(57)【要約】【課題】接触摺動動作をする機械要素間の摩擦による摩耗を低減させるようにした接触摺動機構を提供する。【解決手段】第１及び第２の機械要素を備え、該第１及び第２の機械要素の相対的移動に伴い、潤滑剤を介して前記第１及び第２の機械要素の動作表面が互いに接触摺動動作を行う接触摺動機構において、少なくとも一方の機械要素の動作表面に、表面エネルギーが高い領域と表面エネルギーが低い領域の２つの領域からなる表面エネルギーパターンが形成されている。前記２つの領域が交互に隣り合いかつ前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対して傾斜してなる縞状パターンが少なくとも２つ線対称になるように配置され、前記表面エネルギーパターンを形成している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の機械要素を備え、該第１及び第２の機械要素の相対的移動に伴い、潤滑剤を介して前記第１及び第２の機械要素の動作表面が互いに接触摺動動作を行う接触摺動機構において、
少なくとも一方の機械要素の動作表面に、表面エネルギーが高い領域と表面エネルギーが低い領域とから構成される表面エネルギーパターンが形成されると共に、
前記表面エネルギーパターンは、複数の前記表面エネルギーが高い領域と複数の前記表面エネルギーが低い領域とが交互に隣り合って配置されかつ前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対していずれも傾斜してなる斜め縞状パターンを含んでいることを特徴とする接触摺動機構。
【請求項２】
前記表面エネルギーパターンは、前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対する傾斜が異なる複数の前記斜め縞状パターンで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触摺動機構。
【請求項３】
前記表面エネルギーパターンは、少なくとも２つの前記斜め縞状パターンが動作表面の中心線に対して線対称になるように配置されてなるへリングボーン状パターンで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の接触摺動機構。
【請求項４】
前記表面エネルギーパターンは、前記動作表面の特定領域に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接触摺動機構。
【請求項５】
前記表面エネルギーパターンは、前記特定領域に選択的に動作表面と異なる元素を付与又は添加して形成されることを特徴とする請求項４に記載の接触摺動機構。
【請求項６】
前記動作表面と異なる元素を付与又は添加する方法は、プラズマ処理によるものであることを特徴とする請求項５に記載の接触摺動機構。
【請求項７】
前記動作表面と異なる元素を付与又は添加する方法は、フォトリソグラフィによるものであることを特徴とする請求項５に記載の接触摺動機構。
【請求項８】
前記動作表面と異なる元素を付与又は添加する方法は、対象となる前記特定領域全面にプラズマ処理により元素を添加した後、収束イオンビームにより選択的に添加された元素を除去することによるものであることを特徴とする請求項５に記載の接触摺動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械要素間で相対的に接触摺動動作を行い、かつその動作に精密さが要求される機械要素間の接触摺動機構に関し、より詳細には、磁気あるいは光学的手段により情報を記録・再生するための記録装置における記録媒体と読み出し・書き込みヘッド間の接触摺動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器をはじめとする様々な精密機器は、多くの場合、精密な機械的動作を行う機械要素を備えている。そのような機械要素は、例えば、回転運動や並進運動等に関し精密な動作が要求されるとともに、そのような動作が長期にわたって保証されなければならない。また、例えば、情報機器の磁気記録装置の記録媒体とヘッド等のように、別部材である機械要素間で互いに接触摺動するような機構を有する装置においては、この接触摺動動作を長期的に保証することが要求される。以下、このような別部材でお互いに接触摺動する機構について、特に、磁気記録装置を例に挙げて説明する。
【０００３】
