CN1199489A - 用于减小磁道对准不良的侧倾偏置磁头悬架 - Google Patents

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乔恩·E·雅各比
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Abstract

一种方法,校正归因于硬盘驱动器(13)内一个旋转磁盘(10)非平面运动的磁道对准不良,并且包括用一个精密测量装置测量旋转数据存储磁盘与磁头臂(15)之间的一个基座板侧倾偏置角的步骤,并且将磁头臂与载重梁(17)以预定的侧倾偏置角相连,该偏置角经选择以便最大限度地减小归因于侧倾偏置的磁道对准不良。提出很多连接设置和结构,以便实现所需的磁道对准不良的降低。

Description

用于减小磁道对准不良的侧倾偏置磁头悬架
这是于1996年8月5日提交的现在已放弃的序列号为08/692,394的美国专利申请的部分继续。
本发明涉及硬盘驱动器。本发明尤其涉及一种被侧倾偏置的磁头悬架，用于最大限度地降低由存储磁盘相对于名义旋转平面的非平面运动所导致的磁头/磁盘磁道的对准不良。
一个硬盘驱动器一般包括一个旋转数据存储磁盘10和一个读/写磁头转换器组件，该组件包括一个滑块12和一个由滑块12承载的电磁读/写转换器单元。在图1中表示出这种类型的磁盘驱动器的平面图。滑块12由一个磁头臂组件15相对于旋转磁盘10沿径向定位，以便写和读元件跟随磁盘10的存储表面上所确定的一个数据磁道(dt)，在表面上有多个可用的同心数据磁道存储区。磁头臂组件被，例如，没有表示在图1中的一个旋转音圈电动机移向磁道(dt)。
在磁盘10旋转期间，滑块12“浮”在一层空气膜上十分接近磁盘的数据存储表面。滑块12通过一个常平架16(如图7中所示)和一个载重梁或弹簧17被装在磁头臂15上，载重梁或弹簧17通过常平架16向滑块12施加一个预定的预载荷，以将滑块12压向磁盘10的存储表面。由相对于滑块的磁盘旋转产生的边界层空气流，产生出一个空气膜支撑，可以使滑块“浮”在十分接近磁盘表面的地方。由于安装有常平架，在悬浮中滑块12能以如下方式自由地“俯仰”：其前沿与后沿能以俯仰运动相对于存储表面来回运动。滑块12也可自由地绕常平架左右“侧倾”或旋转。名义上，磁盘10和磁头臂E形块15被与基座13固定，该基座可以是一个诸如铝合金的铸件或冲压件，这样它们名义上在平行平面内旋转。正如所述，图1中的磁盘驱动器是传统的。然而，正如将在此后所述，图1的磁盘驱动器包括一个根据本发明的原理，用于降低磁道对准不良的侧倾偏置的磁头悬架。
磁盘驱动器的设计已被赋予了在性能和数据存储容量上增大的特征。通过将磁盘的旋转速度从，例如3600RPM提高到7200RPM或更快已经提高了性能。较快的磁盘旋转有利于降低数据磁道中记录数据的平均等待时间。较快的磁盘旋转具有不良的缺点，例如由于增大的空气湍流，或经过主轴轴承耦合振动，可能激起一种或多种的磁盘共振模式。磁盘共振的一个结果是磁盘10在磁盘旋转期间发生非平面扭曲。磁盘振动，包括但不只限于那些发生在磁盘共振频率处的振动，已成为数据转换器及其所跟随的磁盘表面上的圆形数据磁道之间的错位的原因之一。这一错位在技术上被称为是磁道对准不良或“TMR”。
通过降低数据磁道宽度，以及通过增加每张磁盘的磁道数，已经增加了数据的存储容量。由于磁道更窄，更靠在一起，因而增大了TMR对由于任何原因而产生的磁盘的非平面运动的敏感度。
声音与振动杂志，1996年1月，第24-28页中的一篇J.S.McAllister的题为“磁盘共振对磁盘驱动器中磁道的对准不良的影响”的文章，将磁盘振动归因于主要由磁头-磁盘组件(“HDA”)内的内部风阻激励所引起的磁盘共振，并且描述了振动与TMR之间的相关性。该文章进一步指出，由HDA内单个磁盘所表现的振动是所有广泛应用的3.5英寸直径的铝合金磁盘存储媒质共有的特征。该文章也指出，这一振动行为由磁盘的材料性质及几何形状所决定，而不是由于主轴，外壳或HDA的其他结构设计。此外，该文章没有提出磁盘振动引起的TMR的动力学和结构的原因。
由本发明者进行的观察和测量，已经证实了上文中由McAllister指出的3.5英寸直径的铝存储磁盘的一般的振动行为。本发明者也指出了发生在磁盘主轴组件中的振动所表现出的磁盘的非平面运动和挠曲。这些影响很难控制，并且不可能完全消除。此外，由于在磁盘与磁头臂之间缺少上述的真正的平面性，本发明者已经观察出TMR的差异，取决于一个具体的数据转换器相对于磁盘存储表面，是面朝上还是面朝下。特殊的是，在至少一组磁盘驱动器中，在存在磁盘的非平面振动及运动时，已经观察到面朝上的转换器的TMR比面朝下的转换器小。当从HDA内的存储磁盘的内部直径磁道向外部直径磁道观察时，也观察到TMR的影响变得更严重。
当一个磁盘响应于一个致偏力或转动激励而移出其旋转平面时，磁盘同时以一定的方式变形或旋转，使得它相对于基座13同时沿径向和非平面方向，移动记录在磁盘表面上的数据磁道。而且，同时，滑块和读/写磁头由于被连接在一个顺从性悬架/磁头常平架组件上，而被移离磁道，并且因此跟随着磁盘的轮廓。当滑块跟随着磁盘10的径向和非平面运动时，滑块会移动离开磁道。因此我们说，磁盘的径向和非平面运动与TMR参数“耦合”。这一耦合存在于磁盘驱动器中，其中磁盘10与致动器15在平行平面中旋转。在其磁盘10与致动器15在稍微偏离平行状态的平面内旋转的磁盘驱动器中，由于制造公差，磁盘运动会在面朝下的转换器与面朝上的转换器之间导致不均匀的TMR。
