JPH05141949A

JPH05141949A - 磁気デイスクの突起検出回路

Info

Publication number: JPH05141949A
Application number: JP33432091A
Authority: JP
Inventors: Shinji Honma; 真司本間; Takashi Nakakita; 俊中北
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-08
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JP2794357B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】振動センサから得られる突起検出の信号のS/
N 比を向上させることができ、検出の信頼性を向上させ
る磁気ディスクの突起検出回路を提供する。【構成】突起検出回路１０にあっては、振動センサが
出力するノイズを含む出力電圧がアンプ１０ａにより適
当に増幅されたのち、帯域フィルタ１０ｂにより振動セ
ンサの固有振動周波数の成分のみが抽出されてノイズが
除去される。ついで、固有振動周波数成分は検波回路１
０ｃにより検波されてそのエンベロープ電圧がえられ、
さらに微分回路１０ｄにより微分されて波形の変化が強
調された微分電圧が得られ、これがコンパレータ１０ｅ
により一定の閾値電圧と比較されて突起検出パルスが出
力される。以上のノイズ除去と微分により、従来以上に
微小な突起が良好に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気ディスクの突起
検出回路に関し、詳しくは、振動センサから得られる突
起検出の信号のS/N 比を向上させることができ、検出の
信頼性を向上させることができるような磁気ディスクの
突起検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記録媒体の１つである磁気ディスク
は、アルミニュームディスクやガラスなどをベースと
し、その表面に磁性膜を塗布し、さらに保護膜をコーテ
ングして製作される。磁性膜，保護膜が塗布された表面
は、突起などの凹凸ができるだけない平滑な平面である
ことが必要である。そこで、磁気ディスクの表面が平滑
な平面になるようにバーニッシュが行われる。しかし、
バーニッシュによってもなおディスクの表面にある程度
以上の大きさの突起が残留することがある。そのような
突起が残留した磁気ディスクは、磁気ヘッドが突起に衝
突して損傷する危険性が高く、また、アクセスするデー
タにエラーを発生するなどの問題がある。このような危
険性と問題を回避するために突起検査装置により磁気デ
ィスクの突起検査が行われる。その結果、磁気ディスク
に規定以上大きな突起が所定数以上残留しているときに
は、磁気ディスクの再バーニッシュが行われ、その平面
が平滑化される。

【０００３】図２は、突起検査装置の従来の突起検出機
構と検出方法の概要である。図(a)に示す磁気ディスク
（以下単にディスク）１はスピンドル２に装着されてい
て回転する。このディスク１に対向してキャリッジ機構
７が設けられている。キャリッジ機構７の移動部７a に
支持アーム６が設けられ、これにサスペンションばね５
の後端が固定されている。その先端に突起検出のための
突起検出ヘッド（以下単に検出ヘッドという）３が取り
付けられている。ディスク１が回転すると、サスペンシ
ョンばね５は、検出ヘッド３がディスク１の表面に対峙
して浮上するように検出ヘッド３に負荷を与えて、これ
を支持する。磁気ディスクに対してデータをアクセスす
る磁気ヘッドには、当初に使用されたウインチェスター
型と、その後に開発された薄膜ヘッドとがあるが、検出
ヘッド３もそれらと同一の構造をしている。(b) は、当
初に使用されたウインチェスター型に対応する検出ヘッ
ドである。(c) は、その後開発された薄膜ヘッドに対応
する。各検出ヘッド３は、これらの磁気ヘッドと同じ形
状のヘッドスライダをスライダ３ａとして有し、これに
図示のようなピエゾ素子４が上面に固定されている。検
出ヘッド３は、駆動モータ７b の回転より移動する移動
部７a によりディスク１の半径Ｒの方向に移動する。そ
れによりディスク１の表面をスパイラル状あるいは同心
円状に走査する。検出ヘッド３は、ディスク１の回転に
より生ずるエアフローにより(b),(c) に示すように高さ
δｈで浮上する。ディスク１の表面に突起が存在すると
きにはそれがスライダ３ａ（スライダ面等）に衝突す
る。この衝突によりピエゾ素子４に生ずる振動電圧信号
を突起検出回路により検出して突起の検出が行われ、デ
ィスク１の突起検査がなされる。

