JP2006031763A

JP2006031763A - 浮上ヘッド

Info

Publication number: JP2006031763A
Application number: JP2004205621A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Katano; 智紀片野
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【目的】スライダ１１０の空気軸受け面１１２ａに互いに位置を近接させて配置され、各々外部に導通した配線を取り出せる電極１３１〜１３３と、ディスク状記録媒体２との間に形成される静電容量から記録媒体に対する浮上量ｄ_Aをスライダ面へ付着した潤滑剤１２３の厚みｄ_{L 1}に無関係に安定に測定する。
【構成】電極１３３は電極１３１、１３２よりスライダ内部側に距離ｄ_{L 2}だけ奥まっている。電極１３１、１３２間の静電容量Ｃ₁ と、電極１３１、１３３間の静電容量Ｃ₂とを同時に測定する。Ｃ₁ はＣ_A とＣ_{L 1}、従って未知数ｄ_A とｄ_{L 1}の関数、Ｃ₂ はＣ_A とＣ_{L 1}およびＣ_{L 2}、従って未知数ｄ_A とｄ_{L 1}の関数となる（但しＣ_A は付着潤滑剤と空気層との界面上の各仮想電極（１３１’〜１３３’）と記録媒体間、Ｃ_{L 1}は仮想電極１３１’と電極１３１間、Ｃ_{L 2}は仮想電極１３３’と電極１３３間の各静電容量、各電極面積や潤滑剤
誘電率は既知）。よって浮上量ｄ_A が求まる。
【選択図】図３

Description

本発明は磁気ディスク等のディスク状記憶媒体の記録面上を浮上しながら走行し、ヘッド素子を介してこの記憶媒体へ磁気的あるいはその他の原理で情報を記録したり、この記憶媒体に記録された情報を再生したりするスライダの浮上動作（浮上量等）を観察するために、特にスライダにこの浮上動作観察用のセンサ手段を付加してなるディスク状記憶媒体記録面の走査機構（つまり、スライダとこれを弾性的に支持するサスペンションとからなる機構、いわゆるヘッド装置）としての浮上ヘッドに関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。

コンピュータの扱う情報量は年々増大の一途を辿っており、これに合わせてその外部記憶装置には大容量化が求められる一方で、モバイルコンピュータ用途を中心として小型化に対する要求も強くなっている。このため外部記憶装置、特に磁気記録装置は年々その記録密度を高めている。
磁気記録装置は情報を記録・再生するヘッドと、情報が記録されるディスク状の記録媒体から成るが、高密度に情報を記録媒体に書き込むため、ヘッド（ここでは厳密には、ヘッド素子を内蔵するスライダ、ヘッドスライダともいう）と記録媒体との間隔（換言すれば、ヘッドの記録媒体に対する浮上量）は年々小さくなってきており、わずかなヘッドの浮上変動が記録再生動作に大きな影響を及ぼす。このためヘッドの浮上量および浮上姿勢（角度）を的確に評価し、最適な磁気記録装置の設計を行う必要がある。

また、ヘッドと記録媒体との隙間の狭小化に伴い、記録媒体上に塗布された潤滑剤がヘッドに移着し、これがヘッドの浮上動作に影響を与えることが指摘されており、ヘッドの浮上量、浮上姿勢と同時に、ヘッドヘの潤滑剤の付着厚さを評価することが求められている。
従来、ヘッドの浮上量や浮上姿勢を測定するには、ヘッドを専用のガラスディスク上に浮上させ、該ガラスディスク側から光を入射させ、ガラスディスク面とヘッドの空気軸受け面（いわゆる Air Bearing Surface の訳からなる業界用語、つまり、ディスク面に最も近く対向する平面で、ディスク面から空気膜を介して支持される面）との間で光を干渉させ、その隙間間隔すなわち浮上量を測定していた。しかしながら、この測定方式はあくまでも専用のガラスディスク上で行う方式であり、実際の記録媒体上での評価ができないという問題がある。

実際のディスク状記録媒体の上でヘッドの浮上量を測定する方法としては、ヘッドと記録媒体間の距離に依存する静電容量を測定する手法が開示されている（特許文献１〜４参照）。ここで、この静電容量を測定する手法の原理を図４を使って説明する。
図４は従来の磁気ディスク装置の要部の構成を示す図で、この図は右やや斜め上から左やや斜め下に向けその長手方向にサスペンション１２が伸びている浮上ヘッド１の側面と記録媒体２の断面を示している。
同図において浮上ヘッド１は、記録媒体２の情報を記録・再生するヘッド素子をその下面側の先端部分に（図の左下隅部）に内蔵するスライダ１１と、スライダ１１を弾性的に支持するサスペンション１２とからなり、図外のＶＣＭ（ボイスコイルモータ）によって、スライダ１１内のヘッド素子が記録媒体２の目標のトラック上に位置するよう位置決め駆動される。

