JP2006048833A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ディスク装置において、衝撃印加時におけるヘッドジャンプを抑制して耐衝撃性能に優れたものとすること。
【解決手段】磁気ディスク装置は、情報を記録するディスクと、磁気ヘッドを搭載したスライダ２と、先端側にスライダ２を搭載してこのスライダ２をディスクの径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータ４とを備える。アクチュエータ４は、先端側にスライダ２を搭載しこのスライダ２に所定の荷重を付与するサスペンション３と、サスペンション３を保持して回転可能に支持されたアーム４とを有する。アーム４は、ディスク面垂直方向に並置された２つのアーム部８、９を有し、２つのアーム部８、９の支持部側のディスク面垂直方向の間隔をスライダ側のディスク面垂直方向の間隔より大きくしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気ディスク装置に係わり、特にスライダを搭載したサスペンションとこれを支持するアームとを有するアクチュエータを備えた磁気ディスク装置に好適なものである。

従来の一般的な磁気ディスク装置は、情報を記録するディスクと、記ディスクに対して情報を記録または再生する磁気ヘッドを搭載したスライダと、先端側にスライダを搭載してこのスライダをディスクの径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータとを備えて構成されている。そして、係るアクチュエータは、先端側にスライダを搭載しこのスライダに所定の荷重を付与するサスペンションと、サスペンションの根元側を保持して回転可能に支持されたアームとを有して構成されている。

上記磁気ディスク装置に関連する特許文献としては、例えば特開２００４−１６４７０３号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開２００４−１６４７０３号公報

磁気ディスク装置を内蔵したノートパソコンやＭＰ３プレーヤ等の携帯型情報機器の普及に伴って、磁気ディスク装置の耐衝撃性能が重要な指標となっている。また、耐衝撃性能を向上すれば、磁気ディスク装置の製造時や搬送時に生じる衝撃による損傷を低減することができ、結果として磁気ディスク装置の製造コストを低減することができる。

そこで、従来の磁気ディスク装置の耐衝撃性能に与える要因を検討したところ、ヘッドジャンプと呼ばれる現象が最も大きな要因となっていることが判明した。この現象は、微小な隙間でディスクから浮上している磁気ヘッドを搭載したスライダが磁気ディスク装置外部からの衝撃入力により、ディスク面から飛び上がった後、ディスク面と衝突する現象である。ヘッドジャンプによりスライダがディスクに強く衝突すると、ディスクに記録された情報の破損やディスクやスライダ自体の破損を引き起こし、磁気ディスク装置としての正常な動作ができなくなってしまうおそれがある。

スライダのディスク面からの適切な浮上状態を保持するために、スライダはそれを保持するサスペンションによってディスクに押付けられる状態となっている。磁気ディスク装置に衝撃が印加され、これによるスライダ及びサスペンションに生じる慣性力がスライダへの押付け力と逆方向に加わると、スライダへの押付け力が小さくなる。この慣性力がスライダの押付け力より大きい場合には、スライダをディスク面から引き剥がし、ヘッドジャンプが生じる。さらに、衝撃印加時には、サスペンションを支持するアーム自体にもスライダをディスク面から引き剥がす方向の変形が生じることにより、ヘッドジャンプが生じやすくなっていた。

従来の磁気ディスク装置では、ヘッドジャンプの対策として、サスペンション自体の軽量化が進められてきた。ヘッドジャンプを回避するためには、サスペンションの軽量化が有効な手段であるが、実際には様々な制約が存在する。サスペンションの軽量化のためには、サスペンションを構成する板材を薄くすることや、サスペンションを短くするなどの手法が用いられている。しかし、前者ではサスペンションの剛性が低下するため振動特性が悪化し、ディスク上の所定の半径位置に位置決めする際の位置決め精度が悪化するという問題点が生ずる。後者の場合は、組立公差を吸収するために必要な柔軟性が確保できなくなるという問題点が生ずる。特に、後者のサスペンションを短くする場合には、サスペンションを支持するアームを長くする必要があり、長いアームを用いることにより上記のアーム変形による押付け荷重の低下が更に問題になると共に、アーム変形によりディスクとアームが接触してディスク面を損傷してしまうおそれがあるという新たな問題が生じる。