【０００４】図３(a) は、突起検出回路８を示してい
る。これは、ピエゾ素子４に順次に接続されたアンプ８
a 、帯域フィルタ＋包絡線検波回路からなる検出回路
（ＢＰＦ・ＤＥＴ）８b 、およびコンパレータ８c によ
り構成される。コンパレータ８cには、突起検出の信号
を得るために一定の閾値電圧Ｓ_v が与えられている。そ
こで、スライダ３a にディスク１の表面にある突起が衝
突すると、スライダ３ａが衝撃を受けて振動し、このス
ライダ３ａの振動とともにピエゾ素子４が振動する。こ
のときのピエゾ素子４の振動は、(b) のように自己の固
有振動数ｆ_c （＝１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度）に
なる。その結果としてピエゾ素子４は、周波数ｆ_C の振
動電圧信号ｖを出力する。この出力から検出回路８bに
よりその帯域フィルタにより低周波成分を抽出し、さら
に包絡線検波回路により検波して(c)に示す低周波数成
分ｆ_L の電圧信号ｖ（ｆ_L ）を出力する。この出力信号
がコンパレータ８c により閾値電圧Ｓ_v と比較される。
その結果、電圧信号ｖ（ｆ_L ）が閾値電圧Ｓ_v を越える
と、突起検出パルスｐがコンパレータ８ｃから出力され
る。そして、この突起検出パルスｐが図示しないデータ
処理部においてカウントされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の突起検出機構に
おいては、ピエゾ素子４が検出ヘッド３の負荷となって
いる。一方、実際の磁気ヘッドにはピエゾ素子４が搭載
されないので、その浮上姿勢が実際の磁気ヘッドと異な
る場合が生じる。そこで、検出された突起の高さが現状
と合致しない問題が生じる。また、突起との衝突による
ピエゾ素子の破損や、極めて細いリード線の断線が生じ
易く、破損や断線した状態でなされた検査データは信頼
性に疑問が残る。破損や断線が発生すると、その都度こ
れらの取り替えが必要であり、その作業も手間がかか
る。特に、最近における磁気ヘッドは、ディスクの高密
度化に伴って、形状、寸法がますます小型化されてきて
いる。例えば、その厚さが０．５ｍｍで、２×２．６ｍ
ｍ角という超ミニサイズの磁気ヘッドも出現している。
その浮上高δｈは極度に小さく、例えば、０．０５μｍ
程度である。したがって、この場合の突起の大きさの許
容値は、最大限０．０５μｍとなる。突起検出機構は、
このような微小な突起まで検出することが必要になる。
しかし、超ミニサイズのヘッドにはピエゾ素子の取り付
け余地がほとんどない。強いて取り付けるにはピエゾ素
子自体の小型化が必要になるが、これによりピエゾ素子
の感度は大きく低下する。また、超ミニサイズのヘッド
では、ヘッドが小さくなった分だけ浮上姿勢が実際の磁
気ヘッドと異なる場合がより多く発生する。

【０００６】そこで、このような問題を解決するため
に、この発明者等は、センサを搭載していない検出ヘッ
ドと、この検出ヘッドを先端側に固定し、後端側が支持
アームに固定されたサスペンションばねと、支持アーム
を支持するキャリッジと、サスペンションばねの後端側
が固定された支持アームの面と反対側の面に固定された
圧電セラミックスの振動センサとを備えていて、支持ア
ームの厚さが振動センサの受信周波数帯域内で選択され
たある周波数と衝突により発生し支持アームを伝搬する
縦波の超音波の音速とにより決定される超音波の半波長
あるいはその整数倍の波長にほぼ等しい突起検出装置を
提案し、この出願人はそれを出願している。

【０００７】このように、圧電セラミックスの振動セン
サを支持アーム側に取付けて、支持アームの厚さを振動
センサの受信周波数と支持アームを伝搬する超音波の縦
波音速との関係で決定することで、縦波の超音波を支持
アームの厚さ方向に定在させることができる。このこと
で、突起検出ヘッドが衝撃を受けて発生した音波をサス
ペンションばねを介して支持アームに効率よく伝達し、
かつ、支持アームが厚さに対応する半波長の整数倍の縦
波音波を共振状態で蓄える。これにより支持アームの共
振振動をこの振動に対応する振動をもつ振動センサで効
率よく検出する。したがって、突起検出ヘッドに直接固
定して振動を検出する必要がなく、スライダ等を小型化
できる。

