JP2016126819A - 鉄酸化されたハードディスクドライブの筐体カバー - Google Patents

鉄酸化されたハードディスクドライブの筐体カバー Download PDF

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Abstract

【課題】鉄酸化されたハードディスクドライブの筐体カバーを提供する。
【解決手段】鉄酸化されたハードディスクドライブ(HDD)のカバーは、ステンレス鋼のカバーを焼成することにより、鉄のカバー面を酸化させることで製作された、未酸化の又は純粋な金属鉄を実質的に含まない内面を有する。カバーが鉄酸化されているため、高価なニッケルめっき工程は過去のものとなる可能性があり、一方で「Fe染み」の問題は大幅に軽減され得る。そのような鉄酸化されたカバーは、密閉されたHDDにおける内部カバーとしての使用にとりわけ有益であるが、しかしそれに限定されない。
【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、一般的にハードディスクドライブに関し、とりわけ鉄汚染の防止又は低減用の鉄酸化カバーに関し得る。
ハードディスクドライブ(HDD)は、保護筐体内に格納され磁気面を有する1枚以上の円板上に、デジタルコード化したデータを保存する不揮発性の記憶装置である。HDDの動作時には、各々の磁気記録ディスクはスピンドル(心棒)システムにより高速回転する。データは、アクチュエータによりディスクの特定箇所の上方に位置する読み書きヘッドを用いて、磁気記録ディスクから読み取られ、そこに書き込まれる。読み書きヘッドは、磁気記録ディスクの表面からデータを読み取り、そこにデータを書き込むために磁場を用いる。書込みヘッドは磁場を生じるコイルを通って流れる電気を利用する。電気パルスは、正電流及び負電流の様々なパターンで、書込みヘッドに送られる。書込みヘッドのコイル内の電流は、ヘッドと磁気ディスク間の隙間を渡って磁場を誘導し、同様に記録媒体上の小領域を磁化する。
幾つかのHDDは、HDDの筐体を形成するために、基部と併せてステンレス鋼のカバーを採用する。鋼は主として若干の炭素を有する鉄から成る。従って、ステンレス鋼は一定量のクロムを有する鉄、すなわち鋼から成る合金鋼である。ステンレス鋼は、普通鋼に比べて容易に腐食せず酸化しない(すなわち錆びない)ため、しばしばHDDカバー用には妥当な選択である。しかしながら、ステンレス鋼は耐食又は防錆ではなく、それ故にHDD技術において「Fe染み」又は「鉄染み」と称される現象がある。Fe染みに伴って、鉄の汚染物はカバーから、例えばスライダー及び/又はディスクに移動し、今度は劣った書込み動作を生じ得る。劣った書込み動作は、或る程度HDDの故障と考えられ、それはこのドライブの信頼性に対して直接的な影響を有する。従って、HDDにおいては阻害するFe染みと関連している問題が存在する。
この節に記述されている如何なるアプローチも、追跡可能なアプローチではあるが、しかし必ずしも以前に着想された、又は追跡されたアプローチではない。従って別段の指示がない限り、先行技術がこの節に含まれているという単なる理由だけで、この節に記述されている如何なるアプローチも、当該の先行技術として限定するように見なされるべきではない。
本発明の実施形態は、ハードディスクドライブがそれを含む、鉄酸化されたハードディスクドライブ(HDD)のカバーと、そのようなカバーを製作するための関連する方法とに関する。本実施形態による鉄酸化されたHDDカバーは、未酸化の又は「純粋な」金属鉄を実質的に含まない内面を含む。本実施形態によれば、鉄酸化されたカバーはステンレス鋼のカバーを焼成することによって製作され、それにより鉄のカバー表面を酸化させる。例えば、そして1つの実施形態によれば、カバーの表面の酸化鉄濃度は少なくとも酸化クロム濃度の約10倍であり得る。その結果、カバーが鉄酸化されているため、比較的高価なニッケルめっき工程は過去のものとなる可能性があり、一方でFe染みの問題は大幅に軽減され得る。更に、そのような鉄酸化されたカバーは、密封されたHDDにおける内側カバーとしての使用にとりわけ有益であるが、しかしそれに限定されない。
