JP3810878B2 - 磁気ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ等に搭載される磁気ディスクドライブに用いられる磁気ヘッドに関し、特に磁気記録媒体との摺動に対する信頼性を向上させた磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータに用いられる磁気ディスクドライブは、磁気記録媒体である磁気ディスクの回転に伴って磁気ディスク表面近傍に生じる粘性流を利用して磁気ヘッドを浮上させる方式を採用している。図８に磁気ヘッドの一例を示す。磁気ヘッド１は電磁変換器２がスライダー３に固定された構造をしており、スライダー３はジンバル４を介してスプリングアーム５に固定される。このスプリングアーム５は図示されてないボイスコイルモーター等によって駆動され、ヘッドの位置制御がなされる。上記磁気ヘッドは、スプリングアームによる力でそのスライダー面が磁気ディスク（図中では省略）に押しつけられており、磁気ディスクが回転していないときは両者は接触している。ここで磁気ディスクが回転すると磁気ディスク面近傍に粘性流が発生し、この空気流がスライダー面に作用することによりヘッドは磁気ディスク表面から浮上する。磁気ヘッドの記録再生特性の観点からこの浮上量は少ないほどよく、安定に低い浮上量を確保することが重要である。
【０００３】
近年は安定した浮上を確保するために負圧を利用した浮上式ヘッド（負圧ヘッド）が用いられることが多い。負圧ヘッドの一例としては図９に示すよう構造のヘッドがあげられる。磁気ディスクの回転によって生じた空気の流れは、スライダーの空気軸受け面側のステップ部３ａから正圧発生部３ｂを経て負圧を発生させるための負圧溝３ｃへと流れる。このとき空気は負圧溝を形成する段差を通過する際に膨張することになり、負圧溝には気圧の低い領域ができる。この負圧によってスライダー３を磁気ディスクに側に引きつける吸引力が発生する。したがってスライダー３には正圧部３ｂに発生する浮上力により磁気ヘッドを浮上させる力と負圧溝３ｃに発生する吸引力とスプリングアーム５の押しつけ力の３力が作用作用することになり、これら３力のバランスで低浮上を実現している。一般に負圧溝３ｃはミリングで形成されることが多く、負圧溝の壁面３ｄと負圧溝の底面とのなす角（以下、本明細書では交角とする）は９０度に近いことが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この負圧ヘッドには吸引力を発生する負圧部の段差近傍に磁気ディスクの保護膜の磨耗粉等の塵埃が溜まりやすいという問題点がある。塵埃は圧力が低い特定の箇所に溜まりやすいために長期にわたって起動・停止を繰り返し使用すると、徐々にその量を増しついには塊となってスライダー面から剥がれ落ちてしまいヘッドクラッシュ等を発生する要因となることがある。
【０００５】
本発明の目的は負圧部の段差近傍に塵埃の付着が少なく、従って付着した塵埃が原因となるヘッドクッラッシュが発生しにくい高い信頼性を持った負圧ヘッドを供給することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は磁気ディスク対向面に形成される負圧溝の境界を構成するの複数の壁面のうち少なくとも１部について、その壁面と負圧溝の底面との交角を１０度から３０度に設定するか、あるいは前記壁面を負圧溝の底面との交角が異なる２面以上の面で構成させて負圧溝の底面に接する壁面の交角を３０度未満とすることによって達成される。
【０００７】
本発明において、負圧溝の底部と壁面とのなす角度は従来のものよりも低い角度に設定することにより、底面の壁面に接する付近で渦流等の乱れの発生が抑制される。一般に渦流等が生じる領域には堆積物が溜まりやすく、従来の負圧ヘッドでは負圧溝の底面と壁面との境界付近に塵埃が付着して、しばしば堆積した塵埃がまとまって剥がれ落ちて、クラッシュの発生の原因となることがあった。これに対して本発明のように負圧溝の底面と壁面とのなす傾斜角を小さくすることにより塵埃が底面に付着を抑制することが可能となり、付着した塵埃が原因となるクラッシュの発生を防止することができる。
【０００８】
