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JP4241666B2 - ヘッドアクチュエータ及びそれを利用したディスク装置 - Google Patents
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JP4241666B2 - ヘッドアクチュエータ及びそれを利用したディスク装置 - Google Patents

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Description

本発明は情報処理装置用大容量記憶装置などに適用できるディスク装置用ヘッドアクチュエータおよびこれを使用したディスク装置に関する。詳しくは、磁気ディスク、光ディスクなどのディスクを使用してデータの書き込み、読み出しを行うヘッドアクチュエータとして、浮上スライダが取り付けられたサスペンションを屈曲型のサスペンションとすると共に、この屈曲部近傍に第2の駆動部を設け、これをトラッキング制御などとして使用することによって、浮上スライダに取り付けられた磁気ヘッドの追従性を良好にしたヘッドアクチュエータおよびこれを使用したディスク装置に関する。
データの書き込み、読み出し用の媒体として磁気ディスクや光ディスクなどを使用した大容量の記憶装置の中でハードディスク装置(HDD)が知られている。このハードディスク装置の中でもディスクを着脱自在に構成したリムーバブル型のハードディスク装置が知られている。
リムーバブル型ハードディスク装置では、図10に示すように装置本体20内にヘッドアクチュエータ1およびスピンドルモータ21が配され、スピンドルモータ21にはチャッキング用のマグネット22が装着されている。
ヘッドアクチュエータ1は支点(ピボット)5を中心に矢印K方向に回動自在に装置本体20に軸支されている。ヘッドアクチュエータ1としては図示するような屈曲型のヘッドアクチュエータが使用されているが、これは後述するようにディスクカートリッジに形成される窓孔(ヘッドを挿入する孔)を小さくできることおよびヘッドのアクセス性が改善されることなどを狙ったものである。
図11はこの屈曲型ヘッドアクチュエータ1の構成図である。
L字状に折れ曲がった屈曲型ヘッドアクチュエータ1は、ピボット5を中心に回動する回動アーム6を有し、回動アーム6の先端部の両面には互いに対向するようにサスペンション2(2a、2b)が取り付けられ、サスペンション2の先端部には浮上スライダ(浮上ヘッドスライダ)12(12a、12b)がそれぞれ取り付けられている。浮上スライダ12には周知のように磁気ヘッド(図示はしない)が取り付けられ、これによってデータの記録再生処理が行われる。サスペンション2は周知のように浮上スライダ12をディスクに押しつけるバネとして作用する。またこのサスペンション2にはダイナミックロード/アンロード時にランプと接触摺動するディンプル23が取り付けられている。
回動アーム6の他端部には回動アーム6を回動させるための駆動部(第1の駆動部)4が設けられる。駆動部4は図示するように、回動アーム6に取り付けられた駆動コイル3を有し、その下面側には下ヨーク10に取り付けられた駆動マグネット8が配され、その上面には上ヨーク9が配されて、全体として磁気回路が構成される。
駆動コイル3に電流を流せば、その電磁力によって回動アーム6が時計方向若しくは反時計方向(矢印J)に回動する。したがってこの駆動部4はボイスコイルモータ(VCM)として作用するものである。
図10において、ヘッドアクチュエータ1がディスク側に回動すると、ドライブに固定されたダイナミックロード/アンロード用ランプ15に設けられた滑り台状の斜面上をディンプル23が降下(アンロード)する。このアンロードおよびこれとは逆の上昇(ロード)は何れもディスク(図示せず)最外周側において行われる。
図12はリムーバブル型ハードディスク装置20に装着されて使用されるディスクカートリッジ19の概要を示す。ディスクカートリッジ19は樹脂製の上ハーフ28と下ハーフ29を溶着などで貼り合わせたものである。上ハーフ28および下ハーフ29にはヘッドアクチュエータ1を出し入れするための挿入孔24が、下ハーフ29にはハブ用の孔25が設けられている。挿入孔24およびハブ用孔25から塵埃が進入ないようにするため、カートリッジの非使用時にはシャッター26がスライドして両者を塞ぐ構造となっている。
