зажим и распорная втулка для дисков

Формула изобретения

1. Распорная втулка (10) для дисков, содержащая кольцеобразную часть (30), отличающаяся тем, что дополнительно содержит две выполненные как единое целое с кольцеобразной частью фланцевые части (40, 42), образующие с кольцеобразной частью Т-образное сечение в радиальном направлении в поперечном разрезе, средство для обеспечения заранее заданной радиальной нагрузки на по меньшей мере два диска (20, 22) с внутренними закраинами (44, 46), каждый из которых имеет кольцевую форму опирающихся на ее фланцевые части.

2. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что заранее заданная радиальная нагрузка обеспечивается фланцевыми частями за счет приложения пружинящих усилий к дискам.

3. Втулка по п. 2, отличающаяся тем, что заранее заданная радиальная нагрузка обеспечивается зазором, имеющимся в кольцевой части распорной втулки.

4. Втулка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит выступ, образованный на ее внутренней поверхности, при этом выступ имеет опорную поверхность для зажима диска, расположенную в осевом направлении ниже верхней поверхности фланца.

5. Втулка по п.4, отличающаяся тем, что опорная поверхность зажима диска наклонена относительно оси и радиального направления распорной втулки и благодаря этому приспособлена для разложения приложенной к этой поверхности силы на осевую и радиальную силы.

6. Втулка по п.5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит выемки на пересечении между кольцеобразной и фланцевыми частями распорной втулки, предназначенные для увеличения возможности радиального деформирования фланцевых частей под действием радиальной нагрузки.

7. Узел шпинделя дисковода, содержащий узел распорной втулки и дисков, имеющий по меньшей мере два диска (20, 22), с внутренними закраинами (44, 46), каждый из которых имеет кольцевую форму, отличающийся тем, что распорная втулка (30) для дисков имеет две фланцевые части (40, 42), образующие с кольцеобразной частью Т-образное сечение в радиальном направлении в поперечном разрезе и создающие заранее заданную радиальную нагрузку на по меньшей мере два диска (20, 22) с внутренними закраинами (44, 46), каждый из которых имеет кольцевую форму, опирающихся на ее фланцевые части, а высота каждой фланцевой части от кольцеобразной части распорной втулки меньше толщины каждого диска, шпиндель (12), имеющий фланец (28), причем узел распорной втулки и дисков смонтирован на упомянутом шпинделе так, что один из упомянутых двух дисков опирается на упомянутый фланец шпинделя и расположен между кольцевой частью распорной втулки и фланцем шпинделя, зажим (14) диска, смонтированный на шпинделе и опирающийся на опорную поверхность (24) распорной втулки.

8. Узел шпинделя дисковода по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере три разнесенные по лучам выпуклости (60), образованные на каждой фланцевой части распорной втулки, которые обеспечивают управляемое согласование между соответственными фланцевыми частями и дисками, чтобы придавать управляемый профиль деформирования диска.

9. Узел шпинделя дисковода по п.7 или 8, отличающийся тем, что опорная поверхность распорной втулки содержит в себе наклонную часть, которая преобразует направленную вниз силу, прикладываемую зажимом диска, в радиальную и осевую силы, где радиальная сила действует а отношении увеличения радиальной силы распорной втулки на по меньшей мере два диска (20, 22) с внутренними закраинами (44, 46), каждый из которых имеет кольцевую форму, а осевая сила действует так, чтобы удерживать узел распорной втулки и дисков на фланце шпинделя.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение касается области магнитной записи, и в частности зажимов и распорных втулок дисков для дисководов накопителей на жестких магнитных дисках и пакетов дисков.

Краткое описание предшествующего уровня техники

Основной целью дисковых креплений для дисководов магнитных накопителей на жестких магнитных дисках является крепление магнитных жестких дисков в пакете на шпинделе таким образом, чтобы диски не смещались в радиальном направлении при ударе. Такое радиальное смещение, иначе известное в промышленности под названием "проскальзывание диска", может привести к общему повреждению дисковода вследствие нарушения согласования дорожек предварительной записи на получившем проскальзывание диске относительно дорожек предварительной записи на других дисках.

