CN1254436A - 空气流驱动的锁定器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于磁头的有效的气动锁定器,该锁定机构位于微型磁盘驱动结构内,这个锁定器能可靠地锁定致动器臂(14),使其不会响应超过300Gs的巨大线性冲击和超过15,000弧度/秒²的旋转冲击而不受控制地离开着陆位置。本发明将一成本低、重量轻、非电动的锁定机构与一磁盘驱动器的致动器臂(14)协作,因而尽管锁定机构的重量大大小于致动器臂的重量,但该锁定机构还是能有效地阻止臂移动。这种气动作用的锁定机构的设计装配得非常靠近音圈电动机(34、36、38)。该锁定器可以对致动器臂(14)施加最大的限止力,并且可以安装在预定的壳体(25)内,无需改变壳体来容纳锁定器(10)。

Description

空气流驱动的锁定器

相关申请

本申请要求申请日为1997年3月31日、申请号为60/042,168、题为“空气流驱动的锁定器”的临时申请的优先权。

发明领域

本发明涉及一种用于在无动力状态下将磁盘驱动器的致动器可释放地锁定在一固定位置上的锁定器。锁定器旨在承受相当大的冲击而不允许致动器脱开，从而防止对涂覆或沉积有磁性存储介质的数据存储磁盘造成损坏。更具体地说，本发明涉及一种用于磁盘驱动器的改进的锁定器，它可以响应由于存储磁盘的旋转而产生的空气动力而自动释放，并可以锁定和恢复致动器臂，且能保持住该臂和由该臂支承在固定位置上的磁头。

发明背景

本领域众所周知的是，在一磁盘驱动器中，数据存储磁盘的旋转难免会产生空气流。已有技术已经对空气流的特性进行了分析和讨论，例如在授予Westwood的美国专利4,647,997和1974年11月的IBM研究和开发杂志P480-P488中的有关描述。众所周知，与单个的旋转磁盘相比，两个共同安装、相互分开的旋转磁盘可产生相当大的空气流，还知道空气流的大小与磁盘直径和角速度成函数关系。在靠近旋转磁盘外周的位置上，特别是在两个旋转磁盘之间区域的空气流的作用力最大，随着逐渐离开磁盘的外周，空气流作用力作为一非线性函数快速地回落。

在不可擦数据磁盘存储装置旋转时，一个数据读/写磁头(transducer)在一空气垫上浮动，或者支承在非常靠近数据表面。在很多磁盘驱动器中(包括那些尺寸非常小的)，磁头在一预定的着陆区域上起落。当有冲击施加于磁盘驱动器时，磁头可以横穿磁盘的表面移动或跳动，使涂覆在磁盘表面的磁性薄膜涂层产生磨蚀或划痕(scarring)，从而导致硬和软的数据失效。此外，硬磁头头可响应于因驱动器剧烈和颠簸的搬动而造成的剧烈的振动力，在表面上产生压痕。

虽然在上述Westwood的专利和美国专利4,538,193中已经揭示了气动锁定器，但由于缺乏灵敏度而且不能响应可用的空气流，特别是由于磁盘驱动器必须承受巨大的冲击，所以这样的锁定器并不有效。另外，必须仔细地选择用于将磁头组件保持在着陆区域的弹簧力，以便在磁盘开始移动时能克服这个力。

因此，需要一种能响应在小型磁盘驱动器中产生的空气流的可靠的锁定机构，以便可靠地锁定和释放致动器机构，同时约束致动器抵制相对较强的冲击。

发明概要

本发明的一个总的目的在于，克服已有技术中的用于磁盘驱动器内由磁头驱动组件的气动锁定器的各种限制和缺陷。

本发明的又一个目的在于，提供一种可在微型磁盘驱动结构中使用的、有效的气动磁头锁定机构。

本发明的另一个目的在于，提供一种有效的、用于气动响应式磁头的锁定器，它能响应超过300Gs的巨大的线性冲击和超过15,000弧度/秒²的转动(旋转)冲击，可靠地保持致动器臂，使其不致失控离开着陆区域的位置。

