JP4709083B2

JP4709083B2 - ディスク装置

Info

Publication number: JP4709083B2
Application number: JP2006185828A
Authority: JP
Inventors: 正夫半谷; 辰彦西田; 潤曽我
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: JP2008016116A; US7835114B2; US20080007873A1

Description

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使用されるディスク装置に関する。

パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に、ハードディスク装置（ＨＤＤ）（これ以降、単にディスク装置と称する）が使用されている。ディスク装置は、スピンドルモータによって回転する磁気ディスク（これ以降、単にディスクと称する）と、ピボット軸を中心に旋回するキャリッジと、キャリッジを駆動するポジショニング用モータと、これらディスクとキャリッジとポジショニング用モータ等を収容する箱状のベースなどを備えている。

前記ピボット軸は前記ベースに取付けられている。キャリッジは複数のアームを有し、各アームにサスペンションが設けられている。各サスペンションの先端部に、ディスクにデータを書込んだりデータを読取ったりするための磁気ヘッドが設けられている。

例えば２．５インチのディスク装置は、記録媒体として２枚のディスクを有している。キャリッジは、トップアームと、ボトムアームと、これらトップアームとボトムアームとの間に設けられたミッドアームとを含んでいる。各アームにそれぞれサスペンションが取付けられている。各サスペンションの先端部に、磁気ヘッドを構成するスライダが取付けられている。（例えば下記特許文献１の図２、特許文献２の図３参照）
特開２００３−１７３６４３公報特開２００４−９５０７６公報

前記ディスク装置にショックが入力すると、ベースが揺れると共に各アームが揺れる。ディスク装置のショック特性（operational shock characteristic performance）を向上させるためには、ショック入力時にアームの揺れを最小限に抑えることが望まれる。特に、短時間（例えば０．４ｍｓｅｃ前後）で入力するショック（short duration shock）に対してアームの揺れを抑制することは効果的である。

図１４は従来のディスク装置の周波数応答特性を示している。図１４中の破線はベース全体の振幅の平均、実線はベースのピボット位置（ピボット軸を取付ける位置）の振幅、１点鎖線はトップアームの振幅を示している。トップアームの一次曲げモードは１２６３Ｈｚである。

図１４中に実線で示されるピボット位置の揺れに着目すると、８００Ｈｚ付近に、主にスピンドルモータの質量（ディスクを含む質量）で揺れる低周波数側の一次振動モード（Base 1st-１）が見られる。さらに１３００Ｈｚ付近に、スピンドルモータとキャリッジの合計質量で揺れる高周波数側の一次振動モード（Base 1st-２）が見られる。すなわちこのディスク装置のピボット位置は、少なくとも２つの一次振動モードにおいて大きく揺れている。特に、トップアームの一次曲げモード付近の周波数でピボット位置が揺れることにより、トップアームが加振されて許容限度を越える振幅（４２ｄＢ）が生じるなど、ショック性能に関して改善の余地があった。

従ってこの発明の目的は、ショック特性を向上させることのできるディスク装置を提供することにある。

本発明は、スピンドルモータによって回転するディスクと、前記ディスクを収容するベースと、前記ベースのピボット位置に設けられたピボット軸と、前記ピボット軸に設けられかつアームを有し前記ピボット軸を中心に旋回可能なキャリッジと、を有するディスク装置であって、前記ベースは、前記ピボット位置の周波数応答特性に関して一次振動モードと該一次振動モードよりも周波数が高い二次振動モードとを有し、該二次振動モードは、前記周波数応答特性に関し低周波数側でピークが生じる低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と、高周波数側でピークが生じる高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）とを有し、前記低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と前記高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）との間で位相が逆転するよう構成され、前記キャリッジは前記低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）のピークと前記高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）のピークとの間の周波数域に前記アームの一次曲げモードの周波数を設定してなるものである。

さらに好ましくは、前記ベースの前記低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と前記高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）は、互いに逆位相の関係にあり、これら２つの二次振動モード間の谷の周波数域に、前記アームの一次曲げモードの周波数が設定されている。この場合、低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）との差が３００Ｈｚ以内であるとよい。

この明細書で言う「同相」とは、位相が完全に一致しているという意味ではなく、多少の位相のずれを含む概念である。また「逆位相」は、位相が完全に逆であること以外に、多少のずれも含む概念である。

