JP2006202391A - 磁気ディスク装置及びフライング・ハイトの測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する。
【解決手段】 記録ヘッド１１と磁気ディスク２７とからなる磁気回路は、記録ヘッドのフライング・ハイトが変動すると磁気抵抗が変化する。データ記録時に記録ヘッドに流す記録電流を利用して測定した記録回路のインピーダンスの変化はデータ記録中の記録ヘッドのフライング・ハイトの変化を表す。測定したフライング・ハイトは、磁気ディスク装置において記録動作の安定化に利用することができる。垂直磁気記録方式の磁気ディスク装置では、インピーダンスの変化が大きいので特に有効である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置における記録ヘッドの浮上量（以下、フライング・ハイトという。）を測定する技術に関し、さらには、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定して安定した記録動作を行う技術に関する。

磁気ディスク装置では、記憶媒体としての磁気ディスク上を磁気ヘッドが浮上して磁気ディスクの所定の位置にデータの記録および再生を行う。磁気ヘッドはスライダに埋め込まれており磁気ヘッドとスライダでヘッド／スライダを構成する。ヘッド／スライダは、サスペンション・アセンブリに取り付けられてアクチュエータにより磁気ディスク上において半径方向の所定の位置に位置づけられる。

近年の磁気ヘッドは、再生素子を構成するＭＲヘッドまたはＧＭＲヘッドと、記録ヘッドを構成する誘導型ヘッドとが分離した構造で同一のスライダに埋め込まれている。ヘッド／スライダは磁気ディスクに対向する面である空気軸受面（以下、ＡＢＳという。）が回転運動する磁気ディスクの表面に生じた空気流から浮力を受けて磁気ディスク上に浮上する。このときのヘッド／スライダと磁気ディスク表面または記録層表面との物理的な間隔をフライング・ハイトという。

近年、磁気ディスクの記録密度を向上するためにヘッド／スライダの低浮上化が図られており、フライング・ハイトの監視または制御が重要になってきている。フライング・ハイトは、ヘッド／スライダのＡＢＳの形状、ヘッド／スライダを支持するサスペンション・アセンブリの機械的構造、および回転する磁気ディスク表面の平坦度などに依存するため一定にはならない。しかし、フライング・ハイトが低くなり過ぎると、ＡＢＳが磁気ディスク上の塵埃に衝突して浮上姿勢が不安定になったり磁気ディスクと磁気ヘッドが衝突したりする。また、フライング・ハイトが高くなり過ぎると磁気ヘッドと記録層との磁気的結合度が弱まり記録または再生の能力が低下する。

フライング・ハイトは、磁気ディスク装置が出荷されたあとのサスペンション機構の経年変化および温度や気圧などの使用環境条件でも変動する。しかし、出荷されたあとの磁気ディスク装置において特別な装置を用意してフライング・ハイトを測定することは困難であるが、特許文献１には再生ヘッドが磁気ディスクから再生した信号を処理してフライング・ハイトの変動を測定する技術が記載されている。特許文献２は、記録電流により記録ヘッドに発生する熱膨張でフライング・ハイトが変動することに対処するために、記録電流を制御する技術を開示する。特許文献３は、薄膜磁気ヘッド素子の周囲に埋め込んだ抵抗体に通電して発熱させて磁極先端部の熱膨張による突出量を制御する技術を開示する。

特開２０００−１９５２１１号公報 特開２００４−２８１０１２号公報 特開平５−２０６３５号公報

特許文献１に記載する方法以外にも、磁気ディスクに記録されたデータの再生信号の周波数成分がフライング・ハイトに応じて変化することに着目して再生ヘッドのフライング・ハイトを測定する技術も存在する。しかし、記録ヘッドと再生ヘッドは同一スライダに形成されていても相互間には所定の間隔が設けられている。このため、再生ヘッドが磁気ディスク上の所定の位置に位置づけられたときの記録ヘッドと再生ヘッドの磁気ディスク半径方向の間隔は、いわゆるヨー角の影響を受けて数トラックないし数十トラック程度離れる場合がある。

したがって、再生信号を分析して測定したフライング・ハイトは、再生ヘッドのフライング・ハイトに基づいた値に相当することになるが、記録ヘッドのフライング・ハイトに直接関連しているとはいえない。また、磁気ディスクにユーザ・データを記録しているときの記録ヘッドのフライング・ハイトを再生ヘッドのフライング・ハイトから推定しようとしても、記録ヘッドが磁気ディスク上の記録位置に位置づけられているときに再生ヘッドはサーボ・トラックの中心または測定用パターンの中心に位置づけられているとは限らないため、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する目的で再生信号を分析しても再生ヘッドのフライング・ハイトを測定できない場合がある。

また、再生ヘッドによりフライング・ハイトを測定する際にサーボ・データを利用する場合には、サーボ・データは磁気ディスクの円周方向に離散的に配置されたサーボ・トラックに書き込まれているため、再生ヘッドがサーボ・トラック間を浮上しているときはフライング・ハイトの測定ができない。さらに、記録ヘッドのフライング・ハイトには、サーマル・プロトリュージョン、あるいは記録ヘッドの熱膨張というヘッド／スライダの浮上量とは独立した要素が関連していることもあるため、記録ヘッドのフライング・ハイトを正確に測定できることが望まれている。記録ヘッドのフライング・ハイトを正確に測定できれば、フライング・ハイトが不安定になったときには記録動作を停止したり、フライング・ハイトを制御したりしてデータ記録の信頼性を向上することができるようになる。

そこで本発明の目的は、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、記録ヘッドと配線からなる記録回路のインピーダンスを利用して記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法を提供することにある。本発明の目的は、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定することによる信頼性の高い記録方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実行する磁気ディスク装置を提供することにある。

