(57)【要約】【課題】記録ヘッドからの磁界により軟磁性層の着磁が外れることを防ぎ、高い信号品質を達成できる垂直記録ディスク装置を提供する。【解決手段】ピン層、軟磁性層および垂直記録層を含む垂直二層媒体と、主磁極、リターンヨークおよび励磁コイルを含む記録ヘッドとを有し、前記ピン層および軟磁性層の磁化回復率１を確保できる磁化回復可能磁界Hexfが、前記記録ヘッドから前記ピン層へ印加される磁界よりも大きい垂直記録磁気ディスク装置。【選択図】      図１
2005166107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン層、軟磁性層および垂直記録層を含む垂直二層媒体と、主磁極、リターンヨークおよび励磁コイルを含む記録ヘッドとを有し、前記ピン層および軟磁性層の磁化回復率１を確保できる磁化回復可能磁界Hexfが、前記記録ヘッドから前記ピン層へ印加される磁界よりも大きいことを特徴とする垂直記録磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記主磁極のトラック幅をTw(μm)、走行方向の長さをPT(μm)、飽和磁束密度をB(T)とし、前記軟磁性層の厚さをt(nm)としたとき、前記磁化回復可能磁界Hexfは下記式
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の垂直記録磁気ディスク装置。
【請求項３】
前記主磁極のトラック幅をTw(μm)、走行方向の長さをPT(μm)、飽和磁束密度をB(T)とし、前記軟磁性層の厚さをt(nm)とし、ボイスコイルモーターから前記垂直二層媒体の最外周部のピン層に印加される磁界をHvとしたとき、前記磁化回復可能磁界Hexfは下記式
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の垂直記録磁気ディスク装置。
【請求項４】
前記主磁極のトラック幅をTw(μm)、走行方向の長さをPT(μm)、飽和磁束密度をB(T)とし、前記軟磁性層の厚さをt(nm)とし、ボイスコイルモーターから前記垂直二層媒体の最外周部のピン層に印加される磁界をHvとし、最大外部磁界を200(Oe)としたとき、前記磁化回復可能磁界Hexfは下記式
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv+200
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の垂直記録磁気ディスク装置。
【請求項５】
前記軟磁性層の厚さが150 nm以下であることを特徴とする請求項１に記載の垂直記録磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直記録磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在開発が進められている垂直記録磁気ディスク装置は、軟磁性層（SUL）と垂直記録層とを有するいわゆる垂直二層媒体に対し単磁極ヘッドによって記録を行う方式を採用している。この垂直記録磁気ディスク装置では、単磁極ヘッドと軟磁性層との磁気カップリング、すなわち主磁極から軟磁性層を通過してリターンヨークに至る磁束の流れを利用して垂直記録層に記録する。このとき、信号品質の観点から、軟磁性層の磁化が安定していることが重要である。
【０００３】
垂直記録磁気ディスク装置に対する要求の１つとして、メディアノイズが少ないことが挙げられる。具体的には、スパイクノイズを発生させることがなく、かつ有色広帯域ノイズが全体的に少なく、周波数特性が小さいことが望ましい。しかし、軟磁性層は保磁力Hcが小さいため、磁界の影響を受けて磁壁を形成しやすい傾向がある。ヘッドが磁壁の上を通過すると再生信号出力にスパイクノイズが発生するため、軟磁性層には磁壁が形成されにくいことが望まれる。この目的を達成するために、軟磁性層の下にたとえば硬磁性材料からなるピン層（磁化固着層）を設け、軟磁性層の磁化を一定方向に固着する構造が採用されている。
【０００４】
従来、軟磁性層に磁界が加わった場合でも磁壁が形成されにくい媒体として、磁気ディスク面内方向の最大印加磁界が、軟磁性層の面内方向のM-H曲線の第一象限で磁化が飽和する点(Hs, Ms)と縦軸との正の交点(0, Mr)とを結ぶ直線と、横軸との負の交点(-Hc, O)における接線との交点の磁界の絶対値Hnよりも小さくなるようにすることが提案されている（特許文献１参照）。この垂直記録媒体では、磁気記録媒体に印加される面内方向の最大印加磁界がHnよりも小さく、軟磁性層の磁化は飽和磁化の値を保ったまま推移するため、M-H曲線がマイナーループにならず、軟磁性層はピン層との交換結合相互作用によって磁化を同一方向に保つことが可能となる。
