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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf Magnetaufzeichnungsplatten-Datenspeichersysteme
und insbesondere auf derartige Systeme, die eine Vielzahl von Oberflächenzonen aufweisen.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Direktzugriffspeichervorrichtungen
(DASD, direct access storage devices), oder Plattenlaufwerke, speichern
Information auf konzentrischen Spuren einer drehbaren Magnetaufzeichnungsplatte.
Ein Magnetkopf oder Wandlerelement wird von Spur zu Spur bewegt,
um die erwünschte
Information aufzuzeichnen und zu lesen. Üblicherweise ist das Wandlerelement
auf einem Luftlagergleitstück
angeordnet, das über
die Oberfläche
der Platte fliegt, wenn sich die Platte dreht. Bei manchen in jüngster Zeit
nahegelegten Plattenlaufwerken gleitet der Gleiter („Träger") auf einem flüssigen Film
oder Lagerelement auf der Platte. Eine Aufhängeanordnung verbindet den Gleiter
mit einem Rotations- oder Linearaktuator.
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Wenn die sich drehende Magnetplatte
eines Plattenlaufwerks angehalten wird, ist kein aerodynamisches
Kissen vorhanden, damit der Gleiter über der Oberfläche schwimmen
oder fliegen kann. Damit die Oberfläche der Magnetplatte, wenn
sie sich nicht dreht, nicht beschädigt wird, ist es üblich, den
Gleiter in einer Parkspur zu „parken", so dass die Berührung zwischen
Platte und Gleiter zu keiner wesentlichen Beschädigung führt und die magnetisch aufgezeichneten
Daten nicht zerstört.
Das ledigliche Parken des Gleiters wirkt jedoch nicht der Möglichkeit
entgegen, dass eine Kraft auf das Plattenlaufwerk wirkt, die ausreicht,
um den Aktuator aus seiner Parkposition zu verrücken und somit den Gleiter
auf die Aufzeichnungsoberfläche
der Magnetplatte zu bewegen. Dementsprechend ist es wichtig, dass
der Aktuator, der den Gleiter positioniert, beschränkt oder
anderweitig in seiner Parkposition gehalten wird, um jegliches Zerkratzen
des Datenaufzeichnungsbereichs der Platten- Oberfläche durch den Gleiter zu verhindern,
wenn keine aerodynamische Lagerung zwischen diesen vorhanden ist.
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Extrem glatte Oberflächen sind
sowohl auf der Datenoberfläche
als auch der Luftlagerungsseite des Gleiters gegeben. Ohne das aerodynamische Kissen
zwischen dem Gleiter und der Plattenoberfläche kommt der Gleiter mit der
stationären
Plattenoberfläche
in Berührung
und Haftreibung kann entstehen. Haftreibung tritt auf, wenn zwei
sehr glatte Oberflächen
aneinander haften und das Entfernen der einen von der anderen effektiv
verhindern. Die Haftreibungskräfte
können
ausreichen, um die Rotation der Platte zu verhindern. Selbst wenn
die Platte gedreht werden kann, wird es mit hoher Wahrscheinlichkeit zu
einer Beschädigung
der Oberfläche
der Platte kommen, da sich der Gleiter in physischem Kontakt mit
der Platte befindet und anfänglich
auf der Plattenoberfläche
haftet, wenn sich die Platte relativ zum Gleiter bewegt.
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Der Gleiter kann in einer Parkspur
oder einer Entladevorrichtung wie eine Rampe geparkt sein. Der Aktuator,
der den Gleiter bewegt, muss einrasten, um eine Bewegung des Gleiters
aus der Parkposition auf den Datenaufzeichnungsbereich der Platte zu
verhindern.
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Beispiele für Einrastvorrichtungen schließen die
US-A-5.363.261 (Eckberg et al., erteilt am 8.11.1994), US-A-4.833.550
(Takizawa et al., erteilt am 23.3.1989), US-A-5.446.606 (Brunner et al., erteilt am
29.8.1995), US-A-5.117.318 (Immler et al., erteilt am 26.5.1992),
US-A-5.095.395 (Wakatsuki, erteilt am 10.3.1992), US-A-4.562.500 (Bygdnes,
erteilt am 31.12.1985), japanische Patentanmeldung J1-166385 (Morita, veröffentlicht
am 30.6.1989), japanische Patentanmeldung J2-73581 (Okutsu, veröffentlicht
am 13.3.1990), japanische Patentanmeldung J4-26969 (Tamayama, veröffentlicht
am 30.1.1992), japanische Patentanmeldung J3-132980 (Sasaki, veröffentlicht
am 6.6.1991), japanische Patentanmeldung J2-146109 (Kadowaki, veröffentlicht am
5.6.1990), japanische Patentanmeldung J1-241070 (Morita, veröffentlicht
am 26.11.1989) ein.
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Der Parkspurbereich der Platte weist
eine rauhe Textur auf, um Haftreibung zwischen der Platte und dem
Gleiter zu verhindern, wenn sich der Gleiter in Ruheposition auf
der Platte befindet. Ein Beispiel dieses Strukturierungsvorgangs
ist in der US-A-5.062.021 (Ranjan et al., erteilt am 29.10.1991)
dargestellt. Weitere Beispiele von Parkspuren mit Textur schließen die
US-A-5.446.606 (Brunner et al., erteilt am 29.8.1995) und die US-A-4.907.106
(Yamada, erteilt am 6.3.1990) und IBM TDB Vol. 28, Nr. 1, Juni 1985,
S. 318 ein.
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In den Patentzusammenfassungen Japan Vol.
012, Nr. 389 (P-1095), 22.8.1990 und
JP
02 146109 sowie
JP
02 146109 A (Fujitsu Ltd), 5.6.1990 wird eine Magnetplatte
erläutert,
die einen Datenbereich, einen texturierten Bereich, der beim Starten und
Stoppen der Drehung der Platte verwendet wird, sowie einen texturierten
Haltebereich ein.
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US5446606 erläutert ein Datenspeichersystem,
das eine Platte umfasst, die eine texturierte Startzone, die beim
Starten der Drehung der Platte verwendet wird, und eine texturierte
Haltezone, die beim Beenden der Drehung der Platte verwendet wird,
ein.
