JP4795982B2 - ディスク・ドライブ装置、その高度判定方法及びそのヘッド素子部の特性判定方法 - Google Patents

Description

本発明はディスク・ドライブ装置、その高度特定方法及びそのヘッド素子部の特性判定方法に関し、特に、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランス変化に対応した技術に関する。

ディスク・ドライブ装置として、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはフレキシブル磁気ディスクなどの様々な態様のディスクを使用する装置が知られているが、その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、携帯電話、あるいはデジタル・カメラなどで使用されるリムーバブルメモリなど、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。

ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のデータ・トラックを有しており、各データ・トラックはアドレス情報を有する複数のサーボ・データとユーザ・データを含む複数のデータ・セクタが記録されている。各サーボ・データの間には、複数のデータ・セクタが記録されている。揺動するアクチュエータに支持されたヘッド・スライダのヘッド素子部が、サーボ・データのアドレス情報に従って所望のデータ・セクタにアクセスすることによって、データ・セクタへのデータ書き込み及びデータ・セクタからのデータ読み出しを行うことができる。

磁気ディスクの記録密度を向上には、磁気ディスク上を浮上するヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランス（ギャップ）の変化を小さくすることが重要である。このため、このクリアランスを調整するいくつかの機構が提案されている。そのうちの一つは、ヘッド・スライダにヒータを備え、そのヒータでヘッド素子部を加熱することよってクリアランスを調整する（例えば、特許文献１を参照）。本明細書において、これをＴＦＣ（Thermal Flyheight Control）と呼ぶ。ＴＦＣは、ヒータに電流を供給して発熱させ、熱膨張によってヘッド素子部を突出させる。これによって、磁気ディスクとヘッド素子部との間のクリアランスを小さくする。この他、ピエゾ素子を使用してヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスを調整する機構などが知られている。

クリアランスは、温度変化に応じて変化するほか、高度（気圧）の変化に応じて変化する（例えば、特許文献２を参照）。このため、温度変化に加えて、高度変化を検出し、それに応じてクリアランスを調整することが好ましい。
特開２００６−１９０４５４号公報 特開２００６−９２７０９号公報

典型的なＴＦＣは、温度の低下に応じてヒータ・パワーを増加して熱膨張によってヘッド素子部を突出させ、温度低下によるクリアランスの増加を補償する。これに対して、高度が上昇すると気圧が低下し、スライダの浮上高が低下する。これにより、ヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスも減少する。従って、高度変化に対応したＴＦＣにおいては、通常の温度変化に応じたＴＦＣと異なる工夫が必要となる。

ここで、高度を検出する手段の一つとして、高度センサ（気圧センサ）が知られている。しかし、高度センサを使用することは部材点数の増加となり、また、そのコストも大きく増加する。ヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスは、ヘッド素子部の読み出した信号強度によって特定することができる。具体的には、クリアランスの減少に応じて信号強度は増加する。従って、信号強度を測定することで、高度センサを使用することなく、クリアランス変化を補償するようにそれを調整することができる。

しかし、ヘッド素子部の読み出し特性は、その使用時間の経過において大きく変化することが知られている。本明細書において、この特性変化をインスタビリティと呼ぶ。ヘッド素子部の読み出し信号強度は、ヘッド素子部の特性変化に従って変化する。従って、読み出し信号強度からクリアランス変化を特定するには、このインスタビリティに対応した技術が必要となる。

あるいは、高度（気圧）を正確に特定することは他の点においても重要となる。例えば、ヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスのほか、スライダと磁気ディスクとの間のクリアランスを測定することも重要である。これによって、スライダと磁気ディスクとの衝突を避けることができる。このような場合において、高度をより正確に特定することが必要である。従って、読み出し信号を使用して高度を特定する場合に、インスタビリティによる影響をなくす、あるいは、それを小さくすることが重要である。

本発明の一態様に係る方法は、ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する。前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出して、それらの信号強度の比を表す値を算出する。前記算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して、前記ヘッド素子部の特性変化を特定する。これによって、ヘッド素子部の特性変化を正確に特定することができる。

好ましい一例において、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定する。前記特定した信号強度変化に基づき高度変化を特定する。これにより、正確に高度変化を特定することができる。さらに、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なる複数のヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定し、前記複数のヘッド素子部の信号強度変化に基づき高度変化を特定することが好ましい。これにより、より正確に高度変化を特定することができる。

好ましい一例において、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定し、前記特定した信号強度変化に基づいて、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する。これにより、正確なクリアランス調整を行うことができる。

