JP4350915B2 - ディスクドライブ用サスペンション - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるディスクドライブ用サスペンションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転する磁気ディスクあるいは光磁気ディスク等に情報を記録したり読取ったりするハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、軸を中心に旋回可能なキャリッジを有している。このキャリッジは、ポジショニング用モータによって、前記軸を中心に旋回駆動される。キャリッジは、アーム（アクチュエータアーム）と、このアームの先端部に設けたサスペンションと、サスペンションに取付けたスライダを含むヘッド部などを備えている。
【０００３】
ディスクが回転すると、スライダとディスク表面との間に入り込む空気によって、スライダがディスク表面から僅かに浮上する。このサスペンションは、前記アームのサスペンション取付面に固定されるベースプレートと、精密な薄板ばねからなるビーム部と、ビーム部に固定されるフレキシャ（flexure ）などを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ディスクドライブにおいて、ディスクに記録される情報の高密度化とディスクドライブの高速化が進み、探索時間(seek time)を短縮することが要求されている。探索時間を短縮するには、ディスクをさらに高回転化する必要がある。しかしディスクが高速回転すると、ディスクの表面付近に発生する風の影響によるサスペンションの揺れ（この明細書ではフラッタリングと呼ぶ）が大きな問題となる。
【０００５】
本発明者らはサスペンションに要求される諸性能を向上させるために、ベースプレートとビーム部を薄いばね材料からなるヒンジ部材によって連結したサスペンションを開発している。例えば図１に示すサスペンション１は、ベースプレート２と、ビーム部３と、ヒンジ部材４などを備えている。ベースプレート２にはアクチュエータアーム６に固定するボス部７が形成されている。ヒンジ部材４はベースプレート２とビーム部３との間に長さＬ１の連結部４ａを備えている。この連結部４ａは、ヒンジ部材４の厚み方向に撓むことができる。ビーム部３にフレキシャ８が取付けられ、フレキシャ８にスライダ９が設けられている。
【０００６】
図２に示すハードディスクドライブ１０のように、サスペンション１はアクチュエータアーム６に取付けられる。アクチュエータアーム６は、図示しないポジショニング用モータによって、軸（図示せず）を中心に旋回駆動される。スライダ９は、ディスク１１の表面に対向している。この明細書では、ディスク１１の表面から、アクチュエータアーム６のベースプレート取付面６ａまでの距離ｈ１を、Ｚハイト（Z-height）と称する。
【０００７】
図３に示すようにビーム部３の先端部には、スライダ９を揺動可能に支持する凸形状のピボット部１５（この業界ではディンプルと称されている）が形成されている。フレキシャ８に取付けたスライダ９は、ピボット部１５の先端１５ａを支点として揺動する。サスペンション１にフラッタリングが発生しても、ビーム部３がピボット部１５の先端１５ａを中心に揺れるときには、スライダ９は矢印Ｆで示す方向には移動しない。
【０００８】
しかし前記Ｚハイトのばらつきによって、ビーム部３がピボット部１５の先端１５ａから離れた位置（例えば図３にＲ１あるいはＲ２で示すピボットセンタ）を中心に揺動することがある。その場合、ピボット部１５が矢印Ｆ方向に変位することによって、スライダ９も矢印Ｆ方向に移動してしまい、トラックミスを生じる原因となる。
【０００９】
上記サスペンション１において、ディスク１１が高回転化すればするほど、フラッタリングを抑制することが重要となる。フラッタリングを抑制するには、ヒンジ部材４の連結部４ａの長さＬ１（この明細書ではヒンジ長さと言う）をはじめとして、ベースプレート２の厚さ、ベースプレート２の幅Ｗ１、ボス部７の中心Ｃ１からベースプレート２の前端２ａまでの距離Ｌ２（この明細書ではベースプレート長さと言う）等が重要なファクタとなる。
【００１０】
