JP4050152B2 - ヘッドスライダの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はディスク装置用ヘッドスライダ及びその製造方法に関する。

近年、コンピュータ用外部記憶装置の一種である磁気ディスク装置の小型化及び大容量化が望まれている。磁気ディスク装置の大容量化のためには、スピンドルモータに取り付けられる磁気ディスクの枚数を増やすのが一つの方法であり、これに伴い最近の磁気ディスク装置ではディスクの実装間隔が小さくなってきている。

最近の磁気ディスク装置ではコンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）方式の浮上型磁気ヘッドスライダが用いられることが多い。ＣＳＳ方式の浮上型磁気ヘッドスライダでは、装置停止時には磁気ヘッドスライダが磁気ディスクに接触し、情報の記録再生時には高速回転する磁気ディスク表面に発生する空気流によって、磁気ヘッドスライダが磁気ディスク表面と微小間隙を保って浮上する。

ＣＳＳ方式の浮上型磁気ヘッドスライダにおいては、磁気ディスク表面に発生する空気流を受ける磁気ヘッドスライダに電磁変換素子（磁気ヘッド素子）が組み込まれており、磁気ヘッドスライダはサスペンションにより支持されている。

よって、電磁変換素子の組み込まれた磁気ヘッドスライダは磁気ディスクの回転が停止しているときには磁気ディスク表面に接し、磁気ディスクが回転すると、回転によって発生する空気流を浮上面に受けて浮上し、磁気ヘッドスライダに組み込まれた電磁変換素子はサスペンションにより支持されながら磁気ディスク面上を移動し、所定のトラックへ情報の記録再生を行う。

従来より浮上型磁気ヘッドスライダを採用した磁気ディスク装置では、磁気ヘッドスライダのディスク対向面側の左右両端に一対のレールが設けられている。各レールは平坦な空気ベアリング表面を有している。

さらに、各レールの空気流入側にはテーパ面が設けられており、磁気ディスクの高速回転により発生した空気流を空気ベアリング表面で受けて磁気ヘッドスライダが浮上し、磁気ディスク表面と電磁変換素子との間の微小間隔を安定に維持する。

この方式は高い浮上安定性と微小な浮上量（サブミクロン）を確保できる反面、ディスク回転停止時にはディスクに磁気ヘッドスライダの空気ベアリング表面が接触し、磁気ディスク装置の起動時と停止時にディスクと空気ベアリング表面の摺動が起こる。

このため、磁気ディスクの記録層上にはカーボン等の硬い材料からなる保護膜と、保護膜の摩擦・磨耗を低減してディスクの耐久性を向上させるための潤滑層が形成されている。潤滑層の存在により保護膜の摩擦・磨耗は低減するが、一方で装置停止時にディスクと磁気ヘッドスライダとの吸着（スティクション）が起こり装置が起動しない場合が生じてくる。

磁気ヘッドスライダとディスクの吸着の問題を防止するために、磁気ヘッドスライダの浮上面（空気ベアリング表面）に複数個のパッド（突起）を設けることにより、磁気ヘッドスライダと磁気ディスク表面間の接触面積を小さく抑える技術が提案されている（例えば特開平８−６９６７４号）。

吸着防止パッドが空気ベアリング表面よりも高さの低いステップ面に形成されている磁気ヘッドスライダもあるが、この場合には吸着防止パッドの高さは空気ベアリング表面より僅かに高くなるように設定されている。

電磁変換素子は記録コイルを含んでおり、例えばＡｌ₂Ｏ₃からなる絶縁保護膜中に埋め込まれている。データの書き込み時には、記録コイルにデータにより変調された電圧を印加し、コイルから発生される磁気信号を磁気ディスクに記録する。

最近の磁気ディスク装置においては、データ転送速度向上に伴い、記録コイルの発熱が大きくなってきている。記録コイルの発熱が増加すると、電磁変換素子が埋め込まれた絶縁保護膜が熱膨張して磁気ヘッドスライダの浮上面（空気ベアリング表面）から突き出すことになる。