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EP0579399 erläutert eine Platte mit einer Vielzahl
von texturierten Zonen, einschließlich einer Plateau-Landezone,
die beim Stoppen der Platte verwendet wird, mit einer optionalen
Rampe für
einen glatten Übergang
zwischen den Zonen.
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Ein Problem bei der Parkspur mit
Textur liegt darin, dass die Erhebungen der Texturierung durch den
Gebrauch abgenützt
werden. Der Grund dafür liegt
darin, dass der Gleiter, bevor er luftgetragen ist, für eine gewissen
Zeitraum immer noch in Kontakt mit der Plattenoberfläche ist,
wenn sich die Platte dreht. Auch wenn bei der Platte ein Stoppvorgang durchgeführt wird,
berührt
der Gleiter die Parkspur für eine
gewissen Zeitraum bevor die Platte komplett stillsteht. Wenn die
Erhebungen abgenutzt sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zwischen
dem Gleiter und der Platte zu Haftreibung kommt, höher und dies
kann zu einem Versagen des Systems führen. Ein weiteres Problem
im Zusammenhang mit texturierten Parkspuren ist, dass die Abnutzung
zwischen Gleiter und texturierter Zone, den empfindlichen Wandlerkopf
beschädigen
kann. Diese beiden Probleme werden in der Zukunft eine noch größere Rolle spielen,
da die Gleiter-Flughöhe über der
Platte weiter abnimmt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die obigen Nachteile überwindet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Datenspeichermedium bereitgestellt, Folgendes umfassend:
ein Datenspeichermedium mit einer ersten, einer zweiten und einer
dritten Zone, wobei die erste Zone eine Oberfläche mit rauher Textur aufweist,
die zweite Zone eine Oberfläche
mit mittlerer Textur aufweist und die dritte Zone eine Oberfläche mit
glatter Textur aufweist; eine Wandleranordnung, die nahe beim Datenspeichermedium
angeordnet ist; eine Bewegungsvorrichtung, um das Datenspeichermedium in
Bezug auf die Wandleranordnung zu bewegen; sowie eine Positionierungsvorrichtung,
um die Wandleranordnung selektiv in der Nähe der ersten, der zweiten
und der dritten Zone anzuordnen; dadurch gekennzeichnet, dass die
erste und die zweite Zone jeweils zwei konzentrische ringförmige Bereiche
umfassen, worin die ringförmigen
Bereiche der ersten Zone mit den ringförmigen Bereichen der zweiten Zone
verschachtelt sind.
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Kurz gesagt umfasst ein Plattenantriebssystem
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Aufzeichnungsplatte, einen Spindelmotor
zum Drehen der Platte, einen Aktuator zum Positionieren eines Wandlers/Gleiters über der Plattenoberfläche und
eine Steuerungsvorrichtung. Die Platte weist eine Datenzone, eine
Start/Landezone (T/LZ) und eine Parkzone (PZ) auf. Die Parkzone hat
eine Oberfläche
mit rauher Struktur, die Haftreibung zwischen dem Gleiter und der
Platte verhindert. Die Start/Landezone besitzt eine leicht texturierte Struktur.
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Die Steuerungsvorrichtung steuert
den Aktuator und den Spindelmotor. Während dem Einschalten befindet
sich der Gleiter anfänglich
in Ruheposition auf der Oberfläche
der Parkzone. Der Spindelmotor beginnt die Platte zu drehen und
unmittelbar danach wird der Gleiter zur Start/Landezone transportiert.
Der Gleiter verbleibt in dieser Zone bis der Spindelmotor die Betriebsgeschwindigkeit
erreicht hat und der Gleiter luftgetragen ist.
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Beim Ausschalten wird dieser Ablauf
umgedreht. Der Gleiter wird zur Start/Landezone bewegt, der Spindelmotor
wird ausgeschaltet und die Plattendrehung wird langsamer. Der Gleiter
landet auf der Start/Landezone, wobei er in Berührung mit der Platte kommt,
wenn sich die Platte weiter verlangsamt. Unmittelbar bevor sich
die Platte aufhört
zu drehen, wird der Gleiter zur Parkzone transportiert.
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Ein Einrastmechanismus wird verwendet, um
den Aktuator zu halten, so dass der Gleiter auf einen Bereich nahe
der Start/Landezone und der Parkzone beschränkt ist. Eine Vorspannfeder
in der Einrastvorrichtung hält
den Gleiter automatisch über
der Parkzone, wenn keine Aktuatorkraft ausgeübt wird. Dies stellt einen
Schutz bereit, dass es selbst bei einem Notfallsstromausfall zu
keiner Haftreibung kommt.
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Um die Beschaffenheit und die Vorteile
der vorliegenden Erfindung besser verstehen zu können, sollte auf die folgende
detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen
verwiesen werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Datenspeichersystems der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht des Systems aus 1 von
oben, das in einer geparkten Position dargestellt ist;
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3 ist
eine Detailansicht eines Abschnitts der Einrastvorrichtung aus 2 in einer geparkten Position;
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4 ist
eine Detailansicht eines Abschnitts der Einrastvorrichtung aus 2 in einer Start/Landeposition;
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5 ist
eine Schnittansicht des Systems aus 1 von
oben in einer normalen Betriebsposition;
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6 ist
eine Detailansicht eines Abschnitts der Einrastvorrichtung aus 5 in einer normalen Betriebsposition;
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7 ist
eine Querschnittsansicht der Platte aus 1;
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8 ist
ein Ablaufdiagramm eines Gleiter-Startvorgangs;
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9 ist
ein Ablaufdiagramm eines Gleiter-Landevorgangs;
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10 ist
eine graphische Darstellung von Gleiter-Flughöhe vs. Plattengeschwindigkeit
und Zeit; und
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11 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Datenspeichersystems der vorliegenden
Erfindung, das mit der allgemeinen Verweiszahl 10 gekennzeichnet
ist. Das System 10 umfasst eine Vielzahl von Magnetaufzeichnungsplatten 12.