本発明の他の態様は、ディスクにアクセスするヘッド素子部と、前記ヘッド素子部を支持し、前記ヘッド素子部を前記ディスク上で移動する移動機構と、前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、前記調整機構と前記移動機構とを制御するコントローラとを有するディスク・ドライブ装置である。前記調整機構は、前記ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整する。前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出す。前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、その算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して前記ヘッド素子部の特性が基準以上に変化しているかを特定する。これによって、ヘッド素子部の特性変化を正確に特定することができる。

本発明の他の態様は、ディスク・ドライブ装置において高度を特定する方法である。ヘッド素子部によってディスク上の異なる書き込み周波数の信号を読み出し、それらの信号強度の比を表す値を算出する。基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて、前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出する。前記算出したクリアランス変化に基づき高度を特定する。これによって、ヘッド特性変化に拠らず、信号強度から正確に高度を特定することができる。

好ましくは、複数のヘッド素子部の前記信号強度の比を表す値を算出し、前記算出した複数の値に基づき高度を特定する。これにより、より正確に高度を特定することができる。あるいは、前記特定した高度に基づいて、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する。これにより、正確なクリアランス調整を行うことができる。

本発明の他の態様は、ディスクにアクセスするヘッド素子部と、前記ヘッド素子部を支持し、前記ヘッド素子部を前記ディスク上で移動する移動機構と、前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、前記調整機構と前記移動機構とを制御するコントローラとを有するディスク・ドライブ装置である。前記ヘッド素子部は、異なる書き込み周波数の信号を読み出す。前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出し、その算出したクリアランス変化に基づき高度を特定する。これによって、ヘッド特性変化に拠らず信号強度から正確に高度を特定することができる。

本発明の他の態様に係るディスク・ドライブ装置は、回転するディスク上を浮上するスライダと、前記スライダ上にあり前記ディスクにアクセスするヘッド素子部と、前記スライダ上にあり前記ヘッド素子部を熱膨張によって突出させて前記ディスクとの間のクリアランスを調整するヒータと、前記スライダを支持しそのヘッド・スライダを移動する移動機構と、前記移動機構と前記ヒータとを制御するコントローラとを有する。前記コントローラは、高度の上昇に応じて前記ヒータへの供給パワーを減少させることでクリアランス調整を行う。これによって、高度上昇に応じたクリアランス変化を抑えることができる。

好ましくは、前記コントローラは、前記ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、前記ヒータを制御して前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整し、前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出し、前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、その算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して前記ヘッド素子部の特性が基準以上に変化しているかを特定する。これにより、ヘッド素子部が特性変化を特定することができる。

好ましくは、前記ヘッド素子部は異なる書き込み周波数の信号を読み出し、前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出し、その算出したクリアランス変化に基づき高度を特定する。これによって、ヘッド特性変化に拠らず信号強度から正確に高度を特定することができる。

本発明によれば、ディスク・ドライブ装置においてヘッド素子部とディスクとの間のクリアランス変化に対応した適切な技術を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。以下においては、ディスク・ドライブ装置の一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）を例として、本発明の実施形態を説明する。

まず、ＨＤＤの全体構成を説明する。図１は、本実施の形態に係るＨＤＤ１の全体構成を模式的に示すブロック図である。ＨＤＤ１は、エンクロージャ１０内に、データを記憶するディスクの一例である磁気ディスク１１、ヘッド・スライダ１２、アーム電子回路（ＡＥ：Arm Electronics）１３、スピンドル・モータ（ＳＰＭ）１４、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５、そしてアクチュエータ１６を有している。ＨＤＤ１は、さらに、エンクロージャ１０の外側に固定された回路基板２０を備えている。回路基板２０上には、リード・ライト・チャネル（ＲＷチャネル）２１、モータ・ドライバ・ユニット２２、ハードディスク・コントローラ（ＨＤＣ）とＭＰＵの集積回路（以下、ＨＤＣ／ＭＰＵ）２３及びＲＡＭ２４などの各回路を備えている。

ＳＰＭ１４は所定の角速度で磁気ディスク１１を回転する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って、モータ・ドライバ・ユニット２２がＳＰＭ１４を駆動する。各ヘッド・スライダ１２は、磁気ディスク上を浮上するスライダと、スライダに固定され磁気信号と電気信号との間の変換（データの読み書き）を行うヘッド素子部とを備えている。本形態のヘッド・スライダ１２は、熱によってヘッド素子部を膨張・突出させ、磁気ディスク１１との間のクリアランスを調整するＴＦＣ（Thermal Flyheight Control）のためのヒータを備えている。ヘッド・スライダ１２の構造は、後に図２を参照して詳述する。

