(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを記憶するディスクから情報を読み書きするヘッドと、前記ヘッドに隣接して設けられ、前記ディスク上を飛翔して、前記ヘッドと前記ディスクとの間のギャップを形成する細長い本体と、を有するヘッド・サスペンションであって、前記細長い本体は、ヒータとセンサとを備え、前記センサは、前記ヒータにより生じた熱が前記ギャップを通って前記ディスクに熱伝導するとき、前記ギャップの幅に応じて変化する前記熱伝導の大きさに応じた抵抗値を示すことを特徴とするヘッド・サスペンション。
【請求項２】
前記ヒータが前記センサと一体である、請求項１に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項３】
前記センサがシリコンのバーを備えている、請求項２に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項４】
前記ヒータが前記バーの狭窄部分を含んでいる、請求項３に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項５】
前記狭窄部分がドープされた領域を含んでいる、請求項４に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項６】
前記細長い本体は、第１シリコン層と、前記第１シリコン層上に配置されたシリコン酸化物層と、前記シリコン酸化物層上に配置された第２シリコン層とを有し、前記バーが前記第２シリコン層内に位置する、請求項４または５に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項７】
前記バーの一端が前記第２シリコン層内で終端しており、前記バーの他端が第２シリコン層から分離された電気接点で終端している、請求項６に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項８】
前記狭窄部分と前記シリコン酸化物層の間に開口を含んでいる、請求項７に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項９】
一体式読み書きヘッドを含んでいる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のヘッド・サスペンション。
【請求項１０】
データ記憶ディスクと、前記ディスクから情報を読み書きするヘッドに隣接して設けられた前記ディスク上を飛翔する細長い本体との間のギャップの幅を維持する方法であって、前記細長い本体上に設けたヒータにより熱を発生させ、前記ヒータにより発生した熱の前記ギャップを通じた前記ディスクへの熱伝導の大きさが前記ギャップの幅に応じて変化することに応じた抵抗値を示すことを特徴とする方法。
【請求項１１】
データ記憶ディスクと、前記ディスクから情報を読み書きするヘッドに隣接して設けられた前記ディスク上を飛翔する細長い本体との間のギャップの幅を制御する方法であって、前記細長い本体上に設けたヒータにより熱を発生させ、前記ヒータにより発生した熱の前記ギャップを通じた前記ディスクへの熱伝導の大きさが前記ギャップの幅に応じて変化することに応じた抵抗値を示し、前記抵抗値から得られる前記ギャップの幅と所望のギャップの幅との差を示す誤差信号に応じてギャップの幅を変更するために前記ディスクに対して前記ヘッドを移動させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にデータ記憶装置に関し、詳細にはディスク・ベースのデータ記憶装置用ヘッド・サスペンションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のディスク・ベースのデータ記憶装置は、回転可能なデータ記憶ディスクと、ディスクの表面を横切ってほぼ径方向に移動する読み書きヘッドを支持するヘッド・サスペンションとを備えている。動作の際には、ヘッドは回転するディスクの上をディスクの表面からエア・ギャップだけ離れて「飛翔する」。ギャップの幅を通常はヘッドの「飛翔高度」と呼ぶ。ディスク上へのディジタル・データの記録の絶え間ない進歩が、データ記録密度の増大を実現してきている。しかし、データ記録密度を増大させるには、ヘッドとディスクの間隔を相応に縮小する必要がある。ヘッドの飛翔高度を小さくするには、ヘッド−ディスク間隔の安定性を高める必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ディスクとヘッドの間隔を測定するための比較的高速でしかも極めて敏感なセンサ・システムを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、読み書きヘッドとデータ記憶ディスクの間のギャップを維持するためのヘッド・サスペンションがここに提供され、このヘッド・サスペンションは、データを記憶するディスクから情報を読み書きするヘッドと、ヘッドに隣接して設けられ、ディスク上を飛翔する細長い本体と、ヘッドに隣接しヘッドとディスクとの間のギャップを維持するサスペンションとを有するヘッド・サスペンションであって、細長い本体は、ヒータとセンサとを備え、センサは、ヒータにより生じた熱がギャップを通ってディスクに熱伝導するとき、ギャップの幅に応じて変化する熱伝導の大きさに応じた抵抗値を示す。
