DE69512295T2

DE69512295T2 - Plattenantriebsaufhängungssystem

Info

Publication number: DE69512295T2
Application number: DE69512295T
Authority: DE
Inventors: David A. Erpelding; Oscar J. Ruiz
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: TW307863B; JP2633491B2; CN1063570C; DE69512295D1; MY111722A; KR950026708A; CN1114768A; KR0156444B1; US5606477A; EP0673019B1; JPH07262537A; EP0673019A1; US5594607A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufhängungssystem für den Gleitkörper in einem Plattenlaufwerk.
Magnetaufzeichnungsplattenspeicher, die zum Lesen und/oder Aufzeichnen von Daten auf mindestens einer sich drehenden Platte einen auf einem Gleitkörper montierten Wandler benutzen, sind, als Stand der Technik allgemein bekannt. In derartigen Systemen ist der Gleitkörper üblicherweise durch ein Aufhängungssystem an einem Zugriffsarm befestigt.
Die Verwendung von aus Schichten bestehenden Materialien zum Aufbau des Gleitkörperaufhängungssystems in Magnetplattenspeichern ist ebenfalls Stand der Technik. Beispielsweise beschreiben Erpelding et al. in US-Patentschrift 4 996 623 vom 26. Februar 1991 ein Aufhängungssystem, das aus einer Platte aus Polyimidmaterial besteht, das zwischen zwei Metallschichten eingelagert ist. Gleicherweise beschreiben Ainslie et al. in US-Patentschrift 4 761 699 vom 2. August 1988 einen Gleitkörper, der an einer aus Schichten bestehenden Aufhängung befestigt ist.
Es ist bekannt, dass Schwingungen des Armes und der Aufhängung in Plattenlaufwerken unerwünschte Wirkungen erzeugen, wie etwa nichtreproduzierbares Verlaufen des Aufzeichnungselementes auf dem Gleitkörper. Eine bekannte Verfahrensweise zum Vermindern derartiger Schwingungen besteht darin, in das Aufhängungssystem, das den Gleitkörper trägt, ein viskoelastisches Material einzubauen. Beispielsweise beschreiben Pal et al. in der US- Patentschrift 4 760 478 vom 26. Juli 1988 einen Magnetkopftragarm, der eine Schicht viskoelastischen Materials hat, die auf dem das Gewicht tragenden Bauteil befestigt ist, um Schwingungen im Tragarm zu dämpfen.
Beim Analysieren des Problems der unerwünschten Schwingungen in verallgemeinerten Systemen sind theoretische Modelle entwickelt worden, bei denen eine Grenzschicht und eine diese eingrenzende Schicht verwendet wird, um die Schwingungen zu dämpfen. Diese Modelle zeigen, dass die Wirksamkeit der insgesamt erzielten Dämpfung von der Steifigkeit der eingelagerten Schicht ebenso wie von ihrer Länge abhängt. Die geeignete Länge kann auf verschiedene Weisen abgeschätzt werden, und es sind sowohl analytische als auch experimentelle Verfahren benutzt worden. Beispielsweise wird in einem Artikel mit dem Titel "Damping of Flexural Waves by a Constrained Viscoelastic Layer" in The Journal of the Acoustical Society of America, Bd. 31 (1959) von E. M. Kerwin die wirksame Länge der eingelagerten Schicht auf die Wellenlänge der Biegewellen bezogen.
In einem anderen Artikel mit dem Titel "Length Optimization for Constrained Viscoelastic Layer Damping", The Journal of Acoustic Society of America, Bd. 48 (1970) von R. Plunkett und C. T. Lee wird eine wirksame Länge der eingelagerten Schicht für einfache und mehrfache Dämpfungsschichten bestimmt. In einem weiteren Artikel mit dem Titel "Viscoelasticity and Creep Recovery of Polyimide Thin Films", VLSI Memo 90-600, MIT (Juni 1990) vom F. Maseeh und S. Senturia werden die viskoelastischen Eigenschaften von dünnen Polyimidschichten gekennzeichnet und gemessen.
Da sich die Spurdichte von Informationsspeichermedien, wie etwa magnetischen Festplatten erhöht, nimmt die Notwendigkeit für Gleitkörperaufhängungssysteme, die Schwingungen auf ein Minimum vermindern, ständig an Bedeutung zu.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Aspekt ein Aufhängungssystem zum Tragen eines Datenwandlers bereit, das umfasst: einen aus Schichten gebildeten Teilbereich, der aus einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und einer dritten Schicht und einer Vielzahl von tragenden Flächen in der dritten Schicht besteht, die eine Vielzahl von Bereichen in der zweiten Schicht eingrenzen, wodurch die Vielzahl von Bereichen in der zweiten Schicht mindestens einen Schwingmodus des Aufhängungssystems dämpft.