專利名稱：摩擦吸引接觸式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言與各種旋轉(zhuǎn)盤信息存儲系統(tǒng)有關(guān)。具體來說，本發(fā)明推出一種磁盤存儲系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，磁傳感器安裝在與以運轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的存儲介質(zhì)物理接觸的滑塊上，利用摩擦吸引效應(yīng)使滑塊與存儲介質(zhì)表面保持物理接觸。
在磁存儲系統(tǒng)中，一個信息位的存儲是通過將磁場聚集到磁盤的一個小體積上使這個體積內(nèi)的磁疇朝向所要求的方向來實現(xiàn)的。在光存儲系統(tǒng)中，一個信息位的存儲是通過將激光束聚集到光盤的一個小斑上加熱介質(zhì)使這個小斑處的介質(zhì)材料發(fā)生物理變化來實現(xiàn)的。在磁光存儲系統(tǒng)的情況下，激光束產(chǎn)生的熱使光斑處的磁疇隨外加磁場排列。在所有這些運動盤存儲系統(tǒng)中，目前都是通過增大存儲盤的面位密度(arealbitdensify)來滿足增大存儲容量要求的。
在磁盤存儲系統(tǒng)中，為了增加面位密度，必需減小三個基本參數(shù)-寫磁頭間隙長度、磁存儲介質(zhì)厚度、磁頭至磁盤空隙。如果磁頭間隙長度和介質(zhì)厚度一定，則磁頭至磁盤的空隙越小，亦即磁頭飛行高度越低，可能實現(xiàn)的位元面積就越小。接觸錄取飛行高度最低，此時滑塊與旋轉(zhuǎn)著的磁盤物理(機械)接觸，也就是說滑塊在磁盤表面連續(xù)滑動、摩擦，讀寫磁頭就象滑塊的邊緣那樣緊靠磁盤表面。在頒發(fā)給勃列紹斯基(Brezoczky)等人的美國專利No.4，819，091中披露了一種磁接觸錄取系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中讀寫磁頭安裝在與旋轉(zhuǎn)存儲介質(zhì)物理接觸、由單晶材料制成的滑塊上。在運動著的磁盤表面與滑塊之間所產(chǎn)生的摩擦吸引力抵制了鄰近磁盤表面的運動空氣層所產(chǎn)生的升力，使得數(shù)據(jù)可以接觸讀寫，既不過分磨損磁頭和滑塊，又不過分磨損記錄介質(zhì)。
在轉(zhuǎn)讓給東芝株式會社(KabushikiKaishaToshiba)、頒發(fā)給庫勃(Kubo)等人的美國專利No.4，901，185中披露了一種滑塊后緣保持與旋轉(zhuǎn)磁盤表面接觸的旋轉(zhuǎn)磁盤存儲系統(tǒng)?；瑝K由一組支架臂懸在旋轉(zhuǎn)磁盤上。支架臂上的片簧將一個回轉(zhuǎn)力加在滑塊上，使得滑塊空氣支承表面的后部與運動磁盤表面接觸。磁頭安置在滑塊后緣面上，或嵌在里面，使得磁頭表面靠近但不接觸磁盤表面，以防磁頭表面磨損。而滑塊接觸表面和磁盤的磨損則通過使用磁盤潤滑劑和降低磁盤旋轉(zhuǎn)速度大大減小。還沒有哪個參考文獻披露一種具有高速運動磁介質(zhì)和采用多晶材料制成的滑塊的接觸式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，滑塊與運動磁盤一起產(chǎn)生一個恢復(fù)力，使得滑塊在零或負(fù)的外負(fù)載下與磁盤表面保持物理接觸。
本發(fā)明的主要目的是為運動磁存儲系統(tǒng)提供一種高密度接觸式錄取系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，產(chǎn)生出一個摩擦引力和一個恢復(fù)力，使得磁傳感器與運動記錄介質(zhì)保持接觸，而且無論磁傳感器還是記錄介質(zhì)，磨損都不大。
在按照本發(fā)明原則所推出的一種信息存儲系統(tǒng)中，讀寫磁傳感器(磁頭)安裝在掛在支持臂上的滑塊上，滑塊與運動的磁存儲介質(zhì)(磁盤)保持物理接觸?；瑝K與磁盤之間的相對運動產(chǎn)生一個摩擦吸引恢復(fù)力，這個力不僅是以克服運動表面空氣膜所產(chǎn)生的升力，而且也是以抵消各種促使滑塊脫離磁盤的擾動力。因此，平均滑塊-磁盤間隙保持十分穩(wěn)定，相對磁盤表面而言起伏僅在幾個毫微米(nm)以內(nèi)。在滑塊上至少裝有一個讀寫磁頭，其位置緊臨滑塊接觸表面。由于滑塊與磁盤表面接觸，因此磁頭至介質(zhì)的間隙只取決于磁記錄層(即磁介質(zhì))上保護層的厚度和磁盤的相對平坦度。就當(dāng)前技術(shù)水平而言，市售的磁盤的局部偏差在表面平坦度上小于20毫微米，而保護涂層的厚度小于40毫微米。因此，磁頭-介質(zhì)間距做到小于60毫微米是比較容易的。此外，由于滑塊與磁盤表面物理接觸，運行期間磁頭高度變化大大減小。因此，采用本發(fā)明所推出的磁盤裝置，數(shù)據(jù)面位密度可以顯著提高，而且從磁盤的磁記錄表面讀取數(shù)據(jù)也較為容易。
