JP6896681B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents

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Description

この発明の実施形態は、垂直磁気記録ヘッドを用いた磁気ディスク装置に関する。
近年、磁気ディスク装置にあっては、高記録密度化、大容量化あるいは小型化を図るため、垂直磁気記録方式が採用されている。この方式による磁気ディスク装置では、垂直磁気記録用の記録層を有する磁気ディスクの記録面に垂直磁気記録用の記録ヘッドを対峙させ、その記録ヘッドにより、磁気ディスクの所定領域に、記録データに対応する垂直方向磁界を発生させることでデータを記録する。
上記記録ヘッドは、軟磁性金属からなる絞込み部分を有し、垂直方向の磁界を発生させる主磁極と、この主磁極にライトギャップを挟んで対向配置され、主磁極からの磁束を還流させて主磁極とともに磁気回路を形成するリターン磁極と、主磁極とリターン磁極が形成する磁気回路に磁束を励起して記録磁界を発生するコイルとを備える。
上記構成による記録ヘッドでは、記録能力の改善を図るために、ライトギャップ内に高周波発振素子あるいは透磁率調整素子を有している。高周波発振素子の一例として、スピントルク発振素子（ＳＴＯ：Spin Torque Osillator）が挙げられる。
ところで、記録データのサンプリング周波数が高くなると、ＳＴＯの発振応答性が不十分となり、データの１ｂｉｔ時間長以内にＳＴＯが安定発振状態に至ることができなくなる。その結果、サンプリング周波数の高いデータを記録する際に、ＳＴＯの発振が不安定となって隣接トラックへの干渉を引き起こし、隣接トラックのデータ品質劣化を生じる。
特開２０１０-１５０３５１号公報
この発明の実施形態の課題は、高周波発振素子の発振応答性が起因となって生じる隣接トラックの信号品質劣化を抑制することができ、信号品質の向上、更には記録密度の向上が可能となる磁気ディスク装置を提供することにある。
実施形態によれば、磁気ディスク装置は、記録層を有する磁気ディスクと、前記記録層に記録磁界を印加する記録ヘッドと、前記記録ヘッドを制御する制御器とを備える。前記記録ヘッドは、垂直記録磁界を発生する主磁極と、前記主磁極の先端部にライトギャップを置いて対向するリターン磁極と、前記主磁極と前記リターン磁極が形成する磁気回路に磁束を励起する記録コイルと、前記ライトギャップに配置される高周波発振素子と、前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波発振素子にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給回路とを備える。前記制御器は、前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に、前記データのサンプリング周波数に応じて前記高周波発振素子に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部を備える。
図１は、第１の実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を概略的に示すブロック図。 図２は、第１の実施形態において、前記ＨＤＤにおける磁気ヘッドのヘッド部および磁気ディスクの一部を拡大して概略的に示す断面図。 図３は、第１の実施形態において、データサンプリング周波数に応じてＳＴＯバイアス電圧、極性制御する系統を示すブロック図。 図４は、第１の実施形態において、データサンプリング周波数に応じてＳＴＯバイアス電圧、極性を制御する処理の流れを示すフローチャート。 図５は、第１の実施形態において、データサンプリング周波数に応じたＳＴＯバイアス電圧の設定例を示す特性図。 図６は、第１の実施形態において、delta R，delta OWのバイアス依存性を示す特性図。 図７は、第１の実施形態において、ＳＴＯバイアス電圧印加時の記録密度改善率のデータ周波数依存性を示す特性図。 図８は、第１の実施形態において、記録電流の反転によるイレーズ幅の抑制効果を例示する波形図。 図９は、第１の実施形態において、記録密度の改善効果を示す特性図。 図１０は、第２の実施形態において、書込みディスク半径位置に応じてＳＴＯバイアス電圧、極性を制御する処理の流れを示すフローチャート。 図１１は、第２の実施形態において、書込みディスク半径位置に応じたＳＴＯバイアス電圧の設定例を示す特性図。 図１２は、第３の実施形態において、データサンプリング周波数に応じたＳＴＯバイアス電圧の極性の設定例を示す特性図。 図１３は、第３の実施形態において、書込みディスク半径位置に応じたＳＴＯバイアス電圧の極性の設定例を示す特性図。 図１４は、第４の実施形態において、ビットエラーレートの記録電流依存性を示す特性図。
以下、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照して、実施形態が適用される磁気ディスク装置（ハードディスクドライブ：以下、ＨＤＤ）の構成を説明する。図１は、ＨＤＤを概略的に示すブロック図、図２は、磁気ヘッドのヘッド部および磁気ディスクの一部を拡大して概略的に示す断面図、図３は、ＳＴＯを駆動するためのバイアス電圧（以下、ＳＴＯバイアス電圧）を制御するための制御系統を示すブロック図である。
