保護磁碟驅動器電機軸承的應急止動減震環的製作方法
2023-07-30 13:42:01
專利名稱：保護磁碟驅動器電機軸承的應急止動減震環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於高精度磁碟驅動器組件中的防止滾珠軸承損壞的裝置，更具體地說，是一種防止由衝擊或震動引起的小型滾珠軸承損壞的裝置。
隨著諸如磁碟驅動器等精密設備尺寸的縮小，就必須縮小磁碟驅動器組件的構件尺寸。每當將磁碟驅動器電機的滾珠軸承製造得更小，以便裝入小形狀係數的磁碟驅動器中時，就會明顯地降低滾珠軸承組件承受衝擊與震動力的能力。雖然構件的設計、特別是滾珠軸承的設計基本上與其較大的前期產品的設計相同，但滾珠軸承組件的單個構件的降低了的設計載荷率既不能適應與作用在較大滾珠軸承組件上的同樣級別的力又不能不出現破損。由於小形狀係數磁碟驅動器的精密製造要求極精密的公差，並設定極小的操作偏差容限，因此為了使磁碟驅動器有足夠的強度來承受時常出現的衝擊與震動，就必需加大那些尺寸被縮小了的構件的抗衝擊耐力。
作用在滾珠軸承上的衝擊可以是軸向的，在配置軸承的軸的軸線方向上；或徑向的，基本上垂直於軸的軸線；或者當衝擊力作用在偏離滾珠軸承平面一定距離上時，則是徑向與軸向的合成。除了軸向力與徑向力這兩個矢量的作用力因數外，還能出現繞滾珠軸承組件的力矩或轉矩，這是由於存在與一個作為支點的滾珠軸承和另一個作為對力矩的阻力源的滾珠軸承相耦合的不在一線上的力。對於吸收大致上是軸向衝擊的滾珠軸承來說，衝擊載荷是由滾珠軸承組件中的所有滾珠分擔的。然而，如果一個滾珠軸承組件在徑向上受衝擊，則很可能只有滾珠軸承組件中的一個滾珠承受整個衝擊載荷。
當在徑向上受到衝擊時，作用在外軸承圈上的力將傳遞一個力到放置在外軸承圈與內軸承圈之間的一個或多個滾珠上，然後只傳遞給那些位於衝擊力作用的軸的一側上以及外與內軸承圈之間的半圓環形區中的滾珠上。
這點應能理解，即每當滾珠軸承組件中只有少數滾珠，例如只有6顆時，並且這些滾珠中只有一顆滾珠正好位於將外軸承圈衝擊該滾珠的作用力的軸線與軸的軸線之間，則衝擊力的全部或基本上全部將由這單個滾珠承載。當由位於承載該衝擊力的位置上的一顆或多顆滾珠將該力傳遞到內軸承圈上時，諸如磁碟驅動器等設備的軸將阻止內軸承圈的運動。由于震動或衝擊力的大小不同，內外軸承圈或滾珠的材料將開始變形至不同程度。相對於一個小的力來說，該滾珠將趨向於陷入對應的軸承圈表面一個相應的較小的深度。只要滾珠陷入滾珠軸承組件的軸承圈中或滾珠的變形完全在製造內外軸承圈的材料的彈性極限內，就不會出現損壞。一旦衝擊力被分散而且滾珠軸承組件恢復到其未受影響的狀態，變形材料本身的彈性就使滾珠軸承的滾珠與軸承圈恢復到它們未受影響時的形狀與表面。
反之，如果震動或衝擊力足以使內外圈或滾珠變形到超出它們的彈性極限而進入塑性變形區中時，則軸承圈或滾珠的表面便會變形到不能恢復其原有構形的程度，並且呈現不規則性的變形，當滾珠滾過陷入點時便產生軸承的擺動與偏斜。由於軸承擺動與偏斜，會導致磁碟驅動器電機的轉子的偏斜。由於轉子是連接在輪轂上或者作為其一部分的，後者又支承著磁碟，因此磁碟會產生相應的偏斜。磁碟的偏斜即使超過非常小的極限也是不能接受的，因為偏斜將導致記錄磁軌對不準，這樣就不可能讀出以前記錄在磁碟表面上的有精確半徑的圓形磁軌中的數據。
