CN100378800C - 具有用于盘颤动电容传感器的支撑结构的盘驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有用于盘颤动电容传感器的支撑结构的盘驱动器。数据记录盘驱动器具有一个或多个电容传感器，用于感应一个或多个盘的面外颤动。传感器连接于支撑结构，而支撑结构固定于盘驱动器机壳。每个传感器与一盘关联并在盘外周边附近面对该盘的表面且靠近记录磁头。支撑结构可以由金属或高强度塑料制成，并可以是安装于机壳的独立结构，或集成作为单件机壳铸件的一部分。若为金属，且若与机壳集成在一起的情况，则绝缘材料层将传感器由支撑结构分开。还可以将在盘驱动器中起其它作用的支撑结构作为用于电容传感器的支撑结构。

Description

具有用于盘颤动电容传感器的支撑结构的盘驱动器

技术领域

本发明总体上涉及数据记录盘驱动器，诸如磁记录硬盘驱动器，并且更加具体地涉及这样一种盘驱动器，其能够经历在盘转动期间由气流引起的面外盘颤动。

背景技术

数据记录盘驱动器具有通过主轴马达转动的记录盘的叠层，以及跨越转动的盘的表面移动读取/写入磁头的致动器。每个读取/写入磁头形成在附着于悬臂一端的气浮滑块上。悬臂其另一端连接于致动器相对刚性的臂，并允许滑块在由转动的盘产生的气垫上倾斜和卷起。盘驱动器致动器通常为旋转音圈马达(VCM)，其大致沿径向地移动致动器臂和附着的悬臂以及滑块，从而在从盘接收预先记录的伺服位置信息的伺服反馈控制系统的控制下定位磁头于期望的磁道。未来盘驱动器的趋势是盘上同心数据磁道的间隔持续减小从而增大数据存储密度，以及盘叠层旋转速度的持续增加从而降低数据传输时间。随着存储密度和旋转速度的增大，能够将读取/写入磁头定位于适当数据磁道并保持磁头在该数据磁道上变得更加困难。随着盘叠层转动速度增加，盘周围的气流扰动增加，其导致了盘的轴向(面外(our-of-plane))冲击或颤动(有时误称作盘“跳动”)。这些颤动导致读取/写入磁头的磁道位置错误(TMR)并由此导致由数据磁道读取数据或向其写入数据的误差。

于2004年提交的新申请，名称为“具有用于除去读取/写入磁头磁道位置错误的盘颤动电容传感和前馈控制的盘驱动器(disk drive with capacitivesensing of disk vibration and feedforward control for removal of read/write headtrack misregistration)”(代理号No.HSJ920040199US1)，其通过使用感应盘轴向位移的电容传感器解决了由面外盘颤动导致的TMR问题。电容传感器提供信号至前馈控制器，该电容传感器与为读取或写入数据而访问的盘的表面相关，该前馈控制器为伺服反馈控制系统提供校正，由此明显降低由盘的面外颤动导致的TMR的影响。电容传感器设置在轴向隔开的盘之间、盘叠层周边附近并固定地安装于盘驱动器机壳使得其不受到颤动。

所需要的是一种用于电容传感器的支撑结构，其能够以不需要明显重新设计盘驱动器机壳的低成本方式与传统的盘驱动器集成在一起。

发明内容

本发明为一种盘驱动器，具有一个或多个电容传感器，用于感应一个盘或多个盘的面外颤动。传感器连接于支撑结构从而相对于机壳固定，而支撑结构固定于盘驱动器机壳。每个传感器与一个盘关联并在盘外周边附近面对该盘的表面且靠近支撑读取/写入磁头的滑块的路径。

支撑结构可以是安装于盘驱动器机壳的底座或壁上的独立结构，或集成作为单件机壳铸件的一部分。支撑结构可以由金属或高强度塑料制成。若为金属，且若与机壳集成在一起的情况，则绝缘材料层将传感器与支撑结构分开。

