DE60111397T2

DE60111397T2 - Gerät und verfahren zur dynamischen steuerung des flugverhaltens und höhe eines lese/schreibkopfes in einem speichergerät

Info

Publication number: DE60111397T2
Application number: DE60111397T
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ruediger BERGER; Andreas Dietzel; Friedrich Fleischmann
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-11
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2021-08-12
Also published as: EP1314160B1; JP2004508650A; US6707646B2; CN1267925C; WO2002019330A1; KR100611089B1; CN1822194A; US20020024774A1; TW563102B; DE60111397D1; CN1447971A; AU2001284008A1; EP1314160A1; KR20030033033A; ATE297591T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Festplattenlaufwerke oder Bandaufzeichnungsgeräte, die Informationen oder Daten auf sich drehenden Speichermedien speichern. Noch spezifischer betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung des Schwebeverhaltens eines Lese-/Schreibkopfs während der Drehbewegung der sich drehenden Magnetplatte unterhalb des Kopfs oder während der Bewegung des sich bewegenden Magnetbands unterhalb des Kopfs.
Magnetplattenspeichervorrichtungen nach dem Stand der Technik umfassen luftgelagerte Gleitstücke. Das Gleitstück selbst ist an einem sogenannten Aufhängungsarm angebracht, der im Wesentlichen als Lastarm fungiert und einen steifen und einen biegsamen Abschnitt umfasst, worin der biegsame Abschnitt eine Kraft erzeugt, um das Gleitstück zum Aufzeichnungsmedium hin- oder von diesem wegzubewegen, sodass das Gleitstück, auf dem ein elektromagnetischer Wandler angebracht ist, mit einer bestimmten benötigten Kraft zum Aufzeichnungsmedium hin gedrückt oder vom Aufzeichnungsmedium weg gezogen wird.
Dreht sich nun das Aufzeichnungsmedium, beispielsweise eine Magnetaufzeichnungsplatte, so gleicht sich die auf das Gleitstück wirkende Last mit einer Luftkissenkraft, die durch einen Luftstrom auf die Luftlagerfläche des Gleitstücks ausgeübt wird, aus, sodass das Gleitstück mit einem kleinen Spalt, der sogenannten "Schwebehöhe", oberhalb des Aufzeichnungsmediums schwebt.
Die Schwebehöhe eines einen magnetischen Lese-/Schreibkopf tragenden Gleitstücks oberhalb einer sich drehenden Magnetfestplatte liegt derzeit in einem Bereich von 20 Nanometern und wird in Zukunft wahrscheinlich geringer werden. Bei den derzeit bekannten Festplattenvorrichtungen wird die Schwebehöhe im Wesentlichen durch die jeweilige Konstruktionsweise einer Luftlagerfläche des Gleitstücks und einer Kopfkardananordnung bestimmt. Hier kann es aber aufgrund von Herstellungstoleranzen bei nicht identischen Vorrichtungen desselben Typs zu Variationen der Schwebehöhe in der Größenordnung einiger Nanometer kommen. Diese Toleranzen beeinflussen deutlich die Schreib- und Leseeigenschaften auf und von der Festplatte.
Nach dem Stand der Technik sind zwei unterschiedliche Gruppen von Magnetkopf-Aufhängungsmechanismen bekannt. In einer ersten Gruppe verursacht ein durch seine Eigenspannung ausdehn- und zusammenziebarer dünner Film, der auf dem biegsamen Abschnitt des Aufhängungsarms ausgebildet ist, die Durchbiegung des biegsamen Abschnitts und somit des Arms, wodurch die Schwebehöhe des Lese/Schreibkopfs oberhalb der Plattenoberfläche variiert wird.
Die Durchbiegung des Aufhängungsarms zur Plattenoberfläche hin erhöht jedoch die Federkraft, die dem aerodynamischen Auftrieb des Gleitstücks entgegenwirkt.
Als Wandler zum Biegen des Aufhängungsarms wurden auf dem Gebiet der Erfindung piezoelektrische Filme oder bimetallische Streifen vorgeschlagen. Ansätze, die der ersten Gruppe zuzuordnen sind, sind beispielsweise in dem den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche widerspiegelnden US-Patent Nr. 5.825.590, "Magnetic Head Suspension Mechanisms with a Thin Film thereon for Creating a Bent Portion of a Vibration Absorbing Portion", übertragen auf Fujitsu Ltd., Japan, und im US-Patent Nr. 5.377.058, "Fly Height Servo Control of Read/Write Head Suspension, übertragen auf die IBM Corporation, New York, geoffenbart.
