專利名稱：磁頭及采用它的磁存貯設(shè)備的制作方法
信息處理設(shè)備中用作其存貯裝置的主要為半導(dǎo)體存貯器和磁存貯器。半導(dǎo)體存貯器因其存取時間短被用作內(nèi)部存貯裝置，而磁存貯器則因?yàn)槠浯尜A容量大和非易失性的特點(diǎn)被用作為外存貯裝置。磁存貯裝置的二種主要類型，磁盤和磁帶，今天得到廣泛應(yīng)用，其中，在鋁盤或樹脂帶表面上形成的薄磁膜被用作為記錄介質(zhì)。為將磁信息記錄到這種記錄介質(zhì)上，采用一執(zhí)行電磁轉(zhuǎn)換操作的功能部件。為再現(xiàn)曾被記錄的磁信息，采用另一種實(shí)現(xiàn)磁阻或巨磁阻效應(yīng)或電磁感應(yīng)的功能部件。這些功能部件被設(shè)置到一被稱之為磁頭的輸入/輸出單元中。
此磁頭作相對于記錄介質(zhì)的運(yùn)動，以便在記錄介質(zhì)上某一特定地點(diǎn)記錄磁信息，和在需要時，再現(xiàn)所記錄的磁信息。現(xiàn)在為了說明討論一磁盤單元。如圖2中所示，其磁頭由一為記錄磁信息的記錄部件21和一為再現(xiàn)磁信息的再現(xiàn)部件22組成。記錄部件21由一線圈26和磁極27、28構(gòu)成，后者在上、下遮蔽住線圈26并相互作磁耦合。再現(xiàn)部件22由一磁阻效應(yīng)傳感器23和一導(dǎo)體29構(gòu)成，后者用于傳送一衡定電流至傳感器23和用于檢測電阻變化。在再現(xiàn)部件22下面配置有一磁屏蔽層25，以防止不希望的磁通的干擾。磁極28具有同樣的磁屏蔽作用。被叫做讀取間隙，亦即磁極28與屏蔽層25之間的間隙越窄，不希望的磁通侵入磁阻效應(yīng)傳感器23就越少，所得分辨率就越好，因而也就能處理更高密度磁信息。功能部件21、22被形成在磁頭主體的頂部上的基層24上面。
磁存貯設(shè)備的性能取決于輸入/輸出操作的速度及其存貯容量，而為完善磁存貯設(shè)備的性能，就必須實(shí)現(xiàn)短的存取時間和大的存貯容量?，F(xiàn)今為節(jié)省空間和便于應(yīng)用，日益要求采用致密磁存貯設(shè)備。為滿足這種需求，必須開發(fā)一種能在(和從)一層記錄介質(zhì)上記錄(和再現(xiàn))大量磁信息的磁存貯設(shè)備。
為達(dá)到高密度記錄，應(yīng)使磁疇的尺寸微型化。一般說，這一目的可由減少圖2中所示的記錄磁極27的寬度W和提高流進(jìn)線圈2的記錄電流的頻率(針對記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)的頻率)來達(dá)到。由于再現(xiàn)期間的信號強(qiáng)度取決于磁疇的大小，被微型化的磁疇降低所產(chǎn)生的信號強(qiáng)度，對信息再現(xiàn)帶來困難。因此，應(yīng)采取措施來提高再現(xiàn)部件的傳感器靈敏度。但是，這一途徑所能得到的改善受到傳感器中所采用的磁薄膜所呈現(xiàn)的磁阻效應(yīng)的實(shí)際局限性的限制?，F(xiàn)今廣泛承認(rèn)的記錄密度的極限為數(shù)Gb/in2。
為超過這一極限，例如美國專利No.5041932建議采用一種作成整體的磁讀-寫頭/撓性體/導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中使一磁頭和記錄介質(zhì)相接觸。在通常的磁盤裝置中，其磁頭由空氣支承在記錄介質(zhì)上面，一層空氣介于磁頭和記錄介質(zhì)之間。與之相反，上述美國專利中的發(fā)明采用一被鑲嵌進(jìn)一輕型的微型撓性體45中的磁頭功能部件43，此磁頭功能部件43在當(dāng)與記錄介質(zhì)11保持接觸時進(jìn)行滑動。由于上述發(fā)明中，在記錄介質(zhì)表面與磁頭功能部件(磁極)43之間介入非磁性層，記錄介質(zhì)中的磁信息就有效地被傳送到磁頭功能部件，并因此而得到很強(qiáng)的再現(xiàn)信號。磁疇，即使被微型化后亦能提供高的信噪(S/N)比，和獲得理想的再現(xiàn)信息。
但是，由于在上述配置中，磁頭功能部件是由一柔性撓曲件支撐的，在當(dāng)一轉(zhuǎn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對磁頭進(jìn)行定位時此撓曲件的變形就會引起相位延遲或意外的振動。
這一問題可由采用一前端墊片升起的磁頭得到緩解，如圖4中所示(日本未決專利公開，No.-6-60329)。在這一設(shè)置中，該前墊片因空氣壓力而高高地浮懸起來，僅一帶有裝置功能部件46的后墊片保持與記錄介質(zhì)1接觸。由于前墊片浮起，加在后墊片上的荷重就減少到成為磁頭的荷重減去浮力。作用在后墊片上的荷重的減少就使得能允許作用在整個磁頭上的荷重作相應(yīng)的增加。如果允許在整個磁頭上有較大的荷重，就將增加用于支撐磁頭的懸置部件等的剛度。這樣，與由撓性體支撐的磁頭機(jī)構(gòu)相比更能保證可靠的輸入/輸出操作。
如上所述，通常的技術(shù)能以高密度記錄而后再現(xiàn)磁信息是采取磁頭與記錄介質(zhì)作接觸滑動的方法。然而發(fā)現(xiàn)，要進(jìn)一步增加記錄密度會遇到如下問題。
由于前墊片是浮起的，當(dāng)記錄介質(zhì)在其高圓周速度范圍旋轉(zhuǎn)時磁頭的前邊將大大地浮起，如圖4中所示，使得構(gòu)成裝置46的磁極與記錄介質(zhì)1表面間的間隙成為更大。這就擴(kuò)大了記錄磁場的分布，所帶來的散失的損失降低再現(xiàn)過程中的電磁變換效率，而使得既無法輸入也無法輸出所希望的高密度信息。
為保持磁頭在圖4中所示的位置，前墊片的尺寸應(yīng)很大。當(dāng)記錄介質(zhì)停止時，原先浮動的磁頭的前墊片降落下來與記錄介質(zhì)的表面相接觸。如果此前墊片的尺寸很大，由于墊片與記錄介質(zhì)間存在有潤滑劑，此前墊片很容易被粘結(jié)住。粘結(jié)性是由充滿在墊片與記錄介質(zhì)之間的潤骨劑的凝聚力、附著力和表面張力造成的，其強(qiáng)度可能達(dá)到僅靠記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)無法再將墊片由記錄介質(zhì)分開。任何強(qiáng)制使其上粘結(jié)有墊片的記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的企圖均可能造成破壞，例如磁頭懸置系統(tǒng)的損壞或構(gòu)成記錄介質(zhì)的磁薄膜的脫落。
為防止粘結(jié)，日本未決公開No.平-6-44718揭示了一種磁頭，在其滑動表面上具有一小接觸面積的支片。這一發(fā)明裝置的缺點(diǎn)是此支片的加工步驟較之一般部件復(fù)雜，和在低浮動(滑動接觸)運(yùn)行期間此支片要接觸介質(zhì)。
美國專利No.5424888揭示了另一種設(shè)置，其中依靠將磁頭的前墊片和后墊片作成斜坡狀的來防止粘結(jié)。由于這種設(shè)置的目的是在防止粘結(jié)的同時改善磁頭的浮動，此作成坡度的墊片在記錄和再現(xiàn)期間總不會與記錄介質(zhì)相接觸。為檢驗(yàn)這種磁頭對高密度記錄介質(zhì)的適用性，進(jìn)行了使墊片與記錄介質(zhì)相接觸情況下的記錄和再現(xiàn)試驗(yàn)。測試結(jié)果表明再現(xiàn)信號質(zhì)量很差。這是因?yàn)閴|片與記錄介質(zhì)相接觸的面積很大足以產(chǎn)生一很大的切向力(摩擦力)而使得磁頭產(chǎn)生振動。
而且，為使磁頭保持圖4中所示的位置，前墊片的浮力應(yīng)與支撐磁頭的懸置系統(tǒng)的框架部件的剛度相平衡。除將磁頭保持在其位置上外，框架部件還承受磁頭、懸置系統(tǒng)和磁頭臂部件在它們被加工和裝配時發(fā)生的加工誤差和裝配誤差，以使得安裝此裝置的墊片的表面與記錄介質(zhì)表面相接觸。
在一其磁頭可與其記錄介質(zhì)相接觸的磁存貯設(shè)備中，磁頭應(yīng)作成輕型化的以減小磁頭與記錄介質(zhì)的磨損，延長設(shè)備的壽命，為在這樣的輕荷重條件下使墊片表面與記錄介質(zhì)表面相配合，懸置系統(tǒng)應(yīng)具有一極低剛度的框架?，F(xiàn)今可以不太昂貴價(jià)格實(shí)現(xiàn)的懸置系統(tǒng)一般由不銹鋼作成。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，考慮到裝置的配線要被裝在懸置系統(tǒng)的框架部分和為運(yùn)應(yīng)大量生產(chǎn)，框架必須由金屬模壓處理制造，很難達(dá)到所希望的剛度。
