JPH087511A - ヘッド支持機構ピエゾセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】Ｓｉのピエゾ抵抗効果を利用した摩擦力センサ
をヘッド支持系に搭載し、アクチュエータによってヘッ
ド荷重を調整させる。また摩擦力がある上限を超えたと
きに警告表示させる機能を持たせる。 【効果】摩擦を低減させることによりヘッド寿命を伸ば
す。また摩耗による動作不良等のトラブルを回避でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気デイスク装置にお
いて、ヘッドと回転記録媒体との摩擦および摩耗状態を
検出するために利用されるヘッド支持機構ピエゾセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヘッドと記録媒体との接触状態や
摩擦の計測は、特願平4−113754 号明細書に示されてい
るようにヘッド支持系に抵抗線あるいは半導体歪ゲージ
を貼り付けることによって行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ヘッドと記録媒体を接
触させて情報を読み書きするコンタクトヘッド磁気ディ
スク装置では、ヘッドとディスクの摩擦および摩耗状態
を計測し、摩耗が著しく進展した場合には動作不能に陥
らないようにする機能を有する必要がある。歪ゲージを
サスペンションに貼る方法では装置の小型化に対応でき
ず、また信頼性が低い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】摩擦摩耗状態を検出する
ためにＳｉのピエゾ抵抗センサをヘッド支持機構に一体
形成する。コンタクトヘッド用のサスペンション材とし
てＳｉを用いる場合はＩＣプロセスによってｐ型または
ｎ型の部分を作りセンサとする。金属，セラミックなど
Ｓｉ以外の材料に対しては、ポリＳｉ層をＣＶＤ等によ
り設けてセンサを形成する。

【０００５】またこのようなセンサをヘッド支持機構に
複数個設け、ヘッド荷重とヘッド摩擦力の両方を計測し
て摩擦係数を求められるようにする。

【０００６】摩耗が著しく進展した場合は、ユーザに警
告する機能，ヘッド荷重を変化させる機能を設ける。ヘ
ッド荷重を変化させるアクチュエータとしてサスペンシ
ョンに圧電素子を設ける。

【０００７】

【作用】ピエゾ抵抗センサをＩＣプロセスで成形するこ
とによりサスペンションへの搭載が可能でまた感度も高
まる。これにより実機ヘッドで摩擦および摩耗状態が計
測できるようになる。

【０００８】摩擦係数の増加により摩耗の進展度がわか
るため、これがある設定値を越えた場合にユーザにバッ
クアップを促す警告を発したり、またヘッド荷重をアク
チュエータによって低下させることによって装置の信頼
性が向上する。

【０００９】

【実施例】磁気記録装置では大容量化を目指してヘッド
と記録媒体が接触状態で情報の読み書きをする装置の開
発が進められている。このようなコンタクト記録では、
ヘッドと媒体の摩擦や摩耗によって読み書きが不能とな
る致命的なダメージが発生しうる。このような装置で信
頼性を確保するためには、装置に摩擦および摩耗状態を
センシングする機能と摩耗が許容限度に達したときにユ
ーザに知らせる機能を持たせることが必要である。本発
明はヘッド支持機構にＳｉのピエゾ抵抗効果によってヘ
ッドの摩擦力を計測するセンサを搭載する方法，該セン
サによって摩耗の進展度を求める方法等を示すものであ
る。

【００１０】ピエゾ抵抗センサの精度を高めるには、検
出したい力が加わった時のみに歪が発生し、それ以外の
力またはモーメントで干渉出力が生じないように弾性構
造を設計することが重要である。図１５はコンタクト記
録ヘッドに作用する力を示したもので、ヘッドには荷重
Ｗと摩擦力μＷが働く。図のようにサスペンションにピ
エゾ抵抗センサを形成すると、センサには荷重Ｗの曲げ
モーメントによるひずみＳｗと摩擦力μＷによるひずみ
Ｓｆが生じる。しかし、Ｓｗ／Ｓｆの値から明らかなよ
うにＳｗはＳｆよりもはるかに大きくなるので摩擦力の
変化を正確に計測することができない。そこで摩擦力に
よる歪のみがセンサに生じるようにセンサを搭載する構
造を設計することが必要になる。

【００１１】図３に示すようにヘッドを搭載した摺動子
を両持梁のジンバル２０の中央に設けると、ジンバル２
０にはヘッドの荷重反力Ｎによる曲げモーメント，摩擦
力のモーメント（Ｆ×Ｈ）および摩擦力の三つが働き、
ジンバル２０における力の分布は図に示したようにな
る。即ち、荷重による曲げモーメントはジンバルの端か
ら全長Ｌの１／４の位置では０となる。この位置にセン
サを形成すれば、センサには摩擦力の（単純引張りの）
歪のみが生じるようにできる。

