JP4097706B2 - スライダ及びディスクドライブ・データ記憶システム - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、ディスクドライブ・データ記憶装置に関し、更に詳しくは、ディスク潤滑剤または汚染物が空気軸受面へ移行するのを阻止するために、表面不連続部を備えるスライダを有するディスクドライブに関する。
“ウインチェスタ”型のディスクドライブは、この業界で周知である。そのようなドライブは、複数の円形、同心データトラックにディジタル情報を記憶するために、磁化可能媒体で塗被した剛性ディスクを使用する。これらのディスクをスピンドルモータに取付け、そのモータがこれらのディスクを回転し、ディスクの表面をそれぞれのヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）の下に通す。ＨＧＡは、これらのディスク表面に情報を読み書きする変換器を坦持する。アクチュエータ機構がこのヘッドジンバル組立体を電子回路の制御の下でディスクの表面を横切ってトラックからトラックへ動かす。このアクチュエータ機構には、トラックアクセスアームおよび各ヘッドジンバル組立体に対するサスペンションがある。このサスペンションは、ヘッドジンバル組立体をディスク表面の方へ押付ける予圧力を与える。
このヘッドジンバル組立体には、動圧（自己発生空気）軸受スライダおよびジンバルがある。このジンバルをサスペンションとスライダの間に配置し、スライダにこのディスクの微細構成に追従しながら縦揺れおよび横揺れが可能な弾性結合をもたらす。またはその代りに、このジンバルをサスペンションに組込んでいる。
従来のカタラマン・スライダには、ディスク面に向いて、空気軸受面を形成する、１対の隆起したサイドレールがある。ディスクが回転すると、このディスクが空気をこの空気軸受面に沿ってこのディスクの接線速度にほぼ平行な方向でスライダの下に引込む。空気がこれらのサイドレールの下を通過すると、この空気軸受面上の表面摩擦がディスクと空気軸受面の間の空気圧を増し、それが流体力学的揚力を生じてスライダを持上げ、ディスク面上を浮動させる。サスペンションが加える予圧力がこの流体力学的揚力を打消す。この予圧力と流体力学的揚力は、スライダの流体力学的性質とディスクの回転速度に基づいて平衡に達する。自動装填式スライダは、更に、サイドレール間に伸びるクロスレールを含む。このクロスレールの上を通る空気が膨張し、大気圧以下の領域を作り、それがスライダをディスク面に近付ける。
典型的な磁気ディスクは、ヘッドとディスクの界面での摩耗を減らすために、ペルフルオロ酸塩潤滑剤が薄層で塗被されている。大抵の潤滑剤は、ディスクの表面に付着したままであるが、潤滑剤の僅かな部分は遊離したままで、スライダの表面に集る傾向がある。本発明の開発中に、ディスクが回転を止め、スライダがディスク表面に載ると、集った潤滑剤が空気軸受の表面に移行する傾向があり、そこで集った潤滑剤がスライダとディスク表面をメニスカス表面張力によって引寄せる傾向があることが判った。スライダとディスク表面を引寄せる力は、“スティクション”として知られている。このスティクション力は、スライダの接触始動および停止（ＣＳＳ）性能に悪影響し、スピンドルモータがディスクを回転するのを妨げるに十分強いことがある。
このスティクションを減じ、ＣＳＳ性能を改善する一つの方法は、スライダを球形のラップ盤に押付けることによって、空気軸受面にクラウンをラップ加工することである。クラウンにした空気軸受面は、スライダとディスクの間に潤滑剤を集めるのを減らす。しかし、スティクションを減らすためのより完全な解決が望ましい。
発明の概要
本発明のスライダは、潤滑した記録媒体に近接して変換器を支持する。このスライダは、スライダ本体、このスライダ本体上に作られた少なくとも一つのレール、およびこのスライダ本体を横切り、少なくとも一つのよどんだ流れ領域を有する流体流れパターンを含む。表面不連続部をこのスライダ本体上のこのよどんだ流れ領域内に作り、このよどんだ流れ領域内に集められた潤滑剤が隆起したレールに移行するのを防ぐ。
一実施例で、この表面不連続部がスライダ本体内に一つ以上のくぼみを含む。各くぼみは、長い溝または複数の離間した凹地のような、多様な形状を採ることができる。もう一つの実施例では、この表面不連続部がスライダ本体上に一つ以上の隆起した表面形態を含む。各隆起した表面形態は、細長い凸条または複数の離間した突起のような、多様な形状を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を適用したディスクドライブ・データ記憶装置の平面図である。
図２は、ロードビーム屈曲部によって支持したヘッドジンバル組立体の透視図である。
図３は、図２の線３−３による、ヘッドジンバル組立体の端面図である。
