JP2005129172A - ハードディスクドライブの衝撃保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝撃緩衝材の経年変化による影響および動作時と非作時の耐衝撃性能差を低減すると共に、迅速且つ正確にヘッドスラップ予兆を検出して、ヘッドを緊急待避させる衝撃保護装置を提供する。
【解決手段】 外部から与えられる衝撃力からハードディスクドライブ（１）を保護する衝撃保護装置において、無重力センサ（５）はハードディスクドライブ（１）が無重力状態にあるか否かを検出して無重力検出信号（Ｓｕｌ）を生成し、ヘッドスラップ兆候検出器（４）は無重力検出信号（Ｓｕｌ）に基づいて、ハードディスク（１）が無重力状態にあると判断される場合には、ハードディスクに対してヘッドを待避させる信号（Ｓｕｌ）を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハードディスクドライブの衝撃保護装置に関し、さらに詳述すれば、ハードディスクが搭載された機器の落下時の衝撃から当該ハードディスクを保護する衝撃緩衝装置に関する。

ハードディスクドライブ（以下「ＨＤＤ」と略称する）は、高速で回転するディスクの表面から所定の離間距離を保つヘッドロード状態で磁気ヘッドを移動させて目的の記録位置にデータを記録或いは再生する装置である。ＨＤＤの記録密度向上のためディスク表面とヘッドスライダー面と間の浮上スペーシング量は、年々小さくなる傾向にある。

そのために、ＨＤＤの動作中に、特にディスクの記録面に対して垂直な方向に暴力的な衝撃力が加わると、ヘッドスライダーがスペーシング量以上に変位してディスク表面を叩くヘッドスラップと呼ばれる現象が起こり易い。ヘッドスラップは、ディスクの記録表面或いはヘッドの物理的損傷を招き、少なくともディスクの損傷部に対するデータの記録再生ができなくなる。最悪の場合には、ディスクの全記録面が使用不可、つまりＨＤＤが損壊する。

ＨＤＤがデスクトップコンピュータに代表される据え置き型の機器に搭載されて使用される場合には、ヘッドスラップを招くような暴力的な衝撃力がＨＤＤに加わることは希である。一方、ノート型パーソナルコンピュータ（以降、「ノートＰＣ」と略称する）に代表される可搬型の機器に搭載されるＨＤＤはそのような暴力的な衝撃力に曝されていると言っても過言ではない。つまり、ノートＰＣ等はその可搬性ゆえに、ユーザが容易に持ち運んだり移動させたりできる。そのような運搬や移動時に、ユーザが誤って、ノートＰＣを硬質の部材に打ち当てたり、落下させてしまい易い。ノートＰＣ等は可搬性を確保するために、軽量且つコンパクトに作成されているため、そのような衝撃力が内蔵されているＨＤＤにも容易に伝わってしまい、結果ＨＤＤの損壊に至ってしまう。

そのために、近年ノートＰＣ等に内蔵される小型のＨＤＤにおいては、特に動作時の耐衝撃性を増すためにヘッド待避機構が装備されている。例えば、２．５インチＨＤＤにおいては、非動作時或いは、動作時であっても一定時間アクセス要求が無いアイドル状態時には、ヘッドアクチエータをディスクから離れた位置に設けられたランプ（Ｒａｍｐ）と呼ばれる櫛形の退避用部品中に移動させる。その位置で、ヘッドアクチュエータはボイスコイルモータ磁石ヨーク下部のマグネットラッチ構造でロックされるヘッドアンロード動作によって、ヘッドはディスクから離間した位置に待避させる。結果、上述のディスクの記録面に対して垂直に働く暴力的な衝撃力によるヘッド或いはディスク表面の物理的損傷が回避される。

上述のヘッド待避機構では、ＨＤＤの動作モードの変化に応じて、ヘッドをアンロードさせて、ＨＤＤの耐衝撃性を変化させている。つまり、動作モード的にＨＤＤのディスクの記録面上にヘッドを位置させる必要が無い場合には、ヘッドをディスクから待避させて、ヘッドスラップの発生を未然に防止している。それゆえに、記録或いは再生時にはヘッドをディスクの記録面上に位置させる必要があるので、ヘッドの待避は行われない。いわば、ＨＤＤの動作モードの変化に応じて、同一の大きさの衝撃力に対するＨＤＤの耐性が大きくなるように制御して、ＨＤＤの対衝撃保護を図っている。

