JP2004171748A - 回転式アクチュエータを備える高性能ディスク・ドライブのコイル支持部振動を減衰するシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＤＤのサスペンションとヘッド装置の動的な機械変形により、ヘッドのトラック位置決めエラーが生ずるのを最小にする。
【解決手段】アクチュエータ１２１にはダンパーすなわち減衰機構１４１が取付けられる。減衰機構１４１は、ドライブ１１１の動作中に発生する振動を減衰するために、１つあるいは複数の物質を備えた拘束層減衰機構である。減衰機構１４１はアクチュエータ１２１のコイル領域１４３の外表面部に取付けられる。コイル領域１４３は、ボイス・コイル１３３、コイル支持部１３６、及び／あるいはこれらの組合わせの任意のいずれかを指し、減衰機構１４１はコイル領域１４３の複数の部品にまたがって組付けられている。減衰機構１４１は、接着材で張付けるのが望ましい。減衰機構１４１は、アルミなどの金属の薄い層または箔を有し、これに弾性体、粘弾性体あるいは他の物質の層が接着されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般的にはデータにアクセスし保存するシステム全体の改善に関し、より具体的には回転式アクチュエータを有する高性能ディスク・ドライブのコイル支持機構の振動の減衰が改善されたシステムに関する。

一般にデータにアクセスし保存するシステムは、磁気あるいは光学媒体にデータを保存する１つ以上の記憶装置からなっている。例えば、磁気記憶装置はダイレクト・アクセスストレージ・デバイス（ＤＡＳＤ）あるいはハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）として知られ、１つ以上のディスクとディスクに関するローカルな処理を管理するディスク・コントローラを有している。ハード・ディスク自体は、通常アルミ合金またはガラスとセラミックスの混合材に、磁性材料をコ−ティングして形成されている。通常１から６枚のディスクが共通スピンドルに積層され、ディスク・ドライブ駆動モータにより数千回転／分（ｒｐｍ）で回転する。

通常、ＨＤＤはまたアクチュエータ組立体を使用する。アクチュエータは回転する円板上の所期の位置でデータを書込み、読出しするために読出し／書込み磁気ヘッドを移動する。多くのＨＤＤでは、読出し／書込み磁気ヘッドはスライダに搭載されている。スライダはヘッドを機械的に支持し、ヘッドとディスクの他の部分との電気的接続を行う。スライダは回転するディスクの表面から一定の距離を保つように空気力学的な形状を有して空気流上を滑空し、ヘッドとディスクの望ましくない接触が発生するのを防いでいる。

通常、スライダは空気ベアリング面（ＡＢＳ）に、ディスク・ドライブの動作中、ディスクに近く一定の高さで浮上することを可能にするため、突起を持った空気力学的形状を有している。スライダは各ディスクの両面に設けられており、ディスク面のすぐ上を浮上する。各スライダはサスペンション上に設けられ、ヘッド・ジンバル組立体（ＨＧＡ）を構成する。ＨＧＡは浮上ヘッド全体を支持する準剛体のアクチュエータ・アームに搭載されている。数本の準剛体アームを組み合わせてリニアー・ベアリングあるいは回転ピボット・ベアリングを持つ１式の可動ユニットが構成される。

ヘッド・アーム組立体は、しばしばボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）と呼ばれるマグネット／コイル構造を使用して、直線動作あるいは回転動作を行う。ＶＣＭの固定子はベースに搭載され、ベースにはスピンドルも搭載されている。スピンドル、アクチュエータＶＣＭ、及び内部フィルタ系を搭載した鋳造のベースは、外部から塵埃の侵入を防ぎ、スライダのディスク上での浮上信頼性に悪影響をおよぼさないようにカバーとシール材で封止される。モータに電流が流されると、ＶＣＭは流れる電流に基本的に比例する力あるいはトルクを発生する。従って、アームの加速度は基本的に電流量に比例する。読出し／書込みヘッドが所期のトラックに近づくと、逆極性の信号がアクチュエータに送られ、ブレーキ作用をする信号を発生し、理想的には読出し／書込みヘッドは所期のトラック上に直接停止し安定化する。

