JP2009289396A - 磁気ヘッドと磁気媒体の界面における電荷を測定及び中和する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ヘッドと磁気記憶媒体、例えば、ディスクの界面における電荷を測定及び中和するシステム及び方法が開示される。
【解決手段】表面処理材料が磁気ヘッドに適用される。表面処理材料は、磁気記憶媒体の表面上の媒体表面材料に適合している。磁気読み取り／書き込みヘッド上の表面処理材料は、フッ素化炭素、例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ誘導体、パーフルオロアルキルトリクロロシラン、ＦＣ−７２２又はフッ素化ポリマーであることができる。表面処理材料は、気相成長プロセス又は液浸プロセスによって磁気ヘッドに適用することができる。ヘッド−ディスク界面上の電荷は、ディスクに先に書き込まれた信号を読み取りながら、様々な外部電荷をヘッドに印加することによって測定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ハードディスクドライブに関する。より具体的には、本発明は、磁気ヘッドと磁気記憶媒体の界面における電荷を測定及び中和する方法に関する。

ハードディスクドライブは、磁気読み取り及び書き込み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なる一般的な情報記憶デバイスである。一般にトランスデューサとして知られるこれらのデータ転送素子は、典型的にはスライダ本体によって運ばれ、そこに埋め込まれており、このスライダ本体は、読み取り又は書き込み操作を実行できるようにディスク上に形成された個別のデータトラック上の近接した相対位置に保持されている。ディスク表面に関してトランスデューサを適切に位置させるために、スライダ本体上に形成されるエアベアリング面（ＡＢＳ）は、ディスクデータトラックよりも上にスライダ及びトランスデューサを「浮上」させるの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実質的に平行な方向においてディスク表面に沿って気流又は風の流れを発生させる。気流はスライダ本体のＡＢＳと共に作用して、それによりスライダを回転ディスク上に浮上させることができる。実質的には、浮遊しているスライダは、この自己作動エアベアリングを介してディスク表面と物理的に離れている。

ＡＢＳデザインの主目的の幾つかは、スライダ及びそれに付随するトランスデューサを回転ディスク表面のできる限り近くに浮上させること、並びに変動する浮上条件にもかかわらず一定の接近した距離を均一に維持することである。エアベアリングスライダと回転磁気ディスクの間の高さ又は間隔のギャップは浮上高さとして一般に規定される。一般的には、搭載されたトランスデューサ又は読み取り／書き込み素子は、回転ディスク表面のわずか約数ｎｍ上を浮上している。スライダの浮上高さは、搭載された読み取り／書き込み素子の磁気ディスクの読み取り及び記録能力に作用する最も重要なパラメータの１つと考えられている。浮上高さを比較的小さくすることで、トランスデューサはディスク表面上の異なるデータビット位置間でより大きな分解能を達成でき、したがってデータ密度及び記憶容量が改善される。比較的小型でしかも強力なディスクドライブを利用する軽量かつコンパクトなノートブック型コンピュータの人気が増すにつれて、次第により低い浮上高さに関するニーズが絶えず増大している。

図１に示されるように、一般的なカタマランスライダ５で知られるＡＢＳのデザインは、ディスクに対面するスライダ表面の外縁に沿って延びる一対の平行なレール２及び４で形成することができる。３つ以上の追加のレールを含む、種々の表面積及び幾何学的形状を有する他のＡＢＳ構成もまた開発されている。２つのレール２及び４は、前縁６から後縁８までのスライダ本体長さの少なくとも一部に沿って典型的に延びている。前縁６は、回転ディスクが後縁８に向かってスライダ５の長さを走行する前に通過するスライダの縁として規定される。示されるように、前縁６は、テーパの機械加工プロセスに典型的に関連した大きな望ましくない公差にもかかわらずテーパになっている場合がある。トランスデューサ又は磁気素子７は、図１に示されるようにスライダの後縁８に沿ったある場所に典型的に取り付けられる。レール２及び４は、スライダが浮上するエアベアリング面を形成し、回転ディスクにより作り出される気流との接触によって必要なリフトを提供する。ディスクが回転すると、発生した風又は気流が、カタマランスライダのレール２と４の下に沿って及びその間に流れる。気流がレール２と４の下を通過すると、レールとディスクの間の空気圧が増加し、それによって正の加圧及びリフトが提供される。カタマランスライダは、回転ディスクより上の適切な高さでスライダを浮上させるのに十分な量のリフト又は正の負荷力を一般的に作り出す。レール２及び４がない場合には、スライダ本体５の大きな表面積のために、過度に大きなエアベアリング面の面積が形成されるであろう。一般的に、エアベアリング面の面積が増加すると、作り出されるリフト量もまた増加する。それゆえ、レールなしでは、スライダは回転ディスクから離れすぎて浮上し、それにより低い浮上高さを有するという記載された利点のすべてが犠牲にされる。

