JP3895137B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスクを所定速度で回転駆動させるスピンドルモータと磁気ディスクに情報の読み書きを行う磁気ヘッドとを有する磁気ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置は、記憶容量を大きくするための高記録密度化と、データの転送速度をあげるためのヘッドアクセス高速化を目指して設計されている。
【0003】
磁気ディスク装置のヘッドアクセス動作は、磁気ヘッドを目標位置に高速移動させるシーク動作と、目標位置に位置決めするセトリング動作がある。シーク動作は、ヘッドアクチュエータをボイスコイルモータの駆動力で駆動するが、その際その駆動力の反力がベースに伝わり磁気ディスク装置の振動を引き起こす。
【0004】
磁気ディスク装置に生じた振動は、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間に相対変位を生じさせる。これが、ヘッド位置決めの外乱となり、シーク動作時に生じた振動が長く残留するとその後のセトリング動作の時間が長くなるという問題がおこる。
【0005】
この問題を解決する従来技術として、特開2000−100150号公報に開示されているダンパ技術がある。これは筐体に大きな減衰比をもつダンパを設けたものである。このダンパは、磁気ディスク装置がパソコン内部のフレーム等に設置されたときに生じる磁気ディスク装置全体が回転振動するような振動の低減に非常に有効である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような振動は特開2000−100150号公報によると、300Hz〜800Hzの比較的低周波数の振動である。
【0007】
近年、位置決め制御技術の向上により低周波の位置外乱に対する追従特性が向上した結果、より高い周波数の振動が問題となるようになった。
【0008】
磁気ディスク装置に発生する振動でセトリング時間に悪影響を及ぼす主なものは、ヘッドアクチュエータの振動およびスピンドルの回転面内の振動である。前者はおよそ4kHz〜6kHz程度の周波数の振動であり、後者はおよそ2kHz〜3kHz程度である。
【0009】
前者については、後者よりも減衰が早いことおよびシーク軌道の工夫により振動低減を図ることができる。しかし後者は、前者に比べ減衰が遅いこと、周期がシーク動作自体の周期の数倍程度であるためシーク軌道の工夫による対策がとりにくいこと、また、位置決め制御に対する位置外乱として悪影響が最も大きくなる周波数帯にあることにより制御系で低減することが難しい。
【0010】
このスピンドルの振動は、スピンドルの回転部分と筐体が回転面内で逆方向に振動し、その間の軸受,シャフトおよびベースとスピンドルの取り付け部周辺が弾性変形するものである。言い換えればスピンドル回転部および筐体がマスとなり、2つのマスの間をばねでつないだ系の振動である。この振動では筐体とスピンドルが逆方向に振動するため、筐体にヘッドアクチュエータを介して支持されている磁気ヘッドと、スピンドルに取り付けられている磁気ディスクの間に、相対変位が生じる。これが位置決め制御系に対する外乱となる。
【0011】
この振動問題に対し、特開2000−100150号公報に記載のダンパでは、筐体の振動は低減低減できるが、依然スピンドルの振動が残留する課題がある。
【0012】
上記のスピンドルの振動を低減するには、スピンドルと筐体の間に減衰を付与する必要がある。スピンドルと筐体の間で弾性変形している主な部材はスピンドルモータの軸受,シャフトおよびモータベースの周辺である。
【0013】
この中で軸受およびシャフトに直接減衰を付与することはスペース上難しい。また各部材同士を減衰作用の大きな樹脂などを介して連結することは、温度変化や衝撃あるいは経年変化により連結部が可塑的な変形を生じ、ベースに対するスピンドルの位置決め精度が悪化してしまうことにより、磁気ヘッドの位置決めに悪影響をおよぼす課題がある。
【0014】
そこで、ベースのスピンドルモータベースの周辺部に減衰部材を設ける手段が有効となるが、磁気ディスク装置の外形には標準化された規格寸法(フォームファクタ)が定められており、フォームファクタを守りながら、減衰部材を追加するには、磁気ディスク装置の制御用基板を減衰部材の貼り付け位置をさけた小さい面積にするか、ベースのスピンドルモータ固定部の周辺の板厚を薄くすることが必須である。
