Experimental study of slider–disk interaction process with thermal-flying-height controlled slider

Abstract

Thermal flying height (TFC) controlled slider has been introduced in hard disk drive recently. Flying height at the read/write elements of the slider is controlled by thermal pole tip protrusion. Interactions between the TFC slider and disk can be very gentle because the low flying height thermal protrusion area is usually very small. It is still a big challenge to detect very gentle interactions. In this work, a very sensitive method to study very gentle slider-disk interaction in frequency domain has been developed and details of the TFC slider-disk interactions from gentle to strong have been revealed. It is proved that higher heating power is required to initiate the vibration in which higher stiffness part of the slider air-bearing is involved.

Depth sensing-induced inelastic deformation at heterogeneous polymer surface

“…It is noted that this system has been widely used in hard-disk drives [12]. It is well-known that DLCs are hard, hydrophobic, chemical inert, and thermally stable, and have been widely used as coat in NEMs [20]. The chemical formula of ZDOL [21] is, (Eq.1) where, p ¼ q ¼ 10.…”

Design Theory and Vibration Characteristics of Contact Head Slider

“…磁気ディスク装置におけるコンタクト記録スライダは， 1997~2004 年頃浮上ヘッドスライダの浮上量のばらつ き要因をなくして浮上すきまを数 nm 以下に低減させる手段として盛んに研究された (1)-(4) が，接触振動の発生 (5) ， ヘッド摩耗等によりその実現の可能性は小さかった．その後熱アクチュエータによりヘッド部を局所的に突出さ せる Thermal Flying height Control (TFC) ［Dynamic Flying Height control (DFH) ともよばれる］スライダ (6) が実用 化され，各スライダの浮上すきまのバラツキが除去された．また接触面積が減ったため，潤滑剤のメニスカス力 が低下し，さらにピコスライダに代わって小形のヘムトスライダが採用されたため，激しい跳躍自励振動の発生 がなくなった (7) ．TFC 技術により，現在のヘッド・媒体間浮上すきまは 2~3 nm 程度まで低減され，磁気ディス クの記録密度は 700 Gb/in 2 レベルになっている．今後さらに 1 Tb/in 2 以上の高記録密度を実現するには，1 nm 程 度の微小すきまの実現が望まれている．しかしヘッド部の等価曲率半径が 20 mm の場合でも，ヘッドとディスク の平均面間距離が 1 nm 強から吸着してしまうことが予測されている (8) ．したがって今後は，平均面間すきまが 1.3 nm 程度以上の非接触記録か，平均すきま 1 nm 以下の接触記録を選択しなければならないと考えられる． このようなヘッド・ディスク間すきまの狭小化の要請から，ヘッドを潤滑膜の流動層内で滑らす， surfing-recording の概念が Liu 他 (9), (10) により提案されている．接触記録の可能性を調べるため，TFC slider で，ヘ ッド部をディスク面に接触させるタッチダウン特性に関する実験が, Canchi & bogy (11), (12) ，Ma 他 (13) ，Shimizu 他 (14) , Tani 他 (15) 等により行われている．実験で用いたヘッドスライダ，潤滑剤等の実験条件の違いにより現象は異なる が，共通している現象は，ヘッドスライダの接触開始時には接触振動が生じるが，押し込み量を増加させると安 定な接触走査が得られる領域があることである．またヘッド押し込み量を増すとスライダの振動が低周波数成分 から高周波数成分へと変化する傾向がみられる．振動が生じない押し込み量領域を広げることができれば，TFC スライダによる on demand 方式の接触記録を行える可能性がある． ヘッドスライダの近接時から接触時におけるスライダ振動特性の数値シミュレーションも，Yu 他 (16) ，Vakis 他 (17) ，Zheng & Bogy (18) 等により行われ，接触開始時は接触振動が生じるが，押し込み量を大きくすると抑圧され ることが示されている．これらのシミュレーションは，ヘッド・ディスク間の相互作用力が正しく評価されてい れば，特定のヘッドスライダの特性を説明するためには優れているが，接触振動特性の全体を概観し，振動特性 のメカニズムとそれを支配するパラメータを明らかにし，更に安定に接触滑りするコンタクトスライダの基本的 な設計法を明らかにするには不適当である．Canchi & Bogy (19) は特定の条件下でピッチ 1 次モードの振動数の 2 倍がピッチ 2 次振動数に一致すると，非線形系の内部共振により大きな振動が生じること，また接触剛性特性の 非線形による高調波共振や分数次共振が起こることを非線形振動理論に基づき解析しているが，かなり特殊な条 件下の現象であり，一般的な振動挙動は解明されていない． これに対して，飯田他 (3) および Ono (4) Head-penetration depth , Canchi & Bogy (11) , Shimizu 他 (14) ，Tani 他 (15) の実験では，touchdown 直後は，100 kHz 以下の低周波数の成分 が励起されている． 特に Laser Doppler 振動計でスライダの 3 ないし 2 方向成分を測定している Canchi & Bogy (11) ， Shimizu 他 (14) では，touchdown 直後は off-track 方向に 100 kHz 以下の振動が励起され，押し込み量を大きくする にしたがい，これらの成分は小さくなっている．スライダ・サスペンション系は 100 kHz 以下の共振振動数の振…”

Experimental Study of Head-Disk Interface Instability on Light Contact Recording Using Dynamic Flying Height Control

“…S. V. Canch studied the vibration modes of the Manuscript pemto slider at the touchdown by LDV and AE measurements [6]. Y. Ma studied the difference of the vibration modes at the positions of LDV measuring points at the back of the pemto slider [7]. Thus, we have studied the slider vibration mode consisting of a slider sliding in the lubricant film using PZT sensors for highly sensitive monitoring.…”