JP2003132647A

JP2003132647A - 磁気ディスク装置およびキャリッジ

Info

Publication number: JP2003132647A
Application number: JP2001327092A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Arisaka; 寿洋有坂; Hiromitsu Masuda; 広光増田; Toshihiko Shimizu; 利彦清水; Gentaro Nakamura; 元太郎中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-09
Also published as: US6970330B2; US20030081355A1

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリッジの剛性を大きくして磁気ヘッドの位
置決め精度を向上させ、記録容量の大きな磁気ディスク
装置を提供する。【解決手段】磁気ディスク上の情報を読み出しまたは書
き込みを行う磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを前記磁気
ディスク上において所定の軸周りに移動可能に支持する
キャリッジと、このキャリッジに設けられたボビンによ
り支持され前記キャリッジを駆動する電磁力を受ける環
状のコイルとを備えた磁気ディスク装置において、前記
環状のコイルと前記ボビンとを接合する第１の接合部材
と、前記環状のコイルの内方側に配置されたコイル内部
材と、この環内部材と前記コイルとを接合する第２の接
合部材とを備え、前記コイル内部材の縦弾性係数が前記
第１または第２の接合部材の縦弾性係数よりも大きな磁
気ディスク装置。

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
の磁気ヘッドを位置決めする構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置の記録密度を向上させ
るためには、ディスクへの書き込み／読み出し用ヘッド
の位置決め誤差を低減し、より狭い領域に情報を記憶さ
せることが有効である。一方、従来から磁気ディスク面
に対する磁気ヘッドの位置決め動作には、磁気ヘッドを
搭載した揺動型キャリッジとそれを駆動するボイスコイ
ルモータ（ＶＣＭ）が一般に用いられている。この揺動
するキャリッジは、ピボット軸を中心に回転するように
設けられ、この軸の一方の側の先端部に磁気ヘッドを備
え、このヘッドとピボット軸との間には磁気ヘッドが取
り付けられこの磁気ヘッドを磁気ディスク面上に押しつ
けて支持するサスペンションとこのサスペンションの根
元部が取り付けられたキャリッジアーム部とがが設けら
れている。また磁気ヘッドのピボット軸を挟んだ反対側
には、上記ボイスコイルモータのコイルとこれが取り付
けられたコイルボビン部とが設けられている。

【０００３】この構成によりコイルボビンの内側で支持
されたコイルに作用する電界に応じて軸方向に略垂直な
面内に移動するよう電磁力によって、キャリッジはピボ
ット軸周りに回転され、サスペンションの先端部に取り
付けられたスライダに搭載された磁気ヘッドの位置がデ
ィスク面上で移動され位置が決められる。

【０００４】一方、上記の軸周りに駆動される際にキャ
リッジ部に作用する力は、キャリッジを振動させる加振
力として作用する。このキャリッジの有する共振モード
のうち、特に、ディスク上の位置決めされる目標の位
置、あるいはピボット軸と磁気ヘッドとを結ぶ仮想の線
を中心として、ヘッド移動方向にキャリッジ全体が変形
して振動する共振モード（以下では主共振モードと称す
る）は位置決め制御系のサーボ帯域の制限要因となるた
め、このキャリッジ主共振モードに対しては、その共振
周波数を高くすることが要求される。

【０００５】この主共振モードは、キャリッジを揺動自
由に支持する軸受（ピボット軸受）が持つ剛性とキャリ
ッジ全体が屈曲することに対する曲げ剛性とを連結した
ばねの全体の剛性と、キャリッジの質量とでモデル化で
きる振動モードである。このことから、主共振周波数を
上げるためには、キャリッジの曲げ剛性を向上させる必
要があるといえる。

【０００６】一方、コイルをキャリッジと一体化したボ
ビンに接合させる手段としては、接着や液晶ポリマー等
の樹脂でインサートモールドによる接合といった手段が
ある。前者では、接着剤を塗布、硬化させる際に治具を
必要とするが、後者は射出成形型で成形するだけで済む
という利点がある。いずれの組立方法を用いた場合で
も、コイルおよびコイルボビン部の剛性を向上させる必
要がある。上記の主共振モードにおいて、概略環状のコ
イルとそれに接着剤あるいは樹脂によって接合されたボ
ビンとは、コイルの平面内で環がつぶれるように変形し
てしまう。

