专利名称：磁盘驱动系统的双叉空气轴承致动组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于磁盘驱动系统上致动器的轴承，尤其结构紧凑的致动器的空气轴承。
在磁盘驱动数据存贮系统中，需要通过致动机构传感器或磁头精确地设置于磁盘上方。这些致动器必须能够完成高精度运动，同时尺寸又要非常紧凑。
在众多的磁盘驱动系统中，通常在线性致动器中使用球轴承组件。这些球轴承组件一般有较多的须仔细组装的部件。即使是由良好组件组成的球轴承，其自身也常常具有能给致动器带来震动的缺陷。
使用球轴承的另一个问题是会污染磁盘驱动环境。使用球轴承时，会有细小颗粒被磨损掉。这些细小颗粒会妨碍磁盘的读与写。轴承的润滑剂也会导致污染。
致动系统中也试用过空气轴承。实际上空气轴承无摩擦并且污染很小。但通常空气轴承致动器相当笨重。其次由于现有技术中的空气轴承致动器要求很严的配合公差，因此很难组装。
因而需要易组装、部件少、结构紧凑的空气轴承。
为实现上述目的根据本发明，致动器包括一个带槽的定子，安装在定子框架上。定子的开槽端恰好设置在磁盘驱动叠层直径外边缘之外。定子由连接装置与框架连接，该装置能使定子相对框架做旋转、轴向及横向位移，而不会改变定子的关键尺寸。
空气轴承的滑动件或套筒安在定子上并沿定子滑动。定子有空气通道，能使压缩空气进入滑动件和定子之间的空间，以形成空气轴承。滑动件内表面的腔室能使空气均匀分布。一个传感器臂组件连接在滑动件上，以使滑动件完全缩回时，臂组件能置于定子的槽中。
参见下述说明及附图，就能更好地理解本发明的性质及优点。
图1是本发明致动器部分的透视图。
图2是本发明定子和滑动件的顶视图。
图3是本发明定子和滑动件的侧视图。
图4是沿图2和图3中4-4线所取的定子和滑动件的剖视图。
图5是沿图2和图3中5-5线所取的定子和滑动件的剖视图。
图6是本发明致动器第1实施例的顶视图。
图7是图6中致动器的端视图。
图8是本发明致动器第2实施例的顶视图。
图9是图8中致动器的端视图。
图10是本发明另一种定子的透视图。
图11是本发明定子另一实施例的透视图。
图12是本发明定子另一实施例的透视图。
图1是本发明致动器组件的一部分的透视图，该部分用件号10表示。在所示实施例中，定子12可以是矩形，并且一端开有槽14。该定子12用陶瓷的、复合的或金属的材料制成。绕定子12的外表面设有许多小孔16。诸通道能使适当的气流如空气通过小孔16，从而使定子12的外表面成为空气轴承表面。
滑动件20呈矩形，将其与定子12套配后，仅在滑动件20和定子12的空气轴承表面留有大约500微吋的小间隙。所示的滑动件20被剖去一部分22，因此能看到开槽部分14和小孔16。
最好用真空压缩法，用玻璃制成滑动件20。该件20在一个精密的型芯上真空压缩制成，因此使滑动件20的大小能精确地套在定子12上，仅留下空气轴承需要的最小间隙。真空压缩工艺可以低成本生产精确的部件。
在滑动件20的一端装有传感器臂组件30。组件30包括多个叠集的传感器臂32，各臂都有相应的传感器34。传感器臂组件30的大小刚好能容纳在槽14内。臂32可以在数据存贮磁盘叠层之间滑动。磁盘叠层底盘40的轮廓在图中示出。
图2表示图1中定子12和滑动件20的顶视图。定子12的上表面有3个小孔16，下表面也有三个对应的小孔16(未示出)。滑动件20内表面有多个空气室50。每个气室50都和一个小孔16对应并位于该孔上方。气室50的形状是这样决定的，即不论滑动件20移动至其运动范围中的任何位置，气室50的一部分都处于小孔16的上方。图中用箭头54表示出滑动件20一端52的移动范围。
图3是定子12和滑动件20的侧视图。定子12的每侧都有一对小孔16。滑动件20的每侧各有一对相应的气室50。
图4是图2和图3所示定子12和滑动件20的剖视图。定子12有一对中心通道60，它能将空气送入支通道62，接着再送至小孔16。空气注入滑动件20的气室50中。结果围绕定子12的外表面形成空气轴承的各面。定子12顶角是倒角，形成排气长孔70。长孔70的尺寸这样决定，即在操作中，长孔70内的气压大致等于大气常压。这将沿气室50中各边保持均匀的压降。
图5表示出图2和图3中定子12和滑块20的不同部位的剖视图，并表示出通道60，62和小孔16设置情况。
图6和图7分别是一个致动器组件第1实施例的顶视和端视图，组件由通用件号100表示。定子框架102由3个支柱104固定地安装在磁盘驱动系统上。框架102是矩形。框架102的端部105贴近磁盘叠层106的外边缘。框架102可用铝材制成。框架102有通道108，其形状可以容纳定子110的第1端。定子110在通道108内用环氧树脂粘接，压紧配合或以其它适当方式刚性地固定在框架102上。滑动件112套在定子110上。定子110和滑动件112与图1中的定子12和滑动件20相类似。定子110也开有槽116以容纳与图1中的组件30类似的传感器臂组件(未示出)。
