(57)【要約】【課題】発熱素子の近傍の熱膨張変位を効率良く記録再生素子の部位まで伝達し、高速な変位応答の可能な熱マイクロアクチュエータを有する磁気ヘッドスライダを実現する。【解決手段】磁気ヘッドスライダは、スライダ基板４１上に形成された薄膜積層部４２に、データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子２０と、この記録再生素子２０に対してトラックの幅方向に対応する方向の両側または片側に設置された通電により発熱する発熱素子２１を有し、更に薄膜積層部４２とスライダ基板４１の間に空隙５０又は低ヤング率部材の層５００を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する磁気ディスク上に浮上して、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダであって、
データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、
該記録再生素子に対して該磁気ヘッドスライダの幅方向に配置された、通電により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、
該記録再生素子と該発熱素子の間に介在し、該発熱素子の発熱による熱膨張を伝達して、該記録再生素子の該幅方向に変位を与える熱膨張伝達部と、
該熱膨張伝達部の領域の少なくとも一部を包含する領域に形成され、該熱膨張伝達部による該幅方向の変位の拘束を制限する熱変位拘束制限部と、
を有する磁気ヘッドスライダ。
【請求項２】
前記磁気ヘッドスライダは、スライダ基板と、該スライダ基板の後端面に形成された薄膜積層部をから成り、前記熱変位拘束制限部は、該磁気ヘッドスライダの幅方向に、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子の少なくとも一部を包含して、該スライダ基板に面する該薄膜積層部に形成され、該薄膜積層部の部材よりもヤング率の低い部材から成る低ヤング率部として構成される、請求項１の磁気ヘッドスライダ。
【請求項３】
前記熱変位拘束制限部は、所定の幅、深さ、及び厚さを有する空隙である、請求項１または２に記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項４】
前記熱変位拘束制限部は、スライダの浮上面の空気軸受面を形成する領域と、該浮上面の突出を制御する突出制御用発熱素子の領域の一部には形成せず、非導電性硬質セラミックス材で充填して形成される、請求項１乃至３のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項５】
前記熱変位拘束制限部は、スライダの浮上面の近傍と、該浮上面の突出を制御する突出制御用発熱素子の領域の一部を非導電性硬質セラミックス材で充填して、該浮上面に開口しないように形成し、かつ該空隙は浮上面と反対方向へ伸び、スライダの背面から開放して形成される、請求項１乃至３のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項６】
前記空隙には、Ｔ字形状の非導電性硬質セラミックス材が充填され、該Ｔ字形状の上部はスライダの浮上面の空気軸受面を形成する、請求項３記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項７】
前記低ヤング率部は、前記スライダ基板の材料および前記薄膜積層部の材料よりヤング率が小さい部材から成る低ヤング率層により構成される、請求項２の磁気ヘッドスライダ。
【請求項８】
前記低ヤング率層を構成する部材の熱伝導率は、前記スライダ基板の材料であるAl2O3TiCより十分小さく、少なくとも前記薄膜積層部の材料であるAl2O3の熱伝導率以下である、請求項７の磁気ヘッドスライダ。
【請求項９】
前記低ヤング率層は、前記スライダ基板と前記薄膜積層部との接合面の全体に及ぶ、請求項７または８の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１０】
前記低ヤング率層は、ポリマー材により構成される、請求項７乃至９のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１１】
前記薄膜積層部において、該磁気ヘッドスライダの幅方向に、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子の少なくとも一部を包含する前記熱変位拘束制限部（第１の熱変位拘束制限部）と、該磁気ヘッドスライダの幅方向に直角な方向に伸びて配設された第２の熱変位拘束制限部を有する、請求項２乃至１０のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１２】
前記薄膜積層部において、前記第１の熱変位拘束制限部と並行に、かつ第２の熱変位拘束制限部と直角に配設された第３の熱変位拘束制限部を更に有する、請求項１１の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１３】
前記空隙は、前記薄膜積層部において、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子を包含し、かつ該発熱素子近傍にあって該空隙を埋める厚さの小さいブリッジを１または複数設けた、請求項３乃至１２のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１４】
前記空隙は、前記薄膜積層部において空気軸受面を形成する領域ないしスライダの浮上面には開口せず、スライダの背面に開口し、かつ該発熱素子の中央部に該空隙を埋める厚さの小さいブリッジを設けた、請求項３乃至１３のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１５】
前記第１乃至第３の熱変位拘束制限部は空隙によって構成され、かつ、
前記第１の熱変位拘束制限部と前記第２の熱変位拘束制限部の間、及び又は前記第２の熱変位拘束制限部と前記第２の熱変位拘束制限部の間において、該空隙を所定の部材で埋める、厚さの小さいブリッジを形成した、請求項１２の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１６】
前記薄膜積層部において、前記発熱素子（第１の発熱素子）と平行に１または複数の第２の発熱素子を設け、該第２の発熱素子が複数の場合、該第２の発熱素子は直列に結合して、同じ入力の制御電力によって駆動される、請求項１乃至１５のいずれかの項記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１７】
トラックに沿ってデータが記録される磁気ディスクと、
前記磁気ディスクを回転させるスピンドルモータと、
前記回転する磁気ディスク上に浮上し、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダであって、データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、該記録再生素子に対して該磁気ヘッドスライダの幅方向に配置された、通電により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、該記録再生素子と該発熱素子の間に介在し、該発熱素子の発熱による熱膨張を伝達して、該記録再生素子の該幅方向に変位を与える熱膨張伝達部と、該熱膨張伝達部の領域の少なくとも一部を包含する領域に形成され、該熱膨張伝達部による該幅方向の変位の拘束を制限する熱変位拘束制限部を有する磁気ヘッドスライダと、
前記発熱素子の逆特性をもつ位相進みフィルタを有し、該発熱素子を駆動制御する発熱制御回路と、
前記磁気ヘッドスライダを支持するヘッド支持部と、
前記ヘッド支持部を駆動して、前記磁気ヘッドスライダを前記磁気ディスクに対して相対移動させるボイスコイルモータと、
前記記録再生素子が読み出したデータを基に、前記トラックに対する前記記録再生素子の位置誤差を算出する算出回路と、
前記記録再生素子の位置誤差に応じて前記ヘッドアクチュエータを駆動する粗動制御回路と、
前記記録再生素子の位置誤差に応じて前記発熱素子に通電する微動制御回路と、
を備える磁気ディスク装置。
【請求項１８】
前記磁気ヘッドスライダは、該記録再生素子の両側の横方向にそれぞれ前記発熱素子を有し、
かつ前記発熱制御回路から、該記録再生素子とトラックとの位置誤差信号の正の値に比例した電力を一方の発熱素子に入力し、負の値に比例した電力を他方の発熱素子に入力して、該発熱素子の近傍の熱膨張によって該記録再生素子を変位させ、変位による位置誤差を極小にするようにフィードバック制御する、請求項１７の磁気ディスク装置。
【請求項１９】
前記磁気ヘッドスライダは、該記録再生素子の片側の横方向に第１の発熱素子および第２の発熱素子を有し、
かつ前記発熱制御回路から、該記録再生素子から離れた位置にある第２の発熱素子には位置決め中心位置に相当する直流電力を加え、該記録再生素子とトラックとの位置誤差信号の正の値に比例した電力を該第１の発熱素子に入力し、負の値に比例した電力を該第２の発熱素子に入力して、該第１及び第２の発熱素子の近傍の熱膨張によって該記録再生素子を変位させ、当該位置誤差を極小にするようにフィードバック制御する、請求項１７の磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッドスライダ及び磁気ディスク装置に係り、特に、熱膨張を利用した熱アクチュエータ構造を持つ磁気ヘッドスライダ及びそれを用いた磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヘッドスライダを磁気ディスク上に高精度で位置決めするために、磁気ヘッドスライダの近傍にマイクロアクチュエータを配置する、いわゆる２段アクチュエータが提唱されている。このマイクロアクチュエータとしては、磁気ヘッドスライダを支持するサスペンションを駆動するサスペンション駆動形、磁気ヘッドスライダだけをサスペンションに対して駆動するスライダ駆動形、およびスライダ自体にアクチュエータを搭載し磁気ヘッド部分だけを駆動する磁気ヘッド駆動形、の３種類のタイプが知られている。