【０００５】
一方、ピン層と軟磁性層との交換結合が強過ぎる場合、磁界が印加されたときに、軟磁性層の磁化とともにピン層の磁化が反転することがあるため、ピン層と軟磁性層との間の交換結合力を適度に弱めることにより軟磁性層の着磁外れを抑制するという提案も知られている（特許文献２参照）。具体的には、基板上に面内硬磁性層、中間層、面内軟磁性層および磁気記録層を積層した磁気記録媒体において、中間層として面内硬磁性層よりも小さい飽和磁化を有する磁性層、または0.5 nm以下の厚さを有する非磁性層、または面内硬磁性層の酸化層を用いる。
【０００６】
垂直二層媒体における軟磁性層の着磁を外す要因として、記録ヘッドからピン層に印加される磁界が挙げられる。高い記録性能を得るためには記録層中心におけるヘッド磁界を強くする必要があるが、一方でヘッド磁界が強くなるとピン層に印加される磁界も強くなる。このため、記録ヘッドからの磁界が強すぎると軟磁性層の着磁が外れることがありうる。
【０００７】
ここで、媒体の製造性を考慮すると、軟磁性層の均一性を改善でき、ダストを低減できるため、軟磁性層の厚さは薄い方が好ましと考えられるようになってきている。軟磁性層の厚さについては、従来は200〜250 nmであったが、今後150 nm以下、さらには100 nm以下とすることが目標となってきている。このように軟磁性層が薄くなると、記録ヘッドからピン層に印加される磁界強度がより一層強くなるため、軟磁性層の着磁が外れやすくなる。しかし、これまでは、軟磁性層の着磁外れを防ぐための垂直記録ディスク装置の設計基準が明確ではなかった。
【特許文献１】特開２００３−１６２８０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、記録ヘッドからの磁界により軟磁性層の着磁が外れることを防ぎ、高い信号品質を達成できる垂直記録ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る垂直記録磁気ディスク装置は、ピン層、軟磁性層および垂直記録層を含む垂直二層媒体と、主磁極、リターンヨークおよび励磁コイルを含む記録ヘッドとを有し、前記ピン層および軟磁性層の磁化回復率１を確保できる磁化回復可能磁界Hexfが、前記記録ヘッドから前記ピン層へ印加される磁界の強さよりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の垂直記録磁気ディスク装置においては、前記主磁極のトラック幅をTw(μm)、走行方向の長さをPT(μm)、飽和磁束密度をB(T)とし、前記軟磁性層の厚さをt(nm)としたとき、前記磁化回復可能磁界Hexfは下記式
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))
の関係を満たすことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の垂直磁気ディスク装置は、軟磁性層の着磁外れを防止することができ、高い信号品質を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。  
図１は本発明の実施例に係る垂直磁気ディスク装置の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す斜視図である。この図において、磁気ヘッドについては、主磁極の中心を通る、トラック方向に沿う面で切断した断面を示している。図１に示すように、磁気ディスク１０は、基板１１上に硬磁性材料からなるピン層（磁化固着層）１２、軟磁性層１３、垂直異方性を示す磁性体からなる垂直記録層１４を積層した構造を有する。一方、磁気ヘッド２０は、記録ヘッド３０と再生ヘッド４０とを含む。記録ヘッド３０は、主磁極３１、リターンヨーク（シールドヨーク）３２、および励磁コイル３３を含む。再生ヘッド４０は記録ヘッドのリーディング側に設けられ、一対のシールド４１、４１間にGMR素子４２を設けた構造を有する。
【００１３】
図１に示すように、軟磁性層１３の下にピン層１２を設け、交換結合を利用して軟磁性層１３の磁化を固着することにより、磁壁の形成を解消してスパイクノイズの発生を防ぐようにしている。ピン層および軟磁性膜に磁界が印加された後、磁界が取り除かれたときに、これらの層の磁化が元の状態に戻れば、着磁外れがないといえる。本発明においては、印加された磁界を取り除かれたときにピン層および軟磁性層の磁化が完全に元に戻ることを、磁化回復率が１であると定義する。また、磁化回復率１を確保できる最大印加磁界を磁化回復可能磁界Hexfと定義する。
