DE19810344C2 - Stellantriebsvorrichtung und Verfahren zu deren Zusammenbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellantriebsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Zusam­ menbau.

Allgemein weist ein Festplattenlaufwerk (nachfolgend als HDD bezeichnet), welches für einen Computer einen allgemein verwendeten Zusatzspeicher bildet, einen Aufbau auf, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Ein Kopf 101 ist an einem Stellarm 102 montiert. Ein Stützzapfenlager 103 ist durch einen O-förmigen Ring 104 angebracht und eine Spul­ einheit 108 ist um einen Spulenkern 107 gewickelt.

Nachfolgend wird eine Betätigung der Spuleinheit 108 anhand der Fig. 6 und 7 im Einzelnen beschrieben.

Wenn ein Strom in Pfeilrichtung nach Fig. 7 in einem Kreis 401 fließt, wirkt eine Kraft F1 auf eine Spule, die senkrecht zu einem Raummagnetfluss Bg in dem Kreis 401 an­ geordnet ist, wie es sich aufgrund der Linke-Hand-Regel von Fleming ergibt. Inzwischen wirkt eine Kraft F2 auf eine Spule, die in einer Raummagnetflussrichtung angeordnet ist, welche durch einen Kreis 402 angedeutet ist. In einem Rotations-Schwingspulenmotor kann ein Rotationsmoment T um eine Zapfenlagerachse ausgedrückt werden durch:

T = r × F (1)

Das Rotationsmoment T treibt die Stellantriebsvorrichtung an. Der Schwingspulenmotor wird angetrieben, indem die Vektorsumme der Kräfte (F1 und F2) verwendet wird, die auf die jeweiligen Spulen wirken, welche bei den Kreisen 401 und 402 angeordnet sind, wodurch die Stellantriebsvorrichtung betätigt wird. Um die Effizienz zu erhöhen, ist es erforderlich, das Moment T zu erhöhen, das auf die in dem Magnetfeld angeordnete Spule 108 wirkt. Die Kraft, die auf diese Spule 108 wirkt, kann ausgerückt werden durch:

F∝ 2NiBgle (2)

wobei:
N = Anzahl der Windungen der Spule,
i = Strom,
Bg = Stärke des Raummagnetflusses, und
le = Länge des wirksamen Feldes.

Dadurch erhält man das Moment T (= r × F), das die Stellantriebsvorrichtung antreibt, durch Multiplikation der Kraft F mit einem Abstand r von dem Stützzapfenlager 103 zu der in dem Magnetfeld angeordneten Spule 108. Eine Toleranz, die in einer solchen herkömmlichen Stellantriebsvorrichtung auftritt, wenn diese zusammengesetzt wird, be­ wirkt, dass bei dem Antreiben des Schwingspulenmotors ein Arbeitsradius kleiner ist als ein dimensionierter Wert, so dass die Effizienz des Stellantriebs vermindert werden kann. Folglich wird das auf den Schwingspulenmotor wirkende Moment vermindert (sie­ he Fig. 8). Dies liegt daran, dass die effektive Länge der Spule 108, siehe Fig. 8 und 9, aufgrund des durch die Toleranz bewirkten Verziehens der Spule 108 vermindert wird, wodurch gilt F'1 < F1 und F'2 < F2. Ferner wird der effektive Abstand von dem Stützzapfenlager 103 zu der Spule 108 auf r' < r vermindert, so dass das durch den Schwingspulenmotor erzeugte Antriebsmoment T' < T wird.

JP 6-238680 offenbart eine Form zum Gießen einer Spule und eines Abstandshalters. Die Form ist zweiteilig und umgibt die Spule. Die Spule ist innerhalb der Form mittels entsprechender Abstandselemente aus Justierwellen und Kontaktelementen gehalten. Dabei wird die Spule von entsprechenden Abstandselementen auf gegenüberliegenden Oberflächen sowie entlang ihres Außenumfangs gehalten.

US 5 122 703 A offenbart das einteilige Anspritzen einer Spule an einen Stellarm. Dabei kann der Arm zwei Finger aufweisen, die von seiner Rückseite abstehen und an denen die Spule angespritzt wird. Die Spule weist dabei ein in Richtung Finger weisendes Haltebauteil auf, das sowohl die Finger als auch Anschlüsse aufnimmt. Auch bei den übrigen dargestellten Ausführungsbeispielen sind entsprechende Halteelemente vorge­ sehen, in denen jeweils die Anschlüsse oder auch ein Anschlussblock angeordnet ist.

