发明内容
因此,本发明的一个目的在于提供一种HSA、其制造方法以及具有该HSA的磁盘,本发明能够有效地抑制臂的变形,和/或有效地抑制由于锻接引起的基板本身的变形。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于制造HSA的方法,所述HSA包括一对悬挂体、臂和一对基板,其中每个悬挂体都支撑磁头,所述臂驱动所述磁头,并且所述一对基板将所述一对悬挂体附接到具有穿孔的臂的两侧,所述一对基板中的每个基板都具有带有开口的突出部,该方法包括以下步骤:在所述一对基板在穿孔两侧被插入到穿孔中时,通过使大于开口的处理构件在一个方向上穿过穿孔而将所述一对基板与所述臂锻接在一起,其中,当中间平面被定义为平分所述臂的厚度并且垂直于包括了所述穿孔的中心轴线的截面的平面,第一位置被定义为具有所述基板的最小内径的位置,并且第二位置被定义为所述基板和所述臂的接触位置之中最靠近所述中间平面的位置时,在所述锻接步骤之前,所述中间平面和所述第一位置之间的距离等于或小于所述中间平面和所述第二位置之间的距离。根据该方法,当诸如锻接球之类的处理构件在一个方向上通过时,接收来自处理构件的力的基板的受力点比作为基板和臂之间的接触点的支点更靠近中间平面。因此,一对基板很可能朝着中间平面的方向变形,并且施加到臂的力变得比传统结构更靠近中间平面。结果,臂的变形减小。优选地,在锻接步骤期间,在一对基板中位于沿着所述一个方向的下游的基板在沿着所述一个方向的上游方向上变形,或在接近中间平面的方向上变形。当具有基板的最小内径的多个位置构成一个平面时,第一位置被定义为具有最小内径的多个位置中距离中间平面最远的位置和距离中间平面最近的位置之间的中间位置。
其中θ是在截面上穿过第二位置且平行于中间平面的(离开中间平面的方向为正)的直线与将第一和第二位置彼此连接的直线之间的夹角,优选地,θ满足-17°≤θ≤0°,因为在该范围中,臂相对于夹角的翘曲量大致恒定,其中基板上具有最小内径的位置被看作截面中的一个点。更优选地,θ满足-12°≤θ≤0°,因为在该范围中,基板相对于夹角的翘曲量大致恒定。
在锻接步骤前,一对基板可以具有相同的形状。从而,不一定准备两种类型的基板,并且提高了可操作性。
根据本发明的另一方面,提供了一种HSA,其包括:一对悬挂体,其中每个悬挂体都支撑磁头;臂,其驱动磁头并且具有穿孔;以及与所述臂的穿孔的两侧锻接在一起的一对基板,这对基板将所述一对悬挂体附接到所述臂的两侧,其中,所述一对基板到平分所述臂的厚度的中间平面的最近点与在所述基板和所述臂之间的接触位置之中距离所述中间平面最近的位置之间的较大距离是较小距离的130%或更小,更优选地,是较小距离的115%或更小。由于两个基板类似地远离中间平面,因此被施加到臂的力矩可以被减小。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于制造HSA的方法,所述HSA包括悬挂体、臂和基板,所述悬挂体支撑磁头,所述臂驱动所述磁头,而所述基板具有带有开口的突出部并且将所述悬挂体附接到具有穿孔的所述臂,所述方法包括以下步骤:在所述基板被插入到所述穿孔中时,通过使大于所述开口的处理构件在一个方向上穿过所述穿孔和所述基板而将所述基板与所述臂锻接在一起,其中在所述锻接步骤之前,在包括了所述穿孔的中心轴线的截面中,所述突出部在所述穿孔内垂直于所述一个方向的方向上的最小厚度是所述基板在所述穿孔外部的厚度的60%或更小。优选地,所述突出部在所述穿孔内垂直于所述一个方向的方向上的最小厚度是所述基板在所述穿孔外部的厚度的35%或更大,或者,当考虑制造误差时为40%或更大。所述突出部在所述穿孔内的最小厚度大约是所述基板在所述穿孔外部的厚度的50%或更大。当其大于60%时,基板的翘曲量增大,并且当其小于35%时,两个基板的位移剧烈增大。
当中间平面被定义为平分所述臂的厚度并且垂直于所述截面的平面,第一位置被定义为具有所述基板的最小内径并且距离所述中间平面最远的位置,并且第二位置被定义为所述基板和所述臂的接触位置之中最靠近所述中间平面的位置时,在所述锻接步骤之前,所述中间平面和所述第一位置之间的距离小于所述中间平面和所述第二位置之间的距离。根据该方法,当诸如锻接球之类的处理构件在一个方向上穿过时,接收来自处理构件的力的基板的受力点比作为基板和臂之间的接触点的支点更靠近中间平面。因此,一对基板很可能朝着中间平面的方向变形,并且施加到臂的力变得比传统结构更靠近中间平面。结果,臂的变形减小。优选地,在锻接步骤期间,在一对基板中位于沿着所述一个方向的下游的基板在沿着所述一个方向的上游方向上变形,或在接近中间平面的方向上变形。
