動圧軸受モータを備えたスピンスタンドおよびヘッド／ディスク試験装置
本発明は、小型軽量化され低価格なヘッド／ディスク試験装置を提供するためになされたものである。本発明のスピンスタンドは、磁気ヘッドを着脱可能に支持するスピンスタンドであって、前記磁気ヘッドの着脱時においても回転を継続する動圧軸受モータを備えることを特徴とするものである。また、本発明のスピンスタンドは、動圧軸受モータと、該動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段とを備えることを特徴とするものである。さらに、本発明のスピンスタンドは、動圧軸受モータを備えるスピンスタンドであって、前記動圧軸受モータの軸受には導電性流体が封入され、前記軸受が接地されることを特徴とするものである。またさらに、本発明のヘッド／ディスク試験装置は、上記のいずれかのスピンスタンドを備えることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、ヘッド／ディスク試験装置に係り、特に小型軽量で安価なヘッド／ディスク試験装置に関する。
【背景技術】
ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ；ＨＤＤ）の主要部品である磁気ヘッドや磁気ディスクは、ヘッド／ディスク試験装置などにより検査される。なお、磁気ヘッドとは、ヘッド・ジンバル・アセンブリ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＨＧＡ）がその先端部分で支持するヘッドスライダに具備される磁気再生素子と磁気記録素子を総称したものである。以降、磁気ヘッドおよび磁気ディスクは、単にヘッドおよびディスクと称する。ヘッド／ディスク試験装置は、ＨＧＡ、または、複数のＨＧＡを備えるヘッド・スタック・アセンブリ（Ｈｅａｄ Ｓｔａｃｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＨＳＡ）を被測定対象物とし、ヘッドの特性を試験する装置である。
ヘッド／ディスク試験装置は、主にスピンスタンドと電気信号測定装置とそれらを制御する制御装置とを備える。スピンスタンドは、ディスク回転装置とヘッド位置決め装置とを備え、高速回転するディスク上にヘッドを位置決めする。このようなスピンスタンドの基本原理については、例えば、特開平６−１５０２６９号公報（図２Ｂ）、および、特開２０００−１８７８２１号公報（図１，図１２）により開示されている。代表的なスピンスタンドは、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＥ５０１３Ｂ、キヤノン社のＲＳ−５２２０Ｕ、および、Ｇｕｚｉｋ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ社のＳ１７０１Ｂなどである。これらの製品は、ディスク回転装置にエアーベアリング・スピンドルモータを、ヘッド位置決め装置にボールネジ、リニアモータ、サーボモータまたはピエゾ素子などの駆動源を用いている。さらに、これらの製品は、エアーベアリング等のために空気圧回路を備えている。このようなスピンスタンドの基本構造については、特表２００２−５１８７７７号公報（図１）、および、「アジレントテクノロジーズ Ｅ５０２２Ａ／ＢおよびＥ５０２３Ａハードディスク・リード／ライト・テストシステム オペレーション・マニュアル 第１８版（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅ５０２２Ａ／Ｂ ａｎｄ Ｅ５０２３Ａ Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎｕａｌ １８ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ）」，アジレントテクノロジーズ・インク，２００１年６月，ｐ．１７−３３、などにより開示されている。
例えば、Ｅ５０１３Ｂの物理的寸法は、空気圧回路を含む時、幅６０ｃｍ奥行き７８ｃｍ高さ１０２ｃｍである。また、その重さは１５０ｋｇである。他のスピンスタンドの物理的仕様も、Ｅ５０１３Ａとほぼ同程度である。例えば、ヘッドの製造試験は、工場内に多数設置されたヘッド／ディスク試験装置を使用して行われる。従って、ヘッドの製造工場には、ヘッド／ディスク試験装置を設置するための堅牢で広い床が必要とされる。また、スピンスタンド単体だけでも、その価格は数百万円にも及ぶ。記憶容量の増大およびシークタイムの短縮などＨＤＤの性能は向上し続けており、ヘッド／ディスク試験装置に要求される性能も向上し続けている。このため、ヘッド／ディスク試験装置の更新費用も高くなっている。一方、被測定物であるヘッドの市場価格は、極めて安い。従って、ヘッド試験に伴う費用の低減は、ヘッド製造会社にとって極めて重要な課題となっている。
【発明の開示】
本発明は、上記の課題を解決するために、スピンスタンドおよびヘッド／ディスク試験装置を飛躍的に小型化・軽量化し、低価格化することを目的とするものである。
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであり、以下の通りである。
すなわち、本第一の発明は、スピンスタンドであって、磁気ディスクを回転させるディスク回転手段と、磁気ヘッドを着脱可能に支持し前記磁気ヘッドを少なくとも前記ディスクのトラック幅方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、該ヘッド移動手段は、微小可動範囲内で高精度の位置決めが可能な微細位置決め手段と、該微細位置決め手段の微小可動範囲を所定の離散位置に設定する離散位置決め手段とを具備することを特徴とするものである。
また、本第二の発明は、本第一の発明のスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、１つの回転機構を有し、前記磁気ディスク面上と前記磁気ディスク外との間の磁気ヘッドの移動と、前記ディスク面上における前記ヘッドに所定のスキュー角を与えることとを、ともに実現できるようにしたことを特徴とするものである。
さらに、本第三の発明は、本第一の発明または本第二の発明のスピンスタンドにおいて、前記離散位置が、前記磁気ヘッドを着脱するための、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスクから離れた位置を含むことを特徴とするものである。
またさらに、本第四の発明は、本第一の発明乃至本第三の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、駆動手段と、前記駆動手段により駆動される可動台を前記離散位置で制動または固定する手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本第五の発明は、本第一の発明乃至本第三の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、駆動手段と、前記駆動手段により駆動される可動台を前記離散位置に導き固定する手段とを備えることを特徴とするものである。
さらに、本第六の発明は、本第一の発明乃至本第五の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記ディスク回転手段が前記磁気ディスクの一面側にあり、前記位置決め手段が前記磁気ディスクの他面側にあり、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスクの他面側に位置決めされることを特徴とするものである。
またさらに、本第七の発明は、本第六の発明のスピンスタンドにおいて、前記磁気ヘッドが前記位置決め手段の真上で支持されることを特徴とするものである。
また、本第八の発明は、本第一の発明乃至本第七の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段はピエゾステージを備え、前記磁気ヘッドのギャップ中心が前記ピエゾステージの中心軸に近接するように、前記磁気ヘッドが前記ピエゾステージに支持されることを特徴とするものである。
さらに、本第九の発明は、本第一の発明乃至本第八の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段はピエゾステージを備え、前記ヘッドを含む前記ピエゾステージの位置決め対象物の重心が前記ピエゾステージの支持中心点に近接するように、前記位置決め対象物が前記ピエゾステージに支持されることを特徴とするものである。
またさらに、本第十の発明は、本第一の発明乃至本第九の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段がピエゾステージを備え、トラックを書き込む時における前記ピエゾステージのステージの位置は、該ステージの可動範囲の中心からオフセットした位置であることを特徴とするものである。
また、本第十一の発明は、磁気ヘッドを着脱可能に支持するスピンスタンドであって、前記磁気ヘッドの着脱時においても回転を継続する動圧軸受モータを備えることを特徴とするものである。
さらに、本第十二の発明は、スピンスタンドであって、動圧軸受モータと、該動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段とを備えることを特徴とするものである。
またさらに、本第十三の発明は、動圧軸受モータを備えるスピンスタンドであって、前記動圧軸受モータの軸受には導電性流体が封入され、前記軸受が接地されることを特徴とするものである。
また、本第十四の発明は、本第一の発明乃至本第十三の発明のいずれかのスピンスタンドが、防振用ゲルを備えた弦巻バネによって支持されることを特徴とするものである。
さらに、本第十五の発明は、ヘッド／ディスク試験装置であって、本第一の発明乃至本第十四の発明のいずれかのスピンスタンドを備えることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
図１（Ｆｉｇ．１）は、本発明の実施形態であるヘッド／ディスク試験装置１０の斜視図である。
図２（Ｆｉｇ．２）は、カセット８００の斜視図である。
図３（Ｆｉｇ．３）は、ピエゾステージ６１０とヘッドスライダ５１０の上面図である。
図４（Ｆｉｇ．４）は、ディスク５５０上のトラックＴとヘッドスライダ５１０の磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲとの位置関係を示す図である。
図５（Ｆｉｇ．５）は、ディスク５５０上のトラックＴとヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１との位置関係を示す図である。
図６（Ｆｉｇ．６）は、ピエゾステージ６１０とヘッドスライダ５１０の上面図である。
図７（Ｆｉｇ．７）は、離散位置決め装置７００を示す図である。
図８（Ｆｉｇ．８）は、離散位置決め装置７００の一部を拡大した図である。
図９（Ｆｉｇ．９）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１０（Ｆｉｇ．１０）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１１（Ｆｉｇ．１１）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１２（Ｆｉｇ．１２）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１３（Ｆｉｇ．１３）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１４（Ｆｉｇ．１４）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１５（Ｆｉｇ．１５）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１６（Ｆｉｇ．１６）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１７（Ｆｉｇ．１７）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１８（Ｆｉｇ．１８）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１９（Ｆｉｇ．１９）は、スピンスタンド１０００の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明を、添付の図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態は、ヘッドおよびディスクの少なくとも一方を試験するヘッド／ディスク試験装置である。図１において、本実施形態のヘッド／ディスク試験装置１０は、スピンスタンド１００と、電気信号測定装置１１０と、制御装置１２０とを備える。電気信号測定装置１１０は、ＨＧＡ５００と電気的に接続され、ＨＧＡ５００に具備されるヘッド（不図示）の特性を測定する装置である。制御装置１２０は、スピンスタンド１００および電気信号測定装置１１０の動作を制御する装置である。スピンスタンド１００は、ベース２００とディスク回転装置３００と位置決め装置４００とを備える。