本発明によれば、ディスク装置にショックが加わったときに、アームが揺れることを抑制することができ、ディスク装置のショック特性を改善することができる。

以下に本発明の一実施形態（実施例１）について図１から図８を参照して説明する。
図１と図２に示すディスク装置（ＨＤＤ）１０は、箱形のベース１１と、スピンドルモータ１２によって回転する２枚のディスク１３と、ピボット軸１４を中心に旋回可能なキャリッジ１５と、キャリッジ１５を駆動するためのポジショニング用モータ１６などを有している。ピボット軸１４は、ディスク１３の側方において、スピンドルモータ１２の軸１２ａと平行に配置されている。

図１においてベース１１の上面側に図示しない蓋が設けられ、ベース１１の内側に防塵空間が形成されるようになっている。図１は蓋を取外した状態を示している。記録媒体として機能するディスク１３は、ベース１１に取付けられたスピンドルモータ１２によって軸１２ａを中心に回転する。

キャリッジ１５は、ポジショニング用モータ１６によって、ピボット軸１４を中心に旋回駆動される。ディスク１３とキャリッジ１５とポジショニング用モータ１６等は、底の浅い箱形のベース１１に収容されている。この明細書では、ベース１１の底部１１ａ（図２に示す）のピボット軸１４を設ける位置を、ピボット位置と称している。

キャリッジ１５は、図２において上側に位置するトップアーム２０と、図２において下側に位置するボトムアーム２１と、これらトップアーム２０とボトムアーム２１との間に位置するミッドアーム２２を備えている。この明細書では、トップアーム２０を単に「アーム」と称することもある。

トップアーム２０の先端部に１つのサスペンション３０が取付けられている。ボトムアーム２１の先端部にも１つのサスペンション３０が取付けられている。ミッドアーム２２の先端部には、一対のサスペンション３０が、該ミッドアーム２２の一方の面と他方の面に互いに逆向きの姿勢で取付けられている。各サスペンション３０の先端部に、磁気ヘッドを構成するスライダ３１が装着されている。ディスク１３が高速で回転すると、ディスク１３とスライダ３１との間にエアベアリングが形成され、スライダ３１がディスク１３から僅かに浮上する。

スライダ３１には、ディスク１３にデータを書込んだりデータを読取ったりするためのトランスジューサとして機能する素子（図示せず）が設けられている。前記ポジショニング用モータ１６によってキャリッジ１５を旋回させることにより、各サスペンション３０がディスク１３の径方向に同時に移動し、各スライダ３１がディスク１３の所望トラックまで移動する。

ミッドアーム２２には一対のサスペンション３０が互いに逆向きの姿勢で取付けられているため、ミッドアーム２２がピボット軸１４の軸線方向に揺れたときに、これら一対のサスペンション３０が互いに揺れを抑制する作用をなす。これに対し、トップアーム２０とボトムアーム２１には、それぞれサスペンション３０が一つのみ設けられているから、トップアーム２０とボトムアーム２１はミッドアーム２２よりも揺れやすい。

つまり、トップアーム２０とボトムアーム２１の揺れを抑制できれば、キャリッジ１５全体としてのショック特性を向上できることになる。ショック入力時の揺れに関して、トップアーム２０とボトムアーム２１は同等の傾向があるため、この明細書では主にトップアーム２０に着目してショック性能について論じる。

ベース１１は、基準振動モードとして、図３に示す一次振動モード（Base 1st-mode）と、図４に示す二次振動モード（Base 2nd-mode）を有している。さらに一次振動モードと二次振動モードは、いずれも、低周波数側で揺れるモードと高周波数側で揺れるモードとを有している。

図５は、本実施形態のディスク装置１０を加振したときのベース全体とピボット位置のそれぞれの周波数応答特性を示している。加振する方向は図２に矢印Ａで示す縦方向（ピボット軸１４の軸線方向）であり、測定はレーザードップラー振動計（ＬＤＶ）によって行なった。

図５中の破線はベース全体の振幅の平均、実線はベースのピボット位置の振幅を示している。図５において、ベース全体の揺れ（破線で示す）に着目すると、７７５Ｈｚ付近に主にスピンドルモータ１２の質量（ディスク１３を含む質量）によって低周波数側で揺れる低周波寄り一次振動モード（Base 1st-１）が見られる。１４１３Ｈｚ付近には、主にスピンドルモータ１２とキャリッジ１５の合計質量によって高周波数側で揺れる高周波寄り一次振動モード（Base 1st-２）が見られる。

さらに１５２５Ｈｚ付近に、低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）が見られ、１６８８Ｈｚ付近に高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）が見られる。１３００Ｈｚ付近に見られるピークは、アームの一次曲げモード（Arm B1）の影響によるものである。

