CN1273959C - 具有准确定位致动器的磁头万向架组件及具有该组件的磁盘驱动装置 - Google Patents
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Abstract
HGA包括具有至少一个磁头元件的磁头滑动器、支承件准确定位致动器，该致动器固定于磁头滑动器和支承件，用于准确定位该至少一个磁头元件。该致动器包括一对活动臂，该活动臂可以响应加在致动器上的驱动信号而发生位移，该致动器用于将磁头滑动器夹在活动臂之间的空间中。活动臂中各个臂包含臂部件和形成在该臂部件侧表面上的压电元件，该臂部件由烧结的弹性陶瓷例如ZrO2形成，而且，从其根部到其顶端部具有基本上相同的横截面形状。臂部件底端部之间的间距大于臂部件顶端部之间的间距。
Description
技术领域
本发明涉及具有精确定位致动器的磁头元件的磁头万向架组件(HGA)，该磁头元件例如为薄膜磁头元件或者光盘头元件，本发明还涉及具有这种HGA的磁盘驱动装置。
背景技术
在磁盘驱动装置中，用于将磁信息写入磁盘和/或从磁盘上读出磁信息的薄膜磁头元件一般形成在磁头滑动器上，该滑动器工作时在旋转磁盘的上面飞行。该滑动器分别支承在HGA的悬挂件的顶端部分。
近年来，在现代磁盘驱动装置中，沿磁盘的径向方向或者沿磁盘磁道宽度方向的记录和重现密度(磁道密度)急剧增加，以满足不断提高数据储存容量和密度的要求。对于磁道密度的提高，相对于磁盘中磁道仅用音圈马达(VCM)对磁头元件进行位置控制决不会得到足够的准确度。
为了解决这一问题，在比VCM更靠近磁头滑动器的位置装上额外的传动机构，以达到只用VCM不能达到的准确的精密定位。在例如美国专利NO.5745319和日本专利公告NO.08180623A中已说明达到磁头精确定位的方法。
作为这种额外致动器的例子，有背负式结构的致动器。这种背负式结构致动器由PZT压电材料形成，其形状为I字形，其一端固定于悬挂件，另一端固定于磁头滑动器，而柱形活动臂连接在这两端部分之间。致动器和磁头滑动器台阶式重叠在悬挂件上，即致动器夹在悬挂件和滑动器之间，形成重叠的悬臂结构。
然而，具有这种背负式结构致动器的HGA具有以下各种问题：
(1)因为是台阶式的重叠结构，所以在磁头滑动器附近的HGA总厚度增加，加上了致动器的厚度；
(2)致动器作为一个整体由压电材料构成，例如由PZT脆性材料构成，而且致动器和磁头滑动器是重叠的，形成悬臂结构。因此容易受到转矩的冲击，抗振性也很差；
(3)取决于磁头滑动器的尺寸，在准确定位操作期间，磁头元件的行程发生变化。因此很难得到充分大的行程；
(4)因为致动器具有三维结构，而且具有复杂的安装结构，所以在组装HGA时，操作很困难，而且不可能采用常规的HGA组装设备进行组装，造成生产率很差；
(5)为了不干扰致动器的运动，必须在致动器和磁头滑动器之间以及在致动器和悬挂件之间保持一个间隙，以便组装。然而形成这种间隙将进一步降低抗振性，而且很难准确地使该间隙保持不变。特别是，因为很难使悬挂件、致动器和磁头滑动器保持准确平行，所以磁头的特性降低。
为了解决上述问题，本申请发明人已经提出一种结构的致动器，在这种致动器中，磁头滑动器夹在一对活动臂之间的空间中，该活动臂可以响应加在上面的驱动信号而发生位移。在提出本申请时，这种结构还不是众所周知的。
图1是平面图，示意示出这种已提出的致动器结构。
如图所示，致动器10具有大体U形的平面形状，由固定于悬挂件的底座11和垂直从该底座11两侧端部伸出的一对活动臂12和13。