本発明の原理は、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定するために、記録ヘッドと配線からなる記録回路に電流を流してインピーダンスを測定する点にある。記録回路のインピーダンスはフライング・ハイトの変動により変化するため、記録回路に流れる電流もフライング・ハイトの変動により変化する。この特性を利用して記録回路に流れる電流の値に基づいて求めた記録回路のインピーダンスから、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定することができる。

本明細書において、フライング・ハイトとは、記録ヘッドや再生ヘッドなどのヘッド／スライダのＡＢＳの所定の場所と、保護膜表面や磁性層表面などの磁気ディスク上の所定の場所との物理的な距離をいう。また、フライング・ハイトとは、物理的な距離としてのフライング・ハイトを意味するだけでなく、フライング・ハイトが特定の基準値に対する割合として示される場合や、インピーダンスなどのフライング・ハイトに関連する代用特性の値として示される場合などのように何らかの形でフライング・ハイトを代表している代表値をも意味している。

本発明の第１の態様は、磁気ディスク装置において記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法であって、前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し前記磁気ディスクにデータを記録するステップと、前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップとを有する測定方法を提供する。

第１の態様ではフライング・ハイトの測定に、記録回路に流れる電流から求めた記録回路のインピーダンスの値を利用しているため、測定されたフライング・ハイトは記録ヘッドのフライング・ハイトまたは記録ヘッドに直接関連したフライング・ハイトとなる。また、記録回路に流す電流を測定用の試験電流ではなくユーザ・データの記録のための記録電流にすれば、ユーザ・データを記録しながら記録ヘッドのフライング・ハイトを測定することができる。磁気ディスク装置が垂直磁気記録方式を採用している場合には、面内磁気記録方式に比べてフライング・ハイトの変動に対する記録回路のインピーダンスの変動の割合が大きくなるため、測定精度を向上することができる。

本発明の第２の態様は、記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと垂直記録層を含む磁気ディスクを有する磁気ディスク装置においてユーザ・データを記録する方法であって、前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し前記磁気ディスクに対するユーザ・データの記録動作を開始するステップと、前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップと、前記フライング・ハイトに基づいて前記記録動作を停止するステップとを有する記録方法を提供する。

フライング・ハイトが異常になった場合には、記録動作を停止することにより、誤った位置にデータを記録したり不完全な記録を行ったりすることを防ぐことができる。また、フライング・ハイトが正常に戻ったときに記録動作を再開すれば、ヘッド／スライダが磁気ディスク上の塵埃に衝突してフライング・ハイトが一時的に異常になった場合にデータ記録の継続性を維持することができる。

本発明の第３の態様は、記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと垂直記録層を含む磁気ディスクを有する磁気ディスク装置においてユーザ・データを記録する方法であって、前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し前記磁気ディスクに対するユーザ・データの記録動作を開始するステップと、前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップと、前記フライング・ハイトに基づいて前記記録ヘッドのフライング・ハイトを調整するステップとを有する記録方法を提供する。

本発明の第４の態様は、磁気ディスクと、前記磁気ディスクにデータを記録する記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと、前記記録ヘッドに接続された配線と、前記記録ヘッドに供給する記録電流を生成するヘッド・ドライバと、前記ヘッド・ドライバと前記配線に接続され、前記配線に流れる記録電流から前記配線と前記記録ヘッドで構成される記録回路のインピーダンスを測定し、前記記録ヘッドのフライング・ハイトを出力するフライング・ハイト測定回路とを備える磁気ディスク装置を提供する。

本発明により、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法を提供することができた。本発明により、記録ヘッドと配線からなる記録回路のインピーダンスを利用して記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法を提供することができた。本発明により、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定することによる信頼性の高い記録方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実行する磁気ディスク装置を提供することができた。

［フライング・ハイトの測定原理］
図１は、垂直磁気記録方式の磁気ディスクと磁気ヘッドを模式的に示した側面図である。磁気ヘッドは、記録ヘッド１１と再生ヘッド１２が分離している複合型ヘッドとして図示しないスライダに形成されている。記録ヘッド１１は、透磁率の高い磁性薄膜からなる主磁極１３、補助磁極１５、および薄膜コイル１７で構成されている。再生ヘッド１２は、補助磁極１５と兼用の上部シールド、下部シールド１９、およびその間に配置されたＧＭＲ再生素子２１で構成されている。記録ヘッド１１の主磁極１３と補助磁極１５のライト・ギャップ２４は、面内磁気記録用のリング型記録ヘッドに比べて広くなっている。

垂直磁気記録用の磁気ディスク２７は、ガラスやアルミニウムなどの基板（図示せず。）の上に高透磁率の軟磁性層３１とＣｏＣｒＰｔなどの垂直記録層２９が積層され、垂直記録層２９の上には保護層や潤滑層（ともに図示せず。）が形成される。別に配置されたヘッド・アンプから、記録ヘッド１１のコイル１７に記録電流が供給されると、主磁極１３と補助磁極１５の内部では、有効磁束２２と漏洩磁束２５が合成された合成磁束２３が流れる。主磁極の端部からでた有効磁束２２は、ギャップ２６、垂直記録層２９、軟磁性層３１、垂直記録層２９、ギャップ２８を通過して補助磁極１５の端部に戻り、漏洩磁束２５は、主磁極の端部と補助磁極の端部との間を流れる。有効磁束２２は垂直記録層２９に対する磁気記録に寄与するが、漏洩磁束２５は磁気記録に寄与しない。

