(57)【要約】【課題】ヒータの発熱による熱膨張で、ヘッド素子部分の浮上量を制御する磁気ヘッドスライダでは、ヘッド素子部分の浮上量が最も低くなるので、ヘッド素子部分が磁気ディスクと接触して、接触の際に発生する摩擦力でスライダの振動が励起されて、摩耗や損傷が発生する場合がある。【解決手段】磁気ヘッドスライダ１の浮上面６は、深溝８と、深溝８よりも約100nm高い浅溝レール１０および後端ステップ１２と、深溝８よりも約１μm高い２個の流入パッド１４と、深溝８よりも約970nm〜995nm高い流出パッド１６と、流出パッド１６から約5nm〜30nm高く、流入パッド１４と同じ高さの素子パッド１８とで構成されている。ヘッド素子部４には、磁気ヘッド素子２０とヒータ２６とが配置されている。素子パッド１８は、面積が50μm2〜500μm2であり、その中心付近に磁気ヘッド素子２０が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライダと、該スライダの端面に形成された、ヒータと再生素子と記録素子とを備えたヘッド素子部とを有し、前記スライダとヘッド素子部の浮上面に、深溝と、該深溝よりも高さが高い空気流入端側レールと、前記深溝よりも高さが高い空気流出端側レールと、前記空気流入端側レールの上に形成された流入パッドと、前記空気流出端側レールの上に形成された流出パッドとを有する磁気ヘッドスライダにおいて、前記流出パッドの上に素子パッドが設けられ、該素子パッドに前記再生素子と記録素子が配置され、該素子パッドは面積が50μm2〜500μm2であり前記流出パッドよりも高さが5nm〜30nm高いことを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
【請求項２】
前記素子パッドが、長方形であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項３】
前記素子パッドが、円形であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項４】
前記素子パッドが、楕円形であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項５】
前記素子パッドが、角部が円弧状の多角形であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項６】
前記ヒータは、前記スライダと再生素子の間または記録素子と再生素子の間に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項７】
前記ヒータの発熱により突出した前記素子パッドの傾斜角が、前記スライダの平坦面に対して20μrad〜100μradであることを特徴とする請求項６記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項８】
前記素子パッドに炭素保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項９】
前記流入パッドと前記素子パッドは、同じ高さであることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダ。
【請求項１０】
面粗さが中心線平均粗さＲａで0.25nm以下の磁気ディスクと、
スライダと、該スライダの端面に形成された、ヒータと再生素子と記録素子とを備えたヘッド素子部とを有し、前記スライダとヘッド素子部の浮上面に、深溝と、該深溝よりも高さが高い空気流入端側レールと、前記深溝よりも高さが高い空気流出端側レールと、前記空気流入端側レールの上に形成された流入パッドと、前記空気流出端側レールの上に形成された流出パッドと、該流出入パッドの上に形成された素子パッドとを有し、該素子パッドに前記再生素子と記録素子が配置され、該素子パッドは面積が50μm2〜500μm2であり前記流出パッドよりも高さが5nm〜30nm高い磁気ヘッドスライダと、を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクからの浮上量を調整する機能を有する磁気ヘッドスライダ、及びこの磁気ヘッドスライダを搭載する磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステムの外部記憶装置を初めとし、画像データ等の記憶装置として使用が拡大している磁気ディスク装置は、高記録密度化、大容量化、小型化が求められている。高記録密度化、大容量化、小型化を実現するためには、磁気ヘッドスライダと磁気ディスクとの距離、すなわち磁気ヘッドスライダの浮上量を縮め、線記録密度を上げることが有効である。近年、記録再生素子の近傍に加熱装置（ヒータ）を実装することにより、浮上量を調整することが可能な磁気ヘッドスライダが開発され、これにより、使用環境が変化した場合でも、記録再生素子部の浮上量を縮めることができるようになった。
