JPH1166773A

JPH1166773A - ディスク装置のヘッドアクチュエータ構造

Info

Publication number: JPH1166773A
Application number: JP23072797A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Yamada; 朋良山田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受剛性共振のピークを下げて位置決め精度
を改善でき、トラックの高密度化等を実現できる磁気ヘ
ッド用アクチュエータ構造を実現する。【解決手段】転がり軸受Ｂrgから成る回転支持部と、
電磁コイルを保持した可動コイル部１５を有するキャリ
ッジ３、とを含み、所定磁気回路の中に位置する可動コ
イル部１５の電磁コイルＣに通電することによって生じ
る駆動力によって、回転支持部回りをキャリッジ３が回
動し得る、ディスク媒体に対するアクセス用のヘッドＨ
を移動駆動するためのディスク装置のヘッドアクチュエ
ータ構造であって、可動コイル部１５には、前記駆動力
が作用する方向に振動し得る弾性部２５が設けられ、弾
性部２５の振動の共振角振動数は、転がり軸受Ｂrgのラ
ジアル剛性をｋ、可動部の質量をｍとしたときに、√
（ｋ／ｍ）で表される共振角振動数の概ね80％であるよ
うに設定・調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク装置のデ
ィスク媒体に対するアクセス用のヘッドを位置決めする
ためのロータリー型のヘッドアクチュエータ構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、ディスク装置、例えばコンピュー
タやパソコン等の記憶装置として中心的役割を果たして
いる磁気ディスク装置は、小型化と大容量化が飛躍的に
進んでおり、3.5 インチクラスで4GB といった大容量の
ものまで出現している。このような磁気ディスク装置に
は、転がり軸受を介装して成る回転支持部を中心にして
所定角度だけ回動（揺動）し得るロータリー型のアクチ
ュエータが通常組み込まれる。斯かるアクチュエータ
は、アクチュエータ可動部に実装したコイルと装置本体
側に形成した磁気回路とによって構成される動電型モー
タを駆動源としている。

【０００３】回転支持部回りのバランスを考慮して、回
転支持部を挟んでアクチュエータ可動部の一方側にはヘ
ッド、反対側にはコイルがそれぞれ配置され、アクチュ
エータ可動部の重心と回転支持部の中心とが一致するよ
うに構成される。コイルの通電により、磁気回路中の磁
束とコイルを流れる電流が鎖交する面内方向に力が発生
し、この力が回転モーメントとして、回転支持部の転が
り軸受を回転中心としてアクチュエータ可動部を回動さ
せる。

【０００４】アクチュエータ作動時にコイルに作用する
並進力は、概ね磁気ヘッドのトラッキング方向に一致す
るものであって、アクチュエータ可動部を回転支持部回
りに回動させる回転モーメントとして作用する一方、回
転支持部に軸受反力を生じさせる。この軸受反力は、機
械共振による振動を引き起こす要因となる。機械共振
は、アクチュエータ可動部の剛性が十分高ければ、（転
がり）軸受の剛性ｋとアクチュエータ可動部質量ｍによ
る一自由度系の共振（モデル）とみなすことができ、従
って、固有角振動数は、√（ｋ／ｍ）となる。実際に
は、アクチュエータ可動部のキャリッジやコイルの弾性
振動が若干連成するが、軸受剛性が主要因であるので、
この機械共振を通常「軸受剛性共振」と呼んでいる。

【０００５】ここで、上記従来のアクチュエータ構造に
おける、駆動電流に対するヘッド取り付け部の加速度の
周波数応答（イナータンス特性）の一例を図６に示す。
同図から、4kHz付近に上記共振（点）が存在することが
わかる。斯かる共振（点）が存在するが故に、アクチュ
エータの制御系の位相余裕・ゲイン余裕が低下し、サー
ボ帯域を十分に高くとれず、このため、位置決め精度の
向上ができないといった不都合がある。

