JP4847140B2 - ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置 - Google Patents

ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置 Download PDF

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Description

本発明は、コンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるハード・ディスク・ドライブ(HDD「Hard Disk Drive」)に取り付けられるヘッド・ジンバル・アッセンブリの動作持の共振特性を測定するヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置に関する。
近年、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ(ヘッド・サスペンションにスライダを取り付けた状態)は、ハード・ディスクのトラックからトラックへの移動及びトラック・フォローイングのために、ボイス・コイル・モータ(VCM「Voice Coil Motor」)によりかなり高い周波数まで加振される。従って、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振特性を把握し、その特性を適正化する必要がある。
このため、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振特性を単品レベルで簡便に測定するための測定装置が必要となる。
かかる共振特性の測定に関し、従来よりレーザードップラー振動計を用いた測定装置が存在する。この従来の測定装置では、ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動を、レーザードップラー振動計により測定するが、加振部側の振動を、加振部に取り付けられる図14のようなフィクスチャ(Fixture)101に加速度センサ103を取り付けて測定していた。このため、フィクスチャ101の大きさ、形状、材質が制限されることとなっていた。
一方、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数は、装置の小型化などのために次第に高周波数化している。このため、加速度センサ103を用いた場合のように、フィクスチャ101を含めた測定装置側の共振周波数の設定に制約を受けると、高周波数化するヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数と測定装置側の共振周波数とが重なることもあり、測定困難となる恐れがある。
特開2004−101186号公報
解決しようとする問題点は、測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度が狭く、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定が困難となり易い点である。
本発明は、測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度を広げ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定を確実に行わせるため、加振部の振動速度を検出する第1のレーザー・ドップラー振動計と、前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第2のレーザー・ドップラー振動計と、 前記第1,第2のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、前記検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求め、前記取付具は、前記加振部に固定され雄ねじ部が突出されたブロック状の取付基部と、前記雄ねじ部を貫通させるようにして前記取付基部に結合され前記貫通した雄ねじ部にナットが締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなることを最も主要な特徴とする。
本発明のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置は、加振部の振動速度を検出する第1のレーザー・ドップラー振動計と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第2のレーザー・ドップラー振動計と、第1,第2のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求め、前記取付具は、前記加振部に固定され雄ねじ部が突出されたブロック状の取付基部と、前記雄ねじ部を貫通させるようにして前記取付基部に結合され前記貫通した雄ねじ部にナットが締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなるため、加振部側の振動を検出するために加速度センサを取り付けたフィクスチャを配置する必要がなく、測定装置側の大きさ、形状、材質等の選択の自由度が広がり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの共振周波数が高くなっても測定装置側の共振周波数の重なりを抑制することが容易となり、共振周波数が高くなったヘッド・ジンバル・アッセンブリでも、その振動特性を確実に測定することができる。
測定装置側の共振周波数の設定幅の自由度を広げ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性の測定を確実に行わせるという目的を、一対のレーザー・ドップラー振動計を用いることで実現した。
[振動特性測定装置]
図1は、本発明実施例1を適用したヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置を示すブロック図である。
図1のように、振動特性測定装置1は、振動入力を行う加振部としてシェ−カ3を備え、シェーカ3に取付具5を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリ7が取り付けられ、第1,第2のレーザー・ドップラー振動計9,11を備えてヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性を測定する構成となっている。
シェーカ3は、シェーカ増幅器13に接続され、FFTアナライザ15からシェーカ加振の信号を受けることでヘッド・ジンバル・アッセンブリ7を取り付けた取付具5を加振する。取付具5の詳細は後述する。
ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7は、ディスク17上に配置され、ディスク17は、モータ19により回転可能となっている。モータ19は、ステージ21に取り付けられ、パーソナル・コンピュータ23により駆動回路25を介して回転制御される。
