具有不對稱動態特性的萬向節的製作方法

2024-02-21 03:47:15

專利名稱：具有不對稱動態特性的萬向節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種硬碟驅動器。更具體而言，本發明涉及對硬碟
驅動器中萬向節(gimbal)動態特性的改良。
背景技術：
在硬碟驅動器(HDD)中，是通過一變換器(transducer)來實現磁碟 中信息的讀取及寫入，該變換器位於 一安裝於懸架(suspension)上的 滑塊上。懸架本身可具有若干構件，包括承載梁、萬向節、電路跡 線、鉸鏈及底板。該懸架用於對變換器進行機械支撐，並對變換器 及前置放大器進行電連接。
圖1A顯示一典型的HDD 100，包括至少一個磁碟110, —主軸 電動機可使磁碟110圍繞中心驅動轂120的軸旋轉。讀/寫變換器或 磁頭(head)130通過滑塊及萬向節固定於懸架的承載梁140上，如在 圖1B中所示。承載梁140由致動器160的致動器臂150進行支撐。 在使用中，磁碟110高速旋轉，從而形成氣浮(air bearing),此種氣 浮使磁頭130浮動於磁碟表面上方。致動器160使磁頭130在磁碟 的磁軌間移動，直到其定位於一目標磁軌上為止。
圖IB更詳細地顯示致動器臂150。.如圖所示，讀/寫磁頭130安 裝於滑塊142上。滑塊142通過萬向節143耦接至承栽梁140。磁頭 130保持處於在磁碟110上所形成的數據磁軌上方一非常靠近的相對 位置上，以便能夠進行讀取或寫入作業。由於萬向節143具有機動 性，因而滑塊142可在浮動於f茲盤110上方的同時保持具有機動性。
磁碟110在高速旋轉時會產生氣流，該氣流與滑塊142的氣浮 表面(ABS)—同使滑塊懸浮於磁碟110上方。滑塊142應在不接觸磁 盤的情況下儘可能靠近地懸浮於磁碟110的表面上方。磁碟與滑塊
的間距稱為"浮動高度(flying height)",且在某種HDD中可約為10 nm。
圖2A、 2B、 2C及2D更詳細地顯示目前已知的萬向節。如圖所 示，萬向節143具有三個層不鏽鋼層210、聚合物層220、以及位 於聚合物層上的銅電路跡線230。萬向節143固定於承載梁140上。 如在圖2C中所示， 一凹陷部240可自承載梁背面上凸出，並接觸萬 向節中不鏽鋼層210上的一撓曲舌片。凹陷部240的中心位於圖2A 所示XYZ座標的中心處。滑塊142通過環氧樹脂層250固定於萬向 節143上。
為使滑塊142穩定、可靠地懸浮並使滑塊與磁碟之間存在小的 間隙，對懸架的設計具有若干要求，例如垂直剛度(Kz)、萬向節縱搖 (pitch)和橫搖(roll)剛度(Kp, Kr)、萬向節靜態方位角(attitude)-包括 縱搖和橫搖靜態方位角(PSA/RSA)、以及其它要求。這些要求主要是 靜態及幾何尺寸方面的要求。另一重要要求是，懸架對滑塊氣浮應 不存在或幾乎不存在動態影響。
動態影響可能是因磁頭-磁碟接觸而引起。在空氣稀薄的高海 拔地區使用則可能是造成動態影響的另 一原因，因為在高海拔地區， 滑塊下面的空氣減少，致使浮動高度降低。在這些情況下，懸架與 滑塊二者可能會移動，從而造成動態影響。
在某些情形中，懸架的動態性能至關重要。例如，懸架的動態 性能是影響硬碟驅動器中所謂滑塊起飛海拔高度(take-off altitude)的 一重要因素。例如，為通過質量測試，當HDD的位置不高於10,000 英尺(此將意味著HDD的起飛海拔高度是10,000英尺)時，滑塊在正 常情況下必須能夠懸浮於磁碟上方，以便存取磁碟上的數據。在更 高的海拔高度下，滑塊在懸浮時的浮動高度會下降和/或縱搖角(pitch angle)會下降。如果滑塊受到震動或微粒的擾動，其便有可能接觸磁 盤並出現振動。在低於起飛海拔高度時，滑塊的振動將受到衰減，
且滑塊將逐漸穩定並恢復正常運行。而在高於起飛海拔高度時，滑