Eine zweite Gruppe an Lösungsvorschlägen nach dem Stand der Technik stellt eine einmalige und statische Einstellung des Federdrucks und/oder der Durchbiegungsform des Aufhängungsarms bereit. In JAPANESE ABSTRACT JP 5189906 A wird vorgeschlagen, bei der Herstellung von Magnetköpfen vom Schwebetyp das Schwebeausmaß eines Gleitstücks auf ein kleines und exaktes Ausmaß festzulegen, indem dem Federteil des Aufhängungsarms Wärmeenergie zugeführt und der Federdruck eingestellt wird. Im Besonderen wird die Anlegung von Wärme durchgeführt, indem die Feder mit einem Laserstrahl bestrahlt wird und das Ausmaß der Durchbiegung in die Rollrichtung des Federteils durch eine diskrete Federdruckregulierung festgelegt wird. Nach der Festlegung des Durchbiegungsausmaßes wird das Gleitstück am Aufhängungsarm angebracht.
Gemäß einem weiteren statischen Lösungsvorschlag, der in JAPANESE ABSTRACT JP 63281283 A geoffenbart ist, ist der Federteil aus einem hoch biegsamen Material, beispielsweise einer Formgedächtnislegierung, hergestellt, das zulässt, dass die Ausgangsform des Federteils eher eine gebogene Form ist. Die Ausgangsform wird so lange verformt, bis sie zur Plattenoberfläche in etwa parallel ist. Da ausschließlich der. Federteil aus dem hoch biegsamen Material hergestellt ist, ist eine Steifigkeit entlang der Ebene gewährleistet und zudem die Federkonstante minimiert.
Die obigen Ansätze unter Verwendung eines Wandlerelements weisen den Nachteil auf, dass ein derartiges Element größere Flächen an der Aufhängung benötigt, was beispielsweise eine weitere Verkleinerung des Aufhängungsarms erschwert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren, eine Test- oder Speichervorrichtung sowie ein Aufhängungssystem bereit, so wie diese in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Demnach stellt die vorliegende Erfindung gegebenenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Schwebehöhe eines Lese-/Schreibkopfs oberhalb eines sich bewegenden Speichermediums, beispielsweise einer sich drehenden Magnetfestplatte oder eines Bands einer Bandaufzeichnungsvorrichtung, bereit, welche eine aktive und/oder dynamische Einstellung der Schwebehöhe oder, insbesondere im Fall einer Bandaufzeichnungsvorrichtung, eine Einstellung des Lagerdrucks ihres Lese-/Schreibkopfs zulassen.
Sie ermöglicht gegebenenfalls auch die präzise Festlegung der Schwebehöhe von einzelnen Speichervorrichtungen, insbesondere von Festplatten, auf einen vorbestimmten Wert, um den Herstellungstoleranzen gerecht zu werden.
Zudem machen es das Verfahren und die Vorrichtung gegebenenfalls möglich, Druckänderungen im Festplattenlaufwerk und/oder die Verschmutzung einer Luftlagerfläche in einem Festplattenlaufwerk oder einer Bandspeichervorrichtung zu kompensieren.
Weitere mögliche Vorteile stellen die Steuerung des Roll-, Nick- und Verdrehungswinkels eines Lese-/Schreibkopfs oberhalb einer sich drehenden Magnetfestplatte oder oberhalb eines sich bewegenden Bands eines Bandspeichers und die Ermöglichung einer aktiven Ausrichtung oder Anpassung dieser Eigenschaften dar.
Das dieser Erfindung zu Grunde liegende Konzept ist die Beeinflussung oder das Variieren der Federkonstante einer Aufhängung. und damit die Beeinflussung des Gleichgewichtszustands der beiden zuvor angesprochenen Kräfte, von denen sich eine aus dem unterhalb des Gleitstücks liegenden Luftkissen, das eine Auftriebs- oder Senkkraft ausübt, ergibt und die andere Kraft von der Federkraft der Aufhängung selbst bereitgestellt wird. Durch die Störung dieses Kräftegleichgewichts kann die Schwebehöhe des Lese-/Schreibkopfs auf kontrollierte Weise geändert werden. Durch das kontrollierte Variieren der Federkonstante kann somit die Schwebehöhe des Lese-/Schreibkopfs äußerst genau angepasst werden.
Im Gegensatz zu den beiden zuvor beschriebenen Ansätzen nach dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung sowohl einen passiven als auch einen aktiven Mechanismus bereit, bei dem die Betätigung des Lese-/Schreibkopfs ausschließlich durch das Variieren der Federkonstante k und nicht durch die aktive Durchbiegung ΔX wie nach dem Stand der Technik, F = k – ΔX, ausgeführt wird. Im Gegensatz zu den Ansätzen nach dem Stand der Technik, bei denen die Aufhängung aktiv durch die Bereitstellung einer Biegekraft oder eines Biegemoments durchgebogen wird, wird die Aufhängung gemäß der vorliegenden Erfindung nur als Folge des neuen Gleichgewichts der auf das Gleitstück wirkenden mechanischen Kräfte gebogen. Zusätzlich oder alternativ zur Durchbiegung kann die Aufhängung auch lokal gebogen oder gar geknickt werden, indem die durch den Elastizitätsmodul des Aufhängungsmaterials gegebene Federkonstante entsprechend variiert wird.
