專利名稱：硬盤驅(qū)動器、其操作方法及硬盤驅(qū)動器致動器的懸置組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬盤驅(qū)動器(HDD)，尤其涉及支撐讀/寫頭的硬盤驅(qū)動器的懸置組件(suspension assembly)。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于電腦的硬盤驅(qū)動器(HDD)用來存儲信息，通過讀/寫頭讀取記錄在盤片上的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫到盤片上。這樣的HDD包括用來使讀/寫頭定位于盤片上方的致動器和懸置組件。讀/寫頭安裝在懸置組件上并且懸置組件連接在致動器的前端。
參考圖1，傳統(tǒng)懸置組件40包括承載梁41、具有彎曲部分且連接在承載梁41上的托架43、安裝在托架43上的滑動件49和止動件50。承載梁41的前端形成上升片47，而承載梁41的中間部分形成向托架43突出的凹部45。承載梁41和托架43通過凹部45彼此接觸。HDD的讀/寫頭(未示出)連接到滑動件49上。讀/寫頭讀取記錄在盤片20上的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫到盤片20上?；瑒蛹?9是負(fù)壓型滑動件，也就是說，在滑動件49從盤片20上方移過期間，在滑動件的氣浮表面的不同部分上產(chǎn)生正、負(fù)氣浮壓力。
當(dāng)讀/寫頭在讀/寫數(shù)據(jù)時，盤片20以高速旋轉(zhuǎn)。空氣被引導(dǎo)在盤片20和滑動件49間流通，以在懸置組件40上產(chǎn)生上升力。由此，當(dāng)連接在滑動件49上的讀/寫頭在盤片20上方的預(yù)定高度懸移時，讀/寫頭寫或讀數(shù)據(jù)。同時，凹部45允許滑動件49在限定范圍內(nèi)橫搖和傾斜。當(dāng)HDD被停用并且盤片20停止旋轉(zhuǎn)時，滑動件49離開盤片20(卸載操作)，而位于承載梁41前端的上升片47沿?？科滦渭?未示出)移動并停在其上，從而滑動件49穩(wěn)定下來。
在?？坎僮髌陂g，?？科滦渭⑸仙?7向遠(yuǎn)離盤片20的表面的方向移動，即，停靠坡形件在該上升片47上施加分量Fr垂直于盤片20的表面的法向力。另一方面，隨著上升片47在分量Fr的方向遠(yuǎn)離盤片20的表面移動，吸力Fa，即滑動件49的氣浮表面上產(chǎn)生的負(fù)壓的合力，作用在滑動件49上。吸力迫使滑動件49向盤片20的表面移動。因而，托架43彎曲遠(yuǎn)離承載梁41從而使托架43與承載梁41上的凹部45分離開。最初可以通過止動件50來防止滑動件49接觸盤片20的表面。
然而，上述條件導(dǎo)致托架43在與盤片20的表面垂直的方向(Z方向)上振動。如果滑動件49持續(xù)振動或在凹部周圍的θ方向傾斜，滑動件49很可能與盤片20的表面發(fā)生碰撞。止動件50可以防止滑動件49移位而超出與凹部45之間的預(yù)設(shè)距離，但不能控制滑動件49本身的移動。因此，傳統(tǒng)的懸置組件在卸載過程期間不能總是防止讀/寫頭與盤片20的表面碰撞，由此會永久地?fù)p壞硬盤驅(qū)動器或破壞記錄在盤片20上的數(shù)據(jù)。
并且，在卸載操作期間，致動器還可以以相對低的角速度旋轉(zhuǎn)以減小滑動件49的振動。然而，在這樣的情況下，卸載操作需要相對長的時間會對懸置組件和HDD帶來其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硬盤驅(qū)動器致動器的懸置組件，該懸置組件可以通過在卸載操作期間限制滑動件的自由度來防止懸置組件和盤片之間碰撞。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進(jìn)的硬盤驅(qū)動器以使硬盤驅(qū)動器可以在較短的時間內(nèi)執(zhí)行卸載操作并且不會造成懸置組件和驅(qū)動器的數(shù)據(jù)存儲盤片之間碰撞。
同樣地，本發(fā)明的另一個目的是提供一種硬盤驅(qū)動器的操作方法，使用該操作方法可以在卸載操作期間抑制滑動件的抖動，從而防止滑動件和盤片之間碰撞并且使卸載操作可以在較短的時間內(nèi)執(zhí)行。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于硬盤驅(qū)動器的致動器的懸置組件，其包括具有凹部的承載梁；承載硬盤驅(qū)動器的讀/寫頭的滑動件；托架，所述托架具有彎曲部分、后端、通常與凹部保持接觸的第一表面和與第一表面相對并支撐滑動件的第二表面，在該后端處，托架固定到承載梁并自該后端沿承載梁的縱向向前延伸；以及限制機(jī)構(gòu)，該限制機(jī)構(gòu)用于在沿承載梁的縱向與托架的后端向前間隔的位置處選擇性地將承載梁和托架彼此連接或彼此分離，由此，當(dāng)從硬盤驅(qū)動器的盤片上卸載由滑動件承載的讀/寫頭時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此連接以抑制滑動件的抖動，而當(dāng)將由滑動件承載的讀/寫頭加載到盤片上時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此分離以允許滑動件圍繞凹部更自由地傾斜和橫搖。