【０００３】
例えば、磁気ヘッド駆動形のマイクロアクチュエータに関して、特許文献１には本出願人によって提案された、通電により発熱素子近傍の材料を熱膨張させ、この熱膨張を利用して磁気ヘッドのトラック位置決めをするヘッド位置決め熱アクチュエータを搭載した磁気ヘッドスライダが開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の磁気ヘッドスライダは、Al2O3TiC材からなるスライダ基板４１の後端に薄膜積層部４２があり、この中央部に記録再生素子２０が積層されており、また記録再生素子２０から数十ミクロン離れた横位置に発熱素子２１がある。介在部分２５は発熱素子２１近傍の熱膨張を記録再生素子２０へ伝える。これらの素子と要素は薄膜形成技術によって一体に形成されるので、介在部分はヘッドと発熱素子を除いた領域を満たしている部材と同じものであり、通常Al2O3が用いられる。
【０００５】
磁気ヘッド駆動形のマイクロアクチュエータを持つ磁気ヘッドスライダの製造において、発熱素子は、生産性の観点から、記録再生素子を製造するのと同じ薄膜形成プロセスで形成される。通常、再生素子は特殊な材料で、記録素子用コイルは銅で、また発熱素子やシールド膜はNiFe材で作られ、これら以外の部分はAl2O3が用いられる。従って、発熱素子の温度上昇と熱膨張、ならびに熱膨張がヘッドへ伝達される特性はAl2O3材のヤング率、熱伝導率、比熱、熱膨張率等の物性値に強く影響される。さらに、主としてAl2O3材で構成されている薄膜積層部４２は、Al2O3TiC（一般にアルチックと呼ぶ）材からなるヘッドスライダ基板４１の後端面に密着して積層されているので、積層部における発熱素子とスライダ本体との距離が小さい場合には、Al2O3TiC材の物理特性がヘッド位置決め熱アクチュエータの特性に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７００１４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気ヘッドスライダを構成するこれらの材料の物理特性を考慮して、入力電力に対するヘッドの変位応答をシミュレーションすると、特許文献１に記載の従来の発熱素子の構造では、許容できる50〜100 ｍWの発熱素子への入力電力で得られるヘッドの変位は4〜8 nｍとなる。これは近い将来のトラックピッチ50 nｍを精密位置決めするために必要な変位を満たしている。しかし、発熱素子へのステップ入力電力に対するヘッドの変位の時間応答は時定数にして高々0.2から0.3 ｍs程度と小さい。これは、駆動できる周波数帯域としては高々0.8 kHzでしかなく、このままでは精密位置決め用アクチュエータとしての特性を満足しないという問題がある。
【０００８】
この時定数は主として発熱素子への入力電力に対する発熱素子の近傍および伝達部の温度上昇による熱膨張の応答性で支配されている。これを高めるには、発熱素子近傍を厚さ方向にわたって一様に且つ瞬時に過熱でき、更に空気流と接近するディスク面へ熱伝導による冷却効果を高め、定常状態における温度上昇領域が発熱素子近傍のみになることが重要である。実際、シミュレーションによれば、高々スライダ空気軸受面の冷却効果は大きく、通電により温度上昇して熱膨張に寄与する領域は発熱素子の左右１０μｍ程度の領域となっている。したがって、発熱素子からそれ以上遠い部分は発熱素子近傍の熱膨張が弾性ひずみとなってヘッドへ伝達されていることが明らかになっている。
【０００９】
本発明の目的は、発熱素子の近傍の熱膨張変位を効率良く記録再生素子の部位まで伝達し、高速な変位応答の可能な、熱アクチュエータ構造をもつ磁気ヘッドスライダを提供することにある。
また、記録再生素子の変位効率を応答速度の向上に変換することによって高精度位置決めが可能な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】
【００１０】
本発明に係る磁気ヘッドスライダは、好ましくは、回転する磁気ディスク上に浮上して、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダであって、データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、該記録再生素子に対して該磁気ヘッドスライダの幅方向に配置された、通電により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、該記録再生素子と該発熱素子の間に介在し、該発熱素子の発熱による熱膨張を伝達して、該記録再生素子の該幅方向に変位を与える熱膨張伝達部と、該熱膨張伝達部の領域の少なくとも一部を包含する領域に形成され、該熱膨張伝達部による該幅方向の変位の拘束を制限する熱変位拘束制限部と、を有する磁気ヘッドスライダとして構成される。
【００１１】
好ましい例において、前記磁気ヘッドスライダは、スライダ基板と、該スライダ基板の後端面に形成された薄膜積層部をから成り、前記熱変位拘束制限部は、該磁気ヘッドスライダの幅方向に、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子の少なくとも一部を包含して、該スライダ基板に面する該薄膜積層部に形成され、該薄膜積層部の部材よりもヤング率の低い部材から成る低ヤング率部として構成される。
また好ましくは、前記熱変位拘束制限部は、所定の幅、深さ、及び厚さを有する空隙である。
また好ましくは、前記熱変位拘束制限部は、スライダの浮上面の空気軸受面を形成する領域と、該浮上面の突出を制御する突出制御用発熱素子の領域の一部には形成せず、非導電性硬質セラミックス材で充填して形成される。
また好ましくは、前記熱変位拘束制限部は、スライダの浮上面の近傍と、該浮上面の突出を制御する突出制御用発熱素子の領域の一部を非導電性硬質セラミックス材で充填して、該浮上面に開口しないように形成し、かつ該空隙は浮上面と反対方向へ伸び、スライダの背面から開放して形成される。
また好ましくは、前記空隙には、Ｔ字形状の非導電性硬質セラミックス材が充填され、該Ｔ字形状の上部はスライダの浮上面の空気軸受面を形成する。
また好ましくは、前記低ヤング率部は、前記スライダ基板の材料および前記薄膜積層部の材料よりヤング率が小さい部材から成る低ヤング率層により構成される。
また好ましくは、前記低ヤング率層を構成する部材の熱伝導率は、前記スライダ基板の材料であるAl2O3TiCより十分小さく、少なくとも前記薄膜積層部の材料であるAl2O3の熱伝導率以下として構成される。
また好ましくは、前記低ヤング率層は、前記スライダ基板と前記薄膜積層部との接合面の全体に及ぶように構成される。
好ましくは、前記低ヤング率層は、ポリマー材により構成される。
【００１２】
好ましい例において、前記薄膜積層部において、該磁気ヘッドスライダの幅方向に、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子の少なくとも一部を包含する前記熱変位拘束制限部（第１の熱変位拘束制限部）と、該磁気ヘッドスライダの幅方向に直角な方向に伸びて配設された第２の熱変位拘束制限部を有するように構成される。
また好ましくは、前記薄膜積層部において、前記第１の熱変位拘束制限部と並行に、かつ第２の熱変位拘束制限部と直角に配設された第３の熱変位拘束制限部を更に有する。
また好ましくは、前記空隙は、前記薄膜積層部において、前記記録再生素子、前記熱膨張伝達部、及び前記発熱素子を包含し、かつ該発熱素子近傍にあって該空隙を埋める厚さの小さいブリッジを１または複数設けて構成される。
また好ましくは、前記空隙は、前記薄膜積層部において空気軸受面を形成する領域ないしスライダの浮上面には開口せず、スライダの背面に開口し、かつ該発熱素子の中央部に該空隙を埋める厚さの小さいブリッジを設けて構成される。
また好ましくは、前記第１乃至第３の熱変位拘束制限部は空隙によって構成され、かつ、前記第１の熱変位拘束制限部と前記第２の熱変位拘束制限部の間、及び又は前記第２の熱変位拘束制限部と前記第２の熱変位拘束制限部の間において、該空隙を所定の部材で埋める、厚さの小さいブリッジを形成するように構成される。
また好ましくは、前記薄膜積層部において、前記発熱素子（第１の発熱素子）と平行に１または複数の第２の発熱素子を設け、該第２の発熱素子が複数の場合、該第２の発熱素子は直列に結合して、同じ入力の制御電力によって駆動される。
【００１３】
本発明に係る磁気ディスク装置は、好ましくは、トラックに沿ってデータが記録される磁気ディスクと、前記磁気ディスクを回転させるスピンドルモータと、前記回転する磁気ディスク上に浮上し、データの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダであって、データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、該記録再生素子に対して該磁気ヘッドスライダの幅方向に配置された、通電により発熱する少なくとも１つの発熱素子と、該記録再生素子と該発熱素子の間に介在し、該発熱素子の発熱による熱膨張を伝達して、該記録再生素子の該幅方向に変位を与える熱膨張伝達部と、該熱膨張伝達部の領域の少なくとも一部を包含する領域に形成され、該熱膨張伝達部による該幅方向の変位の拘束を制限する熱変位拘束制限部を有する磁気ヘッドスライダと、前記発熱素子の逆特性をもつ位相進みフィルタを有し、該発熱素子を駆動制御する発熱制御回路と、前記磁気ヘッドスライダを支持するヘッド支持部と、前記ヘッド支持部を駆動して、前記磁気ヘッドスライダを前記磁気ディスクに対して相対移動させるボイスコイルモータと、前記記録再生素子が読み出したデータを基に、前記トラックに対する前記記録再生素子の位置誤差を算出する算出回路と、前記記録再生素子の位置誤差に応じて前記ヘッドアクチュエータを駆動する粗動制御回路と、前記記録再生素子の位置誤差に応じて前記発熱素子に通電する微動制御回路と、を備える磁気ディスク装置として構成される。
【００１４】