由于在滑塊與滑動接觸的磁盤表面之間的相對運動產(chǎn)生的摩擦引力克服了緊貼磁盤表面的運動空氣層產(chǎn)生的升力，就不需要在滑塊上施加一個正的外加負(fù)載。此外，因為摩擦引力實際上起著一個恢復(fù)力(如彈簧的恢復(fù)力)的作用，任何促使滑塊脫離磁盤表面的力都被一個增大的摩擦引力所抵消。因此，當(dāng)有什么擾動力(例如，由于磁盤表面不平或徑向擺動而引起擾動力)企圖使滑塊脫離磁盤表面時，摩擦吸引恢復(fù)力使滑塊仍能保持與磁盤表面接觸。這種摩擦吸引恢復(fù)力還有一個優(yōu)點，滑塊可以在零或負(fù)的外負(fù)載下運行，這使得在滑塊-磁盤表面界面的摩擦負(fù)載達(dá)到最小，從而將滑塊和磁盤的接觸表面的磨損降至最小。
通常，原有技術(shù)的運動磁存儲系統(tǒng)(例如溫徹斯特磁盤機)采用“在接觸狀態(tài)下起動和停止”，也就是說磁盤靜止時，滑塊坐落在磁盤表面上。當(dāng)磁盤開始旋轉(zhuǎn)時，隨著在滑塊和磁盤表面之間逐漸形成一個空氣支承，滑塊“起飛”，在磁盤表面上方“飛行”。當(dāng)磁盤停止旋轉(zhuǎn)時，滑塊著盤，坐落在磁盤表面上。由于磁盤表面越做越光滑，在運行狀態(tài)下所遇到的在滑塊與磁盤表面之間的靜摩擦也就越來越成問題。這個問題表現(xiàn)在要求驅(qū)動磁盤旋轉(zhuǎn)的電動機必需有較大的起動轉(zhuǎn)距，以便一起動就可使滑塊從坐落在磁盤表面上的“靜止”狀態(tài)下解放出來。這個問題由于為了抵消磁盤旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的升力在滑塊上要求施加正的外負(fù)載而變得更為嚴(yán)重。在一個按照本發(fā)明所構(gòu)成的運動磁存儲系統(tǒng)中，滑塊具有一個零或稍正的外負(fù)載，使得滑塊在磁盤停止旋轉(zhuǎn)(即滑塊與磁盤之間無相對運動)時掛在磁盤表面上。此外，滑塊裝在其懸臂上，稍有些傾斜，使得前向端(即角)與磁盤表面只有十分輕微的接觸。這個點接觸所產(chǎn)生的靜摩擦力的值小到可以忽略，此時很容易起動磁盤旋轉(zhuǎn)。隨著開始旋轉(zhuǎn)到磁盤以運行速度旋轉(zhuǎn)，點接觸所產(chǎn)生的摩擦電荷逐漸傳布到滑塊的底部接觸面上。當(dāng)在整個滑塊接觸表面上有足夠的所產(chǎn)生的電荷時，總的摩擦引力將滑塊向下拉到磁盤表面上，使得滑塊的接觸表面與磁盤表面平行，保持物理接觸。如上所述，只要磁盤繼續(xù)以高于一個門限速度的速度旋轉(zhuǎn)，滑塊在外負(fù)載為零或稍負(fù)的狀態(tài)下與磁盤表面保持物理接觸。當(dāng)磁盤停止旋轉(zhuǎn)時，隨著磁盤逐漸靜止，滑塊重新上翹傾斜，只有滑塊的前向端與磁盤表面接觸。
本發(fā)明的上述及其它一些目的、特征和優(yōu)點從以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明中可以清楚地看到。這些附圖中


圖1為按本發(fā)明原理構(gòu)成的支持在旋轉(zhuǎn)存儲盤上的接觸滑塊的透視圖;
圖2為說明摩擦力與加在圖1所示滑塊上外負(fù)載之間的關(guān)系圖;
圖3為按本發(fā)明原理構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁盤存儲系統(tǒng)的簡化方框圖;
圖4為說明按本發(fā)明原理用于自負(fù)載安裝的滑塊的情況的截面圖;
圖5為說明隨著圖3和圖4所示磁存儲系統(tǒng)的磁盤開始旋轉(zhuǎn)，滑塊負(fù)載和摩擦力與時間之間的關(guān)系的圖;
圖6為示出用于圖4所示系統(tǒng)的接觸滑塊優(yōu)選實施例的頂視圖;
圖7為沿圖6所示滑塊的8-8線切剖的剖視圖;
圖8為圖7所示滑塊和另一種記錄介質(zhì)實施例的剖視圖;以及圖9為圖4所示滑塊的另一個優(yōu)選實施例的剖視圖。
