JP4667425B2 - 磁気記録再生システム - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録再生システムに関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を一例とした磁気記録再生システムには、益々の大容量化が要求されている。

ここでハードディスクドライブの記録と再生の原理について説明する。ハードディスクドライブは、記録媒体上の磁気ビットの磁化方向の違いを情報として扱う。記録素子によって磁気ビットの磁化方向が決められ、磁気ビットの磁化方向が再生素子によって読み出される。近年、記録密度の高密度化に伴い磁気ビットが小さくなるのに対応するため、サイズの低減及び大きな再生信号を実現できる磁気抵抗効果素子が再生素子として用いられている。

磁気抵抗効果素子の一例であるトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の再生原理を説明する。ＴＭＲ素子は、磁化方向が固定された強磁性層（磁化固定層）、絶縁層、磁気ビットからの漏洩磁場を感知する強磁性層（磁化自由層）の三層を有し、磁化固定層、絶縁層及び磁化自由層を貫く方向の電流が流される。このとき、絶縁層の厚さが数ｎｍと非常に薄いため、絶縁層にはトンネル電流が流れる。磁気ビットからの漏洩磁場の向きにより磁化自由層の磁化方向は変化するが、磁化固定層の磁化方向は変化しない。磁化自由層の磁化方向と磁化固定層の磁化方向が互いに平行に近いときは、トンネル確率が高くなり、電気抵抗が小さくなる。また、磁化自由層の磁化方向と磁化固定層の磁化方向が互いに反平行に近いときにはトンネル確率が低く、電気抵抗が大きくなる。この電気抵抗の違いにより磁気ビットの磁化方向を判断できる、つまり磁気ビットの情報を再生することが可能となる。

ここで、磁気ビットの磁化方向を読み取るためには、磁化固定層の磁化方向が固定されている必要がある。磁気ビットからの漏洩磁場によって磁化自由層の磁化方向だけでなく、磁化固定層の磁化方向までもが変化してしまうと、磁化自由層と磁化固定層の磁化方向が常に同じになってしまい、抵抗値が常に小さくなり、磁気ビットの磁化方向の違いを読み取れなくなってしまうためである。

ハードディスクドライブは、動作中に内部温度が１００度以上に上昇することがある。また磁気抵抗効果素子内部は、電流が流されるときに生じる自己発熱や、静電気の発生による瞬間的な温度上昇により、更に高い温度まで昇温されることがある。これらの昇温によって磁化固定層、及び、交換結合によって磁化固定層の磁化方向を固定するために磁化固定層に積層された反強磁性層は、これら２つの層の交換結合による磁化固定層の一方向異方性が消失する温度であるブロッキング温度以上に昇温される可能性がある。反強磁性層及び磁化固定層がブロッキング温度以上に昇温すると、交換結合が弱くなり磁化固定層の一方向異方性が消失し、再び温度が低下し交換結合が付与される時に多くの磁気ビットからの様々な方向の漏洩磁場により、磁化固定層の磁化方向が初期の方向と異なるものとなるか磁化が小さくなってしまう。磁化固定層の磁化の方向が初期の方向と異なるものとなったり磁化が小さくなってしまった場合、磁化自由層が磁気ビットからの漏洩磁場を感知しても、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は正常時のように変化せず、磁気ビットからの情報を正確に読み取ることができなくなる。

ハードディスクドライブの安定動作を確保するために、特許文献１には、ブロッキング温度の向上を図った交換結合素子及びその製造方法が開示されている。特許文献１の手法によると、高いブロッキング温度が得られるため、磁気抵抗効果素子の熱耐性が向上し、ハードディスクドライブの動作時の昇温による磁化固定層の一方向異方性の消失を抑制することが可能となる。

特開２００５−３３３１０６号公報

特許文献１で開示された手法により熱耐性が向上し動作が安定するが、ハードディスクドライブの動作時の静電気の発生による瞬間的な昇温などにより、磁化固定層及び反強磁性層がブロッキング温度以上に瞬間的に昇温することがあり、完全に再生素子の磁化固定層の一方向異方性の消失を抑制することができない。一度動作時に磁化固定層の一方向異方性が失われると再生素子が正常に動作しなくなる。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の磁気記録再生システムは、反強磁性層、第一の強磁性層、中間層、第二の強磁性層がこの順序で積層された再生素子を備える磁気ヘッドを有する磁気記録再生システムであって、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を、これら２つの層の交換結合による前記第一の強磁性層の一方向異方性が消失する温度であるブロッキング温度以上の温度に昇温させる昇温手段と、前記第一の強磁性層の保磁力以上の大きさの直流磁場を前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層に印加する磁場印加手段とを有する。

磁気記録再生システムが動作中に何らかの原因で再生素子の温度が上昇し、再生素子における第一の強磁性層の一方向異方性が消失した場合に、反強磁性層と第一の強磁性層をブロッキング温度以上の温度に昇温し、磁場を印加しながら冷却することにより、再び第一の強磁性層に所望の方向の交換結合を付与し、第一の強磁性層に一方向異方性を付与することができる。このため、安定した再生を提供することができる。

