专利名称：动态对称传动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据存储设备。具体而言，本发明涉及一种动态对称旋转机架或传动器。
背景技术：
盘片驱动器已为业界所熟知。使用盘片驱动器以把数字信息存储到刚性盘片上，所述刚性盘片上涂复了形状为多个同心圆的数据可磁化物质。把盘片被安装在一个主轴电动机上，使得盘片可以旋转工作。通过一个载在滑块上的转换器把信息从盘片表面读出或写入盘片表面。该滑块通过连接到一个传动器的悬挂装置或E形方块而支撑在盘片的表面。把这个悬挂装置连接到传动器的传动器臂，并包括把预加载力确定给该滑块的一个加载梁。一个万向接头弹簧可伸缩地将该滑块连接到加载梁上。滑块的下表面确定了一个支撑表面。通过主轴电动机的盘片的旋转与滑块的支撑表面相互作用产生了一种流体动力学的支撑。
通过传动器的操作，使滑块相对于各个同心数据磁道而定位。流体动力学的支撑和传动器的操作会造成用于支持磁头的悬挂部件的振动。磁头的激励和振动将会造成磁头以某种谐振模式进行侧向或偏离磁道的移动，这将会降低盘片驱动器的操作效率。盘片驱动器的操作速度和磁道密度正在一样地提高。提高了的操作速度增加了支持磁头的悬挂部件的激励或谐振。提高的驱动器密度加剧了由悬挂部件的激励和振动所引入的被支撑的磁头的侧向或偏离磁道移动。本发明提供了一种针对这个和其他一些问题的解决方案，并且它在已有技术的基础上提供了一些优势。
发明概述本发明涉及一种动态对称传动器，以减少用于读/写操作的磁头的偏离磁道运动。在动态对称传动器的一个实施例中，传动器臂包括一个厚度阶梯把厚度阶梯设计成用于平衡传动器臂的内部部分和外部部分的刚性。本发明的动态对称传动器限制了传动器臂的扭转或扭曲运动以减少偏离磁道运动，从而减少了读/写误差。
附图简述
图1是一个盘片驱动器的透视图，所述盘片驱动器包括支撑用作读/写操作的磁头一个的传动器。
图2是一个现有技术传动器的平面视图。
图3展示了一个传动器，它包括支撑磁头从盘片上读出数据或写入数据的多个传动器臂。
图4是本发明的传动器的一个实施例的透视图。
图5是图4中所示的传动器的传动器臂的详细展示图。
图6是图5中的部分6的详细示意图。
图7展示了一个传动器块，它包括一个改进过的传动器臂面以改善一个传动器臂的动态对称。
图8-15比较了现有传动器和本发明的传动器的实施例的操作动态。
展示性实施例详述本发明具有如图1所示的数据存储系统的应用。如图所示，盘片驱动器50包括底座52、盘片54以及传动器或E形方块56。在主轴驱动器(图1上未示出)上支撑了多个盘片54以按照箭头58所示的方向共同旋转，并形成了一个盘片堆。传动器56支撑着磁头60使之可移动，用于操作盘片驱动器在盘片54上读和/或写数据。
传动器56包括一个传动器块62，它通过一个轴承卡头64旋转并耦合至底座52，并具有多个重叠的传动器臂(图1中只示出了一个)，它们从传动器延伸出来，支撑磁头60使之与盘片54的表面相对。一个音圈电动机68按照箭头70的方向旋转传动器块62，使磁头60可以沿着一个弧形的轨迹移动，以使磁头60相对于盘片54上选定的数据磁道而放置。盘片驱动器的控制电路控制音圈电动机68的操作(未示出)。
图2展示了用于支撑磁头60进行读或写操作的传动器56的实施例的平面顶视图。如图所示，传动器块62包括一个轴承通孔72，轴承卡头64穿过它使传动器块62旋转并耦合至底座52以进行工作。轭杆74从方块62延伸出来，以支撑一个缠绕线圈(未示出)，它形成了音圈电动机的一个部分，用于操作磁头传动器56使之沿着图1中所示的弧形轨迹70，以完成读/写操作，如在图1中所示。传动器方块62支撑图上用80所标注的驱动器电路板，把电路板安装在方块62的表面82上，以把磁头连到用于操作的驱动电路(未显示)。正如前面所解释的，传动器方块62支撑了多个堆叠的传动器臂66(图2中只示出了一个)，它们包括一个连接到传动器块62上的固定端84，以及一个延伸悬臂端86。悬挂装置(以部分剖视图表示)88和磁头万向接头组件90受到传动器臂66的悬臂端86支撑，并从悬臂端延伸出来以支撑磁头60。