図４は、ディスク潤滑剤の液滴を集めがちなスライダの下平面図である。
図５は、図４に示すスライダの数値モデルで、空気流の流線を示す。
図６は、本発明による、図５に示す数値モデルの上に重ねた矩形溝を示す線図である。
図７から図９は、本発明による代替溝形状の部分断面図である。
図１０は、図５に示す数値モデルの上に重ねた網目状の溝構成の下平面図である。
図１１は、ほぼサイドレールを囲む複数のくぼみを有するスライダの下平面図である。
図１２は、本発明に従ってスライダ本体に作った隆起表面形態の部分断面図である。
図１３は、より丸い断面を有する隆起表面形態の部分断面図である。
好適実施例の詳細な説明
図１は、典型的ディスクドライブ１０の平面図である。ディスクドライブ１０は、ベース１２および上蓋１４を備えるハウジングを含む（上蓋１４の一部を明瞭にするために除去する）。ディスクドライブ１０は、更に、ディスククランプ１８によってスピンドルモータ（図示せず）に取付けたディスクパック１６を含む。ディスクパック１６は、中心軸の周りに共回転するように取付けた、複数の個々のディスクを含む。各ディスク表面は、このディスク表面と連絡するためにディスクドライブ１０に取付けた、関連するヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）２０を有する。図１に示す例では、ＨＧＡ２０をロードビーム屈曲部２２によって支持し、次にそれをアクチュエータ２６のトラックアクセスアーム２４に取付ける。図１に示すアクチュエータは、回転可動コイルアクチュエータとして知られる型式のものであり、全体を２８で示すボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む。ボイスコイルモータ２８は、アクチュエータ２６をそれに取付けたヘッド２０と共にピボット軸３０の周りに回転し、電子回路装置３３の制御の下でヘッド２０を弧状の経路３２に沿って所望のデータトラックの上に配置する。各ＨＧＡ２０は、ジンバル３４およびスライダ３６を含む。
図２および図３は、ヘッドジンバル組立体２０を更に詳細に示す。図２は、ロードビーム屈曲部２２によって支持したヘッドジンバル組立体２０の斜視図である。図３は、図２の線３−３による、ヘッドジンバル組立体２０の端面図である。ロードビーム屈曲部２２は、予圧力を与えてヘッドジンバル組立体２０をディスク表面の方へ寄せる。組立体２０は、ジンバル３４およびスライダ３６を含む。ジンバル３４は、スライダ３６とロードビーム２２の間に位置し、このスライダがディスクの表面起伏を追従できる弾性接続をもたらす。代替実施例では、ジンバル３４をロードビーム２２に組込む。スライダ３６は、例えば、接着剤によるような、周知の方法でジンバル３４に結合する。ジンバル３４は、スライダ３６と点接触しているディンプル（図示せず）を含む。このディンプルは、スライダ３６がディスク１６の表面起伏に追従しながら、その周りに縦揺れおよび横揺れできるピボットを提供する。
スライダ３６は、第１および第２サイドレール３８および４０、中央レール４２並びに変換器４４を含む。変換器４４は、中央レール４２の後端に取付ける。変換器４４は、ボンディングパッド４８でリード線４６に電気的に結合する。変換器４４は、スライダ３６の下を通過するときにディスク１６の表面上の個々のビット位置と連絡する。変換器４４は、例えば、薄膜または磁気抵抗型磁気ヘッドを含むことができる。導線およびボンディングパッドの数は、スライダ３６が坦持する特定のヘッドに必要な導線の数に依る。
図４は、ディスク１６の表面から見て、スライダ３６の下平面図である。スライダ３６は、前縁５０、後縁５２並びに第１および第２側縁５４および５６を有する。第１および第２サイドレール３８および４０は、前縁５０から後縁５２の方へ伸び、この後縁の前で終る。第１および第２サイドレール３８および４０は、それぞれ、座面５７および５８を形成する。座面５７および５８は、先導部５９、くびれ部６０および追従部６２を有する。くびれ部６０は、先導および追従部５９および６２より狭い。中央レールまたは“島”４２を後縁５２に配置し、スライダ３６の縦中心線６３に沿って中心を置く。大気圧以下の負圧空洞６４を第１および第２サイドレール３８および４０の間に配置する。空洞ダムが第１サイドレール３８から第２サイドレール４０まで伸び、座面５７および５８からくぼんでいる。
図５は、スライダ３６の数値モデルで、スライダ３６の表面を横切る空気流の流線を示す。ディスクが回転すると、このディスクが空気を座面５７および５８に沿ってこのディスクの接線速度に一般的に平行な方向にスライダ３６の下に引込む。現在の空気軸受面構成の多くは、負圧空洞が浅く、この空洞領域での空気流の上流への再循環のために、空気流のよどみ領域を生じる。スライダ３６は、サイドレール３８および４０に隣接してよどみ領域７０，７２，７４および７６を有する。この空気流が遊離潤滑剤の微細液滴を含み、それがこの流線に追従してスライダ表面の空気流よどみ領域で再沈清しそうであると仮説を立てる。
