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Verwandte
Anmeldung
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisionalanmeldung
Nr. 60/180 749 vom 7. Februar 2000 gemäß 35 U.S.C. 119(e).
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Massenspeichergeräten. Insbesondere
bezieht sich diese Erfindung auf Aktuator- bzw. Betätigerarme,
die in solchen Geräten
verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
Schlüsselkomponente
jedes Computersystems ist ein Gerät zur Datenspeicherung. Computersysteme
weisen viele verschiedene Stellen auf, an denen Daten gespeichert
werden können.
Ein üblicher
Ort zum Speichern großer
Datenmengen in einem Computersystem ist ein Plattenlaufwerk. Die grundlegendsten
Teile eines Plattenlaufwerks sind eine Informationsspeicherplatte,
die gedreht wird; ein Aktuator bzw. Betätiger, welcher einen Wandler
zu verschiedenen Stellen über
der Platte bewegt, sowie elektrische Schaltungsanordnungen, die
zum Schreiben und Lesen von Daten auf die und von der Platte verwendet
werden. Das Plattenlaufwerk umfaßt auch eine Schaltungsanordnung
zum Codieren von Daten, so daß diese erfolgreich
abgerufen und auf die Plattenoberfläche geschrieben werden können. Ein Mikroprozessor
steuert den Großteil
der Betriebsvorgänge
des Plattenlaufwerks und auch die Rückübermittlung der Daten zum anfordernden
Computer sowie die Übernahme
der Daten von einem anfordernden Computer zur Speicherung auf der
Platte.
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Der
Wandler ist typischerweise auf einem kleinen Keramikblock angeordnet,
der auch als Gleitstück
(slider) bezeichnet wird, der aerodynamisch so gestaltet ist, daß er über der
Platte schwebt. Das Gleitstück
wird in einer wandelnden Beziehung zu der Platte über die
Platte bewegt. Die meisten Gleitstücke weisen eine Luftlagerfläche (ABS
= air-bearing surface) auf, welche Schienen und eine Ausnehmung
zwischen den Schienen aufweist. Wenn sich die Platte dreht (allgemein
mit Drehgeschwindigkeiten von 10.000 U/min oder mehr), wird Luft
zwischen die Schienen und die Plattenoberfläche gesaugt, was einen Druck
erzeugt, welcher den Kopf von der Platte weg drängt. Gleichzeitig erzeugt die
an dem Hohlraum oder der Ausnehmung in der Luftlagerfläche vorbeiströmende Luft
einen Unterdruckbereich. Der Unterdruck oder die Saugwirkung wirkt
dem an den Schienen erzeugten Druck entgegen. Das Gleitstück ist auch
an einer Lastfeder angebracht, welche eine Kraft auf das Gleitstück erzeugt,
die zur Plattenoberfläche
hin gerichtet ist. Die verschiedenen, auf das Gleitstück einwirkenden
Kräfte
gleichen sich aus, so daß das
Gleitstück
in einer bestimmten, gewünschten
Schwebehöhe über der
Oberfläche
der Platte schwebt. Die Schwebehöhe
ist der Abstand zwischen der Plattenoberfläche und dem Wandlerkopf, der
typischerweise gleich der Dicke des Luftschmierfilms ist. Dieser
Film eliminiert die Reibung und den sich daraus ergebenden Verschleiß, der auftreten würde, falls
der Wandlerkopf und die Platte sich während der Drehung der Platte
in mechanischem Kontakt befänden.
In einigen Plattenlaufwerken durchläuft das Gleitstück, statt über der
Oberfläche
der Platte zu schweben, eine Schmiermittelschicht.
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Information,
die Daten darstellt, ist auf der Oberfläche der Speicherplatte gespeichert.
Plattenlaufwerksysteme lesen und schreiben auf Spuren auf Speicherplatten
gespeicherte Information. Wandler in der Form von an Gleitstücken angebrachten
Lese-/Schreibköpfen,
die auf beiden Seiten der Speicherplatte gelegen sind, lesen und
schreiben Information von den bzw. auf die Speicherplatten, wenn die
Wandler genau über
einer der spezifizierten Spuren auf der Oberfläche der Speicherplatte positioniert sind.
Es ist auch erforderlich, daß der
Wandler zu einer Zielspur (target track) bewegt wird. Wenn sich
die Speicherplatte dreht und der Lese-/Schreibkopf genau über einer Zielspur positioniert
ist, kann der Lese-/Schreibkopf Daten auf einer Spur durch Schreiben
von Information, die Daten darstellt, auf die Speicherplatte speichern.
Auf ähnliche
Weise wird das Lesen von Daten auf einer Speicherplatte durch Positionieren
des Lese-/Schreibkopfs über
einer Zielspur und Lesen des gespeicherten Materials auf der Speicherplatte
ausgeführt.
Um auf verschiedene Spuren zu schreiben oder von diesen zu lesen,
wird der Lese-/Schreibkopf
radial über
die Spuren zu einer gewählten
Zielspur bewegt. Die Daten werden auf den Spuren verteilt oder in
Gruppen zusammengefaßt.
In einigen Plattenlaufwerken sind die Spuren eine Vielzahl konzentrischer,
kreisförmiger
Spuren. In anderen Plattenlaufwerken ist eine fortlaufende Spirale
eine Spur auf einer Seite des Plattenlaufwerks. Jede Spur auf einer
Plattenoberfläche
in einem Plattenlaufwerk ist ferner in eine Anzahl kurzer Bögen bzw.
