CN1115667C - 用于磁盘驱动器的浮动块清洁方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供在磁盘驱动器中实现的方法和加载/卸载结构，可借此在加载和卸载过程中，通过把浮动块的空气轴承面移过与斜面结构形成整体的固定的清洁垫，防止在空气轴承浮动块的表面积累废物。作为本发明的第一方面，通过提供与斜面结构形成整体的固定的清洁面，有效地利用了磁盘周围的空间。作为本发明的另一方面，通过使跨越固定垫的浮动块，例如，在选择的共振频率下高频振动，可增强清洁处理，以清除大量废物。

Description

用于磁盘驱动器的浮动块清洁方法和装置

一般说来，本发明涉及磁盘驱动器，更详细地说，它涉及在加载和卸载过程中从记录磁头除去废物的一种方法和装置。

磁存储设备一般包括一片或多片磁盘，每片磁盘至少有一个数据记录面，后者包括多个以磁性方法存储的数据的同心磁道；象主轴电机及主轴电机控制器那样的装置，用来支撑磁盘和使磁盘以选定的每分钟转数旋转；每个记录面的至少一个读/写换能器或“磁头”，它在流体轴承浮动块上形成，用来从记录面上读出信息以及把信息写到记录面上；用来处理读出/写入的数据的数据通道；用来支持换能器，使之非常贴近所需数据磁道的可定位的传动部位；以及用来控制传动部件的运动，把换能器定位在所需磁道上面的伺服系统。

每个浮动块在一个面上通过韧性悬架固定在传动臂上，而在对面还包括一个所需结构的流体轴承面，以提供合适的浮动高度特性。在接触式记录的磁盘驱动器结构中，浮动块和换能器与存储磁盘处于连续接触状态，磁盘可能涂有润滑剂，以减少浮动块上的磨损。在接触式起动/停止的磁盘驱动器结构中，浮动块和换能器只有在主轴电机功率降低时才与记录面接触。当磁盘开始旋转时，就产生一股进入浮动块前缘并向其后缘方向流动的气流。气流在流体轴承面(也称为空气轴承面)上产生正压，从而把浮动块升起在记录面之上。当主轴电机达到工作的每分钟转数时，浮动块就靠气垫保持在记录面上方额定的浮动高度上。然后，当转速下降时，浮动高度降低，直到浮动块再次与磁盘接触。

由于接触式起停记录使浮动块和换能器遭受大范围的磨损，使某些磁盘驱动器结构用另一种方法采用“加载/卸载”技术。根据这种结构，当主轴电机功率降低时，在浮动块安全“停放”的磁盘的内径或外径处，为每个浮动块/悬架部件提供了斜面。在正常工作过程中，在磁头在由于磁盘旋转所产生的流体垫或气垫上从斜面被“加载”到磁盘上去以前，能使磁盘速度达到选择的每分钟转数(它可能低于正常工作的每分钟转数)。这样，浮动块没有明显地与磁盘表面接触就浮动到磁盘上方，从而显著减少了接触式起停的磨损。

随着浮动块的浮动高度减小，换能器对存储表面的信息的灵敏度提高。这样，如果浮动块的浮动高度能保持在非常贴近磁盘的位置上，就能以更高的位密度和道密度记录信息。但是较低的浮动高度使浮动块的空气轴承面积累可能在换能器的读写间隙中聚集的废物，因而损害数据传送。例如，在生产或装配磁盘驱动器的过程中，由于经过一段时间磨损的运动零件，不合格的空气过滤系统，或浮动块与磁盘表面粗糙部位的接触，都可能把废物引进磁盘表面。废物还可能沿着空气轴承面的地势积累，因而降低浮动高度的性能。浮动高度的降级可能表现为导致信号丢失的增大了的浮动高度，或导致“磁头划道”，即碰撞磁盘的浮动高度的减小。磁头与磁盘碰撞能严重损害换能器，浮动块以及磁盘镀层，结果形成不可恢复的数据。

因此，最好是定期清除磁头的废物。在接触式起停结构中，废物的清除是在磁头与磁盘表面进入实际接触时实现的。当浮动块与磁盘接触时，累积的废物就被磁盘表面刮去。在加载/卸载结构中，这样的清除是不可能的，因为磁头最好永远不与磁盘接触。

