アーム支持機構および情報再生装置
【課題】 本発明の目的は、トルク特性と組立剛性とに背反関係があっても、アームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることである。
【解決手段】 本発明は、アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、前記内輪から離間して備えられた外輪と、前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部とを備える。
【解決手段】 本発明は、アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、前記内輪から離間して備えられた外輪と、前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームを所定回転軸について回転可能に支持するアーム支持機構及びアーム支持機構を備える情報再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、データ記憶装置として広く普及しているハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置は、高速回転する磁気ディスク媒体上をアームによって支持された磁気ヘッドが移動し、適切なトラックに位置決めされて、読み書きが行われる。ディスク媒体は、流体動圧軸受（ＦＤＢ)とスピンドルモータによって高速回転可能であり、またアームは、ピボットを中心として旋回可能に支持されており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の電磁力によって駆動される構成となっているのが一般的である。
【０００３】
さて、ディスクドライブ装置の記憶容量を向上させるために、記録媒体の面記録密度を向上させる努力が行われており、それにともなって、記録媒体上のトラックピッチはすでに０．２μｍを切る状況となり、さらに、いずれ数年ほどで０．１μｍ以下となることは容易に予想可能である。したがって、記録媒体であるディスクを支持、回転させるスピンドルや読み書きのためのヘッドを移動、位置決めする中心となるピボットベアリングにますます高い回転精度が要求される状況である。
【０００４】
アームを回転可能に支持するピボットベアリングに関しては、トルク（回転抵抗）が小さく、剛性が高い（加振試験における共振周波数が高い）ことが求められる。従来のアーム支持機構、すなわちラジアルボールベアリングを備えたピボットでは、ボール−レース間のギャップ（ガタ）を吸収するため、ラジアルボールベアリングを２段に組合わせて、与圧を加え、接触面圧を高める（例えば、特許文献１、２参照）。このとき、与圧を高くすると、ピボットの剛性が上がり共振周波数が高くなるが、トルク（回転抵抗）が増加し、駆動に必要な消費電力も増加する。与圧を低くすると、トルクは下がるが、剛性が落ち、共振周波数も下がる。つまり、ラジアルボールベアリングを用いる限り、トルク低減と剛性向上は背反関係にあり、同時に両特性を改善することは極めて困難である。
【０００５】
ラジアルボールベアリングを１つのみ用いる、あるいはラジアルボールベアリングを用いないアーム支持機構（例えば、特許文献３〜５参照。）であっても、ガタや振れを吸収するため、一定の与圧を加える必要があり、トルク（摩擦）と剛性との背反関係からは逃れることはできず、従来の構成のままでは課題は解決することができない。
【特許文献１】特開２００１−１４０８６９
【特許文献２】特開２００１−２０８０８２
【特許文献３】特開平８−３２１１４５
【特許文献４】特開２００１−１６７５３８
【特許文献５】特開２００３−１３９３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、磁気ディスクドライブ装置は、記録媒体である磁気ディスク、磁気ディスクを高速回転させるスピンドルモータ、磁気ディスクへデータの書き込み、読み出しを行うヘッドとヘッドを支持し、磁気ディスク面上を移動させるアームおよびサスペンション、アームを旋回可能に支持するピボット（アーム支持機構）、アームを電磁力で駆動するボイスコイルモーター（永久磁石および可動コイル）などからなる。スピンドルモータとピボットの軸はディスクドライブ装置のベース（筐体）に固定される。
【０００７】
前述の通り、大容量ディスクドライブ装置においては、ピボットを中心として旋回するアームの先端に取付けられたヘッドまたはピックアップによってディスク型の記録媒体に対してデータの読み書きが行なわれるため、ヘッドの位置決め動作はサブミクロンオーダの精密さで、かつ高速に行われなければならない。しかしながら、一般にピボットに用いられるラジアルボールベアリングには、軸振れが発生する問題がある。そのため、ボールベアリング式のピボットでは、ピボットの振れ成分を押さえ、剛性を向上させるために、ベアリングへの与圧を強める対策を行う。ベアリングへの与圧量を増やすと、回転抵抗が増して、動きが渋くなり、アームを動作させるために必要なトルクが増加してしまう。抵抗が大きくなれば、アームの移動速度の低下およびアクセス速度の低下や、消費電力の増大を招く。逆に、与圧を低くすると、ピボットの剛性の確保は困難となる。現在主流であるボールベアリング式のピボット、すなわち、ボールベアリングを用いた従来のアーム支持機構は、トルク低減と剛性向上は背反関係にあって、原理的に両方の特性を同時に向上させることができない。
そこで、本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、トルク特性と組立剛性とに背反関係があっても、アームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができるアーム支持機構及びそれを備える情報再生装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の特徴は、アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、前記内輪から離間して備えられた外輪と、前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部とを備えることを要旨とする。
【０００９】
