CN103544966A - 用于磁头万向组件挠性模式控制的竖直轴上的质量分配 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于HGA挠性模式控制的竖直轴上的质量分配。用于硬盘驱动器(HDD)和磁头万向组件的方法包括这样的技术，其用于使磁头万向组件(HGA)内的万向腿形变，以便改变HGA的质量分配，这使得控制在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及分配硬盘驱动器(HDD)内部件的质量，以影响结构共振。
背景技术
硬盘驱动器(HDD)是非易失性存储设备，其容纳在保护外壳内，并在具有磁性表面的一个或多个圆盘上存储数字编码数据(盘还被称为母板(platter))。当HDD运行时，每个磁记录盘通过主轴系统快速旋转。使用读／写头(下文简称为“磁头”)从磁记录盘读取数据或向其写入数据，磁头由致动器定位在盘的特定位置上。
磁头使用磁场从磁记录盘的表面读取数据或向其写入数据。由于磁偶极子场随与磁极的距离而快速减小，所以必须精密控制磁头和磁记录盘表面之间的距离。当磁记录盘旋转时，致动器依靠悬浮力停留在磁头上，以提供磁头和磁记录盘表面之间的适当距离。因此磁头可以说是“漂浮”在磁记录盘表面上。
对增加HDD存储容量的需求导致试图在盘上封装更多的比特位。该增加的位密度以及增加的盘转速要求高精度的磁头追踪，以使读／写误差最少。磁头万向组件(HGA)的改进使得磁头更小更轻；但是，这些磁头受制于悬臂的结构模式，即存在高增益挠性模式，其会产生可重复性偏摆(RRO)和非重复性偏摆(NRRO)的磁头偏离轨道。为HGA增加支撑以降低和减小这些模式的幅度和耦合会对轨距和滚轴刚度值有不良影响。因此，有利地，在不需要额外的结构部件或影响HDD的独立动态特性的情况下使结构模式最小。
发明内容
本文所述方法教导了这样的技术，其用于使磁头万向组件(HGA)内的万向腿形变，以便改变HGA的质量分配，这使得控制在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
根据一个实施例，提供了一种硬盘驱动器，其包括：磁头，附接到滑动器；盘，旋转地安装在主轴上；驱动电机，具有附接到主轴的电机轴，并用于旋转所述盘；音圈电机，构造成移动磁头以访问盘的各部分；以及附接到滑动器的挠性件。挠性件通过挠性腿附接到悬臂组件，挠性腿与挠性件分离并弯曲变形，使得HGA的质量沿着竖直轴重新分配。
根据一个实施例，提供了一种硬盘驱动器，其包括：磁头，附接到滑动器；盘，旋转地安装在主轴上；驱动电机，具有附接到主轴的电机轴，并用于旋转所述盘；音圈电机，构造成移动磁头以访问盘的各部分；以及附接到滑动器的挠性件。挠性件分为第一和第二部分。第一部分以弯曲的形式成形，使得HGA的质量在弯曲方向上重新分配。
根据一个实施例，提供了一种磁头万向组件(HGA)，其包括：磁头，附接到滑动器，该滑动器联接到挠性万向组件；承载梁组件，附接到滑动器；以及悬臂，通过挠性腿附接到挠性万向组件。所述挠性腿弯曲成HGA的质量沿着竖直轴向上重新分配，挠性腿的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
发明内容部分中所述的实施例不是用于建议、描述或教导本文所述的所有实施例。因此，本发明的实施例可包括除该部分所述特征之外的附加或不同特征。
附图说明
本发明的实施例通过附图中的示例非限制性地得到说明，附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是根据本发明实施例的HDD的俯视图；
图2是根据本发明实施例的磁头臂组件(HAA)的俯视图；
图3是本文所述方法的实施例中采用的HGA的底视图；
图4A是根据实施例的承载梁组件和具有远离盘变形的挠性腿的HGA的分解侧视图；
图4B是根据实施例的承载梁组件和具有朝向盘变形的挠性腿的HGA的分解侧视图；
图5是示出在不同的z高度下具有不同挠性形变的挠性模式FX1最优化的图表；
图6是示出在不同的z高度下具有不同挠性形变的挠性模式FX2最优化的图表；
图7是示出在不同的挠性形变深度下FX2共振(或幅度)之间关系的图表。
