JP5049017B2 - 磁気ディスク装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク装置に係り、特に、装置内部にヘリウムガスなどの低密度の気体を封入するのに好適な密封型磁気ディスク装置及びその製造方法に関するものである。

近年の磁気ディスク装置は、大容量・高記録密度さらには高速アクセスに対する要求から、ディスクを高速回転させ、ヘッドジンバルアセンブリを高速駆動させている。このため、少なからず、空気の乱れ（風乱）が生じ、ディスクやヘッドジンバルアセンブリに振動が発生する。この風乱振動は、高密度に記録されたディスク上のデータにヘッドを位置決めする際の大きな障害となる。風乱の発生はランダムであり、その大きさや周期を予測することは難しく、迅速かつ正確な位置決め制御が複雑・困難になるためである。また、風乱振動は騒音の要因ともなり装置の静粛性を損なう要因ともなる。

高速回転に伴う装置内の空気の作用で発生する問題としては、上記以外に消費電力の増加がある。ディスクを高速で回転させると、その近傍の空気も一緒に引きずられて回転する。一方ディスクから離れた空気は静止しているため、この間にせん断力が発生し、ディスク回転を止めようとする負荷となる。これは風損と呼ばれ、高速回転になればなるほど大きくなる。この風損に逆らって高速回転を行うには、モータは大きな出力を必要とし、大きな電力を必要とする。

ここで、前記風乱及び風損は装置内部の気体の密度に比例することに着目し、密封された磁気ディスク装置内において、空気の代わりに空気より低密度の気体を封入して風乱や風損を低減しようとするアイデアがあった。
低密度の気体としては、水素やヘリウムなどが考えられるが、実使用を考慮すると、効果が大きく、安定していて安全性の高いヘリウムが最適と考えられる。ヘリウムガスを密閉した磁気ディスク装置では、上記問題を解決し、迅速かつ正確な位置決め制御、省電力、良好な静粛性を実現できる。
しかし、ヘリウムは、その分子がきわめて小さく、拡散係数は大きいため、通常の磁気ディスク装置に用いられている筐体では、密閉性が低く、通常使用中に、ヘリウムが簡単に漏出してしまうという課題があった。

そこで、漏れやすいヘリウムなどの低密度の気体を密封可能にすべく、例えば、特許文献１に記載されているような密閉構造が提案されている。図１０Ａは、特許文献１に記載された磁気ディスク装置の筐体構造を示す断面図である。筐体１００は、ベース１２０と、ベース１２０の側壁の上部にレーザ溶接されたカバー１１０とを有し、筐体内部１０２にはＨＤＤ構成要素１０１が収納されている。筐体内部１０２にヘリウムを密封すべく、ヘリウムガスの環境下でカバー１１０の取り付けが行われ、取り付けと同時に筐体内部１０２がヘリウムで満たされた密封型磁気ディスク装置となる。

ここで、筐体内のヘリウムが漏れる可能性が高い箇所として、ベース１２０の側壁の上部とカバー１１０の接合箇所１０５が挙げられる。この接合箇所１０５を完全に密封するために、ベース１２０の側壁の上部にカバー１１０をレーザー溶接している。

ベースとカバーは、その耐久性・信頼性やコストの観点から、アルミニウムダイキャストで成型したベース及びプレスあるいは切削により形成されたアルミニウムのカバー、あるいは、銅とマグネシウムの含有量が比較的少ないアルミニウム合金から冷鍛で形成したベース及びプレスあるいは切削により形成されたアルミニウムのカバーが選定される。

図１０Ｂに、特許文献１に記載された磁気ディスク装置の他の密閉構造を示す拡大断面図を示す。この密閉構造は、二重カバー構造であり、内側カバー２４０と外側カバー１１０とを有する。内側カバー２４０は接着剤２１４により外側カバー１１０に保持されている。ベース１２０のフランジ２２１に、非密閉性のシール２４２を介して内側カバー２４０を取り付け、外側カバー１１０をベース１２０の側壁に溶接することにより密閉構造としている。