かかる特徴によれば、接触圧力調整部が転動体と両輪との接触圧力を調整することにより、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を変化させることができるため、アームのトルクを自由に調整することができる。これにより、アームの位置決め精度を向上させるために、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を常に向上させなくても、アームを所望位置に停止させるときのみ、当該締付力を向上させることができる。このため、アームを所望位置に到達するまでのアームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。また、アームの位置決め精度を向上させるために、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を常に向上させる必要がないため、アーム支持機構の消費電力を増大させないようにすることができる。
【００１０】
本発明に係る第２の特徴は、前記接触圧力調整部が、前記アームに対する制御量の大きさに応じて、前記接触圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第３の特徴は、前記接触圧力調整部が、第１角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、第１接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧し、前記第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、前記第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧することを要旨とする。
本発明に係る第４の特徴は、前記接触圧力調整部が、所定電圧の大きさに応じて前記内輪と前記外輪との距離を調整することにより、前記転動体と前記両輪との接触圧力を調整する圧電体と、前記所定電圧の大きさを決定する圧電制御部とを備えることを要旨とする。
本発明に係る第５の特徴は、前記接触圧力を計測する接触圧力計測部を備え、前記接触圧力調整部は、測定された前記接触圧力の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第６の特徴は、前記アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部を備え、前記接触圧力調整部は、測定された前記角加速度の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第７の特徴は、前記内輪又は前記外輪のうちの少なくともいずれか一方のそれぞれを連結する弾性体を備えることを要旨とする。
本発明に係る第８の特徴は、上記各特徴のいずれかに記載のアーム支持機構を備える情報再生装置であって、記録媒体に対して少なくとも情報の再生を行うことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
かかる特徴によれば、トルク特性と組立剛性とに背反関係があっても、アームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図１から図３に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、インナー・スペーサ１７、ボールベアリング２１、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、金属支柱等のピボット支持部材２、およびボルトまたはネジ等の固定部材３、４によって、装置筐体であるベース１に固定される。このとき、ボールベアリング２０、２１には、弾性部材１５によって弱く与圧がかかった状態となる。ボールベアリング２０は、ピボット支持部材２の外周面に備えられたインナーレース（内輪）８と、インナーレース８から離間して備えられたアウターレース（外輪）７と、アウターレース７とインナーレース８とによって両レースの円周方向に転動可能に挟持されたボール（転動体）６とを備える。同様にして、ボールベアリング２１は、ボール１０、アウターレース１１、インナーレース１２で構成されている。円環状圧電体１３は、厚み方向に圧電セラミックスを積層した圧電アクチュエータであり、印加する電圧により、その厚み方向に力を発生し、ボールベアリングへの与圧を増加させることができる。つまり、円環状圧電体１３の厚みを増すと、２つのインナーレース８とインナーレース１２との間隔が狭まり、一方、２つのアウターレースはアウター・スペーサ１９とともにスリーブ１８に固定されているため、ボールとレースとの接触圧力が増加するのである。
【００１３】
図１に示す実施形態に対し、図２に示す実施形態は、弾性部材１５を備えることが異なる。弾性部材１５は、金属製のバネ座金の一種であり、円環状圧電体による与圧が弱い状態のとき、弾性力によって、ベアリングの無用な振れを防止し、より安定させるためのものである。弾性部材１５のＣ字型内部の空隙に振動を減衰させるための樹脂材、またはゴム材を充填することも可能である。なお、本実施形態においては、弾性部材１５は、Ｃ字型の断面を持つ円環形状のバネ座金として図示したが、この形状に限定されるものではなく、他のバネ形状であってもよい。
【００１４】
アーム支持機構には、アーム支持部材１０２と可動コイル支持部材１０４とが一体となって取り付けられる。アーム支持部材１０２は、ヘッドを支持するためのアームの取付け基部となり、可動コイル支持部材１０４には可動コイル１０３が取付けられる。ドライブ装置の筐体となるベース１には永久磁石が固定されており、この永久磁石による磁場中で可動コイルに電流を流すことで力が発生し、アームを旋回させることができる。
【００１５】
円環状圧電体１３は、印加電圧により厚み方向に力を発生し、微小量の伸縮可能な積層構造を有しており、厚みを増やし、インナーレース及びアウターレースが互いに向い合う面とボールとに作用する与圧を上げ、厚みを縮めることにより当該与圧を減ずることができる。
図４に本発明のアーム支持機構の概略を示すブロック図を示す。信号変換回路２０１は、書込み用のデジタル信号からアームを記録ディスク面上の移動すべき位置を算出する機能を有し、アーム制御回路２０２にアームの移動量情報を送出する。またさらに、アーム制御回路２０２からは、圧電制御回路２１１へアームの状態を示す情報が送出される。圧電制御回路２１１は、アームの旋回状態により、円環状圧電体２１３へ印加する電圧量を制御し、円環状圧電体の厚みを増減させ、回転体への与圧量を変化させることができる。
