JP3716164B2 - ヘッド支持機構 - 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、磁気ヘッドを目標トラックに精密に位置決めするためのマイクロアクチュエータを搭載したヘッド支持機構及びそれを用いた磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の磁気ディスク装置の大容量化に伴い、磁気ヘッドは目標トラックに対して非常に高精度な位置決めをしなければならなくなっている。そのため、磁気ディスク装置ではキャリッジ回転中心に対して磁気ヘッドと反対側に設けたボイスコイルモータで粗く移動し、サスペンション部分に微動用のアクチュエータを備えた構成の駆動機構が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１１−１６３１１号公報では、粗動アクチュエータに加えてロードビームと磁気ヘッドを備えたサスペンションの間にマイクロアクチュエータを設けて駆動する構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロアクチュエータには、従来はコイルと磁石を用いた電磁型も検討されたが、近年では剛性や製造コストの観点からＰＺＴ等の圧電素子を用いた圧電型が実用化されつつある。
【０００５】
しかし、圧電素子は脆性材料であるため衝撃や摺動に弱く、摺動部分や、衝撃時または圧電素子駆動時の応力の集中する部分から塵埃が発生しやすいという欠点を持っている。磁気ディスク装置においては、記録密度向上の観点から磁気ヘッドを搭載したスライダの浮上面とディスク表面との間隔(浮上量)が数十ｎｍと非常に小さいため、塵埃が発生した場合には適正な浮上量を保つことが困難になり記録・再生できなくなり、最悪の場合にはスライダおよびディスクの破損が生じることがあり、磁気ディスク装置の信頼性の低下につながる。そのため圧電素子を使用する際には、可能な限り摺動部分を廃し、磁気ディスク装置外部から衝撃が加わった場合や圧電素子を駆動した場合に発生する応力ができる限り小くしなければならないという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題の少なくとも一つの課題を解決するもので、構成が簡単で、摺動部が少なく正確に位置決めが出きるアクチュエータ構成と、それを用いた磁気ディスク装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、マイクロアクチュエータ搭載部とロードビームとを別部材として、ロードビームをマイクロアクチュエータ搭載部に固定して設け 、 マイクロアクチュエータ搭載部のキャリッジ側アクチュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部とを、ロードビームの長手方向に対して２本の腕部で連結し、マイクロアクチュエータを、キャリッジ側アクチュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部と腕部とで形成される窓部をロードビームの長手方向に跨いで、キャリッジ側アクチュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部との間に配置し 、 マイクロアクチュエータをロードビームの長手方向中心線を挟んで両側に設けると共に 、 それぞれのマイクロアクチュエータを平行に配置し、腕部を、前記長手方向中心線に対してマイクロアクチュエータの外側に配置し、かつ前記長手方向中心線に対して外側の凸形状とし、ロードビームの先端部に設けられたスライダをロードビームの幅方向に微小変位可能にした。これにより、マイクロアクチュエータは固定部以外では動作時及び、衝撃時共に他の部材と接触することがないため、摺動による塵埃の発生を回避できる。また従来、マイクロアクチュエータが駆動に要する以外の変形をすることになり、マイクロアクチュエータに大きな応力が生じていたのに対して 、 マイクロアクチュエータの変形を拘束することがない。また、衝撃時には連結部材が衝撃時に発生する応力を分担し、動作時には連結部材が自由に変形することにより、マイクロアクチュエータへの応力の集中を緩和することができ、磁気ディスク装置の信頼性を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明を適用した磁気ディスク装置の斜視図であり、図２はそのサスペンションの斜視図、図３はサスペンションの側面図、図４はサスペンションの上面図である。