例えばボス部７の中心Ｃ１からピボット部１５までのサスペンション長さＬ３が１１．０ｍｍのサスペンションではフラッタリングが問題にならなくても、サスペンション長さＬ３が１４．５ｍｍのサスペンションでは、フラッタリングが問題となることがある。
【００１１】
フラッタリングを抑制するために、サスペンション１のねじれ剛性を高くすることが有効な場合もある。このためベースプレート２の幅Ｗ１を、例えば４ｍｍから４．５ｍｍに広げることも考えられる。しかしながら本発明者らが鋭意研究したところ、単にベースプレート２の幅を広げただけでは、フラッタリングの発生を十分に抑制できないことがわかった。
【００１２】
したがってこの発明の目的は、高速回転するディスクを備えたディスクドライブにおいても、フラッタリングの発生を抑制することができるサスペンションを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすための本発明は、アクチュエータアームに固定されるボス部を有するベースプレートと、フレキシャを設けるビーム部と、前記ベースプレートと前記ビーム部とに固定されかつ前記ベースプレートとビーム部との間に厚み方向に撓むことのできる連結部を有しかつ前記ベースプレートおよび前記ビーム部よりも薄い板からなるヒンジ部材とを具備したディスクドライブ用サスペンションにおいて、前記ヒンジ部材は、前記ベースプレートの前端と前記ビーム部の後端との間の部位が前記ベースプレートの前端から前記ビーム部の後端に向って幅が小さくなる形状であり、前記ボス部と前記ベースプレートの前端との間に前記アクチュエータアームの先端が位置するように前記ベースプレートが前記アクチュエータアームに固定され、かつ、前記ベースプレートの厚さが０．１７５ｍｍ以上で０．２５ｍｍ以下、前記ベースプレートの幅が４．０ｍｍを越えて５．０ｍｍ以下、前記ヒンジ部材の連結部の長さが０．１ｍｍ以上で０．７ｍｍ以下、前記ボス部の中心から前記ベースプレートの前端までのベースプレート長さを４．０ｍｍ以上で５．１ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１４】
以下に、本発明において上記各数値に限定した理由を述べる。
図４中のＡ１は、ベースプレートの厚さと、サスペンションのスウェイ周波数との関係を示している。ここでスウェイ周波数とは、サスペンションのスウェイ方向（図１に矢印Ｓで示す方向）の共振周波数である。図４中のＡ２は、ベースプレートの厚さと、サスペンションのねじれ剛性との関係を示している。ベースプレートの厚さが約０．１７ｍｍよりも小さくなると、スウェイ周波数とねじれ剛性が急に低下する。ベースプレートの厚さが０．２５ｍｍを越えると、ベースプレートが重過ぎてしまうため実用に適さなくなる。このため、ベースプレートの厚さは０．１７ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以下が望ましい。
【００１５】
図５中のＡ３は、ヒンジ長さＬ１と、スウェイ周波数との関係を示している。図５中のＡ４は、ヒンジ長さＬ１とねじれ剛性との関係を示している。図５からわかるように、ヒンジ長さＬ１が０．７ｍｍよりも大きくなると、スウェイ周波数が著しく低下するとともに、ねじれ剛性も大きく低下する。このためヒンジ長さは０．７ｍｍ以下が望ましい。スウェイ周波数とねじれ剛性に関しては、ヒンジ長さＬ１が短いほど良い結果が得られる。しかしヒンジ長さＬ１が０．１ｍｍよりも短くなると、サスペンションの製作と性能の調整等が困難となるため、ヒンジ長さＬ１は０．１ｍｍを下限とする。
【００１６】
ディスクドライブを製造する際に、組付精度上の限界により、前記Ｚハイトがばらつくことは避けられない。Ｚハイトがばらついていると、ピボット部１５の先端１５ａから離れた位置（例えば図３にＲ１あるいはＲ２で示すピボットセンタ）を中心にビーム部３が揺れるようになる。ピボット部１５の先端１５ａからピボットセンタＲ１あるいはＲ２までの距離Ｄ１，Ｄ２が大きいほど、スライダ９の矢印Ｆ方向への移動量が大となる。このため、Ｚハイトのばらつきに対する感受性（距離Ｄ１，Ｄ２が増加する割合い）が小さい方が良い。
【００１７】
