三垫式空气支承磁头浮动块的制作方法

专利名称：三垫式空气支承磁头浮动块的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁头浮动块，特别是涉及在硬磁盘驱动机构中使用的磁头浮动块制作的方法和设备。
具有从浮动块的前沿延伸到后沿的纵向外侧轨条形成典型的磁头空气支承浮动块。在向后沿横切浮动块长度以前，磁盘的旋转数据磁道通过的浮动块边缘称为前沿。在磁盘驱动机构运转期间，浮动块的空气支承面受到供浮动块相对于旋转磁盘飞起的升力的气流。
空气支承磁头浮动块结构的主要目的是使浮动块和它们的传感器飞起尽可能地紧靠磁盘的表面，以保持稳定的严密的间隙，以及大体均匀的飞起高度。例如，在磁盘表面使用薄膜磁头或很薄的磁膜提供很窄的传感间隙时，该严密的间隙使其能记录短波长信号，从而能进行高密度记录和增进存储量。由于在磁头和磁盘间具有稳定的间隙。就不会显著改变记录的或读出的信号的波幅，大大地增进了信号的分辩率和使数据处理更加可靠。
目前，在陶瓷薄片上通过附着多种类的薄膜传感器制造磁头浮动块组合件，然后，将薄片切割变为成排的棒材，並对棒材进行加工，形成具有纵向轨条和在前沿处的坡度区的空气支承浮动块。就横向等压线浮动块来说，通过腐蚀加工制造轨条和邻接区域，例如，活性离子腐蚀加工，离子铣削加工，静电放电机械加工或超声波机械加工，这些加工方法是费时间的和昂贵的。这些凹槽区域的腐蚀深度对获得均匀的飞起高度是至关重要的。
本发明的一个目的是提供基本上比现有的已知浮动块具有减小尺寸和大大地降低质量和重量的磁头浮动块。
本发明的另一个目的是提供获得大体上均匀的飞起高度的空气支承磁头浮动块。
再一个目的是提供具有低的起飞速度和在磁盘表面上获得相对较轻着落的空气支承浮动块。
再一个目的是提供具有相对地低的静摩擦系数的空气支承浮动块。
再一个目的是提供为优选浮动块的飞起特性，使能制造多种样的垫/坡度区外形的浮动块结构设备。
再一个目的是提供具有显著地节省时间和费用的制造空气支承浮动块的改进的方法。
另一个目的是提供能长期耐受起停接触运转的空气支承浮动块。
根据本发明制造的空气支承浮动块具有三个垫和邻接的凹槽。两个外侧垫位于浮动块的两侧，在前沿和两个外侧垫之间设有坡度区。第三个中央垫基本上沿浮动块的纵向中心线以后沿延伸，限定薄膜传感器的传感间隙的磁极端部放置在浮动块的后沿，並和第三垫的空气支承面相重合。在垫上倒圆的边缘消除了锋利的边、角。
在本发明的一个实施例中，凹槽通过机械锯切成，但不如用成排的金刚石锯轮切割更好。在制造期间，许多浮动块元件的成排棒材，错列地放置並加以固定。锯割装置按预定角度横向切割成排的棒材。通过用精研板研磨形成从前沿伸向外侧垫的坡度的升角。这样，被加工成的每个浮动块形成具有相同的空气支承面结构。或者，通过掩模和其后的离子铣削加工，活性离子腐蚀加工、静电放电机械加工或超声波机械加工形成各个垫。
在优选的实施例中，双面锯从浮动块的后端到前端锯割和单面水平或横向锯割可同时地形成所有被加工的成排棒材的三个垫、坡度区和凹槽区域的几何结构。对三个垫的斜边部分可做各种变型以改变升力，或者在使用旋转磁头致动器的磁盘驱动机构中降低对偏斜的敏感性。
在本发明的各个具体实施例中，浮动块的两个外侧垫具有倾斜的内边或内边的倾斜部分，两外侧垫所具形体是为使两外侧垫的最宽部分，与坡度区部分相邻接。在上述实施例中，第三后垫具有两条斜边，每边分别地平行于两个外侧垫的斜边或斜边部分。
在本发明的优选实施例中，具有与坡度区部分邻接的最宽部分和朝向浮动块后端的最窄部分形成浮动块相对两侧边的两个外侧垫。第三后垫具有限定一梯形或三角形的两条斜边。在一个实施例中，各垫和坡度区部分基本上是矩形，前垫只有部分轨条从浮动块的前沿伸向后沿。
现参照附图对本发明作更详细的叙述如下

图1是根据本发明制作的三垫式微型浮动块的横截平面图。
图2A、2B和图3描绘本发明的新型浮动块，如微型浮动块和毫微型浮动块的优选实施例。
图4-12显示根据本发明制成的、可供选择的空气支承浮动块结构的横截平面图，其中图7描绘微型浮动块。
图13是显示为限定浮动块的三垫式空气支承面的斜形凹槽形成的示意图。
图14是可用于接触记录的三垫式浮动块的另一个可供选择的实施例的平面图。
图15是图14所示的可供选择的浮动块空气支承面的形状的示意平面图。
图16是图15的浮动块的立体图。
