磁碟驅動器的懸架的製作方法
2023-05-28 02:43:36 1
專利名稱：磁碟驅動器的懸架的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝在信息處理裝置、諸如個人電腦裡的磁碟驅動器用的懸架。
背景技術：
在具有轉動磁碟或磁光碟的磁碟驅動器裡，一磁頭用來在磁碟的記錄表面記錄或讀出數據。磁頭包括一面對磁碟的記錄表面的滑動件，隱藏在滑動件裡的傳感器，等等。當磁碟高速轉動時，滑動件在磁碟上略微上升，由此在磁碟和滑動件之間形成氣墊。固定著磁頭的一懸架包括一叫做負載梁的梁部件，由非常薄的板彈簧形成的、固定在負載梁上的撓曲件，設置在負載梁的近端部分的底板，等等。構成磁頭的滑動件安裝在撓曲件的末端部分。
在硬碟驅動器(HDD)裡，磁碟的磁軌中線必須服從下列控制，即在磁軌寬度的±10％內。隨著高密度磁碟的最新發展，磁軌寬度已減小到1μm或更小，從而難以使滑動件保持在磁軌中線上。因此，實現滑動件的精確位置控制和增加磁碟的剛性是必須的，由此減少磁碟的擺動。
通常，傳統的磁碟驅動器是單致動類型的，使一懸架只通過音圈電動機移動。單致動懸架在低頻波段上具有許多共振峰值。這樣，在高頻波段時，它只通過音圈電動機難以控制在懸架末端上的滑動件(頭部)，而伺服系統的帶寬不能增加。
因此，發展了一種雙致動懸架，它包括一微型致動部分和一音圈電動機。微型致動部分使第二致動器在懸架的橫向方向(所謂的擺動方向)略微移動負載梁的末端部分或滑動件。
由於由第二致動器驅動的可移動部分在重量上比單致動懸架的可移動部分輕許多，因此可在高頻帶上控制滑動件。這樣，與單致動懸架相比，雙致動懸架可使供滑動件的位置控制用的伺服系統的帶寬高几倍，並可相應地減少尋道錯誤。
眾所周知，壓電陶瓷元件、諸如叫做PZT的鋯鈦酸鉛(PbZrO3和PbTiO3的固溶體)可用來作第二致動器的材料。由於PZT具有相當高的共振頻率，它適合作為雙致動懸架的第二致動器。壓電陶瓷元件利用粘結劑固定在一致動器底座上。
用作微型致動部分的、諸如PZT的壓電陶瓷元件薄到10-100微米且易碎。提供電流給壓電陶瓷元件的電極形成於元件的正面或反面。另一方面，構成致動器底座的金屬底板等被用作電氣接地。因此，為了防止壓電陶瓷元件的電極和致動器底座之間短路，在電極和致動器底座之間的電絕緣的間距必須保證。通常，通過用一夾具將壓電陶瓷元件和致動器底座定位並夾緊使粘結劑固化，相信該間距可得到保證。
然而，如果壓電陶瓷元件被夾具夾住，在某些情況下，它可能由於應力而斷裂，因為粘結劑固化時略微收縮。如果壓電陶瓷元件在粘結工藝中未斷裂，當它在後來的粘結工藝中經受外力作用時可能因殘餘應力而斷裂。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種磁碟驅動器的懸架，其中，壓電陶瓷元件可與致動器底座安全地絕緣而不會斷裂。
為了實現上述目的，本發明的懸架包括一負載梁，其上安裝一撓曲件；一致動器底座，它安裝在負載梁的近端部分上；一壓電陶瓷元件，它安裝在致動器底座上，當給其施加電壓時，它能變形而沿擺動方向移動負載梁；以及一粘結劑層，它將壓電陶瓷元件固定在致動器底座上；粘結劑層包括電絕緣粘結劑和與該粘結劑混和的、由電絕緣材料形成的許多充填物，充填物具有可在壓電陶瓷元件和致動器底座之間獲得電絕緣間距的尺寸。充填物可由具有電絕緣性能、在壓縮負載下不容易變形的材料、諸如二氧化矽顆粒形成。
按照本發明，在壓電陶瓷元件的導電部分、諸如一電極和致動器底座之間可容易地獲得用於電絕緣的適當間距。這樣，不需要用夾具夾住壓電陶瓷元件可使粘結劑固化，從而可避免應力產生，可防止壓電陶瓷元件斷裂。
