JP5570199B2 - 磁気ヘッドスライダ - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク装置等、走行する記録媒体面上を微小な浮上隙間で浮上もしくは間歇接触する磁気ヘッドスライダに関する。

最近の磁気ディスク装置の磁気ヘッドは、コスト低減を主目的に小型のスライダ（Femtoスライダ：長さ０．８５ｍｍ×幅０．７ｍｍ×厚さ０．２３ｍｍ）が主流で使われるようになった。Femtoスライダは、Picoスライダ（１．２５ｍｍ×１ｍｍ×０．３ｍｍ）に較べて、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）の面積が小さいため、必然的に負圧エリアが小さくなる。発生する負圧力を大きくするため、負圧エリアの空気流入側の周りを細い幅の浮上面で構成する方法が採用されている。また、流出端のセンター浮上面は、小面積で大きな圧力を得るため、両側に浮上面を設け、深溝面を流入側からセンター浮上面の前まで導いて空気の昇圧効果を高める構造としている。これらを採用した従来の磁気ヘッドスライダの例に特許文献１がある。

一方、記録再生特性を向上させ記録密度を向上させるため、熱アクチュエータ（ＴＦＣ）を使い、スライダの素子部を媒体に接触させて各ヘッドのクリアランスを校正し、そこから所定のクリアランス分だけ引き上げて、記録再生時に素子近傍を媒体に約１〜２ｎｍまで近接させる技術が採用されるようになった。この方法では素子部の浮上量を常に一定にできるが、高度が高くなると、浮上量が低下する特性のスライダでは前記のクリアランスが保てなくなるため、高度等環境変化に対し素子部浮上量低下が少ない性能のスライダが重要である。

US 2008/0112086 A1

従来の構成では、センター浮上面の流入側に、両側に浮上面を設けて形成された深溝面は流出端のセンター浮上面への空気導入溝として働き、流出端のセンター浮上面で発生する圧力は、空気導入溝である深溝面から供給される空気の量に依存する。このため、深溝面の深さばらつきや、深溝面が浮上面に対し位置がばらつく（溝を作成する時のマスクパターンのシフト）と、空気の供給量が変わったり、空気供給の分布が変わるため、発生する圧力が変化し、浮上量が大きくばらつくという問題があった。また、本構成で高度に対する浮上量減少を低減するスライダにおいては、形成する深溝面の溝深さが浅い方が良い特性を得られるため、深溝面を浅く設定する。そのため、このスライダでは空気導入溝として設けた深溝面の溝深さに対する浮上量感度、位置ばらつきに対する浮上量感度が高くなり、素子部浮上量のばらつきが大きくなる問題があり、安定浮上を阻害し、素子部のクリアランスの制御性を阻害する問題があった。

本発明は、上記問題を解決し、浮上ばらつきを抑え、浮上特性が良好で、高記録密度記録に適し、耐摺動信頼性が好適な磁気ヘッドスライダを提供するものである。

本発明では、スライダのセンター浮上面の流入側に、両側を浮上面で挟まれて形成された空気導入溝である深溝面の流出側近傍に、周囲より深さの深いポケット（窪み）を設ける。

気体軸受面を有し、磁気ヘッドを搭載した本発明の磁気ヘッドスライダは、流出端の幅方向中央に設けられたセンター浮上面と、センター浮上面の空気流出端の近くに設けられた磁気ヘッドと、センター浮上面に対してスライダの幅方向両側に設けられた負圧発生領域と、空気流入側からセンター浮上面の手前まで延伸した空気導入溝と、負圧発生領域の空気流入側及び負圧発生領域と空気導入路の間に設けられた浮上面とを有し、空気導入溝の終端の直前に、浮上面からの深さが周囲より深いポケットを有する。

本発明によれば、空気導入路を形成する深溝面の溝深さのばらつきや、浮上面に対する深溝面の位置ばらつきによって、空気供給量の変化やセンター浮上面への空気供給分布の変化が発生しても、深溝ポケットが空気供給のバッファの役割をするため、空気供給の変化を低減し、センター浮上面で発生する圧力の変化を抑え、素子部浮上量のばらつきを抑えることができる。

