特開 2023-181049 ハードディスクドライブ用のジンバルアセンブリ形状

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181049

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】ハードディスクドライブ用のジンバルアセンブリ形状

(51)【国際特許分類】

   G11B 21/21 20060101AFI20231214BHJP

   G11B 5/60 20060101ALI20231214BHJP

   G11B 21/10 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

G11B21/21 D

G11B21/21 C

G11B5/60 P

G11B21/10 N

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022153786

(22)【出願日】2022-09-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-01-17

(31)【優先権主張番号】17/838,042

(32)【優先日】2022-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】517151084

【氏名又は名称】マグネコンプ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＧＮＥＣＯＭＰＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】クエン チー イー

(57)【要約】

【課題】ジンバルアセンブリを提供すること。
【解決手段】ジンバルアセンブリは、基部、先端部および取付部を有するフレームと、ネック領域によって先端部に接合されたクロスバーとを含む。クロスバーおよびネック領域の部分は、ネック領域の最小幅Ｄの点からクロスバーの縁部が略直線になる点までそれぞれ延在する移行縁部領域を画定する。移行縁部領域の各々は、移行長ａおよび移行幅ｂを含む。フレームは、ネック領域と、０．６ｍｍの長さを有するとともにネック領域を中心とするクロスバーの一部とを含み、さらに総面積Ａと、重心Ｃと、重心Ｃとネック領域の遠方側との間の重心距離Ｈとを有する関心領域を備える。クロスバーおよびネック領域は、０．０５未満の設計指標を満たす形状を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジンバルアセンブリであって、
厚さｔを有するステンレス鋼のフレームを備えており、前記フレームはさらに、基部と、先端部と、基部と先端部との間に配置された取付部と、湾曲した対向縁部を有するネック領域によって先端部に接合されたクロスバーと、を有しており、
前記クロスバーとネック領域の部分は、ネック領域の湾曲した対向縁部の間の最小幅Ｄの第１の点から、クロスバーの縁部に沿って、ネック領域から離れる方向に延びるクロスバーの縁部が略直線になる第２の点までそれぞれ延びる１対の移行縁部領域を画定し、
前記移行縁部領域の各々は、最小幅Ｄが延びる方向と平行な第１の方向における移行長ａ、および第１の方向に対して直交する第２の方向における移行幅ｂを有しており、
前記フレームは、ネック領域と、０．６ｍｍの長さを有するとともに前記ネック領域の中心に位置する前記クロスバーの一部と、を有する関心領域を含んでおり、
前記関心領域は、総面積Ａ、関心領域内のすべての点の算術平均位置である重心Ｃ、および重心Ｃと前記ネック領域の遠方側との間の距離である重心距離Ｈを有しており、
前記クロスバーおよびネック領域は、

【数1】

で表すような形状を有している、ジンバルアセンブリ。

【請求項2】

前記取付部に取り付けられたスライダをさらに備えている、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項3】

ロードビームをさらに備えており、前記先端部は、該先端部がロードビームに溶接される溶接位置を含んでいる、請求項２に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項4】

前記基部は、該基部が前記ロードビームに溶接される複数の溶接位置を含んでいる、請求項３に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項5】

前記クロスバーは、前記先端部と前記取付部との間に配置されている、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項6】

前記先端部は、前記クロスバーと前記取付部との間に配置されている、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項7】

ジンバルアセンブリであって、
厚さｔを有するステンレス鋼のフレームを備えており、前記フレームはさらに、基部と、先端部と、基部と先端部との間に配置された取付部と、湾曲した対向縁部を有するネック領域によって先端部に接合されたクロスバーと、を有しており、
前記クロスバーとネック領域の部分は、ネック領域の湾曲した対向縁部の間の最小幅Ｄの第１の点から、クロスバーの縁部に沿って、ネック領域から離れる方向に延びるクロスバーの縁部が略直線になる第２の点までそれぞれ延びる１対の移行縁部領域を画定し、
前記移行縁部領域の各々は、最小幅Ｄが延びる方向と平行な第１の方向における移行長ａ、および第１の方向に対して直交する第２の方向における移行幅ｂを有しており、
前記フレームは、ネック領域と、移行縁部領域の間に延びるクロスバーの一部と、を有する関心領域を含んでおり、
前記関心領域は、総面積Ａ、関心領域内のすべての点の算術平均位置である重心Ｃ、および重心Ｃと前記ネック領域の遠方側との間の距離である重心距離Ｈを有しており、
前記クロスバーおよびネック領域は、