在本發明的懸架裡，致動器底座可形成有能安裝壓電陶瓷元件的開口部分，開口部分內安裝壓電陶瓷元件。按照本發明，由於壓電陶瓷元件安裝在致動器底座的開口部分裡，因此它可得到保護，而微型致動部分可變薄。此外，由於壓電陶瓷元件的厚度方向中心相對底板的厚度方向中心的偏移較小，因此壓電陶瓷元件的移動可有效地在擺動方向傳遞。
此外，在本發明的懸架裡，壓電陶瓷元件的正面和反面分別形成有不同極性的電極(第一和第二電極)。在這樣設計的微型致動部分裡，壓電陶瓷元件的第一電極通過致動器底座接地，而一導線與第二電極連接，按照本發明，在第一電極和致動器底座之間可獲得用於電絕緣的適當間距。
在本發明的懸架裡，充填物的推薦顆粒尺寸是10μm或以上，較佳的是30μm或以上。按照本發明，在高電壓下可獲得良好的電絕緣性能，不要說是施加給傳統壓電陶瓷元件的電壓了。
較佳的是，粘結劑在固化狀態時的楊氏模量是60MPa或以上。由於粘結劑的楊氏模量是60MPa或以上，按照本發明，壓電陶瓷元件的行程可保持在一實際而合理的水平上。這樣，如果將具有比粘結劑層高的楊氏模量的充填物混和在粘結劑裡，粘結劑層的楊氏模量可得到進一步改善。
在本發明的懸架裡，負載梁和致動器底座可通過一單獨的彈性鉸接件互相連接。按照本發明，可使用符合負載梁、致動器底座和鉸接件所需性能的材料，這樣，懸架的性能可得到改善。
本發明的其它目的和優點將在下面的描述中看出，部分地將從描述中變得清楚，或可從本發明的實施中學到。本發明的目的和優點可通過下面特別指出的手段和組合得以實現和獲得。
結合在說明書裡並構成說明書一部分的附圖介紹了本發明目前的較佳實施例，將上述的總體說明和下面給出的較佳實施例的詳細說明結合在一起，用來描述本發明的原理。
圖1是按照本發明第一實施例的一懸架的平面圖；圖2是圖1所示的懸架中的底板的平面圖；圖3是圖1所示的懸架中的鉸接件的平面圖；圖4是沿著圖1中的F4-F4線的、懸架中的微型致動部分的剖視圖；圖5是顯示圖4所示的微型致動部分的一部分的放大的剖視圖；圖6是顯示各壓電陶瓷元件和鉸接件之間的間距與確保電絕緣的懸架的數量之間的關係的圖表；圖7是顯示各壓電陶瓷元件和底板之間的間距與確保電絕緣的懸架的數量之間的關係的圖表；
圖8粘結劑的楊氏模量和各壓電陶瓷元件的行程之間的關係的圖表；以及圖9是顯示按照本發明第二實施例的一懸架的一部分的剖視圖。
具體實施例方式
現在參考圖1至5介紹按照本發明第一實施例的、供磁碟驅動器用的懸架10A。
圖1中所示的雙致動型的懸架10A包括一負載梁11、微型致動部分12、底板13、鉸接件14等等。
負載梁11是用具有(例如)約100μm厚度的彈性金屬板形成的。撓曲件15安裝在負載梁11上。撓曲件15是由比負載梁11薄的高精度金屬板彈簧形成的。構成磁頭的滑動件16安裝在撓曲件15的末端部分。
如圖2所示，一圓形轂孔21形成於底板13的近端部分20處。一對孔部分23形成於底板13的近端部分20和前端部分22之間。各孔部分23大到足以容納一壓電陶瓷元件40。一條形連接部分24沿著底板13的縱向方向(懸架10A的軸向方向)、在一對孔部分23之間延伸。連接部分24可沿著底板13的橫向方向(圖1中的箭頭S所示的擺動方向)作一定程度的彎曲。
底板13的近端部分20固定在一致動臂的末端部分上，致動臂由一音圈電動機(未畫出)驅動並通過該音圈電動機轉動。底板13是由具有(例如)約200μm厚度的金屬板形成的。在該實施例的情況下，底板13和鉸接件14構成按照本發明的致動器底座25。