ステージ21は、パーソナル・コンピュータ23の制御により上下位置が調整可能となっており、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7のヘッド部27のZハイトを変更可能となっている。ステージ21には、Zハイトを直接測定する変位計29が取り付けられている。
第1のレーザー・ドップラー振動計9は、加振部の取付具5の振動速度を検出してFFTアナライザ15へ入力するもので、プローブ31及びドップラ振動計33から成っている。プローブ31のレーザ光照射方向は、取付具5に対し直交し、プローブ31及び取付具5間に、反射部であるミラー35が配置され、プローブ31のレーザー光を直交方向に反射させ取付具5に照射する構成となっている。
なお、第2のレーザー・ドップラー振動計11は、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7のヘッド部27のスライダの振動速度を検出し、FFTアナライザ15にするもので、プローブ37及びドップラ振動計39から成っている。プローブ37は、スライダ側面にレーザー光を照射し、その照射位置は、パーソナル・コンピュータ23によりコントロールされるCCDカメラ41により撮像され、画像データがパーソナル・コンピュータ23に入力されるようになっている。
第2のレーザー・ドップラー振動計11は、第1のレーザー・ドップラー振動計9に代えてスライダに対し直交配置し、ミラーによりレーザー光を反射させてスライダに照射する構成、或いは第1,第2のレーザー・ドップラー振動計9,11の何れも本来の照射方向に対して直交配置し、ミラーにより反射させて目的の位置にレーザー光を照射する構成にすることもできる。
FFTアナライザ15は、パーソナル・コンピュータ23によりコントロールされ、ドップラ振動計33からの入力測定値及びドップラ振動計39からの出力測定値を入力し、時間領域のアナログデータを周波数領域のデジタルデータに変換して伝達関数を算出する。この伝達関数は、パーソナル・コンピュータ23に保管される。また、FFTアナライザ15は、シェーカ3側に加振信号を出力する。
従って、第1のレーザー・ドップラー振動計9及び第2のレーザー・ドップラー振動計11を用いて振動を測定することにより、加振部であるシェーカ3に対するヘッド部27のスライダの利得、位相差をFFTアナライザ15により数値データとして算出することができ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の共振特性を測定することができる。
[取付具]
図2は、取付具の分解斜視図、図3は、同組み付け状態の斜視図である。
図2,図3のように、取付具5は、取付基部43及びマウント・ブロック45を備えている。
取付基部43は、例えばステンレス(SUS)により矩形ブロック状に形成された本体44を備え、本体44の一側面に第1の雄ねじ部47を備えている。第1の雄ねじ部47の基部49側は、雄ねじが形成されず、軸状となっている。第1の雄ねじ部47の両側には、位置決め用の位置決めピン51が突設されている。取付基部43の他側面には、シェーカ3へ固定するための第2の雄ねじ部53が形成されている。
マウント・ブロック45は、例えばステンレス(SUS)により矩形ブロック状に形成され、第1,第2の貫通孔55,57が形成されている。第1の貫通孔55は、第1の雄ねじ部47を貫通させるものであり、第2の貫通孔57は、位置決め穴を構成し、マウント・ブロック45の一側において位置決めピン51を嵌合させ、取付基部43に対するマウント・ブロック45の相対位置を位置決める。
そして、第2の雄ねじ部53をシェーカ3側の雌ねじ部に螺合させて取付基部43をシェーカ3に固定する。この取付基部43に対してヘッド・ジンバル・アッセンブリ7を支持させたマウント・ブロック45を取り付ける。
マウント・ブロック45の取り付けは、第1の貫通孔55に取付基部43の第1の雄ねじ部47を貫通させるように結合し、第1の貫通孔55を貫通した第1の雄ねじ部47にナット59が締結されて前記結合が固定される。
この結合固定により、位置決めピン51が第2の貫通孔57に嵌入し、取付基部43に対するマウント・ブロック45の相対位置が位置決められる。
[共振周波数]
図4は、取付具の共振周周波数の計算値を示す図表、図5は、(a)が、周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。(a)(b)共に横軸は周波数、(a)の縦軸は利得、(b)の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ7は、全長が11mmであり、測定時のZハイト(ZH)は0.711mmとした。図5(a)の欄外に計算値の共振周波数を比較として示した。
図4において、本実施例の取付具5は、ニュー・フィクスチャ(New Fixture)として示した。取付具5の計算値による質量は、14.26gであった。共振周波数は、1次モード(Mode1)〜4次モード(Mode4)までの計算値を示した。計算値は、有限要素法により算出した。共振周波数は、各モード10.17kHz,19.33kHz,34.34kHz,51.44kHzとなった。
図5の測定値において、位相が反転する共振点では、1次,2次モードの計算値約10.2kHz,19.3kHzに対し実測値は12.7kHz,19.3kHzであった。
これら取付具5の共振周波数は、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の1次曲げモード(Sus.T1)の共振周波数9kHzよりも高く、揺れモード(Sus.Sway)の共振周波数からも外れたものとなっている。また、シェーカ3の共振周波数も32〜33kHzと高いものとしている。
従って、本実施例の取付具5を用いて、計算値1次モードの共振周波数で約10.2kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。
[実施例1の効果]
本発明実施例1のヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性測定装置は、シェーカ3の振動速度を検出する第1のレーザー・ドップラー振動計9と、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7のヘッド部27の振動速度を検出する第2のレーザー・ドップラー振動計11と、第1,第2のレーザー・ドップラー振動計9,11の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させるミラー35とを設け、検出した振動によりヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性を求めるため、シェーカ3側の振動を検出するために加速度センサを取り付けたフィクスチャを配置する必要がなく、測定装置側の大きさ、形状、材質等の選択の自由度が広がり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の共振周波数が高くなっても測定装置側の共振周波数の重なりを抑制することが容易となり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性を確実に測定することができる。
