CN1169005A - 磁盘和磁盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明磁盘和磁盘装置,可抑制磁头滑动块在磁盘上的浮动变化。其控制信号记录区的周长值不超过磁头滑动块的长度的3/10,数据区沟纹的深度和控制信号区沟纹的深度之比≥0.2并≤4.7,控制信号记录区系列被全部或部分地设置在磁头滑动块的每个投影长度上,纹间表面和沟纹的阶差不超过320nm,所述磁盘有记录数据的纹间表面和对沟纹上方浮动的磁头滑动块提供动态压力的沟纹,或者滑动块在数据区和在控制信号区,负载能力相等。

Description

磁盘和磁盘装置
本发明涉及用于使用安装在浮动型磁头滑动块上的磁头记录和再生数据以及程序和带有这种磁盘的磁盘装置。
例如,在计算机系统中,将硬盘装置用于磁盘装置。在安装在硬盘装置中的磁盘的两侧面上形成磁性薄膜,安装在浮动在磁盘表面上的磁头滑动块上的磁头将数据记录在磁性薄膜上的磁道上,再生记录在磁性薄膜上的磁道中的数据。由于用于驱动其上装有磁头的浮动的磁头滑动块的机构和用于驱动磁盘的驱动器被装在一个盒子的内部,所以可以以相当高的密度记录数据并可以迅速地存取所记录的数据。
然而,按照常规技术,在安装在硬盘装置中的磁盘的两侧面的所有表面上形成磁性薄膜。为了防止相邻磁道的串扰,在数据磁道和它的相邻磁道间需要相当宽的隔离带(guard band)。结果,不允许磁道间距太窄,并且难以获得具有很大记录容量的尺寸最小的硬盘装置,这是一个问题。
此外,为了安装硬磁盘装置,在将磁盘插入机箱后,在全部磁道中相继记录排列磁盘模式的时钟信号、跟踪伺服信号、识别和记录数据的信号。这些操作导致了安装时间长和硬磁盘装置成本高,这是另外一个问题。
为了解决磁盘装置的这些问题,本发明的申请人提出了如下所述的(指日本专利申请公开平-6-259709中所述的)硬磁盘装置。在插入该硬磁盘装置的磁盘上,沿径向形成由纹间表面(land)和沟纹(groove)构成的数据记录区(以下称为数据区)和控制信号记录区(以下称为伺服区)。详细地讲,在形成的数据区同心地设置多个圆形数据磁道和多个隔离带,使得纹间表面用作记录数据的数据磁道,而沟纹用作确定相邻数据磁道间的边界的隔离带。在伺服区,形成纹间表面使得用于指定数据磁道的灰度代码、用于等间隔划分一个周期的时钟标记以摆动标记(Webbled mark)(以下称为伺服磁道)被记录在纹间表面上,形成沟纹以便供确定以上所述那些代码(以下称为伺服凹坑)之用。
沿磁头的旋转轨迹形成灰度代码、时钟标记和摆动标记之中至少任意一项,诸如利用磁头记录和再生数据的操作是响应通过再生灰度代码、时钟标记或摆动标记所得到的信号控制。
磁头根据再生灰度代码、时钟标记或摆动标记得到的信号测量相应于磁盘的偏心距离的偏差,诸如利用磁头记录和再生数据的操作是根据测量的结果控制。
根据插有具有这样结构的磁盘的硬盘装置,由于隔离带以实际沟纹的形式制作到数据磁道上,数据很少从隔离带上再生。因此,不必使用宽度很大的隔离带,并且允许磁道间距很窄,以便提高记录容量。
此外,将灰度代码、时钟标记或摆动标记沿磁头的旋转轨道形成在纹间表面的结构中使得可以将这些代码利用例如光处理技术设置在准确位置上,这样,就可以以很窄的磁道间距正确地记录和再生数据。
应该尽可能小地减少浮动间隔,例如,为了压缩用于这样的高密度的记录磁盘的浮动磁头滑动块的浮动间隔损失,需要50nm的浮动间隔。此外,为了压缩输出偏差,还应该减少浮动偏差。
伺服区和数据区彼此的再生模式不同,纹间表面和沟纹的比例不同。凹坑(pit)的高度与纹理相同或高于纹理,而凹坑的尺寸大约为几个μm并与纹理的尺寸相同。伺服区的图形结构和数据区的图形结构之间的差别导致了伺服区和数据区之间的浮动间隔。浮动间隔的差产生了浮动间隔偏差,而这种偏差降低了利用磁头记录和再生数据的稳定性。
鉴于以上所述这些问题,本发明的任务是提供一种磁盘和带有这种磁盘的磁盘装置,这种磁盘使得磁头滑动块可以在一个被压缩了的浮动偏差的范围内在磁盘的表面上运行。
在一种用于记录和再生数据的带有装在浮动磁头滑动块上的磁头的磁盘中,该磁盘的表面区沿径向由形成在该表面上的纹间表面和沟纹划分成数据记录区和控制信号记录区,本发明的任务是利用这种磁盘完成的,在这种磁盘中,控制信号记录区的圆周边长度不超过所述磁头滑动块的周边长度的3/10。根据上述结构,控制信号记录区在直接与磁头滑动块的浮动有关的周边方向上的长度预先被规定为一个需要值,当磁头滑动块从数据区移动到伺服区或从伺服区移动到数据区时可以抑制浮动变化。
本发明的任务是利用这样一种磁盘实现的,在这种磁盘中,在数据记录区沟纹的深度和在控制信号记录区的沟纹的深度的比是等于和大于0.2至小于和等于4.7。根据上述结构,由于在数据记录区和控制信号记录区直接与磁头滑动块有关的沟纹深度预先被规定为一个需要的比值,所以当磁头滑动块从数据区移动至伺服区或从伺服区移动到数据区时,可以抑制浮动变化。
本发明的任务是利用这样一种磁盘完成的,在这种磁盘中,所述控制信号记录区的序列被全部或部分地设置在磁头滑动块的每个投影长度上。根据上述结构,由于直接与磁头滑动块的浮动有关的控制信号记录区是根据磁头滑动块的投影长度设置的,所以在磁头滑动块从数据区移动至伺服区或从伺服区移动至数据区时,可以抑制浮动变化。
本发明的任务是利用这样一种磁盘完成的,这种磁盘的结构使得它的纹间表面与沟纹的阶差不超过320nm。根据上述结构,由于直接与磁头滑动块的浮动有关的纹间表面与沟纹的阶差预先被规定为一个需要值,所以当磁头滑动块从数据区移动至伺服区或从伺服区移动至数据区时,可以抑制浮动变化。
本发明的任务是利用带有用于记录数据的纹间表面和用于只在沟纹上方将动态压力传递给浮动的磁头滑动块的沟纹的磁盘完成的。根据上述结构,由于在磁头滑动块和磁盘之间产生的空气膜的弹簧常数可以很小,所以尽管磁头滑动块在磁盘表面上的浮动很小,磁头滑动块仍然可以稳定地浮动。
本发明的任务是利用这样一种磁盘完成的,在这种磁盘中,磁头滑动块的承载能力与在数据记录区和控制信号记录区中相等。根据上述结构,由于直接与磁头滑动块的浮动有关的承载能力在整个磁表面上是均匀的,所以当磁头滑动块从数据区移动至伺服区或从伺服区移动至数据区时,可以抑制浮动变化。
图1是用于说明根据本发明的磁盘装置的一个实施例的硬盘装置的结构例子的透视图。
图2是用于说明图1所示硬盘驱动器的磁头滑动块的操作例子的透视图。
图3是用于说明图1所示的磁盘装置的磁头滑动块的详细例子的透视图。
图4是用于说明图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的侧视图。
图5是用于说明图1所示的硬盘装置的控制器的结构例子的方框图。
图6是用于说明本发明的磁盘的一个实施例的平面图。
图7A和图7B是沿图6所示的磁盘的径向的横剖结构视图和沿圆周方向的横剖结构视图。
图8是用于说明图6所示的磁盘的细节的横剖结构视图。
图9是用于说明图6所示磁盘表面细节的平面图。
图10是用于说明图6所示的磁盘的生产工艺的第一示意图。
图11是用于说明图6所示的磁盘的生产工艺的第二示意图。
图12A和12B是用于说明图6所示的磁盘的生产工艺的第三示意图。
图13是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的浮动变化和在伺服区的圆周方向上的长度之间的关系的曲线。
图14是用于描述图1所示的磁盘装置的磁头滑动块的浮动变化和在数据区沟纹的深度和伺服区沟纹的深度之比之间的关系的曲线。
图15是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块浮动变化同在数据区的数据磁道DT和隔离带GB之比除以在伺服区伺服磁道ST同伺服凹坑SP之比的商之间关系的曲线。
图16是用于说明在玻璃磁盘上一系列区的每个伺服区上设置的沟纹和纹间表面的示意图。
图17是用于描述图1所示的磁盘装置的磁头滑动块的浮动变化同平行于磁头滑动块的移动方向的沟纹的宽度和磁道宽度之比之间的关系曲线。
图18是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的浮动变化同在投影在玻璃磁盘上的磁头滑动块长度上的伺服区的数目之间的关系曲线。
图19是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的浮动变化同分别处在数据区和伺服区上的纹间平面和沟纹之间的阶差之间的关系曲线。