各ヘッド・スライダ１２はアクチュエータ１６の先端部に固定されている。アクチュエータ１６はＶＣＭ１５に連結され、回動軸を中心に回動することによって、ヘッド・スライダ１２を回転する磁気ディスク１１上においてその半径方向に移動する。モータ・ドライバ・ユニット２２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従ってＶＣＭ１５を駆動する。ＡＥ１３は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って複数のヘッド素子部の中からアクセス（リード）を行うヘッド素子部を選択し、選択したヘッド素子部により再生される再生信号を増幅してＲＷチャネル２１に送る。また、ＲＷチャネル２１からの記録信号を選択されたヘッド素子部に送る。ＡＥ１３は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って選択したヘッド・スライダ１２のヒータへ電力（電流）を供給し、その電力量を調節する調節回路として機能する。

ＲＷチャネル２１は、リード処理において、ＶＧＡ（Variable Gain Amplifier）を使用したＡＧＣ（Auto Gain Control）によりＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅する。その後、ＲＷチャネル２１は取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。デコード処理されたデータは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に供給される。また、ＲＷチャネル２１は、ライト処理において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、さらに、コード変調されたデータをライト信号に変換してＡＥ１３に供給する。

コントローラの一例であるＨＤＣ／ＭＰＵ２３において、ＭＰＵはＲＡＭ２４にロードされたファームウェアに従って動作する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード／ライト処理制御、コマンド実行順序の管理、サーボ信号を使用したヘッド・スライダ１２のポジショニング制御（サーボ制御）、ホスト５１との間のインターフェース制御、ディフェクト管理、エラー対応処理など、データ処理に関する必要な処理及びＨＤＤ１の全体制御を実行する。また、本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３はＴＦＣを行うと共に、ヘッド素子部の読み出し信号強度に基づいてヘッド素子部の特性変化を特定し、あるいは、読み出し信号強度に基づいて高度（気圧）変化を特定する。これらの点については後に詳述する。

続いて、本形態におけるＴＦＣヘッド・スライダ１２の構成について説明する。図２は、ヘッド・スライダ１２の空気流出端面（トレーリング側端面）１２１近傍におけるその一部構成を模式的に示す断面図である。磁気ディスク１１は、図２の左から右に向かって回転する。ヘッド・スライダ１２は、ヘッド素子部１２２とヘッド素子部１２２を支持するスライダ１２３とを備えている。ヘッド素子部１２２は、リード素子３２とライト素子３１とを有している。ライト素子３１は、ライト・コイル３１１を流れる電流で磁極３１２間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク１１に記録する。リード素子３２は磁気異方性を有する磁気抵抗素子３２ａを備え、磁気ディスク１１からの磁界によって変化するその抵抗値によって磁気データを読み出す。

磁気抵抗素子３２ａは磁気シールド３３ａ、ｂによって挟まれており、ライト・コイル３１１は絶縁膜３１３で囲まれている。ライト素子３１とリード素子３２の周囲にアルミナなどの保護膜３４が形成されている。ライト素子３１及びリード素子３２の近傍に、ヒータ１２４が形成されている。パーマロイを使用した薄膜抵抗体を蛇行させ、間隙はアルミナで埋めてヒータ１２４を形成することができる。

ＡＥ１３がヒータ１２４に電力供給すると、ヒータ１２４の熱によってヘッド素子部１２２の近傍が突出変形する。例えば、非加熱時において、ヘッド・スライダ１２のＡＢＳ面は、Ｓ１で示される形状であり、ヘッド素子部１２２と磁気ディスクとの間の距離であるクリアランスはＣ１で示されている。ヒータ１２４加熱時における突出形状Ｓ２を、図２に破線で模式的に示す。ヘッド素子部１２２が磁気ディスク１１に近づき、このときのクリアランスＣ２は、クリアランスＣ１よりも小さい。なお、図２は概念図であり、寸法関係は正確ではない。ヘッド素子部１２２の突出量、つまりヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１との間のクリアランスは、ヒータ１２４に供給するヒータ・パワーに従って変化する。

次に、本形態の高度に応じたＴＦＣについて説明する。高度が上昇すると気圧が低下し、ヘッド・スライダ１２の浮上高は減少する。従って、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度の上昇に従ってヘッド素子部１２２の突出量を小さくすることが必要となる。図３（ａ）、（ｂ）は、高度変化に応じたＴＦＣの一例を模式的に示している。図３（ａ）に示すように、本形態のＴＦＣは、使用下限高度、具体的には海抜０において、ヒータ１２４に所定のヒータ・パワーを供給してヘッド素子部１２２を突出させる。高度の上昇によってヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１との間のクリアランスが減少した場合、図３（ｂ）に示すように、クリアランスの減少を補償するようにヒータ・パワーを小さくして突出量を小さくし、クリアランスの変化を抑制する。

