JP2008192185A

JP2008192185A - ディスク記憶装置

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Publication number: JP2008192185A
Application number: JP2007022082A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Sakamoto; 宣幸坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】制御回路での電力損失を最小限にし、全体の消費電力、及びＩＣ発熱を低減することが可能なディスク記憶装置を提供する。
【解決手段】ディスク記憶装置は、ディスク媒体にデータを書き込むためのライト素子５５及びデータを読出すためのリード素子５３を含み、ディスク媒体とのスペーシングを制御するための発熱素子５４を有するヘッド２と、第一の電圧を供給する電源電圧手段４０と、これを制御して、第一の電圧とは別の第二の電圧を供給するスイッチングレギュレータ４２と、電源電圧手段４０とスイッチングレギュレータ４２とに接続され、これらからの供給電圧を選択的に切換える切換え手段４３と、発熱素子５４の消費電力に応じて切換え手段４３を制御して発熱素子５４に対する電力の供給を切換え制御するための通電制御手段９とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディスク記憶装置に関し、特に、ヘッドとディスク媒体間のスペーシングを
制御する技術に関する。

一般的に、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下、ディスクド
ライブと表記する場合がある）は、磁気ヘッド（以下、ヘッドと表記する）により、ディ
スク媒体上に対してデータの記録又は再生を行なう。ヘッドは、アクチュエータに搭載さ
れて、ディスク媒体面に対して、微小な間隔（スペーシング）を有するように浮上してい
る状態で、データの書き込み又は読出しを行なう。

ところで、ヘッドの浮上量、即ちヘッドとディスク媒体間のスペーシングは、データの
記録再生特性を高めるためには、できるだけ狭いほうが好ましい。しかし一方で、ヘッド
とディスク媒体間の衝突を防止するためには、ある程度のスペーシングが必要である。

従来では、ヘッドに発熱体（ヒータ）を設けて、その発熱によりヘッド部を膨張（プル
トリュージョン）させて、スペーシングを調整する方法が開発されている（例えば、特許
文献１を参照）。ここで、ヘッドは、スライダと呼ぶ本体の先端部に、リード素子とライ
ト素子が実装されているヘッド部を有する構造である。スライダは、回転するディスク媒
体との間に発生する空気圧により浮上する部材である。

ヒータの発熱量は、ヒータに加わる電力により制御され、キャリッジに実装されたヘッ
ドＩＣに制御回路（図６）が内蔵されている。ヒータの消費電力は、下記の式（１）のよ
うになる。

次に、ヘッドＩＣのヒータ制御回路に加わる電圧Ｖ_DRIVERは、電源電圧ＶＣＣとヒータ
電圧Ｖ_HEATERの差分になるので、ヒータ制御回路での電力損失は下記の式（２）のように
なる。

ヒータ電流Ｉ_HEATERと、ヒータ消費電力Ｐ_HEATER、制御回路での電力損失Ｐ_DRIVERの関
係を図７に示す。ヒータ電流が大きい場合はヒータに加わる電圧も大きいので、制御回路
での電圧降下は小さく、電力損失も小さくなる。低温環境などのワースト条件でも十分な
ヒータ電流が得られるように、ヒータ抵抗が設計されている。

この制御回路での電力損失は、ヘッドＩＣの発熱となる。近年、ヘッドＩＣはヘッド間
のインピーダンスを下げるため、キャリッジ部にフリップチップ実装されているが、磁気
ディスクの小型化により、ＩＣ自体もさらに小さくする必要がある。しかし、ＩＣを小さ
くすると熱抵抗が上がるため、ＩＣの低消費電力化、放熱性の改善が大きな課題となって
いる。

この制御回路での電力損失を低減する方法として、リニア制御ではなく、ＰＷＭ制御に
よりヒータ電力を制御する方式が考えられる。ＰＷＭ制御方式では、スイッチのＯｎ／Ｏ
ｆｆを細かく繰り返し、そのデューティ比により消費電力を制御する。しかし、ヘッドＩ
ＣにＰＷＭ制御の回路を内蔵することは、スイッチングによるリード回路へのノイズ等の
影響が考えられ、現実的では無い。
特開２００５−５６４４７号公報