Das Haltebauteil ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, in dem der An­ schlussblock einteilig enthalten ist.

Ausgehend von dem eingangs geschilderten, internen Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zusammenbau einer Stellantriebsvor­ richtung sowie eine Stellantriebsvorrichtung an sich hinsichtlich der Operationseffizienz eines Schwingspulenmotors durch Vermindern einer Toleranz, die beim Zusammenset­ zen einer Schwingspule entsteht, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst.

Erfindungsgemäß wird insbesondere durch Verwenden von metallischen Spulenführun­ gen ein Verziehen der Stellantriebsvorrichtung aufgrund einer Differenz in den thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Kunststoffspulenkern und metallischer Spule während des Herstellens verhindert, wodurch eine Verbindungskraft zwischen Spule und Spulenkern erhöht wird.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A eine Draufsicht auf eine Stellantriebsvorrichtung eines HDD gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 1B eine teilweise vergrößerte Draufsicht auf eine Schwingspule der Stellantriebsvorrichtung nach Fig. 1A;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Stellantriebsvorrichtung gemäß Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 3A bis 3D Ansichten eines Zusammensetzverfahrens der Stellantriebsvor­ richtung gemäß Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine bekannte Stellantriebsvorrichtung eines HDD;

Fig. 5 eine Schnittansicht der Stellantriebsvorrichtung nach Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines Schwingspulenmotors;

Fig. 7 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Operation der Schwingspule,

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer bekannten Anordnung einer Schwingspule, und

Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung einer Anordnung einer Schwing­ spule gemäß erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel.

Es ist zu beachten, dass in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet wer­ den, um in der Funktion gleiche oder äquivalente Elemente zu bezeichnen. Nachfolgend werden die detaillierten Beschreibungen bekannter Funktionen und Konstruktionen weggelassen, um die Beschreibung auf die Erfindung zu beschränken.

Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, ist der Aufbau einer Stellantriebsvorrichtung ge­ mäß der Erfindung identisch mit dem Aufbau der herkömmlichen Stellantriebsvorrich­ tung in Fig. 4, abgesehen von vier metallischen Spulenführungen 701, die an jeweiligen Ecken eines inneren Spulenkernes 706 ausgebildet sind. Und zwar wird ein Steil­ arm 102 auf eine Gießform (nicht gezeigt) gelegt, und vier vorragende metallische Spu­ lenführungen 701 werden feststehend ausgebildet an den jeweiligen Ecken, bei denen der innere Spulenkern 706 gebildet wird. Danach werden während des Einsetzgießens der innere und äußere Spulenkern 706 bzw. 705, die aus Kunststoff bestehen, zusam­ men mit der Spule 108 spritzgegossen. Ein Prozess zum Zusammensetzen der Spule 108 ist in den Fig. 3A bis 3D gut offenbart.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand der Fig. 1A bis 3D und 9 beschrieben. Die Erfindung richtet sich darauf, die vorragenden metalli­ schen Spulenführungen einzusetzen für den herkömmlichen inneren Spulenkern zum Fixieren einer Position der Spule 108. Die metallischen Spulenführungen sind so kon­ struiert, dass sie eine Positionsführungsfunktion für die Spule 108 ergeben, und können vereinigt werden in einem Körper oder getrennt mit einer Gießform 800 zum Einsetzgie­ ßen.

Bei dem Vereinigen der metallischen Spulenführungen mit einer Gießform 800 zum Ein­ setzgießen in einem Körper, wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, wird ein Stellan­ triebarm (nicht gezeigt) auf die Gießform 800 gelegt, wie in Fig. 3A dargestellt. Dann werden vier vorragende metallische Spulenführungen 701, die je einen an ihrem einen Ende ausgebildeten Schraubgewindeabschnitt 804 aufweisen, in die Gießform 800 ein­ geschraubt an vier Ecken, wo ein innerer Spulenkern 706 der Spule 108 gebildet wird (siehe Fig. 3B und 3C). Ferner werden an den vier Ecken des inneren Spulenkernes 706 Führungslöcher ausgebildet mit einem Schraubgewinde, das an ihrer Innenwand ausgebildet ist, so dass Führungslöcher in Eingriff gebracht werden können mit dem Schraubgewindeabschnitt 804 der vier metallischen Spulenführungen 701. Wie in Fig. 1B gezeigt, wird ein Spalt G von etwa 0,5 mm vorzugsweise zwischen den metallischen Spulenführungen 701 und der Spule 108 aufrechterhalten, um zu verhindern, dass die Spule 108 beschädigt wird aufgrund einer Reibung zwischen den metallischen Spulen­ führungen 701 und der Spule 108. Die Spule 108 wird zwischen dem inneren Spulen­ kern 706 und einem äußeren Spulenkern 705 angeordnet.

