CN1783223A - 致动器组件、硬盘驱动器及优化致动器臂开口形状的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硬盘驱动器的致动器组件。致动器臂包括由致动器臂的前端和枢轴之间形成的开口定义的四连杆结构。开口具有近似梯形形状，第一和第二扩展部分分别形成在邻近枢轴的开口的两个角，第三扩展部分形成在邻近开口的前端的两个角，铰链H1，H2，H3和H4由第一、第二和第三扩展部分形成在致动器臂上。如果对应于连杆H1－H2的位置矢量是W，在铰链H2处的读/写头的位置矢量是Z，矢量Z的角度是α，矢量W的角度是β，在主共振模式下读/写头的位移是δ，则确定开口形状的设计参数被优化，以满足下述四连杆结构的关系：W(cosβ－1)+Z(cosα－1)＝δx＝0，Wsinβ+Zsinα＝δy＝0。由于读/写头的位移在致动器组件的主共振模式下被最小化，则位置误差信号减少。

Description

致动器组件、硬盘驱动器及优化致动器臂开口形状的方法
                        技术领域
本发明涉及硬盘驱动器，更具体地讲，涉及具有优化的四连杆型致动器臂的致动器组件。
                        背景技术
硬盘驱动器是一种通过使用安装在磁头滑动件上的磁头从盘上读取数据或者将数据写在盘上的机构。当硬盘驱动器工作时，磁头滑动件从盘上浮起一定的距离。
图1是用于硬盘驱动器的传统的致动器组件。
参考图1，致动器组件10将用于读写数据的读/写头16移动到数据存储盘(未示出)之上期望的位置。致动器组件10包括可转动地结合到枢轴11上的致动器臂12，所述枢轴11安装到硬盘驱动器的底座构件(未示出)上。悬承14被固定到致动器臂12的前端，用于使在其上安装有头16的滑动件15向盘表面偏。致动器臂12在致动器臂12的中间部分形成有三角形开口，以便减轻其重量。音圈17被结合到致动器臂12的后端，磁体18面对音圈17放置。音圈17和磁体18组成用于转动致动器臂12的音圈电机。
因为磁体18引起的磁场和施加到音圈17上的电流相互作用，所以为了使致动器臂12在对应于弗莱明(Fleming)左手法则的方向上转动，音圈电机由伺服控制系统控制。更具体地，当硬盘驱动器启动，盘开始转动时，音圈电机在一个方向上转动致动器臂12，以将读/写头16移向盘的数据记录表面。在这一状态下，读/写头16在盘的数据记录表面上沿着期望的轨道前进，以读数据或写数据。相反，当硬盘驱动器关闭，盘停止转动时，音圈电机使致动器臂12反向转动，以移动读/写头16使其离开盘的数据记录表面。
近来，随着盘数据记录密度的增加，轨道的宽度变得越来越窄。因此，有必要增加读/写头的定位控制的精确性。由于盘的转动或者致动器臂的运动产生的振动以及由于对硬盘驱动器的外部冲击而产生的致动器臂的振动影响读/写头的定位控制的精确性。这样，位置误差信号增加，这导致数据读写的可靠性降低。因此，为了减少位置误差信号，有必要扩大用于读/写头的位置控制的带宽并减小致动器臂的振动。
致动器臂的主共振模式非常影响带宽的扩大。致动器臂的主共振模式意思是由致动器臂的弯曲变形而产生的振动模式，这种振动模式也被称为“蝶形模式”(butterfly mode)。因此，通过增加致动器臂的主共振模式的共振频率可以扩大带宽。到目前为止，为减轻其重量已经形成了具有开口的致动器臂。提高致动器臂的刚度能够在一定程度提高其振动频率。然而，由于致动器臂的轻重量和高刚度是彼此成反比的因素，因此难于充分地增加该共振频率。此外，致动器臂的轻重量和高刚度可使致动器组件的抗冲击性能恶化。因此，不常利用增加共振频率来扩大读/写头的位置控制的带宽。
同时，致动器臂的主共振模式是由致动器组件的工作引起的。更详细地，当一定的电源信号被输入到音圈以操纵致动器组件时，作为致动器组件输出的读/写头被移动。此时，随着读/写头的位移变大，位置误差信号也增加。因此，为了减少位置误差信号，有必要使读/写头的位移最小。
                        发明内容
本发明提供了一种致动器组件，其中具有四连杆结构的致动器臂的设计参数被优化，以使读/写头的位移最小化并由此减小位置误差信号。
