JP2009059424A - 磁気ヘッドスライダ - Google Patents

Abstract

【課題】熱式浮上量調整スライダにおいて、加熱装置及び記録再生素子の周囲を剛性の小さい樹脂層で囲んで、周囲の材料が変形に抵抗する力を遮断する構造は、小型化が困難であること、また、樹脂層を形成するために、新たな工程が必要となること等の実用化に際しての課題がある。
【解決手段】磁気ヘッドスライダ１は、アルチック基板（スライダ）１ａと、薄膜ヘッド部分１ｂとから構成される。薄膜ヘッド部分１ｂはアルチック基板１ａ上に薄膜プロセスで形成された加熱装置４、再生素子３、記録素子２およびアルミナ絶縁膜１ｄから成る。加熱装置４は、空気軸受面９から後退して配置される。絶縁膜とスライダ基板材の境界部１ｃ近傍に、空気軸受面９から後退する方向（Ｚ方向）に深さを持つ溝４０が設けられる。溝４０の空気軸受面９からの深さは、加熱装置４の空気軸受面側の端面位置Ａ１の近傍に達する程度の深さである。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するための浮上量調整機構を備えた磁気ヘッドスライダに関する。

磁気ディスク装置は、回転する磁気ディスクと、記録再生素子を搭載する磁気ヘッドスライダと、磁気ヘッドスライダを支持するサスペンションを備える磁気ヘッド支持機構と、磁気ヘッド支持機構を介して磁気ヘッドスライダを磁気ディスクの径方向に位置決めする位置決め機構を有し、磁気ヘッドスライダが相対的に磁気ディスク上を走行して磁気ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。前記ヘッドスライダは空気潤滑軸受として空気のくさび膜効果によって磁気ディスク上を浮上し、磁気ディスクと磁気ヘッドスライダが直接は固体接触しないようになっている。磁気ディスク装置の高記録密度化と、それによる装置の大容量化あるいは小型化を実現するためには、磁気ヘッドスライダと磁気ディスクの距離、すなわちスライダ浮上量を縮め、線記録密度を上げることが有効である。

従来から、スライダ浮上量の設計においては、加工ばらつきや使用環境気圧差、使用環境温度差などによる浮上量低下を見込み、最悪条件でも磁気ヘッドスライダと磁気ディスクが接触しないように、浮上量マージンを設けてきた。ヘッド個体毎に、または使用環境に応じて浮上量を調整する機能を設けたスライダを実現すれば上記マージンを廃することができ、磁気ヘッドスライダと磁気ディスクの接触を防ぎつつ記録再生素子の浮上量を大幅に縮めることができる。そのため、薄膜抵抗体から成る加熱装置を記録素子と再生素子の近傍に設け、スライダの一部を必要に応じて加熱して熱膨張、突出させ、記録素子及び再生素子と磁気記録媒体との距離を調整するスライダ構造（以後、熱式浮上量調整スライダと呼ぶ）が提案されている。

この熱式浮上量調整スライダでは加熱した際の突出量および突出形状が非常に重要になる。突出形状がスライダの幅方向および長手方向に大きく広がったなだらかに突出する形状だと、突出によって新たに生じる空気圧力が大きく、スライダの姿勢角（ピッチ角）が変化してしまうので、突出量のすべては浮上変化量に変換されない。突出形状が急峻であれば、突出によって新たに生じる空気圧力が小さく、スライダ全体の姿勢角がほとんど変わらないので、突出量の大部分が浮上変化量に変換される。そのため、消費電力は低減される。

例えば、非特許文献１には、熱式浮上量調整スライダにおいて、浮上変化効率を向上させ消費電力を低減するために、加熱装置形成位置を空気軸受面に近付けることで、突出量の増大および急峻な突出形状の形成を実現することが提案されている。

特許文献１には、加熱装置を記録再生素子の先端部から離して配置し、また、加熱装置及び記録再生素子の周囲を剛性の小さい樹脂層で囲んで、周囲の材料が変形に抵抗する力を遮断する構造にすることにより、再生素子の温度を上げることなく、単位電力あたりの記録再生素子の突出量を増やす発明が提案されている。

特開２００５−５６４４７号公報 T. Shiramatsu et-al, "Drive Integration of Active Flying-height Control Slider with Micro Thermal Actuator", IEEE Transactions on Magnetics, Vol.42, No.10, (2006-10), 2513-2515.

