(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、
スライダの記録媒体に対向すべき面と記録媒体との間の気体膜に実現されるべき所定の剛性分布と、隙間パラメータの設計目標値と、前記スライダに付与される荷重と、解析の基本条件とが入力される第１のステップと、
前記剛性分布から、前記スライダの記録媒体に対向すべき面と記録媒体との間の気体膜に実現されるべき圧力分布を算出する第２のステップと、
前記圧力分布から、前記スライダの浮上力を算出する第３のステップと、
前記浮上力と前記荷重との釣り合いの有無を判断する第４のステップとを実行させ、
前記釣り合いが取れている場合には、前記圧力分布から、前記スライダの記録媒体に対向すべき面と前記記録媒体との間の隙間分布を算出する第５のステップを実行させ、
前記釣り合いが取れていない場合には再度前記第１のステップに戻ることを特徴とするスライダの空気潤滑面設計プログラム。
【請求項２】
前記第２のステップにおいて、前記剛性分布からの前記圧力分布の算出を、摂動法に基づいて行うことを特徴とする請求項１記載のスライダの空気潤滑面設計プログラム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスライダの空気潤滑面設計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド、光ヘッド、または光磁気ヘッド等の浮上型ヘッドを用いたディスク装置のスライダの空気潤滑面設計プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスク装置の浮上形ヘッドを用いたディスク装置のスライダの記録媒体に対向すべき面（いわゆる空気潤滑面、以下ＡＢＳ面と記す）の形状設計は、スライダのＡＢＳ面の解析プログラムを用いて以下のように行われてきた。
【０００３】
図７は、従来のスライダのＡＢＳ面の設計方法を示すフローチャートである。
【０００４】
まず、設計者は、ステップＳ１１０において、経験的に望ましいと思われるＡＢＳ面の形状、スライダに付与される荷重、及び初期の隙間パラメータ（浮上量、ロール角度、ピッチ角度）をコンピュータに入力する。
【０００５】
続いて、設計者は、ステップＳ１２０において、コンピュータに導入されたスライダのＡＢＳ面の解析プログラムを用いて、ステップＳ１１０で入力されたスライダのＡＢＳ面形状での浮上特性の解析を行い、ＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の空気膜に生ずる圧力分布の算出を行い、次に、ステップＳ１３０において、スライダに印加された荷重とステップＳ１２０で算出された圧力分布との釣り合いから浮上量の算出を行う。
【０００６】
このようなスライダのＡＢＳ面の解析プログラムとしては例えば、Ｕ．Ｃ．Ｂｅｒｋｌｅｙ校が開発したＣＭＬＡｉｒが実用化されている。
【０００７】
次に、ステップＳ１４０において、設計者が、ステップＳ１３０で算出された浮上量等の隙間パラメータの値と、目標値との相違を判断する。
【０００８】
その結果、ステップＳ１３０で算出された浮上量等の隙間パラメータの値が目標値と異なる場合には、ステップＳ１１０に戻って、ステップＳ１２０で算出された圧力分布を参考にしながら、経験的に望ましいと思われるＡＢＳ面の形状を入力（ステップＳ１６０）し、再度評価プログラムを用いて浮上量等の隙間パラメータを算出し、その結果、所望の浮上量等の隙間パラメータを得ることができるまで、何度でもＡＢＳ面の形状を修正する、という繰り返しを行っていた。
【０００９】
なお、ステップＳ１４０において、算出された隙間パラメータと目標値とが一致した場合には、算出された際に解析対象として入力されたＡＢＳ面の形状を、求めるべきスライダのＡＢＳ面の形状として決定した（ステップＳ１５０）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような従来のスライダのＡＢＳ面の設計方法においては、設計者の経験によって、設計に要する時間がかなりばらつくという課題があり、一般に、スライダ設計には多大な時間を要していた。
【００１１】
また、従来のスライダのＡＢＳ面の設計方法においては、設計者のアイディアに沿った設計形状に基づいた設計しかできないために、設計可能な形状の自由度は、設計者の経験によってかなりバラツキを有する、という課題があった。
【００１２】
さらに、従来のスライダ手法では、評価プログラムによって算出された浮上特性と、実際の浮上特性が一致せず、その場合は更に形状の修正を行う必要があり、その場合には、さらに設計に要する時間が長期化する、という課題があった。
【００１３】