本发明的另一个目的在于提供一种使用所述致动器组件的硬盘驱动器以及一种用于优化在致动器臂上形成的开口形状的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种用于硬盘驱动器的致动器臂组件，所述致动器组件包括：滑动件，在该滑动件上安装有读/写头；支撑滑动件的悬承；可转动地结合到枢轴上的致动器臂，其中，悬承被固定到所述致动器壁的前端；和旋转制动臂的音圈电机；其中，致动器臂包括由致动器臂的前端和枢轴之间形成的开口定义的四连杆结构，其中，开口具有近似梯形形状，在该开口中，第一圆形扩展部分和第二圆形扩展部分分别形成在邻近枢轴的开口两个角的位置，第三圆形扩展部分形成在邻近开口的前端的两个角的位置，铰链H1、H2、H3和H4由第一扩展部分、第二扩展部分和第三扩展部分形成在致动器臂上；如果对应于在开口一侧形成的连接铰链H1和H2的连杆H1-H2的位置矢量是W，在铰链H2处的所述读/写头的位置矢量是Z，矢量Z的角度是α，矢量W的角度是β，致动器组件的所述读/写头在主共振模式下的位移是δ，则确定开口的形状的设计参数被优化，以满足下述四连杆结构的关系：
W(cosβ-1)+Z(cosα-1)＝δx＝0
Wsinβ+Zsinα＝δy＝0。
位置矢量W和Z以及对应于所述位置矢量的所述角度β和α从下面由所述开口的设计参数中的一个常量和四个变量表示的关系中得到，其中四个变量包括：第一扩展部分和第二扩展部分的每个中心之间的距离a，第一扩展部分的中心和第三扩展部分的中心之间的垂直距离d，所述第一扩展部分和所述第二扩展部分的半径r1以及所述第三扩展部分的半径r2，常量是读/写头和第三扩展部分的中心之间的垂直距离f：
Z = r 2 2 + f 2
α＝tan-1(f/r2)
W = ( a / 2 + r 1 - r 2 ) 2 + d 2
β＝tan-1[d/(a/2+r1-r2)]
根据本发明的另一方面，提供一种硬盘驱动器，包括：底座构件和盖构件；安装在底座构件上的主轴电机；安装在主轴电机上用于存储数据的盘；用于将读/写头移向盘上期望的位置的带有上述结构的致动器组件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于优化硬盘驱动器中的致动器臂开口形状的方法，所述致动器臂是包括四连杆结构的致动器臂，该方法包括：在确定开口形状的设计参数中选择显著影响位置误差信号的设计参数；使用选择的设计参数导出位置矢量W和Z以及对应于所述位置矢量的角度β和α的关系；使用导出的关系和四连杆结构的关系得到所述设计参数的最优值。
设计参数选择操作可包括：使用2级设计的因子设计法(FD)来设计设计参数，并获得用于位置误差信号数据；通过偏差分析(ANOVA)基于位置误差信号的数据计算出表示每个设计参数的影响的P值；根据所述计算的P值选择影响大的设计参数。
因子设计法(FD)可以是1/8部分因子设计法(FFD)。
选择的设计参数可包括4个变量和一个常量，变量包括：第一扩展部分和第二扩展部分的每个中心之间的距离a、第一扩展部分的中心和第三扩展部分的中心之间的垂直距离d、第一扩展部分和第二扩展部分的半径r1、第三扩展部分的半径r2，常量是第三扩展部分的中心和读/写头之间的垂直距离f。
位置矢量W和Z以及对应于位置矢量的角度β和α可从一个常量和四个变量表示的上述关系中获得。
所述方法还包括通过使用设计参数的最优值作为初始值的统计方法进行二次优化所述设计参数。
该二次优化操作可包括：使用响应面分析法基于设计参数的初始值导出用于在主共振模式下的所述位置误差信号和第一弯曲固有振动频率的方程；当第一弯曲固有振动频率被设定在恒定级别时，通过使用响应优化器得到设计参数的最优值以使位置误差信号最小化。
在响应面分析法中使用了Box-Behnken三级设计。
                        附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特点及优点将变得更加清楚，其中：
图1是示出硬盘驱动器的传统的致动器组件的俯视图；
图2是示出包括根据本发明实施例的致动器组件的硬盘驱动器的分解透视图；