传动器臂66包括一个内臂部分分92和一个外臂部分分94，它们每一个都沿着传动器臂的长度方向延伸，并且相互配合地在传动器臂66的对边96、98之间延伸。内臂部分分92的取向朝向盘片旋转所产生的气流方向，而外臂部分分94在气流的方向中的取向朝向在内臂部分分92的后面。如图2所示，传动器臂66相对于内臂和外臂部分分92、94在形状上是不对称的。不对称的形状是传动器方块62的形状或轮廓的一个功能。传动器方块的形状包括一个用于支持电路板80的平面82，以及一个支撑传动器臂66的臂面100，臂面100和平面82成一定角度，以提供传动器方块62在内部和外部盘片磁道102、104之间移动的操作空间，如图1所示。
在工作过程中，传动器方块62的移动和盘片54的旋转将会激励或振动支撑磁头60的磁头万相节组件90、悬挂装置88和传动器臂66。具体而言，盘片的旋转产生一个气流来支撑滑块106的表面，滑块106支撑了一个转换器单元，转换器单元形成了用于读和/或写数据的磁头。驱动性能，磁道密度以及盘片转速正在提高。提高了的旋转速度增加了磁头万向节接头组件90、悬挂装置88和传动器臂66的激励或移动。传动器臂66或其他悬挂部件的外部振动或激励将会改变磁头(或滑块106)的运动，包括扭曲、摇摆和弯曲模式的共振或振动。
传动器66或其他悬挂部件的不同共振模式的振动或激励将会引入如图2中的箭头108所示的侧向或偏离磁道移动，这可能会造成偏离磁道错误，并影响读或写操作的偏离磁道误差。正如前面所解释的，盘片驱动器的容量正在提高，由于减小了数据磁道间的空间，因此，读/写操作期间的侧向或偏离磁道移动将会使误差更加明显。这样，就需要在读/写操作期间减少磁头的激励或偏离磁道移动。
图3展示了用于支撑磁头60在盘片堆109中的盘片54的表面上读出或写入数据的传动器56。如前所述，盘片堆109包括多个通过主轴电动机110支撑的，同时旋转的盘片54-1、54-2、54-n。多个重叠的传动器臂66-1、66-2、66-3、66-n从方块62延伸出来，以支撑和盘片54-1、54-2、54-n的上或下盘片表面94-1、94-2对准的悬挂组件88-1、88-2(以及磁头60)。
上部悬挂组件88-1支撑磁头在盘片下表面94-2上读出或写入数据，而下部悬挂组件88-2支撑磁头60在盘片上表面94-1上读出或写入数据。传动器臂66-2、66-3支撑上部和下部悬挂组件88-1、88-2来面向相邻盘片的盘片表面94-1、94-2以读取或写入数据，如图所示传动器臂68-1和68-n只支撑一个悬挂组件。上部悬挂组件88-1的磁头60的面向上，对盘片下表面94-2读取或写入数据，而下部悬挂组件88-2的磁头60面向下，对盘片上表面94-1读取或写入数据。
在图2所示的具有不对称传动器臂66的此类传动器中，由上部和下部悬挂组件88-1和88-2所支撑的上部和下部磁头可能具有不同的上部和下部磁头偏离磁道移动或移位。本发明涉及一种动态对称传动器，它限制了由上部和下部悬挂组件88-1、88-2所支撑的上部和下部磁头间的偏离磁道移动或操作动态差异。把本发明的传动器设计成在内臂和外臂部分分92、94之间提供刚性对称，以形成一种动态对称传动器臂来限制由于内臂和外臂部分分92、94之间的刚性差异所激励或引入的扭曲或侧向移动。
