JP2004014092A

JP2004014092A - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2004014092A
Application number: JP2002170776A
Authority: JP
Inventors: Kinkoku Jo; 徐　鈞国; Mikio Tokuyama; 徳山　幹夫; Masayuki Kurita; 栗田　昌幸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】再生信号から内周及び外周のスライダ浮上量を計測し、スライダの浮上量をダイナミックに制御する。
【解決手段】磁気ディスク３上の内周及び外周に特殊記録パターンの浮上量測定用データを記録した浮上量測定用データ記録トラック４ａ、４ｂを設ける。またスライダ浮上量計測回路１０と浮上量制御回路を設け、浮上量測定用データを再生し、その基本波成分振幅と第２周波数成分振幅を測定し、磁気ヘッドスライダの浮上量を正確に測定して制御する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユーザデータを記録するためのデータエリアを有する磁気ディスクと磁気ディスクの情報を記録又は再生する磁気ヘッドを有する磁気ディスク装及び磁気ディスク検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置の高記録密度化の要求を満たすために、近年益々磁気ヘッドスライダの低浮上量化が必要となっている。一方、スライダの低浮上量化が進むにつれ、わずかな浮上量の変動で磁気ヘッドスライダと磁気ディスク面との衝突が発生する可能性がある。近年、磁気ディスクに対するスライダの浮上量は３０ｎｍ以下と小さくなっており、磁気ヘッドスライダと磁気ディスク面との衝突確率が高くなっている。
【０００３】
また、一般的には、磁気ディスクに浮上する磁気ヘッドスライダの内外周浮上量は均一になるように設計されている。しかし、製造公差や、磁気ディスクを組み立てる時のミスハンドリングに起因したアーム及びサスペンションの変形などは、磁気ヘッド又は磁気ヘッドを搭載するスライダの浮上量を変化させたり、劣化させる可能性があり、信頼性の問題になる。
【０００４】
磁気ヘッドの浮上量を測定するものとして、製造工程においてヘッド単品毎の浮上量を測定する測定装置がある。このような測定装置では、透明なガラスディスクを用いて光学的に測定するのが一般的である。この方法では、磁気ヘッドを磁気ディスク装置に組み込んだ後は、測定することはできない。
【０００５】
磁気ヘッドを磁気ディスク装置内部に組み込んだ後に、磁気ヘッドの浮上量を測定する方法としては、磁気ヘッドからの再生信号を利用する方式がＵＳＰ４，７７７，５４４または「Ｔｒｉｂｏ−Ｍαｇｎｅｔｉｃｓ　αｎｄ　Ｎαｎｏｍｅｔｅｒ　Ｓｐαｃｅｄ　Ｈｅαｄ−Ｄｉｓｋ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｂｙ　Ｂｏ　Ｌｉｕ，　Ｚｈｉ−Ｍｉｎ　Ｙｕαｎ　αｎｄ　Ｙｉ−Ｊｕｎ　Ｍαｎ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒαｎｓαｃｔｉｏｎｓｏｎ　Ｍαｇｎｅｔｉｃｓ，　Ｖｏｌ．　３７，　Ｎｏ　２，　２００１，　ｐｐ９１８−９２３」に提案されている。以上の方法は再生信号の高調波比を求めて浮上量を推定する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、磁気ディスクに規定された記録周波数で浮上量測定用データを磁気ディスクに記録するために、各トラックの記録密度が異なるために、磁気ヘッド及び磁気ディスクの磁性的特性（磁気特性）のバラツキを受けやすいので、データの測定精度が低く、各トラックの浮上量の比較、特に内周側と外周側の浮上量の比較は困難であるなどの課題があった。