JP2004513309A - 摩擦スリーブを有するカートリッジ軸受 - Google Patents

Abstract

カートリッジ・スリーブの外面が、カートリッジ・スリーブと、カートリッジの周りに配置された公差リングとの間の摩擦係数を高める機構を備える。次いで、カートリッジとリングが、アクチュエータ穴内に一体に圧入される。カートリッジとリングとの間の高い摩擦が、それらの間のすべりを防止し、リングと穴および軸受との間の圧縮力を増大する必要をなくす。

Description

【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０００年１１月６日出願の米国仮特許出願６０／２４６１６９号の恩恵を請求するものである。
（発明の分野）
本発明は、一般に、ハード・ディスク・ドライブ・データ記憶デバイスの分野に関し、より詳細には、限定はしないが、ディスク・ドライブ・アクチュエータの回転運動に関する。
【０００２】
（発明の背景）
「ウィンチェスター」ディスク・ドライブまたはハード・ディスク・ドライブと呼ばれるタイプのディスク・ドライブが当業界でよく知られている。そのようなディスク・ドライブは、１つまたは複数の剛性ディスクの表面上の複数の円形同心円状データ・トラックにデジタル・データを磁気的に記録する。ディスクは通常、ブラッシュレスＤＣスピンドル・モータのハブ上で回転するように取り付けられている。現在のディスク・ドライブでは、スピンドル・モータが、最大１５０００ＲＰＭの速度でディスクを回転する。
【０００３】
データは、アクチュエータ・アセンブリによってトラックからトラックに制御可能に移動される垂直に配列された読取り／書込みヘッド・アセンブリまたはヘッドのアレイによってディスクに記録され、ディスクから検索される。読取り／書込みヘッド・アセンブリは通常、空気軸受スライダ上に担持された電磁トランスデューサからなる。このスライダは、スピンするディスクによって引き込まれる空気の薄い層と空圧的に協働して作用し、ディスク表面に近接離隔してヘッド・アセンブリを浮遊させる。ヘッド・アセンブリとディスクとの適切な浮遊関係を維持するために、ヘッド・アセンブリは、アクチュエータに取り付けられたフレクスチュアに取り付けられ、それによって支持される。
【０００４】
トラックからトラックにヘッドを移動させるために使用されるアクチュエータ・アセンブリは従来、多くの形態が取られ、現在のほとんどのディスク・ドライブが、ロータリ・ボイス・コイル・アクチュエータと呼ばれるタイプのアクチュエータを組み込む。典型的なロータリ・ボイス・コイル・アクチュエータは、ディスクの外径に近接してディスク・ドライブ・ハウジング・ベース部材に固定して取り付けられたピボット・シャフトからなる。ピボット・シャフトは、その中心軸船がディスクの回転面に垂直になるように取り付けられている。アクチュエータは、軸受ハウジング内の精密玉軸受アセンブリによってピボット・シャフトに取り付けられる。アクチュエータは、永久磁石のアレイの磁場内で浮遊するフラット・コイルを支持し、永久磁石は、ディスク・ドライブ・ハウジング・ベース部材に固定して取り付けられている。これらの磁石は通常、各端部でスペーサによって互いから垂直方向に離隔された位置で保持される極部片に取り付けられる。
【０００５】
コイルとは逆のアクチュエータ軸受ハウジングの側に、アクチュエータ・アセンブリは通常、垂直に配列され、半径方向に延在する複数のアクチュエータ・ヘッド取付けアームを含み、取付けアームには、上述したヘッド・サスペンションが取り付けられている。これらのアクチュエータ・アームは、ディスク間に延在し、ディスク表面に近接する所望の位置でヘッド・アセンブリを支持する。制御されたＤＣ電流がコイルに印加されるとき、磁場がコイルを取り囲んで生成され、これが、永久磁石の磁場と相互作用して、よく知られているローレンツ関係に従って、取り付けられたヘッド・サスペンションとヘッド・アセンブリとともにアクチュエータ軸受ハウジングを回転させる。アクチュエータ軸受ハウジングが回転するとき、ヘッドは、弓状経路に沿ってディスクのデータ・トラックを概ね半径方向に移動される。
【０００６】
上で説明したように、アクチュエータ・アセンブリは通常、中央部分に配置されたピボット機構の周りで回動するアクチュエータ本体を含む。ピボット機構の機能は、アクチュエータ・アセンブリの位置決めに関連する性能要件に見合うようにするために重要である。典型的なピボット機構は、内側レース内に取り付けられた静止シャフトと、外側レース内に取り付けられたスリーブとを有する２つ玉軸受を有する。スリーブはまた、アクチュエータ本体の穴内に固定される。静止シャフトは通常、ディスク・ドライブのベース・デッキおよび上部カバーに取り付けられる。
