JP2008010139A - サスペンション及びハードディスクドライブ - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の損失を減少させることができるサスペンション及びハードディスクを提供する。
【解決手段】支持層３３０、導電層３２０、及び誘電層３１０を備えるサスペンションである。導電層３２０は、複数個のトレースからなる。支持層３３０は、導電層を支持するための剛性物質からなる。誘電層３１０は、支持層と導電層との間に位置し、１．１〜２．８Ｆ／ｍの誘電率を有する誘電物質からなる。これにより、電気信号が伝えられる時に高周波成分の損失を防止できるので、ライト／リード性能を改善することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ディスクドライブに係り、さらに詳細には、磁気ディスクドライブ内部に備えられるサスペンションに関する。

一般的に、磁気ディスクドライブは、機構構成要素からなるＨＤＡ（Ｈｅａｄ Ｄｉｓｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、回路構成要素からなるＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）と、を備える。磁気ディスクドライブは、回転する磁気ディスク上にデータを磁気的に記録したり、回転する磁気ディスクからデータを磁気的に読み取って、大量のデータに高速でアクセスできるので、コンピュータシステムの補助記憶装置として広く使われる。

磁気ディスクドライブは、回転する磁気ディスク上に同心円状に配列されるトラックに磁気パターンを記録することでデータを保存し、このトラックに記録された磁気パターンによって生じる磁気変化を検出することでデータを読み取る。これは、電気信号を磁気信号に変換するか、または磁気信号を電気信号に変換して、データを記録及び読み取る磁気ヘッドによって行われる。磁気ヘッドは、一般的にスライダの一面に付着される。

磁気ヘッドを利用して電気信号を伝達するためには、電流通路が必要であり、この電流通路が、トレースと呼ばれる。トレースは、一般的に導電層で形成され、サスペンションの上端に位置する。サスペンションと磁気ヘッドとを搭載したスライダを結合した構成をＨＧＡ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と言い、このＨＧＡにアクチュエータを結合した構成をＨＳＡ（Ｈｅａｄ Ｓｔａｃｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と言う。

図１は、電気信号の伝達過程を示す図である。
図１に示すように、プリアンプ（前置増幅器）１１０に伝えられた電気信号は、第１トレース１２０を介してスライダ１４０に伝えられる。スライダ１４０に伝えられた電気信号は、記録ヘッド１５０によってディスク（図示せず）に磁気的な形態に変換されて記録される。

また、読み取りヘッド１６０によってディスクから読み取られた磁気信号は、電気的な形態に変換されてスライダ１４０に伝えられる。スライダ１４０に伝えられた電気信号は、第２トレース１３０を介してプリアンプ１１０に伝えられる。

一方、最近、ＴＰＩ（Ｔｒａｃｋ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とＢＰＩ（Ｂｉｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とが増加するにつれて、ディスクへのデータの記録やディスクからのデータの読み取りに使用する電気信号の周波数も高くなっている。そこで、高周波信号を速く伝送するためには、信号の立ち上がり時間及び立ち下り時間を速くする必要である。したがって、電気信号を伝達する第１トレース１１０及び第２トレース１２０の役割が非常に重要である。

図２Ａは、従来のサスペンションの一例を示す図であり、図２Ｂは、従来のサスペンションの他の例を示す断面図である。

図２Ａに示すように、従来のサスペンションの一例は、高伝導性の銅からなる導電層２１０と、低伝導性のステンレススチールからなる支持層２３０と、導電層２１０と支持層２３０との間に位置し、誘電率が約３．５であるポリアミドからなる誘電層２２０と、を備える。導電層２１０は、電気信号が伝送されるトレース１２０，１３０の役割を行う。

一方、導電層２１０を介して第１方向に電気信号が伝えられる時、支持層２３０を介して第１方向と反対方向に復帰電流が流れる。しかし、支持層２３０は、外部衝撃を保護するために、低伝導性及び高抵抗の物質を使用するので、支持層２３０を介して流れる復帰電流には損失が発生する。

支持層を介して流れる復帰電流に損失が発生すれば、電気信号の立ち上がり時間または立ち下り時間が減少して、高速動作を実現するのが困難になってしまう。このような現象は、支持層が高抵抗の物質から形成される場合にさらに著しい。しかし、支持層は、外部的な衝撃を保護することが主な機能であるため、低抵抗の物質を使用できないという問題点がある。

このような問題点を解決するために、図２Ｂに示すように、従来のサスペンションの他の例では、支持層２６０の中央に開口部を形成して支持層２６０をアンバック（ｕｎｂａｃｋｅｄ）構造で形成することによって、支持層２６０に復帰電流が形成されないようにする方法と、相対的に伝導性が高く、抵抗の低い銅合金を支持層として使用する方法とが採択されたが、高周波信号の損失成分の除去には限界があった。

