CN1195415A - 抗转动震动力转动震动的气动闩锁机构 - Google Patents

Abstract

一种气锁闩锁组件(20),用以在一硬盘驱动器受到旋转震动力时约束该硬盘驱动器的致动器。此闩锁组件包括可旋转地安装于驱动器底座(44)的第一部件(21)与第二部件(28)。第二部件(28)与第一部件接合,且在盘片不旋转时防止第一部件与致动器组件(27)脱开。此二部件有机械的联系,以致一个部件向一个方向旋转时,另一部件只能向相反方向旋转。当硬盘驱动器受到线性震动力时,此闩锁组件(20)还将致动器组件(27)约束于其适当位置。

Description

抗转动震动力转动震动的气动闩锁机构

本发明涉及硬盘驱动器内使用的致动器闩锁装置。更具体说，本发明涉及的是当硬盘驱动器受到转动震动力时能保持致动器组件被致动器闩锁装置约束的气动闩锁机构。

在惯用的温彻斯特磁盘驱动器中，读写头即传感器组件在空气轴承或气垫上“飞动”而与数据存储盘的旋转表面非常贴近。盘面上载有一薄层的磁性物质并有为数众多的磁存储域，可由磁头记录并读出。此传感器组件可以是任何惯用的传感器、滑块和载荷梁的组合，依靠一个致动器定位并支承于靠近数据存储盘的表面。传感器和致动器的组合称作传感器致动器或致动器组件。致动器支承着载荷梁及滑块并将传感器精确定位于硬盘表面之上的“数据区”之内，以便由盘片读数据或将数据写至盘上。当不操作时致动器组件停在沿盘片内圆周的一“起降区”保持静止，此时传感器停在盘的表面上。有一个致动器闩锁装置用来防止致动器组件在非操作期间进入数据区。闩锁装置可包含一个空气扇叶部分，它在盘片表面之上延伸，并有一枢轴以便绕之转动。当旋转盘片所产生的气流克服一种例如由一磁铁产生的偏转力并扳动闩锁装置而放开致动器组件。这样的致动器闩锁装置称作“气锁”。

硬盘驱动器产业正向采用极光滑的介质(旋转记录盘片)的方向发展以便读写滑块元件能更接近磁记录盘片而飞动。为了改进读写性能更近距离的飞动固然是好，却有一个问题，即在盘片不旋转时与光滑表面接触，则在光滑盘片表面与滑块之间的一种“约翰逊块规”效应可能有效地把两者粘连到一起。针对这一问题，硬盘制造产业开发了所谓“区域纹理化”的介质。顾名思义，此时起降区的纹理要减少滑块与盘片间的摩擦系数。纹理化使盘片起动时滑块能够脱离盘片而不会伤及滑块与/或盘片。纹理化也可应用于滑块的空气轴承面。

图1示出稍加简化的磁盘驱动器的平面图，此驱动器装有一典型的空气叶片致动器闩锁装置11。闩锁装置11包括空气叶片部分12，图中所示为闩锁位置，而传感器4停放在盘片13的起降区2。如图1所示，为使传感器4进入盘片13的数据存储区3，空气叶片致动器闩锁装置11必须首先顺时针转动以放开致动器组件17，然后顺时针转动致动器组件17。

闩锁装置11是专门设计而保证其质量对其转轴的平衡的，因而线性震动不可能使它转动而招致驱动器17摆脱其闩锁位置。实践表明，惯用的转动式气锁的致动器闩锁装置是相当可靠的，只要输入的震动实际上是线性的，就能够保证致动器组件锁住。