ベース２００は、鋳造されたアルミニウム台であって、平面部２１０とブリッジ部２２０とを有する。ブリッジ部２２０は、ディスク回転装置３００をぶら下げて支持するスピンドルプレート２２１と、平面部２１０から直立しスピンドルプレート２２１を支えるプレートポスト２２２とを備える。スピンドルプレート２２１は、プレートポスト２２２と着脱可能なようにネジ止めされている。また、ベース２００は底面の四隅にベース２００を支える足２３０を有している。足２３０は、両端に円盤形の金属板を具備する弦巻バネであって、さらに弦巻バネの内側空間に防振用ゲルを備えている。防振用ゲルは、円柱または角柱の形をなす。防振用ゲルの両端は、弦巻バネと同様に円盤形の金属板に接続されている。防振用ゲルは、例えばシリコンゴムやソフトエストラマなどであって、共振周波数の遮断周波数を低くする効果を奏する。その結果、足２３０は、工場内の機器等からの外来振動を広い周波数範囲で吸収する。防振用ゲルは、耐荷重が小さい。後述の通りスピンスタンド１００全体の質量を従来に比べて極めて軽くするので、そのような防振用ゲルをスピンスタンド１００に適用できるようになる。
ディスク回転装置３００は、流体動圧軸受モータ３１０とインデックス信号発生器ＩＤＸ（図示せず）とを備え、ディスク５５０を固定された一方向に回転させる。また、ディスク回転装置３００は、ディスク５５０を４２００ｒｐｍ、５４００ｒｐｍ、および、７２００ｒｐｍで回転させる事ができる。さらに、これらの中間的な速度も２５ｒｐｍの分解能で実現可能である。なお、これらの回転速度や分解能は例示的に列挙するものであって、ディスク回転装置３００の回転速度や分解能を限定するものではない。流体動圧軸受モータ３１０は、従来使用していた空気静圧軸受モータに比べて、同一剛性を実現しながら小型軽量化する事ができる。その結果、モータの体積および重量は約１／４０になる。なお、ディスク回転装置３００は、流体動圧軸受モータ３１０を使用するために、一旦ディスク５５０を回転させた後は、その回転を停止しない。従来のヘッド／ディスク試験装置は、ヘッドを交換する毎、すなわち、ＨＧＡを交換する毎にディスクの回転を止めていた。一方、ディスク回転装置３００は、ＨＧＡ５００を着脱する場合であっても、ディスク５５０の回転を継続する。ＨＧＡ５００の着脱は、ＨＧＡ５００の交換はもちろんのこと、ＨＧＡ５００の付け直しなども含む。流体動圧軸受モータ３１０は、約１０万回の起動および停止が保証されている。しかし、ヘッド／ディスク試験装置１０は、１年間に少なくとも１００万個以上のＨＧＡ５００を検査できることが要求される。例えば、ＨＧＡ５００を交換する毎に流体動圧軸受モータ３１０を起動および停止すると、ヘッド／ディスク試験装置１０の寿命は１ヶ月程度となる。そのようなヘッド／ディスク試験装置は、試験装置として不適当である。そこで、ヘッド／ディスク試験装置１０は、ＨＧＡ５００の着脱に関わらずディスク５５０の回転を継続する。これにより、流体動圧軸受モータ３１０の軸接触が回避され、流体動圧軸受モータ３１０の寿命が長くなる。その結果、流体動圧軸受モータ３１０をディスク回転装置３００に適用できるようになった。また、ＨＧＡ５００の着脱に関わらずディスク５５０の回転を継続するので、流体動圧軸受モータ３１０が所望の回転速度に至るまでに要する時間を気にする必要がなくなる。従って、流体動圧軸受モータ３１０に要求される起動トルクを小さく抑える事ができ、流体動圧軸受モータ３１０が小型化される。また、流体動圧軸受モータ３１０の軸受に封入する流体を導電性流体とし、さらに流体動圧軸受モータ３１０の軸受を接地するので、回転軸を接地するためのグランドコンタクト装置が不要になり、ディスク回転装置３００を小型軽量化する事ができる。グランドコンタクト装置から発生する振動がなくなるので、試験時に発生する機械的ノイズも小さくなる。
ところで、流体動圧軸受モータ３１０は、従来使用していた空気静圧軸受モータと異なり、その回転軸が片方向にしか突出していない。図１において、流体動圧軸受モータ３１０の回転軸（不図示）は下方を向き、その突出部分でディスク５５０を支持している。また、その突出する回転軸の長さは、軸剛性を低下させないように極僅かしかない。従って、従来、インデックス信号を生成するために使用していたロータリーエンコーダは、流体動圧軸受モータ３１０に取り付ける事ができない。ヘッド／ディスク試験装置１０で用いるインデックス信号は、ＨＤＤやフロピティカルディスクドライブ等のようにモータの回転軸の絶対角度に対応している必要はなく、モータの回転軸の１回転（１周期）を正確に知らせるものであれば良い。そこで、インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）に生じる逆起電力を検出してパルス信号を生成する。さらに、インデックス信号発生器ＩＤＸは、そのパルス信号を分周する事により流体動圧軸受モータ３１０の回転軸の１回転毎に１パルスが発生するようなインデックス信号を生成する。パルス信号は、流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）に生じる逆起電力信号と流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）のある１相の信号とを比較器（不図示）で比較して２値化すると得られる。流体動圧軸受モータの制御回路からＦＧ信号が出力されていれば、その信号をパルス信号の生成に利用しても良い。もちろん、ディスクと共に従来のエンコーダをモータの外部に取り付けることは可能である。しかし、付加的な構成要素を要するので、スピンスタンドの大きさが増す可能性が高い。
位置決め装置４００は、ＨＧＡ５００に具備されるヘッドスライダ５１０を所定の位置へ位置決めする装置である。位置決め装置４００は、微細位置決め装置６００と離散位置決め装置７００とを備える。ＨＧＡ５００は、カセット８００に取り付けられている。カセット８００は、微細位置決め装置６００と着脱可能な構造を有する。ここで、カセット８００の拡大図を図２に示す。カセット８００は、カセットプレート８１０と、ＨＧＡ５００を支持するためのマウンティングブロック８２０とを備えている。ＨＧＡ５００は、マウンティングブロック８２０に着脱可能に支持される。
図１において、微細位置決め装置６００は、ＨＧＡ５００を微小可動範囲内で高精度に位置決めする装置であって、ピエゾステージ６１０を備える。微細位置決め装置６００は、ディスク５５０の面上においてヘッドスライダ５１０をディスク５５０のトラック幅方向（ディスク５５０の放射方向に同じ）、または、ディスク５５０のトラック幅方向を含む方向に位置決めすることができる。ここで、ピエゾステージ６１０およびＨＧＡ５００の上面図を図３に示す。図３において、ＨＧＡ５００に具備されるヘッドスライダ５１０は、磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲを備える。ピエゾステージ６１０は、ステージ６１１と、ピエゾ素子６１２と、キャパシタンスセンサ６１３と、バネ６１４とを備える。ステージ６１１は、可動台であって、カセット８００などの位置決め対象物が連結される。ステージ６１１は、図示しない支持手段を介してＨＧＡ５００を支持する。図示しない支持手段には、図２に示したカセット８００が含まれる。ステージ６１１の可動方向は、ピエゾステージ６１０の位置決め方向である。キャパシタンスセンサ６１３は、ステージ６１１の移動量を検知するセンサである。ピエゾ素子６１２は、印加電圧によって伸長する素子であって、ステージ６１１を動かす駆動源である。ピエゾ素子６１２は、キャパシタンスセンサ６１３により検知される実際の伸長量に基づきフィードバック制御される。
ここで、ディスク４００上のトラックと、磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲとの位置関係を、図４に示す。磁気再生素子ＲＤのギャップ中心点Ｇｒは、磁気記録素子ＷＲがディスク５５０上に書き込んだトラックＴの中央線Ｌｃ上に位置決めされ、さらに、その位置から内周方向および外周方向にそれぞれ２トラック以上移動できる事が要求される。従来のヘッド／ディスク試験装置は、トラックをディスクに書き込む時に、ピエゾステージのステージをステージの可動範囲の中心に位置決めする。この場合、ピエゾステージのステージの可動量は、試験において要求される可動量の２倍以上である必要があった。一方、ヘッド／ディスク試験装置１０は、トラックＴを書き込む時に、必要とされる可動量及び可動方向に応じて、ピエゾステージ６１０のステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心位置からオフセントした位置に位置決めする。これにより、ヘッド／ディスク試験装置１０は、ステージ６１１に要求される可動量を必要最小限にしている。その結果、ピエゾ素子６１２は小型のものが使用でき、微細位置決め装置６００は小型化される。
例えば、トラックプロファイル測定は、そのような効果が顕著に現れる測定項目の１つである。トラックプロファイル測定は、ディスク５５０にヘッドスライダ５１０の磁気記録素子でトラックを書き込み、その後、書き込んだトラックの磁気強度分布をヘッドスライダ５１０の磁気再生素子で測定する。ここで、ヘッドスライダ５１０のリード・ライト・オフセット量をｆ、ヘッドスライダ５１０のリード・ライト・セパレーション量をｓ、ヘッドスライダ５１０のスキュー角をθ、トラック・ピッチをｐとする。また、磁気強度分布の測定範囲は、内周方向および外周方向にそれぞれｎトラックであるとする。この時、ステージ６１１に要求される可動量ｍは、ｍ＝ｍ１＝（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ＋ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）、または、ｍ＝ｍ２＝（２・ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）、である。なお、（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ）＞（ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である時、ｍ＝ｍ１である。また、（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ）≦（ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である時、ｍ＝ｍ２である。上式からも明らかであるが、ギャップ中心点Ｇｒと磁気記録素子ＷＲのギャップ中心点Ｇｗが同じである場合、可動量ｍは、ｍ＝（２・ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である。