一方、近年の磁気ディスク装置においては、磁気ディスクの記録密度が飛躍的に向上しているために、スライダと磁気記録媒体との浮上量が、従来に比較して非常に小さく、２０ｎｍ以下となることも多い。
【００１４】
このように浮上量が小さくなると、磁気記録媒体の表面粗さの影響、磁気記録媒体の回転時の面振れ等の、外乱がスライダの挙動に与える影響が、従来に比べて大きくなるが、上記述べたような、スライダのＡＢＳ面形状の設計においては、これらの外乱の影響を考慮していないため、解析によって算出された浮上量等の隙間パラメータと実際のスライダの挙動とが大きく食い違う、という課題があった。
【００１５】
また、近年のパソコン、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯用情報機器の小型化、モバイル化等により、そのデータストレージ手段の一つである磁気ディスク装置においても、一段の小型化及び、振動、落下等に対して高い耐衝撃性を有することなど、高い可搬性が求められている。
【００１６】
このために、スライダの浮上特性の設計においても、振動、落下等の耐衝撃性を考慮することが必要となるが、従来の方法では、外部からの衝撃に対して解析、考慮が行なわれていない、という課題を有していた。
【００１７】
本発明はこのような課題に鑑み、磁気記録媒体の表面粗さや、面振れ、さらに振動、落下等による耐衝撃性の影響を考慮した設計が可能で、より迅速に、また個人差の少ない設計を可能とするスライダの空気潤滑面の設計プログラムを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスライダの空気潤滑面設計プログラムは、コンピュータに、スライダの記録媒体に対向すべき面と記録媒体との間の気体膜に実現されるべき所定の剛性分布と、隙間パラメータ（浮上量、ピッチ角、ロール角）の設計目標値と、スライダに付与される荷重と、解析の基本条件とが入力される第１のステップと、剛性分布から、スライダの記録媒体に対向すべき面と、記録媒体との間の気体膜に実現されるべき圧力分布を算出する第２のステップと、圧力分布から、スライダの浮上力を算出する第３のステップと、浮上力と荷重との釣り合いの有無を判断する第４のステップを実行させ、釣り合いが取れている場合には、圧力分布から、スライダの記録媒体に対向すべき面と、記録媒体との間の隙間分布を算出する第５のステップを実行させ、釣り合いが取れていない場合には、再度第１のステップに戻ることを特徴としている。
【００１９】
これにより、外部からの振動や、面ぶれ、磁気記録媒体の表面粗さ等の外乱を考慮したスライダのＡＢＳ面設計が実現できる。
【００２０】
また、剛性分布からの、圧力分布の算出を、摂動法に基づいて行うことにより、剛性分布から圧力分布の算出を、より簡易に行うことが可能となる。
【００２１】
また、このようなプログラムを記録した記録媒体によれば、プログラムを実行させる際に端末に依存せずに実行させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態として、本発明のスライダの空気潤滑面設計プログラムを説明する。
【００２４】
まず、本発明のスライダの空気潤滑面設計プログラムは、図６に示すような、少なくとも、マウス、キーボード等の入力装置７、ＣＰＵ８、メモリ、ディスク装置等の記憶装置９、及びディスプレイ、プリンタ等の出力装置１０からなる演算装置１１（例えばコンピュータ）上で実行される。
【００２５】
次に、具体的なステップ毎の処理プロセスを、図１に示す、本発明のスライダの空気潤滑面の設計プログラムのステップを示したフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
図１において、まず、ステップＳ１０において、解析対象となるスライダのＡＢＳ面の形状と、スライダに磁気記録媒体に接近する方向に付与される荷重と、ＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の空気膜に望ましい剛性分布の値及び隙間パラメータ（浮上量、ピッチ角、ロール角）の設計目標値がＣＰＵ８に入力される。
【００２７】
入力は、必要な剛性分布の形状データをＣＡＤ等に入力されたデータが、３次元座標に変換された座標データが記憶装置９から入力されても良いし、マウス等の入力装置７を用いて、コンピュータの画面上で、簡易に作図して作成した剛性分布の形状がＣＰＵ８に入力されてもよい。
【００２８】
図２に、解析対象となるスライダのＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の空気膜に望ましいと思われる剛性分布の一例を示す。
【００２９】
図２に示した剛性分布においては、図２に向かって左側から空気流が流入することを仮定している。また、向かって右側の剛性分布が最大となる部分に、磁気ヘッドが搭載されていることを仮定している。
