JP2754413B2

JP2754413B2 - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2754413B2
Application number: JP27045089A
Authority: JP
Inventors: 朋良山田; 敬治有賀; 孝浩今村; 雅治杉本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH03132986A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕安定且つ高精度の磁気ヘッドの位置決めを可能とした
磁気ディスク装置に関し、磁気ディスク及びスピンドルに多少の回転不平衡があ
ったとしても、磁気ヘッドの位置決め精度を充分に維持
できるようにすることを目的とし、スピンドルにより回転される磁気ディスクと、該磁気
ディスクの指定されたトラックに磁気ヘッドを位置決め
する揺動型の位置決め機構とを、エンクロージャ内に設
けた磁気ディスク装置に於いて、前記スピンドルの回転
中心を前記エンクロージャの重心位置に一致させて構成
した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、安定且つ高精度の磁気ヘッドの位置決めを
可能とした磁気ディスク装置に関するものである。

コンピュータ・システムの処理の高速化，省スペース
化に伴って、外部記憶装置としての磁気ディスク装置も
小型化，大容量化，データ転送速度の高速化が要求され
ている。その要求に対応して、トラックピッチ10μｍ以
下，磁気ディスクの回転数3600rpm以上のものも開発さ
れている。このような高速回転及び高トラック密度の磁
気ディスクに対する磁気ヘッドの位置決めの安定化及び
高精度化が要望されている。

〔従来の技術〕

第５図は従来例の磁気ディスク装置の概略断面図、第
６図はその要部上面図であり、31はスピンドル、32は磁
気ディスク、33はスピンドルモータ、33Aは回転子、33B
は固定子、34は軸受、35は磁気ヘッド、36は支持ばね機
構、37はヘッドアーム、38はヘッド位置決めモータ、38
Aは回転子、38Bは固定子、39はエンクロージャ、40は回
転軸、41は軸受である。

スピンドル31に複数の磁気ディスク32が固定され、ス
ピンドルモータ33により、例えば、3600rpmの一定速度
で回転される。磁気ディスク32の取付け枚数は、図示の
場合３枚であるが、要求される記憶容量に対応した枚数
を取付けるものである。又スピンドルモータ33は、回転
子33Aと固定子33Bとからなり、直流ブラシレスモータと
することができるものであり、第５図の例では、モータ
を外付けしているが、モータ33をスピンドル31の内部に
設けて、小型化を図ることも一般に行われている。

又磁気ヘッド35は、支持ばね機構36を介してヘッドア
ーム37に取付けられ、ヘッド位置決めモータ38により、
磁気ディスク32の指定トラックに位置決めされる。この
ヘッド位置決めモータ38は、偏平状の可動コイルからな
る回転子38Aと、永久磁石等からなる固定子38Bとから構
成された場合を示し、回転軸40を中心として磁気ヘッド
35を移動させるから、揺動型（回転型）の位置決め機構
を構成することになる。この揺動型の位置決め機構は、
ボイスコイル型モータ等の直進型の位置決め機構に比較
して小型化が容易であるから、比較的多く採用されてい
る。この位置決め機構は、ポジショナとも称され、又ヘ
ッド位置決めモータ38の回転軸40は、ピボットとも称さ
れるものである。

高密度記録を行う磁気ディスク装置の位置決め機構に
は閉ループサーボ制御手段が採用されている。この閉ル
ープサーボ制御手段は、磁気ディスク32上のサーボ情報
を読み取ることにより、原点位置から現在位置を識別
し、又現在位置から指定位置迄の距離を算出し、それに
基づいてヘッド位置決めモータ38を駆動し、磁気ヘッド
35が指令トラック上に位置するように制御するものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

揺動型の位置決め機構を用いた磁気ディスク装置に於
いて、エンクロージャ39が回転運動を行った時、閉ルー
プサーボ制御手段のサーボゲインが充分でないと、ヘッ
ドアーム37とエンクロージャ39との間に相対変位が生じ
る。即ち、ヘッド位置決めモータ38からなる位置決め機
構の回転軸40まわりの剛性は、サーボゲインによるサー
ボ剛性だけであり、このサーボゲインが充分でないと、
磁気ヘッド35を目的トラックに追従制御することが困難
となる。

このようなエンクロージャ39の回転運動は、外部から
の振動や衝撃ばかりでなく、スピンドル31を含む回転系
の回転不平衡によっても引き起こされる。特に高速回転
化する場合には、僅かの回転不平衡があっても振動が大
きくなり、エンクロージャ39に回転運動成分を生じさせ
ることになる。