米国特許第５，９５５，１７６号明細書 米国特許第６，６０８，７３６号明細書 特開平０９−３２０２２４号公報 特開２００４−０５５１２６号公報

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電気信号がトレースを介して伝えられる時、高周波信号の損失成分を低減することによって、トレースを介して伝えられる電気信号の速い立ち上がり時間を確保することが可能な、新規かつ改良されたサスペンション及びハードディスクドライブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、記録／読み取りヘッドを支持するサスペンションにおいて、少なくとも１つ以上のトレースからなる導電層と、導電層を支持するための剛性物質からなる支持層と、支持層と導電層との間に位置し、１．１〜２．８Ｆ／ｍの範囲の誘電率を有する誘電物質からなる誘電層と、を備えることを特徴とする、サスペンションが提供される。

また、誘電物質は、デュロイド（Ｄｕｒｏｉｄ）であってもよい。

また、誘電物質は、エアフォーム（Ａｉｒ−ｆｏｒｍ）であってもよい。

また、支持層の中央には、複数の開口部が形成されてもよい。

このサスペンションは、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、光学ディスクドライブ、コンパクトディスクドライブのうちいずれか１つに適用され、特に、ハードディスクドライブに適用されることが望ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、データを記録／読み取りするための記録／読み取りヘッドと、記録／読み取りヘッドを支持するサスペンションと、を備え、サスペンションは、少なくとも１つ以上のトレースからなる導電層と、導電層を支持するための剛性物質からなる支持層と、支持層と導電層との間に位置し、１．１〜２．８Ｆ／ｍの範囲の誘電率を有する誘電物質からなる誘電層と、を備えることを特徴とする、ハードディスクドライブが提供される。

以上説明したように本発明によれば、電気信号がトレースを介して伝えられる時、高周波信号の損失成分を低減することによって、トレースを介して伝えられる電気信号の速い立ち上がり時間を確保することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜一実施形態＞
図３は、本発明の一実施形態に係るサスペンションを示す断面図である。
図３に示すように、本実施形態に係るサスペンションは、高伝導性の銅からなる導電層３１０と、低伝導性のステンレススチールからなる支持層３３０と、導電層３１０と支持層３３０との間に位置し、誘電率が約２．８であるデュロイド（ｄｕｒｏｉｄ）からなる誘電層３２０と、を備える。導電層３１０は、電気信号を伝送するトレースの役割を行う。

支持層３３０は、ステンレススチールの他にもチタンまたはベリリウム銅のような剛性物質（他の物質に比べて高い剛性を有する物質）からなってもよい。支持層３３０の中央には、複数の開口部が形成されてもよい。開口部は、支持層３３０に生成される復帰電流の形成を低減するためのものであり、例えば、長方形又は正方形からなりうる。つまり、開口部は、支持層３３０の面積を減少させることにより、支持層３３０に生成される復帰電流の形成を低減することができ、その結果、支持層３３０の周辺の部材に復帰電流が、形成される。このように支持層３３０以外の部材に復帰電流を生成すると、支持層３３０に形成される復帰電流には損失が発生しなくなる。従って、この開口部を形成することにより、支持層３３０に流れる復帰電流の損失を低減することができる。

導電層３１０は、トレースが所定の間隔で離隔して相互に対称的に配置された形態からなる。導電層３１０は、電気信号を伝達するための電気配線の役割を行う。図３には、２つのトレースを示したが、トレースの数は、磁気ディスクの数によって変更されうる。

誘電層３２０は、支持層３３０と導電層３１０との間に位置する。本実施形態による誘電層３２０は、デュロイドという誘電物質からなる。デュロイドは、低誘電率の物質であり、導電層３１０と支持層３３０との間に形成される静電結合を減少させる役割を行う。

望ましくは、誘電層３２０を構成する誘電物質として１．１〜２．８の誘電率を有する物質を使用する。上記のように低誘電率の誘電物質を誘電層３２０として使用する理由は、下記の数式の分析を通じて確認することができる。

数１において、Ｃは静電容量、ε_０は自由空間の誘電率、εrは誘電率、Ａは面積、及びｈは高さを表す。

上記数式を分析すれば、静電容量Ｃは、εr（誘電率）、Ａ（面積）、及びｈ（高さ）によって変わる。しかし、面積を減らしたり、高さを増やすには限界がある。したがって、本実施形態では、誘電率εrの値を従来に比べて減らす方法を利用して、導電層３１０と支持層３３０との間に形成される静電結合を減少させることによって、高抵抗の支持層３３０を使用しても、復帰電流の損失を減らすことができる。

本実施形態による誘電層３２０に使われる物質は、１．１〜２．８Ｆ／ｍの誘電率を有する誘電物質である。かかる要件を満たす物としては、例えば、デュロイド（Ｄｕｒｏｉｄ）、エアフォーム（Ａｉｒ−ｆｏｒｍ）などがある。

