PL172653B1

PL172653B1 - Suwak lozyska powietrznego PL PL PL

Info

Publication number: PL172653B1
Application number: PL92303133A
Authority: PL
Inventors: Earl A Cunningham; Richard F Harwood
Original assignee: Ibm
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1997-10-31
Also published as: EP0610449A1; HU216593B; CA2071453C; KR930008811A; CZ286903B6; JPH05210930A; TW207019B; SK46694A3; SG43697A1; DE69220576T2; EP0610449B1; CA2071453A1; RU2106697C1; HUT67383A; MY110817A; DE69220576D1; US5287235A; HU9401225D0; WO1993009533A1; KR970006867B1

Abstract

1. Suwak lozyska powietrznego do pod- trzymywania przetwornika zapisujacego wzgle- dem obracajacego sie magnetycznego nosnika informacji, zawierajacy konstrukcje wsporcza z osia podluzna oraz krawedziami kielichowa i ob- wodowa równoleglymi do osi podluznej, przy czym konstrukcja wsporcza ma powierzchnie lozyska powietrznego, która zawiera pierwsza szyne zasadniczo równolegla do osi podluznej konstrukcji wsporczej oraz druga szyne zawie- rajaca czesc równolegla, która jest zasadniczo równolegla do osi podluznej konstrukcji wspo- rczej, znamienny tym, ze druga szyna (52) za- wiera czesc katowa (72), której os tworzy kat z osia podluzna (60) konstrukcji wsporczej, przy czym druga szyna (52) jest umieszczona w pobli- zu krawedzi obwodowej (64). F IG . 3 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest suwak łożyska powietrznego.

Urządzenia komputerowe wykorzystują różne elementy pamięciowe do pamiętania danych. Jednym z tych elementów pamięciowych jest urządzenie napędowe dysków, które jest także nazywane przyrządem pamięciowym o dostępie bezpośrednim (DASD). Urządzenie napędowe dysków zawiera kilka dysków, które wyglądają podobnie do płyt gramofonowych, stosowanych w gramofonie, albo płyt kompaktowych stosowanych w odtwarzaczu płyt kompaktowych. Płyty są układane w stosy na trzpieniu obrotowym, bardzo podobnie do kilku płyt gramofonowych 4) obr./min. przygotowanych do odtwarzania. Jednak w urządzeniu napędowym dysków dyski są osadzone na trzpieniu obrotowym i oddalone od siebie tak, że oddzielne dyski nie dotykają siebie.

Powierzchnia każdego dysku ma wygląd jednorodny. Jednak w rzeczywistości każda powierzchnia jest podzielona na części, nazywane ścieżkami, na których są zapamiętane dane. Te ścieżki są usytuowane w koncentrycznych kołach jak pierścienie drzewa. Płyty kompaktowe mają ścieżki jak dyski w urządzeniu napędowym dysków. Ścieżki w urządzeniu napędowym dysków lub płycie kompaktowej zasadniczo zastępują rowki w płycie gramofonowej. Każda ścieżka w urządzeniu napędowym dysków jest następnie podzielona na sektory, które są po prostu sekcjami jednej z koncentrycznych ścieżek.

Dyski są wykonane z różnych materiałów', takich jak metal, tworzywo sztuczne lub szkło. Na dysku z tworzywa sztucznego, takiego jak stosowane na płyty kompaktowe CD, dane są pamiętane i odzyskiwane przy pomocy lasera. Na dysku metalowym dane są pamiętane i odzyskiwane przez magnes elektryczny, zwykle znany jako przetwornik.

W celu pamiętania danych na dysku magnetycznym, powierzchnia dysku jest magnesowana przy użyciu małego bloku ceramicznego, zwykle nazywanego suwakiem, z przetwornikiem magnetycznym nazywanym głowicą zapisującą. Suwak posiadający głowicę zapisującą, jest unoszony na wysokości kilku milionowych części centymetra od powierzchni dysku, a głowica jest zasilana różnymi prądami, powodując, że ścieżka poniżej jest magnesowana w celu przedstawiania danych. Dla odzyskiwania danych zapamiętanych na dysku magnetycznym, suwak posiadający głowicę odczytującą jest unoszony nad dyskiem. Wówczas namagnesowane części ścieżki indukują prąd w głowicy odczytującej. W wyniku analizy prądu wyjściowego z głowicy odczytującej urządzenie komputerowe może odtworzyć i wykorzystać dane zapamiętane na dysku magnetycznym. Chociaż niektóre urządzenia napędowe dysków stosują oddzielną głowicę odczytującą i zapisującą, większość urządzeń napędowych dysków stosuje przetwornik, który działa zarówno jako głowica odczytującą jak i zapisująca.

Podobnie jak w płycie gramofonowej, obie strony dysku są stosowane zwykle do pamiętania danych lub innych informacji, potrzebnych do działania urządzenia napędowego dysków. Ponieważ dyski są utrzymywane w stosie i są oddalone od siebie, zarówno górna jak i dolna powierzchnia każdego dysku w stosie dyskówposiada swoją własną głowicę odczytującąi zapisującą. Jest to analogiczne do stereofonii, w której można odtwarzać obie strony zapisu równocześnie, przy czym każda strona ma własną igłę.

Występują dwa rodzaje urządzeń napędowych dysków, z obrotowymi urządzeniami uruchamiającymi i z liniowymi urządzeniami uruchamiającymi. Obrotowe urządzenia uruchamiające mająramię uruchamiające, które jest analogiczne do ramienia odtwarzającego dźwięk w adapterze. Podobnie do ramienia odtwarzającego dźwięk, ramię urządzenia uruchamiającego obraca się' tak, że suwak posiadający głowice oaczytującąi bapisującąjest przesuwany do miejsc w różnych ścieżkach na dysku. W ten sposób głowice odczytująca i zapisująca mogą być użyte do magnesowania ścieżki na powierzchni dysku lub użyte do wykrycia namagnesowania na ścieżce. Na przykład potrzebne dane można zapamiętać w dwóch różnych ścieżkach na jednym określo4

172 653 nym dysku oraz tak odczytywać magnetyczne reprezentacje danych, przy czym ramię uruchamiające jest obracane od jednej ścieżki do drugiej.