图4-5展示了本发明的动态对称传动器56-1的一个实施例，其中，用前图中相同的数字来标记相同的部分。如图所示，传动器56-1包括多个从方块62-1延伸出的动态对称传动器臂120。把传动器臂120连接至传动器方块62-1的固定端122，并从那里延伸至一个悬臂端124。传动器臂120包括一个内部部分126和一个外部部分128，它们每个都沿着传动器臂的长度方向延伸，且在传动器臂120的对边130、132之间相互配合地延伸。内臂部分分126的取向朝向气流方向，而外臂部分分128的取向朝向在气流方向中的内臂部分分126的后面。
在图5所示的实施例中，臂120包括一个在对边130、132之间延伸的厚度阶梯134。厚度阶梯134在边130和132之间形成了一个角度，从而形成了内部和外部部分126、128上的支肋，以补偿或平衡器臂120的不对称的内部部分和外部部分之间的刚性(即相对于外部部分128增加内部126的刚性)。平衡后的刚性限制了传动器臂120由于内部部分和外部部分126、128之间的刚性差所造成的扭曲或侧向移动。
在图5所示的实施例中，传动器臂120包括相对的内部和外部腿140、142和主体部分144。把腿140、142连接至方块62以形成固定端122，而把主体部分144被连接至腿140、142的延伸端，以形成传动器臂120延伸到悬臂端124的长度。在所示的实施例中，主体部分144包括一个质量削减孔145，以及一个用于将悬挂装置88(图5中未示出)连接到传动器臂120的打桩孔146。所示出的实施例还包括一个振动防护装置150，用于减少气流所引入的振动，该装置在1999年10月22日提交的，同样待审的题为“HEAD ACTUATOR WITH HEADSRPPORT EXCITATION SHIELD”的文件中有所描述。
如图所示，由于传动器块62-1的轮廓，传动器臂120的腿部140、142相互间在形状上是不对称的，这样就形成了器臂120不对称的内部部分和外部部分126、128。具体而言，内腿140长于外腿142，且更柔韧，或者说是有比外腿142更低的弹性刚性。内腿140较低的弹性刚性和外腿142较高的弹性刚性将会造成传动器臂120围绕内腿140弯曲或弯折，这样就会造成传动器臂120和被支撑的磁头60(图5上未显示)的偏离磁道或侧向移动。
如前所述，臂120包括在对边130、132之间延伸的厚度阶梯134，以形成腿部140、142上的协作支肋，把它配置或制作成用于平衡不对称腿部140、142上的相对刚性，以限制磁头60的偏离磁道移动，或是外腿142围绕内腿140弯曲或扭曲。如前所述和所示的，厚度阶梯134形成了多厚度层，它包括一个基础厚度t1，和一个增加厚度t2。在所示的实施例中，腿部140、142具有增加厚度t2的部分，它们被设计用于平衡内腿和外腿140、142之间的刚性。厚度阶梯134倾斜一定的角度，以在腿140上提供较大的增加厚度t2部分(它沿腿140的较长范围延伸)并在外腿140上提供较小的增加厚度部分(它沿腿142的较短范围延伸)，以形成动态对称传动器。
在较佳实施例中，厚度阶梯134大约成一个60度角。可以用有限元分析技术以实验设计较佳的角度和厚度参数。δIP/δOP的比展示了臂120的内部部分和外部部分126、128之间的动态对称性。可以使用δIP/δOP比为一个多层结构平衡内部和外部部分之间的刚性来设计尺寸参数，其中δIP是内部部分126的臂弯曲模型的特征向量，而δOP是外部128的器臂弯曲模型的特征向量。δIP/δOP比越接近1.0，臂120的内部和外部部分126、126就越是对称平衡。
在图6所示的实施例中，厚度阶梯134是由传动器臂120的两个相对表面上的阶梯表面152、154形成的，并形成了基础厚度155和增加厚度156。尽管图6示出了相对的阶梯表面152、154，但是动态对称传动器臂的应用并不限于所示的具体实施例。这样，如所述的，本发明包括传动器臂上的支肋设计所述支肋补偿内臂部分分和外臂部分分126、128之间的刚性差异。
