WO2004097807A1 - 磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

磁気抵抗素子の磁化方向のずれを補正するための磁界を印加する磁界印加手段を備える磁気記録再生装置を提供する。磁界印加手段は、巨大磁気抵抗素子のフリー層の磁化方向のずれを補正するために用いることができる。磁界印加手段制御部は磁界印加手段を制御して、磁気抵抗素子の磁化方向及び磁界強度を調整する。磁界印加手段制御部は、データ読出し時にのみ磁界を印加するように磁界印加手段を制御することもでき、また、データの再読み出し時に印加磁界の強度を上げるように制御することもできる。磁界印加手段はヘッドスライダを支持するサスペンションのヘッド搭載側の面とは逆の面にヘッドに対応して搭載される。

Description

磁気記録再生装置

発明の分野

本発明は、 磁気記録再生装置に関し、 特に磁気抵抗効果型ヘッ ド を備えた磁気記録再生装置に関する。

明 背景技術

近年、 磁気記録再生装置においては書、 磁気抵抗効果を利用したへ ッ ドを採用することによ り、 記録密度が著しく向上している。 特に 、 巨大磁気抵抗効果'型ヘッ ドの実用化に伴い、 記録密度は飛躍的に 向上している。

一般に、 GMR (Giant Magnetoresist ive) 素子は、 フリ一層、 スぺーサ層、 ビン ド層および反強磁性層から構成される。 ビン ド層 の磁化方向は素子高さ方向を、 フリー層の磁化方向はトラック幅方 向を、 それぞれ向いている。

フリ一層の磁化方向は、 磁気記録媒体の磁界によ り垂直方向に変 化する。 その際、 ビン ド層とフリー層の各磁化方向が相互に平行で かつ向きが一致する場合に抵抗が最小となり、 逆にその向きが反対 となる反平行の場合に最大となる。 したがって、 この抵抗変化を検 出すれば、 磁気記録媒体に記録された情報を読み取ることができる

GMR素子は、 外部磁界がない場合、 ビンド層磁化方向とフ リ ー 層磁化方向とのなす角度が 9 0 ° であることが理想である。 この場 合に、 GMR素子の出力は最大となり、 また上下非対称性 （正方向 出力と負方向出力の非対称性） は零となる。 しかしながら、 実際の プロセスで製造された G M R素子はすべて、 ピンド層磁化方向とフ リー層磁化方向とのなす角度が 9 0 ° であるという ことはない。 し たがって磁化状態はプロセスや寸法等に左右されるから、 ピンド層 磁化方向とフリ一層磁化方向とのなす角度は、 あるばらつきをもつ 。 このばらつきによ り、 多数の G M R素子がすべて最適なバイ アス ポイントで動作することはなく、 所定の最大出力を出すことができ ない。

この場合若干の特性調整は、 センス電流を変化させることによ り 可能である。 すなわち、 センス電流自体が作る磁界の変化を利用し て、 フリー層の磁化方向のわずかな調整を行う ことはできる。 しか しながら、 センス電流を大きくすると、 特性が不安定となり、 エレ タ トロマイグレーショ ンによる断線等を引き起こす可能性があるこ とから、 へッ ド特性をコントロールすることは現実的に困難である したがって、 現状では、 G M Rへッ ドの出力及び上下非対称性に ついて、 ある閾値をもうけ、 その範囲内のヘッ ドを選別して使用し ている。 しかしながら、 この方法では、 一定のばらつきを許容して いるので、 性能を十分に発揮できない場合がある。 また、 この特性 のばらつきは、 G M Rヘッ ドの製造において、 歩留まりの悪化の要 因ともなつている。 さらに、 初期には最適なバイ アス状態にあった G M Rへッ ドであっても、 装置搭載後に例えば加熱等の何らかの要 因により、 ビンド層とフリ一層の磁化状態が変化することも考えら れる。 この場合もヘッ ド特性が劣化し、 ひいてはリー ドエラーを引 き起こすことにもなりかねない。

