专利名称：具有连续接触空气支承浮动块的磁记录磁盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及磁记录磁盘驱动器，特别地涉及使用空气支承浮动块(air-bearing slider)来连续接触记录的磁记录磁盘驱动器。
背景技术：
在常规磁记录硬磁盘驱动器中，每个读/写变换器(或磁头)支撑在空气支承浮动块上，当磁盘以其工作速度旋转时，空气支承浮动块骑跨在其相关磁盘面的表面上方的空气垫或空气支承上。浮动块通过相对脆的悬架连接到致动器(actuator)。悬架包括支撑浮动块并使之可以摇摆的万向节或挠曲，以及具有凹座或尖头的载重梁，载重梁施加小的力使浮动块偏向于磁盘面。浮动块具有空气支承面(ABS，air-bearingsurface)，其设计来产生空气支承力，以抵抗由载重梁产生的偏转力，从而保证浮动块“飞”在上方并且不与磁盘面接触。
新近，连续接触记录已经被提出，其使用具有ABS的浮动块形式的磁头载体，ABS将浮动块仅部分地支撑在磁盘面上方，在读和写数据过程中浮动块的后部仍然与磁盘面接触。这种类型的连续接触浮动块和磁盘之间的分界面已经由J.Itoh等人“An Experimental Investigationfor Continuous Contact Recording Technology”(连续接触记录技术的实验研究)，IEEE Trans.On Magnetics，vol.37，No.4 2001年7月，p.1806研究。连续接触记录磁头悬挂组件已经在公布的专利申请US2002/0024769中描述。但是，先有技术讲到在连续接触记录过程中，浮动块上的接触力仅由垂直于磁盘面作用的排斥反作用力和平行于磁盘面作用的摩擦力构成。因此连续接触记录的尝试已经导致无法接受的摩擦，并磨损浮动块-磁盘分界面处的浮动块和磁盘。
需要的是浮动块-磁盘分界面处的浮动块和磁盘不会遭受无法接受的磨损的连续接触记录磁盘驱动器。
发明内容
本发明部分地基于以下发现在连续接触记录浮动块-磁盘分界面中，在浮动块和磁盘之间有重要的粘合力，其必须被考虑以成功地完成连续接触记录。本发明是一种具有磁头悬挂组件的磁记录磁盘驱动器，磁头悬挂组件提供连续接触记录，还通过产生关于浮动块枢轴点的抵抗力矩，来抵偿由浮动块和磁盘之间的粘合力产生的力矩，浮动块枢轴点是载重力施加到支撑浮动块的挠曲的一点。与当磁盘以其工作速度旋转时由浮动块的空气支承面施加的净力相比，枢轴点位于更接近浮动块的前端。这保证净空气支承力产生关于枢轴点的力矩，来部分地抵抗挠曲力矩以及由磁盘和浮动块接触垫之间的粘合力产生的力矩。枢轴点可以位于浮动块体的中点和前端之间，并且空气支承面可以被设计和定位，以保证净空气支承力在浮动块枢轴点的后方。枢轴点也可以位于浮动块体中点，并且空气支承面设计有大约位于中点的垫以保证净空气支承力在中心枢轴点的后方。致动元件，例如压电、静电或热元件，可以位于悬架载重梁或悬架挠曲两者之一上，以增加或减小挠曲力矩，从而调节净空气支承力的抵抗作用。致动元件也可以使浮动块卸载或装载到磁盘上。因此，磁头悬挂组件使垂直于浮动块-磁盘分界面作用于浮动块上的排斥反作用力达到最小，从而使在该分界面处的浮动块接触垫和磁盘的摩擦和磨损达到最小。
为了更全面理解本发明的本质和优点，应当参考下面的一并考虑附图的详细描述。
图1是拿走盖子的先有技术磁盘驱动器的顶视图。