由于上述原因，用于浮懸磁頭的墊片面積不可能做得很小，無法解決粘結(jié)問題，因此具有浮起的前墊片的磁存貯設(shè)備對高密度記錄設(shè)計(jì)的努力是有一定限制的。
本發(fā)明的目的就是提出一種新疑的磁頭，能始終允許其自身與記錄介質(zhì)相接觸，和提供一種采用這種磁頭的介廉的大存貯容量和高記錄密度的磁存貯設(shè)備。
按照本發(fā)明，在一磁頭的滑動表面上設(shè)置多個墊片，被置于磁頭前邊的墊片被作成向著它們的前端作成斜坡形的，而且前墊片高于后墊片。這種墊片間的高度差很容易借助選擇性地在前墊片上形成薄膜得到，而在磁頭上自動地形成相對于記錄介質(zhì)表面的雙坡度。是由于這種方法一次可處理多個磁頭，所以便于大量生產(chǎn)。采用以碳作為主要成份的薄膜層結(jié)構(gòu)，可減緩因在記錄介質(zhì)上滑動所引起的磨損。
最好設(shè)置三個墊片，兩個墊片在磁頭的前邊上，一個墊片在其后邊上，記錄部件和再現(xiàn)部件則被安裝在后墊片上。
墊片的滑動表面的總面積被設(shè)定在0.0003至0.02mm2的范圍之內(nèi)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)墊片的總面積超過0.02mm2而磁頭的荷重為1g時，磁頭就將浮動在記錄介質(zhì)之上。引起磁頭浮起的墊片面積也決定于磁頭的荷重，在荷重為200mg時，墊片面積為0.012mm2磁頭就浮起來。在墊片面積降低到低于0.0003mm2，則因?yàn)榧词购芍貫?0mg切向力也會使墊片變形而無法得到穩(wěn)定的連接地接觸的滑動。根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果，我們的發(fā)明中將墊片面積設(shè)定在0.0003至0.002mm2的范圍內(nèi)。
磁頭的支撐中心不設(shè)置在磁頭的重心上，而是位于磁頭重心與后墊片中心的連接線上。這樣的設(shè)置降代當(dāng)記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)時作用于后墊片上的扭矩。結(jié)果就防止了后墊片的浮起。
在一種使磁頭能與記錄介質(zhì)作接觸滑動的類型的設(shè)備中，應(yīng)盡可能地減緩磁頭與記錄介質(zhì)間發(fā)生的磨損以延長設(shè)備的壽命。為此，將以碳作主要成份構(gòu)成的疊層薄膜的橫斷面暴露在后墊片的表面上。此疊層膜被排列得與形成有輸入和輸出磁信息的裝置的磁頭側(cè)表面的平面相平行，并是在該裝置的加工步驟之前和之后制成的。當(dāng)磁頭滑動時，呈現(xiàn)為良好的抗磨損性能的以碳為基礎(chǔ)的材料與記錄介質(zhì)相接觸。從而大大減緩墊片的磨損。
大家知道磨損也決定于荷重，在本發(fā)明中還以最佳地確定磁頭的荷重來進(jìn)一步抑制磨損。具體說，磁頭荷重被設(shè)定在10mg至1g的范圍內(nèi)。
圖5a表明試驗(yàn)確定的滑動動作中磁頭荷重與所引起的摩擦力(切向力磁頭在潤滑劑上滑動產(chǎn)生的阻力)的關(guān)系。在圖5中的作成斜坡形的墊片情況中，磁頭具有圖1中所示的墊片布局，墊片總面積為0.02mm2(一前墊片的面積為0.0025mm2)，后墊片被覆蓋以3μm厚的碳膜。在圖5中的平墊片情況中，磁頭在墊片布局上與呈斜坡形的墊片的磁頭相同，但不同的是前墊片與后墊片位于同一平面上。
由圖5a可看到，在滑動時產(chǎn)生的摩擦力取決于磁頭的荷重，超過荷重1g，摩擦力的變化速度發(fā)生變化。這一現(xiàn)象被認(rèn)為是與潤滑層的阻力特性相關(guān)。從圖5a還可看到，摩擦力取決于墊片的形狀，本發(fā)明的作成斜坡形的墊片較之通常技術(shù)中的平墊片使摩擦力降低。為穩(wěn)定地支撐磁頭，摩擦力越小越好。因而可見呈斜坡形的墊片是有效的。
摩擦系數(shù)由摩擦力除以荷重確定。圖5b表示由圖5a推導(dǎo)得的荷重與摩擦系數(shù)的關(guān)系。摩擦系數(shù)影響磨損，摩擦系數(shù)越小，設(shè)備壽命越長。如圖5b中所示，磁頭的荷重在10mg至1g的范圍內(nèi)較理想，因?yàn)榇藭r摩擦系數(shù)小。在荷重小于10mg的區(qū)間，摩擦力壓倒荷重使得磁頭的位置不穩(wěn)定。被認(rèn)為由潤滑劑引起的阻力成為摩擦力中主宰因素。
記錄介質(zhì)至少由這些構(gòu)成，即一磁信息記錄層，一層疊在記錄層上由碳膜或碳硅碳化物混合膜作為主要成份作成的保護(hù)層，一與保護(hù)層的材料起反應(yīng)并相結(jié)合的接合潤滑層，和一具有流通性并被配置在接合潤滑層上部的流通潤滑層。作為記錄介質(zhì)的基底材料的，可以采用儲如Al、Si、玻璃、碳、和聚合物等公知材料。
本發(fā)明的磁頭中，以在墊片上作成雙坡度、使墊片的總面積最小、恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定支撐中心、和使磁頭荷重合理化，借助于支撐磁頭的懸置系統(tǒng)的框架，使所有的墊片均保持在記錄介質(zhì)上作滑動接觸而不浮離記錄介質(zhì)。
由于按照本發(fā)明不必浮起前墊片，損害之，即無需在前墊片處產(chǎn)生浮力，因此可將前墊片的面積減少到不會發(fā)生粘結(jié)的極限之內(nèi)。如圖6中所示，作成雙坡度的前墊片52高于后墊片54，因而磁頭在其前邊被升高了，使其本身相對于記錄介質(zhì)形成傾斜。由于磁頭的襯基表面與墊片表面是平行的，所以將前墊片的高度與后墊片的高度作得不同，就使得墊片52、54的表面成為相對于記錄介質(zhì)表面傾斜的。前墊片被經(jīng)過雙重斜削成為具有二不同坡度的表面。這種設(shè)置使得即使在記錄介質(zhì)表面上存在有潤滑劑時磁頭亦能與記錄介質(zhì)表面基本上作線接觸而不足以面進(jìn)行接觸。在記錄介質(zhì)1在圖6中所示情況下旋轉(zhuǎn)時，存在于記錄介質(zhì)表面的潤滑層63被有效地收集進(jìn)磁頭的滑動表面中，而防止填塞在墊片54、52的前邊緣處。
在前邊涂覆薄膜和對大量墊片作削坡處理的技術(shù)揭示在上面引用的專利No.5424888中。
本發(fā)明和上述揭示內(nèi)容在前墊片上涂覆薄膜的處理上具有共同的部分。
由于上述揭示內(nèi)容是關(guān)于浮懸距離不取決于記錄介質(zhì)的周速的浮動磁頭，此揭示的技術(shù)實(shí)際上不適用于作為本發(fā)明的目的的接觸滑動磁頭。
上述有關(guān)的問題將討論如下。
眾所周知，在制造磁盤裝置時，差錯因素例如裝配誤差使得裝置帶有與原始設(shè)計(jì)值有差別地被裝配。
為實(shí)現(xiàn)磁盤裝置功能，磁頭應(yīng)以預(yù)定的荷重壓到記錄介質(zhì)上，而此荷重自然會受到在裝配期間所產(chǎn)生誤差的影響。
所謂浮起距離不取決于周速是指，即使周速改變浮力也保持恒定。這是認(rèn)為，在當(dāng)磁頭荷重由于誤差等原因變化時浮起距離也隨著改變。
為持續(xù)地保持這種特性的磁頭與記錄介質(zhì)相接觸，應(yīng)該將一大于浮力的力(荷重)施加在對著記錄介質(zhì)的磁頭上。
問題在于因加工和裝配誤差引起的荷重變化由于浮力恒定不能補(bǔ)償。
如果壓向記錄仙質(zhì)荷重不能補(bǔ)償?shù)脑挘瑵櫥瑒⒚撾x記錄介質(zhì)的表面，帶來例如碎裂和迅速磨損等的事故，從而可能縮短設(shè)備的使用壽命。
為防止這樣的事故，應(yīng)將荷重控制得使其比恒定的浮力增大一少量的力(以數(shù)mg的量級)。
雖然，這樣的控制在已知的裝配方法中實(shí)際上是不可能的，而且沒有任何已知技術(shù)適應(yīng)這一控制。
在通常的浮懸磁頭情況中、如果裝配后荷重大于設(shè)計(jì)值，磁頭的位置將改變。這種位置上的變化在浮力增長的方向上產(chǎn)生影響，由此與荷重平衡。
按照本發(fā)明，在前墊片上設(shè)置雙坡度使得潤滑劑能被有效地收集。隨著荷重改變，潤滑劑產(chǎn)生的反作用力變化而使得能補(bǔ)償荷重的改變。