Jede Platte 12 besitzt eine Vielzahl von konzentrischen
Datenspuren. Die Platten 12 sind auf einer Spindelwelle 14 montiert,
die mit einem Spindelmotor 16 verbunden ist. Der Motor 16 ist
auf einer Grundplatte 18 befestigt. Die Platten 12,
die Spindel 14 und der Motor 16 umfassen eine
Plattenstapelanordnung 20.
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Eine Vielzahl an Gleitern 30 (die
jeder ein Wandlerelement aufweisen) sind über den Platten 12 angeordnet,
so dass jede Oberfläche
der Platten 12 eine zugehörigen Gleiter 30 aufweist.
Jeder Gleiter 30 ist an einer einer Vielzahl von Aufhängungen 32 befestigt,
die wiederum an einer Vielzahl von Aktuatorarmen 34 angebracht
sind. Die Aktuatorarme 34 sind mit einem Drehaktuator 36 verbunden.
Die Aktuatorarme 34 können
alternativ auch mit einem Drehaktuatorkamm einstückig ausgebildet sein. Der Aktuator 36 bewegt
den Gleiter in eine radiale Richtung über die Platten 12.
Der Aktuator 36 schwenkt um eine Achse 40. Die
Gleiter 30, Aufhängungen 32, Arme 34 und
der Aktuator 36 umfassen eine Aktuatoranordnung 46.
Die Plattenstapelanordnung 20 und die Aktuatoranordnung 46 sind
in einem Gehäuse 48 (dargestellt
durch eine strichlierte Linie) eingeschlossen, das Schutz vor der
Verschmutzung durch Teilchen bietet.
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Eine Steuerungseinheit 50 stellt
eine Gesamtsteuerung des Systems 10 bereit. Die Steuerungseinheit 50 enthält üblicherweise
eine Zentraleinheit (CPU), Speichereinheiten, Taktgebervorrichtungen
und andere digitale Schaltkreise. Die Steuerungseinheit 50 schließt auch
eine Zeitüberwachung 51 ein.
Die Zeitüberwachung 51 besteht
vorzugsweise aus einer Logiktaktvorrichtung, wie sie auf dem Gebiet
weithin bekannt ist. Die Steuerungseinheit 50 ist mit einer
Aktuator-Steuerungs/Antriebseinheit 56 verbunden, die wiederum
mit dem Aktuator 36 verbunden ist. Dies ermöglicht es
der Steuerungsvorrichtung 50, Daten an die Platten 12 zu
senden und Daten von diesen zu empfangen. Die Steuerungsvorrichtung 50 ist
mit einer Spindel-Steuerungs/Antriebseinheit 60 verbunden,
die wiederum mit einem Spindelmotor 16 verbunden ist. Die
Spindel-Steuerungs/Antriebseinheit 60 umfasst einen Spindel-Geschwindigkeitssensor 61.
Der Sensor 61 kann ein Hall-Magnetfeldsensor oder ein Gegen-EMK-Sensor sein,
wie sie auf dem Gebiet weithin bekannt sind. Die Steuerungsvorrichtung
steuert die Drehgeschwindigkeit der Platten 12.
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Die Spindel-Steuerungs/Antriebseinheit 60 enthält zudem
eine elektromotorische Gegen-EMK-Generatorschaltung 62.
Diese Schaltung wird dazu verwendet, aus dem drehenden Spindelmotor
Energie zu erzeugen, um den Aktuator anzutreiben, wenn der Strom
unterbrochen worden ist. Dies ist notwendig, um sicherzustellen,
dass der Aktuator selbst bei einem Stromausfall in eine erwünschte Position
gebracht werden kann, um den Gleiter zu parken. Diese Gegen-EMK-Generatoren sind
in der Plattenlaufwerkindustrie weithin bekannt.
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Ein Host-System 70, das üblicherweise
ein Computersystem ist, ist mit der Steuerungseinheit 50 verbunden.
Das System kann digitale Daten an die Steuerungsvorrichtung 50 senden,
um diese auf den Platten 12 zu speichern, oder anfordern,
dass digitale Daten von den Platten 12 abgelesen und an
das System 70 gesendet werden. Die grundlegenden Funktionsweise
von DASD-Einheiten ist auf dem Gebiet weithin bekannt und im Magnetic
Recording Handbook (C. Dennis Mee und Eric D. Daniel, McGraw-Hill Book
Company, 1990) genauer beschrieben.
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2 zeigt
eine Schnittansicht des Systems 10 von oben. Die Platte 12 besteht
aus drei konzentrischen ringförmigen
Zonen: eine Parkzone (PZ) 100, eine Start/Landezone (T/LZ) 102 und
eine Datenzone 104. Die Parkzone 100 ist nahe
dem Innendurchmesser der Platte 12, die Start/Landezone
(T/LZ) 102 von der Parkzone 100 radial nach außen und
die Datenzone 104 zwischen der Start/Landezone und dem Außendurchmesser
der Platte 12 angeordnet. Die Parkzone 100 besitzt
eine Oberfläche
mit rauher Textur, die Start/Landezone 102 eine Oberfläche mit
mittlerer Textur und die Parkzone eine Oberfläche mit glatter Textur, die
hinsichtlich Magnetaufzeichnungsleistungparametern, wie Fehlerrate
und mechanische Zuverlässigkeit,
optimiert ist. Die Datenzone 104 enthält konzentrische Datenspuren,
die digitale Information magnetisch speichern.
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Der Aktuator 36 besteht
aus einer Schwingspulen-Motorspule 110, die zwischen zwei
Auslegern 112 und 114 gehalten wird, und aus Magnetplatten 116 und 118.
Die Spule 110 wirkt mit dem durch die Magneten 116 und 118 erzeugten
Magnetfeld zusammen. Wenn elektrischer Strom durch die Spule 110 fließt, verursacht
das Zusammenwirken zwischen dem Magnetfeld der Spule 110 und
dem Magnetfeld der Magnete 116 und 118 eine laterale
Bewegung der Spule 110 und der Ausleger 112 und 114 des
Aktuators 36 um die Achse 40. Ein zylindrisches Stoppelement 120 ist
an der Grundplatte 18 befestigt und stößt am Ausleger 114 an,
wenn sich der Aktuator 36 in einer geparkten Position befindet.