それ故に、ディスクへのアクセス動作中（ＨＤＤの動作時）は当然の事ながら、アクセスの直後（ＨＤＤの非動作時）は、ヘッドはヘッドロード状態に在るので、垂直方向の暴力的な衝撃力が加えられると、ヘッドスラップが生じてヘッド或いはディスクが損傷する。つまり、ＨＤＤの動作モードの変化タイミングでのヘッドアンロードでは、突発的に生じる暴力的な衝撃力に対して適正に対応できない。

図５に、ＨＤＤに装着されて、ＨＤＤ動作モードの変化タイミングとは関係なく一定の衝撃緩衝機能を有して、ＨＤＤを暴力的な衝撃力から保護する衝撃緩衝構造体（特許文献１）の一例を示す。衝撃緩衝構造体ＳＵは、弾性を有する特殊ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）やウレタン系スポンジなどの衝撃緩衝材でＨＤＤ１の一部或いは全体を包みこみ、ＨＤＤ１にかかる衝撃を緩和する。なお、衝撃緩衝構造体ＳＵに用いられている衝撃緩衝材５２は、ノートＰＣが落下して地面等に衝突した際に生じる衝撃力が搭載されているＨＤＤ１に伝わる衝撃作用時間を延ばすことによって、衝撃加速度波形の波高値を低減させる。このような衝撃緩衝材を用いたＨＤＤ１の保護構造は、ノートＰＣに限らず、ＨＤＤ１を搭載の小型軽量ＭＰ３記録再生装置等の機器にも採用されている。

このような衝撃緩衝構造体が備える衝撃緩衝特性は、保護対象であるＨＤＤ１の耐衝撃性能に応じて決定される。ＨＤＤ１の耐衝撃性能を示す装置スペックは、動作時／非動作時の２つの状態に対して耐衝撃値を規定している。２．５インチＨＤＤの耐衝撃スペックの一例を述べると、動作時の耐衝撃スペック（Ｘ／Ｙ／Ｚ方向）は「２００Ｇ（作用時間２ｍｓｅｃ）」であり、非動作時の耐衝撃スペック（Ｘ／Ｙ／Ｚ方向）は「８００Ｇ（作用時間１ｍｓｅｃ）」である。

Ｘ／Ｙ／Ｚ方向とは、ディスクの記録面を規定する２方向（Ｘ／Ｙ）と、同記録に垂直な方向（Ｚ）を意味する。また、ディスクに伝わる衝撃力は正弦半波の衝撃波形を有する。この装置スペックを満たすＨＤＤ１は、動作時には、Ｘ、Ｙ、およびＺのそれぞれ方向に働く８００Ｇの正弦半波の衝撃力に１ｍｓｅｃの期間だけ耐えることができる。さらに、同ＨＤＤは動作時には２００Ｇの正弦半波の衝撃力に２ｍｓｅｃの期間だけ耐えることができる。

つまり、ＨＤＤ１を衝撃から保護するためには、衝撃緩衝構造体ＳＵには、ＨＤＤ１の動作時に２００Ｇ以上の衝撃力がＨＤＤ１に加わらないように衝撃力を緩衝し、非動作時には８００Ｇ以上の衝撃力がＨＤＤに加わらないように衝撃力を緩衝する機能が求められる。この点に関して、高さ９０ｃｍからノートＰＣを落下させた時に、ＨＤＤ１には最大で５００Ｇの衝撃力しか印加されないような緩衝構造が用いられている場合を例として述べる。つまり、非動作時耐衝撃スペックは８００Ｇであるので、非動作時のＨＤＤ１は５００Ｇの衝撃力に３００Ｇの余裕をもって耐えることができる。
しかしながら、動作時の耐衝撃スペックは２００Ｇであり、５００Ｇの衝撃力に対しては、３００Ｇも耐衝撃性が不足している。よって、ヘッドロード状態にある動作時のＨＤＤ１に対して５００Ｇの衝撃力が加わると、ヘッドスラップ現象による物理的損傷が発生する。つまり、この衝撃構造体は、ノートＰＣに搭載された状態の動作時のＨＤＤを９０ｃｍの落下衝撃から保護できない。