最近の磁気ディスク装置では、磁気ヘッドスライダの浮上量がますます低減化されてきており、この突出しが大きくなると突出し部分と磁気ディスクとの接触確率が高くなり、ヘッドクラッシュを引き起こす可能性がある。
特開平８−６９６７４号公報

よって、本発明の目的は、電磁変換素子の発熱に伴う保護膜部分の突出しを防止し、ヘッドクラッシュを抑制するようにしたヘッドスライダを提供することである。

本発明の一つの側面によると、空気流出端近傍に電磁変換素子を有するヘッドスライダの製造方法であって、前記ヘッドスライダを浮上させた状態で、前記電磁変換素子に所定の電圧を印加するステップと、該電磁変換素子に前記所定の電圧を印加した状態でディスク対向面から突出する部分を研磨により除去するステップと、を具備したことを特徴とするヘッドスライダの製造方法が提供される。

本発明の他の側面によると、空気流出端近傍に電磁変換素子を有するヘッドスライダの製造方法であって、研磨部材を所定の回転速度で回転させるステップと、該研磨部材の回転により発生する空気流により前記ヘッドスライダを浮上させるステップと、前記ヘッドスライダを浮上させた状態で、前記電磁変換素子に所定の電圧を印加するステップと、該電磁変換素子に前記所定の電圧を印加した状態で、前記研磨部材対向面から突出する部分と前記電磁変換素子よりも浮上の低い部分を前記研磨部材により研磨して除去するステップと、を具備したことを特徴とするヘッドスライダの製造方法が提供される。

本発明によると、電磁変換素子近傍の空気流出端側に窪みを形成するようにしたので、電磁変換素子の発熱に伴う素子近傍の突出しが防止され、ヘッドクラッシュを抑制することができる。本発明は特に、低浮上磁気ヘッドスライダを採用したデータ転送速度の速い磁気ディスク装置に利用するとその効果が大である。

以下、図面を参照して本発明の数多くの実施形態について説明する。各実施形態の説明において、実質的に同一構成部分には同一符号を付して説明する。図１を参照すると、カバーを外した状態の磁気ディスク装置の斜視図が示されている。

ベース２にはシャフト４が固定されており、このシャフト４回りにＤＣモータにより回転駆動される図示しないスピンドルハブが設けられている。スピンドルハブには磁気ディスク６とスペーサ（図示せず）が交互に挿入され、ディスククランプ８を複数のネジ１０によりスピンドルハブに締結することにより、複数枚の磁気ディスク６が所定間隔離間してスピンドルハブに取り付けられる。

符号１２はアクチュエータアームアセンブリ１４と磁気回路１６とから構成されるロータリーアクチュエータを示している。アクチュエータアームアセンブリ４は、ベース２に固定されたシャフト１８回りに回転可能に取り付けられている。

アクチュエータアームアセンブリ１４は、一対の軸受を介してシャフト１８周りに回転可能に取り付けられたアクチュエータブロック２０と、アクチュエータブロック２０から１方向に伸長した複数のアクチュエータアーム２２と、各アクチュエータアーム２２の先端部に固定されたヘッドアセンブリ２４とを含んでいる。

各ヘッドアセンブリ２４は磁気ディスク６にデータのライト／リードをする磁気ヘッド素子（電磁変換素子）を有する磁気ヘッドスライダ２６と、先端部に磁気ヘッドスライダ２６を支持しその基端部がアクチュエータアーム２２に固定されたサスペンション２８を含んでいる。

シャフト１８に対してアクチュエータアーム２２の反対側には図示しないコイルが支持されており、コイルが磁気回路１６のギャップ中に挿入されて、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３０が構成される。

符号３２は磁気ヘッド素子に書き込み信号を供給したり、磁気ヘッド素子からの読み取り信号を取り出すフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を示しており、その一端がアクチュエータブロック２０の側面に固定されている。

図２を参照すると、本発明実施形態の磁気ヘッドスライダ２６の平面図が示されている。図３は図２の３−３線断面図である。磁気ヘッドスライダ２６は直方体形状をしており、空気流入端２６ａ及び空気流出端２６ｂを有している。

