專利名稱：利用負(fù)壓槽的低氣壓空氣軸承滑塊的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬盤驅(qū)動(dòng)器中的空氣軸承滑塊設(shè)計(jì)。更加具體地說，本發(fā)明屬于利用負(fù)壓槽的低氣壓(subambient pressure)空氣軸承滑塊的構(gòu)型。
背景技術(shù)：


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。硬盤驅(qū)動(dòng)器100是常見的信息存儲(chǔ)裝置，其主要包括一系列的可由磁讀寫元件訪問的旋轉(zhuǎn)盤104。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移元件，通常稱作換能器，典型的由一滑塊主體110承載并嵌入其中，所述滑塊主體被保持在形成于盤上的離散數(shù)據(jù)軌跡上的靠近的相對位置以允許執(zhí)行讀或?qū)懖僮?。為了相對于盤表面正確的定位換能器，形成在滑塊主體110上的空氣軸承表面(ABS)經(jīng)受流動(dòng)的空氣流，這種空氣流提供充足的提升力以將滑塊110(和換能器)“飛行”在盤數(shù)據(jù)軌跡上。磁盤104的高速旋轉(zhuǎn)使得在基本平行盤的切向速度的方向上沿其表面產(chǎn)生空氣流或風(fēng)流。氣流與滑塊主體110的ABS協(xié)作，其能夠使滑塊飛行在旋轉(zhuǎn)盤上。實(shí)際上，懸掛的滑塊110通過該自致動(dòng)的空氣軸承與盤表面104物理分開。滑塊110的ABS一般配置在面對旋轉(zhuǎn)盤104的滑塊表面上(參見下文)，并且在各種條件下將極大影響其飛行在盤上的能力。
圖2表示滑塊上的空氣軸承表面(ABS)的典型設(shè)計(jì)。ABS202設(shè)計(jì)中的一些主要目的是使滑塊210飛行并使其帶有的換能器204盡可能與旋轉(zhuǎn)盤的表面接近(未示)，并與可變飛行條件無關(guān)地始終保持那個(gè)恒定接近距離?？諝廨S承滑塊210的換能器204和旋轉(zhuǎn)磁盤之間的高度或分離間隙通常被定義為飛行高度。通常，安裝的換能器或讀/寫元件204只飛行在旋轉(zhuǎn)盤的表面以上大約幾微英寸?；瑝K210的飛行高度被看作是影響安裝的讀/寫元件204的磁盤讀取和記錄能力的最關(guān)鍵參數(shù)之一。例如，減小或具有相對小的飛行高度具有許多優(yōu)點(diǎn)。相對小的飛行高度允許換能器204在不同的數(shù)據(jù)位位置和從盤表面的靠近的限定區(qū)域發(fā)出的磁場之間獲得較大的分辨率。此外，已知低飛行高度的滑塊210對磁盤提供了改進(jìn)的高密度記錄或存儲(chǔ)能力，該能力通常受到換能器和磁介質(zhì)之間的距離的限制。作為結(jié)果，窄的分離間隙允許記錄或讀取較短的波長信號。同時(shí)，隨著利用相對小卻功能強(qiáng)大的盤驅(qū)動(dòng)器的輕重量和緊湊筆記本型計(jì)算機(jī)的流行度的增加，對于具有更低飛行高度的日益小的滑塊主體210的需要已不斷成長起來。
而且已經(jīng)觀察到恒定的飛行高度能提供期望的益處，這些益處通過特定的ABS202設(shè)計(jì)是更加容易獲得的。已知飛行高度的波動(dòng)將不利地影響分辨率和攜帶的換能器或讀/寫元件204的數(shù)據(jù)傳送性能。當(dāng)飛行高度相對恒定時(shí)，正被記錄或讀取的信號的幅度不會(huì)發(fā)生太大的變化。另外，飛行高度的變化可導(dǎo)致滑塊組件和磁旋轉(zhuǎn)盤之間的不期望接觸?；瑝K210通常被看作是直接接觸的、假接觸的或飛行的滑塊，其描述了它們與旋轉(zhuǎn)盤的預(yù)期接觸。與滑塊類型無關(guān)地，通常期望避免與旋轉(zhuǎn)磁盤的表面的不必要接觸以便減小對滑塊主體和盤的磨損。記錄介質(zhì)的惡化或磨損可導(dǎo)致記錄數(shù)據(jù)的丟失，滑塊210磨損還可導(dǎo)致?lián)Q能器或磁性元件204的最終故障。
引起飛行高度變化的通常原因是在執(zhí)行讀或?qū)懖僮鞯耐瑫r(shí)滑塊210跨越旋轉(zhuǎn)盤的連續(xù)高速移動(dòng)。例如，根據(jù)滑塊210的徑向位置，盤的各自線速度變化。較高的速度被發(fā)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)盤的外邊緣處，而較低的速度被發(fā)現(xiàn)在內(nèi)邊緣處。結(jié)果，空氣軸承滑塊210相對于盤在不同的徑向位置處以不同的相對速度飛行。因?yàn)榛瑝K典型的在較高的速度下飛行的較高，所以存在當(dāng)定位在盤的外區(qū)域上時(shí)飛行高度增加的趨勢。同時(shí)，在盤的內(nèi)區(qū)域處的較低速度使滑塊210飛的較低。因此，滑塊210設(shè)計(jì)必須考慮對飛行高度產(chǎn)生顯著影響的徑向位置變化和相對速度變化。