図５に、磁気記録装置における浮上方式の情報記録・再生部分の構造が模式的に示されている。図に示されるように、情報記録・再生部分は、情報が記録される記録媒体１及び情報を記録・再生する磁気ヘッド２より構成されている。記録媒体１は、図示されていない基板上に形成され、磁気情報が記録される磁性層１１、該磁性層１１を保護するための保護膜１２及び該保護膜１２の摩耗を防ぐ潤滑膜１３を備えている。また、磁気ヘッド２には、図示されていない記録・再生素子が該磁気ヘッド２の後端部２１に設けられている。
【０００４】
磁気ヘッド２は、記録媒体１上で空気流３により浮上し、空気流３が流入する側（以下「流入端」と言う。）２ａの浮上量が高く、流入端２ａの反対側（以下「流出端」と言う。）２ｂの浮上量が低くなるような姿勢をとる。情報を少しでも多く記録媒体に書き込む、すなわち、記録密度を上げるためには、磁気ヘッド２の記録・再生素子を磁性層１１に近接させる必要があり、最終的には、図６に示されるように、磁気ヘッド２を記録媒体１に完全に接触させる、すなわち、コンタクト状態にさせることが必要となる。図６に示されるコンタクト方式の例においては、流入端２ａを空気浮上させ、記録・再生素子が配置されている流出端２ｂを記録媒体１に接触させている。この例において、磁気ヘッド２の後端部２１における記録媒体１への接触力２２が小さいと、磁気ヘッド２が記録媒体１上で跳躍振動を起し易く、それによって記録又は再生動作が不安定になる恐れがある。このような跳躍振動が起きることを抑制するために、適度な接触力２２を以って磁気ヘッド２を記録媒体１に押し当てることが必要になる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２１９０７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記コンタクト方式の磁気記録装置においては、記録媒体１と磁気ヘッド２との直接接触によりそれらの間に生じる摩擦力で、記録媒体１及び磁気ヘッド２は、共に摩耗し、特に磁気ヘッドの摩耗によって記録・再生性能が劣化すると言う問題がある。
【０００７】
磁気ヘッド２の摩耗を小さくするには、上記接触力２２を微小にすることが望まれるが、コンタクト方式の磁気記録装置においては、上記したように、実際には無視できない接触力２２で磁気ヘッド２は記録媒体１に押し当てられている。したがって、記録媒体１上での磁気ヘッド２の摺動により潤滑膜１３が押し退けられ、磁気ヘッド２は、記録媒体１と接触状態（境界潤滑状態）となり、磁気ヘッド２に摩耗が発生する。一方、記録密度を上げるべく記録・再生素子と磁性層１１との距離を小さくするため該記録・再生素子は磁気ヘッド２の表面下ぎりぎりに形成されている。このため、磁気ヘッド２が少しでも摩耗すると、記録・再生素子自身がダメージを受け、正常な記録再生動作を不可能にする。また、磁気ヘッド２項端部２１の接触面の表面性状が摩耗により変化すれば磁気ヘッド２と記録媒体１との接触状態も変わり、磁気ヘッド２が記録媒体２上を滑らかに走行することができなくなる。このことにより、例えば、跳躍振動を起し、正常な記録再生動作が不可能になる。
【０００８】
また、磁気ヘッド２の摩耗を防止するために、磁気ヘッド２の接触面に凹凸面を形成すると共に、凸面を表面エネルギーの高い部分とし、凹面を低い部分として構成することにより、表面エネルギーの低い凹面部分で潤滑剤を弾いて凸面に向けて該潤滑剤を流し、凸面部分の摩耗を防止することも提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
コンタクト記録方式における磁気スペーシング（記録・再生素子と磁性層１１との距離）は、１０ｎｍ程度以下であることから、許容される摩耗量（摩耗高さ）は、例えば１〜０．５ｎｍ程度であり、従来行なわれてきた潤滑剤及び保護膜表面の最適化あるいは上記提案手段では上記許容摩耗量をクリアするには十分なものとは言えず、依然として記録・再生性能の劣化を招いていた。
【００１０】
本発明の目的は、上記した問題点に鑑み、接触摺動動作をする機械要素間の摩擦による摩耗を低減させるようにした接触摺動機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の接触摺動機構は、第１及び第２の機械要素を備え、該第１及び第２の機械要素の相対的移動に伴い、潤滑剤を介して前記第１及び第２の機械要素の動作表面が互いに接触摺動動作を行う接触摺動機構において、少なくとも一方の機械要素の動作表面に、表面エネルギーが高い領域と表面エネルギーが低い領域とから構成される表面エネルギーパターンが形成されると共に、前記表面エネルギーパターンは、複数の前記表面エネルギーが高い領域と複数の前記表面エネルギーが低い領域とが交互に隣り合って配置されかつ前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対していずれも傾斜してなる斜め縞状パターンを含んでいることを特徴とする。