开槽部分116将定子110分成第1臂部分118和第2臂部分120。框架102有第1延伸部分122，沿磁盘叠层106的外边缘切向延伸。第2延伸部分124与延伸部分122相对方向延伸，并且也沿磁盘叠层106的外边缘切向延伸。第1接板140连接延伸部分122和臂118的一端。第2接板连接延伸部分124和臂120的一端，接板140和142由不锈钢制成。接板140和142的厚度和长度这样确定，即要能够弯曲以调节定子110和框架102沿定子110轴线150方向上的热膨胀之差。滑动件112的端部152在由箭头154表示的范围之内移动。
图8和图9分别为一个致动器组件第2实施例的顶视和端视图，该件的通用件号为200。定子框架202由3个支柱204固定地安装在磁盘驱动系统上。框架202呈矩形。框架202的一端205贴近磁盘叠层206的外边缘。框架202可以用铝材制成，它有通道208，其大小可以容纳定子210的一端。框架202有伸进通道208中的销214。定子210有一个容纳销214的锥孔216。图中框架202和定子210的一部分被剖开表示，以便更清楚地表示销214和锥孔216。
滑动件220套在定子210上。定子210和滑动件220分别与图1中的定子12和滑动件20相类似。
定子210有开槽部分222，用以容纳与图1中组件30相类似的传感器臂组件(未示出)。开槽部分222将定子210分为第1臂部分230和第2臂部分232。框架202有一个第1延伸部分240，该件沿磁盘叠层206的外边缘切向延伸。第2延伸部分242，与第1延伸部分240反方向，沿磁盘叠层206的外边缘切向延伸。
臂230由第1连接件250与延伸部分240相连接。该连接件250包括一个不锈钢接板252，该接板可在两处弯曲。第1部分254沿延伸部分240顶端平置。一个压紧片256用多个螺钉将第1部分254压紧在延伸部分240上。接板252的第2部分260在延伸部分240的一边261处相对于第1部分254向下弯曲90°。252的第3部分262在一边263处相对第2部分260侧向弯曲90°。第3部分262由隔板270连接在臂230上。延伸部分240有一个倾斜端面272，使边261构成一个锐角。连接件250通过沿边261弯曲，能允许定子210相对框架202横向运动。连接件250沿边263弯曲，能允许定子210相对框架202沿轴274轴向运动。
第2连接件280将臂232与延伸部分242相连接。连接件280包括一个不锈钢接板282，在第1端处与延伸部分242连接。接板282的第2端焊有一个不锈钢球轴承284。臂232有一个锥孔290，可容纳球284。臂232的一部分被剖开，就可以看见开口284。连接件280和销214使定子210相对框架202沿轴274转动。接板282能够弯曲以适应定子210相对框架202沿轴274的轴向运动。箭头294代表滑动件220的一端296的运动范围。
尽管图1中的定子12是矩形断面，定子12还可以取其它合适的形状。
图10表示本发明定子300的另一个实施例的透视图。该定子300虽然呈六边形截面，但仍与图1中的定子12类似。
图11是本发明定子400的另一实施例的透视图。尽管该定子400具有非矩形的平行四边形截面，但仍与图1中的定子12类似。
图12是本发明定子500的另一实施例的透视图。尽管它有四边形截面，但仍与图1中的定子12类似。开槽部分502的形状是垂直平面由各角的连接线围成。本发明还可以有其它各种形状的定子。
本发明的操作也清楚了，下面看图1-5。定子12的通道60与适当气体如空气的压力源相连，使大约2磅/吋2压力的空气能进入滑动件20的各气室50中。尽管将2磅/吋2的压力用于优选实施例中，但其它压力值也是可用的。最佳压力应足以在滑动件20和定子12之间形成空气轴承。较低压力就以下两个原因是有益的。首先，较低压力需要较低成本的压缩空气源。其次，较低的压力提供稳定效应，它能使滑动件20平稳地套在定子112上。较高压力可以增加系统的刚性，但降低稳定效果。
当空气轴承沿定子12运动时，各气室50以及空气轴承随滑动件20运动。从滑动件20看，不论滑动件20处于何位置，支持力始终在同一位置。这种稳定性更有助于提供平稳移动运行。相反，如果没有气室50，滑动件20在移动的每个时刻，其支持力的位置都会起变化(即小孔16相对滑动件20会处于不同位置)，这将导致滑动件20位置的意外的横向偏移。
定子12的开槽部分14在定子完全缩回时能在定子12中容纳传感器臂组件30。这使致动器有相当紧凑的结构。还能使定子12一直延伸至磁盘叠层外径边缘处。这使滑动件20和臂组件30得到最好的支撑。无须在磁盘之间延伸定子(这要求磁盘间留有较大空间)，即可提供这种支撑，由此即可减少每层磁盘的数量。
使用玻璃滑动件20还有诸多优点。玻璃重量较轻，因此可以增加致动器速度。另外，使用玻璃能用真空压缩工艺生产滑动件。该工艺能以较低成本生产高精度部件。
