CN1076500C - 磁盘驱动或其类似装置所用磁头负环境气压滑动器 - Google Patents

Abstract

一种使读/写磁头接近于旋转磁盘定位的负环境气压的空气支承滑动器。它包括沿面对旋转磁盘的滑动器面自前沿向滑动器的后沿延伸的第一和第二轨道。每条轨道有以一角度自前沿向滑动器的侧面延伸的腿区、以一角度自滑动器侧面向滑动器的后沿延伸的足区，及在滑动器的侧面连接于足和腿区之间的膝区。设置凹槽使第一和第二轨道成形。中心凹槽为负环境气压提供一空间。中心区内可设置一条或多条尾部，以防止气压完全移向滑动器的一面。此种结构使滑动器在磁盘的全部磁道上有更均匀的浮动高度。

Description

磁盘驱动或其类似装置所用磁头负环境气压滑动器

本发明涉及磁性存贮装置或磁盘驱动装置的元件，尤其属于一种保证在磁盘的各磁道上有稳定浮动高度的磁性空气支承滑动器。

磁盘驱动器广泛地用于工作站、个人计算机、膝上型或其它计算机系统以存贮适合于用户的大量数据。通常，磁盘驱动器包括一由转轴电机旋转的磁盘。磁盘的表面分成环绕磁盘延伸的一系列数据磁道。在磁盘的表面上每个数据磁道能以磁转换的方式存贮数据。

一个交互作用的元件，如磁转换器被用于感知磁转换以读出数据，或是在磁盘的表面产生一引起磁转换的电流，以写入数据。磁转换器是装在一磁头内，并包括一读/写间隙，该间隙包含有与磁盘的磁性表面有适宜的交互作用位置的转换器有源元件。

磁头是由一旋转调节器固定，并且是由该调节器选择性定位在磁盘的预选数据道上方，随着转换器下方磁盘的旋转，转换器能够从磁盘的预选磁道中读出数据或写入数据。

在现代的磁盘驱动器中，用一种比较坚固或是硬的磁盘作为磁性介质。磁头包括形成一空气支承表面的滑动器，由于磁盘的旋转产生的气流，该空气支承表面使转换器浮动在磁盘表面的数据道上方。因此，在磁盘驱动器正常工作期间，转换器实际上不与磁盘表面接触。转换器在磁盘表面上方浮动的距离被称作“浮动高度”。在磁盘表面上方一浮动高度工作的一种较好的磁头结构是横断等压(TPC)磁头。当前的磁盘驱动器设计用一TPC磁头寻道以限制浮动高度为磁盘表面上方大致2微英寸。磁头和磁盘表面之间的任何接触可能损坏磁盘或磁头。因此，在磁盘正在旋转时，每当调节器使转换器在数据道的上方定位，就要保持足够的浮动高度，这一点很重要。

人们的通常目的是要实现一个总体浮动高度，它使转换器的读/写间隙尽可能靠近磁盘表面，不管调节器的径向位置如何，浮动高度均保持在一相同水平。转换器的有源读/写间隙越是接近磁盘的表面，在磁盘表面代表数据的磁转换通过转换器所产生的电信号越强。使数据信号尽可能地强，以保证磁盘驱动器的可靠电性能，这样作，通常总是有益的。

滑动器通常所遇到的一个问题是在磁盘的各磁道上方浮动高度随调节器的径向位置而变化。因此，某些数据道上的浮动高度大于其它的数据道。因此，在所有的数据道上，数据信号并非都是足够强的。为了改进滑动器浮动高度的稳定性已给出了几种设计。

例如具有“双体船”(catamaran)构形的两条轨道的上述TPC滑动器。沿支承表面的每一侧边缘给出横断等压线，对于每个支承面，有一滑动器的斜交角(即，滑动器轴(由调节器径向位置确定)和磁盘切线速度间的角)在支承面的等压线上产生增压，其与来自磁盘的气流相抵并使其离开这个气流向支承面的等压线附近扩展。