Bogensegmente, Sektoren genannt, unterteilt. Servo-Rückkoppelungsinformation
wird dazu verwendet, den Wandler genau auf den Spuren/Sektoren anzuordnen.
Die Betätigeranordnung
wird zu der erforderlichen Position bewegt und auf dieser unter Verwendung
der Servoinformation sehr genau während eines Lese- oder Schreibvorgangs
gehalten.
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Die
Betätigeranordnung
ist aus vielen Teilen zusammengesetzt, welche zu der erforderlichen
Performance beitragen, um den Lese-/Schreibkopf genau in der richtigen
Position zu halten. Es gibt zwei allgemeine Arten von Betätigeranordnungen,
und zwar einen Linearbetätiger
und einen Drehbetätiger. Der
Drehbetätiger
umfaßt
eine Dreh-/Schwenkanordnung, einen Arm, eine Schwingspulen-Joch-Anordnung
(voice coil yoke assembly) sowie eine Kopf-Gimbal-Aufhängungsanordnung
(head gimbal suspension assembly). Die Drehbetätigeranordnung verschwenkt
oder dreht sich, um den Wandlerkopf über bestimmten Spuren auf einer
Platte neu zu positionieren. Eine Aufhängung oder ein Lastarm ist
Teil der Kopf-Gimbal-Aufhängungsanordnung.
Die Drehbetätigeranordnung
weist auch einen Hauptkörper auf,
der eine Achse und ein Lager umfaßt, um das die Drehbetätigeranordnung
schwenkt. Am Hauptkörper sind
ein oder mehrere Arme angebracht. Am Arm ist/sind eine oder typischerweise
zwei Kopf-Gimbal-Aufhängungsanordnungen
angebracht.
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Ein
Ende der Aufhängung
ist an der Betätigerarmanordnung
befestigt. Der Wandlerkopf, auch als Lese-/Schreibkopf bekannt, ist am anderen
Ende der Aufhängung
angebracht. Ein Ende der Betätigerarmanordnung
ist mit einer Schwenkanordnung gekoppelt. Die Schwenkanordnung ihrerseits
ist mit einem Schwingspulenmotor bzw. Voice-Coil-Motor verbunden, der an einem Schwingspulenjoch
(voice coil yoke) am Hauptkörper
der Betätigeranordnung angebracht
ist. Das andere Ende der Betätigerarmanordnung
ist an der Kopf-Gimbal-Aufhängungsanordnung
befestigt. Die Kopf-Gimbal-Aufhängungsanordnung
umfaßt
ein kardanisches Biegeelement bzw. Gimbal, um ein Neigen und Rollen
(pitch and roll) des Lese-/Schreibkopfs sowie ein Verfolgen der
Topographie der nicht perfekt glatten Speicherplattenoberfläche zu ermöglichen.
Die Kopf-Gimbal-Anordnung schränkt auch
eine Bewegung in Bezug auf die radiale und die Umfangsrichtung der
Speicherplatte ein. Die Aufhängungsanordnung
ist mit der Betätigerarmanordnung
als Teil des Hauptkörpers
der Betätigeranordnung
gekoppelt, welche die Schwenk- bzw. Gelenkhalterung hält und mit
dem Voice-Coil-Motor gekoppelt ist.
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Ein
schneller Lese-/Schreibvorgang ist für die Performance der Festplatte
entscheidend. Da ein Festplattenlaufwerk eine mechanische Vorrichtung und
Betätigerarme
auskragende Anordnungen sind, die als Feder-Masse-Dämpfersysteme (spring-mass-damper
systems) wirken, sind sie gegenüber
Vibrationen bei ihrer Eigenfrequenz anfällig. Diese Vibrationen können durch äußere Kräfte, wie z.B.
die durch den Spindelmotor oder den Voice-Coil-Motor während der
Positionierung des Lese-/Schreibkopfs über einer
Zielspur während
eines Lese-/Schreibvorgangs erzeugte (Kraft), hervorgerufen werden.
Diese Resonanzfrequenzen könnten
die präzise
Positionierung des Kopfes über
der Spur beeinflussen, was den Lese-/Schreibvorgang unweigerlich
verzögern
würde.
Mit zunehmender Kapazität der
Festplatte, um den Anforderungen erhöhten Speicherbedarfs zu entsprechen,
werden die Spurbreiten immer weiter reduziert. Eine geringste Erschütterung
im Betätigerarm
könnte
während
eines Lese-/Schreibvorgangs den Kopf beunruhigend nahe an einer
benachbarten Spur aus der Spur laufen lassen. Dies kann zu einem
Spurübergriff
(track encroachment) und zu einer Datenkorrumpierung führen. Jedes
Servomotorsystem mit geschlossenem Regelkreis weist eine vorbestimmte Bandbreite
auf, in der mechanische Resonanzen, die innerhalb der Bandbreite
auftreten, die Leistung des Servomotorsystems beeinträchtigen.
Der Betätigerarm
ist eine Hauptquelle unerwünschter,
mechanischer Resonanzen. Demgemäß sind die
Bandbreiten der meisten Servomotorsysteme so ausgelegt, daß die Resonanz
des Betätigerarms
außerhalb
der Bandbreite auftritt.
