JP2005116157A - ディスク表面の潤滑層厚のばらつきを低減したディスクドライブ - Google Patents

Abstract

【課題】ディスク表面の潤滑層の厚さの増減は、ヘッド組立体が不必要な動作を起こしやすいため好ましくない。
【解決手段】ディスク１２の表面に潤滑剤の層３６を有するディスクドライブ１０において、ディスクドライブ１０の作動中にω／ｆを変化させることによって、望ましくない潤滑層３６の厚さ増減が低減される。ここでωはディスク１２の角速度であり、ｆはヘッド１９を含むヘッド組立体２０の共振振動数である。こうすることで、潤滑層３６の厚さ増減の幅は減少し、ディスクドライブの性能は向上する。比率ω／ｆはディスク１２の角速度ωを変更することによって変化させるのが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明はディスクドライブに関し、より詳細には、ディスク表面と読取り／書込みヘッドとの間に潤滑剤の層を有するディスクドライブに関する。

標準的に磁気ディスクドライブは、ヘッドとディスクの間の摩擦および／または静摩擦など好ましくない相互作用を低減するために記録ディスクの表面に塗布された潤滑剤の薄い層を含む。標準的な潤滑層厚は約０．８ｎｍから約１．６ｎｍまでの範囲にあるが、この範囲が０．６ｎｍから２．０ｎｍまで及ぶこともある。一般に、潤滑層の原料はペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑剤である。ＰＦＰＥ潤滑剤は次の化学構造を有する共重合体である。

X−[(OCF₂CF₂)m−(OCF₂)n]−O−X
ここで、ｍ／ｎ＝２／３であり、Ｘはポリマーの末端基を表す。これらの末端基を選択することによって物質が変わると、膜の吸着作用、親和性、反応性などが変化する。ＰＦＰＥのＺ、ＺｄｏｌおよびＺｔｅｔｒａｏｌの一般的な末端基にはそれぞれ、Ｘ＝Ｆ、Ｘ＝ＣＦ_２ＣＨ_２ＯＨおよびＸ＝ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_２−ＯＨがある。これらのＰＦＰＥ潤滑剤には、さまざまな登録商標あるいは商号として公知なものもある（例えば、「Fomblin Z」系列およびMoresco社のＺｄｏｌから製造される「Ａ２０Ｈ」）。

面密度および記憶容量を増加させる方向へとディスクドライブ技術が発達するにつれ、ヘッドとディスクとの間の距離は概ね減少してきている。ヘッドとディスクの間のこの距離が減少する結果、ヘッドと潤滑層との間には好ましくない相互作用の発生可能性が高まることになり、これらは実際に近年報告されている（例えば、非特許文献１）。非特許文献１では、トラックに沿った潤滑剤の厚さの周期的増減の発生が報告されている。この増減幅は、トラック浮上時間が増加するにつれ徐々に増加する。ここで、トラック浮上時間とは、ディスク回転中に単一トラック上でヘッドが費やす時間のことである。報告されている増減は、ｖをヘッドに対するトラックの線速度、ｆをヘッドを含むヘッド組立体の力学的共振振動数とするｖ／ｆに対応する。ヘッド組立体の二つ以上の力学モードは、潤滑剤厚さ増減の一因となり得る。例えば、非特許文献１では、約４０〜５０ｋＨｚの振動数を有するロールモードと１９６ｋＨｚの振動数を有するピッチモードの両方が、同時に潤滑剤厚さ増減の一因となることが観察された。

Ma等のIEEE Transactions on Magnetics, 38(1) pp 112-117, Jan 2002

潤滑層のこのような厚さ増減は、ヘッド組立体が不必要な動作を起こしやすいため好ましくない。潤滑剤厚さ増減によって、ヘッド組立体の単数あるいは複数の力学的共振振動数で摂動が誘発され、このことによって共振増大に起因する摂動の影響が増長されやすくなるという事実により、この問題はさらに深刻になる。このヘッドの動きは、ディスクからのデータの読取りおよび／またはディスクへのデータの書込みの妨げとなるため望ましくない。

本発明の目的は、潤滑層のこのような厚さのばらつき幅を低減し、それによって関連のヘッドの動きを減らしてディスクドライブの性能を向上させることである。本発明のさらなる目的は、ヘッドとディスクとの間の物理的相互関係の低減（例えば、ヘッドとディスクとの間の距離を増加させること）に依存しない手法によって潤滑層のこのような厚さのばらつき幅を低減することである。