同樣，如果將數據記錄在承受著超過可接受極限的偏斜的一個磁碟上，設置在磁碟表面上的記錄磁軌在將來要從該磁碟上讀取數據時，就不能與磁軌的位置相對應。雖然在一個非常小的高精度滾珠軸承中，內與外軸承圈表面上的變形可能只是在微英寸級的可測量的程度，但這些小的表面破壞就能足以嚴重地降低軸承以及包含該軸承的設備的性能。
由於製造公差、設計的有限性以及用來製造磁碟驅動器的軸承、軸及輪轂的材料的固有彈性等原因，轉子可能繞著和/或沿著X或Y軸及沿著Z軸作一些非常有限的移位；其中，轉子的轉軸是與Z軸重合的，而X與Y軸則是相對於轉軸成徑向的。由於衝擊或震動的作用點的不同，最可能出現的移動是轉子繞著X與Y軸之一或兩者的轉動。輪轂以及內外軸承圈隨著這轉動必然擠壓每一個滾珠軸承組件中的至少一個滾珠。由於轉動的量及軸承的間距不同，這擠壓就有可能超過軸承圈材料的彈性變形極限。
當把兩個軸承組件都設置在接近轉子的一端，並因此接近轉軸的一端的位置上時，便增加了軸承損壞的潛在危險。這是由於衝擊力可能通過這槓桿臂一端而作用，從而增加了在滾珠與軸承圈上的力。防止由震動或衝擊力引起損壞的唯一強有力的方法是在設備上安裝減震墊來吸收一部分或全部的力，或者阻止該力傳遞到軸承組件。
本發明的一個目的是限制由震動或衝擊力引起滾珠軸承組件的損壞。
本發明的另一個目的是限制設有精密滾珠軸承的電機的轉子沿著或繞著X軸和/或Y軸或者沿著Z軸的不需要的移動，其中Z軸是與轉子的轉軸重合的。
本發明的另一目的是通過阻止這種移動而消除轉子繞X與Y軸的這種有害的轉動。
本發明的又一個目的是通過把轉子與定子相對應地夾緊來消除其繞X與Y軸的這種運動。
通過限制轉子繞指定的轉動軸(這裡為Z軸)的所要求的轉動以外的方向上的運動，便限制了軸承滾珠對軸承圈的壓力。這種不需要的運動的限制可以用若干方法中的一個來達到。
一種方法是圍繞定子或電機的轉軸並在轉子的內徑裡側設置一個應急止動環。這一應急止動環的外表面面對轉子的內表面。如果轉子趨向於繞X軸或Y軸轉動或沿X軸和/或Y軸移動或者進行這兩者的合成運動，應急止動環就會相對地運動而與轉子的內表面面對面地接合，從而阻止轉子進一步作不需要的和有害的轉動或平移運動。應急止動環與軸承組件將共同承擔震動或衝擊力，從而減少軸承構件上的載荷，以增加不損壞軸承的可能性。
對於那些在軸承圈表面上出現的損壞，外軸承圈必須移動一段由該滾珠破壞性地陷入軸承圈表面而在軸承圈表面留下的不規則的陷凹形成的移動量。將應急止動環的外表面與轉子的內表面之間的間隙設計成轉子所移動而不會超過軸承圈的彈性變形極限的距離。通過容許轉子仍然保持在內外軸承圈材料的彈性變形極限的範圍內地作稍許移動，轉子就可能移動到與應急止動環相接合或接觸的位置上。一旦應急止動環與轉子結構接合上，應急止動環將阻止轉子的任何進一步的移動。由於應急止動環是實心的，其可壓縮性顯著地小於滾珠軸承組件的可壓縮性。因而至少有一部分衝擊力會被應急止動環傳遞到磁碟驅動器電機的轉軸或定子上以及由應急止動環承受。雖然有一部分力會繼續作用在滾珠軸承組件的一顆或多顆滾珠上，但這些力將被充分地限制在內與外軸承圈變形的不超過材料的彈性變形極限範圍內。
一旦應急止動環與轉子互相接合，而且震動、衝擊力由應急止動環共同承擔並傳遞到轉軸或定子上，轉子便不可能作相對於定子的繞X與Y軸之一或兩者的進一步運動。沒有任何進一步的相對運動，外軸承圈相對於內軸承圈的位移將不足以使滾珠進一步陷入內軸承圈或外軸承圈的表面中，從而抑制對滾珠軸承組件的軸承圈表面或滾珠的任何損壞。
