JP2007192735A

JP2007192735A - ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置

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Publication number: JP2007192735A
Application number: JP2006012654A
Authority: JP
Inventors: Masao Hanya; 正夫半谷; Toshiki Ando; 利樹安藤; Tatsuhiko Nishida; 辰彦西田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN101004357B; US20070169556A1; US7549340B2; CN101004357A; JP4847140B2

Abstract

【課題】測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度を広げ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定を確実に行わせることを可能とする。
【解決手段】シェーカ３の振動速度を検出する第１のレーザー・ドップラー振動計９と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７のヘッド部２７の振動速度を検出する第２のレーザー・ドップラー振動計１１と、第１のレーザー・ドップラー振動計９から照射されるレーザー光を直交方向に反射させるミラー３５とを設け、検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性を求めることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ「Hard Disk Drive」）に取り付けられるヘッド・ジンバル・アッセンブリの動作持の共振特性を測定するヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置に関する。

近年、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ（ヘッド・サスペンションにスライダを取り付けた状態）は、ハード・ディスクのトラックからトラックへの移動及びトラック・フォローイングのために、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ「Voice Coil Motor」）によりかなり高い周波数まで加振される。従って、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振特性を把握し、その特性を適正化する必要がある。

このため、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振特性を単品レベルで簡便に測定するための測定装置が必要となる。

かかる共振特性の測定に関し、従来よりレーザードップラー振動計を用いた測定装置が存在する。この従来の測定装置では、ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動を、レーザードップラー振動計により測定するが、加振部側の振動を、加振部に取り付けられる図１４のようなフィクスチャ（Fixture）１０１に加速度センサ１０３を取り付けて測定していた。このため、フィクスチャ１０１の大きさ、形状、材質が制限されることとなっていた。

一方、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数は、装置の小型化などのために次第に高周波数化している。このため、加速度センサ１０３を用いた場合のように、フィクスチャ１０１を含めた測定装置側の共振周波数の設定に制約を受けると、高周波数化するヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数と測定装置側の共振周波数とが重なることもあり、測定困難となる恐れがある。

特開２００４−１０１１８６号公報

解決しようとする問題点は、測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度が狭く、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定が困難となり易い点である。

本発明は、測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度を広げ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定を確実に行わせるため、加振部の振動を検出する第１のレーザー・ドップラー振動計と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動を検出する第２のレーザー・ドップラー振動計と、第１，第２のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、検出した振動によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求めることを最も主要な特徴とする。

本発明のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置は、加振部の振動速度を検出する第１のレーザー・ドップラー振動計と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第２のレーザー・ドップラー振動計と、第１，第２のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求めるため、加振部側の振動を検出するために加速度センサを取り付けたフィクスチャを配置する必要がなく、測定装置側の大きさ、形状、材質等の選択の自由度が広がり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数が高くなっても測定装置側の共振周波数の重なりを抑制することが容易となり、共振周波数が高くなったヘッド・ジンバル・アッセンブリでも、その振動特性を確実に測定することができる。

測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度を広げ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定を確実に行わせるという目的を、一対のレーザー・ドップラー振動計を用いることで実現した。

［振動特性測定装置］
図１は、本発明実施例１を適用したヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置を示すブロック図である。

図１のように、振動特性測定装置１は、振動入力を行う加振部としてシェ−カ３を備え、シェーカ３に取付具５を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリ７が取り付けられ、第１，第２のレーザー・ドップラー振動計９，１１を備えてヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性を測定する構成となっている。

シェーカ３は、シェーカ増幅器１３に接続され、ＦＦＴアナライザ１５からシェーカ加振の信号を受けることでヘッド・ジンバル・アッセンブリ７を取り付けた取付具５を加振する。取付具５の詳細は後述する。

ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７は、ディスク１７上に配置され、ディスク１７は、モータ１９により回転可能となっている。モータ１９は、ステージ２１に取り付けられ、パーソナル・コンピュータ２３により駆動回路２５を介して回転制御される。

ステージ２１は、パーソナル・コンピュータ２３の制御により上下位置が調整可能となっており、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７のヘッド部２７のＺハイトを変更可能となっている。ステージ２１には、Ｚハイトを直接測定する変位計２９が取り付けられている。

第１のレーザー・ドップラー振動計９は、加振部の取付具５の振動速度を検出してＦＦＴアナライザ１５へ入力するもので、プローブ３１及びドップラ振動計３３から成っている。プローブ３１のレーザ光照射方向は、取付具５に対し直交し、プローブ３１及び取付具５間に、反射部であるミラー３５が配置され、プローブ３１のレーザー光を直交方向に反射させ取付具５に照射する構成となっている。

