专利名称：带有保证磁盘/轮毂同心度的装置的磁盘存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁盘存储器领域，更具体地涉及在磁盘存储器内部温度变化时保证记录磁道与磁盘电机的转轴保持同心的装置。
磁盘存储器设计的趋势总是面向更高的磁道密度以允许在一片单一的磁盘上记录更大量的信息。在一般类型的磁盘存储器中，若干数量的磁盘片组成一个叠片组而在各盘片之间则放有垫片。然后，将这一磁盘叠片组支承在一个平面上，例如从轮毂径向伸出的架子，使之围绕通过磁盘电机轴的一条轴旋转。一个轴向作用力将磁盘叠片组夹紧定位。在这种磁盘驱动器中，重要的一点是，一旦在各磁盘或一片专用的伺服磁盘上写入信息时，保证磁盘尽可能小地偏离旋转轴的中心，或者根本没有偏离。
在磁盘片与支承它们的轮毂部分是用具有不同的热膨胀系数的材料制成的磁盘存储器中，在热循环中的不同膨胀在轮毂与磁盘片的边界上产生巨大的力。当热膨胀力变大时，夹紧载荷所产生的摩擦力便不足以克服膨胀力而磁盘片可能径向移位。这一移动通常是无法预测其大小与方向的，並且有可能使磁盘片离开其转动轴。造成的磁道偏心将导致已经在磁盘上的数据成为无法检索的。
在本技术领域内描述过若干意在解决这一问题的努力。
英国2163525号专利描述了一种位于最低的磁盘片与轮毂凸缘(凸缘与盘片具有不同的热膨胀系数)之间的由MYLAR(注册商标)(聚酯树脂)制成的垫片。温度改变造成盘片与凸缘之间的相对运动，这又造成垫片的剪切。垫片的作用是在温度回复到原来的值时(用弹性力)将磁盘片回复到原来的位置上，然而在实践中已发现这是不能重复工作的。
美国4754351号专利描述了另一种解决方法，其中用轴向的窄条限定了转轴与盘片之间一定的间隙，从而当磁盘片产生热诱导的不均匀膨胀时用于维持一种基本上均匀的间隙。
美国4717977号专利描述了包围在钢制电机圆柱周围的一种铝制套筒的使用方法，这两部分之间的接合限制在靠近重叠表面中心的那一部分。在这一情况下，由于需要外加的铝制套筒而限制了电机的大小。
PCT WO88/06781号申请案描述了一种用于磁盘驱动器的轮毂内电机组件，其中，磁盘片是安装在一个空心的铝质轴上的，该铝质轴中包含一可拆卸的钢质套筒，而在该套筒内则装有电机磁铁。由于轴是铝质的，不均匀热膨胀导致的热变形被消除了，但电机的大小又一次受到了限制。
在先有技术描述一系列用于解决不可预测的磁盘片位移引起的问题的方法的同时，对于高效的、紧凑的並且在整个磁盘存储器的使用寿命中都是可靠的一种系统有日见增长的需求。
从而，本发明提供了一种磁盘存储器，它包括一个具有一轮毂的磁盘组件，该轮毂可绕一中心轴旋转，具有一个侧壁及一个周边凸缘，至少一片由该凸缘支承的数据存储磁盘，磁盘与凸缘是由具有不同的热膨胀系数的材料制成的，夹紧装置用于将所述磁盘片夹紧在所述凸缘上，位于凸缘的一个第一表面与磁盘的相对表面之间的补偿装置，用于保证在温度变化时磁盘仍然保持与轮毂同心，其特征在于该补偿装置包括具有与轮毂的热膨胀系数不同的一个热膨胀系数的膨胀装置，该膨胀装置是连接在轮毂侧壁上的，並且具有与轮毂同心的且与磁盘表面无滑动接触的升起部分，补偿装置进一步包含设置在膨胀装置与凸缘之间的装置，用于在温度变化时允许膨胀装置相对于凸缘作径向移动。