好ましい例において、前記磁気ヘッドスライダは、該記録再生素子の両側の横方向にそれぞれ前記発熱素子を有し、かつ前記発熱制御回路から、該記録再生素子とトラックとの位置誤差信号の正の値に比例した電力を一方の発熱素子に入力し、負に値に比例した電力を他方の発熱素子に入力して、該発熱素子の近傍の熱膨張によって該記録再生素子を変位させ、変位による位置誤差を極小にするようにフィードバック制御するように構成される。
また好ましくは、前記磁気ヘッドスライダは、該記録再生素子の片側の横方向に第１の発熱素子および第２の発熱素子を有し、かつ前記発熱制御回路から、該記録再生素子から離れた位置にある第２の発熱素子には位置決め中心位置に相当する直流電力を加え、該記録再生素子とトラックとの位置誤差信号の正の値に比例した電力を第１の発熱素子に入力し、負に値に比例した電力を第２の発熱素子に入力して、該第１及び第２の発熱素子の近傍の熱膨張によって該記録再生素子を変位させ、当該位置誤差を極小にするようにフィードバック制御するように構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発熱素子の近傍の部材を効率よく熱膨張させて、発熱素子の熱膨張を記録再生素子へ効率よく伝達することができる。これにより、微小な電力で記録トラックへの追従位置決めに必要な記録再生素子変位を生じさせることが可能である。好ましい例によれば、発熱素子の逆特性をもつ位相進み補償器を用いて、発熱素子の時間応答の遅れを補償することにより、許容される温度上昇の範囲内で、記録再生素子をトラックの幅方向に対応する方向（磁気ヘッドスライダの幅方向）に高速・高精度に変位させることができるので、よく知られた比例・積分制御等と用いることにより、記録再生素子のトラックへの高帯域・高精度かつ簡易な位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図２】一実施形態による磁気ヘッドスライダの斜視図。
【図３】磁気ヘッドスライダが搭載される磁気ディスク装置の斜視図。
【図４】一実施形態による磁気ヘッドスライダの製造方法の工程を示す図。
【図５】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの製造方法の工程を示す図。
【図６】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの製造方法の工程を示す図。
【図７】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図８】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図９】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１０】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１１】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１２】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１３】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１４】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１５】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１６】一実施形態による磁気ディスク装置のトラック位置決め制御ブロックを示す図。
【図１７】一実施形態による位相進みフィルタと熱アクチュエータの伝達特性を示すブロック図。
【図１８】一実施形態による熱アクチュエータ自体、位相進みフィルタ、位相進みフィルタで補償した熱アクチュエータの入出力特性を示す図。
【図１９】補償フィルタにステップ入力したときの熱アクチュエータの入力電力と出力変位の時間応答特性を示す図。
【図２０】熱アクチュエータのトラック追従フィードバック制御の構成を示す図。
【図２１】熱アクチュエータの比例・積分制御による目標値特性と位置誤差特性を示す図。
【図２２】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図２３】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【図２４】他の実施形態による磁気ヘッドスライダの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
[磁気ディスク装置の構成]
図３は、本発明による磁気ヘッドスライダが適用される磁気ディスク装置の構成例を示す。（カバーの図示は省略されている）。磁気ディスク装置１は、筐体（ＤＥ：Disk Enclosure）１０内に、磁気ディスク２及びヘッド支持部６などの構成部位を収納している。磁気ディスク２は、ディスクアクチュエータとしてのスピンドルモータ３に取り付けられている。磁気ディスク２には、同心円状に複数のトラックが形成されており、各トラックには、所定の周期でサーボデータが書き込まれている。サーボデータはアドレスデータ及びバースト信号を含む。
【００１８】
ヘッド支持部６は、磁気ディスク２の隣に支承され、その先端部には磁気ヘッドスライダ４が固定されている。磁気ヘッドスライダ４は、回転する磁気ディスク２上に近接して浮上し、データの書き込み及び読み出しを行う。他方、ヘッド支持部６の後端部には、ヘッドアクチュエータとしてのボイスコイルモータ７が取り付けられている。ボイスコイルモータ７は、ヘッド支持部６を揺動駆動し、磁気ヘッドスライダ４を磁気ディスク２の略半径方向に移動させる。これら磁気ヘッドスライダ４及びボイスコイルモータ７は、ヘッド支持部６に取り付けられたＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）８を介して、筐体１０の裏側に設けられた回路基板（図示せず）に電気的に接続されている。
【００１９】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造]（実施例１）
図１は、一実施形態による熱アクチュエータ構造を持つ磁気ヘッドスライダの部分的な構成を示す。また、図２に磁気ヘッドスライダの全体の斜視図を示す。
磁気ヘッドスライダ４は、スライダ基板４１と、その上に薄膜形成プロセスで形成される薄膜積層部４２を備えて構成される。薄膜積層部４２には、磁気ディスクのデータを読み書きする記録再生素子（磁気ヘッド又は磁気変換器ということもある）２０と、発熱素子２１a、２１b（総じて２１ということがある）と、発熱素子２３と、発熱素子２１による熱膨張を伝達する熱膨張伝達部２５a、２５b（総じて２５ということがある）と、境界４１bに近接した位置に形成された所定の深さの空隙５０が設けられる。熱膨張伝達部２５は、発熱素子２１の近傍の熱膨張を伝達して、記録再生素子２０を横方向（±ｙ方向）へ移動させて位置決めを行う。また発熱素子２３はその近傍の熱膨張により、記録再生素子２０を磁気ヘッドスライダ４の浮上面から磁気ディスク面方向（ｚ方向）へ突出させる。２６a、２６bは発熱素子２１a、２１ｂの外側部分である。ここで、横方向とは、所定の幅及び長さを有する磁気ヘッドスライダの幅方向を意味し、磁気ディスクとの関係で言えば、磁気ディスクのトラック幅方向を意味する。
【００２０】
磁気ヘッドスライダ４のスライダの浮上面４３には、空気軸受面４４、溝面（浅溝、深溝を含む）４５が形成されている。ここで、４６は空気軸受面と溝面との段差境界線、４１ｂは薄膜積層部４２とスライダ基板４１の積層部境界、４７はスライダ基板の前側を切断した切断線、４８はヘッドスライダの中央線（ｘ軸に一致）を示す。
なお、記録再生素子２０、発熱素子２１、ヘッド突出用の発熱素子２３は浮上面ではなく、ヘッドスライダ内部に形成されているが、ここでは理解しやすいように浮上面に投影して示している。
【００２１】
説明の便宜上、図１において（以降の図面も同様）、積層部境界線４１ｂと中央線４８との交点で、ヘッドスライダ浮上面の空気軸受面上に直交座標系の原点をとり、ヘッドスライダの後方へｘ座標軸、発熱素子２１a側へｙ座標軸、また浮上面からヘッドスライダの内部の方向へｚ座標軸をそれぞれ設定する。薄膜積層部４２のｘ方向の厚さは高々６０μｍ程度であり、一方ヘッドスライダのｙ方向の幅は７００μｍぐらいあるから、スライダ長手方向（ｘ方向）をかなり拡大して示していることに注意されたい。
【００２２】
ｘ軸は磁気ディスク２に形成されたトラックの伸長方向に対応し、ｙ軸は磁気ディスクのトラックの幅方向に対応する。磁気ヘッドスライダ４は、スライダ基板４１の中央部（切断線４７より−ｘ側にありここでは図示されていない）が、ヘッド支持部の先端のサスペンションに接着固定される。ここで、発熱素子２１aに通電して加熱すると、発熱素子２１aの近傍の部材が熱膨張し、この熱膨張が記録再生素子２０を−y方向へ変位させる。この変位はスライダ基板の中央部ではほとんど零で、薄膜積層部の後端に近い部分で最大となる。したがって発熱素子２１aへの通電により、記録再生素子をスライダ基板、すなわちヘッド支持部に対して−y方向に変位させることができる。また発熱素子２１bに通電すると、同様のメカニズムで記録再生素子は＋ｙ方向に変位する。この変位動作を用いて記録再生素子を±ｙ方向へ変位させることで、記録トラックに精密に位置決めすることができる。
【００２３】
発熱素子の入力電力に対するヘッドの変位出力の特性は、まず発熱素子の位置に影響される。発熱素子２１aの端のｘ方向の距離をLx、ｙ方向の距離をLy、−z方向の距離（浮上
面から薄膜積層部内部への深さ）をLzとすれば、Ly= ３５〜７０μｍ、Ｌｘ＝３〜３０μｍ、Ｌｚ＝２０〜４０μｍ程度がよいことがシミュレーションにより分かっている。ちなみに、Lx=３．７μｍ、Ｌｙ＝４０μｍ、Ｌｚ＝３０μｍの場合、ヘッドの変位は50ｍW入力に対して定常状態で５nｍ程度得られる。
【００２４】
他方の発熱素子２３に通電すると、その近傍がｙ方向に熱膨張すると同時に、z方向にも熱膨張して、記録再生素子面が突出する。これにより磁気ヘッドは記録再生時に記録媒体面に接近し、記録再生効率を高めることができるので、高密度記録が可能となる。一方、ヘッド位置決め用発熱素子２１の近傍の浮上面もｚ方向に膨張する。しかし発熱素子２１近傍の浮上面の突出によって空気軸受面が変化し、磁気ヘッドスライダの浮上特性に影響してはならない。このため、ヘッド位置決め熱アクチュエータ用発熱素子２１のｘｙ平面内の位置は、空気軸受面４４の領域にはなく、溝面４５の領域にあるように設計されている。この溝面の空気軸受面からの段差は少なくとも１０nｍ以上ある。