従来、 データ読出し動作時にヘッ ド外部から、 最適特性を得るよ うにパイァスを調整するよ うなことは行われていなかった。 たとえ ば、 特開平 1 0— 5 5 5 .0 1号公報には、 記録ヘッ ドと再生ヘッ ド との相対的位置関係を最適化するように、 へッ ド位置誤差情報に従 つて制御されるバイアス磁界発生素子を設け、 再生へッ ドの感度分 布を調整することが開示されている。 しかしながら、 これは再生へ ッ ドに本来の最適パイァスを与えるための磁界を印加することを開 示するものではない。 発明の開示

本発明は、 上記の問題点に鑑み、 出力特性のばらつきがあっても 、 最適バイアスポイントに調整でき、 出力の上下非対称性がゼロで 最大出力を得ることができる磁気記録再生装置を提供することを目 的とする。

本発明は、 前記目的を達成するために、 磁気記録再生装置におい て、 磁気抵抗素子の磁化方向のずれを補正するための磁界を印加す る磁界印加手段を備えることを特徴とする。 前記磁界印加手段は、 磁気抵抗素子の高さ方向磁界を印加するよ うにできる。

また、 前記磁気抵抗素子は、 巨大磁気抵抗素子であり、 前記磁界 印加手段は、 前記巨大磁気抵抗素子のフリ一層の磁化方向のずれを 補正するごとができる。

さらに、 磁界印加手段制御部を備え、 前記磁界印加手段制御部は 前記磁気抵抗素子の磁化方向及び磁界強度を調整するように前記磁 界印加手段を制御することができる。

また、 前記磁界印加手段制御部は、 データ読出し時にのみ磁界を 印加するよ うに磁界印加手段を制御することもでき、 また、 データ の再読み出し時に印加磁界の強度をあげるように制御することもで きる。

さらに、 磁界印加手段制御部は、 前記磁界印加手段が印加する磁 界の強度が、 磁気記録媒体のデータが消去されない範囲を超えない ように制御することができる。 また、 前記磁界印加手段制御部は、 読出し時以外の時に前記磁界印加手段の磁界強度を増加させ、 読出 し時には前記磁界を印加することなく読出しを行い、 そのエラーレ ートを検出することによって、 前記磁界印加手段が印加する磁界の 強度範囲を設定する。

さ らに、 本発明は、 両面に配線パターンを有する磁気記録再生装 置に用いられるサスペンショ ンを提供する。 サスペンショ ンは、 一 方の面にへッ ドスライダを搭載し、 他方の面には電磁石を搭载する ことができる。 図面の簡単な説明

本発明を添付の図面を参照しながら、 以下に説明する。

図 1 は、 本発明の 1実施形態である磁気記録再生装置を示す図、 図 2は、 本発明の 1実施形態の G M Rへッ ドの特性を示す図、 図 3は、 本発明の 1実施形態である磁気記録再生装置に用いられ るサスペンショ ンを示す図、

図 4は、 本発明の 1実施形態の制御回路を示すプロ ック図、 図 5は、 印加磁界の上限を求める過程を示すフローチャート、 図 6は、 公知の G M R素子の概略構造を示す図、

図 7は、 公知の G M Rヘッ ドの概略構造を示す図、 そして、 図 8は、 へッ ド出力の上下非対称性を説明する図である。 発明の実施の形態の説明

本発明によ り もたらされる作用効果を明確にするために、 本発明 を適用しない G M R素子を用いた磁気記録再生装置について説明す る。

図 6は、 一般的な G M R素子の構成を説明する図である。 図では 、 GMR素子の磁気記録媒体に対向する面が示されている。 GMR 素子 1 0は、 フ リ ー層 1 1、 スぺーサ層 1 2、 ビン ド層 1 3、 反強 磁性層 1 4から構成される。 GMR素子を構成する 4層は、 読取り ヘッ ドとして記録媒体に対向し、 その積層方向が記録媒体の周方向 に対応するように配置される。 通常、 フ リ ー層 1 1、 ビン ド層 1 3 には、 N i F e / C o合金といった強磁性体、 スぺーサ層 1 2には C u、 反磁性層 1 4には P d P t Mn といった反強磁性体が用いら れている。 ビン ド層 1 3に接する反磁性層 1 4によ り、 ビン ド層 1 3の磁化方向は一方向に固定される。 一方、 フリー層 1 1は、 記録 媒体に平行に トラック幅方向に磁化されている。 図 5には、 矢印で それぞれの磁化方向の例を示した。

