JP2001307443A

JP2001307443A - 磁気ディスク装置

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Publication number: JP2001307443A
Application number: JP2000274994A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Shimizu; 利彦清水; Hiromitsu Masuda; 広光増田; Irizou Nanba; 入三難波; Mikio Tokuyama; 幹夫徳山; Shigeo Nakamura; 滋男中村; Kosaku Wakatsuki; 耕作若月; Haruhide Takahashi; 治英高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP3732081B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電素子を用いたマイクロアクチュエータを実
現する際に、マイクロアクチュエータが摺動する部分を
排除し、磁気ディスク装置に衝撃が加った場合でも、圧
電素子に発生する応力を緩和することにより、信頼性の
高い磁気ディスク装置を提供することである【解決手段】マイクロアクチュエータ搭載部のキャリッ
ジ側アクチュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエー
タ固定部を複数の柔軟な連結部で連結し、連結部をサス
ペンションの長手方向中心線に対してマイクロアクチュ
エータの外側に略対称に配置したことにより解決され
る。【効果】マイクロアクチュエータする部分が無いため摺
動による塵埃は発生せず、衝撃時には連結部が力を分担
するためマイクロアクチュエータに過度の応力が発生す
る恐れが無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気ディスク装置に
係り、特に、磁気ヘッドを目標トラックに精密に位置決
めするためのマイクロアクチュエータを搭載したヘッド
支持機構及びそれを用いた磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の磁気ディスク装置の大容量化に伴
い、磁気ヘッドは目標トラックに対して非常に高精度な
位置決めをしなければならなくなっている。そのため、
磁気ディスク装置ではキャリッジ回転中心に対して磁気
ヘッドと反対側に設けたボイスコイルモータで粗く移動
し、サスペンション部分に微動用のアクチュエータを備
えた構成の駆動機構が提案されている。

【０００３】例えば、特開平１１−１６３１１号公報で
は、粗動アクチュエータに加えてロードビームと磁気ヘ
ッドを備えたサスペンションの間にマイクロアクチュエ
ータを設けて駆動する構成が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マイクロアクチュエー
タには、従来はコイルと磁石を用いた電磁型も検討され
たが、近年では剛性や製造コストの観点からＰＺＴ等の
圧電素子を用いた圧電型が実用化されつつある。

【０００５】しかし、圧電素子は脆性材料であるため衝
撃や摺動に弱く、摺動部分や、衝撃時または圧電素子駆
動時の応力の集中する部分から塵埃が発生しやすいとい
う欠点を持っている。磁気ディスク装置においては、記
録密度向上の観点から磁気ヘッドを搭載したスライダの
浮上面とディスク表面との間隔(浮上量)が数十ｎｍと非
常に小さいため、塵埃が発生した場合には適正な浮上量
を保つことが困難になり記録・再生できなくなり、最悪
の場合にはスライダおよびディスクの破損が生じること
があり、磁気ディスク装置の信頼性の低下につながる。
そのため圧電素子を使用する際には、可能な限り摺動部
分を廃し、磁気ディスク装置外部から衝撃が加わった場
合や圧電素子を駆動した場合に発生する応力ができる限
り小くしなければならないという課題がある。

【０００６】本発明の目的は、上記の課題の少なくとも
一つの課題を解決するもので、構成が簡単で、摺動部が
少なく正確に位置決めが出きるアクチュエータ構成と、
それを用いた磁気ディスク装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、マイクロアクチュエータ搭載部に窓部を設け、窓
部のサスペンション長手方向中心線と交差しない外枠部
をサスペンション長手方向に伸縮可能な柔軟な連結部材
とし、外枠部をサスペンション長手方向中心線に対し
て、マイクロアクチュエータの外側に配置する構成とし
た。これにより、マイクロアクチュエータは固定部以外
では動作時及び、衝撃時共に他の部材と接触することが
ないため、摺動による塵埃の発生を回避できる。また、
衝撃時には連結部材が衝撃時に発生する応力を分担し、
動作時には連結部材が自由に変形することにより、マイ
クロアクチュエータへの応力の集中を緩和することがで
き、磁気ディスク装置の信頼性を向上することができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を用い
て詳細に説明する。