Die Erfindung ermöglicht somit die Anpassung einer nicht korrekten Gramm-Last oder einer variierenden Gramm-Last durch das ausschließliche (aktive) Anpassen der Federkonstante. Dies kann als aktives Anpassungsinstrument während des Betriebs des Festplattenlaufwerks (HDD) ausgeführt werden.
Zudem kann das vorgeschlagene Betätigungsschema an der Aufhängung auf einer sehr kleinen Flächen umgesetzt werden, wodurch beispielsweise eine weitere Verkleinerung des Aufhängungsarms möglich wird.
Zur Messung der Schwebehöhe des Kopfs stehen mehrere Verfahren und Systeme zur Verfügung, z.B. ein thermisches Abstandssensorverfahren, das für Rastersonden-Mikroskopiesensoren eingesetzt wird und beispielsweise im US-Patent Nr. 5.527.110 (Abraham et al.) unter dem Titel "Method and Apparatus for Detecting Asperities on Magnetic Disks Using Thermal Proximity Imaging" geoffenbart ist. Da die Drehgeschwindigkeit der Festplatte während des Betriebs der Plattenspeichervorrichtung annähernd konstant ist, sind die Auftriebs- oder Senkkräfte für eine bestimmte Konstruktion des Gleitstücks, insbesondere für die Form der Luftlagerfläche, ebenfalls annähernd konstant, wodurch eine einmalige Anpassung einer nicht korrekten Gramm-Last möglich ist. Zudem kann beim Herstellungsverfahren eine bestimmte Schwebehöhe festgelegt werden.
Abgesehen von der statischen Anpassung der Federkraft durch das Variieren der Federkonstante kann eine aktive oder dynamische Anpassung der Schwebehöhe durchgeführt werden, um gute Lese- und Schreibeigenschaften und insbesondere Betriebseigenschaften des darunter liegenden und sich drehenden Speichersystems zu gewährleisten.
Durch die Hochgeschwindigkeits-Drehbewegung der Platte ändert sich normalerweise die Temperatur der gesamten Platenspeichervorrichtung während des Betriebs. Dadurch steigt auch die Temperatur des Aufhängungsarms und die Lufttemperatur im Inneren des Plattenspeichergehäuses an. Die unterschiedlichen Temperaturen insbesondere des Aufhängungsarms verursachen Änderungen in der Federkraft und diesen entsprechend Änderungen der Schwebehöhe des Kopfs. Variationen des Luftdrucks oder eine Verschmutzung der Luftlagerfläche haben Einfluss auf den unterhalb des Gleitstücks strömenden Luftstrom und beeinflussen somit die auf das Gleitstück wirkende Auftriebskraft. All diese die Schwebehöhe beeinflussenden Wirkungen können mithilfe der vorliegenden Erfindung dynamisch angepasst werden. Dadurch können Variationen der Drehgeschwindigkeit der Festplatte und deren Einfluss auf die Schwebehöhe des Lese-/Schreibkopfs passend eingestellt werden, beispielsweise als Nieder- und Hochleistungsmodus des HDD.
Eine weitere Umweltauswirkung kann die Verschlechterung der Materialien im Laufe der Betriebszeit der Festplatte sein, die korrigiert werden muss, um die optimale Schwebehöhe halten zu können, sodass eine zuverlässige Festplatte bereitgestellt ist. Die Erfindung erlaubt gegebenenfalls auch die dynamische Festlegung einer bestimmten Schwebehöhe, sodass der Lese-/Schreibkopf nur dann auf einer Minimalschwebehöhe gehalten werden kann, wenn der Lese-/Schreibkopf von der Magnetplatte liest oder auf diese schreibt. Liegt kein Lese- oder Schreibzugriff vor, was auf in etwa 90% der Drehzeit der Festplatte zutrifft, kann der Lese-/Schreibkopf von der Minimalschwebehöhe zurückgezogen werden, um die mechanische Unempfindlichkeit der Festplatte zu erhöhen. Somit ermöglicht die Erfindung einen dynamischen Zwei- oder Mehr-Ebenen-Betrieb des Lese-/Schreibkopfs.