その為、従来は、スピンドル31の組立後に釣合い試験
を行い、回転不平衡成分に対抗した釣合い錘を取付ける
釣合い調整を行うものであった。このような釣合い調整
は、比較的作業が煩雑となる欠点があり、又スピンドル
31を、釣合い試験に適し、且つ釣合い錘の取付けが可能
な構成としなければならず、設計，製作に於ける制約が
大きくなって、コストアップとなる欠点があった。

又機械加工及び組立ての精度が充分に高い場合には、
釣合い調整を省略することも可能であるが、高精度加工
及び高精度組立ては、それぞれの部品及び組立てのコス
トが著しく上昇し、経済的に問題となる。

本発明は、磁気ディスク及びスピンドルに多少の回転
不平衡があったとしても、磁気ヘッドの位置決め精度を
充分に維持できるようにすることを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の磁気ディスク装置は、エンクロージャの重心
とスピンドルの回転中心とを一致させたものであり、第
１図を参照して説明する。

スピンドル１により回転される磁気ディスク２と、こ
の磁気ディスク２の指定されたトラックに磁気ヘッド３
を位置決めする揺動型の位置決め機構４とを、エンクロ
ージャ５内に設けた磁気ディスク装置に於いて、スピン
ドル１の回転中心1aを、エンクロージャ５の重心位置に
一致させたものである。このエンクロージャ５の重心位
置は、例えば、錘６等を取付けて所望の位置とすること
が可能である。

又エンクロージャ５を並進方向に励振した時、スピン
ドル１の軸に垂直な面内の回転運動が生じないように、
エンクロージャ５の重心に対して対称的にエンクロージ
ャ５を防振支持する。

又揺動型の位置決め機構４の回転軸中心を、その位置
決め機構４の可動部重心に一致させるものである。

〔作用〕

エンクロージャ５の重心とスピンドル１の回転中心と
を一致させたものであり、それによる作用を第２図を参
照して説明する。第２図はエンクロージャ５の重心Ｇと
スピンドル１の回転中心Ａとを距離ｌをおいて配置した
場合を示し、そのエンクロージャ５の重心Ｇを座標原点
とし、スピンドル１の回転中心1aの座標をＡ（x_O,y_O）
とし、スピンドル１の回転不平衡量をρとし、スピンド
ル１の角速度をωとすると、回転不平衡量ρによりスピ
ンドル１に、Ｆ＝ρω^２ …（１）の力Ｆが作用する。この力Ｆは、座標Ａに対して並進力
であるが、その方向はスピンドル１の回転に伴い変化す
る。即ち、スピンドル１の軸に垂直な面内のX,Y軸方向
に、 F_x＝Fcosωｔ …（２） F_y＝Fsinωｔ …（３）が作用する。

エンクロージャ５の重心Ｇ（0,0）には、この重心Ｇ
を通り、スピンドル１の軸と平行な軸まわりの次式で示
すトルクＴ及び並進力F_x,F_yが作用する。

Ｔ＝x_OF_y−y_OF_x ＝Ｆ（x_Osinωｔ−y_Ocosωｔ）＝Flsin（ωｔ＋φ） …（４） φ＝tan^-1（−y_O/x_O）エンクロージャ５が周辺自由支持の場合、エンクロー
ジャ５の質量をｍ、重心Ｇを通りスピンドル１と平行な
軸まわりの慣性モーメントをＪとすれば、重心の変位
（x_G,y_G）及び回転角θは、 x_G＝−F_x/（ｍω^２）＝−Ｆ（ｍω^２）cosωｔ＝−ρ/m cosωｔ …（５） y_G＝−F_y/（ｍω^２）＝−Ｆ（ｍω^２）sinωｔ＝−ρ/m sinωｔ …（６） θ＝−T/（Ｊω^２）＝Fl/（Ｊω^２）sin（ωｔ＋φ）＝−ρl/Jsin（ωｔ＋φ） …（７）となる。即ち、重心Ｇは角速度ω，半径ρ/mで円運動
し、且つ揺動角２ρl/Jで回転運動することになる。

位置決め機構４の可動部の重心とその回転軸中心とを
一致させることにより、位置決め機構４の剛性が充分に
大きい場合は並進運動による影響を受けないことにな
る。その場合、位置決め機構４の可動部の回転軸まわり
の回転運動に対する拘束が全くない場合は、エンクロー
ジャ５が角度θ回転すると、位置決め機構４のヘッドア
ームは、磁気ディスク２に対して−θ回転することにな
る。追従制御が行われている場合には、この回転運動に
対してサーボ剛性として作用するが、このサーボ剛性
は、通常の構造体の剛性に比較して小さいものであるか
ら、エンクロージャ５の回転角θが大きい場合には、追
従制御することが困難となる。