具体实施方式
本文所述方法用于形成磁头万向组件(HGA)中的万向腿来控制HGA的共振。在下文中，为了便于说明，阐述了各种具体细节以提供对本文所述发明的实施例的全面理解。但是应当明白的是，本文所述发明的实施例可以不需要这些特定细节来实现。换句话说，熟知的结构和装置以方框图示出以避免不必要地妨碍对本文所述发明的实施例的理解。
对本发明说明性实施例的物理描述
本发明的实施例用于分配硬盘驱动器(HDD)内部件的质量以影响结构共振。本发明的实施例可以与硬盘驱动器(HDD)结合。根据本发明的实施例，图1示出了HDD100的俯视图。图1示出了HDD的部件的功能布置，其包括滑动器110b，滑动器110b包括磁读取/记录头110a。滑动器110b和磁头110a总体被称为磁头滑动器。HDD100包括至少一个磁头万向组件(HGA)110，该组件包括磁头110a、附接到磁头110a的导向悬臂110c和附接到滑动器110b的承载梁110d，滑动器包括位于滑动器110b远端的磁头110a；滑动器110b在承载梁110d的远端附接到承载梁110d的万向部分。HDD100还包括至少一个可旋转地安装在主轴124上的磁记录盘120以及附接到主轴124、用于旋转盘120的驱动电机(未示出)。磁头110a包括写入元件和读取元件，分别用于在HDD100的盘120上写入信息或读取存储在盘上的信息。盘120或多个盘(未示出)可通过盘夹128固定到主轴124。HDD100还包括：附接到HGA110的臂132；支架134；包括电枢136的音圈电机(VCM)，电枢包括附接到支架134的音圈140；以及定子144，包括音圈磁体(未示出)，VCM的电枢136附接到支架134，并构造成移动臂132和HGA110以访问盘120的安装在具有插入的枢转轴承组件152的枢轴148上的部分。
进一步参看图1，根据本发明的实施例，由柔性电缆156给VCM的音圈140提供电信号，例如电流，给PMR磁头110a提供写入信号和提供来自PMR磁头110a的读取信号。柔性电缆156和磁头110a之间的互连由电臂(AE)模块160提供，该模块可具有用于读取信号的板载前置放大器以及其他读取通道和写入通道的电子部件。柔性电缆156联接到电连接器块164，电连接器块通过HDD壳体168提供的电馈通(未示出)提供电通信。HDD壳体168(还称为铸件，取决于HDD壳体是否铸造而成)和HDD盖(未示出)一起为HDD100的信息存储部件提供密封的保护外壳。
进一步参看图1，根据本发明的实施例，包括盘控制器和含有数字信号处理器(DSP)的伺服系统的其他电子部件(未示出)为驱动电机、VCM的音圈140和HGA110的磁头110a提供电信号。提供给驱动电机的电信号使驱动电机旋转，为主轴124提供扭矩，该扭矩又传递给通过盘夹128固定到主轴124的盘120；其结果是盘120沿方向172旋转。旋转的盘120生成了充当空气轴承的气垫，滑动器110b的空气轴承表面(ABS)在空气轴承上滑动，使得滑动器110b飘浮在盘120的表面上方，而不会接触到盘120的记录了信息的薄磁记录介质。提供给VCM的音圈140的电信号使得HGA110的磁头110a访问记录了信息的轨道176。因此，VCM的电枢136摆动通过弧180，这使得通过臂132附接到电枢136的HGA110能够访问盘120上的各个轨道。信息在布置于盘120的扇区(例如扇区184)中的多个同心轨道(未示出)中存储在盘120上。相应地，每个轨道由多个分区轨道部分组成，例如分区轨道部分188。每个分区轨道部分188由记录的数据和头部组成，头部包括伺服脉冲信号模式(例如ABCD伺服脉冲信号模式)、识别轨道176的信息以及误差校正码信息。在访问轨道176时，HGA110的磁头110a的读取元件读取给伺服系统提供位置误差信号(PES)的伺服脉冲信号模式，这控制了提供给VCM的音圈140的电信号，使得磁头110a跟随轨道176。当到达轨道176并识别出特定的分区轨道部分188时，磁头110a根据由盘控制器从外部机构(例如计算机系统的微处理器)接收的指令或者从轨道176读取数据或者向轨道176写入数据。
本发明的实施例还包括HDD100，其包括HGA110，旋转地安装在主轴124上的盘120，附接到HGA110的臂132，HGA110包括滑动器110b，滑动器110b包括磁头110a。