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種改進(jìn)的硬盤驅(qū)動器，其具有殼體，設(shè)置在殼體中的致動器、?？科滦渭椭鬏S電機(jī)以及安裝到主軸電機(jī)的至少一數(shù)據(jù)存儲盤片，其中，所述致動器包括被支撐而可圍繞樞軸旋轉(zhuǎn)的搖臂，以及連接到搖臂前端并由此突出的懸置組件，并且其特征在于，將上述的限制機(jī)構(gòu)集成到懸置組件中。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，限制機(jī)構(gòu)優(yōu)選為包括設(shè)置在承載梁上的第一板，設(shè)置在托架上的面向第一板的第二板，以及供電單元，其可操作地連接到第一和第二板以分別為第一和第二板提供相反極性的負(fù)載。
仍然依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種操作這樣的硬盤驅(qū)動器的方法，其中該方法包括執(zhí)行裝載操作，該操作包括圍繞樞軸沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)搖臂，以在盤片表面上方移動讀/寫頭；以及執(zhí)行卸載操作，該操作包括沿與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)搖臂，以使讀/寫頭快速離開盤片表面，通過沿?？科滦渭瑒由仙?，使上升片?？吭谕？科滦渭?，以及在上升片開始沿?？科滦渭瑒又蟮囊粫r刻，在沿承載梁的縱向與托架的后端間隔的位置處，連接承載梁與托架。
優(yōu)選地，通過向連接在托架上的板施加靜電力而將托架連接到承載梁上。由此，可以監(jiān)視凹部和托架之間的接觸狀態(tài)。例如，可以在包括承載梁和托架的電路中產(chǎn)生電流，并檢測電路中的電阻。一旦監(jiān)視結(jié)果顯示凹部和托架彼此分離，托架就被連接到承載梁上。


通過下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明上述和其它方面的特征和優(yōu)點將更加清楚。
圖1是傳統(tǒng)的HDD中的懸置組件的垂直剖面圖；圖2是具有依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的硬盤驅(qū)動器(HDD)的分解透視圖；圖3是懸置組件的透視圖；圖4是懸置組件的垂直剖面圖；圖5是如圖4圓圈V中所示的依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的限制機(jī)構(gòu)的原理圖；
圖6A至7B是用于有限元分析的依據(jù)本發(fā)明的限制結(jié)構(gòu)的模型圖；圖8A和8B是圖示分別依據(jù)本發(fā)明和傳統(tǒng)的懸置組件，在卸載操作期間施加在懸置組件上的各種力的曲線圖；圖9A和9B是圖示分別依據(jù)本發(fā)明和傳統(tǒng)的懸置組件，在懸置組件中的上升片和滑動件的垂直位移的曲線圖；圖10A和10B是圖示分別依據(jù)本發(fā)明和傳統(tǒng)的懸置組件，在卸載操作期間懸置組件中的滑動件和盤片表面之間的間隙的曲線圖；圖11A和11B是圖示分別依據(jù)本發(fā)明和傳統(tǒng)的懸置組件，懸置組件中的滑動件的傾斜(角度偏移)的曲線圖；圖12是圖示依據(jù)本發(fā)明的縱向穩(wěn)定性(pitch stiffness)與懸置組件和盤片表面之間的間隙的關(guān)系的曲線圖；圖13是圖示在應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的HDD中和應(yīng)用傳統(tǒng)的懸置組件的HDD中，上升片的橫移速率與滑動件和盤片表面之間的間隙之間的關(guān)系的曲線圖；圖14是圖示在應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的HDD中和應(yīng)用傳統(tǒng)的懸置組件的HDD中，上升片的橫移速率和抬起時間之間以及上升片的橫移速率和卸載時間之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
參考圖2，依據(jù)本發(fā)明的HDD包括一殼體，該殼體具有蓋111和底座112，蓋111連接在底座112上；一主軸電機(jī)125；一致動器130；和一?？科滦渭?60。主軸電機(jī)125、致動器130和?？科滦渭?60設(shè)置在殼體內(nèi)并安裝到底座112。殼體防止外來物質(zhì)損壞容納于其中的部件，并防止操作噪聲散布到殼體外面。至少一數(shù)據(jù)存儲盤片120被安裝到主軸電機(jī)125以通過電機(jī)來高速旋轉(zhuǎn)。致動器130在盤片120上方移動讀/寫頭。致動器130包括一設(shè)置在底座112上的致動器樞軸131，一由樞軸131支撐并可圍繞其旋轉(zhuǎn)的搖臂133，一連接到并突出于搖臂133的前端的懸置組件140，一連接到懸置組件140前端的滑動件149，一耦接到搖臂133后端的線圈支撐件135，以及一音圈電機(jī)(VCM)。滑動件149承載讀/寫頭。
