专利名称：低压滑动体的制作方法
技术领域：
本发明针对磁盘驱动器中气垫滑动体的设计。具体地说，本发明涉及到用于低压气垫滑动体的多层表面结构。
背景技术：
硬盘驱动器是通常的信息存储器件，基本上包括一系列可通过磁读/写件存取的旋转磁盘或转盘。这类一般称作为变换器的数据传输件，在典型情形下是由一滑动体载承和嵌接的，此滑动体保持于磁盘上形成的离散数据磁道上相当接近的位置处。为了使这种变换器相对于磁盘表面合适地定位，使滑动体上形成的气垫表面(ABS)能在空气流的影响下提供充分的升力，将滑动体与变换器“浮动”于此磁盘数据磁道之上。磁盘的高速转动产生一股沿其表面于大致平行磁盘切向速度的方向中的气流或风。这股气流与滑动体的ABS相配合，使滑动体能于旋转中的磁盘上浮动。事实上，此悬浮的滑动体通过这种自致动的气垫与磁盘表面是相分开的。滑动体的ABS一般形成在面向此转盘的滑动体的表面上，并在各种条件下显著影响滑动浮动于磁盘上的能力。
ABS设计中的某些主要目标是使滑动体与其相伴的变换器能尽可能地接近转动磁盘的表面浮动，同时均匀地保持恒定的接近距离而不论浮动条件如何改变。气垫滑动体和转盘间的分开间隙或高度通常定义为浮动高度。一般，安装好的变换器或读/写器件只浮动于转盘表面上几微英寸。减小这种浮动高度或具有减小的浮动高度时可以得到许多优点例如。较小的浮动高度可以在不同的数据位单元和磁盘表面上密集界定的区域发出的磁场间，实现较高的分辨率。还知道，低的浮动滑动体能改进磁盘的高密度记录或存储本领，而后者通常则受到这类变换器和磁介质之间距离的限制。窄的间距结果允许记录或读取较短的波长信号。与此同时，随着利用较小却有更大功率的磁盘驱动器的轻量和紧致笔记本型计算机的普遍化，对于具有较低浮动高度而更其小型化的浮动体的需要也与日俱增。
还注意到，恒定的浮动高度能提供可通过特殊的ABS设计更快获得的所需优点。浮动高度的波动已知不利于所伴随的变换器或读/写器件的分辨率和数据传输本领。所记录或读取的信号振幅当浮动高度较恒定时则不会有多大变动。另外，浮动高度的变化有可能在滑动体组件和转盘之间造成无意识的接触。滑动体一般认为与转盘要末是直接接触、伪接触，要末是那种描述为作有意接触的浮动滑动体。不论滑动体的类型如何，通常要求避免与转盘表面作不必要的接触，以减少磨损滑动体与转盘两者。记录媒体的变质或磨损会导致丢失所记录的数据，而滑动体的磨损最后还可能破坏变换器与磁性器件。
常常造成浮动高度变化的原因乃是滑动体以连续的高速运动通过转盘来进行读/写操作。例如，取决于滑动体的径向位置，转盘的有关线速度将改变。在转盘的外边观察到较高的速度，而在其内边缘处则观察到较低的速度。结果，这种气垫滑动体相对于转盘在不同的径向位置以不同的相对速度浮动。由于滑动体一般在较高的速度下浮动得较高，因而存在着滑动体位于转盘外区上时会加大其浮动高度的倾向。与此同时，转盘内区的较低速度则导致滑动体浮动得较低。因此，滑动体的设计必须考虑径向位置的与相对速度的变化对浮动高度的显著影响。
滑动体的浮动高度还受到斜交角变化的不利影响。斜交角定义为滑动体的纵轴线与气流相切磁盘转动的方向之间形成的角度，并按此侧量。当安装好的滑动体位于转盘的内边或外边附近，它的纵轴线便常常相对于气流方向歪斜。滑动体的纵轴线可以定义为沿滑动体长度延伸的中心参考线。这种角度取向或斜交角通常随旋转致动臂与万向接头悬架组件绕其支点的转动而变化，由此使滑动体按精确路径通过转盘运动。鉴于具有较小致动臂的小型磁盘的驱动器的需要日增，由于致动臂长度的缩短，较大的斜交角愈来愈多地出现。业已观察到，在大于零的斜交角值下，滑动体处于较低的压力值之下，这就使得浮动高度发生不希望有的降低。即使是较为中等的斜交角范围，对滑动体的浮动能力也有不利影响。结果，ABS设计继续企图使滑动体对斜交角变化的敏感减至最小。