【００２５】
また、発熱素子２１の通電による浮上面の突出の裾野は数十μｍに及ぶので、ヘッド位置の表面の高さも上昇する。一方、記録再生素子２０は発熱素子２３によって、記録再生動作時にその表面を突出させ、磁気ディスク面に浮上中のヘッドと磁気ディスク面のすきまを小さくするようになっている。したがって、ヘッド位置決め用発熱素子によって変化するヘッドの表面の高さは、少なくともヘッド突出用の発熱素子２３によって生じる記録再生素子の表面の突出量よりも小さくなければならない。発熱素子２１のスライダ中央線から少なくとも３５μｍ以上離れているのはこのためである。
【００２６】
上記の説明から理解されるように、発熱素子２１、記録再生素子２０、および熱膨張伝達部２５の領域を含む熱アクチュエータ部は、スライダ基板４１の積層部境界４１bの面に密着して薄膜形成プロセスで製造され、熱アクチュエータ部はスライダ基板と一体になっている。このため、空隙５０の無い従来の磁気ヘッドスライダ（特許文献１に記載）は、熱アクチュエータのｙ方向変位が強く拘束されていた。
【００２７】
しかし、本発明による磁気ヘッドスライダ４は、積層部境界４１bに接近した位置に設けられた空隙５０によってｙ方向の拘束を制限或いは除去することができ、変位効率をより一層高めることができる。この空隙５０は、薄い厚さで所定の深さの四辺形状を成す穴（ギャップといってもよい）である。
【００２８】
空隙５０は、ｘ方向の厚さが２〜５μｍ程度以下で、好ましくは浮上面に開口し、ｚ方向の深さは４０μｍ以上で、できれば１２０μｍ程度まで及んでいることが望ましい。また、ｙ方向の長さは、少なくとも記録再生素子２０と発熱素子２１a、２１ｂとを含む。記録再生素子の変位効率を高めるためには、空隙は発熱素子を５μｍ程度超えた領域まで及ぶことが望ましい。これは発熱素子による温度上昇領域が発熱素子の外側５μｍ程度まで達し、この領域の素材が熱膨張するから、この熱膨張を拘束しないようにするためである。シミュレーションによれば、空隙のｙ方向長さが発熱素子外側端より５μｍ長くした場合で、ｚ方向深さをSz= ４０，６０,８０,１１２μｍのとき、定常状態における記録再生素子の最大変位ないし変位効率は、空隙のない従来の磁気ヘッドスライダ（特許文献１に記載）に比べて、それぞれ２．８倍、４．９倍、５．５倍、７．６倍が得られた。
【００２９】
なお、空隙５０に限らず、他の例によれば、この空隙５０をヤング率の小さい材料（例えばレジン等のポリマー材）により形成した層（低ヤング率層）でもよい。ここで、空隙や低ヤング率層を総じて低ヤング率部、或いは発熱素子による熱拘束を制限する観点から熱変位拘束制限部若しくは熱変位拘束解放部ということができる。空隙５０はヤング率を零に等しくすることができるので、機能的には最も望ましい。空気の熱伝導率は、スライダ基板４１の材料であるAl2O3TiCの約1/1000、Al2O3の約１/５０でしかないので、発熱素子２１の熱がAl2O3TiCに流出するのを遮断し、発熱素子近傍の温度上昇を増大させ、入力電力に対する熱膨張の効率を高める作用効果がある。
【００３０】
一方、空隙５０ないし低ヤング率層（低ヤング率部５という）は薄膜積層部の浮上面方向の拘束も減少させるので、発熱素子近傍の浮上面の熱膨張突出量も増大させる。よって熱アクチュエータによる記録再生素子の近傍の浮上面突出を抑制したい場合には、低ヤング率部５の長さは発熱素子の外側へは拡大させず、むしろ発熱素子の中央付近にとどめるのがよい。また発熱素子の記録再生素子側の端でとどめる設計も推奨できる。この場合でも、熱膨張伝達部２５と記録再生素子２３の領域は拘束されていないので、従来の磁気ヘッドスライダに対して記録再生素子の変位効率をかなり高めることができる。熱アクチュエータの発熱素子による記録再生素子位置の浮上面突出は空気軸受面の設計条件で変化するので、本発明の低ヤング率部５のｙ方向長さは図１に示した場合に限定されない。
【００３１】
[磁気ヘッドスライダの製造プロセス]（実施例２）
図４を参照して、空隙５０を備える磁気ヘッドスライダの製造方法について説明する。
空隙５０は、スライダ基板４１上に記録再生素子２０及び発熱素子２３を含む薄膜積層部４２が薄膜形成プロセスによって形成される過程において形成される。
まず、（a）に示すように、Al2O3TiC材からなるスライダ基板４１の境界面４１ｂ上にアルミナAl2O3の膜５１を形成する。この膜５１の厚さは任意で０．１〜１．０μｍ程度である。次に、（ｂ）に示すように、膜５１の上にアルミナアルカリ溶液で溶かすことができる金属、たとえば銅（Cu）５０aとアルミナ５０ｂを形成する。なおここで、銅とアルミナの層の厚さは同じであり、銅は所望の空隙に等しい幅寸法と深さをもつ領域にあり、アルミナはそれ以外の領域でスライダ基板の境界面４１bと同じ面積を覆っている。銅層の深さ（紙面からの深さ）は４０〜１２０μｍ程度である。また、横方向の幅は、最大で発熱素子を含み更に５μｍ程度外側に出る程度で、最小は発熱素子のヘッド側の位置程度である。図４では発熱素子の外側位置にほぼ等しい場合を示している。この層の厚さは0.１〜３μｍである。銅層５０aとアルミナ層５０ｂは異なるプロセスで形成されるので、それらの厚さは必ずしも一致しない。しかし継続する形成プロセスのために両者の厚さは同一にする必要があるので、必要ならば形成後平面になるように加工する。
【００３２】
次に、（ｃ）に示すように、薄膜プロセスによって、記録再生素子２０、ヘッド位置決め用発熱素子２１a、２１b、ヘッド突出用発熱素子２３を含む薄膜積層部４２を形成する。これらの要素を含む薄膜積層部４２の形成は、既に知られた材料及び工程を用いることにより実現できる。次に、（ｄ）に示すように、磁気ヘッドスライダ４の浮上面に空気軸受面４４と溝面４５a、４５bを形成する。４６が空気軸受面の境界線である。この空気軸受面の形状はヘッド位置決め用発熱素子が溝面にあることを条件にして既存のシミュレーション技術により設計することができる。この溝面の加工はエッチング技術で溝面のスライダ部材を除去することによって成される。続いて、（e）に示すように、スライダ部材をアルカリ溶液に浸すことによって、銅層５０aを除去し、空隙５０を形成する。銅５０aを除去する過程と空気軸受面を形成する過程の順序は逆でもよい。除去する銅の深さは１００μｍを超えても溶融除去することができる。
なお、図４に示す、空隙５０の長さが発熱素子の外側位置まで伸びている場合には、空気軸受面がこの空隙で切断されているので、発生する圧力の終端が空隙５０の位置になる。よって空気軸受面形状はこれを考慮して設計される。
【００３３】
図５は、上記実施形態の変形例を示す。この例は、空隙５０の幅を短くし、空気軸受面４４内に納まるように形成したものである。なお、空隙５０の形成法は図４の工程に示したものと同様である。この例の場合、空隙５０により空気軸受圧力が大気に抜けないので、ヘッドスライダの後端まで高い圧力を発生でき、記録再生素子の周辺の空気膜剛性高めることができるだけでなく、空気軸受に減衰を高める効果をもたせることができる。図５に示した幅の小さい空隙５０の場合、ヘッド横変位効率は下がるが、空隙が無く減衰を高める溝と考えて空気軸受面を設計することができるという利点がある。
【００３４】
また、空隙５０を形成する方法の変形例も考えられる。例えば、薄膜積層部４２を形成する薄膜形成プロセスではなく、発熱素子を含めて薄膜積層部を形成した後に、磁気ヘッドスライダの浮上面をエッチング加工する前または後に、浮上面側から研削加工またはレーザービーム加工により溝を形成することにより、空隙５０を形成することができる。研削加工は、例えばシリコンウエハなどを切断するダイシングソーを用いて実現できる。この場合、回転研削ソーその厚さの最小値は２５μｍである。
【００３５】
図６（a）はダイシングソーを用いて溝５０´を加工する例である。スライダ浮上面４３から研削加工する場合には、加工ストレスが記録再生素子２０に影響しないように、スライダ基板４１の境界４１bよりAl2O3TiC材側に少なくとも数μｍ入った位置に溝５０´を形成する。厚さが２５μｍのダイシングソーで加工すると振動のため溝の幅は最大４０ｍｍ程度になる。図４の例と同様に、溝５０´の幅を考慮した空気軸受面の設計が必要であるが、この例でも、十分所望の追従機能を有する浮上面を形成することができる。また溝の深さも８０μｍ程度まで可能である。またダイシングソーで溝５０´を加工する場合には、通常、スライダ基板上に形成された多数の磁気ヘッドスライダをそれぞれ切り離さないブロックの状態で加工するので、スライダ面の横方向に貫通した溝が形成される。この場合でも上述の原理によって、熱アクチュエータ部のスライダ基板からの機械的拘束と熱遮断効果を期待することができ、熱アクチュエータの変位効率を増大させることができる。本発明は空隙加工技術の制約から生じるこのような変形例も含む。
また加工溝５０の溝部４５の空気軸受機能に及ぼす影響は無視できるほど小さいので、空気軸受面の設計は図４の場合と同じである。
【００３６】
図６（ｂ）は、スライダの浮上面４３からレーザービーム加工を用いて、溝を形成する例である。この場合にも、図５の例と同様に、溝５０´を空気軸受面４４内に留まるように形成できる。また、レーザービームの照射する位置を変更し調整することで、溝５０´の幅を任意に選択、調整することができる。
【００３７】
[低ヤング率材を用いた例]（実施例３）
例えば、図４〜図６の例に従って、レーザービーム加工によって形成された溝５０´に、ヤング率の小さい材料（例えばレジン等のポリマー材）を充填して、低ヤング率層５００を形成することも可能である。ポリマー材はAl2O3TiC材に比べてヤング率が約1/100、Al2O3材に比べて約1/50なので、その厚さが3μｍ程度あれば溝が無くAl2O3が充填された磁気ヘッドスライダに比べて、変位効率は２．２倍程度が得られ、厚さがその１０倍大きいときは更に変位効率は大きくなる。この場合、空隙５０の幅を長くしても、空隙の空気軸受による浮上特性への影響を除去することができる。
