CN1016019B - 存储盘定心夹紧装置 - Google Patents

Abstract

一个旋转夹头或弹性夹头安装在加载臂上，可进入和退出同电机驱动轮毂的啮合以便夹紧和松开软磁盘。该夹头由一个筒形的本体部分和形状实际相同的第一组和第二组夹头分段所组成，两组夹头径向地交错配置在本体部分上，每个夹头分段有一个可挠曲的桥形部分从本体部分径向外伸，外端部是定心部分和夹紧部分，定心部分通过磁盘上的中心孔同驱动轮毂夹头座相啮合，夹紧部分则用来把磁盘夹紧在驱动轮毂夹头座周围的环形表面上。

Description

本发明涉及一般称之为磁盘驱动器的装置，该装置用于在存储盘例如软磁盘上读入和/或写出数据;特别涉及将存储盘定心夹紧在预定位置上以便用一个或一对传感器进行数据传输的这样一种装置;还特别涉及对Tsuchiya等人在其美国专利4，689，782中说明和声明权利要求并已转让给本直接应用受让人的磁盘定心夹紧装置的改进。

在此之前已有几种装置用于在磁盘驱动器中定心和夹紧软磁盘。这种装置一般是由一个旋转的锥形夹头所组成，该锥形夹头既可绕其轴线旋转又可进入和退出同带夹头座的驱动轮毂的啮合，驱动轮毂刚性地安装在电机驱动轴上。授予马修林（Mathurin）的美国专利3，768，815建议以径向开缝将夹头分为几个分段。夹头分段是分开的楔形体并能贴紧驱动轮毂夹头座的内壁，以便将磁盘夹紧在夹头和轮毂之间并与其轴线同心。但是马修林的楔形装置和与夹头有关的若干松脱弹簧使得他的装置结构昂贵且装配困难。

在日本实用新型出版号58-22318中已找到了解决如何简化磁盘定心夹紧装置结构的一个办法。该办法建议将此装置做成一个与轮毂夹头座压力配合的可收缩弹性夹头。

上面所参考的授予Tsuchiya等人的美国专利4，689，782代表另一种解决办法。Tsuchiya等人也采用分段的夹头，但每一分段包含有一个可挠曲的拱桥形部分将夹头的本体部分同环形配置的磁盘定心夹紧部分之一联结起来。这些弹性的拱桥形部分使得定心夹紧部分既使在驱动轮毂的环形盘支承面，夹头的基本是环形的盘夹紧面， 以及被夹紧的磁盘面每一个都不一定是绝对平面的情况下仍能可靠地夹紧磁盘。

我发现Tsuchiya等人的装置有一个缺点。此缺点来源于典型的模铸硬塑料夹头的尺寸会随着环境温度的变化而变化。热膨胀后的夹头定心部分不容易装入驱动轮毂的夹头座中。而收缩了的夹头定心部分又会产生相对于驱动轮毂夹头座的间隙，从而可能使磁盘与驱动轮毂不同心。对此缺点的一个显而易见的补救办法可以是使定心部分尺寸足够大，使其甚至在低温时也能同轮毂夹头座紧密配合，同时增加桥形部分的弹性。这样既使在高温时定心部分也能以弹性变形装入轮毂夹头座中。但是增加桥形部分的弹性将带来的后果是会减少夹头夹紧部分将磁盘压紧在驱动轮毂上的夹紧力。

我特此发明了既能提高所论及型式的盘夹紧装置的夹紧性能又能提高其定心性能的办法，并且能在装置运行预计能达到的很宽温度范围内保持这种提高了的性能。

概括而言，本发明涉及存储盘在磁盘驱动器中定心和夹紧的装置，该驱动器由在其中有夹头座并在夹头座上有环形磁盘支承面的驱动轮毂所组成;由一个本体部分和许多从本体部分径向外伸的夹头分段所组成的旋转夹头可通过存储盘进入和退出同驱动轮毂的啮合，每一个夹头分段用来将存储盘夹紧在驱动轮毂的磁盘支承面上和将存储盘定心于驱动轮毂上。一些夹头分段的主要作用是将存储盘定心在驱动轮毂上，而另一些夹头分段的主要作用则是将存储盘压紧在轮毂上。