【０００５】
ヒータからの熱は熱伝導によりギャップを通ってセンサからディスクへ伝達される。ディスクは伝達された熱を放散するヒート・シンクとして作用する。エア・ギャップの幅が減った場合、センサからディスクへの熱の伝導が増大する。したがってヒータの温度は低下する。ヒータの温度低下、したがってそれに対応するギャップの幅の減少が、センサで検出される。逆に、エア・ギャップの幅が増大した場合、センサからディスクへの熱の伝導は減少する。したがってヒータの温度は上昇する。ヒータの温度上昇、したがってそれに対応するギャップ幅の増加が、センサで検出される。上述の温度変化は、たとえば、熱に敏感な抵抗を流れる電流をモニタすることにより容易に電気的に検出できる。同様の技術が原子間力顕微鏡学の分野でも使用されている。
【０００６】
本発明は、有利なことにディスク記憶装置内のディスクとヘッドの間隔を測定するための比較的低コストで高速かつ極めて敏感なセンサ・システムを提供する。
【０００７】
話を簡単にするため、ヒータはセンサと一体であることが好ましい。これから簡単に説明する本発明の好ましい実施形態では、センサはシリコンのバーを備えている。その場合、ヒータはバーの狭窄部分を備えているのが好都合である。この狭窄部分は、ドープされた領域を備えており、それによってセンサの感度が向上する。本発明の特に好ましい実施形態では、ヘッド・サスペンションは、第１シリコン層を有する細長い本体と、第１シリコン層上に配置されたシリコン酸化物層と、シリコン酸化物層上に配置された第２シリコン層とを備えており、バーは第２シリコン層内に位置する。好ましくは、バーの一端は第２シリコン層内で終端し、バーの他端は第２シリコン層から分離された電気接点で終端する。狭窄部分の熱分離を改善するため、狭窄領域とシリコン酸化物層の間に開口を配設することもできる。ヘッド・サスペンションは一体式の読み書きヘッドを含むことができる。
【０００８】
本発明は、読み書きヘッドとデータ記憶ディスクの間のギャップの幅を制御するための制御装置に拡張され、この制御装置は、上記で説明したようなヘッド・サスペンションと、センサからの出力と所望のギャップ幅の差を示す誤差信号を生成する比較器と、誤差信号に応じてギャップの幅を変化させるためにディスクに対してヘッド・サスペンションを移動させるアクチュエータとを備える。
【０００９】
本発明は、データ記憶ディスクと、読み書きヘッドと、ヘッドとディスクの間のギャップの幅を制御するための上記で説明したような制御装置とを備えるディスク記憶装置にも拡張される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、読み書きヘッドとデータ記憶ディスクの間のギャップを維持するための方法がここに提供され、細長い本体上に設けたヒータにより熱を発生させ、ヒータにより発生した熱のギャップを通じたディスクへの熱伝導の大きさがギャップの幅に応じて変化することに応じた抵抗値を示す。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、読み書きヘッドとデータ記憶ディスクの間のギャップの幅を制御する方法がここに提供され、この方法は、ヘッド・サスペンションによって読み書きヘッドを支持するステップと、ヘッド・サスペンション上に設けたヒータによりギャップ内のガスを加熱するステップと、ギャップを横切る熱伝導に応じた、ギャップの幅を示す出力を生成するステップと、センサからの出力と所望のギャップ幅の差を示す誤差信号を生成するステップと、誤差信号に応じてギャップの幅を変化させるためディスクに対してヘッド・サスペンションを移動させるステップとを含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明を実施したデータ記憶装置の一例は、中央スピンドル４０上に回転できるように取り付けたデータ記憶ディスク１０と、細長いヘッド・サスペンション２０に取り付けた読み書きトランスデューサ・ヘッド３０とを備えている。