図４に示すように、動作時９０ｃｍ動作落下に耐えるようにするには２００Ｇ以下に衝撃を抑制するよう緩衝材を増量する、若しくは弾性係数を大きくする必要がある。しかしながら、非動作時および動作時の何れの場合においても満足する耐衝撃緩衝構造を設計することは非常に難しい。

一方、ＨＤＤを内蔵したノートＰＣが自然落下する際に生じる衝撃波形は、装置スペックで想定されている正弦半波では無く、作用時間の短いパルス波形や周期の長い繰り返しパルス波形となる。このような衝撃波形の多様性は、ノートＰＣのキャビネット（筐体）の材質や剛性、さらにＨＤＤを取り付ける構造に起因する。それゆえに、実際に発生する衝撃波形が複雑になる程、ＨＤＤを搭載した機器を実際に落下させる製品落下試験を繰り返し行い、試験結果に基づいて取り付け構造および衝撃緩衝材を選定することが重要である。

さらに所望の緩衝効果を発揮させるためには、衝撃緩衝材には予め所定の圧力で圧縮させた状態で使用される。そのため、経年変化による衝撃緩衝材の弾性の劣化が懸念される。さらに、経年変化は衝撃緩衝材の体積の減少も招く。つまり、弾性の劣化と体積の減少の結果、衝撃緩衝材は当初に設定された所望の緩衝効果が損なわれる。

所望の緩衝効果を維持するためには、弾性劣化、体積減少、および緩衝効果の低下などを引き起こす経年変化量を予め想定して、想定される変化量に相当する量の衝撃緩衝材を余分に使用して衝撃緩衝構造体を制作しておく必要がある。しかしこのように、経年変化を打ち消すための量の衝撃緩衝材を余分に用いることは、可搬性が重視されるノートＰＣの小型軽量化設計に対する大きな阻害要因である。

上述のように、衝撃緩衝材を用いたＨＤＤの耐衝撃性能向上技術における問題点は、以下の２種類に大別できる。第１の問題点は、衝撃緩衝材の経年変化による緩衝性能低下を予め想定して、想定した緩衝性能低下を相殺できるだけの体積を追加する必要があることである。そのためには、ＨＤＤを搭載する機器の内部にこの追加された緩衝材を収納するためのスペースが必要である。結果、機器の小型化および軽量化が損なわれる。

第２の問題点は、その差が大きな動作時および非動作時のそれぞれにおける要求スペック値を満たせる衝撃緩衝効果を発揮できる材料は無いか、或いは実用化されておらず、入手できない。そのために、動作時用と非動作時要に、それぞれ弾性係数の異なる材料を複数使用する必要がある。そのために、衝撃緩衝構造体の構造が複雑になる。

さらに、上述のヘッド待避機構における動作時（ヘッドのディスクへのアクセス中およびその直後）のヘッドスラップの発生を回避するために加速度センサを用いる方法（特許文献２）が提案されている。これは、ＨＤＤに加速度センサを内蔵させ、予め設定された加速度を検知すると、ＨＤＤの動作モードに関係なく、ヘッドをアンロードするよう緊急待避させるものである。つまり、従来のヘッド待避機構においては、動作モードというＨＤＤへのヘッドのディスク記録面へのアクセス状態に応じてアンロードされるのに対して、この方法はＨＤＤの動きを加速度として捉えて、さらに捉えた加速度の大きさをヘッドスラップの予兆として捉えて避難させる分だけ、ヘッドの待避タイミングが遅れる確率を低減させている。
特開２０００−１４８３００号公報 特開２００３−２６３８５３号公報