発明の概要の節において議論されている実施形態は、ここで議論されているものの実施形態の全てを示唆、記述、又は教示することを意味しない。従って、本発明の実施形態は、この節において議論されているものに対して追加の、又は異なる特徴を含み得る。更に、請求項において明確に指定されていない、この節で述べられている制限、要素、特性、特徴、利点、属性、又は同様のものは、決していずれの請求範囲も限定しない。
実施形態は、添付図面の図中に限定のためでなく例として示され、そこで同様の参照番号は類似の要素を指す。
1つの実施形態による、ハードディスクドライブを示す平面図である。 1つの実施形態による、ハードディスクドライブのカバーを製作する方法を示す図である。 1つの実施形態による、密封されたハードディスクドライブを示す分解立体図である。
鉄汚染を抑止するための、鉄酸化されたハードディスクドライブのカバーへのアプローチが記述される。以下の記述において、説明のために、ここに記述される発明の実施形態の徹底的な理解を提供する目的で、多くの具体的な詳細が説明されている。しかしながら、ここに記述される発明の実施形態は、これらの具体的な詳細が無くても実施され得ることは明らかであろう。その他の事例において、ここに記述される発明の実施形態を不必要に分かりにくくする事を避けるため、周知の構造及び装置がブロック図の形態で示されている。
例示となる動作環境の物理的記述
複数の実施形態は、ハードディスクドライブ(HDD)記憶装置用の筐体カバーに用いられ得るが、それに限定されない。従って、1つの実施形態に従って、例示的な動作環境を示すために、HDD100を表わす平面図が図1に示されている。
図1は、磁気読取り/記録ヘッド110aを含むスライダー110bを包含する、HDD100の構成要素の機能的配置を示す。スライダー110b及びヘッド110aは、まとめてヘッドスライダーと称され得る。HDD100は、ヘッドスライダーを含む少なくとも1つのヘッドジンバル組立品(HGA)110、一般的に屈曲部を介してヘッドスライダーに取り付けられたリード線懸架部110c、及びリード線懸架部110cに取り付けられたロードビーム(荷重負担梁)110dを包含する。HDD100はまた、スピンドル124に回転可能に取付けられた、少なくとも1つの磁気記録媒体120、及び媒体120を回転させるためのスピンドル124に取り付けられた駆動モーター(図示なし)を含む。ヘッド110aは、HDD100の媒体120に記憶された情報をそれぞれ読み書きするための、書込み要素及び読取り要素を含む。媒体120又は複数のディスク媒体は、ディスククランプ128を用いてスピンドル124に取付けられ得る。
HDD100は更に、HGA110に取り付けられたアーム132、キャリッジ134、このキャリッジ134に取り付けられた音声コイル140を含む電機子136を包含する音声コイルモーター(VCM)、及び音声コイルマグネット(図示なし)を含む固定子144を包含する。VCMの電機子136は、キャリッジ134に取り付けられ、間に介在するピボット軸受組立品152を用いてピボット軸148に取付けられている媒体120の部分にアクセスするために、アーム132及びHGA110を動かすように構成される。HDDが複数のディスクを有する場合、キャリッジ134は櫛の外観を与えるアームの連結型配列を運ぶように配置されているため、「Eブロック」又は櫛と称される。
ヘッドスライダーがそれに連結されている屈曲部を含むヘッドジンバル組立品(例えばHGA110)と、アクチュエータアーム(例えばアーム132)及び/又は、屈曲部がそれに連結されているロードビームと、そしてアクチュエータアームがそれに連結されているアクチュエータ(例えばVCM)とを含む組立品は、まとめてヘッドスタック組立品(HSA)と呼ばれ得る。しかしながら、HSAは記述されているものよりも多いか少ない構成要素を含み得る。例えば、HSAは電気的相互接続部品を更に含む組立品に言及し得る。一般的に、HSAは読み書き動作用の媒体120の部分にアクセスするため、ヘッドスライダーを動かすように構成された組立品である。