在盘驱动器中起其它作用的支撑结构也可以作为用于电容传感器的支撑结构。若盘驱动器包括在盘外周边附近、在盘之间延伸用于降低面外盘颤动的阻尼板，则传感器可以由阻尼板支撑结构支撑或每个传感器可以设置在对应的阻尼板上。若盘驱动器包括围绕盘叠层的用于容纳转动的盘叠层内气流的覆盖层，则电容传感器可以由覆盖层支撑结构支撑或与覆盖层集成。若盘驱动器包括盘之间的空气阻尼用于从磁头-悬臂-臂组件转移开气流，则电容传感器可以由空气阻尼支撑机构支撑或每个传感器可以设置在对应的空气阻尼上。若盘驱动器为使用在盘之间延伸的加载/卸载滑轨的“加载/卸载”型盘驱动器，则传感器可以由滑轨支撑结构支撑。

为更充分地理解本发明的性质和优点，说明书应结合附图进行以下详细介绍。

附图说明

图1为采用本发明的磁记录盘驱动器的结构图；

图2A为示出具有盘叠层的主轴马达和用于安装在盘驱动器机壳的电容传感器的支撑结构的侧视图；

图2B为示出用于集成在单件机壳铸件中的电容传感器的支撑结构的侧视图；

图3为连接于电容传感器的电容传感电路的示意图；

图4A和图4B分别为具有阻尼板和多个电容传感器的盘驱动器的顶视图和局部侧截面图；

图5A和图5B分别为具有设置于盘叠层外周边附近的覆盖层和多个电容传感器的盘驱动器的顶视图和局部侧截面图；

图6A和图6B分别为具有设置在盘之间的空气阻尼和多个电容传感器的盘驱动器的顶视图和局部侧截面图；

图7A为具有设置在盘之间的加载/卸载滑轨和多个电容传感器的盘驱动器的顶视图；以及

图7B为图7A所示盘驱动器中的滑轨支撑结构的透视图。

具体实施方式

图1为采用本发明的磁记录盘驱动器的结构图。该盘驱动器包括支撑主轴马达102和音圈马达(VCM)致动器104的机壳100。机壳100通常为具有底座180和侧壁(如侧壁182)的单件金属铸件。可看见顶部盘片110的磁性记录盘的叠层安装在主轴马达102上并通过该主轴马达旋转。读取/写入磁头109与盘110的顶面相关联。磁头109可以是电感读取/写入磁头或电感式写入磁头与磁阻读取磁头的组合，并且设置于滑块108的尾端上。通过使滑块能够在由转动的盘110产生的气垫上“倾斜”和“卷起”的悬臂107，将滑块108支撑在致动器臂106上。磁头、滑块、悬臂和致动器臂统称作磁头臂组件，且存在与致动器104连接的磁头臂组件的叠层，每个磁头臂组件与对应的盘的表面相关联。

盘叠层关于轴111具有旋转中心，且沿方向115旋转。每个盘的表面包括带有径向隔开的同心数据磁道的磁记录层。磁头必须保持基本在数据磁道的中心线，从而正确地读取和写入数据。然而，在盘驱动器工作期间，磁头经历了由各种干扰导致的磁道位置错误(TMR)，包括面外盘颤动。由此，每个数据磁道具有多个沿圆周或成角度隔开的伺服扇区，其包括可以由磁头检测到的磁头定位信息，并且用于伺服反馈控制系统以保持磁头在期望数据磁道的中心线上。每个磁道中的伺服扇区沿圆周与其它磁道的伺服扇区对准，使得它们沿大致径向方向跨过磁道延伸，如两个典型的伺服扇区117、119所示。由磁头读取的伺服信息作为定位误差信号(PES)输入到伺服反馈控制器150，该伺服反馈控制器提供控制信号到VCM驱动器155从而移动VCM致动器104，使得磁头保持在磁道中心线上。