正如本发明的一个实施例所揭示的那样，最好在夹头本体部分上径向地交替配置形状基本相同的第一组和第二组夹头分段。每一个夹头分段由一个从本体部分径向外伸的可挠曲的桥形部分所组成，与桥 形部分端部相连的定心部分用来通过存储盘的中心孔而同驱动轮毂的夹头座相啮合从而将存储盘定心在驱动轮毂上，而与桥形部分端部相连的夹紧部分则用来将存储盘夹紧在驱动轮毂的磁盘支承面上。第一组夹头分段主要用来将存储盘定心在驱动轮毂上，而第二组夹头分段则主要用来将存储盘夹紧在驱动轮毂上。在这些端部上的第一组夹头分段定心部分的半径做得比第二组夹头分段的要大一些。此外，第一组夹头分段桥形部分的柔性也做得比第二组夹头分段的要大些。

根据本发明改进后的夹头结构克服了已有技术中的前述困难。主要用于定心目的的第一组夹头分段的定心部分尺寸可做成使其既使在低环境温度下也能同轮毂夹头座紧密配合。由于第一组夹头分段的桥形部分比第二组夹头分段的桥形部分弹性更好，所以第一组夹头分段的定心部分既使在夹头热膨胀后仍能弹性地装入轮毂夹头座。另一方面，第二组夹头分段因为主要用于夹紧目的，所以其定心部分尺寸可做成使其在低环境温度下能略为松动地装入轮毂夹头座，但其桥形部分却可以做成具有足够的刚度而使得夹紧部分能将存储盘可靠地夹紧在驱动轮毂上。

研究下面的说明和所附的权利要求并参考表示本发明的某些最佳实施例的附图，可使本发明的上述特征和优点及其它特征和优点以及实现这些特征和优点的方法变得更加明显，并能最好地了解发明本身。

图1是软磁盘驱动器的一些主要零件包括本发明的磁盘定心夹紧装置的正视图，零件以剖面表示以使其更清晰，图中表示的本装置的旋转夹头是处于夹紧位置;

图2是图1中的磁盘定心夹紧装置的纵剖面图，其旋转夹头处于松开位置;

图3是用于图1中的磁盘驱动器的双面软盘的平面视图;

图4是磁盘定心夹紧装置旋转夹头的透视图;

图5是旋转夹头的上平面视图;

图6是沿图5中Ⅵ-Ⅵ线取的旋转夹头的剖面图;

图7是旋转夹头的底平面视图;

图8是本发明另一形式的旋转夹头的纵剖面图。

下面对本发明最佳实施例进行说明。

总述

我将首先阐述装有按本发明改进了的磁盘定心夹紧机构的磁盘驱动器的总体结构，这只是为完全了解本发明在一定程度上是必要的。在图1中总标号为10的磁盘驱动器适于同双面软磁盘12一起使用。磁盘12可转动地装于保护袋14中而构成软盘16，这将在后面详细说明。磁盘驱动器10有一个驱动轮毂18，它构成磁盘定心夹紧机构20的一部分以便将磁盘12夹紧在预定的数据传输位置上如图1所示。图中表示的驱动轮毂18直接装在磁盘驱动电机24的竖直输出轴22的顶端并同其一起旋转。在驱动轮毂18的顶部有同心的夹头座26，并沿夹头座留有环形的磁盘支承面28。

磁盘定心夹紧机构20的另一个重要元件是通过套筒轴承32转动地安装在轴34上的旋转夹头或弹性夹头30。轴34再装在夹头臂36的末端，而后者又通过悬臂弹簧片40近似销结在固定支承38上。于是旋转夹头30可在图1中的夹紧位置和图2中的松开位置之间运动，在夹紧位置上夹头同驱动轮毂18啮合而将磁盘12夹紧于其间，在松开位置夹头同驱动轮毂脱开啮合从而松开磁盘。悬臂弹簧片40使夹头臂36从夹紧位置向松开位置移动。夹头推动件42构成熟知的夹头推动 机构的一部分，该推动件推动夹头臂36克服悬臂弹簧片40的弹力从松开位置向夹紧位置运动。当夹头处于夹紧位置时，在夹头臂36上的夹头30的旋转轴线与驱动轮毂18的轴线重合。因此，当夹头30同驱动轮毂18啮合时能同其一起旋转并带动夹于其间的磁盘12一起旋转。

