具有减小的磁盘表面润滑层厚度改变的磁盘驱动器.pdf

磁盘表面有一层润滑剂的一种磁盘驱动器，其中通过改变该磁盘驱动器运转时的ω/f来减少不需要的润滑层厚度调整。这里ω是磁盘的角速度，f是容纳磁头的磁头装置的共振频率。以这种方式，润滑剂厚度调整的幅度被减小，提高了磁盘驱动器的性能。ω/f的比值优选的通过改变磁盘的角速度ω来改变。

1.  一个磁盘驱动器，包括：
a)一个磁记录盘，该磁盘表面有一润滑剂层；
b)一个磁头装置，包括一个靠近所述磁记录盘的读写磁头；
c)一个以角速度ω转动所述磁盘的电动机；
d)在磁盘驱动器的运转时改变角速度ω的装置，由此所述润滑剂层的厚度变化将被减少。

2.  如权利要求1中的磁盘驱动器，其中所述磁头装置有一阻尼比率，该磁盘有一平均的角速度；并且其中所述变化的角速度ω的峰值与峰值之间的幅度要大于该阻尼比率与该平均角速度乘积的两倍。

3.  如权利要求1中的磁盘驱动器，其中所述的角速度ω是周期性变化的。

4.  如权利要求3中的磁盘驱动器，其中所述的角速度ω是按照从由正弦曲线、方波和三角波组成的一组波形中选择出一种波形周期性变化的。

5.  如权利要求1中的磁盘驱动器，其中所述改变ω的装置包括一个以可变速度来驱动所述电动机的电路。

6.  如权利要求5中的磁盘驱动器，其中所述的角速度ω是周期性变化的。

7.  操作磁盘驱动器的方法，包括：
a)提供一个在该磁盘表面有润滑剂层的磁盘；
b)提供一个靠近所述磁盘的磁头装置，所述磁头装置包括一个读写磁头；
c)以角速度ω转动所述磁盘；
d)在磁盘驱动器运转时改变ω，由此所述润滑层的厚度变化会被减少。

8.  如权利要求7中的方法，其中所述磁头装置有一阻尼比率并且所述磁盘有一平均角速度，其中所述的变化的ω峰值与峰值之间的幅度大于该阻尼比率与该平均角速度的乘积的两倍。

