专利名称：具有冲击力施加机构的磁盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及尺寸小、能耗低的磁盘装置。本发明具体涉及具有克服发生在磁头和磁盘之间粘着现象的机构的磁盘装置例如硬盘驱动器。
计算机尺寸越来越小，开始是桌面大小、随后是便携式大小，再减小到笔记簿大小，甚至减小至到备忘簿大小。特别是伴随着达到更高记录密度方面的进步，在市场上可买到的磁盘的尺寸一直继续减小，磁盘的尺寸从3.5英寸减小到2.5和1.8英寸，甚至更减小到1.3英寸。当磁盘装置固定地或可拆卸地装在不超过笔记簿尺寸的便携式计算机中时，磁盘的直径基本上不大于2.5英寸。
随着磁盘装置尺寸的减小，插件形的可拆卸式的磁盘装置变得很流行。作为包括机械连接和拆卸以及电连接(接口)的这种插件式磁盘装置和其它电子装置的标准化规范，已有个人计算机集成电路贮存器插件的标准规范。这些标准规范是在日本电子工业发展协会(JEIDA)和美国人个计算机存贮器插件国际协会(PCMCIA)合作下提出的。
标准规范原来并不包括磁盘装置，但是后来随着磁盘装置尺寸的减小，这些标准规范已发展到包括磁盘装置和其它的接口装置。按照个人计算机的积成电路存贮器装置的标准规范，可以设定这样的操作环境，使得可以使磁盘和系统上的或系统内的其它插件结合使用。如果由卡提供的操作环境不满足系统的操作环境，则系统可以拒绝使用插件。系统要求的操作环境包括涉及电源信息的一些参数。这些参数包括标准的操作电源电压、最小的操作电源电压、最大的操作电源电压、连续电源电流、1秒种内的最大平均电流值、在10毫秒内的平均电流的最大值和省电方式中必需的电源电流。
因此，主要在其中装电池的便携式的有关信息设备中，期望越来越多地应用小尺寸的磁盘装置例如插件式磁盘装置。结果，这些设备要求能耗低。
按照降低能耗的典型的常规方法，如美国专利No.4933785(日本特开平3-503101及相应国际专利申请)中所述，操作方法被分为若干操作方式，例如(1)睡眠方式，在这种方式中，除再起动必需的与主系统接口的最少接口功能而外，线路功能停止；(2)空载方式，在这种方式中，主轴马达转动，部分伺服功能处于操作状态，而数据记录/再现线路断开；(3)允许写、读和寻道的正常操作方式。
在每个操作方式中，在对应于不需要功能的线路中能耗受到抑制。这种常规方法在正常使用状态可以有效减少能耗。但是减少包括主轴马达的分立线路部件的能耗是同等重要的。为此，对于小尺寸磁盘装置中的用于转动磁盘的主轴马达，现在的倾向是限制马达自身的最大电流和减少其尺寸和厚度，由此减小了起动转矩。对于驱动磁头驱动器的转动音圈马达这也是正确的。
由于尺寸和起动转矩动力的减少，对磁头和磁盘介质之间产生的粘着现象也产生影响。对于接触的起动/停止型磁盘装置，磁盘介质开始转动时，磁头滑块压在磁盘表面上，即处于接触/停止状态。当磁盘介质转动时，磁头滑块滑动并与磁盘介质的表面接触，直到磁盘介质的圆周速度达到预定的速度，在此速度时滑块在动压力作用下而浮在磁盘表面上。随后由于动压力的作用，滑块保持在浮悬于磁盘表面上的状态。
为改进磁头滑块和磁盘表面的耐磨性，采用了复盖磁盘表面的表面润滑剂。这种表面润滑剂也用于接触型磁盘装置中，在这种装置中，磁头或磁头滑块在读写期间与磁介质处于接触状态。磁头接触型磁盘装置达到的记录密度高于磁头浮动型的磁盘装置。
但是，在磁头滑块和平面度极高的磁盘介质在长时间的静止状态保持接触的情况下，虽然有表面润滑剂，但还是经常发生粘着现象。这种粘着现象是起动磁盘装置的一个障碍。由于这一点，迄今已提出各种设想和改进，使得粘着现象不容易发生，或用于消除这种粘着状态。
基本上可以防止发生这种粘着现象的一个方法已知为斜坡负载法，如在日本专利特开平1-134770和日本专利特开平3-503101(对应美国专利No.4933785)中公开的那样。按照这种方法，磁头浮悬结构由装在磁盘介质上面的锥形保持部件保持，使得磁头滑块不与磁盘介质的表面接触。但是，这必需要安装作为外加构件的保持部件并要保证磁盘的保持空间。