【０００７】
軸受カートリッジは、様々な方法でアクチュエータ穴内部に取り付けられている。ある場合には、穴内にカートリッジを簡単に圧入しており、ある場合には、そのような圧入を容易にするためにプラスチックからなるアクチュエータの穴を形成している。さらに他の場合には、アクチュエータ本体にねじを備え、それが穴内に延在して、カートリッジ・スリーブを押圧する止めねじとして働く、またはカートリッジ・スリーブ内のねじ山に係合して、カートリッジを穴と気密接触させる。しかし、これらの方法全てが、さらなる問題を提示する。すなわち、単純な圧入が、穴とカートリッジに対する損傷をもたらす危険がある。さらに、プラスチック穴は、熱膨張、熱収縮、および疲労を受けやすい。さらに、ねじおよびその穴を設けるのに、追加の部品、製造ステップ、およびコストが必要となる。
【０００８】
これらの問題に対する解決策の１つは、スリーブの外面に溝を設け、次いで溝内部に公差リングを配置することである。公差リングは通常、波形鋼シートなどの、圧縮可能であるが弾性の材料部片から作成される。次いで、軸受カートリッジと公差リング・アセンブリが、アクチュエータ本体の穴に圧入され、公差リングは、穴内部でカートリッジを適所に保持し、それと同時に、圧入操作によってカートリッジと穴がどちらも損傷を受けないように十分にたわむ。この方法は、十分満足の行くものであることが実証されている。
【０００９】
しかし、この構成でさえ、他の問題をもたらす。軸受および公差リングは通常、その高い強度により鋼からなる。アクチュエータ穴の内面は通常、比較的軽量であり、コストが安いのでアルミニウムからなる。アルミニウムは鋼よりもはるかに軟らかい材料であり、したがって、軸受カートリッジおよび公差リングがアクチュエータ穴内に押圧されるときに、鋼波形部が、アルミニウムを穏やかに変形することによって軟らかいアルミニウム穴内に「食い込む」傾向があり、その結果、リングと穴の高レベルの摩擦が得られる。しかし、軸受カートリッジは鋼からなるので、カートリッジとリングの間で摩擦を生み出すことはほとんどない。これは、衝撃イベント中に、軸受カートリッジと公差リングとの間の軸線方向すべりの危険性を大幅に高める。実際、試験でこれが実証されており、リングとカートリッジとの間のすべりは、リングとアクチュエータ穴との間のすべりを生じるのに必要な力のわずか約２０％で生じることが示されている。
【００１０】
そこで、カートリッジと公差リングの間のすべりを防止するために、通常、非常に高い程度まで組立ての力を高める必要がある。その結果、穴、リング、およびカートリッジの間でよりきつい嵌合を生み出すことによって、カートリッジと公差リングの間のすべりがなくなる。極端にきつい嵌合は、アセンブリをより問題のあるものにし、カートリッジまたはアクチュエータの損傷の危険性を高めるという追加の影響があり、また、それらの間のすべりを防止するのに必要な程度を大きく超えるリングと穴の間の摩擦力をもたらす。
【００１１】
従来技術に欠けているものは、簡単に組み立てられ、しかし軸線方向力を受けるときのすべりに抵抗する軸受カートリッジ取付け構成である。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、簡単に組み立てられる軸受カートリッジ取付け構成を対象とする。アクチュエータ穴に軸受カートリッジを設置する前に、公差リングがカートリッジの周りに配置される。カートリッジ・スリーブの外面が、カートリッジ・スリーブと公差リングとの間の摩擦係数を高める機構を備える。次いで、カートリッジとリングが、一体にアクチュエータ穴内に圧入される。カートリッジとリングとの間の高い摩擦が、これら２つの構成要素の間のすべりを防止し、リングと穴および軸受との間の圧縮力を高める必要をなくす。追加の特徴および利点は、添付図面および以下の説明を参照すれば明らかになろう。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
次に図面、特に図１を見ると、本発明が特に有用となるディスク・ドライブ１００の一例の分解図が示されている。ディスク・ドライブ１００は、全ての他の構成要素が直接または間接的に取り付けられているデッキ１１０と、デッキ１１０とともに、精巧な内部構成要素を密閉し、これらの構成要素を外部汚染物質から隔離するディスク・ドライブ・ハウジングを形成する上部カバー１２０とを含む。
【００１４】