可转动地安装有夹头30的轴34通过夹头臂36上的孔44伸出并能轴向滑动。卡圈46装于轴34上从孔44向远离夹头30方向伸出的端部上，而另一卡圈48则装在轴34上向夹头30方向距夹头臂36一定距离的位置上。螺旋压缩弹簧50套在轴34上介于夹头臂36和上述第二个卡圈48之间。因而轴34同其上的夹头30可相对于夹头臂36弹性地压向驱动轮毂18，而通常紧靠在夹头臂36上的卡圈46则限制此轴在该方向的位移。当磁盘同驱动轮毂已压紧贴合时，夹头臂36还可克服压缩弹簧50的力而向夹头30方向移动。

图1还表示了一对传感器或磁头组件52和54，它们配置在磁盘12的相对两侧，以其相对的两个面传输数据。下磁头组件52直接装在座56上，而上磁头组件54则装在加载臂58上，加载臂58通过悬臂弹簧片60销接在座56上。上磁头组件54可运动以进入和退出同磁盘12的加载接触并通过磁盘使下磁头组件52也同磁盘加载接触。座56与标号为62并以方块形式表示的磁头传送机构相连接，因而可以沿磁盘12进行径向的往复步进运动，从而使磁头组件52和54能读磁盘上的各个数据存储磁道。典型的磁头传送机构由通过运动转换机构同座56相连接的步进电机所组成，此运动转换机构可以是丝杠，钢带或者齿条齿轮机构。

软盘

在图3中表示的软盘16是同图1中的磁盘驱动器10一起使用的。 软磁盘12如前所述可转动地装在软盘16的保护袋14中。此袋的相对两侧开有中心孔64，它比磁盘12上同心的中心孔66要大一些以便把沿孔66的环形部分68露出。当夹头30处于图1中所示的夹紧位置时，正是磁盘12的这个环形部分68被夹紧在驱动轮毂18和磁盘定心夹紧机构20的旋转夹头30之间。在保护袋14的每一侧还有槽70，其用途是显露出磁盘12的径向部分以便同磁头组件52和54之一接触而能传输数据。

旋转夹头

现在详细研究旋转夹头30，它是磁盘定心夹紧机构20的元件之一，也是本发明的核心。如图4-7所详细表示的那样，此夹头30可以做成整体的塑料模铸件，由中心的筒状本体部分72和第一组夹头分段74及第二组夹头分段74′组成，本体部分通过套筒轴承32套装在轴34上，两组夹头分段径向地交错配置在本体部分72上，各夹头分段之间用槽78分开。在这个特定的实施例中，四个夹头分段74构成第一组，另外四个夹头分段74′构成第二组。这两组夹头分段74和74′形状实际一样，仅某些尺寸略有区别如后所述。

第一组夹头分段74的形状和尺寸都是彼此相同的，每一个夹头分段由定心部分80，夹紧部分82和可挠曲的拱桥形部分84所组成。定心部分80通过磁盘12的中心孔66装入驱动轮毂18的夹头座26中并与之配合（图1和图2）;夹紧部分82用来将磁盘露出的环形部分68压紧在驱动轮毂的磁盘支承面28上;拱桥形部分84则用来将有关的定心夹紧部分同本体部分72弹性地连接在一起。夹头分段从本体部分72外伸时它们之间的间距一般是平行的。每个定心部分80有一个倾斜的外表面86，它距驱动轮毂18较近，还有一个不倾斜的外表面88， 它距驱动轮毂较远。夹紧部分82形状象个小突起，从定心部分80的一端径向地向外伸出，远离驱动轮毂18。

由于第二组夹头分段74′同第一组夹头分段74的形状实际上是一样的，所以第二组夹头分段的各个部分采用与第一组夹头分段相应部分相同的标号而在其标号上加一撇。于是第二组夹头分段74′由定心部分80′，夹紧部分82′和桥形部分84′所组成，定心部分80′有一个倾斜的外表面86′和一个不倾斜的外表面88′。

