JP4192059B2 - 外部より作用するファン・デル・ワールズ力及び静電気力を減らす空気べアリング設計 - Google Patents

Description

本発明は広くはデータ記憶装置に係り、より詳細には空気べアリング面のあるスライダーを有するタイプのディスク・ドライブに関する。

どのコンピュータ・システムにおいても１つの主要な部位はデータ記憶装置である。ディスク・ドライブは代表的なデータ記憶装置である。ディスク・ドライブは通常、磁気記憶媒体でありモータ・シャフトあるいはスピンドルに取り付けられた少なくとも１枚のディスクとディスク上を半径方向に読み込み／書き込みヘッドを位置づけするアクチュエータと、読み込み／書き込みヘッドを用いてディスクからデータを読み出し書き込みするための回路を有している。ディスク・ドライブはまた、ディスク・ドライブの動作を制御するとともに、コンピュータ・システムとのインタフェースとなるコントローラを有することもある。

読み出し／書き込みヘッドは通常スライダーに組み込まれている。スライダーは下側の面を有し、これは空気ベアリング面として知られ、使用するディスク面と対向している。空気べアリング面は通常円板の周方向に伸びるレールとレールの間のくぼんだ部分を有している。動作時はディスクの回転により空気がレールとの隙間に引き込まれ、圧力増大をもたらし、スライダーを押し上げ、読み出し/書き込みヘッドをディスクから引き離す。このとき、くぼみ部分を通過する空気は圧力減少を起こし、レールに働く圧力と逆作用する。この圧力はバランスして、スライダーが「浮上高さ」と呼ばれる距離をもってディスク上を浮上する。

磁気ディスク・ドライブで達成できる面記録密度は磁気ディスクの読み出し/書き込みヘッドの浮上高さに直接依存する。ディスク・ドライブの容量増大が常に要求されており、面密度を向上するため浮上高さを減少させることが常に要望されている。

しかしながら、面記録密度を向上するため浮上高さが減少するとファン・デル・ワールズ力、すなわち電気的に中性な分子間に働く分子間力、および静電気力などのスライダーに作用する外力が顕著になる。スライダーを構成する物質中の金属、例えばセラミック・アルミニューム・チタンカーバイド（ＡｌＴｉＣ）の存在によりこれらの力の発生が促進される。数ナノメータの浮上高さではこれらの力は空気べアリング面で生成される圧力のバランスを狂わせ、その結果空気べアリングが破壊されスライダーがディスクと接触してしまう可能性がある。

ファン・デル・ワールズ力および静電気力の影響を削減し、それにより浮上高さを小さくする１つの方法は空気べアリングのピッチ角を大きくしてスライダーの下面がディスク表面と平行でなくすることである。他の方法は空気べアリング面の後端パッドまたはレールを小さくすることである。しかしながら、これらの方法はいずれも空気べアリング面の特性を変えてしまうので空気べアリング性能に影響してしまう。好適な空気べアリング面の設計には相当の労力を要し、わずか数ナノメータの高さの安定した信頼性ある浮上状態を得るには多くの要因を調整しなければならない。従って、前述の方法で外力の影響を削減するには空気べアリング設計に関してさらに検討を加えねばならず、空気べアリング設計者は空気べアリングのレールとくぼみ部から発生する圧力を操ることを強いられ、このため安定な浮上高さ特性に影響を与えてしまう。

従って、空気べアリング面を有しファン・デル・ワールズ力と静電気力の影響を受けにくく、安定した浮上特性あるいは浮上性能への影響は無視可能で低い浮上高さで動作するスライダーの技術が強く求められている。

本発明は、スライダーの空気べアリング面内に１つ以上の空洞を設けてスライダーと記録媒体である回転ディスクとの間に発生するファン・デル・ワールズ力と静電気力をを削減したディスク・ドライブ及びそこで使用されるスライダー及びこれを製造する方法を提供して、従来技術に派生するこれらの問題点とその他の問題点を解決するものである。

本発明に沿った１つの実施例において、空洞は菱形断面の柱形状を有しており後端のエッジパットに設けられている。本発明に沿った他の実施例では空洞は山形断面の柱形状を有している。使用する設計に関わらず空気べアリング面の内側に空洞を設けることにより、多くの場合面の特性を変えることなくファン・デル・ワールズ力と静電気力の影響を減少させることができる。