Liniowe urządzenie uruchamiające posiada podobne ramię uruchamiające, jednak przestawianie jest realizowane w wyniku ruchu liniowego a nie obrotowego.

Ramię uruchamiające urządzenia napędowego dysków posiada przymocowany na końcu suwak, który podtrzymuje głowice odczytującąi zapisującą. Do suwaka są również przymocowane szyny. Gdy dysk obraca się, pomiędzy szyny jest wprowadzane powietrze i powierzchnia dysku wywołuje ciśnienie, które odpycha głowicę od dysku. Głowica wówczas unosi się, nad obracającym się dyskiem. Wysokość unoszenia stanowi grubość warstwy smaru powietrznego, to jest określa odległość pomiędzy powierzchnią dysku i głowicą.

Tak więc szyna jest powierzchnią łożyska powietrznego (ABS), która tworzy i utrzymuje warstwę smaru powietrznego, samodzielnie wywołującego zwiększone ciśnienie pomiędzy głowicą i powierzchnią zapisu dysku. Ta warstwa eliminuje tarcie i ewentualne zużycie, które wystąpiłoby, gdyby głowica i dysk stykały się mechanicznie podczas obracania się dysku.

Znane konstrukcje z powierzchnią łożyska powietrznego stanowią głównie dwuszynową konfigurację kątową, znanąjako suwaki płasko-zbieżne. Dwuszynowe konfiguracje płaskozbieżne mają zwykle dwie lub więcej płaskich szyn, z których każda ma zbieżną krawędź przednią. Szyny są wydłużone a zbieżna krawędź jest zwrócona w stronę kierunku obrotowego powierzchni dysku. Te konstrukcje działały dobrze w napędach dyskowych z liniowym urządzeniem uruchamiającym, gdy przepływ powietrza pomiędzy dyskiem i suwakiem był głównie jednokierunkowy wzdłuż długości szyn. Innymi słowy, te konstrukcje działały dobrze, gdy suwak był ustawiony względem dysku tak, że przepływ powietrza był wprowadzany w wyniku lepkości pod suwakiem od przodu suwaka do tyłu wzdłuż osi podłużnej równoległej do szyn. Idea konstrukcji płasko-zbieżnych pochodzi z okresu konstrukcji pamięci masowych o dużej średnicy mających stosunkowo małe szybkości dostępu, które wykorzystują liniowe urządzenia uruchamiające.

Aktualnie urządzenia napędowe dysków dla pamięci masowych różnią się znacznie od napędów dyskowych o dużej średnicy, które wykorzystywały liniowe urządzenia uruchamiające. Są one znacznie mniejsze i charakteryzują się bardzo szybkim dostępem do danych. Obecnie urządzenie napędowe dysków mają dyski o średnicach 5,25”, 3,50”, 2,50” lub 1,80” iwykorzystują obrotowe urządzenia uruchamiające dla uzyskania dużych szybkości dostępu. Głównie w związku z użyciem obrotowych urządzeń uruchamiających, przepływ powietrza pod suwakiem nie jest już dłużej zasadniczo jednokierunkowy, lecz zmienia się znacznie kątowo względem osi podłużnej suwaka. Poza tym bardzo szybki ruch przeszukujący urządzenia uruchamiającego podczas dostępu powoduje przepływ kątowy pomiędzy głowicą i dyskiem. Zatem w nowoczesnych urządzeniach napędów dyskowych z obrotowym urządzeniem uruchamiającym, przepływ powietrza nie może już być rozważany jako ruch od przodu do tyłu suwaka lub nawet z małymi odchyleniami od przodu do tyłu.

Kąt przepływu powietrza względem osi podłużnej suwaka jest nazywany kątem skosu. Jeżeli ramię uruchamiające jest ustawione tak, że strumień powietrza uderza w zewnętrzną czyli obwodową krawędź suwaka, wówczas kąt skosu jest uważany za dodatni. Jeżeli ramię uruchamiające jest ustawione tak, ze strumień powietrza uderza w wewnętrzną czyli kielichową krawędź suwaka, wówczas kąt skosu jest uważany za ujemny. Konstrukcja płasko-zbieżna jest podatna na pewne zmniejszenie wysokości unoszenia przy wysoce dodatnich lub ujemnych kątach skosu i dużych szybkościach dostępu, ponieważ suwak płasko-zbieżny był przeznaczony dla liniowych urządzeń uruchamiających zamiast dla obrotowych urządzeń uruchamiających.

Również kąt skosu strumienia powietrza może powodować, że suwak przechyla się, więc wysokość unoszenia nie jest jednorodna pod wszystkimi szynami. Przechylanie się suwaka jest analogiczne do przechyłu samolotu, który dokonuje obrotu, gdyjedno skrzydło podnosi się, podczas gdy drugie skrzydło opada. W urządzeniu napędowym dysków przechył dodatni występuje, gdy szyna obwodowa przechyla się od powierzchni dysku, podczas gdy przechył ujemny występuje, gdy szyna obwodowa przechyla się w kierunku powierzchni dysku.

172 653

Wysokość unoszenia suwaka w urządzeniu napędowym dysków jest parametrem krytycznym, który należy kontrolować. Wzrost wysokości unoszenia może powodować spadek amplitudy sygnału i spadek współczynnika sygnału do szumu, zwiększając wówczas stopę błędów. Zmniejszenie wysokości unoszenia może zwiększyć prawdopodobieństwo, że głowica zetknie się z powierzchnią płyty, powodując przyspieszenie zużycia powierzchni zarówno głowicy jak i dysku, powodując zmniejszenie niezawodności i nawet powodując uszkodzenie urządzenia napędowego dysków⁷. Uderzenie głowicy w powierzchnię płyty powoduje jej uszkodzenie i w rezultacie brak możliwości odzyskania danych.

