JP2001084724A

JP2001084724A - ハードディスク装置

Info

Publication number: JP2001084724A
Application number: JP25747299A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Tanuma; 良平田沼
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ハードディスク装置に関し、高記録密度とヘ
ッドの高速制御を可能とすること。【解決手段】磁気ディスク２０は回転駆動される。磁
気ヘッド１０は磁気ディスク２０の回転面に対向して設
けられ、導電層１２，１３を回転面近傍に位置するよう
に有する。電圧印加回路３０により導電層１２，１３間
に電圧を印加する。印加した電圧に応じて導電層１２，
１３と磁気ディスク２０の間に所定の電位差を生じさ
せ、電位差に基づいて回転面と磁気ヘッド１０の間隔を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハードディスク装置
に関し、特に、高記録密度を実現するハードディスク装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナル・コンピュータは近年、高性
能化が進んでいる。パーソナル・コンピュータ上で動作
するアプリケーションの高機能化も進んでおり、アプリ
ケーションは高機能化にしたがって大容量化している。
これら高性能化と大容量化にしたがい、現在ではハード
ディスク装置はパーソナル・コンピュータに必須の補助
記憶装置となっている。

【０００３】ハードディスク装置の記録密度は、年率６
０パーセント以上で向上してきている。現時点で、製品
レベルでは５．７Ｇｂｉｔ／ｉｎ²が、研究室レベルで
は１６Ｇｂｉｔ／ｉｎ²が確認されている。

【０００４】記録密度は、磁気ヘッド−媒体間隙を小さ
くするほど向上させることができる。現在のほとんどの
ハードディスク装置は、媒体の回転による空気流をスラ
イダ−媒体間隙に巻き込んで磁気ヘッドを浮上させる方
式を採用している。浮上方式として、２つが知られてい
る。ランプロード方式では、磁気ヘッドは媒体の回転停
止時に媒体外部に移動してランプに退避する。ＣＳＳ
（Contact Start Stop）方式では、磁気ヘッドは媒体の
回転停止時に媒体面に着地して静止し、回転を開始する
と媒体面から離間する。

【０００５】ＣＳＳ方式における磁気ヘッドの着地位置
は、媒体内周側に設けられたＣＳＳゾーンである。媒体
の回転開始にしたがって磁気ヘッドはＣＳＳゾーンから
浮上し、そしてデータゾーンに移動してデータの読み書
きが可能になる。ＣＳＳゾーンは磁気ヘッドの吸着防止
のためにテクスチャ加工されている。テクスチャ加工は
通常、レーザ光を用いて基盤表面にバンプ列を形成する
ことで実現される。ＣＳＳ方式は、簡単な磁気ディスク
構造で実現できる利点がある。

【０００６】ところが、近年の記録密度向上にしたがっ
た間隙距離（ヘッド浮上量）の低下により、ＣＳＳ方式
で十分な性能を得ることが困難になってきた。すなわ
ち、バンプ高さは磁気ヘッドの吸着防止のために一定高
さが必要であるが、最近は、この高さ寸法よりも小さな
磁気ヘッド−媒体間隙が要求されている。バンプ高さを
この要求にしたがった寸法にすると、データゾーンにあ
る磁気ヘッドは、ＣＳＳゾーンに移動しようとする際に
バンプに衝突することになる。

【０００７】したがってハードディスク装置の多くは、
今後、ランプロード方式に移行すると考えられる。しか
しながらランプロード方式も別の問題を有しており、無
条件に採用できるわけではない。すなわち、磁気ヘッド
が媒体面上に移行する際に一瞬、媒体面に衝突する問
題、新たにランプを設置することによるコスト上昇の問
題、磁気ヘッドがランプ上を摺動するときのパーティク
ル発生の問題等を解決する必要がある。

【０００８】そこで、上記二方式とは別のヘッド高さ制
御方式が提案されている（特開平５−２０８２４号公
報、特開平６−２４３６２５号公報、特開平９−８２０
１４号公報）。この方式では、磁気ヘッド−媒体間に低
電圧を印加することで磁気ヘッド−媒体間に静電力を発
生させ、この静電力を利用して磁気ヘッド−媒体間隙
（ヘッド高さ）寸法を制御する。また、Zhu Feng, et a
l.:DEAD DISK INTERFACE CHARGE AND ITS POTENTIAL AP
PLICATIONS, 1999 Digest of INTERMAG 99, HB-05(199
9)には、この方式に従って磁気ヘッド−媒体間隙寸法を
制御した実験結果が示されている。

