【発明の詳細な説明】
ねじれモード利得および感度が減じられたサスペンション
発明の分野
本発明は包括的に、ディスクドライブにおいて相対的に移動する記録媒体に近
接して読取／書込ヘッドを支持するためのサスペンションに関する。本発明はよ
り特定的に、曲率を制御して構成された構造部材を含み、ねじれモード振動の利
得、および何らかのサスペンション製造における変化に対するねじれモード利得
の感度双方が減じられたサスペンションに関する。
背景
ディスクドライブ産業では非常に競争が激しく、そのためディスクドライブ要
求は単位記憶容量あたりの価格に対する感度が高いことによって特徴づけられる
傾向がある。あるディスクドライブパッケージ内でデータ記憶容量を高めるため
に、一般的には複数のディスク円盤が同心でスピンドルモータに取付けられ、一
組にされたヘッドとの関連で動作するようにされる。各ヘッドは、サスペンショ
ン部材（以降「サスペンション」と呼ぶ）の一部を形成するジンバル構造上で支
持される。
サスペンションの方は、一般的にはＥブロックとして知られている共通の回転
可能な構造に接続される剛性のアクチュエータアームに取付けられる。Ｅブロッ
クは音声コイルモータ構造に取付けられ、組にされたヘッドをディスクに関する
種々の放射状の場所すなわちトラックで選択的に位置決めできる、質量平衡のと
れた、閉ループサーボ位置決め、回転アクチュエータ構造を形成する。サスペン
ションはサーボループ内の機械的構造の一部をなしているため、サスペンション
の動的特性が、達成可能なサーボシステム性能を制限する可能性がある。
同時係属中でその開示を本明細書に引用により援用する、「ハードディスクド
ライブのヘッド−ジンバルアセンブリ内のロードビームのインプレーンスチフネ
スを特徴化しかつ制御するための方法（METHOD FOR CHARACTERIZING AND CONTRO
LLING IN- PLANE STIFFNESS OF LOAD BEAM WITHIN HEAD-GIMBAL ASSEMPLY OF A
HARD DISK DRIVE ）」と題された、米国特許出願第０８／２４９，５２５号は、
サスペンションのばねおよびロードビームを幾何学的に構成して、１次ねじれ共
鳴モードの利得の感度が取扱いおよび製造公差に関し最小または最適となるよう
にできることを教示する。具体的には、１次ねじれ利得の感度を、ばねに近接す
るロードビーム領域の端部のＺ軸の高さを制御することにより減じることができ
る。このようにして製造工程に対する利得の感度を減少させることにより、たと
えば、ロードビーム生産の製造歩留りおよびヘッドスタックアセンブリ動作を大
幅に向上させることができる。しかしながら、この利得感度の減少は利得そのも
のの大きさの減少を意味するのではなく、このようなサスペンションは、動作の
一貫性が向上しているにもかかわらず、実際の動作は向上していない可能性があ
る。
したがって、製造工程に対して１次ねじれ利得感度が減じられた一方で利得の
公称の大きさも同時に減じられており、サーボシステム性能の向上を促進するサ
スペンションか必要とされているが、今まではまだ実現されていない。
発明の概要
本発明の包括的な目的は、先行技術における制限および欠点を克服する、ディ
スクドライブにおいて読取／書込ヘッドを支持するためのサスペンションを提供
することである。
本発明のより具体的な目的は、振動の１次ねじれモードにおける公称利得が減
じられたディスクドライブのためのサスペンションを提供することである。
本発明のさらなる目的は、利得感度の最小点でより低い公称利得が可能なサス
ペンションを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、与えられた、または最適にされた曲率を有するロ
ードビームまたはフレクシャを含むサスペンションを提供し、利得感度の最小点
での公称利得を減じさせることである。
本発明のさらに他の目的は、利得感度の最小点で公称１次ねじれ利得がより低
いロードビームおよびフレクシャの組合せを有するサスペンションを製造するた
めの方法を提供することである。
本発明の上記およびその他の目的は、ベースプレート構造（すなわちベース）
に関して予め定められた角速度で回転するデータ記憶ディスクを含む固定された
ディスクドライブヘッドおよびディスクアセンブリ、ならびにベースに回転可能
に取付けられ、ディスクに関し異なる放射場所で読取／書込ヘッドを支持しかつ
移動させ最終的には情報が記録される複数の異なるデータトラックを規定するイ
ンラインヘッド取付構造またはサスペンションを備えるインライン回転アクチュ
エータ構造において実現される。本発明に従うと、ディスクドライブは、レール
型補強材を備える片持の長いロードビームの末端側の端部に取付けられたジンバ
ルで支えられたフレクシャを有する向上したサスペンション構造を含む。ロード
ビームは、サスペンションの片持の端部に位置する取付け領域により支持される
板ばね部に接続される。板ばね部を予め曲げて、ヘッドがドライブに取付けられ
たときにサスペンションが偏向させられて総体的に直線的な状態になりディスク
とディスクとの間隔がさらに小さくなるようにできる。ロードビームは、製造中
に直接的に形成される、またはフレクシャ取付方策を介して与えられる曲率を有
し、これにより利得感度の最小点におけるサスペンションの公称１次ねじれ利得
が減じられる。
本発明の上記および他の目的、利点、局面および特徴は、添付の図面と関連付
けて示される好ましい実施例の詳細な説明について検討することによりさらに十
分に認識および理解されることになるであろう。
図面の簡単な説明
図１は、先行技術によるタイプ８のヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）の斜
視図である。
図２は、先行技術によるタイプ８のＨＧＡの側面図である。
図３は、本発明の原理に従う、ロードビームに負の撓みが与えられたＨＧＡの
側面図である。
図４は、本発明の代替実施例に従うＨＧＡの末端側の端部の側面図である。
図５は、有限要素モデル化の結果を示すグラフであり、最大ピーク１次ねじれ
共鳴利得（１ｋＨｚで正規化される）を、種々のロードビームおよびフレクシャ
構造に対するサスペンションオフセットの関数として示したものである。
詳細な説明
図１は、「タイプ８」サスペンション１２および支持される読取／書込ヘッド
１４を含む、従来の先行技術によるヘッド−ジンバルーアセンブリ（ＨＧＡ）１
０を示す。サスペンション１２は、サスペンションをアクチュエータアーム（図
示せず）に取付けるための一体化されたスェージングボス１８を含み得る剛性の
平坦なベースプレート１６、ばね部２０、ロードビーム２２、およびサスペンシ
ョンの支持されない末端側の端部に取付けられ読取／書込ヘッド１４を旋回可能
に支持するためのジンバルで支えられるフレクシャ２４からなる。ロードビーム
２２は一般的に、ロードビーム構造を補強する、側部の端縁部に沿う１対のレー
ル２６を含む。レール２６の構造は、ＨＧＡ１０の共鳴振動数に影響を及ぼすた
め、レール２６は一般的に、ＨＧＡ１０の共鳴振動数をより高くし（サーボ帯域
幅を向上させる）、かつサーボサンプリング振動数またはそのアライアジング変
数とは差があるようにすることにより、サーボシステムの性能を向上させるよう
に設計されている。
図２は、図１のＨＧＡの側面図である。図１のフレクシャ２４は明確にするた