図３（ａ）の使用下限高度における状態を示す模式図において、スライダ１２３と磁気ディスク１１との間のクリアランス（スライダ浮上高）はＦ０、ヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１との間のクリアランスはＣ０、スライダ１２３のＡＢＳ面からヘッド素子部１２２の突出量をＰ０で示している。これに対して、より高い高度における状態を模式的に示す図３（ｂ）において、スライダ浮上高はＦ１、ヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１との間のクリアランスはＣ０、スライダ１２３のＡＢＳ面からヘッド素子部１２２の突出量をＰ１で示している。

高度の上昇によりスライダ浮上高が減少するため、Ｆ１＜Ｆ０の関係が成立する。これによるクリアランスの減少を補償するため、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はヒータ・パワーを減少させ、Ｐ１＜Ｐ０となる。これによって、いずれの高度においても、ヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１のクリアランスが同一の値Ｃ０となる。なお、高度変化に伴うクリアランス変化の全てを補償する例を説明したが、クリアランス変化の一部を補償するようにヒータ・パワーを調整してもよい。あるいは、設計によって、スライダ浮上高の減少以上に突出量を減少させてもよい。

このように、使用下限高度においてヒータ・パワーにバイアスを与えておき、高度上昇に応じてヒータ・パワーを小さくすることで、高度変化に応じたクリアランス調整を適切に行うことができる。ここで、クリアランスは、温度などの他の条件によっても変化する。従って、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度と他の条件とを総合した条件においてヒータ・パワーを制御する。例えば、海抜０においても、温度が高い場合には、ヒータ・パワーを実質的０とする場合がある。あるいは、データ・ライトにおいて、ライト・コイル３１１の発熱が存在するために、ヒータ・パワーを常に実質的に０に維持する制御も考えられる。

従って、少なくとも所定の温度領域におけるリードにおいて、他の条件が大きく変化しない場合に、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、使用下限高度において所定のパワーをヒータ１２４に供給する。そして、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度が上昇する（気圧が低下することと同義である）に応じてヒータ・パワーを小さくする。あるいは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、温度が低下した場合であっても、同時に高度が上昇している場合には、同一高度にある場合に比較して、ヒータ・パワーの増加量を抑えるように制御する。

なお、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度上昇に応じて連続的にヒータ・パワーを変化させる、あるいは、高度をいくつかの範囲に分割し、各分割範囲内では同一のヒータ・パワーを供給し、検出高度が分割範囲を移った場合にヒータ・パワーを変化させるようにしてもよい。図４は、高度及び温度を複数の範囲に分割してＴＦＣを行う一例を示している。高度が０ｋｆｔ．〜６ｋｆｔ．において、常温、高温、低温のそれぞれの温度領域におけるヒータ・パワーは、３、２、４である。数字が大きいほどヒータ・パワーが大きいことを意味する。各温度範囲において、高度の上昇に応じてヒータ・パワーが低下している。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＡＥ１３を制御することによってヒータ１２４に供給するパワー値を変化させる。図５は、本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３による各回路要素の制御を模式的に示すブロック図である。図５に示すように、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＡＥ１３のレジスタにヒータ・パワー値を表すデータ（HEATER POWER VALUE）を格納する。ＡＥ１３は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からのリード／ライド・タイミングの制御信号（GATE CONTROL）に従って、レジスタに格納されたデータが表すパワー（HEATER POWER）を選択したヘッド・スライダ１２のヒータ１２４に供給する。

高度に応じたＴＦＣを行う場合、高度（気圧）を測定することが必要となる。ＨＤＤ１は、例えば、実装された高度センサ（気圧センサ）を使用して高度測定を行うこともできる。しかし、高度センサの使用は、部品点数の増加とコストの増大を招く。そのため、リード素子３２の読み出し信号強度を使用して高度測定を行うことが好ましい。信号強度は、ヘッド素子部１２２と磁気ディスク１１との間のクリアランスが減少すると増加し、増加すると減少する。ヘッド素子部１２２毎に、信号強度の変化に対する高度のセンシティビティを予め特定しておくことによって、信号強度変化に対する高度変化を特定することができる。

ＨＤＤ１内におけるより具体的な処理について説明する。設計、製造段階において、海抜０などの基準高度に対する基準信号強度とセンシティビティとを特定し、ＨＤＤ１内に設定登録しておく。典型的には、このときのＴＦＣパワーを０とする。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、上記基準信号強度とセンシティビティとを参照して、検出した読み出し信号強度から現在高度を特定する。