近年、アクチュエータ設計の進歩により、さらにそれによりもたらされたヘッドの位置決めの精度と速度の向上により、ＨＤＤのスループットと記憶容量は非常に向上した。アクチュエータが読出し／書込みヘッドを精密に位置決めできるほど、ドライブのトラック密度は大きくなる。“サーボ帯域幅”という用語は、ヘッド位置決め系のオープン・ループ伝達関数のクロスオーバ周波数を意味する。ＨＤＤのトラック密度が向上すると、トラック検出位置決め（ＴＭＲ：Track Measurement Registration）性能の向上のためにサーボ帯域幅を高めることが必要になる。

ボイス・コイル駆動方式のＨＤＤでは、コイルとキャリジの機械的共振がサーボ帯域幅を制限する支配的要因の１つである。また、高速大容量のニーズにより、さらに速くよりコンパクトなハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）が実現された。最近のディスク・ドライブは通常、シャフトに積層され、１０，０００回転／分（ｒｐｍ）を超える速度で回転する数枚のディスクを有している。これらのディスクのトラック密度は、しばしば１２，０００トラック／インチ（ｔｐｉ）以上である。ＨＤＤのトラック密度が向上すると、その他の性能指標同様にＴＭＲで示される読出し／書込み動作の効率を向上するためにはサーボ帯域幅を高めることがますます重要になる。

従来技術においても、動的セトリング性能を改善する多くの装置と方法が提案されている。例えば、特許文献１（Ｂａｃｋ）、特許文献２（Ｅｄｗａｒｄｓ）、および特許文献３（Ｅｄｗａｒｄｓ）があり、いずれもピボット組立体の振動を減衰する従来の方法を取扱っている。他の従来技術として、特許文献４（Ｂｅａtｔｙ）および特許文献５（Ｈｕａｎｇ）などがあり、アクチュエータ・アームの振動の減衰に集中している。さらに他の従来技術では、アクチュエータの減衰を指向している。この種の例としては、コイルをプラスチックでオーバーモールドする特許文献６（Ａｌｆｒｅｄ）がある。この方法は、高ＴＰＩを許容するためにコイル支持部に高剛性を要求するので、高性能ディスク・ドライブには適さない。特許文献７（Ｃａｓｔａｇｎａ）では、コイル・ボビンの中の減衰層を使用してコイル自身の剛性を減少しているが、高温時には減衰層の減衰効果を失う。さらに、この解決法は高ＴＰＩを許容するために高いコイル剛性を必要とするので、高性能ドライブでは有効に作用しない。特許文献８（Ａｒｕｇａ）も参照されたい。

米国特許第５９３００７１号明細書

米国特許第５９１４８３７号明細書 米国特許第５６６６２４２号明細書 米国特許第６３１０７４９号明細書 米国特許第５９３６８０８号明細書 米国特許第５７９０３４８号明細書 米国特許第４６０２１７５号明細書 米国特許第５７６４４４１号明細書

ＨＤＤのサスペンションとヘッド装置の動的な機械変形により、ディジタル記録系の読出し／書込みヘッドのトラック位置決めエラーが生ずるのを最小にする改良された方法とシステムを提供することが望ましい。実現できれば、そのような装置ではアクセス・タイム、性能及びＨＤＤの有効トラック密度の向上を図ることができる。

高性能ディスク・ドライブ組立体のアクチュエータの減衰機構の１つの実施例は、複数の材料から形成されている。例えば、減衰機構は拘束層減衰機構とすることができる。減衰機構は、ドライブの動作中に発生する振動を減衰させるためにアクチュエータに取付けられる。減衰機構は、ボイス・コイル、コイル支持機構及び／あるいはコイル領域のどれかの部品の組合わせであるアクチュエータのコイル領域の外側に取付けられる。ある例では、減衰機構はコイル領域に接着剤により貼付けられる。

