(57)【要約】【課題】ノイズを抑圧して再生波形を安定化し、これにより信頼性を高めた垂直記録方式の磁気再生ヘッドおよび磁気ディスク装置を提供すること。【解決手段】垂直磁気記録方式によりディスク媒体に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドにおいて、外部磁化の変化に感応して抵抗値の変化するフリー層１を備える磁気抵抗効果素子と、フリー層１を単磁区化するハードバイアス層９，１０とを具備する。そして、ハードバイアス層９，１０の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、ディスク媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とした場合に、（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧３．０なる関係を満たすようにする。特に、ディスク媒体の線記録密度をＱとした場合に、（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧１．５×Ｑ＋１．９なる関係を満たすようにする。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気記録方式により記録媒体に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドにおいて、
外部磁化の変化に感応して抵抗値の変化する磁化自由層を備える磁気抵抗効果素子と、
前記磁化自由層を単磁区化するハードバイアス層とを具備し、
前記ハードバイアス層の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、前記記録媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とした場合に、
（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧３．０
であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項２】
ＭＢＰＩ（Mega bit per inch）を単位として前記記録媒体の線記録密度を表記した値をＱとした場合に、
（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧１．５×Ｑ＋１．９
であることを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項３】
Ｑを増大させるに伴いＭｒｔ１を増大させることを特徴とする請求項２に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気再生ヘッドを具備し、磁気記録媒体に記録された磁気的情報を前記磁気再生ヘッドを用いて再生することを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスク装置と、この装置に用いられる磁気再生ヘッドに関する。特に本発明は、磁気記録媒体に垂直磁気記録方式により記録された情報を読み出すための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク装置などの磁気記録装置は急速に小型化、かつ高密度化しており、その傾向は今後さらに高まることが見込まれている。磁気記録密度を高めるには、記録トラック幅を狭くして記録トラック密度を高めるとともに、記録方向への記録密度、すなわち線記録密度を高める必要がある。そこで、従来からの面内磁気記録方式に代えて、垂直磁気記録方式が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
面内磁気記録方式においては、磁化は記録媒体面に平行な方向に記録される。これに対し垂直記録方式においては、磁化は記録媒体面に垂直な方向に記録される。よって垂直記録方式は熱記録減磁などの特性に優れ、高記録密度の磁気記録装置候補の筆頭に上げられている。また垂直磁気記録方式においては、シールドで囲まれた再生ヘッドに流入する磁場の強さが面内媒体に比べて一般的に大きいため、再生出力も大きくなる。これも垂直磁気記録方式の長所である。
【特許文献１】特開２００２−１９７６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、面内記録方式においては、記録媒体の磁束は磁化遷移領域のみから流出する。一方、垂直記録方式においては、磁束は記録媒体のＤＣ領域全体から流出する。よって垂直記録方式においては、媒体から再生ヘッドに流入する磁束量が面内記録方式よりも多くなる。このことは再生出力が高いという利点ももたらすが、不具合ももたらすことが分かってきた。
【０００５】
