JP4437455B2 - ヘッド・サスペンション - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ「Hard Disk Drive」）のヘッド・サスペンションに関する。

［ショック特性での課題］
一般に、ヘッド・サスペンションのヘッド部のスライダが、ショック入力時にディスクに対してリフトするか否か（ショック特性）は、ロード・ビームの自重が影響する。

一例として、厚さｔ＝５１μｍ、長さｌ_Ｌ＝７ｍｍ、グラム・ロード（Ｇｒａｍ ｌｏａｄ）：２．５ｇｆのロード・ビームを備えた第１のヘッド・サスペンションと、厚さｔ＝３０μｍ、長さｌ_Ｌ＝５．５ｍｍ、グラム・ロード（Ｇｒａｍ ｌｏａｄ）：２．５ｇｆのロード・ビームを備えた第２のヘッド・サスペンションとに１ｍｓｅｃデュレーション（ｄｕｒａｔｉｏｎ）（半波長が１ｍｓｅｃ）のショックを入力したとき、第１のヘッド・サスペンションは、発生する６２８Ｇの加速度でスライダがリフトし、第２のヘッド・サスペンションは、同１１０３Ｇの加速度でスライダがリフトした。

図１３，図１４は、発生する加速度でスライダがリフトするヘッド・サスペンションのリフト・オフＧ（Ｌｉｆｔ ｏｆｆ Ｇ）とハード・ディスク・ドライブのリフト・オフＧとの関係に係り、図１３は、２．５インチＨＤＤ、図１４は、１インチＨＤＤの結果を示すグラフである。図１３の２．５インチＨＤＤでは、ショック入力を、半波長が１ｍｓｅｃ，０．４ｍｓｅｃデュレーション（ｄｕｒａｔｉｏｎ）の２種の波形のものとした。図１４の１インチＨＤＤでは、同半波長が２ｍｓｅｃ，１ｍｓｅｃ，０．４ｍｓｅｃデュレーションの３種の波形のものとした。
図１３の２．５インチＨＤＤでは、ヘッド・サスペンションのリフト・オフＧを上げてもハード・ディスク・ドライブのリフト・オフＧはあまり上がらない。１ｍｓｅｃデュレーションの場合は、その傾きがｙ≒０であり、０．４ｍｓｅｃデュレーションの場合は、ｙ＝０．２７であった。

これに対し、図１４の小型の１インチＨＤＤでは、ヘッド・サスペンションのリフト・オフＧを上げるとハード・ディスク・ドライブのリフト・オフＧは一律に上がり、２ｍｓｅｃデュレーションの場合は、その傾きがｙ＝０．９０、１ｍｓｅｃデュレーションの場合は、同ｙ＝０．８５、０．４ｍｓｅｃデュレーションの場合は、同ｙ＝０．８１であった。

図１５，図１６は、ヘッド・サスペンションを取り付けるアーム先端のショック入力に対する発生加速度の時間変化に係り、横軸は、時間、縦軸は、加速度を示している。ショック入力の大きさは、０．４ｍｓｅｃデュレーション，２００Ｇであり、図１５は、２．５インチＨＤＤ、図１６は、１インチＨＤＤの結果を示すグラフである。

図１５，図１６の結果より、２．５インチＨＤＤでは、１インチＨＤＤに比較して大きなアーム・アクション（Ａｒｍ ａｃｔｉｏｎ）が発生していた。このため、２．５インチＨＤＤでは、ショック特性に対しヘッド・サスペンションの自重のみならずアーム・アクション等が大きく関係していたのに対し、１インチＨＤＤでは、アーム・アクション等はほとんど関係せず、ヘッド・サスペンションの自重がショック特性に関係する主な要因となっていた。

これらより、小型のハード・ディスク・ドライブの場合、ヘッド・サスペンションのリフト・オフＧを上げることだけでハード・ディスク・ドライブのショック特性を改善できることが分かった。

