JP5774067B2 - 装置、磁気要素、および方法 - Google Patents

Description

本開示のさまざまな実施例は一般的に、データアクセスおよび環境測定が可能である磁気読取機に関する。

米国特許第７８９１０８０号明細書 米国特許第７５０２１９４号明細書 米国特許第６８２９１１９号明細書 米国特許第６２８８８５６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１０２９３３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０００７４１６号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１４９６７６号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２４５１１０号明細書

概要
さまざまな実施例に従うと、磁気要素は、選択的にデータを読み取るとともに、隣接するデータ記憶媒体からのクリアランスを測定するよう各々が適合される第１および第２のデータ変換要素を有するよう構成されてもよい。

データ記憶装置の例示的な部分のブロック図である。 図１のデータ記憶装置において用いられることが可能である例示的な磁気要素の断面ブロック図である。 例示的な磁気要素の一部のＡＢＳから見た図を示す図である。 例示的なデータ記憶装置の一部の上面ブロック図を示す図である。 さまざまな実施例に従って構成される例示的な磁気要素の一部のＡＢＳから見た図を示す図である。 図１のデータ記憶装置において用いられることが可能である例示的な磁気要素のＡＢＳから見た図を示す図である。 さまざまな実施例に従って行われたデータアクセスルーチンのフローチャートである。

詳細な説明
データ記憶装置は、データ容量がより大きくなり、かつデータアクセス速度がより速くなるように進歩してきたが、磁気的および物理的な不安定性の影響を受けやすい。回転するデータ記憶構成要素により、磁気媒体と変換ヘッドとの間のクリアランスが低減され、環境条件による変動性を代償にして媒体上でデータビット密度が増加し得る。ヘッド−ディスク間のクリアランスのような環境条件の監視は、データセンサのリードバック信号を処理することによって行われ得る。しかしながら、しばしば発生するデータセンサの不安定性により、誤った測定値が生じ得る。これは、データアクセスエラーおよびヘッド−ディスク間の界面の破損につながる。したがって、当該産業において、ヘッド−ディスク間のクリアランスのような環境測定における信頼性を向上させることについての要求が継続している。

したがって、磁気データ読取機または書込機のような磁気要素は、各々が選択的にデータを読み取るとともに、隣接するデータ記憶媒体からのクリアランスを測定するよう適合される第１および第２のデータ変換要素を有するよう構成されてもよい。複数のデータ変換器の使用により、データアクセス信頼性および精度の向上を可能にする多くの動作上および構造上のオプションが与えられる。１つのこのようなオプションは、データビットアクセスのために第１の変換器を用いると同時に、ヘッド−ディスク間のクリアランスを第２の変換器を用いて測定する能力である。

別のオプションでは、連続的に行われるヘッド−ディスク間のクリアランス測定およびしばしば行われる冗長なデータビット感知を行うよう用いられる第２の変換器を、より大きい物理的サイズと低減された磁気シールドとを有するように構成する。これらの磁気要素の構成は、特にフォームファクタが低減されたデータ記憶装置において、データアクセス性能を向上させるためにどのように複数のデータ変換器が調節され得るかを示している。

複数のデータ変換器を有する磁気要素が実施され得る環境の例として、図１は一般的に、データ記憶装置のデータ変換部分１００を示す。変換部分１００は、本開示のさまざまな実施例が実施され得る環境にあるのが示される。しかしながら、この開示のさまざまな実施例は、このような環境によって限定されず、複数の変換器を有する磁気要素のさまざまな実施例が、データアクセスの信頼性および精度を向上させるようさまざまな態様で実施され得るということが理解されるであろう。

変換部分１００は、作動アセンブリ１０２を有する。作動アセンブリ１０２は、磁気記憶媒体１０８上に存在するプログラムされたデータビット１０６の上に変換ヘッド１０４を位置決めする。記憶媒体１０８は、スピンドルモータ１１０に取り付けられる。スピンドルモータ１１０は、使用時には回転して空気軸受面（ＡＢＳ）１１２を作り出す。空気軸受面（ＡＢＳ）１１２上では、作動アセンブリ１０２のスライダ部分１１４が、変換ヘッド１０４を含むヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１６を媒体１０８の所望の部分上に位置決めするよう浮動する。

