JP2003308670A

JP2003308670A - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2003308670A
Application number: JP2002109867A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kurita; 昌幸栗田; Kinkoku Jo; 鈞国徐; Masaaki Matsumoto; 真明松本; Ryuji Tsuchiyama; 龍司土山; Mikio Tokuyama; 幹夫徳山; Yoichi Inoue; 陽一井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】記録再生素子又はスライダが磁気ディスクと
接触するときに記録再生素子又はスライダ又は磁気ディ
スクが受ける影響を少なくして記録再生素子又はスライ
ダと磁気ディスクとの接触を検知可能にする。【解決手段】スライダに圧電アクチュエータによる浮
上量制御手段を設ける。直流成分と交流成分とを含む印
加電圧を圧電アクチュエータに印加する。交流成分によ
ってアクチュエータ先端を微小振動させながら、直流成
分を徐々に増やすことによってアクチュエータ先端を磁
気ディスクに近づける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
の高記録密度化を実現するためのスライダ構造とその制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置は、回転する磁気ディ
スクと、記録再生素子を搭載しロードビームによって支
持および径方向位置決めされた磁気ヘッドスライダを有
し、スライダが相対的に磁気ディスク上を走行して磁気
ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。前記
スライダは空気潤滑軸受として空気のくさび膜効果によ
って浮上し、磁気ディスクとスライダが直接は固体接触
しないようになっている。磁気ディスク装置の高記録密
度化と、それによる装置の大容量化あるいは小型化を実
現するためには、スライダと磁気ディスクの距離、すな
わちスライダ浮上量を縮め、線記録密度を上げることが
有効である。

【０００３】従来から、スライダ浮上量の設計ではスラ
イダ加工ばらつきや使用環境気圧差などによる浮上量低
下を見込んだマージンを設けてきた。このマージンを廃
することができれば記録再生素子の浮上量を縮めること
ができる。そこで、スライダの一部として圧電体に代表
される微小アクチュエータを組み込み、記録再生素子を
動かして磁気ディスクとの距離を個別微調整する方式が
特開昭６２−２５０５７０号公報などによって提案され
た。同公報で提案されているような、微小アクチュエー
タによって記録再生素子の浮上量を制御する方式を一般
にアクティブヘッドスライダ方式と呼ぶ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】記録再生素子の浮上量
をある望みの値に調整するためには、実製品で、経時変
化に応じて、個別のスライダ記録再生素子の浮上量（絶
対値）がいかほどになっているかを検知する必要があ
る。実験室でスライダの浮上量を測定する手段、あるい
は浮上量の時間的な（相対的な）変化を測定する手段を
別とすると、実製品で、経時変化に応じて、スライダ浮
上量の絶対値を測定する手段はごく限られている。

【０００５】有力な方法としては、圧電体などのアクチ
ュエータによって浮上量を徐々に下げて行き、ディスク
との接触を検知するところ、いわゆるゼロ点を探すとい
う方法である。印加電圧とアクチュエータ変位の関係は
理論的、実験的にあらかじめ求めておくことができるの
で、接触点を検知できさえすれば、浮上量を望みの値に
調整することが可能になる。

【０００６】しかし、接触を伴う浮上量検知方法には、
接触時の摩耗によってスライダ保護膜が摩耗し、最悪の
場合記録再生素子が破壊される可能性があるという課題
がある。

【０００７】本発明の目的は、記録再生素子又はスライ
ダが磁気ディスクと接触するときに記録再生素子又はス
ライダ又は磁気ディスクが受ける影響を少なくして記録
再生素子又はスライダと磁気ディスクとの接触を検知可
能にすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクティブ
ヘッドスライダ制御方法は、アクチュエータへの印加電
圧を徐々に変化させ、それによってスライダの浮上量を
徐々に下げて行き、磁気ディスクとの接触を検知する。
このとき、アクチュエータへの印加電圧に交流成分を持
たせることにより、アクチュエータ先端を微小振動させ
る。微小振動の最下点のみでスライダ又は記録再生素子
が磁気ディスクと接触するので、接触の度合が軽微であ
り、スライダ保護膜がほとんど摩耗しない。また、接触
の度合が軽微であるので、接触に起因する激しいスライ
ダピッチ角振動が発生しない。更に、微小振動を利用す
ることにより、接触を検知する判定精度が高くなるとい
う利点がある。本発明は、記録再生素子を破壊しない、
現実的なアクティブヘッドスライダ制御方法を提供し、
浮上量ばらつきに対する設計マージンを廃止して極低浮
上を実現し、記録密度の向上に寄与することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例を、図
面に基づいて詳細に説明する。（装置全体）本発明の一実施例による磁気ディスク装置
の概略構成を図１に示す。スライダ１には、磁気情報を
記録再生する記録再生素子が搭載されている。磁気ディ
スク２は磁気情報が格納され、スピンドルモータによっ
て回転される。スライダ１は、板ばね状のロードビーム
３に取り付けられており、ロードビーム３によって、磁
気ディスク面への押し付け荷重を与えられ、ディスク径
方向に位置決めされる。スライダ１は、装置の停止時あ
るいは読み書き命令が一定時間無い時に、磁気ディスク
２上からランプ４上に待避する。スライダ１はロードビ
ーム３とともに、ボイスコイルモータによって磁気ディ
スク２の径方向にシーク動作し、磁気ディスク面全体で
記録再生を行う。（スライダ構造）図２に、本発明によるスライダの一実
施例の斜視図を示す。スライダ１は従来のスライダと同
じくアルミナとチタンカーバイドの焼結体を用いても良
いし、エッチングのより容易なシリコン単結晶を用いて
も良い。