図５において、ピボット位置の揺れ（実線で示す）に着目すると、１５２５Ｈｚの低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と、１６８８Ｈｚの高周波数寄り二次振動モード(Base 2nd-２）との間に、ピボット位置がほとんど揺れない深い谷Ｖ１が生じている。以下にこの深い谷Ｖ１が生じる理由について述べる。

図６は、ピボット位置の周波数と位相との関係を示している。図６に示されるように、周波数を変化させながらピボット位置の位相の変化を調べると、前記１５２５Ｈｚ付近の低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）で揺れる時の位相と、１６８８Ｈｚ付近の高周波数寄り二次振動モード(Base 2nd-２）で揺れる時の位相が互いに大きくずれていることが判る。すなわち前記２つの二次振動モード（Base 2nd-１）(Base 2nd-２）の間に位相が逆転するポイントＶ２が存在し、前記２つの二次振動モードは互いに逆位相の関係にある。

本実施形態では、互いに逆位相の関係にある前記２つの二次振動モード間の深い谷Ｖ１（図５に示す）の周波数領域に、アームの一次曲げモードを設定すべく、アームの形状や剛性、肉厚、重心位置などが設定されている。アームの一次曲げモードの一例は１５５０Ｈｚである。望ましくは、アームの一次曲げモードを、谷Ｖ１の最も深い位置（図５では１５８０Ｈｚ）に一致させることが理想的である。しかしアームの仕様や製造上の公差等を考慮すると、少なくとも前記２つの二次振動モード間の周波数にアームの一次曲げモードが設定されていればよい。

以上説明したように本実施形態のディスク装置は、ベースと、スピンドルモータによって回転するディスクと、ピボット軸を中心に旋回するキャリッジとを有し、前記ベースは、一次振動モードと二次振動モードを有している。さらにこの二次振動モードは、ベースを加振したときの周波数応答特性において、低周波数側で波形に山が生じる低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と、高周波数側で波形に山が生じる高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）とを有している。これら２つの二次振動モード（Base 2nd-１）（Base 2nd-２）は、これら２つの二次振動モード間でピボット位置の位相が逆転する逆位相の関係にある。そしてこれら２つのモード間の谷の周波数域に、前記アームの一次曲げモードの周波数が設定されている。

このように構成された本実施形態のディスク装置にショックが入力した場合、ショックには様々な周波数成分が含まれているため、ベース１１のピボット位置が前記２つの二次振動モードで互いに逆位相で揺れようとすることによりピボット位置の揺れが抑制される。このためアームが一次曲げモードで大きく揺れることが抑制され、キャリッジ１５としてのダンピング効果が発揮されることになる。

図７と図８は、本実施形態のディスク装置（図５に示す特性）に、それぞれ０．４ｍｓｅｃのショックと１．０ｍｓｅｃのショックを与えたときのトップアームの揺れを時間の経過と共に示している。ショックを与える方向は図２に矢印Ｂで示す方向（ピボット軸１４の軸線方向）である。測定はレーザードップラー振動計（ＬＤＶ）を用いて行なった。

図７と図８により、本実施形態のディスク装置はトップアームの振幅が小さく、しかも振動が短時間で減衰している。ボトムアームとミッドアームについても同様の傾向が見られ、ショック特性が良いことが確認された。

図９は、比較例のディスク装置を加振したときの周波数応答特性である。図９中の破線はベース全体の振幅の平均、実線はベースのピボット位置の振幅を示している。アームの一次曲げモードは約１２６３Ｈｚである。ピボット位置の揺れを見ると、７５０Ｈｚ付近に低周波寄り一次振動モード（Base 1st-１）があり、１４６３Ｈｚ付近に高周波寄り一次振動モード（Base 1st-２）がある。また、１７３８Ｈｚ付近に低周波寄り二次振動モード（Base 2nd-１）があり、２０００Ｈｚ付近に高周波寄り二次振動モード（Base 2nd-２）がある。１３００Ｈｚ付近に見られるピークは、アームの一次曲げモード（Arm B1）の影響によるものである。

図１０は、比較例（図９）のピボット位置の周波数と位相との関係を測定した結果である。この比較例の場合、１７３８Ｈｚ付近の低周波寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と、２０００Ｈｚ付近の高周波寄り二次振動モード（Base 2nd-２）とが互いに同相である。しかもアームの一次曲げモードが１２６３Ｈｚであり、前記２つの二次振動モードから低周波数側に大きく離れている。

図１１と図１２は、前記比較例のディスク装置（図９に示す特性）に、それぞれ０．４ｍｓｅｃと１．０ｍｓｅｃのショックを与えたときのトップアームの揺れを時間の経過と共に示している。図１１と図１２により、比較例のディスク装置は、トップアームの振幅が大きく、しかも振動が減衰しにくいことが判る。ボトムアームとミッドアームについても同様の傾向が見られた。このためショック特性が良くなかった。

