JP2004201491A - ハード・ディスク・ドライブ用高帯域幅トラック・フォローイング・アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ボイス・コイル・モータの曲げのバタフライ・モードが、高トラック密度で高帯域幅サーボを実現する際の主な制限要因となる
【解決手段】ピボット組込モータ１００は、コイル・ディスク１０４、上部マグネット・ヨーク・ディスク１０６，１０７、及び下部マグネット・ヨーク・ディスク１０８，１０９を含む。コイル・ディスクはシャフト１０３に取付けられて、シャフト・コイル・アセンブリを構成する。コイル・ディスクは、各々シャフトの軸に直交するように設置される複数のコイル２０２〜２１２を含む。コイルの半数は、第一の方向の電流を受け入れるように構成される。第一のコイル対して全く反対側に設けられるコイルの他の半数は、両コイルが合成した正味の直線方向の力が実質的にゼロに等しいトルクを生成するように、第二の方向の第二の電流を受け入れるように構成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、広くはハード・ディスク・ドライブの分野に関し、具体的にはハード・ディスク・ドライブ用アクチュエータの分野に関する。

ハード・ディスク・ドライブ・ストレージは、ディスク面上の磁性薄膜にデータを記憶するために、一般に多数の回転リジッド・ディスクを用いている。記憶データは、トランスデューサ・ヘッドを用いてこれらのディスクに書込まれ、又はこれらのディスクから読出される。トランスデューサ・ヘッドは、アクチュエータ系によって、ディスクの中心に近づいたり遠ざかったりする軌道内で駆動される。データは、ディスクの表面上に配列される同心状の円周に沿ったトラックに記録される。

トランスデューサ・ヘッドをディスク面に対して位置決めするための今日の殆どすべてのアクチュエータは、ロータリ式の系統に属する。これらのロータリ・アクチュエータは一般に、ピボット回転可能な支持部材及び、いくつかの密な間隔で配置されたリジッド・アームから構成される櫛型アセンブリを含む。各リジッド・アームには少なくとも１個のトランスデューサ・ヘッドが取付けられる。一般に、この櫛型アセンブリは、リジッド・アームの反対方向に、ボイス・コール・モータによってピボット回転運動するように駆動される延長部を含む。永久磁石及びコア・アセンブリと連動するボイス・コイルは、フォローイングが必要なデータ・トラックにヘッドを位置決めするために、トランスデューサ・ヘッドを半径方向に同時に移動させるように有効に制御される。

より小さな外形とより大きなストレージ容量を持つ情報ストレージ装置が、情報処理システムに必要になるにつれ、より大きなトルクを持ちながら消費電力がより小さなロータリ・アクチュエータ・モータが必要になっている。従来のやり方は、より小型の設計の中でより強力なボイス・コイル・モータを使うことである。しかしながら、力が増大するのに対応して、高帯域幅性能に不利益が生ずる。これは、アクチュエータ系の曲げモードの悪化によるものである。この問題を解決する一つの方法は、平衡モードで作動させることである。平衡構造を用いるロータリ・アクチュエータは、特許文献１（Ottesen他）で論じられている。

米国特許第５２６７１１０号明細書

アクチュエータ系の曲げモードの一つに、主ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）の曲げのバタフライ・モードがある。それが、高トラック密度で高帯域幅サーボを実現する際の主な制限要因となる。このバタフライ・モードは、それに伴って１８０度の位相シフトが生じ、これは電子的な手段やフィルタを用いても補償するのは困難である。高帯域幅トラック・フォローイングを行うために用いられるボイス・コイル・モータに対して平衡構造を取入れることによって、一般的なＶＣＭのバタフライ・モード及びそれに伴う位相シフトを回避することが可能になる。このバタフライ・モードを励振する直線方向の力は、平衡構造で殆ど除去される。

最近のアクチュエータ・モータ設計が、本願発明の譲受人に譲渡された同時係属中の特許出願に開示されている。この出願は米国特許出願番号０９／８７７，０１２号の「ピボット組込トルク生成トラック・フォローイング・アクチュエータを有するディスク・ドライブとそのための方法（Disk Drive with a Pivot Embedded Torque Generating Track Following Actuator and Method Thereof）」という名称のものであり、ここに参照文献として引用して開示に含めるものとする。この同時係属中の出願は、強力なシーク動作を提供するために一般的なＶＣＭモータの使用を、高帯域幅トラック・フォローイングを提供するために平衡型マイクロＶＣＭの使用を開示している。マイクロＶＣＭはアクチュエータ系のピボットに組み込まれる。

