专利名称：具有高的箍强度以抵制变形的公差配合环的制作方法
相关申请本申请要求2000年2月9日提交的美国临时申请No.60/181,173的优先权。
借助柔性件将磁头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。该柱平行于磁盘旋转轴线，以使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的一侧上的线圈，以使线圈沉浸在磁回路的磁场中。当控制电流通过线圈时，建立起一电磁场，其与磁回路的磁场相互作用，以根据著名的洛伦兹定律致使音圈运动。当音圈运动时，致动器本体围绕柱枢转，磁头移过磁盘表面。
在磁盘驱动器的制造过程中，重要的是，应将致动器组件放置在恰当的位置上，相对于磁盘集中在所有三条轴线上，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(cartridge bearing)组件，该轴承组件适应致动器组件围绕z轴旋转。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枢转柱上。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。
一公差配合环可有利地用来补偿部件制造公差的差异，并因而保持致动器组件在所有三条轴线上的恰当定位。通常，现有技术的公差配合环由一波纹状金属片材构成，所述金属片材形成一敞开的圆筒形状。然后将公差配合环设置在柱的周围，并且通过枢转柱中的一固定槽固定地保持就位。在大多数应用中，公差配合环只能作为制造的辅助装置，无法在完成制造以后提供附加的功能。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中揭示了现有技术中示范性的公差配合环的构造。
尽管被广泛使用，但大多数现有技术的公差配合环无法展现足够的箍强度。箍强度是公差配合环在与枢转柱配合时可施加的夹持力的量度。重要地是，箍强度不足会导致公差配合环与枢转柱之间不被允许的运动程度。因此，将致动器组件放置在未正确定位的公差配合环的上方会导致公差配合环阻塞或迫使其脱离固定槽。
另外，一箍强度不足的公差配合环在运送和处理期间易受变形影响。通常由于误操作的原因，公差配合环经受一使公差配合环围绕中心轴线“扭曲”的螺旋变形，藉此使公差配合环变得对随后的制造意图毫无用处。由于必须在引入自动装配之前检查部件，因此在运送和处理期间变形的可能性会使制造过程的效率降低。
随着不断要求改进致动器组件安装的一致性，不断要求研制一种抵制变形并且展现增加的箍强度的公差配合环。本发明针对的就是这种改进。
如较佳实施例所示的那样，一磁盘驱动器包括一支承向上延伸的轴的基板，例如一柱，其限定了致动器的枢轴。将根据本发明的较佳实施例构成的公差配合环放置在柱上，以便围绕该柱的外表面周向地延伸。然后将带有一内钻孔凹部的致动器组件放置在该柱上，以使公差配合环被压缩在内钻孔凹部的表面与柱的外表面之间，藉此保持围绕致动器枢轴的致动器组件所要求的标称对中。
所选择的公差配合环的机械构造是为了提供增加的箍强度，并且包括一大致呈圆筒状的基部，至少一个支架部分和多个接触部分从该基部处突起。支架部分最好沿基部的圆周延伸，并且最好包括一周向延伸的脊或凸缘。
在结合附图和所附的权利要求进行阅读时，从下列详细说明中，本发明的多种其它优点和特征将变得更为明显。
提供一主轴电动机(总的以106表示)，以矢量109表示的恒定速度(以每分钟几千转为单位)旋转多个轴向对准的磁记录硬盘108。通过使用一致动器组件110将用户数据写入或读出磁盘108上的磁道(未标明)，该致动器组件围绕定位在磁盘108附近的轴承轴组件112旋转。如下所述，根据本发明的较佳实施例构成的公差配合环可较好地用来相对于基板102定位致动器组件110。