Ein Einrastelement 130 greift in den Aktuator 36 ein,
um ihn in der geparkten Position zu halten.
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3 zeigt
eine detaillierte Ansicht des Einrastelements 130. Das
Einrastelement 130 ist entlang einer Drehachse 140 schwenkbar
auf der Grundplatte 18 angebracht. Das Einrastelement 130 besitzt
einen ersten Arm 142 und eine zweiten Arm 144.
Das Einrastelement 130 hat eine Ausnehmung 150,
die ein Reiterelement 152 des Aktuators 36 aufnimmt.
Eine Federvorspannvorrichtung 154 ist in der Ausnehmung 150 angebracht,
und zwar auf der Seite der Ausnehmung 150, die nahe dem
ersten Arm 142 ist. Die Vorspannvorrichtung ist vorzugsweise
eine Blattfeder, es kann jedoch auch eine andere Vorspannvorrichtung
(wie andere Federn oder zusammendrückbare Materialien) verwendet
werden. Die Vorspannvorrichtung sollte stark genug sein, um den Reiter 152 gegen
die Seite der Ausnehmung 150 zu drücken, die nahe dem zweiten
Arm 144 ist, wenn dem Aktuator keine Energie zugeführt wird.
Die Vorspannvorrichtung muss so stark sein, dass sie den Gleiter
vollständig
in die Parkzone 100 bringen kann, jedoch auch schwach genug,
damit eine minimale Spindelmotorgeschwindigkeit ausreichend elektromotorische
Gegenkraft vom Gegen-EMK-Sensor 62 bereitstellt, um den
Aktuator so zu betreiben, dass der Gleiter in der Start/Landezone 102 gehalten
wird.
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Der zweite Arm 144 besitzt
eine Metallplatte 160, die auf eine Seite montiert ist.
Die Platte 160 berührt
eine Gummierhebung 162 eines zylindrischen magnetischen
Stabs 164. Der Stab 164 ist an der Grundplatte 18 befestigt.
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Die 1 und 3 zeigen den Aktuator 36 in
einer geparkten Position. Der Gleiter 30 befindet sich
in Ruheposition in der Parkzone 100 auf der Oberfläche der
Platte 12. Der Reiter 152 des Aktuators 36 ist
in die Ausnehmung 150 des Einrastelements 130 eingeführt. Der
Aktuatormotor 36 steht nicht unter Strom und die Vorspann vorrichtung 154 drückt den
Reiter 152 gegen die Seite der Ausnehmung 150,
die nahe dem zweiten Arm 144 ist. Die Platte 160 des
Arms 144 wird vom Magnetstab 164 magnetisch angezogen,
so dass das Einrastelement 130 in seiner Parkposition verbleibt,
wobei der Aktuator 36 fix in Position gehalten wird.
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4 zeigt
eine Detailansicht der Einrastvorrichtung 130 in einer
Start/Landeposition. Der Aktuator 36 steht unter Strom
und übt
eine Kraft gegen die Vorspannvorrichtung 154 aus, die ausreicht,
um die Vorspannvorrichtung 154 zu verlagern, so dass der
Reiter 152 zu der Seite der Ausnehmung 150 nahe
dem ersten Arm 142 bewegt wird. Die Vorspannvorrichtung 154 ist
vollständig
zusammengedrückt.
Der Aktuator 36 hat sich geringfügig im Uhrzeigersinn um die
Achse 40 bewegt, so dass der Gleiter 30 nun über der
Start/Landezone 102 positioniert ist. Obwohl die vom Aktuator 36 ausgeübte Kraft ausreicht,
um die Vorspannvorrichtung 154 zu verlagern, ist sie immer
noch niedriger als die Kraft, die notwendig ist, um die magnetische
Anziehung zwischen Magnetstab 164 und Platte 160 zu überwinden.
Dadurch bleibt das Einrastelement 130 in seiner Position.
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Wenn es erwünscht ist, den Gleiter 30 über der
Datenzone 104 zu positionieren, wird der Aktuator 36 mit
Strom versorgt, so dass er eine ausreichende Kraft gegen die an
den Ausleger 142 angrenzende Seite der Ausnehmung 150 ausübt, um die
magnetische Anziehung zwischen der Platte 160 und dem Magnetstab 164 zu überwinden.
Die Einrastvorrichtung 130 dreht sich dann gegen den Uhrzeigersinn und
der Reiter 152 wird aus der Ausnehmung 150 befreit.
Der Aktuator 36 kann dann frei im Uhrzeigersinn um die
Achse 40 schwenken, so dass der Gleiter 30 über der
Datenzone 104 angeordnet wird.
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Die 5 und 6 zeigen das System 10, wenn
der Gleiter 30 über
der Datenzone 104 angeordnet ist. Wenn der Reiter 152 aus
der Ausnehmung 150 befreit wird, bewegt er sich entlang
einer gebogenen Fläche 180 des
Auslegers 142. Dadurch wird sichergestellt, dass die Einrastvorrichtung 130 gegen den
Uhrzeigersinn gedreht wird, bis der Ausleger 142 an der
Innenfläche
des Gehäuses 48 anstößt. Gleichzeitig
wird die Platte 160 zum Magneten 118 hingezogen,
so dass der Ausleger 144 an den Magneten 118 anstößt und das
Einrastelement 130 in geöffneter Position bleibt. Dadurch
wird sichergestellt, dass die Einrastvorrichtung 130 die
Bewegung des Aktuators 36 nicht stört, wenn das Laufwerk in Normalbetrieb Daten
von der Datenzone 104 abliest und/oder Daten auf die Datenzone
schreibt. Der Aktuator 36 ist frei, um den Gleiter 30 in
jede beliebige Position um die Datenzone 104 zu bewegen.
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Falls es erwünscht wird, dass der Aktuator 36 einschnappt,
wird der Aktuator 36 gegen den Uhrzeigersinn um die Achse 40 gedreht
bis der Reiter 152 in die Seite der Ausnehmung 150 nahe
dem Ausleger 144 eingreift. Der Aktuator stellt dann eine
Kraft bereit, die ausreicht, um die Anziehungskraft zwischen Platte 160 und
Magnet 118 zu überwinden.
