JP3709328B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ディスク装置に係り、特に、磁気ヘッドの情報を増幅するＩＣを磁気ヘッド支持機構に備えた磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術ではＩＣの冷却を目的に、ＩＣをディスク面に対向させて配置し、かつディスクとＩＣとの距離を１ｍｍ以下にすることが特開平１１−１９５２１５号公報に開示されている。
【０００３】
また特開平１１−２９６８０３号公報には、ＩＣに接続された制御回路が、磁気ヘッドへ書込み電流を所定の時間流した後は、該所定時間以上の休止時間だけ、該書込み電流を該磁気ヘッドに流さない様にすることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＣの半径位置により、ディスク回転に伴う空気流による冷却効果（能力）は異なる。このため、磁気ヘッドへの連続書込み可能な時間は半径位置により異なる。このため、半径位置による冷却能力を加味しないで、連続書込み時間と、休止時間を決めると、冷却能力の低い内周位置にＩＣがある場合の連続書込み時間に制約される可能性がある。この結果、ＩＣが外周位置にある時の高い冷却能力による連続書込み可能な時間（能力）を使わないで、利用効率を低下させる恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明では、上記課題を解決するため、ＩＣチップを磁気ヘッド支持機構に搭載し、ＩＣの温度上昇を許容温度上昇以下にする手段を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
磁気ヘッドで情報を書込み・読み出し信号を増幅するＩＣを磁気ヘッド支持機構に搭載し、前記ＩＣに接続した制御回路とを備え、前記制御回路により、ディスク上のヘッド位置から書込み読み出しの速度を制御して、前記ＩＣの温度を、所定の温度以下に制御することを特徴とする磁気ディスク装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を図面を用いて説明する。図１２は装置の全体図を示している。
【０００９】
図１２（１）に示すように、磁気ディスク装置はランチボックスの形をしたベース１の中に、磁気ディスク、磁気ヘッドなどが収められ、カバー２により密閉構造となっている。図１２（２）に示すように、ベース１の中にはスピンドル３に積層された磁気ディスク４と、磁気ヘッド（図示せず）を支持する磁気ヘッド支持機構５と、磁気ヘッド支持機構５に連結するガイドアーム６と、ピボットベアリング７と、ボイスコイルモータ８とから構成される位置決め機構９より構成されている。
【００１０】
図１に磁気ヘッド支持機構５の詳細な構成を示す。又、図２に磁気ヘッドの信号処理回路のブロック線図を示す。磁気ヘッド（図示せず）を搭載するスライダ１０は、フレクシャー１１に支持されている。フレクシャー１１は、平坦部１２と、フランジ１３部と、ばね部１４とから構成されるロードビーム１８に接合されている。磁気ヘッドは矢印１７方向に回転している磁気ディスク４上を浮上又は接触して情報の書込み又は読み出しを行う。ロードビーム１８の他端は、ガイドアーム６に接合するガイドアーム接合部１６と、信号増幅器（以後ＩＣと呼ぶ）３０を取り付けるためのＩＣ搭載台１７とからなっている。磁気ヘッド支持機構５は、ガイドアーム接合部１６に設けられた円筒形状のマウンタ（図示せず）を、ガイドアーム６のマウンタ穴６１にかしめて取り付けられる。
【００１１】