在该活动臂12和13的顶端部分上分别形成固定于磁头滑动器14侧表面的滑动器固定部分15和16。这些滑动器固定部分15和16向内突出，即向磁头滑动器14突出，使得只有这些部分15和16固定在磁头滑动器14的侧表面上，而且在活动臂12和13的其余部分与磁头滑动器14的侧表面之间形成空气间隙。
该活动臂12和13由臂部件12a和13a以及分别形成在该臂部件12a和13a侧表面上的压电元件12b和13b构成。采用烧结的弹性陶瓷例如ZrO2整体形成致动器的底座11和臂部件12a与13a。
按照这种结构的致动器，即使装上致动器，在磁头滑动器附近的HGA的厚度也不会增加。另外，因为致动器和磁头滑动器14不重叠形成悬臂结构，所以可以提高抗振性。因为磁头滑动器14夹在活动臂12和13之间，所以即使磁头滑动器14的尺寸变化，也可以向滑动器提供恒定的冲程。
然而按照这种致动器，因为采用相同烧结陶瓷例如ZrO2形成的滑动器固定部分15和16从活动臂12和13的表面上向内突出，所以由冲击力产生的应力集中在突出部底部的棱角15a和16a上，这样，便使得这些棱角容易受到破坏。因此，很难大大提高致动器的抗振性。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种具有准确定位致动器的磁头元件的HGA和提供一种具有这种HGA的磁盘驱动装置，由此可以大大提高抗振性。
本发明的另一目的是提供一种具有准确定位致动器的磁头元件的HGA和提供一种具有这种HGA的磁盘驱动装置，由此可以大大提高HGA的质量。
为此，本发明提供了一种磁头万向架组件，包括具有至少一个磁头元件的磁头滑动器、支承件和准确定位致动器，该致动器固定于上述磁头滑动器的侧表面，用于准确定位上述至少一个磁头元件，上述支承件固定到上述致动器的底座，以便支承该致动器，上述致动器包括一对活动臂，该活动臂可以响应加在上述致动器上的驱动信号而发生位移，该致动器用于将上述磁头滑动器夹在上述活动臂之间的空间中，上述活动臂中的各个臂包括臂部件和形成在上述臂部件侧表面上的压电元件，该臂部件由烧结的弹性陶瓷形成，从其根部到其顶端部具有基本上相同的横截面形状，在上述臂部件底端部之间的间距大于上述臂部件顶端部之间的间距。
虽然活动臂的臂部件用烧结的陶瓷形成，但是各个臂部件从其根部到其顶端部具有基本上相同的横截面形状，换言之，各个臂部件为扁平形状，没有厚度差别。因此，当冲击力作用在致动器上时，应力不会集中在臂部件的特定部分上，因而可以显著提高致动器的抗振性。特别是，按照本发明，臂部件底端之间的间隔大于臂部件顶端之间的间隔。因此，在臂部件和磁头滑动器的侧表面之间除开臂部件和磁头滑动器的粘接区域外存在空气间隙，因而使得致动器的运动更为自由。
另外，因为致动器固定磁头滑动器，将滑动器夹在一对活动臂之间的空间中，所以HGA在磁头滑动器附近的厚度，即使装上致动器也不会增加。因此，不会因为装上致动器而使磁盘驱动装置的尺寸发生任何变化。另外，因为磁头滑动器夹在活动臂之间，所以实际上将位移运动传送给滑动器的臂部件的顶端部分总是定位在滑动器的顶端部。因此，即使磁头滑动器的尺寸改变也可以使滑动器的冲程稳定，因而在准确定位操作时，磁头总可以得到充分大的冲程。
该致动器最好还包括固定于支承件的底座。该活动臂基本上垂直地从该底座伸出。
该底座最好还是用烧结的弹性陶瓷例如ZrO2形成。
该致动器最好具有大体U形的平面形状。
该至少一个磁头元件最好是至少一个薄膜磁头元件。
按照本发明，磁盘致动器包括至少一个上述HGA。