本発明に従ってアクチュエータ・ピボットに組み込むマイクロＶＣＭは、モータ・シャフト、コイル・ディスク、上部マグネット・ヨーク・ディスク、下部マグネット・ヨーク・ディスク及びモータ・ハウジングから構成される（但し、これに限定されるものでない）。コイル・ディスクは、シャフトに取付けられてシャフト・コイル・アセンブリを構成する。

コイル・ディスクは２個以上の（複数の）コイルで構成される。各コイルは、シャフト軸に直交するように（垂直に）設置される。コイルの半分は、第一の方向の電流を受け入れるように構成される。コイルの他の半分は、第二の方向の第二の電流を受け入れるようにそれぞれ構成され、その結果すべてのコイルは同じ方向のトルクを生成するが、合成した正味の直線方向の力は実質的にゼロに等しくなる。コイルの他の半分のそれぞれは、反対方向の電流を受け入れるコイルの一つに対して全く反対側に設けられる。

上部マグネット・ヨーク・ディスクは、コイル・ディスクに対して回転するように、コイル・ディスクの上方の位置でシャフトに相対的に取付けられる。上部マグネット・ヨーク・リングは、第一の方向に配列された少なくとも１個のマグネット、及び相当する数のヨークで構成される。各ヨークは、磁束線がモータ・シャフト軸に平行に生成されるようにマグネットを保持する。

下部マグネット・ヨーク・ディスクは、コイル・ディスクに対して回転するように、コイル・ディスクの下方の位置でシャフトに相対的に取付けられる。下部マグネット・ヨーク・ディスクは、上部マグネット・ヨーク・ディスクのマグネットの方向と反対方向に配列された少なくとも１個のマグネット、及びマグネットを保持する相当する数のヨークで構成される。

上部及び下部マグネット・ヨーク・ディスクは、両者ともモータ・ハウジング（外側スリーブ）に固定され、三者全体でアクチュエータ・ピボット・モータの回転部を構成する。次いで、アクチュエータ櫛型アセンブリがこのモータの回転部に取付けられ、一体となってピボット回転することになる。

本発明によれば、ハード・ディスク・ドライブ用の高帯域幅トラック・フォローイング・アクチュエータを提供することができる。

図１Ａを参照すると、本発明の実施例に従うムービング・マグネット型マイクロ・ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１００の断面図が示される。好適な実施例では、モータ１００は、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）大容量ストレージ・システムのアクチュエータ・アームのピボットに組み込まれる。モータ１００は、ハウジング（外側スリーブ）１０２を含むベアリングを含み、ハウジング内にはシャフト１０３とコイル・ディスク１０４アセンブリが最初に設置される。次いで、２個（それぞれ上部及び下部）のヨーク・マグネット・ディスク・アセンブリがその上端部及び下端部から挿入される。これらのヨーク・マグネット・ディスク・アセンブリはそれぞれ、上部マグネット１０７及び下部マグネット１０９並びに上部及び下部マグネット（１０７及び１０９）それぞれを保持するための上部ヨーク１０６及び下部ヨーク１０８から構成される。或いは、ヨーク１０６及び１０８はそれぞれ、磁束線がシャフト１０３の垂直軸に平行に生成されるように、単一の磁気双極子又は複数の磁化された領域を有する単一のリング型（或いはドーナツ型又はトロイダル型）マグネットを保持することができる。ヨーク１０６及び１０８は、一方のヨーク（例えば１０６）のマグネットのN極面が他方（例えば１０８）のマグネットのS極面と対向するように、又はこの逆となるように配列される。

好適な実施例では、コイル・ディスク１０４は、シャフト１０３に対してコイル・ディスク１０４が全く回転できないように、シャフト１０３に取付けられる。しかしながら、そのようなタイプの取付は必ずしも必要なわけではない。上部及び下部マグネット・ヨーク・アセンブリがコイル・ディスク１０４に対して自由に回転できれば充分である。

