主軸電機和記錄盤設備的製作方法
2023-05-16 05:22:11 1
專利名稱：主軸電機和記錄盤設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在諸如硬碟驅動單元(HDD)之類的記錄盤設備中採用的主軸電機，具體地說，涉及這樣一種主軸電機，該主軸電機包括一根固定到記錄盤設備殼上的靜止軸、和一個繞該靜止軸由一個用於轉動的軸承支撐的輪轂體，以便接收一個記錄盤。
在HDD中採用的主軸電機的輪轂通常由鋁製成。一個原因是滿足重量輕的要求。另一個原因是允許輪轂的線性膨脹性與鋁記錄盤的一致。認為相同的線性膨脹性能在溫度變化時，避免記錄盤與保持記錄盤的輪轂之間的位移。
鋁具有較大的熱膨脹係數，為23.5×10-6/℃，從而當操作HDD升高溫度時，輪轂遭受熱膨脹。熱膨脹使輪轂在徑向膨脹，從而轉動中心可能在記錄盤中偏心，並且/或者輪轂可能相對於滾珠軸承的環形外圈擺動。特別是，在環形外圈由熱膨脹係數小於鋁的材料，如鋼，製成的情況下，料想會有顯著的偏心和/或擺動。偏心和/或擺動可以導致磁頭偏離記錄盤上目標記錄柱面的位移。因此，磁碟的記錄密度幾乎不能提高，除非抑制這種偏心和擺動。
因而，本發明的一個目的在於，提供能夠避免由於溫度變化造成的偏心和/或擺動的一種主軸電機和一種記錄盤設備。
根據本發明，提供了一種主軸電機，該主軸電機包括一根靜止軸；一個繞該靜止軸由一個用於轉動的軸承支撐的輪轂體；及一個圍繞繞軸承的輪轂體的至少一部分的部件，所述部件具有小於輪轂體的熱膨脹係數。
當溫度升高引起輪轂體的熱膨脹時，該部件用來抑止輪轂體的熱膨脹，因為該部件具有小於輪轂體的熱膨脹係數。因而，熱膨脹的抑止能用來防止輪轂體相對於軸承，如滾珠軸承，偏心和擺動。
如果在記錄盤設備中採用該主軸電機，則靜止軸固定到記錄盤設備的一個殼上，而輪轂體適於接收記錄盤。由於在主軸電機中能抑制輪轂體的偏心和擺動，所以能防止轉動記錄盤的擺動，從而有助於記錄盤記錄密度的進一步提高。除諸如HDD之類的磁碟設備之外，記錄盤設備可以包括光碟設備和光磁碟設備。
該部件最好鑄造在輪轂體內。如果為了固定把該部件鑄造在輪轂體內，則與安裝在輪轂體內的部件相比，不必以較高的尺寸精度對部件拋光。而且，部件能形成任何形狀而沒有限制。
例如，通過這樣一種方法能實現包括鑄造在輪轂體內的部件的一種主軸輪轂的生產把比用於輪轂體的材料熱膨脹係數小的材料製成部件，把部件定位在用來形成輪轂體的鑄模中，及把用於輪轂體的熔化材料傾入鑄模中。可以選擇諸如鋁之類的軟金屬作為用於輪轂體的材料。
一種滑動防止機構可以形成在輪轂體的表面上。滑動防止機構可以用來防止部件與輪轂體之間的滑動，以便抑制輪轂體沿其轉動軸的熱膨脹。滑動防止機構可以包括一個伸向靜止軸的凸緣、或一個形成在部件表面上的槽。
部件最好包括一個在靜止軸的軸向連續的圓筒。在軸向連續的部件可以抑制輪轂體總是在輪轂體軸向的熱膨脹。因此，能使輪轂體免受由局部熱膨脹引起的變形。
聯繫附圖由最佳實施例的如下描述，將明白本發明的以上和其他目的、特徵、和優點，其中
圖1是立體圖，表明一種HDD；圖2是俯視圖，表示HDD的內表面；圖3是沿圖2中的線3-3得到的放大剖視圖，表明根據本發明一個實施例的一種主軸電機；圖4是立體圖，表明一個部件；圖5是製造一個主軸輪轂採用的一個鑄模的剖視圖；圖6是放大俯視圖，示意表示熱膨脹時的一個輪轂體；圖7是立體圖，表明部件的一個改進例子；圖8是帶有圖7所示部件的一種主軸電機的放大剖視圖；圖9是立體圖，表明部件的另一個改進例子；圖10是對於部件的又一個改進例子的一種主軸電機的放大剖視圖；及圖11是對於部件的又一個改進例子的一種主軸電機的放大剖視圖。