下面详细说明如附图所示的本发明的优选实施例，由此可以明显看出本发明的其它目的和优点。
附图说明
图1已在上面说明，是平面图，示出本发明人在提出本申请之前提出的致动器结构；
图2是斜视图，示意示出本发明优选实施例磁盘驱动装置的主要组成部分；
图3是斜视图，示出图2所示实施例中HGA的整个结构；
图4是斜视图，示出图2所示实施例中HGA的顶端部分；
图5是斜视图，示出图2实施例中HGA的顶端部分，其观看方向与图4方向不同；
图6是平面图，示出图2实施例中致动器的结构；
图7是横截面图，示出图6所示致动器的压电元件部分的结构；
图8示出在致动器各个臂部件突出部底部的应力对突出部向内突出长度的模拟特性曲线；
图9示出在致动器各个臂部件突出部底部的应力对突出部向内突出长度的模拟特性曲线。
具体实施方式
图2示出本发明优选实施例磁盘单元的主要组成部分，图3示出在此实施例中HGA的整个结构，而图4和5示出此实施例中HGA的顶端部分，这些图从彼此不同的方向看去。
在图2中，参考编号20表示围绕轴线21转动的许多硬磁盘，22表示用于将各个磁头元件定位在各个磁盘磁道上的组合托架装置。该组合托架装置22主要由托架24和主致动器25构成，前者可以绕轴线23转动，后者例如为驱动该托架24转动的VCM。
位于沿轴线23重叠放置许多驱动臂26的一个端部的底部分连接于托架24，在各个臂26另一端部的顶部分上装有一个或者两个HGA27。各个HGA27具有装在其顶端部分的滑动器，使得滑动器对着各个磁盘20的一个表面(记录和读出表面)。
如图3～5所示，将准确定位磁头元件的精密跟踪致动器32固定在悬挂件30的顶端部分，由此组装HGA。该致动器32固定具有薄膜磁头元件的磁头滑动器31的侧表面，使得滑动器31夹在其活动臂之间的空间中。
图2所示的主致动器或者行程致动器VCM25用于转动其上固定这种HGA27的驱动臂26，从而使整个运动组件运动。致动器32的作用是精细定位HGA，这种定位不能由主致动器25或者行程致动器调节。
如图3～5所示，悬挂件30基本上由第一和第二负载梁33和34、连接于该第一和第二负载梁33和34二者的弹性铰接件35、固定在第二驱动臂34和铰接件35上的弹性挠性件36以及形成在第一负载梁33连接部分33a上的圆形底板37形成。
该挠性件36具有在其一个端部分形成的弹性舌形部36a，该舌形部通过形成在第二负载梁34上的凹痕(未示出)凹下去。致动器32的基座部分32a通过例如聚酰亚胺作的绝缘层36b固定在该舌形部36a上。该挠性件36具有弹性，以便利用该舌形部36a通过致动器32弹性支承磁头支承件31。在此实施例中，该挠性件36用不锈钢板(例如SUS304TA)制作，其厚度约为20微米。该挠性件36在许多点用点焊接固定于第二负载梁34和铰接件35。
该铰接件35具有弹性，以便在操作中通过致动器32向第二负载梁34施加将磁头滑动器31压向磁盘表面的力。该铰接件35在此实施例中用厚度约为40微米的不锈钢板制作。
在此实施例中，第一负载梁33用厚度约为100微米的不锈钢板制作，该负载梁支承整个铰接件35的表面。在许多点用点焊接将第一负载梁33焊接在铰接件35上。在此实施例中，第二负载梁34也用厚度约为100微米的不锈钢板制作，并在其后端部分固定于该铰接件35。也在许多点用点焊接将第二负载梁34固定于铰接件35。在第二负载梁34的顶端形成升降片34a，以便在不工作时，使HGA与磁盘表面分开。
连接于图2所示驱动臂26的底板37，在此实施例中，用厚度约为150微米的不锈钢板或者铁板制作。该底板37用焊接方法焊接于第一负载梁33的固定部分33a。
