JP2007328880A - 磁気ディスク装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内に低密度の気体を金属シールで封止する構造では、大きな軸力を金属シールに与えるためにベースのフランジ全周に多数のボルトを設置する必要がある。しかし、磁気ディスク装置の大きさはフォームファクタにより事実上規定されており、多数のボルトをフランジ部に設置するのは難しい。
【解決手段】金属シール４０はベース１２のフランジ１６上に設置される。カバー２０の外周部には、複数の貫通穴２２が形成されており、ベース１２の側壁１４にはこれに対応したネジ穴１８が形成され、カバー２０をベース１２にネジにより仮止めすることができるようになっている。カバー２０を仮止めした状態で、筐体内部にヘリウムを注入し検査を行う。検査で合格した場合あるいはリワーク後の検査で合格した場合は、仮止めのカバー２０の外周をベース１２の側壁１４にレーザ溶接により完全接合し、完全密封する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置に係り、特に、装置内部にヘリウムガスなどの低密度の気体を封入するのに好適な密封型磁気ディスク装置及びその製造方法に関するものである。

近年の磁気ディスク装置は、大容量・高記録密度さらには高速アクセスに対する要求から、ディスクを高速回転させ、ヘッドジンバルアセンブリを高速駆動させている。このため、少なからず、空気の乱れ（風乱）が生じ、ディスクやヘッドジンバルアセンブリに振動が発生する。この風乱振動は、高密度に記録されたディスク上のデータにヘッドを位置決めする際の大きな障害となる。風乱の発生はランダムであり、その大きさや周期を予測することは難しく、迅速かつ正確な位置決め制御が複雑・困難になるためである。また、風乱振動は騒音の要因ともなり装置の静粛性を損なう要因ともなる。

高速回転に伴う装置内の空気の作用で発生する問題としては、上記以外に消費電力の増加がある。ディスクを高速で回転させると、その近傍の空気も一緒に引きずられて回転する。一方ディスクから離れた空気は静止しているため、この間にせん断力が発生し、ディスク回転を止めようとする負荷となる。これは風損と呼ばれ、高速回転になればなるほど大きくなる。この風損に逆らって高速回転を行うには、モータは大きな出力を必要とし、大きな電力を必要とする。

ここで、前記風乱及び風損は装置内部の気体の密度に比例することに着目し、密封された磁気ディスク装置内において、空気の代わりに空気より低密度の気体を封入して風乱や風損を低減しようとするアイデアがあった。
低密度の気体としては、水素やヘリウムなどが考えられるが、実使用を考慮すると、効果が大きく、安定していて安全性の高いヘリウムが最適と考えられる。ヘリウムガスを密閉した磁気ディスク装置では、上記問題を解決し、迅速かつ正確な位置決め制御、省電力、良好な静粛性を実現できる。
しかし、ヘリウムは、その分子がきわめて小さく、拡散係数は大きいため、通常の磁気ディスク装置に用いられている筐体では、密閉性が低く、通常使用中に、ヘリウムが簡単に漏出してしまうという課題があった。

そこで、漏れやすいヘリウムなどの低密度の気体を密封可能にすべく、例えば、特許文献１に記載されているような密閉構造が提案されている。図６Ａは、特許文献１に記載された磁気ディスク装置の筐体構造を示す断面図である。筐体１００は、ベース１２０と、ベース１２０の側壁の上部にレーザ溶接されたカバー１１０とを有し、筐体内部１０２にはＨＤＤ構成要素１０１が収納されている。筐体内部１０２にヘリウムを密封すべく、ヘリウムガスの環境下でカバー１１０の取り付けが行われ、取り付けと同時に筐体内部１０２がヘリウムで満たされた密封型磁気ディスク装置となる。

ここで、筐体内のヘリウムが漏れる可能性が高い箇所として、ベース１２０の側壁の上部とカバー１１０の接合箇所１０５が挙げられる。この接合箇所１０５を完全に密封するために、ベース１２０の側壁の上部にカバー１１０をレーザ溶接している。