本发明的另一个目的在于，将一个成本低、质量轻、非电动的锁定机构与磁盘驱动器的致动器臂相结合，以使锁定机构的重量大大小于致动器臂的重量，但同时该锁定机构还能有效地阻止臂移动。

本发明的另一个目的在于，采用一种气动作用的锁定机构，它装配得非常靠近音圈电动机，因而只需要极小的空间来容纳该锁定机构。

本发明的又一个目的在于，提供一个锁定机构，当它的限止臂锁定致动器臂时，可以沿着大致平行于致动器臂移动方向的方向提供限止力，从而可对致动器臂施加最大的限止力。

本发明的另一个目的在于，提供一个可气动响应的锁定机构，它可安装在预定的壳体范围内，无需对壳体设计进行变动来容纳锁定器。

本发明提供了一种可结合于一磁盘驱动器的气动锁定器，该磁盘驱动器包括一可限定一空腔的底壳、多个或至少两个枢转连接在一主轴电动机上以相对于底壳旋转的旋转数据存储磁盘。一磁头致动组件安装在空腔内靠近旋转磁盘的位置上，并将数据磁头头支承为靠近各磁盘的主数据表面，而且可以使磁头头在磁盘表面上的各磁道之间移动。设置了一个锁定机构，以将磁头头锁定在通常靠近磁盘中心的非工作位置上，但也可以将磁头头锁定在磁盘的外边缘甚至一匝道(ramp)存储位置。该设计包括一安装在磁铁/背铁(backiron)后方的锁定臂，磁铁/背铁位于支承着线圈的致动器臂部分之转动空间的上方和下方。一从致动器臂后方伸出的锁定杆朝着最好是越过磁铁/背铁的方向延伸，以便由绕着一枢销转动的锁定臂抓持，所述枢销非常靠近并且平行于锁定杆的静止位置。锁定臂通常受到枢销上的一弹簧的偏压，以便在磁盘不被电动机驱动旋转时可以抓持该锁定杆。当磁盘旋转时，可产生一通过音圈(voice coil)电动机的磁铁/背铁后方区域的空气流；锁定臂处在该空气环流内，并且携带着也位于该空气环流内的前和后空气翼片。当锁定臂处于其下位时，前空气翼片遮挡住后空气翼片使其不与空气流接触，锁定臂与锁定杆配合而将致动器臂保持在静止位置。当在空气环流中产生足够强的空气流时，前空气翼片反抗弹簧的偏压力顺时针转动，逐渐释放驱动器臂的锁定杆。这时，后翼片不再被前空气翼片挡住空气流，也开始进入空气环流，从而产生另一个使锁定臂顺时针转动的转动力矩，使锁定臂保持在一个完全脱开的顺时针位置。因此，通过双空气翼片产生的一个力偶矩，可以使反抗弹簧弹力的力矩最大。另外，由于将靠近空气流源的前空气叶片设计成在臂的下位最有效，而将后翼片以一个在锁定臂上位最有效的角度安装在锁定臂上，在所述上位，空气流最平顺地流过空气叶片，以沿顺时针方向推动空气翼片。因此，当臂的位置在磁盘驱动过程中改变时，可以将力矩维持在一个相对恒定的水平上。考虑到线性冲击的承受能力，这种设计还允许臂围绕枢转点平衡。

这种设计还允许锁定臂的转动轴线垂直于驱动器的旋转轴线，以便承受非常高的旋转冲击。

通过在朝着磁盘中心的大致弧形路径内设置从磁铁/背铁组合的端部延伸的空气偏导叶片，可以使空气环流最优化，因此，当磁盘旋转时，使由旋转磁盘产生的空气流在这些空气偏导叶片和壳体侧边之间通过，并被引入音圈电动机的磁铁/背铁的后方，从而能用最大的力撞击由空气流驱动的锁定器。