Die Einrastvorrichtung 130 wird im Uhrzeigersinn gedreht und
hält den
Reiter 152 vollständig
in der Ausnehmung 150 fest. Die Platte 160 greift
dann in die Erhebung 162 ein, da sie zum Magnetstab 164 hingezogen
wird. Eine Erörterung
alternativer Einrastvorrichtungsausführungen, die in der vorliegenden
Erfindung ebenfalls verwendet werden können, ist in der US-A-5.363.261
(Eckberg et al., 8.11.1994) angeführt und hierin durch Verweis
eingeschlossen.
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7 zeigt
eine Querschnittsansicht der Platte 12. Die Platte 12 umfasst
ein Substrat mit einer Anzahl an Überzugsschichten, einschließlich der
Magnetaufzeichnungsschicht. Bevor die Überzugsschichten aufgebracht
werden, werden die Parkzone 100 und die Start/Landezone 102 texturiert.
Die Parkzone 100 weist relativ hohe Spitzen (Erhebungen) 200 und
die Start/Landezone 102 niedrigere Spitzen (Erhebungen) 202 auf.
Die Spitzen 200 und 202 werden mittels eines Lasertexturierungsvertahrens,
wie das in der US-A-5.062.021 (Ranjan et al., 29.10.1991) und der
IBM-Parallelanmeldung Serien-Nr. 08/150.525 beschriebene, hergestellt.
Es können
auch andere Texturierungsverfahren zum Ausbilden der Spitzen 200 und 202 eingesetzt
werden. Diese Verfahren schließen
mechanisches Schleifen der Oberflächen oder fotolitografisches Ätzen der
Oberflächen
ein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Lasertexturierungsverfahren verwendet. Das Verfahren bildet
eine Anzahl an einzelnen Erhebungen aus, von denen jede durch einen
einzigen Laserimpuls erzeugt wird. Die Erhebungen können mit
einem Durchmesser im Bereich von etwa 5–30 Micron ausgebildet werden.
Die Erhebungen weisen einen mittleren Abstand oder eine mittlere
Entfernung im Bereich von etwa 25–100 Micron auf, je nach der während des
Texturierungsvorgangs verwendeten Plattendrehgeschwindigkeit und
Laserimpulsrate.
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In der bevorzugten Ausführungsform
weisen die Spitzen 200 der Parkzone 100 für ein Laufwerksystem
mit einer Flughöhe
zwischen 40 und 70 nm eine Höhe
zwischen 20 und 80 nm, vorzugsweise 50 nm, auf. Die Höhenabmessung
bezieht sich auf die vertikale Distanz zwischen den Spitzen (Spitze
der Erhebungen) und der umgebenden Plattenoberfläche. Für zukünftige Systeme mit geringen
Flughöhen oder
einer durchschnittlichen Flughöhe
von Null (Kontaktaufzeichnung) können
die Spitzen 200 der Parkzone 100 in einer Höhe zwischen
10 und 80 nm, vorzugsweise 40 nm, liegen. Der grundlegende Ansatz
beim Ermitteln der Höhe
der Spitzen 200 der Parkzone 100 besteht in jedem
Fall darin, die Spitzenhöhen
zu optimieren, um Haftreibung zu verhindern, während sich die Platte in Ruheposition
befindet, und die Abnutzung der Plattenoberfläche sowie die Beschädigung des
Gleiters während
des kurzen Zeitraums, in dem sich der Gleiter in dieser Zone befindet,
während
sich die Platte dreht, zu minimieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzen die Spitzen 202 der Start/Landezone 102 für ein Laufwerksystem
mit einer Flughöhe
zwischen 40 und 70 nm eine Höhe
zwischen 10 und 50 nm und vorzugsweise 20 nm. Bei zukünftigen
Systemen mit geringeren Flughöhen
oder einer durchschnittlichen Flughöhe von Null sind die Spitzen 202 der
Start/Landezone 102 zwischen 5 und 40 nm und vorzugsweise 20
nm hoch. Der grundlegende Ansatz beim Ermitteln der Höhe der Spitzen 202 der
Start/Landezone 102 besteht in jedem Fall darin, die Spitzen
zwischen dem Gleiter und der Platte zu optimieren, um die unverzügliche Haftreibung
(wenn der Gleiter festsitzt und an der sich drehenden Platte haftet)
zu verhindern, sowie die Abnutzung der Platte und des Gleiters zu
minimieren, wenn der Gleiter eine sich drehende Platte berührt.
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Die Oberfläche der Datenzone 104 wird
poliert, bis sie sehr glatt ist. Die Datenzone 104 kann äußerst geringe
Oberflächenunebenheiten
aufweisen. Diese liegen üblicherweise
unter 5 nm und besitzen eine sehr schwache Neigung.
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Die Breite der Zonen 100 und 102 sollte
zumindest der Breite des Gleiters 30 entsprechen, so dass
der Gleiter 30 innerhalb jeder Zone vollständig zurückgehalten
werden kann. Dies ist notwendig, um sicherzustellen, dass es zu
keiner Haftreibung kommt. In einer bevorzugten Ausführungsform
entsprechen die Breite der Zonen 100 und 102 im Wesentlichen
dem 1,5 fachen der Breite des Gleiters. Somit sollten die Breiten 100 und 102 bei
einem 1 mm breiten Gleiter 1,5 mm betragen.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Startprozesses für das System 10 und
ist mit der allgemeinen Verweiszahl 300 gekennzeichnet.
Dieser Prozess kann in der Hardware oder Software in der Steuerungseinheit 50 implementiert
sein. Zu Beginn sind der Spindelmotor 16 und der Aktuator 36 ausgeschaltet
und der Gleiter 30 befindet sich in Ruheposition auf der
Oberfläche
der Parkzone 100. Bei Schritt 310 wird der Spindelmotor 16 eingeschaltet
und die Scheibe 12 beginnt sich zu drehen. Die Spitzen 200 der
Parkzone 100 besitzen eine optimierte Höhe, um einen Gleiter in Ruheposition
zu halten, und sind nicht dazu ausgebildet, über längere Zeiträume in Kontakt mit einem sich
bewegenden Gleiter zu stehen. Es ist wichtig, den Gleiter aus der
Zone 100 zu bringen, sobald eine Rotation detektiert wird.