在挠性件36上形成或者配置软导线部件38，该部件包括由多个薄膜层图案构成的许多细导线。该导线部件38用已知方法形成，这种方法类似于在薄金属板上形成印刷电路板例如软印刷电路板(FPC)图案的方法。例如导线部件38由以下方法形成在挠性件36上，即顺序沉积由树脂例如聚酰亚胺构成的第一绝缘材料，沉积厚度约为5微米，然后图案式沉积铜层(细导线层)，沉积厚度约为4微米，然后沉积由树脂例如聚酰亚胺构成的第二绝缘层，沉积厚度约为5微米。在形成用于连接致动器、磁头元件和外部电路的连接垫区域内，在铜层上沉积金层，而在金层上不再形成第二绝缘材料层。
在此实施例中，导线部件38由第一导线部件38a和第二导线部件38b构成，前者在一个侧具有连接于磁头元件的两根细导线，因此，在两侧总共有四个细导线，而后者在一侧具有连接于致动器32的细导线，因此在两侧共有两根细导线。
第一导线部件38a细导线的一端电连接于磁头元件连接垫39，该连接垫形成在挠性件36的单独分开的自由活动部分36c上。该连接垫39用金焊接法、导线焊接法或跳焊法球焊在磁头滑动器31的端电极31a上。第一导线部件38a细导线的另一端电连接于外电路连接垫40，该连接垫用于连接外部电路。
第二导线部件38b的细导线的一端电连接于致动器连接垫34，该连接垫形成在挠性件36舌形部36a的绝缘层36b上。该连接垫41分别连接于在致动器32底座32a上形成的A信道端子和B信道端子32b和32c。第二导线部件38b的细导线的另一端电连接于外部电路连接垫40。
本发明HGA的结构不限于上述结构。另外，虽然未示出，但是磁头驱动集成电路片可以装在悬挂件30的中部。
图6示出图2实施例中致动器32的结构，而图7示出致动器32的压电元件部分的结构。
从图6可以看出，致动器32具有大体U形平面形状，由固定在悬挂件上的底座60(32a)和一对活动臂61与62构成，该对活动臂从底座60的两个侧端部垂直伸出。该活动臂61和62分别由臂部件61a和62a以及分别形成在该臂部件61a和62a侧表面上的压电元件61b和62b构成。
致动器62的基座60和臂部件61a和62a由烧结的弹性陶瓷例如ZrO2形成整体。因为致动器的主要部分由弯曲强度大的烧结的弹性陶瓷例如ZrO2形成，所以可以增强致动器自身的抗振性。
在此实施例中，重要的是，各个臂部件61a和62a的形状是扁平的，从其连接于底座60的根部到其顶端部没有厚度差别，所以具有基本上相同的横截面，而且在臂部件61a和62a的底端部之间的间距b大于臂部件61a和62a顶端部之间的间距a。
磁头滑动器31夹在这些扁平臂部件61a和62a的顶端部分之间，并用粘接剂63固定于该扁平的臂部件。如上所述，在臂部件61a和62a的底端部之间的间距b其值确定为大于臂部件61a和62a顶端部之间的间距a(b＞a)。因为臂部件61a和62a为扁平形状，而且b＞a，所以当安装磁头滑动器31时，需要使臂部件61a和62a发生形变，使得它们之间的间隔在其顶端部变小。因此，只有臂部件61a和62a的顶端部分粘接在磁头滑动器31的侧表面上，在臂部件61a和62a的其余部分与磁头滑动器31的侧表面之间存在空气间隙。结果，在操作期间，除开粘接区域63而外，活动臂61和62不会接触磁头滑动器31而限制致动器32的运动。
致动器32的厚度其值确定为等于或者小于被夹住的磁头滑动器的厚度，使得不会因为装上致动器而增加HGA的总厚度。相反，将致动器32的厚度增加到被夹住的磁头滑动器的厚度可以增加致动器本身的强度，而不增加HGA的总厚度。
