JP5177825B2 - トレランス・リング - Google Patents

Description

本発明はトレランス・リングを用いて一緒に取り付けられる、嵌め合いの内部構成部品と外部構成部品を備えた装置に関する。例えば、本発明はピボットを形成するためにアームを軸受に取り付けるために使用され得る。

嵌め合いの内部構成部品と外部構成部品を、トレランス・リングを用いて共に接続することは知られている。例えば、トレランス・リングはハウジング内に形成された対応する口径の中に位置する軸との間に挟まれ得るか、あるいは軸とハウジングとの間で伝達されるトルクを許容するための、力のリミッタとして作用する。トレランス・リングの使用は、内部構成部品と外部構成部品の直径における微小な差異を、それらの相互接続に実質的に影響することなく調整する。

一般的に、トレランス・リングは、その両端がリングを形成するように互いに向き合わされている弾性材料、例えばばね鋼のような金属の帯を備える。一列の突起がリングの中心に向かって、リングから外向き又は内向きに半径方向に延びる。該突起は起伏、隆起、波型、あるいは指のような構造、場合によっては規則的な構造であり得る。該帯は従ってそこから例えば半径方向に突起が延びる、無構造の領域を備える。

使用の際、突起が内部構成部品と外部構成部品との間で圧縮されるように、トレランス・リングは構成部品同士の間、例えば軸とハウジング内の口径との間の環状空間内に位置する。各々の突起はばねの役割を果たし、構成部品に対し半径方向力を働かせて、それにより該部品間に締りばめを与える。トルクが該リングによって伝達されるため、内部又は外部構成部品の回転は他方の構成部品における類似の回転を生じるであろう。同じように、直線力がリングによって伝達されるため、一方の構成部品の直線運動は外部構成部品における類似の直線運動を生じるであろう。

（回転又は直線）力が、内部構成部品と外部構成部品の一方又は両方に対して、該構成部品間の合成力がしきい値を超えるように作用する場合、該内部及び外部構成部品は相互に動くことができ、すなわちトレランス・リングはそれらが滑ることを可能にする。

トレランス・リングは通常、例えば条片の両端を重ねることによって、リングの容易な成形を可能にするためにカーブした弾性材料の条片を備えるが、それらはまた環状の帯としても製作され得る。

構成部品間の締りばめによる装置の組立ての間に、トレランス・リングは一般に第１の（内部又は外部）構成部品に対して静的に保持され、一方で第２の構成部品は第１の構成部品との嵌め合い係合へと移され、それにより締りばめを与えるようにトレランス・リングの突起に接触し、それを圧縮する。装置を組み立てるために要する力の量は突起の剛性、及び必要な圧縮の度合いに依存し得る。同様に、トレランス・リングによりその最終位置において伝達される荷重、及び従って与えられる保持力、あるいは伝達され得るトルクもまた、圧縮力の大きさ及び突起の剛性及び／又は構成に依存し得る。

トレランス・リングの用途の一例は、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）のピボットマウントにあり、そこでトレランス・リングは回転可能なピボット軸とそれに取り付けられたアームとの間に、軸方向の保持を与える。従来のピボットマウントにおいて、トレランス・リングはアームと軸に取り付けられた軸受との間に締りばめを与える。一般に軸受はスペーサーにより互いに軸方向に隔てられた２対の軌道輪を備える。ピボットマウントにおける構成部品は非常に小さく、敏感であるため、軸受はしばしば周囲のスリーブにより保護される（「スリーブ付きピボット」）。スリーブはしばしばその内面に機械加工されたスペーサーを有する。そのような構成において、トレランス・リングはスリーブとアームとの間に挟まれる。スリーブ付きピボットは破損しにくく、それゆえハードディスク・ドライブの性能に悪影響を与えにくい一方で、スリーブの内面におけるスペーサーを形成するには精密な機械加工が必要であり、ピボットマウントの製作においてより少ない材料を使用する要望が、スリーブレスピボットの導入をもたらして来ている。

スリーブレスピボットにおいては、軌道輪の各部分の外輪が露出され、スペーサーは軌道輪同士の間に軸方向に位置する（「浮いている」）環状の帯を備える。スペーサーは軸受に作用する軸方向の予圧の力により所定の位置に保持される。そのような構成においては、トレランス・リングは軸受の外輪とアームとの間に位置する。

最も一般的に、本発明はスリーブレスピボットに対してより大きな安定性を与えることが出来る、トレランス・リングの構成を提供する。２対の軌道輪とスペーサーとの間の安定性は、ピボットの一貫した性能を与えるために望ましい。