ギャップ２６、２８は、記録ヘッドのフライング・ハイトに相当する。垂直記録層２９は、磁気ディスクの表面に垂直な方向に磁化しやすい垂直異方性磁性層になっている。主磁極１３の端部からギャップ２６にでた有効磁束２２は軟磁性層３１を通過しやすいために垂直記録層２９を垂直方向に通過して垂直記録層２９を垂直方向に磁化する。記録ヘッド１１のフライング・ハイトが変動するとギャップ２６、２８の間隔が変動する。ギャップ２６、２８が大きくなると、有効磁束２２が通過する磁気回路の磁気抵抗が大きくなるために有効磁束２２は減少し、ギャップ２６、２８が小さくなると磁気回路の磁気抵抗が小さくなって有効磁束２２は増加する。ギャップ２６、２８が変動しても漏洩磁束２５の変化は少ない。

したがって、記録ヘッド１１のフライング・ハイトの変動は、記録ヘッド１１の磁気回路に流れる磁束の変動として現れ、コイル１７の自己インダクタンスの変動または記録回路のインピーダンスの変動として電気的に検出できる。本発明において、シミュレーションの結果自己インダクタンスの変動量はフライング・ハイトの上限と下限で１０％程度あることがわかり、実用的にフライング・ハイトの検出に利用できることが確認できている。

図２は、ヘッド・アンプから配線経路を経由して記録ヘッド１１のコイル１７に至るまでの記録回路の電気的な等価回路４０である。等価回路４０は、複数のインピーダンス素子で構成されている。インピーダンス素子の表示に使用されているｓは、ラプラス演算子でｓ＝ｊω＝ｊ２πｆ（ｊは虚数単位でｆは回路に流れる電流の周波数）に等しい。Ｌ_１とＲ_１は、ヘッド・アンプから記録ヘッドのコイルまでの配線経路のインダクタンスと抵抗である。Ｃは記録ヘッドと配線経路を含めたキャパシタンスである。ＬとＲ_２は記録ヘッド１１の自己インダクタンスと抵抗である。図２の等価回路についてヘッド・アンプの出力端子で測定した記録ヘッド１１への印加電圧をＶとし、記録電流をＩとすれば、ヘッド・アンプからみた記録ヘッド１１側のインピーダンスＺはＶ＝ＺＩの関係より、式１のとおりとなる。

等価回路４０のインピーダンスＺの構成要素のなかで、Ｌ_１、Ｒ_１、Ｃは製造後の変化が少ない。また、記録ヘッド１１のコイル抵抗Ｒの値は、コイルの温度により変化するので記録電流や磁気ディスク装置の使用環境温度の影響を受けて変動し、自己インダクタンスＬは、記録ヘッド１１のフライング・ハイトの影響を受けて変動する。したがって、レーザ光線を利用するなどの周知の方法で実測した記録ヘッド１１のフライング・ハイトとそのときの記録電流Ｉ、使用環境温度および等価回路のインピーダンスＺの相互関係を記録したパラメータ・テーブルを作成しておき、記録ヘッドでデータの書き込みをしている間のインピーダンスＺをダイナミックに測定してパラメータ・テーブルを参照することにより、ユーザ・データまたは試験データの記録時における記録ヘッドのフライング・ハイトを求めることができる。

図３を参照してスペクトル法により記録電流に基づいて記録回路４１のインピーダンスを求め、フライング・ハイトを測定する方法を説明する。ヘッド・アンプ５０は磁気ディスク装置の構成要素であり、ヘッド・ドライバ５１、スペクトル電圧生成部５３、演算部５５、およびパラメータ・テーブル５７を含んでいる。記録回路４１は、ヘッド・アンプ５０から記録ヘッド１１までの配線経路と記録ヘッド１１のインピーダンスで構成され、図２の等価回路４０で表すことができる。スペクトル電圧生成部５３、演算部５５、およびパラメータ・テーブル５７はフライング・ハイト測定回路を構成する。

ヘッド・ドライバ５１は、磁気ディスク装置のリード・ライト・チャネル(以下、Ｒ／Ｗチャネルという。)で変調されたデータ信号を端子５２を経由して受け取り、記録回路４１の記録ヘッド１１に供給するための記録電流を生成する。記録電流は矩形波を基本とした波形で表され、たとえば１００ＭＨｚ程度の基本周波数に対して１ＧＨｚ程度までの高調波を含んでいる。スペクトル電圧生成部５３は、記録ヘッド１１に記録電流が供給されたときに記録回路４１の入力端子５６に表れる電圧の周波数スペクトルを生成する。記録電流はさまざまな周波数の電流成分を含んでおり、これが記録回路４１に供給されたときに記録回路４１の入力端子５６に表れる電圧は、さまざまな周波数の電圧成分を含むことになる。図４は、記録回路４１の入力端子５６に表れる電圧の周波数スペクトルを示す図である。図４にはライン６１に従ってスペクトル電圧が、基本周波数ｆ１に対する電圧Ｖ１と、ｆ１に対して整数倍の周波数ｆ２〜ｆ６に対するスペクトル電圧Ｖ２〜Ｖ６として示されている。

記録電流に含まれる高調波成分の振幅は周波数が高いほど小さくなるので、スペクトル電圧は周波数が高いほど小さくなる傾向を示す。また式１とＶ＝ＺＩの関係より、図１に示した記録ヘッド１１のフライング・ハイトが高くなると記録ヘッド１１の自己インダクタンスＬが小さくなって、スペクトル電圧の高調波部分の振幅がライン６５のように小さくなり、フライング・ハイトが低くなると自己インダクタンスＬが大きくなってスペクトル電圧の高調波部分の振幅が大きくなる傾向を示す。基本周波数またはこれに近い比較的低い周波数の電圧スペクトルの振幅は、フライング・ハイトが変動しても変化が少なくフライング・ハイトに対する感度が低い。フライング・ハイトの変動に対するスペクトル電圧の変化の大きさをＦＨ感度ということにする。

