CN101105947B - 磁头组组件及具有该磁头组组件的硬盘驱动器 - Google Patents

磁头组组件及具有该磁头组组件的硬盘驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁头组组件及具有该磁头组组件的硬盘驱动器，该磁头组组件包括：摆动臂，可旋转地与硬盘驱动器的基座元件装配；连接板，与所述摆动臂的边缘部分装配并偏向硬盘驱动器的盘中心；悬臂，具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置处连接到所述连接板；及头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。

Description

磁头组组件及具有该磁头组组件的硬盘驱动器
技术领域
本发明涉及一种硬盘驱动器(HDD)，更具体而言，涉及一种能够减小偏离磁道的量的磁头组组件(HSA)及具有该HSA的HDD。
背景技术
HDD是个人计算机(PC)、MP3播放器、移动电话等中使用的辅助存储装置，其使用在盘上读和写数据。头嵌在头滑块中，当HDD工作时，头滑块悬浮于盘之上一预定距离处。磁头组组件(HSA)连接到头滑块，从而支承并移动头滑块。
当HDD受到干扰或当主轴马达或HSA工作时，嵌入在头滑块中的磁头会由于盘或HSA的振动而从磁道偏离；该现象称为偏离磁道(off-track)。
图1是示意图，用于说明由于盘振动导致的磁头的偏离磁道，图2是示意图，用于说明由于臂弯曲导致的磁头的偏离磁道。
参照图1，当写或读数据时，由于嵌入在头滑块27中的磁头h0(d0)和形成在围绕盘10的中心的同心圆上的特定道T(d0)位于单一垂直线上且在水平方向上没有彼此分离，磁头h0(d0)的偏离磁道的量为0。然而，当特定频率的振动施加到HDD时，盘10的外周和HSA(未示出)的头滑块27如虚线所示上下振动，导致偏离磁道，称为“盘振动导致的偏离磁道”。具体地，如果盘10和头滑块27向下振动，道T(d1)朝向盘10的外周移动，而磁头h0(d1)朝向盘10的中心移动，导致偏离磁道。然而，如果盘10和头滑块27向上振动，道T(d2)朝向盘10的中心移动，而磁头h0(d2)朝向盘10的外周移动，导致偏离磁道。
为了减小盘振动导致的偏离磁道，美国专利No.6,920,018和No.6,958,879中公开的HSA具有这样的构造，其中悬臂和连接板(connection plate)以特定偏置角(bias angle)连接，或者用于连接悬臂和连接板的多个接合构件以不同高度连接。该现有技术中公开的HSA在减小盘振动导致的偏离磁道方面显示出积极效果，因为如果HSA由于悬臂的扭转而向下移动，则头滑块向盘的外周移动，且如果HSA由于悬臂的扭转而向上移动，则头滑块向盘的中心移动。
然而，该现有技术公开的HSA在减小悬臂弯曲导致的偏离磁道方面显示出负面效果。参照图2，如果引起偏离磁道的不同频率的振动施加到该现有技术公开的HSA，HSA的摆动臂(swing arm)(未示出)上下振动，因此，连接到摆动臂的悬臂25和头滑块27也上下振动，导致偏离磁道，称为“臂弯曲导致的偏离磁道”。具体地，如果摆动臂向上振动，嵌入在头滑块27中的磁头朝向盘10的外周移动(从h0(a0)到h0(a1))，导致偏离磁道。然而，如果摆动臂向下振动，嵌入在头滑块27中的磁头朝向盘10的中心移动(从h0(a0)到h0(a2))，导致相反方向的偏离磁道。因此，需要一种既能减小由于盘振动导致的偏离磁道又能减小由于臂弯曲导致的偏离磁道的方法。
发明内容
本发明提供一种磁头组组件(HSA)及具有该HSA的硬盘驱动器(HDD)，该HSA可以减小由于盘振动导致的偏离磁道和由于臂弯曲导致的偏离磁道。
根据本发明的一个方面，提供一种HSA及具有该HSA的HDD，该HSA包括：摆动臂，可旋转地与硬盘驱动器HDD的基座元件装配；连接板，与所述摆动臂的边缘部分装配并偏向HDD的盘中心；悬臂，具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置连接到所述连接板；及头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