非特許文献１で提案されている、加熱装置形成位置を空気軸受面に近付けて突出量の増大および急峻な突出形状の形成を実現する浮上変化効率向上方法は、一定の効果をもたらすことが確認できている。しかし、加熱装置をより空気軸受面に近づけるためには、加熱装置をより小さく作る必要があり、一方、加熱装置を小さく作りすぎると発熱密度が高くなりすぎて加熱装置の焼き切れが懸念されるため、加熱装置形成位置の変更による浮上変化効率の向上には限度がある。すなわち、加熱装置形成位置を、際限なく空気軸受面に近づけることは不可能である。

また、特許文献１で提案されている、加熱装置及び記録再生素子の周囲を剛性の小さい樹脂層で囲んで、周囲の材料が変形に抵抗する力を遮断する構造は、磁気ヘッドスライダが小型化されている中で、加熱装置とスライダの間に樹脂層を設けるスペースを確保するのが困難であること、また、樹脂層を形成するために、新たな工程が必要となること等の実用化に際しての解決すべき課題がある。したがって、製造が容易で、浮上変化効率の高い構成が求められている。

本発明の目的は、加熱装置による浮上変化効率の高い磁気ヘッドスライダを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気ヘッドスライダにおいては、回転する磁気ディスク面から近接浮上するための空気軸受面を備えたスライダと、スライダの流出端面に形成された絶縁膜と、絶縁膜の中に形成された磁気記録素子と、磁気再生素子と、薄膜抵抗体からなる加熱装置とを有する磁気ヘッドスライダであって、加熱装置は空気軸受面から後退して配置されており、スライダは加熱装置の近傍に、空気軸受面から後退する方向に深さをもつ溝を有し、この溝の深さは少なくとも加熱装置の空気軸受面側の端面位置近傍に達する深さである。
前記溝の深さは、加熱装置の加熱作用による温度変化が平衡状態になる位置よりも深いことが望ましく、さらに加熱装置の空気軸受面側の端面位置よりも深いことが望まい。
また、前記溝が前記スライダよりも剛性の低い材料によって埋められていることが望ましく、例えば、前記スライダがＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣであり、前記絶縁膜がＡｌ_２Ｏ_３であり、前記溝に埋められている材料がＡｌ_２Ｏ_３であることが望ましい。

本発明によれば、加熱装置近傍に上記のような位置関係の溝形状を形成することで、加熱装置による熱の伝達領域と非伝達領域が分断され、非伝達領域の剛性によって伝達領域の突出が抑制されることを防ぎ、加熱による突出量を増大させることが可能となる。

まず、図３を用いて本発明の磁気ヘッドスライダが搭載される磁気ディスク装置の概略構成を説明する。磁気ディスク装置１０は、スピンドルモータ１４によって回転され、磁気情報を保持する磁気ディスク１５と、記録再生素子を搭載する磁気ヘッドスライダ１と、磁気ヘッドスライダ１を支持するサスペンション１６を備える磁気ヘッド支持機構１７（ロードビーム）と、ロードビーム１７を介して磁気ヘッドスライダ１を磁気ディスク１４の径方向に移動するボイスコイルモータ１８を有し、磁気ヘッドスライダ１が相対的に磁気ディスク１５上を走行して磁気ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。磁気ヘッドスライダ１は空気潤滑軸受として空気のくさび膜効果によって浮上し、磁気ディスク１５と磁気ヘッドスライダ１が直接は固体接触しないようになっている。回転する磁気ディスク１５と対面し、空気流を受ける磁気ヘッドスライダ１の後端がスライダの流出端となる。

磁気ディスク装置１０の高記録密度化と、それによる装置の大容量化あるいは小型化を実現するためには、磁気ヘッドスライダ１と磁気ディスク１５の距離、すなわちスライダ浮上量を縮め、線記録密度を上げることが有効である。近年、スライダ浮上量は１０ｎｍ程度あるいは１０ｎｍ以下まで縮められている。

磁気ヘッドスライダ１は、板ばね状のロードビーム１７によって磁気ディスク面への押し付け荷重を与えられ、ロードビーム１７とともにボイスコイルモータ１８によって磁気ディスク１５の径方向にシーク動作し、磁気ディスク面全体で記録再生を行う。磁気ヘッドスライダ１は、装置の停止時あるいは読み書き命令が一定時間無い時に、磁気ディスク１５面上から離れ、ランプ１９上に待避する。

なお、ここではロード・アンロード機構を備えた装置を示したが、装置停止中は磁気ヘッドスライダ１が磁気ディスク１５のある特定の領域で待機するコンタクト・スタート・ストップ方式の磁気ディスク装置であっても良い。

