CN1402871A - 具有低而一致的安装力分布的公差配合环 - Google Patents

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Abstract

当把一转动部件，例如一磁盘驱动器致动器(110)安装到一固定件上时(例如沿一轴线延伸的柱(126))，一公差配合环(128)可提供一低而一致的安装力分布。公差配合环(128)具有一基本上为圆筒形的底部(156)，多个隔开的突出部分(154)从上述底部径向延伸。每个突出部分(142)具有一接触面(158)和一对过渡部分(160)，该接触面沿平行于轴线方向具有一基本上为椭圆形的横截面形状，上述过渡部分介于接触面(158)和底部(156)之间。每个过渡部分(160)还具有沿平行于轴线方向的连续的圆角横截面形状，这样，对每个突出部分(154)来说，选定椭圆形横截面形状和成对圆角横截面形状两者中的一个为相对于轴线凸出，则椭圆形横截面形状和成对圆角横截面形两者中的剩余的一个为相对于轴线凹入。

Description

具有低而一致的安装力分布的公差配合环
相关申请
本申请要求1999年12月3日提交的美国临时申请No.60/169,022的权益。
技术领域
本发明总的涉及磁盘驱动器存储装置领域，更为具体来说，但不当作限定，涉及一种提供低的、一致的安装力分布的公差配合环(tolerance ring)。
背景技术
现代硬盘驱动装置包括一机械壳体，该壳体包围一个或多个以恒定高速旋转的硬盘。通过安装在径向致动器上的一列传感器(“磁头”)，将数据存储在磁盘上的多道同心圆的磁道上，上述致动器用来相对于磁盘移动磁头。
磁头通过柔性件安装在从致动器本体径向向外突出的多个臂上。致动器本体绕一枢轴枢转，例如从壳体向上延伸的一垂直柱。该柱平行于磁盘转动轴线，这样，诸磁头在与磁盘表面平行的平面内运动。
通常，这种径向致动器使用一音圈电机来定位磁头相对于磁盘表面的位置。该音圈电机包括一安装在磁盘驱动器的壳体上的磁回路和一安装在与磁头臂相对的致动器本体另一侧上的音圈，以使音圈沉浸在磁回路的磁场内。当控制电流通过音圈时，建立起一电磁场，其与磁回路的磁场相互作用，按照著名的洛伦兹定律迫使音圈运动。当音圈运动时，致动器本体绕柱枢转，磁头穿越磁盘表面运动。
在磁盘驱动器制造过程中，重要的是，致动器组件应放置在恰当的位置上，集中在磁盘上的所有三根轴线内，即纵向、侧向和横向轴线(x，y和z)。通常，致动器组件具有一大的钻孔凹部，其容纳带有一对球轴承组件的夹持轴承组件(cartridge bearing assembly)，该轴承组件适应致动器绕z轴转动。夹持轴承组件包括一内钻孔凹部，其允许致动器组件套装在柱上。大的钻孔凹部和内钻孔凹部的直径保持在预先确定的紧公差范围内。
一公差配合环有利地用来补偿制造公差的差异，有助于使致动器组件在所有三个轴线上的恰当定位。现有技术示范的公差配合环的构造已揭示在授予Blanks的美国专利No.5,315,465，授予Rongley的美国专利No.4,286,894和授予Blanrock等人的美国专利No.3,838,928。
可以认识到，为了使生产出的装置具有高性能水平，工业界有不断的趋势来提供磁盘驱动器制造的不断增长的一致性。然而，目前的公差配合环设计的情况是：在安装到单一驱动器上的过程中，克服该环的压缩力所需的插入(安装)力的大小变化很大。由于便于大规模生产的场合所要求的可接受的制造公差范围，这种安装力的范围或者力的分布，随驱动器与驱动器的不同也能变化很大。例如，在夹持轴承组件内的内凹部处在公差范围的高端(即具有最大许用周长)的情况下，与钻孔凹部处在公差范围的低端情形相比，放入致动器组件所要求的力相对较小。
随着不断要求改进致动器组件安装的一致性，不断要求改进磁盘驱动器组件以提供一致的、低的致动器组件安装力。本发明针对的就是这样的改进。