上面引用的揭示內(nèi)容說明，前墊片的坡度角被設(shè)置得很小，以便使浮力針對周速能保持衡定。
如果設(shè)置單一的坡度而其角度很小，將不會高效率地收集潤滑劑。收集得的潤滑劑量保持為很小，因此無法補(bǔ)償荷重中的變化。
還了解到，單一和小角度坡度僅只增加接觸滑動中摩擦力(切向力)。
圖22表示這種力的定性的測量結(jié)果，亦即以潤滑劑的粘度作為參數(shù)的為起動接觸滑動所需的力。
如這些圖中所示，由上述所引用的揭示內(nèi)容中的磁頭和本發(fā)明中的磁頭在兩者均處于磁頭接觸滑動狀態(tài)所得到的測試結(jié)果互相進(jìn)行比較。
如由圖22看到的，本發(fā)明的記錄介質(zhì)在測量得的整個潤滑劑粘度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出較小的啟動摩擦力(粘結(jié)力)。
摩擦力的增加從可靠保持磁頭的位置的觀點(diǎn)上看是不希望的，并給實(shí)現(xiàn)接觸滑動造成困難。
上面引用的揭示內(nèi)容的技術(shù)實(shí)現(xiàn)舉起和落下動作的低速特性，是完全針對浮動磁頭的應(yīng)用的。
因此，上面引用的揭示內(nèi)容未能進(jìn)一步敘述實(shí)現(xiàn)接觸滑動的技術(shù)。
按照本發(fā)明，前墊片具有將與潤滑劑接觸的面積減為最小的雙重坡度，而這也降低了啟動摩擦力。
上述設(shè)置還使得能以高效狀態(tài)收集潤滑劑，而由此所得的反作用力使得可能以承受荷重變化地保持磁頭在記錄介質(zhì)上作接觸滑動。
使前墊片不浮起，磁頭的位置(斜置)保持與記錄介質(zhì)的周速無關(guān)。因此，組成圖4中的部件46的磁極與記錄介質(zhì)1的表面之間的間隙α就維持恒定，而記錄磁場則被保持準(zhǔn)確的分布，從而能輸入和輸出高密度信息。
在支撐磁頭的懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中無需考慮涉及浮力的力矩。如果此懸置系統(tǒng)具有承受部件級加工和裝配的誤差的功能(亦即其上安裝該裝置的墊片與記錄介質(zhì)相配合的功能)，則它就是完全可應(yīng)用的。此懸置系統(tǒng)在其設(shè)計(jì)上具有較大的裕度，因而能以較低成本制造。
由于無需補(bǔ)償浮力，懸置系統(tǒng)的剛度減小和磁頭荷重也降低。具體說，磁頭荷重被設(shè)置為1g或更輕。結(jié)果就減少了記錄介質(zhì)的磨損，延長了設(shè)備的壽命。由將磁頭的荷重設(shè)定在10mg至1g的范圍內(nèi)，其磨損被減少到可忽略不計(jì)的低水平。雖然本設(shè)備是一種磁頭連續(xù)在記錄介質(zhì)上作接觸滑動類型的，而其壽命則被延長到與采用磁頭浮懸在記錄介質(zhì)表面上的普通磁盤一樣的長。
由于在本發(fā)明中無需使磁頭浮動離開記錄介質(zhì)，Al、玻璃和硅，甚至碳和聚合物(塑料)這些有助于承受微小程度的波動的物質(zhì)均可被用作記錄介質(zhì)的襯基材料。如果記錄介質(zhì)被組成為至少具有一在襯基上形成的磁信息記錄層，層疊在記錄層上由碳膜或碳硅碳化合物混合膜作主要成份構(gòu)成的保護(hù)層，與保護(hù)層的材料相反應(yīng)和相接合的結(jié)合潤滑層，和散播在結(jié)合潤滑層上部的流動潤滑劑層的話，此流動潤滑劑層在磁頭移動時即沿著墊片運(yùn)動，從而使這些墊片在結(jié)合潤滑劑層上滑動。在這一情況下，即使與墊片的接觸破壞了結(jié)合潤滑層，具有流動性的潤滑劑層會相繼地填充這些結(jié)合潤滑層的損傷處，從而能延長設(shè)備的壽命。
下面對附圖作簡短說明圖1a、1b和1c為磁頭的滑動表面和斷面示意圖；圖2為一記錄/再現(xiàn)分開式磁頭的透視圖；圖3為在其撓性體中具有裝置的普通磁頭的說明性示圖；圖4前邊浮起的通常的磁頭的說明性視圖；圖5a為表明磁頭荷重與切向力之間的關(guān)系的圖形；圖5b為表明磁頭荷重與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系的圖形；圖6為本發(fā)明的磁頭及其位置的說明圖；圖7為懸置系統(tǒng)的說明性示圖；圖8為作用在磁頭上的摩擦力的說明性視圖；圖9a和9b為懸置系統(tǒng)的另一示例的說明性視圖；圖10a和10b為磁存貯設(shè)備的說明性視圖；圖11a和11b為按照本發(fā)明一實(shí)施例的磁存貯設(shè)備的示意圖；圖12為按照本發(fā)明的新穎磁頭的透視圖；圖13a和13b為限制偏轉(zhuǎn)角的磁極結(jié)構(gòu)的說明性視圖；圖14a、14b和14c為表明每一組墊片的偏轉(zhuǎn)角與其輸出間的關(guān)系的圖形；圖15為表明墊片面積和其輸出之間的關(guān)系的圖形；圖16為短形墊片和它們的問題的說明性視圖；圖17a、17b和17c為本發(fā)明中采用的新穎墊片結(jié)構(gòu)的說明圖；圖18為具有一垂直排列的磁阻效應(yīng)傳感器的通常的磁頭截面圖；圖19為本發(fā)明中采用的新穎磁頭結(jié)構(gòu)的截面圖；圖20為自旋閥式磁阻效應(yīng)傳感器的截面圖；圖21a、21b和21c為表明為保持磁頭的滑動表明的新穎磁頭臂的結(jié)構(gòu)的視圖；圖22為表明按照本發(fā)明粘結(jié)力與潤滑劑的厚度的關(guān)系的圖形；圖23為按照本發(fā)明的磁頭沿其接觸滑動墊片作的截面圖；圖24a、24b和24c為通常的磁頭沿其接觸滑動墊片作的截面視圖；和圖25a、25b、25c和25d為表明為加工具有雙重或更多重坡度的接觸滑動墊片的過程的示意圖。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的實(shí)施例。圖1表明按照本發(fā)明的磁存貯設(shè)備中所用的磁頭一例。圖1a為磁頭的底面視圖，及其沿截線A-A′所作的截面圖。圖1b為墊片的放大截面視圖。圖1c表明后墊片的結(jié)構(gòu)示例。
磁頭2由一硬AlTi碳化物等的襯基構(gòu)成。如圖1a中或所示，磁頭2的滑動表面在其入口側(cè)，亦即在其前邊上，具有墊片51、52，而在其出口側(cè)，亦即在其后邊上具有一墊片54。一具有圖2所示結(jié)構(gòu)的進(jìn)行記錄和再現(xiàn)操作的功能部件被安裝在后墊片54上。
為減緩墊片54的磨損，上面安裝功能部件的墊片54的碳層截面暴露在墊片54的表面上。為此目的，在圖2中所示裝置結(jié)構(gòu)的制造過程中，一約1μm厚的碳層被淀積在基礎(chǔ)層24的下面。具體說，如圖6中圖示那樣，在其上安裝用于輸入和輸出磁信息的部件46的后墊片表面由以碳作為其主要成份的淀積層62的截面組成。
這樣構(gòu)成的裝置經(jīng)過研磨得到一滑動表面，此碳層即暴露在該面上。由于碳層機(jī)械性能很強(qiáng)并具有良好的抗磨損性，故該安裝有裝置的墊片54也是抗磨損的。如果基礎(chǔ)層24自身由一碳層構(gòu)成，或者如果在覆蓋于上磁極27面部的絕緣層面上另外形成一碳層，也可同樣得到相同的效果。
電離切削或其他加工技術(shù)被用來加工墊片，蝕刻3深度約20μm。前墊片51、52被作成角度0.1°至1°的坡度到達(dá)其前邊緣，各前墊片的平面部分平行于襯基，為50μm×50μm寬。二墊片的總面積為5.0×10-9m2。本發(fā)明不要求前墊片被線性地作成斜坡。換句話說可對墊片進(jìn)行研磨以形成倒棱。已證實(shí)，在加工期間在前墊片上形成的倒棱也同樣起作用。由墊片51、52所產(chǎn)生的浮力很小以至可能將其忽略。如圖1a中所示，后墊片54為一具有150μm寬和縱向高300μm的基片的對稱的被展長的五邊形，并被作成銳角面向前邊。前墊片51、52與后墊片54相隔1.8mm。事實(shí)表明，不用所示的五邊形，一如圖1c中所示的變形五邊形的墊片54，矩形的，倒轉(zhuǎn)梯形，圓形也同樣有效。
此被設(shè)置有裝置的后墊片54，在形成三個墊片51、52和54之后，被整個覆蓋以在一溶劑中具有溶解性的樹脂。然后，此磁頭的滑動表面利用濺射或CVD(化學(xué)汽相淀積)技術(shù)披覆一碳層。碳層的厚度由有關(guān)磁頭的傾斜角和墊片51、52與墊片54之間的距離進(jìn)行計(jì)算。在這一實(shí)施方案中，傾斜角為1mrad，碳層厚度為約1.0μm。在磁頭被涂覆以碳層后，利用預(yù)定的溶劑除去墊片54的樹脂覆蓋層。在這一情形中，樹脂上的碳層被同時去除，結(jié)果是僅在墊片51、52上保留有碳層61。這一過程使得墊片51、52比墊片54高1.0μm。