【０００８】さて、一般的に圧電セラミックスの振動セ
ンサの出力電圧は、突起の大きさが微小になるに従って
低下する。また、出力電圧の特性は、振動センサ固有の
振動周波数が主体になるが、種々の原因によりノイズ成
分が混入し易く、出力電圧のレベル低下に応じてS/N 比
が悪化する。そこで、先に示した突起検出回路８では、
ノイズに対する対策が未だ不十分であって、突起検出の
信頼性が低下する問題がある。この発明は、以上に鑑み
てなされたもので、振動センサから得られる突起検出の
信号のS/N 比を向上させることができ、検出の信頼性を
向上させる磁気ディスクの突起検出回路を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明と特徴は、振動
センサの出力電圧に含まれるノイズ成分を除去し、その
固有振動周波数成分を抽出して検波し、さらにこれを微
分して微分信号を所定のレベルと比較して検出すること
により微小な突起に対する検出性能を向上させたもので
ある。しかして、その具体的な構成は、振動センサから
得られる電気信号を増幅する増幅器と、この増幅器から
の信号を受けて振動センサ固有の振動周波数成分を抽出
する帯域フィルタと、この帯域フィルタから出力された
信号を包絡線検波して包絡線検波の電圧信号を出力する
検波回路と、電圧信号を微分する微分回路と、この微分
回路の出力信号を所定の閾値と比較して突起検出を示す
パルスを出力するコンパレータとを備えるものである。

【００１０】

【作用】このような突起検出回路にあっては、振動セン
サが出力するノイズを含む出力電圧がアンプにより適当
に増幅されたのち、帯域フィルタにより振動センサの固
有振動周波数の成分のみが抽出されてノイズが除去され
る。ついで、固有振動周波数成分は検波回路により検波
されてそのエンベロープ電圧がえられ、さらに微分回路
により微分されて波形の変化が強調された微分電圧が得
られ、これがコンパレータにより一定の閾値電圧と比較
されて突起検出パルスが出力される。以上のノイズ除去
と微分により、従来以上に微小な突起が良好に検出でき
る。

【００１１】

【実施例】図１(a) は、この発明の磁気ディスクの突起
検出回路の一実施例のブロック図であり、(b) は、各動
作段階における各部の電圧波形図である。図(a) におい
て、被検査ディスク１は、スピンドル２に装着されて回
転する。これに対する検出ヘッド３は、図２(b),(c) に
示したウインチェスタ型や薄膜ヘッドのもの、または前
記した超ミニサイズヘッドのいずれでもよい。これは、
図２(a) と同様に、サスペンションばね５の先端に取り
付けられている。ただし、この検出ヘッド３は、ピエゾ
素子４が搭載されていない。サスペンションばねの後端
は、キャリッジ機構７に設けられた支持アーム６の下面
に固定されている。支持アーム６は、アルミニューム板
により構成し、その上面に圧電セラミックスの振動セン
サとして超音波振動子９が固定されている。この超音波
振動子９は、チタン酸バリウム、またはチタン酸ジルコ
ン鉛のいずれかの多結晶体セラミックスよりなるもので
ある。超音波振動子９は、その厚さｄに対して次に式で
表される固有振動周波数（または共振周波数）ｆ_cnを有
する縦波振動子である。ｆ_cn＝（ｎ／２ｄ）・（Ｅ^1/2 ／ρ） ………(1) ただし、ｎ：正の整数、Ｅ：ヤング率、ρ：密度

【００１２】超音波振動子９としては超音波の帯域（固
有振動基本周波数ｆ_c1）が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚのも
のを使用する。これは、従来のピエゾ素子４の固有周波
数が１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度の範囲であり、こ
の程度の周波数は、すでに突起検査としては実績がある
からである。そして、超音波振動子９が固定されている
支持アーム６の部分の厚さＤを次の式によって計算され
る値またはその近傍に設定する。Ｄ＝２ｍ×λ₁ ／４ ………(2) λ₁ ＝ｖ／ｆ_c1 ………(3) ただし、ｍ：正の整数、ｖ：支持アームの超音波の伝搬
速度、λ₁ ：支持アームにおける基本周波数ｆ_c1に対す
る波長。このような厚さＤの支持アーム６は、厚さＤに半波長λ
₁ ／２が共振し、あるいは、１波長λ₁ が共振して周波
数ｆ_c1の厚み振動をなす。これにより検出ヘッドの振動
のうちの周波数ｆ_c1の成分が小さい減衰で伝達される。
その結果、支持アーム６の厚さＤに対応して縦波の超音
波が定在し、超音波振動子９がそれに共振して振動電圧
を出力する。