图20是用于说明在磁盘的数据区和伺服区上的纹间平面和沟纹的结构的横剖侧视图。
图21是用于描述磁信号的幅值和在数据区和伺服区上的纹间平面和沟纹之间的阶差之间的关系曲线。
图22是用于确定形成在磁盘和磁头滑动块之间的空气膜的弹性系数的模型示意图。
图23是用于说明磁头滑动块在一个平面和纹间表面沟纹表面上方的浮动以及玻璃磁盘和磁头滑块之间的相对速度的示意图。
图24A和24B是用于描述在所述平面和所述沟纹纹间表面上磁头滑动块的浮动同所述玻璃磁盘和磁头滑动块之间的相对速度之间的关系曲线。
图25是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的负载能力和平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间平面和沟纹之比之间的曲线。
图26是用于描述图1所示的磁盘装置的磁头滑动块的负载能力和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹之比之间的关系曲线。
图27是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的负载能力同平行和垂直于任意浮动的磁头滑动块的运动方向的沟纹的深度的比值之间的关系曲线。
图28是用于描述图1所示的硬盘装置的磁头滑动块的浮动变化和纹间表面和沟纹的比值之间的关系曲线。
以下将参照附图详细说明本发明的若干优选的实施例。
由于以下所描述的这些实施例是本发明的优选的详细的例子,所以这些实施例涉及到各种优选的界限,然而本发明的范围决不受这些实施例的限制,除非在以下的说明中另外说明要对本发明加以限制。
图1是用于说明作为根据本发明的第一个实施例的磁盘装置的硬盘装置的结构的透视图。
在硬盘装置1中,主轴马达9被设置在由铝合金制的盒子2的平面器件的背面侧上,并且还设置了一个由主轴马达9按恒定的角速度以旋转方式驱动的磁盘3。此外,臂4以可绕垂直轴4a转动的方式安装到盒2上。音圈5固定在臂4的一端,磁头滑动块6固定在臂4的另一端。在盒2上,固定磁铁7a和7b同时插入音圈5。音圈5和磁铁7a和7b构成音圈马达7。
在这样的结构中,当开始从外部将电流加到音圈上时由磁铁7a和7b的磁场和通过音圈的电流所产生的力驱动臂4围绕垂直轴4a转动。随着臂4的转动,固定在臂4另一端上的磁头滑动块6大致在箭头X所示方向上运动。因此,安装在磁头滑动块6上的磁头8(参看图3)在磁盘3上完成查找操作,同时在磁盘3的所期望的数据磁道上完成数据的记录和再生。
在磁头滑动块6的底部的两侧上形成轨道6a和6b用作空气支撑表面,在轨道6a和6b的空气流入端形成斜坡6c和6d。这样,当磁头滑动块6靠近旋转的磁盘3的表面时,磁头滑动块6接受由于磁盘3的转动而导致的由导轨6a和6b的表面和磁盘3之间的空气流入流动产生的浮力。磁头滑动块6和磁头8浮起,以便如图4所示那样以距磁盘3的表面的小间隙(浮动距离)运行。
图5是用于说明图1所示的磁盘装置的控制器结构例子的方框图。
控制器10的时钟信号发生器11根据由磁头8的再生磁头8b再生的信号产生时钟信号,并把它传递给跟踪伺服机构12和再生器13。跟踪伺服装置12参照由时钟信号发生器11发出的时钟信号根据由再生磁头8b发出的信号产生跟踪误差信号,并响应这个信号驱动臂4。这样,记录磁头8a和再生磁头8b在磁盘3上的期望的径向位置上受到跟踪控制。记录器14调制从图中未示出的一个电路提供的记录信号,通过记录磁头8a在磁盘3上记录该记录信号。再生器13将来自再生磁头8b的记录信号解调并把它提供给上述电路。跟踪伺服装置12监测跟踪误差信号,例如在磁盘装置受到撞击时,如果记录磁头8a从数据磁道上转移,那么跟踪伺服装置12就控制记录器14停止记录。
图6是用于说明本发明的磁盘的一个实施例的平面图。图7A是沿径向的横剖结构图。图7B是沿圆周方向的横剖结构图。
在磁盘3的由合成树脂、玻璃或铝制成的基底31上,沿径向形成了由纹间表面和沟纹构成的数据记录区(数据区)和控制信号记录区(伺服区),并且在其表面上形成磁性膜。详细地讲,在数据区,以纹间表面形式形成了用于记录数据的同心圆形数据磁道DT,并且以沟纹形式形成了用于限定数据磁道之间的边界的隔离带GB。在伺服区,以纹间表面形式形成了伺服磁道,例如用于指定数据磁道的灰度代码、用于按等间隔划分一个圆的时钟标记和用于对磁头进行跟踪控制的摆动标记,并以沟纹形式形成作为用于确定上述这些代码的间隔的伺服凹坑(pit)。
根据这样的磁盘3,沿磁头8朝向内侧周边方向或外侧周边方向的移动轨迹形成伺服区和数据区的结构保证了在查找操作中的等时间间隔,并有助于抑制用于产生时标的PPL电路的封锁。此外,还抑制了方位遗失(azimuthloss)。
图8是用于说明图6所示磁盘的细节的剖视图。例如,在基底31的两侧形成200nm的阶差,如果该基底是由玻璃构成的,那么厚度规定为0.65mm,而如果基底是由合成树脂构成的,其厚度规定为1.2mm。此外,在基底31的两侧还形成磁性膜32。
最好使用热塑性降茨烷树脂作为用于模制合成树脂基底的合成树脂,原因在于它具有高耐热性和低湿变形性,另外还可以使用聚碳酸酯树脂。
在合成树脂基底321上形成厚度仅为80nm的铬层322。铬层322的功能是用作交换粘结膜,它用于改善磁性能,特别是增强矫顽磁力,是很有效的。在铬层322上形成厚度约为40nm的钴铂层323。在钴铂层323上采用旋转涂敷法或涂敷法形成由SiO2构成的厚度约为10nm的保护层324。在保护层324上涂敷润滑剂。
将这样的磁盘的一个圆形划分为60个扇面,又将每个扇面划分为14个扇段。这样,一个圆形包括了840个扇段。又将每个扇段分类为伺服区或数据区。在伺服区,如图9所示那样,形成灰度代码GC,时钟标记CM和摆动标记WM。在每个扇面的第一扇段上额外加一个唯一模式(unique pattern)UP。在60个扇面之中的一个扇面上记录起PG作用的起始索引(homeindex)代替唯一模式UP。
假设在时钟标记CM的方向上的宽度为1,那么灰度代码GC的宽度为20,唯一模式UP的宽度为16。
灰度代码GC是用于再生用作指定数据磁道DT的绝对地址(数据磁道数)。
时钟标记CM是用于产生用作记录和再生的基准的时钟信号的标记,再生磁头8b产生相应于再生磁头8b再生一个时钟标记CM时的边缘的定时信号。时钟标记CM沿径向连续地在如图9所示的磁盘3的径向上形成。
摆动标记WM被设置在偏离数据磁道DT的中心线L1的内侧周边侧和外侧周边侧,并且被设置得在磁道方向上彼此隔开一定距离。当再生磁头8b再生一个摆动标记WM时,再生磁头8b产生一个对应于该边缘的定位脉冲。通过控制跟踪伺服装置使那些定位脉冲的电平相等,再生磁头8b就被定位在数据磁道DT的中心线L1上。
在数据区的起始位置上形成ID记录区IZ,将要自然记载或再生的数据在ID记录区IZ之后被记录在数据记录区DZ中。ID记录区IZ被分类入扇面数记录区SZ和磁道数记录区TZ。至少扇面数记录区SZ是按照与时钟标记CM相同的方式在磁盘3的径向上沿径向并连续地形成。在扇面数记录区SZ中,记录了用于指定一个扇面的8比特的扇面数,而在磁道数记录区TZ,记录了对于每个用于指定数据磁道的数16比特的二个磁道数。在ID记录区IZ对40比特的ID数据进行PR(部分响应)(-1,0,1)调记和记录。再生磁头8b再生记录在ID记录区中的ID数据,产生一个脉冲系列。
磁道数记录区TZ被分类为再生操作TZa的磁道数记录区和记录操作TZb的磁道数记录区。形成再生操作TZa的磁道数记录区,使得在宽度方向上的中心线与数据磁道DT的中心线L1重合而形成记录操作TZb的磁道数据区,使得在宽度方向上的中心线L2的位置离开数据磁道DT的中心线L1,在垂直于数据磁道DT的方向(磁盘3的径向)上偏离d。距离d在位置接近外侧周边时较小,而在位置接近外周边时较大。在再生操作TZa的磁道数记录区和记录操作TZb的道数记录区记录相同的磁道数。
在伺服区形成用于相对于数据磁道DT的中心线L1定位再生磁头的一个摆动标记WM和另外一个用于定位再生磁头8b跟踪记录操作TZb的磁道数记录区的中心线L2的摆动标记WM。