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Bei Schritt 312 wird die
Spindelgeschwindigkeit detektiert indem der Geschwindigkeitssensor 61 des
Geschwindigkeitssteuerungs-/-antriebselements 60 geprüft wird.
Bei Schritt 314 wird bestimmt, ob die Geschwindigkeit ungleich
Null ist. Wenn ja, dann geht der Prozess zu Schritt 316 über, und
wenn nein, dann kehrt er zu Schritt 312 zurück.
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Bei Schritt 316 wird der
Aktuator 36 mit Strom versorgt, so dass er auf der Seite
der Ausnehmung 150 nahe dem Ausleger 142 eine
Kraft gleich S auf die Vorspannvorrichtung 154 ausübt. Die
Kraft S ist groß genug,
um sicherzustellen, dass der Reiter 152 die Vorspannvorrichtung
verschiebt. Wenn dies passiert, dreht sich der Aktuator bei Schritt 318 geringfügig im Uhrzeigersinn
und der Gleiter 30 wird von der Parkzone 100 zur
Start/Landezone 102 bewegt. Die Kraft S ist geringer als
die Kraft, die notwendig ist, um die Anziehungskraft zwischen der Platte 160 und
dem Magnetstab 164 zu überwinden (die
Kraft, die notwendig ist, um die Einrastvorrichtung 130 zu
lösen).
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Zu diesem Zeitpunkt steigt die Drehgeschwindigkeit
der Platte. Der Gleiter 30 befindet sich an der Start/Landezone 102 immer
noch in Kontakt mit der Platte 12, wird jedoch einen luftgelagerten
Zustand erreichen, bevor die Platte die volle Betriebsgeschwindigkeit
aufweist. Die Spitzen 202 der Zone 102 sind optimiert,
um die unverzügliche
Haftreibung zwischen dem Gleiter und der Platte zu verhindern und die
Abnutzung der Platte und des Gleiters zu minimieren, wenn der Gleiter
die sich drehende Platte berührt.
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Der Aktuator-Reiter 152 befindet
sich immer noch innerhalb der Ausnehmung 150 der Einrastvorrichtung 130.
Wenn es zu diesem Zeitpunkt zu einer Stromunterbrechung kommt, würde sich
die Spindelgeschwindigkeit verlangsamen, bis sie stillsteht, und der
Aktuatorstrom würde
ausgeschaltet werden. Die Vorspannfeder 154 würde so auf
den Reiter 152 drücken,
dass der Gleiter 30 zur Parkzone 100 zurückkehrt.
Diese automatische Rückkehr
zur Parkzone 100 stellt sicher, dass der Gleiter 30 selbst
bei Notfallstromausfall keine Haftreibungsprobleme erfährt. Sobald
der Aktuator jedoch freigegeben ist, wird sich der Gleiter 30 über der
glatten Datenzone 104 befinden, wo Haftreibung ein sehr
großes
Problem ist. Um Haftreibung in der Zone 104 zu verhindern,
muss der Gleiter 30 vollkommen luftgetragen sein, wenn
er die Zone 102 verlässt
und in die Datenzone 104 eintritt. Der Gleiter 30 ist
vollständig
luftgelagert, wenn sich die Platte 12 mit einer Geschwindigkeit,
die als Freigabegeschwindigkeit (R) bezeichnet wird, dreht.
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Bei Schritt 320 wird die
Spindelgeschwindigkeit detektiert und bei Schritt 322 wird
ermittelt, ob die Geschwindigkeit größer oder gleich R (Freigabegeschwindigkeit)
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
kann die Freigabegeschwindigkeit zwischen 1800 rpm und der Höchstgeschwindigkeit
(mehr als 7200 rpm) und vorzugsweise bei Höchstgeschwindigkeit liegen.
Die Plattenlaufwerke verwenden üblicherweise
elektromotorische Gegenkraft, die durch das Drehen des Spindelmotors
erzeugt wird, um den Aktuatormotor mit Strom zu versorgen, so dass
der Gleiter bei einem Stromausfall in die Parkzone zurückgebracht
werden kann. Die Menge an vom Spindelmotor erzeugter elektromotorischer
Gegenkraft hängt
von der Plattendrehgeschwindigkeit ab, wenn der Strom abbricht.
Um daher für
Stromausfälle
vorzusorgen, ist es erwünscht,
den Gleiter so lange nicht aus der Einrastposition freizugeben,
bis die Plattendrehung ausreicht, dass bei einem Stromausfall genug
elektromotorische Gegenkraft vorhanden ist, um den Aktuator in die
Einrastposition und den Gleiter in die Parkzone zurückzubringen.
Wenn dieses Sicherheitsmerkmal nicht implementiert wird, kann die
Einrastvorrichtung freigegeben werden, sobald der Gleiter in der
Start/Landezone lufgetragen ist.
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Bei Schritt 324 übt der Reiter 152 des
Aktuator 36 auf der Seite der Ausnehmung 150 nahe
dem Ausleger 142 eine Kraft ≥ L1 auf die Vorspannvorrichtung 154 aus.
Diese Kraft L1 reicht aus, um die Anziehungskraft zwischen der Platte 160 und
einem Magnetstab 164 zu überwinden (die Kraft, die notwendig
ist, um das Einrastelement 130 zu lösen). Das Einrastelement 130 dreht
sich gegen den Uhrzeigersinn und gibt den Reiter 152 aus
der Ausnehmung frei, so dass der Aktuator 36 frei ist,
um im Uhrzeigersinn gedreht zu werden. Die Einrastvorrichtung 130 wird
sich dann drehen, bis der Ausleger 144 in den Magneten 118 eingreift
und die Einrastvorrichtung 130 wird aufgrund der Anziehung
zwischen Platte 160 und Magnet 118 in dieser Position
verbleiben.
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Bei Schritt 326 bewegt der
Aktuator 36 den Gleiter 30 von der Start/Landezone 102 in
die Datenzone 104. Bei Schritt 328 beginnt das
System mit dem Normalbetrieb, wobei der Aktuator 36 den
Gleiter 30 mit dem Wandler zu den gewünschten Spuren in der Zone 104 bringt,
wo Daten gelesen und/oder geschrieben werden soffen.