ＨＤＤ１０は、図１に示すように、矩形状の筐体１１と、筐体１１内に配設された記録媒体としての磁気ディスク１２と、磁気ディスク１２を支持および回転するスピンドルモータ１４と、磁気ディスク１２に対してデータの書込み、読出しを行う複数の磁気ヘッド１６と、を備えている。また、ＨＤＤ１０は、磁気ヘッド１６を磁気ディスク１２上の任意のトラック上に移動するとともに位置決めするヘッドアクチュエータ１８を備えている。ヘッドアクチュエータ１８は、磁気ヘッド１６を移動可能に支持するサスペンションアッセンブリ２０と、このサスペンションアッセンブリ２０を回動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２２とを含んでいる。
ＨＤＤ１０は、ヘッドアンプＩＣ３０、メインコントローラ４０およびドライバＩＣ４８を備えている。ヘッドアンプＩＣ３０は、例えば、サスペンションアッセンブリ２０に設けられ、磁気ヘッド１６に電気的に接続されている。メインコントローラ４０およびドライバＩＣ４８は、例えば、筐体１１の背面側に設けられた図示しない制御回路基板に構成されている。メインコントローラ４０は、Ｒ／Ｗチャネル４２と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）４４と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４６と、を備えている。メインコントローラ４０は、ヘッドアンプＩＣ３０に電気的に接続されると共に、ドライバＩＣ４８を介してＶＣＭ２２及びスピンドルモータ１４に電気的に接続されている。ＨＤＤ１０は、図示しないホストコンピュータに接続可能である。
上記磁気ディスク１２は、ディスク面に対して垂直方向に異方性をもつ記録層を有する垂直磁気記録媒体である。具体的には、磁気ディスク１２は、例えば、直径約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の円板状に形成され非磁性体からなる基板１０１を有している。
サスペンションアッセンブリ２０は、筐体１１に回動自在に固定された軸受部２４と、軸受部２４から延出した複数のサスペンション２６と、を有している。磁気ヘッド１６は、各サスペンション２６の延出端に支持されている。磁気ヘッド１６は、サスペンションアッセンブリ２０に設けられた配線部材を介してヘッドアンプＩＣ３０に電気的に接続されている。
次に、磁気ヘッド１６の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、磁気ヘッド１６は浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体状に形成されたスライダ１５と、スライダ１５の流出端（トレーリング）側の端部に形成されたヘッド部１７とを有している。スライダ１５は、例えば、アルミナとチタンカーバイドの焼結体（アルチック）で形成され、ヘッド部１７は複数層の薄膜により形成されている。
スライダ１５は、磁気ディスク１２の表面に対向する矩形状のＡＢＳ（空気支持面）１３を有している。スライダ１５は、磁気ディスク１２の回転によってディスク表面とＡＢＳ１３との間に生じる空気流により、磁気ディスク１２の表面から所定量浮上した状態に維持される。空気流の方向は、磁気ディスク１２の回転方向と一致している。スライダ１５は、空気流の流入側に位置するリーディング端１５ａおよび空気流の流出側に位置するトレーリング端１５ｂを有している。
ヘッド部１７は、スライダ１５のトレーリング端１５ｂに薄膜プロセスで再生ヘッド５４および記録ヘッド５８を形成した、分離型の磁気ヘッドである。ヘッド部１７の記録再生浮上量を制御するため、記録ヘッド５８の奥行き側に記録ヒータ１９ａが配置され、再生ヘッド５４の奥行き側に再生ヒータ１９ｂが配置されている。
再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果を示す磁性膜による再生素子５５と、この再生素子５５のトレーリング側およびリーディング側に磁性膜５５を挟むようにシールド膜を配置した上部シールド５６および下部シールド５７と、で構成されている。これら再生素子５５、上部シールド５６、下部シールド５７の下端は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。再生ヘッド５４は、図示しない電極、配線、および配線部材２８を介して、ヘッドアンプＩＣ３０に接続され、読み取ったデータをヘッドアンプＩＣ３０に出力する。
記録ヘッド５８は、再生ヘッド５４に対して、スライダ１５のトレーリング端１５ｂ側に設けられている。記録ヘッド５８は、磁気ディスク１２の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高透磁率材料からなる主磁極６０、トレーリングシールド（ライトシールド、第１シールド）となるリターン磁極６２、および、リーディングシールド（第２シールド）となるリーディングコア６４を有している。主磁極６０とリターン磁極６２とは磁路を形成する第１磁気コアを構成し、主磁極６０とリーディングコア６４とは磁路を形成する第２磁気コアを構成している。記録ヘッド５８は、第１磁気コアに巻き付けられた第１コイル（記録コイル）７０と、第２磁気コアに巻き付けられた第２コイル（記録コイル）７２とを有している。
主磁極６０は、磁気ディスク１２の表面に対してほぼ垂直に延びている。主磁極６０の磁気ディスク１２側の先端部６０ａは、ディスク面に向かって先細に絞り込まれ、例えば、断面が台形状に形成されている。主磁極６０の先端面は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６０ａのトレーリング側端面６０ｂの幅は、磁気ディスク１２におけるトラックの幅にほぼ対応している。
軟磁性体で形成されたリターン磁極６２は、主磁極６０のトレーリング側に配置され、主磁極６０の直下の磁気ディスク１２の軟磁性層１０２を介して効率的に磁路を閉じるために設けられている。リターン磁極６２は、ほぼＬ字形状に形成され、主磁極６０に接続される第１接続部５０を有している。第１接続部５０は非導電体５２を介して主磁極６０の上部、すなわち、主磁極６０のＡＢＳ１３から離れた部分、に接続されている。