なお、サスペンションによるスライダへの押付け荷重を大きくすることもヘッドジャンプを回避するためには有効な手段ではあるが、スライダのディスク面からの微小な浮上状態を実現するためには、サスペンションによる押付け荷重はあまり大きくすることはできなかった。

本発明の目的は、衝撃印加時におけるヘッドジャンプを抑制して耐衝撃性能に優れた磁気ディスク装置を実現することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、情報を記録するディスクと、情報を前記ディスクに記録または前記ディスクから再生する磁気ヘッドを搭載したスライダと、先端側に前記スライダを搭載してこのスライダを前記ディスクの径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータは、先端側に前記スライダを搭載しこのスライダに所定の荷重を付与するサスペンションと、前記サスペンションを保持して回転可能に支持されたアームとを有し、前記アームは、ディスク面垂直方向に並置された２つのアーム部を有し、前記２つのアーム部の支持部側のディスク面垂直方向の間隔をスライダ側のディスク面垂直方向の間隔より大きくしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記２つのアーム部を２枚の板状部材で構成し、前記２枚の板状部材をスライダ側で接合すると共に支持部側で離して支持したこと。
（２）前記（１）に加えて、前記２枚の板状部材を回転軸側でスペーサを介して固定し、前記２枚の板状部材を前記スペーサと共に軸に支持したこと。
（３）反ディスク面側のアーム部の長さをディスク面側のアーム部の長さより長くしたこと。
（４）前記（３）に加えて、前記ディスク面側のアーム部をディスク面に対して実質的に平行に設けると共に、前記反ディスク面側のアーム部をディスク面に対して傾斜して設けたこと。
（５）前記（４）に加えて、前記ディスク面側のアーム部をディスク面に対して概略平行に設けると共に、前記反ディスク面側のアーム部をディスク面に対して傾斜して設けたこと。
（６）前記（４）に加えて、前記アクチュエータのサスペンション及びアームを前記ディスクの両側に対称的に設けたこと。
（７）前記アクチュエータをサスペンション、アーム及びボイスコイルモータを含む構成とし、前記２つのアーム部を２枚の板状部材で構成し、前記２枚の板状部材をスライダ側で接合すると共に回転軸側でスペーサを介して固定し、前記アクチュエータのサスペンション及びアームを前記ディスクの両側に対称的に設け、前記両側のアーム部の間に前記ボイスコイルの基板部を固定し、前記２枚の板状部材、前記スペーサ及び前記ボイスコイルの基板部を同じ軸に回転可能に支持したこと。
（８）前記２つのアーム部を弾性梁で構成したこと。
（９）アームをスライダ側に向かって厚さが減少する一枚の板状部材で構成すると共に、この板状部材に開口を設けてディスク面垂直方向に並置される２つのアーム部を構成したこと。

本発明によれば、衝撃印加時におけるヘッドジャンプを抑制して耐衝撃性能に優れた磁気ディスク装置を実現することができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の第１実施例の磁気ディスク装置を図１から図１３を用いて説明する。

本実施例による磁気ディスク装置５０の全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は磁気ディスク装置５０のベースカバーを外した状態の斜視図である。

磁気ディスク装置５０は、情報を記録するディスク７と、このディスク７に対して情報を記録または再生する磁気ヘッドを搭載したスライダ２と、先端側にスライダ２を搭載しこのスライダ２をディスク７の径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータ１とを備えて構成されている。

ディスク７は、両面に磁気情報が記録されるものであり、スピンドルモータ２１によって高速に回転される。スピンドルモータ２１はベース２２に支持されている。スライダ２は、磁気情報を記録再生する記録再生素子（図示せず）を搭載し、ディスク７が高速回転することによって生ずる浮力によりディスク７面上を僅かな隙間を有して浮上した状態で記録または再生するように構成されている。

