JP5967724B2 - 浮上高さ制御およびタッチダウン検出 - Google Patents

Description

本技術の実施形態は、ディスクドライブ内の浮上高さフィードバック制御およびタッチダウン検出の方法に関する。

光ディスク、磁気光ディスク、またはフレキシブル磁気ディスク等をはじめとする各種の記録ディスクを用いるディスクドライブ装置が当業界で知られており、その中でもハードディスクドライブ（ＨＤＤ）はコンピュータ用記録装置として広く使用され、多くの品目の電子部品、たとえばビデオ記録／再生装置または車載用ナビゲーションシステム等において使用されている。

ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、複数のデータトラックと複数のサーボトラックを含む。ユーザデータを含む１つまたは複数のデータセクタが各データトラックに記録される。各サーボトラックはアドレス情報を含む。サーボトラックは複数の項目のサーボデータからなり、これらは円周方向に間隔をあけて配置され、１つまたは複数のデータセクタがサーボデータの各項目間に記録される。ヘッド素子ユニットは、サーボデータのアドレス情報に従って必要なデータセクタにアクセスすることにより、データセクタにデータを書き込み、またはデータセクタからデータを読み出すことができる。

ヘッド素子ユニットは、アクチュエータのサスペンションの上に取り付けられたスライダに形成される。サスペンションとヘッドスライダアセンブリは、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）として知られている。さらに、アクチュエータとヘッドスライダアセンブリは、ヘッドスライダアセンブリ（ＨＳＡ）として知られる。磁気ディスクと対向するスライダ浮上面と回転する磁気ディスクとの間の空気の粘性によって生じる圧力がサスペンションによって磁気ディスクの方向に加えられる圧力と釣り合い、それによってヘッドスライダが磁気ディスクの上方に浮上できる。アクチュエータは旋回軸の周囲で旋回し、その結果、ヘッドスライダは所期のトラックまで移動され、また、前記トラックの上方に位置決めされる。

米国特許出願公開第２０１１／０１４１６０３号明細書

本技術のある実施形態によれば、標的入力、浮上高さモニタ部、浮上高さ調整部、熱式浮上高さ制御（ＴＦＣ：ｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｙ−ｈｅｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ）電力制御部、感知信号入力、埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｅｎｓｏｒ）制御部、直流抵抗（ＤＣＲ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）勾配−浮上高さ変換部を含むハードディスクコントローラと、ＴＦＣデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、ＥＣＳ回路、ＥＣＳ抵抗測定部を有するアーム用電子部品と、ＴＦＣヒータ、生成された突出部、ＥＣＳを有するヘッドと、冷却／接触加熱に関するＥＣＳ感知工程のためのヘッドディスクインタフェース（ＨＤＩ）と、を含むシステムが提供される。この設計は、次の機能、すなわち、ＥＣＳ ＤＣＲとその勾配の測定、ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換、表面微小うねりおよび潤滑剤モーグルおよび／または堆積等の信号を感知することによる浮上高さの適時のモニタと調整のための浮上高さ出力、浮上高さ変化のフィードバックによる調整によって標的浮上高さを保持するためのヒータ用電力の調整、を提供する。浮上高さの適時のモニタと能動的な制御は、ＥＣＳ ＤＣＲ勾配を通じて行われる。

本技術のある実施形態によれば、標的入力、タッチダウン検出部、ＴＦＣ用電力制御部、感知信号入力、ＥＣＳ制御部、直流抵抗（ＤＣＲ）勾配−浮上高さ変換部を含むローラと、ＴＦＣ ＤＡＣ、ＥＣＳ回路、抵抗測定部を有するアーム用電子部品と、ＴＦＣヒータ、生成された突出部、ＥＣＳを有するヘッドと、冷却／接触加熱に関するＥＣＳ感知工程のためのＨＤＩと、を含むシステムが提供される。この設計は、次の機能、すなわち、ＥＣＳ ＤＣＲとその勾配の測定、ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換、浮上高さがゼロより低いか否かを判断するためのタッチダウン検出、接触が検出されるまでの加熱電力削減のためのヒータ用電力制御を提供する。タッチダウン検出は、ＥＣＳ ＤＣＲまたはその勾配を使って行われる。

本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本技術の実施形態を示しており、説明とともに本技術の実施形態を説明する役割を果たす。

本発明のある実施形態によるＨＤＤの一例を示す。 本発明のある実施形態によるヘッドスライダの一例を示す。 本発明のある実施形態による構成を示す図である。 本発明のある実施形態による埋め込み式接触センサ直流抵抗と熱式浮上高さ制御ヒータ用電力との間の関係をグラフで示す。 本発明のある実施形態による埋め込み式接触センサ直流抵抗勾配と熱式浮上高さ制御ヒータ用電力との間の関係をグラフで示す。 本発明のある実施形態によるクリアランスと埋め込み式接触センサ直流抵抗勾配との間の関係をグラフで示す。 本発明のある実施形態による構成を示す図である。

この説明の中で参照される図面は、特にことわりがないかぎり、正確な縮尺で描かれていないと理解するべきである。

ここで、本技術の代替的実施形態を詳細に説明する。本技術は代替的実施形態に関連して説明するが、当然のことながら、本技術をこれらの実施形態に限定しようとするものではない。反対に、本技術は、付属の特許請求の範囲により定義される本技術の主旨と範囲の中に含められる代替形態、改変形態、および均等物も包含するものとする。