因此,按照再生模式,通过参照摆动标记WM对再生磁头进行跟踪控制,再生磁头8b可以沿数据磁道DT的中心线L1扫描。另一方面,按照记录模式,通过响应利用再生磁头8b由摆动标记WM再生所产生的跟踪误差信号进行跟踪控制,再生磁头8b可以沿记录操作TZb的磁道数记录区的中心线L2扫描。这时,记录磁头8a沿数据磁道DT的中心线L1运行。
如以上所描述那样,预先形成用于记录扇面数或磁道数的区并在其中记录扇面数或磁道数,因此尽管再生磁头8b处于定位模式仍能保证再生扇面数或磁道数。
可以利用光学技术制造上述磁盘3,以下将参照图10和图11说明其制造工艺。
首先,例如将光刻胶42涂在玻璃盘41的表面上。将其上涂有光刻胶42的玻璃盘41放在一个转动平台43上并使之转动,而后仅用激光束44照射光刻胶42的所要求的区域,以便于用于图象蚀刻而形成沟纹。在用激光束44照射后,使光刻胶42显影,以便除去光刻胶42已被曝光的部分。在除去了光刻胶42的已曝光部分的玻璃盘41的表面上镀上镍45。镍45从玻璃盘41上剥下来并用作模子46。
接着,利用模子46形成基底31。而后,利用溅射法在基底31的表面上形成磁性膜32,以便制成一个磁盘3。
而后,借助于以下要描述的方法将磁盘3磁化。将磁盘3放在磁化器48上并在图12中按箭头a所示方向上转动。如图12所示,按照磁盘3的径向上的磁道间距移动磁头磁头49,同时将第一直流电流加到磁化磁头49上,包括磁盘3的纹间表面和沟纹的磁性膜32暂时在同一方向上完全被磁化。以后,按照在磁盘3的径向上的磁道间距移动磁化磁头49,同时,将极性与第一直流电流相反、电流值小于第一直流电流的第二直流电流加到磁化磁头49上,反过来只使磁盘3的纹间表面的磁性膜32磁化,而后写入定位信号(摆动标记、时钟标记)。
如上所述,由于只使用一个磁化磁头49写入定位信号,所以可以省略使磁化磁头49复位的工作,这样就增强了磁盘3生产效率。
应该将由于在把磁头滑动块6安装在磁盘装置1上的工作中所涉及的各种机械精度而产生的浮动偏差考虑到配备有具有以上所述的结构的磁盘3的磁盘装置1的磁头滑动块6的浮动设计之中。
例如,如果规定磁头滑动块6的浮动是50nm,那么一般按照以下所示项目规定磁头滑动块6的偏差的容许值。详细地讲,规定的允许偏差值为磁头滑动块6的工作精度偏差为±10%,磁头滑动块6的重量偏差为±20%,Z-高度偏差为±10%,基底31的波纹度为±10%,基底31的翘曲度为±10%,查找偏差为±10%,大气压力偏差为±10%,伺服区为±10%,余量为-5%,以及滑动高度为35nm。
在以上各项中,磁头滑动块6的重量对于浮动变化是敏感的,该重量的允许值同其他项目相比较规定得比较大。然而,由于用于制造支撑磁头滑动块6的重量的支撑物的工艺技术得到改进,所以磁头滑动块6的浮动变化相对于磁头滑动块6的重量的变化的允许值被改进为±10%。由于这种改进,磁头滑动块6的浮动变化相对于伺服区的允许值可以被改进为±20%。因此,如果规定磁头滑动块6的浮动为50nm,那么磁头滑动块6的浮动变化相对于伺服区可以为20nm P-P,更为理想是10nm P-P。
如果磁盘3的数据区的纹间表面和沟纹区和伺服区的纹间表面和沟纹区之比不同,那么磁头滑动块的浮动变化就增加。通过将处在磁盘3上的伺服区的面积相对于处在磁盘3的数据区的面积减少至磁头滑动块6不能识别数据区的纹间表面和沟纹以及伺服区的纹间表面和沟纹的比例的差别的程度,那么就可以减少磁头滑动块6的浮动变化。由于磁盘3是用于记录和再生数据,所以数据区的面积通常大于伺服区的面积,这种方法与同处在磁盘3上的数据区面积相比具有较小的处在磁盘3上的伺服区面积的磁盘3的质量上的众所周知的优点是一致的。
为了与处在磁盘3上的数据区的面积相比较实际减少处在磁盘3上的伺服区的面积,同数据区在磁盘3的圆周方向上的长度相比较,可以缩短伺服区在圆周方向上的长度。在位置靠近磁盘3的外侧周边时,在圆周方向上的长度较大。在数据区的圆周方向上的长度在最大的位置是4mm。因此,由于磁头滑动块的长度大约为2mm,所以在数据区圆周方向上的最大长度大约为磁头滑动块长度的二倍。另一方面,在伺服区圆周方向上的长度在最大位置上大约为300μm。因此,在伺服区的圆周方向上的最大长度大约为磁头滑动块长度的1/6。这样,对在数据区和伺服区的圆周方向上的长度和磁头滑动块6的浮动变化之间的关系进行了分析。
用于测量的盘是玻璃制的盘,在该测量盘上设置了象实际磁盘3一样的数据区和伺服区。按照与用于实际磁盘3相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区。首先,在玻璃盘表面涂敷光刻胶,根据蚀刻数据使用数据区和伺服区图形掩膜将涂好的光刻胶曝光。曝光后,利用RIE技术(活性离子蚀刻)将该光刻胶显影,形成数据区和伺服区的图形。
数据区的磁道间隔和磁道宽度分别为4.8μm和3.2μm,隔离带GB的深度,即沟纹的深度为200nm。
伺服区不象实际伺服区那样由内侧圆周到外侧圆周按线性形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线结构形成。伺服区的伺服凹坑SP的深度,即沟纹的深度,为200nm,而具有在以下所示的圆周方向上的各种长度的伺服磁道ST和伺服凹抗SP形成在玻璃盘的15.5mm至35.0mm半径之间的区域。以下所示的玻璃盘的伺服区长度代表在玻璃盘的35mm的直径处的长度,在实际磁盘3的相同位置上伺服区的长度也示出用作参考。
玻璃盘的伺服区长度              磁盘的伺服区长度
10μm                 8.6μm
25μm                 21.5μm
50μm                 43.0μm
75μm                 64.5μm
100μm                86.0μm
135μm                116.1μm
175μm                150μm
250μm                215μm
磁头滑动块6通常使用的是具有两条导轨的50%锥度斜面纳级滑动块,滑动块的长度为2.0mm,滑动块宽度为1.6mm,轨道宽度为200μm,而重量为3.5gf。当将这样的磁头滑动块置于玻璃盘30.2mm的半径位置并且以4000rpm的转速转动该玻璃盘时,磁头滑动块6和玻璃盘之间的相对速度为12.5m/s,而磁头滑动块的浮动约为50nm。
图13是用于显示磁头滑动块6的浮动变化和在伺服区的圆周方向上的长度之间关系的曲线。对于测量结果的归一化来说,使用通过对伺服区长度比磁头滑动块长度,即(伺服区长度)/(磁头滑动块长度),归一化得到的数据。测量使用的是激光测振计,在测量中,将用作基准的参比光束照射到玻璃盘表面(被置于20mm、25mm和30mm的半径位置处在径向上的宽度为0.4mm的平面区域)上,将测量光束照射在磁头滑动块6的后端用于区别。从该图上显而易见,磁头滑动块6的浮动变化随伺服区长度的增加而增加。
如上所示,对于磁头滑动块6的50nm的浮动,由伺服区引起的浮动变化为20nm P-P是理想的,更为理想是10nm P-P,因此,(伺服区长度)/(磁头滑动块长度)值可以为0.3或更小,理想的是0.05或更小。除去这些上限值之外,可能的最小值对于下限值来说也是可取的,允许形成伺服区并写入伺服信息的生产极限是下限。换句话讲,(伺服区长度)/(磁头滑动块长度)值可以是一个不超过0.3、或更为理想不超过0.05的值。从以上讨论可以看出,为了将伺服区的浮动变化的允许值缩小至±20%,更为理想是±10%,就要将伺服区长度规定为磁头滑动块长度的3/10或更短,或者该长度不超过3/10,更为理想是1/20或更短,或该长度不超过1/20。
如上所述,根据本发明,磁头在磁盘上的浮动变化被抑制,因此,磁头可以稳定地完成数据的记录和再生。
以下说明作为另一种解决方案的第二个实施例。