本発明による磁気ヘッドスライダの空気軸受面の概念を示す平面図。 図１のＡ−Ａ断面模式図。 図１のＢ−Ｂ断面模式図。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの空気軸受面を示す平面模式図。 図３のＫ部の拡大図。 図４のＣ−Ｃ断面模式図。 図４のＤ−Ｄ断面模式図。 ポケットが無い場合の空気の流れを示す説明図。 ポケットが有る場合の空気の流れを示す説明図。 空気軸受面の圧力分布図。 本発明の浮上ばらつき低減効果の説明図。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの空気軸受面を示す平面模式図。 図９ＡのＥ−Ｅ断面図。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの空気軸受面を示す平面模式図。 図１０ＡのＦ−Ｆ断面図。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの空気軸受面を示す平面模式図。 図１１ＡのＧ−Ｇ断面図。 本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの空気軸受面を示す平面模式図。 図１２ＡのＨ−Ｈ断面図。 本発明の磁気ヘッドスライダを搭載した磁気ディスク装置の鳥瞰図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、これらの限定は単なる一例として記載するものであり、本発明の範囲は、これらの形態に限られるものではない。

[実施例１]
図１は、本発明による磁気ヘッドスライダの空気軸受面（ＡＢＳ）の概念を示す平面図である。図２Ａは図１のＡ−Ａ断面模式図であり、ポケット部分のスライダ長手方向の断面形状を示している。図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ断面模式図であり、図２Ａの断面と直交方向のポケット部分の断面形状を示している。

スライダ１は、例えばフェムトスライダと呼ばれる規格のスライダでは、長さ０．８５ｍｍ、幅０．７０ｍｍ、厚さ０．２３ｍｍのほぼ直方体形状をしており、図１に示されているディスク対向面すなわち空気軸受面８、図の左側の空気流入端面、右側の空気流出端面、両側の側面、背面の計６面から構成される。空気軸受面８には、イオンミリングやエッチングなどのプロセスによって微細な段差（ステップ軸受）が設けられており、ディスクと対向して空気圧力を発生し、スライダの背面に負荷される荷重を支える空気軸受の役目を果たす。

段差の付けられた面は実質的に平行な４種類の面に分類され、最もディスクに近い浮上面２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ）、浮上面２より約１００ｎｍ乃至２００ｎｍ深いステップ軸受面である浅溝面４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ）、浮上面２より約１μｍ深くなっている深溝面５（５ａ，５ｂ，５ｃ）、浮上面より約２μｍ乃至４μｍ深い第２深溝面６（６ａ）の４種類である。ディスクが回転することで生じる空気流が、空気軸受面８のステップ軸受である浅溝面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから浮上面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへ進入する際に平面形状が先すぼまりになっている流路によって圧縮され、正の空気圧力を生じる。一方、浮上面２ｆ，２ｇから深溝面５ｂ，５ｃなどへ空気流が進入する際には流路の拡大によって、負の空気圧力が生じる。

スライダ１の流出端の幅方向中央にセンター浮上面２ｂを設け、センター浮上面２ｂの空気流出端の近くに磁気ヘッド３を搭載している。流入側浮上面２ａとセンター浮上面２ｂの間に第２深溝面６ａが設けられている。これにより従来、前後の浮上面の特性が連成して、互いに影響しあっていたのに対し、第２深溝面６ａが分離帯の働きをし、前後の浮上面の特性をほぼ独立に設計できるようになる。また、第２深溝面６ａはスライダの中央部でセンター浮上面２ｂの手前まで延伸されている。また、その両側は負圧発生面５ｂ，５ｃを囲う幅の狭い浮上面２ｆ，２ｇで囲まれている。この構成により、第２深溝面６ａの延伸された部分が空気導入溝となり、センター浅溝面４ｂとセンター浮上面２ｂとからなるステップ軸受に十分な空気を導き、大きな正の圧力を発生させる役目をする。また、センター浮上面２ｂから、第２深溝面６ａの延伸された部分に達した半島状浮上面２ｅは、センター浮上面２ｂで発生する正の圧力を、素子近傍の幅方向の中央が低く両側が高い分布にする作用があり、熱アクチュエータを作動させて素子部を突出させた時の浮上量の変化を低減して、熱アクチュエータの突出効率を高くする作用がある。

