CN1265218A - 用于磁头万向组件的改进型悬置设计 - Google Patents

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Abstract

一种用来相对于盘片(12)的表面来支承滑动件(20)的万向弹簧(38)。所述万向弹簧(38)包括自万向弹簧(38)的一基座延伸出来的两对置的挠性臂(48,50),挠住臂(48,50)设计得可以支承滑动件(20),所述滑动件借助一安装用凸耳(54)与万向弹簧(38)相连,以相对于盘片(12)表面倾斜和滚动。挠性臂(48,50)由从基座延伸出来而形成一固定端和一延伸端的细长部分形成。挠性臂(48,50)包括一位于固定端和延伸端之间、质量减轻的中间部分,其质量小于固定端和延伸端的质量。质量减轻改善了万向弹簧(38)的工作特性。

Description

用于磁头万向组件的改进型悬置设计
                            本发明的背景
本发明涉及一种盘片驱动组件。具体地说，本发明涉及一种用来相对盘面来支承一磁头的改进型悬置设计，
众所周知盘片驱动系统可在盘片驱动器工作过程中从一盘面上读取数据。这种盘片驱动系统包括传统的磁盘驱动器和光盘驱动系统。光盘驱动系统是借助一用来从盘面上读取数据的光学组件、将一激光束聚焦在一盘面上来进行工作的。盘片借助一主轴电动机而旋转以使盘片驱动器工作，从而对各盘片进行定位，以便从盘面上读取数据或将数据写入各选定位置。
已知的光学组件包括一物镜和一定位在物镜和盘面之间的固体浸没透镜(SIL)。所述SIL被定位得非常靠近盘片的数据面，并且在于1992年6月30日授予C.Orle等人的美国专利No.5,125,750和于1996年3月5日授予Mamin等人的美国专利No.5,497,359中有所描述。在这些光学系统中，利用一物镜将一激光束聚焦在所述SIL上。所述SIL最好是被携带在一滑动件上，并且所述滑动件靠近盘面设置。采用一SIL可以提高存储密度。
所述滑动件通常是由一种透明材料制成的，并且包括一空气支承面，以在所述盘面上方浮飞。所述滑动件包括一前缘和一后缘。盘片的旋转在所述滑动件的前缘下方产生一流体动态提升力，以将所述滑动件的前缘提升起来以便以一种已知方式在所述盘面上方浮飞。所述滑动件最好能以一正倾斜角度浮飞，即，所述滑动件的前缘离开盘面浮飞的距离要大于滑动件后缘离开盘面所浮飞的距离。
所述滑动件和SIL借助一包括一承重梁和万向弹簧36的悬置组件而被支承在所述盘面上方。所述滑动件借助万向弹簧与承重梁相连。所述承重梁借助一加载按钮将一负荷力施加于所述滑动件上。所述加载按钮具有一轴，所述滑动件可借助万向弹簧而围绕该轴倾斜和滚动。所述滑动件最好在倾斜和滚动方向是具有弹性的，从而能使所述滑动件追随所述盘片的表面地形。较佳的是，万向弹簧在平面内方向最好是坚硬的，以保持滑动件在平面内的精确定位。
所述万向弹簧的挠性可以使空气支承滑动件当滑动件在盘面上方浮飞时发生倾斜和滚动。如同对于光盘驱动系统已知的那样，重要的是保持SIL和滑动件相对于盘面的接近程度，以保持光适度地聚焦在所述盘面上。重要的是，所述包括承重梁和万向弹簧在内的挠性系统应该设计得能在盘片驱动系统工作过程中稳定且准确地支承所述SIL。而且在一磁-光(M-O)系统中，一磁换能元件携带在所述滑动件上，以将数据写入所述盘面。在M-O系统工作过程中，相对于盘面准确地支承和定位所述磁换能元件也是很重要的。
一致动机构与所述悬置组件相连，以相对于选定的盘片位置来定位SIL，以便使所述盘片系统工作。在悬置系统的移动过程中，作用力可通过所述承重梁和万向弹簧而传递以使所述滑动件移动。所述致动机构、空气支承面和主轴电动机的运作可将外部振动传给所述滑动件和悬置组件。根据包括万向弹簧和承重梁在内的所述悬置组件的质量和刚度，外部振动可使所述承重梁和万向弹簧以一共振频率发生振动，因此，可将输入运动或外部振动可以显著放大，从而使得滑动件相对于盘面浮飞特性不稳定且不对准。