米国特許出願公開第２００５／００６８６６６号明細書

ベースにカバーを接合する方法としては、アルミニウムのベースとアルミニウムのカバーを用い、レーザー溶接を用いて接合するのが最も確実な方法であると考えられる。レーザー溶接を用いる場合、ヘリウムの漏れをなくすために、溶接部に微小な穴、クラック等のない緻密な溶接ビードが形成されなければならない。緻密な溶接ビードの形成のためには、カバーとベースの位置及び、これらに対するレーザー光の照射位置の関係が非常に重要であり、これらを厳密に制御することが必要となる。一方、ベースはアルミニウムダイキャストで形成されており、通常のダイキャストでは、鋳造するアルミの量、鋳造時の温度などの諸条件によって、凝固状態にばらつきが生じるため、仕上がり精度は低く、レーザー溶接のための十分な寸法精度が得られない。
また、従来のベース形状では、ベース側壁のリブ及びリブ近傍の形状が場所により大きく異なる。このため従来の形状ではリブの熱容量等の条件が変わるため、溶解条件が異なり、溶接不良を起こし、ヘリウムの漏れの原因となる。
さらに、アルミダイキャストで成型したベースは、塵埃発生防止のために電着塗装が施されるが、接合部付近に電着塗装等がある場合、接合時に電着塗装等の塗装が燃えることにより、燃焼生成物を溶接部に巻き込み、溶接不良が発生し、ヘリウムの漏れの原因となる。

本発明の目的は、ベースとカバーの溶接部の信頼性を確保し、装置内部に封入された低密度の気体の漏出を防止する磁気ディスク装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の磁気ディスク装置は、ディスクと、ディスクを回転駆動するスピンドルモータと、ディスク上で情報を記録再生するヘッドと、ヘッドをディスク上の半径方向に移動するためのアクチュエータアセンブリとが設けられた、側壁を有し、全表面に電着塗装が施された鋳物のベースと、ベースの側壁と接合される第１のカバーを備え、前記ベースと前記カバーが接合された空間に低密度の気体が封入された密封型磁気ディスク装置であって、
前記ベースの側壁の上部の外周面は、機械加工が施されて、電着塗装及び鋳肌の部分が除去された面であり、前記ベースの側壁の上面に前記第１のカバーがレーザー溶接により接合されていることを特徴とするものである。
前記第１のカバーは、前記ベースの側壁の外形とほぼ同じ大きさであることが望ましい。
前記ベースの側壁は、内側にフランジを有し、フランジに第２のカバーが取り付けられている。

上記目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置の製造方法においては、
側壁を有し、側壁の内側にフランジが形成され、全表面が電着塗装された鋳物のベースを用意するステップと、
前記ベースに、ディスクと、ディスクを回転駆動するスピンドルモータと、ディスク上で情報を記録再生するヘッドと、ヘッドを前記ディスク上の半径方向に移動するためのアクチュエータアセンブリとを備えたヘッドディスクアセンブリを組み込むステップと、
前記ベースのフランジにシール部材を介して第２のカバーを取り付けて、密閉筐体を形成するステップと、
前記ベースの側壁の上部の外周面を機械加工し、電着塗装及び鋳肌の部分を除去するステップと、
前記密閉筐体の内部に低密度のガスを封入し、ヘッドディスクアセンブリの検査を行うステップと、
前記検査の終了後、ベースの側壁の上面に第１のカバーを配置し、第１のカバーを側壁の上面にレーザー溶接するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ベースとカバーの溶接部に、緻密で均一な溶接ビードが形成されるので、ヘリウムの漏れを完全に防ぐことが可能となる。
また、溶接部において、電着塗装が除去されるので、電着塗装が原因となる溶接不良をなくすことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に沿って説明する。
図２は本発明が適用される磁気ディスク装置の分解斜視図である。磁気ディスク装置１０は、周囲に側壁１３を有するベース１２と、内側カバー２２と、外側カバー２０とを有し、ベース側壁１３のフランジ１５に内側カバー２２を落とし込んでネジ止めし、ベース側壁１３の上部（リブ）１４に外側カバー２０を溶接することで筐体を構成している。筐体の中には記録再生部を構成する以下の各要素が収容される。ベース１２の底部にスピンドルモータ３０が固定され、スピンドルモータ３０には情報記録再生媒体としての磁気ディスク３２が取り付けられ、スピンドルモータ３０により回転駆動される。ベース１２にはまた、ボイスコイルモータを含むアクチュエータアセンブリ３４が設けられ、アクチュエータアセンブリ３４に取り付けられたヘッドジンバルアセンブリ３６を回転駆動する。ヘッドジンバルアセンブリ３６の先端部には、磁気ディスク３２との間で情報の記録・再生を行うための磁気ヘッド３８が、空気軸受面（ＡＢＳ）を有するスライダを介して設けられ、ヘッドジンバルアセンブリ３６が磁気ディスク３２の半径方向に回転駆動されて、磁気ヘッド３８が磁気ディスク３２のトラック上に位置決めされ、記録再生が行われる。

