(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的簡単な構成でヘッドと記録媒体の間隔を正確に測定可能とする間隔測定方法及び装置を提供する。【解決手段】リード素子１３２が挟まれた第１及び第２のシールド１３４，１３５が前記リード素子１３２の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面１３３における面積に反比例した互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子１３２の２つの電極に印加し、前記リード素子１３２の２つの電極間の複素インピーダンスを演算回路により前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列容量の値を、前記磁気ヘッド１３を前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッド１３を前記基準面に近接させた状態とで計算し、前記演算回路により計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドの前記浮上面１３３と前記基準面と間の間隔を計算するように構成する。【選択図】図１
2010061706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定方法であって、
交流電圧源により振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した、互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する印加工程と、
前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する測定工程と、
演算回路により前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する工程と、
前記演算回路により計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する、間隔測定方法。
【請求項２】
リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定装置であって、
振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した、互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する交流電圧源を備え、前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する差動インピーダンス測定器と、
前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する演算回路を備え、
前記演算回路は、計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する、間隔測定装置。
【請求項３】
前記磁気ヘッドと、
前記基準面を形成する記録面を有する磁気ディスクと、
請求項２記載の間隔測定装置を備えた、記憶装置。
【請求項４】
リード信号検出装置と、
前記リード信号検出装置又は前記差動インピーダンス測定器を選択的に前記リード素子の２つの電極に接続する切り替え回路を更に備えた、請求項３記載の記憶装置。
【請求項５】
前記磁気ヘッドはヒータ素子を有し、
測定された前記間隔に基づいて前記ヒータ素子の発熱を制御することで、前記磁気ヘッドの回転中の前記磁気ディスクからの浮上量を制御する浮上量制御回路を更に備えた、請求項３又は４記載の記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間隔測定方法及び装置、並びに記憶装置に係り、特にヘッドと記録媒体の間隔を測定する間隔測定方法及び装置、並びにそのような間隔測定装置を備えた記憶装置に関する。又、本発明は、間隔測定装置を備えたヘッド試験装置及びヘッド浮上面の形状検査装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置では、磁気ヘッドを回転する磁気ディスク上を僅かな間隔で浮上させた状態で情報記録及び再生動作を行う。磁気ヘッドのライト磁極が発生する記録磁界や磁気ディスクからの媒体磁界は、距離に応じて急速に広がって減衰する。このため、高い記録密度を達成するためには、磁気ヘッドの磁気ディスクからの浮上量を小さく保つ必要がある。最近では、この浮上量が１０ｎｍ程度になっている。又、高い信頼性を得るためには、浮上量が低下しすぎないように安定に保ち、磁気ヘッドと磁気ディスクの接触による磁気ヘッドや磁気ディスクの損傷を防ぐ必要がある。
【０００３】
磁気ヘッドの浮上面の平面部分は研磨加工等により形成されるが、磁気ヘッドの基板として使用されるセラミックと、ライト磁極やリード素子周辺のシールド磁極を形成する磁性金属と、磁性金属間を磁気的に分離する非磁性材料のアルミナ等は、硬さの異なる材料であるため、研磨面に段差が生じやすい。小さな浮上量を安定に保つためには、研磨面の平面度や段差が設計した許容範囲内にあることが必要であることから、磁気ヘッドの浮上面の加工形状の測定検査が必要になる。
【０００４】
磁気ヘッドの浮上量は、磁気ヘッドの浮上面形状等の製造ばらつきだけでなく、サスペンション搭載状態や、磁気ディスク装置への組み立てばらつきによっても変化する。又、磁気ヘッドにライト電流を流すと、ライト電流パターンによって変化する、発熱によるヘッド素子の熱膨張による形状変化で浮上量が変化する。更に、浮上量は、磁気ディスク装置の経時変化、使用温度環境や気圧環境等によっても変化する。従って、低浮上量を安定して実現するためには、磁気ヘッド素子単体の試験だけでなく、サスペンションへ搭載した状態で行うヘッド試験、磁気ディスク装置における浮上量測定や浮上量制御も必要になる。