これは２層のトレランス・リング構成による本発明において達成される。２つの層は例えば従来のトレランス・リングと類似の、半径方向に延びる突起を有する第１の層と、伝達された力の拡散器として作用することが出来る第２の無地の層とを備え得る。２つの層は、材料がリングを形作るためにループ状に丸くされるとき、それらが重なるように一体の材料から形成され得る。

本発明の第１の態様によれば、内部構成部品と外部構成部品との間に締りばめを与えるためのトレランス・リングが提供され、トレランス・リングは重なっている第１と第２の層を形成するために巻かれた変形可能な帯を備え、第１の層はその円周のまわりに複数の半径方向に延びる突起を有する。第１の層は半径方向に第２の層の内側又は外側に向き得る。第２の層は従って、第１の層と内部又は外部構成部品との間のスリーブとしての役目を果たし得る。第２の層は力の分散器として作用するように構成される平滑な表面であることができ、すなわちそれは第１の層の突起を通じて伝達された力を、内部又は外部構成部品へと広げ得る。１つの実施形態において、第２の層は内部構成部品の周りにスリーブを形成し得る最も内側の層である。第１と第２の層の間の重なりは、トレランス・リングの周りに均一な効果を与えるように用いられるとき、実質的に完全であり得る。

伝達された力を内部又は外部構成部品にわたって広げることは、構成部品同士の間により均一な力を加えること、すなわちより一貫した締りばめを適用することを可能にし、それは組み立てられた装置の安定性を改善できる。さらに、力の分散は突起が内部／外部構成部品に圧痕を生じることを防止できるため、内部及び／又は外部構成部品に、より柔らかい材料が用いられ得る。

第１層上の突起は、トレランス・リングの円周面から内側あるいは外側に向けて延び得る。各突起は半径方向の頂点へと上り、そこから下る丸くされた隆起を含み得る。突起の複数の円周シリーズが存在し得る。そのシリーズは相互に軸方向に離れている。突起は、伝達された力が内部及び／又は外部構成部品に加えられるべき領域を対象とするように構成され得る。１つの実施形態において、突起は軸方向に細長い隆起部分に隣接して、軸方向に間隔をあけた隆起部分の集まりを含むことができ、細長い突起の軸方向範囲は、間隔をあけた隆起部分の軸方向範囲に相当する。

帯は内部構成部品の周囲長の周りに二重に巻くように構成された、例えば開いたループの材料の、弾力性がある割りリングであり得る。第１層上の突起は内部構成部品の周囲長、すなわち重なっている領域内に関して対称であることができる。この構成は特に安定であり得る。

内部及び外部構成部品は、ハウジング内に形成された口径の中で支えられ得る軸を備えることができる。内径はハウジングを完全に通って延びるか、あるいは部分的にハウジングを通って又は内部へと延びてもよい。１つの実施形態において、ハウジングはハードディスク・ドライブ用のアーム、そして軸はそのアーム用のピボットであってもよい。該ピボットは、スペーサー要素により互いに軸方向に隔てられた一対の軸受を含み得る。スペーサー要素及び軸受は、トレランス・リングを支えるための内部構成部品の平滑な外表面を用意するために、実質的に接触して配置され得る。

突起は力をそれぞれの軸受の外輪に伝達するために構成され得る。第２の層は突起の力の足跡を外輪へと広げるために、突起と外輪との間に置かれ得る。

第１及び第２層の内側層は、組み立て中に内部構成部品を帯の中心へとガイドするために構成された、外側に向けて広げられた軸方向の縁を持ち得る。両方の層は広げられた軸方向の縁を持ち得る。

本発明の第２の態様によれば、内部構成部品、該内部構成部品と嵌合する外部構成部品、及び内部構成部品と外部構成部品との間に位置するトレランス・リングを備える装置が提供されることができ、トレランス・リングは重なっている第１及び第２層を形成するように巻かれた帯を備え、第１の層はその円周のまわりに、内部構成部品と外部構成部品との間で圧縮可能な半径方向に延びる突起を有する。第２の層は第１の層の突起と内部構成部品との間に置かれ得る。第２の層は、突起を介して伝達される力を内部及び／又は外部構成部品へと拡散するように構成された、平滑なシートであり得る。内部構成部品は、複数の軸方向に隣接するサブコンポーネントから構成され得る。突起は伝達された力をそれぞれのサブコンポーネントへ向けるために構成され、一方で第２の層は、構成部品同士の間の均一な締りばめを推進するために、伝達された力を広げるように構成され得る。内部構成部品は上記で議論したように、ハードディスク・ドライブのピボットマウント用のピボットであり得る。