如果纹间表面和沟纹之比和平行于磁头滑动块6的运动方向的沟纹的深度等于纹间表面和沟纹之比和垂直于磁头滑动块6的运动方向的沟纹的深度,那么磁头滑动块6在带有平行的纹间表面沟纹的表面上的浮动大于磁头滑动块6在带有垂直的纹间表面沟纹的表面上的浮动。此外,磁头滑动块6在带有混合的平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间平面沟纹和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的平面上的浮动是磁头滑动块6在带有平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的表面上的浮动和磁头滑动块6在带有垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的表面上的浮动之产的一个浮动值。如果平行的沟纹和垂直的沟纹的深度更深,那么磁头滑动块6的浮动减少得更多。(参见“Averaged Reynolde Equation Extended to Gas LubricationProssessing Surface Roughness in the Slip Flow Regime:AproximateMethod and Confirmation Experiment”ASME Journal of Tribology,Vol.111,1989,pp 495-503,Mitsuya et al.)。
在上述磁盘3的数据区上的数据磁道DT和隔离带GB与平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹相同,另一方面,伺服区的伺服磁道ST和伺服凹坑SP是平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的混合。因此,如果在数据区的数据磁道DT和隔离带GB之比即纹间表面与沟纹之比和隔离带GB的深度即沟纹深度等于在伺服区上伺服磁道ST和伺服凹坑SP之比即纹间表面和沟纹之比和伺服凹坑SP和深度即沟纹的深度,那么磁头滑动块6在数据区的浮动大于磁头滑动块6在伺服区的浮动。
可以通过将伺服区上的沟纹深度减小到比数据区上的沟纹的深度更浅的程度使磁头滑动块在伺服区上的浮动等于磁头滑动块6在数据区上的浮动。
另外,可以通过将在伺服区上的纹间表面和沟纹之比提高到大于在数据区上纹间表面和沟纹之比的程度使在伺服区上沟纹的表观深度变浅而使磁头滑动块6在伺服区上的浮动等于磁头滑动块6在数据区上的浮动,同时在伺服区上沟纹的深度保持等于在数据区上沟纹的深度。在数据区上数据磁道DT和隔离带GB之比,即纹间表面和沟纹之比等于在磁头滑动块6的轨道宽度中的纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度中沟纹面积之比。同样,伺服轨道ST和伺服凹坑SP之比,即纹间表面和沟纹之比等于在磁头滑动块6的轨道宽度内的纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度内沟纹面积之比。
此外,要使在伺服区上的纹间表面和沟纹之比达到接近在数据区上的纹间表面和沟纹之比的水平。详细地讲,就是通过提供尽可能多的平行于磁头滑动块6在伺服区上的运动方向的沟纹以便使磁头滑动块6在伺服区上的浮动达到接近在数据区上磁头滑动块6的浮动的水平,可以抑制在伺服区之上通过过程中磁头滑动块6的浮动变化。然而,在提供平行于磁头滑动块6在伺服区上的运动方向的沟纹(从该沟纹中不再生伺服信号)的情况下,一般说来,由于相对于磁道宽度的比例,伺服性能严重降低,虽然它取决于伺服信号处理电路。因此,应该注意对平行于在伺服区上磁头滑动块6的运动方向的沟纹与磁道宽度之比进行编址。
首先,分析磁头滑动块6的浮动变化和在数据区上沟纹的深度和在伺服区沟纹的深度之比之间的关系。
用于第一次测量的盘是用玻璃制成的,象实际磁盘3一样设置了数据区和伺服区。按照与实际磁盘3所使用的方法相同的方法在玻璃盘表面上形成数据区和伺服区图案。首先,在玻璃盘表面上涂光刻胶,而后根据蚀刻数据用光束照射带有数据区和伺服区图案的光刻胶。在曝光后,通过第一次显影,例如利用RIE(活性离子蚀刻)法形成数据区和伺服区图案。而后,利用一个具有一个从其上预先只切去数据区的图案的掩膜对经过第一次显影的图案进行第二次显影,以便将在数据区上的沟纹的深度加深到深于在伺服区上的沟纹深度的程度。
借助于插入伺服区将数据区沿玻璃盘的圆周方向划分为七个区域,在数据区上隔离带GB的深度即沟纹的深度如以下所述那样随区域而不同。在数据区上磁道间距和磁道宽度分别为4.8μm和3.2μm,而数据磁道DT和隔离带GG之比即纹间表面和沟纹之比LGR(纹间表面-沟纹比)为2.0。
区号                         沟纹深度
1                100nm
2                200nm
3                267nm
4                333nm
5                400nm
6                600nm
7                734nm
伺服区不象实际伺服区那样从内侧圆周到外侧圆周线性地形成,而是按照沿磁头滑动块6的查找轨迹的曲线形状形成64个伺服区。伺服区的伺服凹抗SP的深度即沟纹的深度为200nm,而伺服磁道ST和伺服凹坑SP之比即纹间表面和沟纹之比LGR为2.0。
磁头滑动块是通常具有两条轨道的50%锥度的斜面纳级滑动块,滑动块的长度为2.0mm,滑动块宽度为1.6mm,轨道宽度为20μm,重量为3.5gf。当这样的磁头滑动块6被设置于磁盘的30.2mm半径位置上并且磁盘以4000rpm的转速转动时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度为7.0m/s,而磁头滑动块的浮动约为50nm。
图14是用于描述磁头滑动块6的浮动变化和在数据区上沟纹深度和在伺服区上沟纹的深度之比之间关系的曲线。一个激光测振仪被用于测量,在测量时,用作为标准的参比光束照射玻璃盘表面(被设置在20mm、25mm和30mm径向位置上的径向上宽度为0.4mm的平面区域),而用测量光束照射磁头滑动块6的后端用于区别。从图中显而易见,磁头滑动块6的浮动变化由于在数据区上的沟纹的深度变深而暂时减小,然而在临界点上,磁头滑动块6的浮动变化由于在数据区上的沟纹的深度变深超过临界值转而增加。如上所述,对于50nm的磁头滑动块的浮动来说由于伺服区所造成的浮动变化理想地可以为20nm P-P,更为理想为10nm P-P,并且(在数据区沟纹的深度)/(在伺服区沟纹的深度)的值因此可以在从0.2或更大至4.7或更小的范围内,更为理想是在从0.8或更大至3.0或更小的范围。
其次,分析浮动变化和在数据区纹间表面和沟纹之比以及在伺服区纹间表面和沟纹之比之间的关系。
用于进行第二次测量的盘是玻璃制成的,在该盘的整个圆周表面上设置了数据区和伺服区。数据区和伺服区是按照与实际磁盘3所使用的方法相同的方法形成的。
借助于插入伺服区将数据区沿玻璃盘的圆周方向划分成七个区域,数据磁道DT和隔离带GB之比,即在磁头滑动块6的轨道宽度中的纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度中的沟纹面积之比对于每个区域是不同的。数据区上的隔离带GB的深度即沟纹的深度为200nm。
区域号                纹间面积和沟纹面积之比
  1                            0.5
  2                            2.0
  3                            3.0
  4                            4.0
  5                            5.0
  6                            8.0
  7                            10.0
伺服区不象实际伺服区那样从内侧圆周到外侧圆周线性地形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线形状形成64个伺服区。伺服区的伺服凹坑SP的深度即沟纹的深度是200nm,伺服磁道ST和伺服凹坑SP之比,即在磁头滑动块6的轨道宽度中纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度中沟纹面积之比为2.0。
磁头滑动块6是具有两条轨道的50%锥度的斜面纳未级滑动块,滑动块长度为2.0mm,滑动块宽度为1.6mm,轨道宽度为20μm,而重量为3.5gf。当将这样的磁头滑动块6放置在磁盘的30.2mm半径位置上并且磁盘以4000rpm的转速转移时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度为7.0m/s,而磁头滑动块的浮动约为50nm。