【数2】

で表すような形状を有している、ジンバルアセンブリ。

【請求項8】

前記取付部に取り付けられたスライダをさらに備えている、請求項７に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項9】

ロードビームをさらに備えており、前記先端部は、該先端部がロードビームに溶接される溶接位置を含んでいる、請求項８に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項10】

前記基部は、該基部が前記ロードビームに溶接される複数の溶接位置を含んでる、請求項９に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項11】

前記クロスバーは、前記先端部と前記取付部との間に配置されている、請求項７に記載のジンバルアセンブリ。

【請求項12】

前記先端部は、前記クロスバーと前記取付部との間に配置されている、請求項７に記載のジンバルアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年６月１０日に出願された米国特許出願第１７／８３８，０４２号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本開示は、ハードディスクドライブに関し、より詳細にはハードディスクドライブ用のサスペンションアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気表面を有する１つまたは複数の円形ディスク上にデジタル符号化データを記憶する不揮発性記憶装置である。動作中、各ディスクは高速で回転する。ディスクへのデータの読み書きは、サスペンションアセンブリによってディスクの特定の位置に配置されるとともに、アクチュエータによって回転される読み書きヘッドを使用して行われる。サスペンションアセンブリは、ロードビームを含む。動作中、アクチュエータは、ロードビームの遠位端をディスクの所望の部分（例えば、ディスク表面の円形トラックのうちの１つ）上に位置決めする。ジンバルアセンブリは、ロードビームの遠位端に取り付けられる。ジンバルアセンブリは、読み書きヘッドを含むスライダ、および（アクチュエータによるスライダのより緩やかな位置決めとは対照的に）スライダの微細な位置決めのためにジンバルアセンブリの一部を回転させるＰＺＴデバイスなどの構成要素を含む。スライダと回転するディスクとの間の空気粘性による圧力で、スライダはディスクの表面で（近接して）ホバリングする。ロードビームは比較的剛性であるが、ジンバルアセンブリはより可撓性であるため、スライダは、ディスク表面のすぐ上でその動作距離を維持するために、ディスク表面上を浮遊しながらピッチとローリングができるようになっている。

【0003】

図１および２は、従来のサスペンションアセンブリ２を示しており、サスペンションアセンブリ２は、ベースプレート８に接続されるヒンジ６によって近位端で終端するロードビーム４を有している。ジンバルアセンブリ１０（読み取り／書き込みヘッドを備えたスライダを含む）は、ロードビーム４の遠位端に取り付けられる。ベースプレート８は、アクチュエータ（図示せず）によって動かされるアクチュエータアーム１２に接続されている。図２に最もよく示されるように、ジンバルアセンブリ１０は、スライダ１４が（例えば、接着剤によって）取り付けられるシートメタル（例えば、ステンレス鋼）の薄い構成要素を備える。フレックス回路１６（すなわち、電気トレース）は、読み取り／書き込みヘッドおよびＰＺＴへの電気信号通信のために、ロードビーム４およびジンバルアセンブリに沿って延びる。

【0004】

ジンバルアセンブリ１０は、３つの溶接位置１８、２０、２２で溶接することによってロードビーム４に取り付けることができる。剛性を高めるためにヒンジに向かう位置に溶接部を追加することもできる（図示せず）。そのような溶接による取り付けは、ロードビーム４とジンバルアセンブリ１０との間のスポット溶接であってもよい。溶接部１８、２０の２つは、ジンバルアセンブリの基部（ロードビーム４の近位端により近い）に位置し、３番目の溶接部２２は、ジンバルアセンブリの遠位端およびロードビーム４の遠位端に位置する。この３番目の溶接部２２は、先端溶接部２２と呼ぶことができる。