所述悬臂可包括负载梁，具有所述多个结合部并所述头滑块朝向所述盘表面弹性地偏置；及挠曲件，支承所述头滑块。
间隔件可位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
根据本发明的另一方面，提供一种HSA和具有该HSA的HDD，该HSA包括：摆动臂，可旋转地与硬盘驱动器HDD的基座元件装配；连接板，与所述摆动臂的边缘部分装配；悬臂，连接到所述连接板，偏向所述HDD的所述盘中心，并具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置连接到所述连接板；及头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
间隔件可位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显，附图中：
图1是用于说明由于盘振动导致的磁头的偏离磁道的示意图；
图2是用于说明由于臂弯曲导致的磁头的偏离磁道的示意图；
图3是根据本发明实施例的HDD的平面图；
图4和5是示出根据本发明实施例的HSA的特写镜头的透视图和平面图；
图6是示出根据本发明另一实施例的HSA的特写镜头的透视图；
图7是示出根据本发明另一实施例的HSA的特写镜头的透视图；
图8是示出了根据本发明实施例的施加到HDD的振动频率和偏离磁道的量之间的关系的曲线图；
图9是用于说明在根据本发明实施例的HSA中减小盘振动导致的偏离磁道的效果的示意图；
图10是用于说明在根据本发明实施例的HSA中减小臂弯曲导致的偏离磁道的效果的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更完整地说明本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。
图3是根据本发明实施例的HDD 100的平面图，图4和5是示出根据本发明实施例的HSA 110A的特写镜头的透视图和平面图，图6是示出根据本发明另一实施例的HSA 110B的特写镜头的透视图，图7是示出根据本发明另一实施例的HSA 110C的特写镜头的透视图。
参照图3-5，HDD 100包括：主轴马达105、作为数据存储介质的盘107、及壳体(housing)中的HSA 110A，所述HSA110A包括基座元件101和与基座元件101连接的盖元件(未示出)。主轴马达105高速地旋转盘107，并被固定到基座元件101。盘107与主轴马达105装配并沿箭头方向以高速旋转。高速旋转在盘107的表面上产生与箭头相同方向的空气流。
HSA 110A包括头滑块130，头滑块130中嵌入有用于写或读数据的磁头(未示出)。头滑块130移动到盘107的特定磁道并从或向盘107读或写数据。HSA 110A包括通过枢轴承111与基座元件101旋转地装配的摆动臂113、与摆动臂113的边缘部分装配的连接板117A、连接到连接板117A的悬臂120、及连接到悬臂120边缘部分的所述头滑块130。HSA 110A还包括与摆动臂113装配并包括盘绕音圈135的上铸模(overmold)134。
磁体137和支承磁体137的轭138分别位于上铸模134之上和之下。HSA110A的磁体137、轭138、及音圈135构成音圈马达并提供用于旋转HSA110A的驱动力。
当盘107的高速旋转产生的气流经过盘107和头滑块130之间时，升力作用于头滑块130上。头滑块130悬浮在一高度，此时升力平衡悬臂120的弹性力，该弹性力将头滑块130压向盘107。悬浮时，嵌入在头滑块130中的磁头从盘107读数据及向盘107写数据。
HDD 100还包括柔性印刷电路(FPC)145、及用于在HDD 100停止工作时停放HSA 110A的坡道140，该FPC 145将HSA 110A电连接到基座元件101下面的主印刷电路板(PCB(未示出))。为了停放，HSA 110A顺时针旋转从而使头滑块130离开盘107，并且位于悬臂120边缘部分的端头(end-tap)124沿着坡道140的斜面滑动从而安全地将HSA 110A放置于安全区中。即，在无干扰的情况下，HSA 110A保持固定状态而没有旋转。