従って、小型のハード・ディスク・ドライブにおいてショック特性の良いヘッド・サスペンションは、軽量となる薄いロード・ビームにするのが得策である。

図１７は、ハード・ディスク・ドライブに装備される従来のヘッド・サスペンションの斜視図である。このヘッド・サスペンション１０１は、ベース・プレート１０３とロード・ビーム１０５とを一体に備え、フレキシャ１０７が支持されている。ロード・ビーム１０５は、剛体部１０９及びばね部１１１を含んでいる。

図１８は、ヘッド・サスペンション取付の一例を示すハード・ディスク・ドライブの一部断面図である。前記ヘッド・サスペンション１０１は、例えば図１８のようにキャリッジ１１３のアーム１１５にベース・プレート１０３がスウェージング等により取り付けられている。

キャリッジ１１３は、ボイスコイルモータなどのポジショニング用モータ１１７によって、軸１１９を中心に旋回駆動される。キャリッジ１１３が軸１１９を中心に旋回することによって、ヘッド・サスペンション１０１のヘッド部１２１がディスク１２３の所望トラックまで移動する。

前記ディスク１２３が高速回転したとき、ヘッド部１２１は、グラム・ロードに抗してディスク１２３から僅かに浮上する。

このようなヘッド・サスペンション１０１において、前記のような自重を考慮した対策では、長さｌ_Ｌのロード・ビーム１０５の部分を薄くする。

しかし、ショック特性を向上させるためにロード・ビーム１０５を薄くすると、ばね部１１１がますます薄くなり、ばね部１１１の応力が高くなるので、ばね荷重を一定以上に高めることができなくなる。

従来のヘッド・サスペンションでは、ばね部を剛体部と別体にしたものも存在するが、ばね部を低ばね定数とすると共に剛体部の剛性を確保するため、ばね部は剛体部よりも肉厚が薄く形成されている。このような関係においてショック特性を向上させるためにロード・ビームを薄くすると、ばね部がますます薄くなり、同様にばね荷重を一定以上に高めることができない。

この場合の対策としては、ロード・ビーム１０５の根本幅、換言すると、ばね部１１１の幅を広げることが考えられる。

しかし、ヘッド・サスペンション１０１は、例えば図１９のようにハード・ディスク・ドライブ１２５に取り付けられており、根本幅Ｂを拡大するとヘッド・サスペンション１０１を取り付けるアーム１１５の幅も拡大し、図１９の平面視においてアーム１１５がディスク１２３にオーバー・ラップし、或いは、配線ループ１２７と干渉することになる。アーム１１５がディスク１２３にオーバー・ラップするとショック入力によりアーム１１５とディスク１２３とが接触する可能性が高くなる。これらアーム１１５とディスク１２３とのオーバー・ラップ及びアーム１１５の配線ループ１２７への干渉は避けなければならない。

一方、ヘッド・サスペンション１０１のアーム１１５がディスク１２３にオーバー・ラップしないようにし、或いは配線ループ１２７に干渉しないようにして根本幅Ｂの拡大をすると、ハード・ディスク・ドライブ１２５の小型化に障害となる。

特開平９−２８２６２４号公報

解決しようとする問題点は、ヘッド・サスペンションのショック特性の要求性能を満足するためにロード・ビーム全体を薄くするとばね荷重を高めることに障害を伴い、ロード・ビームを薄くすると共にばね荷重を高めるためにロード・ビームの根本幅を拡大するとディスク或いは配線ループとの接触を招き易く、接触を避けるようにするとハード・ディスク・ドライブの小型化に障害となる点である。

本発明は、ロード・ビームを薄くすると共にばね荷重を高め、且つハード・ディスク・ドライブの小型化を可能とするため、ばね部の厚みが剛体部の厚みを相対的に上回るようにしたことを最も主要な特徴とする。

本発明のヘッド・サスペンションは、ばね部の厚みが剛体部の厚みを相対的に上回るようにしてロード・ビームの薄板化及びばね荷重を高めるため、ヘッド・サスペンションのＧリフト・オフを維持しつつばね部の荷重を高め、ハード・ディスク・ドライブのショック特性を改善しながら小型化を図ることができる。

