JPS6122390B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気記録デイスク装置に係り、特に
磁気記録デイスク装置のための読取／書込ヘツ
ド・アクチユエータに関する。 磁気記録デイスク・スタツクの読取及び記録に
おいて、データ処理装置のランダムな要求に応じ
てあるランダム位置から他のランダム位置へ動く
操索動作の速度は重要である。最近のリニア・ボ
イス・コイル・アクチユエータは、大きな移動質
量を有する。このような大きな質量のアクチユエ
ータは低速である。デイスクの記録幅全体を横切
るストロークを有する低質量で精確なリニア・ア
クチユエータが必要である。本発明は、磁気記録
デイスク・フアイルの信頼性及び効率を最大にす
るために、デイスク・スタツク中のデイスク間に
配置されるステータを有するリニア・アクチユエ
ータ中の漂遊磁界を最小とすることを目的とす
る。 米国特許第3735163号は、デイスク・スタツク
の一方の側に大きな永久磁石が配設され、ローラ
に取付られたかさばつた構造を開示している。か
かる構造は本発明を必要とする種類のリニア・ア
クチユエータによつて解決されるべきすべての機
械的問題を有する。 米国特許第4030132号は、デイスク・フアイル
のための一般的なボイス・コイル型のアクチユエ
ータを開示しているとともに、かかるアクチユエ
ータのためのサーボ制御装置を開示している。 米国特許第3899699号に開示されたステータ
は、Ｎ極がアーマチユアに近接した一方の細長い
側部に沿つて設けられ且つＳ極が外側に沿つて設
けられる非常に長い単一の永久棒磁石を含む。こ
の特許に開示されたモータは、本発明とは全く異
なる構成をとつている。 1975年３月発行のIBM Technical Disclosure
Bulletin（以下TDBと略称）の第3017頁には“シ
ールドされ且つ接地された磁気コアはデイスク間
でカンチレバー構造をなす。コアは、スリツト・
ギヤツプ２４を有し、該ギヤツプ２４中には平坦
な矩形コイル１８が吊される。磁気構造体は、交
互に逆極性となる別々の磁石２６ａ，２６ｂに分
割される。隣接した磁石のギヤツプ２２中には、
矩形コイル１８の２つの駆動脚が配置される。”
と記載されている。 1979年２月発行の“Computer Design”の第
116頁乃至第120頁に記載された“Disk File
Actuator Design Permits Increased Track
Densily”という題の論文は上記TDBと同様な構
成が開示されている。 上記TDBに記載されたアクチユエータは、ス
トロークの長い一般的ボイス・コイル・アクチユ
エータ１０と、回転運動を行うために一対の磁石
及び平坦な駆動コイルとを使用する回転段とを有
する貨車輪送設計である。枢動アームは、平坦コ
イル及び２つの永久磁石によつて駆動され、これ
らと協働してヘツドを前後に枢動させる。 1974年11月発行のIBM Journal of Reserch
＆ Developmentの第506頁乃至第512頁に掲載さ
れた“Design of ａ Disk File Head
Positioning Servo”という題名の論文には、利
得、力定数、慣性等の特性が名目上位置と独立の
アクチユエータを使用する一般的な閉ループ・サ
ーボ装置が開示されている。この装置は、ボイ
ス・コイル・アクチユエータを使用することを意
図している。米国特許第3534344号は、別のボイ
ス・コイル・アクチユエータ装置を示している。 本発明の対象である磁気記録デイスク・フアイ
ルのためのリニア・アクチユエータは、薄い小質
量のキヤリツジに支持された一対の平坦コイルか
らなる往復運動可能アーマチユアとステータとを
含む。上記ステータは、磁気極性が交互に反対と
なるようにアレイ中に並んで配置された複数の永
