JP6093990B2 - 穿孔された波形構造を有するトレランスリングおよびそれを備えるアセンブリ - Google Patents

穿孔された波形構造を有するトレランスリングおよびそれを備えるアセンブリ Download PDF

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Description

本開示は、トレランスリングに関し、詳細には、ハードディスクドライブ内のアクチュエータアームのトレランスリングに関する。
本発明は、トレランスリングアセンブリであって、トレランスリングは、アセンブリの部品間に締まり嵌めを提供し、この場合、第1の部品は、第2の部品の円筒ボア内に位置する円筒部分を有する、トレランスリングアセンブリに関する。本発明は、詳細には、シャフト又は軸受及びシャフトのハウジング等の円筒構成要素間に締まり嵌めを提供するトレランスリングを有するアセンブリに関する。
エンジニアリング技法の改良によって、機械部品にはより高い精度が要求されるようになっており、製造コストの上昇につながっている。プーリ、フライホイール又はドライブシャフト等の用途においてトルクを伝達するために圧入、スプライン、ピン又はキー溝が使用される場合、非常に厳密な公差が必要とされる。
トレランスリングは、トルクを伝達するために必要な部品間に締まり嵌めを提供するために用いることができる。トレランスリングは、正確な寸法に機械加工されない可能性のある部品間に締まり嵌めを提供する低コストの手段を提供する。トレランスリングは、部品間の異なる線膨張率を相殺するといった複数の他の潜在的な利点を有し、装置の迅速な組み付け及び耐久性を可能にする。
トレランスリングは概して、弾性材料、例えばばね鋼等の金属のストリップを含み、ストリップの端部同士が合わせられてリングを形成する。突起の帯が、リングから径方向外方に、又はリングの中心に向かって径方向内方に延びる。通常、突起は編成されており、起伏、***又は波形等の規則的な編成が考えられる。
リングが、例えば、シャフトと、シャフトが位置するハウジング内のボアとの間の環状スペースに位置すると、突起は圧縮される。各突起は、ばねとして働き、シャフト及びボアの表面に対して径方向の力を加え、シャフトとハウジングとの間に締まり嵌めを提供する。ハウジング又はシャフトの回転は、トルクがトレランスリングによって伝達されると、シャフト又はハウジングの他方における同様の回転を生む。通常、突起の帯は、編成を有しないリングの環状領域(当該技術分野においてトレランスリングの「未形成領域」として知られている)と軸方向に隣接する。
トレランスリングは通常、弾性材料のストリップを含み、ストリップは、ストリップの端部同士を重ね合わせることによってリングの容易な形成を可能にするように湾曲しているが、トレランスリングは環状の帯として作製することもできる。「トレランスリング」という用語は、本明細書において以下で用いられる場合、双方のタイプのトレランスリングを含む。「シャフト」という用語は、本明細書において以下で用いられる場合、シャフト又は軸受等の円筒部分を有する任意のアセンブリの構成要素を含む。
したがって、当業界では、依然として、トレランスリング、特にハードディスクドライブ内に据え付けられるトレランスリングの改良が必要とされている。
本開示は、添付の図面を参照することによってより良く理解することができ、その多くの特徴及び利点が当業者に明らかとなる。
一実施形態によるハードディスクドライブアセンブリの分解斜視図である。 一実施形態によるハードディスクドライブアセンブリの断面図である。 一実施形態によるトレランスリングの斜視図である。 図3の線4−4に沿った、一実施形態によるトレランスリングの断面図である。 一実施形態によるトレランスリングの詳細図である。 別の実施形態によるトレランスリングの斜視図である。 軸上の軸方向剛性を試験するハンマ試験の設定を示す図である。 軸外の剛性を試験するハンマ試験を示す図である。 軸外の剛性を試験するハンマ試験を示す図である。 種々のトレランスリングの軸上及び軸外の軸方向剛性の試験結果を示す図である。 種々のトレランスリングの軸上及び軸外の軸方向剛性の試験結果を示す図である。 種々のトレランスリングの径方向剛性の試験結果を示す図である。 種々のトレランスリングのピーク組み付け力(PAF)、初期滑り(IS)、及びIS/PAFの比の試験結果を示す図である。
異なる図における同じ参照符号の使用は、同様の又は同一の要素を示す。
以下の説明は、トレランスリング、詳細には、ハードディスクドライブ内の、ピボットと、アクチュエータアームに形成されるボアとの間に据え付けることができるトレランスリングに関する。1つの態様では、トレランスリングはピボットの周りに取り付けることができ、次に、このピボットリングアセンブリをボアに挿入することができる。代替的には、トレランスリングをボアに挿入することができ、ピボットをトレランスリングに挿入することができる。
典型的なトレランスリングでは、隙間に最も近い波形部が最も弱く、すなわち剛性が最も低くなる傾向があり、これは、その波形部が一方の側に隙間を有し、他方の側に材料を有し、トレランスリングの残りの波形部には、両側に材料が隣接するためである。この剛性の変化によって、性能、例えば共振及び位置合わせの変わりやすさが、ハードディスクドライブアセンブリの隙間の位置に大きく依存する可能性がある。1つの性能パラメータのために隙間の位置を最適化する試みは、他の性能パラメータに悪影響を及ぼす可能性がある。このことはさらに、全体的な性能を損なう可能性がある。
本明細書において記載される実施形態のうちの1つ又は複数によるトレランスリングは、1つ又は複数の波形部に制御された脆弱部を与えるために、トレランスリングの目的位置においてトレランスリングの側壁を貫通する複数の穴、すなわち穿孔を含むことができる。例えば、単一の穴が2つの隣り合う波形部を通ることができ、各波形部の肩部を除去することができる。肩部は波形部の強化特徴部であるため、波形部の肩部を除去することによって波形部の剛性を低下させることができる。