本発明の減衰機構は、高性能ディスク・ドライブにいくつかの利点をもたらしている。回転式のアクチュエータのコイル領域に、拘束層減衰機構のような減衰機構を取付けることにより、コイルの曲げモードとねじりモード振動の減衰が向上し、動的セトリング性能が改善され、ファイルの入／出力スループット特性全般が改善される。これにより磁石径を大きくすることが可能になり、ボイス・コイル・モータ・トルク定数を大きくすることができ、したがって移動時間が改善され、さらにファイル入／出力スループット特性が改善される。コイルのねじりモードと曲げモードによるセトリング時間が減少し、高トルク定数が可能となって移動時間が改善され、全般的ファイル特性が改善される。

本発明の上記の及び他の目的及び利点は、以下の実施例の詳細な説明と付随する図面と特許請求の範囲により、本技術に通じた人には明らかである。

本発明によれば、コイルの曲げモードとねじりモード振動の減衰が向上し、動的セトリング性能が改善され、ファイルの入／出力スループット特性全般が改善される。

発明の特徴と利点、ならびに以下に明らかになるその他の事項をより詳細に把握し理解するために、上記に要約された発明を、明細書の一部である付随の図面で図示される実施例を参照して、より詳細により具体的に説明する。しかしながら、本発明には他にも同様に有効な実施例が認められ、ここに示す図面はあくまでも発明の好適なる実施例を示すものであり、発明の範囲を限定するものと考えられるべきではないことに留意する必要がある。

コンピュータ・システム用の磁気ハード・ディスク・ファイル、すなわちドライブ１１１を有する情報記憶システムの一つの実施例が図１に示されている。ドライブ１１１は、複数の平行に密接して積層された磁気ディスク１１５（一つだけ図示）を収納する外側ハウジングすなわちベース１１３を有している。ディスク１１５は、センター・ドライブ・ハブ１１７を備えるスピンドル・モータ組立体で回転される。アクチュエータ１２１は、櫛状の複数の平行なアクチュエータ・アーム１２５（図２参照）を備え、ピボット組立体１２３を中心に回転可能にベース１１３に搭載されている。コントローラ１１９もまたベース１１３に搭載され、選択的にアーム１２５の櫛をディスク１１５に対して相対的に移動させる。

示された実施例では、各アーム１２５は延びて少なくとも１つの片持ち梁すなわちサスペンション１２７を備えている。読出し/書込み磁気トランスデューサすなわちヘッド１２９はスライダに搭載され、各サスペンション１２７に柔軟に搭載されたたわみ部に搭載されている。読出し/書込みヘッド１２９は、データを磁気的にディスク１１５へ書込み、及び／またはディスクから読出しする。ヘッド・ジンバル組立体と呼ばれる集合体の内容は、ヘッド１２９とスライダであり、サスペンション１２７に搭載されている。スライダは通常サスペンション１２７の先端に接着されている。

ヘッド１２９は通常ピコサイズ（約１２５０×１０００×３００マイクロメータ）で、セラミックあるいは合金で作成される。ヘッド１２９はまた、例えば、ナノサイズ（約２０５０×１６００×４５０マイクロメータ）であってもよく、ディスク１１５の表面にサスペンション１２７で（２〜１０グラムの範囲で）与圧されている。

サスペンション１２７はスプリングの性質を有し、スライダ空気ベアリング面をディスク面にバイアスすなわち押し付けて、スライダとディスク表面との間に空気ベアリング膜を生成することを可能にしている。

従来のボイス・コイル・モータのマグネット組立体１３４（上部の磁極は示されていない）に組込まれたボイス・コイル１３３もまた、アクチュエータ１２１の本体上、アーム１２５とヘッド・ジンバル組立体の反対側に組みつけられている。図示例では、ボイス・コイル１３３は、例えばアクチュエータ１２１の本体から全体的に延びている１対の指状の突起であるコイル支持部材１３６の間に置かれ結合されている。コントローラ１１９によりアクチュエータ１２１が動作（矢印１３５で示す）し、ディスク１１５上のトラックを横切って半径方向にヘッド・ジンバル組立体１２９を移動させ、ヘッド１２９を目的のトラック上に安定させる。ドライブ１１１が複数の独立なアクチュエータ（図示せず）を使用してアームがそれぞれ独立に動作できる場合を除いて、ヘッド・ジンバル組立体は従来と同様に他の組立体と一緒に動作する。