さらに、本技術の実施形態の以下の説明においては、本技術が十分に理解されるようにするために、様々な具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、本技術の実施形態は、これらの具体的な詳細事項を用いなくても実施できる点に留意するべきである。それ以外の場合に、よく知られた方法、手順、構成要素は、本技術の実施形態が不必要に不明瞭とならないように、詳細には説明しなかった。図面全体を通じて、同様の構成要素は同様の参照番号で示され、また、説明を明瞭にするために、不要であれば反復的な説明は割愛した。

概要
本技術は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に関する。より詳しくは、本技術は、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間のクリアランスを、埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ）の直流抵抗（ＤＣＲ）またはその勾配を通じて動的にモニタし、調整する方法に関する。

ディスクドライブは、記録媒体／ディスクの上方に浮上するスライダに埋め込まれた読取りおよび書込み素子を含む。データ密度に対する要求の高まりによって、読取りおよび書込み素子の浮上位置をディスクにより近くすることが必要である。したがって、スライダとディスクとの間のクリアランスは、記憶密度の増大とともにますます重要となる。

熱式浮上高さ制御（ＴＦＣ）ヒータをスライダの中に設置して、読取りおよび書込み素子の浮上高さを低くする熱膨張を通じて、スライダを読取りおよび書込み素子の近傍に制御することができる。ヘッドの標的浮上高さを実現する適当な浮上高さヒータ制御信号、たとえばヒータに印加される適当な電流および／または電圧を判断することが望ましく、これはタッチダウン時のそれからのバックオフ値として設定される。埋め込み式接触センサ方式等の各種の方法が、タッチダウン時の接触を検出し、ＴＦＣヒータのタッチダウン電流および／または電圧を設定するために使用される。

相対的な浮上高さを確認するために、読出し信号の振幅とウォレス分散損失の関係を利用できる。しかしながら、読出し信号測定では、読取り手段と書込み手段の性能とディスクの磁気性能によって正確な浮上高さが提供されない可能性がある。スライダができるだけディスクに近い位置に浮上する場合、ヘッドディスク間接触が発生することがあり、これによってスライダの浮上ダイナミクスが不安定となり、ひいては、媒体内のデータ刷り込みエラーが発生する。さらに、浮上高さはまた、潤滑剤とスライダの相互作用、分子間力等によっても影響を受ける。本技術の実施形態は、これらおびその他の問題に対処し、先行技術より有利な点を提供する。

磁気ディスクドライブが、磁気ディスクドライブの信頼性を失うことなくデータを書き込む記録密度を増大させるための１つの方法は、磁気ディスクの表面全体にわたって浮上高さを低くし、ＴＦＣヒータ用電力を動的に調整することによって、表面微小うねりおよび潤滑剤モーグルおよび／または堆積等の各種の変動を受けても、すべてのドライブにおいて一定で同じ浮上高さを保持することである。

読取りおよび書込み素子またはトランスデューサはＨＤＤのスライダの内側にある。浮上高さが低くなると、ヘッドディスク間距離、すなわち読み書きヘッドとディスクとの間の距離を正確に制御することがより大きな意味を持つようになる。スライダの浮上高さに不利な影響を与える可能性のある事項の１つは、潤滑剤とスライダの相互作用、たとえば潤滑剤ピックアップである。この事項の不利な影響は、熱式浮上高さ制御ヒータを動的に調整することによって、縮小および／または排除できる。ヒータ用電力の動的な制御によって、スライダの損耗が減少し、また、浮上高さをより低くすることができる。

また、ナノメートル単位で測定される低い浮上高さにより、ディスクの表面微小うねりとディスク潤滑剤モーグルは、ディスク表面のトポグラフィを、ディスクの１回転中でさえもディスク表面上方のスライダの浮上高さを大きく変化させるほど変えてしまう要素である。ディスクドライブが動作する温度と海抜等のその他の要素もまた、スライダの浮上高さを大幅に変化させる可能性がある。たとえば、ハードディスクドライブが高温下または高い海抜またはその両方で動作されると、スライダの浮上高さは、ある種の能動的な制御が行われないかぎり減少しうる。そのため、本明細書で説明する埋め込み式接触センサの抵抗勾配を用いた能動的浮上高さ制御は、温度や海抜等の可変条件によって影響を受けず、表面微小うねりや潤滑剤モーグルおよび／または堆積等の微細なディスク表面変化を素早く感知し、反応できる方法によって浮上高さを適時にモニタし、能動的に制御するために有益である。

本技術は、このような状況を鑑みてなされており、したがって、本技術の目的は、埋め込み式接触センサの抵抗またはその勾配を使って浮上高さをモニタし、能動的に制御できる、および接触検出のための有効な方法とシステム設計を提供することである。

本技術によれば、ＨＤＤ内の浮上高さの適時のモニタと能動的な制御は、ＥＣＳ ＤＣＲ勾配を使って実現され、またＨＤＤ内のタッチダウン検出もまた、ＥＣＳ ＤＣＲまたはその勾配を使って実現される。

浮上高さ制御およびタッチダウン検出のための本技術の実施形態の説明
ここで、本技術の実施形態を詳しく説明するが、その例が添付の図面に描かれている。本技術は、各種の実施形態に関連して説明されるが、当然のことながら、本技術をこれらの実施形態に限定しようとするものではない。反対に、本技術は、付属の特許請求の範囲により定義される各種の実施形態の主旨と範囲の中に含められる代替形態、改変形態、均等物も包含するものとする。