そしてスライダ１１は、相対運動をする（本例では回転により右方から左方へ移動する）記録媒体２との間に生ずる空気流の浮揚力によって、記録媒体２のトラック上を浮上しながら走行する。なお、記録媒体２は基板２０の上に磁性膜２１、保護膜２２を順次成膜したうえ、その表面を潤滑膜２３で覆って作られている。
いま、スライダ１１と記録媒体２との距離すなわち浮上量をｄとし、スライダ１１の記録媒体２に対向する有効面積（この場合、スライダ１１の空気軸受け面は記録媒体２の面に対しほぼ平行ではあるが厳密には図示のように僅かながらヘッド姿勢角α分傾いているため、空気軸受け面の空気流出端Ｅｘの部分（破線で長円形に囲んだ部分）の面積となる）をＳ、空気の誘電率をεA とすれば、スライダ１１と記録媒体２との間に形成される静電容量Ｃは次式のように表される。

（数１）
Ｃ＝ε_A ・（Ｓ／ｄ）
従って静電容量Ｃが測定できれば浮上量ｄを知ることができる。なお記録媒体２の表面には絶縁体である保護膜２２、潤滑膜２３が存在するので、電気的に測定される静電容量は、膜厚ｄの空気層（つまり浮上量）に前記両部材２２、２３を挟んだ状態の静電容量となる。しかしながら、上記両部材２２、２３の厚さおよび誘電率がそれぞれ既知ならば、計算から上記静電容量Ｃを算出することができる。
また、一般的にスライダ１１には導体であるＡｌ₂ Ｏ₃ −ＴｉＣが材質として使用されており、このスライダ１１に対しては金属のサスペンション１２を通じて外部からコンタクト（電気的接触）が取れる。他方、記録媒体２側は磁性層２１からその下方の基板２０までが基本的に導体であり、磁性層２１に対しては図示してないが記録媒体２をその回転軸に組付ける組付用結合部および回転軸を通じて外部からコンタクトが取れるので、上記の静電容量Ｃを測定することができる。

なお、特許文献１には、光磁気記録再生装置において、静電容量型距離検出電極間の静電容量がディスクと磁気ヘッドとの距離に応じて変化することを利用して、ディスクと磁気ヘッドとの距離検出を行う技術が開示されており、その図９には２組の距離検出電極をディスクからの距離が異なるように段差を設けて配置することが記載されている。
また、特許文献２にはヘッド本体の下面に電極を設けて静電容量を検出し、その静電容量に基づいてヘッドの浮上量を測定する技術が開示されている。
また、特許文献３にはヘッドと媒体との間隙方向の距離の異なる電極間の静電容量を距離測定に用いる技術が開示されている。
また、特許文献４にはヘッドと記録媒体との間の静電容量によりヘッドの浮上量を検出する技術が開示されている。
特開平５―１２８６２０号公報特開平６―２０３５１０号公報特開平７―２６２６２６号公報特開２００１−３４４９２０号公報

しかしながら、ヘッドと記録媒体間の距離に依存する静電容量を測定する上述した手法では、スライダ１１の姿勢αが変動する場合、また、潤滑膜２３の潤滑剤がスライダ１１へ付着する場合、これに依存し静電容量Ｃが変動するため浮上量ｄを正確に求めることができない。
また、記録媒体２と回転軸との組付用結合部における接触状態が安定にならず、さらに、回転軸と外部との電気的接触が軸受あるいは接触摺動部を介してなされるため、測定系の自身の抵抗、容量が安定せず静電容量Ｃが正確に測定できないという問題が有る。
本発明は上述の問題を解消し、スライダの姿勢やスライダへの潤滑剤の付着に関係なく、ヘッドと記録媒体間の距離に依存する静電容量（従って浮上量）を安定に測定することができる浮上ヘッドを提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために請求項１の浮上ヘッドは、
弾性支持体（サスペンション１２）と、該弾性支持体によって支持されると共にディスク状記録媒体（２）の記録面に対向する空気軸受け面（レール面１１２ａ）を持ち、回転する該ディスク状記録媒体との間に生ずる空気流の浮揚力によって、前記記録面に対し前記空気軸受け面を微小な浮上量（ｄ_A ）を隔てて浮上させながら該記録面上を走行して、自身が保持するヘッド素子を介し磁気的またはその他の原理により前記記録面から情報を再生または（および）該記録面に情報を記録し、または（および）自身が保持し前記ヘッド素子と異なるセンサ手段を介して少なくとも前記記録面に関わる情報を検出するスライダ（１１０）とを備えたディスク状記録媒体記録面の走査機構としての浮上ヘッド（１）であって、
前記空気軸受け面に、それぞれ外部に導通する互いに絶縁された引出し配線が付加され、互いに位置が十分近接してなり、かつ各々所定の面積の前記ディスク状記録媒体側に開放された電極面を持つ複数個の電極（１３１〜１３３など）が配置されてなるようにする。