【００１０】ロードビーム３の先端に、ロードビームの
一部であり、薄い金属でできたジンバル５が、半球状の
ディンプルによって回転自由に支持されている。スライ
ダ１は、前記ジンバルに接着されている。

【００１１】スライダ１の後部には、磁気ディスク上の
磁気情報を記録再生する記録再生素子１０が設けられて
いる。本実施例の記録再生素子１０は、インダクティブ
型の記録素子と、磁気抵抗（ＭＲ）効果を利用する再生
素子とに分離されている。この記録再生素子１０は、リ
ソグラフィープロセスにより形成されているが、他の形
式の記録再生素子を用いても本発明の効果は同様であ
る。

【００１２】スライダ１の、磁気ディスク２に相対する
面（浮上面）には、空気の流れを利用してスライダが磁
気ディスクに固体接触しないように浮上させる空気軸受
の浮上パッド１２が、反応性イオンエッチングあるいは
イオンミリング等によって設けられている。浮上面に
は、保護膜の役目をする薄い炭素膜が付与されている。（浮上量制御アクチュエータ）スライダ１の、浮上面と
逆側の面には、圧電素子１１が接着されており、圧電素
子１１は、中央部の１１ａおよび端部の１１ｂに切り分
けられている。

【００１３】圧電素子１１ａはスライダ本体材料と接着
されてユニモルフ型の圧電アクチュエータを形成してい
る。磁気ディスクと垂直な方向の変形が生じ易いよう、
スライダ本体に浮上面側からエッチング加工により凹部
を設けてもよい（設けなくてもよい）。電極１３ａ、１
３ｂ間に電圧を印加すると、圧電体は電界と直角な方向
に伸びる。母材の圧電体側の面では圧電体に引っ張られ
て伸びが生じるが、圧電体と反対側の面には特に力が働
かないため伸びは発生せず、結果的にアクチュエータ先
端は図下方に変位する。スライダ母材が単結晶珪素、圧
電素子がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、アクチュエ
ータ長さが０．５ｍｍ、母材厚さが０．２ｍｍ、ＰＺＴ
圧電素子の厚さが０．０８ｍｍとすると、５Ｖの電圧を
印加した時の先端変位は７ｎｍ程度で、記録再生素子１
０の浮上量調整に十分な変位量になる。

【００１４】圧電素子としては図示したようなバルクの
ＰＺＴに限らず、スパッタリングやゾルゲル等によって
形成された圧電薄膜を用いても同様の効果が得られる。（システム構成）図３に、本発明のシステム構成の一実
施例を示す。圧電素子１１ａには、直流電圧印加回路３
６によってアクチュエータの時間平均的な変位を制御す
る電圧が、また交流電圧印加回路３５によってアクチュ
エータの微小振動を制御する電圧が印加される。直流電
圧を段階的に変化させ、接触検知センサ２０が出力する
信号がアンプ３８によって増幅されて接触検知回路３９
に伝えられると、浮上量制御回路３７によってその時の
直流電圧が磁気ディスク２とスライダ１の接触を引き起
こす電圧であることが判断され、適正印加電圧はその時
の直流電圧よりも少し小さい値であると決定される。適
正印加電圧はメモリ４０に記憶される。適正印加電圧は
スライダの半径方向位置によって異なるので、半径方向
位置のパラメータとしてメモリ４０に記憶するのが望ま
しい。

【００１５】磁気ディスク１枚にヘッドスライダが２
個、あるいは磁気ディスク複数枚にヘッドスライダが２
個以上ある磁気ディスク装置の場合、複数のヘッドそれ
ぞれに適正印加電圧が存在するため、スライダ１、圧電
素子１１ａ、接触検知センサ２０は複数個存在し、それ
ぞれの制御回路の制御対象ヘッドを切り替える回路を別
途設ける。また、メモリ４０は複数領域分を確保する。