图3是示出图2中所示的根据本发明实施例的致动器组件的俯视图；
图4是示出在根据本发明实施例的致动器组件的致动器臂中使用的四连杆结构的视图；
图5是示出用于确定在图3中的致动器臂中形成的开口的形状的设计参数；
图6是对比示出图5中所示的设计参数和四连杆结构的视图；
图7A至图7D是示出根据在图3中的致动器臂中形成的开口的形状的在主共振模式下的读/写头的振幅的视图；
图8是示出用于优化设计参数的Minitab响应优化器(response optimizer)的视图；
图9是用于比较在主共振模式下根据本发明的致动器组件的读/写头的位移和传统的读/写头的位移的视图；
图10是根据本发明的致动器组件的波特(Bode)图和传统的致动器组件的波特图；
图11A和图11B是示出通过分析批量生产根据本发明的致动器组件的可能性而得到的结果的图表。
                        具体实施方式
以下，将参照附图更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以多种形式实现，不应该被解释为被限制到以下提出的实施例。提供这些实施例是为了使本发明的公开彻底、完整，并将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的标记指示相同的元件。
尽管本发明可以应用到在台式计算机中使用的3.5英寸直径的硬盘驱动器，但是本发明还可以应用到直径不是3.5英寸的硬盘驱动器。
图2是示出包括根据本发明实施例的致动器组件的硬盘驱动器的分解透视图。图3是示出图2中所示的根据本发明实施例的致动器组件的俯视图。
参考图2和图3，硬盘驱动器包括：底座构件111、盖构件112、作为数据存储介质的盘120、用于旋转盘120的主轴电机130和用于将读/写头146移向盘120上的期望位置的致动器臂140。
主轴电机130和致动器组件140安装在底座构件111上。盖构件112通过多个盖紧固螺钉119安装在底座构件111的上部，以此盖住并保护盘120、主轴电机130和致动器组件140。垫圈114介于基座构件111和盖构件112之间，以密封硬盘驱动器的内部。
数据存储盘120被结合到主轴电机130。在至少有两张盘120的情况下，在盘120之间设置盘隔离件150，以保持两者之间的间隔。盘夹具160通过夹具紧固螺钉162被结合到主轴电机130的上端，以稳固地将盘120牢固固定到主轴电机130上。
致动器组件140包括：致动器臂142、悬承144、在其上安装有读/写头146的滑动件145和音圈电机149。致动器臂142被可转动地结合到安装到底座构件111上的枢轴141上。悬承143被固定到致动器臂的前端，用于使其上安装有读/写头146的滑动件145向盘120的表面偏。音圈电机149提供驱动力以转动致动器臂142，所述音圈电机149包括结合到致动器臂142的后端的音圈147和面对音圈147的磁体148。
由于磁体148引起的磁场和施加到音圈147上的电流的相互作用，所以伺服控制系统控制音圈电机149，以沿对应于弗莱明左手法则的方向转动致动器臂142。详细地讲，当硬盘驱动器149开启，盘120开始转动时，音圈电机149沿着一个方向转动致动器臂142，以向盘120的数据记录表面移动读/写头146。在这种状态下，读/写头146沿着在盘120的数据记录表面上设置的期望的轨道读数据或写数据。相反地，当硬盘驱动器关闭，盘120停止转动时，音圈电机149沿相反的方向转动制动臂142，以移动读/写头将其从盘120的数据记录表面上离开。
在根据本发明的致动器组件140中，致动器臂142采用四连杆结构。为此，致动器臂142在致动器臂142的前端和枢轴141之间的位置形成期望形状的开口143。开口143具有近似梯形的形状，其宽度朝着致动器臂142的前端的方向逐渐变窄。在具有梯形形状的开口的角处形成圆形扩展部分1431、1432和1433。更详细地，第一扩展部分1431和第二扩展部分1432形成在开口143的两个角处，这两个角与枢轴141相邻。第三圆形扩展部分1433形成在开口143的另两个角处，这两个角与致动器臂142的前端相邻。