【０００７】コイルおよびコイルボビンの剛性を向上さ
せる技術の従来技術として、例えば特開昭６３-２７７
４５８号公報（従来技術１）に記載の技術がある。これ
は、セラミック材質のコイルボビンにコイルを接着し、
これをキャリッジに締結する構成となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術１では、
セラミック製のボビンをアルミ等の材質でできたキャリ
ッジ本体に締結する必要があり組立の工程が多くなりコ
ストが大きくなる。また、セラミック材料は発塵を生じ
ると磁気ディスク装置の信頼性に影響を与える。

【０００９】すなわち、上記従来技術１では、セラミッ
クは比剛性が高く、剛性を向上させることができるが、
この発塵の問題ゆえに、取扱が難しい、例えば、装置内
で表面を晒して使用することは信頼性確保の点からみて
困難であるという問題がある。

【００１０】また、剛性向上の目的においてセラミック
以外で、ステンレススチール等の剛性の高い金属材料を
用いる場合には、これがボイスコイルモータの平行磁石
間の極めて強い磁場内で移動することから、導電性を有
する金属材料では表面の渦電流発生に、逆磁界が発生し
てコイルに生じる電磁力を低下させてしまうという問題
がある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、キャリッジの剛
性を大きくして磁気ヘッドの位置決め精度を向上させ、
記録容量の大きな磁気ディスク装置を提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、キャリッジの剛性を大
きくできるコイルおよびボビンを備えたキャリッジの組
み立て方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、磁気ディス
ク上の情報を読み出しまたは書き込みを行う磁気ヘッド
と、この磁気ヘッドを前記磁気ディスク上において所定
の軸周りに移動可能に支持するキャリッジと、このキャ
リッジに設けられたボビンにより支持され前記キャリッ
ジを駆動する電磁力を受ける環状のコイルとを備えた磁
気ディスク装置において、前記環状のコイルと前記ボビ
ンとを接合する第１の接合部材と、前記環状のコイルの
内方側に配置されたコイル内部材と、この環内部材と前
記コイルとを接合する第２の接合部材とを備え、前記コ
イル内部材の縦弾性係数が前記第１または第２の接合部
材の縦弾性係数よりも大きな磁気ディスク装置により達
成される。

【００１３】さらに、前記環の内側の第１の部材は、前
記コイル内部材の前記ピボット軸方向の表面を覆って形
成されたことにより達成される。さらには、前記コイル
内部材が前記第２の接合部材に封入されたことにより達
成される。

【００１４】さらにまた、前記コイル内部材の表面に形
成された凹凸あるいは貫通孔を設けたこと請求項１乃至
３のいずれかに記載の磁気ディスク装置。

【００１５】また、磁気ディスク上の情報を読み出しま
たは書き込みを行う磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを前
記磁気ディスク上において所定の軸周りに移動可能に支
持するキャリッジと、このキャリッジに設けられたボビ
ンにより支持され前記キャリッジを駆動する電磁力を受
ける環状のコイルの環の内側に前記コイルを前記ボビン
と接合する接合部材および前記環の内側に充填される接
合部材よりも剛性の大きな部材をインサートモールドし
て前記コイルの環の内側に接合させる磁気ディスク用キ
ャリッジの製造方法により達成される。

【００１６】このような構成とすることでコイルと補強
部材とを１つの工程でボビンに接合することができ、組
立生産性が向上できるほか、接着の場合のような硬化治
具も不要でありコスト低減することが可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を用い
て説明する。

