用于磁頭萬向組件撓性模式控制的豎直軸上的質量分配的制作方法
【專利摘要】本發明公開了用于HGA撓性模式控制的豎直軸上的質量分配。用于硬盤驅動器(HDD)和磁頭萬向組件的方法包括這樣的技術，其用于使磁頭萬向組件(HGA)內的萬向腿形變，以便改變HGA的質量分配，這使得控制在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
【專利說明】用于磁頭萬向組件撓性模式控制的豎直軸上的質量分配
【技術領域】
[0001]本發明的實施例涉及分配硬盤驅動器(HDD)內部件的質量，以影響結構共振。
【背景技術】
[0002]硬盤驅動器(HDD)是非易失性存儲設備，其容納在保護外殼內，并在具有磁性表面的一個或多個圓盤上存儲數字編碼數據(盤還被稱為母板(platter))。當HDD運行時，每個磁記錄盤通過主軸系統快速旋轉。使用讀/寫頭(下文簡稱為“磁頭”)從磁記錄盤讀取數據或向其寫入數據，磁頭由致動器定位在盤的特定位置上。
[0003]磁頭使用磁場從磁記錄盤的表面讀取數據或向其寫入數據。由于磁偶極子場隨與磁極的距離而快速減小，所以必須精密控制磁頭和磁記錄盤表面之間的距離。當磁記錄盤旋轉時，致動器依靠懸浮力停留在磁頭上，以提供磁頭和磁記錄盤表面之間的適當距離。因此磁頭可以說是“漂浮”在磁記錄盤表面上。
[0004]對增加HDD存儲容量的需求導致試圖在盤上封裝更多的比特位。該增加的位密度以及增加的盤轉速要求高精度的磁頭追蹤，以使讀/寫誤差最少。磁頭萬向組件(HGA)的改進使得磁頭更小更輕；但是，這些磁頭受制于懸臂的結構模式，即存在高增益撓性模式，其會產生可重復性偏擺(RRO)和非重復性偏擺(NRRO)的磁頭偏離軌道。為HGA增加支撐以降低和減小這些模式的幅度和耦合會對軌距和滾軸剛度值有不良影響。因此，有利地，在不需要額外的結構部件或影響HDD的獨立動態特性的情況下使結構模式最小。
【發明內容】
[0005]本文所述方法教導了這樣的技術，其用于使磁頭萬向組件(HGA)內的萬向腿形變，以便改變HGA的質量分配，這使得控制在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
[0006]根據一個實施例，提供了一種硬盤驅動器，其包括:磁頭，附接到滑動器；盤，旋轉地安裝在主軸上；驅動電機，具有附接到主軸的電機軸，并用于旋轉所述盤；音圈電機，構造成移動磁頭以訪問盤的各部分；以及附接到滑動器的撓性件。撓性件通過撓性腿附接到懸臂組件，撓性腿與撓性件分離并彎曲變形，使得HGA的質量沿著豎直軸重新分配。
[0007]根據一個實施例，提供了一種硬盤驅動器，其包括:磁頭，附接到滑動器；盤，旋轉地安裝在主軸上；驅動電機，具有附接到主軸的電機軸，并用于旋轉所述盤；音圈電機，構造成移動磁頭以訪問盤的各部分；以及附接到滑動器的撓性件。撓性件分為第一和第二部分。第一部分以彎曲的形式成形，使得HGA的質量在彎曲方向上重新分配。
[0008]根據一個實施例，提供了一種磁頭萬向組件(HGA)，其包括:磁頭，附接到滑動器，該滑動器聯接到撓性萬向組件；承載梁組件，附接到滑動器；以及懸臂，通過撓性腿附接到撓性萬向組件。所述撓性腿彎曲成HGA的質量沿著豎直軸向上重新分配，撓性腿的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
[0009]
【發明內容】
部分中所述的實施例不是用于建議、描述或教導本文所述的所有實施 例。因此，本發明的實施例可包括除該部分所述特征之外的附加或不同特征。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]本發明的實施例通過附圖中的示例非限制性地得到說明，附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，其中:
[0011]圖1是根據本發明實施例的HDD的俯視圖；
[0012]圖2是根據本發明實施例的磁頭臂組件(HAA)的俯視圖；
[0013]圖3是本文所述方法的實施例中采用的HGA的底視圖；
[0014]圖4A是根據實施例的承載梁組件和具有遠離盤變形的撓性腿的HGA的分解側視圖；
[0015]圖4B是根據實施例的承載梁組件和具有朝向盤變形的撓性腿的HGA的分解側視圖；
[0016]圖5是示出在不同的z高度下具有不同撓性形變的撓性模式FXl最優化的圖表；
