JP2020042887A - 磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】信頼性の向上した磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気ヘッドは、空気支持面40を有するスライダ31と、スライダに設けられデータの処理を行うヘッド部33と、を備えている。スライダは、空気支持面のリーディング側端部に設けられたリーディングステップ52と、空気支持面のトレーリング側端部に設けられ、ヘッド部を内蔵するトレーリングステップ62と、リーディングステップとトレーリングステップとの間に形成され、空気支持面および一対の側面に開口した深溝50と、空気支持面の中央部からトレーリングステップまで延在するセンターレール68と、センターレールと空気支持面の各側縁との間に設けられた一対の圧力発生部70と、を有している。【選択図】 図3

Description

この発明の実施形態は、磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置に関する。
磁気ディスク装置として、例えば、ハードディスクドライブ(HDD)は、回転自在に設けられた磁気ディスクと、磁気ディスクに対してデータの記録、読取りを行う磁気ヘッドと、を有している。HDDの動作状態において、磁気ヘッドは、磁気ディスクの回転によって生じる空気流により浮上し、磁気ディスクの表面に僅かな隙間を置いて対向する。
米国特許出願公開第2007/0047143号明細書 米国特許出願公開第2011/0122532号明細書 米国特許出願公開第2012/0134055号明細書
HDDに外部衝撃が作用した場合、衝撃により、磁気ディスクの内周部あるいは外周部が凸状あるいは凹状に変形する場合がある。磁気ディスクが変形すると、磁気ヘッドの浮上が変化し、磁気ディスク表面に磁気ヘッドが接触する可能性がある。接触が生じた場合、磁気ディスクおよび/あるいは磁気ヘッドが損傷するおそれがある。
この発明の実施形態の課題は、記録媒体との接触を抑制し、信頼性の向上を図ることが可能な磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置を提供することにある。
実施形態によれば、磁気ヘッドは、一対の側縁を有する空気支持面と、前記空気支持面の一対の側縁に沿った一対の側面と、リーディング側端面と、トレーリング側端面とを有するスライダと、前記スライダに設けられデータの処理を行うヘッド部と、を備えている。前記スライダは、前記空気支持面のリーディング側端部に設けられたリーディングステップと、前記空気支持面のトレーリング側端部に設けられ、前記ヘッド部を内蔵するトレーリングステップと、前記リーディングステップとトレーリングステップとの間に形成され、前記空気支持面および前記一対の側面に開口した深溝と、前記空気支持面の中央部から前記トレーリングステップまで延在するセンターレールと、前記センターレールと各側縁との間に設けられた一対の圧力発生部と、を有している。
図1は、実施形態に係るハードディスクドライブ(HDD)の内部構造を示す平面図。 図2は、前記HDDの磁気ディスクと磁気ヘッドおよびサスペンションを拡大して示す側面図。 図3は、前記磁気ヘッドの空気支持面(ABS)側を示す斜視図。 図4は、前記磁気ヘッドのABS側を示す平面図。 図5は、図3の線V−Vに沿った磁気ヘッドの断面図。 図6は、図3の線VI−VIに沿った磁気ヘッドの断面図。 図7は、磁気ディスクの径方向位置による等価的なクラウン/キャンバ変化を示す図。 図8は、通常時とディスク変形時との磁気ヘッドの浮上姿勢を概略的に示す図。 図9は、第1の実施形態に係る磁気ヘッドと比較例に係る磁気ヘッド(サブ圧力発生部を持たない磁気ヘッド)とについて、耐衝撃力を比較して示す図。 図10は、第2の実施形態に係る磁気ヘッドのABS側を示す平面図。 図11は、第3の実施形態に係る磁気ヘッドのABS側を示す平面図。
以下図面を参照しながら、実施形態に係る磁気ディスク装置ついて説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(第1の実施形態)
磁気ディスク装置の一例として、実施形態に係るハードディスクドライブ(HDD)について詳細に説明する。図1は、第1の実施形態に係るHDDの内部構造を示している。
図1に示すように、HDDは筐体10を備えている。筐体10は、上面の開口した矩形箱状のベース12と、ベース12の上端開口を閉塞する図示しないトップカバーと、を有している。ベース12は、矩形状の底壁12aと、底壁12aの周縁に沿って立設された側壁12bとを有している。
