专利名称：具有钩形边档的漂浮负压气垫滑块的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及磁性记录装置。特别地涉及一种漂浮滑块，其中有一个磁性传感器以向磁盘之类的记录媒介输入数据并读取数据。
众所周知，磁性记录装置对于记录磁盘的表面作相对运动，从而通过一个由气垫膜支持的传感器输送数据。这种传感器要么需要“漂浮”(漂浮型探头)于旋转的磁盘表面之上仅数个微英寸，要么需要在一个安全范围内稍微地与旋转的磁盘接触(准接触探头)。
气垫是由在旋转磁盘表面和滑块体之间流动的空气产生的压力生成的。对于漂浮型探头，气垫的作用是在滑块体和旋转磁盘表面间无物理接触地提供一个非常窄小的间隔。这使工作中漂浮探头和磁盘表面的磨损程度降到最低，同时保持很精确的分离以确保高密度磁性记录结构。
随着漂浮滑块的标称漂浮高度(滑块体与旋转磁盘表面之间的距离)降低，磁传感器达到较高的磁盘上单个数据存储单位之间的解析率。因此，为了达到更高的记录密度，就应当在记录可靠性不受到破坏的条件下尽可能地降低漂浮高度。漂浮高度中出现过度的和有害的变化时会使漂浮滑块和高速旋转的记录媒介之间产生物理接触，从而发生可靠性问题。任何这种接触都会造成滑块和记录表面之间的磨损，并在一定的条件下对磁盘驱动的运行造成很大破坏。
因此，人们不断地致力于降低漂浮高度、同时力图在整个浮动数据区域内提供均匀的或理想化漂浮高度条件，例如从内磁道到外磁道采取不同的切线速度、高速磁道寻找过程，以及变化的倾斜角等。
从旋转磁盘的内径(ID)到外径(OD)磁盘的线速度线性地增长。因为磁盘记录媒介速度加快时滑块一般漂浮得要高些，且有滑块的外档比内档漂浮得高的趋势。滚动角定义为磁盘径向的滑块主平面与磁盘表面主平面之间的倾角。因此，漂浮滑块具有的结构可以确保能产生抵消外档比内档漂浮得高的趋势的滚动角。
控制滚动角或者产生滚动角变化的能力对于抵消磁盘驱动生产过程或者运转过程中产生的其它的力是重要的。这种需要补偿的力或者因素包括万向接头的生产误差，该接头把滑块接到悬臂上；在磁道访问过程中磁道访问臂对气垫滑块施加的动态力；以及，由滑块中心线起测量，与磁盘旋转相切的变化的倾斜角。
例如，无论相对于气流方向的特定倾斜角怎样，在内外边档之间都会发生不均匀的压力分布。因此造成滑块漂浮内档比外档更大大近于磁盘表面。结果，在这个滑块的最低漂浮高度处与磁盘表面发生物理接触的可能性增加了。因此，人们不停地努力开发一种气垫滑块以承载尽可能接近磁盘表面的传感器，它具有恒定的漂浮高度和滚动角，不论磁盘速度和倾斜角度等变化漂浮条件如何。
为得到稳定的漂浮特性，滑块也应当以安全的预定范围的俯仰角漂浮。俯仰角定义为旋转磁盘的切线方向上滑块体主平面与磁盘表面主平面之间的倾角。正常情况下俯仰角为正的，这时滑块后部的漂浮高度低于滑块前部的漂浮高度。如果设计的正俯仰角过小，就有可能出现滑块下沉、或偶然转向负的俯仰角，原因可以是内部或外部的干扰，从而滑块的前缘可以撞击到旋转着的磁盘。另一方面，如果设计的俯仰角过大，为稳定漂浮所需要的空气密度会降低，这也会造成与磁盘的碰撞。因此，为了保持稳定性同时避免出现负的俯仰角情况，在设计滑块时应使俯仰角能够控制保持在一个理想范围之内。
有关俯仰角要考虑的另一个因素是，当滑块处于接近磁盘外径、倾斜角增加时，一般的趋势是俯仰角会增加。因此不论倾斜角如何变化，都应当使俯仰角在安全范围内，这样才能确保所需的磁头/磁盘介面动态性能的稳定性。
