JP4489021B2 - スライダ及びそれを用いたディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、スライダおよびデータ記録ディスク装置に関し、詳細にはスライダを回転型アクチュエータにより支持したデータ記録ディスク装置に適した空気潤滑面の形状を有するスライダおよびスライダを用いたデータ記録ディスク装置に関する。ここで、「データ記録ディスク装置」には、データの記録または再生のいずれか一方の機能を有する装置、および両方の機能を有する装置を含む。

近年、磁気ディスク装置のデータ記録密度の向上は著しく、その記録密度の増加は年率１００％ともいわれている。この著しいデータ記録密度の増加により、磁気ディスク装置のデータ記録容量は飛躍的に向上している。データ記録容量の増加は磁気ディスク装置の小型化を促し、カメラ、ファクシミリ、携帯電話、モデム、ポケットベル、ハンドヘルド計算装置、プリンタ、コピー機などの様々な電子装置の半導体メモリに代わる費用効果の高いものも実用的になってきている。

磁気ディスク装置のアクチュエータ・アームは、その先端にスライダが取り付けられており、その中に読み取り書き込み磁気ヘッドを内蔵している。一般的に、磁気ヘッドはスライダのディスクに対向する空気潤滑面の空気流出端近傍に配設される。ディスクの回転にともなって発生する空気流を空気潤滑面とディスク表面の間に引き込み、それによってスライダはディスクから浮上している。こうしてスライダは、回転するディスク上を浮動する。その浮動高度は、空気潤滑膜の厚さであり、すなわちディスク表面とスライダとの距離である。

このように、スライダのディスクに対向する面は空気潤滑面をなし、スライダとディスク記憶面との間の自己加圧式の空気潤滑膜を形成し、かつこれを維持している。この膜によって、ディスク回転中にスライダとディスクが機械的に接触しにくくなり、摩擦および摩耗が抑制されている。

磁気ディスク装置では、記録密度の増加にともない、記録再生を行う際のスライダのディスクに対する浮上量は小さくなる傾向にある。この浮上量の低下は、スライダの空気潤滑面を複数の高さの異なる略平面で形成し、スライダとディスクとの隙間が小さくなるように高く形成された略平面で正圧を発生し、スライダとディスクとの隙間が大きくなるように低く形成された略平面で負圧を発生し、正圧と負圧とをバランスして浮上するいわゆる負圧利用型スライダによって達成される。かかる負圧利用型スライダは既に開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。

今日の磁気ディスク装置は、速いアクセス速度を得るためにレコードプレーヤのトーンアームに似た回転型アクチュエータを備えている。回転型アクチュエータを使用していることにより、スライダとディスクとの摺動およびスライダ下の空気流はもはや一方向的ではなくなり、スライダの縦軸に関してさまざまな角度に広がっている。加えて、アクセス中のアクチュエータの高速な探索動作が、スライダとディスクとの間の摺動方向およびスライダ下を流れる空気流の方向が縦軸に対して傾く原因となっている。したがって、近年の回転型アクチュエータ・磁気ディスク装置においては、摺動方向は、もはやスライダの前方から後方への縦軸方向、あるいはわずかにそれから逸れる程度とは考えられない。

スライダの縦軸に対するディスクの摺動方向の角度は、スキュー角と呼ばれる。摺動方向が、スライダの外側の端または外にあたるようにアクチュエータ・アームが位置しているときは、スキュー角は正である。スライダの内側の端またはハブにあたるようにアクチュエータ・アームが位置しているときは、スキュー角は負である。

データアクセスを行う際、スライダはディスク内周からディスク外周までの範囲で移動するが、この場合、スライダの浮上量および浮上姿勢は変動する。これは、回転型アクチュエータ・磁気ディスク装置においては、ディスクの半径位置によってスライダとディスクとの相対速度のみならずスキュー角もあわせて変動するために、空気潤滑面に生じる空気の圧力分布が変動するためである。このようなスライダの浮上量変動は、磁気ヘッドの電磁変換効率を悪化させる。このため、高記録密度が要求される磁気ディスク装置においては、ディスク内周から外周に渡って磁気ヘッド位置での浮上量が均一であることが要求され、スライダの低浮上量化にともない、浮上量変動に対する要求はますます厳しくなっている。