在某些其它已知滑动器设计中，在面对旋转磁盘的滑动器面上设有凹槽，使在运转当中在滑动器部分和磁盘之间提供负环境气压(即低于1个大气压)，它将滑动器拉向旋转磁盘。某种程度上，负环境气压的作用抵消滑动器趋于自磁盘表面抬高磁头的操作。最终结果是使整个浮动高度得到更严密而强烈的控制，理想地阻止浮动高度的变化。

在另一种滑动器设计中，在空气支承面上设置有人字形断口或凹槽，它使局部环境、中心凹槽和滑动器的外部区域之间能够有空气流动。这样作，实现了在滑动器滚轴方面的改进。在另一种双体船构形的滑动器设计中，每个空气支承面朝向滑动器的中心部分做得较窄，以保持在磁盘表面上方的每个斜交角接近一恒定的空气支承面。

因此需要一种滑动器结构，不论调节器的径向位置如何，它都改善了整个磁盘数据道上方浮动高度变化的控制。同时也需要一种减小滑动器滚轴角的滑动器结构。

欧洲专利EP387444公开了一种具有两个轨道、一前沿斜坡和负环境气压腔的负环境气压滑动器。在磁盘合滑动器之间流动的空气流动通过前沿斜坡并且是在轨道下面，以致相对地增高轨道下面的压力，该压力使滑动器升高在磁盘表面上方。流动通过负环境气压腔的空气增加了一反作用负环境气压以致将滑动器拉向磁盘表面。得到的结果是为了将滑动起飞到一给定的高度，只需要较低的外部负载。

本发明的负环境气压的滑动器满足了这些和其它方面的要求。本滑动器包括自滑动器前沿沿滑动器底面延伸至滑动器后沿的第一和第二轨道。滑动器的底面是面对旋转磁盘的面。本领域的专业人员将意识到如果滑动器装在旋转磁盘下面的一根臂上它的底面朝上，而如果它被装在旋转磁盘上方的一根臂上则它的底面朝下。

第一和第二轨道各自包括一个以一角度自前沿向滑动器的侧面延伸的腿区、一个以一角度自滑动器侧面朝滑动器的后沿延伸的足区，及在滑动器的侧面连接足区与腿区的一膝区。在第一和第二轨道各个腿区的侧面之间设置第一和第二腿凹槽。在滑动器底面上在第一和第二轨道各个足区的侧面之间设置第一和第二足区凹槽。在第一和第二轨道的腿、膝和足区之间的滑动器底面上设置一中心凹槽。

第一和第二轨道可以具有相等的均匀高度，同时，第一和第二腿凹槽、第一和第二足凹槽和中心凹槽可以具有相等的均匀深度。

在本发明的一项替代实施例中，至少设置一条自滑动器前端部向滑动器后沿延伸的尾部，并将中心凹槽至少分成二部分。这样做，就避免了压力移向滑动器的一侧。

如常规的滑动器那样，在滑动器的前沿可以设置一斜坡，用于引导空气流向滑动器的底面。同样，还可设置一自滑动器的一个侧面边沿延伸至滑动器的相反一个侧面边沿的前端部分。该前端部分和一个或多个尾部具有与第一和第二轨道一致的均匀高度。

本发明实施的另一种方案的滑动器包括：

在滑动器前沿上形成的一斜坡，该斜坡引导空气流向滑动器的底面，所述滑动器的底面面对旋转磁盘；自滑动器的第一侧面边沿向滑动器的相对的第二侧面边沿延伸的一前端部分；自滑动器的前端部沿滑动器的底面向滑动器的后沿并且分别沿着第一和第二侧边沿延伸的第一和第二轨道，位于所述第一和第二轨道之间的所述滑动器底面上的中心凹槽；第一和第二轨道各具有一腿区，其以一个角度从前端部分朝着滑动器的相应的侧边沿向外延伸，形成了由前端部、腿区和相应的侧沿限制的一凹入区域；至少一条尾部，所述尾部自所述滑动器的前端部分向所述滑动器的后沿延伸，并将所述中心凹槽分成至少两部分。