めに省略されている。ロードビーム２２は従来、名目上平坦な状態で製造され動
作するようにされているが、レール２６が形成される際に、応力がかかり、その
結果ロードビームが幾分曲げられることになる。スポット溶接作業もまた、局所
的なアニールまたは再結晶化のためにロードビームの平坦度に影響を及ぼし得る
。図１および図２に示すような上向きのレールのロードビーム設計のために、製
造により生じるビームの曲がりによってロードビームの中心は一般的に、１ｍｉ
ｌのオーダで、端部に関して高くなる。図５の曲線５０は、従来どおりに取付け
られたフレクシャとの関連で動作する図２の名目上平坦なロードビームの動的な
挙動を示すグラフである。曲線５０は、最大ピーク１次ねじれ共鳴利得（１ｋＨ
ｚでの０ｄＢに関する）を与えられたサスペンションのオフセットの関数として
示している。このように、図２のＨＧＡ１０を、１次ねじれ利得の感度を最小に
するために、そのロードビームのベースがＺ軸に沿い−０．０２５ｍｍだけオフ
セットされるように製造しなければならない。（なぜならオフセットに関する利
得
の変化率は−０．０２５ｍｍオフセットでおよそ０のためである。）この動作点
は利得の最小点ではないが、それにもかかわらず利得の最小感度がもたらされ、
さらに製造およびアセンブリ動作によりサスペンションのオフセットが再調整さ
れる傾向があるため、選択された動作点は、たとえば、局所的な最小利得が達成
されるオフセットよりも大幅に向上した製造歩留りをもたらすことが多い。なぜ
なら、局所的最小点におけるオフセットのわずかな変化が１次ねじれ利得におけ
る大幅なかつ望ましくない増大につながる傾向があるためである。選択された動
作点は利得における変化を最小にするのみならず、利得の上限を効果的に規定し
、そのため最適点からわずかにずれた場合実際には機械的性能が幾分向上するこ
とになる。
図３は、本発明の好ましい実施例に従うＨＧＡ３０の側面図である。本発明の
この実施例では、サスペンション３１の縦方向全体の長さは約２０−３０ｍｍで
あり、横幅は、典型的にはサスペンションの取付け端部でまたはその近くである
サスペンションの最も幅の広い領域で約５ｍｍのオーダである。主要なサスペン
ション本体部材は、厚みが約６０−７５ミクロンのオーダである平坦なステンレ
ス鋼板から化学的にエッチングされたものである。エッチング作業により、最終
的に取付け領域３２、ばね３４、ロードビーム３６およびレール３８を含む領域
が規定される。
サスペンション本体部材がエッチングされた後、機械的形成作業により、この
場合は横方向に間隔が設けられ上に曲がった１対のレール３８である、ロードビ
ーム３６の主表面に概して垂直である特徴が与えられる。さらに、この機械的な
形成作業中に、ロードビーム３６にはわずかな負の曲率（すなわち約２３６ｍｍ
の曲率半径の負の「撓み（サグ）」）が与えられ、そのため、ロードビームの中
央部分は最終的に、ロードビームが平坦な場合よりもディスクに約３ｍｉｌ近く
に位置決めされる。なお、（本発明に従う）この与えられた曲率または撓みの方
向は、従来のレールが上向きのロードビーム製造中に通常発生するであろう方向
とは反対である。さらに、与えられた撓みの大きさは、通常のロードビーム製造
中に発生しやすいものの約３倍である。
別個に製造されたロードプレート３９が、一般的には順送りダイ動作で旋削ま
たは形成され、たとえばスポット溶接といった従来の手段によりサスペンション
３１に取付けられる。同様に、フレクシャ（図示せず）は従来どおりにロードビ
ーム３６の下側にスポット溶接され、さもなければ付着され、サスペンション３
１が完成する。読取／書込ヘッド４０がフレクシャに取付けられ、本発明の好ま
しい実施例に従うＨＧＡ３０の製造が終了する。
図５の曲線５２は、与えられたサスペンションのオフセットの関数として図３
に示されたサスペンション３１の１次ねじれ利得を示すものである。本発明のロ
ードビームに撓みをつける実施例の最適動作点は、１次ねじれ利得において、従
来のタイプ８サスペンションよりも約３ｄＢ低い。
図４は、本発明に従う代替の好ましい実施例のＨＧＡ４２を開示している。こ
の実施例では、ロードビーム４３は総体的に平坦な構造で従来どおりに製造され
ているが、従来のものと異なる点は、ロードビーム４３（またはその代わりとし
てフレクシャ４５）に約０．０８ｍｍの高さの突出する特徴４４が形成され、フ
レクシャ４５の縦方向の端部の中間でロードビーム４３とフレクシャ４５との間
に位置決めされていることである。フレクシャ４５はフレクシャの基部側の端部
と突出する特徴４４の場所とにある接合点４６で、ロードビームにスポット溶接
され、さもなければ付着され、その結果、ヘッド４７を支持するための湾曲した
フレクシャ構造がもたらされる。このフレクシャ取付方法によりロードビーム４
３にある程度負の撓みが与えられると考えられている。この湾曲したフレクシャ
の実施例は結果として、湾曲したロードビームの実施例よりも幾分高い公称利得
をもたらすが、この実施例は、図５の曲線５４に示すように、従来のタイプ８の
サスペンションに関する約２ｄＢの１次ねじれ利得の低減をなおももたらす一方
で、実現がより容易になるものである。
要約すると、本発明は、先行技術によるサスペンションに関し１次ねじれ利得
の減少および１次ねじれ利得感度の減少双方を同時にもたらす、ディスクドライ
ブにおけるアクチュエータのためのサスペンションを提供するものである。この
減少した１次ねじれ利得は、本質的なヘッド位置サーボシステム性能を向上させ
、一方では減少した利得感度は製造歩留りを向上させる。このようにして、本発
明はより低価格かつ性能が高いディスクドライブの設計および製造を容易にする
。
本発明について目下好ましい実施例に基づいて説明しているが、この開示は限
定として解釈されるものではない。当業者には、上記開示を読めば種々の変形例
および修正例が明らかになるであろう。たとえば、本発明は上向きレール型サス
ペンション設計のコンテクストにおいて示されているが、この教示は下向きレー
ル設計にも応用できる。したがって、添付の請求の範囲は本発明の精神および範
囲内のすべての変形例および修正例を包含するものとして解釈されることが意図
されている。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to supporting a read / write head in proximity to a relatively moving recording medium in a disk drive. Related to suspension. More particularly, the present invention relates to a suspension that includes a structural member configured with controlled curvature, wherein both the gain of the torsional mode vibration and the sensitivity of the torsional mode gain to changes in any suspension manufacturing are reduced. Background The disk drive industry is very competitive, and disk drive requirements tend to be