図２に示されるように、ヘッドジンバルアセンブリ４０が、スライダに複数の自由度、例えば、垂直間隔、又はスライダの浮上高さを説明するピッチ角及び横転角を提供する場合が多い。図２に示されるように、サスペンション７４が（縁７０を有し）矢印８０によって示される方向に移動する移動ディスク７６の上にＨＧＡ４０を保持している。図２に示されるディスクドライブの操作においては、アクチュエータ７２（例えば、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ））が、弧７５にわたってディスク７６の種々の直径（例えば、内径（ＩＤ）、中央径（ＭＤ）及び外径（ＯＤ））上にＨＧＡを移動させる。

磁気ヘッドと磁気ディスクの界面における電荷によって、深刻なトライボロジー及び信頼性の問題、例えば、潤滑性の低下、ヘッド−ディスク間隔の変化及び磁気センサーの静電気損傷が生じる可能性がある。記録密度をより高くするためにヘッドとディスク間の間隔をより小さくすると、ヘッド−ディスク相互作用の機会が増え、それゆえ、摩擦帯電効果のためにヘッド−ディスク界面における電荷がより大きくなる。

上記を考慮して、磁気読み取り／書き込みヘッド上の蓄積電荷を測定及び低減するシステム及び方法に関するニーズがある。

磁気ヘッドと磁気記憶媒体、例えば、ディスクの界面における電荷を測定及び中和するシステム及び方法が開示される。１つの実施態様においては、ヘッド−ディスク界面上の電荷は、ディスクに先に書き込まれた信号を読み取りながら、様々な外部電荷をヘッドに印加することによって測定することができる。更なる実施態様においては、表面処理材料を磁気ヘッドに適用して磁気ヘッド上の電荷を中和する。表面処理材料は、磁気記憶媒体の表面材料に適合させることができる。更なる実施態様においては、両方の材料は、フルオロカーボン、例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ誘導体、フッ素化アルキル−トリクロロシラン、フッ素化アルキル−トリアルキルオキシシラン、及びフッ素化界面活性剤であることができる。１つの実施態様においては、表面処理材料は、気相成長プロセス又は液浸プロセスによって磁気ヘッドに適用することができる。

当技術分野で公知の読み取り／書き込みヘッドを備えたスライダデバイスの斜視図である。 当技術分野で公知のディスクドライブデバイスの斜視図である。 本発明の実施態様に従ったヘッドディスク界面（ＨＤＩ）電荷測定装置の図を与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷測定プロセスを示すフローチャートを与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷測定の示度を示すグラフを与える。 本発明の実施態様に従ったコーティングされた磁気ヘッドとコーティングされていない磁気ヘッドのＨＤＩ電荷測定の示度を比較するグラフを与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷防止コーティングの適用例を与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷防止コーティングを適用するための気相成長プロセスを示すフローチャートを与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷防止コーティングを適用するための液浸システムの例を与える。 本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷防止コーティングを適用するための液浸プロセスを示すフローチャートを与える。 本発明の実施態様に従った他のＨＤＩ電荷防止コーティングのＨＤＩ電荷測定の示度を示すグラフを与える。

本発明の実施態様によれば、ヘッド−ディスク界面（ＨＤＩ）の電荷を決定するための方法は、磁気ヘッドに外部電圧を適用することによって生じる蓄積信号の示度の変化を利用する。図３は、ＨＤＩ電荷測定装置の１つの実施態様を示している。１つの実施態様においては、磁気ヘッド３００が、磁気データ記憶媒体、例えば、ディスク３１０からのデータを読み取りかつそれにデータを書き込む。更なる実施態様においては、磁気ヘッド３００によって前置増幅器３２０に信号が送られ、当該前置増幅器によって信号を増幅した後、データを処理するための処理ユニット３３０に信号が送られる。追加の実施態様においては、ディスク３１０が、アース３５０に接続されたスピンドル３４０を中心に回転する。１つの実施態様においては、磁気ヘッド３００がアース３５０と絶縁されている。磁気ヘッド３００はまた、絶縁されたサスペンション台３７０を介して可変の電荷又は電圧源３６０に接続されている。