ベースとカバーは、その耐久性・信頼性やコストの観点から、アルミニウムダイキャストで成型したベース及びプレスあるいは切削により形成されたアルミニウムのカバー、あるいは、銅とマグネシウムの含有量が比較的少ないアルミニウム合金から冷鍛で形成したベース及びプレスあるいは切削により形成されたアルミニウムのカバーが選定される。

図６Ｂに、特許文献１に記載された磁気ディスク装置の他の密閉構造を示す拡大断面図を示す。この密閉構造は、二重カバー構造であり、内側カバー２４０と外側カバー１１０とを有する。ベース１２０のフランジ２２１と接する部分には、その全周に非密閉性のシール２４２が設けられている。外側カバー１１０をベース１２０の側壁に溶接することにより密閉構造としている。

米国特許出願公開第２００５／００６８６６６号明細書

アルミニウムを溶接する場合、ステンレスなどに比べて材料表面が反射率の高い酸化膜で覆われるため、レーザの吸収率が低く、レーザ溶接の最適条件の選定が難しい。
また、ベース材料として一般的に用いられているアルミニウムダイキャスト材は、その製法上の特性により材料内に水素などのガスを含有している。そして、レーザ溶接時には、レーザの高熱でこのガスが急激に膨張することにより、溶融金属が吹き飛ばされてピットと呼ばれる穴や欠陥が発生し、溶接後も材料内にとどまる。このようなピットが連なり、装置内外に通じるルート（リークルート）が形成されると、空気よりも非常に小さな分子であるヘリウムは容易に漏洩してしまう。

また、磁気ディスク装置の製作過程においては、組立工程と検査工程がある。組立工程では、ベースにＨＤＤ構成要素を搭載し、カバーを取り付け、動作可能な状態とする。検査工程では、組立工程を経た装置を動作させ、仕様・性能レベルをクリアできていない不良部品がないか検査する。不良部品が発見された場合、その装置を組立工程に戻し、一度取り付けたカバーを外し、その不良部品のみを交換する修復作業（リワーク）を行っている。しかしながら、上述のような一枚カバーをレーザ溶接等した状態では、再度カバーを外すことは実質不可能となる。このため、一つの不良部品があるだけで装置全体を廃棄することになり、歩留まりが大きく低下する。

また、上述のような二重カバー構造では、ベース側壁の段差となっているフランジに内側カバーを落とし込み、ヘリウムを仮密封した上で、仮止めすることにより、リワークを含む検査を行うことができる。そして、検査工程を経た後、レーザ溶接等によって外側カバーの完全接合を行う。

しかしながら、二重カバー構造の場合は、部品点数が増えるのでコストアップになるとともに作業工数が増える、あるいは、二重カバーとする分だけ、装置厚みが増し、小型化には支障を来すなどの問題がある。
そこで、本発明の目的は、装置内部にヘリウムガスなどの低密度の気体を封止するためのカバーとベースの接合をしやすく、かつ、ヘリウムの漏洩を防止する磁気ディスク装置を提供することにある。
さらには、１枚カバーの磁気ディスク装置としつつも、リワークを含む検査工程を可能とする磁気ディスク装置を提供することにある。

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、外周に側壁を有し、側壁の内周側に段差によるフランジが形成され、側壁の上部の複数箇所にネジ穴が形成されたベースと、ベースに実装されたヘッドディスクアセンブリと、前記フランジの全周に配置され、側壁の段差の高さよりも高い高さを有する金属シールと、前記ベースの側壁のネジ穴に対応する箇所にネジによる仮止め用の複数の穴を有し、前記金属シールを前記側壁の段差の高さまで弾性変形させた状態で、側壁の上部に溶接されたカバーと、前記ベースとカバーで構成される筐体内に注入された空気より低密度の気体と、を有することを特徴とする。
前記側壁の段差の高さは、前記金属シールの弾性変形前の高さの約６０から７０％の高さであることが望ましい。
前記金属シールは、ステンレスあるいはアルミニウムであることが望ましい。
前記低密度の気体はヘリウムであることが望ましい。