筐体10内には、ディスク状の記録媒体としての1枚あるいは複数枚の磁気ディスク16、および磁気ディスク16を支持および回転させる駆動部としてのスピンドルモータ23が設けられている。磁気ディスク16は、スピンドルモータ23の図示しないハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにクランプばね27によりクランプされ、ハブに固定されている。磁気ディスク16は、スピンドルモータ23により矢印A方向に所定の速度で回転される。
筐体10内に、磁気ディスク16に対してデータのライト/リードを行なう複数の磁気ヘッド17、および、これらの磁気ヘッド17を磁気ディスク16に対して移動可能に支持したキャリッジアッセンブリ22が設けられている。筐体10内に、キャリッジアッセンブリ22を回動および位置決めするボイスコイルモータ(以下VCMと称する)24、磁気ヘッド17が磁気ディスク16の最外周に移動した際、磁気ヘッド17を磁気ディスク16から離間したアンロード位置に保持するランプロード機構25、HDDに衝撃等が作用した際、キャリッジアッセンブリ22を退避位置に保持するラッチ機構26、および変換コネクタ等を有する基板ユニット21が設けられている。
ベース12の底壁12a外面には、図示しないプリント回路基板がねじ止めされている。プリント回路基板に制御部が構成されている。制御部は、基板ユニット21を介してVCM24、および磁気ヘッド17の動作を制御するとともに、スピンドルモータ23の動作を制御する。
図2は、浮上状態の磁気ヘッドおよび磁気ディスクを模式的に示している。図1および図2に示すように、磁気ディスク16は、例えば、直径約88.9mm(3.5インチ)の円板状に形成された非磁性体からなる基板101を有している。基板101の両面の各々には、下地層として軟磁気特性を示す材料からなる軟磁性層102と、磁気記録層103と、保護膜層104とが順に積層されている。
キャリッジアッセンブリ22は、ベース12に回動自在に支持された軸受部(本体ブロック)と、軸受部から延出した複数本のアーム28と、各アーム28から延出するヘッドジンバルアッセンブリ30と、を有している。各ヘッドジンバルアッセンブリ30は、細長い板ばね状のサスペンション34と、サスペンション34上に設けられた配線部材としてのフレクシャ41と、磁気ヘッド17と、を有している。磁気ヘッド17は、フレクシャ41のジンバル部36を介して、サスペンション34の先端部に支持されている。
図2に示すように、磁気ヘッド17は浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体状に形成されたスライダ31と、スライダ31の流出端(トレーリング)側の端部に形成されたヘッド部33とを有している。スライダ31は、磁気ディスク16の表面に対向する空気支持面(ABS)40を有している。磁気ヘッド17は、磁気ディスク16の回転によって磁気ディスク16の表面とスライダ31のABS40との間に生じる空気流Bにより浮上する。空気流Bの方向は、磁気ディスク16の回転方向Aと一致している。
次に、磁気ヘッド17の構成について詳細に説明する。図3は磁気ヘッドのABS側を示す斜視図、図4は磁気ヘッドのABS側を示す平面図である。
図3および図4に示すように、磁気ヘッド17のスライダ31は、ほぼ直方体状に形成され、磁気ディスク16の表面に対向する矩形状の空気支持面(ディスク対向面)(air bearing surface :ABS)40、ABS40と直交して延びる流入側端面(リーディング側端面)42a、ABS40と直交して延びる流出側端面(トレーリング側端面)42b、およびそれぞれABS40と直交して流入側端面42aと流出側端面42bとの間を延びる一対の側面(サイド部)42cを有している。スライダ31は、ABS40と反対側に位置する背面を有し、この背面がフレクシャ41のジンバル部に固定される。
ABS40の長手方向を第1方向X、これと直交する幅方向を第2方向Yとする。磁気ヘッド17の中心軸線Dは、磁気ヘッド17の中心を通り第1方向Xに延在している。一例では、スライダ31は、第1方向Xの長さLが1.25mm以下、例えば、1.235mm、第2方向Yに沿った幅Wが1.0mm以下、例えば、0.7mm、厚さT1が0.15〜0.3mmに形成され、いわゆるペムトスライダとして構成されている。
図5は図3の線V−Vに沿ったスライダの縦断面図、図6は図3の線VI−VIに沿ったスライダの横断面図である。図示のように、スライダ31の上面(ABS40)は、第1方向Xに沿って凸となる円弧状に湾曲し、いわゆるクラウンを形成している。また、ABS40は、第2方向Yに沿って凸となる円弧状に湾曲し、いわゆるキャンバを形成している。クラウンおよびキャンバの中央部の高さT2は、一例では、15nm程度に形成されている。
図3ないし図5に示すように、ABS40の第1方向Xのほぼ中央部に帯状の深溝50が形成されている。深溝50は、スライダ31の第2方向Yの全長に亘って延在し、スライダ31の両側面42cに開口している。スライダ31の厚さT1を、例えば0.23mmとした場合、深溝50の深さは、1〜5μm、例えば3μmに形成されている。深溝50を設けることにより、HDDで実現される全てのヨー角において、深溝50のリーディング側で負圧を発生させることができる。