また、スライダの浮上姿勢の変動は、前述の磁気ヘッド位置において一定浮上が求められるスライダにおいては、最小浮上量位置での浮上量低下を招きスライダとディスクとが接触し、いわゆるヘッドクラッシュを誘発する恐れがあるため、スライダは安定した浮上姿勢を維持する必要がある。

図２０に空気潤滑面３０の一例を示す。空気潤滑面３０は、スライダの下面に固定され、ディスクに対向している。空気潤滑面３０の形状は、型成形、エッチング、レーザ切削加工、イオン粉砕加工、汎用の機械加工、あるいは他の種々の方法によって形成される。空気潤滑面３０は上段面３１、中段面３２、下段面３３の３段階の互いに略平行な、平坦面で構成されている。図２０において上段面３１は白抜きで示し、中段面３２は間隔があらいハッチングで示し、下段面３３は間隔が密なハッチングで示している。ヘッド９９は通常空気流出端４２近傍の上段面３１に搭載されている。このように空気潤滑面は、ディスク半径位置変化（相対速度変化）、スキュー角変化にともなうヘッド９９位置での浮上量変動の抑制ならびに、浮上姿勢の維持のために、幾何学的で複雑な形状に形成されている。

このように空気潤滑面形状が複雑になっている背景として、近年の空気潤滑面は図２０に示したように、空気潤滑面３０の空気流入端４１側に形成されている中段面３２が空気流入端４１まで延出しているため、米国特許によって開示されている（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６、参照）テーパー作用が減少し、空気潤滑面３０に流入する空気流入量が抑制されていることが挙げられる。このようにテーパー作用が減少するにもかかわらず中段面３２を空気流入端４１まで延出させているのは、スライダの基板材料となるウエハの厚みばらつきによる浮上量の変化を抑制するためである。ウエハの厚みばらつきは＋／−２０μｍ程度存在するため、テーパー効果を得るために空気流入端４１部に下段面３３を形成すると、このウエハ厚み（スライダを形成した際の空気流入端４１から空気流出端４２の長さ）のばらつきによって、空気流入端４１部に形成される下段面３３の長さがばらつくことで空気流入量が大きく変化し、スライダの浮上量が大きくばらつくこととなる（例えば、特許文献７を参照）。図２１は、特許文献７に示されている基板厚みのばらつきと浮上量ばらつきの関係図の引用である。図２１は、黒菱印で空気流入端４１部に下段面３３が形成されたスライダの浮上量、黒四角印で空気流入端４１部に下段面３３が形成されていないスライダの浮上量を示している。図２１から、空気流入端４１部に下段面３３が形成されていないスライダの浮上量ばらつきは、空気流入端４１部に下段面３３が形成されている場合に比べ大きく改善していることが分かる。つまり今日の空気潤滑面は、テーパー作用が抑制されるために悪化するスライダの浮上特性を、複雑な空気潤滑面形状を形成することで向上させ、結果として加工ばらつきを抑制し、かつ浮上特性を満足したスライダを提供している。

一般に、空気潤滑面の形状は、スライダの浮上量ならびに浮上姿勢の解析が行える専用の数値解析ソルバを用いて、繰り返し計算を行うことで決定されている。空気潤滑面形状は、磁気ディスク装置の設計が変更されるたびに、その磁気ディスク装置のディスク回転速度、スキュー角、浮上量に応じて設計を変更する必要がある。

このタイプの作業は時間がかかり、設計者には流体力学的知識とスライダ設計に関する熟練が必要とされる。近年では、記録密度の向上が著しく、磁気ディスク装置のモデルサイクルは短くなっている。それにともない、スライダ空気潤滑面の設計サイクルも短くなり、設計者への負担の増加が深刻な問題となっている。

また、現在開発が進められている例えば直径２７ｍｍ、２０ｍｍ等の小径ディスクを用いた磁気ディスク装置は、例えば直径９５ｍｍあるいは６５ｍｍのディスクを用いた従来の磁気ディスク装置と比べ、ディスク径が大きく異なる。さらに小径ディスクを用いた磁気ディスク装置は携帯型機器に搭載されることも多く、消費電力、騒音の観点からスピンドルモータの回転数を小さくしたものが実用化されている。このことによりスライダとディスクとの相対速度が従来に比べ大きく異なるため、従来設計で蓄積したスライダ設計手法では、スライダ浮上量の安定あるいは空気膜剛性の確保といった所望の特性が得られないことも、設計者の負担増加の原因となっている。加えて、携帯型機器は高地での使用を想定することも非常に重要であり、気圧変化に対してスライダ浮上量の変化が小さいことが求められる。小型ディスクを用いた場合に、気圧変化特性を確保することは、従来型より利用できる空気量が少ないため非常に困難である。

