ここで、Ｂ_s-mp、Ｓ_mp、Ｂ_s-sp、Ｓ_spは、それぞれ、磁石４０５の飽和磁束密度と媒体側面積、対向する磁石４０６の飽和磁束密度と媒体側面積である。また、Ｂ_s-SUL、ｔ_SULは、それぞれ、軟磁性下地層２０の飽和磁束密度と厚さである。磁石から供給される磁束が軟磁性下地層２０を通ることができる磁束の限界を超えさせることにより、記録媒体位置での磁界の面内成分を大きくすることが可能となる。実施例１においても、消磁ユニットの一対の磁石３０１が上式（２）を満たすことは有効である。

本実施例のＡＣ消磁方法は、ＦＧＬから発生する高周波磁界が上下方向となるため、磁化に垂直な方向への励磁とはなっていない。しかし、外部磁界によって面内方向に磁化が倒されるため、マイクロ波によるアシストＡＣ消磁が可能となっている（図４８）。

本実施例のＦＧＬから発生する高周波の周波数は、図４９に示すように、駆動電流密度による周波数変調が可能である。電流密度が小さい場合には、周波数は電流密度に比例する。電流密度が大きくなると電流密度の増加に比べて、周波数の増加量が大きくなる。したがって、極めて効率的なＡＣ消磁が得られる図３３のような周波数変調パタンを得るためには、図５０に示すような、ピーク値後に緩やかな電流減少となる電流密度パタンとする必要がある。

図５１及び図５２には、磁化回転体とスピン整流素子及び磁束整流膜を備えたマイクロ波アシストＡＣ消磁装置の基本構成を示す。

図５１は、消磁ヘッドスライダと磁気記録媒体の相対位置関係を模式的に示した図である。消磁ヘッドスライダ１０２は、サスペンション１０６により、記録媒体１０１に対向して支持される。図５１において、記録媒体１０１は紙面右方向に回転し、対向する消磁ヘッドスライダは、記録媒体に対して相対的に紙面左方向に移動しているものとする。従って、図５１においては、消磁ユニット１０９はスライダのトレーリング側に配置されていることになる。消磁ユニット１０９の各構成要素の駆動電流は配線１０８によって給電され、端子１１０によって各構成要素に供給される。

図５２は、図５１に示された消磁ヘッドスライダ１０２の拡大図を示す。消磁ユニット１０９は、初期化部と励磁部により構成されており、初期化部は、磁石４０５及びそれと対向する磁石４０６と、これらの間に配置された高周波磁界発生素子２０１より構成される。励磁部は、磁石４０５を励磁するコイル２０５と、図示されてはいないが、コイルの励磁電流及び高周波磁界発生素子へ電流を供給する端子により構成される。図５２に示すように、磁石４０５に対向する磁石４０６は、図面下方にて磁石４０５の方へ延び、互いに磁気的な回路を構成している。ただし、図面下方においては電気的にはほぼ絶縁されているものとする。磁気的な回路は、磁力線が閉路を形成するものであり、磁性体のみで形成されている必要はない。磁石４０５及び磁石４０６には、電極又は電極に電気的に接触する手段が備わっており、磁石４０５側から磁石４０６側、あるいはその逆の高周波を励起する電流が磁化回転体層を通して流せるように構成されている。

図４３に示す本実施例のＦＧＬ２を用いた場合、１）ＡＣ消磁領域が小さい、２）ＦＧＬの前後でＭ＋→Ｍ−、又はＭ−→Ｍ＋の片方の反転が優勢になるといった問題がある。図５３あるいは図５４に示すように、複数のＦＧＬ２を配置し、側面からの磁界の影響を低減するためＦＧＬ形状をＡＢＳ面側に広げる構造とすると、ＦＧＬ配置方向への横送りピッチを大きく取れるため、前記１）ＡＣ消磁領域が小さいという問題が緩和される。図５３及び図５４では、各ＦＧＬの電流に垂直な断面を媒体面側に大きな台形とすることによって、前記２）ＦＧＬの前後でＭ＋状態→Ｍ−状態、又はＭ−状態→Ｍ＋状態の片方の反転が優勢になるという課題を緩和している。本構造は、ＦＧＬ側面からの高周波磁界を抑制する作用がある。ＦＧＬ側面からの高周波磁界は、媒体側面内からの高周波磁界と位相が９０度ずれており、合成すると回転磁界となり、反転の非対称性の原因となる。

以下、図５５から図５９を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。

本実施例の消磁ユニットも、ＤＣ電流にて発生するスピントルクを利用して磁性体を高速回転させるため、マイクロ波電源を必要としない特徴がある。図５５は、２枚の磁化回転層（ＦＧＬ）２の面内磁化回転より創出される高周波磁界を利用して、ＡＣ消磁を行う消磁ユニット２００の例を示している。磁石４０５と対向する磁石４０６との中間に２枚のＦＧＬ２が形成されている。ヘッドの相対移動方向、記録媒体は実施例２と同様にした。