本発明のさらなる態様は、第２の態様による装置を組み立てる方法を含み得る。そしてプリアセンブリーは、軸又はハウジングの口径の中に取り付けられた、第１の態様によるトレランス・リングを備える。

本発明の実施形態は添付図面に関連して以下に記述される。

トレランス・リングを含む従来のハードディスク・ドライブ・ピボットマウントの平面図を示す。 図１に示すハードディスク・ドライブ・ピボットマウントの線Ｘ‐Ｘに沿って取られた断面を示す。 図１に示すハードディスク・ドライブ・ピボットマウントの、アームとスリーブ付きピボットとの間の連結部の拡大図を示す。 本発明の一実施形態であるトレランス・リングの斜視図を示す。 図４のトレランス・リングを形成するために用いられ得る、材料の長方形の半加工品を示す。 図４のトレランス・リングの平面図を示す。 本発明の別の実施形態である、スリーブレスピボットを有するハードディスク・ドライブ・ピボットマウントを通る断面を示す。 トレランス・リングの第１の層からトレランス・リングの第２の層への、力の足跡の側面図の概略表現である。 トレランス・リングの第２の層からピボットの外表面への、力の足跡の側面図の概略表現である。

図１は、磁気記録ディスクを保持するために適応したアーム３２と、軸まわりに軸受で回転可能なピボット３４とを備えた、既知のハードディスク・ドライブ・マウント３０を示す。トレランス・リング（図１に図示なし）は、アームがピボットと共に回転するように、ピボット３４とアーム３２との間に締りばめを与えている。

図２は図１の線Ｘ‐Ｘに沿って取られた断面を示す。図２は、アーム３２がその中にピボット３４を支えている口径を含む、円周状のハウジング３６を備えることを示す。ピボット３４は、一対の軸受４０、４１を介して軸３８に連結されている、回転可能なスリーブ部材４２を備える。図２は従ってスリーブ付きピボットの一例を示す。トレランス・リングは回転可能なスリーブ部材４２の外表面と、円周状ハウジング３６内に形成された口径の内面との間に適合する。これは図３により詳細に示され、そこでは軸受４０、４１と実質的に整列している波型２８を有する、トレランス・リング２０が、回転可能なスリーブ部材４２と円周状ハウジング３６との間で圧縮されていることが見られる。

図３において、回転可能なスリーブ部材４２は、軸受４０、４１を隔てる一体型のスペーサー要素４３を備えることが見られる。

図４は本発明の一実施形態であるトレランス・リング１０を示す。それはスリーブレスピボット、すなわち回転可能なスリーブ部材の無いピボット（そこでは、軸受の外輪はトレランス・リングに対して露出され、それに接触している）での使用に適している。トレランス・リングは弾性材料、例えばばね鋼（例として炭素鋼でない）の環状帯１１を備え、それは長方形の材料片を変形させることにより作られ得る。トレランス・リング１０は、例えば１６ｍｍ未満の直径及び０．２ｍｍ未満の板厚を有する、デリケートな組立品用の大きさであり得る。

本実施形態において、帯１１は、トレランス・リング１０の円周壁を形成する、２つの重なっている同心の層１１０、１１１を形成するために巻かれている。帯１１を作るために使用される材料片の長さは、帯の円周の両端部が、使用時には実質的に帯の周囲長上の同じ点にあるように選ばれ、すなわち、重なっている層１１０、１１１が隔たりも過度の円周の延長もなく実質的に完全に重なるように選ばれる。

外側に広がったフランジ１６は、挿入される軸用のガイドとして帯１１の上端及び下端の縁の周りに設けられる。別の実施形態において、フランジ１６は上端の縁にのみ、又は重なっている層１１０、１１１の内側にのみ設けられ得る。

図４に示す実施形態において最も外側の重なっている層である第１の層１１１は、半径方向に延びている突起として役割を果たす、複数の外側に突出している波型１２、１３、１５を含む。波型１２、１３、１５は（図示されていない）内部構成部品と外部構成部品との間、例えばそれぞれ上記に与えられた例における、ピボットと円周状ハウジングとの間に締りばめを与えるために、圧縮可能である。各波型１２、１３、１５は、半径方向の頂点へ上り、又はそこから下っている、円周方向に延びている丸くされた隆起を含む。各波型１２、１３、１５は、その軸方向の縁から頂点まで円錐状に上る。

