磁頭萬向節組件高性能震動限制器的製作方法
2023-07-18 06:31:21 3
專利名稱：磁頭萬向節組件高性能震動限制器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一磁碟驅動器組件。進一步說，本申請涉及一用在磁碟驅動器組件內的磁讀寫頭的振動限制懸架。
背景技術：
眾所周知，磁碟驅動器系統在磁碟驅動器的操作過程中從磁碟表面讀取數據。一般來說，這種盤驅動器系統包括磁碟驅動器和光碟驅動器系統。通常，磁碟經一心軸電動機旋轉使磁碟驅動器操作而轉動，從而定位在磁碟表面在所選擇的部分或磁軌上讀取數據或寫入數據。
磁讀寫頭一般包括一以已知的方式在磁碟表面浮動或飛翔的空氣支承面。通常，滑動件以正俯仰角飛翔，其中，滑動件的前導邊緣在此角度下，經包括一加載橫梁和一萬向節的一懸架組件以比尾端邊緣更離開磁碟表面的間距飛翔。滑動件經萬向節連接至加載橫梁。加載橫梁經凹窩施加一裝載力至滑動件。凹窩形成一入口，滑動件經萬向節圍繞該入口俯仰和搖擺。滑動件較佳地沿俯仰和搖擺方向呈彈性，以使滑動件基於由磁碟旋轉產生的流體動力學的升力跟隨磁碟的外形起伏。
一般來說，當滑動件在磁碟表面上飛翔時，萬向節允許空氣支承滑動件俯仰和搖擺。在操作期間，保持滑動件相對磁碟表面的接近非常重要。在一典型的磁碟驅動器中，滑動件上承載一磁傳感器元件以將數據寫入磁碟表面。
根據包括萬向節和加載橫梁的懸架組件的質量和剛度，外部的振動可在一共振頻率處激勵加載橫梁和萬向節。這樣，輸入運轉或外部振動顯著地放大，導致滑動件相對磁碟表面未能對準。這種未對準會引起數據丟失和/或磁碟表面的損壞。
懸架組件和滑動件的外部振動或激勵會導致滑動件和懸架組件的變化的運動。依照激勵力的特性和頻率，滑動件和懸架組件會導致扭振模式的運動，擺動模式振動以及彎曲模式的共振。扭振模式的運動涉及懸架組件關於同平面內軸線的轉動或扭轉。彎曲模式共振本質上涉及懸架組件相對於磁碟表面的上-下運動。擺動模式振動涉及同平面內側向運動和扭轉。限制共振運動以確保滑動件穩定的飛翔特性非常重要。更詳細地說，控制扭轉和擺動模式振動非常重要，因為它們產生滑動件的一橫向運動，致使磁頭未能對準磁碟表面的數據磁軌。
通常，懸架組件的共振頻率涉及懸架系統的剛度或彈性以及質量。這樣，要求設計一懸架系統，其在磁碟驅動器的操作頻率內限制擺動模式和扭振模式的振動的作用，而提供一允許滑動件相對凹窩俯仰和搖擺的懸架設計。
偏差限制器因多種原因而顯得有利。在諸如磁碟驅動器或膝上電腦跌倒的震動事件過程中，如果沒有偏差限制器，磁頭的質量會將萬向節拉離加載橫梁。震動事件會引起萬向節內的應力。該應力會足以彎曲萬向節並導致凹窩分離和/或改變俯仰和搖擺萬向節的靜態角度(方位角)。設計一偏差限制器，通過確保偏移不大得足以導致應力達到致使萬向節分離使磁碟驅動器故障的萬向節的屈服點，來防止萬向節的分離。
這種偏差限制器結構已廣泛地為人知曉。通常，它們設計為既能在震動事件(諸如，電腦振動或跌落)過程中防止過分的移動，又能防止對懸架萬向節結構的非操作性損壞。
通常來說，有兩種方法來引入震動限制器至磁碟驅動器結構零件呈現在加載橫梁上來接合萬向節，並在震動事件過程中限制過分的移動，或者零件呈現在萬向節上來接合加載橫梁，以在震動事件過程中防止過分的移動。
在用於磁碟驅動器的懸架技術的領域內，通常使用不鏽鋼作為滑動件的支承結構。一典型的結構包括一焊接至懸架加載橫梁的蝕刻萬向懸架環。一電路在鋼萬向節上或鄰近鋼萬向節上走線，以提供電氣連接至滑動件。組件從加載橫梁懸臂，並對從加載橫梁突出的凹窩預加載入。為堅固起見，一鉤形成在鋼萬向節板內，並穿過加載橫梁內的開孔。該零件用作為「限制器」。
由於加載點和在末端支承提升片所必須的滑動件周圍的可用的材料，所以該種類型的限制器相當簡單地可併入-加載/卸載移動驅動器應用。然而，由於一系列因素材料可用性、共振要求、公差「堆積」、滑動件結合區域、組裝過程的間隙、方位角調整性和堅固，合併這樣一限制器至非加載/卸載或一接觸開關(CSS)的設計變得困難。
在非裝載/卸載和CSS設計中，沒有足夠的可用材料來合併限制器結合零件。具體來說，加載橫梁末端狹窄，且加載點一般與橫梁的端部一致，沒有留有形成限制器接合零件的額外的材料。