一方、負圧ヘッドの本来の設計思想では壁面の傾斜角度は大きいほど望ましく、上記のような信頼性の観点だけで低い交角を選択できないのが実状である。図１に本発明の図９におけるａ−ａ断面を示す。負圧スライダー表面に流れる空気は正圧発生部３ｂから負圧溝３ｃに流れる際にその段差によって負圧溝３ｃの圧力が低くなりスライダーを媒体に引き寄せる力が発生する。ここでこの段差を形成する壁面の傾斜角度によって発生する負圧の大きさが変化する。一般に交角θが９０度に近いほど発生する負圧は大きくなるが、さきに述べたように負圧溝底部と壁面が接する付近に塵埃が溜まりやすくなる。しかし交角θを１０度未満にすれば、塵埃の付着は押さえられるものの、十分な負圧の効果は期待できない。図２に図１に示した形状のスライダーの壁面３ｄ’を様々な交角θとした場合について、計算によって求めた浮上量を示す。ここでは負圧溝３ｃの深さ４μｍ、バネ圧３．５ｇｆ、周速１８．５ｍ／ｓｅｃ、スキュー角１０度として計算している。交角θが１０度以上の場合にはほぼ一定の浮上量を示しているのに対して、１０度未満では負圧が極端に弱くなり、浮上量は大きくなっていることがわかる。これより壁面３ｄ’が単純な平面で構成される場合には、十分な負圧を発生させるために交角は１０度以上でなければならないことがわかる。
【０００９】
同様の効果が得られる手法として図３に示すように壁面を交角の異なる複数の面で構成させる方法がある。負圧の発生においては特に正圧発生面に近い部分での段差が特に重要でありこの部分が正圧発生面に垂直に近いほど負圧発生の効果は大きい。一方、塵埃の付着で問題になるのは負圧溝の底面と壁面とが接する付近であり、底面と壁面とのなす角が小さければ塵埃は付着しない。これら２つの条件を満足するためには本明細書の請求項２に示すように、負圧溝の底面と接する壁面は交角θ₁を小さくして、正圧発生面に接する壁面は交角θ₂を比較的大きくすることでも達成される。
【００１０】
図４に壁面をこのような２つの面で構成させた場合のヘッドの浮上量の計算結果を示した。ここでは交角θ₁を５度として負圧溝３ｃの底面から３μｍの高さまでを壁面ｄとして、残りの高さ１μｍの部分の壁面の交角θ₂と浮上量との関係を示している。周速等の条件は、図２の場合と同一である。この結果より交角θ₂が大きければ交角θ₁がたとえ５度と小さくても大きな負圧が発生して低い浮上量が得られることがわかる。図５は交角θ₂を６０度一定とした場合の交角θ₁と浮上量との関係を計算で求めた結果を示している。交角θ₁が浮上に及ぼす影響は交角θ₂と比較してずっと小さいことがわかる。このように負圧溝の壁面を２面以上の面で構成させる場合、製造プロセスはやや煩雑になるものの、選択できる交角の範囲は広くなるという特徴がある。
【００１１】
このような壁面の角度を規定する技術は特開平７−１４１３９に開示されている。これは交角θを６０度程度の鋭角にして加工誤差に対してヘッドの浮上量のばらつきを低減させるためのもので、この公知例に開示されている交角の範囲では本発明が意図する塵埃の付着の低減は期待できない。
【００１２】
以上のように本発明に示したいずれの場合も負圧溝と正圧発生部を連接する壁面は正圧発生部に対して少なくとも１０度以上の角度になっているため、負圧を発生する段差としても十分に機能し、高い信頼性と安定した浮上量とを両立することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
スライダー材としてＡｌ２Ｏ３・ＴｉＣを用い、図９に示すような５０％の負圧スライダーをミリング法で加工した。あるマスク材を選択してパターンニングして厚さ１０μｍのマスクを得た後、ある条件で熱処理を行った。この熱処理によってマスク材は収縮するが、マスク材の下面は基板に固定されているために図６の６ａに示すように、端面が傾斜した台形状のマスクとなった。このマスクでミリングを行うとスライダーの負圧溝の部分が加工されるとともに、マスクも徐々に取り除かれ６ｂで示される形状になっていく。このため加工中にマスクは図６の矢印Ａに示される方向に後退していき、マスクの後退に伴って新たに露出したスライダー材も順次加工される。したがってこの加工プロセスによると壁面３ｄは低い交角をもつこととなり、本発明の請求項１に示した形状を実現できる。この交角は主にマスクの端面の角度を決定づける熱処理条件等を調整することによって制御できる。ここではミリング前の熱処理の条件等をを変えて３種の試料を作製し、試料名１−１，１−２，１−３とした。光学式の表面形状測定器によって壁面の角度を測定したところ３種の試料の交角はそれぞれ１１度、２３度、３０度となっており、負圧溝の深さはどれも４μｍであった。ミリング加工後、ラップ加工によってスライダー面を仕上げ、最後にＤＣマグネトロンスパッタ装置を使用して膜厚５ｎｍのカーボン保護膜をスライダー面に成膜した。スパッタ後このスライダーをバネ荷重３．５ｇｆのサスペンションに取り付けた。
【００１４】
（実施例２）