本明細書において開示される穿孔されたトレランスリングは、トレランスリングの周りで周方向に実質的に変化しない共振周波数及び剛性を有するトレランスリングを提供することができる。したがって、トレランスリングは、ボア内で支柱を位置合わせして維持することができ、ほぼいずれもの径方向への通常の動作荷重下でのボア内における支柱のいかなる揺れも実質的に防止することができる。
最初に図1を参照すると、ハードディスクドライブアセンブリが示されており、全体的に100で示されている。ハードディスクドライブアセンブリ100は、ハードディスクドライブのアクチュエータアーム102及びピボットアセンブリ104を含むことができる。
図示のように、アクチュエータアーム102は、近位端110及び遠位端112を含むことができる。複数の読み書きヘッド114が、アクチュエータアーム102の遠位端112から延びることができる。その上、アクチュエータアーム102は、アクチュエータアーム102の近位端110付近のボア116を有して形成することができる。
図1は、ピボットアセンブリ104がピボット120及びトレランスリング122を含むことができることを更に示している。ピボット120は、内側部材124及び外側部材126を含むことができ、外側部材126は内側部材124に対して回転することができる。
特定の態様では、トレランスリング122を、ピボット120の周りに嵌めることができ、次に、ピボットアセンブリ104をボア116内に据え付けることができる。別の態様では、トレランスリング122をボア116内に配置することができ、ピボット120をトレランスリング122内に挿入することができる。トレランスリング122は、ピボット120の外側部材126とアクチュエータアーム102のボア116との間で締まり嵌めを確立することができる。したがって、アクチュエータアーム102は、ピボット120の内側部材124の周りでピボット120の外側部材126とともに回転することができる。
したがって、図2に示されているように、トレランスリング122は、ボア116内に、外側構成要素すなわちアクチュエータアーム102と、内側構成要素すなわちピボット120との間に据え付けることができる。特定の態様では、据え付けられると、ボアの上部又は底部を越えて延びるトレランスリング122の部分はなく、トレランスリング122はボア116内に完全に収容することができる。別の態様では、トレランスリング122の一部、例えば上部、底部、上部の構造、底部の構造、又はそれらの組み合わせが、ボアから延びることができる。
図2に示されているように、また以下でより詳細に説明するように、トレランスリング122は、ピボット120をアクチュエータアーム102内で締まり嵌めして維持するために、ボア116の内側壁及びピボット120の外側壁に係合するように構成することができる。トレランスリング122は、ピボット120に据え付けられるときにピボット120の周りで拡張し、次に据え付け中にボア116内で少なくとも部分的に変形する、すなわち圧縮することによって、寸法変化を考慮することができる。
ここで図3、図4及び図5を参照すると、トレランスリング122に関する細部が示されている。図示のように、トレランスリング122は、概ね円筒形の側壁304を有する概ね円筒形の本体302を含むことができる。側壁304は上部306及び底部308を含むことができる。さらに、側壁304は第1の端310及び第2の端312を含むことができる。その上、側壁304の第1の端310と第2の端312との間に隙間314を形成することができる。隙間314は本体302の全長に沿って延びることができ、隙間314は本体302に割れ目を形成することができる。
図3に示されているように、トレランスリング122の本体302は、側壁304の上部306から延びる上側フランジ316、及び側壁304の底部308から延びる下側フランジ318を更に含むことができる。
トレランスリング122は中心軸320を含むことができ、図2及び図3に示されているように、特定の態様では、フランジ316、318は、トレランスリング122の中心軸320に対して外方方向に角度を付けることができる。フランジ316、318は中心軸320に対して内方方向に角度を付けることができることを理解されたい。いずれの場合も、フランジ316、318は、中心軸320に対して角度αを形成することができる。特定の態様では、αは5°以上、例えば10°以上又は15°以上であるものとすることができる。別の態様では、αは30°以下、例えば25°以下又は20°以下であるものとすることができる。別の態様では、αは上記で開示した値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
図2に最もはっきり示されているように、トレランスリング122は、トレランスリング122の側壁304の内面と、トレランスリング122の側壁304に形成される壁構造の外面との間の距離である、全体的な肉厚tOWを含むことができる。さらに、各フランジ316、318は、トレランスリング122の側壁304の内面とフランジ316、318の外縁との間の距離である、全体的なフランジ厚tOFを有するように、側壁304から延びることができる。特定の態様では、tOFは、tOWの30%以上、例えばtOWの35%以上、tOWの40%以上、tOWの45%以上、tOWの50%以上、tOWの55%以上、又はtOWの60%以上であるものとすることができる。さらに、tOFは、tOWの98%以下、例えばtOWの95%以下、tOWの90%以下、tOWの85%以下、又はtOWの80%以下であるものとすることができる。別の態様では、tOFは、上記で開示したtOWのパーセンテージ値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
中心軸320に対して内方方向に延びるフランジ及び壁構造を含む特定の実施形態では、tOWは、トレランスリング122の側壁304の外面とトレランスリング122の側壁304に形成される壁構造の内面との間で測定することができる。さらに、そのような実施形態では、tOFは、トレランスリング122の側壁304の外面とフランジ316、318の内縁との間で測定される。
図2及び図3を更に参照すると、トレランスリング122は、本体302の側壁304に形成される複数の波形部322を含むことができる。図示のように、1つの態様では、波形部322は、中心軸320に対して外方方向に延びることができる。しかし、別の態様では、波形部322は、中心軸320に対して内方方向に延びることができる。
