专利名称：带用于阻尼出平面盘振动的非平板面的数据记录盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种数据记录盘驱动器，例如磁记录硬盘驱动器，且更特别地涉及具有用于减少流激的出平面的盘振动以及流激的臂和悬臂振动的阻尼板的盘驱动器。
背景技术：
数据记录盘驱动器具有一组堆叠的由主轴电动机转动的记录盘和将读/写头在旋转各盘的表面上横向移动的致动器。每个读/写头形成于连接在悬臂一端的空气轴承滑块上。该悬臂在其另一端连接到致动器的刚性臂上且使得滑块在由旋转的盘所产生的空气轴承上颠簸并摇曳。未来盘驱动器的趋势为数据轨道间隔的不断减少以增加数据存储密度，和盘叠组旋转速度的不断增加以减少数据传输时间。随着存储密度和旋转速度的增加，将读/写头定位于正确的数据轨道和将读/写头保持在数据轨道上的能力变得更加困难。随着盘叠组旋转速度的增加，靠近盘周边的气流湍流增加，且其引起臂和悬臂的振动且由此引起了读/写头的振动，和盘的出平面颤动或振动(通常被称为“颤振”)。这些振动能引起读/写头定位错误且由此由数据轨道中读取或写入数据的错误。
盘振动阻尼板已被提出，如于2003年4月7日所公开的美国专利申请US2003/007203中所述。这些阻尼板具有与盘的平坦表面相平行的平坦表面且在盘之间靠近盘周边进行延伸。这些平坦的阻尼板助长了层流且由此减少了湍流。然而，这些阻尼板也在盘上引起了高的粘度剪切力，其需要较高的主轴电动机扭矩，且由此需要较高的功率消耗，以保持所需要的高旋转速度。低功率消耗在盘驱动器中为关键的要求，特别在便携设备中使用的盘驱动器时，例如膝上型电脑和手提音频/视频播放器。
所需要的为一种在功率消耗没有显著增加的情况下，获得最小气流湍流的盘驱动器。
发明内容
本发明与在盘叠组周边保持了稳定的层流的平坦阻尼板相比，具有减少主轴电动机的扭矩的非平坦阻尼板的盘驱动器。每个阻尼板具有非平坦表面，该表面在稳定平面表面和其相关联的旋转盘表面之间导致沿半径方向变化的空隙。在一个实施例中，阻尼板具有表面不规则的图形或特征。表面特征可以被设置为同心图形，例如同心槽，凹陷或突起的图形。在另一实施例中，阻尼板的非平坦表面被成形为锥形表面的一部分从而阻尼板和其相关联的盘表面之间的空隙沿半径方向线性地变化。所述阻尼板减少了盘上的粘度剪切力而在所述各盘之间基本上保持了稳定的层流空气流。
为了更加充分地理解本发明的本质和优点，应连同附图参见下面的详细描述的说明书。
图1为现有技术的盘驱动器中将盘叠组和主轴电动机去掉后显示阻尼板的俯视图。
图2为现有技术的一组堆叠的阻尼板的透视图。
图3为表示盘叠组和阻尼板的现有技术盘驱动器的一部分的剖面图。
图4A和4B分别为根据本发明的第一实施例的阻尼板的透视图和横截面图。
图5为图4A-4B的阻尼板和它的两个相关轴向隔开的盘一部分的剖面图。
图6A和6B分别为根据本发明的第二实施例的阻尼板的透视图和横截面图，其中非平坦表面具有表面特征。
图7A和图7B分别为根据本发明的阻尼板的第三实施例的透视图和横截面图。
具体实施例方式
为了进一步理解本发明，下面结合附图1-3对已有技术中的磁记录盘驱动器的结构做详细说明。
所述盘驱动器包括壳体10，其通常形成有基座12和环绕壁14。一个致动器，通常是音圈电动机(VCM)的致动器，其由基座12所支撑。VCM包括围绕轴20可旋转的旋转部和包括安装于基座12上的磁体叠组件26的固定部；并且该旋转部包括一组堆叠的臂、例如顶部臂22，和线圈叠组件24。每个致动器臂包括悬臂和头组件，例如悬臂28和连接于臂22的头组件30。
该盘驱动器包括一组堆叠地安装在连接于主轴电机上的可旋转轮毂上的硬磁性记录盘。包含盘叠组，轮毂，和主轴电机的叠组件被安装在壳体基座12上的区域32内，使盘叠组可围绕共同轴34旋转，但是该叠组件未在附图1中描述，从而阻尼板的定位可以得到更好的解释。盘叠组的外周边用虚线圆35表示。