【０００９】例えば特開平９−８２０１４号公報には、
データゾーン上でのみ電圧を印加することが開示されて
いる。この方式によれば、ＣＳＳ動作時には磁気ヘッド
浮上量をより大きくして磁気ヘッドとバンプの衝突を回
避することができる。この方式によればさらに、データ
ゾーン上では磁気ヘッド浮上量を小さくして高密度記録
を達成することができる。

【００１０】また近年、磁気ヘッド浮上量の低下にした
がって、媒体の微小なうねりによる磁気ヘッド浮上量の
変動が無視できないものになっている。そこで、空気流
によるヘッド浮上作用に加えて、新たな磁気ヘッド浮上
量の制御を行って浮上量変動を抑制する必要がある。

【００１１】ヘッド浮上量の制御には、静電力を利用し
た方法が最適である。静電力を利用したヘッド高さ制御
方式は、このように、ハードディスク装置の記録密度向
上に伴う要求を満たし得る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のヘッド高さ制御方式ではいずれも、磁気ヘッド
−媒体間に電圧を印加している。したがって、磁気ヘッ
ドと媒体が導通可能であることが必須である。磁気ヘッ
ドと媒体を導通させることは、実施にあたっての大きな
制約となる。

【００１３】媒体の基板材料としてアルミニウム合金を
用いる場合、媒体の導電層は、基板、回転軸、ボールベ
アリング部を通じてアース電位に接続される。一方、磁
気ヘッドはアース電位に対して絶縁され、磁気ヘッド−
アース間には電圧印加用の電源が挿入される。この構成
において、ベアリング部のアース電位との導通が確実に
保たれれば、所望のヘッド高さ制御を実現することがで
きる。しかし、ベアリング部のボールは媒体回転時には
ふらついて間欠的に内輪または外輪に接触して導通が行
われるために、印加電圧にスパイクノイズが重畳され
る。

【００１４】このスパイクノイズの影響で安定したヘッ
ド高さ制御が困難になる。また、電圧印加用の回路が大
きなループを形成するために、ノイズの影響を受け易
く、ノイズ発生源にもなる。

【００１５】一方、近年、媒体の基板材料として絶縁材
料を用いることが行われている。例えばガラスやプラス
チックを基板に使用する場合には、媒体の磁気ヘッド直
近部分と回転軸の間を非磁性層からなる数十ｎｍ厚の薄
膜導電層により接続して上記導通を実現する。この薄膜
導電層による抵抗は、ヘッド高さ制御に無視できないほ
ど影響する。特にヘッド位置の高速制御に際しては、磁
気ヘッド−媒体間隙に形成されるキャパシタンスと上記
抵抗値の積で決定される時定数が大きくなり、この時定
数が高速応答を困難にする。

【００１６】そこで、本発明は上記の課題を解決するた
めになされたものであって、高記録密度とヘッド位置の
高速制御を可能とするハードディスク装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、回転駆動される磁気記録媒体
と、前記磁気記録媒体の回転面に対向して設けられ、第
１および第２の導電手段を前記回転面近傍に位置するよ
うに有する磁気ヘッドと、前記第１の導電手段と第２の
導電手段の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記印加した電圧に応じて前記第１および第２の導電手
段と前記磁気記録媒体の間に所定の電位差を生じさせ、
前記電位差に基づいて前記回転面と前記磁気ヘッドの間
隔を制御するようにしたハードディスク装置を提供す
る。

【００１８】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記電圧印加手段は、前記磁気記録媒体と前記磁気
ヘッドの間に形成されるキャパシタンスと直列接続され
るインダクタンスと、前記キャパシタンスと前記インダ
クタンスの共振周波数と略等しい周波数の交流電圧を発
生する交流発生手段と、前記交流電圧に所定レベルの直
流電圧を重畳する手段であって、前記交流電圧と前記キ
ャパシタンスに流れる電流の位相差を抑制するように前
記所定レベルを調整される直流重畳手段とを備えるハー
ドディスク装置を提供する。

【００１９】また、請求項３の発明は、請求項１におい
て、前記磁気記録媒体が有する記録情報にしたがった再
生信号をモニタするモニタ手段をさらに備え、前記電圧
印加手段は、前記再生信号を所定レベルとするように電
圧を可変して印加するハードディスク装置を提供する。

【００２０】

【作用】上記構成の本発明に係るハードディスク装置に
よれば、磁気ヘッドと磁気記録媒体を電気的に接続する
ことなく磁気記録媒体の回転面と磁気ヘッドの間隔を制
御することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
るハードディスク装置の各実施形態について詳細に説明
する。

