JP4339301B2 - ラッピング装置のベンド機構 - Google Patents

Description

本発明は、複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを局所的に曲げるためのベンド機構に関する。

例えば、磁気ヘッドスライダの製造工程において、磁気ヘッド薄膜を基板上に形成した後、磁気ヘッド薄膜をラップ加工することが行なわれている。このラップ加工によって、磁気ヘッド薄膜の磁気抵抗層やギャップの高さが一定にされる。

磁気抵抗層やギャップの高さには、サブミクロン単位の精度が要求されている。このため、ラッピング装置にも、高い精度でワークとしてのロウバー（Ｒｏｗ Ｂａｒ）を加工することが求められている。

このように、磁気ヘッドスライダは磁気抵抗膜の高さが一定になるようにラップ加工される。しかし、ロウバーは極めて薄く、例えばその厚みは０．３ｍｍ程度である。

このため、ロウバーをラッピング装置で直接ラッピングすることは困難であり、ロウバーはロウツールに接着された状態でラップ定盤にロウバーを押し当ててラップ加工される。

このとき、米国特許５，０２３，９９１号や特開平５−１２３９６０号公報等で知られているように、ロウバーに一体的に形成されたエレクトリカル・ラッピング・ガイド素子（ＥＬＧ素子）の抵抗値が、ラップ加工中常時測定される。

そして、測定された抵抗値により、磁気ヘッド素子の磁気抵抗膜が目標の高さになったか否かが検出される。抵抗値の測定により、磁気抵抗膜が目標の高さまでラップ加工されたことが検出されると、ラップ加工は停止される。

その後、ロウバーのラップ加工面に複数のスライダの浮上面形状が加工される。次いで、ロウバーは複数の磁気ヘッドスライダにカットされる。

さらに、ロウツールを加熱してロウバーをロウツールに接着している接着剤を溶かし、個々の磁気ヘッドスライダが製造される。

このようにウエハーから複数の磁気ヘッド素子が一列に形成されたロウバーを切り出し、ロウバー毎にラップ加工を行なうため、多数の磁気ヘッド素子の磁気抵抗膜を一度にラップ加工することができる。

しかし、ロウバー内の個々の磁気ヘッド素子の磁気抵抗膜の高さは、磁気抵抗膜の成膜の精度やロウバーのロウツールへの貼り付け精度等によりサブミクロンのオーダーでばらつきが存在する。従って、均一な特性の磁気ヘッドスライダを大量生産するためには、この種のばらつきを矯正しながらラッピングを行なう必要がある。

このラッピング加工時のサブミクロンオーダーのばらつきを矯正するため、従来から種々の方法が提案されている。例えば、米国特許第５，６０７，３４６号のようにロウツールに複数の穴を形成し、各穴を介してアクチュエータの力をロウツールに作用させることが提案されている。

しかし、所望の圧力分布を得るためには、各アクチュエータに比較的大きな力を印加する能力が要求されるので、このような複数の作用点に作用するためのアクチュエータの製造上の困難性から作用点（穴）の間隔をさほど小さくすることができず、加工精度を高めることが困難であるという問題がある。

よって本発明の目的は、複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを局所的に曲げるためのベンド機構を提供することである。

本発明によると、複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを局所的に曲げるためのベンド機構であって、第１の方向に移動可能であり、前記第１の方向と直交する方向に複数配列されたラックと一体的に形成されたレバーをそれぞれ有し、前記各ラックにそれぞれ噛み合い、同軸上に配置された複数のピニオンとを具備したことを特徴とするベンド機構が提供される。

好ましくは、ベンド機構は更に、各々ピストンと該ピストンに連結されたピストンロッドとを有する複数の複動型エアシリンダを含んだエアシリンダユニットと、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数の第２ピニオンと、前記各ラック、各第１ピニオン及び各第２ピニオンを実質上同一平面内で案内するガイド機構を更に含んでいる。前記複数のラックは前記各ピストンロッドに連結されている。