【０００３】
浮上量を調整することが可能な磁気ヘッドスライダは、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、さらに、加熱装置および記録再生素子の近傍だけを突出変形させるために、剛性の小さい樹脂膜で加熱装置および記録再生素子の周囲を囲む構成が開示されている。特許文献２には、磁気ヘッドスライダと磁気ディスクとの浮上間隔が狭くなった場合でも、磁気ヘッドスライダに蓄積された潤滑剤がディスク面に接触することを回避し、潤滑剤の接触に伴う磁気ヘッドスライダの振動を防止するために、磁気ヘッドスライダの空気流出端側のパッドの、ステップ軸受け面と負圧溝面との間に、ステップ軸受け面より深くかつ負圧溝面より高い中間ステップ面を設ける構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０５６４４７号公報
【特許文献２】特開２００３−０９９９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒータの発熱による熱膨張で、ヘッドの記録素子あるいは再生素子の部分の浮上量を制御する磁気ヘッドスライダでは、ヘッド素子部の浮上量がスライダ上でもっとも低くなる可能性があり、そのためヘッド素子部が磁気ディスクと接触して、接触の際に発生する磁気ディスク上の潤滑剤とのメニスカス力あるいはファンデルワールス力などに起因した摩擦力でヘッドスライダの振動が励起されて、ヘッド素子部の摩耗やダメージが発生する場合がある。特にヘッド素子の記録再生特性の悪いものは、熱膨張による浮上量制御によって浮上量を下げて記録再生した方が好ましいため、ヘッド素子の摩耗やダメージなどの危険性が高くなる。また、このような磁気ヘッドスライダと組み合わせる磁気ディスクは、垂直磁気記録媒体の場合、面内記録媒体と比較して磁気異方性を付与するテクスチャを必要としないため、面粗さは小さければ小さいほど浮上性の観点から好ましく、中心線平均粗さＲａで０．３ｎｍ以下の面粗さとなっている。しかし、垂直磁気記録媒体ほど面粗さが小さいと、前述したように磁気ヘッドスライダが磁気ディスクと接触した際に大きな摩擦力が作用するためスライダが振動しやすいという問題がある。
【０００６】
上記特許文献１及び２には、ヒータの発熱による熱膨張で、ヘッドの記録素子あるいは再生素子の部分の浮上量を制御する磁気ヘッドスライダにおいて、ヘッド素子部が磁気ディスクと接触した場合に発生する摩擦力を軽減すること、摩擦力に起因するスライダの振動を防止することに関しての記載はない。
【０００７】
本発明の目的は、ヘッド素子部分の浮上量を制御することが可能な磁気ヘッドスライダにおいて、磁気ディスクと接触しても過大な摩擦力を発生させず、スライダの振動を抑制することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、磁気ヘッドスライダの浮上量を低減し、高密度記録を可能とする磁気ディスク装置を提供するである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁気ヘッドスライダは、スライダと、スライダの端面に形成された、ヒータと再生素子と記録素子とを備えたヘッド素子部とを有し、スライダとヘッド素子部の浮上面に、深溝と、深溝よりも高さが高い空気流入端側レールと、深溝よりも高さが高い空気流出端側レールと、空気流入端側レールの上に形成された流入パッドと、空気流出端側レールの上に形成された流出パッドとを有する磁気ヘッドスライダにおいて、前記流出パッドの上に素子パッドを設け、この素子パッドに前記再生素子と記録素子を配置し、素子パッドの面積を50μm2〜500μm2とし、高さを流出パッドよりも5nm〜30nm高くするものである。
前記素子パッドの形状は、長方形、円形、楕円形、または角部が円弧状の多角形状とすることが望ましい。
【００１０】
ヒータを内蔵する磁気ヘッドスライダにおいては、ヘッド素子部分がヒータの発熱によって最も変形して磁気ディスク側へ突出するため、上記のように、ヘッド素子が配置された素子パッドを設け、素子パッドの面積を小さくすることで、摩擦力を低下させ、スライダの振動を低減することが可能となる。特にヒータの発熱により素子パッドを変形させて磁気ディスク側へ突出させると素子パッドはスライダの平坦な浮上面を基準にして傾斜した状態で突出するため、接触面積を効率よく低減することが可能である。素子パッドの面積は、スライダの振動を引き起こさないためには500μm2以下である必要があり、またあまり小さすぎると接触の際の摩耗が大きくなる可能性があるため50μm2以上が適している。
また、上記の磁気ヘッドスライダにおいて、素子パッドの形状を長方形、円形、楕円形、または角部が円弧状の多角形状とすることで、素子パッドのエッジ部で磁気ディスクにかかる接触圧力を低減することが出来て、磁気ディスクの損傷やスライダの振動をより低減することが可能である。