Основной способ креплений дисков в известной технике состоит в том, чтобы обеспечить вертикальную сжимающую силу на верхнем диске пакета, где нижний диск пакета опирается на фланец шпинделя. Сами диски разделяются распорными втулками.

Требуемая сила крепления дисков определяется техническими требованиями к ударам дисковода, Например, если технические условия дисковода требуют, чтобы дисковод выдерживал удар, равный 300 единицам ускорения свободного падения, к диску должна прикладываться радиальная сила порядка трех фунтов (1,36 кг). Для получения такой силы, зажим диска должен прикладывать вертикальную прижимающую силу, равную, например, 20 фунтам (9,07 кг), потому что коэффициент трения между зажимом и дискет находится в пределах 0,15, который может преобразовать вертикальную или осевую силу, равную 20 фунтам (9,07 кг), в радиальную силу, примерно равную 3 фунтам (1,36 кг).

По мере уменьшения дисководов диски также становятся тоньше. Это налагает серьезные ограничения на общую высоту пакета узла дисков и шпинделя, что в свою очередь требует уменьшения толщины дисков и высоты зажима дисков над шпинделем. При уменьшении дисков имеется также тенденция искривления дисков в форму очисток картофеля из-за требуемой сжимающей силы зажима дисков для предотвращения "проскальзывания диска". Из-за всех вышеприведенных факторов требуется новый способ крепления дисков.

Один способ, предложенный в заявке на патент РСТ N WO 93/06599, состоит в том, чтобы использовать кольцеобразный зажим и распорную втулку, имеющую множество пальцев, оказывающих радиальное давление на первый диск, и множество выступов, опирающихся на второй диск с целью управления радиальным перемещением первого диска и разделения двух дисков.

Второй способ предложен в Бюллетене технических раскрытий компании IBM, том 32, N 6 за ноябрь 1989 года, стр. 129. Конструкция узда пакета дисков, в которой описывается использование кольца с прорезью и канавкой для крепления множества дисков. Каждый диск располагается в канавке, находящейся в кольце, которое сдавливают и вставляют во внутренний диаметр дисков; когда кольцо освобождается, оно обеспечивает радиальную сжимающую силу на дисках.

Краткое изложением сущности изобретения

Изобретение заключается в узле распорной втулки дисков, имеет фланец, выполненный как единое целое с втулкой и который установлен с натягом на внутренней периферийной закраине магнитного диска. Эту посадку с натягом конструируют так, чтобы сообщать диску требуемую радиальную силу, предназначенную для противодействия "проскальзыванию диска", которая обычно создается зажимом. Сила этой распорной втулки дисков относительно диска создается за счет выполнения диаметра распорной втулки (фланца) несколько большим, чем внутренний диаметр диска.

В первом варианте осуществления изобретение обеспечивает распорную втулку дисков, содержащую:

- кольцеобразную часть распорной втулки и отличающуюся тем, что дополнительно содержит в себе две фланцевые части, связанные с кольцеобразной частью распорной втулки таким образом, что образуют конструкцию Т-образного сечения в радиальном направлении, если смотреть в поперечном разрезе, и

- средство для обеспечения заранее заданной радиальной нагрузки на внутренний диаметр дисков (внутреннюю закраину), опирающихся на фланцы.

В предпочтительном варианте осуществления распорная втулка имеет маленький зазор в одном месте в кольце распорной втулки, так что распорную втулку можно сжимать до меньшего диаметра, сжатую распорную втулку устанавливать во внутренний диаметр диска и отпускать с целью обеспечения пружинящей силы относительно внутреннего диаметра диска. В качестве альтернативы радиальную нагрузку можно прикладывать посредством первоначального охлаждения распорной втулки дисков с несколько увеличенным размером (без зазора) перед вставлением во внутренний диаметр диска, так что когда распорная втулка нагревается до рабочей температуры, она расширяется, обеспечивая требуемую пружинящую силу и нагрузку на внутренний диаметр диска.

