JPH02310867A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は大量のデータを記憶し、任意のデータを高速に
転送でき、かつ低コストな補助記憶装置として大型電子
計算機からインテリジェント端末にまで幅広（使われ、
ハードディスク装置とも呼ばれる磁気ディスク装置に関
するものである。

従来の技術 従来の磁気ディスク装置は、周知のように磁気ヘッドか
らなるスライダと磁気ディスクとが高速で相対運動する
時に発生する圧力を利用して磁気ディスク上を浮揚する
正圧型浮動ヘッドが多く用いられて来た。また、最近で
は負圧浮動へラドスライダを用いてセルフローディング
現象を励起させることにより磁気ヘッドを浮揚させる負
圧型浮動ヘッドも用いられて来ている。

このような磁気ディスク装置においては、磁気ヘッドの
浮上量はレイノルズ方程式から計算される浮上刃と、ヘ
ッド荷重とによって決定され、通常磁気ヘッド浮上量は
０．１μｍから１μｍの範囲で用いられている。

これとは別に、円盤型の磁気ディスク装置としてフロッ
ピーディスクが良（知られている。フロッピーディスク
では、磁気ベッドと磁気ディスクとの間が常に摺動しあ
う構造となって゛おり、磁気ディスクの破壊等が起こり
易くハードディスク装置はどの信頼性は得られていない
。

発明が解決しようとする課題 ところが、従来の磁気ディスク装置における正圧型及び
負圧型浮動ヘッド方式は、磁気ヘッドと磁気ディスクと
の間に気体潤滑軸受層を設けることにより、磁気ヘッド
と磁気ディスクとの衝突を避ける上で非常に巧妙な方式
であるが、以下に述べるような問題点も有している。

（１）磁気ヘッド、磁気ディスク間に必然的にスペーシ
ングが発生し、再生出力及び半値幅が低下する。

■　磁気ヘッドと磁気ディスクとの間のスペーシングを
減少するためには、ヘッド荷重を小さくしなければなら
ず、流体軸受方式により磁気ヘッドと磁気ディスクのス
ペーシングを５０ＯＡ　（０，０５μｍ）以下に制御す
るのは困難である。

（３）起動・停止時あるいは磁気ディスク上に異常突起
等がある時は、気体潤滑層が減少するため、磁気ヘッド
と磁気ディスクとが接触し、ディスククラッシュが発生
する。

（４）気体潤滑のため真空中あるいは圧力変動のある場
所での使用は、磁気ディスク装置のエンクロウジャー等
による特別な対策が必要となる。

（５）大容量化のために磁気ディスクの径を大きくする
、あるいは転送レートを上げるために磁気ディスクの回
転速度を上げると、磁気ディスクは気体中で回転してい
るので、風損あるいはディスクフラッタ−等が発生し、
装置の信頼性が低下する。

本発明の目的は、このような欠点を排除した磁気ディス
ク装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明の磁気ディスク装置は、前記問題点を解決するた
め、磁気ヘッドと磁気ディスクとが非接触に保たれる磁
気ディスク装置において、磁気ヘッドのギャップ近傍に
ある金属探針と磁気ディスクとの間に電圧をかけること
により発生するトンネル電流を一定に保つように磁気ヘ
ッドを浮上させるよう構成したことを特徴とするもので
ある。

作用 本発明の磁気ディスク装置は、−磁気ヘッドと磁気ディ
スクとの間を流れるトンネル電流を測定し、トンネル電
流が常に一定になるように磁気ヘッドを浮上させ、磁気
ヘッドと磁気ディスクとの間の距離が常に一定になるよ
うに制御する。このため、磁気ヘッドと磁気ディスクと
が衝突してクラッシュしたり、摺動することがなくなり
、信頼性が著しく向上するものである。