现在参看图2，根据本发明的实施例，示出了包括HGA110的磁头臂组件(HAA)的俯视图。图2示出了HAA相对于HGA110的功能布置。HAA包括臂132和HGA110，HGA110包括滑动器110b，滑动器110b包括磁头110a。HAA在臂132处附接到支架134。在HDD具有多个盘或者母板(如在现有技术中盘所指代的)的情况下，支架134被称为“E块”或者梳子，因为支架布置成支承成组的臂阵列，使得其外观看起来像梳子。如图2所示，VCM的电枢136附接到支架134，音圈140附接到电枢136。AE160可附接到支架134，如所示。支架134安装在具有插入的枢转轴承组件152的枢轴148上。
调整挠性腿以控制结构共振
本发明的实施例涉及使HGA的挠性腿变形以控制在HDD运行期间由HGA的结构特性产生的共振增益的方法。根据一个实施例，挠性腿朝向盘表面变形，从而朝向盘分配悬臂的质量中心线，如本文所讨论的。如本文所讨论的，挠性腿的形变高度可以被调整成消除万向件的结构共振。
图3是本文所述方法的实施例中采用的HGA的底视图(盘侧)。在图3的实施例中，示出了挠性万向件302结构，其中设置了磁头306和滑动器308。挠性万向件结构302通过挠性腿304附接到悬臂(未示出)，并操作成在HDD运行期间使磁头和滑动器关于盘(未示出)定向，如本文进一步所述。
图4A和4B是根据实施例的承载梁组件和具有朝向或远离盘变形的挠性腿的HGA400的侧视图。承载梁组件和HGA400包括刚性底板或安装板402，其可包括用于将悬臂安装到致动臂的整体型锻凸起416。弹簧部分418将底板402连接到承载梁406。凹陷408形成在承载梁406中，以允许挠性腿412、414将滑动器定向成旋转并符合盘404的表面。根据一个实施例，挠性腿远离盘弯曲412或者朝向盘弯曲414。应当理解的是，根据一个实施例，挠性腿要么远离盘弯曲412，要么朝向盘弯曲414，不可能同时存在这两种情况。对于更精确的描述挠性腿412、414的形状和位置，图4A和4B是说明性的。挠性腿412、414是挠性件的(未示出)一部分，该挠性件是薄的不锈钢结构，滑动器410连接在该挠性件上。从底板402的顶部到接触盘404的滑动器410表面之间的距离420在本文中称为“z高度”420。
根据所期望控制的结构共振的类型，挠性腿412、414朝向盘404变形414或远离盘变形412。由于对底板402进行压力输入，例如在查找操作期间，所以在滑动器410上会产生响应。该响应含有频率分量，会触发使滑动器410响应于压力输入而前后偏离的模式。压力输入还会由风力触发，引入的分子气流在离开盘片和HDD结构时会冲击HGA组件，导致NRRO偏轨运动。在HDD运行期间，挠性模式可由VCM或毫/微致动器强制触发或者由风力触发。此外，当挠性腿结构被最优化时(如下所述)，这两种情况在实际中都最少。如果VCM／毫/微或风力强制功能具有与振动的挠性模式对应的频率分量，则所述模式被触发并产生偏轨运动。由于接近零点，本文所述挠性腿结构减小了这类运动的幅度。挠性件(未示出)可包括两个腿，所述腿响应于压力输入上下弯曲，这导致滑动器410的偏离。实际上，所述运动是挠性腿的弯曲，这导致附接有滑动器的万向区域的偏离。滑动器410的偏离运动导致磁头在盘上的偏轨运动。这些偏离模式还可被称为结构共振或挠性模式。
低频挠性模式是FX1(第一挠性模式)。在FX1模式下，承载梁406上的扭矩推压凹陷408，这导致滑动器410在水平面上前后平移。在FX1模式下，单独挠性腿呈现第一弯曲(一个节点或拐点)，每个腿与相对腿异相地弯曲。高频挠性模式是FX2(第二挠性模式)。在FX2模式下，承载梁406的腿扭转，这导致滑动器410偏离。在FX2模式下，单独挠性腿呈现第二弯曲(两个节点或拐点)，每个腿与相对腿异相地弯曲。每个腿在相反方向上的弯曲运动导致固定有滑动器410的挠性舌片偏离。为清楚起见，FX1和FX2模式可被更有效地描述为挠性腿弯曲模式。
