CN1327440C

CN1327440C - 微致动器

Info

Publication number: CN1327440C
Application number: CNB001288873A
Authority: CN
Inventors: 金石中; 李容勋
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: TW501103B; KR100580242B1; JP3739268B2; US6600634B1; JP2001143415A; CN1303096A; JP2005073496A; KR20010038044A

Abstract

一种微致动器，其中的滑块由沿着寻道方向枢转的致动臂支撑，并具有一面向记录介质的容纳部。在容纳部中的第一、二磁芯沿磁力方向面对并间隔预定距离，并在磁力方向上二者的中心线错开。环绕第一磁芯的第一磁线圈，其轴线竖直延伸，当通入电流时在垂直于记录介质表面的方向上产生磁力。片簧沿寻道方向弹性地将第一磁芯连接到容纳部内侧。当第一磁线圈通入电流时，磁芯之间产生的磁力使得第一磁芯沿寻道方向移动。

Description

微致动器

本发明涉及一种在记录介质上读写信息时用于支撑和精密驱动读写头器件的微致动器。

通常如硬盘驱动器(HDD)一类磁盘驱动器包括一读写头悬承装置，用于支撑读写头在磁盘磁道上读写信息，磁盘可旋转地安装在一个罩中。

读写头悬承装置包括：一根横梁，即悬承，它由音圈电机(VCM)转动的致动臂的一端支撑；一个万向节，连接在悬承的一端；一个由万向节支撑并安装着读写头的滑块。悬承由音圈电机驱动与致动臂一起旋转。悬承转动时将滑块送到磁盘上某个预定位置。这里，由滑块支撑并与滑块一起被传送的读写头必须定位到磁盘上众多磁道中需要读写信息的预定磁道。读写头寻道对读写信息的可靠性非常重要。

近来由于小型盘驱动器的存储容量不断增加的趋势，磁盘的磁道密度(TPI)也相应增加。然而，随着磁道密度和磁盘转速的增加，读写头的精确定位越来越困难。为攻克这一难题，就需要一个具有额外的精确寻道电机或微致动器的读写头悬承装置。

图1所示为美国专利5,857,347的读写头悬承装置。这一读写头悬承装置，如图所示，包括一根连接在致动臂(未显示)一端的横梁10、与横梁10一端相连的万向节17、一个微致动器20，及连接部30。

横梁10的水平部分15形成于端部11与中端部13之间。万向节17支撑一个带有读写头(未显示)的滑块(未显示)。微致动器20包括连贯地安装在横梁10上表面的第一线圈单元21和第二线圈23单元。连接部30有弹性地连接端部11与中端部13。

上述结构中，当电流通入第一线圈单元21和第二线圈单元23的线圈22和24时，线圈单元21与23之间的电磁力产生了竖直方向的排拆力。这样，由于线圈单元21和23受到竖直排斥力而上下移动，连接部30的竖轨部31和33就在水平方向受力。结果，端部11就以中端部13为轴沿水平方向即磁力方向旋转，由此，读写头与滑块一起在寻道方向上的移动被精密调节。

不过，常规的上述微致动器需要许多零部件，结构复杂。因此，实际应用比较困难而且生产成本昂贵。另外，虽然需要强大的驱动力驱动包括滑块的横梁，在将线圈单元之间产生的竖直排斥力的转化成水平力的过程中损失了大量能量。

为克服上述缺陷，本发明旨在提供一个结构有所改善的微致动器，其结构被简化，消耗较少电能就可以获得很大的力。

为达到上述目的，本发明提供的微致动器包括：一个滑块，由沿跨过记录介质磁道的寻道方向枢转的致动臂支撑，该滑块能够在记录介质上方滑动并有一个面向记录介质的容纳部；一个能够在容纳部中移动的第一磁芯，用于支持读写头；一个面向第一磁芯并与其间隔适当距离的第二磁芯，其安装在容纳部中，使得第二磁芯沿磁力方向的中心线偏离第一磁芯的中心线，其中磁化方向垂直于寻道方向，并且相对于记录介质的表面来说是水平的；第一磁线圈，环绕第一磁芯使得第一磁芯的轴线沿竖直方向延伸，当电流通入时产生的磁力与记录介质表面垂直；还有一个片簧，沿寻道方向弹性地将第一磁芯连接到容纳部内侧，其中，当第一磁线圈通入电流时，在磁芯之间产生的磁力作用下，驱动第一磁芯沿寻道方向移动。

本发明的优选方案之一是，微致动器还包括环绕第二磁芯的第二磁线圈，当电流通入时，沿磁力方向产生磁力。

本发明的优选方案之二是，片簧与滑块由硅材料整体形成。

本发明的优选方案之三是，片簧包括与寻道方向平行的第一扁平部分和从第一扁平部分垂直延伸并与磁力方向平行的第二扁平部分，其中，第一扁平部分与第二扁平部分沿寻道方向连续交替地形成。