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben ist, enthält das Gleitkörperaufhängungssystem eine aus Schichten bestehende Aufhängung zur Befestigung zwischen dem Gleitkörper und dem Zugriffsarm, die aus einer Leiterschicht, einer Isolierschicht und einer Versteifungsschicht besteht. Die Isolierschicht besteht aus einem Material, das einige viskoelastischen Eigenschaften aufweist, wie etwa einem Polyimid, und als Grenzschicht fungiert, um Schwingungen zu dämpfen, die in der Versteifungsschicht entstehen. Die Leiterschicht enthält ein Muster von tragenden Flächen (beispielsweise durch Ätzen gebildet), die für die Isolierschicht als eingrenzende Bereiche wirken. Damit wird das Dämpfen von verschiedenen Schwingmodi ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der Leiterschicht und der Versteifungsschicht eine V-förmige Zunge gebildet. Die Zunge gestattet es, dass die Isolierschicht aus Polyimid Dehn- und Scherbelastungen unterworfen wird, wodurch Biege- und Torsionsmodi von Schwingungen gedämpft werden, denen das Aufhängungssystem ausgesetzt ist. Damit beschreibt die vorliegende Erfindung den Einsatz des Prinzips von eingelagerter/eingrenzender Schicht zum Lösen des Problems unerwünschter Schwingungen in Gleitkörperaufhängungen für Magnetplattenlaufwerke.
Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Gleitkörperaufhängungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des Gleitkörperaufhängungssystems, die entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 verläuft;
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform eines Gleitkörperaufhängungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Gleitkörperaufhängungssystems, die entlang der Linie 4-4 von Fig. 3 verläuft und
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Plattenspeichers, der das Gleitkörperaufhängungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.
Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Gleitkörperaufhängungssystems 10. Das System 10 hat einen Gleitkörperteil 14, einen Armteil 18 und einen Verbindungsteil 22 (auch als Lastarm bezeichnet). Eine Vielzahl von Signalschutzleitungen 25 und elektrischen Leitungen 26 befindet sich auf einer Oberfläche 30 des Systems 10. Jede elektrische Leitung 26 hat einen Abstand 34, der ent lang jeder ihrer Seiten angeordnet ist, um zu verhindern, dass zwischen der elektrischen Leitung 26 und einer benachbarten elektrischen Leitung 26 oder einer Schutzleitung 25 ein Kurzschluss entsteht. Gleicherweise hat jede Signalschutzleitung 25 einen Abstand 34, der entlang jeder ihrer Seiten angeordnet ist, um zu verhindern, dass zwischen der Signalschutzleitung 25 und einer benachbarten elektrischen Leitung 26 oder einer Schutzleitung 25 ein Kurzschluss entsteht. Die Signalschutzleitungen 25 funktionieren so, dass sie unerwünschte elektrische Signale zur Masse des Plattenspeichers ableiten. Diese unerwünschten elektrischen Signale werden durch elektromagnetische Streufelder aus der äußeren Umgebung erzeugt.
Die Teile 14, 18 und 22 bezeichnen Bereiche des Systems 10, aber das System 10 besteht aus einem durchgehenden Stück eines aus Schichten gebildeten Materials, wie es später unter Bezugnahme auf Fig. 2 erklärt wird.
Der Gleitkörperteil 14 ist der Teil des Systems 10, auf dem ein Lese-/Aufzeichnungsgleitkörper 35 montiert ist. Der Lese-/ Aufzeichnungsgleitkörper enthält einen Wandler zum Lesen und Aufzeichnen von Daten auf einem Medium, wie etwa einer magnetischen Festplatte. Die elektrischen Leitungen 26 bilden die elektrischen Verbindungen zum Anschluss des Gleitkörpers 35 an ein äußeres System, wie es später unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt wird.
Der Armteil 18 ist der Teil des Systems 10, der mit einem Zugriffsarm verbunden ist, wie etwa der in Fig. 5 gezeigte Arm 136. Üblicherweise wird der Armteil 18 an dem Zugriffsarm durch Bonden des Armteiles 18 am Zugriffsarm entlang der ersten Schicht 50 befestigt, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Ein Paar Gelenke 36 ist zwischen dem Armteil 18 und dem Verbindungsteil 22 vorgesehen. Gleicherweise ist ein Gelenk 37 am Ende des Verbindungsteiles 22 direkt am Gleitkörperteil 14 angebracht.
Der Verbindungsteil 22 enthält eine Vielzahl von tragenden Flächen 38, eine Vielzahl von Räumen 40 und eine Vielzahl von Räumen 41, die auf der Oberfläche 30 in einem Muster angeordnet sind, das als "Zebra"-Muster bezeichnet wird. Jede tragende Fläche 38 ist von jeder benachbarten tragenden Fläche 38 durch einen der Räume 40 getrennt. Die Räume 41 begrenzen die tragenden Flächen 38 entlang jeder Seite der tragenden Flächen 38, die nicht von einem Raum 40 umgeben ist, so dass jede tragende Fläche 38 von einer Kombination der Räume 40 und 41 vollständig umgeben ist.
Die Gestalt der tragenden Flächen 38 ist nicht kritisch, aber üblicherweise ist jede tragende Fläche 38 ein mehrseitiger abgeschlossener Bereich. Wie es in Fig. 1 gezeigt wird, können einige der Seiten der tragenden Fläche 38 gebogen sein. Andere Gestaltformen, wie etwa Kreise, Polygone, Quadrate, Rechtecke und Trapezoide könnten für die tragenden Flächen 38 ebenfalls benutzt werden.