Ważna jest także kontrola przechyłu suwaka. Wówczas gdy następuje przechył suwaka i obniżenie jednej jego krawędzi, zostaje zwiększone prawoopodobieństwo, że głowica zetknie się z powierzchnią dysku. Przechył, który powoduje podniesienie innej krawędzi suwaka, może zwiększyć odległość głowic odczytującej i zapisującej od powierzchni dysku, powodując błędy danych w taki sam sposób, w jaki zwiększenie wysokości unoszenia suwaka powoduje błędy danych. To zjawisko przechyłu jest pogorszone w suwakach, gdzie głowice odczytująca i zapisująca są zamontowane na krawędzi suwaka, który jest podnoszony.

Z opisu patentowego USA nr 4 870 519 znana jest zmodyfikowana konstrukcja suwaka płasko-zbieżnego, w której dodano wzdłużny stopień do krawędzi suwaka. Jednak to znane rozwiązanie ma wiele wad, na przykład wprowadza dodatkowe procesy produkcyjne wykonywania stopni. Stopnie wprowadzają również dodatkową wrażliwość na wysokość unoszenia i stwarzaaą zagrożenie zanieczyszczenia poprzez gromadzenie kurzu.

W europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0 432 733 jest opisany zespół bezdotykowej głowicy suwaka z parąbocznych szyn, przy czym ten znany zespół może być wykorzystany tylko dla kątów skosu w zakresie od zera do wartości dodatnich.

Z kolei w innym europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0 387 444 jest opisana głowica mająca parę szyn z wydłużonymi wzdłuż kierunku ruchu dysku powierzchniami, które są skierowane na czołową stronę dysku. Głowica jest ukształtowana w celu wytwarzania podciśnienia, powodującego przyciąganie głowicy blisko dysku, przy czym co najmniej jedna z powierzchni szyn jest zasłaniana przez co najmniej jeden element ukształtowany w celu ograniczenia zmian kołysania dla różnych kątów odchylenia. W innym wykonaniu głowica ma co najmniej jedno przecięcie rowkowe w co najmniej jednej szynie, przy czym rowek jest ustawiony pod takim kątem, że jego przednia krawędź jest bliżej środkowej części szyny zaś jego tylna krawędź jest bliżej zewnętrznej części szyny.

W czasopiśmie “IEEE Transaction on Magnetics”, rocznik 22, numer 5 z września 1986 r., na stronach 1028-1030 został opublikowany artykuł Jamesa W. White’a pt. “Szybko obracający się suwak łożyska powietrznego ze stałą wysokością unoszenia”. W artykule jest opisany suwak łożyska powietrznego orazjego charakterystyki dla różnych kątów skosu spowodowanych przez pozycjonowanie urządzenia obrotowego. Konstrukcja opisanego suwaka zapewnia utrzymanie prawie stałej wysokości głowicy magnetycznej nad dyskiem zapisującym oraz pozwala na szerszy zakres wahań kąta skosu suwaka. Ponadto do produkcji takiego suwaka są przewidziane typowe operacje obróbki skrawaniem.

Inna głowica pływająca, która może być wykorzystana tylko dla dodatnich wartości kąta skosu, jest opisana w japońskim zgłoszeniu patentowym nr JP-A-61-283083.

Istotą suwaka łożyska powietrznego, według wynalazku przeznaczonego do podtrzymywania przetwornika zapisującego względem obracającego się magnetycznego nośnika informacji, zawierającego konstrukcję wsporczą z osią podłużną oraz krawędziami kielichową i obwodową równoległymi do osi podłużnej, przy czym konstrukcja wsporcza ma powierzchnię łożyska powietrznego, która zawiera pierwszą szynę zasadniczo równoległą do osi podłużnej konstrukcji wsporczej oraz drugą szynę zawierającą część równoległą, którajest zasadniczo równoległa do osi podłużnej konstrukcji wsporczej, jest to, że druga szyna zawiera część kątową, której oś tworzy kąt z osiąpodłużną konstrukcji wsporczej, przy czym druga szynajest umieszczona w pobliżu krawędzi obwodowej. Ponadto konstrukcja wsporcza ma krawędź przednią i krawędź tylną przy czym część kątowa drugiej szyny jest w pobliżu krawędzi tylnej.

172 653

Suwak według wynalazku zawiera także szynę środkową umieszczoną między pierwszą i drugą szynami, przy czym między parąbocznych szyn, jest osadzona szyna środkowa, część szyny środkowej jest nachylona względem osi podłużnej ustawionej pod kątem skosu od wartości dodatnich do ujemnych względem kierunku ruchu nośnika informacyjnego.

Dla kolejnych wykonań suwaka według wynalazku część pierwszej bocznej szyny w pobliżu krawędzi tylnej jest nachylona względem osi podłużnej zaś jedna z bocznych szyn, zwłaszcza w pobliżu krawędzi tylnej, jest nachylona względem osi podłużnej. Następnie jedna z bocznych szyn, zwłaszcza w pobliżu krawędzi przedniej, jest nachylona względem osi podłużnej, zaś kąt nachyleniajednej z bocznych szynjest wybranyjako mały kąt skosu, gdy przetwornik jest umieszczony nad obszarem opadania zmniejszając szybkość startową suwaka. Z kolei część jednej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi tylnej jest zakrzywiona względem osi podłużnej lub część jednej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi przedniej jest zakrzywiona względem osi podłużnej.

W innych wykonaniach suwaka według wynalazku jedna z bocznych szynjest zakrzywiona względem osi podłużnej, przy czym część jednej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi tylnej jest wygięta w kierunku osi podłużnej a część drugiej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi przedniej jest wygięta w kierunku osi podłużnej lub obie boczne szyny są proste, jedna z bocznych szynjest równoległa do osi podłużnej a druga z bocznych szyn jest usytuowana pod kątem względem osi podłużnej lub też część jednej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi tylnej jest nachylona w kierunku osi podłużnej a część drugiej z bocznych szyn w pobliżu krawędzi przedniej jest nachylona w kierunku osi podłużnej.