変換ヘッド１０４は、それぞれ記憶媒体１０８にデータをプログラムおよび記憶媒体１０８からデータを読み取るよう動作する１つ以上の変換要素と１つ以上の環境センサとを含み得る。当該変換要素はたとえば、磁気書込機および磁気的に応答する読取機であり、環境センサはたとえば、データにアクセスできてもよいか、またはできなくてもよいヘッド−ディスク間クリアランスセンサである。これにより、作動アセンブリ１０２およびスピンドルモータ１１０の制御された運動によって、選択的にデータを書き込み、読み取り、および再書き込みするよう、記憶媒体表面上に規定される所定のデータトラック（図示せず）に沿って横方向および媒体表面１１４に対して垂直に測定される際には鉛直方向に変換ヘッドの位置を調整し得る。

図２は、図１の変換部分１００において用いられることが可能な例示的な変換要素１２０の断面ブロック図を示す。磁気要素１２０は、図２に示される構成が必須ではなく、または当該構成に限定されないが、電極層１２４同士の間に配置された磁気スタック１２２と、空気軸受面（ＡＢＳ）上の磁気シールド１２６とを有する。磁気スタックは、磁気抵抗、トンネル磁気抵抗、およびスピンバルブといったさまざまな異なるデータビット感知積層部として構成され得るが、いくつかの実施例では、第１の強磁性自由層１２８および第２の強磁性自由層１３０が存在する３層センサである。第１の強磁性自由層１２８および第２の強磁性自由層１３０の各々は双極性であり、外部磁界の影響を受けやすい。

自由層１２８および１３０の各々は、層１２８と層１３０との間に測定可能な磁気抵抗効果を提供するよう作用する非磁性スペーサ層１３２に接触して隣接する。スペーサ層１３２に結合した自由層１２８および１３０の積層部は、基準層または反強磁性結合層のような任意の固定磁化の欠如により、３層として特徴づけされ得る。このような磁化の欠如は、後部バイアス磁石１３４の存在によって相殺され得る。後部バイアス磁石１３４は、磁気スタック１２２に隣接し、ＡＢＳの遠位にあり、図１のデータビット１０６のようなデータビットに対して近位になると克服され得るデフォルトの磁化に自由層１２８および１３０を誘導する。

基準層を磁気スタック１２２に加える代わりに、後部バイアス磁石１３４を有するよう変換要素１２０を構成することにより、信号感度および振幅を犠牲にすることなく、要素１２０のシールド間の間隔が低減され得る。磁気スタック１２２のサイズおよびデータアクセス構造にかかわらず、磁気要素１２０のような複数のデータ変換要素は、データ記憶媒体に近位である空気軸受上で同時に浮動するように図１の変換ヘッド１０４のような変換ヘッドに配置され得る。

図３は、さまざまな異なるデータアクセス動作に対応するよう磁気シールドおよびＡＢＳ突出部として構成され得る、書込機構１４４に隣接する変換書込要素１４２を有するよう構成される例示的な磁気要素１４０のＡＢＳブロック図を示す。磁気要素１４０はさらに、データを独立してまたは同時に読み取ることが可能であるとともに、ヘッド−ディスク間クリアランスおよびサーマルアスペリティといった環境測定値を感知することが可能である第１の変換読取要素１４６、第２の変換読取要素１４８、および第３の変換読取要素１５０を有するよう構成され得る。

図示されるように、各変換読取要素１４６、１４８、および１５０は、読取機構１５２と読取機構１５４との間に配置されているが、読取機構１５２および１５４は書込機構１４４のようにさまざまな異なる構成要素であり得るとともに、それぞれの要素１４６、１４８、および１５０について意図される磁気的範囲に依存して１つ以上の変換要素に対して近位に位置決めされ得るので、このような構成は限定的なものではない。３つの変換要素１４６、１４８、および１５０が用いられるという事実も、広範囲の磁気要素１４０の実施例を提供するよう３つよりも少ないかまたは３つよりも多い要素が構成され得るので、限定的なものではない。

