CN102034489A

CN102034489A - 底板谐振轴优化

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Publication number: CN102034489A
Application number: CN2010105057972A
Authority: CN
Inventors: M·A·格雷名戈; B·J·韦梅尔; M·E·曼戈尔德
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: JP2011076704A; US20110075302A1; JP2012181917A; US10643655B2; US20150085400A1; JP5406153B2; CN102034489B; US8929032B2

Abstract

在一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种装置，该装置所具有的磁头附接到底板的末端。该底板包括一倾斜部分，用于使该底板的扭转轴在磁头附近穿过。在另一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种装置，该装置所具有的负载梁附接到底板。该装置也包括一磁头，该磁头附接到该负载梁的与底板相反的末端。该底板包括一质量-移动部分，用于使该装置的扭转轴穿过磁头。在另一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种方法，用于减小底板谐振振幅。该方法包括：使悬架上的底板质量朝着相邻的磁盘表面移动，以使底板扭转轴移动从而在磁头附近穿过。

Description

底板谐振轴优化

背景技术

磁盘驱动器通常包括安装在磁头悬架上的磁头，该磁头悬架将磁头放置在磁盘的期望轨道上以便于读取磁盘上的数据和/或将数据写入到磁盘上。人们持续地期望这种磁盘驱动器减小尺寸、增大存储密度并减小成本。为了减小尺寸并增大存储密度，将磁盘上的轨道(其上存储了数据)越来越紧密地放置在一起。更高的轨道密度使磁头的定位更重要以便精准地读取和写入数据。随着轨道密度增大，音圈马达和伺服系统(用于控制磁头悬架)变得越来越难以快速且精确地使磁头定位于磁盘上的期望轨道的中心上。

随着磁头的精确定位变得更关键，用单一致动源使磁头精准地定位也变得越来越困难。相应地，已有人提出微型致动器，用于进一步使磁头相对于磁盘而定位。当磁头横跨磁盘表面时，微型致动器提供了精细的位置控制，而音圈马达则提供了磁头的宏观位置控制。需要致动与悬架系统的更佳的设计。

发明内容

在一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种装置，该装置所具有的磁头附接到底板的末端。该底板包括一倾斜部分，该倾斜部分使底板的扭转轴在磁头附近穿过。

在另一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种装置，该装置所具有的负载梁附接到底板。该装置也包括一磁头，该磁头附接到与底板相反的负载梁的末端。该底板包括一质量-移动部分，该质量-移动部分使该装置的扭转轴穿过该磁头。

在另一个实现方式中，本文所揭示的技术描述了一种方法，用于减小底板谐振振幅。该方法包括使悬架上的底板质量朝着相邻的磁盘表面移动以使底板扭转轴移动而在磁头附近穿过。

本文也描述并引用了其它实现方式。

附图说明

图1A是具有相应的扭转轴的示例性水平底板的正视图。

图1B是具有相应的扭转轴的示例性倾斜底板的正视图。

图2示出了与平的底板相对应的频率响应函数A以及与倾斜底板相对应的频率响应函数B。

图3是附接到负载梁和磁头的示例性倾斜底板的平面图。

图4A是示例性倾斜底板的平面图。

图4B是图4A的示例性倾斜底板的正视图。

图5A是示例性多平面底板的平面图。

图5B是图5A的示例性多平面底板的正视图。

图6A是示例性多平面底板的平面图。

图6B是图6A的示例性多平面底板的正视图。

图7是安装在致动器臂的倾斜表面上且具有相应的扭转轴的示例性倾斜底板的正视图。

图8示出了用于减少或消除由底板扭转模式所引起的磁头的偏离轨道的移动的示例性操作。

具体实施方式

磁头悬架中的底板具有足够的灵活性，以允许底板上的压电元件(或其它微型致动器马达元件)使用于精确位置控制的底板变形，该底板可能引入不想要的谐振模式。在本文中将这些不想要的谐振模式之一称为底板扭转模式。这种底板扭转模式引起了绕着大致纵向地沿着磁头悬架的轴的扭转。主要由底板中的重量的分布来定义扭转轴的精确定位。例如，扭转轴可以从底板附接到致动器臂的位置起并沿着底板的质量中心线。在常规的微型致动器悬架设计中，驱动水平伺服控制算法补偿了底板扭转模式，为的是实现适当的跟踪性能。然而，这种补偿减小了跟踪系统的总体带宽。