さらに、以下の実施形態の説明においては、本技術が十分に理解されるようにするために、様々な具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、本技術は、これらの具体的な詳細事項を用いなくても実施できる。それ以外の場合に、よく知られた方法、手順、構成要素、回路は、以下の実施形態が不必要に不明瞭とならないように、詳細には説明していない。

ＨＤＤはコンピュータ用記憶装置として一般使用されている。これに加えて、ＨＤＤは、コンピュータ以外にも、ビデオ画像記録および／または再生装置や車載用ナビゲーションシステム等、多くの用途で利用される。

ＨＤＤにおいて利用される磁気ディスクは、複数のデータトラックを含み、１つまたは複数のデータセクタがこれらのテータトラック内に記録される。また、磁気ディスクは複数のサーボトラックを含み、これらのサーボトラックは、円周方向に分離された複数のサーボセクタを含む。搖動可能なアクチュエータ上に支持されるヘッドスライダのヘッド素子部は、サーボデータ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り、データセクタへのデータ書込みとデータセクタからのデータ読取りを実行できる。

一般に、ＨＤＤは筐体内に設置された集積回路（ＩＣ）またはパッケージＩＣを含み、これはヘッドスライダ信号を増幅する増幅回路を含む。ＩＣは通常、アクチュエータの搖動軸の付近に固定される。そこで、本明細書ではこのＩＣをヘッドＩＣまたはアーム用電子部品と呼ぶ。アーム用電子部品内の増幅回路は、ヘッドスライダにより読み取られたユーザデータ信号とサーボデータ信号を増幅し、これに加えて、ヘッドスライダによって書き込まれた使用者データ信号を増幅する。この増幅回路以外に、アーム用電子部品には高い機能性を実現するための論理回路が組み込まれる。

アーム用電子部品は、ハードディスクコントローラからの指示に従って動作を行う。ハードディスクコントローラを含むＩＣ（またはパッケージＩＣ）は一般に、ＨＤＤケースの外側に固定された制御回路基板上に実装される。アーム用電子部品にはレジスタが設置され、ハードディスクコントローラは、これらのレジスタ内に制御データを保存することによってアーム用電子部品を制御する。たとえば、アーム用電子部品は、ハードディスクコントローラからの指示に従って、ヘッドスライダを選択し、書込み電流値またはセンサ電流値を変更する。これら以外に、他のアーム用電子部品の機能は、ヘッドスライダに取り付けられたＴＦＣヒータに電力を供給することである。

磁気ディスク上への記録密度を改善するために、磁気ディスクと、磁気ディスクの上方に浮上するヘッド素子との間のクリアランスを縮小することが重要である。一実施形態において、ヒータは、ヘッドスライダ上にあり、このヒータでヘッド素子を加熱することによって、クリアランスを調整するためのものである。

この方式は、ＴＦＣ（熱式浮上高さ制御）と呼ばれる。ＴＦＣでは、ヒータに電流を供給することによって熱が発生され、ヘッド素子が熱膨張によって突出し、それによって前記突出部が生成される。このようにして、磁気ディスクとヘッド素子との間のクリアランスを縮小することができる。クリアランスの縮小量は、ＴＦＣヒータ電力の増加量によって決定される。

記録密度を改善するために、一実施形態において、ヘッドスライダと磁気ディスクとの間のクリアランスが引き続き縮小され続け、現在採用されているクリアランスは数ナノメートル（ｎｍ）である。現在採用されているクリアランスは、ＨＤＤ製造に必要なマージンを考えると、限界に近い数値である。各種の実施形態において、接触センサ要素がヘッドスライダに埋め込まれ、磁気ディスクとヘッドスライダとの間の接触をその場で感知する。

ＨＤＤは、接触センサ素子をヘッドスライダに埋め込み、この素子を使ってヘッドスライダと磁気ディスクの接触を接触的にモニタすることにより、その場でヘッドディスク間接触に関する問題に対処することができる。たとえば、ＨＤＤは、クリアランスを増大させ、書込み工程を中断し、または接触位置を保持することによって、ヘッド位置に従ってクリアランスを制御できる。その結果、ヘッドスライダと磁気ディスとの間のクリアランス限界は、ヘッドスライダと磁気ディスクとの間の接触を能動的にモニタすることによって低減させることができ、その結果、読取り工程と書込み工程中のクリアランスを縮小できる。

一実施形態において、ヘッドスライダは読取り素子と、書込み素子と、ＴＦＣヒータと、を含む。このような実施形態において、供給される電流がヒータに投入され、ヘッド要素は熱膨張によって突出し、それによって突出部が生成される。磁気ディスクとヘッド素子との間のクリアランスを縮小できる。

一実施形態において、ヘッドスライダは、読取り素子と、書込み素子と、ＴＦＣヒータと、ＥＣＳ要素と、を含む。このような実施形態において、ＥＣＳ素子はヘッドスライダ内に埋め込まれる。このような実施形態では、アーム用電子部品には、このセンサ素子の受信回路（接触センサ回路）が設けられる。

ＥＣＳ素子は薄い層からなり、その抵抗がその温度によって変化する。このセンサの温度は、ヘッドディスクインタフェースにおける空気層冷却と摩擦誘導熱によって変化する可能性があり、したがって、このセンサの抵抗は空気層の冷却と摩擦加熱によって変化する。