ここで、記録ヘッドの自己インダクタンスＬの変化の影響を受けて高調波部分のスペクトル電圧の振幅が変化する割合はスペクトル電圧Ｖ２〜Ｖ６ですべて一定ではなく、特定の周波数のスペクトル電圧が高いＦＨ感度を示す。各スペクトル電圧のＦＨ感度は、記録回路４１のインピーダンス構成により変化するので、あらかじめ試験工程で調べておくものとする。ここではＦＨ感度の高いスペクトル電圧の中から選定した特定の周波数成分のスペクトル電圧を検出スペクトル電圧Ｖｘといい、ＦＨ感度の低いスペクトル電圧を参照スペクトル電圧Ｖｂということにする。

スペクトル電圧生成部５３は、コム・フィルタ（櫛形フィルタ）や狭帯域のバンド・パス・フィルタで構成することができる。スペクトル電圧生成部５３は、参照スペクトル電圧Ｖｂと最低一つの検出スペクトル電圧Ｖｘを生成する。コム・フィルタを使用すると、ディレー・タイムの設定により簡単に参照スペクトル電圧Ｖｂおよび検出スペクトル電圧Ｖｘを生成することができる。スペクトル電圧生成部５３は、アナログ回路で構成してもディジタル回路で構成してもよいが、アナログ回路のほうが動作速度を速くすることができる。

演算部５５は、スペクトル電圧生成部５３から受け取った参照スペクトル電圧Ｖｂと検出スペクトル電圧ＶｘからＶｘ／Ｖｂを計算してパラメータ・テーブル５７を参照する。パラメータ・テーブル５７には、工場の試験工程であらかじめ獲得しておいたＶｘ／Ｖｂと記録ヘッド１１のフライング・ハイトとの関係を示すフライング・ハイトのデータが格納されている。パラメータ・テーブル５７は磁気ディスク装置が複数の記録ヘッドを備えている場合は、記録ヘッドごとにフライング・ハイトのデータを格納する。

演算部５５は計算して得たＶｘ／Ｖｂの値からパラメータ・テーブル５７を参照して、フライング・ハイトを取得し出力端子５４から磁気ディスク装置のＭＰＵユニットにフライング・ハイト信号を送る。演算部５５およびパラメータ・テーブル５７は、ヘッド・アンプ５０に形成することに代えて、ＭＰＵユニットに設けることもできる。

つぎに、図５を参照してモデル・マッチング法により記録回路４１のインピーダンスを検出してフライング・ハイトを測定する方法を説明する。ヘッド・アンプ７０は磁気ディスク装置の構成要素であり、ヘッド・ドライバ７１、差分電流積分回路７３、模擬回路７７、インピーダンス整合部７５、パラメータ・テーブル７９を含んで構成されている。差分電流積分回路７３、インピーダンス整合部７５、および模擬回路７７は、フライング・ハイト測定回路を構成する。

ヘッド・ドライバ７１は、Ｒ／Ｗチャネルで変調された記録データを端子７２を経由して受け取り、記録回路４１と模擬回路７７に対して同一の電圧を印加する。記録回路４１は、図２に示した等価回路４０で表すことができ、ヘッド・ドライバ７１により電圧が引加されると記録電流Ｉ１が流れる。模擬回路７７は、式１で表される等価回路４０に対応して式２を充足するインピーダンスまたは伝達関数Ｚｍの構成要素を含んでいる。

式１と式２は、式３ないし式６に示すように対応している。

ｑ０＝Ｒ_１＋Ｒ_２ 式３
ｑ１＝Ｌ＋Ｌ_１＋ＣＲ_１Ｒ_２ 式４
ｑ２＝ＣＬＲ_１＋ＣＬ_１Ｒ_２ 式５
ｑ３＝ＣＬＬ_１ 式６
したがって、模擬回路７７のインピーダンスの構成要素を適当に選択することにより、記録回路４１に流れる記録電流Ｉ１と模擬回路７７に流れる模擬電流Ｉ２を一致させることができる。ここで、模擬回路７７のインピーダンス要素ｑ０〜ｑ３の値は、インピーダンス整合部７５からの信号により変更できるように構成されている。差分電流積分回路７３は、アナログ回路またはディジタル回路で構成され、記録回路４１に流れる電流Ｉ１と模擬回路７７に流れる模擬電流Ｉ２とを検出しその差を一定時間間隔ごとに積分する。

図６は、差分電流積分回路７３の動作を説明する図である。図６（Ａ）の経過時間の初期に示されているように、記録電流Ｉ１と模擬電流Ｉ２は、インピーダンス要素ｑ０〜ｑ３を何ら調整しないかぎり一般には異なる値となる。図６（Ａ）では、模擬電流Ｉ２が記録電流Ｉ１より大きい値になっているが模擬電流Ｉ２の方が小さい場合もある。図６（Ｂ）は、差分電流積分回路７３が記録電流Ｉ１と模擬電流Ｉ２の差の値に対する一定の時間間隔Δｔごとの積分値を求めて累積していく状態を示している。差分電流積分回路７３は、さらに積分値の変化分ΔＩ１〜ΔＩ４を計算して順次インピーダンス整合部７５に送る。