さらに、現在導入されつつある、フェムト型スライダといった空気潤滑面面積の小さいスライダにおいても、空気潤滑面に流入する空気量が少ないため、気圧変化特性を含め、スライダの浮上特性を確保することが困難となる。

本発明はこのような不都合に鑑みて創案されたものであって、空気潤滑面を所定の方法で形成することにより、加工ばらつきを抑制したままで、空気流入量を増大させることを可能とし、スライダの浮上特性、特に気圧感度を抑制したスライダの提供を目的としている。

本発明に係るスライダは、このような目的を達成するため、ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が、前記空気流入面のディスク内周端側からディスク外周端側まで、あるいはディスク内周端側からディスク外周端側に向けて、あるいはディスク外周端側からディスク内周端側に向けて形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、スライダの加工ばらつきによる浮上量変化を抑制しつつ、気圧変化に対し浮上量変化の小さいスライダを設計できるという優れた効果が得られる。

以上のように本発明は、溝構成面を所定の形状に形成することで、スライダ／ディスクの相対速度が小さい領域あるいは空気潤滑面の面積が小さいといった、空気流入量を確保することが困難な領域において、空気潤滑面に流入する空気量を確保し、気圧変化特性に優れたスライダを提供できるという優れた効果を有する。

さらに、本発明に係るスライダを使用して磁気ディスク装置を構成した際には、高地での使用信頼性の高い磁気ディスク装置を提供できるという優れた効果を有する。

本発明の請求項１に係るスライダは、ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が、前記空気流入面のディスク内周端側からディスク外周端側まで形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るスライダは、ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が前記空気流入面のディスク内周端側からディスク外周端側に向けて形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るスライダは、ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が前記空気流入面のディスク外周端側からディスク内周端側に向けて形成されていることを特徴とする。

この構成を採用した際には、スライダの加工ばらつきによる浮上量変化を抑制しつつ、気圧変化に対し浮上量変化の小さいスライダを設計できるという作用が確保される。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は磁気ディスク装置の内部の斜視図である。図２は磁気ディスク装置の断面図である。磁気ディスク装置はハウジングカバー（図示せず）により覆われている。アクチュエータ軸２０に回転可能に取り付けられたアクチュエータ・アーム５のそれぞれの先端には、サスペンション１４が取り付けられている。それぞれのサスペンション１４の先端には、磁気変換器あるいは読み取り書き込みヘッド９９（図１には図示せず）を運ぶスライダ３が取り付けられている。

ハウジング７内には主軸１が装着されている。主軸１には、複数のディスク２が回転可能に間隔をあけて取り付けられている。ディスク２は、モータ８で回転する主軸１によって矢印Ａで示す方向に回転する。スライダ３の中にあって、アクチュエータ・アーム５で位置決めされるヘッド９９（図示せず）によって、情報がディスク２上に書き込まれあるいはディスク２から読み取られる。

ボイスコイルモータ６によって、アクチュエータ・アーム５に回転力があたえられ、アクチュエータ・アーム５がアクチュエータ軸２０の周りを回転する。
スライダ３とそれに一体化されたヘッド（図示せず）は、データの磁気的表示をディスク２上のどのトラックにでも記憶できるようにディスク２の表面上を動く。磁気ディスク装置中では、このヘッドの動きは、アクチュエータ軸２０周りの回転によるものである。アクチュエータ・アーム５を回転させることで、スライダ３及びその中のヘッドは、ディスク２の表面上のどのトラックの上にでも位置することができる。

図３は、ディスク２の中の一枚を上から見た平面図である。磁気ディスク装置の技術としてよく知られているように、それぞれのディスク２には、磁気情報が記録される同心状のトラックの列がある。内直径（ＩＤ）１１は、データが記憶される最も内側の同心トラックである。外直径（ＯＤ）１２は、データが記憶される最も外側の同心トラックである。スライダ３の縦軸に対するディスク２表面の摺動方向はスキュー角と呼ばれており、ＩＤ１１からＯＤ１２にいたるまでの間で大きく変化する。また、回転アクチュエータ軸２０へのアクチュエータ・アーム５の取り付け位置に依存する。スキュー角は、正にも負にもなる。摺動方向がスライダ３の外周側端４４にあたるようにアクチュエータ・アーム５が位置している場合には、スキュー角は正であるという。摺動方向がスライダ３の内周側端４３にあたるようにアクチュエータ・アーム５が位置している場合には、スキュー角は負であるという。図３で中直径（ＭＤ）１３はスキュー角が０度となる位置である。

