JPH11328890A

JPH11328890A - ヘッドアクチュエータ機構、およびこれを備えた磁気ディスク装置

Info

Publication number: JPH11328890A
Application number: JP13332198A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takekado; 茂竹門
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気ヘッドを安定かつ高精度で位置決めするこ
とができるとともに、機械的強度および組立性の向上し
たヘッドアクチュエータ機構、およびこれを備えた磁気
ディスク装置を提供することにある。【解決手段】磁気ヘッド４０を回動自在に支持したヘッ
ドアクチュエータ機構２２の駆動部７０は、ボイスコイ
ル４４と、ボイスコイルの駆動に起因する共振を打ち消
す圧電素子と、を有している。ボイスコイルおよび圧電
素子は、樹脂によりこれらと一体に成形された保持枠７
４によって保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクに対
して情報の記録、読み出しを行う磁気ヘッドを移動し
て、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエー
タ機構、およびこれを備えた磁気ディスク装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置として、例えば、小型
のハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと略称する）
は、従来からラップトップ型やノートブック型パーソナ
ルコンピュータの内蔵型記憶装置として使用されてい
る。

【０００３】一般に、ＨＤＤでは、大別して速度制御と
位置制御とを行なうサーボシステムにより、磁気ヘッド
の位置決め制御が実行される。このサーボシステムは、
磁気ヘッドを支持して磁気ディスクの半径方向に移動さ
せるヘッドアクチュエータ機構を駆動制御することによ
り、磁気ヘッドを目標位置に位置決めする。

【０００４】近年、パーソナルコンピュータの高性能化
に伴い、小型で且つ大容量のＨＤＤに対する要求がより
高まってきているが、ＨＤＤの記憶容量を増大させるに
は、記録媒体である磁気ディスクのトラック密度および
線記録密度を向上させ、磁気ディスクの高記録密度化を
図ることが必要である。

【０００５】このような高記録密度化を実現するため様
々な試みがなされているが、高記録密度化に伴い、磁気
ディスク上の目標トラックに、磁気ヘッドを高精度に位
置決めする技術が重要となる。このため、前述したサー
ボシステムの制御技術と共に、アクチュエータの機構上
の各種の工夫が試みられている。

【０００６】一般に、ＨＤＤは、アルミ合金等からなる
ケースの内部に、磁気ディスク、磁気ディスクを支持お
よび回転駆動するスピンドルモータ、磁気ヘッドを磁気
ディスクに対して移動自在に支持した回転揺動型のヘッ
ドアクチュエータ機構、アクチュエータ機構を駆動する
ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと略称する）、およ
び回路基板等を内蔵している。そして、磁気ディスク
は、スピンドルモータにより高速回転運動をする。ま
た、回路基板は、磁気ヘッドからのリード信号を増幅す
る磁気ヘッドアンプ等の各種回路部品を実装している。

【０００７】ヘッドアクチュエータ機構は、磁気ヘッド
を支持しているサスペンションと、サスペンションを支
持して回転駆動力を伝達する支持アームと、支持アーム
を支持しているＶＣＭの駆動力により回転軸を中心とし
て回転駆動するアクチュエータ本体と、を備えている。

【０００８】ＶＣＭは、略Ｖ字型構造のコイル保持枠に
設けられた駆動用コイル、永久磁石、対向ヨークから構
成されている。コイル保持枠は、アクチェータ本体から
支持アームと反対方向に延出し、このコイル保持枠およ
び駆動用コイルは、ヘッドアクチュエータ機構と一体的
に回動可能となっている。また、磁気回路を構成する永
久磁石および対向ヨークはケース側に固定され、駆動用
コイルを挟んで互いに対向して配置されている。そし
て、ＶＣＭは、永久磁石と対向ヨークとの間に生じる磁
界と、駆動用コイルに通電することにより発生する電磁
力との相互作用により、アクチュエータを回動させる。

【０００９】サーボシステムは、磁気ディスクのサーボ
エリアに予め記録されたサーボデータに基づいてＶＣＭ
の駆動電流を制御し、アクチュエータの駆動制御を実行
する。

【００１０】上記構成のＨＤＤにおいて、アクチュエー
タを高精度に駆動して、磁気ヘッドを目標位置に高精度
に位置決めする際の障害要因として、アクチュエータを
構成する支持アーム等の構成要素に発生する機械的振動
がある。

【００１１】ヘッドアクチュエータ機構の機械的振動
は、アクチュエータ本体に設けられたボールベアリング
の回転ばね特性による共振ピークと、ヘッドアクチュエ
ータ機構自体の共振モードに起因するピークと、が存在
する。

【００１２】ヘッドアクチュエータ機構自体の共振モー
ドは、ヘッドアクチュエータ機構の駆動時、ＶＣＭの駆
動用コイルとこれを保持しているコイル保持枠とが、磁
気ディスクの回転（円周）方向に変形するモードにより
発生すると推定できる。そして、ヘッドアクチュエータ
機構自体の構造に起因する共振モードは１ｋＨｚ以上の
高周波数であり、磁気ヘッドの位置決め制御を行なうサ
ーボシステムに悪影響を及ぼし、オフトラックなどの誤
動作の原因となる。

【００１３】すなわち、ヘッドアクチュエータ機構によ
る振動は、磁気ヘッドの位置決め精度低下の要因とな
り、特にトラック方向の記録密度（トラック密度）の低
下を招くことになる。したがって、サーボシステムに対
する悪影響を極力低減するため、ヘッドアクチュエータ
機構において、機構的振動を極力排除し、かつ支持アー
ム等の共振周波数を高めるなどの工夫が必要となる。

【００１４】更に、ＨＤＤの外部からの振動や、ＨＤＤ
の内部でスピンドルモータ等から生じる振動等に起因す
るオフトラックを極力小さくする必要がある。この場
合、サーボシステムの開ループ特性でのゲイン交差周波
数（ゲインがＯｄＢをよぎる周波数）をできるだけ高く
する必要がある。