对于每种模式，存在与振动频率相关的共振增益。通过沿z高度420重新分配质量可以减小或控制这些共振增益。通过调整该质量，可以找到“零点”，因此，当进入这些挠性模式时，滑动器410不会移动。零点可定义为滑动器偏轨运动的最小值。在该最小值点，被触发的挠性模式不会导致滑动器的偏轨运动。在低于和高于零点的数值上，挠性模式会使得增加滑动器的偏轨运动，这可在频率响应传输函数中被定义为零极点或者零极共振。
根据一个实施例，质量分配可以通过使挠性腿远离或朝向所述盘变形以使磁头偏轨朝向零减小而实现。磁头偏轨可被定义为滑动器内的读／写换能器距离轨道中心的偏差。对挠性腿姿态的形变参数的调整导致HGA挠性万向件的竖直质量分布变化，并用于控制挠性腿弯曲模式的峰值增益以及所产生的滑动器410的偏离。挠性腿与挠性件分离，并根据特定实施例压在滑动器之上或之下的平面上。
图4A是根据实施例的承载梁组件和具有远离盘变形的挠性腿412的HGA的分解侧视图。挠性腿412(用实心黑线表示)在给定点上向上弯曲进承载梁406的平面内。根据示例实施例，向上弯曲的特定位置可根据需要调整以控制挠性腿弯曲模式。
图4B是根据实施例的承载梁组件和具有朝向盘变形的挠性腿414的HGA的分解侧视图。挠性腿414(用实心黑线表示)在给定点上远离承载梁406的平面弯曲。根据示例实施例，向上弯曲的特定位置可根据需要调整，以控制挠性腿弯曲模式。
图5是示出在不同的z高度下具有不同挠性形变的FX1最优化的图表500。竖直轴是响应于给定输入力函数的相对共振幅度，水平轴是z高度。在0.52mm的标称z高度下，无形变的挠性件502导致共振移位响应的相对幅度大约是3nm。朝向盘为0.02mm形变深度的挠性件504导致共振移位响应的相对幅度大约是1nm。朝向盘为0.03mm形变深度的挠性件506导致共振移位响应的相对幅度大约是0.5nm。朝向盘为0.04mm形变深度的挠性件508获得FX1共振的零点。重要的是，如图5所示，具有正形变深度的挠性形变深度指的是挠性件朝向盘形变，从而朝向盘调整HGA挠性件的质量。
图5说明了FX1随着z高度变化时的相对幅度，趋势线502-508具有“V”形，具有相对幅度接近零的最小值。在图5的示例中，通过朝向盘增加挠性腿形变至0.04可使该最小值朝向0.52mm的标称z高度移位。由于FX1处于标称z高度的条件，所以这与磁头偏轨无关。
图6是示出在不同的z高度下具有不同挠性形变的FX2最优化的图表600。竖直轴是相对共振幅度，水平轴是z高度。因为存在关于FX1最优化以及FX2最优化的挠性腿形变实施例的灵敏度，所以图6示出挠性腿朝向盘的形变在FX2模式下具有反向效应。在0.52mm的标称z高度610，无形变的挠性件602导致FX2共振的最小水平，而相同的形变用于最优化图5的FX1共振。用于最优化图5中的FX1的挠性形变降低了FX2的共振性能；无形变导致FX2共振的最小水平。朝向盘为0.02mm的挠性形变深度604导致共振移位响应的相对幅度大约是1nm。0.03mm的挠性形变深度606导致共振移位响应的相对幅度大约是2nm。0.04mm的挠性形变深度为608导致共振移位响应的相对幅度大约是3nm。
图7是示出在不同的挠性形变深度下，FX2共振(或幅度)之间关系的图表700。通过调整z轴上的挠性高度(上／下，与z高度520相同的方向)，可以控制结构共振。在x轴上的零点，挠性腿位于所谓的“常规”位置。挠性腿从承载梁表面向上移动到固定有滑动器的滑动器舌片表面。向x轴右侧移动，挠性腿朝向盘弯曲变形。向x轴左侧移动，挠性腿远离盘弯曲变形。根据一个实施例，可最优地通过使挠性腿远离盘弯曲来控制FX2。使挠性腿保持在“常规”位置或者朝向盘弯曲是控制该特定结构共振的非最优位置。从图7明显看出，总体曲线图近似为“U”形曲线，产生了使偏轨移动和响应幅度最小的“谷”。此外，类似于正向过大的情形，该谷之外的负向偏移导致偏轨移动增加。
在前述说明中，参照不同实施方式的各种具体细节描述了本发明的实施例。因此，本发明唯一且独一的指示，并且是本发明的申请人所倾向的是由本申请得出的多组权利要求，在所述权利要求所要求的特定形式中包括之后任意的校正。在权利要求中包含的本文清楚设置的任何术语的定义应当规定了权利要求中使用的这类术语的含义。因此，权利要求中未清楚引用的限制、元素、特性、特征、优点或属性不应当限制这类权利要求的范围。因此，说明书和附图应当认为具有阐释性的而不是限制性的意义。
Claims (20)