ここで、トラックプロファイル測定におけるヘッドスライダ５１０の動きを示した図を図５に示す。磁気強度分布の測定範囲は、内周方向および外周方向にそれぞれ２トラックであるとする。また、スキュー角θは０°とする。図５に示すヘッドスライダ５１０とヘッドスライダ５１１は、互いに鏡像となる構造を有する。ヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１の一方はアップタイプのスライダヘッドであり、他方はダウンタイプのスライダヘッドである。ヘッドスライダ５１１は、ヘッドスライダ５１０と同様に、ピエゾステージ６１０の作用により位置決めされる。ヘッドスライダ５１０は、それぞれ異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃに位置決めされている。ヘッドスライダ５１０は、内部に四角形として示される磁気記録素子ＷＲと円形として示される磁気再生素子ＲＤとを備える。ヘッドスライダ５１１は、それぞれ異なる位置Ｄ、Ｅ、Ｆに位置決めされている。ヘッドスライダ５１１は、同様に内部に四角形として示される磁気記録素子ＷＲと円形として示される磁気再生素子ＲＤとを備える。ただし、ヘッドスライダ５１１は、磁気記録素子ＷＲと磁気再生素子ＲＤの配置がヘッドスライダ５１０と異なる。ヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１において、磁気記録素子ＷＲと磁気再生素子ＲＤとの間隔、すなわち、リード・ライト・オフセット量をｆとする。また、トラック・ピッチをｐとする。ヘッドスライダ５１０は、位置Ａにおいて磁気記録素子ＷＲによりトラックＴを書き込む。その後、ヘッドスライダ５１０は、磁気再生素子ＲＤにより位置Ｂから位置Ｃまでの間を掃引しながらトラックＴの磁気強度を測定する。線Ｌｃ１および線Ｌｃ２は、トラックＴの中心線Ｌｃから内周方向および外周方向にそれぞれ２トラック（２・ｐ）ずつ離れた位置にある。また、ヘッドスライダ５１１は、位置Ｄにおいて磁気記録素子ＷＲによりトラックＴを書き込む。その後、ヘッドスライダ５１１は、磁気再生素子ＲＤにより位置Ｅから位置Ｆまでの間を掃引しながらトラックＴの磁気強度を測定する。従って、従来のようにトラックＴを書き込む時に、ステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心に位置決めすると、ステージ６１１の可動範囲Ｍは２ｍ以上が必要である。しかし、上述のようにトラックＴを書き込む時にステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心位置からオフセットした位置に位置決めすれば、ステージ６１１の可動範囲Ｍはｍあれば良いようになる。
ところで、ステージ６１１は、ピエゾ素子６１２に駆動される時、その姿勢が傾き、かつ、斜めの方向へ移動する。そのため、位置決め誤差が生じる。その位置決め誤差は、ＨＧＡ５００とピエゾステージ６１０とが離れているほど大きくなる。ここで、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差について説明するために図６を参照する。図６は、ピエゾステージ６１０により理想的な方向へΔだけ移動した時のＨＧＡ５００およびヘッドスライダ５１０と、ピエゾステージ６１０により斜めにΔだけ移動したヘッドスライダ５１０ｓ（破線で図示）を示す図である。図６において、ステージ６１１は、図示しない支持手段を介してＨＧＡ５００を支持する。図示しない支持手段には、図２に示したカセット８００が含まれる。図６において、ヘッドスライダ５１０ｓは、その姿勢がヘッドスライダ５１０に比べて傾いている。点Ｇｒは、ヘッドスライダ５１０のギャップ中心である。点Ｇｒｓは、ヘッドスライダ５１０ｓのギャップ中心である。点Ｃは、ステージ６１１の支持中心点である。なお、点Ｇｒおよび点Ｇｒｓは、ヘッドのギャップ中心点、すなわち、ヘッドスライダ５１０の磁気記憶素子のギャップ中心点、または、ヘッドスライダ５１０の磁気記録素子のギャップ中心点のいずれかである。点Ｇｒおよび点Ｇｒｓがいずれのギャップ中心点であるかは、試験仕様によって定められる。また、支持中心点とは、理想的な移動方向の力をステージ６１１に加えた場合に、そのステージ６１１が偏向を生じず理想的な方向へ移動できるような点である。直線αは、点Ｃを通り、ピエゾステージ６１０の理想的な位置決め方向に伸びる直線である。直線αは、ピエゾステージ６１０の中心軸とも称される。直線αｓは、点Ｃを通り、ピエゾステージ６１０の実際の位置決め方向に伸びる直線である。直線αは、ギャップ中心点Ｇｒを通るギャップ中心線γに直交する。直線αｓは、ギャップ中心点Ｇｒｓを通るギャップ中心線γｓに直交する。この時、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差εは、ε＝［（Ｌ＋Δ）・（１−ｃｏｓφ）＋ｄ・ｓｉｎφ］、として得られる。なお、φは、直線αに対する直線αｓの偏角である。Ｌは、支持中心点Ｃとギャップ中心線γとの距離である。Ｌは、支持中心点Ｃとギャップ中心線γｓとの距離でもある。ｄは、ギャップ中心点Ｇｒと直線αとの距離である。ｄは、ギャップ中心点Ｇｒｓと直線αｓとの距離でもある。Δは、ステージの移動距離である。偏角φおよび移動量Δは微小であるので、位置決め誤差εは、ε＝（ｄ・ｓｉｎφ）、として近似される。従って、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差を低減するためには、ｄを小さくすればよい。
また、ＨＧＡ５００は、通常、図３や図６に示すように、ピエゾステージ６１０から離れた位置で支持される。そのため、ピエゾステージ６１０には、位置決め方向とは異なる方向の力が加わる場合がある。そして、ピエゾ素子６１２のフィードバック制御系に不要振動が生じる可能性がある。この不要振動は、微細位置決め装置６００の位置決め精度に悪影響を及ぼす要因となる。従って、ピエゾステージ６１０の位置決め対象物は、その重心がピエゾステージ６１０の支持中心点にできるだけ近接していることが望ましい。
そこで、本実施形態のスピンスタンド１００は、ＨＧＡ５００をピエゾステージ６１０にできるだけ近接させて支持している。さらに詳しく言えば、スピンスタンド１００は、距離ｄを小さくするために、ヘッドスライダ５１０のギャップ中心点Ｇｒがピエゾステージ６１０の中心軸（直線α）に近接するようにＨＧＡ５００を支持している。また、スピンスタンド１００は、不要振動を小さくするために、ＨＧＡ５００を備えたカセット８００の重心が点Ｃに近接するようにＨＧＡ５００を支持している。
また、従来のスピンスタンドには、回転するディスクに対して、両面方向からアクセスできるものがある。この様なスピンスタンドは２つのＨＧＡを１つの位置決め装置で位置決めしている。この場合、位置決め装置はディスク縁端よりも外側に位置し、ＨＧＡは位置決め装置から離れた位置で支持されている。位置決め装置とＨＧＡとの距離が長いと、ヘッドの位置決め誤差が生じ易い。一方、図１において、スピンスタンド１００は、１つのＨＧＡ５００を回転するディスク５５０の下面に位置決めするようにし、ＨＧＡ５００を微細位置決め装置６００の真上で支持しているので、その位置決め性能が高い。
さて、図１に示す離散位置決め装置７００は、微細位置決め装置６００を予め決められた離散的な位置に位置決めする装置である。これにより、離散位置決め装置７００は、ヘッドスライダ５１０にディスク５５０の面上とディスク５５０外との間の移動を可能にさせ、また、ディスク５５０面上におけるヘッドスライダ５１０に試験仕様で定められたスキュー角θを与えることができる。ここで、離散位置決め装置７００のみを図７に示す。また、離散位置決め装置７００の一部を拡大した図を図８に示す。以下、離散位置決め装置７００に関する説明は、図７および図８を参照する。離散位置決め装置７００は、予め決められた角度に位置決めする回転位置決め装置である。本実施形態において、離散位置決め装置７００は、予め決められた３つの角度に位置決めすることにより、微細位置決め装置６００を予め決められた３つの位置に位置決めする。予め決められた３つの位置とは、ＨＧＡ５００を交換するためにＨＧＡ５００がディスク５５０から離れているような位置、ヘッドスライダ５１０がディスク５５０面上の内周部付近にあるような位置、および、ヘッドスライダ５１０がディスク５５０面上の外周部付近にあるような位置である。なお、これらの位置は、試験仕様により定められ、上記に限定されるわけではない。離散位置決め装置７００は、略円筒形の位置決めピン固定ブロック７１０と、位置決めピン固定ブロック７１０を回転させるＤＣモータ７２０と、位置決めピン固定ブロック７１０に固定されて水平方向に突出する位置決めピン７３０と、逆Ｌ字形の位置決めブロック７４０と、位置決めブロック７４０を水平移動させる電磁ソレノイド式のアクチュエータ７５０とを備える。
位置決めピン固定ブロック７１０は、複数の歯車７６０を介してＤＣモータ７２０に回転駆動され、その回転数は１０ｒｐｍ程度である。なお、位置決めピン固定ブロック７１０は、微細位置決め装置６００を支持する可動台であって、時計回りにも反時計回りにも回転する。位置決めブロック７４０は、リンク７７０を介してアクチュエータ７５０と結合されている。リンク７７０は、リンクシャフト７７１によって支持され、リンクシャフト７７１を中心にして回転する。また、位置決めブロック７４０は、バネ７７２の力で位置決めピン固定ブロック７１０方向に引っ張られている。従って、位置決めブロック７４０は、通常、バネ７７２の力によって位置決めピン固定ブロック７１０方向に引き寄せられている。また、アクチュエータ７５０がリンク７７０を押すと、位置決めブロック７４０は位置決めピン固定ブロック７１０から離れる。位置決めピン７３０は、位置決めピン固定ブロック７１０にネジ止めされている。位置決めピン固定ブロック７１０には位置決めピン７３０の固定位置を精密に変えられるように多くのネジ穴７１１が設けられている。位置決めピン７３０は円柱形のピンであって、その先端部は半球形である。
離散位置決め装置７００は、位置決めピン固定ブロック７１０の回転位置を制御するために、位置決めピン固定ブロック７１０に固定されるセンサプレート７８１と、フォトセンサ７８２とを備える。フォトセンサ７８２は、光透過型のフォトインタラプタであって、発光部と受光部との間を遮光する物体が存在するか否かを検知するセンサである。センサプレート７８１は、遮光板であって、位置決めピン７３０と位置決めブロック７４０が対向する時に、フォトセンサ７８２の発光部と受光部との間を遮光するように位置決めピン固定ブロック７１０に固定される。この遮光状態は、位置決めピン固定ブロック７１０と共に回転するセンサプレート７８１の位置に応じて、有効になったり無効になったりする。
離散位置決め装置７００の位置決めは次の様に行われる。図９から図１３は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図であって、その位置決め動作を示した図である。以下の説明は、図７および図８を併せて参照する。図９は、磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０の内周部に位置決めされている時の離散位置決め装置７００を示した図である。図９から図１３において、針Ｄ（時計の針状のもの）は磁気再生素子または磁気記録素子の位置決め方向を示している。また、針Ｄの先端部分が磁気再生素子または磁気記録素子のギャップ中心の位置を表す。位置決めピン７３０は位置決めブロック７４０の壁面に接触して静止している。この時、フォトセンサ７８２はセンサプレート７８１により遮光されている。磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０の内周部から外周部に位置決めされる時、まず、位置決めブロック７４０は、アクチュエータ７５０で駆動されて位置決めピン固定ブロック７１０から離れ、位置決めピン７３０を解放する（図１０）。次に、位置決めブロック７４０を位置決めピン固定ブロック７１０から離したままＤＣモータ７２０を作動させると、位置決めピン固定ブロック７１０は回転移動する（図１１）。すると、フォトセンサ７８２の遮光状態は解除される。この時、位置決めピン７３０は、位置決めブロック７４０の正面からずれた位置にある。ここで、アクチュエータ７５０の駆動を止めると、位置決めブロック７４０は位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する（図１２）。さらに、位置決めピン固定ブロック７１０を回転移動させると、位置決めピン７３０は位置決めブロック７４０の壁面に衝突し制動される（図１３）。位置決めピン７３０が位置決めブロック７４０に衝突している時、フォトセンサ７８２は遮光状態にある。ここで、センサに応答してＤＣモータ７２０を停止する。この時、位置決めピン７３０は、ＤＣモータ７２０の慣性により暫くの間、位置決めブロック７４０へ衝突し続ける。ここで、電磁力や楔などにより、位置決めピン固定ブロック７１０の位置を固定する。離散位置決め装置７００は、位置決めピン７３０や位置決めブロック７４０の剛性を十分に高くすれば、高価な高精度の駆動手段やセンサ手段を用いる事なく、それらと同等の高精度な位置決め性能を実現する事ができる。また、位置決めピン７３０を制動するための位置決めブロック７４０は、水平方向に移動する逆Ｌ字形ブロックに代えて、他の手段も使用することができる。例えば、図１において、ベース２００の平面部２１０より然るべき時に出入りする角柱や円柱などであっても良い。
