JP2006190375A

JP2006190375A - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2006190375A
Application number: JP2005000509A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sega; 雅彦瀬賀; Makoto Nagahiro; 真長廣; Jiro Kaneko; 次郎金子; Gentaro Nakamura; 元太郎中村
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-07-20
Also published as: US7535672B2; US20060158775A1

Abstract

【課題】シーク動作で発生する偶力又は外乱によるＨＤＤの面内回転モード、外乱によるスピンドルのスラスト・モード及びコニカル・モード、筐体連成スラスト・モード及びスピンドル倒れモード等の振動により、磁気ヘッドの位置決め精度が低下する。
【解決手段】弾性支持部材３１は柱状部分３８を有し、ベース１０の隅部に対向する面に凹部３５と、凹部３５の上下に縦フィンの突起３３が設けられている。ベース１０の隅部には、ディスク面と平行な水平フィン３４が設けられていて、水平フィン３４は弾性支持部材３１の凹部３５に挿入される。縦フィンの突起３３はベース１０に接触し、水平フィン３４の上下両面の振動特性の基本特性を支配する。柱状部分３８には、ジグザグ形状の部位３２が設けられ、フレーム１２に接触するように実装される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は磁気ディスク装置に係り、特に磁気ディスク装置のシーク動作により発生する偶力、外乱作用時の、磁気ヘッドの位置決め精度向上に関するものである。

近年磁気ディスク装置では、記録容量増大のため、記録密度の向上が求められている。そのためには、磁気ヘッドの位置決め精度を上げることが重要であるが、位置決め精度向上の阻害要因としては、ディスクの回転による風力に起因する位置決め誤差や、アクチュエータの位置決め動作による機構系の振動による位置決め誤差や、磁気ディスク装置の外部から振動が加わった場合に生じる位置決め誤差などが挙げられる。これらの位置決め誤差を低減するためには、位置決め制御の制御帯域を広くするか、あるいは機構系自体の振動を低減することが必要である。

これらのうち、磁気ディスク装置の外部から振動が加わった場合や、アクチュエータの位置決め動作によりベースに発生する偶力で生じる振動が問題になっている。例えば、サーバ等の筐体に複数の磁気ディスク装置を搭載した条件では、他のディスク装置の動作によってこのような外乱を生じる。アクセスタイムを向上させながらも、つまり、筐体内の周囲の磁気ディスク装置でシーク時に発生する振動が増加しているにも拘らず、近年の高密度装置においては、必要な位置決め精度の向上や、コスト低減のため磁気ディスクを搭載する筐体の剛性低下や、制御帯域が低い等の要因によって大きな課題となっている。また、アクチュエータの位置決め動作時にＶＣＭに生ずる反力とピボットにコイルから伝わる推力からなる偶力により、ベースが筐体の剛性をばね定数する固有振動数で剛体的に振動する面内回転モードも、同様に問題となっている。

磁気ディスク装置全体の剛体的な面内回転モードにおいては、ディスク上の目標トラックは装置全体の回転に応じて位置がずれるのに対して、アクチュエータは慣性により回転せずにそのままの位置に留まろうとするため、位置決め誤差となる。この問題の解決方法として特許文献１に、ヘッド・ディスク・アセンブリ（ＨＤＡ）を円筒又は湾曲形状の支持部材でフレームに、面内回転周波数２０Ｈｚ程度で柔軟に支持することで、磁気ディスク装置全体を慣性モーメントとし筐体の剛性をばねとする面内回転モードの固有振動数と周波数を離し、筐体の外乱を振動絶縁し、偶力による残留振動を励起し難くし、サーボ圧縮を期待できる機構を提供している。

特開２００１−２９１３６３号公報

外部から振動が加わった場合に生じる磁気ディスク装置の振動モードには、主に以下のようなものがある。まず磁気ディスク装置全体のディスク面垂直軸周りの慣性モーメントと搭載筐体のバネからなる振動系に周囲の磁気ディスク装置のシークによるディスク面内の回転外乱により励起される磁気ディスク装置全体の剛体的な面内回転モード。スピンドルがマス、スピンドルのスラスト方向の軸受剛性とベースの面外剛性がバネとなり、ディスクの面外方向に入ってきた並進外乱で励起されるスピンドルのスラスト・モード。スピンドルのディスク直径回りの慣性モーメント、スピンドルのラジアル方向の軸受剛性とベースの面外剛性がバネとなり、ベースの面外方向の回転外乱で励起されるスピンドルの倒れモードであるコニカル・モード。上述の面内回転モードは、キャリッジの位置決め動作によりベースに発生する偶力で生じる振動モードでもある。

更に上述のスラスト・モードとコニカル・モードは磁気ディスク装置単独で見られるモードであるが、このスラスト・モードとコニカル・モードは、筐体の剛性により搭載筐体と絡んだ新たな連成モードが出来る場合がある。磁気ディスク装置から見るとスピンドルのスラスト変形が倒れを生じさせる筐体からの強制振動とも言える。この連成モードを筐体スラスト連成モード、筐体スピンドル倒れ連成モードと呼ぶことにする。この筐体スラスト連成モード、筐体スピンドル倒れ連成モードは減衰の小さい筐体との連成モードであるため、スラスト・モードとコニカル・モードに比べ振動が大きく、位置決め精度上影響がより大きい。