【００１２】センサの感度を高めるためには、数１に示
すセンサの抵抗変化率大きくするように結晶方向を考え
てセンサを加工することも必要である。

【００１３】

【数１】

【００１４】なおゲージ率Ｋを表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】図１は本発明の実施例で、上はその平面
図、下は側面図である。サスペンション１０の先端にヘ
ッド摺動子３０が取り付けられ、サスペンションは固定
部１１により固定される。１０１はヘッドと媒体の摩擦
力を計測するためのＳｉのピエゾ抵抗効果を利用したセ
ンサである。センサを両持梁のジンバル２０に形成し、
信号はサスペンション上に配線１１１，ボンディングパ
ッド１１２を一体形成して取り出す。

【００１７】図２はセンサ１０１の構造を示す。以下に
その加工手順を示す。サスペンション１０の材料をＳｉ
として、その一部にセンサをＩＣプロセスにより形成す
る。サスペンションの厚さはヘッドの軽荷重化により薄
くしなければならないので、まず(１００)面のＳｉウエ
ハの板厚をＫＯＨによるエッチングで薄くする。次に、
ＳｉＯ₂ 膜１０３によりゲージ形成部のパターニングを
行い、開口部にＣＶＤによりｐ型あるいはｎ型の拡散型
歪ゲージ１０２を形成し、さらにアルミニウムを蒸着し
て配線１１１およびボンディングパッド１１２を形成す
る。最後にサスペンション１０の加工をエッチングによ
り行う。

【００１８】センサのゲージ率が最大になるのは、ｎ型
のゲージを〈１００〉の結晶方向に形成し、摩擦力がこ
の方向に働くようにした場合である。この場合、サスペ
ンションの側面は〈１１１〉面に一致しないのでＫＯＨ
によるエッチングは使えず、反応性イオンエッチング
（以下、ＲＩＥ）を用いなければならない。ＲＩＥはＫ
ＯＨによるウエットエッチングよりもエッチング速度が
小さいためエッチング量が大きい場合には適さないが、
サスペンションの厚さは薄くしなければならずＲＩＥで
も加工可能な範囲にある。

【００１９】ＫＯＨによる異方性エッチングを用いてサ
スペンションの加工をする場合は、サスペンションの長
手方向（結晶方向は〈１１０〉となる）にｐ型の拡散型
歪ゲージを形成する。この場合は表１に示したようにゲ
ージ率はやや低下するが、加工速度は大きくなる。図１
７に歪ゲージとサスペンションの加工の組合せを示す。

【００２０】図４はセンサに摩擦力による歪のみが生じ
るようにする別の実施例で、センサ１０１をジンバル２
０またはサスペンション１０の曲げの中立軸面に形成す
る。図５はその加工方法を示す。図５で下の図は上の図
のＡーＡ断面を示す。Ｓｉウエハの(１００）面にＳｉ
Ｏ₂をマスクとしてパターニングし、ＫＯＨにより凹部
２２を形成する。凹部２２の底面を中立軸面に一致させ
て歪ゲージ１０１を作り、さらにアルミニウムを蒸着し
て配線１１１を形成する。凹部２２をＫＯＨで加工する
ため歪ゲージ１０１はｐ型を用いる。凹部２２の傾斜面
の配線加工はシャドウマスクを用いる。凹部２２の幅ｂ
はジンバルまたはサスペンションの幅Ｂよりも十分小さ
くする必要があるが、ｂ／Ｂを１／４以下にとればセン
サ１０１には曲げによる応力がほとんど生じない。

【００２１】図６はサスペンションまたはジンバルがＳ
ｉ以外の材料の場合に形成する実施例である。１３１は
ピエゾ抵抗センサでポリＳｉを用いる。図７はその形成
方法である。サスペンション１２がＳＵＳ等の金属であ
ればまず絶縁膜１１３を蒸着等により形成する。絶縁膜
は母材とポリＳｉとの線膨張係数を緩和できる膜がよ
い。次にポリＳｉを蒸着し、配線１１１を形成する。表
１に示したようにポリＳｉはゲージ率が小さい。そこで
感度を高めるために摩擦力のモーメントによるひずみを
計測するようにしたセンサの実施例を図７に示す。サス
ペンションは荷重アーム１６とトレーリングアーム１４
からなり、両者を接合部１７および１５において接合す
る。ヘッド摺動子３０は荷重アーム１６先端の突起１８
によって押しつけられる。ピエゾ抵抗センサ１３１はト
レーリングアーム１４の先端部に形成する。荷重アーム
を別に設けるのはセンサ１３１に荷重のモーメントによ
るひずみが生じないようにするためである。センサ１３
１には曲げモーメント（Ｆ×Ｈ）により大きなひずみが
生じるようになるので感度は向上する。

