JP2013016218A - ヘッド制御装置、記憶装置、およびヘッド制御方法 - Google Patents

ヘッド制御装置、記憶装置、およびヘッド制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】DFH 機能を搭載したHDD 装置において、環境変化によるスライダの浮上量を予測し、場合により記録再生素子の浮上量を調整することができる技術を提供する。
【解決手段】記憶媒体に対して信号の記録および再生を行うヘッドの記録再生素子を加熱して膨張させるヒータへの通電量を増大または減少させて、前記記録再生素子を前記記憶媒体に近増大または減少ける制御部と、前記記憶媒体の2つ以上の回転数、条件によっては3つ以上の回転数での前記記録再生素子の出力差を取得する取得部とを備え、前記制御部は、前記出力差に基づいて前記通電量を増大または減少させるヘッド制御装置。
【選択図】 図4

Description

本発明の実施形態は、2以上の回転数での出力差から外部環境を予測し記録再生素子と磁気ディスクのすきまを制御する磁気ディスク記憶装置に関する。
近年のHDD(Hard Disk Drive)においては、高記録密度を達成するためにDFH(Dynamic Flying Height)と呼ばれる技術が一般的になっている。DFHは、磁気ディスク面に対する記録再生素子の浮上量(すきま)をコントロールする技術である。より具体的には、DFHは、記録再生素子近傍にヒータと熱膨張体とを配置し、ヒータを通電させて熱膨張体を加熱することにより当該熱膨張体を膨張させることで記録再生素子を磁気ディスク面に近づける。
市場でのスライダの浮上量変化を、出荷前と市場での磁気出力の変化から予測することが考えられている。しかしこの方式では、熱揺らぎのために、磁気出力が変化し測定誤差が生じてしまい完全に予測することは難しい。また上記を解決するため、出荷前との出力差だけでなく市場で再Write することにより熱揺らぎの影響を受けなくする手法も考えられている。しかし、この方式でもWrite の品質がばらついてしまい測定誤差が大きなものになってしまう。さらに、市場でTD(Touch Down) 検出を行なうことも考えられるが、素子摩耗が懸念され実現は難しい。
これに対して例えば特許文献1では、二つの回転数での出力差から、浮上量を予測し、場合により浮上量を調整する技術が述べられている。但しこの例ではCSS であり、現在主流となっているL / UL 機構では、CSS エリア(粗い面)がないため、回転数を下げて浮上量を0nm 近傍にしようとするとクラッシュするリスクがあり行なうことができない。また、環境による浮上変化分も考慮した低回転数とする必要があり、結局は環境変化分のすきまは確保する必要があり、すきま低減にはつながらないという問題があった。
即ちDFH 機能を搭載したHDD 装置において、環境変化によるスライダの浮上量を予測し、場合により記録再生素子と磁気ディスクのすきまを調整することができる技術への要望がある。
特開2006−196073号公報
本発明の実施の形態は、DFH 機能を搭載したHDD 装置において、環境変化によるスライダの浮上量を予測し、場合により記録再生素子と磁気ディスクのすきまを調整することができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、実施形態によればヘッド制御装置は、記憶媒体に対して信号の記録および再生を行うヘッドの記録再生素子を加熱して膨張させるヒータへの通電量を増大または減少させて、前記記録再生素子を前記記憶媒体に近増大または減少ける制御部と、前記記憶媒体の2つ以上の回転数、条件によっては3つ以上の回転数での前記記録再生素子の出力差を取得する取得部とを備え、前記制御部は、前記出力差に基づいて前記通電量を増大または減少させる。
本実施形態にかかる磁気ディスク装置の断面図。 磁気ディスクの模式図である。 本実施形態にかかる磁気ディスク装置の要部を示す図。 同実施形態の磁気ディスク装置の動作の一例を示すフローチャート。 同実施形態の熱揺らぎの影響を示す説明図。 同実施形態に用いられる気圧と回転数による浮上変化を示す図。 同実施形態に用いられる気圧と回転数による浮上差の関係を示す図。 同実施形態に係わる湿度と回転数による浮上変化の一例を示す図。 同実施形態に係わる湿度と回転数による浮上差の関係の一例を示す図。 本実施形態にかかる磁気ディスク装置の概略構成を示すブロック図。
