(57)【要約】【課題】高ピッチのＡＢＳデザインをもつ現行のＣＳＳドライブに付随する信頼性問題を解決するために、ＣＳＳドライブのピッチプロファイルを制御するように、空気流路及びピッチラダーを用いることを提示する。【解決手段】本発明の１実施形態は、ピッチラダー機構を備えるＡＢＳのデザインである。この実施形態は、１つの空気流ブロッカーと３つのエッチングステップからなる空気流絞り流路を有している。上記空気流ブロッカーは、ＡＢＳの前縁端部からの流入空気流を制限するのに使用可能である。さらに、上記実施形態は、内径において空気を副周囲圧力用空洞内へと送ることにより、高度敏感性を低減させる空気流路を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライダ胴体内に空気ベアリング表面を形成するべく、前記スライダ胴体をエッチングすること、および
前記空気ベアリング表面上にピッチラダー（pitch ladder）を形成するべく、前記スライダ胴体をエッチングすることを含むスライダ製作方法。
【請求項２】
前記ピッチラダーは、空気流ブロッカー（air flow blocker）を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ピッチラダーは、空気流絞り流路（air flow squeezing channel）を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空気ベアリング表面は、空気を副周囲圧力用空洞（sub-ambient pressure cavity）内に導くための空気流路（air channel）をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを達成するべく、前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性を決定することをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ピッチラダーを含む空気ベアリング表面であって、
エッチングプロセスの間に形成される少なくとも１つの前記空気ベアリング表面を備えるスライダを、具備するヘッド・サスペンション組立部。
【請求項７】
前記ピッチラダーは、空気流ブロッカーを含む請求項６に記載の組立部。
【請求項８】
前記ピッチラダーは、空気流絞り流路を含む請求項６に記載の組立部。
【請求項９】
前記空気ベアリング表面は、空気を副周囲圧力用空洞内に導くための空気流路をさらに含む請求項６に記載の組立部。
【請求項１０】
前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性が、実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを生成する請求項９に記載の組立部。
【請求項１１】
回転可能な、少なくとも１つのディスクと、
ヘッド・サスペンション組立部と、
前記ヘッド・サスペンション組立部に連結されるスライダであって、
少なくとも１つのエッチングされた空気ベアリング表面を備え、
前記空気ベアリング表面が、ピッチラダーを含むようなスライダと、を具備するディスクドライブ。
【請求項１２】
前記ピッチラダーは、空気流ブロッカーを含む請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１３】
前記ピッチラダーは、空気流絞り流路を含む請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１４】
前記空気ベアリング表面は、空気を副周囲圧力用空洞内に導くための空気流路をさらに含む請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１５】
前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性が、実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを生成する請求項１４に記載のディスクドライブ。
【請求項１６】
スライダ胴体内に空気ベアリング表面を形成するべく、前記スライダ胴体をエッチングすること、
空気を副周囲圧力用空洞内に導くための空気流路を形成するべく、前記スライダ胴体をエッチングすること、を含むスライダ製作方法。