【0005】

ジンバルアセンブリ１０は、撓むことができるように低い剛性を示すように構成され、それにより、動作中にスライダ１４がディスク表面上を浮動することが可能になる。しかしながら、ジンバルアセンブリは、特にサスペンションが非動作中にディスクから離れて停止しているときに、避けられない高い衝撃事象の際の大きな変形の応力に耐えることができなければならない。図３は、従来のジンバルアセンブリが（ディスクから離れた）停止位置にあるときに極端な衝撃を受けた場合の変形を示したものである。図３に示すように、衝撃事象中、ジンバルアセンブリ１０は、ロードビーム４から離れるように曲がる。応力耐性には、ジンバルアセンブリの構成要素の永久的な変形を回避することも含まれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、ジンバルアセンブリの剛性と応力耐性のバランスをとることに関する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前述の問題および必要性は、厚さｔを有するステンレス鋼のフレームを含むジンバルアセンブリによって解決される。フレームは、基部と、先端部と、基部と先端部との間に配置された取付部と、湾曲した対向縁部を有するネック領域によって先端部に接合されたクロスバーと、を含む。クロスバーおよびネック領域の部分は、１対の移行縁部領域を画定し、１対の移行縁部領域の各々はネック領域の湾曲した対向縁部間の最小幅Ｄの第１の点から、ネック領域から離れて延びるクロスバーの縁部が略直線になるクロスバーの縁部に沿った第２の点まで延びる。移行縁部領域の各々は、最小幅Ｄが延在する方向に平行な第１の方向における移行長ａと、第１の方向に対して直交する第２の方向における移行幅ｂとを含む。フレームは、ネック領域を含む関心領域と、クロスバーのうちネック領域を中心とした長さが０．６ｍｍの部分とを含む。関心領域は、総面積Ａ、関心領域内のすべての点の算術平均位置である重心Ｃ、および重心Ｃとネック領域の遠方側との間の距離である重心距離Ｈを有する。クロスバーおよびネック領域は、次式に表すような形状を有している。

【0008】

【数1】

ジンバルアセンブリは、厚さｔを有するステンレス鋼のフレームを含む。フレームは、基部と、先端部と、基部と先端部との間に配置された取付部と、湾曲した対向縁部を有するネック領域によって先端部に接合されたクロスバーと、を含む。クロスバーおよびネック領域の部分は、１対の移行縁部領域を画定し、１対の移行縁部領域の各々は、ネック領域の湾曲した対向縁部間の最小幅Ｄの第１の点から、ネック領域から離れて延びるクロスバーの縁部が略直線になるクロスバーの縁部に沿った第２の点まで延びる。移行縁部領域の各々は、最小幅Ｄが延在する方向に平行な第１の方向における移行長ａと、第１の方向に対して直交する第２の方向における移行幅ｂとを含む。フレームは、ネック領域を含む関心領域と、移行縁部領域間に延在するクロスバーの部分とを含む。関心領域は、総面積Ａ、関心領域内のすべての点の算術平均位置である重心Ｃ、および重心Ｃとネック領域の遠方側との間の距離である重心距離Ｈを有する。クロスバーおよびネック領域は、次式に表すような形状を有している。

【0009】

【数2】

本開示の他の目的および特徴は、明細書、特許請求の範囲、および添付の図面を検討することによって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】従来のサスペンションアセンブリの斜視図である。

