(57)【要約】【課題】アクチュエータ組立体とそれを採用したＨＤＤ及びそのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法を提供する。【解決手段】先端部とピボット軸との間に形成されたホールによって四節リンク構造を有するアクチュエータ組立体のアクチュエータアームであって、ホールは、実質的に台形形状を有し、ホールのピボット軸側に位置した二つの隅部には、それぞれ丸く拡張された第１拡張部と第２拡張部とが形成され、ホールの先端部側に位置した二つの隅部には、丸く拡張された第３拡張部が形成される。これら拡張部によって、アクチュエータアームには４つのヒンジが形成され、ホールの最適形状は、下記の式を満足するように決定される。Ｗ（ｃｏｓβ−１）＋Ｚ（ｃｏｓα−１）＝δｘ＝０Ｗｓｉｎβ＋Ｚｓｉｎα＝δｙ＝０【選択図】図５
2006134566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取り／書き込みヘッドを搭載したスライダーと、前記スライダーを支持するサスペンションと、ピボット軸に回動自在に結合され、その先端部に前記サスペンションが固定されるアクチュエータアームと、前記アクチュエータアームを回動させるボイスコイルモータとを備えるハードディスクドライブのアクチュエータ組立体において、
前記アクチュエータアームは、その先端部と前記ピボット軸との間に形成されたホールによって四節リンク構造を有し、
前記ホールは、実質的に台形形状を有し、前記ホールの前記ピボット軸側に位置した二つの隅部には、それぞれ丸く拡張された第１拡張部と第２拡張部とが形成され、前記ホールの前記先端部側に位置した二つの隅部には、丸く拡張された第３拡張部が形成され、前記第１拡張部、第２拡張部及び第３拡張部によって、前記アクチュエータアームには４つのヒンジＨ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４が形成され、
前記ホールの一側に形成された二つのヒンジＨ１及びＨ２を連結するＨ１−Ｈ２リンクに対応するポジションベクトルをＷ、前記ヒンジＨ２から見た読み取り／書き込みヘッドのポジションベクトルをＺ、前記ポジションベクトルＷの角度をβ、前記ポジションベクトルＺの角度をα、前記アクチュエータ組立体の主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの変位をδというとき、
前記ホールの形状を決定する設計因子が四節リンク構造に関する次の数式
【数１】
2006134566.tif 000024
【数２】
2006134566.tif 000025
を満足するように最適化されたことを特徴とするハードディスクドライブのアクチュエータ組立体。
【請求項２】
前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとは、前記ホールの設計因子のうち４つの変数と一つの定数とで表現された下記数式から求められ、
【数３】
2006134566.tif 000026
【数４】
2006134566.tif 000027
【数５】
2006134566.tif 000028
【数６】
2006134566.tif 000029
前記４つの変数は、前記ホールの第１拡張部の中心と第２拡張部の中心との間の距離ａと、前記ホールの第１拡張部の中心と第３拡張部の中心との間の垂直距離ｂと、前記ホールの第１拡張部及び第２拡張部の半径ｒ１と、前記ホールの第３拡張部の半径ｒ２と、を含み、前記一つの定数は、前記ホールの第３拡張部の中心と前記読み取り／書き込みヘッドとの間の垂直距離ｆであることを特徴とする請求項１に記載のハードディスクドライブのアクチュエータ組立体：
【請求項３】
ベース部材及びカバー部材と、
前記ベース部材上に設置されたスピンドルモータと、
前記スピンドルモータに装着されたデータ保存用ディスクと、
読み取り／書き込みヘッドを前記ディスク上の所定位置に移動させるための請求項１または２に記載のアクチュエータ組立体と、を備えることを特徴とするハードディスクドライブ。
【請求項４】
四節リンク構造を有するハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状を最適化する方法において、
前記ホールは、前記アクチュエータアームの先端部とピボット軸との間に実質的に台形に形成され、前記ホールの前記ピボット軸側に位置した二つの隅部には、それぞれ丸く拡張された第１拡張部と第２拡張部とが形成され、前記ホールの前記先端部側に位置した二つの隅部には、丸く拡張された第３拡張部が形成され、前記第１拡張部、第２拡張部及び第３拡張部によって、前記アクチュエータアームには、４つのヒンジＨ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４が形成され、
前記ホールの一側に形成された二つのヒンジＨ１及びＨ２を連結するＨ１−Ｈ２リンクに対応するポジションベクトルをＷ、前記ヒンジ  Ｈ２から見た読み取り／書き込みヘッドのポジションベクトルをＺ、前記ポジションベクトルＷの角度をβ、前記ポジションベクトルＺの角度をα、前記アクチュエータ組立体の主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの変位をδとするとき、
前記ホールの形状を決定する設計因子のうち、位置エラー信号にさらに大きい影響を及ぼす設計因子を選定するステップと、
選定された前記設計因子を利用して、前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとに関する数式を求めるステップと、
求められた数式と下記の四節リンク構造に関する数式
【数７】
2006134566.tif 000030
【数８】
2006134566.tif 000031