Dla kolejnych wykonań suwaka według wynalazku jedna z bocznych szynjest nachylona względem osi podłużnej a druga z bocznych szynjest nachylona względem osi podłużnej lub obie z bocznych szyn są równoległe względem siebie.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest mniejsza wrażliwość wysokości unoszenia się dysku na duże kąty skosu i duże szybkości dostępu.

Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku zespoły urządzenia napędowego dysków, fig. 2 - przedstawia w widoku z góry suwak i powierzchnię dysku, fig. 3 - konfigurację powierzchni łożyska powietrznego, która jest skierowana w stronę powierzchni dysku, fig. 4 - wykres rozkładu ciśnienia, widzianego z przedniej krawędzi suwaka, który występuje, gdy suwak pokazany na fig. 3 unosi się przy małym skosie, fig. 5 - wykres rozkładu ciśnienia, widzianego z tylnej krawędzi suwaka, który występuje, gdy suwak pokazany na fig. 3 unosi się przy małym skosie, fig. 6 - wykres rozkładu ciśnienia, widzianego z przedniej krawędzi suwaka, który występuje, gdy suwak pokazany na fig. 3 unosi się przy dużym skosie, fig. 7 - wykres rozkładu ciśnienia, widzianego z tylnej krawędzi suwaka, który występuje, gdy suwak pokazany na fig. 3 unosi się przy dużym skosie, fig. 8 - łożyska powietrznego suwaka szynowego typu symetrycznego, którego wyniki badań są pokazane na fig. 10 i 11, fig. 9 - łożyska powiefrznegg suwaka s zynowego tyyp niesymefryccnego, w którym j cdna szynajest szersza niż druga i którego wyniki badań sąpokazaod na fig. 10 i 11, fig. 10 - wykres dla przebiegu wysokości unoszenia, który występuje przy kilku konfiguracjach powierzchni łożyska powietrneeoo od ścieżki ID do OD, fig. 11 -wykres dla przebiegu kąta skosu, który występuje przy kilku konfiguracjach powierzchni łożyska powietrznego, od ścieżki ID do OD, fig. 12 - drugi przykład wykonania wynalazku, stosujący dwie zgięte snnny, fig. 13 - trzeci przykład wykonania wynalazku, stosujący zakrzywione granice w obszarach prznłżyeoiα, fig. 14 - czwarty przykład wykonania wynalazku, stosujący konfigurację szyn prostych.

Figura 1 przedstawia w widoku zespoły urządzenia napędowego dysków 10. Urządzenie napędowe dysków 10 posiada obudowę 12 i pokrywę 14 obudowy 12, która po montażu zostaje umieszczona wewnątrz podstawy 16. Wewnątrz obudowy 12 na wale uruchamiającym 18 jest zamocowany obrotowo zespół ramienia uruchamiającego 20. Jeden koniec zespołu ramienia uruchamiającego 20 zawiera konstrukcję grzebieniową w formie bloku E 22, mającą wiele ramion. Do oddzielnych ramion 23 bloku E 22 sązamocowane sprężyny obciążające 24. Na końcu każdej

172 653 sprężyny obciążającej 24 jest zamocowany suwak 26, który unosi przetwornik magnetyczny lub głowicę odczytującą i zapisującą (nie pokazaną na figurze 1)

Wewnątrz obudowy 12 jest zamontowany trzpień obrotowy 32. Do trzpienia obrotowego 32 jest zamocowana obrotowo pewna liczba dysków 34. Na fig. 1 do trzpienia obrotowego 32, jest zamocowanych osiem dysków oddalonych od siebie. Dyski 34 obracają się na trzpieniu obrotowym 32, któryjest napędzany przez silnik (nie pokazany na rysunku). Informacj ajest zapisywana lub odczytywana z dysków 34 przy pomocy głowic lub przetworników magnetycznych (nie pokazanych na rysunku), które znajdująsię wewnątrz suwaków 26 i które sąustawiane przez zespół ramienia uruchamiającego 20.

Każde z ramion 23 bloku E 22, oprócz ramienia górnego i dolnego, unosi dwie sprężyny obciążające. W tym szczególnym urządzeniu napędowym dysków 10, występuje suwak 26 zarówno dla powierzchni górnej jak i dolnej każdego z dysków 34. Górne i dolne ramię 23 bloku E 22 ma tylko jedną sprężynę obciążającą 24, poniważ są one stosowane dla górnej powierzchni górnej płyty i dolnej powierzchni dolnej płyty w stosie dysków 34. Silnik złożony z uzwojenia 28 i biegunowego zespołu magnetycznego 30 jest stosowany do przykładania siły do zespołu uruchamiającego 20 i obracania zespołu uruchamiającego 20 wokół wału uruchamiającego 18.

Figura 2 przedstawia w widoku z góry jeden z dysków 34. Jak wiadomo, każdy z dysków ma szereg koncentrycznych ścieżek, na których jest zapisywana informacja magnetyczna. Wewnętrzną średnicę (ID) 110 stanowi najbardziej wewnętrzna ścieżka koncentryczna, na której mogą być zapamiętane dane. Zewnętrzną średnicę (OD) 111 stanowi najbardziej zewnętrzna ścieżka koncentryczna, na której mogą być zapamiętane dane. Suwaki 26 i przetworniki magnetyczne (nie pokazane na rysunku są przesuwane po powierzchni określonego dysku 34 tak, że magnetyczne przedstawienie danych może zostać zapamiętane w dowolnej ze ścieżek na dysku 34. W urządzeniu napędowym dysków 10 ruch przetwornikajest obrotowy i wokół wału uruchamiającego 18. Obrót zespołu ramienia uruchamiającego 20 powoduje, że suwak 26 i umieszczony w nim przetwornik są przestawiane w dowolnej ścieżce na powierzchni dysku 34.