【０００５】
磁気ヘッドの浮上面の形状検査方法としては、干渉顕微鏡や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を使用する方法が知られている。磁気ヘッドの浮上量を測定する方法としては、磁気ディスクの裏面から、ヘッド浮上面と磁気ディスク間の光干渉を観察する方法が知られている。又、磁気ディスクの特定の回転位置に記録した測定用パターン又はサーボ用パターンのリード信号波形を解析して浮上量を測定する方法が知られている（特許文献１）。磁気ヘッドのライト素子のインピーダンスの変化を測定して浮上量を測定する方法も知られている（特許文献２）。又、ヘッド浮上面の電極と磁気ディスクとの間の静電容量を測定する方法も知られている（特許文献３，４，５）。磁気ヘッド素子内に設けた薄膜抵抗体に電流を流して発熱させ、熱膨張により磁極先端部を突き出させて浮上量を制御する方法も知られている（特許文献６）。
【０００６】
磁気ヘッドの浮上面の形状を検査する方法として、干渉顕微鏡を使用する方法では、高さ方向の測定分解能は干渉測定により得られたとしても、観察面内方向の空間分解能は光学顕微鏡の分解能の限界である光波長程度に制限されてしまい、最近の磁気ヘッドの微細化された磁性体部分の高さを測定するのは困難である。
【０００７】
磁気ヘッドの浮上面の形状を検査する方法として、原子間力顕微鏡を使用する方法は、高さ方向と面内方向共に非常に高い空間分解能が得られるが、ピエゾステージの水平移動精度や位置ドリフトに制限されて、磁気ヘッドの浮上面上の離れた位置間で高さ測定の精度を一定に保つことが困難である。又、測定位置の探索や広い面積の走査測定に時間がかかる。
【０００８】
ディスク裏面からヘッド浮上面とディスク間の光干渉を観察する方法では、透明な専用ディスクを使用する必要があり、実際の磁気ディスクでは測定を行えない。
【０００９】
磁気ヘッドの浮上量を測定する方法として、磁気ディスクの特定の位置に記録した測定用パターン又はサーボ用パターンのリード信号波形を解析する方法では、通常の磁気ヘッドと磁気ディスクをそのまま測定に使用でき、且つ、磁気ヘッドを磁気ディスク装置に組み込んだ状態でも測定が可能である。しかし、このような測定は、リード素子及びライト素子の特性ばらつきや特性劣化の影響を受けやすく、浮上量を読み間違える可能性がある。更に、ライト動作とリード動作を同時に行うことは困難であるため、ライト動作時の浮上量を測定することは困難である。
【００１０】
磁気ヘッドのライト素子のインピーダンスの変化を測定して浮上量を測定する方法は、磁気ヘッドのライト素子特性の製造ばらつきや磁気ディスクの磁気特性の影響を受ける。更に、磁気ディスクの磁気特性等は単純な物理特性ではないため、定量的な測定が困難である。
【００１１】
磁気ヘッドの浮上面の電極とディスクとの間の静電容量を測定する方法では、上記の問題点の多くが解決できる。しかし、磁気ヘッドに容量測定用の電極を設け、各電極と磁気ディスク間の容量を測定して浮上量や傾きを測定する方法（例えば、特許文献３参照）では、専用の電極が設けられた磁気ヘッドを作成する必要がある。又、容量測定用電極からの配線接続が余分に必要になる。
【００１２】
静電容量検出回路の一端をライト素子やリード素子に接続し、もう一端を磁気ディスクに電気的に接続してライト素子やリード素子と磁気ディスク間の容量を測定する方法では（例えば、特許文献４参照）、容量測定用電極の追加や容量測定用電極を接続するサスペンション上の配線追加が不要になる。しかし、静電容量検出器の一端を磁気ディスクや磁気ディスクのモータ回転軸やモータボディに電気的に接続する必要があり、電気的に接続されたこれらの部分を接地から絶縁する必要がある。又、測定電流経路が磁気ヘッドとモータ回転軸を経由した大きな開口の開いたループとなるため、電磁誘導ノイズを拾いやすくなる。
【００１３】
磁気ヘッド浮上面に容量測定用電極を２つ設け、一方の電極から交流電圧を印加し、もう一方の電極で電流を検出することにより求めた容量測定値から浮上量を求める方法では、磁気ディスクが接地と導通されている場合や、電極と磁気ディスクとの間の静電容量に比べて磁気ディスクの浮遊容量やスピンドルモータ回転軸等における接地との間の静電容量が無視できない場合、及びこれらの導通や容量が不安定な場合には、これらの要因が浮上量測定結果に影響を及ぼす。
【００１４】
磁気ヘッドの浮上面に設けた２つの電極とインダクタンスを直列接続して共振回路を形成し、直流電圧に重畳して共振周波数付近の交流電圧を印加して電圧と電流の位相差を直流電圧により制御するようにして浮上量の制御を行う方法では（例えば、特許文献５参照）、２つの電極間に夫々印加する電圧振幅が規定されていない。又、２つの電極に電圧を印加する回路が２つの電極に対して対称な構成になっていないため、２つの電極に等しい振幅の交流電圧が印加されず、磁気ディスクの浮遊容量や接地との接続状態の影響が残ってしまう。
【特許文献１】特開２０００−１９５２１１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２３９１号公報
【特許文献３】特開平６−２０３５１０号公報
【特許文献４】特開２００１−３４４９２０号公報
【特許文献５】特開２００１−８４７２４号公報