以下、一実施形態を図1乃至図10を参照して説明する。
まず、本実施形態にかかる磁気ディスク装置の概要について説明する。図1は、本実施形態にかかる磁気ディスク装置の断面図である。同図において、磁気ディスク15は、各種情報を記憶する円盤状の記憶媒体であり、スピンドルモータ(以下、SPMとする)13により回転駆動される。
磁気ディスク15の読み書きは、ヘッド支持機構であるアーム17の一方の先端に設けられたヘッド14によって行われる。ヘッド14は、磁気ディスク15の回転によって生じる揚力によって、磁気ディスク15の表面からわずかに浮いた状態を維持して読み書きを実行する。また、アーム17のもう一方の端に設けられたヘッド駆動機構であるボイスコイルモータ(以下、VCMという)12の駆動により、アーム17が軸18を中心とする円弧上を回動し、ヘッド14が磁気ディスク15のトラック横断方向にシーク移動し、読み書きする対象のトラックを変更する。
図2は、磁気ディスクの模式図である。同図に示すように、磁気ディスク15には、放射線状に複数のサーボ領域が設けられる。サーボ領域は、同期をとるためのプリアンブル部および同期部と、その位置がどのトラックであるかを示すトラック番号と、ヘッド14の半径方向の位置を正確に制御するための位置決め情報とを有する。
図10は、本実施形態にかかる磁気ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。
同図に示すように、磁気ディスク装置1は、例えば一般にホストインタフェース制御部(以下、ホストIF制御部とする)2、バッファ制御部3、バッファメモリ4、フォーマット制御部5、リードチャネル部6、ヘッドIC7、MPU(Micro Processing Unit)8、メモリ9、不揮発メモリ10、サーボ制御部11、VCM12、SPM13、ヘッド14、磁気ディスク15および共有バス16を有している。
ホストIF制御部2は、磁気ディスク装置1の上位装置であるホストに接続され、ホストとの間の通信を制御する。バッファ制御部3は、バッファメモリ4を制御する。バッファメモリ4は、ホストと磁気ディスク装置1との間でやり取りされる情報などを一時的に記憶する。
フォーマット制御部5は、データの読み出しを制御し、例えば読み出されたデータのエラーチェックなどを行う。リードチャネル部6は、データの読み出し時に、ヘッドIC7から出力されるデータ信号を増幅し、AD変換および復調などの所定の処理を施す。ヘッドIC7は、図示しないプリアンプを備えており、データの読み出し時に、ヘッド14によって読み出されたデータ信号を前置増幅する。
MPU8は、所定の制御プログラム(ファームウェアプログラム)により磁気ディスク装置1の主制御を行う。すなわち、MPU8は、ホストからのコマンドを解読して各処理部を制御し、磁気ディスク15のデータの読み書きを統括制御する。また、本実施形態においては、MPU8は、ヘッド14の先端部にある磁気ヘッド22と磁気ディスク15との距離を適正化するためのキャリブレーションを行う。
メモリ9および不揮発メモリ10は、MPU8において動作するファームウェアプログラムや種々の制御用のデータを格納する。サーボ制御部11は、VCM12およびSPM13の動作状態を確認しながら、これらのモータを駆動させる。
共有バス16は、磁気ディスク装置1内の各処理部を接続し、処理部間における種々の情報の受け渡しを行う。サーボ制御部11、VCM12、SPM13、ヘッド14、磁気ディスク15については既に説明済みであるので、ここでは説明を省略する。
図3は、本実施形態にかかる磁気ディスク装置の要部を示す図である。同図に示すように、リードチャネル部6は、可変利得アンプ部601、可変イコライザ部602、AD変換部603、復調部604およびレジスタ部605を有している。
