【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００１年５月１０日に出願された米国仮出願第６０／２９０、０９３号の利益を主張する。
（発明の分野）
特許請求の範囲に記載の発明は、概してディスクドライブデータ記憶デバイス（disc drive data storage devices）に関し、一層詳しく言えば、対応する数のディスクレコーディング（disc recording）表面に隣接する読取り／書込みヘッドのアレイ（array）を作動させるのに使用されるアクチュエータ（actuator；作動装置）のコイルを支持するのに使用される新規なオーバーモールド（overmold）に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
「ウィンチェスター（Winchester）」型ディスクドライブとして知られているタイプのデータ記憶デバイスは産業界では周知である。これらのディスクドライブは、１つ以上の剛性円板の表面の、円形同心のデータトラックの上にデジタルデータを磁気的に記録する。それらディスクは典型的には、スピンドルモータ（spindle motor）のハブ（hub）に取り付けてあり、回転するようになっている。現世代のディスクドライブにおいて、それらディスクは１００００回転／分までの速度で回転する。
垂直に並べられた読取り／書込みヘッド組立て品又はヘッドであって、アクチュエータ組立て品により制御可能なように配置されている該読取り／書込みヘッドの組立て品又は該ヘッドのアレイによって、データは、ディスクに記録され、且つディスクから取り出される。各々のヘッドは典型的には、空気ベアリングスライダー（slider；摺動体）の上に保持されている、電磁型変換器の読取り要素及び書込み要素を有している。該スライダーは、スピニングディスク（spinning discs）によって持ち込まれた空気の薄層との協同的流体力学的な関係で作用して、ディスク表面に対して近接に一定間隔を置いた関係で各々のヘッドを揚げる。ヘッドとディスクの間の適切な浮遊関係（flying relationship）を維持するために、該ヘッドは、ヘッドのサスペンション（suspensions）又は屈曲部（head flexures）に付着され、また、それらによって支持される。
【０００３】
歴史的に見ると、それらヘッドを配置するのに使用されるアクチュエータ組立て品は、多くの形態をとってきた。現世代の大抵のディスクドライブには、回転式ボイスコイルアクチュエータと呼ばれるタイプのアクチュエータが組み込まれている。典型的な回転式ボイスコイルアクチュエータは、ディスクの外縁に隣接する位置でディスクドライブハウジングベースデッキに固定されている軸ピン（pivot shaft）を備えている。軸ピンは、その中心軸がディスクの回転面の法線となるようなやり方で取り付けられている。アクチュエータベアリングハウジングは、精密なボールベアリング組立て品を配列することによって、軸ピンに取り付けられている。アクチュエータベアリングハウジングは、永久磁石の磁界の中にさらされるコイルを支持する。該永久磁石は、ディスクドライブハウジングベースデッキに取り付けられている。
【０００４】
アクチュエータ組立て品は、中央に配置されるＥ−ブロックをも備えている。コイルに向かい合ったアクチュエータベアリングハウジングの側には、垂直に並び、半径方向に伸びている複数のアクチュエータアームが存在する。それらアクチュエータアームとコイルとは、Ｅ−ブロックに連結されている。屈曲部（flexures）がそれらアクチュエータアームに取り付けられている。電流がコイルに流されるとき、コイルは磁界を生じ、それは永久磁石の磁界と相互に作用して、軸ピン（pivot shaft）の周りにアクチュエータベアリングハウジングを回転させ、それによって、ディスク表面を横切ってヘッドを移動させる。
例えば、ダフィ（Duffy）等に対して１９９３年１１月１６日に発行され本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，２６２，９０７号の明細書に開示される閉ループサーボシステム（closed loop servo system）は典型的には、データトラック（data tracks）に関してヘッド位置を維持するのに使用される。そのようなサーボシステムは、ディスクドライブを製造する間にトラックに書込まれた、サーボデータ領域（servo data field）からのヘッド位置情報を得て、作動のトラックフォローイングモード（track following mode）の間、関連トラック（associated track）の上に選定ヘッドを保持する。
【０００５】
作動の探索モード（seek mode）は、ヘッドを初期トラック（initial track）から離す初期加速（initial acceleration）と、後続の、目的トラック（destination track）に向かってヘッドを減速させることとを包含するが、この探索モードは、サーボシステムによっても制御される。ヘッドの速度が繰返し測定されて速度プロフィールと比較され、ヘッドが目的トラックに向かって移動するとき、コイルに流される電流は通常、現実の速度（actual velocity）とプロフィール速度（profile velocity）の間の差異に比例するという点で、前記の検索作動は典型的には、速度制御が行われる。
