JP3689635B2

JP3689635B2 - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP3689635B2
Application number: JP2000352544A
Authority: JP
Inventors: 昌幸栗田; 真明松本; 鈞国徐; 英一小平; 祐一大谷; 秀明田中; 芳彦三宅; 武原田
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: US6690543B2; JP2002157851A; US20020057532A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するためのスライダ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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しロードビームによって支持および径方向位置決めされた磁気ヘッドスライダを有し、スライダが相対的にディスク上を走行してディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。前記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浮上し、ディスクと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、スライダとディスクの距離、すなわちスライダ浮上量を縮めることが有効である。
【０００３】
従来から、スライダ浮上量の設計ではスライダ加工ばらつきや使用環境気圧差などによる浮上量低下を見込んだマージンを設けてきた。このマージンを廃することができれば記録再生素子の浮上量を縮めることができる。そこで、スライダの一部として圧電体に代表される微小アクチュエータを組み込み、記録再生素子を動かしてディスクとの距離を個別微調整する方式が特開昭６２−２５０５７０号公報などによって提案された。同公報で提案されているような、微小アクチュエータによって記録再生素子の浮上量を制御する方式を一般にアクティブヘッドスライダ方式と呼ぶ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現状の製品に用いられている記録再生素子は、インダクティブ型の記録素子と、磁気抵抗（ＭＲ）効果を利用する再生素子とに分離されており、スライダの後端、すなわち空気流出側端面にリソグラフィープロセスにより形成されている。記録再生素子の近くには、記録用のプラス／マイナス、再生用のプラス／マイナス、合計４配線および４つの配線パッドが配されている。
【０００５】
従来から提案されているアクティブヘッドスライダ方式は、スライダの浮上量を縮めるのに非常に有効であるが、現状の製品に採用されている長さ１．２５ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの直方体構造のスライダに比べて複雑なスライダ構造にならざるを得ない。また、記録再生素子への配線に加えて微小アクチュエータへの配線が新たに必要になるので、配線も複雑化する。したがって、スライダ流出端に現状と同じ幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍのスペースを確保するのは難しい。従来から提案されているアクティブヘッドスライダでは、現状の記録再生素子を搭載するのは不可能もしくは困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるアクティブヘッドスライダは、微小アクチュエータで記録再生素子を動かす従来のアクティブヘッドスライダ方式と異なり、微小アクチュエータで空気軸受面の浮上パッドを動かすスライダ構造が特徴である。また、上記の可動浮上パッドは、記録再生素子が搭載された後部端面よりも前方に配置されていることが特徴である。
【０００７】
本発明のスライダ構造によれば、微小アクチュエータ駆動用の２配線は、記録再生素子用の４配線とは別の、十分に余裕スペースがある部分に設ければよく、現状の記録再生素子および配線を搭載したままアクティブ化することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