波型１２、１３、１５は２つのタイプを形成する。第１のタイプは従来の波型と類似の構成を有する（実際、他の実施形態において全ての波型は従来タイプであり得る）。図４に示す実施形態においては、第１のタイプの波型は２つの、軸方向に間隔をあけた隆起部分１２、１３の複数の組により表される。（「二重波型」と呼ばれる）各々の組は、外側層１１１の円周上に軸方向の列で位置する、２つの同一の波型を備える。第１の（外側）層１１１の円周のまわりには、複数のそのような組が存在する。図４の実施形態に示す実施形態における第２のタイプの波型は、複数の軸方向に細長い隆起部分１５により表される。各隆起部分１５の軸方向の範囲は、二重波型１２、１３の最も外側の軸方向の縁と、細長い波型１５とが実質的に第１の（外側）層の同じ円周上にあることにおいて、軸方向に間隔をあけた隆起部分１２、１３の各組の軸方向の範囲に対応する。

図４に示す実施形態における最も内側の重なっている層である、第２の層１１０は、内部構成部品、例えばトレランス・リング１０で支えられている軸を囲んでいるスリーブとしての役割を果たし得る、滑らかで均一な表面である。第２の層１１０は、それゆえ（突起１２、１３、１５を伴う）第１の層１１１と内部構成部品との間に置かれる。

図５は、本発明によるトレランス・リングを形成するために変形可能な、長方形の材料片（半加工品）を示す。長方形の材料片は、内側及び外側の層１１０、１１１をそれぞれ形成する２つの隣接領域を含む。従って、波型１２、１３、１５は半加工品の半分において形成され、一方で外側半分は無地のままとされる。

図６は本発明の一実施形態である、トレランス・リング１０の平面図を示す。内側及び外側の層１１０、１１１の同心性が例示され、内部の層１１０は（図示されていない）内部構成部品に対して平滑な表面を与えることが見られる。

図７は、上記で議論したトレランス・リング１０が、スリーブレスピボット５０と、外部構成部品、例えばハードディスク・ドライブのピボットマウント用アームの、円周状ハウジング３６との間に使用されている、装置の断面図を示す。スリーブレスピボットは、そこに取り付けられた一対の軸受５４、５６を伴う中空の中央軸５２を備える。軸受５４、５６は環状のスペーサー要素５８により軸方向に隔てられる。ピボット５０はスリーブを持たないため、各軸受５４、５６の外輪及びスペーサー要素５８は、ピボット５０の外表面を形成する。これらの構成部品は相互に取り付けられていない。それらは軸受５４、５６が軸５２に取り付けられているとき、それら軸受の内輪に作用する予圧の軸力の下で、所定の位置に「浮いている」。トレランス・リング１０は、ピボット５０の外表面及び円周状ハウジング３６の内面と接触する（両者の間で圧縮される）ことにより、締りばめを与える。

図７は、トレランス・リング１０の外側の層１１１上に、直径方向に対向している２つの二重波型１２、１３が存在する位置における、該装置を通る断面を示す。各波型１２、１３はそれぞれの軸受５４、５６に圧縮力を伝達するために、それらの外輪と実質的に連携している。安定した動作と、ピボットトルクを減らすためには、軸受５４、５６に力を伝達することが重要である。トレランス・リング１０の内側の層１１０は、外側の層１１１と軸受５４、５６との間に置かれ、それによりピボット５０用のスリーブとして効果的に役割を果たしている。内側の層１１０への、伝達された力の影響は図８及び９に関連して説明される。

図８は内側の層１１０への、波型１２、１３、１５の伝達された力の足跡の略図を示す。図８は力の足跡が重ねられた、内側の層１１０の側面図である。足跡６０、６２は二重波型１２、１３からのものであり、それぞれの軸受５４、５６に対応する領域に局所化されている。足跡６４は細長い波型１５からのものであり、内面１１０を軸方向に下側に延びている。足跡は一般に波型１２、１３、１５が帯１１と同化する領域に沿って、比較的鋭い圧力域を与える。