夹头分段74和74′的所有定心部分80和80′以及所有夹紧部分82和82′都同心地围绕本体部分72沿圆周配置。因此，作为一个整体，夹头30的形状是一个有凸缘的锥形弹性夹头，其上按等角度间距开有径向槽78，以提供单个的可能挠曲的若干夹头分段74和74′。夹头分段74和74′的不倾斜面88和88′合在一起实际上形成了一个圆柱面，当然不是严格的圆柱面，此圆柱面通过磁盘中心孔66进入轮毂夹头座26而把磁盘12定心在驱动轮毂18上。夹头分段74和74′的倾斜表面86和86′合在一起在夹头30朝向驱动轮毂18的一端形成一个锥面，使其易于通过磁盘孔66插入轮毂夹头座26中。

夹头分段74和74′的夹紧部分82和82′合起来形成了一个围绕弹性夹头的凸缘，在夹头30同驱动轮毂啮合以后，如图1所示，此凸缘就同驱动轮毂18的磁盘支承面28对正（图1和图2）。每一个夹紧部分82或82′都有一个或多个凸起90或90′，在图示的实施例中是两个凸起，这些凸起用来将磁盘12露出的环形部分68（图3）压紧在驱动轮毂18的磁盘支承面28上。

夹头分段74和74′的每一个可挠曲的桥形部分84和84′延伸在有关的定心部分和远离驱动轮毂18的本体部分之间而把它们连接起来。 此外，从图6中通过夹头30的轴线取的一个剖面图上可以看出，每一个桥形部分84和84′都是拱形的。于是桥形部分是很紧凑地配置在定心部分和本体部分之间，然而却具有足够的长度以便使其既使为了在使用中不致断裂或翘曲变形而做得很厚的情况下仍能提供所需要的柔度。

至此，我已说明了两组夹头分段74和74′所共有的外形。但这两组夹头分段在下述几个方面却有区别。

图6最能说明这些区别。区别之一就是每一个第一组夹头分段74定心部分80的最大半径R1同每一个第二组夹头分段74′定心部分80′的最大半径R2不一样。按照本发明的构造特征，最大半径R1大于最大半径R2。这里的“最大半径R1和R2”分别是定心部分80和80′的不倾斜外表面88和88′的半径。于是第一组夹头分段74的不倾斜外表面88距夹头30的轴线距离要比第二组夹头分段74′不倾斜外表面88′的更远。

为了得到最好的效果，第一组夹头分段74定心部分80的最大半径R1可以这样决定，即令此半径在低环境温度下，比如说4℃摄氏度时近似地等于驱动轮毂18的夹头座26的半径。而第二组夹头分段74′定心部分80′的最大半径R2则在同样的温度下比最大半径R1小0.1到0.2毫米。

本发明的另一个构造特征是每一个第一组夹头分段74拱桥形部分84的厚度t1（图6）比每一个第二组夹头分段74′拱桥形部分84′的厚度t2小。桥形部分84和84′的厚度t1和t2都沿平行于夹头30的轴线方向测量。每个第一组夹头分段74的桥形部分84的厚度减少使得它比每个第二组夹头分段74′的桥形部分84′更容易挠曲变形。

存在于第一和第二组夹头分段74和74′之间的前述结构区别使它们具有截然不同的功用。第一组夹头分段74的主要功用是把磁盘12定心在驱动轮毂18上，而第二组夹头分段74′的主要功用则是将磁盘夹紧在驱动轮毂上，这一点从下面的操作说明可以看得更清楚。

操作

不言而喻，图1所示的磁盘驱动器10的各种零件和元件都是装在一个外壳中的（图中未表示），传统的外壳上都有一个磁盘插入槽，该槽位于图1和图2的左侧。在旋转夹头30位于图2所示的打开位置时，软盘16即可通过此插入槽装入磁盘驱动器10中。当软盘16完全插入后，磁盘12将同驱动轮毂18近似同心。

此后，磁盘驱动器电机24就能转动以带动驱动轮毂18，同时夹头臂36也能够在夹头推动件42的推动下从图2的松开位置向图1的夹紧位置转动。此时夹头臂36上的夹头30的定心部分80和80′就能通过磁盘12上的中心孔66同旋转驱动轮毂18中的夹头座26啮合。特别是当第一组夹头分段74的定心部分80上的倾斜面86和不倾斜面88先后通过磁盘孔66进入驱动轮毂夹头座26时，磁盘12就被定心在驱动轮毂18上。