但惯用的空气叶片致动器闩锁机构如图1所示的结构，对转动震动力所提供的保护较少。当受到转动震动时，亦即硬盘驱动器10发生突然而迅速的转动时，空气叶片闩锁装置11和致动器组件17的相应的惯性倾向于维持其相对角方位不变，而不是和驱动器底座18一起转动。于是如果底座18突然逆时针转动，空气叶片闩锁装置11和致动器17将不倾向于与底座18一起转动。其效果等于闩锁装置11和致动器17相对于底座作顺时针转动，引起方位变化如图2所示，并招致致动器组件17的不应有的脱开。当盘片13不转动时，致动器17的脱开招致滑块与数据存储区3发生不希望有的接触，图2已示出此问题。在实践中，已有的空气叶片闩锁装置已经对某些旋转震动力易于失效，现在更常在便携机和膝上机中产生此问题。

由此可见，存在一种迄今尚未解决的需要，需要一种不但面对线性震动力并且面对转动的震动力提供有效保护的改进的、构造简单而价格合理的闩锁机构。

本发明的总目标是提供一种改进的硬盘驱动器气锁致动器闩锁组件，此组件以其既能抗线性震动力又能抗转动震动力而克服了先有技术的局限与缺点。

更具体说，本发明的一个目标就是提供一种气锁致动器闩锁组件，此组件在闩锁位置时可在硬盘驱动器受到突然转动时抵抗转动。

依照本发明的原理，气锁致动器闩锁组件包括第一部件与第二部件。第一部件的作用与惯用的气锁很相似，其中由旋转盘片产生的作用于空气叶片的气流力使之将第一部件转到到未闩锁位置，容许致动器组件移到数据区。第二部件与第一部件接合，从而阻止第一部件当盘片不转动时与致动器组件的接合脱开，并同样由盘片的转动所生的气流之力而偏转到未闩锁位置。第一与第二部件都可转动地装在硬盘驱动器的底座上，并且机械上互相关联，以致一个部件向一个方向转动时，另一个部件只能向相反方向转动。另外，第一与第二部件各自对自身的转轴是平衡过的，因此气锁闩锁组件当硬盘驱动器受到线性震动力时会保持致动器组件被闩锁住。

附图中：

图1为一硬盘驱动器的磁头盘片组件的顶视示意图，含先有技术的气锁致动器闩锁机构，处于闩锁位置。

图2为图1之硬盘驱动器顶视示意图，示出先有技术的气锁致动器闩锁机构在硬盘驱动器受到旋转震动力后处于致动器释放状态。

图3a为一硬盘驱动器的稍经简化的磁头盘片组件顶视示意图，包括一符合本发明原理的气锁致动器闩锁组件的较佳实施例，处于闩锁位置。

图3b为图3a的气锁致动器闩锁组件顶视示意图，处于未闩锁位置。

图4a为一硬盘驱动器的顶视示意图，示出一符合本发明原理的气锁致动器闩锁组件的另一较佳实施例，处于闩锁位置。

图4b为图4a的气锁致动器闩锁组件顶视示意图，处于未闩锁位置。

本发明适用的硬盘驱动器的结构细节对于本领域技术人员是熟悉的。具体说，本文以下未曾叙述的硬盘驱动器部件的组装与功能在共同转让的题为“硬盘驱动器用带有磁力复位弹簧的空气动力学致动器闩锁装置”的第5,319,511号美国专利中已有讨论，其公开内容在此可供参考。故此以下将略去有关硬盘驱动器结构与组装方法的常规细节，除非关系到本发明之最佳方式，并关系到使本领域技术人员实际使用本发明。

图3a示出一符合本发明原理的稍经简化的硬盘驱动器100的顶视示意图。如图所示，硬盘驱动器100包括：底座44，具有一旋转轴线的主轴即毂46，一可旋转地安装于主轴46的数据存储盘45(图中部分切开示出)，一可转动的传感器致动器组件27，及一气锁致动器闩锁组件20。为简化起见，以下讨论用一个数据存储盘45来描述硬盘驱动器100的操作，然而本领域技术人员皆知本发明可用于众多数据存储盘叠装于共同主轴之上的硬盘驱动器。典型的情况是，一无刷主轴电动机(未示出)连接到主轴46上即装在主轴46内以便以预定的角速度驱动数据存储盘45。主轴电机最好合并到支承数据存储盘45的毂46上，这样主轴电机既支承又直接驱动数据存储盘45。数据存储盘45绕其转轴作逆时针方向转动，如箭头B所示。