上記目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置の製造方法においては、
外周に側壁を有し、側壁の内周側に段差によるフランジが形成され、側壁の上部の複数箇所にネジ穴が形成されたベースに、ヘッドディスクアセンブリを実装するステップと、前記フランジの全周に側壁の段差の高さよりも高い高さを有する金属シールを配置するステップと、前記ベースの側壁のネジ穴に対応する箇所に複数の穴を有するカバーを、この穴を介して前記ベースにネジにより仮止めするステップと、前記ベースに前記カバーを仮止めした状態の筐体内に空気より低密度の気体を注入するステップと、前記ヘッドディスクアセンブリを動作させて検査するステップと、前記検査で合格した場合、前記カバーを前記ベースに押し付けて、前記金属シールを前記側壁の段差の高さまで弾性変形させるステップと、前記金属シールを弾性変形させた状態で前記カバーの外周を前記ベースの側壁に溶接するステップと、を含むことを特徴とする。

前記検査するステップは、前記検査で不合格の場合は、前記仮止めしたカバーを取り外して、前記ヘッドディスクアセンブリの構成要素のうち不合格の原因となった構成要素を交換するステップと、前記不合格の原因となった構成要素を交換した後、前記カバーを再度仮止めするステップと、前記ベースに前記カバーを再度仮止めした状態の筐体内に空気より低密度の気体を再度注入するステップと、前記ヘッドディスクアセンブリを動作させて再検査するステップと、をさらに含む。

本発明によれば、装置内部にヘリウムガスなどの低密度の気体を封止するためのカバーとベースの接合をしやすく、かつ、ヘリウムの漏洩を防止することができる。さらには、１枚カバー構造の磁気ディスク装置としつつも、リワークを含む検査工程を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に沿って説明する。
図１は実施例による磁気ディスク装置のカバーを外した状態の斜視図である。磁気ディスク装置１０は、周囲に側壁１４を有するベース１２と、カバー２０とを有し、ベース１２の側壁１４の上部にカバー２０が固定されて筐体を構成している。筐体の中には記録再生部を構成する以下の各要素が収容される。ベース１２の底部にスピンドルモータ３０が固定され、スピンドルモータ３０には情報記録再生媒体としての磁気ディスク３２が取り付けられ、スピンドルモータ３０により回転駆動される。ベース１２にはまた、ボイスコイルモータを含むアクチュエータアセンブリ３４が設けられ、アクチュエータアセンブリ３４に取り付けられたヘッドジンバルアセンブリ３６を回転駆動する。ヘッドジンバルアセンブリ３６の先端部には、磁気ディスク３２との間で情報の記録、再生を行うための磁気ヘッド３８が、磁気ディスク３２との間で空気軸受面（ＡＢＳ）を有するスライダを介して設けられる。そして、ヘッドジンバルアセンブリ３６が磁気ディスク３２の半径方向に回転駆動されて、磁気ヘッド３８が磁気ディスク３２のトラック上に位置決めされ、記録再生が行われる。さらに、ＦＰＣアセンブリ４０が設けられ、磁気ヘッド３８や上記各モータと、これらを駆動制御するための筐体外の回路基板とを接続する。該接続により、磁気ヘッド３８が記録再生する情報や、各モータを駆動するための電力を伝送する。上述した筐体内のスピンドルモータ３０、磁気ディスク３２、アクチュエータアセンブリ３４及びヘッドジンバルアセンブリ３６で構成される構成体をヘッドディスクアセンブリ（以下、ＨＤＡという）という。

カバー２０は、ＨＤＡが搭載されたベース１２の開口部を完全に覆うように、ベース１２の側壁１４の上部に溶接される。これだけでは、特許文献１で示された１枚カバーの構造であり、溶接上あるいは検査工程上の問題が生じる。
そこで、本発明では、ＨＤＡを搭載したベースの側壁上及びカバーにネジ穴を設け、ベースの側壁内側に金属シールを設置し、ネジ穴で仮止めして、検査を行い、検査で合格した装置について、ベースの側壁とカバーを溶接接合するようにする。