ディスク１０に使用されているデータ記憶媒体に応じて、ヘッド３０は磁気ヘッド、磁気抵抗ヘッド、磁気光学ヘッド、光ヘッド、または他のタイプのヘッドである。本発明の一部の実施形態では、ヘッド３０はヘッド・サスペンション２０と一体である。ヘッド・サスペンション２０はディスク１０から離れたピボット点５０で枢止されている。コイル６０は、ヘッド３０から離れたヘッド・サスペンション２０の端部に隣接して配置されている。動作時には、コイル６０によって、ピボット点５０の周りでのヘッド・サスペンション２０の制御可能な曲げが可能となり、したがってディスク１０の表面を横切るほぼ径方向の経路７０に沿ったヘッドの制御可能な移動が可能になる。動作時には、ヘッド３０はディスク１０の表面から離隔した回転ディスク１０からエア・ギャップ間隔すなわち「飛翔高度」だけ上を「飛翔する」。ヘッド３０は同時に、ヘッド・サスペンション２０によって回転ディスク１０の表面を横切って径方向に移動することができる。したがってこのヘッド・サスペンション２０により、ヘッド３０がディスク１０の表面上のほとんどあらゆる点をアドレスすることが可能になる。次に、ヘッド３０に隣接するヘッド・サスペンション２０の領域について図２を参照して説明する。
【００１３】
図２を参照すると、ヘッド３０に隣接するヘッド・サスペンションの領域は内部に形成されたほぼＵ字形の凹部１５０を有する細長い本体８０を含んでいる。センサ９０および１００はヘッド３０に隣接する本体８０の端部に置かれる。また、センサ１１０および１２０はヘッド３０から離れた本体の端部に置かれる。さらに、センサ１３０および１４０は凹部１５０の端部に置かれる。組み立てられたデータ記憶装置において、センサ９０〜１４０はそれぞれディスク１０の表面に面している。使用時には、空気が本体８０と回転するディスク１０の間の凹部１５０を通って流れる。この空気の流れは、ヘッド３０が回転ディスク１０の上を飛翔するためのエア・ベアリングを提供する。センサ９０および１００は、ディスク１０とヘッド３０の間のギャップの幅を示す信号を生成する。センサ１１０および１２０はヘッド・サスペンション２０の環境における温度変動を検出する。センサ１３０および１４０は凹部１５０を通るエア・フローの変動を検出する。本発明の一部の実施形態では、センサ１３０をセンサ１１０と組み合わせる。同様に、センサ１４０をセンサ１２０と組み合わせる。
【００１４】
図３を参照すると、本体８０は１〜５マイクロ−メートルの厚さのシリコン・バルク層８５を備えている。０．２〜０．５マイクロ−メートルの厚さのシリコン酸化物の電気絶縁層１６０がバルク層８５上に配置される。凹部１５０がその中に形成された、厚さ約１マイクロ−メートルの接地されたシリコン層７５が絶縁層７５上に配置される。
【００１５】
次に図４に移ると、センサ９０〜１４０はそれぞれシリコンのバー１８０を備えている。バー１８０は、たとえば化学エッチングによって周囲のシリコン層７５をシリコン酸化物層１６０まで除去することにより形成される。バー１８０の一端は接地されたシリコン層７５に接続される。電気接点１７０がバー１８０の他端に配置される。各センサ９０〜１４０はまた一体式ヒータ１９０も含んでいる。ヒータ１９０はバー１８０の狭窄領域１８５を備えている。狭窄領域１８５は５００〜６００ナノ−メートルの幅を有する。電気接点１７０は定電圧源（図示せず）に接続されている。
【００１６】
次にセンサ９０〜１４０の動作を説明する。センサ１００〜１４０も同様に動作することを理解されたい。動作時には、電流は電源からバー１８０を経てアースへ流れる。狭窄領域１８５はバー１８０を流れる電流に対する増加した抵抗を示す。したがってバー１８０を流れる電流は狭窄領域１８５の加熱を引き起こす。狭窄領域１８５からの熱は熱伝導によりギャップを通ってセンサ９０から回転ディスク１０に伝達される。ディスク１０は伝達された熱を放散するヒート・シンクとして作用する。エア・ギャップの幅が減少した場合、センサ９０からディスク１０までの熱の伝導は増大する。したがって狭窄領域１８５の温度は低下する。したがって、狭窄領域１８５の抵抗も減少する。電力は一定のままである。したがって、バー１８０を流れる電流は増加する。逆に、エア・ギャップの幅が増大した場合、センサ９０からディスク１０までの熱の伝導は減少する。したがって狭窄領域１８５の温度は上昇する。したがって、狭窄領域１８５の抵抗は増大する。したがって、バー１８０を流れる電流は増加する。本発明の一部の実施形態では、センサ９０〜１４０からの出力を比較する対照となる周囲温度を示す出力信号を生成するために、ディスク１０から離れたヘッド・サスペンション２０の表面に追加のセンサが提供される。
【００１７】
