帶用於阻尼出平面盤振動的非平板面的數據記錄盤驅動器的製作方法
2023-10-09 16:24:44 2
專利名稱：帶用於阻尼出平面盤振動的非平板面的數據記錄盤驅動器的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種數據記錄盤驅動器，例如磁記錄硬碟驅動器，且更特別地涉及具有用於減少流激的出平面的盤振動以及流激的臂和懸臂振動的阻尼板的盤驅動器。
背景技術：
數據記錄盤驅動器具有一組堆疊的由主軸電動機轉動的記錄盤和將讀/寫頭在旋轉各盤的表面上橫向移動的致動器。每個讀/寫頭形成於連接在懸臂一端的空氣軸承滑塊上。該懸臂在其另一端連接到致動器的剛性臂上且使得滑塊在由旋轉的盤所產生的空氣軸承上顛簸並搖曳。未來盤驅動器的趨勢為數據軌道間隔的不斷減少以增加數據存儲密度，和盤疊組旋轉速度的不斷增加以減少數據傳輸時間。隨著存儲密度和旋轉速度的增加，將讀/寫頭定位於正確的數據軌道和將讀/寫頭保持在數據軌道上的能力變得更加困難。隨著盤疊組旋轉速度的增加，靠近盤周邊的氣流湍流增加，且其引起臂和懸臂的振動且由此引起了讀/寫頭的振動，和盤的出平面顫動或振動(通常被稱為「顫振」)。這些振動能引起讀/寫頭定位錯誤且由此由數據軌道中讀取或寫入數據的錯誤。
盤振動阻尼板已被提出，如於2003年4月7日所公開的美國專利申請US2003/007203中所述。這些阻尼板具有與盤的平坦表面相平行的平坦表面且在盤之間靠近盤周邊進行延伸。這些平坦的阻尼板助長了層流且由此減少了湍流。然而，這些阻尼板也在盤上引起了高的粘度剪切力，其需要較高的主軸電動機扭矩，且由此需要較高的功率消耗，以保持所需要的高旋轉速度。低功率消耗在盤驅動器中為關鍵的要求，特別在便攜設備中使用的盤驅動器時，例如膝上型電腦和手提音頻/視頻播放器。
所需要的為一種在功率消耗沒有顯著增加的情況下，獲得最小氣流湍流的盤驅動器。
發明內容
本發明與在盤疊組周邊保持了穩定的層流的平坦阻尼板相比，具有減少主軸電動機的扭矩的非平坦阻尼板的盤驅動器。每個阻尼板具有非平坦表面，該表面在穩定平面表面和其相關聯的旋轉盤表面之間導致沿半徑方向變化的空隙。在一個實施例中，阻尼板具有表面不規則的圖形或特徵。表面特徵可以被設置為同心圖形，例如同心槽，凹陷或突起的圖形。在另一實施例中，阻尼板的非平坦表面被成形為錐形表面的一部分從而阻尼板和其相關聯的盤表面之間的空隙沿半徑方向線性地變化。所述阻尼板減少了盤上的粘度剪切力而在所述各盤之間基本上保持了穩定的層流空氣流。
為了更加充分地理解本發明的本質和優點，應連同附圖參見下面的詳細描述的說明書。
圖1為現有技術的盤驅動器中將盤疊組和主軸電動機去掉後顯示阻尼板的俯視圖。
圖2為現有技術的一組堆疊的阻尼板的透視圖。
圖3為表示盤疊組和阻尼板的現有技術盤驅動器的一部分的剖面圖。
圖4A和4B分別為根據本發明的第一實施例的阻尼板的透視圖和橫截面圖。
圖5為圖4A-4B的阻尼板和它的兩個相關軸向隔開的盤一部分的剖面圖。
圖6A和6B分別為根據本發明的第二實施例的阻尼板的透視圖和橫截面圖，其中非平坦表面具有表面特徵。
圖7A和圖7B分別為根據本發明的阻尼板的第三實施例的透視圖和橫截面圖。
具體實施例方式
為了進一步理解本發明，下面結合附圖1-3對已有技術中的磁記錄盤驅動器的結構做詳細說明。
所述盤驅動器包括殼體10，其通常形成有基座12和環繞壁14。一個致動器，通常是音圈電動機(VCM)的致動器，其由基座12所支撐。VCM包括圍繞軸20可旋轉的旋轉部和包括安裝於基座12上的磁體疊組件26的固定部；並且該旋轉部包括一組堆疊的臂、例如頂部臂22，和線圈疊組件24。每個致動器臂包括懸臂和頭組件，例如懸臂28和連接於臂22的頭組件30。
該盤驅動器包括一組堆疊地安裝在連接於主軸電機上的可旋轉輪轂上的硬磁性記錄盤。包含盤疊組，輪轂，和主軸電機的疊組件被安裝在殼體基座12上的區域32內，使盤疊組可圍繞共同軸34旋轉，但是該疊組件未在附圖1中描述，從而阻尼板的定位可以得到更好的解釋。盤疊組的外周邊用虛線圓35表示。