アクチュエータ１は、サスペンション３、アーム４、及びボイスコイルモータ６を有して構成されている。サスペンション３は、その先端側にスライダ２を搭載すると共に、その根元側がアーム４に固定され、スライダ２に所定の荷重を付与するように構成されている。アーム４は、その先端側にサスペンション３を保持すると共に、ベース２２に固定された軸２３に回転可能に支持されている。アーム４及びサスペンション３は細長形状をしており、軸２３からアーム４、サスペンション３の順に延びている。ボイスコイルモータ６は、サスペンション３及びアーム４を回転駆動する駆動源であり、ボイスコイル５を有している。ボイスコイル５は、基板部５ａを介してアーム４と固定されており、アーム４と共に軸２３に回転可能に支持されている。

このように、アクチュエータ１は、軸２３まわりに回転自由に支持され、アーム４の反対側に設けられたボイスコイルモータ６による駆動力により、ディスク７上の任意の半径位置にスライダ２を位置決めし、情報をディスク７に記録またはディスク７から再生を行なうように構成されている。

アクチュエータ１の具体的構造を図２及び図３を参照しながら説明する。図２はアクチュエータ１を単独状態で示す斜視図、図３は図２の側面図である。

アーム４はディスク面垂直方向に並置されてサスペンション方向に延びる２つのアーム部８、９を有している。２つのアーム部８、９は、支持部側のディスク面垂直方向の間隔をスライダ側のディスク面垂直方向の間隔より大きく設定されている。本実施例では、２つのアーム部８、９は２枚の板状部材を積重ねることによって形成されているので、以下の説明では、アーム部８であるディスク側の板状部材を外アーム８と称し、アーム部９である他側の板状部材を内アーム９と称することもある。

外アーム８及び内アーム９は、ディスク面垂直方向に並置されると共に、軸２３からサスペンション３の方向に細長く延びるように形成されている。外アーム８及び内アーム９はスライダ側で接合されると共に支持部側で離して支持されている。具体的には、スライダ側では外アーム８と内アーム９とが溶接または接着などで固定され、回転軸側では外アーム８と内アーム９とがスペーサ１０を介して間隔を空けて固定されている。外アーム８及び内アーム９はスペーサ１０と共に軸２３に回転可能に支持されている。外アーム８及び内アーム９は平面的にはほぼ同じ形状であるが、外アーム８の長さが内アーム９の長さより長く設けられており、内アーム９がディスク面に対して実質的に平行に設けられると共に、外アーム８がディスク面に対して傾斜して設けられている。サスペンション３は内アーム９と概略平行に延びるように設けられている。

スライダ２、サスペンション３、外アーム８、内アーム９及びスペーサ１０を１組とするアーム組立体がディスク７の両側に一対となるように対称的に設けられ、この一対のアーム組立体でアクチュエータ１が構成されている。ボイスコイル５の基板部５ａは内アーム９に固定され、ボイスコイルモータ６の駆動により基板部５ａが回転されることによってアーム組立体が回動される。また、基板部５ａは２つのアーム組立体の間に挟持され、それぞれの内アーム９と固定されている。２つのアーム組立体における外アーム８、内アーム９、スペーサ１０は、ボイスコイル５の基板部５ａと共に同じ軸２３に回転可能に支持されており、基板部５ａの回動にともなって回動される。

次に、本発明の動作原理を図４から図７を参照しながら説明する。

図４は従来の磁気ディスク装置に衝撃が加わった場合のアーム４とサスペンション３の変形図を示す。片持ち梁構造であるアーム４は、図４に示すように、アーム４のスライダ側（先端側）の変形量がより大きくなる。従来型のアーム４は、単一アームによる片持ち梁構造であるため、アーム４の仮想的な延長線１１がディスク７から離れる方向に変位する。このため、衝撃力が加わると、従来型のアーム４は、サスペンション３に搭載されたスライダ２をディスク７から引き剥がす方向に変形される。