滑塊210的飛行高度還將不利地收到偏斜變化的影響。偏斜角被定義和量度為在滑塊210主體的縱軸和與盤旋轉(zhuǎn)相切的氣流方向之間形成的角。當(dāng)安裝的滑塊210被定位在旋轉(zhuǎn)盤的內(nèi)或外邊緣附近時(shí)，其縱軸通常相對于氣流方向發(fā)生偏斜?；瑝K210的縱軸可被定義為沿滑塊主體的長度伸展的參考中心線。這些角度取向或偏斜角典型的隨著旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器臂和萬向懸架組件繞其樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生改變，由此使滑塊在弓形的路徑上跨越旋轉(zhuǎn)盤移動(dòng)。考慮到具有相對小的致動(dòng)器臂的緊湊盤驅(qū)動(dòng)器的增長的需求，由于縮短的臂長度，甚至曾經(jīng)出現(xiàn)更大的偏斜角。通常已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在零以上的偏斜值的狀態(tài)下，以減小的值增壓滑塊將引起飛行高度的不期望降低。甚至相對中等的偏斜角范圍將不利的影響滑塊210的飛行能力。結(jié)果，ABS設(shè)計(jì)不斷試圖使滑塊對偏斜變化的靈敏度最小化。
飛行高度的另一種波動(dòng)可以叫為滑塊滾動(dòng)。滾動(dòng)角由滑塊縱向側(cè)面之間的飛行高度差量度和定義。無論何時(shí)滑塊相對于氣流方向傾斜地飛行時(shí)，在ABS和盤之間趨于出現(xiàn)不平衡的壓力分布。該不平衡引起滑塊翻滾，其中滑塊主體的一側(cè)比另一側(cè)更靠近盤表面。然而，優(yōu)選的是滑塊以恒定的翻滾定位，而不考慮飛行條件的任何變化，包括旋轉(zhuǎn)盤的內(nèi)部和外部軌跡之間的切向速度差、和盤表面上的連續(xù)橫向運(yùn)動(dòng)或變化的偏斜角。
對于滑塊210的ABS202存在各種設(shè)計(jì)。例如，如圖2a所示，在通常的雙體船滑塊中，在滑塊主體210上形成一對沿面對盤的滑塊表面的外邊緣延伸的平行導(dǎo)軌220。還開發(fā)有具有各種表面積和幾何形狀的其它ABS結(jié)構(gòu)，例如圖2b中所示的設(shè)計(jì)。導(dǎo)軌220和其它形成物典型地沿滑塊主體長度的至少從前沿206到后沿208的一部分延展。前沿206被定義為在滑塊210的長度方向上向尾沿208運(yùn)行之前旋轉(zhuǎn)盤通過的滑塊210邊緣。盡管這種加工過程通常會(huì)引起較大的不期望公差，但前沿206仍然可以是錐形的。典型地將換能器或磁性元件204安裝在沿滑塊210的尾沿208的某一位置處。導(dǎo)軌220形成滑塊在其上飛行的空氣軸承表面，并且當(dāng)與旋轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的氣流接觸時(shí)提供所需的提升力。隨著盤旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的風(fēng)或氣流在雙體船滑塊導(dǎo)軌220的下面和中間流動(dòng)。隨著氣流通過導(dǎo)軌220下面，導(dǎo)軌220和盤之間的氣壓增加，從而提供了正的增壓和提升力。雙體船滑塊通常產(chǎn)生充足量的提升力或正的負(fù)載力，以使滑塊以適當(dāng)?shù)母叨蕊w行在旋轉(zhuǎn)盤的上面。在缺少導(dǎo)軌220的情況下，滑塊主體的大表面區(qū)域?qū)a(chǎn)生過分大的空氣軸承表面積。通常，隨著空氣軸承表面積的增加，所產(chǎn)生的提升量也增加。在沒有導(dǎo)軌220的情況下，滑塊將因此飛行的離旋轉(zhuǎn)盤太遠(yuǎn)，因此不能獲得具有低飛行高度的所有前述益處。撓性萬向架通常給滑塊210提供了多個(gè)自由度，例如描述滑塊飛行高度的垂直間隔或俯仰角和翻滾角。