また、以上の方式を用いてスライダ浮上量を検出するとともにヘッド位置ずれを検出することについては配慮が成されていなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、磁気ヘッドの浮上量を正確に測定できる磁気ディスク装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、磁気ヘッドの浮上量を正確に測定し、磁気ヘッドの浮上量を制御することができる磁気ディスク装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、磁気ヘッドの浮上量を正確に測定し、磁気ヘッドの浮上量を制御するとともに、磁気ヘッドの位置制御を正確に行うことができる磁気ディスク装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置は、データを記録する磁気ディスクと、前記磁気ディスクに情報を記録又は前記磁気ディスクから情報を再生する磁気ヘッドとを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの少なくとも内周側及び外周側に磁気ヘッドの浮上量を測定するための浮上量測定用記録トラックを設け、かつ内周側及び外周側に設けた前記浮上量測定用記録トラックに同じパターンのデータを記録し、かつ各浮上量測定用記録トラックで、線記録密度が同様になるように記録したことを特徴とする。
このとき、内周側及び外周側に設けた前記浮上量測定用記録トラックに記録するデータパターンの記録周波数を磁気ディスクの半径位置と磁気ヘッドのスキュー角度とに基づいて求め、内周側及び外周側に設けた浮上量測定用記録トラックの線記録密度が同様になるように前記データパターンを記録するとよい。
また前記データパターンが基本波成分と前記基本波成分に対する、１／３、１／５、１／７又は１／１１周波数のうち少なくともいずれか一つの第２周波数成分を有するようにするとよい。
また、磁気ヘッドの浮上量を調整するアクチュエータを備えた磁気ヘッドスライダと、前記基本波成分の振幅と前記第２周波数成分の振幅との比率から前記磁気ヘッドの浮上量を求める回路と、前記磁気ヘッドの浮上量を制御する制御回路とを設け、磁気ヘッドの浮上量を制御するようにするとよい。
また、磁気ヘッドの位置ずれを調節するための２つのアクチュエータと、前記基本波成分の振幅と浮上量とから前記磁気ヘッドの位置ずれを検出する回路と、前記位置ずれを検出する回路で検出した位置ずれ量に基づいて前記磁気ヘッドの位置ずれを制御する回路とを備え、磁気ヘッドの浮上量を制御するとともに、磁気ヘッドの位置制御を正確に行うことができるようにするとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は一実施形態の構成を示す構成図である。磁気ヘッドと磁気ヘッド１αを搭載したスライダとからなる磁気ヘッドスライダ１はサスペンション２に支持され、動作時にあっては、回転している磁気ディスク３上に浮上して使用される。サスペンション２の後方（根元）にはボイスコイルモータで構成されたアクチュエータ１８を設けている。
【００１１】
ボイスコイルモータアクチュエータ１８によって、ピボット軸受け中心１７を回転中心としてサスペンション２が回転され、磁気ヘッドスライダ１を磁気ディスク３の半径方向に動かすことによって、磁気ヘッド１αが磁気ディスク３の任意位置に位置決めされ、情報を読み書きする。
【００１２】
また、磁気ディスク３上の内周側及び外周側には浮上量測定用データ記録トラック４α、４ｂを設けている。磁気ヘッドスライダ１に磁気ヘッド浮上量を調整するアクチュエータ１９を設けている。サスペンション２にサスペンション先端部分を磁気ディスク３の半径方向に動かす第２のアクチュエータ１４を設けている。第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータであるボイスコイルモータアクチュエータ１８（粗動アクチュエータ）に対してストロークが小さく、微動アクチュエータとして機能し、高精度な位置決めを実現する。
【００１３】
また、磁気ヘッド１αの再生信号から磁気ヘッド又はこの磁気ヘッドを搭載したスライダの浮上量を求める浮上量測定回路１０と、アクチュエータ１９を制御し、磁気ヘッドスライダ１の浮上量を調整する浮上量制御回路１３を設けている。
【００１４】
また、磁気ヘッド１αの再生信号から磁気ヘッドスライダ１の位置ずれを検出するヘッド位置ずれ検出回路１５と、アクチュエータ１４を制御し磁気ヘッド１αの位置ずれを制御するヘッド位置ずれ制御回路１６を設けている。
【００１５】
図２に浮上量測定用記録トラック４α、４ｂに記録する記録パターン５の一例及びそのパターンを再生した波形８を示す。記録パターン５には、記録周波数の基本波成分６（１／２記録周波数）及び第２周波数成分７（１／６記録周波数）が含まれている。