これらの及びその他の、本発明を特徴づける利点と特徴は、本出願の一部を形成する請求項に示される。しかしながら、本発明とその利点と使用により達成しようとする目的をより良く理解するため、発明の具体的実施例を説明している図面と付随する説明を参照することが必要である。

本発明の特徴を備えたディスク・ドライブの実施例１０の構成図が図１に示されている。ディスク・ドライブ１０は磁気円板媒体１２を用いた回転ディスク・ドライブ型である。ディスク・ドライブ１０の記憶容量は磁気記録媒体ディスク１２の記録データの面密度である程度決定される。

ディスク・ドライブ１０はディスク・ドライブ１０の他の部品が組みつけられるハウジング１４を有している。ハウジング１４は底部１６、側壁１８及び上部（図示せず）を有しても良い。空気べアリング面４４（図２、４及び５参照）を有し、近接するアクチュエータ２２の端部にジンバル２４を用いて取り付けられているスライダー２０内に読み出し/書き込みヘッド５２（図２参照）が配置されている。アクチュエータ２２はモーター３０のボイスコイル２８の動作によりピボット点２６を中心に回転し読み出し/書き込みヘッド５２をディスク１２の所定のトラックに位置づける。

スライダー２０内の読み出し/書き込みヘッド５２は、回転スピンドル３２に搭載され、モーター（図示せず）で駆動されるディスク１２と情報のやりとりを行う。アクチュエータ２２はディスク１２上でサスペンションに負荷あるいはバイアスを与え、読み出し/書き込みヘッド５２をディスク１２上に位置づけする。スライダー２０内の読み出し/書き込みヘッド５２は技術に通じた人には良く知られている電子回路によりディスク１２にデータを書き込み読み出しを行うことが出来る。ディスク・ドライブ１０内の様々な部品との電気接続はコネクタ３４とケーブル３６を通して行う。

図１に示すディスク１２とスライダー２０の境界の機能側面図を図２に示す。（図２では寸法は無視されていることに注意）図２のディスク・ドライブ１０はドライブが動作中の構成を示しており、ディスク１２は参照番号３８に示す方向に回転していて、スライダー２０は、空気べアリング面４４とディスク１２の表面との相互作用により形成された空気べアリングにより、物理的にディスク１２の表面から離れた位置にある。

スライダー２０は多相物質により作成してもよい。多相物質とは１つ以上の部品あるいは材料の相が存在することを意味する。１つの好適な多相物質はセラミック・アルミナ・チタンカーバイド（Al₂O₃―TiC）である。スライダー２０はまたNi-Fe,Mn-Zn,及びNi-Znあるいはカルシウム・チタン石で作成することもできる。空気べアリング面４４はAl₂O₃−TiO₂及びZrO₂などの硬質物質をプラズマ塗布で被覆しても良い。絶縁およびギャップ材はSiO_2, SiO及びAl₂O₃で作成しても良い。他の好適な材料と製造工程は、迅速な公開のメリットを有する技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

スライダー２０は前端４０と後端４２を有している。前端４０と後端４２の中間は下面すなわち空気べアリング面４４である。空気べアリング面４４はレール４６、くぼみ部４８、およびパッド５０ａ−ｅを有している。後端４２とパッド５０ｃ−ｅの近傍には読み出し/書き込みヘッド５２がある。ある実施例ではディスクが回転していないときパッド５０ａ−ｅがスライダー２０をディスク１２上に支持する設計になっている。これらの実施例ではディスク１２とパッド５０ａ−ｅの摩擦を減らすためディスク１２は５４に示す潤滑剤を有しても良い。他の例ではディスク上に静止することはないロード／アンロードスライダーが使用される場合もある。

動作中、図に示すようにディスク１２の回転３８により、レール４６との間に矢印５６で示すように空気が引き込まれ、圧力増大が生じ、スライダー２０の空気べアリング面４４が上方に押し上げられ、参照番号５８で示すように読み出し/書き込みヘッド５２がディスク１２から引き離される。同時にくぼみ部４８を通過する空気５６は参照番号６０に示すように圧力減少をもたらし、レール４６に働く圧力作用にある程度の反作用を及ぼす。これらの圧力５８，６０ならびにアクチュエータ２２から作用するバイアスの結果としてスライダー２０はディスク２８上に所期の浮上高さ６２にて浮上する。