图1A是具有相应的扭转轴106的示例性水平底板102的正视图。常规的微型致动器悬架设计通常利用水平底板102或替换地利用倾斜底板，未对该底板进行优化以使扭转轴106在磁头112附近穿过或穿过磁头112。水平底板102、负载梁110和磁头112共同地构成磁盘驱动器的悬架的一部分。在磁盘正旋转时，磁头112在磁盘表面114上方的一距离处“飞行”。此外，当磁盘旋转时，磁头112跟随着期望的轨道。

示例性水平底板102具有扭转轴106，扭转轴106大致水平地穿过水平底板102。将负载梁110的一端安装在水平底板102的末端，将磁头112安装在负载梁110的相反一端。因为扭转轴106不与磁头112相交，所以绕着扭转轴106的扭转可能导致磁头112的显著的横向位移(即，平行于磁盘表面114且垂直于悬架的纵轴的位移)。尽管图1A中示出了底板扭转轴106是大致水平的，但是根据水平底板102的重量分布，底板扭转轴106可以朝上或朝下有一定的角度。不管怎样，当底板扭转轴106没有在磁头112附近穿过或穿过磁头112时，可能会发生显著的横向位移。

图1B是具有相应的扭转轴108的示例性倾斜底板104的正视图。在一些实现方式中，根据本文所揭示的技术的微型致动器悬架设计利用了倾斜底板104和/或以其它方式优化的底板，该经优化的底板使扭转轴在磁头118附近穿过或穿过磁头118。倾斜底板104、负载梁116和磁头118相似地构成磁盘驱动器的另一种悬架的一部分。在磁盘正旋转时，磁头118也在磁盘表面120上方的一距离处“飞行”，并且当磁盘旋转时，磁头118也跟随着磁盘上期望的轨道。

与水平底板102相比，倾斜底板104具有更接近于磁盘表面120的质量分布。在本文中，这被称为使底板104的质量朝着磁盘表面102移动。结果，相似地，与倾斜底板104相对应的底板扭转轴108更接近于磁盘表面120，并且也可以向下朝着磁盘表面120成θ度的角。底板扭转轴108的精确的角度和位置取决于倾斜底板104的重量分布。倾斜底板104的重量分布是经优化的，使得扭转轴108穿过磁头118，而不像图1A那样在磁头118上方。结合图3-6B详细讨论了示例性的底板设计，这些设计都经优化以使扭转轴108在磁头118附近穿过或穿过磁头118。

尽管绕着扭转轴108的扭转可能仍然会使底板104和负载梁116绕着底板扭转轴108旋转，但是显著减少或消除了磁头118的横向位移。另外，与水平底板102相比，倾斜底板104附接到负载梁116的末端朝着磁盘表面120成一定的角度，和/或取向成更接近于磁盘表面120。结果，负载梁116可以具有一个或多个偏转件122，用于使负载梁116恢复到磁盘表面120上方期望的取向和高度。在一个实现方式中，倾斜底板104的质量显著地大于负载梁116和/或磁头118的质量。结果，偏转件122并不显著地影响扭转轴108的位置。在一个实现方式中，只有倾斜底板104的一部分是倾斜的。例如，倾斜底板104可以具有横穿其宽度的偏转线，该偏转线的一侧是水平的，且该偏转线的另一侧是倾斜的(例如，参见图3-4B)。在另一个实现方式中，整个倾斜底板104是倾斜的。例如，可以将倾斜底板104附接到致动器臂上的倾斜表面。利用致动器臂上的倾斜表面的一个优点是：驱动悬架的其余部分可以仍然是未改变的。在另一个实现方式中，致动器臂的全部或一部分可以是倾斜的，由此，倾斜底板104相似地是倾斜的(例如，参见图7)。使致动器臂倾斜的一个限制是：在多磁盘驱动器中，限制使致动器臂倾斜的间隙量。

