專利名稱：帶有保證磁盤/輪轂同心度的裝置的磁盤存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁盤存儲器領(lǐng)域，更具體地涉及在磁盤存儲器內(nèi)部溫度變化時保證記錄磁道與磁盤電機的轉(zhuǎn)軸保持同心的裝置。
磁盤存儲器設(shè)計的趨勢總是面向更高的磁道密度以允許在一片單一的磁盤上記錄更大量的信息。在一般類型的磁盤存儲器中，若干數(shù)量的磁盤片組成一個疊片組而在各盤片之間則放有墊片。然后，將這一磁盤疊片組支承在一個平面上，例如從輪轂徑向伸出的架子，使之圍繞通過磁盤電機軸的一條軸旋轉(zhuǎn)。一個軸向作用力將磁盤疊片組夾緊定位。在這種磁盤驅(qū)動器中，重要的一點是，一旦在各磁盤或一片專用的伺服磁盤上寫入信息時，保證磁盤盡可能小地偏離旋轉(zhuǎn)軸的中心，或者根本沒有偏離。
在磁盤片與支承它們的輪轂部分是用具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成的磁盤存儲器中，在熱循環(huán)中的不同膨脹在輪轂與磁盤片的邊界上產(chǎn)生巨大的力。當(dāng)熱膨脹力變大時，夾緊載荷所產(chǎn)生的摩擦力便不足以克服膨脹力而磁盤片可能徑向移位。這一移動通常是無法預(yù)測其大小與方向的，並且有可能使磁盤片離開其轉(zhuǎn)動軸。造成的磁道偏心將導(dǎo)致已經(jīng)在磁盤上的數(shù)據(jù)成為無法檢索的。
在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)描述過若干意在解決這一問題的努力。
英國2163525號專利描述了一種位于最低的磁盤片與輪轂凸緣(凸緣與盤片具有不同的熱膨脹系數(shù))之間的由MYLAR(注冊商標(biāo))(聚酯樹脂)制成的墊片。溫度改變造成盤片與凸緣之間的相對運動，這又造成墊片的剪切。墊片的作用是在溫度回復(fù)到原來的值時(用彈性力)將磁盤片回復(fù)到原來的位置上，然而在實踐中已發(fā)現(xiàn)這是不能重復(fù)工作的。
美國4754351號專利描述了另一種解決方法，其中用軸向的窄條限定了轉(zhuǎn)軸與盤片之間一定的間隙，從而當(dāng)磁盤片產(chǎn)生熱誘導(dǎo)的不均勻膨脹時用于維持一種基本上均勻的間隙。
美國4717977號專利描述了包圍在鋼制電機圓柱周圍的一種鋁制套筒的使用方法，這兩部分之間的接合限制在靠近重疊表面中心的那一部分。在這一情況下，由于需要外加的鋁制套筒而限制了電機的大小。
PCT WO88/06781號申請案描述了一種用于磁盤驅(qū)動器的輪轂內(nèi)電機組件，其中，磁盤片是安裝在一個空心的鋁質(zhì)軸上的，該鋁質(zhì)軸中包含一可拆卸的鋼質(zhì)套筒，而在該套筒內(nèi)則裝有電機磁鐵。由于軸是鋁質(zhì)的，不均勻熱膨脹導(dǎo)致的熱變形被消除了，但電機的大小又一次受到了限制。
在先有技術(shù)描述一系列用于解決不可預(yù)測的磁盤片位移引起的問題的方法的同時，對于高效的、緊湊的並且在整個磁盤存儲器的使用壽命中都是可靠的一種系統(tǒng)有日見增長的需求。