[0017]圖6是示出在不同的z高度下具有不同撓性形變的撓性模式FX2最優化的圖表；
[0018]圖7是示出在不同的撓性形變深度下FX2共振(或幅度)之間關系的圖表。
【具體實施方式】
[0019]本文所述方法用于形成磁頭萬向組件(HGA)中的萬向腿來控制HGA的共振。在下文中，為了便于說明，闡述了各種具體細節以提供對本文所述發明的實施例的全面理解。但是應當明白的是，本文所述發明的實施例可以不需要這些特定細節來實現。換句話說，熟知的結構和裝置以方框圖示出以避免不必要地妨礙對本文所述發明的實施例的理解。
[0020]對本發明說明性實施例的物理描述
[0021]本發明的實施例用于分配硬盤驅動器(HDD)內部件的質量以影響結構共振。本發明的實施例可以與硬盤驅動器(HDD)結合。根據本發明的實施例，圖1示出了 HDD100的俯視圖。圖1示出了 HDD的部件的功能布置，其包括滑動器110b，滑動器IlOb包括磁讀取/記錄頭110a。滑動器IlOb和磁頭IlOa總體被稱為磁頭滑動器。HDD100包括至少一個磁頭萬向組件(HGA) 110，該組件包括磁頭110a、附接到磁頭IlOa的導向懸臂IlOc和附接到滑動器IlOb的承載梁110d，滑動器包括位于滑動器IlOb遠端的磁頭IlOa ;滑動器IlOb在承載梁IlOd的遠端附接到承載梁IlOd的萬向部分。HDD100還包括至少一個可旋轉地安裝在主軸124上的磁記錄盤120以及附接到主軸124、用于旋轉盤120的驅動電機(未示出)。磁頭IlOa包括寫入元件和讀取元件，分別用于在HDD100的盤120上寫入信息或讀取存儲在盤上的信息。盤120或多個盤(未示出)可通過盤夾128固定到主軸124。HDD100還包括:附接到HGAllO的臂132 ;支架134 ;包括電樞136的音圈電機(VCM)，電樞包括附接到支架134的音圈140 ;以及定子144，包括音圈磁體(未示出)，VCM的電樞136附接到支架134，并構造成移動臂132和HGAllO以訪問盤120的安裝在具有插入的樞轉軸承組件152的樞軸148上的部分。
[0022]進一步參看圖1，根據本發明的實施例，由柔性電纜156給VCM的音圈140提供電信號，例如電流，給PMR磁頭IIOa提供寫入信號和提供來自PMR磁頭IlOa的讀取信號。柔性電纜156和磁頭IlOa之間的互連由電臂(AE)模塊160提供，該模塊可具有用于讀取信號的板載前置放大器以及其他讀取通道和寫入通道的電子部件。柔性電纜156聯接到電連接器塊164，電連接器塊通過HDD殼體168提供的電饋通(未示出)提供電通信。HDD殼體168 (還稱為鑄件，取決于HDD殼體是否鑄造而成)和HDD蓋(未示出)一起為HDDlOO的信息存儲部件提供密封的保護外殼。
[0023]進一步參看圖1，根據本發明的實施例，包括盤控制器和含有數字信號處理器(DSP)的伺服系統的其他電子部件(未示出)為驅動電機、VCM的音圈140和HGAllO的磁頭IIOa提供電信號。提供給驅動電機的電信號使驅動電機旋轉,為主軸124提供扭矩,該扭矩又傳遞給通過盤夾128固定到主軸124的盤120 ;其結果是盤120沿方向172旋轉。旋轉的盤120生成了充當空氣軸承的氣墊，滑動器IlOb的空氣軸承表面(ABS)在空氣軸承上滑動，使得滑動器IlOb飄浮在盤120的表面上方，而不會接觸到盤120的記錄了信息的薄磁記錄介質。提供給VCM的音圈140的電信號使得HGAllO的磁頭IlOa訪問記錄了信息的軌道176。因此，VCM的電樞136擺動通過弧180，這使得通過臂132附接到電樞136的HGAllO能夠訪問盤120上的各個軌道。信息在布置于盤120的扇區(例如扇區184)中的多個同心軌道(未不出)中存儲在盤120上。相應地，每個軌道由多個分區軌道部分組成，例如分區軌道部分188。每個分區軌道部分188由記錄的數據和頭部組成，頭部包括伺服脈沖信號模式(例如AB⑶伺服脈沖信號模式)、識別軌道176的信息以及誤差校正碼信息。在訪問軌道176時，HGAllO的磁頭IlOa的讀取元件讀取給伺服系統提供位置誤差信號(PES)的伺服脈沖信號模式，這控制了提供給VCM的音圈140的電信號，使得磁頭IlOa跟隨軌道176。當到達軌道176并識別出特定的分區軌道部分188時，磁頭IlOa根據由盤控制器從外部機構(例如計算機系統的微處理器)接收的指令或者從軌道176讀取數據或者向軌道176寫入數據。