波形部322は、本体302の側壁304に形成するか又は別様に配置することができるため、トレランスリング122は、トレランスリング122の本体302の側壁304の外周の周りに等間隔に離間した波形部の列324等の複数の波形構造を含む。
各波形部の列324は、トレランスリング122の本体302の側壁304に沿って、例えばトレランスリング122の長さに沿って互いに鉛直に位置合わせされる少なくとも2つの波形部322を含むことができる。
図3に示されているように、特定の態様では、トレランスリング122の各波形部の列324は、トレランスリング122の本体302の側壁304の上部306付近の第1の波形部330、及びトレランスリング122の本体302の側壁304の底部308付近の第2の波形部332であるものとすることができる。特定の態様では、第1の波形部330は、トレランスリング122の長さの上半分内に中心決めすることができる。その上、第2の波形部332は、トレランスリング122の長さの下半分内に中心決めすることができる。各波形部の列324は、第1の波形部330と第2の波形部332との間の第3の波形部334も含むことができる。第3の波形部334は、トレランスリング122の長さに沿って中心決めすることができる。
1つの態様では、第1の波形部330は、第2の波形部332と同じサイズ、例えば長さ、幅、高さ(側壁304の外面から測定した)であるものとすることができる。別の態様では、第1の波形部330、第2の波形部332及び第3の波形部334は同じサイズ、例えば長さ、幅、高さ(側壁304の外面から測定した)である。特に、第1の波形部330及び第2の波形部332は第1の長さLを有することができ、第3の波形部334は第2の長さLを含み、L≦Lである。詳細には、LはLの75%以下、例えばLはLの70%以下、LはLの65%以下、LはLの60%以下、LはLの55%以下、又はLはLの50%以下であるものとすることができる。別の態様では、LはLの25%以上、例えばLはLの30%以上、LはLの35%以上、又はLはLの40%以上であるものとすることができる。別の態様では、Lは、上記で開示したLのパーセンテージ値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
図3、図4及び図5は、トレランスリング122の本体302の側壁304が複数の未形成セクション340を含むことができることを更に示している。各未形成セクション340は、隣り合う波形部の列324間に延びるとともに何らかの波形部又は他の構造を有して形成されない側壁304のセクションを含むことができる。その上、各未形成セクション340は、本体302の上側フランジ316と下側フランジ318との間に形成される何らかの付加的な構造又は特徴を有することなく、フランジ316、318間で隣り合う波形部の列324間に延びることができる。
図5に示されているように、波形部の列324及び未形成セクション340は、側壁304の外周の周りで交互になっていることができる。その上、特定の態様では、波形部の列324は、側壁304の未形成セクション340によって、側壁304の外周の周りで等間隔に離間する。
図3及び図5は、トレランスリング122の本体302の側壁304を、本体302の側壁304を径方向に貫通することができる複数の穿孔、すなわち穴342を有して形成することができることを示している。特に、少なくとも1つの穴342が、波形構造のうちの少なくとも1つに交差するか又は重なり、穿孔された波形構造を形成することができる。
さらに、特定の態様では、各穴342は主に、隣り合う波形部の列324間の未形成セクション340に形成することができ、穴342は、隣り合う波形部322内で波形部322の一部に重なることができる。各穴342は、単一の列324内の単一の波形部322、単一の列324内の2つの波形部322、2つの異なる列324内のそれぞれの2つの波形部322、又は2つの異なる列324内のそれぞれ2つである4つの波形部322に重なることができる。
特定の態様では、穴342の中心を未形成セクション340のうちの1つに位置付けることができ、穴342の周囲が波形部322に重なることができる。図4に示されているように、穴342は、未形成セクション340及び少なくとも1つの波形部322を含む本体302の側壁304の或る面積を除去することができる。さらに、穴342は、面積AUSを有する未形成セクション部分402、及び、面積Aを有する波形部分404又は複数の部分に形成され、これらを含むことができ、Aは、AUS以下、例えばAUSの25%以下、例えばAUSの20%以下、AUSの15%以下、又はAUSの10%以下であるものとすることができる。別の態様では、Aは、AUSの1%以上、例えばAUSの2%以上、AUSの3%以上、AUSの4%以上、又はAUSの5%以上であるものとすることができる。別の態様では、Aは、本明細書において記載されるAUS値のパーセンテージのいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。別の態様では、穴342の中心は、波形部322に位置付けることができ、穴342の周囲が未形成セクション340に重なることができる。
波形部322の一部、すなわち波形構造を除去することによって穿孔された波形構造が生じる。波形部322の一部を除去することによって、穿孔された波形部の剛性を、穴342を有しない同じ波形部から低下させるか又は別様に変化させることができる。換言すると、穿孔されない波形部又は穿孔されない波形構造は、剛性Sを含むことができ、波形部322に重なる穴を形成した後では、結果として生じる穿孔された波形部は、剛性Sを有することができる。SはS未満であるものとすることができる。例えば、SはSの95%以下、例えばSはSの90%以下、SはSの85%以下、SはSの80%以下、SはSの75%以下、SはSの70%以下、又はSはSの65%以下であるものとすることができる。その上、SはSの25%以上、例えばSはSの30%以上、SはSの35%以上、SはSの40%以上、SはSの45%以上、又はSはSの50%以上であるものとすることができる。別の態様では、Sは、上述したS値のパーセンテージのいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