まず、ネジ穴で仮止めをするための構造及び検査工程について説明する。
図１において、ベース１２の側壁１４の上部には複数箇所にネジ穴１８が形成され、カバー２０にも、これに対応する箇所にネジによる仮止め用の複数の穴２２が形成される。そして、ＨＤＡを搭載したベース１２の側壁内側に金属シール４０を設置した後、カバー２０をベース１２にネジにより仮止めする。図１では、１例として、ネジ穴１８及び穴２２は、ベース外周及び対応するカバー外周における４隅及び長手方向の中央部２箇所に設けられている。

そして、カバー２０をベース１２に仮止めした状態で、筐体内部に低密度の気体を注入し検査を行う。低密度の気体は、ヘリウム、水素等が好適であるが、特にヘリウムであることが望ましい。仮止めした状態での密閉性については後述する。

検査工程では、カバー２０をベース１２にネジにより仮止めした状態で装置を動作させ、仕様・性能レベルをクリアできていない不良部品（ＨＤＡの構成要素）がないか検査する。
検査工程で合格した場合は、仮止めしたカバー２０の外周をベース１２の側壁１４の上部にレーザ溶接により完全接合し、完全密封する。

検査工程において不良部品が発見された場合（不合格の場合）は、装置を組立工程に戻し、ネジの取り外しにより仮止めしたカバー２０を外し、その不良部品のみを交換する修復作業（リワーク）を行い、再度、カバー２０をネジにより仮止めし、ヘリウムを筐体内に注入し、検査を行う。再検査で合格した後、上記カバー２０をベース１２の側壁１４の上部にレーザ溶接により完全接合し、完全密封する。

このようにして、カバーとベースをネジにより仮止めし、ヘリウム等を仮密封した状態で、リワークを含む検査を行い、検査後は、カバーとベースをレーザ溶接により完全接合する。
このため、１枚カバーにより、リワークを含む検査を行うことができる。また、従来のような二重カバーとする必要がなく、部品点数、作業工数を削減し、装置を厚くすることなく、小型化に寄与できる。

次に、金属シールを設置して行うベースとカバーの仮止め及び溶接接合について説明する。図１において、本発明の金属シール４０は、ステンレスあるいはアルミニウム等で作られその断面形状は管状あるいはＣ字状となっており、軸方向に大きな力で変形させると元に戻ろうとする弾性力を有する。

ここで、図２には、金属シール４０をベース１２の側壁１４の内側全周に段差（凹み）によって設けられたフランジ１６に設置し、ベース１２とカバー２０を仮止めした箇所の断面図を示す。
また、図５には、金属シール４０をベース１２の側壁１４の内側全周に段差（凹み）によって設けられたフランジ１６に設置し、ベース１２とカバー２０を溶接接合した箇所の断面図を示す。

図２、図５ともに、弾性力を有する金属シール４０を弾性変形させて、金属シール４０をフランジ面１６及びカバー面２０に隙間なく密着させて、ヘリウムの漏洩を防ぐことができる。
ここで、ヘリウムの漏洩を防ぐ、すなわち、金属シールの密閉性を十分に発揮させるには、金属シールを十分に弾性変形させる必要がある。

図２の検査時の仮止めでは、上述のように少数のネジしか使っておらず、金属シール４０の弾性変形の割合が小さく、金属シール４０の密閉性は十分に発揮されないが、数日の装置検査に必要な密閉性は保たれるようにする。
これに対して、図５の検査後の溶接接合では、その後の長期間の装置使用に必要な密閉性を保つ必要があり、金属シール４０の密閉性を十分に発揮させるために、金属シール４０の弾性変形の割合を十分に高める必要がある。
この場合の弾性変形の割合は、金属シール４０の直径の３０％から４０％が望ましい。
これにあわせて、側壁１４の段差の高さが調整され、金属シール４０の弾性変形前の高さの６０％から７０％の高さに調整される。
このように、金属シール４０を十分に弾性変形させた状態で、カバー２０とベース１２をレーザ溶接により接合する。
なお、この場合のレーザ溶接は、金属シールの弾性変形を維持するだけの十分な軸力を金属シールに与え続けるような接合力を持つ必要がある。