本実施例では、ロードビーム１８と、ガイドアーム接合部１６と、ＩＣ搭載台は一枚の薄板から成形されている。ばね部１４には窓１５を設けてばね剛性を最適化している。ＩＣ３０は磁気ヘッドから伸びる配線３１と連結している。配線３１は磁気ヘッドからフレクシャー１１を通りＩＣ３０に到達している。また、ＩＣ３０からの配線は、図２に示すようにRead/Writeコントローラ５１に接続されており、Read/Write信号の授受はＨＤＤコントローラ５０を介して、磁気ディスク装置と図示していない外部のコンピュータの間で行われる。
【００１２】
図３に示すように、スライダ１０は磁気ディスク４の内周と外周の間を移動する。このため、ＩＣ３０もそれに伴い半径位置が内周から外周に移動する。磁気ディスクの回転中心からＩＣ３０迄の距離をｒとして、ｒとＩＣの消費電力（発熱量）の関係、および磁気ディスクの回転数Ｎを変化させて、実験的に求めたＩＣの温度上昇を図４に示す。
【００１３】
さらに、詳細に図３を説明すると、実験に用いた磁気ディスク装置は３．５型磁気ディスク装置である。実験に用いたＩＣにはヒータと温度センサを内臓しており、また回転数は６０００ｒ／ｍｉｎから１２０００ｒ／ｍｉｎの間で変化させて、ＩＣの消費電力ＷとＩＣの温度上昇の関係を調べた。その結果、図４に示すように、全ての測定結果は回転レイノルズ数Ｒewと熱抵抗Ｒh（発熱量ｗ/温度上昇ｋ）の関係で整理すれば、式（３）の計算式で表わされることがわかった。
【００１４】
Ｒh＝1.6×10~⁸×Ｒew＋1.8×10~³ （３）
ここで、Ｒew＝ωｒ²／νであり、ω＝角速度、ν＝空気の動粘性係数である。
【００１５】
図４のＲew＝０の熱抵抗Ｒhはディスク回転速度０（ディスク静止時）の熱抵抗Ｒhを示している。つまり、構造物への熱伝導と自然対流による熱伝達の２つの効果による、熱抵抗を示している。また、図中には磁気ヘッドが内周、外周位置における、ＩＣの熱抵抗Ｒhを示している。この図から、ＩＣの消費電力（発熱量）が同一ならば、内周よりも外周の方がＩＣの温度上昇は小さいことがわかる。
【００１６】
表１に内周、中周、外周における、回転レイノルズ数Ｒew、熱抵抗Ｒh、と消費電力４００ｍＷ時の温度上昇を示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１から、消費電力４００ｍＷで連続加熱すると、ＩＣが内周位置では温度上昇が１６０Ｋとなり、ＩＣのジャンクション温度１２０℃をオーバーしてしまう。通常、ディスク装置内の温度は７０℃まで上昇することが予想されているため、ＩＣチップの許容温度上昇は最大５０Ｋとして考える必要が在る。このため、各半径位置における、消費電力は、表１に示したように、内周、中周、外周で１２５、１５５、１８５ｍＷ以下にすればよい。
【００１９】
さらに、表２に、内周位置の消費電力を１とした場合の表１の結果を整理したものを示す。この表から、外周位置の消費電力はその１．５倍まで許容できることがわかった。
【００２０】
【表２】

【００２１】
以上のことから、第１の実施例では、ＩＣの消費電力を、ＩＣが磁気ディスク４の内周位置にある場合よりも、外周位置にある場合を大きくすればよい。その消費電力の差ΔＷは、式（3）にＩＣの許容上昇温度ΔＴ掛けて求めた、下記の関係を満足するものとする。
【００２２】
ΔＷ≒1.6×10~⁸×（Ｒo²―Ｒi²）ω/ν×ΔＴ （４）
ここで、ω＝角速度、ν＝空気の動粘性係数（2×10~⁵m²/s）
ΔＷ＝消費電力の差（Ｗ）、ΔＴ＝許容上昇温度である。
【００２３】
図２に制御系のブロック図を示す。図２のブロック図に示すように、マイクロプロセッサ５８は、磁気ヘッド５３（WriteヘッドとReadヘッドの二つから構成されている）からの信号により、ＩＣ位置換算器５６により求めたヘッド用ＩＣ５２の半径位置と式（４）とにより、内周位置Ｒiに対して外周位置Ｒoで使用できる、消費電力の増分を算出して、Read/Writeコントローラ５１でヘッド用ＩＣ５２に供給する電力をコントロールする。これにより、ＩＣへの供給電力（消費電力）を増加させても、ＩＣの温度上昇を許容上昇温度以下に抑えることができる。