図４は、ＨＤＩ電荷測定プロセスの１つの実施態様をフローチャートにおいて示している。当該プロセスは、ディスク３１０に関して磁気ヘッド３００をかみ合わせること（ブロック４１０）によって開始される（ブロック４００）。磁気ヘッド３００が、ディスク３１０上の１つ又は複数のトラックに信号を書き込む（ブロック４２０）。表面に書き込んだ後、この信号は、書き込み操作中のヘッド−ディスク間隔のインジケータとして利用することもできる。次いで、磁気ヘッド３００が、供給３６０からの外部電圧がゼロの状態でディスク３１０からの信号の戻りを読み取る（ブロック４３０）。次いで、磁気ヘッド３００は、様々な外部電圧が電圧源３６０によって印加される状態でディスク３１０上の書き込み信号を読み取る（ブロック４４０）。１つの実施態様においては、外部電圧は、ヘッド３００とディスク３１０の実際の間隔に応じて−５から５ボルトまで変化することができる。所定の外部電圧を用いた後、プロセスが終了する（ブロック４５０）。

図５は、本発明の実施態様に従ったＨＤＩ電荷測定プロセスから得られるＨＤＩ電荷測定のグラフを示している。このグラフにおいては、５０％（ＰＷ５０）でのパルス幅（μインチ）が電圧（Ｖ）に対してプロットされている。５０％でのパルス幅は、パルスが上昇勾配に関する振幅の５０％にある場合と、パルスが下降勾配に関する振幅の５０％にある場合との距離を測定することによって見出される。ＨＤＩ電荷が存在しない実施態様においては、ヘッド−ディスク界面の間隔が小さいために、正又は負いずれかの電圧が磁気ヘッド３００に印加されるとＰＷ５０は減少するであろう。１つの実施態様においては、ヘッド−ディスク界面と電荷の関係は、擬似並列コンデンサとしてモデル化することができ、ここで、ヘッド−ディスク間隔（ｄ）、印加電圧（Ｖ）及び引力（ｆ）の関係は、式ｆ＝ｋＶ²／ｄ²に従う（式中、ｋは定数である）。この関係の結果として、間隔ｄは、ヘッドに作用する力が平衡になった後、Ｖの増加とともに減少する。この実施態様におけるグラフによって示されるように、負の電圧が印加される場合に最大値５００に達するまでＰＷ５０は増加し、この点でＰＷ５０が減少し始める。最大値５００は、ディスク表面に存在する負電荷によるゼロ電圧位置からのオフセットである。この負電荷は、磁気ヘッドの反対表面からの同じ電荷に反発するか又は反対表面からの荷電効果を取り消し、ＰＷ５０の増加をもたらす。この負電荷が外部の電荷／電圧によって克服される場合には、ＰＷ５０は印加電圧によってさらに減少する。１つの実施態様においては、ＨＤＩ電荷は、ピークのＰＷ５０値に対応する電圧として与えられる。代わりの実施態様においては、ＨＤＩ電荷は所与の絶対電圧に関してＰＷ５０デルタとして与えられる。ＰＷ５０対電圧の曲線の非対称性を表す１つの方法は、＋２ＶにおけるＰＷ５０と−２ＶにおけるＰＷ５０の間の差としてデルタを任意に規定することである。ＰＷ５０のデルタが大きくなるほど、ＰＷ５０対電圧の曲線の非対称性が大きくなる。

１つの実施態様においては、ＨＤＩ電荷は、スティクション及び機械的摩耗に対してディスク表面を保護するためにディスク３１０の表面上に存在する潤滑剤によって生じる。用いられる潤滑剤は、フッ素化炭素、例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ誘導体である場合が多い。フッ素化炭素は、フッ素が存在するために電子に関して高い親和性を有する。ディスク製作プロセス又は磁気ヘッドのテークオフの際にディスク表面がこすられると、摩擦帯電プロセスによって電子及び陽イオンが生成する。電子に関するその高い親和性のために、フッ素化ポリマーは電子を引き寄せ、そうして負の電荷／電位を帯びる。さらには、フッ素化ポリマーは誘電材料であるため、獲得した負電荷はディスク基材を通して速やかには散逸しない。その代わりに、負電荷は、環境から正電荷を有する分子を吸収して次第に中和される。しかしながら、ディスク上を浮上するヘッドによって周囲以下の圧力が作り出され、結果として、吸収された分子がすぐに蒸発し、負電荷効果が回復する。ディスク表面上の負電荷は磁気ヘッド上に正電荷を誘導し、ヘッドとディスクの間の引力によって擬似並列コンデンサを形成する。１つの実施態様においては、これは、ディスク上のコーティングと同じか又はそれに類似する材料の薄層で磁気ヘッドをコーティングすることによって阻止され、その結果、両表面は、ディスクドライブのＨＤＩにおいて一緒にされた場合に同符号の電荷を示す。同じか又は類似の表面電荷によって、ヘッドとディスク間の引力は最小限に抑えられるか又は排除されるであろう。図６は、コーティングを有する磁気ヘッド６００の実施態様と、コーティングなしの磁気ヘッド６１０の実施態様との比較をグラフで示している。コーティングを有する磁気ヘッド６００は、ゼロ外部電圧で最大のＰＷ５０測定値を有する。コーティングなしの磁気ヘッド６１０は、約−０．５Ｖの外部電圧で最大値を有する。