ディスクカートリッジ19の中には記録再生用磁気ディスク18が収納され、このディスク18の中心部には強磁性体で作成されたチャッキング用のハブ27が接着などによって固定されている。ディスクカートリッジ19がリムーバブルハードディスク装置20に装着されると、ハブ27がスピンドルモータ21のチャッキングマグネット22にチャッキング(吸着)される。
その後、スピンドルモータ21が回転し、一定の角速度となったところで浮上スライダ12がディスク18上に緩やかにロードする。ロードすると、浮上スライダ12は空気力学的な効果により数十mmだけディスク18の面上より浮上する。
ところで、上述したようなヘッドアクチュエータでは、一般的な回動型アクチュエータであるインライン型アクチュエータと比較してサスペンション2のねじれモードの影響を受けにくいため優れたI−θ特性(シーク方向の周波数特性)を呈する。
しかしながら、磁気ヘッドと駆動コイル3が非常に離れて配置されているために、駆動力が駆動コイル3から浮上スライダ12に伝達されるまでに各構造物の構造共振を拾ってしまうことがあり、磁気ヘッドを超精密に位置決めすることが困難になる問題がある。つまり浮上スライダ12の追従性に改良の余地がある。
また、回動型アクチュエータである屈曲型アクチュエータでは、レイアウト上、駆動部4を構成する駆動コイル3が並進力を発生してしまうために、この駆動コイル3が発生する並進力がピボット5の並進モードの原因となっているという問題も発生する。これは、駆動コイル3への通電によって発生する電磁力と同じ力がピボット5にその反作用として作用し、これが加振源となる共振作用で並進モードが発生することになるからである。
そこで、この発明では少なくとも浮上スライダの追従性を改善できるヘッドアクチュエータおよびこれを使用したディスク装置を提案するものである。
上述した問題を解決するため、本発明に係るヘッドアクチュエータは、ピボットを中心に回動する回動アームと、回動アームの先端部にサスペンションを介して設けられた磁気ヘッドを有する浮上スライダと、回動アームのピボット側に設けられた回動アームを回動させる第1の駆動部と、浮上スライダの近傍に取り付けられる第2の駆動部とを備え、第1の駆動部で発生する駆動力のベクトルと、第2の駆動部で発生する駆動力のベクトルとは、回動アームが回動する面と略同一平面上で、互いに逆向きの駆動力を与えるように第1および第2の駆動部が配置され
上述した問題を解決するため、本発明に係るディスク装置は、ピボットを中心に回動する回動アームと、回動アームの先端部にサスペンションを介して設けられた磁気ヘッドを有する浮上スライダと、回動アームのピボット側に設けられた回動アームを回動させる第1の駆動部と、浮上スライダの近傍に取り付けられる第2の駆動部とを備え、第1の駆動部で発生する駆動力のベクトルと、第2の駆動部で発生する駆動力のベクトルとは、回動アームが回動する面と略同一平面上で、互いに逆向きの駆動力を与えるように第1および第2の駆動部が配置され
本発明では、屈曲したサスペンションの取り付け基部近傍に第2のVCMとも言うべき第2の駆動部を配置し、トラッキングなどの微細制御をこの第2の駆動部によって行う。こうすると、この第2の駆動部が浮上スライダの近傍であるため追従性が極めて良好になる。したがって精密なヘッドの位置制御が可能になる。
第2の駆動部に対し、ピボットに作用する電磁力の反力を打ち消す回動力を第1の駆動部から与えることによって、ピボットでの並進モードを除去できる。
したがって、この発明を備えた固定型若しくはリムーバブル型ディスク装置ではアクセスに対する追従性の良好なディスク装置を実現できる。
本発明に係るヘッドアクチュエータによれば、第2の駆動部を磁気ヘッドの近傍に配置しているために、第2の駆動部からの駆動力が磁気ヘッドにいたるまでに構造的共振を拾いにくくなり、磁気ヘッドの超精密な位置決め動作が容易となるという効果が得られる。
また、第1と第2の駆動部に対して逆向きの駆動力を与えることができ、第1の駆動部で発生する駆動力のベクトルと第2の駆動部で発生する駆動力のベクトルが、回動アームが回動する面と平行な同一平面上になるように、第1及び第2の駆動部が配置されることによって、回動アームを倒すようなモーメントの発生を防ぐことができ、有害な共振である軸倒れモードの発生を防止でき、これら2つの駆動部が発生する並進力を相殺することができるようになり、大きなピークを持つ共振であるピボットに関する並進モードが発生しにくいという効果が得られる。