１つのこのような磁気要素１４０の構成の実施例では、第１の変換読取要素１４６は、データビットを感知可能な３層の磁気スタックとして構成される一方、第２の変換読取要素１４８および第３の変換読取要素１５０は、固定された磁気基準層をデータを感知するのに用いる磁気抵抗センサとして構成される。異なる読取素子構成にもかかわらず、データビット感応性磁気スタックを各要素１４６、１４８、および１５０に使用することによって、感知されたデータ信号の振幅および高調波比の処理による環境測定が可能になり得る。すなわち、各変換読取要素１４６、１４８、および１５０は、データビットを読み取るとともに、ヘッド−ディスク間クリアランスのような環境条件を測定し得る。

異なる磁気スタック積層部の使用により、いくつかの磁気スタック積層部が、他のデータビット感応性積層部よりもより早くかつ低いコストで作製され得るので、コストおよび製造時間の点で効率的な構成の磁気要素１４０が可能になり得る。冗長にデータを感知するとともに環境条件を測定する能力を提供する複数の変換読取要素１４６、１４８、および１５０の使用によってさらに、要素１４６、１４８、および１５０のいくつかまたはすべてを磁気的および物理的な公差が異なるような構成にすることが可能になる。

たとえば、中央の第１の変換読取要素１４６は、正確なデータビット感知に重みを置くよう低減されたサイズを有するように構成されてもよく、第２の読取要素１４８および第３の読取要素１５０は、それよりも大きなサイズと低減されたシールドとを有する。このような異なる読取要素の構成は、複数の読取要素１４６、１４８、および１５０を有することによって与えられる冗長なデータ感知および環境測定能力によってデータビットまたは条件測定の妥当性を損なうことなく、用いられ得る。

変換読取要素１４６、１４８、および１５０がＺ軸に沿って横方向に整列するよう位置決めされることにより、相対的に長い距離に亘って条件を測定しつつ、効率的な磁気シールドが可能になり得る。しかしながらこのような構成は、さまざまな動作条件に対応するよう変更され得る。図４は、対応された動作条件を一般的に示す、例示的なデータ記憶装置のデータ変換部分１６０の上面ブロック図である。

実質的に三角形状に配される複数の読取要素１６６を有するジンバル付ヘッド１６４を有する作動アセンブリ１６２の構成は、スキュー角度の影響を緩和し得るとともに、データ記録媒体１７０の異なるデータトラック１６８からの不定期またはコンスタントな２次元データ感知を可能にし得る。すなわち、読取要素１６６は、記録媒体１７０の中心に対するヘッド１６４の回転位置にかかわらず、隣接するデータトラック１６８からのデータの同時読み取りと、異なるデータトラック１６８に対するそれぞれの要素の整列とを可能にするようヘッド１６４上の任意の位置に位置決めされ得る。

図５は、第１の変換読取要素１８２および第２の変換読取要素１８４がある範囲の構造的および動作的調整を提供するよう異なる構成を有するように構成されたいくつかの実施例に従って配される例示的な磁気要素１８０のＡＢＳ部分に焦点を当てた図である。図５に示される実施例では、第１の変換読取要素１８２は、データビット密度が増加するとともにフォームファクタが低減したデータトラックへのアクセスを可能にするようそれぞれ選択された第１の幅１８６および高さ１８８によって規定される面積範囲を有する。

面積範囲によって規定される第１の変換読取要素１８２の物理的サイズは、第１の変換読取要素１８２のさまざまな部分に近位である少なくとも上部シールド１９０、底部シールド１９２、左サイドシールド１９４、および右サイドシールド１９６の位置決めにより調節された磁気的サイズにより補完され得る。当該さまざまなシールド１９０〜１９６のサイズ、材料、および方位は、特定の設計に限定されないが、第１の読取幅１８６または高さ１８８に沿って連続的に延在して、逸脱した磁束が第１の磁気的自由層１９８または第２の磁気的自由層２００の磁化に影響を与えることを防止するよう調節され得る。