１つの実施態様においては、フッ素化炭素、例えば、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＰＥＤＴＳ）は、気相成長プロセス又は液浸プロセスによって適用することができる。本発明の別の実施態様においては、図７のシステムを用いて、単層の表面コーティングを磁気ヘッドに適用するための真空コーティングプロセスが、図８のフローチャートにおいて与えられかつ説明される。このプロセスは、ガラスフラスコ７２０に単層形成剤７１０を充填すること（ブロック８１０）によって開始される（ブロック８００）。次いで、このガラスフラスコ７２０からコーティングチャンバー７４０に対して活性剤の低圧蒸気７３０が提供される。本例では、単層形成剤７１０は、ガラスフラスコ７２０中で純粋（９６％又はそれ以上）なＰＦＤＴＳであり、より高い蒸気圧を得るために加熱テープ７５０によって１００℃まで加熱される。温度調節器７６０によって単層形成剤７１０の加熱を制御することができる。磁気の読み取り／書き込みヘッド３００をコーティングチャンバーにおいてラック７７０により吊り下げる（ブロック８２０）。コーティングチャンバー７４０を、まず、ポンプによって低真空レベルにし、そして窒素ガスを数サイクルにわたって充填して残留水分を除去することにより洗浄する（ブロック８３０）。次いで、磁気の読み取り／書き込みヘッド３００を、単層形成剤の蒸気７３０に３０分間にわたって曝露する（ブロック８４０）。活性剤のバルブ７８０を閉じた後、コーティングチャンバー７４０を再びポンプによって低真空にし、そして窒素ガスを数サイクルにわたって充填して余分なコーティング及び副生成物を除去することにより洗浄する（ブロック８５０）。磁気の読み取り／書き込みヘッド３００をコーティングチャンバー７４０から取り出し（ブロック８６０）、プロセスを終了する（ブロック８７０）。時間の長さは、チャンバーの清浄度やコーティングの品質に関する要件に応じて変化する。１つの実施態様においては、チャンバー温度は１０５℃であった。しかしながら、単層コーティングは、２０℃〜２５０℃の広い温度範囲において基材上にうまく堆積された。

代わりの実施態様においては、ＦＣ−７２２、３Ｍ（登録商標）によって製造されるフッ素化炭素が表面コーティングとして使用され、ＦＣ−７２２は、磁気媒体記憶の表面コーティングとして同様の電子親和性を有する。１つの実施態様においては、ＦＣ−７２２は、液浸プロセスを用いてヘッド上に堆積される。本発明の１つの実施態様においては、図９のシステムを用いて、液体プロセスが、単層表面コーティングを磁気ヘッドに適用するために提供され、図１０のフローチャートにおいて示される。このプロセスは、溶液９２０を容器９１０に充填すること（ブロック１０１０）によって開始される（ブロック１０００）。溶液は、フッ素化された溶媒、例えば、３Ｍ（登録商標）によるＰＦ５０６０と活性剤ＦＣ−７２２の混合物であることができる。磁気の読み取り／書き込みヘッド３００をラック９３０から吊り下げ、単層溶液９２０に浸すことができる（ブロック１０２０）。１０分後、磁気の読み取り／書き込みヘッド３００を、底部ドレン９４０を介して単層溶液９３０を排出することにより単層溶液９２０から取り出す（ブロック１０３０）。磁気ヘッドを取り出し、１２０℃で３０分間乾燥器に置き、余分な溶媒を除去してコーティングを硬化することができ（ブロック１０４０）、プロセスを終了する（ブロック１０５０）。