このように本発明では、所定の接合力を持つ接合として、レーザ溶接による接合を用いているが、他に、多数のネジあるいはボルトによる接合を用いることも考えられる。
しかしながら、フォームファクタにより事実上規定された磁気ディスク装置の大きさ、あるいは、記憶容量から決定されるディスク径の大きさを考慮すると、金属シールへ必要な軸力を与えるだけの多数のネジあるいはボルトを設置するスペースをとるのは難しい。
従って、多数のネジあるいはボルトによる接合よりも、レーザ溶接による接合が必要となる。

最後に、レーザ溶接を行って図５のような接合状態とするまでの本発明に係る磁気ディスク装置の製造方法について図１乃至図５により説明する。
図１を用いて説明したように、筐体内部にＨＤＡを実装し、金属シール４０を設置し、カバー２０をベース１２の側壁１４にネジにより仮止めし、ヘリウム等を仮密封した装置を検査する。そして検査で合格した磁気ディスク装置１０をプレス機に設置する。図２は、プレス機（図示せず）に設置される磁気ディスク装置における、ベース１２とカバー２０を仮止めした箇所の断面図である。既に説明したように、仮止めされた状態では、金属シール４０にも十分な軸力が与えられておらず、カバー２０とベース１２の側壁１４の上部も接していない。次に図３に示すように、プレス機の押し付け冶具５０によりカバー２０に圧力５１を加え、カバー２０がベース１２の側壁１４の上部に接するまで金属シール４０を押しつぶしていく。これにより金属シール４０は所定量弾性変形し、フランジ１６およびカバー２０と完全に密着し高い密閉性が得られる。次に図４に示すように、プレス機の押し付け冶具５０によりカバー２０に圧力５１を加えた状態を維持しながら、レーザ溶接機５４からのレーザビーム５６によりカバー２０とベース１２の側壁１４の上部とを溶接する。そして、溶接が終了した後、装置をプレス機から取り外し、図５のようになる。このようにして、本発明では、ベースの側壁の内側に金属シールを設置し、金属シールには、十分な変形を与え、ベースとカバーに十分に密着させるようにし、この状態を維持するように、ベースとカバーをレーザ溶接により接合する。

このため、本発明は以下のような効果を伴う。
ベースの側壁の内側にある金属シールがベースとカバーに十分密着した状態で、レーザ溶接を行うため、溶接時には、溶接に伴って発生するガスや塵埃が筐体内部に侵入するのを防ぐ。
さらに、内側に設置された金属シールにより、ヘリウムの漏洩を防止しているため、溶接箇所では、ピットによるリークルートの発生を気にする必要はない。ただし、溶接箇所では、金属シールへ十分な軸力を与えている必要がある。
すなわち、溶接には従来例のように密閉性は要求されない。溶接箇所は、金属シールへ十分な軸力を与えればよいのであり、前述したような溶接にともなうピットが発生しても強度的に影響がない限り問題になることはない。
さらに、金属シールに必要な軸力を与えてさえいれば、ベースの側壁上全周にわたって溶接をしなくてもよい。あるいは、金属シールに必要な軸力を与えるだけの必要最小限の溶接範囲で溶接を行えば良い。
そして、レーザ溶接によれば、多数のネジあるいはボルトを設置するスペースを必要とすることはなく、フォームファクタの筐体内に従来と同様な大きさのディスクを収容することができる。

こうして完成した装置によれば、ヘリウムが完全密封されているため、迅速かつ正確な位置決め制御、省電力、良好な静粛性を実現することができる。省電力を考慮しない場合は、より高速なディスクの回転あるいはヘッドジンバルアセンブリの駆動を実現でき、装置性能の向上を図ることができる。
また、筐体が完全密封されているため、気圧変動、湿度変動のＨＤＡへの影響を除去することができ、ＨＤＡ内のモータオイルなどの酸化劣化を防止することができる。

