CN101276590A - 带有双层挠性件基部的悬臂 - Google Patents

带有双层挠性件基部的悬臂 Download PDF

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CN101276590A CNA2008100874217A CN200810087421A CN101276590A CN 101276590 A CN101276590 A CN 101276590A CN A2008100874217 A CNA2008100874217 A CN A2008100874217A CN 200810087421 A CN200810087421 A CN 200810087421A CN 101276590 A CN101276590 A CN 101276590A
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Abstract

本发明涉及带有双层挠性件基部的悬臂。披露了带有改进的温度敏感性的挠性件。本发明的实施例包括双层挠性件，该双层挠性件在变化的温度下将读/写元件升高或降低的距离近似等于突出和缩回的距离。

Description

带有双层挠性件基部的悬臂
技术领域
本发明涉及硬盘驱动器。更特定地，本发明涉及带有双层挠性件基部的悬臂设计。
背景技术
硬盘驱动器是通用的信息存储设备，基本上包括一系列由磁性读取和写入元件可访问的可旋转盘。这些一般地已知为变换器的数据传递元件典型地由滑块体承载且嵌入在滑块体内，滑块体保持为在形成在盘上的离散的数据道的上方紧邻相对位置，以允许执行读取或写入操作。为正确地将变换器相对于盘表面定位，形成在滑块体上的空气支撑表面(ABS)经历了流体空气流动，这提供了足够的升力以将滑块和变换器“浮”在盘的数据道上方。磁盘的高速旋转生成了在大体上平行于盘的切向速度的方向上沿其表面的空气流动或风的流。空气流动与滑块体的ABS协作，这使得滑块能浮在回旋的盘上方。实际上，悬臂的滑块物理上与盘表面通过此自促动的空气支撑分离。滑块的ABS一般地构造在面向旋转盘的滑块表面上，且很大程度上影响了其在多种条件下浮在盘上方的能力。
在ABS设计中的一些主要的目标是使滑块及其伴随的变换器尽可能靠近旋转的盘的表面浮起，且均匀地维持恒定的靠近距离而与变化的浮起情况无关。空气支撑的滑块与回旋的磁盘之间的高度或分开间隙通常限定为浮起高度。一般地，已安装的变换器或读/写元件仅在旋转盘的表面上浮起大约数个纳米。滑块的浮起高度视作影响已安装的读/写元件的读取和记录能力的最关键的参数之一。例如，降低或具有相对小的浮起高度具有许多优点。相对小的浮起高度允许变换器实现不同的数据位位置和从盘表面上的紧靠地限定区域发出的磁场之间的更好的分辨率。同样，低浮起的滑块已知提供了磁盘的改进的高密度记录或存储容量，该容量一般由变换器和磁介质之间的距离限制。窄的分离间隙的结果是允许记录或读取波长更短的信号。同时，随着利用了相对小但功能强大的盘驱动器的轻量和紧凑的笔记本型计算机的日益流行，对于带有较低的浮起高度的日益减小的滑块体的需求持续增长。
也可见，恒定浮起高度提供了希望的益处，这可以更容易地通过特定的ABS设计实现。已知浮起高度的波动不利地影响了伴随的变换器或读/写元件的分辨率和数据传递能力。当浮起高度相对地恒定时，被记录或读取的信号的幅度不很大程度地变化。另外，浮起高度的改变可能导致滑块组件和旋转的磁盘之间的意外接触。滑块一般地考虑为直接接触滑块、伪接触滑块或浮起滑块，这描述了滑块与旋转盘的意图中的接触。与滑块类型无关，经常希望避免与回旋的磁盘的表面的不必要的接触，以降低滑块体和盘上的磨损。记录介质的恶化或磨损导致所记录的数据的损失，而滑块磨损也可能导致变换器或磁性元件的最终故障。
为使得ABS在变化的情况中稳定地且可靠地浮起，必须考虑支承ABS的悬臂的许多参数。例如，悬臂系统将具有垂直刚度(Kz)、摆动俯仰(Kp)、轧辊刚度(Kr)和摆动静态姿态(俯仰/滚动静态姿态，PSA/RSA)，它们都将影响ABS的浮起行为。悬臂设计的现有技术集中于最小化例如温度和湿度的环境条件对这些参数的影响。存在实现稳定浮动高度的改进的方法的需求。
发明内容
与试图于最小化不同环境条件的影响不同，本发明的一个实施例提倡设计这样的悬臂系统，即其中由悬臂的一个元件所经历的改变将抵消由不同的元件所经历的改变，因此导致浮起高度无净改变。
在现有技术中已知的挠性件由单个的材料制成，典型地由不锈钢制成。在本发明的一个实施例中，以两种不同材料制成的双层挠性件用于改进滑块浮起高度对温度的敏感性。带有不匹配的热膨胀系数的成对材料可能导致当温度改变时挠性件在滑块和读/写元件上施加向上或向下的力。悬臂设计可以使用此向上或向下的力来抵消由温度变化导致的读/写元件的任何突出或缩回，因此实现了在宽范围的温度内的大体上恒定的浮起高度。
附图说明
图1是带有双层挠性件基部的悬臂设计的三维表示，
图2是带有在旋转盘上方浮动的滑块的悬臂设计的三维表示，
图3a至图3c是带有双层挠性件基部的悬臂设计的二维表示，
图4a至图4b是带有双层挠性件基部的悬臂设计的替代的二维表示。
具体实施方式
