JPH06176557A

JPH06176557A - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JPH06176557A
Application number: JP32914392A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kono; 敬河野; Kenji Mori; 健次森; Takashi Yoshida; 吉田　　隆; Takeshi Yoshida; 武史吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【構成】ガラス容器１内に磁気ディスク装置８を密封
し、この中の空気を大気圧より低圧のヘリウムガスで完
全に置換する。加熱用のヒータ１６と冷却用フィン２お
よび冷却用ファンを設け、容器内には圧力センサを設け
る。【効果】ガラス容器によりヘリウムを完全に密封出来
る。容器内の圧力変化を温度制御により制御することが
でき、圧力変化による浮上量変化を無くす事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気ディスク装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の小型磁気ディスク装置の斜
視図を示す。磁気ディスク８はモータを内蔵したスピン
ドルに積層され、所定の回転数で駆動される。磁気ヘッ
ドは磁気ディスクの両面に配置され、ボイスコイルモー
タにより磁気ディスク上の各データトラックに位置決め
される。磁気ヘッドはディスクの回転により発生する流
体力により、サブミクロンの浮上高さを保って非接触で
浮上しており、この状態でディスク上にデータの読み書
きを行う。

【０００３】磁気ディスク装置では、パーソナルコンピ
ュータの発展に伴い、装置寸法の小形化が急速に進んで
いる。また、一方では、大型磁気ディスク装置を複数の
小形磁気ディスクで置き換え、全体として転送を高速化
するアレイディスク化が行われようとしている。

【０００４】記憶密度（線密度，トラック密度）を高密
度化し、さらに１装置あたりのディスク枚数を増加させ
なければならない。線密度を大きくするには浮上量を小
さくすることが必要であるが、浮上量を低下させるとヘ
ッドクラッシュの危険が大きくなるため限界がある。ト
ラック密度を増加させることは、磁気ヘッドの位置決め
精度を高精度化する必要があるが、このため、装置の振
動を低減することや、熱変形を小さくすることが必要で
ある。

【０００５】ディスク枚数を増加させることは、大きさ
の制限から実装を難しくするだけでなく、回転時の流体
損失（風損）を大きくするため、モータの消費電力を増
加させてしまう。これはパーソナルコンピュータでバッ
テリ駆動を行う場合に大きな問題となる。また、消費電
力の増大は、発熱量の増加にもつながり、先に述べた位
置決め精度を劣化させる要因となる。さらに、磁気ディ
スク枚数を多くすると、モータ起動時の磁気ヘッドと磁
気ディスクとの摺動力に打ち勝つための起動トルクも大
きくする必要があり、定格回転時の定格トルクも増加さ
せねばならないことと共に、小形化とあいまってモータ
設計を難しくする。

【０００６】特公昭60−59660 号公報では、上記の問題
点を解決するために装置を完全に密封し、内部の空気を
排除しヘリウムまたは水素を封入することを提案してい
る。水素およびヘリウムは空気に較べて密度が非常に小
さいため風損を小さくすることができる。風損について
は水素の場合、空気に較べ１／１０，ヘリウムでも１／
５程度になると述べられている。また、熱伝導率も空気
に較べて優れているため、装置内部の温度変化も小さ
く、熱変形による位置決め精度の劣化も小さく抑えられ
ると期待される。

【０００７】また特公昭60−59660 号公報では述べられ
ていないが、装置内部にヘリウム等の気体を封入するこ
とにより軸受寿命を大幅に延ばすことができ、またヘッ
ドクラッシュによるディスク損傷の危険も小さくでき
る。これは、軸受およびディスクの動作環境を非酸素雰
囲気とすることができるから、これにより軸受潤滑油や
ディスク潤滑層の焼き付きがなくなるためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はヘリウ
ムあるいは水素を封入することにより、磁気ディスク装
置の小形大容量化に関わる問題を解決できる。しかし、
この装置を実現するためにはヘリウムあるいは水素の長
期にわたる確実な封入が必要である。特公昭60−59660
号公報では軸受部に磁性流体シールを使い、カバーには
Ｏリングを使用することが提案されている。しかし、磁
性流体シールは高速回転を行うとその遠心力によりシー
ル性が悪化する問題があり、これに装置内部の気体の熱
膨張により装置内部と外部の圧力差が加わった場合には
シールが破断する危険が十分考えられる。もちろんこれ
らを考慮して磁性流体シールを十分大きなものとするこ
とも考えられるが、これは磁性流体の粘性による負荷抵
抗を増大させることになり、ヘリウムあるいは水素封入
による風損の低減という特徴を相殺してしまう。また、
カバーをＯリングにより封入する方法も、Ｏリングのよ
うなゴムあるいは樹脂の分子構成は水素あるいはヘリウ
ム分子に較べて非常に大きいから、水素あるいはヘリウ
ム分子はこれらの構成分子の間を簡単に通り抜けてしま
い長期間のシール性は期待できない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、磁気ディス
クの装置をガラス容器内に密閉し、容器内の空気を完全
に排除した後、大気圧よりやや低い圧力の水素またはヘ
リウムを封入する。