发给Lee等人的美国专利第5486970号之目的在于提供一种安装在磁盘附近的磁头清洁装置，它包括基座，棘轮机构，以及由棘轮机构使之在平行于磁盘平面的平面内旋转的带有硬毛的清洁垫。磁头靠斜面被加到清洁垫上并由旋转的硬毛清洁处理。由于必须提供足够的空间来容纳旋转机构，这种结构对于在磁盘周围只有有限空间的小型磁盘驱动器结构来说是不合要求的。

因此，所需要的是，在加载/卸载过程中从浮动块上清除废物的空间效率高的斜面结构及方法，使读出，写入以及浮动高度性能都不会受到有害影响。

所以，本发明提供一种用来在磁盘驱动器中实现的方法，从而在加载和卸载过程中，通过使浮动块空气轴承面移过与斜面结构组成整体的固定清洁垫，防止在流体轴承浮动块的表面上积累废物。作为本发明的第一个方面，通过提供与斜面结构成为整体的固定清洁面，有效利用了磁盘周围的空间。作为本发明的另一方面，通过使跨越固定垫的浮动块，例如，在选择的共振频率下发生高频振动以除去更大量的废物，可提高清洁效果。本发明还有另外一个方面，在磁盘驱动器内部可提供档板，以便引导磁盘产生的气流，使之朝空气过滤器的方向通过清洁垫。

根据本发明所述的磁盘驱动器，包括一个可旋转的存储磁盘；一个浮动块，它包括空气轴承面和用来读出存储在磁盘上的信息的换能器；一个用电的方法与换能器结合的通道，用来处理从磁盘上读出的信息；一个通过悬架与换能器连接的传动部件，用来使换能器相对于磁盘定位；一个配置在磁盘驱动器周围的加载/卸载结构，包括：一个加载/卸载斜面，用来与悬架的末端接合；以及一个从斜面延伸的限制器，它包括一个清洁面，当悬架的末端与斜面接合时，清洁面与空气轴承面接触并从那里除去微粒；一个用于控制传动部件的运动的伺服控制系统，当空气轴承面与清洁面接合时，所述伺服控制系统使浮动块至少高频振动某一段时间。

从下面的本发明的最佳实施例的详细说明中并参看附图，本发明的上述的和其它目的，性能和优点将很明显，附图中相同的参考数字表示相同的构件，在附图中：

图1是可用来实施本发明的磁盘存储系统的示意图；

图2是带有加载/卸载斜面的敞开的，旋转式传动装置的磁盘驱动器的顶视图；

图3A和3B是带有侧面安装的换能器的空气轴承浮动块的底视图和侧视图；

图4A和4B是加载/卸载斜面结构的放大的顶视图和侧视图；

图5A和5B是根据本发明经过改进包括空间效率高的固定的清洁垫的，图4A和4B的加载/卸载结构的顶视图和侧视图；

图6A和6B说明在加载和卸载过程中浮动块和图5A及5B的加载/卸载结构的清洁垫之间的关系；

图7说明根据本发明的高频振动时序；以及

图8表示根据本发明在多盘驱动器中用来引导气流经过清洁垫的档板的实施例。

现在，将参照最佳实施例，即适用于实现空气轴承浮动块的磁盘驱动器的斜面结构来说明本发明。当然，提供本实施例仅仅是为了说明的目的，而不是要限制发明的范围，该范围是在附加的权利要求中所详细说明的。例如，当想要通过从存储面上定期卸载浮动块来清洁接触式记录的浮动块的流体轴承面时，本发明可容易地适用于接触式记录的磁盘驱动器。

现在参阅图1，磁盘存储系统包括至少一个支撑在主轴14上并由磁盘驱动器电机18转动的可旋转的磁盘12，它带有至少一个配置在磁盘12上的浮动块13，每个浮动块13支持一个或多个在技术上通常称为读/写磁头的磁性读/写换能器21。