可変利得アンプ部601は、ゲインを変更することが可能な可変利得アンプを備えており、AD変換部603からフィードバックされるゲイン信号に応じて可変利得アンプのゲインを設定し、ヘッドIC7から出力されるデータ信号を増幅する。このとき、可変利得アンプ部601は、増幅後のデータ信号のレベルが一定値になるようにゲインを設定する。すなわち、可変利得アンプ部601、可変イコライザ部602、およびAD変換部603によりAGC(Auto Gain Control:自動利得制御)ループが形成されている。
可変イコライザ部602は、可変利得アンプ部601による増幅後のデータ信号の周波数特性を調整し、得られたデータ信号をAD変換部603へ出力する。
AD変換部603は、可変イコライザ部602から出力されるデータ信号をAD変換し、得られたデジタルデータ信号を復調部604へ出力する。また、AD変換部603は、可変イコライザ部602から出力されるデータ信号のレベルから可変利得アンプ部601のゲインを制御するためのゲイン信号を生成し、可変利得アンプ部601へフィードバックするとともに、レジスタ部605へ出力する。
復調部604は、AD変換後のデジタルデータ信号を復調し、得られた復調信号をデータのエラーチェックなどを行うフォーマット制御部5へ出力する。また、復調部604は、サーボ領域から読み出された位置決め情報を復調し、位置誤差信号としてサーボ制御部11へ出力する。
レジスタ部605は、AD変換部603から出力されるゲイン信号を一時的に保持し、MPU8へ供給する。レジスタ部605が保持するゲイン信号は、可変利得アンプ部601に入力されるデータ信号のレベルを一定値に増幅するためのゲインを示しており、ヘッド14によって読み出される信号のレベルが小さければゲインは大きくなり、ヘッド14によって読み出される信号のレベルが大きければゲインは小さくなる。したがって、レジスタ部605によって保持されるゲイン信号からヘッド14によって読み出されるデータ信号の再生振幅を取得することが可能である。
また、図3に示すように、MPU8は、ヒータ制御部801、外力サンプル取得部802、外力評価部803、接触検出部804、振幅取得部805、ヒータ通電量設定部806、浮上量制御部807、および外力サンプル抽出部808などを有している。
ヒータ制御部801は、ヘッド14に内蔵されたヒータ22dへの通電量(DFHパワー)を制御する。具体的には、ヒータ制御部801は、キャリブレーション実行時には、ヒータ通電量設定部806の指示にしたがって、DFHパワーを定期的に下げる期間を設けつつ、DFHパワーを段階的に増加させて、磁気ヘッド22を磁気ディスク15に近づ
ける。また、ヒータ制御部801は、通常運用時には、浮上量制御部807から指示されるDFHパワーをヒータ22dに加える。
外力サンプル取得部802は、復調部604からサーボ制御部11へ出力される位置誤差信号を所定のサンプリング間隔でサンプリング(取得)する。なお、このサンプリング間隔は、少なくとも、キャリブレーション実行時にヒータ通電量設定部806がヒータ制御部801に対してDFHパワーの変更を指示する間隔よりも短くなくてはならない。DFHパワーの変更にともなう位置誤差信号の変動を漏れなくサンプリングするためである。
なお、外力サンプル取得部802が、位置誤差信号に代えて、磁気ヘッド22の半径位置を補正するためにサーボ制御部11からVCM12へ出力されるVCM電流をサンプリングするように構成してもよい。
外力サンプル抽出部808は、外力サンプル取得部802によりサンプリングされた位置誤差信号を周波数解析(FFT:Fast Fourier Transform)するとともに、当該サンプリングされた位置誤差信号をバンドパスフィルタ(BPF)にかけることにより、当該サンプリングされた位置誤差信号から所定の周波数成分(PES_FFT)を抽出するものである。
外力評価部803は、外力サンプル取得部802において得られたサンプリング値を一時的に記憶し、その代表値を算出する。外力評価部803が代表値のサンプリングを行うタイミングは、通電量がある段階にあるときの代表値が得られるように、ヒータ通電量設定部806によって指定される。なお、位置誤差信号は、上述したように正負の両方の値を取りうるため、位置誤差信号からタッチダウンを判定するのは難しい。そのため、位置誤差信号そのものではなく、当該位置誤差信号のPES分散(正の値しかなり得ない変化)をタッチダウンの判定に用いることが好ましい。