ABS40のリーディング側端部に、ほぼ矩形状のリーディングステップ52が形成されている。リーディングステップ52は、深溝50の底面に対し突出して設けられ、かつ、空気流Cに対して深溝50の流入側に位置している。
磁気ヘッド17のピッチ角を維持するため、リーディングステップ52上には、空気膜によってスライダ31を支えるリーディングパッド(流入側の圧力発生面)53が突設されている。リーディングパッド53は、流入側に向かって複数個所が開放するM字形状に形成されている。リーディングパッド53の上面は、スライダ31の最上面を構成し、ABS40の一部を構成している。リーディングステップ52の流入端から僅かに流出側にずれた位置に、リーディング溝55が形成されている。
図3ないし図5に示すように、スライダ31は、空気流Cの方向に対して、ABS40の流出側端部に形成されたトレーリングステップ62を有している。トレーリングステップ62は、負圧キャビティ54の底面に対し突出して形成され、その突出高さは、リーディングステップ52と同程度の高さに形成されている。トレーリングステップ62は、ABS40の第2方向Yのほぼ中央に位置している。トレーリングステップ62の上面には、空気膜によってスライダ31を支えるトレーリングパッド(流出側の圧力発生面)63が突設されている。
トレーリングパッド63は、トレーリングステップ62の流出側端面、ここでは、スライダ31の流出側端面42bから流入側に隙間を置いて設けられている。トレーリングパッド63は、リーディングパッド53、中間クロスレール56、サイドレール59と同一高さレベルに形成され、スライダ31の最上面となりABS40の一部を構成している。
磁気ヘッド17のヘッド部33は、磁気ディスク16に対して情報の記録再生を行う記録素子65および再生素子66を有している。これら記録素子65および再生素子66は、空気流Cの方向に対して、スライダ31の下流側端部内、ここでは、トレーリングステップ62内に埋め込まれている。記録素子65および再生素子66の先端部は、トレーリングパッド63の位置でABS40に露出している。
図3ないし図6に示すように、ABS40のほぼ中央部から流出側端面42bに亘って、凹所からなる負圧キャビティ54が形成されている。負圧キャビティ54は、深溝50の流出端側およびトレーリングステップ62の周囲に位置し、流出側端面42bに向かって開放している。負圧キャビティ54は、深溝50よりも浅く形成され、すなわち、深溝50の底面よりも高い位置に形成されている。負圧キャビティ54の深さは500〜1500nm、例えば1000nmに形成されている。負圧キャビティ54を設けることにより、HDDで実現される全てのヨー角において、負圧を発生させることができる。
ABS40において負圧キャビティ54を囲うようにリブ状の中間クロスレール56、一対のセンターレール(センターパッド)68、および一対のサイドレール59が設けられている。更に、センターレール68の幅方向両側に、一対の中間パッド(第2圧力発生部)70が設けられている。
中間クロスレール56は、深溝50と負圧キャビティ54との間に位置し、第2方向Yに沿ってABS40の両側縁間を延びている。中間クロスレール56は、負圧キャビティ54の底面に対し突出して設けられ、かつ、空気流Cに対して負圧キャビティ54の流入側に位置している。
一対のサイドレール59は、ABS40の各側縁に沿って形成され、中間クロスレール56からABS40の流出端側に延出している。これらのサイドレール59は負圧キャビティ54の底面に対し突出している。
一対のスカート60はABS40の各側縁(側面42c)に沿って形成され、それぞれ第1方向Xに沿ってサイドレール59からABS40の流出側端面42b近傍まで延びている。各スカート60は、負圧キャビティ54の底面に対し突出して設けられ、かつ、サイドレール59よりも低く形成されている。
中間クロスレール56、一対のサイドレール59、および一対のスカート60は、全体として、上流側が閉塞され、下流側に向かって開放したほぼU字形状に形成されている。中間クロスレール56、一対のサイドレール59、および一対のスカート60により負圧キャビティ54が規定されている。
一対のセンターレール68は、第1方向Xに沿って、中間クロスレール56からトレーリングステップ62まで延在している。一対のセンターレール68は、スライダ31の中心軸線Dの両側に位置し、第2方向Yに隙間を置いて、互いに対向している。センターレール68は、負圧キャビティ54の底面からの高さが、中間クロスレール56およびトレーリングパッド63の高さと同一に形成されている。一対のセンターレール68間に、空気流をトレーリングステップ62およびトレーリングパッド63に導くガイド溝76が形成されている。このガイド溝76は、中心軸線Dに沿って形成され、深溝50を通り、更に、リーディングステップ52まで延びている。