图2示出了与平的底板相对应的频率响应函数A 224以及与倾斜底板相对应的频率响应函数B 226。频率响应函数A 224和B 226代表了由施加到底板上的谐振所引起的磁头的偏离轨道的移动。当相应的底板是平的或者未以其它方式优化以使底板扭转轴在磁头附近穿过或穿过磁头时，频率响应函数A 224跟踪磁头的偏离轨道的移动。当相应的底板是倾斜的或者以其它方式优化以使底板扭转轴在磁头附近穿过或穿过磁头时，频率响应函数B 226跟踪磁头的偏离轨道的移动。在图3-6B中，可以找到示例性倾斜底板或以其它方式优化的底板。

频率响应A 224示出了在大约15kHz、17kHz和22kHz处的三个显著不同的谐振模式。在大约15kHz处的谐振模式对应于底板扭转模式。更具体地讲，底板扭转模式是磁头绕着大致纵向地沿着驱动悬架的轴的较低阶扭转。

频率响应B 226仅示出了在大约17kHz和21kHz处的两个显著的谐振模式。通常，与较高频率谐振模式相比，较低频率谐振模式对磁头性能有更大的影响。结果，通过使底板的质量分布发生移动以使底板扭转轴在磁头附近穿过或穿过磁头，来处理在15kHz处的较低阶底板扭转。

频率响应B 226的17kHz处的谐振模式一般对应于频率响应A的17KHz处的谐振模式。相似地，频率响应B的21KHz处的谐振模式一般对应于频率响应A的22kHz处的谐振模式。频率响应A 224的15kHz处的谐振模式基本上不存在于谐振模式B 226中，因为倾斜底板的底板扭转轴在磁头附近穿过或穿过磁头。结果，磁头的偏离轨道的移动是很少的或根本没有。在本示例性实现方式中，底板倾斜了2度；然而，可以改变使扭转轴移动以在磁头附近穿过或穿过磁头所必需的倾斜角。

图3是附接到负载梁316和磁头318的示例性倾斜底板304的平面图。在一些实现方式中，倾斜底板304通常是多平面的(即，它包括处于两个或更多个平面上的元件)，其所具有的偏转线330描绘了两个或更多个平面。使倾斜底板304的主要部分334安装成大致平行于磁盘表面。倾斜底板304的T形部分332向下朝着磁盘表面成一定角度(例如，参见图1B中的底板104)。T形部分332可以具有一个或多个压电元件328(比如一个或多个压电管芯)，这些压电元件被安装在T形部分332的中间部分的任一侧。压电元件328随着电场的施加而膨胀和收缩，并且相对于倾斜底板304的主要部分334而控制T形部分332的精细调节。通过使用音圈马达和伺服控制系统使整个倾斜底板304绕着一个大致垂直于磁盘表面的轴旋转，就实现了磁头的宏观位置控制。

负载梁316的一端附接到底板304的T形部分332的底侧。负载梁316随着底板304的宏观位置控制和T形部分332的精细调节而移动。将磁头318安装在负载梁316的下面且位于相反的一端。因为底板304的T形部分332朝着磁盘表面倾斜，所以负载梁316具有第一偏转线336和第二偏转线338(比如预负载弯曲)，第一偏转线336使负载梁316朝着离开磁盘表面的方向偏转，第二偏转线338使负载梁按照期望的高度和取向在磁盘表面上方定向。扭转轴308沿着底板304、负载梁316和磁头318的平面图中心线穿行。在正视图中(例如，参见图4B)，扭转轴308也向下朝着磁盘表面成一定角度，以在磁头318附近穿过或穿过磁头318。

图4A是示例性倾斜底板404的平面图。倾斜底板404具有主要部分434和T形部分432，两者通过偏转线430而接合。配置主要部分434使之附接到致动器臂，并且其取向大致平行于磁盘表面。配置T形部分432使之附接到负载梁并且朝着磁盘表面倾斜。倾斜的T形部分432使倾斜底板404的质心朝着磁盘表面420移动。