【００３０】
これは、耐衝撃性を考慮した場合に、磁気ヘッドが搭載された部分の剛性が大きいことがもっとも重要であるからである。
【００３１】
また、図２の領域Ａの部分に、比較的小さい正の剛性分布を設定した領域があるが、これは、スライダが衝撃などの外乱を受けるときに、磁気ヘッドが搭載された部分は変位しないことをねらい、磁気ヘッドが搭載された部分を回転中心として、スライダの図に向かって左側が回転するような設計をしたものである。
【００３２】
また、図２の向かって左側の領域Ａの部分に、比較的小さい剛性分布を設定することによって、スライダが衝撃などの外乱を受けるときに、左側の領域Ａの部分に大きい変位を発生させることにより、衝撃エネルギーを吸収する緩和効果を得ることができる。
【００３３】
このように、剛性分布を設計条件として考慮できることにより、ＡＢＳ面のより微細な部分について満足すべき特性を実現したＡＢＳ面形状を実現することができる。
【００３４】
また、剛性分布を考慮することにより、耐衝撃性等の外乱に対する影響を考慮した設計を行うことができる。
【００３５】
また、ステップＳ１０においては、ＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の空気膜に必要な剛性分布が入力されると共に、スライダと磁気記録媒体との隙間パラメータの設計目標が入力される。隙間パラメータとは、例えば浮上量、ロール角度、ピッチ角度が入力される。
【００３６】
また、ステップＳ１０においては、解析対象となるスライダに、磁気記録媒体に接近する方向に支持アームから印加される荷重のデータも入力される。
【００３７】
ここで、荷重のデータとは、例えば、荷重Ｆ0と、その荷重が印加される位置が入力される。
【００３８】
さらに、ステップＳ１０においては、解析の基礎条件として、標高や、空気粘土、磁気ディスク装置のスピンドルモータの回転数、速度、磁気記録媒体の半径、スキュー角、シーク角度、スライダ中の磁気ヘッドが搭載された位置、磁気記録媒体の表面粗さの大きさ、形状等の情報が入力されるか、またはあらかじめ入力されている。
【００３９】
入力はすべて、入力装置７または記憶装置９からＣＰＵ８に対して行われる。
【００４０】
次に、図１に戻って、ステップＳ２０においては摂動法を利用することにより、ＣＰＵ８において、ＡＢＳ面におけるＡＢＳ面と磁気記録媒体表面との間の空気膜の圧力分布が算出され、出力装置１０に出力される。
【００４１】
なお、摂動法を用いたスライダの複素剛性圧力、剛性係数、減衰係数を求める方法は、小野京右、他２名、“サブミクロン領域における浮動ヘッドスライダの追従特性”、日本機械学会論文集（Ｃ編）、昭和５４年３月、第４５巻、３９１号、ｐ．３５６−３６２及び、三矢保永、他２名、“面粗さを考慮した動的分子気体潤滑問題のＦＥＭによる摂動解法”、日本機械学会論文集（Ｃ編）、平成７年７月、第６１巻、５８７号、ｐ．４３４−４４２に示されている。
【００４２】
ここで、圧力分布の算出は以下のように行う。
【００４３】
摂動法においては、剛性圧力分布＜Ｇ＞Tと、圧力分布＜Ｐ0＞Tとの間には、
[Ａ]＜Ｇ＞T＝[Ｖ]＜Ｐ0＞T
（[Ａ]、[Ｖ]は定数）
の関係が成り立つ。
【００４４】
次に、平行モードを考慮し、周波数が０の際の摂動法を考慮すれば、
＜Ｇ＞T＝＜Ｋ＞T
であるので、
[Ｖ]＜Ｐ0＞T＝[Ａ]＜Ｋ＞T
の関係が成り立つ。ここで、＜Ｋ＞Tが入力されるために、一義的に決まる。
この関係より、＜Ｐ0＞Tを決定することができる。
【００４５】
この結果、図３に示すような、圧力分布が算出され、画面上に立体的に表示される。図３に示した圧力分布は、図２に示した剛性分布から算出された結果の例である。
【００４６】
これにより、ステップＳ１０で入力された、目標となるべき剛性分布を実現するための、ＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の空気膜に必要な圧力分布を知ることができる。
【００４７】
次に、ステップＳ３０において、ステップＳ２０にて算出された圧力分布を積分することにより、解析対象となるスライダの浮上力ｆ0の算出がＣＰＵ８において行われる。
【００４８】
次に、ステップＳ４０において、ステップＳ３０において算出された、浮上力ｆ0と、ステップＳ１０において入力された荷重Ｆ0との釣り合いがＣＰＵ８において判断される。
【００４９】
具体的には、浮上力ｆ0と荷重Ｆ0との差の絶対値があらかじめ設定された値（例えば１０-7程度の値）以内かどうかをＣＰＵ８において判別する。
【００５０】
