CN1012114B - 记录磁盘存储器的读写头悬架组件 - Google Patents

Abstract

在数据记录磁盘文件区中用于空气气垫滑块的悬架是一个外壳，当受压空气进入外壳内部时，外壳膨胀，外壳包括一对平的柔性薄板，最好是聚酰亚胺，柔性薄板沿其周边被固定，并将加强筋板粘到薄板上，以赋予滑块和附加到磁盘文件区执行机构的臂之间部分以刚性，在聚酰亚胺薄板上的四个平行的条状物起铰链的作用，使外壳的四连杆机构的方式膨胀，因而滑块移向磁盘是按滑块式的空气支承架表面保持与磁盘数据表面平行的方式进行。

Description

本发明涉及的是一个用于数据记录磁盘存储器的滑块支撑装置。确切地说，是一个既支撑滑块并把传感器附加到磁头位置控制执行机构的臂上又在起动和停止工作期间分别使滑块移入和移出磁盘表面的支撑装置。

磁盘存储器是信息储存装置。它至少使用一个有该信息的同轴信息磁道的旋转磁盘，一个从各种磁道读出或将信息写入的磁头（即“传感器”），及一个连接着磁头的磁头位置控制执行机构，用于在读出或写入工作期间，将磁头移到需要的磁道上并使它保持在磁道中心线上。传感器与空气气垫滑块连接，而它们被旋转磁盘产生的空气垫支撑在磁盘信息表面附近。滑块利用一个悬架与磁头位置控制执行机构的支撑臂连接。

在滑动和执行机构臂之间悬架给出高的弹性刚度和空间稳定性，相对于它对旋转磁盘的运动方向和偏转运动阻力，悬架给出滑动滚动运动和倾角的一些柔性。在某些磁盘存储器中，悬架提供载荷或力滑动的阻尼力而该力又由滑块和磁盘之间的空气气垫的力得到补偿，因而使滑块保持在极为接近而又不与磁盘数据表面相接触的位置。其它类型的磁盘存储器利用一个“负压”或“自身载荷”滑块，例如，本申请的同一受让人的美国专利3855625所公开的那样。因为滑块在它本身和磁盘之间产生一个真空而使其约束在数据表面的邻近位置，所以，用尽可能低的“载荷”力使“自身载荷”滑块保持邻近于 磁盘数据表面是合乎需要的。

通常的滑块悬架装置有一些内在的缺点。首先，由于一些载荷是由悬架以垂直于磁盘数据表面的方向施加于滑块，当磁盘旋转停止和空气气垫消失时，滑块将停止在磁盘的数据表面上，当启动和停止时与滑块相接触的磁盘可引起磁盘数据表面，滑块或附加传感器损坏。当磁盘不旋转时，若要保持滑块脱离磁盘，那么使用某些型号的“载荷/卸载荷”装置是必要的，此装置当磁盘旋转停止时，能机械地将悬架或滑块从磁盘表面移开，当磁盘已达到它的工作速度和空气气垫工作时，滑块便返回到磁盘上，保持与数据表面相脱离。其次，由于常规设计的悬架相对于磁盘数据表面呈垂直方向的拐折，所以在垂直方向的刚性通常不足，如果滑块突然冲击磁盘时，磁盘数据表面和滑块可以被毁坏，如磁盘存储器在装运期间有可能发生。

本发明是一个用于磁盘存储器的悬架，包括具有刚性部件的加气压的外壳，用于在滑块和传动机构臂之间以磁道进出存取方向提供较强的刚性。在外壳中相对于执行机构臂的接近悬架座设有一通孔，允许空气进入内部。当外壳因流入的空气产生压力时，外壳就膨胀，因而使相连的滑动通常是垂直地移向磁盘。当加压的气体从外壳移出时，外壳就松弛而恢复其未膨胀的位置，因而使滑块脱开磁盘。加压的气体既可以从外界空气得到也可以从旋转磁盘产生的气流得到。

