CN1237260A - 具有减少飞行静摩擦的表面间断点的磁盘头部滑动件 - Google Patents

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Abstract

一种支承传感器(44)的滑动件(36),该传感器靠近涂有润滑油的记录介质(16)。滑动件包括一滑动件本体,形成于滑动件本体上的一升高的轨道(38,40),以及一横跨滑动件本体并具有至少一个流动停滞区(70,72,74,76)的流体流动结构。表面间断点(80,82,84,86)形成于滑动件本体上并位于流动停滞区内,以阻止聚集在流动停滞区里的润滑油(78,79)向轨道移动。

Description

具有减少飞行静摩擦的表面间断点的磁盘头部滑动件
本发明的技术背景
本发明涉及磁盘驱动器数据存储装置，特别涉及一种具有滑动件的磁盘驱动器，而该滑动件具有能防止磁盘润滑油或污染物向空气支承表面移动的表面间断点。
“Winchester”型磁盘驱动器在工业上是众所周知的。这种驱动器使用涂有可磁化介质的刚性磁盘，以便将数字信息存储在许多圆形的、同心的数据磁道上。磁盘安装在一主轴电动机上，该电动机使磁盘转动，而磁盘表面在各头部万向架组件(HGAs)下经过。HGAs携带着将信息写入磁盘表面或从磁盘表面读出信息的传感器。一传动机构在电子线路的控制下使头部万向架组件从一条磁道向另一条磁道移动，从而横跨磁盘的表面。传动机构包括磁道访问臂和供各头部万向架组件使用的悬臂。悬臂提供使头部万向架组件压向磁盘表面的预载力。
头部万向架组件包括流体动力(例如，自产空气)支承滑动件和一万向架。万向架位于悬臂和滑动件之间，以便提供一弹性连接，在跟随磁盘的外形时允许滑动件纵倾和横摇。此外，万向架已与悬臂一体形成。
传统的长筏形滑动件包括一对升高的侧轨，它们面向磁盘表面并形成空气支承表面。当磁盘转动时，磁盘在大致与磁盘的切向速度平行的方向上沿空气支承表面抽吸空气。当空气经过侧轨下面时，在空气支承表面上的表面摩擦使磁盘和空气支承表面之间的空气压力增加，从而产生流体动力抬升力，使滑动件升高并在磁盘表面上方飞行。由悬臂提供的预载力抵销流体动力抬升力。根据滑动件的流体动力特性和磁盘的转动速度，该预载力与流体动力抬升力达到平衡。一种自载荷滑动件还包括一在侧轨之间延伸的横轨。经过侧轨的空气膨胀，产生一下陷压力区，它迫使滑动件靠近磁盘表面。
传统的磁盘上涂有一薄层全氟化润滑油，以减小头部和磁盘界面的磨损。虽然大多数润滑油仍粘附在磁盘表面上，但小部分润滑油将被释放并趋向于聚集在滑动件表面上。当磁盘停止转动而滑动件停留在磁盘表面上时，在本发明的研制中已经发现，聚集的润滑油趋向于向空气支承表面移动，在此聚集的润滑油在新月形表面张力的作用下趋向于将滑动件和磁盘表面拉到一起。将滑动件和磁盘表面拉到一起力叫做“静摩擦”。这种静摩擦力有害地影响滑动件的接触启动和停止(CSS)操作，并可能高到足以阻止主轴电动机转动磁盘。减少静摩擦和改善CSS操作的一种方法是通过将滑动件紧压在一球形研磨板上而在空气支承表面上叠放一突起。突起的空气支承表面将减少在滑动件和磁盘之间的润滑油的聚集。然而，希望还有更理想的减少静摩擦的方案。
本发明的简要说明
本发明的滑动件支承一传感器，它靠近涂润滑油的记录介质。滑动件包括一滑动件本体，形成于滑动件本体上的至少一条轨道，以及横跨滑动件本体、具有至少一个流动停滞区的流体流动结构。一表面间断点形成于滑动件本体上并位于流动停滞区内，以阻止聚集在流动停滞区里的润滑油向升高的轨道移动。
在一个实施例里，表面间断点包括一个或多个在滑动件本体上的凹槽。各凹槽可具有不同的形状，诸如细长的沟渠或许多间隔的凹陷。在另一个实施例里，表面间断点包括一个或多个在滑动件本体上的、升高的表面结构。各升高的表面结构可具有不同的形状，诸如细长的隆起缘或许多间隔的凸点。
附图的简要说明
图1是一种磁盘驱动器数据存储装置的俯视图，其中使用了本发明；
图2是由一负载梁弯曲部分支承的头部万向架组件的立体图；
图3是沿图2中的3-3线看到的头部万向架组件的端视图；
图4是滑动件的仰视图，它趋向于聚集磁盘润滑油的油滴；
图5是图4所示的滑动件的数字模型，它描述了空气流的流线；
图6是一线图，它描述了按照本发明重叠在图5所示的数字模型上的矩形沟渠；
图7-9是按照本发明的其它沟渠几何形状的局部剖视图；
图10、是重叠在图5所示的数字模型上的网状沟渠结构的仰视图；
