JP7262281B2 - 垂直結合及び風損制御用に構成されたディスクドライブサスペンション - Google Patents

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２０１９年３月２０日に出願された米国特許出願第１６／３５９，７６０号の優先権を主張し、さらに、２０１８年４月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／６５６，２５５号の優先権利益を主張し、その全ての内容が本明細書に参考として援用される。

本発明は、ハードディスクドライブサスペンションの分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、一般的にディスクフラッタと呼ばれる、空気流に起因するディスク振動を補うように構成されたハードディスクドライブサスペンションに関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）ユニットは、一般的に、データを記憶するために回転記憶媒体（例えばディスク又はプラッタ）を使用する。読取り書込みヘッドは、ヘッドスタックアセンブリ（ＨＳＡ）によって回転記憶媒体に近接配置される。ＨＳＡに取り付けられたサスペンションアセンブリは、通常、ベースプレート、ロードビーム、及びスライダが取り付けられたフレクシャトレースジンバルを含む。スライダは、読取り書込みヘッドを支持する。ロードビームは、一般的に、アクチュエータ取付領域、バネ領域及び剛性領域からなる。バネ領域は、読取り又は書込み中において回転記憶媒体により生じる空気力学的揚力を打ち消すために、サスペンションにバネ力又は予負荷を与える。ジンバルはロードビームの遠位端に取り付けられ、スライダを支持してヘッドをディスク表面の不規則性に追従するように前後左右に揺らす。

一般的に、ＨＤＤの記憶容量を増大させることが要求され、記憶媒体に対してより高いデータトラック密度を強いる。さらに、より高速のデータ探索及びアクセスのための要求は、また、より高い回転速度をもたらす。回転速度及び記憶容量の増大に対する重大な障害は、ヘッドが回転している記憶媒体の上を移動するときのヘッドの位置決め精度であることが多い。

ヘッドの位置決め精度に対する重大な障害は、ディスクフラッタである。ディスクフラッタは、回転記憶媒体と媒体を取り囲む空気との結合により引き起こされる空力不安定性であり、結果として、ディスク振動モードが生じる。これらの流体関連振動は、ヘッドの望むトラックに対するずれを物理的に引き起こし、その結果、トラックの中心でデータへのアクセス又は書き込みができなくなる。ディスクフラッタに関する問題は、トラック密度及びディスク回転速度が高いほど許容できなくなる。

したがって、ディスクフラッタによって引き起こされるトラックずれを実質的に低減するようにハードディスクドライブを動作させるための新規な解決策が必要とされている。

本開示はサスペンションアセンブリを提供する。サスペンションアセンブリは、ロードビームを含み、ロードビームは、ロードビームの剛性領域と取付領域とを接続する一対の第１バネ引張部を含む。サスペンションアセンブリはまた、ロードビームの取付領域に結合されたベースプレートを含む。ベースプレートは２つのヒンジ部材を含み、各ヒンジ部材は一対の第１バネ引張部に接続され、且つ、ロードビームとベースプレートとを結合する第２バネ引張部を含む。ベースプレートはまた、ロードビームの第１側において剛性領域を第１位置から第２位置へと移動させる素因となる２つのヒンジ部材のうちの一方に接続されたベンダを含む。

いくつかの実施形態によれば、サスペンションアセンブリの第１側と第２側とは非対称である。一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部は、約４００ミクロンから約１０００ミクロンの範囲で長手方向に延び得る。いくつかの実施形態では、一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部は等しい長さである。さらに、一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部はそれぞれ、プラッタによって定められた平面に対して約０°のロール角で配向することができ、それによってロードビームの動作姿勢は実質的に０°のロール角である。いくつかの実施形態では、ヒンジ部材は、ロードビームとベースプレートとの間にバネ関係をもたらすように構成されたバネ金属層を含む。いくつかの実施形態では、ベンダはジルコン酸チタン酸鉛を含む。他の実施形態では、ベンダは圧電材料を含む。ベンダは、総厚６０ミクロンの４層ＰＺＴを含むことができる。いくつかの実施形態によれば、一対の第２バネ引張部は、レーザスポット溶接によって一対の第１バネ引張部に結合することができる。ロードビームは、支持領域の剛性を高めるために、支持領域の長さの大部分に沿って形成された少なくとも１つのレールを含むことができる。