本发明的优选方案之四是，片簧沿寻道方向连续交替地弯折形成，在磁力方向比在寻道方向有更大的刚度系数值。

本发明的优选方案之五是，第一磁芯包括板状的第一磁性部和第二磁性部组成，第一磁性部的一侧垂直于竖直方向，第二磁性部由第一磁性部垂直弯折伸展，使得第二磁性部的一侧垂直于寻道方向，其中，第一磁性部与第二磁性部沿寻道方向连续交替地形成。

本发明的优选方案之六是，第一磁线圈沿寻道方向来回反复交织环绕在第二磁性部。

根据本发明的另一方面，提供的微致动器包括：滑块，由沿着跨过记录介质磁道的寻道方向枢转的致动臂支撑，该滑块能够在记录介质上方滑动，有一个面向记录介质的容纳部；第一磁芯，能够在容纳部中移动，用以支撑读写头；一对第二磁芯，沿磁力方向面对第一磁芯并与之间隔预定距离，所述磁力方向与寻道方向垂直并相对于记录介质表面为水平方向，这对第二磁芯安装在容纳部中，使得磁力方向上各自的中心线位于第一磁芯中心线的两侧；第一磁线圈，在竖直方向上环绕第一磁芯，当接通电流时产生的磁力方向与记录介质表面垂直；第二磁线圈，在竖直方向环绕每个第二磁芯，当接通电流时产生竖直方向的磁力；片簧，沿寻道方向弹性地将第一磁芯连接到容纳部内侧，其中，当电流通入第一磁线圈并选择性地将电流通入一对第二磁线圈之一时，磁芯之间产生的电磁力驱动第一磁芯沿寻道方向前后移动。

此外，本发明一个优选方案是，片簧沿寻道方向连续交替地弯折形成，其寻道方向上刚度系数值比在磁力方向大。

通过参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点会更加明显：

图1为装有传统微型执行器的读写头悬承装置的透视图；

图2为根据本发明第一优选实施例的微致动器的透视图；

图3为图2所示微致动器的平面图；

图4为图2所示一部分片簧的透视图；

图5为第一磁芯从图3所示起始位置开始移动的状态平面图；

图6为根据本发明第二优选实施例的微致动器的透视图；

图7为根据本发明第三优选实施例的微致动器的透视图；

图8为第一磁线圈环绕图7所示第一磁芯的状态的透视图；

图9为根据本发明第四优选实施例的微致动器的透视图；

图10为图9所示微致动器的平面图；

图11为第一磁芯沿着寻道方向从图10所示起始位置开始移动的状态的平面图。

参见图2，根据本发明第一优选实施例的微致动器包括：滑块40，能够沿着跨过记录介质磁盘D的磁道的寻道方向x移动；置于滑块40容纳部41中的第一磁芯43和第二磁芯45；环绕第一磁芯43的第一磁线圈47；连接第一磁芯43与滑块40的片簧49。

滑块40安装在预定的致动臂(未显示)上。当致动臂在预定的音圈电机(未显示)作用下在磁盘D上沿寻道方向x枢转时，滑块40在磁盘D上沿寻道方向x滑动。滑块40的容纳部41通过面向磁盘D表面穿透滑块40形成。滑块40采用硅加工工艺制成，包括在硅材料上沉积和蚀刻处理。

第一磁芯43可以在容纳部41中移动。此外，第一磁芯43支撑着一个位于其下部面向磁盘D的读写头(未显示)在磁盘D上读写信息。此处，读写头可以是硬盘驱动器(未显示)常用的磁头或者光学头。另外，第一磁线圈47环绕第一磁芯43的外侧。第一磁线圈47环绕第一磁芯43，使其轴线沿相对于磁盘D的竖直方向z延伸。因此，当第一磁线圈47接通电流时，就在磁芯43上产生竖直方向z的磁力。

第二磁芯45安装在容纳部41中。而且，第二磁芯45面对第一磁芯43，并沿着垂直于寻道方向x的磁力方向y离开预定距离，第二磁芯45安装成使其相对于磁力方向y的中心线与第一磁芯43的中心线C1偏离。此处第一磁芯43和第二磁芯45通常都是金属制成。磁芯43和45都是在滑块40的生产过程中采用诸如沉积和蚀刻工艺制成。