数据存储盘45可只用单面，也可上下两面都用，来储存数据。典型情况是盘45的每个存储表面都做成非常光滑并涂、镀或沉积以适当的磁性材料如钴合金。不过存储盘亦可为光学的、磁光的、或其它性质的。

传感器致动器组件27以轴颈轴承装于底座44之上，可绕转轴双向转动。传感器致动器组件27可双向转动例如约30°，如图3箭头R所示。传感器致动器组件27包括一传感器组件31，后者又包括一滑块-传感器31a，一载荷梁31b，及一模压板31c。传感器组件31通常可模压结合地安装到称作C块或E块的构件32上。安装到构件32上的，还有致动器音圈电动机49。传感器致动器组件既可是旋转型也可是直线型组件，虽然目前较佳的是旋转型的。

如图3所示，一内侧防撞挡块51由底座44伸出，以限制致动器组件27向盘片的内侧的回转行程，从而防止致动器组件27“撞击”到主轴46上。同样，外侧防撞挡块52由底座44伸出，以限制致动器组件27向盘45的外周的回转行程。

传感器组件31的一端以惯用的方式安装在C块32的一端，而一个音圈49则以粘结剂或整体模铸方式附着在C块32的另一端。传感器致动器组件27借轴颈60安装在底座44上，传感器致动器组件27即绕轴颈60摆动。轴颈60布置在数据存储盘45的外周边缘附近，以便C块32与传感器组件伸至盘片45的表面之上。通过致动器音圈49的电流与永久磁铁(未示出)的磁场相互作用而使传感器致动器组件绕轴颈60转动并精确定位传感器组件31于数据存储盘45表面上的同心数据道上，以使传感器读写用户数据。

在磁盘驱动器操作期间，传感器致动器组件27相对于盘片45的表面而旋转，如箭头R所示，以使传感器定位于期望的数据道。当音圈电机49断电时，传感器组件31必须被置于盘片45上的停放即起降区62，以免传感器组件31伤及盘片45的表面。典型的做法是起降区62为位于盘片45上接近主轴46的一个内环区，并经纹理化以利于硬盘驱动器的接触起/停操作。本发明的气锁致动器闩锁组件20在传感器组件回到起降区62停放时把传感器致动器组件27锁住。

在一个优选实施例中，气锁致动器闩锁组件20被置于盘片45之下方并包括第一部件21和第二部件28。如图3a和3b所示，第一部件21进一步包括一个做成一体的空气叶片部分21a和一个也做成一体的闩锁部分21b；它可转动地装在固定于底座44的轴22上。和多数惯用的气锁闩锁部件一样，现在的第一部件21的造型使它相对于自身的转轴22是质量平衡的。另外，空气叶片部分21a在盘片45的底面之下延伸而与盘片表面非常接近。

此第一部件21的造型还可有利地带有一凹腔(未示出)，其中装设空气滤清器(未示出)。此空气滤清器用以捕捉在硬盘驱动器组件中存在的、或产生的任何微粒，以防止微粒污染盘片表面。

第一部件21沿逆时针方向的行程受到止动销23的限制，而其顺时针方向的行程则受到止动销25的限制。销23及25都装在底座44上。第一部件21还包括一个机械的扭力螺旋弹簧26，用以施力使闩锁部分21b在盘片45不旋转时顶住致动器组件27，使该组件保持在闩锁位置。复位弹簧26设计为，使盘片在转动时(例如约每分钟2000转)所产生并加到空气叶片部分12a的气流之力足以克服弹簧加于第一部件21使之保持于闩锁位置的弹簧力。本领域技术人员理解，也可以使用其它形式的复位弹簧，例如磁性弹簧，而得到同样功能。