ハード・ディスク・ドライブのショック特性を改善しながら小型化を図るという目的を、ばね部の厚みが剛体部の厚みを相対的に上回るようにして実現した。

［ヘッド・サスペンションの全体構成］
図１，図２は、本発明実施例１を適用したヘッド・サスペンションに係り、図１は、斜視図、図２は、平面図である。

図１、図２で示すヘッド・サスペンション１は、例えば１インチ用のものであり、ロード・ビーム３と、アーム５と、フレキシャ７とを備えている。

前記ロード・ビーム３は、ヘッド部９に負荷荷重を与えるもので、剛体部１１とばね部１３とを備えている。

前記ばね部１３は、剛体部１１とは別体に形成されたもので、その一端部１５が剛体部１１の基端側１７に支持され、他端部１９が前記アーム５側に支持されている。

前記アーム５は、ベース部としてベース・プレート２１を一体に備え、前記ばね部１３の他端部１９を支持している。アーム５は、取付孔２３を備え、この取付孔２３においてキャリッジに取り付けられ、軸回りに回転駆動可能となっている。

前記フレキシャ７は、ばね性を有する薄いステンレス鋼圧延板（ＳＳＴ）などの導電性薄板であり、電気絶縁層を介して配線パターンを形成している。フレキシャ７は、レーザ溶接などによって剛体部１１に固着されている。フレキシャ７の配線パターンの一端は、ヘッド部９のスライダ２５に支持された書き込み用の端子、読み取り用の端子に導通接続され、他端はアーム５側に延設されている。
［剛体部及びばね部の詳細］
前記剛体部１１は、例えば非磁性材であるＳＵＳ３０４のステンレス鋼で形成され、先端側２７から基端側１７まで所定幅で全体的に細く形成され、本体部２９の端部にばね結合部３１を備えている。ばね結合部３１の両縁は、多数連接された剛体部半成形品をカットし剛体部１１として分離されて残存したカット部となっている。剛体部１１の先端には、ロード・アンロード用のタブ３３が設けられ、先端側２７にディンプル３５が設けられている。

前記剛体部１１には、本体部２９の幅方向両縁に沿って全体にレール部３７が厚み方向に立ち上げられている。

前記ばね部１３は、例えばばね性のあるＳＵＳ３０１のステンレス鋼で形成され、図２の平面から見て二股形状に形成されている。ばね部１３の二股形状は、フレキシャ７を本体部２９側からベース・プレート２１側へ段差無く設置するためのものである。

前記ばね部１３の一端側１５は、ばね結合部３１に対して剛体部幅方向でレーザー溶接等による熔着部３９により固着されている。ばね部１３の他端部１９は、ベース・プレート２１に対してレーザー溶接等による熔着部４１，４３により固着されている。

図３は、ヘッド・サスペンションの一部を断面にした一部省略要部側面図である。図３のように、ばね部１３の厚みｔ１が剛体部１１の厚みｔ２を相対的に上回るようにしてロード・ビーム３の薄板化及びばね部１３のばね荷重を高める。本実施例において、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝２０μｍに設定されている。

なお、ｔ１、ｔ２の間系は、ばね部１３の厚みｔ１が剛体部１１の厚みｔ２を相対的に上回り、ロード・ビーム３の薄板化及びばね部１３のばね荷重を高めることができればよく、その設定は、対象とするハード・ディスク・ドライブとの関係において自由である。
［ショック特性とばね部厚］
図４は、剛体部の厚み（ビーム・シックネス（Ｂｅａｍ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ））及びばね部の厚み（ヒンジ・シックネス（Ｈｉｎｇｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ））とヘッド・サスペンションの自重によるショック特性（Ｇリフト・オフ（Ｇ Ｌｉｆｔ ｏｆｆ））との関係を示す図表であり、図５は、同グラフである。

図４，図５のように、ばね部の厚みをｔ１＝２５μｍ一定とし、剛体部９の厚みをｔ２＝３５，３０，２５，２０μｍと徐々に減少させたとき、ヘッド・サスペンション１のＧリフト・オフを、３５７．２［Ｇ／ｇｆ］，３８６．０［Ｇ／ｇｆ］，４１９．１［Ｇ／ｇｆ］，４６２．３［Ｇ／ｇｆ］と連続的に上げることができた。