[0024]本發明的實施例還包括HDD100，其包括HGA110，旋轉地安裝在主軸124上的盤120，附接至IJ HGAllO的臂132，HGAllO包括滑動器110b，滑動器IlOb包括磁頭110a。
[0025]現在參看圖2，根據本發明的實施例，示出了包括HGAllO的磁頭臂組件(HAA)的俯視圖。圖2示出了 HAA相對于HGAllO的功能布置。HAA包括臂132和HGAl 10，HGAllO包括滑動器110b，滑動器IlOb包括磁頭110a。HAA在臂132處附接到支架134。在HDD具有多個盤或者母板(如在現有技術中盤所指代的)的情況下，支架134被稱為“E塊”或者梳子，因為支架布置成支承成組的臂陣列，使得其外觀看起來像梳子。如圖2所示，VCM的電樞136附接到支架134，音圈140附接到電樞136。AE160可附接到支架134，如所示。支架134安裝在具有插入的樞轉軸承組件152的樞軸148上。
[0026]調整撓性腿以控制結構共振
[0027]本發明的實施例涉及使HGA的撓性腿變形以控制在HDD運行期間由HGA的結構特性產生的共振增益的方法。根據一個實施例，撓性腿朝向盤表面變形，從而朝向盤分配懸臂的質量中心線，如本文所討論的。如本文所討論的，撓性腿的形變高度可以被調整成消除萬向件的結構共振。
[0028]圖3是本文所述方法的實施例中采用的HGA的底視圖(盤側)。在圖3的實施例中，示出了撓性萬向件302結構，其中設置了磁頭306和滑動器308。撓性萬向件結構302通過撓性腿304附接到懸臂(未示出)，并操作成在HDD運行期間使磁頭和滑動器關于盤(未示出)定向，如本文進一步所述。[0029]圖4A和4B是根據實施例的承載梁組件和具有朝向或遠離盤變形的撓性腿的HGA400的側視圖。承載梁組件和HGA400包括剛性底板或安裝板402，其可包括用于將懸臂安裝到致動臂的整體型鍛凸起416。彈簧部分418將底板402連接到承載梁406。凹陷408形成在承載梁406中，以允許撓性腿412、414將滑動器定向成旋轉并符合盤404的表面。根據一個實施例，撓性腿遠離盤彎曲412或者朝向盤彎曲414。應當理解的是，根據一個實施例，撓性腿要么遠離盤彎曲412，要么朝向盤彎曲414，不可能同時存在這兩種情況。對于更精確的描述撓性腿412、414的形狀和位置，圖4A和4B是說明性的。撓性腿412、414是撓性件的(未示出)一部分，該撓性件是薄的不銹鋼結構，滑動器410連接在該撓性件上。從底板402的頂部到接觸盤404的滑動器410表面之間的距離420在本文中稱為“z高度”420。
[0030]根據所期望控制的結構共振的類型，撓性腿412、414朝向盤404變形414或遠離盤變形412。由于對底板402進行壓力輸入，例如在查找操作期間，所以在滑動器410上會產生響應。該響應含有頻率分量，會觸發使滑動器410響應于壓力輸入而前后偏離的模式。壓力輸入還會由風力觸發，引入的分子氣流在離開盤片和HDD結構時會沖擊HGA組件，導致NRRO偏軌運動。在HDD運行期間，撓性模式可由VCM或毫/微致動器強制觸發或者由風力觸發。此外，當撓性腿結構被最優化時(如下所述)，這兩種情況在實際中都最少。如果VCM /毫/微或風力強制功能具有與振動的撓性模式對應的頻率分量，則所述模式被觸發并產生偏軌運動。由于接近零點，本文所述撓性腿結構減小了這類運動的幅度。撓性件(未示出)可包括兩個腿，所述腿響應于壓力輸入上下彎曲，這導致滑動器410的偏離。實際上，所述運動是撓性腿的彎曲，這導致附接有滑動器的萬向區域的偏離。滑動器410的偏離運動導致磁頭在盤上的偏軌運動。這些偏離模式還可被稱為結構共振或撓性模式。
[0031 ] 低頻撓性模式是FXl (第一撓性模式)。在FXl模式下，承載梁406上的扭矩推壓凹陷408，這導致滑動器410在水平面上前后平移。在FXl模式下，單獨撓性腿呈現第一彎曲(一個節點或拐點)，每個腿與相對腿異相地彎曲。高頻撓性模式是FX2 (第二撓性模式)。在FX2模式下，承載梁406的腿扭轉，這導致滑動器410偏離。在FX2模式下，單獨撓性腿呈現第二彎曲(兩個節點或拐點)，每個腿與相對腿異相地彎曲。每個腿在相反方向上的彎曲運動導致固定有滑動器410的撓性舌片偏離。為清楚起見，FXl和FX2模式可被更有效地描述為撓性腿彎曲模式。
