JP7143209B2 - 磁気ディスク装置及び記録ヘッド制御方法 - 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と、この磁気ディスク装置に用いられる記録ヘッド制御方法に関する。
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、さらに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アシスト素子が配置される。この高周波アシスト素子は、記録時に特定の高周波振動を発生して磁気記録面に与えることで磁気共鳴を生じさせ、これによって磁化反転の応答を補助する。高周波アシスト素子には、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、高周波アシスト素子を安定に発振させるために、従来では、素子に加わる電流密度が一定となるように、ドライブ回路内のプリアンプで一定のバイアス電圧を生成して素子に印加する手法を採用している。
しかしながら、高周波アシスト素子は、その製造の困難性から寸法にばらつきがあり、これに伴って素子自体の抵抗値にばらつきが生じている。素子自体の抵抗値にばらつきがあると、素子部分に印加される電圧値が大きくばらついてしまうこととなり、結果として、発振特性のばらつきのみならず、過剰な電圧印加による素子破損を招く可能性がある。
また、高周波アシスト素子自体の抵抗値のみならず、配線経路に内在する付帯抵抗成分の影響も無視することができない。すなわち、付帯抵抗成分は、温度変化に応じて変動するため、素子部分に印加される電圧も変動してしまい、電流密度の一定化を実現することができない原因となっている。
特開２０１０－１５０３５１号公報
この発明の実施形態の課題は、高周波アシスト素子の寸法のばらつき、配線経路の付帯抵抗成分の温度特性によらず、素子に加わる電圧を一定にして発振を安定化し、これによって記録密度を向上させることのできる磁気ディスク装置とその記録ヘッド制御方法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、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介し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アシスト素子と、前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波アシスト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、前記バイアス電圧の調整指示に応じて測定用電圧を前記高周波アシスト素子に印加して通電電流を測定し、その測定電流と前記測定用電圧との関係から電圧供給経路における抵抗値を算出し、前記抵抗値をR、前記高周波アシスト素子の発振特性が安定化する基準電圧をVsとしたとき、前記データ記録時に印加するバイアス電圧Vsetを
R/｜R-10｜×Vs以上、
R/｜R-30｜×Vs 以下の範囲内に変更する。
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、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、ＨＤＤにおける磁気ヘッド、サスペンション、記録媒体を示す側面図。 図４は、第１の実施形態において、磁気ヘッドのヘッドスライダを図３のＡ方向から見た場合の概略構成を示す図。 図５は、第１の実施形態において、データ記録時のＳＴＯバイアス電圧を制御する系統を示すブロック図。 図６は、第１の実施形態において、ＳＴＯバイアス電圧の供給経路における等価回路を示すブロック回路図。 図７は、第１の実施形態において、ＳＴＯバイアス電圧の適正値を求める処理の流れを示すフローチャート。 図８は、第１の実施形態において、ＳＴＯバイアス電圧制御部における推定抵抗値と印加バイアス電圧との関係を示す特性図。 図９は、第２の実施形態において、装置内温度に応じて変動する付帯抵抗を考慮してＳＴＯバイアス電圧を制御する処理の流れを示すフローチャート。 図１０は、第２の実施形態において、装置内温度とＳＴＯに印加する最適バイアス電圧との関係を示す特性図。
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、ＨＤＤにおける磁気ヘッド、サスペンション、記録媒体を示す側面図、図４は、磁気ヘッドのヘッドスライダを図３のＡ方向から見た場合の概略構成を示す図、図５は、ＳＴＯバイアス電圧を制御する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（またはプリアンプ）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に設けられたサスペンショントレース８２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。
