JP3848867B2

JP3848867B2 - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP3848867B2
Application number: JP2001331842A
Authority: JP
Inventors: 利彦清水; 哲也浜口; 寿洋有坂; 広光増田; 元太郎中村; 武憲熱海
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003141826A

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関するものである。さらに詳細には磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決め精度の向上に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置では、記録容量増大のための記録密度の向上が求められている。そのためには、磁気ヘッドの位置決め精度を上げることが重要である。位置決め精度向上の阻害要因としては、ディスクの回転やキャリッジの位置決め動作による機構系の振動による位置決め誤差や、磁気ディスク装置の外部から振動が加わった場合に生じる位置決め誤差などが挙げられる。これらの位置決め誤差を低減するためには、位置決め制御の制御帯域を広くすることが有効である。
【０００３】
位置決め制御の広帯域化には、コイルに発生する力を入力として、位置決め方向の磁気ヘッドの変位を出力とした伝達特性におけるキャリッジの１次振動モードであるところの主共振モードが大きく影響する。この主共振モードとは文献「Analytical and Experimental Study of the Effect of Basa-plate and Top Cover Stiffness on Actuator and Diskpack Dynamics」（Yih-Jen Dennis他、10th Annual Symposium on Information Storage and Processing Systems June28-30,1999)における「lateral bending system mode」、文献「Active Damping in HDD Actuator」（Fu-Ying Huang他、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.37,No2.,MARCH 2001）における「butterfly mode」、文献「Development of a Single Coil Coupled Force VCM Actuator for High TPI Magnetic Recording」（Huai Lin他、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.37,No2.,MARCH 2001）における「ＱＲmode」と同じ変形モードを意味する。位置決め制御の広帯域化を図る場合には、主共振モードの固有振動数（以下主共振周波数）におけるゲイン余裕が制約条件の一つとなる。制御帯域に対して、主共振周波数が低いもしくは振幅が大きい場合には、ゲイン余裕がなくなり、最悪の場合は制御系が発振してしまい、位置決め制御ができなくなる。
【０００４】
以上のような背景をもとに、磁気ディスク装置においては主共振周波数を高くすることを主目的として、研究開発が行われている。例えば特開2000-48497号公報の例ではキャリッジの軸受けの締結方法を変更することにより高剛性化することにより主共振周波数を上げようとしている。
【０００５】
実際の装置で適用された例は存在しないが、主共振モードにおいて磁気ヘッドが変位しない構造とした特開平9-161430号公報のような例もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
主共振モードは軸受け部の変形とキャリッジ全体の曲げ変形が合成されたモードである。そのため、主共振周波数を高くするためには、軸受けやキャリッジ全体の剛性を高くしたり、キャリッジを軽くすることが有効である。しかし、実際の磁気ディスク装置では、軸受けの高剛性化はもはや限界に近づきつつある。キャリッジについても大幅な高剛性化や軽量化は相反する方向であり、大幅に主共振周波数を高くすることは困難である。つまり、主共振周波数を高くして、制御帯域を広くすることはもはや限界に近づいている。
【０００７】
特開平9-161430号公報の例は、主共振モードでの磁気ヘッドの変位が０であるため、制御系に対し主共振モードが全く影響しなくなるという意味で大幅に制御帯域を広くすることが可能である。しかし、実際の磁気ディスク装置では加工公差等の製造ばらつきにより主共振モード形状自体にもばらつきが生じるため、必ずしも磁気ヘッドの変位が０となるわけではなく、ある程度変位することは避けられない。この場合、キャリッジの固体差により磁気ヘッドの変位する方向は、あるものは入力点であるコイルの変位と同じ方向になり、またあるものはコイルの変位と逆方向に変位することなる。これは、観測点であるところの磁気ヘッドの変位が正負にばらつくことを意味する。
