JP2763680B2 - 高壁ディスククランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、データ記憶装置、特にディスクのまわりに
略一様に分布したクランプ力を及ぼす、１枚或いは複数
枚のディスクをディスクドライブ内に固定するための構
造体に関する。

関連技術の説明 ワークステーション、パーソナルコンピュータ及びポ
ータブルコンピュータに用いるための従来のディスクド
ライブは、最小の物理的空間内に多量のデータ記憶をな
すことが要求される。一般的に、ウィンチェスタータイ
プのディスクドライブは、読み／書きトランスデューサ
ヘッドをそれぞれのトラックの上で回転磁気記憶ディス
ク上に位置決めすることによって作動する。ヘッドをト
ラックの上に位置決めすることは、アクチュエータの位
置決め及びヘッドの読み／書き機能を制御する制御エレ
クトロニクスに結合されたアクチュエータによって達成
される。

（１）多重ユーザ及び／又は多重タスクオペレーティン
グシステムの使用、（２）ハードディスク間で多量のデ
ータの移送及び／又は大きなアプリケーションプログラ
ム或いは多重ユーザをサポートするための多数のディス
クアクセスを必要とするオペレーティング環境を与える
ワークステーション、（３）ノートブック及びラップト
ップコンピュータの現在の人気、（４）永続する高性能
マイクロプロセッサ指向によって、より大きな要求がデ
ィスクドライブに求められる。かかるすべてのシステム
は、ホストコンピュータ内に最小の空間を占めつつ、高
容量記憶能力を有するハードドライブを必要とする。こ
れらの要求に適応するために、記憶容量を増大とすると
同時により小さいハードディスクドライブを製造する必
要がある。かかる用途のたに、数百メガバイトの単一の
ドライブ容量が普通である。

ディスクドライブの記憶容量の重要な決定因子は、ト
ランスデューサヘッドの回転ディスクより上の飛び高さ
である。在来のウィンチェスタタイプのハードドライブ
では、一旦記憶ディスクがドライブの始動後所定の角速
度を達成したら、ディスクより上を循環する空気のクッ
ションがヘッドを上に押し上げて、ディスクの表面から
離して、それによって飛行高さを達成する。非常に低い
飛び高さを有することは、種々の利点を提供するが、そ
のうちで主なものはヘッドをディスクの非常に近くで飛
行することによって高密度のデータビット（即ち、デー
タトラック上のインチ当たりのデータビット数）が可能
になることである。トランスデューサヘッドが記憶ディ
スクに接触して動くところで最大のデータビット密度が
達成される。しかしながら、ヘッド及びヘッドスライダ
のディスク表面との接触は、不当に短い期間でヘッド及
び／又はディスクの損傷を生じることがある。かくし
て、読み／書きヘッドが実際にディスク表面に接触して
動くことなく、ディスク表面の上で維持される高さを減
じる産業界の広範囲の要請があった。1960年代では、飛
行高さは普通には約100マイクロインチであった。現在
では、読み／書きヘッド及びディスクドライブ設計にお
ける技術進歩によって、商品として可能なディスクドラ
イブにおいて凡そ４マイクロインチまで飛行高さを減じ
ることが可能になった。

ヘッドがディスクの上を飛ぶとき、飛行高さは一定で
はなく、通常飛行高さは僅かに上下変動する傾向にあ
る。低い飛行高さでは、飛行高さの変動はヘッドをディ
スク表面に不規則に接触させる。この状態は継続接触と
呼ばれる。現在では、飛行高さはディスク表面との断続
接触がヘッド／ディスクインターフェイスの摩擦学にお
ける重要な考慮事項となる点まで減じられた。ヘッドと
ディスク表面の特定位置との間の繰り返しの断続接触
は、ヘッド及び／又はディスクの損傷を引き起こすこと
があり、さらに不当に短い期間でドライブの故障を生じ
る。