本発明が開示するのは、ディスクドライブの作動中にω／ｆを変化させることにより、望ましくない潤滑層の厚さ増減が低減される、ディスク表面に潤滑剤の層を有するディスクドライブである。ここで、ωはディスクの角速度であり、ｆはヘッドを含むヘッド組立体の共振振動数である。こうすることで、潤滑剤の厚さの増減振幅は減少し、ディスクドライブの性能が向上する。本発明の好適な実施例では、ω／ｆはディスクの角速度ωを定期的に変化させることで変化する。

本発明によれば、ディスクの潤滑層の厚さのばらつき幅を低減し、それによって関連のヘッドの動きを減らしてディスクドライブの性能を向上させることができる。

図１はディスクドライブ１０の平面図を概略示す。ディスクドライブ１０は、ディスク１２と、読取り／書込みヘッド１９（図３に示すが、図１では示さず）を有するスライダ１８と、ヘッド組立体２０とを含む。ディスク１２は軸１６の周りを回転し、その表面に磁気記録材料３８の層（図３に示す）を有する。磁気記録材料３８内には径方向に並んだ多数のトラックがあり、そのうちの一つを図１に１４として示す。ヘッド１９がトラック１４からデータを読み取り、および／またはトラック１４へデータを書き込むことができるように、スライダ１８はトラック１４の上に配置される。スライダ１８はヘッド組立体２０の一部である。ヘッド組立体２０は、ヘッド１９をディスクに対して径方向の所望する位置に（すなわち選択されたトラックの中央線上に）位置決めするための要素（図１では示さず）を含む。

図２は、図１のディスクドライブの側面図を概略示す。モータ２２が軸２８によりディスク１２に接続され、ディスク１２を回転させる。図２に線２６で示すように、制御回路２４がモータ２２に操作可能な状態で接続される。制御回路２４はモータ２２の速度を調節し、それによりディスク１２の角速度を調節する。

図３は、ヘッド１９の近傍にある図１のディスクドライブの側面図を概略示す。磁気記録材料３８上に潤滑層３６が重ねてある。標準的には、磁気記録材料３８と潤滑層３６との間に保護膜層がある（図示せず）。ディスク１２は、スライダ１８の下を図３に４０で示す方向に通過する。スライダ１８とディスク１２の間には空気軸受３２がある。空気軸受３２はスライダ１８に力３０を及ぼす。潤滑層３６はスライダ１８と相互に作用するので、このような相互作用によって、潤滑層３６の上面３４の波形が示すように、潤滑層３６の厚さが増減される。この相互作用はさまざまな物理的作用、例えば空気軸受３２の粘性に起因する剪断応力、空気軸受３２と空気軸受３２の両側にある空気との間の圧力差、および／またはスライダ１８と潤滑層３６との間のファンデルワールス力によって起こり得る。

図３に破線の矢印で概略示すように、ヘッド組立体２０は、ディスク１２に対して周期的に動くような振動数ｆで振動を開始すると仮定する。するとこの振動は、ｖ＝ωｒとし、ｖを角速度ωであるディスクの半径ｒにおけるトラックの線速度とするｖ／ｆに等しい周期で、潤滑層３６の厚さを増減しやすくなる。そしてこの増減は、ヘッド組立体２０を振動数ｆで摂動する。このように、スライダ１８と潤滑層３６との間の任意の相互作用によって、その相互作用の物理的性質に依存することなく、潤滑層３６の厚さ増減によりヘッド組立体２０の振動が増大するおそれを生じる。

ヘッド組立体２０の振動のこうした増大が実際に生じるには、二つの条件を満たす必要がある。第一の条件は同期条件Ｎω＝２πｆ（Ｎは正の整数）である。同期条件が満たされると、ヘッド組立体２０の振動の角振動数はディスク１２の角速度ωの整数倍となるので、ディスク１２上の潤滑層３６の増減はディスク１２の連続回転により積極的に増大する。同期条件が満たされなければ、続いて起こるディスク１２の回転が潤滑層３６の増減へ与える影響で弱め合い干渉が起こるが、通常はこのような弱め合い干渉の本質的な影響は無視できる程度である。

ヘッド組立体２０の振動を増大させるために満たすべき第二の条件は、振動のための駆動力（すなわちスライダ１８と潤滑層３６との間の物理的相互作用）がスライダ１８と潤滑層３６とに作用する散逸力に勝っていなければならないことである。このような散逸力には、ヘッド組立体２０の振動幅を低減しやすいヘッド組立体２０の機械損失、および、潤滑層３６の上面３４の表面張力により生じ、この層の厚さのばらつきを除去しやすい拡散を含む。