別の態様では、穴342を有して形成されない各波形部322又は波形構造は、波形部322の表面積を含む波形部の面積Aを含むことができる。穴342が形成された後で、波形部322の表面積を低減することができ、穿孔された波形構造は、穿孔された波形部の面積Aを含むことができる。したがって、AはA未満である。詳細には、AはAの95%以下、例えばAはAの90%以下、AはAの85%以下、AはAの80%以下、AはAの75%以下、AはAの70%以下、又はAはAの65%以下であるものとすることができる。波形部322を除去し過ぎると、ばねとして機能し、トレランスリング122が据え付けられるボアの内面に係合するのに十分に剛性がない波形部322が生じる可能性がある。したがって、AはAの25%以上、例えばAはAの30%以上、AはAの35%以上、AはAの40%以上、AはAの45%以上、又はAはAの50%以上であるものとすることができる。別の態様では、Aは、本明細書において記載されるA値のパーセンテージのいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
別の態様では、穴342は、複数の波形部322又は波形構造に交差するか又は重なることができる。さらに、穴342は:多角形、円形及び楕円形を含む群から選択される形状を有することができる。
図3に示されているように、各波形構造、例えば各波形部322は、少なくとも1つの***した肩部344を含むことができる。詳細には、図示のように、各波形部322は、各***した肩部344が波形部322の各角部に位置付けられた状態で、4つの***した肩部344を含むことができる。各肩部344は、側壁304の外面から波形部322の中心まで延びることができる、波形部322の折り目であるものとすることができる。2つの隣り合う肩部344は、波形部322の上部又は底部に沿う連続的な折り目を形成することができる。
***した肩部344は、トレランスリング122をロール成形するか又は別様に形作るか若しくは曲げて最終的な自由状態、すなわち据え付けられていない休止形状にすることができる前に、トレランスリング122を形作って形成するのに用いることができるスタンプ動作から生じることができる。***した肩部344は、強化部材、例えばリブとして働くことができ、波形部322に剛性を与えることができる。特定の態様では、穴342は、肩部の少なくとも一部を除去するために、波形構造又は波形部322に交差するか又は重なることができる。
各肩部344は、側壁304の外面から波形部322を長手方向に二分する中心線まで波形部322の湾曲した面に沿って測定した肩部の長さLを含むことができる。波形部322に交差する穴342は、除去される長さLがL以下であることができるように、肩部344の長さの一部を除去することができる。1つの態様では、L=Lである。別の態様では、LはL以下、例えばLの50%以下、Lの45%以下、Lの40%以下、Lの35%以下、Lの30%以下、又はLの25%以下であるものとすることができる。別の態様では、LはLの1%以上、例えばLの2%以上、Lの3%以上、Lの4%以上、Lの5%以上、又はLの10%以上であるものとすることができる。さらに、Lは、上述したL値のパーセンテージのいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
別の態様では、図5に示されているように、側壁304の各未形成セクション340は、円弧、例えば、未形成セクション340を通って側壁304の外周に沿って延びる円弧を含むことができ、側壁304に形成される各穴342の一部が未形成セクション340の円弧を越えて径方向外方に延びることができる。換言すると、未形成セクション340及び波形構造、例えば波形部322を通して側壁304に形成される各穴342は、未形成セクション340の曲率に沿って延びるか又は対応する第1の部分、及び、波形構造又は波形部322の曲率に沿って延びるか又は対応する第2の部分を有する。
図5は、トレランスリング122が、トレランスリング122の中心352を通って隙間314を二分することができる中心軸350を含むことができることを示している。特定の態様では、トレランスリング122は中心軸350を中心に対称であるものとすることができる。
特定の態様では、ピボットアセンブリ104がアクチュエータアームのボア116内に、トレランスリング122が間に配置された状態で据え付けられると、ピボット120及びボア116は、トレランスリング122の中心軸320に沿って又はほぼ沿って延びる中心軸を含むことができる。トレランスリング122は、種々の方向へのアクチュエータアーム102のボア116内でのピボット120の径方向の移動に実質的に抵抗することができる径方向剛性を提供することができる。
拘束されないままである場合、ボア内のピボット120の移動によって読み書きヘッド114がハードディスクに対して移動する可能性があり、このことによって読み書きエラーが生じる可能性がある。この移動は望ましくない。波形構造を本明細書において記載されるように変更することによって、トレランスリング122の径方向剛性を操作、すなわち調整し、隙間314によって生じる径方向剛性のいかなる低下も実質的に低下させることができる。さらに、波形構造を変更することによって、トレランスリング122の径方向剛性を操作、すなわち調整することができるため、トレランスリング122の径方向剛性は、トレランスリング122の周りの周方向の種々の位置において測定したときに大きくは変化しない。
例えば、隙間314を通るトレランスリング122の径方向剛性RSは、トレランスリング122の隙間314及び中心360を通る第1の方向に測定することができる。隙間314に垂直なトレランスリング122の径方向剛性RSPGは、第1の方向に垂直な第2の方向に測定することができる。RSはRSPGの90%以上、例えばRSPGの91%以上、RSPGの92%以上、RSPGの93%以上、RSPGの94%以上、RSPGの95%以上、又はRSPGの96%以上であるものとすることができる。さらに、RSはRSPGの100%以下、RSPGの99%以下、RSPGの98%以下、又はRSPGの97%以下であるものとすることができる。その上、RSは、上記で開示したRSPGのパーセンテージ値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