2.5インチ及び3.5インチフォームファクタドライブの
ような現在のディスクドライブでは、ドライブ内で１枚
或いは複数枚のディスクをクランプするのに用いられる
構造及び方法に特別な注意が払われなければならない。
ファクタの組み合わせのために、従来のディスククラン
プによって引き起こされるディスクの歪みは、ディスク
の内径近くで重要な問題となった。歪みが問題となった
第１の理由は、読み／書きヘッドのディスク上の現在の
飛行高さに関連する。ヘッドがディスクの非常に近くで
飛ぶことによって、ディスク表面の僅かな歪みでさえ
も、短期間のうちに繰り返しの断続接触及びドライブの
故障を引き起こすことがある。歪みが問題となった第２
の理由は、ディスクの厚さに関連する。5.25インチ及び
それ以上のフォームファクタドライブのような前世代の
ディスクドライブでは、用いられたディスクは比較的厚
く、かくして重大な歪みなくディスククランプのクラン
プ力に耐えることができた。しかしながら、3.5インチ
及びそれ以下のフォームファクタドライブの高さを最小
にする努力において、用いられるディスクの厚さがクラ
ンプによるディスクの歪みが重大な潜在的問題である点
まで減じられた。

ディスククランプが重大なディスク歪みの問題を呈す
る別の理由は、クランプがディスクをディスクドライブ
内に固定する仕方に関連する。在来のディスクでは、デ
ィスクはスピンモータのロータに固定された円筒ハブに
設けられる。クランプは、ハブの頂部に設けられ、さら
にクランプの外周部がディスクと接触するようにクラン
プはハブより大きな半径を有する。複数のネジがクラン
プの内周部のまわりで穴に嵌まり、ハブのネジ切りボア
に螺合する。従来では、３乃至８内外のネジがこのタイ
プのクランプ形態に用いられる。大きなクランプ力を必
要としないより小さいディスクドライブでは、クランプ
の中心を通る単一のネジを有するクランプが用いられて
もよい。ネジを締め付けたとき、ネジの圧力はクランプ
の外周部に伝達され、外周部ではディスクに接触して、
１枚或いは複数枚のディスクを所定位置に固定する。１
枚或いは複数枚のディスクの滑り、半径方向運動或いは
傾きを防止するために、ネジは相当な力によって固定さ
れなければならない。ディスクのドライブ内における非
常に僅かな半径方向運動或いは傾きでさえ、ヘッドのデ
ィスクに対する機械的なオフトラッキングを生じ、この
オフトラッキングは読み／書きエラーを生じる。

理想的には、クランプとディスクとの間に構成される
円形接触線で、ディスククランプによって及ぼされる力
は、全接触線のまわりに一様であるべきである。しかし
ながら、実際にはクランプをハブに固定するネジの集中
力がネジから半径方向外方に位置する接触線のまわりの
点に局所応力を生じる。これらの局所応力はディスクを
歪める傾向にある。応力はディスクの内径近くで最大で
あり、ディスクの外径に向かって消散する傾向にあり、
図１のパターン10と同様なディスクの歪みを生じる。

過去においてディスクに伝達される局所応力を減じる
試みが２つの方法でなされた。第１の方法は、より硬い
材料を用いることであった。従来は、ディスククランプ
はアルミニウムから形成された。しかしながら、例えば
鉄鋼から機械加工したクランプを使用することによっ
て、より高い剛性が集中ネジ力による応力をより一様に
分布させると期待された。第２の方法は、より厚いディ
スククランプを使用して、それによってクランプの剛性
を増すことであった、試験の際、両方の試みはディスク
の歪みをかなり減じることはできなかった。これらの設
計はクランプ全体に亘る一様な剛性のために失敗したと
信じられている。クランプの一様な高剛性は応力分散に
あまり有効でないが、ネジ位置から半径方向外方のディ
スクとクランプとの間の接触領域は、２つのネジの間の
位置から半径方向外方の接触領域より大きな接触圧力を
なお提示する。一様に硬いクランプの剛性は、ネジ位置
における局所応力が一様に分散される点まで増大可能で
ある。しかしながら、かかるクランプは経済的に実現可
能でないか、或いはディスクドライブ内に嵌めるには厄
介である。

ディスクの内径において、一様でないクランプ力によ
るディスクの谷山歪みは10乃至20ミクロンの高さであ
る。読み／書きヘッドは現在、略４マイクロインチ以下
の標準表面高さで飛ぶので、ヘッドをディスクの内径近
くで飛ばすことは、ヘッドのディスクの高い点との過酷
で繰り返しの断続接触を生じ、ヘッド及び／又はディス
クの損傷及びドライブの故障を不当に短い期間のうちに
生じることは明らかである。