用于解决目前讨论的带有磁盘扭曲的问题的方法，将通过使磁盘(名义上为0.8mm厚)更厚，在整个可达到的磁盘驱动器Z的高度尺寸(在磁盘主轴高度方向上所测的)上加上负向冲击，加强存储磁盘，从而减小垂直扭曲。另一种方法将是使磁盘要么采用较小的外径，从而导致数据存储容量降低，要么采用较高刚度的材料，如玻璃或陶瓷，但成本会升高。第三种方法可以用复合层状结构制成存储磁盘，包括一个由合适的阻尼材料制成的内部约束层，这只是在每张磁盘具有很高的主要成本时才可以实现。
因此，需要一种迄今尚未实现的方法，用于减小由非平面的磁盘运动和扭曲所导致的TMR，同时能继续应用传统的磁盘和磁头并使额外的花费尽可能地最小。
本发明的一个主要目标是提供一种方法和装置，用于减小与数据存储磁盘的非平面运动耦合的硬盘驱动器中的TMR，以克服现有技术的限制和缺点。
本发明的另一个目标是提供一种方法和装置，用于在硬盘驱动器的数据转换器悬架组件上加上一个侧倾偏置，以在存储磁盘的非平面运动期间减小TMR，以克服现有技术的限制和缺点。
本发明的另一个目标是制成一种硬盘驱动器的直列式磁头臂组件，相对于纵向臂轴有侧倾偏置，以便在旋转操作期间减小由于存储磁盘的非平面挠曲而引起的TMR。
本发明的再一个目标是提供多种方法和设计，用于将一个预定的侧倾偏置加到硬盘驱动器的数据转换器悬架组件上。
根据本发明的原理，一个硬盘驱动器包括至少一个相对于驱动器基座旋转的数据存储磁盘。一个致动器块被可转动地安装在基座板上，并且确定了至少两个磁头臂。每个磁头臂支撑至少一个带有一个装有常平架的滑块的载重梁，以便将一个成形在滑块边缘的数据转换器磁头，定位在记录于邻近面对的磁盘数据存储表面上的同心磁道所在处。在磁盘旋转期间，磁盘对非平面扭曲是敏感的。因此，磁头臂和载重梁被以预定的侧倾偏置角安装，以减小径向及非平面磁盘挠曲与TMR之间的耦合。
在本发明的一个方面，用于安装载重梁的每个磁头臂的安装平面被加工成一定形状，以确定侧倾偏置角的至少一部分。在两个臂面对一个单个存储磁盘的相对表面的情况下，一个磁头臂的安装表面被成形为位于一个平面上，而其余磁头臂的安装表面则位于第二个平面上，并且第一和第二平面沿着朝向磁盘旋转轴的方向，相对于磁盘的一个相对的数据存储表面靠拢。
在本发明的另一方面，多个楔形垫片被夹在磁头臂与载重梁之间，以便产生侧倾偏置角。
在本发明的再一方面，载重梁被预成形以确定侧倾偏置角，它们被以预成形的状态与磁头臂安装在一起。
在本发明的再一方面，磁头臂被预成形以确定侧倾偏置角，并且将传统的载重梁与预成形的磁头臂安装在一起。
在本发明的再一方面，载重梁基座板被预成形以确定侧倾偏置角，而载重梁组件被以所确定的侧倾偏置角与磁头臂相连。
作为本发明的另一个方面，提供有一种方法，用于减小由于存储磁盘相对于硬盘驱动器内的基座旋转的非平面运动而导致的TMR。一个磁头臂被可转动地安装在基座上，用于支撑一个载重梁，该载重梁带有一个装有常平架的滑块，以便将一个成形在滑块边缘的数据转换器磁头，定位在同心磁道存储区，该同心磁道存储区被记录于邻近面对的磁盘数据存储表面上。该磁盘对在磁盘旋转期间导致TMR的非平面扭曲很敏感。该方法包括以下步骤：
用一个精密测量装置测量旋转数据存储磁盘与磁头臂之间的一个基座板侧倾偏置角，并且
将磁头臂与载重梁以预定的侧倾偏置角相连，以减小径向及非平面磁盘挠曲与TMR之间的耦合。
考虑到下面对优选实施例的详尽描述，连同所表示的附图，熟练技术人员将更充分地理解本发明的这些以及其它目标、优点、情况及特征。在图中：
图1是硬盘驱动器磁头/磁盘组件的一个放大的、平面示意图，根据本发明的原理，该组件已通过包括有至少一个侧倾偏置的磁头悬架而得到改进。
图2A是一个沿着与图1中所示的驱动器类似的传统硬盘驱动器的断面线S-S，截取的部分剖面示意图，表示出磁头臂与磁盘之间的名义上平行的平面关系。
图2B是一个沿着与图1中所示的驱动器类似的另一个硬盘驱动器的断面线S-S，截取的部分剖面示意图，表示出磁盘与基座和致动器臂之间的不平行的关系。
图2C与图2A类似，表示出致动器臂与基座和磁盘的不平行的关系。
图2D与图2A类似，表示出致动器臂的基座板被加工成与基座和磁盘不平行的关系。
图3A是一个存储磁盘的有限元分析的图示，表示出一种基本的振动模式，将磁盘扭曲成有点碗的形状。
图3B是一个图3A的一个平面示意图，表示出磁盘的变形随圆周的变化是不定向的，或者在所示的正的方向(+)，或者在未表示出的负方向(-)上。
图4A是一个存储磁盘的有限元分析的图示，表示出一种振动模式，将磁盘沿单条节点线扭曲。
图4B提供了图4A磁盘的平面示意图，表示出单条节点线，磁盘表面的一半在一个负向或向下的方向上扭曲，而磁盘的另一半在正向或向上的方向上扭曲。
图5A是一个存储磁盘的有限元分析的图示，表示出一种振动模式，将磁盘沿两条互相垂直的节点线扭曲。
图5B提供了图5A的平面示意图，表示出两条相交节点线，磁盘的两个不相邻的扇形向上(+)扭曲，磁盘的另两个不相邻的扇形向下(-)扭曲。