【０００６】また、トラック間を移動するシークモード
から、目標トラックに追従するためのファインモードに
移行する際に残留振動が発生するため、アクセス時間が
短縮できなくなり装置の性能が低下するといった不都合
がある。尚、図６において、9 〜 10kHz付近にも共振
（点）が存在するが、これは、アクチュエータ可動部の
キャリッジ、コイル、磁気ヘッド支持ばね（図示せず）
等の弾性変形に起因するものであって、これらの要素の
剛性を高めることにより、高い周波数位置に移すことが
できる、すなわち、実用上支承ないようにすることがで
きる。

【０００７】上記4kHz付近の共振を軽減ないしはなくす
ために、(1) コイルに作用する力の向きをシーク方向に
直交する方向にしたり、(2) ダンパー材と重り（質量）
から構成され、振動を熱エネルギに変えるダンピングマ
スを取付けることが提案されている（特開昭59-121665
号公報、特開昭63-58678号公報等）。しかしながら、前
者の解決策では、部品レイアウトの面で難しく装置の小
型化が困難であり、部品点数やコストが上昇し、後者の
解決策では、上記（大きな質量の）アクチュエータ全体
が動くような軸受剛性共振に見合ったダンピングを得る
ことが困難である。

【０００８】そこで、これを解決するべく第３の解決策
として、アクチュエータ可動部に動吸振器（ダイナミッ
クダンパ）を設けることが提案されている。動吸振器と
は、ダンピングマスと異なり、弾性体（ばね）と質量
（体）で構成され、この「ばね・質量系」を振動させる
ことにより、問題とする部分（本明細書にあっては、磁
気ヘッド）の振幅を小さくさせるものである。

【０００９】例えば、特開昭61-271673 号公報は、ヘッ
ドアクセス機構系の固有振動数と略等しい固有振動数を
有する質量要素、バネ要素、減衰要素を具備した吸振体
（動吸振器）をヘッドアームに取付ける構造を開示す
る。特開昭62-110676 号公報は、動吸振器をコイル内側
に取り付ける構造を開示する。

【００１０】特開平5-334815（日立）は、直進型アクチ
ュエータにおいて、キャリッジの振動数と等しい振動数
の振動を行うダイナミックダンパ（動吸振器）をコイル
後方側に取付ける構造を開示する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】共振（軸受剛性共振）
による振動が、ロータリー型のアクチュエータの軸受剛
性とアクチュエータ可動部質量とで主として決まる並進
運動であるので、上記公報技術の動吸振器は、アクチュ
エータ可動部のシーク方向並進運動（モード）に対して
作用し得るように、シーク方向に振動する弾性体で構成
され、その共振周波数は、軸受剛性共振の共振点に略一
致するように設定・調整される。

【００１２】このため、アクチュエータ可動部の回転支
持部の軸受中心を通ってシーク方向に平行な直線上に動
吸振器を取付ける場合には、或る程度の効果が得られる
が、それ以外の箇所に動吸振器を取付ける場合には、十
分な効果を得られなかった。そこで、本発明は、軸受剛
性共振のピークを下げて位置決め精度やアクセスタイム
等を飛躍的に改善させ得る安価且つ簡易なヘッドアクチ
ュエータ構造を提供することをその課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
説明するための図であって、動吸振器ＤＤを具えた、ヘ
ッドＨの駆動用のロータリー型のアクチュエータを単純
化・モデル化したものである。これは、キャリッジＣｇ
を含むアクチュエータ可動部が３自由度（回転２自由
度、並進１自由度）であり、動吸振器ＤＤが並進１自由
度である４自由度のモデルであって、軸受剛性共振が4k
Hz、キャリッジ共振が9.5kHzであるように設定される。

【００１４】図７は、回転支軸Ｐを通ってシーク方向
（図１では上下方向）に平行な直線上にキャリッジ共振
周波数と同じ共振点をもつ動吸振器ＤＤを取り付けた構
造におけるイナータンス特性（実線）を示す。尚、回転
支軸Ｐを通ってシーク方向に平行な直線上に動吸振器Ｄ
Ｄがない構造の場合、動吸振器基部は並進方向と回転方
向に変位し、ヘッドＨの位置では回転支軸Ｐから距離が
あるために並進運動より回転運動の影響を受け易いと言
える。