さらに、トレランスリング122の共振周波数は、トレランスリング122が据え付けられるアセンブリの周方向の種々の位置で測定したときに大きくは変化しない。例えば、隙間314を通るトレランスリング122の共振周波数RFは、トレランスリング122の隙間314及び中心360を通る第1の方向に測定することができる。隙間314に垂直なトレランスリング122の共振周波数RFPGは、第1の方向に垂直な第2の方向に測定することができる。RFは、RFPGの90%以上、例えばRFPGの91%以上、RFPGの92%以上、RFPGの93%以上、RFPGの94%以上、又はRFPGの95%以上であるものとすることができる。さらに、RFは、RFPGの100%以下、RFPGの99%以下、RFPGの98%以下、RFPGの97%以下、又はRFPGの96%以下であるものとすることができる。その上、RFは、上記で開示したRFPGのパーセンテージ値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
ここで図6を参照すると、別の態様では、各波形構造は単一の細長い波形部600を含むことができる。細長い波形部600は、トレランスリング606の本体604の側壁602に沿って長手方向に延びることができる。さらに、各細長い波形部600は、実質的に上側フランジ608と下側フランジ610との間でトレランスリング606の側壁602の長さに沿って延びることができる。トレランスリング606も隙間614を含むことができる。この態様では、各細長い波形部600は、トレランスリング606の長さに沿って中心決めすることができる。その上、トレランスリング606のこの態様は、本明細書において開示される他のトレランスリングに関して本明細書において記載される特徴又は特性のうちの1つ又は複数を含むことができる。
この態様では、複数の穴612をトレランスリング606の側壁602に形成することができる。1つの態様では、各穴612は、単一の細長い波形部600の底部の角部に交差することができる。別の態様では、各穴612は、第1の細長い波形部600の底部の角部、及び第2の細長い波形部600の底部の角部に交差することができる。別の態様では、第1の穴612が、1つの細長い波形部600に交差することができ、第2の穴612が同じ細長い波形部600に交差することができる。
さらに、図6に示されているように、第1の穴612は、一対の隣り合う細長い波形部600に交差することができ、第2の穴612は、同じ対の細長い波形部600に交差することができる。図示のように、第1の穴612は、第1の細長い波形部600の底部の角部、及び第2の細長い波形部600の底部の角部に交差することができ、第2の穴612は、第1の細長い波形部600の上部の角部、及び第2の細長い波形部600の上部の角部に交差することができる。
本明細書において記載される各実施形態では、2つの波形構造、例えば細長い波形部、波形部の列、又はそれらの組み合わせが常に、残りの波形構造よりも周方向に隙間314、614のより近くに位置する。隙間314、614に隣り合う2つの波形構造、すなわち隙間314に最も近い2つの波形構造は、第1の波形部の剛性SWを含むことができる。未形成セクションに隣り合う他の波形構造は、第2の波形部の剛性SWを含むことができる。トレランスリング122、606を変更せず、またトレランスリング122、606の同様のサイズ及び形状の波形構造では、SWはSW以下であるものとすることができる。
しかし、波形構造322、600の1つ又は複数の寸法を変えることによって、又は、1つ又は複数の穴342、612によって波形構造322、600を穿孔することによって、波形構造322、600を変更することにより、波形部の剛性を本明細書において記載されるように操作することができる。したがって、隙間314、614に周方向により近い、側壁304、602に形成される穴342、612は、隙間314、614から周方向に離れた、側壁304、602に形成される穴342、612とは、異なるサイズであるか、異なる形状であるか、又は異なるサイズ及び形状であるものとすることができる。特に、穴342、612は、隙間314、614から、隙間314、614から最も離れた側壁304、602の外周に沿う位置(すなわち隙間314、614から180°)まで側壁304、602の外周に沿ってサイズを大きくすることができる。
特定の態様では、本明細書において記載される態様のいずれかに従ったトレランスリングは、金属、金属合金又はそれらの組み合わせから作ることができる。金属は鉄系金属を含むことができる。さらに、金属は鋼を含むことができる。鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼等のステンレス鋼を含むことができる。その上、鋼は、クロム、ニッケル、又はそれらの組み合わせを含むステンレス鋼を含むことができる。例えば、鋼はX10CrNil8−8ステンレス鋼であるものとすることができる。さらに、トレランスリングは、350以上、例えば375以上、400以上、425以上、又は450以上であるものとすることができるビッカースピラミッド硬さ、VPNを含むことができる。VPNはまた、500以下、475以下、又は450以下であるものとすることができる。VPNはまた、本明細書において記載されるVPN値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。別の態様では、トレランスリングを、その耐食性を高めるように処理することができる。特に、トレランスリングを不動態化処理することができる。例えば、トレランスリングは、ASTM規格A967に従って不動態化処理することができる。