塊將保持彈跳振動，這有可能會使得不能起飛並導致HDD無法工作。 彈跳振動(因磁頭碰撞磁碟表面而引起)是一種自激振動。充分的 阻尼會使振動減弱。如果滑塊從磁碟獲得的能量大於因阻尼而損失 的能量，則將不能充分地對振動進行衰減，且驅動器將無法工作。 強的阻尼則可防止持續振動。對懸架的阻尼主要來自材料、萬向節 與承載梁之間的摩擦、以及凹陷部與撓曲舌片之間的摩擦。
摩擦量取決於懸架及萬向節的振形(mode shape)。現有的懸架萬 向節具有對稱的動態特性。儘管圖2B中所示萬向節的銅跡線看上去 是不對稱的，然而萬向節的振形相對於萬向節的軸線對稱，如在圖2D 中所示，且萬向節的動態特性是對稱的。這是因為萬向節的主要結 構-圖2B中所示萬向節的不鏽鋼層-是對稱的。對稱的懸架及萬向 節往往具有較小的摩擦量，因而所提供的阻尼往往較低。對於此種 結構，當出現振動時，有很大的可能是其沒有衰減，甚至在海拔高 度相對較低時也是如此。具有圖2A所示萬向節的硬碟驅動器會發生 54kHz的持續振動，此會使滑塊在9500英尺處起飛，此海拔高度低 於質量測試所要求的10,000英尺。
因此，希望提供一種動態特性得到改良的萬向節、懸架及硬碟 驅動器。

發明內容
在第 一方面，本發明提供一種用於將滑塊附接至承載梁的萬向 節，其包括 不鏽鋼層；
聚合物層，其塗覆於所述不鏽鋼層上；以及 銅電路跡線，其位於所述聚合物層上，
其中所述萬向節具有第一半與第二半，所述第一半與所述第二 半之間存在結構差別，以使所述萬向節具有不對稱動態特性。
在另一方面，本發明提供一種萬向節，其包括 不鏽鋼層；
聚合物層，其塗覆於所述不鏽鋼層上；以及 銅電路跡線，其位於所述聚合物層上，
其中所述萬向節包括第一半與第二半，所述第一半與所述第二 半分別具有不同的剛度分布，以使所述萬向節具有不對稱動態特性。
進一步地，本發明提供一種磁頭萬向節組件，其包括 滑塊；
變換器，其安裝於所述滑塊上；以及
如上第一方面所述的萬向節，其將所述滑塊附接至承載梁上。
進一步地，本發明提供一種懸架，其包括 承載梁；以及
如上第一方面所述的萬向節。
進一步地，本發明提供一種硬碟驅動器，其包括
至少 一個磁碟，主軸電動才幾可使其圍繞中心驅動轂的軸旋轉；
致動器，其包括至少一個致動器臂；
承載梁，其附接至所述至少一個致動器臂上；
滑塊，其通過如上第一方面所述的萬向節附接至所述承載梁上；
以及
變換器，其安裝於所述滑塊上。
進一步地，本發明提供一種電子裝置，其包括如上所述的硬碟 驅動器。
更進一步地，本發明提供一種用於製造萬向節的方法，其包括
在不鏽鋼層上塗覆聚合物層； 在所述聚合物層上設置電i 各跡線；以及
在所述萬向節的第 一半與第二半之間提供不同的剛度分布，以 使所述萬向節具有不對稱動態特性。
更進一步地，本發明提供一種用於製造磁頭萬向節組件的方法， 其包括上述用於製造萬向節的方法。
更進一步地，本發明提供一種用於製造懸架的方法，其包括上 述用於製造萬向節的方法。
更進一步地，本發明提供一種用於製造硬碟驅動器的方法，其 包括上述用於製造萬向節的方法。


圖1A顯示現有技術中典型的硬碟驅動器； 圖1B顯示圖1A所示的致動器臂； 圖2A、 2B、 2C及2D顯示目前已知的萬向節； 圖3A、 3B及3C顯示根據本發明一實施例的具有不對稱動態特性 的萬向節；以及
圖4A、 4B、 4C及4D顯示4艮據本發明其它實施例的具有不對稱動 態特性的萬向節。
具體實施例方式
圖3A顯示根據本發明一實施例的具有不對稱動態特性的萬向 節。圖3A所示的萬向節不同於圖2A所示萬向節之處在於，在萬向 節一側上的301處增加了一滴環氧樹脂。這使下面的萬向節部分強 度更高。這兩半萬向節的不同的剛度分布和/或慣量分布使這兩半的 動態特性不對稱。應理解，也可使用其它材料作為所述附加材料。此外，可通過 諸多種已知方式，包括通過膠粘或環氧樹脂將所述附加材料緊固至 萬向節上。