从以下结合附图对一较佳实施例所作的详细描述，可以更好地理解本发明的其它目的、优点和特征。

附图简要说明

图1是能体现本发明原理特征的一个磁盘驱动器的放大的俯视图，其中锁定器处于锁合位置；

图2是能体现本发明的一个磁盘驱动器的若干个主要构件的局部立体图，其中包括空气偏导叶片和锁定臂；

图3A和3B是锁定臂和空气翼片处于空气流作用下的示意图，图3A中锁定器处于下位，后翼片不起作用，图3B中的锁定器处于上位，致动器臂被释放，后翼片完全进入空气流；以及

图4A、4B和4C是本发明主要机械构件的立体图，其中包括锁定臂的框架(图4A)、偏压弹簧(图4B)和安装销(图4C)。

对一较佳实施例的详细描述

图1是根据本发明原理构造而成的一个磁盘驱动器的俯视图，图2是立体图。在图1和图2中，驱动器臂都处于未被激活的位置，这时臂10与从致动器臂14的后部伸出的一个锁定延伸杆12相配合。从立体图图2可以更清楚地看到延伸杆12的配合情况；为对比起见，图1示出了由磁盘16的旋转而产生的空气流循环。当这些磁盘旋转时，在致动器臂两侧由箭头18、20表示的空气流足以驱动锁定器，形成一顺时针转动而释放锁定杆12，以允许致动器臂14转动。下面将结合图3A和3B作进一步的说明。

图1和图2所示的磁盘驱动器包括一个一体式壳体25，它可以支承一主轴电动机(未示)，该主轴电动机的主轴具有一旋转轴线27，并且可支承磁盘16。主轴电动机的转动可带动磁盘16旋转，并产生由箭头18和20表示的空气流；这种旋转是在预定并且恒定不变的速度下进行的。

在该磁盘驱动器中，数据存储磁盘16可在每个磁盘上下表面的各个磁道的数据存储区域上形成数据存储表面。它们的特征是，在磁盘的表面上涂覆、镀敷或沉积有合适的磁性存储介质。设置了可转动的致动器臂14，该臂可围绕一转动轴线30枢接于底壳25。致动器臂14可以如箭头32所示的那样在每个磁盘的表面上双向转动。这种转动受到位于致动器臂后方的音圈电动机的控制，该电动机包括一由标号34表示的线圈，线圈位于一对永磁铁36、38(参见图2)之间，永磁铁通常是支承在背铁40、42上，以便加强电动机有效区域内的磁通聚集。线圈可由控制源44提供的电流来激励，借以使致动器臂沿箭头32所示的路径作有选择的移动。每个磁头支承臂46可支承一磁头48，用于读写每个磁盘表面的数据存储位置。

每个磁盘的数据存储表面的特征是具有多个圆环形的数据磁道，它们限定了所述的数据存储位置。通常具有若干个磁道的宽度并且通常包括存储磁盘的最里面区域的一个内着陆区域具有一供磁头/滑动头组件48起落用的区域52。通过使驱动器臂14移动进而使磁头48位于数据磁道之一上，就可以到达由同心的环形数据磁道构成的磁盘表面的其它区域。当磁盘驱动器不再处于使用状态时，致动器臂将磁头48移动至着陆区域52上方并靠在磁盘16的表面上。在该点上，锁定器的锁合臂10与从致动器臂14后方伸出的锁定杆或销12配合而将磁头牢靠地保持在该着陆区域上，致动器臂14可支承音圈电动机。因此，万一有很大的冲击施加于该磁盘驱动器，磁头也不会脱开或滑过磁盘表面而导致磁盘或驱动器48或两者的表面被损坏。