由于流經(jīng)VCM線圈137的電流和由磁體175產(chǎn)生的磁場作用，音圈電機(jī)在依據(jù)弗萊明左手定則(Fleming’s Left Hand Rule)的方向上旋轉(zhuǎn)搖臂133。VCM線圈137圍繞著線圈支撐件135纏繞。磁體175分別設(shè)置在VCM線圈137的上方和下方，并且面向VCM線圈137。設(shè)置在底座112上的軛171支撐磁體175。
當(dāng)HDD被打開(裝載操作)并且盤片120開始旋轉(zhuǎn)時，VCM在預(yù)定方向例如逆時針方向旋轉(zhuǎn)搖臂133以在盤片120上方移動滑動件149。通過旋轉(zhuǎn)的盤片120和滑動件149之間產(chǎn)生的空氣壓力將滑動件149提升到盤片120的表面上方一預(yù)定高度。在這種狀態(tài)下，滑動件149所承載的讀/寫頭沿盤片120的某個軌道移動以向盤片120寫入數(shù)據(jù)或從盤片120讀取數(shù)據(jù)。另一方面，當(dāng)HDD被關(guān)閉且盤片120停止旋轉(zhuǎn)時，VCM在相反方向例如順時針方向旋轉(zhuǎn)搖臂133以將滑動件149移離盤片120(卸載操作)。參考圖3和圖4，懸置組件140包括一耦接到搖臂133前端的承載梁141，以及一具有彎曲部分并支撐滑動件149的托架143?；瑒蛹?49由托架143向盤片120偏移。承載梁141具有向下突出的凹部145，該凹部145設(shè)置成與托架143點接觸。由此，在讀/寫操作期間，當(dāng)滑動件149在盤片120上方懸移時，滑動件149可以橫搖和傾斜。上升片147在承載梁141的前端形成。在將讀/寫頭從盤片120卸載期間，上升片147沿?？科滦渭?60滑動。在卸載操作的最后，上升片147?？吭谕？科滦渭?60上。在這種(?？?狀態(tài)下，滑動件149以及讀/寫頭被穩(wěn)定地支撐在盤片120的徑向外部。
懸置組件140還包括插入在承載梁141和托架143之間的限制機(jī)構(gòu)150?；旧?，在卸載操作的某個階段，限制機(jī)構(gòu)150被驅(qū)動以在上升片147開始沿停靠坡形件160移動時抑制滑動件149，即，抑制滑動件149的抖動。
更特別地，?？科滦渭?60具有多個支撐面，當(dāng)讀/寫頭被移離盤片120(徑向向外)時，這些支撐面引導(dǎo)上升片147。?？科滦渭?60的支撐面包括一傾斜面161，當(dāng)讀/寫頭最初被卸載(從盤片120徑向向外移開)時，該傾斜面161引導(dǎo)上升片147遠(yuǎn)離盤片120的表面；一水平引導(dǎo)面163，當(dāng)讀/寫頭進(jìn)一步被從盤片120的表面移開(徑向向外)時，該水平引導(dǎo)面163在水平方向引導(dǎo)上升片147；一座放面167，當(dāng)上升片147?？繒r，上升片147坐落在該座放面上；和一限制面165，該限制面的傾斜方向與傾斜面161相反以防止?？康纳仙?47由于外力而向盤片120隨意移動。
這樣，在卸載操作的開始，隨著上升片147沿傾斜面161滑動，?？科滦渭?60在承載梁141上施加向上的合力Fr。同時，由于盤片120的旋轉(zhuǎn)，空氣流被導(dǎo)入到滑動件149和盤片120之間。在讀/寫操作期間，空氣流提供作為氣浮的正向的壓力以保持滑動件149移離盤片120的表面。向上的合力Fr提升滑動件149通過將滑動件149連接到承載梁141的托架143。由此，在卸載操作開始后的某個時刻，在負(fù)壓型滑動件149和盤片120的表面之間產(chǎn)生了真空(負(fù)壓)。負(fù)壓導(dǎo)致向下力Fa作用在滑動件149上。
在卸載操作期間，由于作用在上升片147上的力Fr和作用在滑動件149的力Fa，承載梁141和托架143彼此分離，即托架143在其彎曲部分彈性地形變。由于托架143的彈性，一旦承載梁141和托架143分離到某種程度，滑動件149就垂直地移離盤片120的表面。如果這些效果未加監(jiān)控，則會導(dǎo)致托架143振動，接著導(dǎo)致滑動件149在凹部145周圍的θ方向上傾斜或在垂直方向(Z方向)振動。如前所述，滑動件149這樣的抖動會導(dǎo)致滑動件149與盤片120的表面碰撞，并由此導(dǎo)致對HDD和讀/寫磁頭的永久損傷。
然而，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件140采用限制機(jī)構(gòu)150以活動地抑制滑動件149的抖動，并由此防止滑動件149與盤片120的表面碰撞。限制機(jī)構(gòu)150包括彼此相對的一第一板155和一第二板159。第一和第二板155和159分別固定到承載梁141和托架143上。更特別地，第一板155可以通過一支撐臂151連接到承載梁141上，而第二板159可以直接粘接到托架143上。支撐臂151是一懸臂結(jié)構(gòu)，其具有固定到承載梁141的固定端和與第一板155連接的自由移動端。
參考圖5，第一和第二板155和159被連接到一電源電路，該電源電路包括一恒壓(DC)電壓源181。例如，第一板155可以連接到恒壓電源181的正極，而第二板159可以連接到恒壓電源181的負(fù)極。此外，電源電路可以包括一開關(guān)185，該開關(guān)選擇性地從恒壓電源181向第一和第二板155和159提供電源。開關(guān)185通過HDD的控制器操作以開啟或關(guān)斷限制機(jī)構(gòu)150。