图2是磁盘驱动器中先有技术磁头悬挂组件的分解透视图。
图3是磁头悬挂组件的侧视图，显示浮动块与磁盘接触以先有技术中所描述的方式来连续接触记录。
图4是与磁盘接触的连续接触记录浮动块的侧视图，说明作用于先有技术中所描述的浮动块的力和力矩。
图5A-5B显示两种代表性先有技术连续接触记录浮动块的磁盘侧，说明前浮动垫和后接触垫。
图6是根据本发明的与磁盘接触的连续接触记录浮动块的侧视图，说明在枢轴点后方作用于浮动块上的净空气支承表面力FABS。
图7显示根据本发明的浮动块中心枢轴实施方案的磁盘侧，其中主空气支承力支撑垫位于稍微在浮动块体中心线的后方。
图8是根据本发明的磁头悬挂组件的侧视图，显示与磁盘接触的浮动块和在悬架上用于移动载重梁尖头的致动元件。
具体实施例方式
图1是拿走盖子的磁盘驱动器10的顶视图。驱动器10具有外壳或基座12，其支撑致动器30和用于旋转磁记录盘14的驱动电机。致动器30典型地是音圈电机(VCM)旋转式致动器，其具有刚臂34，并围绕枢轴32旋转，如由箭头24所示。磁头悬挂组件20包括使一端连上致动器的刚臂34的末端的悬架21和典型地是浮动块22、连上悬架21的另一端的磁头载体。当磁盘14旋转时，致动器30的运动使磁头载体22的尾端上的磁头可以访问磁盘14上不同的数据轨道18，以记录和读取数据。
图2更详细地显示磁头悬挂组件20。磁头悬架21包括载重梁40和挠曲50。载重梁40具有刚性区域42，弹性区域44，以及刚性段46，刚性区域42的至少一部分用于将载重梁装配到致动器的刚臂34(图1)。刚性段46包括刚性加强钢轨47，其增强刚度，并且已知以多种方法来提供，包括如所述的侧轨，和/或内轨或者沟槽。刚性加强钢轨47增加刚性段46的纵向刚度，以向载重梁40末端附近尖头48处的浮动块22提供受力或载重。
挠曲50在载重梁40的末端附近提供浮动块22和载重梁40之间的弹性连接。挠曲50允许浮动块22在其摇摆方向上运动，以抵偿旋转磁盘面的起伏。许多不同类型的挠曲，也称为万向节，已知提供允许浮动块22的摇摆运动的弹性连接。任何挠曲被考虑以本发明方式使用。所举例的是具有浮动块接合垫部分52的挠曲50的一个具体例子，浮动块22的顶侧或上端面可以例如通过使用粘接剂连上浮动块接合垫部分52。浮动块接合垫部分52典型地从横档53提供，横档53又通过臂56连接到挠曲50的装配部分54。挠曲50典型地通过在装配部分54处的点焊来连上载重梁40。为了对准，载重梁40还提供有钻孔49，用于在装配过程中与挠曲50的装配部分54的类似孔对准。尖头48，也称作凹座，在载重梁40的末端提供，其提供从载重梁40到浮动块接合垫部分52的点荷载，以向浮动块22提供必需的载重并允许浮动块22和浮动块接合部分52关于尖头48的摇摆运动。尖头48在称作枢轴点或万向节点的一点处接触浮动块接合部分52，浮动块22关于该点而摇摆。薄膜读/写磁头(没有显示)在浮动块22的尾端62上形成。