例えば、ＭＲ効果（磁気抵抗効果）型の再生ヘッドを用いるとする。ＭＲ効果型再生ヘッドは、磁化フリー層と、このフリー層の磁化を制御するハードバイアス層と、この両者を取り囲むシールド層とを持つ。磁気再生ヘッドと記録媒体との相対移動に伴いフリー層は媒体表面を移動するが、垂直磁気記録方式においては、媒体中に記録されたデータトラックをまたぐ位置にフリー層が位置した時点で大きなノイズが出力される場合がある。これは、記録媒体から再生ヘッドに流入する磁束量が大きいことがその一因となっている。
【０００６】
フリー層がユーザデータトラック上に位置する状態でノイズを生じると、再生波形が不安定になり、読み取りエラーなどを生じる。さらに、フリー層がサーボエリアに位置する状態でノイズが大きくなるとサーボ位置決め処理が不可能になり、磁気再生ヘッドがトラックを正確にトレースできなくなることから、問題はより深刻になる。  
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ノイズを抑圧して再生波形を安定化できるようにし、これにより信頼性を高めた垂直記録方式の磁気再生ヘッドおよび磁気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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、垂直磁気記録方式により記録媒体に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドにおいて、外部磁化の変化に感応して抵抗値の変化する磁化自由層を備える磁気抵抗効果素子と、前記磁化自由層を単磁区化するハードバイアス層とを具備し、前記ハードバイアス層の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、前記記録媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とした場合に（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧３．０であることを特徴とする磁気再生ヘッドが提供される。
【０００８】
このような手段を講じることにより、ハードバイアス層の磁化強度が強い状態に保たれ、磁化自由層を単磁区化する作用がより強固になる。このため磁化自由層の磁区が媒体磁化の影響により乱されることを防止でき、従ってノイズの発生を抑圧して再生時における信頼性を高めることが可能になる。特に、サーボ領域での再生波形を安定させることが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノイズを抑圧して再生波形を安定化することが可能になり、これにより信頼性を高めた垂直記録方式の磁気再生ヘッドおよび磁気ディスク装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明に係る磁気再生ヘッドの媒体対抗面（ＡＢＳ）を示す図である。この磁気再生ヘッドはＭＲ効果型と称され、外部磁界に感応して抵抗値の変化する磁気抵抗効果素子を備える。磁気抵抗効果素子は強磁性体のフリー層（磁化自由層）１を備える。フリー層１には、スペーサ２と、磁化固着層３と、下地層４とがこの順に積層される。フリー層１は、ハードバイアス層９，１０により単磁区化される。磁気抵抗効果素子およびハードバイアス層９，１０を取り囲むようにシールド５，６が形成される。ハードバイアス層９，１０には、それぞれ反強磁性層７，８が隣接して積層される。図１において符号ＧＬで示す長さが再生ギャップ長となる。フリー層１の磁化は、媒体からの磁束または磁場により変化し、その変化量に応じて抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を出力として取り出すことにより、媒体磁束が電気信号として出力される。なお近年では同様の原理に基づくＧＭＲ素子も提供されている。
【００１１】
図２は、図１の磁気抵抗効果素子と、磁気ディスク媒体のトラックとの位置関係を示す図である。図２において、異なるトラック（トラックＴ１，Ｔ２）にそれぞれ異なるデータが書き込まれる。各データは媒体磁化方向に対応する０または１のディジタルデータであり、各磁化方向をそれぞれ符号１００，２００を付したストライプで示す。媒体磁化１００の磁化方向は、紙面奥から手前を向いているとする。逆に媒体磁化２００の磁化方向は、紙面手前から奥を向いているとする。
【００１２】
図１の再生ヘッドが磁気ディスク上を移動するに伴い、フリー層１も移動する。このとき、図２のＰ３に示す位置と、Ｐ４に示す位置とでは、ノイズレベルが大きく異なる。位置Ｐ３においては、フリー層１は一つのトラック上に位置するのに対し、位置Ｐ４においては、フリー層１は異なるトラックを跨ぐ格好になる。すなわち位置Ｐ４ではフリー層１はトラックＴ１とトラックＴ２との間に存在することになり、このとき大きなノイズが出力される場合がある。これは、垂直磁気記録された磁気メディアから再生ヘッドに流入する磁束量が大きいことがその一因となっている。
