JP3478071B2

JP3478071B2 - 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録装置

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Publication number: JP3478071B2
Application number: JP17146297A
Authority: JP
Inventors: 幸司園田; 谷　　弘詞
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1116314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータシス
テムの外部記憶装置等に用いられる磁気記録装置及びそ
れに用いる磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報ネットワークの拡大により、
情報量は増大し、コンピュータシステムの外部記憶装置
としての磁気記録装置の小型大容量化への要望は益々高
まってきており、実際に磁気記録媒体への高密度化が年
々急速に進展している。

【０００３】このような磁気記録装置は、主に磁気記録
媒体（磁気ディスク）と電磁変換器（磁気ヘッド）を主
構成要素とし、磁気記録媒体の回転制御機構（スピンド
ルモータ他）と、電磁変換器の高精度位置決め機構（ボ
イスコイルモータ他）と、記録再生信号の処理回路（リ
ードライトアンプ他）等から構成されている。磁気記録
媒体には同心円状に又は螺旋状に多数のトラックが設け
られ、このトラック上に情報を記録する。従って記録密
度を向上させるためには、トラック内の円周方向の情報
記録密度（線記録密度）を大きくすることが必要であ
る。線記録密度は、磁気記録媒体の磁性膜の特性（保磁
力、膜厚、磁性層粒径等）、電磁変換特性（周波数特
性、ギャップ長等）及び磁気記録媒体の磁性膜と電磁変
換器の間隔等に依存している。近年この電磁変換器と磁
気記録媒体との間隔（以下、浮上量と称する）は急激に
小さくなってきており、０．０５〜０．１μｍが通常と
なっている。従って磁気記録装置としては、その記録密
度の高密度化のために浮上量を小さくすること、さらに
は磁気記録媒体と電磁変換器が常時接触した状態で記録
再生が可能なコンタクトレコーディングとすることが重
要な技術課題である。以下、磁気記録装置として磁気デ
ィスク装置を引用して説明する。

【０００４】従来の磁気ディスク装置において、上記の
ように磁気ディスクの高記録密度化のために浮上量を極
めて小さくするか、或いは磁気ディスク表面と磁気ヘッ
ドのスライダ面が直接接触するようなコンタクト状態で
記録再生を可能にすることが必要である。それ故磁気デ
ィスク表面の面粗さを低減することが要求されるが、一
般に磁気ディスク表面が平坦化すると磁気ディスク表面
と磁気ヘッドのスライダ面が接触するときの摩擦力が大
きくなり、この磁気ヘッドの記録再生を行う素子部が摩
耗して記録再生を行うことが不可能となったり、磁気ヘ
ッドのスライダ面に形成した保護膜が摩耗することで素
子部が放電し易くなったり、腐食し易くなったりする。
さらに磁気ヘッドの吸着という問題も深刻になる。特に
コンタクト状態ではヘッドの摩耗が非常に大きいことが
問題であり、磁気ヘッドのスライダ形状の検討が不可欠
である。

【０００５】上記に関連した技術として平坦な表面形状
をもつ磁気ディスクと組み合わせて使用する磁気ヘッド
のスライダ面を面粗しすることが特開平４−２１６３７
７号公報に記載されている。

【０００６】また、特開平６−８９４２１号公報及び特
開平４−３２４１０９号公報等に記載の技術は、磁気ヘ
ッドのスライダ面の面粗さを大きくすることで吸着現象
を回避しようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２１６
３７７号公報に記載の従来技術は、スライダ面が粗いた
め接触点での接触面圧が高くなり、スライダ面の面粗し
部の突起が摩耗し、接触を繰り返すことで面粗さが小さ
くなり、その結果、磁気ディスクと磁気ヘッド間の摩擦
力が増大するという問題があった。

【０００８】また、上記特開平６−８９４２１号公報及
び特開平４−３２４１０９号公報に記載の従来技術は、
磁気ヘッドのスライダ面の摩耗を増大させるものであ
り、最終的に摩擦力の増大を引き起こすという問題があ
った。