发明内容
本发明旨在提供一种具有低而一致的安装力分布的公差配合环。
如优选实施例所示的那样，一磁盘驱动器包括一支承向上延伸的轴的底座，例如一柱，其限定了致动器的枢轴。具有新颖机械机构的公差配合环放置在上述柱上，围绕该柱的外表面周向地延伸。将带有一内钻孔凹部的致动器组件放到该柱上，从而使该公差配合环压缩在内钻孔凹部的表面和柱的外表面之间，由此达到和保持致动器组件绕致动器枢轴所要求的公称的对中。
所选择的公差配合环的机械结构是为了提供一低而一致的安装力分布，其包括一大致为圆筒形的底部，多个隔开的突出部分(波纹)从底部突出。每个突出部分具有一接触表面和一对过渡部分，上述接触表面沿平行于轴线方向有基本上为椭圆形的横截面形状，上述过渡部分介于接触表面和底部之间，每个均沿平行于轴线的方向有一连续的圆角横截面形状。对每个突起部分而言，选择椭圆形横截面形状和成对圆角横截面形状中的一个相对于轴线是凸出的，则椭圆形横截面形状和成对圆角的横截面形状中剩下的一个相对于该轴线是凹入的。
这种新颖的结构提供了安装时的更大的一致性和对公差配合环变形的控制，既可允许对相应的机械部件放宽规定的公差范围，又可提高大量自动化生产场合的可制造性。
当结合附图和附后的权利要求阅读时，从下列详细的描述中，本发明的其它各种优点和特征将变得更为明显。
附图说明
图1是包括按照本发明的优选实施例构造的公差配合环的磁盘驱动器的俯视平面图。
图2是图1的相关部分的分解视图，总地图示了公差配合环便于致动器组件装入磁盘驱动器内的有利的方式。
图3是图1和图2中致动器组件和公差配合环沿选定旋转轴线的剖视图。
图4是现有技术公差配合环的立体图。
图5是图4中现有技术公差配合环沿图4中5-5线的剖视图。
图6是图4中现有技术公差配合环沿图4中6-6线的剖视图。
图7是按照本发明优选实施例构造的公差配合环的立体图。
图8是图7中公差配合环沿图7中8-8线的剖视图。
图9是图7中公差配合环沿图7中9-9线的剖视图。
图10是比较图4中现有技术公差配合环和图7中公差配合环的相应的安装力分布曲线图。
图11是图4中公差配合环沿图4中5-5线的剖视图，示出了夹持轴承组件套装在柱和公差配合环上的几个步骤。
图12是图7中公差配合环沿图7中8-8线的剖视图，示出了夹持轴承组件套装在柱和公差配合环上的几个步骤。
具体实施方式
先参照图1，对本发明的优选实施例作一详细描述，该图1示出了用于存储计算机数据的磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括一磁头—磁盘组件(HDA)101和一安装在HDA101下面的印刷线路板组件(PWA)。尽管图1中未示出，但应理解PWA是用来控制HDA101的操作。
顶盖(在104处局剖示出)和底座102相配合以对HDA101提供一受环境控制的环境。一主轴电机(总的标以标号106)由底座102支承，且以恒定的高角速度沿角方向109转动多个轴向对准的磁盘108。
磁盘108包括多个写入面(在图1中未单独标明)，借助转动的致动器组件110将用户数据写入该面。该致动器组件110内装有一对中设置的夹持承载组件，以利于致动器组件绕致动器轴线旋转。该致动器组件还包括一音圈电机(VCM)114的线圈。通过流入线圈113的电流的作用，可控制致动器组件110的角度位置。如下面所述，按照本发明的优选实施例的公差配合环有利地用来使致动器组件110相对于底座102进行定位。
致动器110还包括多个刚性臂116，多个柔性悬置组件118从该臂延伸。每个悬置组件118依次支承一磁头120，磁头在磁盘106的相应的写入面的上方。一弯曲的线路组件122简化了致动器110和磁盘驱动器PWA之间的电气连接。当磁盘驱动器100不致动时，一掣子124固定住该致动器110，使磁头120安全地进入并搁在位于磁盘106最里面半径的着陆区(未单独地标明)。