【００１２】
前記表面エネルギーパターンは、前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対する傾斜が異なる複数の前記斜め縞状パターンで形成されていてもよいし、さらに、少なくとも２つの前記斜め縞状パターンが動作表面の中心線に対して線対称になるように配置されてなるへリングボーン状パターンで形成されていてもよい。
【００１３】
前記表面エネルギーパターンは、プラズマ処理やフォトリソグラフィなどにより選択的に、前記動作表面と異なる元素を該動作表面の特定領域に付与又は添加して形成されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施例を図１乃至４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の１実施例であるコンタクト方式の磁気記録装置における磁気ヘッドのスライド面を示し、図２は、図１に示されるスライド面の記録媒体との接触面の構成を説明するための該接触面の模式拡大図である。図３は、磁気ヘッドスライド面の接触面と潤滑膜との関係を示す模式図であり、図４は、潤滑剤により磁気ヘッドスライド面の接触面との接触境界に形成されるメニスカスを示す概略図である。
【００１６】
なお、磁気記録装置を構成し、互いに接触摺動する第１の機械要素としての記録媒体１及び第２の機械要素としての磁気ヘッド２の基本的構成は、図５及び図６に示される従来例と同じであり、したがって、同じ参照番号は、同じ構成要素を示している。
【００１７】
図１は、図６に示される磁気ヘッド２の下面（腹面）、すなわち記録媒体１に対向する面、を示している。
【００１８】
図１において、２３は、第１の機械要素としての記録媒体１に対向する、硬質アモルファスカーボン膜で被覆されている第２の機械要素としての磁気ヘッド２のスライド面を示している。２３１は、該スライド面２３の流入端２ａ側であって、他の部分よりも数μｍ程度突出形成されているエアベアリング面を示しており、該エアベアリング面２３１を利用して、記録媒体１と磁気ヘッド２との相対移動により生じる空気流が圧力を発生し、磁気ヘッド２を記録媒体１から浮上させる（図６参照）。２３２は、スライド面２３の流出端２ｂ側特定領域に形成されている接触面を示し、該接触面２３２は、記録ヘッド１及び磁気ヘッド２の相対的移動に伴い、記録媒体１表面上を接触摺動する。
【００１９】
本発明は、当該接触面２３２の構成に特徴を有する。すなわち、接触摺動動作をする動作表面としての接触面２３２は、表面エネルギーが高い領域２３２ａと表面エネルギーが低い領域２３２ｂとを備える。複数の表面エネルギーが高い領域２３２ａと複数の低い領域２３２ｂとが、図２に示されるように、略同一幅を有する帯状をなしており、交互に隣り合い、略平行に配置され、かつ接触面２３２の中心線２３２ｃに対して傾斜して配置される斜め縞状パターンを形成し、さらに、該縞状パターンが中心線２３２ｃに対して左右（図では上下）対称になるように配置されている。結果として、各領域２３２ａ、２３２ｂは、それぞれがＶ字形をなし、全体として中心線２３２ｃ上で折り返しを持つ斜め縞状パターン、いわゆるへリングボーン状パターンをなして配置されている。なお、中心線２３２ｃは、磁気ヘッド２のスライド面２３の中心線と一致している。また、接触面２３２の中心線２３２ｃ上流出端２ｂ側には、記録・再生素子２４が設けられている。
【００２０】
上記したような表面エネルギーの異なる２つの領域２３２ａ、２３２ｂが接触面２３２上に適宜配置されてなる表面エネルギーパターンは、後述されるように、表面エネルギーが高い領域２３２ａは、スライド面２３の表面を形成している元素自体で形成され、表面エネルギーが低い領域２３２ｂは、フッ素をスライド面２３に蒸着すること等により形成される。
【００２１】
このように構成された磁気ヘッド２の接触面２３２は、図３に示されるように、流入端２ａ側を記録媒体１から浮上させ、流出端２ｂ側を記録媒体１に接触摺動しながら、該記録媒体１に対して相対的に移動する。この時、潤滑膜１３の表面と交差する磁気ヘッド２の接触面２３２には、記録媒体１の潤滑膜１３によるメニスカス１３１が形成される。
【００２２】