本実施の形態１においては、回転型アクチュエータのアクチュエータ・アーム５は、ＯＤ１２においてスキュー角が最大となり、ＩＤ１１において最小となるように設置されている。なおＯＤ１２での半径は９．６ｍｍ、スキュー角は７．４度、ＩＤ１１での半径は５．０ｍｍ、スキュー角は−１９．５度、ＭＤ１３での半径は８．０ｍｍである。

図２５、図２６に本実施の形態におけるスライダ３の空気潤滑面３０Ａを含んでなるスライダ３の斜視図、図４に本実施の形態におけるスライダ３の空気潤滑面３０Ａの形状を示す。図２５においてハッチングを施した面が空気潤滑面３０Ａであり、図２６においてハッチングを施した領域が負圧発生凹部３７である。スライダ縦軸１０１方向長さは１．２５ｍｍ、横軸１０２方向長さは１ｍｍであり、一般的にピコスライダと呼ばれる大きさで形成してある。空気潤滑面３０Ａは上段面３１、中段面３２、下段面３３の３段階の互いに略平行な、平坦面で構成されている。図４において、上段面３１は白抜きで示し、中段面３２は間隔があらいハッチングで示し、下段面３３は間隔が密なハッチングで示している。本実施の形態１では、上段面３１と中段面３２との落差は１００ｎｍであり、上段面３１と下段面３３との落差は５５０ｎｍである。

空気潤滑面３０Ａはドライエッチングの手法を用いて、空気流入端４１側から、空気潤滑面３０Ａに空気流を引き込むための中段面３２よりなる空気流入面３８、空気流により正圧を発生する上段面３１よりなる圧力発生面であるクロスレール３６、空気流により負圧を発生する下段面３３よりなる負圧発生凹部３７がクロスレール３６で囲まれる形で形成されている。これはいわゆる負圧利用型スライダである。また空気流出端４２に正圧を発生しヘッド９９を支持するための、上段面３１よりなる圧力発生面、空気流出端パッド３５が形成されている。空気流入面３８は、スライダ縦軸１０１方向の空気潤滑面３０Ａの長さばらつきに依存した浮上量変化を抑制するため、空気流入端４１まで延出して形成している。

さらに空気流入面３８には、本発明に係る溝構成面４５がディスク内周端４３からディスク外周端４４まで下段面３３によって設けられている。なお溝構成面４５の幅は８０μｍである。

図５は、従来の空気潤滑面３０Ｂの形状を示したもので、空気潤滑面３０Ｂは溝構成面４５が設けられていないことを除けば、その他の構成は空気潤滑面３０Ａと同様である。
以下、本発明に係る空気潤滑面３０Ａと従来の空気潤滑面３０Ｂとの気圧変化特性を比較することで、本発明の優位性を明らかにする。

図６はスライダ浮上量におよぼす気圧変化の影響を、空気潤滑面３０Ａと空気潤滑面３０Ｂの場合について示している。気圧変化特性は磁気ディスク装置を高地で使用した場合のスライダ浮上量の変化を表すもので、一般的に、海抜０ｍ（１気圧）時のスライダ浮上量に対して海抜１万フィート（約０．７気圧）でのスライダ浮上量の割合によって評価する。浮上量減少が大きいと、スライダがディスクと接触してしまいヘッドクラッシュを招く可能性があるため、浮上量減少が小さい、つまり割合が大きいほど気圧変化特性は良く、通常８０％以上の特性が求められる。本実施の形態においても、気圧変化特性は８０％以上を確保することとした。

図６は、横軸にディスク半径位置をとり、ＩＤ１１からＯＤ１２までの気圧変化特性を示したものである。図６から、黒丸印で示した空気潤滑面３０Ａが、ＩＤ１１からＯＤ１２までのすべての領域において８０％を大きく上回っているのに対し、黒四角印で示した空気潤滑面３０Ｂは、ＩＤ１１からＯＤ１２までのほとんどの領域において８０％に達していない。この結果は、空気潤滑面３０ＡがＩＤ１１からＯＤ１２のディスク面全体にわたり、空気潤滑面３０Ｂに対して気圧変化特性が優位であることを瞭然と示している。これは溝構成面４５を設けたことによって、空気潤滑面３０Ａに流入する空気量が増加し、気圧変化特性を維持するのに十分な空気が流入しているためであると考えられる。