駆動力と散逸作用との間のバランスは、潤滑層３６の厚さの摂動が、本来は摂動の振動数に依存するヘッド組立体２０といかに効率的に連動しているかにも依存する。ヘッド組立体２０の力学的共振振動数での、あるいはこれに近い振動数での摂動はヘッド組立体２０と効率的に連動しているが、ヘッド組立体２０の任意の力学的共振振動数から遠く離れた振動数での摂動は、ヘッド組立体２０に非効率的に連動している。ディスクドライブの作動中、空気軸受３２はスライダ１８のばねとして作用し、その結果、空気軸受は、スライダがディスク１２から名目上の距離まで戻りやすい復原力をスライダ１８に与える。この名目上の距離は、ヘッド組立体２０の剛性と図３に示す静的空気軸受力３０とのバランスによって決定される。空気軸受３２はばねとして作用するため、この空気軸受は関連のばね定数ｋを有し、第一近似ではヘッド組立体２０の共振振動数はｓｑｒｔ（ｋ／ｍ）（ｍはスライダ１８の質量）である。

ヘッド組立体２０の標準的な力学的共振振動数はおよそ４０〜２００ｋＨｚであり、対応する角振動数はディスクの角速度よりはるかに大きい。したがって、ｆｒがヘッド組立体２０の力学的共振振動数であるとすると、同期条件を満たし、かつｆｒに近い振動数ｆ’が存在する。本発明者らは、Ｎ＝［２πｆｒ／ω］＝２πｆ’／ω（［ｘ］はｘに最も近い整数）を得ている。ｆｒ＞＞ωであるがゆえに、｜ｆ’−ｆｒ｜＜＜ｆｒである。したがって、駆動力が散逸力に勝れば、単数あるいは複数の振動数ｆ’における潤滑層３６の厚さ増減が予想され、それは上記で参照した非特許文献１の報告に一致する。

潤滑層３６の厚さ増減は望ましくないため、本発明は、潤滑層３６の厚さのばらつきを減少させるさまざまな手法を提供している。ディスクドライブ技術の発達に伴い、スライダ１８と潤滑層３６の間の距離が減少しがちになり、それにより潤滑層３６の厚さのばらつきに対する駆動力が増大すると予想される。したがって、本発明者らはここで、ヘッド組立体２０と潤滑層３６の間の物理的相互作用の減少に依存しない、潤滑層３６の厚さのばらつきを低減する手法を主として取り上げる。

上記の考察に基づき、本発明者らは、ディスクドライブの作動中に、ωをディスクドライブの角速度、ｆをヘッド組立体２０の力学的共振振動数とするω／ｆを変化させることにより、潤滑層３６の厚さのばらつきを効果的に低減することが可能であることを発見した。

ディスクドライブの作動中にω／ｆを変化させるための好適な手法とは、ディスクの角速度ωをω変更手段を用いて変更することである。ωを変更することはｆを変化させるよりも容易であり、ωを変更することによって、ヘッド組立体２０の力学的共振振動数すべてに対応する潤滑層３６の厚さのばらつきは適宜、同時に低減される。ディスクドライブの作動中にω／ｆを変化させるための別の、そして好適でない手法とは、ｆを変化させることである。

参照としてそのまま本明細書に組み込まれる米国特許第６２６２５４５号明細書に詳しく論じられているように、 標準的なディスクドライブモータは通常１分あたりの回転数（ＲＰＭ）で表される速度で作動し、この速度はモータに印加される電圧や電流によって変化する。したがって、公知の設計技術を用いて、可変速度でディスクドライブモータ２２を駆動するための制御回路２４を設計することが、当業者ならば可能であろう。同様に、周期的に変化するＲＰＭ、例えば正弦波、方形波、鋸波、あるいはその他の周期的な波形の種類の手段を、当該技術分野で公知の技術を用いて制御回路２４に実装することも可能である。このように、制御回路２４はωを変更するのに適した手段である。

周期的に変化するＲＰＭの波形は、本発明によれば潤滑剤波打ちを低減するために変化させることが可能なパラメータをいくつか有する。これらのパラメータには、波形の種類（例えば、正弦波、方形波、三角波など）、周期的ＲＰＭ変化の振動数（すなわちディザ振動数）、および周期的ＲＰＭ変化の振幅（すなわちディザ振幅）を含む。

