專利名稱：具有用于質(zhì)量控制的重疊突片特征的用于數(shù)據(jù)存儲的公差環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及結(jié)合軸承使用的公差環(huán)。更具體地，本發(fā)明涉及用在信息存儲 設(shè)備的筒式軸承和致動器臂之間的公差環(huán)。
背景技術(shù)：
任何計算機系統(tǒng)的關(guān)鍵部件都為存儲數(shù)據(jù)的設(shè)備。在計算機系統(tǒng)中用于存儲大量 數(shù)據(jù)的一個常見位置是在磁盤驅(qū)動器上。磁盤驅(qū)動器的最基本的部件是旋轉(zhuǎn)的磁盤、將換 能器移動到磁盤上的各個位置的致動器以及用于對磁盤進行讀寫數(shù)據(jù)的電路。包括磁頭和 金屬懸架的磁頭懸架組件(HGA)被聯(lián)接到致動器。HGA能被堆疊在一起，形成磁頭堆組件 (HSA)，所述磁頭堆組件通過致動器而推動跨過磁盤表面。當今使用了各種各樣的磁盤驅(qū)動 器，比如硬盤驅(qū)動器、zip驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器。所有驅(qū)動器都利用旋轉(zhuǎn)或線性致動器。在硬盤驅(qū)動器中，磁頭讀寫被同軸地安裝在主軸電動機上的旋轉(zhuǎn)的磁盤的表面上 的數(shù)據(jù)。磁性寫出的信息的“二進制位”以同心圓“軌道”形式布置在磁盤的表面上。磁盤 必須快速旋轉(zhuǎn)，使得計算機用戶不必長時間等待磁盤表面上的期望的二進制位的信息被定 位在磁頭下。在目前的磁盤驅(qū)動器中，數(shù)據(jù)二進制位和軌道必須極窄且緊密間隔，以實現(xiàn)每 磁盤表面單位面積高密度的信息。磁盤表面上要求的小尺寸和緊密間隔的信息二進制位對磁盤驅(qū)動器設(shè)備及其機 械部件的設(shè)計有影響。最重要的結(jié)果是磁頭上的磁性換能器必須極為緊密靠近磁盤的磁性 表面操作。因為磁盤表面和磁頭之間存在因磁盤旋轉(zhuǎn)和磁頭致動而引起的相對運動，所以 磁頭和磁盤之間的連續(xù)接觸會導致交界面的摩擦失效。這樣的摩擦失效俗稱“磁頭破碎”， 能破壞磁盤和磁頭，且通常引起數(shù)據(jù)丟失。因而，磁頭被設(shè)計成由極薄的空氣軸承以流體動 力學的方式支撐，使得其磁性換能器能緊密靠近磁盤操作，同時磁頭和磁盤之間的物理接 觸被最小化或被避免。典型地，在現(xiàn)代的硬盤驅(qū)動器的操作過程中存在的磁頭到磁盤的間 隔極小，以數(shù)十納米來測量。設(shè)計者必須考慮緊密靠近磁盤移動磁性換能器所使用的致動器的特性，以最小化 響應(yīng)于快速的角度運動和其他激勵的振動。例如，致動器臂必須是足夠剛性的，且致動器樞 軸軸承必須具有足夠高的質(zhì)量，使得磁頭的位置能在操作過程中被精確控制。而且，致動 器臂和樞軸軸承之間的交界面必須具有足夠的剛度和強度，以使得能在操作過程中精確控 制磁頭位置并提供有利于致動器臂的振動的較高的自然共振頻率所必需的邊界條件。典型 地，致動器臂由鋁或鋁的合金制成，且因此其比典型地由不銹鋼制成的樞軸軸承套筒軟且 更容易受到刮擦。致動器的剛性也必須足以限制在機械震動事件中可能引起與磁盤接觸的偏轉(zhuǎn)。同 樣，致動器結(jié)構(gòu)和樞軸軸承之間的交界面必須具有足夠的強度，以防止破壞性的結(jié)構(gòu)失效， 比如在大的機械震動事件過程中致動器臂和致動器樞軸軸承之間的軸向滑移。在許多盤驅(qū)動器中，致動器臂通過公差環(huán)而固定到致動器樞軸軸承。典型地，公差環(huán)包括敞開的柱狀基部和從柱狀基部凸起或凹進的多個接觸部分。接觸部分典型地在安裝 過程中被部分地壓縮，從而在由公差環(huán)連接的各部分的匹配的柱狀特征之間產(chǎn)生徑向預(yù)負 荷。這個徑向預(yù)負荷的壓縮提供了防止匹配部分的實際滑移的摩擦接合。例如，在磁盤驅(qū) 動器應(yīng)用中，公差環(huán)的徑向壓縮的預(yù)負荷防止了在操作過程中以及在機械震動事件過程中 在致動器臂和樞軸軸承之間的交界面處的分離和滑移。公差環(huán)還起到徑向彈簧的作用。這 樣，公差環(huán)相對于外部柱狀部分定位了內(nèi)部柱狀部分，同時補償了半徑間隙并產(chǎn)生了各部 分的半徑上的變化。還對公差環(huán)添加了其他部件，以獲得特定的優(yōu)點。例如，在Misso等人的美國專利 No. 6，288，878中，將周向支撐部分添加到公差環(huán)，以增加環(huán)向強度。