致动器臂142因开口143的上述形状而具有四连杆结构，这将在下文描述。
图4是示出在根据本发明实施例的致动器组件的致动器臂中使用的四连杆结构的视图。
参考图4的左侧，四连杆结构包括结合到4个铰链H1、H2、H3和H4的4个连杆H1-H2、H2-H3、H3-H4和H4-H1。一个连杆H4-H1实际上是基础。在图4中，W指示由连杆H1-H2和H3-H4确定的位置矢量，Z指示P点在铰链H2处的位置矢量，α指示矢量Z的角度，β指示矢量W的角度。
在该四连杆中，用下面的方程1表示P点的位移δ。
方程1
W(eiβ-1)+Z(eiα-1)＝δ
根据方程1，当α值和β值在一定范围内变化时，如图4的右侧所示，通过合适地调整各个连杆的长度P点的位移δ可变为0或者最小化。
再次参考图3，致动器臂142基于开口143可被分为左部分1421和右部分1422。左部分1421和右部分1422的两端都具有由第一扩展部分1431、第二扩展部分1432和第三扩展部分1433定义的窄的宽度，从而作为四连杆的铰链H1、H2、H3和H4。
图5是示出用于确定在图3中的致动器臂中形成的开口的形状的设计参数的视图，图6是对比地示出图5中所示的设计参数和四连杆结构的视图。
参考图5和图6，由于四连杆结构是通过在致动器臂142中形成的开口143获得的，因此有必要适当地确定开口143的形状的设计参数。
如图5和图6中所示，在设计参数中的变量是a、b、c、d、e、r1和r2。这里，a指示在开口143的端部朝向枢轴143形成的第一扩展部分1431和第二扩展部分1432的每个中心之间的距离，b指示开口143下基部的长度，c指示开口143上基部的长度。此外，d指示在开口143朝向枢轴141的方向的端部形成的第一扩展部分1431的中心与在开口143的前端形成的第三扩展部分1433的中心之间的垂直距离，e指示在开口143朝向枢轴141的方向的端部形成的第一扩展部分1431的中心与枢轴141的中心之间的垂直距离。此外，r1指示第一扩展部分1431和第二扩展部分1432的半径，r2指示在开口的前端形成的第三扩展部分1433的半径。
另一方面，设计参数f指示在开口143的前端形成的第三扩展部分1433的中心和用P点表示的读/写头146之间的垂直距离，设计参数1表示枢轴141的中心和读/写头146之间的垂直距离，这两个因素是取决于盘120的直径的常量。
然而，用全部7个变化的设计参数确定开口143的形状非常复杂。通过下面的方法验证了显著影响位置误差信号(PES)的设计参数。
为此，本发明采用通常使用的统计因子设计法。表1所列为考虑致动器臂142的整个尺寸而设定的七个设计参数中的每一个的最大值和最小值以及由发明者获得的实验值。
表1
  设计参数   a   b   c   d   e   r1   r2
  Min(-1)，mm   4.20   3.50   1.50   13.00   14.50   1.20   1.40
  Min(+1)，mm   5.10   4.50   2.50   14.50   16.00   1.80   1.70
如果组合7个2级设计参数，则情况的数目是27。这样就有太多的情况。因此，本发明采用1/8部分因子设计法(FFD)。
表2列出了16种根据1/8部分因子设计法(FFD)的设计参数的组合和对每种情况实验获得的位置误差信号(PES)。
表2
  情况   a   b   c   d   e   r1   r2   PES
  1   -1   -1   -1   -1   -1   -1   -1   16.7830
  2   1   -1   -1   -1   1   -1   1   16.3069
  3   -1   1   -1   -1   1   1   -1   16.4409
  4   1   1   -1   -1   -1   1   1   16.5129
  5   -1   -1   1   -1   1   1   1   16.6046
  6   1   -1   1   -1   -1   1   -1   16.4196