【００１３】例えば、支持アーム６をアルミニウム製の
ものとすれば、アルミニウム中を伝搬する音速は、標準
温度でヤング率Ｅを７０００ｋｇｆ／平方ミリメート
ル，ポアソン比γを０．４，密度ρを２．７ｇ／立方セ
ンチとすると、その縦波速度ｖは次の式のようになる。ｖ＝［（１−γ）／（１＋γ）（１−２γ）］^1/2 ×（Ｅ／ρ）^1/2 ＝［(1-0.4)/｛(1+0.4)(1-2*0.4)｝］^1/2 ×(6.86*10¹⁰［N・m^-2 ］/2.7*10³［kg・m^-3］）^1/2 ＝7378［m/sec ］（ただし、「＊」は「×」と同じ）ここで、ｆ_c1＝４９０ｋＨｚとして半波長の長さ（＝支
持アーム６の厚さ）を求めると、 λ₁ ／２＝ｖ／２ｆ＝7378［m/sec ］／2*49*10³［sec^-1 ］＝7.53*10^-3 ［m ］＝7.53［mm］そこで、超音波振動子９は、共振周波数が４９０ｋＨｚ
を含む帯域あるいは、この付近に中心周波数を持つもの
を用いる。そして、支持アーム６の超音波振動子９を固
定する部分の厚さを7.53mmを目標値としてその前後にす
る。なお、突起検査装置が使用される温度環境は、通
常、２３°±３°程度の温度管理がなされているので、
縦波音速の変化は検査に影響を与えるほど変動しない。
しかも、この実施例のような構造を採ると、支持アーム
６の厚さと超音波振動子９の共振周波数がフィルタ作用
をするので、ノイズ等に対して強い検出信号を得ること
ができる。

【００１４】さて、１０は、超音波振動子９からの出力
を受ける突起検出回路である。これは、アンプ１０a 、
帯域フィルタ（ＢＰＦ）１０b 、検波回路（ＤＥＴ）１
０c、微分回路（Ｄｉｆｆ）１０d 、およびコンパレー
タ（ＣＯＭ）１０e が縦続接続されて構成され、コンパ
レータ１０e には一定の閾値電圧Ｓ_v が与えられてい
る。

【００１５】図１(a),(b) により突起検出回路１０の動
作を説明すると、超音波振動子９が出力するノイズを含
む出力電圧ｖは、アンプ１０a により適当なレベルまで
増幅される。増幅された信号は、帯域フィルタ１０b に
よりノイズが除去されてその固有振動基本周波数ｆ
_c1（あるいはその高調波の１つとしての固有振動周波数
ｆ_c ）の振動電圧ｖ（ｆ_c)のみが抽出される。そして、
検波回路１０c により包絡線検波が行われ、エンベロー
プ電圧ｖ（ｆ_d)の信号が出力される。エンベロープ電圧
ｖ（ｆ_d)の出力信号は、次に微分回路１０d に加えら
れ、これにより微分されて電圧変化が強調された微分電
圧ｖ（ｆ_e)の信号として出力される。この微分電圧ｖ
（ｆ_e)の出力信号がコンパレータ１０e に入力されてコ
ンパレータ１０eにおいて閾値電圧Ｓ_v と比較される。
その結果、これから突起パルスｐが出力される。

【００１６】以上において、振動電圧ｖ（ｆ_c)は、図
(b) の(i) に示すように、突起に衝突した瞬間の立ち上
がり波形が急峻であるので、そのエンベロープ電圧ｖ
（ｆ_d)もまた立ち上がりが急峻な波形になる（(ii)参
照）。この立上がり部分からピークの前後の変化が大き
くなるので、これを微分した信号は、(iii) のようにな
る。この信号が微分回路１０d からコンパレータ１０e
に加えらえる。そこで、これが比較対象となることから
コンパレータ１０e による比較検出が明確に行われ、突
起パルスｐが出力される（(iv)参照）。したがって、信
頼性の高い検出ができる。なお、帯域フィルタ１０b の
周波数帯域は、超音波振動子９の固有振動周波数ｆ_c
（固有振動基本周波数ｆ_c1あるいはその高調波の周波
数）をカタログまたは実験により求めて適切な値のもの
を使用する。さらに、閾値電圧Ｓ_v の値は、実験などに
より適切に定めるものとする。