Misso等人的美國專利 No. 6，338，839公開了一種提供較低的一致性的安裝力分布斷面的公差環(huán)。小Cramer等人的美國專利No. 4，790，683公開了常規(guī)公差環(huán)結(jié)合柱狀墊片的使 用，應(yīng)用的特征在于結(jié)構(gòu)上明顯的徑向振動或負荷。墊片防止了下面的較軟材料的變形，并 因此防止了維持公差環(huán)的摩擦接合的徑向壓縮的不期望的部分釋放?，F(xiàn)有技術(shù)的公差環(huán)一般地由平的金屬片通過利用沖壓、成形、軋制或其他步驟制 成，從而提供凹進接觸部分的方式和最終的大致柱狀形狀。由于公差環(huán)制造的方式，它們典 型地具有在軋制的金屬片的相對邊緣會合的位置上形成的間隙或間隔。公差環(huán)能首先被安裝到外部部分(比如致動器臂)中的柱狀孔內(nèi)，使得稍后，柱狀 內(nèi)部部分(比如致動器樞軸軸承)能被強制推入公差環(huán)內(nèi)部，以通過摩擦接合產(chǎn)生保持各 部分的徑向壓縮的預(yù)負荷。在此情形中，接觸部分可以比基部凹入較小的半徑，以及比基部 凸出較大的半徑。可選地，公差環(huán)能首先圍繞柱狀內(nèi)部部分(比如致動器樞軸軸承)安裝。 內(nèi)部部分與公差環(huán)一起隨后被強制推入外部部分(比如致動器臂)中的柱狀孔內(nèi)部，以通 過摩擦接合產(chǎn)生保持各部分的徑向壓縮的預(yù)負荷。在此情形中，公差環(huán)的接觸部分一般比 基部凸出較大的半徑。公差環(huán)的剛性和質(zhì)量特性能影響HSA的帶寬。例如，現(xiàn)有技術(shù)的公差環(huán)的端部之 間的間隙或間隔能引起質(zhì)量不平衡，由此影響致動器的偏心和對準。大部分磁盤驅(qū)動器制 造商忍受這一問題，而公差環(huán)制造者試圖通過允許盡可能小的間隙同時避免公差環(huán)的兩端 在組裝之后接觸的可能性來最小化間隙。為了補償質(zhì)量不平衡，磁盤驅(qū)動器制造商被迫在通過試驗而已知的方向上手動調(diào) 整間隙，以減少質(zhì)量不平衡(也稱為計時(clocking))或者增加總的偏心質(zhì)量，這降低性 能。計時不能消除質(zhì)量不平衡，而是使質(zhì)量不平衡已知并因此可能以其它方式例如通過平 衡附近的部分(比如致動器臂或扇尾)來補償。而且，最小化間隙雖然有助于減小質(zhì)量不 平衡，但是由于制造限制，公差環(huán)端部仍相當長。結(jié)果，使間隙并置的隆起物之間的空間大 于其它地方的隆起物之間的空間。隨著越來越需要改進安裝硬盤的致動器臂時的一致性，本領(lǐng)域仍持續(xù)需要減小質(zhì) 量不平衡和質(zhì)量偏心的公差環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
一種公差環(huán)被構(gòu)造成維持致動器臂的質(zhì)量偏心或質(zhì)量不平衡，其具有大致柱狀基 部，所述柱狀基部具有圍繞軸線的第一半徑和平行于柱狀基部的軸線延伸的一定長度，柱狀基部具有第一突片，所述第一突片靠近第二突片沿柱狀基部的長度定位。在一個實施方式中，公差環(huán)通過使第一突片徑向地移置到圍繞軸線的第二半徑， 使得在第一突片和第二突片之間形成一個徑向間隙，來減小質(zhì)量偏心。在另一實施方式中， 公差環(huán)通過使第一突片和第二突片重疊來維持質(zhì)量偏心。


當結(jié)合附圖考慮時，通過參考以下詳細說明，本發(fā)明的許多優(yōu)點、目的和特征變得 容易理解，在附圖中，相同參考數(shù)字描述相同部件，且其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的磁盤驅(qū)動器致動器臂組件和公差環(huán)設(shè)計的分解圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的公差環(huán)設(shè)計的透視圖。圖3是沿圖2的線3-3的圖2公差環(huán)的剖面圖，示出了在公差環(huán)的邊緣之間形成 的周向間隙。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的解決了質(zhì)量不平衡和質(zhì)量偏心的公差環(huán)的 透視圖。