本発明の実施例による磁気ディスク装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例による磁気ディスク装置の製造方法における密閉工程を示す図である。 本発明の実施例による磁気ディスク装置の製造方法における密閉工程を示す図である。 本発明の実施例による磁気ディスク装置の製造方法における密閉工程を示す図である。 本発明の実施例による磁気ディスク装置の製造方法における密閉工程を示す図である。 従来の磁気ディスク装置の筐体シール構造を示す断面図である。 従来の磁気ディスク装置の筐体シール構造の他の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０…磁気ディスク装置、１２…ベース、１４…側壁、１６…フランジ、１８…ネジ穴、２０…カバー、２２…貫通穴、３０…スピンドル、３２…磁気ディスク、３４…アクチュエータアセンブリ、３６…ヘッドジンバルアセンブリ、３８…磁気ヘッド、４０…金属シール、５０…押し付け治具、５２…圧力、５４…レーザ溶接機、５６…レーザビーム、５８…溶接部。

Claims (11)

1. 外周に側壁を有し、該側壁の内周側に段差によるフランジが形成され、当該側壁の上部の複数箇所にネジ穴が形成されたベースと、
   該ベースに実装されたヘッドディスクアセンブリと、
   前記フランジの全周に配置された、前記側壁の段差の高さよりも高い高さを有する金属シールと、
   前記ベースの側壁のネジ穴に対応する箇所にネジによる仮止め用の複数の穴を有し、前記金属シールを前記側壁の段差の高さまで弾性変形させた状態で、該側壁の上部に溶接されたカバーと、
   前記ベースとカバーで構成される筐体内に注入された空気より低密度の気体と、
   を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記側壁の段差の高さは、前記金属シールの弾性変形前の高さの約６０から７０％の高さ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。
3. 前記ネジ穴及び穴は、ベース外周及び対応するカバー外周における４隅及び長手方向の中央部２箇所に形成され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。
4. 前記金属シールは、ステンレスあるいはアルミニウム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。
5. 前記低密度の気体はヘリウム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。
6. 前記ヘッドディスクアセンブリは、スピンドルモータと、該スピンドルモータに取り付けられた磁気ディスクと、該磁気ディスクに対して磁気情報の記録あるいは再生を行う磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを前記磁気ディスクの半径方向に回転駆動するためのアクチュエータアセンブリとを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
7. 外周に側壁を有し、該側壁の内周側に段差によるフランジが形成され、当該側壁の上部の複数箇所にネジ穴が形成されたベースに、ヘッドディスクアセンブリを実装するステップと、
   前記フランジの全周に前記側壁の段差の高さよりも高い高さを有する金属シールを配置するステップと、
   前記ベースの側壁のネジ穴に対応する箇所に複数の穴を有するカバーを、該穴を介して前記ベースにネジにより仮止めするステップと、
   前記ベースに前記カバーを仮止めした状態の筐体内に空気より低密度の気体を注入するステップと、
   前記ヘッドディスクアセンブリを動作させて検査するステップと、
   前記検査で合格した場合、前記カバーを前記ベースに押し付けて、前記金属シールを前記側壁の段差の高さまで弾性変形させるステップと、
   前記金属シールを弾性変形させた状態で前記カバーの外周を前記ベースの側壁に溶接するステップと、
   を含むことを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
8. 前記検査するステップは、
   前記検査で不合格の場合、前記仮止めしたカバーを取り外して、前記ヘッドディスクアセンブリの構成要素のうち不合格の原因となった構成要素を交換するステップと、
   前記不合格の原因となった構成要素を交換した後、前記カバーを再度仮止めするステップと、
   前記ベースに前記カバーを再度仮止めした状態の筐体内に空気より低密度の気体を再度注入するステップと、
   前記ヘッドディスクアセンブリを動作させて再検査するステップと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置の製造方法。
9. 前記側壁の段差の高さは、前記金属シールの弾性変形前の高さの約６０から７０％の高さに設定さ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の製造方法。
10. 前記金属シールは、ステンレスあるいはアルミニウムであることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置の製造方法。
11. 前記低密度の気体はヘリウムであることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置の製造方法。
    

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