如圖3所示，鉸接件14包括一重疊固定在底板13的近端部分20上的近端部分30，形成在與底板13的連接部分24對應位置上的條形橋接部分31，形成在與底板13的前端部分22對應位置上的中間部分32，一對可在厚度方向彈性變形的韌性鉸接部分33，固定在負載梁11上的末端部分34。鉸接件14是由具有約50μm厚度的彈性金屬板形成的。
微型致動部分12包括一對壓電陶瓷元件40，諸如PZT的板狀壓電元件。各矩形壓電陶瓷元件40具有在厚度方向的一正面50和一反面51(圖4所示)，在縱向相反兩端的端面52和53，以及相反的側面54和55。
壓電陶瓷元件40分別容納在致動器底座25的開口部分23裡，從而基本上互相平行延伸。當各元件40被安裝在對應的開口部分23裡時，各元件40的相反端面52和53分別在各開口部分23的縱向相反兩端上，越過該端面和內表面60和61之間的間隙、面對內表面60和61。靠近連接部分24的各元件40的側面54越過該側面54和連接部分24的側面24a之間的間隙、面對連接部分24的側面24a。
如圖4所示，諸如金屬的導電材料的電極70和71通過噴塗或電鍍分別形成於各壓電陶瓷元件40的正面50和反面51。一個電極70通過銀導電膠72與底板13接地。一條導線73與另一電極71連接。而該導線73與撓曲件15上的布線件的接線端74連接。
各壓電陶瓷元件40的一個端部40a利用粘結劑層80固定在鉸接件14的近端部分30上。元件40的另一端部40b利用粘結劑層80固定在鉸接件14的中間部分32上。在這樣做的時候，粘結劑層80還必須施加在元件40與致動器底座25的各開口部分23的內表面60和61之間的空間裡。這樣，壓電陶瓷元件40的變形(移動)可更有效地傳送給負載梁11，並可使元件40的端面52和53及側面54和55與致動器底座25之間安全地電絕緣。
當施加電壓時，一對壓電陶瓷元件40中的一個沿縱向延伸，而另一元件40沿縱向收縮。這樣，按照壓電陶瓷元件40變形的方向和行程，負載梁11在橫向(擺動方向)移動所需的距離。
如圖5示意顯示的，粘結劑層80包括用作電絕緣基質樹脂的粘結劑81，以及大量的顆粒充填物82。這些顆粒充填物82是用電絕緣材料形成的，並包含在粘結劑81裡。雖然環氧樹脂是粘結劑81的一個例子，但包括丙烯酸樹脂的其它塑料粘結劑也可用於這個目的。
充填物82具有的尺寸使其可插入各壓電陶瓷元件和致動器底座25之間，並可確保兩者之間電絕緣的間距。充填物82的粒子尺寸應該是10μm或更大，較佳的是30μm或更大。雖然充填物82是由(例如)矽石(二氧化矽)形成的，但也可由具有電絕緣性能、在壓縮負載下不能容易地變形的其它材料、例如陶瓷、玻璃、合成樹脂等形成。
由於在粘結劑層80裡使用充填物82，因此可在各壓電陶瓷元件40和致動器底座25之間不使用任何夾具就能獲得預定的間距。如圖5示意顯示的，各陶瓷元件40的電極71與鉸接件14之間的間距C1、以及元件40的端面52和53與底板13的內表面60和61之間的間距C2是10μm的長度或更大的長度。
為了檢查懸架10A的壓電陶瓷元件40的電絕緣性能，測試分別在100V、200V、300V和400V電壓下進行。通過這些測試確定，在使用本實施例的粘結劑層80時，在上述任何一檔電壓下均可獲得電絕緣。
另一方面，在不使用任何夾具、使用不包括充填物82的粘結劑將各壓電陶瓷元件40固定在致動器底座25的情況下用上述電壓進行相同的電絕緣測試。這時，某些樣本缺少供絕緣用的間距，在100V或100V以下就會絕緣失效。
本發明人試製了大量懸架，其中，壓電陶瓷元件利用具有充填物的粘結劑固定在致動器底座上。本發明人檢查了確保給定程度的電絕緣的懸架的數量和間距C1(各壓電陶瓷元件40和鉸接件14之間的間距)之間的關係。圖6顯示了檢查結果。