【００１３】
図３は、ディスク媒体のサーボエリアにおけるバースト信号と磁気再生ヘッドとの位置関係を示す模式図である。一般にディスク媒体には、磁気ヘッドの位置決め制御のために使用される信号（バーストパターン）が書き込まれている。バーストパターンには４種類有り、それぞれＡバースト、Ｂバースト、Ｃバースト、Ｄバーストと称される。
【００１４】
例えば、磁気再生ヘッドがトラックＴ１上をトレースしている状態ではＤバーストの再生信号レベルが最大となり、Ｃバースト信号は検出されない。またＡおよびＢバーストはＤバーストの半分の再生レベルとなる。ＡおよびＢバーストの再生レベルの比を取れば、磁気再生ヘッドとトラックとの相対位置を知ることもできる。ヘッドのシーク時には、このような原理に基づいて、ヘッドをトラック上に正確にセンタリングするための処理がなされる。
【００１５】
ところで図３においては、例えばＰ４に示す位置において図２と同様の状態が生じる。つまりＡおよびＢバーストをヘッドが通過する状態において、既存の技術では大きなノイズを生じ易い。このことは、サーボ位置決め操作中に大きなノイズを生じることを意味するため何らかの対処を要する。
【００１６】
図４は、図１のフリー層１に磁区が生じた状態を示す図である。仮に、図１のハードバイアス層９，１０が無い状態を考える。この場合、フリー層１の磁化は膜面内でいろいろな方向を指向し、同じ方向の磁化をもつ小区画に分かれる。この同方向をもつ磁化の塊は、磁区と呼ばれる。この状態で媒体対抗面（ＡＢＳ）の直下に媒体磁化１００が来ると、媒体磁化１００の方向が垂直であることから、フリー層１に磁束が流入することになる。その結果、フリー層１の磁化は複雑に変化する。この磁化の複雑な乱れにより、ヒステリシスやヘッド再生出力のノイズといった不具合が生じる。そこでハードバイアス層９，１０を設け、フリー層１の磁区を一つにする。これを単磁区化と呼ぶ。
【００１７】
図５は、ハードバイアス層９，１０による単磁区化の効果を説明するための図である。ハードバイアス層９，１０を設けることによりフリー層１の磁区が一つになり、媒体磁化１００が直下に来た場合でも磁化の変化は非常に単純になる。従ってノイズやヒステリシスなどの不具合を生じない。しかしながらたとえハードバイアス層９，１０を設けていても、垂直磁気記録方式においてはノイズやヒステリシスなどの不具合を生じる場合がある。図６を参照して詳しく説明する。
【００１８】
図６は、図２の一点鎖線VII−VII′における横断面図である。図６においてフリー層１はハードバイアス層９，１０により単磁区化されており、その磁化方向を矢印４０で示す。この状態からフリー層１の直下の媒体磁化１００，２００からの磁束は、フリー層の下部（ＡＢＳ側）を通る。その結果、図６の位置関係では磁化４０に拮抗する磁化がフリー層１直下の媒体磁化１００，２００によりで誘起されることになり、もし媒体磁化が強い場合にはフリー層１の単磁区構造は崩れてしまう。その際、大きなノイズが発生する。
【００１９】
このようにして生じるノイズのクリティカルポイントは、ハードバイアスの強さと媒体磁化の強さとの比により、決定することができる。ハードバイアスの強さを、ハードバイアスの残留磁化Ｍｒと厚みｔとの積（Ｍｒｔ）で示す。同様に媒体磁化の強さもＭｒｔ示すことができる。このとき、（ハードバイアスのＭｒｔ）／（媒体磁化のＭｒｔ）なる指標を導入し、これをＭｒｔ比と称する。
【００２０】
図７は、Ｍｒｔ比とノイズの強さとの関係を測定した結果を示すグラフである。図７において再生ギャップ長ＧＬは８０ｎｍであり、再生幅は１１０ｎｍ、浮上量は１５ｎｍである。図７によれば、横軸に示すＭｒｔ比３．０以下になると急激にノイズが大きくなっていることがわかる。
【００２１】
普通、ハードバイアスのＭｒｔはフリー層を単磁区化するのに要する必要最小限の値とし、図７では横軸の２．１近傍に相当する。これはハードバイアスが強くなればそれだけフリー層が強く磁化され動きにくくなり、出力が低下するからである。一方、本実施形態では３．０という、より大きな値とする。つまり垂直磁気記録方式において、サーボ領域も含めた安定動作を確保するために、
（ハードバイアスのＭｒｔ）／（媒体磁化のＭｒｔ）≧３．０  …  （１）
なる関係を、本実施形態では規定する。より一般的には、ハードバイアス層の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、ディスク媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とした場合に、
（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧３．０  …  （１′）
なる関係を満たすようにする。
【００２２】