しかしながら、自然落下中にＨＤＤにかかる加速度は、実際には、１Ｇから０Ｇへと変化するが、加速度センサではこのような微小な加速度の変化量を検出することは不可能に近い。そのために、加速度センサが検出した加速度変化量を増幅するために増幅回路等の信号処理回路を必要とする。また、増幅の有無に関わらず本来検出される加速度変化量が微少なために、ＨＤＤが落下状態であると判定するための閾値も小さくせざるをえない。しかし、判定閾値を下げ過ぎると、ＨＤＤ自体が発生する或いは外部から伝わってくる振動なども、ＨＤＤの落下と誤検出されてしまう。そのような誤検出を防止するために、特殊な信号処理技術を要する。

このように、上述のＨＤＤの動作モードに基づくヘッド待避機構、ＨＤＤの加速度の変化に基づくヘッド待避機構、および衝撃緩衝材を用いた衝撃緩衝構造体の何れにも、ノートＰＣや情報端末などの可搬性の機器に搭載されるＨＤＤの衝撃保護の用途には問題がある。それぞれに固有の問題点を補完し合う衝撃保護装置を構成するには、衝撃緩衝構造体と加速度センサによるヘッドスラップ予兆検出に基づくヘッドの緊急待避機構の組み合わせが好ましい。

しかしながら、この組み合わせに置いても、動作時と非動作時で６００Ｇもの差を単独で吸収できるような衝撃緩衝材は見つかっていない。さらに複数の衝撃緩衝材で、６００Ｇの差を吸収できる衝撃緩衝構造体を構成するには非常に難しく、また構成できたとしても複雑且つ大型および重量を有するために、保護対象であるＨＤＤと共に小型化および軽量化が重要な可搬性の機器に用いることはできない。また、経年変化による衝撃緩衝材の衝撃緩衝性の劣化に起因する問題も解消できない。さらに、加速度センサではＨＤＤのヘッドスラップ予兆を迅速且つ正確に検出できないことに起因する問題の解決は不可能であることは明らかである。

よって、本発明は、衝撃緩衝材を用いた衝撃緩衝構造体とヘッドスラップ予兆検出に基づく緊急待避機構を組み合わせたハードディスクの衝撃保護装置であって、衝撃緩衝材の経年変化による影響を低減し、さらに動作時と非動作時の耐衝撃性能差を低減し、さらに迅速且つ正確にヘッドスラップ予兆を検出して、ヘッドを緊急待避させる衝撃保護装置を提供することを目的とする。

外部から与えられる衝撃力からハードディスクドライブを保護する衝撃保護装置であって、ハードディスクドライブが無重力状態にあるか否かを検出して無重力検出信号を生成する無重力センサと、前記無重力検出信号に基づいて、前記ハードディスクが無重力状態にあると判断される場合には、当該ハードディスクに対してヘッドを待避させる信号を出力するヘッドスラップ防止手段とを備える衝撃保護装置。

本発明にかかるハードディスク衝撃保護装置においては、無重力センサによるヘッドスラップ予兆検出に基づく迅速かつ正確な緊急待避機構と衝撃緩衝材を用いた衝撃緩衝構造体とを組み合わせることによって、より少ない衝撃緩衝材で経年変化および、ハードディスクの動作時および非動作時の耐衝撃保護要求の差を吸収できる。結果、よりコンパクトかつ軽量が求められる可搬性機器に搭載されるハードディスクの保護を可能とする。

図１に、本発明にかかるハードディスク衝撃保護装置がノートＰＣに組み込まれている一例を示す。ＨＤＤ１は、ＨＤＤパック２の内部に衝撃緩衝材３（図示せず）で覆われて実装されており、ＨＤＤパック２が、ヘッドスラップ兆候検出器４と共にノートＰＣ１００に搭載されている。なお、衝撃緩衝材３は低硬度且つ低反発な特性を有し、ＨＤＤ１を包み込むようにはめ込んだ状態で当該ハードディスクを保持すると共に衝撃から保護する。