久磁石を含む。 本発明によれば、標遊磁界が最小となるように
磁石アレイの端部において磁気回路を閉成するた
めに、磁石アレイ端部に半長磁石が設けられる。 上記コイルは、アーマチユアを磁石アレイに沿
つて直線状に駆動するように磁石と相互作用する
ために付勢される。上記一対のコイルは、制御装
置によつて交互に駆動される。この制御装置は、
トラツクの瞬間位置と所要のトラツク番号とを監
視するマイクロプロセツサへデイスク媒体から帰
還される実際のヘツド位置信号と協働して制御入
力信号を満足させるようにヘツドを動かす。一対
のコイルは互に使用される。何故なら、付勢コイ
ルの中心が磁石間の境界に位置する場合に、全電
流が流れても、アクチユエータを停止できるから
である。したがつて、例えば、第１コイルが死点
がある場合に、第２コイルは装置を死点から離隔
するように駆動するように使用されなければなら
ない。マイクロプロセツサはかかる変化を監視制
御する。装置全体は、リニア・ステツプ・モータ
制御ではなく連続サーボ制御される。したがつ
て、デイスクの始動停止又は動揺に適応するよう
にあるいは変化する撹乱に対処するように連続可
変態様でコイルに電流を発生させることにより、
ヘツドを所要位置に保持できる。 上記のようにアクチユエータを構成すれば、デ
イスク面ごとに独立に制御される直接アクセス記
憶装置（DASD）フアイルを得ることができる。
また、上述のような構成をとることにより、従来
のボイス・コイル・アクチユエータにより得られ
た平均応答時間よりかなり短い平均応答時間
（DASDフアイルが将来開発されるプロセツサと
ともに使用されるのに必要な要求速度で）を得る
ことができる。かかるリニア・アクチユエータの
アレイは従来のものよる安価である。 上述の如きリニア・モータは性能（加速、アク
チユエータの寸法及びより多くのヘツドの配設可
能性）及びコストの点で利点があるとともに、す
べてのデイスク面に対して単一の駆動装置によつ
て一群のヘツドを集団で駆動するのではなく、各
デイスク面に対して別個に制御される利点があ
る。上記アクチユエータは、非常に小さい質量を
有するので、フレーム寸法を小さくできるととも
に、重いものを持ち上げることができない人でも
容易に組立てることができる。要するに、上記ア
クチユエータは、性能、コスト、寸法及び重量の
点で利点である。 要するに、デイスク・スタツクを含むデイスク
フアイル中の磁気記録デイスクの面を相反する２
つの方向に沿つて横切る磁気記録ヘツドを駆動す
るようになつているリニア・モータは、一対のデ
イスク間に配置されたステータを具備する。この
ステータは、デイスクに平行に延長された一対の
平行板からなる一対の平行磁気ヨークを含む。少
くとも一方のヨークには、複数の磁極要素が交互
に磁極が反転され且つ一定の間隔が形成されるア
レイをなすようにしつかりと固定される。ギヤツ
プは、交互に極性が反転する磁極を含むヨーク間
に延設される。このギヤツプはアーマチユアが往
復運動するスペースを形成する。アーマチユアが
１回往復運動するとき、磁気極性は数回反転す
る。アレイの各端部には磁極片が設けられる。リ
ニア・モータ中の複数の磁極片要素が均一に磁化
（１つの要素に対して強さ及び幅の点で）される
と、リニア・モータの端部において磁界の漏れが
生じる。この磁界の漏れは、磁気記録媒体及びヘ
ツドに悪影響を与える。ステータの端部における
磁束シードを最適化する十分な磁気半極を付加す
ると、上記磁界の漏れを最小にでき且つDASD装
置に適合した磁界を形成できることが判明した。 本発明によれば、磁気記録デイスクのための平
坦なリニア・アクチユエータ・モータは、２つの
平坦コイルを含むアーマチユアを駆動するために
極性が交互に反転する永久磁石アレイを使用す
る。１つの磁石からの磁束は反対極性の隣接磁石