雖然簡單的雙體船滑塊最初在提供足夠的飛行高度方面是有效的，但它們對于變化的偏斜角和其它不利的飛行條件是特別敏感的。當(dāng)偏斜角增加時(shí)，例如當(dāng)飛行的滑塊移動(dòng)跨過旋轉(zhuǎn)盤時(shí)，在導(dǎo)軌220下面的氣壓分布將變得扭曲。通過以相對高的速度訪問盤的內(nèi)側(cè)和外側(cè)盤部分，空氣將被以不均勻的數(shù)量引入到每個(gè)導(dǎo)軌220下面，這通常將引起滑塊翻滾。結(jié)果，滑塊210經(jīng)受了不均勻的壓力分布，其可使滑塊在一個(gè)方向上翻滾，使得飛行高度在ABS導(dǎo)軌210之間不一致。因此所安裝的換能器204可能不能有效地操作或精確地執(zhí)行其數(shù)據(jù)傳送操作。不考慮ABS導(dǎo)軌220對各種偏斜范圍和其它不利飛行條件的靈敏度，這種導(dǎo)軌設(shè)計(jì)被廣泛地認(rèn)為是提供有效增壓或提升以使滑塊能夠飛行的通用結(jié)構(gòu)。
為了抵消飛行滑塊主體的正增壓以便提供低且恒定的飛行高度，已公知可形成這樣一個(gè)ABS，其也提供負(fù)的或低氣壓的增壓以便朝盤牽引或拖拉滑塊主體。例如，已知負(fù)壓空氣軸承(NPAB)或自加載滑塊用于提供抵消的負(fù)壓載荷。在該雙增壓模式中，ABS通常是形成有前沿206、尾沿208、側(cè)導(dǎo)軌220和一個(gè)或多個(gè)在側(cè)導(dǎo)軌220之間延伸的交叉導(dǎo)軌222。通常定位得比滑塊的尾沿更靠近前沿206的交叉導(dǎo)軌222在每個(gè)交叉導(dǎo)軌222后緣和側(cè)導(dǎo)軌220之間產(chǎn)生一低氣壓區(qū)域224。低氣壓區(qū)域224產(chǎn)生一抵消沿ABS的側(cè)導(dǎo)軌部分產(chǎn)生的正壓的負(fù)壓或載荷。負(fù)和正力的這種抵消已被認(rèn)為增加了滑塊210的穩(wěn)定性和空氣軸承剛度，提供了快速滑塊啟動(dòng)，并降低了對引起飛行高度波動(dòng)的條件變化，例如改變盤速度和徑向移動(dòng)的靈敏度。根據(jù)盤的內(nèi)側(cè)和外側(cè)軌跡之間的變化速度補(bǔ)償正壓和負(fù)壓的變化有助于維持基本恒定的和穩(wěn)定的飛行高度的整體目標(biāo)。然而，在低氣壓增壓模式下產(chǎn)生的偏置力常常產(chǎn)生不期望的影響，其實(shí)際上將引起飛行高度變化。NPAB滑塊通常也將呈現(xiàn)顯著的翻滾，并且在偏斜的條件下由于導(dǎo)軌下面的空氣的不均衡增壓或分布而顯示為飛行高度的降低。
所有前述的用于空氣軸承滑塊的ABS結(jié)構(gòu)和改進(jìn)都試圖獲得低的和恒定的飛行高度。這些ABS設(shè)計(jì)提供了不同程度的有效性，所述這些ABS設(shè)計(jì)都未很好地控制飛行高度或俯仰角和翻滾角。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)有的ABS設(shè)計(jì)在盤的外軌跡區(qū)域呈現(xiàn)極大增加的滑塊翻滾角。通常這些結(jié)構(gòu)還不能控制在從內(nèi)軌跡移動(dòng)至外軌跡區(qū)域時(shí)滑塊俯仰角的增加。因此，對于空氣軸承滑塊需要一種ABS結(jié)構(gòu)，其能有效維持恒定的飛行高度和控制翻滾角以與經(jīng)常變化的飛行條件(例如在盤的外側(cè)和內(nèi)側(cè)區(qū)域處的相對速度差、滑塊在旋轉(zhuǎn)盤上的相對定位、和變化的偏斜角范圍)無關(guān)地對空氣軸承獲得較大的“剛度”。
附圖的簡略說明圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)；圖2表示用于滑塊上的空氣軸承表面(ABS)的典型設(shè)計(jì)；圖3表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ABS設(shè)計(jì)的三個(gè)滑塊；圖4表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ABS設(shè)計(jì)的兩個(gè)滑塊；圖5表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ABS設(shè)計(jì)的四個(gè)滑塊；圖6表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合ABS設(shè)計(jì)的三個(gè)滑塊；圖7表示具有本發(fā)明的原理蝕刻ABS設(shè)計(jì)的工藝。
具體實(shí)施例方式