在本发明的最佳实施方案中，外壳由两个柔性材料的平薄板组成，两平板沿周边粘合在一起，在它们外部表面焊有不锈钢刚性部件。在刚性部件的端部和外壳安装到执行机构臂的位置之间留有间隙，同样，在刚性部件端部和滑块之间也留有间隙。这些间隙限定薄板上柔性材料的带状物，带状物彼此通常是平行的。当外壳膨胀时， 柔性材料的带状物，即薄板上的一部分，起铰链作用，因而使外壳以四连杆机构的方式膨胀。在这种方式的膨胀中，滑块通常垂直移向通常平行于磁盘的数据表面的具有空气气垫表面的磁盘。

外壳刚性部分在滑块和执行机构臂之间提供较强刚性，与磁道存取方向相同，即相对于磁盘的径向。由于滑块由铰链与刚性部件隔离，所以悬架在倾角和滚动运动中提供极好的柔性因为附加有滑块的薄板在其铰链点的平面上通常没有柔性，所以悬架也可提供滑动对偏转运动的阻力并有助于滑块和传动机构臂之间强的刚度。

由于悬架在径向提供较强的刚性，在倾角和滚动运动时有柔性，对偏转运动有阻力，所以，它既作为常规的悬架，又由于当磁盘旋转开始时悬架使滑块和附加的传感器自动地移入到与磁盘数据表面读/写接近的位置，而当磁盘旋转停止时又自动地移开磁盘因而，又起作为“载荷/卸载荷”装置的作用。此外，外壳在松弛即不膨胀的位置实质上体积为零。因而它对在装运期间可能发生的突然碰撞引起的外部弯曲是有抵抗力的。这是因为这种弯曲在外壳内部有建立真空的趋势和通到外壳内部的限制孔是相对地小。因此，在磁盘存储器的装运或突然碰撞期间，悬架能独立地对磁盘和滑块起防止毁坏的作用。

为了对本发明的性质和优点有全面了解，参照附图对本发明作详细的说明。

图1是在一个常规的磁盘存储器中装于声圈电动机（VCM）执行臂上的常规的滑块悬架装置示意图;

图2是体现本发明的滑块悬架装置的放大透视图和说明外壳在其松弛的位置在一端带有滑块而在另一端带有使执行机构连接的安装部件的说明;

图3是图2所说的装置的部件分解图，表示组成滑块悬架装置的各种部件;

图4是记录磁盘和外壳松弛即不膨胀位置的滑块悬架装置的部分侧面图;

图5是记录磁盘和外壳在其加气压即膨胀位置的滑块悬架装置和滑块在与磁盘数据表面进行读/写接近的部分侧面图;

图6是图5的局部放大图，说明执行机构臂支架和一个刚性部件之间柔性材料的条带。

参照图1，图示的是一个常规的执行机构10和数据记录磁盘存储器的磁盘12的扇形部分。执行机构10包含一个声圈电动机，它是一个在固定的永久磁铁装置（未示出）的磁场内可移动的线圈14，线圈14内有铁心，外部结构由壳16支承，执行机构臂20与可移动的线圈14连接。滑块悬架装置与执行机构臂20的另一端连接，象这种常用的滑块悬架装置22由滑块24和悬架26组成。滑块悬架装置22的滑块24支撑读/写传感器（未示出）并通常具有与磁盘12的表面相平行的表面，以便在磁盘12旋转而产生的空气支撑或空气垫上支撑磁盘12的表面上部的传感器。为了表示与磁盘12的相面对的数据记录表面有关的附加滑块悬架装置28的视图，磁盘12的扇形部分在图1中用虚线表示。

滑块-悬架装置22的悬架26对通常与磁盘12表面垂直的滑块提供一载荷。当磁盘12不旋转时，这一垂直载荷使滑块24保持与磁盘12的数据表面相接触。在磁盘12旋转期间，滑块24与磁盘12之间产生的空气气垫反抗由悬架26施加于滑块24的垂直载荷。