図９はピボット５０への、波型１２、１３、１５の伝達された力の足跡の略図を示す。図９は軸受５４、５６の外輪及びスペーサー要素５８が露出されている、ピボット５０の側面図である。内側の層１１０を通じてピボット５０へと伝達された、力の足跡が重ねられている。図９は、力をより大きな領域にわたって広げるために、どのようにして内側の層１１０が力の拡散器として作用するかを示す。従って、二重波型１２、１３からの足跡６６、６８は依然として軸受５４、５６上に局所化されているが、しかし内側の層１１０によって経験された、直接的な足跡よりもさらに拡散している。同様に、ピボットに作用する力をバランスさせるため、スペーサー要素を横切って軸受５４、５６の間を橋渡しする足跡７０もまた、内側の層１１０に作用している、対応する直接的な足跡よりもさらに広がっている。

Claims (15)

1. 内部構成部品と外部構成部品との間に締りばめを与えるためのトレランス・リングであって、重なっている第１及び第２の層を形成するために巻かれた変形可能な帯を備え、第１の層がその全円周のまわりに半径方向に延びる複数の突起を有し、各突起が第２の層によって重ねられる、トレランス・リング。
2. 第１の層が、半径方向に第２の層の内側である、請求項１に記載のトレランス・リング。
3. 第１の層が、半径方向に第２の層の外側である、請求項１に記載のトレランス・リング。
4. 第２の層が無構造であり第１の層の突起に重なり、突起が第１の層の無構造の部分から延びる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトレランス・リング。
5. 第１の層上の全ての突起が、第１の層の無構造の部分から内向きあるいは外向きに延びる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトレランス・リング。
6. 突起が、軸方向に細長い隆起部分に隣接する一組の軸方向に間隔をあけた隆起部分を含み、細長い隆起部分の軸方向範囲が、間隔をあけた隆起部分の組の軸方向範囲に対応する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のトレランス・リング。
7. 帯が、内部構成部品の周囲長の周りを二重に巻くように構成された弾力性のある割りリングである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトレランス・リング。
8. 内部構成部品と、該内部構成部品と嵌合する外部構成部品と、そして内部構成部品と外部構成部品との間に位置するトレランス・リングとを備える装置であって、該トレランス・リングが、重なっている第１と第２の層を形成するために巻かれた帯を備え、第１の層がその円周のまわりに、内部構成部品と外部構成部品との間で圧縮される、半径方向に延びた突起を有する装置。
9. 第２の層が、第１の層上の突起と内部構成部品との間に置かれる、請求項８に記載の装置。
10. 第２の層が、突起を介して伝達された力を、内部構成部品へと拡散するために構成された平滑なシートである、請求項９に記載の装置。
11. 内部構成部品及び外部構成部品が、ハウジング内に形成された口径の中で支えられ得る軸を備え、ハウジングがハードディスク・ドライブ用のアームであり、軸がそのアーム用のピボットであり、該ピボットがスペーサー要素により相互に隔てられた一対の軸受を備え、スペーサー要素と軸受がトレランス・リングを支えるための内部構成要素の外表面を形成するように、実質的に接触して配置されている、請求項８に記載の装置。
12. 第２の層が、突起の力の足跡を外輪へと広げるために、該突起と軸受の外輪との間に置かれる、請求項１１に記載の装置。
13. 第１の層及び／又は第２の層が、組立て中に内部構成部品を帯の中心へとガイドするために構成される、外側に広がった軸方向の縁を有する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 内部構成部品と、該内部構成部品と嵌合する外部構成部品と、そして内部構成部品と外部構成部品との間に位置するトレランス・リングとを備える装置のためのプリアセンブリーの構成であって、該プリアセンブリーが軸上あるいは口径内のいずれかにしっかりと取り付けられたトレランス・リングを備え、該トレランス・リングは重なっている第１及び第２の層を形成するために巻かれた変形可能な帯を含み、第１の層がその全円周のまわりに半径方向に延びる複数の突起を有し、各突起が第２の層によって重ねられる、プリアセンブリーの構成。
15. 内部構成部品と、該内部構成部品と嵌合する外部構成部品と、そして内部構成部品と外部構成部品との間に位置するトレランス・リングとを備える装置の組立て方法であって、該方法が：
    重なっている第１及び第２の層を形成するために巻かれた変形可能な帯を備え、第１の層がその全円周のまわりに半径方向に延びる複数の突起を有し、各突起が第２の層によって重ねられるトレランス・リングを内部あるいは外部構成部品のいずれかに取付けることと、
    内部構成部品と外部構成部品を嵌合させ、それにより該内部構成部品と外部構成部品との間に締りばめを与えるために、トレランス・リング上の突起を圧縮することとを含む方法。