【００２４】
図３中の位置決めコントローラ５９は磁気ヘッド５３を所定の半径位置に位置決めするためのものである。実際の磁気ディスク装置には磁気ディスクの回転数をコントロールするスピンドルコントローラもあるがここでは省略している。また、ここではＩＣ内部に温度検出器である温度センサ５７を設けて、ＩＣが異常に発熱した場合には、ＩＣへの供給電力を遮断する構成としている。また、この温度センサの情報用いて、消費電力をコントロールすることも可能である。
【００２５】
以上のことから、ＩＣの半径位置の冷却能力に応じた電力をＩＣに供給できるようになる。このため、ＩＣの温度上昇を一定に抑えながら、ＩＣへの供給電力を内周から外周に従い増加できる。このため、ＩＣの能力を最大限に引き出す事が可能となる。具体的な一例としては、ＩＣの書込み（読み出し）周波数（能力）、すなわち、読み出し書込みの速度を、内周から外周に従い増加させることが可能となる。これにより、ＩＣの温度上昇を許容範囲内に収めながら、磁気ヘッドのRead/Write性能を向上させることができる。
【００２６】
本発明の第２の実施例を図５、６及び表１、２を用いて説明する。第１の実施例では、半径位置に応じた電力（消費電力）を連続的にＩＣに与える事を前提にして、各半径位置におけるＩＣの消費電力の最適化をに着目した。一方、ＩＣが正常に動作する場合には規定の電力（消費電力）が必要とされる場合がある。このため、第２の実施例では、規定の動作電力を短時間与えてＩＣを正常に動作させると共に、その後休止時間を設けるシステムとした。加熱時間と休止時間との割合（Duty値）を最適化することにより、第１の実施例と同様に、ＩＣの上昇温度を一定の値以下に抑えながら、ＩＣへ定格の電力を与える。これにより、ＩＣの動作効率を最大にする事を可能としている。図５にDuty値の概念を示す。定格の消費電力Wを必要とする場合には、その通電時間Tを半分にして、それと同じ時間休止した場合（Duty50％）には、熱的には（つまり、ＩＣの温度上昇的には）、消費電力が半分（Ｗ/2）で、連続加熱した場合と同じになる。
【００２７】
Duty(デュティ)値Ｄ=Ｔw/(Ｔw+Ｔk)) （５）
ここで、Tw＝連続通電時間、Tk＝休止時間である。
【００２８】
このため、ICの定格の消費電力が400mWの場合には、そのDuty値は、表１に示すように、内周、中周、外周で３１％、３８％、４６％とすればよい。また、内周のDuty値を１とした場合には、表２に示すように、外周の値はその１．５倍としてもよい。以上のことから、外周のDuty値は内周の値よりも大きく、その比は約１．５とすることができる。これにより、ＩＣの温度を許容上昇温度以下に抑えながら、ＩＣに所定の定格電力を供給することが可能となる。
【００２９】
図６に動作のブロック線図を示す。図２の第1の実施例との違いは、ＩＣの半径位置に対応した、Dutyの計算器６０を設けた点である。このDutyの計算器６０に変えて、Duty表を設けてもよい。Dutyの計算器６０の結果に基づいて、ＩＣの半径位置に応じた所定のDuty値になるようにマイクロプロセッサ５８がRead/Writeコントローラ５１を制御して、ヘッド用ＩＣ５２に所定の電力を所定の時間（Duty）で供給している。これにより、第1の実施例と同様に、ＩＣの温度上昇を許容値以下に抑え、かつ、ＩＣの効率、つまり、ヘッドのRead/Write性能を最大限に引き出す事が可能となる。
【００３０】
本発明の第３の実施例を、図７、図８及び表３を用いて説明する。図７は、回転レイノルズ数Ｒewにより決まる熱抵抗Ｒh（発熱量Ｗ／温度上昇Ｋ）と応答時間を、また、図８は無次元時間と温度変化を示している。これらの図は我々の実験から求めた実験式である。今、ＩＣの許容上昇温度を５０Ｋとし、ＩＣの定格電力を４００ｍＷとすると、５０Ｋに達するまでの時間は、表３の値となる。