産業界において継続している傾向は、絶えず増大しているデータ記憶と転送容量（transfer capabilities）とをディスクドライブに与えることである。この傾向は、検索作動を行うのに必要な時間を最小限に抑える努力につながっている。典型的な検索作動には、初期オーバーヘッド時間であって、その時間の間にディスクドライブがそれの初期作動を果たす該初期オーバーヘッド時間と；検索時間であって、その時間の間にヘッドが目的トラックに移動して該目的トラックの上に止まる該検索時間と；回転待ち時間であって、その時間の間に、ディスクがヘッドに関連して回転しながら、該目的トラック上の特定のセクター（sector）が該ヘッドに到達するまで、該ドライブが待機する該回転待ち時間と；が包含される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
検索作動の加速相と減速相との間、コイルに大きな電流を流すことによって、検索時間は最小限に抑えられてきた。しかし、電流が増大するにつれて、コイルによって熱として放散される電気エネルギーも増大するので、コイルの温度は増大する。コイルの温度が増大するにつれて、コイルの抵抗は増大し且つ制御電流の大きさは制限され、そのことはまた検索時間にも悪影響を与える。加えて、上昇するコイルの温度によって、ボイスコイルモータ（voice coil motor）（ＶＣＭ）を構築する場合に使用される接着剤及び絶縁材料を劣化させることがある。
アクチュエータ・オーバーモールドは、コイルを支持し且つ振動を減少させるために、現行技術のディスクドライブで使用されてきた。アクチュエータ・オーバーモールドは典型的には、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性プラスチック樹脂又は熱硬化性プラスチック樹脂で構成され、アクチュエータ組立て品の一部分の上に形成される。アクチュエータ本体、コイル及び他の部品は典型的には、モールドキャビティ（mold cavity）を有するモールドの内側に組み立てられ配置され、熱可塑性物質がモールドキャビティに注入される。
【０００７】
幾つかのモデルによる検索作動の間に問題が生じた。なぜなら、コイルにより発生した熱によって、コイルが熱くなり膨張するからである。コイルによって発生した熱は、オーバーモールドを加熱する。オーバーモールドも膨張するが、コイルが膨張する速度とは異なる速度で膨張する。検索動作の後に、コイル及びオーバーモールドは収縮する；但し、異なる速度で収縮する。異なる速度で膨張し収縮する結果として、コイルとオーバーモールドの間に応力が発生してしまう。これらの応力は、「ポッピング（popping）」によって突発的に取り除かれる。このポッピングによって、アクチュエータ内で突発的力が内部的に発生する。この力によって、ヘッドは「オフトラック（off track；トラックはずれ）」に移動することがあり、それによって、データの読取りエラー及び書込みエラーが生じる。
【０００８】
異なる膨張率によって生じるそれら応力は、非晶質状態のガラス／鉱物充填済みポリマー樹脂はそれら樹脂の温度がガラス転移温度に到達する時、熱膨張係数が突発的に増大するという事実によって更に激化する。ガラス転移温度は、ポリマー鎖の間の相対運動の初期状態を表わす。該ポリマーがあるやり方で抑圧されるとき、ガラス転移温度によって該ポリマー鎖に内部歪みエネルギーが蓄積される。熱膨張係数のこの変化は、全てのポリマーが結晶質になっていない限り、可逆的である。オーバーモールド材料が冷却される時、温度がガラス転移温度より低くなるならば、蓄積エネルギーは利用可能となり、ポッピングが発生する結果となる。
従って、従来技術のこれらの及び他の限界を克服する、改善されたアクチュエータの設計が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
好ましい具体例によると、熱伝導性且つ電気絶縁性のオーバーモールドは、ディスクドライブ・アクチュエータ組立て品のアクチュエータコイルを包んで保護し且つ支持するために提供される。オーバーモールドは、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化ベリリウム、酸化クロム又はそれらのある組合せで造られたセラミック充填剤化合物と混合されているベース樹脂から造られている。好ましい幾つかの具体例において、ベース樹脂は、液晶ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフェニレンオキシドのような熱可塑性物質である。幾つかの具体例において、オーバーモールド材料は、カップリング剤及び／又はガラス繊維を含有する。
【００１０】
オーバーモールド材料は好ましくは、電気絶縁性であり熱伝導性であるように；しかも、アクチュエータコイルの熱膨張率と実質的に調和して（matches）、ポッピング（popping）（アクチュエータコイルの熱膨張と熱収縮とによって生じる突発的な力）に起因するヘッド位置エラーを減少させる熱膨張率を有するように；選定する。
特許請求の範囲に記載の発明を特徴付けるこれらの及び他の種々の特徴及び利点は、次の詳細な記述を読み、また、関連する諸図面を吟味することによって明らかになるものと思われる。
【００１１】
（詳細な記述）