【００３８】
[溝５０´の変形例]（実施例４−１）
スライダ基板４１の境界４１ｂ近傍の薄膜積層部４２に形成する空隙５０について、幾つかの変形例があげられる。例えば、空隙５０は浮上面に開口せず、浮上面４３の数μｍをAl2O3で充填することも考えられる。ただしこの場合には、熱アクチュエータの変位に対するAl2O3の力学的拘束が強くなるので、熱アクチュエータの変位効率は低下する。例えば、空隙の深さがＳz=１１２ｍｍの場合でも、浮上面からｚ方向に１０μｍの厚さだけ空隙がなくAl2O3材で満たされていると、変位効率は２．６倍にしかならない。しかし、発熱素子の近傍の熱膨張による浮上面への突出量も抑圧できる。
この場合でも上述の原理によって、熱アクチュエータ部のスライダ基板４１からの機械的拘束と熱遮断効果を期待することができ、熱アクチュエータの変位効率を増大させることができる。本発明は空隙５０の加工技術の制約から生じるこのような変形例を含む。
【００３９】
浮上面に空隙の開口を形成しない場合には、熱アクチュエータの変位効率は低下するが、従来の空気軸受面の設計条件を変更する必要がなく、スライダ浮上特性および潤滑剤との整合性がよいという利点がある。このため、熱アクチュエータによるヘッドの横変位効率を極力低下させずに浮上面に溝を形成しない例として、幾つかの実施例が考えられる。
【００４０】
[空隙５０の変形例]（実施例４−２）
図２２は、ヘッド近傍の空気軸受面には空隙を開口せず、溝領域のみに浮上面に空隙の開口を形成した構造をもつ実施例で、空隙５０が形成されているｙｚ断面を示す。４２は薄膜積層部の断面で、普通アルミナAl2O3材から成る。浮上面の突出制御（ＴＦＣ）用発熱素子２３とヘッド位置決め用発熱素子２１a，２１bはこの空隙の断面内にはないので破線で示している。この実施例の特徴は、空隙の中央部がＴ字形状のアルミナ材等の非導電性硬質セラミックス材で充填され、空隙がＴ字形の遮蔽ブリッジ５３を持つことである。Ｔ字形の遮蔽ブリッジはｙ方向に長く伸び、ｚ方向の厚さが小さい５３a部分と、その中央部に−ｚ方向に長く伸びた５３ｂ部分から成る。５３a部分はその上面が空気軸受面４４となっており、よってそのｙ方向長さは空気軸受の幅より若干大きくなっている。ブリッジ５３aのｚ方向の厚さは、発熱素子によるヘッドのｙ方向変位を拘束しないようにできるだけ小さい方がよく、２〜５μm程度が望ましい。一方、中央部のブリッジ５３ｂは、主としてヘッド面を浮上面方向に熱膨張させる発熱素子２３から発生する熱をスライダ基板側に伝導させて冷却効果を高め、記録再生素子の温度上昇を抑圧し、発熱素子２３によるヘッド浮上すきま制御の応答性を高めるためである。このため、−ｚ方向の長さはTFC用発熱素子の下の位置近傍まで伸びている。しかし、ｙ方向の幅を発熱素子２３と同じ幅以上にすると記録再生素子の横変位の拘束効果が強くなりすぎるので、ＴＦＣ発熱素子の幅より小さくすることが望ましい。数値計算シミュレーションによれば、発熱素子２１aによる記録再生素子のｙ方向変位効率を空隙のない場合の２倍以上に高めることができる。なお、Ｔ字形ブリッジは、上に述べた薄膜積層プロセスにおいて、薄膜積層部４２の部分にアルミナを形成する際に中央部にもアルミナを形成することにより容易に加工できることは明らかである。
また、ブリッジ５３ｂは薄膜積層部とスライダ基板との結合強度を高める機能を持つ。この機能を高めるためには、図２２に示すＴ字形中央部を更に細い幅で−ｚ方向に延長させてアルミナ材と連結させ、空隙５０が２つの領域になるようにすればよい。この場合、図２２の下端中央部から伸びたブリッジの幅は、熱アクチュエータによるヘッドの横変位を拘束しないように極力狭く、例えば２〜３μｍ程度以下が望ましい。
【００４１】
[空隙５０の変形例]（実施例４−３）
図２３は、図２２の実施例４−１に対して，アルミナ材等によるブリッジ５３ｃを更に設けて、空隙５０の浅溝面への開口をなくした遮蔽ブリッジの例である。実施例４−１において、浮上面からｚ方向に10 μmの厚をもつ遮蔽ブリッジをｙ方向に設けた例について述べたが、この実施例４−３は、空気軸受面設計条件と、ＴＦＣ用発熱素子２３の軸受面突出制御と記録再生素子の温度上昇に悪影響を与えないという条件を満たし、しかも発熱素子による記録再生素子の横変位量を大きくできる、浮上面に開口しない空隙構造を持つ例である。この例によれば、空隙５０が浮上面の浅溝面にも開口していないので、ヘッドスライダに付着した潤滑剤が空隙に入り込んで残留する恐れがないという利点がある。
【００４２】
図２３に示す実施例４−３は、図２２の実施例４−２に比べて、浮上面と反対側のスライダ背面方向に伸びた２本の空隙５０ｄが設けてある。これは、薄膜積層時に空隙部に形成した銅を、全薄膜積層部を形成した後に溶解除去するための溶剤流入路であり、また溶解した銅を排出する排出路でもある。実施例４−２では、溶剤を空気軸受面から注入したが、実施例４−３では、スライダ背面から溶剤を注入することができるので、記録再生素子部を溶剤で腐食させないようにするための遮蔽処理が容易になる。発熱素子２１a、２１bによる記録再生素子の変位効率を極力低下させないため、ブリッジ５３cのｚ方向の厚さは小さい方が望ましく、加工条件から０．５〜２μm程度が望ましい。発明者が行った数値シミュレーションによれば、空隙のｘ方向厚さが１μｍの場合、ブリッジ５３a、５３b、５３cのｚ方向長さがそれぞれ３μm、２５μm、１μmで、５３a，５３b，５３ｃのｙ方向の幅がそれぞれ６５μm、１８μm、１９４μmの場合、空隙がない場合の変位効率の約２倍の変位効率が得られた。
【００４３】
中央部にＴ字形ブリッジを持つ実施例４−２、及び更に溝領域にも浅い遮蔽ブリッジを設けることにより浮上面にスリットを開口しない実施例４−３の場合には、開口構造に比べて熱アクチュエータによるヘッドの横変位効率がやや低下し、発熱素子２１a、２１ｂの加熱時における浮上面の突出によるヘッド近傍の突出効果が大きくなる。またヘッド突出用発熱素子２３によるヘッド部の突出量が中央部のＴ字形ブリッジにより抑圧され、しかもこの突出効果が遠くまで及ぶようになるので、空気軸受面のｚ方向突出量の最大位置がヘッド近傍からずれ、加熱素子側の軸受面の縁近傍となる場合が生じるおそれがある。これを防ぐには、発熱素子２１a、２１ｂのヘッド中央部からの距離Ｌｙを大きく、例えば８０μm〜１５０μm程度まで大きくすることが望ましい。これにより、発熱素子２１によるヘッド近傍のｚ方向突出量を発熱素子２３による突出量の数分の１まで小さくすることができる。浮上面の突出によるヘッド浮上すきま変動はヘッド近傍の軸受面の突出量よりさらに小さくなるので、ヘッド位置決め用熱アクチュエータの制御動作が発熱素子２３による浮上量制御と干渉しないようにすることができる。
Ｌｙを大きくすると、発熱素子２１によるヘッドのｙ方向変位効率を高める効果があるが、更にヘッドの変位効率を高めるには空隙５０のｘ方向厚さを大きくすればよい。上記したヘッド変位効率の例は全て空隙５０の厚さが１μmの場合であるが、この空隙５０の厚さを２μmとすれば、約１．５倍の変位効率が得られる。
【００４４】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例５）
上記実施例１による磁気ヘッドスライダは、図１及び図２に示すように、記録再生素子２０の両側に発熱素子が配置された両側熱駆動形マイクロアクチュエータに適用される。両側駆動形熱アクチュエータの場合、バイアス電力は不要で、それぞれの発熱素子に電力を入力させることにより、ヘッドを発熱素子と反対方向に変位させる。この場合発熱素子には、制御すべき高周波の周波数帯域の成分のみを入れることができるので、発熱素子によるスライダ浮上面への熱膨張を抑圧することができる。
他の例によれば、記録再生素子２０の片側のみに発熱素子２１aを配置した片側駆動形の熱アクチュエータ部を持つ磁気ヘッドスライダにも適用できる。即ち、片側の発熱素子２１aを包含するように、溝５０´或いは低ヤング率層５００を形成することができる。片側駆動形熱アクチュエータは、記録再生素子を変位させる中間位置にまで変位させるバイアス電力が必要であり、そこから電力を増減させてヘッドを中間位置の前後に精密位置決めする。
【００４５】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例６）
図７は、ヤング率の小さい材料から成る低ヤング率層５００を、スライダ本体と薄膜形成層の境界４１bの全面に形成された磁気ヘッドスライダの例である。例えば、レジン等のポリマー材から成る低ヤング率層５００の厚さをそれぞれ１、３、１０μｍと形成すると、熱アクチュエータの変位効率は、それぞれ、１．５倍、２．３倍、３．１倍に改善される。この場合、発熱素子のｘ方向距離はLx= ３．７μｍで、発熱素子はスライダ基板の境界にかなり近いので、低ヤング率層５００が無ければ、発熱素子の近傍の熱膨張と熱アクチュエータの変位に対するスライダ基板の拘束はかなり強いと予想される。また、Al2O3TiC材の熱伝導率はAl2O3材の２０倍なので、熱伝導率がAl2O3の１/２の低ヤング率層５００が境界にあれば、温度上昇による熱膨張効率の向上も変位効率増加に寄与する。
【００４６】
上記のLx= ３．７μｍの場合には、スライダ基板の拘束を緩和するために、Al2O3TiC材に対して厚さ２２μｍのAl2O3層を５０に介在させると、変位効率は３．１倍に増大した。これは、Al2O3材のヤング率がAl2O3TiCに対して約1/2で、更に熱伝導率が1/20であるために、発熱素子の近傍の温度上昇を高め熱膨張を増加させ、且つ熱アクチュエータの力学的拘束を緩和させて変位効率を高めたと考えられる。これは、Lx= ２５．７μｍの場合に相当し、新たな材料層を加えたとはいえないが、Al2O3TiCの材料に比べてヤング率が小さく熱伝導率も小さい材料の層を入れた意味で、本実施例６の範囲と考えることができる。
【００４７】
本実施例６は、要するに、一般にスライダ基板４１よりヤング率が小さく、少なくともAl2O3材のヤング率以下で、またできれば熱伝導率もスライダ基板より小さく、少なくともAl2O3材の熱伝導率以下の材料をスライダ基板との境界全面に形成した磁気ヘッドスライダであるといえる。
【００４８】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例７）