【００１４】
上述したように、垂直記録磁気ディスク装置では、記録ヘッドからピン層に印加される磁界が軟磁性層の着磁を外す要因になる。本発明においては、まず記録ヘッドからピン層に印加される面内方向の磁界の大きさよりも磁化回復可能磁界Hexfが大きいという関係を満たすようにして、軟磁性層の着磁外れを防ぐ。
【００１５】
そこで、記録ヘッドからピン層に印加される面内方向の磁界Hhについて検討する。  
磁界Hhに影響を与えるファクターの１つとして、軟磁性層の厚さt(nm)が考えられる。すなわち、軟磁性層の厚さtが薄くなると、記録ヘッドとピン層との間の距離が狭くなり、磁気スペーシングが減少するため記録ヘッドからの磁界が大きくなる。
【００１６】
主磁極のトラック幅Tw＝0.16 μm、主磁極のヘッド走行方向の長さPT＝0.2 μm、主磁極の飽和磁束密度B＝2.3 T、ギャップG＝0.1 μmの記録ヘッドを用い、厚さtの軟磁性層を有する磁気ディスクに記録を行ったとき、磁気ディスクに印加される磁界強度をシミュレーションにより求めた。
【００１７】
図２（ａ）に軟磁性層の厚さtと記録層の中心に印加される磁界Hmaxとの関係を示す。図２（ｂ）に軟磁性層の厚さtとピン層に印加される面内方向の磁界Hhとの関係を示す。
【００１８】
図２（ｂ）に示されるように、軟磁性層の厚さtが薄くなると、記録ヘッドからピン層に印加される面内方向の磁界Hhが著しく大きくなる。たとえば、軟磁性層の厚さtが80 nmのとき、磁界Hhは約650 Oeであることがわかる。したがって、上記サイズの記録ヘッドを用いる場合、軟磁性層の厚さtが80 nmの磁気ディスクは磁化回復可能磁界Hexfが650 Oe以上であることが必要になる。
【００１９】
また、磁界Hhに影響を与える他のファクターとして、主磁極のサイズ、たとえば主磁極のトラック幅Twが考えられる。この場合、主磁極のトラック幅Twを小さくすると、ピン層に印加される磁界Hhも小さくなるという関係がある。
【００２０】
主磁極のトラック幅Tw、主磁極のヘッド走行方向の長さPT＝0.2 μm、主磁極の飽和磁束密度B＝2.3 T、ギャップG＝0.1 μmの記録ヘッドを用い、厚さt＝80 nmの軟磁性層を有する磁気ディスクに記録を行ったとき、磁気ディスクに印加される磁界強度をシミュレーションにより求めた。
【００２１】
図３（ａ）に主磁極のトラック幅Twと記録層の中心に印加される磁界Hmaxとの関係を示す。図３（ｂ）に主磁極のトラック幅Twとピン層に印加される面内方向の磁界Hhとの関係を示す。たとえば、主磁極のトラック幅Twを0.12 μmまで小さくすると、軟磁性層の厚さt＝80 nmの磁気ディスクでは磁界Hhは約610 Oeとなり、図２（Tw＝0.16 μm）の場合より小さくなる。したがって、この磁気ディスク装置は磁化回復可能磁界Hexfが610 Oe以上であればよい。
【００２２】
図２および図３の結果から、記録層の中心に印加される磁界Hmaxと、主磁極のトラック幅Tw(μm)、主磁極の走行方向の長さPT(μm)、主磁極の飽和磁束密度B(T)、軟磁性層の厚さt(nm)、磁気ヘッドからピン層に印加される磁界Hhとの関係は以下のように表されることがわかった。
【００２３】
Hmax＝((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw)
Hh/Hmax＝201*exp(-0.014*t)
Hh＝(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
【００２４】
したがって、磁化回復可能磁界Hexfが下記式の関係を満たせば、記録ヘッドからピン層に印加される面内方向の磁界に打ち勝って軟磁性層の着磁外れを防ぐことができる。
【００２５】
Hexf＞(((0.264*log(k)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
【００２６】
なお、磁化回復可能磁界Hexfを大きくするには、ピン層の厚さを厚くしたり、ピン層として磁気異方性のより大きい材料を用いたりすればよい。また、ピン層と軟磁性層との間に、ピン層よりも小さい飽和磁化を有する磁性中間層を追加することにより、ピン層と軟磁性層との間の交換結合力を適度に弱めて軟磁性層の着磁外れを抑制するようにしてもよい。
【００２７】