阻尼板，例如图1中的顶板40，在旋转中减少盘的出平面振动。图2为各个阻尼板40、42、44的叠组50的透视图。如附图1的顶视图所示，每个阻尼板相对盘的旋转轴，例如顶板40，沿半径延伸到由旋转的盘所扫过区域的外环部分。阻尼板叠组50如图1所示，与壳体壁14整体地形成作为壳体10制造的一部分。然而叠组50也可以形成为单个叠组件且在壳体10制造完成后被安装在基座12或壁14上。
图3为表示安装在基座10上的盘叠组和由壳体壁14延伸的阻尼板40、42，44的盘驱动器壳体10部分的剖面图。该盘叠组60包括三个安装在轮毂70上的轴向隔开的盘62、64、66。阻尼板叠组50具有顶板40，其底面面向顶部盘66。叠组50中的另两个阻尼板中的每个与盘叠组60中一组两个轴向邻近的盘相关联，例如盘44和盘62、64，和盘42和盘64、66相关联。从而在附图3的例子中，盘叠组具有3个盘，且具有2个阻尼板，2个阻尼板中的每个定位于轴向邻近的一对盘之间且和2个阻尼板中的每个具有2个平坦的衰减表面。轮毂70围绕轴34旋转且被连接至主轴电机(未示出)，该主轴电机的基座72被安装在壳体基座10上。在图3现有技术的盘驱动器中，每个阻尼板具有与相对应的平坦的盘表面相平行的平坦表面。例如，板44具有与相对应的盘62的平坦表面91相平行的平坦表面81，和与相对应的盘64的平坦表面92相平行的平坦表面82。
现有技术中的阻尼板的完全平坦表面减少了盘的出平面振动，但是以明显地增加了旋转盘叠组所需要的主轴电机扭矩为代价。
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详述在本发明中，与盘的基本上平坦的表面相比，阻尼板具有基本上非平坦的表面。
附图4A为根据本发明的阻尼板100的第一实施例的透视图且附图4B为根据本发明的阻尼板100的第一实施例的横截面图。两个表面102、104的每个为多个由径向隔离脊112所分开的径向间隔的同心槽110。该槽被表明为均匀地被隔开，从而每个凹槽具有径向宽度WG和每个脊具有径向宽度WR。该设计通过选择比率WG/WR作为一个设计变量简化了空气动力学的模拟试验。然而，如果凹槽没有被均匀地径向隔开以及如果凹槽并不全部具有相同的深度或径向宽度，也同样可以获得本发明的优点。虽然4A-4B中的凹槽通常具有矩形的横截面形状，它们可以具有其他形状，例如三角形，半圆形等等。
图5为图4A-4B的阻尼板及其两个相关的轴向间隔的盘200、250的一部分的剖面图。盘200具有面向板100的表面102的基本上平坦的表面202，而且盘250具有面向板100的表面104的基本上平坦的表面254。阻尼板表面及它的相对应的盘表面之间的轴向间隔，例如板表面102和盘表面202之间的间隔S，由于凹槽110，沿着阻尼板的径向区域r变化。
已经对相对具有盘叠组的盘驱动器的阻尼板进行了描述，其中每个阻尼板定位于盘叠组中两个轴向间隔的盘之间且具有两个非平坦表面，每个非平坦表面朝向相应的平坦盘表面。对于朝向盘壳体的顶部和底部的盘表面，非平坦表面可以被应用于盘壳体的顶部和底部。本发明同样可以应用于具有单一盘的盘驱动器。在这样的实施例中，可结合根据本发明具有非平坦表面的阻尼板作为盘驱动器基座和/或在盘驱动器顶盖的底部的一部分。以这种方法，盘驱动器基座和/或盘驱动器盖分别包括朝向单个盘的底部表面和/或顶部表面的非平坦表面。由此，在单个盘的情况下，无需独立的阻尼板。
使用商业可获得的软件，例如CFDRC-ACE(CFDRC Corp.，Huntsville，AL)，进行盘驱动器内部空气动力学的大规模数字模拟试验以便于的阻尼板100的不同设计。该模拟试验假定在盘外周边处的局部速度为39.8m/s，其近似地对应于在10,000RPM下工作的3英寸盘驱动器。在脊的顶部测量的表面102、104及其相对应的盘表面202、254之间的间隔为2mm，且凹槽的深度为0.2mm。该模拟在不同的阻尼板厚度t和不同的比率WG∶WR下进行。流激出平面振动不易被定量。然而在气动力学领域，流激振动的风险的一个测量为“涡流粘度的最大标准”。涡流粘度(有时被称为湍流粘度)在高雷诺数流体中要大于分子粘度。