浮动高度的另一种波动表现在滑动体滚动点。滚动角是通过滑动体两纵边界的浮动高度差来测量和定义的。每当滑动体相对于气流方向斜交地浮动时，在ABS与磁盘之间就可能有不均匀的压力分布。这种不平衡导致滑动体滚动，使滑动体的一侧比另一侧更接近磁盘表面。但滑动体最好按恒定的滑动体滚动角定位而不论浮动条件发生任何变化，包括转盘的内、外磁道间的切向速度差；在转盘表面上的连续横向运动或是变动的斜交角。
如
图1所示，用于双体式滑动体5中的一种周知的ABS设计，可以由一对沿面向磁盘的滑动体表面外边缘延伸的平行轨道2与4形成。还开发了其他的ABS构型，包括三条或更多条的其他轨道以及各种表面区和几何结构。这两条轨道2与4一般沿滑动体长度的至少一部分从前边缘6延伸到后边缘8。前边缘6定义为此滑动体5的为转盘在经过此滑动体的全长朝向后边缘8之前所通过的边缘。如图所示，前边缘6可以取斜削形式，虽然这方面的机加工常会带来不希望有的很大的公差。从图1所见，变换器或磁性件7通常是沿滑动体的后边缘8安装于某个位置处。轨道2与4形成了可让滑动体于其上浮动的气垫面，同时为与转盘形成的气流接触时提供必要的升力。随着磁盘的转动，所产生的风或气流便于双体式滑动体轨道2与4的下方及它们之间流动。当这种空气流通过轨道2与4之下时，轨道与转盘之间的空气压力增加，提供了正压与正的升力。双体式滑动体一般产生足够大小的升力或正的载荷力，以使滑动体在转盘之上浮动适当高度。若是没有轨道2与4，滑动体5的大的表面积将产生过大的气垫表面面积。一般，随着气垫表面面积增加，所形成的升力也加大。没有了轨道，滑动体将飞离转盘太远，而将失去由于有低的浮动高度而得到的前述所有优点。如图1所示，用挠性的万向接头(未图示)通常能给滑动体提供多方面的自由度，例如在描述滑动体浮动高度的垂直间距、或螺距角与滚动角等方面。
尽管双体式滑动体初始时能有效地提供合适的浮动高度，但这种滑动体对斜交角的变动范围和其他的不利的浮动条件特别敏感。当斜交角加大，例如当浮动的滑动体通过转盘时，轨道下的气压分布就有可能改变。在以较高速度对转盘的内部与外部进行存取时，以不均一的量引入到各轨道下的空气通常会使滑动体滚动，如图1所示。结果使滑动体处于不均一的压力分布影响下面朝一个方向滚动，导致在ABS轨道间的浮动高度不均一。安装好的变换器因此有可能不能有效的工作或精确地执行其数据传输作业。不论ABS轨道对各斜交角范围和其他不利的浮动条件的敏感程度如何，这种轨道设计广泛认为应具备能为滑动体浮动提供有效的升压或升力的一般构型。
为了抵消浮动的滑动体的正升压来提供低的恒定的浮动高度，周知是去形成ABS，它也能提供负的或低的压力而将滑动体拉向磁盘。例如已知负压气垫(NPAN)或自载盛的滑动体能提供反作用的负压载荷。在这种双压系统中，ABS一般可由前边缘、后边缘、侧轨以及在这对侧轨之间延伸取基本的H型定位的横轨组成。此横轨常位于较接近滑动体的前边缘而较远离其后边缘处，在横轨的后方和两个侧轨之间形成一低压区。此低压区产生一负压或负载荷，反作用于沿ABS侧轨部产生的正压。此负压力与正压力的相消作用已知能提高滑动体的稳定性和气垫的刚性，便于将滑动体快速取下，同时能减少对于会引致浮动高度波动的条件变化例如磁盘速度和径向运动变化的灵敏度。根据磁盘的内与外磁道间的不等速度来补偿正和负压力的变化，有助于保持基本恒稳的浮动高度的总体目标。但是，低压系统中形成的这种抵消力常会产生事实上将造成浮动高度波动的有害影响。NPAB滑动体还常会产生显著的滚动并在斜交状态下降低浮动高度，这是因为在轨道之下的空气增压或分布不均。