【図2】従来のサスペンションアセンブリの底面図である。

【図3】従来のサスペンションアセンブリの側面図である。

【図4】本開示によるジンバルアセンブリの上面図である。

【図5】ジンバルアセンブリの先端部形状を示す部分上面図である。

【図6】ジンバルアセンブリの先端部形状を示す部分上面図である。

【図7】Ｋｒ対剛性係数のグラフである。

【図8】最大応力対応力係数のグラフである。

【図9】最適化関数対設計指標（ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｒｉｃ）のグラフである。

【図10】最適化関数対設計指標のグラフである。

【図11】ロール剛性に対する厚さ効果のグラフである。

【図12】厚さ効果対非動作応力のグラフである。

【図13】ジンバルアセンブリの代替例の先端部形状を示す部分上面図である。

【図14】代替例の最適化関数対設計指標のグラフである。

【図15】ジンバルアセンブリの代替例の先端部形状を示す部分上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図４はジンバルアセンブリ３０を示しており、ジンバルアセンブリ３０は、基部３４、先端部３６、および基部３４と先端部３６との間に取付部３２ａを含む様々な部分を有するフレーム３２を含んでおり、すべてステンレス鋼からなるシートメタルで形成されている。基部３４は２つの溶接位置３８、４０を含み、先端部３６は溶接位置４２を含む。これらの溶接位置３８、４０、４２において、フレーム３２がロードビームに溶接される。フレーム３２の取付部３２ａには、読み取り／書き込みヘッドを含むスライダ（上述したスライダ１４と同様）が取り付けられている（図４では隠れていて見えない）。ＰＺＴ（圧電素子）４６は、フレーム３２の２つの部分の間に取り付けられており、ＰＺＴ４６の伸縮によって、スライダが取り付けられたフレーム３２の取付部３２ａを回転させる（スライダの微調整位置決めのため）。フレックス回路４８は、ＰＺＴ４６およびスライダの読み取り／書き込みヘッドに接続され、これらとの間で電気信号を供給する電気トレースを含む。フレーム３２は、ネック５２によって先端部３６に接続されたクロスバー５０を含む。本開示は、従来のジンバルフレーム設計に対して優れた性能を提供する、先端部３６、ネック５２、およびクロスバー５０の形状ならびに寸法に関する。

【0012】

図５は、ジンバルアセンブリフレーム３２の先端部３６、ネック領域５２およびクロスバー５０を示す。ネック領域５２は、クロスバー５０と先端部３６とを接合するフレームの部分である。ネック領域５２は、ネック領域５２の湾曲した対向縁部５２ａ間に最小幅Ｄを含む形状を有する。ネック領域の縁部５２ａは、最小幅Ｄが存在するネック領域５２の中心に存在する曲率半径Ｒを有するフレーム３２の縁部の部分（すなわち、フレーム３２の縁部が真っ直ぐになり始めて先端部３６の縁部３６ａおよびクロスバー５０の縁部５０ａに移行する点まで）を含むことができる。ネック領域５２の縁部５２ａおよびクロスバー５０の縁部５０ａは、最小幅Ｄの点（本明細書では第１の点とも呼ばれる）からクロスバー５０の縁部に沿った第２の点までそれぞれ延在する１対の移行縁部領域５４を画定し、第２の点でネック領域５２から離れて延在するクロスバー５０の縁部は略直線になる。各移行縁部領域５４は、最小幅Ｄが延在する方向（例えば、図５のｙ方向）に平行な第１の方向に移行長さ「ａ」を画定し、最小幅Ｄが延在する第１の方向に対して直交する第２の方向（例えば、図５のｘ方向）に移行幅「ｂ」を画定する。

【0013】

ネック領域５２およびクロスバー５０の一部は、図６に示す関心領域５６を共に画定する。関心領域５６は、ネック領域５２を含み、移行縁部領域５４の遠端の間（すなわち、第２の点の間）のクロスバー５０の部分を越えて延在する。具体的には、関心領域５６は、Ｄ＋（２・ａ）よりも長いクロスバー５０に沿った長さＬを有することができることが見出された。現代のディスクドライブのサイズ制約を考慮すると、クロスバー５０に沿った関心領域５６の長さＬは、ネック領域の中心にあるときに０．６ｍｍであり得ることがさらに認定されている。関心領域５６は、総面積Ａと、関心領域５６内のすべての点の算術平均位置である重心Ｃとを有する。重心距離Ｈは、重心Ｃと関心領域５６の遠方側（すなわち、ネック領域５２の遠方側）との距離である。

【0014】

ネック領域５２およびネック領域５２からクロスバー５０への移行部は、剛性および応力の両方に関してジンバルフレーム３２の性能に強く影響を及ぼすことが分かっている。より具体的には、ネック領域５２およびクロスバー５０の形状、特に、上記で特定された幾何学的パラメータＤ、ａ、ｂ、ＨおよびＡを、これらの位置におけるフレーム３２の厚さｔとともに、ある基準を満たすように形成することによって、剛性および応力性能の向上が達成できると判断された。パラメータＤ、ａ、ｂ、Ｈの単位はｍｍであり、Ａの単位はｍｍ^２である。