图1为负压气垫(NPAB)滑块的基本构造透视图，这种滑块构造为当前多数气垫滑块采用，这种负压气垫滑块可见于许多文献，例如美国专利4,802,042和5,200,868等。如图1所示，滑块10包括沿滑块10的侧缘平行组成的一对边档11a、11b，它们被制成预定的高度以形成纵向的气垫表面；在气垫边档11a、11b的前缘部分(对着磁盘旋转方向)形成的斜面或称倾斜部12a、12b；在边档11a、11b之间的前缘附近、接近倾斜部分12a、12b处形成的、与边档11a、11b具有相同高度的横档13；还有在横档13后方形成的负压空气腔14。在此结构下，在一个非常薄的有界空气层的空气在表面摩擦力的作用下随同磁盘的旋转而旋转。磁盘在滑块下沿着气垫表面大体平行于磁盘切线速度的方向吸入空气。当空气经过旋转的磁盘和滑块之间时，受到边档11a、11b的前缘斜面12a、12b的压缩，这个压力在斜面部分产生一个空气动力提升力，它沿着每一个边档11a、11b使它们产生一种升力，从而使滑块能在磁盘表面上方漂浮。事实上边档11a、11b起空气动力支承作用，因此在沿着磁盘旋转产生的气流的轴向区域具有一个正压力区。另一方面，横档13在横档13的下游体10的近中心表面部分产生一个负压，或者说低于环境压力的负压空气腔14。因此，由于空气跨越横档13时经过负压空气腔14而扩散，所以在滑块上施加了一个向下的拉力或吸力，从而使空气的压力低于环境压力。这样就降低了悬挂重量负载，其优点是可以快速从磁盘表面漂浮同时保持足够的空气密度。正力和负力之间的抵消作用降低了滑块漂浮高度对磁盘速度的敏感性并且加强了滑块空气密度特性。
然而，图1所示的负压气垫有一些缺点。例如在负压空气腔14中的负压量取决于气流方向，也就是说，当倾斜角不同时压力也不同，造成在整个磁盘直径上漂浮特性不一致。尤其是，当倾斜角较高时，由于负压空气腔作用流入内边档的空气会显著减少，靠成更重的负滚动角。从摩擦学方面，具有在前向腔15的横栏13处聚集磨损碎屑的倾向。积累下的碎屑会损坏磁头并造成磁头和磁盘过早磨损，因此这种碎屑最终会对性能产生不利的影响。
本发明旨在提供一种改进的漂浮负压气垫磁头滑块，有效地克服现有技术的上述问题，并且由于减少了倾斜角效应而表现出较小的漂浮变化，以达到稳定的漂浮运行特性。
本发明的另一目的是提供一种用于磁性记录系统的高级漂浮负压气垫磁头滑块，当滑块的路径从磁盘的内径移向外径时，无论滑块倾斜角和周边速度产生任何变化都不会影响这种滑块所展现出的相对恒定的滚动角。
本发明的另一个目的是提供一种用于磁性记录系统的改进的漂浮负压气垫磁头滑块，它在整个数据存储区展现稳定的俯仰角。
本发明的另一个目的是提供一种改进的漂浮负压气垫滑块，它在保留常规负压气垫滑块的快速起漂特性的同时减少在产生负压区的横档周边的磨损碎屑积存量。
为达到以上目的，本发明提供了一种支持接近旋转磁盘的传感器的漂浮负压气垫磁头滑块设计。这种滑块包括两个边档和三个单独的负压空气腔。两个边档从滑块的前缘延伸到后缘，当磁盘在滑块下旋转时，这两个边档形成主气垫平面产生正的升力。一个负压空气腔在滑块体中部两个边档的倾斜部分之间形成。两个另外的负压空气腔在滑块体的前向部分中形成。中部和前向部的负压空气腔由边档分开。分离的负压空气腔的结构使磁盘驱动器工作时，尽管有较大倾斜角变化，吸力仍能保持不变。
每一个边档的前缘都有宽部，后缘也有宽部，中间有倾斜部分联接前后缘。因此由边档产生的主要升力集中在滑块体的四个宽角。各个角的升力及三个负压空气腔中三角形分布的吸引力组合起来提供了均匀的漂浮状态，而不受倾斜角和磁盘速度的影响，从而得到有恒定漂浮高度、需要的滚动角、以及稳定的俯仰角的动态稳定的漂浮滑块。