锁定臂在图3A和3B中分别处于锁定和未锁定状态。通过将图3A、3B与图2对比可以看到，锁定臂通过一杆件52枢接于一框架50，该框架支承在音圈电动机磁铁和背铁的后方。图4A是框架50的立体图；图4C是杆件52的立体图；如图2和图3A所示，锁定臂10通常是由图4B所示的弹簧54偏压在锁定位置上。从图4A的后部可以看到，弹簧54是安装在框架50与臂10之间的杆件52上，弹簧的后腿56压抵框架上的一个杆件58，因而臂10通常被压向锁定器的下位。在这个位置上，安装在臂10后边缘上的后翼片60完全不受空气流18的影响(参见图3A)。

前空气翼片62安装在臂10的前边缘上，并且是弯曲的，以便当磁盘开始旋转时受到空气流18的作用。随着由于磁盘16的转动而产生空气流18，前空气翼片62可以最有效地导致锁定壁顺时针转动。当臂10在吹向前翼片62的空气流18的推力作用下沿顺时针方向转动时，后空气翼片从前空气翼片的遮掩下露出来，开始受到空气流18的撞击。此时，撞击到该空气翼片略凹表面上的空气流同样会迫使该翼片将臂10朝顺时针方向移动。随着磁盘到达全速并且空气流18已完全建立起来，有些凸(相对于销52)的前空气翼片62和凹的后空气翼片60与空气流配合，使锁定臂移动至其顺时针方向的极限位置，并使其保持在那里。这样就允许致动器锁定销12从锁定臂10的凹槽64中脱出，使致动器臂14能响应来自控制界面44的命令，沿着箭头32所示的路径自由地移动。

虽然空气流18自然地趋向于在音圈电动机的磁铁和背铁的后方通过，但通过设置空气偏导叶片70，可以加强空气流的作用，如俯视图图1所示，从立体图图2看得更清楚。这些空气叶片也安装在磁铁36、38和背铁40、42的后部，并且最好是在各磁盘的下方和之间沿着一略微弯曲的路径朝电动机的主轴27延伸。通过设置空气叶片70来填满磁盘之间的间隙并基本上填满上磁盘与壳体顶部和下磁盘与壳体底部之间的间隙，可以将空气流18最有效地引向音圈电动磁铁和背铁的后面的区域，并使其与锁定臂的前、后空气翼片62、60相配合。这样就允许将锁定臂放到一个可以确实地在致动器的后方锁定致动器臂的最佳位置上，并允许将锁定臂放到一个可确实地配合锁定臂之延伸销12的最佳位置，锁定臂10的转动轴线垂直于致动器臂14。

这种带有前、后空气翼片62、60的锁定臂设计有很多优点。这些优点包括：可以通过产生一力偶而使力矩最大，从而令锁定臂10反抗弹簧54的弹力转动并保持。另外，由于将前翼片62设计成在臂处于下位时最有效而后翼片60在臂处于上位时最有效，所以力矩是线性的。因此，如图3A和3B所示，随着臂改变其位置而(由系统)产生的力矩将成正比地反作用于由扭转弹簧产生的反抗力矩。最后，考虑到线性冲击的承受能力，采用前后两个空气翼片62和60可允许锁定臂围绕由枢销52限定的枢转点平衡。锁定臂相对于致动器臂的垂直取向可产生相当高的转动冲击承受能力。因此，这种设计实现了其容许高水平线性冲击和旋转冲击的目标，同时，与已有技术中的磁性锁定器、甚至由空气叶片驱动的锁定器相比，可提供非常确实的锁定作用。

熟悉本技术领域的人员在研究了本发明揭示内容的基础上显然可以得出本发明的其它特征和优点。因此，本发明的保护范围仅由所附权利要求书来限定。

Claims (11)