第２深溝面６ａには、スライダの中央部でセンター浮上面２ｂの手前まで延伸された部分の手前に、略長方形の形状の窪みを構成するポケット９が設けられている。スライダ長手方向のＡ−Ａ断面である図２Ａに示されているように、ポケット９は、浮上面からの深さＤ１の第２深溝面６ａに対し、深さＤ２を有する。図２Ａと直交する方向のＢ−Ｂ断面である図２Ｂに示されているように、ポケット９のうち、負圧発生面を囲う浮上面２ｆ，２ｇにかかる部分は浮上面から深さＤ２の溝となっている。これは前述したようにイオンミリングやエッチングなどのプロセスによって加工されるためである。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは溝の深さを強調して示してある。
ポケット９を設けたことによる効果については、図６Ａ及び図６Ｂを参照して後述する。

[実施例２]
図３は、本発明の他の実施例による磁気ヘッドスライダのＡＢＳを示す平面模式図である。スライダ１の前後の浮上面２ａ，２ｂを略中央で分割するように第２深溝面６ａ，６ｂが配置されている。本実施例は、第２深溝面が浮上面２により２つの領域に分割されている例である。第２深溝面６ｂは、負圧発生面を囲う幅の狭い浮上面２ｆ，２ｇに挟まれて略スライダ中央部をセンター浮上面２ｂの方向に延伸され、途中から第２深溝面より一段浅い第３深溝面７がセンター浮上面２ｂの流入側まで延伸している。第３深溝面７の流出端からＬ２の距離（図４参照）を残し、ポケット９が設けられている。ポケット９の浮上面からの深さは、第２深溝面の浮上面からの深さと同じであることが望ましい。これは前述の加工法で効率良く生産できるからである。

図４は、図３に破線で囲んで示したＫ部の拡大図である。ポケット９の幅Ｗ１は約６２μｍ、長さＬ１は約３５μｍである。また、第３深溝面７の先端の幅Ｗ２は約４６μｍ、ポケット９と第３深溝面７の先端までの距離Ｌ２は約１１μｍである。ポケット９の幅Ｗ１は、第３深溝面７の先端の幅Ｗ２以上とするのが望ましい。この構成は後述する浮上ばらつきを確実に低減する効果がある。また、浮上特性劣化を起こさず浮上ばらつきを低減するために、Ｗ１はＬ１以上であることが望ましい。Ｌ２は、加工用マスクのばらつきが発生してもＬ２＞０となるように、ノミナル値を１０μｍ以上に設定するのが好ましい。

図５Ａは、図４のＣ−Ｃ断面を示す断面模式図である。本実施例のスライダは３つの加工用マスクを用い、３回のエッチングにより作成している。各エッチングの加工量は第１のマスクの加工量Ｄp1が約１４０ｎｍ、第２のマスクの加工量Ｄp2が約７５０ｎｍ、第３のマスクの加工量Ｄp3が約１７００ｎｍである。本実施例の場合の各面の深さは、浅溝面４は約１４０ｎｍ、深溝面５の浮上面からの深さは約８９０ｎｍ、第２深溝面６とポケット９の浮上面からの深さは約２５９０ｎｍ、第３深溝面７の深さは約１８４０ｎｍである。高度に対する浮上感度を低下するため、第３深溝面７の深さは２０００ｎｍ以下にするのが望ましい。ポケット９が第３深溝面７の流出端からＬ２だけ上流側に形成されているため、破線で囲んで示すように、半島状浮上面２ｅとポケット９の間に段差が形成されている。図５Ｂは、図４のＤ−Ｄ断面を示す断面模式図である。ポケット９がセンター浅溝面４ｂにかかる部分のポケットの深さはＤp2である。

次に、本構成によるポケットの機能を説明する。図７に、本構成のスライダに発生する圧力分布を示す。センター浅溝面４ｂとセンター浮上面２ｂとからなるステップ軸受により、センター浮上面部に急激な正の圧力上昇が発生することがわかる。第３深溝面７の空気導入溝による空気供給がこの圧力上昇を可能にしている。