【００１５】図８は、動吸振器ＤＤの共振周波数（Hz）
を変化させたときの、ヘッドでのイナータンス特性の軸
受剛性共振での共振ピークの大きさを示し、図９は、動
吸振器の共振周波数を変化させたときの位相まわり（位
相まわり：軸受剛性共振周波数付近での最大位相遅れ）
を示す。図１０、１１は、これらとは逆に動吸振器ＤＤ
の取付け位置を変化させたときの共振ピークと位相まわ
りをそれぞれ示す。

【００１６】図７〜１１から理解され得るように、動吸
振器ＤＤの共振点を、軸受剛体モードの対象物（つま
り、アクチュエータ可動部）の共振周波数と概ね一致す
るように設定するのではなく、それよりも低く設定する
ことによって良好な結果を得ることができる。特に、図
２（実線）に示したように、動吸振器ＤＤの共振点を、
対象物の共振周波数（4kHz）の約８０％（すなわち、約
3.2kHz）になるように構成した場合には、上記問題の4k
Hz付近におけるイナータンスを平坦にすることができ
る、といった非常に優れた効果を臨界的・極値的に得る
ことができる。尚、同図における破線は、動吸振器がな
い場合のイナータンス特性を示す。動吸振器は、ヘッド
側に取付けるよりも、コイル側に取付ける方が効果が大
きい。

【００１７】以上換言すると本発明は、転がり軸受から
成る回転支持部と、電磁コイルを保持した可動部、とを
含み、所定磁気回路の中に位置する可動部の電磁コイル
に通電することによって生じる駆動力によって、回転支
持部回りを可動部が回動し得る、ディスク媒体に対する
アクセス用のヘッドを移動駆動するためのディスク装置
のヘッドアクチュエータ構造であって、可動部には、前
記駆動力が作用する方向に振動し得る弾性部が設けら
れ、弾性部の振動の共振角振動数は、転がり軸受のラジ
アル剛性をｋ、可動部の質量をｍとしたときに、√（ｋ
／ｍ）で表される共振角振動数の概ね80％であるように
設定・調整されることを構成上の特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図３は、本発明に係るヘッドアク
チュエータ（以下、アクチュエータ）の第１の実施態様
を示す。同図を参照すると、このロータリー型のアクチ
ュエータ１は、図示しない磁気ディスク装置の箱状のハ
ウジングの中に配設される。

【００１９】ハウジング内部には、図示しないが磁気デ
ィスク回転駆動用のスピンドルモータが設けられ、該モ
ータの上下に延びる中心軸には、円板状の磁気ディスク
が複数枚（１枚の場合もある）所定間隔あけて相互平行
に装着される。アクチュエータ１は、磁気ディスクの側
方に位置し、アクチュエータ１の一部を構成するキャリ
ッジ３の本体部５中央を上下に貫通する回転支軸７を中
心として回動し得るように構成される。回転支軸７は、
ハウジング底部９に立設されており、回転支軸７とキャ
リッジ本体部５との間には、一対の転がり軸受Ｂrgが上
下に離して介装される。

【００２０】回転支軸７を境にしてアクチュエータ１の
一方側においては、キャリッジ本体部５から相互平行に
水平に延設された複数（図示例では３つ）のアーム部１
１の先端上下面には、各々が先端に磁気ディスクの情報
を読み書きするための磁気ヘッドＨを具えたロードビー
ムＬＢが相互平行に取付けられる。回転支軸７を境にし
てアクチュエータ１の他方側においては、上方から見て
矩形輪状を呈する電磁コイルＣを具えた（可動）コイル
部１５が、キャリッジ本体部５の中間高さ位置から水平
に延設される。

【００２１】アクチュエータ１の回転支軸回りの回動運
動の角度範囲を規定するために、アクチュエータ１の他
方側におけるストッパの機能を奏する２つのサイドヨー
ク（図示せず）が側方に離して立設され、この両側のサ
イドヨークを上下から挟むように、下ヨーク１７と上ヨ
ーク１９が設けられる。下ヨーク１７の上面、及び上ヨ
ーク１９の下面には、それぞれ永久磁石２１が固定され
る。

