JP2009009687A - ハードディスクドライブ - Google Patents

Abstract

【課題】海抜の高い高度での安定した飛翔高さを達成するためのヘッドＡＢＳの改良された設計を得る。
【解決手段】比較的に低い速度で飛翔高さ安定性を改良するための方法及び装置は、チャネル及びポケットを有するヘッドＡＢＳによって実現されている。チャネル及びポケットは、エッチングにより形成され、ＩＤからＯＤでギャップ高さを安定した高さとしている。チャネル及びポケットにより、ＡＢＳの揚力は生成または低減され、所望の飛翔高さ特性を実現するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハードディスクドライブに関する。特に、本発明は、エアベアリングスライダ用の改良された設計に関する。

ハードディスクドライブは、磁気読取及び書込素子によってアクセスされる一連の回転可能なディスクから本質的に成る一般的な情報記憶デバイスである。トランスデューサとして一般に知られるこれらのデータ転送素子は、典型的に、読取又は書込動作の実施を可能にするようにディスクに形成された別個のデータトラックの上方の近接した相対位置に保持されるスライダ本体によって支承されかつ前記本体に埋め込まれる。ディスク表面に対しトランスデューサを適切に位置決めするために、スライダ本体に形成されたエアベアリング表面（ＡＢＳ）は、ディスクのデータトラックの上方にスライダ及びトランスデューサを「飛翔させる」程度に十分な揚力を提供する流体気流を受ける。磁気ディスクの高速回転は、ディスクの接線速度に対し実質的に平行な方向でディスク表面に沿って空気流の流れを発生させる。空気流はスライダ本体のＡＢＳと協働し、スライダが回転ディスクの上方に飛翔することを可能にする。実際に、浮遊状態のスライダは、この自己作動エアベアリングを介してディスク表面から物理的に分離される。スライダのＡＢＳは、一般に、回転ディスクに面するスライダ表面に構成され、様々な条件の下にディスクの上方に飛翔するスライダの能力に影響を及ぼす。

ハンドヘルド音楽／ビデオプレーヤ、携帯電話、及びデジタルカメラのようなポータブルデバイスがますます普及しているので、小さな形状係数（２．１５９ｃｍ（０．８５インチ）〜４．５７２ｃｍ（１．８インチ））のハードディスクドライブ（ＳＦＦ ＨＤＤ）の市場が実質的に増大してきた。ＳＦＦ ＨＤＤは、比較的廉価な価格で大きな記録容量を提供している。ＳＦＦ ＨＤＤの優れた信頼性に決定的な１つの設計要件は、コンシューマエレクトロニクスが使用される可能性がある可能なすべての環境における磁気ヘッド（スライダに埋め込み）と媒体（ディスク）との間の安定したギャップ又は飛翔高さ（ＦＨ）である。

ＳＦＦ ＨＤＤの設計は、多くのユニークな課題を提起する。１つのこのような課題は、非常に低い線形速度で十分に高い飛翔高さを達成することである。エアベアリングは、スライダの下の磁気ディスクの回転によって生成された空気流によって発生される。より大きな相対速度（すなわち、より速い回転ディスク又はより大きな半径を有するディスク）は、エアベアリングの持ち上げをより容易にする。デスクトップコンピュータに使用されるような８．８９ｃｍ（３．５インチ）のＨＤＤの内径（「ＩＤ」）の典型的な速度は、約１８ｍ／秒であり、一方、２．１５９ｃｍ（０．８５インチ）のディスクドライブでは、そのＩＤの速度は約２ｍ／秒に過ぎない。このはるかに低い速度のため、ディスクの内部半径におけるディスク接触を回避できる高さにスライダを飛翔させる程度に十分なエアベアリング力を発生することは、非常に困難である。

関連する問題は、ディスクの半径にわたって均一な飛翔高さを達成する課題である。ディスクの線形速度は、より大きな半径において増加し、均一な飛翔高さを達成することがいっそう困難になる。典型的な８．８９ｃｍ（３．５インチ）ＨＤＤでは、スライダは、変化する半径にわたって（すなわち、変化する線形速度で）スライダが比較的一定の高さで飛翔し続ける飽和レベルに達するように設計することができる。低い線形速度は、ＳＦＦ ＨＤＤの半径にわたる一定の飛翔高さの達成をより困難にする。