Ein weiteres technisches Gebiet, in dem die Erfindung vorteilhaft Anwendung finden kann, sind zukünftige Lese- und Schreibvorgänge, die gegebenenfalls unterschiedlicher, aber definierter Schwebehöhen bedürfen, um ein ideales Leistungsverhalten, beispielswiese hinsichtlich der Speicherdichte, zu erbringen. So kann es sich beispielsweise als praktischer erweisen, magnetische Bits mit einer sehr niedrigen Schwebehöhe zu schreiben, während das Lesen der Bits aber noch bei einer höheren Schwebehöhe möglich ist. Insbesondere während einer Suche kann das Servomuster auch bei einer höheren Schwebehöhe noch mit ausreichender Auflösung gelesen werden. Dies würde zu einer kürzeren Suchdauer führen. Durch die aktive Steuerung der Schwebehöhe könnte dies verwirklicht werden, was zudem die Lebensdauer der Festplatte erhöht.
Die Änderung der Schwebehöhe ermöglicht demnach die Anordnung des Lese/Schreibkopfs in einer Art Abstellposition, in der er vor Schäden geschützt und somit stoßfest ist. Zusätzlich nimmt der zur Drehung der Festplatte notwendige Stromverbrauch ab, da aufgrund des größeren Abstands des Gleitstücks von der Plattenoberfläche die Reibungskraft der Luft zwischen dem Gleitstück und der Plattenoberfläche abnimmt.
Eine weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Plattenspeichervorrichtungen in tragbaren Vorrichtungen, wie beispielsweise Laptops, Mobiltelefonen oder dergleichen, bei denen es nützlich sein könnte, den Stromverbrauch durch eine Senkung der Drehgeschwindigkeit der Festplatte zu reduzieren. Die Senkung der Drehgeschwindigkeit der Platte kann sich auf die Luftlagerkräfte auswirken und somit zu einer Variation der Schwebehöhe und dadurch zu einer Änderung des Leistungsverhaltens der Vorrichtung führen.
Die variable Aufhängungsfederkonstante wird in einer ersten Ausführungsform umgesetzt, indem die Materialtemperatur des Aufhängungsarms lokal variiert wird. Eine solche Temperaturvariation kann durch eine kleine Heizvorrichtung, die am Aufhängungsarm bereitgestellt ist, beispielsweise eine an der Oberfläche des Aufhängungsarms aufgebrachte dünne oder dicke Filmstruktur, herbeigeführt werden. Das Variieren der Biegeeigenschaften einer derartigen Schicht, die insbesondere die Federkonstante in Abhängigkeit von der Temperatur ändern kann, sorgt für eine Variation der Durchbiegung des Aufhängungsarms und führt somit zu einer Variation der Schwebehöhe des Lese-/Schreibkopfs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Variation der Biegeeigenschaften auch durch Verwendung eines massiven Materials oder einer Schicht für den Aufhängungsarms oder einer entsprechenden zusätzlichen Schicht mit magnetoelastischem Effekt, bei dem die Federkonstante von der Magnetisierung abhängt, erreicht werden. Die Magnetisierung kann durch ein angelegtes äußeres oder ein inneres Magnetfeld gesteuert werden, das auf die magnetempfindliche Schicht wirkt. Eine innere Magnetfeldquelle kann durch eine zweite, beispielsweise hartmagnetische, Schicht, die unterhalb oder oberhalb oder in der Nähe des magnetempfindlichen Materials angeordnet ist, oder durch das Hinzufügen einer kleinen Schleife als induktives Element zur Erzeugung eines Magnetfelds verwirklicht werden. Eine derartige Magnetschicht kann auch zur Vormagnetisierung oder Linearisierung des Effekts eingesetzt werden. Die Verwendung einer magnetoelastischen Schicht oder eines ebensolchen Materials bietet den Vorteil, dass in der Speichervorrichtung kein kontinuierlicher Stromverbrauch benötigt wird, da es sich beim magnetoelastischen Effekt um einen quasistatischen Effekt handelt.
Es ist anzumerken, dass die beschriebenen Konzepte für jede Kombination aus Gleitstück und Festplatte individuell ausgeführt werden können und nicht von den Eigenheiten der darunter liegenden Plattenspeichervorrichtung abhängen. Darüber hinaus sind die Konzepte auch nicht auf Magnetfestplattenspeichervorrichtungen eingeschränkt, sondern können vorteilhaft auf andere derzeitige und zukünftige, auf rotierenden Platten basierenden Speichervorrichtungen, wie etwa optische Platten usw., angewendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufhängungsarms nach dem Stand der Technik;
2 ist eine schematische Ansicht eines Aufhängungsarms zur Veranschaulichung des der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegenden Luftkissens;
Die 3a–3d sind schematische Ansichten unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Die 4a–4a sind schematische Ansichten zur Veranschaulichung der Definition des Roll-, Nick- und Verdrehungswinkels;
Die 3a–3d sind schematische Ansichten unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist ein Aufhängungsarm 100 dargestellt, der im US-Patent Nr. 5.377.058 offenbart ist und der eine schwebende Aufhängung 110 sowie einen Lese-/Schreibkopf 120 nach dem Stand der Technik umfasst. Der Lese-/Schreibkopf 120 ist an einem Gleitstück 125 befestigt. Die Stromspeisung des Kopfs 120 einschließlich einer oder mehrerer Signalleitungen erfolgt über elektrische Kabel 160. An der gegenüberliegenden Seite ist der Aufhängungsarm 100 mithilfe eines Befestigungsflanschs an einem Motorflansch eines Festplattenlaufwerks (hier nicht abgebildet) angebracht.