上記特許文献１に記載された支持部材の材質は、大きく分けて薄板金属ばねとゴム/ゲルの二種類が挙げられている。面内回転モードに関しては、２０Hｚ設計をすれば、いずれの材質でも特性に大きな差はない。しかしながら、特許文献１には記述されていないが、スピンドルのスラスト・モードやコニカル・モード及び、筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関しては差が出てくる。ゴム/ゲルの場合は、スピンドルのスラスト・モードやコニカル・モード及び、筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関しても、振動絶縁の効果はあるが、薄板金属ばねでは効果がなくなる。なぜならば、面外方向は金属板ばねの剪断変形のため、非常に剛性が大きいからである。

また、ゴム/ゲルの場合は、円筒形状又は湾曲形状のため、ＨＤＡの面外方向はゴム/ゲルの剪断変形となり、ＨＤＡの自重による変形が大きく、フォーム・ファクタを守るため、ＨＤＡとフレーム又はＰＣＢの隙間をかなり大きく確保する必要がある。そのため、ＨＤＡの面外方向の実装スペースが制約を受ける。具体的には、円板枚数の制約や、ＶＣＭを厚く出来ないための力定数不足によるアクセス能力の制約などが考えられる。また、衝撃や強い振動が加わった際、ゴム/ゲルの円筒形状又は湾曲形状のため座屈し易く、そのため支持部材がダメージを受けることも十分考えられる。

一方、ＨＤＡの面内方向はゴム/ゲルの曲げ変形のため、更に、ＨＤＡの自重による変形が更に大きくなる。ベース又はカバーとフレームの隙間をより大きく確保する必要があるので、同様に実装スペースが狭くなる等の制約を受ける。

ＨＤＡの面外方向と面内方向とでは、どちらの制約が厳しいかと言うと、やはり面外方向である。円板枚数（容量）の制約や、ＶＣＭを厚く出来ないための力定数不足によるアクセス能力の制約は深刻であるからである。

本発明の目的は、外乱又は偶力による磁気ディスク装置全体の剛体的な面内回転モード、外乱によるスピンドルのスラスト・モード及びコニカル・モード、筐体スラスト連成モード及び筐体スピンドル倒れ連成モード等による位置決め精度悪化を改善する磁気ディスク装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、磁気ディスクを搭載するスピンドルと、該スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドル・モータと、前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、該ベースに取り付けられ前記磁気ディスクに対する情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドを支持するアクチュエータと、前記ベースの周囲を覆うフレームと、該フレームと前記ベースの間に配置され前記ベースから突出する水平フィンが挿入される凹部を有する柱状の弾性支持部材とを有することを特徴とする。

前記弾性支持部材は、前記ベースの四隅の少なくとも２箇所に配置される。

前記水平フィンは、前記弾性支持部材を前記ベースに取り付けるための金具であっても良い。

前記弾性支持部材は、前記フレームに接触するジグザグ形状部分を有する。

前記凹部の上下の柱状の弾性支持部材の側面に前記ベースに接触する突起を有する。

前記弾性支持部材は、内部に水平板を有するのが望ましい。

前記弾性支持部材は、オイルと該オイルを封入する弾性材からなる封入部で構成されるオイル・ダンパを備えていても良い。

前記オイル・ダンパは、前記封入部を分割する仕切り壁を有し、該仕切り壁にオリフィスが設けられていても良い。

前記フレームはフォーム・ファクタの規格に入っていることが望ましい。

上記目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、磁気ディスクを搭載するスピンドルと、該スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドル・モータと、前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、該ベースに取り付けられ前記磁気ディスクに対する情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドを支持するアクチュエータと、前記ベースの周囲を覆うフレームと、該フレームと前記ベースの間に配置され前記ベースから突出する水平フィンが挿入される凹部を有する柱状の弾性支持部材と、前記フレームに取り付けられ電子部品を実装する回路基板と、前記ベース上の部品と前記回路基板の電子部品を接続するＵ字形状を成し２つの直線部分の外側に隙間が設けられたＦＰＣとを有ことを特徴とする。

本発明によれば、外乱又は偶力による磁気ディスク装置全体の剛体的な面内回転モード、外乱によるスピンドルのスラスト・モード及びコニカル・モード、筐体スラスト連成モード及び筐体スピンドル倒れ連成モード等による位置決め精度悪化を改善することができる。

本発明では、面外方向に関しては、周囲をＨＤＡ(Head Disk Assembly)のベースとフレームで囲われた弾性支持部材の圧縮変形でＨＤＡを、面内方向に関しては剪断変形でＨＤＡを、フレームに支持する。その為ベースから水平なフィン状の部材が弾性支持部材を支持している。更に、ＰＣＢ(Printed Circuit Board)もフレームに取り付け、ＨＤＡとＰＣＢは、電気的接続に関し剛性の小さいケーブル類で接続した構造を取る。この構造では、弾性支持部材は、面外方向に関しは圧縮変形し、面内方向に関しは剪断変形をする。変形の剛性は、圧縮、剪断、曲げの順に高いので、ベース又はカバーとフレームの隙間を小さく設計可能となる。