フ リ ー層 1 1の磁化方向は、 情報が記録された磁気記録媒体の磁 界の変化によ り垂直方向に変化する。 その際、 ビン ド層 1 3 とフリ 一層 1 1の各磁化方向が相互に平行でかつ向きが一致する場合に抵 抗が最小となり、 逆に向きが反対となる反平行の場合に最大となる 。 したがって、 抵抗変化を検出すれば、 磁気記録媒体に記録された 情報を読み取ることができる。

図 7に、 磁気記録再生装置に用いられた GMR素子を備える GM Rヘッ ドの従来の 1例を示す。 GMRヘッ ド 2 0は、 回転する磁気 記録媒体 2 5上にわずかの間隙を介して対向している。 G M Rへッ ド 2 0は、 GMR素子 1 0を上部シール ド 2 1、 下部シール ド 2 2 の 2枚のシールドに挟んだ構造で、 GMR素子 1 0の両端には GM R素子 1 0のフ リ ー層 1 1の磁化方向を制御するための高保持カ磁 性体からなる磁区制御膜 2 1が設けられている。 磁区制御膜 2 1 は トラック幅方向に磁化されており、 ここから発生する磁界によ り、 GMR素子のフリー層 1 1力 S トラック幅方向に磁化される。 また、 この磁区制御膜 2 1 には低抵抗の端子 2 2が接続されており、 この 端子 2 2を通じて G M R素子 1 0へセンス電流を供給している。 こ のように構成された G M Rへッ ド 2 0は、 センス電流が流れる抵抗 の変化を電圧の変化として出力する。

前述のよ うに、 ビン ド層の磁化方向は素子高さ方向、 フリー層の 磁化方向は トラック幅方向を向いている。 G M R素子は、 ビン ド層 化方向とフリ ー層磁化方向のなす角度が 9 0 ° であることが理想 である。 この場合に、 G M R素子の出力は最大となり、 上下非対称 性は零となる。

ここで、 上下非対称性は、 図 8に示すように、 正方向の信号出力 の大きさを a と し、 負方向の信号出力の大きさを b としたとき、 I ( a - b ) / ( a + b ) I を％で表わしたものである。 上下非対称 性が零となる場合は、 a = bの場合で、 最適バイアスポイントであ ることを示す。 しかしながら、 実際のプロセスでは、 磁化状態はプ 口セスゃ寸法等に左右されるから、 ピンド層磁化方向とフリー層磁 化方向とのなす角度は、 あるばらつきをもつ。 このばらつきによ り 、 多数の G M R素子が最適なバイアスポイントで動作せず、 所定の 最大出力を出せない等の前述した問題点を有していた。

以下、 図 1 〜 5を参照して、 本発明の実施の形態を説明する。 1は、 本実施形態の磁気記録再生装置である。 G M Rヘッ ドを有 するへッ ド部 2を搭載したへッ ドスライダがサスペンシヨン 3に支 持されている。 ヘッ ド部 2は磁気記録媒体 4に対向して配置されて いる。 磁気記録媒体 4の回転と ともに、 ヘッ ド部 2が磁気記録媒体 4の半径方向に移動して、 G M Rへッ ドによって情報を読み取って いく。 磁気記録媒体 4の両面に情報が記録され、 ヘッ ド部 2は両面 に対向して備えられる。 本例では、 1枚の記録媒体 4を備える磁気 記録再生装置を示したが、 通常、 磁気記録再生装置は、 1本の回転 軸に複数の記録媒体、 例えば 4枚の記録媒体を有する。 4枚の記録 媒体を有する場合、 へッ ドは合計 8個搭載されることになる。