別の態様では、トレランスリングを形成することができるストック材料は、厚さtを有することができ、tは、0.085mm以上、例えば0.087mm以上、0.090mm以上、0.095mm以上、又は0.100mm以上であるものとすることができる。別の態様では、tは0.115mm以下、0.113mm以下、0.110mm以下、又は0.105mm以下であるものとすることができる。その上、tは、上記で開示したtの値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
本明細書において記載される態様のいずれかに従ったトレランスリングは、全体的な外径ODを有することができ、ODは5mm以上、例えば6mm以上、7mm以上、8mm以上、9mm以上、又は10mm以上であるものとすることができる。ODは、20mm以下、例えば15mm以下、14mm以下、13mm以下、12mm以下、又は10mm以下であるものとすることができる。さらに、ODは、本明細書において記載されるODの値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
別の態様では、トレランスリングは全長Lを有することができ、Lは、20mm以下、例えば17mm以下、15mm以下、14mm以下、又は13mm以下であるものとすることができる。Lは5mm以上、6mm以上、7mm以上、8mm以上、9mm以上、又は10mm以上であるものとすることができる。その上、Lは、上述したLの値のいずれかの間(それらの値を含む)の範囲内であるものとすることができる。
さらに、本明細書において記載されるトレランスリングのいずれかを形成するのに用いられるストック材料を切断し、スタンプし、ロール成形してトレランスリングを形成した後で、結果として生じるトレランスリングには実質的にいかなるバリもない。詳細には、10倍の倍率下でトレランスリングを目視検査することでは切断縁のいずれに沿ってもバリは見えない。
トレランスリングを、X10CrNil8−8ステンレス鋼ストックから製造する。ステンレス鋼ストックは、0.1mm±0.013の厚さを有する。さらに、ステンレス鋼ストックは400〜450のVPNを有し、ASTM A967に従って不動態化処理する。形成されたトレランスリングは、側壁の外周に沿って等間隔に離間した13個の波形部の列を含む。側壁の外周に沿う波形部の列の各隣り合う対の中心間の距離は、およそ2.62mmである。
各波形部の列は、鉛直に位置合わせされる3つの波形部を含む。上側波形部及び下側波形部はおよそ1.66mmの幅及び3.0mmの高さである。中間の波形部はおよそ1.66mmの幅及び1.5mmの高さである。トレランスリングは、据え付け後に約0.3mmの全体的な肉厚を有する。さらに、トレランスリングは、全体的な自由状態のおよそ11.5mmの直径及びおよそ12.5mmの全長を有する。
トレランスリングは、側壁を通して径方向に形成される24個の穴を含む。詳細には、12個の穴が波形部の上側の列に形成され、12個が波形部の下側の列に形成される。各穴は、およそ1.2mmの直径を有し、各穴は、波形部の角部を接続する線に沿って隣り合う波形部間に中心決めされる。
トレランスリングを、11.135mmの外径を有する支柱の周りに据え付け、このアセンブリを、およそ11.722mmのボアを有するリング内に据え付ける。このアセンブリを、釣り糸を用いて吊り下げ、レーザを、リングの外側円筒面に垂直に配置する。
図7は、軸上の軸方向剛性試験のハンマ試験設定を示している。トレランスリングを、11.135mmの外径を有する支柱702の周りに据え付け、このアセンブリを、およそ11.722mmのボアを有するリング704内に据え付ける。このアセンブリを、釣り糸706を用いて吊り下げ、2つのレーザを、リング708の同じ側にリングの平坦な面に垂直に配置する。レーザを、互いから180度に配置する。一方のレーザを基準レーザRとして用い、他方のレーザを測定用レーザMとして用いる。支柱を、Hと表記される矢印によって示されているように、レーザとは反対の側から軸上で叩く。レーザ、及びハンマの力変換器をマイクロプロセッサに結合し、マイクロプロセッサへの入力を提供する。
図8Aは、軸外の軸方向剛性試験のハンマ試験設定を示している。トレランスリングを、図7に示されているようにリングを有するとともにリング内の支柱の周りに据え付け、釣り糸を用いて吊り下げる。図7におけるように、2つのレーザを、リングの同じ側にリングの平坦な面に垂直に配置する。レーザを、互いから180度に配置する。一方のレーザを基準レーザとして用い、他方のレーザを測定用レーザとして用いる。リングを、力変換器が組み込まれているハンマを用いて、Hと表記される矢印によって示されているように、測定レーザ下から軸外で叩く。レーザ、及びハンマの力変換器をマイクロプロセッサに結合し、マイクロプロセッサへの入力を提供する。図8Bは、入力を処理して、軸外をたたくことによって誘発される揺動モードR及び軸方向モードAを相殺する方法を示している。
図9A及び図9Bは、種々のトレランスリングに関する軸上及び軸外の軸方向剛性の試験結果を示している。図9A及び図9Bにおいて、縦列は以下の意味を有する。Fは、リングの平均共振周波数(kHz)を提供し;Δはリングの周りで求められた平均パーセント差である。
Figure 0006093990
リング1は、3個の帯を有する13個の波形部のハードディスクドライブのトレランスリングである比較リングである。リング2は4個の群の8個の波形部のリングである。リング3は、4個の群の12個の波形部のトレランスリングである。リング4はリング1と同様であるが、二重の帯を含む。リング5は、ピッチが補正された6個の波形部を有する。ピッチが補正されたリングは、等しい角度間隔でアセンブリの周りに分散される波形部を有する。リング6及び7は、それぞれ、7個の波形部及び8個の波形部のピッチが補正された構成を有する。リング8は、13個の波形部の3個の帯構成を有する新たなアセンブリバッチから作られる第2の比較リングである。リング9は、隙間に対向する未形成の(「プラニッシュ」)領域を有する。リング10は、隙間に対向する中心決めされた波形部を有する。リング11は、波形部間に位置するスリットを有する12個の波形部のピッチが補正されたリングである。スリットは、実質的に波形部の列の長さにわたる長さを有する。