【特許文献６】特開平５−２０６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来は、比較的簡単な構成でヘッドと記録媒体の間隔を正確に測定することができないという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明は、比較的簡単な構成でヘッドと記録媒体の間隔を正確に測定可能とする間隔測定方法及び装置、並びに記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一観点によれば、リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定方法であって、交流電圧源により振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した、互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する印加工程と、前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する測定工程と、演算回路により前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する工程と、前記演算回路により計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する間隔測定方法が提供される。
【００１８】
本発明の一観点によれば、リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定装置であって、振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した、互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する交流電圧源を備え、前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する差動インピーダンス測定器と、前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する演算回路を備え、前記演算回路は、計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する間隔測定装置が提供される。
【００１９】
本発明の一観点によれば、前記磁気ヘッドと、前記基準面を形成する記録面を有する磁気ディスクと、上記の間隔測定装置を備えた記憶装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
開示の間隔測定方法及び装置、並びに記憶装置によれば、比較的簡単な構成でヘッドと記録媒体の間隔を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
磁気ヘッドのリード素子として、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto-Resistive）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistive）素子、及び近年ではトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive）素子が用いられているが、従来はこれらのリード素子の２つの電極間に直流バイアス電流又は直流バイアス電圧を印加して、２つの電極間の電圧や２つの電極間に流れる電流を測定することにより、リード素子の２つの電極間の抵抗の変化を測定して、磁気ディスクからの媒体磁界を検出している。
【００２２】
そこで、本発明者らは、以下の３点に着目した。
【００２３】
第１に、従来のＡＭＲ素子やＧＭＲ素子等のリード素子においては、磁性膜センサの膜面内方向に電流を流して抵抗を測定するため（ＣＩＰ（Current In Plane）構造と呼ぶ）、磁性膜の両端に電極を設けており、リード素子直下の磁気ディスクからの媒体磁界を除く周辺磁界からリード素子を遮蔽するために、リード素子膜面の上下から挟む２つの磁気シールドはリード素子の２つの電極から基本的に絶縁されている。しかし、近年実用化されたＴＭＲ素子等のリード素子においては、ＴＭＲ膜の膜面に垂直に電流を流して抵抗を測定するために（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造と呼ぶ）、ＴＭＲ素子膜面の上下から挟む２つの磁気シールドはＴＭＲ素子の２つの電極を兼ねた構造になっており、ＴＭＲ素子の２つの電極が上下のシールドに夫々電気的に低抵抗で接続されている。
【００２４】
第２に、ＴＭＲ素子の両端に並列に接続された静電容量は、ＴＭＲ素子の２つの電極間の複素インピーダンスの実部と虚数部の両方を測定することにより、磁界検出に利用されるＴＭＲ素子の抵抗成分から並列容量成分を分離して測定可能である。
【００２５】
第３に、２つの電極と磁気ディスクとの間で形成される２つの静電容量の直列容量を測定する際に、２つの電極位置における磁気ディスクとの間隔が同じとみなせる場合には、２つの電極の面積に反比例した振幅を有する互いに逆符号の交流電圧成分を印加して容量を測定することにより、２つの電極との容量結合を介して磁気ディスクに流れ込む電流や電荷が合計でゼロとなるために、磁気ディスクが有する浮遊容量、及びスピンドルモータの回転軸を通した磁気ディスクと接地間の導通の有無や導通の不安定性に大きく影響されずに、２つの静電容量の直列容量を安定に測定可能になる。
【００２６】
開示の間隔測定方法及び装置、並びに記憶装置では、上記の３点に着目して、ＴＭＲ素子等のリード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定することにより、従来は積極的に利用されることのなかったリード素子の２つの電極間の容量成分を磁界センサとして使われている抵抗成分から分離して測定し、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間の間隔測定（又は、磁気ヘッドの磁気ディスクからの浮上量測定）を可能にする。又、磁気ディスクが有する浮遊容量や接地状態に影響されない測定を可能にする。
【００２７】