上記の実施例１と同様の形状にパターンニングした厚さ５０μｍ程度のマスクをある条件で熱処理を行った。ここでは実施例１の場合よりもマスクを厚くしてあるために、熱処理後のマスクはスライダー面近傍を除いて均等に収縮する。このためにマスクの端面の形状は図７に示されるような形状となった。このマスクでミリング加工すると、マスク６は加工中にミリングによって一部除去されて図７中の６ａの形状から６ｂの形状に後退する。このため点ｅから点ｆまでは交角の低い壁面が得られる。しかし点ｆ以降はマスク材の膜厚が厚くなっているためにミリングによるマスクの後退は遅くなり、ｆ以降は大きな交角をもった壁面となり、本発明の請求項２に規定した形状をを得ることができる。このとき負圧溝深さなど交角以外の寸法は実施例１と同一になるように加工した。得られたスライダーの試料番号を２−１として、光学式の表面形状測定器によって壁面の角度を測定した結果、図３に示すように負圧溝の底面に近い部分と正圧発生面に近い部分とでは交角が異なった壁面となっていることが確認された。交角１はおよそ６度、交角２は８０度で、２つの壁面の接線は負圧溝底面より２．９μｍの高さの位置であった。ミリング加工後実施例１と同一条件でラップ仕上げ、カーボン保護膜製膜を行い、バネ荷重およそ３．５ｇｆのサスペンションに取り付けた。
【００１５】
前記の実施例１と同様にマスクを厚さ１０μｍとして所定の形状にパターンニングしたスライダー材を、実施例１とは異なる条件で熱処理を加えた。ここでは熱処理条件の異なる２種類のサンプルを準備した。熱処理後にミリング加工を行い負圧溝を形成した。このとき負圧溝深さなど交角以外の寸法は実施例１と同一になるように加工した。光学式の表面形状測定器によって壁面の角度を測定したところ３４度と６５度サンプルが得られていることがわかった。ミリング加工後実施例１と同一条件でラップ仕上げ、カーボン膜製膜を行い、バネ荷重およそ３．５ｇｆのサスペンションに取り付け、試料Ｃ−１及びＣ−２を得た。
【００１６】
評価は実施例及び比較例の各試料についてそれぞれ５万回ＣＳＳを行った後のスライダー表面に付着した付着物の有無で評価した。ＣＳＳテストは３０度Ｃ、相対湿度８０％の環境下で行った。使用した磁気ディスクは直径９５ｍｍで保護膜として１５ｎｍのカーボン膜を有し、表面に潤滑剤を１．５ｎｍ程度塗布してある。
【００１７】
表１にＣＳＳ５万回後のヘッド表面に付着した塵埃の有無を調べた結果を示す。実施例の２種のヘッドについてはテスト後もスライダー表面には塵埃等の付着物は認められなかった。これに対して比較例の壁面交角が大きいヘッドはテスト後に負圧溝底面と壁面との接線付近に磁気ディスクの保護膜であるカーボンと見られる塵埃が付着しているのが観察された。
【００１８】
【表１】

【００１９】
以上の結果から、負圧ヘッドにおける壁面の交角を１０度から３０度の間にするか、壁面を交角の異なる２面以上の面で構成させ壁面に接する部分での交角を３０度以下と低くすることによって、多くのＣＳＳを行った後にも塵埃の付着の無く長期の使用に耐えうる磁気ヘッドが得られることがわかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、塵埃の付着のない磁気ヘッドが得られ、長期にわたる信頼性、耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスライダーの図９におけるａ−ａ間の横断面図。
【図２】交角と浮上量との関係。
【図３】本発明の他の実施例の図９におけるａ−ａ間の横断面図。
【図４】交角θ₂と浮上量との関係。
【図５】交角θ₁と浮上量との関係。
【図６】本発明の実施例１を説明するための図。
【図７】本発明の実施例２を説明するための図。
【図８】浮上式磁気ヘッドの側面図。
【図９】負圧型磁気ヘッドスライダーの斜視図。
【符号の説明】
１ 磁気ヘッド、２ 電磁変換器、３ 磁気ヘッドスライダー、３ａ ステップ部、３ｂ 正圧発生部、３ｃ 負圧溝、４ ジンバル、５ スプリングアーム、６ マスク

Claims (1)

1. 磁気ディスクに対向するスライダー面に段差を形成する壁面と底面とから成る負圧を発生させるための負圧溝を有する磁気ヘッドにおいて、少なくとも前記壁面の一部が前記負圧溝の底面である負圧溝底面に接する部分と前記正圧発生部に接する部分が平行でない異なる面で構成され、前記負圧溝底面とそれに接する前記壁面とがなす交角θ１が３０度以下となっており、
   前記正圧発生部から前記負圧溝に向かって空気が流れるように前記正圧発生部および前記負圧溝が形成され、
   前記壁面は前記負圧溝と前記正圧発生部とを連接し、この壁面は交角の異なる複数の面で形成され、
   前記負圧溝底面と前記壁面とがなす交角θ１は、前記正圧発生部と前記壁面とがなす交角θ２よりも小さいことを特徴とする磁気ヘッド。

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