【０００８】
これは、主共振モードにおいてコイルの変位する方向とヘッドが変位する方向が逆方向の場合を位相が正であり、同方向の場合を位相が負であると定義すると、伝達特性上での主共振モードの位相が正か負かに定まらないことを意味する。
【０００９】
１台の磁気ディスク装置に限定した場合でも、温度変化等によって同様の現象が起こる。通常、磁気ディスク装置のキャリッジの軸受けに用いられているベアリングは製造コストの観点から定位置与圧されている。磁気ディスク装置が用いられている環境温度が変化した場合、軸受け部は温度変化により、膨張・収縮するため、ベアリングの与圧量に変化が生じる。そのため、主共振モードにおける軸受け部分の剛性が変化し、軸受け部分の変位がばらつくため、製造ばらつきの場合と同様に、伝達特性上での主共振モードの位相が正か負かに定まらない状態となってしまう。
【００１０】
位相の正負が反転するということは、加えられた入力に対して、出力の正負が反転することを意味している。そのため、位相が負である主共振モードの振動をフィードバック制御により制振する様な補償器を設計した場合、位相が正である主共振モードはフィードバック制御系によって励振されることとなる。よって、主共振モードの位相が正か負か定まらない条件下では、主共振モードの振動をフィードバック制御系により制振することは困難である。
【００１１】
以上のことから、特開平9-161430号公報のように主共振モードで磁気ヘッドの変位が０であるような磁気ディスク装置を実現することは難しい。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、制御帯域を広くして位置決め精度を向上し位置決め誤差を低減することにより、記録密度を向上し、記録容量の大きい磁気ディスク装置を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の課題を解決するために、キャリッジアームにサスペンション固定部とディスク面に略並行に配置された２本の腕部とを備え、それぞれの腕部のコイル側端部の幅とサスペンション側端部の幅とを腕部の中央部分の幅よりも小さくする構成として、キャリッジに前記中央部分を剛体部とし前記コイル側端部と前記サスペンション側端部とを回転部とする４節リンク構造を備えた。
【００１４】
上記の構成により、主共振モードにおいて、磁気ヘッドの変位が、キャリッジアーム先端部分の変位と同方向で、キャリッジアーム先端部分の変位よりも小さいが、０ではない構成を実現でき、主共振モードにおける磁気ヘッドの変位を小さくできるため、制御系に対する主共振モードの影響を小さくできるため、制御帯域を広くし、記録密度を高くすることができる。また、キャリッジアームの腕部の形状によって、主共振モードにおける磁気ヘッドのモード変位を調整できるため、主共振モードで位相が反転することがないため、実際の磁気ディスク装置に適用可能である。
【００１５】
【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。
【００１６】
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はそのキャリッジの斜視図、図３はキャリッジの上面図である。キャリッジ１の先端にはサスペンション２を介して磁気ヘッド（図示せず）を搭載したスライダ３が取り付けられている。コイル４に電流を流すことによりボイスコイルモータ５とコイル４の間に力が発生し、軸受け部を中心にキャリッジ１が回転し、スライダ３をディスク６上の任意の半径位置に位置決めすることができる。キャリッジ１は、キャリッジアーム７のアーム前端部８とアーム後端部９の幅がアーム中央部１０の幅が小さい構成としている。
【００１７】
図４と図５は本発明の動作原理図である。図１から３の例ではキャリッジアーム７のアーム前端部８とアーム後端部９の幅がアーム中央部１０の幅を小さくしているため、図４に示すように、剛体部１１と回転部１２で表現される、４節リンク構造でモデル化することができる。図４のＡ点は仮想的な磁気ヘッドの位置である。また、主共振モードにおいてキャリッジアーム７に作用する力は、キャリッジアーム７に慣性力が作用したと考えることができ、図４に示すような力入力を考えればよい。図４のような力入力が生じた場合、剛体部１１の幾何学的関係から、図５のような変形が生じ、磁気ヘッドの位置であるＡ点の変位を小さくすることができる。これは、実際の磁気ディスク装置では、主共振モードの磁気ヘッドのモード変位を小さくすることができ、伝達特性上の主共振振幅を小さくできることを意味する。
【００１８】