片簧49在容纳部41中沿寻道方向x弹性地支撑第一磁芯43。片簧49有一对，每一个都沿寻道方向x连接在第一磁芯43侧面和连接容纳部41的内侧之间。而且，片簧49在磁力方向y和竖直方向z的刚度系数值比在寻道方向x上的大。相应地，如图4所示，片簧49的截面为矩形并沿寻道方向x连续交替地弯折。具体说就是，片簧49具有与寻道方向x平行的第一扁平部分49a和从第一扁平部分49a垂直弯折延伸并与磁力方向y平行的第二扁平部分49b。扁平部分49a和49b沿寻道方向x连续交替相连接。片簧49由硅材料制成。因此，在制作滑块40时应用沉积和蚀刻工艺可以将片簧49与滑块40整体制成。此外，片簧49可用硅融合(silicon combining)方法在高温下连接到第一磁芯43的侧面。采用生产滑块40的沉积和蚀刻工艺，片簧49也能很容易形成。由于片簧49的上述结构特点，第一磁芯43只在寻道方向x上移动，而在磁力方向y或竖直方向z则几乎没有移动。

如图3所示，具有上述结构的根据本发明第一优选实施例的微致动器，在运行时，起始状态下磁芯43的中心线C1与磁芯45的中心线C2相互错开，当电流通入第一磁线圈47时，第一磁芯43随即变成电磁体，并在其附近产生磁力。第一磁芯43在磁力作用下被吸向金属制成的第二磁芯45。这样，第一磁芯43运动时，沿寻道方向x压缩或拉伸片簧49。如图5所示，当第一磁芯43移动时，磁芯43和45的中心线C1和C2几乎对齐。此外，根据第一磁线圈47中通过电流的大小，中心线C1和C2相互对齐或相互靠近，而第一磁芯43的移动速度由第一磁线圈47中通入的电流大小控制。

当中心线C1和C2处于对齐状态时，如果第一磁线圈47的电流强度逐渐减弱或突然中断，第二磁芯45产生的磁力就相应减弱或消失。当磁力消失时，第一磁芯43由于片簧49的弹性回复力而恢复到起始位置。第一磁芯43产生的移动不依赖于支撑滑块40的致动臂的移动。这样，通过控制第一磁线圈47上的电流通断或电流强度就可以相对于滑块40在寻道方向x上精细移动第一磁芯43。因此就有可能实现第一磁芯43支撑的读写头的精确定位控制。当读写头器件可被更加精确地控制时，就有可能增加硬盘驱动器的密度或者实现近场记录驱动器(NFRD)。

图6为根据本发明第二优选实施例的微致动器，图中与图2所示功能相同的部件标注了相同的附图标记。

如图6所示，根据本发明第二优选实施例的微致动器，它除了上述第一优选实施例的结构外，还包括第二磁线圈48。第二磁线圈48缠绕在第二磁芯45上，与第一磁线圈47相似，其轴线沿竖直方向z延伸。另外，第二磁线圈48可以在制作滑块40的过程中采用沉积和蚀刻工艺设置在第二磁芯45外侧。当第二磁线圈48接通电流时，产生竖直方向z的磁力。这样，通过开始时只给第一磁线圈47或第二磁线圈48接通电流就可以移动第一线圈47。然后，通过给每个磁线圈47和48通入相反方向的电流，就可以移动第一磁芯43。在这种情况下，磁芯43和45产生的N极和S极彼此相对。

图7为根据本发明第三优选实施例的微致动器，图中与图2所示功能相同的部件标注了相同的附图标记。

如图7所示，根据本发明第三优选实施例的微致动器的特点是，对应第二磁芯45安装的第一磁芯44包括第一磁性部44a和第二磁性部44b。第一磁性部44a设置成使其一侧与竖直方向z相垂直，第二磁性部44b设置成使其一侧与寻道方向x垂直。这样，第二磁性部44b沿竖直方向z从第一磁性部44a垂直延伸出来。即，第一磁芯44有着这样的结构，第一磁性部44a与第二磁性部44b连续交替地相连。对安装在第一磁芯44上的第一磁线圈47′进行缠绕使其连续通过第二磁性部44b。如图8所示，第一磁线圈47′沿寻道方向x来回反复交织缠绕第二磁性部44b。因此，环绕第二磁性部44b的第一磁线圈47′具有三维构造并与竖直方向z同轴。由于第一磁芯44和第一磁线圈47′按三维结构进行安装，当电流通入第一磁线圈47′时，围绕第一磁芯44产生的磁力就比现有技术大。因此，与现有技术相比，它利用较低的电能就能产生较强的磁力。此外，围绕执行器产生的电磁场效应可进一步减弱。

图9为根据本发明第四优选实施例的微致动器，图中与图2所示功能相同的部件标注了相同的附图标记。

如图9所示，滑块40的容纳部41中对应第一磁芯安装了一对第二磁芯51和53。第二磁芯51和53的位置是，它们彼此分离并沿磁力方向y与第一磁芯43分开预定距离。而且，如图10所示，第二磁芯51和53安装成使其在磁力方向y上的中心线C3和C4位于第一磁芯43的中心线C1的两侧。即，第二磁芯51和53安装在同样的高度并彼此间隔预定距离。此外，第二磁线圈55和57分别缠绕第二磁芯51和53，第二磁线圈55和57缠绕第二磁芯51和53，其轴线沿着竖直方向z延伸，当电流通入时沿竖直方向z产生磁力。