图15是用于描述磁头滑动块6的浮动变化同在数据区上数据磁道DT和隔离带GB之比即在磁头滑动块6的轨道宽度中的纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度中的沟纹面积之比除以在伺服区上伺服磁道ST和伺服凹坑SP之比即在磁头滑动块6的轨道宽度中的纹间表面面积和在磁头滑动块6的轨道宽度中的沟纹面积之比的商之间的关系。测量使用激光测振仪,如从该图中明显看出的那样,磁头滑动块6的浮动变化暂时随以上所述商的增加而降低。但是在某个临界点,磁头滑动块6的浮动变化在该商上升至大大超过该临界值时转而增加。如上所述,对于磁头滑动块的50nm的浮动来说,由于伺服区所造成的浮动变化理想的可以为20nm P-P,更为理想为10nm P-P,因此,上述商可以为6.7或更小,更为理想是在大于等于1.0至小于等于4.0这一范围内。
最后,分析对于额外地平行于磁头滑动块6的运动方向设置沟纹的情况磁头滑动块的浮动变化。
用于第三次测量的盘是玻璃制成的,在该盘的整个圆周表面上设置数据区和伺服区。按照与实际磁盘3所使用的方法相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区。
数据磁道的磁通间距和磁道宽度分别为4.8μm和3.2μm,隔离带GB的深度即沟纹的深度为200nm。
在玻璃盘上形成64个圆形伺服区,在图16所示的四个区域设置的平行于磁头滑动块6的运动方向的沟纹(纹间表面示成黑色并且沟纹示成白色)如下所述那样彼此是不同的。伺服区不象实际伺服区那样从内周边到外周边线性地形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线形状形成伺服区。伺服区的伺服凹坑SP的深度即沟纹的深度为200nm。
区域号         沟纹的间隔      沟纹的宽度
  1
  2            1个磁道间距       0.4μm
  3            1/2个磁道间距     0.8μm
  4            1个磁道间距       0.8μm
磁头滑动块6通常是具有2条轨道的50%锥度的斜面纳未级滑动块,滑动块的长度是2.0mm,滑动块的宽度是1.6mm,轨道宽度是20μm,而重量是3.5gf。当将这样的磁头滑动块6放置在磁盘的30.2mm的径向位置并且磁盘以4000rpm的转速转动时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度是7.0m/s,而磁头滑动块的浮动约为50nm。
图17是用于描述磁头滑动块6的浮动变化和平行于磁道滑动块6的运动方向的沟纹的宽度和磁道宽度之比之间的关系的曲线。测量使用激光测振仪,如从该图明显地看出的那样,磁头滑动块的浮动变化随沟纹宽度和磁道宽度之比的增加而下降。如上所述,对于50nm的磁道滑动块的浮动变化由于伺服区而产生的浮动变化理想地可以是20nm P-P,更为理想可以是10nm P-P,因此,沟纹宽度和磁道宽度之比可以为0.05或更大,更为理想可以为0.27或更大。
如上所述,根据本发明,磁道滑动块在磁盘上的浮动变化被抑制,磁头可以稳定的完成数据的记录和再生。
以下描述作为另一种解决办法的第三个实施例。
通过利用具有小伺服区间隔的磁盘3和利用波形干扰引起对磁头滑动块在伺服区上方通过过程中浮动变化的波形干扰可以最大限度地减小磁头滑动块6的浮动变化。由于利用了这样的波形干扰,所以利用多次干扰可以将磁头滑动块6的浮动变化减小到可忽略的程度。
磁头滑动块6的响应频率是很高的,磁头滑动块6的浮动变化的曲线形状在用于伺服区的通常的周期的条件下很少与波形干扰有关(例如4KHz)。此外,由于在伺服区中的图形非常复杂并包括高频成分,所以磁头滑动块6的浮动变化的曲线形状不能利用简单的数据分析法加以分析。由一种解决办法看来,要对磁头滑动块6的浮动变化和在投射到磁盘上的磁头滑动块长度中的伺服区的数量之间的关系进行分析。
用于测量的盘是用玻璃制成的在该测量盘上设置了与实际磁盘3一样的数据区和伺服区。按照与实际磁盘3所使用的方法相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区。首先,在玻璃盘上涂敷光刻胶,使用该数据区和该伺服区的图案根据蚀刻数据将涂敷的光刻胶曝光。曝光后,利用RIE(活性离子蚀刻)法将该光刻胶显影,形成数据区和伺服区的图案。
数据区的磁道间距和磁道宽度分别为4.8μm和3.2μm,隔离带GB的深度,即沟纹的深度为200nm。
与实际伺服区不同,该伺服区不是从内侧周边到外侧周边线性地形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线结构形成。如以下所示那样,投影到玻璃盘上的磁头滑动块长度上伺服区的数目对于在玻璃盘的圆周方向上每三个区域是不同的。伺服区的伺服凹坑SP的深度即沟纹的深度为200nm,伺服磁道ST和伺服凹坑SP形成了玻璃盘的15.5mm半径至35.0mm半径之间的区域。
    区域号            伺服区域
      1                1.05
      2                2.12
      3                4.17
磁头滑动块6通常是具有两条轨道的50%锥度的斜面纳未级滑动块,滑动块长度为2.0mm,滑动块宽度为1.6mm,轨道宽度为20μm,而重量为3.5gf。当将这样的磁头滑动块6置于磁盘的半径30.2mm的位置上并且以4000rpm的转速转动磁盘时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度为7.0m/s,磁头滑动块的浮动约为50nm。
图18是用于说明磁头滑动块6的浮动变化和在投影在玻璃盘上的磁头滑动块的长度上伺服区的数目之间的关系的曲线。使用激光测振仪进行测量,测量时用作为标准的参比光束照射玻璃盘表面(设置在20mm、25mm和30mm的半径位置上的在径向上宽度为0.4mm的平面),在不同的是用测量光束照射磁头滑动块6的后端。从图中明显看出,磁头滑动块6的浮动变化在投影在玻璃盘上的磁头滑动块长度上的伺服区数增加时降低。换句话讲,如果伺服区系列全部或部分地设置在磁头滑动块6的每个投影长度上,那么浮动变化就会降低。如上所述,对于50nm的磁头滑动块的浮动来说由于伺服区所引起的浮动变化理想的可以为20nm P-P,更为理想可以为10nm P-P,因此,在投影在玻璃盘上的磁头滑动块长度上的伺服区数目可以大于等于1,更为理想是大于等于2。这里给出了下限值,另一方面,上限值最好尽可能很大,允许形成伺服区并且写入伺服信息的制造极限是下限。
如上所述,根据本发明,磁头在磁盘上的浮动变化被抑制,磁头可以稳定地记录和再生数据。
以下描述作为另一种解决方案的第四个实施例。通过分别减小磁盘3的隔离带GB和伺服凹坑SP的深度或数据区和伺服区的沟纹的深度,换句话讲,即分别减小数据磁道DT和隔离带GB之间的阶差和伺服磁道ST和伺服凹抗SP之间的阶差或在数据区和伺服区纹间平面和沟纹之间的阶差,可以减小磁头滑动块6的浮动变化。
用于测量的盘是玻璃制成的盘,在测量盘上设置与实际磁盘3相同的数据区和伺服区,按照与实际磁盘3所使用的相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区。首先,将光刻胶涂在玻璃盘表面上,根据蚀刻数据,利用数据区和伺服区的图形将被涂敷的光刻胶曝光。曝光后,利用RIE(活性离子蚀刻)法使该光刻胶显影,形成数据区和伺服区图案。通过调节光刻胶厚度和显影时间改变纹间平面和沟纹之间的阶差。
伺服区不象实际伺服区那样由内侧周边到外侧周边线性地形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线结构形成。伺服磁道ST和伺服凹坑SP形成在玻璃盘的15.5mm到35.0mm半径之间的区中。
磁头滑动块6通常是具有二条轨道的50%锥度的斜面纳未级滑动块,滑动块的长度为2.0mm,滑动块的宽度为1.6mm,轨道宽度为20μm,重量为3.5gf。当将这样的磁头滑动块6置于磁盘的半径30.2mm的位置上并以4000rpm的转速转动磁盘时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度为7.0m/s,磁头滑动块的浮动约为50nm。
