DE19954962A1 - Spindelmotor für den Antrieb von Festplattenlaufwerken mit dichtender Kontaktierung für den Statorwicklungsanschluß - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dichtende Kontaktierung der Statorwicklungen von Spindelmotoren, welche für den Einbau in die Basisplatte von Festplattenlaufwerken vorgesehen sind, wobei die vorliegende Erfindung eine rundumlaufende, unterbrechungsfreie, in sich geschlossene Dichtfläche aufweist, welche Sprünge oder Unebenheiten im rundumlaufenden Dichtungsbereich vermeidet, wodurch bisher unvermeidbar radiale Kapillarspalten eliminiert werden, so daß eine hermetische Abdichtung zwischen dem aus Reinraum ausgebildeten Bereich der Festplatten und dem äußeren Umgebungsbereich realisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine unterbrechungsfrei dichtende Kontaktierung für den Statorwicklungsanschluß bei Spindelmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spindelmotoren werden hauptsächlich für den Antrieb von Festplattenlaufwerken verwendet. Aufgrund der Forderung nach immer höheren Speicherdichten für Festplattenlaufwerke werden ständig Anstrengungen unternommen, deren geometrische Abmaße immer kleiner und kompakter zu gestalten. Die Weiterentwicklung der Festplattenlaufwerke hat damit auch zur Folge, daß immer geringere Flughöhen der Schreib- und Leseköpfe gegenüber dem rotierenden Speichermedium realisiert werden. Gleichzeitig müssen die Zugriffszeiten verringert werden, um einen rascheren und höheren Datendurchsatz zu erzielen, und dies erfordert wiederum höhere Drehzahlen für die Festplattenlaufwerke. Zur Vermeidung von Schreib- und Lesefehlern durch Headcrashs, also dem Berühren bzw. Aufsetzen der Schreib- und Leseköpfe auf der Festplatte, werden die Anforderungen an den Reinheitsgrad für die innerhalb des Laufwerkes eingeschlossene Atmosphäre immer höher.

Aus der Notwendigkeit Speichermedien und Schreib-Leseköpfe vor Kontamination und mechanischen Beschädigungen zu schützen, resultiert die Forderung nach einem immer höheren Reinheitsgrad der im Laufwerk befindlichen Luft. Das bedeutet, daß sowohl die Anzahl als auch die Größe der zulässigen Partikel je Volumeneinheit als Meßgröße für den Reinheitsgrad immer kleiner werden.

Die angestrebte Lebensdauer derartiger Speichermedien beträgt in der Regel 5 Jahre. Notwendige Voraussetzung zur Erfüllung dieser Lebensdauerforderung ist, daß der Innenraum des Laufwerkes auch an der Trennstelle zwischen Motor- bzw. Wellenflansch des Motors und Grundplatte gegenüber der umgebenden Atmosphäre dauerhaft hermetisch abgedichtet sein muß.

Andernfalls kann es durch atmosphärische Druckschwankungen zu einem Luftaustausch und damit zu einer unkontrollierten Verunreinigung bzw. Partikelbelastung des Innenraums der Festplatten kommen. Aus diesem Grund sind bei Laufwerken mit "drop in"-Motoren, das sind Motoren die erst nach Bestückung mit dem Plattenstapel in die Basisplatte eingebaut werden, im Fügebereich zwischen feststehender Welle und Basisplatte elastisch verformbare Dichtungselemente vorgesehen. In diesem Fall ist die axial nach unten verlängerte und mit einem Außengewinde versehene Motorachse mit einem, oberhalb der Basisplatte, kragenförmigen Flansch versehen. Durch die von außen auf das Gewinde aufgeschraubte Mutter wird auf das zwischen Kragen und Basisplatte befindliche Dichtungselement eine Kraft ausgeübt, unter deren Wirkung das Dichtungselement elastisch verformt und dabei in axialer Richtung zusammengedrückt wird.

Die elektrische Verbindung zur Ansteuerung des Motors erfolgt hierbei über einen, im nach außen offenen Wellenende des Motors befindlichen, Stecker, der aus einem zylindrischen Isolierkörper besteht, welcher von achsparallel angeordneten Kontaktstiften durchsetzt ist. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften und den Anschlußdrähten der Wicklungen wird durch eine flexible Leiterplatte - im weiteren kurz als "FPC" (Flexible Printed Circuit) bezeichnet - hergestellt. Diese FPC erstreckt sich vom Zentrum der Welle radial nach außen in den Statorbereich. Auf der FPC befinden sich Leiterbahnen, die im Zentralbereich oberhalb des Isolierkörpers mit den innenliegenden Enden der Kontaktstifte verlötet sind.

