DE19635290A1 - Festplattenlaufwerk - Google Patents

Festplattenlaufwerk

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Festplattenlaufwerk als Hilfsspei­ chervorrichtung eines Computers, und insbesondere auf ein besonders flaches Festplatten­ laufwerk.
Die vorliegende Anmeldung für ein Festplattenlaufwerk basiert auf der koreani­ schen Patentanmeldung Nr. 4590/1995, die durch Bezugnahme hierin mitaufgenommen ist.
Festplattenlaufwerke als weitverbreitete Hilfsspeichervorrichtungen für Computer besitzen eine immer größere Kapazität und werden immer kleiner und leichter. Eine solche Entwicklung trifft für Festplattenlaufwerke in Laptopcomputern, wie etwa den Notebook­ computern, und auch für solche in Desktopcomputern zu, für die ständige Anstrengungen zum Erreichen einer hohen Kapazität und kleinerer und leichterer Laufwerke unternommen werden. In letzter Zeit gibt es aufgrund der schnellen Entwicklung im Notebookcomputer­ markt eine große Nachfrage nach kleinen und leichten Festplattenlaufwerken, die eine wesentliche Komponente der Hilfsspeichervorrichtungen eines Computers sind.
Insbesondere aufgrund des Platzbedarfs für die Tastatur und der Anzeigevorrich­ tung in einem Notebookcomputer sind die Anforderungen an dessen planare Größe nicht beliebig, jedoch gibt es eine ständig weitergehende Miniaturisierung bei Notebookcompu­ tern. Folglich gibt es eine große Nachfrage nach flachen Festplattenlaufwerken als Hilfs­ speichervorrichtungen.
Ein herkömmliches Festplattenlaufwerk 30 als Hilfsspeichervorrichtung eines Lap­ topcomputers umfaßt: einen Wellenmotor 32, der an einem Ende einer Basis 31 angeordnet ist und durch die Wechselwirkung einer Innenspule 32a und eines Permanentmagneten 32b mit hoher Geschwindigkeit rotiert; eine Platte 34 als Informationsspeichermedium, die durch einem Klemme 33 und mehrere Schrauben auf einer Nabe des Wellenmotors 32 befestigt ist und von dem Wellenmotor 32 rotiert wird; einen Magnetkopf 35 zum Auf­ zeichnen von Information auf der Platte 34 und zur Wiedergabe der aufgezeichneten Infor­ mation; ein Stellglied 38, das in eine auf der Basis 31 angeordneten Drehwelle 36 einge­ setzt ist, so daß es mit einem Drehlager 37 gedreht werden kann, und den Magnetkopf 35 an seinen einen Ende und eine Spule 38a zu seinem Antrieb an seinem anderen Ende be­ sitzt; einen Schwingspulenmotor bestehend aus der Kombination der Spule 38a, des Perma­ nentmagneten 32b und von oberen und unteren Jochen 39a und 39b, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Diese Komponenten werden von der Basis 31 getragen und von einer Ab­ deckung 40 bedeckt, so daß sie nicht von äußeren Einflüssen beschädigt werden können. Da eine Systemsteuerung notwendig ist, sind außerdem eine gedruckte Schaltkreistafel 41 und verschiedene elektrische Komponenten vorgesehen.
Wenn das wie oben aufgebaute Festplattenlaufwerk 30 angeschaltet wird, erfährt der Wellenmotor 32 durch die Wechselwirkung zwischen der Spule 32a, in der ein Strom unter der Steuerung eines Kontrollers fließt, und des Permanentmagneten eine Rotations­ kraft und wird in Rotation versetzt. Dementsprechend rotiert auch die Platte 34. Außerdem erfährt auch das Stellglied 38 eine Drehkraft durch die Wechselwirkung zwischen der Spule 38a, in der unter der Steuerung des Kontrollers ein Strom fließt, und des Permanentmagne­ ten 38b, der an dem unteren Joch 39b befestigt ist, und wird dann um die Drehwelle 36 gedreht, um den Magnetkopf 35 zu einer detektierbaren Position zu führen. Die Datenauf­ zeichnung/wiedergabe erfolgt durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetkopf 35 und der Platte 34, wobei der Magnetkopf 35 durch die Tragwirkung eines Luftstroms auf der Plattenoberfläche, der durch die schnelle Rotation der Platte 34 erzeugt wird, angeho­ ben wird und sich mit einem kleinen, konstanten Abstand zur Platte bewegt.