それに対し、図５及び図６に示すように、アーム４が剛体部１２と回転部１３からなる４節リンク機構で構成され、Ｂ−Ｂ’の間隔よりも、Ａ−Ａ’の間隔の方が小さいと、サスペンション３がディスク７から引き剥がす方向に変形されるのではなく、押付ける方向に変形される。図５及び図６はアクチュエータ１の動作原理を説明する模式図で、図５は通常の状態、図６は衝撃力が加えられた状態を示す。

図６に示す衝撃力Ｆが作用した場合、剛体部１２及び回転部１３との幾何学的関係から、図６に示す点線から実線のように変形が生じ、仮想的な磁気ヘッドの位置であるＣ点の変位を衝撃力Ｆの印加方向と反対側とすることが可能である。

なお、剛体部１２と回転部１３ではなく、弾性梁１４でアーム４が構成された場合には、図７に示すように弾性針４が変形され、磁気ヘッドの位置であるＣ点の変位を衝撃力Ｆの印加方向と反対側とすることが可能である。

本実施例では、図３に示すように、外アーム８と内アーム９とがスライダ側で密着して固定されているが、実際の力の作用点はそれぞれのアーム８、９の厚さ方向の中心と考えることができるため、外アーム８と内アーム９はスライダ２側ではそれぞれの板厚の１／２の和だけ間隔が空いていると考えることができ、図７の弾性梁構造と同等の変形形状となる。これは本実施例による磁気ディスク装置では、アーム４の変形により、スライダ２をディスク７から引き剥がす方向の力ではなく、逆にスライダ２をディスク７に押付ける方向の力を発生させることが可能であり、ヘッドジャンプが生じにくくなるため、耐衝撃性能を向上できることを意味する。

上記の本発明の原理を確認するために、有限要素法を用いた時刻暦応答解析を行った。図８に従来の片持ち梁構造のアーム４、サスペンション３、スライダ２の解析モデルと入力方法、図９に本実施例の解析モデルを示す。

従来型ではアーム４の厚さは０．２５ｍｍから０．３ｍｍ程度であり、図８の例では０．２５ｍｍでモデルを作成している。それに対し、本実施例では、外アーム８と内アーム９とを上下に配置しているため、基本的にアーム４の上下方向（ディスク面鉛直方向）の剛性が高くなり、上下それぞれのアーム８または９の厚さを小さくすることができる。これによって、図９の例では外アーム８と内アーム９はともに厚さ０．１ｍｍとしている。入力は図１０に示すように幅２ミリ秒で振幅９８０ｍ/ｓ2（１００Ｇ）の正弦半波入力とし、衝撃時の加速度入力を模擬して図８に示すようにアーム４のアクチュエータ固定端とスライダ２のディスク対向面に入力する。出力はスライダ２のディスク対向面に発生する慣性力とする。

図１１にその結果を示す。従来型の結果では１．２４ｍ秒に最大値の力が発生している。これは、９８０ｍ／ｓ２の加速度が入力した場合に、サスペンション３の押付け力が７．３ｍＮ減少することを意味する。これにより、例えばサスペンション３の押付け荷重が２０ｍＮであると、２６８４ｍ／ｓ２（２７４Ｇ）の加速度入力があった場合にはその押付け力が０となり、それ以上の加速度入力があった場合にはスライダ２がディスク面から飛び上がる、つまりヘッドジャンプが生じることを意味する。従来型の最大値７．３ｍＮに対して本実施例では６．１ｍＮであり、同じ加速度入力でも本実施例は従来型と比較して８割程度の力となっている。これはスライダ２のディスク対向面に作用する慣性力が８割程度であることを意味するため、図１１の解析例ではヘッドジャンプの生じる加速度が従来型と比較して１．２５倍となり耐衝撃性能が向上していることを示す。

図１２に図１１の解析例で用いた形状の曲げ１次モードを示す。図１２より、アーム自体が図７の原理図と同様の変形形状であることがわかる。さらに図１２よりアームの仮想的な延長線１１はスライダ２をディスク７に押付ける方向となっており、アーム部分の変更により耐衝撃特性が向上することがわかる。