浮上高さ６２を小さくしディスク１２の高記録面密度を達成するため、レール４６、くぼみ部４８及びパッド５０ａ−ｅの寸法を圧力５８と６０が等しくなるように調整した場合、スライダー２０とディスク１２の引きつけあう力が発生しスライダー２０の空気べアリング面４４で生成する圧力５８と６０のバランスが崩れ、空気べアリングの破壊、すなわちスライダー２０とディスク１２の接触に至る場合があることが見出された。主な力の２つはファン・デル・ワールズ力と静電気力である。これらの力は約５ナノメータ以下で急激に増大し、引きつけ力が圧力５８より急激に増大するので空気べアリングが約２ナノメータ以下に崩落する場合がある。

ファン・デル・ワールズ力は電気的に中性な分子間に働く力である。静電気力は正または負に帯電した分子間に働く力である。本発明はスライダー２０とディスク１２に作用するファン・デル・ワールズ力と静電気力を少なくとも１つの空洞をスライダー２０内に形成して減少させようとするものである。理論的にはスライダー２０からどのような物質を取り除いてもスライダー２０をディスク１２に引き付けるファン・デル・ワールズ力と静電気力の効果が減少する。

しかしながら、スライダー２０の外面すなわち空気べアリング面４４から物質を取り除くと空気べアリングの性能に影響する可能性がある。さらに、空気べアリングの外面から物質を取り除くと、ポケットその他の構造を生じ、破片、例えば塵埃、潤滑剤５４、磁性体などが集まり、その結果エッチング深さが減少し外力が増加する可能性が生じ、最後には空気べアリングの破壊につながる。これらの破片は読み書きのギャップに侵入しヘッドとディスクとの間に望ましくない相互作用を引き起こす場合もある。さらにある種の構造を形成して、落下した破片がディスクに付着する場所に破片が集積して集まる場合がある。破片のかけらがディスクに付着すると、次の回転のときに破片のかけらがスライダーと衝突することがある。この衝突が起こるとスライダーの浮上高さが変動し、すなわち振動しディスクの読み出し書き込みが損なわれる。

単一の大きな空洞を形成するのはある種の環境で問題を起こす可能性がある。例えば、単一の大きな空洞が形成され破片が集積してエッチング深さが減少すると、浮上高さを減少させる可能性が高い。しかしながら、破片が集まらない対策を講ずれば、単一の大きな空洞を形成することにより、スライダーをディスクに引き付けるファン・デル・ワールズ力と静電気力を大幅に減少できる。

従って、前述の観点より、複数の空洞をスライダーに形成し、スライダーとディスクとの間のファン・デル・ワールズ力と静電気力を依然として減少させつつどれかの空洞に破片が集積し空気べアリング性能に顕著な影響を及ぼす可能性を減少させるのが有利である。以下に説明される実施例は複数の内側空洞を有して示されているが、単一の内側空洞のスライダーも本発明の範囲であることは容易に理解されるところである。

かくして、図２に示す実施例では複数の菱形の柱状空洞６４がスライダー２０の後端のパッド５０ｅに形成されメリットを生じている。複数の空洞をスライダー内に形成すると、空気べアリング性能には殆ど影響せず、空洞６４は浮上高さ特性を殆ど変化させないので、空気べアリングはほぼ空洞６４が存在しないかのように動作する。さらに、スライダー２０は複数の空洞６４を有することにより、破片の集まりやすさも減少している。

図３に１つ以上の内側空洞と空気べアリング面を有するスライダーをエッチング形成する工程のフローチャートが示されている。“ブランク”のスライダーすなわち空気べアリング面のないスライダーが形成の始点となる。ブランク・スライダーは磁性ギャップなどの読み出し/書き込みヘッドの部分をしばしば有している。ブランク・スライダーの選択過程でスライダー材質が選定される。ブランク・スライダーはステップ９０で選択される。