【００１０】
図１から図４の例では、ロードビーム１の先端部にフレクシャ２を介して磁気ヘッドを搭載したスライダ３が取り付けられている。ロードビーム１をマイクロアクチュエータ搭載部４に溶接等で固定し、更に、そのマイクロアクチュエータ搭載部４をマウント５に溶接等で固定する。マウント５をキャリッジ６にかしめ等で固定する。キャリッジ６がボイスコイルモータの駆動力によって、ピボット軸７を中心に回転運動することにより、磁気ヘッドは、ディスク８上の任意の半径位置にアクセスすることができる。さらに、マイクロアクチュエータ搭載部４に圧電素子で構成されたマイクロアクチュエータ９が固定される。このマイクロアクチュエータ９を駆動することで、磁気ヘッドの微少な位置合わせを行うものである。
【００１１】
図２のハッチングをした個所は、マイクロアクチュエータ９を固定する場所を示している。このハッチング部は、エッチング等によりマイクロアクチュエータを位置決めしやすいように凹に加工しておくとよい。本実施例のマイクロアクチュエータ搭載部４は、腕部４１と磁気ヘッド側マイクロアクチュエータ固定部４２とキャリッジ側マイクロアクチュエータ固定部４３により一体的に構成してある。腕部４１はマイクロアクチュエータ９と接触・摺動しないように長手方向中心線に対して外側に配置している。更に、腕部４１は、マイクロアクチュエータ９の動作を阻害しない程度に柔軟となるように、外側に凸形状としている。マイクロアクチュエータ搭載部４は、衝撃時の過度の変形を回避し、かつ、サスペンション全体の高さを小さくするため、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚さが望ましい。
【００１２】
また、マイクロアクチュエータ搭載部４は製作公差を低減と製造コストの低減のため、プレスによる打ち抜き、またはエッチング加工を用いて形成されることが望ましい。
【００１３】
図１２に腕部形状の１例を示す。図２から４の腕部４１は、図１２に示す形状を基本として、腕部の応力集中を緩和するために角部を曲線にしたものである。腕部４１はマイクロアクチュエータ９の動作を阻害しない程度には柔軟でなければならない。そのためには、腕部の経路長（形状の中心線に添う長さ）を長くすることと、腕部の幅を小さくすることが有効である。
【００１４】
しかし、サスペンション全幅（サスペンション長手方向中心線からみた腕部の最遠点までの距離）が大きくなるにつれてサスペンション長手方向中心軸に対する慣性モーメントが大きくなるため、長手方向中心軸に関するサスペンションのねじれ振動が増加し、磁気ヘッド位置決め動作に悪影響を及ぼすという問題がある。そのため、腕部はサスペンション全幅を小さくしながら経路長の長い形状にすることが望ましい。そのような要求に対して、腕部４１を図１２に示すようにコの字型もしくはコの字型の角部を曲線としたＵ字型とすることにより、例えばＶ字型の腕形状と比較して、サスペンションの長手中心軸に関する慣性モーメントをあまり大きくせずに経路長を長くすることができると共に、腕部４１がマイクロアクチュエータ９と接触・摺動することを回避できる。
【００１５】
腕部４１の幅に関しては、マイクロアクチュエータ搭載部の厚さが０．１５〜０．３ｍｍ程度であるため、加工時の腕部断面形状のばらつき抑制や加工性の観点からマイクロアクチュエータの厚さと同等以上であることが望ましく、０.３〜０.４ｍｍ程度の幅が望ましい。
【００１６】
図５はマイクロアクチュエータ９とマイクロアクチュエータ搭載部４の断面図を示したものである。又図６には、マイクロアクチュエータを駆動した時のサスペンションの変形状態の1例を示す。
【００１７】
図５中の矢印は、マイクロアクチュエータ９を構成する圧電素子の分極方向を示している。マイクロアクチュエータ９は、上部電極１０と下部電極１１が設けられ、導電性を有する接着剤１２によってマイクロアクチュエータ搭載部４に固定される。マイクロアクチュエータ搭載部４は、マウント５、キャリッジ６を介して電気的には０電位となっている。
【００１８】