本発明の概要 従って、本発明の目的は非常に低い飛行高さで信頼性
があり、耐久性のある作動が可能なディスクを提供する
ことにある。

本発明のさらなる目的は、ディスクの内径の歪みを大
幅に減じるディスクドライブを提供することにある。

本発明のなおさらなる目的は、ディスクの歪みを引き
起こすことなく、ハブに対して固定してディスクドライ
ブ内にディスクを固定するためのクランプを提供するこ
とにある。

これらの及び他の目的は、非常に低い飛行高さで飛ぶ
ためのディスクドライブに関する本発明によって達成さ
れる。ドライブは、１枚或いは複数枚のディスクをディ
スクドライブ内にクランプするためのディスククランプ
を有し、クランプがクランプとディスクとの間の円形接
触線に略一様な圧力を及ぼす。ディスククランプは、ク
ランプの残余の一部として、且つ残余と一体に形成され
た隆起円形壁をクランプの外径のまわりに有する。壁は
クランプの単一軸方向部分におけるクランプの構造強度
を増大し、それによってネジ位置からの局所応力の伝達
に対する「応力障壁」をなすのに役立つ。即ち、壁はネ
ジ位置に生じた局所応力がディスクに伝達されるのを防
止するために設けられる。壁は、クランプネジの直径よ
り大きい直径だか、クランプとディスクとの間に構成さ
れた接触線の直径より小さい直径に位置決めされる。こ
のように位置決めされるので、壁はネジから発散した局
所応力を均等に分散することができ、その結果接触線に
おけるディスクへのクランプ圧力がクランプ全体のまわ
りに略一様である。かくして、在来のディスククランプ
でディスクの内径に通常起こる歪みが、大幅に減じられ
る。

図面の簡単な説明 本発明を図面を参照して説明する。

図１は、クランプネジの力によるディスクの歪みを示
す先行技術のディスクの平面図である。

図２は、本発明によるディスクドライブの平面図であ
る。

図３は、図２の線３−３における断面図である。

図４は、本発明によるディスククランプの平面図であ
る。

図5aは、図４の線５−５におけるディスククランプの
断面図である。

図5bは、図5aに示すディスククランプの変形例であ
る。

図5cは、図5aに示すディスククランプのさらなる変形
例である。

図6aは、従来のディスククランプのまわりの相対圧力
分布を表示する試験結果を示す。

図6bは、本発明によるディスククランプのまわりの相
対圧力分布を表示する試験結果を示す。

好ましい実施例の詳細な説明 新規なディスククランプ設計を備えたディスクドライ
ブに関する図１乃至図5cを参照して本発明を説明する。
本発明の好ましい実施例において、クランプ設計を2.5
インチ及び3.5インチフォームファクタディスクドライ
ブに使用するのがよい。しかしながら、本発明は種々の
大きさ及び設計のディスクドライブ並びに光レーザ記憶
装置のような他のタイプのデータ記憶装置で作動するこ
とが理解される。

今図２を参照すれば、記憶ディスク22及び読み／書き
ヘッド24を有するディスクドライブが示される。読み／
書きヘッド24は、スライダー26に取り付けられたトラン
スデューサ25を有する。スライダ26は今度は、アクチュ
エータアーム28で支持されている。トランスデューサ25
は、在来の誘導トランスヂューシング素子或いは変形例
においては、磁気抵抗（MR）トランスデューシング素子
であるのがよい。ディスクドライブ20は、アクチュエー
タ28をさらに有し、アクチュエータ28は、印刷されたサ
ーキットボード（図示せず）から受信した制御信号に応
答してボイスコイルモータ32によってピン30のまわりに
回動するように設けられている。当業界で知られている
ように、ドライブ20の作動中、ディスク22はスピンモー
タ44（図３）によって回転し、さらにアクチュエータ28
は読み／書きヘッド24をディスクの表面を横切って回動
させ、その結果データは複数の同心データトラック内で
読み／書きヘッド24とディスク22の間で移送される。ス
ライダ26は、ディスク22が回転するときディスク22の表
面より上に非常に小さい距離飛ぶように設けられる。好
ましい実施例では、ヘッドは高さ１乃至４マイクロミク
ロン、さらに最適には2.5マイクロミクロンの飛行距離
を有するのがよい。

