[发明专利]具有可变高度和/或非对称定位突起的公差环

说明书

技术领域

本发明主要涉及轴承公差环。更特别地是，本发明涉及用在诸如 硬盘驱动器之类的信息存储装置的致动器臂的盒式轴承中的公差环。

背景技术

任何计算机系统的关键元件是存储数据的装置。在计算机系统中 用于存储大量数据的一个常用地方是在磁盘驱动器上。磁盘驱动器最 基本的部分是被转动的磁盘、将转换器移动到磁盘各个位置上的致动 器以及用于向磁盘写数据以及从磁盘读数据的电路。连接到致动器的 是包括磁头和金属悬架的磁头悬架组件(HGA)。所述HGA可以堆在 一起成为磁头臂组件(HSA)，其由致动器驱动穿越磁盘表面。当前 具有多种在用的磁盘驱动器，例如硬盘驱动器、zip驱动器、软盘驱动 器。它们都使用旋转的或线性的致动器。

在硬盘驱动器中，磁头在同轴地安装在主轴电机上的旋转磁盘的 表面上读写数据。以磁方式写入的“位”信息被安排在磁盘表面上的 同心圆形“磁道”中。磁盘必须快速旋转以便于计算机用户不必长时 间等待磁盘表面上的理想的位信息在磁头下定位。在现在的磁盘驱动 器中，数据位和磁道必须非常窄并且紧密间隔，以在每单位面积的磁 盘表面上获得高密度的信息。

所需的小尺寸和在磁盘表面上的信息位紧密间隔对磁盘驱动器及 其机械元件的设计具有重要意义。其中最重要的意义是磁头上的磁转 换器必须非常接近磁盘的磁表面。因为由于磁盘旋转和磁头致动在磁 盘表面与磁头之间存在相对运动，磁头与磁盘之间的持续接触会导致 接触面的摩擦故障。这种摩擦故障，通俗地讲称作“磁头碰撞”会破 坏磁盘和磁头，通常造成数据丢失。因此，根据流体力学，将所述磁 头设计成由非常薄的空气轴承支撑，以便于其磁转换器能够接近磁盘 运作而将磁头与磁盘之间的物理接触降到最小或者避免接触。通常， 现在的硬盘驱动器运转期间，磁头到磁盘所呈现的间隔是非常小的， 以数十纳米计量。

设计者必须考虑用于将磁转换器靠近磁盘移动的致动器的特性， 以将响应快速角运动和其它激励的振动降到最小。例如，致动器臂必 须足够得硬并且致动器枢转轴承必须有足够高的质量，以便于在运转 期间磁头的位置得到精确控制。还有，致动器臂与枢转轴承之间的接 触面必须有足够的刚度和强度，以能够在运转期间精确控制磁头的位 置并且提供必要的边界条件，以便于使致动器臂的振动具有更高的固 有谐振频率。通常，致动器臂由铝或铝合金制成，因此比通常由不锈 钢制成的枢转轴承套更软并更容易被刻划。

致动器还必须具有足够的刚度，以在机械振动的情况下限制会造 成与磁盘接触的扭曲。同样地，致动器结构与枢转轴承之间的接触面 必须有足够的强度，以防止毁灭性的结构故障，例如在大的机械振动 的情况下致动器臂与致动器枢转轴承之间的轴向滑移。

在许多磁盘驱动器中，致动器臂由公差环固定到致动器枢转轴承 上。通常，公差环包括敞开的柱状基部和多个自所述柱状基部凸出或 凹入的接触部。通常，在安装期间，接触部通常被部分地压缩，以在 由公差环连接的部件的相配合的柱状特征之间形成径向预载。径向预 载压缩提供了防止相配合的部件实际滑移的摩擦接合作用。例如，在 磁盘驱动器应用中，公差环的径向压缩预载在运转期间和在机械振动 的情况下，防止了致动器臂与枢转轴承之间的接触面处的分离和滑移。 公差环还作为径向弹簧。这样，公差环将内部柱状部分相对于外部柱 状部分定位，同时补偿这些部件的半径中的半径间隙和制造差异。

附加的特征已加到公差环中来获得特定的优点。例如，在授予 Misso等人的美国专利6,288,878中，将圆周支撑部加到了公差环中以增 加环向强度。授予Misso等人的美国专利6,338,839公开了一种提供低的 恒定安装力曲线(profile)的公差环。

授予小Cramer等人的美国专利4,790,683公开了传统公差环结合柱 状垫片的应用，其特征在于：结构上显著的径向振动或者加载。所述 垫片防止了在下面的较软的材料的变形，从而防止了保持公差环摩擦 接合的径向压缩的不良的局部突出。

现有技术的公差环通常由扁平的金属薄板制造，利用冲压、模制、 轧制以及其它步骤来提供使接触部凹入和获得基本柱状外形的方法。 在图1中示出了现有公差环的透视图。