悬置组件和滑动件的外部振动或激励可使所述滑动件和悬置组件的运动发生变化。根据激励力的性质和频率，所述滑动件和悬置组件可能会发生扭转波模共振、摇摆波模共振和弯曲波模共振。扭转波模运动与悬置组件围绕一平面内轴线的旋转或扭转有关。弯曲波模共振基本上是与悬置组件相对于盘面的上/下运动有关。摇摆波模振动与平面内侧向运动和扭转有关。重要的是限制共振运动以确保SIL具有稳定的浮飞特性。具体地说，重要的是控制扭转和摇摆波模共振，因为它们会使滑动件作横向运动，从而使得磁头不对准。
悬置组件作扭转和摇摆波模共振的共振频率与所述悬置系统的刚度或弹性和质量有关。因此，最好是能设计出这样一种悬置系统，它能将摇摆波模和扭转波模共振的影响限制在盘片驱动器的工作频率内，同时可以提供一悬置设计，它能使所述滑动件相对于加载按钮倾斜和滚动，所述加载按钮具有相对较高的侧向硬度和刚度，以使所述滑动件能沿偏转轴线保持精确的平面内定位。
                            本发明的概述
本发明涉及一种用来相对于盘面支承一滑动件的万向弹簧。所述万向弹簧包括：从万向弹簧的一基座延伸出来的对置挠性臂。所述挠性臂设计得能借助一安装用凸耳将一与所述万向弹簧相连的滑动件支承住，以相对于盘面倾斜和滚动。所述挠性臂由从所述基座延伸出来而形成一固定端和一延伸端的细长构件构成。所述挠性臂包括一位于所述固定端和延伸端之间的中心部分，所述中间部分的质量小于固定端和延伸端的质量。
这种设计能改善质量和刚度的分布，从而可以使挠性臂端部具有足够的刚度，同时还可以为万向弹簧提供更理想的共振特性。挠性臂的固定端和延伸端具有足够的厚度，从而可以提供足够的平面内刚度来支承滑动件。具体地说，质量减轻的中心部分可以为盘片驱动系统的工作提供更理想的共振特性，并且可以使滑动件相对于加载点倾斜和滚动。
                        附图简要说明
图1是用来说明一光存储系统的工作情况的示意图。
图2是一携带有一SIL的滑动件的平面图。
图3是用来支承一滑动件的本发明悬置组件的一实施例的俯视平面图。
图4是本发明万向弹簧的一实施例的俯视平面图。
图5是沿图3中线5-5截取的剖视图。
图6是沿图3中线6-6截取的剖视图。
应予理解的是，这些附图是为了说明的目的，因此，不必按比例示出。
                        较佳实施例的具体描述
图1是根据本发明一实施例的、采用固体浸没透镜(SIL)的光存储系统的简化示意图。光学系统10包括一光盘12，所述光盘具有一可携带光编码信息的数据面。光盘12可围绕主轴14旋转并可由一安装在基座18上的主轴电动机16所驱动。一滑动件20借助致动机构22相对于盘面12被可动地支承住。
滑动件20支承住一用来将一光系统的激光束聚焦在所述盘面上的SIL 24，以读取光编码信息。致动机构22最好包括一音圈电动机26。滑动件20借助一悬置组件28与所述音圈电动机相连接。所述光系统包括一最好与致动机构22相连并由此可工作的光度头30。光度头30包括一激光束，所述激光束以一种已知方式借助SIL 24聚焦在所述盘面上，以使所述光盘驱动系统进行工作。
图2示出了滑动件20和SIL 24的构造。较佳的是，所述滑动件由一种透明材料制成，诸如立方氧化锆。SIL 24粘结于滑动件20上，或者，滑动件20和SIL 24可以通过对一块晶体进行机加工由一整体材料制成。例如，一体式的SIL 24和滑动件20可以用一种已知方式注射模制诸如可从市场上买到的聚碳酸酯之类的一块透明材料而形成。滑动件20包括一上表面31和一下空气支承表面32(在图2中所述表面是不可见的)，所述空气支承表面以一种已知方式形成，从而能以一种已知方式藉助光盘12的旋转而将一流体动态提升力作用于滑动件20和透镜24上。