リターン磁極６２の先端部６２ａは、細長い矩形状に形成され、その先端面は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６２ａのリーディング側端面６２ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延び、また、ＡＢＳ１３に対してほぼ垂直に延びている。このリーディング側端面６２ｂは、主磁極６０のトレーリング側端面６０ｂとライトギャップＷＧを置いてほぼ平行に対向している。
第１コイル７０は、主磁極６０およびリターン磁極６２を含む磁気回路（第１磁気コア）に巻き付くように配置されている。第１コイル７０は、例えば、第１接続部５０の回りに巻付けられている。磁気ディスク１２に信号を書き込む際、第１コイル７０に記録電流を流すことにより、第１コイル７０は、主磁極６０を励起して主磁極６０に磁束を流す。
高周波発振素子の一例としてのスピントルク発振素子（ＳＴＯ）６５は、ライトギャップＷＧ内において、主磁極６０の先端部６０ａとリターン磁極６２との間に設けられ、その一部は、ＡＢＳ１３に露出している。ＳＴＯ６５は、スピン注入層（Ｐｉｎ層）、中間層、発振層の３層から成り、ＳＴＯ電圧駆動時に、スピン注入層からのスピントルクを受けて発振層が発振し磁化する構成となっている。
なお、ＳＴＯ６５の下端面は、ＡＢＳ１３と面一に位置している場合に限らず、ＡＢＳ１３から高さ方向上方に離間していてもよい。また、スピン注入層、中間層、発振層の積層面あるいは膜面は、ＡＢＳ１３に垂直な方向に対して傾斜して形成してもよい。
主磁極６０とリターン磁極６２には、接続端子９１、９２がそれぞれ接続され、これらの接続端子９１、９２は、配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。これにより、ヘッドアンプＩＣ３０から主磁極６０、通電体６５、リターン磁極６２を通して電流を直列に通電できるように電流回路が構成されている。また、記録ヒータ１９ａと再生ヒータ１９ｂとに接続端子９７，９８がそれぞれ接続され、これらの接続端子９７，９８は、配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。
軟磁性体で形成されたリーディングコア６４は、主磁極６０のリーディング側に主磁極６０と対向して設けられている。リーディングコア６４は、ほぼＬ字形状に形成され、磁気ディスク１２側の先端部６４ａは細長い矩形状に形成されている。この先端部６４ａの先端面（下端面）は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出している。先端部６４ａのトレーリング側端面６４ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延びている。このトレーリング側端面６４ｂは、主磁極６０のリーディング側端面とギャップを置いて対向している。このギャップは、非磁性体としての保護絶縁膜７６によって覆われている。
リーディングコア６４は、磁気ディスク１２から離間した位置で主磁極６０との間のバックギャップに接合された第２接続部６８を有している。この第２接続部６８は、例えば、軟磁性体で形成され、主磁極６０およびリーディングコア６４とともに磁気回路を形成している。記録ヘッド５８の第２コイル７２は、主磁極６０およびリーディングコア６４を含む磁気回路（第２磁気コア）に巻きつくように配置され、この磁気回路に磁界を印加する。第２コイル７２は、例えば、第２接続部６８の回りに巻付けられている。なお、第２接続部６８の一部に非導電体、もしくは、非磁性体を挿入してもよい。
第２コイル７２は、第１コイル７０と反対向きに巻かれている。第１コイル７０および第２コイル７２は、端子９５、９６にそれぞれ接続され、これらの端子９５、９６は配線を介してヘッドアンプＩＣ３０に接続される。第２コイル７２は、第１コイル７０と直列に接続されてもよい。また、第１コイル７０および第２コイル７２は、別々に電流の供給を制御するようにしてもよい。第１コイル７０および第２コイル７２に供給する電流は、ヘッドアンプＩＣ３０およびメインコントローラ４０によって制御される。
再生ヘッド５４および記録ヘッド５８は、スライダ１５のＡＢＳ１３に露出する部分を除いて、保護絶縁膜７６により覆われている。保護絶縁膜７６は、ヘッド部１７の外形を構成している。
上記のように構成された磁気ヘッド１６および記録ヘッド５８を駆動するヘッドアンプＩＣ３０は、図１に示したように、接続端子９５、９６を介して第１コイル７０および第２コイル７２に記録電流を供給する記録電流供給回路８１と、図示しない配線および接続端子９１、９２を介してＳＴＯ６５にＳＴＯバイアス電圧を供給するＳＴＯバイアス電圧供給回路８２と、図示しない配線および接続端子９７、９８を介して記録ヒータ１９ａおよび再生ヒータ１９ｂにヒータ電圧を供給するヒータ電圧供給回路８３と、磁気ディスク１２に記録されたデータのエラーレートを測定し、比較する測定回路８４と、を備えている。さらに、図示しないが、記録電流供給回路８１に電流を流す時間及びそのタイミングを制御すると共に、ＳＴＯ電圧供給回路８２に電圧を印加する時間およびそのタイミングを制御する図示しないタイミング演算部と、Ｒ／Ｗチャネル４２で発生する記録パターン信号に応じて、記録電流波形を発生する図示しない記録電流波形発生器と、を備えている。