两个边档为钩形。钩形边档的弯曲部分有助于保持负压空气腔内造成的低于环境的压力，从而聚集最少的碎屑。本发明的滑块克服了任何阻断主空气流的钝性边档，所以能提供动态可靠的漂浮特性和稳定的漂浮状态。本发明的漂浮负压气垫滑块还保留了卓越的CSS(恒定起止)效果。
下面参照附图对本发明的上述目的和优点进行详述图1为用于硬盘驱动的常规负压气垫(NPAB)型滑块的底视透视图；图2为本发明漂浮负压气垫滑块实施方案的底视透视图；图3为如图2所示的漂浮负压气垫滑块的底视平面图；图4为本发明漂浮负压气垫滑块另一个实施方案的透视图，它在边档的前缘上有一个浅的阶台，取代斜面；图5为本发明漂浮负压气垫滑块另一实施方案的透视图，体现了非对称的气垫边档和前向负压空气腔；和图6为本发明漂浮负压气垫滑块的特性曲线图，模拟作为磁盘半径函数的漂浮特性；其中图6A为模拟的作为磁盘半径函数的漂浮高度；图6B为模拟的作为磁盘半径函数的滚动角；和图6C为模拟的作为磁盘半径函数的俯仰角。
本发明一般地涉及具有三个单独的负压空气腔的漂浮气垫滑块。图2为本发明改进了的漂浮负压气垫滑块实施方案底视透视图，图3为该改进的滑块实施方案的底视平面图。
下面的描述是基于这样的理解进行的，即当记录磁盘在作相对旋转时漂浮气垫滑块100漂浮在记录磁盘的表面上方。滑块体100具有一个面向磁盘表面的主表面，在主表面上形成档和凹槽的格局。主表面有前缘(前部)，后缘(后部)，第一侧边和第二侧边，这里前缘位于相对于滑块纵向的下缘上游方间隔开，滑块纵向与记录磁盘切线旋转方向一致。第一侧边与第二侧边相对于滑块体100的横向相间隔。
滑块体100具有两个气垫边档101a、101b，各自分别沿第一侧边和第二侧边从前缘延伸到后缘。钩形边档101a、101b分处纵轴相对的两侧并且在滑块体100的横向方向上相互对齐。边档101a、101b在前缘具有斜面部分102a、102b，用于压缩流入的空气以产生足够的正压力支持滑块体100处于悬浮状态。边档101a、101b具有宽的前缘表面104a、104b和后缘表面107a、107b，它们提供主要正升力支持滑块体100处于悬浮状态漂浮在磁盘表面上方。前缘表面104a、104b和后缘表面107a、107b在侧档的中部分别由倾斜部106a、106b相连接。106a、106b部按照滑块的倾斜角而倾斜，在气垫表面平行于气流方向而防止严重的负滚动角引起的损害。
位于倾斜部106a、106b的下游，侧档倾斜部分106a、106b的内部形成V字形负压空气腔110，103a，104a，105a和103b，104b，105b的钩子状的弯曲部分别构成两个另外的负压空气腔109a，109b。在104a的下游，103a、104a的内部和105a外部形成第一负压空气腔109a。最后在104b部分的下游，103b、104b的内部和105b的外部形成第二负压空气腔109b。
本实施方案漂浮气垫滑块的运转在本文中将就不同的倾斜角加以说明。在磁盘旋转时，空气吸到滑块下面并受到斜面段102a、102b的压缩。压缩空气沿着边档101a、101b产生正压力，造成升力，从而使滑块100能漂浮在磁盘表面的上方。
对于负的倾斜角，流入的空气沿图3中箭头a方向流动在前缘表面104a、104b上形成一高正压力。在前缘表面104a、104b压缩的空气沿边档101a的倾斜部分106a流动并在边档101a的后缘表面107a上形成高正压力。经过边档101a、101b的前段的空气在经过负压空气腔109a、109b时被扩散，所以空气的压力降到大气压力之下，从而在滑块下形成向下的拉力。流入滑块侧缘的空气在边档101b的后缘表面107b上形成高正压力。由于前方负压空气腔109b的作用，边档101b的倾斜部分106b没能提供充分的空气。同时导入边档101a、101b之间的槽路111的一部分空气流入中央负压空气腔110受到扩散，因此在滑块的中央也形成了一个拉力或称吸引力。