图3是磁头悬挂组件的侧视图，其显示浮动块22和磁盘14接触以先有技术中所描述的方式来连续接触记录。浮动块22包括接近浮动块尾端62的接触垫60和接近浮动块前端66的浮动垫64。在前端66和浮动垫64的ABS之间，典型地有离子铣削压力台阶边65来提供空气流的初始压力和在空气到达浮动垫64之前空气流的更平缓的渐变。载重梁40位于离磁盘14称作Z-高度的距离。载重梁40的尖头48在前端66和尾端62之间位于浮动块22中点处的枢轴点70施加载重力。如果浮动块离开磁盘，浮动块体产生关于载重梁40的角度θ0。这是浮动块22的“正俯仰角”位置(即面向进入空气流的前端66被“向上”倾斜)，并且需要用来保证后接触垫66和磁盘14建立接触。当浮动块22在磁盘14上时，如图3中所示，载重力使挠曲50弯曲以将浮动块移动到较小角度θ。这导致与θ的改变即(θ0-θ)成正比的挠曲力矩，其关于枢轴点70而作用。在当磁盘驱动器不工作时浮动块“停放”在离开磁盘面的斜坡上的“装载/卸载”型磁盘驱动器中，浮动块22相对于磁盘14的正俯仰角，如图3中所示，也需要在将浮动块装载到磁盘上的过程中用来保证后接触垫60首先接触磁盘。
图4显示作用在先有技术中所描述的连续接触记录浮动块上的力和力矩，例如在先前引用的US2002/0024769中显示的。重力FGL被净空气支承力FABS和来自磁盘的接触力FC的总和抵消。作为挠曲力矩MFLX和由FABS引起的关于枢轴点70的力矩的结果，浮动块的接触垫60保持和磁盘14接触。浮动块的浮动垫64被设计和定位，使得FABS位于枢轴点70的前方，载重力FGL通过枢轴点70而作用。这保证由FABS引起的力矩抵抗由FC和摩擦力FFR产生的力矩，否则会导致接触垫60离开磁盘14。图5A-5B显示两种代表性连续接触记录浮动块的磁盘侧，并说明浮动垫64(具有台阶边65)和接触垫60。
优选实施方案先有技术未能考虑连续接触记录浮动块的接触垫和磁盘之间的粘合力的作用。本发明部分地基于该粘合力的发现及其对连续接触记录磁盘驱动器中磁头悬挂组件的适当设计的重要性。当浮动块接近磁盘面，即小于大约10nm，或接触磁盘面时，在浮动块的最接近磁盘面的部分上，基本的吸引力或粘合力下拉。该粘合力可以由下面来源的组合产生，包括浮动块和磁盘之间的范德瓦尔斯相互作用，跨越接触分界面的化学键，源自浮动块或磁盘上的偏压的静电力，例如由磁盘驱动器主轴电机充电或者有意施加而引起的静电力，源自浮动块-磁盘接触电位的静电力，源自由浮动块摩擦磁盘(摩擦放电)而产生的电荷的静电力，以及源自在接触点附近向上吸液的润滑剂或污染物的弯液面力。
在本发明中，净空气支承表面力FABS在枢轴点后方作用于浮动块上，产生帮助抵抗由粘合力产生的关于枢轴点的力矩的力矩。这在图6中说明。在完全负载状态下，作用在枢轴点70处的重力FGL和空气支承力FABS(包括负和正的压力分量)的总体中心是这样的，它们在浮动块22上产生负力矩，当该负力矩加上由FFR产生的负摩擦力矩时，超过由挠曲施加的正力矩MFLX。这在后接触垫60上导致“上拉”，其抵消作用在接触垫60上的由粘合力FADH产生的正力矩的一小部分。总净力矩(MFLX+d*FABS+t*FFR)的量值被选择，使得由磁盘14施加在浮动块22上的平衡该总净力矩的反作用力或接触力FC处于目标稳态水平。本发明使该目标水平可以设置在与较早发明相比低得多的水平。
图6说明本发明的第一实施方案，其中枢轴点70不是位于浮动块顶侧上的中点，优选地位于中点和浮动块前端66之间的一点。枢轴点的定位更靠前可以伴随将FABS更向后移的ABS(浮动垫64)设计。