【請求項１７】
前記空気ベアリング表面は、さらにピッチラダーを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを達成するために、前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性を決定することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのエッチングされた空気ベアリング表面を備え、
前記空気ベアリング表面が、空気を副周囲圧力用空洞内に導くための空気流路を含むようなスライダを、具備するヘッド・サスペンション組立部。
【請求項２０】
前記空気ベアリング表面が、ピッチラダーをさらに含む請求項１９に記載の組立部。
【請求項２１】
前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性が、実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを生成する請求項２０に記載の組立部。
【請求項２２】
回転可能な少なくとも１つのディスクと、
ヘッド・サスペンション組立部と、
前記ヘッド・サスペンション組立部に連結されたスライダであって、
少なくとも１つのエッチングされた空気ベアリング表面を備え、
前記空気ベアリング表面が、空気を副周囲圧力用空洞内に導くための空気流路を含むようなスライダと、を具備するディスクドライブ。
【請求項２３】
前記空気ベアリング表面が、ピッチラダーをさらに含む請求項２２に記載のディスクドライブ。
【請求項２４】
前記ピッチラダー及び前記空気流路の特性が、実質的に一貫性のある動的ピッチプロファイルを生成する請求項２３に記載のディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブにおいて使用されるような空気ベアリングスライダの分野に関する。より特定的には、本発明は、ピッチラダー（pitch ladder）を利用するスライダのための空気ベアリングデザイン、及びＣＳＳドライブのピッチプロファイルを制御するための副周囲圧力用空洞（sub-ambient pressure cavity）を備える空気チェアー流路（air-chair channel）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブは、基本的に磁気用リード又はライト素子によりアクセスされる一連の回転可能ディスクから構成される一般的な情報記憶デバイスである。トランスジューサとして一般的に知られるこれらのデータ移動素子は、標準的にスライダ胴体で担持され、かつこの中に埋込まれており、このスライダ胴体は、リード又はライト動作を実施できるように、ディスク上に形成された離散的なデータトラック全体にわたり接近した相対的位置に保持される。ディスク表面との関係においてトランスジューサを適切に位置づけできるように、スライド本体上に形成された空気ベアリング表面（ＡＢＳ：air bearing surface）は、ディスクデータトラックより上にスライダ及びトランスジューサを「飛行」させるのに充分な揚力を提供する流体空気流を受ける。磁気ディスクの高速回転は、ディスクの接線方向速度に対し実質的に平行な方向で、この表面に沿って空気流又は風の流れを生成する。この空気流は、スライダ胴体のＡＢＳと協働して、このＡＢＳが、旋回するディスクよりも上を、スライダを飛行させるようにする。実際において、浮上したスライダは、自己作動するこの空気ベアリングを介して、ディスク表面から物理的に引き離される。スライダのＡＢＳは、回転するディスクに面するスライダの表面上に、通常、構成され、さまざまな条件下でディスク上を飛行するスライダの能力に大きな影響を及ぼす。市販されている標準的なディスクドライブ（−１６０ＧＢ／プラター）について言えば、磁気ヘッドと媒体との間の距離は、１０ｎｍ未満である。データを適正にリード及びライトするためには、リード動作及びライト動作の間、スライダは磁気記録媒体上を安定した形で飛行することが不可欠である。
【０００３】