【００２２】（第１実施形態）図１は本発明に係るハー
ドディスク装置の第１実施形態の要部構成図である。

【００２３】磁気ヘッド１０は磁気ディスク２０の表面
に対向して設けられる。磁気ディスク２０はその一部を
示されている。磁気ディスク２０は円盤状で中心部にベ
アリングで軸支される回転軸（図示せず）を有し、駆動
モータ（図示せず）により回転駆動される。ここでは、
磁気ディスク２０の回転面と略直交する断面構造が示さ
れている。磁気ヘッド１０は、回転にしたがって発生す
る空気流により回転面から浮上する。３０は電圧印加回
路を示す。

【００２４】磁気ヘッド１０は、スライダ１１と一対の
導電層１２，１３を有する。スライダ１１はＡｌ₂Ｏ₃−
ＴｉＣ製であり、スライダ１１の２本のレール面に静電
力発生のための金属膜としてＴｉ層をコーティングして
導電層１２，１３が形成される。導電層１２，１３は磁
気ディスク表面側に設けられ、互いに絶縁されている。
導電層１２，１３はカーボン保護層１４でコーティング
される。

【００２５】電圧印加回路３０は直流電源３１とスイッ
チ３２から構成される。スイッチ３２がオンされると、
導電層１２，１３間には直流電源３１が発生する直流電
圧が印加される。直流電源３１の発生電圧は数ボルトの
低電圧である。

【００２６】磁気ディスク２０は、アルミニウム合金か
らなる基板２９上にＮｉ−Ｐメッキ層２８を形成され、
Ｎｉ−Ｐメッキ層２８上にクロム下地層２７を形成さ
れ、クロム下地層２７上に磁性層２６を形成されてい
る。磁性層２６はコバルトを主成分とする。磁性層２６
はカーボン保護層２５でコーティングされ、磁気ディス
ク２０の表面となるカーボン保護層２５上には潤滑剤２
４が塗布される。

【００２７】アルミ基板を用いた磁気ディスク２０で
は、磁性層２６、クロム下地層２７、Ｎｉ−Ｐメッキ層
２８、および基板２９が一体となって導電作用を呈す
る。これら各要素からなる媒体側導電層は、磁気ヘッド
−ディスク間の浮上間隙とカーボン保護層１４，２５を
介して導電層１２，１３と対向する。

【００２８】なお、基板材料としてガラス、プラスチッ
ク等の絶縁性材料を使用した場合には、上記各要素のう
ち磁性層２６とクロム下地層２７で媒体側導電層が構成
される。この媒体側導電層は図示の媒体側導電層と比べ
て厚さ寸法がより小さいため、導電率もより低い。しか
し、図１の構成では電流が流れる部分はスライダ１１の
直下の微小部分であるため、低導電率はほとんど問題と
ならない。すなわち、絶縁性材料を基板材料として使用
した構成にも本発明を適用することができる。

【００２９】磁気ヘッド１０の例えば導電層１２と媒体
側導電層の間にはコンデンサが形成され、導電層１３と
媒体側導電層の間には別のコンデンサが形成される。す
なわち、媒体側導電層は両コンデンサによって導電層１
２，１３と容量結合される。この結合部分の等価回路
は、両コンデンサの直列接続として表される。

【００３０】磁気ディスク２０の内周側にはＣＳＳゾー
ン（図示せず）が設けられている。ＣＳＳゾーンにはテ
クスチャ加工が施され、当該加工により静摩擦を防ぐよ
うになっている。磁気ヘッド１０は、磁気ディスク２０
の停止時にはＣＳＳゾーン上で静止している。磁気ヘッ
ド１０は、磁気ディスク２０が回転を開始すると前述の
通りに浮上し、ＣＳＳゾーンに移動する。

【００３１】ＣＳＳゾーンに移動した時点でスイッチ３
２がオンされると、導電層１２，１３間には直流電源３
１が発生する直流電圧２Ｖが印加され、磁気ヘッド−デ
ィスク間に電位差Ｖが発生する。電位差Ｖとなるのは、
導電層１２と磁気ディスク２０間にコンデンサが存在
し、導電層１３と磁気ディスク２０間に別のコンデンサ
が存在するためである。この電位差にしたがって、磁気
ヘッド−ディスク間に静電力が発生して吸引力として働
く。この吸引力によって磁気ヘッド１０は所定量降下
し、浮上間隙の寸法は、この静電力に応じた距離となっ
て一定間隔が保たれる。