【００１７】ところで、以上は、振動センサとして超音
波振動子を用いた例を上げているが、図１(a) に点線で
示すように、従来と同様にピエゾ素子４をスライダ３ａ
の上部に乗せた形態の検出ヘッドとし、ピエゾ素子４か
ら信号を突起検出回路１０で受けてもよいことはもちろ
んである。実施例では、磁性膜や保護膜がコーテングさ
れた磁気ディスクの突起検出について説明しているが、
この発明は、磁気ディスクの基板であるディスクサブス
トレートの突起検出についても適用できることはもちろ
んである。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明の突起検
出回路にあっては、帯域フィルタにより振動センサの固
有振動周波数の成分のみが抽出されてノイズが除去さ
れ、そのエンベロープ電圧を微分することにより波形の
変化が強調されて従来以上に微小な突起まで良好に検出
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、(a) は突起検出
回路の概略のブロック構成図、(b) は突起検出回路の各
動作段階における電圧波形図である。

【図２】 (a) は従来の突起検出機構の構成図、(b) は
ウインチェスター型ヘッドスライダの形状図、(c) は薄
膜ヘッドの形状図である。

【図３】 (a) は従来の突起検出回路の概略構成図、
(b) はピエゾ素子の振動波形図、(c) は突起パルスの検
出方法の説明図である。

【図４】特許出願される突起検出機構の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１…磁気ディスク、ディスク、２…スピンドル、３…突
起検出ヘッド、検出ヘッド、３a …検出ヘッドの底面
（スライダ面）、４…ピエゾ素子、５…サスペンション
ばね、６…支持アーム、７…キャリッジ機構、７a …移
動部、７b …駆動モータ、８…従来の突起検出回路、８
a …アンプ、８b …帯域フィルタ（ＢＰＦ）、８c …コ
ンパレータ（ＣＯＭ）、９…超音波振動子、１０…この
発明の突起検出回路、１０a …アンプ、１０b …帯域フ
ィルタ（ＢＰＦ）、１０c …検波回路（ＤＥＴ）、１０
d …微分回路（Ｄｉｆｆ）、１０e …コンパレータ（Ｃ
ＯＭ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する磁気ディスクの表面に発生する
エアフローにより前記表面より浮上した突起検出ヘッド
を前記表面にある突起と衝突させて衝突時に発生する振
動を振動センサにより検出して前記磁気ディスクの突起
を検出する磁気ディスクの突起検出装置において、前記
振動センサから得られる電気信号を増幅する増幅器と、
この増幅器からの信号を受けて前記振動センサ固有の振
動周波数成分を抽出する帯域フィルタと、この帯域フィ
ルタから出力された信号を包絡線検波して包絡線検波の
電圧信号を出力する検波回路と、前記電圧信号を微分す
る微分回路と、この微分回路の出力信号を所定の閾値と
比較して突起検出を示すパルスを出力するコンパレータ
とを備えることを特徴とする磁気ディスクの突起検出回
路。
【請求項２】振動センサは、前記突起検出ヘッドをサ
スペンションばねを介して支持する支持アームにおいて
前記サスペンションばねの後端側が固定された前記支持
アームの面と反対側の面に固定され、前記振動センサを
固定している前記支持アームの部分の厚さが前記振動セ
ンサの受信周波数帯域内で選択されたある周波数と前記
衝突により発生し前記支持アームを伝搬する縦波の超音
波の音速とにより決定される前記超音波の半波長あるい
はその整数倍の波長にほぼ等しいことを特徴とする請求
項１記載の磁気ディスクの突起検出回路。
【請求項３】回転するディスクの表面に発生するエア
フローにより前記表面より浮上した突起検出ヘッドを前
記表面にある突起と衝突させて衝突時に発生する振動を
振動センサにより検出して前記ディスクの突起を検出す
る磁気ディスクの突起検出装置において、前記振動セン
サから得られる電気信号を増幅する増幅器と、この増幅
器からの信号を受けて前記振動センサ固有の振動周波数
成分を抽出する帯域フィルタと、この帯域フィルタから
出力された信号を包絡線検波して包絡線検波の電圧信号
を出力する検波回路と、前記電圧信号を微分する微分回
路と、この微分回路の出力信号を所定の閾値と比較して
突起検出を示すパルスを出力するコンパレータとを備え
ることを特徴とする磁気ディスクの突起検出回路。