ＳＴＯ素子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。ＳＴＯ素子６５は、スピン注入層（Ｐｉｎ層）、中間層、発振層の３層から成り、ＳＴＯバイアス電圧による駆動時に、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、磁気ディスク１２の記録面の磁化をアシストする構成となっている。
なお、ＳＴＯ素子６５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は、それぞれスライダ内配線８０を介してスライダパッド８３の接続端子９１、９２に接続される。これらの接続端子９１、９２は、サスペンショントレース８２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、ＳＴＯ素子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は、それぞれスライダ内配線８０を介してスライダパッド８３の接続端子９７，９８に接続される。これらの接続端子９７，９８は、サスペンショントレース８２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はサスペンショントレース８２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３１と、サスペンショントレース８２及び接続端子９１、９２を介してＳＴＯ素子６５にＳＴＯバイアス電圧を供給するＳＴＯバイアス電圧供給回路３２と、サスペンショントレース８２及び接続端子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３３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３４と、を備えている。また、ＳＴＯバイアス電圧供給回路３２は、指示に応じて試験用のバイアス電圧を発生させてＳＴＯ素子６５に印加し、その通電電流を測定する機能を備えている。
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３１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３２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、サスペンショントレース８２、スライダ内配線８０、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。なお、接続端子９１，９２の間には、図４に示すように、過電流制限用のシャント抵抗８１が接続されている。ヒータ電圧供給回路３３は、記録ヒータ１９ａ、再生ヒータ１９ｂにＭＰＵ４６からの制御温度に応じた電圧を供給する。測定回路３４は、ＭＰＵ４６の制御の下、記録データのエラーレートを測定する。
図５は、本実施形態において、データ記録時の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、図６は、ＳＴＯバイアス電圧の供給経路における等価回路を示すブロック回路図、図７は、ＳＴＯバイアス電圧の適正値を求める処理の流れを示すフローチャート、図８は、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２における推定抵抗値と印加バイアス電圧との関係を示す特性図である。
図５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、測定された抵抗値と最適な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書込み用の記録データを生成する。記録データ生成部５０１で生成される記録データはプリアンプ部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、計算された記録電流を供給するように、ヘッドアンプＩＣ３０の記録電流供給回路８１に指示する。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。
上記構成による磁気ディスク装置では、プリアンプ部４００のＳＴＯバイアス電圧制御部４０２において、装置製造時に、ＳＴＯ抵抗値を測定し、測定されたＳＴＯ抵抗値に応じて適正ＳＴＯバイアス電圧を決定する。これにより、ＳＴＯ素子６５に付帯する抵抗の影響を鑑みた上で、ＳＴＯ素子６５に所望のバイアス電圧を印加することが可能となり、装置内での動作環境下における発振特性の安定化、及び、素子ばらつきの影響に伴う破損を防止するものである。
まず、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２では、ＳＴＯバイアス電圧供給回路８２に、測定用電圧Vmをサスペンショントレース８２、スライダ内配線８０、スライダパッド接続端子９１，９２を介してＳＴＯ６５に印加した際の通電電流Imを測定する。このときの等価回路は、図６に示すように、ＳＴＯ素子６５の抵抗分にスライダ配線８０の抵抗分が直列に接続され、その両端にシャント抵抗８１の抵抗分が並列に接続され、その並列回路にサスペンショントレース８２の抵抗分が直列に接続される。