現在、市場には２つのタイプのドライブデザインが存在する。第１のタイプは、ロード／アンロード（ＬＵＬ）デザインであり、このデザインのスライダは、リード又はライトが実施されていないとき、磁気ディスクの周囲の外側にあるランプ上にとどまっている。第２のタイプは、コンタクトスタートストップ（ＣＳＳ）デザインであり、リード又はライトが実施されていないとき、スライダは、磁気ディスクの最も内側の直径（ランディングゾーンとも呼ばれる）で磁気媒体の上に止まっている。また、一旦ディスクが回転を停止すると、スライダは、ディスクの表面上に載ることになる。ディスクの回転が再開すると、空気ベアリングが再び形成され、スライダはディスクから離れる。スライダとディスクの間の摩擦を低減するために、２〜３ｎｍの非常に薄い潤滑剤層がディスクの表面に適用される。ＣＳＳドライブの動作についての一般的な問題点は、開始時の摩擦（「吸着」）にある。吸着はスライダとディスクの間の粘性潤滑剤によってひき起こされる。いくつかのケース、特に湿潤な環境においては、スライダは、ディスクが回転できなくなるのに充分なほど強く押し下げられる。この問題を是正するため、スライダとディスクの間の接触面積を削減するようにスライダの表面上にパッドが導入される。上述の吸着の問題を最小限におさえるために、パッドはきわめて背の高いものとなる。
【０００４】
パッド付きスライダを備えるＣＳＳドライブについて吸着を考慮するためには、スライダのバックプレーンとディスクとの間の角度（一般に、「ピッチ角」又は「ピッチ」と呼ばれる）は、パッドの接触が全くなくなるような所定値より大きいものであることが必要となる。この必要性の結果として、ＣＳＳドライブが１５０マイクロラジアン（μrad）より大きい高い飛行ピッチ角を有することも稀ではない。
【０００５】
さらに、ＣＳＳドライブにおいて、従来のＡＢＳデザインの飛行ピッチが、磁気ディスクの直径全体にわたり均一でないということも認識されている。ディスクの外径（ＯＤ：  outer diameter of the disk ）において、より大きな接線方向速度のために、空気流は、より大きくなり、ディスクのＯＤでのピッチ角は、開始停止ゾーン内のピッチ角よりも通常はるかに大きいものである。
【０００６】
図１は、高いピッチ角をもつスライダ１００の胴体及びスライダ１００とディスク１２０の間を飛行するいくつかの粒子１４０ａと１４０ｂとを示している。スライダは、後縁におけるリード及びライトのための磁気センサー（すなわちリード／ライト素子）を有する。より高いピッチ角において、より多くの粒子が、磁気センサー１５０の中を通過することになる。この結果、サーマルアスペリティ（ＴＡ：thermal asperity）のような極めて重大な信頼性上の問題を引き起こし、さらにはリード／ライト素子１５０に対して物理的損傷を引き起こす可能性がある。サーマルアスペリティは、ディスク表面上の粒子が、リード／ライト素子とディスク表面との間の抵抗を変化させるときに発生し、したがってリード／ライト・エラーを引き起こすことになる。リード／ライト素子１５０に対する物理的損傷は、大型粒子１４０ｂが磁気センサー１５０と接触したときに発生する可能性がある。ディスクドライブ内で粒子との衝撃を繰り返すことは、リード／ライト素子１５０を劣化させ、さらにはリード／ライト素子１５０を永久的に損傷させる可能性がある。
【０００７】
もう１つの重要な信頼性の問題は、不均等な飛行ピッチに起因する、高度での不均等な飛行高さ（ＦＨ：flying heights）にある。ＡＢＳが受ける揚力は、空気流の量と空気密度の両方の積である。従って、従来のＡＢＳデザインでは、高度での一層低密度の空気中において、高度ゼロレベルとする値よりも低い飛行高さを有することになる。このことは、ＡＢＳをもち上げるための空気流が少ない内径（ＩＤ：inner diameter of the disk）において特に問題となる可能性がある。内径のＦＨは通常、低い飛行ピッチによって低くなり、この結果、高度方向においてヘッド−ディスク接触すなわち故障がもたらされる可能性がある。ＦＨの高度方向の過敏性を低減させることが、この問題点に対処する１つの方法である。しかしながら、このアプローチは、或る種のトラックにおけるピッチ降下に付随する問題を解決するものではない。例えば、センサー領域におけるＦＨはわずかにしか変化しないかもしれないが、飛行ピッチはそれでも著しく降下して、最小ＦＨの場所を（例えば吸着防止パッドといった）ＡＢＳの前縁まで移動させ、ディスクの内径における高度故障をひきおこす可能性がある。従って、ＩＤにおいては充分に高いピッチ角が維持されなくてはならない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