Ein piezoelektrischer Film 140 ist am Aufhängungsarm 100 angehaftet. Eine Schwebehöhe-Regelungsspannung wird über die elektrischen Kabel 150 an den Film 140 angelegt. Durch das Anlegen der Korrekturspannung dehnt sich der Film 140 entlang der Ebene des Aufhängungsarms 100 aus und legt durch die Haftung zwischen dem Film 140 und dem Aufhängungsarm 100 eine Biegekraft an den Arm 100 an, welche den Arm 100 zu einer Durchbiegung entlang seiner Längsachse und seiner Querachse zwingt.
Die Durchbiegung des Aufhängungsarms 100 hin zu einer (nicht dargestellten) Plattenoberfläche erhöht die gegen den aerodynamischen Auftrieb, der auf den Lese/Schreibkopf 120 bzw. das Gleitstück 125 wirkt, wirkende Federkraft, sodass der Kopf 120 näher zur Plattenoberfläche schwebt. Somit wird die Schwebehöhe durch die Korrekturspannung eingestellt.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines Aufhängungsarms mit einem oberhalb einer Plattenoberfläche einer Magnetfestplatte gleitenden Gleitstück. Während der Drehung der Magnetfestplatte übt ein unter dem Gleitstück liegendes Luftkissen eine zur Festplatte hin oder von dieser weg wirkende Kraft aus. Bei Gleichgewicht der Kraft F_a und der Federkraft F_s schwebt der Kopf oberhalb der sich drehenden Festplatte mit einer ausgeglichenen Schwebehöhe (FH).
Gemäß der Erfindung umfasst der Aufhängungsarm ein Material oder alternativ dazu eine auf der Oberfläche des Aufhängungsarms aufgebrachte Schicht, wo die Federkonstante gemeinsam mit den physikalischen Eigenschaften des Material, wie seine Temperatur oder ein durch dieses hindurchgehender Magnetfluss oder eine angelegte elektrische Spannung, stark variiert. Die Federkraft F_s kann in einer ersten Annäherung als F_s = k × l beschrieben werden, worin k die Federkonstante des Materials und l die Längs- oder Querbiegung des Aufhängungsarms ist. Gemäß der Erfindung variiert die Federkraft F durch die Änderung der Federkonstante k. Eine Variation Dk verursacht somit in einer ersten Annäherung eine Variation der Durchbiegung Dl, wobei F = konstant gilt.
Mit Bezug auf 2 ist eine Ansicht gezeigt, in der eine Kopfgleitstückanordnung 200 abgebildet ist, die im Besonderen ein in einem Abstand zur Festplattenoberfläche 220 angeordnetes Gleitstück 210 umfasst, um das der Erfindung zu Grunde liegende Luftkissenkonzept zu veranschaulichen. Die Schwebehöhe (FH) ist so wie im Folgenden verwendet als die Minimaldistanz zwischen dem Gleitstück und der Plattenoberfläche 220 definiert. Die räumliche Ausrichtung und die Biegeform des Gleitstücks in Bezug auf die Plattenoberfläche kann durch den Nickwinkel α und einen Scheitelwert 230 charakterisiert werden. Augrund der Relativ-Bewegung zwischen der Plattenoberfläche 220 und dem Gleitstück, die durch die Drehrichtung der Festplatte, dargestellt durch den Pfeil 240, bestimmt ist, wird ein spezifischer Luftstrom 250 gebildet, der dem Nickwinkel α entsprechend aufgrund des Luftkissens an der Luftlagerfläche 260 eine Kraft erzeugt, die die Minimaldistanz FH zur Plattenoberfläche 220 umfasst.
Die Schwebehöhe (FH) des Gleitstücks 210 bzw. des Kopfs ist zur Gänze durch die zuvor beschriebenen Schwebeeigenschaften bestimmt, d.h. durch die durch die Aerodynamik des Gleitstücks erzeugten Auftriebs- und Senkkräfte und die Feder kraft, mit der der Aufhängungsarm 280 das Gleitstück 210 zur Plattenoberfläche 260 hin drückt.
