JP2008135163A - 非対称の動力学的特性を有するジンバル - Google Patents

Abstract

【課題】跳ね返り振動を減衰する。
【解決手段】ハードディスクドライブ内のサスペンションにおいて、ジンバルの２つの個片が異なる剛性分布又は慣性分布を有し得る、非対称の動力学的特性を伴うジンバルとする。例えばジンバルは３０１においてジンバルの一側面上に付加されたエポキシ液滴を有する。２つの個片の間の構造的差異、又は異なる剛性をもつ材料は、異なる剛性分布又は慣性分布をひき起こす可能性がある。サスペンションが振動すると、異なる剛性及び／又は慣性分布がサスペンションのロードビームとジンバルとの間の摩擦を増大させ、サスペンションの減衰を増大させる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明はハードディスクドライブに関する。より特定的には、本発明はハードディスクドライブ内のジンバルの動力学的特性を改善することに関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）においては、ディスク上の情報の読取り及び書込みは、サスペンション上に組み立てられたスライダ上のトランスジューサによって達成される。サスペンション自体は、ロードビーム、ジンバル、回路トレース、ヒンジ及びベースプレートを含めた一定数の構成要素を有し得る。サスペンションはトランスジューサを機械的に支持し、トランスジューサとプリアンプとを電気的に接続する。

図１Ａは、スピンドルモータにより中央駆動ハブ１２０の心軸の周りを回転させられ得る少なくとも１つのディスク１１０を含む標準的ＨＤＤ１００を例示している。読取り／書込みトランスジューサ又はヘッド１３０が、図１Ｂ内により詳細に示されている通り、スライダ及びジンバルを介してサスペンションのロードビーム１４０に取り付けられている。ロードビーム１４０はアクチュエータ１６０のアクチュエータアーム１５０により支持されている。動作中、ディスク１１０は高速で回転し、ディスク表面全体にわたりヘッド１３０を浮動させる空気ベアリングを作り出す。アクチュエータ１６０は、ヘッドが標的トラックに位置づけされるまで、ディスク上のトラックを横断してヘッドを移動させる。

図１Ｂは、アクチュエータアーム１５０をより詳細に例示している。図示される通り、読取り／書込みヘッド１３０はスライダ１４２上に組み立てられている。スライダ１４２は、ジンバル１４３を通してロードビーム１４０に連結される。ヘッド１３０は、読取り又は書込み動作を行うことができるように、ディスク１１０上に形成されたデータトラック全体にわたり近接した相対的位置に保持される。ジンバル１４３の可撓性のため、スライダ１４２は、ディスク１１０上を浮動しながら可撓性をもち続けることができる。

ディスク１１０の高速回転は、空気流を生成し、これがスライダ１４２の空気ベアリング表面（ＡＢＳ）と連動してスライダがディスク１１０より上を飛行できるようにする。スライダ１４２は、ディスクと接触することなく可能なかぎりディスク１１０の表面近くを飛行しなくてはならない。ディスクとスライダの間の間隔どりは、「飛行高度」として知られており、一部のＨＤＤでは約１０ｎｍであり得る。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄは既知のジンバルをより詳細に例示している。図示されている通り、ジンバル１４３は３層、すなわちステンレス鋼層２１０、重合体層２２０及び重合体層上の銅回路トレース２３０を有する。ジンバル１４３はロードビーム１４０に取り付けられている。図２Ｃに示されているように、ディンプル２４０がロードビームの裏から突出しジンバルのステンレス鋼層２１０上の屈曲舌状部と接触する。ディンプル２４０の中心は、図２Ａに示されているＸＹＺ座標の中心にある。スライダ１４２はエポキシ層５０を介してジンバル１４３に取り付けられる。

スライダとディスクとの間に小さな空隙を伴ってスライダ１４２を安定した形で高い信頼性で飛行させるために、サスペンション設計は、なかでも静的ピッチ及びロール姿勢（ＰＳＡ／ＰＳＡ）を含めた静的ジンバル姿勢、ジンバルピッチ及びロール剛性（Ｋｐ、Ｋｒ）、垂直剛性（Ｋｚ）といったような数多くの必要条件を含んでいる。これらの必要条件は主として静力学及び幾何学に基づいている。もう１つの重要な必要条件は、サスペンションがスライダ空気ベアリングに対し全く又はほとんど動力学的効果をもたないということにある。

