專利名稱：存儲磁盤夾持裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種把存儲磁盤夾持到一輪轂上的裝置，尤其是一種在存儲磁盤內邊緣提供徑向力而緊固該磁盤的夾持裝置。
技術背景一種存儲磁盤夾持裝置的夾具必須滿足許多條件。首先，該夾具夾鉗磁盤必須足夠牢固，這樣磁盤加速或者減速時，作用在磁盤上的轉動力才不會使磁盤滑動，其次該夾具的夾持力必須足夠強，足以抵抗任何外部震動。而該夾具不能使磁盤扭曲變形且應使之處于平衡狀態(tài)。該夾具要裝拆容易且在裝拆過程中不能損壞磁盤或旋轉馬達，同時在磁盤組裝到驅動器過程中產生的微粒碎片也應控制到最少。
現有的夾具大部分是“軸向夾具”，它們依賴施加在磁盤內邊緣附近軸向力來起作用。這樣的夾具使該磁盤靠在驅動器馬達輪轂的一個法蘭上或一間隔物上(在一多盤裝置中)。磁盤的表面與夾具、與間隔物、與輪轂法蘭之間的摩擦力防止該磁盤和這些相鄰組件在圓周方向或者徑向方向上相互滑動。傳統的夾具由一個或多個螺絲提供夾鉗力，這些螺絲擰緊以把磁盤夾在夾具與輪轂法蘭或間隔物與輪轂法蘭間，后者保證磁盤有相對于讀/寫磁頭恰當升高的空間位置。
這種夾具存在許多問題。第一，軸向夾鉗力不足夠強或不能持續(xù)，當磁盤驅動器受到震動時，磁盤就偏移了中心。第二，各種組件有不同的熱膨脹系數，所以在其使用溫度范圍(一般在-40℃～60℃)內，該夾鉗力隨著驅動器溫度的變化而變化。第三，各表面不能很好地配合，當溫度變化時，磁盤上的一點或者多個點有拉住夾具的傾向，但是其它點可以自由滑動，這種情況會導致一個偏心的磁盤，當磁盤偏移時，寫入數據都將是偏心的寫入。
軸向夾具和磁盤的非良好配合也會導致該夾具將磁盤彎曲成各種形狀。該磁盤可能被彎曲成圓錐形狀，也可能在磁盤上出現褶皺。任何一種變形都可能給目前處于較低位置的磁頭帶來麻煩，因為該磁頭離磁盤表面大約只有5微英寸。傳統的氣動軸承表面長度大約有0.1英寸，或者說100,000微英寸。磁盤表面上僅1微英寸距離的彎曲都將在只有大約0.5微英寸間隙的磁盤和磁頭間制造問題。
為了解決上述問題，業(yè)界在磁盤和夾具、磁盤和輪轂間或者多磁盤裝置的磁盤和間隔物之間放置彈性體墊圈。但是使用這些可變形的物體會產生耐用性、結構等問題。而且，傳統軸向夾具用一個或者多個螺絲來夾緊。該方法在安裝時容易產生邊緣荷載使磁盤和間隔物偏向輪轂的一邊，從而使整個結構失去平衡。在制造過程中，平衡已安裝的磁盤是一個耗時但是必不可少的部分。

發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種存儲磁盤夾持裝置，尤其是一種牢固夾持磁盤并防止磁盤偏移的存儲磁盤夾持裝置。
本實用新型存儲磁盤夾持裝置由以下技術方案實現該存儲磁盤夾持裝置包括一輪轂、一存儲磁盤和一存儲磁盤夾具。該夾具主要在一磁盤的內邊緣提供一徑向力，其裝設在一輪轂上，該存儲磁盤夾具包括由彈性材料制成的一環(huán)形體和若干在該磁盤內邊緣施加向外的徑向力的指狀物。這些指狀物間隔均勻的分布在該環(huán)形體上，若干凸塊間隔均勻的排列在該夾具內表面并接觸該輪轂。若干向外延伸的L形扣壓部，接觸該磁盤的水平表面并提供一軸向力。該磁盤的固持主要依靠由這些指狀物提供的向外的徑向力，其次依靠由這些L形扣壓部提供的軸向力。后者僅僅能夠保證磁盤位于一間隔物或該輪轂的安裝面上。
該存儲磁盤夾持裝置的夾具有許多優(yōu)點該夾具為一體構造；安裝過程中產生的任何碎片都是塑料等軟材料，而不是金屬；該夾具可確保磁盤處于中心位置，因此可以省略平衡磁盤這一費時步驟；該磁盤的軸向力減小而減少了翹曲；作用在磁盤上的力不會隨溫度的變化而變化；包含兩個或更多磁盤的結構更容易修改。

下面參照附圖結合實施方式對本實用新型作進一步的描述。
圖1A是本實用新型存儲磁盤夾持裝置之夾具第一實施方式俯視平面圖。
圖1B是本實用新型存儲磁盤夾持裝置之夾具第一實施方式仰視平面圖。
圖1C是本實用新型存儲磁盤夾持裝置之夾具第一實施方式側視平面圖。
圖2是本實用新型存儲磁盤夾持裝置第一實施方式夾具不受壓時該指狀物、凸塊和L形扣壓部以及一磁盤和一輪轂的示意圖。