如图7所示，压电元件61b和62b具有由压电材料层70、信号电极层71和接地(公用)电极层72交替重叠的多层结构。将电压加在信号电极层71和接地(公用)层72上时，该电极材料层70将膨胀和收缩。在压电材料层70由通过反压电效应或者电致伸缩效应引起膨胀和收缩的材料构成。该信号电极层71电连接于A信道端子32b或者B信道端子32c，而接地(公用)电极层72电连接于接地(公用)端子32d或者32e，如图4和5所示。
在压电材料层70由压电材料例如PZT[Pb(Zr，Ti)O3]形成的情况下，该压电材料层一般将被极化，从而提高其位移性能。极化方向是压电材料层70的层合方向。当电压加在电极层上，而产生的电场方向与极化方向相同时，在电极层之间的压电材料层将在其层合方向(纵向压电效应)膨胀，而在其平面内方向将发生收缩(横向压电效应)。与此相反，当产生的电场方向与极化方向相反时，则电极层之间的压电材料层将在其层合方向发生收缩(纵向压电效应)，而在其平面内方向发生膨胀(横向压电效应)。
如果将引起收缩或者膨胀极性的电压加在压电元件61b或者62b上时，该压电元件将响应所加的电压极性，发生收缩或者膨胀，因而活动臂61或62将沿S形发生弯曲，造成活动臂61或者62的顶端部分横向线性位移。因而固定在致动器32上的磁头滑动器31也将发生横向线性位移。因为滑动器只进行线性位移，即进行线性运动，而不发生摆动或者转动，所以可望更准确地定位磁头元件。
可以将引起相反运动的电压分别同时加在压电元件61b和62b上。换言之，可以将交流电压同时加在压电元件61b和62b上，使得一个压电元件发生膨胀，而另一个压电元件发生收缩，反之亦然。在没有电压加在压电元件上时，活动臂的位置是居中的。在这种情况下，活动臂的冲程是相同电压交错加在压电元件61b和62b上时冲程的两倍。然而其中一个压电元件膨胀，因此驱动电压的方向与压电材料层的极化方向相反。因此，如果所加的电压很高，或者连续地加上电压，则可能发生压电材料层的极化衰减。因此，需要将与极化方向相同方向的恒定直流偏压额外加在交流电压上，以形成驱动电压，使得驱动电压的方向决不相反于压电材料层的极化方向。当只有偏压加在压电元件上时，该活动臂的振动是居中的。
在此说明中，压电材料是尤其反压电效应或者电致伸缩效应引起膨胀或收缩的材料。可以采用任何可以可用于致动器压电元件的压电材料。然而为了更为结实，最好采用陶瓷压电材料例如PZT[Pb(Zr，Ti)O3]、PT(PbTiO3)、PLZT((Pb，La)(Zr，Ti)O3)或者钛酸钡(BaTiO3)。
如上所述，因为在此实施例中的致动器32具有活动臂61和62的臂部件61a和62a，该臂部件是扁平的，没有厚度差别，所以当冲击力作用在HGA上时，应力不会集中在臂部件的特定部分上。因此，可以显著改进致动器以及HGA的抗振性。
图8示出，在1G的冲击力作用在图1所示的致动器上，即不被驱动时，在致动器各个臂部件顶端部分形成的突出部底部产生的应力相对于突出部的各种向内突出长度，或者相对于突出部伸向磁头滑动器的各种长度的模拟特性曲线，图9示出，在图1所示致动器由驱动电压驱动时，在致动器各个臂部件顶端部分形成的突出部底部上产生的应力相对于突出部各种向内伸出长度的模拟特性曲线。
从这些图中可以明显看出，在臂部件顶端部形成的突出部底部产生的应力是最小的，因此，如果突出部的突出长度为零，换言之，如果臂部件的形状是扁平的，没有厚度差别，则臂部件几乎不会受到破坏。