ＨＤＤ１０の動作時において、メインコントローラ４０は、ＭＰＵ４６の制御の下、ドライバＩＣ４８によりスピンドルモータ１４を駆動し、磁気ディスク１２を所定の速度で回転する。また、メインコントローラ４０は、ドライバＩＣ４８によりＶＣＭ２２を駆動し、磁気ヘッド１６を磁気ディスク１２の所望のトラック上に移動および位置決めする。
記録時において、ヘッドアンプＩＣ３０の記録電流供給回路８１は、Ｒ／Ｗチャネル４２から発生する記録データ、記録パターンに応じて記録電流（ＡＣ）を第１および第２コイル（以下、記録コイル）７０、７２に通電する。これにより、第１および第２コイル７０、７２は主磁極６０を励磁し、主磁極６０から記録磁界を発生させる。ＳＴＯバイアス電圧供給回路８２は、ＭＰＵ４６の制御の下、主磁極６０およびリターン磁極６２にＳＴＯバイアス電圧を印加することにより、配線、接続端子９１、９２、主磁極６０、ＳＴＯ６５、リターン磁極６２を通して直列に通電する。ヒータ電圧供給回路８３、測定回路８４は、ＭＰＵ４６の制御の下、測定回路８４の記録データエラーレートの測定、その測定結果に基づく記録ヒータ１９ａの温度管理を受ける。
図３は、本実施形態において、ＳＴＯ駆動時のバイアス電圧を制御するための制御系統を示すブロック図、図４はその制御系統の制御の流れを示すフローチャートである。図３に示す制御系統は、ＭＰＵ４６内のメモリ部３００、プリアンプ部４００、ＳｏＣ（システム・オン・チップ）５００によって実現される。メモリ部３００には、データサンプリング周波数と最適なＳＴＯバイアス電圧との関係をテーブル化したＳＴＯバイアス電圧設定テーブル３０１、データサンプリング周波数と最適なＳＴＯデバイス電圧の極性との関係をテーブル化したＳＴＯバイアス極性設定テーブル３０２が展開される。プリアンプ部４００は、書込みドライバ部４０１、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２、ＳＴＯバイアス極性制御部４０３、を備える。演算処理部５００は、記録データ生成部５０１を備える。記録データ生成部５０１は、データ書込みのホストコマンドを受けて、そのコマンドで指定されたデータサンプリング周波数で書込み用の記録データを生成し、併せてデータサンプリング周波数の設定情報を生成する。
すなわち、本実施形態に係るＨＤＤでは、ホストコントローラ（図示せず）から処理コマンドを受けて所望のデータを記録する際、ＳｏＣ部５００内の記録データ生成部５０１で生成される記録データがプリアンプ部４００内の書込みドライバ部４０１へ送信される。この書込みドライバ部４０１は、受け取った記録データを磁気ディスク１２に記録するための記録電流を計算し、ヘッドアンプＩＣ３０の記録電流供給回路８１に対応する記録電流を磁気ヘッド１６へ供給させる。これによって、磁気ディスク１２の記録層にデータが記録されることとなる。
上記データ記録時において、ＳＴＯバイアス電圧は、図４に示すように制御される。まず、プリアンプ部４００において、データ記録開始後（ステップＳ１１）、ＳｏＣ部５００から、記録データの生成時に生成されるデータサンプリング周波数の設定情報を受け取り、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２及びＳＴＯバイアス極性制御部４０３へ転送する（ステップＳ１２）。次に、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２において、転送されてきたデータサンプリング周波数の設定情報を入力すると、ＳＴＯバイアス電圧設定テーブル３０１を参照して（ステップＳ１３）、書込み中の記録データのサンプリング周波数に対応するＳＴＯバイアス電圧を読み出し、そのＳＴＯバイアス電圧を出力するようにＳＴＯバイアス電圧供給回路８２を制御する（ステップＳ１４）。また同様に、ＳＴＯバイアス極性制御部４０３において、転送されてきたデータサンプリング周波数の設定情報を入力すると、ＳＴＯバイアス極性設定テーブル３０２を参照して（ステップＳ１５）、書込み中の記録データのサンプリング周波数に対応するＳＴＯバイアス電圧の極性を読み出し、その極性のＳＴＯバイアス電圧を出力するようにＳＴＯバイアス電圧供給回路８２を制御する（ステップＳ１６）。以後、データ記録が終了するまで一連の処理を繰り返す（ステップＳ１７）。これにより、ＳＴＯ６５の発振応答性が起因となって生じる隣接トラックへの阻害の影響が起きやすい高いデータサンプリング周波数での条件下において、ＳＴＯバイアス電圧を最適化することができ、これによって同阻害の影響を抑制することが可能となる。
次に、本実施形態におけるＳＴＯバイアス制御の一例を示す。
図５において、特性（ａ）〜（ｃ）はそれぞれデータサンプリング周波数に対してＳＴＯバイアス電圧を設定する場合の一例を示している。前述の通り、データサンプリング周波数が高くなるに従って発振応答性による阻害の影響が生じてくる。このため、データサンプリング周波数が高いほどＳＴＯバイアス電圧を抑制する方が好ましい。その抑制方法として、例えば、図５に示す特性（ａ）のように、データサンプリング周波数の上昇に伴い、一意にバイアス電圧を基準バイアスに対して低減するような制御が考えられる。
一方で、前述の発振応答による阻害の影響はある一定周波数以上までは概ね影響が無いことも考えられる。このため、例えば図５に示す特性（ｂ）のように、所定の周波数（閾値Vth-b）以上の領域において、周波数に応じて一意に基準バイアスに対してバイアス電圧を低減するような制御も考えられる。また、その逆に、発振応答による阻害の影響が大きい場合には、ある一定周波数（閾値Vth-c）以上ではバイアス電圧を印加させない方が好ましいことも考えられる。このため、図５に示す特性（ｃ）のように、閾値Vth-c 以下の周波数領域においては、周波数に応じて一意に基準バイアスに対してバイアス電圧を低減させ、閾値Vth-c 以上の周波数領域ではバイアス電圧の印加をオフとするような制御も考えられる。