ブランク・スライダーから空気べアリング面と内側空洞を形成するため物質を取り除くのにエッチング処理がしばしば使用される。物質を取り除く処理であるエッチング処理は通常、すでにスライダーに形成済みの磁気ギャップを出来る限りディスク表面に近い位置を保ちたいが故に使用される。本技術に習熟した人には反応イオンエッチング（ＲＩＥ）及び/またはイオンミリング処理が空気べアリング面と空洞を形成するのに使用できることはすぐに理解される。

ステップ９２に空気べアリング面及び/または空洞を形成するためにスライダーにフォトレジストを適用することが示されている。次にステップ９４でオーバレイ・マスクが適用される。ステップ９６でスライダーは紫外線（ＵＶ）光に所期の時間さらされる。ステップ９８でスライダーのエッチング処理が示される。最後にステップ１００でフォトレジストの除去が示される。

かくして、図３に示されるようにスライダーに内側空洞を形成するのにはスライダー製造工程において１つ以上のマスキング工程を必要とする。さらに、エッチング処理は、時間を増大させた深エッチング処理及びスライダーに塗布されたフォトレジストへの紫外線照射中における、くぼみ部４８などのくぼみ部の形成にも使用される。技術に習熟した人には他の処理も可能であることが理解される。

図３に示すステップにより形成され、図２に示したスライダー２０の空気べアリング面４４のワイヤフレーム透視図を図４に示す。スライダー２０を形成する物質は透明であるとして示され、図の線は空気べアリング面の構造の縁を示し、さらに発明の特徴を示している。参照番号５２'は図２に示す読み出し/書き込みヘッド５２のおおよそのギャップ位置を示す。

本発明は、参照番号６４で示すように後端のパッド５０ｅにエッチング処理を施しパッド５０ｅの内側に空洞を形成することにより、スライダー２０とディスク１２との間に作用する引き付け力を削減する。形成された空洞６４は菱形の柱状の形状をしている。

図５に図１−図２及び図４に示したスライダー２０の空気べアリング面４４の平面図を示す。スライダー２０を構成する物質は透明であるとして示され、さらには発明の特徴を示している。図４には後端のパッド５０ｅに形成された菱形形状の空洞６４がより完全に示されている。パッド５０ｅは本実施例ではディスク１２に最も近いパッド５０ｅとして選択され、ファン・デル・ワールズ力と静電気力を減少するのに顕著な効果がある。本技術分野に精通した人には空洞６４の形状はスライダー２０の製造工程にマスキング工程を追加すれば形成できることが容易に理解される。

スライダー２０の、パッド５０ａ−ｄなど他の部位にも空洞を形成してさらにスライダー２０をディスク１２に引き付ける力を減少しても良いことが、本技術分野に精通した人には容易に理解される。空洞はまたレール４６に形成しても良い。従って、本発明は空洞の形成を後端パッド５０ｅに限定するものではなく、スライダーをディスクに引き付ける力を減少させるためにスライダーに空洞を形成すること全体に適用される。

図６は本発明による他のスライダー７２の空気べアリング面７０の平面図を示す。スライダー７２は前端７４と後端７６を有している。空気べアリング面７０はレールとパッド７８、８０ａ−ｅを有している。前端と後端７４、７６の間とレールとパッド７８、８０ａ−ｅの間はくぼみ部８２である。スライダー７２は読み出し/書き込みヘッド（図示せず）に付随した読み出し/書き込みギャップ８４を有している。

スライダー７２はパッド８４ｅに山形断面の柱形状８６が形成され、スライダー７２とディスク間の引き付け力、例えばファン・デル・ワールズ力および静電気力が減少している。空洞をパッド８０ａ−ｄ及び/あるいはレール７８に形成してファン・デル・ワールズ力及び静電気力をさらに減少させることができることは本技術分野に精通した人には容易に理解される。実際には２次元あるいは３次元に形成されたどのようなパターンの空洞も使用することができる。さらに、付加する、及び/あるいは削除する処理を含めて空洞を形成するどのような方式も使用することができる。

以上により、スライダーの安定浮上特性あるいは空気べアリング性能に殆ど影響することなく、ファン・デル・ワールズ力と静電気力の影響を減らした空気べアリング面を有し、低浮上高さで動作するスライダーが提供された。