図５に示すように、上部電極１０に信号が入力された状態では、２つのマイクロアクチュエータ９の分極方向が逆向きであることから、それぞれの伸縮方向は逆方向となる。結果的には、例えば図６に示すように、マイクロアクチュエータ９１は長手方向には縮む変形をし、マイクロアクチュエータ９２は長手方向には伸びる変形をする。これによって、サスペンション全体では図６のような変形をし、スライダ３を微動することが可能となる。この場合、マイクロアクチュエータ搭載部４の腕部４１は、図６に示すようにサスペンション長手方向と幅方向の両方向に容易に変形できる形状であるため、マイクロアクチュエータ９の動作を妨げる恐れがない。
【００１９】
これらの構成により、マイクロアクチュエータ９は、固定部以外ではマイクロアクチュエータ搭載部４と接触する個所が無い。動作時や磁気ディスク装置に衝撃が加わり、マイクロアクチュエータ９が変形した場合(特に、マウント5側固定端としてロードビーム1側が上下、左右に変形しやす)にでも、マイクロアクチュエータ９とマイクロアクチュエータ搭載部４の間に接触する場所が存在しないため、マイクロアクチュエータ９が摺動する恐れもなく、塵埃発生により磁気ディスク装置の信頼性が低下する恐れがない。また、衝撃力が加わった時に、マイクロアクチュエータ９にはロードビーム１の慣性力が加わるが、マイクロアクチュエータ搭載部４の腕部４１がマイクロアクチュエータ９の力と慣性力を分担するため、マイクロアクチュエータ９に生じる応力が緩和される。このため、マイクロアクチュエータ９が損傷しにくくなり、磁気ディスク装置としての信頼性高くすることができる。
【００２０】
なお、従来の構造におけるマイクロアクチュエータ動作時には、スライダ側のマイクロアクチュエータ固定部は３本の支持ビームの交点を中心として回転動作をする。このため、マイクロアクチュエータも固定部にならって変形しなければならない。結果として、マイクロアクチュエータが駆動に要する以外の変形をすることになり、マイクロアクチュエータに生じる応力が大きくなるため、応力集中部より塵埃が発生しやすいという問題がある。しかし、本発明においては図６のように腕部４１はサスペンション長手方向・幅方向ともに柔軟にできるので、マイクロアクチュエータ９の変形を拘束することがないため、塵埃発生の危険性を低下することができ、磁気ディスク装置の信頼性を向上することができる。
【００２１】
次に、各種の腕形状における変位量を計算により求めた結果を図１３、図１４を用いて説明する。平行に設けたマイクロアクチュエータ９にはそれぞれ矢印の方向に力が作用しているとしている図１３（ａ）は、平行に腕部を設けた構成とした場合であり、図１３（ｂ）は、三角形上に腕部を外側に突出させて設けた場合であり、図１３（ｃ）は、図２から図４の実施例のようにＵ字（略半円）形状に腕部を外側に突出させた場合を示す。
【００２２】
計算条件として、キャリッジに固定されることを想定してマウント５のボス部は全固定とした。また、スライダ３はディスク表面上を自由に変位可能であるため、スライダに関しては図４のＺ方向変位を拘束とした。２つの圧電素子の伸縮を模擬するために図４に示すように、一方の圧電素子には圧縮方向の力、他方の圧電素子には引張り方向の力入力として、磁気ヘッド３１のＹ方向変位を算出した。入力の大きさは圧電素子の厚さ(０．１５〜０．２mm)や圧電定数(２００〜３００ｍ／Ｖ)、入力電圧(３０Ｖ)等がから０．５Ｎとした。
【００２３】
さらに、腕部の幅は０．４mmで同一とし、他は全く同一のものであり、図に示すように圧電素子搭載部は長さ８．７mm、幅４mm、厚さ０．１５mmとした。また材料はステンレス鋼(ＳＵＳ３０４)としヤング率は０．１９Ｎ／ｍ²とした。形状Ａは腕部を直線としたもので、サスペンション外側に凸部の無い形状である。形状Ｂは腕部を、凸部の頂点が８０度のＶ字形状にしたものである。形状Ｃは腕部をＵ字形状とし、角部を曲線にしたものである。この計算結果を図１４に示す。
【００２４】
形状Ｃでは素子部の変位が１μmを超えているのに対し、形状Ｂでは０．７７μm程度変位し、形状Ａでは０．１６μm程度の変位しか生じない。この結果により、形状Ｃが最も柔軟であり、圧電素子駆動時に磁気ヘッドの変位量が最も大きいことがわかる。
【００２５】