为了进行说明，具有大约0.160英寸长、0.125英寸宽和0.0345英寸高大小的浮动块称为全尺寸标准浮动块;具有上述标准浮动块的70%，例如大约0.112英寸长、0.088英寸宽和0.024英寸高大小的浮动块称为微型浮动块;毫微型浮动块具有大约标准浮动块的50%大小，例如大约0.080英寸长、0.063英寸宽和0.017英寸高。
参看图1，空气支承微型浮动块上做有三个垫10、12和14，对微型浮动块的空气支承面提供可靠的空气支承区域。
通过切割的倾斜间隙或凹槽16和18以及横断浮动块的中央部分的横向间隙或凹槽20形成微型浮动块的凹槽区域。由机械锯装置用金刚石锯轮三次切割制成限定三个垫10、12和14的几何结构。在浮动块的前沿设有坡度区22和24。在具体的实施例中，相对于浮动块纵轴大约10°角切割制成凹槽16和18。在制作期间，在同一个精研板上研磨成排棒材的浮动块的所有三个垫，完成平面控制。浮动块具有大约0.011英寸的坡度区长度，坡度区22和24从前沿到垫10和12最好具有大约50分的升角。为形成凹槽的间隙切割大约2-4毫英寸深。虽然在中央显露的后沿处形成薄膜传感器的磁触头26，但磁触头26也可偏心地设置，以调偏并获得稳定的飞起高度。图1所示浮动块的具体实施例中，在起停接触试验运转中成功地完成了十万个周期，並且具有显著低于常用的现有技术的双轨条锥形平面浮动块或横等压线(TPC)浮动块的静摩擦系数。
图2A和2B显示图1所示浮动块的变型的优选实施例。这些变型特指具有在70%的微型浮动块和毫微型浮动块尺寸规格范围内的浮动块。在这些结构中，横向切口3相对于滑块横向中心线並不在中央，但是被加工的浮动块，其切口的一个边沿靠近横向中央，而切口的另一个边沿更靠近浮动块的后端。坡度区28和30的内露边与图1所示坡度区22和24的斜边向相反方向倾斜。外露的坡度区侧边和前垫32和34的斜边形成一个钝角。外侧前垫32和34朝浮动块的中央横轴线方向延伸。后垫36是梯形，並且较之图1浮动块的后垫14减小了尺寸。
在图2A和2B说明的空气支承浮动块的结构中，外侧垫32和34具有平行于浮动块主纵轴的侧边部分，以及倾斜的相邻的侧边部分，以便在朝浮动块的后端方向提供变窄的垫。在图2B中在后缘的梯形第三垫36变窄，是为了在磁盘驱动机构运转期间，改变施加于浮动块上的升力。
参看图3，除形成梯形后垫46的斜边及垫42和44的倾斜变窄部分的倾斜切口之外，还使用两个纵向切口，以便形成坡度区38和40的纵边及垫42和44的纵边部分。在图3浮动块的具体实施例中，后垫46的斜边基本上是直线，制造微型浮动块是标准浮动块的70%大小，在常用的3.5英寸磁盘驱动机构中使用旋转致动器起飞，飞起高度大约达到4.5±1微英寸(从磁盘的内径到外径)，磁盘每分约旋转5400次。
在图3中坡度38和40呈矩形，而图4的浮动块具有的坡度区48和50，它们朝着浮动块前端的内缘是倾斜的，坡度区48和50的斜边和前外侧垫52和54的斜边部分56和58是连续在一条直线上。前垫52和54具有更陡的斜边部分60和62，与倾斜部分56和58的后部相邻接。更陡的倾斜部分60和62比倾斜部分56和58更窄，並在浮动块的前端和后端之间延伸到靠近中央。在制造期间，除需要切割不相同斜边部分56和58的切口外，更陡的斜边部分60和62还需要单独的切口。后垫64呈梯形，它的斜边是由形成坡度区48和50的斜边及倾斜部分56和58的相同切口确定的。
在图5中，未使用形成图4结构中的更陡的倾斜部分60和62的切口，因此，坡度区66和68、外侧前垫70和72以及后垫74的侧边的角度相同。在一个实施例中，切口相对于浮动块的纵轴大约8°。从后端到前端只使用两次斜切，在浮动块的中央区域D仍有助于对浮动块提供额外的升力，如果需要的话，区域D能用激光烧蚀加工，例如，除去区域D的一些或全部材料，使升力能按所需要的技术要求变化。
图6显示具有基本上是矩形的坡度区76和78、外侧前垫80和82以及中央后垫84的三垫式浮动块。在一具体的实施例中，制成的浮动块在3.5英寸的磁盘驱动机构中，相对于每分钟旋转5400转的磁盘飞起大约3微英寸。坡度区76和78研磨成大约50分的升角和大约0.011英寸长。与坡度区76和78相邻接的两个垫80和82制成大约0.015英寸长。形成凹槽区域的切口的切割深度大约为2-6毫英寸。
在图7的实施例中，只需两次斜切便可形成三个坡度区86、88和90以及从浮动块后端各自地伸向三个坡度区86、88和90的三个细长的垫92、94和96。相对于浮动块中央轴大约10°角切割成斜的凹槽。只需两个切口便可形成在三个垫和坡度区之间的区域。在本结构的空气支承浮动块的运转期间，进入的气流通过凹槽98和100分流，並等距地从浮动块后端的传感间隙流出。