実施例 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものである
。

第１図は本発明の磁気ディスク装置の全体構造図を示し
たものである。第１図において、１はトンネル電流を流
すための金属探針、２は磁気ヘッド、３は磁気ヘッド２
を上下させ磁気ディスク面より磁気ヘッドを浮上させる
ためのアクチュエータ、４は記録再生系アンプ、５はト
ンネル電圧を供給するための定電圧回路、６はトンネル
電流増幅回路、７はアクチュエータ３をドライブするた
めのサーボ回路、８は磁気ディスク、９は磁気ディスク
駆動モータを示している。

第２図は磁気ヘッド２の部分拡大図である。２は磁気ヘ
ッド、１２は金属探針を形成するタングステンスパッタ
膜、１３は５ｉ０２スパツタによるヘッドギャップ、１
４は磁気ヘッド巻線、１５はトンネル電流取り出し線、
１６はタングステンスパッタ面の断面図、１７は５ｉ０
２より突出した金属探針部を示している。

本実施例にお゛いては磁気ヘッド２の先端に設けたトン
ネル電流探針１と磁気ディスク８の間に定電圧回路５を
用いて電圧をかけ、その間を流れる電流をトンネル電流
増幅回路６で検知して増幅し、サーボ回路７でトンネル
電流が常に一定になるようにアクチュエータ３で磁気ヘ
ッド２全体を上下させ、磁気ディスク８より磁気ヘッド
２を浮上させる。

ここで、トンネル電流とは、本来隔離されていることに
より絶縁されている２つの導体間で、その電子雲が重な
り合う量子力学的効果により、−空気層あるいは真空層
の障壁を突き抜けて流れる電流のことである。トンネル
電流Ｉは金属探針と磁気ディスク間の間隔をｄ、トンネ
ルバリアーの高さをΦとすると １＝Ｉｏｘｅｘｐ　（−ＡΦｌ／２ｄ）で与えられる。

ここでＩｏとＡはトンネル面積、トンネル電圧に依存す
る常数である。間隔ｄが数Ａ程度変化すると、このトン
ネル電流■は約１桁変化するほど距離ｄに対する感度が
高い。

トンネル電流を流すためには、金属探針１の先端１７は
原子スケールにまで先鋭化されていなければならない。

第２図に示す磁気ヘッドは、フェライトコアとギャップ
間隔が０．２μｍから５μｍの２層からなる５ｉ０２ス
パッタ層１２からなっている。５ｉ０２からなるギャッ
プの中央部にタングステンより成る導電層および探針部
を設ける。具体的には、フェライトコアのギャップ部に
５ｉ（ｈを０．１μｍから２μｍ厚にスパッタしたあと
、タングステン膜の膜厚が０．２μｍから０．５μｍに
なるようにスパッタする。このタングステン層を第２図
で示すタングステンスパッタ面１６のようにエツチング
し、さらに５ｉ０２を０．１μｍから２μｍスパッタし
、フェライトコアを重ねあわせてギャップ部を形成する
。ここで、ヘッド先端部ではタングステンの探針部１７
は０．７μｍ幅にした。このような磁気ヘッドの先端部
を半径約１０ｍｍの曲率になるように研摩加工を行うと
、５ｉ０２に比ベタングステン金属探針部１７は、はる
かに硬度が高いためＳｉＯ２ギャップ上にタングステン
が突出し鋭い探針が形成され、トンネル電流の測定が可
能となる。このタングステンスパッタ面１６にトンネル
電流取り出し線１５を設け、トンネル電流増幅回路６と
結ぶ。タングステンスパッタ面１６は５ｉ０２スパツタ
膜によりフェライトコアと絶縁される。

探針の材料としては、タングステンを用いたが、タンタ
ル、白金イリジウム合金等の高硬度金属ならば支障はな
い。

アクチュエータとしてはピエゾ圧電素子を用いたが、超
音波アクチュエータ、ＤＣモータ、リアクタンスモーク
、パルスモータ、１Ｍモータ、８Ｍモータ、形上記憶合
金、ラバチュエータ、磁気浮上アクチュエータを用いて
もさしつかえない。