本発明において、前記昇温手段は、前記再生素子から出力される再生信号の信号量が所定値よりも小さくなった場合に、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を昇温させ、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層に前記直流磁場が印加されている間に、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を、前記ブロッキング温度以上の温度から前記ブロッキング温度よりも低い温度にまで降温させる。以降の説明において、「反強磁性層及び第一の強磁性層をブロッキング温度以上の温度に昇温させた後、磁場を印加しながらブロッキング温度よりも低い温度に降温して、第一の強磁性層に交換結合力を再付与する工程」を交換結合再付与プロセスと称する。

これによると、再生信号の信号量が所定値よりも小さくなった場合に、交換結合再付与プロセスをリアルタイムに行うことができる。さらに交換結合が消失していない場合には交換結合再付与プロセスが行われないので、昇温や磁場印加のためのエネルギーを節約することができる。

さらに、前記昇温手段が、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を加熱する加熱部材と、前記再生素子から出力される前記再生信号の信号量を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した信号量が前記所定値よりも小さいか否かを判定する判定手段と、前記信号量が前記所定値よりも小さいと前記判定手段が判定したときに、前記加熱部材による前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層の加熱を開始させる加熱開始手段とを含んでいる。

また、本発明による磁気記録再生システムは、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の照射位置を、記録媒体への情報の記録時に前記記録媒体に照射される近接場光を発生させる位置と、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を加熱する位置と間で切り替える切替手段とをさらに備えている。これによると、レーザ光源を、近接場光の発生と反強磁性層及び第一の強磁性層の加熱とに兼用することができるので、システムの構成を簡略なものとすることができる。

＜参考例＞
本発明の参考例について説明する。図１（ａ）は、本参考例に係る磁気記録再生システムに含まれるハードディスクドライブの模式的な平面図であって、記録又は再生していない場合を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）と同じハードディスクドライブの模式的な平面図であって、記録又は再生している場合を示している。図２（ａ）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すハードディスクドライブの一部の、記録又は再生していない場合におけるサスペンションの幅方向に沿った模式的な縦断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すハードディスクドライブの一部の、記録又は再生していない場合におけるサスペンションの長手方向に沿った模式的な縦断面図である。図３は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すハードディスクドライブの一部の、記録又は再生時におけるサスペンションの長手方向に沿った縦断面図である。

本参考例に係る磁気記録再生システムは、図１〜図３に示すハードディスクドライブ１０１と、このハードディスクドライブ１０１の動作を制御する制御装置１２０（図９参照）とを含んでいる。ハードディスクドライブ１０１は、カバー１と、円盤状の磁気記録媒体２と、媒体２に隣接しているヘッドジンバルアッセンブリ５１と、ランプ８と、磁石９と、ヒータ１０とを有する。媒体２は、媒体支持部３を中心として図示しないモータを駆動源として定速度で矢印４で示される方向に回転する。ヘッドジンバルアッセンブリ５１は、ヘッド３２、水平に延びたタブ１１を先端に有するサスペンション７、ヘッドアーム６、軸受けユニット５から構成されている。図２（ａ）では、紙面手前にランプ８が設けられている。図２（ｂ）では、紙面手前にヒータ１０が設けられている。

図３に示すように、ヘッド３２は、ヘッド３２を媒体２の表面から数ｎｍから数十ｎｍの高さに浮上させるためのスライダ１２と、情報を媒体２に記録するための記録素子３３と、媒体２に記録された情報を再生するための再生素子１７とを有する。サスペンション７はヘッド３２を保持する。ヘッドアーム６はサスペンション７を保持する。

軸受けユニット５は、モータ５３（図９参照）と、ヘッドアーム６とを接続している。モータ５３の回転により、ヘッドジンバルアッセンブリ５１が軸受けユニット５を中心として水平面内で揺動する。これにより、図１（ｂ）に示すように、記録又は再生時にはヘッド３２が媒体２上に位置し、図１（ａ）に示すように、記録又は再生していない時にはヘッド３２が媒体２上にない。つまり、記録又は再生の開始前にヘッド３２が媒体２上の媒体２に対向する位置（以下、「対向位置」と称する）に移動し、記録又は再生の終了後に、ヘッド３２が媒体２上から媒体２に対向しない位置（以下、「退避位置」と称する）に退避する。

本参考例において、ヒータ１０はレーザ光源を含んでいる。図２（ａ）で示すように、ヒータ１０から出射されたレーザ光３９が、退避位置にある再生素子１７に照射される。このように、ヒータ１０は、再生素子１７を昇温する働きをする。図２（ａ）に示すように、磁石９は、永久磁石であって、常に直流磁場を発生している。直流磁場の向き１３は、紙面上方向である。これによって、磁石９は、再生素子１７に直流磁場を印加する働きをする。

図２（ｂ）に示すように、ランプ８の側面には、凸部８ａが設けられている。ヘッド３２が退避位置にあるとき、タブ１１が凸部８ａに引っ掛けられる。これによって、ヘッド３２がカバー１や磁石９などに接触せず、空中に保持される。