なお、位置決めピン７３０は離散的な位置に固定されれば良いので、位置決めブロック７４０は位置決めピン７３０を挟むように固定する形状でも良い。例えば、離散位置決め装置８００は、位置決めブロック７４０に代えて、Ｖ字形溝７９１を有する位置決めブロック７９０を用いることができる。位置決めブロック７９０を用いた離散位置決め装置８００の位置決めは、次の様に行われる。図１４から図１８は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図であって、その位置決め動作を示した図である。以下の説明は、図１、図７および図８を併せて参照する。図１４は、磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０外に位置決めされている時の離散位置決め装置８００を示した図である。図１４から図１８において、針Ｄ（時計の針状のもの）は磁気再生素子または磁気記録素子の位置決め方向を示している。また、針Ｄの先端部分が磁気再生素子または磁気記録素子のギャップ中心の位置を表す。位置決めブロック７９０は、位置決めピン７３０の先端を押しつけるようにして位置決めピン７３０を固定している。この時、フォトセンサ７８２はセンサプレート７８１により遮光されている。磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０外からディスクの外周部に位置決めされる時、まず、位置決めブロック７９０は、アクチュエータ７５０で駆動されて位置決めピン固定ブロック７１０から離れ、位置決めピン７３０を解放する（図１５）。次に、位置決めブロック７９０を位置決めピン固定ブロック７１０から離したままＤＣモータ７２０を作動させると、位置決めピン固定ブロック７１０は回転移動する（図１６）。すると、フォトセンサ７８２の遮光状態は解除される。この時、位置決めピン７３０は、位置決めブロック７９０の正面からずれた位置にある。再び、フォトセンサ７８２が遮光状態になった時、次の位置決めピン７３０が位置決めブロック７９０のほぼ正面に位置している。ここで、ＤＣモータ７２０を停止して位置決めピン固定ブロック７１０の回転移動を止める。さらに、アクチュエータ７５０の駆動を止めると、位置決めブロック７９０は位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する（図１７）。離散位置決め装置８００は、ロータリーエンコーダなど高精度な回転位置検出手段を用いていないので、位置決めピン７３０の位置は位置決めブロック７９０の真正面にあるとは限らない。位置決めブロック７９０の真正面からずれた位置にある位置決めピン７３０の先端は、位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する位置決めブロック７９０のＶ字形溝７９１の斜面に導かれて、Ｖ字形溝７９１の中心に位置決めされ固定される（図１８）。ここで、さらに電磁力や楔などにより、位置決めピン固定ブロック７１０の位置を固定する。前述同様に離散位置決め装置８００は、位置決めピン７３０や位置決めブロック７９０の剛性を十分に高くすれば、高価な高精度の駆動手段やセンサ手段を用いる事なく、それらと同等の高精度な位置決め性能を実現する事ができる。
ヘッドスライダ５１０の試験において、スピンスタンドで位置決めしたヘッドスライダ５１０のスキュー角θは、一般に、そのヘッドスライダ５１０が実際のＨＤＤ内で位置決めされた時のスキュー角と実質的に同じでなければならない。そのために、スピンスタンド１００は、ディスク回転装置３００の回転軸心と離散位置決め装置７００の回転軸心との間の距離、および、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離を、試験対象であるヘッドスライダ５１０が実際のＨＤＤ内に取り付けられた時のそれらの距離と同じにする必要がある。正確に言えば、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離は、離散位置決め装置７００の回転軸心とヘッドスライダ５１０の磁気記録素子のギャップ中心点との間の距離、または、離散位置決め装置７００の回転軸心とヘッドスライダ５１０の磁気再生素子のギャップ中心点との間の距離である。従来のスピンスタンドは、これら２つの距離をリニアモータなどにより駆動される位置決め手段を用いて位置決めする事により、随時、様々な仕様のヘッドに柔軟に対応する事ができる。量産試験されるヘッドは、その種類が頻繁に変わらないので、上記の様に随時位置決めする必要はない。その代わりに、スピンドルプレート２２１は、プレートポスト２２２への固定位置が変更可能である。また、微細位置決め装置６００は、離散位置決め装置８００への固定位置が変更可能である。さらに、マウンティングブロック８２０は、カセットプレート８１０への固定位置が変更可能である。またさらに、カセット８００は、微細位置決め装置６００への固定位置が変更可能である。試験者は、これらの変更の全てを行うことができる。スピンドルプレート２２１の固定位置の変更により、ディスク回転装置３００の回転軸心と離散位置決め装置７００の回転軸心との間の距離を実際のＨＤＤ内での距離と同じにする事ができる。また、微細位置決め装置６００およびカセット８００およびマウンティングブロック８２０の固定位置の変更により、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離を実際のＨＤＤ内での距離と同じにする事ができる。
ところで、ヘッドスライダは、アップタイプとダウンタイプの２種類がある。アップタイプのヘッドスライダ、または、そのヘッドスライダを備えるＨＧＡは、アップ・ヘッドと称される。ダウンタイプのヘッドスライダ、または、そのヘッドスライダを備えるＨＧＡは、ダウン・ヘッドと称される。アップ・ヘッドは回転するディスクの下面にアクセスするものであり、ダウン・ヘッドは回転する同ディスクの上面にアクセスするものである。従来のスピンスタンドは、アップ・ヘッドおよびダウン・ヘッドを１台のスピンスタンドで試験する構造を有する。例えば、あるスピンスタンドは、ディスクの上面と下面の両方にアクセスできるようなデュアルアーム構造を有する。他のあるスピンスタンドは、ディスクを正逆両方向に回転させることができ、さらに、ヘッドスライダまたはＨＧＡをディスクの上下両面にアクセスさせることができる。本実施形態のスピンスタンド１００は、ディスクの回転方向とＨＧＡがアクセスするディスク面がそれぞれ１つに固定されている。従って、アップ・ヘッドとダウン・ヘッドの両方を試験するために、アップ・ヘッドとダウン・ヘッドのそれぞれに特化したスピンスタンドを使用する。ここで、図１と図１９を参照する。図１９において、スピンスタンド１０００は、スピンスタンド１００と同一の構成要素と有し、それらの構成要素はスピンスタンド１００と鏡像になるように配置される。図１と図１９において、同一の構成要素は、それぞれの参照番号の下３桁が同じである。図１において、スピンスタンド１００は、ディスク５５０の回転方向が反時計回りであり、ＨＧＡ５００はディスクの下面に対して右側からアクセスする。一方、図１９において、スピンスタンド１０００は、ディスク５５０の回転方向が時計回りであり、ＨＧＡ５００はディスクの下面に対して左側からアクセスする。例えば、アップ・ヘッドはスピンスタンド１００で試験され、ダウン・ヘッドはスピンスタンド１０００で試験される。スピンスタンド１００およびスピンスタンド１０００は、それぞれ必要な数だけ組み合わせることができる。最適に組み合わされたスピンスタンド１００およびスピンスタンド１０００は、量産試験に最適であろう。
上記に説示したスピンスタンドおよびヘッド／ディスク試験装置は、例えば、以下のような変形が可能である。
インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータの回転軸に追加の装置または機構を設ける事なく流体動圧軸受モータの回転軸の１回転（１周期）を正確に知らせるものであれば良い。従って、インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータ３１０の内部で回転する永久磁石によって生じる磁束密度の変化をホール素子等で検出し、磁束密度の変動からパルス信号を得て、そのパルス信号を分周する事によりインデックス信号を生成するようにしても良い。また、インデックス信号は、パルス信号を分周せずに、流体動圧軸受モータの回転軸が１回転する間に出現する複数個のパルスから特定位置のパルスを抽出したものでも良い。
また、ディスク回転装置３００の回転速度は、実際のＨＤＤで採用される回転速度を少なくとも１つ実現できれば良い。また、ディスク回転装置３００の回転速度は、さらに速くして１００００ｒｐｍや１５０００ｒｐｍを実現できるようにしても良い。また、それらの中間速度を実現できるようにしても良い。なお、回転速度を単一にすることが、スピンスタンド１００のコスト削減に最も貢献することはいうまでもない。スピンスタンド１００のコストが下がれば、ヘッド／ディスク試験装置１０のコストも下がる。
さらに、ディスク回転装置３００に用いるモータは、動圧軸受を用いたモータであれば良いので、空気動圧軸受モータを使用する事も可能である。その場合、上記の文章は、流体動圧軸受モータ３１０を空気動圧軸受モータに替えて読むことができる。
またさらに、離散位置決め装置７００は、微細位置決め装置６００の可動範囲を離散位置に位置決めできれば良く、上述のように回転軸心が固定された回転位置決め手段に限定されない。例えば、離散位置決め装置７００は、回転軸心が固定されない回転位置決め手段であっても良い。
以上詳細に説明したように、木発明のスピンスタンドは、磁気ディスクを回転させるディスク回転手段と、磁気ヘッドを着脱可能に支持し、前記磁気ヘッドを少なくとも前記ディスクのトラック幅方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、該ヘッド移動手段は、微小可動範囲内で高精度の位置決めが可能な微細位置決め手段と、該微細位置決め手段の微小可動範囲を所定の離散位置に設定する離散位置決め手段とを具備し、前記離散位置近傍のみに前記磁気ヘッドを配置できるようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて小型軽量化する事ができた。
また、本発明のスピンスタンドは、磁気ヘッドの着脱時においても動圧軸受モータの回転が継続するようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて、小型軽量化する事ができた。
またさらに、本発明のスピンスタンドは、動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段を備えるようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて、小型軽量化する事ができた。
さらに、本発明のスピンスタンドは、スピンスタンドの軽量化に伴い、スピンスタンドを支持する足に防振用ゲルを内装したバネを備えるようにしたので、スピンスタンドの小型軽量化に伴い影響を受けやすくなる外部振動を、従来のスピンスタンドよりも小さくする事ができた。
結果として、本発明のスピンスタンドは、従来のスピンスタンドに比べて、その体積および重量が１／４０以下になった。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１３】
【図１８】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【技術分野】
本発明は、ヘッド／ディスク試験装置に係り、特に小型軽量で安価なヘッド／ディスク試験装置に関する。
【背景技術】
ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ；ＨＤＤ）の主要部品である磁気ヘッドや磁気ディスクは、ヘッド／ディスク試験装置などにより検査される。なお、磁気ヘッドとは、ヘッド・ジンバル・アセンブリ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＨＧＡ）がその先端部分で支持するヘッドスライダに具備される磁気再生素子と磁気記録素子を総称したものである。以降、磁気ヘッドおよび磁気ディスクは、単にヘッドおよびディスクと称する。ヘッド／ディスク試験装置は、ＨＧＡ、または、複数のＨＧＡを備えるヘッド・スタック・アセンブリ（Ｈｅａｄ Ｓｔａｃｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＨＳＡ）を被測定対象物とし、ヘッドの特性を試験する装置である。