Eine zweite Gruppe von tragenden Flächen 43 und Räumen 44 und 45 sind um eine Mittellinie 46 angeordnet, die entlang der Längsachse des Systems 10 verläuft. Jede tragende Fläche 43 ist ein mehrseitiger abgeschlossener Bereich, der von jeder benachbarten tragenden Fläche 43 durch einen der Räume 44 getrennt ist. Die Räume 45 begrenzen die tragenden Flächen 43 entlang jeder Seite der tragenden Fläche 43, die nicht von ei nem Raum 44 umgeben ist, so dass jede tragende Fläche 43 durch eine Kombination der Räume 44 und 45 vollständig umgeben ist.
In der bevorzugten Ausführungsform sind einige der tragenden Flächen 38 (in Fig. 1 mit "a" gekennzeichnet) um eine Achse 47 angeordnet, die nahe der Verankerungsstelle 36 verläuft und zwei oder mehr tragende Flächen 38(a) halbiert. Alle tragenden Flächen 38(a) sind mehrseitige Bereiche, die um die Achse 47 leicht gekrümmt sind und an allen Seiten entweder durch die Räume 40 oder die Räume 41 umgeben sind. Die tragenden Flächen 38(a) haben eine Breite "c", die entlang einer Linie gemessen wird, die benachbarte tragende Flächen 38 (d. h. in Richtung der Achse 47) rechtwinklig halbiert. In der bevorzugten Ausführungsform verläuft auch einer der Räume 41 entlang einer Kante 48 des Systems 10. Die Räume 40 schneiden die Räume 41, die entlang der Kante 48 verlaufen. Eine Achse 49 verläuft durch die zwei Gelenke 36 und steht im rechten Winkel zur Mittellinie 46, und eine Achse 51 verläuft rechtwinklig zur Mittellinie 46 durch das Gelenk 37.
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des Gleitkörperaufhängungssystems 10, in der veranschaulicht wird, dass das System 10 eine aus Schichten gebildete Struktur ist, die aus einer ersten Schicht 50, einer zweiten Schicht 54 und einer dritten Schicht 58 besteht. Die erste Schicht 50 ist benachbart zu einer Oberfläche der zweiten Schicht 54 angeordnet. Die dritte Schicht 58 ist benachbart zu einer unterschiedlichen Oberfläche der zweiten Schicht 54 angeordnet, so dass die zweite Schicht 54 die erste Schicht 50 und die dritte Schicht 58 trennt, wobei die Schichten 50, 54 und 58 alle in Ebenen liegen, die zueinander parallel sind.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind die tragenden Flächen 38 Bereiche der dritten Schicht 58, die im wesentlichen rechtwinklig im Querschnitt sind und die durch einen der Räume 40 von jeder benachbarten tragenden Fläche 38 getrennt sind. Die Räume 40 erstrecken sich nach unten zur zweiten Schicht 54, so dass die zweite Schicht 54 durch den Raum 40 freigelegt wird. Typische Abmessungen und Zusammensetzungen für die verschiedenen in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Elemente sind wie folgt: Die Räume 40 und 44 haben eine Breite "b" von etwa 0,05 bis 0,1 mm. Die tragenden Flächen 38 und 43 haben die Breite "c" von etwa 0,4 mm. Die erste Schicht 50 hat eine Dicke "w" von etwa 0,051 mm und besteht aus einem steifen Material, wie etwa rostfreiem Stahl. Die zweite Schicht 54 hat eine Dicke "x" von etwa 0,006 mm und besteht aus isolierendem, viskoelastischem Material, wie etwa Polyimid. Die dritte Schicht 58 hat eine Dicke "y" von etwa 0, 0127 mm und besteht aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa einer hochfesten Kupfer-Beryllium-Legierung.
Es sollte eingeschätzt werden, dass die vorstehend aufgelisteten Werte vom speziellen Muster der tragenden Flächen 38 und 43 und der Räume 40, 41, 44 und 45 und von den in den Schichten 50, 54 und 58 verwendeten Materialien abhängen. Bei unterschiedlichen Systemen werden unterschiedliche Werte passend sein.
Die tragenden Flächen 38 und 43 und die elektrischen Leitungen 26 und Signalschutzleitungen 25 werden durch Ätzen der Oberfläche 30 unter Verwendung üblicher Metallätztechniken gebildet. Beispielsweise wird, wenn die dritte Schicht 58 aus Beryllium-Kupfer besteht, die Schicht 58 mit Eisenchlorid ge ätzt. Der Ätzvorgang trägt Metall von vorgegebenen Bereichen ab, wodurch die Räume 34, 40, 41, 44 und 45 gebildet werden, welche die elektrischen Leitungen 26, die Signalschutzleitungen 25 und die tragenden Flächen 38 und 43 definieren.