図２乃至図5cに示すように、ディスクドライブ20はデ
ィスク22をクランプするためのディスククランプ40をさ
らに有する。図３の実施例では、２つのディスク22が示
されている。しかしながら、本発明は、１枚或いは複数
枚のディスク22に利用可能なことがわかる。一般的に、
ディスク22はハブ42に嵌まり、環状スペーサ43によって
互いに分離され、且つ平行な関係に保持される。ハブは
全体的に44で示したスピンモータに隣接する。スピンモ
ータは磁気ロータ46と、固定して取り付けられたステー
タ巻線48とからなる。ハブ42はロータ46に固定され、ハ
ブ及びロータは共にベアリング50a及び50bで回転可能に
支持されて、ハブ及びロータの単一ユニットとしての回
転を可能にする。当業界で知られているように、巻き線
48を流れる電流の整流によってロータ46が回転し、かく
してディスク22を回転させる。当業界で知られているよ
うに、他の種々の構造が、ディスク22を支持し且つ回転
させるための上述した構造に代わることができることは
本発明の範囲内であると理解すべきである。

特にディスククランプ40に関して、クランプは内径略
0.6インチ、外径略1.3インチの、アルミニウム或いは比
較的硬く且つ耐久性のある材料からなる環状部材である
のが好ましい。これらの寸法及び後述する寸法は、3.5
インチフォームファクタディスクドライブに使用される
クランプ向きである。これらの寸法は他のサイズのディ
スクドライブでは変わることがわかる。図４の線５−５
における断面図である図5aは、クランプの外周部に丸み
をもった下面60を示す。好ましい実施例では、表面60は
半径略0.23インチの丸みがつけられた弧であるのがよ
い。丸み面60は頂部ディスク22の上面と接触した部分62
（図３及び5a）を有する。全クランプ40のまわりの接触
部分62は全体的に、略1.2インチの直径を有する円形接
触線を構成する。

クランプとディスクとの間に構成される接触線は、デ
ィスク22とスペーサ43上との間に構成される接触線と略
同じ直径であるべきである。本発明の好ましい実施例で
は、ディスクスペーサ43はディスクとの接触線をスペー
サの内外径の間の略中線として構成する。かくして、デ
ィスククランプはスペーサ接触線と同直径に整列する接
触線を構成するようにするのが好ましい。多数のスペー
サを有する実施例では、ディスクとスペーサとの間に構
成される角接触線は、ディスククランプの接触線と略同
直径であるべきである。クランプとディスク並びにディ
スクとスペーサとの間の接触線がそれぞれ、略同直径で
互いに整列しないなら、ディスクに円錐状の変形を引き
起こす傾向にある不利な半径方向運動がディスク内に生
じる。

クランプ40はハブ42のネジ切りボアと整列する複数の
ネジ穴64をさらに有するのがよい。容易に理解されるよ
うに、ネジ68（図２及び図３）は穴64を通ってハブ42に
嵌まり、クランプ40及びディスク22をドライブ20内に固
定する。本発明の背景の章で説明したように、ネジ68は
ディスク22の滑り或いは傾きを防止するために相当な力
によって締め付けられなければならない。3.5インチフ
ォームファクタディスクドライブ向けの好ましい実施例
では、ネジは約4.2ポンド−インチのトルクで締められ
る。ネジ穴はクランプ40の円周のまわりに均等に間隔を
隔て、さらに直径略0.77インチを有する円上に位置する
中心点を有する。図４の実施例では、クランプ40は８つ
のネジ穴64を有するが、ネジ穴の数は変形例で変わり得
る。ネジ穴64の数より少ないネジ68を用いることによっ
てディスク22をドライブ内に固定することもさらに意図
する。

本発明によれば、クランプ40は応力障壁として作用す
る隆起円形壁66をさらに有する。壁66は接触部60によっ
て構成される接触線と、ネジ穴64が位置する直径との間
の径に設けられる。壁66は高さ約0.07インチ、内外径そ
れぞれ略0.95インチ及び1.07インチを有し、かくして壁
厚略0.12インチを構成するのが好ましい。壁66はクラン
プ40の軸方向部分に構造強度を増大させるために、クラ
ンプ40の一部として、クランプ40と一体に形成される。
壁66はクランプのまわりに略長方形形状を有するものと
して示すが、他の実施例において、壁を異なる形態とし
てもよいことが理解される。例えば、図5bに断面図を示
す変形例では、壁を丸い縁を備えた隆起部としてもよ
い。図5cに断面図を示すさらなる変形例では、クランプ
60に折り目を作ることによって壁66を形成してもよい。
当業者によって理解されるように、さらなる形態の壁66
が可能である。図5cに示す実施例は容易且つ安価に製造
可能である利点を提供する。