已开发的另一类ABS轨道的改型周知为横向等压线(TPC)。TPC可以于ABS上沿着其气垫表面区的边缘形成在不同的位置上。业已观察到，这在某些应用中能在斜交角度下使浮动高度变化有一定的减小。当存在有横向通过轨道表面的气流横向分流时，由TPC的横向边缘所提供的等压线会受到正向压力的影响，而沿此轨道的另一横向边缘的等压线中则产生与负压平衡的反向压力。结果，在气流的横向分量有可能导致不均匀的增压处，ABS上的总体压力分布在斜交角变化的某个范围内可以保持相对地稳定。
用于气垫滑动体的所有上述的ABS结构及其改进型式都是企图用来实现低而恒定的浮动高度的。这些ABS设计提供了不同程度的有效性，但它们却都未能很好地控制浮动高度或螺距角和滚动角的。例如，已观察到许多既有的ABS设计在磁盘的外磁道区上显著地加大了滑动体的滚动角。这些设计在从内磁道移动到外磁道时通常也未能控制滑动体螺距角的增加。因此，就需要有这样的用于气垫滑动体的ABS结构，它能有效地保持恒定的浮动高度和控制住滚动角而与不断变化的浮动条件无关，这些浮动条件例如有磁盘外区与内区的相对速度差、滑动体在转盘上的相对定位以及变化的斜交角范围。
发明概述本发明提供了具有一气垫表面(ABS)的低压气垫滑动体，它于存在变方向气流的条件下提供低而恒定的浮动高度。此外，本发明的这种滑动体设计能提供“刚性”的空气“垫”，使得滑动体能抵抗因克数量级的加载而引起的变化，得以在浮动高度的变化以及滚动角与螺距角的变化中实现窄的分布。
本发明的刚性气垫是通过在至少其中一个轨道附近和在滑动体的低压区之中提供一种辅助结构而实现的。这种辅助结构所具有的高度低于轨道的高度，可用来减少与滑动体斜交角在关的低压区引起的载荷量。
附图简述图1是具有斜削形传统双体式气垫滑动体结构的，带读/写器件组件的浮动滑动体的透视图。
图2是本发明的安装好的气垫滑动体的平面图(未按比例绘制)。
图3是依据本发明一实施例构造的低压滑动体的底视平面图。
图4是图3中滑动体的透视图。
发明详述图3是用于本发明的低压滑动体的ABS 10的底视平面图。应知，为便于如下描述ABS的细节，并未示明可由基片材料如Al2O3TiC形成的整个滑动体。图3中所示的ABS 10包括一对轨道12与14，各具有有效的气垫区24与26。内轨12与外轨14一般从ABS的前边缘16延伸向后边缘18。如图3所示，ABS轨道12与14是根据本发明的一个方面由常规技术形成所需的构型。轨道12与14由前部15在滑动体前边缘16处连接到一起。在本发明的这一实施例中，此前部15与滑动体的支承区17形成一台阶部。图3中，此台阶结构是通过在此支承区17中将滑动体腐蚀到例如10～50微英寸的深度而形成。此台阶结构在前边缘16与前部15之间延伸。以及延伸到轨道12与14的外侧。或者也可采用从滑动体10的前边缘16延伸到前部10的斜坡结构，这是本项技术中周知的。
图3中，设有在轨道12和14与前部15之间延伸的低压区19。此低压区19例如可以通过将此区腐蚀到深70～200微英寸(例如100微英寸)形成。本发明的另一实施例由最佳低压气垫滑动体的底视图示明于图3中。气流相对于滑动体ABS 10的变动位置在磁盘外、中、内区的大致方向于图3中分别由箭头AFCD、AFMD、AFID表示。需要再次指出，滑动体一般是装附于致动臂和万向接头组件上，此万向接头可绕支点转动，由此在滑动体在内径区与外径区之间移过转动的盘时相对于滑动体的ABS改变气流的方向。本发明可以用于各种尺寸的滑动体，但图3中所提供的尺寸比表明，滑动体ABS 10的总体尺寸近似为0.05英寸长、0.039英寸宽与0.012英寸高(未示明)，具有上述相对尺寸的滑动体一般称作超微型滑动体。正如本项技术中所知，当滑动体浮动于运动中的磁盘的表面上时，所述低压区产生一小于1个大气压(afm)的压力区。此低压反抗滑动体ABS 24与ABS 26所产生的加压效应，将滑动体拉近运动的磁盘。