图6是一个存储磁盘和两个磁头/滑块组件的部分剖面示意图，提供了磁头与磁盘间响应于磁盘径向及非平面挠曲的TMR的垂直耦合的简略图示。图A表示一个没有挠曲的存储磁盘。图B表示带有“碗形”的向下的挠曲的磁盘。图C表示带有图3A和3B中所示的“碗形”的向上的挠曲的磁盘。
图7表示一个磁盘驱动器的放大的、部分剖面的示意图，例如根据本发明的图1中所示的驱动器，带有一个用于减小TMR的侧倾偏置磁头悬架。
图8是一个沿着图7中的断面线A-A，截取的图7的磁头臂悬架的部分剖面示意图，表示出用于在转换器上加以正向侧倾偏置的基座板结构。
图9是一个沿着图7中的断面线A-A，截取的图8的磁头臂悬架的部分剖面示意图，表示出用于在转换器上加以负向侧倾偏置的基座板结构。
图10是一个与图6类似的图，表示根据本发明的原理的用于减小TMR的一个侧倾偏置磁头悬架的响应。悬架基座板侧倾在图10中没有表示出，但是出现在所示的结构中。
图11是偏离磁道垂直耦合率随基座板角度而变化的曲线，表示出内径(ID)与外径(OD)数据磁道处的TMR耦合。
图12是微微滑块与超微滑块的偏离磁道垂直耦合率随基座板侧倾角度而变化的曲线，表示出最小耦合点。
图13A是用于用一个楔形切削工具对致动器E形块的磁头臂的型铁面进行加工的一种设置的平面示意图，以便根据本发明的原理提供一种预定的侧倾偏置。
图13B是在图13A的加工操作及载重梁基座板装配之后图13A的致动器E形块的型铁面的端面示意图。
图14是图7的另一种磁头臂悬架组件的端面示意图，表示根据本发明的原理利用一个垫片形成预定的侧倾偏置。
图15是根据本发明的原理的载重梁和滑块的一个等轴测视图，其中载重梁被加工成一定形状为滑块提供一个预定侧倾偏置。
图16A是载重梁与磁头臂接头的一个放大的部件分解等轴图，其中根据本发明的原理，已经沿着一边压制出一个载重梁基座板，以成形出用于产生预定侧倾偏置的特征形貌。
图16B是图16A组件的一个放大的横截面视图。
图17A是载重梁与磁头臂接头的一个放大的部件分解等轴图，其中根据本发明的原理，在将载重梁与磁头臂相连以前，已将垫片与载重梁相连，沿着基座板一边的垫片产生了预定的侧倾偏置。
图17B是图17A组件的一个放大的横截面视图。
图18A、18B和18C分别是磁头臂的放大的俯视平面图、正视图和侧视图，根据本发明的原理，该磁头臂的加工步骤将在载重梁结构的组件上产生预定的侧倾偏置。
图18D是包括图18A-C的已加工磁头臂的磁头臂-载重梁组件的放大的横截面图。
图19A、19B和19C分别是磁头臂的放大的俯视平面图、正视图和侧视图，根据本发明的原理，该磁头臂的多步加工步骤将在载重梁结构的组件上产生预定的侧倾偏置。
图19D是包括图19A-C的多步加工的磁头臂的磁头臂-载重梁组件的放大的横截面图。
图20A是载重梁与磁头臂接头的一个放大的部件分解等轴图，其中根据本发明的原理，已经压制出载重梁，以成形出两个斜脊，用于在载重梁的组件上相对于一个扁平的磁头臂产生预定的侧倾偏置。
图20B是图20A的结构沿图20A中的截面线B-B截取的一个横截面视图。
图20C是图20A的结构沿图20A中的截面线C-C截取的一个横截面视图。
图20C是图20A的结构的一个放大的横截面视图。
图21A是载重梁与磁头臂接头的一个放大的部件分解等轴图，其中根据本发明的原理，已经压制出载重梁，以成形出两个斜脊以及两个斜脊的峰之间的一个单面跨接脊，它们一起在载重梁的组件上相对于一个扁平的磁头臂产生预定的侧倾偏置。
图21B是图21A结构沿图21A中的截面线B-B截取的一个横截面视图。
图21C是图21A结构沿图21A中的截面线C-C截取的一个横截面视图。
图21D是图21A结构的一个放大的横截面视图。
图22A是载重梁与磁头臂接头的一个放大的部件分解等轴图，其中根据本发明的原理，已经被成形或压制出载重梁，以成形出多个凹痕，从而在载重梁的组件上相对于一个扁平的磁头臂产生预定的侧倾偏置。
图22B是图22A结构的沿图22A中的截面线B-B截取的一个横截面视图。
图22C是图22A结构的一个放大的横截面视图。
图23A是载重梁的一个放大的部件分解等轴图，根据本发明的原理，它已经被成形或压制出一个斜台，从而在载重梁的组件上相对于一个扁平的磁头臂产生预定的侧倾偏置。
图23B是图23A结构沿图23A中的截面线B-B截取的一个横截面视图。
图24A是载重梁的一个放大的部件分解等轴图，根据本发明的原理，它已被沿着一个横铰链边缘成形，以使载重梁在载重梁的组件上相对于一个扁平的磁头臂产生预定的侧倾偏置。
图24B是图24A结构的正视图。
图24C是图24A结构的端视图。
图25A是一个分立的E形块磁头臂的等轴图，该磁头臂带有一个被成形出相对于旋转平面的预定侧倾偏置角的臂端。
图25B是一个复合的磁头臂组件的俯视平面图，该组件通过将多个图25A的分立E形块磁头臂堆起来而形成。
图25C是图25B的磁头臂组件的侧视图。
图25D是图25B的复合磁头臂组件的臂端的沿图25B中的D-D截面线截取的端视图，表示出由每个臂端确定的侧倾偏置角。