ヘッド／ディスク試験装置は、主にスピンスタンドと電気信号測定装置とそれらを制御する制御装置とを備える。スピンスタンドは、ディスク回転装置とヘッド位置決め装置とを備え、高速回転するディスク上にヘッドを位置決めする。このようなスピンスタンドの基本原理については、例えば、特開平６−１５０２６９号公報（図２Ｂ）、および、特開２０００−１８７８２１号公報（図１，図１２）により開示されている。代表的なスピンスタンドは、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＥ５０１３Ｂ、キヤノン社のＲＳ−５２２０Ｕ、および、Ｇｕｚｉｋ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ社のＳ１７０１Ｂなどである。これらの製品は、ディスク回転装置にエアーベアリング・スピンドルモータを、ヘッド位置決め装置にボールネジ、リニアモータ、サーボモータまたはピエゾ素子などの駆動源を用いている。さらに、これらの製品は、エアーベアリング等のために空気圧回路を備えている。このようなスピンスタンドの基本構造については、特表２００２−５１８７７７号公報（図１）、および、「アジレントテクノロジーズ Ｅ５０２２Ａ／ＢおよびＥ５０２３Ａハードディスク・リード／ライト・テストシステム オペレーション・マニュアル 第１８版（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅ５０２２Ａ／Ｂ ａｎｄ Ｅ５０２３Ａ Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎｕａｌ １８ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ）」，アジレントテクノロジーズ・インク，２００１年６月，ｐ．１７−３３、などにより開示されている。
例えば、Ｅ５０１３Ｂの物理的寸法は、空気圧回路を含む時、幅６０ｃｍ奥行き７８ｃｍ高さ１０２ｃｍである。また、その重さは１５０ｋｇである。他のスピンスタンドの物理的仕様も、Ｅ５０１３Ａとほぼ同程度である。例えば、ヘッドの製造試験は、工場内に多数設置されたヘッド／ディスク試験装置を使用して行われる。従って、ヘッドの製造工場には、ヘッド／ディスク試験装置を設置するための堅牢で広い床が必要とされる。また、スピンスタンド単体だけでも、その価格は数百万円にも及ぶ。記憶容量の増大およびシークタイムの短縮などＨＤＤの性能は向上し続けており、ヘッド／ディスク試験装置に要求される性能も向上し続けている。このため、ヘッド／ディスク試験装置の更新費用も高くなっている。一方、被測定物であるヘッドの市場価格は、極めて安い。従って、ヘッド試験に伴う費用の低減は、ヘッド製造会社にとって極めて重要な課題となっている。
【発明の開示】
本発明は、上記の課題を解決するために、スピンスタンドおよびヘッド／ディスク試験装置を飛躍的に小型化・軽量化し、低価格化することを目的とするものである。
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであり、以下の通りである。
すなわち、本第一の発明は、スピンスタンドであって、磁気ディスクを回転させるディスク回転手段と、磁気ヘッドを着脱可能に支持し前記磁気ヘッドを少なくとも前記ディスクのトラック幅方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、該ヘッド移動手段は、微小可動範囲内で高精度の位置決めが可能な微細位置決め手段と、該微細位置決め手段の微小可動範囲を所定の離散位置に設定する離散位置決め手段とを具備することを特徴とするものである。
また、本第二の発明は、本第一の発明のスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、１つの回転機構を有し、前記磁気ディスク面上と前記磁気ディスク外との間の磁気ヘッドの移動と、前記ディスク面上における前記ヘッドに所定のスキュー角を与えることとを、ともに実現できるようにしたことを特徴とするものである。
さらに、本第三の発明は、本第一の発明または本第二の発明のスピンスタンドにおいて、前記離散位置が、前記磁気ヘッドを着脱するための、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスクから離れた位置を含むことを特徴とするものである。
またさらに、本第四の発明は、本第一の発明乃至本第三の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、駆動手段と、前記駆動手段により駆動される可動台を前記離散位置で制動または固定する手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本第五の発明は、本第一の発明乃至本第三の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記離散位置決め手段が、駆動手段と、前記駆動手段により駆動される可動台を前記離散位置に導き固定する手段とを備えることを特徴とするものである。
さらに、本第六の発明は、本第一の発明乃至本第五の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記ディスク回転手段が前記磁気ディスクの一面側にあり、前記位置決め手段が前記磁気ディスクの他面側にあり、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスクの他面側に位置決めされることを特徴とするものである。
またさらに、本第七の発明は、本第六の発明のスピンスタンドにおいて、前記磁気ヘッドが前記位置決め手段の真上で支持されることを特徴とするものである。
また、本第八の発明は、本第一の発明乃至本第七の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段はピエゾステージを備え、前記磁気ヘッドのギャップ中心が前記ピエゾステージの中心軸に近接するように、前記磁気ヘッドが前記ピエゾステージに支持されることを特徴とするものである。
さらに、本第九の発明は、本第一の発明乃至本第八の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段はピエゾステージを備え、前記ヘッドを含む前記ピエゾステージの位置決め対象物の重心が前記ピエゾステージの支持中心点に近接するように、前記位置決め対象物が前記ピエゾステージに支持されることを特徴とするものである。
またさらに、本第十の発明は、本第一の発明乃至本第九の発明のいずれかのスピンスタンドにおいて、前記微細位置決め手段がピエゾステージを備え、トラックを書き込む時における前記ピエゾステージのステージの位置は、該ステージの可動範囲の中心からオフセットした位置であることを特徴とするものである。
また、本第十一の発明は、磁気ヘッドを着脱可能に支持するスピンスタンドであって、前記磁気ヘッドの着脱時においても回転を継続する動圧軸受モータを備えることを特徴とするものである。
さらに、本第十二の発明は、スピンスタンドであって、動圧軸受モータと、該動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段とを備えることを特徴とするものである。
またさらに、本第十三の発明は、動圧軸受モータを備えるスピンスタンドであって、前記動圧軸受モータの軸受には導電性流体が封入され、前記軸受が接地されることを特徴とするものである。
また、本第十四の発明は、本第一の発明乃至本第十三の発明のいずれかのスピンスタンドが、防振用ゲルを備えた弦巻バネによって支持されることを特徴とするものである。
さらに、本第十五の発明は、ヘッド／ディスク試験装置であって、本第一の発明乃至本第十四の発明のいずれかのスピンスタンドを備えることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
図１（Ｆｉｇ．１）は、本発明の実施形態であるヘッド／ディスク試験装置１０の斜視図である。
図２（Ｆｉｇ．２）は、カセット８００の斜視図である。
図３（Ｆｉｇ．３）は、ピエゾステージ６１０とヘッドスライダ５１０の上面図である。
図４（Ｆｉｇ．４）は、ディスク５５０上のトラックＴとヘッドスライダ５１０の磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲとの位置関係を示す図である。
図５（Ｆｉｇ．５）は、ディスク５５０上のトラックＴとヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１との位置関係を示す図である。
図６（Ｆｉｇ．６）は、ピエゾステージ６１０とヘッドスライダ５１０の上面図である。
図７（Ｆｉｇ．７）は、離散位置決め装置７００を示す図である。
図８（Ｆｉｇ．８）は、離散位置決め装置７００の一部を拡大した図である。
図９（Ｆｉｇ．９）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１０（Ｆｉｇ．１０）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１１（Ｆｉｇ．１１）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１２（Ｆｉｇ．１２）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１３（Ｆｉｇ．１３）は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図である。
図１４（Ｆｉｇ．１４）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１５（Ｆｉｇ．１５）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１６（Ｆｉｇ．１６）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１７（Ｆｉｇ．１７）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１８（Ｆｉｇ．１８）は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図である。
図１９（Ｆｉｇ．１９）は、スピンスタンド１０００の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明を、添付の図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態は、ヘッドおよびディスクの少なくとも一方を試験するヘッド／ディスク試験装置である。図１において、本実施形態のヘッド／ディスク試験装置１０は、スピンスタンド１００と、電気信号測定装置１１０と、制御装置１２０とを備える。電気信号測定装置１１０は、ＨＧＡ５００と電気的に接続され、ＨＧＡ５００に具備されるヘッド（不図示）の特性を測定する装置である。制御装置１２０は、スピンスタンド１００および電気信号測定装置１１０の動作を制御する装置である。スピンスタンド１００は、ベース２００とディスク回転装置３００と位置決め装置４００とを備える。
ベース２００は、鋳造されたアルミニウム台であって、平面部２１０とブリッジ部２２０とを有する。ブリッジ部２２０は、ディスク回転装置３００をぶら下げて支持するスピンドルプレート２２１と、平面部２１０から直立しスピンドルプレート２２１を支えるプレートポスト２２２とを備える。スピンドルプレート２２１は、プレートポスト２２２と着脱可能なようにネジ止めされている。また、ベース２００は底面の四隅にベース２００を支える足２３０を有している。足２３０は、両端に円盤形の金属板を具備する弦巻バネであって、さらに弦巻バネの内側空間に防振用ゲルを備えている。防振用ゲルは、円柱または角柱の形をなす。防振用ゲルの両端は、弦巻バネと同様に円盤形の金属板に接続されている。防振用ゲルは、例えばシリコンゴムやソフトエストラマなどであって、共振周波数の遮断周波数を低くする効果を奏する。その結果、足２３０は、工場内の機器等からの外来振動を広い周波数範囲で吸収する。防振用ゲルは、耐荷重が小さい。後述の通りスピンスタンド１００全体の質量を従来に比べて極めて軽くするので、そのような防振用ゲルをスピンスタンド１００に適用できるようになる。