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Der
Betätigerarm
wird durch den Voice-Coil-Motor angetrieben. Der Voice-Coil-Motor umfaßt eine
sich bewegende Schwingspulen-Magnetanordnung, um den Kopf über die
sich drehende Platte zu bewegen. Die Schwingspule wird von einer "Fantail"- oder ausgeformten
Struktur des Betätigerarms
getragen und schwebt in einem Magnetfeld. Im allgemeinen weicht
das durch einen einzelnen Magneten erzeugte Magnetfeld mit zahlreichen Streuflüssen im
Vergleich zu den einer Doppelmagnetkonfiguration ab. Dieser abweichende
bzw. divergierende Magnetfeldfluß einer Einzelmagnetkonfiguration
verstärkt
das Kippen des Betätigerarms
und erregt die Resonanzfrequenzen des Betätigerarms. Während eines
Biege-Resonanzmodus eines Betätigerarms,
der obere und untere Kopf-Gimbal-Anordnungen
trägt,
vibrieren die oberen und unteren Aufhängungsanordnungen außerphasig
bzw. phasenverschoben zueinander. Während eines solchen Biege-Resonanzmodus
wäre die
obere Kopf-Gimbal-Anordnung und die Spule gegenüber der unteren Kopf-Gimbal-Anordnung
und der Spule um 180 Grad phasenverschoben. In solchen Fällen kann
der Servo-Controller nur eine der Kopf-Gimbal-Anordnungen steuern,
während
die andere Kopf-Gimbal-Anordnung phasenverschoben zu der Spule vibriert.
Dies bedeutet, daß nur
eine Kopf-Gimbal-Anordnung gesteuert wird und stabil ist, während die
andere Kopf-Gimbal-Anordnung vibriert. Dieses Problem verschlimmert
sich, wenn der Betätigerarm
Daten an den innersten und äußersten
Stellen einer Platte liest oder schreibt.
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Betätigerarme
und Aufhängungen
können dicker
gestaltet werden, um die Biege- und Torsionsmodus-Frequenzen zu erhöhen, aber
die größere Masse
verschlechtert auch signifikant die Leistung der Betätigerarmanordnung,
indem sie das Trägheitsmoment
des Arms erhöht.
Eine Zunahme des Trägheitsmoments
verlängert
die Zugriffszeit zum Bewegen des Wandlers zwischen Datenspuren.
Ein weiteres Problem der Erhöhung
der Arm-und Aufhängungsdicke
besteht darin, daß sie
den notwendigen Strombedarf erhöht,
um den Voice-Coil-Motor zu bewegen. Mehr Strom führt zu mehr Wärme innerhalb
des Plattengehäuses
sowie zu erhöhtem
Energiebedarf.
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Was
benötigt
wird, ist ein Betätigerarm,
der eine verringerte, phasenverschobene Bewegung zwischen den oberen
und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen während eines Arm-Biegeresonanzmodus
des Betätigerarms
erzeugt, um dem Servomotorsystem eine bessere Stabilität zu verleihen.
Was ferner benötigt
wird, ist eine Reduzierung der Bewegung aus der Spur (off-track
motion) des Wandlerkopfs/Gleitstücks
infolge der phasenverschobenen Bewegung im Betätigerarm während Such- und Spurfolgevorgängen des
Plattenlaufwerks.
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Abriß der Erfindung
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Plattenlaufwerke
werden mit einem Betätiger gefertigt,
der mit mindestens einem asymmetrischen Arm mit zwei Massen, die
sich phasenverschoben bewegen, ausgestaltet ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Arm dadurch modifiziert, daß ein
Teil derjenigen Seite mit höherer
Energie (bzw. der Longitudinalseite), nämlich derjenigen mit der größeren, gesamten
Zeitmittel-Belastungsenergie
(total time-averaged strain energy) entfernt wird. Diese Modifizierung
verringert die Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Arm
allgemein und insbesondere für
einen relevanten, interessierenden Frequenzbereich. Durch dieses
Verfahren gefertigte Plattenlaufwerke zeigen eine im allgemeinen
reduzierte, phasenverschobene Bewegung, was die Performance während Such-
und Spurfolgevorgängen speziell
bei Armen mit zwei Köpfen,
die mit Oberflächen
gegenüberliegender
Platten in Interaktion treten, verbessert.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile gehen aus den folgenden Figuren und ihrer
begleitenden, detaillierten Beschreibung hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine auseinandergezogene
Ansicht eines Plattenlaufwerks mit einem Mehrfachplattenstapel,
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2 eine schematische Ansicht
zur Darstellung der phasenverschobenen Bewegung oberer und unterer
Kopf-Gimbal-Anordnungen,
die an dem in 1 gezeigten
Betätigerarm
angebracht sind, während
eines ersten Resonanzmodus,
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3 ein Finite-Elemente-Kraftreaktionsmodell
zur Darstellung von Phasenverschiebungsunterschieden zwischen den
oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen gemäß 2,
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4 eine schematische Ansicht
einer in dem in 1 gezeigten
Betätigerarm
verwendeten, seitlichen Nut bzw. Rille, um eine phasenverschobene
Bewegung in oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen zu reduzieren,
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5 eine graphische Darstellung
einer mechanischen Frequenzgangfunktion von an einem Betätigerarm
angebrachten, oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen ohne eine seitliche Nut,
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6 eine graphische Darstellung
einer mechanischen Frequenzgangfunktion von an einem Betätigerarm
angebrachten, oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen mit einer seitlichen Nut,
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7 ein Ablaufdiagramm eines
Verfahrens zur Verringerung einer phasenverschobenen Bewegung in
oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen während eines Biegeresonanzmodus
eines Betätigerarms
gemäß 2,
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8 eine schematische Ansicht
eines Computersystems und
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9 ein Ablaufdiagramm zur
Veranschaulichung eines bevorzugten Verfahrens der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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In
der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
wird auf die beigefügten
Figuren Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in
denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen dargestellt sind,
in denen die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. Es ist
anzumerken, daß auch
andere Ausführungsformen
angewandt und strukturelle Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die
in dieser Anmeldung beschriebene Erfindung ist bei allen mechanischen
Konfigurationen von Plattenlaufwerken von Nutzen, die entweder eine Drehbetätigung oder
eine lineare Betätigung
haben. Außerdem
ist die Erfindung auch bei allen Arten von Plattenlaufwerken einschließlich Festplattenlaufwerken,
Zip-Laufwerken, Diskettenlaufwerken und anderen Arten von Laufwerken
von Nutzen, bei denen ein Entladen des Wandlers von einer Oberfläche und
ein Parken des Wandlers erwünscht
sein kann.