【００１８】図２は本発明の第１の実施例に係るキャリ
ッジの全体構成を示す斜視図である。キャリッジの本体
であるキャリッジブロック１は、アルミ材の押し出し加
工で外形を作り、機械加工によってアーム２、コイルボ
ビン３などの形状を形成する。このコイルボビンは、後
述ピボット７の軸方向に高さを有するキャリッジブロッ
ク１のおよそ高さ方向の中央部に２つの腕部を有して設
けられている。この腕の間にコイル６が配置され接合部
材により腕あるいはブロック１のピボット軸と接合され
てキャリッジで支持されるようになっている。このコイ
ルに電界による電磁力が作用して、ピボット軸周りに腕
同士で形成される面（磁気ディスク面と略平行、コイル
の環に沿った面）に沿って動作するようにされている。

【００１９】キャリッジ本体１には、磁気ヘッド４を搭
載したサスペンション５や、駆動力を発生するコイル
６、キャリッジを揺動可能に支持するピボット７、そし
て磁気ヘッド３からの信号を中継あるいは増幅するアン
プを搭載したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）８を
取り付ける。

【００２０】現在の多くの装置では、コイル６およびそ
れを支持するコイルボビン３は、磁気ヘッド３とは回転
中心であるピボット７を挟んで反対側に設けられてい
る。ＦＰＣ８はキャリッジ本体１の中央付近側面に取り
付けられている。ＦＰＣ８はアンプを搭載した積層部分
と１層の薄いＦＰＣ部を貼り合わせてできている。この
１層ＦＰＣ部の一部が延伸されてコイル電流ライン９と
なり、コイル６の線材両端と端子１４上ではんだづけさ
れている。

【００２１】図３は、図２のコイル６とボビン３付近の
拡大図である。本図ではコイル６の巻線一本づつは省略
している。コイル６は、ボビン３との間に充填された外
側モールド１０で接合されて連なって支持されている。
コイル６の内側には内側モールド１１が充填されてい
る。さらにコイル６の巻線の両端はカバーモールド１２
の内部を通って端子モールド１３上部の端子１４に繋が
っている。これらの外部モールド１０、内部モールド１
１、カバーモールド１２、端子モールド１３は部分の形
状を説明するために便宜的に分けて名称をつけているだ
けであり、実際には跡から述べる射出成形時に同時に成
形される、同じ材質の部材である。

【００２２】ただし、内側モールド１１および外側モー
ルド１０は、本実施の例では同一の材料を用いている
が、別の材料としても良い。

【００２３】図１にボビン３およびコイル６の一部を切
り取った断面を示す。略環状の形状をしたコイル６の環
の内方側には平板状の形状を有する部材とこれを覆って
設けられコイル６と接合して支持する内側モールド１１
が設けられている。本実施の例では、この内部モールド
１１の内部に封入された板状の部材は補強板１５てあ
る。補強板１５のピボット軸７の側の表面が内側モール
ド１１により覆われている。図４に補強板１５を示す。
本実施例では補強板１５の材質はアルミナ(Al2O3)であ
り、体積固有抵抗は１０14Ωcm以上でありほとんど導電
性を持たない。縦弾性係数は3.7×1011 N/m2でありアル
ミの6.8×1011 N/m2と比べても５倍、液晶ポリマー等の
インサートモールドに使用する樹脂の縦弾性係数1.6×1
010 N/m2と比べて18倍になり。極めて剛性が高い。本発
明ではおなじく体積固有抵抗が大きくほとんど導電性を
持たない窒化ケイ素(Si3N4)や炭化ケイ素(SiC)、あるい
はジルコニア(ZrO2)等のセラミック材料を使用すること
もできる。窒化ケイ素や炭化ケイ素でも縦弾性係数が2.
9×1011 N/m2以上とアルミに比較して極めて大きいた
め、この補強部材の剛性を極めて高くすることができ
る。

【００２４】また導電率が低い電磁鋼板（ケイ素鋼板）
を使用することもできるが、縦弾性係数で1.9×1011 N/
m2であり、密度が8.0×103kg/m3と上記のセラミック
（3.0〜4.0×103kg/m3)よりも大きいため、比剛性とい
う観点ではやや劣る。キャリッジは揺動してヘッドを移
動させるためのものでもあるので、イナーシャが小さい
ほうが加速能力が向上するため、ボビン３およびコイル
６部の曲げ剛性を向上させるための補強板１５であって
も、より軽量であることが望ましい。したがって比剛性
が高いセラミック材料を用いる意味がある。