一実施形態において、ディスクドライブは、ディスクにアクセスするヘッドスライダと、ヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスを感知する熱センサ素子と、ヘッドＩＣであって、このヘッドＩＣ、すなわちアーム用電子部品の中にヘッドスライダの信号を増幅する増幅回路部を有するヘッドＩＣと、を含み、熱センサの抵抗を測定して、これをハードディスクコントローラＩＣに転送し、これはヘッドＩＣの他の機能と共有され、ハードディスクコントローラによって制御されるＥＣＳへの電流／電圧を設定し、クリアランスを変化させるためにＴＦＣヒータに電力（ハードディスクコントローラによって調整された電力）を印加する。

一実施形態において、ディスクドライブは、ディスクにアクセスするヘッドスライダと、ヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスを感知する熱センサ素子と、ヘッドスライダの信号を増幅する増幅回路部を有するヘッドＩＣ（アーム用電子部品）と、ハードディスクコントローラＩＣであって、ヘッドＩＣを制御するためにヘッドＩＣのレジスタにアクセスするハードディスクコントローラを含むハードディスクコントローラＩＣと、を含み、ＨＤＤ内のディスクの表面微小うねり、潤滑剤モーグルおよび／または堆積、標高、環境温度等の各種の可変条件によるクリアランスの変化を反映する感知信号を受信し、浮上高さの現在の測定値と標的浮上高さの差を取得し、浮上高さの差によってＴＦＣ用電力を制御してヒータ用電力を変化させ、ＥＣＳの抵抗を適時に受信し、登録して、現在のＴＦＣヒータ用電力と過去に登録されたＴＦＣヒータ用電力に対応する、受信された抵抗と過去に登録された抵抗によってＴＦＣ用電力によるＤＣＲ勾配を計算し、特定され、測定された登録データによってＥＣＳ ＤＣＲ勾配を浮上高さに変換し、浮上高さをモニタする。

別の実施形態において、ディスクドライブは、ディスクにアクセスするヘッドスライダと、ヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスを感知する熱センサ素子と、ヘッドスライダの信号を増幅する増幅回路部を有するヘッドＩＣ、すなわち、アーム用電子部品と、ハードディスクコントローラＩＣであって、ヘッドＩＣを制御するためにヘッドＩＣのレジスタにアクセスするハードディスクコントローラを含むハードディスクコントローラＩＣと、を含み、ＨＤＤ内のディスクの表面微小うねり、潤滑剤モーグルおよび／または堆積、標高、環境温度等の各種の可変条件によるクリアランスの変化を反映する感知信号を受信し、浮上高さを調整して、浮上高さの現在の測定値と標的浮上高さの差を取得し、浮上高さの差によってＴＦＣ用電力を制御してヒータ用電力を変化させ、ＥＣＳの抵抗を適時に受信し、登録して、現在のＴＦＣヒータ用電力と過去に登録されたＴＦＣヒータ用電力に対応する、受信された抵抗と過去に登録された抵抗によってＴＦＣ用電力によるＤＣＲ勾配を計算し、特定され、測定された登録データによってＥＣＳ ＤＣＲ勾配を浮上高さに変換し、浮上高さがゼロより低いか否かを判断し、浮上高さがゼロより低いことは接触が発生していることを示す。

一実施形態において、ディスクドライブはＨＤＤである。この実施形態では、ＨＤＤは浮上高さを適時にモニタし、浮上高さを能動的に調整することによって標的浮上高さを保ち、ヘッドスライダと磁気ディスクとの間の接触を、フィードバックＥＣＳ ＤＣＲまたはその勾配の点で検出することができる。

ここで、クリアランス、すなわちヘッドスライダと磁気ディスクとの間の浮上高さを適時にモニタするためのプリント回路基板が実装されたＨＤＤの全体的な構成を説明する。図１は、ＨＤＤ １０１の全体的な構成を示すブロック図である。ＨＤＤ １０１は、ハードディスクドライブベース１０２の内側に固定されたプリント回路基板１１５を含む。回路基板１１５には、ハードディスクドライブのハードディスクコントローラ１１７とアーム用電子部品１１６等の各種の回路が実装され、読取り／書込みチャネル、モータドライブユニット１１０、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）、論理回路が含まれる。これらの回路は、１つのＩＣまたはパッケージＩＣ上、あるいは別々のＩＣまたはパッケージＩＣ上に形成されてもよい。

ＨＤＤ １０１は、少なくとも１つの媒体、すなわち磁気ディスク１０３を有するディスクパックを含む外側筐体またはベース１０２を有する。１つまたは複数のディスク１０３は、中央ドライブハブ１０４を有するスピンドルモータアセンブリによって回転される。アクチュエータ１０５は、旋回アセンブリ１０７の周囲で移動または旋回可能にベース１０２に取り付けられた、櫛状の複数の平行なアクチュエータアーム１０６（１つのみ示されている）を含む。