磁気ヘッドスライダ２６は負圧磁気ヘッドスライダであり、空気流入端２６ａ側に形成されたフロントレール４２と、空気流出端２６ｂ側に形成された一対のリアレール４４，４６を有している。

フロントレール４２の頂上面にはスライダ幅方向に伸びる空気ベアリング表面４８と、空気ベアリング表面４８に対して所定の段差だけ低いステップ面５０が形成されている。同様に、リアレール４４，４６上には空気ベアリング表面５２，５６と、これらの空気ベアリング表面５２，５６に対して所定の段差だけ低いステップ面５４，５８がそれぞれ形成されている。

一方の空気ベアリング表面５２は、他方の空気ベアリング表面５６に比べて小さく形成されている。従って、この負圧磁気ヘッドスライダ２６では、一方の空気ベアリング表面５２に比べて他方の空気ベアリング表面５６に大きな浮力が生成される。

リアレール４４の空気流出端近傍には電磁変換素子４０及びシールド４１が形成されており、磁気ヘッドスライダ２６と磁気ディスク面との距離はこの電磁変換素子４０近辺で最も小さくなる。

磁気ディスクが回転し、ディスク面に沿って気流が発生すると、その気流が空気ベアリング表面４４，５２，５６に作用する。その結果、空気ベアリング表面４８，５２，５６では、磁気ヘッドスライダ２６をディスク面から浮上させる浮力が発生される。ステップ面５０，５４，５８でも浮力が発生するが、これは大きいものではない。

この磁気ヘッドスライダ２６では空気ベアリング表面４８に大きな浮力が生成される結果、浮上時には磁気ヘッドスライダ２６はピッチ角αの傾斜姿勢で維持される。ここで、ピッチ角αとは、気流の流れに沿った磁気ヘッドスライダ２６の傾斜角を言う。

フロントレール４２のスライダ幅方向両側には、下流側に伸びる一対のサイドレール６２，６４がフロントレール４２に連続して形成されている。フロントレール４２の下流側には溝６０が形成されている。溝６０の深さは概略２〜３μｍである。

従って、空気ベアリング表面４８に沿って流れる気流はフロントレール４２を通過すると同時に溝６０部分でディスク面鉛直方向に広がり、その結果溝６０部分で負圧が生成される。この負圧が前述した浮力にバランスすることによって、磁気ヘッドスライダ２６の浮上量が規定される。

フロントレール４２のステップ面５０上にはパッド６６，６８が形成されており、リアレール４６のステップ面５８上にもパッド７０が形成されている。さらに、サイドレール６２上にもパッド７２が形成されている。

この負圧磁気ヘッドスライダ２６では、大きな浮力を生むリアレール４６側に配置されるパッド７０に対して小さな浮力しか生まないリアレール４４側に配置されるパッド７２は上流側に配置されている。

このようにパッド７２を上流側にずらすことによって、磁気ディスク装置の通常動作時にパッド７２がディスク面に接触することが回避される。パッド６６，６８，７０，７２の高さは概略同一である。電磁変換素子４０及びシールド４１はＡｌ₂Ｏ₃からなる絶縁性保護膜７４中に埋め込まれている。

図４を参照すると、リアレール４４の拡大平面図が示されている。図５は図４の右側面図、図６は図４の６−６線断面図である。本実施形態の磁気ヘッドスライダ２６は、電磁変換素子４０近傍の空気流出端側に窪み（キャビティ）７６を有している。

電磁変換素子４０に通電して情報の記録を行うと、記録コイルを含む電磁変換素子４０の発熱により保護膜７４が熱膨張する。しかし、本実施形態の磁気ヘッドスライダ２６では、窪み７６が電磁変換素子４０近傍の空気流出端側に設けられているため、この窪み部分の保護膜７４が熱膨張して空気ベアリング表面５２から図６で上方に突出することが防止される。

即ち、磁気ヘッドスライダ２６が磁気ディスク媒体上を浮上している場合には、熱膨張した保護膜７４が媒体側に突出することが防止される。よって、磁気ディスク装置動作中に保護膜の突出しに起因する磁気ヘッドスライダ２６と磁気ディスクとの接触確率が減少される。