图2总的示出了致动器组件110安装在磁盘驱动器100上的较佳方式。为说明清晰起见，图1中磁盘驱动器100的先前列出的各元件在图2中略去。
如图2所示，一柱126从底座102延伸而形成一致动枢轴(z轴方向)，致动器组件绕该轴旋转。在组装过程中，将一公差配合环128放在柱126的外表面周围，然后将致动器组件110从柱126上方插入。在柱126和夹持轴承组件112之间的公差配合环128受到压缩，这种压缩起到使该致动器组件110和致动器枢轴保持理想关系的作用，由此在其后的操作中，有利于使磁头120相对于磁盘106的精确放置。
图3提供了致动器组件110安装到柱126上之后的剖视图。如图3所示，夹持轴承组件112包括一内套筒129(带有内钻孔凹部130)、一外套筒132、以及布置在其间的一对轴承组件134。公差配合环128压配到内钻孔凹部130和柱126的外表面(未标明)上。尽管图3的实施例示出了介于外套筒132和致动器组件110之间的压配合，但在另一实施例中，可按要求在外套筒132和致动器组件110之间提供一第二公差配合环(名义上与公差配合环128相似，但有一较大的相应圆周)。
为了说明本发明公差配合环的不同的操作优点，图4示出了按现有技术形成的示范性的公差配合环140。由图4可见，该公差配合环140由一名义上平面的材料片形成，该材料被弯曲装配在柱的周围(或其它的圆柱形件)。该公差配合环140包括诸突出部分142(也称作为“波纹部”)，突出部分均匀分开，且从大致为筒形的底部144突出。图4示出了突出部分142，其沿离开公差配合环140内部的方向径向向外突出。然而，应该认识到，本技术领域内所熟悉的另一种结构包括带有向内突出的突出表面，以及以交替方式连续向内和向外突出的突出表面。
每个现有技术的公差配合环140的突出部分142总的具有纵向延伸的菱形截面形，如图5所示，其代表了图4中沿线5-5的视图。更为具体地说，图5的突出部分142包括一接触面146，以及介于接触面146和底部144之间的倾斜部分148(“侧延伸部(side extender)”)，接触面保持与安装在公差配合环140周围的物体的直接接触。
应予注意的是，“侧延伸部”148以不连续的方式与外表面144汇合于尖锐形成的相交部分150(也称作为“不连续过渡”)。
图6提供了图4中沿线6-6的突出部分142的横截面视图，接触面146(也示于图5中)呈半圆形，且与底部144汇合于相交部分152。
对比起来，图7示出按照本发明中图1-3的公差配合环128。与现有技术的公差配合环140相比，公差配合环128也是由一名义上平面的定长的材料片绕一预定的半径弯曲而形成(这种情况下，足以贴合在柱126上)。
公差配合环128有多个隔开的突出部分154(“波纹”)，其从底部156突出。每个突出部分154大致显示为椭圆形，当公差配合环128放置在柱126上(见图2和3)时，椭圆的主轴沿平行于致动器枢轴的方向延伸，于是该主轴位于插入方向。尽管图7中公差配合环128显示为包含总数为四个突出部分154，其它数量的突出部分也容易考虑。
图8提供了当大致沿图7中线8-8观察时，突出部分154沿主轴的横截面视图，且图9提供了沿突出部分154的副轴(沿图7中线9-9)的横截面视图。从图8和9中可以看出，每个突出部分154均包括一在其顶峰的接触面158，其与配合面(例如图3中表面130)啮合。每个突出部分154还包括一具有圆角横截面形状的过渡部分160，其提供了从椭圆形接触面158和底部156出发的连续过渡部分。过渡部分160最好沿接触面158全方位延伸，但最好至少沿突出部分154的主轴方向上的诸点延伸(即沿插入方向)。