Во втором варианте настоящее изобретение обеспечивает узел шпинделя дисковода, содержащий

узел распорной втулки с дисками, содержащий

по меньшей мере два диска, каждый из которых имеет внутреннюю кольцевую закраину,

и отличающийся тем, что содержит дополнительно

распорную втулку дисков, имеющую два фланца, связанных с кольцеобразной частью распорной втулки таким образом, что образуют конструкцию Т-образного сечения в радиальном направлении, если смотреть в поперечном разрезе, где

высота каждого фланца от участка распорной втулки меньше толщины каждого диска,

диски смонтированы на упомянутой распорной втулке, при этом соответственные диски имеют упомянутую внутреннюю закраину, опирающуюся на соответственный из упомянутых фланцев распорной втулки с заранее установленной радиальной силой;

шпиндель, имеющий фланец шпинделя;

узел распорной втулки и дисков, смонтированный на упомянутом шпинделе, причем один из упомянутых двух дисков опирается на упомянутый фланец шпинделя и располагается между участком распорной втулки дисков и фланцем шпинделя;

зажим диска, смонтированный на шпинделе и опирающийся на опорную поверхность упомянутой распорной втулки дисков.

Узел распорной втулки и дисков устанавливают на шпиндель дисковода в виде собранного блока и закрепляют на шпинделе дисковода посредством зажима дисков, который опирается на распорную втулку дисков. Вследствие того, что в этой конфигурации дискового зажима не требуется приложения вертикальной или осевой нагрузки на верхнюю поверхность верхнего диска в пакете, зажим располагают таким образом, чтобы он прикладывал свою нагрузку к выступу на внутреннем диаметре узла распорной втулки. Этот выступ расположен ниже в осевом направлении верхней поверхности самого верхнего диска таким образом, что верхняя часть зажима и крепежный винт расположены в осевом направлении у верхней поверхности или ниже верхнего диска пакета дисков.

В альтернативном устройстве, опорная поверхность выступа зажима дисков несколько наклонена, так что зажим дисков во время приложения силы к выступу прикладывает не только вертикальную (осевую) силу, но также посредством преобразований силы, вызываемых наклонной поверхностью, радиальную силу на самом верхнем диске пакета дисков с целью обеспечения дополнительного зажимающего усиления с целью удержания самого верхнего диска в радиальном расположении.

Другая особенность настоящего изобретения состоит в расположении фланца распорной втулки самого нижнего диска на незначительном расстоянии от фланца шпинделя, на котором зажат пакет дисков, так что сила, прикладываемая к выступу распорной втулки дисков, прикладывается к нижнему диску в пакете дисков в вертикальном или осевом направлении, расположении и зажатии нижнего диска между участком распорной втулки дисков узла распорной втулки дисков и фланцем шпинделя. Эта дополнительная осевая нагрузка преобразуется, как упоминалось выше, в дополнительную радиальную нагрузку с целью содействия в предотвращении "проскальзывания диска".

Дополнительная особенность настоящего изобретения состоит в обеспечении маленького выреза или паза между участком фланца и участком распорной втулки дисков узла распорной втулки дисков, так что фланец распорной втулки дисков может обладать возможностью физического деформирования в радиальном направлении. Это помогает обеспечению равномерного приложения радиальной нагрузки к внутреннему диаметру диска.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 представляет собой частичный поперечный разрез шпинделя дисковода, имеющего соответствующий настоящему изобретению узел распорной втулки дисков;

фиг. 2 представляет собой вид сверху узла распорной втулки дисков, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 3 представляет собой вид сверху соответствующего настоящему изобретению узла распорной втулки дисков в устройстве прессовой посадки с магнитным жестким диском.

фиг. 4 представляет собой частичный поперечный разрез шпинделя дисковода, имеющего соответствующий настоящему изобретению альтернативный узел распорной втулки и дисков;

фиг. 5 представляет собой вид части альтернативного варианта, показанного на фиг. 4, иллюстрирующий, в частности, векторы силы, получающиеся от действительной нагрузки дискового зажима на наклонном выступе узла распорной втулки дисков;