  7   -1   1   1   -1   -1   -1   1   16.7337
  8   1   1   1   -1   1   -1   -1   16.5034
  9   -1   -1   -1   1   -1   1   1   16.4835
  10   1   -1   -1   1   1   1   -1   16.2002
  11   -1   1   -1   1   1   -1   1   16.6164
  12   1   1   -1   1   -1   -1   -1   16.4230
  13   -1   -1   1   1   1   -1   -1   16.5053
  14   1   -1   1   1   -1   -1   1   16.5943
  15   -1   1   1   1   -1   1   -1   16.6002
  16   1   1   1   1   -1   1   1   15.4951
从表2中列出的结果中认识到，在具有根据本发明的致动器臂142的致动器组件140中位置误差信号(PES)在大约15.4到大约16.8的范围内。所以，这是非常小的值，因为在具有如图1所示的致动器臂的传统的致动器组件中位置误差信号(PES)是大约17.4。
图7A至图7D是示出根据在致动器臂142中形成的开口的形状，在主共振模式下的读/写头的振幅的视图。图7A和图7B表示当在16个检测结果中的位置误差信号具有最高值时，在两种情况下(第1和第7)的读/写头146的振幅。图7C和图7D表示当在16个检测结果中的位置误差信号具有最低值时，在两种情况下(第10和第16)的读/写头146的振幅。
从图7A至图7D认识到，读/写头146的位移(即振幅)在主共振模式下随着在振动臂142中形成的开口143的形状的变化而变化。更详细地，在图7C和图7D中所示的第10和第16测试中的读/写头的振幅低于在图7A和图7B中所示的第1和第7测试中的读/写头的振幅。
这样，在取决于采用四连杆的致动器臂142中形成的开口143的形状的读/写头146的振幅之间存在着差别。通过优化那些确定开口143的形状的设计参数来使读/写头的位移最小，从而进一步减少了位置误差信号。
为了在7个设计参数中找到显著影响位置误差信号的设计参数，通过基于在表2中列出的结果进行偏差分析(ANOVA)来计算指示每个设计参数的影响的P-值。在表3中列出了P值。
表3
  设计参数   a   b   c   d   e   r1   r2
  P   0.031   0.537   0.735   0.156   0.067   0.090   0.568
在表3中，P值越低，设计参数的影响越大。从表3中认识到a、e、和r1是显著影响位置误差信号的设计参数。
为了优化开口143的形状，除了上述三个设计参数a、e和r1之外，发明人还采用了影响开口143的形状的设计参数r2，r2也轻微影响位置误差信号。
以下，l＝f+d+e，其中，l和f是在初始步骤确定的常量。如果设计参数d被确定，则设计参数e也被确定。因此，设计参数e可以用设计参数d代替。
本发明提供下面的方程来计算四个设计参数a、d(e)、r1和r2的最优值。
方程1被分为实数和虚数以导出方程2和方程3。
方程2
W(cosβ-1)+Z(cosα-1)＝δx＝0
方程3
Wsinβ+Zsinα＝δy＝0
只用上面的四个设计参数a、d(e)、r1和r2可将方程2中的矢量W和Z以及矢量的角度α和β表示为方程4至7。在方程4和方程5中，f是常量。
方程4
Z = r 2 2 + f 2
方程5
α＝tan-1(f/r2)
方程6
W = ( a / 2 + r 1 - r 2 ) 2 + d 2
方程7
β＝tan-1[d/(a/2+r1-r2)]
计算设计参数，以满足上面的方程。更详细地，通过将方程4至方程7分别代入到方程2和方程3中，可以获得每个设计参数的最优值，其中，读/写头146的位移，也就是P点的位移是0或者被最小化。此时，通过合适地设置两个设计参数并将它们代入到方程中，可以从方程中计算出剩余的两个设计参数。