对负倾斜角所说明的原理同样适用于正倾斜角的情况，这时空气沿图3中箭头b的方向流入。因此，由边档产生的升力大部分产生并集中在滑块的四个角104a、104b、107a、107b，而拉力分布在三个单独的低于环境压力的区域109a、109b、110。各角的升力和在三个单独的负压空气腔的拉力组合起来提供了与倾斜角无关的均匀漂浮状态，产生动态稳定的漂浮滑块。另外，在滑块前部布放的两个负压空气腔109a，109b通过在滑块的前区产生拉力防止磁盘在旋转中由于外径的线速度增加而急剧扩大俯仰角。
在本实施方案中，不横向布放、横跨的档阻止碎屑流动。如图2和图3所示，斜面段102a、102b形成在两个负压空气腔109a，109b的前方，而中央负压空气腔由槽路111开通。所以，由于磨损碎屑可以自由地、基本上没有阻碍地从滑块的前缘流动到后缘，在运转中聚集在滑块100上的磨损碎屑可以降到最小。
在本发明滑块的一个实施例中，气垫腔的深度范围在2-15微米(μm)，优选范围为3.0-6.0微米(μm)。本发明所述滑块的长度范围为1000-4000微米(μm)，而宽度在滑块体长度的50-100％之间。磁头相对于旋转存储盘的漂浮高度约为10-1000埃。
本发明另一个带有三个单独的负压空气腔的滑块实施方案如图4所示。图4的实施方案和图2的实施方案如两图中相同的标号所示有许多共同之处，这里不作重复。两个实施方案的区别在于，在边档101a、101b的前缘各自配有一个浅的阶台202a、202b而不是图2中的斜面段102a、102b，用于起始压缩流入的空气以产生滑块的升力。尽管图4实施方案的动态漂浮效果基本与图2实施方案的相同，但图4实施方案要求两倍的印刷掩膜工序时间以在前缘产生浅的阶台。
本发明的另一个带有三个单独的负压空气腔的滑块实施方案如图5所示。图5的实施方案和图2的实施方案如两图中相同的标号所示有许多共同之外，这里不作重复。这些实施方案的区别之一是边档301a不与边档301b纵轴对称。特别是，钩形边档301a的弯曲部303a、304a、305a与钩形边档301b的弯曲部303b、304b、305b在形状和长度上都不纵轴对称。边档301a的侧弯部303a比边档301b的侧弯部303b或多或少地更伸向后缘。不对称的边档理想地在滑块的前缘部产生不均匀的单独的负压空气腔109a、109b。我们注意到，不对称的负压空气腔实际上比上述的对称的实施方案(图2和图4)更能够改善当漂浮磁头由磁盘的内径移向外径时整个旋转的磁盘表面上的漂浮高度特性、尤其是滚动角特性。
一般地，实际滑块设计往往采取不对称的气垫表面和不均匀的负压空气腔以达到向旋转磁盘输入和从旋转磁盘读取数据的优良电磁功能和磁头/媒介介面(HDI)处漂浮可靠性的双重目的。滑块前缘部布放的不对称气垫表面和不均匀的负压空气腔平衡气流周缘速度的增加和磁头从旋转磁盘的内径移向外径时倾斜角的变化。
图6为本发明漂浮负压气垫滑块作为磁盘半径函数的模拟漂浮特性的曲线图；图6A为作为磁盘半径函数的漂浮高度曲线图；图6B为作为磁盘半径函数的滚动角曲线图；而图6C为作为磁盘半径函数的俯仰角曲线图。如这些曲线图所示，本发明的负压气垫式滑块在整个磁盘表面从磁盘内径到外径提供近乎均匀的漂浮高度。此外，本发明展示了在安全和可靠范围的滚动角和俯仰角。