【００３１】
【表３】

【００３２】
表３に示すように、内、外周で略同じ値となるが、外周の方が内周よりも若干長くなる。それらの値は、内周、中周、外周で０．１７ｓ、０．１９ｓ、０．２ｓである。以上の事から、連続通電時間を０．１７ｓ以下にすれば、定格電力４００ｍＷを供給しても、ＩＣは許容温度上昇値以下となり、第１の実施例と同様の効果を得る事ができる。また、ＩＣの定格電力が５００ｍＷのときには、連続通電時間を０．１３ｓ以下にすれば良い。
【００３３】
本発明の第４の実施例を、図９、図１０を用いて説明する。本実施例と第1の実施例との違いは、図９に示すように、本実施例ではヘッド用ＩＣ３０ａ、３０ｂを２つ搭載している点である。また、図１０に示すように、各々のヘッド用ＩＣに温度センサを設けている点である。２つのＩＣを用いることにより、温度センサにより１つのＩＣ５２ａが許容上昇温度に近づいたら、他のＩＣ５２ｂに切り替えることが可能となる。これにより、第２の実施例と同様な効果を得ることができる。具体的には、磁気ヘッドから見ると、連続してＩＣから磁気ヘッドに電力を供給可能となるために、連続してRead/Writeが可能となる。また、ＩＣの温度上昇の観点からは交互に使えば、１つのＩＣを休止させているのと同じなので、休止時間中にＩＣが冷却される。このため、例えば第３の実施例のように、内周では２つのＩＣを０．１７ｓ毎に切り替えて使えば、見かけ上連続して、定格電力でＩＣを使っているのと同じ効果が得られる。
【００３４】
我々の実験では、加熱による温度上昇と、放熱による冷却は略同じ時間である事がわかっている。このため、上述したように、２つのＩＣを交互に使えば、ＩＣ自体が自己発熱により温度上昇して誤動作をする事がない。本実施例の効果は１つの磁気ヘッドが取り付けられた、磁気ディスク装置において、特にその効果が大きい。つまり、複数の磁気ヘッドを搭載する磁気ディスク装置では、ある磁気ヘッドのＩＣの温度上昇が許容値以上になれば、他の磁気ヘッドに切り替えて（他のＩＣで）データを記録させればよいためである。
【００３５】
一方、磁気ヘッドが１つしかない場合には、他の磁気ヘッドを使う事ができず、また、実施例２のようにDutyを落として使う、或いは実施例３のように、休息時間を設けると、Read/Writeのパフォーマンスが低下してしまう。このため、２つのＩＣを用いる本実施例は、特に１ヘッドのみの装置でその効果を発揮する。また、複数の磁気ヘッドを搭載する装置でも、磁気ヘッド切り替えができない場合、つまり１つのヘッドで連続してRead/Writeが必要な場合には本実施例は特に有効である。
【００３６】
上述した実施例では、ＩＣはガイドアーム先端の外周側に設けられていたが、図１１(1)、(2)のように、ＩＣをサスペンション上に搭載しても、またガイドアーム先端の内周側に搭載しても同様の効果が得られる。図１１(1)のようにサスペンション上にＩＣを搭載すると、サスペンションへの熱伝導が大きくなり、冷却性能が向上する。また、図１１(2)のようにＩＣを磁気ディスク４の内周側に搭載すると、空気流による冷却性能(熱伝達)が大きくなるという利点がある。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気ヘッド支持機構に搭載された信号増幅器（ＩＣ）の温度を新たな冷却手段を設ける事なく所定の温度以下に制御できるので、信頼性を確保しながら高速・大容量の情報を記録／再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の磁気ヘッド支持機構。
【図２】第１の実施例の制御回路のブロック線図。
【図３】ヘッド用ＩＣと磁気ディスクとの位置関係を示す図。
【図４】熱抵抗と回転レイノルズ数の関係を示す図。
【図５】ＩＣへの通電時間のDutyの考え方を説明する図。