現(xiàn)在參見圖1。一個信息存儲系統(tǒng)至少有一個硬存儲盤12，固定在主軸17上，由磁盤驅(qū)動電動機(未示出)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。眾所周知，記錄介質(zhì)11鍍在磁盤上，例如呈由同心的數(shù)據(jù)磁道構(gòu)成的一個環(huán)形圖形。存儲介質(zhì)上覆有一層保護層(如磁或氧化鋯涂層)。至少有一個滑塊13與磁盤表面的保護涂層接觸，滑塊上載有一個或幾個讀寫磁頭?；瑝K13通過懸臂15接到驅(qū)動臂19上。驅(qū)動臂19接到諸如音圈式電動機那樣的訪問機構(gòu)上(未示出)，使讀寫磁頭在所要求的數(shù)據(jù)磁道上方定位。當(dāng)存儲磁盤12旋轉(zhuǎn)時，滑塊13沿磁盤半徑方向運動，使讀寫磁頭得以訪問磁盤表面11的各個不同區(qū)域。
按照本發(fā)明，滑塊13由懸臂15定位成與以正常運行速度旋轉(zhuǎn)的記錄介質(zhì)接觸，這是由于滑塊13與磁盤表面11之間在箭頭16所指方向上的相對運動而引起的。本發(fā)明的一個特點是，即使滑塊和磁盤表面之間的相對速度超過每秒20米，也能保持滑塊13與磁盤表面11直接物理接觸。物理接觸是由一種稱為摩擦引力的吸引力保持的，其強度是以克服由隨磁盤表面一起運動的空氣膜產(chǎn)生、企圖迫使滑塊脫離磁盤表面的升力。前面所引用的美國專利No.4，819，091詳細(xì)地披露了一種采用與存儲介質(zhì)物質(zhì)接觸的滑塊的磁盤存儲系統(tǒng)，該專利在本發(fā)明中列為全文引用參考專利。
這個摩擦引力歸因于處在物理接觸的滑塊和磁盤表面之間的相對運動所產(chǎn)生的摩擦電荷之間的庫侖吸引。如果磁盤速度高于每秒1米量級的某個門限速度，則摩擦引力變化不大，但如果低于這個門限速度，摩擦引力就會相應(yīng)減小。隨著磁盤速度的降低，會出現(xiàn)這樣一個點，在這點上摩擦引力不再是以使滑塊與磁盤表面保持接觸。這個釋放點是磁盤擺動度和磁盤表面不平坦度的函數(shù)。此外，當(dāng)加在滑塊13上的懸臂載荷(外負(fù)載)減小到成為一個負(fù)的負(fù)載時，就有一個“恢復(fù)”力產(chǎn)生。也就是說，當(dāng)兩個表面受迫分開時，摩擦引力增大，抵消了迫使這兩個表面分開的力。這個恢復(fù)力無論磁盤12具有什么樣的表面不平坦度和擺動度都能使滑塊13與磁盤表面11保持穩(wěn)定的接觸。如圖2所示，當(dāng)外負(fù)載為正時，變在滑塊上的實際負(fù)載，亦即在滑塊表面和磁盤表面之間測量的摩擦力，線性正比于加在滑塊13上的外負(fù)載，還有一個附加的不變的摩擦引力。滑塊-磁盤界面的凈負(fù)載為這兩個力之和。隨著外負(fù)載減小進入負(fù)值區(qū)，也就是滑塊被拉起、脫離磁盤表面時，凈負(fù)載減小成為摩擦引力與加在滑塊上的拉力之差。如圖2的曲線14所示，當(dāng)外負(fù)載減小到進入負(fù)值區(qū)時，摩擦力對負(fù)載的特性逐漸偏離在正負(fù)載區(qū)較高負(fù)載處所觀察到的線性關(guān)系。隨著加在滑塊13上的負(fù)的外負(fù)載的幅度的增加，滑塊磁盤界面的凈負(fù)載緩慢地隨摩擦力的減小而減小。摩擦引力與高于某一最低門限速度的磁盤速度關(guān)系不大?；謴?fù)力的作用和很小的凈負(fù)載使得在利用摩擦吸引現(xiàn)象的接觸式錄取系統(tǒng)中滑塊的穩(wěn)定性提高、滑塊-磁盤界面的磨損大大降低。
由滑塊和磁盤的接觸表面之間的相對運動所產(chǎn)生的摩擦引力包括一個起著彈簧恢復(fù)力類似作用的恢復(fù)力。這個恢復(fù)力以一個增加的摩擦引力抵消各種企圖使滑塊脫離磁盤表面的力。當(dāng)加有企圖使滑塊脫離磁盤表面的擾動力時，因此而產(chǎn)生的恢復(fù)力使滑塊保持與磁盤表面物理接觸。如果沒有恢復(fù)力作用，磁盤表面的不平坦和磁盤的擺動都會引起滑塊脫離得足以使鄰近磁盤表面的運動空氣層能從磁盤上完全將滑塊升起?？偟慕Y(jié)果是，要求在滑塊上施加一個大的正向力來抵消空氣支承升力和要求消除各種擾動力。此外，由于所產(chǎn)生的摩擦吸引恢復(fù)力只是足以抵消擾動力，并沒有在滑塊-磁盤界面施加任何額外負(fù)載。因此，這種系統(tǒng)可以在滑塊上的外負(fù)載非常小或為零的情況下運行。在磁盤旋轉(zhuǎn)時加在滑塊上的外負(fù)載大體為零或為稍負(fù)的值的情況下，系統(tǒng)性能最佳。