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1 ist eine auseinandergezogene
Ansicht eines Typs eines Plattenlaufwerks 100 mit einem Drehbetätiger. Das
Plattenlaufwerk 100 umfaßt ein Gehäuse oder eine Basis 112 sowie
eine Abdeckung 114. Die Basis 112 und die Abdeckung 114 bilden eine
Plattenumschließung
bzw. ein Plattengehäuse (disc
enclosure). Ein Trägheitsring 500 ist
an der Abdeckung 114 angebracht. Eine Betätigeranordnung 120 ist
an einer Betätigerachse 118 drehbar
an der Basis 112 angebracht. Die Betätigeranordnung 120 weist
eine kammartige Struktur 122 mit mehreren Betätigerarmen 123 auf.
An den einzelnen Armen 123 an dem Kamm 122 sind
Lastarme oder Lastfedern 124 angebracht. Die Lastarme oder
Lastfedern werden auch als Aufhängungen
bezeichnet. Am Ende jeder Lastfeder 124 ist ein Gleitstück (slider) 126 angebracht,
das einen magnetischen Wandler 150 trägt. Das Gleitstück 126 mit
dem Wandler 150 bildet das, was oft als der Kopf bezeichnet
wird. Der Kopf mit der Lastfeder 124 wird oft als die Kopf-Gimbal-Anordnung
bezeichnet. Es ist anzumerken, daß viele Gleitstücke einen
Wandler 150 aufweisen, so wie es in den Figuren gezeigt
ist. Es ist auch anzumerken, daß diese
Erfindung auch auf Gleitstücke
mit mehr als einem Wandler anwendbar ist, wie z.B. auf einen sogenannten
MR- oder magnetoresistiven Kopf, bei dem ein Wandler 150 im
allgemeinen zum Lesen und ein weiterer im allgemeinen zum Schreiben
verwendet wird. An dem den Lastfedern 124 und den Gleitstücken 126 gegenüberliegende
Ende der Betätigerarmanordnung 120 befindet
sich eine Schwingspule 128.
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In
der Basis 112 ist ein erster Magnet 130 und ein
zweiter Magnet 131 angebracht. Gemäß 1 ist der zweite Magnet 131 der
Abdeckung 114 zugeordnet. Die ersten und zweiten Magnete 130, 131 und
die Schwingspule 128 sind die Hauptkomponenten eines Schwingspulenmotors
bzw. Voice-Coil-Motors, der eine Kraft auf die Betätigeranordnung 120 aufbringt,
um diese um die Betätigerachse 118 zu
drehen. An der Basis 112 ist auch ein Spindelmotor angebracht.
Der Spindelmotor weist ein Spindelnabe 133 genanntes Drehteil
auf. Bei diesem speziellen Plattenlaufwerk befindet sich der Spindelmotor
innerhalb der Nabe. In 1 ist
eine Anzahl von Platten 134 an der Spindelnabe 133 angebracht.
Jede der Platten 134 besitzt eine Aufzeichnungsfläche 135.
Aus Gründen
der Klarheit ist nur eine der Platten 134 bezeichnet. In
anderen Plattenlaufwerken kann eine einzelne Platte oder eine unterschiedliche
Anzahl von Platten an der Nabe angebracht sein. Die hier beschriebene
Erfindung ist gleichermaßen
auf Plattenlaufwerke anwendbar, die mehrere Platten aufweisen, wie
auf Plattenlaufwerke, die eine einzelne Platte haben. Die hier beschriebene Erfindung
ist gleichermaßen
auch auf Plattenlaufwerke mit Spindelmotoren, die sich in der Nabe 133 oder unter
der Nabe befinden, anwendbar.
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In 2 ist eine Schemazeichnung 200 einer
außerphasigen
bzw. phasenverschobenen Bewegung (out-of-phase motion) 230 gezeigt,
die zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 während eines
ersten Resonanzmodus eines ursprünglich
so gestalteten Betätigerarms 123 erzeugt
wird. Gemäß 2 sind die oberen und unteren
Kopf-Aufhängungsanordnungen 210 und 220 mit
dem Betätigerarm 123 des
Plattenlaufwerks 100 gemäß 1 gekoppelt. Die Kopf-Aufhängungsanordnungen 210 und 220 und
der Betätigerarm 123 stehen
in einer Betätigungsbeziehung
in Bezug auf die sich drehenden Platten 134 des Plattenlaufwerks 100.
In einigen Ausführungsformen kann
das Plattenlaufwerk einen oder mehreren Betätigerarme aufweisen, wobei
jeder der ein oder mehrere Betätigerarme 123 eine
oder mehrere Kopf-Aufhängungsanordnungen 210 und 220 aufweisen kann.
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Die
ersten Formen des Biege- und Torsionsresonanzmodus des ursprünglich gestalteten
Betätigerarms 123 werden
im allgemeinen durch dessen Feder-Masse-Strukturverteilung bestimmt.