また、外力評価部803は、外力サンプル抽出部808により所定の周波数成分が抽出された場合に、抽出された所定の周波数成分を一時的に記憶するとともに、当該所定の周波数成分の代表値を算出する。本実施形態では、外力評価部803は、所定の周波数成分の振幅の和を代表値として算出するものとする。外力評価部803が代表値の算出を行うタイミングは、DFHパワーがある段階にあるときの代表値が得られるように、ヒータ通電量設定部806によって指定される。
接触検出部804は、サーボ制御部から得られる磁気ヘッド22の半径位置に対応する値を閾値として決定するとともに、当該閾値と、外力評価部803によって算出された代表値とを比較し、タッチダウンの発生の有無を判定し、判定結果をヒータ通電量設定部806へ出力する。
また、接触検出部804は、外力サンプル抽出部808により所定の周波数成分が抽出された場合、外力評価部803により算出した代表値(所定の周波数成分の振幅の和)、および代表値を算出したDFHパワーの段階よりも低い段階の代表値(所定の周波数成分の振幅の和)の平均値を2倍した値を所定の閾値として決定する。そして、接触検出部8
04は、決定した所定の閾値と、外力評価部803によって算出された代表値とを比較し、タッチダウンの発生の有無を判定し、判定結果をヒータ通電量設定部806へ出力する。本実施形態では、接触検出部804は、DFHパワーが0〜10mW(1mW刻み)の代表値の平均値を2倍した値を閾値として決定する。なお、代表値を算出したDFHパワーの段階よりも低い段階の代表値は、磁気ディスク装置1を搭載した図示しないPC(Personal Computer)内に保存されているものとする。
ヒータ通電量設定部806は、キャリブレーションの実行を全体制御する。キャリブレーションの実行の詳細については後述するが、ヒータ通電量設定部806は、キャリブレーションの実行によって得られた情報に基づいて、磁気ヘッド22と磁気ディスク15の距離を所望の値にするために必要なDFHパワーを求め、それを不揮発メモリ10に記憶させる。
さて、スライダは外部環境(温度・湿度・気圧)により浮上量が変化してしまうため、市場での外部環境の変化による浮上量低減分は、予め出荷時に確保しておく必要がある。磁気ディスク記憶装置の容量拡大のためには記録再生素子の浮上量を低減する必要があるが、市場での外部環境を予測できれば、出荷時にその分の浮上量を確保する必要がなくなり、より容量を拡大することが可能となる。そこで、市場で磁気出力によりスライダの浮上量変化を予測し、記録再生素子の浮上量を一定にしようとすることが考えられているが、磁気出力では熱揺らぎにより時間とともに出力が変化してしまい、浮上量予測誤差が生じてしまう。
この対策として、 熱揺らぎに出力が変化したとしても絶対値が変化するだけであり、差分に関しては維持されることを利用する。またスライダは外部環境による浮上量変化には回転数依存が存在する。そこで、例えば図4のように異なる回転数で出力P1〜P3(V1〜V3)を確認し、その差分から回転数による浮上量差を計算し、環境変化を予測することができる。その情報からHeater Powerなどにより記録再生素子の浮上量を制御することにより、記録再生素子の浮上量を環境変化の影響を受けることなく、一定に保つことが可能となる。
即ち、振幅取得部805は、まず回転数1で出力V1を確認する(ステップS1)。次に回転数2で出力V2を確認する(ステップS2)。そして回転数3で出力V3を確認する(ステップS3)。
そしてMPU8は、V1〜V3から各回転数の浮上量差を確認し、外気圧Pと湿度Wを予測する(ステップS4)。次にこれらPとWが閾値外か判定し(ステップS5)、閾値外と判定した場合はHeater Powerを調整し(ステップS6)、後は閾値外か否かにかかわらずR/W処理へ移行する(ステップS7)。