【００２５】また補強板１５は平板状で外側形状をコイ
ル６の内側形状に合わせて決定する。この実施例では補
強板１５に貫通孔１６が設けられているが、図５に示す
ように外側に切り欠き１７を設けたり、図６に示すよう
に貫通孔ではなく凹凸１８をつけてもよい。あるいは表
面に溝を設けても同様である。

【００２６】これらの貫通孔１６等の形状を設ける目的
は２つある。第１の目的は軽量化である。比剛性の高い
セラミックであっても上述のようにより軽量であること
が望ましいため、剛性を確保しつつ軽量化をはかる目的
で孔や溝、凹部を設ける。

【００２７】第２の目的は孔や溝、凹部に樹脂が入り込
むことで内部モールド１１と接触する面積を増やし、か
つ形状的に補強板１５とモールド樹脂とが噛み合うよう
にすることで密着性を高め、境界部での接触剛性低下を
避けるようにすることである。これらの貫通孔１６や切
り欠き１７を設けることで複雑な形状になるが、セラミ
ックであれば焼結によって成形するため生産性は損なわ
れない。また射出成形時に内部モールド１１の樹脂が回
り込んで噛み合うため、特別な製作工程を必要としな
い。

【００２８】また補強板１５の上下面および側面はすべ
て樹脂で覆われるため、補強板１５がセラミック製であ
る場合に、表面から欠け落ちる可能性のある微細な硬質
塵埃を樹脂内部に閉じ込めることで、これらの塵埃が磁
気ディスク装置２１内部に飛散する可能性を大きく低減
することができる。硬質塵埃はディスク２２表面に付く
と、ヘッド４とディスク２２間のすきまにかみ込まれて
ディスク２２やヘッド４の損傷を引き起こす可能性があ
るため、装置内に飛散する可能性を非常に小さくする必
要がある。

【００２９】図７にインサートモールドを使ったキャリ
ッジの組立工程の一部を示す。キャリッジブロック１と
コイル６、補強板１５の各部品は別々に製作され、これ
らをモールド型にはめて、高温高圧の樹脂を型内部へ矢
印１９方向に射出してそれぞれの間をモールド樹脂が充
填するとともに各部品を接合する。この際、型内部でコ
イル６や補強板１５を位置決め、あるいは保持するピン
によって、図２中で示されるピン孔２０がモールド樹脂
に残ることがある。特に補強板１５を支持するためにで
きるピン孔２０では、補強板がわずかに露出する可能性
があるので、最後に希釈した接着剤をピン孔２０内に滴
下するなどして封止することが望ましい。

【００３０】図７で示す工程でコイル６および補強板１
５を接合したキャリッジブロック１に、サスペンション
５やＦＰＣ８、ピボット７を取り付けてキャリッジは完
成する。これをディスク２２を搭載したディスクスピン
ドルアッシー２３やマグネットアッシー２４と共にベー
ス２５に取り付けて磁気ディスク装置２１が完成する。
組み立てた状態の磁気ディスク装置の概略図を図８に示
す。コイル６とマグネットアッシー２４からなるボイ
スコイルモータによってキャリッジは矢印２６の方向に
揺動し、ヘッド４を目標のトラック（図示しない）に位
置決めを行う。この位置決め制御系のサーボ帯域はコイ
ル６に入力される推力に対するヘッド４の変位の周波数
特性であるキャリッジの伝達特性によって決定される。
図９にこの伝達特性を示す。伝達特性上での最低次の固
有モードをここでは主共振モードと呼ぶ。これは前述の
ようにヘッド移動方向にキャリッジ全体が振動する共振
モードであるが、この主共振周波数２７によって制御系
のサーボ帯域が制限される。したがってディスク装置に
おける外乱抑圧性能を向上させて精密位置決めを行うた
めにはサーボ帯域を拡大する必要があり、したがって主
共振周波数を高くすることが磁気ディスク装置の位置決
め精度向上に繋がり、より高容量のディスク装置をつく
ることができる。