【００１０】モータ，ボイスコイルへの電力供給線及び
磁気ヘッドからの信号線等は、ガラス容器端部に構成し
た電極ピンにより行う。

【００１１】容器内部の状態を観測するため容器内部に
圧力センサを設ける。容器内部の圧力が設定範囲外にな
った場合は端末機器に警告を出力し、これが一定時間継
続すると、装置の運転を自動的に停止する。

【００１２】容器外部には、冷却用のフィン及び加熱用
にヒータが設けられており、内部温度及び内部圧力をあ
る程度制御する。

【００１３】

【作用】前述したように水素およびヘリウムはその分子
が非常に小さいため、通常のＯリング等のシール材によ
って完全に密封することはできない。そこで本発明で
は、機構装置全体をガラス容器に密閉する。ガラスの分
子構造は非常に稠密であるから、水素およびヘリウムに
対しても十分なシール性を持つことが期待できる。ま
た、容器内部の圧力を大気圧よりも低くする事によっ
て、さらに漏れを少なくすることができる。

【００１４】従来の装置では、スピンドルモータ，ボイ
スコイルモータへの電力供給及び、磁気ヘッド等からの
信号はリード線によっていたが、水素やヘリウムを封入
する場合はこのリード線部からの漏れが考えられる。本
発明では、ガラス容器端部に電極ピンを設け、これを介
して電力供給及び信号のやりとりを行えるように構成す
る。これにより、封入気体の漏れを無くすることができ
る。また、この電極ピンをソケット状に構成することに
より、装置自体を基盤上に複数台並べることができる。

【００１５】本発明では、装置内部に圧力センサを設け
装置内部の圧力を常時監視する。水素あるいはヘリウム
の封入気体は大気圧より低圧で封入されているから、ガ
ラス容器の破損などによって漏れが生じた場合、圧力は
上昇する。これを検出し、圧力が設定範囲を越えると端
末に警告を出力し、さらにこれが継続した場合は自動的
に停止する。浮上量は圧力が高まれば高くなり、ヘッド
クラッシュの危険は小さくなるが、高くなりすぎると信
号の読み書きができなくなる。また、漏れ込む空気中の
塵埃によるヘッド汚れやクラッシュの危険は考えられる
から、本発明の様な制御法により信頼性を確保すること
ができる。

【００１６】本発明では、容器を完全に密閉しているか
ら、従来技術のように磁性流体シール等のシール破壊の
恐れはない。しかし、一方で、温度変化に比例して容器
内圧力が変化する。磁気ヘッドの浮上量は、圧力に比例
する。従って、容器内温度に比例して浮上量が変化する
ことになる。温度が高くなると容器内圧力が高くなり、
浮上量は高くなる。逆に容器内温度が低下すると、容器
内圧力は小さくなり、浮上量は低くなる。浮上量が高く
なりすぎると磁気ヘッドの出力は低下し、正常な読み書
きができなくなる。また、浮上量が低下すると、ヘッド
クラッシュの危険性が大きくなる。いずれにしても容器
内圧力、すなわち、容器内温度をある範囲以内に制御す
る必要がある。

【００１７】本発明では、この温度制御のために容器外
周に接するように放熱用のフィンと冷却用ファンを設
け、さらに加熱用のヒータを設けている。容器内の圧力
センサにより、容器内の圧力が上昇した場合は、冷却用
ファンを起動するかすでに起動していれば、冷却流量を
上げ、容器内温度を低下させ、圧力を下げる。容器内の
圧力が低下した場合は、ヒータに電流を流し、すでに加
熱されている場合は電流をさらに増加させ、容器内温度
を高め、容器内圧力を高くする。温度変化が以上の制御
でもおさまらない場合は、前述したように警告を端末に
表示し、さらに改善されない場合は自動的に停止する。
このような機構及び温度制御を行うことにより、容器内
圧力はほぼ一定に保たれ、装置信頼性が損なわれること
はない。また、以上の制御では収拾できない容器破損等
の不測の事態に対しても情報を破壊することはない。

