专利名称：具有盘支承凸缘已获改善的心轴电机套筒的盘组组件的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及数据记录用盘驱动器，例如磁性记录硬盘驱动器(HDD)，更具体地 说，涉及安装成绕盘驱动器心轴电机旋转的盘组组件。
背景技术：
在磁性记录硬盘驱动器中，记录盘在安装至盘驱动器心轴电机的盘组组件上层 叠。心轴电机安装至盘驱动器基底，并使盘绕中心轴线旋转。支承磁性记录读/写头的气 承滑块(air-bearing slider)与各盘面相关联。每个滑块通过悬架和致动器臂部连接至 旋转致动器。在随着盘的旋转而在滑块及其相关联的盘面之间生成的气承将各滑块支承为 紧邻且几乎接触其相关联的盘面的同时，致动器使各滑块移动跨越其相应的盘面。滑块与其相关联的盘面之间的距离称作“飞行高度”。虽然每个滑块的飞行高度根 据盘径而变化，但对于跨越其相关盘面的所有滑块来说，重要的是所有滑块的飞行高度行 为均是相对可预测和稳定的。这要求所有盘面尽可能平整。盘组组件包括大致呈圆筒形的套筒(hub)，该套筒安装至心轴电机，以绕心轴电机 的中心轴线旋转。套筒包括径向延伸的凸缘。盘在凸缘上层叠，盘间具有分隔环，以允许滑 块能够访问其相应的盘面。盘夹持器固定至套筒，并将盘组和分隔环夹持至凸缘。盘组组 件中被夹持的盘经常表现出“锥形化(coning)”或“杯形化(cupping)”现象，即盘面略呈 锥形形状，而不是完全平整。锥形化是不希望发生的，因为它会影响滑块的飞行高度，并且 会妨碍不同盘面上的滑块在其相应盘面上的各处具有大致相同的飞行高度行为。随着更薄 的盘投入使用以适应更小型化的盘驱动器，锥形化效果变得更加显著。锥形化程度与夹持 力的大小有关。即使盘组组件设计成具有推测上最佳的夹持力以使锥度最小化，也难以在 制造时将夹持力控制在一个很窄的范围内，因此盘组组件可能生成未知的和也许不能被接 受的锥度。
发明内容
需要这样一种盘组组件，其中盘呈现出最小的锥度，并且能够在无需精确控制夹 持力的情况下制造组件。本发明涉及用于硬盘驱动器的改善了的盘组组件。该盘组组件包括大致呈圆筒形 的套筒，该套筒具有凸缘，该凸缘具有向下倾斜的锥形表面，即该锥形表面在组件安装到心 轴电机上时，朝向盘驱动器基底。该锥形凸缘表面在径向内侧圆形脊线(ridge)与径向外 侧圆形边缘(edge)之间被限定出。盘组中最下面的盘与凸缘的内侧圆形脊线接触。该盘 组组件还包括盘夹持器，该夹持器的接触表面的接触棱线(contact rim)与盘组中最上面 的盘的径向内部或者分隔环的径向内部接触。夹持器接触棱线与套筒中心轴线之间的径向 距离大致等于凸缘的圆形脊线与该中心轴线之间的径向距离，以使夹持力在盘上的施加位 置靠近盘组被锥形凸缘表面所支承的区域。该盘组组件对于盘组中的所有盘表现出预想不到的最小盘锥度。此外，盘组中的
4盘在一个较大的夹持力范围内表现出极小的锥度波动。这实现了制造时间和成本的降低， 因为不必精确控制夹持力，并且无须对每个制得的盘组组件进行锥度测量。为了更全面地理解本发明的性质和优点，需要参考以下详细描述和附图。
图1是传统硬盘驱动器的头/盘组件的俯视图；图2是沿图1中的方向2-2所取的盘的一部分和滑块的放大端视图；图3是支承具有双盘的盘组的传统硬盘驱动器心轴电机的立体剖视图；图4是去除盘和分隔环后的现有技术的套筒和盘夹持器的半边截面图；图5是去除盘和分隔环后的本发明的套筒和盘夹持器的半边截面图；图6是本发明的套筒的剖切透视图，示出了具有负斜率的锥形凸缘表面；图7是具有单盘的现有技术盘组组件以及本发明盘组组件的、对于单盘的盘锥度 值随夹持力变化的比较图；图8是具有双盘的现有技术盘组组件以及本发明盘组组件的、对于上盘的盘锥度 值随夹持力变化的比较图；图9是本发明的具有单盘的盘组组件的半边截面图；图10是本发明的具有双盘的盘组组件的半边截面图。