图11是具有许多基本上环绕着侧轨的凹陷的滑动件的仰视图；
图12是按照本发明形成于滑动件本体上的升高的表面结构的局部剖视图；
图13是具有较圆形横截面的升高的表面结构的局部剖视图。
较佳实施例的详细说明
图1是一典型的磁盘驱动器10的俯视图。磁盘驱动器10包括一具有底座12和顶盖14的壳体(为清楚起见将部分顶盖14切去)。磁盘驱动器10还包括一磁盘组件16，它通过磁盘夹钳18安装在一主轴电动机(未画出)上。磁盘组件16包括许多单个磁盘，它们被安装成可环绕一中心轴一起转动。各磁盘表面具有一相关的、安装在磁盘驱动器10里的头部万向架组件(HGA)20，以便与磁盘表面交换信息。在图1所示的例子里，各HGA 20由负载梁弯曲部分22支承，而弯曲部分22固定在传动机构26的磁道访问臂24上。图1中的传动机构是一种已知类型的回转式移动线圈传动机构，并包括一音圈电动机(VCM)28。音圈电动机28使带有固定的头部20的传动机构26环绕着枢轴30转动，使头部20在电子线路33的控制下沿着弧形路径32定位在需要的数据磁道上。各HGA 20包括一万向架34和滑动件36。
图2和3比较详细地显示了头部万向架组件20。图2是由负载梁弯曲部分22支承的头部万向架组件20的立体图。图3是沿图2中的3-3线看到的头部万向架组件20的端视图。负载梁22提供一预载力，以便将头部万向架组件20压向磁盘表面。组件20包括万向架20和滑动件36。万向架34位于滑动件36和负载梁22之间，以便提供允许滑动件跟随磁盘外形的弹性连接。在一替换的实施例里，万向架34与负载梁22连成一体。滑动件36通过已知方式、诸如粘结剂与万向架34连接。万向架34包括与滑动件36点接触的凹座(未画出)。凹座可提供一支点，使滑动件36可环绕该支点纵倾和横摇，同时跟随磁盘16的外形。
滑动件36包括第一和第二侧轨28和40，中轨42和传感器44。传感器44安装在中轨42的一末端上。传感器44在焊片48处与导线46电气连接。传感器44在磁盘16经过滑动件36下面时与在磁盘表面上的各毕特(bit)位置交换信息。传感器44(例如)可包括一薄膜或磁阻磁头。导体和焊片的数量取决于由滑动件36携带的具体头部所需要的导体的数量。
图4是从磁盘16表面看过去的滑动件36的仰视图。滑动件36具有前边缘50、后边缘52和第一及第二侧边缘54和56。第一和第二侧轨38和40自前边缘50向后边缘52延伸并在后边缘的前面终止。第一和第二侧轨38和40分别形成支承表面57和58。支承表面57和58具有前部59、腰部60和后部62。腰部60比前部59和后部62窄。中轨或“岛状物”42位于后边缘52处并在滑动件36的纵向中心线63上。一下陷压力腔64位于第一侧轨38和第二侧轨40之间。腔壁66自第一侧轨38向第二侧轨40延伸，并比支承表面57和58低。
图5是滑动件36的数字模型，它描述了经过滑动件36表面的空气流的流线。当磁盘转动时，磁盘在基本上与磁盘切向速度平行的方向上沿着支承表面57和58拖动在滑动件36下面的空气。由于较浅的下陷压力腔和在压力腔区域内的空气流的上游回流，许多流动空气支承表面结构发展了空气流停滞区。滑动件36具有在侧轨38和40附近的停滞区70、72、74和76。假定空气流含有细微的润滑油滴，那么它们将随着流线流动并重新沉淀在滑动件表面的空气流停滞区里。
再参看图4，润滑油滴78和79重新沉淀在滑动件表面的空气流停滞区里。实验显示，在磁盘停止转动后，滑动件在磁盘表面上停留一段较长的时间，由于在空气支承表面处的轨道边缘的毛细管力，聚集的润滑油向侧轨38和40移动并被吸入。向侧轨移动的润滑油产生飞行静摩擦。按照本发明，滑动件36上设有靠近轨道的表面间断点，它们吸收聚集的润滑油并阻止润滑油向轨道移动。表面间断点可包括一个或多个凹陷的或升高的表面结构，它们位于空气流停滞区预计可能产生的地方。可通过任何方式形成表面间断点，诸如离子铣削、蚀刻、激光加工、刮削或切削。在较佳的实施例里，表面间断点被并入形成空气支承结构的离子铣削加工中，这样，就不需要另外的加工步骤来形成表面间断点。
图6是一线图，它描述了重叠在图5所示的数字模型上的表面间断点。四组水平的矩形沟渠80、82、84和86分别形成于滑动件36本体上的停滞区70、72、74和76里。在该实施例里，这些沟渠被限定在停滞区里。这些沟渠较佳的是具有0.1-10微米的深度和宽度，最好具有1-2微米的深度和宽度。各沟渠的长度和深度取决于它们所在的位置、停滞区的尺寸和聚集的润滑油的物理性质。