characterized by high price per unit storage capacity sensitivity. To increase data storage capacity within a disk drive package, a plurality of disk disks are typically mounted concentrically on a spindle motor and operated in conjunction with a set of heads. Each head is supported on a gimbal structure that forms part of a suspension member (hereinafter "suspension"). The suspension is mounted on a rigid actuator arm that is connected to a common rotatable structure commonly known as an E-block. The E-block is mounted on a voice coil motor structure to form a mass-balanced, closed-loop servo-positioning, rotary actuator structure that allows the grouped heads to be selectively positioned at various radial locations or tracks relative to the disk. Because the suspension is part of the mechanical structure within the servo loop, the dynamic characteristics of the suspension can limit the achievable servo system performance. A method for characterizing and controlling the in-plane stiffness of a load beam in a head-gimbal assembly of a hard disk drive is disclosed in co-pending application, the disclosure of which is incorporated herein by reference. U.S. patent application Ser. No. 08 / 249,525, entitled "PLANE STIFFNESS OF LOAD BEAM WITHIN HEAD-GIMBAL ASSEMPLY OF A HARD DISK DRIVE", discloses that suspension springs and load beams of a suspension are configured geometrically. It teaches that the sensitivity of the gain of the sub-twisted resonance mode can be minimized or optimized with respect to handling and manufacturing tolerances. Specifically, the sensitivity of the first-order torsional gain can be reduced by controlling the height of the Z-axis at the end of the load beam area close to the spring. Reducing the gain sensitivity to the manufacturing process in this manner can significantly improve, for example, load beam production yield and head stack assembly operation. However, this reduction in gain sensitivity does not mean a reduction in the magnitude of the gain itself, and such suspensions do not improve actual operation despite improved consistency of operation. there is a possibility. Thus, while the first-order torsional gain sensitivity to the manufacturing process has been reduced, the nominal magnitude of the gain has been reduced at the same time, requiring a suspension that promotes improved servo system performance. Not yet realized. SUMMARY OF THE INVENTION A general object of the present invention is to provide a suspension for supporting a read / write head in a disk drive that overcomes the limitations and disadvantages of the prior art. It is a more specific object of the present invention to provide a suspension for a disk drive with reduced nominal gain in the first order torsional mode of vibration. It is a further object of the present invention to provide a suspension capable of lower nominal gain at the minimum point of gain sensitivity. It is yet another object of the present invention to provide a suspension including a load beam or flexure having a given or optimized curvature to reduce the nominal gain at the minimum point of gain sensitivity. It is yet another object of the present invention to provide a method for manufacturing a suspension having a combination of a load beam and a flexure