具体实施例方式图1是硬盘驱动器(HDD) 10的头/盘组件在移除盖体后的俯视图。盘驱动器 10包括支承心轴电机(未示出)的刚性基底12，所述心轴电机具有中心旋转轴线13，并 支承一张盘或一组盘，例如具有顶面16a的顶盘16。所述盘，通常是由铝/镁合金或陶 瓷材料形成的刚性盘，安装在心轴电机套筒(未示出)上并通过夹持器14固定到该套 筒。所述盘通过心轴电机沿弯曲箭头19所示的方向旋转。硬盘驱动器10具有至少一个 装载梁组件(loadbeam assembly) 20，所述装载梁组件20具有集成前置悬架(integrated leadsuspension)或挠性部30，所述挠性部30具有由导电的互连迹线或线形成的阵列32。 装载梁组件20安装至刚性臂22，刚性臂22连接至E形支承结构件24 (又称作E形部24)。 每个挠性部30安装至气承滑块28。磁性记录读/写头29位于滑块28的端面或后表面 (trailing surface) 25。挠性部30使滑块28能够在旋转的盘16所生成的气承上“俯仰 (pitch)”和“摇摆(roll)”。通常是一个装载梁组件和滑块与一个盘面相关联。硬盘驱动 器10还包括旋转致动器组件40，旋转致动器组件40安装至刚性基底12并具有枢轴点41。 致动器组件40是包括固定至基底12的磁体组件42和音圈43的音圈电机(VCM)致动器。 当被控制电路(未示出)通电时，音圈43发生移动，从而使E形部24以及与之相连接的臂 部22和装载梁组件20旋转，以将读/写头29定位到盘上的数据轨道。迹线互连阵列32 在一端连接至读/写头29，而在另一端连接至容纳在固定于E形部24 —侧的电模块或芯片 50中的读/写电路。芯片50包括读取前置放大器和写入驱动器电路。图2是滑块28的放大端部视图和沿图1中的方向2-2所取的盘16的截面图。读 /写头29形成为沉积在滑块28的后表面25上的一系列薄膜。通常，在读/写头29上沉 积一层绝缘材料，例如氧化铝，用作滑块28的外表面。读/写头29与端子垫31相连接。端子垫31连接至挠性部30上的迹线阵列32，以电连接至芯片50(图1)中的读取前置放 大器和写入驱动器。滑块28安装至挠性部30，并具有与盘面16a相对的气承表面(ABS， air-bearingsurface) 27和与气承表面27大致垂直的端面或后表面25。气承表面27使来 自旋转的盘16的空气流生成气承，该气承支承滑块28，使之紧邻或几乎接触盘16的表面 16a。气承表面27与表面16a之间的距离称作“飞行高度”。虽然每个滑块的飞行高度根据 盘径而变化，但对于横跨相关盘面的所有滑块来说，重要的是所有滑块的飞行高度行为是 相对可预测和稳定的。这要求所有盘面尽可能平整。图3是支承具有两张盘16、17的盘组的传统硬盘驱动器心轴电机50的立体剖视 图。心轴电机50安装于硬盘驱动器基底12(图1)，并具有转子部51和定子部52，转子部 51具有中心旋转轴线13，定子部52包括电线圈。传统的心轴电机套筒60安装至转子部 51。套筒60包括磁体53，磁体53安装至套筒60的内部，与定子部52相对。套筒60具有 支承下盘17的凸缘61。分隔环80位于下盘17的径向内部上，并与上盘16的径向内部接 触。盘夹持器14 一般通过拧入套筒60的孔68中的螺纹件(未示出)安装至套筒60，并且 使夹持面15与上盘16的盘面16a接触。盘夹持器14向盘施加夹持力，以将盘组固定在套 筒凸缘61与夹持面15之间。套筒、分隔环和夹持器通常由不锈钢或铝合金形成。分隔环 也可由陶瓷材料形成。盘组中被夹持的盘经常表现出“锥形化(coning) ”或“杯形化(cupping) ”现象， 即盘面略呈锥形形状，而不是完全平整。当夹持器的夹持面接触点的半径不等于盘与套筒 凸缘发生接触的接触点的半径，致使夹持力在盘上生成转矩时，可能发生锥形化。此外，夹 持力还能使凸缘向下和/或径向向内发生弯曲，这也引起锥形化。锥形化是不希望发生的， 因为它会影响滑块的飞行高度，并且会妨碍不同盘面上的滑块在其相应盘面上的各处具有 大致相同的飞行高度行为。随着更薄的盘投入使用以适应更小型化的盘驱动器，锥形化效 果变得更加显著。锥形化程度与夹持力的大小有关。