具有减震特征的流体轴承滑块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有减震特征的流体轴承滑块。构想了一种滑块主体的装置和关联的方法，该滑块主体定义了前端和后端的纵向范围。流体轴承表面部分地由侧轨形成，该侧轨基本沿滑体主体纵向延伸并且接合至基本沿滑块主体横向延伸的横轨。侧轨和横轨定义了正压凹槽的至少一部分。在流体轴承表面定义出口，该出口与位于侧轨一侧的环境压力流体流体连通，但是不与位于该侧轨另一侧的正压凹槽流体连通。
【专利说明】具有减震特征的流体轴承滑块
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种具有减震特征的流体轴承滑块。
【发明内容】
[0002]本发明的各实施例构想了一种具有滑块主体的装置，该滑块主体定义了前端和后端处的纵向范围。侧轨具有基本沿滑块主体纵向延伸的第一表面，并且轨部接合至横轨，该横轨具有基本沿滑块主体横向延伸的第二表面。第一和第二表面定义了正压凹槽(positive pressure recess)的至少一部分。在侧轨内定义一腔体，该腔体不与第一表面相交、但与和第一表面相对的侧轨的另一纵向表面相交。
[0003]本发明的各实施例构想了一种方法，包括获得具有渭块主体的滑块，该滑块主体定义了前端和后端处的纵向范围，该滑块进一步具有侧轨，该侧轨包括基本沿滑块主体纵向延伸的第一表面且轨部接合至横轨，该横轨包括基本沿滑块主体横向延伸的第二表面，第一和第二表面定义了正压凹槽的至少一部分，并且滑块在侧轨中具有一腔体，该腔体不与第一表面相交、但与和第一表面相对的侧轨的另一纵向表面相交；且一旦通过移动介质创建了流体流则使滑块飞离该介质。
[0004]本发明的各实施例构想了一种具有滑块主体的装置，该滑块主体定义了前端和后端处的纵向范围。通过侧轨来部分地形成流体轴承表面，该侧轨基本沿滑块主体纵向延伸且接合至基本沿滑块主体横向延伸的横轨。侧轨和横轨定义了正压凹槽的至少一部分。在流体轴承表面定义了出口，与位于侧轨一侧上的环境压力流流体连通，但是不与侧轨另一侧上的正压凹槽流体连通。
[0005]附图简要说明
[0006]图1为根据本发明的各实施例构造的数据存储设备的等比例图。
[0007]图2为根据本发明的各实施例构造的图1的数据存储设备中的滑块的图解平向图。
[0008]图3为根据本发明的实施例的图2的滑块的一部分的横截面图。
[0009]图4为类似于图3、但示出本发明的等效可选实施例的横截面图。
[0010]图5为类似于图3、但示出本发明的等效可选实施例的横截面图。
[0011]图6为图2中的滑块的侧轨中的一个腔体的等比例图。
[0012]图7为类似于图6、但示出本发明的等效可选实施例的等比例图。
[0013]图8为类似于图6、但示出本发明的等效可选实施例的等比例图。
[0014]图9为图2的滑块中的另一个腔体的等比例图。
[0015]图10为类似于图2、但示出滑块各区域的图解平面示图，该各区域是被处理为降低流体粘附的表面。
[0016]图11图解地描述了具有明显冠状的滑块。
[0017]图12图解地描述了具有明显十字线(cross curve)的滑块。【具体实施方式】
[0018]盘存储设备在数据存储盘上存储数字地编码的信息。头从盘读取数据或者将数据写入盘，该盘继而由马达旋转。头包括换能器元件，诸如用于读或者写操作的磁阻、磁-光、或者感性元件。致动器组件相对于盘上所选数据轨部而移动头以传输数据。
[0019]一般，头包括耦合至头悬架组件的滑块。盘的旋转创建了冲击滑块上的空气动力学特征的流体流，该滑块被设计为产生足够创建期望升力的压力分布。升力与来自悬架组件的载荷力相反。这些抵消力的所得平衡产生了从盘106表面开始的滑块的期望飞行高度。当盘存储设备受到外部震动事件(诸如掉落或者突然颠簸盘驱动器存储设备)影响时，可改变标称飞行高度。这样的操作性震动可导致头-盘接触、可能导致性能损失或者更加糟糕、存储的数据或者存储数据的能力的损失。由于头在极小的飞行高度上飞行的事实，防止头-盘接触的需求进一步加剧。