图4B是图4A的示例性倾斜底板404的正视图。倾斜底板404具有主要部分434和T形部分432，两者通过偏转线430而接合。扭转轴408与倾斜底板404的质心一致。因此，通过使T形部分432向下朝着磁盘表面420偏转，相似地，使扭转轴408向下朝着磁盘表面420偏转。

图5A是示例性多平面底板504的平面图。相似于图4A和4B的倾斜的底板440，多平面底板504具有主要部分534和T形部分532。配置主要部分534使之附接到致动器臂，并且其取向大致平行于磁盘表面。配置T形部分532使之附接到负载梁，并且包括中心部分550和顶部552。T形部分532具有第一偏转线540和第二偏转线542，它们共同地使T形部分532的中心部分550移动到一个更接近于磁盘表面的平面。

图5B是图5A的示例性多平面底板504的正视图。在图5B上，从左到右移动，多平面底板504的主要部分534的取向平行于磁盘表面520，并且位于从磁盘表面520起的第一距离处。T形部分532的中心部分550在第一偏转线540处移动到一个也平行于磁盘表面520但更接近于磁盘表面520的平面。T形部分532的顶部552在第二偏转线542处移动到一个也平行于磁盘表面520的平面。在一些实现方式中，顶部552到磁盘表面520的距离与主要部分534一样。在其它实现方式中，T形部分532的顶部552在第二偏转线542处移动到一个也平行于磁盘表面520的平面，该平面比中心部分550要进一步远离(或更接近于)磁盘表面520，但到磁盘表面520的距离并不与主要部分534一样。扭转轴508与多平面底板504的质心一致。因此，通过使T形部分532的中心部分550偏转成更接近于磁盘表面520，扭转轴508向下朝着磁盘表面520偏转。

图6A是示例性多平面底板604的平面图。相似于图4A和4B的倾斜的底板440，多平面底板604具有主要部分634和T形部分632。配置主要部分634使之附接到致动器臂，并且其取向大致平行于磁盘表面。配置T形部分632使之附接到负载梁，并且包括中心部分550、第一顶部646和第二顶部648。T形部分632具有第一偏转线640、第二偏转线642和第三偏转线644，它们共同地使T形部分632的中心部分650移动到一个更接近于磁盘表面的平面。

图6B是图6A的示例性多平面底板604的正视图。在图6B上，从左到右移动，多平面底板604的主要部分634的取向平行于磁盘表面620，并且位于从磁盘表面620起的第一距离处。T形部分632的中心部分650在第一偏转线640处移动到一个也平行于磁盘表面620但更接近于磁盘表面620的平面。T形部分632的第一顶部646和第二顶部648(参见图6A)在第二偏转线642和第三偏转线644处分别移动到一个也平行于磁盘表面620但到磁盘表面620的距离与主要部分634相同或相似的平面。

在其它实现方式中，T形部分632的第一顶部646和第二顶部648(参见图6A)在第二偏转线642和第三偏转线644处分别移动到一个也平行于磁盘表面620的平面，该平面比中心部分650要进一步远离(或更接近于)磁盘表面620，但到磁盘表面620的距离并不与主要部分634一样。扭转轴608与多平面底板604的质心一致。通过使T形部分632的中心部分偏转成更接近于磁盘表面620，扭转轴608向下朝着磁盘表面620偏转。在本实现方式中，多平面底板604具有三个平面(相比于图6B所示实现方式中的两个平面)。

使底板的全部或一部分朝着磁盘表面倾斜和/或偏转，可减小悬架到磁盘的间隙。当与图5的多平面底板504相比较时，图6的经偏转的中心部分650大于图5的经偏转的中心部分550。结果，中心部分650的偏转的量可以小于中心部分550，以实现扭转轴608的相同的偏转。相似地，图4A和4B的倾斜的底板404使悬架到磁盘的间隙减小到小于图5A-6B的多平面底板504、604，因为倾斜的底板404的倾斜部分大于多平面底板504、604的偏转的部分。因为将多平面底板604安装成靠近磁盘表面620，所以多平面底板604比图5的多平面底板要更佳，这是因多平面底板604和磁盘表面620之间的间隙问题所导致的。