【００１６】
また、内周側及び外周側の記録周波数は下記の式（１）で決められる。
【００１７】
ｆｎ＝（１−（ｎδＲ）／Ｒ０）ｆ０・ｃｏｓ（α０＋（ｎ／ｎｆ）（αｆ−α０））　　（１）
ここで、ｆｎはｎ番トラックでの記録周波数であり、δＲはトラックピッチであり、Ｒ０は０番トラックの半径位置であり、ｆ０は０番トラックでスキュー角度が０とした場合のノミナル記録周波数、ｎｆは最内週トラック番号、α０は０番トラックでのスライダスキュー角度、αｆは最内週トラックでのスライダスキュー角度である。
【００１８】
以下は先ず浮上量の求め方を説明する。図２に示す再生波形から、基本波の周波数成分と第２周波数成分の振幅を求めば、式２により磁気ディスクの浮上量が求められる。
【００１９】
ｄ＝Ｃ１（３ｌ／４ｐ）ｌｎ（Ｖ３／Ｖ１）＋Ｃ２　　　　　（２）
ここで、ｄは磁気ヘッドスライダの浮上量であり、Ｃ１とＣ２は定数、λは基本波の波長、Ｖ３、Ｖ１は基本波の振幅及び第２周波数成分の振幅である。
【００２０】
図３は浮上量計測回路の概略を示す。再生信号８を信号分配器２０によって、スペクトラムアナライザ（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　αｎαｌｙｚｅｒ）１１αと１１ｂに同時に送られ、基本波周波数成分振幅Ｖ１と第２周波数成分振幅Ｖ２を同時に求める。また、スペクトラムアナライザ１１αと１１ｂから出力した基本波周波数成分振幅Ｖ１と第２周波数成分振幅Ｖ２は差分計算器１２に送られ、式２に示すような求め方によって、浮上量が求められる。また、定数Ｃ１、Ｃ２は実験で事前に校正しておけばよい。校正の方法として、例えば先ず磁気ヘッドスライダ１の浮上量をディスクの回転数を減少させながら、光学式浮上量テスタなどによって浮上量と回転数の関係を測定する。次に前記磁気ヘッドスライダ１を磁気ディスクに浮上させ、ディスク回転数を減少させながら図３に示す方法で再生信号から磁気ヘッドスライダの浮上量を求め、光学方法で測定した浮上量と比較して定数Ｃ１とＣ２を求める。本式は出力Ｖ１とＶ３の比率から浮上量を求めるため、浮上量はスライダ単体に依存せず、一旦校正を行えば、他の磁気ヘッドスライダに適用できる。
【００２１】
次にスライダ浮上量制御について説明する。
【００２２】
図４は浮上量制御スライダとスライダ浮上量制御のアルゴリズムの一例を示す。スライダ１にはアクチュエータ１９αが設けられ、アクチュエータ１９αを上下に動かすことにより、磁気ヘッド１ｂの浮上量が調節される。
【００２３】
浮上量制御回路１３を説明する。図４では、正の電圧を印可するとき磁気ヘッド１ｂの浮上量が小さくなるように調整され、負の電圧を印可するとき磁気ヘッド１ｂの浮上量が大きくなるように調整されるものとする。
【００２４】
先ず、磁気ヘッド１ｂの浮上量の設定値と浮上量ばらつき許容値αを回路に記憶させ、浮上量測定回路１０から浮上量実測値信号を入力し、浮上量設定値と比較する。
【００２５】
浮上量実測値と浮上量設定値の差が許容値αより大きい場合、印加電圧をＤＶ増加し、電圧調整器９により、アクチュエータ１９αに電圧を印可する。アクチュエータ１９αに印加される電圧の増加により磁気ヘッド１αの浮上量が減少される。
【００２６】
以上の動作を繰し、浮上量実測値と浮上設定値の差が許容値αより小さくなるまでスライダの浮上量を調整する。
【００２７】
浮上量実測値と浮上量設定値の差が許容値αより小さい場合、次の制御ループで浮上量実測値と浮上量設定値の差が負許容値（−α）より小さいかを判断する。浮上量実測値と浮上量設定値の差が負許容値（−α）より小さい場合、印加電圧をＤＶ減少し、電圧調整器２３により、アクチュエータ１９αに電圧を印可する。アクチュエータ１９αに印加される電圧の減少により磁気ヘッド１αの浮上量が減少される。
【００２８】
以上の動作を繰し、浮上量実測値と浮上設定値の差が負許容値（−α）より大きくなるまでスライダの浮上量を調整する。
【００２９】
また、浮上量実測値と浮上量設定値の差が許容値αより小さく、負許容値（−α）より大きい場合、アクチュエータ１９αに印可する電圧をそのまま維持すれば良い。
【００３０】