動力学的効果は、ヘッドディスク接触の結果であり得る。動力学的効果のもう１つの原因としては高い海抜での動作が考えられ、この場合、スライダ下の空気がより少なくなるため空気は薄く、飛行高度はより低くなる。これらの状況下では、サスペンション及びスライダが両方とも動作を始める可能性があり、動力学的効果をひき起こす。

サスペンションの動力学的性能が、一部の状況では重要である。例えば、それはハードディスクドライブ内でのスライダの離陸海抜（ｔａｋｅ−ｏｆｆ Ａｌｔｉｔｕｄｅ）と呼ぶことのできるものに影響を与える重要な要因である。例えば、認定試験に合格するためには、ＨＤＤが３０４８メートル（１００００フィート）を超えない場所にある場合（これはすなわちＨＤＤの離陸海抜が３０４８メートル（１００００フィート）であることを意味することになる）にディスク上のデータにアクセスするようスライダがディスク上を正常に飛行できなくてはならない。さらに高い海抜では、スライダはより低い飛行高度及び／又はより低いピッチ角で飛行する。スライダが衝撃又は粒子により阻害された場合、それはディスクと接触し振動する。離陸海抜より低い高度では、スライダの振動は減衰することになり、スライダは落ちつき、正常運転を再開する。離陸海抜より高い高度では、スライダは、跳ね返り振動を保つことになり、離陸を妨げる可能性がありＨＤＤの故障をひき起し得る。

跳ね返り振動（ヘッドがディスク表面を打撃した結果発生するもの）は、自励振動である。充分な減衰が振動を弱める。スライダがディスクから得るエネルギーが減衰に起因するエネルギー損失よりも大きい場合、振動は充分に減衰せず、ドライブは故障することになる。高い減衰は、持続的振動を妨げることができる。サスペンションの減衰は主として材料、ジンバルとロードビームとの間の摩擦そしてディンプルと屈曲舌状部との間の摩擦に由来する。

摩擦の量は、ジンバル及びサスペンションのモード形により左右される。現行のサスペンションジンバルは、対称な動力学的特性を有する。図２Ｂに示されたジンバルの銅トレースは対称でないと思われるものの、ジンバルのモード形は図２Ｄに示されているようにジンバルの軸を中心として対称であり、ジンバルの動力学的特性は対称である。これは、ジンバルの主たる構造、すなわち図２Ｂ内に示されたジンバルのステンレス鋼層が対称であるからである。対称なサスペンション及びジンバルは、より少量の摩擦しか有さない傾向にあり、かくしてより低い減衰を提供する傾向をもつことになる。このような構造では、振動が発生した場合に、比較的低い海抜においてさえそれが減衰しない確率が高い。図２Ａに示されたジンバルを伴うハードディスクドライブは、５４ＫＨｚで持続的振動を有し、これがスライダを、認定試験が要求する３０４８メートル（１００００フィート）よりも低い２８９６メートル（９５００フィート）で離陸させる。

従って、改善した動力学的特性をもつジンバル、サスペンション及びハードディスクドライブを入手することが望まれる。

図３Ａは、本発明の一実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その１）である。図３Ａのジンバルは、３０１においてジンバルの一側面上に付加されたエポキシ液滴を有するという点で、図２Ａのジンバルと異なっている。こうして、下側にあるジンバルの部品はより強いものとなる。ジンバルの２つの個片の剛性分布及び／又は慣性分布が異なることから、２つの個片の動力学的特性は非対称になる。

付加的な材料としてその他の材料も使用できるということを理解すべきである。さらに追加材料を、接着剤又はエポキシによるものを含めた数多くの既知の方法でジンバルに固定することが可能である。

図３Ｂは、もはやジンバルの軸を中心にして対称でない、高周波数範囲（２０〜２００ＫＨｚ）内で振動する図３Ａのジンバルのモード形を例示している。非対称モード形は、ディンプル２４０においてロードビーム１４０とジンバル１４３との間により大きな相対的動作をひき起こし、かくしてサスペンションの減衰を増大させる。同様に、多くのモードについて、ロードビーム１４０とジンバル１４３との間の摩擦及びジンバルのステンレス鋼層の屈曲舌状部とディンプル２４０との間の摩擦は、より高いものとなる。特にディンプル２４０における摩擦は、スライダ上に強い干渉力が存在する場合、数多くのモードについてより多くのエネルギーを消費することになる。高い減衰は、持続的振動の確率を下げ、サスペンションの離陸海抜を上昇させる。図３Ａに示されているジンバルをもつサスペンションの離陸海抜は約４２６７メートル（約１４０００フィート）であり、図２Ａに示されているジンバルを伴うサスペンションの２８９６メートル（９５００フィート）の離陸海抜よりも著しく高い。