記録又は再生時のヘッドの動きの詳しい説明をする。記録又は再生時には、図１（ｂ）及び図３に示すように、ヘッド３２は、回転している媒体２上の対向位置にある。このとき記録素子３３により媒体２上に磁化方向として情報が記録され、再生素子１７により媒体２に記録された情報が再生される。スライダ１２の媒体対向面には凹凸のパターン形状が設けられているため、媒体２が回転することによって媒体２から離れようとする力が生じる。この離れようとする力と、サスペンション７からヘッド３２に与えられる媒体２に近づけようとする力との釣り合いにより、ヘッド３２は媒体２の表面から数ｎｍから数十ｎｍの高さで保持される。

記録又は再生していない時のヘッドの動きの詳しい説明をする。記録又は再生を行っていない時、ヘッド３２は媒体２との衝突などを防ぐために、図１（ａ）に示すように、退避位置に退避している。このときヘッド３２がサスペンション７以外の部分に接触せず空中に保持されるようにするために、サスペンション７に設けられたタブ１１がランプ８の凸部８ａに引っ掛けられる。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、ヘッド２の構造について説明をする。図４（ａ）は、サスペンション７の長手方向に沿ったヘッド３２の縦断面図である。図４（ｂ）は、ヘッド３２の底面図である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ヘッド３２は、絶縁層１８と、スライダ１２に絶縁層１８を介して接する２つの電極層１６と、２つの電極層１６の間に挟まれた再生素子１７とを有する。電極層１６は、再生素子１７の抵抗値を測定するためのセンス電流を流す働きをする。さらにヘッド３２は、媒体２の磁気ビットに磁化情報を記録する記録素子３３を有する。記録素子３３は、記録磁極２０とリターン磁極１９とを有する。ヘッド３２には、図示していないコイルが巻かれており、コイルに流される電流の向きにより、記録磁極２０の媒体対向面を通過する磁場の向き（媒体対向面から外に向かって出る、または、媒体対向面に向かって入る）が制御される。記録磁極２０の媒体対向面を通過する磁場の向きにより、媒体２上の記録ビットの磁化方向が決められる。リターン磁極１９の媒体対向面には、記録磁極２０の媒体対向面を通過する磁場がこれとは逆方向に通過する。

次に、図５を用いて外部磁場が印加されていない場合の再生素子１７の説明をする。ここで再生素子１７は、再生素子が有する強磁性層の磁化方向により電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子である。

再生素子１７は、反強磁性層２４、第一の強磁性層２５、中間層２６、第二の強磁性層２７を有している。再生素子１７の構成の一例として、反強磁性層２４としてＭｎＩｒ、第一の強磁性層２５としてＣｏＦｅＢ、中間層２６としてＭｇＯ、第二の強磁性層２７としてＮｉＦｅがある。再生素子１７は、反強磁性層２４、第一の強磁性層２５、中間層２６、第二の強磁性層２７がこの順序で成膜されることによって形成されたものである。ここで、ＭｎＩｒのブロッキング温度は２５０℃である。またＮｉＦｅは保磁力が数百Ａ／ｍ以下（数Ｏｅ以下）と小さいので、媒体２の磁気ビット２８（図７（ａ）参照）からの漏洩磁場により磁化方向を容易に変えることができ、磁気ビット２８の磁化情報を感知する層として働く。第一の強磁性層２５の磁化方向２２は、反強磁性層２４から付与される磁気的な結合（交換結合：矢印２１の方向）により固定されている。第二の強磁性層２７の磁化方向２３は、媒体２の磁気ビットからの漏洩磁場がない場合は、第一の強磁性層２５の磁化の方向２２から９０度回転した方向となっている。

ここで、反強磁性層２４から第一の強磁性層２５へ交換結合を付与する方法を説明する。反強磁性層２４と第一の強磁性層２５との磁気的な結合である交換結合が消失する温度（ブロッキング温度）以上の温度まで昇温し、交換結合を消失した後、所望の向きの磁場を反強磁性層２４と第一の強磁性層２５に印加しながら、温度をブロッキング温度よりも低い温度に降温させることにより、反強磁性層２４から第一の強磁性層２５へ交換結合が付与される。ブロッキング温度以上の温度からブロッキング温度よりも低い温度にまで温度が下がる過程において、このとき印加されている磁場の向きに、反強磁性層２４と第一の強磁性層２５との間に交換結合が生じる。

次に、外部磁場の方向による再生素子１７の抵抗値変化について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を用いて説明する。再生素子１７は磁気抵抗効果素子であるため、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と第二の強磁性層２７の磁化方向２３との相対関係により抵抗値が変化する。第一の強磁性層２５の磁化方向２２には、反強磁性層２４から付与される交換結合により一方向異方性が与えられ、一方向に固定されている。一方、第二の強磁性層２７は、保磁力が小さい材料が用いられているために、外部磁場によってその磁化方向が容易に変化するようになっている。