【０００９】本発明の第１の目的は、スライダ面の磨耗
が極めて少なく、かつ、摩擦力、吸着力を低減すること
のできる磁気ヘッドを提供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、高記録密度に適し
た耐摺動性の高い、かつ、磁気ヘッドの吸着の少ない信
頼性に優れた磁気記録装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の磁気ヘッドは、そのスライダ底面に
第１の凸部を配置し、この第１の凸部上に、表面をスラ
イダ面とする第２の凸部を配置して２段型スライダと
し、この第２の凸部の表面に凹部を設けるようにしたも
のである。

【００１２】このような２段型スライダは、３個以上設
けることが好ましい。２個以下では磁気ヘッドの浮動が
不安定になるからである。また、２段型スライダが多す
ぎると摩擦力が増大するので、１０個以下が好ましく、
５個以下がより好ましい。

【００１３】上記第２の凸部のスライダ面の総面積（凹
部を除いた面積）は、２００μｍ²以上、５，０００μ
ｍ²以下であることが好ましい。２００μｍ²未満では強
度が十分でなく、５，０００μｍ²を越えると摩擦力が
大きくなる。

【００１４】第２の凸部のスライダ面の形状は、円形、
半円形、多角形等にすることが好ましい。また、第２の
凸部のスライダ面の外寸（円形のときは直径、多角形状
のときは最も長い対角線の長さ）を７０μｍ以下、１０
μｍ以上とすることが好ましい。このようにすることに
より接触面積を低減し、摩擦力の低減を図ることができ
る。スライダ面の外寸と内寸（凹部の外寸）の差は２．
５μｍ以上であることが強度を高める上で好ましい。

【００１５】また、第２の凸部の高さは、３０ｎｍ以
下、５ｎｍ以上とすることが好ましい。磁気記録媒体面
と磁気ヘッドのスライダ面が激しく接触することを回避
し、磁気ヘッドの接触に対し安定化を図ると共に、スラ
イダ面の凹部や周辺部に溜まった潤滑剤をスライダ面に
供給し易くし、スライダ面の摩耗を抑制できるからであ
る。また、上記第２の目的を達成するために、本発明
の磁気記録装置は、情報を記録するため磁気記録媒体
と、磁気記録媒体の回転制御機構と、磁気ヘッドの位置
決め機構と、記録再生信号の処理回路とを有し、上記い
ずれかの磁気ヘッドを磁気記録媒体に対向して配置する
ようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００１７】図１は、本発明の磁気ヘッドの一実施例の
斜視図であり、図２は、そのスライダ表面の平面図であ
る。この場合の磁気ヘッドに対する磁気記録媒体の走行
方向は、図の矢印４０の方向であり、それ故、図に向か
って右方が、磁気記録媒体の走行により形成される磁気
ヘッドの空気流の流入端側４１で、左方の電磁変換素子
９のある方が空気流の流出端側４２である。

【００１８】この磁気ヘッドは、磁気ヘッド滑動体（以
下、磁気ヘッドスライダ部材という）１２及び情報の記
録、再生を行うための電磁変換素子（リードライト素
子）９からなる。この電磁変換素子９は誘導型電磁変換
素子と磁気抵抗効果型素子とで構成された複合型電磁変
換素子として磁気ヘッドスライダ部材１２に一体に結合
し、形成されている。また、図示では電磁変換素子９は
一つであるが複数個の電磁変換素子を備えていてもよ
い。この磁気ヘッドは、磁気記録媒体表面上の又はその
上方の所定の位置に維持されるように、懸架機構５０
（詳細は図示せず）に取付けられており、この懸架機構
５０に関連付けられる荷重付与手段５１によって磁気記
録媒体表面に向かって荷重が架けられている。

【００１９】磁気ヘッドスライダ部材１２は、好ましく
はアルミチタンカーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）材料か
ら形成されるのがよい。磁気ヘッドのスライダ底面３０
には、下向き方向に延びる３個の第１の凸部（パッド
部）が形成され、この凸部の表面であるスライダ面６
ａ、６ｂ、６ｃ上に、さらに凹部７ａ、７ｂ、７ｃを有
する環状又は半円状の第２の凸部（バンプ部）が形成さ
れている。第２の凸部の表面はスライダ面８ａ、８ｂ、
８ｃであり、ここで２段型スライダ２１、２２、２３が
構成される。２段型スライダ２１、２２、２３の数を３
個以上とすることで、３点支持による磁気記録媒体との
不安定接触を防ぐことができる。なお、図３（ａ）は、
この磁気ヘッドの２段型スライダ２１、２２のＡＡ’に
沿って切り取った断面図であり、２０はローリング軸で
ある。