とを利用して、前記設計因子の最適値を求めるステップと、を備えることを特徴とするハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項５】
前記設計因子選定ステップは、
前記設計因子を２水準の要因設計方法を利用してデザインした後、位置エラー信号についてのデータを求めるステップと、
分散分析を通じて前記位置エラー信号についてのデータから各設計因子の重要度を表すＰ値を算出した後、算出されたＰ値によって、重要度が高い設計因子を選定するステップと、を含むことを特徴とする請求項４に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項６】
前記要因設計方法は、１／８部分要因設計方法であることを特徴とする請求項５に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項７】
選定された前記設計因子は、４つの変数と一つの定数とからなり、前記４つの変数は、前記ホールの第１拡張部の中心と第２拡張部の中心との間の距離ａと、前記ホールの第１拡張部の中心と第３拡張部の中心との間の垂直距離ｂと、前記ホールの第１拡張部と第２拡張部との半径ｒ１と、前記ホールの第３拡張部の半径ｒ２と、を含み、前記一つの定数は、前記ホールの第３拡張部の中心と前記読み取り／書き込みヘッドとの間の垂直距離ｆであることを特徴とする請求項４に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項８】
前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとに関する数式は、前記４つの変数と一つの定数とによって、
【数９】
2006134566.tif 000032
【数１０】
2006134566.tif 000033
【数１１】
2006134566.tif 000034
【数１２】
2006134566.tif 000035
のように表現されることを特徴とする請求項７に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項９】
前記設計因子の最適値を初期値として使用して、統計的な技法によって前記設計因子をさらに正確に最適化する２次最適化ステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項１０】
前記２次最適化ステップは、
反応表面分析法を通じて、前記設計因子の初期値から位置エラー信号及び主共振モードでの第１の曲げ固有振動周波数に関する数式を求めるステップと、
レスポンスオプチマイザを利用して、前記第１の曲げ固有振動周波数を一定である値に固定したとき、位置エラー信号を最小化する前記設計因子それぞれの最適値を求めるステップと、を含むことを特徴とする請求項９に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【請求項１１】
前記反応表面分析法では、３水準Ｂｏｘ−Ｂｅｈｎｋｅｎデザインが利用されることを特徴とする請求項１０に記載のハードディスクドライブのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブに係り、さらに詳細には、最適化された四節リンク構造のアクチュエータアームを備えたハードディスクドライブのアクチュエータ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの情報保存装置のうち、一つであるハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）は、読み取り／書き込みヘッドを使用してディスクから／にデータを再生／記録する装置である。このようなＨＤＤにおいて、前記ヘッドは、回転するディスクの記録面から所定高さに浮き上がった状態でアクチュエータに組立体によって所望の位置に移動しつつ、その機能を行う。
【０００３】
図１は、従来のＨＤＤのアクチュエータ組立体を示す平面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、ＨＤＤのアクチュエータ組立体１０は、データの記録／再生のための読み取り／書き込みヘッド１６をデータ保存用ディスク（図示せず）上の所定位置に移動させる役割を行う。前記アクチュエータ組立体１０は、ＨＤＤのベース部材（図示せず）に設置されたピボット軸１１に回転自在に結合されたアクチュエータアーム１２を有する。前記アクチュエータアーム１２の先端部には、前記ヘッド１６が搭載されたスライダー１５をディスクの表面側に付勢するように支持するサスペンション１４が固定され、アクチュエータアーム１２の中間部位には、その重さを減らすために、ほぼ三角形のホール１３が形成されている。そして、前記アクチュエータアーム１２の後端部には、ボイスコイル１７が結合されており、このボイスコイル１７に対向するようにマグネット１８が配置されている。前記ボイスコイル１７とマグネット１８とは、アクチュエータアーム１２を回転させるためのボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ  Ｃｏｉｌ  Ｍｏｔｏｒ）を構成する。
【０００５】
前記ＶＣＭは、サーボ制御システムによって制御され、ボイスコイル１７に入力される電流とマグネット１８によって形成された磁場との相互作用によって、フレミングの左手法則による方向にアクチュエータアーム１２を回転させる。すなわち、ＨＤＤの電源がオンになって、ディスクが回転し始めれば、ＶＣＭは、アクチュエータアーム１２を一方向に回転させて、前記読み取り／書き込みヘッド１６をディスクのデータ記録面上に移動させる。この状態で、前記読み取り／書き込みヘッド１６は、ディスクのデータ記録面に設けられた所定のトラックに沿ってデータを記録／再生する。一方、ＨＤＤの電源がオフになって、ディスクの回転が停止すれば、ＶＣＭは、アクチュエータアーム１２を逆方向に回転させて、前記読み取り／書き込みヘッド１６がディスクのデータ記録面を外れるようにする。