圖3B顯示圖3A所示萬向節在高頻範圍(20-200 kHz)內振動時的 振形，該振形不再關於萬向節軸線對稱。此種不對稱的振形使承載 梁140與萬向節143之間在凹陷部240處出現更大的相對運動，從 而增強懸架的阻尼。此外，對於許多振形而言，承載梁140與萬向 節143之間的摩擦、以及凹陷部240與萬向節不鏽鋼層的撓曲舌片 之間的摩擦將增強。特別是，對於許多振形而言，當在滑塊上存在 強的幹擾力時，凹陷部240處的摩擦將消耗更多的能量。此種高的 阻尼使發生持續振動的可能性降低，並會提高懸架的起飛海拔高度。 具有圖3A所示萬向節的懸架的起飛海拔高度約為14,000英尺，明 顯高於具有圖2A所示萬向節的懸架的9,500英尺起飛海拔高度。
圖3C顯示圖3A所示萬向節在低頻範圍(0-20 kHz)內振動時的振 形。在低頻範圍內具有對稱的動態特性對於懸架的伺服性能而言至 關重要。如圖所示，圖3A所示的不對稱萬向節在低頻範圍內具有近 乎完美的對稱動態特性，因而不會對伺服性能造成不利影響。這是 本發明的具有不對稱動態特性的萬向節的另 一優點。本發明的萬向 節總體上看起來對稱，因而其在低頻範圍(0-20 kHz)內具有近乎對稱 的動態特性。同時，該萬向節在局部上看起來是不對稱的，因而其 在高頻範圍(20-200 kHz)內具有不對稱的動態特性。
存在許多種使萬向節動態特性不對稱的方法。圖4A、 4B、 4C
些萬向節中，不鏽鋼層的兩半是不對稱的。如在陰影區域401、 403 及404處所示，在上面的一半萬向節中使用附加不鏽鋼。或者，該 不鏽鋼部分也可位於不同位置處，例如如圖所示位於陰影區域402 處。
具體而言，在圖4A中，在萬向節的聚合物層上提供附加不鏽鋼。
該附加不鏽鋼可設計於不鏽鋼層的布局中。或者，如果不鏽鋼層的 布局是對稱的，則可將該附加不鏽鋼材料膠粘於聚合物層上。
在圖4A、 4C及4D中，附加不鏽鋼401、 403及404使萬向節 變得不對稱。附加不鏽鋼401、 403及404可設計於不鏽鋼層的布局 中，或者在後續進行附加。相比之下，在圖4B中，由於在不鏽鋼層 的布局中設計不鏽鋼402的位置，因而上面的一半與下面的一半萬 向節具有不同的形狀。應理解，在設計於不鏽鋼層布局中時，還可 存在其它類型的差別，例如提供具有不同寬度的萬向節腿。不鏽鋼 層的不對稱設計將使上面的一半與下面的一半萬向節具有不同的剛 度分布或慣量(mertia)分布，且因而具有不對稱的動態特性。
應理解，還存在其它方式^f吏上面一半與下面一半萬向節具有不 同的剛度分布、且因而具有不對稱動態特性。例如，可使用各自具 有不同剛度的材料來製作上面的 一 半與下面的 一 半。
儘管已參照上述應用對本發明進行了說明，然而不應認為此處 對本發明實施例的說明具有限定意義。應理解，本發明的每一方面 均不僅限於本文所提及的具體描述、配置或尺寸，而是視各種原理 及變量而定。所屬領域的技術人員參照本文的公開內容將容易得知 所公開裝置在形式及細節方面的各種修改形式以及本發明的其它變 化形式。因此，打算使隨附權利要求書涵蓋任何此等仍屬於本發明 精神及範圍內的對所述實施例的修改或變化形式。
權利要求
1.一種用於將滑塊附接至承載梁的萬向節，其包括不鏽鋼層；聚合物層，其塗覆於所述不鏽鋼層上；以及銅電路跡線，其位於所述聚合物層上，其中所述萬向節具有第一半與第二半，所述第一半與所述第二半之間存在結構差別，以使所述萬向節具有不對稱動態特性。
2. 如權利要求1所述的萬向節，其特徵在於，所述第一半與所 述第二半各自上的不鏽鋼布局是不同的。
3. 如權利要求1所述的萬向節，其特徵在於，所述第一半或所 述第二半上提供有附加材料。
4. 如權利要求3所述的萬向節，其特徵在於，所述附加材料包 括環氧樹脂。
5. 如權利要求3所述的萬向節，其特徵在於，所述附加材料包 括不鏽鋼。
6. 如權利要求5所述的萬向節，其特徵在於，所述不鏽鋼是所 述不鏽鋼層的一部分。
7. 如權利要求5所述的萬向節，其特徵在於，所述不鏽鋼附接 至所述不鏽鋼層上。