1.一种用于磁盘驱动器的气动锁定系统，所述驱动器具有：至少两个被支承为可绕一中心主轴逆时针转动的磁盘；一由用于所述各磁盘的壳体限定的空腔；以及一安装在所述壳体空腔的底部并被支承为可绕一共同的中心轴转动的致动器臂，所述致动器臂将一个数据磁头支承为靠近所述各磁盘的一个主数据表面；以及一在相对端、位于所述枢销相对侧的致动器电动机，以便使所述磁头响应于传递至所述电动机的命令而在磁盘表面上的各个磁道之间移动，所述致动器臂还包括一从所述音圈电动机延伸并沿径向偏离所述致动器臂之枢销轴线的锁定销，以及一安装在所述音圈电动机的后框架上并垂直于所述枢销的锁定臂，所述锁定臂可响应由所述旋转的磁盘产生并从所述音圈电动机后方通过的空气环流，从锁定所述锁定销的第一位置移动至可允许所述致动器臂绕所述枢转轴线自由转动的第二位置。

2.如权利要求1所述的气动锁定器，其特征在于，支承所述枢销、进而使所述枢销支承所述气动锁定器的所述锁定臂的框架安装在位于所述致动器臂的所述枢销远端的所述半圆形磁铁和背铁的后部，从而使所述枢销基本上平行于所述致动臂的所述锁定销，而所述锁定臂垂直于所述致动臂的转动轴线(枢转点)。

3.如权利要求2所述的气动锁定器，其特征在于，所述锁定臂具有一第一前空气翼片和一第二后空气翼片，它们安装在所述锁定臂的两端，在所述锁定臂的第一锁定位置上，所述前空气翼片可以遮挡住所述后空气翼片，使其不受所述空气流的影响。

4.如权利要求2所述的气动锁定器，其特征在于，所述前空气翼片相对于所述枢销大体为凸形，所述后空气翼片相对于所述枢销大体为凹形。

5.如权利要求4所述的气动锁定器，其特征在于，它包括一围绕所述枢销安装的弹簧，该弹簧将所述锁定臂枢接于所述框架，并将所述锁定臂偏压向所述第一锁定位置。

6.如权利要求5所述的气动锁定器，其特征在于，在所述锁定臂的靠近所述枢销、位于所述前后边缘之间、并且位于所述前空气翼片和所述枢销之间的位置上设有一凹槽，它与所述致动器臂的所述锁定销配合，以便当所述磁盘驱动器内的所述各磁盘不旋转时，可以防止所述致动器臂移动。

7.如权利要求6所述的气动锁定器，其特征在于，至少在所述磁盘驱动器内的所述各磁盘之间设有多个空气偏导叶片，以便将由所述磁盘驱动器的所述各旋转磁盘产生的空气流偏引至所述音圈电动机的最后部分。

8.如权利要求7所述的气动锁定器，其特征在于，所述音圈电动机包括一磁铁和背铁，它们大体为半圆形，并在所述致动器臂转动路径的上方和下方延伸，所述致动器臂将所述音圈电动机的线圈支承在所述第一和第二磁铁和背铁之间，所述空气流通过所述大体为半圆形的磁铁和背铁支架的后方。

9.一种用于磁盘驱动器的气动锁定系统，所述驱动器具有：至少两个被支承为可绕一中心主轴逆时针转动的磁盘；一由用于所述各磁盘的壳体限定的空腔；以及一安装在所述壳体空腔的底部并被支承为可绕一共同的中心轴转动的致动器臂，所述致动器臂将一个数据磁头支承为靠近所述各磁盘的一个主数据表面；以及一在相对端、位于所述枢销相对侧的致动器电动机，以便使所述磁头响应于传递至所述电动机的命令而在磁盘表面上的各个磁道之间移动，所述致动器电动机包括相对于安装在所述致动器臂上的线圈而支承在所述壳体上的磁铁，以及用于锁定所述致动器臂的支承装置，以便当所述各磁盘静止时，用于使所述臂相对于所述各磁盘保持为无运动的状态。

10.如权利要求9所述的气动锁定器，其特征在于，所述锁定装置包括第一和第二空气流响应装置，它们安装在一锁定臂上，以便使所述锁定臂从第一锁定位置移动至第二非锁定位置。

11.如权利要求10所述的气动锁定器，其特征在于，所述第一空气流响应装置可响应由所述各磁盘的旋转而产生的空气流，直至建立起一个相当大的空气流。

Images