図３に示す磁気ディスク装置１０の磁気ヘッドスライダ１のみを拡大して図４に示す。磁気ヘッドスライダ１は、アルミナとチタンカーバイドの焼結体（以後アルチックと略す）に代表される材料の基板部分（スライダ）１ａと、薄膜ヘッド部分１ｂとから成る。薄膜ヘッド部分１ｂはアルチック基板１ａ上に薄膜プロセスで形成された磁気記録素子２、磁気再生素子３、およびアルミナの絶縁膜１ｄなどから成る。

磁気ヘッドスライダ１は例えばピコと呼ばれるスライダでは、長さ１．２５ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのほぼ直方体形状をしており、浮上面９、空気流入端面１２、空気流出端面１３、両側の側面、背面の計６面から構成される。なお、ピコスライダ以外に、質量減による位置決め精度の向上や低コスト化等のためにより小型化された、長さ０．８５ｍｍ、幅０．７ｍｍ、厚さ０．２３ｍｍの「フェムトスライダ」と呼ばれるスライダもある。

浮上面９にはイオンミリングやエッチングなどのプロセスによって微細な段差（ステップ軸受）が設けられており、図示されていないディスクと対向して空気圧力を発生し、背面に負荷される荷重を支える空気軸受の役目を果たしている。

浮上面（空気軸受面）９には前記のように段差が設けられ、実質的に平行な３種類の面に分類される。最もディスクに近いレール面５ａ，５ｂ，５ｃ、レール面より約１００ｎｍ乃至２００ｎｍ深いステップ軸受面である浅溝面７ａ，７ｂ、レール面より約１μｍ深くなっている深溝面８の３種類である。ディスクが回転することで生じる空気流が、ステップ軸受である浅溝面７ｂからレール面５ｂ，５ｃへ進入する際に、先すぼまりの流路によって圧縮され、正の空気圧力を生じる。一方、レール面５ｂ，５ｃや浅溝面７ｂから深溝面８へ空気流が進入する際には流路の拡大によって、負の空気圧力が生じる。なお、図４では溝の深さを強調して示してある。

磁気ヘッドスライダ１は空気流入端面１２側の浮上量が空気流出端面１３側の浮上量より大きくなるような姿勢で浮上するように設計されている。従って流出端近傍の浮上面がディスクに最も接近する。流出端近傍では、レール面（素子設置面）５ａが周囲の浅溝面７ａ、深溝面８に対して突出しているので、スライダピッチ姿勢およびロール姿勢が一定限度を超えて傾かない限り、素子設置面５ａが最もディスクに近づくことになる。磁気記録素子２および磁気再生素子３は、素子設置面５ａの薄膜ヘッド部分１ｂに属する部分に形成されている。ロードビーム１７から押し付けられる荷重と、空気軸受面９で生じる正負の空気圧力とがうまくバランスし、磁気記録素子２および磁気再生素子３から磁気ディスク１５までの距離を１０ｎｍ程度の適切な値に保つよう、空気軸受面９の形状が設計されている。また、素子設置面５ａは、磁気記録再生素子の腐食を防ぐためにカーボン等の保護膜で被膜されている。

なお、ここでは空気軸受面が実質的に平行な３種類の面で形成される、二段ステップ軸受のスライダについて説明したが、４種類以上の平行な面から形成される三段以上のステップ軸受のスライダであっても良い。

次に図１及び図２を参照して、本発明の実施例による磁気ヘッドスライダ１の構成を説明する。基本構成は、図４に示した構成と同じであるので、図１及び図２では、特徴部分の構成を示している。図１は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、記録再生素子が形成された薄膜ヘッド部分１ｂ及びスライダの一部分の拡大断面図である。図２は、薄膜ヘッド部分１ｂを空気軸受面側から見た模式図である。

磁気情報を読み書きする磁気ヘッドは、コイルを流れる電流で磁極間に磁界を発生して磁気情報を記録するインダクティブ記録素子２と、磁界によって抵抗値が変化するのを測る磁気抵抗効果型の再生素子３から成る。具体的には、アルチック基板１ａ上に、メッキ、スパッタリング、研磨などの薄膜プロセスを用いて形成された、薄膜抵抗体である加熱装置４、再生素子３を構成する下部磁気シールド３１、磁気抵抗効果素子３０、上部磁気シールド３２、記録素子２を構成する磁極２１、ライトコイル２２、これら各素子の間及び上部を覆う絶縁膜１ｄによって構成されている。