次に、上部及び下部ベアリング１１０のセットが、その内径でシャフト１０３に係合し、外径で外側スリーブ１０２の内側に係合するように、外側スリーブ１０２の二つの端部から挿入される。スリーブ１１１及び１１２が、（標準のベアリングに対する）ベアリング内径とシャフト外径の間の空隙を埋めるために使用されても良い。スリーブの使用は、内径がシャフト１０３の外径と適合するように作られた特殊のベアリングを用いれば避けることができる。コイル・アセンブリ１０４に電流を流す電線が、シャフト１０３を通り抜けるようにして接続される。上部及び下部の内側スリーブの使用は、ベアリングのスティクションに関連した問題を取除くという第二の特徴の取入れ（即ち、フレクシャの使用）を可能にすることが知られている。もしスリーブ１１１及び１１２に、回転は非常に小さいが摩擦のない回転運動を可能にするフレクシャが組み込まれている場合、トラック・フォローイング・サーボの動作は大いに改良される。シャフト１０３は、ねじ１１６によりディスク・ドライブのカバー１１８とベース・プレート１１４に取付けられる。

ここで論じられている実施例に従う「ムービング・マグネット型マイクロＶＣＭ」の設計が、上述の二つのマグネット／ヨーク配置を用いて磁束密度を最大にするために用いられる。そうすることによって、エアー・ギャップの磁束密度は一層均一になり、用いられる磁性材料により到達できる最大磁束密度近くまで増加され得る。最大の磁束、従ってマイクロＶＣＭモータとして最大のトルク定数を得ることが可能な最高エネルギーの磁性材料を用いるのが望ましい。

２個のヨーク１０６及び１０８は、マグネットのセット１０７及び１０９によって生成される磁束線がベアリング軸に沿う、即ちベアリング・シャフト１０３に平行となるように設置される。従って、コイル１０４は磁束線の方向に直交する方向に設置され、図２に示されるシャフト・コイル・アセンブリを作製することによってそうすることができる。図１Ｂは斜め方向から見たモータ１００のいくつかの部品を示す。

図２を参照すると、本発明の実施例に従うコイル・ディスク・アセンブリ２００の上面図が示される。コイル・ディスクは、コイルのマグネットに対する相対的位置関係を示すために、マグネット・ヨーク・ディスク・アセンブリの一つと並べて示される。コイル・リング・アセンブリ２００は、図１Ａに示すコイル・アセンブリ１０４の好適な実施例を表す。コイル・ディスク・アセンブリ２００は、６個のコイル２０２〜２１２から構成される（この個数は設計要求に適合するように変更可能である）。コイル２０２、２０４及び２０６は、図に付された矢印により示される方向に流れる電流（ｉ₁）を受け入れる駆動電流源（図示せず）を持つように構成される。コイル２０８、２１０及び２１２は、図に付された矢印により示されるように、ｉ₁とは反対方向に流れる電流（ｉ₂）を受け入れる電流源を持つように構成される。

第一のセットのコイルの各々は、対応する第二のセットのコイルとは全く反対側の位置に配置される。それらコイルは、各コイルが他方のコイルと反対方向の駆動電流を受け入れる全く反対側にあるペアを成し、コイルが同じ方向のトルクを生成して合成した正味の直線方向の力が実質的にゼロに等しくなるように電流を受け入れる構成になされる限りは、任意の偶数個数のコイルが用いられ得る。例として、コイル２０２が、反対方向の電流を流すコイル２１０に対して全く反対側の位置に設けられていることに注目して欲しい。

図２は、モータ・シャフト１０３の軸に平行な磁束の方向を示している。即ち、各コイル中には、「Ｏ」（紙面から上向き方向に磁束が流れることを表す）又は「Ｘ」（紙面へと下向き方向に磁束が流れることを表す）のいずれかが複数示されている。

図２は、マグネット２１４のコイル２０２〜２１２に対する位置も示している。上記したように、これら二つの構成要素はお互いに対して回転関係にあり、従って図示された位置はモータ１００の動作中瞬時に変化するであろう。回転はコイル２０２〜２１２を流れる電流により生ずる。