應急止動環可以是被動式的也可以是主動式的。在被動式的應急止動環的情況下，環的外表面與轉子的內表面之間的間隙是在製造時確定與固定的。兩個表面之間的間隙被設計與構造成小於轉子必然會移動的會對軸承引起損壞的距離。
在主動式應急止動環的情況下，該應急止動環可以是由一個淺杯形金屬件構成的一個複合件，它具有一個安裝定子的軸的中心孔，並具有一個圓柱形外壁，其厚度足以承受轉子對壁的衝擊。壁以及環的徑向凸緣部分必須是相當薄的，以便用一種壓電材料的圓環加以變形，然後再粘接到淺杯形金屬環的內部上。當將一定電壓加在其上時，上述的複合環便可被壓電環部分所收縮。該複合環結構被製造成這樣的尺寸，即，當其處在放鬆狀態下，在複合應急止動環與轉子內側接合部位上，其外直徑尺寸略大於轉子的內直徑，以便有效地抓住轉子的表面。
此外，還需選擇壓電材料的特性，並確定壓電材料的尺寸，這樣，在複合應急止動環上施加電壓時，壓電材料的收縮足以將複合應急止動環的外直徑拉到小於轉子的內直徑的尺寸，從而能有效地使應急止動環與轉子脫開，允許轉子繞其轉動軸自由地旋轉。
當把複合應急止動環上電壓取消時，該環將恢復到其放鬆狀態，並有效地抓住或卡住轉子的內表面，不但防止轉子繞其轉動軸旋轉，並且還穩定轉子，從而不會出現轉子繞著或沿著X或Y軸的運動。這點應該認識到，即，該壓電材料雖然是固體的，但也能被壓縮或變形到一定程度。然而，在設備與軸承的設計標準範圍內，應急止動環需吸收充分的力，以防止對磁碟驅動器的滾珠軸承組件的損壞。
如果轉子的外部是製成充分的緊容差，應急止動環也可設置在轉子的外面，使一個緊密地裝入的環圍著轉子而又不影響轉子繞其轉動軸旋轉。唯一的額外要求是現有的環需有必要的安裝結構，以及要考慮與含有該應急止動環的設備的其餘設計部分的相容性。
在轉子的應急止動環穩定的一個附加的實施例中，轉子還包括一個徑向伸出的凸緣。在凸緣的兩側堅固地安裝一個壓電環，當壓電環在放鬆狀態下，它就與凸緣的平坦表面之一相接合。配置了兩個這種應急止動環，使它們能與凸緣的兩個平坦表面相接合，每當壓電應急止動環與用於使壓電材料沿著平行於轉子的轉動軸的方向收縮的電源斷開時，轉子被有效地夾緊在這兩個壓電應急止動環之間。壓電材料可用這種方法製成，即，使其收縮的取向基本上垂直於應急止動環的平面，並且在特定的應急止動環組件中，使該材料取向是與另一個應急止動環在相反方向上收縮的，這樣，使各個應急止動環的接合面能夠從轉子凸緣的表面移開與脫離。
複合壓電應急止動環結構的一個顯著的特點是壓電材料的收縮程度，並因此使複合環結構的收縮程度可以由作用在其上的電壓大小加以控制；因而，如有必要，應急止動環與轉子的接合面之間的間隙可在操作過程中控制到最小的可能間隙，以便在磁碟驅動器的操作過程中精確地控制應急止動環與轉子之間的間隙。在要使磁碟驅動器的轉子與磁碟進入靜止時，可使壓電材料返回到其放鬆狀態並抓住轉子。
通過參照附圖及下面的對發明的詳細描述，能對本發明會有更全面與詳盡的理解。
圖1表示可用在如磁碟驅動器中的一個通常的轉軸電機。
圖2是圖1所示的轉軸電機上設置了減少震動損壞的應急止動環的示意圖。
圖3表示在圖1所示的轉軸電機內的應急止動環的另一種配置。
圖4是表示設有鄰接於轉軸電機的滾珠軸承組件的應急止動環的一個實施例，其中應急止動環是可通電控制其與轉軸電機的轉子接合及脫開的。
圖5是表示在圖4所示的電機中所用的應急止動環的示意圖。
圖6是表示用於夾緊轉軸電機轉子的凸緣的一種壓電式應急止動環。