另外，因为在此实施例中，致动器32固定磁头滑动器31的侧表面，使得滑动器31夹在活动臂61和62之间的空间中，所以即使装上致动器32，也不会增加磁头滑动器附近的HGA厚度。因而不会因为装上致动器而改变磁盘驱动装置的尺寸。另外，因为致动器32和磁头滑动器31不重叠形成悬臂结构，所以进一步提高了抗振性。而且，因为磁头滑动器被夹在活动臂61和62之间，所以实际上将位移运动传送给滑动器31的活动臂61和62的顶端部分总是定位在滑动器31的顶端部分。因此，即使磁头滑动器31的尺寸改变，也可以向滑动器提供恒定的冲程，因而准确定位操作时，磁头总是可以获得足够的冲程。
在上述实施例中，说明了薄膜磁头元件的准确定位致动器和具有这种致动器的HGA。然而可以明显看出，本发明除适用于这种薄膜磁头元件的致动器而外，还适用于光盘头元件的准确定位致动器，并适用于具有这种致动器的HGA。
可以形成很多本发明的很不相同的实施例，而不超出本发明的精神和范围。应当明白，本发明不限于在本说明中说明的特定实施例，除非是所附权利要求书确定的。
Claims (12)
1.一种磁头万向架组件，包括具有至少一个磁头元件的磁头滑动器、支承件和准确定位致动器，该致动器固定于上述磁头滑动器的侧表面，用于准确定位上述至少一个磁头元件，上述支承件固定到上述致动器的底座，以便支承该致动器，上述致动器包括一对活动臂，该活动臂可以响应加在上述致动器上的驱动信号而发生位移，该致动器用于将上述磁头滑动器夹在上述活动臂之间的空间中，上述活动臂中的各个臂包括臂部件和形成在上述臂部件侧表面上的压电元件，该臂部件由烧结的弹性陶瓷形成，从其根部到其顶端部具有基本上相同的横截面形状，在上述臂部件底端部之间的间距大于上述臂部件顶端部之间的间距。
2.如权利要求1所述的磁头万向架组件，其特征在于，上述致动器还包括固定于上述支承件的底座，上述活动臂基本上垂直地从上述底座伸出。
3.如权利要求2所述的磁头万向架组件，其特征在于，上述底座由烧结的弹性陶瓷形成。
4.如权利要求3所述的磁头万向架组件，其特征在于，上述烧结的弹性陶瓷是ZrO2。
5.如权利要求1所述的磁头万向架组件，其特征在于，上述致动器具有大体U形的平面形状。
6.如权利要求1所述的磁头万向架组件，其特征在于，上述至少一个磁头元件是至少一个薄膜磁头元件。
7.一种磁盘驱动装置，该装置具有至少一个磁头万向架组件，该组件包括具有至少一个磁头元件的磁头滑动器、支承件和准确定位致动器，该致动器固定于上述磁头滑动器的侧表面，用于准确定位上述至少一个磁头元件，上述支承件固定到上述致动器的底座，以便支承该致动器，上述致动器包括一对活动臂，该活动臂可以响应加在上述致动器上的驱动信号而产生位移，该致动器用于将上述磁头滑动器夹在上述活动臂之间的空间中，上述活动臂中各个臂包括臂部件和形成在上述臂部件侧表面上的压电元件，该臂部件由烧结的弹性陶瓷构成，从其根部到其顶端部具有基本上相同的横截面形状，在上述臂部件底端部之间间距大于上述臂部件顶端部之间的间距。
8.如权利要求7所述的磁盘致动器，其特征在于，上述致动器还包括固定于上述支承件的底座，上述活动臂基本上垂直地从上述底座伸出。
9.如权利要求8所述的磁盘致动器，其特征在于，上述底座由烧结的弹性陶瓷形成。
10.如权利要求9所述的磁盘致动器，其特征在于，上述烧结的陶瓷是ZrO2。
11.如权利要求7所述的磁盘致动器，其特征在于，上述致动器具有大体U形的平面形状。
12.如权利要求7所述的磁盘致动器，其特征在于，上述至少一个磁头元件是至少一个薄膜磁头元件。
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