ここで、基準バイアスは、例えば図６（ａ）に示すように、ＳＴＯの発振する極性でバイアス電圧を印加したときのＳＴＯ抵抗値と、発振方向とは逆の極性にバイアス電圧を印加したときのＳＴＯ抵抗値との差分絶対値をdelta Rとしたときに、バイアス電圧の絶対値を増大させながら差分絶対値delta Rを測定することで確認することができる。例えば、図６（ａ）で差分絶対値delta Rの最大値に対し、90%のレベルまで差分絶対値delta Rが達した際のバイアス電圧値を基準バイアスとすればよい。もしくは、図６（ｂ）に示すように、ＳＴＯの発振する極性でバイアス電圧を印加したときのオーバーライト特性と、発振方向とは逆の極性にバイアス電圧を印加したときのオーバーライト特性との差分絶対値をdelta OWとしたときに、バイアス電圧の絶対値を増大させながらdelta OWを測定し、例えば、delta OWの最大値に対して90%のレベルまでdelta OWが達した際のバイアス電圧値を基準バイアスとするなどしてもよい。
前述の周波数閾値Vth-b，Vth-cの具体的な想定範囲としては、図７に示すような所定のＳＴＯバイアス電圧印加時のデータサンプリング周波数に対する記録密度改善率の結果から類推される。ＳＴＯの応答性が起因となる隣接トラックへの阻害の影響により、データサンプリング周波数が高いほど密度改善率は悪化する傾向となっており、改善率が0%を割り込み、逆に記録密度が悪化してしまうようなサンプリング周波数としては、平均値±1σ（特性（ａ）は平均値、特性（ｂ）は-1σ、特性（ｃ）は+1σ）の範囲f1〜f2で概 1880 MHz 以上 3230 MHz 以下ということが分かる。この周波数を前述の周波数閾値Vth-b，Vth-cとすればよい。
以上のように、データサンプリング周波数に応じてＳＴＯバイアス電圧を調整することにより、ＳＴＯの応答性が起因となる阻害の影響を抑制することが可能である。また、データサンプリング周波数に応じて記録電流のピーク電流値を抑制する、ないし、データサンプリング周波数に応じて記録電流の立ち上がり時間（rise-time）を長くするように調整することも同様に有効である。
次に、本実施形態を適用した際の効果について説明する。図８はデータサンプリング周波数2.5GHzのデータを記録した際に隣接トラックへの干渉幅（イレーズ幅）の時間変化を示したもので、実線が本実施形態の適用時、点線が本実施形態の非適用時（従来例）を示している。従来例（点線）のように、データサンプリング周波数によらず一定のバイアス電圧を印加する場合には、記録データの極性反転直後において記録主磁極に対するＳＴＯ発振応答性の遅れの影響により、局時的に主磁極からの磁界が広範囲に漏れる。このため、その瞬間イレーズ幅が大きく増大し、隣接データの品質劣化を引き起こしてしまう。これに対して、本実施形態を適用し、実線のように周波数に応じてバイアス電圧を抑制し、ＳＴＯ発振の影響を抑制させた場合には、図８に示すように記録データの極性反転直後でも極端なイレーズ幅の増大を抑制することができる。
図９は実際にデータサンプリング周波数を高く振った際の到達可能な記録密度を測定した結果であり、Ａは本実施形態の非適用時（従来例）、Ｂは本実施形態の適用時を示している。従来例では、図８に示す特性Ａのように、データサンプリング周波数が低い領域では、発振応答性に起因する阻害の影響は小さく問題ないが、データサンプリング周波数が高い領域では、発振応答性に起因する阻害の影響により読出し・書込みが可能な記録密度に関しても悪化してしまう。これに対して、本実施形態を適用すれば、データサンプリング周波数に応じてバイアス電圧が抑制され、ＳＴＯ発振の影響が抑制されるようになり、これによって、図８に示す特性Ｂのように周波数増大に伴う記録密度の低減を緩和することができ、結果として記録密度の向上につなげることが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る磁気ディスク装置では、ＳＴＯの発振応答性が起因となって生じる隣接トラックへの阻害の影響が起きやすいデータサンプリング周波数の高い領域において、ＳＴＯバイアス電圧の設定を最適化することができ、これによって同阻害の影響を抑制することが可能となる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、記録データのサンプリング周波数に応じてバイアス電圧を制御する場合について説明したが、データサンプリング周波数は磁気ディスクの半径位置に基づいて調整されている。このことから、記録データのサンプリング周波数でバイアス電圧を制御することと書込みを行う磁気ディスクの半径位置でバイアス電圧を制御することと等価である。そこで、第２の実施形態では、書込みが行われる磁気ディスクの半径位置に応じてバイアス電圧を制御する場合について説明する。
本実施形態のバイアス制御では、図３において、ＳｏＣ部５００から、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２及びＳＴＯバイアス極性制御部４０３へ記録データの書込み位置（磁気ディスクの半径位置）の設定情報も併せて転送されている。ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２では、転送されてきたディスク半径位置の設定情報に応じて、メモリ部３００に格納されているバイアス電圧設定テーブル３０１に基づき、磁気ヘッド１６内のＳＴＯ６５へ印加するバイアス電圧を制御する。また同様に、ＳＴＯバイアス極性制御部４０３でも、転送されてきたディスク半径位置の設定情報に応じて、メモリ部３００に格納されているバイアス極性設定テーブル３０２に基づき、磁気ヘッド１６内のＳＴＯ６５へ印加するバイアス電圧の極性を制御する。