1.一种硬盘驱动器，包括：
磁头，附接到滑动器；
盘，旋转地安装在主轴；
驱动电机，具有附接到所述主轴的电机轴，并用于旋转所述盘；
音圈电机，构造成移动所述磁头以访问盘的各部分；以及
挠性件，附接到滑动器，包含磁头万向组件(HGA)，其中所述挠性件通过挠性腿附接到悬臂组件，所述挠性腿与所述挠性件分离并以弯曲的形式变形，使得HGA的质量沿着竖直轴重新分配。
2.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿远离所述盘弯曲变形。
3.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿朝向所述盘弯曲变形。
4.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿的弯曲部分的弧段是对称的。
5.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿的弯曲部分沿x轴朝向安装板弯折。
6.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿的弯曲部分朝向HGA的远端弯折。
7.如权利要求1所述的硬盘驱动器，其中所述挠性件包括不锈钢。
8.如权利要求2所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿远离所述盘的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
9.如权利要求8所述的硬盘驱动器，其中所述共振增益包括第二挠性模式(FX2)。
10.如权利要求3所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿朝向所述盘的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
11.如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中所述共振增益包括第一挠性模式(FX1)。
12.一种硬盘驱动器，其包括：
磁头，附接到滑动器；
盘，旋转地安装在主轴上；
驱动电机，具有附接到主轴的电机轴，并用于旋转所述盘；
音圈电机，构造成移动磁头以访问所述盘的各部分；以及
挠性件，附接到滑动器，包括磁头万向组件(HGA)，其中所述挠性件分为第一和第二部分，第一部分以弯曲的形式成形，使得HGA的质量在弯曲方向上重新分配。
13.如权利要求12所述的硬盘驱动器，其中所述第一部分的形状朝向所述盘弯曲。
14.如权利要求13所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿朝向所述盘的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的第一挠性模式的幅度。
15.如权利要求12所述的硬盘驱动器，其中所述第一部分的形状远离所述盘弯曲。
16.如权利要求15所述的硬盘驱动器，其中所述挠性腿远离所述盘的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的第二挠性模式的幅度。
17.一种磁头万向组件(HGA)，包括：
磁头，附接到滑动器，所述滑动器联接到挠性万向组件；
承载梁组件，附接到所述滑动器；以及
悬臂，通过挠性腿附接到所述挠性万向组件，其中所述挠性腿弯曲从而HGA的质量沿竖直轴向上重新分配，使得所述挠性腿的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
18.如权利要求17所述的磁头万向组件，其中所述共振增益包含第二挠性模式(FX2)。
19.如权利要求17所述的磁头万向组件，其中所述挠性腿弯曲从而HGA的质量沿竖直轴向下重新分配，使得所述挠性腿的弯曲减小了在硬盘驱动器操作期间与HGA相关的共振增益的幅度。
20.如权利要求19所述的磁头万向组件，其中所述共振增益包括第一挠性模式(FX1)。
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