CN1063564C - 传感器悬置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种传感器悬置系统，包括一根高强度负载梁和一个挠性元件。负载梁有一个长环形冲压凹形部件。挠性元件被连到负载梁，使其一个部位覆盖负载梁的凹部件。该挠性元件有一个孔眼和一个舌形部件，该舌形部件通过“V”形弯曲而发生偏置，一个传感器组件与舌形部件相连。本发明能够使负载梁保持低轮廓，并且能使传感器组件正确定向。
Description
本发明涉及一种传感器悬置系统，特别是具有低轮廓的悬置系统。
直接存取存储器(DASD)或磁盘驱动器将信息存储在可旋转磁记录盘的同心轨道上。磁头或换能元件通过在磁道间移动来记录和读出所需的信息。通常磁头被安置在空气支承滑块上，当磁盘旋转时，该滑块在磁盘表面上方飞动。在某些最近推出的磁盘驱动器中，滑块(或托架)漂浮在一块液体薄膜上或压在磁盘上，一个悬置装置将滑块连接到一个旋转或线性传动机构。该悬置装置对滑块提供支撑。
该悬置装置必须满足多项要求。首先它须在纵向具有灵活性并且能提供一个偏压，因为为了将滑块保持在磁盘上方的正常高度，有必要对空气支承的提升力提供一个补偿力，要求纵向灵活性也是为了使滑块能装入磁盘或从磁盘卸下；另一项要求是悬置装置必须为滑块提供枢轴连接，因为制造和操作中的不规则性会导致滑块的调准误差，滑块可以通过轻轻纵摇和/或横摇来保持空气支承，从而补偿这些问题；悬置装置的又另一项要求是它必须在横向固定，这是为了防止磁头侧向移动，因为这种移动会导致磁头读取错误的磁道。
下列参考文献给出了有关悬挂系统的实例：于1979年9月11日授权给Watrous的美国专利US 4，167，765；于1989年1月10日授权给Levy等人的美国专利US4，797，763；于1993年2月16日授权给Blaeser等人的美国专利US5，187，625；于1993年5月4日授权给Hatch等人的美国专利US5，208，712；由Foot等人申请，并于1991年10月29日公开的欧洲专利申请0487914；由桥本申请，并于1984年11月24日公开的日本专利申请59-207065；以及由山崎申请，并于1992年11月11日公开的日本专利申请04-321918。
磁盘驱动器在其数据存储容量大大增加的同时，体积也日渐缩小。大容量磁盘驱动器通常是将多片磁盘安装在同一可旋转心轴上。为了在相同高度容纳更多的磁盘，每片磁盘之间的间距必须大大减小。另外，只有一片磁盘的磁盘驱动器也可能在磁盘与外壳之后有一个悬置装置，悬置装置的高度已被证明是实现紧凑的磁盘布置和较小磁盘驱动器的一个限制因素。
欧洲专利申请第487，914号中公开了一种用于磁盘驱动器的加强型负载梁。根据该申请，负载梁的一端设有悬臂安装区域，另一端设有弹性磁头附加装置。该负载梁由长条状金属薄板制成，在上述的悬壁安装区域附近有一个弯曲部分。使载梁的中间部分包括一对沿金属板的相对两侧设置的细长形加强肋，以给中间部分提供足够的强度。但是，为了提供适当的强度，这些加强肋的高度要足够大，使负载梁的轮廓变高。
本发明的目的在于根据用于磁换能器悬置系统中的高刚度或高强度的负载梁。同时还使该负载梁保持低轮廓，并使换能器处于正确的定向上。
简而言之，本发明的传感器悬置系统包括：
一个负载梁，该负载梁具有一个纵轴、一个横轴、一个垂直轴和位于所述纵轴上的一个第一端头和一个第二端头，所述第一端头用于与一个支撑元件进行连接；
一个与上述负载梁相连的挠性元件；
其特征在于：
上述负载梁具有位于其相对的两侧的第一、第二表面以及一个沿该负载梁的纵轴延伸并处于上述第一、第二端头之间的凸起部分；该凸起部分在上述的第一表面上形成一个凸形部位，在第二表面上形成一个凹形部位；以及
上述挠性元件具有一个位于上述负载梁上第二表面一侧的第一端头和一个设有用于安装换能器组件的安装部分的第二端头，上述挠性元件覆盖着上述的凹形部位，从而使上述的负载梁和上述挠性元件沿着一个平行于含有上述横轴和垂直轴的平面的平面形成一个封闭的内部空腔。