滑块24在工作期间借助于线圈14移向磁盘12数据表面上同轴信息磁道的需要的磁道上，线圈14在磁铁装置的磁场内移动。因为对于读写运行过程，需要滑块24上的传感器能从一个磁道到另一个磁道快速存取，所以，滑块24上的转换器在最短的时间内到达该磁道和在需要的磁道上适当定位是很必要的。这就需要悬架26在滑块24和执行机构臂20之间提供足够的刚性和尺寸稳定性。如果滑块-悬架装置的共振频率在磁道存取方向也就是通常相对于磁盘径向和对数据磁道垂直的方向太低的话，那么磁头位置伺服控制系统在读出和写入运行期间允许执行机构将传感器移到需要的磁道上并使转换器保持在需要的磁道中心线上是不可能的。应该注意，图1中所示的执行机构10是一个线性的执行机构，它以垂直于磁道的精确半径方向移动滑块，其它型式的常规磁盘存储器利用一个旋转的执行机构使滑块以通常仅是径向的弓形路线使滑块移动。

除了提供径向刚性外，悬架26连接到滑块24上必须以以下方式，即当滑块24支撑在磁盘12的数据表面的空气气垫上部时，滑块在倾角和滚动方向实质上具有柔性。有一种悬架，即把相对较低的垂直载荷提供给滑块又把柔性连接提供给滑块，这种悬架通常推称为瓦若斯（Watrous）悬架，转让给本申请的同一受让人的美国专利4167765中已有所说明。

在通常的磁盘存储器中，有些附加的滑块-悬架装置，它们加在执行机构臂20上。这些滑块-悬架装置与组成磁盘存储器一堆磁盘中的附加磁盘的数据表面相连接。支撑这些附加装置的臂20的那部分在图1中已被剖解以得到执行机构10，磁盘12的扇形部分和滑块-悬架装置22的放大视图。

现参照图2。代替图1中的滑块-悬架装置22，本发明的滑块 -悬架装置包括一个可延伸的外壳30，在一端连接有自身载荷滑块32，并由悬架支架装置固定到另一端的执行机构臂34上，支架装置包括座36和板38。外壳30包含有刚性装置如加强肋板40，42，它们在滑块32和执行机构臂34之间给出较强的刚度和用于加气压的气体进入内部通孔。

通过参照分解图3能对滑块一悬架装置有一更好的了解。外壳30包括柔性薄板50，52和加强肋板40，42和56，薄板50和52沿其共同的周边固定在一起，薄板50和52的固定一起的周边用线54标出。滑块32具有读/写传感器33，它被连接到滑块后部和一个平的背表面上，此表面用环氧树脂固定到薄板50的端部。加强肋板40，42固定到薄板50的外部表面上。加强肋板56被固定到薄板52的外部表面上。在最佳实施方案中使用两个独立的加强肋板40，42，在薄板50的外部表面上用单个加强肋板是可能的。板38也与薄板52的外表面相连。

滑块一悬架装置与执行机构臂34的装配或夹紧是由支架座36，固定于薄板52上的平板38，和螺栓47，49（图2）完成的。在最佳实施方案中，薄板50，52的整个周边被粘接在一起，与座36所复盖住的区域的内表面也粘接在一起。如图3所示，板38中的开口70和薄板52中的开口72允许从滑块一悬架装置外部加压气体进入外壳的内部。

薄板50，52可以用任一种类似有良好弯曲寿命的塑料薄片制成。如果薄板非常接近于连接滑块32上的传感器33的电线焊点，塑料片应该具有高的耐热度。在最佳实施方案中，薄板50，52用聚酰亚胺制成，例如由迪蓬特（Dupont）生产的商标为开普顿（Kapton）的聚酰亚胺。薄板50，52可由商业用薄板粘合剂沿其周边54粘合，象从迪蓬特（Dupont）可买到WA的型号的粘合剂或含粘合剂的液体聚酰亚胺。薄板粘合剂被置于两个聚酰 亚胺薄板50，52之间的周边区域54。然后薄板50，52沿其周边54被压合在一起并被加热。如果使用液体粘合剂，则可以用任一种常规的方式敷涂，如用喷涂法喷在薄板50，52的周边区域54。