【０００６】
最近、ディスクのデータ記録密度が上昇するにつれて、トラックの幅が次第に狭くなり、これにより、読み取り／書き込みヘッドの位置制御に対する精度を高める必要がある。読み取り／書き込みヘッドに対する位置制御の精度は、ディスクの回転やアクチュエータアーム動作による振動及びＨＤＤへの外部からの衝撃によるアクチュエータアーム振動に大きく影響を受ける。このような要因によって、アクチュエータアームに振動が発生すれば、位置エラー信号（ＰＥＳ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｉｇｎａｌ）の発生する頻度が増加してデータ再生及び記録に対する信頼性が低下する。したがって、このようなＰＥＳを減少させるためには、読み取り／書き込みヘッドの位置制御に対する帯域幅を広めるか、またはアクチュエータアーム振動を低減させる必要がある。
【０００７】
前記帯域幅を広めるに際しては、アクチュエータアームの主共振モードが大きく影響を与える。アクチュエータアームの主共振モードは、アクチュエータアームのベンディング変形による振動モードを意味し、これは、バタフライモードともいう。したがって、アクチュエータアームの主共振モードの共振周波数を高めることによって、前記帯域幅を広めうる。従来には、前記のように、アクチュエータアームにホールを形成して軽量化し、その剛性を高めて共振周波数をある程度高めてきた。しかし、アクチュエータアームの軽量化及び高剛性化は、互いにトレードオフの関係にあるので、共振周波数を十分に高め難い。また、アクチュエータアームの軽量化及び高剛性化は、アクチュエータ組立体の耐衝撃特性を悪化させる恐れがある。したがって、共振周波数を高めて読み取り／書き込みヘッドの位置制御に対する帯域幅を広めることは、既に限界に到達している。
【０００８】
一方、アクチュエータアームの主共振モードは、アクチュエータ組立体の作動によって引き起こされる。すなわち、アクチュエータ組立体の作動のためにボイスコイルに所定の電流が入力されるとき、その出力として読み取り／書き込みヘッドが変位される。このとき、読み取り／書き込みヘッドの変位が大きいほど、ＰＥＳが増加する。したがって、ＰＥＳを低減させるためには、読み取り／書き込みヘッドの変位を最小化する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、四節リンク構造のアクチュエータアームの設計因子を最適化して読み取り／書き込みヘッドの変位を最小化することによってＰＥＳを低減できるアクチュエータ組立体とそれを採用したＨＤＤ及びそのアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するための本発明によるＨＤＤのアクチュエータ組立体は、読み取り／書き込みヘッドを搭載したスライダーと、前記スライダーを支持するサスペンションと、ピボット軸に回動自在に結合され、その先端部に前記サスペンションが固定されるアクチュエータアームと、前記アクチュエータアームを回動させるＶＣＭと、を備えるＨＤＤのアクチュエータ組立体において、前記アクチュエータアームは、その先端部と前記ピボット軸との間に形成されたホールによって四節リンク構造を有し、前記ホールは、実質的に台形形状を有し、前記ホールの前記ピボット軸側に位置した二つの隅部には、それぞれ丸く拡張された第１拡張部と第２拡張部とが形成され、前記ホールの前記先端部側に位置した二つの隅部には、丸く拡張された第３拡張部が形成され、前記第１拡張部、第２拡張部及び第３拡張部によって、前記アクチュエータアームには、４つのヒンジＨ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４が形成され、前記ホールの一側に形成された二つのヒンジＨ１及びＨ２を連結するＨ１−Ｈ２リンクに対応するポジションベクトルをＷ、前記ヒンジＨ２から見た読み取り／書き込みヘッドのポジションベクトルをＺ、前記ポジションベクトルＷの角度をβ、前記ポジションベクトルＺの角度をα、前記アクチュエータ組立体の主共振モードでの前記読み取り／書き込みヘッドの変位をδとするとき、前記ホールの形状を決定する設計因子が四節リンク構造に関する下記の数式を満足するように最適化されたことを特徴とする。
【００１１】
【数１３】
2006134566.tif 000003
【００１２】
【数１４】
2006134566.tif 000004
【００１３】
本発明において、前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとは、前記ホールの設計因子のうち、４つの変数と一つの定数とで表現された下記式から求められ、前記４つの変数は、前記ホールの第１拡張部の中心と第２拡張部の中心との間の距離ａと、前記ホールの第１拡張部の中心と第３拡張部の中心との間の垂直距離ｂと、前記ホールの第１拡張部と第２拡張部の半径ｒ１と、前記ホールの第３拡張部の半径ｒ２と、を含み、前記一つの定数は、前記ホールの第３拡張部の中心と前記読み取り／書き込みヘッドとの間の垂直距離ｆであることが望ましい。
【００１４】
【数１５】
2006134566.tif 000005
【００１５】
【数１６】
2006134566.tif 000006
【００１６】
【数１７】
2006134566.tif 000007
【００１７】
【数１８】
2006134566.tif 000008
【００１８】