図６（ａ）に示すように、第二の強磁性層２７の磁化方向２３が外部磁場などにより変化し、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と同じ向きとなった場合、電流を流すと、第一の強磁性層２５から中間層２６を通過し第二の強磁性層２７へ電子が移動する割合が大きくなるので、第一の強磁性層２５、中間層２６、第二の強磁性層２７を流れる電流の抵抗値は低くなる。

一方、図６（ｂ）に示すように、第二の強磁性層２７の磁化方向２３が外部磁場などにより変化し、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と逆方向になった場合、第一の強磁性層２５から中間層２６を通過し第二の強磁性層２７へ電子が移動する割合が小さくなるので、第一の強磁性層２５、中間層２６、第二の強磁性層２７を流れる電流の抵抗値は高くなる。このとき、第一の強磁性層２５の磁化方向２２は、反強磁性層２４から付与される交換結合により外部磁場が印加されても変化しない。また、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と第二の強磁性層２７の磁化方向２３が完全に平行、反平行でなくても、図５に示す方向２３が第一の強磁性層２５の磁化の方向２２から９０度回転した方向以外となっていれば、完全に平行、反平行の場合よりも変化の割合が小さくなるものの再生素子１７の抵抗値は図５の場合から変化したものとなるので、情報の再生が可能である。

次に、ヘッド３２が対向位置にあるときの再生素子１７と媒体２の位置関係について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）は、媒体２の周方向に沿った、再生素子１７及び媒体２の縦断面図である。図７（ｂ）は、第二の強磁性層２７を含むように媒体２の径方向に沿った、再生素子１７及び媒体２の縦断面図である。これらの図面において、矢印３０は、媒体の回転方向を示している。図７（ａ）に示すように、再生素子１７の各層の積層方向は媒体面に対して略平行である。本参考例においては、磁気ビット２８の磁化方向が媒体面に対して垂直な方向である垂直磁気記録方式であるので、第一の強磁性層２５の磁化方向２２は、反強磁性層２４から付与される交換結合によって、媒体面に対して垂直な方向に固定されている。また、第二の強磁性層２７の磁化方向２３は、第二の強磁性層２７に隣接して設けられたバイアス層（図示せず）から付与されるバイアス磁場により、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と垂直な方向（紙面垂直な方向）を向いている。

次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、媒体２の磁気情報を再生する原理を説明する。図８（ａ）は、第二の強磁性層２７を含むように媒体２の径方向に沿った、再生素子１７及び媒体２の縦断面図であって、磁気ビット２８の磁化方向２９と第一の強磁性層２５の磁化方向２２がほぼ同じ場合を示している。図８（ｂ）は、磁気ビット２８の磁化方向２９と第一の強磁性層２５の磁化方向２２が逆方向の場合を示している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、再生すべき磁気ビット２８が磁化されておらず磁気ビット２８からの漏洩磁場がない場合は、第二の強磁性層２７の磁化方向２３は紙面右向きである。これに対して、図８（ａ）に示すように、再生すべき磁気ビット２８の磁化方向２９が上向きである場合、矢印３１で示す紙面上向きの漏洩磁場が第二の強磁性層２７を貫く。この漏洩磁場の向きは、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と同じであるので、漏洩磁場により、再生素子１７の第二の強磁性層２７の磁化方向２３は紙面上向きに傾く。第一の強磁性層２５の磁化方向２２は、反強磁性層２４からの交換結合によって、紙面上向きに固定されている。このように、磁気ビット２８の磁化方向２９が第一の強磁性層２５の磁化方向２２と同じ場合は、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と第二の強磁性層２７の磁化方向２３が略平行となるので、磁気抵抗効果素子である再生素子１７の電気抵抗値は小さくなる。

一方、図８（ｂ）に示すように、再生すべき磁気ビット２８の磁化方向２９が下向きである場合、矢印３１で示す紙面下向きの漏洩磁場が第二の強磁性層２７を貫く。この漏洩磁場の向きは、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と逆方向であるので、漏洩磁場により、再生素子１７の第二の強磁性層２７の磁化方向２３は紙面下向きに傾く。このように、磁気ビット２８の磁化方向２９が第一の強磁性層２５の磁化方向２２と反対の場合は、第一の強磁性層２５の磁化方向２２と第二の強磁性層２７の磁化方向２３が略反平行となるので、再生素子１７の電気抵抗値は大きくなる。

したがって、再生素子１７の電気抵抗値を測定することにより媒体２内の磁気ビット２８の磁化情報を読み出すことができる。このように、固定されている第一の強磁性層２５の磁化方向２２と、磁気ビット２８からの漏洩磁場により向きを変える第二の強磁性層２７の磁化方向２３との関係により再生素子１７が情報の再生を行うので、正確に再生を行うためには第一の強磁性層２５の磁化方向２２が一方向に固定されていることが重要になる。