さらに、ＦＰＣアセンブリ（図示せず）が設けられ、磁気ヘッド３８や上記各モータと、これらを駆動制御するための筐体外の回路基板を接続し、磁気ヘッド３８が記録・再生する情報や、各モータを駆動するための電力を伝送する。上述した筐体内のスピンドルモータ３０、磁気ディスク３２、アクチュエータアセンブリ３４及びヘッドジンバルアセンブリ３６で構成される構成体をヘッドディスクアセンブリ（以下、ＨＤＡという）という。

筐体内部に低密度の気体を密封すべく、低密度の気体環境下で内側カバー２２の取り付けが行われ、取り付けと同時に筐体内部を低密度の気体で満たすことができる。あるいは、内側カバー２２の取り付けが行われた後、内側カバーに設けられる注入孔から低密度の気体を筐体内部に注入し、シールをはることでも密封型筐体とすることができる。低密度の気体は、ヘリウム、水素等が好適であるが、安定していて安全性の高いヘリウムが望ましい。

さらに筐体を完全密封するために、外側カバー２０がベース１２のリブ１４にレーザー溶接される。ベース１２と外側カバー２０の材料は、その耐久性・信頼性やコストの観点から選定する必要があり、レーザー溶接の場合は、アルミニウムダイキャストで成型したベース及びプレスあるいは切削により形成されたアルミニウムの外側カバーが選定される。ここで、アルミニウムダイキャストで成型したベースは、その表面から塵埃が発生しやすいので、塵埃発生防止のために、全表面に電着塗装が施される。

このような磁気ディスク装置の製作過程においては、組立工程と検査工程がある。組立工程では、一度装置を組み立てて、動作可能な状態とする。検査工程では、装置を動作させ、仕様・性能の基準を満たすかどうか検査する。不良が発見された場合、その装置を組立工程に戻し、一度取り付けたカバーを外し、その不良の原因となる部品のみを交換する修復作業（リワーク）を行う。このため、レーザー溶接による外側カバー２０の接合を行う前に、ベース側壁１３のフランジ１５に内側カバー２２を落とし込み、内側カバー２２の外周部に設けた貫通穴２４とベース１２に設けたネジ穴１８を使ってネジ止めすることにより、仮接合し、検査で合格した後、あるいは、修復作業を経た後の再検査で合格した後、上記の外側カバー２０の完全接合を行い、完全密封するようにする。

内側カバー２２は、ステンレス、アルミニウム、真鍮などの板材で形成される。内側カバー２２の、フランジ１５と接する部分には、その全周にフッ素ゴムなどの弾性体で形成された帯状のガスケット２８（図１参照）が配置されており、ヘリウムを仮密封できる構造となっている。このガスケット２８は同時に外側カバー２０を接合する際に発生するガスや塵埃がベース１２と内側カバー２２で形成されるＨＤＡを包含した空間に侵入するのを防いでいる。