圖7是表示可利用本發明的應急止動環的一種磁碟驅動器。
參見圖1所示的轉軸電機，該轉軸電機10包括一根軸12，在其上帶有一個或多個線圈14，用來建立使電機10運轉所必需的磁場。在軸12的周圍有滾珠軸承組件16、17，它們又支承著轉子18。轉子18的內表面64上帶有一些與線圈14生成的磁場相互作用的場磁體21。滾珠軸承組件16、17圍繞著軸12，並支承著轉子18。一般，滾珠軸承組件16、17分別由內軸承圈20、26，外軸承圈22、28與滾珠24、30構成。滾珠24、30以點接觸的方式與軸承圈20、26和22、28的表面相接合。當作用在轉子18上的重力或由於在轉子18上的衝擊作用或通過軸12的一個震動，將一個力作用在滾珠24、30上時，由於包圍軸12的軸承圈20、22、26、28的彎曲而使滾珠24、30與軸承圈20、26、22、28的接合從點接合改變成橢園形的接合。
例如，將一個衝擊力以其分力並用箭頭Fx與Fz來表示。Fz施加一個基本上與軸12的軸線平行的力。而力Fx則基本上垂直於軸12的軸線。如果為了分析力Fx的作用，把點P2作為支點，則該力將繞點P2傳遞並在箭頭40所指示的點上導致軸承圈22的表面壓在滾珠24上，並在箭頭42處將相應的力從滾珠24傳遞到內軸承圈20上。其趨向於將軸承圈20與22與滾珠軸承組件16的其餘滾珠偏離開。這樣，軸承圈20與22上的力即使不是全部，也有大部分集中在滾珠24上。當轉子18試圖繞點P2進行大致由箭頭32指示的順序針方向運動時，則滾珠30將受到滾珠軸承組件17中的軸承圈26、28的壓擠，並按箭頭44與46所示的點與方向將力作用在內軸承圈26上，並由外軸承圈，如箭頭48與50所示地作用在滾珠30上。如果容許轉子18在箭頭32的方向上繞點P2充分地移動，則滾珠24與30作用在對應的軸承圈20與26上的力將會超過製造軸承圈20、26的材料的彈性極限。對於諸如P1等其它支點也可作出類似的分析。
類似地，軸承圈22與28將受到由轉子18在方向32上的運動所產生的力，並由此導致滾珠24與30陷入軸承圈22與28的表面，達到由這陷入所產生的變形超過軸承圈材料的彈性的程度，而相應地進入塑性區，從而使軸承圈表面永久性地變形。
小的永久性變形會在磁碟驅動器運轉中產生擺動與偏斜。軸承組件16、17中的偏斜會導致轉子18的偏斜，以及由轉子18支承的並與之一起轉動的磁碟52的偏斜。在出現偏斜時，寫在磁碟52上的那些數據磁軌(未示出)與一個讀/寫頭(未示出)之間出現磁軌對不準，該讀/寫頭是設置在極靠近磁碟並且距離軸12軸線一個精確的徑向距離上的。出現磁軌對不準時，便不能可靠地檢索已存儲在磁碟52上的數據，並且如果證明這種偏斜是不可能重複的或呈現為擺動時，則在磁軌對不準時，寫在磁碟52上的任何數據都將是空間上錯位的，而且完全不可能在以後的時間被檢索到。小形狀係數磁碟驅動器11的典型偏斜為2至3微英寸，而可接受的偏斜量通常是小於5至6微英寸。當偏斜超過5至6微英寸的極限時，在旋轉盤52上的讀與寫的可靠性將嚴重地降低，而磁碟驅動器11可能變成不能工作。
雖然力Fx被表示成作用在轉子18上的衝擊，這點應理解，即，如果以適當的角度掉下或震動磁碟驅動器11或裝有磁碟驅動器的計算機，帶有轉子18和磁碟52的慣量的軸12將成為震動源，而且趨向於產生一個通過軸承組件16、17傳遞的力，這類似於或可被認為是作用在轉子18上的一個力Fx。