更に図1に関連して、ヘッド110aへの書込み信号及び、そこからの読取り信号を含む電気信号(例えば、VCMの音声コイル140への電流)は、フレキシブルな相互接続ケーブル156(「フレックスケーブル」)により供給される。フレックスケーブル156とヘッド110a間の相互接続は、読取り信号用の機上プリアンプと、その他の読取りチャンネル及び書込みチャンネルの電子構成部品とを持ち得る、アーム−電子(AE)モジュール160によって用意され得る。示されているように、AE160はキャリッジ134に取付けられ得る。フレックスケーブル156は電気コネクターブロック164に連結され、それはHDDハウジング168により用意されている電気的貫通接続を通じて電気通信を提供する。基部とも称されるHDDハウジング168は、HDDカバーと共にHDD100の情報記憶部品のための、密封された保護筐体を提供する。
ディスクコントローラ及び、デジタル信号プロセッサ(DSP)を含むサーボ電子装置を包含する、その他の電子部品は、駆動モーター、VCMの音声コイル140、及びHGA110のヘッド110aに電気信号を供給する。駆動モーターに供給される電気信号は、トルクをスピンドル124に供給して駆動モーターの回転を可能にし、トルクは同様にスピンドル124に取り付けられた媒体120に伝達される。その結果、媒体120は方向172に回転する。情報が記録された薄い磁気記録層と接触することなく、スライダー110bが媒体120の表面より上に浮くように、スライダー110bの空気軸受面(ABS)がその上に乗る空気軸受の働きをする空気のクッションを、回転する媒体120は作り出す。
VCMの音声コイル140に供給される電気信号は、その上に情報が記録されたトラック176にHGA110のヘッド110aがアクセス出来るようにする。従って、VCMの電機子136は円弧180を通って振れ、それはHGA110のヘッド110aが媒体120上の様々なトラックにアクセス出来るようにする。情報は、セクター184のような媒体120上のセクター内に配置された、複数の半径方向に枝分かれしたトラック内で、媒体120に記憶される。それに応じて、各々のトラックは、例えば扇形に分割されたトラック部分188のような、複数の分割されたトラック部分(又は「トラックセクター」)から成る。各々の扇形に分割されたトラック部分188は、記録されたデータと、トラック176を識別する情報である、例えばABCDサーボバースト信号パターンのような、サーボバースト信号パターンを含むヘッダーと、そしてエラー修正コード情報で構成され得る。トラック176にアクセスすると、HGA110のヘッド110aの読取り要素は、位置エラー信号(PES)をサーボ電子装置に供給する、サーボバースト信号パターンを読み取り、その電子装置はVCMの音声コイル140に供給された電気信号を制御して、ヘッド110aがトラック176を追跡するのを可能にする。トラック176を見出し、特定の扇形に分割されたトラック部分188を識別すると、ディスクコントローラによって受け取られる、例えばコンピュータシステムのマイクロプロセッサである外部手段からの指令に応じて、ヘッド110aはトラック176からデータを読み取るか、又はトラック176にデータを書き込む。
HDDの電子的構造は、HDD動作用の各機能を行なうための、ハードディスクコントローラ(「HDC」)、インターフェイスコントローラ、アーム電子モジュール、データチャンネル、モータードライバ、サーボプロセッサ、バッファーメモリ等、数多くの電子部品を含む。2つ以上のそのような構成部品は、「システムオンチップ」(「SOC」)と称される、単一の集積回路基板上に結合され得る。全部ではないが、幾つかのそのような電子部品は、HDDハウジング168のようなHDDの底部側と結合している、プリント基板上に主として配置される。
図1に関連して図示され記述されているHDD100のような、ここでのハードディスクドライブへの言及は、時々「ハイブリッドドライブ」と称されるデータ記憶装置を包含し得る。ハイブリッドドライブは一般に、電気的に消去可能及びプログラム可能なフラッシュメモリ又はその他のソリッドステート(例えば集積回路)メモリのような、非揮発性のメモリを用いるソリッドステート記憶装置(SSD)と結合された、伝統的なHDD(例えばHDD100参照)の機能性もまた有する記憶装置の事を指している。様々なタイプの記憶媒体の動作、管理、及び制御は一般的に異なるため、ハイブリッドドライブのソリッドステート部分は、それ自体の対応するコントローラーの機能性を含み得るが、それはHDDの機能性と共に単一のコントローラーへと統合され得る。ハイブリッドドライブは、頻繁にアクセスされるデータの記憶用、集約的入出力(I/O)データの記憶用などに、(限定されない例として)ソリッドステートメモリをキャッシュメモリとして使用する等の、複数の方法でソリッドステート部分を動作させ、利用するために設計され構成され得る。更に、ハイブリッドドライブは、単一の筐体内にある2つの記憶装置、すなわちホストとの接続用に1つ又は複数のインターフェイスを有する、伝統的なHDDと、そしてSDDとして基本的に設計され、構成され得る。