膨胀装置是这样设计的，以便使在温度变化中在磁盘与膨胀装置之间的不同膨胀和磁盘与轮毂凸缘之间不同膨胀相比较有所减小。以这一方式使不同膨胀在磁盘/膨胀装置接触面上产生的摩擦力得以减小，借此减小不可预测的磁盘位移的危险性。为了使膨胀装置能与磁盘一起运动，有必要在膨胀装置与轮毂凸缘之间插入一个装置。在温度变化中，连接在轮毂侧壁上的膨胀装置的径向刚性产生面向中心的力，它保证膨胀装置以及该磁盘保持与轮毂同心。
在一种较佳的磁盘存储器中，轮毂的材料具有比磁盘材料小的热膨胀系数，而膨胀装置则用比磁盘材料高的热膨胀系数的材料制成。在一种常见的磁盘存储器形式中，盘片是铝制的而轮毂则是钢的。膨胀装置(例如锌和镁)的较高热膨胀系数意味着能够实现磁盘与膨胀装置两者的膨胀率的“匹配”，即产生在磁盘与膨胀装置之间的摩擦力得以减小。
本发明也能用于其它的系统，例如光盘存储器，其中轮毂是用具有比磁盘高的热膨胀系数的材料制成的，例如轮毂是铝制的而盘则是塑料或玻璃制品。在这样一种系统中，轮毂凸缘将以较盘片为快的速度膨胀，而膨胀装置则可设计为具有较轮毂为低的热膨胀系数，以此来减小光盘/膨胀装置接触面上产生的摩擦力。
在某些空间並非十分宝贵的磁盘存储器中，有可能使膨胀装置包含一个简单的圆环，该圆环套在轮毂侧壁上並与之相接合。环的性质(如热膨胀系数)与几何形状可以选择为能够减小环/盘接触面处不同的膨胀。
然而，由于许多现代磁盘存储器的几何上的限制，更为可行的是需要一种更精巧的膨胀装置设计来实现磁盘与膨胀装置的接触处的膨胀率的匹配。因此，在一种较佳的磁盘存储器中，膨胀装置包含一个在升起部分径向内侧位置上具有一个弹性减弱段的圆环。升起部分最好采取与轮毂同心的环形隆起物的形式。这样，用于减小磁盘与膨胀装置接触表面之间的热膨胀差别的膨胀装置中便筑入了某些灵活性。减弱段使膨胀装置的外缘部分能够更自由地膨胀。
在一个最佳实施例中，减弱段包括一个从包含升起部分的一个平坦的外缘部分的边沿延伸出来的侧壁部分。在温度变化时，该侧壁弯曲。
在另一实施例中，减弱段包括多条切入环中的槽，它们的作用与第一实施例中的侧壁部份基本上相同。
在任何一个所描述的实施例中，插入膨胀装置与轮毂凸缘之间的装置的最佳选择为一片聚乙烯对苯二甲酸酯或聚四氟乙烯(PTFE)垫片。
本发明将只以举例方式並参照附图进行说明。
图1是根据本发明的一个磁盘存储器的剖视图;
图2是用于根据本发明的磁盘存储器中的膨胀环的第一实施例的剖视图;
图3是图2中的膨胀环的一个放大的透视图;
图4是膨胀环的第二实施例的一个放大的透视图。
图1中所示的磁盘存储器包括两个主要组件。它们是一个音圈电机形式的线性致动器10以及一个磁盘叠片组件20，它包含一个轮毂内电机。线性致动器与磁盘叠片组件安装在一个刚性基座铸件60上，该铸件构成磁盘存储器外壳的一部分。壳体由可拆卸地连接在基座铸件各端的盖板62、64围成。
图1中所示的线性音圈致动器由一个固定磁铁组件12与一个可动滑架组件14构成，滑架组件14支持一个磁头叠，该磁头叠包括20个用于从11片刚性磁盘22上存取数据的读写组件16以及一个用于从一片专用的伺服磁盘表面24上读取伺服信息的伺服头18。在操作中，一个电流信号作用在音圈上，电流与磁铁组件生成的磁场相互作用，借此驱动滑架及其所连接的磁头叠。