加熱装置４は、アルチック基板１ａと下部磁気シールド３１の間のアルミナ絶縁膜１ｄの中に配置され、その空気軸受面側の端面が、空気軸受面９から後退して配置されている。空気軸受面９から後退させるのは、加熱装置４の発熱の影響で磁気抵抗効果素子３０の寿命を縮めないようにするためである。

本実施例による磁気ヘッドスライダ１の特徴は、アルチック基板（スライダ）１ａの、絶縁膜とスライダ基板材の境界部１ｃ近傍に、空気軸受面９から後退する方向（Ｚ方向）に深さを持つ溝４０を設けることである。すなわち、スライダ１ａの加熱装置４の近傍に、空気軸受面９から後退する溝４０を設けるものである。この溝４０の、絶縁膜とスライダ基板材の境界部１ｃからの距離は５〜１５μｍ程度である。溝４０のスライダ長手方向（Ｘ方向）の幅は約３０μｍであり、スライダ幅方向（Ｙ方向）の幅は加熱装置４の幅と同じか大き目の幅である。

図５及び図６に、加熱装置４に一定電圧をかけて作動させた際の、温度変化の有限要素法解析結果を示す。図５は加熱装置中心位置および端面位置Ａ１が空気軸受面９からそれぞれ２５μｍ、１５μｍ、図６は加熱装置中心位置および端面位置Ａ１が空気軸受面９からそれぞれ１５μｍ、５μｍの場合の解析結果である。図５及び図６の結果から、加熱装置４の発熱作用による温度変化が平衡状態になる位置は、加熱装置４の端面位置Ａ１ではなく、端面位置Ａ１から空気軸受面側（端面位置Ａ１の近傍）であることがわかる。温度変化が平衡状態となる領域を分断して効率的に熱突出を起こさせるためには、少なくともこの平衡領域（端面Ａ１の近傍）に達する深さの溝が必要である。

このように、加熱装置４による熱の伝達領域と非伝達領域とを分断し、非伝達領域の剛性によって伝達領域の熱突出が抑制されることを防ぐためには、加熱装置４による温度変化が平衡状態に達する位置よりも深い溝を空気軸受面に形成する必要がある。したがって、溝４０の空気軸受面９からの深さは、少なくとも加熱装置４の空気軸受面側の端面位置Ａ１の近傍に達する程度の深さが必要であり、望ましくは端面位置Ａ１よりも深い方がよい。この溝４０は、浮上面９に段差を形成するステップにおいて、同時に、イオンミリングやエッチングなどのプロセスで形成することができるので、磁気ヘッドスライダ１の製造ステップ数を増やすことなく、容易に形成することができる。

次に、実施例による磁気ヘッドスライダ１において、加熱装置４に一定電圧をかけて作動させた際の、薄膜ヘッド部分及びスライダ部分の熱突出による変形形状の有限要素法解析結果を図７に示す。比較のために溝を持たない従来構造の場合の変形形状も同時に示す。図７では、従来構造の最大突出量を１として正規化した場合の変形形状を示す。実施例の構造１は、加熱装置４の端面位置Ａ１が空気軸受面９から５μｍで、溝４０のスライダ流出端面１ｃからの距離が５μｍ、空気軸受面９からの深さが３μｍの場合、構造２は加熱装置４の端面位置Ａ１が空気軸受面９から５μｍで、溝４０のスライダ流出端面１ｃからの距離が１５μｍ、空気軸受面９からの深さが１０μｍの場合である。図７の変形形状を比較すると、実施例による構造１及び２の場合は、溝４０を持たない従来構造よりも突出量が増大していることが確認できる。また、溝４０の深さが大きい方（構造２）が突出量を増加させる効果は大きく、さらに溝４０をスライダ流出端面１ｃすなわち加熱装置４に近づけると効果はさらに増大する。また、構造１のように、溝４０の深さが、加熱装置４の空気軸受面側の端面位置Ａ１の近傍に達する程度の深さ（３μｍ）の場合でも、従来構造に比較して約１６％の熱突出増加を実現することができる。

上記実施例では、浮上面の段差形成プロセスを用いて、アルチック基板１ａに空隙である溝４０を形成したが、図８の模式図に示すように、この溝４０にアルチックよりも剛性の低いアルミナ等の充填材４２を埋め込むこともできる。この変形例によれば、上記実施例と同様に、アルチックよりも剛性の低い充填材４２により加熱装置４による熱の伝達領域と非伝達領域とを分断し、非伝達領域の剛性によって伝達領域の熱突出が抑制されるのを防ぎ、突出量を増大させる効果を奏する他に、空気軸受面９に溝４０が露出しないため、磁気ヘッドスライダ１の浮上安定性に対する影響をなくすことができる。