好ましくは、ガイド機構は複数の第１ガイドギャップを有するラックガイドと、複数の第２ガイドギャップを有するピニオンガイドを含んでいる。各ラックはラックガイドの各第１ガイドギャップ中を案内され、各第１及び第２ピニオンはピニオンガイドの各第２ガイドギャップ中を案内される。

本発明のベンド機構によると、ロウバーの多点変位の制御が可能であるため、ロウバーの目標形状を容易に得ることができ、高精度のラッピング加工を実現できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１を参照すると、ラッピング装置１０の断面図が示されている。図２はラッピング装置１０の平面図である。

ラッピング装置１０はラッピング面１２ａを提供するラップ定盤１２と、ラップユニット１４とから構成される。ラップユニット１４はアーム１８を介して回転軸１６に取り付けられたラップベース２０と、ラップベース２０に固定されたボールジョイント２２によりラップベース２０に対して回動可能に取り付けられたラップヘッド２４を含んでいる。

ラップベース２０は開口２５を有しており、この開口２５中にラップヘッド２４が挿入されている。ラップベース２０の下面には複数の（例えば４個の）座面２６が設けられており、座面２６はラッピング面１２ａ上を摺動する。

ラップヘッド２４には後で詳細に説明するベンドアセンブリ３０が例えばねじ止め等により固定されている。ラップヘッド２４の上方にはラップヘッド加圧用の３個の空圧シリンダ３２が設けられている。

各空圧シリンダ３２は配管３４，３６を介して図示しない電気−空圧変換レギュレータ及び圧縮空気源３８に接続されている。

ベンドアセンブリ３０は後述する複数の複動型エアシリンダを有するエアシリンダユニットを含んでおり、各複動型エアシリンダはエアチーブ４０を介して電気−空圧変換レギュレータ４２に接続されている。各電気−空圧変換レギュレータ４２は圧縮空気源３８に接続されている。

ベンドアセンブリ３０は後述するロウツールを含んでおり、ロウツールに接着されたロウバーのラッピングに際しては、図２においてラップ定盤１２は図示しないモーターにより矢印Ｒ方向に回転され、ラップユニット１４は図示しない駆動機構によって、回転軸１６を中心に矢印Ｓ方向に揺動される。

荒研磨の間はラップ定盤１２は約５０ｒｐｍで回転され、仕上げ研磨時には約１５ｒｐｍで回転される。一方、ラップユニット１４は荒研磨、仕上げ研磨に係わらず１分間に約１０回程度揺動される。

図３を参照すると、ベンドアセンブリ３０の作動原理を説明する概略構成図が示されている。ラック４６ａはラック本体４８とラック本体と一体的に形成された首部５０を有している。ラック本体４８の下面にはギヤ５２が形成されており、ギヤ５２の反対面には円弧状突起５４が形成されている。首部５０には係合穴５６が形成されている。

ラック４６ａは複動型エアシリンダ６２により往復動される。複動型エアシリンダ６２は図４に示すエアシリンダユニット５８に含まれている。エアシリンダユニット５８はシリンダハウジング６０を有しており、内部に２８個の複動型エアシリンダ６２を画成している。

エアシリンダ６２はピストン６４と、ピストン６４に連結されたピストンロッド６６を有しており、内部にヘッド側チャンバ６３とロッド側チャンバ６５を画成している。ピストンロッド６６はラック４６ａに連結されている。各エアシリンダ６２の内径は２．５ｍｍであり、ピストンロッド６６の直径は１ｍｍである。

図４及び図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して、エアシリンダユニット５８の構造について説明する。シリンダハウジング６０内には７×４の千鳥格子状に複動型エアシリンダ６２が配置されており、シリンダハウジング６０の前面からはａ列〜ｄ列それぞれ７本ずづのピストンロッド６６が伸長している。

図５（Ａ）に示すように、シリンダハウジング６０の上面にはａ列、ｂ列それぞれ７個ずつのプル用ポート６８が開口している。各プル用ポート６８はエアシリンダ６２のロッド側チャンバ６５に連通している。特に図示しないがハウジング６０の底面には、ｃ列及びｄ列のプル用ポート６８が同様に形成されている。