図８は、図７に示すクリティカルポイント（最低限必要なＭｒｔ比）を再生ギャップ長ＧＬを変化させて計測した結果を示すグラフである。図８に示されるように、ギャップ長ＧＬを小さくすると必要なＭｒｔ比は大きくなる。これは、ギャップ長ＧＬが小さくなるとハードバイアスからの磁束が上下のシールドに逃げやすくなる一方で、ＡＢＳ近傍の媒体磁束の変化は緩慢であるために、ハードバイアスを強く設定する必要が生じるためである。
【００２３】
再生ヘッドを高線記録密度に対応させるためには分解能を上げる必要があり、垂直磁気記録方式ではｄＰＷ５０の値がそれを示す。分解能を上げることはｄＰＷ５０を小さくすることであり、そのためにはギャップ長を小さくし、かつ浮上量を小さくする必要がある。浮上量を小さくすると、媒体からフリー層に流入する磁束は増加するため、Ｍｒｔ比は大きくする必要がある。ギャップ長を小さくかつ浮上量を小さくすることで線記録密度を増し、かつ再生信号（とくにサーボ信号）を安定させるためにはＭｒｔ比を大きくする必要がある。
【００２４】
図９はＵＢＤ（ｄＰＷ５０とビット長の比）が一定であるとして、ｄＰＷ５０から算出した必要Ｍｒｔ比（最低Ｍｒｔ比）を示すグラフである。図９からわかるように、線記録密度に対して必要なＭｒｔ比は線形に増加する。その関係は、次式（２）で表すことができる。  
必要Ｍｒｔ比＞１．５×線記録密度（ＭＢＰＩ）＋１．９  …  （２）
なお（ＭＢＰＩ）は、ＢＰＩ×１０6を示す単位である。  
線記録密度が５００ｋＢＰＩ以下の場合には、必要Ｍｒｔ比は、フリー層１の単磁区化に必要なハードバイアス強さ程度となる。よって式（２）の関係は、特にＢＰＩが大きいところ（ＢＰＩ＞０．７ＭＢＰＩ）でより好適に適用できる。すなわち式（２）を満たすことで、特に線記録密度が７００ｋＢＰＩ以上のハードディスク装置の安定動作を確保することが可能になる。
【００２５】
なお式（２）の関係は、ハードバイアス層の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、ディスク媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とし、ＭＢＰＩを単位としてディスク媒体の線記録密度を表記した値をＱとした場合に、より一般的に次式で表すことができる。  
（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧１．５×Ｑ＋１．９  …  （２′）
以上のように本実施形態では、垂直磁気記録方式によりディスク媒体に記録された情報を再生する磁気再生ヘッドにおいて、外部磁化の変化に感応して抵抗値の変化するフリー層１を備える磁気抵抗効果素子と、フリー層１を単磁区化するハードバイアス層９，１０とを具備する。そして、ハードバイアス層９，１０の残留磁化と厚みとの積をＭｒｔ１とし、ディスク媒体の媒体磁化の強さをＭｒｔ２とした場合に、（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧３．０なる関係を満たすようにした。特に本実施形態では、ディスク媒体の線記録密度をＱとした場合に、（Ｍｒｔ１／Ｍｒｔ２）≧１．５×Ｑ＋１．９なる関係を満たすようにした。
【００２６】
このようにすることで、ディスク媒体から磁気再生ヘッドに磁化が流入した場合においても、フリー層１の単磁区化を保つことが可能になる。これにより垂直記録媒体を用いても、再生時、特にサーボ位置決め操作をする際の大きなノイズの発生を防止できるようになり、垂直媒体特性に最適化された信頼性の高い磁気再生ヘッドを提供することが可能になる。
【００２７】
図１０は、図１に示す磁気再生ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図である。本発明に係わる磁気再生ヘッドは、ハードディスクドライブのプラッタに代表されるような磁気記録媒体に磁気的に記録されるディジタルデータを読み取る磁気ディスク装置に搭載することが可能である。さらに本発明に係わる磁気再生ヘッドは、磁気記録媒体にディジタルデータを書き込む機能を併せ持つ磁気記録再生装置に搭載することが可能である。
【００２８】
図１０のハードディスク装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いる形式である。図１０において、記録用のディスク媒体３００はスピンドル１５２に装着され、駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により、矢印Ａの方向に回転駆動される。なおディスク媒体３００を複数備え、複数プラッタ型としても良い。
【００２９】
ディスク媒体３００に記録される情報の記録／再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられる。ヘッドスライダ１５３は図１の磁気再生ヘッドをその先端付近に搭載する。
【００３０】