9.  如权利要求7中的方法，其中所述的角速度ω是周期性变化的。

10.  如权利要求9中的方法，其中所述的角速度ω是按照从由正弦曲线、方波和三角波组成的一组波形中选择出一种波形周期性变化的。

11.  如权利要求7中的方法，其中所述的改变所述角速度ω包括以一可变的速度来驱动一个与所述磁盘连接的电动机。

12.  如权利要求11中的方法，其中所述的角速度ω是周期性变化的。

具有减小的磁盘表面润滑层厚度改变的磁盘驱动器
技术领域
本发明涉及磁盘驱动器，特别是在磁盘表面与读写磁头之间具有一润滑层的磁盘驱动器。
背景技术
磁盘驱动器通常都包含一个用在记录盘表面的薄的润滑剂层，以减少磁头和磁盘之间不期望的相互作用，例如摩擦和静摩擦。通常润滑剂层的厚度约在0.8～16nm之间。但是在一些情况下，这个范围会到0.6～20纳米之间。通常润滑剂层的材料是一种全氟聚醚(PFPE)润滑剂。PFPE润滑剂是有着如下化学结构的共聚物：
X-[(OCF₂CF₂)_m-(OCF₂)_n]-O-X
其中m/n＝2/3并且X表示聚合物的端基(endgroups)。通过选择这些端基，材料会被修改从而改变薄层的吸附性、亲和性、活性等等。对于PFPEZ、Zdol以及Ztetraol，一些常见的端基分别是X＝F，X＝CF₂CH₂OH和X＝CH₂OCH₂CH(OH)CH₂-OH。这些润滑剂中的一些也具有多种的商标和商品名称(例如：“Fomblin Z”系列，Moresco用Zdol制造的“A20H”)。
由于磁盘驱动技术朝着增加面密度和存储容量的方向发展，磁头与磁盘之间的间距通常在减少。作为磁头和磁盘间距减少的一个结果，磁头与润滑层之间不合要求的相互作用就可能出现，实际上，已经被报道过(例如：in Maet al.，IEEE Transactions on Magnetics，38(1)pp112～117，Jan 2002)。
Ma et al.的这篇文章报道了沿着磁道润滑剂厚度周期性调整的形成。随着磁道运转时间的增长，这个调整的幅度在慢慢的增长，其中磁道运转时间是指磁盘旋转时磁头在单个磁道上花费的时间。报道中的这个调整有着相当于v/f的周期，这里v是磁道相对于磁头的线性速度，并且f是磁头的磁头装置的机械共振频率。磁头装置有不止一种机械模式能够促使润滑剂厚度的调整。例如在Ma et al.的文章中，发现了频率大约为40-50kHz的滚动模式和频率为196kHz的摆动模式同时促使润滑剂的厚度调整。
润滑层这样的厚度调整是不合要求的，因为它使得磁头装置作不需要的运动。当由润滑剂厚度调整引起的扰动处于磁头装置机械共振频率的一倍或者多倍时，由于共振的增强，这将会增加扰动的效果，由于这个事实，问题就被恶化了。这种磁头的运动是不合要求的，因为它干扰了从磁盘上读数据或者向磁盘写入数据。
发明内容
因而，本发明的一个目的就是减少润滑剂层这种厚度变动的幅度，从而减少相关的磁头运动以及提高磁盘驱动器的性能。本发明进一步的目的是使用那些不依赖于减少磁头和磁盘的物理相互作用的方法(例如通过增加磁头和磁盘之间的距离)，减小润滑层这种厚度变动的幅度。
本发明是一种在磁盘表面有一润滑层的磁盘驱动器，其中在磁盘驱动器工作时通过改变ω/f来减少润滑剂层不必要的厚度调整。这里ω是磁盘的角速度，f是容纳磁头的磁头装置的共振频率。在这种方式中，润滑剂层的厚度调整幅度被减少了，提高了磁盘驱动器的性能。在本发明的一个优选方案里，可以通过周期性的改变磁盘的角速度ω来改变ω/f。
附图说明
图1是磁盘驱动器的俯视图。
图2是磁盘驱动器的侧视图。
图3是磁盘驱动器磁头在磁道上时的侧视图。
具体实施方式
图1概要地展现了一磁盘驱动器10的顶视图。磁盘驱动器10包括一磁盘12。一包含一读写磁头19(如图3所示，不在图1上)的滑杆18。磁盘12绕着轴16旋转并且在它的表面有一层磁记录材料层38(如图3所示)。在磁记录材料里是多重径向间隔的磁道，其中一个在图1中表示为14。滑杆18定位在磁道14上，这样能够使磁头19从磁道14上读数据或向其写入数据。滑杆18是磁头装置20的一部分。磁头装置20包括(未在图1中出现)用来使磁头19定位到要求的相对于磁盘地径向位置的组件(即在所选磁盘的中心线上)。
图2概要地展现了图1中的磁盘驱动器的侧视图。一电动机22通过轴28连在磁盘12上。一电路24可控的连接在电动机22上，如图2中线26所示。电路24控制着电动机22的速度，从而控制着磁盘12的角速度。
图3概要的显示了图1中磁盘驱动器的磁头19附近的侧视图。一润滑层36沉积在磁记录材料38上。通常在磁记录材料38和润滑层36(没有显示)之间有一保护性的涂层。磁盘12按照图3中40所示的方向在滑杆18下面通过。在滑杆18和磁盘12之间有一气垫32。气垫32在滑杆18上施加一个力30。润滑层36同滑杆18相互作用，并且这种相互作用能够导致润滑层36的厚度调整，如润滑层36的顶面34波形所示。这种相互作用能够通过各种物理途径发生，比如由于气垫32的内摩擦引起的剪切应力，在气垫32和在气垫32的每一面上的空气之间的压力差，和/或在滑杆18和润滑层36之间的凡登瓦力(Van der Waals forces)。