ａ列及びｂ列の各プル用ポート６８は図４に示されたエアチューブ７０に接続されている。同様に、ｃ列及びｄ列の各プル用ポート６８も図４で下側に伸長するエアチューブ７０に接続されている。

図５（Ｂ）に示すように、シリンダハウジング６０の背面にはａ列、ｂ列、ｃ列及びｄ列各７個ずつのプッシュ用ポート７２が開口している。各プッシュ用ポート７２はエアシリンダ６２のヘッド側チャンバ６３に連通している。

さらに、各プッシュ用ポート７２は図示しないエアチューブに接続されている。各エアチューブ７０は図１に示す電気−空圧レギュレータ４２に接続されている。

再び図３を参照すると、ラック４６ａのギヤ５２にはレバー７６が一体的に形成されたレバー付きピニオン７４が噛み合っている。レバー付きピニオン７４は取り付け穴７５を有している。

同様に、ラック４６ａのギヤ５２には支持ピニオン７８が噛み合っている。支持ピニオン７８は取り付け穴７９を有しており、ラック４６ａの倒れを防止し、ラック４６ａが往復直線運動を可能なように配置されている。

図６を参照すると、ベンドユニット８０の斜視図が示されている。ベンドユニット８０は複数の第１ガイドギャップ８４を有するラックガイド８２と、複数の第２ガイドギャップ８８を有するピニオンガイド８６を含んでいる。

ラックガイド８２及びピニオンガイド８６は一対の側板９０，９２に固定されている。側板９０、ピニオンガイド８６及び側板９２に渡り伸長しているシャフト９４が各レバー付きピニオン７４の取り付け穴７５中に挿入されて、複数のレバー付きピニオン７４を回転可能に支持している。

同様に、側板９０、ピニオンガイド８６及び側板９２に渡り設けられたシャフト９６が各支持ピニオン７８の取り付け穴７９中に挿入されて、複数の支持ピニオン７８を回転可能に支持している。

ラックガイド８２の第１ガイドギャップ８４中には図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示すラック４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが順々に挿入されている。各ラック４６ａ〜４６ｄはギヤ５２から係合穴５６の高さが相違し、他の構成は同一である。

各ラック４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄの板厚は０．６ｍｍである。また、レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８はそれぞれ０．４ｍｍの板厚を有している。

ラック４６ａ〜４６ｄ、レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８の板厚は、後で詳細に説明するロウツールのベンドセルピッチの１／４〜１／２の範囲内であるのが好ましい。

また、各ラック４６ａ〜４６ｄ、レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８のギヤモジュールは、ベンドセルピッチの１／２以下であるのが好ましい。更に好ましくは、ベンドセルピッチの０．１〜０．３倍である。

図７（Ａ）に示したラック４６ａは図４に示したエアシリンダユニット５８のｄ列のピストンロッド６６に連結される。図７（Ｂ）に示したラック４６ｂは図４に示したエアシリンダユニット５８のｃ列のピストンロッド６６に接続される。

同様に、図７（Ｃ）に示したラック４６ｃは図４に示したエアシリンダユニット５８のｂ列のピストンロッド６６に連結される。図７（Ｄ）に示したラック４６ｄは図４に示したエアシリンダユニット５８のａ列のピストンロッド６６に連結される。

図８は図６のVIII方向矢視図である。各ラック４６ａ〜４６ｄは０．６ｍｍの板厚を有しているため、ラックガイド８２の第１ガイドギャップ８４は０．６ｍｍよりも僅かに広い幅を有している。

レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８の板厚は０．４ｍｍであるため、ピニオンガイド８６の第２ガイドギャップ８８は０．４ｍｍよりも僅かに広い幅を有している。