すなわち、剛体部９の厚み２５μｍを境界として剛体部９の厚みが２０μｍまで薄くなったとき、剛体部９及びばね部１３の厚みの関係が逆転しつつヘッド・サスペンション１のＧリフト・オフを高めることができた。

図６〜図８は、ばね部１１の厚みが剛体部９の厚みを相対的に上回り、剛体部９が薄くなるとショック特性を向上できることを示す実験結果である。

図６は、ロード・ビームの厚みをパラメータとしたばね部の幅（Ｈｉｎｇｅ Ｗｉｄｔｈ）の変化に対するグラム・ロード（Ｇｒａｍ Ｌｏａｄ）の変化を示すグラフであり、横軸が、ばね部の幅、縦軸が、グラム・ロードを示す。ロード・ビームは、剛体部にばね部を一体に設けたものを用いた。ロード・ビームの厚みは、２０μｍ，２５μｍ，３０μｍとし、ロード・ビームの長さはｌ_Ｌ＝６．２５ｍｍ、同応力の限界値（Ｓｔｒｅｓｓ Ｌｉｍｉｔ）は、材質がＳＵＳ３０４の７０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

許容されるばね部の幅が、例えば２．０ｍｍであるとすると、ばね部に穴を開けると実質的な幅は１．２ｍｍ位となる。仮にばね部の幅を１．５ｍｍとし、ばね部の厚み（＝ロード・ビームの厚み）が２０μｍであると、図６のように、グラム・ロードは１．２ｇｆが限界であった。ばね部の厚みを３０μｍにするとばね部の幅１．２ｍｍでグラム・ロード２．０ｇｆを達成することができた。

図７は、ロード・ビームの長さをパラメータとしたばね部の幅（Ｈｉｎｇｅ Ｗｉｄｔｈ）の変化に対するグラム・ロードの変化を示すグラフであり、横軸が、ばね部の幅、縦軸が、グラム・ロードを示す。ロード・ビームの長さは、５．５０ｍｍ，６．２５ｍｍ，７．００ｍｍとし、ロード・ビームの厚みはｔ＝２０μｍ、同応力の限界値（Ｓｔｒｅｓｓ Ｌｉｍｉｔ）は、材質がＳＵＳ３０４の７０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

図７から明らかなように、ロード・ビームの長さを変化させても、グラム・ロードにそれほど大きな変化はなかった。

これら、図６，図７から、グラム・ロードに対し、ばね部の厚みがロード・ビームの長さに比較して大きな影響を及ぼすことが分かった。すなわち、狭いばね幅で高いばね荷重を実現するには、ばね部を暑くする必要がある。

図８は、ロード・ビームの厚みの変化に対するＧリフト・オフの変化を示すグラフであり、横軸が、ロード・ビームの厚み、縦軸が、Ｇリフト・オフを示す。

図８から明らかなように、ロード・ビームを厚くするとＧリフト・オフが上がらずショック特性が低下した。

これら図６〜図８より、高いＧリフト・オフを維持して高いばね荷重を実現するには、ばね部を厚くし、剛体部を薄くする必要がある。

このことより、本発明実施例１のようにばね部１３の厚みｔ１が剛体部１１の厚みｔ２を相対的に上回るようにすることで、剛体部１１、すなわちロード・ビーム３の薄板化及びばね部１３のばね荷重を高めることができ、高いＧリフト・オフを維持して高いばね荷重を実現することができる。
［ショック特性とばね部材質］
一般に、ロード・ビームの材質は、ヘッド部９への影響を避けるために、非磁性材であるＳ３０４が用いられている。しかし、本実施例１のヘッド・サスペンション１は、ばね部１３が剛体部１１とは別体であるため、上記のようにばね部１３にＳ３０４よりも磁性が強いＳ３０１を用いることができる。