【００１５】このようなサーボシステムの開ループ特性
でのゲイン交差周波数を高くする方法は、例えば特開昭
５１−３６９２４号公報、あるいは電子情報通信学会論
文誌における「磁気磁気ディスク装置２ステージアクセ
スサーボ系のトラック追従制御」（Ｖ０１．Ｊ７５，Ｎ
ｏ．１１，６５３頁〜６６２頁）に記載されている。

【００１６】上記公報及び文献では、複数の磁気ヘッド
を一体的（同時に）長ストローク移動させる主アクチュ
エータ（前記のＶＣＭによる駆動）に加えて、個々の磁
気ヘッドをそれぞれ独立して微少移動させる補助アクチ
ュエータ（圧電素子から構成されている）を設ける方式
が提案されている。

【００１７】この方式については、例えば特開昭５１−
３９０１２号公報にも記載されている。この公報の方式
は、重い質量部の主アクチュエータは低い周波数帯域で
可動し、また軽量の補助アクチュエータは高周波帯域で
可動するように、２重サーボ方式により磁気ヘッドが狭
トラックピッチに追従するように構成されている。

【００１８】さらに、特開昭５１−３６９２４号公報、
特開平３−６９０７２号公報、特開平３−１０２６８４
号公報、特開平３−１８３０７０号公報には、磁気ヘッ
ドを支持する支持アーム毎に補助アクチュエータを搭載
した方式が記載されている。これらの方式は、補助アク
チュエータにより、個々の磁気ヘッドが別々に移動でき
る構成である。

【００１９】特開平３−６９０７２号公報、特開平３−
１０２６８４号公報、特開平３−１８３０７０号公報に
は、サーボ面サーボ方式に適用した場合について記載さ
れており、いわゆる熱オフトラックの補正手段として補
助アクチュエータを用いた方式が記載されている。

【００２０】熱オフトラックは、複数本ある支持アーム
が装置内外の温度変化により、磁気ディスクの半径方向
にそれぞれ変形してしまう現象により発生する。このた
め、磁気ディスクのサーボ面の位置情報と、各データ面
のセクターの位置情報に基づいて、磁気ヘッドのＤＣ成
分だけ補正する手法が用いられている。この場合、各支
持アーム毎に補助アクチュエータを配置する必要があ
り、更に、アクチュエータを個々に制御している。

【００２１】上記構成のＨＤＤにおいて、主アクチュエ
ータおよび補助アクチュエータは一体に構成されている
ため、主アクチュエータの共振点は補助アクチュエータ
でも共振点として現れ、補助アクチュエータを用いてサ
ーボ帯域を広げることは難しい。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】支持アーム毎に補助ア
クチュエータが設けられている従来のヘッドアクチュエ
ータ機構の場合、以下の問題を生じる。まず、第１に、
補助アクチュエータとなる圧電素子が支持アームの本数
だけ必要となる。このため、各圧電素子の特性にばらつ
きがある場合、磁気ヘッドの微少移動や磁気ヘッドスラ
イダーの浮上特性等にばらつきが生じる危険性が高くな
る。

【００２３】また、補助アクチュエータを駆動するため
のケーブルや駆動回路が支持アームの本数だけ必要にな
り、補助アクチュエータを個々に制御するため、制御方
式も複雑化する。

【００２４】更に、支持アーム毎に補助アクチュエータ
を駆動しているため、アクチュエータ構造全体の共振モ
ードを誘起し、結果的に磁気ヘッド位置決め系でのサー
ボ帯域を高くすることができないという問題もある。

【００２５】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、磁気ヘッドを安定かつ高精度で位置決
めすることができるとともに、機械的強度および組立性
の向上したヘッドアクチュエータ機構、およびこれを備
えた磁気ディスク装置を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係るヘッドアクチュエータ機構は、磁気
ヘッドに対して情報の記録、読み出しを行う磁気ヘッド
を支持したサスペンションと、上記サスペンションを支
持したアームと、上記アームを回動自在に支持した支持
部と、上記アームを回動させるための駆動力を発生する
駆動部と、を備え、上記駆動部は、駆動コイルと、圧電
素子と、樹脂により上記駆動コイルおよび圧電素子と一
体的に成形され、上記駆動コイルおよび圧電素子を保持
した保持枠と、を備えていることを特徴としている。

【００２７】また、この発明に係る磁気ディスク装置
は、磁気ディスクと、磁気ディスクを支持および回転駆
動する駆動手段と、磁気ヘッドに対して情報の記録、読
み出しを行う磁気ヘッドと、上記磁気ヘッドを支持した
サスペンションと、上記サスペンションを支持したアー
ムと、上記アームを回動自在に支持した支持部と、上記
アームを回動させるための駆動力を発生する駆動部と、
を有するヘッドアクチュエータ機構と、を備え、上記ヘ
ッドアクチュエータ機構の駆動部は、駆動コイルと、圧
電素子と、樹脂により上記駆動コイルおよび圧電素子と
一体的に成形され、上記駆動コイルおよび圧電素子を保
持した保持枠と、を備えていることを特徴としている。

【００２８】上記ヘッドアクチュエータ機構および磁気
ディスク装置において、上記圧電素子は、細長い形状を
有しているとともに、長手方向両端部に設けられた切欠
又は透孔を有していることを特徴とする。

【００２９】上記ヘッドアクチュエータ機構および磁気
ディスク装置において、上記駆動部は、上記駆動コイル
および圧電素子の少なくとも一方に接続された複数の端
子を有し、樹脂により上記保持枠と一体的に成形された
コネクタを備えていることを特徴としている。

【００３０】上記のように構成されたヘッドアクチュエ
ータ機構および磁気ディスク装置によれば、駆動コイル
と共に圧電素子を設けることにより、磁気ヘッドの共振
をキャンセルするように駆動部を制御することができ、
磁気ヘッドを安定かつ高精度で位置決めすることができ
る。