図１３は本発明の他の実施形態（実施例２）に係るディスク装置の周波数応答特性を示している。図１３中の破線はベース全体の振幅の平均、実線はベースのピボット位置の振幅、１点鎖線はアームの振幅を示している。

この実施形態（図１３）のディスク装置のベースは、１４５０Ｈｚ付近の低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と、１７５０Ｈｚ付近の高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）とを有している。これら２つの二次振動モード（Base 2nd-１）（Base 2nd-２）の差は３００Ｈｚであり、互いに逆位相の関係にある。

この実施形態では、アームの質量を小さくすることによって、アームの一次曲げモードを従来の１２６３Ｈｚから１５５０Ｈｚに上げた。これにより、前記２つの二次振動モードの間に形成される谷に、アームの一次曲げモード（１５５０Ｈｚ）が設定されている。図１３に１点鎖線で示されるように、本実施形態のアームの最大振幅は２７ｂＢであり、前述した従来のディスク装置（図１４）の振幅（４２ｂＢ）と比較して大幅に減少した。

なお、以上説明した低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）が離れすぎていると、互いに逆位相の関係があっても、ショック入力時のダンパ効果が薄れてしまう。前述した実施形態のように、低周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-１）と高周波数寄り二次振動モード（Base 2nd-２）の差が３００Ｈｚ以内であれば、本発明の目的を達成することができる。

なお本発明を実施するに当たり、ベースをはじめとして、スピンドルモータやピボット軸、キャリッジ等のディスク装置の構成要素を本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。

本発明の一実施形態に係るディスク装置の斜視図。前記ディスク装置の一部を模式的に示す断面図。前記ディスク装置のベースの一次振動モードを模式的に示す側面図。前記ディスク装置のベースの二次振動モードを模式的に示す側面図。前記ディスク装置を加振したときのベース全体の平均とピボット位置のそれぞれの周波数応答特性を示す図。図５に示された特性を有するディスク装置のピボット位置の周波数と位相との関係を示す図。図５に示された特性を有するディスク装置に０．４ｍｓｅｃのショックが加わったときのアームの揺れを示す図。図５に示された特性を有するディスク装置に１．０ｍｓｅｃのショックが加わったときのアームの揺れを示す図。比較例のディスク装置を加振したときのベース全体の平均とピボット位置のそれぞれの周波数応答特性を示す図。図９に示された特性を有するディスク装置のピボット位置の周波数と位相との関係を示す図。図９に示された特性を有するディスク装置に０．４ｍｓｅｃのショックが加わったときのアームの揺れを示す図。図９に示された特性を有するディスク装置に１．０ｍｓｅｃのショックが加わったときのアームの揺れを示す図。本発明の他の実施形態に係るディスク装置の周波数応答特性を示す図。従来のディスク装置の周波数応答特性を示す図。

符号の説明

１０…ディスク装置
１１…ベース
１２…スピンドルモータ
１２ａ…軸
１３…ディスク
１４…ピボット軸
１５…キャリッジ
２０…アーム

Claims

スピンドルモータによって回転するディスクと、
前記ディスクを収容するベースと、
前記ベースのピボット位置に設けられたピボット軸と、
前記ピボット軸に設けられかつアームを有し前記ピボット軸を中心に旋回可能なキャリッジと、
を有するディスク装置であって、
前記ベースは、前記ピボット位置の周波数応答特性に関して一次振動モードと該一次振動モードよりも周波数が高い二次振動モードとを有し、該二次振動モードは、前記周波数応答特性に関し低周波数側でピークが生じる低周波数寄り二次振動モードと、高周波数側でピークが生じる高周波数寄り二次振動モードとを有し、前記低周波数寄り二次振動モードと前記高周波数寄り二次振動モードとの間で位相が逆転するよう構成され、
前記キャリッジは、前記低周波数寄り二次振動モードのピークと前記高周波数寄り二次振動モードのピークとの間の周波数域に前記アームの一次曲げモードの周波数を設定してなることを特徴とするディスク装置。
前記キャリッジは、１つのサスペンションが取付けられたトップアームと、１つのサスペンションが取付けられたボトムアームと、一対のサスペンションが互いに逆向きの姿勢で取付けられたミッドアームとを有し、前記トップアームと前記ボトムアームの一次曲げモードの周波数が、それぞれ前記低周波数寄り二次振動モードのピークと前記高周波数寄り二次振動モードのピークとの間の周波数域に設定してなることを特徴とする請求項１に記載のディスク装置。