图8显示图7浮动块的变型结构，在该结构中没有使用中央坡度区。坡度区86和88以及前外侧垫92和94仍保留相同的形状。然而增大了切口的宽度，是为了消除中央坡度区和使中央垫110变窄，並缩短了长度减小为形成窄三角形的面积。
图9显示图7浮动块的另一种变型结构，在该结构中，在形成垫102和104以及坡度区86和88的斜边，以及形成中央垫96和坡度区90的斜向切口的切割完成之后，用锯移至浮动块纵向的中间以便切割外侧垫102和104。
图10是图9的外侧垫102和104与图8的三角形中央垫110的混合型结构。
在图11中，现有技术浮动块包括三个基本上是矩形的坡度区112、114和116，中央坡度区116很窄，並邻接于中央锥形垫112，中央锥形垫112随其从坡度区116向浮动块后端延伸而逐渐加宽。具有斜边部分124和126的前外侧垫118和120各自地与锥体112和114相邻接。中间形成的矩形部分128和130和后面的垫部分128和130相毗连、部分地沿浮动块的两侧延伸並超越浮动块长度的中点。
图12显示图11的结构的变型结构，在该结构中没有中央锥形垫，浮动块具有矩形坡度区112和114以及前外侧垫118和120，这些与图11相似。然而，具有顶点在与垫118和120相邻接的坡度区112和114的两端之间的中点的三角形形成中央垫122。
图13说明形成能够提供期望的浮动块空气支承面的垫的凹槽的新技术。为获得所需要的槽间的斜角，在成排棒材上等距地配置薄膜传感器，並相互交错排列地固定在夹持的工具上。规定成排棒材的水平位移L和垂直位移H，是为了当通过许多固定好的错列棒材，以预定的角度使用成排的金刚石锯设备切割时，在每一浮动块的基本相同的位置上以相同的角度切割凹槽。切割通道1和2提供相对的倾斜凹槽，而切割通道3用于横向切割浮动块的空气支承面。在这些结构中，前外侧垫没有延伸到浮动块的后端，规定距离的纵向切口基本上正交于浮动块纵轴。正如在现有技术中所周知的，坡度区是单独地在精研板上通过研磨成排棒材而形成的。
图14描绘了三垫式浮动块的另一个实施例，具有最好是大约0.008英寸长具有40分坡度角的前沿矩形坡度区166和168构成三垫式毫微型浮动块。两个矩形侧垫170和172紧跟坡度区166和168，並从0.080英寸长的浮动块的前沿延长到大约0.058英寸。矩形坡度区166和168以及侧垫170和172的宽度大约是0.009英寸，第三后垫174设置在浮动块的后沿中央，呈梯形结构。后垫174的后沿的宽度大约0.013英寸，后垫的长度大约0.007英寸。使各垫的拐角和边缘都经过倒圆处理。在各垫之间的凹槽区域至少0.002英寸深。在磁头浮动块组合体悬浮期间，浮动块粘接于一折褶，使浮动块可纵摇和横摇。粘接点最好靠近浮动块的纵向中央轴，並小于从浮动块的前沿的延伸尺寸0.058英寸。由于向有关磁盘的外径位移，产生从纵向中央轴的偏置，使横摇减至最小。当浮动块从磁盘的内径向外径移动时，由于磁盘外磁道更高的旋转速度，使飞起高度趋向增加。一般在磁盘驱动机构运转中，浮动块的纵摇增加，引起在后沿处的传感器的飞起高度降低，结果，在横过磁盘表面时获得基本稳定的飞起高度。飞起高度可以低得足以同磁盘形成伪接触或接触。图14的三垫式结构使磨损减至最小，结果在接触起停、接触和伪接触记录中改善了磁头/磁盘接触面的完整性。
图15和16说明三垫式浮动块的另一个实施例，该浮动块具有在浮动块前沿的坡度区132和134以及部分地伸向浮动块后沿的所述轨条或垫136和138。梯形型第三垫140设置在相对于浮动块的纵轴来说的后沿中央。在该实施例中，由在浮动块后沿和侧边相交的拐角处做有凹口部分142和144。凹口142和144的作用是减小浮动块的总质量，所以改善了浮动块的起飞以进入飞起位置。凹口也可以减小浮动块与磁头绕组或者磁盘马达轮毂干扰的可能性。在本结构的另一个实施例中，浮动块具有总长度大约0.0800英寸，总宽度大约0.0630英寸。前沿坡度区大约0.0080英寸长和0.0100英寸宽。沿侧边凹口的长度大约0.0090英寸和沿后沿的宽度大约0.0075英寸。这样，后沿的宽度大约是0.0480英寸和沿侧边的长度大约是0.0710英寸。梯形第三后垫140从后沿测量大约0.0090英寸长，它的后沿梯形的底最宽大约0.0130英寸。侧垫136和138的长度从坡度区测量大约0.0500英寸。