ここで、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２において、ＳＴＯ素子６５の寸法のばらつきによる特性のばらつきを抑制し、かつ、信頼性を担保するためには、ＳＴＯ素子自体に最適な電圧を一定に供給することが必要となる。したがって、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２は、ＳＴＯ素子６５の寸法のばらつきを考慮し、ＳＴＯ素子自身の抵抗値に応じて印加するバイアス電圧を調整する。
最適ＳＴＯバイアス電圧の決定について詳細に説明する。
まず、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２は、製品製造時において、図７に示すように、ホストコマンドによりＳＴＯ測定開始の指示を受けると（ステップＳ１１）、測定用電圧VmをＳＴＯ素子６５に印加し（ステップＳ１２）、通電電流Imを測定し（ステップＳ１３）、測定用電圧Vmと通電電流Imとの関係から全体の抵抗成分R = Vm / Im を計算し（ステップＳ１４）、算出された抵抗値Rに応じて磁気ヘッド１６内のＳＴＯ素子６５に印加される最適なＳＴＯバイアス電圧を換算し（ステップＳ１５）、そのＳＴＯバイアス電圧を３０１に登録して運用時に使用する（ステップＳ１６）。
ここで、図６に示される等価回路において、STO素子６５の抵抗成分をRSTO、サスペンショントレース８２の抵抗成分をSus trace-R、スライダ内配線８０のリード抵抗成分をSlider Lead-R、シャント抵抗８１の抵抗成分をShunt-R、STO素子６５に印加すべき所望の電圧値をVbSTO、バイアス電圧制御部４０２で設定する最適ＳＴＯバイアス電圧をVset、STO素子６５に流れる電流をISTO、等価回路に流れる通電電流をIsetとしたとき、Vsetは以下で表される。
Vset = (VbSTO * (Slider Lead-R + RSTO) / RSTO) * R / (R - Sus trace-R)
(1)
ここで、RSTOは、
RSTO = 1 / (1/(R - Sus trace-R) - 1/Shunt-R) - Slider Lead-R
(2)
と表すことができる。Slider Lead-R， Shunt-R， Sus trace-R は概一定と見なせるため、Vset は測定抵抗値R の関数で表すことができる。
上式に基づき、測定抵抗値R に応じてVset を調整した一例を図８に示す。概一定のSlider Lead-R，Shunt-R，Sus trace-Rといった付帯抵抗の影響を鑑みると、STO素子６５の寸法が小さいほど測定抵抗値R が高くなるため、ＳＴＯバイアス電圧制御部４０２ではVset を低く調整する。逆に、ＳＴＯ素子６５の寸法が大の場合には測定抵抗値R が低くなるため、Vset を高く調整する。
なお、一般に Shunt-Rは500~2000[Ω] と相対的に他の抵抗より高いことを考慮すると、測定抵抗値R における Vset は
Vset ≒ R/ (R - Slider Lead-R - Sus trace-R) * VbSTO (3)
で表され、また、一般にSlider Lead-R は 5~15[Ω]，Sus trace-R は5~15[Ω] であるため、
R/｜R-10｜×VbSTO ≦ Vset ≦ R/｜R-30｜×VbSTO (4)
となる。
ここで、VbSTOはSTO素子６５の発振特性が安定化する電圧Vsに設定されるべきであり、その電圧は、例えば電圧を変化させたときのオーバーライト（ＯＷ）特性のアシストゲインが最大値に対し所望の閾値、たとえば、ＯＷゲイン最大値の90%以上に到達する電圧から算出することができる。
また、装置内に組み込まれるヘッドのR平均値をRave、その際の付帯抵抗率αを(Slider Lead-R + Sus trace-R) / Rave とし、装置内のある特定ヘッドのR値のRaveに対する比率をβとしたとき、式(1) に基づき、Vset は以下で示される。
Vset = β / |β - α| ×Vs (5)
ここで、Raveの際のVset はβ=1のため、Vsetの平均Vset aveは
Vset ave = 1/ (1-α) * Vs (6)
となる。また、装置内ヘッドのβの最小値をβmin、最大値をβmax とすると、Vsetの最大値Vset max、最小値Vset minは、
Vset max = βmax / |βmax - α| ×Vs (7)
Vset min = βmin / |βmin - α| ×Vs (8)
ここで、装置内の平均STO抵抗値が40*40[nm] 寸法の抵抗率を鑑みると15[Ω] である。この場合、前述の通り、Slider Lead-R は 5~15[Ω]，Sus trace-R は5~15[Ω] であるため、付帯抵抗率αは0.4~0.67 となる。このため、装置内の最大、最小、平均Vset電圧は以下の範囲内となる。
βmax / (βmax - 0.4) × 0.33
≦ Vset max / Vset ave
≦ βmax / (βmax - 0.67) × 0.6 (9)