インピーダンス整合部７５は、積分値の変化分ΔＩの値が所定の閾値より大きい場合は、インピーダンス要素ｑ０〜ｑ３を変化させるための操作信号を生成して模擬回路７７に送る。模擬電流Ｉ２を記録電流Ｉ１に収束させるためにインピーダンス要素ｑ０〜ｑ３を変更するアルゴリズムは、あらかじめ実験計画法などの周知の手法を利用して決定しておく。インピーダンス整合部７５からの操作信号により、インピーダンス要素ｑ０〜ｑ３が記録回路４１の対応する値に等しくなってくると、模擬電流Ｉ２は記録電流Ｉ１に収束していき積分値の差ΔＩは次第に小さくなってついに閾値より下がる。

そのとき、記録電流Ｉ１と模擬電流Ｉ２とを等しいとみなして、記録回路４１のインピーダンスＺと模擬回路７７のインピーダンスＺｍが一致したと考えることができる。パラメータ・テーブル７９には、あらかじめ試験工程で求めておいた模擬回路７７のインピーダンス要素ｑ０〜ｑ３の値とフライング・ハイトの代表値を対応させたデータが格納されている。パラメータ・テーブル７９は磁気ディスク装置が複数の記録ヘッドを備えている場合には、記録ヘッドごとにフライング・ハイトのデータを格納する。インピーダンス整合部７５は、積分値の差ΔＩが閾値より下がったときの模擬回路７７に対する操作信号の値からインピーダンス要素ｑ０〜ｑ３の値を求め、パラメータ・テーブル７９を参照してフライング・ハイトの値を得て出力端子７４よりフライング・ハイト信号をＭＰＵに送る。インピーダンス整合部７５およびパラメータ・テーブル７９は、磁気ディスク装置のＭＰＵユニットで実現してもよい。

［磁気ディスク装置の概略構成］
図７は、これまでに説明した記録ヘッドのフライング・ハイト測定回路を備えた磁気ディスク装置１００の概略ブロック図である。磁気ディスク装置１００は、磁気ディスク１１１、１１２の２枚の垂直磁気記録用磁気ディスクを備えている。磁気ディスク１１１は記録面１１１ａ、１１１ｂを有し、磁気ディスク１１２は記録面１１２ａ、１１２ｂを有している。各記録面は主たる構成として、基板に保護層、垂直記録層、および軟磁性層が形成されている。磁気ディスク１１１、１１２は、所定の間隔でスピンドル軸１１５に固定されており、スピンドル・モータ（以下、ＳＰＭという。）１１３により両者一体となって回転する。

磁気ディスク装置１００には、各記録面１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂにそれぞれ対応して４つのヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄが設けられている。各ヘッド／スライダには、記録用の誘導型ヘッドと再生用のＧＭＲヘッドの複合型ヘッドとして構成された磁気ヘッドが形成されている。ヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄは、ヘッド支持機構１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄに取り付けられている。ヘッド支持機構は、フレキシャ、サスペンション・アセンブリ、キャリッジ、およびボイス・コイル・モータ（以下、ＶＣＭという。）１１９で構成され、各磁気ヘッドを対応する磁気ディスクの所定の位置に位置づける。

ヘッド支持機構には、ヘッド・アンプ１２１が取り付けられている。ヘッド支持機構にヘッド・アンプを取り付ける技術は、チップ・オン・サスペンション(ＣＯＳ)またはアーム・エレクトロニクス(ＡＥ)として一般に知られている。ヘッド・アンプ１２１は、リード／ライト・ドライバ（以下、Ｒ／Ｗドライバという。）、ドライバ・レジスタ、リード／ライト切替回路（以下、Ｒ／Ｗ切替回路という。）、および本発明を実現する主要な要素であるフライング・ハイト測定回路などで構成されているが詳細な構成は後述する。

さらに、磁気ディスク装置１００は、Ｒ／Ｗチャネル１２９、ＭＰＵユニット１３１、電源／ドライバ１３５、ハードディスク・コントローラ（ＨＤＣ）１３７、およびバッファ・メモリ１４１を実装する回路基板１２７を備える。Ｒ／Ｗチャネル１２９はデータ・ビット列を磁気ディスクに記録するためのビット列に変換する変調回路および逆方向に変換する復調回路、パラレル・データとシリアル・データを変換するパラレル／シリアル変換器、再生信号を一定の電圧レベルに調整する可変利得増幅器（ＶＧＡ）などを備えている。

ＭＰＵユニット１３１は、磁気ディスク装置１００の全体動作を制御するＭＰＵ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、プログラムの実行や作業領域として使用するＲＡＭなどで構成されている。プログラムには、本発明にかかるフライング・ハイトの測定やデータ記録方法を実行するものを含む。ＨＤＣ１３７は、サーボ・データに基づいてシーク動作やトラック・フォローイング動作を制御するサーボ・コントローラ、バッファ・メモリ１４１を制御するバッファ・コントローラ、ホスト・コンピュータから送られたデータ・ビットに対する訂正ビットを生成したり、磁気ディスクから再生したユーザ・データを訂正したりするＥＣＣ回路などを含んでいる。バッファ・メモリ１４１は、ホスト・コンピュータと磁気ディスク装置との間で高速のデータ転送を実現するために使用する。

電源／ドライバ１３５は、ＳＰＭ１１３に動作電流を供給するＳＰＭドライバ、ＶＣＭ１１９に動作電流を供給するＶＣＭドライバ、ＤＡコンバータ、電源回路などで構成されている。さらに、後で説明するヘッド・アンプのヒータ制御回路に電流を供給する回路も含んでいる。回路基板１２７には、ホスト・コンピュータとデータ通信をするためのインターフェース・コネクタ１３９が取り付けられている。