【００３１】また、駆動コイルおよび圧電素子は、樹脂
からなる保持枠によって一体的に連結および保持されて
いるため、駆動部の機械的強度を向上させ、同時に、組
立性の向上を図ることができるとともに、駆動部の薄
型、軽量化を図ることが可能となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態に係るＨＤＤについて詳細に説明す
る。図１に示すように、ＨＤＤは、例えばアルミ合金等
によって形成され上面の開口した矩形箱状のケース１２
と、複数のねじ１１によりケースにねじ止めされてケー
スの上端開口を閉塞するトップカバー１４と、を有して
いる。

【００３３】ケース１２内には、磁気記録媒体としての
磁気ディスク１６、この磁気ディスクを支持および回転
駆動するスピンドルモータ１８、磁気ディスクに対して
情報の書き込み、読み出しを行なう複数の磁気ヘッド４
０、これらの磁気ヘッドを磁気ディスク１６に対して移
動自在に支持した回転型のヘッドアクチュエータ機構２
２、ヘッドアクチュエータ機構を駆動するボイスコイル
モータ（以下、ＶＣＭと略称する）２４、およびヘッド
ＩＣ等を有する基板ユニット２１が収納されている。

【００３４】また、ケース１２の底壁外面には、基板ユ
ニット２１を介してスピンドルモータ１８、ＶＣＭ２
４、後述する圧電素子、および磁気ヘッドの動作を制御
する図示しないプリント回路基板がねじ止めされてい
る。

【００３５】磁気ディスク１６は、直径６５ｍｍ（２．
５インチ）に形成され、上面および下面に磁気記録層を
有している。磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１
８の図示しないハブに同軸的に嵌合されているとともに
クランプばね１７により保持されている。そして、磁気
ディスク１６は、スピンドルモータ１８によって所定の
速度で回転駆動される。

【００３６】図２ないし図４に示すように、ヘッドアク
チュエータ機構２２は、ケース１２の底壁上に固定され
た軸受組立体２６を備えている。支持部として機能する
軸受組立体２６は、ケース１２の底壁に対して垂直に立
設された枢軸２７と、枢軸に一対の軸受を介して回転自
在に支持された円筒形状のハブ２８と、を有している。
ハブ２８の上端には環状のフランジ３０が形成され、下
端部外周にはねじ部３１が形成されている。

【００３７】また、ヘッドアクチュエータ機構２２は、
ハブ２８に取り付けられた２本のアーム３２ａ、３２ｂ
およびスペーサリング３４と、各アームに支持された２
つの磁気ヘッド組立体３６と、を備えている。

【００３８】アーム３２ａおよび３２ｂは、例えば、Ｓ
ＵＳ３０４等のステンレス系の材料により、板厚２５０
μｍ程度の平板状に形成され所定の剛性を有していると
ともに、その一端、つまり、基端には円形の透孔３３が
形成されている。同様に、スペーサリング３４もステン
レス等によって形成されている。

【００３９】各磁気ヘッド組立体３６は、弾性変形可能
な細長い板状のサスペンション３８と、サスペンション
の先端に固定された磁気ヘッド４０と、を備えている。
サスペンション３８は、板ばねにより構成され、その基
端がスポット溶接あるいは接着によりアーム３２ａ、３
２ｂの先端に固定され、アームから延出している。

【００４０】各磁気ヘッド４０は、ほぼ矩形状のスライ
ダとこのスライダに形成された記録再生用のＭＲ（磁気
抵抗）ヘッドとを有し、サスペンション３８の先端部に
設けられた図示しないジンバル部に固定されている。ま
た、各磁気ヘッド４０は、図示しない４つの電極を有し
ている。

【００４１】磁気ヘッド組立体３６が取り付けられたア
ーム３２ａおよび３２ｂは、透孔３３にハブ２８を挿通
することにより、フランジ３０上に積層された状態でハ
ブの外周に嵌合されている。また、スペーサリング３４
は、アーム３２ａ、３２ｂ間に挟まれた状態でハブ２８
の外周に嵌合されている。

【００４２】ハブ２８の外周に嵌合された２本のアーム
３２ａ、３２ｂ、およびスペーサリング３４は、ハブ２
８のねじ部３１に螺合されたナット４２とフランジ３０
との間に挟持され、ハブの外周面上に固定保持されてい
る。それにより、２本のアーム３２ａ、３２ｂは、所定
の間隔を置いて互いに平行に位置しているとともにハブ
２８から同一の方向へ延出している。

【００４３】アーム３２ａ、３２ｂに取り付けられた磁
気ヘッド組立体３６の磁気ヘッド４０は互いに向かい合
って位置し、アームおよびハブ２８と一体的に回動可能
となっている。また、保持部として機能するスペーサリ
ング３４には、後述するメインＦＰＣの延出端部をねじ
止めするためのねじ孔３４ａが形成されているととも
に、アクチュエータ駆動部７０が一体的に設けられ、ア
ーム３２ａ、３２ｂから離間する方向へ延出している。

【００４４】図２ないし図５に示すように、アクチュエ
ータ駆動部７０は、ＶＣＭ１６の一部を構成するボイス
コイル４４と、圧電素子７２と、を備え、これらは並ん
だ状態で配置されているとともに、合成樹脂で覆うこと
により一体的に保持されている。

【００４５】詳細に述べると、ボイスコイル４４はほぼ
台形状に巻回され、軸受組立体２６とほぼ同芯の円弧状
に形成された内周部４４ａおよび外周部４４ｂと、軸受
組立体に対してほぼ放射状に延びた一対の作用辺部４４
ｃ、４４ｄと、を構成している。そして、ボイスコイル
４４の内周部４４ａ、外周部４４ｂ、および一方の作用
辺部４４ｄの外側面は、合成樹脂からなる保持枠７４に
よって被覆されている。保持枠７４はボイスコイル４４
とほぼ同一の厚さに形成されている。