図４に戻って参照して、潤滑剤の液滴７８および７９がよどんだ流れ領域内でスライダの表面に再沈清した状態を示す。実験によれば、ディスクが回転を止め、スライダがディスク表面に長期間載っていると、集った潤滑剤がサイドレールの方へ移行し、空気軸受面で毛管力によってレールの縁に引込むようになることが分った。これらのサイドレールに移行する潤滑剤は、浮動スティクションを起す。本発明によれば、スライダ３６がこれらのレールに隣接して表面不連続部を備え、それが集った潤滑剤を閉込め、この潤滑剤がレールの方へ移行するのを防ぐ。この表面不連続部は、空気流よどみ領域が生ずると予測されるところに配置した、一つ以上のくぼんだまたは隆起した表面形態を含むことができる。これらの表面不連続部は、例えば、イオンミリング、エッチング、レーザ処理、引掻きまたは切削のような、どんな方法でも作れる。好適実施例では、これらの表面不連続部を、空気軸受形態を作るイオンミリング・マスクに組込んで、この表面不連続部を作るために別の工程が要らないようにする。
図６は、図５に示す数値モデルの上に重ねた表面不連続部を示す線図である。４組の水平な矩形溝８０，８２，８４および８６を、それぞれ、よどみ領域７０，７２，７４および７６内でスライダ３６の本体に作る。この実施例では、これらの溝をよどみ領域に制限する。これらの溝は、深さおよび幅が０．１から１０ミクロンであるのが好ましく、深さおよび幅が１から２ミクロンであるのが最も好ましい。各溝の長さおよび深さは、その位置、よどみ領域の大きさおよび集めるべき潤滑剤の物理的性質に依る。
モデル試験の結果は、溝８０，８２，８４および８６を空気流のよどみ領域内に配置したので、それらがスライダ３６の空気軸受浮動性能に殆ど影響しないことを示す。これは、既存の空気軸受面構成を本発明の表面不連続部を加えるために、これらの溝を収容するために空気軸受面を変更する必要なく、修正できることを示唆する。潤滑剤がその表面張力のためにこれらの溝の中で大きな液滴を作ることを実験的に観察した。ディスクが回転を止め、スライダがディスク表面上に長期間静止したままであった後も、潤滑剤の液滴は、溝の中に閉込められたままで、レールへ移行しなかった。潤滑剤の液滴は、溝の幾何学的形状と整合することによって最少のポテンシャルエネルギーに達していると推察される。
図７は、図６の線７−７によるスライダ３６の部分断面図である。溝８２ａは、断面が矩形で、レール３８の後縁に隣接して位置する。潤滑剤液滴９０を溝８２ａ内に閉込める。
図８は、スライダ３６の部分断面図で、本発明の代替実施例による溝９２を示す。溝９２は、レール３８の後縁と反対側に傾斜した側壁９４を有し、これにより潤滑剤液滴９６をサイドレール３８から離れて矢印９８の方向に循環させる。側壁１００は、潤滑剤液滴９６がサイドレール３８の方へ移行するのを防ぐ。
図９は、もう一つの代替溝形状を示す。図９で、溝１０２は、潤滑剤液滴１０６の接触角と整合する曲率半径１０４を有する。接触角との整合が潤滑剤液滴１０６のポテンシャルエネルギーを最少にする。これらの溝は、種々のその他の矩形または非矩形断面を採ることもできる。これらの断面は、特定の潤滑剤の収集または汚染物若しくはくずの収集を最適化するように選択することができる。
図１０は、溝が格子１１０，１１２，１１４および１１６を作るように配置した、網目状の溝構成の下平面図である。各格子は、スライダ１１８の本体内で縦および横方向に伸びる、個々の溝を含む。もう一つの代替実施例では、溝１１０，１１２，１１４および１１６が図１０に示すものの逆である。この実施例では、各溝または表面不連続部がスライダ１１８の表面に正方形くぼみを含む。この正方形くぼみは、図１０に示すものに類似して格子を作るように配置することができ、または無作為間隔にできる。これらのくぼみは、例えば、円形、楕円形または十字形のような、他の形状を採ることもできる。図１１は、潤滑剤がレールの方へ移行する可能性を最小にするために、ほぼサイドレール１２４および１２６を囲む複数のくぼみ１２２を有するスライダ１２０の下平面図である。代替実施例では、複数の平行または直交平行の溝がこれらのレールを囲む。これらのくぼみまたは溝は、スライダの空気流特性に整合する曲線形状を採ることもできる。
本発明の更にもう一つの実施例では、表面不連続部が、スライダ本体にくぼみではなくて、スライダ本体に隆起した表面形態を含む。この隆起した表面形態は、図６に示す水平溝に類似する、長い水平凸条、図１０に示す網目溝に類似する網目凸条または図１１に示すくぼみに類似する個々の突起を含むことができる。各凸条または突起は、例えば、矩形、正方形、円形、楕円形または十字形のような、多種多様な断面を採ることができる。