図５は本発明のアーム支持機構の特性を示すグラフである。グラフの横軸はピボットの回転抵抗をあらわすトルク、縦軸は、ピボットの剛性をあらわす共振周波数である。圧電体印加電圧Ｖｐ＝Ｖ１と、Ｖｐ＝Ｖ２のそれぞれの場合についてトルクと共振周波数との関係をプロットしてある。印加電圧Ｖ１に対し電圧Ｖ２のときは、円環状圧電体５の厚みが増し、与圧量が高くなり、トルクと共振周波数も高くなる。アームを高速に旋回させる場合は、与圧を下げて回転抵抗を減らし、データを読み書きする位置決め時は、与圧を上げて剛性を向上させることができる。なお、通常の電子機器における電源電圧５Ｖあるいは３．３ＶではＰＺＴなどの円環状圧電体を駆動するためには不足する場合があるため、ＤＣ昇圧回路２１５により圧電体駆動に適した電圧まで昇圧する必要がある。なお、圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３は、接触圧力調整部を構成する。圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３は、圧電制御部を構成する。
【００１６】
なお、圧電制御回路２１１は、アームの制御量（例えば、アームが移動させられる距離、アームの現在位置など）と、その制御量に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えていてもよい。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から制御量に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御してもよい。これにより、円環状圧電体２１３は、第１角度範囲内でアームが移動させられる場合には、圧電制御回路２１１からの指令により第１接触圧力で両レースをボールに押圧し、第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内でアームが移動させられる場合には、圧電制御回路２１１からの指令により第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で両レースをボールに押圧する。
【００１７】
又は、円環状圧電体２１３は、アームが初期位置から所望位置に向けて移動して、所望位置を基準とした微小範囲内にアームが移動した場合には、圧電制御回路２１１からの指令により所定圧力よりも高い第１接触圧力で両レースをボールに押圧してもよい。
【００１８】
かかる特徴によれば、ボールと両レースとの接触圧力が調整されることにより、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を変化させることができるため、アームのトルクを自由に調整することができる。これにより、アームの位置決め精度を向上させるために、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を常に向上させなくても、アームを所望位置に停止させるときのみ、当該締付力を向上させることができるため、アームを所望位置に到達するまでのアームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。また、アームの位置決め精度を向上させるために、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を常に向上させる必要がないため、アーム支持機構の消費電力を増大させないようにすることができる。
なお、上記接触圧力を計測する接触圧力計測部２３が備えられていてもよい。接触圧力調整部（圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３）は、測定された接触圧力の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する押圧力を調整してもよい。
具体的には、圧電制御回路２１１は、接触圧力値と、その接触圧力値に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えている。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から接触圧力値に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御する。これにより、円環状圧電体２１３は、測定された接触圧力の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する。かかる特徴によれば、環境温度の変化による材料の伸縮や経年変化があった場合においても、円環状圧電体２１３の厚みを増減させ、最適な与圧量に修正することができる。
【００１９】
なお、アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部２３が備えられていてもよい。接触圧力調整部（圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３）は、測定された角加速度の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する押圧力を調整してもよい。
【００２０】
具体的には、圧電制御回路２１１は、角加速度値と、その角加速度値に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えている。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から角加速度値に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御する。これにより、円環状圧電体２１３は、測定された角加速度の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する。かかる特徴によれば、環境温度の変化による材料の伸縮や経年変化があった場合においても、円環状圧電体２１３の厚みを増減させ、最適な与圧量に修正することができる。
【００２１】
なお、シッピングゾーンの位置に、ヘッド・アーム検出用のセンサを設けておき、ＶＣＭに一定の電流を流し、アームがシッピングゾーンからもっとも離れた位置からシッピングゾーンまで移動する時間を計測することにより、そのときのピボットの抵抗トルクを概ね評価することができ、そのデータをアーム制御や故障予測に利用することができる。