その代わり、面内回転周波数２０Ｈｚ程度を実現するには、弾性支持部材の面外方向に直角の断面積を小さく、つまり、細長くする必要がある。細長い為と剛性が小さくなる為、ＨＤＡがフレームにぶつからないように隙間の設計をするのが困難になってくる。面外方向に関しては、衝撃や強い振動が作用した時の座屈で弾性支持部材がダメージを受たり、面内方向の剪断変形でＨＤＡの自重を支える際、クリープで隙間管理がおかしくなる。ＨＤＡがフレーム又はストッパに接触すると剛性が大きくなり、予定した振動特性が得られなくなる。これを避ける為に、弾性支持部材の剪断変形方向の周囲をベースとフレームで囲む。ただ囲むだけでは、面内回転モードの固有振動数を低く出来ない場合もあるので、弾性支持部材の一部に、曲げ部、突起部、凹み部などの剛性の小さい部位を設けて、弾性部材がベース又はフレームに接触する構造を取る。これにより、隙間設計が容易になり、期待する振動特性が得られる。

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃに本発明の第１の実施例である磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）の構成を示す。図３Ａは平面図、図３Ｂは側面図、図３Ｃは底面図である。アクチュエータ１の先端にはサスペンション２を介して磁気ヘッド（図示せず）を搭載したスライダ３が取り付けられている。ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）５のコイル（ＶＣＭ５の中にあるので見えず）に電流を流すことによりＶＣＭ５とコイルの間に力が発生し、軸受部６を中心にアクチュエータ１が揺動し、スライダ３をスピンドル・モータ８に搭載した磁気ディスク７上の任意の半径位置に位置決めすることができる。

磁気ディスク７を搭載したスピンドル・モータ８等からなるスピンドル９、アクチュエータ１、ＶＣＭ５等が配設されるベース１０は、四隅の弾性支持部材３１を介してフレーム１２に支持される。ベース１０と対になって磁気ディスク装置の機構部分（ＨＤＡ：Head Disk Assembly）１３の密閉を保つカバーは、内容物を説明できるようにするため図示していない。また、左上隅の弾性支持部材３１が見えるように、フレーム１２の一部である三角の補強部品も省略している。図３Ａでは、ＨＤＡ１３を振動絶縁するための隙間１４を見ることが出来る。フレーム１２には、図３Ｃに示すように回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）１５がねじ１６にて固定されている。ＰＣＢ１５にはスピンドル・モータ８用の穴が隙間を持って開けられている。ＰＣＢ１５とＨＤＡ１３はＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）１７によって、電気的に接続されている。フレーム１２には、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように顧客筐体へ取り付けるためのねじ穴１８、１９が、側面に６箇所、底面に４箇所、設けられている。

ここで、弾性支持部材のおおよその寸法イメージが分るように、概略の振動計算を示す。ＨＤＡとしては３．５型のＨＤＤを取り上げる。直径５ｍｍ、高さ８ｍｍの円筒形状の弾性支持部材を８個使い、四隅にベースからの水平フィンの上下に、円筒の軸をディスクの面外方向に実装する。剛性は、ゴムの場合で、Hｓ５０と仮定する。
日本鉄道車両工業会発行「防振ゴム」によると、横弾性係数Ｇは、
G=（５３＋７．７７ｘHs）／（１００−Hs）ｋｇｆ／ｃｍ^２
の式で示されているので、Hs５０では、
G=（５３＋７．７７ｘ５０）／（１００−５０）=８．８３ｋｇｆ／ｃｍ^２
となる。
円筒の圧縮変形方向の剛性Kｃは、円筒１個では
Kｃ=（ALｘＩ／ｈ）ｘＧｋｇｆ／ｃｍ
となる。
ここで、
AL：円筒の円形断面積、
ｈ：円筒の軸方向の高さ
Ｉ：形状係数Ｉ =３＋４．９３５ｘＳ^２
Ｓ：Ｓ=ｄ／（４ｘｈ）
ｄ：円筒の直径
である。
よって、
AL=０．２５^２ｘπ=０．１９６３
S=０．５／（４ｘ０．８）=０．１５６３、Ｉ =３＋４．９３５ｘ０．１５６３^２=３．１２
Kｃ=（０．１９６３ｘ３．１２／０．８）ｘ８．８３=６．７６ｋｇｆ／ｃｍ =０．６７６ｋｇｆ／ｍｍ
となる。
また、円筒の剪断方向の剛性Ksは、円筒１個では
Ks=（ＡＬｘＪ／ｈ）ｘＧｋｇｆ／ｃｍ
となる。
ここで、
J：形状係数 J=１／（１＋０．４４４ｘ（ｈ／ｄ）^２）
である。
よって、
J=１／（１＋０．４４４ｘ（０．８／０．５）^２）=０．４６８
Ks=（０．１９６３ｘ０．４６８／０．８）ｘ８．８３=１．０１４ｋｇｆ／ｃｍ =０．１０１４ｋｇｆ／ｍｍ
となる。