Hinsichtlich der Räume 34, 40, 41, 44 und 45 wird das Metall von der dritten Schicht 58 durch den Ätzvorgang vollständig entfernt, wodurch über die Räume 34, 40, 41, 44 oder 45 die zweite Schicht 54 freigelegt wird. In der Praxis wird ein üblicher chemischer Ätzvorgang keine Vertiefung bilden, welche die perfekte rechtwinklige Form hat, wie sie in Fig. 2 für die Räume 40 veranschaulicht wird. Tatsächliche Vertiefungen, die durch einen chemischen Ätzvorgang gebildet werden, sind leicht abgerundet oder konisch, wie es in der Technik allgemein bekannt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform bestehen die erste, zweite und dritte Schicht 50, 54 und 58 anfänglich aus einer durchgehenden Platte von aus Schichten aufgebautem Material aus Schichten von Beryllium-Kupfer / Polyimid / rostfreiem Stahl. Ein Vielzahl von Gleitkörperaufhängungssystemen 10 werden dann aus der aus Schichten gebildeten Platte hergestellt. Die Herstellung des aus dünnen Metall-Polyimid-Schichten gebildeten Laminats ist von St. Clair et al. in der US-Patentschrift 4 543 295 (erteilt am 24. September 1985) beschrieben.
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform eines Gleitkörperaufhängungssystems 70. Das System 70 hat einen Gleitkörperteil 74, einen Armteil 78 und einen Verbindungsteil 82. Eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 86 und Signalschutzleitungen 87 befinden sich auf der Oberfläche 90 von System 70. Jede elektrische Leitung 86 ist durch einen Raum 94 von jeder benachbarten elektrischen Leitung 86 oder Schutzleitung 87 getrennt, so dass ein Kurzschluss zwischen einer elektrischen Leitung 86 und einer benachbarten elektrischen Leitung 86 oder Schutzleitung 87 verhindert wird. Gleicherweise hat jede Signalschutzleitung 87 einen Raum 94, der entlang ihrer Seiten so angeordnet ist, dass ein Kurzschluss der Schutzleitung 87 mit einer benachbarten elektrischen Leitung 86 oder Schutzleitung 87 verhindert wird. Eine V-förmige Zunge 98, die eine Länge "L" hat, wird auf der Oberfläche 90 durch Ausschneiden eines V-förmigen Kanals 102 rund um den Umfang der Zunge 98 gebildet.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung eines Gleitkörperaufhängungssystems 70, in der veranschaulicht wird, dass das System 70 eine aus Schichten gebildete Struktur hat, die aus einer ersten Schicht 106, einer zweiten Schicht 110 und einer dritten Schicht 114 besteht. Die erste Schicht 106 befindet sich auf einer Oberfläche der zweiten Schicht 110. Die dritte Schicht 114 ist auf einer unterschiedlichen Oberfläche der zweiten Schicht 110 angeordnet, so dass die zweite Schicht 110 die erste Schicht 106 und die dritte Schicht 114 trennt, wobei die Schichten 106, 110 und 114 alle in Ebenen liegen, die parallel zueinander liegen.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist der Kanal 102 ein Bereich rund um die Zunge 98, in dem die dritte Schicht 114 entfernt worden ist, so dass die zweite Schicht 110 freiliegt. Es wurde auch ein Teil der ersten Schicht 106 unterhalb des Kanals 102 entfernt, so dass die zweite Schicht 110 freiliegt und ein keilförmiger Kanal 118 gebildet wird. Damit liegt die zweite Schicht 110 an beiden Seiten des Kanals 102 frei. Der Kanal 118 folgt der Form des Kanals 102 überall rund um den Umfang der Zunge 98 und hat damit auch die V-Form des Kanals 102. Typische Abmessungen und Zusammensetzungen für die verschiedenen in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Elemente sind wie folgt: Der Kanal 102 hat eine Breit "f" von etwa 0,4 mm, und die Länge "L" beträgt etwa 6,3 mm. Die Schichten 106, 110 und 114 sind analog zu den Schichten 50, 54 und 58 und haben die gleichen Abmessungen und Zusammensetzungen, so dass die erste Schicht 106 eine Dicke "g" von etwa 0,051 mm hat und aus einem steifen Material besteht, wie etwa rostfreiem Stahl. Die zweite Schicht 110 hat eine Dicke "h" von etwa 0,006 mm und besteht aus einem viskoelastischen elektrisch isolierenden Material, wie etwa einem Polyimid. Und die dritte Schicht 114 hat eine Dicke "k" von etwa 0,0127 mm und besteht aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa einer Beryllium-Kupfer- Legierung.
Es sollte eingeschätzt werden, dass die vorstehend aufgelisteten Werte vom speziellen Muster der Zunge 98 und der Kanäle 102 und 118 und von den in den Schichten 106, 110 und 114 verwendeten Materialien abhängen. Bei unterschiedlichen Systemen werden unterschiedliche Werte ermittelt werden müssen.
Die Zunge 98 und die elektrischen Leitungen 86 und Schutzleitungen 87 werden durch Ätzen der Oberfläche 90 mit üblichen Metallätztechniken gebildet, wie es vorstehend im Hinblick auf das Aufhängungssystem 10 erläutert wurde. Der Ätzvorgang trägt von vorgegebenen Bereichen Metall ab, wodurch die Räume 94 und der Kanal 102 gebildet werden, welche die elektrischen Leitungen 86, Schutzleitungen 87 und die Zunge 98 definieren.