除了材料的物理特性以外，滑塊上極小的外負(fù)載是使滑塊和磁盤的接觸面的磨損成為最小、使靜摩擦作用減輕的一個重要因素?；瑝K的幾何形狀表面拋光在減小磨損中也起了重要作用。當(dāng)產(chǎn)生的摩擦引力足以抵消空氣支承產(chǎn)生的升力時，盡量使空氣支承作用本身減至最小也是重要的。然而，空氣支承確實提供了有利的潤滑作用，因此完全消除空氣支承并不是所希望的。
是否能產(chǎn)生摩擦引力、幅度有多大都取決于用來制造滑塊和磁盤的材料。就本發(fā)明對摩擦起電現(xiàn)象的理解來看，很難預(yù)測哪些材料配對后會呈現(xiàn)出具有恢復(fù)力效應(yīng)的摩擦吸引接觸滑動情況。一般規(guī)律是，如果一對材料(滑塊、磁盤)的摩擦力-負(fù)載曲線具有象圖2中所示曲線14那樣的特有形狀(特別是在負(fù)負(fù)載區(qū))，則這對材料就會有摩擦吸引接觸滑動效應(yīng)。在負(fù)負(fù)載區(qū)偏離線性關(guān)系(這導(dǎo)致對于負(fù)負(fù)載摩擦力單調(diào)漸降)表明可以開發(fā)出強的恢復(fù)力。業(yè)已發(fā)明，從眾多的具有低摩擦系數(shù)、不導(dǎo)電或具有高電阻率的晶態(tài)和非晶態(tài)材料中選出的滑塊材料，配上目前現(xiàn)有的存儲磁盤，能夠出現(xiàn)滿意的摩擦吸引特性。雖然還同時具有高導(dǎo)熱率的材料最好，但并不是對所有能現(xiàn)出摩擦吸引效應(yīng)的材料都要求有高的導(dǎo)熱率。表Ⅰ中列出了與各種磁盤(例如，石墨、氧化鋯或Si3N4涂復(fù)的薄膜磁盤，碳素涂復(fù)的微粒磁盤，常有氧化鋯涂層的薄膜磁盤)一起使用時能出現(xiàn)摩擦吸引接觸滑動效應(yīng)的各種滑塊材料。
表Ⅰ材料組織摩擦吸引性能鉆石SC優(yōu)藍(lán)寶石SC優(yōu)硅SC可石英SC良CBNSC良CaTiO3SC 良SiCHP稍差ZrOHP稍差氧化鋁HP稍差SIALONHP良cBNPc良水晶a良注sc-單晶態(tài)，Pc-多晶態(tài)，a-非晶態(tài)，HP-熱中成型(通常是多相多晶態(tài)混合物)如表Ⅰ所示，有許多材料可以用于摩擦吸引接觸錄取中。盡管必需為摩擦起電電荷提供一條泄放通路，但對磁盤涂層的電阻率的要求并不十分嚴(yán)格。然而，一般要求在磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)應(yīng)該將產(chǎn)生的大部分摩擦電荷泄放到大地。通常，在薄膜磁盤中所用的磁介質(zhì)是金屬的，如果接了地，則由于保護層很薄，足以將電荷泄放掉。如果磁介質(zhì)是不導(dǎo)電的，例如通常采用氧化物磁介質(zhì)中有些就是不導(dǎo)電的，就必需十分細(xì)致地考慮泄放摩擦電荷問題。雖然磁盤潤滑劑能減小摩擦和提高磁盤和滑塊的耐磨性，潤滑劑及其所吸附的其它雜質(zhì)卻會對摩擦電性能和摩擦學(xué)性能有所影響。實踐中，采用聚醚型潤滑劑尚未發(fā)現(xiàn)對摩擦吸引現(xiàn)象有什么有害影響。
圖3示出了按照本發(fā)明的原理構(gòu)成的一個磁盤存儲系統(tǒng)。至少一個可轉(zhuǎn)動磁盤，如磁盤12，安裝在主軸14上，由磁盤驅(qū)動電動機18驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。每個磁盤上的磁記錄介質(zhì)11都呈一個具有許多同心的數(shù)據(jù)磁盤的園環(huán)圖案，內(nèi)徑為22，外徑為24，如在磁盤12上所示。
至少一個滑塊13與磁記錄介質(zhì)11接觸定位，每個滑塊13承載一個或幾個讀寫磁頭21?；瑝K13通過懸臂15安裝到驅(qū)動臂19上。懸臂15提供一個零或稍正的彈簧力外負(fù)載，使得滑塊13在磁盤12靜止(即不轉(zhuǎn)動)時保持與磁盤表面20接觸，詳細(xì)情況下面將結(jié)合圖4加以說明。當(dāng)磁盤12旋轉(zhuǎn)時，即在磁盤12與滑塊13之間有相對運動時，滑塊13在零或稍負(fù)的外負(fù)載狀態(tài)下保持與磁盤表面20接觸。每個驅(qū)動臂19都安裝到一個訪問機構(gòu)，例如音圈電動機(VCM)27。VCM是一個可在固定磁場內(nèi)運動的線圈，線圈運動的方向和速度由所加的電流信號控制。當(dāng)磁盤12旋轉(zhuǎn)時，滑塊13沿磁盤的半徑方向進出運動，使磁頭21可以訪問磁盤表面20上含有存儲的數(shù)據(jù)的各個不同部分。