根据本发明的另一方面,提供了一种HSA,其包括:支撑磁头的悬挂体;驱动所述磁头并具有穿孔的臂;以及锻接在所述臂的穿孔上的基板,该基板具有带有开口的突出部并且将所述悬挂体附接到所述臂,其中在包括了所述穿孔的中心轴线的截面中,所述突出部在所述穿孔内垂直于所述中心轴线的方向上的最小厚度是所述基板在所述穿孔外的厚度的60%或更小。优选地,所述突出部在所述穿孔内垂直于所述中心轴线的方向上的最小厚度是所述基板在所述穿孔外的厚度的35%或更大。所述突出部在所述穿孔内的最小厚度大约是所述基板在所述穿孔外部的厚度的50%或更大。即使在锻接之后,突出部在穿孔内的最小厚度也不会有很大改变。因此,满足与上述制造方法类似条件的HSA表现出与上述制造方法类似的操作。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于制造HSA的方法,所述HSA包括一对悬挂体、臂和一对基板,所述一对悬挂体中的每个悬挂体支撑磁头,所述臂驱动所述磁头,并且所述一对基板将所述一对悬挂体附接到具有穿孔的所述臂的两侧,所述一对基板中的每个基板都具有带有开口的突出部,所述方法包括以下步骤:在所述一对基板在所述穿孔两侧被插入到所述穿孔中时,通过使大于所述开口的处理构件在一个方向上穿过所述穿孔而将所述一对基板与所述臂锻接在一起,其中,当中间平面被定义为平分所述臂的厚度的平面时,在所述锻接步骤之后,从所述一对基板施加到所述臂的围绕所述中间平面的力矩小于从如下结构施加到所述臂的围绕所述中间平面的力矩:所述结构已经布置了沿着所述一个方向关于所述中间平面对称的所述一对基板中的上游基板,而没有布置下游基板,并且已经利用所述处理构件而被锻接。由于由一对突出部施加的力矩相互抵消,因此臂的变形减小。
为了减小力矩,可以对接触压力和/或接触压力施加位置和中间平面之间的距离进行控制。例如,在锻接步骤之前,在一对基板中的上游基板的最小内径可以小于下游基板的最小内径。可替换地,在锻接步骤之前,在包括了穿孔的中心轴线的截面中,当第一位置被定义为所述基板上首先接触所述处理构件的位置,并且第二位置被定义为所述基板和所述臂之间的接触位置之一时,在所述上游基板上,所述第二位置比所述第一位置更靠近所述中间平面,而在所述下游基板上,所述第一位置比所述第二位置更靠近所述中间平面。此外,在所述锻接步骤之前,所述中间平面和所述臂与所述一对基板中的上游基板之间的接触点之间的距离可以大于所述中间平面和所述下游基板与所述臂之间的接触点之间的距离。
在所述锻接步骤之前,在包括了所述穿孔的中心轴线的截面中,所述突出部在所述穿孔内垂直于所述中心轴线的方向上的最小厚度是所述基板在所述穿孔外的厚度的60%或更小。该配置可以减小由于锻接引起的基板本身的变形。
根据本发明的另一方面,提供用于制造磁头堆叠组件的方法,所述磁头堆叠组件包括悬挂体、臂和基板,所述悬挂体支撑磁头,所述臂驱动所述磁头,并且所述基板具有带有开口的突出部并且将所述悬挂体附接到具有穿孔的所述臂,所述方法包括以下步骤:在所述基板被插入到所述穿孔中时,通过使大于所述开口的处理构件在一个方向上穿过所述穿孔而将所述基板与所述臂锻接在一起,其中,当中间平面被定义为平分所述臂的厚度的平面时,锻接位置位于离所述中间平面所述臂的厚度的±10%的范围内,所述锻接位置被定义为沿着所述一个方向,在所述基板与所述臂之间的接触位置之中,作为最上游位置的第一位置和作为最下游位置的第二位置之间的中间位置。当锻接位置位于该范围中时,从基板施加到臂的围绕中间平面的力矩减小,并且臂的变形减小。当考虑基板的制造误差时,锻接位置优选地位于离所述中间平面所述臂的厚度的±5%的范围内。
根据本发明的另一方面,提供了一种HSA,其包括:支撑磁头的悬挂体;驱动所述磁头并具有穿孔的臂;以及基板,该基板将所述悬挂体附接到所述臂,并且具有与所述臂的穿孔锻接在一起的突出部,当中间平面被定义为平分所述臂的厚度的平面时,所述突出部被布置为穿过所述中间平面。当锻接位置位于该范围内时,从基板施加到臂的围绕中间平面的力矩减小,并且臂的变形减小。当锻接位置位于离中间平面臂的厚度的10%(优选地5%)的范围中时,锻接位置是沿着锻接处理构件的移动方向,在所述基板和所述臂之间的接触位置之中,作为最上游位置的第一位置和作为最下游位置的第二位置之间的中间位置。从而HSA表现出与上述制造方法类似的操作。
包括以上HSA或由以上方法制造出的HSA的磁盘驱动器保持了很高的定位精确度,并且构成本发明的一个方面。
从以下参考附图对优选实施方式的描述中,将更容易理解本发明的其他目的和其他特征。
具体实施方式
现在参考附图,将描述根据本发明一种实施方式的HDD 100。如图1所示,HDD 100包括多个磁盘104、一个主轴马达106和位于壳体102中的HSA 110,其中每个磁盘104都充当记录介质。这里,图1是HDD 100的内部结构的示意性平面视图。
壳体例如由铝制压铸基底和不锈钢制成,并且具有长方体结构,其上连接有密封内部空间的盖子(未示出)。本实施例的磁盘104具有很高的表面记录密度,例如100Gb/in2或更大。磁盘104通过其中心孔被安装在主轴马达106的主轴上。
主轴马达106以诸如15,000rpm的高速度旋转磁盘104,并且例如具有无刷DC马达(未示出)或作为其转子部件的主轴。例如,两个磁盘104按照堆叠在主轴上的磁盘、隔板、磁盘和夹具的顺序被使用,并被与主轴耦合的螺栓所固定。与本实施例不同,磁盘104可以是没有中心孔但是有轮轴的盘,并且主轴通过轮轴旋转磁盘。
HSA 100包括磁头部件120、悬挂体130、托架140和基板150。
如图2所示,磁头120包括大致为方形的Al2O3-TiC(Altic)滑块121,和磁头器件内置膜123,该磁头器件内置膜123与滑块121的空气流出端相连,并且具有读取和记录磁头122。这里,图2是磁头部件120的放大视图。滑块121和磁头器件内置膜123限定了相对于磁盘104的介质相对表面,即,悬浮表面124。悬浮表面124接收磁盘104旋转而产生的气流125。