また、ラックガイド８２の第１ガイドギャップ８４のピッチとピニオンガイド８６の第２ガイドギャップ８８のピッチは同一である。

ラック４６ａ〜４６ｄ、レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８はステンレス鋼製で、耐磨耗の表面処理が施されている。レバー付きピニオン７４及び支持ピニオン７８を回転可能に支持するシャフト９４，９６もステンレス鋼製で、硬度を上げるために焼き入れ処理が施されている。

図９（Ａ）を参照すると、ピストンロッド６６とラック４６ａとの連結構造の一部断面図が示されている。図９（Ｂ）はその平面図である。

カップリング９８は一体的に形成された一対のプレート１００ａ，１００ｂを有しており、ピストンロッド６６の先端に螺合される。一対のプレート１００ａ，１００ｂの間にラック４６ａの首部５０を挿入し、ピン１０２をラック４６ａの係合穴５６を通して一対のプレート１００ａ，１００ｂに圧入することにより、カップリング９８を介してピストンロッド６６とラック４６ａが連結される。

各ラック４６ａ〜４６ｄはギヤ５２と反対側の面に円弧状の突起５４を有しているため、各ラック４６ａ〜４６ｄはラックと各レバー付きピニオン７４との接触点、支持ピニオン７８との接触点及び突起５４とラックガイド８２との接触点で３点支持される。よって、エアシリンダ６２が作動されると、各ラック４６ａ〜４６ｄが水平方向に往復直線運動をする。

図１０を参照してレバー付きピニオン７４のレバー先端部７６ａにおける伝達トルクＦについて考察する。レバー付きピニオン７４外周のトルクをＦ₀とすると、減速機構を有していないため、伝達トルクＦは以下の式で決定される。

Ｆ＝Ｆ₀×（ｒ／Ｒ）
各ラック４６ａ〜４６ｄ及びレバー付きピニオン７４は標準の平歯車を使用しているため、伝達トルク効率はほぼ１００％である。

次に、図１１〜図１５を参照して、図６に示したベンドユニットを８０に固定され、ロウバーに局所的な曲げを与えるロウツール１０６について説明する。

ロウツール１０６はその下端面に接着されたロウバー１２６に局所的な曲げを与える複数のベンドセル１０８と、各ベンドセル１０８の幅より広い幅を有する両端に形成された一対の固定セル１１２を有している。各ベンドセル１０８及び固定セル１１２は幅０．１ｍｍのスリット１０８により分割されている。

図３，図１４及び図１５に示されるように、各ベンドセル１１０にはレバー７６の先端部７６ａが係合する係合穴１１６が形成されている。ロウツール１０６の一端部から他端部にかけて貫通穴１２０が形成されており、一対のばね部１２２、１２４から構成される平行ばね機構により各ベンドセル１１０が支持されている。

図１４に最も良く示されるように、ロウツール１０６の裏面側には開口１１８が形成されており、この開口１１８及び貫通穴１２２を通してレバー７６の先端部７６ａがベンドセル１１０の係合穴１１６に係合される。

レバー７６の先端部７６ａが係合穴１１６中に挿入されたとき、レバー先端部７６ａと係合穴１１６を画成するベンドセル１１０の上下の壁面とのギャップは約０．１ｍｍである。

図３に示されるように、ロウツール１０６の下端面に複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバー１２６が熱溶解性のワックス又は接着剤で高精度に貼り付けられる。ロウツール１０６はステンレス鋼から形成されている。

以下、図３を参照して、ロウバー１２６のベンド動作について説明する。複動型シリンダ６２のプッシュ側チャンバ６３又はプル側チャンバ６５に電気−空圧変換レギュレータ４２を介して圧縮空気を導入することにより、ピストンロッド６６は図で右方向又は左方向に移動される。

ピストンロッド６６の移動に応じてラック４６ａも右方向又は左方向に移動され、レバー付きピニオン７４が時計回り方向又は反時計回り方向に回転する。

レバー７６の回転に応じて、ロウツール１０６の各ベンドセル１１０が上下方向に変形する。この変形量は複動型エアシリンダ６２に供給する圧縮空気の圧力をアナログ的に変化させることにより制御することができ、各ベンドセル１１０において任意の変形量が得られる。