【００１６】アンプ３８、電圧印加回路３５、３６、浮
上量制御回路３７、接触検知回路３９、およびメモリ４
０については、各ヘッド毎に１つの集積回路（チップ）
にすべて収められ、サスペンション２４上に設けられて
いても良い。（具体的な接触検知手段）図３ないし図５
において、番号２０は「接触検知センサ」であり、一般
的にしか示していないが、その具体例は次のようにな
る。

【００１７】第一の方法は、いわゆるアコースティック
エミッション（ＡＥ）センサを、サスペンション２４、
あるいはサスペンション２４の根元のアームに貼りつけ
る方法である。ＡＥセンサは圧電体であり、応力が加え
られると電圧を発生する。そのため、磁気ディスク２と
スライダ１の接触に起因する振動・音響がＡＥセンサを
貼りつけた部分まで伝わると、センサは電気信号を発生
する。この電気信号をアンプ３８で増幅して接触検知回
路３９で接触を検知する。この場合のように、接触検知
センサ２０がサスペンション上にある場合のシステム構
成を図３に示した。

【００１８】第二の方法は、図２に示した圧電素子１１
ｂを、上記ＡＥセンサとして利用する方法である。図２
における圧電素子１１ｂがすなわち接触検知センサ２０
を構成する。圧電素子１１ｂの電極からアンプ３８を経
由して接触検知回路３９まで配線すれば、第一の方法と
同様に接触を検知することができる。この場合のよう
に、接触検知センサ２０がスライダ１上にある場合のシ
ステム構成を図４に示す。

【００１９】第三の方法は、アクチュエータである圧電
素子１１ａそのものを、上記ＡＥセンサとしても利用す
る方法である。アクチュエータの電極１３ａ、１３ｂ間
に印加する入力電圧をモニタしておき、磁気ディスクと
スライダの接触に起因する振動・音響が入力電圧にノイ
ズとして乗ってきたら接触していると判断する。

【００２０】第四の方法は、アクチュエータの電極１３
ａ、１３ｂ間に印加する入力電圧と、電極間に流れる電
流との位相の差をモニタしておき、位相差が当初の値か
らずれたら接触が起こっていると判定する方法である。
第三、第四の接触検知方法による場合のシステム構成は
特に図示していない。

【００２１】第五の方法は、リード素子２２から出力さ
れる磁気再生信号を用いて接触が起こっていることを判
定するものである。接触すると接触時の摩擦力により、
ディンプル回りの回転モーメントがスライダに作用し、
わずかであるがスライダが回転する。最近の磁気ディス
クではトラックピッチがごく小さいため、スライダのデ
ィンプル回りのわずかな回転によってもトラック位置信
号に変化が生じる。このトラック位置信号変化によって
接触が起こっていると判定する。すなわち、接触による
再生素子のオフトラックを検出して接触検知とする方法
である。

【００２２】第六の方法は、リード素子１１から出力さ
れる磁気再生信号を用いて接触が起こっていることを判
定する点では第五の方法と同様であるが、接触による温
度上昇により再生素子の磁気抵抗（ＭＲ）効果にノイズ
が発生する（これをサーマルアスペリティ／ＴＡと呼ん
でいる）ことを利用して接触が起こっていると判定する
方法である。第五、第六の接触検知方法による場合のシ
ステム構成を図５に示す。（制御フロー）図６に、図２に示した本発明の実施例に
おけるアクティブヘッドスライダの、具体的な制御フロ
ーを例示する。

【００２３】装置の電源が投入されると、磁気ディスク
２が回転を開始する。電源が切られていた間に、装置全
体が例えば低地から高地へと移動している可能性がある
ため、電源が投入される度にその環境（気圧、温度、湿
度）条件におけるアクチュエータ１１ａへの適正印加電
圧を見積もる必要がある。更に、径位置によって周速お
よびヨー角条件が異なるため、複数の径位置で適正印加
電圧を見積もる必要がある。そこでまず磁気ディスク２
の最内周位置（半径Ｒｉ）へ、スライダ１をロードビー
ム３ごと移動させ、適性印加電圧Viを見積もり、図３に
示したメモリ４０に記憶しておく。次いで磁気ディスク
の最外周位置（半径Ｒo）へ、スライダ１をロードビー
ム３ごと移動させ、適正印加電圧Voを見積もり、メモリ
４０に記憶しておく。ヘッドが複数の場合、この動作は
各ヘッド毎に行う必要がある。