每个磁盘上的磁记录媒体表现为磁盘12上的环型同心数据磁道(未表示)。当磁盘12旋转时，浮动块13沿着径向或沿着弧形路径在磁盘表面22上方移动，使磁头21可访问记录所需数据的磁盘的不同区段。

每个浮动块13在其上表面通过悬架15而固定在传动臂19上。悬架15形成一个使浮动块13偏向磁盘表面22的轻微弹力。每个传动臂19都固定在传动装置27上。如图1所示的传动装置，例如，可能是一个音圈电机(VCM)。VCM包括一个可在固定磁场内移动的线圈，线圈运动的方向和速度由伺服系统控制器所提供的控制信号控制。

在磁盘存储系统工作过程中，磁盘12的旋转在浮动块13和磁盘表面22之间产生空间轴承，后者对浮动块的下表面施加一个向上的力或正压。这个下面的或空气轴承的表面(ABS)一般包括多个空气轴承导轨，其形状可提供所需的浮动特性。这些导轨上产生的正压与悬架15的轻微弹力平衡，在工作过程中支持浮动块13离开，并以一个小的，实质上恒定的间隙稍微高于磁盘表面。浮动块还可能包括象气阱97和97′那样的负压区，以便抵消正压，提供扁平槽的浮动高度外形。

磁盘存储系统的各种构件在工作中由控制器29所产生的控制信号控制，如存取控制信号和内部时钟信号。一般地说，控制器29包括，例如，逻辑控制电路，存储装置和一个微处理器。控制器29产生控制信号来控制各种系统操作，如线路23上的驱动电机控制信号和线路28上的磁头定位和查找控制信号。线路28上的控制信号提供所需的电流分布，以便最恰当地移动选择的浮动块13并使之定位在有关磁盘12的所需数据磁道上。读出和写入信号通过记录通道25与读/写磁头21互相连通。

上面对典型磁盘存储系统的描述以及图1的附带例图仅仅是为了说明的目的。很明显，磁盘存储系统可能包括许多磁盘和传动装置，而每个传动装置可支撑若干个浮动块。

图2表示磁盘驱动器30，它使用旋转式传动装置19，带有在其上形成的换能器(未表示)的空气轴承浮动块13，以及安装在存储磁盘8的外周的加载/卸载斜面结构41。传动装置通过悬架15与浮动块连接，悬架在其末端包括一个突出部45，以便在加载/卸载操作过程中与斜面结构41的斜面43接合。在数据存取操作过程中，传动装置19根据从伺服控制电子线路来的控制信号有选择地把换能器定位在磁盘8的上方，例如，可能放在固定在磁盘驱动器的基座42上的印刷电路板上。控制信号及准备写入磁盘8的信息通过包括一个臂电子模件的接插电路33，沿着软性电缆31被提供给传动装置。由换能器从磁盘8读出的信息通过软性电缆31和电路33被传送给同样放在印刷电路板上的读/写通道。

传动装置围绕轴27沿着箭头44所指出的方向转动。在传动装置19的一端，在一对永久磁铁(其中一块表示为37)之间装有音圈39。另一块磁铁固定在磁盘驱动器外壳的里盖上，后者在图2中被拆下以便于说明。从伺服控制电路来的控制信号使电流在音圈39内流动并产生磁通量。磁通量产生相对于永久磁铁37的或是吸引力，或是排斥力，从而使传动装置沿所需方向运动。传动装置的运动受到一个或多个碰撞止动器46的限制，该止动器通过与突出部48相接触而阻挡运动的范围。在数据存取操作不在进行或磁盘8不在旋转的时间间隔内，伺服控制电路命令传动装置使浮动块离开磁盘并移到加载/卸载斜面43上。

图3A说明浮动块13的典型的空气轴承面。空气在包括台阶或做成斜面的部分36的前端62进入空气轴承面，以增强升力，并在后端64排出。在通常比前端62更靠近磁盘浮动的后端64处形成换能器38。图3B表示后端64和换能器38的视图。再返回来参看图3A，当磁盘旋转时，在导轨34和34′上形成正压，以支持浮动块位于离磁盘8额定的间隙处。在导轨34和34′之间形成凹区32并可能包括负压气阱(由导轨34和34′形成)，以抵消正压的变化。