図８は、ヘッド位置決め熱アクチュエータ用発熱素子２１が片側に１つ設けられた磁気ヘッドスライダの例を示す。
この例は、片側駆動形の熱アクチュエータ部を持つ磁気ヘッドスライダにおいて、スライダの幅方向に形成された空隙５０１と、記録再生素子２１の左側に薄膜積層部４２の厚さ方向の全域に亘って形成された空隙５０２を備えたものである。空隙５０１と５０２は直角の交点で連結された、Ｌ字形状となっている。実施例１と同様に、空隙５０１、５０２は浮上面に開口している。その深さは任意であるが、少なくとも浮上面から４０μｍ以上で１２０μｍ以下が望ましい。
【００４９】
図示の例では、空隙５０１のｙ方向長さはｘ軸に関してほぼ対称になっているが、発熱素子２１と反対側の領域２７のｙ方向長さは任意であり、より小さい方が望ましい。磁気ヘッドスライダは、薄膜積層部４２の後端面４２bに、記録再生素子２０、ヘッド位置決め熱アクチュエータ用発熱素子２１および記録再生素子突出用発熱素子３１に通電するための端子を配置し、薄膜積層部４２の内部にはこのためのリード線が薄膜形成されている。よって、空隙５０２はこれらと干渉しない位置に設ける必要があり、この条件を満たす範囲で、極力記録再生素子２０に近い場所に設けることが望ましい。
この実施例７による磁気ヘッドスライダは、実施例１に比べて熱膨張伝達部２５a、記録再生素子２０、領域２７のｙ方向変位が拘束されていないので、実施例１に比べて発熱素子の変位効率を更に１６％から４０％高くすることができる。
【００５０】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例８）
図９は、片側駆動形の熱アクチュエータ部を持つ磁気ヘッドスライダにおいて、片側のｙ方向に２個の発熱素子２１a、２１cを配置した構造例である。
上記実施例７によるＬ形の空隙を有する磁気ヘッドスライダでは、ヘッド位置決め制御を１個の発熱素子で行わねばならない。そのために、変位中間位置へのバイアス電力を加える必要があり、定常バイアス電力による記録再生素子表面の突出による干渉が大きいという課題がある。実施例８によれば、この課題を解決し、且つＬ形の空隙による熱アクチュエータの拘束を除去する効果を生かす。片側のｙ方向に２個の発熱素子２１a、２１cを配置している。
【００５１】
実施例８では、記録再生素子２０から遠い発熱素子２１ｃに、記録再生素子の変位平均位置を決める定常的バイアス電力を加え、更にトラック追従制御の変動する変位のための電力はこのバイアス電力から減算量で与える。一方、−ｙ方向の変動する変位は発熱素子２１aへの入力電力で制御する。このように構成すると、発熱素子２１ｃのバイアス電力による、記録再生素子の浮上面の突出量を大幅に低減でき、ヘッド位置決め熱アクチュエータとしての高い変位効率を与えることができる。
【００５２】
図１０は、図９のＬ形空隙を有するヘッド位置決め用熱アクチュエータの変形例である。この例では、空隙５０２が薄膜積層部４２の厚さ方向全域ではなく、後端面４２ｂに近い領域を積層膜で埋めた構造である。これは上記のように、後端面４２ｂには多数の端子を設けなければならないので、その条件を考慮したものである。この例によるＬ形空隙５０２の構造は、実施例７（図８）に示した１つの発熱素子による片側駆動熱アクチュエータにも適用できる。
【００５３】
更に他の変形例として、実施例７及び８（図８〜図１０）に示した、磁気ヘッドスライダのＬ形空隙（５０１，５０２）の一部または全部に、実施例３で述べたような、低ヤング率材又は低ヤング率で且つ熱伝導率がAl2O3より小さい材料を充填してもよい。ただし、この場合、空隙の場合に比べてヘッドの変位効率は減少する。また空隙５０１と５０２の幅は異なってよく、深さも等しくなくてもよい。また、空隙の加工法による制限から、空隙５０１はスライダ基板の材料に形成されてもよく、スライダ基板と薄膜積層部にまたがっていてもよい。これらはほぼ同じ機能と効果をもたらすからである。特に空隙５０１が浮上面からレーザ加工や機械加工によって形成される場合には、空隙５０１はスライダの幅方向全体に及んでいてもよい。更に、Ｌ形の空隙は浮上面に開口しておらず、浮上面近傍の領域では薄膜積層部とスライダ基板とが結合していてもよい。
【００５４】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例９）
図１１は、ｘ、ｙ、ｚ軸に垂直な３個の空隙を有する熱アクチュエータの例である。
この例は、片側駆動のヘッド位置決め熱アクチュエータの変位効率を更に高めるために、実施例７、８に示したＬ形空隙に加えて、更にｘｙ平面内でｚ座標において記録再生素子より下の位置に、磁気ヘッドスライダの後端面に開口する空隙５０３を設けた構造である。（１）は浮上面からみた投影図を、（２）は磁気ヘッドスライダの後端面側から見た投影図を示す。変位効率を高めるには、空隙５０３は空隙５０１および５０２に開通していることが望ましい。この実施例では、ヘッド位置決め熱アクチュエータ部をスライダ基板と薄膜積層部から分離して片持ち梁形式とし、熱アクチュエータ全体を発熱素子２１a、２１ｂの外側領域２６だけで薄膜積層部ないしスライダ基板と結合している。
【００５５】
実施例９において、空隙５０１の長さがｘ軸に関して対称であり、空隙５０２が薄膜積層部の後端面４２ｂまで達し、また空隙５０３のｚ位置が浮上面から１１２μｍ下側にある場合には、５０ｍW入力に対して記録再生素子のｙ方向変位は９１nｍに達することがシミュレーションで予測されている。従来の磁気ヘッドスライダによる熱アクチュエータの変位効率の１８倍である。
【００５６】
図１２は、図１１に示した構造の変形例を示す。この構造は、図１１に示した３つの空隙５０１〜５０３により片持ち梁形式にした熱アクチュエータの強度を、ブリッジ（空隙を埋めた部分）構造を適用して、熱アクチュエータの変位効率をあまり損なわずに高めたものである。
熱アクチュエータ構造全体を囲む空隙５０１、５０２、５０３を形成し、熱アクチュエータ全体を片持ち梁構造にすると、変位効率が１８倍に向上できる。しかしこの構造では、熱アクチュエータ部が発熱素子の右側のみでスライダ本体に結合しているに過ぎないので、外力により破壊するおそれがある。
【００５７】
そこで、図１２に示す変形例では、空隙５０１の左端と空隙５０２との境界、及び空隙５０２の下端と空隙５０３の左端との境界に、いずれもｘｚ平面内に伸びたブリッジ６１、６２を設けた。ブリッジ６１、６２の長さは、空隙と同じ長さでそのｙ方向の厚さは空隙の幅より小さいことが望ましい。このように、ブリッジ６１，６２を設けることにより、熱アクチュエータの変位効率をあまり低下することなく熱アクチュエータ構造の機械的強度を高めることができ、且つ発熱素子の浮上面への突出を抑圧することができる。
【００５８】
実施例９の更なる変形例として、上記の構造は、例えば図８に示すような、１つの発熱素子を持つ片側駆動熱アクチュエータにも適用できる。ここで、各空隙の幅は異なってもよいし、それぞれの空隙を含む面が交わる稜のすべての位置で貫通していなくてもよい。
また、各空隙の一部または全部に低ヤング率材を充填する構造としてもよい。
【００５９】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例１０−１）
この例は、空隙５０を埋めた部分（ブリッジという）を設けることにより、ヘッド変位拘束を除去し、浮上面への突出を抑圧した熱アクチュエータの構造例である。
上記各実施例は、いずれも熱アクチュエータのｙ方向の熱膨張変位に対する拘束を除去することによって熱アクチュエータの変位効率を向上させる。低ヤング率材を用いた構造例では、多くの場合その熱伝導率がスライダ基板のAl2O3TiC 材より小さいので、発熱素子に生じる熱がスライダ基板４１に逃げるのを防ぐ断熱効果も有する。よって、温度上昇を促進して発熱素子の近傍の熱膨張が増大し、これが入力電力に対する変位効率を高める効果もある。しかし、この断熱効果は、発熱素子の近傍だけに有効であり、発熱素子の近傍でない領域に設けた低ヤング率部５は、熱膨張伝達部や記録再生素子、さらに発熱素子と反対側の領域の力学的拘束を低減させることにより、熱アクチュエータの変位効率を高める役割をしている。
【００６０】
上に述べた実施例１〜９と、それらの変形例は、ヘッド位置決め熱アクチュエータの変位効率を高める効果があるが、同時に発熱素子近傍の浮上面の突出量をも増加させる。既に述べたように、発熱素子の近傍は空気軸受面ではなく浅溝面内にあるので、発熱素子の近傍の浮上面突出による磁気ヘッドスライダの浮上特性の影響は無視できる程度に抑圧することができる。しかし浮上面への突出領域はかなり広い領域におよぶのでヘッドと磁気ディスク面との間のすきま変動の要因になる。そこでヘッド位置決め熱アクチュエータとしての変位効率を高めつつ、浮上面への突出量を極力抑圧できるような構造が望まれる。
【００６１】
図１３を参照するに、この例は、実施例１の磁気ヘッドスライダにおいて、空隙５０の発熱素子２１a，２１bの対応する位置にそれぞれ一個の幅の狭い材料で埋めた部分（ブリッジという）６０１，６０２（総じて６０と示す）を形成する。これらのブリッジ６０は空隙の深さ（−ｚ）方向に延伸し、その長さは空隙の深さと同じか、少なくとも浮上面から−ｚ方向に発熱素子の下端程度まで延伸している。このブリッジの材料は、薄膜積層部４２の材料として用いるAl2O3が望ましいが、Al2O3TiC材でもよく、また他の部材でもよい。ただしそのｙ方向の厚さは十分小さく、全てのブリッジのｙ方向厚さを加算した値も空隙のy方向長さの数％以下である。
このように、空隙の一部に幅の狭いブリッジ６０を形成することにより、熱アクチュエータのｙ方向変位はあまり拘束しない。しかしこのブリッジは浮上面方向には厚いので、このブリッジが形成された発熱素子の近傍の浮上面への突出は抑圧され、このためヘッド近傍の浮上面突出も顕著に抑圧できる。
【００６２】