尽管以上对一些特定的实施方案参照附图进行了说明，但本行业人员可以看出本发明不仅仅限于这些实施方案并且可以在不偏离所附权利要求书及相应说明的精神和范围的前提下进行修改。
权利要求
1.一种负压气垫滑块，包括一个在当记录磁盘作相对旋转时漂浮在记录磁盘表面上方的滑块体，滑块体的主表面面向磁盘表面，主表面有前部、后部、第一侧边部和第二侧边部，其中前部在滑块体纵轴方向上处于后部的上游方位，与后部相间隔，滑块体的纵轴与记录磁盘切线旋转方向相一致，而且第一侧边部相对于滑块体的横向与第二侧边部相间隔。第一和第二凸起从滑块的主表面前部起延伸，其中第一和第二凸起在滑块体横向上相间隔，第一和第二凸起界定了两个前方的负压空气腔和一个中央的负压空气腔；以及一个安装在第一和第二任一凸起后部的传感器，它能在磁盘旋转时悬浮在磁盘表面上方。
2.如权利要求1所述的负压气垫滑块，其第一和第二凸起各具有一个弯曲成钩形的前气垫表面和一个宽的后缘气垫表面，两个表面由一个倾斜的气垫表面相联，其中在弯曲成钩形的前气垫表面上形成一个宽的前气垫表面，而且其中弯曲成钩形的前气垫表面界定了前负压空气腔，而且第一和第二凸起的倾斜气垫表面形成一个普通的V型凸起，从而界定了中央负压空气腔，而且第一和第二凸起弯曲成钩形的前气垫表面形成界定中央负压空气腔开口的槽路。
3.如权利要求2所述的负压气垫滑块，其特征为，弯曲成钩形的前气垫表面包括一个斜面部，该部延伸到滑块体的前部。
4.如权利要求2所述的负压气垫滑块，其特征为，弯曲为钩形的前气垫表面包括一个阶台陷下的表面部分，该部分延伸到滑块体的前部。
5.如权利要求2所述的负压气垫滑块，其特征为，第一和第二凸起对称地布置在滑块体中心纵轴两侧，使得各自的弯曲成钩形的前气垫表面、宽的后缘气垫表面、倾斜的气垫表面和前方的负压空气腔均匀地布置在滑块体中心纵轴的两侧。
6.如权利要求5所述的负压气垫滑块，其特征为，中央负压空气腔的开口中心地跨越滑块体中心纵轴。
7.如权利要求2所述的负压气垫滑块，其特征为，第一和第二凸起不对称地布置在滑块体中心纵轴的两侧。
8.如权利要求7所述的负压气垫滑块，其特征为，第一第和二凸起各自的弯曲成钩形的前气垫表面具有不相同的表面积并且不对称地布置在滑块体中心纵轴的两侧。
9.如权利要求8所述的负压气垫滑块，其特征为，第一和第二凸起各自的宽的后缘气垫表面具有不相同的表面积并且不对称地布置在滑块体中心纵轴的两侧。
10.如权利要求9所述的负压气垫滑块，其特征为，第一和第二凸起各自的倾斜气垫表面具有不相同的表面积并且不对称地布置在滑块体中心纵轴的两侧。
11.如权利要求10所述的负压气垫滑块，其特征为，中央负压空气腔的开口偏离于滑块体的中心纵轴。
全文摘要
一种支持接近于旋转磁盘的传感器的漂浮负压气垫磁头滑块,有两个边档和三个单独的负压空气腔。两个边档从滑块体的前缘伸展到后缘,形成气垫表面,该气垫表面当磁盘在滑块下面旋转时产生正的升力。滑块前部的边档在弯曲成钩形的前气垫表面产生了两个负压空气腔。另外,滑块中心部边档的倾斜部分产生了另一个负压空气腔。这三个单独的负压空气腔在滑块上提供了三角分布的拉力。从而当磁盘驱动旋转产生了稳定的漂浮特性,在整个数据范围内漂浮高度和滚动角及俯仰角都没有什么变化。
文档编号G11B21/21GK1244013SQ98117138
公开日2000年2月9日 申请日期1998年8月4日 优先权日1998年8月4日
发明者张东燮, 朴基旭 申请人:三星电机株式会社