[0032]對于每種模式，存在與振動頻率相關的共振增益。通過沿z高度420重新分配質量可以減小或控制這些共振增益。通過調整該質量，可以找到“零點”，因此，當進入這些撓性模式時，滑動器410不會移動。零點可定義為滑動器偏軌運動的最小值。在該最小值點，被觸發的撓性模式不會導致滑動器的偏軌運動。在低于和高于零點的數值上，撓性模式會使得增加滑動器的偏軌運動，這可在頻率響應傳輸函數中被定義為零極點或者零極共振。
[0033]根據一個實施例，質量分配可以通過使撓性腿遠離或朝向所述盤變形以使磁頭偏軌朝向零減小而實現。磁頭偏軌可被定義為滑動器內的讀/寫換能器距離軌道中心的偏差。對撓性腿姿態的形變參數的調整導致HGA撓性萬向件的豎直質量分布變化，并用于控制撓性腿彎曲模式的峰值增益以及所產生的滑動器410的偏離。撓性腿與撓性件分離，并根據特定實施例壓在滑動器之上或之下的平面上。
[0034]圖4A是根據實施例的承載梁組件和具有遠離盤變形的撓性腿412的HGA的分解側視圖。撓性腿412(用實心黑線表示)在給定點上向上彎曲進承載梁406的平面內。根據示例實施例，向上彎曲的特定位置可根據需要調整以控制撓性腿彎曲模式。
[0035]圖4B是根據實施例的承載梁組件和具有朝向盤變形的撓性腿414的HGA的分解側視圖。撓性腿414(用實心黑線表示)在給定點上遠離承載梁406的平面彎曲。根據示例實施例，向上彎曲的特定位置可根據需要調整，以控制撓性腿彎曲模式。
[0036]圖5是示出在不同的z高度下具有不同撓性形變的FXl最優化的圖表500。豎直軸是響應于給定輸入力函數的相對共振幅度，水平軸是z高度。在0.52mm的標稱z高度下，無形變的撓性件502導致共振移位響應的相對幅度大約是3nm。朝向盤為0.02mm形變深度的撓性件504導致共振移位響應的相對幅度大約是lnm。朝向盤為0.03mm形變深度的撓性件506導致共振移位響應的相對幅度大約是0.5nm。朝向盤為0.04mm形變深度的撓性件508獲得FXl共振的零點。重要的是，如圖5所示，具有正形變深度的撓性形變深度指的是撓性件朝向盤形變，從而朝向盤調整HGA撓性件的質量。
[0037]圖5說明了 FXl隨著z高度變化時的相對幅度，趨勢線502-508具有“V”形，具有相對幅度接近零的最小值。在圖5的示例中，通過朝向盤增加撓性腿形變至0.04可使該最小值朝向0.52mm的標稱z高度移位。由于FXl處于標稱z高度的條件，所以這與磁頭偏軌無關。
[0038]圖6是示出在不同的z高度下具有不同撓性形變的FX2最優化的圖表600。豎直軸是相對共振幅度，水平軸是z高度。因為存在關于FXl最優化以及FX2最優化的撓性腿形變實施例的靈敏度，所以圖6示出撓性腿朝向盤的形變在FX2模式下具有反向效應。在
0.52mm的標稱z高度610，無形變的撓性件602導致FX2共振的最小水平，而相同的形變用于最優化圖5的FXl共振。用于最優化圖5中的FXl的撓性形變降低了 FX2的共振性能；無形變導致FX2共振的最小水平。朝向盤為0.02mm的撓性形變深度604導致共振移位響應的相對幅度大約是lnm。0.03mm的撓性形變深度606導致共振移位響應的相對幅度大約是2nm。0.04mm的撓性形變深度為608導致共振移位響應的相對幅度大約是3nm。
[0039]圖7是示出在不同的撓性形變深度下，FX2共振(或幅度)之間關系的圖表700。通過調整z軸上的撓性高度(上/下，與z高度520相同的方向)，可以控制結構共振。在X軸上的零點，撓性腿位于所謂的“常規”位置。撓性腿從承載梁表面向上移動到固定有滑動器的滑動器舌片表面。向X軸右側移動，撓性腿朝向盤彎曲變形。向X軸左側移動，撓性腿遠離盤彎曲變形。根據一個實施例，可最優地通過使撓性腿遠離盤彎曲來控制FX2。使撓性腿保持在“常規”位置或者朝向盤彎曲是控制該特定結構共振的非最優位置。從圖7明顯看出，總體曲線圖近似為“U”形曲線，產生了使偏軌移動和響應幅度最小的“谷”。此外，類似于正向過大的情形，該谷之外的負向偏移導致偏軌移動增加。
[0040]在前述說明中，參照不同實施方式的各種具體細節描述了本發明的實施例。因此，本發明唯一且獨一的指示，并且是本發明的 申請人:所傾向的是由本申請得出的多組權利要求，在所述權利要求所要求的特定形式中包括之后任意的校正。在權利要求中包含的本文清楚設置的任何術語的定義應當規定了權利要求中使用的這類術語的含義。因此，權利要求中未清楚引用的限制、元素、特性、特征、優點或屬性不應當限制這類權利要求的范圍。因此，說明書和附圖應當認為具有闡釋性的而不是限制性的意義。