第１の変換読取要素１８２の調節によって物理的構成および磁気的構成に制限がなくなることが可能になることにより、このような調節された構成要素を正確に構成することは、製造時間および材料の両方の点においてコストがかかることになり得る。いくつかの実施例では、正確な磁気的および物理的サイズのために少なくとも１つの読取要素を調節することで高い程度のデータビット感知精度を提供しつつ、複数の読取要素の使用により第１の変換読取要素１８２の物理的および磁気的調節の精度を和らげ得る。

シールドが設けられた第１の変換読取要素１８２の使用により、他の読取要素がさらに、効率の向上に貢献する異なる構造的および動作的特性を有するよう構成され得る。図５の例示的な実施例は、第２の変換読取要素１８４がどのように、第２の読取幅２０２および高さ２０４がより大きく、磁気的自由層２０６に近位の磁気シールド材料が少なく、ＡＦＭのような固定磁気構造２０８が存在するより大きい面積範囲を有するかを示す。固定磁気構造２０８は、より効率的に構成され得るとともに、データビット感知精度および速度を向上するよう第１の変換読取要素１８２の磁気感知を補完し得る磁気的サイズを増加する。

磁気感度および安定性について公差がより大きくなるように第２の変換読取要素１８４を構成する能力、たとえば第２の読取部１８４をデータ速度よりも低い固定周波数信号を用いるよう構成することによって、いくつかの実施例では第２の読取要素１８４がサーマルアスペリティ、ヘッド−ディスク間の接触、およびヘッド−ディスク間のクリアランスといったさまざまな動作条件を具体的に検出するよう調節されることが可能になる。なお第２の読取要素１８４はさまざまな異なる態様で調節され得るが、変換要素およびセンサとしての機能の組み合せにより、データを読み取るとともに環境条件を感知するよう複数の読取要素の冗長な動作により選択的に動作する能力が提供される。

この開示の目的のために、「変換要素」という用語は、空気軸受に亘って回転するデータ記録媒体上に存在するデータビットを磁気スタックから感知することが可能である磁気スタック積層部を指すよう意図される。さらに、「選択的」という用語は、ある要素の動作を随意に活性化または非活性化する能力を指すよう意図される。たとえば、連続的に環境条件を感知するとともにデータを読み取る変換要素は、選択的な構成要素ではない。しかしながら、データを読み取り、所定時間の間、環境条件を感知してからデータを読み取るかまたは環境条件を測定することに進む変換要素は選択的な構成要素となるであろう。

図６は、例示的な磁気要素２２０を示す図であって、第１の変換読取要素２２２、第２の変換読取要素２２４、および第３の変換読取要素２２６がさまざまな実施例に従ってどのように一意に調節され得るかを示す図である。３つの同じ変換読取要素の使用は排除されないが、第１の読取要素２２２を３層磁気スタックとして構成し、第２の読取要素２２４を磁気トンネル接合とし、第３の読取要素２２６をスピンバルブとすることにより、さまざまな動作能力が提供され得る。たとえば３層磁気スタックは、その小さい物理的サイズならびに磁気シールド２２８および２３０の存在により、高いレベルの磁気感度および安定性を提供する一方、上記トンネル接合およびスピンバルブ磁気スタックは、あまり厳格でない公差でより効率的に作製され得、製造時間および費用が低減される。

さまざまな実施例では、磁気シールド２２８および２３０の１つまたは両方の部分をセグメント化して、第２の読取要素２２４および第３の読取要素２２６を選択的に用いてデータを読み取るとともに環境条件を測定する能力を提供する。このようなシールド構成により、データアクセス速度および精度を犠牲にすることがない強度の各磁気スタック構成の使用が可能になり得る。すなわち、スピンバルブは、さまざまな環境条件を検出することが可能である磁気スタックを迅速に製造し得、トンネル接合は、公差および物理的サイズが３層磁気スタックよりも大きな状態で効率的に作り出される増加されたレベルのデータビット感知精度を有し得る。