そして、前記の技術的課題を達成するための本発明によるＨＤＤは、ベース部材及びカバー部材と、前記ベース部材上に設置されたスピンドルモータと、前記スピンドルモータに装着されたデータ保存用ディスクと、読み取り／書き込みヘッドを前記ディスク上の所定位置に移動させるためのものであって、前記構成を有するアクチュエータ組立体と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記課題を達成するための本発明による四節リンク構造を有するＨＤＤのアクチュエータアームに形成されるホールの形状を最適化する方法は、前記ホールの形状を決定する設計因子のうち、ＰＥＳにさらに大きい影響を及ぼす設計因子を選定するステップと、選定された前記設計因子を利用して、前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとに関する式を求めるステップと、求められた式及び四節リンク構造に関する前記式を利用して、前記設計因子の最適値を求めるステップと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記設計因子選定ステップは、前記設計因子を２水準の要因設計（ＦＤ：Ｆａｃｔｏｒｉａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ）方法を利用してデザインした後、ＰＥＳに対するデータを求めるステップと、分散分析（ＡＮＯＶＡ：Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｏｆ  Ｖａｒｉａｎｃｅ）を通じて前記ＰＥＳに対するデータから各設計因子の重要度を表すＰ値を算出した後、算出されたＰ値によって重要度が高い設計因子を選定するステップと、を含みうる。
【００２１】
ここで、前記要因設計（ＦＤ）方法は、１／８部分要因設計（ＦＦＤ：Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  Ｆａｃｔｏｒｉａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ）方法であることが望ましい。
【００２２】
そして、選定された前記設計因子は、４つの変数と一つの定数とからなり、前記４つの変数は、前記ホールの第１拡張部の中心と第２拡張部の中心との間の距離ａと、前記ホールの第１拡張部の中心と第３拡張部の中心との間の垂直距離ｂと、前記ホールの第１拡張部及び第２拡張部の半径ｒ１と、前記ホールの第３拡張部の半径ｒ２と、を含み、前記一つの定数は、前記ホールの第３拡張部の中心と前記読み取り／書き込みヘッドとの間の垂直距離ｆでありうる。
【００２３】
この場合、前記ポジションベクトルＷ及びＺとそのそれぞれの角度β及びαとに関する式は、前記４つの変数と一つの定数とによって、前記のように表現されうる。
【００２４】
そして、本発明によるアクチュエータアームに形成されるホールの形状最適化方法は、前記設計因子の最適値を初期値として使用して、統計的技法によって前記設計因子をさらに正確に最適化する２次最適化ステップをさらに備えうる。
【００２５】
本発明において、前記２次最適化ステップは、反応表面分析法（ＲＳＭ：Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）を通じて前記設計因子の初期値からＰＥＳと主共振モードでの第１の曲げ固有振動周波数とに関する数式を求めるステップと、レスポンスオプチマイザを利用して、前記第１の曲げ固有振動周波数を一定の値に固定したとき、ＰＥＳを最小化する前記設計因子それぞれの最適値を求めるステップと、を含みうる。
【００２６】
本発明において、前記ＲＳＭでは、４因子３水準のＢｏｘ−Ｂｅｈｎｋｅｎデザインが利用されうる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によるアクチュエータ組立体は、最適化された四節リンク構造のアクチュエータアームを備えることによって、主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの変位を最小化しうる。したがって、ＨＤＤの作動時、ＰＥＳが低減して読み取り／書き込み特性及び信頼性が向上する。
【００２８】
そして、本発明によるアクチュエータ組立体は、合理的な公差内で量産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明によるＨＤＤのアクチュエータ組立体の望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表す。そして、本発明は、多様な直径を有するＨＤＤに適用されうるが、説明の便宜のために、デスクトップコンピュータに使われる３．５インチの直径を有するＨＤＤを基準として、本発明の実施形態を示して説明する。
【００３０】
図２は、本発明の望ましい実施形態によるアクチュエータ組立体を有するＨＤＤを概略的に示す分解斜視図であり、図３は、図２に示された本発明によるアクチュエータ組立体を示す平面図である。
【００３１】
図２及び図３を共に参照すれば、ＨＤＤには、ベース部材１１１及びカバー部材１１２と、データ記録媒体であるディスク１２０と、前記ディスク１２０を回転させるためのスピンドルモータ１３０と、読み取り／書き込みヘッド１４６をディスク１２０上の所定位置に移動させるためのアクチュエータ組立体１４０と、が備えられる。
【００３２】
前記スピンドルモータ１３０及びアクチュエータ組立体１４０は、前記ベース部材１１１上に設置される。そして、前記カバー部材１１２は、複数のカバー締結スクリュー１１９を使用してベース部材１１１の上部に組立てられ、前記ディスク１２０、スピンドルモータ１３０及びアクチュエータ組立体１４０を覆い包んで保護する役割を行う。そして、前記ベース部材１１１とカバー部材１１２との間には、ガスケット１１４が設置されてＨＤＤの内部を密封する。
【００３３】