在日本专利出版物昭57-8530(特开昭54-23508)中公开一种解决粘着现象的另一种方法。按照这种常规的方法，在磁头接触型的磁盘装置中，接触起动停止区域(当磁盘介质的转动停止时磁头滑块与磁盘介质接触的区域)被形成在磁盘介质的表面上。在此区域中，磁盘介质表面被粗糙化，降低其平面度。这种方法是区域结构法。这种方法是牺牲耐磨性而得到的。很难完全防止粘着，而且增加了生产成本。
已提出对表面润滑剂的特性进行各种改进。然而，单独采用这种方法很难完全消除粘着现象。
在日本专利特开平6-203514中公开一种方法，在这种方法中，在磁头滑块上形成若干突出部，从而减少与磁盘介质的接触面积，由此减少滑块和磁盘介质的静摩擦。但是，在这种情况下，需要考虑避免在磁头滑块和磁盘介质之间由在滑块上形成的凸出部的滑动摩擦所产生的物理损伤。
迄今提出消除粘着现象的再一方法利用了由磁盘主轴马达或驱动磁头驱动器的转动音圈马达所产生的起动动力。例如日本专利出版物昭57-60707(特开昭54-84712)和美国专利No.4542429公开一种方法，在这种方法中，磁头滑块沿磁盘介质的径向移动，随后磁盘才开始转动，从而消除粘着现象。
日本专利出版物昭61-61191(特开昭55-108964)公开一种方法，在这种方法中，在磁盘开始转动时，利用驱动磁头驱动器的音圈马达使磁头滑块振荡，由此消除粘着现象。
日本专利出版物昭61-211130(对应美国专利No.4897743)公开一种方法，在这种方法中，在磁盘开始转动之前，磁头驱动器利用驱动马达压靠在一个弹性制动器上，使得磁头滑块可以沿磁盘径向稍为移动，从而消除粘着现象。
但是，在低能耗性的小尺寸磁盘装置中，由于磁盘主轴马达和驱动磁头驱动器的转动音圈马达的起动转矩小，所以上述先有技术的消除粘着现象的方法不能提供足够的消除粘着的动力。
作为消除粘着现象的其它方法，日本专利特开平6-208771(对应美国专利No.5313352)公开一种方法，在这种方法中，在磁头滑块的部分上装有许多振子元件，因此滑块以预定的振动方式进行振荡，由此消除粘着。但是按照这种方法，磁头滑块部分变复杂了，因而增加了生产成本。
本发明的目的是提供一种磁盘装置，这种磁盘装置具有消除磁头(滑块)和磁盘介质之间粘着的机构，该机构适合于小尺寸的磁盘装置，这种磁盘装置能耗低，其主轴马达和转动的用于驱动磁头驱动器的音圈马达(以后称作“VCM”马达)的起动转矩小。
达到上述目的的方法是，在磁盘装置的外壳中装置一种冲击力施加机构，该磁盘装置具有例如玻璃衬底或硬材料作的其它衬底的磁盘介质。当通过冲击力施加机构对外壳施加冲击力时，该冲击力便传输到磁头和磁盘介质上，由此它们承受稍许的位移和振荡，从而消除粘着。
图1是接触起动-停止型磁盘装置的透视图，该磁盘装置具有邻接外壳的冲击力施加机构；图2是示意图，示出冲击力被传输到磁头滑块(或多个滑块)和磁盘(或多个磁盘)的方式；图3是曲线图，示出冲击力施加机构中弹簧的弹性常数和能克服的粘着力之间的关系；
图4是一种磁盘装置的透视图，该装置上装有一种利用弹性材料作的冲击力施加元件的冲击力施加机构；图5是部分示意图，示出得用弹簧的冲击力施加机构；图6是部分示意图，示出利用磁铁的冲击力施加机构；图7是部分示意图，示出利用其中装有球的箱子的冲击力施加机构。
图8是曲线图，示出图7冲击力施加机构中球的质量和能克服的粘着力之间的关系。
图1是接触起动-停止型(以后称作“CSS”型)磁盘装置的透视图，下面主要参考图1说明磁盘装置的结构和操作。靠近磁盘外壳安装的是下面将详细说明的冲击力施加装置。
图1中，磁盘1装在外壳3中或定位在其中，并由主轴马达2可转动地支承。磁盘1的衬底材料是硬玻璃、铝或其它的的非磁性材料。磁头滑块4通过转动支承5、托架6和万向接头7装在外壳3中。
在操作时，磁盘1利用主轴马达2高速转动，而磁头滑块4则由于在外壳中存在的空气动压力而呈浮悬状态，该动压力是由磁盘1的转动形成的。该磁头利用在悬浮的磁头滑块4和磁盘1之间形成的磁路来执行磁盘1的信息记录和重现。