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Eine alternative Ausführungsform
des Startprozesses 300 würde z. B. darin bestehen, den
Gleiter von der Parkzone 100 vor dem Einschalten des Spindelmotors
zur Start/Landezone 102 zu bewegen. In diesem Fall können die
Schritte 312 und 314 weggelassen werden und auf
Schritt 310 würde
Schritt 316 folgen.
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9 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Landeprozesses für das System 10, der
mit der allgemeinen Verweiszahl 400 gekennzeichnet ist.
Der Prozess 400 kann ebenfalls in der Hardware oder Software
in der Steuerungseinheit implementiert sein. Zu Beginn befindet
sich das System 10 in normalem Betriebsmodus, der Spindelmotor 16 dreht
die Platte 12 mit voller Betriebsgeschwindigkeit und der
Gleiter 30 befindet sich vollständig luftgelagert über der
Datenzone 104. Bei Schritt 410 dreht sich der
Aktuator 36 gegen den Uhrzeigersinn, bis der Reiter 152 die Wand
der Ausnehmung 150 nahe dem Ausleger 144 berührt. Bei
Schritt 412 übt
der Reiter 152 des Aktuators 36 eine Kraft ≥ L2 auf die
Seite der Ausnehmung 150 nahe dem Ausleger 144 aus.
Diese Kraft L2 reicht aus, um die Anziehungskraft zwischen der Platte 160 und
dem Magneten 118 zu überwinden (die
Kraft, die notwendig ist, um die Einrastvorrichtung 130 zu
lösen).
Die Einrastvorrichtung 130 dreht sich dann im Uhrzeigersinn
und hält
den Reiter 152 in der Ausnehmung 150 fest. Die
Platte 160 wird nun von der Erhebung 162 des Stabs 164 angezogen
und berührt
diese. Wenn der Aktuator anfänglich
in eingerasteter Position ist und bevor der Aktuator gegen die Vorspannvorrichtung 154 mit
Strom versorgt wird, ist der Gleiter 30 über der
Parkzone 100 angeordnet. Dies stellt jedoch kein Problem
dar, da sich die Platte immer noch mit voller Betriebsgeschwindigkeit
dreht und der Gleiter vollständig
luftgetragen ist und die Spitzen 200 der Parkzone 100 nicht
berührt.
Selbst wenn es zu einer Berührung
zwischen dem Gleiter und den Erhebungsspitzen kommt, ist dies unproblematisch,
da die Dauer des Kontakts sehr kurz sein wird.
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Bei Schritt 414 wird der
Aktuator 36 mit Strom versorgt, so dass der Reiter 152 eine
Kraft gleich S auf die Vorspannvorrichtung 154 ausübt. Dadurch
wird die Vorspannvorrichtung 154 verlagert und der Aktuator 36 dreht
sich geringfügig
im Uhrzeigersinn. Das führt
dazu, dass der Gleiter 30 bei Schritt 416 über die
Start/Landezone 102 bewegt wird.
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Als nächstes wird der Spindelmotor 16 in Schritt 418 ausgeschaltet
und die Plattendrehung beginnt sich zu verlangsamen. Bei Schritt 420 wird
die Spindelgeschwindigkeit detektiert und bei Schritt 422 wird
ermittelt, ob die Geschwindigkeit ≤ P
ist. Wenn ja, dann geht der Prozess zu Schritt 424 über, und wenn
nein, dann kehrt er zu Schritt 420 zurück. Die Geschwindigkeit P sollte
die Geschwindigkeit sein, bei der sich die Platte immer noch dreht
und für
einen Zeitraum weiterdreht, der ausreicht, um den Gleiter 30 zur
Parkzone 100 zu bewegen. In der bevorzugten Ausführungsform
gilt 0 ≤ P ≤ 500 rpm und
P ist vorzugsweise 100 rpm.
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Bei Schritt 424 wird der
Aktuator 36 abgeschaltet und die Vorspannvorrichtung 154 drückt den Reiter 152 gegen
die Seite der Ausnehmung 150, die an den Ausleger 144 angrenzt.
Bei Schritt 426 bewegt sich der Gleiter 30 von
der Start/Landezone 102 zur Parkzone 100. Bei Schritt 428 hört die Platte
auf sich zu drehen und der Gleiter 30 befindet sich in
Ruheposition in der Parkzone.
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Der oben beschriebene Start- und
Landeprozess verwendet die detektierte Spindelgeschwindigkeit dazu,
die Bewegungen zwischen den verschiedenen Zonen zu ermitteln. Anstelle
der Detektion der Spindelgeschwindigkeit könnte jedoch auch Zeitmessung
eingesetzt werden. In diesem Fall detektiert die Zeitmessungsvorrichtung 51 in
der Steuerungseinheit 50 das Verstreichen eines bestimmten
Zeitraums nachdem die Platte eingeschaltet oder abgeschaltet worden
ist. Diese Zeiträume
werden durch die jeweilige Beschleunigung oder Verlangsamung des
Spindelmotors bestimmt, so dass die Bewegung des Gleiters zwischen
den verschiedenen Zonen bei Spindelgeschwindigkeiten auftritt, die
den oben beschriebenen entsprechen. 10 zeigt
eine graphische Darstellung der Gleiter-Flughöhe vs. Zeit und Plattendrehgeschwindigkeit
für die
bevorzugte Ausführungsform,
die eine Flughöhe
von 70 nm aufweist.
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Die Prozesse 300 und 400 können modifiziert
werden, wenn die alternative Ausführungsform mit der Zeitmessvorrichtung
anstelle der Spindelgeschwindigkeitsdetektion verwendet wird. In
diesem Fall wird die Detektion der Spindelgeschwindigkeit bei den
Schritten 312–314, 320–322 und 420–422 durch
Schritte zur Detektion des Verstreichens eines Zeitraums ersetzt.
Die restlichen Prozessschritte bleiben dieselben.