図5に出力からの浮上量変化の予測値と時間の関係を示す。実線はHeater PowerがOFFのときであり、破線はHeater PowerがON(2nm程度突出した場合)の浮上量変化の予測値である。これらの値は時間と共に低下しているが、熱揺らぎのため時間と共に出力が低下し、浮上量が下がって見えているだけであり、実際の浮上量は変化していない。即ちただ単に出力から浮上量変化を予測してしまうと、測定誤差が生じてしまう。
図5にHeater PowerがOFFのときとONのときの差分を、点線で示す。この図から、点線は一定値になっており、OFFとONの差分は熱揺らぎの影響を受けないことが分かる。本実施形態では、この熱揺らぎの影響を受けない差分測定を利用し、外部環境を予測することを利用する。
スライダは外部環境による浮上量変化には回転数依存が存在する。外部環境としては、温度・湿度・気圧と3種類あるが、温度については多くの場合、磁気ディスク記憶装置には温度センサーが内蔵されており予測する必要がない。そこでここでは湿度・気圧を予測することについて述べる。
これらのうち、まず気圧のみについて説明する。図6に気圧と回転数によるスライダの浮上量変化を示す。実線、点線および破線は、回転数での1atm、0.7atmの浮上量およびその差分である。破線から、浮上量の1.0atmと0.7atmの変化量には回転数依存があることが分かる。よって、異なる回転数の浮上量を測定することにより、気圧の変化を予測することが可能となる。異なる回転数での浮上量変化、例えば7200rpmと4200rpmの浮上量差と気圧の関係を図7の破線に示す。図7に示すように、7200rpmと4200rpmの浮上量差が4.1nmであれば1.0atm、3.4nmであれば0.8atmと予測できる。
上記と同様に、湿度についても図8および図9に示す。図9に示すように、湿度に関しても異なる回転数の浮上差が分かれば、湿度を予測することができる。実装としては図7に関して上記で述べた数値のような、例えば出力確認する回転数に関する気圧・湿度と出力差のテーブルを持つのが好適である。
なお、浮上量差はスライダの公差ばらつきにより多少ばらつくが、出荷前にキャリブレーションすることにより、より正確に予測することができる。
実際の市場では、気圧と湿度の両方が変化するため、異なる2点の回転速度のみでは、気圧と湿度の両方を予測することは難しい。異なる回転数の浮上量変化をΔh、気圧をp、湿度をwとすると、次の式(1)で近似できる。
Δh = f(p)+g(w) (1)
ここで、f(),g()はある関数。未知数がpとwの二つであるため、pとwの両方を計算するには、2つ以上の浮上量差が必要となる。異なる回転数の一つは共通化することができるため、少なくとも3点の回転数で浮上量を測定することにより、気圧と湿度の両方を予測することができる。無論、精度をあげるために、3点以上で測定し、予測することも可能である。
ところで湿度はスライダに対し、絶対湿度で影響する。そのため、低温では絶対湿度はほとんど無視でき、低温での湿度依存は考える必要がない。そこで、磁気ディスク記憶装置に内蔵された温度センサーを利用し、ある一定温度以下では、湿度の項g(w)を無視し、f(p)のみとし、2点の回転数の浮上量のみを測定し、気圧のみの影響を考えることも可能である。また、図6〜9に示したスライダの場合、5400rpmでは気圧依存はほとんどない。よって、このようなスライダの場合には、ある一定以上温度のみで、湿度の影響のみを予測することもでき得る。
課題として、スライダは外部環境により浮上量が変化してしまうため、市場での外部環境の変化による浮上量低減分は、予め出荷時に確保しておく必要がある。磁気ディスク記憶装置の容量拡大のためには記録再生素子の浮上量を低減する必要があるが、市場での外部環境を予測できれば、出荷時にその分の浮上量を確保する必要がなくなり、より容量を拡大することが可能となる。
そこで、市場でスライダの浮上量変化を磁気出力により予測し、記録再生素子の浮上量を一定にしようとすることが考えられているが、磁気出力では熱揺らぎにより時間とともに出力が変化してしまい、浮上量予測誤差が生じてしまう。
本実施形態の場合、すきまを0nm付近となる浮上量に下げる必要もなく、L / UL 機構でも可能である。また、予め環境変化のテーブルを持っことで浮上変化を予測でき、記録再生素子の浮上量を下げられる。本実施形態は、上記の熱揺らぎの影響を受けずに浮上量の変化を予測するものである。