また、溝構成面４５は空気潤滑面３０Ａのその他の上段面３１、中段面３２、下段面３３の形状構成と同様のプロセス、本実施の形態ではドライエッチングによって形成してあり、かつ空気流入面３８を空気流入端４１まで延出して形成してある。このため、空気潤滑面３０Ａの加工ばらつきに依存した浮上量ばらつきは、従来の空気潤滑面と同程度であり、スライダ縦軸１０１方向長さばらつきによる空気流入量変化および浮上量変化は抑制されている。参考までに溝構成面４５を含めた空気潤滑面３０Ａの加工ばらつきを示すと、光学顕微鏡では測定困難な領域にあり、その値は１μｍ以下である。

図２２は空気潤滑面３０Ａと空気潤滑面３０Ｂのスライダ長さがばらついた場合の浮上量変化を示したものである。スライダ長さの誤差がない場合のＭＤ１３での浮上量を１００％として示している。黒丸印が空気潤滑面３０Ａの結果、黒四角印が空気潤滑面３０Ｂの結果を示している。図２２から空気潤滑面３０Ａ、空気潤滑面３０Ｂとも、浮上量におよぼすスライダ長さばらつきの影響は小さく抑制されていることが分かる。また、図２２では本発明に係る空気潤滑面３０Ａのほうが、従来の空気潤滑面３０Ｂよりも浮上量ばらつきは小さいことがわかる。これは、空気潤滑面に流入する空気量は空気流入面３８の形状で決定されるわけであるが、空気潤滑面３０Ｂでは、空気流入面３８全体に対して長さが変わることが、空気流入量の変化に現れるのに対し、空気潤滑面３０Ａでは、空気流入量が溝構成面４５よりも圧力発生面３６側の空気流入面３８の長さに依存し、この部分の長さ変化がないためであると推察される。少なくとも、空気潤滑面３０Ａのスライダ長さばらつきに依存する浮上量ばらつきは空気潤滑面３０Ｂと比べ、同等以上の性能を確保していることが明らかとなった。

要約すると、空気潤滑面３０Ａは本発明に係る溝構成面４５を形成することで、空気流入量のばらつきを何ら悪化させることなく空気潤滑面３０Ａに流入する空気流入量を増大させることが可能となり、浮上量ばらつきが小さく、かつ気圧変化特性に優れたスライダの提供を可能としている。

図９に、空気潤滑面３０Ｂにディスク内周端４３側よりに溝構成面４５’を設けた図７に示す空気潤滑面３０Ｃと、ディスク外周端４４側よりに溝構成面４５’’を設けた図８に示す空気潤滑面３０Ｄの気圧変化特性を空気潤滑面３０Ｂの場合と合わせて示す。図９中、黒丸印が空気潤滑面３０Ｃの結果、白丸印が空気潤滑面３０Ｄの結果、黒四角印が空気潤滑面３０Ｂの結果を示している。図９から、ディスク内周端側に溝構成面４５’を設けた場合には、主にＩＤ１１よりで顕著な気圧変化特性の改善が現れ、ディスク外周端側に溝構成面４５’’を設けた場合には、主にＯＤ１２よりで顕著な気圧変化特性の改善が現れることが分かる。つまり、気圧変化特性を改善するにあたり、空気潤滑面３０Ａのようにディスク内周端４３からディスク外周端４４にわたり、空気流入面３８を貫通して溝構成面４５を形成することは絶対条件ではなく、「ＩＤ１１で気圧変化特性が悪い場合には、ディスク内周端側に溝構成面４５’を形成する」あるいは、「ＯＤ１２で気圧変化特性が悪い場合には、ディスク外周端側に溝構成面４５’’を形成する」といったように、所望の条件に合わせて溝構成面を形成すれば良いことが明らかになった。