前記スピンドルモータ１３０には、データ保存用ディスク１２０が結合される。前記ディスク１２０が二つ以上である場合には、ディスク１２０間の間隔を維持させるためのディスクスペーサ１５０がこれら間に介在される。そして、前記ディスク１２０をスピンドルモータ１３０に堅固に固定させるためのディスククランプ１６０がクランプ締結スクリュー１６２によって前記スピンドルモータ１３０の上端部に結合される。
【００３４】
前記アクチュエータ組立体１４０は、アクチュエータアーム１４２と、サスペンション１４４と、読み取り／書き込みヘッド１４６が搭載されたスライダー１４５と、ＶＣＭ１４９と、を備える。前記アクチュエータアーム１４２は、ベース部材１１１に設置されたピボット軸１４１に回転自在に結合される。前記サスペンション１４４は、アクチュエータアーム１４２の先端部に固定結合されて、前記読み取り／書き込みヘッド１４６が搭載されたスライダー１４５をディスク１２０の表面側に付勢するように支持する。前記ＶＣＭ１４９は、前記アクチュエータアーム１４２を回転させるための駆動力を提供するものであって、アクチュエータアーム１４２の後端部に結合されたボイスコイル１４７と、このボイスコイル１４７に対向するように配置されたマグネット１４８と、を備える。
【００３５】
前記ＶＣＭ１４９は、サーボ制御システムによって制御され、ボイスコイル１４７に入力される電流とマグネット１４８によって形成された磁場との相互作用によってフレミングの左手法則による方向にアクチュエータアーム１４２を回転させる。詳細に説明すれば、ＨＤＤの電源がオンになって、ディスク１２０が回転し始めれば、ＶＣＭ１４９は、アクチュエータアーム１４２を一方向に回転させて前記読み取り／書き込みヘッド１４６をディスク１２０のデータ記録面上に移動させる。この状態で、前記読み取り／書き込みヘッド１４６は、ディスク１２０のデータ記録面に設けられた所定のトラックに沿ってデータを記録／再生する。一方、ＨＤＤの電源がオフになって、ディスク１２０の回転が停止すれば、ＶＣＭ１４９は、アクチュエータアーム１４２を逆方向に回転させて前記読み取り／書き込みヘッド１４６がディスク１２０のデータ記録面を外れるようにする。
【００３６】
本発明によるアクチュエータ組立体１４０において、前記アクチュエータアーム１４２には、基本的に、四節リンク構造が適用される。このために、前記アクチュエータアーム１４２には、その先端部とピボット軸１４１との間に所定形状のホール１４３が形成される。前記ホール１４３は、アクチュエータアーム１４２の先端部側に行きつつ、次第にその幅が狭くなるほぼ台形形状を有する。そして、ほぼ台形形状を有するホール１４３の隅部には、丸く拡張された拡張部１４３１，１４３２，１４３３が形成される。具体的には、前記ピボット軸１４１側に位置した前記ホール１４３の二つの隅部には、それぞれ第１拡張部１４３１と第２拡張部１４３２とが形成され、前記アクチュエータアーム１４２の先端部側に位置した前記ホール１４３の他の二つの隅部には、丸く拡張された一つの第３拡張部１４３３が形成される。
【００３７】
このような形状のホール１４３によって、前記アクチュエータアーム１４２は、四節リンク構造を有する。これについては、後で再び説明する。
【００３８】
図４は、本発明によるアクチュエータ組立体のアクチュエータアームに適用された四節リンクの一般的な構造を示す図面である。
【００３９】
まず、図４の左側図面を参照すれば、四節リンク構造は、４つのヒンジＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を相互連結する４つのリンク、すなわちＨ１−Ｈ２、Ｈ２−Ｈ３、Ｈ３−Ｈ４及びＨ４−Ｈ１を有する。ここで、一つのリンクＨ４−Ｈ１は、実質的にグラウンドである。図４において、Ｗは、Ｈ１−Ｈ２及びＨ３−Ｈ４のリンクによって生成されたポジションベクトルを表し、Ｚは、Ｈ２のヒンジから見たＰ点のポジションベクトルを表す。そして、αは、前記Ｚベクトルの角度を表し、βは、前記Ｗベクトルの角度を表す。
【００４０】
前記四節リンク構造において、前記Ｐ点の変位δは、下記［数１９］によって表せる。
【００４１】
【数１９】
2006134566.tif 000009
【００４２】
前記［数１９］を利用すれば、前記α値とβ値とがある範囲内で変わるとき、各リンクの長さを適正に調節することによって、図４の右側図面のように、Ｐ点の変位δを最小化できることがわかる。
【００４３】
再び、図３を参照すれば、前記ホール１４３によってアクチュエータアーム１４２は、左側及び右側の二つの部分１４２１，１４２２に区分され、この二つの部分１４２１，１４２２それぞれの両端部は、前記ホール１４３の第１拡張部１４３１、第２拡張部１４３２及び第３拡張部１４３３によってその幅が狭くなって、前述した四節リンク構造のヒンジ  Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４として作用する。
【００４４】
図５は、図３に示されたアクチュエータアームに形成されたホールの形状を決定する設計因子を説明するための図面であり、図６は、図５に示された設計因子と四節リンク構造とを対比して示す図面である。
【００４５】
図５及び図６を共に参照すれば、前記のように、アクチュエータアーム１４２に形成されるホール１４３によって四節リンク構造がなされるので、前記ホール１４３の形状を決定する設計因子を適正化する必要がある。
【００４６】