【００４６】圧電素子７２は細長い矩形板状に形成さ
れ、ボイスコイル４４の他方の作用辺部４４ｃの外側面
とほぼ平行に並んで配置されているとともに、その両端
部が保持枠７４内に埋め込まれた状態で保持されてい
る。図６（ａ）および６（ｂ）に示すように、圧電素子
７４の両端部には、合成樹脂との結合強度を高めるた
め、切欠７５あるいは透孔７６が形成されている。

【００４７】また、保持枠７４の一端部には、保持枠と
スペーサリング３４とを連結するための断面Ｌ字状の取
付部８０が形成されている。これに対し、スペーサリン
グ３４の一端部には、図７に示すように、保持枠７４の
取付部８０が固定された所定幅の凹所７７が形成され、
凹所の底面上には、取付部８０とスペーサリングとの結
合強度を高めるため、複数の島状突起７８が形成されて
いる。

【００４８】保持枠７４において、圧電素子７２の一端
およびスペーサリング３４に隣接した一端側面には、コ
ネクタ８２が取り付けられている。このコネクタ８２
は、ボイスコイル４４に接続された２端子と、圧電素子
７２に接続された２端子と、の金属４ピンを有してい
る。

【００４９】更に、保持枠７４において、圧電素子７２
および取付部８０から離間した一端側面には、側方に突
出したストッパ８３が一体に形成されている。ストッパ
８３には、衝撃力を低減するための透孔８４が形成され
ばね性を有しているとともに、強磁性材料からなるマグ
ネットロック用のロックピン８６が立設されている。

【００５０】上記構成のアクチュエータ駆動部７０は、
ボイスコイル４４、圧電素子７２、スペーサリング３
４、コネクタ８２、およびロックピン８６を所定の位置
関係に配置した状態で合成樹脂を充填することにより、
保持枠７４と一体的に成形される。合成樹脂としては、
熱可塑性樹脂が好ましく、特に、成形温度が低く、成形
精度が高く、かつ、曲げ剛性の高い液晶ポリマー等が最
適である。なお、上記のように、圧電素子７２は、その
両端部のみを保持枠７４内に埋め込む構成とした場合、
保持枠７４成形時、圧電素子の過度の温度上昇を防止
し、損傷を防止することができる。

【００５１】図１からよくわかるように、上記構成のア
クチュエータ機構２２をケース１２に組み込んだ状態に
おいて、磁気ディスク１６はアーム３２ａ、３２ｂ間に
位置している。そして、アーム３２ａ、３２ｂから延び
るサスペンション３８に取り付けられた磁気ヘッド４０
は、磁気ディスク１６の上面および下面にそれぞれ接触
し、磁気ディスク１６を両面側から挟持している。各磁
気ヘッド４０は、サスペンション３８のばね力により所
定のヘッド荷重が印加され、磁気ディスク表面側に付勢
されている。

【００５２】また、ヘッドアクチュエータ機構２２をケ
ース１２に組み込んだ状態において、アクチュエータ駆
動部７０のボイスコイル４４は、ケース１２上に固定さ
れた一対のヨーク４８間に位置し、これらのヨークおよ
び一方のヨークに固定された図示しない磁石とともにＶ
ＣＭ２４を構成している。そして、ボイスコイル４４に
通電することにより、ヘッドアクチュエータ機構２２が
回動し、磁気ヘッド４０は磁気ディスク１６の所望のト
ラック上に移動および位置決めされる。

【００５３】図１に示すように、基板ユニット２１は、
ケース１２の底壁上に固定された矩形状の基板本体５１
を有し、この基板本体上には、磁気ヘッド４０からのリ
ード信号を増幅する磁気ヘッドアンプ等の各種回路部
品、コネクタ等が実装されている。また、基板ユニット
２１は、基板本体５１から延出した帯状のメインフレキ
シブルプリント回路基板（以下メインＦＰＣと称する）
５４を一体に有している。

【００５４】メインＦＰＣ５４は、磁気ヘッド４０と磁
気ヘッドアンプとを接続するための信号線や、ヘッドア
クチュエータ機構２２のボイスコイル４４、および圧電
素子７２を駆動するためのケーブル等の配線パターンか
ら構成されている。また、メインＦＰＣ５４の延出端部
５４ａは、ヘッドアクチュエータ機構２２のスペーサリ
ング３４にねじ止め固定されているとともに、この延出
端部には、図示しない多数の接続パッドが設けられてい
る。

【００５５】一方、各磁気ヘッド４０は、それぞれ中継
フレキシブルプリント回路基板（以下中継ＦＰＣと称す
る）６０を介してメインＦＰＣ５４の対応する接続パッ
ドに電気的に接続されている。図３および図４に示すよ
うに、中継ＦＰＣ６０は、各アーム３２ａ、３２ｂおよ
びサスペンション３８の表面に貼り付け固定され、サス
ペンションの先端からアームの基端に亘って延びてい
る。

【００５６】中継ＦＰＣ６０は、全体として細長い帯状
に形成され、サスペンション３８の先端に位置した先端
部６０ａと、アーム３２ａ、３２ｂの基端から導出した
接続端部６０ｂと、を有している。先端部６０ａには、
磁気ヘッド４０の電極に電気的に接続された図示しない
４つの第１電極パッドが設けられている。また、接続端
部６０ｂには４つ第２電極パッド６２が設けられ、これ
らの第２電極パッドは、メインＦＰＣ５４の延出端部に
設けられた接続パッドに半田付けされている。これによ
り、磁気ヘッド４０は、中継ＦＰＣ６０を介してメイン
ＦＰＣ５４に電気的に接続されている。