上記データ記録時において、ＳＴＯバイアス電圧は、図１０に示すように制御される。まず、プリアンプ部４００において、データ記録開始後（ステップＳ２１）、ＳｏＣ部５００から、記録データの生成時に生成される書込みディスク半径位置設定情報を受け取り、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２及びＳＴＯバイアス極性制御部４０３へ転送する（ステップＳ２２）。次に、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２において、転送されてきたディスク半径位置設定情報を入力すると、ＳＴＯバイアス電圧設定テーブル３０１を参照して（ステップＳ２３）、書込み中の記録データのディスク半径位置に対応するＳＴＯバイアス電圧を読み出し、そのＳＴＯバイアス電圧を出力するようにＳＴＯバイアス電圧供給回路８２を制御する（ステップＳ２４）。また同様に、ＳＴＯバイアス極性制御部４０３において、転送されてきたディスク半径位置の設定情報を入力すると、ＳＴＯバイアス極性設定テーブル３０２を参照して（ステップＳ２５）、書込み中の記録データのディスク半径位置に対応するＳＴＯバイアス電圧の極性を読み出し、その極性のＳＴＯバイアス電圧を出力するようにＳＴＯバイアス電圧供給回路８２を制御する（ステップＳ２６）。以後、データ記録が終了するまで一連の処理を繰り返す（ステップＳ２７）。これにより、ＳＴＯ６５の発振応答性が起因となって生じる隣接トラックへの阻害の影響が起きやすい高いデータサンプリング周波数での条件下において、ＳＴＯバイアス電圧を最適化することができ、これによって同阻害の影響を抑制することが可能となる。
次に、本実施形態におけるＳＴＯバイアス制御の一例を示す。
図１１において、特性（ａ）〜（ｃ）はそれぞれディスク半径位置に対してＳＴＯバイアス電圧を設定する場合の一例を示している。前述の通りディスク半径位置が外周になるに従って発振応答性による阻害の影響が生じてくる。このため、ディスク半径位置が外周になるほどＳＴＯバイアス電圧を抑制する方が好ましい。その抑制方法として、例えば、図１１に示す特性（ａ）のように、ディスク半径位置が外周になるに従って、一意にバイアス電圧を基準バイアスに対して低減するような制御が考えられる。
一方で、前述の発振応答による阻害の影響はある一定の半径位置以上までは概ね影響が無いことも考えられる。このため、例えば図１１に示す特性（ｂ）のように、所定の周波数（閾値Rth-b）以上の領域において、周波数に応じて一意に基準バイアスに対してバイアス電圧を低減するような制御も考えられる。また、その逆に、発振応答による阻害の影響が大きい場合には、ある一定周波数（閾値Rth-c）以上ではバイアス電圧を印加させない方が好ましいことも考えられる。このため、図１１に示す特性（ｃ）のように、閾値Rth-c 以下のディスク半径領域においては、周波数に応じて一意に基準バイアスに対してバイアス電圧を低減させ、閾値Rth-c 以上のディスク半径領域ではバイアス電圧の印加をオフとするような制御も考えられる。
ここで、基準バイアスは、第１の実施形態の場合と同様であり、例えば、差分絶対値delta Rの最大値に対し、90%のレベルまで差分絶対値delta Rが達した際のバイアス電圧値、もしくは、例えば、delta OWの最大値に対して90%のレベルまでdelta OWが達した際のバイアス電圧値とする。
前述の半径位置閾値Rth-b，Rth-cの具体的な想定範囲としては、所定のＳＴＯバイアス電圧印加時のディスク半径位置に対する記録密度改善率の結果から類推される。ＳＴＯの応答性が起因となる隣接トラックへの阻害の影響により、ディスク半径位置が外側にあるほど密度改善率は悪化する傾向となっており、改善率が0%を割り込み、逆に記録密度が悪化してしまうようなディスク半径位置を考慮すると、電圧切替え位置が、ディスク半径27mm以上54mm以下の領域に存在するとよい。そこで、そのディスク半径位置を前述の閾値Rth-b，Rth-cとする。
以上のように、書込みディスク半径位置に応じてＳＴＯバイアス電圧を調整することにより、ＳＴＯの応答性が起因となる阻害の影響を抑制することが可能である。また、書込みディスク半径位置に応じて記録電流のピーク電流値を抑制する、ないし、書込みディスク半径位置に応じて記録電流の立ち上がり時間（rise-time）を長くするように調整することも同様に有効である。
以上のように、本実施形態に係る磁気ディスク装置では、ＳＴＯの発振応答性が起因となって生じる隣接トラックへの阻害の影響が起きやすいディスク半径位置の外周領域において、ＳＴＯバイアス電圧の設定を最適化することができ、これによって同阻害の影響を抑制することが可能となる。
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、データサンプリング周波数、または、データサンプリング周波数に対応するディスク半径位置に基づいてＳＴＯバイアス電圧を制御する場合について説明したが、さらに、図３に示したＳＴＯバイアス極性設定テーブル３０２及びＳＴＯバイアス極性制御部４０３によってＳＴＯバイアス電圧の極性を制御することによってもＳＴＯの発振応答性による阻害の影響を改善することができる。すなわち、データサンプリング周波数が極性切り替え閾値以上である際に、ＳＴＯバイアスの通電極性をＳＴＯが発振する方向とは逆側の極性に切り替える。この様子を図１２に示す。その極性切り替え閾値は、1880MHz以上3230MHz以下とするとよい。