［ヘッド・アンプの構成］
図８は、フライング・ハイト測定回路を備えたヘッド・アンプ１２１の概略ブロック図である。Ｒ／Ｗドライバ２０１は、ライン２３９を通じて電源／ドライバ１３５からドライバ駆動電流を受け取る。Ｒ／Ｗドライバ２０１は、ライト・ドライバ２０３、２０７、２１１、２１５を備えており、それぞれヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄの記録ヘッドに記録電流を供給する。Ｒ／Ｗドライバ２０１は、さらに、リード・アンプ２０５、２０９、２１３、２１７を備えており、それぞれヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄの再生ヘッドにバイアス電流を供給し、磁気ディスクに記録された磁界による電気抵抗の変化を電圧の変化として検出し記録データを再生する。

Ｒ／Ｗドライバ２０１は、矩形波電流を生成する回路とオーバーシュート電流を生成する回路とそれらを合成する回路を有している。Ｒ／Ｗドライバ２０１は、ドライバ・レジスタ２１９からデジタル信号を受け取って、記録電流の矩形波電流分とオーバーシュート電流分の大きさをそれぞれ独立して変更することができるようになっている。ドライバ・レジスタ２１９は、記録電流の矩形波電流に関するデジタル設定値を記憶するレジスタとオーバーシュート電流に関するデジタル設定値を記憶するレジスタを備える。ドライバ・レジスタ２１９の設定は、ライン２４１を通じてＭＰＵユニット１３１により行われる。Ｒ／Ｗ切替回路２３５は、ライン２４５を通じてＨＤＣ１３７が生成した記録動作または再生動作のいずれかの動作モードに関するＲ／Ｗゲート信号を受けとり、Ｒ／Ｗドライバ２０１およびＲ／Ｗバッファ２３７の動作モードを切り替える。

Ｒ／Ｗバッファ２３７は、ライン２４７を通じてＲ／Ｗチャネル１２９との間で記録または再生にかかるユーザ・データの転送を行う際に、ユーザ・データを一時的に記録する。ヘッド選択回路２３３は、ＨＤＣ１３７が生成したヘッド選択信号をライン２４３を通じて受けとり、４つのヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄの中のいずれか１つの磁気ヘッドをアクティブにする。

フライング・ハイト測定回路２５０は、Ｒ／Ｗドライバ２０１と各ヘッド／スライダ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄとの間に接続されている。フライング・ハイト測定回路２５０は、図３または図５を参照して説明した回路を採用してもよく、あるいはその他の周知のインピーダンス測定回路を採用してもよい。フライング・ハイト測定回路２５０は、その機能の一部をヘッド・アンプ１２１以外のＭＰＵユニット１３１などに設けてもよい。フライング・ハイト測定回路２５０は、ヘッド選択回路２３３で選択されたヘッド／スライダの記録ヘッドに流れる記録電流を利用して、記録ヘッドのフライング・ハイトに伴う自己インダクタンスまたはインピーダンスを測定し、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する。

フライング・ハイトを測定するための記録電流は、試験データを記録するためのものであってもユーザ・データを記録するためのものであってもよい。Ｒ／Ｗドライバ２０１が記録電流を記録ヘッドに供給してユーザ・データまたは試験データを磁気ディスクに書き込んでいる動作と、フライング・ハイト測定回路２５０がフライング・ハイトを測定している動作とは並行して行われる。したがって、フライング・ハイト測定回路２５０が測定するフライング・ハイトの値は、データを記録しているときの記録ヘッドのフライング・ハイトに相当する。

フライング・ハイト測定回路２５０は、記録ヘッドのフライング・ハイト信号（ＦＨ信号）を生成すると、ライン２５１を通じてＭＰＵユニット１３１に送る。フライング・ハイト測定回路２５０は内部に閾値を保有することにより、これと測定したフライング・ハイトとを比較し、フライング・ハイトが異常になったときだけＦＨ信号をＭＰＵユニット１３１に送るようにしてもよい。

記録ヘッドのフライング・ハイトに関するＦＨ信号には、磁気ディスク装置においてさまざまな利用方法がある。記録ヘッドのフライング・ハイトが異常になる原因の１つとして、磁気ディスク上に堆積した粉塵と記録ヘッドとの衝突が考えられる。フライング・ハイトが不安定になっている状態でデータの記録を継続すると、磁性層を十分に磁化できなかったり隣接トラックに書き込んだりして記録動作の信頼性が低下する。この場合、粉塵の影響が一時的なものであれば記録動作を一旦中断してフライング・ハイトが安定してから記録動作を再開するようにすることは有効である。

ホスト・コンピュータにインターフェース・コネクタ１３９で接続された磁気ディスク装置１００において、記録ヘッドのフライング・ハイトを測定して記録動作の安定化を図る方法を図９のフローチャートを参照して説明する。ブロック３０１で、磁気ディスク装置１００がホスト・コンピュータからライト・コマンドとユーザ・データを受信すると、ＭＰＵユニット１３１はＲ／Ｗチャネル１２９にユーザ・データを送り記録動作を開始するようにＲ／Ｗチャネルやヘッド・アンプ１２１を制御する。磁気ディスク装置はブロック３０３において、選択された記録ヘッドが対応する磁気ディスクにユーザ・データの書き込みを開始する。

ブロック３０５でフライング・ハイト測定回路２５０は、記録電流が流れている記録回路のフライング・ハイトの測定を開始する。フライング・ハイト測定回路２５０は、フライング・ハイトが所定の値からはずれて異常になった場合にＦＨ信号を出力するように構成されている。ブロック３０７でフライング・ハイトが異常になったことを検出すると、フライング・ハイト測定回路２５０はブロック３０９でＭＰＵユニット１３１にＦＨ信号を送信する。