【００５７】以上のように構成されたＨＤＤによれば、
作動時、スピンドルモータ１８によって磁気ディスク１
６が高速で回転駆動されるとともに、図示しないサーボ
システムは、ＶＣＭ２４のボイスコイル４４に駆動電流
を供給する。すると、ボイスコイル４４から発生する磁
界とヨーク４８に設けられた永久磁石からの磁界との相
互作用によりボイスコイルの作用辺部４４ｃ、４４ｄに
電磁力が発生し、ヘッドアクチュエータ機構２２が軸受
組立体２６を中心として回転する。各磁気ヘッド４０
は、磁気ディスク１６上を浮上した状態で、磁気ディス
ク半径方向に移動し、目標位置に位置決めされる。

【００５８】一方、サーボシステムは、上述したように
ＶＣＭ２４のボイスコイル４４に駆動電流を供給する一
方で、圧電素子７２にも駆動電圧を供給する。図２に示
すように、圧電素子７２は、駆動電圧の供給に応じて長
手方向（矢印Ａ方向）に数ミクロン程度伸縮してヘッド
アクチュエータ機構２２に共振モードを励起し、ボイス
コイル４４を加振する。

【００５９】そして、圧電素子７２は、磁気ヘッド４０
に対して、回転中心である軸受組立体２６の反対側に位
置しているとともに、ヘッドアクチュエータ機構２２の
軸線Ｃ（共振モードの不動点）から外れて位置してい
る。この結果、圧電素子７２の長手方向Ａの伸縮に応じ
て、各磁気ヘッド４０は、共振モード時、矢印Ｂ方向に
微少距離駆動される。これにより、ヘッドアクチュエー
タ機構２２のボイスコイル４４に起因する機械的共振モ
ードを、圧電素子７２により安定して打ち消すことがで
きる。従って、ヘッドアクチュエータ機構２２による磁
気ヘッドの位置決め制御に悪影響を与える機械的共振モ
ードを無くし、高周波帯域までフラットな特性にするこ
とができる。これにより、高周波帯域まで良好な位置決
めサーボ系を実現でき、結果的に高精度の磁気ヘッド位
置決め動作を実現する事が可能となる。

【００６０】ここで、ヘッドアクチュエータ機構２２の
制御系の構成について説明する。本実施の形態に係る制
御系によれば、ヘッドアクチュエータ機構２２全体の機
械的共振モードを打ち消すために作用する圧電素子７２
の制御ループにバンドパスフィルタ１００が設けられ、
圧電素子７２の作動周波数範囲は、最適範囲に制限され
る。

【００６１】図８は、本実施の形態に係るのヘッドアク
チュエータ機構２２の制御系を構成するフィードバック
制御系を示している。図８において、制御系の入力信号
Ｅは、磁気ヘッド４０の目標位置に対する位置誤差を示
す位置誤差信号である。この位置誤差信号ば、磁気ディ
スク１６のサーボエリアに予め記録されたサーボデータ
（速度制御用のシリンダ番号と位置制御用のバーストデ
ータ）を磁気ヘッド４によって読取り、読取った位置誤
差信号に基づいて生成される。

【００６２】図８に示すように、位置誤差信号Ｅは、補
償器１０２を介してボイスコイル２のコイル駆動部１０
４（へッド伝達特性をＰ１（Ｓ）と表現する）に入力さ
れる。コイル駆動部１０４は、入力された位置誤差信号
Ｅに基づいてＶＣＭ２４を駆動する。

【００６３】一方、位置誤差信号Ｅは、反転アンプ１０
６により位相が逆転され、２ｋＨｚ〜６ｋＨｚの帯域の
みを通過させるバンドパスフィルタ１０８により不要帯
域がカットされゲイン部１１０（ゲインをＫと表現す
る）により所定のゲインＫを掛けられて、圧電素子７２
用の素子駆動部１１２（ヘッド伝達特性をＰ２（Ｓ）と
表現する）に入力される。

【００６４】そして、コイル駆動部１０４と素子駆動部
１１２との各出力の加算結果に基づいて、磁気ヘッド４
０が磁気ディスク１６上の目標位置に制御される。この
ようなフィードバック系を形成した駆動制御方式によ
り、ヘッドアクチュエータ機構２２の４．６ｋＨｚにあ
る第２主共振のピークを打ち消して、磁気ヘッド４０を
目標位置に高精度に位置決めすることができる。

【００６５】すなわち、上記制御系の動作原理について
説明すると、図９は、ヘッドアクチュエータ機構２２に
関して、有限要素法構造解析の固有値解析ルーチンを用
いて解析することにより得られたヘッドアクチュエータ
機構全体の機械的共振モードを示すもので、ボイスコイ
ル４４および保持枠７４が大きく変形するモードで、こ
の場合の共振周波数は４．６ｋＨｚである。

【００６６】図１０は、ＶＣＭ２４に関するヘッド伝達
特性Ｐ１（Ｓ）の解析結果と、圧電素子７２に関するへ
ッド伝達特性Ｐ２（Ｓ）の解析結果とを磁気ヘッド４０
毎に示したグラフであり、両者ともに４．６ｋＨｚの周
波数で第２主共振のピークを作っていることが分かる。
これは、図９に示す振動モードに起因するものである。

【００６７】ＶＣＭ２４に関わる第２主共振のピークと
圧電素子７２に関わる第２主共振のピークとは、位相が
一致しゲインのみ異なっているという関係にある。この
ため、素子駆動部１１２の前段におけるゲインＫを、上
記２つの第２主共振ピークが一致するように定めること
により、４．６ｋＨｚの共振ピークを打ち消して無くす
ことができる。

【００６８】ここで、図１０の要部を拡大して示した図
１１および図１２に示すように、４．６ｋＨｚ近傍の位
相は、磁気ヘッド４０に対して揃っており、かつ各磁気
ヘッドに関する４．６ｋＨｚのゲインのピーク値も揃っ
ている。このことは、上述した４．６ｋＨｚの共振ピー
クの打ち消す際、複数の磁気ヘッドのうち特定のへッド
の共振が残ることなく、複数の磁気ヘッドをばらつきな
く制御できることを意味している。