Im radial äußeren Bereich, unterhalb der auf dem Blechpaket angebrachten Wicklungen, ist die FPC sichel- bzw. halbkreisringförmig ausgebildet. In diesem Bereich sind Lötpads vorgesehen, auf welchen die Anschlußdrähte der Wicklungen angelötet sind. Diese Lötpads wiederum sind durch Leiterbahnen auf der FPC mit den im Zentralbereich vorgesehenen und zum Anschluß der Kontaktstifte bestimmten Lötpads verbunden.

Eine solcherart beschriebene Lösung wurde in der US 5,661,352 offenbart.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß die radial nach außen geführte FPC die am Kragen vorgesehene Dichtfläche überkreuzt. Dadurch wird die Dichtfläche im Kreuzungsbereich um die Materialstärke der FPC abgesenkt, wobei beiderseits der FPC stufenförmige Übergänge entstehen. Eine "hermetische" Abdichtung durch das zwischen Dichtfläche und Anschlagfläche auf der Basisplatte befindliche Dichtungselement ist wegen der sich sprungartig ändernden Kompressionsrate des elastischen Dichtungselementes im Stufenbereich nicht mehr möglich, da hierbei zwei radial ausgerichtete Kapillarspalten entstehen, durch die ein atmosphärischer Volumenaustausch ermöglicht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Abdichtung zu realisieren, die einerseits eine hermetische Abdichtung des Innenraumes der Festplatte gegenüber der äußeren Atmosphäre, im speziellen gegenüber dem Innenraum des Spindelmotors, bewirkt und andererseits ohne zusätzlichen Aufwand eine leitende Verbindung für die Anschlüsse des Spindelmotors durch die Abdichtung hindurch ermöglicht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird an Hand der technischen Lehre aus dem Patentanspruch 1 realisiert.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die Ausbildung von Kapillarspalten und die damit verbundenen Nachteile dadurch behoben, daß die FPC mit einem vorzugsweise etwa konzentrisch angeordneten, in sich geschlossenen, kreisringförmigen Bereich versehen ist, welcher mittels einer vorzugsweise selbstklebenden Filmschicht etwa gleicher Kontur auf die Stützfläche des Wellenkragens aufgeklebt ist. Diese in sich geschlossene kreisringförmige Fläche ist radial nach innen, also in Richtung auf den Mittelpunkt der kreisringförmigen Fläche, um mindestens einen zungenförmigen Bereich erweitert, auf dem die zur Kontaktierung benötigten Leiterbahnen angeordnet sind. Diese Leiterbahnen sind mit Lötpads versehen, an denen die den Kunststoffkörper durchdringenden Kontaktstifte des zentral angeordneten Steckers angelötet werden. Von der, dem Zentrum des kreisringförmigen Bereichs abgewandten, Kontur ist mindestens ein radial nach außen gerichteter streifenförmiger Vorsprung vorgesehen, der in einem halbkreisring- bis kreisringförmigen, etwa konzentrisch angeordneten Bereich endet, welcher zum Anschluß der von den Motorwicklungen kommenden Wickeldrähte dient. Dabei werden die Wickeldrähte auf entsprechenden Lötpads angelötet, welche durch Leiterbahnen mit den korrespondierenden Lötanschlüssen im Zentrum elektrisch verbunden sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der FPC, insbesondere durch den etwa kreisringförmigen, mit der Stützfläche des Wellenkragens vorzugsweise ganzflächig verklebten, in sich geschlossenen Bereich, entsteht eine stufenfreie umlaufende Dichtfläche ohne Höhensprünge, so daß ein bei der Montage des Motors eingelegtes Dichtelement rundum an jeder Stelle die gleiche Kompression erfährt. Da andererseits die Rückseite der FPC im genannten Bereich durch die erfindungsmäßig vorgesehene filmartige Klebeschicht ganzflächig mit der Stützfläche des Wellenkragens verklebt ist, wird eine hermetisch abdichtende Montage des Motors in der Basisplatte gewährleistet.