以上已经描述过的三垫式磁头空气支承浮动块具有沿浮动块两侧设置的两个前外侧垫和在浮动块后沿处设置的中央后垫。在机械锯操作过程中，使用成排的金刚石锯轮，同时横过许多交错排列並固定好位置的成排的浮动块棒材进行斜向切割。这样，在浮动块的空气支承面上便正确地形成了各垫和凹槽。
显然，本发明并不局限于以上揭示的具体结构，例如，前垫可以有不同的宽度，可以不对称地配置。垫的斜边也可以为达到不同的飞起特性而变化。可以相对于浮动块的后垫偏心地设置磁传感器或磁致电阻传感器。此外，当使用离子铣削加工、活性离子腐蚀加工、静电放电机械加工或超声波机械加工形成各垫的形状时，前垫的侧边不必平行于后垫的侧边，在沿浮动块用机械锯切割也会发生不平行现象。由于本发明的三垫式结构，浮动块可以制成具有小至这些标准浮动块的25%-50%大小。
在磁盘驱动机构中使用现有技术双轨条锥体平面浮动块，需要的低飞起高度受到窄轨条结构的限制。因此，放置在轨条的后端的薄膜传感器在宽度上受到限制，从而也限制了任何线圈层形成的线圈匝数。以上揭示的三垫式浮动块结构，使后垫处具有更宽的空间，从而克服了现有技术双轨条浮动块的缺点。
权利要求
1.具有前端和后端以及延伸在所述两端间的纵向中心轴的磁头空气支承浮动块包括第一、第二和第三垫，所述第一和第二垫设置在所述浮动块相对的两个侧边上，所述第三垫从所述浮动块的后端伸出，具有一个端部，并大约在相对于纵轴的中央；在所述浮动块的前端至少有第一和第二坡度区，所述坡度区分别地与所述第一和第二垫相邻接；从所述浮动块的所述后端延伸到所述前端，在两个所述垫之间形成凹槽区域，所述凹槽区域具有相对于所述纵轴的倾斜部分，用于形成所述垫的斜边。
2.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述第三垫基本上呈梯形，所述垫的斜边分别与所述第一和第二垫的斜边相平行。
3.根据权利要求2所述的浮动块，其特征在于所述凹槽区域包括为在所述前端和后端之间限定所述垫的长度，横向地和正交于所述纵轴的直线性凹槽。
4.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述坡度区包括和所述第一和第二垫的斜边在同一直线上的斜边。
5.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述坡度区包括和所述第三垫的斜边基本平行以及和所述第一和第二垫的斜边形成钝角的斜边。
6.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述第一和第二垫在一方向上基本距所述前端等距放置，而在垂直于所述一方向的方向上距所述中央轴等距放置。
7.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述第一和第二垫不对称地设置在所述浮动块上。
8.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述第一和第二垫从所述后端一直延伸到所述坡度区。
9.根据权利要求8所述的浮动块，其特征在于所述第三垫呈三角形。
10.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于包括设置在所述前端和基本以所述纵轴为中央的第三坡度区，所述第三垫从所述后端一直延伸到所述第三坡度区。
11.根据权利要求10所述的浮动块，其特征在于所述第三垫的外形是截头锥形。
12.根据权利要求10所述的浮动块，其特征在于所述第一和第二垫从所述坡度区大约延伸到所述浮动块的中点。
13.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于包括设置在所述浮动块后端，与所述第三垫邻接的磁传感器或磁致电阻传感器。
14.根据权利要求13所述的浮动块，其特征在于所述磁传感器或磁致电阻传感器相对于所述纵向中央轴偏置。
15.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述第一和第二垫的斜边不平行于所述第三垫的斜边。
16.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述浮动块大约0.160英寸长、0.125英寸宽和0.0345英寸高。