磁気記録再生システムでは、温度の上昇による交換結合磁場の消失が問題となるが、その対応策として、特許文献１（特開２００５−３３３１０６）では、ブロッキング温度の向上を図った交換結合素子を提供する手法が開示されている。特許文献１の手法では、高いブロッキング温度が得られるため、磁気抵抗効果素子の熱耐性が向上し、動作時の昇温による磁化固定層の一方向異方性の消失を抑制することが可能となる。

しかし、磁気記録再生システムでは、動作時の発熱や、静電気による瞬間的な発熱により、再生素子１７がブロッキング温度以上に昇温してしまうことを完全に防ぐことは困難である。再生素子１７が記録媒体２上の対向位置にあると、再生素子１７が昇温されながら多数の磁気ビット２８からの様々な磁化方向の漏洩磁場により、磁場の方向が変化する交流磁場を受けることになる。再生素子１７の反強磁性層２４と第一の強磁性層２５の温度が一度でもブロッキング温度以上に上昇してしまった場合、すぐにブロッキング温度よりも低い温度に冷却されたとしても、媒体２上の多くの磁気ビット２８からの漏洩磁場による交流磁場により反強磁性層２４と第一の強磁性層２５との交換結合の向きが初期の方向と異なるものとなるか、磁化が小さくなり、第一の強磁性層の磁化方向２１も初期の方向と異なっていたり、磁化が小さくなってしまう。従来の手法では、一度温度がブロッキング温度以上の温度まで上昇し、第一の強磁性層２５の一方向異方性が消失してしまうと、再生信号の信号量が低下して再生することができなくなる。

そこで、本参考例では、磁気記録再生システムの動作中に何らかの原因で再生素子１７がブロッキング温度以上の温度に上昇し、再生素子１７における第一の強磁性層２５の一方向異方性が消失した場合に、反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５をブロッキング温度以上の温度に昇温し、直流磁場を印加しながら冷却することにより、再び第一の強磁性層２５に所望の方向の交換結合を付与し、一方向異方性を付与する。したがって、磁化情報を確実に再生することができる。従来の手法では、磁気記録再生システムが動作中に、再生素子１７の温度がブロッキング温度以上の温度に上昇し、第一の強磁性層２５の一方向異方性が消失してしまうと、磁化情報を再生することができなくなるが、本参考例では、第一の強磁性層２５の磁化の一方向異方性が消失しても、再び一方向異方性を付与し、磁化情報を再生可能することが可能である。

図９は、本参考例にかかる磁気記録再生システムの交換結合再付与プロセスにかかるブロック図である。図９中、磁気記録再生システムにおいて、交換結合再付与プロセスに関係しない部材の図示を省略している。

図９に示すように、本参考例に係る磁気記録再生システムは、ハードディスクドライブ１０１と、このハードディスクドライブ１０１の動作を制御する制御装置１２０とを含んでいる。ハードディスクドライブ１０１は、ヘッドジンバルアッセンブリ５１を軸受けユニット５を中心として揺動させる駆動源となるモータ５３、再生素子１７、及び、加熱部材であるヒータ１０を有している。制御装置１２０は、検出部１２１、判定部１２２、加熱制御部１２３、及び、モータ制御部１２４を有している。検出部１２１は、再生素子１７から出力される再生信号の信号量を検出する。判定部１２２は、検出部１２１が検出した信号量が所定値よりも小さいか否かを判定する。加熱制御部１２３は、ヒータ１０による再生素子１７の加熱温度、ヒータ１０による再生素子１７の加熱の開始及び終了タイミングを制御する。モータ制御部１２４は、モータ５３の駆動を制御する。

次に、図１０のフローチャートを参照して、本参考例における交換結合再付与プロセスを順に説明する。以下に説明する交換結合再付与プロセスは、媒体２への記録又は再生が行われていない期間に、制御部１２０の制御に従って例えば所定時間毎に行われてよい。

ステップＳ１０では、モータ制御部１２４がモータ５３を駆動することによって、ヘッド２３を退避位置から対向位置へと移動させる。そして、ステップＳ１１において、再生素子１７が出力する再生信号の信号量を検出部１２１が検出する。続いて、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で検出部１２１が検出した再生信号の信号量が所定値よりも小さいか否かを判定部１２２が判定する。ここで、再生信号の信号量が所定値よりも小さいという判定結果は、再生素子１７の反強磁性層２４と第一の強磁性層２５の温度が過去にブロッキング温度以上に上昇してしまったために第一の強磁性層２５の磁化方向２１が初期の方向と異なっていたり、その磁化が初期状態よりも小さくなってしまっているということを示している。