なお、第２のレーザー・ドップラー振動計１１は、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７のヘッド部２７のスライダの振動速度を検出し、ＦＦＴアナライザ１５にするもので、プローブ３７及びドップラ振動計３９から成っている。プローブ３７は、スライダ側面にレーザー光を照射し、その照射位置は、パーソナル・コンピュータ２３によりコントロールされるＣＣＤカメラ４１により撮像され、画像データがパーソナル・コンピュータ２３に入力されるようになっている。

第２のレーザー・ドップラー振動計１１は、第１のレーザー・ドップラー振動計９に代えてスライダに対し直交配置し、ミラーによりレーザー光を反射させてスライダに照射する構成、或いは第１，第２のレーザー・ドップラー振動計９，１１の何れも本来の照射方向に対して直交配置し、ミラーにより反射させて目的の位置にレーザー光を照射する構成にすることもできる。
ＦＦＴアナライザ１５は、パーソナル・コンピュータ２３によりコントロールされ、ドップラ振動計３３からの入力測定値及びドップラ振動計３９からの出力測定値を入力し、時間領域のアナログデータを周波数領域のデジタルデータに変換して伝達関数を算出する。この伝達関数は、パーソナル・コンピュータ２３に保管される。また、ＦＦＴアナライザ１５は、シェーカ３側に加振信号を出力する。

従って、第１のレーザー・ドップラー振動計９及び第２のレーザー・ドップラー振動計１１を用いて振動を測定することにより、加振部であるシェーカ３に対するヘッド部２７のスライダの利得、位相差をＦＦＴアナライザ１５により数値データとして算出することができ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の共振特性を測定することができる。

［取付具］
図２は、取付具の分解斜視図、図３は、同組み付け状態の斜視図である。

図２，図３のように、取付具５は、取付基部４３及びマウント・ブロック４５を備えている。

取付基部４３は、例えばステンレス（ＳＵＳ）により矩形ブロック状に形成された本体４４を備え、本体４４の一側面に第１の雄ねじ部４７を備えている。第１の雄ねじ部４７の基部４９側は、雄ねじが形成されず、軸状となっている。第１の雄ねじ部４７の両側には、位置決め用の位置決めピン５１が突設されている。取付基部４３の他側面には、シェーカ３へ固定するための第２の雄ねじ部５３が形成されている。

マウント・ブロック４５は、例えばステンレス（ＳＵＳ）により矩形ブロック状に形成され、第１，第２の貫通孔５５，５７が形成されている。第１の貫通孔５５は、第１の雄ねじ部４７を貫通させるものであり、第２の貫通孔５７は、位置決め穴を構成し、マウント・ブロック４５の一側において位置決めピン５１を嵌合させ、取付基部４３に対するマウント・ブロック４５の相対位置を位置決める。

そして、第２の雄ねじ部５３をシェーカ３側の雌ねじ部に螺合させて取付基部４３をシェーカ３に固定する。この取付基部４３に対してヘッド・ジンバル・アッセンブリ７を支持させたマウント・ブロック４５を取り付ける。

マウント・ブロック４５の取り付けは、第１の貫通孔５５に取付基部４３の第１の雄ねじ部４７を貫通させるように結合し、第１の貫通孔５５を貫通した第１の雄ねじ部４７にナット５９が締結されて前記結合が固定される。

この結合固定により、位置決めピン５１が第２の貫通孔５７に嵌入し、取付基部４３に対するマウント・ブロック４５の相対位置が位置決められる。

［共振周波数］
図４は、取付具の共振周周波数の計算値を示す図表、図５は、（ａ）が、周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。（ａ）（ｂ）共に横軸は周波数、（ａ）の縦軸は利得、（ｂ）の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ７は、全長が１１mmであり、測定時のＺハイト（ＺＨ）は０．７１１mmとした。図５（ａ）の欄外に計算値の共振周波数を比較として示した。

図４において、本実施例の取付具５は、ニュー・フィクスチャ（New Fixture）として示した。取付具５の計算値による質量は、１４．２６ｇであった。共振周波数は、１次モード（Mode1）〜４次モード（Mode4）までの計算値を示した。計算値は、有限要素法により算出した。共振周波数は、各モード１０．１７kHz，１９．３３kHz，３４．３４kHz，５１．４４kHzとなった。

図５の測定値において、位相が反転する共振点では、１次，２次モードの計算値約１０．２kHz，１９．３kHzに対し実測値は１２．７kHz，１９．３kHzであった。

これら取付具５の共振周波数は、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の１次曲げモード（Sus.T1）の共振周波数９kHzよりも高く、揺れモード（Sus.Sway）の共振周波数からも外れたものとなっている。また、シェーカ３の共振周波数も３２〜３３kHzと高いものとしている。

従って、本実施例の取付具５を用いて、計算値１次モードの共振周波数で約１０．２kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。