即ち、リード素子を挟む２つの磁性体シールドがリード素子の２つの電極を兼ねたＴＭＲ素子等のリード素子の２つの電極に、振幅が各磁気シールドの浮上面における面積に反比例した符号が逆の交流電圧を印加して電流を測定することにより、リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定し、測定された複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路と見なしたときの容量の値を計算する。この容量の値から、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間の間隔を計算する。尚、リード素子を挟む２つの磁気シールドの浮上面における面積に大きな違いがない場合には、リード素子の２つの電極に印加する交流電圧の振幅を等しくしても良い。
【００２８】
これにより、磁気ヘッド試験装置や磁気記憶装置において、磁気ディスクから浮上した磁気ヘッドの浮上量を測定することができる。又、磁気ヘッドの浮上面を金属製又は表面に金属層を含む基準平面板に押し当てた状態で間隔測定を行うことにより、磁気ヘッド浮上面の形状検査を行うことができる。ここで、基準平面板として磁気ディスクを使用しても良い。更に、磁気ヘッドの素子が備えるヒータ素子の加熱により浮上面の形状制御等による浮上量制御回路を設けた場合には、上記の方法により測定した磁気ヘッドの浮上量が所定の範囲内になるように浮上量を制御する磁気ヘッド試験装置や磁気記憶装置を実現できる。
【００２９】
以下に、本発明の間隔測定方法及び装置、並びに記憶装置の各実施例を、図面と共に説明する。
【実施例】
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施例におけるヘッド試験装置を示す図である。本実施例では、本発明が磁気ヘッド試験装置に適用されている。
【００３１】
図１に示すように、磁気ヘッド試験装置１は、間隔測定装置１１、ライト電流発生回路１２、磁気ヘッド１３、磁気ディスク２１、これらを制御する制御回路１４等を有する。図１では、制御回路１４は制御信号線３４を介して間隔測定装置１１及びライト電流発生回路１２に接続されている。通常、磁気ヘッド試験装置は、磁気ヘッドの位置を制御するアクチュエータ、磁気ディスクを回転させるスピンドルモータ等も含むが、図１ではこれらを省略してある。
【００３２】
間隔測定装置１１は、差動インピーダンス測定器１１１及び演算回路１１２を有する。ここで、演算回路１１２は、プログラムで制御された演算回路であっても良く、制御回路１４の中に含めても良い。差動インピーダンス測定器１１１は、電圧計１１３、電流計１１４、交流電圧源１１５及び制御回路１１６を有する。電圧計１１３は、第１及び第２の電圧計１１３−１，１１３−２を有する。電流計１１４は、第１及び第２の電流計１１４−１，１１４−２を有する。交流電圧源１１５は、電圧アンプ１１７−１，１１７−２、位相調整回路１１８−１，１１８−２及び発振器１１９を有する。
【００３３】
磁気ヘッド１３は、ライト素子１３１、リード素子であるＴＭＲ素子１３２及び浮上面１３３を有する。ＴＭＲ素子１３２は、第１及び第２の磁性体シールド（以下、単にシールドと言う）１３４，１３５の間に設けられている。ライド素子１３１は、ライト用差動配線３１によりライト電流発生回路１２に接続されている。ＴＭＲ素子１３２の２つの電極に接続されるリード用差動配線３２は、第１及び第２のシールド１３４，１３５に接続されている。Ｄは、浮上面１３３と磁気ディスク２１の記録面２１１との間の間隔を示す。
【００３４】
図２は、磁気ヘッド１３のＴＭＲ素子１３２を浮上面１３３の側から見た図である。ＴＭＲ素子１３２は、通常のＡＭＲ素子やＧＭＲ素子と同様に、周辺磁界を遮蔽するために第１及び第２のシールド１３４，１３５の間に挟まれている。ＴＭＲ素子１３２は、検出電流をＴＭＲ膜面に対して垂直に流す構造（ＣＰＰ構造）を有し、第１及び第２のシールド１３４，１３５がＴＭＲ素子１３２の２つの電極を兼ねた構造になっている。第１のシールド１３４の浮上面１３３における面積をＳ１、第２のシールド１３５の浮上面１３３における面積をＳ２とする。面積Ｓ１，Ｓ２は、各磁気ヘッド１３に対して設計時に決定され、必要であれば光学顕微鏡や電子顕微鏡により容易に計測可能である。
【００３５】
磁気ディスク２１は、例えば金属膜をコーティングした平面基板等を備えた周知の構成を有する。しかし、記録再生用の磁気ディスク２１の代わりに、測定専用のディスクを用いても良いことは言うまでもない。磁気ヘッド１３の浮上面１３３における第１及び第２のシールド１３４，１３５の位置が近接しているため、磁気ヘッド１３を磁気ディスク２１に押し付けたり、磁気ディスク２１の記録面２１１から浮上させた状態では、第１及び第２のシールド１３４，１３５の位置における浮上面１３３と記録面２１１との間の間隔Ｄは同じ値であるとみなせる。測定対象となる間隔Ｄは、１０ｎｍ程度であり、このように間隔Ｄが第１及び第２のシールド１３４，１３５の膜厚（１μｍ程度）に比べて十分小さい場合には、第１のシールド１３４と磁気ディスク２１との間には容量Ｃ１が、第２のシールド１３５と磁気ディスク２１との間には容量Ｃ２が形成され、これらの容量Ｃ１，Ｃ２は以下の式１，２で与えられる。
【００３６】
Ｃ１＝ε0×Ｓ１／Ｄ                                            （式１）
Ｃ２＝ε0×Ｓ２／Ｄ                                            （式２）
ここで、ε0は真空の誘電率であり、空気の誘電率の近似値として用いられている。又、磁気ヘッド１３を磁気ディスク２１から十分に引き離した場合には、Ｃ１＝Ｃ２＝０となる。
【００３７】
図１において、Ｃ０は間隔Ｄを十分に大きくした時にＴＭＲ素子１３２の２つの電極間で測定される容量を示す。又、Ｃｄは磁気ディスク２１と接地ＧＮＤ間の容量を示す。
【００３８】
