JP2003123460A - 磁気ディスク装置及び加速度センサ実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気ディスク装置が加振状態にある時、プリン
ト基板１８が変形すると加速度センサ１３，１４自体に
変形が生じて、加速度センサ１３，１４が本来出さない
電圧を発生してしまい、これをフィードバックするため
位置決め精度が悪化することがあった。 【解決手段】加速度センサ１３，１４を実装するプリン
ト基板１８上の加速度センサ１３，１４の実装位置近傍
にスリット１９，２０を設け、振動によりプリント基板
１８が変形しても加速度センサ１３，１４の実装部はた
わまないようにすることのより周辺の応力の伝播から分
離し、加速度センサ１３，１４が感度主軸以外の振動に
よって不適切な電圧を発生しないようにする。

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
に印加される角加速度衝撃や振動を検出するための回路
プリント基板上に実装する加速度センサの実装方式に関
する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置では、データのアクセ
スのため磁気ヘッドを所望のトラックに位置決めさせる
ために円板に円周方向に等時間間隔に記録された位置情
報を磁気ヘッドで読み取り、これをＣＰＵに転送して所
定の演算を行い、演算結果をＤ／Ａコンバータがアナロ
グ信号に変換してこの電圧をＶＣＭＡＭＰが電流に変換
してボイスコイルモータ（以下ＶＣＭ）に電流を与え
る。このようなディジタル制御方式が採用されている。

【０００３】目的のトラックにヘッドを移動する動作を
シーク動作。目的のトラックでデータを読み書きを実行
している、あるいは静止位置決めしている状態をフォロ
イング動作と呼んでいる。

【０００４】ところでヘッドは図３に示すようにピボッ
ト１６を支点として回転動作で磁気ヘッド３を移動させ
るロータリーアクチュエータを採用している場合が多
い。ピボットはHead Disk Assembly（以下ＨＤＡ）のベ
ース１７に固定される。このアクチュエータは略々慣性
体とみなすことができる。ロータリーアクチュエータは
ピボット１６を中心に質量のバランスが取られており、
円板１はスピンドルモータ２を中心に質量のバランスが
取られているため、装置外部から並進衝撃や振動が印加
された場合であってもアクチュエータは原理的には回転
動作は発生せず、円板１と磁気ヘッド３の間の相対的な
位置決め誤差は発生しない。

【０００５】一方、装置の外部から回転状の衝撃や振動
が印加された場合、アクチュエータは慣性の法則により
静止し続けるが、円板１は円板１が固定されたスピンド
ルモータ２やＨＤＡベース１７と一緒に移動してしま
う。そのため、アクチュエータに支持された磁気ヘッド
２と円板１間に位置ずれが発生して、位置決め誤差とな
るのである。位置決め誤差が発生すると、トラック中心
に対しオフセットしてデータを円板１に書き込むことに
なり、隣接トラックのデータを破壊したり、当該データ
を後にトラック中心でリードしてもデータが本来有るべ
きところに存在しないため、読み取れない可能性が発生
する。

【０００６】また、トラック中心に安定にデータをライ
トした後、リードの際に回転状の衝撃や、振動が印加さ
れてオフトラックし、磁気ヘッド３がトラック中心を通
過しなかった場合、データはリードできなかったり、誤
って隣接トラックのデータをリードしてしまうことにな
る。

【０００７】このようにデータの破壊及び誤リード、リ
ード不可能といった事態は情報記憶装置である磁気ディ
スク装置にとって致命的な障害となる。

【０００８】一方、このような回転状の衝撃、外乱は顧
客が磁気ディスク装置を固定するフレームの剛性に大き
く左右される。軟弱な固定フレーム等であればこのよう
な障害が容易に発生することになる。しかしながら固定
フレームの構造は顧客によって様々であり磁気ディスク
装置メーカが決定できないため、顧客の実使用環境での
回転状の外乱に対する評価は難しい。

【０００９】このような問題に対し、加速度センサを用
いて衝撃が与えられたことを感知する技術がある。例え
ば、ＵＳＰ５，４２６，５４５に記載されている様に、
プリント回路基板上に円板と平行な軸に感度を持つ１軸
の加速度センサ２個を感度軸が平行になるように、且つ
円板と平行に固定する回路プリント基板上に実装して、
外乱として加わる角加速度を検出することが可能にな
る。この信号を図３のように直接位置決め制御回路のＶ
ＣＭＡＭＰ加算してフィードバックをかけることでヘッ
ドと円板の相対位置決め誤差が発生することを防止する
方法が知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記ＵＳＰ５，４２
６，５４５の様に磁気ディスク装置では加速度センサ等
を用いて外乱の角加速度に対策してきた。一方で磁気デ
ィスク装置の回路部を実装するプリント基板は薄くする
傾向にある。これはヘッドの位置決め精度を確保するた
めＨＤＡベース部やカバー部の剛性を高める目的で厚み
を充分確保するためである。このような制約から、プリ
ント基板が薄くなり剛性が低下してきている。