阻尼板，例如圖1中的頂板40，在旋轉中減少盤的出平面振動。圖2為各個阻尼板40、42、44的疊組50的透視圖。如附圖1的頂視圖所示，每個阻尼板相對盤的旋轉軸，例如頂板40，沿半徑延伸到由旋轉的盤所掃過區域的外環部分。阻尼板疊組50如圖1所示，與殼體壁14整體地形成作為殼體10製造的一部分。然而疊組50也可以形成為單個疊組件且在殼體10製造完成後被安裝在基座12或壁14上。
圖3為表示安裝在基座10上的盤疊組和由殼體壁14延伸的阻尼板40、42，44的盤驅動器殼體10部分的剖面圖。該盤疊組60包括三個安裝在輪轂70上的軸向隔開的盤62、64、66。阻尼板疊組50具有頂板40，其底面面向頂部盤66。疊組50中的另兩個阻尼板中的每個與盤疊組60中一組兩個軸向鄰近的盤相關聯，例如盤44和盤62、64，和盤42和盤64、66相關聯。從而在附圖3的例子中，盤疊組具有3個盤，且具有2個阻尼板，2個阻尼板中的每個定位於軸向鄰近的一對盤之間且和2個阻尼板中的每個具有2個平坦的衰減表面。輪轂70圍繞軸34旋轉且被連接至主軸電機(未示出)，該主軸電機的基座72被安裝在殼體基座10上。在圖3現有技術的盤驅動器中，每個阻尼板具有與相對應的平坦的盤表面相平行的平坦表面。例如，板44具有與相對應的盤62的平坦表面91相平行的平坦表面81，和與相對應的盤64的平坦表面92相平行的平坦表面82。
現有技術中的阻尼板的完全平坦表面減少了盤的出平面振動，但是以明顯地增加了旋轉盤疊組所需要的主軸電機扭矩為代價。
下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳述在本發明中，與盤的基本上平坦的表面相比，阻尼板具有基本上非平坦的表面。
附圖4A為根據本發明的阻尼板100的第一實施例的透視圖且附圖4B為根據本發明的阻尼板100的第一實施例的橫截面圖。兩個表面102、104的每個為多個由徑向隔離脊112所分開的徑向間隔的同心槽110。該槽被表明為均勻地被隔開，從而每個凹槽具有徑向寬度WG和每個脊具有徑向寬度WR。該設計通過選擇比率WG/WR作為一個設計變量簡化了空氣動力學的模擬試驗。然而，如果凹槽沒有被均勻地徑向隔開以及如果凹槽並不全部具有相同的深度或徑向寬度，也同樣可以獲得本發明的優點。雖然4A-4B中的凹槽通常具有矩形的橫截面形狀，它們可以具有其他形狀，例如三角形，半圓形等等。
圖5為圖4A-4B的阻尼板及其兩個相關的軸向間隔的盤200、250的一部分的剖面圖。盤200具有面向板100的表面102的基本上平坦的表面202，而且盤250具有面向板100的表面104的基本上平坦的表面254。阻尼板表面及它的相對應的盤表面之間的軸向間隔，例如板表面102和盤表面202之間的間隔S，由於凹槽110，沿著阻尼板的徑向區域r變化。
已經對相對具有盤疊組的盤驅動器的阻尼板進行了描述，其中每個阻尼板定位於盤疊組中兩個軸向間隔的盤之間且具有兩個非平坦表面，每個非平坦表面朝向相應的平坦盤表面。對於朝向盤殼體的頂部和底部的盤表面，非平坦表面可以被應用於盤殼體的頂部和底部。本發明同樣可以應用於具有單一盤的盤驅動器。在這樣的實施例中，可結合根據本發明具有非平坦表面的阻尼板作為盤驅動器基座和/或在盤驅動器頂蓋的底部的一部分。以這種方法，盤驅動器基座和/或盤驅動器蓋分別包括朝向單個盤的底部表面和/或頂部表面的非平坦表面。由此，在單個盤的情況下，無需獨立的阻尼板。