図３Ｃは、低周波数範囲（０〜２０ＫＨｚ）内で振動する図３Ａのジンバルのモード形を例示している。低周波数範囲内の対称な動力学的特性はサスペンションのサーボ性能にとって重要である。図示されているように、図３Ａの非対称性ジンバルは、低周波数範囲内でほぼ完璧な対称の動力学的特性を有し、かくしてサーボにマイナスの影響を及ぼさない。これは、本発明の非対称の動力学的特性をもつジンバルのもう１つの利点である。本発明のジンバルは、全体的に対称に見え、従って、低周波数範囲（０〜２０ＫＨｚ）内でほぼ対称な動力学的特性を有する。同時に、ジンバルは局所的に非対称に見え、従って高周波数範囲（２０〜２００ＫＨｚ）内で非対称の動力学的特性を有する。

ジンバルの動力学的特性を非対称にする方法は数多く存在する。図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄは、本発明のさらなる実施例に従った非対称の動力学的特性をもつジンバルを例示する図である。これらのジンバルにおいては、ステンレス鋼層の２つの個片は非対称である。斜線部域４０１，４０３及び４０４で示されている通り、ジンバルの上半分（上側の個片）では付加的なステンレス鋼が使用されている。ところが、例えば斜線部域４０２で示されている通り、ステンレス鋼部分は異なる場所にあってもよい。

特定的に言うと、図４Ａでは、ジンバルの重合体層の上に付加的なステンレス鋼が具備されている。ステンレス鋼層のレイアウトでは付加的なステンレス鋼を設計することができると思われる。代替的には、ステンレス鋼のレイアウトが対称である場合、付加的なステンレス鋼材料を重合体層の上に膠付けすることができると思われる。

図４Ａ、４Ｃ及び４Ｄにおいては、付加的なステンレス鋼４０１、４０３及び４０４のためジンバルは非対称になっている。付加的なステンレス鋼４０１、４０３及び４０４をステンレス鋼層のレイアウト内に設計するか又は後で付加することができると思われる。これとは対照的に、図４Ｂでは、ジンバルの上半分（上側の個片）及び下半分（下側の個片）は、ステンレス鋼層のレイアウト内で設計されたステンレス鋼４０２の場所のために異なる形状を有している。例えば異なる幅をもつジンバル脚部を提供することといったようなその他のタイプのレイアウト設計の差異も存在し得るということを理解すべきである。ステンレス鋼層の非対称設計のため、ジンバルの上半分（上側の個片）及び下半分（下側の個片）は異なる剛性分布又は慣性分布、そしてその結果として非対称の動力学的特性を有することになる。

ジンバルの上半分（上側の個片）及び下半分（下側の個片）に異なる剛性分布ひいては非対称の動力学的特性をもたせる方法は他にもあるということを理解すべきである。例えば、異なるそれぞれの剛性を有する材料を用いて、上半分（上側の個片）及び下半分（下側の個片）を作ることができると思われる。

本発明は、上述の利用分野を基準にして記述されてきたが、実施例のこの記述は制限的意味で解釈されるよう意図されたものではない。本発明の全ての態様は、様々な原則及び変数により左右される本書に記述された特定の描写、形態又は寸法に制限されていないということを理解されたい。本開示を参照すれば当業者には、開示された装置の形及び細部のさまざまな修正ならびに本発明のその他の変形例が明らかになることだろう。従って、添付のクレームは、本発明の真の精神及び範囲に入るような記述された実施例の修正例又は変形例を全て網羅するものと考えられている。

当業分野における標準的なハードディスクドライブを例示する図である。 図１Ａに示されたアクチュエータアームを例示する図である。 公知のジンバルを例示する図（その１）である。 公知のジンバルを例示する図（その２）である。 公知のジンバルを例示する図（その３）である。 公知のジンバルを例示する図（その４）である。 本発明の一実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その１）である。 本発明の一実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その２）である。 本発明の一実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その３）である。 本発明のさらなる実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その１）である。 本発明のさらなる実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その２）である。 本発明のさらなる実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その３）である。 本発明のさらなる実施例による非対称の動力学的特性を有するジンバルを例示する図（その４）である。