図２に示すように、ヘッドスラップ兆候検出器４は、無重力センサ５を使って緊急アンロード信号Ｓｕｌを生成して、ＨＤＤ１に出力する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８は、無重力センサ５の感度方向に振動が加わった際に、擬似的に落下時と同様の加速度が生じることで継続的に検知して緊急アンロード信号Ｓｕｌを送信する、チャタリング防止のために設けられている。なお、無重力センサ５は内部に、浮動子の両端がそれぞれ異なる端子に接触するように載置されている。なお浮動子は外部から振動等の力が加えられれば、端子から容易に離脱するように構成されている。つまり、無重力センサ５は加速度センサのように、自身に加えられた加速度を検出するのではなく、浮動子が端子から離脱して空中に浮かんでいる状態の時に、浮動子と端子とで構成されている回路が切断されたことをもって、無重力状態であることを検知する機能を有している。

まず、本発明におけるＨＤＤのヘッドスラップ兆候検出の原理について説明する。自然落下の検出原理について説明する。ヘッドスラップ兆候は、無重力センサ５によってＨＤＤ１が無重力状態になったことの検知をもってなされる。つまり、一般に物体が自然落下する際には、物体の位置に関係なく重力加速度ｇ（９．８ｍ／ｓ＾２）が常時作用している。初速度０で外部からの拘束を失った物体が高さｈ［ｍ］の位置から真直ぐに自然落下する場合の落下時間ｔ［ｓｅｃ］は空気抵抗を無視すれば次式（１）に従って算出できる。

ｔ＝√（２ｈ／ｇ） ・・・・ 式（１）
図３に、重力センサの電気特性を示す。同図にいて、折れ線Ｌ１は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間は、高さｈの位置で静止しているＨＤＤ１と重力センサが時刻ｔ１で自然落下を開始し、時刻ｔ４で終了する際にＨＤＤと重力センサに作用する加速度の時間的変化を表している。また、折れ線Ｌ２は、時刻ｔ０から時刻ｔ４の間に、無重力センサ５から出力される緊急アンロード信号Ｓｕｌの電圧値の時間的変化を表している。

時刻ｔ０においては、ＨＤＤ１も無重力センサ５も静止しているので、ＨＤＤ１に取り付けられた無重力センサ５はＯＮのままである。よって、無重力センサ５の端子間電圧０Ｖが緊急アンロード信号Ｓｕｌとして出力される。

時刻ｔ１において、無重力センサ５が取り付けられたＨＤＤ１が自然落下を開始する。よって、無重力センサ５も引き続きＯＮのままである。よって、同時刻における緊急アンロード信号Ｓｕｌの電圧レベルも同様にゼロのままである。

時刻ｔ２においては、ＨＤＤ１と無重力センサ５は加速度（ｘ＋α）で自然落下している。同時刻において、無重力センサ５は、無重力状態を検知すると共に、ＯＦＦになる。結果、無重力センサ５のセンサ間電圧Ｅが緊急アンロード信号Ｓｕｌとして出力される。

時刻ｔ３においては、ＨＤＤ１と無重力センサ５は加速度（ｘ−α）で自然落下している。なお、同時刻において、無重力センサ５は無重力状態を検知せずに、ＯＮに戻る。結果、緊急アンロード信号Ｓｕｌの電圧レベルもゼロに戻る。

つまり、無重力センサ５の落下加速度が（ｘ＋α）になった時点で、無重力センサ５の内部の浮動子が浮遊して内部端子から離脱することで無重力状態が検知される。そして、無重力センサ５は落下加速度が（ｘ−α）で移動なった時点で、浮遊していた浮動子が復帰して内部端子に接続することで無重力状態から有重力状態に戻ったことが検知される。

無重力センサ５がＯＦＦの期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）は、電源電圧Ｅがセンサ端子間電圧として緊急アンロード信号Ｓｕｌとして出力される。このセンサ端子間電圧Ｅをそのまま緊急アンロード信号Ｓｕｌとして出力される。従って自然落下が開始されてから時間Δｔ＝ｔ２−ｔ１後に緊急アンロード信号Ｓｕｌが送信されるＨＤＤ１に対して出力される。