图1中所示的一个磁盘驱动器HDA通过增加侧倾偏置以减小TMR而得到改进，TMR是由存储磁盘10响应于许多潜在的振动或冲击源中的一个或几个，而产生的非平面运动而引起的。侧倾偏置是沿着纵轴L相对于磁头臂15的平面加上的。图1中所示的磁头臂装置在技术上叫做“直列式”旋转音圈致动器，其中载重梁17从致动器的E形块结构的磁头臂15的一端沿着轴L成一直线延伸。
如图2A中所示，在存储磁盘的叠层10与磁头臂结构15之间，以基座13为基准，需要一个名义上的平行排列。在磁盘10与致动器15之间通过基座13建立了精确的平行关系的情况下，由于滑块12与常平架16之间在结构上的内在响应，一些磁盘径向及非平面的挠度将会与TMR耦合。
此外，如图2B、2B和2C中所示，在磁盘10与磁头臂结构15之间的平行平面性间可能有细微的不同。在图2B中，表示出磁盘10相对于基座13和磁头臂15不平行。在图2C中，表示出致动器臂15相对于基座13和磁盘10不平行。在图2D中，磁头臂15的基座板或型铁板面45已经以“活动百叶窗”的方式被加工出来，但未经详细描述，使得当致动器结构15在与磁盘10的旋转平面平行的平面内旋转时，载重梁17被以侧倾偏置角度安装，是将侧倾偏置角加到TMR上还是从TMR上减去，取决于转换器相对于磁盘10是面朝上还是朝下。在一些情况下，可以预计磁盘和磁头臂不会与它们自己或基座13精确平行。在图2B和2C中这一公差由角α表示，并且其范围可以为，例如±5°。如图2D所示，已经发现磁盘10与磁头叠层15之间平行平面性角度偏置，在存在非平面磁盘运动的条件下减小其它磁头的TMR时，会增大一些磁头的TMR。
在图3A-3B、4A-4B和5A-5B中图示的磁盘径向和非平面运动的几个例子。在图3A中，磁盘10以非平面运动的第一或基本模式运动或振动，并且变成碗形，而不是平面的。图3B中的加号(+)表示磁盘的挠度是单方向地“向上”，因此，形成了“碗”形。在图4A中，磁盘10以由一条单节点线所表征的模式运动或振动(表示为在图4B中将磁盘10一分为二的垂直点划线)。在这一第二模式中，右半磁盘10变成向上(+)扭曲，而左半磁盘10变成向下(-)扭曲。在图5A中，磁盘10以由两条垂直等分的节点线所表征的模式移动或振动。在这一第三模式中，磁盘10被有效地分为扇形，两个相对的扇形向上(+)扭曲，两个相对的扇形向下(-)扭曲，如图5B所示。
在图3B、4B及5B中，表示出磁盘主轴11和读/写转换器滑块12，滑块12被表示成在径向内侧和径向外侧的位置而没有表示其悬架。其它的磁盘振动模式，包括主轴电机轴模式和摇摆模式，是已知并可预料的，但在本讨论中没有表示出来。
由本发明解决的问题在图6的表述下变得更为明显。在图6的视图A中，磁盘10未被扭曲，并且两个滑块，一个“面朝下”滑块12，和一个“面朝上”滑块14分别载有磁头转换器20和22。当给予滑块12和14二维的俯仰及侧倾运动自由度，以便滑块12和14能随邻近面对的磁盘10的存储表面运动时，磁头常平架16和18允许载重梁17将点接触力加到滑块12和14上。基准线24相对于基座板13标识出一个名义上的磁道定位线，磁盘10也是通过主轴结构11以基座板13为基准的。圆形磁道26和28在磁盘10的上表面和下表面被磁性记录。在图6的图A中，磁盘10位于其名义旋转平面内，磁道26和28分别与基准线24、转换器20和22对齐。在图6的图A中，距离(d)标识出常平架16与18距离基准线24的偏移。
在图6的视图B和C中，响应于激发力或操作条件，磁盘10已经相对于基座板13分别向下(+)和向上(-)扭曲了，而且这一扭曲与带有最终的TMR的磁头20和22的耦合现在十分明显。在视图B中，磁盘10上表面的圆形磁道26已经从磁头12的读/写元件20沿径向向外移动了，而磁盘10下表面的圆形磁道28已经从读/写元件22沿径向向内移动了(在视图A、B、C中磁盘轴被用接地符号表示为与基座接地或以基座为基准)。在视图C中表示出相反的效果。在视图B和视图C中应该注意到滑块12和14继续跟随磁盘表面，并且每个常平架16与18和基准线24之间的的距离(d)大体保持不变，从而驱使滑块12和14与磁头20和22偏离了磁道26和28的中心线，如图所示。对图6中的视图B和C中所示的TMR起作用的尺寸(d)，随磁盘垂直挠曲的变化大体上不变。其它因素包括滑块高度和宽度尺寸，及滑块和磁盘表面之间的距离等等。
由于TMR部分起因于绕常平架16和18的旋转，熟练技术人员会理解，减小滑块12或14的尺寸会减小滑块12或14绕常平架16或18的旋转臂，由此减小由磁头运动而导致的TMR的成分。在类似的条件下，由于磁盘10的垂直挠曲既控制着磁道26和28的位移，又控制着滑块12和14的位移，并且由于垂直磁盘挠曲沿磁盘的任一径线单调增加或减小，因此，确实可以通过限制滑块12或14在磁盘10表面的径向偏移，来减小TMR。这暗示说，可以利用一个更大的磁盘，而不用横过磁盘的整个径向范围，或者可以通过利用一个较小直径的磁盘来减小TMR并保证其他性能上的优点。
图6预先假定，当处于静态时，磁盘10处于与磁头臂15的平面完全平行的平面内。如图2B、2C或2D中所示，当出现经过基座13的侧倾偏置时，在朝下的磁头12与朝上的磁头14之间出现了TMR的差异，响应于磁盘10的非平面的垂直扭曲，一组磁头(例如磁头12)表现出较小值的TMR，而另一组磁头(例如磁头14)表现出很大值的TMR(必须隐含指出不同的TMR的值可以是正的或负的)。这解释了为什么在给定的磁盘驱动器中一些磁头，例如朝上的磁头，可以比其它磁头，例如朝下的磁头表现出更大的TMR，尤其当磁道宽度变得甚窄，而磁道密度变得更高，例如至每英寸8,000及更高时。