圖5是沿圖4的線5-5的圖4的公差環(huán)的剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式 的重疊的突片特征。圖6是沿圖4的線5-5的圖4的公差環(huán)的剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式 的重疊的突片特征。圖7是沿圖4的線5-5的圖4的公差環(huán)的剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式 的重疊的突片特征。圖8根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的解決了質(zhì)量不平衡和質(zhì)量偏心的另一個公差 環(huán)的透視圖。圖9是沿圖8的線9-9的圖8的公差環(huán)的剖面圖，示出了圍繞根據(jù)本發(fā)明的實施 方式的公差環(huán)的邊緣(edge)的邊沿(rim)。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖描述實現(xiàn)本發(fā)明各種特征的方法。附圖和相關(guān)說明被提供來說明本 發(fā)明的實施方式，而不是限制本發(fā)明的范圍。說明書中參考的“一個實施方式”或“實施方 式”用來表明結(jié)合該實施方式說明的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實 施方式中。短語“在一個實施方式中”或“實施方式”在說明書中各處出現(xiàn)不必需都是指相 同的實施方式。在整個附圖中，參考數(shù)字被重新使用，以表示參考元件之間的對應(yīng)關(guān)系。此 外，每個參考數(shù)字的第一個數(shù)字表示的是元件第一次出現(xiàn)的圖號。圖1是包括樞軸軸承筒23的致動器臂組件13的分解圖。樞軸軸承筒23為柱狀 形狀并包括軸24，致動器臂組件13圍繞軸24旋轉(zhuǎn)。致動器臂組件13中具有開口或孔27。 樞軸軸承筒23裝配在致動器臂組件13的孔27內(nèi)。公差環(huán)25裝配在孔27和樞軸軸承筒 23的外徑之間的空間內(nèi)。致動器臂組件13具有在磁頭堆組件17中的多個臂15。每個臂15典型地承載至 少一個懸架19。記錄頭(滑動件)21被附接到懸架19，記錄頭(滑動件)21包括磁性換能 器，磁性換能器使磁盤(未顯示)的表面磁化，以表示并儲存期望的數(shù)據(jù)。
如磁盤驅(qū)動器領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的，每個磁盤具有一系列同心軌道，磁性信息記錄 在這一系列同心軌道上?；瑒蛹?1和其中包括的磁性換能器在具體的磁盤表面上移動，使 得磁性表示的數(shù)據(jù)能存儲在磁盤上的任何軌道上。圖1所示的具體的致動器臂組件13使 換能器圍繞樞軸軸承筒23的軸24旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)致動器臂組件13引起滑動件21和滑動 件中的換能器在位于其下方的磁盤的表面上方重新定位。公差環(huán)25能首先安裝到致動器臂組件13的孔27內(nèi)，使得稍后大致柱狀的內(nèi)部部 分(比如樞軸軸承筒23)能被強制推入公差環(huán)25內(nèi)部，以產(chǎn)生通過摩擦接合而保持各部分 的徑向壓縮的預(yù)負荷。可選地，公差環(huán)25能首先圍繞樞軸軸承筒23安裝。樞軸承筒23與 公差環(huán)25 —起隨后被強制推入致動器臂組件13的孔27內(nèi)，以產(chǎn)生通過摩擦接合而保持各 部分的徑向壓縮的預(yù)負荷。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的公差環(huán)設(shè)計200的透視圖。公差環(huán)200由基本上平坦的基部 210形成，基部210被彎曲以圍繞樞軸軸承筒23(圖1)裝配。平坦的基部210的一端具有 沿環(huán)的長度的第一突片或邊緣215。平坦的基部210的另一端具有第二突片或邊緣220?；?部210具有圍繞中心軸線的第一半徑，并平行于中心軸線延伸一定長度。由相對間隔開的 突片或邊緣215和220產(chǎn)生的沿公差環(huán)200的長度的軸向定向的線性間隙230有利于柱狀 開口 225的徑向膨脹和收縮。在一個實施方式中，公差環(huán)200由300系列不銹鋼制成。公差環(huán)220具有多個接觸部分235。