ここで、センシティビティや基準信号強度は温度によって変化することから、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３が参照するこれらの値も、温度センサ（不図示）の検出温度に応じて変化する。なお、測定する信号強度の基準となる信号は、一定周波数のバースト信号であって、磁気ディスク１１の管理領域（ユーザ・データの記憶に使用しない領域）内に予め記録しておくことが好ましい。この信号を記録する領域は、ヘッド位置のずれの影響を避けるために、トラック幅方向の寸法をリード幅に対して大きくしておくことが好ましいだろう。

なお、信号強度の変化から、ヘッド素子部１２２（リード素子）と磁気ディスク１１との間のクリアランス変化Δｄを算出することができる。具体的には、基準となる信号強度（振幅）をＡ０として、測定された信号強度をＡ１とすると、
A1／A0＝exp(−2πΔｄ／λ) （数式１）
が成立する。なお、数式１は広く知られたものであり、詳細な説明は省略する。ここで、λは信号強度測定に使用した記録信号の書き込み波長である。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、予め設定登録されているクリアランス変化と高度との間のセンシティビティを使用して、数式１から算出したクリアランス変化を使用して高度（高度変化）を特定することができる。なお、高度の演算に使用する信号強度の値は、例えば、測定された複数サンプル値の平均値を使用することができる。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＲＷチャネル２１のＶＧＡのゲイン値（VGA VALUE）を参照することによってリード素子３２の読み出し信号（READ SIGNAL）の強度を得ることができる。図１を参照して説明したように、ＲＷチャネル２１は、ＡＥ１３からの読み出し信号（READ SIGNAL）の振幅が一定となるように、ＶＧＡを使用したＡＧＣを行う。従って、ＶＧＡのゲイン値（VGA VALUE）は、信号強度に反比例し、ＶＧＡゲイン値の逆数が信号強度を表す。ＲＷチャネル２１はＶＧＡゲイン値（VGA VALUE）を格納するレジスタを有しており、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はそのレジスタにアクセスすることでＶＧＡゲイン値（VGA VALUE）を得ることができる。

ここで、リード素子３２の読み出し信号強度は、クリアランスに関わらずリード素子３２のインスタビリティ（ヘッド特性変化）によって大きく変化する。ここで、ヘッド特性の変化は、信号振幅の低下あるいは増大を示しうる。従って、読み出し信号強度を使用してクリアランス変化及び高度変化を正確に測定するためには、インスタビリティの影響を受けないようにすることが必要である。

本明細書において、インスタビリティの影響を避ける方法を二つ示す。一つは、インスタビリティを起こしたヘッド素子部１２２を特定し、そのヘッド素子部１２２と異なるヘッド素子部１２２の読み出し信号を使用してクリアランス変化及び高度変化を測定する。もう一つの方法は、インスタビリティが起きた場合であっても、読み出し信号強度から正確にそのヘッド素子部のクリアランス変化を特定する。

まず、インスタビリティを起こしたヘッド素子部１２２を特定する手法について説明する。ヘッド素子部１２２は異なる書き込み周波数の信号を読み出し、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、各信号強度を使用してインスタビリティが起きているヘッド素子部１２２を特定する。まず、本手法の前提となる関係について説明する。

磁気ディスク１１に、周波数ｆ１と周波数ｆ２の各信号が書き込まれているとする。周波数ｆ１の読み取り信号強度をＡｆ１、周波数ｆ２の読み取り信号強度をＡｆ２と表す。これらの間には、以下の関係が成立することが知られている。
Af1／Af2＝C×exp(2πｄ(1／λ2−1／λ1)) （数式２）
λ１及びλ２は、それぞれ、周波数ｆ１及びｆ２の信号の波長である。Ｃは定数であり、ｄはリード素子３２のクリアランスである。ここで、読み出信号強度の比（Ａｆ１／Ａｆ２）を、本明細書においてレゾリューションと呼ぶ。

数式２から理解されるように、クリアランスｄに変化がない場合、レゾリューション（Ａｆ１／Ａｆ２）は一定である。従って、クリアランスｄが一定であるときに、レゾリューションが変化している場合、リード素子３２の特性が変化していることを意味する。本形態の手法は、この点を利用してインスタビリティを起こしたヘッド素子部１２２（リード素子３２）を特定する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、信号強度変化とクリアランス変化との関係を模式的に示している。図６（ａ）に示す基準状態において、ヘッド素子部１２２のクリアランスはＣ０であり、信号強度はＡ０である。ヘッド素子部１２２が読み出す信号の周波数は、特に限定されない。ここで、図６（ｂ）に示すように、クリアランスが基準値のＣ０からＣ１に変化すると、信号強度は基準値のＡ０からＡ１に変化する。図６（ｂ）の例においてＣ１＜Ｃ０であり、Ａ１＞Ａ０となる。図６（ｂ）の例において、インスタビリティは起きていない。一方、図６（ｃ）は、インスタビリティが発生している例を示している。クリアランスは基準値Ｃ０で一定であり、変化していない。しかし、信号強度は基準値のＡ０からＡ１に変化している。