上述のように従来の方法では、ヘッドに設けられた発熱体は、プリアンプ回路に設けら
れた制御回路から供給される電流によって発熱が制御される。しかし、上述の場合、制御
回路での電力損失を特に考慮してはおらず、装置全体の消費電力、及びＩＣの発熱を低減
しようとすることについて明確に提案されていない。

近年ディスクドライブは小型化、省電力化が進んできており、装置全体の消費電力、及
びＩＣの発熱を低減が必要とされてきている。
そこで、本発明の目的は、制御回路での電力損失を最小限にし、全体の消費電力、及び
ＩＣ発熱を低減することが可能なディスク記憶装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったディスク記憶装置は、ディスク媒体にデータを書き込むためのラ
イト素子及び当該データを読出すためのリード素子を含み、前記ディスク媒体とのスペー
シングを制御するための発熱素子を有するヘッドと、第一の電圧を供給する電源電圧手段
と、前記電源電圧手段を制御して、前記第一の電圧とは別の第二の電圧を供給するスイッ
チングレギュレータと、前記電源電圧手段と、前記スイッチングレギュレータとに接続さ
れ、これらからの供給電圧を選択的に切換える切換え手段と、前記発熱素子の消費電力に
応じて前記切換え手段を制御して前記発熱素子に対する電力の供給を切換え制御するため
の通電制御手段とを具備した構成である。

本発明によれば、ヒータ制御回路の電源電圧を切換えられるようにすることで、制御回
路部での電力損失を低減することができ、装置の消費電力低減、およびヘッドＩＣの温度
上昇低減を図ることが可能なディスク記憶装置を提供することが実現できる。

以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、各実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図である。
ディスクドライブは、磁気記録媒体であるディスク媒体１と、ヘッド２と、ディスク媒
体１を回転させるスピンドルモータ（ＳＰＭ）３と、ヘッド２を搭載してディスク媒体１
上の半径方向に移動させるアクチュエータ４とを有する。ヘッド２は、後述するように、
データの読出し動作（再生動作）を行なうリード素子、及びデータの書き込み動作（記録
動作）を行なうライト素子を含む。

アクチュエータ４は、ヘッド２を搭載しているアーム（サスペンションを含む）を本体
とし、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５により回転駆動する。ＶＣＭ５は、モータドライ
バ１５に含まれるＶＣＭドライバ１７により駆動制御される。モータドライバ１５は、ス
ピンドルモータ３を駆動制御するためのＳＰＭドライバ１６も含む。

ディスクドライブは、前述のヘッドとディスクのアセンブリ以外に、制御・信号処理回
路系を有する。制御・信号処理回路系は、ヘッドアンプ回路６、リード／ライトチャネル
１０と、ディスクコントローラ（ＨＤＣ）１１と、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１３と
、メモリ１４と、モータドライバ１５とを有する。最近では、これら各回路のうち、数回
路を１つのＩＣチップとして統合することが一般的になってきている。

ＨＤＣ１１は、ディスクドライブとホストシステム（パーソナルコンピュータやデジタ
ル機器）１２とのインタフェースを構成する。ＨＤＣ１１は、ホストシステム１２との間
で、リード／ライト動作時にユーザデータの転送制御を実行する。また、ＨＤＣ１１は、
バスインターフェースからなる双方向制御信号線（ＲＷＣ_ＣＴＬ）２７を介して、リー
ド／ライトチャネル１０のリード／ライト動作を制御する。さらに、ＨＤＣ１１は、所定
のフォーマットのリード／ライトデータ（ライトデータＷＤ，リードデータＲＤ）３０を
、ライトゲート（ＷＧ）２８とリードゲート（ＲＧ）２９に同期して、リード／ライトチ
ャネル１０との間で送受信を行う。

さらに、ＨＤＣ１１は、シリアルインターフェースからなる双方向制御信号線（ＡＭＰ
_ＣＴＬ）２１を介して、ヘッドアンプ回路６のリード／ライト動作を制御する。また、
ＨＤＣ１１は、ゲート信号ＷＧ２２をヘッドアンプ回路６に対して送出する。このゲート
信号ＷＧ２２は、ライト動作のタイミングを示すライトゲート（ＷＧ）２８と同時に送出
される。