ブロック３１１では、ＦＨ信号を受信したＭＰＵユニット１３１は磁気ディスク装置を制御して記録動作を中断し、その間にホスト・コンピュータから送られてくるユーザ・データをバッファ・メモリ１４１に蓄積する。フライング・ハイト測定回路２５０は、ＦＨ信号を送信したあともフライング・ハイトの測定を継続し、記録ヘッドのフライング・ハイトが正常に戻ったとブロック３１３で判断した場合にはブロック３１５でＦＨ信号の送信を停止する。ＭＰＵユニット１３１はＦＨ信号が消滅したことを認識すると、磁気ディスク装置１００を制御してブロック３１７で記録動作を再開する。フライング・ハイトの異常は、ＭＰＵユニット１３１が判断するようにしてもよい。この場合は、フライング・ハイト測定回路２５０からＭＰＵユニット１３１に対してフライング・ハイトの値を送ることになる。

つぎに、図１０を参照してフライング・ハイトの測定により記録ヘッドのフライング・ハイトを制御する構成を備えた磁気ディスク装置を図１０を参照して説明する。図１０は、図８で説明したヘッド・アンプ１２１に代えて磁気ディスク装置１００に適用することができるヘッド・アンプ２５２の概略のブロック図である。ヘッド・アンプ２５２は、フライング・ハイト測定回路２６０を備え、ヘッド／スライダ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄに接続されている。ヘッド・スライダ２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄは、それぞれ記録ヘッド近辺にヒータが埋め込まれており、ヒータに電流を流して発熱させて記録ヘッドの磁極の熱膨張量を制御することにより記録ヘッドのフライング・ハイトの調整が可能なように構成されている。

各ヘッド／スライダのヒータには、ヒータ制御回路２５３からヒータ電流が供給されるようになっている。ヒータ制御回路２５３には、ライン２５７を通じて電源／ドライバ１３５からヒータ電流が供給される。ヒータ制御回路２５３は、ライン２５５を通じてＭＰＵユニット１３１から制御信号を受け取り、ライン２５９を通じてヘッド／スライダに供給するヒータ電流を制御できるように構成されている。フライング・ハイト測定回路２６０は、磁気ディスク装置が記録動作を開始したときに記録電流の値に基づいて求めた記録回路のインピーダンスからフライング・ハイトを計算し、ライン２６３を通じてＦＨ信号としてＭＰＵユニット１３１に送る。ヘッド・アンプ２５２のその他の構成は、図８のヘッド・アンプ１２１と同様である。

このように構成されたヘッド・アンプ２５２を備えた磁気ディスク装置がホスト・コンピュータに接続されてユーザ・データの記録動作を行うときに、記録ヘッドのフライング・ハイトを制御する方法を図１１のフローチャートを参照して説明する。ブロック３２１で磁気ディスク装置１００がホスト・コンピュータからライト・コマンドとユーザ・データを受信すると、ＭＰＵユニット１３１はＲ／Ｗチャネル１２９にユーザ・データを送り記録動作を開始するようにＲ／Ｗチャネルやヘッド・アンプ２５２を制御し、磁気ディスク装置はブロック３２３で選択された記録ヘッドが対応する磁気ディスクにユーザ・データの書き込みを開始する。

ブロック３２５でフライング・ハイト測定回路２６０は、記録電流が流れている記録回路のインピーダンスに基づいてフライング・ハイトの測定を開始する。フライング・ハイト測定回路２６０は、ライン２６３を通じてフライング・ハイト信号を連続してＭＰＵユニット１３１に出力するように構成されている。ブロック３２７でフライ・ハイト信号を受け取ったＭＰＵユニット１３１は、基準となるフライング・ハイトの値とライン２６１を通じて受け取ったフライング・ハイト信号とを比較して、フライング・ハイトが基準値に近づくようにヒータ電流を制御するための制御信号をライン２５５を通じてヒータ制御回路２５３に送る。

具体的には、ライン２６３を通じて受け取ったフライング・ハイト信号が基準値より大きい場合はヒータ電流を増加させて記録ヘッドのフライング・ハイトを小さくし、基準値より小さい場合はヒータ電流を減少させて記録ヘッドのフライング・ハイトを大きくする。この場合は、ヘッド／スライダ全体のフライング・ハイトではなく、記録ヘッドだけのフライング・ハイトを制御していることになる。このような制御は、記録回路のインピーダンスに基づいたフライング・ハイトの測定をすることにより可能になる。

このようにデータ記録中に記録ヘッドのフライング・ハイトをダイナミックに測定し、その結果を記録ヘッドの熱膨張量の制御に利用すれば、磁気ディスク装置の使用環境温度や記録動作のタイミングなどのフライング・ハイトに関する間接的なパラメータを利用する場合に比べて精度の高い制御が可能になる。これまで、垂直磁気記録の磁気ディスク装置およびこれに適用する記録ヘッドについてのフライング・ハイトの測定に言及して説明してきたが、本発明の原理は垂直磁気記録に限定されるものではなく、面内磁気記録に適用することも可能である。ただし、面内磁気記録の磁気ディスクを含む記録回路のインピーダンスは、フライング・ハイトの変動による変化が少ないために、精度の高いインピーダンスの測定技術が必要となる。

また、記録ヘッドのフライング・ハイトの制御には、記録電流の大きさを制御する方法もある。記録電流の大きさは、記録ヘッドの熱膨張量に関連するため、フライング・ハイト信号を受け取ったＭＰＵユニット１３１は、図１０に示したドライバ・レジスタ２１９の設定を変更し、記録電流の大きさを制御するようにしてもよい。具体的には、ライン２６３を通じて受け取ったフライング・ハイト信号が基準値より大きい場合は記録電流を増加させて記録ヘッドのフライング・ハイトを小さくし、基準値より小さい場合は記録電流を減少させて記録ヘッドのフライング・ハイトを大きくする。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏するかぎり、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