【００６９】また、バンドパスフィルタ１０６の通過帯
域（２〜６ｋＨｚ）は、上述した解析結果に基づいて定
められている。すなわち、打ち消す必要のある共振周波
数は１ｋＨｚ以上であり、かつ数ｋＨｚ以上の高い共振
はそもそも絶対ゲインが小さくなっているため無視でき
る。従って、バンドパスフィルタ１０８の通過周波数帯
域は、打ち消すべき第２主共振周波数４．６ｋＨｚを中
心として両側に適宜広げた値に設定すればよいことにな
る。また、不要な位相回転防止の観点から、第２主共振
周波数をバンドパスフィルタ１０８の通過周波数帯域の
略真ん中に設定すべきという点についても考慮される。

【００７０】上述した点を考慮した上で、バンドパスフ
ィルタ１０８の通過帯域の上限周波数および下限周波数
は、第２主共振のピークを中心として、他のピークを含
まないように、第２主共振が立ち上がる周波数（図１１
参照）である２ｋＨｚおよび６ｋＨｚにそれぞれ設定さ
れている。

【００７１】このようにバンドパスフィルタ１０８の通
過帯域を２〜６ｋＨｚに定めた場合、バンドパスフィル
タ１０８の後段に設けられた素子駆動部１１２により駆
動される圧電素子６は、周波数２〜６ｋＨｚの範囲で作
動し、この周波数２〜６ｋＨｚの間にある第２主共振の
ピークのみ打ち消する。従って、他のピークの共振周波
数には、圧電素子７２影響が現れないようにすることが
できる。

【００７２】換言すれば、バンドパスフィルタ１０８に
よってＤＣを含む低減および数ｋＨｚ以上の高周波域を
カットし圧電素子７２の作動帯域を２〜６ｋＨｚに制限
することにより、圧電素子７２を含むことによるサーボ
系の安定度の低下を防止することができる。

【００７３】その結果、サーボ系のゲインクロス周波数
を高くすることができる。即ち、磁気ヘッド４０は、高
周波帯域まで磁気ディスク１６上の目標トラックに追従
することができる。したがって、へッド位置決め精度が
向上し、磁気ディスク１６上のトラックピッチを小さく
することが可能となり、結果的に記憶容量の増大化を実
現することができる。

【００７４】また、圧電素子７２を動作させる周波数範
囲が制限されるため、圧電素子の消費電力を低減するこ
とができる。以上説明したように、本実施の形態に係る
ＨＤＤによれば、ヘッドアクチュエータ機構２２のＶＣ
Ｍ２４に起因する機械的共振モードを、圧電素子７２に
よって安定して打ち消すことができる。これにより、磁
気へッド位置決め制御系の開ループ特性を高周波帯域ま
でフラットな特性にすることができ、高周波帯域まで良
好な位置決めサーボ系を実現できる。その結果、高精度
のへッド位置決め動作を実現する事が可能となる。

【００７５】また、上記構成のＨＤＤによれば、アクチ
ェータ駆動部７０のボイスコイル４４、圧電素子７２、
およびスペーサリング３４は、合成樹脂からなる保持枠
７４によって一体的に連結および保持されている。従っ
て、アクチェータ駆動部７０の機械的強度の向上、組立
性の向上を図ることができるとともに、アクチェータ駆
動部の薄型、軽量化を図ることができる。

【００７６】更に、ボイスコイル４４および圧電素子７
２の電源用のコネクタ８２は、樹脂によりアクチュエー
タ駆動部７０と一体的に形成されているため、配線の簡
素化、接続不良の低減を図ることができる。

【００７７】圧電素子７２は、比較的スペースに余裕の
あるボイスコイル近傍に配置されているため、スペース
的に余裕の無い支持アーム側の構成部材に制約を受ける
ことがない。このためＨＤＤ全体を薄型化することがで
きる。

【００７８】また、上記実施の形態では、圧電素子７２
の両端部のみを保持枠７４内に埋め込んで保持し、他の
部分は外部に露出している。そのため、保持枠７４とし
て、形成温度の高い樹脂、例えば、ポリカーボネイト等
を使用することができる。

【００７９】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、ヘッドアクチュエータ機構２２の制御系
は、図１３に示すように、マイクロプロセサ（ＭＰＵ）
を使用したデジタル制御方式としてもよい。

【００８０】このデジタル制御方式によれば、磁気へッ
ド４０により磁気ディスク１６から読み込まれた位置誤
差信号Ｅは、Ａ／Ｄ変換器１２０によってデジタルデー
タに変換されて、ＭＰＵ１２２に入力される。

【００８１】ＭＰＵ１２２は、その内部構成として、デ
ジタルフィルタである補償器１２３ａおよびフィルタ１
２３ｂを有している。即ち、補償器１２３ａおよびフィ
ルタ１２３ｂの機能は、ＭＰＵ１２２のデジタルフィル
タ演算処理により得られる。補償器１２３ａから出力さ
れたデジタル制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１２４ａにより
アナログ信号に変換され、更に、駆動アンプ１２６ａに
より増幅され、コイル駆動部１０４に入力される。

【００８２】一方、フィルタ１２３ｂから出力されたデ
ジタル制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１２４ｂによりアナロ
グ信号に変換されて、更に、ゲイン部１１０によりゲイ
ンＫを掛けられて駆動アンプ１２６ｂにより増幅され
る。駆動アンプ１２６ｂの出力は、素子駆動部１１２に
入力される。ゲイン部１１０は、ＭＰＵの内部演算中に
設定されていてもよい。