また、ＳＴＯバイアス電圧の極性は、データを記録するディスクの半径位置に応じて切り替えるようにしてもよい。この場合、記録するディスク半径位置が極性切り替え位置より外周側の場合に、ＳＴＯバイアスの通電極性をＳＴＯが発振する方向とは逆側の極性に切り替える。この様子を図１３に示す。その極性切り替え位置は、ディスク半径27mm以上54mm以下の領域に設定するとよい。
（第４の実施形態）
本実施形態では、高いデータサンプリング周波数のデータを記録する際のＳＴＯ発振応答の起因に伴う隣接トラックのデータ品質悪化を更に改善するために、ＳＴＯバイアス電圧の調整に伴い、記録電流を最適化する手法に関するものである。図１４（ａ）は基準バイアス電圧の印加時におけるビットエラーレートの記録電流の依存性を示したものである。このとき、実際にデータを記録する際の記録電流（基準記録電流）は、例えば、閾値をビットエラーレート絶対値の98%としたときに、ビットエラーレートが同閾値に到達した際の条件から設定される。一方で、図１２（ｂ）のように、データサンプリング周波数に応じてバイアス設定を基準バイアス電圧から低減させた場合には、記録電流を増大させていった際のビットエラーレートの立ち上がりは遅くなる。このため、基準の記録電流の設定のままでは、若干ではあるがオントラック特性が悪化してしまう問題が生じる。そこで、バイアス電圧を抑制させる場合には、同様に閾値に達する記録電流値を確認し、必要に応じて記録電流の設定を基準の記録電流よりも高くすることが望ましい。このように、データサンプリング周波数に応じてバイアス電圧を基準バイアスに対して抑制し、ＳＴＯ発振の影響を抑制させる場合には、併せて記録電流についても、基準の記録電流に対して増大させるよう調整する。これにより、隣接トラックへの干渉の抑制とともに、オントラック品質を可能な限り維持することが可能となる。
なお、上記の説明では、記録電流の調整において、データサンプリング周波数に応じてバイアス電圧を制御する場合について説明したが、書込みディスク半径位置に応じてバイアス電圧を制御する場合も同様に実施可能である。
以上のように、本実施形態に係る磁気ディスク装置によれば、ＳＴＯの発振応答性が起因となって生じる隣接トラックの信号品質劣化を抑制することができ、信号品質の向上、更には記録密度の向上が可能となる。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１０…磁気ディスク装置、１１…筐体、１２…磁気ディスク、１３…ＡＢＳ、
１４…スピンドルモータ、１５…スライダ、１６…磁気ヘッド、１７…ヘッド部、
１８…ヘッドアクチュエータ、３０…ヘッドアンプＩＣ、４０…メインコントローラ、
５４…再生ヘッド、５８…記録ヘッド、６０…主磁極、６２…リターン磁極、
６４…リーディングコア、６５…スピントルク発振素子（ＳＴＯ）、
８１…記録電流供給回路、８２…ＳＴＯバイアス電圧供給回路、８３…ヒータ電圧供給回路、８４…測定回路、
３００…メモリ部、３０１…ＳＴＯバイアス電圧設定テーブル、３０２…ＳＴＯバイアス極性設定テーブル、
４００…プリアンプ部、４０１…書込みドライバ、４０２…ＳＴＯバイアス電圧制御部、４０４…ＳＴＯバイアス極性制御部、
５００…ＳｏＣ部、５０１…記録データ生成部。

Claims (20)

  1. 記録層を有する磁気ディスクと、
    前記記録層に記録磁界を印加する記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドを制御する制御器と
    を備え、
    前記記録ヘッドが、
    垂直記録磁界を発生する主磁極と、
    前記主磁極の先端部にライトギャップを置いて対向するリターン磁極と、
    前記主磁極と前記リターン磁極が形成する磁気回路に磁束を励起する記録コイルと、
    前記ライトギャップに配置される高周波発振素子と、
    前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波発振素子にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給回路と
    を備え、
    前記制御器が、
    前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データのサンプリング周波数に応じて前記高周波発振素子に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部
    を備える
    磁気ディスク装置。
  2. 前記バイアス電圧制御部は、前記サンプリング周波数が高くなるにつれて、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するように制御する請求項１に記載の磁気ディスク装置。
  3. 前記バイアス電圧制御部は、前記サンプリング周波数が電圧切り替え閾値以上のとき前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するまたは出力オフにするように制御する請求項１に記載の磁気ディスク装置。
  4. 前記バイアス電圧制御部は、前記電圧切り替え閾値を1880MHz以上3230MHz以下とする請求項３に記載の磁気ディスク装置。
  5. 前記制御器は、さらに、前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データのサンプリング周波数に応じて前記高周波発振素子に印加するバイアス電圧の極性を制御するバイアス極性制御部を備え、
    前記バイアス極性制御部は、前記サンプリング周波数が極性切り替え閾値以上であるとき、前記バイアス電圧の通電極性を前記高周波発振素子が発振する方向とは逆側の極性に切り替える請求項１に記載の磁気ディスク装置。
  6. 前記バイアス極性制御部は、前記極性切り替え閾値を1880MHz以上3230MHz以下とする請求項５に記載の磁気ディスク装置。