導入部
前述のように、幾つかのハードディスクドライブ(HDD)は、HDDの筐体を形成するために、基部と共にステンレス鋼のカバーを採用している。しかしながら、ステンレス鋼の使用はHDD内部で鉄(Fe)汚染(「鉄染み」)を生じ得る。そのような鉄汚染は密封されたHDDにおいて特に問題であり、そこにおいてステンレス鋼カバーの表面の健全性は、そのような酸素が減少した環境に保管されるときに低下する。鉄汚染の問題を防止する1つの可能性が認められるアプローチは、カバーにニッケル(Ni)めっきを施すことであろう。しかしながら、ニッケルめっきはHDD製作の中で比較的高価な工程であり、それゆえ理想的ではない。
ハードディスクドライブのカバーを製作する方法
図2は1つの実施形態による、ハードディスクドライブのカバーを製作する方法を示す図である。図2は単一段階の工程を特徴付けており、従って単一のブロックが示されている。
ブロック202において、ステンレス鋼のHDDカバー部は、このカバー部の表面において鉄を十分に酸化させるために焼成される。ステンレス鋼であるので、元の形態での未焼成のカバー部の表面は「純粋な」金属鉄(Fe)、すなわち未酸化の鉄を含む。それに反して、焼成されたカバー部の表面はもはや純粋な金属鉄を含まず、酸化鉄のみ又は主として酸化鉄を含む。「十分に酸化させる」事には、金属鉄(Fe)の幾らかの残部が依然としてカバー上に存在し得る可能性を包含することが意図され、それゆえ焼成を経て「実質的に十分に酸化された」カバー部が期待されている。純粋な金属鉄の如何なる酸化も、そして全ての酸化は、Fe染みの問題が完全に除去されたとは言わないまでも、大幅に低減されているというシナリオに導く。更に、図2の工程が実施された場合、高価なニッケルめっき工程を避けることができ、そこでそのような焼成工程は、一般的にニッケルめっき工程よりも大幅に安価であることが期待される。従って、本発明によれば、ステンレス鋼のカバー部はニッケルめっきされない。
既に議論されたように、ステンレス鋼は幾らかの量のクロムを含有する。更に、処理又は焼成されないステンレス鋼の部分は、鉄の純金属の形態及びそれらの表面のクロムに加えて、一般的に鉄と(例えば、大気酸化による)酸化クロムを含有するであろう。金属鉄と金属クロムの双方は焼成手順によって酸化されるが、焼成によって酸化クロム全体の最終的な量が減少する一方で、酸化鉄全体の最終的な量は増加する。従って、1つの実施形態によれば、ブロック202において言及されている焼成手順は、カバー部の表面における酸化鉄の濃度が少なくとも酸化クロムの濃度の約10倍となるようなものである。10倍を超える、酸化鉄の濃度対酸化クロムの濃度比率を達成する目標が期待され、達成可能であることが分かっている。
指針のために、しかし限定されない例として、1つの未焼成試料の表面は、約3.3倍の酸化鉄対酸化クロムの比率で、およそ69%の酸化鉄、21%の酸化クロム、及び3%の金属鉄(残りは、幾らかのニッケル、マンガン、及び金属クロム)を含んでいた。200℃でおよそ3時間の焼成後に、その試料は約7.9倍の酸化鉄対酸化クロムの比率で、およそ85%の酸化鉄、11%の酸化クロム、及び0%の金属鉄(残りは、幾らかのマンガン)を含んでいた。類似の未焼成試料にて、250℃でおよそ2時間の焼成後に、その試料は約18倍の酸化鉄対酸化クロムの比率で、およそ93%の酸化鉄、5%の酸化クロム、及び0%の金属鉄(残りは、幾らかのマンガン)を含んでいた。更に、少なくとも約230℃の焼成温度は、およそ10倍よりも大きい酸化鉄対酸化クロムの比率を残すような、適切な水準である鉄の酸化を提供し得る。