图19是用于描述磁头滑动块6的浮动变化和分别在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差之间的关系的曲线。测量使用激光测振仪,在测量中,用作为标准的参比光束照射玻璃盘表面(设置在半径为20mm、25mm和30mm处的在径向宽度为0.4mm的平面区域),不同的是用测量光束照射磁头滑动块6的后端。从图上明显看出,当在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹的阶差分别减少时磁头滑动块6的浮动变化减小。如上所述,对于50nm的磁头滑动块的浮动来说,由于伺服区造成的浮动变化理想的可以是20nm P-P,更为理想可以是10nm P-P,因此,分别在数据区上和在伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差可以是320nm或更低,更为理想是200nm或更低。这里给出了下限值,另一方面,更理想的是上限尽可能的大,然而,下限受到限制,原因在于在用于分别同时磁化在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹部分的第一次磁化之后,需要涉及用于仅磁化纹间表面的附加磁化的二级磁化。
二级磁化能否采用的可能性取决于磁化磁头的磁场分布的陡度和在数据区和伺服区的纹间表面和沟纹的升角和降角的大小(参看图20)。因此,如果从磁化磁头发生的磁场在磁盘表面上满足公式1,那么二级磁化从理论上讲是可应用的。[公式1]
      δB/δX·(d-t)·tanθ>HCB:磁化磁头的磁通密度D:数据区和伺服区的沟纹和纹间表面之间的阶差t:磁性膜的膜厚度Q:纹间平面和沟纹的升角和降角HC:磁性膜的矫顽力
根据公式1,从理论上讲,只要在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差不小于磁性膜的厚度,就可以采用二级磁化,以便于磁化在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹。
现在分析对其可采用二级磁化的在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差。对上述玻璃盘施以溅射,形成磁性膜,使用这样的磁盘进行测量。用作磁性膜的材料是钴-铬-铂(Co Cr Pt),该材料的矫顽力(HC′)为2000Oe。该磁性膜由基底起按顺序包括5nm厚的碳(C)、10nm厚的铬(Cr)、10nm厚的钴-铬-铂(Co Cr Pt)和10nm厚的碳。为了使磁化磁头的磁场分布陡峭,间隙长度为0.2μm,磁头滑动块浮动为50nm,以及临界截面高(throat height)为0.2μm,使用Bs(饱和磁通量密度)为13KG的以氨化铁为主要成分的材料作为磁芯材料。
为了进行磁化,首先将60mA O-P的第一磁化电流加到磁化磁头上,利用由磁化磁头产生的磁场将数据区和伺服区Z的纹间表面和滑纹暂时磁化。而后,将第二磁化电流加到磁化磁头上,利用由磁化磁头发出的磁场只磁化数据区和伺服区上的纹间表面。第二磁化电流的数值视磁性膜、磁化磁头和数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹的阶差的特性的不同显著不同。在磁化电流逐渐增加到出现第二磁化电流的最大值的同时观察由数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹发出的磁信号的值,最大值被认为是在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差下的磁化信号的幅值。
图21是用于描述磁化信号的幅值和在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差之间的关系的曲线。从图上可以明显出,磁信号的幅值就在小于100nm的数据区和伺服区上的纹间表面和沟级之间的阶差的这一点开始下降,而在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差小于等于20nm的附近开始陡然下降。因此,在数据区和伺服区上的纹间表面和沟纹之间的阶差的下限为20nm是理想的,更为理想是100nm。
如上所述,根据本发明,磁头在磁盘上的浮动变化被抑制,磁头可以稳定地记录和再生数据。
以下描述作为另一种解决方案的第五个实施例
在上述磁盘3中,磁头滑动块6是由磁盘3的纹间表面和沟纹支撑的。例如,假定由磁盘3加到磁头滑动块6上的压力在垂直于磁头滑动块6的运动方向的方向上是恒定的,那么对于双轨斜面滑动块来说这是成立的,由磁头滑动块6加到磁盘3的纹间表面和沟纹上的压力主要是受磁盘3的纹间表面和沟纹面积之比的控制。这里,由公式2和3来确定纹间表面和沟纹面积之比,其中LR+GR=1。[公式2]
             LR=S1/(S1+Sg)LR:处在磁头滑动块6的投影下的磁盘3的表面区域中的纹间表面占有的面积比S1:处在磁头滑动块6的投影下的磁盘3的凸起面的面积Sg:处在磁头滑动块6的投影下的磁盘3的凹槽的面积[公式3]
                GR=Sg/(S1+Sg)GR:处在磁头滑动块6的投影下的磁盘3的表面区域中的沟纹区占有的面积比
假定磁盘3的纹间表面和沟纹之间的阶差为D,那么在磁头滑动块6和纹间表面和沟纹之间形成的空气膜的弹簧常数用由公式1导出的公式4表示。[公式4]
            KG=L·(g/(h+d))
            KL=L·(g/h)KG:沟纹的弹簧常数KL:纹间表面的弹簧常数h:磁头滑动块从纹间表面起的浮动d:纹间表面和沟纹之间的阶差
图22所示的简图被用来计算在磁盘3和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数。磁头滑动块6由磁盘3和纹间表面之间形成的空气膜和磁盘3和沟纹之间形成的空气膜支撑。假定这两个弹簧同时均匀变形,假定每个弹簧的基值比取决于磁盘3的纹间表面和沟纹的比例。因此,对于常规磁盘来说,GR=0,LR=1.0。
利用图22所示的简图按由公式导出的公式计算两个弹簧的组合弹簧常数。[公式5]-LR·KL·l=η·g-GR·KG·l=(1-η)·gl:弹簧伸长距离η:加在在纹间表面和磁头滑动块之间形成的空气膜上的重量比[公式6]
         KC=GR·KG+LR·KL
通过从KL中减去KC将在常规磁盘和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数KL同KC比较,常规磁盘具有与本发明的磁盘相同的磁头滑动块在磁盘3上的浮动。[公式7]
KL-KC=KL-(GR·KG+LR·KL)
     =(1-LR)·KL-GR·KG
     =GR·(KL-KG)
因此,从公式3和4导出公式8。[公式8]
           GR≥
           KL-KG≥0
在公式8中,当沟纹比等于0,即磁盘是常规磁盘时,GR=0。当纹间表面和沟纹之间的阶差等于0时,即磁盘是常规磁盘时,KL-KG=0。在磁盘3和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数可以被减小至小于在常规的磁盘和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数的程度。
从公式6可以知道,通过提高沟纹比可以减小在磁盘3和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数。因此,如果使沟纹比达到最大的纹间表面的宽度等于磁道宽度,那么在磁盘3和磁头滑动块6之间形成的空气膜的弹簧常数可以减至最小而不会降低记录质量。换句话讲,沟纹为磁头滑动块6提供了磁头滑动块靠近纹间表面浮动所需要的动态压力。