为了更全面地理解本发明的特性和优点，下面将结合附图对本发明进行详细的描述。
图1是本发明的数据存储系统的示意图；
图2是图1系统的俯视图；
图3是图1系统的悬置装置的部件分解图；
图4是图3的悬置装置的俯视透视图；
图5是图3的悬置装置的仰视透视图；
图6是图3的悬置装置的一部份的闭合图；
图7是图3的悬置装置的一部份的切面图；
图8是本发明的悬置装置的另一实施例的俯视透视图；
图9是图8的系统仰视透视图；
图10是本发明的悬置装置的另一实施例的俯视透视图；
图11是图10的悬置装置的仰视透视图。
图1示出了本发明的一个数据存储系统的示意图，其参考号指定为10。系统10包括若干磁记录盘12，每片盘有若干同心数据磁道，磁盘12被安装在与心轴电机16相连的心轴电机轴14上，电机16装在底架18之上。磁盘12、心轴14以及电机16组成了磁盘架组20。
若干读/写磁头30被安置在磁盘12的上方，并使磁盘12的每一面都有一个相应的磁头30。每个磁头30与若干悬置装置32的其中一个相连，悬置装置32也被连接到若干传动机构臂34，臂34被连接到旋转传动机构36。除此之外，臂34也可以与旋转传动机构组形成一个整体。传动机构36在径向移动磁头跨过磁盘12。传动机构36通常包含一个安装在旋转轴承40之上的旋转元件38、电机线圈42和电机磁体44。传动机构36也被安装在底架18上。虽然在最佳实施例中示出的是旋转传动机构，线性传动机构也同样可以使用。磁头30，悬置装置32，壁34以及传动机构构成了传动机构组46。磁盘架组20和传动机构组46被封装在套48(图中虚线所示)，以防止微粘沾污。
控制单元50对系统10实行全面控制。控制单元50通常包含一个中央处理单元(CPU)、存储单元和其它数字电路系统。控制器50被连接到传动机构控制/驱动单元56，后者与传动机构36相连，这使得控制器50能控制磁头30在磁盘12上的移动。控制器50连接到一个读/写通道58，该读/写通道58与磁头30相连。这样控制器50可以向磁盘12传送数据和从磁盘12接收数据。控制器50连接到心轴控制/驱动单元60，后者与心轴电机16相连，这样，控制器50可以控制磁盘12的旋转。主机系统70(通常是计算机系统)与控制器单元50相连。系统70可以将数字数据传送到控制器50，以便存储在磁盘12中，或者请求从磁盘12读出数字数据并送回系统70。DASD单元的基本操作是公知的现有技术，由McGraw-Hill图书公司于1990年出版5的C.Dennis Mee和Eric D.Danzel合著的《磁记录手册》对此作了详细的介绍。
图2示出了系统10的俯视图。装载滑台元件80位于磁盘架组20的边缘，当传动机构36将磁头30移动到磁盘外部时，元件80自动将磁头30从磁盘12上卸下。卸下磁头意味着将磁头从其相应的磁盘表面移开一定的纵向距离。滑台80是可以选择的。除此之外，磁头30可以在磁盘间永久性地放在装载位置。
图3示出了磁头30和悬置装置32的部件分解图，图4示出了它们的俯视透视图。悬置装置32包括负载梁100、底板102以及挠性或挠曲元件104。梁100、底板102和挠曲元件是通过相平板印刷浸蚀方法形成的，这些部件随后被冲压以便在材料上形成高度变化和弯曲。梁100有一纵轴106，一横纵108和一垂直轴110。负载梁100可以由薄板材料构成，如厚度在0.0381至0.0762mm之间的不锈钢材料，但最佳厚度为0.0635mm。梁100的主要部份包含一个具有单一高度的邻接面。
负载梁100有一底板部件112，一弹簧部件114以及一固定部件116，底板部件112有一孔眼120，其大小可套入底板102的陷型模销钉122。底板102可以由厚度在0.1mm至0.4mm之间的不锈钢制成，最佳厚度是0.2mm。底板102在焊接点124被焊接到梁100上。陷型模销钉122穿过孔眼120进入到相应的传动机构臂34的一个孔眼中。随后对销钉进行型锻，其结果是负载梁100通过紧压在壁34和底板102之间而被牢固地连接到臂34上。虽然型锻是将梁100连接到臂34上的最佳方法，但其它方法如焊接、胶合或采用扣钉也可用于本发明。如果采用这些替代方法的话，板102可以省去。