ディスク回転装置３００は、流体動圧軸受モータ３１０とインデックス信号発生器ＩＤＸ（図示せず）とを備え、ディスク５５０を固定された一方向に回転させる。また、ディスク回転装置３００は、ディスク５５０を４２００ｒｐｍ、５４００ｒｐｍ、および、７２００ｒｐｍで回転させる事ができる。さらに、これらの中間的な速度も２５ｒｐｍの分解能で実現可能である。なお、これらの回転速度や分解能は例示的に列挙するものであって、ディスク回転装置３００の回転速度や分解能を限定するものではない。流体動圧軸受モータ３１０は、従来使用していた空気静圧軸受モータに比べて、同一剛性を実現しながら小型軽量化する事ができる。その結果、モータの体積および重量は約１／４０になる。なお、ディスク回転装置３００は、流体動圧軸受モータ３１０を使用するために、一旦ディスク５５０を回転させた後は、その回転を停止しない。従来のヘッド／ディスク試験装置は、ヘッドを交換する毎、すなわち、ＨＧＡを交換する毎にディスクの回転を止めていた。一方、ディスク回転装置３００は、ＨＧＡ５００を着脱する場合であっても、ディスク５５０の回転を継続する。ＨＧＡ５００の着脱は、ＨＧＡ５００の交換はもちろんのこと、ＨＧＡ５００の付け直しなども含む。流体動圧軸受モータ３１０は、約１０万回の起動および停止が保証されている。しかし、ヘッド／ディスク試験装置１０は、１年間に少なくとも１００万個以上のＨＧＡ５００を検査できることが要求される。例えば、ＨＧＡ５００を交換する毎に流体動圧軸受モータ３１０を起動および停止すると、ヘッド／ディスク試験装置１０の寿命は１ヶ月程度となる。そのようなヘッド／ディスク試験装置は、試験装置として不適当である。そこで、ヘッド／ディスク試験装置１０は、ＨＧＡ５００の着脱に関わらずディスク５５０の回転を継続する。これにより、流体動圧軸受モータ３１０の軸接触が回避され、流体動圧軸受モータ３１０の寿命が長くなる。その結果、流体動圧軸受モータ３１０をディスク回転装置３００に適用できるようになった。また、ＨＧＡ５００の着脱に関わらずディスク５５０の回転を継続するので、流体動圧軸受モータ３１０が所望の回転速度に至るまでに要する時間を気にする必要がなくなる。従って、流体動圧軸受モータ３１０に要求される起動トルクを小さく抑える事ができ、流体動圧軸受モータ３１０が小型化される。また、流体動圧軸受モータ３１０の軸受に封入する流体を導電性流体とし、さらに流体動圧軸受モータ３１０の軸受を接地するので、回転軸を接地するためのグランドコンタクト装置が不要になり、ディスク回転装置３００を小型軽量化する事ができる。グランドコンタクト装置から発生する振動がなくなるので、試験時に発生する機械的ノイズも小さくなる。
ところで、流体動圧軸受モータ３１０は、従来使用していた空気静圧軸受モータと異なり、その回転軸が片方向にしか突出していない。図１において、流体動圧軸受モータ３１０の回転軸（不図示）は下方を向き、その突出部分でディスク５５０を支持している。また、その突出する回転軸の長さは、軸剛性を低下させないように極僅かしかない。従って、従来、インデックス信号を生成するために使用していたロータリーエンコーダは、流体動圧軸受モータ３１０に取り付ける事ができない。ヘッド／ディスク試験装置１０で用いるインデックス信号は、ＨＤＤやフロピティカルディスクドライブ等のようにモータの回転軸の絶対角度に対応している必要はなく、モータの回転軸の１回転（１周期）を正確に知らせるものであれば良い。そこで、インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）に生じる逆起電力を検出してパルス信号を生成する。さらに、インデックス信号発生器ＩＤＸは、そのパルス信号を分周する事により流体動圧軸受モータ３１０の回転軸の１回転毎に１パルスが発生するようなインデックス信号を生成する。パルス信号は、流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）に生じる逆起電力信号と流体動圧軸受モータ３１０の電機子（図示せず）のある１相の信号とを比較器（不図示）で比較して２値化すると得られる。流体動圧軸受モータの制御回路からＦＧ信号が出力されていれば、その信号をパルス信号の生成に利用しても良い。もちろん、ディスクと共に従来のエンコーダをモータの外部に取り付けることは可能である。しかし、付加的な構成要素を要するので、スピンスタンドの大きさが増す可能性が高い。
位置決め装置４００は、ＨＧＡ５００に具備されるヘッドスライダ５１０を所定の位置へ位置決めする装置である。位置決め装置４００は、微細位置決め装置６００と離散位置決め装置７００とを備える。ＨＧＡ５００は、カセット８００に取り付けられている。カセット８００は、微細位置決め装置６００と着脱可能な構造を有する。ここで、カセット８００の拡大図を図２に示す。カセット８００は、カセットプレート８１０と、ＨＧＡ５００を支持するためのマウンティングブロック８２０とを備えている。ＨＧＡ５００は、マウンティングブロック８２０に着脱可能に支持される。
図１において、微細位置決め装置６００は、ＨＧＡ５００を微小可動範囲内で高精度に位置決めする装置であって、ピエゾステージ６１０を備える。微細位置決め装置６００は、ディスク５５０の面上においてヘッドスライダ５１０をディスク５５０のトラック幅方向（ディスク５５０の放射方向に同じ）、または、ディスク５５０のトラック幅方向を含む方向に位置決めすることができる。ここで、ピエゾステージ６１０およびＨＧＡ５００の上面図を図３に示す。図３において、ＨＧＡ５００に具備されるヘッドスライダ５１０は、磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲを備える。ピエゾステージ６１０は、ステージ６１１と、ピエゾ素子６１２と、キャパシタンスセンサ６１３と、バネ６１４とを備える。ステージ６１１は、可動台であって、カセット８００などの位置決め対象物が連結される。ステージ６１１は、図示しない支持手段を介してＨＧＡ５００を支持する。図示しない支持手段には、図２に示したカセット８００が含まれる。ステージ６１１の可動方向は、ピエゾステージ６１０の位置決め方向である。キャパシタンスセンサ６１３は、ステージ６１１の移動量を検知するセンサである。ピエゾ素子６１２は、印加電圧によって伸長する素子であって、ステージ６１１を動かす駆動源である。ピエゾ素子６１２は、キャパシタンスセンサ６１３により検知される実際の伸長量に基づきフィードバック制御される。
ここで、ディスク４００上のトラックと、磁気再生素子ＲＤおよび磁気記録素子ＷＲとの位置関係を、図４に示す。磁気再生素子ＲＤのギャップ中心点Ｇｒは、磁気記録素子ＷＲがディスク５５０上に書き込んだトラックＴの中央線Ｌｃ上に位置決めされ、さらに、その位置から内周方向および外周方向にそれぞれ２トラック以上移動できる事が要求される。従来のヘッド／ディスク試験装置は、トラックをディスクに書き込む時に、ピエゾステージのステージをステージの可動範囲の中心に位置決めする。この場合、ピエゾステージのステージの可動量は、試験において要求される可動量の２倍以上である必要があった。一方、ヘッド／ディスク試験装置１０は、トラックＴを書き込む時に、必要とされる可動量及び可動方向に応じて、ピエゾステージ６１０のステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心位置からオフセントした位置に位置決めする。これにより、ヘッド／ディスク試験装置１０は、ステージ６１１に要求される可動量を必要最小限にしている。その結果、ピエゾ素子６１２は小型のものが使用でき、微細位置決め装置６００は小型化される。
例えば、トラックプロファイル測定は、そのような効果が顕著に現れる測定項目の１つである。トラックプロファイル測定は、ディスク５５０にヘッドスライダ５１０の磁気記録素子でトラックを書き込み、その後、書き込んだトラックの磁気強度分布をヘッドスライダ５１０の磁気再生素子で測定する。ここで、ヘッドスライダ５１０のリード・ライト・オフセット量をｆ、ヘッドスライダ５１０のリード・ライト・セパレーション量をｓ、ヘッドスライダ５１０のスキュー角をθ、トラック・ピッチをｐとする。また、磁気強度分布の測定範囲は、内周方向および外周方向にそれぞれｎトラックであるとする。この時、ステージ６１１に要求される可動量ｍは、ｍ＝ｍ１＝（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ＋ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）、または、ｍ＝ｍ２＝（２・ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）、である。なお、（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ）＞（ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である時、ｍ＝ｍ１である。また、（ｆ・ｃｏｓθ＋ｓ・ｓｉｎθ）≦（ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である時、ｍ＝ｍ２である。上式からも明らかであるが、ギャップ中心点Ｇｒと磁気記録素子ＷＲのギャップ中心点Ｇｗが同じである場合、可動量ｍは、ｍ＝（２・ｎ・ｐ／ｃｏｓθ）である。
ここで、トラックプロファイル測定におけるヘッドスライダ５１０の動きを示した図を図５に示す。磁気強度分布の測定範囲は、内周方向および外周方向にそれぞれ２トラックであるとする。また、スキュー角θは０°とする。図５に示すヘッドスライダ５１０とヘッドスライダ５１１は、互いに鏡像となる構造を有する。ヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１の一方はアップタイプのスライダヘッドであり、他方はダウンタイプのスライダヘッドである。ヘッドスライダ５１１は、ヘッドスライダ５１０と同様に、ピエゾステージ６１０の作用により位置決めされる。ヘッドスライダ５１０は、それぞれ異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃに位置決めされている。ヘッドスライダ５１０は、内部に四角形として示される磁気記録素子ＷＲと円形として示される磁気再生素子ＲＤとを備える。ヘッドスライダ５１１は、それぞれ異なる位置Ｄ、Ｅ、Ｆに位置決めされている。ヘッドスライダ５１１は、同様に内部に四角形として示される磁気記録素子ＷＲと円形として示される磁気再生素子ＲＤとを備える。ただし、ヘッドスライダ５１１は、磁気記録素子ＷＲと磁気再生素子ＲＤの配置がヘッドスライダ５１０と異なる。ヘッドスライダ５１０およびヘッドスライダ５１１において、磁気記録素子ＷＲと磁気再生素子ＲＤとの間隔、すなわち、リード・ライト・オフセット量をｆとする。また、トラック・ピッチをｐとする。ヘッドスライダ５１０は、位置Ａにおいて磁気記録素子ＷＲによりトラックＴを書き込む。その後、ヘッドスライダ５１０は、磁気再生素子ＲＤにより位置Ｂから位置Ｃまでの間を掃引しながらトラックＴの磁気強度を測定する。線Ｌｃ１および線Ｌｃ２は、トラックＴの中心線Ｌｃから内周方向および外周方向にそれぞれ２トラック（２・ｐ）ずつ離れた位置にある。また、ヘッドスライダ５１１は、位置Ｄにおいて磁気記録素子ＷＲによりトラックＴを書き込む。その後、ヘッドスライダ５１１は、磁気再生素子ＲＤにより位置Ｅから位置Ｆまでの間を掃引しながらトラックＴの磁気強度を測定する。従って、従来のようにトラックＴを書き込む時に、ステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心に位置決めすると、ステージ６１１の可動範囲Ｍは２ｍ以上が必要である。しかし、上述のようにトラックＴを書き込む時にステージ６１１をステージ６１１の可動範囲の中心位置からオフセットした位置に位置決めすれば、ステージ６１１の可動範囲Ｍはｍあれば良いようになる。