當(dāng)開關(guān)185關(guān)閉時，通過在第一板155和第二板159之間的電源電路建立一預(yù)定電壓。由此，分別在第一和第二板155和159聚集相反極性的靜電荷，由此第一板155和第二板159相互電吸引。在這種情況下，由于連接著滑動件149的托架143通過限制機(jī)構(gòu)150相對固定于承載梁141，從而防止滑動件149在凹部145周圍傾斜或垂直于凹部145移動。由此，可以避免滑動件149和盤片120之間由于滑動件149的抖動造成的碰撞。另一方面，當(dāng)開關(guān)185開通時，第一和第二板155和159的電荷損失，且兩者不再彼此相互電吸引。此時，允許滑動件149相對于承載梁141更自由地移動。也就是說，滑動件149可以在承載梁141的凹部145周圍傾斜或橫搖以使得在讀/寫操作期間當(dāng)滑動件在盤片120上方懸移時獲得高穩(wěn)定性。
仍然參考圖5，第一和第二板155和159中的每個包括一絕緣膜和一平板電極。更特別地，第一板155包括第一平板電極153和面對第二板159的絕緣膜154。絕緣膜154防止帶有相反極性電荷的第一和第二板155和159之間放電，并在限制機(jī)構(gòu)150關(guān)斷時允許靜電荷(剩余的)從第一和第二板155和159快速地消散。第二板159包括第二平板電極157和插入第二板159和托架143之間的絕緣膜158。絕緣膜158防止電荷在托架143和第二電極板157之間傳輸，并且防止滑動件149被磁化以及由此被損壞。第一和第二電極板153和157中的每個可以由具有高導(dǎo)電性的薄金屬膜制成，以容易通過電源電路充電。
當(dāng)凹部145和托架143開始分離時，限制機(jī)構(gòu)150可以被開啟。也就是說，在卸載過程期間，隨著滑動件149被圖4中所示的力Fa拉向盤片120的表面，當(dāng)承載梁141和托架143彼此分離的時候，限制機(jī)構(gòu)150可以開啟。凹部145和托架143之間的狀態(tài)(接觸或分離)可以通過實時測量其間的電阻而確定。為此，限制機(jī)構(gòu)150可以包括一通過凹部145和托架143的電子回路。
圖6A和6B圖示了依據(jù)本發(fā)明的限制機(jī)構(gòu)的有限元模型250。參考圖6A和6B，彈性部件251類似于耦接到HDD的搖臂的承載梁，像懸臂那樣水平地延伸以具有固定端和自由端。模型250還包括一實心體243(類似于支撐包含HDD的讀/寫頭的滑動件的托架)，由彈性部件251支撐的第一板255，和沿實心體243的表面設(shè)置而面對第一板255的第二板(未示出)。更特別地，彈性部件251的自由端彎曲并在第一板255的中心A處支撐第一板255。模型250還包括一在彈性部件251和實心體243之間的凹部245。
考慮當(dāng)凹部245和實心體243脫離接觸時，在第一板255的整個表面(或面對第一板255的第二板的整個表面)產(chǎn)生靜電力fes的情況。在這種情況下，彈性部件251彈性變形并且被拉向托架243。這樣的在第一板255的整個表面上產(chǎn)生的靜電力fes可以由作用在第一板255的中心點A的等效力Fes和圍繞中心點A的力矩Mes表示。等效力Fes和力矩Mes的數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)為
Fes=ϵ0wlockU22θ02(b-aab)]]>Mes=ϵ0wlockU22θ02(ln(ba)+b2-a22ab)···(1)]]>其中ε0表示相對空氣的介電常數(shù)，通常為8.854×10-12F/m，wlock表示第一板255的寬度(在本發(fā)明的一個實施例中為0.6mm)，a和b分別表示凹部245與第一板255的前緣之間的距離以及凹部245與第一板255的后緣之間的距離(在該實施例中分別為0.196mm和1.109mm)，θ0表示當(dāng)凹部245從實心體243分離時實心體243的傾斜的臨界角度(在實施例中通過幾何分析確定為520μrad)。
如果在第一板255和第二板之間的電勢差U為1V，則點A處的等效力Fes及圍繞該點的力矩Mes分別為41.3μN和9.898μN-mm。如果以這種方式計算施加在彈性部件251上的負(fù)載，彈性部件251的垂直位移V和旋轉(zhuǎn)位移Φ可以表示成彈性部件251的長度Xs的函數(shù)，分別為(V(Xs)，Φ(Xs))。當(dāng)彈性部件251的長度Xs為1時，在點A處的彈性部件251的垂直位移V(1)和旋轉(zhuǎn)位移Φ(1)分別為81.8μm和19.3μrad，由下式給出v(l)=1EJy(Fesl32+Mesl22)]]> 其中1表示彈性部件251的長度，E表示彈性部件251的彈性系數(shù)，Jy表示彈性部件251的截面慣量。標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼的彈性模量E＝190Gpa和截面為147.2×25.4μm2被用于彈性部件251。當(dāng)凹部245與實心體243隔開時，為了將第一板255連接到第二板，第一板255的前緣和后緣必須分別垂直移動距離d前緣和d后緣，由下式計算 參考圖4，當(dāng)輸入電壓U為1V時，由靜電力引起的位移V(1)和Φ(1)(見下述等式4)比幾何位移d前緣、d后緣和θ0大幾個數(shù)量級。因此，當(dāng)實心體243處于傾斜的臨界角度時，彈性部件251將被彎曲，使得第一板255連接到實心體243。