如采用硬的氧化硅或氮化硅層來代替碳層也可以達(dá)到同樣的效果。
在上述過程之后，以與現(xiàn)有磁頭的同樣方法使磁頭整個覆蓋一10nm厚的碳層作為保護(hù)層。
因前墊片51、52被覆蓋以碳層61，磁頭在被置于與記錄介質(zhì)相接觸時，即傾斜形成相對于記錄介質(zhì)呈雙重坡度。這種傾斜防止在當(dāng)記錄介質(zhì)運(yùn)動(旋轉(zhuǎn))時潤滑劑在墊片前邊緣處的填塞，而使得能可靠地作連續(xù)的接觸滑動。
磁頭2在其后邊被圖7中所示的懸置系統(tǒng)7支撐。此懸置系統(tǒng)7由約25μm厚的不銹鋼片沖壓制成，并以交叉臂43、45作成其框架部分。磁頭由這些交叉臂43、45支撐。磁頭2的支撐中心(荷重中心)在臂43、45的中心線49、50的交叉點(diǎn)上。磁頭2的重心在破折線47與點(diǎn)線50的交叉點(diǎn)上。亦就是說，磁頭2的荷重中心被設(shè)置在連接磁頭重心到后墊片中心的連結(jié)上離開磁頭重心的地點(diǎn)。這種設(shè)置有助于降低作用在后墊片54上的扭矩，而防止后墊片54浮起。
參看圖8，現(xiàn)在討論磁頭重心與其荷重中心間的關(guān)系。本發(fā)明的磁頭2被支撐在支架42的中心，墊片52、54通過潤滑劑63與記錄介質(zhì)1相接觸。作用在墊片52、54上的摩擦力產(chǎn)生一圍繞作為支點(diǎn)的支架42中心的扭矩。此扭矩促使前墊片52降低，和帶有功能裝置的后墊片54由記錄介質(zhì)上抬起。如果該裝置被置于與開記錄介質(zhì)1分離的話，將會對電磁變換操作起不利作用，從而無法實(shí)現(xiàn)高密度記錄和再現(xiàn)。如已經(jīng)說過的，在本實(shí)施例中，磁頭2的支架47的中心位于連接磁頭重心到后墊片中心的連線上，磁頭2的支持中心接近于帶有裝置的后墊片54，即使被加有一衡定的摩擦力此作用于后墊片54上的扭矩亦得到降低。由此而防止了后墊片54的浮起。
圖9表示懸置系統(tǒng)的另一實(shí)施方案。圖9a為表明磁頭與懸置系統(tǒng)間的連接的透視圖。圖9b為其底視圖。
此懸置系統(tǒng)7在端部具有二個分叉的片簧71、72，共同地依靠墊片51、52和54支撐磁撐磁頭2。亦即，來自懸置系統(tǒng)7的荷重被加在支架中心，此中心離開磁頭的重心而是位于連接磁頭重心和處于一由三個墊片為其三個頂點(diǎn)形式的假想的三角形之中的后墊片54的中心的連線上。以使得一預(yù)定的荷重能起作用，來防止墊片54浮起，和所有三個墊片均同時被置于與記錄介質(zhì)相接觸。由于二簧片71、72可獨(dú)立地變曲，它們作為一方向性框架工作。具有其他形狀的懸置系統(tǒng)，只要其將荷重施加于離開磁頭重心和接近于后墊片54的地點(diǎn)，并且能提供方向支撐功能，均能被加以利用。
圖10為表明此磁存貯設(shè)備的說明性視圖。圖10a為此設(shè)備的平面圖，圖10b為沿圖10a中連線A-A′所作的截面圖。記錄介質(zhì)1由一電動機(jī)6旋轉(zhuǎn)。具有在其滑動表面上的三個墊片的磁頭6由附著在懸置系統(tǒng)7端部的框架部件支撐。此懸置系統(tǒng)7被固定到由一旋轉(zhuǎn)墊片機(jī)構(gòu)3驅(qū)動的臂4上。而此旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3使磁頭移動到記錄介質(zhì)1上所希望的位置。此記錄介質(zhì)利用Al作為基底材料?？杀挥米鞔嘶撞牧系倪€有玻璃，Si，以及碳，塑料等。此基底被涂覆以一預(yù)定的記錄層，而后再覆以一碳層作為保護(hù)層。然后以對潤滑劑在120°至150℃作30分鐘期間的熱處理來將一以Fomblin基的潤滑劑結(jié)合到保護(hù)層上。并進(jìn)而加以另一同類型低分子量的潤滑劑或一具有無結(jié)合反應(yīng)族的潤滑劑。結(jié)果形成雙潤滑層。采用一含硅或含硼的碳層作為記錄介質(zhì)的保護(hù)層來加倍結(jié)合力。這些部件均被安置在機(jī)殼14中。
這一設(shè)備提供接近每一記錄介質(zhì)10GB的存貯容量。依靠重疊多層記錄介質(zhì)，可組成具有存貯容量數(shù)太拉(1012)字節(jié)到數(shù)拍它(1015)字節(jié)的磁存貯設(shè)備。
本發(fā)明的這一設(shè)備成功地被用于記錄介質(zhì)可加以替換的類型的磁盤裝置中。在記錄介質(zhì)可替換型式磁盤裝置中，記錄介質(zhì)的成本很重要，因而應(yīng)當(dāng)采用例如玻璃、塑料等的低成本材料用于記錄介質(zhì)。按照本發(fā)明，記錄介質(zhì)上微小程度的波動是可以接受的，因?yàn)榇蓬^不是浮動的。因此這樣的廉價(jià)基底材料能成功地運(yùn)用。
由于主要決定設(shè)備壽命的磨損很大程度上取決于磁頭的荷重，磁頭應(yīng)以很輕的荷重壓到記錄介質(zhì)。在此設(shè)備中，此荷重被設(shè)定在10mg至1g的范圍內(nèi)。在荷重保持為這一范圍中時，可獲得可靠的接觸滑動，而無需像日本專利未審定公開No.-5-114116中所要求的要保持整個磁頭為1.5mg或更輕。
如上所述，本發(fā)明以保持磁頭與記錄介質(zhì)持續(xù)接觸使得能記錄和再現(xiàn)高密度磁信息。按照本發(fā)明，磁頭經(jīng)受很少的浮力，可容許周速具有較寬的偏差。這就使得磁頭能在記錄介質(zhì)上較寬的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動。亦就是說，磁頭可以很寬的偏轉(zhuǎn)角(在記錄介質(zhì)與用于輸入和輸出磁信息的磁極邊上的切線方向(接觸滑動的方向)之間的角度)運(yùn)動。
當(dāng)采用圖2中所示其記錄部件與其傳感部件在幾何上分離類型的磁頭時，大偏轉(zhuǎn)角降低記錄信息區(qū)與傳感部件間的重疊寬度。圖13a中對此作進(jìn)一步說明。圖13a是從磁頭滑動表面方面看的輸入/輸出功能部件的說明性視圖。在具有存貯容量10Gb/in2的磁盤裝置中，寫磁極27的寬度為約0.8μm，而讀磁阻效應(yīng)傳感器23的寬度為約0.5μm。這些磁薄膜是經(jīng)由一屏蔽層和一絕緣層配置的。這樣，在寫磁極27和讀磁層23之間的距離在通常的技術(shù)中為約3.0μm。計(jì)算表明，這樣的位置安排中，偏轉(zhuǎn)角應(yīng)在約±15°之內(nèi)(即在30°的范圍內(nèi))以使約50％的讀磁阻效應(yīng)傳感器23與寫信息區(qū)重疊(如圖13a中所示)。這種限制就要求所允許的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度在±15°之內(nèi)。
在這一實(shí)施例中，讀磁阻效應(yīng)傳感器23被插在二互相對向的寫磁極27、28之間，如圖13b所示。在這種配置中，由寫操作在記錄介質(zhì)上產(chǎn)生的磁化過渡區(qū)被保持重疊在讀磁薄膜上。這種配置使由磁化過渡區(qū)產(chǎn)生的磁場被有效地導(dǎo)引到磁薄膜，而不管磁頭在記錄介質(zhì)上處于什么位置。結(jié)果，即使偏轉(zhuǎn)角很寬也能可靠地進(jìn)行輸入/輸出操作。
圖12更具體地表明上述的配置。磁阻效應(yīng)傳感器23被插在磁極27和下磁極28之間。磁頭的滑動表面設(shè)置有導(dǎo)電膜41，通過此膜寫磁極27、28被電氣電接到具有磁阻效應(yīng)的磁薄膜23。這一裝置的操作下面討論。磁薄膜23利用磁阻效應(yīng)檢測磁信息。為此目的，應(yīng)使電流流過磁薄膜。在圖2所示的通常的技術(shù)中，導(dǎo)體29將電流導(dǎo)入磁薄膜。在圖12所示的本發(fā)明中，磁薄膜23將被安裝在一寫磁極27、28具有一最小間隙(0.5μm或更小)的位置上。將該導(dǎo)體置于這樣的位置使得制造過程復(fù)雜，而且，由該導(dǎo)體促成的過程多半會對磁頭的寫性能起負(fù)作用。為解決這一問題，在磁頭經(jīng)過以與通常技術(shù)同樣地進(jìn)行研磨的過程之后(在滑動表面加工完成之后)，將導(dǎo)體膜41加到滑動表面上。此導(dǎo)體膜41的厚度為5nm左右。一導(dǎo)電碳膜或由Ti之類作成的金屬膜可有效地用作此導(dǎo)電膜41。此后，滑動表面涂覆以一硬碳膜以增加導(dǎo)體膜41的機(jī)械強(qiáng)度。這一涂敷采用真空生長技術(shù)。