【００２４】続いて読み書き命令を待ち、命令があれば
サーボ情報を読み取りつつ目的トラック位置（半径Ｒ）
へスライダ１とロードビーム３が移動する。アクチュエ
ータに、図中に示した計算式（線形補間式）によって計
算される適正印加電圧Ｖを印加して、記録再生素子１０
を、接触が起こらない最低浮上限度まで磁気ディスク２
に近づけ、データの記録再生を行う。

【００２５】なお、ここでは、最外周位置と最内周位置
の２箇所で適正印加電圧を見積もって、他の位置におけ
る適性印加電圧は線形補間する方法を記述したが、３箇
所あるいはそれ以上で見積って高次の補間を行えば、更
に精度よく低浮上化に貢献できる。

【００２６】気圧条件については航空機内での使用など
の特殊な場合を除き、当該システムを一回使う間はほぼ
一定であると考えられるが、温度条件は使用中に変化す
る可能性がある。そのため、一定時間（例えば１０分間
など）経過毎に、アクチュエータ１１ａへの適正印加電
圧ViおよびVoを再見積する。その場合浮上量制御回路３
７は、時間を計るタイマー機能を備えるものとする。ま
た、リード素子２２の抵抗値を用いて、使用中の温度を
モニタし、温度が変化した場合に適正印加電圧を再見積
する方法もある。適正印加電圧の見積タイミングを図９
に示す。

【００２７】なお、読み書き命令が一定時間無い場合、
スライダ１はロードビーム３ごと、ランプ４上へ移動し
て消費電力を節減する。（接触検知フローおよびタイミングチャート）図７およ
び図８に、図６に示した本発明の実施例における制御フ
ロー中の、必要印加電圧見積もり手法を示す。図８の上
半分は印加電圧の時間履歴、図８の下半分は記録再生素
子部浮上量の時間履歴を示す。

【００２８】圧電アクチュエータ１１ａの電極１３ａ、
１３ｂの間に印加する電圧は、直流成分Ｖdと交流成分V
cに分けて制御する。最初に直流成分Vdの値を、V1（例
えばアクチュエータを1nm動かす電圧）とする。続い
て、振幅a（例えばアクチュエータを0.2nm動かす電
圧）、角振動数ωの交流電圧を印加し、アクチュエータ
１１ａの先端を微小振動させる。振動周波数はkHzオー
ダ以上とする。前述したアコースティックエミッション
センサ、あるいは再生素子からの磁気出力信号の変化な
どによる方法で接触判定を行い、接触を検知しなけれ
ば、直流成分ＶdをδV（例えばアクチュエータを0.1nm
動かす電圧）だけ増加させる。磁気ディスク２のうねり
等を考慮すると、増加させる時間ステップの幅Tは、磁
気ディスクが１周する時間よりも長い必要がある。接触
を検知したら、微小振動の最下点で軽微な接触が開始し
ているので、直流成分VdをδVだけ減じ、減じた後のVd
を適正印加電圧としてメモリ４０に記憶する。

【００２９】一般に、磁気ディスクとスライダとの接触
面積が大きいほど摩擦力が大きくなり、接触摩擦に起因
する大きな（ピッチ方向の）振動が生じる。近年は浮上
量低減の要請から極めて平滑なスライダおよび磁気ディ
スクを使用しているため、真実接触面積が自然と大きく
なり、接触時の振動が特に激しい。摩擦振動と、それに
よる摩耗を防ぐには接触部の面積を小さくすることが有
効であることがわかっているが、本発明では空間的な接
触面積を小さくするかわりに、時間的な接触面積を小さ
くすることで、摩擦力と、摩耗を低減する狙いがある。
本発明の制御方法によれば、接触にともなう摩耗を防ぎ
ながら、実機での、In-Situな浮上量測定を実現するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータへの印
加電圧を直流成分と交流成分に分けて制御し、交流成分
によってアクチュエータ先端を微小振動させながら、直
流成分を徐々に増やすことによってアクチュエータ先端
を磁気ディスクに近づける方法と、微小振動の最下点に
おいて磁気ディスクとの接触が始まった時点でアコース
ティックエミッションセンサなどの接触検知手段によっ
て接触を判定し、その時の直流成分から、元の浮上量を
計算する方法によれば、振動の最下点のみでの軽微な接
触なので、接触部に摩耗や摩擦振動が生じない。これに
より、実製品で、経時変化に応じて、浮上量を測定する
現実的な方法を提供できる。アクティブヘッドスライダ
（浮上量制御スライダ）の現実的な浮上量測定方法およ
び制御手法が提供されれば、同スライダの製品への適用
が可能になる。それにより、加工ばらつきなどに対する
浮上マージンを廃し、低浮上化、磁気スペーシングの狭
小化、さらには磁気ディスク装置の高記録密度化を実現
することができる。また、ロード／アンロード時およ
び、落下による重力ゼロ状態を感知した時などに、素子
部を磁気ディスクから離して、磁気ディスクとの接触を
予防し、信頼性を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に関わる磁気ディスク装置
の概略構成図である。