磁盤存儲系統(tǒng)的各個構(gòu)件由控制單元29產(chǎn)生的信號(如訪問控制信號、內(nèi)時鐘信號)控制進行運行?？刂茊卧?9包括邏輯控制電路、存儲裝置及微處理器。控制單元29產(chǎn)生的控制信號，如加在傳輸線23上的電動機控制信號和加在傳輸線28上的磁頭位置控制信號，控制各個系統(tǒng)操作。加在傳輸線28上的控制信號提供滿意的電流波形，最佳地移動一個選中的滑塊13，使它定位到相關(guān)磁盤12的所要求的數(shù)據(jù)磁道上。通過記錄通道25，讀寫信號送至讀寫磁頭21和從讀寫磁頭21送出讀寫信號。
以上對一個磁盤存儲系統(tǒng)的說明和圖3中所作的圖示都只是示范性的。應(yīng)該清楚，這種存儲系統(tǒng)可以具有大量的存儲磁盤和VCM，而每一個驅(qū)動臂都可以承載好幾個滑塊。本發(fā)明的接觸錄取磁盤存儲系統(tǒng)完全可以應(yīng)用到各種可動存儲設(shè)備上，只要在這種存儲設(shè)備中滑塊在存儲介質(zhì)以運行速度旋轉(zhuǎn)時是與存儲介質(zhì)接觸的。
現(xiàn)參見圖4和圖5，按照本發(fā)明的原則，滑塊13安裝在懸臂15上，定位成在磁盤12靜止不動時與磁盤表面20接觸。通過諸如將懸臂15稍加扭轉(zhuǎn)之類的方式，使得安裝在懸臂15上的滑塊13稍有些傾斜，相對磁盤旋轉(zhuǎn)方向(如箭頭32所示)的前向角31在磁盤12停止時與磁盤表面20輕輕接觸。傾斜的角度只要是以保證滑塊尖端31與磁盤表面20接觸即可，在圖中為了明顯起見作了夸張。對于一個優(yōu)選實施例而言，傾斜角度在1.5度就足夠了。傾斜角度過大，會使滑塊尖端31在磁盤開始旋轉(zhuǎn)時“鑿入”磁盤表面。這個輕微的接觸所產(chǎn)生的摩擦力的大小可以忽略，因此很容易起動磁盤旋轉(zhuǎn)。采用了這種結(jié)構(gòu)，隨著磁盤12開始旋轉(zhuǎn)，速度上升到運行速度時，角端31的點接觸就會產(chǎn)生摩擦電荷，傳播到滑塊13的整個底面(亦即接觸表面)。隨著在角端31處產(chǎn)生的電荷開始擴散，滑塊13越來越被吸向磁盤表面20。這個過程增強了摩擦電荷的產(chǎn)生，因為接觸面積增加了。在門限點，滑塊底面積累了足夠的電荷，滑塊驟然受到吸引，拉向磁盤，使得滑塊接觸表面平行于磁盤表面20，牢固地于磁盤表面20物理接觸。只要磁盤繼續(xù)以足夠高的速度旋轉(zhuǎn)，滑塊就保持與磁盤滑動接觸，外負(fù)載為零或稍負(fù)。當(dāng)磁盤停止轉(zhuǎn)動時，滑塊13上升翹起，角端31重新以原來的角度與磁盤表面20接觸?；瑝K的自負(fù)載(self-loading)過程與時間的函數(shù)關(guān)系圖示于圖5?？梢钥吹酱疟P在時間為零時(圖左側(cè))開始旋轉(zhuǎn)。隨著磁盤轉(zhuǎn)速的增大，摩擦力也增大，而負(fù)載則保持比較恒定。摩擦力和負(fù)載的幅度的振蕩是由于磁盤反復(fù)擺動和磁盤逐漸加速而引起的，這由振蕩周期逐漸縮短可以證明。摩擦曲線的高峰34表示滑塊已經(jīng)積累了足夠的電荷使它可以被吸引到磁盤表面與之完全接觸的那一點。對于一個采用單晶藍(lán)寶石滑塊和3.5英時細(xì)粒性磁盤的優(yōu)選實施例，在一個最終轉(zhuǎn)速為每分鐘3600轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中摩擦高峰34出現(xiàn)在相當(dāng)于轉(zhuǎn)速為每分鐘2400轉(zhuǎn)的附近。在摩擦高峰34以后，當(dāng)滑塊一開始進入到與磁盤表面20接觸后，摩擦曲線變平，值大致等于那個較低的負(fù)載值?？墒?，負(fù)載曲線繼續(xù)振蕩。這很可能是由于接觸滑動發(fā)生在摩擦-負(fù)載曲線對負(fù)載的系數(shù)很小的非線性區(qū)。
現(xiàn)在參見圖6-8。按照本發(fā)明，滑塊13定位成當(dāng)磁盤以正常運行速度旋轉(zhuǎn)時滑塊13與記錄介質(zhì)11處于由滑塊13與磁盤表面20之間的相對運動(速度為一預(yù)定值，方向如箭頭32所示)所引起的滑動接觸狀態(tài)?；瑝K的幾何形狀呈“雪鏟”或“船狀”，以便使表面微粒偏離，因此大大減小了灰塵或其它雜質(zhì)進入滑塊和磁盤表面之間的可能性。在一個優(yōu)選實施例中，滑塊13做成等腰三角形形狀，頂點(即前向角端31)位于相對運動線(如箭頭32所示)上。相對運動的速度可以是每分鐘3600轉(zhuǎn)，或更大一些?；瑝K的底面(即接觸表面)是平的，并且至少要拋光成一個光學(xué)平面的表面。或者，滑塊13可以是等邊三角形、正方形或矩形形狀，安裝成前向角朝向與磁盤旋轉(zhuǎn)方向相反的方向。