Im Hinblick sowohl auf die Räume 94 wie den Kanal 102 wird durch den Ätzvorgang das Metall von der dritten Schicht 114 vollständig entfernt, wodurch die zweite Schicht 110 durch die Räume 94 oder den Kanal 102 freigelegt wird. Der Kanal 118 wird ebenfalls durch chemisches Ätzen gebildet. Der Kanal 118 hat aufgrund des Ätzvorganges eine keilförmige Gestalt (d. h. er ist an seinem Grunde breiter als direkt an der zweiten Schicht 110). Wenn eine dicke Metallschicht, wie etwa die Schicht 106 geätzt wird, hat die sich ergebende Vertiefung üblicherweise eine leicht keilförmige Gestalt.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Magnetaufzeichnungs-Plattenspeichers 120, der das Gleitkörperaufhängungssystem 10 oder 70 der vorliegenden Erfindung benutzt. Es sollte eingeschätzt werden, dass die Aufhängungssysteme 10 und 70 auch mit anderen Datenspeichersystemen benutzt werden könnten, die ein Schwingungen minimierendes Wandleraufhängungssystem erfordern, wie etwa Diskettenlaufwerke, optische Laufwerke oder CD-Spieler.
Der Plattenspeicher 120 umfasst eine Vielzahl von Magnetaufzeichnungsplatten 124, die für den Einsatz in Festplattenlaufwerken geeignet sind. Die Platten 124 sind auf einer Spindelwelle 128 montiert, die mit einem Spindelmotor 130 verbunden ist. Motor 130 ist auf einem Rahmen 131 befestigt.
Die Vielzahl von Lese-/Aufzeichnungsgleitkörpern 35 ist über der Platte 124 derart angeordnet, dass auf jede Platte 124 durch einen der Gleitkörper 35 zugegriffen werden kann. Jeder der Gleitkörper 35 enthält einen Wandler zum Lesen und Aufzeichnen von Daten auf einer Vielzahl von konzentrischen Datenspuren auf der Platte 124 und ist an einem der Aufhängungs systeme 10 (oder 70) befestigt. Jedes der Aufhängungssysteme 10 (oder 70) ist an einem Zugriffsarm 136 befestigt, der an einem drehbaren Zugriffsarm 140 montiert ist. Der drehbare Zugriffsarm 140 bewegt den Zugriffsarm 136 (und damit das Aufhängungssystem 10 oder 70 und den Gleitkörper 35) in radialer Richtung über die Platte 124. Ein Gehäuse 144 (in Fig. 5 durch eine gestrichelte Linie gezeigt) dichtet den Plattenspeicher 120 ab und sorgt dafür, dass er vor Verunreinigung durch Festkörper geschützt wird.
Eine Steuereinheit 148 stellt dem System 120 umfassende Steuerung bereit. Die Steuereinheit 148 enthält eine Zentraleinheit (CPU), eine Speichereinheit und andere digitale Schalttechnik und ist mit einer Zugriffsarm-Steuer-/Antriebseinheit 152 verbunden, die ihrerseits elektrisch mit dem Zugriffsarm 140 verbunden ist. Dies gestattet der Steuerung 148, die Bewegung der Gleitkörper 35 über den Platten 124 zu steuern. Die Steuerung 148 ist elektrisch mit einem Lese-/Aufzeichnungskanal 156 verbunden, der seinerseits elektrisch mit den Gleitkörpern 35 verbunden ist. Dies gestattet es der Steuerung 148, Daten an die Platten 124 zu senden und von ihnen zu empfangen. Die Steuerung 148 ist elektrisch mit einer Spindelsteuer-/antriebseinheit 160 verbunden, die ihrerseits mit dem Spindelmotor 130 elektrisch verbunden ist. Dies gestattet es Steuerung 148, die Drehung der Platten 124 zu steuern. Ein Hauptrechnersystem 164, das üblicherweise aus einem Rechnersystem besteht, ist elektrisch mit der Steuereinheit 148 verbunden. Das Hauptrechnersystem 164 kann digitale Daten an die Steuerung 148 senden, die auf den Platten 124 gespeichert werden sollen, oder kann anfordern, dass digitale Daten von den Platten 124 gelesen und an das System 164 geschickt werden. Die grundlegende Betriebsweise und der Aufbau von Datenspeichersystemen, wie etwa des Plattenspeichers 120 (ohne Aufhängungssystem 10 oder 70), ist allgemein bekannt und wird ausführlicher in Magnetic Recording Handbook von C. Dennis Mee und Eric D. Daniel, McGraw - Hill Book Company (1990) beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 kann nun das von der vorliegenden Erfindung angesprochene Problem erklärt werden. Die Schwingung der Arme 136 und des Aufhängungssystems 10 (oder 70) im Plattenspeicher 120 erzeugt die unerwünschte Wirkung, dass das nichtreproduzierbare Verlaufen (NRRO) des Aufzeichnungselementes des Gleitkörpers 35 erhöht wird. Diese Wirkung begrenzt die Spurdichte und die Kapazität des Plattenspeichers 120.