図１０は、ＩＤ１１からＯＤ１２までのディスク上の４つの位置での気圧変化特性の平均値を、横軸を回転速度およびスライダとディスクとの相対速度として示したものである。４つの位置とは、ＩＤ１１、ＯＤ１２、ＭＤ１３およびＩＤ１１とＭＤ１３との間にある半径６ｍｍの位置である。また相対速度は、ＭＤ１３の位置での相対速度で示してある。図中黒丸印は溝構成面４５が形成されている場合、黒四角印は溝構成面４５が形成されていない場合である。各回転速度で使用するスライダ３は、実際には、スライダとディスクとの相対速度が変わると、空気潤滑面に作用する圧力分布が異なるため、相対速度に応じて、空気潤滑面形状を最適化する必要があるが、本実施の形態では、気圧変化特性におよぼす相対速度の影響を把握しやすくするため、空気潤滑面に大幅な変更を加えることなく、クロスレール３６の形成位置と下段面３３の深さの最適化のみを行った。なお３６００ｒｐｍの結果は前出の空気潤滑面３０Ａと空気潤滑面３０Ｂの結果である。７２００ｒｐｍ時に使用した空気潤滑面形状３０Ｅ、３０Ｆを図１１、図１２に、１０８００ｒｐｍ時に使用した空気潤滑面形状３０Ｇ、３０Ｈを図１３、図１４に示す。７２００ｒｐｍ時の下段面３３段差は８００ｎｍ、１０８００ｒｐｍ時の下段面３３段差は９００ｎｍである。なお参考までに、現在一般的に使用されている直径６５ｍｍディスク、４２００ｒｐｍ仕様の磁気ディスク装置のＭＤでの相対速度は、約１０ｍ／ｓ程度であり、本実施の形態における１０８００ｒｐｍ時と相対速度的にはほぼ等しくなる。図１０から、溝構成面４５のない場合（空気潤滑面３０Ｂ、３０Ｆ、３０Ｈ）では相対速度７ｍ／ｓ以下の領域では気圧変化特性が８０％以下になってしまうことが分かり、一方、溝構成面４５のある場合（空気潤滑面３０Ａ、３０Ｅ、３０Ｇ）では７ｍ／ｓ以下の領域においても気圧変化特性８０％以上を十分に確保できていることが分かる。

このように、空気流速が７ｍ／ｓ以下という比較的遅い領域では、従来の空気潤滑面設計手法に基づいたスライダでは、空気潤滑面に流入する空気量を十分確保することが非常に困難であり、本発明に係る溝構成面４５を形成することにより、空気流入量を確保し気圧変化特性を確保する必要があることが分かる。

またこの結果は、相対速度が低下することで気圧変化特性が悪化することを如実に示している。というのは、７２００ｒｐｍ、１０８００ｒｐｍの結果は３６００ｒｐｍ時との比較を明瞭とするため、空気潤滑面形状を大幅に変更しないという限定を加えているにもかかわらず、３６００ｒｐｍ時よりは気圧変化特性がよいためである。このことからも空気流入量が比較的少ない領域での気圧変化特性の確保が困難であることが明らかであり、本発明に係る溝構成面４５を形成することで、空気流入量を増加させ、気圧変化特性を改善することが可能であることが証明される。

さらに、本結果は、相対速度１０ｍ／ｓ以下の領域においては、溝構成面４５を設けることによって気圧変化特性の改善を図れることを示しており、本実施の形態では気圧変化特性８０％以上を条件としたが、今後さらに気圧変化特性に改善が求められる場合等において、相対速度１０ｍ／ｓ以下の領域では本発明に係る溝構成面４５の形成が有効であることがわかる。