次に、図４に本発明の実施例に係る垂直磁気ディスク装置の平面図を示す。ベース１０１上に設けられたスピンドルモータのクランパ１０２に磁気ディスク１０３が回転可能に取り付けられている。磁気ディスク１０３の近傍に設けられた軸１０４にアーム１０５が支持され、アーム１０５の先端にサスペンション１０６が取り付けられ、サスペンション１０６先端の媒体対向面にスライダおよびヘッド１０７が設けられている。アーム１０５の基端側にはボイスコイルモーター（VCM）１０８が設けられている。ボイスコイルモーター１０８は、アーム１０５のボビン部に巻かれた駆動コイルと、この駆動コイルを挟んで対向して配置された永久磁石および対向ヨークを含む。アーム１０５は、ボイスコイルモーター１０８の駆動コイルに電流をながすことによって軸１０４を中心にして回転する。
【００２８】
本発明において、ピン層および軟磁性層の磁化回復率１を確保するためには、記録ヘッドからピン層に印加される磁界Hhに加えて、ボイスコイルモーターからピン層に印加される磁界Hvも考慮することが好ましい。この場合、磁界Hvとしては、ボイスコイルモーターに最も近い、磁気ディスクの最外周に位置するデータ領域のピン層に印加される磁界を考慮すればよい。ボイスコイルモーターからピン層に印加される磁界Hvは、磁気ディスクの最外周にガウスメータを配置して実測した値を用いることができる。
【００２９】
本発明においては、磁化回復可能磁界Hexfが、記録ヘッドからピン層に印加される磁界Hhとボイスコイルモーター（VCM）からピン層に印加される磁界Hvとの合計より大きくなる、すなわちHexf＞Hh＋Hvの関係を満たすようにすることが好ましい。したがって、下記式
Hexf＞(((0.264*log(k)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv
を満たすようにすることが好ましい。
【００３０】
ここで、磁化回復可能磁界Hexfの値が異なる複数の磁気ディスクを用いて作製した磁気ディスク装置を評価した結果について説明する。主磁極のトラック幅Tw＝0.2 μm、主磁極の走行方向の長さPT＝0.2 μm、主磁極の飽和磁束密度B＝2.15 Tの記録ヘッドを用いた。また、磁気ディスクとして、軟磁性層の厚さt＝120 nmで、磁化回復可能磁界Hexfが250 Oeと500 Oeである２種類のものを用いて磁気ディスク装置を作製した。いずれの場合も、ボイスコイルモーターから最外周のデータ領域のピン層に印加される磁界Hvは60 Oeであった。また、上記式から計算して磁気ヘッドからピン層に印加される磁界Hhは274 Oeであった。このため、磁化回復可能磁界Hexfが334 Oe以上でないと、信号品質が劣化すると予想される。
【００３１】
実際に、磁化回復可能磁界Hexf＝250 Oeの磁気ディスクを用いた磁気ディスク装置の場合、スパイクノイズの発生が認められた。このことから、軟磁性層の着磁外れが起きたことがわかった。着磁外れが起きた磁気ディスクのオプティカル・サーフェス・アナライザー(OSA)画像を調べた。その結果、ディスクの２箇所でほぼ半径方向に沿う磁壁が発生していることがわかった。磁壁が発生した箇所ではデータが得られなかった。特に、磁壁がサーボ領域にかかった箇所では、サーボ信号が得られずに動作できなくなった。
【００３２】
一方、Hexf＝500 Oeの磁気ディスクを用いた磁気ディスク装置の場合、スパイクノイズの発生は認められず、着磁外れは起きていないと判断された。また、データ消失やサーボ消失による不具合は生じず、問題なく動作ができた。
【００３３】
次に、磁化回復可能磁界Hexfの値は同じであるが軟磁性層の厚さtが異なる複数の磁気ディスクを用いて作製した磁気ディスク装置を評価した結果について説明する。上記と同様に、主磁極のトラック幅Tw＝0.2 μm、主磁極の走行方向の長さPT＝0.2 μm、主磁極の飽和磁束密度B＝2.15 Tの記録ヘッドを用いた。また、磁気ディスクとして、軟磁性層の厚さtが120 nm、150 nmまたは180 nmであり、磁化回復可能磁界Hexfがいずれも300 Oeである３種類のものを用いて磁気ディスク装置を作製した。いずれの場合も、ボイスコイルモーターから最外周のデータ領域のピン層に印加される磁界Hvは60 Oeであった。また、上記式から計算して磁気ヘッドからピン層に印加される磁界Hhは、それぞれ275 Oe（t＝120 nm）、182 Oe（t＝150 nm）、120 Oe（t＝180 nm）であった。このため、磁化回復可能磁界Hexfがそれぞれ315 Oe以上（t＝120 nm）、242 Oe以上（t＝150 nm）、180 Oe以上（t＝180 nm）でないと、信号品質が劣化すると予想される。
【００３４】