高ピッチのＡＢＳデザインをもつ現行のＣＳＳドライブに付随するこれらの信頼性の問題を考慮して、本発明は、ＣＳＳドライブのピッチプロファイルを制御するために、空気流路（air channel）及びピッチラダーを用いることを提示する。
【０００９】
図２は、ピッチラダー機構２００を備えるＡＢＳのデザインの一例を示す。図示された実施形態は、１つの空気流ブロッカー（air flow blocker）２７０と３つのエッチングステップ２６０とを含む空気流絞り流路（air flow squeezing channel）２４０を有する。空気流ブロッカー２７０は、空気ベアリングの前縁からの流入空気流を制限するために用いることができる。前縁での空気流の量は、ディスクの回転速度及び空気量との関係におけるＡＢＳの向きに応じて変動する。２０１及び２０２で図２に示されているように、空気流の向きは、ディスク上のどこにＡＢＳが位置づけされているかに応じて変動することになる。
【００１０】
図示された実施形態は、空気ベアリングピッチ角に対して空気絞りの有効断面積を増大させるために３段の階段２６０を使用している。空気絞りの有効断面積は、ピッチラダー内のすべてのステップについて各ステップの長さと奥行きの積の総和として規定される。空気ベアリング表面の動的ピッチ角は、所定量の流入空気流のために空気絞りの有効断面積に対して非線形的に増加する。空気ベアリングの動的ピッチは、空気流絞り有効断面積が充分大きいときに飽和する。内径から外径への空気流入量の差異を最小にすること及び空気絞り有効断面積を増大させることで、空気ベアリングの動的ピッチ角が、全ての直径において飽和値に達することから、空気ベアリング動的プロファイルを、ＩＤからＯＤまで均一に制御することができる。
【００１１】
空気を絞ることは、先導パッド上に高い圧力を発生させ、空洞内に副周囲圧力領域を生成することになる。先導パッド上の圧力がピッチラダーで飽和したとき、ピッチ角は異なるディスクトラックのために定常値に到達する。
【００１２】
図２の実施形態はさらに、高度敏感性を低減させるために使用可能な空気流路（air channel）２２０を示す。この空気流路２２０は、ＩＤにおける空気流を副周囲圧力用空洞内に送り込むように方向づけすることができ、従って、気流速度がさらに低い条件の下でより大きな揚力を生成することができる。ＩＤからＯＤへの恒常な飛行高さは、空気絞りの有効断面積及び空気流絞り流路２４０の深さと幅といったようなピッチラダー２００のパラメータとの関係において副周囲圧力用空洞２３０の寸法及び空気流路２２０の幅といったようなパラメータを調整することによって達成可能である。
【００１３】
図３は、図２の実施例に類似した、高度敏感性を低減させるための空気流路及びピッチラダーを備えるＡＢＳの３次元配置を示す。ＡＢＳは、空気流絞り流路、空気ブロッカー３７０及び３つのエッチングステップ３６０から成るピッチラダー３００を含む。図３の実施例は同様に、高度敏感性を低減させるための空気流路３２０及びＩＤにおいてより大きな揚力を作り上げるための副周囲圧力用空洞３３０を示している。このような実施形態のために、ピッチラダー及び空気流路のデザインパラメータは、ＣＳＳ領域においてピッチ及び飛行の高さを達成するべく、調整することができる。このＣＳＳ領域での高さは、ＩＤではディスクとの接触を回避するのに充分高いけれど、ＯＤではＴＡ故障又はその他の信頼性問題をひき起こすほどには高くないように調整される。
【００１４】
図４は、２つの実証的な空気ベアリングデザイン、つまりピッチラダー機構を備えたデザインと備えていないデザインにおいて、ドライブのＩＤからＯＤまでの動的ピッチプロファイルを示す。両方の空気ベアリングスライダとも、７２００ＲＰＭで回転する３．５インチ（8.9ｃｍ）のデスクトップドライブ上を飛行する。両方のデザインに関わる空気ベアリングピッチ角は、レイノルズ方程式またはカリフォルニア大学バークレイ校のコンピュータメカニクス・ラボラトリにより開発された空気ベアリング用ソフトウェアのような市販のソフトウェアを用いることによって、計算可能である。
【００１５】
ピッチラダー機構無しの従来のＡＢＳにおいて、ＩＤにおける流入空気流量がＯＤのものよりもはるかに小さいため、ＩＤにおける動的ピッチは著しく降下する。また、空気絞り断面積が飽和レベルに到達する程には大きくなく、空気ベアリングピッチ角が流入空気流の量と共に実質的に変動させられることにより、ＩＤにおける動的ピッチは著しく降下する。代替として、ピッチラダー機構付きＡＢＳについては、動的ピッチはＩＤからＯＤまでの間、わずかしか変動しない。図４により明らかなように、ピッチ角はディスク全体にわたりほぼ一定にとどまり、したがってＴＡ又はその他の重大な信頼性故障が発生する確率を大幅に削減する。