コイル・リング・アセンブリ２００に於いて、各コイルは個別に巻線が施され（巻線は紙面に平行である）、これら６個が適当な材料（好適な実施例ではエポキシが用いられる）を用いてディスクに封入される。このディスクは次いで図１Ａのアセンブリを作製するためにシャフトに取付けられる。コイル・アセンブリをリソグラフィー・プロセスによって作製することも可能であろう。このプロセスでは、アセンブリの一つの層を作り出すために丸いコイル・アセンブリが薄いカプトンのような材料上に蒸着（又は選択エッチング）され、必要なコイルの巻数を得るためにより多くの層が上部に追加される。次に、この多層構造は堅いディスクに固めるために硬化され、その後シャフト１０３に取付けられる。

以上、現在好適な実施例を含むと考えられる内容について記述してきたが、本発明の精神や範囲の中で他の修正が可能であることが当業者には理解されよう。

本発明の一実施例に従うマイクロＶＣＭモータの説明図である。 図１Ａのモータの、斜め方向から見たいくつかの部品を示す図である。 本発明の一実施例に従うコイル・アセンブリの上面図である。

符号の説明

１００…ムービング・マグネット型マイクロ・ボイス・コイル・モータ、
１０２…ハウジング（外側スリーブ）、１０３…シャフト、１０４…コイル・ディスク、１０６…上部ヨーク、１０７…上部マグネット、１０８…下部ヨーク、
１０９…下部マグネット、１１０…ベアリング、１１１…上部スリーブ、
１１２…下部スリーブ、１１４…ベース・プレート、１１６…ねじ、１１８…カバー、
２００…コイル・ディスク・アセンブリ、
２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２…コイル、２１４…マグネット。

Claims (20)