従って、揺動型の位置決め機構４の可動部のバランス
をとったとしても、スピンドル１の回転不平衡量ρが大
きいと、磁気ディスク２のトラックに対する磁気ヘッド
３の追従制御が困難となる。

そこで、本発明に於いては、ｌ＝０として、（７）式
の回転角θを０とするものであり、この距離ｌは、設計
段階で容易に０とすることが可能である。即ち、錘６等
を取付けてエンクロージャ５の重心Ｇをスピンドル１の
回転中心1aと一致させることができる。

又エンクロージャ５を防振支持することは一般的であ
るが、単に支持しただけでは、並進方向に励振された時
に、エンクロージャ５に回転運動が生じることになる。
そこで、防振支持を行う防振ゴム等をエンクロージャ５
の重心Ｇに対して対称的に配置することにより、エンク
ロージャ５に並進方向の力が作用しても、スピンドル１
の軸に垂直な面内の回転運動が生じないことになる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第３図は本発明の実施例の説明図であり、11はスピン
ドル、11aはスピンドルの回転中心、12は磁気ディス
ク、13は磁気ヘッド、14は位置決め機構、15はエンクロ
ージャ、16は錘、17は支持ばね機構、18はヘッドアー
ム、19は回転子、19aは回転軸の回転中心、20は固定
子、21は防振ゴム、22は支持基台である。

エンクロージャ15内には、複数枚の磁気ディスク12を
固定したスピンドル11及びこのスピンドル11を回転する
モータ（図示せず）と、磁気ヘッド13と位置決め機構14
とが配置されている。この位置決め機構14は、永久磁石
を設けた回転子19と、その外周に間隙をおいて複数のコ
イルを設けた固定子20とにより構成された場合を示し、
この位置決め機構14の回転子19,ヘッドアーム18,支持ば
ね機構17及び磁気ヘッド13を含む可動部の重心が、その
回転軸の回転中心19aに一致するように構成するもので
ある。

又スピンドル11の回転中心11aとエンクロージャ15の
重心とが一致するように構成するものである。通常はス
ピンドル11と位置決め機構14との間に、エンクロージャ
15の重心が存在するものであり、この実施例に於いて
は、その重心とスピンドル11の回転中心11aに対して反
対方向の最も遠い位置に錘16を設けて、エンクロージャ
15の質量を余り増加することなく、且つエンクロージャ
15を大型化することなく、エンクロージャ15の重心をス
ピンドル11の回転中心11aに一致させ、且つ慣性モーメ
ントＪを大きくした場合を示すものである。

なお、位置決め機構14と反対側のエンクロージャ15の
側壁を厚くする等の構成により、エンクロージャ15の重
心をスピンドル11の回転中心に一致させることもでき
る。その場合は錘16を省略することができる。

又防振ゴム21は、エンクロージャ15の重心、即ち、ス
ピンドル11の回転中心11aに対して対称的に配置するも
のであり、それにより、スピンドル11の軸の垂直な面内
の回転自由度の非連成支持構造を実現している。

エンクロージャ15を防振支持した場合、この支持系の
共振点より充分に高い周波数帯域の外部振動に対してエ
ンクロージャ15を絶縁状態とすることができる。又エン
クロージャ15の内部で発生する振動に対しては、支持系
の共振点より低い周波数帯域ではエンクロージャ15の振
動を拘束するように作用するが、その共振点より高い周
波数帯域では拘束力を期待できないものである。

スピンドル11の不釣り合いによるエンクロージャ15の
振動成分のうちの回転成分は、前述のように、エンクロ
ージャ15の重心とスピンドル11の回転中心11aとを一致
させることにより、無くすことができるが、並進成分を
無くすことはできないものである。この並進方向の入力
に対して回転応答とならないようにエンクロージャ15を
支持する為に、前述のように、防振ゴム21を用いてエン
クロージャ15の重心に対して対称的に支持するものであ
る。

なお、前述の「重心に対して対称的に支持」すること
は、同等な特性を持つ防振ばねを重心に対して対称な位
置に配置するというだけでなく、剛性と位置とを考慮し
て対称的に支持することを意味するものである。このこ
とを第４図を参照して簡単に説明する。