底板112有一对冲压成型的圆型凹座126，它可从表面120向上伸展出来。当底板102被型锻到臂34中时，这些凹座126被放置在臂34的垂直周边的外部。当型锻之后悬置装置32必须从臂34移开时，凹座126起开启机构的作用。负载梁100沿某个方向绕销钉孔120旋转，某个凹座126被接合到臂34的外缘，并起到杠杆的作用，将陷型模销钉122从臂34的陷型模孔中提升出来。
弹簧部件114有一孔眼130，两眼弹簧132位于其侧面。弹簧部件114可使梁100绕轴134弯曲。这种弯曲用来将磁头30装在它位于磁盘上方的适当飞动高度。
固定部件116从弹簧部件114延伸到梁100的远端140。部件116有一个伸出表面120上的长环形凸起部件142。在弹簧部件114和凸起部件142之间有一小小的过渡区143，用于防止梁100在制造过程中变形。凸起部位142有一平行于表面120的平顶部件144和一将平顶部件144与表面120相连的环形倾斜壁部件146。凸起部位142呈长环形，以纵轴106为中心并沿其方向伸展。凸起部位142的长度最好大于或等于固定部件116长度的50％。凸起部位142是采用冲压方法成形的。为了避免梁100在冲压过程中变形，壁146最好具有较小倾斜度，最佳倾斜度(垂直高度距离/水平伸展距离)是小于或等于0.75，并且最好是0.5。部件116也有若干加工孔眼150，152，154，156和158，这些加工孔眼可以在加工过程中便于校准和对悬置装置的部件居中。这些孔眼可要也可不要。
固定部件116也有一对外部边缘凸缘160，该凸缘160每个有一个倾斜壁162和平行于表面120的一个平台164。该凸缘沿轴106的长度横向与凸起部位142交叠一小段距离。凸缘160从凸起部位142向最接近远端140的位置伸展，该凸缘160是通过冲压成形的。
发明人还发现了加工孔眼152和154的其它优点。这些孔位于固定部件116上凸起部位142和凸缘160沿一横切面交叠的区域，包围孔眼152和154的区域的刚度不如部件116的其它部位的刚度好，这就使得在具有部位142的部件与具有凸缘160的部件之间产生一轻微的扭转运动，从而导致悬置装置端部的磁头30处横向位移减小，凸起部侠142与凸缘160轻微的不耦合可以消除横向运动，凸起部位142和凸缘160的旋转惯性使得它们能共同形成一个和谐的缓冲器，以减小第一扭转增益。
凸起部位142和凸缘160一起为梁100提供了稳定性。固定部件116沿其长度至少有某个凸起部位142或凸缘160是很重要的。除此之外，凸缘160也可以省去，而凸起部位142可以伸展到最接近远端140的一个位置。
远端140有一对锤头状调整片，用于在安装时对悬置装置进行调准。一个向下延伸的圆形凹座180被放置在最接近远端140的中心的位置。
挠曲元件104最好由薄片材料制成，可采用厚度在0.0203至0.0381mm之间的不锈钢，不过最好是厚度为0.0254mm。元件104的构型可使得它能牢牢地固定在梁100的纵向边缘。挠曲元件104有一表面190，它还有与梁100的孔眼152、154、156和158相对应的加工孔眼192、194、196和198，这些加工孔眼也是可要可不要的。挠曲元件104有一对指状调整片200，它伸展到梁100的纵向边缘之外，可以在加工过程中用于固定挠曲元件104的位置。
挠曲元件104在其远端204对可有一挠曲孔眼102，该孔眼202侧面有两条挠曲臂206，端部元件208被连接到臂206的端头。舌形部件210从端部208伸展到孔眼202中，该舌形部件210有一弯曲部件212，它包含两条平行的弯曲线，其形状为“V”形或人字形。舌形部件210与梁100的表面120平等，但被放在挠曲元件104的表面190的下方。