现在转至图7-22，本发明者已经发现，可以加入并调节一个滑块支撑结构的侧倾偏置(不管是在磁头臂15上，还是在梁17上，或者两者都有)，以便降低由于磁盘的径向和非平面的运动而发生的TMR。在图7-22中与先前描述的相同的结构元件，已用相同的标号表示，而那些元件的描述将不再重复。
在图7中，图1的磁盘驱动磁头/磁盘组件已在本发明目前的优选实施例中被改变，以使磁头臂15带有朝下的型铁面50和朝上的型铁面52，该型铁面已被按预定方式改变角度，以便减小由于磁盘10的非平面运动而导致的TMR。图8表示出基座板或型铁板表面50和52的改变了的角度，使得它们与相关的存储磁盘10偏离或向它靠拢。图8的设置可以被用于在很少发生的情况下，校正纯正向的磁头臂-载重梁侧倾公差，这是由于熟练技术人员会理解，将图8的设置施加给一个名义驱动器(图2A)将导致TMR增大。图9表示出磁头臂型铁面50和52的角度改变，它们处于向磁盘轴11靠拢的平面内。图9的设置被用于减小由于一个纯负向的磁头臂-载重梁侧倾角度而导致的TMR，这表示本发明的一个重要方面，即，需要这一负侧倾偏置的增加以减小名义磁盘驱动器中的非平面运动的TMR(例如图2A的设置)。
图10提出了图7的带有一个纯负向的磁头臂-载重梁侧倾公差的磁盘驱动器的一个实例。在与图6视图在图示上相同的这一实例中，在存在磁盘的负向的非平面运动(图10的视图B)与正向的非平面运动(图10的视图C)时，通过施加图9的侧倾偏置，朝下和朝上的转换器20与22更加紧密地跟随磁道26和28。将预定的侧倾偏置施加到磁头臂或载重梁上后，图10的视图A表示出当磁盘10在其名义平面内旋转时，按磁道26和28的在磁道内的预定的对中。图10的视图A基本上与图6的视图A相同。然而，图10的视图B和C与图6的视图B和C明显不同，并且表示出通过将侧倾偏置施加到支撑转换器20和22的载重梁上得到的有利结果。在表示了负向(-)扭曲的磁盘10的图10的视图B中，增加的负向侧倾偏置导致了朝下滑块12的常平架16向基准线24移动，使得滑块12变得更接近线24，而转换器20保持几乎与磁道26对中。同时，朝上的滑块14的常平架18已经从基准线24移开了一定距离(d′)，d′大于距离d，使得转换器22保持与磁道28接近对中。
图10的视图C表示出侧倾偏置的磁头结构对磁盘10的正向扭曲(+)的响应。在视图C中，朝下滑块12的常平架16已经从基准线24移开了一定距离(d″)，而朝上滑块14的常平架18已经移向线24。对负向扭曲来说，该结果与视图B中所示的基本相同。在TMR显著减小时，转换器20与磁道26大体保持对中，而转换器22与磁道28大体保持对中。
图11给出TMR随侧倾偏置而变化的一个曲线，例如对于图1和7中所示的驱动器，表明对于一个外径磁道位置，在基座板上施加大约-2.5°的侧倾会导致随磁盘的非平面运动而变化的最小的TMR。在图11中，水平轴代表以度表示的基座板侧倾角，而垂直轴代表偏离磁道垂直耦合率。(“偏离磁道的垂直耦合率”定义为磁头的纯的偏离磁道的距离，除以在磁盘外径处测得的磁盘的非平面或垂直位移)。图11中表示的两条线代表偏离磁道的垂直或非平面磁盘运动耦合率，随着位于外径(O.D.)上的数据磁道，以及位于磁盘10的内部直径(I.D.)上的数据磁道上的读/写转换器磁头臂-载重梁(即“基座板”)的侧倾角的变化。图11的O.D.与I.D.线表示出磁盘的垂直运动与TMR间的耦合，对位于磁盘外径处的磁道来说过大，这与图4-7一致。在图11的实例中，可能选择一个-2.5°的侧倾偏置角，以最大限度地减小随磁道外径处磁盘的非平面运动而变化的TMR。这一负向的-2.5°侧倾偏置角在磁道内部直径处，也产生了随磁盘的非平面运动而变化的TMR的轻微的减小，应该注意的是(如图6和10所示)内部直径处磁盘10的垂直运动大体上较低，使得TMR也在向内部直径方向上较小。
再次参照图11，并比较内径与外径处数据磁道的耦合率，内部直径位置处的耦合率实际上低于外径数据磁道。因此，对于在给定的尺寸磁盘上的给定磁头，可以通过限制滑块的径向偏移范围来最大限度地减小TMR。尽管这一点只在图11中提出来，仍可以表示出TMR随磁盘半径而增大，而TMR的部分是由磁盘的非平面挠曲依次引起的。在这种情况下，能证明可以利用减小存储磁盘直径(因为不会用它来储存数据)来减小最大的非平面磁盘挠曲，并因此最大限度地减小磁盘非平面运动/TMR的耦合率的最大值。降低用户的数据存储容量的含意在减小磁盘直径这一方案中是明显的。
参照图12，在所谓的“毫微”和“微微”的滑块之间存在有耦合响应上的差异。用于描述滑块的术语“毫微”和“微微”已成为指代滑块尺寸的工业标准术语。“微微”滑块的高度、宽度和深度的尺寸大约是“毫微”滑块的60％。微微滑块的较小的尺寸导致了在相关基座板角度上的较小的耦合率。如图12所示，与毫微滑块大约-2.5°的角度相比，微微滑块为使耦合为零所需要的基座板侧倾偏置角大约为-2°。