図１１は、それぞれＦＣ−７２２の表面コーティングを付与された第１ヘッド１１００及び第２ヘッド１１１０のＨＤＩ電荷測定の１つの実施態様をグラフで示している。

幾つかの実施態様が本明細書で具体的に示されかつ説明されたが、本発明の改良及び変更は、本発明の趣旨及び意図される範囲から逸脱することなく、上記の教示によってカバーされかつ特許請求の範囲内にあることが理解されるであろう。

Claims (30)

1. 磁気記憶媒体からデータを読み取りかつそれにデータを書き込むための磁気ヘッドと、
   当該磁気記憶媒体の表面上の媒体表面材料に適合する表面処理材料と
   を含む、磁気読み取り／書き込み装置。
2. 前記表面処理材料がフッ素化ポリマーである、請求項１に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
3. 前記表面処理材料が気相成長プロセスによって適用される、請求項１に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
4. 前記表面処理材料が液浸プロセスによって適用される、請求項１に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
5. 前記磁気ヘッドがアースと電気絶縁されている、請求項１に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
6. 外部電荷が前記磁気ヘッドに印加される、請求項５に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
7. 前記外部電荷が界面電荷を測定するのに用いられる、請求項６に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
8. 前記磁気記憶媒体に信号を書き込むこと、前記磁気ヘッドに印加される外部電荷がゼロの状態で当該信号の戻りを読み取ること、及び外部電荷を変化させて当該信号の戻りを読み取ることによって測定がなされる、請求項７に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
9. 前記信号が５０％高さでのパルス幅である、請求項８に記載の磁気読み取り／書き込み装置。
10. 媒体表面材料によって覆われたデータを記憶するための磁気記憶媒体と、
    当該媒体表面材料に適合するヘッド表面処理材料によって覆われた、当該磁気記憶媒体からデータを読み取りかつそれにデータを書き込むための磁気ヘッドと
    を含む、システム。
11. 前記表面処理材料がフッ素化ポリマーである、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記表面処理材料が気相成長プロセスによって適用される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記表面処理材料が液浸プロセスによって適用される、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記磁気記憶媒体が、スピンドルを介してアースに電気接続された磁気ディスクを含む、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記磁気ヘッドがアースと電気絶縁されている、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記磁気ヘッドに印加される外部電荷源をさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記外部電荷が界面電荷を測定するのに用いられる、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記磁気記憶媒体に信号を書き込むこと、前記磁気ヘッドに印加される外部電荷がゼロの状態で当該信号の戻りを読み取ること、及び外部電荷を変化させて当該信号の戻りを読み取ることによって測定がなされる、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記信号が５０％高さでのパルス幅である、請求項１８に記載のシステム。
20. 磁気記憶媒体を媒体表面材料でコーティングすること、及び
    当該磁気記憶媒体からデータを読み取りかつそれにデータを書き込むための磁気ヘッドを、当該媒体表面材料に適合するヘッド表面処理材料でコーティングすること
    を含む、方法。
21. 前記表面処理材料がフッ素化ポリマーである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記表面処理材料を気相成長プロセスによって適用することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
23. 前記気相成長プロセスが、
    窒素パージされたボックスにおいて室温でフッ素化炭素の液体の上に前記磁気ヘッドを吊り下げること、
    当該磁気ヘッドを真空乾燥器に移動させること、及び
    当該磁気ヘッドを１１０℃で１時間焼成すること
    を含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記表面処理材料を液浸プロセスによって適用することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
25. 前記液浸プロセスが、
    フッ素化炭素剤を溶媒のプールに溶解し、フッ素化炭素の液体を作製すること、
    当該フッ素化炭素の液体中に前記磁気ヘッドを浸すこと、
    当該フッ素化炭素の液体から当該磁気ヘッドを取り出すこと、及び
    当該磁気ヘッドから余分なコーティング材料を洗浄すること
    を含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記磁気記憶媒体が、スピンドルを介してアースに接続された磁気ディスクを含む、請求項２０に記載の方法。
27. 前記磁気ヘッドをアースと電気絶縁することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
28. 外部電荷を前記磁気ヘッドに印加することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. 界面電荷を測定することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記磁気記憶媒体に信号を書き込むこと、
    前記磁気ヘッドに印加される外部電荷がゼロの状態で当該信号の戻りを読み取ること、及び
    外部電荷を変化させて当該信号の戻りを読み取ること
    を含む測定がなされる、請求項２９に記載の方法。

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