本実施例の消磁ユニット２００は、磁石４０５の浮上面端部側面より対向する磁石４０６側に向かって、垂直磁化層１４、金属非磁性スピン導電層１５、磁化回転層（ＦＧＬ）２として負の垂直磁気異方性層、非磁性スピン散乱体１２、磁化回転層（ＦＧＬ）２として負の垂直磁気異方性層、金属非磁性スピン導電層１５、対向する磁石側磁束整流層１３と積層され、対向する磁石４０６に至る構造を有している。垂直磁化層１４は、予め、磁石４０５の磁化と逆方向に磁化しておく。対向する磁石側磁束整流層１３は、飽和磁束密度の高い磁性材料で、軟磁性体でも垂直磁気異方性体でもよい。ここでは飽和磁束２．４ＴのＣｏＦｅ合金を用いた。垂直磁気異方性体を用いると、ＦＧＬ２の回転が安定化するため、電流を多く流すことにより高い周波数の高周波磁界が得られる。ＦＧＬ２の自発磁化は負の垂直磁気異方性によって積層面内に安定であるため、面内の磁化回転が安定化する。

ＦＧＬ２には、ＣｏとＦｅの積層膜を用いた。金属非磁性スピン散乱体層１２は、金属非磁性スピン導電層１５（Ｃｕ）を介して磁化回転体層２に流入するスピントルクの効果を打消す影響を及ぼす恐れのある磁束整流層８から磁化回転体層２に流入するスピンを散乱する作用がある。あるいは、磁化回転体層２側から磁束整流層８へのスピントルクの流出を防ぐ作用があるとも言える。したがって、金属非磁性スピン散乱体層１２を用いると必要なスピントルクを得るための電流を小さくすることができる。金属非磁性スピン散乱体層１２としてＲｕを用いると、この効果は特に大きくなる。２枚のＦＧＬ２は、互いの磁化より発生する磁界によって、反平行に向いたまま面内で回転するようになる。

図５６は、本実施例に用いるＦＧＬ２を応用した消磁ユニットから発生する磁界を示す図である。実施例２と同様に、軟磁性下地層２０の磁化は飽和している必要がある。本構成のＦＧＬ２より発生する高周波磁界は、磁石４０５から対向する磁石４０６へ向かう面内磁界と平行となっている。しかし、図５７に示すように、外部磁界によって面内方向に磁化が倒されるため、マイクロ波によるアシストＡＣ消磁が可能となっている。本実施例のＦＧＬから発生する高周波の周波数も、図４９に示すように、駆動電流密度による周波数変調が可能である。図５０に示すような電流密度パタンを用いることにより、図３３のような周波数変調パタンが得られ、極めて効率的なＡＣ消磁が可能となった。

本実施例の２枚のＦＧＬ２を用いた場合、ＦＧＬの前後でＭ＋→Ｍ−、又はＭ−→Ｍ＋の片方の反転が優勢になるといった問題がほとんどなく、効率的なＡＣ消磁が可能である。さらに、図５８に示すようなトラック幅方向への並列、また、図５９に示すようなダウントラック方向への積層により、ＡＣ消磁時間の短縮化が図られる。

図６０を用いて、本発明の第２、第３の実施例の消磁ユニットを組み込んだ磁気ディスク装置を説明する。本発明の消磁ユニットは、数トラック分の磁気記録情報を一度に消去できるので、Singled記録との組み合わせに有効である。Singled記録では、数トラック分のデータ領域に、記録ヘッドを少しずつ動かしながら重ね書きする。データの上書きはノイズの原因となりやすいため、書き込み領域に対して、一旦、磁気記録情報を消去しておくことが望ましい。

図６０は磁気ディスク装置の基本構成を示す図であり、図６０（Ａ）は上面図、図６０（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。記録媒体１０１は回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。図６０では３枚の磁気ディスク、６本の磁気ヘッドを搭載した例について示したが、磁気ディスクは１枚以上、磁気ヘッドは１本以上あればよい。記録媒体１０１は、円盤状をしており、その両面に記録層を形成している。スライダ１０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向に移動し、先端部に消磁ヘッドを有する。サスペンション１０６は、アーム１０５を介してロータリアクチユエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、スライダ１０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける又は引き離そうとする機能を有する。記録再生用スライダ５０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向移動し、先端部に磁気ヘッドを有する。記録再生用サスペンション５０６は、記録再生用アーム５０５を介して記録再生用ロータリアクチユエータ５０３に支持される。記録再生用サスペンション５０６は、記録再生用スライダ５０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける又は引き離そうとする機能を有する。消磁ヘッド、磁気ヘッドの各構成要素を駆動するための電流はＩＣアンプ１１３から配線１０８及び記録再生用配線５０８を介して供給される。記録ヘッド部に供給される記録信号や再生ヘッド部から検出される再生信号の処理は、図６０（Ｂ）に示されたリードライト用のチャネルＩＣ１１２により実行される。また、情報処理装置全体の制御動作は、メモリ１１１に格納されたディスクコントロール用プログラムをプロセッサ１１０が実行することにより実現される。従って、本実施例の場合には、プロセッサ１１０とメモリ１１１とがいわゆるディスクコントローラを構成する。