[0020]施加至盘驱动器的操作性震动一般导致脉冲激励；即，短时段的突加载荷。盘驱动器底盘和支架系统的结构性阻尼，通过随时间扩展该脉冲而减小脉冲的幅度。这一脉冲激励最终在浅凹点(dimple point)传输至滑块，引起挤出滑块与盘之间的空气的偏差。结果，滑块经历高和低预载荷的交变载荷、俯仰力矩、以及翻转力矩。因此，故障可归于在正负载条件期间的后边缘(TE)滚落和在负负载条件期间前边缘(LE)摔落。
[0021]对于在其中可能发生外部震动事件的应用中，操作性震动可能是对于记录头的可靠性能的严重限制性因素，因为极低的飞行高度导致在操作性震动事件期间可发生头-盘接触的增加的可能性。此处描述了涉及改进震动稳键性的各实施例，特别是在短脉冲宽度的震动输入的临界情况下。
[0022]图1为表征为盘驱动器100的数据存储设备的等比例图，其中，本发明的实施例是有用的。在本说明书中使用盘驱动器100是说明性的，并且不是对要求保护的主题的枚举或者任何方式的限制。在这些说明性的实施例中，盘驱动器100能够是盘盘驱动器、光盘驱动、磁光盘驱动以及类似物。
[0023]盘驱动器100包括底座102。盘驱动器100进一步包括通过盘夹108安装为在主轴马达109上进行选择性旋转的一个或多个盘106。每个盘106具有记录表面，其在数据传输关系中与配合头110关联。在图1中所示说明性实施例中，每个头110由悬架组件112支承，该悬架组件112继而附连至致动器116的跟踪存取臂114。图1中示出的致动器116为已知为旋转动圈式致动器类型，并且包括通常在118处示出的音圈马达(VCM)。音圈马达118使得致动器116和所附连的头110围绕枢转轴120旋转，以沿着盘的最内数据轨部和最外数据轨部之间的弧形路径来定位头110。基于由头110读取格式化到盘106的伺服数据而生成的信号，由伺服电子元件128来驱动音圈马达118。每个头110具有流体轴承滑块表面(或者“滑块”)。盘106的高速旋转生成围绕盘106的操作流体(诸如，空气、氦气以及类似物)的向外螺旋流。通过流体流冲击滑块，空气动力学地抬起每个头110，以使得头110飞离各自的盘106的记录表面小段距离(“飞行高度”)。
[0024]图2为根据本发明的说明性实施例构造的头110的滑块部分(面向各自的盘106的表面)的图解平面描述。一般地，该滑块设置有空气动力学特征，该空气动力学特征使能头110飞得极接近盘106，使得能够通过该较小飞行高度换能短波长、高频信号，从而在盘106上存储高密度数据/从盘106取回高密度数据。[0025]一般地，滑块包括结构主体140，其一般地为矩形主体140，该矩形主体140定义了相对于由箭头146所指示的流体流的方向的前端142和后端144。两端142、144定义了横跨纵轴148的主体140的纵向范围。
[0026]空气轴承表面(“ABS”)150(由剖面线指示)从主体140的表面152延伸，并且基本与之平行。ABS150的一部分由基本沿主体140纵向延伸的侧轨153形成。ABS150的另一连续部分由结合至侧轨153并且基本沿主体140横向延伸的横轨154形成。另一轨部156连接到横轨154的一端，并且基本沿主体140纵向延伸。轨部153、154、156具有从滑块表面152向外突起的端面以定义正压凹槽158。正压凹槽158通过在方向146中沿侧轨153、156流动并且接着冲击横轨154的流体而正向受压，藉此相对于滑块生成推动头110离开盘106的升力。
[0027]将意识到，可设置空气动力学过渡特征以减少流入正压凹槽158和在其外的流体创建的湍流。图3示出如所描述的侧轨153的放大的横截面示图，其一般地具有向外突起、基本上垂直于主体140的表面152、并藉此部分地形成正压凹槽158的表面155。在这些实施例中，尖锐棱角过渡比图4的方形-阶梯过渡表面162或者图5的角-阶梯过渡表面164更可能生成湍流。