在3英寸盘驱动器的情况下，基于盘半径的雷诺数量能够在150,000附近，使得流体计算中有必要使用湍流模型。接着涡流粘度能由流体模型中获得作为流体中湍流如何激烈的指示。该测量的主要优点是该测量为与盘驱动器中的振动结构无关的单独的数(标量)。从而来自流体领域的经计算的涡流粘度在此处被用于作为使湍流与盘振动相关的指标数值。接近盘200、250周边的高值的湍流指示引导所述盘更高出平面振动的不稳定气流。由气流施加在盘上的粘性扭矩也可以由该模拟试验来确定。高粘性扭矩表示用于旋转盘叠组所需的高能量消耗。表1给出了该模拟的结果。
表1
如表1的结果所示，非平面阻尼板以相对较小的湍流(如用涡流粘度表示时)的增长，提供减少粘性扭矩且由此减少盘驱动器的功率消耗的能力。根据所开发的特定盘驱动器的特征，例如尺寸，旋转速度，和节能需要，非平坦阻尼板由此提供了重要的设计选择以对功率消耗和出平面盘颤动之间的平衡进行优化。
图6A-6B分别表示了阻尼板的第二实施例的透视图和横截面图，在所述阻尼板中非平坦表面具有不连续的表面特征。阻尼板300具有非平坦的表面302、304，每个表面为径向间隔的凹陷或围绕所述板300沿同心圆设置的波纹的图形。每个波纹具有圆周边的形状，但是该形状可以采取其他形式，例如椭圆形，六边形等等。波纹可具有与图4A-4B实施例中近似的凹槽深度，即0.2mm。同样，表面特征可以为突起或隆起，而不是波纹。隆起可以具有近似为图4A-4B的实施例中凹槽的高度，即0.2mm。虽然表面特征如图6A-6B所示的为环绕所述板的同心形成的环的图形，但它们不必要以该图形布置。然而可以相信该图形在表面特征的同心环之间提供了基本上为平坦表面的同心环，更像是图4A-4B和图5所示实施例中的凹槽或脊的环，其减少了沿这些环的湍流强度。
图7A-7B分别表示阻尼板的第三实施例的透视图和横截面图。阻尼板400具有非平坦表面402、402，每个表面为一个锥形表面的一部分。如附图7B所示，每个阻尼板及其相对应的平坦盘表面之间的轴向间隔S，例如在盘的非平坦表面402和平坦表面410之间，沿盘的半径方向r线性地(增加或减少)变化。
该发明已经描述了在磁记录硬盘驱动器中的应用，但是本发明完全可以应用于任何具有硬盘的数据记录盘驱动器，例如通过一个或更多的磁，光学，热磁和磁性光学技术进行读和/或写的盘驱动器。
虽然本发明已经参考优选实施例被特别地展示和描述，本领域技术人员应该理解，在不超过本发明精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的不同变化。相应地，所公开的发明被认为仅仅是示例性的且被限定在仅由所附权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.数据记录盘驱动器，包括壳体；至少一个围绕旋转轴可旋转的盘；被连接至壳体以旋转所述盘的电动机；安装在壳体上的板，所述板绕着所述盘的一个部分周边地延伸且径向地延伸越过所述盘的径向外侧环状区域，所述板具有朝向盘表面的表面，且所述板表面与所述盘表面的轴向间隔沿所述板的半径范围变化。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中仅有一个盘，其中所述壳体包括基座，电动机和所述盘安装在所述基座上，且其中所述板是基座的一部分，由此所述基座具有朝向所述盘的底表面的表面。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其中仅有一个盘，其中所述壳体包括基座，电动机和所述盘安装在所述基座上，且其中所述板是盖子的一部分，由此所述盖子具有朝向所述盘的顶面的表面。
4.数据记录盘驱动器，包括壳体；沿着共同的旋转轴径向地间隔开的可旋转的盘叠组；连接至壳体以用于旋转所述盘叠组的电动机；安装在壳体上的板，且所述板定位于两个轴向邻近的所述盘之间，所述板绕着所述两个盘的一个部分周边地延伸且径向地延伸越过所述两个盘的径向的外侧外环区域，所述板具有朝向第一盘的第一表面和朝向第二盘表面的第二表面，所述板的第一表面和所述第一盘的表面之间的轴向间隔沿所述板的径向区域变化。