図６中のＡ５とＡ６は、それぞれ、サスペンションのＺハイトが変化したときに、ピボットセンタがピボット部１５の先端１５ａからどの程度変位するのかを調べた結果を示している。図６の横軸はＺハイトを表している。横軸の単位（１ｍｉｌ）は、１０００分の１インチすなわち２５．４μｍに相当する。図６の縦軸は、Ｚハイト１ｍｉｌ当たりのピボットセンタの変位量（図２においてＤ１あるいはＤ２方向の変位量）を示している。線分Ａ５，Ａ６の勾配がゆるいほど、Ｚハイトのばらつきに対する感受性（Z-Height Sensitivity）が低く、フラッタリングを生じにくい。
【００１８】
図７は、ベースプレート長さＬ２が変化したときに、Ｚハイトに対する前記感受性がどのように変化するのかを調べた結果である。図７の縦軸の数値は、Ｚハイト１ｍｉｌ当たりの、ピボットセンタの移動量を示している。
【００１９】
図７に線分Ａ７で示されるようにベースプレート長さが５．１ｍｍ以下では、ピボットセンタの移動量がほぼ一定の割合で緩やかに増加する。しかし、ベースプレート長さが５．１ｍｍを越えると、ピボットセンタの移動量が急上昇する。つまり、変曲点５．１ｍｍを境にＺハイトに対する感受性が急に大きくなり、フラッタリングが顕著となる。
【００２０】
上記変曲点が現われる理由を突き止めるために、本発明者らはレーザ振動計などの測定装置を用いて鋭意研究を重ねたところ、ベースプレートのヒンジ部近傍が揺れることが原因であるらしいということがわかった。ここでベースプレートの長さを５．１ｍｍ以下にすれば、ベースプレート全体が実質的に剛体として機能し、Ｚハイトに対する感受性を小さくすることができることもわかった。このような理由から、本発明ではベースプレート長さＬ２を５．１ｍｍ以下に限定する。
【００２１】
図７中のＡ８は、ベースプレート幅Ｗ１が４．０ｍｍのサスペンションのデータである。ベースプレート幅Ｗ１が４．０ｍｍのサスペンションは、図７中に線分Ａ８′で示されるように、ベースプレートが６．１ｍｍよりも短くなっても、ピボット移動量が高いレベルで推移することが予測されるため、ベースプレート幅Ｗ１は４．０ｍｍよりも大きくする必要がある。但しベースプレート幅Ｗ１が５ｍｍを越えると、ベースプレートの重量が重くなり過ぎ、実用に適さなくなるため、ベースプレート幅Ｗ１の上限は５ｍｍとする。
【００２２】
図８中のＡ９は、ベースプレート長さと一次ねじれモードの共振周波数との関係を示している。図８中のＡ１０は、ベースプレート長さとスウェイ周波数との関係を示している。実用上、一次ねじれ周波数は６ｋＨｚ以上であることが望まれるため、本発明では、図８により、ベースプレート長さＬ２を４．０ｍｍ以上とする。
【００２３】
本発明のサスペンションにおいて、例えばボス部の中心からピボット部（ディンプル）までの距離（サスペンション長さＬ３）を１４．５ｍｍとした場合、ベースプレートの厚さを０．２ｍｍ、ベースプレート幅Ｗ１を４．５ｍｍ、ヒンジ長さＬ１を０．６ｍｍ、ベースプレート長さＬ２を５．０４ｍｍにすることによって、高速回転するディスクに対しても、フラッタリングを生じにくくすることができる。ただし、製造上の公差等の変動要因を見込んで、サスペンション長さＬ３を１４．５ｍｍ±０．５ｍｍ、ベースプレート幅Ｗ１を４．５ｍｍ±０．２ｍｍ、ヒンジ長さＬ１を０．６ｍｍ±０．１ｍｍ、ベースプレート長さＬ２を、５．０４ｍｍ±０．０６ｍｍの範囲としてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施例について、図９から図１１を参照して説明する。
図９に示すディスクドライブ用サスペンション１Ａは、図２に示されたハードディスクドライブ１０に使われるサスペンション１と同様に、アクチュエータアーム６の先端部に固定される。
【００２５】
この実施例のサスペンション１Ａは、ベースプレート２１を含むベース部２２と、ビーム部２３と、ベースプレート２１とビーム部２３を互いにつなぐヒンジ部材２４と、ビーム部２３に設けたフレキシャ２５などを備えている。ビーム部２３の厚さは例えば１００μｍ±２０μｍ、ヒンジ部材２４の厚さは例えば４０±１０μｍ、フレキシャ２５の厚さは例えば２０μｍ±５μｍである。
【００２６】
ビーム部２３に固定されるフレキシャ２５は、ビーム部２３とヒンジ部材２４よりも薄い板ばね（例えばステンレス鋼の圧延材）からなり、レーザ溶接等によってビーム部２３の所定位置に固定される。このフレキシャ２５に、ヘッド部３１を構成するスライダ３２が装着される。
【００２７】