【0015】

溶接位置４２付近のフレーム３２の形状を、非動作時の衝撃事象における低いロール剛性および低い応力集中の２つの機械的性能要件とより良く関連付けるために、最適化関数が、式（１）（材料がステンレス鋼である場合）で表されるように最初に定義される。

【0016】

【数3】

ロール剛性は０．７ｕＮｍ／ｄｅｇ、最大応力は６５０ＭＰａで正規化される。ロール剛性と最大応力には、式（１）に示すように０．８と０．２の重み付け値（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ）が与えられている。式（１）に示すように、最適化関数の値を小さくすることで、Ｋｒと最大応力の組み合わせがより良くなる。

【0017】

次に、Ｋｒ（ロール剛性）および最大応力を、対象となる先端溶接領域の幾何学的パラメータと相関させる。剛性係数および応力係数は、Ｋｒと最大応力に相関するように、式（２）および式（３）で示すように別々に定義することができる。

【0018】

【数4】

【0019】

【数5】

図７および８は、Ｋｒ対剛性係数のプロット、および最大応力対応力係数のプロットを示す。

【0020】

式（２）および式（３）を式（１）に代入すると、式（４）に示すように、ロール剛性および最大応力を最適化するための設計指標ｄｍが得られる。

【0021】

【数6】

本発明者は、設計指標ｄｍが０．０５未満である場合、先端溶接位置４２に隣接するジンバルフレーム３２の性能が、Ｋｒおよび最大応力の両方において優れていることを見出した。設計指標に対する最適化関数のプロットを図９に示す。

【0022】

最適化において応力がより重要な役割を果たす場合、式（１）で使用する重み付け値が変わる可能性があるため、式（５）に示すように重み付け値を０．６と０．４で比較を行い、図１０にプロットした。図９と図１０を比較すると、データポイントが右と下にシフトしている。つまり、式（５）により、最適化目的を満たすことができる設計候補がより多く除外されることになる。

【0023】

【数7】

ステンレス鋼フレーム３２の厚さが性能に影響を及ぼすことも判明している。異なるフレクシャ厚さを分析した結果を図１１および１２に示す。したがって、フレーム厚さｔ（ｔはμｍ単位）の影響を考慮して式（４）を展開すると、式（６）のようになる。

【0024】

【数8】

フレーム３２（および特に先端部３６、クロスバー５０ならびにネック領域５２）の形状が式（６）を満たす場合、優れた複合応力および剛性性能が実現される。

【0025】

図１３および１４は代替例を示す。関心領域５８は、図６に示した領域よりも小さくすることができると判断された。具体的には、関心領域５８は、図１３に示すように、ネック領域５２と、移行縁部領域５４間に延在するクロスバー５０の部分とを含むことができる。この代替例の関心領域５８の面積Ａが小さいことに対応するために、設計指標式を次のように定義することが決定された。

【0026】

【数9】

式（７）の設計指標に対する最適化関数のプロットを図１４に示す。上記で定義されかつ図１３に示すような関心領域５８が、面積Ａ、重心Ｃ、およびそこから生じる重心距離Ｈを有する場合、定義された形状は、式（７）が満たされると、優れた複合応力および剛性性能を提供する。

【0027】

図１５は、溶接位置４２を含む先端部３６がクロスバー５０の内側に配置される（すなわち、クロスバー５０がフレーム３２の遠端に位置し、先端部３６がクロスバー５０とスライダが取り付けられるフレーム３２の取付部３２ａとの間に配置される）代替例を示す。

【0028】

本開示は、上述し、かつ本明細書に例示した実施例に限定されるものではなく、任意の請求項の範囲に属する任意のおよびすべての変形例を包含することを理解されたい。例えば、本明細書における本発明、実施形態または例への言及は、任意の請求項または請求項の用語の範囲を限定することを意図するものではなく、その代わりに、請求項のうちの１つまたは複数によってカバーされ得る１つまたは複数の特徴に言及することを意図するものである。上述した材料、プロセス、および数値例は例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものとみなされるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【外国語明細書】