現(xiàn)在參照圖19討論由上述過程得到的橫截面結(jié)構(gòu)?；瑒颖砻嬖O(shè)置有導(dǎo)體膜41，磁阻效應(yīng)傳感器23(磁薄膜23)被插在磁極27、28之間。由于磁極27、28被置于通過導(dǎo)電膜41與磁阻效應(yīng)傳感器23相接觸，所以磁極27、28也被用作一導(dǎo)體。將導(dǎo)體44連接到磁阻效應(yīng)傳感器23的一端，就使電流流向此磁阻效應(yīng)傳感器23。在這種情況下，位于影響傳感器靈敏度的氣隙處的電接觸點(diǎn)的面積就成為最小。
在“The Jonrnal of The Magnetics Society of Japan，Issue18，No.sl，p.345中揭示了類似于上述配置的現(xiàn)有的示例。圖18表示其結(jié)構(gòu)。被插于屏蔽膜42、25之間的磁阻效應(yīng)傳感器23，與屏蔽膜42具有一電接觸點(diǎn)。因而屏蔽膜42也被用作一導(dǎo)體。上面所揭示的現(xiàn)有技術(shù)在于，磁阻效應(yīng)傳感器23的電流方向與滑動表面相垂直。一導(dǎo)體47被用于在電流流通時控制磁阻效應(yīng)傳感器23的磁化方向。在本發(fā)明中，也需要此導(dǎo)體47，并被插在寫磁極之間。不過，在圖18中磁阻效應(yīng)傳感器23與屏蔽膜42之間的接觸是由接觸面積實(shí)現(xiàn)的，這是，磁阻效應(yīng)因磁極成形后所剩留的加工變形在磁薄膜中所產(chǎn)生的磁致伸縮現(xiàn)象被降低。而且也看到，擴(kuò)散通過一Ni-Fe層作為電極材料的Cu降低其磁特性。在引起這樣的問題的接觸點(diǎn)方面，不能滿意地利用所希望的磁阻效應(yīng)。因而無法實(shí)現(xiàn)高密度記錄所需的高靈敏度傳感器。按照圖19中所示的本發(fā)明，接觸面積很小，磁阻效應(yīng)如所期望的產(chǎn)生在通常雜散磁場為最大的滑動表面的邊上。因此本發(fā)明能有效地實(shí)現(xiàn)高記錄密度情況下的讀取操作。本發(fā)明中，被加在圖19中的磁頭滑動表面上的導(dǎo)電膜41的電壓被設(shè)定等于記錄介質(zhì)的表面電壓。這種配置消除了作接觸滑動期間的靜電，實(shí)現(xiàn)可靠的讀數(shù)操作。
本發(fā)明被證明能適用于圖20中所示的自旋閥式磁阻效應(yīng)裝置。對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說已知的有多種磁阻效應(yīng)傳感裝置。由于它們基本上均為薄膜結(jié)構(gòu)，本發(fā)明適用于它的是沒有任何問題的。
已經(jīng)說明了設(shè)計(jì)來增大偏轉(zhuǎn)角的磁頭結(jié)構(gòu)。下面來討論對擴(kuò)大偏轉(zhuǎn)角很重要的滑動表面的形狀。例如在日本未決專利公開No.6-60329和6-150283中描述的磁頭滑動表面的形狀。所揭示的磁頭在有限的偏轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)保證穩(wěn)定和持續(xù)的接觸滑動。但在本發(fā)明所指定的偏轉(zhuǎn)角之內(nèi)進(jìn)行的接觸滑動試驗(yàn)中則出現(xiàn)了如下的問題。圖14表明每一先有技術(shù)磁頭在偏轉(zhuǎn)角與磁頭的輸出之間關(guān)系方面的測試結(jié)果。圖14a表明由按照日本未決專利公開No.6-6329和6-110283由墊片51-a、52-a和52-a構(gòu)成的磁頭所得到的測試結(jié)果，而圖14b表明由按照日本專利未審定公開No.-6-150283由墊片51-b、52-b和53b構(gòu)成的磁頭得到的測試結(jié)果。僅在圖14a中偏轉(zhuǎn)角為±10°內(nèi)或14b中偏轉(zhuǎn)角±15°內(nèi)得到高輸出電平(即，良好的輸出)。因而這些所揭示的示例不能達(dá)到本發(fā)明在一很寬的偏轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠的輸入/輸出操作中所滿足的性能要求。在研究這些例子之后，我們發(fā)現(xiàn)問題在于當(dāng)偏轉(zhuǎn)角被設(shè)置到±15°或更大時磁頭發(fā)生振動。上述揭示內(nèi)容中未涉及這一問題，而這一實(shí)施例是最先一個針對這一問題的。為達(dá)到在磁存貯設(shè)備中的大存貯容量，應(yīng)有效地利用記錄介質(zhì)的表面。這一目的僅靠所揭示的這些先有技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的。
如圖17a中所示，磁頭2在其滑動表面上具有前墊片51、52，和帶有讀/寫功能部件的后墊片54，而該后墊片54在介質(zhì)的運(yùn)動方向上是被削尖的。在這種設(shè)置中，存留在記錄介質(zhì)上的潤滑劑被恰當(dāng)?shù)厥占M(jìn)滑動表面中，而剩余的潤滑劑則被排斥在記錄介質(zhì)平面上。圖14c表明被削尖的墊片53-C相對于偏轉(zhuǎn)角與輸出之間的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果。由此試驗(yàn)結(jié)果可看到，在±23°的范圍內(nèi)取得可靠的和高輸出的水平。與圖14a和14b中的結(jié)果相比較，所允許的偏轉(zhuǎn)角顯著地增寬。這一效果被作用于剩余潤滑劑向很寬的平面排斥。
當(dāng)帶有裝置的墊片53具有一矩形形狀，其短邊順接觸滑動方向排列時，如圖16中所示，墊片52在其前邊緣處填滿剩余的潤滑劑61，如圖16的右側(cè)部分所示那樣。為防止這種填塞現(xiàn)象，將滑動表面作成傾斜來收集潤滑劑。這樣的位置控制與日本未決專利公開No.6-60329中所揭示的三墊片的而其前墊片浮起的類型磁頭相同。但在這情況下，此前墊片是在空氣壓力下浮起的(高約50nm)，而如果周速有很大變化，浮力也發(fā)生變化使得接觸滑動操作不穩(wěn)定(因而輸入/輸出操作不穩(wěn)定)。這里所遇到的問題與圖14a和14b中所出現(xiàn)的問題是一致的。在本說明的墊片形狀中，剩余的潤滑劑被可靠地排除而不使前墊片51、52浮起。因此，在很寬的偏轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)達(dá)到可靠的輸入/輸出操作。
在日本未決專利公開No.4-281209、1-298585、6-52645、和2-101688中揭示了其他采用滑動表面上削尖的墊片的例子。由于這些是浮起磁頭，墊片要產(chǎn)生浮力。為此目的，墊片面積要大，而此同樣的墊片顯然不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的維持磁頭與介質(zhì)相接觸的目的。根據(jù)試驗(yàn)，要防止墊片浮起墊片面積至少為2.5×10-8m2或更小。因此要利用本發(fā)明，墊片尺寸應(yīng)有限制。
采用圖17b中所示的在接觸滑動方向上被伸長的墊片55可得到與由削尖墊片所達(dá)到的同樣的有利效果。這是被認(rèn)為較長的墊片有助于它借助前墊片的稍許浮動(高約20nm)有效地收集存在于記錄介質(zhì)上的潤滑劑進(jìn)入滑動表面中。
同樣的效果也可依靠將組成磁頭的滑動表面的多個墊片向著它們的前端作成坡度來達(dá)到。如果將墊片55作成如圖17c中所示的向其前端的斜坡，就防止了潤滑劑在前邊緣的填塞。這種效果容易理解，因此潤滑劑具有流動性。這種情況下，無需使前墊片51、52浮起(或使磁頭傾斜)。這種優(yōu)點(diǎn)是通常的技術(shù)無法得到的，并有助于保持裝置部分與記錄介質(zhì)緊密地靠近。
采用按照本發(fā)明成形的墊片，可有效地排除剩余潤滑劑而不會改變磁頭的位置(不使前墊片浮起)。這種設(shè)置使得磁頭能在很寬的偏轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)作持續(xù)的接觸滑動。