從而，本發(fā)明提供了一種磁盤存儲器，它包括一個具有一輪轂的磁盤組件，該輪轂可繞一中心軸旋轉(zhuǎn)，具有一個側(cè)壁及一個周邊凸緣，至少一片由該凸緣支承的數(shù)據(jù)存儲磁盤，磁盤與凸緣是由具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成的，夾緊裝置用于將所述磁盤片夾緊在所述凸緣上，位于凸緣的一個第一表面與磁盤的相對表面之間的補償裝置，用于保證在溫度變化時磁盤仍然保持與輪轂同心，其特征在于該補償裝置包括具有與輪轂的熱膨脹系數(shù)不同的一個熱膨脹系數(shù)的膨脹裝置，該膨脹裝置是連接在輪轂側(cè)壁上的，並且具有與輪轂同心的且與磁盤表面無滑動接觸的升起部分，補償裝置進(jìn)一步包含設(shè)置在膨脹裝置與凸緣之間的裝置，用于在溫度變化時允許膨脹裝置相對于凸緣作徑向移動。
膨脹裝置是這樣設(shè)計的，以便使在溫度變化中在磁盤與膨脹裝置之間的不同膨脹和磁盤與輪轂凸緣之間不同膨脹相比較有所減小。以這一方式使不同膨脹在磁盤/膨脹裝置接觸面上產(chǎn)生的摩擦力得以減小，借此減小不可預(yù)測的磁盤位移的危險性。為了使膨脹裝置能與磁盤一起運動，有必要在膨脹裝置與輪轂凸緣之間插入一個裝置。在溫度變化中，連接在輪轂側(cè)壁上的膨脹裝置的徑向剛性產(chǎn)生面向中心的力，它保證膨脹裝置以及該磁盤保持與輪轂同心。
在一種較佳的磁盤存儲器中，輪轂的材料具有比磁盤材料小的熱膨脹系數(shù)，而膨脹裝置則用比磁盤材料高的熱膨脹系數(shù)的材料制成。在一種常見的磁盤存儲器形式中，盤片是鋁制的而輪轂則是鋼的。膨脹裝置(例如鋅和鎂)的較高熱膨脹系數(shù)意味著能夠?qū)崿F(xiàn)磁盤與膨脹裝置兩者的膨脹率的“匹配”，即產(chǎn)生在磁盤與膨脹裝置之間的摩擦力得以減小。
本發(fā)明也能用于其它的系統(tǒng)，例如光盤存儲器，其中輪轂是用具有比磁盤高的熱膨脹系數(shù)的材料制成的，例如輪轂是鋁制的而盤則是塑料或玻璃制品。在這樣一種系統(tǒng)中，輪轂凸緣將以較盤片為快的速度膨脹，而膨脹裝置則可設(shè)計為具有較輪轂為低的熱膨脹系數(shù)，以此來減小光盤/膨脹裝置接觸面上產(chǎn)生的摩擦力。
在某些空間並非十分寶貴的磁盤存儲器中，有可能使膨脹裝置包含一個簡單的圓環(huán)，該圓環(huán)套在輪轂側(cè)壁上並與之相接合。環(huán)的性質(zhì)(如熱膨脹系數(shù))與幾何形狀可以選擇為能夠減小環(huán)/盤接觸面處不同的膨脹。
然而，由于許多現(xiàn)代磁盤存儲器的幾何上的限制，更為可行的是需要一種更精巧的膨脹裝置設(shè)計來實現(xiàn)磁盤與膨脹裝置的接觸處的膨脹率的匹配。因此，在一種較佳的磁盤存儲器中，膨脹裝置包含一個在升起部分徑向內(nèi)側(cè)位置上具有一個彈性減弱段的圓環(huán)。升起部分最好采取與輪轂同心的環(huán)形隆起物的形式。這樣，用于減小磁盤與膨脹裝置接觸表面之間的熱膨脹差別的膨脹裝置中便筑入了某些靈活性。減弱段使膨脹裝置的外緣部分能夠更自由地膨脹。
在一個最佳實施例中，減弱段包括一個從包含升起部分的一個平坦的外緣部分的邊沿延伸出來的側(cè)壁部分。在溫度變化時，該側(cè)壁彎曲。
在另一實施例中，減弱段包括多條切入環(huán)中的槽，它們的作用與第一實施例中的側(cè)壁部份基本上相同。
在任何一個所描述的實施例中，插入膨脹裝置與輪轂凸緣之間的裝置的最佳選擇為一片聚乙烯對苯二甲酸酯或聚四氟乙烯(PTFE)墊片。
本發(fā)明將只以舉例方式並參照附圖進(jìn)行說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個磁盤存儲器的剖視圖;
圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的磁盤存儲器中的膨脹環(huán)的第一實施例的剖視圖;
圖3是圖2中的膨脹環(huán)的一個放大的透視圖;
圖4是膨脹環(huán)的第二實施例的一個放大的透視圖。
圖1中所示的磁盤存儲器包括兩個主要組件。它們是一個音圈電機形式的線性致動器10以及一個磁盤疊片組件20，它包含一個輪轂內(nèi)電機。線性致動器與磁盤疊片組件安裝在一個剛性基座鑄件60上，該鑄件構(gòu)成磁盤存儲器外殼的一部分。殼體由可拆卸地連接在基座鑄件各端的蓋板62、64圍成。
圖1中所示的線性音圈致動器由一個固定磁鐵組件12與一個可動滑架組件14構(gòu)成，滑架組件14支持一個磁頭疊，該磁頭疊包括20個用于從11片剛性磁盤22上存取數(shù)據(jù)的讀寫組件16以及一個用于從一片專用的伺服磁盤表面24上讀取伺服信息的伺服頭18。在操作中，一個電流信號作用在音圈上，電流與磁鐵組件生成的磁場相互作用，借此驅(qū)動滑架及其所連接的磁頭疊。
磁盤疊片組件20包括一個為繞一靜止的軸28轉(zhuǎn)動而安裝的圓柱形輪轂26，它是以一對軸承30、32連接在靜止軸兩端的。輪轂在其底端包含一個周邊凸緣33，在該凸緣上支承著一疊12片由墊圈34分隔的磁盤22、24。磁盤疊由一夾緊環(huán)36夾緊在輪轂上，夾緊環(huán)是用埋置在夾緊環(huán)上表面的凹口中的螺絲38緊固在輪轂的頂部的。夾緊環(huán)包括一個周邊凸緣40與磁盤疊中最上面的磁盤接觸。
從圖1中可以見到，磁盤疊片組件通過螺絲66、68安裝在基座鑄件60中。這兩個螺絲穿過鑄件頂部與底部的兩個孔並進(jìn)入靜止軸頂部與底部的兩個孔中。
驅(qū)動磁盤的電機是位于由上下軸承及輪轂的內(nèi)表面所限定的空腔中的。輪轂的內(nèi)表面帶有一圓筒形多極條形磁鐵44，它構(gòu)成無刷直流電機的轉(zhuǎn)子。由疊片芯子上的繞組構(gòu)成的定子46連接在靜止軸上。磁路由以軟磁材料(如鋼)制成的輪轂與軸完成。使用輪轂與軸作為磁路的一部分提高了輪轂內(nèi)電機的緊湊性。
如前面已經(jīng)說明過的，在磁盤存儲器中的溫度變化時，磁盤與輪轂凸緣的不同膨脹率會導(dǎo)致不可預(yù)測的磁盤移位(徑向錯位)。這一問題在這里利用一個膨脹環(huán)50及位于磁盤疊中最底的盤片22′與輪轂凸緣之間的聚乙烯對苯二甲酸酯墊片51(具有典型厚度75微米)加以解決。圖2示出了包含膨脹環(huán)的一個實施例的磁盤疊片組件的下面部位的一部分。圖4示出了膨脹環(huán)的第二實施例的透視圖。在各實施例中，牢固地連接在輪轂側(cè)壁27上的膨脹環(huán)(例如用膠粘或壓接)以一個在環(huán)上形成的徑向凸棱52壓接在磁盤的下側(cè)。這一凸棱的位置確定在對應(yīng)于磁盤疊中最上面的磁盤與夾緊環(huán)上的凸邊40之間的接觸點41的位置上以保證磁盤疊中的磁盤保持互相平行。凸棱壓接在磁盤上的一個窄槽中以避免磁盤與凸棱本身之間的不同熱膨脹問題。