Figura 3 przedstawia korzystny przykład wykonania suwaka 26 i pokazuje powierzchnię 49 łożyska powietrznego w konfiguracji, którajest zamocowana do dolnej strony suwaka 26 i jest skierowana do powierzchni dysku. Konfiguracja powierzchni 49 łożyska powietrznego może być wytworzona w procesach formowania, trawienia, ablacji laserowej, frezowania jonowego, konwencjonalnej obróbki skrawaniem lub różnymi innymi środkami.

Suwak 26 zawiera krawędź przednią 47, krawędź tylną 48, krawędź obwodową 64 i krawędź kielichową 66. Jak przedstawiono na fig. 3, suwak 26 zawiera szynę kielichową 51, szynę środkową53 i szynę obwodową52. Pokazane sąrównież części zbieżne 54,55 i 56 szyn, które są umieszczone na krawędzi przedniej 97 suwaka 26 i są zwrócone w stronę kierunku obrotowego powierzchni dysku 34. Obracający się dysk wtłacza powietrze w wyniku zjawisk lepkości na części zbieżne 54, 55 i 56, skutkiem czego wytwarza się ciśnienie poniżej każdej z szyn, dając warstwę smaru powietrznego tworzącego łożysko powietrzne. Obszary przyłożenia 57 i 58 mają wystarczającą głębokość tak, ze nie są wytwarzane żadne siły podnoszenia w wyniku działania warstwy smaru powietrznego. Przetwornik zapisujący lub głowica odczytująca i zapisująca byłyby zwykle umieszczone na krawędzi tylnej szyny środkowej w 59.

W celu ilustracji fig. 3 zawiera również oś podłużną 60. Kąt strumienia powietrza względem osi podłużnej 60 suwaka 26 jest nazywany kątem skosu i może zmieniać się w znacznym stopniu od średnicy wewnętrznej 110 do średnicy zewnętrznej 111 oraz zależy od umieszczenia zespołu ramienia 20 na obrotowym wale uruchamiającym 18. Kąt skosu może być dodatni lub ujemny. Jeżeli zespół uruchamiający 20 jest ustawiony tak, że strumień powietrza uderza w krawędź obwodową 64 suwaka 26, kąt skosu jest uważany za dodatni. Jeżeli ramię uruchamiające jest ustawione tak, że strumień powietrza uderza w krawędź kielichową66 suwaka 26, kąt skosu jest uważany za ujemny. W korzystnym przykładzie wykonania obrotowy zespół ramienia uruchamiającego 20 jest umieszczony tak, że duży dodatni skos występuje przy średnicy zewnętrznej 111 a mały dodatni skos występuje przy średnicy wewnętrznej 110. Kąt skosu strumienia powietrza powoduje, że suwak 26 przechyla się tak, że wysokość unoszenia nie jest jednorodna

172 653 pod wszystkimi szynami. Dodatni przechył występuje, gdy szyna obwodowa 52 przechyla się do góry od powierzchni dysku 34, podczas gdy ujemny przechył występuje, gdy szyna obwodowa 52 przechyla się do dołu w kierunku powierzchni dysku 34. W korzystnym przykładzie wykonania dodatni przechył ma tendencję do pojawiania się, gdy suwak 26 przesuwa się w kierunku średnicy wewnętrznej 110, podczas gdy ujemny przechył ma tendencję do pojawiania się, gdy suwak 26 przesuwa się w kierunku średnicy zewnętrznej 111.

Wówczas gdy suwak 26 unosi się nad powierzchnią dysku 34 od średnicy wewnętrznej 110 do średnicy zewnętrznej 111 napędu dyskowego z obrotowym urządzeniem uruchamiającym, konfiguracja szyn 5152 i 53 określa kształt rozkładu ciśnienia w warstwie smaru powietrznego. Nadal odnośnie fig. 3, konfiguracja szyn jest przeznaczona do wytwarzania rozkładu ciśnienia takiego, że zmiany wysokości unoszenia i przechyłu są minimalizowane względem kąta skosu. Szyna obwodowa 52 zawiera część kątową 72. Granice, czyli krawędzie 70 i 71 części kątowej 72, są szczególnie ważne przy kształtowaniu rozkładu ciśnienia. Usunięcie powierzchni łożyska powietrznego w oznaczonym obszarze 62 zmniejsza podniesienie, powodowane przez unoszenie powietrza w warunkach małego dodatniego kąta skosu. Oznaczona część 63, dodana do szyny obwodowej 52 przez kątowe umieszczenie linii granicznej 71, pozostaje pod umiarkowanym ciśnieniem w warunkach małego kąta skosu. W warunkach małego kąta skosu przepływ następuje zasadniczo od przodu suwaka 26 do tyłu, równolegle do krawędzi obwodowej 64 i krawędzi kielichowej 66 suwaka 26.

Jednak w warunkach dużego dodatniego kąta skosu, takich jak mogą wystąpić, gdy zespół ramienia uruchamiającego jest stosowany do ustawiania suwaka 26 przy średnicy zewnętrznej 111, oznaczony 63 jest: poddawany d^ii^l^^inu znacznie zwiększonego ciśnienia p^:^<^^z przepływ warstwy smaru powietrznego. To zwiększenie ciśnienia w obszarze 63 zapewnia dodatkowe podniesienie i przeciwdziała tendencji suwaka 26 do przechylania szyny obwodowej 52 do dołu (przechył ujemny) przy dużych kątach skosu. Zatem wykorzystanie części kątowej 72 szyny 52 powoduje selektywne zwiększanie skosowego ciśnienia, a zatem zmniejszenie zmiany przechyłu.