【図６】第２の実施例の制御回路のブロック線図。
【図７】第３の実施例の発熱量と応答時間の関係を示す図。
【図８】第３の実施例の応答時間と温度偏の関係を示す図。
【図９】第４の実施例の磁気ヘッド支持機構。
【図１０】第４の実施例の制御回路のブロック線図。
【図１１】他の実施例の磁気ヘッド支持機構。
【図１２】本発明の磁気ディスク装置の全体構成図。
【符号の説明】
１…ベース、２…カバー、４…磁気ディスク、５…磁気ヘッド支持機構、６…ガイドアーム、１０…スライダ、１７…ディスク回転方向、３０…ＩＣ。

Claims (6)

1. 情報を記録する磁気ディスクと、前記磁気ディスクを回転させる回転機構と、回転する磁気ディスクに情報を記録する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを搭載し回転する磁気ディスク上に浮上するスライダと、前記スライダを支持する磁気ヘッド支持機構と、前記磁気ヘッドを所定の半径位置に位置決めする位置決め機構とを備えた磁気ディスク装置において、
   前記磁気ヘッドの情報の書込み及び読み出し信号を増幅する信号増幅器を前記磁気ヘッド支持機構に搭載し、前記信号増幅器に接続した制御回路を有し、前記制御回路により、前記磁気ディスクの内周位置における前記信号増幅器の冷却効果に対する外周位置における冷却効果の増加分によって生じる前記信号増幅器の温度上昇の差を無くすように、前記信号増幅器が前記磁気ディスクの内周位置にあるときの前記信号増幅器の消費電力値よりも外周位置にあるときの消費電力値の方を大きくすることにより、前記信号増幅器の温度を制御することを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記信号増幅器が内周位置Ｒiにあるときの値をＷiとし、前記信号増幅器が外周位置Ｒoにあるときの値をＷoとしたき、消費電力値の差ΔＷ＝Ｗo−Ｗiを、下記の関係としたことを特徴とする磁気ディスク装置。
   ΔＷ≒1.6×10^-8×（Ｒo²−Ｒi²）ω／νxΔＴ （１）
   ここで、ω＝角速度、ν＝空気の動粘性係数（２×10^-5ｍ²／ｓ）、ΔＷ＝消費電力の差（Ｗ）、ΔＴ＝許容上昇温度である。
3. 請求項１記載の磁気ディスク装置において、前記制御回路によりデータの連続書込みのための、前記信号増幅器への連続給電時間が所定の給電時間Ｔwを超える場合には、給電を中止し、休止時間Ｔｋを設けるシステム（断続書込みシステム）を備え、連続書込み時間Ｔｗと休止時間Ｔｋとの比であるデュティ値Ｄ＝Ｔw/(Ｔw＋Ｔ)を、前記信号増幅器が内周位置Ｒiにあるときの値Ｄiよりも、前記信号増幅器が外周位置Ｒoにある時の値Ｄoの方を大きくしたことを特徴とする磁気ディスク装置。
4. 請求項２に記載の磁気ディスク装置において、前記信号増幅器が内周位置Ｒiにあるときのデュティ値をＤiとし、前記信号増幅器が外周位置Ｒoにある時のデュティ値をＤoとしたとき、デュティ値Ｄの差による消費電力の差ΔＷが下記式で求められ、この消費電力の差が前記式（１）で求めた消費電力の差ΔＷと同一となるように、ＤiとＤoの値を定めたことを特徴とする磁気ディスク装置。
   ΔＷ＝Ｗc×（Ｄo−Ｄi） （２）
   ここで、Ｗc＝信号増幅器が正常に動作するための定格消費電力である。
5. 請求項３又は４に記載磁気ディスク装置において、デュティ値である書込み時間と休止時間を３ｍｓから１sとしたことを特徴とする磁気ディスク装置。
6. 請求項１に記載の磁気ディスク装置において、前記制御回路により、磁気ヘッドが内周位置にあるときの連続書込み時間より、磁気ヘッドが外周位置にあるときの連続書込み時間が長くなるように制御することを特徴とする磁気ディスク装置。

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