【００１１】プリント基板は固定ネジ穴を介して固定ネ
ジによりＨＤＡに固定されるが、プリント基板とＨＤＡ
を電気的に絶縁するためＨＤＡのネジ穴部が凸状になっ
ていて、ネジ穴部以外はプリント基板とＨＤＡの間に空
間がある。このようにプリント基板は全面が剛固定され
ていないので、剛性が低いと様々な振動が現れる。特に
図２において磁気ディスク装置全体がＺ軸に加振される
場合、最もプリント基板１８自体の振動が顕著になる。
振動の様子も加振周波数によって振動振幅や振動部位は
それぞれ異なり振動の様態は非常に複雑である。

【００１２】一方、加速度センサは図４のような構造に
なっていることが多く、中央に梁状の圧電素子２３が配
置され、図４の例ではＹ軸状に加速度が印加されると、
点線のように圧電素子２３がたわみ、電極Ａ−Ｂ間に電
圧を発生し加速度の検出を行う。このような加速度セン
サを図２のように２個使用して角加速度外乱を検出しよ
うとする場合、加速度センサはＹ軸にのみ感度を持ち、
Ｘ軸、Ｚ軸加速度に感度が無いことで角加速度外乱のみ
を検出する可能になることが重要な点である。

【００１３】しかし、磁気ディスク装置自体がＺ軸に加
振され、プリント基板の固有振動数で振動すると大きく
プリント基板が変形する。図５に図２のＹ軸から見たＺ
軸にプリント基板が変形する様子の例を示す。プリント
基板が衝撃や振動でたわむと加速度センサ自体が変形す
るような応力が加わる。このように加速度センサ自体が
変形するような応力がかかると、Ｙ軸に加速度が印加さ
れていないにもかかわらず電極間に電圧を発生すること
がある。この現象は詳細には解明されていないが、図７
に示すようにセンサの外形がたわむときに内部の電極部
Ａ，Ｂと圧電素子部の接続部に歪みが発生する時に電圧
が発生すると想像されている。

【００１４】このセンサの変形に対する出力感度は変形
自体の定義が多様であり、センサメーカも規定していな
いことが通常で対処が難しい。

【００１５】加速度センサを使用する目的は磁気ディス
ク装置のアクチュエータに印加される角加速度外乱を検
知することにもかかわらず、剛性の低い薄いプリント基
板上にプリント基板を実装すると、磁気ディスク装置へ
の並進衝撃や並進振動の印加によってプリント基板が振
動しプリント基板自体が変形し、そこに実装された加速
度センサが変形して衝撃や振動を誤って検出してしまう
ことになる。この結果、加速度センサでアクチュエータ
に印加される角加速度外乱を誤って検出し、図３のよう
にＶＣＭ ＡＭＰに印加して位置決め制御にフィードバ
ックする場合には、誤った信号の検出によってアクチュ
エータを駆動して位置決め精度が悪化することになるの
である。

【００１６】この問題に対処するため、加速度センサを
実装する位置の周辺をネジ止めしてプリント基板の剛性
を高めることが考えられるが、ネジ止めを行う作業が新
たに発生することになり作業コスト上がる。またプリン
ト基板上の回路部品の実装可能面積が減り好適な対策と
はならない。

【００１７】本発明の目的は剛性の低い、薄いプリント
基板を使用する場合であってもプリント基板の変形の影
響を受け難く、コストアップせずに衝撃や振動の加速度
センサの誤検出を極小化して、アクチュエータへの回転
衝撃、振動に対して頑健で、不必要に性能が低下しない
磁気ディスク装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】プリント基板に実装され
る加速度センサを変形させないためには、センサ周辺を
剛固定にしてプリント基板をたわませないか、あるいは
周辺の振動成分から分離する方法が考えられるが、剛固
定は前述のようにコストアップを招き望ましくない。そ
こで本発明では、周辺の振動成分から分離することにす
る。そのためプリント基板上の加速度センサを実装する
部位を他の部位から切り離すようにスリットを設ける。
スリットは加速度センサが感度を持つ方向に充分なプリ
ント基板の剛性をもたせ、撓みが発生させず、且つ感度
の無い方向にはたわみが発生しないように剛性を落とす
ように設定する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】まず、図３で磁気ディスク装置の構成の一
例を示す。本発明の磁気ディスク装置は情報の記録媒体
である円板（磁気ディスク）１、この円板１を回転させ
るスピンドルモータ２、円板１に情報を記録・再生動作
を行う磁気ヘッド３、この磁気ヘッド３を支持するアー
ム４、このアーム４を介して磁気ヘッド１を駆動するＶ
ＣＭ（Voice Coil Motor）５、磁気ヘッド１で読み込ま
れたデータや位置情報を増幅するプリアンプ６、これら
を備えたＨＤＡ７がある。尚、磁気ヘッド１はピボット
１６を中心とした回転動作で所望のトラックに位置決め
される。ＶＣＭ５を用いてピボット１６を中心とした回
転動作により磁気ヘッド１を動かす構成をロータリアク
チュエータと呼ぶ。