（実施形態２）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図６、および図７に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、円環状圧電体１４、ボールベアリング２１、弾性部材１５、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。このとき、ボールベアリング２０、２１には、弾性部材１５によって弱く与圧がかかった状態となる。図６に示す実施形態に対し、図７に示す実施形態は、弾性部材１５を備えることが異なる。弾性部材１５は、金属製のバネ座金の一種である。
【００２２】
実施形態２においては、前記、実施形態１と異なり、ヘッドのディスク上の浮上量への影響を最小とするため、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量を同量とし、回転体の高さ方向の位置を変化させないようにすることができる。
（実施形態３）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図８に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、インナー・スペーサ１７、ボールベアリング２１、円環状圧電体１６、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。
【００２３】
実施形態３においては、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量は、逆方向で同量とし、インナーレース８の位置を微小量移動して、与圧量を変化させる。たとえば、円環状圧電体１３の厚みを増加させ、円環状圧電体１４の厚みを同量減ずると、ベアリングへの与圧は増加する。
（実施形態４）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図９に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、円環状圧電体１４、ボールベアリング２１、円環状圧電体１６、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。
【００２４】
実施形態４においては、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量を同量とし、回転体の高さ方向の位置を変化させないようにすることができる。このとき、円環状圧電体１３、１４の厚みの増分の合計と同量分だけ円環状圧電体１６の厚みを減ずる。
【００２５】
なお、本実施形態に係るアーム支持機構は、ディスク型記録媒体に記録された情報を少なくとも再生する情報再生装置に適用されている。つまり、アーム支持機構は、ディスク型記録媒体に記録された情報を読み出し又はディスク型記録媒体へ書き込むためのヘッドまたはピックアップをディスク面上で移動可能とするアームを旋回可能に支持する機構に適用されているが、これに限定されずに他の機構に用いられてもよいのは勿論のことである。
なお、再生には、情報を読み出すこと、又は読み出した情報を出力することの少なくともいずれかが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のアーム支持機構の概略を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明のアーム支持機構の特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１．ベース
２．ピボット支持部材
３．固定部材
４．固定部材
５．フランジ板
６．ボール
７．アウターレース
８．インナーレース
１０．ボール
１１．アウターレース
１２．インナーレース
１３．円環状圧電体
１４．円環状圧電体
１５．弾性部材
１６．円環状圧電体
１７．アウター・スペーサ
１８．スリーブ
１９．インナー・スペーサ
２０．ボールベアリング
２１．ボールベアリング
２２．弾性部材
２３．圧力センサ
１０１．ピボット
１０２．アーム支持部材
１０３．可動コイル
１０４．可動コイル支持部材
２０１．信号変換回路
２０２．アーム制御回路
２０３．コイル駆動用増幅回路
２０４．可動コイル
２１１．圧電制御回路
２１２．圧電駆動用増幅回路
２１３．圧電体
２１５．ＤＣ昇圧回路
２１６．ＤＣ電源部
２２０．圧力センサ
２２１．ＡＤコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームを所定回転軸について回転可能に支持するアーム支持機構及びアーム支持機構を備える情報再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、データ記憶装置として広く普及しているハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置は、高速回転する磁気ディスク媒体上をアームによって支持された磁気ヘッドが移動し、適切なトラックに位置決めされて、読み書きが行われる。ディスク媒体は、流体動圧軸受（ＦＤＢ)とスピンドルモータによって高速回転可能であり、またアームは、ピボットを中心として旋回可能に支持されており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の電磁力によって駆動される構成となっているのが一般的である。
【０００３】
さて、ディスクドライブ装置の記憶容量を向上させるために、記録媒体の面記録密度を向上させる努力が行われており、それにともなって、記録媒体上のトラックピッチはすでに０．２μｍを切る状況となり、さらに、いずれ数年ほどで０．１μｍ以下となることは容易に予想可能である。したがって、記録媒体であるディスクを支持、回転させるスピンドルや読み書きのためのヘッドを移動、位置決めする中心となるピボットベアリングにますます高い回転精度が要求される状況である。
【０００４】
アームを回転可能に支持するピボットベアリングに関しては、トルク（回転抵抗）が小さく、剛性が高い（加振試験における共振周波数が高い）ことが求められる。従来のアーム支持機構、すなわちラジアルボールベアリングを備えたピボットでは、ボール−レース間のギャップ（ガタ）を吸収するため、ラジアルボールベアリングを２段に組合わせて、与圧を加え、接触面圧を高める（例えば、特許文献１、２参照）。このとき、与圧を高くすると、ピボットの剛性が上がり共振周波数が高くなるが、トルク（回転抵抗）が増加し、駆動に必要な消費電力も増加する。与圧を低くすると、トルクは下がるが、剛性が落ち、共振周波数も下がる。つまり、ラジアルボールベアリングを用いる限り、トルク低減と剛性向上は背反関係にあり、同時に両特性を改善することは極めて困難である。