滑塊13用一種具有滿意的摩擦吸引特性的材料(例如從表Ⅰ所列的材料中選出的一種材料)制造。單晶鉆石或藍(lán)寶石是合適的制造滑塊13的材料。在一個優(yōu)選實施例中，滑塊13用碳化硅(Sic)的多晶壓制材料制造。雖然Sic壓制材料呈現(xiàn)優(yōu)異的摩擦吸引性能，但不如藍(lán)寶石或鉆石那樣經(jīng)得住磁盤表面磨損。通常，單晶表面的性能更要好一些，因為這些單晶材料費用高于多晶材料，雖有較高的耐磨性也不見得合適。
讀寫磁頭21最好是一個采用薄膜沉積技術(shù)形成的磁頭，例如在授予瓊斯(Jones，Jr)等人的美國專利No.4，190，872中所說明的那種薄膜傳感器。讀寫磁頭21沉積在滑塊13后緣35的表面34上。表面34大體垂直于滑塊13的與磁盤表面20接觸的底表面37(見圖7)。
如圖7所示，在一個專用實施例中，記錄介質(zhì)40是一個微粒磁盤。記錄介質(zhì)40例如是一個鋁合金制成的基片45，上面涂有一層微粒磁涂層43。磁涂層43是由磁性微粒和環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑組成的。磁涂層43經(jīng)固化和拋光后就形成了一個所需的表面涂層，記錄介質(zhì)表面41上涂以少量液體潤滑劑。然后，放上滑塊13，與磁盤表面41滑動接觸，潤滑劑就形成了一個處在滑塊接觸表面37和記錄介質(zhì)表面41之間的界面。沉積在滑塊后表面34上的讀寫磁頭21就保持緊鄰磁盤表面41，相對于記錄介質(zhì)43的高度基本不變。
如圖8所示，在另一個優(yōu)選實施例中，記錄介質(zhì)50是一個薄膜磁盤。例如，記錄介質(zhì)50由一塊用鋁鎂合金制成的基片59、一層諸如鉻材料的底涂層57、一層鈷基合金的磁性層55和一層諸如石墨那樣材料的保護涂層53組成。如上所述，在磁盤存儲系統(tǒng)正常運行條件下，滑塊13與記錄介質(zhì)50的表面51接觸，不會產(chǎn)生多大的磨損。
圖9示出了一個復(fù)合滑塊的優(yōu)選實施例。復(fù)合滑塊60包括一個由一種合適的材料(例如，陶瓷、Al2O3和Tic的混合物等)制成的滑塊體63和一層粘結(jié)到滑塊體底表面65上、與記錄介質(zhì)69接觸的具有良好摩擦吸引特性的材料的薄層67。在一個專用實施例中，復(fù)合滑塊60具有一個單晶藍(lán)寶石滑塊體63，上面沉積了一層適當(dāng)?shù)木w材料層67。如前所述，讀寫磁頭61沉積在滑塊后緣的表面62上。厚度大約為250埃的層67可以滿意地提供保證滑塊60的底表面65和記錄介質(zhì)69接觸所需的摩擦吸引特性。
以上結(jié)合各優(yōu)選實施例對本發(fā)明作了具體說明，但熟悉該技術(shù)的一定能夠理解，本發(fā)明并不局限于這幾個說明的實施例，而在形式和細(xì)節(jié)上都可以作出各種修改，這并不偏離所附權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是所述磁盤存儲系統(tǒng)包括一個磁存儲介質(zhì)，所述磁存儲介質(zhì)包括一塊硬質(zhì)基片，上面涂有一層磁存儲材料層；一個磁傳感器和支持裝置，所述支持裝置用來支持所述磁傳感器，使它與所述磁存儲介質(zhì)物理接觸，所述支持裝置包括一塊具有非線性負(fù)負(fù)載區(qū)負(fù)載-摩擦特性的材料的基片；與所述磁存儲介質(zhì)連接的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用來旋轉(zhuǎn)所述磁存儲介質(zhì)，使所述磁存儲介質(zhì)與所述磁傳感器之間的相對運動的速度高到足以產(chǎn)生一個所述支持裝置的負(fù)載-摩擦特性決定的恢復(fù)力的一個選定運行速度，所述恢復(fù)力的幅度足以使所述磁傳感器與以所述選定運定速度運動的磁存儲介質(zhì)保持充分物理接觸，從而可以在對所述磁傳感器和所述磁存儲介質(zhì)并無多大磨損的狀態(tài)下讀寫數(shù)據(jù)。
2.一種如在權(quán)利要求1中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述支持裝置是一塊用一種具有高電阻率和低摩擦系數(shù)材料制造的成型接觸滑塊。
3.一種如在權(quán)利要求2中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述接觸滑塊是用一種單晶材料制造的。