加强肋板40、42粘接到薄板50的外部表面，加强肋板56被粘到薄板52的外部表面。支架板38也粘到薄板52的外部表面上。加强肋板40、42、56和支架板38最好是薄的不锈钢件，用前面已描述过的把薄板50、52粘合一起的方式将其粘到聚酰亚胺薄板50上。

用陶瓷材料制成的滑块32有平的长方形基准面，用通常的粘合法，如环氧树脂，被粘到薄板50的外部表面上。滑块32的端部35通常分别与肋板40、42的直边41、43相平行并略微留有间隔。在滑块32的端部35和肋板40、42的边缘41、43之间的微小空间或间隙确定一个柔性的聚酰亚胺材料的条状物，用虚线60表示，当外壳30膨胀时，起一铰链或拐折线的作用，同样地，当支架座36分别支撑执行机构臂上的外壳30，加强肋板40、42的边缘45、47时，通常处在平行和略微隔开支架座36的端部39的位置，以确定第2个柔性材料条状物，用虚线62表示，起一个铰链作用。粘到薄板52上的加强肋板56通常有相对平行边缘55、57，边缘55通常与支架平板38的端部59平行并留有间隔。肋板56的边缘57限定在滑块端部35相反的滑块端部37，以便与滑块端部37附近粘接的周边的那块区域相符合。在肋板56的边缘55和平板38的端部59之间的间隙确定一个柔性材料的条状物，用虚线63表示，起铰链的作用。同样，滑块端部37附近的粘合周边的区域54和肋板56的边缘57确定一个柔性材料条状 物，用虚线64表示，同样也起铰链作用。粘到薄板52外表面的加强肋板56与肋板40、42有相同的长度。但是，当外壳30处于平的也就是不膨胀位置时，该肋板偏离肋板40、42。此偏离值通常等于滑块32的宽度加上滑块端部37和周边54之间的间距，也等于支架板38的宽度和支架座36的宽度值的差额。由滑块端部37和周边54之间的间距确定的薄板50的区域，当外壳膨胀和滑块32由空气支承架支撑在数据表面邻近时，能给滑块32提供必要的滚动柔性。

因为在最佳实施方案中的悬架使用聚酰亚胺，所以使用常规的气相沉积工艺进行喷镀是可能的，直接沉积在聚酰亚胺薄板50上的电导体80能把滑块32上的读/写传感器33和磁盘存储器的读/写电路连通。一个聚酰亚胺的附加层，图3中未示出，在滑块粘到薄板50之前可以粘合到滑块32和导体80之间的导体80的上部区域上。传感器引线区域上的附加聚酰亚胺层有一通孔，能允许传感器引线焊到导电体80上。另一方面，如果在薄板50的外表面只使用一个加强肋板，那么导体80可以在肋板和周边54之间延伸使之与滑块32上传感器33的导线连接。

所描述的悬架在其松驰时即不膨胀时的外形如图4的端视图所示，滑块32偏离磁盘76的数据表面74。导管78穿过执行机构臂34和分别穿过板38和薄板52中的联系孔道70、72（图3）在最佳实施方案中，通过导管78至外壳30内部的加压气体的来源的由于旋转磁盘所产生的压缩空气的流动。在此实施方案中，导管78的另一端（未示出），也就是不与外壳内部没有联系的一端，是一个皮托管，与接近磁盘文件区中一个旋转磁盘表面的空气流动方向成一直线。每一个悬架均可有自己毗连的皮托管，在每一个执行机 构臂上的一部或多个皮托管可以向支撑于毗连的臂上的悬架提供压缩空气。换句话说，导管可以连接到外部压缩空气气源上。