によつて復帰される。隣接磁石の寸法は等しい。
本発明は、アレイ中の端部磁石からの磁束が戻り
路が十分でないという問題を解決する。この問題
があると、鉄磁極片はそれらの端部付近の領域で
飽和してしまう。飽和が生じると、飽和された鉄
から発せられる漂遊磁束によつてデイスクに記録
されたデータが消去されるおそれがある。ヘツド
が飽和領域付近に存在すると、記録ヘツドの問題
も生じる。さらに、漂遊磁界が過度に発生する
と、デイスク・ヘツドが飽和してしまう。本発明
は、ステータ上の隣接磁極からの戻り磁束を収集
するのに適した磁束発生性能を有する永久磁石材
料料からなる一組の半寸法磁束収集磁石（以下
“半磁極”と指称する）を磁石アレイの末端に設
けるものである。これにより、デイスク・フアイ
ルが配置されるスペースに延びる干渉磁界が最小
になる。 第１図は、磁気記録デイスク・スタツク１，
１′及び１″のためのデイスク読取ヘツド３を動か
す１組のリニア・アクチユエータを示す。各アク
チユエータは、磁気ヨーク（図示せず）と、交互
に極性が反転する磁極４２及び４３とを含む。各
ステータ４０は、スペンドル４に平行に取付けら
れた一対の記録デイスク１，１′及び１″間又は上
のスペース内に延設されている。ヘツド３を担持
するキヤリツジ４６を含む非常に軽量なアーマチ
ユアは非常に迅速に動くようになつている。ステ
ータ４０を分散させ且つアーマチユアの往復運動
可能キヤリツジ４６を軽くすると、重量が減り且
つ機械的応力が小さくなるために位置決めの速度
及び精度が高まる。 本発明によるアクチユエータの一実施例が第２
図に詳細に示されている。第２図において、ステ
ータ４０は、磁気ヨーク４１及び４４と、下部磁
気ヨーク４４に形成されたスロツト４５中に載置
される交互に極性が反対になる永久磁石４２及び
４３（それぞれＳ及びＮ極）を含む。磁石４２及
び４３のアレイの端部には、本発明による磁気的
に整合された“半磁極”（端部極）４２′が設けら
れる。一連の磁石４２，４３及び４２′はヨーク
４４の面に垂直な磁化方向と整列され、交互に配
列された磁極４２′，４３，４２，４３，４２，
４３，４２′はステータに沿つてアーマチユア２
６による長い直線運動が可能となるよう交互にＮ
極とＳ極を形成する。磁石４２′，４２及び４３
の下の下部ヨークに平行に上部ヨーク４１が延設
される。上部ヨーク４１は、ステータ４０内に磁
界をできるだけ包含し、磁界のための低い磁気抵
抗路を形成するものである。アーマチユア２６
は、磁石４２′，４３，４２等上部ヨーク４１及
び下部ヨーク４４によつて画定されるステータ４
０内の細長いスロツト状間隙に適合した接続ワイ
ヤ６４及び６２を有する２つのアクチユエータ・
コイル２４及び２５を含む。コイル２４及び２５
は、これらの一方がワイヤ６４又は６２に流れる
電流によつて作動されるときに該コイルに流れる
電流の方向と磁石４２，４２′及び４３によつて
発生される磁界の方向とによつて決定される方向
にアーマチユア２６の長手方向に沿う（二重矢印
によつて示される軸に沿う）直線力を与えるよう
に適当な距離をおいて並べて配置される。アーマ
チユア２６が磁石４２′，４２及び４３のアレイ
に沿つて動くときに２つのコイル２４及び２５は
交互に付勢され、サーボ装置がアーマチユアを指
令位置で停止させるまで作動力を発生する。 第３図は、アーマチユア２６、下部ヨーク４４
並びに磁石４２，４３及び４２′を示すために上
部ヨーク４１の一部を切欠いて示す斜視図であ
る。下部ヨーク４４は、上部磁気ヨーク４１を担
持する磁気ヨーク端部片５６を支持する。前述の
ように、ヨーク４１及び４４並びに磁極４２，４
３及び４２′はアーマチユア２６を囲むスロツト
状スペース５５を画定する。アーマチユア２６は
スペース５５内において端部片５６間を往復運動
する。ベアリング支持管４９及び５０は、中空円