さまざまな読取要素の構成の強度にかかわらず、異なる公差、感度、および安定性を有する異なる変換積層部を用いる能力が、たとえばサイドシールド２３０から外部の第２の読取要素２２４および第３の読取要素２２６までの距離２３２を調整することにより調節され得る。これにより、環境条件を監視するとともにデータビットを冗長かつ別々に読み取る能力により向上した精度で２次元データ感知のような洗練された磁気読み取りが可能である磁気要素が提供される。

図７は、複数の変換要素を有する磁気要素１４０、１８０、および２２０のような磁気要素を用いるよう、さまざまな実施例に従って実行される例示的なデータアクセスルーチン２４０を示す図である。ルーチン２４０において明確には言及されていないが、サイズ、材料、およびシールド構成について各々が調節される少なくとも２つの変換要素を有する磁気要素が、空気軸受に亘ってデータ記憶媒体と動作的に関与するよう位置決めされるということが理解される。

磁気要素を構成および適切な位置に配置することで、ルーチン２４０は、ステップ２４２において変換要素の少なくとも１つを用いて、連続的または散発的にクリアランスを測定し得る。ステップ２４２は、フィールド調整飛行高さ（field adjust fly height（Ｆ
ＡＦＨ））、接触検出、サーマルアスペリティ検出、および変換要素の１つ以上による近接感知を同時にまたは連続的に用い得るので、クリアランス測定のタイプおよび態様に対して限定または要件は存在しない。さまざまなクリアランス測定のオプションは、データ転送速度、精度、および損傷後振動（post-trauma vibration）のようなさまざまな異な
る動作基準に対応するよう異なったステップ２４２がどのように行われ得るかを示す。換言すると、ステップ２４２が行われる態様は、たとえば各変換要素による同時測定から、１つの変換要素による単一の測定に、磁気要素をオフラインにすることなくオンザフライで修正され得る。

磁気要素とデータ記憶媒体との間のクリアランスがステップ２４２においてどのように測定されるかにかかわらず、決定２４４は、変化について測定を連続的に監視する。変化が検出されなければ、ルーチン２４０はステップ２４２に戻り、ヘッド−記録媒体間のクリアランスの測定を継続する。しかしながら、クリアランスにおける変化が検出されれば、どのような理由であれ、ステップ２４６は、その変更の有効性および範囲を判断する。いくつかの実施例では、ステップ２４６は、磁気要素の各変換要素からのクリアランスデータを同時に達成することにより磁気要素のクリアランス測定態様を修正する。

次いで決定２４８により、ステップ２４６からのクリアランスデータが評価され、決定２４４において検出されたクリアランスにおける変化の有効性を判断される。最小のしきい値に合致しないクリアランスの変化の場合、ルーチン２４０はステップ２４２のクリアランス測定に戻る。その一方、この最小のしきい値を上回る有効であると確認されたクリアランスの変化の場合、ステップ２５０へと進み、データ記憶媒体に対する磁気要素の位置が能動的に調整される。このような調節をどのように行うかについて限定または要件は存在しないが、さまざまな実施例では、ヒータの変動、アクチュエータ速度の変更、および媒体スピン速度の変更によりクリアランスを修正している。

ルーチン２４０は、監視を行うとともに所定のヘッド−記録媒体間クリアランスへの調整を行うよう、１つ以上の磁気要素によって連続的または散発的に行われ得るということが理解され得る。しかしながら、図７のルーチン２４０は、さまざまなステップおよび決定が省略、変更、および追加され得るので、限定的なものではない。たとえば、データビットを感知することが可能である積層部としての各変換要素の構成は、ルーチン２４０の間の任意の時間にデータ媒体からデータがアクセスされることを可能にし、データのアクセスは、さまざまなクリアランスの測定と同時または個々に行う１つ以上のステップとして、ルーチン２４０中で実現され得る。