図の実施形態において、磁気読取り／書込みトランスデューサ、すなわちヘッドがスライダ１０９に取り付けられ、各サスペンション１０８に取り付けられた柔軟な撓み性部材に固定されている。スライダ１０９は通常、サスペンション１０８の端に結合される。サスペンション１０８はばね状の性質を有し、スライダ１０９の空気潤滑面をディスク１０３に対して偏倚させ、または付勢し、スライダ１０９をディスクから正確な距離に浮上させる。モータドライブユニット１１０に関連付けられたボイスコイルモータがアクチュエータ１０５をそれに取り付けられたスライダ１０９とともに回転させ、スライダ１０９をディスク内径１１３とディスク外径１１４との間の経路１１２に沿った所望のデータトラックの上方に位置決めする。摩擦、損耗、腐食から保護するために、磁気ディスク１０３のハードカーボンオーバーコートの上に薄層の潤滑剤１１１が浸漬被覆されている。回転する磁気ディスク１０３がスライダ１０９の下の空気を引きずり、空気潤滑面の下を通過する空気が圧縮され、それによってディスクと空気潤滑面との間の空気圧力が上昇し、これがサスペンション１０８により加えられる負荷力に対抗する流体力学的浮力を発生させ、スライダを磁気ディスク１０３の表面の上方またはその付近で上昇させ、浮上させる。

図２は、図１と２のヘッドスライダ１０９の構成を図式的に示す図である。ヘッドスライダ１０９は、スライダ２１２とその後端面に形成された素子部２１１を含む。素子部２１１は、読取り素子２１４と、書込み素子２１５と、ＴＦＣヒータ素子２１３と、ＥＣＳ素子２１６と、突出部２１７と、を含む。ヘッドスライダ１０９は、図１と２の磁気ディスク１０３の上方に浮上する。

ＴＦＣヒータ素子２１３は、熱によってヘッド素子部２１１の膨張部および／または突出部を生成することにより、ヘッド素子部２１１と磁気ディスク１０３との間のクリアランスを調整する。このＴＦＣヒータ素子２１３は、ヘッド素子部２１１と磁気ディスク１０３との間のクリアランスを調整するクリアランスアクチュエータを構成する。ヒータ素子を使用するクリアランスアクチュエータのほかに、たとえば磁気ディスク１０３とヘッドスライダ１０９との間の静電力または圧電素子を利用したクリアランスアクチュエータもまた知られている。

ＥＣＳ素子２１６は、抵抗素子である。ヘッド素子部２１１が磁気ディスク１０３から浮上しているか、またはこれと接触している時、ＥＣＳ素子２１６の抵抗値は、ヘッドディスクインタフェース３３０の空気層冷却効果と摩擦誘導熱３３１によって変化する。ヘッド１０９とディスク１０３との間のクリアランスは、ＥＣＳ素子２１６のＴＦＣヒータ用電力での抵抗または抵抗勾配のこの変化を測定することによって感知できる。

図１に戻ると、ヘッドスライダ１０９はアクチュエータ１０５の先端に固定される。アクチュエータ１０５はボイスコイルモータと連結され、ヘッドスライダ１０９が、その回転シャフトの周囲での回転により、回転する磁気ディスク１０３の上で半径方向に移動される。モータドライブユニット１１０は、ハードディスクコントローラ１１７からの制御データに従ってボイスコイルモータを駆動する。

図３は、本技術のある実施形態に従って図１と３のハードディスクコントローラ１１７により浮上高さを適時にモニタし、一定の浮上高さを標的浮上高さと同じに保つように浮上高さを能動的に調整するためのハードディスクコントローラに関する構成を示す図である。ハードディスクコントローラ１１７は、標的浮上高さ（ＦＨ）入力３０１と、浮上高さモニタ部３０２と、浮上高さ調整部３０３と、ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換部３０４と、ＴＦＣ用電力制御部３０５と、サンプラ３０６と、感知信号入力３０７と、ＥＣＳ制御部３０８と、を含む。図３はまた、図１と３のアーム用電子部品１１６も示しており、これはＴＦＣ ＤＡＣ ３１２と、図１と３のＥＣＳ回路３１３と、ＥＣＳ抵抗測定機能部３１１と、を有する。図３はまた、ヘッド３２０も示しており、これは図２と３のＴＦＣヒータ素子２１３と、図２と３の生成された突出部２１７と、図２と３のＥＣＳ素子２１６と、を有する。一実施形態において、ヘッド３２０は、ヘッドＩＣを含む。図３はまた、空気層冷却および摩擦誘導加熱３３１に関するＥＣＳ感知工程のためのヘッドディスクインタフェース（ＨＤＩ）３３０も描いている。

この実施形態では、ＴＦＣヒータ素子２１３は、ヘッド素子部２１１と磁気ディスク１０３との間のクリアランスを、熱によりヘッド素子部２１１の膨張部および／または突出部を生成することによって調整する。ＥＣＳ素子２１６の抵抗値は、ヘッドディスクインタフェース３３０での空気層冷却効果と摩擦誘導熱３３１により変化し、アーム用電子部品１１６で測定される。

ヘッドＩＣを構成するアーム用電子部品１１６は、ケース１０２の内部に配置されたＩＣまたはパッケージＩＣである。アーム用電子部品１１６は、アクチュエータ１０５の回転シャフトの付近に固定される。アーム用電子部品１１６は、ハードディスクコントローラ１１７からの制御データに従って複数のヘッドスライダ１０９から磁気ディスク１０３にアクセスし、すなわち読み取り、または書き込むための１つのヘッドスライダ１０９を選択し、読取り／書込み信号の増幅を行う。

また、アーム用電子部品１１６は、ハードディスクコントローラ１１７からの制御データに従って選択されたヘッドスライダ１０９のＴＦＣヒータ素子２１３に電力を供給し、その電力量を調整する電力供給調整回路として機能する。