Da die wesentlichen Bestandteile des herkömmlichen Plattenlaufwerks eine kom­ plexe Struktur besitzen, erfordert das herkömmliche Festplattenlaufwerk eine große In­ stallationsfläche. Daher wird das Festplattenlaufwerk unförmig, was ein Nachteil im Hin­ blick auf den Bedarf für dichte, kompakte, leichte und flache Festplattenlaufwerke mit hoher Kapazität ist.
Des daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flaches Festplattenlauf­ werk für einen kleinen und leichten Laptop- oder tragbaren Computer zu schaffen.
Es ist eine weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festplattenantriebsvor­ richtung und eine Installationsstruktur dafür zu schaffen, die den Installationsraum (Lauf­ werksdicke) minimiert, um ein flaches Festplattenlaufwerk zu erhalten, wobei die Betriebs­ effizienz verbessert wird.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch das in den beigefügten Patentansprüchen definierte Festplattenlaufwerk gelöst.
Insbesondere besteht zum Lösen dieser und weiterer Aufgaben in einem herkömm­ lichen Festplattenlaufwerk eine Basis aus einer mehrlagigen, gedruckten Schaltkreistafel (PCB); einer Welle zum drehbaren Lagern einer Platte und einer Drehwelle zum drehbaren Lagern eines Stellglieds auf der PCB einschließlich verschiedener Schaltkreise und elek­ trischer Komponenten; und eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds ist um die Welle und die Drehwelle herum geformt. Außerdem sind Vorrichtungen zum Erzeugen eines konzentrischen Magnetfelds (also Permanentmagnete) der Spulenanordnung gegenüberlie­ gend um die Welle herum angeordnet und erzeugen durch die magnetische Wechselwir­ kung zwischen der Spule und dem Permanentmagneten eine Drehkraft, so daß die Platte durch die Drehkraft um die Welle rotiert, ohne daß ein getrennter Wellenmotor notwendig wäre. Um den Einfluß des magnetischen Feldes auf den Magnetkopf durch Abschirmen des Magnetfeldes von dem auf der Platte angeordneten Permantenmagneten zu minimieren, ist ein ein Magnetfeld abschirmendes Material, wie etwa Ferrit, um die dem Permanentmagnet gegenüberliegende Spule herum angeordnet. Weiterhin sind Vorrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfelds im hinteren Bereich des Stellglieds, also Permanentmagnete, gegenüber der Spule um die Drehwelle herum angeordnet, um das Stellglied um die Drehwelle zu drehen, indem durch die Wechselwirkung zwischen der Spule und den Permanentmagneten eine Drehkraft erzeugt wird, durch die das Stellglied rotiert wird.
Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erhalten. In diesen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.
Fig. 1 ist ein Draufsicht eines Festplattenlaufwerks nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 3.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, das ein wesentlicher Teil der Fig. 1 und 2 ist.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm einer Platte entsprechend einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist ein Zustandsdiagramm, das ein magnetisches Abschirmmaterial zeigt, das an der in Fig. 4 gezeigten Platte befestigt ist.
Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Stellgliedantriebs entsprechend einem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein Querschnitt eines Festplattenlaufwerks entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist eine Draufsicht eines herkömmlichen Festplattenlaufwerks.
Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 8.
Hiernach wird im Detail ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen be­ zeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile.