【００１１】
本発明の磁気ディスク装置は、面粗さが中心線平均粗さＲａで0.25nm以下の磁気ディスクと、前記磁気ヘッドスライダを搭載するものである。磁気ヘッドスライダの低浮上化が可能となり、接触の際にも低摩擦力を示すため、高記録密度で高信頼性を有する磁気ディスク装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヘッド素子部分が磁気ディスクと接触した場合の接触面積を小さくすることができ、摩擦力を低減することができる。摩擦力を低減することにより、摩擦力に起因するスライダの振動を抑制することができるので、ヘッド素子の摩耗や損傷を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、図２を参照して、本発明の実施例による磁気ヘッドスライダを搭載する磁気ディスク装置の概略構成を説明する。磁気ディスク装置１００は、スピンドルモータ１０２によって回転する磁気ディスク１０４と、サスペンション１０６によって支持され、磁気ディスク１０４上を浮上する磁気ヘッドスライダ１とを有し、磁気ヘッドスライダ１が磁気ディスク１０４の所望のトラックに位置決めされて、磁気情報を読み書きする。磁気ヘッドスライダ１の位置決めは、サスペンション１０６をアクチュエータ１０８が回転駆動することにより行われる。磁気ヘッドスライダ１は、後述するように記録再生素子の近傍にヒータを内蔵しており、ヒータに供給する電力を制御することにより、その浮上量を制御することができる。磁気ディスク１０４は、面粗さが中心線平均粗さＲａで0.25nm以下である。磁気ディスク装置１００が記録再生を一定時間中断しているとき、あるいは停止時は、アクチュエータ１０８により、磁気ヘッドスライダ１はランプ機構１１０に退避される。なお、上記の磁気ディスク装置１００は、磁気ヘッドスライダ１のロード・アンロード機構を備えた磁気ディスク装置であるが、装置停止中は磁気ヘッドスライダ１が磁気ディスク１０４の特定の領域で待機するコンタクト・スタート・ストップ方式の磁気ディスク装置であっても良い。
【００１４】
図１に本発明の一実施例による磁気ヘッドスライダの全体構成を示す。磁気ヘッドスライダ１は、アルミナチタンカーバイド等のセラミック材からなるスライダ２と、スライダ２の端面に形成されたヘッド素子部４とで構成されている。スライダ２は、ほぼ直方体形状をしており、サイズは例えば、長さが約1.25mm、幅が約1.0mm、厚さが約0.3mmである。磁気ヘッドスライダ１の浮上面６は、深溝８と、深溝８よりも約100nm高い浅溝レール（空気流入端側レール）１０および後端ステップ（空気流出端側レール）１２と、浅溝レール１０の上にあり、深溝８よりも約1μm高い２個の流入パッド１４と、後端ステップ１２の上にあり、深溝８よりも約970nm〜995nm高い流出パッド１６と、流出パッド１６の上にあり、流出パッド１６から約5nm〜30nm高く、流入パッド１４と同じ高さの素子パッド１８とで構成されており、磁気ディスクと対向して空気圧力を発生し、背面にサスペンションから負荷される荷重を支える空気軸受けの役目を果たしている。これらの深溝８、浅溝レール１０、後端ステップ１２、流入パッド１４、流出パッド１６及び素子パッド１８は、イオンミリングなどのエッチングプロセスによって形成される。ヘッド素子部４は、ヒータ２６（図３参照）と、再生素子３０および記録素子４０からなる磁気ヘッド素子２０と、これら全体を覆うアルミナ等の硬質の保護膜２８で構成されており、磁気ヘッド素子２０の先端部が素子パッド１８の表面に露出している。
【００１５】
素子パッド１８は、その面積が50μm2〜500μm2であり、その中心付近に磁気ヘッド素子２０が配置されている。磁気ヘッド素子２０のサイズにもよるが、再生素子３０の下部磁気シールドを含むヘッド素子全体が、素子パッド１８の面に配置されるのが好ましい。しかしながら、素子パッド１８の面積を小さくする場合は、下部磁気シールド等の端部が、素子パッド１８の外になるような配置でも構わない。このような素子パッド１８は、イオンミリングによって容易に形成することが可能である。なお、図１は全体構成を概略的に示したものであり、寸法関係は正確ではない。また、ステップ高さは強調して示してある。
【００１６】
磁気ヘッドスライダ１は、磁気ディスク上を浮上する際、空気流入端１７側の浮上量が空気流出端１９側の浮上量より大きくなるような姿勢で浮上する。従って空気流出端１９近傍の素子パッド１８の部分が、最も磁気ディスクに接近する。
【００１７】