図７（ａ）に示すように、図６（ａ）の基準状態におけるレゾリューション基準値をＲ０と表す。図７（ｂ）は、図６（ｂ）の状態から、信号強度がＡ１から基準値Ａ０になるようにクリアランスを変化させた場合を示している。インスタビリティが起きておらず、信号強度が同一となるようにクリアランスを変化させているので、図７（ｂ）のクリアランスと図７（ａ）のクリアランスは同一であり、Ｃ０となる。また、図７（ａ）の初期状態とクリアランスが同一であるから、図７（ｂ）のレゾリューションも、基準状態と同一のＲ０となる。

図７（ｃ）は、図６（ｃ）の状態から、信号強度がＡ１からＡ０になるようにクリアランスを変化させた場合を示している。Ａ０＜Ａ１であるので、図７（ｃ）のクリアランスＣ２は、図６（ｃ）の状態におけるクリアランスＣ０よりも増加する（Ｃ２＞Ｃ０）。クリアランスが変化することから、図７（ｃ）のレゾリューションＲ２は初期状態のレゾリューションＲ０とは異なる値となる。

図７（ｂ）を参照した説明から理解されるように、インスタビリティが発生していないヘッド素子部１２２においては、信号強度を基準値Ａ０に合わせた後のレゾリューションの値は基準値Ｒ０と一致し、変化してない。一方、図７（ｃ）を参照した説明から理解されるように、インスタビリティが起きているヘッド素子部１２２においては、信号強度を基準値Ａ０に合わせた後のレゾリューションの値Ｒ２は基準値Ｒ０と一致しておらず、変化している。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、このレゾリューション変化に従ってインスタビリティが起きているヘッド素子部１２２を特定することができる。具体的方法の例を、図５のブロック図及び図８のフローチャートを参照して説明する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、モータ・ドライバ・ユニット２２に制御データ（DACOUT）を渡してＶＣＭ１５を駆動させ、ヘッド・スライダ１２を読み出す信号が記録されている所望位置に移動する。典型的には、ユーザ・データを記憶しない管理領域内のエリアである。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド素子部１２２が読み出した所定信号の信号強度を測定しながら、ＡＥ１３にヒータ・パワー値（HEATER POWER VALUE）をセットして、クリアランスを調整する（Ｓ１１）。信号強度として、ＲＷチャネル２１からのＶＧＡゲイン値（VGA VALUE）を使用することができる。信号強度が基準値と一致した状態において、ヘッド素子部１２２は異なる周波数の信号を読み出し（Ｓ１２）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はそれらの値からレゾリューションを算出する（Ｓ１３）。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、算出したレゾリューションを予め設定登録されている基準値と比較する（Ｓ１４）。レゾリューションの比較は、それらの値を直接比較する、あるいは、それらを更に演算処理した値（これもレゾリューションを表す値の一つである）を比較することで、レゾリューションを間接的に比較してもよい。これらの相違が所定の基準内にあるとき（Ｓ１４におけるＮ）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、インスタビリティが発生してないと判定し（Ｓ１５）、基準を越えている場合にインスタビリティが発生していると判定する（Ｓ１６）。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、インスタビリティが起きているヘッド素子部１２２以外のヘッド素子部１２２の読み出し信号を使用して高度計算を行う。これによって、より正確な高度計算をすることができる。複数のヘッド素子部が存在する場合、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、それらの信号強度から得た値の平均値に基づいて高度（高度変化）を特定することが好ましい。これによって、より正確に特定することができる。

なお、多くのヘッド素子部が存在する場合、上限と下限の値を示すヘッド素子部１２２のデータを除いた他のデータを使用するようにしてもよい。また、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度変化によってクリアランスが変化した場合の他、温度変化によってクリアランスが変化した場合にもインスタビリティの発生を特定することができる。また、上述のインスタビリティもしくはヘッド特性変化の判定は、高度計算やＴＦＣのみならず、ＨＤＤ内の他の制御に利用してもよい。例えば、インスタビリティを起こしていると判定したヘッド・スライダ１２の使用優先度を下げる、そのヘッド・スライダ１２が対応するデータに危険があるとホスト５１に警告する等である。