【０００５】
ラジアルボールベアリングを１つのみ用いる、あるいはラジアルボールベアリングを用いないアーム支持機構（例えば、特許文献３〜５参照。）であっても、ガタや振れを吸収するため、一定の与圧を加える必要があり、トルク（摩擦）と剛性との背反関係からは逃れることはできず、従来の構成のままでは課題は解決することができない。
【特許文献１】特開２００１−１４０８６９
【特許文献２】特開２００１−２０８０８２
【特許文献３】特開平８−３２１１４５
【特許文献４】特開２００１−１６７５３８
【特許文献５】特開２００３−１３９３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、磁気ディスクドライブ装置は、記録媒体である磁気ディスク、磁気ディスクを高速回転させるスピンドルモータ、磁気ディスクへデータの書き込み、読み出しを行うヘッドとヘッドを支持し、磁気ディスク面上を移動させるアームおよびサスペンション、アームを旋回可能に支持するピボット（アーム支持機構）、アームを電磁力で駆動するボイスコイルモーター（永久磁石および可動コイル）などからなる。スピンドルモータとピボットの軸はディスクドライブ装置のベース（筐体）に固定される。
【０００７】
前述の通り、大容量ディスクドライブ装置においては、ピボットを中心として旋回するアームの先端に取付けられたヘッドまたはピックアップによってディスク型の記録媒体に対してデータの読み書きが行なわれるため、ヘッドの位置決め動作はサブミクロンオーダの精密さで、かつ高速に行われなければならない。しかしながら、一般にピボットに用いられるラジアルボールベアリングには、軸振れが発生する問題がある。そのため、ボールベアリング式のピボットでは、ピボットの振れ成分を押さえ、剛性を向上させるために、ベアリングへの与圧を強める対策を行う。ベアリングへの与圧量を増やすと、回転抵抗が増して、動きが渋くなり、アームを動作させるために必要なトルクが増加してしまう。抵抗が大きくなれば、アームの移動速度の低下およびアクセス速度の低下や、消費電力の増大を招く。逆に、与圧を低くすると、ピボットの剛性の確保は困難となる。現在主流であるボールベアリング式のピボット、すなわち、ボールベアリングを用いた従来のアーム支持機構は、トルク低減と剛性向上は背反関係にあって、原理的に両方の特性を同時に向上させることができない。
そこで、本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、トルク特性と組立剛性とに背反関係があっても、アームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができるアーム支持機構及びそれを備える情報再生装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の特徴は、アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、前記内輪から離間して備えられた外輪と、前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部とを備えることを要旨とする。
【０００９】
かかる特徴によれば、接触圧力調整部が転動体と両輪との接触圧力を調整することにより、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を変化させることができるため、アームのトルクを自由に調整することができる。これにより、アームの位置決め精度を向上させるために、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を常に向上させなくても、アームを所望位置に停止させるときのみ、当該締付力を向上させることができる。このため、アームを所望位置に到達するまでのアームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。また、アームの位置決め精度を向上させるために、転動体が内輪に押圧されることによる締付力を常に向上させる必要がないため、アーム支持機構の消費電力を増大させないようにすることができる。
【００１０】
本発明に係る第２の特徴は、前記接触圧力調整部が、前記アームに対する制御量の大きさに応じて、前記接触圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第３の特徴は、前記接触圧力調整部が、第１角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、第１接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧し、前記第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、前記第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧することを要旨とする。
本発明に係る第４の特徴は、前記接触圧力調整部が、所定電圧の大きさに応じて前記内輪と前記外輪との距離を調整することにより、前記転動体と前記両輪との接触圧力を調整する圧電体と、前記所定電圧の大きさを決定する圧電制御部とを備えることを要旨とする。
本発明に係る第５の特徴は、前記接触圧力を計測する接触圧力計測部を備え、前記接触圧力調整部は、測定された前記接触圧力の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第６の特徴は、前記アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部を備え、前記接触圧力調整部は、測定された前記角加速度の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを要旨とする。
本発明に係る第７の特徴は、前記内輪又は前記外輪のうちの少なくともいずれか一方のそれぞれを連結する弾性体を備えることを要旨とする。
本発明に係る第８の特徴は、上記各特徴のいずれかに記載のアーム支持機構を備える情報再生装置であって、記録媒体に対して少なくとも情報の再生を行うことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