したがってこのようなヘッドアクチュエータを用いて固定型若しくはリムーバブル型のディスク装置を構成すると、追従性の良好なディスク装置を実現できる。
以下に、本発明に係るヘッドアクチュエータおよびこれを使用したディスク装置の一実施態様を、リムーバブル型のディスク装置に適用した場合について図面を参照して詳細に説明する。
以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載が無い限り、これらの態様に限られるものではない。
本発明でもヘッドアクチュエータとしては、ほぼL字状に折り曲げられた屈曲型のアクチュエータを対象とする。したがってこの発明に係るヘッドアクチュエータ1も図1に示すように、ピボット5を中心に回動する回動アーム6を有し、その先端部側に回動アーム先端を挟むようにその両面から一対のサスペンション2(2a、2b)が取り付けられている。サスペンション2の先端には浮上スライダ12(12a、12b)が設けられている。サスペンション2は図示するようにほぼL字状に屈曲した屈曲型のものが使用される。
回動アーム6の他端部には駆動部(第1の駆動部)4が設けられる。駆動部4も従来例と同じく駆動コイル3を始めとしてマグネット8および磁気回路を構成する一対のヨーク9、10などで構成される。
この発明では屈曲したサスペンション2の基部近傍に第2の駆動部13が設けられる。第2の駆動部13はサスペンション2の基部、この例では回動アーム6の先端部側面に貼着されたマグネット(可動マグネット)14と、図2に示すようにこの可動マグネット14を挟み込むようにその上下両面に所定の距離を隔てて配された上下の固定コイル11a、11bとで構成される。固定コイル11a、11bの平面形状は図1に示すように回動アーム6の回動軌跡に沿った形状に湾曲している。
固定コイル11a、11bに対しては任意の方向に駆動電流(制御電流)を流すことができる。図2のように可動マグネット14からの磁束は矢印Cとなるので、例えば矢印A、Bの方向に同量の電流を流すと、可動マグネット14の磁束と、固定コイル11a、11bに流れる電流とに基づいてサスペンション2には電磁力が作用する。ここで、
コイル11a下面を貫く磁束>>コイル11aのその他の面を貫く磁束
となるので、固定コイル11aの下面を流れる電流が支配的となり、フレミングの左手の法則により、紙面に対して奥に進む方向に可動マグネット14は電磁力(駆動力)が発生する。同様に、他方の固定コイル11bによっても、可動マグネット14は紙面に対して奥に進む方向に駆動力が発生する。そして、それらの総合した駆動力(合力)により、ヘッドアクチュエータ1はディスク18側に駆動される。駆動力は第1の駆動部4側の方が第2の駆動部13側よりも大きい。
したがって、シーク動作は第1の駆動部4に与える制御信号によって行い、最終的な微調整(トラッキング調整)は第2の駆動部13に与える制御信号(トラッキング制御信号)によって行う。このように第2の駆動部13がサスペンション2先端の浮上スライダ12の近傍に配置されているために、上述した駆動力をダイレクトに浮上スライダ12に伝達することができる。これによって、浮上スライダ12の追従性を大幅に改善できる。
因みに、図3(a)は、精密な位置決め時などのときに第2の駆動部13のみを使用したときに、ヘッドアクチュエータ1のピボット5にかかる力(矢印図示)を示したものである。第2の駆動部13からは並進力F2のみが発生するので、それに対する反力−F2をピボット5が受けることになる。この反力−F2は、大きなピークを持つ有害な並進剛体モードの原因となる。
そこで、精密な位置決め時などのときにも、図3(b)のように第2の駆動部13と逆相で、かつほぼ同等な駆動力F1が第1の駆動部4で発生するように、この第1の駆動部4を駆動すれば、反力は実用上問題ない程度に相殺される。
しかしながら、第1の駆動部4を駆動することで、これによって今度は他の構造の共振を浮上スライダ12に伝えてしまう可能性がある。したがって実際には力F1は、ある程度並進剛体モードを抑えつつ、他の構造共振もそれほど目立たないようで済むような大きさとするのが好ましい。