次に、ヘッド特性が変化しても、そのヘッド素子部１２２の読み出し信号を使用して高度を正確に算出する方法を説明する。まず、上記の数式２を変形すると、次の関係が成立する。
ln(Af1／Af2)＝lnC＋2π×ｄ×(1／λ2−1／λ1) （数式３）
書き込み信号の振幅（λ１、λ２）は予め知られた値であるので、異なる周波数の読み出し信号強度（Ａｆ１、Ａｆ２）から、クリアランスｄを算出することができる。

ここで、レゾリューションを表す値の一つである数式３の左辺を、Ｆと表す。基準となるクリアランスｄ０におけるＦを、Ｆ（ｄ＝ｄ０）と表す。現在のクリアランスをｄ１とすると、次の関係が成立する。
F(d=d0)−F(d=d1)＝2π×(d0−d1)×(1／λ2−1／λ1) （数式４）
この数式４から、クリアランス変化（ｄ１−ｄ０）を算出することができる。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、クリアランス変化量から、予め登録されているセンシティビティを参照して高度（高度変化）を特定する。

ヘッド特性が変化した場合であっても、異なる周波数のレゾリューション（Ａｆ１／Ａｆ２）は変化することなく一定となる。このため、レゾリューションを使用することによって、インスタビリティなどによりヘッド特性が変化した場合であっても、クリアランス変化量を算出することができる。

具体的には、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、高度測定のタイミングでアクチュエータ１６とヘッド素子部１２２を制御して予め記録されている異なる周波数の信号を読み出し、それらの値からレゾリューションを算出する。そして、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、数式４に従って基準となるクリアランスｄ０からのクリアランス変化を算出し、さらに、予め設定登録されているセンシティビティのデータから現在高度を特定することができる。なお、ヘッド特性が大きく変化したヘッド素子部１２２を除外する上述の例と同様に、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は複数のヘッド素子部１２２の信号を使用して高度の特定を行うことが好ましい。

上述の二つの高度特定方法は、クリアランス調整と異なる制御に利用することが考えられる。具体的には、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は測定された高度が基準を越えている場合、ヘッド・スライダ１２を記録領域外の退避位置に移動する。ヘッド・スライダ１２と磁気ディスク１１との間のギャップ（クリアランス）は、高度の上昇（気圧低下）と共に減少する。従って、これによって、高度が設計範囲を超えている場合に、ヘッド・スライダ１２が磁気ディスク１１に衝突することを防ぐことができる。退避位置は、ランプ・ロード・アンロード方式のＨＤＤにおいてはランプ上の停止位置、ＣＳＳ（Contact Start and Stop）方式においては内周側（あるいは外周側）の退避領域内の停止位置となる。

以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、上述のヘッド特性が変化したヘッド素子部の特定手法、あるいは、レゾリューションを使用した高度測定のそれぞれは、ピエゾ素子などのＴＦＣ以外のクリアランス調整機構を有するディスク・ドライブ装置に適用することができる。あるいは、これらの技術は、ディスク・ドライブ装置内におけるクリアランス調整以外の制御に利用することができる。なお、本発明は、リード素子のみを備えるヘッド・スライダを実装するＨＤＤに、あるいは、ＨＤＤ以外のディスク・ドライブ装置に適用してもよい。

本実施形態において、ＨＤＤの全体構成を模式的に示すブロック図である。 本実施形態において、ＴＦＣのためのヒータを備えたヘッド・スライダの構成を模式的示す断面図である。 本実施形態において、高度変化に応じたＴＦＣの一例を模式的に示している。 本実施形態において、高度及び温度を複数の範囲に分割してＴＦＣを行う一例を示している。 本実施形態において、ＨＤＣ／ＭＰＵによる各回路要素の制御を模式的に示すブロック図である。 本実施形態において、信号強度変化とクリアランス変化との関係を模式的に示している。 本実施形態において、図６の各状態から、信号強度がＡ１から基準値Ａ０になるようにクリアランスを変化させた場合を示している。 本実施形態において、レゾリューション変化に従ってインスタビリティが起きているヘッド素子部を特定する方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ハードディスク・ドライブ、１０ エンクロージャ、１１ 磁気ディスク
１２ ヘッド・スライダ、１４ スピンドル・モータ、１５ ボイス・コイル・モータ
１６ アクチュエータ、２０ 回路基板、２１ リード・ライト・チャネル
２２ モータ・ドライバ・ユニット、２３ ハードディスク・コントローラ／ＭＰＵ
２４ ＲＡＭ、３１ ライト素子、３２ リード素子、３２ａ 磁気抵抗素子
３３ａ、ｂ シールド、３４ 保護膜、５１ ホスト、１２１ トレーリング側端面
１２２ ヘッド素子部、１２３ スライダ、１２４ ヒータ、３１１ ライト・コイル
３１２ 磁極、３１３ 絶縁膜