HSA 110A的连接板117A将摆动臂113的边缘部分连接到悬臂120。摆动臂113的边缘部分通过锻压(swaging)与连接板117A连接。摆动臂113的边缘部分和连接板117A分别包括用于锻压装配的锻压孔114A和118A。
悬臂120包括负载梁1221、及挠曲件129，该负载梁121连接到连接板117A并将滑块130朝向盘107的表面弹性地偏置，该挠曲件129连接到负载梁121并将滑块130支承在HSA 110A的面对盘的表面上。端头124置于负载梁121的边缘部分，且侧栏(side-rail)122形成在负载梁121两侧从而保持负载梁121的刚度。
负载梁121包括连接到连接板117A的一对结合部126和127。第一结合部126连接到连接板117A的更接近盘107的中心的角119a，第二结合部127连接到连接板117A的远离盘107的中心的角119b。即，如图4所示，第一结合部126在比第二结合部127低预定高度差F1的位置处连接到连接板117A。高度差F1等于或小于连接板117A的厚度，且可以在0和0.5mm之间。
参照图6，根据本发明另一实施例的HSA 110B还包括位于第一结合部126和连接板117A的下表面之间的间隔件132，从而在第一结合部126和第二结合部127之间产生高度差F2。间隔件132连接到连接板117A的角119a的下表面，第一结合部126连接到间隔件132的下表面，第二结合部127连接到连接板117A的另一角119b的下表面，从而产生高度差F2。
尽管未示出，本发明的其它实施例包括通过在第二结合部127和连接板117A之间设置间隔件132而在连接到连接板117A的上表面的结合部对126和127之间产生高度差，且HSA在第一结合部126和第二结合部127之间具有另外的结合部。
再参照图3-5，连接板117A连接到摆动臂113的边缘部分从而偏向盘107的中心。如图5所示，假定经过摆动臂113的旋转中心(即枢轴承111的中心)和摆动臂113的边缘部分的中心的假想线是摆动臂113的中心线L1，并且作为悬臂120的对称轴且沿悬臂120的长度延伸的虚线是悬臂120的中心线L2，则悬臂120的中心线L2平行于摆动臂113的中心线L1但朝向盘107的中心间隔开一间隙G1。间隙G1可以是0至2mm从而保持连接板117A和摆动臂113的边缘部分之间的结合力。形成在摆动臂113和连接板117A中的锻压孔114A和118A的中心位于悬臂120的中心线L2上，而不在摆动臂113的中心线L1上，从而连接板117A可以与摆动臂113的边缘部分装配并偏向盘107的中心。
参照图7，在根据本发明另一实施例的HSA 110C中，宽度W2大于摆动臂113的边缘部分的宽度W1的连接板117B与摆动臂113的边缘部分装配，并且悬臂120连接到连接板117B的边缘部分且偏向盘107的中心。因而悬臂120的中心线L2平行于摆动臂113的中心线L1，但朝向盘107的中心间隔开间隙G2。
与图5所示的HSA 110A不同，在图7所示的HSA 110C中，连接板117B与摆动臂113的边缘部分装配，但不偏向摆动臂113的边缘部分的任一侧。这样，形成在摆动臂113和连接板117B中的锻压孔114B和118B的中心位于摆动臂113的中心线L1上。
图8是示出了根据本发明实施例的施加到HDD的振动频率和偏离磁道的量之间的关系的曲线图，图9是用于说明在根据本发明实施例的HSA中减小由于盘振动导致的偏离磁道的效果示意图，图10是用于说明在根据本发明实施例的HSA中减小由于臂弯曲导致的偏离磁道的效果示意图。
为了验证本发明的效果，发明人利用具有第一特性和第二特性的HSA(参照图3-5)(下面称为第一类型HSA)、仅具有第一特性(下面称为第二类型HSA)、和既没有第一特性也没有第二特性的常规HSA(下面称为第三类型HSA)的计算机模拟分析了在各种频率的偏离磁道的量，其中，在所述第一特性中，第一结合部126在比第二结合部127低的位置处连接至连接板117A，在所述第二特性中，连接板117A与摆动臂113装配成偏向盘107的中心。在计算机模拟中，假设HDD具有2.5英寸直径的盘且第一特性的高度差F1为0.1mm。