【００３１】図１０に主共振モードのモードシェイプの
概略を示す。この主共振モードは、ピボット７の軸受が
持つ剛性とキャリッジ全体が屈曲することに対する曲げ
剛性との連結ばね剛性と、キャリッジ質量とでモデル化
できる振動モードである。したがって主共振周波数を上
げるためには、キャリッジの曲げ剛性を向上させる必要
がある。特にアーム２とボビン３での曲げが大きいこ
とから、アームの面内曲げ剛性向上と共にボビン３とコ
イル６の曲げ剛性を向上させればよいことがわかる。
特にボビン３およびコイル６での曲げに注目すると、主
共振モードにおいて、概略環状のコイル６はコイルの平
面内で環がつぶれるように変形するので、コイル６内部
に剛性の高い補強板１５をいれることで曲げ剛性を大幅
に向上することができる。

【００３２】また、外側のモールド１０と内側のモール
ド１１との材質を変えるか、あるいは剛性を内側モール
ド１１の方が大きくなるようにしても良い。これによ
り、コイルの環の内側が剛性が高くなることで、コイル
６の加振力による変形を低減して、キャリッジの変形を
抑制することができる。また、内側モード１１の内側に
配置された補強板１５により、さらに内側に剛性の高い
部材が配置されていることにより、キャリッジの変形が
抑制される。

【００３３】一般的な３．５型磁気ディスク装置のキャ
リッジを例にとると、コイル６内部に内部モールド１１
や補強板１５が無い状態での主共振周波数が4.1kHzとな
る。これに対して補強板１５無しで内部モールド１１だ
けでコイル６内部を埋めるようにすると、主共振周波数
4.25kHzとなり150Hzの向上となる。さらに同じ厚さでア
ルミナ製の補強板１５をインサートモールドした場合に
は4.6kHzと500Hzの向上ができる。補強板１５の材質を
アルミにすると4.38kHzと280Hz程度であり、ステンレス
スチールとした場合には4.3kHzと200Hz程度の向上とな
る。これはステンレスの場合には密度が高いため、質量
増大の効果によって剛性向上による効果が減殺されてし
まうためと考えられる。したがって密度に対する縦弾性
係数の比が極めて大きいセラミックを補強板１５の材質
に選ぶことで主共振周波数を向上できる。

【００３４】実際にはキャリッジにおいては加速能力の
点から回転軸周りのイナーシャが小さいことが望ましい
ので、その増加分とのトレードオフとなる。図１１に、
モールド樹脂を基準とした主共振周波数増分の比率とイ
ナーシャ増加比率の関係を示す。この図ではイナーシャ
増加に対して主共振周波数増加が多い右下にいくほど好
ましい特性になる。樹脂でコイル内部を充填した場合を
基準にすれば、図１１の直線２８より下側になければ樹
脂充填よりも好ましい変更とはならない。

【００３５】図１１からこれに適合する材料としてはア
ルミ、窒化ケイ素、アルミナなどが挙げられる。アルミ
は導電性が高いため、渦電流による推力低下を考えなく
てはならない。一方アルミナなどのセラミックでは導電
性が低い上に、主共振向上とイナーシャ低減という相反
する性能を満たすことができる。このような相反する性
能を同時に向上可能なのは、モールド樹脂に対して縦弾
性係数で１８倍以上、密度に対する縦弾性係数の比で１
０倍以上にもなるという高い剛性に起因するものであ
る。

【００３６】上記のように、本実施の例では、以上の構
成によって、本発明の実施例であるキャリッジでは、そ
れを適用しない場合に比べて推力やイナーシャなどの加
速能力の点で同等でありながら高い主共振周波数を有す
る機構系伝達特性によってサーボ帯域の向上をはかるこ
とができ、また発塵による信頼性の低下もなく、かつ組
立生産性に優れたキャリッジを提供することができる。
さらにはこのキャリッジを用いて高速・高密度の磁気デ
ィスク装置を提供することができる。