また、アーム用電子部品１１６は、ハードディスクコントローラ１１７からの制御データに従って選択されたヘッドスライダ１０９のＥＣＳ素子２１６に電流または電圧を供給するバイアス電流または電圧供給回路として機能する。また、アーム用電子部品１１６は、ＥＣＳ素子２１６の抵抗を測定する抵抗測定機能部３１１を機能させる。

ハードディスクコントローラ１１７は、ＨＤＤ １０１のコントローラであり、ＭＰＵとハードウェア論理回路を含む。ＭＰＵは、ＲＡＭの中に搭載されたファームウェアに従って動作する。ハードディスクコントローラ１１７は、ＨＤＤ １０１の全体的な制御と、データ処理に関する必要な処理、たとえば読取り／書込み工程制御、命令実行順序の管理、サーボ信号を用いたサーボ制御等のヘッド位置決め制御、その他の機能を実行する。

ハードディスクコントローラ１１７は、アーム用電子部品１１６のレジスタの中に制御データを設定することによって、アーム用電子部品１１６の動作を制御する。

ハードディスクコントローラ１１７は、アーム用電子部品１１６の制御レジスタの中に制御データを保存することによってアーム用電子部品１１６を制御する。アーム用電子機部品１１６には実際に、複数の制御レジスタを含む制御レジスタセットが設けられる。アーム用電子部品１１６は、これらの制御レジスタの中に設定された数値に従ってヘッドスライダ１０９を選択するか、ヘッドスライダ１０９に、レジスタにより設定された数値の書込み電流または感知電流を供給する。また、アーム用電子部品１１６は、ヘッドスライダ１０９のＴＦＣヒータ素子２１３に、ハードディスクコントローラ１１７によって問題のレジスタの中に設定されたデータにより示される数値のヒータ用電力を供給する。さらに、アーム用電子部品１１６は、ヘッドスライダ１０９のＥＣＳ素子２１６に、ハードディスクコントローラ１１７によって問題のレジスタの中に設定されたデータにより示される電流モードの電流または電圧モードの電圧を供給する。

一実施形態において、ハードディスクコントローラ１１７は、アーム用電子部品１１６からＥＣＳ素子２１６の抵抗を取得し、抵抗勾配をカウントし、それを浮上高さ変換部３０４において変換する。ハードディスクコントローラ１１７は、浮上高さモニタ部３０２に応じて浮上高さの数値を適時に出力することができる。

一実施形態において、ハードディスクコントローラ１１７は、浮上高さ調整部３０３の中で現在の浮上高さ測定値を設定標的浮上高さと比較し、浮上高さ測定値と標的浮上高さの差をカウントすることができ、ＴＦＣ用電力制御部３０５の中でその差によりＴＦＣ用電力を変化させ、変化されたＴＦＣ用電力がアーム用電子部品１１６に供給され、ＴＦＣヒータ素子２１３に入力される。

図５は、この実施形態による、１つのサンプルのクリアランスとＥＣＳのＤＣＲ勾配との間の関係を示す。この関係は式１で表現することができる。式１：クリアランス＝ｆ（ＤＣＲ勾配）＝ａ_ｎｓ^ｎ＋ａ_ｎ−１ｓ^ｎ−１＋．．．＋ａ_０

式１において、ｓは測定されたＤＣＲ勾配であり、ａ_ｎ，．．．ａ_０は測定データをフィットさせることによって得られた係数である。この関係はハードディスクコントローラの中に保存され、ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換部３０４の変換において使用される。

図６は、本技術の実施形態に従って図１と３のハードディスクコントローラ１１７によって実行されるタッチダウン検出のためのハードディスクコントローラに関する構成を示す図である。ハードディスクコントローラ１１７は、標的ＦＨ入力３０１と、接触検出部６０１と、ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換部３０４と、ＴＦＣ用電力制御部３０５と、サンプラ３０６と、感知信号入力３０７と、を含む。

この実施形態において、ハードディスクコントローラ１１７は、アーム用電子部品１１６からＥＣＳ素子２１６の抵抗を取得し、抵抗勾配をカウントし、浮上高さ変換部３０４においてそれを変換することができる。ハードディスクコントローラ１１７は、現在の浮上高さがゼロより低いか否かを判断して、接触の発生６０１を検出することができる。

図４Ａと図４Ｂは、本技術の実施形態による、ＤＣＲ上昇およびＤＣＲ勾配とタッチダウン電力との間の関係をグラフで示す。４０１は接触前のＴＦＣ用電力に伴うＤＣＲ上昇変化の曲線であり、４０２はＤＣＲ上昇により示される接触点であり、４０３は接触後のＴＦＣ用電力に伴うＤＣＲ上昇変化の曲線である。４１１は接触前のＴＦＣ用電力に伴うＤＣＲ勾配変化の曲線であり、４１２はＤＣＲ勾配により示される接触点であり、４１３は接触後のＴＦＣ用電力に伴うＤＣＲ勾配変化の曲線である。これらの関係は、ハードディスクコントローラ１１７の中でヘッドとディスクとの間のタッチダウンを示すために利用できる。接触検出のための閾値が、ＤＣＲ上昇またはＤＣＲ勾配について設定される。この関係は、様々な方法で利用できる。

一実施形態において、接触検出部６０１は、カウンタと比較処理部を含む。カウンタは、接触センサ素子を含みうるＥＣＳ回路３１３のＥＣＳ ＤＣＲの測定値をカウントする。ＤＣＲ上昇とＴＦＣ用電力との間の一般的な関係は、４０１、４０２、４０３のようになる。比較処理部は、カウンタの数値と所定の閾値を比較し、接触が発生したか否かを判断する。