ディスク・ドライブ１００は、スピンドル・モータ（図示せず）上で回転するように取り付けられた複数のディスク２００を含む。ディスク２００は、その表面に、円形の同心円状データ・トラック２１０を含み、そこに、垂直に配列されたヘッド・アセンブリのアレイ（その１つが参照番号３１０で示されている）によってデータが記録される。ヘッド・アセンブリ３１０は、アクチュエータ３００のアーム部分に取り付けられたフレクスチュア３２０によって支持されている。アクチュエータ３００は、アクチュエータ３００がその周りで回転する静止ピボット・シャフト４１０を含む軸受アセンブリ４００に取り付けられている。
【００１５】
ピボット・シャフト４１０の周りでアクチュエータ３００を駆動するための電力は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）によって提供される。ＶＣＭは、離隔された上側および下側の磁石３４０を有する永久磁石アセンブリの磁場内でアクチュエータ３００によって支持されるコイル３３０からなる。磁石３４０は、離隔された極部片３５０に取り付けられ、極部片３５０は、デッキ１１０に固定され、さらに、スペーサ３６０によって互いに離隔されている。電子回路が、デッキ１１０の下側に取り付けられたプリント・サーキット・ボード（ＰＣＢ、図示せず）に提供される。ＶＣＭを駆動するための制御信号が、フレキシブル・プリント・サーキット・ケーブル（ＰＣＣ）３８０を介して、ＰＣＢと、運動するアクチュエータ３００との間で搬送され、ＰＣＣ３８０はまた、データ信号をヘッド３１０に伝送し、かつヘッド３１０から伝送する。
【００１６】
図２は、本発明の軸受アセンブリを組み込むアクチュエータ３００の部分分解斜視図を示す。アクチュエータ３００は、そこを通して形成された穴３７０を有し、この穴３７０が、軸受アセンブリを受け入れて、それに係合する。軸受アセンブリは、軸受カートリッジ４００と、穴３７０内部で軸受カートリッジ４００を保持するために軸受カートリッジ４００と穴３７０との間に圧縮して挿間される公差リング４５０とを含むように示されている。カートリッジ４００および公差リング４５０は、まず、カートリッジ４００の周りに公差リング４５０を配置し、次いでアクチュエータ穴３００内にカートリッジ・リング・アセンブリを軸線方向に挿入することによって設置される。
【００１７】
図３は、軸受カートリッジ４００および公差リング４５０がアクチュエータ穴３７０内に設置された状態でのアクチュエータ３００の断面図を示す。カートリッジ４００は、静止ピボット・シャフト４１０を有し、シャフト４１０は、デッキ１１０のフロアに固定して取り付けられるように、その下端部にねじ切り突出部４１５を有する。カートリッジ４００はまた、一対の玉軸受４３０によって上端部および下端部で分離された外側スリーブ４２０を含む。静止シャフト４１０は、静止シャフト４１０を上部カバー１２０に取り付けるための固定具（図示せず）を受け取るように、上部ねじ切り開口４４０を含んでもよい。本発明の精神から逸脱することなく本明細書に開示した以外の他の手段によってデッキ１１０およびカバー１２０にシャフト４１０を取り付けることもできることを容易に理解されよう。このようにして、静止シャフト４１０が堅く支持され、スリーブ４２０が、静止シャフト４１０の周りで自由に回転することを理解されたい。軸受カートリッジ４００のスリーブ４２０は、上部段差と、下部段差と、段差間の小さな直径の溝とを形成する。公差リング４５０は、軸受カートリッジ４００が穴３７０内に配置される前に溝内に配置される。組立てを容易にするために、リング４５０の幅が溝の幅よりも実際に短くなっていることを理解されたい。
【００１８】
図２で見ることができるように、公差リング４５０は通常、円筒形内面４６０および円筒形外面４７０を形成する分割リング部材であり、複数の突出波形部４８０が、外面４７０に波形面を形成する。そのような公差リングは、様々な目的でよく知られており、そのようなリングの例は、ＵＳＡ　Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　Ｒｉｎｇによって製造されているものである。
【００１９】
公差リング４５０が、スリーブ４２０の溝と、アクチュエータ３００の穴３７０の表面との間に挟まれることが図４から理解されよう。スリーブ４２０と公差リング４５０は、穴３７０の直径よりも大きな実効外径を提供するように組み合わされる。したがって、スリーブ４２０と公差リング４５０の組合せを、穴３７０内に圧入することができる。圧入は、図４に示されるように波形部４８０を圧縮し、図４の破線は、穴３７０内に挿入する前の波形部４８０の形状を表す。公差リング４５０の波形部４８０に加えられる圧縮は、穴３７０内部で公差リング４５０を保持するのに十分な摩擦抵抗を生み出して、軸線方向と半径方向の両方で、アクチュエータに対する公差リング４５０のずれを防止する。