[0028]再次参考图2，盘106的旋转以方向146将流体流动从滑块的前端142引导向后端144。流体冲击ABS150以创建流体承载压力分布，其将升力施加至滑块并继而施加至头110。该定义头110相邻盘106表面的飞行高度做贡献方面，升力与经由在载荷点(在该载荷点附近，头110俯仰和翻转)处的悬架组件112提供的载荷力相反。ABS150专门设计用于给与主动和被动条件两者相关的期望头-盘间距提供压力分布。主动条件是指诸如通过热致动或者类似物，头100被行动从而减少和/或控制飞行高度中的变化。当头110被热地或者通过某些其他方式时没有如此致动，存在被动条件。
[0029]在侧轨153上形成腔体(有时也称作“出口”)168。在这些说明性实施例中，腔体168位于滑块的前端部分的侧轨153中；即，在前端142与前端142和后端144之间的中点轴180之间。图6为延伸到侧轨153中的腔体168的经放大的具体示图，但是腔体168部分地由封闭端171形成，使得腔体168不与形成正压凹槽158的一部分的侧轨153的表面155相交。注意，在这些实施例中，腔体168的深度在贯穿侧轨153的整个厚度上一致，使得滑块表面152形成腔体168的整个底部。
[0030]腔体168的相对的开口端与和表面155相对的侧轨153的另一表面170相交，表面155比相对的(在这些实施例中基本上平行的)表面170更靠近纵轴148。藉此，腔体168与环境流体流体连通，意味着流体在方向146中流动，但是其不会冲击侧轨153，并且与正压凹槽158相反。环境流体比正压凹槽158中包含的流体具有相对更低的压力。腔体168不能使得正压凹槽158中相对更高压力的流体与通过侧轨153的环境流体流体连通。
[0031]在这些说明性实施例中，腔体168由非平行的表面180、182来定义，使得开口端比封闭端更宽。中心轴184使得开口端与方向146中流动的到来的环境流体成一定角度，有助于将环境流体引入腔体168。操作性震动(诸如外部激励)改变了由在方向146中流动并且冲击ABS150的流体所创建的压力分布。结果可以是劣化的性能或甚至对于头110和/或盘106的破坏。腔体168用于对由侧轨153形成的ABS150的一部分动态地施加压力。通过在头110上升方向中提供源自外部冲击事件的增强的滚落阻力，有利地对操作性震动的不利影响进行阻尼。阻尼特征仅仅响应于震动事件而激活，有利地在其他情况下不会不利地影响滑块的ABS150性能。
[0032]中心轴184的最优角取向是相关滑块的标称歪斜(skew)或者盘形成-因子来获得的。歪斜是纵轴148与被构造为用于所所选数据轨部的切线之间的相对偏移，轨部其中头110用于写数据到该数据轨部中/从该数据轨部读取数据。歪斜随着数据轨部的不同的径向位置而变化。最优角取向力图使得当头110在最里和最外存储轨部之间移动时，在歪斜值范围上，标称飞行、倾斜、和滚动行为尽可能保持不变。
[0033]腔体168相对于滑块中点180的纵向偏移影响了操作性震动事件期间的动态侧倾和纵向稳定性。选择腔体168的纵向偏移距离和宽度、腔体168的深度、以及腔体168中的阶梯数的所有，从而使得后边缘滚落模式和前边缘摔落模式两者中的震动稳健性最优化。
[0034]图7描述了与图6的实施例类似的实施例，但是由非线性表面171’、180’、182’定义的腔体168’。在等同可选实施例(未描述)中，腔体168可由像图6中描述的那些的线性表面和像图7中描述的那些的非线性表面的组合来定义。图8描述了类似于图6的那些的其他实施例，但是由中间表面186形成阶梯状的腔体168深度，该中间表面186定义了比滑块表面152更浅的深度。阶梯的深度能够有利地消除由流过腔体的流体流产生的湍流，并且因此可可选地由诸如上述图3-5描述的那些弧形或者有角度的过渡表面来构造。多个阶梯的深度和阶梯数量的差异决定了响应于激励而施加至头110的动态阻尼的幅度。