【００８３】以下、Ａ／Ｄ変換器１２０のサンプリング
周波数の設定について説明する。主共振周波数は、伝達
特性で位相が１８０度回転する周波数であるが、第１
（１次）主共振周波数は、略１０〜２０Ｈｚの間、第２
（２次）主共振周波数は、４．６ｋＨｚ程度、第３（３
次）主共振周波数は、７ｋＨｚ程度になる（図１０乃至
図１２参照）。

【００８４】圧電素子７２によって打ち消すべき共振周
波数は、４．６ｋＨｚの第２主共振周波数である。第２
主共振周波数を打ち消すと、ヘッドアクチュエータ機構
２２のシーク方向に関する第３主共振は逆に増幅される
ため、このままではサーボ系は不安定となる。

【００８５】ここで、離散的なサーボ系では、サンプリ
ング周波数でゲイン零、１／２サンプリング周波数で−
４ｄＢのノッチフィルター特性を持つため、サンプリン
グ周波数の１／２以上に３次主共振周波数が存在するよ
うにするとゲインが低下しサーボ系が安定化する。更
に、サーボ系にとって意味を持つ周波数範囲は、ＤＣ〜
サンプリング周波数の１／２までであるため、サンプリ
ング周波数の１／２以上に３次主共振周波数を設定する
と、３次共振はサーボ系に現れなくなり安定度に影響し
なくなる。

【００８６】従って、サーボ系を安定させるには、サー
ボシステムのサンプリング周波数、すなわちＡ／Ｄ変換
器１２０のサンプリング周波数は、その１／２の値がＶ
ＣＭ２４の第３主共振周波数以下に設定すればよい。言
い換えれば、Ａ／Ｄ変換器１２０のサンプリング周波数
は、ＶＣＭ２４の駆動に起因する第３主共振周波数の２
倍以下に設定すればよい。図１ないし図４に示したヘッ
ドアクチュエータ機構２２においては、第３主共振周波
数が７ｋＨｚ（図１１および図１２参照）であるため、
サンプリング周波数は１４ｋＨｚに設定すればよいこと
になる。この結果、第３主共振のピークが抑圧されサー
ボ系の安定性が向上する。

【００８７】更に、この発明によれば、上述した制御系
の他、アクチュエータ駆動部７０の構成についても種々
変形可能である。例えば、図１４に示すように、アクチ
ュエータ駆動部７０において、圧電素子７２とボイスコ
イル４４との間にも合成樹脂を充填してもよく、この場
合、アクチュエータ駆動部の機械的強度を一層向上する
ことができる。

【００８８】また、図１５に示すように、アクチュエー
タ駆動部７０において、圧電素子７２の外側面を合成樹
脂で覆ってもよく、この場合、外部衝撃に対して圧電素
子７２を保護することができる。

【００８９】あるいは、図１６に示すように、アクチュ
エータ駆動部７０において、圧電素子７２全体を樹脂で
覆う構成としてもよく、この場合、アクチュエータ駆動
部の機械的強度を向上、圧電素子７２の耐衝撃性の向上
を図ることができる。

【００９０】また、上述した実施の形態において、圧電
素子７２は、ボイスコイル４４の左側に設けられている
が、これに限らず、図１７に示すように、ボイスコイル
４４の他側、つまり、ストッパ８３側に設けられていて
もよく、あるいは、図１８に示すように、ボイスコイル
４４の両側に設けられていてもよい。

【００９１】上記実施の形態では、保持枠７４をボイス
コイル４４とほぼ同一の厚さとすることによりＨＤＤ全
体の薄型化を図る構成としたが、ＨＤＤ自体に厚さの余
裕がある場合、ボイスコイル全面を樹脂で覆う構成とし
てもく、この場合、アクチュエータ駆動部の機械的強度
を一層向上させることができる。

【００９２】また、保持枠７４に埋め込まれたコネクタ
８２は、ボイスコイル４４に接続された２端子、あるい
は圧電素子７２に接続された２端子のいずれか一方のみ
を備えた構成としてもよい。その他、例えば、磁気ディ
スクの枚数、これに対応する磁気ヘッドの数、アームの
数等は、必要に応じて増加可能である。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、駆動コイルおよび圧電素子を備えたヘッドアクチュ
エータ機構において、磁気ヘッドを安定かつ高精度で位
置決めすることができるとともに、機械的強度および組
立性の向上したヘッドアクチュエータ機構、およびこれ
を備えた磁気ディスク装置を提供することにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＨＤＤを示す分解斜
視図。