剛体をｎ個のばねで支持する場合、この系の平面内の
運動方程式は次式に示すものとなる。

なお、説明を容易にする為に、それぞれのばねはｘ方
向及びｙ方向に非連成であると仮定し、減衰項は省略し
た。

前述の（８）式に於いて、ｍ＝剛体の質量、Ｉ＝剛体の重心まわりの慣性モーメ
ント、k_xi＝ｉ番目のばねのｘ方向ばね定数、k_yi＝ｉ番
目のばねのｙ方向ばね定数、x_i,y_i＝ｉ番目のばねの取
付け位置（座標原点は剛体の重心）、x,＝剛体（重
心）のｘ方向変位及び加速度、y,＝剛体（重心）のｙ
方向変位及び加速度、θ，＝剛体の重心まわりの回転
角及び加速度、F_x＝剛体重心に作用するｘ方向並進力、
F_y＝剛体重心に作用するｙ方向並進力、Ｔ＝剛体の重心
に作用する回転力（トルク）であり、第４図に於いて
は、剛体を支持する３個のばねのｘ方向ばね定数k_x1〜k
_x3と、ｙ方向ばね定数k_y1〜k_y3とを図示している。

ここで、並進項（x,y）と回転項（θ）とを非連成に
支持するということは、固有値問題を解くことにより得られる３つの固有ベクトルの総て
が、並進項と回転項とを同時に含まないということであ
る。即ち、３つの固有ベクトルの中の２つは回転項が零
であり、他の１つは回転項が零以外で並進項が零である
ということになる。

この例の３自由度モデルに於いては、（８）式の第１
項（質量行列）が対角行列であるから、第２項（剛性行
列）の並進−回転非対角項を零にすることにより実現で
きる。即ち、という条件で非連成支持が可能となり、本条件が「剛性
と位置とを考慮した対称支持」となる。

総てのばねがｘ方向,y方向にそれぞれ等しいばね定数
を持つならば、重心に対して対称な位置にこれらのばね
を配置することで、前述の条件を満足することはいうま
でもない。又本例に於いては、説明を簡略化する為に、
３自由度の平面運動を例にしているが、６自由度の剛体
運動でも同様にして対応することができる。

本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、種々付加変更できるものであり、例えば、位置決め
機構14は、従来例の位置決めモーメントを適用すること
も可能であり、又防振支持の構成としては、防振ゴム21
のみでなく、他の弾性体或いは緩衝体を用いることが可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の磁気ディスク装置は、
エンクロージャ５の重心と、磁気ディスク２を固定した
スピンドル１の回転中心1aとを一致させたものであり、
スピンドル１の不釣り合いによる振動が発生したとして
も、エンクロージャ５に回転成分が生じないから、磁気
ヘッド３の位置決め誤差が増大しないことになる。即
ち、スピンドル１の釣合い調整を行わなくても、安定な
高精度の位置決めを行うことが可能となり、部品コスト
及び組立工数の大幅な削減が可能となるから、小型且つ
大容量で高速回転の磁気ディスク装置のコストダウンを
図ることができる利点がある。

又エンクロージャ５の重心に対して対称的に防振支持
を行ったことにより、並進方向の力によってもスピンド
ル１の軸と垂直な面内に於ける回転成分が生じないこと
になり、磁気ヘッド３の位置決め精度を安定化すること
ができる。

又位置決め機構４の可動部の重心とその可動部の回転
軸中心とを一致させたことにより、エンクロージャ５の
並進方向の力に対して安定な位置決めを行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の作用説
明図、第３図及び第４図は本発明の実施例の説明図、第
５図は従来例の概略断面図、第６図は従来例の要部上面
図である。１はスピンドル、1aは回転中心、２は磁気ディスク、３
は磁気ヘッド、４は位置決め機構、５はエンクロージ
ャ、６は錘である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉本雅治神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開昭63−188871（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−58669（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スピンドル（１）により回転される磁気デ
ィスク（２）と、該磁気ディスク（２）の指定されたト
ラックに磁気ヘッド（３）を位置決めする揺動型の位置
決め機構（４）とを、エンクロージャ（５）内に設けた
磁気ディスク装置に於いて、前記スピンドル（１）の回転中心（1a）を前記エンクロ
ージャ（５）の重心位置に一致させたことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】前記エンクロージャ（５）を並進方向に励
振した時に、前記スピンドル（１）の軸に垂直な面内の
回転運動が生じないように、前記エンクロージャ（５）
の重心に対して対称的に該エンクロージャ（５）を防振
支持したことを特徴とする前記請求項（１）記載の磁気ディスク
装置。
【請求項３】前記位置決め機構（４）の回転軸中心を該
位置決め機構（４）の可動部重心に一致させたことを特徴とする前記請求項（１）記載の磁気ディスク
装置。