Claims (27)

1. ロードビームにスライダを取り付けるためのジンバルであって、
   ステンレス鋼層と、
   前記ステンレス鋼層上に設けられた重合体層と、
   前記重合体層上の銅回路トレースと、
   を備え、
   前記ジンバルが、非対称の動力学的特性を有するように間に構造的差異を有する第１の個片及び第２の個片を有することを特徴とするジンバル。
2. 前記第１の個片及び前記第２の個片それぞれの上のステンレス鋼のレイアウトが異なるものである請求項１に記載のジンバル。
3. 前記第１の個片又は前記第２の個片のいずれかの上に付加的材料を備える請求項１に記載のジンバル。
4. 前記付加的材料がエポキシを含む請求項３に記載のジンバル。
5. 前記付加的材料がステンレス鋼を含む請求項３に記載のジンバル。
6. 前記ステンレス鋼がステンレス鋼層の一部である請求項５に記載のジンバル。
7. 前記ステンレス鋼がステンレス鋼層に取り付けられている請求項５に記載のジンバル。
8. 前記ステンレス鋼が重合体層に取り付けられている請求項５に記載のジンバル。
9. ２つの半分が異なる慣性分布を有する請求項５に記載のジンバル。
10. ステンレス鋼層と、
    前記ステンレス鋼層上に設けられた重合体層と、
    前記重合体層上の銅回路トレースと、
    を備え、
    非対称の動力学的特性を有するように異なる剛性分布をそれぞれ有する第１の個片及び第２の個片を備えることを特徴とするジンバル。
11. スライダと、
    前記スライダ上に組み立てられたトランスジューサと、
    前記スライダをロードビームに取り付ける請求項１に記載のジンバルと、
    を備えることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
12. ロードビームと、
    請求項１に記載のジンバルと、
    を備えることを特徴とするサスペンション。
13. 中央駆動ハブの心棒を中心としてスピンドルモータにより回転可能である少なくとも１つのディスクと、
    少なくとも１つのアクチュエータアームを含むアクチュエータと、
    前記少なくとも１つのアクチュエータアームに取り付けられたロードビームと、
    請求項１に記載のジンバルにより前記ロードビームに取り付けられたスライダと、
    前記スライダ上に組み立てられたトランスジューサと、
    を備えることを特徴とするハードディスクドライブ。
14. 請求項１３に記載のハードディスクドライブを備えることを特徴とする電子デバイス。
15. ジンバルを製造する方法であって、
    ステンレス鋼層の上に重合体層を設けるステップと、
    重合体層の上に回路トレースを配置するステップと、
    ジンバルが非対称の動力学的特性を有するようにジンバルの第１の個片及び第２の個片の間に異なる剛性分布を提供するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
16. 前記提供するステップは、前記ジンバルの前記第１の個片及び前記第２の個片に異なるそれぞれの構造を与えるステップを備える請求項１５に記載の方法。
17. 前記提供するステップは、前記第１の個片及び前記第２の個片の上にステンレス鋼の異なるそれぞれのレイアウトを提供するステップをさらに備える請求項１６に記載の方法。
18. 前記提供するステップは、ジンバルの第１の半分に付加的材料を取り付けるステップをさらに備える請求項１６に記載の方法。
19. 前記付加的材料がエポキシを含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記付加的材料がステンレス鋼を含む請求項１８に記載の方法。
21. 前記ステンレス鋼がステンレス鋼層に取り付けられている請求項２０に記載の方法。
22. 前記ステンレス鋼が重合体層に取り付けられている請求項２０に記載の方法。
23. 前記付加的材料が接着により取り付けられている請求項１８に記載の方法。
24. 前記提供するステップは、前記ジンバルの前記第１の個片及び前記第２の個片の中で異なるそれぞれの材料を使用するステップを備える請求項１５に記載の方法。
25. 請求項１５に記載の方法を備えるヘッドジンバルアセンブリの製造方法。
26. 請求項１５に記載の方法を備えるサスペンションの製造方法。
27. 請求項１５に記載の方法を備えるハードディスクドライブの製造方法。

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