図７及び図８は、本発明の第２の実施例を示した斜視図と上面図である。図７及び図８の例では、腕部４１に加えて中央連結部４４によって、マイクロアクチュエータ搭載部４の磁気ヘッド側マイクロアクチュエータ固定部４２とキャリッジ側マイクロアクチュエータ固定部４３を連結している。中央連結部４４はサスペンション長手方向の中心軸上に配置され、かつマイクロアクチュエータ９とは干渉しない形状としている。第１の実施例では、外部から衝撃力が加わった時にマイクロアクチュエータ９に発生する応力を緩和するためには腕部４１を、ロードビーム1から加わる上下方向の曲げモーメントに対して剛とすればよい。しかし、腕部４１の剛性が高くなり過ぎると、マイクロアクチュエータ９の動作を阻害する恐れがある。そこで、図７及び図８のように、中央連結部４４を設ければよい。中央連結部４４はマイクロアクチュエータ搭載部４の前後の固定部を直線的に連結するため、マイクロアクチュエータ９の動作する方向には十分柔軟であるが、ディスク面に対して垂直方向の剛性は腕部４１よりも剛とすることができる。これにより、ディスク面に対して垂直方向の衝撃が加わった場合に、第１の実施例と比較して、マイクロアクチュエータ９に生じる応力をさらに低下することが可能となり、磁気ディスク装置の耐衝撃性能を向上し、信頼性を高くすることができる。
【００２６】
図１５に中央連結部４４を設けた場合の解析方法を示す。
【００２７】
中央連結部の有無による、上下(Ｚ)方向衝撃時に圧電素子に発生する最大応力の変化を有限要素法により算出した。図１５に示すように下方向(-Z方向)に図１６に示す２mmsec、１９６０ｍ／ｓ²(２００Ｇ)の正弦半波入力されたものとして解析を行う。具体的には、サスペンションへの衝撃入力は固定部であるマウントボス部とスライダから入力されるため、ボス部とスライダの-Z方向に図１６の強制加速度入力をし、時刻暦応答解析を行う。その結果から、圧電素子に発生する最大応力を求める。本解析は図１３の（ｃ）の形状について行ったものである。即ち中央連結部４４を設けた図７及び８に示す形状を形状Ｄとしている。その結果を図１７に示す。
【００２８】
図１７より、形状Ｃでは圧電素子に発生する最大応力は３．７２Ｎ／ｍｍ2であるが、中央連結部４４を追加した形状Ｄでは２．４７Ｎ／ｍｍ2となり、約３８%の応力低減となっており、最大応力低減に対して中央連結部４４の追加が有効な手段であることがわかる。
【００２９】
図９および図１０は本発明におけるマイクロアクチュエータ９への配線方法を示した斜視図と側面図であり、図１１は図９のマウント近辺のＡ-Ａ’断面図である。
【００３０】
図９及び図１０では、磁気ヘッドからの配線パターンを設けたフレクシャ２がマウント５の付近まで延長されている。通常、フレクシャ２の配線パターンは、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で形成されたフレクシャ２上に、絶縁層となるポリイミドと実際の信号線となる銅を積層することにより構成されている。フレクシャ２は配線固定板１３に固定され、さらに配線部１４に電気的に接続される。配線部１４にはＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）が適している。配線部１４には端子１５が設けられており、端子１５とマイクロアクチュエータ９の上部電極１３が信号線１６で電気的に接続している。
【００３１】
このような構成とすることにより、マイクロアクチュエータ９への信号入力を実現できると同時に、マイクロアクチュエータ９への信号入力と磁気ヘッドの信号を配線部１４で一体で処理することが可能となる。このため、製造が容易となり、ひいてはコスト低減につながる。さらに、配線部１４に信号増幅用のＩＣ１７を設け、配線固定板１３を折り曲げている。これにより、情報を伝送する際に一旦増幅することができるため、情報の伝達が容易になり磁気ディスク装置の転送速度を高速化できると共に、ＩＣ１７への信号線も容易に取り扱うことができるため、ひいては製造コストを低減することができる。また、配線固定板１３を折り曲げることにより、ＩＣ１７がディスクに接触する危険性を回避することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロアクチュエータは固定部以外では動作時、衝撃時ともに他の部材と接触することがないため、摺動による塵埃の発生を回避できる。またマイクロアクチュエータの変形を拘束することがない。また、衝撃時には連結部材が衝撃時に発生する応力を分担し、動作時には連結部材が自由に変形することにより、マイクロアクチュエータへの応力の集中を緩和することができる。これらの事項より、磁気ディスク装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の磁気ディスク装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例のサスペンションの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例のサスペンションの側面図である。