ところで、ステージ６１１は、ピエゾ素子６１２に駆動される時、その姿勢が傾き、かつ、斜めの方向へ移動する。そのため、位置決め誤差が生じる。その位置決め誤差は、ＨＧＡ５００とピエゾステージ６１０とが離れているほど大きくなる。ここで、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差について説明するために図６を参照する。図６は、ピエゾステージ６１０により理想的な方向へΔだけ移動した時のＨＧＡ５００およびヘッドスライダ５１０と、ピエゾステージ６１０により斜めにΔだけ移動したヘッドスライダ５１０ｓ（破線で図示）を示す図である。図６において、ステージ６１１は、図示しない支持手段を介してＨＧＡ５００を支持する。図示しない支持手段には、図２に示したカセット８００が含まれる。図６において、ヘッドスライダ５１０ｓは、その姿勢がヘッドスライダ５１０に比べて傾いている。点Ｇｒは、ヘッドスライダ５１０のギャップ中心である。点Ｇｒｓは、ヘッドスライダ５１０ｓのギャップ中心である。点Ｃは、ステージ６１１の支持中心点である。なお、点Ｇｒおよび点Ｇｒｓは、ヘッドのギャップ中心点、すなわち、ヘッドスライダ５１０の磁気記憶素子のギャップ中心点、または、ヘッドスライダ５１０の磁気記録素子のギャップ中心点のいずれかである。点Ｇｒおよび点Ｇｒｓがいずれのギャップ中心点であるかは、試験仕様によって定められる。また、支持中心点とは、理想的な移動方向の力をステージ６１１に加えた場合に、そのステージ６１１が偏向を生じず理想的な方向へ移動できるような点である。直線αは、点Ｃを通り、ピエゾステージ６１０の理想的な位置決め方向に伸びる直線である。直線αは、ピエゾステージ６１０の中心軸とも称される。直線αｓは、点Ｃを通り、ピエゾステージ６１０の実際の位置決め方向に伸びる直線である。直線αは、ギャップ中心点Ｇｒを通るギャップ中心線γに直交する。直線αｓは、ギャップ中心点Ｇｒｓを通るギャップ中心線γｓに直交する。この時、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差εは、ε＝［（Ｌ＋Δ）・（１−ｃｏｓφ）＋ｄ・ｓｉｎφ］、として得られる。なお、φは、直線αに対する直線αｓの偏角である。Ｌは、支持中心点Ｃとギャップ中心線γとの距離である。Ｌは、支持中心点Ｃとギャップ中心線γｓとの距離でもある。ｄは、ギャップ中心点Ｇｒと直線αとの距離である。ｄは、ギャップ中心点Ｇｒｓと直線αｓとの距離でもある。Δは、ステージの移動距離である。偏角φおよび移動量Δは微小であるので、位置決め誤差εは、ε＝（ｄ・ｓｉｎφ）、として近似される。従って、ピエゾステージ６１０の位置決め誤差を低減するためには、ｄを小さくすればよい。
また、ＨＧＡ５００は、通常、図３や図６に示すように、ピエゾステージ６１０から離れた位置で支持される。そのため、ピエゾステージ６１０には、位置決め方向とは異なる方向の力が加わる場合がある。そして、ピエゾ素子６１２のフィードバック制御系に不要振動が生じる可能性がある。この不要振動は、微細位置決め装置６００の位置決め精度に悪影響を及ぼす要因となる。従って、ピエゾステージ６１０の位置決め対象物は、その重心がピエゾステージ６１０の支持中心点にできるだけ近接していることが望ましい。
そこで、本実施形態のスピンスタンド１００は、ＨＧＡ５００をピエゾステージ６１０にできるだけ近接させて支持している。さらに詳しく言えば、スピンスタンド１００は、距離ｄを小さくするために、ヘッドスライダ５１０のギャップ中心点Ｇｒがピエゾステージ６１０の中心軸（直線α）に近接するようにＨＧＡ５００を支持している。また、スピンスタンド１００は、不要振動を小さくするために、ＨＧＡ５００を備えたカセット８００の重心が点Ｃに近接するようにＨＧＡ５００を支持している。
また、従来のスピンスタンドには、回転するディスクに対して、両面方向からアクセスできるものがある。この様なスピンスタンドは２つのＨＧＡを１つの位置決め装置で位置決めしている。この場合、位置決め装置はディスク縁端よりも外側に位置し、ＨＧＡは位置決め装置から離れた位置で支持されている。位置決め装置とＨＧＡとの距離が長いと、ヘッドの位置決め誤差が生じ易い。一方、図１において、スピンスタンド１００は、１つのＨＧＡ５００を回転するディスク５５０の下面に位置決めするようにし、ＨＧＡ５００を微細位置決め装置６００の真上で支持しているので、その位置決め性能が高い。
さて、図１に示す離散位置決め装置７００は、微細位置決め装置６００を予め決められた離散的な位置に位置決めする装置である。これにより、離散位置決め装置７００は、ヘッドスライダ５１０にディスク５５０の面上とディスク５５０外との間の移動を可能にさせ、また、ディスク５５０面上におけるヘッドスライダ５１０に試験仕様で定められたスキュー角θを与えることができる。ここで、離散位置決め装置７００のみを図７に示す。また、離散位置決め装置７００の一部を拡大した図を図８に示す。以下、離散位置決め装置７００に関する説明は、図７および図８を参照する。離散位置決め装置７００は、予め決められた角度に位置決めする回転位置決め装置である。本実施形態において、離散位置決め装置７００は、予め決められた３つの角度に位置決めすることにより、微細位置決め装置６００を予め決められた３つの位置に位置決めする。予め決められた３つの位置とは、ＨＧＡ５００を交換するためにＨＧＡ５００がディスク５５０から離れているような位置、ヘッドスライダ５１０がディスク５５０面上の内周部付近にあるような位置、および、ヘッドスライダ５１０がディスク５５０面上の外周部付近にあるような位置である。なお、これらの位置は、試験仕様により定められ、上記に限定されるわけではない。離散位置決め装置７００は、略円筒形の位置決めピン固定ブロック７１０と、位置決めピン固定ブロック７１０を回転させるＤＣモータ７２０と、位置決めピン固定ブロック７１０に固定されて水平方向に突出する位置決めピン７３０と、逆Ｌ字形の位置決めブロック７４０と、位置決めブロック７４０を水平移動させる電磁ソレノイド式のアクチュエータ７５０とを備える。
位置決めピン固定ブロック７１０は、複数の歯車７６０を介してＤＣモータ７２０に回転駆動され、その回転数は１０ｒｐｍ程度である。なお、位置決めピン固定ブロック７１０は、微細位置決め装置６００を支持する可動台であって、時計回りにも反時計回りにも回転する。位置決めブロック７４０は、リンク７７０を介してアクチュエータ７５０と結合されている。リンク７７０は、リンクシャフト７７１によって支持され、リンクシャフト７７１を中心にして回転する。また、位置決めブロック７４０は、バネ７７２の力で位置決めピン固定ブロック７１０方向に引っ張られている。従って、位置決めブロック７４０は、通常、バネ７７２の力によって位置決めピン固定ブロック７１０方向に引き寄せられている。また、アクチュエータ７５０がリンク７７０を押すと、位置決めブロック７４０は位置決めピン固定ブロック７１０から離れる。位置決めピン７３０は、位置決めピン固定ブロック７１０にネジ止めされている。位置決めピン固定ブロック７１０には位置決めピン７３０の固定位置を精密に変えられるように多くのネジ穴７１１が設けられている。位置決めピン７３０は円柱形のピンであって、その先端部は半球形である。
離散位置決め装置７００は、位置決めピン固定ブロック７１０の回転位置を制御するために、位置決めピン固定ブロック７１０に固定されるセンサプレート７８１と、フォトセンサ７８２とを備える。フォトセンサ７８２は、光透過型のフォトインタラプタであって、発光部と受光部との間を遮光する物体が存在するか否かを検知するセンサである。センサプレート７８１は、遮光板であって、位置決めピン７３０と位置決めブロック７４０が対向する時に、フォトセンサ７８２の発光部と受光部との間を遮光するように位置決めピン固定ブロック７１０に固定される。この遮光状態は、位置決めピン固定ブロック７１０と共に回転するセンサプレート７８１の位置に応じて、有効になったり無効になったりする。
離散位置決め装置７００の位置決めは次の様に行われる。図９から図１３は、離散位置決め装置７００を簡略表示した上面図であって、その位置決め動作を示した図である。以下の説明は、図７および図８を併せて参照する。図９は、磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０の内周部に位置決めされている時の離散位置決め装置７００を示した図である。図９から図１３において、針Ｄ（時計の針状のもの）は磁気再生素子または磁気記録素子の位置決め方向を示している。また、針Ｄの先端部分が磁気再生素子または磁気記録素子のギャップ中心の位置を表す。位置決めピン７３０は位置決めブロック７４０の壁面に接触して静止している。この時、フォトセンサ７８２はセンサプレート７８１により遮光されている。磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０の内周部から外周部に位置決めされる時、まず、位置決めブロック７４０は、アクチュエータ７５０で駆動されて位置決めピン固定ブロック７１０から離れ、位置決めピン７３０を解放する（図１０）。次に、位置決めブロック７４０を位置決めピン固定ブロック７１０から離したままＤＣモータ７２０を作動させると、位置決めピン固定ブロック７１０は回転移動する（図１１）。すると、フォトセンサ７８２の遮光状態は解除される。この時、位置決めピン７３０は、位置決めブロック７４０の正面からずれた位置にある。ここで、アクチュエータ７５０の駆動を止めると、位置決めブロック７４０は位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する（図１２）。さらに、位置決めピン固定ブロック７１０を回転移動させると、位置決めピン７３０は位置決めブロック７４０の壁面に衝突し制動される（図１３）。位置決めピン７３０が位置決めブロック７４０に衝突している時、フォトセンサ７８２は遮光状態にある。ここで、センサに応答してＤＣモータ７２０を停止する。この時、位置決めピン７３０は、ＤＣモータ７２０の慣性により暫くの間、位置決めブロック７４０へ衝突し続ける。ここで、電磁力や楔などにより、位置決めピン固定ブロック７１０の位置を固定する。離散位置決め装置７００は、位置決めピン７３０や位置決めブロック７４０の剛性を十分に高くすれば、高価な高精度の駆動手段やセンサ手段を用いる事なく、それらと同等の高精度な位置決め性能を実現する事ができる。また、位置決めピン７３０を制動するための位置決めブロック７４０は、水平方向に移動する逆Ｌ字形ブロックに代えて、他の手段も使用することができる。例えば、図１において、ベース２００の平面部２１０より然るべき時に出入りする角柱や円柱などであっても良い。
なお、位置決めピン７３０は離散的な位置に固定されれば良いので、位置決めブロック７４０は位置決めピン７３０を挟むように固定する形状でも良い。例えば、離散位置決め装置８００は、位置決めブロック７４０に代えて、Ｖ字形溝７９１を有する位置決めブロック７９０を用いることができる。位置決めブロック７９０を用いた離散位置決め装置８００の位置決めは、次の様に行われる。図１４から図１８は、離散位置決め装置８００を簡略表示した上面図であって、その位置決め動作を示した図である。以下の説明は、図１、図７および図８を併せて参照する。図１４は、磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０外に位置決めされている時の離散位置決め装置８００を示した図である。図１４から図１８において、針Ｄ（時計の針状のもの）は磁気再生素子または磁気記録素子の位置決め方向を示している。また、針Ｄの先端部分が磁気再生素子または磁気記録素子のギャップ中心の位置を表す。位置決めブロック７９０は、位置決めピン７３０の先端を押しつけるようにして位置決めピン７３０を固定している。この時、フォトセンサ７８２はセンサプレート７８１により遮光されている。磁気再生素子または磁気記録素子がディスク５５０外からディスクの外周部に位置決めされる時、まず、位置決めブロック７９０は、アクチュエータ７５０で駆動されて位置決めピン固定ブロック７１０から離れ、位置決めピン７３０を解放する（図１５）。次に、位置決めブロック７９０を位置決めピン固定ブロック７１０から離したままＤＣモータ７２０を作動させると、位置決めピン固定ブロック７１０は回転移動する（図１６）。すると、フォトセンサ７８２の遮光状態は解除される。この時、位置決めピン７３０は、位置決めブロック７９０の正面からずれた位置にある。再び、フォトセンサ７８２が遮光状態になった時、次の位置決めピン７３０が位置決めブロック７９０のほぼ正面に位置している。ここで、ＤＣモータ７２０を停止して位置決めピン固定ブロック７１０の回転移動を止める。さらに、アクチュエータ７５０の駆動を止めると、位置決めブロック７９０は位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する（図１７）。離散位置決め装置８００は、ロータリーエンコーダなど高精度な回転位置検出手段を用いていないので、位置決めピン７３０の位置は位置決めブロック７９０の真正面にあるとは限らない。位置決めブロック７９０の真正面からずれた位置にある位置決めピン７３０の先端は、位置決めピン固定ブロック７１０へ接近する位置決めブロック７９０のＶ字形溝７９１の斜面に導かれて、Ｖ字形溝７９１の中心に位置決めされ固定される（図１８）。ここで、さらに電磁力や楔などにより、位置決めピン固定ブロック７１０の位置を固定する。前述同様に離散位置決め装置８００は、位置決めピン７３０や位置決めブロック７９０の剛性を十分に高くすれば、高価な高精度の駆動手段やセンサ手段を用いる事なく、それらと同等の高精度な位置決め性能を実現する事ができる。