致动器组件110包括多个向磁盘108延伸的刚性臂114。多个柔性悬置组件116附连在致动器臂114的远端。一磁头118安装在每个柔性悬置组件116的远端处，该磁头包括一滑动器组件(未单独标明)，该滑动器组件被设计成在极接近相关磁盘108的对应表面处飞动。磁头118的较佳特征是巨大抗磁性(GMR)磁头，每个磁头具有一薄膜感应式写元件或一GMR读元件。
仅供参考，应予理解的是通过使用音圈电机(VCM)120来控制磁头118的径向位置，该音圈电机包括一线圈122以及一永久磁铁124，该永久磁铁建立一使线圈122沉浸在其中的磁场。将一第二磁通路设置在永久磁铁124的上方，但为清晰起见并未示出。通过将电流应用于线圈122，使磁铁118移过磁盘108的表面。在磁盘驱动器100未被使用时，磁铁118移动到磁盘108的内径附近的起落区域126的上方并停留在该区域上，并且使用一磁性闩锁组件128来固定致动器组件110。一柔性组件130提供用于致动器组件110的必要的电气连接路径，同时在操作期间允许致动器组件110枢转运动。
为了叙述可以较好地采用本发明的较佳实施例的环境，图2和3示出了现有技术中的公差配合环的一般使用，以便在磁盘驱动器的装配期间保持致动器。为清楚起见，在图2和3中将来自
图1的标号用于类似的构件。
如图2所示，一柱132从基板102延伸以形成一致动器枢轴(沿z轴方向)，致动器组件围绕该枢轴旋转。在组装过程中，将一公差配合环134(也称作一“间隔环”或“轴向支架”)放置在柱132的外表面周围，然后将致动器组件110从柱132上方插入。在柱132和夹持轴承组件112之间的公差配合环134受到压缩，这种压缩适合在精确制造过程期间使致动器组件110与致动器枢轴保持理想关系，藉此在随后的操作中提高致动器组件110的精度。
图3提供了致动器组件110安装到柱132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136(带有内钻孔凹部138)、一外套筒140以及设置在其间的一对轴承组件142。公差配合环134压配到内钻孔凹部138和柱132的外表面(未标明)上。尽管图3的实施例示出了位于外套筒140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140和致动器组件110之间设置一第二公差配合环(名义上与公差配合环128相似，但具有一较大的对应圆周)。
为了说明本发明公差配合环的多种操作优点，图4示出了根据现有技术构成的示范性公差配合环144。由图4可见，该公差配合环144由一名义上为平面的材料片形成，该材料被弯曲装配在柱(或其它圆筒构件)的周围。公差配合环144包括若干接触部分146(也称作为“波纹部”)，所述接触部分均匀分开，并且从大致呈圆筒状的基部148处突出。图4所示的接触部分146沿离开公差配合环140内部的方向径向向外突出。然而，应当认识到，本技术领域中已知的另一种构造包括带有向内突出的凸起表面，以及以交替方式连续向内和向外突出的凸起表面的公差配合环。
现有技术的公差配合环144的每个接触部分146具有一纵向延伸的、大致为菱形的截面形状，如图5所示，该图代表图4中沿线5-5的视图。更具体地说，图5的接触部分146包括一接触面150，该接触面与安装在公差配合环144周围的物体保持直接接触。
现在请参见图6，其中示出了现有技术的公差配合环144在安装或处理中展现的变形。变形导致公差配合环144的端部“扭曲”，藉此形成一略呈螺旋形的结构。另外的常见结构失效包括弯曲(卷边)、挠曲(拉伸)和弯折(图6中未示出)。这些和其它变形发生在公差配合环144的运送和处理的过程中、将公差配合环144安装在柱132的过程中或将致动器组件110放置在公差配合环144周围的过程中。箍强度不足是现有技术的公差配合环(例如144)结构失效的重要原因。
现在请参见图7，其中示出了具有增加的箍强度的公差配合环152的第一较佳实施例。与现有技术的公差配合环144一样，公差配合环152由一名义上为平面的材料片形成，并且包括若干接触部分146，所述接触部件均匀分开，并且从大致呈圆筒状的基板148处突出。每个接触部分146包括一接触面150，在致动器组件110的安装过程中，该接触面用于分布夹持轴承组件112的内套筒136所施加的力。尽管图7中描述了四个接触部分146，但应当理解的是，本发明包括另一种接触部分146的数量和构造。