ステップＳ４０において、釣り合いの判別が行われた結果、釣り合っていると判断されればステップＳ５０に進み、釣り合っていないと判断されれば、ステップＳ１０に戻り、設計者による荷重Ｆ0の見直し、または必要な剛性分布の再入力が行われる。
【００５１】
また、ステップＳ４０において、釣り合っていると判断されれば、ステップＳ５０において、圧力分布＜Ｐ0＞Tから、ＡＢＳ面と磁気記録媒体との隙間分布＜Ｈ＞TがＣＰＵ８において算出される。
【００５２】
算出は修正レイノルズ方程式により行われる。
【００５３】
Ｈ＝（Λ▽Ｐ／３▽φＰ▽Ｐ）1/2＝（Λ／３φ▽Ｐ）1/2
ここで、Λはベアリング数、Ｐは圧力分布、φは流量係数である。
なお、
Λ＝（６μＵｌ／Ｐａｈ02）で算出される。
【００５４】
ここで、μ：空気粘度、Ｕ：速度、ｌ：スライダの長さ、Ｐａ：大気圧、ｈ0：最小隙間である。
【００５５】
このように、当初の目標とする剛性分布及び隙間パラメータの設計目標が決定されれば、一義的にＡＢＳ面と磁気記録媒体との間の隙間分布、つまり、磁気記録媒体を平面と考えれば、ＡＢＳ面の形状を求めることができる。
【００５６】
図４に、磁気記録媒体１に対して求められた隙間分布２の一例、図５に求められたスライダ形状３を示す。
【００５７】
実際に、図５に示したＡＢＳ形状のスライダを試作、実験した場合、演算に用いた条件、隙間パラメータを実現できることが分かった。
【００５８】
このように、本発明によるスライダの空気潤滑面の設計プログラムによれば、摂動法を用いてＡＢＳ面の形状を求めることにより、以下の利点がある。
【００５９】
まず、剛性分布を初期パラメータとした設計が可能であるので、耐衝撃性を設計のパラメータとして、耐衝撃性に優れたスライダのＡＢＳ面形状の設計をすることが可能となる。
【００６０】
また、剛性分布を初期パラメータとした設計が可能であるので、スライダのＡＢＳ面において、局所的に必要な剛性を満足させるようなＡＢＳ面の形状設計が可能となる。
【００６１】
また、本発明のスライダの空気潤滑面の設計プログラムによれば、条件として与えた浮上量等の隙間パラメータの設計目標値に対して、スライダのＡＢＳ面形状をより迅速に算出できる。
【００６２】
さらに、本発明のスライダの空気潤滑面の設計プログラムによれば、条件として与えた浮上量等の隙間パラメータの値と近い値の実験値を実現できる、スライダのＡＢＳ面形状の算出が可能である。
【００６３】
なお、本発明の実施の形態においては、磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置のスライダの空気潤滑面の設計プログラムについて説明したが、本発明の設計プログラムは、浮上型のディスク記録再生装置、たとえば光ディスク装置や光磁気ディスク装置等のスライダの空気潤滑面の設計プログラムとして用いた場合も同様の効果を有する。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のスライダの空気潤滑面の設計プログラムを用いれば、振動、落下等による耐衝撃性に優れたスライダのＡＢＳ面形状の設計が可能で、また正確な浮上量等の隙間パラメータの目標値を実現可能なスライダの空気潤滑面の設計プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスライダの空気潤滑面設計プログラムのステップを示すフローチャート
【図２】本発明の第１の実施の形態における入力される剛性分布の一例を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における算出された圧力分布を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における算出されたＡＢＳ面と記録媒体面との隙間分布を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態における算出されたＡＢＳ面の形状を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるスライダの空気潤滑面設計プログラムの演算装置を示すブロック図
【図７】従来のスライダの空気潤滑面設計方法のステップを示すフローチャート
【符号の説明】
１  磁気記録媒体
２  隙間分布
３  スライダ
７  入力装置
８  ＣＰＵ
９  記憶装置
１０  出力装置
１１  演算装置
Ｓ１０〜Ｓ１６０  ステップ
【図１】
0004389406.tif 000002
【図２】
0004389406.tif 000003
【図３】
0004389406.tif 000004
【図４】
0004389406.tif 000005
【図５】
0004389406.tif 000006
【図６】
0004389406.tif 000007
【図７】
0004389406.tif 000008