例えば、３．５型ＨＤＤで、厚みが２５．４ｍｍ前後のＨＤＤの重量は約７５０ｇ、面内方向の回転慣性は約１３８０ｋｇ・ｍｍ^２、２５．４ｘ１０１．６ｍｍ前後の断面に垂直な面外方向の軸回りの回転慣性は約９６０ｋｇ・ｍｍ^２である。
よって、面内回転モードの回転ばね定数は、
Kθi =０．１０１４ｘ７５ｘ８=４５６０ｋｇｆ・ｍｍ
となる。
ここで、７５ｍｍはＨＤＤの面内回転中心から弾性支持部材までのスパンとする。
以上より、面内回転モードの固有振動数は
ｆθiｎ =１／（２ｘπ）ｘ√（４５６０／（１３８０／９８００））≒２９Hz
また、２５．４ｘ１０１．６ｍｍ前後の断面に垂直な面外方向の軸回りの回転ばね定数は、
Kθｏｕｔ =０．６７６ｘ４５ｘ８=１０９５０ｋｇｆ・ｍｍ
となる。
ここで、５０ｍｍはＨＤＡの面外方向の軸周りの回転中心から弾性支持部材までのスパンとする。
以上より、
面外回転モードの固有振動数は
ｆθｏｕｔ =１／（２ｘπ）ｘ√（１０９５０／（４８０／９８００））≒７５Hz
ＨＤＡのスラスト方向の固有振動数は
ｆｏｕｔ =１／（２ｘπ）ｘ√（０．６７６ｘ８／（０．７５／９８００））≒４２Hz
一方、ＨＤＡの自重によるたわみは、面内方向δｉｎと面外方向δｏｕｔは、
δｉｎ=０．７５／（０．１０１４ｘ８）≒０．９２ｍｍ
δｏｕｔ=０．７５／（０．６７６ｘ８）≒０．１３ｍｍ
となる。

これらの計算値は、Hs５０の場合で、ゴムの硬度としては低い方で、Φ５ｘ８ｍｍの寸法から考えると、面内回転モードが２０Hz程度に及ばないにも拘らず、すでに不安定なサイズとなっている。

ゴム硬度としては柔らかすぎて、防振ゴムとしてはあまり使われないが、Hs３０になると前述の式より、
ｆθiｎ≒２０Hz
ｆθｏｕｔ≒５１Hz
ｆｏｕｔ≒２９Hz
δｉｎ≒２．０ｍｍ
δｏｕｔ≒０．３ｍｍ
となり、面内回転モードの固有振動数が２０Hz程度となる。

ここで、表１に示す、Ｈs３０〜５０の場合の各支持モードの固有振動数と問題モードの振動数との比を見てみると、一番低周波数のフル・スパン・シーク時の加振成分１４０Hzの場合も、その次のコニカルの３７０Hzも支持系の周波数との比は５〜７倍で、同程度の比を確保していることが分る。正確には加振力の大きさも勘案しないといけないが、この程度の特性比較でも、HDAの面内回転モードを低周波数に持ってこないといけないことは理解できる。

このように、面内回転モードが３０Hz程度ならゴム材で、２０Hz程度ならゴムより柔らかいゲルのような材料で、低周波数の可能性が見出される。しかしながら、円筒形状のような一般の防振ゴムの形状にあるような構造では、細長く不安定で座屈やクリープなどの問題を解決する必要がある。

次に図１Ａ，図１Ｂ及び図４Ａ，図４Ｂを参照して弾性支持部材３１の構造を詳細に説明する。図１Ａはベース１０の隅部と弾性支持部材３１とフレーム１２の隅部の関係を示す図で、図１Ｂは弾性支持部材３１をベース１０側から見た図である。図４Ａはベース１０およびフレーム１２の隅部を上から見た図で、図４ＢのＢ−Ｂ断面図であり、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ断面図である。弾性支持部材３１は断面が台形状の柱状部分３８を有し、ベース１０の隅部に設けられたディスク面と平行な水平フィン３４が挿入される凹部３７の上下両面に振動特性の基本特性を支配する弾性支持部材３１の柱状部分３８が実装される。よって、HDDの剛体的な面内回転モードには、弾性支持部材３１の柱状部分３８の剪断剛性が関与し、スピンドルのスラスト・モード、コニカル・モード及び筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関係するHDDの面外及び面外回転モードは、弾性支持部材３１の柱状部分３８の圧縮剛性が関与することになる。

水平フィン３４の上下両面の弾性支持部材３１の柱状部分３８の基本寸法は、先程数値を上げて説明した寸法に似たものになるが、当然細長いので、不安定性をなくすためと、面内方向たわみδiｎが1〜２ｍｍになるので、クリープでHDDのベース１０がフレーム１２に剛性の高い部材同士の衝突をしないように、符号３２のようなジグザグ形状の部位や３３のような縦フィンの突起を設け、フレーム１２やベース１０に接触させておく。面外方向に関し、ジグザグ形状部分３２や縦フィン突起３３は、HDAの厚み方向の一部に設けられているのと圧縮変形より剛性の小さい剪断変形のため、剛性的にHDDの面外及び面外回転モードの振動数には大きく影響しない。また、より低い周波数であるべき面内回転モードに関しても、ジグザグ形状部分３２はより剛性の小さい曲げ変形、縦フィン突起３３も面内回転方向にはより剛性の小さい曲げ変形なので、面内回転モードの振動数には大きく影響せず、期待する振動特性は保持される。ただし、ジグザグ形状部分３２のばね特性は、たわむほど接触して来て、非線形な特性になるので、HDAの自重を支えきって、面内方向たわみδiｎが1〜２ｍｍになっても、急激にばね定数が大きくならないような設計が必要である。