次に、図３〜図５を参照して、レーザー溶接の概略と問題点を説明する。図３はベースに外側カバーをレーザー溶接する際の、レーザー光の照射位置を示している。ただし、ベースに実装されるＨＤＡは省略されている。レーザー溶接は、ベースに外側カバーを被せた状態で、外側カバーの外周部全周にレーザー光を照射して行われる。レーザー溶接は、ベースと外側カバーの位置ずれに敏感であり、ずれが大きい（〜０．１ｍｍ程度）と溶接品質が低下し、内部に封入されているヘリウム等の低密度の気体が漏出する原因となる。図４にベースと外側カバーの位置決めの様子を示すが、図４（ａ）はベースに外側カバーが、ずれがなく位置決めされている場合、図４（ｂ）、（ｃ）は外側カバーがずれて位置決めされている場合を示す。

図５を参照して、ベースと外側カバーの位置ずれの原因を説明する。ベースがアルミニウムダイキャストで成型されている場合、鋳造するアルミの量、鋳造時の温度などの諸条件によって、凝固状態にばらつきが生じるため、ベース端面は、±０．２ｍｍ程度、寸法がばらつく。レーザー光の照射位置は、ベースの基準Ａから所定の距離Ｌに設定されるので、ベース端面の位置がばらついた場合、ベース端面とレーザー光中心との距離ｄにばらつきが発生する。ベース端面とレーザー光中心との距離ｄにばらつきが生じると、熱容量等の条件が変わるため、溶解条件が異なり、溶接不良が発生し、溶接品質が低下する。

図６を参照して、ベース端面とレーザー光中心との距離ｄのばらつきを小さくして溶接品質を高めるための、本発明の基本概念を説明する。本発明では、外側カバーが溶接される近傍の、ベースの外側の側面を機械加工し、電着塗装及び鋳肌の部分を除去し、外側カバーの寸法を、機械加工されたベースの寸法と同じとする。ベースの外側の側面を機械加工することにより、機械加工面の寸法ばらつきを十分に小さくすることができる。これにより、ベース端面とレーザー光中心との距離ｄのばらつきを小さくすることができる。さらに、ベースと外側カバーの位置ずれも小さくすることができる。

次に、図１を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、ベース１２と、内側カバー２２及び外側カバー２０との接合部分の断面図であり、ベース１２に外側カバー２０がレーザー溶接されている様子を示している。ベース１２における外側カバー２０との接触部付近はリブ状の形状をしている。内側カバー２２は、その側面２６が、リブ１４の内側の面１６に接触することで位置決めされ、フランジ１５にガスケット２８を介して取り付けられている。リブ１４の外側の側面、すなわち外側カバー２０との接触部付近の面１７には、機械加工が施されて、電着塗装及び鋳肌の部分が除去された面となっている。リブ１４と外側カバー２０の接触部にレーザー光４０を照射することでレーザー溶接が行われ、角部に溶接ビード４２が形成される。

溶接ビード４２が安定して形成されるためには、レーザー光４０をリブ１４の外側の側面から正確な位置に照射する必要がある。例えばレーザー光４０のスポット径が０．６ｍｍの場合、レーザー光照射位置、すなわちレーザースポット中心は、リブ１４の外側側面から０．３５ｍｍ±０．０５ｍｍ程度の精度の位置を全周にわたって保つ必要がある。レーザー光の照射位置がずれると、溶融量やレーザーのエネルギが変化し、一定の溶融状態を保つことができず、溶接欠陥を発生させ、ヘリウムリークを発生させる原因となる。