また請求項２の浮上ヘッドは、請求項１に記載の浮上ヘッドにおいて、
前記複数個の電極が、前記空気軸受け面に垂直な方向の面の高さが互いにほぼ一致する電極面を持つ２つ以上の第１の電極（１３１、１３２など）と、該第１の電極の電極面よりも前記スライダの内部側に所定の距離（ｄ_L2）だけ奥まった高さの電極面を持つ１つ以上の第２の電極（１３３など）とからなるようにする。
また請求項３の浮上ヘッドでは、請求項２に記載の浮上ヘッドにおいて、
前記第１の電極同士間の静電容量と、該第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量とが同時に測定されるようにする。
即ち、本発明の作用は、回転するディスク状記録媒体の記録面に対し当該スライダの空気軸受け面を微小な浮上量を隔てて対向浮上させながら該記録面上を走行するスライダの空気軸受け面に、互いに位置を十分近接させて、それぞれ外部に導通した配線を取り出すことのできる３つ以上の各々所定の面積を持った電極を配置し、
この電極を、空気軸受け面に垂直な方向の面の高さが互いにほぼ一致する電極面を持つ２つ以上の第１の電極と、この第１の電極の電極面よりもスライダ内部側に所定の距離だけ奥まった高さの電極面を持つ第２の電極とで構成し、
第１の電極同士間の静電容量と、第１の電極と第２の電極との間の静電容量とを同時に測定することにより、記録媒体の表面とスライダ面との間の静電容量（従って浮上量）をスライダ面への潤滑剤の付着に無関係に安定に測定しようとするものである。

本発明によれば、回転するディスク状記録媒体の記録面に対し当該スライダの空気軸受け面を微小な浮上量を隔てて対向浮上させながら該記録面上を走行するスライダの空気軸受け面に、互いに位置を十分近接させて、それぞれ外部に導通した配線を取り出すことのできる３つ以上の各々所定の面積を持った電極を配置し、
この電極を、空気軸受け面に垂直な方向の面の高さが互いにほぼ一致する電極面を持つ２つ以上の第１の電極と、この第１の電極の電極面よりもスライダ内部側に所定の距離だけ奥まった高さの電極面を持つ第２の電極とで構成し、
第１の電極同士間の静電容量と、第１の電極と第２の電極との間の静電容量とを同時に測定するようにしたので、
記録媒体の表面とスライダ面との間の静電容量（従って浮上量）を電気的に安定に測定することができ、しかもスライダ面に潤滑剤が付着した際にも、その潤滑剤の付着厚さとスライダ浮上量とを独立に測定することができる。

図１は本発明の一実施例としての浮上ヘッド１におけるスライダ１１０の外形図で、同図ｂ）はスライダ１１０を裏面側（つまり記憶媒体２側）から見た平面図、同図ａ）は同図ｂ）をこの図の上側（つまり空気流入端Ｉｎ側）から見た上面図、同図ｃ）は同図ｂ）をこの図の右側から見た側面図である。
なお、本発明においてもスライダが１１０に置換わる点と、サスペンション１２に後述する電極１３１〜１３３からの各個別の引出し配線が付加される点を除いて図４の構成が当てはまる。
本例のスライダ１１０は、いわゆるテーパフラットと呼ばれる形状のスライダであり、図外のサスペンション１２の長手方向に中心線Ｏ−Ｏ’（同図ｂ）が一致するように取付けられ、凹部１１３の存在する裏面側で図外の記憶媒体２に対向している。なお、Ｉｎは空気流入端、Ｅｘは空気流出端である。