公差配合环152还包括两个支架部分154，所述支架部分沿公差配合环152的圆周延伸。在图7描述的第一较佳实施例中，支架部分154包括周向延伸的脊，并且被设置成平行且极接近公差配合环152的顶部边缘156和底部边缘158。尽管描述了两个支架部分154，但应当理解的是，公差配合环152可以包括更少或更多的支架部分154。另外，本发明考虑到除平行于公差配合环152的顶部边缘156或底部边缘158以外的形成支架部分154的方式。例如，一单个支架部分154可以螺旋形地沿公差配合环152的圆周从顶部边缘156延伸到底部边缘158。同样较佳的是，在相同的生产步骤期间、使用相同的用于铰接公差配合环152上的平衡装置的构造材料制成支架部分154。
现在请参见图8，其中示出了沿图7中的线8-8的接触部分146和支架部分154的剖视图。从图8中可以看到，每个支架部分154或脊包括两个陡峭的侧面160，所述侧面互相相交在顶点162处。为了避免妨碍接触部分146的适当作用，顶点162不能向外延伸越过接触面150。也就是说，支架部分154的轮廓必须小于接触部分146的对应轮廓。
现在请参见图9，其中示出了具有另一支架部分164的公差配合环152的第二较佳实施例的立体图。在第二较佳实施例中，每个支架部分164包括一凸缘，该凸缘设置在顶部边缘156或底部边缘158处。当然，尽管图9中描述了两个支架部分164，但应当理解的是，本发明也包括使用一个支架部分164。较佳地是，在相同的生产步骤期间、用相同的用于铰接公差配合环152上的平衡装置的构造材料制成支架部分164。
现在请参见图10，其中示出了沿图9中的线10-10的接触部分146和另一种支架部分164或凸缘的剖视图。为了避免妨碍接触部分146施加的接触力的适当分布，支架部分164不能向外延伸越过接触面150。也就是说，支架部分164形成的轮廓必须小于接触部分146形成的轮廓。
现在请参见图11，其中示出了现有技术的公差配合环144(用曲线164表示)和根据本发明构成的公差配合环152(用曲线160表示)所展现的箍强度对照图。随着柱132的直径沿X轴170增加，相对于代表公差配合环144、152施加的力的Y轴绘制曲线164、166。通过将同样尺寸的公差配合环144、152配合在一系列直径递增的柱132周围，以便计算公差配合环144、152的相对箍强度。随着柱132的直径增加，装配好的公差配合环144、152施加的夹持力的数量也将增加。
曲线166和164的比较显示本发明的公差配合环152(由至少一个支架部分154、164构成)展现了比现有技术的公差配合环144更大的箍强度。改进的箍强度在夹持力的较低范围内尤其重要，过小的夹持力致使公差配合环松弛配合在柱132上。如上所述，在随后的致动器组件的安装过程中，松弛装配的公差配合环可能会阻塞或滑离其原先位置。
现在请参见图12，其中示出了现有技术的公差配合环144(用曲线172表示)和根据本发明构成的公差配合环152(用曲线174表示)所展现的抗变形的对照图。相对于变形轴176和力轴178绘制变形曲线172、174。
曲线172、174的比较显示公差配合环152(由至少一个支架部分154、164构成)展现了更大的抗变形，所述变形由诸如来自误操作或来自安装致动器组件110的外部作用力引起。尽管本发明的公差配合环152最终还是会变形(曲线174)，但显然初步变形发生在较大的作用力下，并且比现有技术的公差配合环144实现的变形更为平缓。应当理解的是，已经略微夸大了图11和12中的相应公差配合环144、152的比例和变形特征，以便更清楚地显示其间的差异。
鉴于上述情况，现在应当理解的是，本发明旨在提供一种公差配合环，该公差配合环在装配在固定柱的周围时提供增加的箍强度。另外，本发明的公差配合环在有作用力的情况下展现了增加的抗变形能力。