ここで、リード／ライトチャネル１０は、ＨＤＣ１１からライトゲート（ＷＧ）２８と
ライトデータ（ＷＤ）３０を受け取ると、一定のタイミング遅延で、所定のフォーマット
からなるライトデータ（ＷＤ）２３を、ヘッドアンプ回路６のライトドライバ８に送出す
る。このとき、ゲート信号ＷＧ２２は、ライトデータ（ＷＤ）２３によりタイミングを調
整されたゲート信号である。

ＨＤＣ１１は、リード／ライトチャネル１０に対して、サーボ制御（ヘッド位置決め制
御）のタイミング信号であるサーボゲート（ＳＧ）３１を送出する。リード／ライトチャ
ネル１０は、サーボゲート（ＳＧ）３１のタイミングで、リードアンプ７の出力信号であ
る再生信号（ＲＳ）２４からサーボデータ（ＳＤ）３２を復号化し、ＨＤＣ１１に出力す
る。

ヘッドアンプ回路６は、リードアンプ７と、ライトドライバ８と、ヒータ制御回路９と
を含む。リードアンプ７は、ヘッド２に含まれるリード素子により読出された再生信号（
ＲＳ）２４を増幅して、リード／ライトチャネル１０に出力する。ライトドライバ８は、
ＨＤＣ１１からのゲート信号ＷＧ２２に応じて、ヘッド２のライト素子に対して書き込み
電流信号（ＷＳ）２５を出力する。

ヒータ制御回路９は、後述するように、ヘッド２に設けられた発熱素子への電力供給を
制御するための回路である。ヒータ制御回路９はレジスタを含み、ＨＤＣ１１から出力さ
れるヒータ制御信号３４により、発熱制御の有効／無効（enable/disable）及び電力値が
、当該レジスタに設定される。ヒータ制御回路９は、ゲート信号ＷＧ２２の入力に応じて
、設定された電力値に基づいたヒータ用電流（ＨＩ）２６をヘッド２の発熱素子に供給す
る。

ここで、ヒータ制御回路９は、ゲート信号ＷＧ２２のハイ／ロウ（Ｈｉ／Ｌｏｗ）の状
態に応じて、それぞれ異なる電力値を設定することができる。即ち、例えばゲート信号Ｗ
Ｇ２２のハイ（Ｈｉ）の状態では、ヒータ制御回路９は、相対的に高い電力を発熱素子に
供給して発熱させる。また、ヒータ制御回路９は、ゲート信号ＷＧ２２のハイまたはロウ
のいずれか、あるいは両方の状態に応じて、発熱素子への電力供給を停止してもよい。

また、発熱素子に対するパラメータとして、電力、電圧、電流値いずれでも制御するこ
とが可能である。第１の実施形態では、ヒータ制御回路９は、ゲート信号ＷＧ２２に応じ
て、発熱素子に供給する電力を変更する制御を実行している。なお、ヘッドアンプ６の構
成によっては、例えばデータイネーブルライン、データ入出力ライン、データクロックラ
インまたは専用に設けられた制御信号ラインを用いて、発熱素子に供給する電力を変更す
る制御でもよい。

ＣＰＵ１３は、ディスクドライブのメインコントローラであり、ヘッド２の位置決め制
御（サーボ制御）、及びヘッド２のスペーシング制御を実行する。サーボ制御では、ＣＰ
Ｕ１３は、ディスク媒体１上から再生したサーボデータＳＤ３２に従って、シーク動作及
びトラック追従動作を制御する。メモリ１４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュＥＥＰＲ
ＯＭを含み、ＣＰＵ１３の制御プログラム及び各種制御データを格納する。

ＣＰＵ１３は、ＶＣＭドライバ１７の入力値（制御電圧値）を制御することにより、Ｖ
ＣＭ５を駆動制御する。これにより、ＣＰＵ１３は、アクチュエータ４に搭載しているヘ
ッド２をディスク媒体１上の目標位置まで移動させる。

さらに、ディスクドライブには、筐体の内部または外部のいずれかに、衝撃センサ（シ
ョックセンサ）１８が設けられている。ショックセンサ１８は、ディスクドライブに対し
て外部から印加される衝撃（外乱）で、予め設定された閾値を超える衝撃を検知すると、
信号線（ＳＳ）３３を通してＨＤＣ１１に送出する。ＨＤＣ１１は、ＣＰＵ１３に当該外
乱の検知を通知すると共に、ライト中止信号（Write Fault信号）をホストシステム１２
に出力する。この場合、ＨＤＣ１１は、ライトゲート（ＷＧ）２８をロウ（Ｌｏｗ）にし
て、衝撃印加中に不安定な信号がディスク媒体１上に記録されることを未然に防止する。