ここで、再生信号の信号量の所定値について説明する。磁気抵抗効果素子である再生素子１７では、第二の強磁性層２７の磁化状態の変化に伴う電気抵抗値の変化を再生信号としている。外部磁場がない状態の電気抵抗をＲ０とすると、図８（ａ）のように外部磁場（漏洩磁場）の方向３１が第一の強磁性層２５の磁化方向２２と同じ向きの場合には、電気抵抗がＲ０より小さくなる。また、図８（ｂ）のように漏洩磁場の方向３１が第一の強磁性層２５の磁化方向２２と逆向きの場合には電気抵抗がＲ０より大きくなる。したがって、電気抵抗がＲ０より大きくか小さいかに基づいて、再生信号が”１”又は”０”のいずれであるかが決定される。交換結合が弱くなると、第一の強磁性層２５の磁化が固定されなくなるので、電気抵抗の変化の割合が小さくなる。交換結合が正常な場合でも抵抗変化にばらつきがあるので、ばらつきの最大値を抵抗変化の最大値から引いたものを規定の抵抗変化量（信号量の所定値）とすればよい。

再生信号の信号量が所定値以上であると判定された場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、第一の強磁性層２５の磁化方向２１が初期状態のままであって正常であり、再生素子１７に異常なしという検査結果が制御部１２０内の図示しない記憶装置に記録される。そして、交換結合再付与プロセスが終了する。

再生信号の信号量が所定値よりも小さいと判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、モータ制御部１２４がモータ５３を駆動することによって、ヘッド２３を対向位置から退避位置へと移動させる。

続いて、ステップＳ１５では、加熱制御部１２３がヒータ１０を制御して、ヒータ１０からのレーザ光３９の出射を開始させる。さらに、加熱制御部１２３は、ステップＳ１６において、レーザ光３９が照射された反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の温度が反強磁性層２４の材料であるＭｎＩｒのブロッキング温度（２５０℃）以上の温度まで昇温したタイミングで、ヒータ１０を制御してレーザ光３９の出射を終了させる。その後、反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の温度は徐々に低下し、ブロッキング温度よりも低い温度となる。レーザ光３９の出射終了タイミングは、レーザ光３９の強度及び再生素子１７の熱容量などの諸条件から予め定められていてもよいし、反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の温度がブロッキング温度以上の温度となったことを図示しない温度センサで検出した後のタイミングであってもよい。

磁石９が永久磁石であるため、退避位置にある再生素子１７には、常に、磁石９が発生した直流磁場が印加されている。そのため、第一の強磁性層２５は、その温度がブロッキング温度以上の温度からブロッキング温度よりも低い温度に低下する過程において、磁石９からの印加磁場により、再び交換結合が生じて図２（ａ）の紙面上方向に磁化される。そのとき、反強磁性層２４の交換結合の向きが第一の強磁性層２５の磁化方向２２、すなわち磁石９からの印加磁場の向きと同じになる。ここで、第一の強磁性層２５の材料であるＣｏＦｅＢの保磁力は８００Ａ／ｍ（１０Ｏｅ）程度であるので、磁場の大きさが１６００００Ａ／ｍ（２０００Ｏｅ）のフェライトなどを磁石９として用いると、保磁力以上の十分な大きさの磁場を発生可能である。

以上説明したように、本参考例によると、磁気記録再生システムが動作中に何らかの原因で再生素子１７の温度が上昇し、第一の強磁性層２５の一方向異方性が消失したとしても、再び第一の強磁性層２５に初期状態と同じ方向の交換結合を付与し、第一の強磁性層２５に一方向異方性を付与することができる。このため、安定した再生を提供することができる。

加えて、再生信号の信号量が所定値よりも小さくなった場合に、交換結合再付与プロセスをリアルタイムに行うことができる。さらに交換結合が消失していない場合には交換結合再付与プロセスが行われないので、昇温のためのエネルギーを節約することができる。

本参考例は、垂直磁気記録方式について述べているが、本発明は面内磁気記録方式に対しても用いることができる。面内磁気記録方式とは、媒体２の磁気ビット２８の磁化方向が、媒体面に対して平行方向である記録方式である。この場合、再生素子１７の第一の強磁性層２５の磁化方向２２は媒体面に平行な方向に固定される。また、第二の強磁性体層２７の磁化方向２３は、磁気ビットからの漏洩磁場がない場合は、媒体２面に垂直に向けられる。よって、面内磁気記録方式においては、磁石９による印加磁場の方向は媒体面に平行な方向（横方向）にすればよい。

本参考例では、ヒータ１０がレーザ光源を含んでいる場合を示したが、これに限るものではなく、再生素子１７の昇温が可能であれば、ヒータ１０が、ランプヒータや、ニクロム線ヒータなど他の昇温手段を含んでいてもよい。

磁石９は永久磁石に限るものではなく、電磁石などでも良い。電磁石を用いると、磁場の大きさを調整でき、不必要な場合は磁場を発生させないようにすることができる。例えば、レーザ光３９によって加熱された第一の強磁性層２５の温度がブロッキング温度以上となってから電磁石へ電流を流し、交換結合再付与プロセス終了後には電流を停止するようにすればよい。これによって、電力消費量を削減することができる。

本発明において、再生素子１７は、中間層が金属であるＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子であってもよいし、中間層が絶縁層であるＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子であってもよい。