Im Plattenspeicher 120 wird das Schwingen der Arme 136 und des Aufhängungssystems 10 durch die Schwingung der Plattenspindel 128, die Bewegung des Zugriffsarmes 140 und insbesondere den Luftstrom innerhalb des Gehäuses 144 erregt. Die Amplitude der Schwingung, und damit die NRRO-Amplitude, ist proportional dem Grad der Erregung. Zusätzlich ist der Frequenzgehalt der Erregungsquelle von Bedeutung. Wenn sich eine Erregerfrequenz in der Nähe der Eigenfrequenz der Aufhängungsbaugruppe befindet, wird die Schwingungsamplitude umgekehrt proportional dem Dämpfungswert sein. Ein System mit einer sehr geringen Dämpfung in einem bestimmten Modus wird eine große Amplitude haben, wenn irgendeine Antriebsfrequenz nahe bei seiner Eigenfrequenz - liegt. Üblicherweise erregt der Luftstrom alle Frequenzen der Aufhängung 10 (oder 70). Dann ist es wünschenswert, um das NRRO zu senken, eine hohe Dämpfung insbesondere in den Modi zu haben, die wesentlich zum NRRO beitragen. Es ist ebenso wünschenswert, eine Konstruktion mit hoher Eigenfrequenz und Steifigkeit zu haben, mit geringer Kopplung zwischen der Auf hängungs- und der Gleitkörperbewegung und geringerer Empfindlichkeit auf die Erregungsquelle.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 kann nun das Funktionieren der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Das Aufhängungssystem 10 besteht aus den drei Schichten 50, 54 und 58. Die erste Schicht 50 ist eine Versteifungsschicht, die dem System 10 Starrheit verleiht und ist die Baugruppe, die gedämpft werden muss. Die zweite Schicht 54 ist eine dazwischenliegende Schicht, die durch die dritte Schicht 58 eingegrenzt wird. Die zweite Schicht 54 besteht aus einem Polyimid-Isolierwerkstoff, der als elektrische Isolierung zwischen der ersten Schicht 50 und der dritten Schicht 58 wirkt und der auch viskoelastische Eigenschaften hat. Viskoelastisch bedeutet, dass die Spannung in einem verformten Werkstoff sowohl der Verformung als auch der Verformungsgeschwindigkeit proportional ist. Viskoelastische Werkstoffe zeigen auch Kriech- und Erholungsverhalten. Kriechen bedeutet, dass unter konstanter Spannung die Verformung mit der Zeit ansteigt. Erholung bedeutet, dass bei konstanter fester Verformung die Spannung mit der Zeit stetig abnimmt.
Die dritte Schicht 58 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. etwa einer hochfesten Kupferlegierung wie etwa Beryllium-Kupfer. Die dritte Schicht 58 besteht vorzugsweise aus Kupfer, weil die elektrischen Leitungen 26 als wirksame elektrische Leiter fungieren müssen. Die Legierung hat vorzugsweise eine hohe Festigkeit, weil der hohe Elastizitätsmodul für hohe Steifigkeit sorgt, welche die Fähigkeit der eingrenzenden Schicht verbessert, Verformungsenergie in die zweite Schicht 54 zu übertragen. Auch auf die Gelenke 36 und 37 wirkt die auf dem Gleitkörper aufgebrachte Vorspannung ein, und damit unterliegen sie hohen Spannungen. Zusätzlich sind derartige Legierungen unter Spannung stabiler, was bedeutet, dass keine Vorspannung verloren geht.
Das Muster der tragenden Flächen 38 und 43 und der Räume 40, 41, 44 und 45 funktioniert so, dass es die Biegemodi des Aufhängungssystems 10 dadurch dämpft, dass es Bereiche bereitstellt, in denen die zweite Schicht 54 Scherbelastungen aufnehmen kann. Wenn das Aufhängungssystem 10 Biegeschwingungen unterworfen wird, unterliegt das Material der ersten Schicht 50 zyklischer Verformung. Da die zweite Schicht 54 auf die erste Schicht 50 aufgebondet ist, wird diese Verformung in die Bodenfläche des Materials übertragen, aus dem die zweite Schicht 54 besteht.
In Bereichen, in denen die zweite Schicht 54 durch eine tragende Fläche 38 abgedeckt ist, wird die obere Fläche der zweiten Schicht 54 an einer Verformung gehindert, die über das hinausgeht, was die Steifigkeit der tragenden Fläche 38 zulässt. Daher unterliegt Schicht 54 über ihre Dicke einer Scherbelastung. Scherbewegung innerhalb der Schicht 54 nimmt aus dem System Energie auf, wodurch die Modusbewegung des Aufhängungssystems gedämpft wird.
Die Funktion der Räume 40 und 44 besteht darin, die Breite "c" der tragenden Flächen 38 und 43 bei einem ziemlich optimalen Wert zu halten. Beispielsweise würde die Breite "c", wenn die Räume 40 und 44 nicht vorhanden wären, groß sein, und die tragenden Flächen 38 beziehungsweise 43 würden zu biegsam werden, um wirksam als Begrenzungsschicht zu fungieren. Andererseits würde, wenn die Breite "c" der tragenden Flächen 38 und 43 zu klein ist, der durch diese tragenden Flächen abgedeckte Be reich klein sein, und es würde keine eingrenzende Wirkung auftreten. In jedem Falle würde weniger Dämpfung erfolgen. Grundsätzlich wird die Breite "b" der Räume 40 so gewählt, dass sie so schmal wie möglich ist, aber noch eine definierte Trennung zwischen benachbarten tragenden Flächen 38 aufrecht erhalten wird.
Das "Zebra"-Muster der tragenden Flächen 38, das in Fig. 1 dargestellt ist, hat das Dämpfen der Biege- und Torsionsmodi des Aufhängungssystems 10 zum Ziel. Um diese Modi zu dämpfen, sind einige der tragenden Flächen 38 um die Achse 47 angeordnet, die im rechten Winkel zur Ausbiegung der tragenden Flächen 38 liegt und nahe an einem der Gelenke 36 verläuft. Diese Ausrichtung stellt die optimierte Flächenbreite "c" für einen maximalen Betrag an Verformung bereit.