фиг. 6 представляет собой вид сверху соответствующей настоящему изобретению распорной втулки дисков, содержащий выпуклости контроля искривления диска.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Рассматривая теперь фиг. 1, отметим, что здесь показан предпочтительный вариант узла 10 распорной втулки дисков, установленный на фланце 12 шпинделя дисковода посредством фактической силы прижатия, прикладываемой дисковым зажимом 14 с помощью зажимного винта 16 в оси 18 шпинделя вращения дисковода. Узел 10 распорной втулки дисков содержит часть 30 распорной втулки дисков и два интегральных фланца 40 и 42, идущих от внутреннего диаметра части 30 распоркой втулки, в результате создавая в поперечном разрезе Т-образное сечение, если смотреть по направлению внутреннего диаметра узла распорной втулки. Два магнитных жестких диска 20 и 22 установлены на распорной втулке 10 таким образом, что они оба связаны с частью 30 распорной втулки узла распорной втулки и опираются на нее своими поверхностями (внутренними закраинами) 44 и 46, соответствующими внутренним диаметрам, соответственно, на участки фланцев 40 и 42 узла 10 распорной втулки. Осевая прижимающая сила, создаваемая зажимом 14 дисков, прикладывается к выступу 24, который проходит в радиальном направлении внутрь от узла 10 распорной втулки дисков ниже верхней поверхности фланца 40, которая, в свою очередь, проходит в осевом направлении ниже верхней поверхности диска 20. Благодаря такому устройству верхняя часть крепежного винта 16 также оказывается у верхней поверхности или ниже этой верхней поверхности верхнего диска 20.

Нижний фланец 42 узла 10 распорной втулки дисков расположен таким образом, что имеется маленький зазор 26 между нижней поверхностью этого фланца и прилегающей поверхностью фланца 12 шпинделя. Благодаря такому устройству осевая сила, прикладываемая зажимом 14 дисков, передается участком 30 paспорной втулки нижнему диску 22, фиксируя тем самым нижний диск 22 между частью 30 распорной втулки дисков и фланцем 12 шпинделя. Это не только служит для поддержания всего узла 20 распорной втулки дисков и подсоединенных дисков 20 и 22 на фланце 12 шпинделя, но также содействует, благодаря силе трения между тремя составляющими, приложению дополнительной радиальной силы к нижнему диску 22.

Рассматривая фиг. 2 отметим, что здесь показан вид сверху узла 10 распорной втулки дисков. На этом чертеже позициями 30, 40 и 24 показаны, соответственно, часть 30 распорной втулки дисков, верхний фланец 40 и выступ 24. Дополнительной особенностью, показанной на этом чертеже и не показанной на фиг. 1, является маленький зазор 32 в конце распорной втулки. Этот зазор 32 обеспечивает средство, с помощью которого пружинящую силу узла 10 распорной втулки можно приложить к поверхности, соответствующей внутреннему диаметру диска 20 или диска 22. Диаметр узла 10 распорной втулки дисков сделан таким, что он несколько больше внутреннего диаметра диска 20 или диска 22. Распорную втулку 10 необходимо слегка сжать, используя зазор 32, чтобы установить во внутренний диаметр дисков 20, 22. После этого, когда сжатие отпускается, упругость узла распорной втулки обеспечивает пружинящую силу относительно внутреннего диаметра дисков 20, 22. Посредством правильного расположения материалов и степени сжатия, создаваемого благодаря правильному выбору диаметра узла 10 распорной втулки, можно к внутреннему диаметру диска прикладывать необходимую и требуемую радиальную нагрузку для поддержания диска относительно требуемой ударной нагрузки. И здесь, как понимают специалисты в данной области техники, величина нагрузки будет изменяться в соответствии с различными применениями каждого используемого дисковода. Например, если дисковод используется в портативном компьютере, который подвержен возможности падений, то требуется более высокая ударная нагрузка.