ＳＦＦ ＨＤＤの設計の他の課題は、ＩＤにおけるディスクの大きなクランプ歪みである。ＳＦＦ ＨＤＤは薄いディスクを必要とするが、薄いディスクは、通常、ディスククランプ力によって引き起こされる大きな歪みを有し、波状のディスク表面及び異なる半径における大きなＦＨ変化をもたらす。ディスク歪みは、典型的に、ＯＤにおけるよりもＩＤにおいてより顕著である。

上に言及した課題に加えて、ＳＦＦ ＨＤＤを利用するコンシューマエレクトロニックデバイスの特定の要件によって提起される多くのユニークな課題がある。例えば、コンシューマエレクトロニクスデバイスは、大きな温度範囲（−２０℃〜８０℃）で動作しなければならない。変化する温度において、スライダ及び他のディスクドライブ構成要素は、熱収縮又は膨張を経験することがある。安定した飛翔高さを達成するために、ＡＢＳ設計は、異なる温度により引き起こされる可能性がある物理的歪みを補償しなければならない。

ある温度範囲で動作することに加えて、コンシューマエレクトロニクス及びそれらの内部のＳＦＦ ＨＤＤはまた、海面下から海抜６，０９６ｍ（２万フィート）の範囲の異なる高度で動作できなければならない。海面に対し高い高度における下方の空気密度は、充分なリフト力の達成、したがって安定した飛翔高さの達成をより困難にする。

コンシューマエレクトロニクスデバイスはまた、厳しい衝撃要件を有する。ＳＦＦ ＨＤＤを利用するデバイスの種類は、移動しつつ動作することが多く、したがって、突然の衝撃に耐えることができる必要がある。地面に落とされるような機械的衝撃により、磁気ヘッドとディスクとの間の飛翔高さが突然変化するか又はゼロに落ちるようにされ、ヘッドとディスクとの接触をもたらす可能性がある。したがって、ＡＢＳ設計は、あるレベルの衝撃の下でヘッドとディスクとの接触を防止できなければならない。

前述の課題に鑑み、ＳＦＦ ＨＤＤに使用するための改良されたＡＢＳ設計のために、技術的な必要性が存在する。

図１は、典型的な８．８９ｃｍ（３．５インチ）ドライブの均一な飛翔高さを達成するためのＡＢＳの典型的な設計を示している。ＡＢＳは、前縁１０１と後縁１０２とを有し、中央パッド１０３及び読取／書込素子１０４は後縁１０２にある。内部半径において、空気流は、一般に、矢印１５１で示した方向から来る。外部半径において、空気流は、一般に、矢印１５２で示した方向から来る。ＡＢＳは、２つのエッジライン１１１と１１２を利用して、ＡＢＳ用のリフト力を提供する準大気圧の空洞１１３を形成する。ＩＤにおいて、エッジライン１１１はＡＢＳの空気流入側にある。エッジライン１１１の高さ及び長さは、ＡＢＳがＩＤにあるときに、遮断される空気量と、準大気圧の空洞１１３に入ることが可能にされる空気量とを決定するために修正することができる。

ＯＤにおいて、エッジライン１１２は、ＡＢＳの空気流入側にあり、同様にエッジライン１１２の高さ及び長さは、遮断される空気量と、準大気圧の空洞１１３に入ることが可能にされる空気量とを決定するように選択することができる。典型的なドライブでは、ＯＤに入着する空気流量は、ＩＤにおける空気流量よりも相当大きい。したがって、一定の飛翔高さを達成するために、エッジライン１１１と１１２は、典型的に、ＩＤにおけるよりもＯＤにおいてより多くの空気を遮断するように、したがって、ＯＤにおけるよりもＩＤにおいてより多くの空気が準大気圧の空洞１１３に入ることを可能にするように構成される。

図１の設計は、高速８．８９ｃｍ（３．５インチ）ディスクドライブのために十分に機能するが、ＳＦＦ ＨＤＤのために、望ましい飛翔高さ特性を達成するためにより複雑な設計が必要とされる。図２は、本発明の形態を具現するＡＢＳを示している。図１に示した設計のように、図２に示した実施形態は、前縁２０１、後縁２０２、及び中央パッド２０３を有し、読取／書込み素子２０４は後縁２０２にある。ＡＢＳはまた、２つの準大気圧の空洞２０５ａと２０５ｂ、ならびに揚力も生成する側面パッド２３１ａと２３１ｂを有する。