図７を参照すると、電磁変換素子４０近傍の空気流出端側に下記の式（１）で表される曲面を有する窪み７８の形成された磁気ヘッドスライダの電磁変換素子４０近傍の拡大図が示されている。

図８は図７のＡ方向からみた窪み７８の断面形状を示す図、図９は図７のＢ方向からみた窪み７８の断面形状を示す図である。

ｚ＝（ｘ²−１）（−ｙ²＋１）・・・（１）
ここで、
ｚ＝窪み深さ（空気ベアリング表面＝０）
ｘ＝幅方向の位置（電磁変換素子４０の中心＝０）
ｙ＝長手方向の位置（空気流出端＝０）
ｘ，ｙ，ｚの単位は何れも無次元である。窪み７８の幅＝２００μｍ、窪み７８の長さ＝２５μｍ、窪み７８の深さ＝３０ｎｍである。

窪み形状は、式（１）をより一般化した下記の式（２）であらわされる曲面形状であっても良い。

ｚ＝ｆ（ｘ）・ｇ（ｙ）・・・（２）
ここで、
ｚ＝窪み深さ
ｘ＝スライダ長手方向の位置
ｙ＝スライダ幅方向の位置
ｆ（ｘ）＝ａ_mｘ^m＋ａ_m−1ｘ^m−1＋・・・＋ａ₁ｘ＋ａ₀
ｇ（ｙ）＝ｂ_nｙⁿ＋ｂ_n−1ｙⁿ⁻¹＋・・・＋ｂ₁ｙ＋ｂ₀
ｍ及びｎは２以上の整数
窪み形状は、上述した式（２）において、ｆ（ｘ）及びｇ（ｙ）のうち少なくとも一方を正弦関数で置換えた式の曲面で近似される形状であっても良い。

図１０は式（２）のｆ（ｘ）及びｇ（ｙ）の両方を正弦関数で置換えた下記の式（３）で近似される窪み８０を有する電磁変換素子４０近傍の拡大図を示している。図１１は図１０のＡ方向からみた窪み８０の断面形状を示す図、図１２は図１０のＢ方向からみた窪み８０の断面形状を示す図である。

ｚ＝[ｓｉｎ｛（ｘ−０．５）π｝／２−０．５][−ｓｉｎ｛（ｙ−０．５）π｝／２＋０．５]・・・（３）
ここで、
ｚ＝窪み深さ（空気ベアリング表面＝０）
ｘ＝幅方向の位置（電磁変換素子４０の中心＝０）
ｙ＝長手方向の位置（空気流出端＝０）
ｘ，ｙ，ｚの単位は何れも無次元である。窪み８０の幅＝２００μｍ、窪み８０の長さ＝２５μｍ、窪み８０の深さ＝３０ｎｍである。

図１３はさらに他の形状の窪み８２を有するリアレール４４部分の拡大平面図であり、図１４は図１３の１４−４線断面図である。本実施形態は、電磁変換素子４０に所定の電圧を印加した際保護膜７４が熱膨張により空気ベアリング表面５２から突出する部分を研磨により除去したものである。

電磁変換素子４０への電圧印加を停止すると、保護膜７４が収縮して電磁変換素子４０近傍の空気流出端側に窪み８２が形成される。高温度下で所定の電圧を印加して、突出部分を研磨するとより有効である。

図１５は本発明の他の実施形態の磁気ヘッドスライダ２６´の平面図を示している。図１６は図１５のリアレール４４部分の拡大図である。本実施形態の磁気ヘッドスライダ２６´は、定常浮上状態の磁気ヘッドスライダ２６´において、電磁変換素子４０に所定の電圧を印加した状態で電磁変換素子４０よりも浮上が低い部分を研磨により除去して窪み８４を形成したものである。

即ち、図１７Ａに示すように、磁気ヘッドスライダ２６´の浮上状態において電磁変換素子４０に所定の電圧を印加すると、保護膜７４が熱膨張して符号８６で示すように空気ベアリング表面５２から突出する。

よって、本実施形態では突出し部分８６を含めて電磁変換素子４０よりも浮上の低い部分を除去したものである。電磁変換素子４０への電圧変化を停止すると、図１６及び図１７Ｂに示すように窪み８４が形成される。

