(57)【要約】    【課題】スライダの浮上量が減少すると、スライダの後端とディスク表面の自由潤滑剤との間の静摩擦によって深刻な不安定状態に陥ることがある。ディスク表面上のスライダの静摩擦の問題を回避し、低浮上量を可能にする。    【解決手段】磁気ディスクは、スケール約２００ミクロン以上の低い表面うねり（Ｗｑ）と、ディスク書込み用ヘッドを担持するスライダのパッドのほぼ長さ未満スケールの高い表面粗さ（Ｒｑ）とを有する。好ましくは、低い表面うねりはディスク表面のトポグラフ形状の約３オングストローム以下の平均標準偏差によって前記スケールに定義されている。また好ましくは、高い表面粗さはディスク表面のトポグラフ形状の約４．５オングストローム以上の平均標準偏差によって前記スケールに定義されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケール約２００ミクロン以上の低い表面うねりと、ディスク書込み用ヘッドを担持するスライダのパッドのほぼ長さ未満のスケールの高い表面粗さとを有することを特徴とする磁気ディスク。
【請求項２】
スケール約２００ミクロン未満の高い表面粗さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項３】
スケール約１００ミクロン未満の高い表面粗さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項４】
スケール約５００〜１０００ミクロンの低い表面うねりを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項５】
スケール約５ミクロン以下の低い表面粗さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項６】
前記低い表面うねりが、前記ディスク表面のトポグラフ形状の約３オングストローム以下の平均標準偏差によって前記スケールに定義されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項７】
前記高い表面粗さが、前記ディスク表面のトポグラフ形状の約４．５オングストローム以上の平均標準偏差によって前記スケールに定義されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項８】
前記スライダが前記ディスク表面から約５ナノメートル以下の浮上量で浮上することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク。
【請求項９】
ディスク表面のトポグラフ形状の山から谷を測定して約３オングストローム以下の平均距離によって定義されるスケール約２００ミクロン以上の低い表面うねりと、ディスク表面のトポグラフ形状の山から谷を測定して約４．５オングストローム以上の平均距離によって定義されるディスク書込み用ヘッドを担持するスライダのパッドのほぼ長さ未満スケールの高い表面粗さとを有することを特徴とする磁気ディスク。
【請求項１０】
スケール約２００ミクロン未満の高い表面粗さを有することを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク。
【請求項１１】
スケール約１００ミクロン未満の高い表面粗さを有することを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク。
【請求項１２】
スケール約５００〜１０００ミクロンの低い表面うねりを有することを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク。
【請求項１３】
スケール約５ミクロン以下の低い表面粗さを有することを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク。
【請求項１４】
前記スライダが前記ディスク表面から約５ナノメートル以下の浮上量で浮上することを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク。
【請求項１５】
磁気ディスクと、
前記磁気ディスクの読取り書込み用の少なくとも１つのヘッドと、
前記ヘッドを支持し、パッドを有するスライダと、
前記ヘッドの動作を制御するために当該ヘッドに連結された制御ユニットと、
を備え、