Gemäß 2 ist der erste Biege- und
Torsionsresonanzmodus des Betätigerarms 123 in
der z-Richtung durch eine Vorbelastungskraft 240 eingeschränkt, die
durch die Lastfedern 250 und eine Anhebe- bzw. Auftriebskraft
von dem Luftlager auf die Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 einwirken.
Dagegen ist der erste Resonanzmodus längs der Betätigerarm-Achsrichtung 230 nicht
eingeschränkt,
wie 2 zeigt. Infolge der
Natur der Feder-Masse-Verteilung
des ursprünglich
gestalteten Betätigerarms 123 erzeugt
der erste Resonanzmodus eine phasenverschobene Bewegung zwischen
den Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220, wie 2 zeigt. Aus dem gleichen
Grund können
die relativen Phasenbeziehungen zwischen der oberen Kopf-Gimbal-Anordnung 210 in
Bezug auf die der unteren Kopf-Gimbal-Anordnung 220 und des
Voice-Coil-Motors um 180 Grad phasenverschoben sein. Diese während des
ersten Resonanzmodus des Betätigerarms 123 erzeugte,
außerphasige bzw.
phasenverschobene Bewegung ergibt ein Problem in der Servosteuerung
der Betätigerarmbewegung
während
Spurfolge- und -suchvorgängen.
Während
des Biege-Resonanzmodus
der Betätigerarme 123 vibriert
nur eine der beiden Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 in
Phase mit der Steuerspule des Servo-Controllers, während die
andere Kopf-Gimbal-Anordnung außer
Phase mit der Spule vibriert. Dies bedeutet, daß nur eine Kopf-Gimbal-Anordnung
stabil und steuerbar ist (vom Servo-Steuersystem als Zunahme der
Phase gesehen), während der
andere Kopf außerphasig
mit der Spule schwingt und nicht steuerbar ist (vom Servosystem
als Phasenabnahme gesehen). Diese phasenverschobene Bewegung zwischen
den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 kann
in Translationsbewegungen 230 zwischen den oberen und unteren
Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 resultieren.
Diese Translationsbewegungen 230 können an den äußersten
Positionen der Platte 134 sehr stark werden und während der
Spurfolge- und -suchvorgänge
zu einer Bewegung des Betätigerarms
aus der Spur (off-track motion) führen. Wenn sich der Steuerkreis
unzureichend in Phase befindet, kann der Servo-Controller nicht
in der Lage sein, solche Bewegungen aus der Spur (off-track motions)
auszugleichen.
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In 3 ist ein Finite-Elemente-Kraftreaktionsmodell
(finite element force response model) gezeigt, das Knotenpunkte 310 umgebende,
asymmetrische Belastungs- bzw. Spannungsenergie darstellt, welche
in Phasenverschiebungsdifferenzen zwischen den oberen und unteren
Kopf-Gimbal-Anordnungen gemäß 2 resultiert. Jeder Knotenpunkt 310 weist
einen Punkt maximaler Zeitmittel-Belastungsenergie
(time-averaged strain energy) sowie einen umgebenden Bereich erhöhter Belastungsenergie
auf. Eine solche Asymmetrie kann die Spurfolge- und -suchleistung
des Plattenlaufwerks 100 gemäß 1 beeinträchtigen. Es wurde eine Finite-Elemente-Modellbildung wie
die in 3 gezeigte angewandt,
um die Symmetrie der Belastungsenergie in dem ursprünglich gestalteten
Betätigerarm 123 während eines
ersten Resonanzbiegemodus zu überprüfen. Der
ursprüngliche,
gestaltete Betätigerarm 123 gemäß 3 ergab während des
ersten Biege- und Torsionsresonanzmodus eine stark asymmetrische Belastungsenergieverteilung
um die Knotenpunkte 310 herum (Bereiche hoher asymmetrischer
Belastungskonzentration), was zu einer antisymmetrischen Verbiegung
im Betätigerarm 123 führte. Die von
dem mit Parametern versehenen Finite-Elementmodell erhaltene Frequenzgangfunktion
zeigte die die Knotenpunkte 310 umgebende, asymmetrische Belastungsenergie,
die zu Phasenverschiebungsdifferenzen zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen
führte.
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Der
Arm 300 weist eine Mittelachse 172 entlang seiner
Länge 173 auf.
Die Länge
ist durch einen starr festgelegten, proximalen Endpunkt 160,
einen distalen Endpunkt 150, der für laterale Störungen anfällig ist,
und einen mittleren Punkt 155 zwischen den Endpunkten definiert.
Die Achse 172 trennt die linke Seite 181 von der
rechten Seite 182. Allgemein gesagt stellt jeder Punkt
eine Energiemenge in einer den Punkt enthaltenden Zelle dar, so
daß die
Konzentrationen von Punkten quantitativ und qualitativ eine Energiekonzentration
angibt. Eine nähere
Untersuchung von 3 ergibt,
daß die
linke Seite 181 mehr Punkte aufweist als die rechte Seite 182,
was korrekterweise darauf hindeutet, daß die linke Seite eine größere Gesamt-Belastungsenergie
als die rechte Seite 182 aufweist. Ein Teil der linken
Seite 181 wird dementsprechend durch Schneiden einer länglichen
Einkerbung entfernt, wie durch eine Konturlinie 187 gezeigt
ist. Die 3 und 4 zeigen die Einkerbung 420 im
wesentlichen maßstabgetreu. Vorteilhafterweise
befindet sich das distale Ende 150 näher an der Einkerbung 420 als
an den Knotenpunkten 310 höchster Energie jeder Seite.