ＨＤＤ１は、緊急アンロード信号Ｓｕｌに応答して、以下の手順でヘッドアンロード動作を行う。処理Ｐ１において、ハイレベルの緊急アンロード信号Ｓｕｌである緊急アンロード信号Ｓｕｌを受信すると、ＨＤＤ１は実行中のプロセスを一時中断する。つまり、データ転送処理を実施していた場合であれば、バッファ内部のデータを処理すると共に、ホストに対しては転送中断要求を行ない、Ｂｕｓｙステータス状態を保持する。

処理Ｐ２において、さらに、中断前のプロセス情報を全てワークメモリー上に一時退避させた後、ヘッドアクチエータの緊急アンロード処理を行う。

処理Ｐ３において、処理Ｐ２より一定時間の経過後に、退避したプロセス情報をリストアしてホスト要求処理を継続する。

なお、上記処理Ｐ１と処理Ｐ２の実行に要する緊急退避時間をｔｘと定義すると物体が落下してから地面に到達するまでΔｔ＋ｔｘ以上の時間が必要である。

従って式（１）より、次式（２）および次式（３）が求められる。
√（２ｈ／ｇ）＞Δｔ＋ｔｘ ・・・・（２）
即ち、 ｈ＞０．５ｇ（Δｔ＋ｔｘ）＾２ ・・・・（３）
これは、式（３）を満足する高さからでしか緊急アンロード動作による衝撃回避は不可能であることを意味する。

次に、Δｔ＝８０ｍｓｅｃの無重力センサ５を使用したときの高度下限ｈ０を求める。ＨＤＤ１側のプロセス中断に要する時間（処理Ｐ１）は、ディスク書き込み動作が問題になる。つまりデータバッファ内部にホストから転送されたデータをディスクに書き込み終了させてから緊急退避動作に以降させることはデータ信頼性を確保させる意味で重要となり、これに要する時間がほぼ支配的となる。

次に、処理Ｐ１に要する時間の試算について説明する。ＨＤＤ１としては、２．５インチのディスクが１枚で、２ヘッド構成の容量２０ＧＢ容量のものを想定する。なお、内部転送レートは１６０〜２９０Ｍｂ／ｓｅｃ、データバッファ容量は２０４８ＫＢ（リード・ライト用容量は等分割）、ディスク回転速度は４２００回転／分（平均回転待ち時間＝７ｍｓｅｃ）、最内周ゾーン物理セクタ数は４００セクタ／トラック、１トラックシーク時間は２ｍｓｅｃ、そしてセクタ容量は５１２Ｂと設定する。

なお、リード時はデータ転送を一時中断しても、記録済データの破壊は起こり得ない。ライトキャッシング中のデータがフルに貯まっていたと仮定し、全データをディスクに書き込むのに要する時間を計算する。最内周ゾーンでライト動作している場合が、最も時間を要するので、ライトバッファフル容量１ＭＢ（２０００セクタ分）を書き込む際、書き込みトラック数は２０００／４００＝５トラック、最内周の内部転送レートは１６０Ｍｂ／ｓｅｃ（２０ＭＢ／ｓｅｃ）である。よって、４００セクタ分書き込みには、５１２×８（ｂｉｔ）×４００÷１６０Ｅ６＝１０．２ｍｓｅｃで、ディスク１回転に必要な時間は１４ｍｓｅｃ以内であることから、１回転で１トラック分のデータ書き込みができる。従って書き込み時間だけで、５×１４ｍｓｅｃ＝７０ｍｓｅｃを必要とする。

また、２ヘッド構成のため、隣接トラックシークが２回発生するのと、トラック更新時に、目的セクタにヘッドが到達する時間に平均回転待ち時間７ｍｓｅｃ×５回を加算して、最内周ゾーンで１ＭＢデータ書き込み所要時間を求める。つまり、
最内周ゾーンで１ＭＢデータ書き込み所要時間＝（１ＭＢデータ書き込み時間） ＋（隣接トラックシーク時間）×２[回]
＋（平均回転待ち時間）×５[回]
＝７０＋２×２＋７×５
＝１０９ｍｓｅｃ
が求まる。