【0015】
しかしながら、前者は制御用回路基板上の回路の高密度実装ができなくなるという課題があり、後者はスピンドルの支持剛性が低下し衝撃に対する耐久性が低下する課題がある。
【0016】
本発明の目的は、制御用回路基板を小さくすることなくまたベースのスピンドルモータ固定部の周辺の板厚を薄くすることなく、セトリング時のスピンドル振動を低減する磁気ディスク装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気ディスクを所定速度で回転駆動させるスピンドルモータと、前記磁気ディスクに情報の読み書きを行う磁気ヘッドとを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの回転中心を通るベース長手方向中心線より前記磁気ヘッド側であって前記磁気ディスクの回転中心を通るベース短手方向中心線に対して反対側の第1コーナ部と、該第1コーナ部と前記磁気ディスクの回転中心をはさんで反対側の第2コーナ部とに、前記磁気ディスクの回転中心の周方向に不連続な減衰部材を配置したことを特徴とする。
【0018】
本発明は、前記減衰部材が前記ベースに設けた凹部に固定されたことを特徴とする。
【0019】
本発明は、前記凹部が前記減衰部材の厚さと実質同じくぼみを有することを特徴とする。
【0020】
本発明は、前記減衰部材の上に保護部材が固定されたことを特徴とする。
【0021】
本発明は、前記減衰部材が熱可塑性樹脂基材と充填材からなることを特徴とする。
【0022】
本発明は、前記減衰部材が粘弾性体とその上に固定された拘束部材からなることを特徴とする。
【0023】
上記の目的を達成するために、本発明では、スピンドルの回転面内の振動に対し最適化された減衰部材の配置とすることで、スピンドルの支持剛性の低下を最小限に抑え、スピンドルの回転面内の振動を効果的に低減する。
【0024】
スピンドルの回転面内の振動においては、スピンドルの振動に対して、ベースのスピンドル固定部において、振動の方向と直角方向の部位に大きなひずみエネルギーが発生する。
【0025】
一般に振動系において、主要なばね作用を生じている部位でひずみエネルギーは大きくなり、減衰部材を取り付けた場合、最も効果が大きくなる。
【0026】
ここで、セトリング時に問題となるスピンドルの振動は、スピンドルの中心から見てヘッドの方向への振動である。そこで、それに直角方向の部位に減衰部材を配置すれば良い。
【0027】
すなわち、ベース上をスピンドルの中心を通り磁気ディスク装置の長辺および短辺に平行な直線で分割した4つの部位のうち、ヘッドの存在する部位に隣り合った2つの部位を含むような減衰部材の配置が望ましい。また、比較的振動低減効果の小さい、ヘッドの存在する部位およびその対角上の部位は、従来どおり、ベースの板厚を厚くすることにより、スピンドル軸方向の支持剛性の低下を最小限に抑えることができる。
【0028】
以上のように構成した本発明では、磁気ディスク装置のセトリング時のスピンドル面内振動が低減され、ヘッドアクセスの高速化を実現し、ひいてはデータ転送速度が高速な磁気ディスク装置を提供できる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の磁気ディスク装置の第1の実施の形態で底面側の分解斜視図である。磁気ディスク装置のベース1のスピンドルモータ2の固定部の周辺に減衰部材3が設けられている。また、ベース1には制御回路基板4が固定される。制御回路基板4はベース1全体とほぼ同じ大きさであり、減衰部材3の上から覆い被さるように取り付けられる。
【0030】
図2は磁気ディスク装置の内部を示す平面図である。磁気ディスク装置の筐体はベース1とカバー(図示せず)により構成される。ベース1の中央には所定の速度で回転するスピンドル5を有する図1のスピンドルモータ2が取り付けられている。スピンドル5に磁気記録媒体である磁気ディスク6が取り付けられている。
【0031】
磁気ディスク6に情報の読み書きを行う磁気ヘッド7を搭載するスライダがキャリッジアーム8の先端に支持されている。キャリッジアーム8は軸受体9に回動可能に取り付けられている。この軸受体9はスピンドル5と回転軸が平行になるようにベース1に取り付けられている。