スライダ１１０の凹部１１３は左右に２本のレール１１２を持ち、この左右のレール１１２の記憶媒体２方向の端面としてのレール面１１２ａは本例ではテーパ１１４の部分を除きほぼ同一平面内にあって空気軸受け面を構成している。なお、テーパ１１４は空気流入端Ｉｎ側でレール面１１２ａと記憶媒体２間の間隔が漸増するように設けられている。この場合、記憶媒体２の情報を記録・再生するヘッド素子はスライダ１１０の裏面の空気流出端Ｅｘ側の中央隅部に埋め込まれるが、本発明はスライダの浮上状態を測定調査する機能に関わるものであるためヘッド素子の存在は問わない。
ところで、このスライダ１１０には、図１のｂ）における右側のレール面（空気軸受け面）１１２ａ上に本発明の核心となる３つの電極１３０（１３１、１３２、１３３）が設けられている。

図２は図１のＥ−Ｅ’部分を矢印方向に見た拡大断面図で、スライダ１１０の電極１３１〜１３３とこれに対向する記録媒体２との関係を示す。電極１３１、１３２、１３３は例えば適当な金属薄膜より構成され、絶縁保護膜１２１を介してスライダ１１０のレール面１１２ａ上に埋め込まれる形で設けられている。
ここで、電極１３１、１３２の表面（電極面）はレール面１１２ａにほぼ一致するように、また電極１３３の表面（電極面）は後述のようにレール面１１２ａより所定の深さ分スライダ１１０の内部側に奥まるように構成されている。
また図示していないがこの各電極１３１〜１３３には、それぞれ外部からの個別の互いに絶縁された電気的接続が可能となるように、絶縁保護膜で絶縁された薄膜の導電パターンからなるサスペンション１２側への引出し配線（薄膜配線）が設けられている。

この各電極１３１〜１３３別の薄膜配線は、例えばスライダ１１０とサスペンション１２との境界付近ではんだ接合などにより細線として引き出され、サスペンション１２に沿わせて外部に向け引き回される。
いま、電極１３１と電極１３２の間の静電容量Ｃ₁ を考える。スライダ１１０の浮上量ｄ_A は、例えば１０ｎｍ程度と非常に微小であり、一方、電極１３１、１３２の間隔が例えば１０μｍとすれば、静電容量Ｃ₁は電極１３１と記録媒体２との間の静電容量Ｃ_1a、電極１３２と記録媒体２との間の静電容量Ｃ_1bの直列接続と考えてよい。なおここでは簡単のため記録媒体上の保護膜および潤滑膜を省略して表している。
電極１３１、１３２が等しい面積Ｓを持つとし、スライダ１１０の大きさに対して電極１３１、１３２間の距離が十分小さければ、Ｃ_1a＝Ｃ_1bであるので、静電容量Ｃ₁ は次式（１）のように表される。

（数２）
Ｃ₁＝（１／２）Ｃ_1a＝（１／２）ε_A （Ｓ／ｄ_A ）・・・（１）
従って、浮上量ｄ_A はこの静電容量Ｃ₁ を測定することにより知ることができる。このとき電極１３１、１３２には外部への配線取り出しがなされており、従来のように記録媒体と回転軸との結合用接触部や、回転軸部の軸受あるいは接触摺動部といった不安定な電気的接触部分に依存することなく安定に静電容量Ｃ₁を測定することができる。
次に、電極面に潤滑剤が付着した時の問題について述べる。図３はスライダ１１０に記録媒体２上の図示されない潤滑膜２３（図４参照）から潤滑剤が付着したときの様子を示す、図２に対応する拡大断面図である。

図３では、スライダ１１０全体の大きさに対して電極１３１、１３２が十分小さいとしているので、この領域では付着潤滑剤１２３が一様な厚さを持つと仮定している。このとき電極１３１（１３２）と記録媒体２との間の静電容量は、付着潤滑剤１２３とその下方の空気層との界面に電極１３１（１３２）と同面積Ｓの導体箔の電極１３１’（１３２’）を仮想すると、この仮想電極１３１’（１３２’）と電極１３１（１３２）間の静電容量Ｃ_L1と、同じく仮想電極１３１’（１３２’）と記録媒体２間の静電容量Ｃ_A との直列接続と同等になるから、電極１３１と電極１３２との間の静電容量Ｃ₁は次式（２）のようになる。なお、ｄ_L1は付着潤滑剤１２３の膜厚、ε_L は付着潤滑剤１２３の誘電率である。