5.如权利要求4所述的盘驱动器，其中还包括多个板，各个所述板被置于不同的由两个轴向接近的所述盘构成的组之间。
6.如权利要求4所述的盘驱动器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一个包括多个径向隔开的同心槽，所述槽限定了径向隔开的脊。
7.如权利要求6所述的盘驱动器，其中所述槽被均匀地径向隔开。
8.如权利要求7所述的盘驱动器，其中所述槽的径向宽度与所述脊的径向宽度之间的比率近似在1∶4和4∶1之间。
9.如权利要求4所述的盘驱动器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一个包括多个不连续的表面特征。
10.如权利要求9所述的盘驱动器，其中所述表面特征为波纹。
11.如权利要求10所述的盘驱动器，其中所述波纹以径向隔开的同心波纹图形来形成。
12.如权利要求9所述的盘驱动器，其中所述表面特征为隆起。
13.如权利要求12所述的盘驱动器，其中所述隆起以径向隔开的同心隆起图形来形成。
14.如权利要求4所述的盘驱动器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一个为锥形表面的一部分，由此所述的轴向间隔沿所述板的径向范围线性地变化。
15.磁记录盘驱动器，包括壳体；N个沿着共同的旋转轴轴向隔开的可旋转的硬盘叠组，其中N大于1，每个所述盘具有基本上平坦的表面；连接到壳体上以旋转所述盘叠组的电动机；安装于壳体的N-1个板，各个板位于由两个轴向接近的所述盘构成的唯一的组之间，每个所述板绕着在该板的两个相关盘的一部分周边地延伸且径向地延伸越过该板的两个相关盘的径向外侧的环状区域，每个所述板具有面向在其组中的第一盘的基本上平坦表面的第一基本上非平坦的表面和面向在其组中的基本上平坦表面的第二非平坦表面。
16.如权利要求15所述的盘驱动器，其中每个所述板的第一和第二表面包括多个径向隔开的同心槽，所述槽限定了径向隔开的脊。
17.如权利要求16所述的盘驱动器，其中所述槽均匀地被径向隔开。
18.如权利要求17所述的盘驱动器，其中所述槽的径向宽度与所述脊的径向宽度之间的比例近似在1∶4与4∶1之间。
19.如权利要求1所述5的盘驱动器，其中每个板的第一和第二表面包括多个表面特征。
20.如权利要求19所述的盘驱动器，其中所述表面特征为波纹。
21.如权利要求20所述的盘驱动器，其中所述波纹以径向隔开的同心波纹图形来形成。
22.如权利要求19所述的盘驱动器，其中所述表面特征为隆起。
23.如权利要求22所述的盘驱动器，其中所述隆起以径向隔开的同心隆起图形来形成。
24.如权利要求15所述的盘驱动器，其中每个板的第一和第二表面为锥形表面的一部分，由此所述的轴向间隔沿着所述板的径向范围线性地变化。
全文摘要
一种数据记录盘驱动器具有非平表面的阻尼板，以减少盘的流激的、出平面的振动。与减少湍流强度的平坦阻尼板相比，非平表面的阻尼板减少了主轴电机扭矩。每个阻尼板具有非平表面，从而导致板表面及其相关盘表面之间的间隔沿径向方向变化。非平表面可被设置成同心图形的表面不规则的图形或特征，例如同心凹槽，凹陷或突起的图形。非平表面可以形成为锥形表面的一部分，从而在径向方向阻尼板表面及其相关盘表面之间的间隔线性地变化。对于朝向盘壳体的顶部和底部的盘，将非平坦表面应用于盘壳体的顶部和底部。从而，在单个盘的情况下，无需独立的阻尼板。
文档编号G11B33/08GK1661719SQ200510003769
公开日2005年8月31日 申请日期2005年1月11日 优先权日2004年2月26日
发明者陈勋礼, 费迪南德·亨德里克斯, 平野敏树, 马诺杰·凯沙万 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司