本発明の消磁ユニットは、連続媒体、ディスクリートトラック媒体、パタン媒体などの形態的特徴にかかわらず、磁気記録媒体の磁気異方性容易軸がほぼ揃っている限り、有効に作用する。垂直磁気記録媒体を用いる場合には、磁気異方性容易軸が媒体面に垂直であるため、磁石から印加される外部磁界は媒体面に平行にすればよい。斜め媒体を用いる場合には、磁気異方性容易軸がトラック方向に傾いているため、磁石から印加される外部磁界をトラック幅方向とする必要がある。図２７、図２８等に示した設定においては、消磁ユニットとディスクの角度や位置関係、移動方向に注意する必要がある。また、磁気記録媒体が磁気異方性の異なる磁性材料からなる層構造を有する場合には、媒体表面に近くて磁気異方性の小さい磁性体（磁気異方性磁界Ｈ_k-min）の磁気共鳴周波数（γ／２π・Ｈ_k-min）から、層間の交換相互作用に応じた高めの高周波磁界を印加するのがよい。

２磁化回転層（ＦＧＬ）
７磁気記録媒体
８磁束整流層
１２非磁性スピン散乱体
１３磁束整流層
１４垂直磁化層
１５金属非磁性スピン導電層
１６垂直記録膜
１９基板
２０軟磁性下地層
１００モータ
１０１記録媒体
１０２消磁ヘッドスライダ
１０３ロータリアクチユエータ
１０４回転軸受け
１０５アーム
１０６サスペンション
２０１高周波磁界発生素子
２０５コイル
３０１磁石
３０２マイクロ波ストリップライン
３０３電極
３０４磁気ディスク
３０５マイクロ波電源
３０６終端抵抗
３０７消磁ユニット
３０８初期化器
３０９絶縁層
３１０アクチュエータ
３１１基板
３１２ロータリアクチユエータ
３１３アーム
３１９交流電圧計
３２１レーザ発生器
３２２光検出器
３２３プリズム
３２４ミラー
４０５磁石
４０６磁石
６２１レーザ発生器
６２２光検出器
６２３プリズム
６２４ミラー
６３１スピンドルモータ
６３２回転軸修正機構
６３３円盤チャック
６３４ホルダー
６３５メモリ

Claims

磁気記録媒体を保持して回転駆動する駆動部と、
極性の異なる一対の磁極と、長軸が前記一対の磁極を結ぶ方向に向くように配置されたマイクロ波伝送線路と、前記マイクロ波伝送線路に接続された電極とを有し、前記磁気記録媒体をＡＣ消磁するための消磁ユニットと、
前記電極を介して前記マイクロ波伝送線路に給電するためのマイクロ波電源と、
前記磁気記録媒体に対して前記消磁ユニットを相対的に駆動する消磁ユニット駆動部とを有することを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項１記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記消磁ユニットは前記磁気記録媒体を挟んで対向する第１の消磁ユニットと第２の消磁ユニットからなり、前記第１の消磁ユニットが備える一対の磁極と前記第２の消磁ユニットが備える一対の磁極は互いに同極同士が対向するように配置されていることを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項１又は２記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記マイクロ波電源は周波数減少の時間より周波数増加の時間が短くなるようにして周波数変調されることを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記マイクロ波伝送線路の長軸に直交する方向と前記消磁ユニット駆動部による前記消磁ユニットの移動方向とが異なることを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記消磁ユニットは前記一対の磁極に固定された基板上に設けられた圧電アクチュエータを有し、前記マイクロ波伝送線路と前記磁気記録媒体表面との距離が一定となるように前記圧電アクチュエータを駆動することを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項５記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記マイクロ波電源に並列接続された交流電圧計を有し、前記交流電圧計で測定した交流電圧が一定となるように前記圧電アクチュエータを駆動することを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。
請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気記録媒体初期化装置において、前記磁気記録媒体はエネルギーアシスト磁気記録対応の磁気記録媒体であることを特徴とする磁気記録媒体初期化装置。