本実施例では、ベース１２のリブ１４の外周面は機械加工された面１７であり、このベース１２の外形形状と完全に一致した形状の外側カバー２０を、リブ１４の上に設置し、レーザー光４０をその上面から照射することで、レーザー光照射位置のばらつきをベース及びカバー両方に対して±０．０５ｍｍ以下に抑えることができる。これにより、レーザー溶接によるビード４２が安定して形成され、完全密閉筐体とすることができるので、ヘリウムの漏れを抑えることが可能となる。また、機械加工された面１７は、電着塗装が取り去られているので、樹脂等の電着塗装材がレーザー光照射時に燃えることによるレーザー溶接への悪影響をなくし、溶接不良をなくすことが可能である。

なお、上記実施例では、ベース１２における外側カバー２０との接触部付近の、外側の側面に機械加工を施したが、ベース１２の外側側面全体について機械加工が施されても良い。

また、ダイキャスト製法で作成されたベースでは、ベースを鋳型から抜き出すための抜き勾配が形成される。ここで、図７に示すように、抜き勾配の部分をＨＤＤの規格で決まる幅の中に収めようとすると、ベース１２のカバーと接する面において、溶接に利用可能な寸法が小さくなり、ベース１２の溶接部におけるリブ形状の幅が小さく制限される。そこで、図８に示すように、抜き勾配の部分がＨＤＤの規格で決まる幅よりも外側になる分だけ、大きめのダイキャストを形成し、抜き勾配の分だけ機械加工により除去する。このようにして、ベース１２の、溶接に利用可能なリブ形状部の幅を最大にすることが可能となる。
また、アルミニウムダイキャスト材は、その製法上の特性により材料内に水素などのガスを含有しており、レーザー溶接時には、レーザーの高熱でこのガスが急激に膨張することにより、溶融金属が吹き飛ばされてブローホールと呼ばれる穴や欠陥が発生し、溶接後も材料内にとどまる。リブの幅を大きくすることにより、レーザー溶接をリブの外周側で行うことができるので、吹き飛ばされた溶融金属が筐体内部に飛散するのを防止することも可能となる。

また、リブ１４の幅を、隅部を除き一定とすることにより、溶接部の熱容量の変化が少なくなり、レーザー溶接が安定する。また、図９に示すように、リブ１４の幅を、隅部を含めて全周について一定にすることにより、レーザー溶接における条件を全周にわたって一定にすることができるので、より一層、レーザー溶接が安定する。

以上の説明の通り、本発明の実施例においては、ベースの接合部分に機械加工を行うことで、レーザー溶接に必要な高い寸法精度を与えることができる。これにより、ベース及びカバーの端面を十分な精度で一致させることができる。また、レーザー光の照射位置とベース端面との距離のばらつきを抑えることができる。
さらに、ベースの抜き勾配を考慮して、ベースの側面を機械加工することで、ベースのリブの幅を最大限に取り、十分な精度で一定とすることができる。
以上により、溶接部近傍の熱容量を一定とし、安定な溶接を行うことができ、ベースとカバーの溶接部には緻密で均一な溶接ビードが形成され、ヘリウムの漏れを完全に防ぐことが可能となる。
また、ベースの溶接部近傍の側面を機械加工し、その部分の電着塗装を取り除くため、電着塗装が原因となる溶接の不良をなくすことができる。
さらに、完全密封されたヘリウムによれば、迅速かつ正確な位置決め制御、省電力、良好な静粛性を実現でき、また、省電力を考慮しない場合は、より高速なディスクの回転あるいはヘッドジンバルアセンブリの駆動を実現でき、装置性能の向上を図ることができる。
また、完全密封された筐体によれば、気圧変動、湿度変動のＨＤＡへの影響を除去することができ、ＨＤＡ内のモータオイルなどの酸化劣化を防止することができる。

本発明の実施例による、ベースと内側カバー及び外側カバーの接合部の断面図である。 本発明が適用される密封型磁気ディスク装置の分解斜視図である。 ベースに外側カバーをレーザー溶接する様子を示す図である。 ベースと外側カバーの位置ずれを示す図である。 ベースと外側カバーの位置ずれが生じる原因を説明するための図である。 本発明の基本概念を説明するための図である。 ダイキャスト製法で作成されたベースにおける、抜き勾配の影響を説明するための図である。 抜き勾配の影響を受けないベースの形成方法を説明するための図である。 実施例の一変形例を示す磁気ディスク装置の斜視図である。 従来の磁気ディスク装置の密閉構造を説明するための図である。 従来の磁気ディスク装置の密閉構造を説明するための図である。