磁頭萬向節組件的共振要求規定在加載臂緣的結構質量必需最小化。進一步來說，要求添加至結構的質量最小化。如果質量必需增加，為了保持結構質量的均衡或平衡，要求保持增加的質量儘可能接近結構的中心線或軸線。通過質量最小化和保持增加的質量在中心線附近，提高結構的整體共振性能。
關於公差「堆積」，合併一限制零件至加載橫梁的內部(諸如，插入鉤通過一在加載橫梁內的開孔)要求有用於夾緊、成形和焊接以及製造和組裝過程中的其它步驟的間隙。
此外，當限制器插入通過加載橫梁內的開孔時，必需從加載橫梁移去材料以設置開孔。反過來，影響系統的整體共振性能。此外，從萬向節/舌形物區域移去材料，以提供限制器結構，必須減少為附連滑動件至萬向節的可用彎曲區域的尺寸。
最後，現有技術內的各種限制器通常在磁碟驅動器結構上施加結構限制，諸如，在組裝過程中，允許用於金球結合過程的間隙和限制俯仰和搖擺靜態方位的調整性。
因此，要求有一堅固的震動限制器，其保持加載橫梁的狹窄的外形，並以平衡排列在接近懸架的中心軸線(質量的中心)不增加材料。另外，要求萬向節與加載橫梁插入而不要求加載橫梁內的開孔以及不需要從萬向節的結合區域移去許多材料。最後，要求其具有一堅固的震動限制器，其在組裝過程中保持俯仰和搖擺靜態方位的可調性。
發明內容
用在具有可旋轉磁碟的磁碟驅動器內的一震動限制器，其由與萬向節一體形成的整塊材料組成。限制器具有一對相對萬向節的縱向軸線對稱地排列延伸的凸緣。每一凸緣延伸具有一臂延長部，其可交叉插入附連末端周圍以在震動事件內限制萬向節相對於加載橫梁的移動。
附圖的簡要說明
圖1是包括現有技術的一致動器組件和一加載橫梁的磁碟驅動器的立體圖；圖2是現有技術的一致動組件的立體圖；圖3是定位穿過加載橫梁內一開孔的現有技術震動限制器的立體圖；
圖4是另一現有技術震動限制器的仰視圖；圖5是按照本發明的交叉插入震動限制器的俯視平面圖；圖6是本發明的交叉插入震動限制器的仰視平面圖；圖7是組裝前的震動限制器的仰視平面圖；圖8a-8c是限制器接合元件的仰視平面圖，分別示出彎曲前，第一次彎曲後和第二次彎曲後。
具體實施例方式
圖1是包括一用來定位在磁碟16的磁軌14上的滑動件12的致動組件的現有技術磁碟驅動器10的立體圖。磁碟驅動器10包括一音圈電機(VCM)18，其設置成圍繞心軸上的軸線22轉動致動器臂20。加載橫梁24在一頭部安裝塊26處連接至致動器臂20。萬向節28連接至加載橫梁24的一端，且滑動件12連至萬向節28。滑動件12攜帶一傳感器頭(圖1中未示出)，其用來在磁碟16的同心諸磁軌14上讀取和/或寫入數據。磁碟16繞一軸線30旋轉，產生一空氣流體動力層，其使滑動件12保持在離磁碟16的表面上方一小的距離處。圖1示出一具有多層旋轉磁碟16的高容量磁碟驅動器。磁碟驅動器具有一上和下致動組件，其中下致動組件以虛線示出。
圖2是用於在磁碟16的磁軌14上定位滑動件12的現有技術致動組件32的立體圖。致動組件32包括相同的一上組件32A和一下組件32B。上組件32A和下組件32B都具有一制動器臂20，加載橫梁24在頭部安裝塊26處連接至致動器臂20。萬向節28連接至加載橫梁24的一端，而滑動件12連接至萬向節28。由上組件32A支承的滑動件12從磁碟16的上表面讀取和寫入數據。位於下組件32B上的滑動件12從磁碟16的下表面讀取和寫入數據。
圖3是帶有一定位通過加載橫梁24內的開孔38的震動限制器36的現有技術磁頭萬向節組件34的放大立體圖。焊點40用於連接萬向節28至加載橫梁24的位置以虛線示出。該現有技術震動限制器36遠在滑動件12後定位，這樣，在萬向節28上的慣性載荷離開震動限制器36和焊點40而作用。在一特別沿箭頭(L)所示方向的震動事件過程中，該震動限制器36未能限制萬向節28和滑動件12的移動。進一步說，由於載荷設置在遠離限制器，所以萬向節28可能彎曲，震動限制器36可能拉出開孔38，因此未能限制萬向節28和滑動件12的彎曲運動。
圖4示出一現有技術磁頭萬向節組件34的另一實施例的仰視圖，其具有一由萬向節28形成的震動限制器36，並定位通過加載橫梁24內的開孔38。如圖所示，滑動件12幾乎直接定位在限制器36上方，由此，以改進限制器36的性能；然而，為從萬向節28上產生限制器，必須直接在滑動件12下的結合區域從萬向節28移去材料。該材料的移去必然削弱萬向節28和滑動件12之間的結合，在震動事件過程中，會導致滑動件12與萬向節28分離。