ダミーアセンブリにおけるリングの径方向剛性を、2つの位置;すなわち隙間、及び隙間に対して90度においてハンマ試験を用いて測定する。%差を、各位置における5回の打撃を用いて試験される5個のリングの平均の間で計算する。試験は同じダミー質量を用いて行ったため、計算を容易にするために、剛性よりも共振周波数を報告する(式1)。
ダミーアセンブリにおけるリングの径方向剛性を、2つの位置;すなわち隙間、及び隙間に対して90度においてハンマ試験を用いて測定する。%差を、各位置における5回の打撃を用いて試験される5個のリングの平均の間で計算する。試験は同じダミー質量を用いて行ったため、計算、式1を容易にするために剛性よりも共振周波数を報告する。
Figure 0006093990
式中、fは共振周波数であり、mは有効質量であり、kは試験片の剛性である。
図10は、種々のトレランスリングに関する径方向剛性試験の試験結果を示している。図10において、縦列は図9A及び図9Bにおけるものと同じであり、また以下で開示されるような意味を有する。Fは、リングの平均共振周波数(kHz)を提供し;Δはリングの周りで求められた平均パーセント差である。
Figure 0006093990
リング2Aは、40lbfの残りの組み付け力を有する。リング3Bは、30lbfの残りの組み付け力を有する。リング12は、波形部の列間に穴、より詳細には2つの波形部間に2つの穴を有する12個の波形部のピッチが補正されたリングである。リング13は11個の波形部のピッチが補正されたリングである。リング14は収容が可変であるリングであり、すなわち、リングを強く押して中央ボアに一致させることができる。リング15は、閉じている、収容が可変であるリングであり、すなわち、リングはそのボアよりも直径が小さく、ボアに一致するように伸ばすことができる。
ピーク組み付け及び初期滑り試験に関して、最初にピボットのトルクを試験する。ピボットを次に、関連するトレランスリングを用いてアーム内に組み付け、ピーク組み付け力(PAF)を記録する。次に、アセンブリのトルクを試験し、組み付けられていないトルクと組み付けられたトルクとの差、すなわち「トルクシフト」を記録する。次に、アセンブリを分解し、初期滑りを記録し、最後に、ピボットのトルクを再び測定する。ピボットは、組み付け後のトルクが高いとみなされるか、又は5回まで、どちらが先に生じるかにかかわらず再使用する。アームを5回再使用する。これらの再使用の方針は、以前の研究の結果であり、いかなる問題も引き起こすはずはないが、ピボット及びアームが毎回未使用ではないことを留意するべきである。
図11は、種々のトレランスリングに関するPAF、IS及びIS/PAF試験の試験結果を示している。図11において、縦列は図9A、図9B及び図10におけるものと同じ意味を有する。PAF及びISはlbfであり、IS/PAFは%である。
マイクロプロセッサは、ハンマ及びレーザによって提供される入力からの共振周波数を計算するソフトウェアを含む。共振周波数は、トレランスリングの軸方向剛性に直接関連する。隙間を二分するとともにアセンブリの中心を通る軸に沿って測定した共振周波数は約6.65kHzである。第1の軸に垂直な軸に沿って測定した共振周波数は、約2.2%の差である約6.8kHzである。したがって、隙間を通る軸方向剛性ASは、隙間に垂直な軸方向剛性ASPGの約97.8%である。
リングを、力変換器が組み込まれているハンマを用いて、レーザとは反対側からたたく。レーザ、及びハンマの力変換器をマイクロプロセッサに結合し、マイクロプロセッサへの入力を提供する。マイクロプロセッサは、ハンマ及びレーザによって提供される入力からの共振周波数を計算するソフトウェアを含む。共振周波数は、トレランスリングの径方向剛性に直接関連する。隙間を二分するとともにアセンブリの中心を通る軸に沿って測定した共振周波数は約11.29kHzである。第1の軸に垂直な軸に沿って測定した共振周波数は、約3.8%の差である約11.74kHzである。したがって、隙間を通して測定した径方向剛性RSは、隙間に垂直な径方向剛性RSPGの約96.2%である。
本明細書において記載されるトレランスリングは穿孔された波形部を含む。穿孔された波形部は、トレランスリングの周りで周方向に実質的に変化しない共振周波数及び剛性を有するトレランスリングを提供することができる。したがって、トレランスリングは、ボア内で支柱を位置合わせして維持することができ、ほぼいずれもの径方向への通常の動作荷重下でのボア内における支柱のいかなる揺れも実質的に防止することができる。
その上、各穴のサイズ及び位置を変えることによって、トレランスリングの性能特性を調節又は調整し、特定のアセンブリの特定の要件を満たすことができる。例えば、穴は、1つの方向への特定の径方向剛性又は軸方向剛性、及び別の方向への異なる径方向剛性、又は軸方向剛性を提供するように配置することができる。
当業者は、本明細書において記載される特徴のうちの1つ又は複数を有するトレランスリングを使用することができる他の用途があり得ることを理解できる。
上記で開示した主題は、例示的であるものとみなされ、限定的であるものとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入る全てのそのような変更形態、改良形態及び他の実施形態を包含することが意図される。したがって、本発明の範囲は、法が許す可能な限りまで、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の最も広範な許容される解釈によって決まり、上述の詳細な説明によっては制限又は限定されないものとする。
加えて、上述の詳細な説明において、種々の特徴はまとめてグループ分けされるか、又は本開示を簡素化するために単一の実施形態において記載することができる。本開示は、特許請求の範囲に記載の実施形態が各請求項において明示的に記載されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、開示される実施形態のいずれかの全てではない特徴に関するものとすることができる。したがって、以下の特許請求の範囲は、詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、特許請求される主題を別個に規定するものとして独立的である。

Claims (15)