Na figurze 4 jest okazany w widoku z krawędzi przedniej rozkład ciśnienia warstwy smaru powietrznego działającego na powierzchnię 49 suwaka w warunkach małego dodatniego skosu. Figura 3 odnosi się w korzystnym przykładzie wykonania do małego skosu dodatniego, występującego przy średnicy wewnętrznej 110. Ciśnienie wytwarzane przez oznaczony obszar 63 części kątowej 72 szyny obwodowej 52 jest widoczne w obszarze 210. Należy zauważyć, że szyna obwodowa 52 jest szersza niż szyna kielichowa 51. Bez granicy kątowej 70 szyny obwodowej 52, suwak 26 miałby tendencję do unoszenia się przy dużym dodatnim przechyle (przechył obwodu do góry) w warunkach małego dodatniego skosu. Jednak, ponieważ szyna obwodowa 52 odchyla się od krawędzi obwodowej 64, jak pokazano przez granicę kątową 70, tendencja do dodatniego przechyłu suwaka 26 w położeniu wewnętrznej średnicy jest zmniejszona.

Figura 5 przedstawia wykres tego samego rozkładu ciśnienia jak fig. 4, lecz widziany z krawędzi tylnej 48 suwaka 26. Efekt kątowych linii granicznych 70 i 71 szyny obwodowej 52 jest widoczny w 310. Ze względu na warunki małego dodatniego skosu, rozkład ciśnienia każdej szyny jest stosunkowo jednorodny.

Figura 6 przedstawia widok z krawędzi przedniej rozkładu ciśnienia w warstwie smaru powietrznego działającego na powierzchnię 49 łożyska powietrznego suwaka 26 w warunkach dużego dodatniego skosu, gdzie strumień powietrza uderza w krawędź obwodową64 suwaka 26. W korzystnym przykładzie wykonania duży dodatni skos występuje przy średnicy zewnętrznej 111. Figura 6 pokazuje rozkład ciśnienia przy dużym kącie skosu, podczas gdy fig. 4 pokazuje rozkład ciśnienia przy małym kącie skosu. Obie figury 4 i 6 pokazują rozkład ciśnienia od krawędzi przedniej. Należy zauważyć przy porównywaniu figury 6 z figurą 4, że rozkład ciśnienia na każdej szynie przesunął się na prawo ze względu na kątowe ustawienie strumienia powietrza względem osi podłużnej 60 suwaka 26. To przesunięcie ciśnienia, jeżeli nie jest skompensowane, powoduje ujemny przechył suwaka w warunkach dodatniego skosu oraz powoduje mniejszą wysokość unoszenia i pogorszenie działania suwaka. Jednak umieszczenie kątowej części 72 szyny obwo172 653 dowej 52 wraz z granicami czyli krawędziami 70 i 71 działa w kierunku kompensacji tendencji do ujemnego przechyłu. Kątowa część 72 szyny obwodowej 52 jest teraz w pełni poddana działaniu zwiększonego ciśnienia (oznaczonego jako obszar 510), dla spowodowania dodatkowego podniesienia i zapobiegania niepożądanemu przechyłowi. Tylna część szyny kielichowej 51 jest także poddawana działaniu zwiększonego ciśnienia w mniejszym stopniu, jak pokazano w obszarze 512.

Figura 7 przedstawia wykres tego samego rozkładu ciśnienia jak fig. 6, lecz widziany z krawędzi tylnej suwaka 26. Zaokrąglony rozkład ciśnienia na szynach obwodowych można wyraźnie zobaczyć w obszarze 510. Rozkład ciśnienia, chociaż przesunięty w przypadku dużego skosu, został skompensowany przez kątowe przemieszczenie szyny obwodowej 52 tak, że rozkład ciśnienia, zintegrowany na powierzchni 49 łożyska powietrznego, wytwarza tę samą siłę podnoszenia, dając zasadniczo tę samą wysokość unoszenia i kompensując tendencję do przechyłu.

Figury 8 i 9 pokazują powierzchnie łożyska powietrznego dla dwóch rodzajów suwaków, które były badane wraz z korzystnym przykładem wykonania i porównywane na figurach 10 i 11. Figura 8 pokazuje suwak z symetrycznymi szynami. Figura 9 pokazuje suwak mający jedną szynę szerszą niż druga lub niesymetryczna szyna.

Figura 10 przedstawia wykres wysokości unoszenia przetwornika zapisującego w funkcji położenia ścieżki dla trzech oddzielnych konfiguracji powierzchni łożyska powietrznego (AB) na suwaku:

SYMMETRI: symetryczna konfiguracja szyn z fig. 8;

NONSYM: niesymetryczna konfiguracja szyn z fig. 9; i

BENTRAIL: niesymetryczna konfiguracja z zagiętymi szynami z fig. 3.

Symetryczna konfiguracja szynowa (oznaczona przez SYMMETRI na fig. 10) daje niedopuszczalny profil wysokości unoszenia o wysokości unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111 (przy dużym dodatnim skosie) znacznie mniejszej niż wysokość unoszenia przy średnicy wewnętrznej 110. Mała wysokość unoszenia przy średnicy zewnętrznej jest szkodliwa, ponieważ szybkość dyskujest większa przy średnicy zewnętrznej, co zwiększa prawdopodobieństwo styku mechanicznego pomiędzy powierzchnią dysku i nisko unoszącym się suwakiem.

Niesymetryczna konfiguracja szyn (oznaczona przez NONSYM na fig. 10) daje lepszy przebieg wysokości unoszenia o wysokości unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111 blisko takiej samej jak wysokość unoszenia przy średnicy wewnętrznej 110. Ponadto wysokość unoszenia pomiędzy średnicą wewnętrzną 110 i średnicą zewnętrzną 111 jest bardziej jednorodna niż wysokość unoszenia symetrycznej powierzchni unoszącej powietrze (SYMMETRI).