デュロイドは、誘電特性に優れ、広い周波数及び温度範囲にかけて安定的であり、約２．８Ｆ／ｍの誘電率を有し、エアフォームは、約１．１Ｆ／ｍの誘電率を有する。また、具体的に記載してはいないが、１．１〜２．８Ｆ／ｍの誘電率を有する他の誘電物質を使用してもよい。

誘電層３２０に使われる誘電物質として２．８Ｆ／ｍ以下の誘電率を有する誘電物質を使用する場合、電気信号が導電層３１０を介して伝えられるとき、導電層３１０と支持層３３０との間に静電結合を従来に比べて減らすことができるので、支持層３３０に流れる復帰電流の損失を減らすことができる。また、大気（空気）の誘電率が約１．０Ｆ／ｍであるため、１．１Ｆ／ｍ以上の誘電率を有する誘電物質を使用することにより、支持層３３０に流れる復帰電流の発生効率を向上させることができる。

また、高周波成分は、この復帰電流が低伝導性の支持層３３０を介して流れることにより発生するので、本実施形態によれば、復帰電流が損失されないので、この高周波信号成分が損失することも減少させることができる。従って、結局サスペンションを介して磁気ヘッドに伝えられる電気信号の速い立ち上がり時間を確保することができるという長所がある。

＜他の実施形態＞
図４は、本発明の他の実施形態に係るサスペンションの斜視図である。
図４を参照すれば、本実施形態によるサスペンションは、最下部に形成される支持層４３０と、支持層４３０の上部に形成される誘電層４２０と、を備え、支持層４３０と誘電層４２０とは、互いに平行に形成される。支持層４３０と誘電層４２０とは、塗布剤を利用して結合できる。誘電層４２０の上部には、長いストリップ形態のトレース４１２、４１４が所定の間隔で互いに離隔して配置される。

トレース４１２、４１４は、電気信号を伝える際に、何らの妨害を受けずに高速で電気信号を伝えることができるように、高伝導性の物質からなる。上記のように、トレース４１２、４１４を構成する物質としては、例えば、純銅の以外にも銅合金が使用されうる。尚、銅合金は、銅含有率が８０質量％以上であることを意味する。

トレース４１２、４１４は、相互に対称的に複数配置される。一方、電気信号は、第１トレース４１２を介してプリアンプ（図示せず）から磁気ヘッド（図示せず）に伝えられ、第２トレース４１４を介して磁気ヘッド（図示せず）からプリアンプ（図示せず）に伝えられる。第１トレース４１２と第２トレース４１４とを介して伝えられる電気信号は、同じ周波数と振幅を有し、互いに反対の位相を有する信号である。

＜高周波成分の損失量＞
図５Ａは、高周波成分の損失量を周波数領域で示すグラフであり、図５Ｂは、図５Ａのグラフを時間領域に変換したグラフである。

Ｓ１は、プリアンプから出力される信号を示し、Ｓ２は、低誘電率の物質を誘電層として使用したサスペンションを介して磁気ヘッドに伝えられた信号を示し、Ｓ３は、高誘電率の物質を誘電層として使用したサスペンションを介して磁気ヘッドに伝えられた信号を示す。そして、ｆ_１、ｆ_２１、ｆ_２２及びｆ_２３は、コーナー周波数を示し、ｆ_２１、ｆ_２２及びｆ_２３を数式で表現すれば、次の通りである。

したがって、第１コーナー周波数ｆ_１は振幅と関連するので、伝送速度によって一定の値を有するが、ｆ_２１、ｆ_２２、ｆ_２３は、立ち上がり時間ｔ_ｒによって変わる。特に、図５Ｂに示すように、Ｓ３は、Ｓ１に比べて△_１＝ｔ_ｒ３−ｔ_ｒ１の立ち上がり時間の差がある。このような立ち上がり時間の差は、周波数帯域が高くなるほど大きくなる。

一方、図５Ｂに示すように、Ｓ２は、Ｓ１に比べて△_２＝ｔ_ｒ２−ｔ_ｒ１の立ち上がり時間の差がある。このような現象は、誘電率の差によって起因し、周波数帯域が高くなるほどＳ３とＳ２との差は一層大きくなる。

＜シミュレーション結果＞
図６Ａは、誘電率による高周波成分の損失量をシミュレーションした結果を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａのグラフを時間領域に変換したグラフである。

このシミュレーションでは、サスペンションを構成する誘電層の誘電率を１．５、２．０、２．５、３．０及び３．５Ｆ／ｍに変更しながら、サスペンションを通過して出力される信号の周波数による損失量を比較した。