因为对于常规的磁头悬挂组件，浮动块中点是枢轴位置，将枢轴点定位于非浮动块中点，可能导致常规的市场上可买到的悬架较大的重新设计以及电连接到位于浮动块尾端62上的读/写磁头所需的导线和引线终端处理的新研制。由于这个原因，本发明的第二实施方案是具有如图7中所示ABS设计的中心枢轴磁头悬挂组件，该ABS设计将FABS定位在浮动块中点和浮动块122的尾端162之间。该实施方案的浮动块122的磁盘侧在图7中显示，其中较小浮动垫164’(具有台阶边165’)位于前端166附近，而较大浮动垫164(具有台阶边165)位于浮动块中点附近，并且总ABS面积的大部分位于浮动块中点和浮动块尾端162之间。因为浮动垫上的空气支承力随垫面积的增加而增加，并且随垫离磁盘面的间距的增加而减小，可以从图7看到FABS位于浮动块中点后方。FABS的位置可以通过改变相对表面积和垫164’及164的位置来选择。
图7中所示的中心枢轴实施方案使用大约位于浮动块体中点或中心线(从浮动块前端166度量的半长度)的原力支撑垫(或垫164)。不具有前缘压力台阶边的小的尾端接触垫160被提供来支撑尾端162附近的读/写磁头元件。该小的尾端接触垫160产生非常小的空气支承力，并且物理上限制最大接触表面积。小的前缘垫(或垫164’)用来保证在浮动块装载到磁盘上的过程中浮动块前端的一些支撑和向上倾斜浮动块以保证尾端接触垫160的接触的小的力矩。但是，因为中间的大垫164支撑悬挂载重的大部分，小的前端和后端垫可以保证浮动块低的纵向稳定性。
在上述实施方案中，可能希望在载重梁或挠曲两者之一上提供致动元件，用来改变浮动块相对悬架而产生的角度，从而改变MFLX。图8说明这两种可选的致动元件位于载重梁40上的元件200，或者位于挠曲50上的元件203。在压薄的“关节”区显示的元件200的活动将引起元件弯曲，使尖头48向下移动并减小θ，从而增加由挠曲施加的力矩MFLX。如果由于某些原因，接触垫160不再与磁盘14接触，例如当粘合力减小时可能发生的，将浮动块“重新装载”到磁盘上也是希望的。如果使用载重梁元件200，而不是挠曲元件203，它也可以位于悬架区44和42(参看图2)之间的关节区。如果使用挠曲元件203，它的活动将减小角度θ。致动元件可以是压电、静电或热的。致动元件也可以用来使尖头48离开挠曲50，或者用来减小角度θ从而减小MFLX，或者用来将浮动块从磁盘上卸载。例如，位于关节区的双压电晶片类型的压电材料，例如市场上可买到的来自Morgan Advanced Ceramics的PZT5H，允许双向运动。类似地，位于载重梁40每一侧上关节区附近的热元件，通过加热热元件的一个或另一个，将允许顺时针和逆时针转动从而尖头48的双向运动。热元件可以由黄铜/钢双金属条形成，并且通过环氧树脂或焊接而连上悬架。一种悬架载重梁的压电致动器在美国专利6,501,625中描述。
虽然本发明已经关于优选实施方案而具体显示和描述，本领域技术人员应当理解，形式和细节的各种改变可以不背离本发明的本质和范围而进行。因此，所公开的发明被认为仅仅是说明性的并且限于仅在附加权利要求书中指定的范围内。
权利要求
1.一种磁盘驱动器，其具有具有磁记录层的可旋转磁盘，以及用于从磁盘上的磁记录层中读取数据或者将数据记录到其中的磁头，该磁盘驱动器包括具有顶侧、磁盘侧、前端和后端的磁头载体，该载体具有在磁盘侧上的空气支承面和在磁盘侧上接近后端的接触垫；用于跨越磁盘移动载体的致动器；以及将载体连接到致动器的悬架，其包括连上载体顶侧的挠曲和连上挠曲的载重梁，并且具有在枢轴点处接触载体顶侧的尖头，载重梁施加力来推动载体接触垫接触磁盘，并且挠曲施加关于枢轴点的挠曲力矩来推动载体接触垫接触磁盘，其中与当磁盘以其工作速度旋转时由载体的空气支承面施加的净力相比，枢轴点更接近于载体的前端；从而所述的净空气支承力产生关于枢轴点的力矩来部分地抵抗挠曲力矩以及由磁盘和载体接触垫之间的粘合力产生的力矩。