差動インピーダンス測定器１１１は、リード用差動配線３２を介して第１及び第２のシールド１３４，１３５と接続され、ＴＭＲ素子１３２の２つの電極間の複素インピーダンスＺを測定する。サスペンション（図示せず）上に搭載された磁気ヘッド１３では、ＴＭＲ素子１３２から差動信号であるリード信号を読み出すサスペンション上の伝送ラインが差動配線となっており、特別な配線を追加や修正を加えることなく、この伝送ラインを測定用差動配線３２として使用可能である。
【００３９】
差動インピーダンス測定器１１１において、交流電圧源１１５は、位相調整回路１１８−１，１１８−２と電圧アンプ１１７−１，１１７−２を用いて、発振器１１９の正弦波出力から位相と振幅を調整された２つの正弦波電圧を発生する。これら２つの正弦波電圧は、電流計１１４−１，１１４−２及び電圧計１１３−１，１１３−２を介して出力され、リード用差動配線３２によりＴＭＲ素子１３２に印加される。電流計１１４−１，１１４−２は、差動インピーダンス測定器１１１の２つの出力電流Ｉ１，Ｉ２を測定することができる。電圧計１１３−１，１１３−２は、差動インピーダンス測定器１１１の２つの出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定することができる。ここで、電圧計１１３−１，１１３−２と電流計１１４−１，１１４−２は、正弦波に対して振幅と位相の両方を測定可能なベクトル測定器であり、電流Ｉ１，Ｉ２及び電圧Ｖ１，Ｖ２はベクトル量、即ち、位相を含めた複素表示量であるものとする。又、交流電圧源１１５の実際の電圧出力は、交流電圧Ｖ１，Ｖ２に直流バイアス電圧を重畳したものであっても良く、この場合の実際の電流はＩ１，Ｉ２に直流バイアス電圧によって生じる直流電流が重畳したものになるが、以下の説明には影響しない。
【００４０】
ＴＭＲ素子１３２の２つの電極に印加する交流電圧Ｖ１，Ｖ２の位相は互いに逆相とし、振幅は第１及び第２のシールド１３４，１３５の面積Ｓ１，Ｓ２に反比例した値とする。即ち、以下の式３が成り立つようにする。
【００４１】
Ｖ１／Ｖ２＝−Ｓ２／Ｓ１                                        （式３）
ここで、もしＳ１とＳ２が大体等しければ、Ｖ１＝−Ｖ２としても良い。
【００４２】
電圧Ｖ１，Ｖ２の印加により、第１及び第２のシールド１３４，１３５を介して磁気ディスク２１に誘起される電流や電荷が打ち消される。従って、ディスク２１のもつ浮遊容量や接地ＧＮＤとの接続状態に関係なくディスク２１の電位を変化させないため、これらの影響を受けずに測定が可能になる。
【００４３】
特にＶ１＝−Ｖ２とする場合等で、以下の式４が略成り立つことが期待できる場合もある。
【００４４】
Ｉ１＝−Ｉ２                                                    （式４）
ＴＭＲ素子１３２の２つの電極間の複素インピーダンスＺは、以下の式５で与えられる。
【００４５】
Ｚ＝２（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）                            （式５）
複素インピーダンスＺは、以下の式６に示すように、実数成分の抵抗Ｒと、虚数成分のリアクタンスＸよりなる。
【００４６】
Ｚ＝Ｒ＋ｊ×Ｘ                                                  （式６）
ここで、ｊは虚数単位である。
【００４７】
ＴＭＲ素子１３２の回路モデルは、抵抗と容量の並列接続として表現され、これに第１及び第２のシールド１３４，１３５と磁気ディスク２１の間の容量が並列に接続され、磁気ヘッド１３内のＴＭＲ素子以外の容量も並列に接続される。従って、磁気ヘッド１３全体の回路は、抵抗と容量の並列回路で表現できる。更に、リード用差動配線３２の容量も並列に接続される。上記の方法で測定されたＴＭＲ素子１３２の２つの電極間の複素インピーダンスＺは、特に補正計算を行わなければリード用差動配線３２のインピーダンスをも含んだものとなるが、これは固定値であるため、例えばリード用差動配線３２によるインピーダンスを予め測定しておいてこの影響を除去するように補正計算を行うこともできる。測定された複素インピーダンスＺが抵抗と容量の並列接続回路のインピーダンスに等しいとすると、以下の式７により並列容量Ｃｐと並列抵抗Ｒｐを以下の式８，９から求めることができる。
【００４８】
１／Ｚ＝１／（Ｒ＋ｊ×Ｘ）＝１／Ｒｐ＋ｊ×２πｆｓＣｐ          （式７）
Ｃｐ＝−Ｘ／（２πｆｓ（Ｒ２＋Ｘ２））                          （式８）
Ｒｐ＝（Ｒ２＋Ｘ２）／Ｒ                                        （式９）
ここで、ｆｓはこの測定に使用した交流電圧源１１５が出力する正弦波電圧の周波数である。尚、並列抵抗Ｒｐの値を特に使用しない場合、並列抵抗Ｒｐの計算を省略しても良い。
【００４９】
図３は、上記の如き並列容量Ｃｐの測定手順を説明するフローチャートである。図３において、ステップＳ１では、交流電圧源１１５にとりＶ１／Ｖ２＝−Ｓ２／Ｓ１となる電圧Ｖ１，Ｖ２をＴＭＲ素子１３２の２つの電極に印加する。ステップＳ２では、電流計１１４−１，１１４−２により、ＴＭＲ素子１３２の２つの電極に流れる電流Ｉ１，Ｉ２を測定する。ステップＳ３では、Ｚ＝２（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）により、複素インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸを計算する。ステップＳ４では、Ｃｐ＝−Ｘ／（２πｆｓ（Ｒ２＋Ｘ２））及びＲｐ＝（Ｒ２＋Ｘ２）／Ｒにより、並列容量Ｃｐ及び並列抵抗Ｒｐを計算し、処理は終了する。
【００５０】