【００２０】
公差リング４５０とアクチュエータ穴３７０との間の摩擦抵抗は、リング４５０とカートリッジ・スリーブ４２０との間の摩擦抵抗よりも大きい。これは主に、鋼からなるリング４５０の波形部４８０が、アクチュエータ穴３７０が形成される、より軟らかいアルミニウムに実際に「食い込む」からである。しかし、軸受カートリッジ・スリーブ４２０は鋼からなり、スリーブ４２０の加工面と、公差リング４５０の内面４６０との間では、はるかに小さい摩擦抵抗が生み出される。したがって、公差リング４５０が穴３７０内部で固定されて軸線方向に位置しているときでさえ、それにもかかわらず、防止手段が取られていない場合には、カートリッジ４００と公差リング４５０との間ですべりが生じる場合がある。そのため、カートリッジ・スリーブ４２０の外面に摩擦要素が設けられる。
【００２１】
本発明の一実施形態は、図２、図３、および図５に例示されており、円周水平溝４２２が、カートリッジ・スリーブ４２０の外面に設けられている。これらの溝４２２の加工は、公差リング４５０の内面４６０に効果的に「食い込む」縁部および凹部を作成し、リング４５０とアクチュエータ穴３７０との間の摩擦抵抗を不必要に増大させることなく、それらの間のすべりの可能性を低減する。カートリッジ・スリーブ４２０の外面は一般に、とにかく精密な仕様通りに回転されるので、溝４２２を同時に加工することができる。これは、スリーブ４２０に溝４２２を設けることによって製造コストが大幅に増大しないので有利である。溝４２２はまた、公差および仕様に適合することを保証するように簡単に検査される。溝４２２の水平向きは、カートリッジ４００とスリーブ４５０との間の軸線方向すべりを防止するのに特に効果的である。
【００２２】
図６は、スリーブ４２０の外面が刻みつけ加工されている（４２４）本発明の別の実施形態を示す。ここでも、刻み４２４が、公差リング４５０の内面４６０にスリーブ４２０が「食い込む」ことができるようにする多数の縁部および凹部を提供する。刻み４２４は、軸線方向すべりに加えて回転すべりを効果的に防止する追加の利点を有する。回転すべりが起こる可能性は軸線方向すべりよりもはるかに小さいが、カートリッジ・スリーブ４２０がピボット・シャフト４１０の周りで自由に回転すると仮定すると、いくつかの適用例では、摩擦要素４２４がない状態では、大きな回転衝撃イベントが回転すべりをもたらす可能性があると想定することができる。
【００２３】
図７は、スリーブ４２０の外面には接着剤４２６が備えられた本発明の別の実施形態を示す。接着剤４２６は、カートリッジ・スリーブ４２０上に粘性面を提供し、そこに公差リング４５０が接着することができ、それによりリング４５０とスリーブ４２０との間の軸線方向すべりおよび回転すべりを防止する。
【００２４】
図８は、スリーブ４２０の外面には弾性材料４２８の層が設けられた本発明のさらに別の実施形態を示す。弾性材料４２８は、柔軟な表面を提供するゴム、プラスチック、または任意の他の同様の材料であってよく、その柔軟な表面に、公差リング４５０の内面４６０が「食い込む」ことができ、それによりリング４５０とスリーブ４２０との間の軸線方向すべりと回転すべりの両方を防止する。
【００２５】
当然、軸受カートリッジ取付け構成が、特許請求する発明の精神から逸脱することなく上述した例とは異なる場合もあることを理解されたい。例えば、摩擦要素を波形公差リングに関して上述したが、当然、軸受カートリッジに関するより高い摩擦が望まれる他の取付けシステムとともに使用することもできる。さらに、他の摩擦増大方法を、上述したものの代わりに、または上述したものと組み合わせて提供することができる。例えば、ビーズ・ブラスト、サンディング（研磨）、または他の方法を使用して、摩擦を増大するために粗い表面を提供することができる。
【００２６】
言い換えると、本発明の第１の企図された実施形態は、シャフト４１０と、シャフト４１０の周りで回転可能なスリーブ４２０とを有する軸受カートリッジ４００を含むアクチュエータ３００に関する取付けアセンブリである。カートリッジ４００は、アクチュエータ３００の穴３７０内に配置されるように構成される。アセンブリはさらに、スリーブ４２０と穴３７０の表面との間に配置されるように構成された保持要素４５０を含む。アセンブリはさらに、シャフト４１０と保持要素４５０との間に配置され、スリーブ４２０と保持要素４５０との間の相対移動を防止するように構成された少なくとも１つの機構を含む。任意選択で、保持要素４５０を波形シート４５０にすることができる。別のオプションとして、移動防止機構を、スリーブ４２０の溝４２２にすることができる。さらなるオプションとして、移動防止機構を、スリーブ４２０の周縁の周りに延在する複数の溝４２２にすることができる。別のオプションとして、移動防止機構を、スリーブ４２０上に位置する接着剤材料４２６にすることができる。