カバー部分の表面における金属鉄の存在、又はこの場合は存在しないことを検出するために、数多くのアプローチが用いられ得る。限定されない例のために、XPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy:X線光電子分光法)が用いられ得る。
鉄酸化されたHDDカバー
1つの実施形態によれば、図2に示されるようなハードディスクドライブ(HDD)カバーの製作方法の実施は、HDD用の鉄酸化されたカバーを生じやすく、そこでは少なくともカバーの内面は、未酸化の鉄(すなわち、純粋な金属Fe)を実質的に含まない。
既に議論したように、「Fe染み」のような鉄汚染は密封されたHDDにおいて特に問題であり、そこにおいてステンレス鋼カバーの表面の健全性は、そのような酸素が減少した環境に保管されるときに低下する。とりわけ、ディスク上面、スライダー最上部、及び対応する読み書きヘッドは、少なくとも部分的にトップカバー部に対してそれらが極めて近いため、特にFe染みに悩まされやすい。
HDDは、内部がヘリウムで密封されて作られている。更に、密封されたHDD内の空気に対する置き換えとしての使用のために、空気よりも軽い他の気体が意図されている。例えば、空気のおおよそ1/7の密度を有するヘリウムを用いて、HDDをヘリウムで密封することは、回転するディスクに起因するドライブ内の乱流を大幅に低減し、電力消費量を減らし、そしてHDD内でより低い温度をもたらす。
前述に基づき、実施形態はとりわけ密封されたHDDでの使用に適するが、それに限定されない。図3は1つの実施形態による、密封されたハードディスクドライブを示す分解立体図である。
単純化された形で記述されている密封されたハードディスクドライブ(HDD)300は、それに電子回路基板304が取り付けられた基部302と、ディスククランプ314を通じてスピンドルモーター312のスピンドルに取り付けられた、ディスクスタック310の1つ以上のディスクの或る位置にわたり、ヘッドスライダーを含むヘッド−スタック組立品(HSA)308の運動を作動させるための、音声コイルモーター(VCM)のようなアクチュエータ306とを含む。前述の構成部品は図1に関連して記述された類似の構成部品と機能的に同様であっても良く、他の構成部品と共に、それらは基部302に取り付けられた第一のカバー316を含む筐体内に収納される。1つの実施形態によれば、第一のカバー316は、未酸化の鉄を実質的に含まない焼成されたステンレス鋼の部分である、図2に関連するような、ここで述べられている鉄酸化されたカバー部として実施される。
更に図3に関連して、1つの実施形態によれば密封されたHDD300は、密封された筐体を形成するため、第一のカバー316の上部に位置する及び/又はそれに取付けられた第二のカバー318を含む。限定されない例に関して、第二のカバー318は接着剤を用いて、筐体の第一のカバー316又は基部の上へと密封され得る。従って、密封されたHDD300は、実施形態によれば空気よりも軽い気体で満たされることがあり、そして関連する実施形態によればヘリウムで満たされ得る。HDD内のヘリウムのような比較的低い密度の気体の供給を維持するために、様々なフィルター、留め具、接着剤、シール等々の使用の如き、HDDの筐体の密封に関係するその他の技術が存在し得ることに注意されたい。従って、シールされたドライブが密封される方法は実施の都度、変化し得る。
拡張及び代案
これまでの記述において、本発明の実施形態は実施の度に変化し得る数多くの具体的な詳細に関連して述べられている。それ故、実施形態のより広い考え方及び適用範囲から逸脱することなしに、様々な修正や変更がそこへ成され得る。従って、何が本発明か、そして本発明となるために出願者によって何が意図されているかが、後に続くあらゆる修正を含む、請求項がそこで生じる具体的な形態での、本出願から生じる請求項のセットである。そのような請求項に含まれる条項に関して明確にここで示されている全ての定義は、請求項において用いられている、そのような条項の意味を支配しなければならない。それ故、請求項において明確に列挙されない制限、要素、特性、特徴、利点、又は特質は、そのような請求項の範囲を如何なる形であれ限定すべきでない。従って、仕様及び図面は、限定的というよりもむしろ1つの例示的な意味として見なされるべきである。