図２、図３には、ドライブ１１１のアクチュエータ１２１がより詳細に示されている。ここではアクチュエータ１２１はダンパーすなわち減衰機構１４１を有している。減衰機構１４１は、ドライブ１１１の動作中に発生する振動を減衰するために、アクチュエータ１２１に取付けられた１つあるいは複数の物質を備えている。説明例では、減衰機構１４１はアクチュエータ１２１のコイル領域１４３の外表面部の部分のみに結合された１つあるいは複数の物質層から形成されている。“コイル領域”１４３は、ここではボイス・コイル１３３、コイル支持部１３６、及び／あるいはこれらの組合わせの任意のいずれかを指し、減衰機構１４１がコイル領域１４３の複数の部品にまたがって発明の範囲を逸脱することなく組つけられている。

減衰機構１４１は、コイル領域１４３に多くの異なる結合方式で取付けることができるが、接着材で取付けるのが望ましい。上記のように、減衰機構１４１は複数の物質を備え、図２に示すように拘束層減衰機構として形成することができる。本説明例では、減衰機構１４１は、アルミニュームあるいはステンレス鋼などの金属の薄い層または箔を有し、これに弾性体、粘弾性体あるいは他の物質の層が接着されている。さらに、減衰機構１４１の様々な構成要素を結合し、アクチュエータ１２１に結合するのに接着材の層を使用することができる。

付け加えると、減衰機構１４１の大きさと形状は、示されている実施例に限定されるものではない。むしろ、減衰機構１４１の大きさと形状と厚さなどは所期の性能を得るために変えることが可能である。さらに、それぞれ異なる形状と寸法を有する複数の減衰機構１４１をアクチュエータ１２１の複数の取付け位置で使用することが可能である。

本発明は高性能ディスク・ドライブにいくつかの利点を提供する。ロータリー・アクチュエータのコイル領域に拘束層減衰機構などの減衰機構を付けることにより、コイルのねじり、コイルの曲げモード振動の減衰が向上し、これにより動的セトリング性能を改善し、総合的ファイル入出力スループット特性が向上する。これによりまた、高いボイス・コイル・モータ・トルク定数（Ｋｔ）を許容する。トルク定数（Ｋｔ）はマグネット径を大きくすることによって大きくすることができ、さらに、コイルのねじりとコイル曲げ励振も大きくなる。しかしながら、本発明の減衰システムは、コイルのねじれとコイル曲げ振動を減衰させる。したがって、マグネット径を大きくしトルク定数（Ｋｔ）を大きくすることができる。これらのパラメータはさらに、移動時間を改善し、さらにファイル入出力スループット特性を向上する。コイルのねじりとコイルの曲げモードに影響されるセトリング時間を短縮し、高トルク定数を可能にして移動時間を改善することにより、総合的ファイル性能が向上する。これら両方の効果により、ファイル性能が向上する。

本発明を使用することによる格別な利点は、コイルのねじりとコイル曲げは通常低周波数なので、これらを減衰することにより、これらの振動減衰率を減少することである。これらのモードは、通常高性能ディスク・ドライブにとって最も問題のあるモードの２つである。何故ならば、これらはシーク動作中に励振し、しばしば高性能回転式アクチュエータ・ハード・ディスク・ドライブのセトリング中にサーボ・システムによって増幅され、長いセトリング時間と性能低下をもたらすからである。本発明によってこれら２つのモードを減衰することにより、振動減衰を速く行い、サーボ帯域の増加なしに高ＴＰＩと，より速いアクセスタイムと性能を可能とする。

本発明はある形状を持ったもので示され、あるいは説明されているが、本技術に通じた人には、本発明がこれに限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更が可能であることが明らかである。

高性能ディスク・ドライブに本発明を適用した実施例の上面図である。 図１の高性能ディスク・ドライブのアクチュエータ適用例の斜視図であり、減衰機構を取外して示してある。 図２のアクチュエータの斜視図であり、減衰機構が取付けられている。

符号の説明

１１１…ディスク・ドライブ、１１３…ベース、１１５…磁気ディスク、
１１７…センター・ドライブ・ハブ、１１９…コントローラ、１２１…アクチュエータ、１２３…ピボット・組立体、１２５…アクチュエータ・アーム、１２７…サスペンション、１２９…ヘッド、１３３…ボイス・コイル、１３４…マグネット組立体、
１３６…コイル支持部材、１４１…減衰機構、１４３…コイル領域。