圖3和4所示的開孔38由移去加載橫梁24的材料形成。為提供開孔以插入限制器通過加載橫梁24，加載橫梁末端48必須做成較大，這樣損害結構的共振性能。
圖5示出在按照本發明的磁頭萬向節組件42內的、供磁碟驅動器應用的一震動限制器結構，其包括裝載/卸載和非裝載/卸載設計。圖5示出具有一靜態方位凹窩46和帶有一凹窩50的加載橫梁末端48的加載橫梁44。萬向節52經焊點54連接至加載橫梁44。滑動件12(以虛線示出)接合到萬向節52。示出一彎曲電路56連接至萬向節52。萬向節52有一具有凸緣部分60和臂部分62的限制器58。
如圖所示，限制器58的凸緣部分60繞加載橫梁末端48向上彎曲，並且臂部分62在加載橫梁末端48上朝向彼此彎曲。兩彎曲相對萬向節52的平坦面限定角度。在一實施例中，各彎曲角相對於萬向節52的表面接近90度。在一較佳的實施例中，角度近似為80度。當一震動事件發生時，事件會引起萬向節52內的應力。通過確保萬向節52的偏移沒有大到足以致使應力達到萬向節52的附件被損壞的屈服點，臂部分62防止萬向節52與加載橫梁44分離。
圖6示出圖5的頭/萬向節組件42的仰視平面圖。圖6示出經焊點54連接至萬向節52的一加載橫梁44。儘管在現實中通過萬向節52看不見凹窩50，但是為清晰起見，示出(虛線)凹窩50的位置在萬向節52的舌形物64上。如圖所示，限制器58具有一帶有一臂部分62的凸緣部分60，臂部分62在加載橫梁末端48的兩側繞加載橫梁末端48彎曲。
通常，凸緣部分60和臂部分62的長度由萬向節52的寬度限制。如果加載橫梁44具有沿其長度延伸的橫杆來加強加載橫梁44，那麼臂部分62的長度可由相對萬向節52的位置的橫杆端的位置限制。進一步來說，在裝配過程中，臂部分62朝向凹窩50彎曲，並且，在臂部分62和橫杆的端部之間必須有足夠的間隙，那麼在彎曲過程中，臂部分62不會接觸到橫杆。
在圖7中，示出在連接至加載橫梁44前的萬向節52。具體來說，可使用任何已知的技術對萬向節52加工，如雷射加工、蝕刻或其它加工。如圖所示，萬向節52平坦，且有從萬向節52的平坦基底切割出的限制器58的形狀。
在萬向節52附連至加載橫梁44後，限制器58的兩側在臂部分62和萬向節52的舌形物64之間存在一缺口66。通常，缺口56具有一2.5mil的最小長度。在裝配過程中，這些缺口56提供用於磁頭-媒介間距和調節滑動件12方位的調節範圍。換而言之，即使在限制器58的臂部分62在加載橫梁末端48周圍延伸之後，通過相對加載橫梁末端48移動萬向節52可調節萬向節52。這種調節在限制器元件咔嗒穿過加載橫梁體的現有技術「咔嗒配裝」限制器中不可用。
如圖所示，包括凸緣部分60和臂部分62的限制器58由萬向節52的現有外形切割而成，這樣，無須額外的材料添加至萬向節52以提供限制器58。此外，因為在加載橫梁44的基底中內沒有設置開孔38，所以加載橫梁44的實際面積可製成小於現有技術的插入組件。因為不要求這種開孔，所以加載橫梁末端48可保持狹窄，而無須為接合或焊接萬向節52至加載橫梁44而犧牲附件表面。這樣，萬向節52的平面面積在不犧牲性能的情況下最小化。更重要的是，為了實現本發明的限制器58，不需要對加載橫梁40作改變。因為沒有額外的材料增加至加載橫梁40，所以可以保持共振性能。另外，因為材料從萬向節52對稱地移去來提供限制器58，所以整個組件38可以忽略質量的改變。儘管質量的改變會影響組件的共振特徵，並降低系統的性能，但是實現本發明可不會對性能或共振造成不利影響。
圖8a-8c示出在各種位置時的帶有凸緣部分60和臂部分62的限制器58。圖8a示出一平坦位置的限制器58。限制器58具有凸緣部分60和臂部分62，為清晰起見示出凹窩50的位置。如圖所示，每一臂部分62限定缺口66。此外，凸緣摺疊線68和臂摺疊線70以虛線示出。
在圖8b中，限制器58沿凸緣摺疊線68部分地彎曲。從仰視圖所示，凸緣部分60向下延伸，並且臂部分62保持與凸緣部分60表面的在同一平面內。
在圖8c中，示出限制器58在完全裝配的位置，其中凸緣部分60沿凸緣摺疊線68彎曲，且臂部分62沿臂摺疊線70彎曲。在該完全裝配位置中，當限制器58附連至加載橫梁44時，臂部分62如圖5和圖6所示在加載橫梁末端48周圍延伸。