模型试验结果显示，由于沟渠80、82、84和86位于空气流停滞区里，它们对滑动件36的空气支承飞行性能影响较小。在此建议，可对现有的空气支承表面结构进行改进，增加本发明的表面间断点，而不需要改变空气支承表面以容纳沟渠。通过实验可观察到，由于润滑油表面张力的缘故，润滑油将在沟渠里形成大滴。在磁盘停止转动后，滑动件仍在磁盘表面停留一段较长的时间，多余的润滑油滴被吸收在沟渠里而不向轨道移动。这是假定与沟渠几何形状相配合，润滑油滴已达到它们的最小位能。
图7是沿图6中的7-7线剖视的滑动件的局部剖视图。沟渠82a具有矩形的横截面并位于侧轨38后边缘附近。润滑油滴90被吸收在沟渠82a里。
图8是滑动件36的局部剖视图，它显示了按照本发明另一实施例的沟渠92。沟渠92在相对侧轨38后边缘的另一侧具有倾斜的侧壁94，这将允许润滑油滴96沿箭头98所指的方向离开侧轨38进行循环。侧壁100防止润滑油滴96向侧轨38移动。
图9显示了另一种沟渠几何形状。在图9中，沟渠102具有曲率半径104，它与润滑油滴106的接触角相配合。与接触角相配合将使润滑油滴106的位能降至最低程度。沟渠也可具有各种其它的矩形或非矩形的横截面。可对这些横截面进行选择，以优化对特定的润滑油的收集或对污染物或碎片的收集。
图10是网状沟渠结构的仰视图，其中，沟渠被布置成格栅110、112、114和116。各格栅包括在滑动件118的本体里沿纵向和横向延伸的单个沟渠。在另一实施例里，沟渠110、112、114和116与图10所示的相反。在该实施例里，各沟渠或表面间断点包括在滑动件118表面上的正方形凹陷。该正方形凹槽可布置成类似于图10所示的格栅或可具有任意间隔。这种凹陷也可具有其它的形状，诸如圆形的、椭圆形的或十字形的。图11是具有许多凹陷122的滑动件120的仰视图，这些凹陷基本上环绕着侧轨124和126，以便使润滑油向侧轨移动的可能性降至最低。在一替换的实施例里，许多平行的或网状的沟渠环绕着侧轨。凹陷或沟渠也可具有与滑动件的空气流性能相配合的曲线形状。
在本发明的另一实施例里，表面间断点包括在滑动件本体上的升高的表面结构，而不是在滑动件本体上的凹陷。升高的表面结构可包括类似于图6所示的水平沟渠的细长的水平隆起缘，类似于图10所示的网状沟渠的网状隆起缘，或类似于图11所示的凹陷的各凸点。各隆起缘或凸点可具有各种横截面，诸如矩形、正方形、圆形、椭圆形或十字形。
图12是矩形隆起缘130的局部剖视图，它形成于滑动件134的本体上并靠近侧轨132的后边缘。表面结构130较佳的是从滑动件的本体上升高和接近侧轨132。图13是隆起缘136的局部剖视图，它具有大致是圆形的横截面。在一个实施例里，隆起缘136具有侧壁138，而侧壁138具有与被收集的润滑油接触角相配合的曲率半径。
虽然参考较佳实施例描述了本发明，但本技术领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明原理和范围的情况下还可对形状和细节进行改变。

Claims (27)

1．一种支承传感器的滑动件，该传感器靠近涂有润滑油的记录介质，所述滑动件包括：
一滑动件本体，它具有一前边缘，一后边缘和一从前边缘向后边缘延伸的轴线；
一流体流动结构，它自前边缘至后边缘横跨滑动件本体，并具有至少一个流动停滞区；
至少一条升高的轨道，形成于滑动件本体上；以及
表面间断点，形成于滑动件本体上并位于流动停滞区内，以阻止聚集在流动停滞区里的润滑油向轨道移动。
2．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括在滑动件本体上的凹槽。
3．如权利要求2所述的滑动件，其特征在于，所述凹陷具有0.1至10微米的宽度和0.1至10微米的深度。
4．如权利要求2所述的滑动件，其特征在于，所述凹陷具有1至2微米的宽度和1至2微米的深度。
5．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括形成于滑动件本体上的、垂直于所述轴线的沟渠。
6．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括形成于滑动件本体上的许多平行的沟渠，它们垂直于所述轴线并在平行于所述轴线的方向上互相隔开。