壁66の効果は、クランプの残余に対する単一の軸方向
部分の剛性を増大させることによって応力障壁として作
用することである。前述したように、ネジ位置における
局所応力のために、在来のディスククランプは、ネジ位
置から半径外方に位置する部分に高い応力及びディスク
の変形を引き起こす。しかしながら、ネジ位置から発散
する局所応力が壁66に達し、且つ壁のまわりに一様に分
散されるように、壁66が応力障壁として作用する。かく
して、クランプの壁66の外側の所定直径の部分は一様な
圧力分散を受ける。これによってクランプ40はクランプ
の全周のまわりでディスク22に比較的一様な圧力を及ぼ
し、さらにディスクの歪みが相当避けられる。

在来のディスククランプを本発明によるディスククラ
ンプと比較する試験を行った。試験では、炭素紙のよう
な圧力感応紙及び圧力感応紙によって付された印をとら
えるための試験紙をディスクとクランプの接触線のまわ
りでディスクとクランプとの間に挿入した。次いで、４
つのネジを同じトルクの下でクランプのまわりに締め付
けた。圧力感応紙は圧力感応紙に及ぼされる圧力値に比
例する印を試験紙に付した。図6aは、在来のディスクク
ランプで得られた結果を示す。大量の印が４つのネジ位
置から半径方向外方に位置する。見えるように、ネジ位
置から半径方向外方にディスクに及ぼされる圧力がより
大きい。図6bは、本発明によるディスククランプを用い
て得られた結果を示す。接触線まわりの圧力の分散は比
較的一様である。図6a及び図6bは、前述の試験で得られ
た実際の試験結果ではないが、正確な再現である。

かくして、本発明によるクランプが、ネジ位置に発生
したクランプ力を均等に分散させて、それによってディ
スクの歪みを大幅に防止することを示した。ディスクの
歪みを防止することによって、ヘッド24はヘッドのディ
スクの同位置との繰り返しの断続接触なしに、非常に低
い飛行高さ、例えば２マイクロインチでディスクの内径
近くを飛ぶことができる。かくして、ヘッド24及び／又
はディスク22の損傷を回避し、さらにディスクドライブ
の寿命を延ばすことができる。

本発明を詳細に説明したが、ここに開示した実施例に
限定されないことを理解すべきである。例えば、クラン
プ40の種々の寸法に対して引用された特別な寸法の限定
は、変えることができ、しかもなお本発明の範囲内であ
ることが理解される。これらの寸法は、壁66が位置する
直径がネジ位置が位置する直径より大きく、且つクラン
プとディスクとの間に構成される接触線の直径より小さ
くなければならない制限に応じて変わり得る。当業者は
添付した請求の範囲によって説明し、且つ特定した本発
明の精神或いは範囲から逸脱することなく、種々の他の
変形、転用及び修正を本発明になし得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー ジア クエン ジェリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95131 サン ホセ サヤカ アベニュ ー 1398 (56)参考文献 特開 平４−337558（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 17/038 G11B 23/03 G11B 23/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１環状部分と、 該第１環状部分から半径方向外方に設置された第２環状
   部分とを有し、該第２環状部分は、略平らな上面と略弧
   状の下面とを有し、該略弧状の下面は、１つ又は複数の
   ディスクの最上位のディスクに接触するために設けら
   れ、 さらに前記第１及び第２環状部分の間で半径方向に設置
   された第３環状部分を有し、該第３環状部分は、前記第
   １及び第２環状部分に対して増大した剛性を有し、 さらにねじを受け入れて、１つ又は複数のディスクをデ
   ィスクドライブ内に固定するための、前記第１環状部分
   のまわりに設けられた複数の穴を有し、前記第３環状部
   分は、前記複数の穴及びねじから発生する局所応力が１
   つ又は複数のディスクに伝達されるのを防止することを
   特徴とする１つ又は複数のディスクをディスクドライブ
   内でクランプするためのディスククランプ。