對於其它位置與其它方向上的力也可作出類似的分析，但從上面所述，這點能容易理解到，即由於轉子18的慣量而作用在轉子18上的力或者作用在軸12上的力可通過軸承圈20、22、26、28傳遞到軸承組件16、17中的滾珠24、30上，並可潛在地損壞軸承圈20、22、26、28的表面或滾珠24、30。損壞首先出現的地方取決於滾珠24、30及軸承圈20、22、26、28的相對硬度。
由圖1這點可一目了然，即大部分震動或衝擊力Fx可用某種方法加以耗散與吸收，而使轉子18在箭頭32所指的方向上的運動受到相當大的限制。
由於滾珠24、30在對應的軸承圈20、22、26、28中的陷入基本上是轉子18在箭頭32的方向上的移動、滾珠24、30與軸承圈20、22、26、28的相對硬度的一個函數，所以對箭頭32方向上的這種移動的阻止可將滾珠軸承組件16、17的構件的壓縮限制在使滾珠24、30不致過分陷入軸承圈20、22、26、28的程度上，也可相應地防止對滾珠軸承組件16、17的損壞。
下面，參見圖2，它表示在圖1所示的轉軸驅動電機10上設有應急止動環60與62。應急止動環60被插入到與轉子18的內表面64相接合併受其支承。應急止動環60被製成在應急止動環60的內直徑68與軸12之間留有一個小的間隙66。類似地，應急止動環62被插入到轉子18的園柱形內表面64上並受其支承，並製成在應急止動環62與軸12之間設置一個間隙70。間隙66與70必須足以防止對轉子18相對於軸12的轉動的任何阻擋。然而，當轉子18趨向繞點P2或任何別的沿軸12中心線上類似的點轉時，則止動環60與止動環62將在徑向上朝軸12的周邊顯著地位移，當間隙66與70閉合時便與軸12接合。一旦在軸12中的止動環60及62之間任何一點上、間隙66、70中的一個或兩個閉合時，便阻止了轉子18在箭頭32所指的方向上的進一步移動。此後，就阻止滾珠軸承組件16、17內形成的如圖1所示的力偶44、46的力的大小的繼續增加，而且在應急止動環60或62與軸12接合時將已經存在的力偶限制到小於軸承組件16、17的構件中產生永久性塑性變形所需要的力。
下面，參見圖3，其中示出了一個在功能上與圖2所示的實施例相似的實施例。應急止動環62與軸12接合併受其支承。應急止動環62與轉子18間確定一個窄的間隙71，並且該應急止動環是配置在與軸承組件16鄰接的。類似地，將應急止動環60從圖2中所示的位置移到如圖3所示的靠近轉子18的最下端的位置上。與間隙71相似，間隙67位於應急止動環60與轉子18之間。應急止動環60以類似於應急止動環62的方式與軸12接合併受其支承。由於應急止動環60的位置移離滾珠軸承組件16、17一個較大的距離，間隙67可稍微比圖2中所示的間隙66的對應尺寸大些。圖2與3中的應急止動環60與62限制轉子18繞X軸與Y軸的轉動，其中Z軸是與軸12的中心線重合的，並與轉子18的轉動軸線重合。
下面參照圖4，它描述一個應急止動環裝置的替代實施例。圖中所示的轉軸電機10具有一根固定的軸12及轉子18。轉子18由滾珠軸承組件16、17支承在軸12上。由於電機結構的其餘部分都是常用的，因此不作進一步的詳細描述。
即使象圖3那樣地設置應急止動環60、62時，軸的彎曲仍會干擾電機的正常工作，因此將應急止動環80放置在滾珠軸承組件16、17之間，它能有效地發揮保護功能。這種配置適用於固體的或壓電的應急止動環。