潤滑剤波打ちの抑制に対するこれらＲＰＭ波形パラメータの影響を調査した。ディザ振動数、および波形の種類（例えば、正弦波または三角波が使用されたかどうか）は、波打ちの増加率にほとんど影響しない。

しかし、ディザ振幅は波打ちの増加率に大きく影響する。一例（振動数０．５Ｈｚ、Ａ２０Ｈ潤滑剤を用いた、浮上量６ｎｍ、平均角速度１０，０００ＲＰＭでディザする三角波）において、ゼロピークディザ振幅１００ＲＰＭは潤滑剤波打ちを実質的に除去する。ここで、浮上量とはスライダ１８とディスク１２との間の距離である。この例において、ゼロとピーク間ディザ振幅２５ＲＰＭおよび５０ＲＰＭは、潤滑剤波打ちの増加率を著しく低減するが、ゼロとピーク間ディザ振幅１０ＲＰＭ以下では波打ちの増加率には著しく影響しない。

波打ちを実質的に除去する上で必要な最小ディザ振幅は、ヘッド組立体２０の減衰率に関係すると考えられる。より具体的には、波打ちを実質的に除去する上で必要なディザ振幅（ゼロとピーク間）は、ヘッド組立体２０の減衰率とディスク１２の平均ＲＰＭを掛けたものよりも大きくなければならない。あるいは、ピーク間振幅の変動がヘッド組立体２０の減衰率とディスク１２の平均ＲＰＭを掛けたものの約２倍よりも大きくなければならない。

ディスクドライブのＲＰＭをディザすることで、その多くの性能面に作用することが可能であるため、低減される潤滑剤の波打ちとその他のディスクドライブ設計制限のバランスを保つディザ振幅を選択するのが好ましい。

ディスクドライブの概略を示す平面図である。 ディスクドライブの概略を示す側面図である。 ディスクトラック上に配置されたディスクドライブヘッドの概略を示す側面図である。

符号の説明

１０…ディスクドライブ、
１２…ディスク、
１４…トラック、
１６，２８…軸、
１８…スライダ、
１９…読取り／書込みヘッド、
２０…ヘッド組立体、
２２…モータ、
２４…制御回路、
３０…静的空気軸受力、
３２…空気軸受、
３４…潤滑層の上面
３６…潤滑層
３８…磁気記録材料。

Claims (12)

1. ディスク表面に潤滑剤の層を有する磁気記録ディスクと、
   前記磁気記録ディスクの近傍に配置された読取り／書込みヘッドを有するヘッド組立体と、
   前記ディスクを角速度ωで回転させるモータと、
   ディスクドライブの作動中にωを変化させ、それにより前記潤滑剤の層の厚さのばらつきを低減させる手段と、
   を有することを特徴とするディスクドライブ。
2. 前記ヘッド組立体が減衰率を有するとともに前記ディスクが平均角速度を有し、前記変化するωのピーク間振幅が前記減衰率と前記平均角速度の積の約２倍よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のディスクドライブ。
3. 前記角速度ωが周期的に変化することを特徴とする請求項１記載のディスクドライブ。
4. 前記角速度ωが、正弦波、方形波、三角波からなる群から選択された１つの波形に従って周期的に変化することを特徴とする請求項３記載のディスクドライブ。
5. 前記ωを変化させる手段が、前記モータを可変速度で駆動するための制御回路を有することを特徴とする請求項１記載のディスクドライブ。
6. 前記角速度ωが周期的に変化することを特徴とする請求項５記載のディスクドライブ。
7. ディスク表面に潤滑層を有する磁気記録ディスクを提供し、
   読取り／書込みヘッドを有するヘッド組立体を前記ディスクの近傍に提供し、
   前記ディスクを角速度ωで回転させ、
   ディスクドライブの作動中にωを変化させ、それにより前記潤滑剤の層の厚さのばらつきを低減させることを特徴とするディスクドライブ作動方法。
8. 前記ヘッド組立体が減衰率を有するとともに前記ディスクが平均角速度を有し、前記変化するωのピーク間振幅が前記減衰率と前記平均角速度の積の約２倍よりも大きいことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記角速度ωが周期的に変化することを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 前記角速度ωが、正弦波、方形波および三角波からなる群から選択された１つの波形に従って周期的に変化することを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記角速度ωの前記変更が、前記ディスクに接続されたモータを可変速度で駆動することを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
12. 前記角速度ωが周期的に変化することを特徴とする請求項１１記載の方法。
    

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