Die vorliegende Erfindung löst also das Problem des durch atmosphärische Druckschwankungen ausgelösten und durch ungenügende Abdichtung des Reinraumbereiches des Plattenlaufwerkes - in dem die Speichermedien mit den zugehörigen Schreib-Leseköpfen angeordnet sind - verursachten Volumenaustausches zumindest an der Verbindungsstelle zwischen Motor und Basisplatte. Somit ist eine nachträgliche Verunreinigung des Reinraumbereiches durch Partikel aus der belasteten Umgebungsatmosphäre in diesem Übergangsbereich ausgeschlossen.

Durch die kreisringförmige Ausbildung der FPC im mittleren Teilbereich und die ganzflächige rückseitige Verklebung dieses Teilbereiches mit an dem Wellenflansch angeformten Stützfläche entsteht eine ebene, in sich geschlossene, stufenfreie Dichtfläche, die ein gleichmäßiges Zusammendrücken des elastischen Dichtelementes, beispielsweise eines O-Ringes, ermöglicht und das Auftreten von insbesondere radial ausgerichteten Kapillarspalten ausschließt, wodurch der Innenraum des Festplattenlaufwerkes gegenüber der verunreinigten Umgebung dauerhaft hermetisch abgedichtet wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und die ganzflächige rückseitige Verklebung des kreisringförmigen Teilbereiches der FPC ist jetzt also sichergestellt, daß Druckschwankungen der Atmosphäre keinen Volumenaustausch bewirken und deshalb den Reinraumbereich des Laufwerkes auch nachträglich nicht mehr verunreinigen können.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend an Hand mehrerer, die Erfindung näher beschreibender Angaben unter Bezug auf die beigefügten graphischen Darstellungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Stators eines Spindelmotors;

Fig. 3 einen Isolierkörper mit Kontaktstiften und die als Folie ausgebildete, flexible Leiterplatte (FPC) in Schnittdarstellung;

Fig. 4 die Draufsicht auf die als Folie ausgebildete, flexible Leiterplatte mit Leiterbahnen und Lötpads und mit der erfindungswesentlichen kreisringförmigen, unterbrechungsfreien Dichtfläche;

Fig. 5 die Unteransicht der Darstellung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Spindelmotor 1, welcher erfindungsgemäß eine unterbrechungsfreie, dichtende Kontaktierung in der Form einer Dicht-Kontaktfolie (FPC) 8 für die Statorwicklungen 5 des Spindelmotors 1 aufweist, der für den Einbau in eine Basisplatte vorgesehen ist. Der Rotor 7 des Spindelmotors 1 ist mittels der auf der Welle 3 angeordneten Lager 4 gegenüber dem Stator 2 ausgerichtet und drehgelagert. Auf dem Wellenflansch 6 des Stators ist das Blechpaket 17 befestigt, mit den dazugehörigen Wicklungen 5. Bei entsprechender Bestromung dieser Wicklungen werden Magnetfelder erzeugt, die auf den im Rotor befindlichen mehrpoligen Permanentmagneten Kräfte ausüben, unter deren Einfluß das für die Drehbewegung erforderliche Drehmoment entsteht.

Die erfindungswesentliche FPC 8, welche zwei Funktionen in sich vereint, nämlich zu dichten und zu kontaktieren, ist, in gestrichelter Darstellung unterhalb der rechten Statorwicklung 5 beginnend, horizontal zur Mitte hin verlaufend dargestellt, wobei in dieser Darstellung erkennbar ist, daß diese FPC 8 in die Mitte der stehenden Welle 3 hineinragt und die Kontaktstifte 11 die FPC 8 in etwa senkrecht durchdringen. Die Verbindung zwischen den Kontaktstiften 11 und der FPC 8 ist mittels Lötverbindungen 12 realisiert. So entsteht eine dichtende und leitende, mehrpolige Verbindung ausgehend vom Zentrum der Welle 3 in den Innenraum des Spindelmotors 1 hinein.

Unterhalb dieser FPC 8, in einer zentralen Ausnehmung der Welle 3, in die die FPC hineinragt, befindet sich der Isolierkörper 10, in welchem die Kontaktstifte 11 gegeneinander beabstandet und isoliert angeordnet sind. Dieser Isolierkörper 10 steckt in einer zentralen axialen Ausnehmung, die zugleich Teil des Wellenflansches 6 ist. An seiner radial äußeren Seite grenzt der O-Ring 9 radial an. Mit seiner axial nach innen gerichteten Seite liegt der O-Ring an der FPC 8 an, und bildet mit dieser eine rundumlaufende, ohne Unebenheiten ausgebildete, Dichtfläche aus.