図１３には図１１の解析と同様の計算を行った際のアーム４の最大変位量を示す。従来型では入力加速度９８０ｍ／ｓ２時の最大変位が２４μｍであるのに対し、本実施例では５．２μｍとなっている。つまり、本実施例では衝撃入力時にもアーム４の変位が小さくなるため、アーム４とディスク２が衝突しにくくなっていることを示している。

図１１及び図１３の結果から、耐衝撃特性においては本実施例が十分に有効であることがわかる。さらに図１１及び図１３の解析例では、従来型では０．２５ｍｍのアーム４が一枚、本実施例では０．１ｍｍのアーム４が２枚であるため、本実施例の方がアーム４自体の質量やアクチュエータ回転軸周りの慣性モーメントを小さくすることができる。慣性モーメントが小さいことは、ボイスコイルモータ６の駆動力が同じでもアクチュエータ１が素早く動くことを意味するため、所定の記録トラックの移動時間が小さくなり、アクセスタイムが小さくなるという利点もある。

以上説明したように、本実施例によれば、情報を記録するディスク７と、情報をディスク７に記録またはディスク７から再生する磁気ヘッドを搭載したスライダ２と、先端側にスライダ２を搭載してこのスライダ２をディスク７の径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータ１とを備え、アクチュエータ１は、先端側にスライダ２を搭載しこのスライダ２に所定の荷重を付与するサスペンション３と、サスペンション３を保持して回転可能に支持されたアーム４とを有し、アーム４は、ディスク面垂直方向に並置された２つのアーム部８、９を有し、２つのアーム部８、９の支持部側のディスク面垂直方向の間隔をスライダ側のディスク面垂直方向の間隔より大きくしたので、衝撃印加時におけるヘッドジャンプを抑制して耐衝撃性能に優れた磁気ディスク装置を実現することができる。

また、２つのアーム部８、９を２枚の板状部材で構成し、２枚の板状部材をスライダ側で接合すると共に支持部側で離して支持し、２枚の板状部材を回転軸側でスペーサを介して固定し、２枚の板状部材をスペーサと共に軸に支持したので、簡単な構造で本発明を採用することができる。

また、反ディスク面側のアーム部８の長さをディスク面側のアーム部９の長さより長くしたので、両アーム部８、９の長さが同じ場合に比較して、衝撃印加時にスライダ２をディスク面に押し付ける力より大きくすることができる。

また、ディスク面側のアーム部９をディスク面に対して実質的に平行に設けると共に、反ディスク面側のアーム部８をディスク面に対して傾斜して設け、サスペンション３をディスク面側のアーム部９と平行に延びるように設けたので、両アーム部８、９が傾斜している場合に比較して、設計が容易で、衝撃印加時にスライダ２をディスク面に押し付ける力より大きくすることができる。

次に、本発明の第２実施例について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は本発明の第２実施例におけるアーム４の斜視図、図１５は図１４の側面図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

第１実施例ではそれぞれのアーム４が独立した部品とされた積層型アクチュエータに本発明が適用されているのに対して、この第２実施例ではすべてのアーム４を１つの部品とされた一体型アクチュエータに本発明が適用されたものである。この第２実施例では、１つのアーム４の側面に穴１５をあけた構造とすることにより、アーム部８、９が設けられている。この第２実施例においても、アーム４は第１実施例と同様の構成となっているため、耐衝撃特性を向上することができる。これにより、部品点数を削減できるため、製造ばらつきが小さくなると同時に製造コストを低減することができる。

本発明の第１の実施例の磁気ディスク装置の斜視図である。 図１の磁気ディスク装置のアクチュエータの斜視図である。 図２のアクチュエータの側面図である。 従来技術の曲げ１次モードを示す模式図である。 本発明の原理を示す４節リンク機構の通常状態時を示す模式図である。 本発明の原理を示す４節リンク機構の衝撃印加時の模式図である。 本発明の原理を示す梁構造のアームのアクチュエータの衝撃印加時の模式図である。 従来技術の有限要素モデルを示した図である。 本発明の第１実施例の有限要素モデルを示した図である。 本発明の第１の実施例の有限要素解析の入力加速度を示した図である。 本発明の第１の実施例と従来技術のスライダのディスク対向面に作用する慣性力を有限要素法で算出した図である。 本発明の第１実施例の曲げ１次モードを示した図である。 本発明の第１の実施例と従来技術のアームの最大変位を有限要素法で算出した図である。 本発明の第２実施例のアクチュエータの斜視図である。 図１４の側面図である。