應急止動環80被配置在滾珠軸承組件16、17中間並比較靠近它們的位置上。應急止動環80被製成支承在軸12上並在其上保持靜止。為了與轉子18的內表面64接合，設置了一種可改變和可控制外直徑的環。該應急止動環80是一個壓電複合體，其中的壓電材料被粘接在一個金屬支座上。可施加電壓82來使壓電環與金屬支座收縮。可用一個圖4中示意地表示的開關84來控制電壓82。迴路是用一條接到地上88的導線86加以完成的。合上開關84，就能將電壓82加到應急止動環80上，從而使它們收縮。為了更好地理解壓電應急止動環80的構造，可參見圖5。
止動環80由一個成形為杯92狀的淺的金屬盤製成。杯92由一個平的底壁94及一個大致直立的圓柱形外壁96構成。在杯92上還可設置一個圓柱形內壁98來與軸12接合。配置在應急止動環80的凹腔中的是諸如石英或鋯鈦酸鉛等壓電材料的環100。壓電環100被粘接在杯92的內表面上，這樣，壓電環100的尺寸的任何改變就會影響杯形體92的尺寸。通過為環100選擇一種適當的壓電材料並使該材料的取向基本上在壓電環100徑向的方向上起反應，在開關84合上時施加電壓82就能使壓電環100收縮或縮緊。由於壓電環100是粘接或附著在杯92上的，在電壓82的作用下，直立壁96的外徑將稍為減小。相應地，杯92的周邊可從與轉子18相接合的狀態拉回或縮回，如圖4所示。將電壓82加在壓電複合應急止動環80上，在應急止動環80的周邊與轉子18之間產生的間隙將容許轉子18繞其轉軸旋轉而不受應急止動環80的幹擾。由應急止動環80的收縮所形成的間隙63的大小可以用電壓82的大小加以控制。
當斷開開關84而中斷電壓82時，壓電環100將放鬆到其不激活狀態，並將金屬杯92膨脹到杯92的周邊與轉子18的內表面64相接合時為止。由於應急止動環80與轉子18相接合，因而使轉子18停止運動，並在應急止動環80、軸承組件16、17、轉子18與軸12的材料結構性能的範圍內防止其相對於軸12的任何運動。
應急止動環80有效地分擔了可能衝擊軸12或轉子18的一切震動載荷。通過與軸承組件16、17一起分擔對轉子18或軸12衝擊的震動力，應急止動環80便提高了轉軸電機組件10所能經受的最大震動載荷，同時能有效地將電機10的許用震動載荷提高到軸承組件16、17單獨所能承受的，而且不會損壞軸承16、17的量值還高。
圖6表示了利用應急止動環制止轉子18進行不需要的運動的另一個實施例。
與圖1～圖4中所示的那些轉軸電機相似，轉子18支承磁碟52使其繞軸12旋轉。圖6中的轉子18設有一個從其一端徑向伸出的凸緣110。凸緣110被一個構成卡鉗111的兩個壓電環112夾住，該卡鉗111配置成在靠近凸緣110的周邊114的位置上、與凸緣110的平面接合。壓電環112是固定在夾框116上並由其支承的。夾框116是具有U形截面的一個環形結構。包括壓電環112與夾框116的卡鉗111的尺寸是這樣的，即每當壓電環112處在它們的放鬆狀態下時，壓電環112實際上將接觸並緊緊地壓接在凸緣110的平面上。當通過合上開關84而將電壓82加在壓電環112上時，就使壓電環112收縮並在基本上平行於軸12的轉軸的方向上減小它們的厚度。壓電環112的厚度一減小就有效地將環112從與凸緣110的接合中縮回，放鬆凸緣110、使其能繞軸12旋轉。
在每次切斷壓電環112的電壓82時，壓電環112便回歸到它們的放鬆狀態；抓住並夾住凸緣110，而由作用在磁碟驅動器10上的震動或衝擊力引起的轉子18的運動受到夾住凸緣110的壓電環112的阻止，由此就能減小或消除通常會使軸承組件16、17變形及損壞的轉子18的不需要的運動。