なお、空隙５０に複数のブリッジ６０を設けても熱アクチュエータのｙ方向変位をあまり拘束しないためには、図１３の空隙の幅は実施例１の場合に比べて大きく、数μｍから１０μｍ程度あることが望ましい。また、ブリッジの幅は小さくすることが望ましい。ちなみに、図１３に示すように、２つのAl2O3材によるブリッジ６０１，６０２を形成する場合、熱アクチュエータのｙ方向変位への拘束力が、実施例３で述べた、ヤング率がAl2O3材の２％のポリマー材を充填したときと同じ拘束力をもつようなブリッジの寸法を計算してみる。今、ブリッジは空隙の深さ８０μｍの半分の長さを有し、空隙のｙ方向長さを１６０μｍとすると、空隙の幅が３、５、８、１０μｍのとき、２つのブリッジの厚さはそれぞれ、１．７、２．５、３．４、３．９μｍとなる。熱アクチュエータを支持するブリッジのｙ方向の剛性はブリッジの幅の３乗に比例し、一方浮上面突出方向の剛性はブリッジの幅に比例する。よって、もし空隙の幅が１０μｍのとき２つのブリッジの厚さを２．０μｍとすればブリッジのｙ方向の拘束力をポリマー材充填の場合の１／８に低減できる。一方、浮上面突出方向の拘束力は半分に低下するが、発熱素子の近傍はブリッジによりｘ方向に４０μｍにわたって拘束されているので、浮上面への突出は空隙のない状態に近くなる。
【００６３】
図１３に示した空隙に設置するブリッジの配置には、幾つかの変形例が考えられる。例えば、発熱素子２１a、２１bの近傍にそれぞれ２つずつのブリッジを形成してもよい。この場合、ｙ方向の拘束剛性がポリマー充填の場合と等しくなるブリッジの厚さは、空隙幅３、５、８、１０μｍに対してそれぞれ１．４、２．０、２．７、３．１μｍとなる。ここで、ブリッジのｙ方向剛性は両端固定梁のモデルで計算できるので、各２つのブリッジの厚さを各１つの場合のブリッジ厚さの半分にすれば、発熱素子の近傍の浮上面突出を抑圧する拘束力は各１つブリッジの場合と同じままで、熱アクチュエータのｙ方向の拘束力を各１つブリッジの場合の１／４とすることができる。
【００６４】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例１０−２）
この実施例は、図２３に示した浮上面に開口しない空隙をｙｚ平面内に設けた実施例４−３と、図１３に示した発熱素子部２１a，２１ｂ近傍の浮上面への熱膨張を抑圧するためのブリッジを発熱素子の中央部に設けた実施例１０−１とを組み合わせた実施例である。図２４を参照するに、−ｚ方向に伸びたブリッジ５４aおよび５４bは、空隙でない薄膜積層部４２と同様なアルミナ等で形成され、−ｚ方向の長さは発熱素子の下部まで達するほど長く、一方その幅は発熱素子近傍の横方向の熱膨張を拘束しないように３〜１０ μm程度に短くなっている。従って、本実施例は、記録再生素子の変位効率が高く、しかも空隙が従来のスライダ空気軸受特性に悪影響を与えることがなく、更に発熱素子による浮上面への熱膨張を抑圧できるという利点がある。なお、本実施例の変形例として，図２２の空気軸受面に相当する中央領域には空隙を開口しない構造と、図１３に示した発熱素子部２１a，２１ｂの中央部に―ｚ方向に伸びるブリッジ設ける構造とを組み合わせた例も考えられる。
【００６５】
図１４は更に他の例による磁気ヘッドスライダを示す。すなわち、片側駆動形ヘッド位置決め熱アクチュエータによるヘッド近傍の浮上面への突出を抑圧するため、空隙５０１に２個のブリッジ６０１．６０２を形成した構造例である。この例では、記録再生素子２０に近い方の発熱素子２１aの近傍に対応した位置に、浮上面への突出を拘束するための２つのブリッジ６０１と６０２が形成されている。記録再生素子２０から離れた位置にある発熱素子２１ｃの浮上面への突出は、ヘッドスライダの浮上面高さにあまり影響されないので、ブリッジは設けていない。しかし必要ならば、ブリッジを追加して発熱素子２１ｃの対応する位置に設けることも可能である。空隙５０１の幅は５〜１０μｍで、ブリッジ６０１，６０２の厚さは３〜４μｍである。またブリッジのｚ方向の幅は発熱素子のｚ方向下端位置の５０μｍ以上が望ましい。
【００６６】
また図１４の実施例では、２つの空隙５０１、５０２を持つので、記録再生素子と発熱素子のスライダ本体への機械的結合力が低下する恐れがある。そこで変形例として、空隙５０１の空隙５０２との境界にｚ方向の長さが空隙深さと同じで厚さの小さいブリッジを設けることが考えられる。この場合は、熱アクチュエータ部の機械的強度が増し、しかも熱アクチュエータ変位はあまり拘束されないという利点がある。
【００６７】
[磁気ヘッドスライダの熱アクチュエータ構造の他の例]（実施例１１）
上記実施例はいずれも、熱アクチュエータの変位効率を高めるための構成例であるが、熱アクチュエータの究極的な目的は、ヘッド位置決め熱アクチュエータの応答速度を上げることである。そこで、直接に熱アクチュエータの応答速度を改善する実施例を示す。
図１５は、薄膜積層部４２の厚さ方向に設けられた、複数の発熱素子２１a、２１bに対して、薄膜積層部の厚さ方向に発熱素子２１dおよび２１eを設置した構造例を示す。発熱素子２１dは発熱素子２１aとほぼ同じｙおよびｚ方向の位置に、また発熱素子２１eは発熱素子２１bとほぼ同じｙおよびｚ方向の位置に設置されている。また発熱素子２１d、２１eのｘ方向の位置は薄膜積層部の厚さ方向のほぼ中間位置にある。また発熱素子２１dは発熱素子２１aと直列に結合されており、発熱素子２１eは発熱素子２１bと直列に結合している。このため、例えば、発熱素子２１a、２１dは通電により同時に加熱されるので、これらの発熱素子近傍の薄膜積層部は厚さ方向に時間遅れすることなく瞬時に加熱される。
【００６８】
これに対して、実施例１では、発熱素子２１aへの通電により、まず発熱素子２１aの数μｍの近傍の温度が上昇し、これと同時に同じ領域の熱膨張が起こる。しかし通電後０．１ｍsでは発熱素子２１aからｘ方向に１０μｍ以上離れた薄膜積層部の位置では十分に温度が上がらず、発熱素子２１aの熱膨張を抑圧する関係になっている。そして通電してから０．２〜０．３ｍs後に薄膜積層部の中央部の温度も十分に上昇し、発熱素子２１aのｙ方向位置の領域の薄膜積層部全体が熱膨張する。この発熱素子２１a近傍の薄膜積層部全体の熱膨張変位は、熱膨張伝達部２５aを介して記録再生素子の−ｙ方向変位に音速で伝播するので、この伝達時間は１０ns以下である。よって発熱素子の入力電力に対するヘッドの変位の応答時間は発熱素子近傍の薄膜積層部の厚さ方向への熱の伝播時間によって支配され、時定数にして高々０．２ｍs程度となっている。
【００６９】
以上のことから、図１５に示すように、発熱素子を薄膜積層部４２の厚さ方向に２個配置すれば、薄膜積層部の厚さ方向全体にわたって瞬時に加熱されるので熱アクチュエータの時間応答性を１．２倍程度高めることができる。なお、薄膜積層部の厚さが厚い場合には２個でなく、３個配置しこれらを直列に結合することも考えられる。また複数の発熱素子を設ける場合には、それぞれの発熱素子の抵抗は同じでなく、浮上面の冷却特性をも考慮して温度上昇が薄膜厚さ方向にほぼ均一となるように、それぞれの発熱素子の抵抗を変化させることが望ましい。
【００７０】
上記各実施例によれば、スライダ基板に面する薄膜積層部に形成した低ヤング率部により、熱アクチュエータによる変位拘束を緩和し、変位効率を高めることができる。さらに、実施例１１のように、発熱素子を薄膜積層部の厚さ方向に複数行設置し、これらを直列結合させて同時に通電するように構成すれば、変位効率を高めて、しかも時間応答性を改善したヘッド位置決め熱アクチュエータを実現することができる。
【００７１】
[ヘッド位置決め熱アクチュエータを用いた磁気ディスク装置]（実施例１２）
次に、上記実施例のように構成された磁気ヘッドスライダを搭載した磁気ディスク装置における記録再生素子の位置決め制御について説明する。
図１６は、ヘッドの両側に発熱素子を有する熱アクチュエータをもつ２段アクチュエータの位置決め制御の制御ブロックを示す。磁気ディスク装置１は、筐体１０の外の回路基板にマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）７０を有している。このＭＰＵ７０は、算出回路７１、粗動制御回路７２及び微動制御回路７４（７４aと７４ｂ）を機能的に含んでおり、ボイスコイルモータ７及び発熱素子２１をそれぞれ駆動して、記録再生素子２０を磁気ディスク２に形成されたトラックに追従させる。
【００７２】
算出回路７１は、外部のホストコンピュータからの記録命令または再生命令により決定される記録再生素子２０の目標トラックと、記録再生素子２０が読み出したサーボデータにより特定される記録再生素子２０の現在位置との差分を求めて、目標トラックに対する記録再生素子２０の位置誤差を表す誤差信号ＰＥＳ（Position Error Signal）を算出する。
粗動制御回路７２は、算出回路７１から入力される誤差信号ＰＥＳに基づき、記録再生素子２０の位置誤差を抑制するようなボイスコイルモータ７の制御指令ＳＶを生成し、モータドライバ７７を介してボイスコイルモータ７へ出力する。
【００７３】
一方、熱アクチュエータに対する微動制御回路７４は、算出回路７１から入力される誤差信号ＰＥＳに基づき、分離回路７３で記録再生素子２０の位置誤差を抑制するために発熱素子２１aと２１ｂ（総じて２１という）へ入力する成分を分離する。微動制御回路７４はフィードバック制御回路で構成され、それぞれの発熱素子へ入力する誤差修正信号に比例する電力がヒータドライバ７６（７６aと７６b）に生じるような制御指令ＳＨを生成する。時間遅れ補償器７５（７５aと７５b）は、発熱素子２１の応答性の遅れを修正する位相進みフィルタである。ヒータドライバ７６は、制御指令ＳＨに比例する電流ないし電力をそれぞれの発熱素子に出力する。
【００７４】
ここで、記録再生素子２０の変位は発熱素子２１の電力量（すなわち発熱量）に比例し、発熱素子２１の電力量は発熱素子２１の電流量の２乗に比例することから、ヒータドライバにおいて、発熱素子の電流量の２乗値を位置誤差修正信号に比例するように制御することによっても、記録再生素子２０の変位量を制御することができる。
このような制御指令に比例した電力を出力する制御方法は、発熱素子２３の熱アクチュエータにより浮上高さを制御するＴＦＣにおいて既に知られた技術であり、本実施形態による磁気ディスク装置への適用は容易であろう。
【００７５】
[逆特性をもつ位相進みフィルタによる応答性の向上]