磁盘叠片组件20包括一个为绕一静止的轴28转动而安装的圆柱形轮毂26，它是以一对轴承30、32连接在静止轴两端的。轮毂在其底端包含一个周边凸缘33，在该凸缘上支承着一叠12片由垫圈34分隔的磁盘22、24。磁盘叠由一夹紧环36夹紧在轮毂上，夹紧环是用埋置在夹紧环上表面的凹口中的螺丝38紧固在轮毂的顶部的。夹紧环包括一个周边凸缘40与磁盘叠中最上面的磁盘接触。
从图1中可以见到，磁盘叠片组件通过螺丝66、68安装在基座铸件60中。这两个螺丝穿过铸件顶部与底部的两个孔並进入静止轴顶部与底部的两个孔中。
驱动磁盘的电机是位于由上下轴承及轮毂的内表面所限定的空腔中的。轮毂的内表面带有一圆筒形多极条形磁铁44，它构成无刷直流电机的转子。由叠片芯子上的绕组构成的定子46连接在静止轴上。磁路由以软磁材料(如钢)制成的轮毂与轴完成。使用轮毂与轴作为磁路的一部分提高了轮毂内电机的紧凑性。
如前面已经说明过的，在磁盘存储器中的温度变化时，磁盘与轮毂凸缘的不同膨胀率会导致不可预测的磁盘移位(径向错位)。这一问题在这里利用一个膨胀环50及位于磁盘叠中最底的盘片22′与轮毂凸缘之间的聚乙烯对苯二甲酸酯垫片51(具有典型厚度75微米)加以解决。图2示出了包含膨胀环的一个实施例的磁盘叠片组件的下面部位的一部分。图4示出了膨胀环的第二实施例的透视图。在各实施例中，牢固地连接在轮毂侧壁27上的膨胀环(例如用胶粘或压接)以一个在环上形成的径向凸棱52压接在磁盘的下侧。这一凸棱的位置确定在对应于磁盘叠中最上面的磁盘与夹紧环上的凸边40之间的接触点41的位置上以保证磁盘叠中的磁盘保持互相平行。凸棱压接在磁盘上的一个窄槽中以避免磁盘与凸棱本身之间的不同热膨胀问题。
膨胀环的热特性是这样设计的，使得在凸棱处磁盘与环的膨胀率基本相同。这样，当磁盘与膨胀环用前面所述的夹紧环夹紧在一起时，由于不同的热膨胀而在两者之间产生的摩擦力比较起磁盘与钢质凸缘直接接触时存在的摩擦力来是大为减小了。结果，保证摩擦力不致引起不可预测的磁盘移位所需的夹紧力也减小了。然而，由于环的材料以比在下面的凸缘的钢的膨胀更快的速率膨胀，所以必须保证该环能相对于轮毂凸缘在径向上自由运动。插在环的下表面与轮毂凸缘的上表面之间的垫片便是作为一个支承面来允许环与凸缘之间的相对运动的。因此，由于环进而磁盘能够相对于凸缘运动，在环/凸缘界面上没有摩擦力产生，这种摩擦力本身是产生不可预测的磁盘移位的原因。
环中对向中心的力保证了环与轮毂保持同心。为了得到强大的对向中心的力，环是设计为具有高的径向刚性的。
在温度增加时，轮毂环和磁盘的材料以不同的速率膨胀。由于环是接合在轮毂上的，钢的较小膨胀率(大约11ppm/摄氏度)约束了环的自由运动。从而为了达到膨胀匹配，必须使环有较磁盘为高的热膨胀系数。具有这种热膨胀系数的材料包含镁与锌(两者大约为27ppm/摄氏度)。
在图1中以及那些具有相同类型的包含轮毂内电机的磁盘存储器中，轮毂的外侧表面与凸边位置之间只有有限的空间。在这些磁盘存储器中，为了克服轮毂的约束效应，有必要将环从轮毂上“解脱”，以便环的外侧部分，即包含凸棱的平坦部分，能更自由地运动。这一点是以减弱轮毂与凸棱之间的环的一部分来达到的。
图1、2和3示出了包含这样一个以垂直侧壁段53的形式的减弱段的环结构。在横断面上，该环呈台阶状，以该垂直侧壁段将环的平坦外侧部分54与连接到轮毂上的环的部分55连在一起。该侧壁从外侧部分的一边延伸进磁盘的内表面与轮毂之间的空腔中。