ディスク媒体３００が回転することにより、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）はディスク媒体３００の表面から一定の浮上量で保持される。あるいはスライダがディスク媒体３００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００３１】
サスペンション１５４は、駆動コイル（図示せず）を保持するボビン部（図示せず）などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続される。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられる。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた駆動コイル（図示せず）と、このコイルを挟み込むように対向して配置される永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００３２】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００３３】
図１１は、図１０のハードディスク装置における磁気再生ヘッドアッセンブリ１６０のアクチュエータアーム１５５から先端の部分をディスク側から眺めた拡大斜視図である。図１１において、磁気再生ヘッドアッセンブリ１６０はアクチュエータアーム１５５を有する。アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続される。サスペンション１５４の先端には図１の磁気再生ヘッドを備えるヘッドスライダ１５３が取り付けられる。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、ヘッドスライダ１５３に組み込まれる磁気再生ヘッドの各電極がリード線１６４に電気的に接続される。リード線１６４は電極パッド１６５に接続される。図１０および図１１に示されるように、図１の磁気再生ヘッドを用いることによりハードディスク装置の信頼性をさらに向上させることが可能になる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態ではＣＩＰ−ＧＭＲ素子を例にとり説明したが、これに限らず、フリー層を有し、ハードバイアスによりフリー層を安定化させるようにしている磁気再生素子であれば、如何なるものでも同様に本発明を適用できる。この種の素子にはトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）、または、ＣＰＰ(Current Perpendicular-to-the-Plane)−ＧＭＲ素子などがある。
【００３５】
さらに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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る磁気再生ヘッドの媒体対抗面（ＡＢＳ）を示す図。
【図２】図１の磁気抵抗効果素子と、磁気ディスク媒体のトラックとの位置関係を示す図。
【図３】ディスク媒体のサーボエリアにおけるバースト信号と磁気再生ヘッドとの位置関係を示す模式図。
【図４】図１のフリー層１に磁区が生じた状態を示す図。
【図５】ハードバイアス層９，１０による単磁区化の効果を説明するための図。
【図６】図２の一点鎖線VII−VII′における横断面図。
【図７】（ハードバイアスのＭｒｔ）／（媒体磁化のＭｒｔ）と、ノイズの強さとの関係を測定した結果を示すグラフ。
【図８】図７に示すクリティカルポイントを、再生ギャップ長ＧＬを変化させて計測した結果を示すグラフ。
【図９】ＵＢＤが一定であるとしてｄＰＷ５０から算出した必要Ｍｒｔ比を示すグラフ。
【図１０】図１に示す磁気再生ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図。
【図１１】図１０のハードディスク装置における磁気再生ヘッドアッセンブリ１６０のアクチュエータアーム１５５から先端の部分をディスク側から眺めた拡大斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
１…フリー層、２…スペーサ、３…磁化固着層、４…下地層、５，６…シールド、７，８…反強磁性層、９，１０…ハードバイアス層、１００，２００…媒体磁化、１５０…ハードディスク装置、１５２，１５７…スピンドル、１５３…ヘッドスライダ、１５４…サスペンション、１５５…アクチュエータアーム、１５６…ボイスコイルモータ、１６０…磁気再生ヘッドアッセンブリ、１６４…リード線、１６５…電極パッド、３００…ディスク媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005346742.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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