having a lower nominal first order torsional gain at the minimum point of gain sensitivity. These and other objects of the present invention are directed to a fixed disk drive head and disk assembly including a data storage disk that rotates at a predetermined angular velocity with respect to a baseplate structure (ie, base), and a disk rotatably mounted to the base. This is realized in an in-line rotary actuator structure with an in-line head mounting structure or suspension that supports and moves the read / write head at different radiation locations and ultimately defines a plurality of different data tracks on which information is recorded. In accordance with the present invention, a disk drive includes an improved suspension structure having a gimbaled flexure mounted to a distal end of a cantilevered long load beam with rail-type stiffeners. The load beam is connected to a leaf spring section supported by a mounting area located at the cantilevered end of the suspension. The leaf springs can be pre-bent so that when the head is mounted on the drive, the suspension is deflected to become generally linear and the spacing between the disks further reduced. The load beam has a curvature that is formed directly during manufacturing or provided through a flexure mounting strategy, thereby reducing the nominal first order torsional gain of the suspension at the point of minimum gain sensitivity. The above and other objects, advantages, aspects and features of the present invention will become more fully appreciated and understood upon consideration of the detailed description of the preferred embodiments thereof, taken in conjunction with the accompanying drawings. . BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a type 8 head gimbal assembly (HGA) according to the prior art. FIG. 2 is a side view of a prior art type 8 HGA. FIG. 3 is a side view of an HGA with a negative deflection of the load beam according to the principles of the present invention. FIG. 4 is a side view of the distal end of the HGA according to an alternative embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the results of finite element modeling, showing the maximum peak first-order torsional resonance gain (normalized at 1 kHz) as a function of suspension offset for various load beams and flexure structures. is there. DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows a conventional prior art head-gimbal assembly (HGA) 10 including a "Type 8" suspension 12 and a supported read / write head 14. FIG. The suspension 12 includes a rigid flat base plate 16, which may include an integrated swaging boss 18 for attaching the suspension to an actuator arm (not shown), a spring portion 20, a load beam 22, and an unsupported distal end of the suspension. And a gimbal-supported flexure 24 for pivotally supporting the read / write head 14. The load beam 22 generally includes a pair of rails 26 along side edges that reinforce the load beam structure. Since the structure of the rail 26 affects the resonance frequency of the HGA 10, the rail 26 generally makes the resonance frequency of the HGA 10 higher (improves the servo bandwidth) and the servo sampling frequency or its alias. It is designed to improve the performance of the servo system by making