【０００９】図１は本発明を適用した磁気ディスク装置
の斜視図であり、図２はそのサスペンションの斜視図、
図３はサスペンションの側面図、図４はサスペンション
の上面図である。

【００１０】図１から図４の例では、ロードビーム１の
先端部にフレクシャ２を介して磁気ヘッドを搭載したス
ライダ３が取り付けられている。ロードビーム１をマイ
クロアクチュエータ搭載部４に溶接等で固定し、更に、
そのマイクロアクチュエータ搭載部４をマウント５に溶
接等で固定する。マウント５をキャリッジ６にかしめ等
で固定する。キャリッジ６がボイスコイルモータの駆動
力によって、ピボット軸７を中心に回転運動することに
より、磁気ヘッドは、ディスク８上の任意の半径位置に
アクセスすることができる。さらに、マイクロアクチュ
エータ搭載部４に圧電素子で構成されたマイクロアクチ
ュエータ９が固定される。このマイクロアクチュエータ
９を駆動することで、磁気ヘッドの微少な位置合わせを
行うものである。

【００１１】図２のハッチングをした個所は、マイクロ
アクチュエータ９を固定する場所を示している。このハ
ッチング部は、エッチング等によりマイクロアクチュエ
ータを位置決めしやすいように凹に加工しておくとよ
い。本実施例のマイクロアクチュエータ搭載部４は、腕
部４１と磁気ヘッド側マイクロアクチュエータ固定部４
２とキャリッジ側マイクロアクチュエータ固定部４３に
より一体的に構成してある。腕部４１はマイクロアクチ
ュエータ９と接触・摺動しないように長手方向中心線に
対して外側に配置している。更に、腕部４１は、マイク
ロアクチュエータ９の動作を阻害しない程度に柔軟とな
るように、外側に凸形状としている。マイクロアクチュ
エータ搭載部４は、衝撃時の過度の変形を回避し、か
つ、サスペンション全体の高さを小さくするため、０．
１５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚さが望ましい。

【００１２】また、マイクロアクチュエータ搭載部４は
製作公差を低減と製造コストの低減のため、プレスによ
る打ち抜き、またはエッチング加工を用いて形成される
ことが望ましい。

【００１３】図１２に腕部形状の１例を示す。図２から
４の腕部４１は、図１２に示す形状を基本として、腕部
の応力集中を緩和するために角部を曲線にしたものであ
る。腕部４１はマイクロアクチュエータ９の動作を阻害
しない程度には柔軟でなければならない。そのために
は、腕部の経路長（形状の中心線に添う長さ）を長くす
ることと、腕部の幅を小さくすることが有効である。

【００１４】しかし、サスペンション全幅（サスペンシ
ョン長手方向中心線からみた腕部の最遠点までの距離）
が大きくなるにつれてサスペンション長手方向中心軸に
対する慣性モーメントが大きくなるため、長手方向中心
軸に関するサスペンションのねじれ振動が増加し、磁気
ヘッド位置決め動作に悪影響を及ぼすという問題があ
る。そのため、腕部はサスペンション全幅を小さくしな
がら経路長の長い形状にすることが望ましい。そのよう
な要求に対して、腕部４１を図１２に示すようにコの字
型もしくはコの字型の角部を曲線としたＵ字型とするこ
とにより、例えばＶ字型の腕形状と比較して、サスペン
ションの長手中心軸に関する慣性モーメントをあまり大
きくせずに経路長を長くすることができると共に、腕部
４１がマイクロアクチュエータ９と接触・摺動すること
を回避できる。