Es ist also wesentlich, daß die FPC 8 einen etwa kreisringförmigen, rundumlaufenden Abschnitt aufweist, der plan auf der planen Unterseite des Wellenflansches aufliegt. Zur verbesserten Abdichtung befindet sich eine Klebeschicht 18 zwischen der ringförmigen Dichtfläche 13 der FPC 8 und der planen Fläche des Basisflansches, die vorzugsweise auf der Rückseite der ringförmigen Dichtfläche 13 angeordnet ist. Wahlweise kann zusätzlich auch an der Vorderseite, an der der O-Ring 9 anliegt, eine Klebeschicht aufgebracht sein.

Durch den so beschriebenen Lösungsansatz ist es nunmehr möglich, eine Abdichtung zu erreichen, welche ohne radiale Spalten, die sich als Kapillarspalten oder -risse ausbilden, eine rundumlaufende, stufenfreie, auf demselben Niveau befindliche Dichtfläche zu schaffen, die eine rundum gleichmäßige Abdichtung ohne jegliche Unterbrechung gewährleistet. Somit kann auch bei größeren Druckunterschieden eine sichere Abdichtung zwischen Reinraum und der Umgebungsatmosphäre außerhalb des Reinraumes erreicht werden, ohne daß es über irgendwelche Kapillarspalte zum Volumenaustausch zwischen dem Reinraum und der äußeren Atmosphäre kommen kann.

Durch die Lötverbindungen 12 entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften 11 und den Lötpads 16 auf der FPC 8, welche innerhalb des zentralen, kreisförmigen Bereichs der FPC 8 angeordnet sind. In der vorliegenden Darstellung handelt es sich dabei um vier Kontaktstifte, von denen jedoch aufgrund der Schnittdarstellung nur zwei erkennbar sind. Diese Kontaktstifte 11 sind, wie erwähnt, mittels der Lötverbindungen 12 mit den zugehörigen Lötpads 16 auf der FPC 8 verlötet und über Leiterbahnen elektrisch leitend mit den Lötverbindungen 15 verbunden, welche die Verbindungsstellen zwischen statorwicklungsseitigem Lötpad 19 auf der Dicht-Kontaktfolie und dem Anschlußdraht der Statorwicklung 5 darstellen.

In der vorliegenden Darstellung nach Fig. 1 ist lediglich eine Lötverbindung 15 dargestellt, die aufgrund der Schnittdarstellung in dieser Ebene angeordnet und in geschnittener Darstellung gezeigt ist. Die übrigen statorwicklungsseitigen Lötverbindungen 15 sind in der Darstellung nach Fig. 1 nicht erkennbar. Die leitende Verbindung zwischen Lötverbindung 12 und Lötverbindung 15 ist als Leiterbahn in der FPC 8 ausgebildet.

Der kreisringförmige, rundumlaufende Bereich der FPC 8, welcher die Dichtfunktion als Dichtfläche 13 ausbildet, ist an seiner dem Wellenflansch 6 zugewandten Seite vorzugsweise mit einer klebenden Schicht versehen, mittels welcher die FPC 8 am Wellenflansch befestigt und abgedichtet ist. Diese Klebeschicht 18 dient also sowohl zur Befestigung als auch zur Abdichtung zwischen der FPC 8 und der entsprechenden Fläche des Wellenflansches 6. Somit ist gewährleistet, daß auch zwischen diesen beiden Bauteilen keine undichte Stelle, weder radial noch axial auftreten kann.

In Fig. 2 ist der Stator 2 des Spindelmotors 1 dargestellt, in dem wiederum erfindungsgemäß die FPC 8 an seiner Unterseite angeordnet dargestellt ist. Die wesentlichen Bauteile sind dabei die stehende Welle 3, der Isolierkörper 10, die FPC 8 und die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen Kontaktstiften 11 über die Lötverbindungen 12 und die Leiterbahnen 14, welche in der FPC 8 ausgebildet sind, hin zu den statorwicklungsseitigen Lötverbindungen 15 und den elektrisch damit verbundenen Statorwicklungen 5.

In der Darstellung nach Fig. 2 ist die FPC 8 ohne den O-Ring 9 gezeigt, der in einem Einstich des Wellenflansches angeordnet ist.