圖7顯示了在使用具有充填物的粘結劑將各陶瓷元件40固定在致動器底座上的情況下，懸架數量和各間距C2(各壓電陶瓷元件40和底板13之間的間距)之間的關係的檢查結果。這些絕緣測試顯示，如果間距C1和C2大於10μm，可確保給定程度的電絕緣。換句話說，如果10μm或更大的充填物混和在粘結劑81裡，可獲得給定的絕緣程度。
在上述實施例裡，壓電陶瓷元件40通過施加有10μm或更大的充填物的粘結劑層80固定在致動器底座25上。由於使用這種粘結劑層80，不必使用任何夾具就可獲得適當的間距(約10μm至50μm)。按照該實施例，可避免在粘結劑固化後產生應力，而這在壓電陶瓷元件被夾具夾住時會產生。
本發明人按照上述實施例製造了五個樣本，並檢查了在粘結劑固化後使壓電陶瓷元件40斷裂的負載。另一方面，本發明人準備了五個作對比的樣本，其中，壓電陶瓷元件在粘結劑(沒有充填物)被固化時被夾具夾住，並檢查使陶瓷元件斷裂的負載。
這些破壞性實驗表明，基於上述實施例的樣本1至5在分別經受140g、160g、130g、180g和130g的負載時斷裂，這樣，它們的平均負載是148g。另一方面，對比樣本1至5在分別經受90g、70g、80g、40g和80g的負載時斷裂，這樣，它們的平均負載降低至72g。
圖8顯示了粘結劑的楊氏模量和壓電陶瓷元件40的行程之間的關係。在圖8中，L1和L2分別表示分析值和測量值。從圖8中可看到，粘結劑的楊氏模量越高，可獲得的陶瓷元件的行程越有利。特別是，通過使用具有60MPa或更高的楊氏模量的粘結劑可獲得適合於實際使用的行程。
圖9顯示了按照本發明第二實施例的懸架10B。在這種懸架10B裡，一對電極91和92形成於各壓電陶瓷元件40的反面51，而第一電極92通過銀導電膠72與鉸接件14接地。一與第二電極92連接的導線73與撓曲件15上的接線端74連接。第二實施例具有第一實施例中的懸架10A的其它結構和功能。因此，相同的標號被用來表示兩個實施例中的相同部分，而這些部分的介紹在這裡被省略。在該實施例的懸架10B裡，用作絕緣的間距也是通過在壓電陶瓷元件40的電極92和鉸接件14之間提供具有充填物的粘結劑層80獲得的。
在上述各實施例裡，壓電陶瓷元件40分別安裝在致動器底座25的開口部分23裡。然而，不將元件40安裝在開口部分23裡，元件40也可以重疊在底板13上的方式、利用粘結劑層80固定在底板13上，如圖9中的雙點劃線F所示。
應該知道，在實施包括上述實施例的本發明中，在不超出本發明範圍或精神的情況下，構成本發明的、包括負載梁、致動器底座、底板、粘結劑、充填物、壓電陶瓷元件等的零件可進行各種改變或改進。為了減輕重量，底板和負載梁可用諸如鋁合金的輕金屬合金、或輕金屬合金和不鏽鋼的薄片(例如覆層)形成。
對於本技術領域的技術人員來說，其它的優點和改進是容易發現的。因此，廣義地說，本發明不限於這裡所顯示的和所述的具體細節和示範的實施例。在不超出由附後的權利要求書和它們的等價物限定的總的發明構思的精神或範圍的情況下，還可以作出許多改進。
權利要求
1.一種磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，它包括一負載梁(11)，其上安裝一撓曲件(15)；一致動器底座(25)，它安裝在負載梁(11)的近端部分上；一壓電陶瓷元件(40)，它安裝在致動器底座(25)上，當給其施加電壓時，它能變形而移動負載梁(11)；以及一粘結劑層(80)，它將壓電陶瓷元件(40)固定在致動器底座(25)上，粘結劑層(80)包括電絕緣粘結劑(81)和與該粘結劑(81)混和的、由電絕緣材料形成的許多充填物(82)，充填物(82)具有可在壓電陶瓷元件(40)和致動器底座(25)之間獲得電絕緣間距的尺寸。