表4中提供了通过这一过程优化3.5寸直径的硬盘驱动器的四个设计参数的结果。
表4
  设计参数   a   e   l   r2   b   c   d
  最小值(mm)   4.7   15.50   1.50   1.50
  中间值(mm)   5.0   16.00   1.70   1.65   4.50   2.00   14.00
  最大值(mm)   5.30   16.50   1.90   1.80
根据表4，在根据上面的方程计算设计参数d之后，使用e＝l-f-d的关系计算设计参数e。每个设计参数a、e、r1和r2的最大值和最小值考虑了适当的余量。同时，对位置误差信号影响较轻的设计参数b和c通过设计人的经验合适地设置。
如上所述，根据本发明的致动器组件140包括具有四连杆结构的致动器臂142。所述致动器臂142形成有开口，该开口由从方程中得到的设计参数的最优值决定。因此，读/写头146的位移在主共振模式下能够被最小化。同样，当硬盘驱动器工作时，位置误差信号被减少，从而提高了读/写操作的特性和可靠性。
同时，使用本领域中公知的统计响应面分析法(RSM)能够获得表4中列出的设计参数更优化的值。
为了采用BOX-Behnken 3级RSM优化设计参数，则合适的最大值和最小值被应用到表4中列出的每个设计参数。表5中列出了使用具体的BOX-Behnken设计而在测试中获得的在主共振模式下的位置误差信号和第一弯曲固有振动频率。在表5中，-1，0和1分别指示最小值、中间值和最大值。
表5
  类别   a   e   r1   r2   PES   B1(Hz)
  1   -1   -1   0   0   16.3   1697
  2   1   -1   0   0   16.1   1674
  3   -1   1   0   0   16.0   1710
  4   1   1   0   0   15.8   1682
  5   0   0   -1   -1   16.3   1708
  6   0   0   1   -1   16.2   1669
  7   0   0   -1   1   16.1   1712
  8   0   0   1   1   15.6   1673
  9   -1   0   -1   0   16.4   1722
  10   1   0   -1   0   16.3   1701
  11   -1   0   1   0   16.2   1684
  12   1   0   1   0   16.1   1645
  13   0   -1   0   -1   16.4   1696
  14   0   1   0   -1   16.1   1693
  15   0   -1   0   1   16.0   1691
  16   0   1   0   1   15.6   1698
  17   -1   0   0   -1   16.3   1701
  18   1   0   0   -1   16.2   1676
  19   -1   0   0   1   16.0   1705
  20   1   0   0   1   15.7   1680
  21   0   -1   -1   0   16.4   1709
  22   0   1   -1   0   16.1   1720
  23   0   -1   1   0   16.2   1667
  24   0   1   1   0   15.8   1676
  25   0   0   0   0   16.2   1692
通过利用表5中列出的结果，关于位置误差信号和第一弯曲固有振动频率B1的方程8和方程9能够通过响应面回归而获得。
方程8
PES＝-141.87+5.01a+14.18e+8.05r1+36.59r2-0.25a2-0.40e2
     -0.16r1 2-5.45r2 2-0.05ac-0.02ar1-1.19ar2-0.23er1
    -0.60er2-2.66r1r2
方程9