【００１５】腕部４１の幅に関しては、マイクロアクチ
ュエータ搭載部の厚さが０．１５〜０．３ｍｍ程度であ
るため、加工時の腕部断面形状のばらつき抑制や加工性
の観点からマイクロアクチュエータの厚さと同等以上で
あることが望ましく、０.３〜０.４ｍｍ程度の幅が望ま
しい。

【００１６】図５はマイクロアクチュエータ９とマイク
ロアクチュエータ搭載部４の断面図を示したものであ
る。又図６には、マイクロアクチュエータを駆動した時
のサスペンションの変形状態の1例を示す。

【００１７】図５中の矢印は、マイクロアクチュエータ
９を構成する圧電素子の分極方向を示している。マイク
ロアクチュエータ９は、上部電極１０と下部電極１１が
設けられ、導電性を有する接着剤１２によってマイクロ
アクチュエータ搭載部４に固定される。マイクロアクチ
ュエータ搭載部４は、マウント５、キャリッジ６を介し
て電気的には０電位となっている。

【００１８】図５に示すように、上部電極１０に信号が
入力された状態では、２つのマイクロアクチュエータ９
の分極方向が逆向きであることから、それぞれの伸縮方
向は逆方向となる。結果的には、例えば図６に示すよう
に、マイクロアクチュエータ９１は長手方向には縮む変
形をし、マイクロアクチュエータ９２は長手方向には伸
びる変形をする。これによって、サスペンション全体で
は図６のような変形をし、スライダ３を微動することが
可能となる。この場合、マイクロアクチュエータ搭載部
４の腕部４１は、図６に示すようにサスペンション長手
方向と幅方向の両方向に容易に変形できる形状であるた
め、マイクロアクチュエータ９の動作を妨げる恐れがな
い。

【００１９】これらの構成により、マイクロアクチュエ
ータ９は、固定部以外ではマイクロアクチュエータ搭載
部４と接触する個所が無い。動作時や磁気ディスク装置
に衝撃が加わり、マイクロアクチュエータ９が変形した
場合(特に、マウント5側固定端としてロードビーム1側
が上下、左右に変形しやす)にでも、マイクロアクチュ
エータ９とマイクロアクチュエータ搭載部４の間に接触
する場所が存在しないため、マイクロアクチュエータ９
が摺動する恐れもなく、塵埃発生により磁気ディスク装
置の信頼性が低下する恐れがない。また、衝撃力が加わ
った時に、マイクロアクチュエータ９にはロードビーム
１の慣性力が加わるが、マイクロアクチュエータ搭載部
４の腕部４１がマイクロアクチュエータ９の力と慣性力
を分担するため、マイクロアクチュエータ９に生じる応
力が緩和される。このため、マイクロアクチュエータ９
が損傷しにくくなり、磁気ディスク装置としての信頼性
高くすることができる。

【００２０】なお、従来の構造におけるマイクロアクチ
ュエータ動作時には、スライダ側のマイクロアクチュエ
ータ固定部は３本の支持ビームの交点を中心として回転
動作をする。このため、マイクロアクチュエータも固定
部にならって変形しなければならない。結果として、マ
イクロアクチュエータが駆動に要する以外の変形をする
ことになり、マイクロアクチュエータに生じる応力が大
きくなるため、応力集中部より塵埃が発生しやすいとい
う問題がある。しかし、本発明においては図６のように
腕部４１はサスペンション長手方向・幅方向ともに柔軟
にできるので、マイクロアクチュエータ９の変形を拘束
することがないため、塵埃発生の危険性を低下すること
ができ、磁気ディスク装置の信頼性を向上することがで
きる。

【００２１】次に、各種の腕形状における変位量を計算
により求めた結果を図１３、図１４を用いて説明する。
平行に設けたマイクロアクチュエータ９にはそれぞれ矢
印の方向に力が作用しているとしている図１３（ａ）
は、平行に腕部を設けた構成とした場合であり、図１３
（ｂ）は、三角形上に腕部を外側に突出させて設けた場
合であり、図１３（ｃ）は、図２から図４の実施例のよ
うにＵ字（略半円）形状に腕部を外側に突出させた場合
を示す。