図4(a)は、図1に示すヘッドアクチュエータ1の主要部を側面から見た図であって、同図のように第1の駆動部4における駆動コイル3、第2の駆動部13を構成するマグネット14およびヘッドアクチュエータ1の重心CGを、ピボット5の軸芯に対して直交する同一平面上(細線図示)に配置することで、ピボット5を倒すようなモーメントの発生を防ぐことができる。これによって、有害な共振である軸倒れモードの発生を防止できる。
しかし、実際には設計自由度の問題などからヘッドアクチュエータ1を図4(b)あるいは図4(c)のように構成することも考えられる。
図4(b)の場合は、回動アーム6のうちサスペンション2側に段差を持たせた構造となっており、この場合には固定コイル11a、11bの駆動力によって発生するモーメントを相殺できれば、軸倒れモードは発生しない。
具体的には、固定コイル11aの駆動力をF2a、固定コイル11bの駆動力をF2b、ピボット5の軸と直交し、重心CGを通る平面(細線図示)とマグネット14の上下端面(サスペンション2a、2b)までの距離をそれぞれL2a、L2bすると、
F2a×L2a+F2b×L2b=0
となるようにFa、Fbを出力するよう制御することによって、軸倒れモーメントの発生を防止できる。
図4(c)のように、駆動コイル3が重心CGよりも下側に位置する場合には、駆動コイル3、固定コイル11a、11bの駆動力によって発生するモーメントを相殺すれば、軸倒れモードは発生しない。
そのためには、駆動コイル3の駆動力をF1、ピボット5の軸芯と直交し、重心CGを通る平面(細線図示)から駆動コイル3の中心までの距離をL1とすると、
F1×L1+F2a×L2a+F2b×L2b=0
となるように、力F、Fa、Fbが得られるように制御すればよい。
ところで、図1に示す構成ではサスペンション2の近傍に第2の駆動部13が配置される関係で、サスペンション2の屈曲点近傍にはマグネット14が常に存在することになる。
そのため、設計によっては、マグネット14の発生する磁束がサスペンション2の内部を通って、その先端部に取り付けられた磁気ヘッドを通過する可能性がある。磁気ヘッドとしてはMRヘッド(Magneto Resistive Head)が使用されることが多く、このMRヘッドを使用すると外部磁界の影響を受けやすくなるからである。外部磁界の影響を受けやすいのは、サスペンション2として強磁性のステンレス鋼が使用されているためである。因みに、サスペンション2の材料は非磁性体であるが、圧延等の工程を経ることによって強磁性を帯びたものに変わることが多いからである。
磁気ディスク装置では、読み込みヘッドにMRヘッドが用いられることが多いが、MRヘッドは外部磁界に弱いため上述磁束により障害が生じる可能性がある。そのため、条件にもよるが、サスペンション2の材質としては非磁性体を使用するのが望ましい。
図5はこの発明に係る他の実施態様を示す要部の斜視図である。このヘッドアクチュエータ1の基本構成は図1と同じであるが、この実施態様では、図示するように屈曲したサスペンション2の屈曲点近傍に設けられる第2の駆動部13として、可動コイル型のものが使用される。因みに図1の例は可動マグネット型構成である。
したがってこの第2の駆動部13はサスペンション2の側面部に取り付けられた可動コイル31と、この可動コイル31を挟むようにその上下に設けられた一対のマグネット30a、30bとで構成される。可動コイル31はサスペンション2の回動角の範囲内で移動するものであるから、この移動範囲内をマグネット30a、30bでカバーする関係で、これらマグネット30a、30bは図5のように円弧状をなすマグネットが使用される。そしてこれらマグネット30a、30bは上下のハーフ9、10をそれぞれサスペンション2と同じような形状で延長した延長端9a、10aにそれぞれ取り付け固定されている。
図6のように可動コイル31に矢印D方向の電流を流したときには、マグネット30a、30bの磁束Eによって、フレミングの左手の法則により、紙面に対して奥に進む方向に可動コイル31には駆動力が生ずる。この駆動力でヘッドアクチュエータ1はディスク16方向に摺動する。
サスペンション2の近傍には固定マグネット30a、30bが存在するので、サスペンション2が磁性体であると、これが固定マグネット30a、30bに吸着され、所定の能力が発揮できない可能性がある。そのため、サスペンション2は非磁性体を使用するのが望ましい。