在所示的实施例中，在内腿和外腿140、142上加工出支肋，并制成用于补偿不对称部分间的刚性差异的尺寸。很容易把机器加工结构移植到现存的臂设计和制造技术中。另一方面，可以在一块平板材料上压制出来一个多层厚度臂120。尽管这里示出了具体的实施例，但是本发明的应用并不限于这里所示出的在内腿和外腿部分140、142上包括有一个增加厚度阶梯的特定实施例，而是应该理解成可以为传动器臂设计其他的厚度阶梯来把δIP/δOP比最优化到约等于1.0。例如，可以用粘性减震材料126、128加固板粘附在内臂或外臂部分分上。内臂或外臂部分分126、128上的加固板的尺寸以补偿刚性差异而提供动态对称。
如前所述，由盘片驱动器的动态工作部件所引入的振动激励包括万向接头组件、悬挂和传动器臂的悬挂部件的各种共振模式。每个悬挂部件的共振模式依据悬挂部件的质量和刚性而变化。现有传动器臂的质量和刚性提供了一个由驱动器工作部件的振动所激励的较低的第一弯曲模式频率。
在本发明所提出的分阶梯或多层结构中，在提供多个参数(如多个厚度参数)时，多层厚度可以通过实验来设计，以补偿刚性差异，还可以设计这些参数传动器臂的第一弯曲模式频率使最优化。为了得到最优的性能，需要提高传动器臂的第一弯曲模式频率，来限制盘片驱动器在工作期间的激励。一个提高了的或足够高的(例如，频率≥约1500kHz)第一弯曲模式频率可以限制激励，这样就可以减少盘片驱动器工作期间的磁头偏离磁道移动。
图5中所示类型的一个模拟两层结构的实施例为形成因数传动器提供了约等于1500kHz的第一弯曲模式频率。支撑多个悬挂装置88-1、88-2的内部器臂120-2、120-3、120-4、120-5的设计尺寸包括一个60度的厚度阶梯角，0.024英寸的基础厚度、以及对于≈0.54英寸的臂长度r 0.032英寸的增加厚度。把支撑单个悬挂装置的外部臂120-1、120-6设计成提供和内部器臂120-2、120-3、120-4、120-5类似的工作特性，并可以包括0.030英寸的增加厚度。
可以把传动器块62-1的外形设计成使臂面100-1的轮廓最优化，使之在形状因数尺寸中，以增大腿142(或外部部分128)的长度，以及减小腿142(或内部部分126)的长度，从而减小腿部140、142(即内部或外部臂部分126、128)之间的不对称。图7展示了现有的臂120和传动器块162-1之间的分界角157。图7中的直线158展示了臂120和方块162-1之间的一个更优化的轮廓或分界角。正如直线158所显示的，分界角是倾斜的，这样可以平衡腿140、142长度之间的差异，并减少了器臂120的内部和外部部分126、128之间的动态工作差异。可以通过实验设计最优化的分界轮廓或分界角，使之在形状因数尺寸内，以使传动器臂的对称性和第一弯曲模式频率最优化。
下面的表1展示了所述的展示性实施例的工作动态和现有的不对称传动器设计之间的比较。
表1
测量对称性作为臂120每千分之一英寸的垂直位移所造成的百万分之一μ英寸的偏离磁道移动。如上述表1所示，第一弯曲模式频率提高到了约1500Hz，而用偏离磁道移动来计量的对称性降低了。
图8-15用图表的形式展示了包括用于支撑磁头的悬挂装置的动态对称传动器设计或E形方块(“eblk”)的性能分析。图8-10用曲线图示出了可重复的径向摆动(RRO)或偏离磁道移动。图11-13用曲线图示出了不可重复的径向摆动(NRRO)或偏离磁道移动，而图14-15用曲线图示出径向摆动(RO)，其中RO2＝NRRO2+RRO2。图8展示了用传动器164、166、168沿轴162上的采样hd0-hd9上进行100个循环的平均，用μ”(1 sigma)表示的平均RRO 160。传动器164是现有的具有0.0025英寸的悬挂装置的不对称传动器设计，而传动器166、168是分别具有0.0025英寸和0.002英寸的悬挂装置的动态对称传动器。如图所示，动态对称传动器166、168的RRO 160和传动器164相比有了显著的降低。