図６Ａに示すように、電気信号の周波数が約１ＧＨｚであるときの電気信号の利得のデシベル変化は、誘電率が１．５Ｆ／ｍである場合に−２．６２ｄＢ、誘電率が２．０である場合に−２．８６ｄＢ、誘電率が２．５Ｆ／ｍである場合に−３．０６ｄＢ、そして誘電率が３．０Ｆ／ｍである場合に−３．２７ｄＢであった。

このような誘電率による利得損失の差は、周波数が高くなるほど、導体表面に電流が集中する現象である表面効果（Ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）によってさらに大きくなる。

また、電気信号の周波数が約１０ＧＨｚであるときの電気信号の利得のデシベル変化は、誘電率が１．５Ｆ／ｍである場合に−９．２３ｄＢ、誘電率が２．０Ｆ／ｍである場合に−１０．２０ｄＢ、誘電率が２．５Ｆ／ｍである場合−１１．０７ｄＢ、誘電率が３．０Ｆ／ｍである場合に−１１．９４ｄＢ、そして誘電率が３．５Ｆ／ｍである場合に−１２．５８ｄＢであった。すなわち、誘電率が低くなるほど高周波成分の損失が小さくなると確認された。

前記図６Ａに示すグラフの数値を下記の表で示す。

図６Ｂに示すように、ピーク電圧（約２５０ｍＶと仮定する）の８０％に到達するまでかかる時間は、誘電率が１．５である場合に０．３３ｎｓ、誘電率が２．０である場合に０．３８ｎｓ、誘電率が２．５である場合に０．４０ｎｓ、誘電率が３．０である場合に０．４５ｎｓ、そして誘電率が３．５である場合に０．４９ｎｓであると確認された。すなわち、誘電率が低くなるほど立ち上がり時間が速くなると確認された。

また、ピーク電圧の大きさは、誘電率が１．５である場合に２７５ｍＶ、誘電率が２．０である場合に２７３ｍＶ、誘電率が２．５である場合に２７２ｍＶ、誘電率が３．０である場合に２６０ｍＶ、誘電率が３．５である場合に２５８ｍＶであった。このような結果は、サスペンションを構成する誘電層の誘電率によって、ＡＣ成分だけでなくＤＣ成分も減少することを意味する。

一方、立ち上がり時間は、ハードディスクドライブの高速動作が可能であるか否かを判断する基準として作用する。すなわち、立ち上がり時間が短いほど高速動作が可能である。したがって、上記の実施形態による誘電率を有する誘電体をサスペンションに使用する場合、高周波成分の損失分を最大限減らし、かつ、速い立ち上がり時間を確保できるので、高速動作に非常に有利である。

前記図６Ｂに示すグラフの数値を下記の表で示す。

＜効果＞
以上説明したように、上記の実施形態によるサスペンションは、従来のサスペンションに比べて追加的な工程を行ったり、機構的な性能を低下させることなく、誘電体の誘電率のみを変更することによって、導電層と誘電層との間に形成されるカップリングを減らすことができるので、高周波印加時に復帰電流の減少による高周波成分の損失を防止して、信号の速い立ち上がり時間を確保することができる。したがって、記録性能及び読み取り性能を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、磁気ディスクドライブ関連の技術分野に好適に適用可能である。

一般的なサスペンションの位置を示す図である。 従来のサスペンションの一例を示す図である。 従来のサスペンションの他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンションを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るサスペンションを示す斜視図である。 高周波成分の損失量を周波数領域で示すグラフである。 高周波成分の損失量を時間領域で示すグラフである。 誘電率による高周波成分の損失量をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図６Ａのグラフを時間領域に変換したグラフである。

符号の説明

３１０、４１０ 導電層
３２０、４２０ 誘電層
３３０、４３０ 支持層

Claims (5)

1. 記録／読み取りヘッドを支持するサスペンションにおいて、
   少なくとも１つ以上のトレースからなる導電層と、
   前記導電層を支持するための剛性物質からなる支持層と、
   前記支持層と前記導電層との間に位置し、１．１〜２．８Ｆ／ｍの範囲の誘電率を有する誘電物質からなる誘電層と、
   を備えることを特徴とする、サスペンション。
2. 前記誘電物質は、デュロイドであることを特徴とする、請求項１に記載のサスペンション。
3. 前記誘電物質は、エアフォームであることを特徴とする、請求項１に記載のサスペンション。
4. 前記支持層の中央には、複数の開口部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のサスペンション。
5. データを記録／読み取りするための記録／読み取りヘッドと、
   前記記録／読み取りヘッドを支持するサスペンションと、
   を備え、
   前記サスペンションは、
   少なくとも１つ以上のトレースからなる導電層と、
   前記導電層を支持するための剛性物質からなる支持層と、
   前記支持層と前記導電層との間に位置し、１．１〜２．８Ｆ／ｍの範囲の誘電率を有する誘電物質からなる誘電層と、
   を備えることを特徴とする、ハードディスクドライブ。

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