図６Ａ及び図６Ｂは、ポケットが無い場合と本発明のポケットが有る場合の動作と効果を説明する図である。図６Ａは、ポケットが無い場合の空気の流れを示している。ポケットが無いと、両側を浮上面に挟まれた第３深溝面７に進入した空気は、一定の深さの形状に沿ってセンター浮上面へと流れて行き、圧縮されて正の大きな圧力を発生する。図中に点線で示したように第３深溝面７の溝深さがδだけ浅くなると、その分だけ空気の供給量が減少し、センター浮上面で発生する圧力が低下し、素子部浮上量が減少する。

一方、図６Ｂは、本発明のポケット９が有る場合の空気の流れを示している。この場合には、ポケット９が空気供給のバッファとして働き、図中に点線で示したように第３深溝面７の溝深さがδだけ浅くなっても、ポケット９の深さだけ、溝深さの変動の影響を軽減する効果がある。同様に、ポケット９の上部の幅を第３深溝面７の幅以上に設定することにより、第３深溝面７とセンター浮上面２ｂの間の位置ずれによって生じる空気供給量や、供給の分布の変化に対してもポケット９がバッファの働きをして、センター浮上面２ｂで発生する圧力の変化を低減する。それによって、素子部の浮上ばらつきを低減する効果がある。

本実施例は、半島状浮上面２ｅが第３深溝面７に達している例である。この構成により、空気軸受面の圧力分布図は、図７に示すように、センター浮上面２ｂで発生する正の圧力は素子近傍の幅方向の中央が低く両側が高い分布となり、熱アクチュエータを突出した時の浮上量の変化を低減し、突出効率を大きくできる。

図８に、第３深溝面７の溝深さに対する浮上ばらつきについて、ポケットが無い場合の浮上ばらつきを１とした時の本発明のポケットが有る場合の浮上ばらつきの比較を示す。本発明の構成により、内、中、外周位置で約１０％程度の改善効果がある。

[実施例３]
図９Ａは、本発明の他の実施例による磁気ヘッドスライダのＡＢＳを示す平面模式図である。本実施例は、センター浮上面２ｂの半島状浮上面２ｅが第３深溝面７まで達していない構成の例である。図９Ｂは、図９ＡのＥ−Ｅ断面を示す図である。ポケット９の先の第３深溝面７と半島状浮上面２ｅの間に、浮上面からの深さＤp1のセンター浅溝面４ｂがある。この構成によると、センター浮上面２ｂでの圧力分布が中央で最大となるため、熱アクチュエータの突出効率が少し劣るが、本構成でも実施例１と同様の効果がある。

[実施例４]
図１０Ａは、本発明の他の実施例による磁気ヘッドスライダのＡＢＳを示す平面模式図である。本実施例は、スライダ長１．２５ｍｍのスライダ１にポケット９を適用した実施例である。流入側に浮上面パッド２ｈ，２ｉを設けている。図１０Ｂは図１０ＡのＦ−Ｆ断面図であり、ポケット９の近傍での断面形状を示している。第２深溝面６ｂの深さから第３深溝面７で溝深さが浅くなり、半島状浮上面２ｅが第３深溝面７に達する構成である。基本構成は実施例１と同じである。本実施例も、実施例１と同等の効果がある。

[実施例５]
図１１Ａは、本発明の他の実施例による磁気ヘッドスライダのＡＢＳを示す平面模式図である。本実施例は、深溝面６ｂに続いて空気導入溝の役割をする深溝面５ｄをセンター浮上面２ｂの流入側に延伸し、ポケット９を設けた例である。図１１Ｂは図１１ＡのＧ−Ｇ断面図であり、ポケット９の近傍の断面形状を示している。浅溝面加工（Ｄp1）、深溝面加工（Ｄp2）の後の第２深溝面加工（Ｄp3）時の加工用マスクにポケット９のデータを書き込み、第２深溝面６ａ，６ｂと同じ加工で形成するようにした例である。本実施例によっても実施例１と同様の効果がある。

[実施例６]
図１２Ａは、本発明の他の実施例による磁気ヘッドスライダのＡＢＳを示す平面模式図である。本実施例は、スライダ１の中央の第２深溝面６ａ，６ｂと空気導入溝である第２深溝面６ｃの間に浅溝面と深溝面の堰がある構造にポケット９を適用した例である。図１２Ｂは図１２ＡのＨ−Ｈ断面図であり、ポケット９の近傍の断面形状を示している。ポケット９は、第２深溝面６ｃからさらに深さＤp4だけ深く構成した例である。加工プロセスとしては、ポケット９を独立で形成するため、加工マスクの数の増加、加工工程が長くなるマイナス材料もあるが、ポケットの深さを自由に選択できる利点がある。本実施例も実施例１と同様の効果がある。