本發(fā)明中，磁頭滑動面應(yīng)在很好的準(zhǔn)確度內(nèi)與記錄介質(zhì)的表面接觸。因此在設(shè)備裝配中需要專門的技術(shù)。先有技術(shù)中沒有提出過這樣一種技術(shù)。為能實(shí)現(xiàn)在磁頭保持在記錄介質(zhì)上連續(xù)作接觸滑動的運(yùn)行條件下延長設(shè)備的壽命，磁頭與記錄介質(zhì)間產(chǎn)生的磨損應(yīng)盡可能地減緩。為此目的，通常可用的一種技術(shù)是通過介于磁頭和記錄介質(zhì)之間的潤滑層來進(jìn)行接觸滑動，而磁頭和記錄介質(zhì)每一方都涂覆一硬碳質(zhì)保護(hù)層。即使利用這一種技術(shù)，仍然會發(fā)生磨損而且此磨損取決于荷重。然后就提出了各種的減輕磁頭的荷重達(dá)到極端水平的技術(shù)。
在荷重很輕的條件下，用于調(diào)節(jié)磁頭位置的框架剛度亦應(yīng)降低?？蚣軜O低的剛度將使得使得磁頭在搜索期間位置不穩(wěn)定。為解決這一問題，與已知的磁盤裝置相比，應(yīng)采用一較硬的框架(相對于荷重)。但是較硬的框架在使磁頭滑動表面精確地接觸記錄介質(zhì)表面上出現(xiàn)困難。在本發(fā)明中，圖21a中所示在支持磁頭的框架部件7與連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂4之間新設(shè)置一具有平衡功能的調(diào)整機(jī)構(gòu)5-3。此調(diào)整機(jī)構(gòu)5-3設(shè)置有一調(diào)節(jié)部分，它以螺釘5-1、5-2固定到框架部件7上，供在裝配設(shè)備期間作調(diào)節(jié)用。在對此調(diào)整部分進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，它被以螺釘固定以便得到連續(xù)的接觸滑動狀態(tài)。
可采用一種形態(tài)記憶金屬作為圖21b中所示的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5-4。在這種情況下，預(yù)先對此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5-4在迫使磁頭對著記錄介質(zhì)的條件下進(jìn)行熱處理，以便維持住該形態(tài)記憶金屬作保持在接觸滑動狀態(tài)的變形。這樣，就將框架部件7與臂4之間的關(guān)系加以固定，而使得即使在強(qiáng)制的接觸滑動條件被去除之后也能保持連續(xù)的接觸滑動。
熱軟化聚合物5-5可被用作圖21c中所示的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。磁頭被置于與記錄介質(zhì)相接觸的情況依靠利用該熱軟化聚合物5-5作壓力接觸裝置和熱處理裝置來維持。具體說，加熱使得此熱軟化聚合物作所需程度的變形，然后讓該熱軟化聚合物冷卻以將框架部件7與臂4間的關(guān)系固定為使磁頭被置于接觸滑動的狀態(tài)。
后面將較詳細(xì)說明這些調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
磁頭和記錄介質(zhì)之間的接觸滑動情形是由以分叉彈簧片71、72的框架支撐磁頭2來有效地維持的。此框架在彈簧71、72之間具有30°～45°的開口角。被認(rèn)為采用分叉簧片的框架而不是公知的單個連續(xù)簧片的結(jié)構(gòu)更容易吸受記錄介質(zhì)的徑向位移。亦即，在框架的分叉彈簧間作成開口角度，增加了搜索方向上的支撐強(qiáng)度。這樣，在搜索操作期間磁頭的位置即使框架的剛度很低亦不會不穩(wěn)定。低剛度的框架趨向于很好地吸受滑動表面的位移。并認(rèn)為能有效地促進(jìn)滑動面接觸的功能。
在設(shè)置有如圖17所示的二前墊片和一帶有寫/讀部件的后墊片的磁頭中，當(dāng)前墊片的總面積被設(shè)定為5.0×10-9m2或更小時前墊片的浮力幾乎可以忽略不計(jì)。圖15表明試驗(yàn)結(jié)果。按照此結(jié)果，如果磁頭重被設(shè)定在本發(fā)明所指定的范圍之內(nèi)(最大1g)，在墊片大小被設(shè)定為5.0×10-9m2或更小時所得到的是恒定的高輸出。墊片尺寸增寬，輸出下降。這是因?yàn)楦∑鸬膲|片將磁頭置于如圖4中所示的位置，使得裝置與介質(zhì)分開。這樣就可以看出小墊片尺寸限制浮力。在荷重為1g或更小時，前墊片的尺寸亦即面積應(yīng)被設(shè)置得更小。總之，本發(fā)明中所指定的條件均是滿足的。
如上所述，磁頭的荷重應(yīng)盡可能地被降低以減緩由持續(xù)接觸滑動引起的磨損。在本發(fā)明中，此荷重被設(shè)定在10mg至1g的范圍中。按照試驗(yàn)，在接觸滑動期間的摩擦力(在磁頭在潤滑劑上滑動時發(fā)生的阻力)由荷重決定，并在荷重較輕時下降。但在荷重為10mg或更小時，摩擦力的作用比荷重更大，促使磁頭的位置不穩(wěn)定。這是被認(rèn)為由潤滑劑產(chǎn)生的阻力成為摩擦力中的主宰成份。為保持磁頭處于它的穩(wěn)定位置，顯然必須以試驗(yàn)所決定的范圍內(nèi)的荷重將磁頭壓到記錄介質(zhì)上。
圖11表示這一實(shí)施例的磁存貯設(shè)備。圖11a為此設(shè)備的平面圖，圖11b是沿連線A-A′取的截面圖。具有三個墊片的磁頭2由框架部件7支撐，后者被連接到臂4。在臂4和框架7之間設(shè)置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5，以調(diào)整滑動表面與記錄介質(zhì)間的接觸滑動。臂4被固定到將磁頭2在記錄介質(zhì)1上定位的執(zhí)行機(jī)構(gòu)3。記錄介質(zhì)被直接耦合到電動機(jī)6。這些部件被安裝在機(jī)殼14中。在這一設(shè)備中，得到每一記錄介質(zhì)約10GB的存貯容量。如圖示疊裝記錄介質(zhì)可得到從數(shù)兆兆字節(jié)到拍它(1015)字節(jié)的超大容量的磁存貯設(shè)備。
圖21a表明一調(diào)整滑動面與記錄介質(zhì)表面間的接觸滑動的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一個示例。二螺針5-1、5-2，一在機(jī)構(gòu)的右邊另一在左邊，壓緊支撐磁頭的框架部件7。調(diào)節(jié)螺釘5-1、5-2，可將框架部件7向左或向右改變偏移。這樣來控制磁頭的位置。進(jìn)行這種調(diào)節(jié)是使得能在寫入預(yù)定的信號之后可靠地獲得最大的輸出水平。此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由例如不銹鋼等的金屬、聚合物、或含石墨等的復(fù)合材料構(gòu)成。
上述機(jī)構(gòu)是一機(jī)械裝置。換句話說，本發(fā)明是由在框架部件7和臂4之間連接形態(tài)記憶金屬5-4來實(shí)現(xiàn)的，如圖21b中所示。此形態(tài)記憶金屬5-4由NiTi合金構(gòu)成，它具有記憶在一以預(yù)定溫度的變形設(shè)定過程中被設(shè)定的變形的特性。在本發(fā)明中，為利用這一特性，磁頭首先由一框架部件7支撐，然后在磁頭上施加一外力以使磁頭滑動面被強(qiáng)制壓到記錄介質(zhì)表面上。在這種情況下，被加熱來使得該形態(tài)記憶金屬5-4能記憶住為使磁頭接觸記錄介質(zhì)表面所需的變形。由于在熱被去除后記憶了這種變形，在強(qiáng)制的接觸配合放松后也就能保持連續(xù)的接觸配合工作。
由圖21c中所示的熱軟化樹脂5-5的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可達(dá)到同樣的效果。以與形態(tài)記憶金屬相同的方法，在強(qiáng)制接觸配合的情況下使樹脂5-5受熱，樹脂即被軟化，并在臂4與框架部件7之間產(chǎn)生變形。在熱去除后，樹脂即被硬化維持接觸配合所需的變形。即使在強(qiáng)制接觸配合被松開后仍繼續(xù)維持連續(xù)的接觸配合。