Claims (14)

1. ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整し、
   前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出して、それらの信号強度の比を表す値を算出し、
   前記算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して、前記ヘッド素子部の特性変化を特定し、
   その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定し、
   前記特定した信号強度変化に基づき高度変化を特定する、方法。
2. その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なる複数のヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定し、
   前記複数のヘッド素子部の信号強度変化に基づき高度変化を特定する、
   請求項１に記載の方法。
3. その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号について、その信号強度変化を特定し、
   前記特定した信号強度変化に基づいて、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する、
   請求項１に記載の方法。
4. ディスクにアクセスするヘッド素子部と、
   前記ヘッド素子部を支持し、前記ヘッド素子部を前記ディスク上で移動する移動機構と、
   前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、
   前記調整機構と前記移動機構とを制御するコントローラと、を有し、
   前記調整機構は、前記ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整し、
   前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出し、
   前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、その算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して前記ヘッド素子部の特性が基準以上に変化しているかを特定し、
   前記コントローラは、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号についてその信号強度変化を特定し、その特定した信号強度変化に基づき高度変化を特定する、ディスク・ドライブ装置。
5. 前記コントローラは、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なる複数のヘッド素子部からの信号についてその信号強度変化を特定し、前記複数のヘッド素子部の信号強度変化に基づき高度変化を特定する、
   請求項４に記載のディスク・ドライブ装置。
6. 前記コントローラは、その特性変化が基準を越えているヘッド素子部と異なるヘッド素子部からの信号についてその信号強度変化を特定し、その特定した信号強度変化に基づいてヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する、
   請求項４に記載のディスク・ドライブ装置。
7. ディスク・ドライブ装置において高度を特定する方法であって、
   ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整し、
   前記クリアランス調整した後に、前記ヘッド素子部によってディスク上の異なる書き込み周波数の信号を読み出し、それらの信号強度の比を表す値を算出し、
   基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて、前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出し、
   前記算出したクリアランス変化に基づき高度変化を特定する、方法。
8. 複数のヘッド素子部の前記信号強度の比を表す値を算出し、前記算出した複数の値に基づき高度を特定する、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記特定した高度に基づいて、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する、
   請求項７に記載の方法。
10. ディスクにアクセスするヘッド素子部と、
    前記ヘッド素子部を支持し、前記ヘッド素子部を前記ディスク上で移動する移動機構と、
    前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、
    前記調整機構と前記移動機構とを制御するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整し、
    前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出し、
    前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出し、その算出したクリアランス変化に基づき高度変化を特定する、
    ディスク・ドライブ装置。
11. 前記コントローラは、複数のヘッド素子部の前記信号強度の比を表す値を算出し、前記算出した複数の値に基づき高度を特定する、
    請求項１０に記載のディスク・ドライブ装置。
12. 前記コントローラは、前記特定した高度に基づいて、ヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整する、
    請求項１０に記載のディスク・ドライブ装置。
13. 回転するディスク上を浮上するスライダと、
    前記スライダ上にあり、前記ディスクにアクセスするヘッド素子部と、
    前記スライダ上にあり、前記ヘッド素子部を熱膨張によって突出させて前記ディスクとの間のクリアランスを調整するヒータと、
    前記スライダを支持し、そのヘッド・スライダを移動する移動機構と、
    前記移動機構と前記ヒータとを制御するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、そのヘッド素子部とディスクとの間のクリアランスを調整し、
    前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出し、
    前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、基準高度における前記信号強度の比を表す値と前記算出した信号強度の比を表す値とに基づいて前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランス変化を算出し、その算出したクリアランス変化に基づき高度変化を特定し、
    前記コントローラは、高度の上昇に応じて前記ヒータへの供給パワーを減少させることでクリアランス調整を行う、
    ディスク・ドライブ装置。
14. 前記コントローラは、前記ヘッド素子部の読み出し信号強度が対応する基準値と一致するように、前記ヒータを制御して前記ヘッド素子部と前記ディスクとの間のクリアランスを調整し、
    前記ヘッド素子部は、前記クリアランス調整した後に、異なる書き込み周波数の信号を読み出し、
    前記コントローラは、前記異なる書き込み周波数の信号強度の比を表す値を算出し、その算出した比を表す値と対応する基準値とを比較して前記ヘッド素子部の特性が基準以上に変化しているかを特定する、
    請求項１３に記載のディスク・ドライブ装置。

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