滑动件20由一可操作地与所述致动机构相连的悬置组件28所支承。具体地说，如图3所示，所述悬置组件包括一承重梁34、一安装板36和一万向弹簧38。安装板36借助柱杆39以一种已知方式与致动机构22相连。较佳的是，承重梁34由一种细长的柔性材料制成，它包括侧轨40和一在承重梁34的延伸端具有加载按钮42(在载重凸耳41的下表面上)的载重凸耳41。侧轨40可提供横向和弯曲刚度，并且是一可将各电线连接于滑动件20的装置。
万向弹簧38与承重梁34相连，并且可相对于加载按钮42将滑动件20支承住。所述滑动件与万向弹簧38相连，这样，加载按钮42就可以将负荷力作用于所述滑动件的上表面31上，并且还可以形成一万向枢轴，滑动件20可围绕该万向枢轴相对于盘面倾斜和滚动。滑动件20的下空气支承表面32(未示)面朝着所述盘面，这样，盘片12的旋转运动就可以提供一流体动态提升力，从而可以将滑动件20在盘面上浮飞，以读取数据并将数据写入盘面上。负荷力与流体动态提升力相抵消，以便在盘片驱动器工作过程中能为滑动件20提供一恒定的浮飞高度。在盘片驱动器工作过程中，重要的是保持滑动件20的浮飞高度稳定，并使其靠近盘面。
所述悬置组件的万向弹簧可以使滑动件20相对于枢转点倾斜和滚动，从而可以使滑动件20追随盘面的地形。虽然所希望的是使滑动件20倾斜和滚动，但是，较理想的是保持平面内或横向刚度，以限制滑动件相对于盘面的横向运动，从而可以进行理想的跟踪。因此，最好是有一种能限制滑动件横向运动的悬置组件(包括万向弹簧38在内)。
在工作过程中，致动机构22可使所述悬置组件移动，以将滑动件20和SIL24相对于指定位置定位在所述盘面上。由于所述悬置系统是一机械系统，因此，该系统具有一定的共振频率，在该共振频率之下可将外部运动或振动放大。因此，根据包括滑动件20在内的悬置组件的结构，外力的频率可以与所述悬置系统的共振频率相一致，从而可以将外部运动放大。与扭转波模共振和摇摆波模共振相对应的所述悬置系统的振动可以影响滑动件20相对于盘面的精确定位。典型激励力的频率是相当低的，小于10,000赫兹。因此，较理想的是设计这样一种悬置组件，它能有效分布质量和刚度以控制悬置系统的共振，同时还能提供理想的平面内刚度和浮飞以及工作特性。
图3所示的悬置组件示出了用来支承滑动件20的本发明万向弹簧38的一实施例。如图所示，万向弹簧38包括：一细长部分46；挠性臂48、50；横梁52；以及安装用凸耳54。细长部分46的一部分形成一可将万向弹簧38牢固地固定于承重梁34的下表面的安装部。臂48、50自细长部分46延伸出来。横梁52与挠性臂48、50的延伸端相连，安装用凸耳54从其上延伸入间隙55内，所示间隙形成在两隔开的挠性臂48、50之间。
所述滑动件包括一前缘56和一后缘57，所述前缘和后缘之间的距离确定了所述滑动件的纵向延伸长度。滑动件20的纵向延伸长度足以容纳SIL24，并足以提供一用来将万向弹簧38安装于滑动件20的上表面31的表面，并能提供足够大的表面积，为加载按钮42提供一接触表面，以便将一负荷力施加于滑动件20的上表面31上，并能容纳电线终端焊接点58、59，用来以一种已知方式将一用于写入数据的磁换能器(未示)与一用于磁光系统的盘面电连接。SIL 24朝着所述滑动件的后缘57定位，这样前缘56和SIL 24之间的尺寸就大于后缘57和SIL 24之间的纵向长度。前缘56和SIL 24之间的长度足够大，从而可以朝着滑动件20的中心施加一负荷力，并且可以提供足够大的表面积来容纳电线终端焊接点58、59。