図7はこの発明に係るヘッドアクチュエータをリムーバブル型ディスク装置に適用した場合の概要を示す。なお説明の都合上、この図においては固定コイル11aを外した状態で示してある。
図7(a)は、浮上スライダ12がディスク18の最内周に位置しているときの図で、同図(b)は、浮上スライダ12がディスク18の最外周に位置しているときの図である。そして、同図(c)は、浮上スライダ12がカートリッジ19に挿入される前の待機状態を示し、これは装置本体20に装着された直後の状態と同じである。
同図(c)に示すように、ランプ15は2本のシャフト16に保持されたダイナミックアンロード・ロードシステムが採用される。ランプ15はバネ17により矢印H側に常に引っ張られている。磁気ヘッドをディスク18内で微小移動させるときこの第2の駆動力を利用して行う。
バネ17が設けられている関係でヘッドアクチュエータ1が同図(c)に示す待機位置に移動するときには、第2の駆動力がバネ17のバネ力に打ち勝つ必要がある。ヘッドアクチュエータ1が待機位置にあるときは装置本体20側に設けられた鉄片40によって可動マグネット14が吸着されるため、これによってヘッドアクチュエータ1が待機位置にロックされる。
なお、図7の構成からも明らかなように、ヘッドアクチュエータ1がどのようなポジションにあろうとも、可動マグネット14は常にカートリッジ19の外側に位置する構成となっている。
図7に示す構成では、第2の駆動力のみでランプ15を動作させながらヘッドアクチュエータ1を待機位置に移動させる必要があるので、単純にトラッキングをとるための駆動力よりも大きなものとなる。
そこで、固定コイル11を、待機位置からディスクの最外周位置に持ち来すまでの範囲と、ディスク内でのシーク範囲およびトラッキング範囲の2つの範囲でそれぞれ別々に駆動できるように、固定コイル11(11a、11b)を二分することも考えられる。そしてディスク内でのシークおよびトラッキング用のコイルは低消費電力、低出力用とし、待機位置からディスクまで持ち来すコイルとしては高消費電力、高出力用とすることで、全体的に駆動力の効率を高めることができる。
したがって高加速動作のときは主として第1の駆動部4で発生する駆動力で行い、精密動作の時は主として第2の駆動部13で発生する駆動力で行うようにしている。より具体的には、高加速動作が必要なときには、第1の駆動部4で発生する駆動力に比較して、第2の駆動部13で発生する駆動力が小さくなるように制御される。これとは反対に精密に磁気ヘッドの位置決めが必要なときには、第1の駆動部4で発生する駆動力に比較して、第2の駆動部13で発生する駆動力がほぼ等しいか若しくはこれよりも大きくなるように制御される。
図8は図5に示すヘッドアクチュエータ1をリムーバブル型のディスク装置に適用した場合の実施態様を示すもので、同図(a)は、浮上スライダ12がディスク18の最内周に位置しているときの図で、同図(b)は、浮上スライダ12がディスク18の最外周に位置しているときの図である。
また、同図は通常のハードディスク装置と同様にCSS(Contact Start and Stop)システムを採用した場合である。同図に示すように、ヘッドアクチュエータ1がどのような位置にあっても、第2の駆動部13は常にディスク18の外側に位置するように構成されている。
なお、この発明ではヘッドアクチュエータ1として屈曲構成のものを使用し、これに第2の駆動部13を適用した。従来から知られているいわゆるインライン構成のヘッドアクチュエータに、この発明の主要部である第2の駆動部を適用することも考えられる。
しかし、インライン型のヘッドアクチュエータに適用する場合には図9のように第2の駆動部13を構成する可動コイル14若しくは可動マグネット31を常にディスクカートリッジ19の外側に位置させるためには、可動コイル14などをかなり回動アーム6の根本側に配置しなくてはならない。また、サスペンション2もインライン配置のためシーク方向に共振が生じやすい。
そのため、第2の駆動力をダイレクトに浮上スライダ12及び磁気ヘッドに伝達することが極めて困難になる。つまりヘッドアクチュエータ1に第2の駆動部13を設けるメリットが殆どなくなってしまう。屈曲型のヘッドアクチュエータ1に適用することが最も好ましい。