本開示は、ハードディスク装置を提供する。ハードディスク装置はロードビームを含むことができ、ロードビームは、ロードビームの剛性領域と取付領域とを接続する一対の第１バネ引張部を含む。ハードディスク装置は、ロードビームの取付領域に結合されたベースプレートを含むことができる。さらに、ハードディスク装置は、２つのヒンジ部材を含むこともでき、ヒンジ部材のそれぞれは、一対の第１バネ引張部に接続され、ロードビームとベースプレートとを結合する第２バネ引張部を含む。ハードディスク装置はまた、ロードビームの第１側においてディスクフラッタに反応して剛性領域を第１位置から第２位置へと移動させる素因となる２つのヒンジ部材のうちの一方に接続されたベンダを含むことができる。ハードディスク装置は、ロードビームに結合されたジンバルと、ジンバルに結合された読込み書込みヘッドと、ロードビームから第１方向に離れて配置された回転プラッタとを含むことができる。第１方向は回転プラッタに対して垂直であり得る。

一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部はそれぞれ、回転プラッタによって定められた平面に対して約０°のロール角で配向することができ、それによってロードビームの動作姿勢は実質的に０°のロール角である。予負荷形成前の第１バネ引張部及び第２バネ引張部はそれぞれ平坦であり、約０°のロール角で配向することができる。プラッタの回転速度は、約５，０００ｒｐｍを超えてもよい。

本開示の利点及び特徴を得ることができる方法を説明するために、本開示の実施形態は、添付の図面に示される特定の例を参照して説明される。これらの図面は、本開示の実施形態の例示的な態様のみを示しており、したがってその範囲を限定するものと見なされるべきではない。以下の図面を使用することにより、原理がさらなる具体性及び詳細と共に描写され説明される。

図１は、ディスクドライブ装置の概略図である。 図２Ａは、本開示の一実施形態におけるサスペンションアセンブリの簡略図である。 図２Ｂは、本開示の一実施形態によるサスペンションアセンブリの分解図である。 図３は、本開示の一実施形態における直流電圧が印加されたときのサスペンションアセンブリのヒンジ領域における垂直オフセットの簡略図である。

ディスクドライブ装置を作動させるための技術が提供される。より具体的には、本発明の実施形態は、空気流によって引き起こされる振動を補う、ハードディスクドライブ上で情報を読込み又は書込みするための方法及び装置を提供する。ほんの一例として、本発明は、垂直結合のために必要に応じてオフセットするためのベンダとして機能するベースプレート領域に圧電マイクロアクチュエータ（ＰＺＴ）を有するそのような方法及び装置を使用して実施される。

本開示の実施形態は、添付の図面を参照して説明され、同様の参照番号は、図面全体を通して類似の、又は、同等の要素を示すために使用される。図面は一定の縮尺で描かれておらず、それらは単に本発明を説明するために提供されている。実施形態のいくつかの態様は、例示のために例示的な用途を参照して以下に説明される。実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細、関係、及び方法が説明されていることを理解されたい。しかしながら、当業者であれば、本発明が１つ以上の具体的な詳細なしに、又は他の方法を用いて実施され得ることを容易に認識するであろう。他の例では、実施形態を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造又は動作は詳細には示されていない。いくつかの動作は異なる順序で、及び／又は他の動作若しくはイベントと同時に起こり得るので、本開示の実施形態は、示される動作又はイベントの順序付けによって制限されない。さらに、本発明による方法を実施するために、例示されたすべての動作又はイベントが必要とされるわけではない。

本開示の実施形態は、サスペンションアセンブリに関する。サスペンションアセンブリはロードビームを含み、ロードビームは、ロードビームの剛性領域と取付領域とを接続する一対の第１バネ引張部を含む。また、サスペンションアセンブリは、ロードビームの取付領域に結合されたベースプレートを含む。ベースプレートは２つのヒンジ部材を含み、各ヒンジ部材は一対の第１バネ引張部に接続され且つロードビームとベースプレートとを結合する第２バネ引張部を含む。また、ベースプレートは、ロードビームの第１側に配置され、ディスクフラッタに反応して剛性領域を第１位置から第２位置へと移動させる素因となる２つのヒンジ部材のうちの一方に接続されたベンダを含む。