[実施例７]
図１３は、本発明の磁気ヘッドスライダを搭載した磁気ディスク装置の鳥瞰図である。磁気ディスク１０は、スピンドル１１に固定されモータによって回転駆動される。先端部に本発明のスライダ１２が取り付けられたアーム１３は、アクチュエータ１４で駆動されて磁気ディスク１０の所望のトラック上に位置づけられる。スライダ１２は気体軸受けの作用によって磁気ディスク１０上に安定して浮上、あるいは間歇接触し、スライダ後端部に配置された磁気ヘッドから磁気ディスク１０に対して情報の書き込み、あるいは読み取りが行なわれる。

１ スライダ
２ 浮上面
２ａ 流入側浮上面
２ｂ センター浮上面
２ｃ，２ｄ サイド浮上面
２ｅ 半島状浮上面
２ｆ，２ｈ 負圧発生面を囲う浮上面
２ｈ，２ｉ 流入側浮上面パッド
３ 磁気ヘッド
４ 浅溝面
４ａ 流入側浅溝面
４ｂ センター浅溝面
４ｃ，４ｄ サイド流入側浅溝面
４ｅ，４ｆ サイド流出側浅溝面
５ 深溝面
５ａ 流入側深溝面
５ｂ，５ｃ 負圧発生の深溝面
６ａ，６ｂ 第２深溝面
７ 第３深溝面
８ 空気軸受面
９ ポケット
１０ 磁気ディスク
１１ スピンドル
１２ スライダ
１３ アーム
１４ アクチュエータ

Claims (8)

1. 気体軸受面を有し、磁気ヘッドを搭載した磁気ヘッドスライダにおいて、
   流出端の幅方向中央に設けられたセンター浮上面と、
   前記センター浮上面の空気流出端の近くに設けられた磁気ヘッドと、
   前記センター浮上面に対してスライダの幅方向両側に設けられた負圧発生領域と、
   空気流入側から前記センター浮上面の手前まで延伸した空気導入溝と、
   前記負圧発生領域の空気流入側及び前記負圧発生領域と前記空気導入路の間に設けられた浮上面とを有し、
   前記空気導入溝の終端の直前に、浮上面からの深さが周囲より深いポケットを有し、
   前記空気導入溝は、前記浮上面からの深さが第１の深さで空気流入側に設けられた第１の溝と、前記第１の溝に接続し、前記浮上面からの深さが前記第１の深さより浅い第２の深さである第２の溝とを有し、前記ポケットは前記第２の溝に設けられており、
   前記センター浮上面から前記空気導入溝の前記第２の溝に達する半島状浮上面をさらに備え、
   前記気体軸受面で生成される正の圧力は、前記空気流出端側における第１の正の圧力のピーク及び第２の正の圧力のピークを備えることを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
2. 請求項１記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記ポケットと前記センター浮上面の間に前記浮上面からの深さが前記第２の深さと等しい段部を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
3. 請求項１記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記ポケットの浮上面からの深さは前記第１の深さと等しいことを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
4. 請求項１記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記ポケットは、上部の幅が前記空気導入溝の終端の幅より広いことを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
5. 請求項１記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記空気導入溝は、前記センター浮上面に向かって先すぼまりの平面形状を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記ポケットは前記空気導入溝の延伸方向の寸法がそれと直交する方向の寸法より小さいことを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気ヘッドスライダにおいて、前記センター浮上面と前記空気導入溝の間に、浮上面からの深さが前記負圧発生領域より浅いセンター浅溝面を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
8. 磁気ディスクと、前記磁気ディスクを回転駆動するディスク駆動部と、前記磁気ディスクに対して情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドを搭載した磁気ヘッドスライダと、前記磁気ディスクの所望トラック上に前記磁気ヘッドを位置づけるヘッド駆動部とを有し、
   前記磁気ヘッドスライダとして請求項１〜７のいずれか１項記載の磁気ヘッドスライダを用いたことを特徴とする磁気ディスク装置。

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