参看图3，轨道12与14呈“气球形”，得以分别给各轨道提供唯一有效的气垫表面。有关这种形状的细节及其对浮动高度的影响已描述于1996，8，30提交的美国专利申请No.081705774中，此项申请的整体内容已综合于此供参考。例如内轨12是由有效的气垫表面区和压缩长度形成。当斜交角改变和滑动体移向外径区时，由于图3所示轨道12与14的异形气垫表面的结果，尽量减小了由侧部漏泄(在轨道侧旁空气漏泄处使升力减小)造成的有效表面区和压缩长度的降低。当此滑动体移向内径区，所述有效表面区和压缩长度也因相同理由降低。再有，这种优异构型的气垫表面使得有效表面区和压缩长度在内径区的损失效应减至最小。外轨14的气垫表面的特殊构型在磁盘的各个区域提供了相似结果。
根据本发明的实施例，滑动体10相对于轨道12与14分别设有辅助结构21与23。辅助结构21与23位于低压区19而其高度则低于轨道12与14的高度。在此实施例中，辅助结构21与23腐蚀至等于支承区17的深度。如前所述，轨道12与14具有“气球”形，此气球形的特征是具有颈部25、27和后部29、31，而后部的宽度大于颈部。各后部29、31包括有面向滑动体10的低压区19的内轨边缘33、35。特别是各个内轨边缘相对于滑动体10的纵轴线40成角度。
工作中，当滑动体10处于运动中磁盘的外径区时，气流AFoD冲击辅助结构23，形成了大于低压区19压力但小于1atm的压力。辅助结构23在本实施例中宽约6.0mils(0.006英寸)。辅助结构21也将具有大于低压区19压力的压力，但此压力则小于辅助结构23的压力(例如约为0.7atm)。当滑动体10从外径区移到内径区，辅助结构23的压力下降而辅助结构21的压力增加到小于1atm的数量。本实施例中辅助结构21宽约5.0mil(或0.005英寸)。辅助结构21、23的宽度(从内边缘33测量到低压区19)可以选择成使上述增压的区域加大。例如在图3的实施例中，辅助结构21的宽度大于辅助结构23的。因此，当滑动体处于外径区时，此低压区19的压力处于其最低值(即对于运动中的磁盘提供了最大吸力)，而辅助结构21则用来化解这种效应(即提高低压区中的总的压力)。辅助结构23的宽度经选择成来实现所需的增压。当滑动体处于内径区，低压区的压力较高，这时具有较窄辅助结构(即结构23)可能有利于抵消这种效应。内行的人可知，图3中的滑动体设计可进行改进而对之只设置一个辅助结构。
应该注意到，为了避免已知对滑动体的增压与升力有显著妨碍的较大的斜交角，通常是在中径区附近设定零斜交角。在此方式下，能使斜交角的值保持到较低，而不论此滑动体如何歪斜向磁盘的外区或内区。当然，也可在磁盘的内区附近限定零斜交角，在内区，ABS的有效表面积和压缩长度可以最大化以用于补偿此区中的较低空气流速。但斜交角值一般会变得显著高于上述布置，且常会在滑动体朝外移向磁盘的其他区域上时对滑动体增压产生反效应。在上面任一例子中，当斜交地浮动时，通常随大致矩形轨道所发生的压力与升力下降，已由于据本发明形成的这种异形气垫表面和辅助结构而减到最少。由本发明所提供的这种ABS结构的总体结果是这样一种滑动体，它能在歪斜条件下以较恒定的高度浮动，同时能以较大的限度控制螺矩角与滚动角。