【００２１】また、磁気ヘッド１の制御系は、プリアン
プ６から読み込まれたデータや位置情報をデジタル信号
に復調するチャネル８、リードライトチャネル(Read/Wr
iteChannel)８から得られた位置情報をＣＰＵ１０に転
送するゲートアレイ(Gate Array)９、このゲートアレイ
９から転送された位置情報を元に位置決め制御のための
操作量の計算を行うＣＰＵ１０、この操作量の計算結果
をＤ／Ａアナログ信号に変換するコンバータ１１、コン
バータ１１の出力を電圧−電流変換しＶＣＭ５に電流を
印加して磁気ヘッド３を駆動するＶＣＭ ＡＭＰ１２か
ら構成されている。

【００２２】また、角加速度外乱を検出するために、一
軸の感度を持つ（＝並進）加速度センサ１３と１４との
２個をプリント基板上に実装する。この２個のセンサの
差分を取ることにより角加速度外乱を検出し、所定のゲ
インで電圧を発生する加速度センサＡＭＰ１５がある。
この加速度センサＡＭＰ１５の出力がＶＣＭ ＡＭＰ１
２入力部で加算され角加速度外乱を補償するのである。
尚、加速度センサ１３，１４の構成は先に説明した図４
に示すものと同じである。

【００２３】図１に本発明の実施例を示す。加速度セン
サ１３，１４をプリント基板１８の端面側に実装し、両
脇にスリット１９，２０を入れた例である。円板１と平
行な面内に図３に示したような磁気ディスク装置を制御
するための回路部を搭載したプリント基板１８は、固定
ネジ２２によりＨＤＡ（図示せず）に固定される。

【００２４】図５及び図６にＺ軸に加振してプリント基
板１８が衝撃や振動で変形した場合の図２のＹ軸方向か
ら見た加速度センサ１３，１４の変形の様子を示す。図
６が本発明の実施例の場合の変形例である。図５と比較
してわかるように図６はセンサ両脇にスリット１９，２
０が入っているため周辺のプリント基板１８からの応力
を受けず加速度センサ１３，１４の実装部はたわまな
い。図からも明らかなように、スリット１９，２０より
も端部においてたわみの発生を防止できる。よって、加
速度センサ１３，１４に不要なたわみを生じさせないた
めには、スリット１９，２０の長さは少なくとも加速度
センサ１３，１４と同等以上の長さにする必要がある。
長ければより不要なたわみは生じないが、プリント基板
１８自体の剛性が低下するので、磁気ディスク装置に与
えられる振動の大きさと、プリント基板１８の剛性によ
りスリット１９，２０の長さを決定すれば良い。

【００２５】図１にように加速度センサ１３，１４の両
脇にスリット１９，２０を挿入し、加速度センサ１３，
１４を一辺で支持することでプリント基板１８の変形か
ら解放されるのである。プリント基板１８の加速度セン
サ１３，１４実装部は片持ち梁状になるがスリット１
９，２０の深さ、及び間隔の設定によってはこの固有振
動数は問題ない高い周波数帯に設定できる。また図１及
び図２においてＸ軸及びＹ軸に加振された場合は、加速
度センサ１３，１４実装部のスリット１９，２０に起因
するプリント基板１８の剛性の低下の影響は軽微であり
問題ない。

【００２６】従ってプリント基板１８の変形によって加
速度センサ１３，１４が誤って電圧を発生することなく
安定な加速度検出が可能になり、正確な角加速度外乱の
検出が可能になり、高精度な位置決め動作へのフィード
バックが可能になるのである。