図３は図１のＡ−Ａ線断面図であり、磁気ヘッド素子２０を含む素子パッド１８近傍の拡大断面図である。磁気ヘッド素子２０は、磁気ディスクに記録された磁気情報を再生する再生素子３０と、磁気ディスクに磁気情報を記録する記録素子４０とで構成されている。再生素子３０は、下部磁気シールド３２と、磁気抵抗効果素子３４と、上部磁気シールド３６とを有し、記録素子４０は、下部磁極４２と、コイル４６と、上部磁極４４とを有している。再生素子３０の下部磁気シールド３２と、スライダ２の間に、素子パッド１８部分の浮上量を制御するヒータ２６が配置されている。これらの素子全体は、アルミナ等の硬質の保護膜２８で覆われている。浮上面には、流出パッド１６と素子パッド１８が形成されており、素子パッド１８は流出パッド１６よりも5nm〜30nm高く形成されている。磁気ディスクと接触する可能性の高い素子パッド１８には、ディスクとの短時間かつ軽微な接触が起こっても摩耗しないよう、また記録素子４０および再生素子３０の腐食を防ぐため、厚さ数nmの炭素保護膜５０が形成されている。各素子および保護膜は、スライダ２となる基板上に、メッキ、スパッタ、研磨などの薄膜形成プロセスを用いて形成される。
【００１８】
次に、図４を参照して、上記実施例による磁気ヘッドスライダ１の、素子パッド１８の流出パッド１６からの高さと摩擦力との関係について説明する。素子パッド１８の形状は、長さＬが10μm、幅Ｗが40μm、の長方形で、角部が丸められた形状とし、流出パッド１６からの高さを0nm、2nm、4nm、6nm、10nm、20nm、30nmと変化させた磁気ヘッドスライダを作製した。これらの磁気ヘッドスライダを、面粗さが中心線平均粗さＲａで0.2nmの垂直磁気ディスク上で浮上させた。このときの浮上量を、ヘッド素子位置で約6nmになるように、環境の気圧を調整した。その状態でヒータ２６に約20mWの電力を供給し、発熱させつつ環境気圧を下げて、ヘッド素子位置の浮上量を4nmとして磁気ヘッドスライダを磁気ディスクと接触させた。そのときの摩擦力を測定した。その結果を図４に示す。
【００１９】
図４から明らかなように素子パッド１８の高さが5nm以上、30nm以下の領域で著しく摩擦力が小さくなっていることがわかる。そこで、素子パッド１８の高さが0nmと10nmの二つのスライダについて、ヒータ２６に40mWと70mWの電力を供給したときのヘッド素子部分（素子パッド１８）の突出プロファイルを測定した。空気流入端から空気流出端方向に沿った断面でのヘッド素子近傍のプロファイルの測定結果を図５に示す。図５（ｂ）が高さが10nm（実施例）の場合であり、図５（ａ）が高さが0nm（比較例）の場合である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は、流入パッド１６の空気流入端を０とし、そこからの距離を示している。これらの図から明らかなように、比較例ではヘッド素子部分が突出しているが、流出パッド１６の面からみると突出部の傾斜がなだらかである。実施例では10nmの段差（高さ）があって、かつ、さらに素子パッド１８が突出していることが判る。
【００２０】
図６に、前述の測定方向と垂直な方向、すなわち磁気ヘッドスライダの幅方向での、ヘッド素子部分突出のプロファイルを測定した結果を示す。図６（ａ）が素子パッド１８の高さが0nm（比較例）の場合で、図６（ｂ）が高さ10nm（実施例）の場合である。この方向でも比較例では突出部の傾斜がなだらかなために、当然のごとく実施例に比べて磁気ディスクとの接触面積が大きくなることが判る。
【００２１】
以上の結果から、素子パッド１８を形成して、その高さを5nm〜30nmとすることにより、ヘッド素子部分を突出させて磁気ディスクと接触した場合の接触面積を確実に小さくすることができ、摩擦力を低減することができる。摩擦力を低減することにより、摩擦力に起因する磁気ヘッドスライダの振動を抑制することができるので、磁気ヘッド素子の摩耗や損傷を少なくすることができる。
【００２２】
次に、素子パッドの傾きに着目したプロファイルを図７に示す。素子部のパッドはその傾きがスライダのベースラインに対して100μradほどの傾きを持っていることが判る。このときのヒータパワーは70mWである。これは熱変形によって素子パッドが傾くことに起因している。この結果素子パッドと磁気ディスクとの接触する面積はこの傾きが0radの場合に比較して著しく小さくなることが容易にわかる。そこで、ヒータの位置を図８のように変化させてヒータに電流を流したときに傾き角度が異なるヘッドを作成して比較した。ヒータ位置ａの場合は、前述した実施例と同じ位置でヒータパワーが40mWの場合65μrad、ヒータ位置ｂの場合は100μrad、ヒータ位置ｃの場合は60μrad、ヒータ位置ｄの場合は16μrad、ヒータ位置ｅの場合は32μradであった。素子パッドは10μmx40μmの長方形で角部にRをつけた形状として、高さは10nmである。ヒータパワーを入れない場合は0μradである。この結果から、パッドの傾斜角を大きくするためにはヒータを記録再生素子の近傍でより浮上面に近い部分に配置することが効果的であると考えられる。素子パッド１８の傾きと、摩擦力の関係について整理した結果を図９に示す。