具有上述结构特点的微致动器在运行时，首先，当电流通入第二磁线圈55时，在第二磁芯51产生磁力。产生这个磁力后，第一磁芯43被吸向产生磁力的第二磁芯51，并沿寻道方向x移动，参见图10的虚线。

在上述状态下，当通入第二磁线圈55的电流被切断而给另外的第二磁线圈57通电时，就在缠绕着第二磁线圈57的第二磁芯53附近产生磁力。于是，受第二磁芯53周围产生的磁力作用，第一磁芯43反向移动，参见图11。因此，由于第一磁芯43受磁力以及片簧49的弹性回复力驱动，就能够实现精确而迅速的控制。

如上所述，通过选择性地向第二磁线圈55和57通电，可以随意控制第一磁芯43的移动方向。另外，电流不仅可以通入第二磁线圈55和57，还可以通入第一磁线圈47。这时，通过增加第一磁芯43与第二磁芯51和53之间的磁力，就可以获得强大的驱动力。就是说，当给每个第二磁线圈55和57通入相反方向的电流时，第二磁芯51和53就产生彼此方向相反的磁力。在这种情况下，通过有选择地控制通入第一磁线圈47的电流方向，就可以方便而迅速地控制第一磁芯43的移动方向。

另外，在给第一磁线圈47通入电流的情况，如通过只向第二磁线圈55和57中的一个通电，而在第二磁芯51或53产生磁力，就可以驱动第一磁芯43。

综上所述，根据本发明各优选实施例的微致动器，具有简单的结构，因此很容易以小尺寸的形式进行生产。另外，与现有技术相比，由于利用较少的电能就能产生大的驱动力，因此降低了能耗。

另外，根据本发明的微致动器，可以使由于磁场的生成而在执行器周围的效应最低。而且，根据本发明的微致动器，还可以应用于静电驱动力极其受限的场所，比如，空气中有尘埃，需要更大的驱动范围，以及需要避免高驱动电压或缺乏高驱动电压的场所。

Claims

1.一种微致动器，其特征在于，包括：

滑块，由沿跨过记录介质磁道的寻道方向枢转的致动臂支撑，能够在记录介质上方滑动，并具有一面向记录介质的容纳部；

第一磁芯，设置成能在容纳部中移动，用以支撑读写头器件；

第二磁芯，安装在容纳部中，与第一磁芯相对并间隔预定距离，第二磁芯沿磁力方向上的中心线与第一磁芯的中心线错开，所述磁力方向垂直于寻道方向并相对于记录介质表面来说为水平的；

第一磁线圈，环绕第一磁芯，其轴线沿竖直方向延伸，当通入电流时，产生的磁力方向与记录介质表面垂直；还有

片簧，沿寻道方向弹性地将第一磁芯连接到容纳部内侧，

其中，当电流通入第一磁线圈时，第一磁芯在磁芯之间产生的磁力作用下沿寻道方向移动。

2.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，还包括一个第二磁线圈，环绕第二磁芯，当电流通入时沿寻道方向产生磁力。

3.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，片簧与滑块由硅材料整体形成。

4.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，片簧包括：

平行于寻道方向的第一扁平部分；和

从第一扁平部分垂直伸出并平行于磁力方向的第二扁平部分，

其中，各扁平部分沿寻道方向连续交替地形成。

5.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，片簧沿寻道方向连续交替地弯折形成，其刚度系数值在磁力方向上比寻道方向上大。

6.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，第一磁芯包括：

板状的第一磁性部，其一侧与竖直方向垂直；

第二磁性部，从第一磁性部弯折并垂直伸出，第二磁性部的一侧与寻道方向垂直，

其中，第一磁性部与第二磁性部沿寻道方向连续交替地形成。

7.如权利要求6所述的微致动器，其特征在于，第一磁线圈围绕第二磁性部沿寻道方向来回反复地交织，环绕在第二磁性部外侧。

8.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于，包括：

一对第二磁芯，安装在容纳部中，沿磁力方向面对第一磁芯并与其间隔预定距离，该磁力方向垂直于寻道方向，并相对于记录介质表面是水平的，各第二磁芯沿磁力方向的中心线位于第一磁芯的中心线的两侧；

第二磁线圈，在竖直方向上环绕两个第二磁芯，当通入电流时，产生竖直方向的磁力；

其中，当电流通入第一磁线圈并选择性地通入各第二线圈时，磁芯之间产生的电磁力使得第一磁芯沿寻道方向来回移动。

9.如权利要求8所述的微致动器，其特征在于，片簧沿寻道方向连续交替地弯折形成，其刚度系数值在寻道方向比在磁力方向的大。