17.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述浮动块大约0.112英寸长、0.088英寸宽和0.024英寸高。
18.根据权利要求17所述的浮动块，其特征在于所述浮动块装在具有旋转致动器的磁盘驱动机构内，因此，所述浮动块从以每分钟大约5400转的旋转磁盘的内径到外径，以大约4.5±1微英寸的基本均匀的飞起高度飞起。
19.根据权利要求1所述的浮动块，其特征在于所述浮动块大约0.080英寸长、0.063英寸宽和0.017英寸高。
20.制造空气支承浮动块的方法包括以下步骤以交错排列的方式设置许多成排用来制造许多浮动块的棒材;在每一个所述浮动块上设置薄膜传感器;在所述棒材上以规定的角度生产提供间隙的凹槽;从而在所述浮动块上形成垫和凹槽区域。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于使用金刚石锯切割，完成提供间隙的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于使用成排的许多金刚石锯轮完成所述锯切割。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于使用离子铣削加工、活性离子腐蚀加工、静电放射机械加工或超声波机械加工的方法提供所述间隙。
24.用于接触记录，带有磁盘的薄膜磁头组合件包括具有空气支承面和前沿及后沿的磁头浮动块;在所述浮动块的所述空气支承面上形成的第一、第二和第三垫;所述第一和第二垫设置在所述浮动块的两侧朝向所述浮动块的前沿处，并只有部分地向后沿延伸，所述第三垫设置在所述浮动块的后部中央的后沿处，所述第一和第二垫基本呈矩形，所述第三垫基本呈梯形;在所述浮动块两侧，在所述前沿和所述第一和第二垫之间的矩形坡度区;在大约沿所述浮动块中央纵轴的一个点上，将负载力作用在所述浮动块上的装置。
25.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述梯形坡度区和所述第一和第二垫的宽度大约是0.009英寸。
26.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述坡度区伸向所述浮动块的前沿大约0.008英寸长，并且具有大约40分的坡度角。
27.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述浮动块的长度大约是0.080英寸，所述第一和第二矩形垫从所述坡度区端延伸到从所述浮动块前沿大于所述浮动块长度一半的点上。
28.根据权利要求27所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述第一和第二垫延伸到离所述前沿大约0.058英寸的点上。
29.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于包括在所述各垫之间的凹槽区域，所述凹槽区域至少深0.002英寸。
30.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述后部中央第三垫延伸向所述浮动块的所述后沿大约长0.007英寸，在后沿处大约宽0.013英寸。
31.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述垫的边缘和拐角是经过倒圆的。
32.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于包括在所述浮动块的所述后沿的拐角处的凹口部分。
33.根据权利要求24所述的薄膜磁头组合件，其特征在于所述凹口部分大约长0.0090英寸，宽0.0075英寸。
全文摘要
应用于磁盘驱动机构中的三垫式空气支承浮动块的结构，具有从浮动块前沿处的两个或更多的坡度区，伸向后沿的两个外侧垫，各垫所具有的形状和斜边，是为了获得与弹性负载折褶或负载梁(beam)形成的力相反作用的所需要的升力，通过简单的机械切割，例如，使用金刚石锯轮或者由离子铣削加工或活性离子腐蚀加工形成限定三个垫的形状的斜边。
文档编号G11B5/60GK1082232SQ9310231
公开日1994年2月16日 申请日期1993年3月3日 优先权日1992年8月10日
发明者查科·M·里恩格, 卡罗尔·S·古德恩, 伊德格·M·威廉母斯 申请人:里德-莱特公司