挠曲元件104有一垂直调整片214和一垂直调整片216，用于辅助调准导线172。调整片216呈钩形，以便与梁100的远端140的外部结合，该挂钩起限制器的作用，以保证挠曲元件104不会纵向偏离梁100太大距离。
挠曲元件104最好是在焊接点以焊接方式连接到梁100上。磁头30最好以粘胶或其它适当的连接方法连接到挠曲元件104的舌形部件210。凸座180的安放应使得它沿最好是穿过磁头30的重心的一根纵线方向与舌表部件210接合。
磁头30包括一个具有空气支承面242的空气支承滑块240。也可以采用其它类型的液体支承滑块，换能器250安装在滑块240上，并且与接线栓252电性相连(没有示出)。导线172连到接线柱252(最好通过焊接方式)并在部件204和远端140的上方伸长，再折回到悬置装置32的背部。导线172还与系统10的其它部份电性相连。导线172以环氧胶粘剂或其它方法与悬置装置32相连。
图5示出了悬置装置32的仰视透视图。凸起部位142在梁100中形成一个凹面部件260。挠曲元件104特别包围了这一凹面部件260，其结果是形成一个局部盒形部件，从而增大了结构的稳定性。该盒体被完全包容在一个横断切面内，该模切面是与纵轴106垂直的一个平面。发明人已发现了本悬置装置的设计的另一好处，这就是悬置装置的稳定性可以通过变化挠曲元件104的长度很容易地进行调节。当需要最大稳定性时，挠曲元件104的长度应制作得完全覆盖凹面部件260；当需要较小的稳定性时，要以减小挠曲长度和所形成的盒形部件的长度。然后，凹面部件260的至少某部份最好被挠曲元件104的部份所覆盖，这样可沿至少一个横切平面形成一个盒形部件。
图6示出了悬置装置32端部的详细透视图。为了清楚起见，我们略去了导线172。请注意包含两根“V”形弯曲线270的弯曲部件212。
图7示出了悬置装置32端部的详细切面图。图中示出了带有环氧球280的导线172，该环氧球将导线联接到挠曲元件104。也请注意，这里舌形部件210从挠曲元件104的其它部份下方偏离一个纵向距离，从而在梁100和舌形部件210之间形成一个纵向间隙290，该间隙290使得舌形部件210和磁头不受干扰地绕凹座180作回转运动。
下面介绍悬置装置的操作方式。底板102将悬置装置32以牢固的陷型模连接方式连接到臂34。弹簧部件114使得梁100沿线134方向弯曲，从而磁头30安放在磁盘12上方的适当高度。凸起部位142与挠曲元件104结合形成一盒形部件，大大增加了梁100的稳定性，这一稳定性是在一个很低的轮廓高度得到的。由于轮廓低，磁盘占据的空间就较小，从而每一驱动器可带有更多磁盘。凸缘160也提供了稳定性，该凸缘160各自有一个侧壁162和一个顶部164，从而每个凸缘有两条弯曲线，这两条弯曲线给凸缘在很低的轮廓高度提供了极大的稳定性。而现有技术的单个纵向凸缘则需要较高的高度来取得同样的稳定性。
挠曲元件104与凹座180一起，使得磁头30平衡(纵摇和横摇)，以取得合适的定位。然而，部件212的“V”形弯曲线使得舌形部件210和磁头30总是大致与梁100平行。这是一条很重要的要求，因为磁头30定位不合适会使得它不能向磁盘12写入和从磁盘上读取数据。此外，调整片216能防止挠曲元件104弯离梁100太远。
挠曲元件的造价相对而言并不昂贵。悬置装置32的主要部份只有负载梁100和挠曲元件104两个部件。挠曲元件104具有双重作用，一是作为盒形结构的底侧，另一是为磁头30提供平衡机构。
图8和图9分别示出了本发明的悬置装置的另一实施例的俯视和仰视透视图，该悬置装置用参考号300表示。悬置装置300中与悬置装置32相似的元件用带符号“＇”的数字表示。悬置装置300可以替代系统10中的悬置装置32。