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In 4 ist ein Betätigerarm 410 mit
einer seitlichen Nut bzw. Rille 420 dargestellt, um die
phasenverschobene Bewegung in den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 gemäß 2 des Plattenlaufwerks 100 zu
reduzieren. In einigen Ausführungsformen
ist die seitliche Nut 420 im wesentlichen nahe den Konzentrationsbereichen 310 asymmetrischer
Belastung gemäß 3 gelegen. In diesen Ausführungsformen
befindet sich die seitliche Nut 420 auf einer Seite 430 des
Betätigerarms 410. Außerdem befindet
sich in diesen Ausführungsformen
die seitliche Nut 420 im wesentlichen in der Mitte und
der End- bzw. Außenseite 430 des
Betätigerarms 410.
Die seitliche Nut 420 kann durch mechanische Bearbeitung
der Seite 430 des Betätigerarms 410 ausgebildet
werden, um einen Teil des Materials des Betätigerarms 410 zu entfernen,
wie 4 zeigt. In einigen
Ausführungsformen
ist die seitliche Nut 420 halbkreisförmig. Die Größe und Form
der seitlichen Nut 420 kann eine beliebige Form sein, die
die Herstellung in einem Massen-Herstellungsprozeß eines brauchbaren
Betätigerarms 410 unterstützt, und
die gleichzeitig eine phasenverschobene Bewegung zwischen den oberen
und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 verringert.
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5 zeigt Funktionen, die
sich auf den ursprünglichen
Betätiger 300 (vor
der Modifikation der vorliegenden Erfindung) beziehen und gegenüber der
Frequenz 999 aufgezeichnet sind. Sie umfassen 521 (Größe 520 in
Dezibel) und 511 (Phase 510 in Grad) eines ersten
Kopfs und ähnliche
Frequenzgangfunktionen 522 und 512 eines zweiten
Kopfs. Es ist anzumerken, daß diese
Köpfe eine
starke Phasendifferenz 530 aufweisen, die besonders im
Bereich 596 zwischen den Phasenfunktionen 511, 512 innerhalb
des relevanten Frequenzbereichs 599 erkennbar ist.
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6 zeigt Frequenzgangfunktionen
des Betätigerarms 300 nach
Modifikationen gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Funktionen 611 und 621 entsprechen
dem ersten Kopf von 5,
und die Funktionen 612 und 622 entsprechen dem
zweiten Kopf von 5.
Man beachte, daß der
Bereich zwischen den Phasenfunktionen 611, 612 innerhalb
des relevanten Frequenzbereichs erheblich kleiner ist, obwohl die
Phasen differenz 630 bei einigen Frequenzen geringfügig größer sein
kann.
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Die 5 und 6, welche tatsächliche Messungen wiedergeben,
veranschaulichen, daß die Phasenverschiebungsbeziehung
zwischen oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen,
wie 210 und 220 (Anti-Resonanzeffekt der oberen
Kopf-Gimbal-Anordnung 210) bei Einbeziehung einer Materialentfernung
erheblich verringert war. Insbesondere bewirkte die seitliche Nut 420 im
Betätigerarm 410 die
Reduzierung der durchschnittlichen Phasendifferenz 596.
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7 ist ein Ablaufdiagramm
zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Reduzierung einer phasenverschobenen
Bewegung in den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen während eines Biegeresonanzmodus
eines Betätigerarms
gemäß 2. In diesem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
beginnt das Verfahren 700 mit einem Schritt 710 des
Bestimmens einer asymmetrischen Belastungsenergieverteilung, die
in einem Betätigerarm
während
eines ersten Resonanzbiegemodus erzeugt wird und welche eine Phasenverschiebungsbewegung
in an dem Betätigerarm
angebrachten, oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen bewirkt.
Der erste Resonanzmodus kann der erste Biege- und Torsionsresonanzmodus
des Betätigerarms sein.
In einigen Ausführungsformen
wird die während des
ersten Resonanzmodus erzeugte, asymmetrische Belastungsenergie unter
Verwendung eines mit Parametern versehenen bzw. parametrisierten
Finite-Elemente-Reaktionsmodells
bestimmt.
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Der
Schritt 720 umfaßt
die Veränderung
einer Feder-Masse-Struktur
des Betätigerarms,
um die asymmetrische Belastungsenergie zu reduzieren, so daß die Phasenverschiebungsbewegung
zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen während des
ersten Arm-Biegeresonanzmodus des Betätigerarms reduziert wird. Auch
wird die Feder-Masse-Struktur des Betätigerarms verändert, um die
Bewegung aus der Spur der Kopf-Gimbal-Anordnungen, die durch den
ersten Resonanzmodus im Betätigerarm
während
Spurfolge- und -suchvorgängen
eines Plattenlaufwerks verursacht wird, zu reduzieren. Bei einigen
Ausführungsformen
umfaßt
die Veränderung
der Feder-Masse-Struktur
des Betätigerarms
das Entfernen eines Teils des Betätigerarmmaterials, um eine
phasenverschobene bzw. außerphasige
Bewegung zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen
zu reduzieren. Das Entfernen des Betätigerarmmaterials kann das
Entfernen des Materials um einen Bereich hoher Belastungskonzentration
des Betätigerarms
umfassen. In einigen Ausführungsformen
wird die Nut bzw. Rille auf einer Seite des Betätigerarms und um den Bereich
hoher Belastungskonzentration herum ausgebildet, so daß die außerphasige
Bewegung zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen reduziert
wird, um die Performance des Plattenlaufwerks während Spurfolge- und -suchvorgängen zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen
wird die Nut bzw. Rille auf einer Seite des Betätigerarms und um den Bereich
hoher Belastungskonzentration herum maschinell bzw. mechanisch eingearbeitet,
so daß die
außerphasige
Bewegung zwischen den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen
reduziert wird, um die Performance des Plattenlaufwerks während Spurfolge-
und -suchvorgängen
zu verbessern. In einigen Ausführungsformen
kann die Form der an der Seite des Betätigerarms ausgebildeten Nut
halbkreisförmig
sein.