前記取付具5は、前記シェーカ3に固定され第1の雄ねじ部47が突出された矩形ブロック状の取付基部43と、該取付基部43に前記第1の雄ねじ部47を貫通させるように結合され前記貫通した第1の雄ねじ部47にナット59が締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7を支持するマウント・ブロック45とよりなるため、取付具5の共振周波数を確実に高めることができる。
前記取付基部43は、矩形ブロック状に形成されたため、製造、取り扱いが容易である。
図6は、本発明の実施例2に係る取付具を示す組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例1と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にAを付して説明する。
図6のように、本実施例の取付具5Aは、取付基部43Aの本体44Aを断面円形の円柱ブロック状に形成したものである。
本実施例の各モードでの共振周波数は、図4に示した。本実施例の取付具5Aは、ハイ・モード1(High Mode-1)として示した。
図4のように、計算値による質量は、実施例1よりも若干重く、15.69gであった。共振周波数は、各モード11.12kHz,19.67kHz,37.66kHz,53.96kHzとなった。
この結果から明らかなように、本体44Aの断面を円形にすることで、共振周波数を高めることができた。
従って、本実施例の取付具5Aを用いて、計算値1次モードの共振周波数で約11.1kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。
図7,図8は、本発明実施例3に係る取付具に係り、図7は、取付具の分解斜視図、図8は、同組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例1と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にBを付して説明する。
図7,図8のように、本発明実施例3の取付具5Bは、取付基部43Bの本体44Bに、雌ねじ部61が設けられ、締結具として例えばステンレス(SUS)ボルト63を用いたものである。雌ねじ部61に第1の貫通孔55を合わせるようにマウント・ブロック45が取付基部43Bに結合され前記第1の貫通孔55を貫通したボルト63が前記雌ねじ部61に締結されて前記結合が固定されて図8の組み付け状態となる。
本実施例の各モードでの共振周波数は、図4に示した。本実施例の取付具5Bは、ハイ・モード2(High Mode-2)として示した。
図4のように、計算値による質量は、実施例1よりも若干重く、15.59gであった。共振周波数は、各モード20.42kHz,25.56kHz,45.27kHz,68.84kHzとなった。
図9は、(a)が、取付具に関する共振周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフ、(c)が、ヘッド・ジンバル・アッセンブリに関する共振周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(d)が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。(a)〜(d)共に横軸は周波数、(a)(c)の縦軸は利得、(b)(d)の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ7は、全長が11mmであり、測定時のZハイト(ZH)は0.406mm,0.559mm,0.711mmの3種とした。
図9の測定値において、取付具5Bの1次モードの実測値共振周波数18.6kHzは、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の揺れモード(Sus.Sway)の共振周波数よりも高い。
この結果から明らかなように、ボルト63を用いた取付具5Bとすることで、共振周波数をより高めることができた。
従って、本実施例の取付具5Bを用いて、計算値1次モードの共振周波数で約20.4Hz(実測値18.6kHz)までの測定を無理なく行わせることができる。
図10は、本発明実施例4に係る取付具に係り、取付具の組み付け状態の斜視図である。基本的な構成は、実施例3と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号のBをCに代えて説明する。
図10のように、本実施例の取付具5Cは、マウント・ブロック45Cの断面形状を、ほぼ正方形断面として実施例3よりも取付具5Cの全長を短く形成したものである。
本実施例の取付具5Cは、実施例3の取付具5Bに比較してより軽量化を図り、剛性を高めることができる。
図11は、(a)が、周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである。(a)(b)共に横軸は周波数、(a)の縦軸は利得、(b)の縦軸は、位相を示している。使用したヘッド・ジンバル・アッセンブリ7は、実施例1の場合と同様のものを用い、測定時のZハイト(ZH)は例えば、0.711mmとした。
図11の測定値において、位相が反転する共振点では、1次モードの実測値は23.7kHzであった。
従って、本実施例の取付具5Cを用いて、実測値1次モードの共振周波数で約23.7kHzまでの測定を無理なく行わせることができる。
図12は、取付具の各部の材質と質量との関係を示す図表、図13は、取付具の各部の材質と質量及び各モードでの共振周波数を示す図表である。
本実施例では、例えば、実施例3の形状の取付具において、各部の材質を変更して軽量化を図り、共振周波数を高めた。
前記取付具5Bの取付基部43B(フィクスチャ「Fixture」)、マウント・ブロック45(Mount Block)、ボルト63(Bolt)の材質を、選択的にステンレス(SUS)、軽合金のマグネシウム合金(Mg合金)、軽金属のジュラルミンとした場合、各部の質量を図12に示した。
図13において、モデルM03は、前記取付基部43B(フィクスチャ「Fixture」)の材質をSUS、マウント・ブロック45(Mount Block)の材質をMg合金、ボルト63(Bolt)の材質をMg合金とした場合であり、取付具5Bの計算質量10.20gで1次モードの共振周波数が25.79kHzとなり、満足する高い共振周波数が得られた。
モデルM05は、取付基部43B(フィクスチャ「Fixture」)の材質をSUS、マウント・ブロック45(Mount Block)の材質SUS、ボルト63(Bolt)の材質をMg合金とした場合であり、取付具5Bの計算質量13.87gで1次モードの共振周波数が23.84kHzとなり、この場合も満足する高い共振周波数が得られた。