次に、処理Ｐ２に要する時間の資産について説明する。最内周ゾーンからヘッドをアンロード処理する時間は、通常最大５０ｍｓｅｃ程度と知られている。従って、ＨＤＤ緊急退避時間ｔｘ＝１０９＋５０＝１５９ｍｓｅｃが求められる。よって式（３）にもとづいて、下限高度である高度下限値ｈ０を求める。

高度下限値ｈ０＝０．５×９．８×（８０Ｅ−３＋１５９Ｅ−３）＾２
＝約０．２８［ｍ］
となる。よって、この高度下限値ｈ０（約０．２８［ｍ］）より低い位置からから落下した場合は、無重力センサは効果を発揮しない。

しかし、上述の衝撃緩衝材を用いた衝撃緩衝構造を採用すると、約３０ｃｍの高さから落下させても、ＨＤＤに加わる衝撃加速度は約１００Ｇであるので、高度下限値ｈ０以下の高さ領域では、衝撃緩衝材によって無重力センサによる緊急待避機能を補うことができる。

上述の計算は、ヘッドがアンロード退避地点から最も遠方にある最内周データゾーンに位置している状態で、緊急アンロード処理に最も時間を要するライト動作中断を想定してこの方式が有効に働くための高度下限値ｈ０ｗをワーストケースとして規定した。しかしヘッドが最外周にあるとき、つまり緊急退避に要する時間が最も小さくなるベストケースについて、高度下限値ｈ０ｂを試算してみる。最近のＨＤＤは容量が大きく、実使用においても最外周から中周にかけてのデータゾーンにアクセスする頻度が高いと推測される。

最内周ヘッドポジションからの緊急アンロード動作（最外周ゾーンからの緊急アンロード時）に要する緊急待避時間計算において、上述の最内周ヘッドポジションからの緊急退避時間計算と異なる計算要素は以下の部分である。つまり、内部転送レートは１６０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃから２９０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃに変更され、１トラック当たりのセクタ数は４００から７２０に変更され、そして処理Ｐ２に要する時間は５０ｍｓｅｃから３０ｍｓｅｃに変更されている。

従って、再内周ヘッドポジションからの緊急アンロード時と同様に、バッファ内にキャッシングしている１ＭＢのライトデータを書き込むことを想定する。７２０セクタ書き込みに要する時間は、５１２×８ｂｉｔ×７２０÷２９０Ｅ６＝１０．１７ｍｓｅｃで１回転１４ｍｓｅｃ以内であるため、１ＭＢ＝２０００セクタ分のデータ書き込みには２０００÷７２０＝約２．８トラック分データを書き込むため、１トラックシークが１回と回転待ち３回を加算して求める。

最外周データ書き込み時間 ＝（１ＭＢデータ書き込み時間）
＋（隣接トラックシーク時間）×１[回]
＋（平均回転待ち時間）×３［回］
＝（２．８×１４）＋２＋７×３
＝６２．２ｍｓｅｃ
が求まる。

さらに、処理Ｐ２に要する時間３０ｍｓｅｃを追加して
ｔｘ＝６２．２＋３０＝９２．２ｍｓｅｃが求まる。

また、式（３）より最外周からのヘッド緊急退避の場合、高度下限値ｈ１は以下の如く求められる。

高度下限値ｈ１ ＝ ０．５×９．８×（８０Ｅ−３＋９２．２Ｅ−３）＾２
＝ 約０．１５［ｍ］

上述のように、本発明にかかる無重力センサを利用する緊急ヘッド退避方法において対応可能なＨＤＤの落下高度の下限位置はヘッド位置に依存する。

つまり、高度下限値範囲Δｈ＝ｈ０−ｈ１
＝０．２８−０．１５
＝０．１３［ｍ］
の高度余裕が生じる。この高度余裕により、用いる衝撃緩衝材の体積を減らすと共に衝撃緩衝構造も簡素化できる。前記課題解決に有効な手段になり得る。また、無重力センサの感度を調整して、Δｔを小さくすることによって、高度下限値範囲Δｈを増加させることができる。結果、衝撃緩衝材の選定範囲も広がる。