圖1表示一種硬碟驅動單元(HDD)，作為記錄盤設備的一個特定例子。HDD 10的殼11包括一個殼體12、和疊置在殼體12上方的一個蓋13。HDD 10可以併入計算機的殼內，或用作獨立於計算機的外部記錄設備。
如圖2中所示，殼11裝有一個安裝在本發明的一個主軸電機15上的磁碟16、和一個相對著磁碟16的磁頭17。磁頭17固定到可繞一個搖擺軸18搖擺的載臂19的末端。當信息記錄到磁碟16上或從中複製時，載臂19由一個包括一個磁路的致動器20驅動以便搖擺運動，從而把磁頭17定位在磁碟16上的一條目標記錄磁軌處。
由圖3顯見，主軸電機15包括一根固定在殼體12底部的靜止軸21。當蓋13聯接到殼體12上時，一個螺釘22穿過蓋13伸進靜止軸21的末端。靜止軸21以這種方式剛性地固定到殼11上。
一個輪轂體24繞靜止軸21經用於轉動的上下滾珠軸承23支撐。滾珠軸承23如眾所周知的那樣，包括一個繞靜止軸21固定的環形內圈、和一個安裝到繞環形內圈的輪轂體24中的環形外圈。裝在環形內外圈之間的多個滾珠能夠使環形內外圈相對轉動，從而使輪轂體24繞靜止軸21轉動。注意滾珠軸承23可以由滾柱軸承或其他類型的軸承代替。
輪轂體24通過固定到靜止軸21側的一個線圈26和固定在輪轂體24側的一個永久磁鐵27共同驅動而轉動。線圈26和永久磁鐵27彼此相對著。經線圈26的電流通過用來產生與永久磁鐵27共同作用生成驅動力的磁力。
磁碟16繞輪轂體24的外周緣安裝。準確地說，夾緊磁碟16，而固定到輪轂體24上，在輪轂體24外周緣上形成的一個向外凸緣24a、與固定到輪轂體24末端的一個夾板28之間。墊片環29提供在相鄰磁碟16之間，以保證磁碟16之間的預定間隔。例如，夾板28通過多個螺釘30固定到輪轂體24的末端。
一個部件31提供在輪轂體24內部，以便至少部分圍繞著繞滾珠軸承23的輪轂體24。部件31例如鑄造在輪轂體24內以便固定到輪轂體24上。部件31最好形成一個無縫圓環或圓筒，如圖4中所示，採用熱膨脹係數比用於輪轂體24的材料小的材料。部件31可以由諸如鐵或不鏽鋼之類的金屬材料製成，因為部件31應該具有在鑄造過程期間的耐熱能力和較高的剛性以防止變形。鐵具有12.1×10-6/℃的線膨脹係數。不鏽鋼一般具有11.0至13.0×10-6/℃的線膨脹係數。輪轂體24和部件31共同構成一個主軸輪轂。
上述輪轂體24的生產可以採用首先準備部件31，如圖4中所示。部件31能通過鑄造、鍛造、或任何其他適當製造方法製成。如圖5中所示，把準備的部件31設置在空腔34內，空腔34形成在用來形成輪轂體24的鑄模或模具33中。把用於輪轂體24的熔化材料，即鋁，倒入空腔34中。當在冷卻鑄模33之後在鑄模33中分開上下鑄模33a、33b時，得到一個包括鑄造在其中的部件31的主軸輪轂。得到的主軸輪轂與靜止軸21、滾珠軸承23和其他部分一起裝配到主軸電機15中。
假定主軸電機15裝配在HDD 10中。當操作HDD 10升高溫度時，或者當周圍大氣變化使溫度升高時，輪轂體24勢必由熱膨脹引起膨脹。熱膨脹的程度由鋁的熱膨脹係數乘以輪轂體24的尺寸的乘積確定。
假定輪轂體24的徑向長度(寬度)顯著小於圓周方向的長度，例如如圖6中所示。熱膨脹係數在圓周方向大大地影響輪轂體24，從而認為輪轂體24的內表面24b在徑向遠離滾珠軸承23運動。預期的膨脹傳統上可能引起輪轂體24對其轉動軸的偏心，或輪轂體24相對於滾珠軸承23的環形外圈的擺動。然而，根據本發明，鑄在輪轂體24中的部件31用來抑制預期的膨脹，因為部件31具有比輪轂體24小的熱膨脹係數。因而，能最大程度地抑制輪轂體24的偏心和擺動。能抑制轉動主軸輪轂的擺動，結果抑制磁碟16的振動或擺動。有可能提供具有精確跟蹤操作的磁頭17。