従って、取付具5Bにおいて、少なくともボルト63の材質を軽金属又は軽合金により形成することで、満足する高い共振周波数が得られヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性の測定を高い周波数まで無理なく行わせることができる。
但し、その他のモデルM01,M02,M04,M06,A04においても図13のように各部の材質を選択することで、約14.98kHz以上の高い共振周波数を得ることができ、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ7の振動特性の測定を高い周波数まで無理なく行わせることができる。
なお、実施例1,2,4においても、各部の材質を選択して軽量化を図り、取付具の高い共振周波数を得ることもできる。
ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置を示すブロック図である(実施例1)。 取付具の分解斜視図である(実施例1)。 同組み付け状態の斜視図である(実施例1)。 取付具の共振周周波数の計算値を示す図表である(実施例1)。 (a)が、周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである(実施例1)。 取付具を示す組み付け状態の斜視図である(実施例2)。 取付具の分解斜視図である(実施例3)。 取付具の組み付け状態の斜視図である(実施例3)。 (a)が、取付具に関する共振周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフ、(c)が、ヘッド・ジンバル・アッセンブリに関する共振周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(d)が、同周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである(実施例3)。 取付具の組み付け状態の斜視図である(実施例4)。 (a)が、周波数と利得(Gain)との関係の測定値を示すグラフ、(b)が、周波数と位相との関係の測定値を示すグラフである(実施例4)。 取付具の各部の材質と質量との関係を示す図表である(実施例5)。 取付具の各部の材質と質量及び各モードでの共振周波数を示す図表である(実施例5)。 フィクスチャの斜視図である(従来例)。
符号の説明
1 振動特性測定装置
3 シェーカ(加振部)
5,5A,5B,5C 取付具
7 ヘッド・ジンバル・アッセンブリ
9 第1のレーザー・ドップラー振動計
11 第2のレーザー・ドップラー振動計
27 ヘッド部
35 ミラー
43,43A,43B,43C 取付基部
45,45C マウント・ブロック
47 第1の雄ねじ部(雄ねじ部)
61 雌ねじ部
63 ボルト

Claims (6)

  1. 振動入力を行う加振部に取付具を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリを取り付け、該ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を測定するヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記加振部の振動速度を検出する第1のレーザー・ドップラー振動計と、
    前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第2のレーザー・ドップラー振動計と、
    前記第1,第2のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、
    前記検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求め
    前記取付具は、前記加振部に固定され雄ねじ部が突出されたブロック状の取付基部と、前記雄ねじ部を貫通させるようにして前記取付基部に結合され前記貫通した雄ねじ部にナットが締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなる
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
  2. 振動入力を行う加振部に取付具を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリを取り付け、該ヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を測定するヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記加振部の振動速度を検出する第1のレーザー・ドップラー振動計と、
    前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリのヘッド部の振動速度を検出する第2のレーザー・ドップラー振動計と、
    前記第1,第2のレーザー・ドップラー振動計の少なくとも一方から照射されるレーザー光を直交方向に反射させる反射部とを設け、
    前記検出した振動速度によりヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性を求め、
    前記取付具は、前記加振部に固定され雌ねじ部が形成されたブロック状の取付基部と、前記雌ねじ部に貫通孔を合わせるように前記取付基部に結合され前記貫通孔を貫通したボルトが前記雌ねじ部に締結されて前記結合が固定され前記ヘッド・ジンバル・アッセンブリを支持するマウント・ブロックとよりなる
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
  3. 請求項1又は2記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記取付基部は、矩形ブロック状又は円柱ブロック状に形成された
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
  4. 請求項1又は2記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記マウント・ブロックの断面形状を、矩形断面として取付具の全長を短く形成した
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
  5. 請求項記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記取付基部又はマウント・ブロックの少なくとも一方が、軽金属又は軽合金により形成された
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
  6. 請求項2記載のヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置であって、
    前記取付基部、マウント・ブロック、ボルトの何れかが、軽金属又は軽合金により形成された
    ことを特徴とするヘッド・ジンバル・アッセンブリの振動特性測定装置。
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