Niesymetryczna konfiguracja z zagiętymi szynami (oznaczona przez BENTRAIL na fig. 10) daje najlepszy przebieg wysokości unoszenia od średnicy wewnętrznej do średnicy zewnętrznej. Wysokość unoszenia przy średnicy wewnętrznej 110 jest zasadniczo taka sama jak w innych konfiguracjach, wysokość unoszenia jest stosunkowo jednorodna we wszystkich położeniach ścieżek i wysokość unoszenia jest nieznacznie zwiększona przy średnicy zewnętrznej 111. Zwiększona wysokość unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111 jest korzystna, ponieważ zawsze jest niebezpieczne unoszenie się nisko z powodu prawdopodobieństwa zetknięcia się głowicy z powierzchnią dysku 34. Jest szczególnie niebezpieczne unoszenie się nisko przy średnicy zewnętrznej 111 z powodu większej szybkości liniowej pomiędzy dyskiem 34 i suwakiem 26 przy średnicy zewnętrznej. Zaletą małej wysokości unoszenia jest zwiększona amplituda sygnału. Wówczas gdy liniowa gęstość dysku 34 jest mniejsza przy średnicy zewnętrznej niż przy średnicy wewnętrznej dysku 34, jest korzystne stosowanie nieznacznie zwiększonej wysokości unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111, ponieważ mała wysokość unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111 jest niebezpieczna i nie zapewnia korzyści z punktu widzenia gęstości danych. Oczywiście, jeżeli liniowa gęstość danych była równa lub większa przy średnicy zewnętrznej, po równowadze może być korzystne unoszenie się tak niskie przy średnicy zewnętrznej j ak przy średnicy wewnętrznej. Powierzchnia łożyska powietrznego mogłaby być przeznaczona do dostosowania tego. Skos szyn równoległy na powierzchni łożyska powietrznego reguluje

172 653 zmianę wysokości unoszenia dla danej geometrii. Ustawienie pod kątem jednej lub drugiej szyny reguluje przechył w funkcji kąta skosu. Przez ustawienie pod kątem szyny jest kontrolowany punkt, w którym ciśnienie spada w funkcji kąta skosu.

Figura 11 przedstawia przebieg przechyłu dla trzech konfiguracji powierzchni unoszącej powietrze.

Symetryczna konfiguracja (SYMMETRI) daje znaczny ujemny i niepożądany przechył przy średnicy zewnętrznej 111 odpowiednio do przesunięcia ciśnienia pod szynami, związanego z warunkami skosu. Wówczas gdy suwak 26 ma ujemny przechył, szyna obwodowa )2 przechyla się w kierunku powierzchni dysku 34. Powoduje to zmniejszenie wysokości unoszenia i zwiększa prawdopodobieństwo styku pomiędzy głowicą i powierzchnią dysku 34. Ponadto przy dużych kątach skosu, znaczny ujemny przechył powoduje utratę wysokości unoszenia całego suwaka 26.

Niesymetryczna konfiguracja szyn (NONSYM) poprawia zasadniczo ten przebieg przez zwiększenie wysokości unoszenia przy średnicy zewnętrznej 111 i przez przesunięcie przechyłu do wyższego rozkładu nominalnego. Jednak znaczny dodatni przechył wprowadzany przy średnicy wewnętrznej 110 jest nadal niepożądany, ponieważ minimalna wysokość unoszenia zostaje zmniejszona przez dowolny stan przechyłu. W dodatku duży przechył przy średnicy wewnętrznej 110 powoduje, że część powierzchni łożyska powietrznego znajduje się w styku fizycznym z powierzchnią dysku przez wydłużony okres czasu, gdy powierzchnia dysku 34 zaczyna się początkowo obracać, obniżając wówczas niezawodność urządzenia napędowego dysków.

Konfiguracja powierzchni łożyska powietrznego BENTRAIL zapewnia najlepszy przebieg wysokości unoszenia od średnicy wewnętrznej 110 do średnicy zewnętrznej 111. To jest główną zaletą selektywnego zwiększania ciśnienia skosowego, wykorzystywanego przez wynalazek. Przechył przy średnicy wewnętrznej 110 jest mniejszy niż dla konfiguracji NONSYM. Wówczas wygięta szyna umożliwia wystąpienie minimalnej wysokości unoszenia przy średnicy wewnętrznej 110, bez tak bardzo niepożądanego przechyłujak w konfiguracji powierzchni łożyska powietrznego NONSYM. Przez umieszczenie części szyny pod różnymi kątami, ciśnienie dostarczane przez tę szynę może zostać zmodyfikowane, aby wybrać wysokość unoszenia przy średnicy wewnętrznej i średnicy zewnętrznej oraz umożliwić przechył niezależnie od siebie. To jest szczególnie ważne w napędzie dyskowym, gdzie suwak ma małą wysokość unoszenia.

Figura 12 przedstawia drugi przykład wykonania konstrukcji selektywnego zwiększania ciśnienia skosowo. Powierzchnia unosząca powietrze z fig. 12 jest przeznaczona dla urządzenia napędowego dysków, które ustala położenie obrotowe urządzenia uruchamiającego w miejscu, które pozostawia suw^k pod nieoptymalnym kątem w normalnych warunkach roboczych. Ten przykład wykonania stosuje modyfikację powierzchni łożyska powietrznego zamiast umieszczania głowicy odczytującej i zapisującej pod pewnym kątem na suwaku. Umieszczenie głowicy odczytującej i bapisującej pod pewnym kątem jest niepożądane, ponieważ wymaga zmian oprzyrządowania do przeprowadzenia procesu stosowanego do zbudowania głowic i powoduje, że połączenia zapisujące z suwakami są bardziej skomplikowane.

Figura 13 przedstawia trzeci, bardziej złożony przykład wykonania konstrukcji stosującej selektywne zwiększanie ciśnienia skosowego. Idea selektywnego zwiększania ciśnienia w sposób skosowy nie zależy od użycia prostych krawędzi szyn, jak oznaczono przez granice 70 i 71 na figurze 3, lecz może być również zrealizowana przy użyciu konstrukcji z zakrzywionymi krawędziami. Przykład wykonania z fig. 13 pokazuje zakrzywioną granicę 700 dla części kątowej 72 szyny obwodowej )2'. W wyniku czystego umieszczenia kątowego względem osi podłużnej suwaka pokazanego z zakrzywiona lub kątową częścią 72' szyny obwodowej )2prime, następuje selektywne, skosowe zwiększanie ciśnienia.