v(l)＝81.8μm＞d后緣＝0.58μm＞d前緣＝0.11μm(l)＝19.3mrad＞θ0＝0.52mrad...(4)此外，在第一板255和第二板之間產(chǎn)生的靜電力依賴于在其間施加的電壓。隨著電壓的增加，盤片之間的靜電力增加。本發(fā)明中，電源電路優(yōu)選為盡可能小而仍提供足夠的靜電力以有效地彎曲托架151。通過附加的有限元分析確認(rèn)即使輸入電壓U減小為0.1V，第一板255和第二板仍將彼此連接。因此，依據(jù)本發(fā)明的限制機(jī)構(gòu)的電源電路可以很小，HDD可以更緊湊，而相關(guān)的制造成本也小。
圖7A和7B圖示了依據(jù)本發(fā)明的限制機(jī)構(gòu)的有限元模型的狀態(tài)，其中一旦凹部245和實心體243已經(jīng)彼此分離并且絕緣膜在第一和第二板之間被集成到模型中，則實心體243處于其最大傾斜角度。這種狀態(tài)代表恰在讀/寫頭接觸盤片之前的懸置組件的狀態(tài)。即使實心體243處于其最大傾斜角度時，第一和第二板也應(yīng)當(dāng)保持連接。
在這個模型中，在第一板255(或與第一板255相對的第二板)的整個表面作用的靜電力可以通過作用在第一板255中心A處的等效力Fes表示。等效力Fes可以根據(jù)下式(5)計算Fes=ϵdeϵ0SlockU22hde···(5)]]>其中hde表示在第一板255和第二板之間設(shè)置的絕緣膜的厚度(本發(fā)明的一個實施例中為0.05μm)，εde表示絕緣膜的相對介電常數(shù)(本發(fā)明的一個實施例中為10×10-12F/m)，而Slock表示第一板255的面積并且滿足Slock＝llock×ωlock，其中l(wèi)lock＝b-a。將這些值代入式(5)，第一板255的中心A處的等效力Fes為Fes(t>tdmple)=9.7mN···(6)]]>采用幾何分析，實心體243的最大傾斜角度θmax和實心體243在凹部所處的點C處的最大垂直位移ΔZCmax由下式給出θmax=θ(textr)≅9mrad,textr>tdmple]]>ΔZCmax=ΔZC(textr)≅5.7μm,textr>tdmple···(7)]]>
因此，第一板255的中心A處的最大垂直位移V(textr，l)和最大旋轉(zhuǎn)位移Φ(textr，l)由下式給出v(textr，l)＝ΔZCmax+rsinθmax，textr＞tdmple(textr，l)＝θmax，textr＞tdmple...(8)根據(jù)彈性理論，施加在第一板中心A處的將產(chǎn)生最大垂直位移V(textr，l)和最大旋轉(zhuǎn)位移Φ(textr，l)的等效力(Fel(1)，F(xiàn)el(2)可以分別根據(jù)下式(9)計算得出Fel(1)=3EJyv(l)l3cosθmax=5.5μN]]> 因而，第一板中心A處的等效力必須大約為18μN，以產(chǎn)生足夠的垂直和旋轉(zhuǎn)位移。當(dāng)輸入電壓U為1V時，靜電力Fes＝9.7mN比負(fù)載Felmax＝18μN大幾個數(shù)量級，該負(fù)載Felmax供彈性部件251產(chǎn)生形變以使彈性部件具有與實心體243相同的朝向。
Fes(t>tdmple)>Felmax≅18μN···(10)]]>因此，當(dāng)施加在第一和第二板之間的電壓U為1V，并且實心體243在讀/寫頭接觸盤片之前處于對應(yīng)的最大形變時，第一板255和第二板保持彼此連接。即使當(dāng)電壓U為0.1V時，第一和第二板之間的等效吸引力為97μN，這大約比固定第一板255和第二板所需的力大五倍。
圖8A是依據(jù)本發(fā)明的采用限制機(jī)構(gòu)的懸置組件在卸載操作期間施加的負(fù)載的曲線圖。圖8B是依據(jù)傳統(tǒng)的采用止動件的懸置組件在卸載操作期間施加的負(fù)載的曲線圖。當(dāng)卸載開始并且上升片147進(jìn)入停靠坡形件160時，上升片147受到來自?？科滦渭?60的支承表面的作用力(圖中的停靠力)。?？苛υ谛遁d操作的初始階段快速地線性增加。在此期間，沿盤片120的表面的空氣流以及由?？坎僮鳟a(chǎn)生的將滑動件149拉離盤片表面的作用力兩者在滑動件149上施加正壓和負(fù)壓。隨著滑動件中心位置(圖9A和9B)和滑動件傾斜角度(圖11A和11B)由于?？苛τ谰脛幼骱蚅/UL片位移(圖9A和9B)逐漸增加而增加，正壓力快速地減少，而負(fù)壓力逐漸地減少。因此，動件傾斜角度(圖11A和11B)由于?？苛τ谰脛幼骱蚅/UL片位移(圖9A和9B)逐漸增加而增加，正壓力快速地減少，而負(fù)壓力逐漸地減少。因此，在卸載操作的初始階段由正壓和負(fù)壓導(dǎo)致的凈力(圖中的氣浮力)最終作用在趨向?qū)⒒瑒蛹葡虮P片120的表面的方向(此時圖中的氣浮力具有負(fù)值)。支承滑動件149的懸置組件140被設(shè)計為具有類似于氣浮力的分布的彈性分布，以抵消氣浮力。
?？苛Α飧×蛻抑昧Φ姆植荚谏仙?47進(jìn)入?？科滦渭?60之后表現(xiàn)出大約1.5ms的波動。這些波動圖示出當(dāng)滑動件149相對于盤片120的表面提升時所產(chǎn)生的振動。通過圖8A和8B可以清楚地看到，本發(fā)明的懸置組件140比傳統(tǒng)懸置組件更顯著地抑制這些振動(幅度和數(shù)量)。由此，本發(fā)明可以防止滑動件149和盤片120的表面碰撞。