図示したように、前記設計因子のうち、変数は、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｒ１及びｒ２がある。ここで、ａは、前記ホール１４３のピボット軸１４１側の端部に形成された第１拡張部１４３１及び第２拡張部１４３２それぞれの中心間の距離を表し、ｂは、前記ホール１４３の台形の下辺の長さを表し、ｃは、前記ホール１４３の台形の上辺の長さを表す。そして、ｄは、前記ホール１４３のピボット軸１４１側の端部に形成された第１拡張部１４３１の中心と前記ホール１４３の先端部に形成された第３拡張部１４３３の中心との間の垂直距離を表し、ｅは、前記ホール１４３のピボット軸１４１側の端部に形成された第１拡張部１４３１の中心とピボット軸１４１の中心との間の垂直距離を表す。また、ｒ１は、前記ホール１４３のピボット軸１４１側の端部に形成された第１拡張部１４３１及び第２拡張部１４３２の半径を表し、ｒ２は、前記ホール１４３の先端部に形成された第３拡張部１４３３の半径を表す。
【００４７】
一方、図面に表示された設計因子ｆ及びＬは、それぞれ前記ホール１４３の先端部に形成された第３拡張部１４３３の中心とＰ点で表示された読み取り／書き込みヘッド１４６との間の垂直距離及びピボット軸１４１の中心と読み取り／書き込みヘッド１４６との間の垂直距離をそれぞれ表すものであって、ディスク１２０の直径によって決定される定数である。
【００４８】
しかし、前記７つの設計因子の全てを利用して前記ホール１４３の形状を決定するのは複雑すぎるので、下記の過程を通じてＰＥＳにとって大きい影響を及ぼす設計因子を確認してみた。
【００４９】
このために、本発明では、一般的に使われる統計学上のＦＤ方法が使われた。下記の［表１］には、アクチュエータアーム１４２の全体サイズと発明者の経験値とを適用して適正に設定した７つの設計因子それぞれに対する最大値及び最小値が提示されている。
【００５０】
【表１】
2006134566.tif 000010
【００５１】
しかし、２水準で７つの設計因子を組合わせると、２７個となって過度に多いので、本発明では、１／８ＦＦＤ方法を使用した。
下記の［表２］には、１／８ＦＦＤ方法による設計因子の１６個の組合わせと、それぞれの場合に対する実験結果としてのＰＥＳとが提示されている。
【００５２】
【表２】
2006134566.tif 000011
【００５３】
前記［表２］に提示された結果を参照すれば、四節リンク構造を有する本発明によるアクチュエータアーム１４２を有するアクチュエータ組立体１４０でのＰＥＳは、約１５．４〜１６．８の範囲内にあることが分かる。これは、図１に示された従来のアクチュエータアームを有するアクチュエータ組立体でのＰＥＳが約１７．４であるのに比べて、大きく低くなっている。
【００５４】
図７Ａないし図７Ｄは、アクチュエータアームに形成されたホールの形状による主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの振幅を示す図面である。図７Ａ及び図７Ｂは、前記１６個の実験結果のうち、ＰＥＳが最も高く現れた２つの場合（１番と７番）での読み取り／書き込みヘッド１４６の振幅を表し、図７Ｃ及び図７Ｄは、前記１６個の実験結果のうち、ＰＥＳが最も低く現れた２つの場合（１０番と１６番）での読み取り／書き込みヘッド１４６の振幅を示す。
【００５５】
前記図面を参照すれば、主共振モードにおいて、アクチュエータアーム１４２に形成されたホール１４３の形状によって、読み取り／書き込みヘッド１４６の変位、すなわち、振幅が変わるということが分かる。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂそれぞれに示された１番及び７番の実験結果における読み取り／書き込みヘッド１４６の振幅に比べて、図７Ｃ及び図７Ｄそれぞれに示された１０番及び１６番の実験結果における読み取り／書き込みヘッド１４６の振幅が少ないということが分かる。
【００５６】
このように、四節リンク構造が適用されたアクチュエータアーム１４２に形成されたホール１４３の形状によって、読み取り／書き込みヘッド１４６の振幅に差があるので、前記ホール１４３の形状を決定する設計因子を最適化することによって、読み取り／書き込みヘッド１４６の変位を最小化でき、これにより、ＰＥＳをさらに低減しうる。
【００５７】
前述したように、前記７つの設計因子のうち、ＰＥＳによって大きい影響を及ぼす設計因子を探すために、前記［表２］に提示された結果を利用して、ＡＮＯＶＡを通じて各設計因子の重要度を表すＰ値を算出した後、その結果を下記の［表３］に表した。
【００５８】
【表３】
2006134566.tif 000012
【００５９】
前記［表３］で、Ｐ値が低いほどその設計因子の重要度が高いということを意味する。前記［表３］に表した結果を参照すれば、７つの設計因子のうち、ａ、ｅ及びｒ１がＰＥＳにさらに大きい影響を及ぼす設計因子であるということが分かる。
【００６０】
本発明者は、前記ホール１４３の形状を最適化するために、前記３つの設計因子、すなわち、ａ、ｅ及びｒ１に付加してＰＥＳに大きい影響を及ぼさないが、ホール１４３の形状に多くの影響を及ぼす設計因子ｒ２を採択した。
【００６１】
ここで、Ｌ＝ｆ＋ｄ＋ｅであるが、Ｌ及びｆは、初期設計ステップで決定される定数であるので、設計因子ｄが決定されれば、ｅも決定される。したがって、前記設計因子ｅをｄに代替できる。
【００６２】
本発明は、前記のように採択された４つの設計因子、すなわち、ａ、ｄ（ｅ）、ｒ１及びｒ２の最適値を算出できる下記の数式を提供する。
まず、前記［数１９］を実数部と虚数部とに分離して、下記の［数２０］及び［数２１］を導出した。
【００６３】
【数２０】
2006134566.tif 000013
【００６４】
【数２１】
2006134566.tif 000014
【００６５】
そして、前記［数２０］及び［数２１］に使われたベクトルＷ及びＺと、このベクトルの角度α及びβとを上で採択された４つの設計因子、すなわち、ａ、ｄ（ｅ）、ｒ１及びｒ２のみを使用して下記の［数２２］ないし［数２５］で表せる。一方、下記の［数２２］及び［数２３］に使われたｆは、前述したように定数である。
【００６６】
【数２２】
2006134566.tif 000015
【００６７】
【数２３】