βmin / |βmin - 0.4| × 0.33
≦ Vset min / Vset ave
≦ βmin/ |βmin - 0.67| × 0.6 (10)
以上ことから、本実施形態に係る磁気ディスク装置によれば、ＳＴＯ素子６５の寸法のばらつきに関わらず、ＳＴＯ素子６５に概一定の電圧を供給できるようになるため、素子寸法のばらつきによらず、ライト寿命のばらつきも抑制することが可能となり、信頼性も含めて安定にＳＴＯ素子６５を駆動することが可能となる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態のように、測定用電圧印加時の抵抗値R=Vm/Im に基づき、ＳＴＯ素子６５へ印加するバイアス電圧を制御することが肝要ではあるが、実際の量産品では、磁気ディスクドライブ内の温度に応じたバイアス制御を適正に行うことが、素子信頼性担保に必要となる。本実施形態では、ディスクドライブ内温度に応じたＳＴＯバイアス電圧の制御方法について説明する。
図９は、第２の実施形態に係る磁気ディスク装置の運用時のＳＴＯバイアス電圧制御処理を示すフローチャートである。
まず、ホストコマンドにより運用開始が指示されると（ステップＳ２１）、装置内の温度を測定し（ステップＳ２２）。温度変化の有無を判断する（ステップＳ２３）。温度変化があった場合、温度上昇のときはバイアス電圧を上げ、温度低下のときはバイアス電圧を下げる（ステップＳ２４）。温度変化がなかった場合には、運用停止の有無を判断し、運用停止が指示されるまで温度変化に伴うバイアス電圧の調整を行う（ステップＳ２５）。
ここで、図６に示す等価回路において、STO素子６５の抵抗成分をRSTO、サスペンショントレース８２の抵抗成分をSus trace-R、スライダ内配線８０のリード抵抗成分をSlider Lead-R、シャント抵抗８１の抵抗成分をShunt-R、STO素子６５に印加すべき所望の電圧値をVbSTO、バイアス電圧制御部４０２で設定する最適ＳＴＯバイアス電圧をVset、STO素子６５に流れる電流をISTO、等価回路に流れる通電電流をIset とし、常温をTr、ドライブ内温度をTxとし、常温Tr、ドライブ内温度Txにおいて抵抗値Rを測定したとき、次式が成立する。
Rin@Tr =R - Sus trace-R@Tr (11)
RSTO@Tr = 1 / (1/Rin@Tr - 1/Shunt-R) - Slider Lead-R@Tr (12)
RSTO@Tx = RSTO@Tr + RSTO@Tr*(Tx - Tr)*RSTO温度係数 (13)
Slider Lead-R@Tx
= Slider Lead-R@Tr + Slider Lead-R@Tr*(Tx-Tr)* Slider Lead-R温度係数
(14)
Sus trace-R@Tx
= Sus trace-R@Tr + Sus trace-R@Tr*(Tx - Tr)* Sus trace-R温度係数
(15)
Shunt-R@Tx = Shunt-R@Tr + Shunt-R@Tr*(Tx - Tr)* Shunt-R温度係数
(16)
ここで、各抵抗値、電流値、電圧値の添え字@Tx，@Tr は ドライブ内温度Tx または常温における値を意味する。
実際にＳＴＯ素子６５に電圧VbSTOを印加してＳＴＯ素子６５を駆動する際の温度上昇ΔTは以下の式で表される。ここで、抵抗値、電流値、電圧値の添え字のonはＳＴＯ素子６５がオン状態の時の値である。
ΔT = c2 * VbSTO^2 + c1 * VbSTO + ΔTIAD + ΔTHeater(17)
ここで、c1，c2 はVbSTO印加時昇温係数、ΔTIADはライト電流印加による温度上昇度、ΔTHeaterはヒータ印加による温度上昇度である。
温度上昇後のSTO抵抗値は次式で表される。
RSTO@Tx,on
= RSTO@Tr + RSTO@Tr*(Tx + ΔT - Tr)*RSTO抵抗温度係数
(18)
STO素子６５に流れる電流値は、次式で表される。
ISTO@Tx,on = VbSTO / RSTO@Tx,on (19)
バイアス制御時の電流値は
Iset@Tx,on
= ISTO@Tx,on+ISTO@Tx,on*(Slider Lead-R@Tx+RSTO@Tx,on)/Shunt-R@Tx
(20)
したがって、バイアス電圧値Vsetは 以下で表すことができる。
Vset@Tx
= Iset@Tx,on * (1 / (1/ Shunt-R@Tx + 1/(RSTO@Tx,on+ Slider Lead-R@Tx)
+ Sus trace-R@Tx)
(21)
ここで、一般に、Slider Lead-R抵抗温度係数、Sus trace R温度係数、Shunt R温度係数の方がRSTO抵抗温度係数よりも大きいことを考慮すると、磁気ディスク装置内の温度に対してＳＴＯバイアス電圧値 Vset@Txは、図１０に示されるようになる。すなわち、付帯抵抗である Lead R, Sus trace R, ShuntR の温度係数が大きい事を鑑みると、図内の通り、低温ほど印加されるバイアス電圧は低く設定され、逆に、高温ほど印加されるバイアス電圧は高く設定されることとなる。これにより、装置内温度の変動に関わらず、ＳＴＯ素子６５には概一定の電圧を供給できることとなり、信頼性を持って安定的にＳＴＯ素子６５を駆動することが可能となる。