图1是悬臂的部分的三维表示，悬臂带有载荷梁110、挠性件120和带有到挠性件的电终端140的滑块130。滑块130具有嵌入在其后缘150内的读/写元件。图2示出了在磁盘204的表面上方浮起的头滑块230的替代视图。滑块230在盘240的表面上方在空气垫上浮置，空气垫由盘204的旋转生成。滑块230通过挠性件220连接到载荷梁210，且滑块在其后缘处包含读/写元件201。
滑块体230可以由陶瓷材料制成，而读/写元件201将典型地由金属材料制成。金属材料典型地具有比陶瓷材料更大的热膨胀系数，这意味着温度改变可能导致读/写元件201相对于滑块体230收缩或突出。如在图2中图示，挠性件220防止滑块刚性地接附到载荷梁210。挠性件220典型地由不锈钢制成，这意味着它们在温度改变时也将热膨胀或收缩。本发明的实施例利用了挠性件220，该挠性件在经历热膨胀或收缩时将降低或升高滑块体230，降低或升高的量抵消了读/写元件201的收缩或突出的量，因此实现了大体上恒定的浮起高度。
本发明的实施例使用了由两种带有不同热膨胀系数(CTE)的不同材料制成的双层挠性件基部。下表给出了可以使用在挠性件的层内的材料中的一些的样本以及它们的相关特性。
  SST   Au   Pt   钛合金   不胀钢   Al
  E(Gpa)   178.5   77.2   171   110   148   70
  υ   0.32   0.42   0.39   0.33   0.23   0.33
  ρ(g/cc)   8.072   19.32   21.45   4.7   8.05   2.7
  CTE(ppm/℃)   17.2   14.4   9.1   8.7   1.3   24
  PSA改变(min/℃)   -0.09   -0.38   -1.36   -1.13   -2.28   0.58
当选择用于挠性件基部的材料时，除考虑材料的CTE外，必须考虑如下的所有因素，例如材料的杨氏模量(E)、泊松比(υ)、密度(ρ)和俯仰静态姿态(PAS)。例如，当选择材料时，通常选择非吸收性的且因此不随湿度的增加而膨胀的聚合物。
图3a至图3c是带有双层挠性件的悬臂设计的二维图示。绘图不按比例，且元件的相对位置的改变被夸大以更清楚地示出本发明的方面。由两个不同材料320a和320b制成的挠性件320在后缘处支承了带有读/写元件310的滑块302。由回旋的盘304造成的空气流动330将滑块302在盘304上方升起到标称浮起高度306。
图3b示出了读/写元件310可能在较高的温度下经历的作为热膨胀效应308的结果的改变。温度增加导致读/写元件310的极尖端向盘突出附加的量312。极尖端和盘之间的净间距314等于标称浮起高度306减去附加量312。
图3c示出了本发明的实施。通过使用带有两个具有不同CTE的不同材料的双层挠性件，极尖端的突出可以被双层挠性件320造成的升力抵消。
图4a至图4b示出了连接到挠性件420的滑块402的替代的二维视图。与图3a至图3c系统相同，绘图不按比例，且元件的相对位置改变被夸大以更清楚地示出本发明的方面。挠性件是双层的，带有由一种材料制成的第一层420b和由不同的材料制成的第二层420a。第一层420b是邻近滑块402的侧。第二层420a的CTE小于第一层420b的CTE。图4a示出了处于高温下的挠性件和滑块。在升高的温度下，第一层420b将比第二层420a膨胀更多，从而造成了在箭头430a示出的方向上的转矩。转矩将导致升力，升力将滑块体402相对于盘404升起。
图4b示出了处于低温下的挠性件420和滑块402。在降低的温度下，第一层420b将比第二层420收缩更多，从而造成了在箭头430b示出的方向上的转矩。转矩将导致滑块402相对于盘404降低。
基于第二材料420的类型和图案，挠性件可以设计为其中转矩将滑块402升起近似等于任何由热膨胀所导致的突出的量，且将滑块降低近似等于任何由热收缩导致的缩回的量，因此提供了在变化的温度下实质上恒定的浮起高度。在此一般方法中的数个变化是可以的，以实现PSA以及其他需要优化的参数的希望的热敏感性。
在最简单的结构中，第二层可以制成为符合第一层，即挠性件基部的一侧完全地由均匀厚度的相同的第二层覆盖。在更复杂的结构中，第二层可以制成为覆盖挠性件基部的一侧上的选择的区域。用于第二层的带图案设计提供了实现希望的热敏感性的附加的方法。另外，两个层的厚度可以从一个位置到下一个位置变化，从而添加另外水平的控制，以实现优化的热敏感性以及其他参数。
至于可如何生产这样的基于双层的挠性件，存在多种可用的方法。一个方法是使用双层坯板以替代在现有技术中使用的单层板。另一个方法是将第二层沉积在单层板的一侧上。第二层的沉积可以通过镀覆或多种真空沉积方法完成。在任一方法中，第二层的构图案可以通过选择性蚀刻或沉积完成。
提供了对实施例的本描述，以使得本领域一般技术人员能制成和使用本发明。这些实施例的多种修改将对于本领域一般技术人员显见，且在此限定的基本原理和特定例子可以应用于其他实施例而不使用创造性的能力。例如，以上所讨论的不同的实施例的特征的一些或全部可以从实施例中删除。因此，本发明不意图于限制于在此所述的实施例，而是根据仅由如下的权利要求书及其等价物限定的最广泛的范围。