在温度升高时，环的垂直侧壁与环的外侧部分之间的接合部56径向向外移动，侧壁弯曲以允许环的外侧部分的自由运动，从而达到膨胀匹配的要求。当温度降低时，环收缩而侧壁回复到其原来位置，环中的指向中心的力保证了磁盘与轮毂之间保持同心。
图4示出了另一种环设计的透视图，其中环的内侧部分是以在环上开若干个槽57来加以“减弱”的。这些与图2中的侧壁段具有基本相同的效果，允许环的外侧部分更自由地不受轮毂约束地运动。槽的大小与数量是根据取得所要求的膨胀匹配而设计的。
权利要求
1.一种磁盘存储器包含一个磁盘组件，由以下部件组成一个轮毂，可绕一中心轴转动，具有一侧壁与一条周边的凸缘，至少一片由该凸缘支承的数据存储磁盘，磁盘与凸缘是用具有不同的热膨胀系数的材料制成的，用于将所述磁盘夹紧在所述凸缘上的夹紧装置，位于该凸缘的一个表面与磁盘的一个相对表面之间的补偿装置，用于在温度变化时保证磁盘与轮毂保持同心，其特征在于该补偿装置包含具有与轮毂不同的一个热膨胀系数的膨胀装置，该膨胀装置是接合在轮毂的侧壁上並具有与轮毂同心的並与磁盘的表面无滑动接触的升起部分，该补偿装置进一步包括插在膨胀装置与凸缘之间的装置，用于在温度变化时允许该膨胀装置径向地相对于凸缘运动。
2.权利要求1所提出的一种磁盘存储器，其特征在于轮毂的材料具有较磁盘的热膨胀系数为低一个热膨胀系数，而膨胀装置则由一种具有较磁盘的热膨胀系数为高的一个热膨胀系数的材料制成。
3.权利要求2所提出的一种磁盘存储器，其特征在于轮毂是钢质的，磁盘是铝制的，而膨胀装置是镁或锌质的。
4.权利要求1、2或3所提出的一种磁盘存储器，其特征在于该膨胀装置包括一个圆形的环，该环套在並接合在轮毂侧壁上。
5.权利要求1、2或3所提出的一种磁盘存储器，其特征在于膨胀装置包括一个圆形环，该环包含一个位于升起部分径向内侧的弹性减弱段。
6.权利要求5所提出的一种磁盘存储器，其特征在于该减弱段包括一个从一平坦的外侧部分旁边延伸出的侧壁部分。
7.权利要求5所提出的一种磁盘存储器，其特征在于该减弱段包括多个与轮毂同心的槽。
8.权利要求1、2或3所提出的一种磁盘存储器，其特征在于其升起部分包括一条环形的凸棱。
9.权利要求1、2或3所提出的一种磁盘存储器，其特征在于插在凸缘与膨胀装置之间的装置是一片垫片。
10.权利要求9所提出的一种磁盘存储器，其特征在于该垫片是聚乙烯对苯二甲酸酯或聚四氟乙烯的。
全文摘要
一种磁盘存储器包含一个接合在轮毂的侧壁上的膨胀环，该环位于磁盘叠的最下面一片磁盘与轮毂凸缘之间。在该环上形成一条与轮毂同心的环形凸棱，该凸棱压接在磁盘的下面，该环是适配于使得在环与磁盘的接触位置上环的热膨胀基本上等于铝盘的热膨胀。插在该环与凸缘之间的一片垫片允许该环相对于凸缘自由运动。在热循环中，在接触点上环与磁盘以相同的速率运动，该环保证在整个磁盘存储器的工作温度范围内磁盘与轮毂保持同心。
文档编号G11B23/03GK1053963SQ90109968
公开日1991年8月21日 申请日期1990年12月14日 优先权日1990年1月8日
发明者格雷汉姆·尼杰尔·窦, 安托尼·罗杰尔·哈恩, 大卫·约翰·西伯恩, 朱利安·托马斯·扬 申请人:国际商业机器公司