以上の説明から分るように、特に面内方向のたわみδｉｎを確保するには、例えば、３．５型のフォーム・ファクタのＨＤＤには９５ｍｍの円板が実装可能であるが、９５ｍｍの円板ではこのような機構を採ることは困難なので、世の中に出ている円板サイズとしては８４ｍｍのような小さい円板サイズを採用する必要がある。８４ｍｍであれば、９５−８４＝１１ｍｍ、直径が短いので、片側５．５ｍｍの隙間を確保でき、面内方向たわみδｉｎが1〜２ｍｍも吸収可能となる。なお、ＨＤＡの側面と上下面のデッド・ストッパ３５と３６は、ジグザグ形状部分３２で持ち堪えられないＧ値以上の衝撃や強い振動が作用した時、ＨＤＡ１３とフレーム１２の剛性の高い部材同士の衝突を回避するためのデッド・ストップである。なお、上記実施例では弾性支持部材の断面を台形状としたが、これに限られることはなく、図２Ａ，図２Ｂに示すように四角形でも良い。

次に、図５Ａ，図５Ｂを参照して第２の変形例を説明する。図５Ａは図５ＢのH−H線断面図であり、図５Ｂは図５ＡのG−G線断面図である。弾性支持部材４１は、ベース１０の隅部にねじ４５で取り付けられるディスク面と平行な取付金具４４に設けられていて、取付金具４４の上下両面に振動特性の基本特性を支配する弾性支持部材４１の柱状部分４８が実装される。よって、ＨＤＤの剛体的な面内回転モードには、弾性支持部材４１の柱状部分４８の剪断剛性が関与し、スピンドルのスラスト・モードやコニカル・モード及び筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関係するＨＤＤの面外及び面外回転モードは、弾性支持部材４１の柱状部分４８の圧縮剛性が関与することになる。

取付金具４４の上下両面の弾性支持部材４１の柱状部分４８の基本寸法は、上記第１の実施例で説明した寸法に似たものになるが、当然細長いので、不安定性をなくすためと、面内方向たわみδiｎが1〜２ｍｍになるので、クリープでＨＤＤの剛性の高いベース１０が剛性の高いフレーム１２に衝突をしないように、４２のようなジグザグ形状の部位や４３のような縦フィンの突起を設け、フレーム１２やベース１０に接触させておく。面外方向に関し、ジグザグ形状部分４２や縦フィン突起４３は、ＨＤＡの厚み方向の一部に設けられているのと剪断変形のため、剛性的にＨＤＤの面外及び面外回転モードの振動数には大きく影響しない。また、より低い周波数であるべき面内回転モードに関しても、ジグザグ形状部分４２はより剛性の小さい曲げ変形、縦フィン突起４３も面内回転方向にはより剛性の小さい曲げ変形なので、面内回転モードの振動数には大きく影響せず、期待する振動特性は保持される。ただし、ジグザグ形状部分４２のばね特性は非線形な特性なるので、ＨＤＡの自重を支え切って、面内方向たわみδｏｕｔが1〜２ｍｍになっても、急激にばね定数が大きくならないような設計が必要である。

図６Ａ、図６Ｂを参照して第３の実施例を説明する。図６Ａは図６ＢのJ−J線断面図であり、図６Ｂは図６ＡのＩ−Ｉ線断面図である。弾性支持部材５１は、ベース１０の隅部からディスク面と平行な水平フィン５４が設けられていて、水平フィン５４の上下両面に振動特性の基本特性を支配する弾性支持部材５１の柱状部分５８が実装される。ここまでは、上記第１の実施例と同じであるが、弾性支持部材５１は第１の実施例よりも剛性が小さい材料を用いている。このことは、面内回転モードの周波数を下げられることを意味しているが、そのままでは同時にＨＤＡの自重による面外方向のたわみも増えることも意味している。まず、せっかく下げた面内回転モードの周波数をあまり上げずに、面外方向のたわみを減らす為に、本実施例では柱状部分５８の途中に水平板５７を設ける。剛性の小さい弾性支持部材５１の細長い柱状部分５８は、面外方向のＨＤＡの自重を支持すると、柱状部分５８の中央が膨れて面外方向のたわみが大きくなるが、水平板５７を設けることにより、細長さの程度が改善し柱状部分５８の中央が膨れ難くなり、面外方向のたわみが大きくならなくなる。その割りに、剪断方向の剛性はあまり大きくならないので、面内回転モードの周波数を下げる効果は期待できる。