悬置装置300比悬置装置32外，它被设计来用于较小的磁盘驱动器中和可以承受较高的能使磁头磁盘分离的加速度的驱动器中。悬置装置300与悬置装置32的不同处在凸起部位142′几乎延伸到固定部件116′的整个长度。挠曲元件104′的大小使得凹面部件260′完全被覆盖，在这种情况下不需要凸缘。
凹座180′在点310处与舌形部件210′接合。注意，在这种情况下，凹座180′并非在舌形部件210′的较低高度与舌形部件结合，而是在弯曲部件212′前面与舌形部件结合。凹座并不需要象在悬置装置32中那样向下伸展，因此冲压成形的凹座180′可能具有较小的直径。磁头30′与舌形部件210′的连接使得其重心正好位于凹座180′的下方。在凸起部件142′和凹座180′之间应该有一个具有足够长度的小地渡区域，以防止梁100在加工过程中变形。
图10和11分别示出了本发明的悬置装置的另一实施例的俯视和仰视透视图，该悬置装置用数字400表示。悬置装置400中与悬置装置32相似的元件用带符号“″”的数字表示。悬置装置400可以替代系统10中的悬置装置10。
悬置装置400有一凸起部位142"，其顶部为144，壁部为146。此外，凸起部位142′有一中部凹陷区410，该凹陷区有一平坦的底部412和侧壁414，该侧壁414将底部412连接到顶部142"。底部412被焊接到挠曲元件104"。挠曲元件104"完全包围由凸起部位142"所形成的空腔。带有凹陷区410的凸起部位142"构成一个很牢固的部件。由于增加了一个压力缓解孔眼420，壁146"的倾斜度可以相对较陡(0.75-1.0)。孔眼420使得梁100的材料能在制造过程中适应和补偿压力，从而防止了不希望的形变。
挠曲元件104″与挠曲元件104类似。凹座180″被放置在凹陷区410之中，并向下延伸与挠曲元件104″的舌形部件相连。通过将凹座180″放入凹陷区410中，由凸起部位142″和挠曲元件104″所形成的刚性盒能够伸展到凹座180″之外，这使得悬置装置的牢固部位延伸到回转运动点(凹座180)之外。
一个可供选用的装载/卸载调整片430从梁100中伸展出来。调整片430有一槽形凹口432。凹口432的底部用于连接系统10的装载滑台。
悬置装置400有若干导线接头440，用于固定从磁头30"绕向系统10的其它部份的导线(没有示出)。
挠曲元件104″有若干排液孔442，可在制造过程中将液体排出。
本文只是本发明的最佳实施例进行了详细描述，很显然，对本领域的技术人员而言，在不超出本发明如下的权利要求所限定的范围的前提下，可以对这些实施你进行各种改进。
Claims (21)
1．一种传感器悬置系统，包括：
一个负载梁，该负载梁具有一个纵轴、一个横轴、一个垂直轴和位于所述纵轴上的一个第一端头和一个第二端头，所述第一端头用于与一个支撑元件进行连接；
一个与上述负载梁相连的挠性元件；
其特征在于：
上述负载梁具有位于其相对的两侧的第一、第二表面以及一个沿该负载梁的纵轴延伸并处于上述第一、第二端头之间的凸起部分；该凸起部分在上述的第一表面上形成一个凸形部位，在第二表面上形成一个凹形部位；以及
上述挠性元件具有一个位于上述负载梁上第二表面一侧的第一端头和一个设有用于安装换能器组件的安装部分的第二端头，上述挠性元件覆盖着上述的凹形部位，从而使上述的负载梁和上述挠性元件沿着一个平行于含有上述横轴和垂直轴的平面的平面形成一个封闭的内部空腔。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述负载梁具有一个位于上述第一端头和上述凸起部分之间的弹簧部件。
3．如权利要求2所述的系统，其特征在于：上述凸起部分至少为弹簧部分和负载梁的第二端头之间的距离的一半。
4．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述负载梁的上述第一表面具有一个位于第一高度位置的第一平面部分，上述凸起部分包括一壁部和一顶部，所述顶部具有一个与上述的第一平面部分平行且位于第二高度位置的平面部分。