図１２は、スライダ本体１３４にサイドレール１３２の後縁に隣接して作った矩形凸条１３０の部分断面図である。表面形態１３０は、スライダの本体から隆起し、サイドレール１３２からくぼんでいるのが好ましい。図１３は、より丸い断面を有する凸条１３６の部分断面図である。一実施例では、凸条１３６が、収集すべき潤滑剤の接触角と整合した曲率半径を備えた側壁１３８を有する。
好適実施例を参照して本発明を説明したが、当業者は、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、形および詳細で変更をなし得ることを認識するだろう。

Claims (14)

1. 動作時空気を随伴させる、潤滑剤を塗布した記録媒体に近接させて変換器を支持するスライダにして、
   前縁、後縁ならびに移動中の前記記録媒体に対向する底面を有するスライダ本体と、
   前記底面から隆起し前記前縁から前記後縁まで延在し、頂面が空気支承面となる第１サイドレールおよび第２サイドレールと、
   を有し、
   前記記録媒体の動作時該第１サイドレールと第２サイドレール間でこれらに沿って前記記録媒体に随伴する空気が前記底面上を流れ、前記前縁から前記後縁に向かう方向で空気流を形成し、該空気流の流れパターンには、少なくとも二つのよどみ流域が存在しており、
   さらに、該第１サイドレールと第２サイドレールの間でこれらサイドレールにそれぞれ沿って形成された第１と第２の潤滑剤トラップ
   を有し、
   前記第１と第２の潤滑剤トラップは、前記少なくとも二つのよどみ流域に集められた潤滑剤を捕捉し、潤滑剤が前記第１サイドレール及び第２サイドレールに転移しないように防止しているスライダ。
2. 請求項１に記載のスライダにおいて、前記第１サイドレールおよび第２サイドレールの各々が先導部、追従部ならびにこれらの間でこれらより狭いくびれ部とを有し、前記第１と第２の潤滑剤トラップが、前記くびれ部にそれぞれ沿って画成されるスライダ。
3. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、前記底面に形成されたくぼみを含むスライダ。
4. 請求項３に記載のスライダにおいて、前記くぼみの幅が、０．１から１０ミクロンであり、その深さが、０．１から１０ミクロンであるスライダ。
5. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、前記底面に形成された空気流の方向を横切る溝を含んでいるスライダ。
6. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、前記底面に形成され、空気流の方向を横切る方向に延在し、該空気流の方向に互いに間隔を置いた複数の平行な溝を含んでいるスライダ。
7. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップが、格子状に配列された複数の溝を含んでいるスライダ。
8. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップが、複数の離間したくぼみを含んでいるスライダ。
9. 請求項８に記載のスライダにおいて、前記複数の離間したくぼみが、前記第１サイドレールおよび第２サイドレールを囲んでいるスライダ。
10. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、矩形の溝を含んでいるスライダ。
11. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、曲線溝を含んでいるスライダ。
12. 請求項１１に記載のスライダにおいて、前記溝が、前記集まった潤滑剤の接触角に整合する曲率半径を有しているスライダ。
13. 請求項１又は２に記載のスライダにおいて、前記第１および第２の潤滑剤トラップは、前記底面に形成され、高さが前記第１サイドレールおよび第２サイドレールの高さより低く、空気流の方向を横切る細長い突起を有し、該突起は、空気流の方向に互いに間隔をおいて配置されているスライダ。
14. ディスクドライブ・データ記憶システムにおいて、
    ハウジングと、
    該ハウジングに取付けられたスピンドルモータと、
    該スピンドルモータに取付けられ、潤滑層を設けた記録面を有する、少なくとも一つのデータ記憶ディスクと、
    前記ハウジングに取付けられたアクチュエータ組立体と、
    変換器を担持し、該アクチュエータ組立体により担持されたディスクヘッドスライダとを有し、
    前記該ディスクヘッドスライダは、請求項１又は２に記載のスライダで構成されているディスクドライブ・データ記憶システム。

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