圖9A示出在依據(jù)本發(fā)明的采用限制機(jī)構(gòu)150的懸置組件(圖4)中，卸載操作期間，上升片147和滑動件149的垂直位移的曲線圖。圖9B是在傳統(tǒng)的采用止動件50的懸置組件(圖1)中，卸載操作期間，上升片147和滑動件149的垂直位移的曲線圖。在圖9A和9B中，虛線代表上升片的垂直位移，實線代表滑動件的中心的垂直位移。在每種情況下，隨上升片沿停靠坡形件的傾斜面初始移動，上升片的垂直位移線性地增加，而滑動件的垂直位移幾乎保持常數(shù)。然而，在傳統(tǒng)的懸置組件中，一旦滑動件通過止動件50與盤片分離，滑動件49就劇烈振動，如圖9B中所示的滑動件中心的垂直位移的分布。另一方面，當(dāng)滑動件149開始提升離開盤片時，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件140的限制機(jī)構(gòu)150抑制滑動件149的抖動。而與傳統(tǒng)的懸置組件相比，滑動件149離開盤片120時，滑動件149適中地振動。
圖10A示出在依據(jù)本發(fā)明的具有限制機(jī)構(gòu)150的懸置組件(圖4)中，卸載操作期間，滑動件149和盤片120表面之間的間隙的圖。圖10B示出依據(jù)傳統(tǒng)的采用止動件50的懸置組件(圖1)中，卸載操作期間，滑動件和盤片表面之間的間隙的圖。如圖10A和10B所示，滑動件和盤片表面之間的間隙隨滑動件的振動而不同。然而，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件中的振動小于傳統(tǒng)的懸置組件中的振動。卸載操作期間，在依據(jù)本發(fā)明的懸置組件140中，滑動件149和盤片120的表面之間的最小間隙計算為+4.096nm。相比而言，卸載操作期間，在依據(jù)傳統(tǒng)的懸置組件中，滑動件49和盤片20的表面之間的最小間隙計算為-5.815nm。該負(fù)值意味著滑動件49將與盤片20的表面碰撞。
圖11A是圖示在依據(jù)本發(fā)明的采用限制機(jī)構(gòu)150的懸置組件(圖4)中，卸載操作期間，滑動件149的傾斜的曲線圖。圖11B是圖示在依據(jù)傳統(tǒng)的具有止動件50的懸置組件(圖1)中，卸載操作期間，滑動件49的傾斜的曲線圖。在卸載操作期間，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的滑動件149的最大傾斜是大約12mrad，而傳統(tǒng)的懸置組件的滑動件49的最大傾斜是大約20mrad或幾乎為本發(fā)明中的兩倍。
圖12是圖示依據(jù)本發(fā)明在卸載操作期間托架143的縱向穩(wěn)定性與滑動件149和盤片120之間的間隙之間的關(guān)系的曲線圖。托架143的縱向穩(wěn)定性表示圍繞凹部145旋轉(zhuǎn)滑動件149一單位角度所需的力矩的大小，即，托架143對抗滑動件149傾斜的阻力。當(dāng)讀/寫頭裝載并設(shè)置在盤片120上方時，滑動件149應(yīng)當(dāng)能夠圍繞凹部145自由地移動。此時，限制機(jī)構(gòu)150應(yīng)當(dāng)斷開以使托架143的縱向穩(wěn)定性低。當(dāng)卸載操作開始時，限制機(jī)構(gòu)150隨之開啟，托架143的縱向穩(wěn)定性迅速增加。這樣，滑動件149相對于盤片120的表面提升時，滑動件149在傾斜方向上的抖動可以被減小。在圖12中，水平軸代表限制機(jī)構(gòu)150開啟時托架143的縱向穩(wěn)定性。如該圖所示，滑動件149和盤片120的表面之間的間隙隨縱向穩(wěn)定性的增加而增加，這是因為滑動件149的抖動隨縱向穩(wěn)定性的增加而被阻止。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，卸載操作期間的最小間隙應(yīng)當(dāng)為3nm或更多。因此，限制機(jī)構(gòu)150應(yīng)當(dāng)被設(shè)計為給予托架143比大約2.1E-0.4N-m/rad更大的縱向穩(wěn)定性。
圖13是圖示在依據(jù)本發(fā)明(改進(jìn)的HGA)和現(xiàn)有技術(shù)(傳統(tǒng)的HGA)的懸置組件中，上升片的橫移速率與滑動件和盤片之間的卸載操作間隙之間的計算關(guān)系的曲線圖。參考圖13，傳統(tǒng)的懸置組件的特征在于隨著上升片47的橫移速率增加，間隙迅速減小，例如，從大約1.3ips減小到負(fù)(-)值。間隙為負(fù)值(-)表示滑動件和盤片的表面碰撞的狀態(tài)。另一方面，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件的特征在于隨著上升片147的橫移速率增加，間隙逐漸變化并且只有微小增加。如圖所示，只要上升片147的橫移速率處于1到5ips，依據(jù)本發(fā)明的懸置組件可以維持在容限3nm以上的間隙。因此，上升片147的橫移速率可以比傳統(tǒng)的懸置組件中的高五倍，即，可以用更少的時間執(zhí)行操作。