较佳的是，在图3所述的万向弹簧38的设计中，对齐安装用凸耳54以与所述滑动件的后缘57相连。安装用凸耳54由一自横梁52延伸出来的相对较短的部分构成，以沿着滑动件后缘57和SIL 24之间的相对较短的纵向长度与滑动件后缘相连。安装用凸耳54由一成形面60构成，所述成形面设计得与透镜24的形状相符。成形面60可以将安装用凸耳54定位在紧靠SIL 24的地方，以使粘结区域为最大，同时可使安装用凸耳54的长度为最小；因此，缩短了容纳安装用凸耳54所需的万向弹簧38(即，挠性臂48、50)的长度。
正如前文描述的那样，本发明的滑动件20最好是设计得使前缘56和SIL 24之间的长度足够大，这样当万向弹簧38与承重梁34相连且滑动件20与万向弹簧38相连时，前缘和SIL之间有足够的长度，从而可以将加载按钮42靠近在滑动件20的中心位置定位，并且可以有用于电线终端焊接点58、59的面积。如果没有足够大的面积，SIL 24将限制加载按钮42朝着滑动件20的中心的位置。较佳的是，加载按钮42藉助蚀刻方法制成。与利用传统方法形成的凹座相比，利用蚀刻方法制成的加载按钮或凹座42需要较小的表面积来形成所述凹座。因此，藉助蚀刻方法制成的加载按钮42限制了加载凸耳所需的表面积，以相对于滑动件20提供较理想的负荷力位置，并能提供足够大的表面积，从而能相对于滑动件20的上表面31来安装安装用凸耳54和电线终端焊接点58、59。
如图所示，挠性臂48、50最好由隔开对齐的细长部分构成，并包括固定端61和延伸端62。固定端61与细长部分46相连接，并且大体上朝着滑动件20的前缘对齐。延伸端62位于细长部分另一端与固定端61隔开，并且大体上位于滑动件20的后缘57的附近。如前文描述的那样，横梁52连接在彼此隔开的挠性臂48、50的延伸端62之间，以对粘结于滑动件20的后缘的安装用凸耳54加以支承。如前文描述的那样，在图示的万向弹簧的设计中，由于不需要附加长度来容纳一较长的安装用凸耳54，因此，固定端61和延伸端62之间的所需长度可利用被缩短的安装用凸耳54而减至最小。
挠性臂48、50最好由平面部分构成，它们沿着挠性臂48、50的长度方向具有大体均匀的厚度。在图3所述的万向弹簧38的实施例中，挠性臂是设计得沿挠性臂48、50的延伸方向、在固定端61和延伸端62之间具有一变化的宽度。具体地说，挠性臂48、50的宽度在固定端和延伸端之间的中间部64处有所减小，而在端部61和62处具有足够的宽度，以便为挠性臂48、50提供足够的刚度，以限制平面内或其它不希望的运动。
挠性臂48、50的宽度沿中间部分64有所减小可以减轻沿挠性臂48、50的中间部分的挠性臂48、50的质量。减轻沿中间部分64的质量可以增加某些共振波模频率。具体地说，在图3所述的设计中，虽然质量减轻可能会降低摇摆波模共振，但是，它通常会增大扭转和弯曲共振模频率。在本发明中，沿中间部分64来减轻质量，可以将扭转和弯曲共振模频率提高到一更理想的工作范围。虽然质量减轻会降低摇摆波模共振频率，但是，质量有所减轻的万向弹簧的摇摆波模频率是可接受的，这样，盘片驱动系统以正常工作频率进行工作时，摇摆波模共振就不会显著地影响SIL 24或磁换能器构件的位置。因此，挠性臂的设计可对质量和刚度进行分布，以优化所述悬置组件的共振和刚度特性。
较佳的是，宽度减小部分的中心大体上是位于SIL 24的中心位置附近以及加载按钮42的位置的末端。因此，宽度减小部分可以降低位于加载按钮42未端的中间位置的挠性臂48、50的刚度，以使滑动件20能相对于加载按钮42倾斜和滚动，同时能在挠性臂48、50的端部提供足够大的刚度，以限制平面外运动并提供侧向刚度。
较佳的是，固定端61的宽度大于延伸端62的宽度，以在万向弹簧38与承重梁34的连接处提供侧向刚度。较佳的是，在图3所示的实施例中，挠性臂48、50自固定端61起、朝着延伸端62逐渐变细，并且相对于滑动件20和SIL24的宽度而言，彼此之间隔开一最小间距，以提供刚度，从而能限制万向弹簧38和滑动件20的平面内运动。