【權利要求】
1.一種硬盤驅動器，包括: 磁頭，附接到滑動器； 盤，旋轉地安裝在主軸； 驅動電機，具有附接到所述主軸的電機軸，并用于旋轉所述盤； 音圈電機，構造成移動所述磁頭以訪問盤的各部分；以及 撓性件，附接到滑動器，包含磁頭萬向組件(HGA)，其中所述撓性件通過撓性腿附接到懸臂組件，所述撓性腿與所述撓性件分離并以彎曲的形式變形，使得HGA的質量沿著豎直軸重新分配。
2.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿遠離所述盤彎曲變形。
3.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿朝向所述盤彎曲變形。
4.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿的彎曲部分的弧段是對稱的。
5.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿的彎曲部分沿X軸朝向安裝板彎折。
6.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿的彎曲部分朝向HGA的遠端彎折。
7.如權利要求1所述的硬盤驅動器，其中所述撓性件包括不銹鋼。
8.如權利要求2所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿遠離所述盤的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
9.如權利要求8所述的硬盤驅動器，其中所述共振增益包括第二撓性模式(FX2)。
10.如權利要求3所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿朝向所述盤的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
11.如權利要求10所述的硬盤驅動器，其中所述共振增益包括第一撓性模式(FXl)。
12.—種硬盤驅動器，其包括: 磁頭，附接到滑動器； 盤，旋轉地安裝在主軸上； 驅動電機，具有附接到主軸的電機軸，并用于旋轉所述盤； 音圈電機，構造成移動磁頭以訪問所述盤的各部分；以及 撓性件，附接到滑動器，包括磁頭萬向組件(HGA)，其中所述撓性件分為第一和第二部分，第一部分以彎曲的形式成形，使得HGA的質量在彎曲方向上重新分配。
13.如權利要求12所述的硬盤驅動器，其中所述第一部分的形狀朝向所述盤彎曲。
14.如權利要求13所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿朝向所述盤的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的第一撓性模式的幅度。
15.如權利要求12所述的硬盤驅動器，其中所述第一部分的形狀遠離所述盤彎曲。
16.如權利要求15所述的硬盤驅動器，其中所述撓性腿遠離所述盤的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的第二撓性模式的幅度。
17.一種磁頭萬向組件(HGA)，包括: 磁頭，附接到滑動器，所述滑動器聯接到撓性萬向組件； 承載梁組件，附接到所述滑動器；以及 懸臂，通過撓性腿附接到所述撓性萬向組件，其中所述撓性腿彎曲從而HGA的質量沿豎直軸向上重新分配，使得所述撓性腿的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
18.如權利要求17所述的磁頭萬向組件，其中所述共振增益包含第二撓性模式(FX2)。
19.如權利要求17所述的磁頭萬向組件，其中所述撓性腿彎曲從而HGA的質量沿豎直軸向下重新分配，使得所述撓性腿的彎曲減小了在硬盤驅動器操作期間與HGA相關的共振增益的幅度。
20.如權利要求19所 述的磁頭萬向組件，其中所述共振增益包括第一撓性模式(FXl)。
【文檔編號】G11B5/48GK103544966SQ201310478346
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2012年7月11日
【發明者】K·C·陶, S·P·威廉斯 申請人:Hgst荷蘭公司