図９は、Ｓ３０４を用い、図１０は、Ｓ３０１を用い、ばね部の実現可能なグラム・ロードとばね部幅との関係を示すグラフである。図９，図１０の横軸は、ばね部幅、同縦軸は、グラム・ロードを示している。ロード・ビームは、剛体部にばね部を一体に設けたものを用いた。ロード・ビームの長さは、６．２５ｍｍ、厚みは、２０μｍ，２５μｍ，３０μｍとした。図９のＳ３０４は、応力の限界値が７０ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、図１０のＳ３０１は、同９０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

図９のＳ３０４では、ばね部幅１．２ｍｍでばね部厚み２５μｍのときグラム・ロードは１．４ｇｆが限界であるのに対し、図１０のＳ３０１では、同１．８ｇｆに達している。

このことより、ばね部１３が剛体部１１に対し別部材である本実施例１の場合には、ばね部１３の材質としてＳ３０１を用いることで前記厚み設定に加え、さらに高いばね荷重を実現することができる。また、同じばね荷重の場合には、ばね部幅をより狭くすることができ、ばね定数を小さくすることができる。
［ショック特性とロード・ビーム長さ］
ショック特性のみを考慮すると、ロード・ビームは短くするのが得策である。しかし、ロード・ビームの長さは、フライング・ハイト（Ｆｒｙｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔ）特性に影響するので、フライング・ハイト特性を考慮するときは、極端に短いロード・ビームのヘッド・サスペンションを用いることができず、長さをある程度維持する必要がある。一般には、２．５インチのハード・ディスク・ドライブでロード・ビーム７ｍｍのヘッド・サスペンションが用いられ、１インチでは、同６．２５ｍｍのヘッド・サスペンションが用いられる。

本実施例において、ロード・ビームの長さ選択は、自由であるが、フライング・ハイト特性を考慮して１インチのハード・ディスク・ドライブでロード・ビーム６．２５ｍｍのヘッド・サスペンションを用いたとしても、図６，図７から、グラム・ロードに対し、ばね部の厚みがロード・ビームの長さに比較して大きな影響を及ぼすことから、ショック特性を満足することができる。
［実施例１の効果］
以上、ばね部１３の厚みが剛体部１１の厚みを相対的に上回るようにしてロード・ビーム３の薄板化及びばね部１３のばね荷重を高めるため、ヘッド・サスペンション１のＧリフト・オフを維持しつつばね荷重を高め、ハード・ディスク・ドライブのショック特性を改善しながら小型化を図ることができる。

図１１，図１２は、本発明の実施例２に係り、図１１は、ヘッド・サスペンションの一部省略斜視図、図１２は、ヘッド・サスペンションの一部を断面にした一部省略要部側面図である。なお、実施例１と同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＡを付して説明する。
［剛体部及びばね部］
図１１，図１２のように、ヘッド・サスペンション１Ａは、ロード・ビーム３Ａの剛体部１１Ａ及びばね部１３Ａが一体に形成されている。この場合、ロード・ビーム３Ａの材質として、ヘッド部９Ａに影響を与えないＳＵＳ３０４が用いられている。

前記剛体部１１Ａのレール部３７Ａは、ばね部１３Ａの一端部１５Ａにまで至って設けられており、ロード・ビーム３Ａの縦剛性をより高め、ショック特性を向上させている。

そして、本実施例においても、ばね部１３Ａの厚みｔ１が剛体部１１Ａの厚みｔ２を相対的に上回るようにしてロード・ビーム３Ａの薄板化及びばね部１３Ａのばね荷重を高める。本実施例において、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝２０μｍに設定されている。剛体部１１Ａの厚みｔ２の範囲４９は、剛体部１１Ａ延出方向でばね部１３Ａの一端部側位置５１から、タブ３３の直前位置５３までであり、同幅方向では、ほぼ全幅に渡っている。

前記剛体部１１Ａの厚みｔ２の形成は、例えば、パーシャル・エッチングにより行われている。
［実施例２の効果］
従って、本実施例においても、実施例１と同様な作用効果を奏することができる。