膨脹環(huán)的熱特性是這樣設(shè)計的，使得在凸棱處磁盤與環(huán)的膨脹率基本相同。這樣，當(dāng)磁盤與膨脹環(huán)用前面所述的夾緊環(huán)夾緊在一起時，由于不同的熱膨脹而在兩者之間產(chǎn)生的摩擦力比較起磁盤與鋼質(zhì)凸緣直接接觸時存在的摩擦力來是大為減小了。結(jié)果，保證摩擦力不致引起不可預(yù)測的磁盤移位所需的夾緊力也減小了。然而，由于環(huán)的材料以比在下面的凸緣的鋼的膨脹更快的速率膨脹，所以必須保證該環(huán)能相對于輪轂凸緣在徑向上自由運動。插在環(huán)的下表面與輪轂凸緣的上表面之間的墊片便是作為一個支承面來允許環(huán)與凸緣之間的相對運動的。因此，由于環(huán)進(jìn)而磁盤能夠相對于凸緣運動，在環(huán)/凸緣界面上沒有摩擦力產(chǎn)生，這種摩擦力本身是產(chǎn)生不可預(yù)測的磁盤移位的原因。
環(huán)中對向中心的力保證了環(huán)與輪轂保持同心。為了得到強大的對向中心的力，環(huán)是設(shè)計為具有高的徑向剛性的。
在溫度增加時，輪轂環(huán)和磁盤的材料以不同的速率膨脹。由于環(huán)是接合在輪轂上的，鋼的較小膨脹率(大約11ppm/攝氏度)約束了環(huán)的自由運動。從而為了達(dá)到膨脹匹配，必須使環(huán)有較磁盤為高的熱膨脹系數(shù)。具有這種熱膨脹系數(shù)的材料包含鎂與鋅(兩者大約為27ppm/攝氏度)。
在圖1中以及那些具有相同類型的包含輪轂內(nèi)電機的磁盤存儲器中，輪轂的外側(cè)表面與凸邊位置之間只有有限的空間。在這些磁盤存儲器中，為了克服輪轂的約束效應(yīng)，有必要將環(huán)從輪轂上“解脫”，以便環(huán)的外側(cè)部分，即包含凸棱的平坦部分，能更自由地運動。這一點是以減弱輪轂與凸棱之間的環(huán)的一部分來達(dá)到的。
圖1、2和3示出了包含這樣一個以垂直側(cè)壁段53的形式的減弱段的環(huán)結(jié)構(gòu)。在橫斷面上，該環(huán)呈臺階狀，以該垂直側(cè)壁段將環(huán)的平坦外側(cè)部分54與連接到輪轂上的環(huán)的部分55連在一起。該側(cè)壁從外側(cè)部分的一邊延伸進(jìn)磁盤的內(nèi)表面與輪轂之間的空腔中。
在溫度升高時，環(huán)的垂直側(cè)壁與環(huán)的外側(cè)部分之間的接合部56徑向向外移動，側(cè)壁彎曲以允許環(huán)的外側(cè)部分的自由運動，從而達(dá)到膨脹匹配的要求。當(dāng)溫度降低時，環(huán)收縮而側(cè)壁回復(fù)到其原來位置，環(huán)中的指向中心的力保證了磁盤與輪轂之間保持同心。
圖4示出了另一種環(huán)設(shè)計的透視圖，其中環(huán)的內(nèi)側(cè)部分是以在環(huán)上開若干個槽57來加以“減弱”的。這些與圖2中的側(cè)壁段具有基本相同的效果，允許環(huán)的外側(cè)部分更自由地不受輪轂約束地運動。槽的大小與數(shù)量是根據(jù)取得所要求的膨脹匹配而設(shè)計的。
權(quán)利要求
1.一種磁盤存儲器包含一個磁盤組件，由以下部件組成一個輪轂，可繞一中心軸轉(zhuǎn)動，具有一側(cè)壁與一條周邊的凸緣，至少一片由該凸緣支承的數(shù)據(jù)存儲磁盤，磁盤與凸緣是用具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成的，用于將所述磁盤夾緊在所述凸緣上的夾緊裝置，位于該凸緣的一個表面與磁盤的一個相對表面之間的補償裝置，用于在溫度變化時保證磁盤與輪轂保持同心，其特征在于該補償裝置包含具有與輪轂不同的一個熱膨脹系數(shù)的膨脹裝置，該膨脹裝置是接合在輪轂的側(cè)壁上並具有與輪轂同心的並與磁盤的表面無滑動接觸的升起部分，該補償裝置進(jìn)一步包括插在膨脹裝置與凸緣之間的裝置，用于在溫度變化時允許該膨脹裝置徑向地相對于凸緣運動。