圖3、圖4A及圖4B是本實用新型存儲磁盤夾持裝置第一實施方式夾具受壓時該指狀物、凸塊和L形扣壓部以及一磁盤和一輪轂的示意圖。
圖5是本實用新型存儲磁盤夾持裝置第一實施方式該夾具在受壓和不受壓情形下該夾具的環(huán)孔俯視示意圖。
圖6是本實用新型存儲磁盤夾持裝置第一實施方式該夾具夾鉗一磁盤時的剖視圖。
圖7是本實用新型存儲磁盤夾持裝置第一實施方式該夾具受一震動力時行為坐標圖。
圖8-11是本實用新型存儲磁盤夾持裝置其它實施方式示意圖。
具體實施方式圖1A、圖1B和圖1C分別為該實用新型的夾具10的俯視圖、仰視圖和側視圖。該夾具10裝設在一輪轂17上，其包括一環(huán)孔11，該環(huán)孔11周圍一體形成六個指狀物12、三個凸塊13和三個L形扣壓部14。參閱圖1C，這些指狀物12從該環(huán)孔11的同一方向向外稍稍傾斜延伸而出。更好地觀察該凸塊13和L形扣壓部14的形狀可以參閱圖2和圖3。這些凸塊13和L形扣壓部14分別以相同的角度設置在該環(huán)孔11上。這些指狀物12間隔均勻的分布在該環(huán)孔11上，若干凸塊13間隔均勻的排列在該夾具10內表面并接觸該輪轂17。
在這一實施方式中，該夾具10由在使用中會輕微變形的塑膠材料制成。圖2和圖3分別顯示該夾具10處于不受壓和受壓下的情形。圖2和圖3分別為凸塊13和L形扣壓部14沿圖1A中的橫截面I-I以及指狀物12沿圖1A中的橫截面II-II的情形。該不受壓的環(huán)孔11的橫截面如圖2所示，圖3所示的11a和11b為其受壓時的橫截面。11a表示該環(huán)孔11處于圖1A的橫截面I-I時的位置；11b表示該環(huán)孔11處于圖1A的橫截面II-II時的位置。
參閱圖2和圖3，該凸塊13與該輪轂17的一個斜面(圓錐面)15相接觸，該斜面15使該凸塊13和L形扣壓部14產生向下及向外移動的趨勢。也就是說，如圖3上箭頭所示，該凸塊13受到垂直于該斜面15的力F的作用。力F的垂直分力FV使該L形扣壓部14對磁盤16施加一軸向力FV，從而使得該磁盤16壓在該輪轂17的水平部分18上。如橫截面11a所示，力F的水平分力Fh使該環(huán)孔11向外變形。
圖4A和圖4B與圖3相似，它們分別顯示凸塊13與L形扣壓部14沿圖1A中橫截面I-I的圖形和指狀物12沿圖1A中橫截面II-II時的圖形。
參閱圖5，可看出該環(huán)孔11受到水平分力Fh的作用產生的變形(用一種夸張方法)。該環(huán)孔11不受壓時的形狀如虛線所示，而其受壓時的形狀如實線所示。這些凸塊13的位置向外凸出，而這些凸塊13彼此之間的部分的中點50向內凹。值得注意的是，這些指狀物12的位置在受壓時和不受壓時是基本不變的。
參閱圖2和圖3，在受壓的情形下，指狀物12顯然在該磁盤16的邊緣19上施加了一個向外的徑向力。該向外的徑向力是夾持該磁盤16所必需的，其大小決定于以下三個因素(1)該環(huán)孔11在水平面上的彎曲或變形，如圖3中的距離d所示；(2)該環(huán)孔11的扭曲，如圖3中的角度θ所示；(3)該指狀物12的彎曲。該實施方式中，因素(1)和(2)顯然比因素(3)重要。
因素(1)和(2)大小是該環(huán)孔11材料的硬度、尺寸大小及該環(huán)孔11橫截面形狀三者的函數。而因素(3)也是關于該指狀物12的上述三個因素的函數。
圖6為該磁盤16被夾持到該輪轂17上的橫截面圖。一軸承61裝設在一固定座62中，一轉軸60在該軸承61中轉動。輪轂17被線圈定子63驅動。
該指狀物12施加的徑向力的算術和(即這些力的絕對數量和)大于該L形扣壓部14施加到該磁盤16的向下的力(軸向力)。這些軸向力僅僅夠將該磁盤16壓在該輪轂17的水平部分18上，還不足以使該磁盤16翹曲。該指狀物12提供的徑向力足夠大從而使得在每個指狀物12和邊緣19相切處產生一個靜摩擦力從而防止該磁盤16在加速或減速時在轉動方向上滑動。
在慣性震動力作用下該磁盤16的變化如圖7所示。其水平數軸表示該磁盤16離中心(原點)的水平位移，其垂直數軸表示施加到該磁盤16上的震動力的水平分力。