利用按如下所述制备的测量盘分析磁头滑动块6的浮动。测量盘是玻璃制的,同心地且有规律地形成纹间平面和沟纹。按照与实际磁盘3所使用的方法相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区。首先,在玻璃盘表面上涂敷光刻胶,根据蚀刻数据利用数据区和伺服区的图形将涂好的光刻胶曝光。曝光后,利用RIE(活性离子蚀刻)法将该光刻胶显影,形成数据区和伺服区图形。
如图23所示,纹间表面的宽度为3.2μm,沟纹的宽度为1.6μm。在玻璃盘上半径15.5mm至20.5mm之间的区域中形成同心的纹间表面和沟纹的图形,靠近图形的中心形成用于测量浮动的宽度为0.4mm的平面区域。
磁头滑动块6是通常的双轨斜面纳未级滑动块,滑动块的长度为2.0mm,滑动块的宽度为1.6mm,轨道宽度为200μm,重量为3.5gf。在轨道和轨道之间,即磁头滑动块6的中心线上,设置一条用于测量的宽度为50μm的轨道。这条轨道的宽度同其他两条轨道的宽度相比要足够窄,因此,这条轨道不影响磁头滑动块的浮动。
首先,使玻璃盘按照是以使磁头滑动块浮动的转速旋转,并利用一个浮动计测量浮动,同时缓慢地降低转动速度,直到磁头滑动块与玻璃盘接触为止。
图24A是用于描述磁头滑动块6的浮动和玻璃盘和磁头滑动块之间在平面上的相对速度之间的关系的曲线,图24B是用于描述磁头滑动块6的浮动和玻璃盘与磁头滑动块6之间的纹间表面沟纹平面上的相对速度之间的关系的曲线。
磁头滑动块6在平面上的浮动在相对速度为1.5m/s的附近起伏,这使人联想到磁头滑动块6同玻璃盘的接触。就在接触前磁头滑动块6的浮动为21.7nm。
另一方面,即使在12.1m/s的相对速度下磁头滑动块6在纹间表面沟纹平面上也不起伏并且浮动值很小。在相对速度12.1m/s下磁头滑动块6的浮动为15.6nm。
如从以上所述讨论中所推断出的那样,对于同一磁头滑动块来说,磁头滑动块6在纹间表面沟纹平面上的浮动小于磁头滑动块6在平面上的浮动,浮动滑动块6在纹间表面沟纹平面上的浮动比在平面上更稳定。
磁头滑动块6和纹间表面沟纹的结构不限于在本实施例4的上述结构。
如上所述,根据本发明,磁头在磁盘上的浮动变化被抑制,磁头可以稳定地记录和再生数据。
以下说明作为另一种解决方案的第六个实施例。
为了评价磁头滑动块6的浮动变化,最好直接测定浮动变化。然而,由于要使用收敛运算,直接测量浮动变化是困难的。当磁头滑动块6的浮动和状态被固定在随机的浮动和状态时从对加在磁头滑定块6上的压力的计算中得出的负载能力同样被用作评价磁头滑动块6的浮动的变化参数。可以不使用收敛运算计算磁头滑动块6的负载能力并且这种负载能力的计算要比直接计算磁头滑动块6的浮动变化容易。然而,由于磁头滑动块6的负载能力是用静态数字分析导出的,所以负载能力不适合用作分析动态特性,(例如在磁头滑动块6在通过伺服区上方过程中的浮动变化)的参数。
在上述磁盘3上伺服区的数目约为60至80,并且伺服区的尺寸约为0.2mm,尽管在磁盘3的外侧圆周和内侧圆周之间是不同的。假定伺服区的数目为60,那么伺服区的循环为2.5mm。磁盘3通常以3600rpm的速度转动,因此,一次循环为16.7ms。
磁头滑动块6被在轨道6a和6b以及磁盘3的表面之间形成的空气膜支撑并使其浮起。在轨道6a和6b上压力的分布中,压力在由轨道6a和6b的后端起的内侧0.2mm的位置上压力最大,因此磁头滑动块6是由这一部分支撑并使起浮起。因此,可以将实际条件认为是尺寸为0.2mm的物体在间隔为2.5mm的0.2mm的纹间表面沟纹上运行的实际条件。从以上讨论可以得出磁头滑动块6的负载能力适合用作评价磁头滑动块6的浮动变化。
首先分析负载能力与纹间表面沟纹之间的关系。
图25是用于描述磁头滑动块6的负载能力和平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹之比之间的关系的曲线。图26是用于描述磁头滑动块6的负载能力和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹之比之间的关系的曲线。图27是用于描述磁头滑动块6的负载能力和平行于以及垂直于磁头滑动块6的运动方向的沟纹深度对磁头滑动块的随机浮动之比之间的关系的曲线。在这里,这些实线、点划线和虚线表示沟纹的深度。
平均间隙理论被用于计算磁头滑动块6的负载能力。详细地讲,如果平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面以及沟纹和沟纹深度之比等于垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面以及沟纹和沟纹深度之比,那么磁头滑动块6在带有平行纹间表面沟纹的平面上的浮动大于磁头滑动块6在带有垂直纹间平面沟纹的平面上的浮动。此外,磁头滑动块6在带有混合起来的带有平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的平面上的浮动落在磁头滑动块6在带有平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的平面上的浮动和磁头滑动块6在带有垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面沟纹的平面上的浮动之间的一个值之中。平行沟纹和垂直沟纹的较深的深度使磁头滑动块6的浮动较小。(参见“AveragedReynolde Equation Extended to Gas Lubrication ProcessessingSurface Roghness in the Slip Flow Regime;Approximate Methodand Confirmation Experiments”  ASME Journal of Tribology,Vol.111,1989,pp495-503,Mitsuya et al,)
如同从图13、图14和图15可明显看出的那样,磁头滑动块6的负载能力视纹间表面沟纹的方向和沟纹的深度不同而不同,尽管纹间表面和沟纹的比例相等。在磁盘3的数据区上的数据磁道DT和隔离带GB基本上是平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹,而在伺服区上的伺服磁道ST和伺服凹坑SP基本上是垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹。在制作一张磁盘3时,将隔离带GB与伺服凹坑SP区分开是困难的,这是因为这种区分造成了制造工艺的复杂性。因此,最好使磁盘3中的隔离带GB的深度与伺服凹坑SP的深度相等。根据以上讨论,数据区的磁头滑动块6的负载能力等于伺服区的磁头滑动块6的负载能力被认为是平行于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹的磁头滑动块6的负载能力和垂直于磁头滑动块6的运动方向的纹间表面和沟纹的磁头滑动块6的负载能力相等。
如上所述,计算磁头滑动块6的负载能力是容易的,但是难以确定磁头滑动块6的实际浮动的绝对值。为了知道磁头滑动块6的负载能力的多大差别产生多大的磁头滑动块6的实际浮动,首先要分析磁头滑动块6的负载能力差和磁头滑动块6的浮动差之间的关系。
第一块测量盘是玻璃制成的,其上形成数据区图形的区域被设置在该盘的半圆表面上,而未形成图形的平面区域设置在该盘的另外半圆表面上。按照与实际磁盘3所使用的相同的方法在玻璃盘上形成数据区。首先,将光刻胶涂在玻璃盘表面上,根据蚀刻数据利用数据区图形使涂敷的光刻胶曝光。在曝光后,利用RIE(涂性离子蚀刻)法将该光刻胶显影,形成数据区图形。
磁道间距和磁道宽度分别为4.8μm和3.2μm,数据磁道DT和隔离带GB之比,即纹间表面和沟纹之比LGR(纹间表面-沟纹比)为2.0,隔离带GB的深度即沟纹的深度为200nm。在图27中,如果磁头滑动块6按照50nm的浮动而浮动,那么这种浮动对应于在平面区域磁头滑动块6的3.5的负载能力,并且对应于在数据区磁头滑动块6的2.7的负载能力。测量使用激光测振仪,在测量时,用作为标准的参比光束照射玻璃盘表面(设置在20mm、25mm和30mm的半径位置上的在径向上宽度为0.4mm的平面),不同的是用测量光束照射磁头滑动块的后端。磁头滑动块6在平面区域上的浮动和磁头滑动块6在数据区上的浮动之间的差是30nm。因此,数量为1的负载能力差对应于磁头滑动块6的37.5nm的浮动差。