電磁石 5が、 サスペンショ ン 3の上面でかつ G MRへッ ドを有す るへッ ド部 2の近傍に配置されている。 電磁石 5は、 供給される電 流に応じて、 記録媒体 4に垂直な方向に所望の大きさの磁界を印加 することができる。 すなわち、 電磁石 5に流れる電流を制御して、 電磁石 5によ り印加される記録媒体に垂直な磁界の強さを変化させ ることによ り、 フリー層の磁界の方向と大きさを、 所望の方向及び 大きさに調整することができる。 したがって、 ビンド層磁化方向と フリ一層磁化方向とのなす角度がずれていても、 理想的な角度であ る 9 0 ° に補正することができ、 したがって GMRヘッ ドの出力を 最大に、 上下非対称性を零とすることができる。

最適パイァスポイントを得るために電磁石 5に供給すべき電流値 は、 以下に示すようにして求めることができる。 なお、 複数のへッ ドがある場合には、 へッ ド毎に電磁石に供給する電流値を決定する 図 2は、 実際に電磁石 5による磁界を変化させながら、 データ読 出し出力 （黒丸） 及びその上下非対称性 （白丸） をプロ ッ ト したデ ータを示す。 横軸は電磁石 5による印加磁界 （G a u s ）.を示し 、 縦軸は、 左側に出力電圧 （ μ ν ρ ρ ) を右側に上下非対称性 （％ ) をそれぞれ示す。 上記の最適バイ アスポイントが得られる値は、 約 3 0 G a u s s の外部磁界を印加した場合であって、 外部磁界 0 の初期状態 （出力 1 8 0 0 μ V、 上下非対称性一 1 2 %) と比較す ると、 出力は、 1 8 0 0 ¥から 2 0 0 0 /1 へ、 1 0 %向上し、 上下非対称性は 0 となる。

現在、 上下非対称性 + 2 0〜一 2 0までを許容範囲と して、 この 範囲のものをヘッ ドと して使用しているが、 本発明によれば、 これ らについて上下非対称性ほぼ◦に補正することができ、 GMRへッ ドを最適バイアス状態で動作させることができる。 また、 上下非対 称性が + 2 0〜一 2 0を超えている G M R素子であっても、 本発明 を適用すると、 上下非対称性を改善することができる。 したがって 、 従来廃棄されていたものも使用可能にすることができる。

このよ う に、 個々のへッ ドについて実測を行って最適磁界を決定 するので、 個々のへッ ドについての最適バイアスポイ ン トを容易に 決定することができる。

サスペンショ ン 3上に搭載される電磁石 5へ通電するためには、 よ り対線を用いてもよい。 あるいは例えば、 図 3に示すように、 サ スペンショ ン 3の上面に電磁石 5への配線 5 1 を形成することもで きる。 従来から、 サスペンショ ン 3の磁気記録媒体 4に対向する面 (図の裏面側） には、 ヘッ ドへの配線が形成されているので、 この 配線プロセス、 例えば印刷配線ゃェツチング等のプロセスを利用し て、 電磁石 5への上記配線を形成すればよい。 また、 電磁石 5は、 配線 5 1の先端に接続されるものと して示したが、 これに限らずそ の配線自体を渦卷状のコイルに形成して電磁石 5 とすることもでき る。 さ らに、 電磁石 5を制御する制御回路もサスペンショ ン 3上に 搭載してもよい。

本例では、 電磁石 5は、 サスペンショ ン 3上に設けたが、 場合に よっては、 当該磁気記録再生装置の筐体に設けることもできる。 例 えば、 本例のように、 記録媒体を 1枚だけ用いる場合には、 記録媒 体の記録面に対向する筐体部分であって、 へッ ド移動軌跡に対応す る適宜の位置に電磁石 5を配置するよ うにしてもよい。