4.一種如在權(quán)利要求3中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述單晶材料是從包括鉆石、藍(lán)寶石、石英、立方氮化硼(cBN)、鈣鈦氧化物這組材料中選出的。
5.一種如在權(quán)利要求2中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述接觸滑塊是用一種多晶材料制造的。
6.一種如在權(quán)利要求5中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述多晶材料是從包括碳化硅、氧化鋯、氧化鋁、SIALON、立方氮化硼的這組材料中選出的。
7.一種如在權(quán)利要求2中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述接觸滑塊是用一種非晶材料制造的。
8.一種如在權(quán)利要求7中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述非晶材料是水晶。
9.一種如在權(quán)利要求1中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)還包括一個訪問臂和支承裝置，所述支承裝置用來支承所述支持裝置，使得所述支持裝置與以所述選定運行速度旋轉(zhuǎn)的所述磁存儲介質(zhì)保持良好的物理接觸。
10.一種如在權(quán)利要求9中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述支承裝置含有彈簧裝置，當(dāng)所述磁存儲介質(zhì)旋轉(zhuǎn)時，所述彈簧裝置提供一個負(fù)外力，加在所述支持裝置上，所述負(fù)外力的方向為企圖驅(qū)使所述支持裝置脫離所述磁記錄介質(zhì)的表面的方向，所述負(fù)外力具有一個使支持裝置仍與以所述選定運行速度旋轉(zhuǎn)的所述磁記錄介質(zhì)靜止時，所述支持裝置翹起，不緊貼所述磁記錄介質(zhì)。
11.一種如在權(quán)利要求10中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述支承裝置含有定向裝置，用來對所述支持裝置定向，使得在所述磁記錄介質(zhì)靜止時所述支持裝置的一部分與所述磁記錄介質(zhì)物理接觸。
12.一種如在權(quán)利要求11中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述支持裝置是一塊具有一個平整底面和一個相對于所述磁存儲介質(zhì)旋轉(zhuǎn)方向的前向端的成形滑塊，所述成形滑塊在所述存儲介質(zhì)靜止時懸起一個預(yù)定角度，使得所述前向與所述磁存儲介質(zhì)物理接觸。
13.一種如在權(quán)利要求12中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述預(yù)定角度相對所述磁存儲介質(zhì)而言是在1.5度至5.0度的范圍內(nèi)。
14.一種如在權(quán)利要求2中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)還包括一個具有支承裝置的訪問臂，所述支承裝置提供一個基本上為零的外負(fù)載，加在所述成形接觸滑塊上。
15.一種如在權(quán)利要求2中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)還包括一個具有支承裝置的訪問臂，在所述磁存儲介質(zhì)旋轉(zhuǎn)時，所述支承裝置提供一個負(fù)外負(fù)載，加在所述成形接觸滑塊上。
16.一種如在權(quán)利要求15中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述支承裝置包括扭曲彈簧裝置，在所述磁存儲介質(zhì)靜止時，所述彈簧裝置使所述成形滑塊從所述磁存儲介質(zhì)表面翹起，斜向所述磁存儲介質(zhì)，而所述成形滑塊的一部分與學(xué)述磁存儲介質(zhì)表面仍保持物理接觸。
17.一種如在權(quán)利要求16中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述成形滑塊定向成相對所述磁存儲介質(zhì)旋轉(zhuǎn)方向而言的一個前向端部分在所述磁存儲介質(zhì)靜止時與所述磁存儲介質(zhì)表面物理接觸。