かかる特徴によれば、トルク特性と組立剛性とに背反関係があっても、アームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図１から図３に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、インナー・スペーサ１７、ボールベアリング２１、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、金属支柱等のピボット支持部材２、およびボルトまたはネジ等の固定部材３、４によって、装置筐体であるベース１に固定される。このとき、ボールベアリング２０、２１には、弾性部材１５によって弱く与圧がかかった状態となる。ボールベアリング２０は、ピボット支持部材２の外周面に備えられたインナーレース（内輪）８と、インナーレース８から離間して備えられたアウターレース（外輪）７と、アウターレース７とインナーレース８とによって両レースの円周方向に転動可能に挟持されたボール（転動体）６とを備える。同様にして、ボールベアリング２１は、ボール１０、アウターレース１１、インナーレース１２で構成されている。円環状圧電体１３は、厚み方向に圧電セラミックスを積層した圧電アクチュエータであり、印加する電圧により、その厚み方向に力を発生し、ボールベアリングへの与圧を増加させることができる。つまり、円環状圧電体１３の厚みを増すと、２つのインナーレース８とインナーレース１２との間隔が狭まり、一方、２つのアウターレースはアウター・スペーサ１９とともにスリーブ１８に固定されているため、ボールとレースとの接触圧力が増加するのである。
【００１３】
図１に示す実施形態に対し、図２に示す実施形態は、弾性部材１５を備えることが異なる。弾性部材１５は、金属製のバネ座金の一種であり、円環状圧電体による与圧が弱い状態のとき、弾性力によって、ベアリングの無用な振れを防止し、より安定させるためのものである。弾性部材１５のＣ字型内部の空隙に振動を減衰させるための樹脂材、またはゴム材を充填することも可能である。なお、本実施形態においては、弾性部材１５は、Ｃ字型の断面を持つ円環形状のバネ座金として図示したが、この形状に限定されるものではなく、他のバネ形状であってもよい。
【００１４】
アーム支持機構には、アーム支持部材１０２と可動コイル支持部材１０４とが一体となって取り付けられる。アーム支持部材１０２は、ヘッドを支持するためのアームの取付け基部となり、可動コイル支持部材１０４には可動コイル１０３が取付けられる。ドライブ装置の筐体となるベース１には永久磁石が固定されており、この永久磁石による磁場中で可動コイルに電流を流すことで力が発生し、アームを旋回させることができる。
【００１５】
円環状圧電体１３は、印加電圧により厚み方向に力を発生し、微小量の伸縮可能な積層構造を有しており、厚みを増やし、インナーレース及びアウターレースが互いに向い合う面とボールとに作用する与圧を上げ、厚みを縮めることにより当該与圧を減ずることができる。
図４に本発明のアーム支持機構の概略を示すブロック図を示す。信号変換回路２０１は、書込み用のデジタル信号からアームを記録ディスク面上の移動すべき位置を算出する機能を有し、アーム制御回路２０２にアームの移動量情報を送出する。またさらに、アーム制御回路２０２からは、圧電制御回路２１１へアームの状態を示す情報が送出される。圧電制御回路２１１は、アームの旋回状態により、円環状圧電体２１３へ印加する電圧量を制御し、円環状圧電体の厚みを増減させ、回転体への与圧量を変化させることができる。
図５は本発明のアーム支持機構の特性を示すグラフである。グラフの横軸はピボットの回転抵抗をあらわすトルク、縦軸は、ピボットの剛性をあらわす共振周波数である。圧電体印加電圧Ｖｐ＝Ｖ１と、Ｖｐ＝Ｖ２のそれぞれの場合についてトルクと共振周波数との関係をプロットしてある。印加電圧Ｖ１に対し電圧Ｖ２のときは、円環状圧電体５の厚みが増し、与圧量が高くなり、トルクと共振周波数も高くなる。アームを高速に旋回させる場合は、与圧を下げて回転抵抗を減らし、データを読み書きする位置決め時は、与圧を上げて剛性を向上させることができる。なお、通常の電子機器における電源電圧５Ｖあるいは３．３ＶではＰＺＴなどの円環状圧電体を駆動するためには不足する場合があるため、ＤＣ昇圧回路２１５により圧電体駆動に適した電圧まで昇圧する必要がある。なお、圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３は、接触圧力調整部を構成する。圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３は、圧電制御部を構成する。
【００１６】
なお、圧電制御回路２１１は、アームの制御量（例えば、アームが移動させられる距離、アームの現在位置など）と、その制御量に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えていてもよい。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から制御量に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御してもよい。これにより、円環状圧電体２１３は、第１角度範囲内でアームが移動させられる場合には、圧電制御回路２１１からの指令により第１接触圧力で両レースをボールに押圧し、第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内でアームが移動させられる場合には、圧電制御回路２１１からの指令により第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で両レースをボールに押圧する。
【００１７】
又は、円環状圧電体２１３は、アームが初期位置から所望位置に向けて移動して、所望位置を基準とした微小範囲内にアームが移動した場合には、圧電制御回路２１１からの指令により所定圧力よりも高い第１接触圧力で両レースをボールに押圧してもよい。
【００１８】
かかる特徴によれば、ボールと両レースとの接触圧力が調整されることにより、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を変化させることができるため、アームのトルクを自由に調整することができる。これにより、アームの位置決め精度を向上させるために、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を常に向上させなくても、アームを所望位置に停止させるときのみ、当該締付力を向上させることができるため、アームを所望位置に到達するまでのアームのアクセス速度を低下させないようにしながら、アームの位置決め精度を向上させることができる。また、アームの位置決め精度を向上させるために、ボールがインナーレースに押圧されることによる締付力を常に向上させる必要がないため、アーム支持機構の消費電力を増大させないようにすることができる。