图13A表示出根据本发明的一个用于成形磁头臂型铁面50和52的机加工布置。在这一视图中，一个致动器E形块15被与机加工刀具固定，而一个由两个切削面确定为预定楔形的楔形刀具60被沿着一个由点划线箭头标志的轨迹路径移向夹紧的E形块。该刀具60可以包括多个类似的刀具，在旋转刀具轴上固定为一组，由此同时加工出多个磁头臂的面，如图13B中所示。
作为选择，如图14A和14B所示，带有预定侧倾偏置斜面的垫片70可以被放置在每个臂15的型铁面与载重梁17的型铁板72之间。在磁盘组装期间，可以采用一个激光精密测量工具来测量磁盘10与臂15之间的平面性，并选择和安装多个选定侧倾偏置角的楔子，以便自动地校正被测基座板侧倾公差。作为选择，垫片70可以被设计成带有预定的名义侧倾角。当加工变量增加时，将消除测量每个臂的需要。
图15表示出本发明的另一个实施例。在这一实施例中，载重梁(弹性的)17A已被永久性成形或变形，以便向磁头悬架结构提供所需的侧倾偏置。在这一实现中，在工厂中的磁头叠层组装期间或者在那之前，一个自动机加工工具将载重梁17A弯成预定的侧倾偏置的形状。
而图16A和16B表示出本发明的又一个实施例。在这些图中，一个基座板72A已通过传统的压模技术被沿着一边压制形成两个支柱74，它们在载重梁17、基座板72A和磁头臂15的组件上形成了预定的侧倾偏置角，如图16B所示。薄板载重梁17已在76处被刻以凹槽，使得压制出的柱与磁头臂端部区域的连接表面52相接触。基座板72包括一个型铁管73，它可由任何合适的技术扩口，例如钢球挤光技术，以便挤入一个在磁头臂15的连接端处形成的开口34。
而图17A和17B表示出本发明的另一个实施例。在这一实施例中一个单独的楔形垫板70A被与载重梁17点焊，并使载重梁17和基座板72偏离磁头臂15预定侧倾偏置角度。
而图18A、18B、18C和18D表示出本发明的另一个实施例。在这一实施例中磁头臂连接端的每个面50A和52A都已被加工，以形成凸缘53和55。然后载重梁17和基座板72被与磁头臂连接，而细长的凸缘53和55形成了朝下的17D和朝上的17U载重梁组件所需的侧倾偏置角。图19A、19B、19C和19D表示出图18A-D的方法的进一步改进。在图19A-D中，磁头臂15的连接端已经为朝下载重梁17D，而被加工形成台阶53A、53B和53C，为朝上载重梁17U而被加工形成了台阶55A、55B和55C(如图19D中所示)。在这一设置中，台阶边缘形成并保持了所需的侧倾偏置角。
图20A、20B、20C和20D表示出本发明的另一个实施例。这一实施例通过横过载重梁17B压制出一对间隔分开、大体上平行的斜脊74，使得斜脊的顶部形成所需的相对于磁头臂15的扁平面的组件侧倾偏置角。该方法被图21A、21B、21C和21D的视图所推广，图中表示出一个载重梁17C，带有两个间隔的由一个等高的跨接脊连在一起的斜脊74，使得斜脊74和77的顶部形成所需的相对于磁头臂15的扁平面的组件侧倾偏置角。该方法进一步被图22A、22B、22C和22D的视图所推广，图中表示出一个载重梁17D，带有一组(例如4个)压制的凹痕，有两个第一高度的凹痕75，两个小于凹痕75的第二高度的凹痕76。在这一设置中，凹痕顶点处形成了所需的相对于磁头臂15的扁平连接端的侧倾偏置角。此外，图23A和23B表示出一个带有一个通过模锻或压制成形的斜台78的载重梁17E，该斜台有一个表面，形成所需的相对于磁头臂15的扁平面的组件侧倾偏置角。
而图24A、24B和24C表示出另一个载重梁17F，通过冲压或压制成形，使得斜的折叠部分79通过所需的相对于磁头臂15的扁平面的组件侧倾偏置角，将载重梁17F的弹性和主体部分80的平面，与载重梁17F的基座板部分82分开。
而图25A、25B、25C和25D表示出本发明的另一个实施例。在这一实施例中形成分立的磁头臂15A，每个都带有一定角度的连接面53和55，形成这些连接面是为了形成朝下和朝上的载重梁所需的侧倾偏置角。在单个的磁头臂15A成形之后，它们通过将一种合适的塑料材料精铸而被组装在一起成为一个磁头臂叠层15B。一个音圈15C也同时被铸入结构中。在最终的组装件中，磁头叠层包括，例如5个磁头臂15A1、15A2、15A3、15A4和15A5，每个都带有形成了所需的侧倾偏置角的连接面53、55。作为选择，分立的磁头臂15A可以通过传统的紧固件，例如螺钉和铆钉，被装配到轴上，以形成磁头臂叠层。
尽管在这里采用了一些术语“基座板”、“型铁板”和“型铁面”，表示便于将载重梁17与磁头臂15通过一个钢球或钢棒挤光过程连接的安装平面，熟练技术人员将能理解，其它的紧固装置，无论是螺钉、铆钉、点焊、铸型用销钉，及任何其它的合适的细木工技术，都可被利用来将载重梁17与磁头臂15的端部紧固。这样，术语“基座板”、“型铁板”和“型铁面”在这里是被用作定义安装平面，而不是标志或限制细木工技术的方式。而且，这里采用的术语“压制”是被用于在广义意义上限定任何成形操作，即一个元件被永久变形以便形成一个所需的形状或轮廓，这些成形操作还包括例如冲压、模锻、扩口和诸如此类。