前記磁気ディスクがスケール約５００ミクロン以上の低い表面うねりと、前記スライダのパッドのほぼ長さ未満スケールの高い表面粗さとを有することを特徴とする磁気記憶システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスク駆動システムの製造に関し、より詳細には、本発明は低浮上量で高い性能を備えた新規なディスク表面特性に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク記憶装置は通常、磁気的にデータが記憶された複数の同心円状トラックを含む少なくとも一つのデータ記録面を有する一つ以上の薄膜磁気ディスクと、選択されたＲＰＭで単数または複数のディスクを支持しかつ回転させるスピンドルモータおよびスピンドルモータ・コントローラと、記録面の情報読取り書込み用スライダ上に形成される記録面ごとの少なくとも一つの読取り書込み変換器あるいは「ヘッド」と、読み書きされたデータを処理するデータチャネルと、所望のデータトラックに近接して変換器を支持するための位置決め可能なアクチュエータ組立体と、単数または複数の所望するトラック上で単数または複数の変換器を位置決めするためにアクチュエータ組立体の動きを制御するサーボシステムとを備えている。
【０００３】
各スライダはその片面が、軟質サスペンションを介してアクチュエータ・アームに取り付けられており、反対面には所要構成の空気ベアリング面（ＡＢＳ）を有しており、好ましい浮上量特性をもたらす。ディスクが回転すると、空気流がスライダの先端へ入り込み、その後端方向へ流れる。この空気流はＡＢＳ上に正の圧力を生成し、スライダを記録面上に持ち上げる。スライダは空気のクッションにより記録面上で名目上の浮上量で維持される。このような磁気ディスク装置は、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４７８９９１３号明細書
【特許文献２】米国特許第６５８０５８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここ数年で記録密度およびデータ転送速度が増加したことに伴い、トラック幅の読み書き隙間やコイル寸法など記録装置における限界寸法が減少している。また空気ベアリング面（ＡＢＳ）と媒体との間の浮上量はますます小さくなっている。参考までに通常４０ｇｂ／ｉｎ２の製品の記録ヘッドは浮上量が約１２ナノメートルである。最新ヘッドの浮上量はさらに少なく、浮上量は減少を続けると予想される。ヘッド微小寸法および浮上量のこうした低下は磁気性能にとって有益である一方、熱的および機械的信頼性に対する代価もかかる。特に、ディスク駆動装置作動中、ヘッドと磁気ディスクとの間の浮上量が減ると、ヘッドとディスクの間で断続的に接触する率が高くなり、その結果ディスク表面の損傷とヘッド要素の磨耗が生じる。
【０００６】
ヘッド‐ディスクの断続的接触に起因する問題を回避するために、ディスクは駆動装置組立中に潤滑処理される。ディスクをこのような断続的接触から保護するために製造中に潤滑剤で被覆するにもかかわらず、潤滑剤は駆動装置が作動するうちに最終的にディスク表面から消耗してしまう。潤滑剤のディスクからの分離に関連する問題のため、ディスク上で均一な潤滑膜を絶えず維持する手段として気相潤滑剤貯蔵システムが開示された。しかし浮上量が減少すると、スライダがディスク表面と、従って潤滑剤と接触しやすくなる。スライダの後端と自由潤滑剤との間の相互作用によって深刻な不安定状態に陥ることがあり、それによりスライダは振幅が５ｎｍを超える秒間隔の固有振動数（現行の試験スライダでは約３００ｋＨｚ）で振動することが観察された。このことは信頼性という目的からすれば重大な問題である。従って、ディスクとスライダとの間の著しい潤滑剤運搬を減らすために、スライダとディスク表面との間の空隙を改善し安定させることによって潤滑剤に誘発されるスライダの振動を低減することが望ましいであろう。
【０００７】
ディスクの粗さもまた、スライダ浮上量を低減する際に問題となる。最大の山がスライダの通常動作領域へとはみ出しやすいので、意図しない、損傷を起こすようなスライダ／ディスク接触の可能性が高くなる。スライダ浮上量を低減すると、これらの不連続面から受ける損傷のリスクはさらに大きくなる。このため、ディスクはその表面が非常に平滑になるように製造されている。最新のディスクでは、ディスク表面に沿って１０〜１００μｍの帯域で測定した表面粗さ（標準偏差Ｒｑ）が約２〜４オングストロームであり、１００〜１０００μｍの帯域におけるうねり（標準偏差Ｗｑ）が通常５オングストローム以上である。
【０００８】
このように平滑な表面が別の問題、つまりディスク表面上のスライダの静摩擦の問題を生じることを本発明者らは発見した。静摩擦とは、平滑面同士が吸着しようとする傾向のことである。ディスクが回転するとスライダ‐ディスク接触中に静摩擦が作用してスライダの跳躍を起こし、その結果読み書きが不安定になる。静摩擦の問題は低Ｒｑかつ低Ｗｑのディスクを使用する場合に、より頻繁に起こることを本発明者らは発見した。