別の実施形態において、接触検出部６０１は、カウンタと比較処理部を含む。カウンタは、接触センサ要素を含みうるＥＣＳ回路３１３のＤＣＲ勾配の測定値をカウントする。ＤＣＲ勾配とＴＦＣ用電力との間の一般的な関係は、４１１、４１２、４１３のようになる。比較処理部は、カウンタの数値と所定の閾値を比較し、接触が発生したか否かを判断する。

一般に、ＨＤＤ １０１には複数のヘッドスライダ１０９が設けられる。アーム用電子部品１１６には、それぞれこれらのヘッドスライダ１０９に対応する接触センサ回路部と抵抗測定機能部３１１を含むＥＣＳ回路３１３か、ヘッドスライダ１０９の全部（または一部）のための共通の接触センサ回路部３１３が設けられる。一実施形態において、センサＤＣＲを測定する抵抗測定機能部３１１は、ヘッドスライダ１０９の全部に共通である。このようにして、回路の大きさを縮小できる。

各種の実施形態において、アーム用電子部品による処理は、磁気ディスク以外のディスクで使用されるディスクドライブにも適用できる。ハードディスクコントローラを含むＩＣは、ケース内に配置することができる。ハードディスクコントローラを含むＩＣは、ＲＷチャネルまたはＲＡＭ等の他の回路構成要素を含んでいてもよい。本技術を適用できるＨＤＤの磁気ディスクの数は無制限であり、本技術は読取り専用ＨＤＤにも適用できる。

本技術の具体的な実施形態の上記の説明は、例示と説明の目的のために行われた。これらは網羅的ではなく、またこの技術を開示された正確な形態に限定しようとするものではなく、上記の教示から多くの改変や変更が可能となる。本明細書に記載の実施形態は、本技術の原理とその実践的な応用を最善に説明し、それによって当業者が本技術と各種の実施形態を、企図される具体的な用途に適した各種の改変と共に最善に利用できるようにするために選択され、説明された。本技術の範囲は、付属の特許請求項およびそれらの均等物によって定義されるものとする。

１０１ ＨＤＤ
１０２ ハードディスクドライブベース
１０３ 磁気ディスク
１０４ 中央ドライブハブ
１０５ アクチュエータ
１０６ アクチュエータアーム
１０７ 旋回アセンブリ
１０８ サスペンション
１０９ ヘッドスライダ
１１０ モータドライブユニット
１１１ 潤滑剤
１１２ 経路
１１３ ディスク内径
１１４ ディスク外径
１１５ 回路基板
１１６ アーム用電子部品
１１７ ハードディスクコントローラ
２１１ ヘッド素子部
２１２ スライダ
２１３ ＴＦＣヒータ素子
２１４ 読取り素子
２１５ 書込み素子
２１６ ＥＣＳ素子
２１７ 突出部
３０１ 標的浮上高さ入力
３０２ 浮上高さモニタ部
３０３ 浮上高さ調整部
３０４ ＤＣＲ勾配−浮上高さ変換部
３０５ ＴＦＣ用電力制御部
３０６ サンプラ
３０７ 感知信号入力
３０８ ＥＣＳ制御部
３１１ ＥＣＳ抵抗測定機能部
３１２ ＴＦＣ ＤＡＣ
３１３ ＥＣＳ回路
３２０ ヘッド
３３０ ヘッドディスクインタフェース
３３１ 空気層冷却および摩擦誘導加熱部
６０１ 接触検出部

Claims (18)