【００２２】これらの要素、すなわち、下ヨーク１７、
上下の永久磁石２１、上ヨーク１９、サイドヨーク等
は、主たる磁気回路を構成し、この主磁気回路と、上下
の永久磁石２１の間を移動する（可動）コイル部１５の
電磁コイルＣ、とによって、いわゆるボイスコイルモー
タ（ＶＣＭ）が構成される。ところで、コイル部１５の
輪状の電磁コイルＣは、所定の樹脂材料、例えば、ＰＰ
Ｓ（ポリフェニルサルファイド）によるキャリッジ射出
成形時に、一体的にインサート成形されるが、電磁コイ
ル自体の剛性を高めるために、その内外周に樹脂成形部
１５ａ、１５ｂが設けられる。

【００２３】電磁コイルの内周側の輪状の樹脂成形部１
５ａは、回転支軸側の内周部位から回転支軸７に略垂直
な外方向に突出する一体の弾性部（動吸振器）２５を含
み、該弾性部２５は、細い棒状部分２５ａとその先端の
大きめの円板状部分２５ｂとから成る。この弾性部（動
吸振器）２５は、本発明の原理に基づき、その振動の共
振角振動数が、回転支持部を構成する転がり軸受Ｂrgの
ラジアル剛性（k)をキャリッジ等のアクチュエータ可動
部の質量（m)で除して得られる値（k/m)の平方根√（k/
m)で表される共振角振動数の約８０％に相当するように
設定・構成される。

【００２４】このような特徴的構成を有する本実施態様
にあっては、特に不都合を伴うことなく、軸受剛性共振
のピーク（共振峰）をつぶす、すなわち効果的に低減な
いしはなくすことができ、これにより高精度な磁気ヘッ
ドＨの位置決め及びアクセス動作の高速化が可能とな
る。尚、一般に動吸振器は、寸法公差や温度変化等によ
って周波数調整（チューニング）がばらつくと、ターゲ
ットとしている共振峰をつぶさずに、別の新たな共振峰
を生成してしまう虞れがある。しかしながら、本発明の
適用対象（ターゲット）である軸受剛性共振は、減衰比
が 0.03 〜 0.05 程度と比較的減衰が効いたピークであ
るために、同等な減衰比を有する適当な弾性部材を選定
し、この部材で動吸振器を形成することによって、若干
の共振周波数ずれが生じても十分な効果が得られるよう
にすることが可能である。

【００２５】また、動吸振器（弾性部）２５の構成材料
に関しては、適度な減衰（ダンピング）が得られる樹脂
材料や、大きなダンピングを有する材料、例えば、エポ
クラスタ（商品名）等を採用することができる。更に、
電磁コイルＣの内側には、磁気回路の強力な磁場が存在
するため、動吸振器の振動部である弾性部２５の少なく
とも円板状部分２５ｂを導電性材料で形成することによ
り、渦電流による減衰作用を享受できる。

【００２６】ところで、図４（a)に示すように、共振点
の設定・調整（チューニング）のし易さを考慮し、弾性
部先端（円板状部分２５ｂ）に、例えば金属製の円柱状
の重り３１を後加工により（あるいは前記インサート成
形により）埋設（あるいは付設）することが考えられ
る。また、図４（b)に示すように、射出成形材で弾性部
２５を一体形成せずに、露出する棒状部及び円板状部と
埋設される横棒部分とを具えた金属製のバネ部材３３を
部分的にインサート成形して弾性部２５にすることが考
えられる。

【００２７】あるいは、図４（c)に示すようにＴ字形の
金属製のバネ部材３５を弾性部２５に埋設して、弾性部
２５のばね定数を調節することも考えられる。最後に、
幾つかの変更（構造）例について説明すると、図５（a)
は、動吸振器を構成する弾性部４５を具えた樹脂製のボ
ビン４７を形成して、これに線材を巻きつけてアクチュ
エータのコイル４９を形成し、キャリッジ５３のコ字形
のコイル支持部内に接着剤を用いて固定して成る構造例
を示す。これは東芝ホームテクノ（株）製のスライスコ
イル（商品名）を用いて構成できる。