一種滑動防止機構可以形成在部件31的表面上。滑動防止機構適於防止部件31與輪轂體24之間的滑動，由此抑制輪轂體24沿轉動軸的熱膨脹。滑動防止機構可以包括一個從部件31向靜止軸21延伸的凸緣40，如圖7和8所示，或一個形成在部件31表面上的槽41，如圖9中所示。槽41可以是一個螺旋槽等，並且可以形成在部件31的內表面或外表面上。
儘管在上述實施例中採用分開的部件31分別包圍上下軸承23，但一個部件31也可以包括一個在靜止軸21的軸向連續的圓筒，如圖10和11所示。連續部件31在軸向的採用用來抑制輪轂體24總是在輪轂體24的軸向的熱膨脹。因此，能使輪轂體24免受由局部過分熱膨脹引起的變形。然而，部件31可以圍繞著上軸承23或下軸承23。
儘管在上述實施例中把部件31鑄造在輪轂體24中而固定到輪轂體24上，但應該注意，部件31可以繞輪轂體24的外周緣裝配。然而，如果部件31鑄造在輪轂體24中，則有可能享有優點不必以繞輪轂體24裝配部件所要求的較高尺寸精度完成部件；能沒有任何限制地確定部件的形狀；能消除部件的連接過程；及有可能保持生成輪轂體24的一致性。
權利要求
1.一種主軸電機，包括一根靜止軸；一個繞該靜止軸由一個用於轉動的軸承支撐的輪轂體；及一個圍繞繞軸承的輪轂體的至少一部分的部件，所述部件具有比輪轂體小的熱膨脹係數。
2.根據權利要求1所述的主軸電機，其中部件鑄造在輪轂體中。
3.根據權利要求1所述的主軸電機，進一步包括一個形成在輪轂體的一個表面上的滑動防止機構。
4.根據權利要求3所述的主軸電機，其中所述滑動防止機構包括一個向靜止軸延伸的凸緣。
5.根據權利要求3所述的主軸電機，其中所述滑動防止機構包括一個形成在部件表面上的槽。
6.根據權利要求1所述的主軸電機，其中所述部件包括一個在靜止軸的軸向連續的圓筒。
7.一種記錄盤設備，包括一根靜止軸，固定到一個殼上；一個繞該靜止軸由一個用於轉動的軸承支撐的輪轂體，以便接受一個記錄盤；及一個圍繞繞軸承的輪轂體的至少一部分的部件，所述部件具有比輪轂體小的熱膨脹係數。
8.根據權利要求7所述的記錄盤設備，其中部件鑄造在輪轂體中。
9.根據權利要求7所述的記錄盤設備，進一步包括一個形成在輪轂體的一個表面上的滑動防止機構。
10.根據權利要求9所述的記錄盤設備，其中所述滑動防止機構包括一個向靜止軸延伸的凸緣。
11.根據權利要求9所述的記錄盤設備，其中所述滑動防止機構包括一個形成在部件表面上的槽。
12.根據權利要求7所述的記錄盤設備，其中所述部件包括一個在靜止軸的軸向連續的圓筒。
13.一種製造一個主軸輪轂的方法，包括用熱膨脹係數比用於輪轂體的材料小的材料準備一個部件；把部件定位在用於形成輪轂體的一個鑄模中；及把用於輪轂體的熔化材料倒入鑄模中。
14.根據權利要求13所述的方法，其中用於輪轂體的材料是鋁。
全文摘要
主軸電機包括一根固定到記錄盤設備的一個殼上的靜止軸、和一個繞該靜止軸由用於轉動的上下滾珠軸承支撐的輪轂體。一個部件用來至少部分地圍繞著繞上下滾珠軸承的輪轂體。輪轂體的熱膨脹由熱膨脹係數比輪轂體小的部件抑制。
文檔編號G11B19/20GK1240294SQ9812367
公開日2000年1月5日 申請日期1998年10月30日 優先權日1998年6月19日
發明者石崎浩一, 塚田伸治 申請人:富士通株式會社