ここで、本発明による熱アクチュエータの高い変位効率を変位応答性の向上に変換する位相進みフィルタの機能と効果について説明する。本発明の熱アクチュエータの変位出力は、上記したように、空隙などを形成しない場合の変位効率５nｍ/５０ｍWの３〜６倍の変位効率を得ることができる。しかし熱アクチュエータのステップ電力入力に対する時定数は高々０．２ｍs程度であり、これは熱アクチュエータの制御帯域として０．８kHzしかないことを意味する。しかし以下に述べるように、熱アクチュエータの逆特性をもつ位相進みフィルタを用いれば、高い変位効率を時定数の低減と制御帯域の増加に変換することができる。
【００７６】
図１７は位相進みフィルタから熱アクチュエータまでの正弦波信号の伝達特性である。図１７(a)では、位相進みフィルタ７５とヒータドライバ７６までの周波数特性を７８で、また熱アクチュエータの入力電力から記録再生素子の変位までの周波数特性８０で、いずれも伝達関数で表現している。熱アクチュエータの入力電力から記録再生素子の変位までの伝達関数は、一次遅れ系で、式（１）で表される。
【００７７】
【数１】
2011233219.tif 000003
【００７８】
ここでf0は熱アクチュエータの入力電力に対する変位応答が3dBだけ減少（７０％に減少）するカットオフ周波数で、ステップ入力に対する時定数をτとするとｆ０＝１／（２πτ）の関係がある。Ａは定常的な入力電力に対する記録再生素子の変位で、変位効率に相当する。
一方位相進みフィルタの入力からヒータドライバ出力までの伝達関数は、式（２）で表現される。
【００７９】
【数２】
2011233219.tif 000004
【００８０】
ここで、分子の式が熱アクチュエータの伝達関数(1)の分母の式と同じになっており、伝達関数が逆特性をもつことから「逆特性をもつ位相進みフィルタ(Inverse Lead Filter)」の意味でILF(s)と表現している。ILF(s)の他の特徴は、f2 / f0 > １で、この条件下ではf0より高い周波数成分の振幅を増幅し、且つ位相を進ませる性質がある。また係数Cはヒータドライバの特性で、普通電圧で処理される制御信号を電力に変換するので、ここでは[ｍW/V]の単位をもっている。
【００８１】
図１７(ｂ)は位相進みフィルタから熱アクチュエータの変位出力までの伝達関数で、式（１）と（２）の積で現され式（３）となる。
【００８２】
【数３】
2011233219.tif 000005
【００８３】
これから、合成された伝達特性はカットオフ周波数がf2(> f0)に増加していることが分かる。
ここで、分かりやすいように、熱アクチュエータ自体のカットオフ周波数が１ｋHzで、変位効率を５倍に高めたために変位効率は５nｍ/１０ｍWであるとする。そこで、f0＝１ ｋHz、f2＝５ ｋHz、A＝５/１０ [nｍ/ｍW], C＝１ [ｍW/V]とし、式（１）、（２）、（３）にｓ＝２πｆｉ（ｉ＝√−１：虚数単位）を代入して、それぞれの振幅特性｜Ｈ（２πｆｉ）｜、｜ＩＬＦ（２πｆｉ）｜、｜Ｈｅ（２πｆｉ）｜と位相特性を描くと図１８のようになる。図１８（a）は振幅特性、（ｂ）は位相特性である。これから振幅が７０％低減するカットオフ周波数はf0＝ １ ｋHzからf2＝ ５ ｋHzへ増加することが分かる。
【００８４】
なぜ変位効率を高めれば位相進みフィルタによって応答性を高めることができるかを示すために、図１７において、位相進みフィルタの入力u(t)に１０Vのステップ入力を加えたときの位相進みフィルタ出力U(t)と熱アクチュエータの変位応答Y(t)を、f2／f0＝１、３、５、７の場合について図１９に示す。図１９(a)から、熱アクチュエータへの入力U(t)は、入力開始時に１０ｍWより顕著に増大し、このため図１９(b)に示すように、熱アクチュエータのヘッド変位応答は、その時定数がそれぞれf0／f2倍だけ短縮され、変位出力は５nｍ得られていることが分かる。
【００８５】
ここで重要なことは、熱アクチュエータへの入力電力は、発熱温度に制限があるので、無制限に高めることはできないことである。発熱素子とその近傍の材料の物理特性が繰り返し熱応力に対しても変化しない温度は最大５００℃程度と考えられる。温度上昇は発熱素子の冷却特性に依存するが、許容入力電力は高々１００ｍW程度と考えられる。したがって熱アクチュエータの変位効率が５nｍ／５０ｍWの場合には位相進みフィルタによって高速化できるのは２〜３倍程度に過ぎない。
マイクロアクチュエータとして要求されるカットオフ周波数は３ｋHz以上なので、熱アクチュエータ自体のカットオフ周波数が０．８ｋHzの場合には、少なくとも変位効率は２倍の５nｍ／２５ｍW程度が必要である。
【００８６】
なお、一般に熱アクチュエータ、位相進みフィルタおよびヒータドライバは高域遮断特性があり、このため図１９(a)のように、時間零のときの入力電力が有限の値をとることはなく、仔細に見れば、入力電力はゼロから立ち上がる。この特性は熱アクチュエータ乃至位相進みフィルタの伝達関数の分母に（ｓ＋２πｆ1)（f1 >> f2）のような式を加えることによって評価することができる。ここでは示さないが、たとえばf1 = 30 f0の場合には、時定数の増加とカットオフ周波数の低下は１０％でしかないことが示されている。
【００８７】
次に、図１６の制御系におけるフィードバック制御回路７４の動作と効果について説明する。図２０は図１６に示した一方の熱アクチュエータ制御回路の構成である。図１６の分離回路７３は省略している。熱アクチュエータは１次遅れ系なので、位置決め誤差を修正するフィードバック制御は比例・積分制御とする。このときフィードバック制御回路の伝達関数は、式（４）で表される。
【００８８】
【数４】
2011233219.tif 000006
【００８９】
このときトラックの変位（位置決め目標値）rから、記録再生素子の変位Yまでの伝達特
性および位置誤差PESまでの伝達特性はそれぞれ、式（５）、（６）で与えられる。
【００９０】
【数５】
2011233219.tif 000007
【００９１】
【数６】
2011233219.tif 000008
【００９２】
そこで、位置信号の比例フィードバックゲインをKp＝０．５ [V/nｍ]、積分フィードバックゲインをKi＝２０００ [V/nｍ・s]としたときの、 式(５)および（６）で与えられるY/rおよびPES/rの振幅および位相特性を図２１に示す。これから、目標値応答特性が７０％に低減し、位置誤差が７０％にできる周波数は１０ｋHz以上となり、高帯域な位置決めサーボが実現できることが分かる。ここでは示さないが、制御回路の各定数を固定したままで、熱アクチュエータのカットオフ周波数が±１５％変化しても制御特性の変化はわずかであり、本制御系は高いロバスト性をもつと予想される。
なお、図２０および図２１ではフィードバック制御として比例・積分制御の場合を示したが、位置決め誤差の低域部の抑圧率を強くするには、２重積分制御を用いればよい。
【００９３】
熱アクチュエータは、上述のように、発熱素子からヘッドまでの変位の伝達時間は１０ｎｓ以下なので、伝達系の固有振動数は５０MHz以上となる。したがって従来のボイスコイルアクチュエータやサスペンション駆動形のピエゾマイクロアクチュエータのように、伝達系の固有振動が高帯域化の制限になることがない。しかし熱アクチュエータは、時間応答性が低く、変位効率が小さいことが最大の問題である。また熱アクチュエータによるヘッドの浮上面の突出も障害要因になる。本発明によれば、浮上面への突出効果を極力抑圧しつつ、変位効率を高め、これによって時間応答性と制御帯域を高めることができる。
【００９４】
本発明の好ましい実施形態によれば、変位効率は発熱素子自体の５倍に増加でき、また実施例９を実現できれば変位効率を１０倍にできる。更に薄膜積層部の厚さ方向に２つの発熱素子を用いればカットオフ周波数１ｋHzが可能であると推定される。従って、これらを組み合わせれば、位相進みフィルタにより制御帯域を５〜６ｋHzに高めることができ、これにフィーバック制御を適用すれば制御帯域１０kHz以上の高トラック密度を可能とする磁気ディスク装置を実現することができる。
【００９５】
なお、ＭＰＵ６０の機能構成は、上記例示のものに限られない。本実施形態では、ボイスコイルモータ７の制御と発熱素子２１の制御とが独立しているが、これに限らず、微動制御回路７３から出力される制御指令ＳＨを、発熱素子２１のゲインモデルを介して粗動制御回路７２に誤差信号ＰＥＳとともに入力するようにして、ボイスコイルモータ７の制御と発熱素子２１の制御とを非干渉にしてもよい。
【００９６】
また、上記実施形態では、ボイスコイルモータ７を１段目とし、熱アクチュエータとしての発熱素子２１を２段目とした２段アクチュエータの磁気ディスク装置について説明したが、これに限らず、ピエゾ素子等からなるマイクロアクチュエータを更に含めて、３段アクチュエータの磁気ディスク装置としてもよい。すなわち、ボイスコイルモータ７を１段目とし、ヘッド支持部６に対する磁気ヘッドスライダ４Ａの位置を調整するマイクロアクチュエータを２段目とし、更に熱アクチュエータとしての発熱素子２１を３段目とすることにより実現できる。
【符号の説明】
【００９７】
１：磁気ディスク装置  ２：磁気ディスク  ３：スピンドルモータ  ４（４Ａ〜４Ｇ）：磁気ヘッドスライダ  ６：ヘッド支持部  ７：ボイスコイルモータ  ８：ＦＰＣ  １０：筐体  
２０：記録再生素子  ２１：発熱素子  ２５：熱膨張伝達部  ２６：外側部分  ２８：反対側部分  ４１：スライダ基板  ４１ｂ：積層部境界  ４２：薄膜積層部  ４３：浮上面  ４４：空気軸受面  ４５：溝面  ４６：段差境界線  ４７：切断線  ４８：スライダの中心線  ５０：空隙  ５０´：溝  ５：低ヤング率部  ５００：低ヤング率層  ５１：膜  ５３：遮蔽ブリッジ  ６０、６１、６２：ブリッジ  ７０：ＭＰＵ  ７１：算出回路  ７２：粗動制御回路  ７３：分離回路  ７４：微動制御回路  ７５：時間遅れ補償器  ７６：ヒータドライバ  ７７：モータドライバ  ７８：時間遅れ補償器とヒータドライバとの合成された周波数特性  ８０：熱アクチュエータの入力電力から変位出力までの周波数特性  ８１：時間遅れ補償器の入力から熱アクチュエータ変位出力までの周波数特性。
【図１】
2011233219.tif 000009
【図２】
2011233219.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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