【００３７】尚、以上の説明で用いた図面は、説明の関
係上、縦横比、各部の寸法比は必ずしも正しくない。

【００３８】上記の各実施例によれば、高い主共振周波
数を実現しながらも、推力低下やイナーシャ増加などの
アクチュエータとしての加速能力の低下なく、また発塵
による信頼性の低下もなく、かつ組立生産性に優れたキ
ャリッジを提供することができ、ひいては高速・高密度
の磁気ディスク装置を提供することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、キャリッ
ジの剛性を大きくして磁気ヘッドの位置決め精度を向上
させ、記録容量の大きな磁気ディスク装置を提供でき
る。また、本発明の別の目的は、キャリッジの剛性を大
きくできるコイルおよびボビンを備えたキャリッジの組
み立て方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のキャリッジのボビン切断図
である。

【図２】本発明の実施例のキャリッジ全体図である。

【図３】本発明の実施例のボビン部拡大図である。。

【図４】補強板１５の外観図である。

【図５】補強板１５の他の例である。

【図６】補強板１５の他の例である。。

【図７】本発明の実施例のキャリッジの組立方法を示
す図である。

【図８】本発明の実施例を用いた磁気ディスク装置の
概略図である。

【図９】キャリッジの伝達特性を示す図である。

【図１０】キャリッジの主共振モード形状をを示す図
である。

【図１１】主共振周波数増分とイナーシャ増加の関係
を示す図である。

【符号の説明】

１・・・キャリッジブロック２・・・アーム３・・・ボビン４・・・磁気ヘッド５・・・サスペンション６・・・コイル７・・・ピボット８・・・ＦＰＣ９・・・コイル電流ライン１０・・・外部モールド１１・・・内部モールド１２・・・カバーモールド１３・・・端子モールド１４・・・端子１５・・・補強部材１６・・・貫通孔１７・・・切り欠き１８・・・凹凸部１９・・・樹脂射出方向２０・・・ピン孔２１・・・磁気ディスク装置２２・・・ディスク２３・・・ディスク・スピンドルアッシー２４・・・マグネットアッシー２５・・・ベース２６・・・揺動方向２７・・・主共振モードのピーク２８・・・樹脂基準の性能直線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水利彦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)発明者中村元太郎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Ｆターム(参考） 5D068 AA01 BB02 CC12 EE02 EE18 GG25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ディスク上の情報を読み出しまたは書
き込みを行う磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを前記磁気
ディスク上において所定の軸周りに移動可能に支持する
キャリッジと、このキャリッジに設けられたボビンによ
り支持され前記キャリッジを駆動する電磁力を受ける環
状のコイルとを備えた磁気ディスク装置において、前記環状のコイルと前記ボビンとを接合する第１の接合
部材と、前記環状のコイルの内方側に配置されたコイル
内部材と、この環内部材と前記コイルとを接合する第２
の接合部材とを備え、前記コイル内部材の縦弾性係数が
前記第１または第２の接合部材の縦弾性係数よりも大き
な磁気ディスク装置。
【請求項２】前記第１の接合部材は、前記コイル内部材
の前記ピボット軸方向の表面を覆って形成された請求項
１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】前記コイル内部材が前記第２の接合部材に
封入された請求項２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】前記コイル内部材の表面に形成された凹凸
あるいは貫通孔を設けたこと請求項１乃至３のいずれか
に記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】磁気ディスク上の情報を読み出しまたは書
き込みを行う磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを前記磁気
ディスク上において所定の軸周りに移動可能に支持する
キャリッジと、このキャリッジに設けられたボビンによ
り支持され前記キャリッジを駆動する電磁力を受ける環
状のコイルの環の内側に前記コイルを前記ボビンと接合
する接合部材および前記環の内側に充填される接合部材
よりも剛性の大きな部材をインサートモールドして前記
コイルの環の内側に接合させる磁気ディスク用キャリッ
ジの製造方法。