本発明の一実施例による磁気ディスク装置の概略構成を図１に示す。スライダ1には、磁気情報を記録再生する記録再生素子が搭載されている。磁気ディスク２は磁気情報が格納され、図示していないスピンドルモータによって回転される。スライダ１はをディスク径方向に位置決めしつつディスク面に対して押し付ける荷重を与える板ばね状のロードビーム３に取付けられている。スライダ1は、装置の停止前あるいは読み書き命令が一定時間無い時に、ディスク２上からランプ４上に待避する。スライダ１はロードビーム３と共に、図示したごとくディスク２の径方向にシーク動作し、ディスク面全体で記録再生を行なう。本実施例ではスライダおよびその支持機構は回転運動により径方向シーク動作を行なうが、直線運動により径方向シーク動作を行なう機構のものもある。本発明はどちらの機構のものにも適用することが可能である。
【００１０】
図２にスライダの一実施例の斜視図を示す。本実施例のスライダは、３パッドタイプの浮上パッド可動型アクティブヘッドスライダである。
【００１１】
ここで、スライダ１の本体部（第１のスライダ）には、磁気ディスク上の磁気情報を読み書きする記録再生素子１０が一方の端部（空気流出側の端部）に設けられ、空気の流れを利用してスライダ１がディスクに固体接触しないように浮上させる空気軸受の浮上パッド１２が設けてある。さらに、スライダの一部（空気流出側の一部）をくりぬいて、第２のスライダ５（中間部スライダ）を設けてある。第２のスライダ５は、その先端側に浮上パッド１２を備え、この第２のスライダ５を矢示方向に変形させることで、スライダ１の浮上量を制御するもので、一種の微小アクチュエータ構造となっている。磁気ディスクと対向する面とは反対側面の、第２のスライダ５面とスライダ本体の一部に掛かるように、図示した矢印方向に第２のスライダ５を変位させる駆動機構として変形手段１１を設けてある。
【００１２】
変形手段１１によって動く微小アクチュエータの先には、浮上パッド１２が設けられているため、この浮上パッドを初期状態に比べてディスク面側に凸に突出させたり、凹に引っ込めたりすることで、スライダ１本体の浮上量を調整できる構造である。
【００１３】
本実施例の記録再生素子１０は、インダクティブ型の記録素子と、磁気抵抗（ＭＲ）効果を利用する再生素子とに分離されている。この記録再生素子１０は、リソグラフィープロセスにより形成されているが、他の形式の記録再生素子を用いても本発明の効果は同様である。
【００１４】
本実施例の変形手段１１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代表される圧電材料の薄膜を、スパッタリングによってスライダ母材上に層状に、電極の役目を果たす白金の薄膜に挟まれて形成されている、ユニモルフ型の圧電アクチュエータである。図中の矢印方向への変形が生じ易いよう、微小アクチュエータ部とスライダ１本体部との境界側には、圧電薄膜の反対側からエッチング加工により凹部を設けてある。
【００１５】
電極間に電圧を印加すると、圧電体は電界と直角な方向に伸びる。母材の圧電体側の面では圧電体に引っ張られて伸びが生じるが、圧電体と反対側の面には特に力が働かないため伸びは発生せず、結果的にアクチュエータ先端は図下方に変位する。スライダ母材が珪素、アクチュエータ長さが０．６ｍｍ、アクチュエータ厚さが０．０５ｍｍ、ＰＺＴ圧電薄膜の厚さが１μｍ前後とすると、１０Ｖの電圧を印加した時の先端変位は３０ｎｍ程度で、記録再生素子の浮上量調整に十分な変位量になる。
【００１６】
なお、圧電薄膜の形成方法として前記スパッタリング以外に、ゾル−ゲル法と呼ばれる液相供給法などを用いても本発明の効果は同様である。また、圧電薄膜を母材上に形成するのではなく、層状の圧電素子を母材の上に貼り付けても同様の効果が得られる。
【００１７】
本実施例では、変形手段１１として圧電薄膜を用いたが、それ以外の方法としては、例えば熱膨張率の違う複数の層を形成し、電流を流して発生する抵抗熱により熱膨張変形させるバイメタル型アクチュエータや、静電型アクチュエータ、電磁型アクチュエータなどが挙げられる。
【００１８】
次に、本実施例における、記録再生素子の浮上量を変化させるメカニズムについて、図２に示した実施例のスライダ構造を例にして説明する。
【００１９】
図３は、図２に示した実施例のアクティブヘッドスライダにおける、記録再生素子部の浮上量を下げるメカニズムである。図３（ａ）は、変形手段１１に電圧を印加しておらず、変形が生じていない状態を示す。
【００２０】