  7. 前記制御器は、さらに、前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データのサンプリング周波数に応じて前記記録コイルに供給する記録電流を制御する記録電流制御部を備える請求項１に記載の磁気ディスク装置。
  8. 前記記録電流制御部は、前記サンプリング周波数が高くなるにつれて、前記記録電流のピーク強度を低減するように制御する請求項７に記載の磁気ディスク装置。
  9. 前記記録電流制御部は、前記サンプリング周波数が高くなるにつれて、前記記録電流の立ち上がり時間を長くするように制御する請求項７に記載の磁気ディスク装置。
  10. 前記バイアス電圧制御部は、前記サンプリング周波数が高くなるにつれて、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するように制御し、
    前記記録電流制御部は、前記サンプリング周波数が高くなるにつれて、前記記録電流のピーク強度を基準の記録電流のピーク強度に対して低減するように制御する請求項７に記載の磁気ディスク装置。
  11. 記録層を有する磁気ディスクと、
    前記記録層に記録磁界を印加する記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドを制御する制御器と
    を備え、
    前記記録ヘッドが、
    垂直記録磁界を発生する主磁極と、
    前記主磁極の先端部にライトギャップを置いて対向し、前記主磁極からの磁束を還流させて主磁極とともに磁気回路を形成するリターン磁極と、
    前記主磁極と前記リターン磁極が形成する磁気回路に磁束を励起する記録コイルと、
    前記ライトギャップに配置される高周波発振素子と、
    前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波発振素子にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給回路と
    を備え、
    前記制御器が、
    前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置に応じて前記バイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部
    を備える
    磁気ディスク装置。
  12. 前記バイアス電圧制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が外周領域になるにつれて、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するように制御する請求項１１に記載の磁気ディスク装置。
  13. 前記バイアス電圧制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が電圧切り替え位置より外周側のとき前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するまたは出力オフにするように制御する請求項１１に記載の磁気ディスク装置。
  14. 前記バイアス電圧制御部は、前記電圧切り替え位置を前記磁気ディスクの半径27mm以上54mm以下の領域とする請求項１３に記載の磁気ディスク装置。
  15. 前記制御器は、さらに、前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置に応じて前記高周波発振素子に印加するバイアス電圧の極性を制御するバイアス極性制御部を備え、
    前記バイアス極性制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が極性切り替え位置より外周側であるとき、前記バイアス電圧の通電極性を前記高周波発振素子が発振する方向とは逆側の極性に切り替える請求項１１に記載の磁気ディスク装置。
  16. 前記バイアス極性制御部は、前記極性切り替え位置を前記磁気ディスクの半径27mm以上54mm以下の領域とする請求項１５に記載の磁気ディスク装置。
  17. 前記制御器は、さらに、前記記録ヘッドによって前記磁気ディスクにデータを記録する時に前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置に応じて前記記録コイルに供給する記録電流を制御する記録電流制御部を備える請求項１１に記載の磁気ディスク装置。
  18. 前記記録電流制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が外周になるにつれて、前記記録電流のピーク強度を低減するように制御する請求項１７に記載の磁気ディスク装置。
  19. 前記記録電流制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が外周になるにつれて、前記記録電流の立ち上がり時間を長くするように制御する請求項１７に記載の磁気ディスク装置。
  20. 前記バイアス電圧制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が外周になるにつれて、前記バイアス電圧を基準バイアスに対して低減するように制御し、
    前記記録電流制御部は、前記データを記録する前記磁気ディスクの半径位置が外周になるにつれて、前記記録電流のピーク強度を基準の記録電流のピーク強度に対して低減するように制御する請求項１７に記載の磁気ディスク装置。
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