【0032】
磁気ヘッド6を移動させるための動力はボイスコイルモータ10により発生する。すなわち、磁気ヘッド7を移動させるためにキャリッジアーム8を軸受体9の周りに回転させるべく、ボイスコイルモータ10に水平方向の力が発生する。その力の反力がベース1を通してスピンドルモータ2に伝わり、スピンドル2の振動を励起する。
【0033】
図3は本発明において問題とするスピンドル振動の振動モードを示した模式図である。スピンドル5およびベース1がそれぞれ一体となって、互いに反対方向に移動するように振動する。振動の方向は原理的に、磁気ディスク装置筐体の重心とスピンドル5の中心を結ぶ線にほぼ直交する方向となる。
【0034】
磁気ディスク装置の実装上、大きな質量を持つボイスコイルモータ10と磁気ヘッド7の位置は、スピンドル5の中心を通り磁気ディスク装置の長辺に平行な直線に対し反対の位置にくるため、スピンドル5の振動方向はちょうど磁気ヘッド6の動作する方向、すなわち位置決め方向に相当する。そのため、シーク動作時にこのスピンドル振動が励起されると、その振動が位置外乱となりセトリング動作に長時間を要するようになり問題となる。
【0035】
図4はスピンドル振動が生じたときのスピンドルおよびベースの変形を示した断面図である。ベース1にモータベース11が取付けられ、モータベース11にシャフト12が回転可能に取り付けられ、シャフト12にステータコイル13ところがり軸受14が固定され、ころがり軸受14にスピンドル5が固定され、スピンドル5の下端に固定のマグネットがステータコイル13に対向して、スピンドルモータを構成している。スピンドル5に磁気ディスク6がスペーサ15をはさんで図では三枚装着され、スピンドル5の上端にクランパ16が取り付けられて磁気ディスク6を固定している。
【0036】
スピンドル5が回転面内方向に変位すると、シャフト12が倒れるように変形し、ベース1に傾きが生じる。
【0037】
このとき、図5に示すように、ベース1のスピンドルモータ2の固定部はスピンドルモータ2の回転軸を通る線の周りにねじれるような変形を生じ、ねじれの大きくなる振動の方向と直角方向のコーナ部A,Bに大きなひずみエネルギーを生じる。この部位A,Bに集中して減衰部材を配置することで、より小さな面積で大きな振動低減効果を発生させることができる。
【0038】
このコーナ部A,Bの位置は、図5および図1において、磁気ディスク6の回転中心を通るベース長手方向中心線より磁気ヘッド7側であって磁気ディスク6の回転中心を通るベース短手方向中心線に対して反対側の第1コーナ部A(図5)と、第1コーナ部Aと磁気ディスク6の回転中心をはさんで反対側の第2コーナ部B(図5)の位置である。図1の減衰部材3,3はこの第1コーナ部A,第2コーナ部Bの位置で磁気ディスク6の回転中心の周方向に配置されている。
【0039】
図6は図1において減衰部材を接着する前の底面側の分解斜視図である。図5の第1コーナ部A,第2コーナ部Bの位置で磁気ディスク6の回転中心の周方向に、凹部17,17が設けられ、そこに減衰部材3,3が接着され、そのうえから保護シール18,18が貼り付けられる。ここで凹部17,17は減衰部材3,3の厚さと実質同じくぼみである。減衰部材3,3は、高い減衰能をもつ材料が望ましい。例えば、合成樹脂やゴムなどのバインダー成分にシリカやガラス繊維あるいは鉄粉などのフィラー成分を混合した減衰材シートやアスファルト系材料などが挙げられる。
【0040】
ここで、減衰部材3,3の取り付け箇所はベース51をスピンドルモータ2の回転軸の周りに4分割した部位の2つとしたが、減衰部材3,3の主な部分が上記の部位にあれば良く、多少別の部位にまたがって配置したとしてもさしつかえない。
【0041】
また、減衰部材を熱可塑性樹脂の基材と充填材とし、混合したものを高温で流し込み冷却固化させたものや、有機溶剤に溶かし塗料状にしたものを塗布し乾燥固着させたものを用いるのも有効である。
【0042】
図7は本発明の磁気ディスク装置の第2の実施の形態で減衰部材を接着する前の底面側の分解斜視図である。ベース1の凹部1,717に粘弾性体19,19を介して拘束板20,20が接着されている。粘弾性体19,19としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴムなどのゴム系材料が好ましく、拘束板20,20としてはステンレス鋼板あるいは黄銅などの金属系の材料が好ましい。本粘弾性体19と拘束板20からなる減衰部材は、ベース1の変形に対し、拘束板20とベース1との間の粘弾性体19に生じるせん断ひずみにより減衰力を発生させる。
