Particle contamination has been an ongoing problem affecting the reliability of the magnetic hard disk drives. Especially the recent use of MR head requires much tighter control of particle contamination due to thermal asperity (TA) phenomenon. In this study, the effects of slider air bearing surface design of TA reduction capability were investigated by manufacturing two types of sliders. Numerical methods were used to simulate the motion of particles in the head/media interface. Experiments were conducted to verify the results predicted by the numerical simulation. Drives were built and exposed to particle contamination using a particle injection chamber, which turned out to be a very simple and reliable particle generation method over conventional aerosol technique. Then the number of TA generated in the drives was recorded and compared. Also the contacts between slider and particles were investigated by acoustic emission study. It was found that a new ABS design, which has aerodynamic U-shaped rail and central flow passage, was beneficial in reducing the particle contamination on the slider.
This paper presents vibration analyses of hard disk drive (HDD) spindle systems based on the finite element method. The systems under investigation have a cantilevered shaft rotating on hydrodynamic bearings. In particular, the influence of stator's flexibility on major modes has been taken into account in dual ways lumped and distributed-parameter model approfches. Even the latter employs relatively macroscopic elements instead of extremely fine ones Popular in commercial codes. In order to prove the effectiveness of such formulated models, two types of HDD prototypes featuring different hub and stator structures are selected as examples. Compared to the first, the second type has a reinforced stator that would raise the natural frequency of the hub's translational (or sideway) mode. Both free and forced vibration characteristics are computed, and subsequently compared with the experimental data. It is our conclusion that Particularly the Proposed distributed model method is an efficient design tool for state-of-the-art HDD spindle systems.
본 논문에서는 반정현파 형태의 충격을 받는 HDD에 대한 충격해석을 수행하고, 그 타당성을 실험적으로 검증하였다. 일반적으로 센서를 이용한 제품의 충격실험을 통해서는 제한적인 정보만을 얻을 수 있지만, 컴퓨터를 이용한 해석기술은 제품의 파손현상을 규명하는데 필요한 보다 광범위하고 상세한 정보를 제공할 수 있는 장점을 가진다. 하지만, 이러한 해석결과는 여러 요인들에 따라 매우 민감하기 때문에 그 타당성을 검증하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 200G/1ms의 전자기 충격실험과 300G/2ms의 낙하충격실험을 통하여 HDD의 조립단계별로 LS-DYNA를 이용한 유한요소해석의 신뢰성을 검증하였다.
Recently, a load/unload(L/UL) system is adopted to the hard disk drive(HDD) due to its advantages such as lower power consumption, larger data zone, simpler fabrication of disk due to no bumped parking zone, and rarer contact between slider and media. An analysis of the transient motion for the slider is very important to design an air bearing surface(ABS) of the slider to secure the stable performance of the system. During the L/UL process, however, there are several issues occurred such as contact or collision between slider and media. Sometimes this will cause the system failure. In this study, the dynamics of a pico slider during the loading process are investigated through numerical simulation using FEM analysis and experiment. Ramp profile and angular velocity of the swing arm actuator are very important parameters for the design of L/UL system to avoid collision between slider and disk.
The optical storage device has recently experienced significant improvement, especially for the aspects of high capacity and fast transfer rate. However, it is necessary to study a new shape of air bearing surface for the rotary type actuator because the optical storage device has the lower access time than that of HDD (Hard Disk Drives). In this study, we proposed the air bearing shape by using SA (Simulated Annealing) algorithm which is very effective to achieve the global optimum instead of many local optimums. The objective of optimization is to minimize the deviation in flying height from a target value 100nm. In addition, the pitch and roll angle should be maintained within the operation limits.
There are many benefits such as increased areal density, reduced power consumption, applied smaller size and improved shock resistance in Load/Unload(L/UL) mechanism. It has been the key technology of developing small form factor hard disk drive used in portable digital devices. The main objectives of L/UL are no slider-disk contact and faster L/UL process. For realizing those, we must consider many design parameters in L/UL systems. In this paper, we focus on the effects of ramp profile. We can investigate dynamic characteristics of suspension tap and slider on ramp during unloading process experimentally. In special, we examine the effects of vortical velocities, ramp slopes and disk vibrations. As the result of these experiments, we propose design criteria of advanced ramp profile for good unloading performance.
This paper presents a highly efficient HDD (Hard Disk Drive) spindle motor with a passive magnetic thrust bearing and a fluid dynamic journal bearing and its effectiveness is verified through experiment. It eliminates the mechanical friction loss of a thrust bearing which is around 18% of total power consumption of a 3.5' HDD spindle motor, by replacing a conventional fluid dynamic thrust bearing with a passive magnetic thrust bearing. The passive magnetic thrust bearing using permanent magnets is inherently unstable in radial direction. However, the radial fluid dynamic force of the fluid dynamic journal bearing counterbalances the radial magnetic force of magnetic thrust bearing to achieve the stability as the motor spins up. It has less or equivalent runout and less flying height than the conventional spindle motor.
Fluid dynamic bearings (FDBs) have been replacing ball bearings of the HDD spindle motor very rapidly. But there are several demerits of HDB, such as high friction torque, variable viscosity of the fluid lubricant depending on operating temperature, low stiffness, and etc. Eccentricity is one of the major parameters which affects the static and dynamic characteristics. As the static eccentricity is larger, the stiffness and the damping coefficients become bigger. But friction torque is relatively unaffected by the static eccentricity. This research proposes a new type of journal bearing with asymmetric journal grooves which results in better dynamic characteristics. The static and dynamic characteristics of the new journal bearing are investigated by solving the Reynolds' equation with FEM, and the transient analysis is performed to predict the dynamic behavior of rotor by solving the equations of motion of a HDD spindle system with Runge-Kutta method. The result shows that the proposed Journal bearings have much bigger stiffness and damping coefficients compared with the conventional symmetric ones. And consequently, it has smaller whirl radius and tilting angle.
The numerical analysis of the hard disk drive slider is presented. The pressure distribution was calculated using the finite element method. The generalized Reynolds equation was applied in order to include the gas rarefaction effect. The balance of the air bearing force and preload force was considered. The characteristics of the small vibrations near the equilibrium were studied using the perturbation method. Triangular mesh with variable element size was employed to model the two-rail slider. The flying height, pitching angle, rolling angle, stiffness and damping of the two-rail slider were calculated for radial position changing from the inner radius to the outer radius and for a wide range of the slider crown values. It was found that the flying height, pitching angle and rolling angle were increased with radial position while the stiffness and damping coefficients were decreased. The higher values of crown resulted in increased flying height, pitching angle and damping and decreased stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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