参照图8，A1区中形成的峰表示发生了由于盘振动导致的偏离磁道，A2区中形成的峰表示发生了由于臂弯曲导致的偏离磁道。表1示出了图8的分析结果。
表1
  由于盘振动导致的偏离磁道的量[×10-6mm]   由于臂弯曲导致的偏离磁道的量[×10-6mm]
 第一类型HSA   12.80   1.69
 第二类型HSA   12.47   3.09
 第三类型HSA   44.29
如图8和表1所示，具有第一特性的第一和第二类型HSA与第三类型HSA相比具有1/4的由于盘振动导致的偏离磁道的量。另外，具有第一特性和第二特性两者的第一类型HSA与第二类型HSA相比具有1/2的由于臂弯曲导致的偏离磁道的量。
参照图9，当盘(参见图3的附图标记107)上下振动时，则当盘向下移动时，形成在围绕盘的中心的同心圆上的磁道朝向盘的外周移动(从T(d0)到T(d1))，当盘向上移动时，磁道朝向盘的中心移动(从T(d0)到T(d2))。另外，当盘向下移动时，嵌入在第三类型HSA的头滑块中的磁头朝向HSA的中心即枢轴承的中心(参见图3的附图标记111)移动(从h0(d0)到h0(d1))，导致由于磁头和磁道之间的距离间隙(h0(d0)和T(d1))之间)产生的偏离磁道。另外，当盘向上移动时，磁头离开HSA的中心线(从h0(d0)到h0(d2))，导致由于磁头和道之间的距离间隙(h0(d2)和T(d2)之间)产生的偏离磁道。
然而，在具有第一特性的第一类型HSA或第二类型HSA中，当HSA上下振动时，由于产生悬臂(参见图3的附图标记120)的扭曲，如果盘向下移动，嵌入在HSA的头滑块中的磁头朝向HSA的旋转中心移动并偏向盘的外周(从h1(d0)或h2(d0)到h1(d1)或h2(d1))，而如果盘向上移动，磁头沿相反方向移动(从h1(d0)或h2(d0)到h1(d2)或h2(d2))。这样，磁头和道之间的距离(即h1(d1)和T(d1)之间或h1(d2)和T(d2)之间或h2(d1)和T(d1)之间或h2(d2)和T(d2)之间)与第三类型HSA相比更短，显示出盘振动导致的偏离磁道被减小。
参照图10，如果在第二类型HSA中发生摆动臂的边缘部分向上弯曲的臂弯曲，由于第一特性引起的悬臂的扭曲，磁头朝向盘的外周移动(从h2(a0)到h2(a1))，而如果在第二类型HSA中发生摆动臂的边缘部分向下弯曲的臂弯曲，磁头朝向盘的中心移动(从h2(a0)到h2(a2))。这样，磁头和磁道(即h2(a1)和T或h2(a2)和T之间)之间的距离更远，导致由于臂弯曲引起的偏离磁道。
然而，如果在第一类型HSA中发生摆动臂的边缘部分向上弯曲的臂弯曲，第二特性补偿了第一特性引起的磁头朝向盘的外周的移动。这样，与第二类型HSA的磁头相比，第一类型HSA的磁头在发生臂弯曲(从h1(a0)到h1(a1)或者从h1(a0)到h1(a2))时以一较小的量从磁道T偏离。因此，第一类型HSA的磁头与磁道之间(即h1(a1)和T或者h1(a2)和T之间)的距离与第二类型HSA中的距离(即h2(a1)和T或者h2(a2)和T之间)相比更短。这显示出与第二类型HSA相比，在根据本发明的第一类型HSA中由于臂弯曲导致的偏离磁道更小。
如上所述，根据本发明，因为在HSA中由于盘振动和臂弯曲导致的偏离磁道被减小，改善了磁头的磁道跟踪性能，并且减小了位置偏差信号(PES)。另外，可以预期数据处理速度的增加，并且HDD可以通过每英寸更多磁道(TPI)实现更高数据密度。
尽管本发明参照其示例性实施例进行了特定示出和描述，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的权利要求所定义的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种磁头组组件，包括：
摆动臂，其可旋转地与硬盘驱动器的基座元件装配；