Claims (12)

1.一种盘驱动器，包括：
适合于旋转的盘；和
挠性件，包括：
包括带有第一热膨胀系数的第一材料和带有第二热膨胀系数的第二材料的挠性件主体；
带有联接到挠性件的读取和写入元件的空气支撑表面。
2.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中当温度升高时，挠性件将读取和写入元件从盘升离。
3.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中当温度降低时，挠性件将读取和写入元件向盘降低。
4.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中挠性件构造为将读取和写入元件升起的距离近似等于由温度升高导致的读取和写入元件的突出。
5.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中挠性件构造为将读取和写入元件降低的距离近似等于由温度降低导致的读取和写入元件的缩回。
6.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中挠性件是双层的且空气支撑表面联接到第二材料。
7.根据权利要求6所述的盘驱动器，其中第一热膨胀系数小于第二热膨胀系数。
8.一种挠性件，包括：挠性件主体，挠性件主体包括第一和第二材料，其中第一材料的热膨胀系数与第二材料的热膨胀系数不同。
9.根据权利要求8所述的挠性件，其中挠性件主体构造为在温度改变时弯曲。
10.根据权利要求8所述的挠性件，其中第二材料在第一材料顶上符合地形成层。
11.根据权利要求8所述的挠性件，其中第二材料在第一材料顶上按图案地形成层。
12.根据权利要求8所述的挠性件，其中第一或第二材料从包括SST、金、铂、钛合金、不胀钢和铝的组中选择。
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