2.權(quán)利要求1所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于輪轂的材料具有較磁盤的熱膨脹系數(shù)為低一個熱膨脹系數(shù)，而膨脹裝置則由一種具有較磁盤的熱膨脹系數(shù)為高的一個熱膨脹系數(shù)的材料制成。
3.權(quán)利要求2所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于輪轂是鋼質(zhì)的，磁盤是鋁制的，而膨脹裝置是鎂或鋅質(zhì)的。
4.權(quán)利要求1、2或3所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于該膨脹裝置包括一個圓形的環(huán)，該環(huán)套在並接合在輪轂側(cè)壁上。
5.權(quán)利要求1、2或3所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于膨脹裝置包括一個圓形環(huán)，該環(huán)包含一個位于升起部分徑向內(nèi)側(cè)的彈性減弱段。
6.權(quán)利要求5所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于該減弱段包括一個從一平坦的外側(cè)部分旁邊延伸出的側(cè)壁部分。
7.權(quán)利要求5所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于該減弱段包括多個與輪轂同心的槽。
8.權(quán)利要求1、2或3所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于其升起部分包括一條環(huán)形的凸棱。
9.權(quán)利要求1、2或3所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于插在凸緣與膨脹裝置之間的裝置是一片墊片。
10.權(quán)利要求9所提出的一種磁盤存儲器，其特征在于該墊片是聚乙烯對苯二甲酸酯或聚四氟乙烯的。
全文摘要
一種磁盤存儲器包含一個接合在輪轂的側(cè)壁上的膨脹環(huán)，該環(huán)位于磁盤疊的最下面一片磁盤與輪轂凸緣之間。在該環(huán)上形成一條與輪轂同心的環(huán)形凸棱，該凸棱壓接在磁盤的下面，該環(huán)是適配于使得在環(huán)與磁盤的接觸位置上環(huán)的熱膨脹基本上等于鋁盤的熱膨脹。插在該環(huán)與凸緣之間的一片墊片允許該環(huán)相對于凸緣自由運動。在熱循環(huán)中，在接觸點上環(huán)與磁盤以相同的速率運動，該環(huán)保證在整個磁盤存儲器的工作溫度范圍內(nèi)磁盤與輪轂保持同心。
文檔編號G11B23/03GK1053963SQ90109968
公開日1991年8月21日 申請日期1990年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月8日
發(fā)明者格雷漢姆·尼杰爾·竇, 安托尼·羅杰爾·哈恩, 大衛(wèi)·約翰·西伯恩, 朱利安·托馬斯·揚 申請人:國際商業(yè)機器公司