在本发明的另一实施例中滑动器的中心凹槽被加工成具有大致均匀的深度。中心凹槽的均匀深度要选择成使旋转磁盘的磁道上方滑动器的浮动高度几乎不受所选择的均匀深度起伏的影响。此均匀深度可以选择成使得对于旋转磁盘的所有磁道浮动高度随凹槽深度的改变接近最小。

本发明的滑动器结构为磁盘的所有磁道提供了更均匀的浮动高度。增加一条或多条尾部使滑动器滚轴能够得到更好的控制。

图1是本发明滑动器一项实施例的顶视图。

图1a和1b是图1所示滑动器的一项补充实施例的顶视图，它具有用以控制浮动高度和滚轴角度的一个尾部。

图1c示出了根据本发明的实施例，分别具有一个和两个控制浮动高度和滚轴角度的尾部的常规双体船构形滑动器的顶视图。

图2是沿图1的a-a线的侧视图。

图3是滑动器定位于磁盘最内磁道上方的一装配顶视图。

图4是滑动器定位于磁盘中间磁道上方的一装配顶视图。

图5是滑动器定位于磁盘最外磁道上方的一装配顶视图。

图6是滑动器浮动高度与凹槽深的关系曲线。

图1和图2给出了本发明负环境气压的滑动器的一典型实施例。滑动器1包括在滑动器1的前沿的一斜坡3，它引导空气在滑动器1下面流动。在这个实施例中，滑动器1和斜坡3的宽度是60密耳(即，0.06英寸)，斜坡3的长和深是8密耳。斜坡3可以引入到一前端部分4。沿着滑动器的长度设置两条轨道5、7，它与已知技术的双体船构形明显不同。轨道5、7各含三个主要部分：腿部5a、7a；膝部5b、7b；及足部5c、7c。在这个实施例中，前端部分4和滑动器1的轨道5、7的所有部分5a-c、7a-c是处于相同的高度(例如，在这个实施例中，滑动器的高度是17密耳)。

在滑动器中设置了几个凹槽部分11-15。在这个实施例中，所有凹槽11-15具有同样的深度(例如，自第一和第二轨道5、7的顶部测量的凹槽区的深度大致为150微英寸)。由于轨道的腿部和足部，中心凹槽11有一近似钻石的形状。腿凹槽12、13位于腿区5a、7a的外面。足凹槽14、15位于足区5c、7c的外面。

如已有技术那样，一个磁头(图1-2中未示出)接近足区5c(在图1中用“有效轨道”表示)连接在滑动器1的背后。

本发明滑动器的运行与图3-5所示相对应。当磁盘17旋转时，空气经滑动器1的斜坡3引导流向滑动器下面。应认识到当磁盘17开始旋转时，斜坡3也促使滑动器1的快速上升。空气被压至滑动器的轨道5、7之下，使滑动器1(因而也使磁头)离开磁盘17的表面。在凹槽区11-15中，空气发展为负环境气压，产生一吸力使滑动器(从而也使磁头)被拉向旋转的磁盘。

在图3-5中，所示的滑动器1是装在一条臂19和一个调节器21上，调节器21将滑动器1和磁头定位在所要求的磁道上方。在图3中，滑动器1被定位在与磁盘17的最内磁道接近处。再参照图1，第一和第二轨道5、7的腿区5a、7a自滑动器1的前、中部分向外延伸至滑动器的两个对侧，在那里膝部5b、7b与滑动器的侧面会合。腿区5a、7a与前区4构成的角度被设计成与滑动器出现在最内磁道时的滑动器斜角大致相同。最内磁道也称为接触起-停(CSS)区。在最内磁道(后面称为内直径或“ID”)，磁盘的表面速度是它的最低速度。腿区5a、7a的定向有助于防止第一和第二轨道5、7下面的气压漏向滑动器1的侧面(从而引起滑动器在一低于所要求的高度上浮动)。