圖14是圖示在傳統(tǒng)的懸置組件(傳統(tǒng)的HGA)和依據(jù)本發(fā)明的懸置組件(改進(jìn)的HGA)中，上升片的橫移速率和滑動件的抬起時間之間以及上升片的橫移速率和卸載時間之間的關(guān)系的圖。抬起時間指的是在卸載操作開始以后滑動件相對于盤片表面提升所需的時間。在這個方面，改進(jìn)的HGA和傳統(tǒng)的HGA中的上升片的橫移速率和抬起時間之間的關(guān)系是類似的，即，隨著上升片147的橫移速率增加，抬起時間都是逐漸減小。卸載時間指的是執(zhí)行卸載操作花費的時間。在這個方面，改進(jìn)的HGA和傳統(tǒng)的HGA的上升片的橫移速率和卸載時間顯示了相似的特征，即，隨著上升片的橫移速率增加，卸載時間減少。即，上述關(guān)系的分布具有相似的梯度。然而，具有本發(fā)明的懸置組件的HDD的卸載時間大約比采用傳統(tǒng)的懸置組件的HDD少16％，這是因為限制機(jī)構(gòu)150抑制了滑動件149的振動并進(jìn)而防止了卸載操作的延時。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，限制了卸載操作期間的滑動件的自由度，并且防止了滑動件和盤片之間的碰撞。因此，即使在相當(dāng)高的速度，即甚至當(dāng)搖臂和懸置組件的角速度很高時，也可以執(zhí)行穩(wěn)定的卸載操作。
最后，盡管已經(jīng)結(jié)合實施例描述了本發(fā)明，但這不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。相反地，本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行的對優(yōu)選實施例的各種變型和改變是顯而易見的。例如，所示和所描述的限制機(jī)構(gòu)通過靜電裝置選擇性地將承載滑動件的托架與承載梁連接或斷開?；蛘?，該限制機(jī)構(gòu)可以采用電磁或機(jī)械裝置。因此，對優(yōu)選實施例的變化或變型都落入本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硬盤驅(qū)動器的致動器的懸置組件，其包括具有凹部的承載梁；承載硬盤驅(qū)動器的讀/寫頭的滑動件；托架，所述托架具有彎曲部分、后端、通常與凹部保持接觸的第一表面和與第一表面相對并支撐滑動件的第二表面，在該后端處，托架固定到承載梁并自該后端沿承載梁的縱向向前延伸；以及限制機(jī)構(gòu)，該限制機(jī)構(gòu)用于在沿承載梁的縱向與托架的后端向前間隔的位置處選擇性地將承載梁和托架彼此連接或彼此分離，由此，當(dāng)從硬盤驅(qū)動器的盤片上卸載由滑動件承載的讀/寫頭時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此連接以抑制滑動件的抖動，而當(dāng)將由滑動件承載的讀/寫頭加載到盤片上時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此分離以允許滑動件圍繞凹部更自由地傾斜和橫搖。
2.如權(quán)利要求1所述的懸置組件，其中，所述限制機(jī)構(gòu)包括彼此面對的第一板和第二板，所述第一板設(shè)置在承載梁上，所述第二板設(shè)置在托架上；以及供電單元，用于與所述第一和第二板工作連接以分別向第一和第二板提供相反極性的電荷。
3.如權(quán)利要求2所述的懸置組件，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括連接著第一板的支撐臂，該支撐臂具有將支撐臂固定到承載梁的固定端以及連接著第一板的自由端。
4.如權(quán)利要求3所述的懸置組件，其中，所述支撐臂是由彈性材料制成的彎曲部件。
5.如權(quán)利要求2所述的懸置組件，其中，所述第二板直接連接到面對第一板的托架表面上。
6.如權(quán)利要求2所述的懸置組件，其中，所述供電單元包括恒壓電源，用于供應(yīng)恒定的直流電壓；和開關(guān)，該開關(guān)用于選擇性地從恒壓電源向第一和第二板供應(yīng)和切斷電力。
7.如權(quán)利要求2所述的懸置組件，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在第一板上且面對第二板的電絕緣膜。
8.如權(quán)利要求2所述的懸置組件，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括夾在第二板和托架之間的電絕緣膜。
9.一種硬盤驅(qū)動器，其具有殼體，設(shè)置在殼體中的致動器、?？科滦渭椭鬏S電機(jī)以及安裝到主軸電機(jī)的至少一數(shù)據(jù)存儲盤片，其中，所述致動器包括被支撐而可圍繞樞軸旋轉(zhuǎn)的搖臂，以及連接到搖臂前端并由此突出的懸置組件，并且所述懸置組件包括具有凹部和上升片的承載梁，該上升片在卸載操作期間沿?？科滦渭瑒硬⑼？吭谕？科滦渭?；承載在卸載操作期間移離盤片的讀/寫頭的滑動件；以及托架，所述托架具有彎曲部分、后端、通常與凹部保持接觸的第一表面和與第一表面相對并支撐滑動件的第二表面，在該后端處，托架固定到承載梁并自該后端沿承載梁的縱向向前延伸，其特征在于，所述懸置組件還包括限制機(jī)構(gòu)，該限制機(jī)構(gòu)用于在沿承載梁的縱向與托架的后端間隔的位置處選擇性地將承載梁和托架彼此連接或彼此分離，由此，當(dāng)從硬盤驅(qū)動器的盤片上卸載由滑動件承載的讀/寫頭時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此連接以抑制滑動件的抖動，而當(dāng)將由滑動件承載的讀/寫頭加載到盤片上時，該限制機(jī)構(gòu)使承載梁和托架彼此分離以允許滑動件圍繞凹部更自由地傾斜和橫搖。