【図２】上記ＨＤＤに設けられたヘッドアクチュエータ
機構の平面図。

【図３】上記ヘッドアクチュエータ機構の斜視図。

【図４】上記ヘッドアクチュエータ機構の分解斜視図。

【図５】上記ヘッドアクチュエータ機構のアクチュエー
タ駆動部を示す平面図および側面図。

【図６】上記アクチュエータ駆動部の圧電素子を示す平
面図。

【図７】上記ヘッドアクチュエータ機構のスペーサリン
グを示す平面図。

【図８】上記ヘッドアクチュエータ機構の駆動制御系を
示すブロック図。

【図９】上記ヘッドアクチュエータ機構の機械的共振モ
ードを概略的に示す図。

【図１０】上記ヘッドアクチュエータ機構の伝達特性の
解析結果を示す図。

【図１１】図１０の領域Ａを拡大して示す図。

【図１２】図１０の領域Ｂを拡大して示す図。

【図１３】この発明の他の実施の携帯に係る制御系を示
すブロック図。

【図１４】この発明の他の実施の形態に係るヘッドアク
チュエータ機構のアクチュエータ駆動部を示す平面図。

【図１５】この発明の他の実施の形態に係るヘッドアク
チュエータ機構のアクチュエータ駆動部を示す平面図。

【図１６】この発明の他の実施の形態に係るヘッドアク
チュエータ機構のアクチュエータ駆動部を示す平面図。

【図１７】この発明の他の実施の形態に係るヘッドアク
チュエータ機構のアクチュエータ駆動部を示す平面図。

【図１８】この発明の他の実施の形態に係るヘッドアク
チュエータ機構のアクチュエータ駆動部を示す平面図。

【符号の説明】

１２…ケース１６…磁気ディスク２１…基板ユニット２２…ヘッドアクチュエータ機構２４…ボイスコイルモータ２６…軸受組立体３８…サスペンション４０…磁気ヘッド４４…ボイスコイル７０…アクチュエータ駆動部７２…圧電素子７４…保持枠８２…コネクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ヘッドに対して情報の記録、読み出し
を行う磁気ヘッドを支持したサスペンションと、上記サ
スペンションを支持したアームと、上記アームを回動自
在に支持した支持部と、上記アームを回動させるための
駆動力を発生する駆動部と、を備え、上記駆動部は、駆動コイルと、圧電素子と、樹脂により
上記駆動コイルおよび圧電素子と一体的に成形され、上
記駆動コイルおよび圧電素子を保持した保持枠と、を備
えていることを特徴とするヘッドアクチュエータ機構。
【請求項２】上記圧電素子は、上記駆動コイルの一側に
沿って延出して配置され、上記保持枠は、上記圧電素子
の長手方向両端部、および上記駆動コイルの他の側面を
覆っていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドア
クチュエータ機構。
【請求項３】上記圧電素子は、上記駆動コイルの一側に
沿って延出して配置され、上記保持枠は、上記圧電素子
の長手方向両端部、上記圧電素子の上記駆動コイル側の
側縁、および上記駆動コイルの全周を覆っていることを
特徴とする請求項１に記載のヘッドアクチュエータ機
構。
【請求項４】上記圧電素子は、上記駆動コイルの一側に
沿って延出して配置され、上記保持枠は、上記圧電素子
の長手方向両端部、上記圧電素子の上記駆動コイルと反
対側の側縁、および上記駆動コイルの他の側面を覆って
いることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアクチュ
エータ機構。
【請求項５】上記圧電素子は、上記駆動コイルの一側に
沿って延出して配置され、上記保持枠は、上記圧電素子
全体、および上記駆動コイルの全周を覆っていることを
特徴とする請求項１に記載のヘッドアクチュエータ機
構。
【請求項６】上記駆動コイルは、上記支持部に対してほ
ぼ放射状に延出した一対の作用辺部を有し、上記圧電素
子は、少なくとも一方の操作辺部に沿って延出して配置
されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれ
か１項に記載のヘッドアクチュエータ機構。
【請求項７】上記圧電素子は、細長い形状に形成され上
記保持枠に埋め込まれた長手方向両端部を有していると
ともに、上記長手方向両端部に設けられた切欠又は透孔
を有していることを特徴とする請求項１ないし６のいず
れか１項に記載のヘッドアクチュエータ機構。
【請求項８】上記駆動部は、上記駆動コイルおよび圧電
素子の少なくとも一方に接続された複数の端子を有し、
樹脂により上記保持枠と一体的に成形されたコネクタを
備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれ
か１項に記載のヘッドアクチュエータ機構。
【請求項９】上記支持部に取付られた板状の保持部を備
え、上記駆動部は、上記アームから離間する方向に沿っ
て上記駆動部から延出し、上記保持枠は、上記保持部に一体に成形された取付け部
を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいず
れか１項に記載のヘッドアクチュエータ機構。
【請求項１０】磁気ディスクと、磁気ディスクを支持および回転駆動する駆動手段と、磁気ヘッドに対して情報の記録、読み出しを行う磁気ヘ
ッドと、上記磁気ヘッドを支持したサスペンションと、上記サス
ペンションを支持したアームと、上記アームを回動自在
に支持した支持部と、上記アームを回動させるための駆
動力を発生する駆動部と、を有するヘッドアクチュエー
タ機構と、を備え、上記ヘッドアクチュエータ機構の駆動部は、駆動コイル
と、圧電素子と、樹脂により上記駆動コイルおよび圧電
素子と一体的に成形され、上記駆動コイルおよび圧電素
子を保持した保持枠と、を備えていることを特徴とする
磁気ディスク装置。
【請求項１１】上記圧電素子は、細長い形状に形成され
上記保持枠に埋め込まれた長手方向両端部を有している
とともに、上記長手方向両端部に設けられた切欠又は透
孔を有していることを特徴とする請求項１０に記載の磁
気ディスク装置。
【請求項１２】上記駆動部は、上記駆動コイルおよび圧
電素子の少なくとも一方に接続された複数の端子を有
し、樹脂により上記保持枠と一体的に成形されたコネク
タを備えていることを特徴とする請求項１０又は１１に
記載の磁気ディスク装置。
【請求項１３】上記駆動コイルおよび圧電素子を駆動制
御するサーボシステムを備え、上記サーボシステムは、上記磁気ヘッドにより磁気ディ
スクから読み取ったサーボデータに基づいて生成された
位置誤差信号に含まれる周波数成分から、上記駆動コイ
ルの駆動に起因して上記磁気ヘッドに発生する共振周波
数を含む所定周波数帯域以外の周波数成分を除去するフ
ィルタを有し、上記フィルタを通過した上記位置誤差信
号に基づいて上記圧電素子を駆動することを特徴とする
請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の磁気ディ
スク装置。
【請求項１４】上記駆動コイルおよび圧電素子をデジタ
ル制御方式により駆動制御するサーボシステムを備え、上記サーボシステムにおいて、上記磁気ヘッドにより上
記磁気ディスクから読み取ったサーボデータに基づいて
生成された位置誤差信号をＡ／Ｄ変換する際のサンプリ
ング周波数は、上記駆動コイルの駆動に起因して発生す
る上記磁気ヘッドの移動方向に関する３次の主共振周波
数の２倍より高く設定されていることを特徴とする請求
項１０ないし１２のいずれか１項に記載の磁気ディスク
装置。