【００２２】図９はサスペンションに二つのピエゾ抵抗
センサを形成し、一方は摩擦力によるひずみのみが生じ
るようにし、他方は荷重によるひずみのみが生じるよう
にした実施例である。これら二つのセンサによって摩擦
係数μを求めることができる。摩擦係数の変化からヘッ
ドの摩耗の進展度を知ることができる。図９においてセ
ンサ１０１は摩擦力、センサ１０５は荷重を計測する。
センサ１０５に生じるひずみは摩擦力によるものも含む
が、図１５に示したようにヘッドからセンサまでの距離
Ｌを大きくとれば、摩擦力によるひずみは荷重によるひ
ずみに比べて無視できる。ピエゾ抵抗効果は温度依存性
があるので、温度変動が大きい場合は出力の補正が必要
となるが、二つのセンサの出力比として求まる摩擦係数
ではその必要がなくなる。

【００２３】図１０は図９で計測した摩擦係数がある設
定値を越えた場合にユーザに警告するシステムを備えた
実施例である。回路２１１ではセンサ１０５とセンサ１
０１の出力の比から摩擦係数を求め、制御回路２１２で
設定値と比較して大きければディスプレイやランプ等の
表示機器２１３でユーザにバックアップをとらせる指示
を与える。

【００２４】図１１は摩擦係数がある基準値を越えた場
合に、ディスク回転停止後再起動不能に陥らないように
停止時のヘッド荷重を少なくしたり、あるいは再起動時
にヘッドに微小振動を与えて粘着を解除するためのバイ
モルフ式のアクチュエータを備えた装置の実施例であ
る。構成は図１０と同じであるが、制御部２１２はパワ
ーアンプ２１４に信号を送ってサスペンション１０に設
けられたバイモルフ式アクチュエータに電圧を供給す
る。バイモルフはＺｎＯをスパッタして形成する。

【００２５】図１２はシーク時の摩擦力を計測するため
のセンサの実施例である。センサ１０１をジンバル２２
に設ける。センサの形成位置を梁２３の端から長さＢの
１／４にすれば図３と同様の理由でセンサにシーク方向
の摩擦力によるひずみのみが生じる。

【００２６】図１３はセンサで計測された摩擦力が大き
い場合にシーク時のみヘッド荷重を小さくする実施例で
ある。バイモルフアクチュエータ２０１は薄膜ＺｎＯを
Ｓｉ基板にスパッタして形成する。この場合は梁長が短
いため応答速度は高められる。

【００２７】図１４にピエゾ抵抗センサの抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）の値を示す。これは図１の実施例のように
摩擦力（μＷ）による引張ひずみのみがセンサに生じる
場合である。計測できる抵抗変化率の最小値を１×１０
~⁵程度、計測したい摩擦力の最小変化量を２mgとすれ
ば、センサを形成する梁の幅と厚さｔは図のような関係
になる。

【００２８】なお、図１６はセンサ１０１を連結させて
センサの感度を高める実施例である。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、ヘッドと記録媒体との接
触を高感度に計測することが可能になる。実機ヘッド支
持機構への搭載が可能なため、アクチュエータを連動さ
せて摩耗を低減させることができる。また装置の寿命を
警告することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載した
実施例の説明図。

【図２】ピエゾ抵抗センサの断面図。

【図３】ピエゾ抵抗センサに生じる応力の説明図。

【図４】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載した
実施例の平面図。

【図５】ピエゾ抵抗センサの形成方法の説明図。

【図６】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載した
実施例の平面図。

【図７】ピエゾ抵抗センサの形成方法の説明図。

【図８】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載した
実施例の説明図。

【図９】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載した
実施例の平面図。

【図１０】ヘッドの摩擦摩耗状態を表示する実施例の説
明図。

【図１１】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサとアクチ
ュエータを搭載した実施例の説明図。

【図１２】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサを搭載し
た実施例の説明図。

【図１３】ヘッド支持機構にピエゾ抵抗センサとアクチ
ュエータを搭載した実施例の平面図。

【図１４】図１の実施例における抵抗変化率を示す特性
図。

【図１５】サスペンションに生じる歪の比較の説明図。

【図１６】センサ出力向上のための実施例の説明図。

【図１７】歪ゲージとサスペンションの加工の説明図。

【符号の説明】

１０…サスペンション、２０…ジンバル、２１…ヘッド
摺動子取付部、３０…ヘッド摺動子、１０１…ピエゾ抵
抗センサ、１１１…配線、１１２…ボンディングパッ
ド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する記録ディスクにヘッドによって情
   報を読み書きする磁気記録装置において、スライダ，ジ
   ンバルおよびサスペンションからなるヘッド支持機構の
   いずれかの部分に、ヘッドと記録ディスクとの摩擦力を
   計測するためのピエゾ抵抗センサをヘッド支持機構に一
   体形成したことを特徴とするヘッド支持機構ピエゾセン
   サ。