【００３２】静電力Ｆ〔Ｎ〕は、次式で表される。

【００３３】

【数１】

【００３４】（１）式において、εは浮上間隙における
誘電率〔Ｆ／ｍ〕を表す。Ｓは導電層１２（または導電
層１３）の面積〔ｍ²〕を表す。ｄは導電層１２（また
は導電層１３）と媒体側導電層との距離〔ｍ〕を表す。
Ｖは導電層１２（または導電層１３）と媒体側導電層の
間の電位差〔Ｖ〕を表す。

【００３５】（１）式において例えば ε＝８．８５４
×１０^-12、Ｓ＝０．１×１０^-6、Ｖ＝２、ｄ＝２０×
１０^-9とすると、静電力Ｆは０．８８５×１０^-3Ｎとな
り、これは０．９ｇＦに相当する。

【００３６】通常、磁気ヘッドの磁気ディスク方向の押
し付け圧力は２〔ｇＦ〕程度に設計される。したがっ
て、上記条件にしたがった静電力Ｆによって浮上間隙を
所望の寸法に制御することが可能である。

【００３７】（第２実施形態）図２は本発明に係るハー
ドディスク装置の第２実施形態の要部構成図である。図
２おいて、図１中のものと同一構成要素には同一符号を
付し、その説明を適宜省略する。

【００３８】電圧印加回路４０は、コイル４３と抵抗４
４と電源４５と電圧計４６と電源電圧制御装置４７から
構成される。電源４５は直流電源と交流電源を含む。直
流電源の発生電圧は数ボルトの低電圧であり、電源電圧
制御装置４７からの信号によって調整が可能である。交
流電源は周波数ｆの微小交流電圧を発生する。電源４５
は直流低電圧と微小交流電圧を重畳して出力する。電圧
計４６によって、抵抗４４の両端の電圧を測定すること
ができる。この測定値は抵抗４４に流れる電流に比例し
た値を示す。

【００３９】電圧計４６の測定値と電源４５の出力電源
電圧が電源電圧制御装置４７に入力される。電源電圧制
御装置４７によって抵抗４４に流れる電流と電源電圧の
位相差φを検出し、検出結果に応じて電源４５の直流低
電圧の値を調整する。

【００４０】導電層１２，１３と媒体側導電層で形成さ
れるコンデンサとコイル４３と抵抗４４で一種のＬＣＲ
回路が構成される。浮上間隙の寸法は、ＬＣＲ回路の共
振条件が満たされるように制御される。導電層１２（ま
たは導電層１３）と媒体側導電層の間に形成されるコン
デンサのキャパシタンスをＣ′とすると、導電層１２，
１３と媒体側導電層の間に形成されるコンデンサのキャ
パシタンスはＣ（＝Ｃ′／２）となる。電源４５からの
電源電圧をこのＬＣＲ回路に印加して浮上間隙を制御す
る。

【００４１】ＬＣＲ回路のインピーダンスＺは、微小交
流電圧の周波数をｆ、角周波数をω（＝２πｆ）とする
と次式で与えられる。

【００４２】

【数２】

【００４３】微小交流電圧とコンデンサに流れる電流の
位相差φ（＝電源電圧と抵抗４４に流れる電流の位相
差）は次式で与えられる。

【００４４】

【数３】

【００４５】上式において、次式を満足するように角周
波数ω（周波数ｆ）を設定してスライダ１１の浮上高さ
（浮上間隙の寸法）を制御する。このとき、φ＝０とな
ってＬＣＲ回路の共振状態が得られる。

【００４６】

【数４】

【００４７】導電層１２，１３と媒体側導電層間の制御
目標距離をｄ₀とすると、両導電層が距離ｄ₀をおいて位
置するときのキャパシタンスＣは次式で与えられる。

【００４８】

【数５】

【００４９】したがって、次式を満足するように角周波
数ω（周波数ｆ）を設定することにより、距離ｄ₀にお
いてＬＣＲ回路の共振状態が得られる。

【００５０】

【数６】

【００５１】また、電源電圧制御装置４７により直流低
電圧の値を調整することでスライダ１１と磁気ディスク
２０間の静電力を変化させ、位相差φが０になるように
制御する。

【００５２】本実施形態においても、磁気ディスク２０
が回転を開始して浮上しＣＳＳゾーンに移動した時点で
上記の制御を行うことで、磁気ヘッド１０の浮上高さを
所望通りに制御することができる。