上記実施例による効果は、加熱装置４の端面よりも深い溝４０を形成することで得られるが、その溝深さが深いほど効果を効率的に得ることが可能となる。しかし、形成する溝４０が深いほど高精度の加工が困難となるため、溝４０をより深く加工するプロセスには限度がある。この溝加工の限界を解決するために、より加工性の高い材料をスライダ基板材料として用いることが考えられる。その具体例として、スライダ基板材料にシリコンを用いることができる。図９にスライダ基板材料にシリコンを用いた場合の模式図を示す。上記実施例に示したスライダ基板材料であるアルチックよりも加工性の高い材料であるシリコンをスライダ基板１ａ′に使用することで、深い溝４４を高精度加工することが可能になる。また、シリコンはアルチックに比べて剛性が低いため、熱の非伝達領域の剛性によって伝達領域の熱突出が抑制されるのを防ぐ作用が助長され、本発明の効果を効率的に得ることができる。また、深い溝４４にシリコンよりも剛性が低い材料を埋め込むこともできる。この場合には、空気軸受面９に深い溝４４が露出しないため、磁気ヘッドスライダ１の浮上安定性に対する影響をなくすことができる。

本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分及びスライダの一部分の断面図であり、図４のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分及びスライダの一部分を浮上面側から見た模式図である。 本発明に係る磁気ヘッドスライダを搭載する磁気ディスク装置の概略構成図である。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの全体斜視図である。 本発明の実施例において、中心位置が空気軸受面から２５μｍ地点に位置する加熱装置を有する薄膜ヘッド部分の温度変化を示す図である。 本発明の実施例において、中心位置が空気軸受面から１５μｍ地点に位置する加熱装置を有する薄膜ヘッド部分の温度変化を示す図である。 本発明の効果を示す解析結果を示す図で、空気軸受面の突出による変形形状を示す図である。 実施例による磁気ヘッドスライダの変形例を示す模式図である。 実施例による磁気ヘッドスライダの他の変形例を示す喪式図である。

符号の説明

１…磁気ヘッドスライダ、１ａ，１ａ′…基板部分（スライダ）、１ｂ…薄膜ヘッド部分、１ｃ…絶縁膜とスライダ基板材の境界部、１ｄ…絶縁膜、２…記録素子、３…再生素子、４…加熱装置、５ａ…レール面（素子設置面）、５ｂ，５ｃ…レール面、７ａ，７ｂ…浅溝面、８…深溝面、９…浮上面（空気軸受面）、１０…磁気ディスク装置、１２…空気流入端面、１３…空気流出端面、１４…スピンドルモータ、１５…磁気ディスク、１６…サスペンション、１７…磁気ヘッド支持機構（ロードビーム）、１８…ボイスコイルモータ、１９…ランプ、２１…磁極、２２…ライトコイル、３０…磁気抵抗効果素子、３１…下部磁気シールド、３２…上部磁気シールド、４０…溝、４２…充填材、４４…深い溝。

Claims (8)

1. 回転する磁気ディスク面から近接浮上するための空気軸受面を備えたスライダと、前記スライダの流出端面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の中に形成された磁気記録素子と、磁気再生素子と、薄膜抵抗体からなる加熱装置とを有する磁気ヘッドスライダにおいて、前記加熱装置は前記空気軸受面から後退して配置されており、前記スライダは前記加熱装置の近傍に、前記空気軸受面から後退する方向に深さをもつ溝を有し、前記溝の深さは少なくとも前記加熱装置の空気軸受面側の端面位置近傍に達する深さであることを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
2. 前記溝の深さは、前記加熱装置の空気軸受面側の端面位置よりも深いことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
3. 前記溝の深さは、前記加熱装置の加熱作用による温度変化が平衡状態になる位置よりも深いことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
4. 前記溝が前記スライダよりも剛性の低い材料によって埋められていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
5. 前記スライダはＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣであり、前記絶縁膜はＡｌ_２Ｏ_３であり、前記溝に埋められている材料はＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項４記載の磁気ヘッドスライダ。
6. 前記加熱装置が前記スライダと前記磁気再生素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
7. 前記スライダはＳｉＯ_２であり、前記絶縁膜はＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
8. 前記溝が前記スライダよりも剛性の低い材料によって埋められていることを特徴とする請求項７記載の磁気ヘッドスライダ。

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