［実施例１の効果］
本発明実施例１のヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性測定装置は、シェーカ３の振動速度を検出する第１のレーザー・ドップラー振動計９と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７のヘッド部２７の振動速度を検出する第２のレーザー・ドップラー振動計１１と、第１，第２のレーザー・ドップラー振動計９，１１の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させるミラー３５とを設け、検出した振動によりヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性を求めるため、シェーカ３側の振動を検出するために加速度センサを取り付けたフィクスチャを配置する必要がなく、測定装置側の大きさ、形状、材質等の選択の自由度が広がり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の共振周波数が高くなっても測定装置側の共振周波数の重なりを抑制することが容易となり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性を確実に測定することができる。

前記取付具５は、前記シェーカ３に固定され第１の雄ねじ部４７が突出された矩形ブロック状の取付基部４３と、該取付基部４３に前記第１の雄ねじ部４７を貫通させるように結合され前記貫通した第１の雄ねじ部４７にナット５９が締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７を支持するマウント・ブロック４５とよりなるため、取付具５の共振周波数を確実に高めることができる。

前記取付基部４３は、矩形ブロック状に形成されたため、製造、取り扱いが容易である。

図６は、本発明の実施例２に係る取付具を示す組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にＡを付して説明する。

図６のように、本実施例の取付具５Ａは、取付基部４３Ａの本体４４Ａを断面円形の円柱ブロック状に形成したものである。

本実施例の各モードでの共振周波数は、図４に示した。本実施例の取付具５Ａは、ハイ・モード１（High Mode-1）として示した。

図４のように、計算値による質量は、実施例１よりも若干重く、１５．６９ｇであった。共振周波数は、各モード１１．１２kHz，１９．６７kHz，３７．６６kHz，５３．９６kHzとなった。

この結果から明らかなように、本体４４Ａの断面を円形にすることで、共振周波数を高めることができた。

従って、本実施例の取付具５Ａを用いて、計算値１次モードの共振周波数で約１１．１kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。

図７，図８は、本発明実施例３に係る取付具に係り、図７は、取付具の分解斜視図、図８は、同組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にＢを付して説明する。

図７，図８のように、本発明実施例３の取付具５Ｂは、取付基部４３Ｂの本体４４Ｂに、雌ねじ部６１が設けられ、締結具として例えばステンレス（ＳＵＳ）ボルト６３を用いたものである。雌ねじ部６１に第１の貫通孔５５を合わせるようにマウント・ブロック４５が取付基部４３Ｂに結合され前記第１の貫通孔５５を貫通したボルト６３が前記雌ねじ部６１に締結されて前記結合が固定されて図８の組み付け状態となる。

本実施例の各モードでの共振周波数は、図４に示した。本実施例の取付具５Ｂは、ハイ・モード２（High Mode-２）として示した。

図４のように、計算値による質量は、実施例１よりも若干重く、１５．５９ｇであった。共振周波数は、各モード２０．４２kHz，２５．５６kHz，４５．２７kHz，６８．８４kHzとなった。

図９は、（ａ）が、取付具に関する共振周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフ、（ｃ）が、ヘッド・ジンバル・アッセンブリに関する共振周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｄ）が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。（ａ）〜（ｄ）共に横軸は周波数、（ａ）（ｃ）の縦軸は利得、（ｂ）（ｄ）の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ７は、全長が１１mmであり、測定時のＺハイト（ＺＨ）は０．４０６mm，０．５５９mm，０．７１１mmの３種とした。

図９の測定値において、取付具５Ｂの１次モードの実測値共振周波数１８．６kHzは、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の揺れモード（Sus.Sway）の共振周波数よりも高い。

この結果から明らかなように、ボルト６３を用いた取付具５Ｂとすることで、共振周波数をより高めることができた。

従って、本実施例の取付具５Ｂを用いて、計算値１次モードの共振周波数で約２０．４Hz（実測値１８．６kHz）までの測定を無理なく行わせることができる。

図１０は、本発明実施例４に係る取付具に係り、取付具の組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例３と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号のＢをＣに代えて説明する。

図１０のように、本実施例の取付具５Ｃは、マウント・ブロック４５Ｃの断面形状を、ほぼ正方形断面として実施例３よりも取付具５Ｃの全長を短く形成したものである。

本実施例の取付具５Ｃは、実施例３の取付具５Ｂに比較してより軽量化を図り、剛性を高めることができる。

図１１は、（ａ）が、周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。（ａ）（ｂ）共に横軸は周波数、（ａ）の縦軸は利得、（ｂ）の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ７は、実施例１の場合と同様のものを用い、測定時のＺハイト（ＺＨ）は例えば、０．７１１mmとした。