バー１８０を流れる電流の上記変化は容易に検出でき、センサ９０とディスク１０の間のエア・ギャップの幅の変化の指示が与えられる。本発明の特に好ましい実施形態では、狭窄領域１８５の少なくとも一部分２００をドープすることによって、センサ９０の感度を向上させる。部分２００は臭素などのポジティブ・ドーパントまたはヒ素などのネガティブ・ドーパントでドープされる。図５を参照すると、本発明の特に好ましい実施形態では、狭窄領域１８５と絶縁層１６０の間に４００〜６００ナノ−メートルの開口２１０を設け、これにより絶縁層１６０から狭窄領域１８５を熱分離することにより、センサ９０の感度をさらに向上させる。
【００１８】
図６を参照すると、本発明の特に好ましい実施形態では、バイア２２０が絶縁層１６０内およびバルク層８５まで形成される。電気接点１７０はバイア２２０を通ってセンサ９０から離れた本体の側面へ延びている。この構成では、定電源および他の関連回路へのセンサ９０への好都合な接続が可能となる。図７は図６と同様の図であり、開口２１０が狭窄領域１８５と絶縁層１６０の間に設けた本発明の実施形態を示す。
【００１９】
次に図８を参照すると、本発明の好ましい実施形態は、ヘッド・サスペンション２０をそのピボット軸に平行な方向に移動させて、ヘッド３０とディスク１０の間のギャップの幅Ｈを調節するためのギャップ制御２４０を備えている。本発明の好ましい実施形態では、ギャップ制御２４０はギャップの幅を調節するための圧電トランスデューサを備えている。ギャップ制御２４０は誤差信号Ｅに応答してギャップの幅を調節する。所望のギャップ幅を示す入力信号Ｉと実際のギャップ幅Ｈを示すフィードバック信号Ｆの差に応じて比較器により誤差信号Ｅが生成される。フィードバック信号Ｆはセンサ９０〜１４０の出力に応じて生成される。したがってセンサ９０〜１４０により所望のギャップ幅Ｉと実際のギャップ幅Ｈの間のネガティブ・フィードバック・ループが完成する。このフィードバック・ループは、誤差信号Ｅを最小限に抑え、それにより実際のギャップ幅Ｈを所望のギャップ幅Ｉに維持するように動作する。センサ９０〜１４０からの出力を多くの異なる方法で組み合わせてフィードバック信号Ｆを作成できることは明らかであろう。あるいは、本発明の一部の実施形態では、センサ９０〜１４０はそれぞれ、ディスク１０の表面に対して水平な飛翔経路上にヘッド３０を維持するという共通の目的でそれぞれがヘッド３０の飛翔経路の異なる面を制御する、複数のフィードバック制御システムのうちの異なる制御システムに関与する。このような面の例は、たとえばディスク１０の表面に対するヘッド３０の縦揺れおよび偏揺れである。
【００２０】
上記で指定した寸法および範囲は、本発明の好ましい実施形態に見られるフィーチャの相対サイズを示すために例として示したものにすぎない。しかし本発明の他の実施形態に見られるフィーチャの寸法および相対サイズは本明細書で指定したものと異なることもあることを理解されたい。
【００２１】
上述の好ましい実施形態では、ヘッド３０とディスク１０の間のギャップは空気で充填される。しかし、本発明の他の実施形態では、ギャップを他の気体で充填してもよいことが理解されよう。また、本発明の上述の実施形態では、センサ９０〜１４０はそれぞれ一体式ヒータ１９０を備えている。しかし、本発明の他の実施形態では、ヘッド・サスペンション２０が離散型のヒータおよびセンサを備えてもよいことが理解されよう。さらに、本発明の上述の実施形態では、ヘッド・サスペンション２０は６つのヒータおよびそれに対応する６つのセンサを備えている。しかし、本発明の他の実施形態では、ヘッド・サスペンションがもっと多くまたはもっと少ないヒータおよびセンサを備えてもよいことが理解されよう。具体的には、本発明の一部の実施形態では、単一のヒータおよびそれに付随するセンサで十分なことが理解されよう。
【００２２】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２３】
（１）ヘッド（３０）とデータ記憶ディスク（１０）との間にギャップを維持するためのヘッド・サスペンション（２０）であって、ギャップ内のガスを加熱するヒータ（１９０）と、ギャップの幅を示す出力を生成するセンサ（９０〜１４０）とを備えており、前記センサ（１９０）がギャップを横切る熱伝導に応じた出力を生成するヘッド・サスペンション（２０）。