2.根据权利要求1的磁盘驱动器，其中枢轴点比接近载体后端更接近于载体前端。
3.根据权利要求1的磁盘驱动器，其中枢轴点大约位于载体前端和载体后端之间的中点，并且其中空气支承面的大部分比接近载体前端更接近于载体前端和载体后端之间的中点。
4.根据权利要求1的磁盘驱动器，还包括连上悬架用于改变载体相对于悬架的角度的致动元件。
5.根据权利要求4的磁盘驱动器，其中致动元件位于挠曲上。
6.根据权利要求4的磁盘驱动器，其中致动元件在一般地垂直于载体顶侧的方向上移动载重梁尖头，从而改变所述的角度。
7.根据权利要求4的磁盘驱动器，其中致动元件是压电元件。
8.根据权利要求4的磁盘驱动器，其中致动元件是静电元件。
9.根据权利要求4的磁盘驱动器，其中致动元件是热元件。
10.根据权利要求1的磁盘驱动器，其中空气支承面包括多个空气支承垫。
11.一种磁盘驱动器磁头悬挂组件，包括具有顶侧、磁盘侧、前端和后端的浮动块，该浮动块具有在磁盘侧上的空气支承面和在磁盘侧上接近后端的接触垫；以及包括连上浮动块顶侧的挠曲和连上挠曲的载重梁的悬架，其具有在枢轴点接触浮动块顶侧的尖头，枢轴点比由浮动块的空气支承面产生的净力更接近于浮动块的前端。
12.根据权利要求11的组件，其中浮动块的空气支承面的大部分位于浮动块后端和浮动块中点之间。
13.根据权利要求11的组件，其中枢轴点比接近浮动块后端更接近于浮动块前端。
14.根据权利要求11的组件，其中枢轴点大约位于浮动块前端和浮动块后端之间的中点处，并且其中空气支承面的大部分比接近浮动块前端更接近于浮动块前端和浮动块后端之间的中点。
15.根据权利要求11的组件，还包括连上悬架用于弯曲悬架的致动元件。
16.根据权利要求15的组件，其中致动元件位于挠曲上。
17.根据权利要求15的组件，其中其中致动元件在一般地垂直于浮动块顶侧的方向上移动载重梁尖头。
18.根据权利要求15的组件，其中致动元件是压电元件。
19.根据权利要求15的组件，其中致动元件是静电元件。
20.根据权利要求15的组件，其中致动元件是热元件。
21.根据权利要求11的组件，其中空气支承面包括多个垫，所述垫的一个是接近浮动块后端的接触垫。
22.根据权利要求11的组件，还包括位于浮动块上接近浮动块后端的读/写磁头。
全文摘要
一种磁记录磁盘驱动器使用磁头悬挂组件来实现连续接触记录，该磁头悬挂组件抵偿由磁头载体或浮动块和磁盘之间粘合力产生的力矩。浮动块枢轴点是载重力施加到支撑浮动块的挠曲的一点，与当磁盘以其工作速度旋转时由浮动块的空气支承面施加的净力相比，浮动块枢轴点更接近于浮动块的前端。这保证净空气支承力产生关于枢轴点的力矩，来部分地抵抗挠曲力矩以及由磁盘和浮动块接触垫之间的粘合力产生的力矩。
文档编号G11B17/32GK1542745SQ20041003129
公开日2004年11月3日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月26日
发明者托马斯·R·阿尔布雷什特, 李致淳, 查尔斯·马修·梅特, 潘宗玺, 罗伯特·N·佩恩, N 佩恩, 马修 梅特, 托马斯 R 阿尔布雷什特 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司