当浮动块在非常靠近磁盘表面处浮动时，污物或废物的微粒就可能聚集在浮动块的凹口32，较低浮动的后端64，空气轴承面34和34′，特别是换能器38的读写间隙66。建议的方法和装置力图在读/写性能和浮动高度受到有害影响之前，就从空气轴承面和间隙66清除这些微粒。在今天的磁盘驱动器工业中，正在使用众多的空气轴承结构，但全都具有某些易于积累废物的特点，它们将从建议的发明中得到好处。

图4A展示适宜于实现本发明的加载卸载斜面结构的顶视图。该结构最好包括用注模法形成的坚固而有弹性的塑料。塑料必须抗剥落或碎屑，以避免弄脏磁盘驱动器内部。该结构包括最好含有做成斜坡的部分49，平顶51和稳定部分53的斜面43。如所示，平面限制器从斜面向外延伸，当悬架“停放”在斜面上时，使得它被直接配置在浮动块的空气轴承面下方。该结构安装在磁盘驱动器的基座42上，贴近磁盘8的外周的地方，在孔71处带有螺钉或其它机械固定工具。

在卸载过程中，悬架15末端的突出部或小突舌45与斜面接合，在最终停放到稳定部分53以前，移动到做成斜坡的部分49上并越过平顶51。在加载过程中，有一个断开的力施加于传动装置19，在最终把浮动块加载到旋转的磁盘表面上方以前，使悬架脱离稳定部分53进到平顶51上，并把它移下斜坡部分49。

尽管图1和图2只表示了带有单个悬架15的单个传动臂，但是传动装置一般备有一对悬架15，15′，每个对应于存储磁盘8的一个表面。由于这个原因，最佳的斜面结构包括供每个存储磁盘用的双侧斜面43。一个这样的双侧斜面43的侧视图示于图4B。间隙55适合于存储磁盘8的整个一圈，以便在每个表面上方提供一个做成斜坡的部分49，49′，使之与悬架对中的每个悬架的末端接合。每个做成斜坡的部分49，49′引导到平顶51，51′，并最终到稳定部分53，53′。

图5A，5B，6A和6B表示根据本发明改进的图4A和4B的斜面结构41。首先参看图5A和5B，例如在注模过程中，或在形成斜面结构以后，通过把一块带有硬毛状的突起物粘结到限制器47的每个表面上，从而在限制器47的每一侧备置硬毛61和61′。当悬架15，15′沿着斜面43移动时，浮动块13和13′的空气轴承面与硬毛61，61′接触，后者的作用是从这些移动的表面上刷去微粒。硬毛最好是相当细，以便能进入空气轴承面的所有缝隙，且足够有力，以便清除与之接触的微粒，但又相当柔软，以避免损害换能器38，38′及悬架15的精密零件。

如图6A和6B所示，悬架15，15′一旦停放在稳定部分53，53′，传动装置就可按箭头65所指的方向和/或按箭头73所指的方向颤动或高频振动选定的一定量时间，以便从空气轴承面上清除附加的累积物。高频振动的顺序示于图7，作为伺服控制系统所执行的加载过程的一部分。伺服控制系统的操作在技术上是众所周知的，图7所示的改进型式应该是对相对简单明了的，易于在现有的伺服系统中由那些具有传动控制普通技能的人们所实现。

在第一步81，换能器/浮动块结构或“磁头”按照常规程序被卸载到斜面43上。当支持这些磁头的悬架15，15′停放在稳定部分53，53′时，传动装置19，例如，就以选择的能引起运动并激发悬架共振的频率，在足以清除附加的微粒的时间内自动高频振动(步骤85)。在高频振动之后，悬架仍然停放着，直到伺服控制器收到加载命令，那时控制就转移到加载序列(步骤89)。如果不需要在每次磁头卸载时都进行高频振动程序，则可提供任选步骤81，以便有选择地使传动装置19高频振动。例如，清洁处理可预定仅仅在预选的时间间隔内，或只在磁盘降低转速的过程中发生。