磁気ディスクとしては導電性が必要だが、従来から用い
られている塗布型あるいはスパッタ型の磁気ディスクは
ホタルノイズ等を防止するために表面電気抵抗を１０９
Ω以下にしであるため、トンネル電流を測定するための
導電性としては十分で問題ない。また常に非接触である
ためテクスチャー加工も必要なくなる。

上記定電圧回路５で５０Ｖ程度の電圧をかけ、トンネル
電流を１０ｎＡ程度に調整すると、磁気ヘッドの浮上量
は１００Ａ（０，０１μｍ）程度になる。

このようにして磁気ディスク装置動作中に常に磁気ヘッ
ドの浮上量を一定にすることにより、ヘッドクラッシュ
を防ぎ、高い信頼性を実現すると同時に、従来の正圧型
あるいは負圧型浮動ヘッドの浮上量約０．１μｍよりも
大幅に浮上量を低減でき、従来よりも高い出力を得る事
ができる。

さらに磁気ディスク停止中あるいは起動停止時にも一定
の浮上量を確保できるので、磁気ディスクのクラッ、シ
ュも防げる。

次に本発明による磁気ディスク装置をエンクロージャー
型にし内部を真空にして記録再生を行った。トンネル電
流を大気中と同じように１０ｎＡ程度にすることにより
磁気ヘッド浮上量は１００Ａ程度になり、動作は全く支
障がなかった。このように磁気ディスク装置を密閉真空
化する事により、圧力変動のある場所、深海等気圧の高
い場所、宇宙圏等気体潤滑層が作成できない場所での使
用が可能となると同時に、ダスト等による信号欠落不良
も著しく軽減される。さらに、大容量化のため磁気ディ
スクの径を太き（する、あるいは転送レートを上げるた
めに磁気ディスクの回転速度を上げても、気体層がない
ので風損あるいはディスクフタツタ等は発生しない。

なお、本発明の思想を逸脱しない範囲でどのような変形
を行ってもよく、上記実施例が本発明の範囲をなんら限
定するものではないことは言うまでもない。

また、本発明がディスクカートリッジ装置。

ディスクパック装置、フロッピーディスク装置。

磁気ドラム装置、磁気カード装置、テープ型磁気記録装
置等に応用できることもいうまでもない。

発明の効果 以上のように本発明の磁気ディスク装置は、磁気ディス
クと磁気ヘッドとの間を流れるトンネル電流を一定に保
つように磁気ヘッド浮上量をコントロールすることによ
り、高信頼性、高電磁変換特性な磁気ディスクを実現す
ることができ、その実用上の価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気ディスク装置の一実施例を示す全
体構造図、第２図Ａ、Ｂは本発明の磁気ディスク装置の
磁気ヘッドの構造を示す拡大斜視図および拡大断面図で
ある。 ｌ・・・・・・トンネル電流探針、２・・・・・・磁気
ヘッド、３・・・・・・アクチュエータ、４・・・・・
・記録再生系アンプ、５・・・・・・定電圧回路、６・
・・・・・トンネル電流増幅回路、７・・・・・・サー
ボ回路、８・・・・・・磁気ディスク、９・・・・・・
ディスク駆動モータ、１７・・・・・・金属探針先端部
。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名／−−−食
属Ｓ針 ２−　磁気ヘッド ８・−殖気テ゛イスグ ９−　ディスゲＪ％Ｅ勧モータ ２−ａ気へ、２ド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気ヘッドと磁気ディスクとが非接触状態に保た
   れ記録再生する磁気ディスク装置であって、前記磁気ヘ
   ッドのギャップ近傍にある金属探針と前記磁気ディスク
   との間に電圧をかけることにより発生するトンネル電流
   を一定に保つように前記磁気ヘッドを浮上させる手段を
   備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。
2. （２）磁気ヘッド及び磁気ディスクが、真空中に保持さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク
   装置。