ヘッド位置ずれ検出回路１５を説明する。磁気ヘッドスライダ浮上量が増加する場合、再生信号の基本波成分振幅Ｖ１が減少する。また浮上量増加により浮上量信号（再生信号の第２周波数成分振幅Ｖ３と基本波成分振幅Ｖ１との比（Ｖ３／Ｖ１））も減少する。しかし、磁気ヘッドスライダ１のトラックずれが発生する場合、基本波振幅Ｖ１が減少するが、第２周波数成分振幅Ｖ３も基本波振幅Ｖ１に比例して減少するために、その比として（Ｖ３／Ｖ１）は変化しない。以上の原理を用いれば、ヘッドスライダの浮上量増加と位置ずれの切り分けができる。
【００３１】
図５はヘッド位置ずれ検出回路のアルゴリズム図である。まずヘッド位置ずれがなく、浮上量変動がないときの基本波の出力振幅Ｖ１０と磁気ヘッド浮上量Ｆｈ０を基準値として回路に記憶させ、信号分配器２３から基本波成分の振幅Ｖ１を検出し、浮上量測定回路１０から浮上量実測値信号を入力する。基準値Ｖ１０と基本波振幅Ｖ１との差が許容値ｄより小さい場合、磁気ヘッドの浮上量変化とヘッド位置ずれの変化が共にないと判断できる。基準値Ｖ１０と基本波振幅Ｖ１との差が許容値ｄＶより大きい場合、磁気ヘッド浮上量の実測値Ｆｈと基準値Ｆｈ０を比較させる。実測値Ｆｈと基準値Ｆｈｏとの差が許容値ｄＦｈより小さい場合、ヘッド位置ずれありと判断できる。また、実測値Ｆｈと基準値Ｆｈｏとの差が許容値ｄＦｈより大きい場合、浮上量変化ありと判断できる。
【００３２】
また、以上の回路に基本波成分ではなく、第２周波数成分を用いても、以上と同様なアルゴリズムでヘッド位置ずれの検出ができる。
【００３３】
図６は微小ヘッド位置ずれ制御アルゴリズム図である。ここで、磁気ヘッド位置の調整はボイスコイルアクチュエータ１８により粗調整し、ピエゾアクチュエータ１４αと１４ｂにより微小調整する２段アクチュエータ構造とする。また、ボイスコイルモータアクチュエータ１８による粗調整は従来知られている技術により行うものとし、ここでは説明を省略する。
【００３４】
まず、磁気ヘッド１αのヘッド位置ずれ許容値ｂを回路に記憶させ、ヘッド位置ずれ実測値をヘッド位置ずれ測定回路１５からヘッド位置ずれ制御回路１６に入力する。
【００３５】
ヘッド位置ずれ実測値が許容値ｂより小さい場合、ピエゾアクチュエータ１４α、１４ｂに印加する電圧を維持すればよい。ヘッド位置ずれ実測値が許容値より大きい場合、ピエゾアクチュエータ１４α、１４ｂに印加する電圧をＤＶ分増加させ、位置ずれ実測値と前回位置ずれ値を比較させる。位置ずれ実測値が前回位置ずれ値より小さい場合、位置ずれ実測値が許容値ｂより小さいかを判断させる。位置ずれ実測値が許容値より大きい場合、印加電圧を再びＤＶを増加させる。以上の動作をループで繰り返し、ヘッド位置ずれが許容値ｂより小さくなるまで行う。印加電圧をＤＶ分増加することにより位置ずれ実測値が前回位置ずれ値より大きくなった場合、ピエゾアクチュエータ１４α、１４ｂに印加する電圧をＤＶ分減少増加させ（もしくは負の電圧を印可させ）、位置ずれ実測値が許容値ｂより小さいかを判断させる。位置ずれ実測値が許容値より大きい場合、印加電圧を再びＤＶを減少させる。以上の動作をループで繰り返し、ヘッド位置ずれを許容値ｂより小さくなるまで行う。
【００３６】
以下は本発明の作用を説明する。
【００３７】
先ず、従来の方法では、記録周波数が磁気ディスクの規定記録周波数で記録したため、内周側及び外周側では磁気ヘッドの浮上半径位置及びスキュー角度が違い、そのため内外周で記録密度は異なり、基本波成分振幅と第２周波数成分の比（Ｖ１／Ｖ３）は磁気ヘッド及び磁気ディスクの磁性特性のバラツキに影響されることが実験により明らかになった。本発明では、内周側及び外周側に記録したデータの記録周波数は式（１）により正確に決められるため、浮上量測定データは環境、磁気ヘッド及び磁気ディスクの磁性特性などのバラツキの影響を受けにくく、磁気ヘッドスライダ１の浮上量を正確に測定できる。
【００３８】
次に浮上量調整スライダを備えた磁気ディスク装置においては、浮上量測定回路１０及び浮上量制御回路１３を設けているので、スライダ浮上量の経時変化があっても、浮上量計測回路１０に直ちに検出され、その浮上量信号を設定値と比較し、測定したスライダ浮上量が設定値とずれがある場合、浮上量制御回路によって、スライダの浮上量を設定値まで調節する。よって、スライダ浮上量を常に設定値に保つことができる。
【００３９】