18.一種如在權(quán)利要求1中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述磁存儲介質(zhì)是一個微粒磁盤。
19.一種如在權(quán)利要求1中所提出的磁盤存儲系統(tǒng)，其特征是其中所述磁存儲介質(zhì)是一個薄膜磁盤。
20.一種與一個磁存儲介質(zhì)配合使用的磁傳感器，其特征是所述磁傳感器包括在磁存儲介質(zhì)上記錄和/或敏感數(shù)據(jù)的磁頭裝置;以及與所述磁存儲介質(zhì)保持物理接觸的基片裝置，所述基片裝置由一種具有高電阻率、高熱導(dǎo)率和低摩擦系數(shù)的材料制成，在所述基片裝置的一個表面上形成的所述磁頭裝置緊鄰所述磁存儲介質(zhì)的一個主表面。
21.一種如在權(quán)利要求20中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述基片裝置是一個具有一個平整底表面的成形滑塊，所述底表面與所述磁記錄介質(zhì)保持良好的物理接觸。
22.一種如在權(quán)利要求21中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述成形滑塊相對所述磁存儲介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)方向定義了一個前向端和一個后緣，所述磁頭裝置加工在所述后緣的一個表面上。
23.一種如在權(quán)利要求22中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述成形滑塊是一個做成三角形形狀的滑塊，它的一個頂點為所述前向端底邊為所述后緣，所述表面與所述磁存儲介質(zhì)主表面垂直。
24.一種如在權(quán)利要求22中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述成形滑塊是一個做成矩形形狀的滑塊，它的一個角為所述前向端。
25.一種如在權(quán)利要求20中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述基片裝置是用一種單晶材料制造的。
26.一種如在權(quán)利要求25中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述單晶材料是從包括鉆石、藍(lán)寶石、石英、立方氮化硼、鈣鈦氧化物的這組材料中選出的。
27.一種如在權(quán)利要求20中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述基片是用一種多晶材料制造的。
28.一種如在權(quán)利要求27中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述多晶材料是從包括碳化硅、氧化鋯、氧化鋁、SIALON、立方氮化硼的這組材料中選出的。
29.一種如在權(quán)利要求20中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述基片裝置是用一種非晶材料制造的。
30.一種如在權(quán)利要求29中所提出的磁傳感器，其特征是其中所述非晶材料為水晶。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種接觸式磁存儲系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，承載讀寫磁頭的滑塊在系統(tǒng)以選定運行速度運行時與硬質(zhì)磁存儲介質(zhì)保持良好的物理接觸。由于所用滑塊材料的負(fù)載-摩擦特性在負(fù)負(fù)載區(qū)是非線性的，掛在訪問臂上的滑塊可以處在零或負(fù)的外負(fù)荷狀態(tài)。在系統(tǒng)運行時，所產(chǎn)生的恢復(fù)力克服了空氣升力，使滑塊不會象常規(guī)系統(tǒng)那樣脫離磁存儲介質(zhì)飛起，而是與磁存儲介質(zhì)保持良好的物理接觸，并且對滑塊和磁存儲介質(zhì)的磨損和損傷也很小。
文檔編號G11B5/255GK1074056SQ92113708
公開日1993年7月7日 申請日期1992年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月24日
發(fā)明者布蘭希斯·普若扎科, 哈基姆·賽克 申請人:國際商業(yè)機器公司