一対の中間パッド70は、深溝50とトレーリングステップ62との間の領域、更に、センターレール68とサイドレール59との間の領域に設けられている。すなわち、一対の中間パッド70は、センターレール68の幅方向両側に設けられている。各中間パッド70は、中間クロスレール56からトレーリング端側に延出したほぼU字形状をなしている。詳細には、中間パッド70は、第1方向Xに沿って、それぞれ中間クロスレール56からスライダ31のトレーリング端側に延出した一対の第1リブ70aと、第2方向Yに沿って延在し、一対の第1リブ70aの延出端に連結された第2リブ70bとを有している。一対の第1リブ70aは、第2方向Yに間隔を置いて、互いに平行に並んでいる。また、第2リブ70bの幅は、第1リブ70aの幅よりも大きく形成されている。第1リブ70aおよび第2リブ70bにより規定された内空間部は、スライダ31のリーディング側に、すなわち、深溝50に開口している。中間パッド70は、負圧キャビティ54の底面からの高さが、中間クロスレール56およびトレーリングパッド63の高さと同一に形成されている。
図7は、磁気ディスクの変形(径方向位置)による等価的なクラウン/キャンバ変化を示す図である。図示のように、等価的なクラウン/キャンバは、磁気ディスクの内周側ほど大きくなる。そのため、磁気ディスクに変形が生じた場合、磁気ディスク内周領域では、スライダの浮上姿勢が大きく崩れ、スライダが磁気ディスクに接触する可能性がある。図8(a)に示すように、通常、磁気ヘッド17の浮上姿勢は、スライダ31のトレーリング端面42b側が磁気ディスク16に近く、リーディング端面42a側がより多く磁気ディスク16から離間した傾斜状態となる。また、スライダ31のABS40にクラウンが付いている。そのため、図8(b)に示すように、外部衝撃等に起因して磁気ディスク16が磁気ヘッド17に対して凸状に変形した場合、磁気ディスクの変形に等価クラウンが足されることになり、スライダ31の中央部とトレーリングパッドとの間の領域、ここでは、スライダ31のセンターレール68付近が最も磁気ディスク表面に接近する、すなわち、センターレール付近の浮上量が最少となる。
これに対して、前述したように、本実施形態に係る磁気ヘッド17によれば、センターレール68の両側に第2圧力発生部としての中間パッド70を設けている。そのため、磁気ディスク16の変形により、センターレール68および中間パッド70付近と磁気ディスク表面との間隔が狭くなると、中間パッド70は正圧を発生させ、磁気ディスク表面との隙間を維持する。すなわち、中間パッド70は正圧を発生することにより、磁気ヘッド17と磁気ディスク表面との接触を抑制する。なお、中間パッド70はスライダ31の幅方向中央部に配置され、スライダ31の浮上量への影響を最小限にしている。
図9は、本実施形態に係る磁気ヘッドと比較例に係る磁気ヘッド(中間パッドが設けられていない磁気ヘッド)とについて、耐衝撃力を比較して示す図である。図示のように、比較例の磁気ヘッドでは、印加加速度70Gの外部衝撃が作用した際に磁気ヘッドが磁気ディスクに接触するのに対して、本実施形態に係る磁気ヘッドでは、印加加速度90G程度まで磁気ディスクとの接触が生じないことが分かる。本実施形態に係る磁気ヘッドによれば、比較例に対して、28%程度、耐衝撃力が向上している。
以上のことから、本実施形態によれば、記録媒体との接触を抑制し、信頼性の向上を図ることが可能な磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置を得ることができる。
次に、他の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、第1の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態に係る磁気ヘッドのABS側を示す平面図である。図示のように、第2の実施形態では、一対のセンターレール68のリーディング側の端部は、中間クロスレール56に繋がることなく、中間クロスレール56から離間している。第2圧力発生部としての一対の中間パッド74は、それぞれセンターレール68から第2方向Yに延出し、更に、リーディング側に屈曲して第1方向Xに延出し中間クロスレール56に繋がっている。中間パッド74は、負圧キャビティ54の底面からの高さが、中間クロスレール56およびトレーリングパッド63の高さと同一に形成されている。中間パッド74とセンターレール68との間の空間は、スライダ31のリーディング側に、ここでは、深溝50に開口している。
上記のように構成された中間パッド74は、前述した第1の実施形態における中間パッド70と同様の作用効果を発揮することができる。従って、第2の実施形態によれば、記録媒体との接触を抑制し、信頼性の向上を図ることが可能な磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置を得ることができる。