【０００９】
従って必要とされるのは、本明細書において上述した問題を回避しつつ、低減された浮上量を可能にする方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上述の欠点と限界を、スケール約２００ミクロン以上の低い表面うねり（Ｗｑ）とディスク書込み用ヘッドを担持するスライダのパッドのほぼ長さ未満スケールの高い表面粗さ（Ｒｑ）とを有する磁気ディスクを提供することによって克服する。
【００１１】
１実施形態において、ディスクはスケール約２００ミクロン未満の高い表面粗さを有する。別の実施形態において、ディスクはスケール約１００ミクロン未満の高い表面粗さを有する。
【００１２】
さらに別の実施形態では、ディスクはスケール約５００〜１０００ミクロンの低い表面うねりを有する。
【００１３】
他の実施形態において、ディスクはスケール約５ミクロン以下の低い表面粗さを有する。
【００１４】
好ましくは、低い表面うねりはディスク表面のトポグラフ形状の約３オングストローム以下の平均標準偏差によって前記スケールに定義されている。また好ましくは、高い表面粗さはディスク表面のトポグラフ形状の約４．５オングストローム以上の平均標準偏差によって前記スケールに定義されている。
【００１５】
ディスク表面の独特な設計は、ディスク表面から約５ナノメートル以下の浮上量で浮上するスライダの使用にとってきわめて有利である。
【００１６】
本発明の他の側面および利点は、図面と合わせて検討すれば、本発明の原則を例として示す以下の詳細な説明から明白となろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スライダの後端とディスク表面の潤滑剤との間の静摩擦による問題を回避し、低浮上量を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するために現在意図されている最良の実施形態を以下に説明する。この説明は本発明の一般原則を示す目的のためになされるものであり、本明細書で請求される発明概念を限定するものではない。
【００１９】
まず図１を参照すると、本発明を具体化するディスク駆動装置１００が示されている。図１に示すように、少なくとも一つの回転可能な磁気ディスク１１２がスピンドル１１４上に支持され、ディスク駆動モータ１１８によって回転される。各ディスクの磁気記録は、ディスク１１２上にある同心円状のデータトラック（図示せず）の環状パターンの形になっている。
【００２０】
ディスク１１２の近くに少なくとも一つのスライダ１１３が配置されており、各スライダ１１３は単数または複数の磁気読取り／書込みヘッド１２１を支持する。ディスクが回転するとスライダ１１３がディスク表面１２２上で半径方向を内外に移動する結果、ヘッド１２１は所望のデータが記録されたディスクの様々なトラックにアクセスすることが可能となる。各スライダ１１３は、サスペンション１１５を介してアクチュエータ・アーム１１９に取り付けられている。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に対して付勢する軽微なばね力を与える。各アクチュエータ・アーム１１９はアクチュエータ手段１２７に取り付けられている。図１に示すように、アクチュエータ手段１２７はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは一定の磁気領域内で移動可能なコイルを備えており、このコイル移動の方向と速度はコントローラ１２９が供給するモータ電流信号によって制御されている。
【００２１】
ディスク記憶システムの作動中、ディスク１１２の回転によりスライダ１１３とディスク表面１２２との間には空気ベアリングが発生し、この空気ベアリングはスライダに上方への力あるいは揚力を及ぼす。このように、空気ベアリングは正常作動中にサスペンション１１５の軽微なばね力を相殺し、スライダ１１３をディスク表面から離してその僅か上を実質一定した小間隔で支持する。
【００２２】
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、制御ユニット１２９により生成される制御信号、例えばアクセス制御信号や内部クロック信号により動作中に制御される。制御ユニット１２９は通常、論理制御回路と記憶手段とマイクロプロセッサとを備えている。制御ユニット１２９は様々なシステム動作を制御するための制御信号、例えば直線１２３で駆動モータ制御信号を、また直線１２８でヘッド位置決め・シーク制御信号を生成する。直線１２８の制御信号は所要の電流分布を提供し、スライダ１１３をディスク１１２上の所要のデータトラックへと最適に移動させ位置決めする。読取り書込み信号は、記録チャネル１２５を経由して読取り／書込みヘッド１２１を往復して伝達される。