2.如權利要求1所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述致動器底座(25)形成有能安裝壓電陶瓷元件(40)的開口部分(23)，開口部分(23)內安裝壓電陶瓷元件(40)。
3.如權利要求2所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述壓電陶瓷元件(40)的正面和反面分別形成有不同極性的電極(70，71)。
4.如權利要求2所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述充填物(82)的顆粒尺寸是10μm或以上。
5.如權利要求1所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述粘結劑(81)在固化狀態時的楊氏模量是60MPa或以上。
6.如權利要求2所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述粘結劑(81)在固化狀態時的楊氏模量是60MPa或以上。
7.如權利要求3所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述粘結劑(81)在固化狀態時的楊氏模量是60MPa或以上。
8.如權利要求4所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述粘結劑(81)在固化狀態時的楊氏模量是60MPa或以上。
9.如權利要求1所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述負載梁(11)和所述致動器底座(25)通過彈性鉸接件(14)互相連接。
10.如權利要求2所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述負載梁(11)和所述致動器底座(25)通過彈性鉸接件(14)互相連接。
11.如權利要求3所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述負載梁(11)和所述致動器底座(25)通過彈性鉸接件(14)互相連接。
12.如權利要求4所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述負載梁(11)和所述致動器底座(25)通過彈性鉸接件(14)互相連接。
13.如權利要求5所述的磁碟驅動器的懸架，其特徵在於，所述負載梁(11)和所述致動器底座(25)通過彈性鉸接件(14)互相連接。
全文摘要
一種磁碟驅動器的懸架(10A)包括一負載梁(11)，其上安裝一撓曲件(15)；一致動器底座(25)，它包括一底板(13)；一比底板(13)薄的鉸接件(14)；以及一對壓電陶瓷元件(40)。各壓電陶瓷元件(40)位於致動器底座(25)的一開口部分(23)裡，並通過粘結劑層(80)固定在致動器底座(25)上。粘結劑層(80)包括電絕緣粘結劑(81)和與該粘結劑(81)混和的、由電絕緣材料形成的許多充填物(82)。充填物(82)位於壓電陶瓷元件(40)和致動器底座(25)之間，從而在它們之間獲得用於電絕緣的間距。
文檔編號G11B21/20GK1448919SQ0210769
公開日2003年10月15日 申請日期2002年3月29日 優先權日2002年3月29日
發明者西田辰彥, 安藤利樹, 半谷正夫 申請人:日本發條株式會社