Claims (17)

1. ベースと、
   前記ベースに回転可能に取付けられた少なくとも１つのディスクと、
   コイル領域と、前記ディスクからデータを読出し、前記ディスクにデータを書込む変換素子とを有し前記ベースに回転可能に取付けられたアクチュエータと、
   前記コイル領域に結合され、高性能ディスク・ドライブの動作中に高性能ディスク・ドライブの振動を減衰するダンパーと、
   を有することを特徴とする高性能ディスク・ドライブ。
2. 前記ダンパーは拘束層減衰機構を含むことを特徴とする請求項１記載の高性能ディスク・ドライブ。
3. 前記拘束層減衰機構は少なくとも１つの弾性層に接合された少なくとも１つの金属層を備え、前記コイル領域に接着されていることを特徴とする請求項２記載の高性能ディスク・ドライブ。
4. 前記コイル領域はボイス・コイルとコイル支持部を備え、前記ダンパーは前記ボイス・コイルに結合されていることを特徴とする請求項１記載の高性能ディスク・ドライブ。
5. 前記コイル領域はボイス・コイルとコイル支持部を備え、前記ダンパーは前記コイル支持部に結合されていることを特徴とする請求項１記載の高性能ディスク・ドライブ。
6. 前記コイル領域はボイス・コイルとコイル支持部を備え、前記ダンパーは前記ボイス・コイルとコイル指示部の両方にまたがって結合されていることを特徴とする請求項１記載の高性能ディスク・ドライブ。
7. 前記コイル領域は前記ダンパーが取付けられている外側表面を有することを特徴とする請求項１記載の高性能ディスク・ドライブ。
8. ベースと、
   前記ベースに回転可能に取付けられた少なくとも１つのディスクと、
   ボイス・コイルとコイル支持部を有するコイル領域と、前記コイル領域とは反対側に位置し、前記ディスクからデータを読出し、前記ディスクにデータを書込む変換素子とを有し、前記ベースに回転可能に取付けられたアクチュエータと、
   前記コイル領域に結合され、少なくとも１つの弾性層に接合された少なくとも１つの金属層を備え、高性能ディスク・ドライブの動作中に高性能ディスク・ドライブの振動を減衰するために前記コイル領域に取付けられた拘束層減衰機構と、
   を有することを特徴とする高性能ディスク・ドライブ。
9. 前記拘束層減衰機構は前記ボイス・コイルに結合されていることを特徴とする請求項８記載の高性能ディスク・ドライブ。
10. 前記拘束層減衰機構は前記コイル支持部に結合されていることを特徴とする請求項８記載の高性能ディスク・ドライブ。
11. 前記拘束層減衰機構は前記ボイス・コイルと前記コイル支持部の両方にまたがって結合されていることを特徴とする請求項８記載の高性能ディスク・ドライブ。
12. 前記コイル領域は前記拘束層減衰機構が取付けられている外側表面を有することを特徴とする請求項８記載の高性能ディスク・ドライブ。
13. 少なくとも１つの回転可能なディスクと、ボイス・コイルとコイル支持部を有するコイル領域を備えるピボット・アクチュエータとを有するベースを準備するステップと、
    拘束層減衰機構を前記ピボット・アクチュエータのコイル領域に組付けるステップと、
    前記拘束層減衰機構を前記コイル領域に組付けた状態で高性能ディスク・ドライブを動作させ、高性能ディスク・ドライブの振動を前記拘束層減衰機構により減衰させるステップと、
    を有することを特徴とする高性能ディスク・ドライブの振動減衰方法。
14. 前記組付ステップは前記拘束層減衰機構を前記ボイス・コイルに貼付けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記組付ステップは前記拘束層減衰機構を前記コイル支持部に貼付けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
16. 前記組付ステップは前記拘束層減衰機構を前記ボイス・コイルと前記コイル支持部の両方に貼付けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
17. 前記組付ステップは前記拘束層減衰機構を前記コイル領域の外側表面に貼付けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。

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