帶有限制器58的萬向節52從一整塊的基底材料上製成，基底材料可以是印刷線路板、金屬，或任何其它材料。萬向節52可由與加載橫梁44相同或是不同的材料製成。
一般來說，在萬向節52與限制器58一起加工之後，萬向節52在焊點54焊接至加載橫梁44。接著，凸緣部分60和臂部分62在加載橫梁末端48周圍彎曲以完成震動限制器58的組件。
在此描述的包括限制器58的結構，一般不要求在系統內對控制器作相應於質量改變的任何調節。此外，限制器結構58可忽略對磁碟驅動器系統的公差或間隙(組裝或操作)的影響。最後，臂部分62設置的缺口66允許由缺口66的尺寸限制的滑動件12的位置的某些調節。這允許萬向節52的調節符合凹窩46。
在本發明中，限制器58位於加載點和增加系統頻率響應的滑動件質量中心附近。此外，通過設計限制器58位於加載點(凹窩50)附近，使限制器58比現有技術震動限制器更有效地限制損壞。此外，在裝配過程中，缺口66設計成使可調性最大化。另外，因為不需要為了實現限制器58的諸如狹槽、窗體等的內部加載橫梁44零件，加載橫梁末端48可最小化。最後，在震動事件過程中，相對於限制器58的焊點54的設置允許對萬向節52的更有效地控制以防止損壞。
此外，本發明使在滑動件12和舌形物64之間的接合區域的滑動件的損壞最小化。在震動事件中的加載加速下的偏移不會降低滑動件12和舌形物64的接合。
通過將滑動件12定位在震動限制器58附近，不僅改進整體系統的結構共振，而且在萬向節52上滑動件12的加載引起的力矩臂在質量的中心，允許震動限制器58適當地作用。最後，限制器58不引入與球接合和SA調節過程的幹擾。
雖然本發明參照較佳的實施例作了描述，但是本技術領域內的熟練人士應該認識到，在不離開本發明的精神和範圍的情況下，可對本發明的形式和細節作改變。
權利要求
1.將一讀/寫頭連接至一加載橫梁並用於可旋轉的磁碟的磁頭萬向節組件，該組件包括一加載橫梁，其具有一致動器接合端和一與致動器接合端相對的萬向節接合端；以及一由萬向節組成的震動限制器，該震動限制器具有關于震動限制器的縱向軸線對稱地排列的一對凸緣延長部，凸緣延長部交叉插入萬向節接合端的末端周圍，以在震動事件過程中限制萬向節相對加載橫梁的移動。
2.如權利要求1所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，震動限制器還包括一從每一凸緣延長部延伸的臂。
3.如權利要求2所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，每一臂具有一限定限制器缺口的寬度。
4.如權利要求2所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，每一凸緣延長部相對萬向節和萬向節接合端周圍彎曲近似80度，且其中，每一臂相對每一凸緣延長部彎曲近似80度，這樣，臂在鄰近萬向節接合端的加載橫梁的頂表面上朝向彼此延伸。
5.如權利要求1所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，每一凸緣延長部鄰近滑動件接合區域和鄰近加載點定位。
6.如權利要求2所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，凸緣的長度和臂延長部不超過萬向節的寬度。
7.如權利要求2所述的磁頭萬向節組件，其特徵在於，從每一凸緣延長部延伸的臂限定在萬向節接合端的末端的加載橫梁的頂表面和從凸緣延長部延伸的臂延長部的底邊緣之間的一可調節的缺口。
8.一製造震動限制器的方法，其包括從一平坦的基底蝕刻一帶有限制器的萬向節，限制器具有一對凸緣延長部，每一凸緣延長部具有一臂延長部；將凸緣延長部彎曲至一近似垂直於萬向節的平坦基底的角度；將臂延長部朝向彼此彎曲；以及將帶有限制器的萬向節附連至一磁碟驅動器的加載臂，加載臂具有一萬向節接合端，其有邊緣沿加載臂的長度縱向延伸，這樣，凸緣延長部和臂延長部圍繞邊緣彎曲。
9.如權利要求8所述的方法，還包括，調整一俯仰和搖擺的方位。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，附連的步驟還包括將萬向節與在裝載臂上的凹窩對齊，這樣，凸緣延長部和臂延長部均鄰近加載點。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括在由鄰近加載點的臂延長部最大化的調節範圍內調節萬向節的俯仰和搖擺方位。