上述した図6の実施態様の中で、例えば駆動コイル31の中心部に相当する一対のサスペンション2a、2bの間に貫通孔を設け、ここに磁気回路形成用の弓なり状のヨークを通すように構成することもできる。こうすることによって、磁束を効率よく駆動コイル31側に収束させることができるので、駆動効率が改善される。
この変形例は、特に磁気ヘッドが2個以上設けられたいわゆるマルチプラッタ方式のヘッドアクチュエータに適用して好適である。これは複数のサスペンションを設ける関係で、サスペンション自体の厚みが厚くなるため、そのほぼ中央部を貫通させてここに磁気回路用ヨークを設けた方が磁束を効率よく駆動コイル側に収束させることができるようになるからである。
この発明に係るディスク装置はディスクカートリッジを使用したリムーバブル型のディスク装置のみならず、ディスクを単数若しくは複数枚積層してシリンダ構成となされた固定のディスクを用いた固定型のディスク装置にも適用できることは明らかである。その構成は使用するディスクがカートリッジタイプから固定式になること、使用するディスクは1枚に限らないこと以外にはリムーバブル型のディスク装置とその構成が同じである。したがって図面を用いた説明およびその構成と作用の詳細な説明は省略する。ディスクは両面を利用できる両面型や、片側のみを使用する片面型の何れでも利用できる。使用するヘッドアクチュエータは上述したものが利用されることは当然である。
本発明は情報処理装置用大容量記憶装置などに適用できるディスク装置用ヘッドアクチュエータおよびこれを使用したディスク装置に適用される。
本発明の第1の実施態様を示すヘッドアクチュエータの構成図である これに使用される第2の駆動部の具体例を示す要部の構成図である。 第1と第2の駆動力の関係を示す図である。 図3の側面図である。 本発明の第2の実施態様を示すヘッドアクチュエータの構成図である。 これに使用される第2の駆動部の具体例を示す要部の構成図である。 本発明の第1の実施態様を示すディスク装置の構成図である。 本発明の第2の実施態様を示すディスク装置の構成図である。 インライン型アクチュエータに第2の駆動部を搭載したときの一例を示すディスク装置の構成図である 屈曲型アクチュエータを採用したディスク装置の構成図である。 屈曲型アクチュエータの構成を示した構成図である。 ディスクカートリッジの構成を示した構成図である。
符号の説明
1・・・ ヘッドアクチュエータ、2・・・サスペンション、3・・・駆動コイル、4・・・第1の駆動部(VCM)、6・・・回動アーム、11・・・固定コイル、12・・・浮上スライダ、13・・・第2の駆動部(VCM)、14・・・マグネット、18・・・ディスク、19・・・カートリッジ、31・・・可動コイル

Claims (4)

  1. ピボットを中心に回動する回動アームと、
    上記回動アームの先端部にサスペンションを介して設けられた磁気ヘッドを有する浮上スライダと、
    上記回動アームのピボット側に設けられた上記回動アームを回動させる第1の駆動部と、
    上記浮上スライダの近傍に取り付けられる第2の駆動部とを備え
    上記第1の駆動部で発生する駆動力のベクトルと、上記第2の駆動部で発生する駆動力のベクトルとは、上記回動アームが回動する面と略同一平面上で、互いに逆向きの駆動力を与えるように上記第1および第2の駆動部が配置されヘッドアクチュエータ。
  2. 上記回動アームの重心が、上記回動アームが回動する面と略同一平面上になるように配置された請求項1記載のヘッドアクチュエータ。
  3. 上記回動アームの先端部に屈曲型サスペンションを有し、上記第2の駆動部は上記屈曲型サスペンションの近傍に設けられている請求項1記載のヘッドアクチュエータ。
  4. ピボットを中心に回動する回動アームと、
    上記回動アームの先端部にサスペンションを介して設けられた磁気ヘッドを有する浮上スライダと、
    上記回動アームのピボット側に設けられた上記回動アームを回動させる第1の駆動部と、
    上記浮上スライダの近傍に取り付けられる第2の駆動部とを備え
    上記第1の駆動部で発生する駆動力のベクトルと、上記第2の駆動部で発生する駆動力のベクトルとは、上記回動アームが回動する面と略同一平面上で、互いに逆向きの駆動力を与えるように上記第1および第2の駆動部が配置されヘッドアクチュエータを有するディスク装置。
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