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8 ist eine schematische
Ansicht eines Computersystems. Vorteilhafterweise ist die Erfindung
zur Verwendung in einem Computersystem 800 gut geeignet.
Das Computersystem 800 kann auch elektronisches System
oder Informationsverarbeitungssystem genannt werden und umfaßt eine
zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher und einen Systembus.
Das Informationsverarbeitungssystem umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit 804,
einen RAM-Speicher 832, und einen Systembus 830 zum kommunikativen
Koppeln der zentralen Verarbeitungseinheit 504 und des
RAM-Speichers 832. Das Informationsverarbeitungssystem 802 kann
auch einen Eingabe-/Ausgabebus 810 umfassen, und verschiedene
periphere Geräte,
wie z.B. 812, 814, 818, 818, 820 und 822 können an
den Eingabe-/Ausgabebus 810 angeschlossen sein. Periphere
Geräte
können
Festplattenlaufwerke, magneto-optische Laufwerke, Diskettenlaufwerke,
Monitore, Tastaturen und andere Endgeräte dieser Art umfassen. Jeder
Plattenlaufwerktyp kann einen verbesserten Betätigerarm nach obiger Beschreibung
aufweisen.
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9 veranschaulicht ein bevorzugtes
Verfahren 900 der vorliegenden Erfindung mit den Schritten 905 bis 990.
Der Arm wird mit einem mit Parametern versehenen Finite-Elemente-Kraftreaktionsmodell
(parameterized finite element force response model) modelliert (910),
um eine Belastungsenergie in jedem von vielen Abschnitten (Zellen)
des entworfenen Betätigers
bzw. Aktuators abzuschätzen.
Die Zellen werden dann einer "linken
Seite" und einer "rechten Seite" des Arms zugeordnet
(915). Als nächstes
wird die Summe der Belastungsenergien in den Zellen ihren betreffenden
Seiten zugeordnet, wobei Summen L und R (920) als betreffende
Schätzungen
der Gesamtbelastungsenergie für
die linken und rechten Seiten berechnet werden. Die "erste Seite" ist die linke Seite
(934), falls L – R
größer als
Null ist (925), und anderenfalls ist die "erste Seite" die rechte Seite
(936). Als nächstes
wird der entworfene Betätiger
durch Modifizieren des Kraftreaktionsmodells so überarbeitet (940),
daß ein
Teil der ersten Seite mit vielen Zellen entfernt wird. Falls L und
R neue Werte (945) aufweisen, so daß L – R eine Größe hat, die nicht reduziert
ist (955), wird die Betätigergestaltung nochmals überarbeitet
(960). Beispielsweise kann dies eine Rückkehr (965) zum Wiederholen
des Schrittes (940) mit einem geringeren, entfernten Abschnitt,
und dann eine Wiederholung der Schritte (945) und (955)
bedeuten. Mit einer genügend
kleinen Verringerung im Schritt (940) wird es fast immer möglich sein,
die Performance mittels dieses bevorzugten Verfahrens zu verbessern.
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Wenn
ein reduziertes |L – R|
erhalten wurde, wird ein Prototyp durch maschinelle Bearbeitung
einer Metallform, damit diese dem überarbeiteten Betätiger (970) ähnelt, konstruiert
(970). Im allgemeinen verbessert dies die Phaseneigenschaften,
wobei diese Verbesserung in Schritt (975) verifiziert wird.
Dann wird der Prototyp kopiert, um eine Produkt- bzw. Serienversion
des Betätigers
zu bauen, die dem Prototyp ähnlich
ist. Schließlich
wird die Produkt- bzw. Serienversion in Plattenlaufwerke eingebaut
(985).
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Nicht
alle Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erfordern die Verwendung eines Kraftreaktionsmodells
(force response model). Beispielsweise können die Schritte (910)
bis (970) des Verfahrens von 9 durch
ein gröberes
Verfahren des Modifizierens der ersten Seite ersetzt werden, indem Material
von einem Prototyp einer ursprünglichen Armgestaltung
in Reaktion auf eine Bestimmung, daß erste und zweite Massen eines
Arms eine problematische Nicht-Null-Phasendifferenz aufweisen, bewegt
oder entfernt wird. Wie oben angegeben, verbessert die Entfernung
einer genügend
kleinen Materialmenge von der ersten Seite fast immer die Feder-Masse-Struktur
eines Betätigerarms.
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Anders
gesagt ist eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenlaufwerks.
Ein Betätigerarm 300 wird
ursprünglich
mit einer Feder-Masse-Struktur entworfen, die durch einen Schwingungsmodus 215 mit
einer anfänglichen
(variierenden oder Nicht-Null-Phasendifferenz 530 zwischen
einer ersten und einer zweiten Masse 210, 220 des
Arms 300 gekennzeichnet ist. Für einen gewissen "relevanten Frequenzbereich" 599 von
etwa 50 bis 500 Hertz oder mehr reduziert das vorliegende Verfahren
im allgemeinen die Größe der Phasendifferenz
von einem Anfangswert 530 (einer Funktion der Frequenz)
zu einem modifizierten Wert 630 (ebenfalls eine Funktion der
Frequenz). Im einzelnen sind die frequenz-gemittelten Größen dieser
Werte 530, 630 über dem relevanten Frequenzbereich 599 so,
daß der
modifizierte Arm eine geringere, frequenz-gemittelte Größe aufweist.