在夹头臂36完成向夹紧位置的转动运动之后，第二组夹头分段74′的夹紧部分82′就起主要作用将磁盘12露出的环形部分68压紧在驱动轮毂18的磁盘支承面28上。此时磁盘12就已被夹紧在驱动轮毂18和旋转夹头30之间的正确位置上并同它们一起旋转。

假设第一组夹头分段74的定心部分80的不倾斜外表面88的外径R1是在4℃摄氏度时设计为同轮毂夹头座26的半径相等。则在较高的温度下半径R1就会大于轮毂夹头座的半径，并且由于不可避免的尺 寸误差，R1也可能超过轮毂夹头座的半径。然而凭借可挠曲的桥形部分84的弹性变形，第一组夹头分段74的定心部分80将能进入同轮毂夹头座26的配合。这就能懂得，这些桥形部分84的厚度t1须足够小以便允许其弹性变形能达到所需要的程度，以便使可能变得最大的定心部分80也能完全进入同轮毂夹头座26的啮合。

定心部分80在驱动轮毂夹头座26中的这种紧密啮合使得第一组夹头分段74非常适合用于将磁盘12精确地定心在驱动轮毂18上。但是由于其桥形部分84的弹性增加，加载臂36的力将大部分消耗在定心部分80的位移上，而不是用来使夹紧部分82夹紧磁盘12。第一组夹头分段74的主要目的不是把磁盘12夹紧在驱动轮毂18上。

另一方面，每一个第二组夹头分段74′的定心部分80′不倾斜外表面88′的半径R2却是设计在环境温度高达比如说46℃摄氏度时仍比轮毂夹头座26的半径略小。当然，由于相配合零件的尺寸误差，在这样高的温度下半径R2也可能会超过轮毂夹头座的半径。但是，只要误差是在容许的极限偏差范围内，则半径R2就不会超过轮毂夹头座半径到这样的程度以至于使第二组夹头分段74′的定心部分80′不可能或者很难进入轮毂夹头座26中。在磁盘驱动器运行预计能达到的正常温度范围内，第二组夹头分段74′的定心部分80′将略带松动地同轮毂夹头座26相配合。

因此可以预计到第二组夹头分段74′的定心作用不如第一组夹头分段74。但它们却能起到将磁盘12可靠地压紧在驱动轮毂18的磁盘支承面28上的作用，因为加载臂36的力能够有效地从夹头本体部分72传到第二组夹头分段74′的夹紧部分82′上，其理由是它们的定心部分80′在驱动轮毂夹头座26中的啮合较松，同时还因为其桥形部分 84′的弹性较差。

夹头推动件42应能压下夹头臂36使其能在足够高的压力下以第二组夹头分段74′的夹紧部分82′把磁盘12露出的环形部分68压在驱动轮毂18的磁盘支承面28上，以便在磁盘支承面和磁盘存在可能的不平度时也能牢固地夹紧磁盘。如果磁盘支承面28或者磁盘12或者两者不是绝对的平面，则第二组夹头分段74′的一个或较多的夹紧部分82′将首先通过磁盘与磁盘支承面压紧。然后随着夹头30的继续下降，这种夹头分段的桥形部分84′将会变形而使其它夹头分段74′的夹紧部分82′通过磁盘12同驱动轮毂18接触。

现在已很清楚，第一组夹头分段74以其较大的定心部分80和柔性更大的桥形部分84而使其主要功用是把磁盘12定心在驱动轮毂18上，而第二组夹头分段74′则以其较小的定心部分80′和柔性较小的桥形部分84′而使其主要功用是夹紧磁盘12。总而言之，按照本发明的定心和夹紧机构20能在温度范围宽到从4℃到46℃摄氏度的情况下仍能很好地起到定心和夹紧的作用。