图4是图3中滑动体10的透视图。
参看图2，其中示明了本发明的另一实施例，这里所安装的滑动体(未按比例尺绘出)是由致动臂或转向节臂与万向接头组件72悬挂于旋转磁盘70之下。此滑动器安装于万向接头74之上，允许改变滑动体相对于磁盘面76自由运动的度数。此转向节臂可以按称作为线性存取的方式(未图示)运动到读/写器件以较直路径通过转盘处。或者，此臂与万向接头组件72可以一般称作为旋转式致动器的形式饶轴线或支点转动。万向接头74与滑动体可以通过一旋转式致动器由转向节臂与万向接头悬挂组件所连接，而将此滑动体沿精确的路径78定位到磁盘表面76中所选定的各个数据磁道之上。在任何一种系统中，万向接头74提供了灵活而有弹性的连接，允许浮动的滑动体和附属的变换器在磁盘的不同位置都依循转盘的外形。在本实例中，当滑动体ABS 40(在图3与4中示明为器件10)位于转盘的中径区(MD)时，因滑动体的纵轴线与气流平行，故斜交角为零。由于存在有辅助结构，能在磁盘的中径区看到这种增压的中介效应。但是，随着滑动体ABS 40外移向外径区(0D)，空气便基本上垂直于辅助结构23流动，使外径区的压力加大。当滑动体ABS 40移向内径区(ID)，气流便基本上垂直于辅助结构21，为内径区的增压而提供必要的压力。
尽管本发明业已对照上述应用作了描述，但这些最佳实施例的描述并无限制意义。应知本发明的各个方向并不限于这里给出的具体描述、构型或尺寸，后者取决于众多的空气动力学原理与变量，并可以用例如加利福尼亚伯克利市的加得福尼亚大学的计算机力学试验室所发展的计算机模拟程序，通过计算机模拟方法测定。本发明所公开的设备在形式与细节上的种种改进以及其他改变是内行的人在参考这里所公开的内容后可以了解到的。为此，应该认为后附的权利要求书包括着在本发明的实质精神与范围内的，所述实施例的任何这类改动与变更的。
权利要求
1.低压气垫滑动体，它包括一滑动体体部，此体部由一前边缘和沿滑动体体部纵向延伸的两个侧边限定，具有一气垫表面，此气垫表面则包含一前部以及通过此前部连接到一起的第一与第二沿纵向延伸的轨道，而各个第一与第二轨道则包括一颈部与一后部，其中所述后部的宽度大于颈部，所述前部与所述第一与第二轨道在滑动体浮动到运动的记录媒体上方时形成一低压区，而各个后部包括有面向上述低压区的一内轨边缘，使得各所述内轨边缘与此滑动体的纵轴线构成大于0°的角；与一第一辅助结构，此结构的高度低于上述第一与第二轨道的高度，且靠近前述内轨边缘之一设置。
2.权利要求1所述的低压气垫滑动体，还包括所具高度比所述第一与第二轨道的高度低且靠近另一前述内轨边缘设置的第二辅助结构。
3.权利要求1所述的低压气垫滑动体，其中当所述滑动体位于运动媒体之上时，前述第一辅助结构处的压力小于1个大气压。
4.权利要求3所述的低压气垫滑动体，其中所述第一辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上均小于1个大气压。
5.权利要求2所述的低压气垫滑动体，其中当所述滑动体位于运动媒体之上时，所述第一和辅助结构处的压力小于1个大气压。
6.权利要求5所述的低压气垫滑动体，其中所述第一和辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上都小于1个大气压。