上述的滑块一悬架装置通过考虑各种部件在磁盘文件区工作期间的作用就能有一更好的了解。在磁盘存储器起动前，磁盘76不旋转，悬架通常处于如图4所示的状态，滑块32与数据表面74不接近。当磁盘文件区开始接通和磁盘旋转时，由旋转磁盘产生的气流通过皮托管（未示出）进入导管78和外壳30的内部，因而使外壳30内部的气体压力增加。当磁盘旋转速度增加时，内部压力增加，外壳膨胀。在不膨胀位置（图4），薄板50、52的整个内表面通常处于接触状态，外壳30实质上不存在内部体积。当受压气体通过导管78和通孔70、72进入到外壳30的内部时，外壳膨胀至图5所示的位置。由于条状物60、62、63和64（它们是薄板50、52的一部分）起铰链的作用，所以外壳通常以四连杆机构形成膨胀，如图5所示。图6描绘了平板38和加强肋板56之间的条状物63的放大视图。四连杆机构形式的膨胀，也就是，从图4的松驰位置至图5的膨胀位置，通常使滑块相对于数据表面74垂直移动，在移动期间，滑块32能保持空气气垫表面平行于信息表面74。由于滑块32的空气气垫表面以这种方式移入与磁盘76的读/写相接近，所以旋转磁盘76和滑块32之间既使因疏忽而接触，但任何损坏滑块32或数据表面74的可能性是极小的。

如图3所示，磁盘旋转的方向通常用箭头90表示。粘合薄板50、52所形成的前缘使其相对于此方向偏移或倾斜以便对气体流动提供一倾斜平台。此粘合薄板50、52的倾斜平台改善了通过外壳的气体流动并减少外壳的振动。除了有倾斜平台或代替其作用，可将一个空气屏障77（图2）连接到支架座36上以使通过外壳30前缘的气流转 向。

因为滑块32连接到柔性薄板50的端部附近、所以滑块32有足够的倾角和滚动柔性使它悬浮于磁盘邻近的空气气垫上。在滑块32的端部37和肋板56的端部57之间的薄板50区域实质上宽于条状物60、62或63，而当外壳30膨胀时保证了滑块32必要的滚动柔性。如图3所示、磁盘以箭头90表示的方向旋转经过滑块32，箭头92和94分别表示滑块的倾角和滚动。然而从图3将会了解到，因为滑块32至肋板40、42的端部41、43的间隙小和薄板50在其平面上的滑块连接区域通常无柔性所以滑块32对偏转运动，即箭头96表示的方向的运动需要的阻力。

柔性材料条状物60、62实质上是由支架座36、肋板40、42和滑块32之间的间隙所确定的柔性材料区域具有足够小的厚度，所以滑块一悬架装置在径向有较好的刚性。因而滑块一悬架装置在磁头位置控制伺服系统的频带宽度外还有相对高的共振频率源。这允许执行机构使滑块定位、以准确地进入不同的磁道和保持其在需要的磁道中心线上。

当磁盘存储器停止工作时，磁盘旋转减慢，外壳内的气体压力下降并最终恢复到其不膨胀的位置（图4）。因而滑块32从数据表面74脱离而不与数据表面接触，由此消除了与滑块和磁盘的接触有关连的问题。当空气压力在外壳内部减少时，在聚酰亚胺铰连（条状物60、62、63、64）中的弹性应变和由于外壳的膨胀在肋板和周边之间的区域发生的拐折使外壳恢复到不膨胀的如图4所示的形状。