圖3表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的空氣軸承表面(ABS)設(shè)計(jì)的三個(gè)滑塊。如圖3a所示，在一個(gè)實(shí)施例中，滑塊310具有一個(gè)ABS302，其具有兩個(gè)縱向定位的導(dǎo)軌320。在一個(gè)實(shí)施例中，基底平面(第一結(jié)構(gòu))303在離導(dǎo)軌320的一個(gè)深度(第一深度)處。在該實(shí)施例中，一交叉軌(第二結(jié)構(gòu))301布置在導(dǎo)軌320之間并靠近前沿306。交叉軌301位于比基底平面303的深度小的一個(gè)深度(第二深度)處。此外，在本實(shí)施例中，在滑塊310的尾沿308的中間附近布置有一壓力墊(第三結(jié)構(gòu))322。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)軌320之間存在一個(gè)從前沿306延展到靠近ABS302的中心的位置的凹槽(例如，第一、第二、和第三凹槽段)324，在ABS302的中心位置凹槽324分裂開，從而在壓力墊322的兩側(cè)延伸至滑塊310的尾沿308。如圖3a所示，在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽324通過在凹槽324中成直角彎曲325而繞壓力墊322的兩側(cè)分開和延伸。如圖3b所示，在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽324通過在每側(cè)上以成小于90°角的彎曲327而繞壓力墊322的兩側(cè)分開和延伸。如圖3c所示，在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽324通過在墊322的每側(cè)上以總共90°角(每側(cè))的兩個(gè)彎曲329而繞壓力墊322分開和延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，隨著氣流穿過凹槽324，這個(gè)凹槽324給滑塊310提供了額外的負(fù)壓區(qū)域，從而增加了向下的力，由此改進(jìn)了滑塊的穩(wěn)定性(剛度)。
圖4表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的空氣軸承表面(ABS)設(shè)計(jì)的兩個(gè)滑塊。如圖4a所示，在一個(gè)實(shí)施例中，ABS302具有兩個(gè)導(dǎo)軌320和一個(gè)交叉軌301，類似于上述。然而，在本實(shí)施例中，凹槽426被布置在壓力墊422中。在本實(shí)施例中，凹槽426與基底平面403的深度相同，并且在大體垂直于導(dǎo)軌420方向的方向上。如圖4b所示，在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽426具有呈階梯的壁428。這些具有壓力墊凹槽的結(jié)構(gòu)為滑塊410的尾沿408提供了額外的向下力(并因此提供了穩(wěn)定性)。此外，直接位于頭換能器404前面(前緣)的凹槽426促使壓力下降，這有助于將灰塵和其它污染物從頭404移走。
圖5表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ABS設(shè)計(jì)的四個(gè)滑塊。如圖5a所示，在一個(gè)實(shí)施例中，在壓力墊522中提供有成角度的凹槽526。如圖5b所示，在一個(gè)實(shí)施例中，成角度的凹槽526具有呈階梯的壁528。如圖5c所示，在一個(gè)實(shí)施例中，在壓力墊522中提供有彎曲的凹槽526。并且如圖5d所示，在一個(gè)實(shí)施例中，彎曲凹槽526具有呈階梯的壁528。
圖6表示具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合ABS設(shè)計(jì)的三個(gè)滑塊。如圖7a所示，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合了圖3a和圖4b的設(shè)計(jì)。如圖7b所示，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合了圖3b和圖4b的設(shè)計(jì)。如圖7c所示，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合了圖3c和圖4b的設(shè)計(jì)。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的原理蝕刻ABS設(shè)計(jì)的工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，所述ABS設(shè)計(jì)是通過已知的蝕刻裝置形成的，例如通過利用光致抗蝕元件的掩模技術(shù)和化學(xué)蝕刻處理。