（ヘッドの構造）
図２は、本実施形態に関するヘッド２の構造を説明するための断面図である。
ヘッド２は、本体であるスライダ５７と、そのスライダ５７の先端部に設けられたヘッ
ド部５８を有する。スライダ５７は、ディスク媒体１に対してＡＢＳ（Air Bearing Surf
ace）と呼ぶ対抗面５０を有し、この対抗面５０と、回転するディスク媒体１との間で発
生する空気圧により浮上する。

ヘッド部５８は、ディスク媒体１の表面を基準として、対抗面５０に対して僅かにリセ
スされている。ヘッド部５８は、ＭＲ素子又はＧＭＲ素子からなるリード素子５３と、当
該リード素子５３をシールドするための下部シールド部５１と、上部シールド部５２とを
有する。

さらに、ヘッド部５８は、発熱素子（ヒータ）５４と、記録磁極（ライト素子）５５と
、記録コイル５６とを有する。本実施形態では、発熱素子５４は、図２に示すように、リ
ード素子５３とライト素子５５との間に配置されている。しかし、発熱素子５４の位置は
限定されず、例えば、ライト素子５５の後方や、記録コイル５６の近傍、各シールド部５
１，５２の後方などの様々な位置でもよい。

なお、本実施形態では、ヘッド２は、長手磁気記録型のヘッドであるが、垂直磁気記録
型のヘッドの場合にも適用できる。
図３は、ヒータ制御回路９からヘッド２の発熱素子５４に電流が供給された場合に、発
熱素子５４の発熱作用の状態を説明するための図である。
図３に示すように、電流の供給に応じて、発熱素子５４が発熱すると、ヘッド部５８の
磁極表面が熱膨張する。このため、その膨張部分（プルトリュージョン:protrusion）５
９の発生により、ヘッド部５８とディスク媒体１の表面との間隔（又は、距離）である磁
気スペーシング（単にスペーシングと表記する）が狭く（短く）なる。

一方、発熱素子５４に対する電流の供給が停止されると、膨張部分５９が無くなり、相
対的にスペーシング（距離）が広く（長く）なる。発熱素子５４に供給する電流値（電力
値）と、スペーシング量とはほぼ比例関係にある。

また、発熱素子５４に与える電流値または電力値が同じ場合でも、ライト動作時には、
記録コイル５６に流れる電流による発熱が加わるため、ヘッド部５８全体の発熱量は増大
するため、熱膨張部分５９が増大して、スペーシングが狭くなる。従って、実際上では、
ライト動作又はリード動作時に、発熱素子５４に与える電流値または電力値を環境温度に
よって設定し、熱膨張量５９をライト動作とリード動作とで同一となるように調節するこ
とが行われている。例えば、環境温度が相対的に低温状態であれば、リード／ライト特性
を向上させるために、相対的にスペーシングを狭くさせることが好ましい。

ここで、ヘッド部５８とディスク媒体１の表面との間隔（又は距離）を、ヘッドの浮上
量と呼ぶことがある。この場合には、スペーシングを調整するためのスペーシング制御は
、浮上量を制御する浮上量制御と同義である。

（回路構成）
図４は、本実施形態に関するディスクドライブの通電制御に関わる回路の要部を示すブ
ロック図である。
ヘッドアンプ回路６のライトドライバ回路８、リードアンプ回路７は、高周波の信号を
扱うため高い電圧が必要であり、電源電圧であるＶＣＣ(５Ｖ)４０とチャージポンプレギ
ュレータ４１により生成される−３Ｖが入力される。一般的にはヒータ制御回路９へは電
源電圧の５Ｖのみが入力されていたが、本発明においてはヘッドアンプ回路６内にスイッ
チ回路４３を設け、スイッチングレギュレータ４２により生成されるＳＯＣ（System on
Chip：本実施形態においてはＣＰＵ１３、リード／ライトチャネル１０、ＨＤＣ１１が１
チップにまとめられた構成をとっている）１００用の電源１．２Ｖと切り替えられるよう
になっている。