8. 如權利要求5所述的萬向節，其特徵在於，所述不鏽鋼附接 至所述聚合物層上。
9. 如權利要求1所述的萬向節，其特徵在於，所述兩半具有不 同的慣量分布。
10. —種萬向節，其包括 不鏽鋼層；聚合物層，其塗覆於所述不鏽鋼層上；以及 銅電路跡線，其位於所述聚合物層上，其中所述萬向節包括第一半與第二半，所述第一半與所述第二 半分別具有不同的剛度分布，以使所述萬向節具有不對稱動態特性。
11. 一種磁頭萬向節組件，其包括 滑塊；變換器，其安裝於所述滑塊上；以及如權利要求1所述的萬向節，其將所述滑塊附接至承載梁上。
12. —種懸架，其包括 承載梁；以及如權利要求1所述的萬向節。
13. —種硬碟驅動器，其包括至少一個磁碟，主軸電動4幾可使其圍繞中心驅動轂的軸旋轉；致動器，其包括至少一個致動器臂；承載梁，其附接至所述至少一個致動器臂上；滑塊，其通過如權利要求1所述的萬向節附接至所述承載梁上；以及變換器，其安裝於所述滑塊上。
14. 一種電子裝置，其包括如權利要求13所述的硬碟驅動器。
15. —種用於製造萬向節的方法，其包括 在不鏽鋼層上塗覆聚合物層； 在所述聚合物層上設置電路跡線；以及在所述萬向節的第 一半與第二半之間提供不同的剛度分布，以 使所述萬向節具有不對稱動態特性。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述提供步驟包 括使所述萬向節的所述第一半與所述第二半分別具有不同的結構。
17. 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述提供步驟還 包括在所述第 一半與所述第二半上分別提供不同的不鏽鋼布局。
18. 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述提供步驟還 包括將附加材料附接至所述萬向節的所述第一半上。
19. 如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述附加材料包 括環氧樹脂。
20. 如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述附加材料包 括不鏽鋼。
21. 如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述不鏽鋼附接 至所述不鏽鋼層上。
22. 如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述不鏽鋼附接 至所述聚合物層上。
23. 如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述附加材料是 通過膠粘進行附接。
24. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述提供步驟包 括在所述萬向節的所述第 一 半與所述第二半中分別使用不同的材 料。
25. —種用於製造磁頭萬向節組件的方法，其包括如權利要求15 所述的方法。
26. —種用於製造懸架的方法，其包括如權利要求15所述的方法。
27. —種用於製造硬碟驅動器的方法，其包括如權利要求15所 述的方法。
全文摘要
本發明提供一種用於硬碟驅動器懸架中的具有不對稱動態特性的萬向節，其中萬向節的兩半可具有不同的剛度分布或慣量分布。通過這兩半之間的結構差別或者通過不同剛度的材料，可實現不同的剛度分布或慣量分布。當懸架振動時，不同的剛度和/或慣量分布會增大萬向節與懸架承載梁之間的摩擦，並增強對懸架的阻尼。
文檔編號G11B21/21GK101192434SQ20071019670
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月28日 優先權日2006年11月28日
發明者E·車, 衍 傅, 曾慶華 申請人:新科實業有限公司