磁気ヘッド１３を磁気ディスク２１から十分に離した状態（アンロード状態）で上記の如く測定した並列容量ＣｐをＣ０とし、磁気ヘッド１３の浮上面１３３と磁気ディスク２１を近接させてその間の間隔Ｄを測定するべき状態（ロード状態）にして、上記の如く測定した並列容量ＣｐをＣｎとすると、以下の式１０に示すように、Ｃｎ−Ｃ０が容量Ｃ１と容量Ｃ２の直列容量となる。
【００５１】
Ｃｎ−Ｃ０＝１／（（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２））                  （式１０）
従って、演算回路１１２により以下の式１１を計算することにより、磁気ディスク２１と磁気ヘッド１３の浮上面１３３との間隔Ｄを求めることができる。
【００５２】
Ｄ＝ε0／（（Ｃｎ−Ｃ０）（（１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）））       （式１１）
図４は、上記の如き間隔Ｄの測定手順の一例を説明するフローチャートである。図４において、ステップＳ１１では、磁気ヘッド１３をアンロード状態にし、ステップＳ１２では、測定した並列容量ＣｐをＣ０とする。ステップＳ１３では、磁気ヘッド１３をロード状態にし、ステップＳ１４では、測定した並列容量ＣｐをＣｎとする。ステップＳ１５では、Ｄ＝ε0／（（Ｃｎ−Ｃ０）（（１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）））を計算し、処理は終了する。
【００５３】
一回の測定で十分な間隔Ｄの測定精度が得られない場合には、図５のフローチャートのように、図４の測定をＮ回繰り返して測定結果の加算平均を求めるようにしても良い。この場合、間隔Ｄの測定精度を向上することができる。
【００５４】
図５は、上記の如き間隔Ｄの加算平均の測定手順の一例を説明するフローチャートである。図５において、ステップＳ２１では、繰り返し回数ｉをｉ＝１に設定する。ステップＳ２２では、測定した間隔ＤをＤ（ｉ）とする。ステップＳ２３では、ｉ＝Ｎ（Ｎは２以上の自然数）であるか否かを判定する。ステップＳ２３の判定結果がＮＯであると、ステップＳ２４では、ｉをｉ＝ｉ＋１にインクリメントし、処理はステップＳ２２へ戻る。一方、ステップＳ２３の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ２５では、Ｄ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の加算平均値をＤ＝ΣＤ（ｉ）／Ｎを計算することで求め、処理は終了する。
【００５５】
尚、交流電圧源１１５の電圧アンプ１１７−１，１１７−２の出力を予め上記式３が成立するように調整しておけば、電圧計１１３−１，１１３−２は省略可能である。
【００５６】
電流計１１４として、Ｉ１−Ｉ２を測定する差動電流計を使用することもできる。
【００５７】
上記式４が成立することが期待される場合には、電流計１１４−１，１１４−２の一方を省略して、Ｉ１−Ｉ２の代わりに２Ｉ１、又は−２Ｉ２を使うことも可能である。
【００５８】
又、出力側コイルの中間タップを接地ＧＮＤに接続したバルントランスを介してリード用差動配線３２に接続することで、単一出力の交流電圧源と単一の電流計を使って、リード素子に差動電圧を印加し、リード素子に流れる差動電流を測定して式５の差動インピーダンスを測定することもできる。このとき、出力側コイルの中間タップのコイル内での位置の調整によって、差動電圧の２つの振幅の比を調整することができる。
【００５９】
磁気ヘッド１３の浮上面１３３と磁気ディスク２１の記録面２１１との間の間隔Ｄを測定する間隔測定装置１１により、磁気ヘッド１３のリードライト特性等の試験を行う磁気ヘッド試験装置１や磁気ディスク装置上で、磁気ヘッド１３の浮上面１３３の磁気ディスク２１からの浮上量を測定することができる。磁気ヘッド１３の浮上量は、上記間隔Ｄと同じく浮上面１３３と記録面２１１との間の距離であるが、磁気ディスク２１の回転時の距離を指す。磁気ヘッド試験装置や最近の磁気ディスク装置では、磁気ヘッドを磁気ディスク媒体にロード、アンロードする機構を備えており、これを浮上量の測定の際に磁気ヘッド１３をロード状態、アンロード状態とするロード、アンロードに使用することができる。
【００６０】
一方、磁気ディスク２１に記録された記録情報は、磁気ディスク２１の媒体磁界によるＴＭＲ素子１３２の抵抗変化から読むことができる。
【００６１】
磁気ディスク２１の記録情報を読む第１の方法は、上記の如く複素インピーダンスＺの測定結果を利用して式９からＴＭＲ素子１３２の抵抗を求める。この場合、磁気ヘッド１３の浮上量の測定と同時に、磁気ディスク２１の記録情報を読むことができる。但し、インピーダンス測定周波数ｆｓを記録周波数以上とする必要がある。
【００６２】
磁気ディスク２１の記録情報を読む第２の方法は、電圧アンプ１１７−１，１１７−２の出力に直流バイアス電圧を加え、電流計１１４の出力から磁気ディスク２１の記録情報を読む。この場合、インピーダンス測定周波数ｆｓを記録周波数帯域の下限よりも低くすることにより、記録情報の読み込みと浮上量の測定を同時に行うことができる。尚、記録情報の読み込み時には、インピーダンス測定による浮上量の測定を停止しても良い。
【００６３】
磁気ディスク２１の記録情報を読む第３の方法は、図６に示すように、リード信号検出装置４１を間隔測定装置１１とは別に設け、切り替え回路４２によりリード信号検出装置４１と間隔測定装置１１を切り替えてＴＭＲ素子１３２に接続する。図６は、本発明の第２実施例における磁気ヘッド試験装置２０１を示す図である。図６中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。切り替え回路４２は、制御回路１４により切り替え可能に構成すれば良い。
【００６４】