【0043】
図8は本発明による振動低減効果を示したグラフである。ベース1の板厚の1/2の厚さの減衰材部材のシートを設けた場合Hと減衰材を使用しない場合Jの、ベースの短辺方向の振動の加速度を示している。前半の振動の大きな部分がシーク動作時、後半の周期の長いうねりに小さな振動が乗っている部分がセトリング動作時である。周期の長いうねりは磁気ディスク全体の剛体運動であり、小さな振動がスピンドル振動に相当する。本グラフはベースの加速度を示しているためスピンドル振動の割合が小さいが、ヘッドの追従誤差の信号である位置決め誤差信号に直すとそれが主たる部分を占めることになる。セトリング動作時前半におけるスピンドル振動成分の大きさは、減衰材シートを設けた場合Daと減衰材を設けない場合Dbとを比較すると、減衰材シートを設けた場合Daの方が減衰材無しの場合Dbの約1/2となっている。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、制御用回路基板を小さくすることなくまたベースのスピンドルモータ固定部の周辺の板厚を薄くすることなく、セトリング時のスピンドル振動を低減する磁気ディスク装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気ディスク装置の第1の実施の形態で底面側の分解斜視図である。
【図2】磁気ディスク装置の内部を示す正面図である。
【図3】スピンドル振動の振動モードを示した模式図である。
【図4】スピンドル振動が生じたときのスピンドルおよびベースの変形を示した断面図である。
【図5】スピンドル振動が生じたときのベースの様子を示す底面側の斜視図である。
【図6】図1において減衰部材を接着する前の底面側の分解斜視図である。
【図7】本発明の磁気ディスク装置の第2の実施の形態で減衰部材を接着する前の底面側の分解斜視図である。
【図8】本発明による振動低減効果を示したグラフである。
【符号の説明】
1:ベース、2:スピンドルモータ、3:減衰部材、4:制御回路基板、5:スピンドル、6:磁気ディスク、7:磁気ヘッド、8:キャリッジアーム、9:軸受体、10:ボイスコイルモータ、12:シャフト、17:凹部、18:保護保護シール、19:粘弾性体、20:拘束板、A:第1コーナ部、B:第2コーナ部。
Claims (6)
- 磁気ディスクを所定速度で回転駆動させるスピンドルモータと、前記磁気ディスクに情報の読み書きを行う磁気ヘッドとを有する磁気ディスク装置において、前記磁気ディスクの回転中心を通るベース長手方向中心線より前記磁気ヘッド側であって前記磁気ディスクの回転中心を通るベース短手方向中心線に対して反対側の第1コーナ部と、該第1コーナ部と前記磁気ディスクの回転中心をはさんで反対側の第2コーナ部とに、前記磁気ディスクの回転中心の周方向に不連続な減衰部材を配置したことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1記載の磁気ディスク装置において、前記減衰部材が前記ベースに設けた凹部に固定されたことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項2記載の磁気ディスク装置において、前記凹部が前記減衰部材の厚さと実質同じくぼみを有することを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1,2または3記載の磁気ディスク装置において、前記減衰部材の上に保護部材が固定されたことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1,2,3または4記載の磁気ディスク装置において、前記減衰部材が熱可塑性樹脂基材と充填材からなることを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1,2,3または4記載の磁気ディスク装置において、前記減衰部材が粘弾性体とその上に固定された拘束部材からなることを特徴とする磁気ディスク装置。
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