上記実施例の説明により発明を説明し、また実施例はかなり詳細に説明したが、特許請求の範囲をこれらの詳細事項に限定するのを出願人が意図しているわけではない。技術に精通している人であれば、さらなる利点や変更を直ちに思いつくことができる。本発明の原理は存在するどのような空気べアリング設計にも実際に適用でき、浮上高さ特性には一般にほとんど影響しない、すなわち設計変更を通常必要としないということが理解される。本発明はその幅広い意味において、特定の詳細、特定の装置、方法、示され説明されたサンプルに限定されるものではない。従って出願人の発明の概念の精神と範囲を外れることなくこれら詳細から変更を行うことができる。

本発明のスライダーを組み込んだディスクドライブの構成図である。 図１のディスク・ドライブのスライダーとディスクの界面を示す、寸法は無視した機能側面図である。 本発明に沿って１つ以上の内側空洞を形成する工程を示すフローチャートである。 図２に示すスライダー空気べアリング面のワイヤフレーム透視図である。 図２及び図４に示すスライダー空気べアリング面の平面図である。 図４及び図５の代替えとなる別の空気べアリング面を示す平面図である。

符号の説明

１０…ディスク・ドライブ、１２…磁気ディスク、２０，７２…スライダー、２２…アクチュエータ、２４…ジンバル、３２…回転スピンドル、４０．７４…前端、４２，７６…後端、４４，７０…空気ベアリング、４６，７８…レール、４８，８２…くぼみ部、
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ…パッド、
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ…パッド、
５２…読み出し／書き込みヘッド、６２…浮上高さ、６４、８６…空洞、８４…読み出し／書き込みギャップ。

Claims (11)

1. 記録可能な媒体を有する回転可能なディスクと、
   前記ディスクの面に沿って伸びるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの端部近傍に取り付けられたスライダーと、を有するディスク・ドライブにおいて、
   前記スライダーは前記ディスク面に向かい合った空気ベアリング面を有し、前記空気ベアリング面は、前端側のパッドと、後端側中央部のヘッドが配置されたパッドと、これらのパッドに囲まれたくぼみ部とを有し、前記後端側中央部のパッドは前記ディスクに引きつけるファンデルワールズ力と静電気力を減少する複数の柱状に形成された空洞を有するディスク・ドライブ。
2. 前記空洞は菱型断面の柱状に形成されている請求項１記載のディスク・ドライブ。
3. 前記空洞は山型断面の柱状に形成されている請求項１記載のディスク・ドライブ。
4. 前記空気ベアリング面は、さらに前記前端側パッドの前側と後側に、当該前端側パッドよりも低い複数のレールを有する請求項１記載のディスク・ドライブ。
5. 磁気記録媒体であるディスクと向かい合う空気ベアリング面を有し、前記ディスクと相互作用可能なヘッドを収容するスライダーにおいて、
   前記空気ベアリング面は、前端側のパッドと、後端側中央部のヘッドが配置されたパッドと、これらのパッドに囲まれたくぼみ部とを有し、前記後端側中央部のパッドは前記ディスクに引きつけるファンデルワールズ力と静電気力を減少する複数の柱状に形成された空洞を有するスライダー。
6. 前記空洞は菱型断面の柱状に形成されている請求項５記載のスライダー。
7. 前記空洞は山型断面の柱状に形成されている請求項５記載のスライダー。
8. 前記空気ベアリング面は、さらに前記前端側パッドの前側と後側に、当該前端側パッドよりも低い複数のレールを有する請求項５記載のスライダー。
9. スライダーのディスクと向かい合う面に、前端側パッドと、ヘッドを備えた後端側パッドと、これらのパッドに囲まれたくぼみ部とを含む空気ベアリング面を形成するステップと、
   前記スライダーの後端側パッドに、スライダーの安定浮上特性に殆ど影響することなくディスク面に引きつけるファンデルワールズ力と静電気力とを減少する複数の柱状の空洞をエッチングにより形成するステップと、を含むスライダーの製造方法。
10. 前記複数の空洞を形成するステップは、菱型断面の柱状の空洞を形成するステップを含む請求項９記載の方法。
11. 前記複数の空洞を形成するステップは、山型断面の柱状の空洞を形成するステップを含む請求項９記載の方法。

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