当磁盘装置不操作时，磁头滑块4由万向接头7推压在磁盘1表面上的数据区域外边形成的CSS区域8。滑块4在静止时与CSS区域8紧密接触。这种状态经常在磁盘1和磁头滑块4之间引起粘接现象。在这种情况下，如果其间的粘着力大于主轴马达2的起动转矩和托架6的VCM马达转矩，则磁盘装置不开始操作，造成操作上的问题。
下面参考图2说明本发明中克服粘着现象的原理，图2是一个示意图，示出冲击力被传输送到磁头滑块4和磁盘1上的方式。
当冲击力被施加在外壳3上，所加的冲击力具有如用箭头9-a和9-b所用的分量，该分量分别被传送到磁盘1和磁头滑块4上。分力9-a垂直于磁盘1，分力9-b平行于磁盘1。两个分力9-a和9-b的合力作用在磁盘1和磁头滑块4之间的接触点上。垂直分力9-a使磁头滑块4振荡，从而使它连续地打击磁盘1，因而起着克服粘着现象的力。另外，水平分量9-b在剪切方向作用，克服粘着力，因而可以克服或消除磁盘1和滑块4之间的粘着。
下面参考图1和3说明本发明的实施例。
如图1所示，按照本发明的第一实施例，冲击力施加机构具有冲击力施加部分11、弹簧12、芯杆13和凸盘14，这些部件装在外壳3的密封部件的贮存部分的外边。与外壳3接触的冲击力施加部分的接触部分最好成形为可以集中冲击力的球形。配置在凸盘14和外壳3之间的弹簧12通常处于完全伸长状态。芯杆13被成形为具有阶梯部分，使得当芯杆被拉出时，该阶梯部分便与外壳3对接，起制动器的作用。外壳3在凸盘14和芯杆13的两点提供导向作用(例如利用在外壳3中形成的通孔)。当握住端部分13a拉出芯杆13使弹簧12压缩，然后用手松开芯杆时，冲击力施加部分11便可利用弹簧12的弹性使一个冲击力施加在外壳3上。由冲击力施加部分11产生的灰尘不会构成问题，因为冲击力施加机构配置在外壳的被密封部件的贮存部分的外边，如图所示。
图3示出采用上述机构来克服滑块和磁盘之间发生的粘着现象时所进行的实际操作结果。具体地讲，图3是特性曲线图，示出冲击力施加机构中所用弹簧12的弹性常数和能够克服或消除的粘着力之间的关系。在测量中所用磁盘装置是1.8英寸的磁盘装置(10.5mm厚)，具有两个磁盘介质和四个磁头。在1.8英寸磁盘装置中所采用的冲击力施加位置和方向如图1所示，图中标明空间范围。分别用玻璃、铝和铁作磁盘介质1、外壳3和冲击力施加部分11的衬底材料。能够克服或消除的粘着力(gf)和作用在磁盘装置上的相应的冲击力(G)沿纵座标画出，而横座标是弹簧常数(N/m)。基于假定磁盘装置的冲击阻力是150G和主轴马达2的起动转矩是15gf的常数也示于图3。
在冲击力不大于15gf的情况下，由主转马达2的起动转矩可以克服粘着力，磁盘装置开始操作。但是如果粘着力超过15gf，则粘着力不能用主轴马达2的起动转矩克服，主轴马达2不转动。此时，施加75～150G的冲击力到外壳3上便可以克服与图3所示关系相关的粘着力而不会损害磁盘装置，也不会损害磁盘介质。因此磁盘装置可以起动。
所加的冲击力依赖于可移动的距离(弹簧的位移)，在承受测量的磁盘装置中，该距离可以取得尽量大，因此在对应于距离7mm的位置在芯杆13上形成阶梯部分。考虑到误差，弹簧常数被设定在5.25N/m。假定所加冲击力的误差是10G，则可以施加至少约130G的冲击力。因而可以克服26gf的粘着力并消除相应的粘着现象。
但是，并不限于图3所示的关系，因为该关系随下列因素改变冲击方向、冲击时间、所用表面润滑剂的种类、磁盘介质的表面状态、磁盘装置的结构和很多其它的因素。另外，磁盘装置的冲击阻力和主轴马达的起动转矩也不限于例示的情况。按理，冲击阻力应当达到磁盘1或磁头滑块4的断裂或破损发生点。磁盘介质的材料(衬底)不限于玻璃，它可以是其冲击阻力可以高到足以抵抗磁头滑块4连续冲击的其它任何材料，例如陶瓷，钛元件、碳元件，或以这些材料作主成分的复合材料或合金。冲击位置和方向也不限于上述的情况。如果弹簧常数取得小一些，则冲击力施加机构也可应用于主要由铝构成的普通磁盘衬底介质。
下面参照图4、5、6、7和8说明向磁盘装置外壳施加冲击力的冲击力施加机构的其它实施例。