其次,通过使数据区的磁头滑动块6的负载能力与伺服区的磁头滑动块6的负载能力相等减小在通过伺服区上方过程中磁头滑动块6的浮动变化的可能性并且恰当地使用通过静态分析法以作为动态过程的在通过伺服区上方过程中磁头滑动块6的浮动变化的参数而得到的磁头滑动块6的负载能力的可能性是一致的。
第二个测量盘是玻璃制成的,然而伺服区没有实际的伺服磁道和伺服凹坑,而只是其上形成简单重复的纹间表面和沟纹的区域。按照与实际磁盘3所使用的相同的方法在玻璃盘上形成数据区和伺服区图案。
通过插入伺服面积将数据区在玻璃盘的圆周方向上划分为七个区域,数据磁道DT和隔离带GB之比即纹间平面和沟纹之比对于每个区域是不同的。在数据区磁道间距是4.8μm,隔离带GB的深度是200nm。
  区域号                 LGR
    1                    1.0
    2                    1.5
    3                    2.0
    4                    2.3
    5                    3.2
    6                    3.8
    7                    5.5
伺服区不象实际伺服区那样由内侧圆周到外侧圆周线性地形成,而是沿磁头滑动块6的查找轨迹按曲线结构形成64个伺服区。伺服区的伺服凹坑的深度即沟纹的深度为200nm,伺服轨道ST和伺服凹坑SP之比即纹间平面和沟纹之比LGR是5.5。
磁头滑动块6是通常的双轨斜面纳未级滑动块,滑动块的长度是2.0mm,滑动块宽度为1.6mm,轨道宽度是20μm,重量是3.5gf。当磁头滑动块被置于磁盘的半径为30.2mm位置处并且磁盘以4000rpm的转速转动时,磁头滑动块和磁盘之间的相对速度为7.0m/s,磁头滑动块的浮动为50nm。
图28是用于描述磁头滑动块的浮动变化和数据磁道DT和隔离带GB之比即纹间表面和沟纹之比LGR之间的关系的曲线。通过使用激光测振仪进行测量所得到的结果用实线示于图28中,由磁头滑动块6的负载能力计算出的浮动变化(该值简单地加上了由于基底的3.5nm的波纹度造成的误差)用黑色圆点示于图28中。测量与计算几乎一致。由这一结果可以推断出用静态分析得到的磁头滑动块6的负载能力可以合适地用作作为动态过程的磁头滑动块6在通过伺服区上方过程中的浮动变化的参数。在对应于在数值为5.5的伺服磁道ST和伺服凹坑SP的比例条件下的磁头滑动块6的负载能力的数值为3.8的数据磁道DT和隔离带GB的比例下,磁头滑动块6在通过伺服区上方过程中的浮动的变化接近0。从以上讨论可以推断出,使数据区的磁头滑动块的负载能力与伺服区的磁头滑动块的负载能力相等对于减小磁头滑动块在通过伺服区上方的过程中的浮动的变化是有效的。
如上所述,根据本发明,磁头滑动块在磁盘上的浮动变化受到抑制,磁头可以稳定地记录和再生数据。

Claims (20)

1一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上,用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区,在该磁盘中,所述控制信号记录区的圆周长度的值不超过所述磁头滑动块的长度的3/10。
2一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该磁盘装置中,所述控制信号记录区的圆周长度不超过所述磁头滑动块的长度的3/10。
3一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区;在该磁盘中,在所述数据记录区上的沟纹的深度和在所述控制信号记录区上的沟纹的深度之比等于或大于0.2和小于或等于4.7。
4一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该磁盘装置中,在所述数据记录区上的沟纹的深度和在所述控制信号记录区上的沟纹的深度之比等于大于0.2并且小于或等于4.7。
5一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区,在该磁盘中,在所述数据记录区上纹间表面沟纹比除以在所述控制信号记录区上纹间表面沟纹比的商等于或小于6.7。
6一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该磁盘装置中,在所述数据记录区上纹间表面沟纹比除以在所述控制信号记录区上的纹间表面沟纹比的商等于或小于6.7。
7一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分成数据记录区和控制信号记录区;在该磁盘中,平行于所述磁头滑动块的运动方向的纹间表面被设置在所述控制信号记录区。
8根据权利要求6所述的磁盘,其特征在于平行于所述磁头滑动块的运动方向的纹间表面的宽度和磁道宽度之比等于或大于0.05。
9一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分成数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该磁盘装置中,平行于所述磁头滑动块的运动方向的纹间表面被设置在所述控制信号记录区。
10根据权利要求9所述的磁盘装置,其特征在于平行于所述磁头滑动块运动方向的纹间表面的宽度和磁道宽度之比等于或大于0.05。
11一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该平面上的纹间表面和沟纹被划分成数据记录区和控制信号记录区;在该磁盘中,一系列所述控制信号记录区全部或部分被设置在所述磁头滑动块的每个投影长度上。
12根据权利要求11所述的磁盘,其特征在于设置在所述磁头滑动块的一个投影长度上的所述控制数据记录区的数目等于或大于1。
13一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该磁盘装置中,一系列所述控制信号记录区全部或部分被设置在所述磁头滑动块的每一个投影长度上。
14根据权利要求13所述的磁盘装置,其特征在于设置在所述磁头滑动块的一个投影长度上的所述控制信号记录区的数目等于或大于1。
15一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区;该磁盘的结构使得所述纹间表面和沟纹的阶差不超过320nm。
16一种磁盘装置,该装置包括:
一个利用形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分为数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
该磁盘装置配制了一个结构使得所述纹间表面和沟纹的阶差不超过320nm。
17一种磁盘,该磁盘配有有一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘带有
用于记录数据的纹间表面,以及
用于提供动态压力给只浮在沟级上方的所述磁头滑动块的沟纹。
18一种磁盘装置,该装置包括
一个用于记录和再生数据的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
该磁盘装置带有用于记录数据的纹间表面和用于提供动态压力给只浮动在所述磁盘的表面上的沟纹上的所述磁头滑动块的沟纹,
19一种磁盘,该磁盘配置了一个安装在一个浮动的磁头滑动块上用于记录和再生数据的磁头,该磁盘的表面区利用形成在该表面上的纹间表面和沟纹被划分成数据记录区和控制信号记录区;在该磁盘中,所述磁头滑动块在所述数据记录区上的负载能力等于所述磁头滑动块在所述控制信号记录区上的负载能力。
20一种磁盘装置,该装置包括:
一个用于形成在表面上的纹间表面和沟纹沿径向被划分成数据记录区和控制信号记录区的磁盘,
一个浮在所述磁盘的表面上并且在所述磁盘的径向运动的磁头滑动块,以及
一个安装在所述磁头滑动块上用于在所述磁盘上记录数据和从所述磁盘再生数据的磁头;
在该装置中,磁头滑动块在所述数据记录区上的负载能力等于所述磁头滑动块在所述控制数据记录区上的负载能力。
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