符号の説明

１…アクチュエータ、２…スライダ、３…サスペンション、４…アーム、４ａ、４ｂ…アーム部、５…ボイスコイル、５ａ…基板部、６…ボイスコイルモータ、７…ディスク、８…外アーム（アーム部または板状部材）、９…内アーム（アーム部または板状部材）、１０…スペーサ、１１…アーム延長線、１２…剛体部、１３…回転部、１４…弾性梁、１５…穴、２１…スピンドルモータ、２２…ベース、２３…軸、５０…磁気ディスク装置。

Claims (10)

1. 情報を記録するディスクと、
   情報を前記ディスクに記録または前記ディスクから再生する磁気ヘッドを搭載したスライダと、
   先端側に前記スライダを搭載してこのスライダを前記ディスクの径方向に移動するように回転可能に設けたアクチュエータとを備え、
   前記アクチュエータは、先端側に前記スライダを搭載しこのスライダに所定の荷重を付与するサスペンションと、前記サスペンションを保持して回転可能に支持されたアームとを有し、
   前記アームは、ディスク面垂直方向に並置された２つのアーム部を有し、前記２つのアーム部の支持部側のディスク面垂直方向の間隔をスライダ側のディスク面垂直方向の間隔より大きくした
   ことを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 請求項１に記載された磁気ディスク装置において、前記２つのアーム部を２枚の板状部材で構成し、前記２枚の板状部材をスライダ側で接合すると共に支持部側で離して支持したことを特徴とする磁気ディスク装置。
3. 請求項２に記載された磁気ディスク装置において、前記２枚の板状部材を回転軸側でスペーサを介して固定し、前記２枚の板状部材を前記スペーサと共に軸に支持したことを特徴とする磁気ディスク装置。
4. 請求項１または２に記載された磁気ディスク装置において、反ディスク面側のアーム部の長さをディスク面側のアーム部の長さより長くしたことを特徴とする磁気ディスク装置。
5. 請求項４に記載された磁気ディスク装置において、前記ディスク面側のアーム部をディスク面に対して実質的に平行に設けると共に、前記反ディスク面側のアーム部をディスク面に対して傾斜して設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
6. 請求項５に記載された磁気ディスク装置において、前記サスペンションを前記ディスク面側のアーム部と概略平行に延びるように設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
7. 請求項５に記載された磁気ディスク装置において、前記アクチュエータのサスペンション及びアームを前記ディスクの両側に対称的に設けたことを特徴とする磁気ディスク装置。
8. 請求項１に記載された磁気ディスク装置において、前記アクチュエータをサスペンション、アーム及びボイスコイルモータを含む構成とし、前記２つのアーム部を２枚の板状部材で構成し、前記２枚の板状部材をスライダ側で接合すると共に回転軸側でスペーサを介して固定し、前記アクチュエータのサスペンション及びアームを前記ディスクの両側に対称的に設け、前記両側のアーム部の間に前記ボイスコイルの基板部を固定し、前記２枚の板状部材、前記スペーサ及び前記ボイスコイルの基板部を同じ軸に回転可能に支持したことを特徴とする磁気ディスク装置。
9. 請求項１に記載された磁気ディスク装置において、前記２つのアーム部を弾性梁で構成したことを特徴とする磁気ディスク装置。
10. 請求項１に記載された磁気ディスク装置において、アームをスライダ側に向かって厚さが減少する一枚の板状部材で構成すると共に、この板状部材に開口を設けてディスク面垂直方向に並置される２つのアーム部を構成したことを特徴とする磁気ディスク装置。

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