変形手段１１に電圧を印加することによって、変形手段１１を上向きに変形させた状態を図３（ｂ）に示す。スライダ１に付加する荷重が一定の条件の基では、図３（ｂ）の状態では荷重を支えるだけの空気膜圧力が、第２スライダの浮上パッド１２部分において発生しない。従って、荷重と釣り合う空気膜圧力を発生させるまで、スライダ１がディスク２に対して接近し、同時にスライダ１の姿勢角も変更される。すなわち、第２のスライダを動かし場合、パッド１２部の浮上量が当初の浮上量の位置になるまでスライダ１の姿勢角が変化する。荷重と発生空気膜圧力とが釣り合った状態を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）においては、第２スライダのパッド部の浮上量Hｐは変形のないときのパッド浮上量Hpaと略等しくなり、記録再生素子１０とディスク２の距離Ｈｇcが、図３（ａ）に比べて小さくなる（Ｈｇｃ＜Ｈｇａ）。
【００２１】
図４は、図２に示した実施例のアクティブヘッドスライダにおける、記録再生素子部の浮上量を上げるメカニズムである。図４（ａ）は、変形手段が変形していない状態を示す。
【００２２】
変形手段１１でを下向きに変形させた状態が図４（ｂ）である。スライダに負荷する荷重が一定の条件のもとでは、図４（ｂ）の状態では荷重を支えるには過大な空気膜圧力が、浮上パッド部分において発生する。したがって、荷重と釣り合う空気膜圧力に落ち着くまで、スライダ１全体がディスク２から離れ、同時にスライダ姿勢角も変更される。結局アクチュエータを動かした場合には、パッド部浮上量Ｈｐｃは変形のない場合Ｈｐａとほぼ等しくなる。荷重と発生空気膜圧力とが釣り合った状態を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）においては、第２スライダのパッド部の浮上量は変形のない場合と略等しく、記録再生素子１０とディスク２の距離が、図４（ａ）に比べて大きくなる（Ｈｇｃ＞Ｈｇａ）。
【００２３】
以上、図３および図４を用いて示したように、記録再生素子を直接動かすのではなく、浮上量に影響が大きい浮上パッドを動かすことにより、記録再生素子の浮上量を制御することができる。
【００２４】
図２に示した本実施例においては、従来のアクティブヘッドスライダに比べて、スライダ流出端側から見た端面全体を配線および配線パッド配置部分として利用可能になっている。本実施例の構成で、現状のピコスライダと同じ幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの寸法にすることも可能である。このことによって、記録用のプラス／マイナス、再生用のプラス／マイナス、合計４配線および４つの配線パッドを、スライダ流出端に形成することが可能になる。微小アクチュエータ用の配線は、別の十分に余裕スペースがある部分に設ければよい。
【００２５】
また、現状と同じ大きな面積をスライダ流出端に確保できることから、記録用のプラス／マイナス、再生用のプラス／マイナス、微小アクチュエータ駆動用のプラス／マイナス、合計６配線および６つの配線パッドを、スライダ流出端に形成してもよい。
【００２６】
更に、記録再生素子と微小アクチュエータを離すことにより、微小アクチュエータ駆動用の電気信号によって記録再生素子にノイズが乗ることを防ぐ効果もある。
【００２７】
従来と大きくは変わらない記録再生素子および配線構造を用いることで、浮上量を個別調整して加工ばらつきや気圧差を吸収するアクティブヘッドスライダの早期実現を促し、低浮上化を図ることができる。また、ロード／アンロード時および、落下による重力ゼロ状態を感知した時などに、素子部をディスクから離して、ディスクとの接触を予防し、信頼性を上げることができる。
【００２８】
本発明の他の実施例を図５用いて説明する。
【００２９】
図５は、図２に示した３パッドタイプのパッド可動型アクティブヘッドスライダの別の実施例である。図中で用いた番号で図２と共通する部分は同じ番号を付けてある。図２では浮上面側からエッチングを行なって薄板構造を実現したが、本実施例では浮上面の反対側からエッチングを行なって薄板構造を作り、その上にＰＺＴ薄板などの変形手段１１を貼り付ける構造になっている。本実施例の場合、変形手段１１が第２のスライダ側にのみ設けられる構成となるため、変形を与えるために図２の場合よりも大きな電圧を印加する必要がある。印加電圧を小さくするには、変形手段１１を設けているスライダ部に切り込み溝を設ければよい。
【００３０】