连接板，其与所述摆动臂的边缘部分装配并偏向硬盘驱动器的盘中心；
悬臂，其具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置处连接到所述连接板；及
头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
2.如权利要求1的磁头组组件，其中，所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
3.如权利要求1的磁头组组件，其中，所述悬臂包括：
负载梁，其具有所述多个结合部，并朝向所述盘表面弹性地偏置所述头滑块；及
挠曲件，支承所述头滑块。
4.如权利要求1的磁头组组件，其中，还包括间隔件，其位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
5.一种硬盘驱动器，该硬盘驱动器包括基座元件、作为存储介质且在所述基座元件上高速旋转的盘和磁头组组件，该磁头组组件可旋转地与所述基座元件装配，并用于将数据写到所述盘上或者从所述盘读数据，该磁头组组件包括：
摆动臂，其可旋转地与所述基座元件装配；
连接板，其与所述摆动臂的边缘部分装配并偏向所述盘的中心；
悬臂，其具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置处连接到所述连接板；及
头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
6.如权利要求5的硬盘驱动器，其中，所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
7.如权利要求5的硬盘驱动器，其中，所述悬臂包括：
负载梁，其具有所述多个结合部，并朝向所述盘表面弹性地偏置所述头滑块；及
挠曲件，支承所述头滑块。
8.如权利要求5的硬盘驱动器，其中，间隔件位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
9.一种磁头组组件，其包括：
摆动臂，其可旋转地与硬盘驱动器的基座元件装配；
连接板，其与所述摆动臂的边缘部分装配；
悬臂，其连接到所述连接板，偏向所述硬盘驱动器的盘中心，并具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置处连接到所述连接板；及
头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
10.如权利要求9的磁头组组件，其中，所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
11.如权利要求9的磁头组组件，其中，还包括间隔件，其位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
12.一种硬盘驱动器，该硬盘驱动器包括基座元件、作为存储介质且在所述基座元件上高速旋转的盘和磁头组组件，该磁头组组件可旋转地与所述基座元件装配，并用于将数据写到所述盘上或者从所述盘读数据，该磁头组组件包括：
摆动臂，其可旋转地与硬盘驱动器的基座元件装配；
连接板，其与所述摆动臂的边缘部分装配；
悬臂，其连接到所述连接板，偏向所述硬盘驱动器的盘中心，并具有连接到所述连接板的多个结合部，其中更接近所述盘中心的结合部在比远离所述盘中心的结合部的位置低的位置处连接到所述连接板；及
头滑块，其作为数据读/写媒介连接到所述悬臂的边缘部分。
13.如权利要求12的硬盘驱动器，其中，所述悬臂的沿所述悬臂的长度方向延伸的中心线平行于所述摆动臂的中心线，但朝向所述盘中心与所述摆动臂的所述中心线间隔开，所述摆动臂的所述中心线连接所述摆动臂的旋转中心和所述摆动臂的所述边缘部分的中心。
14.如权利要求12的硬盘驱动器，其中，还包括间隔件，其位于至少一个所述结合部和所述连接板之间，从而在所述多个结合部之间形成高度差。
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