Danach werden, wie in Fig. 3D dargestellt, die Kunststoffspulenkerne 705 und 706 zu­ sammen mit der Spule 108 spritzgegossen. Das Verziehen durch Kontraktion und Ex­ pansion aufgrund einer Differenz in den thermischen Expansionskoeffizienten der Kunststoffspulenkerne und der metallischen Spule 108 während des Einsetzgießens wird durch die metallischen Spulenführungen 701 verhindert, so dass der Deformations­ grad des inneren und äußeren Spulenkernes 706 bzw. 705 nach ihrer Abkühlung mini­ miert werden kann. Die Verminderung des Verziehens verbessert die Vereinigungskraft zwischen der Spule 108 und dem inneren und äußeren Spulenkern 706 bzw. 705, wo­ durch eine Resonanzfrequenz des Stellantriebs erhöht wird. Die Resonanzfrequenz kann ausgedrückt werden durch

f = √k/m (3)

worin f = Resonanzfrequenz
k = Steifheit
m = äquivalente Masse.

Aus dem obigen geht hervor, dass eine Erhöhung der Vereinigungskraft zwischen der spule 108 und den Spulenkernen 706 und 705 eine Verminderung der Verziehung be­ wirkt.

Wie oben beschrieben, weist die Erfindung den Vorteil auf, dass eine Erhöhung der Vereinigungskraft zwischen der Spule 108 und dem inneren und äußeren Spulenkern 706 bzw. 705 die Steifheit k erhöht, was zu einer Zunahme der Resonanzfrequenz f führt. Folglich kann die Servobandbreite vergrößert werden und die Aufzeichnungsdichte des Zusatzspeichers kann ebenfalls vergrößert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Zusammenbau einer Stellantriebsvorrichtung eines Festplattenlaufwerks, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) Bereitstellen einer Gießform (800) zum Gießformen, auf die ein Stellantriebsarm (102) gelegt wird;
• b) Anordnen von metallischen Spulenführungen (701) in der Gießform (800), welche von einer Fläche vorstehen, auf welcher Fläche ein innerer Spulenkern (706) und ein äußerer Spulenkern (705) geformt werden;
• c) Anordnen einer Spule (108) in einem Bereich zwischen Flächen, wo innerer und äußerer Spulenkern (706, 705) zu bilden sind, wobei die metallischen Spulenführungen entlang einer Innenwand der Spule (108) angeordnet sind, und
• d) Gießformen der Spulenkerne (705, 706) mit angeordneter Spule (108).

2. Verfahren zum Zusammenbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Spulenführungen (701) an vier Ecken des inneren Spulenkerns (706) angeordnet werden.

3. Verfahren zum Zusammenbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Spulenführungen (701) in die Gießform (800) eingeschraubt werden.

4. Verfahren zum Zusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Spulenführungen (701) unter Aufrechterhaltung eines Spalts (G) zwischen ihnen und der Spule (108) angeordnet werden.

5. Stellantriebsvorrichtung eines Festplattenlaufwerks mit einem Stellarm (102), einer Schwingspule (108) und innerem und äußerem Spulenkern (706, 705), welche entsprechend innerhalb und außerhalb der Spule angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Spulenführungen (701) zur Führung der Spule (108) mit den Spulenkernen (706, 705) benachbart entsprechend zu einer inneren und einer äußeren Seite der Spule montiert sind, wobei die Spulenführungen (701) am inneren Spulenkern (706) befestigt sind.

6. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenführung (701) stiftförmig und in Führungsöffnungen im inneren Spulenkern (706) eingeschraubt sind.

7. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrungen an Ecken des inneren Spulenkerns (706) angeordnet sind.

8. Stellantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lücke (G) zwischen Führungsbohrung und Spule (108) gebildet ist und wenigstens 0,5 mm groß ist.