一对轨道126在悬浮表面124上从空气流入端向空气流出端延伸。每个轨道126的顶表面限定了所谓的空气轴承表面(“ABS”)127。ABS127由于气流125的作用而产生浮力。嵌入到磁头器件内置膜123中的磁头122暴露在ABS 127之外。磁头部件120的悬浮系统并不局限于这种模式,并且可以使用已知的动态和静态压力润滑系统、压电控制系统和其他悬浮系统。启动(activation)系统可以是接触式启停(“CSS”)系统,或者是动态或斜面加载系统,在CSS系统中,磁头部件120在停止时刻接触磁盘104,而在动态或斜面加载系统中,磁头部件120在停止时刻被从磁盘104上抬起并被保持在磁盘104外的斜面上,同时磁头部件120不接触磁盘104,并且在启动时刻,磁头部件120被从保持部件下降到磁盘104上。
磁头122是MR感应复合磁头,其包括利用由导电线圈图案(未示出)产生的磁场在磁盘104中写入二进制信息的感应磁头器件,以及基于随磁盘104所施加的磁场变化的电阻而读取二进制信息的磁阻(“MR”)磁头。MR磁头器件的类型不是限制性的,并且可以使用巨磁阻(“GMR”)、利用平面内电流(“CIP”)的CIP-GMR(“GMP”)、利用垂直于平面的电流(“CPP”)的CPP-GMR、隧道磁阻(“TMR”)、各向异性磁阻(“AMR”)等等。
悬挂体130用于支撑磁头部件120,并且对磁头部件120在面向磁盘104的方向上施加弹力,并且悬挂体130例如是由不锈钢制成的Watlas型悬挂体。这种类型的悬挂体具有以悬臂方式伸出磁头部件120的弯曲部分(也被称为万向节弹簧或另一名称)以及连接到基板的载重梁(也被称为载重臂或另一名称)。载重梁在其中心具有弹簧部件,以便在Z方向上施加足够的压力。因此,载重梁包括位于近轴端的刚性部件、位于中心的弹簧部件以及位于远轴端的刚性部件。载重梁经由被称为凹痕(也被称为枢轴或另一名称)的突出部分与弯曲部分相接触,以使ABS 124跟随磁盘的翘曲和膨胀,并且它总是与磁盘表面平行。磁头部件120被设计成围绕凹痕柔性倾斜和转动。悬挂体130还支撑经由引线等连接到磁头部件120的接线部件138。接线部件138在图4A中被示出,随后将对其进行描述。经由该引线,感应电流流过并且读/写信息在磁头122和接线部件138之间传送。接线部件138被连接到图3B所示臂144下面的继电器柔性印制电路板(“FPC”)。
如后面所述,该实施例减小了基板150的翘曲量,并因此提高了悬挂体130和磁头部件120的平坦度,从而可防止由于过度的弹力和扭力所引起的挤压并且保持定位的精确度。
托架140用于使磁头部件120在图1所示箭头的方向上旋转,并且如图1和图3A到3C所示,托架140包括音圈马达141、支撑轴142、FPC143和臂144。这里,图3A是HSA 110的左侧视图。图3B是HSA 110的平面视图。图3C是HSA 110的右侧视图。虽然图3A到3C示出驱动六个磁头部件120的托架140,其中磁头部件120记录和再现三张磁盘104的两侧,但是磁盘的数目当然不局限于三张。
音圈马达141具有位于一对轭状物141a之间的扁平线圈141b。扁平线圈141b与设置在HDD 100的壳体102中的磁性电路(未示出)相对,并且托架140根据流过扁平线圈141b的电流值而围绕支撑轴142摆动。磁性电路例如包括固定在固定于壳体102中的铁板上的永久磁铁,以及固定在托架140上的可移动磁铁。支撑轴142被插入到托架140的中空圆筒中,并且在壳体102中在垂直于图1的纸张表面延伸。FPC 143向接线部件138提供将被记录在磁盘104中的信号的控制信号以及电源,并且接收从磁盘104再现的信号。
臂144是可以围绕支撑轴142旋转或摆动的铝制刚性体,并且在其顶部具有穿孔145,随后将对其进行描述。悬挂体130经由臂144中的穿孔145和基板150被附接到臂144。当从如图3A和3C所示的侧面进行查看时,臂144呈现梳状。
基板150用于将悬挂体130附接到臂144,并且如图4A到5B所示,基板150包括板部分151、焊接部分152和筘齿或销子154。焊接部分152是将与悬挂体130激光焊接的板部分151的尖部。筘齿154是将与臂144锻接的部件。这里,图4A是与基板150相连的悬挂体130的示意性平面视图。图4B是悬挂体130的示意性截面视图。图5A是基板150的示意性平面视图。图5B是基板150的示意性截面视图。
现在参考图6,将描述图3A中从上数第二臂144和一对基板150之间的连接。图3A中从上数的第二臂144具有双头结构,其中基板150被附接到臂144的两侧。这里,图6是用于说明臂144和基板150之间的连接的流程图。
首先,如图5A和5B所示,生产基板150(步骤1002)。步骤1002通过冲压加工在基板150的板部分151中形成筘齿154。如图7所示,筘齿154在其顶端具有伸出部分或边缘156和开口157。伸出部分156和其周围部分构成塑性变形的L形突出部155。这里,图7是基板150的示意性放大平面视图和截面视图。
接下来,如图4A和4B所示,基板150的焊接部分152与悬挂体130激光焊接(步骤1004)。在步骤1004之前或之后,磁头部件120被附接到悬挂体130。
接下来,如图8所示,基板150被安置在臂144的两侧,以使每个基板150的筘齿154都被插入到臂144的穿孔145中(步骤1006)。这里,图8示出了与臂144的两侧啮合的一对基板150。接下来,锻接紧随其后(步骤1008)。锻接使其直径稍大于开口157的直径的锻接球50在由箭头所示的方向上穿过穿孔145。结果,如图8中的水平箭头所示,基板150的突出部155被挤压并塑性变形,从而使基板150与臂144相连。如图8中的长短交替的虚线所示,将臂144的厚度一分为二并且垂直于穿孔145的中心轴线CA的表面被称为中间平面IS。