依靠相互間具有開口角30°至45°的分叉簧片的框架可更有效地保持磁頭與記錄介質(zhì)間的接觸配合。如已說過的，具有分叉彈簧片的框架趨向于吸受記錄介質(zhì)的徑向位移。因此，滑動表面就成功地連續(xù)地被置于與記錄介質(zhì)相接觸?？蚣懿考珊?5至30μm的不銹鋼片構(gòu)成。其他材料只要其具有同樣水平的剛度均完全可以采用。
磁頭由硬AlTi碳化物襯基等構(gòu)成。如圖17中所示，磁頭裝設(shè)有位于相對記錄介質(zhì)為入口邊的二個前墊片和一帶有寫和讀信息的功能部件的后墊片。這些墊片利用離子切削或其它加工技術(shù)加工。在這種情況下，蝕刻深度為約20μm。每一前墊片為50μm×50μm寬。二墊片的總面積為5.0×10-9m2。由墊片產(chǎn)生的浮力很小以至可以將其忽略。
后墊片的形狀為一拉長的五邊形，其被削尖的頂角指向前方，如圖17a中所示，其底為150μm寬，其高為300μm。這種形狀僅是一例，即使五邊形頂角的銳度改變也未看到顯著不同。在這一實(shí)施例中，后墊片是相對其中心線為對稱的。后墊片的形狀被優(yōu)先地設(shè)計(jì)成，當(dāng)磁頭位于搜索區(qū)的中點(diǎn)時使記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)方向與后墊片的中線相一致。但當(dāng)二者不一致時，可將五邊形的被削尖的三角形部分設(shè)定為相對于沿著搜索區(qū)中點(diǎn)處記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)方向的切線為對稱的來實(shí)現(xiàn)良好的接觸滑動。
采用使其長邊沿著接觸滑動的方向的加長的墊片，如圖17b中所示，也達(dá)到同樣的效果。在這一實(shí)施例中，其短邊寬100μm，長邊為200μm。
這一實(shí)施例中，為取得磁頭在記錄介質(zhì)上持續(xù)接觸滑動5年的使用壽命，磁頭被涂覆以10nm厚的碳膜，記錄介質(zhì)的磁薄膜被涂覆以10nm厚的碳膜。在此涂覆過程中采用濺射技術(shù)。在需要特別硬的碳膜的磁頭涂敷中，真空生長技術(shù)被證明是有效的。在保護(hù)層上面加以潤滑層。
本發(fā)明的第三實(shí)施例的磁頭，將滑動墊片斜削成具有多個坡度，然后在前墊片上選擇性地形成薄膜，以達(dá)到與潤滑層間的最小接觸面積。這種作用使得磁頭能始終與記錄介質(zhì)接觸進(jìn)行記錄和再現(xiàn)操作。作成圖23中所示接構(gòu)達(dá)到同樣的效果。
圖23表明沿滑動墊片縱向截取的磁頭斷面圖。此磁頭設(shè)置有一前滑動墊片52和一后滑動墊片53。各滑動墊片具有表面a81和b82。表面a81與介質(zhì)1表面間所成的角度θa大于表面b82與介質(zhì)1表面間所成的角度θb。在這一情況中，表成a81的面積大于表面b82的面積。在圖23中θb不為零。
將表面b82面積作得最小和使角度θb很小可降低摩擦力。日本專決專利公開No.7-21716中揭示的墊片在其整個表面上呈一坡度，此墊片表面如圖24a中所示那樣接近記錄介質(zhì)表面。由于墊片53上形成的墊片表面83是一扁平面，尖邊緣接近記錄介質(zhì)的表面。磁頭即以這種相對于記錄介質(zhì)的位置進(jìn)行接觸滑動，尖邊緣部分迅速磨損。當(dāng)磨損增加時，形成新的表面產(chǎn)生較原先在設(shè)計(jì)階段計(jì)算得的更大的浮力。這就使得不能保持以原先設(shè)計(jì)階段所期望的程度在磁頭與記錄介質(zhì)間的接觸配合。而且，磨損造成大量的粉末，導(dǎo)致嚴(yán)重的破損問題。
在具有圖24b中所示的雙重坡度的滑動墊片中，由接近記錄介質(zhì)表面的表面b82所產(chǎn)生的浮力在設(shè)計(jì)階段可被作為因素考慮。由于角度θb相對于記錄介質(zhì)表面小于角度θa，表面b82的磨損就被減緩了。結(jié)果實(shí)現(xiàn)浮力變化很小的可靠的接觸滑動。
以在假定圖24a中的表面83在應(yīng)用期間被磨損而進(jìn)行加工時對圖24c中所示的表面81邊緣部分進(jìn)行研磨而形成另一表面82，也得到同樣的效果。在設(shè)計(jì)階段將表面82在浮力上的效果作為考慮因素，可實(shí)現(xiàn)浮力變化很小的可靠的接觸滑動。
到目前為止沒有提出過任何如圖23和24b中所示至少具有雙重坡度的滑動墊片的加工方法?，F(xiàn)在參照圖25討論這一方法。圖25是表示包含有滑動墊片52、53的磁頭的截面圖。前滑動墊片52作成坡狀的。大家都知道從加工觀點(diǎn)上看后墊片53要作成坡度很困難。然后，如圖25b中所示，磁頭2的前墊片52被涂敷以薄膜61。這一步驟使所有墊片均相對記錄介質(zhì)85的表面產(chǎn)生傾斜。到此為止的過程均與前面的實(shí)施例中的無不同。
然后，如圖25c中所示，在與記錄介質(zhì)表面85相平行的平面86上對墊片進(jìn)行機(jī)器研磨以形成表面82。這一過程在每一墊片上產(chǎn)生雙坡度表面81、82。依靠將表面82所產(chǎn)生的新的浮力在設(shè)計(jì)中加以分析考慮，來達(dá)到浮力很小變動的可靠的接觸滑動。
由對前墊片52在薄膜61上進(jìn)一步涂敷以薄膜84作成相對于記錄介質(zhì)表面87的傾斜。這一過程進(jìn)一步降低接觸力。為形成圖25d中的結(jié)構(gòu)，前墊片52應(yīng)涂覆以雙層薄膜并在第一次涂覆后作機(jī)器研磨。很易于理解，重復(fù)圖25c和25d中的步驟會在墊片上生成多個坡度。在實(shí)施本發(fā)明中，表面82的面積應(yīng)保持為最小以降低接觸滑動期間的摩擦力(接觸力)。
本發(fā)明的具有雙重坡度的滑動墊片在其邊緣上磨損較小，并使得磁頭在浮力上變動很小。因此得到如同實(shí)施例1和2中同樣可靠的接觸滑動。以與先有技術(shù)中相同方式將本發(fā)明的磁頭作成的設(shè)備，就成為具有記錄密度為10GB/in2的高密度磁存貯設(shè)備。
按照本發(fā)明，磁頭能以墊片的滑動表面保持與記錄介質(zhì)接觸來取得可靠的連續(xù)的接觸滑動。從而可提供記錄密度達(dá)10GB/in2或更高的超高密度存貯設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一在其滑動表面帶有滑動墊片的磁頭，其特征是所述滑動墊片包含有前墊片和后墊片，前墊片被作成向著其前邊的斜坡形，并高于后墊片的高度。
2.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是被作成斜坡形的前墊片被涂敷以一薄膜。
3.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是一磁墊片被設(shè)置以總共三個墊片，二墊片在其前邊上，一墊片在其后邊上。
4.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是墊片的總面積在0.0003至0.02mm2的范圍之內(nèi)，以前墊片與后墊片同時保持與記錄介質(zhì)表面相接觸來進(jìn)行記錄和再現(xiàn)操作。
5.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是一由碳作為其主要成份的疊層膜的橫斷面暴露到后墊片的墊片表面上。
6.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是磁頭的荷重在10mg至1g的范圍之內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是磁頭的支撐中心被設(shè)置在磁頭的重心之外，并被設(shè)置在位于連接磁頭重心到后墊片中心的連接線上。
8.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是滑動墊塊包含總共三個滑動墊片，二墊片在其前邊上和一墊片在其后邊上，其中所有滑動墊片均被作成向它們的前邊成斜坡狀，而且前墊片的高度大于后墊片的高度。
9.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是滑動墊片包含總共三個滑動墊片，二墊片在其前邊上和一墊片在其后邊上，其中所有滑動墊片均被作成雙重坡度狀或者甚至多坡度狀的。
10.按照權(quán)利要求9的磁頭，其特征是所述多重坡度是由以薄膜涂敷前墊片、部分地蝕刻前墊片、然后再次以薄膜涂敷前墊片形成的。