替换形式

图8表示另一种最佳形式的旋转夹头30a，它可用于图1的磁盘驱动器10中以代替夹头30。替换夹头30a也有第一组夹头分段74a和第二组夹头分段74′a，它们交错地配置在筒形的本体部分72上。这些夹头分段的定心部分80a和80′a同前面的实施例的定心部分不同，其倾斜外表面86a和86′a是由一组不同角度的表面段组成的。作为进一步的替换形式，定心部分的这些外表面可以是拱形的或者凸形的如通过夹头轴线的剖面图所示。

在每个定心部分80a和80′a中做出凹槽或中空部92以便减轻夹 头30a的重量并使单个的夹头分段74a和74′a有更高的弹性，这些也是替换夹头30a的特征。其它的构造细节和操作情况实质上同前述图1至7所示的实施例相同。

可能的改动

尽管有前面的详细叙述，本发明并不局限于所述实施例的细节。对所述实施例的下述改动或变动仍属本发明的范围：

1.如果第二组夹头分段的夹紧部分能足够牢固地夹紧磁盘，则主要用于定心磁盘的第一组夹头分段的夹紧部分可以取消。

2.由于第二组夹头分段主要用于夹紧磁盘，其定心部分同样也可取消。但是第二组夹头分段最好还是应包含有定心部分以便使第一组夹头分段的定心部分能更平滑地插入和通过磁盘孔。

3.可以改变第一组夹头分段的桥形部分中不平行于夹头轴线的那些尺寸而使其比第二组夹头分段具有更大的柔性。

4.夹头分段的定心部分可以全部是锥形而不是象所述实施例那样只有一部分是锥形。

5.旋转夹头可以不装在销接的夹头臂上而是沿其轴向运动进入和退出同驱动轮毂的啮合。

6.第一组夹头分段的定心部分在低温时可以是紧密地而不是松动地配合装入驱动轮毂夹头座。

7.第一组夹头分段定心部分的不倾斜外表面半径可设计得使其在室温时同驱动轮毂夹头座的半径相等。

Claims (4)

1、一种把存储盘定心夹紧在磁盘驱动器中的装置，包括：

一个驱动轮毂，其上有夹头座，沿夹头座有环形的磁盘支承面用来支承存储盘；一个旋转夹头，可通过存储盘进入和退出同驱动轮毂的夹紧啮合和旋转夹头推动机构，用来使旋转夹头进入和退出同驱动轮毂的啮合，以便夹紧和松开存储盘；

其特征是所述旋转夹头由一个本体部分和第一组及第二组夹头分段所组成，两组夹头分段形状实际相同并径向交错地配置在本体部分上，每个夹头分段由一个可挠曲的桥形部分所组成，桥形部分从本体部分径向外伸，外端是定心部分和夹紧部分，定心部分通过存储盘的中心孔同驱动轮毂的夹头座啮合以便将存储盘定心在驱动轮毂上，夹紧部分用来将存储盘夹紧在驱动轮毂的磁盘支承面上，第一组夹头分段定心部分的半径大于第二组夹头分段定心部分的半径，第一组夹头分段桥形部分的柔性大于第二组夹头分段桥形部分的柔性，因而第一组夹头分段主要用来把存储盘定心在驱动轮毂上，而第二组夹头分段则主要用来把存储盘夹紧在驱动轮毂上。

2、根据权利要求1所述的磁盘定心夹紧装置，其特征为旋转夹头的第一组和第二组夹头分段的定心部分是呈环形地配置在本体部分的周围，每个定心部分有一个倾斜的外表面和一个不倾斜的外表面，倾斜外表面位置更靠近驱动轮毂，不倾斜外表面则从倾斜外表面向离开驱动轮毂的方向延伸，所以作为一个整体来看，定心部分则有一个由倾斜外表面形成的锥形部分和一个由不倾斜外表面形成的圆柱形部分，第一组夹头分段定心部分的不倾斜外表面的半径大于第二组夹头分段定心部分的不倾斜外表面的半径。

3、根据权利要求1所述的磁盘定心夹紧装置，其特征为第一组和第二组夹头分段的桥形部分从通过旋转夹头轴线的剖面看是拱形的，并且其中第一组夹头分段的桥形部分在平行于旋转夹头轴线方向上的尺寸比第二组夹头分段桥形部分的要小一些。

4、根据权利要求1所述的磁盘定心夹紧装置，其特征为旋转夹头是整体的模铸塑料件。

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