ヘッドスライダ５１０の試験において、スピンスタンドで位置決めしたヘッドスライダ５１０のスキュー角θは、一般に、そのヘッドスライダ５１０が実際のＨＤＤ内で位置決めされた時のスキュー角と実質的に同じでなければならない。そのために、スピンスタンド１００は、ディスク回転装置３００の回転軸心と離散位置決め装置７００の回転軸心との間の距離、および、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離を、試験対象であるヘッドスライダ５１０が実際のＨＤＤ内に取り付けられた時のそれらの距離と同じにする必要がある。正確に言えば、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離は、離散位置決め装置７００の回転軸心とヘッドスライダ５１０の磁気記録素子のギャップ中心点との間の距離、または、離散位置決め装置７００の回転軸心とヘッドスライダ５１０の磁気再生素子のギャップ中心点との間の距離である。従来のスピンスタンドは、これら２つの距離をリニアモータなどにより駆動される位置決め手段を用いて位置決めする事により、随時、様々な仕様のヘッドに柔軟に対応する事ができる。量産試験されるヘッドは、その種類が頻繁に変わらないので、上記の様に随時位置決めする必要はない。その代わりに、スピンドルプレート２２１は、プレートポスト２２２への固定位置が変更可能である。また、微細位置決め装置６００は、離散位置決め装置８００への固定位置が変更可能である。さらに、マウンティングブロック８２０は、カセットプレート８１０への固定位置が変更可能である。またさらに、カセット８００は、微細位置決め装置６００への固定位置が変更可能である。試験者は、これらの変更の全てを行うことができる。スピンドルプレート２２１の固定位置の変更により、ディスク回転装置３００の回転軸心と離散位置決め装置７００の回転軸心との間の距離を実際のＨＤＤ内での距離と同じにする事ができる。また、微細位置決め装置６００およびカセット８００およびマウンティングブロック８２０の固定位置の変更により、離散位置決め装置７００の回転軸心とＨＧＡ５００のヘッドスライダ５１０との間の距離を実際のＨＤＤ内での距離と同じにする事ができる。
ところで、ヘッドスライダは、アップタイプとダウンタイプの２種類がある。アップタイプのヘッドスライダ、または、そのヘッドスライダを備えるＨＧＡは、アップ・ヘッドと称される。ダウンタイプのヘッドスライダ、または、そのヘッドスライダを備えるＨＧＡは、ダウン・ヘッドと称される。アップ・ヘッドは回転するディスクの下面にアクセスするものであり、ダウン・ヘッドは回転する同ディスクの上面にアクセスするものである。従来のスピンスタンドは、アップ・ヘッドおよびダウン・ヘッドを１台のスピンスタンドで試験する構造を有する。例えば、あるスピンスタンドは、ディスクの上面と下面の両方にアクセスできるようなデュアルアーム構造を有する。他のあるスピンスタンドは、ディスクを正逆両方向に回転させることができ、さらに、ヘッドスライダまたはＨＧＡをディスクの上下両面にアクセスさせることができる。本実施形態のスピンスタンド１００は、ディスクの回転方向とＨＧＡがアクセスするディスク面がそれぞれ１つに固定されている。従って、アップ・ヘッドとダウン・ヘッドの両方を試験するために、アップ・ヘッドとダウン・ヘッドのそれぞれに特化したスピンスタンドを使用する。ここで、図１と図１９を参照する。図１９において、スピンスタンド１０００は、スピンスタンド１００と同一の構成要素と有し、それらの構成要素はスピンスタンド１００と鏡像になるように配置される。図１と図１９において、同一の構成要素は、それぞれの参照番号の下３桁が同じである。図１において、スピンスタンド１００は、ディスク５５０の回転方向が反時計回りであり、ＨＧＡ５００はディスクの下面に対して右側からアクセスする。一方、図１９において、スピンスタンド１０００は、ディスク５５０の回転方向が時計回りであり、ＨＧＡ５００はディスクの下面に対して左側からアクセスする。例えば、アップ・ヘッドはスピンスタンド１００で試験され、ダウン・ヘッドはスピンスタンド１０００で試験される。スピンスタンド１００およびスピンスタンド１０００は、それぞれ必要な数だけ組み合わせることができる。最適に組み合わされたスピンスタンド１００およびスピンスタンド１０００は、量産試験に最適であろう。
上記に説示したスピンスタンドおよびヘッド／ディスク試験装置は、例えば、以下のような変形が可能である。
インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータの回転軸に追加の装置または機構を設ける事なく流体動圧軸受モータの回転軸の１回転（１周期）を正確に知らせるものであれば良い。従って、インデックス信号発生器ＩＤＸは、流体動圧軸受モータ３１０の内部で回転する永久磁石によって生じる磁束密度の変化をホール素子等で検出し、磁束密度の変動からパルス信号を得て、そのパルス信号を分周する事によりインデックス信号を生成するようにしても良い。また、インデックス信号は、パルス信号を分周せずに、流体動圧軸受モータの回転軸が１回転する間に出現する複数個のパルスから特定位置のパルスを抽出したものでも良い。
また、ディスク回転装置３００の回転速度は、実際のＨＤＤで採用される回転速度を少なくとも１つ実現できれば良い。また、ディスク回転装置３００の回転速度は、さらに速くして１００００ｒｐｍや１５０００ｒｐｍを実現できるようにしても良い。また、それらの中間速度を実現できるようにしても良い。なお、回転速度を単一にすることが、スピンスタンド１００のコスト削減に最も貢献することはいうまでもない。スピンスタンド１００のコストが下がれば、ヘッド／ディスク試験装置１０のコストも下がる。
さらに、ディスク回転装置３００に用いるモータは、動圧軸受を用いたモータであれば良いので、空気動圧軸受モータを使用する事も可能である。その場合、上記の文章は、流体動圧軸受モータ３１０を空気動圧軸受モータに替えて読むことができる。
またさらに、離散位置決め装置７００は、微細位置決め装置６００の可動範囲を離散位置に位置決めできれば良く、上述のように回転軸心が固定された回転位置決め手段に限定されない。例えば、離散位置決め装置７００は、回転軸心が固定されない回転位置決め手段であっても良い。
以上詳細に説明したように、木発明のスピンスタンドは、磁気ディスクを回転させるディスク回転手段と、磁気ヘッドを着脱可能に支持し、前記磁気ヘッドを少なくとも前記ディスクのトラック幅方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、該ヘッド移動手段は、微小可動範囲内で高精度の位置決めが可能な微細位置決め手段と、該微細位置決め手段の微小可動範囲を所定の離散位置に設定する離散位置決め手段とを具備し、前記離散位置近傍のみに前記磁気ヘッドを配置できるようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて小型軽量化する事ができた。
また、本発明のスピンスタンドは、磁気ヘッドの着脱時においても動圧軸受モータの回転が継続するようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて、小型軽量化する事ができた。
またさらに、本発明のスピンスタンドは、動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段を備えるようにしたので、従来のスピンスタンドに比べて、小型軽量化する事ができた。
さらに、本発明のスピンスタンドは、スピンスタンドの軽量化に伴い、スピンスタンドを支持する足に防振用ゲルを内装したバネを備えるようにしたので、スピンスタンドの小型軽量化に伴い影響を受けやすくなる外部振動を、従来のスピンスタンドよりも小さくする事ができた。
結果として、本発明のスピンスタンドは、従来のスピンスタンドに比べて、その体積および重量が１／４０以下になった。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１３】
【図１８】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヘッドを着脱可能に支持するスピンスタンドであって、前記磁気ヘッドの着脱時においても回転を継続する動圧軸受モータを備えることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項２】
動圧軸受モータと、該動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段とを備えることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項３】
動圧軸受モータを備えるスピンスタンドであって、前記動圧軸受モータの軸受には導電性流体が封入され、前記軸受が接地されることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項４】
防振用ゲルを備えた弦巻バネによって支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピンスタンド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスピンスタンドを備えることを特徴とするヘッド／ディスク試験装置。
【請求項１】
磁気ヘッドを着脱可能に支持するスピンスタンドであって、前記磁気ヘッドの着脱時においても回転を継続する動圧軸受モータを備えることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項２】
動圧軸受モータと、該動圧軸受モータの回転により生じる逆起電力の変化または磁束密度の変化を検出しインデックス信号を生成する手段とを備えることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項３】
動圧軸受モータを備えるスピンスタンドであって、前記動圧軸受モータの軸受には導電性流体が封入され、前記軸受が接地されることを特徴とするスピンスタンド。
【請求項４】
防振用ゲルを備えた弦巻バネによって支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピンスタンド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスピンスタンドを備えることを特徴とするヘッド／ディスク試験装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２７７６１
【国際公開日】平成１６年４月１日（２００４．４．１）
【発行日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５３７５６８（Ｐ２００４−５３７５６８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１７６３
【国際出願日】平成１５年９月１６日（２００３．９．１６）
【出願人】（０００１２１９１４）アジレント・テクノロジー株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月１日（２００４．４．１）
【発行日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１７６３
【国際出願日】平成１５年９月１６日（２００３．９．１６）
【出願人】（０００１２１９１４）アジレント・テクノロジー株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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