根据本发明的盘驱动器采用了多个电容传感器和支撑结构来解决盘颤动导致的TMR问题。电容传感器与每个盘的表面相关联并面对，如面对盘110顶面的电容传感器210所示。电容传感器通过支撑结构300连接于盘驱动器机壳100。每个传感器是由金属或其它导电材料形成的板，并且设置在滑块附近但在滑块的大致径向路径的外部范围以外，如盘110顶面上的传感器210和滑块108所示。每个传感器靠近其相关的滑块设置，即，形成在从转轴111至磁头109的线与从转轴111至传感器210中心的线之间的角度应保持为最小。电容传感器210具有足够大的表面积以提供电容信号，但其也足够小使得其基本仅探测盘的“局部”轴向位移，即，滑块108附近的位移。对于95mm直径盘的盘驱动器，形成传感器的金属板具有近似1cm²的表面积。每个传感器与其相关盘的表面之间的间隔在约0.1mm至0.4mm的范围内，该间隔选择成：为了充分的传感器灵敏度而足够靠近，但为了避免传感器与盘之间在盘驱动器的外部振动期间接触而又足够远离。形成电容传感器的板可以由铝、不锈钢、或其它金属或金属合金、或其它导电材料形成，诸如类似碳填充PEEK(聚醚醚酮)的导电塑料或类似AlTiC(碳化铝钛)的导电陶瓷。

诸如传感器210的每个电容传感器的输出由电容传感电路250转化为电压信号，该电压信号发送至前馈控制器260。前馈控制器260提供校正信号，该校正信号与反馈控制器150的输出组合以降低对由盘的面外颤动引起的TMR的影响。

现在参照图2A，电容传感器连接于支撑结构300，而该支撑结构连接于盘驱动器机壳100。机壳100包括底座180和四个侧壁，其中的一个侧壁如侧壁182所示。通常，机壳100形成为包括底座180和侧壁的单件金属铸件。主轴马达102安装于机壳100的底座180，并支撑构成盘叠层的轴向隔开的盘110、120和130。电容传感器210、220和230分别与盘110、120和130相关联。传感器连接于支撑结构300。支撑结构300图示为安装于机壳100的底座180上，但是也可以安装于侧壁182上。支撑结构300可以由电绝缘材料形成，诸如高强度注模塑料，如图2A所示，使得每个金属板与支撑结构和其它金属板电性隔离。

支撑结构300还可以由金属材料形成。参照图2B，支撑结构集成于单件机壳铸件中，在该情况下，其由与机壳相同的材料形成，通常为铝。若支撑结构由金属材料形成，或者是安装于机壳的独立结构或者作为机壳铸件的一部分，则在每个传感器与支撑结构之间设置电绝缘材料。如图2B所示，支撑结构300’包括在盘叠层周边附近、在盘110、120、130之间延伸的指状件310、320、330，并且支撑结构300’与侧壁182集成在一起作为单件机壳铸件的一部分。每个传感器210、220、230分别设置在指状件310、320、330上的对应绝缘层311、321、331上并与其连接。绝缘层可以由塑料材料形成，诸如聚酰亚胺，其与指状件结合在一起。

在盘颤动期间，传感器与盘的表面之间的距离，诸如传感器210与盘110的顶面之间的距离，将改变并作为电容的改变而检测。电容通过关系C＝(εA)/g与传感器和盘的表面之间的间隙或距离成反比例，其中ε为介电常数，A为传感器板的面积，而g为间隔。图3为电容传感电路250的典型示意图。包括传感器210在内的电容传感器的输出被输入到多路复用器中。已经选择了进行读取或写入的磁头的盘驱动器控制器(未示出)向多路复用器提供信号，使得电容传感器被选择作为到传感电路250的输入，而该电容传感器与选定的磁头在其上读取或写入的盘相关。电路在10MHz下工作，来自选定传感器的信号输入至电容电桥。关注范围以外的信号通过高通滤波器(HPF)和低通滤波器(LPF)去除，将该信号放大并作为电压输出。电路250输出的电压信号表示选定的传感器与其相关盘的表面之间的间隔或距离，并发送至前馈控制器260(图1)。