Die folgenden 3a–3d zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Aufhängungsarms gemäß der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 3a umfasst eine erste Ausführungsform einen Aufhängungsarm 300, der ein massives Material mit einer Federkraft mit einem relativen großen Gradienten des Elastizitätsmoduls DE gegenüber DT, umfasst oder aus einem ebensolchen besteht, wobei DT die Volumenstemperatur des Aufhängungsarms 300 ist. Der Aufhängungsarm 300 besteht aus einem biegsamen Abschnitt 310 mit einer Dicke d₁ und einem steifen Abschnitt 320 mit einer Dicke d₂, Am freien Ende des Aufhängungsarms 300 ist ein Gleitstück 325 am Aufhängungsarm 300, 310 mithilfe eines Klebstoffs 327 angebracht. Die untere Oberfläche des Gleitstücks 325 hat einen Abstand FH zur oberseitigen Oberfläche einer Festplatte 329.
Der Aufhängungsarm 300 umfasst im Besonderen ein Heizelement 330, das an einem bestimmten biegeempfindlichen Abschnitt 340 des massiven Materials angeordnet ist, welcher durch schraffierte Linien hervorgehoben ist und einen erhöhten Gradienten des Elastizitätsmoduls umfasst.
Das Heizelement 330 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ein Widerstandsdraht ausgebildet, der um den Aufhängungsarm gewickelt ist. Alternativ dazu kann das Heizelement 330 als eine dünne oder dicke Schicht aus einem widerstandsbehafteten Material ausgebildet sein, welches auf eine oder beide Oberflächen entlang dem Abschnitt 340 aufgebracht ist. Ein durch die elektrischen Speisungskabel 350 fließender elektrischer Strom I_c sorgt für die Anhebung der Temperatur des biegeempfindlichen Materials 340, wodurch die Federkonstante des Materials 340 abnimmt.
Gemeinsam mit einer sich aus dem Luftkisseneffekt unterhalb des Gleitstücks 325 (vgl. 1) ergebenden konstanten Kraft Fa nimmt auch die Krümmung der Durch biegung des Aufhängungsarms 300 ab und hebt somit die Schwebehöhe FH des Gleitstücks 325 oberhalb der Plattenoberfläche 329 an.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in 3b abgebildet ist, umfasst anstelle des massiven Materials eine auf einem Aufhängungsarm 410 aufgebrachte biegeempfindliche Schicht, welche eine Dicke d_Schicht umfasst. In Abhängigkeit vom Unterschied zwischen d_Schicht und d_Volumen löst eine Änderung der Federkonstante der Schicht 400 eine Änderung der Krümmung der Durchbiegung des Aufhängungsarms 410 aus.
Diese Ausführungsform umfasst ein Heizelement 420, das in der vorliegenden Ausführungsform als mäanderförmiger Widerstandsdraht 420 ausgebildet ist. Ein durch die Speisungsdrähte 430 geführter und durch den Widerstandsdraht 420 fließender elektrischer Strom erwärmt in erster Linie die Schicht 400 und verursacht dementsprechend eine Änderung der Federkonstante der Schicht 400. Dies löst zudem aufgrund des sogenannten "passiven bimetallischen Effekts" eine Änderung der Krümmung der Durchbiegung des Aufhängungsarms 410 aus, d.h. die Abnahme des Biegemoments der Schicht 400 wirkt auf den Aufhängungsarm 410. In dieser Anordnung können der bimetallische Effekt und der Biegeeffekt, die die Betätigung auslösen, entgegengesetzte Vorzeichen haben. Es können Materialien gewählt werden, die durch das Variieren der Temperatur eine "Null-Betätigung" aufweisen. Alternativ können Materialien mit einer hohen Biegewirkung gewählt werden, welche die bimetallische Betätigung überkompensiert.
Es wird betont, dass die Richtung der Änderung der Krümmungskurve und somit der Schwebehöhe vom Vorzeichen der Eigenspannung des Zwei-Schichten-Systems abhängt und es somit beim Anheben der Temperatur zu einer Anhebung oder einer Abnahme der Schwebehöhe kommen kann.
3c zeigt eine Ausführungsform, in der eine Schicht 500 aus einem magnetoelastischen Material auf einem Aufhängungsarm 510 aufgebracht ist. Eine Änderung des Elastizitätsmoduls der Schicht 500 wird mithilfe eines Magnetfelds, das durch einen in Form einer flachen Spule auf der Schicht 500 oder um die Aufhängung gewickelten Draht erzeugt wird, herbeigeführt. Der Spulendraht 520 wird über die Speisungsdrähte 530 gespeist.