  1. トレランスリングであって:
    上部及び底部を画定する側壁を有する概ね円筒形の本体であって、前記側壁が:
    複数の波形構造と;
    複数の未形成セクションであって、各未形成セクションは一対の隣り合う波形構造間に位置付けられる、複数の未形成セクションと;
    前記本体の全長に沿って延びる隙間であって、前記本体に割れ目を形成する、前記隙間と;
    前記波形構造のうちの少なくとも1つ及び前記未形成セクションのうち少なくとも1つに交わって穿孔された波形構造を確立する、少なくとも1つの穴であって、該穴の中心は、前記未形成セクションのうちの1つに位置付けられ、該穴の外縁は前記波形構造に重なる、少なくとも1つの穴と
    を含む、概ね円筒形の本体
    を備える、トレランスリング。
  2. トレランスリングであって:
    上部及び底部を画定する側壁を有する概ね円筒形の本体であって、前記側壁が:
    複数の波形構造と;
    複数の未形成セクションであって、各未形成セクションは一対の隣り合う波形構造間に位置付けられる、複数の未形成セクションと;
    前記本体の全長に沿って延びる隙間であって、前記本体に割れ目を確立する、前記隙間と;
    前記波形構造のうちの少なくとも1つ及び前記未形成セクションのうち少なくとも1つに交わって穿孔された波形構造を確立する、少なくとも1つの穴であって、該穴の中心は、前記波形構造に位置付けられ、該穴の外縁は前記未形成セクションに重なる、少なくとも1つの穴と
    を含む、概ね円筒形の本体
    を備える、トレランスリング。
  3. 各波形構造は、剛性Sを含み、前記穿孔された波形構造は、穿孔された剛性S を含み、S はS未満である、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  4. はSの95%以下、S はSの90%以下、S はSの85%以下、S はSの80%以下、S はSの75%以下、S はSの70%以下、又はS はSの65%以下であり、S はSの25%以上、S はSの30%以上、S はSの35%以上、S はSの40%以上、S はSの45%以上、又はS はSの50%以上である、請求項3に記載のトレランスリング。
  5. 各波形構造は、波形部の面積Aを含み、前記穿孔された波形構造は、穿孔された波形部の面積A を含み、A はA未満である、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  6. はAの95%以下、A はAの90%以下、A はAの85%以下、A はAの80%以下、A はAの75%以下、A はAの70%以下、又はA はAの65%以下であり、A はAの25%以上、A はAの30%以上、A はAの35%以上、A はAの40%以上、A はAの45%以上、又はA はAの50%以上である、請求項5に記載のトレランスリング。
  7. 前記穴は複数の波形構造に交わる、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  8. 前記穴は:多角形、円形及び楕円形を含む群から選択される形状を有する、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  9. 前記未形成セクションは円弧を含み、前記穴の一部は前記未形成セクションの前記円弧を径方向に越えて延びる、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  10. 各波形構造は、前記側壁から延びるとともに実質的に前記側壁の長さに沿って延びる細長い波形部を含み、前記穴は、第1の細長い波形部の底部の角部及び第2の細長い波形部の底部の角部に交わる、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  11. 各波形構造は、前記側壁から延びるとともに実質的に前記側壁の長さに沿って延びる細長い波形部を含み、前記少なくとも1つの穴は、1つの細長い波形部に交わる第1の穴、及び同じ細長い波形部に交わる第2の穴を含む、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  12. 各波形構造は、前記側壁から延びるとともに実質的に前記側壁の長さに沿って延びる細長い波形部を含み、前記少なくとも1つの穴は、一対の隣り合う細長い波形部に交わる第1の穴、及び同じ対の細長い波形部に交わる第2の穴を含む、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  13. 前記トレランスリングは、該トレランスリングをボア内に据え付けるための組み付け力F 、及び、該トレランスリングを前記ボアから取り出すための分解力F を含み、F はF の75%以上、F はF の80%以上、F はF の85%以上、又はF はF の90%以上であり、F はF の100%以下、F はF の99%以上、F はF の98%以上、F はF の97%以上、F はF の96%以上、又はF はF の95%以上である、請求項1又は2に記載のトレランスリング。
  14. アセンブリであって:
    外側構成要素であって、該外側構成要素内のボアを含む、外側構成要素と;
    前記ボア内に配置される内側構成要素と;
    前記内側構成要素に取り付けられるトレランスリングであって:
    上部及び底部を画定する側壁を有する概ね円筒形の本体を含み、前記側壁は:
    複数の波形構造;
    複数の未形成セクションであって、各未形成セクションは一対の隣り合う波形構造間に位置付けられる、複数の未形成セクション;
    前記本体の全長に沿って延びる隙間であって、前記本体に割れ目を確立する、前記隙間;及び
    前記波形構造のうちの少なくとも1つ及び前記未形成セクションのうち少なくとも1つに交わって穿孔された波形構造を確立する、少なくとも1つの穴
    を含む、トレランスリングと、
    を備える、アセンブリ。
  15. 前記アセンブリはハードディスクドライブを含む、請求項14に記載のアセンブリ。
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