上述盘驱动器已显示为在叠层中具有多个盘和在支撑结构上具有多个电容传感器，一个传感器与各自的盘相关联。然而，本发明可以应用于在支撑结构上具有单个电容传感器的单盘式盘驱动器。盘驱动器中每个盘也可以具有多于一个的电容传感器，如，每个盘有两个传感器而每个传感器面对两个盘的表面中对应的一个。

上述支撑结构300显示为用于支撑电容传感器在相对于盘叠层的期望位置中的独立结构。然而，为降低制造成本，电容传感器也可以由在盘驱动器中起其它作用的支撑结构支撑。例如，若盘驱动器包括在盘外围附近、在盘之间延伸的阻尼板从而降低面外盘颤动，则传感器可以由阻尼板支撑结构支撑，或者每个传感器可以设置在对应的阻尼板上。若盘驱动器包括围绕盘叠层用于容纳转动的盘叠层内的气流的覆盖层，则电容传感器可以通过覆盖层支撑结构支撑或与覆盖层集成在一起。若盘驱动器包括盘之间的空气阻尼用于从磁头-悬臂-臂组件中将气流转移出来，则电容传感器可以通过空气阻尼支撑结构支撑，每个传感器设置在对应的空气阻尼支撑结构上。若盘驱动器为“加载/卸载”型盘驱动器，其使用在盘之间延伸的加载/卸载滑轨，使得在去掉盘驱动器的电源时，每个磁头-悬臂组件移动到滑轨上，电容传感器可以通过滑轨支撑结构支撑。

图4A和图4B分别为盘驱动器的顶视图和局部侧截面图，该盘驱动器具有在由转动的盘掠过的区域的径向外部环形扇区上方延伸的阻尼板。阻尼板支撑在与机壳壁182一体形成的支撑结构400上，作为机壳100的制造的一部分。然而，阻尼板还可以在制造机壳100后作为独立组件形成并安装于底座180或壁182。支撑结构支撑阻尼板410、420、430、440，该些阻尼板衰减了盘110、120、130的面外颤动。在阻尼板圆周端附近，在滑块附近的区域中，如图4A中的截面线A-A所示，电容传感器附着于阻尼板中的凹陷。电容传感器210、220、230分别固定于设置在各个阻尼板410、420、430上的绝缘材料411、421、431的层。或者，传感器可以独立地附着于支撑结构400上并延伸到支撑结构400外，而非安装在阻尼板上。

图5A和图5B分别为盘驱动器的顶视图和局部侧截面图，该盘驱动器具有设置于盘叠层外周边附近用于容纳盘叠层内气流的覆盖层。该覆盖层具有用于允许致动器臂移动的狭缝(图5B中未示出)。该覆盖层由支撑结构500支撑并具有圆柱形壁502。支撑结构500可以由塑料材料形成并且可以安装于机壳底座180，而绝缘间隔区域510、520、530在电容传感器210、220、230之间。或者，支撑结构500可以包括具有径向向内指向的指状件并结合作为金属单件机壳铸件的一部分的覆盖层，在此情况下，每个电容传感器将设置在相关的指状件上，而绝缘层在每个传感器与支撑其的金属指状件之间。

图6A和图6B分别为盘驱动器的顶视图和局部侧截面图，该盘驱动器具有设置在盘之间用于中断磁头-悬臂组件附近气流的空气阻尼。具有空气阻尼的盘驱动器在已发表的专利申请US 2002/0036862 A1中介绍。塑料支撑结构600安装于机壳底座100并支撑径向向内延伸的空气阻尼610、620、630、640。电容传感器210、220、230分别安装在空气阻尼610、620、630上。或者，支撑结构600和空气阻尼可以结合作为金属单件机壳铸件的一部分，在此情况下，每个电容传感器将设置在相关的空气阻尼上，而绝缘层在每个传感器与支撑其的金属空气阻尼之间。

图7A为盘驱动器的顶视图，该盘驱动器具有设置在盘之间用于在盘驱动器不工作时支撑磁头-悬臂组件的加载/卸载滑轨。图7B为滑轨支撑结构700的透视图。滑轨支撑机构700由塑料形成且安装于机壳底座100，并且支撑滑轨710、720、730。支撑结构700具由塑料间隔区域711、721、731，其分别支撑电容传感器210、220、230，且使传感器彼此电绝缘。