接觸部分235通常具有沿基部210軸向延伸 的長斜方形截面形狀。如圖2所示，接觸部分235在遠離公差環(huán)200內(nèi)部的方向上徑向地 向外突出。應(yīng)認識到，本領(lǐng)域已知的可選的構(gòu)造包括具有徑向地向內(nèi)突出或以交替的方式 向內(nèi)和向外突出的接觸部分235的公差環(huán)。參考圖3，示出了沿圖2的線3-3的圖2的現(xiàn)有技術(shù)公差環(huán)的剖面圖。圖3示出由 第一突片215和第二突片220形成的線性間隙230。該間隙230能引起質(zhì)量不平衡，從而影 響致動器組件13的偏心和對準。這是因為在周向間隙230的相對側(cè)上的接觸部分235之 間的間隔大于其它地方的接觸部分235之間的空間。本發(fā)明解決了質(zhì)量不平衡和質(zhì)量偏心。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的公 差環(huán)400的透視圖。公差環(huán)400具有沿基部210的長度的第一突片415和第二突片420。 基部210具有圍繞其中心軸線的第一半徑，并平行于中心軸線延伸一定長度。第一突片415 靠近第二突片定位并以圍繞軸線的第二半徑徑向地移位，使得在第一突片415和第二突片 420之間形成徑向間隙425。第一突片415的第二半徑被示出大于基部210的第一半徑。應(yīng) 理解，第一突片415能以大于或小于第二突片420的半徑的距離徑向地移位。圖5、6、7示出沿圖4的線5-5的圖4的公差環(huán)400的剖面圖。圖5示出形成在非 重疊的突片415和420之間的徑向間隙425，而圖6示出形成在重疊的突片415和420之間 的徑向間隙425。在一個實施方式中，第一突片415優(yōu)選地以基本上等于接觸部分235的徑 向向外突出的徑向距離移位。圖5和圖6都示出與基部210 —致的第二突片420，使得第二 突片420以基部210的第一半徑徑向地移位?？蛇x地，第二突片420能以圍繞中心軸線的第二半徑移位，同時維持與第一突片 415的徑向間隙425。圖7示出徑向移位突片415和420這兩個的組合。第一突片415能 以圍繞軸線的第二半徑移位，而第二突片420以不同的第三半徑移位。在所有情形中，在突片415和420之間都存在徑向間隙425。通過消除公差環(huán)400中的突片415和420之間的周向間隙230，減小了致動器臂組 件13的質(zhì)量不平衡，并且質(zhì)量偏心得到了改進。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的公差環(huán)800的透視圖。公差環(huán)800具有 基本上沿基部210的長度延伸的第一突片815和第二突片820?；?10具有圍繞其中心 軸線的第一半徑，并平行于中心軸線延伸一定長度。第一突片815靠近第二突片定位并以 圍繞軸線的第二半徑徑向地移位，使得在第一突片815和第二突片820之間形成徑向間隙 825。第一突片815的第二半徑被示出大于基部210的第一半徑。應(yīng)理解，第一突片815能 以大于或小于第二突片820的半徑的距離徑向地移位。如圖8所示，公差環(huán)800具有圍繞公差環(huán)800的邊緣的上邊沿830和下邊沿835。 邊沿830或835允許容易地將公差環(huán)800圍繞樞軸軸承筒23安裝。樞軸軸承筒23與公差 環(huán)800 —起隨后被強制推入致動器臂組件13的孔27內(nèi)，以產(chǎn)生通過摩擦接合而保持各部 分的徑向壓縮的預(yù)負荷。圖8還示出接觸部分235的可選構(gòu)造。接觸部分235沿平坦的基部13的表面設(shè) 置成多排。圖9是沿圖8的線9-9的圖8公差環(huán)的剖面圖。圖9示出向公差環(huán)800外側(cè)成 喇叭形的邊沿830和835。這允許樞軸軸承筒23容易插入公差環(huán)800的柱狀開口 225內(nèi)。 圖9還示出兩排接觸部分235的剖視圖。通過消除公差環(huán)800中的突片815和820之間的周向間隙230并利用邊沿830 或835，減小了致動器臂組件13的質(zhì)量不平衡，并且質(zhì)量偏心得到了改進，并簡化了公差環(huán) 800的安裝。
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權(quán)利要求