即使盘组组件设计成具有推测上最佳 的夹持力以使锥度最小化，也难以在制造时将夹持力控制在一个很窄的范围内，因此盘组 组件可能生成未知的和也许不能被接受的锥度。图4是去除盘和分隔环后的现有技术的套筒60和盘夹持器14的半边放大截面 图。套筒60具有凸缘61，凸缘61具有凸缘表面62。在一般现有技术套筒中，凸缘表面是 平整的。在图4的现有技术套筒中，凸缘表面62在径向内点63与径向外点64之间被限定 出，点64高于点63，即点64在轴向方向上更靠近夹持器14。在图4的截面图中，点63、64 是圆上的点，因此表面62是绕套筒60的周缘延伸的锥形部。限定出锥形凸缘表面62的径 向内圆和外圆位于距套筒60的中心轴线为相应径向距离的地方，由凸缘内径(Rfid)和凸缘 外径(RfJ示出。径向外点64比径向内点63高出距离Zh，即比径向内点63更靠近盘夹持 器14的距离为Zh。因此，在夹持前，当盘位于凸缘61上时，径向外点64表示为与下盘的接 触点。然而，点64只是绕凸缘61延伸且用作下盘的接触脊线的圆形脊线上的一个点。夹持 器14具有大致弯曲的夹持面，夹持器接触点15是该夹持面的最低部，与上盘接触(或者， 如果组中只有一张盘，则与分隔环接触)。夹持器接触点15实际上是绕夹持器14延伸并用 作夹持器接触棱线的圆形棱线或环上的一个点。夹持器接触点15距中心轴线13的径向距 离由夹持器接触棱线的半径(Rra)示出。夹持器14在接触棱线(由接触点15示出)处向 盘组施加夹持力(表示为箭头18)。例如，对于直径为65mm的盘的盘组，A R (即Rra-RFID)约为1mm，Zh约为+3微米，则凸缘表面62的正斜率(Zh/ A R)约为+0. 003。此夕卜，RCCE位于 Rfid与Rfqd之间，并且比Rfqd约小0. 5mm或0. 5mm以上，以便夹持力不会直接施加到与接触 点64所示的接触脊线重合的地方。通过凸缘和夹持器的这种现有技术设计，认为凸缘表面 62的正斜率会使接触点从点64有效地沿径向向内移动，并抵消凸缘61的任意弯曲，因此被 夹持的盘的表面会变得平整，而基本上没有锥度。图5是去除盘和分隔环后的本发明的套筒160和盘夹持器114的半边放大截面 图。套筒160具有凸缘161，凸缘161具有凸缘表面162，凸缘表面162向下倾斜，即远离夹 持器114。凸缘表面162在径向内点163与径向外点164之间被限定出。在图5的截面图 中，点163、164是圆上的点，而表面162是绕套筒160的周缘延伸的锥形部。这在图6中示 出，图6是套筒160的剖切透视图。限定出锥形凸缘表面162的径向内圆和外圆位于距套 筒160的中心轴线113为相应径向距离的地方，由凸缘内径(Rfid)和凸缘外径(RfJ示出。 径向外点164比径向内点163低出距离Zh，即距盘夹持器114远出距离Zh。因此，在夹持 前，当盘位于凸缘161上时，径向内点163表示为与下盘的接触点。然而，点163只是绕凸 缘161延伸并用作下盘的接触脊线的圆形脊线上的一个点。点164是绕凸缘161延伸并用 作锥形凸缘表面162的径向外缘的圆形边缘上的一个点。夹持器114具有夹持面，其接触 点115与上盘接触(或者，如果组中只有一张盘，则与分隔环接触)。夹持器接触点115实 际上是绕夹持器114延伸并用作夹持器接触棱线的圆形棱线或环上的一个点。夹持器接触 点115距中心轴线113的径向距离由夹持器接触棱线的半径(Rra)示出。夹持器114在接 触棱线(由接触点15示出)处向盘组施加夹持力(表示为箭头118)。此外，在本发明的盘 组组件中，约等于Rfid，即接触脊线的径向位置，因此与图4的现有技术相比，夹持力施 加在非常靠近接触脊线的地方。例如，对于直径为65mm的盘的盘组，RF0D = 14. 475mm, RFID =13. 600mm, RCCE = 13. 625mm,而Zh约为-3微米。在本例中，RCCE与RFID优选位于彼此的 0.25mm范围内。因此，AR为0.875mm。对于约为1mm的A R，Zh可位于-1到-10微米之 间，则凸缘表面162的负斜率(Zh/ A R)约为-0. 