it different from the zing variable. FIG. 2 is a side view of the HGA of FIG. Flexure 24 in FIG. 1 has been omitted for clarity. Conventionally, the load beam 22 is manufactured and operated in a nominally flat condition, but when the rails 26 are formed, stress is applied, which results in some bending of the load beam. Spot welding operations can also affect load beam flatness due to local annealing or recrystallization. Due to the upwardly directed rail load beam design as shown in FIGS. 1 and 2, the bending of the beam caused by manufacturing causes the center of the load beam to be generally higher on the edges, on the order of 1 mi. Curve 50 in FIG. 5 is a graph illustrating the dynamic behavior of the nominally flat load beam of FIG. 2 operating in connection with a conventionally mounted flexure. Curve 50 shows the maximum peak first order torsional resonance gain (for 0 dB at 1 kHz) as a function of the offset of the suspension given the suspension. Thus, the HGA 10 of FIG. 2 must be manufactured so that its load beam base is offset by -0.025 mm along the Z axis to minimize the sensitivity of first order torsional gain. (Because the rate of change of gain with respect to the offset is approximately 0 at the -0.025 mm offset.) This operating point is not the minimum point of gain, but nevertheless results in a minimum sensitivity of gain and The selected operating point often results in significantly higher manufacturing yields than, for example, the offset at which the local minimum gain is achieved, as the suspension offset tends to be readjusted due to assembly operation. This is because small changes in offset at the local minimum tend to lead to significant and undesirable increases in first order torsional gain. The selected operating point not only minimizes the change in gain, but also effectively defines the upper limit of the gain, so that a slight deviation from the optimal point will actually improve the mechanical performance somewhat . FIG. 3 is a side view of the HGA 30 according to a preferred embodiment of the present invention. In this embodiment of the invention, the overall longitudinal length of the suspension 31 is about 20-30 mm and the width is typically the widest area of the suspension at or near the suspension mounting end. In the order of about 5 mm. The primary suspension body member is chemically etched from a flat stainless steel plate having a thickness on the order of about 60-75 microns. The etching operation finally defines an area including the mounting area 32, the spring 34, the load beam 36, and the rail 38. After the suspension body members have been etched, a mechanical forming operation provides a feature that is generally perpendicular to the major surface of the load beam 36, in this case a pair of laterally spaced and bent up rails 38. Given. In addition, during this mechanical forming operation, the load beam 36 is given a slight negative curvature (ie, a negative “sag” with a radius of curvature of about 236 mm 2), so that the central portion of the load beam is Finally, the load beam is positioned closer to the disc than about 3 mils than if the load beam were flat. It should be noted that the direction of this given curvature or deflection (according to the invention) is