又、図７のように、磁気ヘッド１３内に設けられたヒータ素子１３６の加熱による浮上面１３３の形状変化を制御する浮上量制御回路４５を設け、間隔測定装置１１により測定した磁気ヘッド１３の間隔Ｄが所定の範囲内になるように浮上量を制御するようにしても良い。図７は、本発明の第３実施例における磁気ヘッド試験装置３０１を示す図である。図７中、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この場合、間隔測定装置１１が測定した間隔Ｄは制御信号線３４を介して浮上量制御回路４５に供給され、浮上量制御回路４５は、間隔Ｄに応じてヒータ素子１３６の発熱を制御することで磁気ヘッド１３の浮上量を制御する。
【００６５】
尚、図６又は図７の構成に、図では省略してある磁気ヘッド位置を制御するアクチュエータや磁気ディスクを回転させるスピンドルモータ等を追加することにより、磁気ヘッド試験装置や磁気ディスク装置を実現できることは言うまでもない。
【００６６】
ＴＭＲ素子１３２の抵抗は数百Ω程度であり、浮上量測定に利用される数十ｆＦ程度の微小な静電容量に、比較的小さい抵抗が並列に接続されている。浮上量の測定を高い精度で行うためには、測定容量に並列に接続された抵抗が高い方が望ましい。そこで、ＴＭＲ素子１３２のトンネル絶縁層を通常よりも厚くする等して２つの電極間の抵抗を通常の磁気ヘッドより高くしたヘッドを作成すれば、浮上量の測定をより高感度で行うことが可能になり、磁界検出能力は犠牲になるものの、浮上量特性評価専用ヘッドとして浮上面１３３の形状の設計検証等に利用することができる。
【００６７】
上記各実施例の構成は、ＴＭＲ素子１３２を挟む第１及び第２のシールド１３４，１３５がＴＭＲ素子１３２の２つの電極を兼ねた構造であれば適用可能であり、ＴＭＲ素子１３２を有する磁気ヘッド１３だけでなく、ＣＰＰ構造を有するＧＭＲ素子等のリード素子を有する磁気ヘッドにも適用することができる。
【００６８】
又、磁気ディスク２１の代わりに、金属製又は表面に金属層を含む基準平面板を使用し、磁気ヘッド１３の浮上面１３３を基準平面板に押し当てた状態での間隔Ｄを測定することにより、磁気ヘッド１３の浮上面１３３の平坦性やリセス量等の形状検査を行うことができる。基準平面板として磁気ディスク２１を使用しても良い。例えば、磁気ヘッド１３の製造時の浮上面１３３の研磨工程の不具合で、浮上面１３３の平面度が悪かったり、第１及び第２のシールド１３４，１３５の部分が異常に深く研磨されていれば、第１及び第２のシールド１３４，１３５が基準平面板に近接しないため、間隔Ｄが正常な磁気ヘッドの場合と比べると異常な値に測定されて研磨不良が判明する。
【００６９】
図８は、本発明の第４実施例における浮上面形状検査装置４０１を示す図である。図８中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７０】
図８において、テーブル５１には、位置制御装置５２及び基準平面板１２１が設けられている。位置制御装置５２は、ヘッド固定部５３を介して磁気ヘッド１３を制御する。位置制御装置５２は、磁気ヘッド１３の浮上面１３３を基準平面板１２１の表面１２１１に押し付けたり（ロードしたり）、引き離したり（アンロードしたり）する。間隔測定装置１１により測定された間隔Ｄが、最小値Ｄminと最大値Ｄmaxの間の所定の範囲にあれば磁気ヘッド１３は正常品、そうでなければ異常品であると判断する。この判断は、制御回路１４により行える。
【００７１】
図９は、浮上面形状の検査手順の一例を説明するフローチャートである。図９において、ステップＳ４１では、位置制御装置５２により磁気ヘッド１３を基準平面板１２１から引き離してアンロード状態とする。ステップＳ４２では、間隔測定装置１１により測定した並列容量ＣｐをＣ０とする。ステップＳ４３では、位置制御装置５２により磁気ヘッド１３を基準平面板１２１の表面１２１１に押し付けてロード状態とする。ステップＳ４４では、間隔測定装置１１に測定した並列容量ＣｐをＣｎとする。ステップＳ４５では、間隔測定装置１１によりＤ＝ε0／（（Ｃｎ−Ｃ０）（（１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）））を計算する。ステップＳ４６では、間隔測定装置１１により測定した間隔Ｄが最小値Ｄminと最大値Ｄmaxの間の所定の範囲にあるか否かを判定する。ステップＳ４６の判定結果がＮＯであると、ステップＳ４７では磁気ヘッド１３が異常であると判断する。一方、ステップＳ４６の判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ４８では磁気ヘッド１３が正常であると判断する。
【００７２】
このように、上記各実施例では、ＣＰＰ構造のリード素子を有する磁気ヘッドにおいて、リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスの実数部分と虚数部分の両方を検出する。これにより、従来利用されることのなかったリード素子の２つの電極間の容量成分を測定し、この容量成分から磁気ヘッドと磁気ディスク又は基準平面板との間の間隔を測定することができる。又、磁気ヘッド素子、磁気ヘッドのサスペンション、スピンドルモータ等に配線等を含む特別な構造を追加することなく、且つ、磁気ディスクの接地との間の電気的接続（導通）の有無、磁気ディスクの浮遊容量、磁気ディスクと接地との間の容量、これらの容量の不安定性に関係なく、磁気ヘッドの浮上面の形状検査や、磁気ヘッドの浮上量の測定、測定した浮上量に基づいた磁気ヘッドの浮上量の制御を行うことが可能になる。更に、差動配線を利用した差動測定構成を採用するため、測定結果に電磁誘導ノイズが乗りにくい。
【００７３】
本発明は、間隔測定装置を備えたヘッド試験装置に限定されず、磁気ディスク装置等の記憶装置及びヘッド浮上面の形状検査装置にも適用可能である。
【００７４】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定方法であって、