筒状空気ベアリング４７及び４８を支持するのに
使用されるライン５７から空気が供給される中空
空気ベアリング管である。アーマチユア２６は、
管４９及び５０に平行な磁気記録ヘツド３′を担
持する。配線ハーネス６０は、可動アーマチユア
２６に給電するため及び磁気記録ヘツドから読取
られた信号を出力端子に導くための電気的接続を
与える。配線ハーネス６０は、下部ヨーク４４の
側部において側板５８によつて支持され且つアー
マチユア２６によつて柔軟に担持される平行ワイ
ヤを含むプラスチツク・ストリツプからなる。 第４図は、上述のリニア・モータのステータと
は異なつた磁気的構造を有するものをステータの
概略側面図の形で示す。第４図において、２つの
鉄板４１及び４４並びに交互に極性が反転する永
久磁石４２及び４３は第２図及び第３図に示され
た構成と同一であるが、端部片５６及び端部磁極
４２′が除去されている点が異なる。交互に極性
が反転する磁石４２及び４３は、同一の材料から
形成され、同じ磁気的強さを有し、寸法も同一で
ある。ここで、鉄板４１及び４４中の磁束につい
て考察する。 磁石２から発せられた磁束が（鉄中で）どのよ
うになるかについてみると、磁束の半分は右へ行
き磁石３で閉じる。磁束の他の半分は左へ行き磁
石１で閉じる。鉄板４４は、磁石２からの磁束の
1/2を通すのに必要である。端部磁束１について
みると、その磁束はどこで閉じるであろうか。上
述のように、半分の磁束は磁石２で閉じるが、他
の半分はどうであろうか。第４図において、その
磁束は下部板４４を通つて磁石４で閉じる。した
がつて、鉄板４４の磁束密度は２倍になる。これ
により、鉄板４４からデイスク１′へ向う磁界は
増加し、デイスク１′をさらに離隔させるか、又
は磁気記録デイスクの効率を低下させる必要があ
る。 かかる漏れ磁束の問題を解決するために最初に
とられた方法は、ステータの上及下に集中する磁
界のための帰路を提供するためにステータの端部
に鉄閉成シールド５６を設ける方法であつた。し
かし、この方法では上記問題は解決されなかつ
た。何故なら、２つの半分の閉成シールド４１と
４４の間に必要なエア・ギヤツプは、除去すべき
集中磁界をかなり残存させてしまうほどの高い磁
気抵抗を有するからである。鉄（又はこれと等価
なもの）の磁気抵抗は問題無いが、エア・ギヤツ
プの磁気抵抗は漂遊磁界を容認できないほどの大
きさである。 第５図に示された方法を容認できない理由は、
磁束線が長く、遠回しで漏れやすいことにある。
漏れやすいのは問題である。 この問題を解決する別の方法は、アクチユエー
タの端部に磁気抵抗の低い連続した磁気閉止体を
設ける方法である。しかし、アクチユエータのア
ーマチユアは高速で自由に動けるようにしておか
ねばならないこと、及びアクチユエータはステー
タの端部に行き過ぎてしまうことがあることか
ら、ステータの端部は磁極の端部より1.27cm
（0.5インチ）以上外側まで開放した状態にしてお
かなければならない。この方法は、構造が完全に
連続であつて且つ漏れ磁束がないという条件が満
たされなければならないので実現困難である。鉄
層の接合の問題があるからである。連続構造を得
ることは、製造上の困難性から実際的ではない。
問題は、デイスクの周囲では約３乃至５ガウスの
磁束密度でさえ許容できないのに、鉄４１及び４
４並びに磁石４２及び４３の磁束密度が6000ガウ
スにもなることである。ステータは対向面に鉄４
１及び４４からなる一対の平行ストリツプを含
み、すべての磁石４２及び４３だけでなく磁束収
集磁石４２′が上記対向面に固定されることに留
意されたい。 第６図に示されるように、すべての磁石が同じ
材料から製造される場合、磁束収集磁石４２′の
寸法は磁石４２及び４３の寸法のちようど半分で
なければならない。いずれにしても、磁束収集磁
石によつて発生される磁束は、モータ・アレイ中