本発明は、複数の媒体が積層されていると共に、複数のヘッドジンバルアッセンブリが積層された磁気記録再生システムに対しても適用することができる。

本参考例は、媒体２への記録又は再生が行われていない期間に再生信号の信号量が所定値よりも小さくなった場合に交換結合再付与プロセスを行うものであるが、再生信号の信号量が所定値よりも小さくなったか否かに関係なく、交換結合再付与プロセスを行うようにしてもよい。或いは、媒体２に記録された情報の再生が行われている期間に再生信号をモニターし、再生信号が所定の信号量よりも小さくなった場合に、反強磁性層２４と第一の強磁性層２５の交換結合が弱くなったと判断して、交換結合再付与プロセスを行ってもよい。

＜実施の形態＞
本発明の一実施の形態にかかる磁気記録再生システムについて、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して説明する。以下、本実施の形態を、参考例との相違点を中心に説明する。なお、参考例と類似した部材には、百の位が２である以外は同じ符号を付して詳細な説明を省略することがある。

本実施の形態にかかる磁気記録再生システムは、ハードディスクドライブと、これを制御する制御部とを含んでいる。この本実施の形態にかかる磁気記録再生システムでは、ハードディスクドライブにおいて、光アシスト磁気記録が行われる。ここで、光アシスト磁気記録について説明する。高記録密度化が進むと、それぞれの磁気ビットの磁化の体積が小さくなる。磁気ビットが小さくなりすぎると、単位体積当りの磁気エネルギーＫｕと粒子の体積Ｖの積で表される、異方性磁気エネルギーが温度エネルギーｋＢ・Ｔよりも小さくなり、室温下でも熱揺らぎによって磁気ビットの磁化方向が変化してしまう。室温で磁化方向が変化してしまうと、記録情報が保持できず、磁気記録ができなくなってしまう。熱揺らぎによる磁化反転を防ぐために、磁化反転がしにくいＫｕが大きい材料が用いられるが、Ｋｕが大きい材料を用いると磁化反転に必要な記録磁場（保磁力）が大きくなるという問題が生じる。材料的な限界から記録磁場の大きさには限界があるので、大きなＫｕの材料の媒体に記録するには工夫が必要である。そこで考えられたのが光アシスト磁気記録方式で、これは、記録時に媒体を昇温して保磁力を低下させ、磁化反転させ易くしてから、記録素子による磁場印加により、媒体に記録を行う手法である。

通常、光は波長程度にしか絞ることができないが、波長以下のサイズの微小な開口に光を照射することにより、波長以下のサイズの局在した光である近接場光を発生することができる。光アシスト磁気記録方式では、近接場光で媒体を昇温させることで、媒体における波長以下の小さな領域を昇温することが可能となり、小さなサイズの磁気ビットを光アシスト磁気記録できるようになる。

本実施の形態では、光アシスト磁気記録において近接場光を発生させるために用いるレーザ光源を、交換結合の再付与時の昇温にも用いるものである。図１１（ａ）は、本実施の形態の磁気記録再生システムに含まれるハードディスクドライブが有するヘッドジンバルアッセンブリの光アシスト磁気記録時における側面図である。図１１（ｂ）は、このヘッドジンバルアッセンブリの交換結合再付与プロセス実行時における側面図である。

ヘッドジンバルアッセンブリ２５１は、ヘッド２３２、サスペンション２０７、サスペンション２０７を保持するヘッドアーム２０６、ヘッドアーム２０６の基端に設けられた図示しない軸受けユニットから構成されている。軸受けユニットは、図示しないモータと、ヘッドアーム２０６とを接続している。モータの回転により、ヘッドジンバルアッセンブリ５１２が軸受けユニットを中心として水平面内で揺動する。

ヘッド２３２は、ヘッド２３２を媒体の表面から数ｎｍから数十ｎｍの高さに浮上させるためのスライダ２１２と、情報を媒体に記録するための記録素子２３３と、媒体に記録された情報を再生するための再生素子２１７とを有する。サスペンション２０７は、記録素子２３３及び再生素子２１７の上面が露出するようにスライダ２１２においてヘッド２３２を保持する。再生素子２１７は、参考例の再生素子１７と同じ構造を有している。記録素子２３３には、レーザ光が照射されることによって近接場光を発生する微小な開口が上面に設けられている。発生した近接場光は、記録素子２３３の下面から出射される。

ヘッドアーム２０６上には、加熱部材としてのレーザ光源２３４が配置されている。レーザ源２３４からは、ヘッドアーム２０６の長手方向に沿ってレーザ光２３９が出射される。サスペンション２０７の上面には、鉛直面内において揺動可能に支持片２３８が取り付けられている。支持片２３８の先端には、ミラー２３６が固定されている。支持片２３８は、制御部の制御に基づいて、その水平面に対する角度を変更可能となっている。

図１１（ａ）に示すように、光アシスト磁気記録時には、レーザ光源２３４から出射されたレーザ光２３９が、ミラー２３６で反射して記録素子２３３の開口付近に照射されるように、支持片２３８の角度が制御部によって調整される。これにより、記録素子２３３の下面から出射された近接場光が媒体に照射される。