したがって、ＨＤＤの剛体的な面内回転モードには、弾性支持部材５１の水平板５７で仕切られた柱状部分５８の剪断剛性が関与し、スピンドルのスラスト・モードやコニカル・モード及び筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関係するＨＤＤの面外及び面外回転モードは、弾性支持部材３１の水平板５７で仕切られた柱状部分５８の圧縮剛性が関与することになる。水平フィン５４の上下両面の弾性支持部材５１の柱状部分５８の基本寸法は、水平板５７も含め上記第１の実施例の寸法に似たものになるが、第１の実施例と比較すると、面内回転モードの周波数は下がり、面外及び面外回転モードの周波数は同程度な設計が可能となる。当然ながら、面外方向のたわみδｏｕｔは同程度であるが、面内方向たわみδｉｎは1〜２ｍｍよりは、周波数が下がるに伴い大きくなる。

弾性支持部材５１は、細長さからくる座屈などの不安定さを小さくする為、既に水平板５７を設けているが、更に、より剛性が落ちた弾性部材を用いているため、ジグザグ形状部分のかわりに５２のような凹み部５５の入った部位や５３のような縦フィンの突起を複数設け、フレーム１２やベース１０に接触させておく。縦フィン突起５３は面内回転方向には曲げ変形なので、数は増えているが面内回転モードの振動数には大きく影響しない。凹み部分５５は剛性の落ちた弾性部材のため、ＨＤＡの厚み方向の一部でなくとも、また、曲げ変形でなくとも、面内回転モードの振動数に大きく影響しなくなり、凹み部一箇所でも十分になり、座屈などの不安定さに注意した設計になる。ただし、凹み部分５５のばね特性は非線形な特性なるので、ＨＤＡの自重を支え切っても、期待するばね定数が大きくならないような設計が必要である。さらに、剛性の小さい弾性部材では、切れ込みや縦フィン突起は不要になり、弾性支持部材をフレームやベースで取囲むようになる。

図７Ａ、図７Ｂを参照して第４の実施例を説明する。図７Ａは図７ＢのD−D線断面図であり、図７Ｂは図７ＡのC−C線断面図である。オイル・ダンパ付き弾性支持部材６１は、ベース１０の隅部からディスク面と平行な水平フィン６４が設けられていて、水平フィン６４の上下両面に振動特性の基本特性を支配する弾性支持部材６１の柱状部分６８が実装される。したがって、ＨＤＤの剛体的な面内回転モードには、弾性支持部材６１の柱状部分６８の剪断剛性が関与し、スピンドルのスラスト・モードやコニカル・モード及び筐体スラスト連成モードや筐体スピンドル倒れ連成モードに関係するＨＤＤの面外及び面外回転モードは、弾性支持部材６１の柱状部分６８の圧縮剛性が関与することになる。水平フィン６４の上下両面の弾性支持部材６１の柱状部分６８の基本寸法は、上記第１の実施例の寸法に似たものになる。

本実施例の特徴は、弾性支持部材６１の柱状部分６８以外にオイル・ダンパ６７を設けている点にある。オイル・ダンパ６７は、オイル部６３とそれを封入している弾性材料からなる封入部６２からなっている。オイル・ダンパ６７の減衰は水平フィン６４が、外乱や自己シーク偶力により動き、オイルを攪拌することにより得られる。弾性支持部材６１の減衰性に比べ、大きな減衰特性が得られ、よりすぐれた振動特性が期待できる。封入部６２も薄厚の弾性材料で作られているので、また、封入部６２の周囲の一部は拘束を受けず膨らむ事が出来るようになっているので、フレーム１２やベース１０に接触させても、大きな剛性アップにはならない。周囲をフレーム１２やベース１０で囲まれている構造なので、柱状部分６８の材質として、上記第１及び第２の実施例より剛性の小さい弾性材料を使用したり、より細長い寸法でも実装可能である。つまり、低周波数支持に対して座屈やクリープなどの不安定さの少ない構造である。しかしながら、第１及び第２の実施例より低周波数支持を実現するには、自重による面内方向たわみδiｎが1〜２ｍｍ以上必要なのは上記第３の実施例と同じで、そのような柱状部分６８とオイル・ダンパ６７の形状を設計する必要がある。また、このオイル・ダンパ付き弾性支持部材６１は、上記第２の実施例のような取付金具タイプや第３の実施例のような水平板と組み合わせることが可能である。

図８Ａ、図８Ｂを参照して第５の実施例を説明する。図８Ａは図８ＢのＦ−Ｆ線断面図であり、図８Ｂは図８ＡのＥ−Ｅ線断面図である。上記第４の実施例と同じオイル・ダンパ付き弾性支持部材７１であるが、第４の実施例と異なる点はオイル部７３が縦の仕切り壁７９で二つの部屋に分かれ、仕切り壁７９にオリフィス８０を設けている点である。外乱や自己シーク偶力により水平フィン７４が動く際、オイルがオリフィス８０を通過する抵抗で更に減衰効果を得るものである。水平フィン７４の動きから、縦の仕切り壁７９の場合は、面内回転モードに減衰効果があり、面外及び面外回転モードには効果が薄い。面外及び面外回転モードに効かせる為には、水平の仕切り壁にすると良い。

図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃに、上記第１の実施例の変形例を示す。基本的には第１の実施例と同じであるが、ＰＣＢ１５のコネクタ１２０の種類が違う。第１の実施例では図３Ａに示したようにワイドＳＣＳＩと呼ばれるコネクタ２０で幅が広い。図９Ａは通常のＳＣＳＩのコネクタ１２０で少し幅が狭い。その他にファイバ・チャネルのコネクタがあるが、ＳＣＳＩよりも幅が狭い。したがって、ＳＣＳＩやファイバ・チャネルのコネクタ１２０の場合、弾性支持部材３１の実装スペースを容易に確保できることを示している。