图9展示了对于传动器164、166、168的采样hd0-hd9 162用μ”(1 sigma)表示的最大RRO 170，且如图所示，传动器166、168的最大RRO 170相对于传动器164大大地降低。图9展示了对于传动器164、166、168的采样hd0-hd9 162用μ”(1 sigma)表示的标准偏差RRO 174。如图所示，动态对称传动器166、168的标准偏差RRO 174和传动器164的相比被降低了。图11展示了对于采样hd0-hd9 162用μ”(1 sigma)表示的平均NRRO 180。
图12展示了用μ”(1 sigma)表示的最大NRRO 182，而图13展示了对于传动器164、166、168的采样hd0-hd9 162用μ”(1 sigma)表示的标准误差NRRO184。如图所示，传动器166、168和现有传动器设计164相比具有用μ”(1 sigma)表示的较小的平均NRRO 180、最大NRRO 182以及标准误差NRRO 184。图14-15分别展示了对于传动器164、166、168的采样hd0-hd9 162用磁道间距百分比表示的平均的径向摆动均方根值(Ave RMS RO)190，以及用磁道间距百分比表示的最大的径向摆动均方根值(Ave RMS RO)192(Max RMS RO)。如图所示，传动器166、168有着比现有传动器设计160更低的Ave RMS RO 190和Max RMSRO 192，从而提高了性能。
减少偏离磁道移动的动态对称传动器56-1包括传动器臂上的支肋，用来补偿内臂和外臂部分之间的刚性差异。在图5所示的实施例中，动态对称传动器的传动器臂120包括一个设计成用来平衡传动器臂120的内部和外部部分126、128的刚性的厚度阶梯。厚度阶梯倾斜一定角度，以成比例地提高内部和外部部分(或腿140、142)的刚性，以动态地平衡传动器臂120。本发明的动态对称传动器限制了传动器臂的扭曲或扭转运动这减少了传动器臂的偏离磁道移动。厚度阶梯形成了多厚度层，可以设计厚度阶梯的尺寸使传动器臂的第一弯曲模式频率最优化，以进一步减少偏离磁道运动或误差。
可以理解，尽管在前面的描述中已经提出了本发明的各种实施例的许多特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和功能细节，本揭示仍然只是示范性的，并且还可以在本发明的原理之内，直至所附的权利要求书表达的条款的宽泛的、概括的含义所指明的完整范围，对细节，尤其是对部件的结构和配置做出修改，例如，可以根据特定应用来改变特定元件，而同时保持了实质上相同功能自不离开本发明的范围和要旨。另外，尽管这里所描述的较佳实施例是针对特定的高性能盘片驱动系统的，但是熟悉本领域的技术人员将会理解，本发明的教导在不离开本发明的范围和要旨的情况下，还可以应用于其它系统，包括光系统。
权利要求
1.一种用于盘片驱动器的传动器，包括一个设有轴承的传动器块；至少一个传动器臂，传动器臂从传动器块悬伸出，以形成一个固定端和一个延伸悬臂端，且具有相对的内臂和外臂部分，它们都沿着传动器臂的长度方向延伸，并相互配合地在传动器臂的对边之间进行延伸，内臂部分具有和外臂部分不对称的形状；以及传动器臂上的一个厚度阶梯，它形成了位于传动器臂上的多厚度层结构，并把它配置成用来补偿不对称的内臂和外臂部分之间的刚性差异。
2.如权利要求1所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯包括传动器臂相对的表面上的表面阶梯。
3.如权利要求1所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯在传动器臂的对边之间延伸，并形成在传动器臂的内臂和外臂部分上。