发明人已经发现,传统的上下基板在如图8所示那样布置时会向上翘曲,这是因为基板的变形不仅受到由于球50的塑性变形力而引起的基板自身变形的影响,而且还受到臂144的变形的影响。
图9A放大了传统基板30A和30B的形状。更具体而言,图9A是在锻接之前,传统的基板30A和30B与臂144之间的布置的部分放大截面视图。球50首先接触上基板30A的位置或受力点P2位于基板30A接触臂144的位置或支点P1的上方,即,支点P1比受力点P2更靠近中间平面IS。这是因为当受力点P2比支点P1更靠近中间平面IS时,当球50经过时,上伸出部分32A很可能在逆时针箭头的方向上发生变形,而不是逆着臂144的方向上变形。当由球50施加的变形力因伸出部分32A的向下变形和水平变形减小而耗损时,由突出部31A施加给臂144的连接力或接触压力被不合人意地减弱,并且基板30A很可能从臂144脱落。出于类似原因,球50首先接触下基板30B的位置或受力点P4位于基板30B接触臂144的位置或支点P3的下方,即,支点P3比受力点P4更靠近中间平面IS。
接下来,上基板30A具有突出部31A,该突出部具有L形部分,而下基板30B具有突出部31B,该突出部具有倒L形部分。如图9B简单示出的,当L形突出部31A和倒L形突出部31B受到来自球50的垂直向下的力时,突出部31A和31B在向下和水平方向上都会变形。这里,图9B的局部放大截面视图示出了由于锻接而施加到传统基板上的力以及从基板到臂的接触压力的量。
在这种情况下,使L形状打开的力F1要小于使L形状关闭的力F2。在球50向下移动时,突出部31A需要较小的力F1,而突出部31B需要较大的力F2。此关系对接触压力作为水平力的情况适用:从突出部31A施加到臂144的接触压力F3小于从突出部31B施加到臂144的接触压力F4。
从围绕中间平面IS的接触压力F3和F4之间的关系可知,臂144在图9B中接收逆时针的力矩,并且在图9C中向上变形。这里,图9C是在锻接之后的基板和臂的变形的部分放大截面视图。基板30A和30B跟随臂144之后向上变形,。上臂144限制了基板30B的变形,但是没有构件能够限制基板30A的变形,并且基板30A更大地向上变形。在锻接之后,基板30A的伸出部分比基板30B的伸出部分更靠近中间平面IS。这是由于由臂144的变形所导致的基板30A和30B的变形,并且基板30A和30B自身会由于力F1和F2而在其伸出部分32A和32B处发生变形。结果,基板30A和30B的变形是它们自身的变形和臂144的变形的叠加。
为了减小由于臂144的变形而引起的基板30A和30B的变形,发明人首先研究减小图9B中的接触压力F3和F4之间的差。当接触压力F3和F4之间的差变小时,施加到臂144的力矩变小,并且变形变小。
为了减小由于臂144的变形而引起的基板30A和30B的变形,发明人随后研究了如下结构:在该结构中,从上下基板150A和150B施加到臂144的围绕中间平面IS的力矩尽可能完全地相互抵消。换句话说,在图8中,本实施方式在锻接前改变上下基板150A和150B的形状和布置,以使从基板150A的突出部155A施加到臂144的围绕中间平面IS的力矩M1=F11×L11大致等于从基板150B的突出部155B施加到臂144的围绕中间平面IS的力矩M2=F22×L22,其中F11是从基板150A的突出部155A施加到臂144的接触压力,L11是接触压力F11所施加的点P11和中间平面IS之间的距离,F22是从基板150B的突出部施加到臂144的接触压力,并且L22是接触压力F22所施加的点P22和中间平面IS之间的距离。为了在固定基板150A的情况下使M1和M2彼此大致相等,需要对基板150B的F22和/或L22进行调整。在L11=L22的情况下,F11和F22之间的差可以被减小。从而,施加到臂144的力矩减小,并且其变形减小。例如,在图9B中,将尝试减小接触压力F3和F4之间的差。
图9B中的接触压力F3和F4之间的差归因于以下事实:在下基板30B的伸出部分32B向内(或在L形状关闭的方向上)变形时,上基板30A的伸出部分32A向外(或在L形状打开的方向上)变形。换句话说,上下伸出部分32A和32B在不同的方向上变形。
因此,原则上,本实施方式将图9A中的位置P1和P2之间的位置关系以及位置P3和P4之间的位置关系转换为图10A中的位置关系。这里,图10A是图8所示的本实施方式中的基板150A和150B的示意视图,其中将受力点P2′和P4′布置在比支点P1′和P3′更靠近中间平面IS。然而,对本发明来说,将中间平面IS和受力点P2′(或P4′)之间的距离设置为小于中间平面IS和受力点P1′(或P3′)之间的距离就足够了。为了生产具有图10A所示结构的基板150,例如,在用于步骤1002的冲压机器的模具中,在形成基板150的伸出部分156的下表面的下模具上形成倾斜表面。
利用这种布置,当受力点P2′和P4′接收到来自球50的水平力时,上基板150A的伸出部分156A和下基板150B的伸出部分156B在相同的方向(或在L形状打开的方向)上变形,并且它们对球50的阻力变得几乎彼此相等。结果,在图8中,从上基板150A的突出部155A施加到臂144的接触压力F11和从下基板150B的突出部155B施加到臂144的接触压力F22之间的差减小。结果,臂144的变形减小,并且基板150A和150B以及连接到它们的悬挂体130的翘曲减小。