よって、ベンドセル１１０の数（本実施形態では２８）だけ細かいピッチでロウバー１２６を微小変位させることが可能となり、高精度のＥＬＧラップ加工が実現できる。

ロウバー１２６には複数の磁気ヘッド素子と、加工モニタ用抵抗素子である複数のＥＬＧ素子が一列に形成されている。

ロウバー１２６のラッピング時にはロウツール１０６の前端面に中継プリント配線板が接着され、この中継プリント配線板のパッドとＥＬＧ素子の端子とがワイヤーボンディングされ、ＥＬＧ素子の抵抗変化が測定される。

ロウツール１０６に接着されたロウバー１２６のラッピング研磨時の圧力は、図１に示したラップヘッド２４の自重と、ラップヘッド２４を加圧する空圧シリンダ３２の加圧力により決定される。

荒研磨時には圧力を高く設定し、仕上げ研磨時には圧力を低く設定してラッピング研磨が行なわれる。そして、圧力の微調整はベンドユニット８０の作用により各ベンドセル１１０に加える推力により達成される。

本発明は以下の付記を含むものである。

（付記１） 複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを研磨するラッピング装置であって、
ラッピング面を提供するラップ定盤と；
複数のスリットにより画成された複数のベンドセルを有するロウツールと；
前記ロウツールを前記ラップ定盤のラッピング面の方向に押し付ける押し付け機構と；
前記ロウツールの各ベンドセルを前記ラップ定盤のラッピング面に対してベンドするベンド機構とを具備し；
前記ベンド機構は、
複数の複動型エアシリンダを有するエアシリンダユニットと；
前記各複動型エアシリンダに作動的に連結された複数のラックと；
一体的に形成されたレバーをそれぞれ有し、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数の第１ピニオンと；
前記各第１ピニオンと離間して、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数の第２ピニオンと；
前記各ラック、各第１ピニオン及び各第２ピニオンを実質上同一平面内で案内するガイド機構とを具備し；
前記ロウツールの各ベンドセルは前記各レバーの先端が係合される係合穴を有しており、該係合穴に係合した各レバーの回転運動が前記ロウツールの各ベンドセルを前記ラップ定盤のラッピング面方向にベンドすることを特徴とするラッピング装置。

（付記２） 前記ベンド機構は、前記複数の複動型エアシリンダがそれぞれ接続された複数の電気−空圧変換レギュレータと、
前記複数の電気−空圧変換レギュレータが接続された圧縮空気源と、
を更に具備した付記１記載のラッピング装置。

（付記３） 前記ロウツールは、前記各ベンドセルの幅より広い幅を有する第１及び第２端に形成された一対の固定セルと、前記第１端から第２端にかけて形成された貫通穴により画成された平行ばね機構を更に有している付記１記載のラッピング装置。

（付記４） 前記押し付け機構は、自重で前記ロウバーを前記ラッピング面に対して押し付けるラップヘッドと、該ラップヘッドを調整可能に加圧する加圧シリンダとを含んでいる付記１記載のラッピング装置。

（付記５） 前記ガイド機構は複数のガイドギャップを有するラックガイドを含んでおり、前記各ラックはギヤと反対側の面に突起を有しており、前記各ラックはラックと前記各第１ピニオンとの接触点、前記各第２ピニオンとの接触点及び前記突起と前記ラックガイドとの接触点で３点支持され、各ラックが水平方向に往復直線運動をする付記１記載のラッピング装置。

（付記６） 前記各ラック、各第１及び第２ピニオンの板厚は、ベンドセルピッチの１／４〜１／２の範囲内である付記１記載のラッピング装置。

（付記７） 前記各ラック、各第１及び第２ピニオンのギヤモジュールは、ベンドセルピッチの１／２以下である付記１記載のラッピング装置。

（付記８） 複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを局所的に曲げるためのベンド機構であって、
可動方向に直交する方向に配列された複数のラックと；
一体的に形成されたレバーをそれぞれ有し、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数の第１ピニオンと；
を具備したことを特徴とするベンド機構。