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, besteht in einem Festplattenlaufwerk nach der vorliegenden Erfindung die Basis aus einer gedruckten Schaltkreistafel (PCB) 11 mit ver­ schiedenen Schaltkreisen und elektrischen Komponenten. Die PCB 11 ist vom Mehr­ schichttyp und umfaßt eine Welle 12 und eine Drehwelle 13, die drehbar an ihrem Ende gelagert ist. Eine Reihe von Spulen 14a und 14b zum Erzeugen eines Magnetfelds sind in mehrschichtiger Form um die Welle 12 beziehungsweise die Drehwelle 13 herum geformt. Eine Platte 15 als Speichermedium ist so angeordnet, daß sie auf einem Lager 16a um die Welle 12 der PCB 11 rotieren kann. Außerdem ist ein Permanentmagnet 15a zum Erzeugen eines Magnetfelds entlang innerer, konzentrischer Kreise gegenüber der Spule 14a um die Welle 12 herum angeordnet, um durch die wechselwirkenden Magnetfelder der Spule 14a und des Permanentmagneten 15a eine Drehkraft zu erzeugen. Durch die solcherart erzeug­ te Drehkraft wird die Platte 15 rotiert. Außerdem ist ein Stellglied 17 solchermaßen an­ geordnet, daß es auf einem Lager 16b um die Drehwelle 13 der PCB gedreht werden kann. Ein Schreib/Lesekopf 18 zum Aufzeichnen von Daten auf der Platte 15 und zur Wiederga­ be der aufgezeichneten Daten von der Platte 15 ist an einem Ende des Stellglieds 17 an­ geordnet, und ein Permanentmagnet 17a zum Erzeugen eines Magnetfelds 17 ist gegenüber der Spule 14b um die Drehwelle 13 herum angeordnet, um durch die wechselwirkenden Magnetfelder der Spule 14b und des Permanentmagneten 15b eine Drehkraft zu erzeugen, durch die das Stellglied 17 gedreht wird.
Um die Auswirkung des Magnetfeldes auf den Speicherbereich 15 und den Magnet­ kopf 18 durch Abschirmung des Magnetfeldes von dem Permanentmagneten 15a, der auf der Platte 15 befestigt ist, und von der Spule 14a der PCB 11 zu minimieren, ist ein ein Magnetfeld abschirmendes Material (z. B. Ferrit) um die gedruckte Spule herum angeord­ net. Eine Abdeckung 20 dient zum Schützen und Abdichten des Festplattenlaufwerks 10.
Die Fig. 4A und 4B zeigen die Art und Weise, in der der Permanentmagnet 15a auf der Platte befestigt ist, die ein wesentlicher Bestandteil des Festplattenlaufwerks 10 ist.
Der auf der Oberfläche eines inneren, konzentrischen Lochs in der Platte 15 angeordnete Permanentmagnet 15a ist dort befestigt, und die N- und S-Pole des Permanentmagneten 15a sind so angeordnet, daß ein Pol mit entgegengesetzter Polarität jeweils zwischen zwei Polen derselben Polarität angeordnet ist, wie in Fig. 4A gezeigt. Alternativ ist, wie in Fig. 4B gezeigt, der Permanentmagnet 15a in verschiedene Teile unterteilt, und die Teile sind derart angeordnet, daß sich zwei Pole gleicher Polarität gegenüberliegen.
Fig. 5 zeigt einen Zustand, in dem ein ein Magnetfeld abschirmendes Material auf der Platte 15 befestigt ist. Der Permanentmagnet 15a ist an der unteren Oberfläche der Platte 15 befestigt, und ein dünnes, abschirmendes Material 19 ist auf der oberen Ober­ fläche der Platte befestigt, um das von dem Permanentmagneten 15a ausgehende Magnet­ feld abzuschirmen. Für diese Anordnung kann die Polanordnung jede der beiden oben beschriebenen Formen annehmen.
Fig. 6 zeigt den Aufbau des Stellglieds 17, der ein wesentlicher Teil des Festplat­ tenlaufwerks 10 ist, und dessen Antriebsmechanismus. Der Permanentmagnet 17a ist auf dem Antrieb des Stellglieds 17 befestigt. Die Spule 14b, die um die Drehwelle 13 herum auf der PCB 11 geformt ist, ist als auf die PCB 11 gedruckte Signalstruktur geformt. Um die Drehkraft durch Erhöhen der Anzahl der effektiven Spulenwicklungen zu erhöhen, ist die gedruckte Spule 14 vom Mehrschichttyp.