図１８を参照すると、複数の磁気ヘッドスライダ２６が一列に並んで形成されたロウバー８８の平面図が示されている。電源９０により各磁気ヘッドスライダ２６の電磁変換素子４０に所定の電圧を印加すると、図１９に示すように電磁変換素子４０近傍の保護膜が熱膨張して符号９２で示すように空気ベアリング表面５２から上方に突出する。各電磁変換素子４０に電圧を印加した状態で突出し部分９２を研磨により除去する。突出し部分９２を研磨により除去した状態が図２０及び図２１に示されている。

各電磁変換素子４０への電圧印加を停止すると、熱膨張していた保護膜部分が収縮して図２２及び図２３に示すように各電磁変換素子４０近傍の空気流出端側に窪み９４が形成される。

その後、通常の磁気ヘッドスライダ製造プロセスが続行される。このように本実施形態ではロウバー８８の状態で各突出し部分９２を除去できるため、製造効率が良いという利点がある。

図２４は磁気ヘッドスライダ２６を浮上させた状態で電磁変換素子４０よりも浮上の低い部分を研磨により除去する実施形態を示している。ディスク９６上に複数の研磨用パッド９８が円周方向に整列して固着されている。

ディスク９６が矢印Ｒ方向に回転すると、ディスク９６の回転に伴う空気流によって磁気ヘッドスライダ２６が所定高さ浮上し、電磁変換素子４０よりも浮上の低い部分と電圧印加に伴う電磁変換素子４０近傍の突出し部分を研磨用のパッド９８で研磨除去することができる。符号１００は研磨除去部分である。

カバーを外した状態の磁気ディスク装置の斜視図である。 本発明実施形態の磁気ヘッドスライダの平面図である。 図２の３−３線断面図である。 リアレール平面図である。 図４の右側面図である。 図４の６−６線断面図である。 前記実施形態の電磁変換素子の近傍を拡大した図である。 図７のＡ方向からみた窪みの断面形状を示す図である。 図７のＢ方向からみた窪みの断面形状を示す図である。 図７に類似しているが、窪みの他の形状を示す拡大図である。 図１０のＡ方向からみた窪みの断面形状を示す図である。 図１０のＢ方向からみた窪みの断面形状を示す図である。 図４に類似しており、他の形状の窪みを有するリアレール平面図である。 図１３の１４−１４線断面図である。 本発明の他の実施形態の磁気ヘッドスライダ平面図である。 リアレール部分の拡大平面図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは窪み形成方法を説明する図である。 ロウバーの各電磁変換素子に電圧を印加した状態の平面図である。 図１８の模式的左側面図である。 ロウバーの各電磁変換素子に電圧を印加したまま突出部分を研磨した状態の平面図である。 図２０の模式的左側面図である。 ロウバーの各電磁変換素子への電圧印加を解除した状態の平面図である。 図２２の模式的左側面図である。 本発明の他の窪み形成方法を説明する模式図である。

Claims (2)

1. 空気流出端近傍に電磁変換素子を有するヘッドスライダの製造方法であって、
   前記ヘッドスライダを浮上させた状態で、前記電磁変換素子に所定の電圧を印加するステップと、
   該電磁変換素子に前記所定の電圧を印加した状態でディスク対向面から突出する部分を研磨により除去するステップと、
   を具備したことを特徴とするヘッドスライダの製造方法。
2. 空気流出端近傍に電磁変換素子を有するヘッドスライダの製造方法であって、
   研磨部材を所定の回転速度で回転させるステップと、
   該研磨部材の回転により発生する空気流により前記ヘッドスライダを浮上させるステップと、
   前記ヘッドスライダを浮上させた状態で、前記電磁変換素子に所定の電圧を印加するステップと、
   該電磁変換素子に前記所定の電圧を印加した状態で、前記研磨部材対向面から突出する部分と前記電磁変換素子よりも浮上の低い部分を前記研磨部材により研磨して除去するステップと、
   を具備したことを特徴とするヘッドスライダの製造方法。

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