図 4は、 本実施形態の制御回路の概略を示すブロ ック図である。 へッ ド部 2は、 読出しへッ ドである G M Rへッ ドと書込みへッ ドと を備え、 プリ アンプ 8を介して書込み · 読出し制御部 （W / R制御 部） 7に接続される。 G M Rヘッ ドの近傍に配置された電磁石 5は 、 該電磁石 5へ供給する電流を制御するための電磁石制御部 6に接 続され、 電磁石制御部 6は W / R制御部 7 と浮遊磁界センサ 9 とに 接続される。

G M Rへッ ドは、 現在読出し専用のへッ ドと して使用されている 。 したがって、 電磁石 5による外部磁界の印加は、 データ読出し時 にのみ行われるよ うに制御するようにするのが好適である。 例えば 、 その読出し時にセンス電流を G M R素子に供給するとともに、 所 定の磁界を発生するように電磁石への電流を供給する。 すなわち、 W / R制御部 7が、 プリアンプ 8を介してセンス電流を G M Rへッ ドに供給するのと同時に、 電磁石制御部 6に電磁石駆動信号を出力 する。 これによ り、 電磁石制御部 6は電磁石 5に所定の電流を供給 する。

このよ うにすれば、 データ読出し時以外のデータ書込み時やアイ ドル時には電磁石制御部 6に電磁石駆動信号が供給されず、 電磁石 5が駆動されない。 したがって、 電磁石 5による外部磁界が周辺に 悪影響を与えるという ことはない。 本例では、 センス電流を供給す る信号を電磁石駆動信号と したが、 データ読出し時を検出する他の 手段を用いて、 データ読出し時のみに補正磁界を与えるように制御 することも当然可能である。

また、 磁気記録再生装置では、 一度読み出しに失敗したデータに 対して再度読み出しを行う ことが行われる。 例えば、 外部磁界をか けることなく最適パイァスとなっている G M Rヘッ ドが、 使用中に データの読出しに失敗した場合そのデータを再度読出しするが、 そ のときには、 本発明の電磁石 5'を用いて外部磁界を印加し、 その再 読み出しを行う よ うにすることができる。 この場合も、 WZ R制御 部 7から再度読み出し指令を出力することによ り、 電磁石制御部 6 が動作するように構成すればよい。 このよ う にすると、 ヘッ ドの再 生感度を向上させて再読み出しを行う ことになり、 読出しに成功す る確率を高めることになる。

また、 電磁石 5により外部磁界を印加して感度調整を既に実施し ている場合であっても、 読出し失敗後の再読み出しに際しては、 よ り強い外部磁界を印加するように電磁石 5の磁界を制御してもよい さらに、 電磁石 5による外部磁界は、 浮遊磁界の影響を除くため にも使用することができる。 すなわち、 装置内部に浮遊磁界が発生 して悪影響を与えるような場合、 この浮遊磁界を検出する浮遊磁界 センサ 9を設け、 このセンサ 9によ り浮遊磁界を検出したときに、 浮遊磁界を打ち消す磁界を発生するよ うに、 電磁石制御部 6が電磁 石 5を制御するようにすればよい。

本発明によると、 電磁石 5によ りヘッ ド部 2の外部から磁界を印 加することになるので、 G M Rへッ ドに隣接する書込みへッ ドの磁 極に磁束が集中すると、 磁界の大きさによっては媒体上のデータが 消去されるおそれがある。 特に、 データが記録媒体に対して垂直に 記録されている場合は、 面内記録に比較して小さい磁界でデータが 消去される。 したがって、 このようなことがないように、 媒体に書 き込まれたデータが消去されない磁界の上限値を得て、 印加磁界の 大きさをその上限値を超えないよ うにコントロールする必要がある 印加磁界の上限値を求めるためには、 例えば図 5.に示すような方 法がある。

ステップ S 1では、 読出しを行っていないことを確認して、 磁界 を印加する。 磁界を印加していない場合には、 磁界零の状態から所 定の値だけ増加して磁界を印加する。