ビーム部２３の先端部分には、フレキシャ２５に当接するピボット部（ディンプル）３３が形成されている。ピボット部３３はスライダ３２のほぼ中央に位置している。スライダ３２は、ピボット部３３を支点として、フレキシャ２５と一体に揺動することができる。
【００２８】
ヒンジ部材２４は、ベースプレート２１よりも薄くかつビーム部２３よりも薄い板状のばね部材、例えばステンレス鋼圧延板からなる。ヒンジ部材２４に開口部４０が形成されている。開口部４０の両側が連結部２４ａである。この連結部２４ａはヒンジ部材２４の厚み方向に撓むことができる。連結部２４ａの長さ、すなわちヒンジ長さＬ１は、ベースプレート２１の前端２１ａとビーム部２３の後端２３ａとの間の距離に相当する。
【００２９】
ヒンジ部材２４の基部２４ｂは、ベースプレート２１に重ねられた状態で、レーザ溶接等によってベースプレート２１に固定される。図９において符号４５はその溶接箇所を示している。ヒンジ部材２４の前端部２４ｃは、ビーム部２３にレーザ溶接等によって固定されている。図９において符号４７はその溶接箇所の一例を示している。なお、レーザ溶接の代りに接着剤その他の適宜の固定手段が採用されてもよい。
【００３０】
ヒンジ部材２４は、ベースプレート２１およびビーム部２３とは別体に構成されているため、ヒンジ部材２４の要求特性に応じた材質と厚さのばね部材を、ベースプレート２１およびビーム部２３とは無関係に選定できる。このため、ベースプレート２１およびビーム部２３に要求される性能（例えば高剛性）と、ヒンジ部材２４に要求される性能（例えば低ばね定数）を両立させることが容易となる。
【００３１】
ベースプレート２１に、ボス部５０と、孔５１が形成されている。ボス部５０は、アクチュエータアーム６に形成された孔に挿入される。ボス部５０を塑性変形させるか、あるいは接着剤によって、ベースプレート２１がアクチュエータアーム６に固定される。図９においてアクチュエータアーム６の先端６ｂは、ボス部５０とベースプレート２１の前端２１ａとの間に位置している。
【００３２】
上記サスペンション１Ａの各部の寸法は下記の通りである。
ボス部５０の中心Ｃ１からピボット部３３までの距離Ｌ３（サスペンション長さ）が１４．５ｍｍ、ベースプレート２１の厚さが０．２ｍｍ、ヒンジ長さＬ１が０．６ｍｍ、ベースプレート長さＬ２が５．０４ｍｍ、ベースプレート２１の幅Ｗ１が４．５ｍｍである。このサスペンション１Ａは、１５０００ｒｐｍ前後の高速回転ディスクに対してもフラッタリングを実用上問題のないレベルに抑えることができた。
【００３３】
［比較例１］
比較例１のサスペンションは、サスペンション長さＬ３が１４．５ｍｍ、ベースプレートの厚さが０．２ｍｍ、ヒンジ長さＬ１が０．６ｍｍ、ベースプレート長さＬ２が６．０４ｍｍ、ベースプレート幅Ｗ１が４．０ｍｍ、ヒンジ部材の厚さが４０μｍである。このサスペンションは、ベースプレート長さＬ２と、ベースプレート幅Ｗ１が前記実施例のサスペンション１Ａとは異なっている。
【００３４】
［比較例２］
比較例２のサスペンションは、サスペンション長さＬ３が１４．５ｍｍ、ベースプレートの厚さが０．２ｍｍ、ヒンジ長さＬ１が０．６ｍｍ、ベースプレート長さＬ２が６．０４ｍｍ、ベースプレート幅Ｗ１が４．５ｍｍ、ヒンジ部材の厚さが４０μｍである。このサスペンションは、ベースプレート長さＬ２のみが前記実施例のサスペンション１Ａとは異なっている。
【００３５】
図１０は、前記実施例のサスペンション１Ａと、前記比較例１，２の各サスペンションについて、Ｚハイトが変化したときにピボットセンタの位置がどのように変化するのかを、有限要素法（Finite Element Method）によって解析した結果を示している。図１０の縦軸の数値は、ピボット部３３の先端からピボットセンタまでの距離を示している。
【００３６】
この図１０において、Ａ１１は、前記実施例のサスペンション１ＡのＺハイトに対する感受性（Z-Height Sensitivity）を示している。図１０中のＡ１２は、比較例１のＺハイトに対する感受性、Ａ１３は、比較例２のサスペンションのＺハイトに対する感受性を示している。前記実施例のサスペンション１Ａは、比較例１，２と比較してＺハイトに対する感受性が低く、Ｚハイトがばらついてもフラッタリングを生じにくいことがわかる。
【００３７】