壓電環112是用諸如石英或鋯鈦酸鉛等適用的壓電材料製成的，並且使壓電材料是這樣取向的，即，壓電材料基本上在與壓電材料接合的凸緣110的平面垂直的方向上進行收縮，而在凸緣110與壓電環112之間產生間隙113。兩個環112的取向是這樣的，即在施加一個足夠高的電壓82時，收縮運動是在相反的方向上進行的，從而在每一個壓電環112與凸緣110之間留出一個間隙。由於環112的厚度的減小，凸緣110便能自由地在其間旋轉，從而放鬆轉子18，使其以正常與一般的數據記錄與檢索的方式運轉。這點應當清楚，即本發明的突出方面是當Z軸與轉子18及軸12的轉軸一重合，便防止轉子繞著或沿著X軸或Y軸之一或兩者的組合相對於軸12的運動。
由於沒必要按一個完整的環來進行收縮/膨脹，因此卡鉗111中的壓電環112可以分多段地形成。卡鉗111也可用與凸緣110接合的有限個數的段或墊片製成。要考慮的重要因素是在確定採用段或墊片來接合凸緣10時，應能在卡鉗111中提供足夠的抓住面積來阻止轉子18的運動。
通過限制轉子18相對於軸12的不需要的轉矩與運動，便限制了作用在轉軸電機10的滾珠軸承組件16、17的軸承圈上的力，並將其保持在小於那些由滾珠軸承組件16、17的滾珠24、30在軸承圈表面上刻入凹痕甚至永久變形點而導致破壎的力。
下面，參見圖7，它表示了一個可以有利地安裝本發明的應急止動環的一個磁碟驅動器110。該磁碟驅動器110包含一個致動器124及磁碟52。磁碟52是由轉子18支承的，後者又可轉動地支承在軸12的周圍。
這點應清楚，即可將應急止動環60、62放置在沿軸12的多個不同位置上。應急止動環的主要特點是在應急止動環60、62與轉軸電機10的軸12或轉子18之間提供一個非常小的間隙68或70，使得在轉子18運動時，間隙68或70將減小到使應急止動環60、62與軸12或轉子18的固體表面相接合的那部分上，並防止轉子18相對於軸12的進一步作不需要的運動。一旦應急止動環60、62移動到與軸12或轉子18相接合，應急止動環60、62便能吸收與分擔軸12與轉子18之間的一些力與載荷，使得滾珠軸承組件16、17的應力不會達到破損點。
還應進一步清楚這點，即可在這裡所描述的幾個實施例上進行其它次要的改進，然而這些仍不脫離所附的權利要求書的範圍。
權利要求
1. 一種用於存儲數據的磁碟驅動器，它包括一臺電機，它包含一根軸及一個轉子，而且至少支承著一個磁碟；圍繞著上述軸的一對滾珠軸承組件；上述轉子由上述滾珠軸承組件相對於上述軸可轉動地支承；上述轉子包括一個與上述軸同軸的圓柱形內表面；以及至少一個環，它剛性地支承在上述軸與轉子中的一個上，並具有與上述軸與轉子中的另一個面對著離開一定距離的一個圓柱形表面，該距離小於上述轉子相對地朝軸移動，從而在上述滾珠軸承內的表面造成永久性變形的距離，由此防止上述轉子充分地位移而使任何一個滾珠軸承中的任何部分永久性地變形。
2. 如權利要求1所述的磁碟驅動器，其特徵在於上述滾珠軸承組件是隔開布置的，而上述環則布置在上述軸上、並位於上述軸承組件的中間。
3. 如權利要求1所述的磁碟驅動器，其特徵在於上述滾珠軸承組件是互相鄰接設置的，而上述環則配置成沿軸向離開上述軸承，並配置在上述軸承的外側。
4. 如權利要求1所述的磁碟驅動器，其特徵在於上述環設置在上述軸上，在上述軸承組件中間，並且上述環進一步包括一種當把一定電壓加在上述環上時會收縮的壓電材料，由此產生上述距離的一個間隙。