本発明の形態は、中央の空気チャネル２２１及びポケット装置２２０とを形成するために、ＡＢＳレール（例えば、２１０、２１１と２１２）の使用を必要とする。レールの高さ、幅、角度、間隔及び他の特性を変更して、圧力を、結果として、中央の空気チャネル２２１及びポケット２２０によって生成される揚力を変えることができる。典型的な実施形態では、空気チャネル２２１及びポケット２２０は、ＡＢＳの後縁２０２に揚力を提供するように設計することができる。

本発明の形態を具現する典型的なＡＢＳでは、ＡＢＳがＩＤからＭＤにＯＤに移動し、また空気流が増加するにつれ、ポケット２２０内にまた空気チャネル２２１内に入る空気によって生成される揚力は低減する可能性がある。しかし、空気流の増加は、ポケット２２０及び空気チャネル２２１のより低い揚力を補償するように、準大気圧の空洞２０５ａと２０５ｂ及び側面パッド２３１ａと２３１ｂの揚力を増加させることができる。ＡＢＳの向きと線形速度に基づきＡＢＳの揚力を独立して変更できる多数の装置を有することにより、設計者は、ディスクの変化する半径にわたって所望の飛翔高さ特性を達成することができる。例えば、ＩＤにおける実質的により低い線形速度にもかかわらず、本発明の形態により、ＯＤにおけるよりもＩＤにおいてより高い飛翔高さが得られるようにＡＢＳを構成することができる。ＩＤにおいて不均衡に生じるある種類のディスク故障を回避するために、ＩＤにおいてより高い飛翔高さをもたらす構造が望ましいかもしれない。

内部半径において、空気流は、一般に、矢印２５１で示した方向から来る。レール２１０と２１１及びトラッパ２１３は、後縁２０２を持ち上げるために空気で加圧されたチャンバとして作用するポケット２２０を形成する。レール２１０の長さ及び高さ、ならびにレール２１０と２１１の間の分離及びトラッパ２１３の角度及び高さは、所望の揚力、結果として所望の飛翔高さを生成するように、すべて調整することができる。ＩＤにおいて、空気流２５１は典型的に最も低く、このことは、ＩＤにおける空気流方向に向かって、ディスク上の他の半径におけるよりも、ＩＤにおいてより多くの空気をトラップするように、エアポケット２２０が構成される必要があることを意味する。

中央半径において、空気流は、一般に、矢印２５２の方向から来る。レール２１１と２１２は、中央の空気チャネル２２１を形成する。中央の空気チャネル２２１の開口部は、部分的な偏向装置２１４を有する。部分偏向装置２１４の高さ、長さ、及び偏向角度、ならびにレール２１１と２１２の分離を変更して、空気チャネル２２１に入る空気量、結果として、チャネル２２１の揚力を増加又は減少させることができる。

外部半径において、空気流は、一般に、矢印２５３の方向から来、ディスクの他の半径におけるよりも大きい。ＯＤにおける空気流の増加によって生成されるより大きな揚力により、ＡＢＳは、より少ない空気をチャネル２２１とポケット２２０内に導くように構成可能である。このことは、空気流を遮断するようにレール２１２を構成することによって達成することができる。チャネル２２１及びポケット２２０によって生成される揚力の減少は、準大気圧の空洞２０５ａと２０５ｂ及び側面パッド２３１ａと２３１ｂにおける揚力の増大によって補償し、所望の飛翔高さ特性をもたらすことができる。

図３は、本発明の実施形態の観点を具現するＡＢＳ用のＩＤにおける空気圧特性を示している。側面パッド２３１ａ−ｂと２３２ａ−ｂ（圧力特性の３３１ａ−ｂと３３２ａ−ｂに示した）によって生成される揚力に加えて、空気トンネル２２１及びポケット２２０は、比較的大きな追加の揚力（圧力特性の３２１と３２０に示した）を生成する。揚力は、読取／書込素子が配置される後縁２０２（圧力特性の３０２）で最も大きい。ＡＢＳがＩＤからＯＤに移動するにつれ、トンネル２２１及びポケットにおける揚力は減少し、側面パッド２３１ａ−ｂと２３２ａ−ｂにおける揚力は、所望の飛翔特性を達成するように増加する。