使用商業可獲得的軟體，例如CFDRC-ACE(CFDRC Corp.，Huntsville，AL)，進行盤驅動器內部空氣動力學的大規模數字模擬試驗以便於的阻尼板100的不同設計。該模擬試驗假定在盤外周邊處的局部速度為39.8m/s，其近似地對應於在10,000RPM下工作的3英寸盤驅動器。在脊的頂部測量的表面102、104及其相對應的盤表面202、254之間的間隔為2mm，且凹槽的深度為0.2mm。該模擬在不同的阻尼板厚度t和不同的比率WG∶WR下進行。流激出平面振動不易被定量。然而在氣動力學領域，流激振動的風險的一個測量為「渦流粘度的最大標準」。渦流粘度(有時被稱為湍流粘度)在高雷諾數流體中要大於分子粘度。在3英寸盤驅動器的情況下，基於盤半徑的雷諾數量能夠在150,000附近，使得流體計算中有必要使用湍流模型。接著渦流粘度能由流體模型中獲得作為流體中湍流如何激烈的指示。該測量的主要優點是該測量為與盤驅動器中的振動結構無關的單獨的數(標量)。從而來自流體領域的經計算的渦流粘度在此處被用於作為使湍流與盤振動相關的指標數值。接近盤200、250周邊的高值的湍流指示引導所述盤更高出平面振動的不穩定氣流。由氣流施加在盤上的粘性扭矩也可以由該模擬試驗來確定。高粘性扭矩表示用於旋轉盤疊組所需的高能量消耗。表1給出了該模擬的結果。
表1
如表1的結果所示，非平面阻尼板以相對較小的湍流(如用渦流粘度表示時)的增長，提供減少粘性扭矩且由此減少盤驅動器的功率消耗的能力。根據所開發的特定盤驅動器的特徵，例如尺寸，旋轉速度，和節能需要，非平坦阻尼板由此提供了重要的設計選擇以對功率消耗和出平面盤顫動之間的平衡進行優化。
圖6A-6B分別表示了阻尼板的第二實施例的透視圖和橫截面圖，在所述阻尼板中非平坦表面具有不連續的表面特徵。阻尼板300具有非平坦的表面302、304，每個表面為徑向間隔的凹陷或圍繞所述板300沿同心圓設置的波紋的圖形。每個波紋具有圓周邊的形狀，但是該形狀可以採取其他形式，例如橢圓形，六邊形等等。波紋可具有與圖4A-4B實施例中近似的凹槽深度，即0.2mm。同樣，表面特徵可以為突起或隆起，而不是波紋。隆起可以具有近似為圖4A-4B的實施例中凹槽的高度，即0.2mm。雖然表面特徵如圖6A-6B所示的為環繞所述板的同心形成的環的圖形，但它們不必要以該圖形布置。然而可以相信該圖形在表面特徵的同心環之間提供了基本上為平坦表面的同心環，更像是圖4A-4B和圖5所示實施例中的凹槽或脊的環，其減少了沿這些環的湍流強度。
圖7A-7B分別表示阻尼板的第三實施例的透視圖和橫截面圖。阻尼板400具有非平坦表面402、402，每個表面為一個錐形表面的一部分。如附圖7B所示，每個阻尼板及其相對應的平坦盤表面之間的軸向間隔S，例如在盤的非平坦表面402和平坦表面410之間，沿盤的半徑方向r線性地(增加或減少)變化。
該發明已經描述了在磁記錄硬碟驅動器中的應用，但是本發明完全可以應用於任何具有硬碟的數據記錄盤驅動器，例如通過一個或更多的磁，光學，熱磁和磁性光學技術進行讀和/或寫的盤驅動器。
雖然本發明已經參考優選實施例被特別地展示和描述，本領域技術人員應該理解，在不超過本發明精神和範圍的情況下，可以進行形式和細節上的不同變化。相應地，所公開的發明被認為僅僅是示例性的且被限定在僅由所附權利要求所限定的範圍內。
權利要求
1.數據記錄盤驅動器，包括殼體；至少一個圍繞旋轉軸可旋轉的盤；被連接至殼體以旋轉所述盤的電動機；安裝在殼體上的板，所述板繞著所述盤的一個部分周邊地延伸且徑向地延伸越過所述盤的徑向外側環狀區域，所述板具有朝向盤表面的表面，且所述板表面與所述盤表面的軸向間隔沿所述板的半徑範圍變化。
2.如權利要求1所述的盤驅動器，其中僅有一個盤，其中所述殼體包括基座，電動機和所述盤安裝在所述基座上，且其中所述板是基座的一部分，由此所述基座具有朝向所述盤的底表面的表面。
3.如權利要求1所述的盤驅動器，其中僅有一個盤，其中所述殼體包括基座，電動機和所述盤安裝在所述基座上，且其中所述板是蓋子的一部分，由此所述蓋子具有朝向所述盤的頂面的表面。
4.數據記錄盤驅動器，包括殼體；沿著共同的旋轉軸徑向地間隔開的可旋轉的盤疊組；連接至殼體以用於旋轉所述盤疊組的電動機；安裝在殼體上的板，且所述板定位於兩個軸向鄰近的所述盤之間，所述板繞著所述兩個盤的一個部分周邊地延伸且徑向地延伸越過所述兩個盤的徑向的外側外環區域，所述板具有朝向第一盤的第一表面和朝向第二盤表面的第二表面，所述板的第一表面和所述第一盤的表面之間的軸向間隔沿所述板的徑向區域變化。