図１１の測定値において、位相が反転する共振点では、１次モードの実測値は２３．７kHzであった。

従って、本実施例の取付具５Ｃを用いて、実測値１次モードの共振周波数で約２３．７kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。

図１２は、取付具の各部の材質と質量との関係を示す図表、図１３は、取付具の各部の材質と質量及び各モードでの共振周波数を示す図表である。

本実施例では、例えば、実施例３の形状の取付具において、各部の材質を変更して軽量化を図り、共振周波数を高めた。

前記取付具５Ｂの取付基部４３Ｂ（フィクスチャ「Fixture」）、マウント・ブロック４５（Mount Block）、ボルト６３（Bolt)の材質を、選択的にステンレス（SUS）、軽合金のマグネシウム合金（Mg合金）、軽金属のジュラルミンとした場合、各部の質量を図１２に示した。

図１３において、モデルM03は、前記取付基部４３Ｂ（フィクスチャ「Fixture」）の材質をSUS、マウント・ブロック４５（Mount Block）の材質をMg合金、ボルト６３（Bolt)の材質をMg合金とした場合であり、取付具５Ｂの計算質量１０．２０ｇで１次モードの共振周波数が２５．７９kHzとなり、満足する高い共振周波数が得られた。

モデルM05は、取付基部４３Ｂ（フィクスチャ「Fixture」）の材質をSUS、マウント・ブロック４５（Mount Block）の材質SUS、ボルト６３（Bolt)の材質をMg合金とした場合であり、取付具５Ｂの計算質量１３．８７ｇで１次モードの共振周波数が２３．８４kHzとなり、この場合も満足する高い共振周波数が得られた。

従って、取付具５Ｂにおいて、少なくともボルト６３の材質を軽金属又は軽合金により形成することで、満足する高い共振周波数が得られヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性の測定を高い周波数まで無理なく行わせることができる。

但し、その他のモデルM01,M02,M04,M06,A04においても図１３のように各部の材質を選択することで、約１４．９８kHz以上の高い共振周波数を得ることができ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ７の振動特性の測定を高い周波数まで無理なく行わせることができる。

なお、実施例１，２，４においても、各部の材質を選択して軽量化を図り、取付具の高い共振周波数を得ることもできる。

ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置を示すブロック図である（実施例１）。取付具の分解斜視図である（実施例１）。同組み付け状態の斜視図である（実施例１）。取付具の共振周周波数の計算値を示す図表である（実施例１）。（ａ）が、周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである（実施例１）。取付具を示す組み付け状態の斜視図である（実施例２）。取付具の分解斜視図である（実施例３）。取付具の組み付け状態の斜視図である（実施例３）。（ａ）が、取付具に関する共振周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフ、（ｃ）が、ヘッド・ジンバル・アッセンブリに関する共振周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｄ）が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである（実施例３）。取付具の組み付け状態の斜視図である（実施例４）。（ａ）が、周波数と利得（Gain）との関係の測定値を示すグラフ、（ｂ）が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである（実施例４）。取付具の各部の材質と質量との関係を示す図表である（実施例５）。取付具の各部の材質と質量及び各モードでの共振周波数を示す図表である（実施例５）。フィクスチャの斜視図である（従来例）。

符号の説明

１振動特性測定装置
３シェーカ（加振部）
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ取付具
７ヘッド・ジンバル・アッセンブリ
９第１のレーザー・ドップラー振動計
１１第２のレーザー・ドップラー振動計
２７ヘッド部
３５ミラー
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ取付基部
４５，４５Ｃマウント・ブロック
４７第１の雄ねじ部（雄ねじ部）
６１雌ねじ部
６３ボルト

Claims

振動入力を行う加振部に取付具を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリを取り付け、該ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を測定するヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記加振部の振動速度を検出する第１のレーザー・ドップラー振動計と、
前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第２のレーザー・ドップラー振動計と、
前記第１，第２のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、
前記検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求める
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項１記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記取付具は、前記加振部に固定され雄ねじ部が突出されたブロック状の取付基部と、前記雄ねじ部を貫通させるようにして前記取付基部に結合され前記貫通した雄ねじ部にナットが締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなる
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項１記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記取付具は、前記加振部に固定され雌ねじ部が形成されたブロック状の取付基部と、前記雌ねじ部に貫通孔を合わせるように前記取付基部に結合され前記貫通孔を貫通したボルトが前記雌ねじ部に締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなる
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項２又は３記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記取付基部は、矩形ブロック状又は円柱ブロック状に形成された
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項２又は３記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記マウント・ブロックの断面形状を、矩形断面として取付具の全長を短く形成した
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項２記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記取付基部又はマウント・ブロックの少なくとも一方が、軽金属又は軽合金により形成された
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
請求項３記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
前記取付基部、マウント・ブロック、ボルトの何れかが、軽金属又は軽合金により形成された
ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。