為了分析它們的關系，假設有兩種力作用在該磁盤16上在夾具10與該輪轂17的作用下(1)一動力Fd，隨著該磁盤16偏離原點的位移增大而線性增加；(2)一靜摩擦力Ff，由該磁盤16與夾具10及輪轂17相互接觸而產生。該動力Fd可被表示為Fd＝kx(a)其中k為該夾具10的硬度，而x為該磁盤16的水平位移。k是該夾具10所使用的材料的硬度的函數，它代表了上述三個因素的綜合結果，也就是，該環(huán)孔11的彎曲或偏移、該環(huán)孔11的扭曲和該指狀物12的彎曲的綜合結果。
該摩擦力Ff可用下列公式近似表示Ff＝3Fnμcd+3Fnμhd+2Ffingerμcd(b)其中Ff為作用在磁盤16上的總摩擦力，Fn為每一L形扣壓部作用在該磁盤16上的法向力，Ffinger為每一指狀物12作用在該磁盤16上的徑向力，μcd和μhd分別是該夾具10與磁盤16及該輪轂17與磁盤16之間的摩擦系數。該公式計算該磁盤16和這些L形扣壓部14、水平部分18及指狀物12的每一個接觸點的摩擦力的總和。假如兩個指狀物12沿該震動力方向轉移90°，這些指狀物12和該磁盤16的內邊19的接觸就會產生摩擦力。
參閱圖7，當該磁盤居中時，該磁盤在摩擦力Ff作用下保持原地，直到它受到的震動力大于Ff。范圍如圖7上從原點到點1間的線條表示。
如果該震動力超過Ff，該磁盤將移動，直到Ff與夾具10施加的動力Fd的合力與該震動力相當時為止，如圖7中點2所示。點2不是一個平衡點，因為只要磁盤16一停止轉動，阻止磁盤16移動的摩擦力就會消失。當磁盤16開始返回原點，它就會受到一向外的摩擦力，如點3所示。磁盤返回到點4，此時該摩擦力等于夾具10施加的動力，Ff＝Fd＝kx因此點4的橫坐標x4等于x4＝Ff/k如果磁盤16在相反方向受到一震動力，該磁盤將以上述同樣的方式經過點5、點6和點7，最后在點8結束。點4和點8是最糟的情形，震動力經常是多個一起作用，它可能導致磁盤到達該X軸上點4和點8之間的其它位置上。
設計夾具10時，需要考慮減小該磁盤16最終的位移(Ff/k)。這可以靠增大硬度k或減小決定該摩擦力Ff的法向力Fn來實現。減小摩擦力Ff是不適宜的，因為當磁盤16受到較小震動力(例如圖7中沿從原點到點1過程中存在的震動力)時，摩擦力Ff提供了防止磁盤移動的初始“粘性”。最好的方法是增大該夾具10的硬度，這一點可以通過以下方法達成(1)用楊氏模量(Young’smodulus)較高的材料制造該夾具10；(2)增大該環(huán)孔11的厚度；(3)減小夾具10的預載尺寸。用楊氏模量較高的材料(例如金屬或加強塑料)制造該夾具10的問題在于這些材料可能無法經受將磁盤16裝到夾具10上時的扭曲。增大該環(huán)孔11的厚度也可能碰到安裝扭曲帶來的問題。
例如，假定每一L形扣壓部14受到的法向力Fn都是49.6克力，每一指狀物12施加的徑向力Ffinger是174克力，μcd和μhd都是0.3。那么公式(b)計算出的Ff等于193.7克力。如果該磁盤16的質量為3克，外來可移動磁盤16的震動力G等于193.7gmf/3gm＝64.6G。這已經超過了一般的震動范圍10-20G。
一個用聚碳酸酯制成的夾具10的k值為4108gmf/mm。用公式(a)計算出的平衡位移x4＝193.7gmf/4108gmf/mm＝0.047mm＝0.001856in。如果每英寸寫入2000個磁道的數據，這表示產生了3.7個磁道的位移。這個錯誤可以被糾正，該錯誤利用伺服系統例如在申請系列號07/766,478中揭示的“微小磁盤驅動器的適應避開補償系統”來糾正，該專利由托馬斯·L·安德魯發(fā)明、共同申請、共同所有、并同時申請。
溫度變化是磁盤驅動器中產生偏心現象的另一個可能的原因。這些輪轂一般用鋼鐵制造，磁盤由鋁制造，鋼鐵和鋁有不同的熱膨脹系數。軸向上的夾鉗事實上有可能抑制在溫度變化時磁盤和輪轂間所有的相對運動。正常情況下該夾具在磁盤某一點上有一個最大的夾鉗力。這個點成為一個“頂住點”，磁盤與輪轂將在一定區(qū)域內相對該頂住點滑動，這樣就產生了偏心。每個溫度變化潛伏著產生另一個不可預測和不可重復的偏心可能。