【００１８】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例を示す。磁気デ
ィスク８はスピンドル１５に積層され、クランプ９によ
り固定される。スピンドル１５の内部にはここには図示
していないが、回転駆動用のモータを内蔵しており、磁
気ディスク８を高速で回転する。磁気ディスク８の各面
に対抗して磁気ヘッド３が設けられており、この磁気ヘ
ッド３はロードアーム４を介してキャリッジ５に取り付
けられており、キャリッジ５は図示はしていないがベア
リングにより回転自由に支えられている。キャリッジ５
の他端にはコイル１４が形成されており、コイル１４に
対抗して形成されているマグネット１３，ヨーク１０と
ともに、ボイスコイルモータ(ＶＣＭ）を構成してい
る。従って、このＶＣＭを制御する事により、磁気ヘッ
ド３を磁気ディスク８上の任意の情報トラック位置に移
動することができる。

【００１９】この構成で磁気ディスク装置としての基本
構造は満たしている。本発明ではこの磁気ディスク基本
構造全体をガラス容器１に密封し、さらに内部の空気を
完全にヘリウムガスにより置換する事を特徴とする。ヘ
リウムガスの替わりに水素ガスを用いてもよい。スピン
ドル１５及びモータへの電力供給，制御信号伝達，磁気
ヘッド３との信号伝達は、容器１端部に設けた金属端子
７を介して行われ、リード線部から漏洩をふせいでい
る。装置基盤の下面とガラス容器１の間には、防振用の
粘弾性材で出来た防振脚１１が構成されており、外部振
動を絶縁している。

【００２０】内部に充填するガス圧は、大気圧よりもや
や低圧とする。漏れが起こるとすれば、圧力の高い方か
ら低い方に起こると考えられるから、こうする事によ
り、漏れが起こるとすれば、外部空気側から容器１内部
に起こると考えられ、容器１内圧力は上昇する。磁気ヘ
ッド３の浮上量は、圧力が高いほど高くなるから、漏れ
が発生した場合、浮上量は高くなる方向に進み、ヘッド
クラッシュにより情報を破壊する事にはならない。ま
た、シール効果を考えても、ヘリウムよりも空気に対す
る方が同じシールでも効果が大きいからこの点でも有効
である。大気圧と内部圧力を同じにしても、同様な効果
が考えられるが、この場合は、漏れを検出する事ができ
ない欠点がある。

【００２１】本実施例では、容器１は完全に密閉されて
おり、容器１の剛性も十分高いものとしているから、容
器１内の圧力と温度の間には比例関係が成り立つ。すな
わち、容器１内では次のボイル・シャルルの法則が成り
立つ。

【００２２】

【数１】ＰＶ＝ｎＲＴ …（数１）Ｐ：容器１内圧力Ｖ：容器１容積＝一定ｎ：容器１内モル数＝一定Ｒ：気体定数＝一定Ｔ：絶対温度従って

【００２３】

【数２】Ｐ＝ａＴ …（数２）ａ：ｎＲ／Ｖ＝一定となる。

【００２４】容器１内温度は容器１外の温度により変化
し、これは数２の様に容器１内圧力の変化を引き起こ
す。圧力変化は、浮上量変化を引き起こす。

【００２５】今、磁気ディスク装置の運転温度範囲を−
２０°〜６０℃と仮定する。２０℃で組み立てるとし
て、２０℃からの圧力変化率は次のようになる。

【００２６】−２０℃の場合Ｐ−２０／Ｐ０＝（２７３−２０)／(２７３＋２０)＝
０.８５６０℃の場合Ｐ６０／Ｐ０＝(２７３＋６０)／(２７３＋２０)＝１.
１４容器１内圧力変化は、浮上量に影響し圧力が低下すると
浮上量は低下し、圧力が上昇すると浮上量は高くなる。
浮上量の低下はヘッドクラッシュの危険を大きくし、浮
上量の増加は読み書きの誤り率を高める。

【００２７】本実施例では、容器１内に加熱用のヒータ
１６と容器１外周に容器１に接して冷却用のフィン、及
び冷却空気を送る冷却ファン１７を設けると共に、容器
１内に圧力センサ１２を設け、容器１内圧力を制御す
る。これらの構成を図５に、制御の一例を図６に示す。

【００２８】以下、図６によって動作の説明を行う。常
温(２０℃）時の設定圧力を０.８気圧とする。これは６
０℃になった場合でも大気圧を越えない条件から設定し
た。あまり圧力が低すぎると、磁気ヘッド３の浮上量の
確保が難しいから、これ以下の設定圧は現実的でない。