此外，当表示出基座板表面50和52由一个楔形切削刀具加工，或提供侧倾角的垫片70被夹在面50与载重梁基座板之间时，可以利用其他技术、方法和结构施加所需的侧倾偏置角以减小TMR。例如，面50和52可以由金属丝放电加工(“EDM”)，或由精密铸造或精密研磨加工。如上所讨论，根据本发明，作为选择，载重梁自身，或载重梁基座板，可以被成形以提供所需的侧倾偏置。
本发明所要利用的磁头转换器可以是任何合适的种类，或者是薄膜感应式读入/写出、薄膜感应式/磁阻式读，或者在绕线式金属间隙转换器，它们被连接、附加或者成形在陶瓷(或类似材料)滑块体上或与陶瓷滑块体相连。
对熟练技术人员，考虑到对优选实施例的如上的描述，在没有脱离本发明的精神的条件下，许多变化和修改将变得很明显，其范围也将由下述权利要求更为特别地指出。这里的描述及其公开仅用于说明，并且不应该被看作是限制下面的权利要求中所指出的本发明的范围。

Claims (47)

1、一个硬盘驱动器，包括至少一个相对于一个基座旋转的数据存储磁盘，至少一个可转动地安装在基座上用于支撑一个载重梁的一个磁头臂，该载重梁载有一个安装有一个常平架的滑块，将一个成形在滑块边缘的数据转换器定位于同心的、限定在邻近面对的磁盘的数据存储表面上的磁道位置处，在磁盘旋转期间磁盘对非平面运动敏感，磁头臂和载重梁被以一定的侧倾偏置角成形并连接，该角度经选择可以在磁盘的非平面运动期间由数据转换器减小磁道的对准不良。
2、权利要求1中提出的硬盘驱动器，其中用于安装载重梁的磁头臂的安装表面被按一定形状加工以产生侧倾偏置角，并且位于一个平面中，该平面与一个平面靠拢，这一平面包括了邻近面对的数据存储表面，并且跟随一个朝向磁盘旋转轴的直线方向。
3、权利要求2中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂是一个单元式的E形块组件的多个磁头臂部分中的一个，该组件包括一个旋转音圈致动器，并且磁头臂部分的安装表面被加工以形成侧倾偏置角。
4、权利要求2中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂部分的安装表面被加工成大体是平板状，并且在横截面上形成了一个楔形。
5、权利要求2中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂部分的安装表面被加工以形成至少两个台阶，使得置于台阶边缘处的载重梁处于侧倾偏置角。
6、权利要求5中提出的硬盘驱动器，其中安装表面被加工以形成至少三个台阶，使得位于三个台阶边缘处的载重梁处于侧倾偏置角。
7、权利要求2中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂是分立的，并且具有被按一定形状加工的安装平面以形成侧倾偏置角，而且其中多个分立的磁头臂被装配在一起形成一个旋转音圈致动器。
8、权利要求1中提出的硬盘驱动器，在磁头臂与载重梁之间进一步包括至少一个垫片，以产生侧倾偏置角。
9、权利要求8中提出的硬盘驱动器，其中至少一个垫片包括一个楔形垫片。
10、权利要求8中提出的硬盘驱动器，其中至少一个垫片包括一个沿着载重梁的纵边对中的预定厚度的垫片，用于使载重梁相对于磁头臂偏移以得到侧倾偏置角。
11、权利要求1中提出的硬盘驱动器，其中载重梁被预成形以产生侧倾偏置角。
12、权利要求11中提出的硬盘驱动器，其中载重梁被沿着纵轴以预成形产生侧倾偏置角。
13、权利要求11中提出的硬盘驱动器，其中载重梁的连接区经变形以产生多个特征形貌，特征形貌的峰顶形成了载重梁与磁头臂组件的侧倾偏置角。
14、权利要求11中提出的硬盘驱动器，其中载重梁的连接区经变形以产生多组凹痕，该凹痕带有横向的分级的高度，以便凹痕的顶部形成载重梁与磁头臂组件的侧倾偏置角。
15、权利要求11中提出的硬盘驱动器，其中载重梁包括一个基座板，而基座板被预成形以形成侧倾偏置角。
16、权利要求15中提出的硬盘驱动器，其中基座板被沿着其一个纵边压制以形成至少一个特征形貌，从而形成与磁头臂装配后的侧倾偏置角。
17、权利要求1中提出的硬盘驱动器，其中侧倾偏置角在正或负5°与0之间。
18、一个硬盘驱动器，包括至少一个相对于一个基座旋转的数据存储磁盘，一个可转动地安装在基座上并且确定了至少两个磁头臂的致动器块，每个磁头臂用于支撑一个载重梁，该载重梁载有一个安装有一个常平架的滑块，将一个成形在滑块边缘的数据转换器定位于同心的、限定在邻近面对的磁盘的数据存储表面上的磁道位置处，在磁盘旋转期间磁盘对非平面运动敏感，磁头臂和载重梁被以预定的侧倾偏置角安装，该角度经选择可以在磁盘的非平面运动期间减小磁道的对准不良。
19、权利要求18中提出的硬盘驱动器，其中用于安装载重梁的磁头臂的安装表面被按一定形状加工，以形成大体等于相对于由邻近面对的磁盘存储表面所占有的平面的绝对值的侧倾偏置角。
20、权利要求19中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂的安装表面被加工成扁平表面，在横截面上形成一个楔形。
21、权利要求19中提出的硬盘驱动器，其中磁头臂的安装表面被加工成多个台阶，这些台阶带有用于以预定的侧倾偏置角接触并对中载重梁的边缘。
22、权利要求19中提出的硬盘驱动器，其中每个磁头臂的安装表面处于一个平面中，该平面向一个被邻近面对的磁盘存储表面所占有的平面靠拢。