在示例性实现方式中，当与水平底板相比时，图4A和4B的倾斜的底板404使悬架到磁盘的间隙减小了0.075mm。当与水平底板相比时，图5A和5B的多平面底板504使悬架到磁盘的间隙减小了1.5mm。当与水平底板相比时，图6A和6B的多平面底板604使悬架到磁盘的间隙减小了1.0mm。

多平面底板504、604与倾斜底板404相比有一个优点：用于磁头的精细位置控制的压电元件仍然平行于悬架和磁盘表面。这简化了压电元件到悬架的组装过程，因为压电元件并不以相对于悬架其余部分的一个角度而进行组装。

图3-6B所描绘的底板形状因子仅仅是示例；其它形状因子是想得到的，并使底板扭转轴优化以在磁头附近穿过或穿过磁头。此外，可以用各种形成技术来创建(例如，弯板机、冲压、弯曲、浇铸、挤出、和/或模制)图1、3、4A和4B的倾斜底板以及图5A-6B的多平面底板。此外，倾斜底板和多平面底板可以是由各种金属合金构造的，包括钢、铝、铜和钛。此外，倾斜底板和多平面底板可以包括各种硬塑料，例如，聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。

图7是安装在致动器臂754的倾斜表面752上且具有相应的扭转轴708的示例性倾斜底板704的正视图。在一些实现方式中，根据本揭示技术的微型致动器悬架设计将底板704安装到致动器臂754上的倾斜表面752，以实现期望的倾斜角，该倾斜角经优化以使扭转轴708在磁头718附近穿过或穿过磁头718。致动器臂754、倾斜底板704、负载梁716和磁头718是磁盘驱动器的悬架的全部或一部分。在磁盘旋转时，磁头718在磁盘表面720上方的一距离处“飞行”，并且跟随着磁盘上的期望的轨道。

与图1A的水平底板102相比，倾斜底板704可以具有更接近于磁盘表面720的质量分布。在本文中，这被称为使底板704的质量朝着磁盘表面702移动。结果，相似地，与倾斜底板704相对应的扭转轴708更接近于磁盘表面720。此外，使底板704倾斜也可以使扭转轴708朝着磁盘表面702倾斜。底板扭转轴708的精确的角度和位置取决于倾斜底板704的重量分布以及倾斜表面752的角度。倾斜底板704的重量分布是经优化的，使得扭转轴708在磁头718附近穿过或穿过磁头718，而不像图1A那样在磁头118上方。

尽管绕着扭转轴708的扭转可能仍然会使底板704和负载梁716绕着底板扭转轴708旋转，但是显著减少或消除了磁头718的横向位移。另外，与图1A的水平底板102相比，倾斜底板704附接到负载梁716的那一端朝着磁盘表面720成一定的角度，和/或其取向更接近于磁盘表面720。结果，负载梁716可以具有一个或多个偏转件722，用于使负载梁716恢复到磁盘表面720上方期望的取向和高度。

图8示出了用于减少或消除由底板扭转模式引起的磁头的偏离轨道移动的示例性操作。在定位操作802中，将底板扭转轴定位成从底板朝着磁头悬架上的磁头延伸。底板扭转轴对应于至少一个底板扭转模式，该模式引起了底板、负载梁和磁头沿着底板扭转轴的扭转。

在倾斜操作804中，使底板朝着(或远离)磁盘倾斜，以移动该扭转轴使其在磁头附近穿过或穿过磁头。使底板倾斜就使得底板的质量分布朝着磁盘移动。因为扭转轴的定位与底板的重量分布有关，所以扭转轴也朝着磁盘移动。通过将底板安装到致动器臂上的倾斜表面上，就可以使整个底板朝着磁盘倾斜。或者，致动器臂自身可以是倾斜的，由此，相似地，被安装到致动器臂上的底板是倾斜的。在底板具有一个或多个弯曲的实现方式中，只有该底板的一个或多个部分是倾斜的，并且该底板的其余部分是与磁盘齐平的。