In den tragenden Flächen 38 und 43 ist die Breite "c" optimiert, um die höchste Dämpfung zu erzeugen. Wenn die Breite "c" zu groß ist, werden die tragenden Flächen 38 durch die zweite Schicht 54 gedehnt. Andererseits wird, wenn die Breite "c" zu klein ist, sehr wenig von der zweiten Schicht 54 eingegrenzt. In jedem dieser Fälle wird der Betrag der erzielten Dämpfung kleiner sein, als es mit einigermaßen optimiertem Wert für die Breite "c" möglich ist.
Eine Näherungstechnik zur Bestimmung eines optimalen Wertes für die Breite "c" benutzt nachstehende Gleichung 1, in der Es = Elastizitätsmodul von Kupfer = 1,279 · 10&sup8;; E&sub1; = Viskositätsmodul von Polyimid = 1,2 · 10&sup6;; x = Dicke der zweiten Schicht = 0,006 mm; y = Breite der dritten Schicht = 0,0127 mm; und v = Poisson-Zahl von Polyimid = 0,34 sind:
Sobald ein Näherungswert für die Breite "c" berechnet worden ist, kann die Breite "c" durch Konstruktion von Prototyp-Systemen 10 und Messen des erzielten Dämpfungsbetrages für verschiedene Konfigurationen optimiert werden. Im allgemeinen liegt die Breite "c" im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und 5 wird das Paar Gelenke 36 zwischen dem Armteil 18 und dem Verbindungsteil 22 bereitgestellt, um Verbindungsteil 22 in die Lage zu versetzen, um Achse 49 zu schwenken und es damit dem Gleitkörper 35 und dem Gleitkörperteil 14 zu ermöglichen, der Plattenrundlaufabweichung eng zu folgen, ohne dass die Flughöhe zwischen Gleitkörper 35 und Platte 124 gestört wird. Die Gelenke 36 sind Teil der dritten Schicht 58 und sind entlang der Achse 49 angeordnet, um auf Gleitkörper 35 eine Vorspannung aufzubringen. Diese Vorspannung drückt den Gleitkörper gegen die Platte 124 und wird durch die Luftlagerkraft im Gleichgewicht gehalten, die durch die Drehung der Plattenspindel 128 erzeugt wird, die das Bestreben hat, den Gleitkörper 35 von der Platte 124 zu trennen. Die Teile der elektrischen Leitungen 26 und der Schutzleitungen 25, die sich zwischen den Gelenken 36 und Armteil 18 und Verbindungsteil 22 befinden, sind flexibel genug, so dass sie den Winkel der Gelenke 36 nicht beeinflussen. Weiterhin hängt die Biegesteifigkeit des Verbindungsteiles 22 um Achse 49 hauptsächlich von den Gelenken 36 ab.
Das Gelenk 37 gestattet es dem Gleitkörperteil 14, sich um die Achse 46 zu neigen und um die Achse 51 zu rollen. Die Teile der elektrischen Leitungen 26 und Schutzleitungen 25, die sich an beiden Seiten von Gelenk 37 und zwischen Verbindungsteil 22 und Gleitkörperteil 14 befinden, sind biegsam genug, um die Biegesteifigkeit des Gleitkörperteiles 14 um Achsen 46 und 51 im wesentlichen von der Steifigkeit von Gelenk 37 abhängen zu lassen. Die Länge und Breite der Gelenke 36 und 37 sind geeignet gewählt, so dass dem Gleitkörperteil 14 eine angemessene Steifigkeit gegen Biegung und Auslenkung aus seiner Ebene verliehen wird, wodurch der Gleitkörper 35 bei einer gewünschten Flughöhe fliegen kann und diese so konstant wie möglich gehalten wird. Dynamikverhalten und Eigenfrequenzen der Aufhängung werden auch durch die Steifigkeiten der Gelenke bestimmt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 kann das Funktionieren einer alternativen Ausführungsform erklärt werden. Während des Betriebes eines Plattenlaufwerkes veranlassen die Biege- und Torsionsmodi des Aufhängungssystems 70, dass sich das System 70 durchbiegt und verdreht. Die Form der Zunge 98 gestattet es ihm jedoch, während dieser Bewegung relativ flach zu bleiben, wodurch der Teil der zweiten Schicht 110, der unter der Zunge 98 liegt, Dehn- und Scherbewegungen unterworfen wird. Eine geringe Breite "f" begünstigt Schervorgänge in der zweiten Schicht 110, während eine größere Breite "f" mehr Dehnvorgänge hervorbringt.
Eine Näherungstechnik zum Bestimmen eines optimalen Wertes für die Länge "L" benutzt nachstehende Gleichung 2, wobei f = 0,4 mm ist:
Sobald ein Näherungswert für die Länge "L" berechnet worden ist, kann "L" optimiert werden, indem Prototyp-Systeme 70 gebaut werden und der Betrag an Dämpfung gemessen wird, der sich für verschiedene Konfigurationen ergibt, damit ein optimierter Wert erreicht wird. Im allgemeinen wird eine geringe Länge "L" wenig Dämpfung hervorbringen, aber eine größere Länge "L" wird die Aufhängungsdynamik des Systems 70 zerstören.
Die V-Form der Zunge 98 wurde gewählt, weil dies die Verminderung in der Steifigkeit im Aufhängungssystem 70 auf ein Mindestmaß beschränken wird, während der Zunge 98 eine maximale Steifigkeit verliehen wird. Die maximale Steifigkeit in der Zunge 98 und dem Aufhängungssystem 70 wird erreicht, wenn jedes dieser Elemente die breiteste mögliche Grundfläche hat.