[0035]因为相比内径，盘的表面速率在外径处更大，所以，在径向地在盘106上移动中，滑块的前端上的升力变化。补偿升力中的这一变化的有效方式是用自负载负压力滑块特征来抵消。补偿滑块上的正向和负向压力之间的变化导致最接近于在所有盘轨部半径上提供恒定飞行高度。
[0036]关于这一点，并且回到图2，在这些说明性实施例中，纵向侧轨190在滑块的后端部分上形成ABS150的另一部分；即，在滑块的中点轴180和后端144之间。侧轨190接合至另一横向的横轨192，该横轨192继而接合至另一纵向轨部194。轨部190、192、194具有从滑块表面152向外突起的端面，以定义负压凹槽196。负压凹槽196由首先流过横轨192然后沿方向146中的侧轨190、194流动的流体来施加负压，藉此在滑块上产生真空效果，促使头110朝向盘106。
[0037]另一腔体(或者“出口 ”)200形成在滑块的后端部分中的侧轨190中。图9为腔体200的放大的具体示图，该腔体200延伸到侧轨190中，但是由封闭端202形成，使得腔体200不与形成负压凹槽196的一部分的侧轨190的表面204相交。注意到，在这些实施例中，腔体200的深度在侧轨190的整个厚度上一致，使得滑块表面152形成腔体200的整个底部。但是，在等同可选实施例中，如以上关于图7和8分别描述的，腔体能够具有一个或更多个非线性表面并且是阶梯的。
[0038]腔体200的相对的开口端与和表面204相对的侧轨190的另一表面206相交，表面204比相对的(在这些实施例中基本上不平行)表面206更靠近纵轴148。藉此，腔体200与方向146中流过的环境流体流体连通，该环境流体具有比由流过负压凹槽196的流体创建的空间具有相对更高的压力。腔体200使得负压凹槽196中的相对更低压力的流体与通过侧轨190的环境流体并不流体相通。
[0039]在这些说明性实施例中，腔体200由基本上平行的表面208、210来定义，该基本上平行的表面208、210沿着中心轴212延伸，该中心轴212与方向146中的环境流体成一定角度，有助于将环境流体引入腔体200。但是，要求保护的发明不限于那些说明性实施例。同样，操作性震动(诸如外部激励)改变了由方向146中的流体流对于ABS150创建的压力分布。腔体200用作对由侧轨190形成的ABS150的一部分动态地施加压力。通过动态侧倾稳定性对震动效果进行阻尼且防止后边缘翻转事件，有利地对操作性震动的不利影响进行了阻尼。另一优点是仅响应于震动事件来激活阻尼，从而有利地，在其他情况下并不对ABS的性能不利。
[0040]回到图2，在这些说明性实施例中，在纵轴148的另一侧上的相对的纵向侧轨220类似地形成位于滑块的后端部分上的ABS150的另一部分。侧轨220接合至另一横向横轨222，其继而接合至另一纵向轨部224。轨部220、222、224具有从滑块表面152向外突起的端面，以定义另一负压凹槽226，其与以上所讨论的负压凹槽196起相同的作用。在等同可选实施例(未示出)中，侧轨190、220可接合至相同横轨，藉此每个侧轨190、220形成相同负压凹槽的不同的部分。
[0041]另一腔体(或者“出口 ”)228形成在滑块的后边缘部分中的侧轨220中。与腔体200成镜像，腔体228延伸到侧轨220中，但是由封闭端形成，使得腔体228不与形成负压凹槽226的一部分的侧轨220的表面相交。但是，如在这些说明性实施例中清楚地描述的，腔体228比腔体200更长，使得腔体200、228围绕纵轴148非对称。类似腔体200，腔体228的深度能够延伸完全通过侧轨220，或者可被阶梯成具有两个或者更多个不同的深度。
[0042]腔体228的相对的开口端与侧轨220的最外表面相交。藉此，腔体200与方向146中流动的环境流体流体连通，该环境流体相比于负压凹槽226中包含的流体具有相对更高的压力。腔体200与负压凹槽226中的相对更低的压力流体并不流体连通，其中环境流体通过侧轨220。