001到-0. 010之间。Zh优选在-2到-4微 米之间，以使凸缘表面162的负斜率(Zh/ A R)约在-0. 002到-0. 004之间。以本发明的套筒160和夹持器114(图5)制得的盘组组件表现出意想不到的最小 盘锥度，并且相对于套筒60和夹持器14 (图4)的现有技术盘组组件具有显著的、意想不到 的进步。图7是具有单张盘的现有技术盘组组件以及具有单张盘的本发明盘组组件的、单 张盘的盘锥度值与夹持力之间的函数关系图。盘锥度值(图7中以微米给出)是盘面在 盘外径(0D)处与盘内径(ID)处的零基准相比，高出或低出的轴向高度的度量。图7中， 曲线201代表凸缘表面具有约为+0. 003 (Zh = +3微米)的正斜率时的现有技术的盘锥度， 其中盘组组件具有约为700牛顿(N)的最佳设计夹持力。因此，如果所有盘均精确地以该 大小的夹持力制得，则盘锥度值将为可接受的-1微米。然而，已知的是在制造期间夹持力 与最佳设计值相比，变化可达50%，因此曲线201示出了在从350N 1050N的范围内，锥 度值可在约_5微米到约+5微米的范围内变化。对比之下，曲线202代表凸缘表面具有约 为-0.003 (Zh =-3微米)的负斜率时的本发明盘组组件的盘锥度。曲线202示出了随夹 持力的变化，锥度值波动极小。实际上，即使在大于350N 1050N的范围内，锥度值也小于 +1微米。因此，图7表明了本发明不但能得到改善的盘组组件，而且还能降低制造成本，因 为不必精确控制夹持力，并且不需要用于测量每个制得的盘组组件的锥度的时间和工具。
图8，与图7类似，示出了具有两张盘的现有技术盘组组件的上盘的锥度值(曲线 301)、以及具有两张盘的本发明盘组组件的上盘的锥度值(曲线302)。图8表明本发明的 双盘组件中的上盘在锥度值波动上具有与图7的单盘组件类似的改善。图9是本发明具有单盘的盘组组件的半边截面图，示出了套筒160以及凸缘161、 盘116、分隔环180和具有夹持接触点115的夹持器114。在图9的单盘组件中，分隔环 180是可选的特征件，因为夹持器114能够设计成使其接触表面115直接与单盘116的顶 面116a接触。图10是本发明具有双盘的盘组组件的半边截面图，示出了位于凸缘161上 的第二盘或下盘117、以及位于分隔环180与夹持器114之间的上盘116。当然，本领域的 技术人员应该明白，本发明的盘组组件可具有两个以上的盘。虽然上面参考优选实施例具体图示并描述了本发明，但本领域的技术人员应该明 白，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可做多种变化。因此，上述实施例只起示例作 用，本发明的范围应以所附权利要求书来界定。
权利要求
一种盘组组件，用于安装至具有旋转轴线的盘驱动器心轴电机，该组件包括心轴电机套筒，具有中心轴线和外圆柱面，当所述心轴电机套筒安装至所述心轴电机时，所述中心轴线与所述心轴电机的轴线重合；凸缘，从所述套筒的外圆柱面伸出以支承盘，并且具有由径向内侧圆形脊线和径向侧外圆形边缘限定出的大致呈锥形的表面；盘，其径向内部位于所述凸缘上并与所述脊线接触，由此所述凸缘的锥形表面沿径向向外的方向偏离所述盘；盘分隔环，位于所述盘的径向内部上；和夹持器，安装至所述套筒，并具有用于夹持所述分隔环和盘的夹持面。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述径向内侧圆形脊线与所述径向外侧圆形边缘 之间的径向间距为AR，所述径向内侧圆形脊线与所述径向外侧圆形边缘之间的轴向间距 为4，并且斜率zh/ A R位于-0. 001到-0. 01之间。
3.如权利要求2所述的组件，其中，所述斜率Zh/A R位于-0. 002到-0. 004之间。
4.如权利要求1所述的组件，其中，所述夹持器的夹持面具有夹持器接触棱线，该夹持 器接触棱线与所述套筒的中心轴线之间的径向距离大致等于所述凸缘的径向内侧圆形脊 线的径向距离。