（数３）
式（２）より、付着潤滑剤１２３の厚さｄ_L1により測定される静電容量Ｃ₁ が変動する、すなわち正確に浮上量ｄ_A を算出することができないことが分かる。
そこで本発明では第３の電極１３３を用いる。電極１３３は電極１３１、１３２の近傍のレール面１１２ａの上（本例では絶縁保護膜１２１の表面上）に設けられたトレンチ部（溝部）１１７の底部に、この電極１３３の表面が電極１３１，１３２の表面よりも距離（段差）ｄ_L2だけスライダ１１０の内部側に位置するように設けられている。
このときも電極１３３と記録媒体２との間の静電容量は、付着潤滑剤１２３とその下方の空気層との界面に電極１３３と同面積Ｓの導体箔の電極１３３’を仮想すると、この仮想電極１３３’と電極１３３間の静電容量Ｃ_L2と、同じく仮想電極１３３’と記録媒体２間の静電容量Ｃ_A との直列接続と同等になるから、電極１３１と電極１３３の間の静電容量Ｃ₂ は次式（３）のようになる。

（数４）
式（２）、（３）において距離ｄ_L2は電極の設計により決まり、ε_L も潤滑剤が決まれば既知となるため、Ｃ₁ 、Ｃ₂が実測されれば残りの未知数である浮上量ｄ_A 、付着潤滑剤１２３の厚さｄ_L1が算出できる。すなわち潤滑剤が付着した場合でも、スライダの浮上量および潤滑剤厚さを独立に測定することができる。
なお特に実施例は示さないが、電極１３０（１３１、１３２、１３３）と同様な構成の電極を空気軸受けレール面１１２ａの異なる場所に同時に設置すれば、２つ以上の場所の浮上量が測定され、図４のヘッド姿勢角α等のスライダ１１０の浮上姿勢も測定することができる。

本発明の一実施例としての浮上ヘッドのスライダの外形図図１の電極部を拡大した断面図図２の電極部に潤滑剤が付着したときの断面図従来の浮上ヘッドの一例を示す側面図

符号の説明

１浮上ヘッド
２記録媒体
１２サスペンション
α ヘッド姿勢角
２０基板
２１磁性層
２２保護膜
２３潤滑膜
１１０スライダ
１１２レール
１１２ａレール面（空気軸受け面）
１１３凹部
１１４テーパー
１１７トレンチ部
１２１絶縁保護膜
１２３付着潤滑材
１３０（１３１〜１３３）電極
１３１’〜１３３’ 仮想電極
Ｄ空気流方向
Ｉｎ空気流入端
Ｅｘ空気流出端
ｄ_A 浮上量
Ｃ_A ，Ｃ_L1，Ｃ_L2，Ｃ_1a，Ｃ_1b 静電容量
ｄ_L1 付着潤滑剤の厚さ
ｄ_L2 電極面の距離（段差）

Claims

弾性支持体と、該弾性支持体によって支持されると共にディスク状記録媒体の記録面に対向する空気軸受け面を持ち、回転する該ディスク状記録媒体との間に生ずる空気流の浮揚力によって、前記記録面に対し前記空気軸受け面を微小な浮上量を隔てて浮上させながら該記録面上を走行して、自身が保持するヘッド素子を介し磁気的またはその他の原理により前記記録面から情報を再生または（および）該記録面に情報を記録し、または（および）自身が保持し前記ヘッド素子と異なるセンサ手段を介して少なくとも前記記録面に関わる情報を検出するスライダとを備えたディスク状記録媒体記録面の走査機構としての浮上ヘッドであって、
前記空気軸受け面に、それぞれ外部に導通する互いに絶縁された引出し配線が付加され、互いに位置が十分近接してなり、かつ各々所定の面積の前記ディスク状記録媒体側に開放された電極面を持つ複数個の電極が配置されてなることを特徴とする浮上ヘッド。
請求項１に記載の浮上ヘッドにおいて、
前記複数個の電極が、前記空気軸受け面に垂直な方向の面の高さが互いにほぼ一致する電極面を持つ２つ以上の第１の電極と、該第１の電極の電極面よりも前記スライダの内部側に所定の距離だけ奥まった高さの電極面を持つ１つ以上の第２の電極とからなることを特徴とする浮上ヘッド。
請求項２に記載の浮上ヘッドにおいて、
前記第１の電極同士間の静電容量と、該第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量とが同時に測定されることを特徴とする浮上ヘッド。