[0043]如上所讨论的，腔体228与方向146中流动的环境流体成一定角度，有助于将环境流体引入腔体228。同样，操作性震动(诸如外部激励)改变了冲击ABS150的方向146中的流体流创建的压力分布。腔体228用于对由侧轨220形成的ABS150的一部分动态地施加压力。这有利地动态地响应于操作性震动的不利影响，通过增强的动态侧倾稳定性来阻尼对震动的响应以防止后边缘滚落，并且在负向上载荷上提供了增强的动态滚动阻力。另一优势在于仅响应于震动事件来激活阻尼，并且藉此在其他情况下有利地不对ABS性能不利。
[0044]通过减少在ABS150的所选区域上的粘附力、结合腔体168、200、228的使用，可进一步增强操作性震动性能。粘附力作用在随着滑块变得离盘106更近而呈现的较大的ABS150区域上。这些力随着滑块-盘间隙的减少而迅速增加。当滑块接近到距离盘106 —到二纳米内时，这可导致突然吸合。鉴于发生在操作性震动事件期间的较大外部负载，粘附力显著地减少了滑块间隙，使得更可能可发生头110和盘106之间的不想要的接触。
[0045]图10图解地示出(通过剖面线图案)ABS150的一部分，对于部分，可施加所选表面处理以减少粘附力，并且藉此通过贡献更低的翻转力矩并且将枢转轴点推向中央垫区域，致力于有效地平衡翻转力矩和俯仰力矩，从而增加了后边缘滚落模式中的震动稳健性。表面处理可包括施加合适的表面涂层以减少有效表面能量并且通过盘润滑剂来减少表面湿润性、和/或诸如通过纹理或类似物来增加表面粗糙度。[0046]图11图解地示出滑块的增强的冠形，带来了滑块与盘106之间的前边缘间隙余量250的增益。在前边缘处增加的间隙防止了由于在操作性震动负载的负向周期期间发生的前边缘摔落而带来的故障，并且因此增加了操作性震动阈值。增加间隙还带来了最接近前边缘142的滑块的一部分上的更低的粘附力，因此减少了在震动事件期间前边缘142摔落引起的粘附顷向。
[0047]图12图解地描述了增强的十字线滑块，带来了后边缘侧轨190、220处的滑块-盘间隙极限252中的增益。后边缘侧轨190、220处的增加的间隙防止了由于在操作性震动负载的正向周期期间发生的后边缘滚落而带来的故障，并且因此增加了操作性震动阈值。增加间隙还导致滑块的侧轨部分190、220上的更低的粘附力，因此减少了在震动事件期间侧轨滚落引起的粘附倾向。
[0048]通过结合如这里所描述的一个或者更多个腔体，粘附力的减小、增强的冠形、以及增强的十字线，操作性震动性能能够相对基线性能得到提高，因此提高了盘驱动器的可靠性。
[0049]将理解到，即使在之前的描述中已经结合结构和功能的细节给出了各同方面的大量的特征和优点，但是本公开仅仅是说明性的，在细节上，特别是在结构和安排的事物上，可以作出改变，到表达所附权利要求书的的术语的广泛的通用含义所指示的全部范围。
【权利要求】
1.一种装置，包括: 滑块主体，定义了前端和后端的纵向范围； 侧轨，具有基本沿所述滑块主体纵向延伸的第一表面，并且所述侧轨接合至具有基本沿所述滑块主体横向延伸的第二表面的横轨，所述第一表面和第二表面定义了正压凹槽的至少一部分；以及 位于所述侧轨中的腔体，所述腔体不与所述第一表面相交，但与所述侧轨的和所述第一表面相对的另一纵向表面相交。
2.如权利要求1的装置，其中所述腔体在前边缘与前边缘和后边缘之间的中点之间的轨部中。
3.如权利要求1的装置，其中所述侧轨表征为第一侧轨，并且所述横轨表征为第一横轨，所述装置包括: 第二侧轨，具有基本沿所述滑块主体纵向延伸的第三表面并且所述第二侧轨接合至具有基本沿滑块主体横向延伸的第四表面的第二横轨，所述第三和第四表面定义了负压凹槽的至少一部分；以及 位于第二侧轨中的第二腔体，所述第二腔体不与所述第三表面相交，但与所述第二侧轨的和所述第三表面相对的另一纵向表面相交。