つぎに図１５に、空気潤滑面の面積と気圧変化特性の関係を、黒丸印で溝構成面４５が形成されている場合、および黒四角印で溝構成面４５が形成されていない場合について示す。評価条件として、現在一般的に使用されている直径６５ｍｍのディスクを用いた磁気ディスク装置における相対速度を想定するため、ディスク２の回転速度は１０８００ｒｐｍとした。また、スライダ３の空気潤滑面の面積として、ピコスライダと呼ばれる１ｍｍ×１．２５ｍｍの１．２５平方ｍｍの大きさ、前世代で一般的に用いられていたナノスライダ（１．６×２ｍｍ）の大きさ、および次世代を想定し開発が進められているフェムトスライダ（０．７×０．８７ｍｍ）の大きさの３種類の大きさを用いて評価した。ピコスライダの結果は図１３、図１４に示した空気潤滑面３０Ｇ、３０Ｈの結果である。フェムトスライダの溝構成面４５がある場合の空気潤滑面３０Ｉを図１６、溝構成面４５がない場合の空気潤滑面３０Ｊを図１７に示す。またナノスライダの溝構成面４５がある場合の空気潤滑面３０Ｋを図１８、溝構成面４５がない場合の空気潤滑面３０Ｌを図１９に示す。空気潤滑面３０Ｉ〜３０Ｌの平面形状は、それぞれ空気潤滑面３０Ｇ、３０Ｈを空気潤滑面面積に応じて拡大、縮小したものであり、下段面３３の落差のみ変更を加えている。空気潤滑面３０Ｉ、３０Ｊの下段面３３の落差は６００ｎｍ、空気潤滑面３０Ｋ、３０Ｌの下段面３３の落差は１２００ｎｍである。図１５から、溝構成面４５が形成されている場合（黒丸印）も、溝構成面４５が形成されていない場合（黒四角印）も空気潤滑面の面積が小さくなるほど気圧変化特性は悪化することがわかる。しかし溝構成面４５が形成されている場合においては、すべての面積において８０％以上の気圧変化特性が確保できているのに対し、溝構成面４５が形成されていない場合にはフェムトスライダの面積では気圧変化特性が８０％以下となってしまうことがわかる。面積に換算すると、図１５から約１平方ｍｍ以下の領域では気圧変化特性が８０％以下となることがわかる。この現象からも、気圧変化特性を確保するためには、空気潤滑面に流入する空気量を確保することが必要であることが明らかになった。また、この結果から、スライダ３とディスク２との相対速度が現在一般的に使用されている領域においても、従来の空気潤滑面設計手法に基づいたスライダでは、面積が１平方ｍｍ以下の領域では気圧変化特性を８０％以上確保できなくなっており、本発明に係る溝構成面４５を設けて空気流入量を確保し、気圧変化特性を確保する必要があることが明らかとなった。さらに、本実施の形態から、本発明に係る溝構成面４５を設けて８０％以上の気圧変化特性を確保するには、スライダの空気潤滑面の面積が０．５平方ｍｍ以上であることが望ましいとわかる。

以上、空気潤滑面３０Ａ〜３０Ｌを用いて、溝構成面を形成することによる気圧変化特性の改善について述べたが、つぎに空気潤滑面に形成する溝構成面４５の溝幅と気圧変化特性の関係を図２３に示す。

図２３において横軸は半径位置であり、縦軸に図４に示した空気潤滑面３０Ａの溝幅を２０μｍ刻みに狭くした場合の気圧変化特性を示している。図２３から溝幅の気圧変化特性に及ぼす影響がもっとも大きいのはＯＤであることがわかる。図２４は図２３の結果のうち溝幅とＯＤでの気圧変化特性の関係に注目し、再掲したものである。図２４において横軸は溝幅、縦軸はＯＤにおける気圧変化特性である。図２４から気圧変化特性を８０％以上確保するためには溝幅を３０μｍ以上として形成することが望ましいとわかる。また、本実施の形態のようにドライエッチング等レジストを用いて空気潤滑面を加工する必要がある場合には、レジスト膜厚に依存した空気潤滑面の加工精度の観点からも、溝構成面の幅は３０μｍ以上確保することが望ましい。

さらに溝構成面はウエハ厚みに依存したスライダ長ばらつきがあっても、空気流入端に延出しないように、空気流入端から少なくとも２０μｍ以上離間して設計されることが望ましい。

また本実施の形態において、溝構成面はスライダ横軸に平行なスリット状に形成したが、スライダ長ばらつきに影響を受けることなく、十分な空気流入量が確保できればよいのであって、スライダ横軸に平行に形成する必要がないことは勿論である。加えて、溝構成面の形状がスリット状のものに限定されないことは言うまでもない。

以上、本発明に係るスライダの実施の形態について述べたが、上述のように構成されたスライダを用いてディスク装置を構成した際には、高地使用に適したディスク装置を提供することが可能となる。

さらに本実施の形態では、磁気ディスク装置を想定したものであるが、磁気ディスク装置に限定されることはなく、たとえばヘッドは光ヘッド、ディスク装置は光ディスク装置であっても同様の効果が得られる。