【００１６】
ピッチラダーの役目の一つの例示的実施形態が、図５に示されている。磁気ヘッドと回転ディスクの間の粒子の飛行動力学は、空気流により粒子に作用する流体力がわかっているとき、ニュートン力学を用いて解決することができる。ガウス分布に従ったサイズをもつ３０００個の粒子が存在するものと仮定する。これらの粒子は、平均サイズが１００ｎｍで、標準分布が１５ｎｍとなるのが、ディスクドライブ製造プロセス中に生成される粒子の一般的な数値である。粒子類は、ドライブ内を当初浮遊しており、この後、回転ディスク上で飛行する磁気ヘッドの中に入り込む。その飛行履歴は、各粒子の飛行経路を記録できる粒子流ソフトウェアを用いてシミュレート可能である。磁気センサーの中を通過する粒子の数も、同様にシミュレーションにより記録することができる。粒子のピーク数は、その飛行履歴内の同一領域を通過する粒子の最大数を示している。通過粒子数は、ディスクドライブ内の３０００個の飛行粒子のうち、磁気センサー内を通過する粒子の合計数である。積分粒子数は、飛行時間の合計範囲内で、磁気センサー領域内の粒子数を加算したものである。ピッチラダー付き空気ベアリングにおいての通過粒子数は、ハードドライブ内で６３４個から１４３個まで劇的に削減することができる。ＴＡの実現性は、ドライブ動作中に磁気センサー内を通過する粒子数に線形的に依存するので、このことは、本発明の実施形態のピッチラダーが、現在市場にあるドライブに比べ７５％だけドライブ内のＴＡ故障の確率を減少させるということを意味する。さらに、より低いピッチ角のおかげで、高度面における飛行高さによる損失は減少する。従って、高度面での性能が改善されると共に、シーク動作時の過敏性を低くすることも達成することができる。
【００１７】
本明細書では、実施形態を特に例示し記述してきたが、本発明の修正及び変形の形態が上記教示により網羅されることになる。上記の修正形態等は、本発明の精神及び意図された範囲から逸脱することなく添付の特許請求の範囲内に入るということがわかるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】リード／ライト素子とディスク表面との間に、粒子群を伴うＡＢＳを示す図である。
【図２】粒子ＴＡを低減させるための平坦化ピッチプロファイル機構を備えるＡＢＳデザインの一例を示す図である。
【図３】平坦なピッチプロファイルを備えるＡＢＳデザインのための３次元配置の一例を示す図である。
【図４】ピッチラダー付きＡＢＳデザインの一例を、ピッチラダー無しＡＢＳデザインの一例と比較したときの動的ピッチプロファイルを示す図である。
【図５ａ】ピッチラダー無しのデザインの一例において、外径で磁気センサーを通過する粒子数を示す図である。
【図５ｂ】ピッチラダー付きのデザインの一例において、外径で磁気センサーを通過する粒子数を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１００    スライダ
１１０    前縁端部
１２０    回転ディスク
１３０    後縁パッド
１４０ａ    粒子
１４０ｂ    大型粒子
１５０    磁気センサー（リード／ライト素子）
２００    ピッチラダー
２０１    空気流
２０２    空気流
２２０    空気流路
２３０    副周囲圧力用空洞
２４０    空気流絞り流路
２６０    エッチングステップ
２７０    空気流ブロッカー
３００    ピッチラダー
３２０    空気流路
３３０    副周囲圧力用空洞
３６０    エッチングステップ
３７０    空気ブロッカー
【図１】
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【図４】
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【図５ａ】
2008171536.tif 000005
【図５ｂ】
2008171536.tif 000006
【図２】
2008171536.tif 000007
【図３】
2008171536.tif 000008
【外国語明細書】
2008171536000001.pdf