図１１は、前記実施例のサスペンション１Ａと、比較例２のサスペンションについて、それぞれのＺハイトが変化したときのフラッタリングの発生状況をレーザ振動計を用いて実測した結果を示している。図１１の縦軸はスライダの変位量を示している。図１１中のＡ１４は、前記実施例のサスペンション１ＡのＺハイトのばらつきに対する感受性を示し、Ａ１５は比較例２のサスペンションのＺハイトのばらつきに対する感受性を示している。前記実施例のサスペンション１Ａによる線分Ａ１４は、比較例２の線分Ａ１５よりも勾配がゆるやかであり、Ｚハイトのばらつきに対する感受性が低いことが実験により確認された。
【００３８】
以上述べた実施例をはじめとして、この発明を実施するに当たって、ベースプレートやビーム部、ヒンジ部材など、この発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載したサスペンションによれば、ディスクが高回転する場合でもフラッタリングの発生が抑制されるため、ディスクの高回転化に対応することができる。
請求項２に記載した発明によれば、サスペンション長さが１４．５ｍｍのサスペンションにおいて、高速回転するディスクに対してフラッタリングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ベースプレートとビーム部とヒンジ部材を備えたディスクドライブ用サスペンションを模式的に示す平面図。
【図２】 図１に示されたサスペンションを備えたディスクドライブの一部の断面図。
【図３】 図１に示されたサスペンションの先端部の正面図。
【図４】 ベースプレートの厚さと、サスペンションのスウェイ周波数およびねじれ剛性との関係を示す図。
【図５】 ヒンジ長さと、サスペンションのスウェイ周波数およびねじれ剛性の関係を示す図。
【図６】 図１に示されたサスペンションのＺハイトとピボットセンタの変位との関係を示す図。
【図７】 ベースプレート長さとピボット移動量との関係を示す図。
【図８】 ベースプレート長さと、一次ねじれ周波数およびスウェイ周波数との関係を示す図。
【図９】 本発明の一実施例を示すディスクドライブ用サスペンションの平面図。
【図１０】 図９に示されたサスペンションと比較例１，２の各サスペンションについて、Ｚハイトとピボットセンタ位置との関係を解析した結果を示す図。
【図１１】 図９に示されたサスペンションと比較例２について、Ｚハイトとフラッタリング量との関係を実測によって求めた結果を示す図。
【符号の説明】
１，１Ａ…ディスクドライブ用サスペンション
２，２１…ベースプレート
３，２３…ビーム部
４，２４…ヒンジ部材
７，５０…ボス部
８，２５…フレキシャ

Claims (2)

1. アクチュエータアームに固定されるボス部を有するベースプレートと、
   フレキシャを設けるビーム部と、
   前記ベースプレートと前記ビーム部とに固定されかつ前記ベースプレートとビーム部との間に厚み方向に撓むことのできる連結部を有しかつ前記ベースプレートおよび前記ビーム部よりも薄い板からなるヒンジ部材と、
   を具備したディスクドライブ用サスペンションにおいて、
   前記ヒンジ部材は、前記ベースプレートの前端と前記ビーム部の後端との間の部位が、前記ベースプレートの前端から前記ビーム部の後端に向って幅が小さくなる形状であり、
   前記ボス部と前記ベースプレートの前端との間に前記アクチュエータアームの先端が位置するように前記ベースプレートが前記アクチュエータアームに固定され、かつ、
   前記ベースプレートの厚さが０．１７５ｍｍ以上で０．２５ｍｍ以下、
   前記ベースプレートの幅が４．０ｍｍを越えて５．０ｍｍ以下、
   前記ヒンジ部材の連結部の長さが０．１ｍｍ以上で０．７ｍｍ以下、
   前記ボス部の中心から前記ベースプレートの前端までのベースプレート長さを４．０ｍｍ以上で５．１ｍｍ以下としたことを特徴とするディスクドライブ用サスペンション。
2. 前記ビーム部の先端部に設けられたピボット部から前記ボス部の中心までのサスペンション長さが１４．５ｍｍ±０．５ｍｍ、前記ベースプレート幅が４．５ｍｍ±０．２ｍｍ、前記ヒンジ部材の連結部の長さが０．６ｍｍ±０．１ｍｍ、前記ベースプレート長さが５．０４ｍｍ±０．０６ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のディスクドライブ用サスペンション。

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