なお、上記接触圧力を計測する接触圧力計測部２３が備えられていてもよい。接触圧力調整部（圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３）は、測定された接触圧力の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する押圧力を調整してもよい。
具体的には、圧電制御回路２１１は、接触圧力値と、その接触圧力値に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えている。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から接触圧力値に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御する。これにより、円環状圧電体２１３は、測定された接触圧力の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する。かかる特徴によれば、環境温度の変化による材料の伸縮や経年変化があった場合においても、円環状圧電体２１３の厚みを増減させ、最適な与圧量に修正することができる。
【００１９】
なお、アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部２３が備えられていてもよい。接触圧力調整部（圧電制御部回路２１１、圧電駆動用増幅回路２１２及び円環状圧電体２１３）は、測定された角加速度の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する押圧力を調整してもよい。
【００２０】
具体的には、圧電制御回路２１１は、角加速度値と、その角加速度値に対応する電圧値とが対応付けられたテーブル（図示せず）を備えている。圧電制御回路２１１は、アーム制御回路２０２から角加速度値に対応する情報が入力された場合には、当該テーブルを参照し、入力された情報に対応する電圧値を決定し、当該電圧値が円環状圧電体２１３に印加されるように圧電駆動用増幅回路２１２を制御する。これにより、円環状圧電体２１３は、測定された角加速度の大きさに応じて、両レースをボールに向けて押圧する。かかる特徴によれば、環境温度の変化による材料の伸縮や経年変化があった場合においても、円環状圧電体２１３の厚みを増減させ、最適な与圧量に修正することができる。
【００２１】
なお、シッピングゾーンの位置に、ヘッド・アーム検出用のセンサを設けておき、ＶＣＭに一定の電流を流し、アームがシッピングゾーンからもっとも離れた位置からシッピングゾーンまで移動する時間を計測することにより、そのときのピボットの抵抗トルクを概ね評価することができ、そのデータをアーム制御や故障予測に利用することができる。
（実施形態２）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図６、および図７に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、円環状圧電体１４、ボールベアリング２１、弾性部材１５、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。このとき、ボールベアリング２０、２１には、弾性部材１５によって弱く与圧がかかった状態となる。図６に示す実施形態に対し、図７に示す実施形態は、弾性部材１５を備えることが異なる。弾性部材１５は、金属製のバネ座金の一種である。
【００２２】
実施形態２においては、前記、実施形態１と異なり、ヘッドのディスク上の浮上量への影響を最小とするため、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量を同量とし、回転体の高さ方向の位置を変化させないようにすることができる。
（実施形態３）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図８に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、インナー・スペーサ１７、ボールベアリング２１、円環状圧電体１６、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。
【００２３】
実施形態３においては、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量は、逆方向で同量とし、インナーレース８の位置を微小量移動して、与圧量を変化させる。たとえば、円環状圧電体１３の厚みを増加させ、円環状圧電体１４の厚みを同量減ずると、ベアリングへの与圧は増加する。
（実施形態４）
本発明のアーム支持機構の実施形態について説明する。図９に本発明のアーム支持機構の概略を示す。実施形態のアーム支持機構は、下部（ベース１側）から、円環状圧電体１４、ボールベアリング２１、円環状圧電体１６、ボールベアリング２０、円環状圧電体１３、フランジ板５の順に積み重なる構成で組立てられ、ピボット支持部材２、および固定部材３、４によって、ベース１に固定される。
【００２４】
実施形態４においては、円環状圧電体１３、１４のそれぞれの作動量を同量とし、回転体の高さ方向の位置を変化させないようにすることができる。このとき、円環状圧電体１３、１４の厚みの増分の合計と同量分だけ円環状圧電体１６の厚みを減ずる。
【００２５】
なお、本実施形態に係るアーム支持機構は、ディスク型記録媒体に記録された情報を少なくとも再生する情報再生装置に適用されている。つまり、アーム支持機構は、ディスク型記録媒体に記録された情報を読み出し又はディスク型記録媒体へ書き込むためのヘッドまたはピックアップをディスク面上で移動可能とするアームを旋回可能に支持する機構に適用されているが、これに限定されずに他の機構に用いられてもよいのは勿論のことである。
なお、再生には、情報を読み出すこと、又は読み出した情報を出力することの少なくともいずれかが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のアーム支持機構の概略を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明のアーム支持機構の特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明のアーム支持機構の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１．ベース