一種用于將致動器耦接到樞軸軸承的公差環(huán)，包括大致柱狀基部，所述大致柱狀基部具有圍繞中心軸線的第一半徑，并且平行于所述中心軸線延伸一定長度，所述柱狀基部具有基本上沿所述柱狀基部的長度延伸的第一突片和第二突片，所述第一突片靠近所述第二突片定位并相對于所述第二突片徑向地移位，使得在所述第一突片和所述第二突片之間形成有徑向間隙；以及多個接觸部分，每一個接觸部分以圍繞所述中心軸線的第二半徑徑向地突出。
2.如權(quán)利要求1所述的公差環(huán)，其中，所述接觸部分的第二半徑小于所述基部的第一 半徑。
3.如權(quán)利要求1所述的公差環(huán)，其中，所述接觸部分的第二半徑大于所述基部的第一半徑。
4.如權(quán)利要求1所述的公差環(huán)，其中，所述第一突片與所述第二突片重疊。
5.如權(quán)利要求1所述的公差環(huán)，還包括使所述第一突片以圍繞所述中心軸線的第二半徑徑向地移位； 使所述第二突片以圍繞所述中心軸線的第三半徑徑向地移位，使得在所述第一突片和 所述第二突片之間形成有徑向間隙；且其中，所述第二半徑大于所述第一半徑，而所述第三半徑小于所述第一半徑。
6.一種公差環(huán)，包括大致柱狀基部，所述大致柱狀基部具有圍繞軸線的第一半徑，并且沿所述軸線延伸一 定軸向長度；所述柱狀基部具有沿所述軸向長度的第一突片和第二突片；并且 其中，所述第一突片靠近所述第二突片定位并相對于所述第二突片徑向地移位，使得 在所述第一突片和所述第二突片之間形成有徑向間隙。
7.如權(quán)利要求6所述的公差環(huán)，還包括多個接觸部分，每一個接觸部分從所述基部突出一定徑向距離。
8.如權(quán)利要求6所述的公差環(huán)，其中，所述第一突片與所述第二突片重疊。
9.一種用于信息存儲設(shè)備的致動器臂組件，包括 致動器臂；致動器樞軸軸承；公差環(huán)，所述公差環(huán)相對于所述致動器臂保持所述致動器樞軸軸承，并維持所述致動 器臂的質(zhì)量偏心，其中，所述公差環(huán)包括大致柱狀基部，所述大致柱狀基部具有圍繞中心軸線的第一半徑，并且平行于所述中 心軸線延伸一定長度，所述柱狀基部具有沿所述柱狀基部的長度延伸的第一突片和第二突 片，所述第一突片靠近所述第二突片定位并相對于所述第二突片徑向地移位，使得在所述 第一突片和所述第二突片之間形成有徑向間隙；以及多個接觸部分，每一個接觸部分以圍繞所述中心軸線的第二半徑徑向地突出。
10.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述接觸部分的第二半徑小于所述基部 的第一半徑。
11.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述接觸部分的第二半徑大于所述基部的第一半徑。2
12.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述第一突片與所述第二突片重疊。
13.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述公差環(huán)包括300系列不銹鋼。
14.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述第一突片以圍繞所述中心軸線的第 三半徑徑向地移位，所述第三半徑大于所述基部的第一半徑。
15.如權(quán)利要求9所述的致動器臂組件，其中，所述第二突片以圍繞所述中心軸線的第 四半徑徑向地移位，所述第四半徑小于所述基部的第一半徑。
16.如權(quán)利要求14所述的致動器臂組件，其中，所述第二突片以圍繞所述中心軸線的 第四半徑徑向地移位，所述第四半徑小于所述基部的第一半徑。
全文摘要
一種公差環(huán)，用于將致動器臂聯(lián)接到樞軸軸承，同時維持致動器臂的質(zhì)量偏心。所述公差環(huán)具有大致柱狀基部，所述柱狀基部具有圍繞中心軸線的第一半徑，并且平行于中心軸線延伸一定長度，所述柱狀基部具有沿所述柱狀基部的長度延伸的第一突片和第二突片，第一突片靠近第二突片定位。通過使第一突片以圍繞軸線的第二半徑徑向地移位，使得在第一突片和第二突片之間形成一個徑向間隙，所述公差環(huán)改進了質(zhì)量偏心。
文檔編號G11B21/08GK101911197SQ200780102118
公開日2010年12月8日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者凱文·P·漢拉恩, 大衛(wèi)·D·德克斯特, 瑞安·J·施密特 申請人:因特里-普萊克斯技術(shù)股份有限公司