【００２３】
図２を参照すると、図１のディスク駆動装置１００の平面図が示される。ディスク駆動装置１００は複数の積層薄膜磁気記録ディスク１１２を備えるディスクパックを有し、このディスクパックはハウジング２０４に組み込まれたスピンドル１１４に取り付けられている。ディスクパックの外周ではロード／アンロード機構２０６がディスク駆動装置のハウジング２０４のベースプレート２０８に固着されている。回転アクチュエータ組立体が複数のアクチュエータ・アーム２１０を含み、各アクチュエータ・アームはディスク１１２の近傍でスライダ１１３を支持する。各アクチュエータ・アーム２１０はその遠位端で突出部あるいはタブ２１２を適切に有し、ロード／アンロード動作中、ロード／アンロード機構２０６のランプ２１４と係合する。ハウジング２０４内に気相潤滑剤貯蔵システム１３１が配置されている。特許文献１および／または特許文献２に記載されたシステムのような気相潤滑剤貯蔵システム１３１を実装することができる。これらの特許を参照によって本明細書に組み込む。
【００２４】
図３は１実施形態によるスライダ１１３を表す。図示するように、突出パッド３０２が読取り／書込み要素３０４の上に配置されている。この構成全体にわたってカーボン、ＳｉＮｘ等からなる保護膜３０６が形成されている。
【００２５】
上述した通常の磁気ディスク記憶システムおよび付属する図１〜図３の例は、説明するためのものにすぎない。ディスク記憶システムが多数のディスクおよびアクチュエータを含むことができ、各アクチュエータが複数のスライダを支持することができることは当然に明白である。
【００２６】
本発明者らは、低浮上量用に設計される幾つかの磁気記録ディスク表面の特徴を明確にし、「ハイブリッド」な特性、すなわち低波長における高い粗さおよび低いうねりが最高の性能をもたらすことを発見した。対照的に、また反直観的にいうと、低波長において低い粗さおよび低いうねりを有する（すなわちディスク表面がより平滑である）ディスクは最低の性能をもたらす。
【００２７】
図４はヘッド‐ディスク相互作用の発生を測定するテイクオフ圧力試験の結果を、従ってこのような相互作用がサーボ問題に関する問題、繰返し性振れ（ＲＲＯ）問題等を引き起こす可能性を示している。図４では、測定はすべて約５ｎｍでの同一のスライダ浮上で、ただし異なる表面特性を有する４つのディスク上で行われた。それらの表面特性は１）高Ｒｑ・低Ｗｑ、２）高Ｒｑ・低Ｗｑ、３）高Ｒｑ・高Ｗｑ、４）低Ｒｑ・低Ｗｑである。Ｒｑはスケール約２００ミクロン未満で測定され、これはスライダ上で使用されるパッドの寸法とほぼ同じである。Ｗｑはスケール約２００〜１０００ミクロンで測定される。Ｒｑ値およびＷｑ値が低いことは、より平滑な表面特性に相当する。
【００２８】
引き続き図４を参照すると、駆動装置内の周囲圧力が減るにつれ（Ｘ軸）、スライダはますます少ない浮上量で浮上する。スライダ‐ディスク接触の測定にはアコ−スティック・エミッション（ＡＥ）が利用され、この場合スライダの上または近くに設置されたＡＥ測定器により測定される。安定問題を回避するのに望ましいＡＥのカウント数は約０．０２未満である。例えば過度のスライダ‐ディスク接触が生じると、スライダは跳躍しやすくなって不安定になる。
【００２９】
直観的にいえば、ディスク表面が平滑になればスライダは、ディスク表面のさらに近くを相互作用なく浮上できるはずである。しかし、一旦ある特定の平滑さが達成されると、ディスクとスライダとの間の引力が働き始め、静摩擦問題を引き起こすことがわかった。図示するように、低い表面粗さおよびうねりでは、周囲圧力が低下するとスライダはかなり急速にディスク表面に接触する。低浮上のディスク表面にとっての有利な特性の形態は、機械構造上の間隔が通常約５ｎｍ未満である低浮上量の領域における（ａ）高い粗さ、および（ｂ）低いうねりであることを、本発明者らは発見した。
【００３０】
最新のディスクは約２〜４オングストロームのＲｑおよび５オングストローム以上のＷｑを有する。パッド長さ約２００μｍを有する長さ約５００μｍのスライダにとって最も望ましいディスク表面の特性は、４．５オングストローム以上のＲｑと、約３オングストローム以下に低減されたＷｑであることを、本発明者らは発見した。これらの値は概ね全てのディスク基板、例えばガラス、Ａｌ‐Ｍｇ、ポリマー等に当てはまる。また、パッド寸法も低減されておりスライダがディスクに接触する面積を減少させるのに役立つことにも留意されたい。したがって、望ましいディスク表面特性はパッド寸法に比例して変化することができる。
【００３１】