第二部件28可转动地装到轴29上，而轴29是装在底座44上的。第二部件28包括一个空气叶片部分28a，且与第一部件21相似，第二部件28对于其旋转轴29也是质量平衡的。第二部件28的角位移行程被止动销24和25所限制，如图3a和3b所示。第二部件28同样具有一个机械的扭力螺旋弹簧29a，它向第二部件28施力，使其端头在盘片45不旋转时顶着第一部件21。螺旋弹簧29a的设计应使得盘片转起来的初期(例如约200至500转每分)气流所产生并加到空气叶片部分28a的力足以克服弹簧使第二部件28向一侧偏转并保持在闩锁位置的力。本领域技术人员理解：也可以使用其它形式的复位弹簧，例如磁性弹簧，而得到同样功能。另外，第二部件28应设计成为惯性低的并在其整个转动过程中都以端头与第一部件21保持接触以增加其抗转动震动力的能力。

在正常操作时，图3a及3b的闩锁装置的作用很象惯用的空气叶片闩锁机构的作用。图3b表示图3a的硬盘驱动器100中的第一部件21处于未闩锁位置。在此状态下主轴电机46驱动盘片45作逆时针回转，如箭头B所示。在加速旋转的初始阶段，盘片45所产生的气流作用到第二部件28的空气叶片部分28a，最后克服复位弹簧的扭矩而使第二部件28逆时针旋转，直至其触及止动销25而有效地放开第一部件21。在此期间，随着盘片45角速度的提高，盘片所产生的对第一部件21的空气叶片部分21a的不断加大的气流终将克服复位弹簧26的弹力而使第一部件21顺时针转动直至第一部件21放开致动器组件27。在此未闩锁位置，传感器致动器组件27是自由旋转的，使传感器组件31离开起降区62而进入盘片45的数据区，如图3b所示。当主轴电机46断电时，电机46的反电动势馈入致动器音圈电动机49，使传感器致动器组件27逆时针旋转直至触及内止动件51。与此同时，随着盘片45之减速，施于空气叶片部分21a与28a上的空气动力开始减小。到某一时刻，弹簧26和29a的回弹扭矩各自大于空气动力扭矩，而使第一部件21逆时针旋转到闩锁位置，然后使第二部件28逆时针旋转到端部抵住第一部件21的空气叶片部分21a并别住部件21的位置，如图3a所示。

依照本发明的原理，当硬盘驱动器100处于闩锁位置时，施加于硬盘驱动器100的转动震动力不会使致动器组件27解锁。具体说，这是由于第一与第二部件两者只能各向相反方向旋转而转动震动力是不可能同时分别沿两个方向作用的。例如，假设旋转震动力以逆时针方向施加于图3a的硬盘驱动器，第二部件28因止动销24的阻挡而无法顺时针旋转。因此，第一部件21也不能转动。反之，如果旋转震动力以顺时针方向施加于此硬盘驱动器，第二部件28可以转了，但第一部件21则被更用力地“推”向闩锁位置，顶到止动销23上。

图4a和4b示出另一较佳实施例。如图4a所示，闩锁组件60包括第一部件61与第二部件68。闩锁组件60装于图3a之硬盘驱动器101中。在图3a和3b中讨论的相应结构元件在图4a和4b中有相同的编号。第一部件61与图3a和3b中的第一部件21结构相似，包括一空气叶片部分61a，闩锁部分61b，以及用以加偏转压力于第一部件使之进入闩锁位置的机械的扭力螺旋弹簧66，此第一部件是可旋转地装于底座44上的一根轴上、并且相对于该轴是质量平衡的。第二部件68也是可旋转地装于底座44上的，并且相对于其旋转轴是质量平衡的。第二部件68包括臂68a和居于臂的端部的球68b。球窝64设在第一部件61上。球68b可旋转地座落在球窝64中，借以将第二部件68与第一部件61联接起来。

第一部件61的设计，要求空气叶片部分61a产生足够的风力扭矩以转动两个部件61、68，包括克服其中任何摩擦。此外，两个部件的惯性要精确匹配，以使在响应转动震动力时哪个部件的惯性都不会支配另一个的惯性。在某些应用中，采用图4a的实施例可能优于图3a的实施例，因两个部件61、68的联接可解决盘片加速期间的任何转动同步问题，此问题在图3a的部件21、28之间是可能存在的。