【図２】図１中のスライダ部分の詳細を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の一実施例に関わる磁気ディスク装置
のスライダ浮上量制御システムの構成図である。

【図４】本発明の別の実施例に関わる磁気ディスク装
置のスライダ浮上量制御システムの構成図である。

【図５】本発明の別の実施例に関わる磁気ディスク装
置のスライダ浮上量制御システムの構成図である。

【図６】本発明の一実施例に関わる磁気ディスク装置
の電源投入から電源断までの制御方法を示すフロー図で
ある。

【図７】図６中の接触検知手段を示す詳細説明するフ
ロー図である。

【図８】図７の接触検知手段のタイミングチャート図
である。

【図９】本発明の一実施例に関わる磁気ディスク装置
の制御方法を示すタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１…スライダ、２…磁気ディスク、３…ロードビーム、
４…ランプ、５…ジンバル、１１ａ、１１ｂ…圧電素
子、１２…浮上パッド、１３…電極、２０…接触検知セ
ンサ、２１…スピンドルモータ、２２…リード素子、２
３…ライト素子、２４…サスペンション、２５…ボイス
コイルモータ、２６…回転制御回路、２７…位置決め回
路、２８…ライト回路、２９…ライトゲート、３０…ア
ンプ、３１…復調回路、３２…リードライト制御回路、
３３…ディスク装置コントロール回路、３４…ディスク
装置外、３５…交流電圧印加回路、３６…直流電圧印加
回路、３７…浮上量制御回路、３８…アンプ、３９…接
触検知回路、４０…メモリ、Ｖ…印加電圧、Ｖd…印加
電圧直流成分、Ｖc…印加電圧交流成分、V1…印加電圧
初期値、δＶ…印加電圧増加量、ａ…印加電圧交流成分
の振幅、Ｔ…電圧印加ステップ幅、Ｔ１…出荷前検査
時、Ｔ２…装置電源ＯＮ時、Ｔ３…一定時間経過タイミ
ング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本真明神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージ事業部内 (72)発明者土山龍司茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者徳山幹夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者井上陽一茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ディスクと、前記磁気ディスクの回転
機構と、浮上パッドによる空気軸受効果で前記磁気ディ
スク面から一定間隔で近接浮上するスライダと、前記ス
ライダに設けられた記録再生素子と、前記スライダを支
持し且つ前記磁気ディスク径方向に位置決めする機構
と、前記記録再生素子を含む前記スライダの一部分がス
ライダ本体に対して磁気ディスク面と垂直な方向に動く
ことのできる駆動機構と、を有する磁気ディスク装置に
おいて、前記スライダと前記磁気ディスクとの接触を検知する手
段と、前記駆動機構を用いて前記記録再生素子を磁気デ
ィスク面と垂直な方向に高周波で微小に振動させなが
ら、前記記録再生素子の平均的位置を磁気ディスク表面
に徐々に近づけてゆき、前記接触検知手段によって接触
を検知したら一定量引き戻す制御方法を備えたことを特
徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】前記駆動機構に駆動電圧を印加する電源回
路と、駆動電圧を制御するプロセッサと、前記接触検知
手段によって接触を検知した時の前記駆動機構への印加
電圧を記憶するメモリとを備えたことを特徴とする請求
項１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】前記接触検知手段が接触時の振動を圧電体
で検知するアコースティックエミッションセンサであ
り、前記アコースティックエミッションセンサは前記ス
ライダを支持および位置決めする機構上又は前記スライ
ダ上に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記
載の磁気ディスク装置。
【請求項４】前記接触検知手段が接触時の振動を圧電体
で検知するアコースティックエミッションセンサであ
り、前記アコースティックエミッションセンサは前記駆
動機構それ自身であることを特徴とする請求項１又は２
に記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】前記接触検知手段が、前記駆動機構への入
力電圧と前記駆動機構回路に流れる電流の位相差とを調
べ、位相差が当初の値からずれたら接触が起こっている
と判定することによって行うものであることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】前記接触検知手段が、前記記録再生素子か
ら出力される再生信号を用いて接触が起こっていること
を判定するものであることを特徴とする請求項１又は２
に記載の磁気ディスク装置。