5．权利要求4所述的系统，其特征在于：上述壁部的倾斜度即沿平行于垂直轴的方向上的距离变化除于沿平行于上述横轴和纵轴所在平面的方向上的距离变化所得的比值等于或小于0.75。
6．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述负载梁的第二表面具有一个第一平面部分，上述挠性元件具有一个与上述负载梁的第二表面上的第一平面部分相连的第一平面部分。
7．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述的凸起部分上有一个缓压孔。
8．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述挠性元件的安装部分包括一个孔眼和一个伸展到该孔眼中的舌形部分，该舌形部分具有第一、第二二条弯曲线，使得它在一个不同的高度位置上与上述挠性元件的其余部分发生偏置，所述的弯曲线呈“V”形。
9．如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括一个与上述挠性元件的连接部分相连的换能器组件。
10．如权利要求9所述的系统，其特征在于：上述换能器组件包括一个流体支承滑块和一个磁性换能元件。
11．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述凸起部分有一个与挠性元件相接触的凹陷的内部区域。
12．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述挠性元件的第二端头具有一个调整片元件，该调整片元件从位于上述负载梁的第二侧的挠性元件绕过上述负载梁的第二端头延伸至上述负载梁的另一侧；上述调整片限制着上述挠性元件沿平行上述垂直轴的方向的移动。
13．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述的凸起部分为一个长环形冲压部分。
14．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述负载梁有一个沿平行于上述横轴和上述垂直轴的平面与上述凸起部分交叠的凸缘部分。
15．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述负载梁和挠性元件均由金属薄板制成。
16．如权利要求1所述的系统，其特征在于：上述挠性元件具有一个与上述负载梁相连接的第一平坦表面，上述安装部分具有一个与上述挠性元件的第一平坦表面平行的平坦表面。
17．如权利要求7所述的系统，其特征在于：上述负载梁在上述第二端点附近有一个负载梁接触点，上述的第二端点与上述挠性元件的舌形部分上的挠性元件接触点相接触。
18．如权利要求17所述的系统，其特征在于：上述的负载梁接触点是一个凹坑。
19．如权利要求17所述的系统，其特征在于：上述的挠性元件接触点位于上述舌形部分的换能器组件接受部分上。
20．如权利要求17所述的系统，其特征在于：上述挠性元件接触点位于舌形部分中上述换能器组件安装部分之外的部分上。
21．一种数据存储系统，其特征在于包括：
一个如权利要求1所述的换能器悬置系统；
一个连接在所述挠性元件的安装部分上的换能器组件；
一个毗邻上述的换能器组件设置的数据存储盘；
一个与上述盘相连、用于使之旋转的旋转装置；以及
一个与所述负载梁的第一端点相连、用于使上述传感器组件组件相对于上述盘进行移动的移动装置。
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Legal Events
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Granted publication date: 20010321 Termination date: 20100428 |