CN1188849C - 带有优化的悬挂装置的旋转压电微动臂机构 - Google Patents

带有优化的悬挂装置的旋转压电微动臂机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微动臂机构，它包括：具有对称轴的可移动结构，此可移动结构相对于对称轴分成两部分，它们可以产生相同但方向相反的运动；两个用压电材料制成的活动臂；两个固定结构，它们分别在所述两个活动臂的两端连接两个活动臂。本发明还涉及与此微动臂机构组装在一起的磁盘驱动器悬挂件。

Description

带有优化的悬挂装置的旋转压电微动臂机构
发明领域
本发明涉及盘驱动器领域，具体地说，涉及精密定位硬盘驱动器读写头的微动臂机构和带有微动臂机构的硬盘悬挂装置。
相关技术的描述
盘驱动器是一种信息存储装置，它使用带有数据磁道的可旋转盘、从磁道读出数据或将数据写入磁道的磁头(SLD[滑动头])以及用来使磁头横过所述盘移动的连接到托架上的动臂机构。伺服系统接收磁头从盘读出的预先录制好的定位信息，并把控制信号发送到动臂机构，以便将磁头移动到所需磁道并当磁头飞转时始终跟踪该磁道。
在盘的信息磁道上飞转的SLD安装在动臂机构的悬挂件上，此悬挂件具有负荷梁，后者的一端(近端)具有基板，另一端(远端)具有弯曲件、SLD位于其上。负荷梁靠近基板处有一弹簧区，其厚度薄于其它区域，它产生一个力帮助维持飞旋的SLD的稳定性。悬挂件的基板装在动臂机构的臂上，后者由伺服系统控制以便定位SLD。在1998年6月9日颁布给Tokahiro Imamura等并转让给Fujutsu有限公司的美国专利No.5,764,444中公开了这种用于盘驱动器中磁头微小移动的类似机件。但是，这种机件不能以高效率精确地控制磁头的位移。
由于硬盘存储容量不断增加，要使动臂机构和伺服系统快速而精确地把SLD定位在所需的磁道上就变得目益困难。已开发了多种微动臂机构或精细跟踪马达来解决这些问题，由于是把微动臂机构加在悬挂件上和原先的动臂机构一起工作，所以称为双级系统。
近来，压电材料越来越多地应用在微动臂机构上，它们在一定的电压下能高效地伸长或收缩。在当前的双级伺服系统的设计中，压电微动臂机构有两种悬挂方案。一种是悬挂型：即微动臂机构装在悬挂件的近端(靠近弹簧区)，另一种是SLD型：即微动臂机构安装在悬挂件的远端，在SLD和弯曲件之间(称为背负式(piggy back)设计)。
微动臂机构设计中对悬挂件的挑战在于：SLD应在双级伺服系统的控制下得到大的横向位移，带有微动臂机构的悬挂组件应能有尽可能高的谐振频率和尽可能高的强度，且不得影响SLD的飞旋。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种压电材料微动臂机构的新型设计，既可用于悬挂型又可用于背负型设计。
本发明的另一目的是为悬挂型的设计提供一种新型的悬挂件，它带有这种微动臂机构，有高的横向位移，并有高的谐振频率。
根据本发明的实施例的微动臂机构包括对称设置的两个活动臂，每一个臂包括环形部分和平直部分，在该结构中有一层或多层压电材料。它们设置在通过分别位于两臂的两端、称为连接体的两个部分连接的一个实体内。两个活动臂连接到两个电极片。当在这两个电极片上加相反极性的一定电压时，在其长度方向上一个臂伸长而另一个臂收缩。如果一个连接体被作为固定端固定，它就会产生转矩，使臂的环形部分作旋转运动，并使平直部分偏转，使得作为自由端的另一连接体将沿跟踪轴得到大的偏转。
对于悬挂型微动臂机构，这种类型的设计的悬挂件的实施例包括负荷梁，后者具有包括近端和远端的刚体。负荷梁的近端包括基板和负荷梁近处的弹簧区。弯曲件包括两个部分：一部分是实体，与负荷梁的刚体相连；另一部分是远端，用焊接法与负荷梁的远端相连。读写头(SLD)位于负荷梁远端的弯曲件的远端上。负荷梁上有一连接区将刚体和远端相连，弯曲件上也有一连接区将刚体和远端相连，它们都设计成能容易地使远端作横向运动。在负荷梁或弯曲件的连接区有一旋转压电微动臂机构，它也使刚体和负荷梁的远端相连。当加有电压时，微动臂机构就驱动负荷梁的远端沿跟踪轴随SLD而偏转。