11.按照權(quán)利要求1的磁頭，其特征是所述被作成坡度的滑動墊片的表面由表面a和表面b組成，如果保持有關(guān)系θa＞θb，則表面a與表面b相比就有表面a的面積大于表面b的面積，其中θa表示表面a與記錄介質(zhì)所成的角度，而θb則表示表面b與記錄介質(zhì)所成的角度。
12.一磁存貯設(shè)備，其特征是包括一具有磁性材料薄膜的盤狀磁記錄介質(zhì)；一驅(qū)動磁記錄介質(zhì)的裝置；一帶有向或自所述磁記錄介質(zhì)記錄或再現(xiàn)磁信息的功能部件的磁頭；設(shè)置在磁頭滑動表面上的多個滑動墊片，前墊片被作成向著該前墊片的前端的斜坡狀滑動墊片，而此前墊片的高度大于滑動墊片的后墊片的高度；和定位裝置，用于對所述磁頭作相對于所述磁記錄介質(zhì)的定位，其中所述磁頭被作成可以通過潤滑層與所述磁記錄介質(zhì)連續(xù)地相接觸。
13.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是被作成斜坡狀的前墊片被涂敷以一薄膜。
14.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是所述磁頭包括總共三個墊片，二墊片在其前邊上和一墊片在其后邊上。
15.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是墊片的總面積在0.0003至0.02mm2的范圍內(nèi)，記錄和再現(xiàn)操作是以前墊片與后墊片同時保持與記錄介質(zhì)表面作接觸滑動進(jìn)行的。
16.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是一以碳作為其主要成份構(gòu)成的疊層膜的橫斷面暴露到后墊片的墊片表面上。
17.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是磁頭的荷重在10mg至1g的范圍內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是磁頭的支撐中心被設(shè)置在磁頭的重心之外，并被設(shè)置在位于連接磁頭的重心到后墊片的中心的連線上。
19.按照權(quán)利要求12的磁存貯設(shè)備，其特征是所述磁記錄介質(zhì)包括一Al、碳、Si、玻璃或聚合物的基底；一在所述基底上形成的磁信息記錄層；一保護(hù)層，被層疊在記錄層上，由以碳膜或碳硅混合膜作其主要成份所構(gòu)成；一結(jié)合潤滑層，與保護(hù)層的材料起反應(yīng)而與之相結(jié)合；和一潤滑劑層，具有流動性，被配置在結(jié)合潤滑層上面。
20.一磁存貯設(shè)備，其特征是包括一具有磁性材料薄膜的盤狀記錄介質(zhì)；一帶有用于向或從該磁記錄介質(zhì)記錄或再現(xiàn)磁信息的功能部件的磁頭；多個在磁頭滑動表面上的滑動墊片，前墊片被作成向著前墊片的前端的斜坡狀的滑動墊片，和前墊片的高度高于滑動墊片的后墊片的高度；和一用于定位磁頭的轉(zhuǎn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，依靠保持磁頭通過潤滑劑層與記錄介質(zhì)相接來進(jìn)行輸入/輸出操作，并將該轉(zhuǎn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可允許轉(zhuǎn)動角范圍設(shè)定為大于30°。
21.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是磁頭的滑動表面由三個分開的墊片組成，一讀/寫部件被設(shè)置在墊片之一中，該墊片的沿接觸滑動方向的邊大于所述墊片的橫向邊。
22.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是至少在磁頭的滑動表面上設(shè)置有導(dǎo)電薄膜，而此導(dǎo)電膜電氣地將寫磁極連接到一執(zhí)行讀出操作和具有磁阻效應(yīng)的磁性薄膜。
23.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是加在磁頭滑動表面上的導(dǎo)電膜的電壓等于記錄介質(zhì)的表面電壓。
24.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是所述磁頭由一以彈簧片構(gòu)成的框架部件支撐。此框架部件由一連接到轉(zhuǎn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂部件支撐，向此臂部件具有調(diào)整磁頭的傾斜角和節(jié)距角的功能。
25.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是采用一形態(tài)記憶金屬用于一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述接觸狀態(tài)。
26.按照權(quán)利要求20的磁存貯設(shè)備，其特征是采用一熱軟化聚合物用于一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述接觸狀態(tài)。
27.一磁存貯設(shè)備，其特征是包括一具有磁薄膜的盤狀記錄介質(zhì)；一具有向或從所述磁記錄介質(zhì)記錄或再現(xiàn)磁信息的功能部件的磁頭；多個在磁頭的滑動表面上的滑動墊片，前墊片被作成向著前墊片的前端的斜坡狀的滑動墊片，和前墊片的高度高于滑動墊片的后墊片的高度；和一用于定位磁頭的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中，磁頭的讀磁薄膜被設(shè)在對面的寫磁極之間，和以所述磁頭保持經(jīng)由潤滑層與記錄介質(zhì)相接觸進(jìn)行輸入/輸出操作。
28.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是磁頭的滑動表面由三個分開的墊片組成，一讀/寫部件被設(shè)置在墊片之一中，該墊片沿著接觸滑動方向的邊長于所述一墊片的橫向邊。
29.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是至少在磁頭的滑動表面上設(shè)置一導(dǎo)電膜，此導(dǎo)電膜將寫磁極電氣連接到一具有磁阻效應(yīng)的讀磁薄膜。
30.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是設(shè)置在所述磁頭滑動表面上的導(dǎo)電薄膜的電壓等于記錄介質(zhì)的表面電壓。
31.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是所述磁頭由一以彈簧片構(gòu)成的框架部件支撐，所述框架部件由一連接到旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的臂部件支撐，而此臂部件具備有調(diào)節(jié)磁頭的傾斜角和節(jié)矩角的功能。
32.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是一形態(tài)記憶金屬被用于一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述接觸狀態(tài)。
33.按照權(quán)利要求27的磁存貯設(shè)備，其特征是一熱軟化聚合物被用于一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述接觸狀態(tài)。
全文摘要
一磁存貯設(shè)備包括有一在其滑動表面上設(shè)有滑動前和后墊片的磁頭。前墊片被作成向著其前端的坡度狀，和前墊片的高度大于后墊片的高度。作成坡度的前墊片被涂敷以薄膜。磁墊片總共設(shè)置為三個墊片，二個墊片在其前邊上，一個墊片在其后邊上。墊片的總面積在0.0003至0.02mm
文檔編號G11B5/60GK1158471SQ9610788
公開日1997年9月3日 申請日期1996年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月25日
發(fā)明者丸山洋治, 相原誠 申請人:株式會社日立制作所