実際に、軟磁性層の厚さt＝120 nmの磁気ディスクを用いた磁気ディスク装置ではスパイクノイズの発生が認められ、データが得られなかったり、サーボ信号が得られずに動作できなくなったりした。
【００３５】
一方、軟磁性層の厚さtが150 nmまたは180 nmの磁気ディスクを用いた磁気ディスク装置の場合、スパイクノイズの発生は認められず、データ消失やサーボ消失による不具合は生じず、問題なく動作ができた。
【００３６】
さらに、磁気ディスク装置で、記録ヘッドからピン層に印加される磁界Hhおよびボイスコイルモーターからピン層に印加される磁界Hvに加えて、外部磁界が印加されることがある。特に、磁気ディスク装置をモバイル用途に適用する場合には、外部磁界の影響を考慮する必要がある。このため、外部磁界をHtとした場合、着磁外れを防いで磁化回復率１を保つには、磁化回復可能磁界Hexf＞Hh+Hv+Htという関係を満たすようにすることが好ましい。
【００３７】
上記と同様に、主磁極のトラック幅Tw＝0.2 μm、主磁極の走行方向の長さPT＝0.2 μm、主磁極の飽和磁束密度B＝2.15 Tの記録ヘッドを用いた。また、磁気ディスクとして、軟磁性層の厚さtが150 nmであり、磁化回復可能磁界Hexfが400 Oeであるものを用いて磁気ディスク装置を作製した。ボイスコイルモーターからデータ領域の最外周のピン層に印加される磁界Hvは60 Oeであった。また、上記式から計算して磁気ヘッドからピン層に印加される磁界Hhは182 Oeであった。
【００３８】
この磁気ディスク装置の上部から50 Oe、100 Oe、150 Oe、200 Oe、または250 Oeの外部磁界を印加した。その結果、外部磁界が200 Oe以下であればスパイクノイズの発生は認められず、着磁外れは起きていないと判断された。また、データ消失やサーボ消失による不具合は生じず、問題なく動作ができた。しかし、250 Oeの外部磁界を印加した場合、スパイクノイズの発生が認められ、軟磁性層の着磁外れが起きたことがわかった。
【００３９】
また、再生ヘッドに用いられているGMR素子は、外部磁界が印加されると再生歪およびBERが大きくなるため、これらの観点からも許容外部磁界が規定される。
【００４０】
図５（ａ）に外部磁界と再生歪の関係を示す。図５（ａ）から、外部磁界が200 Oe以上になると再生歪が15%を超えることがわかる。図５（ｂ）に再生歪とBERの関係を示す。図５（ｂ）から、再生歪が15%を超えると、再生歪が無い場合に比べてBERが-0.8桁以上悪くなることがわかる。これらの結果から、BERの劣化を避けるためには、外部磁界が200 Oe以下であることが望ましいことがわかる。したがって、磁化回復可能磁界Hexfは下記式
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv+200
の関係を満たすことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係る垂直磁気ディスク装置の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す斜視図。
【図２】軟磁性層の厚さtと記録層の中心に印加される磁界Hmaxとの関係を示す図、および軟磁性層の厚さtとピン層に印加される面内方向の磁界Hhとの関係を示す図。
【図３】主磁極のトラック幅Twと記録層の中心に印加される磁界Hmaxとの関係を示す図、および主磁極のトラック幅Twとピン層に印加される面内方向の磁界Hhとの関係を示す図。
【図４】本発明の実施例に係る垂直磁気ディスク装置の平面図。
【図５】外部磁界と再生歪の関係を示す図、および再生歪とBERの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１０…磁気ディスク、１１…基板、１２…ピン層（磁化固着層）、１３…軟磁性層、１４…垂直記録層、２０…磁気ヘッド、３０…記録ヘッド、３１…主磁極、３２…リターンヨーク（シールドヨーク）、３３…励磁コイル、４０…再生ヘッド、４１…シールド、４２…GMR素子、１０１…ベース、１０２…クランパ、１０３…磁気ディスク、１０４…軸、１０５…アーム、１０６…サスペンション、１０７…スライダおよびヘッド、１０８…ボイスコイルモーター。
【図１】
2005166107.tif 000003
【図２】
2005166107.tif 000004
【図３】
2005166107.tif 000005
【図４】
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【図５】
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