12.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，凸緣延長部相對萬向節彎曲近似80度，並且臂延長部相對凸緣延長部彎曲近似80度。
13.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，附連包括帶有限制器的萬向節鄰近萬向節接合端定位；以及鄰近萬向節接合端將萬向節焊接至加載臂。
14.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，凸緣延長部和臂延長部鄰近附連至萬向節的滑動件的質量中心定位。
15.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，彎曲臂延長部包括將臂延長部朝向加載臂的凹窩彎曲。
16.一在磁碟驅動器系統內使用的震動限制器，它具有致動器臂、加載橫梁、一萬向節以及一滑動件，震動限制器與萬向節一體形成，震動限制器包括一對從萬向節的本體延伸的凸緣延長部，它相對於萬向節的平坦表面具有接近於90度的夾角，且關於加載橫梁的末端對稱地布置於本體的相對兩側；以及一對臂延長部，每一臂延長部從每一凸緣延長部延伸，它相對凸緣延長部的平坦表面具有接近90度夾角，這樣，該對臂延長部彼此相對以在加載橫梁的末端周圍交叉插入臂延長部。
17.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，萬向節經焊點附連至加載橫梁。
18.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部限定在萬向節外形內。
19.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，臂延長部具有一小於凸緣延長部寬度的寬度，這樣，臂延長部在末端的頂表面和臂延長部的底邊緣之間限定一缺口，以在安裝後允許萬向節的俯仰和搖擺調節。
20.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，萬向節、震動限制器和懸架臂由相同的材料製成。
21.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部和臂延長部鄰近附連全萬向節的滑動件的質量中心定位。
22.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部朝向加載橫梁的萬向節彎曲。
23.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部限定一缺口，以相對旋轉磁碟的表面調節萬向節的一方位。
24.如權利要求23所述的震動限制器，其特徵在於，缺口大於加載橫梁的厚度。
25.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部設計成位於萬向節滑動件組件的質量中心或附近處。
26.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，凸緣延長部最大化在萬向節的舌形物上的區域，以將滑動件接合至萬向節。
27.如權利要求16所述的震動限制器，其特徵在於，將限制器放置在加載橫梁的中心線附近，以增強磁頭萬向節組件的共振性能。
全文摘要
一磁頭萬向節組件具有一在附連至加載橫梁結構前從一薄板製成的連同一限制器的萬向節。限制器具有一對凸緣延長部，每一凸緣延長部具有一臂延長部。凸緣延長部和臂延長部圍繞加載橫梁的末端彎曲以圍繞加載橫梁交叉插入限制器。臂延長部具有一比凸緣延長部的寬度較狹窄的寬度，提供在裝配後調整系統的俯仰和搖擺方位的空間。
文檔編號G11B21/21GK1489136SQ0315401
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月11日 優先權日2002年10月9日
發明者J·R·馬奧尼, S·巴塔恰亞, ⊙, J R 馬奧尼 申請人:西加特技術有限責任公司