好適な１実施形態によれば、ディスク表面は、浮上量変化のため２００μｍ‐５００μｍ以上スケール（この長さスケールはスライダ全長によって定義されている）の低いうねりと、腐食や欠陥など表面保全のため５μｍ以下スケール（この長さスケールは磁区ＴＰＩ、ＢＰＩによって定義されている）の低い粗さと、さらに偶発的接触中にスライダＡＢＳパッドとディスクとの摩擦を最小限にするために１０〜１００μｍスケール（この長さスケールはＡＢＳパッド寸法によって定義されている）の高い粗さとを有する。
【００３２】
ある波長範囲にわたる粗さスペクトルの特性を図５に示す。粗さスペクトルは、Candela Instruments社製の光学式表面解析装置（ＯＳＡ）ＴＳ５１００型で測定した。ＯＳＡでは光偏向技術を用いてディスク表面上のトポグラフ形状を測定する。ＦＦＴアルゴリズムにより得られるフーリエ変換はディスク表面特性の目安である。
【００３３】
図５の粗さスペクトルは４つのディスク表面特性のフーリエ変換である。それらの表面特性は１）高Ｒｑ・低Ｗｑ、２）高Ｒｑ・低Ｗｑ、３）高Ｒｑ・高Ｗｑ、４）低Ｒｑ・低Ｗｑである。波長が小さいほど表面形状の振幅も小さい。図示するように、１０００マイクロメータの波長において、ほとんど全てのディスクが波形の偏向に関して同一の振幅を有するということがわかる。しかし、１００マイクロメータ（ほぼパッドの寸法）では異なる表面間に差異を認めることができる。望ましいディスク表面特性は、高い波長において低い振幅を有するが、低い波長においては静摩擦問題を回避するために高い振幅を有する。
【００３４】
本発明者らはまた、ＡＢＳパッドの寸法のスケールも定義する。ｌ０〜１００μｍであるこのＡＢＳパッドスケールと５００μｍ〜１０００μｍである浮上量変化スケールは、いずれもＯＳＡで測定することができる。トレース解析により、表１に示す数字が得られる（これは図５のグラフと同一の情報である）。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
高Ｒｑと低Ｗｑの望ましい組合せを有するディスク表面を創成するために、設計者は製造パラメータを調整して望ましい特性を得ることができる。本明細書で定義された表面特性をどうすれば得られるかは当業者なら理解できるであろう。したがってディスク製造のさらなる議論は行わない。
【００３７】
本明細書で述べた新規の構成は以下の明確な利益をもたらす。
（ａ）歩留り向上：機械構造上の浮上量５ｎｍ以下で接近して記録するスライダにとってスライダ−ディスク接触の可能性が低減するため、歩留りを著しく向上させることができる。
（ｂ）有利な空隙：新規のディスク表面は、本開示で概説した特性を有するディスクに関するＴＯＰ情報に基づき、約２ｎｍに改善された空隙を備えるべきである。これは、インタフェースが５〜６ｎｍあるいはそれに近い浮上の場合に重要である。
（ｃ）接触するインタフェースではスライダ跳躍（平滑表面に起因する静摩擦）は著しく低減されている。その優位性は低Ｒｑ・低Ｗｑおよび／または高Ｒｑ・高Ｗｑであるディスクの場合の５０％以上と同程度であろう。
【００３８】
これまで様々な実施形態を説明してきたが、それらは例として示されたにすぎず、限定するものとして示されたものでないことは明らかであろう。したがって、好適な実施形態の広さおよび範囲は上記のいかなる例示的な実施形態によっても限定されず、冒頭の請求の範囲およびその均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】磁気記録ディスク駆動システムを簡略化した図である。
【図２】本発明の１実施形態による図１のディスク駆動システムの部分平面図である。
【図３】１実施形態によるスライダの略側面図である。
【図４】ヘッド‐ディスク相互作用の発生を測定するテイクオフ圧力試験の試験結果を示すグラフである。
【図５】ある波長範囲にわたって幾つかのディスクの粗さスペクトルの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１００…ディスク駆動装置、
１１２…磁気ディスク、
１１３…スライダ、
１１４…スピンドル、
１１５…サスペンション、
１１８…ディスク駆動モータ、
１１９，２１０…アクチュエータ・アーム、
１２１…ヘッド、
１２５…データ記録チャネル、
１２７…VCM、
１２９…制御ユニット、
１３１…気相潤滑剤貯蔵システム、
２０４…ハウジング、
２０６…ロード／アンロード機構、
２０８…ベースプレート、
２１２…タブ、
２１４…ランプ、
３０２…突出パッド、
３０４…読取り／書込み要素、
３０６…保護膜。
【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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