2006134566.tif 000016
【００６８】
【数２４】
2006134566.tif 000017
【００６９】
【数２５】
2006134566.tif 000018
【００７０】
前記数式を満足するように設計因子を算出する。具体的に、前記［数２２］ないし［数２５］を［数２０］及び［数２３］にそれぞれ代入して計算すれば、読み取り／書き込みヘッド１４６の変位、すなわち、Ｐ点の変位が最小化される各設計因子の最適値を求める。このとき、まず、二つの設計因子を適正に設定して前記数式に代入すれば、残りの二つの設計因子は、前記数式によって計算されうる。
【００７１】
前記過程を通じて３．５インチの直径を有するＨＤＤにおける前記４つの設計因子を最適化した結果、下記の［表４］のようなデータが得られた。
【００７２】
【表４】
2006134566.tif 000019
【００７３】
前記［表４］で、設計因子ｅは、まず、前記数式によってｄを求めた後、前述したように、関係式ｅ＝Ｌ−ｆ−ｄを利用して計算される。そして、設計因子ａ、ｅ、ｒ１及びｒ２それぞれの最小値及び最大値は、それぞれの計算値（中心値）を基準として適正な余裕を勘案したものである。一方、前述したように、ＰＥＳに大きい影響を及ぼさない設計因子ｂ及びｃは、設計者の経験によって適正に設定された。
【００７４】
前記のように、本発明によるアクチュエータ組立体１４０は、四節リンク構造のアクチュエータアーム１４２を備え、前記数式から求められた設計因子の最適値によってアクチュエータアーム１４２にホール１４３を形成することによって、主共振モードでの読み取り／書き込みヘッド１４６の変位を最小化しうる。したがって、ＨＤＤの作動時、ＰＥＳが低減されて読み取り／書き込み特性及び信頼性が向上する。
【００７５】
一方、前記［表４］に提示された設計因子の最適値を使用して、統計的技法によって、これらに対するさらに正確な最適値を求めうる。以下では、よく知らされた統計学上のＲＳＭを使用してアクチュエータアーム１４２に形成されるホール１４３の形状を決定する設計因子をさらに正確に最適化する方法を説明する。
【００７６】
まず、設計因子の最適化のためにＢｏｘ−Ｂｅｈｎｋｅｎ３水準ＲＳＭを適用できるように、前述したように、前記［表４］に提示された設計因子それぞれに適正な最大値及び最小値を付与した。具体的なＢｏｘ−Ｂｅｈｎｋｅｎデザイン及びそれを利用した実験結果として、ＰＥＳと主共振モードでの第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１とが下記の［表５］に提示されている。下記の［表５］で、−１、０及び１は、それぞれ設計因子の最小値、中心値及び最大値を表す。
【００７７】
【表５】
2006134566.tif 000020
【００７８】
前記［表５］に提示された結果を利用すれば、反応表面回帰分析を通じて、下記のようにＰＥＳと第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１とに関する［数２６］及び［数２７］が得られる。
【００７９】
【数２６】
2006134566.tif 000021
【００８０】
【数２７】
2006134566.tif 000022
【００８１】
前記［数２６］及び［数２７］を参照すれば、設計因子に対する最適値が決定されれば、これによるＰＥＳと第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１とを十分に予測できるということが分かる。
【００８２】
一方、設計因子の最適化によって、第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１は変わる。アクチュエータ組立体の第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１は、ＨＤＤの衝撃性能に決定的な要素であって、ＰＥＳを減らすための設計因子の最適化において制限条件となる。言い換えれば、ＰＥＳを減らすための設計因子の最適化において、衝撃性能は、必ず考慮せねばならない必要がある。
【００８３】
図８は、設計因子の最適化のためのミニタブレスポンスオプチマイザを示す図面である。
【００８４】
図８に示したように、ミニタブレスポンスオプチマイザを利用すれば、第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１を、優秀な衝撃特性を表すと知られた１７００Ｈｚに固定したとき、ＰＥＳを最小化できる設計因子の最適値を求めうる。
【００８５】
このように求められた設計因子の最適値は、下記の［表６］に提示されており、この場合、ＰＥＳは、約１５．５であり、第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１は、約１７００Ｈｚである。
【００８６】
【表６】
2006134566.tif 000023
【００８７】
図９は、本発明によるアクチュエータ組立体における主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの変位を従来の技術と比較して示す図面である。
【００８８】
図９を参照すれば、アクチュエータアームが前記過程を通じて最適化された四節リンク構造を有すれば、読み取り／書き込みヘッドの変位が従来の技術に比べてはるかに小さくなるということが分かる。
【００８９】
図１０は、本発明によるアクチュエータ組立体のボード線図を従来の技術と比較して示すグラフである。
【００９０】
図１０を参照すれば、従来の技術に比べて、本発明によるアクチュエータ組立体は、４ｋＨｚ付近で重要なゲイン減少を示すということが分かる。
【００９１】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明によるアクチュエータ組立体の量産可能性を解析した結果を示すグラフである。