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem das ein Magnetfeld abschirmende Material 19 auf dem Festplattenlaufwerk angeordnet ist. Um ein Übergreifen des Magnetfelds auf die Oberfläche der Platte 15, wo kein Permanent­ magnet 15a angeordnet ist, zu verhindern, ist ein ein Magnetfeld abschirmendes Material 19a innerhalb der inneren Oberfläche der Abdeckung 20 zum Schützen und Abdichten des Festplattenlaufwerks 10 angeordnet. Das ein Magnetfeld abschirmende Material 19a ist gegenüber dem ein Magnetfeld abschirmenden Material 19 auf der herkömmlichen Basis (der PCB) angeordnet.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Festplat­ tenlaufwerks 10 im Detail beschrieben. Das ein Magnetfeld abschirmende Material 19 wird um die Spule 14a der PCB 11 angeordnet, und dann wird die Platte 15 mit dem Permanent­ magneten 15a darauf zusammen mit einem Lager 16a auf der Welle 12 der PCB 11 be­ festigt. Das Stellglied 17 mit dem Permanentmagneten 17a darauf wird auf der Drehwelle 13 der PCB 11 befestigt. Dann sind die Spulen 14a und 14b, die in Laminarweise auf dem PCB 11 aufgedruckt sind, jeweils gegenüber den entsprechenden Permanentmagneten 15a und 17a auf der Platte 15 beziehungsweise auf dem Stellglied 17 angeordnet. Die Abdeckung 20 wird dann angeordnet, und Schrauben werden durch die Schraublöcher geführt, die in der Welle 12 und der Drehwelle 13 angeordnet sind, wodurch die Herstellung des Festplattenlaufwerks 10 beendet wird.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Festplattenlaufwerks nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der von einem Motorantrieb des PCB 11 erzeugte Strom erzeugt beim Durchgang durch die Spule 14a ein Magnetfeld. Das solcherart erzeugte Magnetfeld erzeugt durch die Wechselwirkung mit dem von dem Permanentmagneten 15a auf der Platte 15 erzeugten Magnetfeld eine Drehkraft, wodurch die Platte 15 mittels der Lagerung durch das Lager 16a um die Welle 12 gedreht wird. Die Anzahl der effektiven Spulenwicklungen wird durch Laminierung der Spulenstruktur über alle Lagen des PCB 11 erhöht, wodurch auch die Drehkraft erhöht wird. Daher wird das Drehmoment auf die Platte 15 erhöht. Des weiteren schirmt ein ein Magnetfeld abschirmendes Material 19 Störwirkungen des von dem Perma­ nentmagneten 15a und die Spule 14a des PCB 11 erzeugten Magnetfelds auf die Platte während des Betriebs des Schreib/Lesekopfs 18 ab.
Das Stellglied 17 bewegt den Schreib/Lesekopf 18 entsprechend der Rotation der Platte 15 auf eine detektierbare Position. Dann erzeugt die Spule 14b auf der PCB 11 durch Stromdurchfluß ein Magnetfeld, und das solcherart erzeugte Magnetfeld erzeugt durch die Wechselwirkung mit dem von dem Permanentmagneten 17a auf dem Stellglied 17 erzeugten Magnetfeld eine Drehkraft. Durch die Drehkraft dreht sich das Stellglied 17 mittels des Lagers 16b um die Drehwelle 14. Da die Spule 14b zum Erzeugen des Magnet­ feldes zum Erreichen der Drehkraft in Laminarweise auf der PCB 11 aufgedruckt ist, kann das Stellglied 17 ein starkes Drehmoment erfahren.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Festplattenlaufwerk nach der vorliegenden Erfin­ dung die Gesamtstruktur auf einer PCB des Mehrschichttyps mit Spulen als Antriebsquelle und Drehwellen, die als Basis verwendet wird, geformt. Darauf sind eine Platte und ein Stellglied mit Permanentmagneten zum Erzeugen von Magnetfeldern für eine Rotation angeordnet. Die Struktur des Antriebs ist so vereinfacht, daß eine Drehkraft aufgrund einer Wechselwirkung zwischen der Spule und dem Permanentmagneten erzeugt wird. Dadurch wird der Installationsraum für das Festplattenlaufwerk (die Laufwerksdicke) merklich ver­ ringert. Weiterhin sind die Spulen auf jeder Schicht des PCB laminiert, wodurch die Anzahl der effektiven Spulenwicklungen erhöht wird, wodurch ein starkes Antriebsdrehmoment erhalten wird.
Es sollte klar sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das spezielle, hier offen­ gelegte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, welches nur als beste Ausführungsform der Erfindung zu betrachten ist. Die vorliegende Erfindung soll vielmehr durch die beigefügten Patentansprüche definiert sein.