Figura 14 przedstawia czwarty przykład wykonania powierzchni łożyska powietrznego, wykorzystującej selektywne, skosowe zwiększanie ciśnienia. Pokazana szyna kielichowa )1 jest równoległa do osi podłużnej 60 suwaka 26 i pokazana szyna obwodowa )2jest nachylona względem osi podłużnej 60. Ze względu na to, że szyny sąnierównoległe i poniważ szyna obwodowa )2 może być ustawiona zgodnie ze strumieniem pod kątem skosu innym niż szyna kieli172 653 chowa 51, ta konstrukcja wykorzystuje selektywne, skosowe zwiększanie ciśnienia. Chociaż ta prosta konstrukcja szyn nie ma wszystkich zalet korzystnego przykładu wykonania, może być ona bardziej odpowiednia dla prostych procesów obróbczych.

Przedstawione konfiguracje powierzchni łożyska powietrznego mogą być wykonane przez formowanie, trawienie, ablację laserową, frezowanie jonowe, konwencjonalne procesy obróbki lub przy pomocy różnych innych środków

172 653

FIG.2

172 653

FIG. 3

O

172 653

POŁOŻENIE

172 653

CIŚNIENIE «χ

172 653

H

Ο

172 653

©	mii'¹	2////Z mil	7 7
z z z	w/®	Ί\|	7 7 7
z		7
z		7
z		7
z			7
z				/
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z				7
z		/////////z		7
z		z/////////	\|	7
z	III.	Ż///////Z	,ll	7

FIG. 8

FIG. 9

172 653

WYKRES PRZEBIEGU WYSOKOŚCI UNOSZENIA OD POŁOŻENIA ŚCIEŻKI

(wN)viNazsonn ęjgoaosAM

TYP BENTRAIL β-θ-θ NONSYM SYMMETRI FJGo 10

172 653

WYKRES PRZEBIEGU KĄTA SKOSU OD położenia Ścieżki

KAT SKOSU (ufcfli)

BENTRAIL β-θ-θ NONSYFl

172 653

Ο

Ll

ΓΟ

Ο

Ll

CM

O

Ll

172 653 ©

FIG. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Suwak łożyska powietrznego do podtrzymywania przetwornika zapisującego względem obracającego się magnetycznego nośnika informacji, zawierający konstrukcję wsporczą z osią podłużną oraz krawędziami kielichową i obwodową równoległymi do osi podłużnej, przy czym konstrukcja wsporcza ma powierzchnię łożyska powietrznego, która zawiera pierwszą szynę zasadniczo równoległą do osi podłużnej konstrukcji wsporczej oraz drugą szynę zawierającą część równoległą która jest zasadniczo równoległa do osi podłużnej konstrukcji wsporczej, znamienny tym, że druga szyna (52) zawiera część kątową (72), której oś tworzy kąt z osiąpodłużią(60) konstrukcji wsporczej, przy czym druga szyna (52) jest umieszczona w pobliżu krawędzi obwodowej (64).
2. Suwak według zastrz. 1, znamienny tym, że konstrukcja wsporcza ma krawędź przednią (47) i krawędź tylną (48), przy czym część kątowa (72) drugiej szyny (52) jest w pobliżu krawędzi tylnej (48).
3. Suwak według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera szynę środkową (53) umieszczoną między pierwszą i drugą szynami (51, 52).
4. Suwak według zastrz. 1, znamienny tym, że między parą bocznych szyn (51, 52), jest osadzona szyna środkowa (53), przy czym część szyny środkowej (53) jest nachylona względem osi podłużnej (60), ustawionej pod kątem skosu od wartości dodatnich do ujemnych względem kierunku ruchu nośnika informacyjnego.
5. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że część pierwszej bocznej szyny (51) w pobliżu krawędzi tylnej (48) jest nachylona względem osi podłużnej (60).
6. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że jedna z bocznych szyn (51, 52), zwłaszcza w pobliżu krawędzi tylnej (48), jest nachylona względem osi podłużnej (60).
7. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że jedna z bocznych szyn (51, 52), zwłaszcza w pobliżu krawędzi przedniej (47), jest nachylona względem osi podłużnej (60).
8. Suwak według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że kąt nachylenia jednej z bocznych szyn (51,52) jest wybrany jako mały kąt skosu, gdy przetwornik jest umieszczony nad obszarem opadania zmniejszając szybkość startową suwaka (26).
9. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że część jednej zbocznych szyn (51,52) w pobliżu krawędzi tylnej (48) jest zakrzywiona względem osi podłużnej (60).
10. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że część jednej z bocznych szyn (51, 52) w pobliżu krawędzi przedniej (47) jest zakrzywiona względem osi podłużnej (60).
11. Suwak według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, żejedna z bocznych szyn (51,52) jest zakrzywiona względem osi podłużnej (60).
12. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że część jednej z bocznych szyn (51, 52) w pobliżu krawędzi tylnej (48) jest wygięta w kierunku osi podłużnej (60) a część drugiej z bocznych szyn (51,52) w pobliżu krawędzi przedniej (47) jest wygięta w kierunku osi podłużnej (60).
13. Suwak według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że obie boczne szyny (51, 52) są proste, jedna z bocznych szyn (51,52) jest równoległa do osi podłużnej (60) a druga z bocznych szyn (51, 52) jest usytuowana pod kątem względem osi podłużnej (60).
14. Suwak według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że część jednej z bocznych szyn (51, 52) w pobliżu krawędzi tylnej (48) jest nachylona w kierunku osi podłużnej (60) a część drugiej z bocznych szyn (51,52) w pobliżu krawędzi przedniej (47) jest nachylona w kierunku osi podłużnej (60).
15. Suwak według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że jedna z bocznych szyn (51,52) jest nachylona względem osi podłużnej (60) a druga z bocznych szyn (51,52) jest nachylona względem osi podłużnej (60).

172 653
16. Suwak wedkg zastrz.1 albo 4,znamienny tym, że obiez bocznych szyn (51, 5 2) są równoległe względem siebie.