B1＝2608.78+503.15a-242.67e+471.46r1-603.89r2-28.71a2
    +7.67e2-36.46r1 2+24.07r2 2-8.33ac-75.00ar1
    +5.21E-14ar2-5.00er1+33.33er2+9.53E-14r1r2
从方程8和9认识到，如果设计参数的最优值确定，则能够充分预测位置误差信号和第一弯曲固有振动频率B1。
同时，第一弯曲固有振动频率B1根据优化的设计参数变化。致动器组件的第一弯曲固有振动频率B1是硬盘驱动器冲击性能的决定因素。冲击性能对于优化设计参数以减少位置误差信号是限制条件。换言之，为了减少位置误差信号而优化设计参数时有必要考虑到冲击性能。
图8是示出用于优化设计参数的Minitab响应优化器的视图。
如图8所示，如果采用Minitab响应优化器，当第一弯曲固有振动频率B1的值被设为大家都知道的产生良好冲击特性的1700Hz时，能够获得设计参数的最优值以使位置误差信号最小化。
在表6中列出了由此获得的设计参数的最优值。这种情况下，位置误差信号大约是15.5，第一弯曲固有振动频率B1大约是1700Hz。
表6
设计参数   最优值(mm)   制造公差(mm)
  a   5.224   ±0.1
  e   16.500   ±0.1
  r1   1.616   ±0.1
  r2   1.800   ±0.1
图9是对比地示出在主共振模式下的根据本发明的致动器组件的读/写头的位移和传统读/写头的位移的视图。
根据图9，当致动器臂包括本发明的四连杆结构时，与传统的读/写头的位移相比，其位移显著减少。
图10是根据本发明实施例的致动器组件和传统的读/写头的波特图。
从图10清楚地看到，与传统的致动器组件相比根据本发明的致动器组件在大约4KHz时增益减少。
图11A和图11B是示出通过分析批量生产根据本发明的致动器组件的可能性而得到的结果的曲线图。
由于根据本发明的致动器组件的致动器臂由金属如铝制成，因此设计参数的最优值随制造公差变化。因此，位置误差信号和第一弯曲固有振动频率B1也变化。这里，制造公差是表6中显示的约±0.1。
为了检验批量生产根据本发明的致动器组件的可能性，基于方程8和方程9根据制造公差，通过随机变化设计参数的最优值来计算位置误差信号和第一弯曲固有振动频率B1，图11A和图11B显示了这些结果。
参考图11A和图11B，当根据本发明的致动器臂在合理的制造公差范围内制造时，位置误差信号和第一弯曲固有振动频率B1被分布在上规格极限(USL)和下规格极限(LSL)之间，从而保持期望的特性。位置误差信号的分布是6.09σ，而第一弯曲固有振动频率B1的分布是5.79σ。因此，确认了批量生产根据本发明的致动器组件的可能性。
根据上述描述，由于根据本发明的致动器组件包括具有优化的四连杆结构的致动器臂，所以能够使读/写头的位移在主共振模式下被最小化。同样地，当硬盘驱动器工作时，位置误差信号减少且提高了读/写特性的可靠性。
此外，根据本发明的致动器臂能够按照合理的加工公差批量生产。
尽管已经参考本发明的示例性实施例具体地表示和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节这些方面做出各种变化。

Claims (11)

1、一种用于硬盘驱动器的致动器组件，包括：滑动件，在该滑动件上安装有读/写头；支撑所述滑动件的悬承；可转动地接合到枢轴上的致动器臂，其中所述悬承被固定到所述致动器臂的前端；使所述致动器臂转动的音圈电机，其中，
所述致动器臂包括由该致动器臂的前端和所述枢轴之间形成的开口定义的四连杆结构；
所述开口具有近似梯形形状，其中，在所述开口的邻近枢轴的两个角的位置分别形成第一圆形扩展部分和第二圆形扩展部分，在所述开口的邻近前端的两个角的位置形成第三圆形扩展部分，所述第一扩展部分、第二扩展部分和第三扩展部分在所述致动器臂上形成铰链H1、H2、H3和H4；
如果与连接在所述开口的一侧形成的H1和H2的连杆H1-H2对应的位置矢量是W，在所述铰链H2处的所述读/写头的位置矢量是Z，所述矢量Z的角度是α，所述矢量W的角度是β，所述致动器组件的所述读/写头在主共振模式下的位移是δ，