本実施例においても、従来のアクティブヘッドスライダに比べて、スライダ流出端側から見た端面全体を配線および配線パッド配置部分として利用可能にしている点に特徴がある。現状のピコスライダと同じ幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの寸法にすることも可能である。
【００３１】
図６は、本発明の他の実施例による、４パッドタイプの浮上パッド可動型アクティブヘッドスライダ構造である。図中で用いた番号はそれぞれ図２と同じ部位は同じ番号を付してある。本実施例は、記録再生素子部および浮上パッド部がそれぞれ独立に動くように、浮上パットを備えた空気流出端側の両側と磁気ヘッド１０を備えた中央部とを分離する切り込み６を設けている。さらに、両側の浮上パッド有する部分と本体側との間に横方向に切り込み溝１５を設けてある。このように、浮上面側から切れ込み１５を入れたことにより、低電圧で変形させることができる。また、記録再生素子部とおよび浮上パット部をそれぞれ独立して駆動できるため、記録再生素子部は常にディスク面より離れる方向に変位させておいて所定の浮上量を確保してから磁気ディスク面近接させることができるため、記録再生素子部がディスク面に直接接触することを防止できるため、素子の長寿命化を図れる。
【００３２】
図７は、本発明の別の実施例による、４パッドタイプの浮上パッド可動型アクティブヘッドスライダ構造である。図中で用いた番号はそれぞれ図２と同じ部分は同じ番号を付した。本実施例は、図６に示したアクティブヘッドスライダと比べて浮上パッドをより前方に設け、スライダ流出端側から見た端面全体を配線および配線パッド配置部分として利用可能にしている。また、現状のピコスライダと同じ幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの寸法にすることも可能である。
【００３３】
次に、図６に代表されるような、複数のアクチュエータを備えたスライダで、１つの可動部分は記録再生素子を備え、別の可動部分は浮上パッドを備えた構造について、本発明の実施例による制御方法を説明する。記録再生素子１０を搭載した中央の可動部分は、変形能力を持つにもかかわらず、変形させない。ただし、上述したアンロード時および、落下による重力ゼロ状態を感知した時など、素子部をディスクから離す時は変形させても良い。一方、浮上パッドを備えた両側２つの可動部分は、通常の読み書き時に変形させる。このように、加工上の理由などから記録再生素子部を動かす構造を備えていても、その変形機能は用いず、浮上パッドの方を動かすことによって、結果的に記録再生素子部の浮上量を制御することが、本実施例の特徴である。記録再生素子部のアクチュエータは動作させないことにより、アクチュエータに起因するノイズが、記録再生信号に悪影響を与えることを防ぐことができる。
【００３４】
図８に、図２に示した本発明の実施例におけるアクティブヘッドスライダの、具体的な作製方法を例示する。
【００３５】
まず、ウエハの所定個所に記録再生素子１０を複数同時に形成する。この面がスライダ流出側端面となる。記録再生素子の周囲に配線パッド１３を形成すると、サスペンションとの配線接続が容易である。ウエハは従来のスライダと同じくアルミナおよびチタンカーバイドを用いても良いし、エッチングのより容易なシリコン単結晶を用いても良い。
【００３６】
次に、前記ウエハから、記録再生素子が一列に並んだバーを切り出す。続いて浮上パッド１２をイオンミリング等のエッチング技術によって形成する。従来のスライダ加工方法と同じくドライエッチングを用いても、水酸化カリウムによるシリコンのウェットエッチングを用いても良い。図８はこの状態におけるバーの正面図、側面図、背面図および断面図を示している。
【００３７】
次に、ドライエッチングにより深溝１４を形成する。溝深さは母材と圧電素子とのバイモルフアクチュエータの変位量を最大化するべく決定される。例えば圧電素子の厚さを０．０８ｍｍ、バーの厚さを０．２ｍｍとすれば、０．１３ｍｍ乃至０．１７ｍｍのエッチングを施して０．０３ｍｍ乃至０．０７ｍｍ程度の厚さを残すのが適当である。図９はバーに深溝１４を形成した状態の正面図、側面図、背面図および断面図を示している。
【００３８】
次に、図１０に示すごとく、薄いバー状のＰＺＴに代表される圧電材料によるバー１６を接着する。母材の接着面および圧電素子バーの両面には、電極の役目を果たす導電膜をスパッタリング等によって形成しておくと良い。または、スパッタリング等の圧電薄膜形成手段によって、バー１６を接着する代わりに圧電薄膜を背面側に形成する方法もある。