5.如權利要求4所述的盤驅動器，其中還包括多個板，各個所述板被置於不同的由兩個軸向接近的所述盤構成的組之間。
6.如權利要求4所述的盤驅動器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一個包括多個徑向隔開的同心槽，所述槽限定了徑向隔開的脊。
7.如權利要求6所述的盤驅動器，其中所述槽被均勻地徑向隔開。
8.如權利要求7所述的盤驅動器，其中所述槽的徑向寬度與所述脊的徑向寬度之間的比率近似在1∶4和4∶1之間。
9.如權利要求4所述的盤驅動器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一個包括多個不連續的表面特徵。
10.如權利要求9所述的盤驅動器，其中所述表面特徵為波紋。
11.如權利要求10所述的盤驅動器，其中所述波紋以徑向隔開的同心波紋圖形來形成。
12.如權利要求9所述的盤驅動器，其中所述表面特徵為隆起。
13.如權利要求12所述的盤驅動器，其中所述隆起以徑向隔開的同心隆起圖形來形成。
14.如權利要求4所述的盤驅動器，其中所述板的第一和第二表面中的至少一個為錐形表面的一部分，由此所述的軸向間隔沿所述板的徑向範圍線性地變化。
15.磁記錄盤驅動器，包括殼體；N個沿著共同的旋轉軸軸向隔開的可旋轉的硬碟疊組，其中N大於1，每個所述盤具有基本上平坦的表面；連接到殼體上以旋轉所述盤疊組的電動機；安裝於殼體的N-1個板，各個板位於由兩個軸向接近的所述盤構成的唯一的組之間，每個所述板繞著在該板的兩個相關盤的一部分周邊地延伸且徑向地延伸越過該板的兩個相關盤的徑向外側的環狀區域，每個所述板具有面向在其組中的第一盤的基本上平坦表面的第一基本上非平坦的表面和面向在其組中的基本上平坦表面的第二非平坦表面。
16.如權利要求15所述的盤驅動器，其中每個所述板的第一和第二表面包括多個徑向隔開的同心槽，所述槽限定了徑向隔開的脊。
17.如權利要求16所述的盤驅動器，其中所述槽均勻地被徑向隔開。
18.如權利要求17所述的盤驅動器，其中所述槽的徑向寬度與所述脊的徑向寬度之間的比例近似在1∶4與4∶1之間。
19.如權利要求1所述5的盤驅動器，其中每個板的第一和第二表面包括多個表面特徵。
20.如權利要求19所述的盤驅動器，其中所述表面特徵為波紋。
21.如權利要求20所述的盤驅動器，其中所述波紋以徑向隔開的同心波紋圖形來形成。
22.如權利要求19所述的盤驅動器，其中所述表面特徵為隆起。
23.如權利要求22所述的盤驅動器，其中所述隆起以徑向隔開的同心隆起圖形來形成。
24.如權利要求15所述的盤驅動器，其中每個板的第一和第二表面為錐形表面的一部分，由此所述的軸向間隔沿著所述板的徑向範圍線性地變化。
全文摘要
一種數據記錄盤驅動器具有非平表面的阻尼板，以減少盤的流激的、出平面的振動。與減少湍流強度的平坦阻尼板相比，非平表面的阻尼板減少了主軸電機扭矩。每個阻尼板具有非平表面，從而導致板表面及其相關盤表面之間的間隔沿徑向方向變化。非平表面可被設置成同心圖形的表面不規則的圖形或特徵，例如同心凹槽，凹陷或突起的圖形。非平表面可以形成為錐形表面的一部分，從而在徑向方向阻尼板表面及其相關盤表面之間的間隔線性地變化。對於朝向盤殼體的頂部和底部的盤，將非平坦表面應用於盤殼體的頂部和底部。從而，在單個盤的情況下，無需獨立的阻尼板。
文檔編號G11B33/08GK1661719SQ200510003769
公開日2005年8月31日 申請日期2005年1月11日 優先權日2004年2月26日
發明者陳勳禮, 費迪南德·亨德裡克斯, 平野敏樹, 馬諾傑·凱沙萬 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司