Graphisch ist dies erkennbar, da der Bereich 596 zwischen
den Phasenkurven 511, 512 von 5 viel größer ist als der Bereich 596 zwischen
den Phasenkurven 611, 612 von 6. Es ist anzumerken, daß die frequenz-gemittelte
Größe von 5 als der Bereich 596,
geteilt durch den Frequenzbereich 599 erhalten werden kann.
In dem dargestellten Beispiel ist die frequenz-gemittelte Größe der modifizierten Phasendifferenz 630 um
etwa 45 bis 450 Grad kleiner als die frequenz-gemittelte Größe der anfänglichen
Phasendifferenz 530 innerhalb des relevanten Bereichs 599.
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Eine
zweite Ausführungsform
ist ein Plattenlaufwerk 100 mit einem Gehäuse 112 und
zwei oder mehr Platten 134, die um eine Mittelachse im
Gehäuse
drehbar sind. Die zwei oder mehr Platten 134 umfassen ferner
Aufzeichnungsflächen 134 mit
Spuren 136 auf beiden Seiten der Platten. Das Plattenlaufwerk
umfaßt
auch einen Voice-Coil-Motor
und einen Betätigerarm 123.
Der Voice-Coil-Motor
ist im Gehäuse 112 angebracht.
Ein Ende des Betätigerarms 123 ist
mit dem Voice-Coil-Motor gekoppelt, und ein anderes Ende des Betätigerarms
ist mit oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 gekoppelt,
um auf den Spuren 136 der zwei oder mehr drehbaren Platten 134 gespeicherte
Information zu lesen/schreiben. Der Betätigerarm 123 hat eine
seitliche Nut bzw. Rille 420, um eine zwischen den oberen
und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 während eines
ersten Resonanzmodus des Betätigerarms 123 erzeugte
Phasenverschiebungsbewegung zu reduzieren. Die seitliche Nut 420 ist
an einer Seite 430 des Betätigerarms 123 so gelegen,
daß sie
eine asymmetrische Belastungsenergie (die sich während eines Biege- und Torsionsresonanzmodus ergibt)
im Betätigerarm 123 durch
Verteilen der Feder-Masse-Struktur
in dem Betätigerarm 123 reduziert,
so daß die
Phasenverschiebungsbewegung in den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen 210 und 220 verringert
wird.
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Eine
dritte Ausführungsform
ist ein Verfahren 700 zum Reduzieren einer phasenverschobenen
Bewegung in den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen während eines
ersten Resonanzmodus eines Betätigerarms,
um eine Bewegung aus der Spur in einem Betätigerarm während Spur folge- und -suchvorgängen eines
Plattenlaufwerks zu reduzieren. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 710 des Bestimmens
einer asymmetrischen Belastungsenergieverteilung, die während eines
ersten Resonanzmodus in dem Betätigerarm
erzeugt wird, was die phasenverschobenen Bewegung zwischen den oberen
und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen
bewirkt. Sodann umfaßt
das Verfahren den Schritt 720 des Veränderns der Feder-Masse-Struktur
des Betätigerarms,
um eine asymmetrische Belastungsenergie im Betätigerarm zu verändern, um
die phasenverschobene Bewegung in den oberen und unteren Kopf-Gimbal-Anordnungen und damit
die Bewegung aus der Spur im Betätigerarm
während
Spurfolge- und -suchvorgängen
des Plattenlaufwerks zu verringern.
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Es
ist anzumerken, daß die
obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein
soll. Fachleuten sind aus der obigen Beschreibung viele weitere
Ausführungsformen
ersichtlich. Beispielsweise können
Betätigerarme
mit anderen Massen als die einer zweiten Kopf-Gimbal-Anordnung ebenfalls
einer phasenverschobenen Bewegung unterliegen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung reduziert werden kann. Der Schutzumfang der Erfindung
ist daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen
Umfang von Äquivalenten,
zu denen solche Ansprüche
berechtigen, zu bestimmen.
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Zusammenfassung
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Plattenlaufwerk
mit einem für
eine reduzierte, phasenverschobene Bewegung konfigurierten Betätigerarm
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Plattenlaufwerke
werden mit einem Aktuator bzw. Betätiger gefertigt, der mit mindestens
einem asymmetrischen Arm ausgestaltet ist, welcher zwei Massen aufweist,
die sich phasenverschoben bewegen. Der Arm wird durch Entfernen
eines Bereichs der (Längs)-Seite
höherer
Energie, und zwar derjenigen mit der größeren Gesamt-Zeitmittel-Belastungsenergie
modifiziert. Diese Modifikation verringert die Phasendifferenz zwischen
dem ersten und dem zweiten Arm, insbesondere für einen relevanten, interessierenden
Frequenzbereich. Plattenlaufwerke, die durch dieses Verfahren gefertigt
sind, zeigen eine im allgemeinen verringerte, phasenverschobene
Bewegung und eine verbesserte Performance während Such- und Spurfolgevorgängen, insbesondere
bei Armen mit zwei Köpfen,
die mit Oberflächen
gegenüberliegender
Platten in Interaktion stehen (9).