垂直磁気記録方式の磁気ディスクと磁気ヘッドを模式的に示した側面図である。 ヘッド・アンプから記録ヘッド１１まで記録電流が流れる記録回路の等価回路である。 フライング・ハイト検出回路の第１の実施例である。 記録回路に生じた電圧の周波数スペクトルを示す図である。 浮上量検出回路の第２の実施例である。 積分回路の動作を説明する図である。 磁気ディスク装置の主要部を示したブロック図である。 ヘッド・アンプのブロック図である。 記録動作の安定化を図る方法を示すフローチャートである。 ヘッド・アンプの他のブロック図である。 フライング・ハイトを制御する方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 記録ヘッド
２７、１１１、１１２ 磁気ディスク
４０ 記録回路の等価回路
４１ 記録回路
５０、７０、１２１、２５２ ヘッド・アンプ
７７ 模擬回路
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄ ヘッド／スライダ

Claims (20)

1. 磁気ディスク装置において記録ヘッドのフライング・ハイトを測定する方法であって、
   前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し磁気ディスクにデータを記録するステップと、
   前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップと
   を有する測定方法。
2. 前記データが、ホスト・コンピュータから送られたユーザ・データである請求項１記載の測定方法。
3. 前記磁気ディスクが垂直記録層を備える請求項１記載の測定方法。
4. 前記フライング・ハイトを獲得するステップが、前記記録回路に表れた電圧の周波数スペクトルのうちで前記記録回路のインピーダンスの変化による変動の少ない電圧成分と、前記記録回路のインピーダンスの変化による変動の多い電圧成分との比を計算するステップを含む請求項１記載の測定方法。
5. 前記フライング・ハイトを獲得するステップが、可変インピーダンスで構成された模擬回路に流す電流値と前記記録回路に流れる電流値との差に基づいて前記可変インピーダンスの値を変化させるステップを含む請求項１記載の測定方法。
6. 前記フライング・ハイトを獲得するステップが、前記記録回路のインピーダンスの値に対応するフライング・ハイトを格納したパラメータ・テーブルを参照するステップを含む請求項１記載の測定方法。
7. 記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと垂直記録層を含む磁気ディスクを有する磁気ディスク装置においてユーザ・データを記録する方法であって、
   前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し前記磁気ディスクに対するユーザ・データの記録動作を開始するステップと、
   前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップと、
   前記フライング・ハイトに基づいて前記記録動作を停止するステップと
   を有する記録方法。
8. 前記記録動作を停止するステップに続いて、前記フライング・ハイトに基づいて前記記録動作を開始するステップを有する請求項７記載の記録方法。
9. 記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと垂直記録層を含む磁気ディスクを有する磁気ディスク装置においてユーザ・データを記録する方法であって、
   前記記録ヘッドと前記記録ヘッドに接続された配線とで構成される記録回路に記録電流を供給し前記磁気ディスクに対するユーザ・データの記録動作を開始するステップと、
   前記記録電流の値に基づいて求めた前記記録回路のインピーダンスから前記記録ヘッドのフライング・ハイトを獲得するステップと、
   前記フライング・ハイトに基づいて前記記録ヘッドのフライング・ハイトを調整するステップと
   を有する記録方法。
10. 前記フライング・ハイトを調整するステップが、前記ヘッド／スライダに形成されたヒータの電流を制御するステップを含む請求項９記載の記録方法。
11. 前記フライング・ハイトを調整するステップが、前記記録電流の大きさを制御するステップを含む請求項９記載の記録方法。
12. 磁気ディスクと、
    前記磁気ディスクにデータを記録する記録ヘッドが形成されたヘッド／スライダと、
    前記記録ヘッドに接続された配線と、
    前記記録ヘッドに供給する記録電流を生成するヘッド・ドライバと、
    前記ヘッド・ドライバと前記配線に接続され、前記配線に流れる記録電流から前記配線と前記記録ヘッドで構成される記録回路のインピーダンスを測定し、前記記録ヘッドのフライング・ハイト信号を出力するフライング・ハイト測定回路と
    を備える磁気ディスク装置。
13. 前記記録電流が、前記磁気ディスクに対するユーザ・データ記録のための記録電流である請求項１２記載の磁気ディスク装置。
14. 前記磁気ディスクが垂直記録層を備える請求項１２記載の磁気ディスク装置。
15. 前記フライング・ハイト測定回路が、前記記録回路に生じた電圧の周波数スペクトルを生成するスペクトル電圧生成部を備える請求項１２記載の磁気ディスク装置。
16. 前記フライング・ハイト測定回路が、前記記録回路に対応する可変インピーダンスを含む模擬回路を有する請求項１２記載の磁気ディスク装置。
17. 前記フライング・ハイト測定回路が、前記記録回路のインピーダンスの値に対応するフライング・ハイトを格納したパラメータ・テーブルを含む請求項１２記載の磁気ディスク装置。
18. 前記フライング・ハイト測定回路が、前記磁気ディスク装置のヘッド支持機構に搭載されたヘッド・アンプに形成されている請求項１２記載の磁気ディスク装置。
19. 前記ヘッド／スライダに記録ヘッドの熱膨張量を変化させるヒータが形成され、前記フライング・ハイト信号に基づいて生成された制御信号で制御されるヒータ制御回路を備える請求項１２記載の磁気ディスク装置。
20. 前記フライング・ハイト測定回路が出力したフライング・ハイト信号に基づいて記録動作を停止するＭＰＵユニットを備える請求項１２記載の磁気ディスク装置。
    
    
    

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