图7所示突出部分从公差配合环128的轴线向外突出。从图8中看出，该接触面158可以描述为：相对于公差配合环128的轴线“凹入”；而相邻的过渡部分160可以描述为：相对于公差配合环128的轴线“凸出”。应予理解的是，另外的实施例包括的突出部分154，既有以交替方向向内和向外突出的，也有向内突出的。因此，一向内突出的接触面158具有一凸出形，且其过渡部分160具有一凹入形。
图10提供了在安装部件(例如致动器组件110)时，部件遇到现有技术公差配合环140(图4-6)和本发明(图7-9)的公差配合环128的典型的安装力分布比较曲线图。绘出了安装力分布相对于安装距离的曲线，x轴162表示安装距离，y轴表示安装力。
第一分布曲线170代表对现有技术公差配合环144的安装力曲线，而第二分布曲线180代表对本发明公差配合环128的安装力曲线。图11和12提供了在安装时，相应公差配合环140，128(总的对应于先前图示于图5和8的排列方向)的示意性的剖视图。应予理解的是，为了更清楚地演示两者之间的差别，图11和12中的相应的公差配合环140，128的比例和变形特征有些夸张。
如图10中第一曲线170所示，现有技术公差配合环140提供了安装力的高度起伏的变化量，在点172和174达到明显的力的峰值。参照图11，第一峰值172发生在邻近件182接触到公差配合环140且越过第一“侧延伸部”148时。由于第一“侧延伸部”148和不连续过渡部150所产生的刚性作用，公差配合环140在这点上对于压迫具有相当高的阻力。由于公差配合环通常设有名义上比相邻件(图11中的182)对应的孔略大的外径，当上述部件安装到公差配合环上时，公差配合环必须多少有些变形。如图10和11所示，一旦上述部件182越过第一“侧延伸部”148(图10中峰172)，该突出部分142的各部分将发生变形。这种变形通常可包括在第一“侧延伸部”148(如图11所示)中的轻微弯曲，接触面146的“压平”(离开纸张的方向，故未在图11中示出，但回顾图6便易于理解)，且在某些情形中，接触面146和第二“侧延伸部”的轻微弯曲(如图11所示)。
随着部件182继续越过公差配合环140，插入力将稳定地增加(如图10中的曲线170的中间部分176所代表的)，直到部件182的前缘到达第二“侧延伸部”148，主要由于第二“侧延伸部”148的刚度，在这点上遇到最大阻力量(如图10中的第二峰174所示)。部件182的前缘继续运动，经过第二“侧延伸部”，此过程起到使公差配合环140到达最终变形(压缩)状态的作用，此状态如图11所示可包括第二“侧延伸部”148的轻微的弯曲。一旦到达最终变形，部件182经过公差配合环140的进一步运动导致一基本恒定的安装力(如图10中曲线170的尾部178所示)。
从上述讨论应注意到：现有技术的安装力分布曲线170的两个力峰值172，174的产生，主要是由于每个突出部分142的相应端的公差配合环140的相对刚性。随后，该刚性又主要起源于在公差配合环140内的非均匀性力的分布，这种力的分布是由相当短的线性“侧延伸部”148以及介于“侧延伸部”148和底部144之间的不连续过渡150所引起的。
作为对比，图10的低而一致的插入力分布曲线180是由安装过程中公差配合环128中更均匀的压缩力分布得出的结果。椭圆形接触面158更容易且更一致地沿所有方向变形，而圆角过渡部160，如图12中安装顺序所示，允许突出部分142的“压平”(好比“挤压”气球)。取决于作用，这种压平可包括突出部分154的底部160(注意图12中的虚线)的向外的平移。
根据上面所述，现可懂得本发明的目的在于提供一种装置，该装置在把一转动件安装到沿一轴线延伸的固定件上时，可提供一低而一致的安装力分布。
按照优选实施例，公差配合环128具有一基本圆筒形底部156，多个隔开的突出部分154从底部径向延伸。每个突出部分有一接触面158，该接触面沿平行于轴线的方向具有一基本上为椭圆形的横截面形状，以及一对介于接触面和底部之间的过渡部分160，每个过渡部分均沿平行于轴线方向有一连续圆角的横截面形状，这样，对每个突出部分154来说，当选定椭圆形横截面形状和成对的圆角横截面形状两者中的一个为相对于轴线为凸出时，则椭圆形横截面形状和成对的圆角形横截面形状两者中剩余的一个为相对于轴线为凹入。