【００２９】今、環境温度が低下すると容器１内温度も
低下し、数１に従って、容器１内圧力も低下する。容器
１内センサ１２はこれを検出し、制御装置は容器１内圧
力が設定圧力から５％（図中動作圧力範囲下限）以下に
低下すると加熱用ヒータ１６に通電を開始する。圧力の
低下量に従い通電量は制御される。容器１内の温度変化
に伴い容器１内圧力が回復し、これが先の動作圧力範囲
下限圧以上になれば制御装置は加熱用ヒータ１６への通
電を停止する。

【００３０】環境温度が上昇する場合はこの温度上昇に
伴い、容器１内圧力が増加し、これが設定圧力の５％
（図中動作圧力範囲上限）以上になると制御装置は、冷
却用ファン１７を駆動し始める。この冷却用ファン１７
が他の機器の冷却用と併用する構造で、すでに運転中で
あれば冷却流量を増加するよう制御される。容器１内圧
力の変化に伴い冷却ファン１７流量が制御される。この
制御により容器１内の温度低し、容器１内圧力が動作限
界圧以下になれば、冷却用ファン１７は停止する。

【００３１】以上の制御によっても容器１内圧力が動作
圧力範囲を越えて上昇または低下し（図６中破線）、設
定圧力の±１０％（限界圧力範囲）を越えると制御装置
はモニタあるいはプリンタ等の端末機器に警告を出力す
る。更に、この状態が改善されず、１５分以上（許容設
定時間）継続した場合、装置は自動的に停止する。これ
は、前述したように、圧力の低下は浮上量の低下を招
き、圧力の上昇は浮上量の増加を引き起こし、浮上量低
下はヘッドクラッシュの危険を増大させ、浮上量の増加
は読み書き誤り率の増加を招く。

【００３２】以上限界圧力範囲及び動作圧力範囲，許容
設定時間は目安として設定したもので、装置の信頼性や
運用方法によって変化する。装置の信頼性が非常に重視
されている場合は、動作圧力範囲，限界圧力範囲共に更
に厳しい条件で運用される場合もある。また装置を止め
られない場合は、許容設定時間を非常に長くとるなど、
本実施例に限られるものではない。

【００３３】図２に本発明の第２の実施例を示す。この
実施例では第１の実施例で示した装置本体（ＨＤＤ）１
９を複数台並べて運用する際の実装方法を示している。
基盤１８上に９台のＨＤＤ１９が並べられている。ＨＤ
Ｄ１９本体は容器１端部に設けられた端子７に対応する
基盤１８に設けられた基盤側端子２１により基盤１８に
取り付けられている。この基盤側端子２１はソケット状
に構成されており、容易に抜き差しできる構造となって
おり、メンテナンスを容易に行う事ができる。基盤１８
の端部には冷却用のファン１７が設けられており、実施
例１で述べた温度制御を行う。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、磁気ディスクをヘリウ
ムを完全に封入したガラス容器内で運転できるから、消
費電力を約１／５にできる。

【００３５】本発明によれば、容器内の酸素を無くすこ
とにより、軸受及びヘッド・ディスク接触時の酸化物の
発生を無くすことができ軸受寿命を伸ばし、ヘッドクラ
ッシュの危険性を低下させることが出来る。

【００３６】本発明によれば、容器内の圧力変化を検知
し、容器内温度を制御することにより、圧力を制御し圧
力変化に伴う浮上量変動を無くすことが出来るから、高
信頼のヘリウム封入型磁気ディスク装置が実現できる。

【００３７】本発明によれば、複数の磁気ディスク装置
を一枚の基盤上にまとめる事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の上面図。

【図２】第１の実施例の側面図。

【図３】第２の実施例の上面図。

【図４】第２の実施例の側面図。

【図５】圧力制御のブロック図。

【図６】圧力制御の説明図。

【図７】従来の磁気ディスク装置の斜視図。

【符号の説明】

１…ガラス容器、２…冷却用フィン、３…磁気ヘッド、
４…ロードアーム、５…キャリッジ、６…ベース、７…
端子、８…磁気ディスク、９…クランプ、１０…ヨー
ク、１６…加熱用ヒータ。

フロントページの続き (72)発明者吉田武史茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径が２.５インチ以下の一枚以上の磁気
ディスクと、前記磁気ディスクの回転駆動部及び前記磁
気ディスク上の磁気情報を読み書きするための磁気ヘッ
ドと、前記磁気ヘッドを前記磁気ディスク上で移動する
ためのアクチュエータ部より成る磁気ディスク装置にお
いて、前記磁気ディスク装置の全体を完全に密閉したガ
ラス容器に封入したことを特徴とする磁気ディスク装
置。