符号の説明

１０…磁気ディスク装置、
１２…ベース、
１３…側壁、
１４…リブ、
１５…フランジ、
１７…機械加工面、
２０…外側カバー、
２２…内側カバー、
２８…ガスケット、
３０…スピンドルモータ、
３２…磁気ディスク、
３４…アクチュエータアセンブリ、
３６…ヘッドジンバルアセンブリ、
３８…磁気ヘッド、
４０…レーザー光、
４２…溶接ビード。

Claims (10)

1. ディスクと、該ディスクを回転駆動するスピンドルモータと、ディスク上で情報を記録再生するヘッドと、該ヘッドを前記ディスク上の半径方向に移動するためのアクチュエータアセンブリとが設けられた、側壁を有し、全表面に電着塗装が施された鋳物のベースと、該ベースの側壁と接合される第１のカバーを備え、前記ベースと前記第１のカバーが接合された空間に低密度の気体が封入された密封型磁気ディスク装置であって、
   前記ベースの側壁の上部の外周面は、機械加工が施されて、電着塗装及び鋳肌の部分が除去された面であり、前記第1のカバーは、前記ベースの側壁の外形とほぼ同じ大きさで、レーザスポット中心をリブの外側側面から０．３０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下の範囲に制御して前記第1のカバーの外周部全周にレーザー光照射を行なうことにより、前記ベースの側壁の上面に前記第１のカバーがレーザー溶接により接合されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記ベースの側壁の上部は、前記第１のカバーが接合される部分の近傍であることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 前記ベースの側壁の外周面が、全面にわたって機械加工が施された面であることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
4. 前記ベースの側壁は、隅部を除いて一定の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
5. 前記ベースの側壁は、全周にわたって一定の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
6. 前記低密度の気体は、ヘリウムであることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
7. 前記ベースの側壁は、内側にフランジを有し、該フランジに第２のカバーが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
8. 側壁を有し、該側壁の内側にフランジが形成され、全表面が電着塗装された鋳物のベースを用意するステップと、
   前記ベースに、ディスクと、該ディスクを回転駆動するスピンドルモータと、ディスク上で情報を記録再生するヘッドと、該ヘッドを前記ディスク上の半径方向に移動するためのアクチュエータアセンブリとを備えたヘッドディスクアセンブリを組み込むステップと、
   前記ベースのフランジにシール部材を介して第２のカバーを取り付けて、密閉筐体を形成するステップと、
   前記ベースの側壁の上部の外周面を機械加工し、電着塗装及び鋳肌の部分を除去するステップと、
   前記密閉筐体の内部に低密度のガスを封入し、前記ヘッドディスクアセンブリの検査を行うステップと、
   前記検査の終了後、前記ベースの側壁の上面に、前記ベースの側壁の外形とほぼ同じ大きさである第１のカバーを配置し、レーザスポット中心をリブの外側側面から０．３０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下の範囲に制御して前記第１のカバーの外周部全周にレーザー光照射を行なうことにより、該第１のカバーを前記側壁の上面にレーザー溶接するステップと、
   を含むことを特徴とする磁気ディスク装置の製造方法。
9. 前記ベースの側壁の上部の外周面を機械加工し、電着塗装及び鋳肌の部分を除去するステップが、前記ベースの側壁の外周面全面を機械加工するステップであることを特徴とする請求項８記載の磁気ディスク装置の製造方法。
10. 前記ベースは、所定の大きさよりも外側に抜き勾配を有しており、前記ベースの側壁の上部の外周面を機械加工し、電着塗装及び鋳肌の部分を除去するステップにおいて、前記抜き勾配の部分が除去されることを特徴とする請求項８記載の磁気ディスク装置の製造方法。

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