また、サスペーションを回転させるボイスコイルモータアクチュエータ１８とヘッド位置を微調整するピエゾアクチュエータ１４α、１４ｂを有するヘッドサスペーションアセンブリ２を備えた磁気ディスク装置においては、ヘッド位置ずれ検出回路１５及びヘッド位置ずれ制御回路１６を設けているので、磁気ヘッドスライダ１と磁気ディスク３の接触などにより磁気ヘッドスライダ１の微小位置ずれがあっても、位置ずれは計測回路１５に直ちに検出され、位置ずれ制御回路１６に送信してピエゾアクチュエータ１４α，１４ｂを制御することにより、ヘッド位置ずれを修正することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気ディスクの内周側及び外周側に記録した特殊パターンの信号を再生し、さらに基本波成分の振幅と第２周波数成分の振幅を検出することにより、磁気ディスクの内周側及び外周側での磁気ヘッドの浮上量を正確に検出することができる。
また、浮上量調整用のアクチュエータを用いれば、正確に検出した浮上量に基づいて、磁気ヘッドの浮上量を一定を保つことができる。
また、ヘッド位置ずれを微調整するアクチュエータを備えることにより、正確に検出したヘッド位置ずれ量に基づいて磁気ヘッドの位置ずれを修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成図。
【図２】本発明の記録パタンの１例及びそのパタンの再生波形。
【図３】浮上量計測回路図。
【図４】本発明のスライダ浮上量制御のアルゴリズム図。
【図５】ヘッド位置ずれ検出回路のアルゴリズム図。
【図６】微小ヘッド位置ずれ制御アルゴリズム図。
【符号の説明】
１…磁気ヘッドスライダ、１α，１ｂ…磁気ヘッド、２…サスペンション、３…磁気ディスク、４α…内周浮上測定用記録トラック、４ｂ…外周浮上測定用記録トラック、５…記録パタン、６…記録パタンの基本波、７…記録パタンの第２周波数成分、８…再生波形、９；９α…電圧調整器、１０…浮上量計測回路、１１α，１１ｂ…スペクトラムアナライザ、１２…差分計算器、１３…浮上量制御回路、１４，１４α，１４ｂ…２段アクチュエータ、１５…ヘッド位置ずれ検出回路、１６…位置ずれ制御回路、１７…ピボット軸受け中心、１８…ボイスコイルモータアクチュエータ、１９，１９α…アクチュエータ、２０，２０α…信号分配器。

Claims

データを記録する磁気ディスクと、前記磁気ディスクに情報を記録又は前記磁気ディスクから情報を再生する磁気ヘッドとを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの少なくとも内周側及び外周側に磁気ヘッドの浮上量を測定するための浮上量測定用記録トラックを設け、かつ内周側及び外周側に設けた前記浮上量測定用記録トラックに同じパターンのデータを記録し、かつ各浮上量測定用記録トラックで、線記録密度が同様になるように記録したことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、内周側及び外周側に設けた前記浮上量測定用記録トラックに記録するデータパターンの記録周波数を磁気ディスクの半径位置と磁気ヘッドのスキュー角度とに基づいて求め、内周側及び外周側に設けた浮上量測定用記録トラックの線記録密度が同様になるように前記データパターンを記録したことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記データパターンが基本波成分と前記基本波成分に対する、１／３、１／５、１／７又は１／１１周波数のうち少なくともいずれか一つの第２周波数成分を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項３に記載の磁気ディスク装置において、磁気ヘッドの浮上量を調整するアクチュエータを備えた磁気ヘッドスライダと、前記基本波成分の振幅と前記第２周波数成分の振幅との比率から前記磁気ヘッドの浮上量を求める回路と、前記磁気ヘッドの浮上量を制御する制御回路とを設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項４に記載の磁気ディスク装置において、磁気ヘッドの位置ずれを調節するための２つのアクチュエータと、前記基本波成分の振幅と浮上量とから前記磁気ヘッドの位置ずれを検出する回路と、前記位置ずれを検出する回路で検出した位置ずれ量に基づいて前記磁気ヘッドの位置ずれを制御する回路とを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。