opposite to the direction that conventional rails would normally occur during upward load beam fabrication. In addition, the amount of deflection provided is about three times that likely to occur during normal load beam fabrication. A separately manufactured load plate 39 is turned or formed, typically in a progressive die operation, and attached to the suspension 31 by conventional means, for example, spot welding. Similarly, flexures (not shown) are conventionally spot welded to the underside of the load beam 36 or otherwise attached to complete the suspension 31. The read / write head 40 is mounted on the flexure, ending the manufacture of the HGA 30 according to the preferred embodiment of the present invention. Curve 52 in FIG. 5 shows the first order torsional gain of the suspension 31 shown in FIG. 3 as a function of the suspension offset given. The optimum operating point of the load beam flexing embodiment of the present invention is about 3 dB lower in first order torsional gain than a conventional Type 8 suspension. FIG. 4 discloses an alternative preferred embodiment HGA 42 according to the present invention. In this embodiment, the load beam 43 is conventionally manufactured with a generally flat structure, but differs from the prior art in that the load beam 43 (or alternatively, the flexure 45) has about 0.08 mm. A raised feature 44 is formed and positioned between the load beam 43 and the flexure 45 in the middle of the longitudinal end of the flexure 45. The flexure 45 is spot welded or otherwise attached to the load beam at a junction 46 at the proximal end of the flexure and at the location of the protruding feature 44, thereby resulting in a curved to support the head 47. A flexure structure results. It is believed that this flexure mounting method gives the load beam 43 some negative deflection. Although this curved flexure embodiment results in a somewhat higher nominal gain than the curved load beam embodiment, this embodiment provides a conventional type 8 suspension, as shown by curve 54 in FIG. While still providing a reduction in first order torsional gain of about 2 dB with respect to, which is easier to implement. In summary, the present invention provides a suspension for an actuator in a disk drive that simultaneously reduces both primary torsional gain and primary torsional gain sensitivity with respect to prior art suspensions. This reduced first order torsion gain improves intrinsic head position servo system performance, while reduced gain sensitivity improves manufacturing yield. In this way, the present invention facilitates the design and manufacture of lower cost and higher performance disk drives. Although the present invention has been described with reference to the presently preferred embodiment, this disclosure is not to be construed as limiting. Various variations and modifications will become apparent to those skilled in the art from reading the above disclosure. For example, while the present invention is shown in the context of an upward rail suspension design, the teachings are applicable to downward rail designs. It is therefore intended that the appended claims be interpreted as covering all alterations and modifications as fall within the spirit and scope of the invention.