所定時間の後、 ステップ S 2で、 磁界を印加しない状態にもどし て、 読取りヘッ ドによりデータを所定回数読み出す。

ステップ S 3では、 エラーレー ト （所定回数の読出しを行ったと きに、 読み出しができなかった回数の割合） を算出して、 正常範囲 に入っているかどうかを判断する。

正常範囲に入っていれば、 ステップ S 1に戻って、 さら fc所定値 だけ磁界を増加して印加し、 以下、 ステップ S 2、 S 3を繰返す。

ステップ S 3で、 エラーレートが正常範囲 （例えば 1 0— 8 ) か ら外れると、 次のステップ S 4で、 エラーレートが正常範囲であつ たときの磁界を印加磁界の上限値として設定する。

この上限値は、 電磁石 5に供給する電流値の上限を決めるもので あって、 電磁石制御部 6によ り電磁石 5に供給する電流は、 この電 流値の上限を超えることがないように制御される。

印加磁界の上限値の設定は、 通常工場出荷の段階で行われるが、 これに限らず、 磁気記録装置にへッ ドを組み込んだ後、 例えば電源 をオンした直後又は定期点検時など適宜の時に行う ようにしてもよ い。 なお磁気記録再生装置が使用されている期間に、 その印加磁界 の上限値の設定を更新するようにすれば、 さらにヘッ ドの安定な動 作を確保することができる。

ここでは、 磁気抵抗効果素子の例と して GMR素子について説明 し 7こ力 、 AM (Anisotropic Magnetoresistive 、 T M R (Turin el Magnetoresistive) などについても同様に、 本発明を適用する ことができる。

Claims

1 . 磁気抵抗素子を備えた磁気記録再生装置であって、 前記磁気 抵抗素子の磁化方向のずれを補正する磁界を印加する磁界印加手段 を備えるこ とを特徴とする磁気記録再生装置。

2 . 前記磁界印加手段は、 前記磁気抵抗素子に対しその高さ方向 請

の磁界を印加することを特徴とする請求項 1 に記載の磁気記録再生 装置。 '

3 . 前記磁気抵抗素子は、 巨大磁気抵抗素子であり、 前記磁界印 加手段は、 前記巨大磁気抵抗素子のフリ一層の磁化方向のずれを補 正することを特徴とする請求項 1に記載の囲磁気記録再生装置。

4 . 前記磁界印加手段を制御する磁界印加手段制御部を備え、 前 記磁界印加手段制御部は、 前記磁気抵抗素子の磁化方向及び磁界強 度を調整するように前記磁界印加手段を制御することを特徴とする 請求項 1 に記載の磁気記録再生装置。

5 . 前記磁界印加手段制御部は、 データ読出し時にのみ磁界を生 成するよ うに前記磁界印加手段を制御することを特徴とする請求項 3に記載の磁気記録再生装置。

6 . 前記磁界印加手段制御部は、 データの再読み出し時に印加磁 界の強度を上げるよ うに前記磁界印加手段を制御することを特徴と する請求項 3に記載の磁気記録再生装置。 '

7 . '前記磁界印加手段制御部は、 '前記磁界印加手段が生成する磁 界の強度が、 磁気記録媒体のデータが消去されない範囲を超えない ように制御することを特徴とする請求項 3に記載の磁気記録再生装 置。 . -

8 . 前記磁界印加手段制御部は、 読出し時以外の時に前記磁界印 加手段の磁界強度を増加させ、 読出し時には前記磁界を印加するこ となく読出しを行い、 そのエラーレー トを検出することによって、 前記磁界印加手段が印加する磁界の強度範囲を設定すること'を特徴 とする請求項 5に記載の磁気記録再生装置。

9 . 両面に配線パターンを有することを特徴とする磁気記録再生 装置に用いるサスペンショ ン。

1 0 . 一方の面にへッ ドスライダが搭載され、 他方の面に磁界印 加手段が搭載されることを特徴とする請求項 1 0に記載のサスペン シヨ ン