1. 第一の方向の電流を受け入れるように構成される少なくとも１個のコイルと、該第一のコイルに対して全く反対側に設けられ第二の方向の第二の電流を受け入れ、両コイルが合成した正味の直線方向の力が実質的にゼロに等しいトルクを生成するように構成される第二のコイルとを有し、それぞれがシャフトの軸に直交するように設置される複数のコイルを有する、前記シャフトに取付けるコイル・ディスクと、
   第一の方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有するマグネット・ヨーク・リングであり、前記コイル・ディスクに対して回転するように、該コイル・ディスクの上方の位置で前記シャフトに相対的に取付ける第一のマグネット・ヨーク・ディスクと、
   前記第一の方向と反対方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行で前記第一の方向と反対の方向に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有し、前記コイル・ディスクに対して回転するように、該コイル・ディスクの下方の位置で前記シャフトに相対的に取付ける第二のマグネット・ヨーク・ディスクと、
   を有することを特徴とする、長さ方向に垂直軸を定義するシャフトを有するアクチュエータのピボット組込モータ。
2. 前記コイル・ディスクは、コイルの半数は第一の方向の駆動電流を受け入れるように構成され、前記コイルの他の半数は第二の方向の駆動電流を受け入れるように構成される偶数個のコイルを有し、前記第一の方向の電流を受け入れる前記コイルの各々は、対応する前記第二の方向の電流を受け入れるコイルとは全く反対側に設けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記コイル・ディスクは６個のコイルを有し、そのうち３個は前記第一の方向の駆動電流を受け入れるように構成され、他の３個は前記第二の方向の駆動電流を受け入れるように構成されることを特徴とする請求項２記載のモータ。
4. 更に、前記コイル・ディスク、前記第一のマグネット・ヨーク・ディスク、及び前記第二のマグネット・ヨーク・ディスクを保持するためのスリーブを有することを特徴とする請求項１記載のモータ。
5. 更に、その内径で前記シャフトに係合し、その外径で前記スリーブの内側に係合するように、該スリーブの二つの端部から挿入される上部及び下部のベアリングのセットを有することを特徴とする請求項４記載のモータ。
6. 更に、前記ベアリング内径と前記シャフト外径の間の空隙を埋めるように設置される上部及び下部の内側スリーブを有することを特徴とする請求項５記載のモータ。
7. 前記コイル・ディスクは、回転しない関係となるように前記シャフトに取付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
8. 前記コイルは、適当な材料を用いてディスクに封入されることを特徴とする請求項３記載のモータ。
9. 前記適当な材料は、硬化したエポキシであることを特徴とする請求項８記載のモータ。
10. 前記コイル・アセンブリは、蒸着してコイル・アセンブリを作製することを特徴とする請求項３記載のモータ。
11. 第一の方向の電流を受け入れるように構成される少なくとも１個のコイルと、該第一のコイルに対して全く反対側に設けられ第二の方向の第二の電流を受け入れ、両コイルが合成した正味の直線方向の力が実質的にゼロに等しいトルクを生成するように構成される第二のコイルとをし、それぞれがシャフトの軸に直交するように設置される複数のコイルを有する、前記シャフトに取付けるコイル・ディスクと、
    第一の方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有するマグネット・ヨーク・リングであり、前記コイル・ディスクに対して回転するように、該コイル・ディスクの上方の位置で前記シャフトに相対的に取付ける第一のマグネット・ヨーク・ディスクと、
    前記第一の方向と反対方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行で前記第一の方向と反対の方向に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有し、前記コイル・ディスクに対して回転するように、該コイル・ディスクの下方の位置で前記シャフトに相対的に取付ける第二のマグネット・ヨーク・ディスクと、
    を有することを特徴とする、長さ方向に垂直軸を定義するシャフトを有するアクチュエータのピボット組込モータを含むハード・ディスク・ドライブ。
12. 前記コイル・ディスクは、コイルの半数は第一の方向の駆動電流を受け入れるように構成され、前記コイルの他の半数は第二の方向の駆動電流を受け入れるように構成される偶数個のコイルを有し、前記第一の方向の電流を受け入れる前記コイルの各々は、対応する第二の方向の電流を受け入れるコイルとは全く反対側に設けられることを特徴とする請求項１１記載のハード・ディスク・ドライブ。
13. 前記コイル・ディスクは６個のコイルを有し、そのうち３個は前記第一の方向の駆動電流を受け入れるように構成され、他の３個は前記第二の方向の駆動電流を受け入れるように構成されることを特徴とする請求項１２記載のハード・ディスク・ドライブ。
14. 更に、前記コイル・ディスク、前記第一のマグネット・ヨーク・ディスク、及び前記第二のマグネット・ヨーク・ディスクを保持するためのスリーブを有することを特徴とする請求項１１記載のハード・ディスク・ドライブ。
15. 更に、その内径で前記シャフトに係合し、その外径で前記スリーブの内側に係合するように該スリーブの二つの端部から挿入される上部及び下部のベアリングのセットを有することを特徴とする請求項１４記載のハード・ディスク・ドライブ。
16. 更に、前記ベアリング内径と前記シャフト外径の間の空隙を埋めるように設置される上部及び下部の内側スリーブを有することを特徴とする請求項１５記載のハード・ディスク・ドライブ。
17. 前記コイル・ディスクは、回転しない関係となるように前記シャフトに取付けられることを特徴とする請求項１１記載のハード・ディスク・ドライブ。
18. 第一の方向の電流を受け入れるように構成される少なくとも１個のコイルと、該第一のコイルに対して全く反対側に設けられ第二の方向の第二の電流を受け入れ、両コイルが合成した正味の直線方向の力が実質的にゼロに等しいトルクを生成するように構成される第二のコイルとを有し、それぞれがシャフトの軸に直交するように設置される複数のコイルを有するコイル・ディスクを構成するコイル・ディスク・シャフト・アセンブリをスリーブに挿入するステップと、
    第一の方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有するマグネット・ヨーク・リングである第一のマグネット・ヨーク・ディスクを前記スリーブに挿入し、前記コイル・ディスクに対して回転するように、前記コイル・ディスク・シャフト・アセンブリの上方の位置で前記シャフトに相対的に取付けるステップと、
    前記第一の方向と反対方向に配列される少なくとも１個のマグネットと、磁束線が前記軸に平行で前記第一の方向と反対の方向に生成されるように各ヨークが少なくとも１個のマグネットを保持する、相当する数のヨークとを有する下部マグネット・ヨーク・ディスクを前記スリーブに挿入し、前記コイル・ディスク・シャフト・アセンブリに対して回転するように、該コイル・ディスク・シャフト・アセンブリの下方の位置で前記シャフトに相対的に取付けるステップと、
    を含むことを特徴とするアクチュエータのピボット組込モータの組立方法。
19. 更に、その内径で前記シャフトに係合し、その外径で前記スリーブの内側に係合するように該スリーブの二つの端部から上部及び下部のベアリングを挿入するステップを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 更に、前記ベアリング内径と前記シャフト外径の間の空隙を埋めるように前記外側スリーブに上部及び下部の内側スリーブを挿入するステップを含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。

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