对于背负型，实施例设计包括：带有负荷梁和弯曲件组件的悬挂件；SLD；旋转压电微动臂机构，所述微动臂机构一端连到SLD，另一端利用树脂或其他粘结剂连接到弯曲件(负荷梁的远端)。加电压时，微动臂机构将驱动SLD沿跟踪轴偏转。
附图简述
现参考附图对本发明的其它目的和特性加以说明。
图1.1是根据本发明的旋转型压电微动臂机构，它如果尺寸大小不同，则既可用于悬挂型又可用于背负型设计，
图1.2是图1.1的微动臂机构的透视图；
图2是根据本发明的具有图1.1所示微动臂机构的悬挂型悬挂组件的俯视图；
图3.1是图2中具有SLD的悬挂件的侧视图；
图3.2是图1.1中背负式设计的具有微动臂机构和SLD组件的悬挂件侧视图；
图4.1是图2中负荷梁的侧视图；
图4.2是图4.1中负荷梁连接区的详细的透视图；以及
图5是图2中弯曲件的示意图。
最佳实施例的详细描述
以下参考图示的实施例，更详细地说明本发明的微动臂机构和硬盘驱动器悬挂件。
根据本发明的旋转微动臂机构实施例的基本结构示于图1.1。有两个用压电材料制成的、以这样的方式设置的活动臂1和2，即，它们包括两部分：环形部分和平直部分，相对于中心线对称配置。活动臂1和2在其两端分别通过两个连接体6和7连接在一起，但在结构上仍彼此绝缘。标号5是两个直臂之间的绝缘层。有两个电极片3和4，它们分别与活动臂1和2相连。如果选择连接体6作为固定端，则连接体7就是自由端。在电极片3和4上加极性相反的电压时，一个臂就会在长度方向上伸长，而另一个收缩，导致环形部分旋转，平直部分偏转，从而导致自由端7的跟踪运动。
对于按照本发明的悬挂型设计，图2中示出具有跟踪微动臂机构10的磁头悬挂组件100。如图所示，悬挂组件100包括有弯曲件40的负荷梁30，在负荷梁30上的动臂机构10和在弯曲件40上的SLD(读写头)。
从图4.1可以看到，负荷梁30具有：带基板26的近端21；靠近基板26的辐射状部分或弹簧区22；刚体23；远端25以及连接区24，它把负荷梁30的远端25和刚体23连接起来。
从图5可以看到，弯曲件40包括：实体34；带舌板32的远端31，SLD即位于其上(悬挂型设计)；连接区33，它把远端31与实体34连在一起。组装之后，远端31将被安装在负荷梁30的远端25上，实体34将通过焊接法安装在负荷梁30的刚体23上。SLD用树脂安装在远端31的舌板32上，如图2和图3.1所示。
压电微动臂机构10用树脂或其它粘结方法安装在负荷梁30的连接区24上，使得负荷梁30的刚体23连接到微动臂机构10的作为固定端的连接体6，负荷梁30的远端25连接到连接体7作为自由端，如图2所示。
负荷梁30的连接区24和弯曲件40的连接区33都包括一些呈曲线或直线形的用长条薄片构成的连接臂，如图4.2和图5所示，所以很容易使远端25随弯曲件40的实体31和SLD 20作横向移动。
当根据跟踪控制信号在动臂机构10上加上一定电压时，其臂的运动在自由端7产生转矩和偏转，并导致负荷梁30的远端25沿跟踪轴50作横向移动，如图2所示。
对于背负式设计，动臂机构10以这样的方式安装在弯曲件40的远端31上，即，连接体6粘结在舌片32上作为固定端，而连接体7用树脂与SLD 20粘结作为自由端，如图3.2所示。
当微动臂机构10通过伺服控制系统获得一定电压时，臂1和2的运动就会使自由端7随SLD 20沿跟踪轴50偏转，如图2所示。
对于本专业的技术人员来说，可在不背离上述及权利要求书所定义的本发明的精神或范围的情况下，对本文所示的微动臂机构和硬盘驱动器悬挂件作各种其它的变化和修改。