7.磁头悬挂组件，它包括；一挠性件，一连接于此挠性件上的滑动体，此滑动体包括一滑动体体部，此体部由一前边缘和沿体部纵向延伸的两个侧边限定，具有一气垫表面，此气垫表面则包含一前部以及通过此前部连接到一起的第一与第二沿纵向延伸的轨道，而各个第一与第二轨道则包括一颈部与一后部，其中所述后部的宽度大于颈部，所述前部与所述第一与第二轨道在滑动体浮动到运动的记录媒体上方时形成一低压区，而各个后部包括有面向上述低压区的一内轨边缘，使得各所述内轨边缘与此滑动体的纵轴线构成大于0°的角；与一第一辅助结构，此结构的高度低于上述第一与第二轨道的高度，且靠近前述内轨边缘之一设置。
8.权利要求3所述的磁头悬挂组件，其中所述滑动体还包括所具高度比所述第一与第二轨道的高度低且靠近另一前述内轨边缘设置的第二辅助结构。
9.权利要求7所述的磁头悬挂组件，其中当所述滑动体位于运动媒体之上时，前述第一辅助结构处的压力小于1个大气压。
10.权利要求9所述的磁头悬挂组件，其中所述第一辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上均小于1个大气压。
11.权利要求8所述的磁头悬挂组件，其中当所述滑动体位于运动媒体之上时，所述第一和辅助结构处的压力小于1个大气压。
12.权利要求11所述的磁头悬挂组件，其中所述第一和辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上都小于1个大气压。
13.磁盘驱动器，它包括一被转动的磁盘；一挠性件；和一连接于此挠性件上的滑动体，此滑动体包括一滑动体体部，此体部由一前边缘和沿滑动体体部纵向延伸的两个侧边限定，具有一气垫表面，此气垫表面则包含一前部以及通过此前部连接到一起的第一与第二沿纵向延伸的轨道，而各个第一与第二轨道则包括一颈部与一后部，其中所述后部的宽度大于颈部，所述前部与所述第一与第二轨道在滑动体浮动到运动的记录媒体上方时形成一低压区，而各个后部包括有面向上述低压区的一内轨边缘，使得各所述内轨边缘与此滑动体的纵轴线构成大于0°的角；与一第一辅助结构，此结构的高度低于上述第一与第二轨道的高度，且靠近前述内轨边缘之一设置。
14.权利要求13所述的磁盘驱动器，其中所述滑动体还包括所具高度比所述第一与第二轨道的高度低且靠近另一前述内轨边缘设置的第二辅助结构。
15.权利要求13所述的磁盘驱动器，其中当所述滑动体位于转动中的所述磁盘之上时，前述第一辅助结构处的压力小于1个大气压。
16.权利要求15所述的磁盘驱动器，其中所述第一辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上均小于1个大气压。
17.权利要求13所述的磁盘驱动器，其中当所述滑动体位于所述转动中的磁盘之上时，所述第一和辅助结构处的压力小于1个大气压。
18.权利要求17所述的磁盘驱动器，其中所述第一和辅助结构处的压力在上述运动媒体的所有直径区上都小于1个大气压。
全文摘要
提供了改进的滑动体设计,使其包括第一与第二轨道,而这些轨道的后部与滑动体纵轴线形成大于0°的角度。与此至少一个轨道的内边缘相邻地设有高度小于轨道的辅助结构。在第一与第二轨道间存在低压,但此压力在该辅助结构处较大。在一实施例中,该辅助结构处的压力在运动的记录媒体的所有直径区上都小于1atm。本发明的滑动体设计提供了“刚性的”气垫,能使滑动体抵抗因克量级的加载而引起的变化。得以在浮动高度与滚动角和螺距角等的变化中实现窄的分布。
文档编号G11B21/21GK1307723SQ99801983
公开日2001年8月8日 申请日期1999年10月27日 优先权日1998年11月3日
发明者E·T·查 申请人:新科工业中心