1. 埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ）素子において、
   温度変化とともに変化する抵抗を有し、ディスクドライブのヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスの変化を感知する前記ＥＣＳ素子と、
   ヘッドＩＣ内の、前記ＥＣＳ素子の直流抵抗（ＤＣＲ）の数値を測定する抵抗測定部であって、前記ＤＣＲの数値が温度変化とともに変化し、前記温度変化がヘッドディスクインタフェースでの空気層冷却および摩擦誘導加熱によって起こされる、抵抗測定部と、
   前記ＤＣＲの数値の変化に基づいて、前記ディスクの上方での前記ヘッドスライダの浮上高さの数値を決定する抵抗勾配−浮上高さ変換部と、
   標的浮上高さと現在の浮上高さとの差を測定し、ＴＦＣ用電力制御部に、前記標的浮上高さの数値に到達するように前記現在の浮上高さを調整するためにＴＦＣヒータ用電力を変化させるための報告を送信する浮上高さ調整部と、
   現在の浮上高さがゼロより低いか否かを判断して、前記ヘッドスライダと前記ディスクとのタッチダウンを検出するタッチダウン検出部と、
   を含む、埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ）素子。
2. 温度変化とともに変化する抵抗を有し、ディスクドライブのヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスの変化を感知する埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ）素子と、
   前記ヘッドスライダの信号を増幅する増幅回路部を含むヘッド集積回路（ＩＣ）と、
   前記ヘッドＩＣ内の、前記ＥＣＳ素子の直流抵抗（ＤＣＲ）の数値を測定する抵抗測定部であって、前記ＤＣＲの数値が温度変化とともに変化し、前記温度変化がヘッドディスクインタフェースでの空気層冷却および摩擦誘導加熱によって起こされる、抵抗測定部と、
   前記ヘッドＩＣを制御するために前記ヘッドＩＣのレジスタにアクセスするコントローラを含むコントローラＩＣと、
   前記ＤＣＲの数値の変化に基づいて、前記ディスクの上方での前記ヘッドスライダの浮上高さの数値を決定する抵抗勾配−浮上高さ変換部と、
   標的浮上高さと現在の浮上高さとの差を測定し、ＴＦＣ用電力制御部に、前記標的浮上高さの数値に到達するように前記現在の浮上高さを調整するためにＴＦＣヒータ用電力を変化させるための報告を送信する浮上高さ調整部と、
   現在の浮上高さがゼロより低いか否かを判断して、前記ヘッドスライダと前記ディスクとのタッチダウンを検出するタッチダウン検出部と、
   を含む、ディスクドライブ。
3. 浮上高さをリアルタイムで報告および記録する浮上高さモニタ部をさらに含む、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
4. 前記ＤＣＲの数値が前記ヘッドディスクインタフェースでの擾乱により変化し、前記擾乱が、ディスク表面変化、ディスク表面うねり、表面微小うねり、潤滑剤堆積、潤滑剤モーグル、潤滑剤ピックアップからなる擾乱の群から選択される、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
5. 前記ＥＣＳ素子に電流モードで一定の電流が印加される、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
6. 前記ＥＣＳ素子に電圧モードで一定の電圧が印加される、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
7. 前記抵抗測定部が、前記ヘッドディスクインタフェースでの前記ヘッドスライダと前記ディスクとの間のクリアランスの変化を感知する前記ＥＣＳ素子の抵抗値を適時に記録している、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
8. 前記抵抗勾配−浮上高さ変換部が、前記ヘッドＩＣによって報告されるＥＣＳ抵抗と熱式浮上高さ制御（ＴＦＣ）ヒータ用電力の数値に従って抵抗勾配を発生させることにより、動的に浮上高さを記録している、
   請求項２に記載のディスクドライブ。
9. ＤＣＲ勾配と浮上高さとの間の関係が判断され、前記コントローラＩＣに保存される、
   請求項８に記載のディスクドライブ。
10. 複数のヘッドスライダをさらに含み、識別部が前記複数の前記ヘッドスライダに共通している、
    請求項２に記載のディスクドライブ。
11. ＴＦＣ用電力がタッチダウン検出に際して減少される、
    請求項２に記載のディスクドライブ。
12. 浮上高さ測定値と所定の閾値を比較する前記タッチダウン検出部と、前記ヘッドスライダと前記ディスクとの間のタッチダウンの発生を知らせるエラー信号と、をさらに含む、
    請求項２に記載のディスクドライブ。
13. 温度変化とともに変化する抵抗を有し、ヘッドスライダとディスクとの間のクリアランスの変化を感知する埋め込み式接触センサ（ＥＣＳ）素子と、
    前記ヘッドスライダの信号を増幅する増幅回路部を含むヘッド集積回路（ＩＣ）と、
    前記ヘッドＩＣ内の、前記ＥＣＳ素子の直流抵抗（ＤＣＲ）の数値を測定する抵抗測定部であって、前記ＤＣＲの数値が温度変化とともに変化し、前記温度変化がヘッドディスクインタフェースでの空気層冷却および摩擦誘導加熱によって起こされる、抵抗測定部と、
    前記ヘッドＩＣを制御するために前記ヘッドＩＣのレジスタにアクセスするコントローラを含むコントローラＩＣと、
    前記ＤＣＲの数値の変化に基づいて、前記ディスクの上方での前記ヘッドスライダの浮上高さの数値を決定する抵抗勾配−浮上高さ変換部と、
    現在の浮上高さをリアルタイムで報告および記録する浮上高さモニタ部と、
    標的浮上高さと現在の浮上高さとの間の差を測定し、ＴＦＣ用電力制御部に、前記標的浮上高さの数値に到達するように前記現在の浮上高さを調整するためにＴＦＣヒータ用電力を変化させるための報告を送信する浮上高さ調整部と、
    現在の浮上高さがゼロより低いか否かを判断して、前記ヘッドスライダと前記ディスクとのタッチダウンを検出するタッチダウン検出部と、
    を含む、ディスクドライブ。
14. 前記ＤＣＲの数値が前記ヘッドディスクインタフェースでの擾乱により変化し、前記擾乱が、ディスク表面変化、ディスク表面うねり、表面微小うねり、潤滑剤堆積、潤滑剤モーグル、潤滑剤ピックアップからなる擾乱の群から選択される、
    請求項１３に記載のディスクドライブ。
15. 前記抵抗測定部が、前記ヘッドディスクインタフェースでの前記ヘッドスライダと前記ディスクとの間のクリアランスの変化を感知する前記ＥＣＳ素子の抵抗値を適時に記録している、
    請求項１３に記載のディスクドライブ。
16. 前記抵抗勾配−浮上高さ変換部が、前記ヘッドＩＣによって報告されるＥＣＳ抵抗と熱式浮上高さ制御（ＴＦＣ）ヒータ用電力の数値に従って抵抗勾配を発生させることにより、動的に浮上高さを記録している、
    請求項１３に記載のディスクドライブ。
17. ＤＣＲ勾配と浮上高さとの間の関係が判断され、前記コントローラＩＣに保存される、
    請求項１６に記載のディスクドライブ。
18. ＴＦＣ用電力がタッチダウン検出に際して減少される、
    請求項１３に記載のディスクドライブ。
    

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