【００２７】
あるいは、本発明の第２の企図された実施形態は、ハウジング１１０と、内部に穴３７０を有するアクチュエータ３００と、ハウジング１１０に固定され、アクチュエータ穴３７０内に配置された軸受カートリッジ４００とを有するディスク・ドライブ１００である。カートリッジは回転軸線を有する。弾性要素４５０が、カートリッジ４００と穴３７０の表面との間に配置される。ディスク・ドライブはさらに、カートリッジ４００に関連付けられ、弾性要素４５０に接触する少なくとも１つの摩擦要素を含み、それによりカートリッジ４００に対するアクチュエータ３００の全ての軸線方向移動を防止する。任意選択で、弾性要素４５０を公差リングにすることができる。別のオプションとして、摩擦要素を、スリーブ上に位置する刻み付き突出部４２４にすることができる。さらに別のオプションとして、摩擦要素を、スリーブに取り付けられた弾性部材４２８にすることができる。
【００２８】
前述したことから、本発明が、上述の利点を提供するのに特に適していることが明らかである。本発明の特定の実施形態を本明細書で説明してきたが、本発明の想定範囲内に入るそれら実施形態に対する修正が、この開示を読んだ当業者に想定されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の軸受取付けアセンブリを組み込むディスク・ドライブの分解図である。
【図２】
本発明の軸受取付けアセンブリを組み込むアクチュエータの分解図である。
【図３】
アクチュエータ内部に取り付けられた軸受の断面図である。
【図４】
軸受カートリッジとアクチュエータ穴との間に挟まれた公差リングの断面図である。
【図５】
スリーブに形成された溝を有するカートリッジを示す図である。
【図６】
スリーブに形成された刻みを有するカートリッジを示す図である。
【図７】
スリーブ上に配置された接着剤を有するカートリッジを示す図である。
【図８】
スリーブ上に配置された弾性材料を有するカートリッジを示す図である。

Claims (10)

1. 軸線を有するシャフトと、シャフトの周りで回転可能なスリーブとを有する軸受カートリッジであって、アクチュエータの穴内に配置されるように構成された軸受カートリッジと、
   スリーブと穴の表面との間に配置されるように構成された保持要素と、
   シャフトと保持要素との間に配置され、スリーブと保持要素の間での前記軸線に沿った相対移動を防止するように構成された少なくとも１つの機構と
   を備えるアクチュエータ取付けアセンブリ。
2. 保持要素が、カートリッジを実質的に取り囲む波形シートを備える請求項１に記載の取付けアセンブリ。
3. 少なくとも１つの機構が、スリーブに形成された溝を備える請求項１に記載の取付けアセンブリ。
4. 少なくとも１つの機構が、スリーブの周縁の周りに延在する複数の溝を備える請求項１に記載の取付けアセンブリ。
5. 少なくとも１つの機構が、スリーブ上に位置する接着剤を備える請求項１に記載の取付けアセンブリ。
6. ハウジングと、
   内部に穴を有するアクチュエータと、
   ハウジングに固定され、穴内に配置される軸受カートリッジであって、回転軸線を有する軸受カートリッジと、
   カートリッジと穴の表面との間に配置される保持要素と、
   カートリッジに関連付けられ、保持要素に接触する少なくとも１つの摩擦要素であって、カートリッジに対するアクチュエータの軸線方向移動を防止するように構成された摩擦要素と
   を備えるディスク・ドライブ。
7. 保持要素が公差リングを備える請求項６に記載のディスク・ドライブ。
8. 少なくとも１つの摩擦要素が、スリーブ上に位置する刻み付き突出部を備える請求項６に記載のディスク・ドライブ。
9. 少なくとも１つの摩擦要素が、スリーブに固着された弾性部材を備える請求項６に記載のディスク・ドライブ。
10. 軸受カートリッジと、
    軸線の周りで回転可能になるようにカートリッジに接続されたアクチュエータと、
    カートリッジに対するアクチュエータの軸線方向移動を制限するための手段とを備えるディスク・ドライブ。