【００２７】尚、図１では加速度センサ１３，１４がプ
リント基板１８の端面に配置する場合の例を示したが、
中央部であっても同様で、例えば図８のように加速度セ
ンサ１３，１４実装部の３辺をくり抜いた形状のスリッ
ト１９，２０にしてもよい。この形状にすると、プリン
ト基板１８の外縁部分に切り欠きが無いために、スリッ
ト１９，２０を設けたことによるプリント基板１８自体
の剛性の低下が少なくて済む。

【００２８】また、図９のように加速度センサ１３，１
４をプリント基板１８の４隅のうちの２箇所に実装する
場合は内側１辺にスリット１９，２０を入れることで周
辺３辺を自由端にしてもよい。この形状の場合には、図
１の形状と比べて加速度センサ１３，１４が端部に来て
いるために、図８の例と同様、スリット１９，２０を設
けたことによるプリント基板１８自体の剛性の低下が少
なくて済み、且つプリント基板のたわみの影響を加速度
センサ１３，１４が受け難くなる。

【００２９】また、１個のセンサで角加速度を検出する
センサを用いる場合についてもプリント基板がたわむ場
合と同様に誤信号を発生することが考えられるが、この
場合にも同様で図１、図８、図９の加速度センサ実装位
置のいずれかの方法を用いることができる。

【００３０】また、プリント基板にスリットを設けるこ
とはプリント基板の製造過程において型で成型されるた
め量産段階においてはコストアップに繋がらない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、角加速度外乱を補償す
る場合において剛性の低いプリント基板上に加速度セン
サを実装しても、ネジ穴追加による作業コストアップや
回路部品実装可能面積を減ずることなく、プリント基板
の撓みの加速度センサへの影響を最小限に抑えつつ、角
加速度外乱のみを安定に検出し、オフトラックによる隣
接トラックデータ破壊や、誤リード、リード不可といっ
た状況が回避できる磁気ディスク装置が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリント基板を示す図である。

【図２】磁気ディスク装置のＨＤＡとプリント基板及び
加速度センサを示す図である。

【図３】磁気ディスク装置と角加速度外乱補償方式の概
略構成図である。

【図４】加速度センサの構造と感度方向を示すである。

【図５】振動、衝撃を受けた際の従来方式のプリント基
板のたわみを示す図である。

【図６】振動、衝撃を受けた際の本発明でのプリント基
板と加速度センサ実装部の変形を示す図である。

【図７】加速度センサＺ軸状に変形した場合を示す図で
ある。

【図８】加速度センサをプリント基板に実装する他の例
を示す図である。

【図９】加速度センサをプリント基板に実装する更に他
の例を示す図である。

【符号の説明】

１…円板、２…スピンドルモータ、３…磁気ヘッド、４
…アーム、５…ＶＣＭ、６…プリアンプ、７…ＨＤＡ、
８…Ｒ／Ｗチャネル、９…ゲートアレイ、１０…ＣＰ
Ｕ、１１…Ｄ／Ａコンバータ、１２…ＶＣＭ ＡＭＰ、
１３、１４…加速度センサ、１５…加速度センサＡＭ
Ｐ、１６…ピボット、１７…ＨＤＡベース、１８…プリ
ント基板、１９，２０…スリット、２１…固定ネジ穴、
２２…固定ネジ、２３…圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 功 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事業部内 (72)発明者 秦 裕二 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事業部内 (72)発明者 常田 勝啓 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事業部内 (72)発明者 花房 宏典 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立画像情報システム内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気ディスクと、 この磁気ディスク上にヘッドの位置決めを行うロータリ
   アクチュエータと、 装置を制御する回路部を搭載し、ヘッドディスクアセン
   ブリに固定されたプリント基板とを備えた磁気ディスク
   装置であって、 前記プリント基板上に複数の加速度センサを実装し、こ
   の加速度センサの両側面にスリットを設けた磁気ディス
   ク装置。
2. 【請求項２】磁気ディスクと、 この磁気ディスク上にヘッドの位置決めを行うロータリ
   アクチュエータと、 装置を制御する回路部を搭載し、ヘッドディスクアセン
   ブリに固定されたプリント基板とを備えた磁気ディスク
   装置であって、 前記プリント基板上に複数の加速度センサを実装し、こ
   の加速度センサの一側面を除いた周囲にスリットを設け
   た磁気ディスク装置。
3. 【請求項３】磁気ディスクと、 この磁気ディスク上にヘッドの位置決めを行うロータリ
   アクチュエータと、 装置を制御する回路部を搭載し、ヘッドディスクアセン
   ブリに固定されたプリント基板とを備えた磁気ディスク
   装置であって、 複数の加速度センサを前記プリント基板上の端部に実装
   し、この加速度センサより中央側の側面にスリットを設
   けた磁気ディスク装置。