次に、ＰＣＢ１５とＨＤＡ１３の電気的接続を行うＦＰＣ１７の実装構造について説明する。図１０は図３ＡのＦＰＣ１７そのものを示す例で、図３ＡのＫ−Ｋ線断面図である。ＨＤＡ１３の側面から、Ｕの字形状のＦＰＣ１７を介して、ＰＣＢ１５に電気的な接続がされている。その際、ＦＰＣ１７のＵの字形状の直線部２０１と２０２は、ＨＤＡ１３やフレーム１２に接触しないように隙間を確保している。勿論、Ｕの字形状の底の稜線２０３も他の部品と接触させない。特許文献１に記載されているような曲げ部が二箇所以上あるような形状では接触していても、二箇所の曲げ部の間がねじれ変形し、ＨＤＡ１３の面内回転モードの周波数に悪影響を及ぼさない。しかしながら、曲げ部が一箇所より増えた分ＦＰＣの実装スペースを確保する必要があるため、ＨＤＡ内の他の部品の実装スペースを圧迫する不利な点がある。その点、ＦＰＣ１７をＵの字形状とし、直線部２０１と２０２のＨＤＡ１３やフレーム１２との隙間を設けることにより、Ｕの字形状の底の稜線２０３が容易にねじれ変形することが出来るので、省実装スペースを実現しつつ低剛性でＨＤＡ１３を支持可能となる。もし、隙間がなければ稜線２０３がねじれ難くなり、面内回転モードの周波数がアップし振動特性の劣化や、衝撃や強い振動が作用した場合ＦＰＣ１７の損傷を招く。面外及び面外回転モードに関しては、ＦＰＣ１７は曲げ変形なので問題はない。

フレーム１２の材質及び構造は、ＨＤＡを低周波数で支持している為、材質としては板金のような金属材料だけでなく、プラスチックのような高分子材料や紙などのパルプ材料でも可能である。フレーム１２のねじ穴１８，１９は、インサート・モールドやかしめなどで設けることが出来る。高分子材料やパルプ材料は、材料自体が衝撃緩和の特性を有しているので、弾性支持部材の減衰性のある低周波数特性と、座屈防止用に弾性支持部材の一部に、曲げ部、突起部、凹み部などの剛性の小さい部位を設けて、弾性部材がベース又はフレームに接触する構造による耐衝撃特性にプラスされ、優れた耐衝撃特性を有するようになる。

フレーム構造の一つを図１０に示してある。フレーム１２は、厚み方向に２０４部と２０５部の２つに分かれた構造になっており、分割線が図１０に２０８として示されている。２０５部の穴２０６に、２０４部のつめ２０７が挿入されることにより勘合される。

図１１にＦＰＣの実装構造の他の例を示す。図１０と違って、ＨＤＡ１３の底面から、Ｕの字形状のＦＰＣ２５１を介して、ＰＣＢ１５に電気的な接続がされている。その際、ＦＰＣ２５１のＵの字形状の２６１部、２６２部、稜線２６３は、ＨＤＡ１３、ＰＣＢ１５、フレーム１２に接触しないように隙間を確保している。図１１では、面内回転モードに関しては、ＦＰＣ２５１はねじり変形で、面外及び面外回転モードに関しては、ＦＰＣ２５１は曲げ変形となっている。図１１にはフレーム構造の他の例を示してある。フレーム１２の２１５部と２１６部は勘合され、テープ２１７で止めてある。

図１２Ａ、図１２ＢにＦＰＣの実装構造のさらに他の例を示す。ＨＤＡ１３の上面から見た図が図１２Ａで、矢印ＭからＨＤＡ１３の側面を見た図を図１２Ｂに示している。但し、図１２ＢはＦＰＣ２５２が見えるように、フレーム１２は省略している。ＨＤＡ１３の側面から、Ｕの字形状のＦＰＣ２５２を介して、ＰＣＢ１５に電気的な接続がされている。但し、単純なＵの字ではなく、ＰＣＢ１５側のＦＰＣ２５２は直角に曲がってＰＣＢ１５に取り付けられている。その際、ＦＰＣ２５２のＵの字形状の２７１部、２７２部、稜線２７３は、ＨＤＡ１３やフレーム１２に接触しないように隙間を確保している。この実装方法では、面内回転モードに関しては、ＦＰＣ２５２は曲げ変形で、面外及び面外回転モードに関しては、ＦＰＣ２５２はねじれ変形となっている。

図１３にＦＰＣの実装構造のさらに他の例を示す。図１２Ａと違って、ＨＤＡ１３の底面から、Ｕの字形状のＦＰＣ２５３を介して、ＰＣＢ１５に電気的な接続がされている。その際、ＦＰＣ２５３のＵの字形状の２８１部、２８２部、稜線２８３は、ＨＤＡ１３やＰＣＢ１５に接触しないように隙間を確保している。この実装方法では、面内回転モードに関しては、ＦＰＣ２５３は曲げ変形で、面外及び面外回転モードに関しては、ＦＰＣ２５３はねじれ変形となっている。