この結果、素子パッド１８と磁気ディスクとの接触する面積は、素子パッドの傾きが0radの場合に比較して、傾きを持っている方が小さくなるのは明らかである。したがって、加熱によりヘッド素子部分を突出させることによる素子パッド１８の傾斜は、摩擦力を著しく軽減させるものであることが判る。図９から、傾斜角度は、25μrad以上が好適である。また、上限はヒータの位置での制約等があるためあまり大きくできないが、図９に示すように、100μrad以下であれば摩擦力低減効果があり、製作が可能である。この傾き角度は、ヒータの構造によって異なると考えられるが、傾きが2μrad以上となるように、ヒータパワーを制御するか、あるいは構造を最適化することで実現可能である。
【００２３】
次に、素子パッド１８の面積によって摩擦力がどう変化するかを検討する。素子パッド１８の高さは全て10nmとして、面積を10μmx5μm、10μmx10μm、10μmx30μm、10μmx40μm、10μmx50μm、10μmx70μm、10μmx100μmとした長方形の磁気ヘッドスライダと、半径10μm、15μm、20μmの円形とした磁気ヘッドスライダを作成して、前述と同様に摩擦力を測定した。結果を図１０に示す。素子パッド１８の形状が長方形でも円形でも、面積が小さくなるにつれて摩擦力は小さくなり、面積が500μm2以下で非常に低い摩擦力となっていることが判る。この結果から、素子パッド１８の面積を、500μm2以下、50μm2以上とすることで、摩擦力が小さい優れた磁気ヘッドスライダとすることが可能となる。なお、ここでは長方形と円形の形状で検討を行ったが、楕円形あるいは角部が円弧状の多角形の場合でも、面積を所定の値として形成すれば、長方形および円形と同等の摩擦力低減効果が得られる。
また、素子パッド１８の面積を500μm2以下にすることにより、接触面圧の低減効果も得られる。
【００２４】
以上説明したとおり、流出パッドを２段形状にし、流出パッドの上に、流出パッドからの高さが5nm以上、30nm以下の素子パッドを形成し、さらに、この素子パッドの面積を50μm2以上、500μm2以下とすることで、ヘッド素子部分を突出させて磁気ディスクと接触した場合の接触面積を確実に小さくすることができ、摩擦力を低減することができる。摩擦力を低減することにより、摩擦力に起因する磁気ヘッドスライダの振動を抑制することができるので、磁気ヘッド素子の摩耗や損傷を少なくすることができる。また、このような磁気ヘッドスライダと、面粗さが中心線平均粗さＲａで0.25nm以下の磁気ディスクを搭載した磁気ディスク装置は、磁気ヘッドスライダの低浮上化が可能となり、記録密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例による磁気ヘッドスライダを搭載した磁気ディスク装置の上面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図であり、ヘッド素子部分を拡大して示す断面図である。
【図４】素子パッド高さと摩擦力との関係を示す図である。
【図５】スライダの長さ向における素子パッド部分の突出プロファイルを示す図である。
【図６】スライダの幅方向における素子パッド部分の突出プロファイルを示す図である。
【図７】素子パッドの傾斜角を示す図である。
【図８】ヒータの位置を変化させた場合のヘッド素子部分の拡大断面図である。
【図９】素子パッドの傾斜角と摩擦力との関係を示す図である。
【図１０】ヘッド素子パッドの面積と摩擦力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…磁気ヘッドスライダ、
２…スライダ、
４…ヘッド素子部、
６…浮上面、
８…深溝、
１０…浅溝レール（空気流入端側レール）、
１２…後端ステップ（空気流出端側レール）、
１４…流入パッド、
１６…流出パッド、
１７…空気流入端、
１８…素子パッド、
１９…空気流出端、
２０…磁気ヘッド素子、
２６…ヒータ、
２８…硬質保護膜、
３０…再生素子、
３２…下部磁気シールド、
３４…磁気抵抗効果素子、
３６…上部磁気シールド、
４０…記録素子、
４２…下部磁極、
４４…上部磁極、
４６…コイル、
５０…炭素保護膜、
１００…磁気ディスク装置、
１０２…スピンドルモータ、
１０４…磁気ディスク、
１０６…サスペンション、
１０８…アクチュエータ、
１１０…ランプ機構。
【図１】
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【図２】
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【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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