Claims (15)

1. Festplattenlaufwerk als Hilfsspeichervorrichtung für einen Computer, welches umfaßt:
einen Magnetkopf (18) zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Daten;
ein Stellglied (17) mit diesem Magnetkopf (18) und Vorrichtungen (17a) zum Er­ zeugen eines Magnetfelds zum Erzeugen einer Drehkraft;
ein Datenspeichermedium (15) mit Vorrichtungen (15a) zum Erzeugen eines Ma­ gnetfelds zum Erzeugen einer Drehkraft;
eine gedruckte Schaltkreistafel (11) mit jeweils einer Welle (12, 13) zum Tragen des Speichermediums (15) beziehungsweise des Stellglieds (17) und mit Vorrichtungen (14a, 14b) zum Erzeugen einer Drehkraft durch die Wechselwirkung mit dem Datenspei­ chermedium (15) und dem Stellglied (17);
ein ein Magnetfeld abschirmendes Material (19), das zum Verhindern einer Aus­ breitung des Magnetfelds von den Vorrichtungen (15a) des Speichermediums und den Vorrichtungen (17a) der gedruckten Schaltkreistafel (11) angeordnet ist; und
eine Abdeckung (20) zum Schützen und Abdichten des Festplattenlaufwerks.
2. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtungen (15a) des Speichermediums (15) ein Permanentmagnet sind.
3. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es wenig­ stens einen in einem konzentrischen Kreis auf dem Speichermedium (15) angeordneten Permanentmagneten (15a) gibt.
4. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruck­ te Schaltkreistafel (11) vom Mehrschichttyp ist, um das durch die Vorrichtungen (14a, 14b) erzeugte Magnetfeld zu erhöhen.
5. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtungen (14a, 14b) der gedruckten Schaltkreistafel Spulen sind.
6. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (14a, 14b) vom Mehrschichttyp sind, um das von ihnen erzeugte Magnetfeld zu erhöhen.
7. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtungen (17a) des Stellglieds (17) ein Permanentmagnet sind.
8. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtungen (14b) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Erzeugen einer Drehkraft mit dem von den Vorrichtungen (17a) des Stellglieds (17) erzeugten Magnetfeld eine Spule sind.
9. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruck­ te Schaltkreistafel (11) vom Mehrschichttyp ist, um das erzeugte Magnetfeld zu erhöhen, um dadurch die auf das Stellglied (17) wirkende Drehkraft zu erhöhen.
10. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ druckte Schaltkreistafel nackte Chips verwendet, um den von den Komponenten auf der gedruckten Schaltkreistafel verwendeten Raum zu minimieren.
11. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Magnetfeld abschirmende Material (19) um die Vorrichtungen (14a, 14b) der gedruckten Schaltkreistafel herum angeordnet ist, um einen Einfluß des Magnetfeldes auf das Speicher­ medium (15) und den Magnetkopf (18) zu verhindern.
12. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Magnetfeld abschirmende Material (19) Ferrit ist.
13. Festplattenlaufwerk als Hilfsspeichervorrichtung für einen Computer, welches umfaßt:
einen Magnetkopf (18) zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Daten;
ein Stellglied (17) mit diesem Magnetkopf (18) und einem Permanentmagneten (17a) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Erzeugen einer Drehkraft;
ein Datenspeichermedium (15) mit einem Permanentmagneten (15a) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Erzeugen einer Drehkraft;
eine gedruckte Schaltkreistafel (11) mit jeweils einer Welle (12, 13) zum Tragen des Speichermediums (15) beziehungsweise des Stellglieds (17) und mit Spulen (14a, 14b) zum Erzeugen einer Drehkraft durch die Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Datenspeichermediums (15) und des Stellglieds (17);
wobei ein ein Magnetfeld abschirmendes Material (19, 19a) zum Verhindern einer Ausbreitung des Magnetfelds von dem Permanentmagneten (15a) des Speichermediums (15) und der Spule (14a) der gedruckten Schaltkreistafel (11) um die Spule (14a) der ge­ druckten Schaltkreistafel (11) herum und auf einer Abdeckung (20) zum Schützen und Abdichten des Festplattenlaufwerks angeordnet ist.
14. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ schirmmaterial (19a) der Abdeckung (20) so auf der inneren Oberfläche der Abdeckung angeordnet ist, daß es dem ein Magnetfeld abschirmenden Material (15a) auf der gedruck­ ten Schaltkreistafel (11) gegenüberliegt, um ein Ausbreiten des Magnetfelds zur oberen Oberfläche des Speichermediums hin zu verhindern.
15. Festplattenlaufwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Magnetfeld abschirmende Material (19, 19a) Ferrit ist.
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