如上所述,当受力点P2′和P4′被布置在比支点P1′和P3′更靠近中间平面IS的位置上时,从突出部155A和155B施加到臂144的接触压力减小。但是,为了磁头122的精确定位,最好即使在稍微牺牲接触压力时,也能保持悬挂体130的平坦度。然而,如果接触压力过低,则悬挂体130很可能从臂144上脱离,并且振动公差恶化。因此,本实施方式提供了预定的更低限制,如后面所述。
除了图10A的结构之外,如图10B所示,可以通过使穿孔145内的最小厚度T2小于穿孔145外的基板150C和150D的原始厚度T1,来限制由球50导致的基板本身的变形对悬挂体130的影响。这里,图10B是作为图10A的变化的示意性放大截面视图。
在本实施方式中,一对基板150A和150B(或150C和150D)具有相同的形状。因此,不需要准备两种类型的基板,并且提高了可操作性。但是,在另一实施方式中,一对基板150A和150B(或150C和150D)可以具有不同的形状。
示例1
在图8中,当L11不同于L22时,L22和/或F22例如可通过减小L22以使P22接近中间平面IS,或通过放大突出部155B的最小直径并减小F22而被调整,以便使M1和M2彼此相等。在本实施方式中,在锻接前具有图11A所示形状的基板150A和150B被锻接,并且图11B所示的形状是通过利用有限单元法(“FEM”)的仿真获得的。在图11A和11B中,P1′和P3′与中间平面IS之间的距离大致相等。
比较示例
在锻接前具有图12A所示形状的传统基板30A和30B被锻接,并且图12B所示的形状是通过利用FEM的仿真获得的。
在图11B和12B中的接触压力是这样计算的:根据本实施方式,上接触压力是210N,下接触压力是240N,如图11C所示。根据比较示例,上接触压力是220N,下接触压力是266N,如图12C所示。本实施方式在上下接触压力之间具有良好的平衡,并且翘曲量大约减少了40%的效果。
在示例1中,在如图11B和11C的锻接之后,在图11C中,基板150A和150B与中间平面IS在垂直方向或纵向上的距离大致彼此相等。对于基板150A和150B与臂144之间的接触位置与基板150A和150B到中间平面IS的最近点之间的距离,较大距离是较小距离的130%或更小(对应于示例3(随后将描述)中的-17°≤θ≤0°),更优选地,较大距离是较小距离的115%或更小(对应于实施例3(随后将描述)中的-12°≤θ≤0°)。当两基板150A和150B与中间平面IS之间的距离彼此大致相等时,施加到臂144的力矩减小。另一方面,在图12B和12C示出的比较示例中,至于从每个基板30到中间平面IS的距离,较大距离是较小距离的3倍或更大。
另一示例使上基板与比较示例一样,而使下基板与本实施方式一样。这样一来,上接触压力是220N,而下接触压力变为240N,并且接触压力的差进一步减小。
示例2
在示例1的结构中,厚度T2是如图10B所示厚度T1的一半,并且对基板的翘曲量和臂的位移之间的关系进行研究。表1示出了比较示例和示例1和2的结果。在表1中,上位移被设置为正的,并且在“位置”部分中的UP指的是上基板150A或150C,DN指的是下基板150B(或150D)。
表1
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位置 |
翘曲量[μm] |
臂的位移[μm] |
比较示例 |
UP |
12.20 |
3.98 |
DN |
-0.70 | |
示例1 |
UP |
7.8 |
2.26 |
DN |
-3.1 | |
示例2 |
UP |
6.10 |
2.32 |
DN |
-1.30 | |
示例3
如图13所示,从支点P1′画出一条平行于中间平面IS的直线,并且在上基板中,角度θ被定义为该直线和将支点P1′和受力点P2′彼此连接的直线之间的夹角。这里,图13是在锻接前,包括了穿孔145的中心轴线(未示出)的截面。在基板150A和150B上具有最小内径的位置之中,受力点P2′和P4′是离中间平面IS最远的。在基板150A和150B接触臂144的位置之中,支点P1′和P3′是距离中间平面IS最近的。
类似地,从支点P3′画出一条平行于中间平面IS的直线,并且在下基板150B中,角度θ被定义为该直线和将支点P3′和受力点P4′彼此连接的直线之间的夹角。在图13中,当从球50观察时,受力点P2′和P4′突出,并且每个都可以被看作一个点。对于上基板150A中的θ,顺时针方向为正,对于下基板150B中的θ,逆时针方向为正。通过改变θ,对基板150A和150B及臂144的翘曲量、上下接触压力以及这些接触压力之间的差进行研究,并且其结果被概括在图14A和14B中。
从图14A中可知,臂144在-17°≤θ≤5°在范围内具有大致恒定的翘曲量,但是由于θ优选地等于或小于0,因此-17°≤θ≤0°是优选的。但是,在θ≤-12°的范围内,上下基板的翘曲量以及下上接触压力之间的差明显地变化,因此,-12°≤θ≤0°是更加优选的。
另外,当在基板150和臂144之间的稳定的接触压力被定义为200N时,在θ≤-12°的范围内,上接触压力变为200N或更小,因此-12°≤θ是优选的。
示例4