图4是其上装有冲击力施加机构的磁盘装置的透视图，该施加机构利用由弹性材料作的冲击力部件。与图1中相同的构件其编号省去。如图4所示，弹性部件16-a例如由金属或塑料作的叶簧用螺栓15固定在外壳3的外部。当用手拉出弹性部件16-a，然后再松开时，一个冲击力便加在外壳3上。弹性部件16-a的形状和如何进行固定不限于例示的情况。按照此方法，利用简单的机构便可将冲击力施加在外壳3上。
图5示出本发明的冲击力施加机构的第三实施例利用弹簧19对可转动的冲击力所施部分或部件17施加偏压。部件17可绕枢轴18转动，在正常情况下在弹簧19偏压力的作用下与外壳3接触。用手沿箭头20所示的方向向内移动冲击力施加部分17之后，再释放该部件便可以克服粘着力。冲击力施加部分17利用弹簧19返回到其原来的的或正常的位置，并形成一个施加在外壳3上的冲击力。但是应当明白，在上述实施例中，冲击力施加部分17的形状、枢轴18的位置、弹簧19的形状以及如何施加弹簧偏压力不受限制。
按照图5所示冲击力施加机构的实施例，因为可以固定冲击力施加部分17的转动角度，所以可以使得所加冲击力是恒定的，因此不必害怕因施加过分的冲击力而损坏磁盘装置。另外，通过改变转角、改变冲击力施加部分17的材料、改变外壳3的材料和改变弹簧19的偏压力可以容易地调节所加的冲击力。
图6示出本发明冲击力施加机构的第四实施例，该实施例利用可转动的冲击力施加部分或部件21。该冲击力施加机构中，在部件21中嵌入金属件22，该部分可绕枢轴23转动。另外，磁铁24装在外壳23内。当发生粘着现象时，沿箭头25的方向推动冲击力施加部分，随后松开，由此在冲击力施加部分21中嵌入的金属件22受到吸引，并被推向装在外壳3内的磁铁24，因而产生一个施加在外壳3上的冲击力。按照此实施例，冲击力施加部件的形状、枢轴23的位置和磁铁与金属件23之间的关系不限于例示的情况。该机构适合于施加相当小的冲击力，在其结构中不需要弹簧。
图7示出本发明冲击力施加机构的第五实施例，该实施例利用其中装有例如铁球的箱子作冲击力施加机构。图8示出冲击力施加机构中所用铁球26的质量和能够克服的粘着力之间的关系。
如图7所示，比铁球26大的箱子的被成形为外壳3的一部分，铁球26装在箱子27中。当外壳3稍为倾斜、振动和摇摆时，铁球26便滚动并冲击外壳3，由此将冲击力间接地施加在外壳上。
图8示出利用上述机构来克服滑块和磁盘之间发生的粘着现象时所进行的实际操作结果。对此操作应用了与图3所示装置相同的磁盘装置。在图8中，可以克服的粘着力(gf)和施加在磁盘装置上的相应冲击力沿纵座标轴列出，而横座标轴表示铁球26的质量(g)。假定施加的加速度是30m/s2。
按照本发明第五实施例的冲击力施加机构，可以保证20mm的移动距离，利用0.4g的铁球(优化实施例)，可将140G的冲击力施加在外壳上，由此可克服强度为28gf的粘着。但是如果改变所用球的材料和尺寸、改变箱子27的形状和尺寸或其它条件，则所得结果并不限于图7所示结果。
按照第五实施例的冲击力施加机构，在发生粘着现象时，振动磁盘装置便可克服这种现象。每当磁盘装置或相关的计算机主体从一个地方移到另一个地方时，该机构总是处于活动状态，因为依赖于设备或磁盘装置本身位置的实际位移，冲击力周期性地加在其上，因而可以防止粘着现象的发生。能使铁球26在操作中用磁性固定的机构最好加在上面的磁力施加机构上，方法是利用例如磁盘装置或主轴马达或VCM马达的装卸操作。
按照本发明的实施例，用冲击力施加机构施加冲击力不限于此情况。可以用电力产生冲击或振动，或相对于有关计算机主体插入或除去磁盘装置，或与磁盘装置的贮存盒结合时，联动地施加冲击和振动，这种联动可与贮存盒、计算机的PCMCIA槽或包装容器联动。
CSS区域8可分开地形成在磁盘介质数据区域的外边。
另外，冲击力施加机构最好与磁盘装置的插入或除去、磁盘装置的装配、折包、启封，或放入贮存盒中贮存等操作联动。
使磁头、磁盘和磁盘的其它机械构件稍许位移的冲击力施加机构按照本发明是利用简单结构的部件构成的。通过机构部件的稍许位移便可以消除或克服在磁头和磁盘介质之间发生的粘着现象。结果，装有冲击力施加机构的磁盘装置可以平滑地操作。
另外，作为磁盘介质的衬底材料，应用硬玻璃或其它高硬度材料，所以即使在施加冲击力之后，磁头也不会损伤磁盘介质表面上的数据轨道。而且，由机构操作产生的灰尘不会形成问题，因为机构与装放磁盘介质的外壳是气密隔绝的。