则确定所述开口的形状的设计参数被优化，以满足所述四连杆结构的下述关系：
W(cosβ-1)+Z(cosα-1)＝δx＝0
Wsinβ+Zsinα＝δy＝0。
2、如权利要求1所述的致动器组件，其中，所述位置矢量W和Z以及对应于所述位置矢量的所述角度β和α从所述开口的设计参数中的一个常量和四个变量的以下关系中得到，其中所述四个变量包括：所述第一扩展部分和所述第二扩展部分的二者中心之间的距离a，所述第一扩展部分的中心和所述第三扩展部分的中心之间的垂直距离d，所述第一扩展部分和所述第二扩展部分的半径r1以及所述第三扩展部分的半径r2，常量是所述读/写头和所述第三扩展部分之间的垂直距离f：
Z = r 2 2 + f 2
α＝tan-1(f/r2)
W = ( a / 2 + r 1 - r 2 ) 2 + d 2
β＝tan-1[d/(a/2+r1-r2)]。
3、一种硬盘驱动器，包括：
底座构件和盖构件；
安装在所述底座构件上的主轴电机；
安装在所述主轴电机上用于存储数据的盘；
根据权利要求1或者权利要求2的用于将读/写头移向所述盘上期望的位置的致动器组件。
4、一种用于优化硬盘驱动器中致动器臂开口形状的方法，所述致动器臂是包括四连杆结构的致动器臂，所述方法包括：
在确定所述开口的形状的设计参数中选择显著影响位置误差信号的设计参数，其中，所述开口以近似梯形形状形成在所述致动器臂的前端和枢轴之间，其中，第一圆形扩展部分和第二圆形扩展部分分别形成在邻近所述枢轴的所述开口的两个角的位置，第三圆形扩展部分形成在邻近所述开口的前端的两个角的位置，其中，铰链H1、H2、H3和H4由所述第一、第二和第三扩展部分形成在所述致动器臂上；
使用所述选择的设计参数导出位置矢量W和Z以及对应于所述位置矢量的角度β和α的关系，其中，W是对应于连接两铰链H1和H2的连杆H1-H2的位置矢量，所述铰链H1和H2形成于所述开口的一侧，Z是在铰链H2处的所述读/写头的位置矢量，α是所述矢量Z的角度，β是所述矢量W的角度，δ是所述致动器组件的所述读/写头在主共振模式下的位移；
使用导出的关系和四连杆结构的下述关系得到所述设计参数的最优值：
W(cosβ-1)+Z(cosα-1)＝δx＝0
Wsinβ+Zsinα＝δy＝0。
5、如权利要求4所述的方法，其中，所述设计参数选择操作包括：
使用2级设计的因子设计法来设计所述设计参数，获得用于位置误差信号的数据；
通过偏差分析基于所述位置误差信号的数据计算出表示每个设计参数的影响的P值，根据所述计算的P值选择影响大的设计参数。
6、如权利要求5所述的方法，其中，所述因子设计法是1/8部分因子设计法。
7、如权利要求4所述的方法，其中，所述选择的设计参数包括4个变量和一个常量，其中，所述变量是：所述第一扩展部分和第二扩展部分的每个中心之间的距离a、所述第一扩展部分的中心和所述第三扩展部分的中心之间的垂直距离d、所述第一扩展部分和所述第二扩展部分的半径r1以及所述第三扩展部分的半径r2，所述常量是所述第三扩展部分的中心和所述读/写头之间的垂直距离f。
8、如权利要求7所述的方法，其中，所述位置矢量W和Z以及对应于所述位置矢量的角度β和α从由所述一个常量和所述四个变量表示的下述关系中获得：
Z = r 2 2 + f 2
α＝tan-1(f/r2)
W = ( a / 2 + r 1 - r 2 ) 2 + d 2
β＝tan-1[d/(a/2+r1-r2)]。
9、如权利要求4所述的方法，还包括通过使用所述设计参数的所述最优值作为初始值的统计方法，二次优化所述设计参数。
10、如权利要求9所述的方法，其中，通过统计方法二次优化所述设计参数包括：
使用响应面分析法基于所述设计参数的所述初始值导出用于在主共振模式下的所述位置误差信号和第一弯曲固有振动频率的方程；
当所述第一弯曲固有振动频率被设定在恒定大小时，使用响应优化器得到所述设计参数的最优值以使所述位置误差信号最小化。
11、如权利要求10所述的方法，其中，在响应面分析法中使用Box-Behnken三级设计。
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