该示例类似于图13所示的示例3,但是差别在于如图15所示,表面具有最小的内径,并且具有最小内径的区域更广。该示例在可以存在受力点P2′和P4′的基板150A和150B上具有多个具有最小内径的点。甚至在本示例中,通过改变θ′,对基板150A和150B以及臂144的翘曲量、上下接触压力,以及这些接触压力之间的差进行研究,并且其结果被概括在图16A和16B中。角度θ′具有与角度θ相同的正和负方向。
从图16A可知,臂144在-10°≤θ′≤10°范围内具有大致恒定的翘曲量,但是由于θ′优选地等于或小于0,因此-10°≤θ′≤0°是优选的。但是,在θ′≤-5°和5°≤θ′的范围内,上下基板的翘曲量以及下上接触压力之间的差明显地变化,因此,-5°≤θ′≤5°是更加优选的。但是由于θ′优选地等于或小于0,因此-5°≤θ′≤0°是最优选的。
另外,当在基板150和臂144之间的稳定的接触压力被定义为200N时,在θ′≤-5°的范围内,上接触压力变为200N或更小,因此-5°≤θ′是优选的。
示例5
在图10B所示的结构中,厚度T2和厚度T1与厚度T2之比变化,并且对基板150C和150D以及臂144的翘曲量进行研究。其结果被概括在图17A和17B中。上基板150C的翘曲量和下基板150D的翘曲量是基板的翘曲量和臂的翘曲量之和。当厚度T2增大时,翘曲量由于基板本身的翘曲量下降而减小。但是,当厚度T2增大时,臂144的翘曲量增大。因此,基板150的总翘曲量最终具有极限点。参考图17A,当厚度T2为0.1mm(厚度T1的50%)时,总翘曲量变为最小。从图17A和17B,0.07mm≤T2≤0.12mm是优选的,但是当考虑制造误差时,0.08mm≤T2≤0.12mm更加优选。35%≤T2/T1≤60%是优选的,但是当考虑制造误差时,40%≤T2/T1≤60%更加优选。
与日本专利申请公布No.7-192420不同,本示例在穿孔145中布置薄壁部分,而不是在臂144上布置薄壁部分。当如日本专利申请公布No.7-192420那样在臂144上布置薄壁部分时,薄壁部分的刚性下降,并且下基板150B向下过度变形,尤其在填缝(calking)时刻。因此,本示例在穿孔145中布置具有厚度T2的薄壁部分,保持了下基板150B的平坦度,并且防止了在锻接期间基板变形对悬挂体130的影响。
在锻接之前和之后,在穿孔145中突出部的厚度T2不会有很大改变。因此,如果在锻接之后的T2和T2/T1满足上述条件,该配置就可以被认为表现出本实施方式的制造方法的操作。
示例6
比较示例在锻接之前使用图12A和12B所示的配置,而该示例使用一对不同形状的基板,其中与比较示例的筘齿相比,上基板具有更浅的筘齿,而下基板具有更深的筘齿。本示例对应于图8,其中L11变得更大,而L22变得更小。与示例1类似,如图19所示的形状是通过锻接上下基板,利用FEM仿真而获得的。
如图19所示,在本示例中,上接触压力为244N,而下接触压力为284N,而在比较示例中,上接触压力为220N,而下接触压力为266N。虽然本示例和比较示例之间的接触压力差没有很大不同,但是本示例保持上基板的锻接位置(对应于图8中的P11)远离中间平面IS,并且使下基板的锻接位置(对应于图8中的P22)靠近中间平面IS。因此,如以下表2所示,臂的翘曲量减小70%。当然,接触压力也可以变化,到中间平面IS的距离可以与其一起或可以不变化。如上所述,例如可以通过使下基板的穿孔145内的最小直径小于上基板的穿孔145内的最小直径,或者通过在P3′、P4′和中间平面之间形成具有相同位置关系的突出部形状来调整接触压力。
表2
|
位置 |
弯曲[μm] |
臂的位移[μm] |
比较示例 |
UP |
12.20 |
3.98 |
DN |
-0.70 | |
示例6 |
UP |
3.61 |
1.02 |
DN |
4.82 | |
示例7
下面将详细研究基板150和臂144之间的表面接触。图20示出了在锻接后基板的伸出部分和臂144的状态。假设,F指代在锻接期间产生的接触压力,F11指代上游(或上)基板的接触压力,而F22指代沿着球50的移动方向的下游(或下)基板的接触压力。基板150在从α到β的范围内与球50接触。明显锻接位置被定义为球和突出部之间的接触表面的中间值(或者锻接位置L=(α+β)/2)。L11指代上游(或上)基板的锻接位置,而L22指代下游(或下)基板的锻接位置。在图20中,满足L11=L22。接触压力满足F11<F22。在这种情况下,由L×F给出的力矩M满足M11<M22。由于该力矩的不平衡,因此臂倾斜,并且基板的翘曲量增大。理论上,当该现象被严格考虑时,接触压力在接触平面上不平均,并且应该通过在接触区域内求积分来计算施加到臂的力矩。然而,使用上述方法来简单地认为接触压力恒定以及估算力矩差是可以允许的。通过改善力矩的不平衡,可以减小臂和基板的翘曲量。
图21示出了通过在上游和下游基板中改变锻接位置L而形成的翘曲量改善效果。在图21中,横坐标轴指的是力矩差M22-M11,并且估算了与力矩差相关的臂和基板的翘曲量。在图21中力矩差为10N·mm的位置上L11=L22。如上所述,由于F11<F22,因此下力矩增大,并且臂具有翘曲量。另一方面,当L11<L22时,力矩差增大,并且臂和上下基板的翘曲量增大。