【００３９】
次に、図１１に示すごとく、ダイシングなどの物理加工、あるいはドライエッチングによって、背面溝１７を形成する。背面溝１７の深さは、深溝１４と重なる部分においては深溝１４まで届き、貫通穴１８を形成できる深さとする。
【００４０】
最後に、ダイシングなどの物理加工、あるいはドライエッチングによって、各スライダに分離する。
【００４１】
完成した構造を図１２に示す。図に示した２つの電極１９に電圧をかけると、圧電素子が伸縮し、バイモルフ効果によって中央の浮上パッドが紙面と垂直方向に変位する。
【００４２】
本実施例で述べたアクティブヘッドスライダの作製方法は、比較的大きい寸法で接着・加工を行なうため、接着が容易である、一度に大量にできる、等の特徴があり、量産に適している。
【００４３】
以上、図２に示した３パッドタイプのパッド可動型アクティブヘッドスライダの作製方法を述べたが、図６あるいは図７に示した４パッドタイプのアクティブヘッドスライダにおいても、バー状態で母材と圧電材料の２層構造を作り、両面からの除去加工によって貫通穴を作成して微小アクチュエータ構造を形成する方法は適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の、記録再生素子を動かさず浮上パッドを動かすスライダ構造と、浮上パッドを記録再生素子より前方に配置する構造とによれば、現状と大きく変わらない記録再生素子および配線構造を用いるという条件のもとで、スライダ浮上量を個別に調整するアクティブヘッドスライダを実現することができる。このことにより、加工ばらつきなどに対する浮上マージンを廃し、低浮上化、磁気スペーシングの狭小化、さらには磁気ディスク装置の高記録密度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に関わる磁気ディスク装置の概略構成図である。
【図２】図１中のスライダ部分の詳細を示す斜視図である。
【図３】図２のスライダにおける記録再生素子の浮上量を変化させる仕組みを表わす概念図である。
【図４】図２のスライダにおける記録再生素子の浮上量を変化させる仕組みを表わす概念図である。
【図５】本発明の他の実施例に関わるスライダの正面図、側面断面図と、裏面から見た図である。
【図６】本発明の他の実施例に関わるスライダの斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例に関わるスライダの正面図、側面断面図と、裏面から見た図である。
【図８】図２のスライダの製造工程を説明するための図。
【図９】図２のスライダの製造工程を説明するための図。
【図１０】図２のスライダの製造工程を説明するための図。
【図１１】図２のスライダの製造工程を説明するための図。
【図１２】図２のスライダの製造工程を説明するための図。
【符号の説明】
１…スライダ、２…ディスク、３…ロードビーム、４…ランプ、１０…記録再生素子、１１…駆動手段、１２…浮上パッド。

Claims

磁気ディスクと、前記磁気ディスクの回転機構と、浮上パッドによる空気軸受効果で前記磁気ディスク面上に近接浮上するスライダと、前記スライダの空気流出側端部に設けられた記録再生素子と、前記スライダを支持し且つ前記磁気ディスク径方向に位置決めする機構とを有する磁気ディスク装置において、
前記スライダの前記記録再生素子に対して空気流入側に、前記記録再生素子と前記浮上パッドとを設けた第１のスライダ部と切り込みにより区分され空気軸受となる浮上パッドを有する第２のスライダ部を設け、
前記第２のスライダ部は前記第１のスライダ部に対して浮上方向に変形するアクチュエータ構造を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記記録再生素子を前記スライダの空気流出側端部中央に備え、前記第２のスライダ部を前記スライダの中央部に設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記記録再生素子を前記スライダの空気流出側端部中央に備え、前記第２のスライダ部を前記スライダの両側部にそれぞれ設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記第２のスライダ部は、梁状で先端が曲がる可動部となっており、可動梁の浮上面側に切れ込み溝を設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。