На фиг. 3 показан узел 10 зажима дисков, установленный в диске 20. На чертеже показаны распорная втулка 10 диска, часть 30 которой ограниченна прерывистой линией и выступом 24. При установленных дисках на узле 10 распорной втулки дисков объединенные блоки образуют узел пакета дисков, который смонтирован в виде единой конструкции на шпинделе 12 дисковода. Этот способ крепления исключает требование к правильному расположению дисков 20 и 22 при креплении их на шпинделе 12. Обычно шпиндели дисководов изготавливают из стали, тогда как магнитные диски состоят из алюминия. Это различие в материалах создает разницу в коэффициентах теплового расширения, которая приводит к принудительному "проскальзыванию диска", если внутренний диаметр магнитного диска опирается на наружный диаметр стального шпинделя. Если диски вместо этого монтируют в соответствующем настоящему изобретению узле распорной втулки дисков, узел распорной втулки дисков можно изготавливать и предпочтительно изготавливают из такого же материала, как и диск, устраняя тем самым любые рассогласования коэффициентов теплового расширения и снижая, если не исключая, любую создаваемую проблему проскальзывания диска, вызываемого различиями материалов шпинделя и диска. Таким образом, в результате этого узел пакета дисков, состоящий из узла распорной втулки дисков и магнитных дисков 20 и 22, можно монтировать в виде блока на дисководе без необходимости операций поддержания радиального разделения между ними. Таким образом, на практике вначале диски собирают в узел распорной втулки дисков, а узел распорной втулки дисков и пакеты дисков устанавливают вокруг шпинделя таким образом, чтобы они опирались на фланец 12 шпинделя. Затем на ось шпинделя закрепляют зажим 14 посредством зажимного винта 16. Эффективность этого способа полной сборки сильно улучшается по сравнению с любым известным способом.

На фиг. 4 показана альтернативная конструкция узла 10 распорной втулки дисков, в которой выступ 24 выполнен с наклонной поверхностью таким образом, что как это показано на фиг. 5, сила, прикладываемая зажимом 14 диска, показанная стрелкой 50, раскладывается на осевую силу 52 и радиальную силу 54. Осевая сила 52 ведет себя таким же образом и служит для таких же целей, как и осевая сила зажима дисков на фиг. 1. Однако радиальная сила 54 содействует обеспечению дополнительной радиальной силы на внутренний диаметр верхнего диска 20. Эта конструкция стремится выровнять величину радиальной силы, прикладываемой и к верхнему диску 20 и к нижнему диску 22, потому что, как отмечалось выше, осевая нагрузка зажима 14 диска на узле 10 распорной втулки дисков обеспечивает дополнительную радиальную удерживающую силу для нижнего диска 22 посредством действия расположения диска 22 между частью 30 распорной втулки дисков и фланцем 12 шпинделя.

В качестве дополнительной особенности этот вариант узла 10 распорной втулки дисков предусматривает вырезы 34 и 36 между частью 30 распорной втулки и фланцами 40 и 42, чтобы обеспечить возможность тем самым фланцам физически деформироваться в радиальном направлении из-за уменьшенной толщины материала у соответственных вырезов 34 и 36. Эта способность радиального деформирования содействует передаче радиальной силы от зажима 14 диска внутреннему диаметру верхнего диска 20.

Дополнительная особенность этого варианта изобретения состоит в том, что фланцы узла распорной втулки дисков можно изготавливать идентичными по конструкции, чтобы конструкция оказывалась симметричной относительно линии, проходящей через центр распорной втулки. Таким образом, узел 10 распорной втулки может не иметь определенные верхний и нижний фланцы (40 и 42), потому что их конструкция может быть идентичной. Это помогает процессу изготовления.

Дополнительная особенность настоящего изобретения показана на фиг. 6, которая представляет собой вид сверху распорной втулки 10 дисков. При некоторых применениях дисководов требуемая радиальная нагрузка для предотвращения "проскальзывания диска" может быть настолько высокой, что радиальная нагрузка может вызывать деформацию диска, иначе так называемую "очисткой картофеля". Это деформирование, если не обеспечить управления им, может привести к неприемлемому биению диска. В таких ситуациях в известном уровне техники утверждается, что если контролировать профиль биения, то биение может обеспечить действительное увеличение эффективности диска. Например, об этом говорится в патенте США N 4875118, выданном Фариду Кеймараму.

На фиг. 6 управляемое биение обеспечивается выступами 60, выполненными на фланце 40 распорной втулки дисков на заранее заданных радиальных интервалах, в зависимости от требуемых степени и профиля. На чертеже имеются три выступа 60, показанные на радиальных интервалах 120^o, где одна из выпуклостей расположена на диаметрально противоположной стороне от зазора 32 в кольце.

Описание специальных особенностей предпочтительного варианта нельзя принимать в качестве ограничения объема изобретения, изложенного в формуле изобретения.