7．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括许多沟渠，它们形成一格栅。
8．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括许多互相间隔开的凹陷。
9．如权利要求8所述的滑动件，其特征在于，许多间隔开的凹陷基本上环绕着轨道。
10．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点形成于流动停滞区。
11．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括矩形沟渠。
12．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括曲线形状的沟渠。
13．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点在相对升高的轨道的另一侧具有倾斜的侧壁。
14．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括凹陷，该凹陷具有与被收集的润滑油的接触角相配合的曲率半径。
15．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，表面间断点包括形成于滑动件本体上的升高的表面结构。
16．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构包括垂直于轴线延伸的细长的隆起缘。
17．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构自滑动件本体上升高并低于升高的轨道。
18．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构包括许多形成于滑动件上的互相平行的细长的隆起缘，它们垂直于所述轴线并在平行于所述轴线的方向上互相间隔。
19．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构包括许多基本上环绕着轨道的升高的表面结构。
20．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构包括形成一格栅的许多隆起缘。
21．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构包括许多间隔的凸点。
22．如权利要求15所述的滑动件，其特征在于，升高的表面结构具有与被收集的润滑油的接触角相配合的曲率半径。
23．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，其特征在于，还包括：在前边缘和后边缘之间延伸的第一和第二升高的细长侧轨，各侧轨具有一内边缘，一外边缘，一前部、一后部和一腰部，腰部比前部和后部窄；以及所述流动停滞区和表面间断点位于各侧轨腰部的内边缘附近。
24．如权利要求23所述的滑动件，其特征在于，还包括一在两侧轨的前部之间延伸的升高的横轨。
25．如权利要求1所述的滑动件，其特征在于，
滑动件还包括自前边缘向后边缘延伸的、在后边缘前面终止的第一和第二升高的细长侧轨；以及
表面间断点包括位于后边缘和第一侧轨之间的第一表面间断点，以及位于后边缘和第二侧轨之间的第二表面间断点。
26．一种磁盘驱动器数据存储系统，包括：
一壳体；
一固定在壳体上的主轴电动机；
至少一个数据存储磁盘，它固定在主轴电动机上并具有涂有润滑油层的记录表面；
一固定在壳体上的传动机构；
一由传动机构携带的磁盘头部滑动件，它靠近记录表面并包括一滑动件本体、第一和第二升高的侧轨、至少一个靠近各升高的侧轨的流动停滞区、以及形成于滑动件本体的流动停滞区内的许多润滑油收集点；以及
一由磁盘头部滑动件携带的传感器。
27．一种支承传感器的滑动件，该传感器靠近涂有润滑油的记录介质，所述滑动件包括：
一滑动件本体；
至少一条升高的轨道，以形成一支承表面；以及
形成于滑动件本体上的表面结构，以减少由记录介质聚集在滑动件本体上的润滑油的位能，并阻止聚集的润滑油向升高的轨道移动。
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