较佳的是，如图3所示的实施例中示出的那样，挠性臂48、50是设计得由一向内弯曲的外缘66和一内外弯曲的内缘68构成一砂漏形状。因此，内缘和外缘形成一大体呈砂漏的形状，并具有一质量有所降低的中间部分和具有理想刚度所需的足够宽度的端部(即，固定端和延伸端)。所形成的形状可以对质量和刚度加以分布，以改进共振和刚度特性。
图4是万向弹簧38的平面图，它示出了本发明万向弹簧38的一较佳实施例的形状。所示出的各尺寸都是以中心线70和基线72为基准。中心线70将万向弹簧38分成两半，每一半与另一半镜像对称。基线72是自一工具孔74开始的基准线，所述工具孔相对于承重梁38对齐，这样就可以使加载按钮42相对于与万向弹簧38相连的滑动件20正确对齐。如图4所示，自基线72开始，细长部分46的宽度沿基准长度A是不变的，随后沿着弧线B向外弯曲。细长部分46的宽度沿长度C-A、从长度A扩大到离中心线70为D的宽度。较佳的是，A为0.0488英寸，B是一为0.05英寸的半径，C为0.1312英寸，D为0.1074英寸。
挠性臂48、50大体上是在坐标C处从细长部分延伸至延伸端62。挠性臂48、50由内缘、外缘66、68形成。外缘66包括一由半径为E的弧线确定的向内弯曲部分，所述半径E的中心距离中心线70的坐标尺寸为F，距离基线72的坐标尺寸为G。内缘68包括由半径为H的弧线确定的向外弯曲部分，所述半径H的中心距离中心线70的坐标尺寸为I，距离基线72的坐标尺寸为J。较佳的是，E是一为0.476英寸的半径，F约为0.554英寸，G约为0.296英寸。较佳的是，H是一约为0.496英寸的半径，I约为0.433英寸，J约为0.232英寸。
如图4所示，挠性臂48、50的固定端61包括分别由标号K和L示出的内弧形边缘和外弧形边缘。较佳的是，K的曲率半径为0.075英寸，L的曲率半径为0.035英寸。挠性臂48、50的延伸端62包括分别由标号M和N示出的内弧形端部和外弧形端部。较佳的是，M的曲率半径为0.020英寸，N的曲率半径为0.0050英寸。
如前文中描述的那样，较佳的是，安装用凸耳54具有一相对较短的纵向长度。图中所示的用于安装用凸耳54的纵向长度的较佳值是相对于基线72为O、P和Q。具体地说，O-Q之间的长度确定了安装用凸耳54的纵向长度，P-Q之间的长度是由安装用凸耳54的成形面60所形成的两对置的侧向凸耳78的纵向长度。较佳的是，坐标O约为0.3321英寸，坐标P约为0.3182英寸，坐标Q约为0.3017英寸。
安装用凸耳54的宽度是用相对于中心线70的坐标R表示，侧向凸耳78的宽度为R-S。坐标S是以中心线70为基准的。较佳的是，坐标R约为0.0390英寸，坐标S约为0.0225英寸。万向弹簧38的长度是用相对于基线72的坐标F表示，最好为0.3631英寸。较佳的是，万向弹簧38由一厚度约为0.0015英寸的平面构件构成，并由不锈钢材料制成。
图5是沿图3中线5-5截取的剖视图，它示出了加载按钮42。如图所示，加载按钮42是利用一种如前文中提到的蚀刻方法而制成的，对加载凸耳41的下表面上的材料进行蚀刻，以形成一凹座，然后利用已知的制造技术对加载凸耳41的上表面82进行压制，以形成凹部84和延伸的加载按钮42。开口86(如图3所示)有助于压制形成凹部84，以形成延伸的加载按钮42。
图6是沿图3中线6-6截取的剖视图，它示出了横梁52。如图所示，横梁52经压制成形，而形成一凸起部88，该凸起部被凸起以位于万向弹簧的挠性臂48、50的平面上方的一平面内。这种设计可以使滑动件20在一理想平面内与万向弹簧相连接。