以上の説明のとおり、本発明の実施例によれば、実装スペースの制約を最小限に止め、シーク動作で発生する偶力及び外乱によるＨＤＤの面内回転モード、外乱によるスピンドルのスラスト・モード及びコニカル・モード、筐体スラスト連成モード及びスピンドル倒れモード等の振動を低減して位置決め誤差を改善することにより、高記録密度の磁気ディスク装置を提供することができる。また、トラック移動は目標トラックからの乖離量がデータの読み書きが可能と判断できる所定の量以下に振動が低減したとき完了するが、振動の低減によりトラック移動時間が短縮でき、データアクセス性能が向上する。

本発明の第１の実施例によるＨＤＡの支持構造を示す図である。図１Ａの弾性支持部材を反対側から見た斜視図である。弾性支持部材の変形例を示す図である。図２Ａの弾性支持部材を反対側から見た斜視図である。本発明の第１の実施例によるＨＤＡの支持構造を採用した磁気ディスク装置の平面図である。図３Ａの磁気ディスク装置の側面図である。図３Ａの磁気ディスク装置の底面図である。図３Ａの磁気ディスク装置の隅部示す図で、図４ＢのＢ−Ｂ線断面図である。図４ＡのＡ−Ａ線断面図である。第２の実施例によるＨＤＡの支持構造を示す図であり、図５ＢのＧ−Ｇ線断面図である。図５ＡのＨ−Ｈ線断面図である。第３の実施例によるＨＤＡの支持構造を示す図であり、図６ＢのＩ−Ｉ線断面図である。図６ＡのＪ−Ｊ線断面図である。第４の実施例によるＨＤＡの支持構造を示す図であり、図７ＢのＣ−Ｃ線断面図である。図７ＡのＤ−Ｄ線断面図である。第５の実施例によるＨＤＡの支持構造を示す図であり、図８ＢのＥ−Ｅ線断面図である。図８ＡのＦ−Ｆ線断面図である。図３Ａの磁気ディスク装置の変形例を示す平面図である。図９Ａの磁気ディスク装置の側面図である。図９Ａの磁気ディスク装置の底面図である。ＦＰＣの実装構造を示す図で、図３ＡのＫ−Ｋ線断面図である。ＦＰＣの実装構造の他の例を示す図である。ＦＰＣの実装構造の他の例を示す図である。図１２ＡのＭ方向から見た図である。ＦＰＣの実装構造の他の例を示す図である。

符号の説明

１…アクチュエータ、２…サスペンション、３…スライダ、５…ＶＣＭ、６…軸受け部、７…磁気ディスク、８…スピンドル・モータ、９…スピンドル、１０…ベース、１２…フレーム、１３…ＨＤＡ、１４…隙間、１５…ＰＣＢ、１６，４５…ねじ、
１７，２５１，２５２，２５３…ＦＰＣ、１８，１９…ねじ穴、２０、１２０…コネクタ、３１、４１，５１，６１，７１…弾性支持部材、３２、４２…ジグザク形状部材、３３，４３…縦フィン突起、３４，５４，６４，７４…水平フィン、３５，３６…ストッパ、３７…凹部、３８，４８，５８，６８，７８…柱状部分、４４…取付金具、５２…凹み部分、５７…水平板、６２，７２…封入部、６３，７３…オイル部、６７，７７…オイル・ダンパ、８０…オリフィス。

Claims

磁気ディスクを搭載するスピンドルと、該スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドル・モータと、前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、該ベースに取り付けられ前記磁気ディスクに対する情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドを支持するアクチュエータと、前記ベースの周囲を覆うフレームと、該フレームと前記ベースの間に配置され前記ベースから突出する水平フィンが挿入される凹部を有する柱状の弾性支持部材とを有することを特徴とする磁気ディスク装置。
前記弾性支持部材は、前記ベースの四隅の少なくとも２箇所に配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記水平フィンは、前記弾性支持部材を前記ベースに取り付けるための金具であることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記弾性支持部材は、前記フレームに接触するジグザグ形状部分を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記凹部の上下の柱状の弾性支持部材の側面に前記ベースに接触する突起を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記弾性支持部材は、内部に水平板を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記弾性支持部材は、オイルと該オイルを封入する弾性材からなる封入部で構成されるオイル・ダンパを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記オイル・ダンパは、前記封入部を分割する仕切り壁を有し、該仕切り壁にオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置。
前記フレームはフォーム・ファクタの規格に入っていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
磁気ディスクを搭載するスピンドルと、該スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドル・モータと、前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、該ベースに取り付けられ前記磁気ディスクに対する情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドを支持するアクチュエータと、前記ベースの周囲を覆うフレームと、該フレームと前記ベースの間に配置され前記ベースから突出する水平フィンが挿入される凹部を有する柱状の弾性支持部材と、前記フレームに取り付けられ電子部品を実装する回路基板と、前記ベース上の部品と前記回路基板の電子部品を接続するＵ字形状を成し２つの直線部分の外側に隙間が設けられたＦＰＣとを有ことを特徴とする磁気ディスク装置。