Claims (20)

1.一种微动臂机构，它包括：
具有对称轴的可移动结构，所述可移动结构相对于所述对称轴分成两部分，它们可以产生相同但方向相反的运动；
两个用压电材料制成的活动臂；
在其两端分别连接所述两个活动臂的两个固定结构；
所述两个活动臂分别包括两个尺寸相同的半圆部分和两个平直部分，它们对称地位于对称轴的两侧。
2.如权利要求1所述的微动臂机构，其特征在于：所述可移动结构包括在所述对称轴上的旋转中心，所述可移动结构围绕所述旋转中心旋转。
3.如权利要求1所述的微动臂机构，其特征在于：所述活动臂的所述两个半圆部分可以围绕所述旋转中心形成一个圆，同时，其平直部分在同一侧会合，并保持相对于所述中心线的对称。
4.如权利要求3所述的微动臂机构，其特征在于所述固定结构包括：把所述两臂的所述两半圆部分的两个端部连接起来的、在所述圆内的实体；以及把所述两臂的所述平直部分的端部连接起来的、在所述圆外面的分离实体。
5.如权利要求4所述的微动臂机构，其特征在于：所述两实体以这样的方式连接所述两臂，即，使所述结构中所述两臂的压电材料彼此隔离，并且在所述环形臂和所述圆内的所述连接体之间至少有一个连接点以便改善强度。
6.如权利要求4所述的微动臂机构，其特征在于：所述两个活动压电臂连接到所述两臂的环形端部的所述固定连接体的两个电极片上，所述电极片同时接受数值相同但极性相反的电压。
7.如权利要求1所述的微动臂机构，其特征在于：所述结构中的所述压电材料可以是一层或多层。
8.如权利要求1所述的微动臂机构，其特征在于：所述连接体的形状至少是矩形，梯形，圆形或它们的组合中的一种。
9.一种盘驱动器悬挂件，它包括：
负荷梁，它具有刚体、近端和远端、在所述近端和所述刚体之间的弹簧区以及所述刚体和所述远端之间的连接区；
所述负荷梁上的弯曲件，用来接纳和支撑读写头；以及
所述负荷梁的所述连接区上的微动臂机构，所述微动臂机构对跟踪控制信号作出响应，使带有所述弯曲件和所述读写头的所述负荷梁远端相对于所述刚体沿跟踪轴运动；所述微动臂包括：具有对称轴的可移动结构，所述可移动结构相对于所述对称轴分成两部分，它们可以产生相同但方向相反的运动；两个用压电材料制成的活动臂；在其两端分别连接所述两个活动臂的两个固定结构；所述两个活动臂分别包括两个尺寸相同的半圆部分和两个平直部分，它们对称地位于对称轴的两侧。
10.如权利要求9所述的盘驱动器悬挂件，其特征在于所述负荷梁的所述连接区包括：分别在所述负荷梁的所述刚体和所述远端的两个安装区；把所述刚体和所述负荷梁的所述远端连接在一起的一个或多个连接臂，用以支撑带有所述弯曲件和所述读写头的所述远端，以便相对于所述刚体沿所述跟踪轴运动。
11.如权利要求10所述的盘驱动器悬挂件，其特征在于：所述负荷梁的所述连接区的所述连接臂由呈曲线或直线形状的长条薄片构成。
12.如权利要求9所述的盘驱动器悬挂件，其特征在于所述弯曲件包括：安装在所述负荷梁的所述刚体上的实体部分；安装在所述负荷梁远端的用于支撑所述读写头的远端部分；连接部分，它至少有一个连接臂把所述实体部分与所述弯曲件的所述远端相连。
13.如权利要求12所述的盘驱动器悬挂件，其特征在于：所述弯曲件的所述连接部分的所述连接臂包括曲线形或直线形长条薄片中的一种。
14.如权利要求9所述的盘驱动器悬挂件，其特征在于：所述微动臂机构以这样方式安装在所述负荷梁或弯曲件的所述连接区，即，所述微动臂机构的一部分安装在所述负荷梁和弯曲件中至少一个的作为固定端的所述刚体上，而另一部分安装在所述负荷梁和弯曲件中至少一个的作为自由端的所述远端上，使得所述微动臂机构容易驱动所述固定端沿所述跟踪轴随所述读写头运动。
15.包括盘驱动器悬挂件的盘驱动器，它包括：
负荷梁，它具有刚体、近端和远端、在所述近端和所述刚体之间的弹簧区以及所述刚体和所述远端之间的连接区；
所述负荷梁上的弯曲件，用来接纳和支撑读写头；
所述负荷梁的所述连接区上的微动臂机构，所述微动臂机构对跟踪控制信号作出响应，使带有所述弯曲件和读写头的所述负荷梁远端相对于所述刚体沿跟踪轴运动；所述微动臂包括：具有对称轴的可移动结构，所述可移动结构相对于所述对称轴分成两部分，它们可以产生相同但方向相反的运动；两个用压电材料制成的活动臂；在其两端分别连接所述两个活动臂的两个固定结构；所述两个活动臂分别包括两个尺寸相同的半圆部分和两个平直部分，它们对称地位于对称轴的两侧。
16.如权利要求15所述的盘驱动器，其特征在于所述负荷梁的所述连接区包括：分别在所述刚体和所述负荷梁远端的两个安装区；把所述刚体和所述负荷梁远端连接在一起的一个或多个连接臂，用以支撑带有所述弯曲件和所述读写头的所述远端相对于所述刚体沿所述跟踪轴运动。
17.如权利要求16所述的盘驱动器，其特征在于：所述负荷梁的所述连接区的所述连接臂由呈曲线或直线形的长条薄片构成。
18.如权利要求15所述的盘驱动器，其特征在于所述弯曲件包括：安装在所述负荷梁的所述刚体上的实体部分；安装在所述负荷梁的所述远端的远端部分；连接部分，它至少有一个把所述实体部分与所述弯曲件的所述远端部分连接在一起的连接臂。
19.如权利要求18所述的盘驱动器，其特征在于：所述弯曲件的所述连接部分的所述连接臂包括曲线形或直线形长条薄片中的一种。
20.如权利要求15所述的盘驱动器，其特征在于：所述微动臂机构以这样方式安装在所述负荷梁或弯曲件的所述连接区，即，所述微动臂机构的一部分安装在所述负荷梁和弯曲件中至少一个的作为固定端的所述刚体上，而另一部分安装在所述负荷梁和弯曲件中至少一个的作为自由端的所述远端上。
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