当L11>L22时,力矩差减小,并且臂和上下基板的翘曲量减小。很明显,M11=M22提供了最好的解决方案。当满足M11=M22时,L22/L11是F22/F11的倒数。其中L11opt和L22opt指的是L的最好组合,在L11>L22的锻接结构中,满足0<L11<Lmax以及0<L22<Lmax。满足F11/F22×0.8≤L22/L11≤F11/F22×1.2的L11和L22的组合是优选的。可替换地,L11opt-0.02mm≤L11≤L11opt+0.02mm以及L22opt-0.02mm≤L22≤L22opt+0.02mm是优选的,或者L11opt×0.8≤L11≤L11opt×1.2和L22opt×0.8≤L22≤L22opt×1.2是优选的。
参考图22,接触压力可以被增大,以便改善力矩平衡。锻接余量(swaging margin)由δ1=Φ1-Φb和δ2=Φ2-Φb表示,其中Φ1和Φ2指代基板的伸出部分的最小内径,而Φb指代球的直径。当锻接余量变大时,接触压力也相应地增大。另外,V1和V2被定义为基板150在锻接球50的直径Φb内的体积。锻接力通过增大这些体积来增大。
图23是横坐标轴为力矩差M22-M11的图,并且估算当Φ1与Φ2变化时,与力矩差相关的基板150和臂144的翘曲量。即使在锻接余量恒定时,由于上下基板之间的锻接差,接触压力也满足F11<F22。因此,下基板的力矩较大,并且臂144具有翘曲量。当Φ1<Φ2时,力矩差扩大,并且臂144以及上下基板的翘曲量增大。当Φ1>Φ2时,力矩差减小,并且臂144以及上下基板的翘曲量减小。当力矩平衡时,臂的变形变为最小。假设给出F11=F22的δ的最好组合是δlopt和δ2opt。通过使V1>V2,可以获得与改变接触压力类似的效果。通过组合L11>L22,可以获得类似的效果。
总之,Φ1>Φ2是优选的。更优选地,满足δ1opt-0.02mm<δ1<δ1opt+0.02mm以及δ2opt-0.02mm<δ2<δ2opt+0.02mm,或者δ1opt×0.8<δ1<δ1opt×1.2和δ2opt×0.8<δ2<δ2opt×1.2。
可替换地,V1>V2是优选的。更优选地,满足V1opt×0.2<V1<V1opt×1.2以及V2opt×0.2<V2<V2opt×1.2。以下组合也是优选的:δ1>δ2和L1>L2、V1>V2和L1>L2、δ1>δ2和V1>V2、以及δ1>δ2、L1>L2和V1>V2。
现在参考图24,将描述图3A中从上数的第四臂144和基板150之间的连接。图3A中从上数的第四臂144具有单头结构,其中一个基板150被附接到臂144的一侧。这里,图24是用于说明在臂144和基板150之间的连接的流程图。
首先,如图5A和5B所示,生产基板150(步骤1102)。与步骤1002类似,步骤1102通过冲压加工在基板150的板部分151中形成筘齿154,如图7所示。筘齿154的深度或突出部155的位置从中间平面IS和锻接位置之间的关系中被设置,下面将对此进行描述。
接下来,与步骤1004类似,如图4A和4B所示,基板150的焊接部分152与悬挂体130激光焊接在一起(步骤1104)。磁头部件120在步骤1104之前或之后被附接到悬挂体130。
接下来,如图25所示,基板150被布置在臂144的一侧,以使基板150的筘齿154被插入到臂144的穿孔145中(步骤1106)。这里,图25示出了被插入到臂144的一侧的基板150。本实施方式设置筘齿154的深度,以使基板150的锻接位置与中间平面IS大致相符。
接下来,进行锻接(步骤1108)。如图25所示,锻接使其直径稍大于开口157的直径的锻接球50在由箭头所示的方向上穿过穿孔145。结果,基板150的突出部155挤压,并如图25中的水平箭头所示塑性变形,从而使基板150与臂144相连。
发明人已经发现,由于基板的变形不仅受到由于球50的塑性变形力引起的基板150自身变形的影响,还受到臂144的变形的影响,因此传统的基板向下翘曲。
图26A放大了传统基板30的形状。更具体而言,图26A是在锻接之前,传统基板30和臂144之间的布置的部分放大截面视图。球50首先接触上基板30A的位置或受力点P2位于基板30A接触臂144的位置或支点P1的上方,即,支点P1比受力点P2更靠近中间平面IS。这是因为当受力点P2比支点P1更靠近中间平面IS时,当球50穿过时,上伸出部分32A很可能在逆时针箭头的方向上发生变形,而不是逆着臂144的方向变形。当由球50施加的变形力由于伸出部分32A的向下变形和水平变形减小而耗损时,由突出部31A施加给臂144的连接力或接触压力被不合人意地减弱,并且基板30A很可能从臂144分离。
如图26B所简单示出的,当突出部31接收来自球50的垂直向下的力F1时,突出部31在向下和水平方向上都会变形。另外,接触压力F3从突出部31施加到臂144。这里,图26B是示出了由于锻接而被施加到基板30的力以及从基板30到臂144的接触压力的量的部分放大截面视图。
从围绕中间平面IS的接触压力F3,臂144接收到图26B中的逆时针力矩,并且向下变形,如图26C所示。基板30跟随臂44并且向下变形。这种基板30的变形是由臂144导致的。基板30本身由于由力F1导致的其伸出部分32而变形。结果,基板30的变形是其自身变形和由臂144导致的变形的叠加。这里,图26C是示出了锻接后基板30和臂14的变形的部分放大截面视图。
为了减小由于臂144的变形所引起的基板30的变形,发明人研究出这样一种结构:该结构使围绕中间平面IS施加到臂144的力矩最小化。换句话说,在图25中,本实施方式将L11设置为大致等于0,并且使围绕中间平面IS从基板150的突出部155施加到臂144的力矩M1=F11×L11为0,其中F11是从基板150的突出部155施加到臂144的接触压力,并且L11是对其施加接触压力F11的锻接点P11和中间平面IS之间的距离。从而,被施加到臂144的力矩变为0,并且臂144的变形变小。