5.如权利要求1所述的组件，其中所述盘是第一盘而所述分隔环是第一分隔环；还包 括径向内部位于所述第一分隔环上的第二盘。
6.如权利要求1所述的组件，其中所述盘是直径为65mm的盘；所述径向内侧圆形脊 线与所述夹持器的夹持面沿轴向分开；并且所述径向外侧圆形边缘与所述夹持器的夹持面 沿轴向分开，且分开距离比所述径向内侧圆形脊线与所述夹持器的夹持面之间的轴向间距 大2到4微米。
7.如权利要求6所述的组件，其中，所述夹持器的夹持面具有夹持器接触棱线，该夹持 器接触棱线距所述套筒的中心轴线为径向距离，所述径向内侧圆形脊线距所述套筒的 中心轴线为径向距离Rfid，并且R^rR 的绝对值小于0. 25mm。
8.一种磁性记录硬盘驱动器，包括 基底；心轴电机，安装至所述基底，并具有定子和转子；如权利要求1所述的盘组组件，其中所述心轴电机套筒安装至所述心轴电机的转子； 气承滑块，被维持在所述盘的表面附近，并支承读/写头；和 致动器，安装至所述基底，并连接至所述滑块，以使所述滑块移动跨越所述盘的表面。
9.一种硬盘驱动器盘组组件，包括套筒，具有外圆柱面，该圆柱面以套筒的中心轴线为中心；凸缘，从所述套筒的外圆柱面伸出，并且具有由径向内侧圆形脊线和径向侧外圆形边 缘限定出的大致呈锥形的表面；盘，其径向内部位于所述凸缘上并与所述凸缘的径向内侧脊线接触，由此所述凸缘的 锥形表面沿径向向外的方向偏离所述盘；和夹持器，安装至所述套筒以夹持所述盘，并具有夹持器接触棱线。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述径向内侧圆形脊线与所述径向外侧圆形边缘之间的径向间距为AR，所述径向内侧圆形脊线与所述径向外侧圆形边缘之间的轴向间距 为Zh，并且斜率Zh/ A R位于-0. 002到-0. 004之间。
11.如权利要求9所述的组件，其中，所述夹持器接触棱线与所述套筒的中心轴线之间 的径向距离大致等于所述凸缘的径向内侧圆形脊线与所述套筒的中心轴线之间的径向距罔。
12.如权利要求9所述的组件，其中，还包括位于所述盘的径向内部与所述夹持器之间 的分隔环，并且所述夹持器接触棱线与所述分隔环接触。
13.如权利要求9所述的组件，其中所述盘是第一盘；还包括位于所述第一盘的径向 内部上的分隔环、和径向内部位于所述分隔环上的第二盘；并且所述夹持器接触棱线与所 述第二盘的径向内部接触。
14.如权利要求9所述的组件，其中所述盘是直径为65mm的盘；所述径向内侧圆形脊 线与所述夹持器接触棱线沿轴向分开；并且所述径向外侧圆形边缘与所述夹持器接触棱线 沿轴向分开，且分开距离比所述径向内侧圆形脊线与所述夹持器接触棱线之间的轴向间距 大2到4微米。
15.如权利要求14所述的组件，其中，所述夹持器接触棱线距所述套筒的中心轴线为 径向距离，所述径向内侧圆形脊线距所述套筒的中心轴线为径向距离Rfid，并且Rra-RFID 的绝对值小于0. 25mm。
全文摘要
本发明涉及盘组组件、硬盘驱动器和硬盘驱动器盘组组件。本发明的用于硬盘驱动器的改善了的盘组组件包括大致呈圆筒形的套筒，该套筒具有凸缘，该凸缘具有向下倾斜的锥形凸缘表面。该锥形凸缘表面在径向内侧圆形脊线与径向外侧圆形边缘之间被限定出。盘组中最下面的盘与凸缘的内侧圆形脊线接触。该盘组组件还包括盘夹持器，该夹持器的接触表面的接触棱线与盘组中最上面的盘的径向内部或者分隔环的径向内部接触。夹持器接触棱线与套筒中心轴线之间的径向距离大致等于凸缘的圆形脊线与该中心轴线之间的径向距离，以使夹持力在盘上的施加位置靠近盘组被锥形凸缘表面所支承的区域。
文档编号G11B17/022GK101833964SQ20091026633
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年3月11日
发明者哈米德·塞尔海扎德, 安东尼·古延, 安德鲁·汉隆, 黄富盈, 黄立独 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司