一方、図１１（ｂ）に示すように、交換結合再付与プロセス実行時、詳細には反強磁性層２４と第一の強磁性層２５との交換結合付与のための昇温時には、レーザ光源２３４から出射されたレーザ光２３９が、ミラー２３６で反射して再生素子２１７の反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５に照射されるように、支持片２３８の角度が制御部によって調整される。その結果、反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の温度がブロッキング温度以上となって、参考例で説明したような交換結合再付与プロセスを実行することが可能となる。

このように、本実施の形態によると、支持片２３８及びミラー２３６を用い且つ支持片２３８の角度を制御部で変更することによって、レーザ光源２３４から出射されたレーザ光２３９の照射位置を、媒体への情報の記録時に媒体に照射される近接場光を発生させる位置と、反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５を加熱する位置と間で切り替えることができる。そのため、レーザ光源２３４を、近接場光の発生と反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の加熱とに兼用することができるので、システムの構成を簡略なものとすることができる。

なお、本実施の形態では、支持片２３８を揺動可能としたが、支持片２３８を固定としミラー２３６が支持片２３８に対して揺動可能としてもよい。

別の変形例として、光アシスト再生方式で媒体を加熱するために用いるレーザ光源を、交換結合再付与プロセスにおいて反強磁性層２４及び第一の強磁性層２５の加熱用として用いてよい。光アシスト再生とは、温度が上がると磁化が大きくなるフェリ磁性体を媒体の材料に用い、再生時にレーザ光で媒体上の再生すべき磁気ビットを昇温することにより、磁気ビットからの信号を増大する手法である。フェリ磁性体は磁化量がゼロになる補償温度を有するので、補償温度を室温に設定すると再生時の他の磁気ビットからの信号ノイズがなくなる。光アシスト再生方式の場合、再生時に媒体を昇温した時、媒体近傍にある再生素子も昇温され、光アシスト再生方式でない場合に比べて、再生素子の温度がブロッキング温度に近くなる。このため、再生素子の温度がブロッキング温度より高くなり、正常に再生が行われなくなる可能性が高くなる。この変形例によれば、正常に再生が行われなくなる可能性が高くなる光アシスト再生方式においても安定した再生を実現できる。

参考例に係る磁気記録再生システムに含まれるハードディスクドライブの模式的な平面図である。 図１に示すハードディスクドライブの一部の模式的な縦断面図である。 図１に示すハードディスクドライブの一部の模式的な縦断面図である。 ハードディスクドライブに含まれるヘッドの縦断面図及び底面図である。本発明のヘッドの断面模式図、及び、本発明のヘッドの媒体対向面の模式図である。 ヘッドに含まれる再生素子の模式的な斜視図である。 ヘッドに含まれる再生素子の模式的な斜視図である。 再生素子及び媒体の縦断面図である。 再生素子及び媒体の縦断面図である。 本発明の参考例による磁気記録再生システムのブロック図である。 本発明の参考例による磁気記録再生システムにおける交換結合再付与プロセスを説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る磁気記録再生システムのハードディスクドライブに含まれるヘッドジンバルアセンブリの側面図である。

符号の説明

１ カバー
２ 媒体
８ ランプ
９ 磁石
１０ ヒータ
１２ スライダ
１７ 再生素子
２０ 記録磁極
２４ 反強磁性層
２５ 第一の強磁性層
２６ 中間層
２７ 第二の強磁性層
２８ 磁気ビット
３２ ヘッド
３３ 記録素子
３９ レーザ光
１００ 磁気記録再生システム
１０１ ハードディスクドライブ
１０２ 制御部

Claims (1)

1. 反強磁性層、第一の強磁性層、中間層、第二の強磁性層がこの順序で積層された再生素子を備える磁気ヘッドを有する磁気記録再生システムであって、
   前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を、これら２つの層の交換結合による前記第一の強磁性層の一方向異方性が消失する温度であるブロッキング温度以上の温度に昇温させる昇温手段と、
   前記第一の強磁性層の保磁力以上の大きさの直流磁場を前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層に印加する磁場印加手段とを有し、
   前記昇温手段が、
   前記再生素子から出力される再生信号の信号量が所定値よりも小さくなった場合に、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を昇温させ、
   前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層に前記直流磁場が印加されている間に、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を、前記ブロッキング温度以上の温度から前記ブロッキング温度よりも低い温度にまで降温させ、
   前記昇温手段が、
   前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を加熱する加熱部材と、
   前記再生素子から出力される前記再生信号の信号量を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した信号量が前記所定値よりも小さいか否かを判定する判定手段と、
   前記信号量が前記所定値よりも小さいと前記判定手段が判定したときに、前記加熱部材による前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層の加熱を開始させる加熱開始手段とを含んでおり、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光の照射位置を、記録媒体への情報の記録時に前記記録媒体に照射される近接場光を発生させる位置と、前記反強磁性層及び前記第一の強磁性層を加熱する位置と間で切り替える切替手段とをさらに備えていることを特徴とする磁気記録再生システム。

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