3d veranschaulicht eine Ausführungsform, in der eine hartmagnetische Schicht (HL) auf oder sehr nahe an oder in großer Nähe zu einem magnetoelastischen Abschnitt der Aufhängung angeordnet ist. Die Magnetisierung des hartmagnetischen Schicht definiert die Magnetisierungsrichtung des magnetoelastischen Abschnitts der Aufhängung und damit auch dessen Biegeeigenschaften. Die Magnetisierung der HL kann durch ein außen angelegtes Feld, sogar durch ein außerhalb des HDD angelegtes Feld, umgeschaltet oder durch einen kurzen Stromimpuls durch ein auf der HL angeordnetes Induktionselement festgelegt werden. Nach dem außen angelegten Feld oder dem Stromimpuls dreht sich die Magnetisierung in der HL in eine gewünschte Richtung und definiert dadurch die Biegeeigenschaften der Schicht 500. Die Ausführungsform kann auch so konzipiert sein, dass nur ein magnetischer Abschnitt verwendet wird, der selbst aus einem hartmagnetischen Material besteht.
4a ist eine schematische Ansicht entlang der Längsachse hin zur Rückseite eines oberen Gleitstücks 620 und eines unteren Gleitstücks 640, die oberhalb der Plattenoberfläche einer Magnetfestplatte 600 gleiten. Während der Drehung der Magnetfestplatte übt das unter dem Gleitstück befindliche Luftkissen eine zur Festplatte hin oder von dieser weg wirkende Kraft aus. Wie angedeutet ist, können die Gleitstücke 620, 640 parallel (Rollwinkel null) oder in einem bestimmten Winkel zur Plattenoberfläche angeordnet sein.
4b ist eine schematische Seitenansicht eines oberen Gleitstücks 620 und eines unteren Gleitstücks 640, die oberhalb der Plattenoberfläche einer Magnetfestplatte 600 gleiten. Während der Drehung der Magnetfestplatte übt das unter dem Gleitstück befindliche Luftkissen eine zur Festplatte hin oder von dieser weg wirkende Kraft aus. Wie angedeutet ist, kann die Luftlagerfläche der Gleitstücke 620, 640 parallel (Nickwinkel null) oder in einem bestimmten Winkel zur Plattenoberfläche angeordnet sein.
4c ist eine schematische Seitenansicht eines unteren Gleitstücks 640, das oberhalb der Plattenoberfläche einer Magnetfestplatte 600 gleitet. Wie angedeutet ist, kann das Gleitstück entlang der Längsachse verdreht sein.
In 5a aus der deutschen Patentanmeldung DE 19603192 A1 , 6, ist ein Vorderbereich eines Aufhängungsarms 21a mit einem Gleitstück 24 abgebildet. Der Aufhängungsarm ist durch U-förmige Schlitze 31 und 32 in der Nähe des Gleitstücks und gerade Schlitze 33 und 34 modifiziert. Auf diese Weise wird ein H-artiger Kopfbefestigungsbereich ausgebildet, bei dem Brücken 36, 38 und 39 ein kardanähnliches Aufhängungssystem bilden. Dieses Aufhängungssystem weist allerdings den Nachteil auf, dass es nicht ideal kardanisch ist. Ist das Gleitstück nicht ideal angebracht, so verhindern die zum Biegen oder Verdrehen der Brücken benötigte Kräfte, dass der Kopf das Gleitstück ausschließlich durch den Luftkissendruck korrekt ausrichten kann.
5b zeigt eine Modifikation des in 5a dargestellten Systems, wobei die Brücken 710 und 720 oder die Brückenteile 730, 740, 750, 760 aus einem Material bestehen oder alternativ dazu eine auf der Brückenoberfläche aufgebrachte Schicht aufweisen, wo die Federkonstante mit den physikalischen Eigenschaften des Materials, wie etwa seiner Temperatur oder einem durch dieses geführten Magnetfluss, stark variiert, wie bereits für den Aufhängungsarm beschrieben wurde. Durch das selektive Ändern der Federkonstante der Brücken können die Befestigungstoleranzen des Gleitstücks korrigiert werden, um den Roll-, Nick- oder Verdrehungswinkel einzustellen.
5c zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines anderen kardanartigen Aufhängungssystems, das aus sich kreuzenden Brücken 710, 720 besteht.
Die in den 5a bis 5c abgebildeten Systeme weisen den Nachteil auf, dass die Brücken miteinander gekoppelt sind. Dadurch kann keine individuelle Anpassung des Roll- und Nickwinkels beibehalten werden.