在硬盘驱动器101操作期间，盘片45加速转起来，产生气流，进而影响空气叶片部分61a。最后风力扭矩克服扭力弹簧66的弹力，使第一部件61顺时针转动直至致动器组件27松开。这样，第一部件的顺时针转动引发第二部件68的逆时针转动。

在闩锁位置，两部件61、68在惯性方面是“匹配的”，以使一个本来会使一部件61转动并解锁的转动震动力，却被同一个转动震动力在第二部件68中引起的一个反作用力所抵消。例如，逆时针方向的旋转震动力加到硬盘驱动器101上时，本来会使一部件61作顺时针转动的，现在使第二部件也作顺时针转动。而如果第二部件顺时针转动则第一部件只能作逆时针转动，所以第一部件61就无法作顺时针转动了。

还应该理解，加到硬盘驱动器101的线性加速度在平衡的物体中是不能引起转动的。由于此处描述的两个实施例中任何一个的第一和第二部件如上所述都对各自的转动轴平衡，两个部件也极抗纯线性震动力。因此，旋转震动力的任何线性分量都是可以忽略的。

对本领域技术人员，有了上述较佳实施例，许多符合本发明精神的变化和改动就很显然。本发明的范围即将在下面的权利要求书中更具体地指明。此处的各项描述及其公开仅系为了说明原理，而不应认为是限制本发明在以下权利要求书中更具体地指明的范围。

Claims (13)

1.一种气锁致动器闩锁组件，用以限制至少具有一张盘片的硬盘驱动器内的传感器致动器组件，该闩锁组件包括：

可转动地安装于硬盘驱动器底座的第一部件，在盘片不旋转时与第二部件致动器接合，而当盘片受到转动震动力时此第一部件趋于脱开与致动器的接合；以及

可旋转地安装于底座的第二部件，当盘片受到转动震动力时此第二部件挡住第一部件以消除第一部件之旋转及与致动器接合脱开的趋势。

2.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，当盘片旋转时第二部件被盘片转动所产生的气流偏转而脱开与第一部件的接合。

3.如权利要求2所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，当盘片回转时第一部件被盘片转动所产生的气流偏转并进一步脱开与致动器组件的接合。

4.如权利要求3所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，在第一部件脱开与第二部件的接合后第一部件脱开与致动器组件的接合。

5.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第一部件朝某个方向转动时第二部件只能朝反向转动。

6.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，它还包含一第一装置，用以防止当硬盘驱动器受到顺时针方向的转动震动力时第一部件与气锁致动器闩锁组件脱开。

7.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，它还包含一第二装置，用以防止当硬盘驱动器受到逆时针方向的旋转震动力时第二部件与第一部件脱开。

8.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第一部件在盘片不旋转时受到一第一偏转装置的偏转力的作用而与致动器组件接合。

9.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第二部件在盘片不回转时受到一第二偏转装置的偏转力的作用而与第一部件接合。

10.如权利要求1所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第一部件的惯性可大于第二部件的惯性。

11.一种气锁致动器闩锁组件，用以限制至少具有一张盘片的硬盘驱动器内的传感器致动器组件，该闩锁组件包括：

可旋转地安装于底座的第一部件，该部件在盘片不旋转时与致动器组件接合，而当硬盘驱动器受到旋转震动力时此第一部件趋于脱开与致动器脱钩的接合；以及

可旋转地安装于底座的第二部件，该第二部件与第一部件联接且当硬盘驱动器受到旋转震动力时此第二部件消除第一部件与致动器脱开接合的趋势。

12.如权利要求11所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第一部件朝某方向转动时，第二部件必同时朝相反方向转动。

13.如权利要求11所述的气锁致动器闩锁组件，其特征为，第一部件与第二部件由球窝关节联接。

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