（付記９） 各々ピストンと該ピストンに連結されたピストンロッドとを有する複数の複動型エアシリンダを含んだエアシリンダユニットと；
前記各第１ピニオンとを離間して、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数の第２ピニオンと；
前記各ラック、各第１ピニオン及び各第２ピニオンを実質上同一平面内で案内するガイド機構とを更に具備し；
前記複数のラックは前記各ピストンロッドに連結されている付記８記載のベンド機構。

（付記１０） 前記ガイド機構は複数の第１ガイドギャップを有するラックガイドと、複数の第２ガイドギャップを有するピニオンガイドを含んでおり、
前記各ラックは前記ラックガイドの各第１ガイドギャップ中を案内され、前記各第１及び第２ピニオンは前記ピニオンガイドの各第２ガイドギャップ中を案内される付記９記載のベンド機構。

（付記１１） 複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを研磨するラッピング方法であって、
ラップ定盤によりラッピング面を提供し、
複数のスリットにより画成された複数のベンドセルを有するロウツールの下面に接着されたロウバーを、ラッピング面に対して押し付け、
複数の複動型エアシリンダを有するエアシリンダユニットと、該エアシリンダユニットに作動的に連結された複数のラックと、一体的に形成されたレバーをそれぞれ有し、前記各ラックにそれぞれ噛み合う同軸上に配置された複数のピニオンとを含むベンド機構により、前記各ベンドセルに対して個々に調整可能な曲げ圧力を作用させ、
これにより前記ロウバーを複数点で曲げて該ロウバーのラッピング研磨を行なうことを特徴とするラッピング方法。

（付記１２） 複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーが接着されるロウツールであって、
複数のスリットにより画成され、各々係合穴を有する複数のベンドセルと、
前記各ベンドセルの幅より広い幅を有する第１及び第２端に形成された一対の固定セルと、
前記第１端から第２端にかけて形成された貫通穴により画成された平行ばね機構と、
を具備したことを特徴とするロウツール。

ラッピング装置の縦断面図である。 ラッピング装置の平面図である。 ベンドアセンブリの動作原理を説明する概略図である。 エアシリンダユニットの斜視図である。 図５（Ａ）はエアシリンダユニットの平面図、図５（Ｂ）はエアシリンダユニットの背面図、図５（Ｃ）はエアシリンダユニットの正面図である。 ベンドユニットの斜視図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は本発明で使用する４種類のラック形状を示す図である。 図６のVIII方向矢視図である。 図９（Ａ）はピストンロッドとラックとの結合構造を示す一部断面側面図であり、図９（Ｂ）はその平面図である。 レバー付きピニオンの伝達トルクを説明する図である。 ロウツール斜視図である。 ロウツールの正面図である。 ロウツールの平面図である。 ロウツールの裏面図である。 図１４の１５−１５線断面図である。

符号の説明

１０ ラッピング装置
１２ ラップ定盤
１４ ラップユニット
２０ ラップベース
２４ ラップヘッド
３０ ベンドアセンブリ
３２ 空圧シリンダ
４６ａ〜４６ｄ ラック
５８ エアシリンダユニット
６２ 複動型エアシリンダ
６６ ピストンロッド
７４ レバー付きピニオン
７６ レバー
７８ 支持ピニオン
８０ ベンドユニット
８２ ラックガイド
８６ ピニオンガイド
１０６ ロウツール
１１０ ベンドセル
１２６ ロウバー

Claims (1)

1. 複数のヘッド素子が一列に形成されたロウバーを局所的に曲げるためのベンド機構であって、
   第１の方向に移動可能であり、前記第１の方向と直交する方向に複数配列されたラックと
   一体的に形成されたレバーをそれぞれ有し、前記各ラックにそれぞれ噛み合い、同軸上に配置された複数のピニオンとを具備したことを特徴とするベンド機構。

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