10.如權(quán)利要求9所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述限制機(jī)構(gòu)包括彼此面對的第一板和第二板，第一板設(shè)置在承載梁上，第二板設(shè)置在托架上；以及供電單元，用于連接到第一和第二板，以分別向第一和第二板提供相反極性的電荷。
11.如權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括連接著第一板的支撐臂，該支撐臂具有將支撐臂固定到承載梁的固定端以及連接著第一板的自由端。
12.如權(quán)利要求11所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述支撐臂是由彈性材料制成的彎曲部件。
13.如權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述第二板直接連接到面對第一板的托架表面上。
14.如權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述供電單元包括恒壓電源，用于供應(yīng)穩(wěn)定的直流電壓；和開關(guān)，該開關(guān)用于選擇性地從恒壓電源向第一和第二板供應(yīng)和切斷電力。
15.如權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在第一板上且面對第二板的電絕緣膜。
16.如權(quán)利要求10所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述限制機(jī)構(gòu)還包括夾在第二板和托架之間的電絕緣膜。
17.一種操作硬盤驅(qū)動器的方法，該硬盤驅(qū)動器其具有殼體，設(shè)置在殼體中的致動器、?？科滦渭椭鬏S電機(jī)，安裝到主軸電機(jī)的至少一數(shù)據(jù)存儲盤片以及連接到致動器的讀/寫頭，其中，所述致動器包括被支撐而可圍繞樞軸旋轉(zhuǎn)的搖臂，以及連接到搖臂前端并由此突出的懸置組件，以及所述懸置組件包括具有凹部和上升片的承載梁；承載讀/寫頭的滑動件；以及托架，所述托架具有彎曲部分、后端、通常與凹部保持接觸的第一表面和與第一表面相對并支撐滑動件的第二表面，在該后端處，托架固定到承載梁并自該后端沿承載梁的縱向向前延伸，所述方法包括執(zhí)行裝載操作，該操作包括圍繞樞軸沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)搖臂，以在盤片表面上方移動讀/寫頭；以及執(zhí)行卸載操作，該操作包括沿與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)搖臂，以使讀/寫頭快速離開盤片表面，通過沿?？科滦渭瑒由仙股仙？吭谕？科滦渭?，以及在上升片開始沿?？科滦渭瑒又蟮囊粫r刻，在沿承載梁的縱向與托架的后端間隔的位置處，連接承載梁與托架。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，連接承載梁與托架的步驟包括向連接到托架的板施加靜電力。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，還包括監(jiān)視凹部和托架之間的接觸狀態(tài)，并且只要監(jiān)視到凹部和托架彼此分離，托架就基于所述監(jiān)視步驟在所述位置連接到承載梁。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述監(jiān)視步驟包括在包括承載梁和托架的電路中產(chǎn)生一檢測電壓，并檢測電路中的電阻。
全文摘要
提供一種硬盤驅(qū)動器致動器的懸置組件，用于防止與驅(qū)動器的數(shù)據(jù)存儲盤片發(fā)生碰撞。懸置組件包括承載梁；具有將托架耦接到承載梁的后端和彎曲部分的托架；連接到托架并承載硬盤驅(qū)動器的讀/寫頭的滑動件；和限制機(jī)構(gòu)，其可在操作期間選擇性地將托架的對應(yīng)部分與承載梁連接和斷開。該承載梁具有向托架凸起并且通常與托架的第一表面接觸的凹部?；瑒蛹B接到與第一表面相對的托架的第二表面。從盤片卸載讀/寫頭時，限制結(jié)構(gòu)將支承滑動件的托架部分連接到承載梁。因此，抑制了卸載操作時滑動件的抖動。另外，讀/寫操作期間，支承滑動件的托架部分與承載梁脫離，以允許滑動件圍繞凹部更自由地傾斜和橫搖。
文檔編號G11B5/60GK101034555SQ20071010068
公開日2007年9月12日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者馬斯洛夫·利奧尼德, 金澈淳, 柳震奎, 李行修 申請人:三星電子株式會社