根据较佳实施例，公差配合环(例如152)具有一大致呈圆筒状的基部(例如148)，多个隔开的接触部分(例如146)从该基部径向延伸。每个接触部分具有一接触面(例如150)，该接触面在安装致动器组件(例如110)的过程中分布所施加的力。公差配合环152还包括一支架部分(例如154或164)，该支架部分沿基部148的圆周延伸。支架部分154、164的轮廓最好在名义上小于接触部分146的轮廓。
为修正权利要求起见，“用于增加箍强度的装置”应明确理解为对应于图7-10中的支架部分154、164，并且明确排除作为不等同结构的图2-6中的现有技术的结构。术语“箍强度”应理解为与叙述公差配合环响应处理或安装的抵制变形能力的先前讨论一致。
显然，本发明不仅很好地适合达到其固有的目的和优点，而且很好地适合达到上述目的和优点。尽管已经出于揭示目的描述了本较佳实施例，但作出的大量变化将容易地呈现在本技术领域中的熟练人士面前，并且所述变化包括在揭示的本发明的精神中以及限定在所附的权利要求中。
权利要求
1.一种围绕一轴线周向延伸的公差配合环，它包括一大致呈圆筒状的基部，所述基部沿轴线延伸一轴向长度，并且围绕轴线延伸一径向长度；多个隔开的接触部分，所述接触部分从所述基部突起一第一径向距离，其中，所述多个接触部分与所述基部协作，以机械方式使一第一构件的内表面与一第二构件的外表面相配合；以及一分离的支架部分，所述支架部分围绕轴线周向延伸，并且从所述基部突起一小于第一径向距离的第二径向距离，以使所述公差配合环的箍强度增加。
2.如权利要求1所述的公差配合环，其特征在于，所述支架部分包括一周向延伸的凸缘，所述凸缘设置在高度的顶部或底部界限处。
3.如权利要求1所述的公差配合环，其特征在于，所述支架部分包括一周向延伸的脊，所述脊具有两个陡峭部分相交形成的一顶点。
4.如权利要求3所述的公差配合环，其特征在于，周向延伸的脊设置在多个接触部分上方或下方的一选定距离处。
5.一种磁盘驱动器，它包括一基板；一主轴电动机，所述主轴电动机支承在所述基板上；一磁盘，所述磁盘支承在所述主轴电动机上，用于围绕一磁盘轴线旋转；一可移动的致动器组件，所述致动器组件枢转地支承所述磁盘附近的一磁头，所述致动器组件具有一带内表面的中心孔；一固定轴，所述固定轴支承在具有一外表面的基板上，并且限定一名义上与磁盘轴线平行的致动器轴线；以及一公差配合环，所述公差配合环压紧设置在所述内与外表面之间，以安装用于围绕轴旋转的致动器组件，所述公差配合环包括一大致呈圆筒状的基部，所述基部沿轴线延伸一轴向长度，并且围绕轴线延伸一径向长度；多个隔开的接触部分，所述接触部分从所述基部突起一第一径向距离，其中，所述多个接触部分与所述基部协作，以机械方式使内表面与外表面相配合；以及一分离的支架部分，所述支架部分围绕致动器轴线周向延伸，并且从所述基部突起一小于第一径向距离的第二径向距离，以使所述公差配合环的箍强度增加。
6.如权利要求8所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述支架部分包括一周向延伸的凸缘，所述凸缘设置在高度的顶部或底部界限处。
7.如权利要求8所述的磁盘驱动器，其特征在于，所述支架部分包括一周向延伸的脊，所述脊具有两个陡峭部分相交形成的一顶点。
8.如权利要求8所述的磁盘驱动器，其特征在于，周向延伸的脊设置在多个接触部分上方或下方的一选定距离处。
全文摘要
提供一种公差配合环(152)以围绕一第二构件(例如一柱(132))轴向支承一第一构件(例如一致动器夹持轴承组件(112))。将公差配合环构造成具有增加的箍强度以抵制处理和安装期间的变形。公差配合环具有一大致呈圆筒状的基部(148)，多个隔开的接触部分或波纹部(146)从该基部处延伸。一支架部分(154、164)从所述基部处周向延伸以增加公差配合环的强度。
文档编号F16C27/04GK1433509SQ00818867
公开日2003年7月30日 申请日期2000年10月13日 优先权日2000年2月9日
发明者N·F·米索, D·A·泽瓦尔德, I·L·琼斯, D·P·埃丁斯 申请人:西加特技术有限责任公司