【００２８】図５（b)は、キャリッジ６３の側面に弾性
部（動吸振器）６５を設けた構造例を示す。この動吸振
器６５は、インサート成形で一体形成されるが、これに
代えて、別体で形成した動吸振器（図示せず）を接着剤
やネジを用いてキャリッジに後付けするようにも構成で
きる。図５（c)、（d)は、キャリッジ７３のアーム部８
１の開口（穴）部分の内側に弾性部（動吸振器）８５を
配置した構造例、キャリッジ９３のコイル支持部の一方
の先端に弾性部（動吸振器）９５を設けた構造例をそれ
ぞれ示す。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
軸受剛性共振のピークを下げることができるので、サー
ボ帯域を高め、位置決め精度を向上させることにより、
トラックの高密度化等を実現できる。また、シークにお
ける残留振動が小さくなるためアクセスタイムの短縮を
図ることができる。部品点数を増加させずに済み、製造
コストの上昇を抑えることができる等の副次的効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図であって、動
吸振器ＤＤを具えた、ヘッドＨの駆動用のロータリー型
のアクチュエータを単純化・モデル化したものである。

【図２】本発明の優れたイナータンス特性を説明するた
めの図である。

【図３】本発明に係るヘッドアクチュエータの第１の実
施態様を示す図である。

【図４】弾性部の異なる構造を要部的に示す図である。

【図５】ヘッドアクチュエータの変更構造例を示す図で
ある。

【図６】従来のアクチュエータ構造における、駆動電流
に対するヘッド取り付け部の加速度の周波数応答（イナ
ータンス特性）の一例を示す図である。

【図７】回転支軸を通ってシーク方向に平行な直線上に
キャリッジ共振周波数と同じ共振点を有する動吸振器を
取付けた構造におけるイナータンス特性を示す図であ
る。

【図８】動吸振器の共振周波数を変化させたときの共振
ピークの大きさを示す図である。

【図９】動吸振器の共振周波数を変化させたときの位相
まわり（位相遅れ）を示す図である。

【図１０】動吸振器の取付け位置を変化させたときの共
振ピークの大きさを示す図である。

【図１１】動吸振器の取付け位置を変化させたときの位
相まわり（位相遅れ）を示す図である。

【符号の説明】

Ｂrg…転がり軸受Ｃ…電磁コイルＣｇ…キャリッジＤＤ…動吸振器ＬＢ…ロードビームＨ…ヘッドＰ…回転支軸１…アクチュエータ３、５３、６３、７３、９３…キャリッジ２５、４５、６５、８５、９５…弾性部（動吸振器）２５ａ…棒状部２５ｂ…円板状部４７…ボビン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受から成る回転支持部と、電磁
コイルを保持した可動部、とを含み、所定磁気回路の中
に位置する可動部の電磁コイルに通電することによって
生じる駆動力によって、回転支持部回りを可動部が回動
し得る、ディスク媒体に対するアクセス用のヘッドを移
動駆動するためのディスク装置のヘッドアクチュエータ
構造であって、可動部には、前記駆動力が作用する方向に振動し得る弾
性部が設けられ、弾性部の振動の共振角振動数は、転が
り軸受のラジアル剛性をｋ、可動部の質量をｍとしたと
きに、√（ｋ／ｍ）で表される共振角振動数の概ね80％
であるように設定・調整されることを特徴とするディス
ク装置のヘッドアクチュエータ構造。
【請求項２】前記弾性部は、可動部と一体的に射出成
形されることを特徴とする請求項１記載のヘッドアクチ
ュエータ構造。
【請求項３】前記弾性部は、電磁コイルの内側に片持
ち式に突出することを特徴とする請求項１記載のヘッド
アクチュエータ構造。
【請求項４】前記弾性部は、棒状の部分とその先端の
円板状の部分とから成ることを特徴とする請求項１記載
のヘッドアクチュエータ構造。
【請求項５】前記弾性部は、金属製のバネ部材を含む
ことを特徴とする請求項１記載のヘッドアクチュエータ
構造。
【請求項６】前記弾性部は、電磁コイルの線状コイル
材を巻きつけるボビンに形成されることを特徴とする請
求項１記載のヘッドアクチュエータ構造。