虽然以上已结合较佳实施例对本发明作了描述，但是，本技术领域的那些熟练人员可以认识到的是，还可以对本发明作出形式和细节上的改变，而不会背离本发明的精神和保护范围。具体地说，虽然改进型万向设计是结合一光盘系统来描述的，但是，本发明的用途不限于光系统，所述万向弹簧还可以用来支承一带有传统磁头的滑动件。此外，本发明的万向弹簧并不限于图中示出的特定实施例。例如，万向弹簧的尺寸可以有所改变，而且本发明并不局限于改变挠性臂的宽度以获得一中间减轻质量部分。

Claims (13)

1.一种适于相对于盘片来支承一滑动件的悬置组件的万向弹簧，其特征在于，它包括：
一基座；
从所述基座延伸出来的、对置隔开的挠性臂，所述挠性臂由具有两对置端部和一位于其间的中间部分的细长部分形成，所述挠性臂的中间部分的质量小于挠性臂两端部的质量；以及
一用来支承一滑动件的凸耳，所述凸耳与对置的挠性臂可操作地连接。
2.一种适于相对于一盘面来支承一滑动件的悬置组件，其特征在于，它包括：
一适于与一致动机构可操作地连接的承重梁，所述承重梁包括一加载凸耳，所述加载凸耳具有一自所述承重梁的延伸端延伸出来的加载按钮；
一万向弹簧，所述万向弹簧包括一相对于所述承重梁的延伸端可操作地连接的基座；
自所述基座延伸出来的两对置的、彼此隔开的挠性臂，所述挠性臂由具有两对置端部和一中间部分的细长部分形成，所述中间部分的质量小于挠性臂两对置端部的质量；以及
一用来支承一滑动件的凸耳，所述凸耳与对置的挠性臂可操作地连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一横梁支承和延伸在所述挠性臂的延伸端之间，所述凸耳与之可操作地连接，以支承所述滑动件。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸耳由一纵向长度相对较短的部分构成。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述万向弹簧适于支承一光学透镜用的滑动件，以在所述盘面上方浮飞，以使一光盘组件工作。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述安装用凸耳包括一其形状与一透镜的形状相符的表面，所述透镜与滑动件可操作地相连，用来使所述安装用凸耳紧邻透镜安置。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述挠性臂由大体平面的部分构成，所述平面部分具有一变化的宽度，以形成一质量减轻部分和一刚度增大部分。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述挠性臂大体呈弧形的砂漏形状，以形成所述中间部分，所述中间部分自两对置端部起质量有所减轻。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述挠性臂的一固定端与所述基座相连，一对置端部形成一延伸端，所述固定端的宽度大于所述延伸端的宽度，为所述万向弹簧提供刚度。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述挠性臂在挠性臂的固定端和延伸端之间向内逐渐变细。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述挠性臂包括一外部向内弯曲的边缘和一内部向外弯曲的边缘，以形成一自挠性臂的一固定端起宽度逐渐减小的第一长度和向挠性臂的一延伸端宽度逐渐增大的第二长度。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述基座在挠性臂的固定端附近包括一相对较宽的部分。
13.如权利要求2所述的悬置组件，其特征在于，所述加载按钮是通过在加载凸耳上蚀刻出一凹座来形成的。
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