再看图6和图7。操作时，磁盘驱动系统的内部温度可以从室温变至华氏140°温度或更高。这可能导致框架102相对定子110沿轴线方向膨胀。如发生这类膨胀，接板140和142会挠曲以适应这种轴向膨胀。通过适应定子110的这种轴向运动，避免了定子110的变形。这是最重要的一点，因为空气轴承要求保持在定子110和滑动件112之间的间隙约为500微吋。甚至臂118或120的微小变形都会导致滑动件112粘连。
再看图8和图9。框架202可以相对定子210横向移动。为避免定子210的变形，连接件250允许出现这种横向运动。连接件250能够沿边261弯曲以吸收横向运动。该连接件250还通过沿边263弯曲和挠曲接板282适应轴向运动。
框架202也可以承受相对定子210微小的轴向转动。连接件280有一个球与座型的连接，它与销214配合允许这种转动运动。
由于参照优选实施例已对本发明做了表示与描述，因此技术人员能明白，在本发明构思及范围内，可以有各种变化。另外，本发明除了权利要求书之外，不应视为还受到其它限制。
权利要求
1.一个致动器组件其特征在于它包括一个定子，该定子有气体轴承表面，定子上有一开槽部分；一个滑动件，其尺寸能套在定子上，以使其沿气体轴承表面作线性运动；还有一个传感器臂组件安装在上述滑动件上，并且其尺寸能容纳在上述开槽部分中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于定子的上述气体轴承表面有多个小孔，将气体引到上述气体轴承表面;滑动件相应每个上述小孔有一个气室，使每个小孔中的气体不论滑动件在任何位置上都充满每个气室。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于定子框架有安装定子用的连接装置，该装置不会干扰滑动件的运动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于连接装置允许框架绕轴线转动，而不会使定子变形。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于连接装置允许框架和定子相互轴向运动，而不会使定子变形。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于连接装置允许框架和定子相互横向运动，而不会使定子变形。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于滑动件由玻璃制成。
8.一个数据存贮磁盘驱动系统，其特征在于一个数据存贮磁盘至少包括一个表面，该表面上有许多用于存贮信息的磁路;一个致动器组件能相对磁盘确定传感器臂组件的位置;上述致动器组件包括一个有气体轴承表面的定子，该定子上有开槽部分;一个滑动件，其尺寸能合适地套在定子上，以使其沿上述气体轴承表面作线性运动;和一个传感器臂组件安装在上述滑动件上，其尺寸合适地容纳在上述开槽中。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于定子在上述气体轴承表面上有多个小孔，用以将气体传送至上述气体轴承表面;和滑动件对应上述每个小孔有一个气室，使每个上述小孔传出的气体在不论滑动件处于任何位置时都充满每个气室。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，一个定子框架有连接装置用以安装定子，该装置不会干涉滑动件的运动。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于连接装置允许框架轴向转动而不会使定子变形。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于连接装置允许框架和定子相互间轴向运动，而不会使定子变形。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于连接装置允许框架和定子相互横向运动，而不会使定子变形。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，滑动件用玻璃制成。
15.一个致动器组件其特征在于一个定子有气体轴承表面，并有予定的截面，定子有一开槽部分;一个滑动件其尺寸适于套在定子上，以使其沿上述空气轴承表面运动，上述滑动件对于予定截面，有辅助的形状，以在上述滑动件与上述定子和气体轴承表面之间留有小的予定间隙;和一个传感器臂组件连接到上述滑动件上，并且其尺寸适于容纳在上述开槽部分中。
全文摘要
一个致动器包括一个开槽定子，该定子安装在定子框架上，定子由连接装置连接在框架上，并允许定子相对框架旋转、轴向或横向运动，而不会改变定子形状。定子有一空气轴承外表面，以容纳一个滑动件。磁头臂组件安装在滑动件上，当滑动件完全缩回时，磁头臂组件可以完全容纳在定子槽中。
文档编号G11B21/02GK1055984SQ9110162
公开日1991年11月6日 申请日期1991年3月18日 优先权日1990年4月18日
发明者罗伯特·布林赫斯特·沃特勒斯 申请人:国际商业机器公司