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る磁気ヘッドのABS側を示す平面図である。
図示のように、第3の実施形態では、第2圧力発生部としての一対の中間パッド72は、
、それぞれセンターレール68の中央部から第2方向Yに延出し、更に、リーディング側に屈曲して第1方向Xに延出し、ほぼかぎ状に形成されている。中間パッド74は、負圧キャビティ54の底面からの高さが、中間クロスレール56およびトレーリングパッド63の高さと同一に形成されている。中間パッド74とセンターレール68との間の空間は、スライダ31のリーディング側に、ここでは、負圧キャビティ54に開口している。
本実施形態において、スライダ31は、一対のサイドパッド58を有している。サイドパッド58は、ABS40の各側縁に沿って形成され、中間クロスレール56からABS40の流出端側に延出し、側縁側に屈曲し、更に、リーディング側に屈曲し、側縁に沿ってリーディング側に延出している。これらのサイドパッド58は負圧キャビティ54の底面に対し突出している。サイドパッド58の高さは、中間クロスレール56およびトレーリングパッド63の高さと同一に形成されている。
上記のように構成された中間パッド72は、前述した第1の実施形態における中間パッド70と同様の作用効果を発揮することができる。従って、第3の実施形態によれば、記録媒体との接触を抑制し、信頼性の向上を図ることが可能な磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置を得ることができる。
なお、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、磁気ヘッドのスライダは、ペムトスライダに限らず、ピコスライダ、フェムトスライダ、あるいは、より寸法の大きなスライダにも適用可能である。スライダにおける、トレーリングステップ、トレーリングパッド、中間パッド、その他の部分の形状、寸法等は、必要に応じて変更可能である。ディスクドライブにおいて、磁気ディスクは、3.5インチに限らず、他の大きさの磁気ディスクとしてもよい。磁気ディスクは2枚に限らず、1枚あるいは3枚以上としてもよく、磁気ヘッドの数も磁気ディスクの設置枚数に応じて増減すればよい。
10…筐体、12…ベース、16…磁気ディスク、17…磁気ヘッド、
31…スライダ、30…ヘッドジンバルアッセンブリ、33…ヘッド部、
40…空気支持面(ABS)、42c…側面、50…深溝、
52…リーディングステップ、56…中間クロスレール、
62…トレーリングステップ、68…センターレール、
70、72、74…中間パッド

Claims (6)

  1. 一対の側縁を有する空気支持面と、前記空気支持面の一対の側縁に沿った一対の側面と、リーディング側端面と、トレーリング側端面とを有するスライダと、
    前記スライダに設けられデータの処理を行うヘッド部と、を備え、
    前記スライダは、前記空気支持面のリーディング側端部に設けられたリーディングステップと、前記空気支持面のトレーリング側端部に設けられ、前記ヘッド部を内蔵するトレーリングステップと、前記リーディングステップとトレーリングステップとの間に形成され、前記空気支持面および前記一対の側面に開口した深溝と、前記空気支持面の中央部から前記トレーリングステップまで延在するセンターレールと、前記センターレールと各側縁との間に設けられた一対の圧力発生部と、を有している磁気ヘッド。
  2. 前記圧力発生部の各々は、前記センターレールから前記側縁側に延出し、屈曲して前記スライダのリーディング端側に延出する中間パッドを有している請求項1に記載の磁気ヘッド。
  3. 前記中間パッドと前記センターレールとの間に規定された空間部は、前記スライダのリーディング側に開口している請求項2に記載の磁気ヘッド。
  4. 前記スライダは、前記一対の側縁の間に前記深溝に沿って延在する中間クロスレールを備え、
    前記圧力発生部の各々は、前記センターレールに沿って、前記中間クロスレールから前記スライダのトレーリング端側に延出した中間パッドを有している請求項1に記載の磁気ヘッド。
  5. 前記中間パッドは、それぞれ前記中間クロスレールから前記スライダのトレーリング端側に延出した一対の第1リブと、前記一対の第1リブの延出端に連結された第2リブとを有し、前記第1リブおよび第2リブにより規定された内空間部は、前記スライダのリーディング側に開口している請求項4に記載の磁気ヘッド。
  6. 回転自在に設けられたディスク状の記録媒体と、
    前記記録媒体に対して情報を処理する請求項1から5のいずれか1項に記載の磁気ヘッドと、を備える磁気ディスク装置。
JP2018171477A 2018-09-13 2018-09-13 磁気ヘッドおよびこれを備える磁気ディスク装置 Pending JP2020042887A (ja)

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