実際のキャリッジでは、キャリッジアーム７の各部分は剛体でも回転自由でないため、図５の変形形状を確認するために、図６に示す有限要素モデルを用いて解析を行った。主共振モードの変形形状を図７に示す。図７に示すように、磁気ヘッドであるＣ点の変位がキャリッジアーム７の先端であるＢ点の変位よりも小さくなっており、キャリッジアーム７は図５のように変形していることがわかる。図８にコイル部分に単位力入力（１Ｎ）した場合の磁気ヘッドの位置決め方向変位であるところの伝達特性を示す。横軸が周波数で縦軸は変位(mm)のデシベル値、実線が本発明の伝達特性で破線が従来方式のキャリッジの伝達特性である。図８より、従来方式と比較して明らかに主共振モードの振幅が下がっていることがわかる。
【００１９】
以上のことから本発明により、従来方式と比較して制御帯域を広くすることができるため、位置決め誤差を低減することができ、記録密度を向上することができる。また、図７に示すように主共振モードで磁気ヘッド十分に変位しているため、製造ばらつきや使用環境の変化により、主共振モード形状がばらついた場合でも、磁気ヘッドの位相が反転することはないため、実際の磁気ディスク装置に適用することができる。
【００２０】
図９は本発明の第２の実施例のキャリッジの上面図である。図１から３の例では、キャリッジアーム７のアーム前端部８とアーム後端部９の幅がアーム中央部１０の幅が小さくしていたが、図９の例では、キャリッジアーム７の幅を全体的に小さくしている。これにより、キャリッジアームを軽くすることができるため、キャリッジ全体の慣性モーメントを小さくすることができるので、アクセス動作にかかる時間を短縮することができる。動作原理図を図１０に示す。図１０の場合はキャリッジアーム７の幅が全体的に小さいため、図４のように剛体リンク機構ではなく、弾性はり１３でモデル化する。変形図を図１１に示す。この場合も図５と同様にヘッド変位を小さくすることができる
有限要素法を用いて解析した主共振モード形状を図１２、伝達特性を図１３に示す。この場合も図７及び図８のように、主共振モードの振幅が小さいが、十分に変位している。
【００２１】
以上のことから、第２の実施例においても、従来方式と比較して制御帯域を広くすることができるため、位置決め誤差を低減することができ、記録密度を向上することができると同時に、製造ばらつきや使用環境の変化により、主共振モード形状がばらついた場合でも、磁気ヘッドの位相が反転することはないため、実際の磁気ディスク装置に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、主共振モードの磁気ヘッドの変位を小さくすることができ、かつ、加工公差や環境温度が変化した場合でも、磁気ヘッドの位相が反転することがないため、制御帯域を広くして位置決め精度の向上し位置決め誤差を低減することにより、記録密度を向上することにより、記録容量の大きい磁気ディスク装置を実現することができる。
【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の実施例のキャリッジの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例のキャリッジの上面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の模式図である
【図５】本発明の第１の実施例の動作原理図である。
【図６】本発明の第１の実施例の有限要素モデルである。
【図７】本発明の第１実施例の主共振モードの有限要素解析結果である。
【図８】本発明の第１の実施例の伝達特性を示した図である。
【図９】本発明の第２の実施例のキャリッジの上面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の模式図である
【図１１】本発明の第２の実施例の動作原理図である。
【図１２】本発明の第２実施例の主共振モードの有限要素解析結果である。
【図１３】本発明の第２の実施例の伝達特性を示した図である。
【符号の説明】
１…キャリッジ、２…サスペンション、３…スライダ、４…コイル、５…ボイスコイルモータ、６…ディスク、７…キャリッジアーム、８…アーム前端部、９…アーム後端部、１０…アーム中央部、１１…剛体部、１２…回転部、１３…弾性はり。

Claims

情報を記録するディスクと、ディスクに情報を読み書きをする磁気ヘッドを搭載するスライダと、スライダを保持しスライダに所定の荷重を与えるためのサスペンションと、サスペンションを固定するためのキャリッジアームと回転自由支持された胴体部とコイルを支持するためのボビン部からなるキャリッジを有する磁気ディスク装置において、
前記キャリッジアームはサスペンション固定部とディスク面に略並行に配置された２本の腕部とで構成され、前記２本の腕部はそれぞれのコイル側端部の幅とサスペンション側端部の幅とが腕部の中央部分の幅よりも小さく形成されることにより、前記キャリッジは前記中央部分を剛体部とし前記コイル側端部と前記サスペンション側端部とを回転部とする４節リンク構造を成したことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１に記載の磁気ディスク装置において、位置決め方向の１次振動モードである主共振モードにおいて、磁気ヘッドの変位がキャリッジアーム先端部分の変位と同方向でかつキャリッジアーム先端部分の変位よりも小さいが０ではないことを特徴とする磁気ディスク装置。