由外壳膨胀而垂直施加于滑块的“载荷”力数值在所有因子中是内部气压和聚酰亚胺薄板的厚度的函数。当悬架和自身载荷滑块一起使用时，来自磁盘存储器中的旋转磁盘之一的气流产生足够的压力 使滑块带有最小的力接近磁盘，而使自身载荷的发生作用。此压力通常在大气压上1至3英寸的水柱范围，使滑块能以大约1克力作为载荷。一旦自身载荷滑块已被“加载”，滑块支撑在数据表面邻近的力是由外壳30产生的大约20倍于“裁荷”的力。

在磁盘存储器悬架的最佳应用中，磁盘围绕水平上的轴旋转。在这样的方位，重力对外壳膨胀的影响最小。然而，如果磁盘存储器使磁盘绕垂直轴旋转，那么，当滑块被“加载”时，位于磁盘底部表面的悬架还须克服重力。在这种情况下，须有更大的内部压力施加于这些悬架上。此外，在支架装置和与磁盘顶表面有关的那些悬架之间需要用外部回位弹簧、以便于那些滑块“卸载荷”。

参照图4将会明白，磁盘不旋转时，薄板50、52处于密切接触状态，所以外壳30实质上无内部体积。在此位置，外壳对任何突然的外部运动有阻力。因为这种运动在外壳内部趋向建立真空和进入外壳内部的通孔是相对小的有限小孔。因而悬架能独自防止滑块与磁盘的突然碰撞，如在装运期间可能会发生的事情。

对本发明的最佳实施方案已进行了详细描述，所以应该明白，对实施方案技术中的一种技巧可进行改进和修正。例如虽然本发明对于磁记录磁盘存储器已进行了描述，但它也能适用于光记录磁盘存储器，基本差别是，本发明的外壳将支撑光感应磁头而不是此处描述的滑块-传感器装置。已经描述的悬架利用一个四连杆机构作为外壳膨胀的技术;然而其它各种滑块-悬架结构都是可能的，如，滑块的位置位于外壳的中部附近而不是位于端部，当外壳膨胀时也使滑块垂直地移向磁盘。此外，虽然悬架的最佳实施方案是用自身载荷滑块描述和说明的，但基本概念是，悬架可以利用一个需要载荷力的滑块。

还要说明，对本发明的改进和修正，如刚描述过的例子，可以不 离开本发明的范围而实现，这些将在下面的权利要求中陈述。

Claims (6)

1、一种记录磁盘存储器的读写头悬架组件支撑一其上连有一传感器的滑块，以使该滑块处于一带有一同轴数据磁道的数据表面的磁盘附近，并被连接到相对于磁盘可径向移动的一执行机构臂上，该悬架组件的特征在于，

加气压的外壳包括一对柔性材料的平薄板，它们的周围通常封接在一起并与执行机构臂相连以使其与磁盘的数据表面平行，一个平薄板上面有一处与滑块接触，一个平薄板上有允许外壳加压的孔，该外壳还包括一个固定两个平薄板上以加强滑块和执行机构臂之间刚性的装置，从而当使外壳加压时，平薄板部分移开并使滑块相对于磁盘基本上垂直移动。

2、根据权利要求1的悬架组件，其特征在于，刚性加强装置包括两部分，一部分固定在一个平薄板上，另一部分固定在另一平薄板上，两部分长度基本上相同，其第一端靠近执行机构臂而第二端靠近滑块;平薄板靠近刚性加强装置两端的部分形成铰链，使外壳能做为四连杆机构膨胀和松弛。

3、根据权利要求1的悬架组件，其特征在于：电导体至少沉积在一个柔性平薄板上并与传感器连接。

4、根据权利要求1的悬架组件，其特征在于：柔性平薄板是由聚酰亚胺制成的。

5、根据权利要求1的悬架组件，其特征在于：刚性加强装置是由不锈钢制成的。

6、根据权利要求1的悬架组件，其特征在于：将外壳装在臂上的装置;与外壳孔相连通以将加压气体送入外壳内的装置，从而当外壳膨胀时，在滑块向磁盘数据表面移动时，维持滑块与数据表面基本平行。

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