【００２２】計算条件として、キャリッジに固定される
ことを想定してマウント５のボス部は全固定とした。ま
た、スライダ３はディスク表面上を自由に変位可能であ
るため、スライダに関しては図４のＺ方向変位を拘束と
した。２つの圧電素子の伸縮を模擬するために図４に示
すように、一方の圧電素子には圧縮方向の力、他方の圧
電素子には引張り方向の力入力として、磁気ヘッド３１
のＹ方向変位を算出した。入力の大きさは圧電素子の厚
さ(０．１５〜０．２mm)や圧電定数(２００〜３００ｍ
／Ｖ)、入力電圧(３０Ｖ)等がから０．５Ｎとした。

【００２３】さらに、腕部の幅は０．４mmで同一とし、
他は全く同一のものであり、図に示すように圧電素子搭
載部は長さ８．７mm、幅４mm、厚さ０．１５mmとした。
また材料はステンレス鋼(ＳＵＳ３０４)としヤング率は
０．１９Ｎ／ｍ²とした。形状Ａは腕部を直線としたも
ので、サスペンション外側に凸部の無い形状である。形
状Ｂは腕部を、凸部の頂点が８０度のＶ字形状にしたも
のである。形状Ｃは腕部をＵ字形状とし、角部を曲線に
したものである。この計算結果を図１４に示す。

【００２４】形状Ｃでは素子部の変位が１μmを超えて
いるのに対し、形状Ｂでは０．７７μm程度変位し、形
状Ａでは０．１６μm程度の変位しか生じない。この結
果により、形状Ｃが最も柔軟であり、圧電素子駆動時に
磁気ヘッドの変位量が最も大きいことがわかる。

【００２５】図７及び図８は、本発明の第２の実施例を
示した斜視図と上面図である。図７及び図８の例では、
腕部４１に加えて中央連結部４４によって、マイクロア
クチュエータ搭載部４の磁気ヘッド側マイクロアクチュ
エータ固定部４２とキャリッジ側マイクロアクチュエー
タ固定部４３を連結している。中央連結部４４はサスペ
ンション長手方向の中心軸上に配置され、かつマイクロ
アクチュエータ９とは干渉しない形状としている。第１
の実施例では、外部から衝撃力が加わった時にマイクロ
アクチュエータ９に発生する応力を緩和するためには腕
部４１を、ロードビーム1から加わる上下方向の曲げモ
ーメントに対して剛とすればよい。しかし、腕部４１の
剛性が高くなり過ぎると、マイクロアクチュエータ９の
動作を阻害する恐れがある。そこで、図７及び図８のよ
うに、中央連結部４４を設ければよい。中央連結部４４
はマイクロアクチュエータ搭載部４の前後の固定部を直
線的に連結するため、マイクロアクチュエータ９の動作
する方向には十分柔軟であるが、ディスク面に対して垂
直方向の剛性は腕部４１よりも剛とすることができる。
これにより、ディスク面に対して垂直方向の衝撃が加わ
った場合に、第１の実施例と比較して、マイクロアクチ
ュエータ９に生じる応力をさらに低下することが可能と
なり、磁気ディスク装置の耐衝撃性能を向上し、信頼性
を高くすることができる。

【００２６】図１５に中央連結部４４を設けた場合の解
析方法を示す。

【００２７】中央連結部の有無による、上下(Ｚ)方向衝
撃時に圧電素子に発生する最大応力の変化を有限要素法
により算出した。図１５に示すように下方向(-Z方向)に
図１６に示す２mmsec、１９６０ｍ／ｓ²(２００Ｇ)の正
弦半波入力されたものとして解析を行う。具体的には、
サスペンションへの衝撃入力は固定部であるマウントボ
ス部とスライダから入力されるため、ボス部とスライダ
の-Z方向に図１６の強制加速度入力をし、時刻暦応答解
析を行う。その結果から、圧電素子に発生する最大応力
を求める。本解析は図１３の（ｃ）の形状について行っ
たものである。即ち中央連結部４４を設けた図７及び８
に示す形状を形状Ｄとしている。その結果を図１７に示
す。