図１は、本開示の実施形態におけるディスクドライブ装置２００の略図である。装置２００は、少なくとも１つのディスク２０１（例えば１つ、２つ、３つ又はそれ以上のディスク）、少なくとも１つのアクチュエータアーム２０３（例えば１つ、２つ、３つ又はそれ以上のアクチュエータアーム）、及び少なくとも１つのサスペンションアセンブリ２０５（例えば、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上のサスペンションアセンブリ）を含む。各サスペンションアセンブリは、バネ引張部を有するロードビーム２０７とフレクシャトレースジンバルアセンブリ２０９とを含む。第１及び第２バネ引張部はベンダを用いてオフセットして配置される。トレースジンバルアセンブリ及び読取り／書込みヘッドを有するサスペンションアセンブリは、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）と呼ばれることがある。この図及び本明細書に提供される他の図は、単なる例であり、本明細書の特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者は、他の多くの変形形態、修正形態、及び代替形態を認識するであろう。

一般にプラッタと呼ばれるディスク２０１は、実施形態に応じて、約５，０００ｒｐｍから最大約１５，０００ｒｐｍまで固定軸（又はスピンドル）を中心に回転する。ディスク２０１は情報を記憶し、したがって強磁性材料のような磁気媒体を含むことが多い。しかし、それは、デジタルビット情報を記憶するための活性領域となる、通常ディスクの表面上にコーティングされる光学材料を含むこともできる。ディスク２０１の総記憶容量はトラック密度とディスク直径とによって変わる。ディスク２０１は、１インチ当たり約５０，０００トラック（ＴＰＩ）から約２００，０００ＴＰＩ、又はそれ以上の範囲にあり得るトラックに情報を記憶する。ディスク２０１の直径は、５．１２インチ（例えば、５．２５インチドライブ用の）、３．７４インチ（例えば、３．５インチドライブ用の）、又は２．５インチ未満、さらには１．８インチ又は１．０インチ未満であり得る。

ディスク２０１の表面を覆う（または下面を覆う）サスペンションアセンブリ２０５は、読取り／書込みヘッド（図示せず）に結合されたスライダを作動させるとともに制御する。フレクシャトレースジンバルアセンブリ２０９はロードビーム２０７に取り付けられており、ロードビーム２０７はアクチュエータアーム２０３に接続されている。アクチュエータアーム２０３は、サスペンションアセンブリ２０５をピボット点周りに環状に動かすようにボイスコイルモータ又はＶＣＭに接続され得る。ＶＣＭは直流により最大約１ｋＨｚまでの周波数で動くことができる。好ましくは、より高いトラック密度、例えば２００，０００ＴＰＩの場合、制御帯域幅は５ｋＨｚに近づけることができるが、確実にもっと大きくすることもできる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の一実施形態におけるサスペンションアセンブリ３００の簡略図である。これらの図は単なる例であり、本明細書の特許請求の範囲を過度に制限するものではない。当業者であれば、他の変形形態、修正形態、及び代替形態を認識するであろう。

サスペンションアセンブリ３００は、ベースプレート３０２と、ロードビーム３０４と、少なくとも１つのヒンジ部材３１２と、圧電ベンダ（ＰＺＴ）３１６などのベンダと、フレクシャトレースジンバルアセンブリ３２０とを含む。ロードビーム３０４は取付領域３０６を含む。取付領域３０６は、ロードビーム３０４の剛性領域３１０に接続された一対の第１バネ引張部３０８及び３０９を含むことができる。ヒンジ部材３１２は、ベースプレート３０２とロードビーム３０４とを連結するための一対の第２バネ引張部３１４及び３１５を含む。

一対の第２バネ引張部３１４及び３１５は、典型的にはレーザスポット溶接により一対の第１バネ引張部３０８及び３０９に結合することができる。結合された一対の第２バネ引張部３１４及び３１５と一対の第１バネ引張部３０８及び３０９との間に、エポキシ層などの１つ又は複数の中間層があってもよい。また、ロードビーム３０４は、剛性領域３１０の長さに沿うエッジレール３３３を含むことができる。エッジレール３３３はロードビーム３０４に剛性を与える。代替実施形態では、ロードビームはエッジレール３３３なしで構成されていてもよい。