選択的にデータを読み取るとともにヘッド−記録媒体間クリアランスを測定し得る複数の変換要素を有する磁気要素のさまざまな構造的および動作的構成により、洗練されたデータ感知が複数の変換要素から個々にまたはまとめてデータにアクセスする能力に少なくともよって、データ精度および転送速度を向上し得る。同時にデータを読み取るとともにヘッド−記録媒体間クリアランスを測定する能力によって、予測される状況および予測されない状況の間にデータ精度および速度が維持されることが可能になる。さらに、データおよびクリアランス測定が感知される態様を修正する能力により、データ精度の向上といったさまざまな異なる特性に対応するよう磁気要素の性能の適合および調節が可能になる。さらに、上記実施例は磁気感知に関するが、特許請求される技術はデータプログラミングといった任意の数の他の用途において容易に用いられ得るということが理解されるであろう。

上記の説明において本開示のさまざまな実施例の多くの特性および利点をさまざまな実施例の構造および機能の詳細とともに記載してきたが、この詳細な説明は単に例示目的であって、特に部分の構造および構成において、添付の特許請求の範囲が表現される文言の広く一般的な意味によって示される全範囲に対する本開示の原理内で詳細が変更されてもよいということは理解されるべきである。たとえば、特定の要素は、本技術の精神および範囲から逸脱することなしに特定の用途によって変動し得る。

Claims (14)

1. データを選択的に読み取るとともに、隣接するデータ記憶媒体からのクリアランスを測定するよう各々が適合される第１および第２のデータ変換要素を含み、前記第１のデータ変換要素よりも、前記第２のデータ変換要素のデータビット検知精度が低く、
   前記第１のデータ変換要素は、選択的にデータを読み取るように構成され、
   前記第２のデータ変換要素は、前記隣接するデータ記憶媒体からのクリアランスを、データ感知速度よりも低い周波数を有する固定周波数で測定するように構成される、磁気要素。
2. 各データ変換要素が磁気抵抗センサである、請求項１に記載の磁気要素。
3. 前記データ変換要素の少なくとも１つは、複数の磁気的自由層を含み、固定磁化基準を含まない、請求項１または２に記載の磁気要素。
4. バイアス磁石が、前記第１のデータ変換要素に隣接し、空気軸受面の遠位に位置決めされる、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気要素。
5. 前記第２のデータ変換要素は、前記第１のデータ変換要素よりも大きな空気軸受面の面積を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気要素。
6. 前記第２のデータ変換要素は、強磁性金属層を含むスピンバルブとして構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気要素。
7. 前記第２のデータ変換要素は、前記第１のデータ変換要素よりも大きな磁気的安定性を有するよう構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気要素。
8. 前記第１および第２のデータ変換要素は、共通の上部磁気シールドと底部磁気シールドとの間に位置決めされる、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気要素。
9. 第３のデータ変換要素が、前記第２のデータ変換要素と反対側に、前記第１のデータ変換要素に横方向に隣接して位置決めされる、請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気要素。
10. 前記第３のデータ変換要素は、選択的にデータを読み取るとともに、前記データ記憶媒体からのクリアランスを測定することが可能である、請求項９に記載の磁気要素。
11. 前記第３のデータ変換要素は、前記データ記憶媒体からのクリアランスのみを測定する、請求項９に記載の磁気要素。
12. 前記第１のデータ変換要素と前記データ記憶媒体との間の距離は、クリアランス調整手段により、変更することが可能である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の磁気要素。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の磁気要素を備える、装置。
14. 第１および第２のデータ変換要素をデータ記憶媒体に隣接して位置決めするステップと、
    選択的にデータを読み取るとともに、隣接する前記データ記憶媒体からのクリアランスを測定するステップとを含み、
    前記第１のデータ変換要素よりも、前記第２のデータ変換要素のデータビット検知精度が低く、
    前記第１のデータ変換要素は、選択的にデータを読み取り、
    前記第２のデータ変換要素は、前記隣接するデータ記憶媒体からのクリアランスを、データ感知速度よりも低い周波数を有する固定周波数で測定する、方法。