Claims

1. Aufhängungssystem (10) zum Tragen eines Datenwandlers, umfassend:

einen aus Schichten gebildeten Teilbereich, der aus einer ersten Schicht (50), einer zweiten Schicht (54) und einer dritten Schicht (58); und

einer Vielzahl von einander getrennter benachbarter (38, 43) tragender Flächen in der dritten Schicht (58) besteht, die eine Vielzahl von Bereichen in der zweiten Schicht (54) eingrenzen, wobei die Vielzahl der Bereiche in der zweiten Schicht (54) mindestens einen Schwingmodus des Aufhängungssystems (10) dämpft.

2. Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei jede aus der Vielzahl von tragenden Flächen (38, 43) einen mehrseitigen Bereich der dritten Schicht (58) umfasst, der allseitig von einem Raum (40, 41, 44, 45) umgeben ist, der die zweite Schicht (54) freilegt.

3. Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 2, wobei jede aus der Vielzahl von tragenden Flächen (38, 43) eine Breite in der Größenordnung von annähernd 0,1 bis 0,8 Millimeter hat.

4. Aufhängungssystem (10) nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei die zweite Schicht (54) aus einem viskoelastischen Material besteht und die dritte Schicht (58) aus einem elektrisch leitenden Material besteht.

5. Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 3, wobei jede aus der Vielzahl von tragenden Flächen (38, 43) aus einer hochfesten Kupferlegierung besteht.

6. Aufhängungssystem (10) nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei eine Vielzahl der mehrseitigen Flächen (38, 43) mindestens eine kurvenförmige Seite hat, die durch eine im rechten Winkel zu zwei oder mehr tragenden Flächen (38, 43) verlaufende Achse (47, 46) in zwei gleiche Teile unterteilt wird.

7. Aufhängungssystem (10) nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei die zweite Schicht aus einem Polyimid besteht.

8. Aufhängungssystem (70) zum Tragen eines Datenwandlers in einem Plattenlaufwerk, umfassend:

eine aus Schichten bestehende Baugruppe, die aus einer zweiten Schicht (110), die zwischen einer ersten Schicht (106) und einer dritten Schicht (114) angeordnet ist und

einem ersten V-förmigen Kanal (102) besteht, der in der Ebene der dritten Schicht (114) angeordnet ist, durch den die zweite Schicht (110) freigelegt wird.

9. Aufhängungssystem (70) nach Anspruch 8, wobei die dritte Schicht (114) aus einer hochfesten Kupferlegierung besteht und der erste V-förmige Kanal (102) eine Breite in der Größenordnung von annähernd 0,4 bis 1,0 Millimeter hat.

10. Aufhängungssystem (70) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, das weiterhin einen zweiten V-förmigen Kanal (118) umfasst, wobei der zweite V-förmige Kanal in der ersten Schicht (106) direkt unterhalb des ersten V-förmigen Kanals (102) gebildet wird, wobei sich die zweite Schicht (110) zwischen dem ersten V-förmigen Kanal (102) und dem zweiten V-förmigen Kanal (118) befindet.

11. Plattenlaufwerk, umfassend:

Aufhängungssystem (10, 70), wie es nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch zum Tragen eines Datenwandlers im Plattenlaufwerk beansprucht wird;

Datenspeichermedium (124);

Mittel (148, 152), um den Datenwandler in Bezug auf das Datenspeichermedium zu bewegen.