23、权利要求22中提出的硬盘驱动器，其中安装表面的靠拢面，向朝向磁盘的旋转轴的方向靠拢。
24、权利要求18中提出的硬盘驱动器在磁头臂与载重梁之间进一步包括多个垫片，用于产生预定的侧倾偏置角。
25、权利要求24中提出的硬盘驱动器，其中这些垫片是楔形的，并且夹在磁头臂与载重梁之间用于产生预定侧倾偏置角。
26、权利要求24中提出的硬盘驱动器，其中这些垫片被沿着载重梁的同一纵边安装，并且与磁头臂形成边缘，用于产生预定侧倾偏置角。
27、权利要求18中提出的硬盘驱动器，其中载重梁被用于产生侧倾偏置角。
28、权利要求27中提出的硬盘驱动器，其中载重梁被沿其纵轴预成形以产生侧倾偏置角。
29、权利要求27中提出的硬盘驱动器，其中载重梁的连接区经变形以产生多个特征形貌，特征形貌的峰顶形成了每个载重梁与相应磁头臂组件的侧倾偏置角。
30、权利要求27中提出的硬盘驱动器，其中载重梁的连接区经变形以产生多组凹痕，该凹痕带有横向的分级的高度，使得凹痕的顶部形成每个载重梁与相应磁头臂组件的侧倾偏置角。
31、权利要求27中提出的硬盘驱动器，其中载重梁包括基座板，而每个基座板被预成形以形成预定的侧倾偏置角。
32、权利要求31中提出的硬盘驱动器，其中基座板被沿着它的一个纵边压制以形成至少一个特征形貌，以形成与相应磁头臂装配后的侧倾偏置角。
33、一个用于硬盘驱动器的致动器结构中的直列式磁头臂，该致动器结构被可转动地安装在基座上，一个载重梁载有一个安装有一个常平架的滑块，将一个成形在滑块边缘的数据转换器定位于同心的、限定在邻近面对的磁盘的数据存储表面上的磁道位置处，在磁盘旋转期间磁盘对非平面运动敏感，磁头臂和载重梁沿一个纵轴成形，并被连接和成形以产生一个侧倾偏置角，该角度经选择可以在磁盘的非平面运动期间减小磁道的对准不良。
34、权利要求33中提出的直列式磁头臂，其中用于安装载重梁的磁头臂的安装表面被按一定形状加工，以形成侧倾偏置角，该安装表面处于一个平面中，该平面与一个平面靠拢，这一平面包括有邻近面对的数据存储表面，并且跟随一个朝向磁盘的旋转轴的直线方向。
35、权利要求33中提出的直列式磁头臂在磁头臂与载重梁之间进一步包括一个楔形垫片，用于产生侧倾偏置角。
36、权利要求33中提出的直列式磁头臂，其中载重梁被用于产生侧倾偏置角。
37、权利要求33中提出的直列式磁头臂，其中侧倾偏置角在正或负5°与0之间。
38、一种用于校正由至少一个数据存储磁道的非平面运动引起的磁道对准不良的方法，该磁道相对于硬盘驱动器内的一个基座旋转，一个可转动地安装在基座上的磁头臂，用于支撑一个载重梁，该载重梁载有一个安装有一个常平架的滑块，将一个成形在滑块边缘的数据转换器定位于同心的、限定在邻近面对的磁盘的数据存储表面上的磁道位置处，在磁盘旋转期间磁盘对非平面运动敏感，该方法包括如下步骤：
确定旋转数据存储磁盘与磁头臂之间的一个侧倾偏置角，以及
按一个侧倾偏置角连接磁头臂和载重梁，该偏置角被选择用于校正由磁盘的非平面运动而导致的磁道的对准不良。
39、权利要求38中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中连接步骤包括在将载重梁与安装表面以侧倾偏置角连接之后，一个加工磁头臂的安装表面的步骤。
40、权利要求39中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中加工步骤通过产生一个扁平角度连接区来进行。
41、权利要求39中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中加工步骤通过产生一个分级的连接区来进行。
42、权利要求39中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中加工步骤通过在磁头臂与载重梁之间提供至少一个垫片来进行。
43、权利要求38中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中连接步骤通过预成形载重梁的步骤来进行。
44、权利要求43中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中预成形载重梁的步骤包括使载重梁沿纵向变形，以使常平架连接区处于一个向邻近面对的数据存储表面靠拢的平面内，以及将预成形的载重梁与磁头臂相连。
45、权利要求43中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中预成形载重梁的步骤包括在载重梁的磁头臂连接区成形至少一个特征形貌并且将预成形的载重梁与磁头臂相连。
46、权利要求43中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中载重梁包括一个基座板，并且其中预成形载重梁的步骤包括在基座板上提供至少一个特征形貌，用于产生将预成形的载重梁与磁头臂连接之后的侧倾偏置角。
47、权利要求38中提出的用于校正磁道的对准不良的方法，其中基座板侧倾角在正或负5°与0之间。
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