【図４】本発明の第１の実施例のサスペンションの上面図である。
【図５】本発明の第１の実施例のマイクロアクチュエータとマイクロアクチュエータ搭載部の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例のマイクロアクチュエータ動作時の変形図である。
【図７】本発明の第２実施例のサスペンションの斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施例のサスペンションの上面図である。
【図９】本発明の第３実施例のサスペンションの斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施例のサスペンションの側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例のサスペンションの断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施例の腕部の基本形状を示す図である。
【図１３】計算に用いた各種腕部形状を示す図である。
【図１４】腕部形状の違いによるヘッド部の変位量の計算結果を示す図である。
【図１５】サスペンションに衝撃力が加わったときの状態を示す図である。
【図１６】計算で、サスペンションに印加した加速度の波形を示す。
【図１７】中央連接部を設けた場合と設けない場合の上下方向の応力値の計算結果を示した図である。
【符号の説明】
１…ロードビーム、２…フレクシャ、３…スライダ、４…マイクロアクチュエータ搭載部、５…マウント、６…キャリッジ、７…ピボット軸、８…ディスク、９…マイクロアクチュエータ、１０…上部電極、１１…下部電極、１２…接着材、１３…配線固定板、１４…配線部、１５…端子、１６…信号線、１７…ＩＣ。

Claims (2)

1. 磁気ディスクの情報を読み書きする磁気ヘッドを搭載したスライダに適切な荷重を付与するためのロードビームと、前記ロードビームを微小変位させるマイクロアクチュエータを取付けるマイクロアクチュエータ搭載部と、キャリッジに固定するための固定部とを有するヘッド支持機構において、
   前記マイクロアクチュエータ搭載部と前記ロードビームとを別部材として、前記ロードビームを前記マイクロアクチュエータ搭載部に固定して設け、
   前記マイクロアクチュエータ搭載部のキャリッジ側アクチュエータ固定部と磁気ヘッド側アクチュエータ固定部とを、ロードビームの長手方向に対して２本の腕部で連結し、
   マイクロアクチュエータを、前記キャリッジ側アクチュエータ固定部と前記磁気ヘッド側アクチュエータ固定部と前記腕部とで形成される窓部を前記ロードビームの長手方向に跨いで、前記キャリッジ側アクチュエータ固定部と前記磁気ヘッド側アクチュエータ固定部との間に配置し 、
   前記マイクロアクチュエータを前記ロードビームの長手方向中心線を挟んで両側に設けると共に 、 それぞれのマイクロアクチュエータを平行に配置し 、
   前記腕部を、前記長手方向中心線に対して前記マイクロアクチュエータの外側に配置し、かつ前記長手方向中心線に対して外側の凸形状とし、
   前記ロードビームの先端部に設けられたスライダを前記ロードビームの幅方向に微小変位可能にしたことを特徴とするヘッド支持機構。
2. 請求項１に記載のヘッド支持機構において、
   前記マイクロアクチュエータ搭載部の前記長手方向中心線上に前記キャリッジ側アクチュエータ固定部と前記磁気ヘッド側アクチュエータ固定部とを連結する中央連結部を設けたことを特徴とするヘッド支持機構。

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