【００２０】また、図３（ｂ）は、２段型スライダ２２
の断面斜視図である。第１の凸部（パッド部）を形成し
ているパツド径とパッド高さ、第２の凸部（バンプ部）
を形成しているバンプ径とバンプ高さ及び凹部径と凹部
深さのディメンジョンを決定することによって好適な２
段型スライダとすることができる。また、図４は、磁気
ヘッドのピッチング方向における磁気記録媒体１上の浮
動の状態を説明する図である。

【００２１】上記実施例では凹部を設けた環状又は半円
状の第２の凸部を示しているが、図６（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に示すような６角形形状、菱形形状、４角形形状
等の多角形状で同形状の凹部を有するスライダ面８を形
成したものでもよい。この場合の磁気記録媒体の走行方
向との関係は、図の矢印４０方向と同一となるように形
成するのが望ましい。なお、凹部の形状は、外部と同形
状でなくてもよい。

【００２２】このような２段型スライダの作成方法の一
例を図７を用いて説明する。まず最初にアルミナチタン
カーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）よりなる磁気ヘッドの
スライダ部材１２の表面に、厚さ５ｎｍのシリコン（Ｓ
ｉ）膜１１を形成し、次に保護膜である厚さ１５ｎｍの
カーボン（Ｃ）膜１０をスパッタ法により形成する（図
７（ａ））。

【００２３】次に、カーボン膜１０の上に通常のフォト
グラフィー法により、所望の凹部と第１の凸部のスライ
ダ面を形成するためのマスク１３を設け後、酸素プラズ
マによりカーボンの一部１４をエッチングする（図７
（ｂ））。

【００２４】所望の膜厚までエッチングしたらマスク１
３を除去し、第２のマスク１５を設け、再度酸素を用い
てエッチングする。このエッチングは、シリコン膜１１
に到達する前に止めても構わないが、シリコン膜１１に
到達するとそれ以上はエッチング速度が異なるため、エ
ッチング量の制御が容易にできる（図７（ｃ））。

【００２５】さらに第２のマスク１５を除去し、凹部７
を持つ２段型スライダが形成できる（図７（ｄ））。

【００２６】このようにして、マスク形状を変えて、所
望の形状の凹部を持ち、所望の形状のスライダ表面を有
する２段型スライダが得られる。また、スライダ面の表
面積も任意に設定することが可能である。また、カーボ
ン膜の膜厚を変化させること等により、図３（ｂ）に示
したスライダ表面の２段型スライダ高さ等を任意に設定
することが可能である。本実施例では、カーボン膜を保
護膜として形成した場合について説明したが、保護膜を
形成していない場合も、エッチングのガス種の変更や、
イオンビームによるエッチングを行うことで同様の形状
が作成できる。このように本発明に示す磁気ヘッドは、
スライダ面に形成されたＡＢＳ（エアベアリングサーフ
ェイス）保護膜面上にフォトリソグラフィの技術により
マスクを形成した後に、気相中又は液中にて保護膜をエ
ッチングすることで容易に製造することが可能である。
マスクの形成方法、エッチングの方法としては他の方法
を用いても構わない。

【００２７】この磁気ヘッドにより、凹部を有する環
状、半円状又は多角形状のスライダ面の周辺及び凹部に
は、磁気記録媒体表面に塗布されている潤滑剤を溜める
ことができるので、潤滑剤がスライダ面に常に供給され
て潤滑効果を促し、第２の凸部のスライダ面の摩耗を防
ぐことができる。

【００２８】第２の凸部のスライダ面の凸部の総面積
（凹部を含まない総面積）が２００μｍ²以上、５，０
００μｍ²以下とすることで、磁気記録媒体表面と磁気
ヘッドのスライダ表面との接触時の真実の接触面積が低
減し、摩擦力を低減することが可能である。また接触面
積を小さくすることにより、吸着力も低減することがで
きる。

