[发明专利]具有用于质量控制的切口特征的数据存储用公差环

说明书

技术领域

本发明总体涉及轴承公差环。更具体地，本发明涉及在用于诸如 硬盘驱动器的信息存储设备中的致动器臂的盒式轴承中所使用的公差 环。

背景技术

任何计算机系统的关键部件都是存储数据的设备。用于在计算机 系统中存储大量数据的一个通常位置是在磁盘驱动器上。磁盘驱动器 的最基本部件是旋转的磁盘、将换能器移动到磁盘上的不同位置的致 动器以及用来向磁盘写入数据和从磁盘读取数据的电路。联接到致动 器的是包括磁头和金属悬架的磁头悬浮组件(HGA)。HGA能堆叠在 一起形成磁头堆叠组件(HSA)，该磁头堆叠组件(HSA)由致动器推 动越过磁盘表面。当前有各种磁盘驱动器在使用中，例如硬盘驱动器、 Zip驱动器、软盘驱动器。所有驱动器都使用旋转式或线性致动器。

在硬盘驱动器中，磁头在同轴安装在主轴马达上的旋转磁盘的表 面上读取和写入数据。磁性写入的信息的“位”被布置在磁盘表面上 的同心圆“磁道”上。磁盘必须快速旋转，从而计算机用户不需要长 时间等待磁盘表面上预期的信息位变成定位在磁头之下。在现代的磁 盘驱动器中，数据位和磁道必须非常窄并且紧密地间隔以实现磁盘表 面的每单位面积的高密度信息。

所需的小尺寸和磁盘表面上的信息位的紧密间距对磁盘驱动器设 备及其机械部件的设计具有影响。其中最重要的影响是磁头上的磁性 换能器必须非常紧密靠近磁盘的磁性表面运行。因为由磁盘旋转和磁 头致动引起的在磁盘表面与磁头之间存在相对运动，所以磁头与磁盘 之间的连续接触会导致接触面的摩擦故障。俗称为“磁头碰撞”的这 种摩擦故障会损坏磁盘和磁头，并通常导致数据丢失。因此，将磁头 设计为：通过非常薄的空气轴承流体动力地支撑，从而它的磁换能器 能紧密靠近磁盘运行同时最小化或避免磁头与磁盘之间的物理接触。 通常，在现代硬盘驱动器的运行期间的磁头到磁盘的间距非常小，测 量时在几十毫微米。

设计者必须考虑用于紧密靠近磁盘地移动磁换能器的致动器的特 性，以使响应于快速角运动和其它激励的振动最小化。例如，致动器 臂必须足够坚硬并且致动器枢轴承必须具有足够高的质量，从而能在 运行期间精确地控制磁头的位置。而且，致动器臂与枢轴承之间的接 触面必须具有足够的刚度和强度，从而能在运行期间实现磁头定位的 精确控制并提供所必须的边界条件以促进致动器臂的更高固有共振频 率的振动。通常，致动器臂由铝或铝的合金制成，因此比通常由不锈 钢制成的枢轴承座套更柔软并更容易刮伤。

致动器的硬度还必须足以限制在机械冲击事件期间可能导致与磁 盘接触的变形。同样，致动器结构与枢轴承之间的接触面必须具有足 够的强度以防止灾难性的结构故障，例如在大的机械冲击事件期间致 动器臂与致动器枢轴承座套之间的轴向滑移。

在很多磁盘驱动器中，致动器臂通过公差环而被固定到致动器枢 轴承。通常，公差环包括开放的圆柱形基部和从该圆柱形基部凸起或 凹入的多个接触部。在安装期间，接触部通常被部分压缩以在通过公 差环连接的部件的配合圆柱形特征之间产生径向预载荷。该径向预载 荷压缩提供了摩擦接合作用，该摩擦接合作用防止配合部件的实际滑 移。例如，在磁盘驱动器的应用中，公差环的径向压缩预载荷防止在 运行期间以及在机械冲击事件期间在致动器臂与枢轴承之间的接触面 处的分离和滑移。公差环还充当了径向弹簧。这样，公差环使内圆柱 形部件相对于外圆柱形部件定位，同时补偿部件的半径上的半径间隙 和制造差异。

其它特征也已经添加到公差环以获得特定的优点。例如，在Misso 等人的US专利No.6288878中，已将环形支撑部添加到公差环以提高 环向强度(hoop strength)。Misso等人的US专利No.6338839公开了一 种提供低而一致的安装力分布轮廓(profile)的公差环。

小Cramer等人的US专利No.4790683公开了传统公差环与圆柱形 垫片相结合的应用中的使用，其特征在于结构上的明显径向振动或载 荷。该垫片防止柔软的下层材料的变形，从而防止保持公差环的摩擦 接合作用的径向压缩的不希望的部分释放。

现有技术的公差环通常由扁平金属板、利用冲压、成型、轧制及 其它步骤制成，以提供使接触部凹入的方式和最终的大致圆柱形的形 状。由于公差环制造的方式，它们通常具有形成在轧制金属板的相对 边缘相接处的间隙或间距。现有技术的公差环的透视图在图1中示出。