２．ピボット支持部材
３．固定部材
４．固定部材
５．フランジ板
６．ボール
７．アウターレース
８．インナーレース
１０．ボール
１１．アウターレース
１２．インナーレース
１３．円環状圧電体
１４．円環状圧電体
１５．弾性部材
１６．円環状圧電体
１７．アウター・スペーサ
１８．スリーブ
１９．インナー・スペーサ
２０．ボールベアリング
２１．ボールベアリング
２２．弾性部材
２３．圧力センサ
１０１．ピボット
１０２．アーム支持部材
１０３．可動コイル
１０４．可動コイル支持部材
２０１．信号変換回路
２０２．アーム制御回路
２０３．コイル駆動用増幅回路
２０４．可動コイル
２１１．圧電制御回路
２１２．圧電駆動用増幅回路
２１３．圧電体
２１５．ＤＣ昇圧回路
２１６．ＤＣ電源部
２２０．圧力センサ
２２１．ＡＤコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、
前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、
前記内輪から離間して備えられた外輪と、
前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、
前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部と
を備えることを特徴とするアーム支持機構。
【請求項２】
前記接触圧力調整部は、前記アームに対する制御量の大きさに応じて、前記接触圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載のアーム支持機構。
【請求項３】
前記接触圧力調整部は、第１角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、第１接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧し、前記第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、前記第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項４】
前記接触圧力調整部は、所定電圧の大きさに応じて前記内輪と前記外輪との距離を調整することにより、前記転動体と前記両輪との接触圧力を調整する圧電体と、前記所定電圧の大きさを決定する圧電制御部とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項５】
前記接触圧力を計測する接触圧力計測部を備え、
前記接触圧力調整部は、測定された前記接触圧力の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項６】
前記アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部を備え、
前記接触圧力調整部は、測定された前記角加速度の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項７】
前記内輪又は前記外輪のうちの少なくともいずれか一方のそれぞれを連結する弾性体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアーム支持機構を備え、
記録媒体に対して少なくとも情報の再生を行うことを特徴とする情報再生装置。
【請求項１】
アームの基部を回転可能に支持する円筒状の支持部材と、
前記支持部材の外周面に備えられた内輪と、
前記内輪から離間して備えられた外輪と、
前記内輪と前記外輪とによって両輪の円周方向に転動可能に挟持された転動体と、
前記転動体と両輪との接触圧力を調整する接触圧力調整部と
を備えることを特徴とするアーム支持機構。
【請求項２】
前記接触圧力調整部は、前記アームに対する制御量の大きさに応じて、前記接触圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載のアーム支持機構。
【請求項３】
前記接触圧力調整部は、第１角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、第１接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧し、前記第１角度範囲よりも小さい第２角度範囲内で前記アームが移動させられる場合には、前記第１接触圧力よりも高い第２接触圧力で前記両輪を前記転動体に押圧することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項４】
前記接触圧力調整部は、所定電圧の大きさに応じて前記内輪と前記外輪との距離を調整することにより、前記転動体と前記両輪との接触圧力を調整する圧電体と、前記所定電圧の大きさを決定する圧電制御部とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項５】
前記接触圧力を計測する接触圧力計測部を備え、
前記接触圧力調整部は、測定された前記接触圧力の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項６】
前記アームの角加速度を計測する角加速度を計測する角加速度計測部を備え、
前記接触圧力調整部は、測定された前記角加速度の大きさに応じて、前記両輪を前記転動体に向けて押圧する押圧力を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項７】
前記内輪又は前記外輪のうちの少なくともいずれか一方のそれぞれを連結する弾性体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアーム支持機構。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアーム支持機構を備え、
記録媒体に対して少なくとも情報の再生を行うことを特徴とする情報再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７４６８１（Ｐ２００９−１７４６８１Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６３１１（Ｐ２００８−１６３１１）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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