参照图4，滑动器1定位在接近中间磁道处(即，在内磁道与外磁道之间平均距离处的磁道)。在中间磁道，斜角近似于0。由于滑动器1的腿区5a、7a的结构，漏到这些区侧面的气压较大。由于在腿区5a、7a的泄漏所造成的气压下降通过增加磁盘17的表面速度得到补偿。滑动器1的浮动高度除足凹槽14、15的作用外，在中间磁道将会达到其最大值，足区凹槽14、15的作用在于减小滑动器1的加压区，因而减小了在第一和第二轨道5、7的足部5c、7c产生的升力。

参照图5，滑动器1和磁头被置于最外层磁道上方(后面称为外直径或“OD”)。在OD的大斜角引发大量气压向轨道5、7的侧面泄漏。由于滑动器1的腿区5a、7a的结构，因为较小的凸缘长度，在这些区产生很小的气压。滑动器下面的大部分气压是在滑动器1的膝区5b、7b下面产生的。尽管膝区下的凸缘区较小，但是在OD处的高磁盘表面速度使滑动器1的轨道5、7下面产生足够的气压以维持一恒定的浮动高度。

如上所述，凹槽区11-15产生负环境气压将滑动器拉向磁盘表面。负环境气压主要是在中心凹槽11形成的。腿凹槽12、13为滑动器1提供了附加的滚动稳定性。足凹槽14、15减少了滑动器1足区的有效加压面积，使它在接近O斜角时不会在磁盘表面上方浮动太高。同时，足凹槽14、15改造了轨道5、7的足区5c、7c，使当滑动器1处于外磁道时这些区域与进入的空气平行。对于这一点，外轨道(即轨道5)的浮动高度已通过滑动器的设计得到控制。为了控制滑动器滚动(即，最内轨道7和最外轨道5的浮动高度差)，能够按照控制内轨道浮动高度的类似方式，对内轨道(即轨道7)的形状进行调整。

本发明的另一个实施例如图1a和图1b所示。滑动器1的中心凹槽11是滑动器中低于环境气压的最大容器。中心凹槽11对于如何稳定滑动器1在磁盘17表面上方的浮动高度以及滑动器1的滚动量起到很大作用。作为控制滑动器1浮动高度和滚动的一项附加测量，在中心凹槽11“加进”一个或多个尾部2。在滑动器的生产中，尾部区是在形成中心凹槽11时，通过腐蚀或除去它们周围的材料而形成的。

当滑动器1有一较大斜角时，滑动器1下面气流的角度也大。这导致气压漏向轨道5、7的侧面引起轨道下的气压下降，并使气压中心偏移。气压减小导致降低浮动高度，气压中心偏移导致加大滚动角。还有，中心凹槽11的作用在于使一个轨道的浮动高度与其它轨道的尺寸偏差结合。由于它们的构形较窄，尾部2未构成一明显有效的空气支承面。相反地，尾部2将中心凹槽11分成两个或多个容积，从而防止中心凹槽11内负环境气压的分布全部地向滑动器1的一个侧面转移。通过使尾部2的长度和取向最佳化，能够控制住吸引力对滑动器1的滚动角的作用。图1a和图1b中的虚线表示尾部2可能的取向和长度。还有，尾部2的使用防止了一个轨道的浮动高度和其它轨道尺寸变化的关联。

图1c示出了具有上面所述尾部4的一常规双体船形滑动器。

中心凹槽11的深度对于磁盘的所磁道上方的浮动高度均能产生实质影响。在高海拔的环境中，空气的压力和平均自由路程的变化对于浮动高度也有影响。通过选择合适深度的中心凹槽11，浮动高度值的范围(即，磁盘所有磁道上方磁头的最大和最小浮动高度之间的差值)基本上能够小于典型的双体船形滑动器。参照图6，所示曲线沿Y轴表示ID、中间直径(“MD”)和OD的浮动高度，沿X轴则表示它们的凹槽深度(即，将浮动高度表示为凹槽深度的函数)。在200微英寸典型凹槽深度的情况下，滑动器的浮动高度随着ID、MD和OD曲线的陡急斜率面下降。这将增大浮动高度对所选凹槽深度和使用滑动器所处海拔高度依赖的敏感性。如果凹槽深度是选在ID、MD和OD曲线的斜率最小处(即，所选的均匀深度，使得对于旋转磁盘的所有磁道来说，浮动高度随凹槽深度的变化接近最小一所选深度在110-150微英寸的范围内)，由于容差和工作高度所产生的滑动器对凹槽深度变化的敏感性被减至最小。使用前述技术选择凹槽的另一优点是最大地稳定了空气支承，这也有助于减小浮动高度的敏感性。