但是,如图27所示,基板150可以通过其表面而与臂144锻接在一起。这里,图27是相对于包括了臂144的穿孔145的中心轴线的截面、与臂144锻接在一起的基板150的部分放大截面视图。锻接位置P11是基板150和臂144之间的接触位置之中、沿着锻接方向C(或锻接球50的移动方向)的最上游位置α和最下游位置β之间的中间位置。
图28示出了离中间平面的锻接位置和翘曲量之间的关系。从图28,当锻接位置与中间平面相符时,臂144和基板150的翘曲量变为最小。如图27所示,在本实施方式中,突出部155和臂144之间的接触表面通过位置α和位置β而跨过中间平面IS。在本实施方式中,臂在图27中具有厚度0.048mm。从图28,当锻接位置被设置在离中间平面IS为±0.05mm的范围内时,翘曲量被保持在大约±0.01mm准许范围内。±0.05mm的范围对应于臂的厚度的大约10%(±0.048mm)的范围。但是,当考虑基板150的制造误差时,锻接位置优选地被设置在臂的厚度的大约5%(±0.024mm)的范围内。
虽然以上实施方式描述了在图3A中从上数第四臂144中的单头结构,但是以上描述对于图3A中的最上端臂144也适用。
图18示出了HDD 100中的控制系统160的控制框图。控制系统160是控制图解,其中磁头122具有感应头和MR头。可以作为HDD 100中的控制板应用的控制系统160包括控制器161、接口162、硬盘控制器(在下文中被称为“HDC”)163、写调制器164、读解调器165、感应电流控制器166和磁头IC 167。当然,它们不一定被集成到一个单元中;例如,只有磁头IC 167连接到托架140。
控制器161包含任意处理器(例如CPU和MPU),而不管它的名称是怎样的,并且控制器161控制控制系统160中的每个部件。接口162将HDD 100连接到外部装置,例如作为主机的个人计算机(在下文中的“PC”)。HDC 163向控制器161发送已被读解调器165解调出的数据,向写调制器发送数据,并且向感应电流控制器166发送由控制器161设置的电流值。虽然图18示出控制器161对主轴马达106和托架140(中的马达)提供伺服控制,HDC 163可以用于这种伺服控制。
写调制器164调制数据,并向磁头IC 162提供数据,该数据例如是已经通过接口162从主机提供的将由感应头写入到磁盘104上的数据。读解调器165通过利用MR头器件对从磁盘104中读取的数据进行采样而将数据解调成原始信号。写调制器164和读解调器165可以被看作集成信号处理部件。磁头IC 167充当预放大器。每个部件都可以应用本领域公知的任意结构,并且将省略其详细描述。
在HDD 100的操作中,控制器161驱动主轴马达106,并使磁盘104旋转。与磁盘104的旋转相关的气流被引入到磁盘104和滑块121之间,从而形成微小空气膜,并因此产生使滑块121能够漂浮在磁盘表面上方的浮力。悬挂体130在与滑块121的浮力相反的方向上向滑块121施加弹性压力。浮力和弹力之间的平衡使磁头部件120与磁盘104之间间隔一段恒定的距离。如上所述,基架150的翘曲量受到抑制,并且从悬挂体130施加的弹性压力以及滑块121的方向、飞行高度和振动公差等接近设计值。从而,在防止挤压的同时,可获得磁头122的高度精确定位。
然后,控制器161控制托架140,并使托架140围绕支撑轴142旋转,以用于磁头122在磁盘104上寻找目标磁道。虽然本实施方式使用滑块121围绕支撑轴142画出弧形轨迹的摆动臂类型,但是本发明也可应用于滑块121画出直线轨迹的直线类型。
在写入过程中,控制器161通过接口162接收来自诸如PC的主机(未示出)的数据,选择感应头器件,并且通过HDC 163向写调制器164发送数据。作为响应,写调制器164调制数据,并将调制后的数据发送到磁头IC 167。磁头IC 167放大调制后的数据,然后将数据作为写电流提供到感应头器件。从而,感应头器件在目标磁道上写下数据。
在读取过程中,控制器161选择MR头器件,并且将预定的感应电流通过HDC 163发送到感应电流控制器166。作为响应,感应电流控制器166将感应电流通过磁头IC 167提供到MR头器件。从而,MR头器件从磁盘104上的所需磁道读取所需信息。
数据基于随信号磁场变化的MR头器件的电阻而被磁头IC 167所放大,然后被提供到读解调器165以解调成原始信号。解调后的信号通过HDC 163、控制器161和接口162被发送到主机(未示出)。
因此,以上实施方式可以提供HSA、其制造方法以及具有HSA的磁盘,该实施方式有效地抑制了臂的变形,并且/或者有效地抑制了由于锻接所引起的基板本身的变形。
此外,本发明并不局限于这些优选实施方式例,并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行各种修改和变化。例如,虽然以上实施方式论述了HDD,但是本发明可应用于其他类型的磁盘驱动器,例如光磁盘驱动器。
本发明主张2005年3月30日向日本专利局提交的日本专利申请Nos.2005-100198、2005-100199、2005-100200以及2005-100201的优先权,这里通过引用而引入其全部内容。