【００９２】
本発明によるアクチュエータ組立体のアクチュエータアームは、金属、例えば、アルミニウム材料を加工して製造されるので、前記設計因子の最適値に対して加工公差が存在する。したがって、設計因子の最適値は、加工公差内で変わるので、ＰＥＳも第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１も変わる。ここで、加工公差は、前記［表６］に提示されたように、約±０．１ｍｍである。
【００９３】
本発明によるアクチュエータ組立体の量産可能性を調べるために、前記設計因子の最適値を前記加工公差内でランダムに変更して、前記［数２６］及び［数２７］を通じてＰＥＳと第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１とを計算した。その結果は、図１１Ａ及び図１１Ｂにそれぞれ現れている。
【００９４】
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、本発明によるアクチュエータアームが合理的な加工公差内で製造される場合、ＰＥＳ及び第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１は、設定された上限値（ＵＳＬ：Ｕｐｐｅｒ  Ｓｐｅｃ  Ｌｉｍｉｔ）及び下限値（ＬＳＬ：Ｌｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃ  Ｌｉｍｉｔ）内に分布し、目標とした特性を維持できるということが分かる。そして、ＰＥＳの散布は、６．０９σであり、第１の曲げ固有振動周波数Ｂ１の散布は、５．７９σと現れ、本発明によるアクチュエータアームの量産可能性が立証された。
【００９５】
本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、ＨＤＤに関連した技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】従来のＨＤＤのアクチュエータ組立体を示す平面図である。
【図２】本発明の望ましい実施形態によるアクチュエータ組立体を有するＨＤＤを概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図２に示された本発明によるアクチュエータ組立体を示す平面図である。
【図４】本発明によるアクチュエータ組立体のアクチュエータアームに適用された四節リンクの一般的な構造を示す図面である。
【図５】図３に示されたアクチュエータアームに形成されたホールの形状を決定する設計因子を説明するための図面である。
【図６】図５に示された設計因子と四節リンク構造とを対比して示す図面である。
【図７Ａ】アクチュエータアームに形成されたホールの形状による主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの振幅を示す図面である。
【図７Ｂ】アクチュエータアームに形成されたホールの形状による主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの振幅を示す図面である。
【図７Ｃ】アクチュエータアームに形成されたホールの形状による主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの振幅を示す図面である。
【図７Ｄ】アクチュエータアームに形成されたホールの形状による主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの振幅を示す図面である。
【図８】設計因子の最適化のためのミニタブレスポンスオプチマイザを示すグラフである。
【図９】本発明によるアクチュエータ組立体における主共振モードでの読み取り／書き込みヘッドの変位を従来の技術と比較して示す図面である。
【図１０】本発明によるアクチュエータ組立体のボード線図を従来の技術と比較して示すグラフである。
【図１１Ａ】本発明によるアクチュエータ組立体の量産可能性を解析した結果を示すグラフである。
【図１１Ｂ】本発明によるアクチュエータ組立体の量産可能性を解析した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１４１  ピボット軸
１４２  アクチュエータアーム
１４２１，１４２２  アームの二つの部分
１４３  ホール
１４３１  第１拡張部
１４３２  第２拡張部
１４３３  第３拡張部
１４４  サスペンション
１４５  スライダー
１４６  読み取り／書き込みヘッド
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４  ヒンジ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｒ１，ｒ２  変数
【図１】
2006134566.tif 000036
【図２】
2006134566.tif 000037
【図３】
2006134566.tif 000038
【図４】
2006134566.tif 000039
【図５】
2006134566.tif 000040
【図６】
2006134566.tif 000041
【図８】
2006134566.tif 000042
【図１０】
2006134566.tif 000043
【図１１Ａ】
2006134566.tif 000044
【図１１Ｂ】
2006134566.tif 000045
【図７Ａ】
2006134566.tif 000046
【図７Ｂ】
2006134566.tif 000047
【図７Ｃ】
2006134566.tif 000048
【図７Ｄ】
2006134566.tif 000049
【図９】
2006134566.tif 000050