【００２８】図１７より、形状Ｃでは圧電素子に発生す
る最大応力は３．７２Ｎ／ｍｍ2であるが、中央連結部
４４を追加した形状Ｄでは２．４７Ｎ／ｍｍ2となり、
約３８%の応力低減となっており、最大応力低減に対し
て中央連結部４４の追加が有効な手段であることがわか
る。

【００２９】図９および図１０は本発明におけるマイク
ロアクチュエータ９への配線方法を示した斜視図と側面
図であり、図１１は図９のマウント近辺のＡ-Ａ’断面
図である。

【００３０】図９及び図１０では、磁気ヘッドからの配
線パターンを設けたフレクシャ２がマウント５の付近ま
で延長されている。通常、フレクシャ２の配線パターン
は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で形成されたフレク
シャ２上に、絶縁層となるポリイミドと実際の信号線と
なる銅を積層することにより構成されている。フレクシ
ャ２は配線固定板１３に固定され、さらに配線部１４に
電気的に接続される。配線部１４にはＦＰＣ（フレキシ
ブルプリント基板）が適している。配線部１４には端子
１５が設けられており、端子１５とマイクロアクチュエ
ータ９の上部電極１３が信号線１６で電気的に接続して
いる。

【００３１】このような構成とすることにより、マイク
ロアクチュエータ９への信号入力を実現できると同時
に、マイクロアクチュエータ９への信号入力と磁気ヘッ
ドの信号を配線部１４で一体で処理することが可能とな
る。このため、製造が容易となり、ひいてはコスト低減
につながる。さらに、配線部１４に信号増幅用のＩＣ１
７を設け、配線固定板１３を折り曲げている。これによ
り、情報を伝送する際に一旦増幅することができるた
め、情報の伝達が容易になり磁気ディスク装置の転送速
度を高速化できると共に、ＩＣ１７への信号線も容易に
取り扱うことができるため、ひいては製造コストを低減
することができる。また、配線固定板１３を折り曲げる
ことにより、ＩＣ１７がディスクに接触する危険性を回
避することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロアクチュエー
タは固定部以外では動作時、衝撃時ともに他の部材と接
触することがないため、摺動による塵埃の発生を回避で
きる。また、衝撃時には連結部材が衝撃時に発生する応
力を分担し、動作時には連結部材が自由に変形すること
により、マイクロアクチュエータへの応力の集中を緩和
することができる。これらの事項より、磁気ディスク装
置の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の磁気ディスク装置の斜
視図である。

【図２】本発明の第１の実施例のサスペンションの斜視
図である。

【図３】本発明の第１の実施例のサスペンションの側面
図である。

【図４】本発明の第１の実施例のサスペンションの上面
図である。

【図５】本発明の第１の実施例のマイクロアクチュエー
タとマイクロアクチュエータ搭載部の断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例のマイクロアクチュエー
タ動作時の変形図である。

【図７】本発明の第２実施例のサスペンションの斜視図
である。

【図８】本発明の第１の実施例のサスペンションの上面
図である。

【図９】本発明の第３実施例のサスペンションの斜視図
である。

【図１０】本発明の第３の実施例のサスペンションの側
面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例のサスペンションの断
面図である。

【図１２】本発明の第１の実施例の腕部の基本形状を示
す図である。

【図１３】計算に用いた各種腕部形状を示す図である。

【図１４】腕部形状の違いによるヘッド部の変位量の計
算結果を示す図である。

【図１５】サスペンションに衝撃力が加わったときの状
態を示す図である。

【図１６】計算で、サスペンションに印加した加速度の
波形を示す。

【図１７】中央連接部を設けた場合と設けない場合の上
下方向の応力値の計算結果を示した図である。

【符号の説明】

１…ロードビーム、２…フレクシャ、３…スライダ、４
…マイクロアクチュエータ搭載部、５…マウント、６…
キャリッジ、７…ピボット軸、８…ディスク、９…マイ
クロアクチュエータ、１０…上部電極、１１…下部電
極、１２…接着材、１３…配線固定板、１４…配線部、
１５…端子、１６…信号線、１７…ＩＣ。