对附后的权利要求来说，“用于啮合和提供的装置”应明确理解为对应于图7-9中的结构，且明确排除作为不等同结构的图4-6中的现有技术的结构。
显然，本发明不但很好地适合达到上述的目的和优点，还很好地适合达到其固有的目的和优点。尽管为着揭示的目的，描述了本优选实施例，但无数的改变很容易提交给本技术领域的技术人员，且这些改变包括在公开的本发明的精神里以及限定在附后的权利要求中。

Claims (7)

1.一种绕一轴线周向延伸的公差配合环，包括：
一基本圆筒形的底部，其沿轴线延伸一轴向长度，且从轴线延伸一径向距离；以及
多个隔开的突出部分，其从底部径向延伸，每个突出部分沿平行于轴线长度方向具有一基本上为椭圆形状横截面形状的接触面，以及一对介于接触面和底部之间的过渡部分，每个过渡部分沿平行于轴线长度方向具有一连续的圆角横截面形状，这样，对每个突出部分来说，选定椭圆形横截面形状和成对圆角横截面形状两者中的一个为相对于轴线凸出，则椭圆形横截面形状和成对圆角横截面状两者中的剩余的一个为相对于轴线凹入。
2.如权利要求1所述的公差配合环，其特征在于，所述多个隔开的突出部分沿离开轴线的方向径向延伸。
3.如权利要求1所述的公差配合环，其特征在于，结合一带有外表面的固定的圆柱轴以及一转动的致动器组件而形成一种结构，用来支承一邻近磁盘驱动器中的磁盘的磁头，其中，转动的致动器组件具有一带有内表面的中心孔，其中公差配合环压缩啮合到内和外表面上，以将致动器组件固定到该轴上。
4.如权利要求1所述的公差配合环，其特征在于，结合有一转动致动器组件，该组件构造成可支承一邻近磁盘驱动器中的磁盘的磁头，致动器组件包括：
一具有一带有内表面的中心孔的刚性致动器本体；以及
一设置在中心孔内的转动夹持轴承组件，该组件具有一外表面，其中公差配合环被压缩地设置在内外表面之间，以将夹持轴承组件相对固定到致动器本体上。
5.一磁盘驱动器，其包括：
一底座；
一支承在底座上的主轴电机；
一支承在主轴电机上以绕磁盘轴旋转的磁盘；
一可移动的致动器组件，其支承邻近磁盘的磁头，致动器组件具有一有内表面的中心孔；
一支承在底座上并有一外表面的固定轴，该固定轴限定了名义上平行于磁盘轴线的致动器轴线；以及
一公差配合环，其被压缩地设置在内和外表面之间，以安装致动器组件使其绕轴转动，
该公差配合环包括：
一基本圆筒形的底部，其沿轴线延伸一轴向长度，且从轴线延伸一径向距离；以及
多个隔开的突出部分，其从底部径向延伸，每个突出部分沿平行于轴线长度方向具有一基本上为椭圆形状横截面形状的接触面，以及一对介于接触面和底部之间的过渡部分，每个过渡部分沿平行于轴线长度方向具有一连续的圆角横截面形状，这样，对每个突出部分来说，选定椭圆形横截面形状和成对圆角横截面形状两者中的一个为相对于轴线凸出，则椭圆形横截面形状和成对圆角横截面状两者中的剩余的一个为相对于轴线凹入。
6.如权利要求5所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述多个隔开的公差配合环的突出部分沿离开致动器轴线的方向径向延伸。
7.如权利要求5所述的磁盘驱动器，其特征在于，还包括从致动器轴线延伸一第二径向距离的一第二公差配合环，其中致动器组件还包括：
一具有本体孔的刚性致动器本体，该孔有一本体内表面；以及
一设置在本体内表面内的可转动的夹持轴承组件，该组件具有一夹持轴承组件外表面，其中，第二公差配合环被压缩地设置在本体内表面和夹持轴承组件外表面之间，以将夹持轴承组件相对地固定在致动器本体上。
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