これにより、ヒータ５４の消費電力を大きくしなければならない低温時などは電源電圧
であるＶＣＣ４０の５Ｖでヒータ制御回路９を動作させ、ヒータ５４の消費電力が小さい
常温、または高温時は１．２Ｖでヒータ制御回路９を駆動する。これにより、ヘッドアン
プ回路６での電力損失、および発熱を低減することができる。

本実施形態においては、ヒータ制御回路９の電圧を５Ｖと１．２Ｖの２種類の電圧で切
換える例を用いて説明したが、電圧がさらに３種類以上ある場合（例えばさらにさらに３
．３Ｖを追加）、消費電力に応じて最適な電圧に切り替えることで、より細かな消費電力
の制御ができる。

さらに消費電力を低減したい場合は、出力電圧が可変なレギュレータを別途設け、ヒー
タ５４の駆動に必要な最低電圧に制御する方法が考えられる。ただしその場合はヒータ制
御専用にレギュレータが必要となる。

また、本実施例では、１．２Ｖはスイッチングレギュレータ４２により生成されるとし
たが、リニアレギュレータでも可能である。その場合、装置全体の消費電力は変わらない
が、ヘッドアンプ回路６で消費される電力が低減するので、ヘッドアンプ回路６での発熱
を抑えることが可能となる。

さらに、図５に示すように、スイッチングレギュレータ４２をディスク記憶装置内に配
置したフレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）４６上に設けられることにより、ヘッドアンプ回
路６内のヒータ制御回路９用の電源ピンを共通化でき、製造設備等への影響を低減するこ
とが可能となる。すなわち、フレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）４６のみの最低限の変更で
、大きな効果を得ることが可能となる。

なお、本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるも
のではなく種々の変形が可能である。

本発明の各実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図。各実施形態に関するヘッドの構造を説明するための断面図。本実施形態に関するヘッドの発熱作用によるスペーシングの変化を説明するための図。本実施形態に関するディスクドライブの通電制御に関わる回路の要部を示すブロック図。本実施形態に関するディスクドライブ内の部品配置図。従来のヘッドアンプ回路とヒータの接続関係を示す図。従来のヒータ制御におけるヒータ制御電力、制御回路電力損失状況を示すグラフ。

符号の説明

１…ディスク媒体、２…ヘッド、３…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、４…アクチュエー
タ、５…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、６…ヘッドアンプ回路、７…リードアンプ、８
…ライトドライバ、９…ヒータ制御回路、１０…リード／ライトチャネル、１１…ディス
クコントローラ（ＨＤＣ）、１２…ホストシステム、１３…マイクロプロセッサ（ＣＰＵ
）、１４…メモリ、１５…モータドライバ、１６…ＳＰＭドライバ、１７…ＶＣＭドライ
バ、１８…ショックセンサ、４０…電源電圧、４１…チャージポンプレギュレータ、４２
…スイッチングレギュレータ、４３…スイッチ回路、４４…ディスク記憶装置筐体、４５
…フレキシブル回路基盤（ＦＰＣ）、４６…ＦＰＣコネクタ、５０…対抗面（ＡＢＳ）、
５１…下部シールド部、５２…上部シールド部、５３…リード素子、５４…発熱素子（ヒ
ータ）、５５…記録磁極（ライト素子）５５、５６…記録コイル、５７…スライダ、５８
…ヘッド部。１００…ＳＯＣ（システム・オン・チップ）

Claims

ディスク媒体にデータを書き込むためのライト素子及び当該データを読出すためのリー
ド素子を含み、前記ディスク媒体とのスペーシングを制御するための発熱素子を有するヘ
ッドと、
第一の電圧を供給する電源電圧手段と、
前記電源電圧手段を制御して、前記第一の電圧とは別の第二の電圧を供給するスイッチ
ングレギュレータと、
前記電源電圧手段と、前記スイッチングレギュレータとに接続され、これらからの供給
電圧を選択的に切換える切換え手段と、
前記発熱素子の消費電力に応じて前記切換え手段を制御して前記発熱素子に対する電力
の供給を切換え制御するための通電制御手段と
を具備したことを特徴とするディスク記憶装置。
前記スイッチングレギュレータは前記ディスク記憶装置内に配置したフレキシブル印刷
回路上に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載のディスク記憶装置。