【００５３】（第３実施形態）図３は本発明に係るハー
ドディスク装置の第３実施形態の要部構成図である。図
３において、図１中のものと同一構成要素には同一符号
を付し、その説明を適宜省略する。

【００５４】電圧印加回路５０は、直流電源５１と読み
取り信号出力測定用信号変換器５２と電源電圧制御装置
５７から構成される。直流電源５１は電源電圧制御装置
５７からの信号によって出力電圧が調整可能である。

【００５５】磁気ヘッド１０によって、磁気ディスク２
０の磁性層２６が有する磁気記録情報を読み取って再生
する。再生信号レベルは浮上高さが大きいほど小さい。
読み取り信号出力測定用信号変換器５２は、この再生信
号をモニタし、検波して平均化して出力する。

【００５６】電源電圧制御装置５７は、浮上高さに応じ
てレベルが変化する読み取り信号出力測定用信号変換器
５２の出力を入力する。電源電圧制御装置５７はさら
に、直流電源５１の出力電圧を調整する制御信号を出力
し、読み取り信号出力測定用信号変換器５２からの検波
出力を一定とするように制御する。これによって、磁気
ヘッド１０の浮上高さを一定に制御することができる。

【００５７】（実施形態のまとめ）以上説明した各実施
形態では、一対の導電層１２，１３間のみに電圧印加回
路３０，４０，５０によって電圧を印加しており、従来
のように磁気ディスクと磁気ヘッド間に電圧を印加する
必要がない。したがって磁気ヘッドと磁気ディスクを回
転軸を介して電気的に接続しないため、次に列記する効
果を奏することができる。

【００５８】回転軸のベアリング部のボールが磁気ディ
スク回転時にふらついてもスパイクノイズによってヘッ
ド高さ制御動作が不安定になることがない。

【００５９】電圧印加用の回路が大きなループを形成す
ることがないために、ノイズの影響を受けることがな
く、また、ノイズ発生源になることもない。

【００６０】磁気ディスクの基板材料に絶縁材料を用い
る場合でも、回路の時定数が大きくなって高速応答を妨
げることがない。

【００６１】したがって、磁気ヘッド位置の高速制御と
高記録密度を可能とすることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明に係るハードデ
ィスク装置によれば、磁気ヘッドと磁気記録媒体を電気
的に接続することなく磁気記録媒体の回転面と磁気ヘッ
ドの間隔を制御することができるので、磁気ヘッド位置
の高速制御と高記録密度を両立できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハードディスク装置の第１実施形
態の要部構成図である。

【図２】本発明に係るハードディスク装置の第２実施形
態の要部構成図である。

【図３】本発明に係るハードディスク装置の第３実施形
態の要部構成図である。

【符号の説明】

１０磁気ヘッド１１スライダ１２，１３導電層１４カーボン保護層２０磁気ディスク２４潤滑剤２５カーボン保護層２６磁性層２７クロム下地層２８Ｎｉ−Ｐメッキ層２９基板３０，４０，５０電圧印加回路３１，５１直流電源３２スイッチ４３コイル４４抵抗４５電源４６電圧計４７，５７電源電圧制御装置５２読み取り信号出力測定用信号変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の回転面に対向して設けられ、第１お
よび第２の導電手段を前記回転面近傍に位置するように
有する磁気ヘッドと、前記第１の導電手段と第２の導電手段の間に電圧を印加
する電圧印加手段とを備え、前記印加した電圧に応じて前記第１および第２の導電手
段と前記磁気記録媒体の間に所定の電位差を生じさせ、
前記電位差に基づいて前記回転面と前記磁気ヘッドの間
隔を制御するようにしたことを特徴とするハードディス
ク装置。
【請求項２】請求項１において、前記電圧印加手段は、前記磁気記録媒体と前記磁気ヘッドの間に形成されるキ
ャパシタンスと直列接続されるインダクタンスと、前記キャパシタンスと前記インダクタンスの共振周波数
と略等しい周波数の交流電圧を発生する交流発生手段
と、前記交流電圧に所定レベルの直流電圧を重畳する手段で
あって、前記交流電圧と前記キャパシタンスに流れる電
流の位相差を抑制するように前記所定レベルを調整され
る直流重畳手段とを備えることを特徴とするハードディ
スク装置。
【請求項３】請求項１において、前記磁気記録媒体が有する記録情報にしたがった再生信
号をモニタするモニタ手段をさらに備え、前記電圧印加手段は、前記再生信号を所定レベルとする
ように電圧を可変して印加することを特徴とするハード
ディスク装置。