ヘッド退避により、ＨＤＤの耐衝撃性能を動作時にも２００Ｇから非動作時８００Ｇ相当まで引き上げることが出来るのが本技術の最大の効果であるが、以上のように衝撃緩衝材の経年変化見合いの初期増量を行わなくて済む効果も大きい。

一方落下高さ上限は衝撃緩衝材の性能で決定し、より弾性係数の大きい材料を採用することで高度上限値を引き上げることができる。また、複数の無重力センサを使用することで底面方向だけでなく、前後左右方向の落下に対しても緊急ヘッド退避により動作時耐衝撃性能を向上できる。

なお、本発明にかかるＨＤＤ１は、上述のように、動作モードに関わらず、より具体的にはデータの書き込み動作中あるいはデータの読み出し動作中であっても、緊急アンロード信号Ｓｕｌを受信すると、実行中の動作を中断してヘッドを緊急退避できるように構成される。これは、上述の従来のヘッド待避機構が装備されているＨＤＤはインタフェース信号によってヘッドを緊急退避させる機能を有していない。それ故に、このようなＨＤＤに本発明を適用すると、緊急アンロード信号Ｓｕｌに応答して電源を切断して緊急アンロード動作で実現するしか方法がない。

しかしながら、書き込み動作中に電源が切断されるとデータの消失が発生して以降機能的な動作障害が発生する恐れがある。それ故に、本発明におけるＨＤＤ１は、緊急アンロード信号Ｓｕｌ信号を受信した時に、電源を切断せずに現在処理中の動作を中断して、緊急ヘッド退避処理および、その後に中断した処理の再開ができるよう構成されている必要がある。なお、このようなＨＤＤは、公知の技術を用いて容易に実現できるのでこれ以上の説明は省く。

本発明は、ノート型パーソナルコンピュータや小型軽量のＭＰ３再生器等の可搬性の情報機器に搭載されるハードディスクドライブの耐衝撃保護に適用できる。

本発明にかかるハードディスク保護装置をノート型パーソナルコンピュータに組み込む状態を示す部分分解斜視図 図１に示したヘッドスラップ兆候検出器の構成を示すブロック図 図１に示したハードディスクドライブの落下状態と、図２に示したヘッドスラップ兆候検出器から出力される緊急アンロード信号との関係の説明図 ハードディスクドライブの動作時と非動作時における衝撃保護要求を満たすべき衝撃緩衝材の特性の説明図 衝撃緩衝材を構成されるハードディスクドライブの衝撃緩衝構造体を示す斜視図

符号の説明

１ ハードディスクドライブ
２ ハードディスクドライブパック
４ ヘッドスラップ兆候検出器
５ 無重力センサ
１００ ノート型パーソナルコンピュータ

Claims (4)

1. 外部から与えられる衝撃力からハードディスクドライブを保護する衝撃保護装置であって、
   ハードディスクドライブが無重力状態にあるか否かを検出して無重力検出信号を生成する無重力センサと、
   前記無重力検出信号に基づいて、前記ハードディスクが無重力状態にあると判断される場合には、当該ハードディスクに対してヘッドを待避させる信号を出力するヘッドスラップ防止手段とを備える衝撃保護装置。
2. 前記無重力センサは、前記ハードディスクドライブに対して自由に動ける固定されていない１つの浮動子と、
   当該ハードディスクドライブに対して固定されている２つの端子とを備え、
   前記浮動子は有重力時には前記２つの端子を接続するように位置し、無重力時に当該２つの端子の接続を断つように移動することを特徴とする請求項１に記載の衝撃保護装置。
3. 前記ハードディスクドライブは、データ読み出し動作および書き込み動作の何れを実行中であっても、前記無重力検出信号に応答して、実行中の動作を中断して、ヘッドを緊急退避させることを特徴とする請求項１に記載の衝撃保護装置。
4. 低硬度かつ低反発性な特性を有し、前記ハードディスクドライブを包み込むようにはめ込んだ状態で、当該ハードディスクドライブを保持すると共に衝撃から保護する衝撃吸収保持体をさらに備える、請求項１に記載の衝撃保護装置。
   
   

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