産業上の利用分野

本発明に係るスライダは、スライダの加工ばらつきによる浮上量変化を抑制しつつ、気圧変化に対し浮上量変化の小さいスライダを設計できるという優れた効果が得られる。

磁気ディスク装置の斜視図である。 磁気ディスク装置の断面図である。 ディスク２の中の１枚を上から見た平面図である。 実施の形態における本発明に係る空気潤滑面３０Ａの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ａとの比較を示すための従来の空気潤滑面３０Ｂの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ａと空気潤滑面３０Ｂの気圧変化特性の比較図である。 本発明の実施の形態における本発明に係る空気潤滑面３０Ｃの形状を示す図である。 本発明の実施の形態における本発明に係る空気潤滑面３０Ｄの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｃ、空気潤滑面３０Ｄおよび空気潤滑面３０Ｂの気圧変化特性の比較図である。 気圧変化特性の相対速度依存性を示す図である。 空気潤滑面３０Ｅの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｆの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｇの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｈの形状を示す図である。 空気潤滑面面積と気圧変化特性の関係図である。 空気潤滑面３０Ｉの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｊの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｋの形状を示す図である。 空気潤滑面３０Ｌの形状を示す図である。 従来の空気潤滑面３０の形状を示す図である。 スライダ長さばらつきに依存した浮上量変化を示す図である。 空気潤滑面３０Ａと空気潤滑面３０Ｂのスライダ長さばらつきと浮上量変化量の比較図である。 溝構成面の幅と気圧変化特性の関係を示す図である。 ＯＤでの溝構成面の幅と気圧変化特性の関係を示す図である。 空気潤滑面３０Ａを示すスライダ３の斜視図である。 負圧発生凹部３７を示すスライダ３の斜視図である。

符号の説明

１ 主軸
２ ディスク
３ スライダ
５ アクチュエータ・アーム
６ ボイスコイルモータ
７ ハウジング
８ モータ
１１ 内直径（ＩＤ）
１２ 外直径（ＯＤ）
１３ 中直径（ＭＤ）
１４ サスペンション
２０ アクチュエータ軸
３０Ａ 空気潤滑面
３１ 上段面
３２ 中段面
３３ 下段面
３５ 空気流出端パッド
３６ 圧力発生面（クロスレール）
３７ 負圧発生凹部
３８ 空気流入面
４１ 空気流入端
４２ 空気流出端
４３ ディスク内周端
４４ ディスク外周端
４５ 溝構成面
９９ ヘッド
１０１ スライダ縦軸
１０２ 横軸

Claims (14)

1. ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、
   前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、
   前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が、前記空気流入面のディスク内周端側からディスク外周端側まで形成されている
   ことを特徴とするスライダ。
2. ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、
   前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、
   前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が前記空気流入面のディスク内周端側からディスク外周端側に向けて形成されている
   ことを特徴とするスライダ。
3. ディスクとの間で記録または再生を行うヘッドと、前記ディスクに対向する面に前記ディスクの回転による空気流によってディスク媒体から浮上するための複数の高さの異なる略平面で形成された空気潤滑面とを有し、前記空気潤滑面に空気流入端側から空気流入面、圧力発生面、負圧発生凹部が形成されている負圧利用型スライダにおいて、
   前記空気潤滑面は三段の高さの異なる面で形成されており、その三段の面は最も高い上段面と、最も低い下段面と、上段面より低く下段面より高い中段面であり、前記圧力発生面は上段面、前記空気流入面は中段面、前記負圧発生凹部は下段面であり、
   前記空気流入面に前記空気流入面よりも低い高さの溝構成面が前記空気流入面のディスク外周端側からディスク内周端側に向けて形成されている
   ことを特徴とするスライダ。
4. 前記溝構成面は、前記負圧発生凹部と同一高さに形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
5. 前記空気流入面は前記空気流入端まで延出していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
6. 前記溝構成面は少なくとも、前記空気流入端から２０μｍ以上離間していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
7. 前記溝構成面の幅は少なくとも３０μｍ以上あることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
8. ヘッドは磁気ヘッドであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
9. 再生側ヘッドは磁気抵抗型素子で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
10. 前記空気潤滑面の面積が１平方ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
11. 前記空気潤滑面の面積が０．５平方ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダ。
12. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライダを用いたことを特徴とするディスク装置。
13. スライダとディスクとの相対速度が１０ｍ／ｓ以下の領域で記録または再生、あるいはその両方を行うことを特徴とする請求項１２記載のディスク装置。
14. スライダとディスクとの相対速度が７ｍ／ｓ以下の領域で記録または再生、あるいはその両方を行うことを特徴とする請求項１２記載のディスク装置。

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