磁盘驱动器一般包括一个或多个过滤器，以便过滤磁盘驱动器机座内部的空气。一个这样的过滤器91示于图2。当磁盘驱动器旋转时，空气在连续运动。为了避免被硬毛消除的污染物再次循环，在磁盘驱动器内部可提供档板，例如，该档板可作为磁盘机壳的一部分，以便在微粒有机会返回到磁盘表面以前，引导气流通过竖有硬毛的清洁面并导向空气过滤器。适用于这个目的的档板的例子在图2中用虚线93表示。例如，可在注模过程中作为斜面结构43的一部分而形成档板。在多盘磁盘驱动器结构中，如图8所示，档板93可配置在磁盘8，8′和每对斜面结构43，43′之间。

本发明已经参照特定的实施例予以说明。但是，可以理解的是，正如在下面的权利要求书中所提出的那样，在不脱离本发明的范围的情况下，精通技术的人可能会想出被描述的实施例的许多改型和修改。

Claims (14)

1.一种磁盘驱动器，包括：

一个可旋转的存储磁盘；

一个浮动块，它包括空气轴承面和用来读出存储在磁盘上的信息的换能器；

一个用电的方法与换能器结合的通道，用来处理从磁盘上读出的信息；

一个通过悬架与换能器连接的传动部件，用来使换能器相对于磁盘定位；

一个配置在磁盘驱动器周围的加载/卸载结构，包括：

一个加载/卸载斜面，用来与悬架的末端接合；以及

一个从斜面延伸的限制器，它包括一个清洁面，当悬架的末端与斜面接合时，清洁面与空气轴承面接触并从那里除去微粒；

一个用于控制传动部件的运动的伺服控制系统，当空气轴承面与清洁面接合时，所述伺服控制系统使浮动块至少高频振动某一段时间。

2.权利要求1的磁盘驱动器，其特点在于进一步包括机座，空气过滤器，以及在磁盘周围这样配置的档板，使得由旋转的磁盘所产生的气流被引导到清洁面的上方并流向空气过滤器。

3.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于该结构进一步包括与第一个相对的第二个加载/卸载斜面，以便与支撑带有空气轴承面的第二个浮动块的传动部件的第二个悬架接合。

4.权利要求3的磁盘驱动器，其特征在于限制器被配置在第一个和第二个斜面之间并进一步包括这样配置的第二个清洁面，使得当第二个悬架已经与第二个斜面接合时，第二个清洁面与第二个浮动块的空气轴承面接触并从那里除去微粒。

5.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于清洁面包括硬毛。

6.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于包括清洁面的结构是用注模法形成的。

7.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于清洁面包括固定在限定器上的清洁垫。

8.一种用于清洁磁盘驱动器的浮动块的空气轴承面的方法，浮动块由具有可旋转的存储磁盘的磁盘驱动器中的悬架支撑，该方法包括以下步骤：

在存储磁盘的周围设置包括加载/卸载斜面的加载/卸载结构，以便与悬架的末端接合，以及从斜面延伸的包括配置于其上的清洁面的限制器；

使悬架沿着斜面移动，从而使清洁面与空气轴承面接触并通过运动从那里除去微粒；

当空气轴承面与清洁面接触时，使浮动块至少高频振动某一段时间。

9.权利要求8的方法，其特征在于磁盘驱动器包括空气过滤器，且进一步包括这样的步骤：把由旋转的磁盘所产生的气流引导到清洁面上方并流向空气过滤器。

10.权利要求8的方法，其特征在于结构进一步包括与第一个相对的第二个加载/卸载斜面，以便与支撑带有空气轴承面的第二个浮动块的传动部件的第二个悬架接合。

11.权利要求10的方法，其特征在于限制器被配置在第一个和第二个斜面之间并进一步包括配置于其上的第二个清洁面，且进一步包括这样的步骤，即把第二个悬架沿着第二个斜面这样移动，使得第二个清洁面与第二个浮动块的空气轴承面接触并从那里除去微粒。

12.权利要求8的方法，其特征在于清洁面包括硬毛。

13.权利要求8的方法，其特征在于包括清洁面的结构是用注模法形成的。

14.权利要求8的方法，其特征在于清洁面包括固定在限定器上的清洁垫。

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