4.如权利要求3的装置，其中所述第二腔体在所述后边缘与所述前边缘和所述后边缘之间的中点之间的第二轨部中。`
5.如权利要求3的装置，包括: 第三轨部，围绕所述滑块的纵轴和所述第二轨部相对，所述第三轨部具有基本沿所述滑块主体纵向延伸的第五表面且所述第三轨部接合至具有基本沿所述滑块主体横向延伸的第六表面的第三横轨，所述第五和第六表面定义了另一负压凹槽的至少一部分；以及 位于第三侧轨中的第三腔体，所述第三腔体不与所述第五表面相交，但与所述第三轨部的和所述第五表面相对的另一纵向表面相交。
6.如权利要求5的装置，其中所述第三腔体在所述后边缘与所述前边缘和所述后边缘之间的中点之间的第三轨部中。
7.如权利要求1的装置，其中所述第一表面比另一纵向表面更靠近纵轴。
8.如权利要求1的装置，其中所述第一表面和另一纵向表面基本上彼此平行。
9.如权利要求1的装置，其中所述腔体由沿着第一中心轴的彼此相对的不平行表面来定义。
10.如权利要求1的装置，其中所述腔体由沿着第一中心轴延伸的相对表面来定义，所述相对表面的至少一个的至少一部分是非线性的。
11.如权利要求1的装置，其中所述腔体定义了两个或者更多个不同的深度。
12.如权利要求5的装置，其中所述第二和第三腔体围绕所述滑块主体的纵轴非对称。
13.—种方法,包括: 获得具有滑块主体的滑块，所述滑块主体定义了前端和后端的纵向范围，所述滑块进一步具有侧轨，所述侧轨包括基本沿滑块主体纵向延伸的第一表面且接合至包括基本沿所述滑块主体横向延伸的第二表面的横轨，所述第一和第二表面定义了正压凹槽的至少一部分，并且所述滑块具有位于所述侧轨中的腔体，所述腔体不与所述第一表面相交，但是与所述侧轨的和第一表面相对的侧轨的另一纵向表面相交；以及 使得一旦通过移动介质创建了流体流则使所述滑块飞离所述介质。
14.一种装置，包括: 滑块主体，定义了前端和后端处的纵向范围； 流体轴承表面，由侧轨部分地形成，所述侧轨基本沿所述滑块主体纵向延伸且接合至基本沿所述滑块主体横向延伸的横轨，所述侧轨和所述横轨定义了正压凹槽的至少一部分；以及 定义在所述流体轴承表面内的出口，所述出口与位于所述侧轨一侧上的环境压力流体流体连通，但是不与位于所述侧轨另一侧上的正压凹槽流体连通。
15.如权利要求14的装置，其中所述流体轴承表面部分地由所述第二侧轨来形成，所述第二侧轨基本沿所述滑块主体纵向延伸且接合至基本沿所述滑块主体横向延伸的第二横轨，所述第三和第四表面定义了负压凹槽的至少一部分，所述装置包括定义在所述流体轴承表面中的第二出口，所述第二出口与位于所述第二侧轨一侧上的环境压力流体流体连通，但是不与位于所述第二侧轨的另一侧上的负压凹槽流体连通。
16.如权利要求15的装置，其中所述流体轴承表面部分地由围绕滑块纵轴与所述第二侧轨相对的第三侧轨形成，所述第三侧轨基本沿所述滑块主体纵向延伸且接合至基本沿所述滑块主体横向延伸的第三横轨，所述第三侧轨和第三横轨定义了另一负压凹槽的至少一部分，所述装置包括定义在所述流体轴承表面中的第三出口，所述第三出口与位于所述第三侧轨一侧上的环境压力流体流体连通，但是不与位于所述第三侧轨另一侧上的另一负压凹槽流体连通。
17.如权利要求14的装置，其中所述出口由沿第一中心轴彼此相对的非平行表面来定`义。
18.如权利要求14的装置，其中所述出口由沿第一中心轴延伸的相对的表面来定义，所述相对的表面的至少一个的至少一部分是非线性的。
19.如权利要求14的装置，其中所述出口由两个或者更多个不同的深度来定义。
20.如权利要求5的装置，其中所述第二和第三出口围绕所述滑块主体的纵轴非对称。
【文档编号】G11B17/32GK103871431SQ201310757172
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】A·拉贾赛克哈兰, N·拉马克里希南, J·R·克洛尼克 申请人:希捷科技有限公司