一対の第１バネ引張部３０８，３０９及び一対の第２バネ引張部３１４，３１５は、サスペンションアセンブリ３００にバネ力又は予負荷を与えて、ハードディスクドライブへの読込み書込み中に回転媒体によって生じる空気力学的揚力を打ち消す。一対の第１バネ引張部３０８，３０９及び一対の第２バネ引張部３１４，３１５は、約３００ミクロン～約１０００ミクロンの範囲で長手方向に延び得る。必須ではないが好ましくは、バネ引張部３０８，３０９及び３１４，３１５は等しい長さである。さらに、ディスクの振動がない場合は、一対の第１バネ引張部３０８，３０９及び一対の第２バネ引張部３１４，３１５は、ディスク又はプラッタによって定められる平面に対して、０°のロール角、又は約０°のロール角で実質的に配向されている。したがって、ロードビーム３０４の動作姿勢は、実質的に０°のロール角である。ヒンジ部材３１２は、ロードビーム３０４とベースプレート３０２との間に適切なバネ関係を提供するバネ金属層又は他の任意の材料から構成することができる。取付領域３０６に接触する追加材料をヒンジ部材３１２に追加することができる。

図２Ａに示すように、ベンダ３１６は、ロードビーム３０４とベースプレート３０２とを接続するヒンジ部材３１２の反対側に配置され得る。圧電ベンダ３１６は、一対の第１バネ引張部３０８，３０９と一対の第２バネ引張部３１４，３１５との間に垂直方向のオフセットを提供する。いくつかの実施形態によれば、圧電ベンダ３１６がロードビーム３０４とベースプレート３０２との間のギャップの片側に使用される。そのため、一対の第２バネ引張部３１４及び３１５は、一対の第１バネ引張部３０８及び３０９に対して水平で且つ平行である。しかしながら、図２Ｂに示すように、圧電ベンダ３１６をヒンジ部材３１２上に配置することができることを当業者は理解されたい。

圧電ベンダ３１６は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）から構成することができる。また、他の圧電材料も使用され得ることが当業者によって理解されるべきである。一時的に図１を参照すると、サスペンションアセンブリ２０５がディスク２０１の外径により近い領域（ディスクフラッタが最も激しい場所）に位置するとき、圧電ベンダ３１６に直流電圧を印加すると、ディスク表面と垂直結合するような非対称形状となるようにベースプレートの先端部分を下方に曲げることができる。サスペンションアセンブリ２０５がディスク２０１の内径領域に近づくと、直流電圧が印加されてない圧電ベンダ３１６が先端を元位置に戻し、ヒンジ領域が再び対称になる。したがって、サスペンションの非対称性に敏感な第１曲げモード、第２曲げモード等の共振モード及びそれに関連する風損モードを最小限に抑えることができる。

図２Ａに戻って参照すると、圧電ベンダ３１６は、ヒンジ部材３１２の反対側に配置することができ、ＰＺＴ作動がヒンジの一方側を垂直方向に曲げるときに必要に応じてヒンジの垂直方向のオフセットを作り出す。これは、ディスクフラッタの際にトラックずれの動きをキャンセルするために必要な垂直結合を引き起こす。

図２Ｂに示されるように、ヒンジ部材３１２は、組み合わされた圧電ベンダ３１６及び第２ヒンジ部材３１３の剛性及び質量分布と釣り合うように設計されている。ヒンジ部材３１２、複合ベンダ３１６及び第２ヒンジ部材３１３の間、或いは、一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部における越えて配置された部分の間のバランスが取れた設計は、ベンダに電圧が印加されていないときにサスペンションがディスクに負荷をかけられると、ロール角がほぼゼロになる。その結果、サスペンションは、曲げモードの共振と風損とが最小限に抑えられる従来の設計と同様の性能を有することになる。

図３は、直流電圧が印加されたときのサスペンションアセンブリ３００のヒンジ領域の垂直方向のずれの簡略図を示す。具体的には、サスペンションアセンブリ３００は、圧電ベンダが作動したときに片側のヒンジで曲がるように構成される。圧電ベンダ３１６は、総厚６０ミクロン（μｍ）の４層ＰＺＴを含むことができる。図３は、ベンダ３１６が約８ミクロン（μｍ）の曲げられた事例研究を示す。これにより、垂直結合に反するのが約０．２％に見込まれる。

本開示のこれまでの説明は、当業者が本開示を作成または使用することを可能にするために提供されている。本開示に対する様々な修正は当業者にとっては容易に明らかであり、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用することができる。したがって、本開示は、本明細書に記載の実施例及び設計に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (19)