フロントページの続き (72)発明者難波入三神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者徳山幹夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者中村滋男神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者若月耕作神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者高橋治英神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内Ｆターム(参考） 5D042 LA01 MA15 5D059 AA01 BA01 CA14 DA19 DA28 EA07 5D096 NN03 NN07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報を記録するディスクと、前記ディスク
に情報を読み書きをする磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支
持するサスペンションと、サスペンションを保持するキ
ャリッジと、前記キャリッジを駆動する粗動アクチュエ
ータと、微動用のマイクロアクチュエータを有し、マイ
クロアクチュエータ搭載部をキャリッジとサスペンショ
ンの間に設けた磁気ディスク装置において、前記マイクロアクチュエータ搭載部に窓部を設け、窓部
のサスペンションの長手方向中心線と交差しない外枠部
をサスペンション長手方向に伸縮可能な柔軟な連結部材
とし設け、前記外枠部をサスペンション長手方向中心線
に対して、マイクロアクチュエータの外側に配置したこ
とを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】情報を記録するディスクと、ディスクに情
報を読み書きをする磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持す
るサスペンションと、サスペンションを保持するキャリ
ッジと、前記キャリッジを駆動する粗動アクチュエータ
と、前記キャリッジとサスペンションの間に設けたマイ
クロアクチュエータ搭載部と、前記マイクロアクチュエ
ータ搭載部に設けたマイクロアクチュエータの伸縮動作
により、磁気ヘッドの微動を行う、磁気ディスク装置に
おいて、前記マイクロアクチュエータ搭載部に窓部を設け、前記
窓部のサスペンション長手方向中心線と交差しない外枠
部をサスペンション長手方向に伸縮可能な柔軟な連結部
材で構成し、前記マイクアクチュエータ搭載部のサスペ
ンション長手方向に２個のマイクロアクチュエータを配
置し、前記外枠部をサスペンション長手方向中心線に対
して前記マイクロアクチュエータの外側に配置し、窓部
のサスペンション長手方向の中心線上であって前記２個
のマイクロアクチュエータの間に中央連結部を設けたこ
とを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】情報を記録するディスクと、ディスクに情
報を読み書きをする磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持す
るサスペンションと、サスペンションを保持するキャリ
ッジと、前記キャリッジを駆動する粗動アクチュエータ
と、前記キャリッジとサスペンション間に設けたマイク
ロアクチュエータ搭載部に微動用のマイクロアクチュエ
ータを取付けた磁気ディスク装置において、前記マイクロアクチュエータ搭載部のキャリッジ側アク
チュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部
を、サスペンション長手方向の中心線に対して幅方向に
設けた２本の腕部で連結し、前記腕部をサスペンション
長手方向中心線に対して外側の凸形状としたことを特徴
とする磁気ディスク装置。
【請求項４】情報を記録するディスクと、ディスクに情
報を読み書きをする磁気ヘッドと、磁気ヘッドを支持す
るサスペンションと、サスペンションを保持するキャリ
ッジと、前記キャリッジを駆動する粗動アクチュエータ
と、キャリッジとサスペンションの間に設けたマイクロ
アクチュエータ搭載部に微動用のマイクロアクチュエー
タを取付けた磁気ディスク装置において、前記マイクロアクチュエータ搭載部のキャリッジ側アク
チュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部
を、サスペンション長手方向中心線に対して幅方向に設
けた２本の外腕部と１本の内腕部で連結し、前記外腕部
をサスペンション長手方向中心線に対して外側の凸形状
とし、前記内腕部を略サスペンション長手方向中心線上
に配置したことを特徴とする磁気ディスク装置。