の最後の磁極から発生され磁石が固定される鉄裏
張り板４４を通る磁束に良く適合しなければなら
ない。換言すれば、集中磁束の総量は磁石構造の
バランスをとることによつて低減される。 磁束収集磁石４２′の作用は、ヨーク構造中の
磁束集中を最小にするバランス磁界を与えること
である。ただし、これにより、磁束路の領域及び
厚さが増加することはなく、また磁界が小さくな
ることもない。 第６図に示されるように、すべての磁石４２及
び４３の磁束路は、半磁極磁石４２′を付加する
ことにより、同一となる。すなわち、磁束の半分
は右へ行き、他の半分は左へ行く。端部半磁極磁
石はそのすべての磁石（全磁石からの磁束の半
分）を隣接磁石において閉じたものにする。磁束
を通すための端部閉止体５６′は不要であり、下
部板４４中の磁束は全磁石４２又は４３から発生
する磁束の1/2より大きくなることはない。閉止
体５６は鉄ヨーク４１の重量を支える。 半磁極磁石を有しないリニア・モータ型デイス
ク・ヘツド・アクチユエータに対しては、それが
どんな設合のものであつても、半磁極磁石を付加
すれば、上部及び下部鉄板４１及び４４を通る磁
束を約1/2にすることができる。実際には、この
利点はアクチユエータの初期設計に役立つ。鉄を
通る磁束が小さいと、鉄の質量を小さくでき、厚
さを小さくでき、漂遊磁界を小さくでき、ギヤツ
プ磁界を大きくできる。したがつて、装置の軽量
化、デイスク・スタツクの小型化、デイスク・デ
ータの消去の防止、及び探索時間の短縮化を実現
できる。 最初のリニア・モータ型デイスク・アクチユエ
ータは、２つの鉄板の厚さが３mm、サマリウム・
コバルト磁石の厚さが３mm、エア・ギヤツプの厚
さが１mm、各磁石の幅が13mmに設計された。アレ
イの中間部の磁石の半分から発生する磁束は、鉄
板を通つて隣接磁石に戻る。すなわち、６mmの磁
石から発生される磁束は３mmの鉄を通つて戻し、
磁束は２倍になる。エア・ギヤツプ中の磁界の測
定値は約6000ガウスなので、鉄中の磁界は約
12000ガウスである。飽和磁石が約20000ガウスで
ある磁気的に非常に軟性の鉄を使用すると、鉄は
容易に上記磁束を通すことができるので、アレイ
の中心に位置する磁石４２及び４３の存在により
構造体の外側に漂遊磁界はほとんど発生しない。 半磁極磁石４２′が使用されないと、端部の状
態は非常に異なつたものとなる。端部の全幅磁石
から発生する磁束は３mmの厚さの鉄を通つて戻ら
なければならない。13mm幅の磁石から発生された
磁束がすべて３mm厚の鉄を通ると、鉄は24000ガ
ウスを担持しなければならない。これは、鉄の磁
化が20000ガウスであることに適合するものでは
ない。実際には、ある磁束は端部閉止用鉄片を通
り、ある磁束は空気中を通り、エア・ギヤツプ中
の磁界は、鉄中の磁束が20000ガウス以下になる
ように低下する。 半磁極磁石を設けない状態でアクチユエータ付
近の漂遊磁界を測定された。漂遊磁界は約2000ガ
ウスであつた。全幅磁石４２及び４３の数を奇数
から偶数に変えると、磁束の分布は変化したが、
最大磁界は数百ガウスのままであつた。 磁石の端部に半磁極磁石４２′を付加すると、
状態が変化した。最後の全磁極磁石４３から発生
される磁束の半分は、この磁石４３に隣接した内
側の全磁極磁石４２を通つて戻り、残り半分の磁
束は磁石４３に隣接した半磁極磁石４２′を通つ
て戻る。アレイの端部の鉄は12000ガウスのみを
担持すればよく、それは容易なことである。半磁
極磁石４２′が付加されたアクチユエータ付近の
漂遊磁界の測定値は１ガウス以下であつた。 アクチユエータからの漂遊磁界が非常に大きい
ときには、磁気デイスクの記録データがこの漂遊
磁界によつて消去されてしまう。漂遊磁界が中間
の値をとるときには、デイスク上に記録するため
のパラメータが劣化する可能性がある。したがつ