4.如权利要求3所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯从传动器臂的一边到传动器臂的另一边形成斜角。
5.如权利要求1所述的传动器，其特征在于，传动器臂包括不对称的内腿和外腿，以及从内腿和外腿部分延伸出的一个主体部分，厚度阶梯形成在内腿和外腿上，以补偿内腿和外腿间的刚性差。
6.如权利要求5所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯在传动器臂上形成了多厚度层，它包括一个基础厚度和一个增加厚度，和外腿相比，内腿的更多部分具有增加厚度，以补偿刚性差。
7.如权利要求1所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯形成了多厚度层，且设计多厚度层的尺寸以使对称性以及传动器臂的第一弯曲模式频率最优化。
8.如权利要求6所述的传动器，其特征在于，内臂的增加厚度约为0.032英寸。
9.如权利要求6所述的传动器，其特征在于，外部臂的增加阶梯厚度约为0.030英寸。
10.如权利要求6所述的传动器，其特征在于，基础厚度为0.024英寸。
11.如权利要求1所述的传动器，其特征在于，器臂和传动器块的分界面成一定角度，以优化内部和外部的对称性使之在形状因素尺寸之内。
12.用于盘片驱动器的一种传动器，包括支撑不对称传动器臂的传动器块；以及用于为不对称传动器臂提供动态对称性的动态对称装置。
13.用于盘片驱动器的一种传动器，包括具有至少一个传动器臂的传动器块，具有内臂部分和外臂部分的传动器臂从传动器块延伸出，内臂部分和外臂部分都沿着传动器臂的一个悬伸长度进行延伸，且内臂部分相对于外臂部分形状不对称；以及在传动器臂上形成支肋，以补偿不对称的内臂和外臂部分间的刚性差异。
14.如权利要求13所述的传动器，其特征在于，支肋包括一个厚度阶梯。
15.如权利要求13所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯同时形成在内臂和外臂部分上。
16.如权利要求14所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯在传动器臂上被机器加工出来。
17.如权利要求15所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯形成了多厚度层，包括一个基础厚度和一个增加厚度，且设计增加厚度的尺寸用于补偿不对称的臂部分间的刚性差。
18.如权利要求17所述的传动器，其特征在于，传动器臂包括不对称的内腿和外腿，以及从内腿和外腿部延伸出的一个主体部分，增加厚度形成在内腿和外腿上，以补偿刚性差。
19.如权利要求14所述的传动器，其特征在于，厚度阶梯包括传动器臂相对的表面上的表面阶梯。
20.如权利要求17所述的传动器，其特征在于，设计多厚度层的尺寸以为传动器臂提供约为1500赫兹的第一弯曲模式频率。
全文摘要
揭示了一种用于减少偏离磁道移动的动态对称传动器(56－1)。本发明的动态对称传动器(56－1)限制减少偏离磁道移动的传动器臂扭曲或扭转移动。在一个实施例中，传动器臂(120)包括一个厚度阶梯(134)，把它设计成用于平衡传动器臂(120)的内部和外部(126、128)的刚性。厚度阶梯(134)形成了多厚度层，可以设计多厚度层的尺寸来优化传动器臂(120)的第一弯曲模式频率，以进一步减少偏离磁道移动或误差。
文档编号G11B21/02GK1451158SQ00819375
公开日2003年10月22日 申请日期2000年7月24日 优先权日2000年3月24日
发明者R·A·列舍, T·R·布朗宁 申请人:西加特技术有限责任公司