假设磁头装置20按照周期f振动，如图3中虚线箭头所示相对于磁盘12的周期性移动。于是这种振动将会以等于v/f的周期来调整润滑层36的厚度，其中v＝ωr是磁盘角速度为ω时半径r处磁道的线速度。这个调整反过来又以频率f干扰着磁头装置20。因而滑杆18和润滑层36之间的任何相互作用(独立于该相互作用的物理性质)，产生了磁头装置20振动的可能性，该振动被润滑层36的厚度调整所增强。
为了磁头装置20振动的这种增强在实际中发生，有两个条件必须满足。第一个条件是同步条件，Nω＝2πf，其中N是正整数。当这个同步条件满足时，磁头装置20振动的角频率是磁盘12角速度ω的整数倍数，因此磁盘12上润滑层36的调整在磁盘12连续旋转时被建设性的增强。如果这个同步条件没有被满足，那么润滑层36调整时在磁盘12的后继转动效果中就会有一个相消干涉(destructive interference)，并且通常这样相消干涉会导致一个可以忽略的净效应。
为了增强磁头装置20的振动必须满足的第二个条件是振动的驱动力(即，滑杆18和润滑层36的物理相互作用)必须大于作用在滑杆18和润滑层36上的耗散力。这些耗散力包括磁头装置20中的机械损耗，这些损耗会导致磁头装置20振动幅度的减少；以及由润滑层36的上表面34的表面张力驱动的扩散，这种扩散趋向于平滑润滑层的厚度变动。
驱动力和耗散效应的平衡也依赖于润滑层36的厚度波动与磁头装置20耦合的效率，这却反过来依赖于厚度波动的频率。频率等于或者接近磁头装置20的机械共振频率，该波动被有效的耦合到磁头装置20，而一个频率远离磁头装置20任何机械共振频率的波动将无效耦合到磁头装置20。在磁盘驱动器工作时，气垫32作为滑杆18上的一个弹簧，这样它在滑杆18上提供一个回复力，使滑杆回复到同磁盘12之间一个极小的间隔。这个极小的间隔是由磁头装置20的刚度和如图3中所示静止时的气垫力30之间的平衡来决定的。既然气垫32作为一个弹簧，那么它就有一个相关的弹性系数k，并且作为第一近似值，磁头装置20的共振频率是k/m的平方根，其中m是滑杆18的质量。
通常磁头装置20的机械共振频率在40到200kHz之间，并且相应的角速度也远远大于磁盘的角速度。因此，如果fr是磁头装置20的机械共振频率，那么满足同步条件并且接近fr的频率f是存在的。我们有N＝[2πfr/ω]＝2πf′/ω其中[x]是最接近x的整数。由于fr＞＞ω，|f′-fr|＜＜fr。因而如果驱动力大于耗散力，那么期望润滑层36厚度调整的频率为一倍或者多倍的f，这与上文提到Ma et al.的报道是一致的。
由于润滑层36的厚度调整是不合要求的，本发明提供了多种方法来减少润滑层36的厚度变动。随着磁盘驱动器技术的发展，可以预期滑杆18和润滑层36之间的间隔趋于减少，从而增加润滑层36厚度变动的驱动力。因此我们主要考虑那些不依靠减少磁头装置20与润滑层36之间物理相互作用的方法来减少润滑层36的厚度变动。
基于以上所述的考虑，我们已经发现润滑层36的厚度变动能够通过在磁盘驱动器工作时调整ω/f来有效的减少，其中ω是磁盘驱动器的角频率，并且f是磁头装置20的机械共振频率。
磁盘驱动器工作时改变ω/f的优选方法是用改变ω的方法来改变磁盘的角速度ω。改变ω要比改变f简单。并且通过改变ω，相应于磁头装置20的所有机械共振频率的润滑层36的厚度变动被必要的同时减少。在磁盘驱动器工作时另外一个但不是优选的改变ω/f的方法是改变f。
如美国专利6262545中详细讨论的，全文引用到这里以供参考，典型的磁盘驱动器的电动机运转速度通常用转/每分钟(RPM)来表示，该速度的改变依赖于提供给电动机的电压或者电流。因此，一个技术人员将能够通过已知的设计技术设计电路24，以可变的速度来驱动磁盘驱动器电动机22。同样的，提供周期改变的转速，例如正弦波，方波，锯齿波或者其他周期性的波形种类，也能够通过这方面已知的技术在电路24中实现。因此，电路24是一个改变ω的合适方法。
依照本发明，一个周期性改变RPM的波形有几个参数的改变能够减小润滑剂的波纹。这些参数包括：波形的种类(例如正弦波，方波，三角波等等)，RPM周期性变动的频率(也就是高频颤动频率)，以及RPM周期变动的幅度(也就是高频颤动的幅度)。
这些RPM波形的参数在抑制润滑剂波纹上的效果已经被研究过。高频颤动频率和波形的种类(例如：使用的是正弦波还是三角波)在波纹的增加速率上影响很小。
然而，高频颤动的幅度在波纹的增加速率上有着很大的影响。举个例子(频率为0.5Hz的三角波高频颤动，A20H润滑剂，6nm的运行高度以及10000RPM的平均角速度)，从0到峰值的100RPM的高频颤动幅度大致的消除了润滑剂的波纹。这里运行高度是滑杆18和磁盘12之间的间隔。在这个例子里，从0到峰值的25RPM和50RPM的高频颤动幅度显著的减小了润滑剂波纹的增加速率，而从0到10RPM以及更小的峰值的高频颤动幅度没有显著的影响到这个波纹增加速率。
我们相信大致消除波纹的最小高频颤动幅度是与磁头装置20的阻尼系数相关的。更具体的说，大致消除波纹所需的高频颤动幅度(从0到峰值)应当大于磁头装置20的阻尼系数乘以磁盘12的平均RPM。另一种方案是峰值到峰值的变动幅度应当大于磁头装置20的阻尼系数乘以磁盘12的平均RPM的两倍。
既然使磁盘驱动器的RPM高频颤动能够影响到其性能的许多方面，那么优选的选择一个高频颤动幅度来平衡减少润滑剂的波纹与其他磁盘驱动器的设计约束。