5d zeigt ein Aufhängungssystem mit entkoppelten Achsen. Brücken 710a, 710b und 720 oder Teile 770, 780, 790 der Brücken bestehen aus einem Material oder weisen alternativ dazu eine auf der Brückenoberfläche aufgebrachte Schicht auf, wo die Federkonstante mit der physikalischen Eigenschaften des Materials stark variiert.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Schwebehöhe (FH) eines Lese-/Schreibkopfs (325), der in der Nähe einer sich drehenden Plattenoberfläche (324) einer Plattenspeichervorrichtung oder eines sich bewegenden Bands einer Bandaufzeichnungs- oder Bandspeichervorrichtung angeordnet und an einem Aufhängungsarm (300) umfassend eine Federkraft mit einer Federkonstante zur flexiblen Aufhängung des Kopfs oberhalb der Plattenoberfläche bzw. des Bands und zum Drücken des Kopfs mithilfe der Federkraft gegen eine auf den. Kopf wirkende aerodynamische Auftriebskraft angebracht ist, gekennzeichnet durch das Variieren der Federkonstante von zumindest einem Teil (340) des Aufhängungsarms während der Drehbewegung der Platte oder der Bewegung des Bands zur Anpassung der Schwebehöhe und/oder des Roll- und/oder Nickwinkels des Kopfs.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das zumindest lokale Variieren der Temperatur des Aufhängungsarms.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Variieren eines an zumindest einen Teil (500) des Aufhängungsarms angelegten Magnetfelds und/oder der Magnetisierung von zumindest einem Teil des Aufhängungsarms oder durch das Variieren eines elektrischen Felds in zumindest einem Teil des Aufhängungsarms.
Speicher- oder Testvorrichtung, umfassend ein bewegliches Speichermedium (324) und einen Lese-/Schreibkopf (325), der in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist und somit eine Schwebehöhe (FH) definiert und der an einem Aufhängungsarm (300) zur flexiblen Aufhängung des Kopfs oberhalb des Speichermediums und zum Drücken des Kopfs mithilfe einer Federkraft gegen eine auf den Kopf wirkende aerodynamische Auftriebskraft angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsarm zumindest einen Teil aufweist, der ein Material (340, 400, 500) mit einer parameterabhängigen Federkonstante aufweist und dass die Vorrichtung weiters Mittel (330, 420, 520, HL) zur Steuerung der Federkonstante durch den vorgenannten Parameter umfasst, um die Schwebehöhe des Kopfs anzupassen, wenn sich das Speichermedium bei der Verwendung relativ zum Lese-/Schreibkopf bewegt.
Speicher- oder Testvorrichtung, umfassend ein bewegliches Speichermedium (324) und einen Lese-/Schreibkopf (325), der in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist und somit eine Schwebehöhe (FH) definiert und der an einem Aufhängungsarm (300) zur flexiblen Aufhängung des Kopfs oberhalb des Speichermediums und zum Drücken des Kopfs mithilfe einer Federkraft gegen eine auf den Kopf wirkende aerodynamische Auftriebskraft angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsarm zumindest einen Teil aufweist, der ein Material (340, 400, 500) mit einer parameterabhängigen Federkonstante aufweist und dass die Vorrichtung weiters Mittel (330, 420, 520, HL) zur Steuerung der Federkonstante durch den vorgenannten Parameter umfasst, um den Roll-, Verdrehungs- und Nickwinkel des Kopfs anzupassen, wenn sich das Speichermedium bei der Verwendung relativ zum Lese-/Schreibkopf bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material wärmeempfindlich ist, wobei der Parameter die Temperatur ist, und/oder magnetempfindlich ist, wobei der Parameter die Magnetfeldstärke ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Biegeteil des Aufhängungsarms ein massives Material mit einer parameterabhängigen Federkonstante umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Aufhängungsarms eine Schicht aus einem Material mit einer parameterabhängigen Federkonstante umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine nicht homogene Verteilung der Federkonstante aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine erhöhte Empfindlichkeit der Federkonstante aufweist, die im Wesentlichen längs oder seitlich zur Achse des Aufhängungsarms ausgerichtet ist.
Aufhängungssystem für eine Speicher- oder Testvorrichtung, umfassend ein bewegliches Speichermedium (324) und einen Lese-/Schreibkopf (325), der in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist und somit eine Schwebehöhe (FH) definiert und der an einem Aufhängungsarm zur flexiblen Aufhängung des Kopfs oberhalb des Speichermediums und zum Drücken des Kopfs mithilfe einer Federkraft gegen eine auf den Kopf wirkende aerodynamische Auftriebskraft angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (340, 400, 500) des Aufhängungsarms ein Material mit einer parameterabhängigen Federkonstante umfasst, und dass das Aufhängungssystem weiters Mittel (330, 420, 520, HL) aufweist, um durch den vorgenannten Parameter auf das Material einzuwirken, wenn sich das Speichermedium bei der Verwendung relativ zum Lese-/Schreibkopf bewegt.
Aufhängungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufhängungsarm ein massives Material mit einer parameterabhängigen Federkonstante umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Aufhängungsarms eine Schicht aus einem Material mit einer parameterabhängigen Federkonstante umfasst.