In der Darstellung nach Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung wiedergegeben, welche den Isolierkörper 10 zeigt, in dem die Kontaktstifte 11 isoliert angeordnet sind. Die Lötverbindungen 12 bilden dabei die Verbindung an die jeweiligen Lötpads auf der FPC 8, die am wellenseitigen Ende der Leiterbahnen 14 ausgebildet sind. Ebenfalls dargestellt sind in dieser Ansicht die beiden Schnittflächen der Klebeschicht 18.

In Fig. 4 ist die Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3 dargestellt. Dabei ist zentral als kreisrunde Darstellung der Teil der FPC 8 ausgebildet, welcher auf dem Isolierkörper 10 bei der Montage zu liegen kommt. In der Mitte dieses kreisrunden Bereiches sind vier Lötpads 16 dargestellt, durch welche die Kontaktstifte 11 hindurchragen, welche mittels der Lötverbindungen 12 die Verbindung zu den Leiterbahnen 14 realisieren. Radial außerhalb dieser inneren kreisrunden Fläche ist eine Ausstanzung in der FPC 8 vorgesehen, welche an der Dichtfläche 13 endet, die die erfindungswesentliche Funktion zur Abdichtung realisiert. Außerhalb dieses Bereichs bildet die FPC eine sichelförmige Fläche, in der sich die statorwicklungsseitigen Lötpads 16 befinden, welche über die Lötverbindungen 15 die Statorwicklungen 5 mit den Leiterbahnen 14 verbinden.

In der Fig. 5 ist eine Unteransicht der Fig. 2 dargestellt, bei der die in Fig. 4 beschriebene FPC die Verbindung zwischen den Kontaktstiften 11 und den Statorwicklungen 5 realisiert, wobei die FPC 8 zusätzlich die erfindungswesentliche Abdichtung mittels ihrer Dichtfläche 13 darstellt. Am äußeren Umfang dieser Darstellung ist dabei an den Blechpaketen 17 die Anordnung der Statorwicklungen 5 dargestellt. Im zentralen Bereich ist der Isolierkörper 10 mit den darin angeordneten Kontaktstiften 11 erkennbar.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es dabei vorgesehen, daß das Dichtelement als elastomere Dichtraupe auf die Dichtfläche 13 aufgespritzt wird.

Zeichnungslegende

1

Spindelmotor

2

Stator

3

Welle

4

Lager

5

Statorwicklung

6

Wellenflansch

7

Rotor

8

FPC

9

O-Ring

10

Isolierkörper

11

Kontaktstift

12

Lötverbindung

13

Dichtfläche

14

Leiterbahn

15

Lötverbindung

16

Lötpad (innen)

17

Blechpaket

18

Klebeschicht

19

Lötpad (außen)

20

Ausstanzung

Claims (7)

1. Spindelmotor für den Antrieb von Festplattenlaufwerken mit dichtender Kontaktierung für die Statorwicklungen, der im wesentlichen aus Stator mit stehender Welle, Wellenflansch, Statorwicklungen, flexibler Leiterplatte (FPC), Isolierkörper, Kontaktstiften und Rotor besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die FPC (8) eine etwa rundumlaufende Dichtfläche (13) aufweist, welche die Gegenfläche für ein elastisches Dichtelement (z. B. ein O-Ring 9) bildet, welches an der Basisplatte anliegt.

2. Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (13) etwa ringförmig ausgebildet ist und an wenigstens einer der beiden Dichtflächen mit einer Klebeschicht (18) versehen ist.

3. Spindelmotor nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (13) jeweils ein rundumlaufendes, gleichmäßiges Niveau ohne Abstufungen ausbildet.

4. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein O-Ring (9) an der der flanschseitigen Anlagefläche gegenüberliegenden Dichtfläche (13) anliegt.

5. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die FPC (8) zentral in ihrer Mitte eine Fläche ausbildet, in welcher Lötverbindungen (12) für den Anschluß der Leiterbahnen (14) an die Kontaktstifte (11) ausgebildet sind.

6. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (14) die Verbindung zwischen den Lötverbindungen (12) und den Lötverbindungen (15) zum Anschluß der jeweiligen Statorwicklung (5) ausbilden.

7. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement als elastomere Dichtraupe auf die Dichtfläche (13) aufgespritzt ist.