また、本実施例では、部品点数を少なくすることができる。

ヘッド・サスペンションの斜視図である（実施例１）。 ヘッド・サスペンションの平面図である（実施例１）。 ヘッド・サスペンションの一部を断面にした一部省略要部側面図である（実施例１）。 剛体部の厚み及びばね部の厚みとヘッド・サスペンションの自重によるショック特性との関係を示す図表である（実施例１）。 剛体部の厚み及びばね部の厚みとヘッド・サスペンションの自重によるショック特性との関係を示すグラフである（実施例１）。 ロード・ビームの厚みをパラメータとしたばね部の幅の変化に対するグラム・ロードの変化を示すグラフである（実施例１）。 ロード・ビームの長さをパラメータとしたばね部の幅の変化に対するグラム・ロードの変化を示すグラフである（実施例１）。 ロード・ビームの厚みの変化に対するＧリフト・オフの変化を示すグラフである（実施例１）。 ばね部の実現可能なグラム・ロードとばね部幅との関係を示すグラフである（実施例１）。 ばね部の実現可能なグラム・ロードとばね部幅との関係を示すグラフである（実施例１）。 ヘッド・サスペンションの一部省略斜視図である（実施例２）。 ヘッド・サスペンションの一部を断面にした一部省略要部側面図である（実施例２）。 発生する加速度でスライダがリフトするヘッド・サスペンションのリフト・オフＧとハード・ディスク・ドライブのリフト・オフＧとの関係に係り、２．５インチＨＤＤの結果を示すグラフである（従来例）。 発生する加速度でスライダがリフトするヘッド・サスペンションのリフト・オフＧとハード・ディスク・ドライブのリフト・オフＧとの関係に係り、１インチＨＤＤの結果を示すグラフである（従来例）。 ヘッド・サスペンションを取り付けるアーム先端のショック入力に対する発生加速度の時間変化に係り、２．５インチＨＤＤの結果を示すグラフである（従来例）。 ヘッド・サスペンションを取り付けるアーム先端のショック入力に対する発生加速度の時間変化に係り、１インチＨＤＤの結果を示すグラフである（従来例）。 ヘッド・サスペンションの斜視図である（従来例）。 ヘッド・サスペンション取付の一例を示すハード・ディスク・ドライブの一部断面図である（従来例）。 ハード・ディスク・ドライブの一部省略平面図である（従来例）。

符号の説明

１，１Ａ ヘッド・サスペンション
３，３Ａ ロード・ビーム
５ アーム
７ フレキシャ
９ ヘッド部
１１，１１Ａ 剛体部
１３，１３Ａ ばね部
１７，１７Ａ 剛体部の基端側

Claims (5)

1. キャリッジ側に取り付けられて軸回りに回転駆動可能なベース部と、
   剛体部及びばね部を含み前記ベース部側に前記剛体部の基端側が前記ばね部を介して支持されると共に情報の書き込み，読み取りを行う先端側のヘッド部に負荷荷重を与えるロード・ビームと、
   前記ヘッド部を書き込み用及び読み取り用の配線に接続すると共に該ヘッド部を支持して前記ロード・ビームに取り付けられたフレキシャとを備えたヘッド・サスペンションにおいて、
   前記ばね部の厚みが前記剛体部の厚みを相対的に上回るようにしてロード・ビームの薄板化及びばね荷重を高める
   ことを特徴とするヘッド・サスペンション。
2. 請求項１記載のヘッド・サスペンションであって、
   前記ばね部は、前記剛体部と別体である
   ことを特徴とするヘッド・サスペンション。
3. 請求項２記載のヘッド・サスペンションであって、
   前記ばね部は、ＳＵＳ３０１の材料で形成された
   ことを特徴とするヘッド・サスペンション。
4. 請求項１記載のヘッド・サスペンションであって、
   前記ばね部は、前記剛体部と一体である
   ことを特徴とするヘッド・サスペンション。
5. 請求項４記載のヘッド・サスペンションであって、
   前記剛体部の厚みを、パーシャル・エッチングにより形成して前記ばね部の厚みが前記剛体部の厚みを相対的に上回るようにした
   ことを特徴とするヘッド・サスペンション。
   

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