本實用新型的夾具中，基本的夾鉗力是徑向的，并且該夾具使磁盤和輪轂在同中心關系時兩者能自由相對移動。因此，溫度變化不會出現在軸向夾持裝置中產生的偏心。
該實施方式中，該夾具10由聚碳酸酯制成，也可用其它塑料材料和類彈性材料制成。一種上述材料是由美國新澤西查塔姆(Chatham)的Hoechst-Celanese公司生產的液晶高聚物VectraTM(聚乙烯纖維)。該材料最重要的特性是它是類彈性體，比如它具有線性應力應變曲線。
該實施方式描述上述三個凸塊13、L形扣壓部14和六個指狀物12，這些部分不是必不可少的。該實用新型其它的夾具可能包括更少或更多的凸塊、L形扣壓部和指狀物。
如圖8所示，一雙磁盤夾持裝置分別用于固定磁盤81和82的兩個夾具80。夾具80與夾具10相似。一環(huán)形法蘭83滑入輪轂84并抵壓在該輪轂84的一環(huán)形臺階85上。
圖9所示為一個雙磁盤夾持裝置，該上面的夾具91可倒置。夾具90、91與夾具10相似。一圓形法蘭92鎖固于該輪轂93的頂部，該法蘭92有一環(huán)形表面94，該夾具91通過該環(huán)形表面94抵壓磁盤81。
圖10所示為一雙磁盤夾持裝置，該次輪轂100鎖固于一主輪轂101上。夾具102和103與夾具10相同。
圖11所示為雙磁盤夾持裝置的另一實施方式。上夾具130和夾具10相似。下夾具131也和夾具10相似，除了每一L形扣壓部133向上延伸出一突出部132。上磁盤81由突出部132支撐。夾具130和131上的指狀物134和夾具10上的指狀物12相似。
權利要求1.一種存儲磁盤夾持裝置，其包括一磁盤輪轂、一信息存儲磁盤及一磁盤夾具，其特征在于該磁盤夾具包括一具有一中心軸的環(huán)形組件、若干從該環(huán)形組件沿平行于該中心軸延伸而出可提供該磁盤內邊徑向力的指狀物、若干從該環(huán)形組件沿徑向向內延伸而出的凸塊，這些凸塊接觸該輪轂的斜表面，該磁盤夾具還包括若干從該環(huán)形組件延伸而出的扣壓部，這些扣壓部可產生推壓磁盤到該輪轂的表面的軸向力，該夾具是類彈性材料。
2.如權利要求1所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于這些徑向力的標量和大于這些軸向力的標量和。
3.如權利要求2所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于該若干扣壓部是L形狀。
4.如權利要求1所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于該裝置包括若干上述磁盤和若干上述夾具，每一夾具用來卡持一磁盤到該輪轂上。
5.如權利要求4所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于其中一個夾具相對于另一夾具為倒置的。
6.如權利要求4所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于至少一個夾具包括一保持兩磁盤預定間距的間隔裝置。
7.如權利要求4所述的存儲磁盤夾持裝置，其特征在于該輪轂被分成若干與該中心軸同軸的部分，每一磁盤被每一夾具卡持在上述相應的部分。
專利摘要一種存儲磁盤夾持裝置，其包括一輪轂、一信息存儲磁盤及一存儲磁盤夾具。該存儲磁盤夾具裝設在一輪轂上，其包括一由彈性材料制成的環(huán)形體和若干在該磁盤內邊緣施加向外的徑向力的指狀物。這些指狀物間隔均勻的分布在該環(huán)形體上，若干凸塊間隔均勻的排列在該夾具內表面并接觸該輪轂。若干向外延伸的L形扣壓部，接觸該磁盤的水平表面并提供一軸向力。該磁盤的固持主要依靠由這些指狀物提供的向外的徑向力，其次依靠由這些L形扣壓部提供的軸向力。后者僅僅能夠保證磁盤位于一間隔物或該輪轂的安裝面上。
文檔編號G11B17/03GK2563698SQ0227197
公開日2003年7月30日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權日2002年7月19日
發(fā)明者詹姆士·敦克里, 羅伯特·艾爾特 申請人:深圳易拓科技有限公司