なお、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…高周波アシスト素子（ＳＴＯ）、
３１…記録電流供給回路、３２…ＳＴＯバイアス電圧供給回路、３３…ヒータ電圧供給回路、３４…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、
５００…ＳｏＣ部、５０１…記録データ生成部。

Claims (6)

  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、バイアス電圧の印加によって発振し、前記磁気ディスクの磁化をアシストする高周波アシスト素子と、
    前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波アシスト素子に前記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、
    前記制御器は、前記バイアス電圧の設定指示に応じて測定用電圧を前記高周波アシスト素子に印加して通電電流を測定し、その測定電流と前記測定用電圧との関係から電圧供給経路における抵抗値を算出し、前記抵抗値をR、前記高周波アシスト素子の発振特性が安定化する基準電圧をVsとしたとき、前記データ記録時に印加するバイアス電圧Vsetを
    R/｜R-10｜×Vs以上、
    R/｜R-30｜×Vs 以下の範囲内に変更する磁気ディスク装置。
  2. 前記制御器は、前記記録ヘッドの前記抵抗値Rの平均値をRave、その際の付帯抵抗率をα、前記抵抗値Rの平均値Raveに対する比率βの最大値をβmaxとしたとき、前記データ記録時に印加するバイアス電圧Vsetの平均値に対する最大値の比率を
    βmax / (βmax - 0.4) × 0.33 以上、
    βmax / (βmax - 0.67) × 0.6以下に調整することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
  3. 前記記録ヘッドの抵抗値Rの平均値をRaveとし、その際の付帯抵抗率をαとし、前記記録ヘッドの抵抗値Rの平均値Raveに対する比率βの最小値をβminとしたとき、装置内のVset平均値に対するVset最小値の比率が
    βmin / |βmin - 0.4| × 0.33 以上、
    βmin/ |βmin - 0.67| × 0.6 以下に調整され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。
  4. さらに、前記記録ヘッドの内部温度を測定する温度センサを備え、
    前記制御器は、前記温度センサの測定温度Thが基準温度Tr以上である環境下において、前記測定温度Thの環境下で観測される前記抵抗値をR(Th)、前記基準温度Trの環境下で観測される前記抵抗値をR(Tr)としたとき、前記測定温度Thの環境下でデータ記録する際に印加するバイアス電圧Vset (Th) と、前記基準温度Trの環境下でデータ記録する際に印加するバイアス電圧Vset (Tr) との比Vset(Th)/Vset(Tr) が1以上、R(Th)/R(Tr) 以下となるように、前記測定温度Thに応じて前記バイアス電圧を調整する請求項１記載の磁気ディスク装置。
  5. 前記制御器は、前記温度センサの測定温度Tlが基準温度Tr以下である環境下において、前記測定温度Tlの環境下で観測される前記抵抗値をR(Tl)、前記基準温度Trの環境下で観測される前記抵抗値をR(Tr)としたとき、前記温度Tlの環境下でデータ記録する際に印加するバイアス電圧Vset (Tl) と前記基準温度Trの環境下で印加するバイアス電圧Vset (Tr) との比Vset(Tl)/Vset(Tr) がR(Tl)/R(Tr)以上、1以下となるように、前記測定温度に応じて印加するバイアス電圧を調整する請求項４記載の磁気ディスク装置。
  6. 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、バイアス電圧の印加によって発振し、前記磁気ディスクの磁化をアシストする高周波アシスト素子と、
    前記主磁極、前記リターン磁極を通して前記高周波アシスト素子に前記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磁気ディスク装置に用いられ、
    前記バイアス電圧の設定指示に応じて測定用電圧を前記高周波アシスト素子に印加して通電電流を測定し、その測定電流と前記測定用電圧との関係から電圧供給経路における抵抗値を算出し、前記抵抗値をR、前記高周波アシスト素子の発振特性が安定化する基準電圧をVsとしたとき、前記データ記録時に印加するバイアス電圧Vsetを
    R/｜R-10｜×Vs以上、
    R/｜R-30｜×Vs 以下の範囲内に変更する磁気ディスク装置の記録ヘッド制御方法。
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