在移动操作806中，使底板的至少一部分朝着(或远离)磁盘移动，以使其质量发生移动并移动该扭转轴以使其在磁头附近穿过或穿过磁头。相似于使底板倾斜，使底板朝着磁盘移动就使得底板的质量分布朝着磁盘移动。因为扭转轴的定位与底板的重量分布有关，所以扭转轴也朝着磁盘移动。在一些实现方式中，扭转轴穿过底板的质心。在一个示例性移动操作中，底板的中心部分可以移动到一个平面，该平面比底板的其余部分更接近于磁盘。使底板的质量发生移动(质量-移动操作)包括：至少使底板的至少一部分或底板附接到的那个表面发生倾斜(例如，参见操作804)；或使底板的至少一部分发生移动(例如，参见操作806)。

上述说明、示例和数据提供了本发明的示例性实施方式的结构与用途的完整描述。因为在不背离本发明的精神和范围的情况下可以产生本发明的许多实施方式，所以本发明在于权利要求书所限定的那样。此外，可以将不同的实施方式的结构特征结合到另一个实施方式中，而不背离权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种装置，包括：

磁头，所述磁头附接到底板的一端；

所述底板包括倾斜部分，所述倾斜部分使所述装置的扭转轴在所述磁头附近穿过。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述底板还包括主要部分，所述主要部分大致平行于相邻的磁盘表面，

其中，所述倾斜部分朝着磁盘表面倾斜，使得所述倾斜部分比所述主要部分更接近于磁盘表面。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述倾斜部分朝着相邻的磁盘表面倾斜约2度。

4.如权利要求1所述的装置，还包括：

至少一个压电元件，配置成附接到所述底板并且使所述底板变形以提供所述磁头的精细移动控制。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述底板还包括在所述倾斜部分和所述主要部分之间的偏转线。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述倾斜部分包括T形部分。

7.如权利要求1所述的装置，还包括：

负载梁，

其中，所述负载梁包括第一偏转线和第二偏转线，第一偏转线使负载梁朝着远离相邻的磁盘表面的方向偏转，第二偏转线位于第一偏转线和磁头之间并且用于使负载梁朝着磁盘表面的方向偏转。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述扭转轴穿过所述磁头。

9.一种装置，包括：

负载梁，所述负载梁附接到底板；

磁头，所述磁头附接到所述负载梁的与底板相反的一端；

所述底板包括质量-移动部分，所述质量-移动部分使所述装置的扭转轴穿过所述磁头。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述底板包括一个或多个平面表面。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述底板包括主要部分和中心部分，所述中心部分定位成比所述主要部分更接近于相邻的磁盘表面。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述底板还包括在所述主要部分和所述中心部分之间的第一偏转线以及与所述中心部分相邻的顶部，所述顶部位于与所述中心部分不同的平面表面上。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述顶部和所述主要部分离所述磁盘表面的距离大致相等。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述主要部分比所述顶部更接近于磁盘表面。

15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述中心部分和所述顶部包括T形。

16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述中心部分包括与第二偏转线相邻的第一顶部以及与第三偏转线相邻的第二顶部，

其中，所述中心部分将第一顶部与第二顶部分离开。

17.一种装置，包括：

负载梁，所述负载梁附接到底板；

磁头，所述磁头附接到所述负载梁的与底板相反的一端；

所述底板附接到致动器臂的倾斜表面，所述倾斜表面使所述装置的扭转轴穿过所述磁头。

18.一种用于减小底板谐振振幅的方法，所述方法包括：

使悬架上的底板质量朝着相邻的磁盘表面移动，以使底板扭转轴移动从而在磁头附近穿过。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，

移动操作包括：使底板的至少一部分倾斜，使得所述底板的倾斜部分朝着磁盘表面延伸。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，

移动操作包括：使底板的一部分移动从而更接近于磁盘表面。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，

移动操作包括：将底板安装到致动器臂上的倾斜表面。