Claims (11)

1.一种使读/写磁头接近于旋转磁盘定位的空气支承滑动器，其特征在于，所述的滑动器包括：

沿所述滑动器底面自所述滑动器的一前沿向所述滑动器的后沿延伸的第一和第二轨道，所述滑动器的所述底面面对旋转磁盘，第一和第二轨道各自包括：

自所述前沿向所述滑动器的一侧面以一角度延伸的腿区；

自所述滑动器的所述侧面向所述滑动器后沿以一角度延伸的足区；

在所述滑动器的侧面连接所述足区与所述腿区的一膝区；

位于所述第一和第二轨道的所述各腿区的侧面之间的第一和第二腿凹槽；

位于所述滑动器底面上在所述第一和第二轨道的所述各自的足区的侧面之间的第一和第二足区凹槽；及

一中心凹槽，设置在所述第一和第二轨道的所述腿、膝和足区之间的所述滑动器底面上。

2.根据权利要求1所述的滑动器，其特征在于还包括：

自所述滑动器的第一侧面边沿向所述滑动器的相对的第二侧面边沿延伸的一前端部分；

沿着所述滑动器的前端部在所述滑动器的前沿形成的一斜坡。

3.一种使读/写磁头接近于旋转磁盘定位的负环境气压空气支承滑动器，所述的滑动器包括：

在所述滑动器前沿上形成的一斜坡，所述斜坡引导空气流向所述滑动器的底面，所述滑动器的底面面对旋转磁盘；

自所述滑动器的第一侧面边沿向所述滑动器的第二侧面边沿延伸的一前端部分；

自所述滑动器的前端部沿所述滑动器的底面向所述滑动器的后沿并且分别沿着第一和第二侧边沿延伸的第一和第二轨道，位于所述第一和第二轨道之间的所述滑动器底面上的中心凹槽；

其特征在于：第一和第二轨道各具有一腿区，其以一个角度从前端部分朝着滑动器的相应的侧边沿向外延伸，形成了由前端部、腿区和相应的侧沿限制的一凹入区域；

至少一条尾部，所述尾部自所述滑动器的前端部分向所述滑动器的后沿延伸，并将所述中心凹槽分成至少两部分。

4.根据权利要求1所述的滑动器，其特征在于，所述第一和第二轨道具有相等、均匀的高度。

5.根据权利要求1所述的滑动器，其特征在于，所述第一和第二腿凹槽、第一和第二足凹槽及所述中心凹槽具有相等、均匀的深度。

6.根据权利要求2所述的滑动器，其特征在于，它还包括：

至少一个尾部，所述尾部自所述滑动器的前端部向所述滑动器的后沿延伸，并将中心凹槽分成至少两部分。

7.根据权利要求6所述的滑动器，其特征在于，每个尾部和所述第一和第二轨道具有相等、均匀的高度。

8.根据权利要求6所述的滑动器，其特征在于，每个尾部以一角度自所述滑动器的前端部延伸。

9.根据权利要求3或6所述的滑动器，其特征在于，每个尾部的宽度窄于所述第一和第二轨道中每条轨道的宽度。

10.根据权利要求1所述的滑动器，其特征在于，腿区自所述滑动器前沿延伸的角度与滑动器定位在旋转磁盘的最内层磁道上时的滑动器斜角相等。

11.根据权利要求2所述的滑动器，其特征在于，所述前端部和所述第一和第二轨道具有相等、均匀的高度。

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