雖然此處已經(jīng)特定描述和說明了若干個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)該意識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和預(yù)期范圍的情況下，通過上面的教導(dǎo)并且在后附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可對本發(fā)明做出各種修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種滑塊，包括滑塊主體；在第一結(jié)構(gòu)上的第一和第二導(dǎo)軌，所述第一結(jié)構(gòu)距所述第一和第二導(dǎo)軌一第一深度，所述第一和第二導(dǎo)軌在延滑塊主體的縱向上延伸；在所述第一結(jié)構(gòu)上近似布置于所述滑塊主體的尾沿的第三結(jié)構(gòu)；和在所述第三結(jié)構(gòu)中以一個(gè)凹槽深度形成的凹槽，該凹槽在大體垂直于第一和第二導(dǎo)軌的方向上延伸跨過所述第三結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑塊，其中所述凹槽深度等于所述第一深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑塊，進(jìn)一步包括以一第二深度形成在所述第一和第二導(dǎo)軌的一部分之間的第二結(jié)構(gòu)，所述第一深度大于所述第二深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述凹槽是弓形的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述凹槽是“V”形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
9.一種用于制造滑塊的方法，包括在一第一結(jié)構(gòu)上形成第一和第二導(dǎo)軌，所述第一結(jié)構(gòu)距所述第一和第二導(dǎo)軌一第一深度；在所述第一結(jié)構(gòu)上近似布置于所述滑塊主體的尾沿形成一第三結(jié)構(gòu)；和在所述第三結(jié)構(gòu)中以所述第一深度形成一個(gè)凹槽，該凹槽在大體垂直于第一和第二導(dǎo)軌的方向上延伸跨過所述第三結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述凹槽是弓形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述凹槽是“V”形的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述凹槽的壁是呈階梯狀的。
15.一種盤驅(qū)動(dòng)器，包括適于以給定速度旋轉(zhuǎn)的記錄介質(zhì)；撓性梁；與所述撓性梁相耦接并適于在所述記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)時(shí)飛行在所述記錄介質(zhì)上方的滑塊，該滑塊包括滑塊主體；在第一結(jié)構(gòu)上的第一和第二導(dǎo)軌，所述第一結(jié)構(gòu)距所述第一和第二導(dǎo)軌一第一深度，所述第一和第二導(dǎo)軌在延滑塊主體的縱向上延伸；在所述第一結(jié)構(gòu)上近似布置于所述滑塊主體的尾沿的第三結(jié)構(gòu)；和在所述第三結(jié)構(gòu)中以所述第一深度形成的凹槽，該凹槽在大體垂直于第一和第二導(dǎo)軌的方向上延伸跨過所述第三結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述凹槽是弓形的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述凹槽是“V”形的。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種利用負(fù)壓槽的低氣壓空氣軸承滑塊的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)凹槽從滑塊的前沿延伸、分開并終止在滑塊尾沿處的兩個(gè)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，在靠近滑塊尾沿的滑塊壓力墊中布置有一個(gè)凹槽。
文檔編號G11B21/21GK101093672SQ20071013704
公開日2007年12月26日 申請日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者姚明高, 白石一雅, 解貽如 申請人:新科實(shí)業(yè)有限公司