図４には、磁気ヘッド２の接触面２３２に対して形成されている潤滑膜１３のメニスカス１３１を磁気ヘッド２の上面側（背面側）から透視的に見た拡大図が示されている。なお、点線Ｃ−Ｃは、潤滑膜１３と磁気ヘッド２の接触面との接触境界を表す境界線を示している。表面エネルギーが高い領域２３２ａに対する潤滑膜１３を形成している潤滑剤の接触角は小さく、これに対して表面エネルギーが低い部分２３２ｂに対する潤滑剤の接触角は大きい。ここでは説明を分かり易くするために、仮に表面エネルギーが高い領域２３２ａに対する接触角は９０゜以下であり、表面エネルギーが低い領域２３２ｂに対する接触角は９０゜以上であるとすると、形成されるメニスカス１３１は、図４に示されるように、表面エネルギーが高い領域２３２ａでは前進（図４の境界線Ｃ−Ｃより右方に位置）し、逆に表面エネルギーが低い領域２３２ｂでは後退（図４の境界線Ｃ−Ｃより左方に位置）している。
【００２３】
今、図３に示されるように、磁気ヘッド２に対して記録媒体１が速度Ｖで図の左方に移動すると、磁気ヘッド２の接触面２３２と記録媒体１とに挟まれた部分における潤滑膜１３を構成する潤滑剤は、実際は、概略図３に示されるような速度分布Ａを持つ。ここでは、説明を分かり易くするために、潤滑膜１３を構成する潤滑剤が平均速度ｖの速度分布Ｂを持って流れると仮定する。その場合、図４に示されるように、メニスカス１３１部分でも、潤滑膜１３を構成する潤滑剤は、矢印１３２ｂで示されるように流出端２ｂ側に向かって平均速度ｖで流れようとする。
【００２４】
しかしながら、表面エネルギーが高い領域２３２ａでの迫り出した（あるいは、前進した）メニスカス部分の潤滑剤は、その前方（流出端２ｂ側）に位置する表面エネルギーが低い領域２３２ｂの後退したメニスカス部分に進路を阻まれ、矢印１３２ａで示されるように、斜め方向に流れる。結果として、潤滑膜１３を構成する潤滑剤は、接触面２３２のへリングボーン状パターンの折り返し部分、すなわち、中心線２３２ｃ、に向かう速度ベクトルを有することになる。それによって、接触面２３２の中心線２３２ｃ、言い換えれば、磁気ヘッド２の中心線、に沿って潤滑剤が集中し、その圧力が高まり、磁気ヘッド２は、図３に示されるように、該潤滑剤の圧力による上昇力Ｆを受けて押し上げられ、記録媒体１の保護膜１２に対し非接触状態となる。
【００２５】
この場合、潤滑材を中心線２３２ｃに沿って集中させるという観点から見て、表面エネルギーが高い領域２３２ａ及び表面エネルギーの低い領域２３２ｂが中心線２３２ｃに対してなす角度としては、１５〜７５度であることが好ましい。
【００２６】
潤滑膜１３は、通常約２ｎｍと非常に薄い膜であり、該潤滑膜１３を構成する潤滑剤により磁気ヘッド２が押し上げられる高さは、僅かであるものの、磁気ヘッド２の接触面２３２と記録媒体１の保護膜１２との接触が従来に比し回避されるため、接触面２３２又は保護膜１２の摩耗が低減され、したがって、磁気記録装置の記録・再生性能の劣化が防止される。
【００２７】
本実施例において、磁気ヘッドの２の接触面２３２は、表面エネルギーが高い領域２３２ａと低い領域２３２ｂとが中心線２３２ｃに対して左右対称のへリングボーン状パターンをなしているが、これに限られるものではない。例えば、各領域２３２ａ、２３２ｂは、必ずしも同一幅を有していなくてもよい。また、各領域２３２ａ、２３２ｂは、左右対称のヘリングボーン状パターンを有する接触面２３２がスライド面２３の中心線に対して左右対称に複数配置されていてもよいし、本実施例に示されている左右のパターンが間隔を置いてスライド面２３の中心線に対して左右対称に配置されていてもよい。さらに、表面エネルギーが高い領域２３２ａと低い領域２３２ｂとは、必ずしも左右対称のパターンを形成していなくともよく、表面エネルギーが高い領域２３２ａと低い領域２３２ｂの傾斜が左右で若干異なっていてもよい。
【００２８】
次に、本発明に係る接触面の表面エネルギーパターンの形成方法について説明する。
【００２９】
上記したように、磁気ヘッド２と記録媒体１との距離は非常に僅かであり、その表面は、例えば、平均粗さＲａ＝０．２〜０．５ｎｍといった非常に高い平滑性が要求される。このため、例えば、磁気ヘッド２のスライド面２３に表面エネルギーパターンを形成した後も、該磁気ヘッド２のスライド面２３には同様の平滑性が要求される。
【００３０】
本実施例では、接触面２３２において部分的に異なる表面エネルギー領域を形成するために、スライド面２３を被覆している元素、すなわち、（硬質アモルファス）カーボン（炭素）、と表面エネルギーが異なるように、元素、例えば、フッ素、をプラズマ処理によりスライダ面２３表面を構成する被覆膜（本実施例では、硬質アモルファスカーボン膜）上に蒸着させることが好ましい。
【００３１】
この形成方法によれば、スライド面２３の硬質アモルファスカーボン膜の極表面層のみをフッ素終端とすることが可能であり、したがって、高い平滑性を持ったスライダ面２３表面に影響を与えることがほとんどない。
【００３２】