1. その剛性領域と取付領域とを含み、当該取付領域が一対の第１バネ引張部を含むロードビームと、
   ベースプレートから延びる２つのヒンジ部材と、当該２つのヒンジ部材に接続された一対の第２バネ引張部とを含み、当該一対の第２バネ引張部が前記ロードビームの取付領域の前記一対の第１バネ引張部に結合され、前記ロードビームと結合しているベースプレートと、
   前記２つのヒンジ部材のうちの一方に単独で接続されるとともに、前記剛性領域を第１位置から第２位置へと移動させる素因となるベンダとを備え、
   前記ヒンジ部材は、ロードビームとベースプレートとの間にバネ関係をもたらすように構成されたバネ用金属層を含むことを特徴とするサスペンションアセンブリ。
2. 前記一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部は、約３００ミクロン～約１０００ミクロンの範囲で長手方向に延びる、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
3. 前記一対の第１バネ引張部は、第１の長さを有し、前記一対の第２バネ引張部は、第２の長さを有し、前記第１の長さと前記第２の長さは等しい、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
4. 前記一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部は、それぞれプラッタによって定められる平面に対して０°のロール角で配向され、それにより前記ロードビームの動作姿勢が実質的に０°のロール角である、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
5. 前記ベンダは、ジルコン酸チタン酸鉛を含む、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
6. 前記ベンダは、圧電材料を含む、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
7. 前記ベンダは、合計厚さが６０ミクロンの４層圧電体である、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
8. 前記一対の第２バネ引張部は、レーザスポット溶接により前記一対の第１バネ引張部に結合される、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
9. 前記ロードビームは、前記ロードビームの剛性を増大させるために前記剛性領域の長さの大部分に沿って形成された少なくとも１つのレールを含む、請求項１に記載のサスペンションアセンブリ。
10. その剛性領域と取付領域とを含み、当該取付領域が一対の第１バネ引張部を含むロードビームと、
    ベースプレートから延びる２つのヒンジ部材と、前記ロードビームの前記取付領域の前記一対の第１バネ引張部に結合された一対の第２バネ引張部とを含み、前記ロードビームと結合しているベースプレートと、
    前記２つのヒンジ部材のうちの一方に単独で配置され、前記剛性領域を第１位置から第２位置へと移動させる素因となるベンダと、
    前記ロードビームに結合されたフレクシャトレースジンバルアセンブリと、
    前記ジンバルに結合された読取り書込みヘッドと、
    回転プラッタとを備え、
    前記ヒンジ部材は、ロードビームとベースプレートとの間にバネ関係をもたらすように構成されたバネ用金属層を含むことを特徴とするハードディスク装置。
11. 前記一対の第１バネ引張部及び一対の第２バネ引張部は、前記回転プラッタによって定められる平面に対して０°のロール角で配向され、それにより前記ロードビームの動作姿勢が前記回転プラッタによって定められる平面に対して実質的に０°のロール角である、請求項１０に記載のハードディスク装置。
12. 前記第１バネ引張部及び第２バネ引張部はそれぞれ平坦であり、前記回転プラッタによって定められる平面に対して約０°のロール角で配向されている、請求項１０に記載のハードディスク装置。
13. 前記プラッタの回転速度が５，０００ｒｐｍより大きい、請求項１０に記載のハードディスク装置。
14. ベースプレートであって、
    ロードビームの対応するバネ引張部に結合されるように構成されたバネ引張部を含む、第１の側にある第１ヒンジ部材と、
    ロードビームの対応するバネ引張部に結合されるように構成されたバネ引張部を含む、サスペンションの第２の側にある第２ヒンジ部材と、
    前記第１の側にある前記第１ヒンジ部材と前記第２の側にある前記第２ヒンジ部材のうちの一方に単独で取り付けられ、前記第１ヒンジ部材と前記第２ヒンジ部材のうちの一方とともに前記ロードビームを第１位置から第２位置へと移動させる素因となるベンダとを備え、
    前記第１ヒンジ部材及び前記第２ヒンジ部材は、ロードビームとベースプレートとの間にバネ関係をもたらすように構成されたバネ金属層で構成されることを特徴とするベースプレート。
15. 前記バネ引張部は、３００ミクロンから１０００ミクロンの範囲で長手方向に延びる、請求項１４に記載のベースプレート。
16. 前記バネ引張部は、プラッタによって定められる平面に対して０°のロール角で配向され、それにより前記ロードビームの動作姿勢が実質的に０°のロール角である、請求項１４に記載のベースプレート。
17. 前記ベンダは、ジルコン酸チタン酸鉛を含む、請求項１４に記載のベースプレート。
18. 前記ベンダは、圧電材料を含む、請求項１４に記載のベースプレート。
19. 前記ベンダは、合計厚さが６０ミクロンの４層圧電体である、請求項１４に記載のベースプレート。

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