更に、本明細書において、一定の工程段階が特定の順序で示され、英字及び英数字の符号が一定の段階を識別するために用いられてもよい。本明細書に具体的に述べられない限り、実施形態はそのような段階を実行する、どんな特定の順序にも必ずしも限定されない。とりわけ、符号は単に複数の段階の便利な識別のために用いられ、そのような段階を実行する特定の順序を規定又は要求することを意図しない。
100 ハードディスクドライブ
110 ヘッドジンバル組立品
110a ヘッド
110b スライダー
110c リード線懸架部
110d ロードビーム
120 磁気記録媒体
124 スピンドル
128 ディスククランプ
132 アーム
134 キャリッジ
136 電機子
140 音声コイル
144 固定子
148 ピボット軸
152 ピボット軸受組立品
156 フレックスケーブル
160 アーム−電子モジュール
164 電気コネクターブロック
168 HDDハウジング
172 方向
176 トラック
180 円弧
184 セクター
188 扇形に分割されたトラック部分
300 密封されたHDD
302 基部
304 電子回路基板
306 アクチュエータ
308 ヘッド−スタック組立品
310 ディスクスタック
312 スピンドルモーター
314 ディスククランプ
316 第一のカバー
318 第二のカバー

Claims (15)

  1. ハードディスクドライブであって、
    基部と、
    スピンドルに回転可能に取り付けられた少なくとも1つのディスク媒体と、
    前記ディスク媒体から読み取り、そこに書き込むように構成された読み書きヘッドを含むヘッドスライダーと、
    前記ディスク媒体の部分にアクセスするための前記ヘッドスライダーを動かすように構成された音声コイルのアクチュエータと、
    前記ディスク媒体、ヘッドスライダー、及び音声コイルのアクチュエータ用の筐体を形成するために前記基部と連結された、鉄酸化されたカバーと
    を含むハードディスクドライブ。
  2. 前記鉄酸化されたカバーが未酸化の鉄を実質的に含まない、請求項1に記載のハードディスクドライブ。
  3. 前記鉄酸化されたカバーの表面における酸化鉄濃度が、前記鉄酸化されたカバーの前記表面における酸化クロム濃度の少なくとも約10倍である、請求項1に記載のハードディスクドライブ。
  4. 前記鉄酸化されたカバーが焼成されたステンレス鋼から成る、請求項1に記載のハードディスクドライブ。
  5. 前記鉄酸化されたカバーがニッケルめっきされていない、請求項1に記載のハードディスクドライブ。
  6. 前記鉄酸化されたカバーが第一のカバーであり、前記ハードディスクドライブが、密封された筐体を形成するために前記第一のカバーに取り付けられた第二のカバーを更に含む、請求項1に記載のハードディスクドライブ。
  7. 前記密封された筐体が、空気よりも軽い気体で実質的に満たされている、請求項6に記載のハードディスクドライブ。
  8. 前記密封された筐体が、大部分においてヘリウムガスで実質的に満たされている、請求項6に記載のハードディスクドライブ。
  9. ハードディスクドライブの筐体用の鉄酸化されたカバーであって、前記カバーが未酸化の鉄を実質的に含まない内面を含む、カバー。
  10. 前記内面における酸化鉄濃度が、前記内面の酸化クロム濃度の少なくとも10倍である、請求項9に記載の鉄酸化されたカバー。
  11. 前記鉄酸化されたカバーが焼成されたステンレス鋼から成る、請求項9に記載の鉄酸化されたカバー。
  12. 前記鉄酸化されたカバーがニッケルめっきされていない、請求項11に記載の鉄酸化されたカバー。
  13. ハードディスクドライブ用のカバーを製作する方法であって、前記方法が、前記カバー部の表面における鉄を実質的に十分に酸化させるため、ステンレス鋼のカバーを焼成することを含む方法。
  14. 前記焼成が、前記表面における酸化鉄濃度が前記表面における酸化クロム濃度の、少なくとも約10倍であるような焼成を含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記ステンレス鋼のカバー部がニッケルめっきされていない、請求項13に記載の方法。
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