なお、本実施例では、異なる表面エネルギー領域のうちの一方すなわち表面エネルギーが高い領域２３２ａとして、スライド面２３表面を構成する被覆膜自体をそのまま利用しているが、表面エネルギーが低い領域２３２ｂと同様に、スライド面２３表面を構成する炭素とは別の元素をスライド面２３上に蒸着してもよい。
【００３３】
また、特定部分に選択的に異なる元素を付与又は添加するには、フォトリソグラフィの手法を使ってもよいし、あるいは、全面に適当な元素を付与した後、収束イオンビームによりスキャニングを行なえば、選択的に極表面部分だけが除去され、元の表面、すなわちカーボン膜を露出させることができる。このようなパターニング処理を行なっても表面形状に影響を与えることなく表面エネルギーパターンを形成することができる。
【００３４】
さらに、スライダ面の被覆膜に対し、例えば、酸素プラズマ処理をすることにより表面エネルギーを高くすることが可能であり、これを利用して、表面エネルギーの異なる領域を形成するようにしてもよい。
【００３５】
本実施例においては、磁気記録装置を構成し、互いに接触摺動する第１の機械要素としての記録媒体及び第２の機械要素としての磁気ヘッドからなる接触摺動機構について説明してきたが、本発明は、このような磁気記録装置に限られることはなく、潤滑剤を介し相対的に接触摺動動作をする第１、２の機械要素からなる接触摺動機構全てに適用可能である。また、ヘリングボーン状の表面エネルギーパターンが形成される接触面は、第１、２いずれかの機械要素に設けられてもよいし、第１、２両方の機械要素に設けられてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係る接触摺動機構は、第１及び第２の機械要素の相対的移動に伴い潤滑剤を介して接触摺動する前記第１及び第２の機械要素の動作表面の少なくとも一方の動作表面に、表面エネルギーが高い領域と表面エネルギーが低い領域とから構成される表面エネルギーパターンが形成されると共に、前記表面エネルギーパターンは、複数の前記表面エネルギーが高い領域と複数の前記表面エネルギーが低い領域とが交互に隣り合って配置されかつ前記第１及び第２の機械要素の相対的移動方向に対していずれも傾斜してなる斜め縞状パターンを含むようにしたので、第１及び第２の機械要素の相対的移動により発生する潤滑剤の流れを制御し、動作表面の所定部分に圧力を発生させて該動作表面同士を非接触状態にすることができ、動作表面同士の接触摺動動作における摩耗あるいは摩擦を抑えることができる。
【００３７】
また、表面エネルギーパターンは、プラズマ処理やフォトリソグラフィなどにより選択的に、前記動作表面と異なる元素を該動作表面の特定領域に付与又は添加して形成されるようにしたので、動作表面がもともと持っていた表面形状に影響を与えず表面エネルギーパターンを形成することができると共に、上記の通りの十分な摩耗あるいは摩擦低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例であるコンタクト方式の磁気記録装置における磁気ヘッドのスライド面の概略図である。
【図２】図１に示されるスライド面の記録媒体との接触面の構成を説明するための該記録媒体接触面の模式拡大図である。
【図３】磁気ヘッドスライド面の接触面と潤滑膜との関係を示す模式図である。
【図４】潤滑剤により磁気ヘッドスライド面の接触面との接触境界に形成されるメニスカスを示す概略模式図である。
【図５】磁気記録装置における浮上方式の情報記録・再生部分の構造を示す概略模式図である。
【図６】磁気記録装置におけるコンタクト方式の情報記録・再生部分の構造を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１          記録媒体
２          磁気ヘッド
２ａ        流入端
２ｂ        流出端
３          空気流
１１        潤滑膜
１２        保護膜
１３        磁性層
２１        後端部
２２        接触力
２３        スライド面
１３１      メニスカス
２３１      エアベアリング面
２３２      接触面
２３２ａ    表面エネルギーが高い領域
２３２ｂ    表面エネルギーが低い領域
２３２ｃ    （接触面の）中心線
【図１】
2004265541.tif 000003
【図２】
2004265541.tif 000004
【図３】
2004265541.tif 000005
【図４】
2004265541.tif 000006
【図５】
2004265541.tif 000007
【図６】
2004265541.tif 000008