【００２９】また、第２の凸部のスライダ面８ａ、８
ｂ、８ｃの外寸（円形のときは直径、多角形状のときは
最も長い対角線の長さ）を７０μｍ以下、１０μｍ以上
とすることにより接触面積を低減し、摩擦力の低減を図
ることができる。スライダ面の外寸と内寸（凹部の外
寸）の差は２．５μｍ以上であることが強度を高める上
で．好ましい。

【００３０】一方、第２の凸部の高さ（図３（ｂ）のバ
ンプ高さ）を３０ｎｍ以下、５ｎｍ以上とすることで磁
気記録媒体面と磁気ヘッドのスライダ面が激しく接触す
ることを回避し、磁気ヘッドの接触に対し安定化を図る
と共に、スライダ面の凹部や周辺部に溜まった潤滑剤を
スライダ面に供給し易くし、スライダ面の摩耗を抑制で
きる。

【００３１】また、図２に示した磁気ヘッドは、流出端
側４２の中心に設けられた２段型スライダ２３を通るロ
ーリング軸２０に対し、流入端側４１には左右それぞれ
各１個、計２個の２段型スライダ２１、２２が配置さ
れ、磁気ヘッド全体として形状も質量も対称的になって
いる。

【００３２】本実施例ではスライダ部材１２の外観形状
は平面図で見た場合長方形の形状であるが、より質量等
を軽量化するためには、図１及び図２の２点鎖線で示し
た３角形状の外観形状とすることが好ましい。

【００３３】また、２段型スライダ２１、２２、２３の
位置を、図４に示すようなニアコンタクトの場合の浮動
姿勢がテイパーフラット型スライダに匹敵する迎角を持
つように最適位置に配置することにより、安定に浮動す
ることができる。

【００３４】また、このような２段型スライダ２３を電
磁変換素子部９近傍に形成すると、電磁変換素子部９に
潤滑剤が常に供給されることになるため、電磁変換素子
部９近傍の摩耗を防ぐことができると共に、ＭＲ（磁気
抵抗効果型）素子を有する磁気ヘッドで問題となるＴ．
Ａ．（サーマル・アスペリティ）現象の発生を防止する
ことができる。Ｔ．Ａ．現象とは、磁気ディスク表面に
形成された微小突起物に再生用磁気ヘッドのＭＲ素子が
衝突した瞬間に生じる現象であり、このときの摩擦熱に
より抵抗値が変化し、定常時の再生電圧レベルが急激に
変動し、波形変動を引き起こし、読み取りエラーを引き
起こす。本実施例の磁気ヘッドは、ＭＲ素子表面と磁気
記録媒体表面との摩擦力が低く、接触時の熱の発生によ
り生じるＴ．Ａ．現象の発生を防止することができる。

【００３５】次ぎに、図５に本発明の磁気記録装置の模
式図を示して説明する。アルミニウム又は硝子を基板材
料とし、その表面に磁性膜が成膜され、磁気的に情報の
記録が行われる磁気記録媒体１は、スピンドルモータ３
により回転駆動させられる。スピンドルモータ３は、ス
テンレス等を素材とするモータシャフトと、この上下に
圧入したモータベアリングを介して精度良く回転するア
ルミニウム等を素材とするハブがあり、このハブは軸方
向にスプリングで予圧が架けられた構成となっている。
モータシャフトのモータベアリング間に固定されたモー
タコイルとそれに対向するハブ内面に永久磁石を固定
し、モータコイルに通電することによってハブを回転さ
せる。このハブに磁気記録媒体１を挿入し、アルミニウ
ム又はステンレス又は鉄等を素材としたリング形状とな
っているクランプリングを用いて磁気記録媒体１をハブ
に締結する。

【００３６】磁気的に情報を書込み又は読み出すための
電気信号と磁界との間を変換する電磁コイルを備えた磁
気ヘッド２は、回転駆動している磁気記録媒体１の表面
上に０．１μｍ以下のニアコンタクト又はコンタクトの
状態で浮動し、位置決めされる。磁気ヘッド２はアルミ
ニウム等を素材としたキャリッジのヘッドアームにより
支持される。磁気ヘッド２を位置決めするためのボイス
コイルモータ４は、絶縁皮膜のあるアルミニウム線又は
銅線にて巻線状態としたコイルや、永久磁石のマグネッ
ト等により構成される。