即ち、実施形態の目的/効果として、DFH 機能を搭載したHDD 装置において、環境変化(気圧・湿度変化)によるスライダの浮上敏変化を予測し、Heater Power を制御させ、へッド(素子 )とディスクのすきまを一定に保つ。
実施形態の原理として、実際の市場では、気圧・湿度共に変化することも考えられるが、3 点以上の回転速度で出力差を測定することにより、気圧・湿度ともに予測することが可能となる。
実施形態の構成/動作としては、上記による浮上量予測を行う為に、HDD 装置としては、気圧・湿度と出力差の例えばテーブルを持つ。また市場で起動時等に外部環境を予測する為に、異なる回転数で出力を測定する動作をする。
以上、本実施形態のポイントとして、2つ以上の回転数での出力差から外部環境を予測し、浮上量を制御する磁気ディスク記憶装置を述べた。
(1)高温領域(例えば50℃以上)のみ3つ以上の回転数での出力差から外部環境を予測し、浮上量を制御する磁気ディスク記憶装置
(2)高温領域(例えば50℃以上)では3つ以上の回転数で気圧と湿度を予測し、低温領域(例えば50℃以下)では、2つの回転数で気圧を予測し、浮上量を制御する磁気ディスク記憶装置
これらにより、上記のように気圧センサー・湿度センサーなしに外部環境を予測することが可能となった。またスライダの環境依存や回転数依存などを考える必要がなく、スライダ開発を短縮できるたり、環境依存以外の性能を改善することが可能となる。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係わる構成要素を適宜組み合わせても良いものである。
1 磁気ディスク装置
8 MPU
14 ヘッド
15 磁気ディスク
22 磁気ヘッド
22d ヒータ
801 ヒータ制御部
802 外力サンプル取得部
803 外力評価部
804 接触検出部
805 振幅取得部
808 外力サンプル抽出部

Claims (6)

  1. 記憶媒体に対して信号の記録および再生を行うヘッドの記録再生素子を加熱して膨張させるヒータへの通電量を増大または減少させて、前記記録再生素子を前記記憶媒体に近増大または減少ける制御部と、
    前記記憶媒体の2つ以上の回転数、条件によっては3つ以上の回転数での前記記録再生素子の出力差を取得する取得部とを備え、
    前記制御部は、前記出力差に基づいて前記通電量を増大または減少させるヘッド制御装置。
  2. 前記条件は温度条件である請求項1に記載のヘッド制御装置。
  3. 前記出力差は気圧または湿度をパラメータとするものである請求項1に記載のヘッド制御装置。
  4. 前記パラメータを参照するためのテーブルを備えた請求項1に記載のヘッド制御装置。
  5. 記憶媒体と、
    前記記憶媒体に対して信号の記録または再生を行う記録再生素子と、
    前記記録再生素子を加熱して膨張させるヒータと、
    前記ヒータへの通電量を増大または減少させて、前記記録再生素子を前記記憶媒体に近づけまたは遠ざける制御部と、
    前記記憶媒体の2つ以上の回転数、条件によっては3つ以上の回転数での前記記録再生素子の出力差を取得する取得部とを備え、
    前記制御部は、前記出力差に基づいて前記通電量を増大または減少させる記憶装置。
  6. ヘッド制御装置で実行されるヘッド制御方法であって、
    前記ヘッド制御装置は、制御部と記憶部とを備え、
    制御手段が、記憶媒体に対して信号の記録または再生を行う記録再生素子を加熱して膨張させるヒータへの通電量を増大または減少させて、前記記録再生素子を前記記憶媒体に近増大または減少ける工程と、
    取得手段が、前記記憶媒体の2つ以上の回転数、条件によっては3つ以上の回転数での前記記録再生素子の出力差を取得する工程と、
    を含むことを特徴とするヘッド制御方法。
JP2011146614A 2011-06-30 2011-06-30 ヘッド制御装置、記憶装置、およびヘッド制御方法 Withdrawn JP2013016218A (ja)

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