図４は、本発明の実施形態による中央空気トンネル及びポケット装置を有するＡＢＳの飛翔高さを示している。１０Ｋにおいてならびに海面において、ＩＤにおける飛翔高さは、ＯＤにおける飛翔高さよりも高く、小さなプラットホームドライブの信頼性を劇的に高める。

実施形態の前の説明は、当業者が本発明を作製しかつ使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態の様々な修正は、当業者に容易に理解でき、また本明細書に規定された一般的な原理及び特定の実施例は、発明的な能力を使用することなく他の実施形態に適用可能である。例えば、上に説明した異なる実施形態の特徴のあるもの又はすべては、実施形態から削除してもよい。したがって、本発明は、本明細書に記載した実施形態に限定されるとは意図されず、以下の特許請求の範囲及び本発明の等価物によってのみ規定される最も広い範囲に与えられるべきである。

関連技術で公知のＡＢＳ設計の図面である。 低い線形速度でより高い飛翔高さと、変化する半径にわたって比較的一定の飛翔高さとを達成するための中央の空気トンネル及びポケット装置を有するＡＢＳ設計の図面である。 本発明の実施形態の観点を具現するＡＢＳの海面における空気圧特性を示す図面である。 本発明の実施形態の観点を具現するＡＢＳの海面及び３，０４８ｍ（１万フィート）における飛翔高さ特性を示す図面である。

Claims (16)

1. ディスクドライブにおいて、
   回転できる少なくとも１つのディスクと、
   ヘッドサスペンションアセンブリと、
   前記ヘッドサスペンションアセンブリに結合されたスライダであって、前記スライダが、エッチング加工中に形成される少なくとも１つのエアベアリング表面を有し、前記エアベアリング表面が空気チャネルとポケットとを有する、スライダとを備えているディスクドライブ。
2. 前記空気チャネルが、前記ディスクの中央半径において、外部半径における揚力よりも大きな揚力を生成するように構成される、請求項１に記載のディスクドライブ。
3. 前記ポケットが、前記ディスクの内部半径において、外部半径における揚力よりも大きな揚力を生成するように構成される、請求項１に記載のディスクドライブ。
4. 前記ポケットがより短いレールとより長いレールとによって形成される、請求項１に記載のディスクドライブ。
5. 前記スライダが前記ディスクの内部半径に配置されるとき、前記より短いレールが、前記より長いレールと前記エアベアリング表面の空気流入側との間に配置される、請求項４に記載のディスクドライブ。
6. 前記空気チャネルが、前記より長いレールと他のレールとによって形成される、請求項４に記載のディスクドライブ。
7. 前記スライダが前記ディスクの中央半径に配置されるとき、前記より長いレール及び前記他のレールが、前記ディスクの回転によって生成される空気流に対し実質的に平行である、請求項６に記載のディスクドライブ。
8. ヘッドサスペンションアセンブリにおいて、
   エッチング加工中に形成される少なくとも１つのエアベアリング表面を有しており、かつ前記エアベアリング表面が空気チャネルとポケットとを有する、スライダを備えている、ヘッドサスペンションアセンブリ。
9. 前記空気チャネル及び前記ポケットが準大気圧の空洞である、請求項８に記載のヘッドサスペンションアセンブリ。
10. 前記ポケットがより短いレールとより長いレールとによって形成される、請求項８に記載のヘッドサスペンションアセンブリ。
11. 前記より短いレールが前記より長いレールに対し実質的に平行である、請求項１０に記載のヘッドサスペンションアセンブリ。
12. 前記空気チャネルが、前記より長いレールと他のレールとによって形成される、請求項８に記載のヘッドサスペンションアセンブリ。
13. 前記より長いレールが前記他のレールに対し実質的に平行であり、前記より長いレールと前記他のレールとの間の分離部が前記スライダの前縁に面する、請求項１２に記載のヘッドサスペンションアセンブリ。
14. スライダを製造する方法において、
    スライダ本体内でエアベアリング表面を形成するように前記スライダ本体にエッチング加工する段階を備え、
    前記エアベアリング表面が空気チャネルとポケットとを有する、スライダを製造する方法。
15. 前記空気チャネルによって生成される揚力が空気速度及び空気方向の関数であるように、前記空気チャネルにエッチング加工する段階をさらに備えている請求項１４に記載のスライダを製造する方法。
16. 前記ポケットによって生成される揚力が空気速度及び空気方向の関数であるように、前記ポケットにエッチング加工する段階をさらに備えている請求項１４に記載のスライダを製造する方法。