虽然已参照
本发明，但是应当清楚，本发明不限于这些实施例，而且技术人员可以对其进行各种改变和变形而不违背如所附权利要求书所确定的本发明的精神或范围。
为有效地利用冲击力来松开磁盘1和滑块4之间的粘着，在磁盘1和滑块4的接触处由冲击力产生的沿大体平行于磁盘1记录表面的方向的加速度分量最好小于在磁盘1和滑块4的接触处由冲击力产生的沿大体垂直于磁盘1记录表面的方向的加速度分量。
为了防止损伤磁盘1和/或滑块4，在产生冲击力时沿磁头1的径向或滑块4的摆动方向的磁盘1和滑块4之间的相对运动，与沿磁盘1的圆周方向或其切线方向的磁盘1和滑块4之间的相对运动相比较，最好受到约束。
当产生冲击力时，在磁盘1上的滑块4可以由弹簧或磁力径向向内推压而停留在磁盘1的固定径向位置上。
权利要求
1.一种磁盘装置，包括外壳，其中封装以下部件磁盘介质；驱动上述磁盘介质转动的主轴和主轴马达；用于对上述磁盘介质进行写、读信息的磁头；用于支承上述磁头的滑块；和定位上述磁头的驱动器；冲击力施加机构，靠近上述外壳安装，它将冲击力施加在上述外壳上；电子线路，用于控制上述磁盘介质的数据的读和写。
2.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述电子线路封装在上述外壳中。
3.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构装在上述外壳中，与上述磁盘介质气密隔绝。
4.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述磁盘介质是从玻璃、陶瓷、钛和碳中选出的一种材料作的。
5.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构的弹性部件具有相对两端，一端固定在外壳上，另一端的正常位置靠近上述外壳，该另一端在移离上述正常位置之后冲击上述外壳。
6.权利要求5所述的磁盘装置，其特征在于，上述一端用螺钉固定在上述外壳上。
7.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构具有将冲击力施加在上述外壳上的装置，该装置包括其一端在正常位置接触上述外壳的转动部件和上述一端在移离正常位置时，使其返回正常位置的偏压装置，从而施加上述冲击力。
8.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构具有由枢轴转动支承的转动部件和偏压装置，用于对上述转动部件施加偏压，使得上述转动部件的一侧在正常位置与外壳接触，因而当上述一侧被移动并且再返回其正常位置时，该一侧便将冲击力施加在上述外壳上。
9.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构具有由枢轴转动支承的转动部件和磁铁，该磁铁对上述转动部件施加偏压，使得上述转动部件的一端在正常位置与上述外壳接触，因而当上述一侧被移动并且再返回其正常位置时，该一侧便将冲击力施加在上述外壳上。
10.权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于，上述冲击力施加机构包括装在上述外壳上的箱子和装在上述箱子中的可使其运动而将冲击力施加在上述外壳上的球。
全文摘要
磁盘装置具有磁头-磁盘粘着消除机构，该机构适合用于高记录密度的小尺寸低能耗型磁盘装置。磁盘装置具有外壳，外壳中封装玻璃作的磁盘介质、用于使磁盘介质转动的主轴和主轴马达、支承磁头的滑块和定位该磁头的驱动器。靠近外壳安装的冲击力施加机构将冲击力施加在外壳上，从而可用手工将预定的冲击力加在外壳上。
文档编号G11B21/21GK1144374SQ9610228
公开日1997年3月5日 申请日期1996年6月14日 优先权日1995年6月14日
发明者太田宏明, 宫本祐辅, 小玉浩二, 伊藤厚, 西田博, 大野徒之, 林孝次郎 申请人:株式会社日立制作所