て、アクチユエータによつて発生される漂遊磁界
の大きさは重要である。問題は、記録ヘツドが漂
遊磁界を集中させるよう作用することである。し
たがつて、アクチユエータによつて発生される漂
遊磁界の大きさによつて使用可能な記録ヘツドの
種類が制限されてしまう。 デイスクに記録されたデータにかなりの影響が
出るまで（または読取信号の大きさがかなり低減
されるまで）磁界を意図的に増大させることによ
つて種々の記録ヘツドによるデイスクのデータの
消去を制限できる。制限できる最大範囲は、空気
ベアリング・スライドの種類及び方向によつて５
及び50エルステツドの範囲で変化する。薄膜ヘツ
ドの場合10エルステツドにしかすぎない。 記録パラメータ劣化の限界を設定するのには容
易ではない。これは記録チヤネル全体に対して課
せられる具体的条件に依存する。しかし、今日の
高性能デイスク・フアイル中に存在する漂遊磁界
を測定することによつて、許容磁界を見積ること
ができる。記録ヘツドの感度が最高の場合、高性
能デイスク・フアイル中の漂遊磁界は７ガウスで
ある。 半磁極磁石を付加しないアクチユエータにおい
て測定された漂遊磁界は数百ガウスであり、これ
は明らかに許容できるものではない。半磁極磁石
が付加されたアクチユエータにおいて測定された
漂遊磁界は１ガウス以下であり、十分許容できる
ものである。 ステータに設けられる磁石の数は、特定の数に
制限されるものではなく、また全磁石４２及び４
３の数は偶数でも奇数でもよい。上述した例にお
いては、半寸法磁石４２′は磁石アレイの各端部
の磁石と同じ極性を有する。 漂遊磁界低減用半幅磁石とともに使用される全
磁石の数は偶数でも奇数でもよい。使用可能な磁
石構成を以下の表１に示す。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に適用される磁気記録デイス
クのためのヘツド・アクチユエータを示す概略
図、第２図は本発明によるアクチユエータのステ
ータの一実施例を理解を容易にするために上部シ
ードの一部を除去し且つステータと並置されるよ
うにステータの磁石の上の通常位置から左へ移動
されたアーマチユアの小部分とともに示す斜視
図、第３図は第１図に示されるアクチユエータ全
体をより詳細に示す斜視図、第４図は第２図及び
第３図のステータの構造を“半磁極”を除去して
示す概略図、第５図はヨーク構造の端部に鉄閉成
シールドを付加するように第４図の構造を変形し
たものを示す概略図、第６図は本発明により磁極
アレイの端部に強さが半分の“半磁極”すなわち
磁石を配置するように第４図及び第５図の構造を
変形したものを示す概略図である。 ２６……アクチユエータ、４０……ステータ、
４１，４４……磁気ヨーク、４２，４３……永久
磁石、４２′……半磁極磁石、５６……ヨーク端
部片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１つの磁気記録デイスクと、磁気記
   録ヘツドとを含み、前記ヘツドはリニア・モータ
   によつて前記デイスクに平行に該デイスクの中心
   からその周囲又はその逆の方向へ駆動され、前記
   リニア・モータは前記デイスクの面に隣接して配
   置されたステータを有し、前記ステータは前記デ
   イスクに平行に延びる平行板からなる一対の磁気
   ヨークを含み、前記ヨークの少くとも１つは、前
   記ステータの各端部において端部磁極を有する複
   数個の磁極要素を交互に極性が逆となるように一
   様に離隔して配列して成るアレイを担持する磁気
   記録デイスク・フアイルにおいて、 前記ステータの前記端部極に隣接した磁極から
   の戻り磁束を収集するのに適した磁束を発生する
   能力のある永久磁石材料からなる磁束収集端部磁
   石を前記アレイの端部に設けたことを特徴とする
   磁気記録デイスク・フアイル。