虽然已经参照优选实施例具体示出和介绍了本发明，本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明的实质和范围的基础上进行形式和细节的各种改变。因此，所公开的发明仅应视作说明性的，而对范围的限制仅由所附权利要求指出。

Claims (19)

1.一种数据记录盘驱动器，包括：

机壳；

连接于机壳并具有旋转轴的主轴马达；

至少一个盘，其安装在主轴马达上并可通过主轴马达关于所述旋转轴旋转；

至少一个电容传感器，其包括具有面对所述至少一个盘的表面的平坦表面的导电板；以及

固定于机壳的支撑结构，所述至少一个传感器安装于该支撑结构。

2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中机壳包括底座和侧壁，主轴马达连接于底座，且其中支撑结构安装于底座。

3.如权利要求1所述的盘驱动器，其中机壳包括底座和侧壁，主轴马达连接于底座，且其中支撑结构连接于侧壁。

4.如权利要求1所述的盘驱动器，其中机壳和支撑结构构成一体的单件铸件。

5.如权利要求1所述的盘驱动器，其中支撑结构由电绝缘材料形成。

6.如权利要求1所述的盘驱动器，其中支撑结构由导电材料形成并且还包括设置在所述至少一个传感器与支撑结构之间的绝缘间隔。

7.如权利要求1所述的盘驱动器，其中，所述至少一个盘包括多个轴向隔开的盘，并且所述至少一个电容传感器包括各自与所述盘中的一个相关联的多个电容传感器。

8.如权利要求7所述的盘驱动器，其中盘驱动器还包括多个在轴向隔开的盘之间延伸的阻尼板，所述阻尼板沿圆周方向在盘的扇区周围延伸并径向跨过盘的径向外环形区域；且其中每个阻尼板连接于所述支撑结构。

9.如权利要求8所述的盘驱动器，其中每个传感器连接于相关的阻尼板。

10.如权利要求7所述的盘驱动器，其中支撑结构包括设置在轴向隔开的盘的外周边的一部分周围的覆盖层，用于容纳气流；且其中每个传感器在其相关的盘的外周边附近从覆盖层延伸而面对其相关的盘的表面。

11.如权利要求7所述的盘驱动器，其中盘驱动器还包括多个记录磁头、具有支撑磁头并在轴向隔开的盘之间延伸的多个臂的旋转致动器、以及在轴向隔开的盘之间延伸用于转移由转动的盘引起的气流的多个空气阻尼；且其中每个空气阻尼连接于所述支撑结构。

12.如权利要求11所述的盘驱动器，其中每个传感器连接于相关的空气阻尼。

13.如权利要求7所述的盘驱动器，其中盘驱动器还包括多个记录磁头、具有支撑磁头并在轴向隔开的盘之间延伸的多个臂的旋转致动器、以及在轴向隔开的盘之间延伸用于在盘驱动器不工作时使磁头离开盘的多个滑轨；且其中每个滑轨连接于所述支撑结构。

14.如权利要求13所述的盘驱动器，其中支撑结构和滑轨为塑料材料单件结构，该单件结构包括间隔区域，每个传感器连接于一间隔区域。

15.一种电容传感器组件，包括：

具有多个大致平行的指状件的支撑结构；

多个电容传感器，每个传感器连接于各个指状件从而相对于一机壳固定，并且所述每个传感器包括具有平坦表面的金属板。

16.如权利要求15所述组件，其中支撑结构由电绝缘材料形成。

17.如权利要求15所述组件，其中支撑结构由导电材料形成并且还包括设置在每个传感器与其对应指状件之间的绝缘材料层。

18.如权利要求15所述组件，还包括电性连接于每个传感器的电容传感电路。

19.如权利要求18所述组件，还包括用于选择传感器中之一从而输入至所述传感电路的多路复用器。

Images