5. 如權利要求1所述的磁碟驅動器，其特徵在於上述的至少一個環包括一對環，上述環中之一設置成與每個上述軸承組件鄰接，上述環具有粘合在一起的一個金屬部分和一個壓電部分，上述壓電部分在一定電位下收縮，由此在激勵時，上述環鬆開對轉子的接合；在不激勵時，上述環與轉子接合，以防止上述轉子相對於上述軸運動。
6. 一種震動損壞的防護裝置，它是在有一根軸與一個轉子的設備中用來防止滾珠軸承的構件中的永久變形，上述的軸與轉子用滾珠軸承組件互相相對支承，其特徵在於上述損壞防護裝置包括一個減震圓形環，它設置在上述軸周圍、並具有與上述轉子的內表面互補的一個外表面，上述環具有一個徑向寬度，以在上述環與內表面和軸中的一個之間形成一徑向距離的間隙，上述徑向距離小於上述轉子必然會在上述徑向上位移的使上述滾珠軸承的任何部分發生永久變形的一個距離。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於上述電機包含至少一對滾珠軸承，並且上述環是設置成沿上述的軸，並從上述滾珠軸承對移開的，由此將上述轉子的徑向位移量限制在不足以導致上述軸承構件永久變形。
8. 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於上述的環是設置在上述軸上、並在上述軸承之間的；上述的環還包括一個響應電位進行收縮的壓電部分，由此在上述環收縮時，上述環的上述外表面與上述轉子的上述內表面互相分離，而在上述環不收縮時互相接合。
9. 一種用於存儲數據的磁碟驅動器，它包括一臺驅動電機，它包含一根軸及一個可轉動地安裝的、能相對於上述的軸進行運動的轉子；至少一對設置在上述的轉子與軸之間的滾珠軸承；至少一個設置在上述轉子上的磁碟，與上述轉子一起相對於上述軸轉動一個設置在上述轉子上的凸緣，它從上述轉子徑向延伸並具有一對平面；一個第一環，在空間上與上述的軸相對固定，並設置在與上述凸緣的一個面鄰接的位置上；一個第二環，在空間上與上述的軸相對固定，並設置在與上述凸級的一個面鄰接的位置上在受到電壓作用時，上述環處於在垂直於上述的平面的方向上收縮的狀態，而在不受電壓作用時，則處在一種釋放狀態；一個連接到上述環上的電源；一個介於上述電源與環之間的開關，用於使電源與環連通或斷開；由此，當在上述環上施加一定電壓時，上述環便將上述凸緣鬆開，而當電源切斷時，上述環就與上述凸緣接合上。
10. 如權利要求9所述的磁碟驅動器，其特徵在於上述第一環的上述收縮方向與上述第二環的上述收縮方向是相反的、並朝著離開上述凸緣的方向，而且其中第一與第二環是設置成當處在它們的收縮狀態時，至少上述第一環的一個表面及上述第二環的一個表面離開上述的凸緣一些距離，允許上述環處於收縮狀態時上述轉子自由轉動，而當上述環處在沒被加電壓的釋放狀態時，上述第一與第二環與凸緣相接合。
全文摘要
本發明是關於用於小形狀係數的設備中防止滾珠軸承損壞的技術，該設備至少設有一個繞軸配置的並在設備的轉子內部的應急止動環。該環的尺寸被製成只容許轉子相對於軸作稍微的移動。所允許的移動量小於會導致滾珠軸承構件損壞的最小移動量。
文檔編號F16C19/54GK1115015SQ9411342
公開日1996年1月17日 申請日期1994年12月31日 優先權日1994年1月28日
發明者青柳彰彥, E·布塔豪, V·D·卡納, S·庫馬, M·施裡-賈揚塔 申請人:國際商業機器公司