交流電圧源により振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する印加工程と、
前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する測定工程と、
演算回路により前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列抵抗と並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する工程と、
前記演算回路により計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する、間隔測定方法。
（付記２）
前記２つの正弦波電圧は、差動配線を介して前記リード素子の２つの電極に印加される、付記１記載の間隔測定方法。
（付記３）
前記リード素子は、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である、付記１乃至２のいずれか１項記載の間隔測定方法。
（付記４）
前記基準面は、磁気ディスクの記録面である、付記１乃至３のいずれか１項記載の間隔測定方法。
（付記５）
リード素子が第１及び第２のシールドにより挟まれ、且つ、前記第１及び第２のシールドが前記リード素子の２つの電極に接続された構造を有する磁気ヘッドの浮上面と、基準面との間の間隔を測定する間隔測定装置であって、
振幅が等しいか、若しくは前記第１及び第２のシールドの前記浮上面における面積に反比例した互いに逆符号の２つの交流電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する交流電圧源を備え、前記リード素子に生じる電流を測定して、前記リード素子の２つの電極間の複素インピーダンスを測定する差動インピーダンス測定器と、
前記の複素インピーダンスを抵抗と容量の並列回路とみなしたときの並列抵抗と並列容量の値を、前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態とで計算する演算回路を備え、
前記演算回路は、計算された２つの並列容量の値から、前記磁気ヘッドを前記基準面に近接させた状態での前記磁気ヘッドの前記浮上面と前記基準面と間の間隔を計算する、間隔測定装置。
（付記６）
前記交流電圧源からの前記２つの正弦波電圧を前記リード素子の２つの電極に印加する差動配線を更に備えた、付記５記載の間隔測定装置。
（付記７）
前記リード素子は、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である、付記５乃至６のいずれか１項記載の間隔測定装置。
（付記８）
前記基準面は、磁気ディスクの記録面である、付記５乃至７のいずれか１項記載の間隔測定装置。
（付記９）
前記磁気ヘッドと、
前記基準面を形成する記録面を有する磁気ディスクと、
付記５乃至８のいずれか１項記載の間隔測定装置を備えた、記憶装置又は磁気ヘッド試験装置。
（付記１０）
リード信号検出装置と、
前記リード信号検出装置又は前記差動インピーダンス測定器を選択的に前記リード素子の２つの電極に接続する切り替え回路を更に備えた、付記９記載の記憶装置又は磁気ヘッド試験装置。
（付記１１）
前記磁気ヘッドはヒータ素子を有し、
測定された前記間隔に基づいて前記ヒータ素子の発熱を制御することで、前記磁気ヘッドの回転中の前記磁気ディスクからの浮上量を制御する浮上量制御回路を更に備えた、付記９又は１０記載の記憶装置又は磁気ヘッド試験装置。
（付記１２）
前記磁気ヘッドと、
前記基準面を形成する表面を形成する基準平面板と、
前記磁気ヘッドを前記基準面から離した状態と、前記基準面に押し付けて近接させた状態に制御する位置制御装置と、
付記５乃至８のいずれか１項記載の間隔測定装置を備え、
測定された前記間隔に基づいて前記磁気ヘッドが正常であるか異常であるかを判断する、前記浮上面形状検査装置。
【００７５】
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施例におけるヘッド試験装置を示す図である。
【図２】磁気ヘッドのＴＭＲ素子を浮上面の側から見た図である。
【図３】並列容量の測定手順の一例を説明するフローチャートである。
【図４】間隔の測定手順の一例を説明するフローチャートである。
【図５】間隔の加算平均の測定手順の一例を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例におけるヘッド試験装置を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例におけるヘッド試験装置を示す図である。
【図８】本発明の第４実施例における浮上面形状検査装置を示す図である。
【図９】浮上面形状の検査手順の一例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１    磁気ヘッド試験装置
１１    間隔測定装置
１２    ライト電流発生回路
１３    磁気ヘッド
１４    制御回路
２１    磁気ディスク
１１１    差動インピーダンス測定器
１１２    演算回路
１３１    ライト素子
１３２    ＴＭＲ素子
Ｄ    間隔
【図１】
2010061706.tif 000003
【図２】
2010061706.tif 000004
【図３】
2010061706.tif 000005
【図４】
2010061706.tif 000006
【図５】
2010061706.tif 000007
【図６】
2010061706.tif 000008
【図７】
2010061706.tif 000009
【図８】
2010061706.tif 000010
【図９】
2010061706.tif 000011