【００３７】磁気ヘッド２の読み書き時の信号は、磁気
ヘッド２に設けられた電磁変換コイルによって、キャリ
ッジのヘッドアームを通り、ＦＰＣ（フレキシブルプリ
ント回路基板）により読み書き時の信号を制御するリー
ドライトアンプ５に伝達され、リードライトアンプ５の
下面に位置するアルミニウム、ステンレス又は鉄等を素
材としたベースに接着することにより設けられた密閉型
コネクタによってＨＤＡ（ヘッド・ディスク・アッセン
ブリィ）外に伝達されるようになっている。この密閉型
コネクタはＨＤＡ外に設けられた磁気記録装置を制御す
る回路基板に伝達されている。

【００３８】この磁気記録装置の磁気ヘッド２として上
記に記載の磁気ヘッドを用いることにより、磁気ヘッド
の吸着が少なく、かつ、耐摺動性が高く、高記録密度に
適し、信頼性の高い、磁気記録装置とすることができ
た。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気ヘッ
ドによれば、そのスライダ面の摩耗を抑制し、摩擦力を
小さくし、吸着現象を低減することができた。さらにこ
の磁気ヘッドを用い、表面粗さが小さい磁気記録媒体と
組合わせることにより、高記録密度に適し、かつ高摺動
信頼性に優れた性能を有する磁気記録装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気ヘッドの斜視図。

【図２】図１に示した磁気ヘッドのスライダ表面の平面
図。

【図３】図１に示した磁気ヘッドの２段型スライダのＡ
Ａ’線断面図及びＡＢ線断面図。

【図４】図１に示した磁気ヘッドの浮動の状態の説明
図。

【図５】本発明の一実施例の磁気記録装置の模式図。

【図６】２段型スライダのスライダ面の平面図。

【図７】本発明の磁気ヘッドの製造工程図。

【符号の説明】

１…磁気記録媒体２…磁気ヘッド３…スピンドルモータ４…ボイスコイルモータ５…リードライトアンプ６、６ａ、６ｂ、６ｃ…スライダ面７、７ａ、７ｂ、７ｃ…凹部８、８ａ、８ｂ、８ｃ…スライダ面９…電磁変換素子１０…カーボン膜１１…シリコン膜１２…スライダ部材１３…マスク１４…カーボンの一部１５…第２のマスク２０…ローリング軸２１、２２、２３…２段型スライダ３０…スライダ底面４０…矢印４１…（空気流の）流入端側４２…（空気流の）流出端側５０…懸架機構５１…荷重付与手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−249638（ＪＰ，Ａ) 特開平８−124139（ＪＰ，Ａ) 特開平９−245451（ＪＰ，Ａ) 特開平９−219077（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/56 - 5/60 G11B 21/16 - 21/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録媒体に情報の記録再生を行う電磁
変換素子と、前記磁気記録媒体と対する面に形成した第
１の凸部と、この第１の凸部上に設けられその表面にス
ライダ面と凹部を有する第２の凸部とを設け、円形状の
第１の凸部の直径は第２の凸部の外寸（円形のときは直
径、多角形状のときは最も長い対角線の長さ）より大き
く、第２の凸部の高さは５nm〜３０nmの範囲であること
を特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】前記スライダ面の総面積は、２００μｍ^２
以上、５，０００μｍ^２以下である請求項１記載の磁気
ヘッド。
【請求項３】情報を記録する磁気記録媒体と、この磁気
記録媒体に対向して配置されこの磁気記録媒体から情報
を書き込み又は情報を読み出す磁気ヘッドと、前記磁気
記録媒体を回転駆動する手段と、前記磁気ヘッドの位置
決め手段と、前記磁気ヘッドの読み書き時の信号制御手
段とを備えた磁気記録装置であって、前記磁気ヘッドは、そのスライダ底面に設けた第１の凸
部と、この第１の凸部上に設けられその表面にスライダ
面と凹部を有する第２の凸部とを具備し、円形状の第１
の凸部の直径は第２の凸部の外寸（円形のときは直径、
多角形状のときは最も長い対角線の長さ）より大きく、
第２の凸部の高さは５nm〜３０nmの範囲であることを特
徴とする磁気記録装置。