ＫＴ法・ＴＲＩＺのコラボレーションによるハードディスクドライブ信頼性向上の実務適用例

津波古 和司（株）日立グローバルストレージテクノロジーズ
Ｃ＆Ｃ ＨＤＤ開発本部 先行プラットフォーム開発室

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1. 背景3.5型デスクトップ ＨＤＤは、NRROの低減のためにエアースポイラを採用②空気の流れ③ディスク・トップカバ

エアースポイラ①ディスクの回転フラッタ

エアースポイラディスク
スピンドルモータベース

３．５“ハードディスクでは昔からエアースポイラを使用しているが、エアースポイラが大きくなるにつれて、塵埃起因の付着量が増加傾向
試作品Ｊではエアースポイラがさらに大きくなるため、エアースポイラの形状、材質と塵埃付着メカニズム究明、対策が必要
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2. エアースポイラの役割と問題点
試作品評価における塵埃による傷発生比較 （試作品G / 試作品K)
エアースポイラ位置発生率

傷発生数傷発生数

発生率

OD

試作品 Ｇ 傷発生位置

ID

エアースポイラ位置

OD

ID

試作品 Ｋ 傷発生位置

メディアの傷の発生は、エアースポイラ直下で多い傾向に見える。
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33-1. ODスクラッチ問題のＰＡ １／３

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3-2. ODスクラッチ問題のＰＡ ２／３

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3-3. ODスクラッチ問題のＰＡ ３／３

高密度化やＤｉｓｋの表面の問題であると、スポイラー面で発生が多いと言うことを説明がつかない。
一方、スポイラー同様にＤｉｓｋ面にあるアクチュエータの存在とは関係無しに問題はエアースポイラーのある面に偏っていることが矛盾しているようにも思える。

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64-1. 塵埃付着量の少ないエアースポイラの形状提案
なぜ エアースポイラがディスクへの塵埃付着を加速させるのか？
エアースポイラ形状に着眼
 2次元の流体解析 (ANSYS)

ディスク回転速度 ： 30m/s （ディスク中心から40mm付近）
エアースポイラ
テーパ無

Disk

Disk

カルマン渦の発生

流体：空気 (室温)Disk

エアースポイラ
テーパ有り

Disk

テーパ無しエラースポイラは、カルマン渦が発生し塵埃付着を促進
テーパ 有りエアースポイラは、カルマン渦を低減し塵埃付着を抑制

この仮定を元に実機での検証を行なった
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4-2. 塵埃付着量の少ないエアースポイラの形状提案
シミュレーションを検証のため実機による塵埃投入試験を実施
 塵埃付着試験に使用したエアースポイラ
断面形状

3 枚ディスクモデルエアースポイラ(2Fin)

トップカバ①2フィンタイプ

テーパなし

D#3
D#2
D#1

ディスクベース②2フィンタイプ
(テーパ 2mm)

テーパあり
2mm

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5. テーパ付きエアースポイラ評価結果

ディスク付着塵埃量（HDD当たり）

 テーパ付きエアースポイラによる塵埃付着測定結果
40000
38000
36000
34000
32000
30000
28000
26000
24000
22000
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0TotalSTN POR vs Machining & Taper2mm Total
32673

32089

40%減
20812
17363

STN3D-1

STN3D-2

STN3D-1

テーパ無タイプ
POR
32673

32089

STN3D-2
テーパ有タイプ
Machining& Taper2mm
17363
20812

シミュレーションどうりテーパ 付きエアースポイラがカルマン渦の発生を抑制し、塵埃付着を低減できることを確認した。
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6. 大型エアースポイラ の導入
新製品ではNRRO改善のためエアースポイラーを大型化
 塵埃付着増加の懸念

R2

5

新製品 エアースポイラ
トップカバ
D#5
D#4
D#3
D#2
D#1

エアースポイラ

ディスク

ベース

従来型 エアースポイラ
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7. 「心理的障壁」の打破
パフォーマンスを上げるためには、スポイラーをもっと長くしなくてはいけない。

塵埃のディスクへの付着をもっと減らしてよ！
何が本当は求められているのだろう

カルマン渦だけが付着を加速しているのではないのではないか？ ゼロベース思考で考え直そう！

ＨＤＩ技術者

カルマン渦
カルマン渦
カルマン渦
…

もう打つ手はないよ…

機械技術者

TRIZ は技術者の心理的障壁を打破するためのツール
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8. HDD用語とTRIZ 矛盾 パラメータとの相関表
Key Word of HDD parameter

TRIZ 48 Parameters

Bit length on the Disk

静止物体の長さ・角度

Error Rate

時間の損失 (26)、情報の損失 (28)、信頼性/ロバスト性 (35)

Seek Time

移動物体の動作時間 (12)Weight Saving

静止物体の重量 (2)Sound

雑音（29)

Thermal Stability

安定性（21)

Track Per Inch

情報の量

Reliability

情報の損失 (28)、信頼性/ロバスト性 (35)

Write Fault Frequency

情報の損失 （２８）、時間の損失 (26)Power Consumption

エネルギーの損失 (27)

Positioning Accuracy

信頼性/ロバスト性 (35)

Rotational Waiting Time

時間の損失

Cost

生産性 (44)

Radiation

温度 (22)Detectability of media defect

検出/測定の能力 (47)Test Time

Loss of Time (26)、Productivity (44)

(4)

(11)

(26)

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9. 矛盾マトリックスの適用••

エアースポイラーの大型化は、ＯＤゾーンにおけるスクラッチによるデータ破壊を加速する。
発明原理からの矛盾マトリックス– 4 x 28 （静止物体の長さ／情報の損失）• 28：メカニズムの代替• 24:
仲介
物体またはシステムと相互作用する電気的、磁気的、あるいは電磁気•
3:
局所的性質的な「場」を利用する。
• 13:
逆発想
=> 導電性エアースポイラー– 4 x 35 （静止物体の長さ／信頼性）• 35：
パラメータの変更• 31:
多孔質材料• 29:
空気圧と水圧の利用• 17：
もうひとつの次元システムの各部分を局所的に最適化された状態で機能できるようにする。

=> テーパ付
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1310. 導かれたアイデアのトライアル
 塵埃付着試験に使用したエアースポイラ
全体形状

名称

材質

表面抵抗

断面形状

ポリカーボネイト

1 E16（絶縁体）

テーパなし

試作品J

1 E1~E3

炭素繊維強化プラスチック（導電体）
テーパあり

試作品J
テーパ付

試作品G

ポリカーボネイト

1 E16（絶縁体）

ポリカーボネイト

1 E16（絶縁体）

2mm

テーパなし

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1411. 塵埃付着評価結果

ディスク付着塵埃量（HDD当たり）

 新施策品エアースポイラ塵埃付着量測定結果

60%減

スポイラタイプ導電性エアースポイラで大幅な塵埃付着低減を確認

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1512. TRIZから導かれた塵埃付着メカニズム

静電気による塵埃付着メカニズムの推定
Particleは、＋の電荷を帯びている
パーティクルは、絶縁性のエアースポイラ
Spoiler

ディスク
Disk

パーティクル+ +++++++--------+ +++++++--------+ +++++++--------

グランドからの誘導電荷プラスの電荷を帯びた塵埃が、絶縁性のエアースポイラのプラスの電荷による斥力とディスク上のマイナスの誘導電荷による引力によってディスク上に付着したと考える。
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