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11 zeigt
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die durch die allgemeine Verweiszahl 500 gekennzeichnet
ist. In der Ausführungsform 500 sind die
Parkzone 100 und die Start/Landezone 102 miteinander
verschachtelt, wobei jede Zone zwei nichtzusammenhängende Abschnitte
aufweist, die durch einen Abschnitt von der jeweils anderen Zone
getrennt sind. Der Gleiter 30 besitzt parallele Luftlagerschienen 510,
die sich entlang jeder Seite der Unterseite des Gleiters 30 erstrecken.
Die Verwendung dieser Luftlagerschienen ist in diesem Gebiet weithin bekannt.
Die Breiten der Abschnitt des Zonen sind so gewählt, dass sie größer oder
gleich der Breiten der Seitenschienen sind und kleiner als der Abstand
zwischen den beiden Schienen sind. Da der Gleiter 30 die
Plattenoberfläche
nur mit den Seitenschienen 510 berührt, kann der Gleiter die dazwischenliegende
Zone überspannen.
Durch das Verschachteln der Zonen kann die Gesamtbreite der texturierten
Bereiche verringert werden. Die Funktionsweise des Plattenlaufwerks
ist ansonsten dieselbe wie oben beschrieben.
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Es sind auch andere alternative Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise
kann die Texturierung der Start/Landezone 102 weggelassen
werden, so dass diese Zone dieselbe glatte Oberfläche aufweist,
wie die Datenzone 104. In diesem Fall würde der Gleiter bis kurz nachdem
er einen luftgelagerten Zustand erreicht hat über der Parkzone 100 bleiben
und sich dann zur Start/Landezone 102 bewegen. Er bleibt
in der Start/Landezone 102 bis die Platte die Freigabegeschwindigkeit
erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt kann die Einrastvorrichtung freigegeben
werden und der Gleiter kann sich über die Datenzone 104 nach außen bewegen.
In dieser Ausführungsform
ist es möglich,
Daten in der Start/Landezone aufzuzeichnen, die gelesen werden können, wenn
die Platte die volle Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat. Der Nachteil
dieser Ausführungsform
liegt darin, dass sie zu einer leicht stärkeren Abnützung in der Parkzone führt, da
der Gleiter für
einen längeren
Zeitraum in der Parkzone bleiben muss.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung
sind nun verständlich.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Platte mit mehreren Zonen,
die jeweils für den
ihnen zugedachten Zweck optimiert sind. Die Parkzone besitzt eine
sehr rauhe Textur, die für
das Verhindern von Haftreibung zwischen einem sich nicht bewegenden
Gleiter und der Plattenoberfläche optimiert
ist. Die Start/Landezone weist eine Oberfläche mit leichter (mittlerer)
Textur auf, die für
das Verhindern unverzüglicher
Haftreibung zwischen einem sich bewegenden Gleiter und der Platte
und für
das Minimieren der Abnutzung der Plattenoberfläche und des Gleiters optimiert
ist. Da der Gleiter sofort von der Parkzone wegbewegt wird, wenn
sich die Platte zu drehen beginnt, kann die Abnutzung zwischen dem
Gleiter und der Parkzonen-Textur deutlich verringert werden. Dies
verhindert, dass die Texturierung der Parkzone abgenützt wird
sowie dass der Wandler aufgrund der Abnutzung zwischen den Oberflächen beschädigt wird.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass sie einen Weg lehrt, um einen Gleiter
präzise
in einer Parkzone und einer Start/Landezone zu positionieren. Diese
texturierten Zonen müssen
keine auf ihnen aufgezeichneten Daten oder Positionierungsinformation
aufweisen. Wenn sich der Gleiter über der Datenzone befindet, verfügt er über Positionierungsinformation,
die auf den Datenspuren aufgezeichnet ist, um ihm bei der Bestimmung
seiner Position zu helfen. Wenn sich der Gleiter in der Parkzone
und der Start/Landezone befindet, muss das System keine Positionierungsinformation
von der Platte ablesen. Der Einrastmechanismus stellt sicher, dass
der Gleiter in den beiden Zonen angeordnet wird und die Vorspannvorrichtung
im Einrastelement sorgt dafür,
dass der Gleiter in einer der beiden Zonen angeordnet ist. Wenn
der Aktuator eingerastet ist und keine Aktuatorkraft ausgeübt wird, ist
der Gleiter durch die Vorspannvorrichtung in die Parkzone vorgespannt.
Umgekehrt, wenn sich der Aktuator in der Einrastposition befindet
und er mit einer bestimmten Energie gleich S versorgt wird, so ist es
in der Start/Landezone angeordnet. Diese Vorrichtung ist fehlertolerant,
da die Vorspannvorrichtung, wenn es zu einer Stromunterbrechung
kommt und der Aktuator ausgeschaltet wird, automatisch sicherstellt,
dass der Gleiter in die Parkzone nach hinten gedrückt wird,
und es wird keine Haftreibung zwischen dem Gleiter und der Platte
auftreten. Auch bei jeder Rotationserschütterung unterhalb des Grenzwerts,
bei dem sich der Aktuator aus der Einrastvorrichtung löst, wird
der Aktuator sofort gegen die Vorspannfeder bewegt, die den Aktuator
zurück
in die Parkzone drückt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist es, dass sie die Toleranz des Laufwerks gegenüber externen
Erschütterungen
erhöht.
Plattenlaufwerke sind beim Transport sehr empfindlich, und der Hauptgrund
dafür liegt
darin, dass sich der Kopf, wenn das Laufwerk fallen gelassen wird,
von der Platte abhebt und dann auf diese herunterfällt. Der Kopf
besteht aus einem viel härteren
Material als die Platte, und es entstehen dadurch beschädigte Stellen
auf der Platte, die von der Plattenoberfläche emporragen. Durch das Starten
und Landen auf einer Oberfläche
mit solchen vorstehenden Beschädigungen
neigt der Kopf eher dazu, zerstört
zu werden. Bei der vorliegenden Erfindung können solche Kopfaufprall-Schäden nur
in der Parkzone auftreten. Diese Beschädigung beeinträchtigt die
Haftreibungsleistung nicht. Wenn das Laufwerk hochgefahren oder heruntergefahren
wird, bewegt sich der Kopf in die nicht beschädigte Start/Landezone.