（２）前記ヒータ（１９０）が前記センサ（９０〜１４０）と一体である、上記（１）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（３）前記センサ（９０〜１４０）がシリコンのバー（１８０）を備えている、上記（２）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（４）前記ヒータ（１９０）が前記バー（１８０）の狭窄部分（１８５）を含んでいる、上記（３）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（５）前記狭窄部分（１８５）がドープされた領域（２００）を含んでいる、上記（１）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（６）第１シリコン層（８５）と、前記第１シリコン層（８５）上に配置されたシリコン酸化物層（１６０）と、前記シリコン酸化物層（１６０）上に配置された第２シリコン層（７５）とを有する細長い本体（８０）を含んでおり、前記バー（１８０）が前記第２シリコン層（７５）内に位置する、上記（４）または（５）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（７）前記バー（１８０）の一端が前記第２シリコン層（７５）内で終端しており、前記バー（１８０）の他端が第２シリコン層（７５）から分離された電気接点（１７０）で終端している、上記（６）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（８）前記狭窄部分（１８５）と前記シリコン酸化物層（１６０）の間に開口（２１０）を含んでいる、上記（７）に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（９）一体式読み書きヘッド（３０）を含んでいる、上記（１）ないし（８）のいずれか一項に記載のヘッド・サスペンション（２０）。
（１０）読み書きヘッド（３０）とデータ記憶ディスク（１０）の間のギャップの幅を制御するための制御装置であって、上記（１）ないし（９）のいずれか一項に記載のヘッド・サスペンション（２０）と、センサ（９０〜１４０）からの出力と所望のギャップ幅の差を示す誤差信号を生成する比較器（２３０）と、誤差信号に応じてギャップの幅を変更するためにディスク（１０）に対してヘッド・サスペンション（２０）を移動させるアクチュエータ（２４０）とを備える制御装置。
（１１）データ記憶ディスク（１０）と、読み書きヘッド（３０）と、ヘッド（３０）とディスク（１０）の間のギャップの幅を制御するための上記（１０）に記載の制御装置とを備えるディスク記憶装置。
（１２）読み書きヘッド（３０）とデータ記憶ディスク（１０）の間でギャップを維持する方法であって、ヘッド・サスペンション（２０）によって読み書きヘッド（３０）を支持するステップと、ヘッド・サスペンション（３０）に設けたヒータ（１９０）によりギャップ内のガスを加熱するステップと、ギャップを横切る熱伝導に応じた、ギャップの幅を示す出力を生成するステップとを含む方法。
（１３）読み書きヘッド（３０）とデータ記憶ディスク（１０）の間のギャップの幅を制御する方法であって、ヘッド・サスペンション（２０）により読み書きヘッド（３０）を支持するステップと、ヘッド・サスペンション（３０）に設けたヒータ（１９０）によってギャップ内のガスを加熱するステップと、ギャップを横切る熱伝導に応じた、ギャップの幅を示す出力を生成するステップと、前記誤差信号に応じてギャップの幅を変更するためにディスク（１０）に対してヘッド・サスペンション（２０）を移動させるステップとを含む方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク・ベースのデータ記憶装置の平面図である。
【図２】記憶装置のヘッド・サスペンションの一部の底面図である。
【図３】図１の線Ａ−Ａ'に沿ったヘッドの断面図である。
【図４】ヘッド・サスペンションのセンサの底面図である。
【図５】図４の線Ｂ−Ｂ'に沿ったヘッドの断面図である。
【図６】本発明を実施したセンサの透視図である。
【図７】本発明を実施した別のセンサの透視図である。
【図８】記憶装置の制御システムを示す図である。
【符号の説明】
１０  データ記憶ディスク
２０  ヘッド・サスペンション
３０  読み書きトランスデューサ・ヘッド
３０  ヘッド
４０  中央スピンドル
５０  ピボット・ポイント
６０  コイル
７０  経路
７５  シリコン層
８０  細長い本体
８５  シリコン・バルク層
９０  センサ
１００  センサ
１１０  センサ
１２０  センサ
１３０  センサ
１４０  センサ
１５０  凹部
１６０  電気絶縁層
１７０  電気接点
１８０  バー
１８５  狭窄領域
１９０  一体式ヒータ
２００  ドープ部分
２１０  開口
２２０  バイア
２３０  比較器
２４０  ギャップ制御
Ｅ  誤差信号
Ｆ  フィードバック信号
Ｈ  ギャップの高さ
Ｉ  入力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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