図１は、本発明の好ましい具体例に従って構成されているディスクドライブ１００の上からの平面図を与える。ベースデッキ１０２及び上蓋１０４（一部切り取り図で示す）は協同して、ディスクドライブ１００のための密封済みハウジングを形成する。スピンドルモータ１０６は、一定の高速度で多数の磁気記録用ディスクを回転させる。
アクチュエータＥブロック１１０は、ディスク表面の近辺に伸びる剛性の多数のアクチュエータアーム（actuator arms）１１２を有する。それらアーム１１２から可とう性サスペンション（suspension；懸垂）組立て品１１４が伸びて、読取り／書込みヘッド１１６のアレイを支持している。アクチュエータ１１０は、ボイスコイルモータ（voice coil motor）（ＶＣＭ）１１９のアクチュエータコイル１１８に電流を流すことによって、旋回心軸で作動する。アクチュエータコイル１１８は、オーバーモールド構造（overmolded structure）（オーバーモールド）１２０として、アクチュエータの中に包まれて保護され該アクチュエータに取り付けられている。
【００１２】
図２は、アクチュエータオーバーモールド１２０の斜視図を一層詳しく示す。オーバーモールド１２０は、コイル１１８内に配置されている内側ボビン部分（inner bobbin portion）１２２と、コイル１１８の外側を取り囲んでいる外側部分１２４とを備えている。内側部分及び外側部分（１２２、１２４）は、図示されるように別々の部材であるか；又は代わりに、一体的に形成されていて、オーバーモールド１２０の部分がコイル１１８を横切って伸びて前記部分（１２２、１２４）を連結するようになっている場合がある。外側部分１２４は、アクチュエータ作動の半径方向限度で（図１に示される）リミットストップ（limit stops）（１３０、１３２）に接触するリミット表面（１２６、１２８）を有する。
外側部分１２４は、アクチュエータ１１０をラッチする（図１に示される）磁気ラッチ（magnetic latch）１３６に噛み合うラッチアーム（latch arm）１３４を更に有している。オーバーモールド１２０の特定の構成は所定の用途の必要条件によって変化することがあるため、図１及び図２に示される具体例は、例証を目的とするものであり、限定しようとするものではないことが理解されるであろう。
【００１３】
オーバーモールド１２０は、セラミック充填剤化合物と混合されているベース樹脂を含有するオーバーモールド材料で造られる。ベース樹脂は好ましくは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；液晶ポリマー（ＬＣＰ）化合物；又は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートを包含する化合物種から選ばれる熱可塑性ポリマー化合物；である。ベース樹脂として使用することのできる他のポリマーには、ポリアミド、ポリフタルアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフェニレンオキシドが包含される。
【００１４】
好ましい具体例において、セラミック充填剤化合物は窒化ホウ素である。もう１つの好ましい具体例において、セラミック充填剤化合物はアルミナ（即ち、酸化アルミニウム）である。他のセラミック充填剤化合物には、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化ベリリウム及び酸化クロムが包含されることがある。セラミック充填剤化合物はまた、上記の諸セラミック充填剤化合物として選定される物の混合物から造ることもできる。セラミック充填剤化合物は好ましくは、オーバーモールド材料の２５〜９０質量％を構成する。ベース樹脂は典型的には、オーバーモールド材料の１０〜７５質量％を構成する。
【００１５】
コイル１１８は、作動中、電流需要が異なることによって生じる加熱と冷却との幾つかのサイクルを受ける。コイル材料、アクチュエータ材料及びオーバーモールド材料は、異なる組成を有する。結果として、これらの異なる部品は、それら部品を異なる速度で膨張させ収縮させる異なる熱膨張係数を有する。このため、オーバーモールド１２０はかなりの量の歪みエネルギーを有する。この歪みエネルギーは、ポッピング（popping）として放出される。ポッピングを効果的に防ぐために、オーバーモールド材料は好ましくは、少なくとも０．４０Ｗ／ｍ−ｏＫの熱伝導率を有し、コイル１１８に電流を流すことによって発生する熱を効果的に放散させ、それによってポッピングを防ぐ。
【００１６】
好ましい幾つかの具体例において、ガラスファイバーをベース樹脂及びセラミック充填剤化合物と混合する。他の好ましい具体例において、オーバーモールド材料は、カップリング剤及び／又は分散剤（本明細書では、カップリング剤と呼ぶ）を含有する。カップリング剤によって、セラミック充填剤化合物が一層好ましく濡れるのが容易となる。カップリング剤は、オーバーモールド材料の溶融粘度を低減するのにも役立ち、また、ベース樹脂とセラミック充填剤化合物の間の付着を改善する。カップリング剤は、当該技術では周知であり、ネオアルコキシ（neoalkoxy）チタネートカップリング剤及びモノアルコキシ（monoalkoxy）チタネートカップリング剤が包含される。カップリング剤は典型的には、オーバーモールド材料の約０．１〜５質量％を構成する。
【発明の効果】
【００１７】
オーバーモールドは、アクチュエータに対する構造的支持と振動の減少とを与える他、コイル１１８から熱を追い出す。この熱は、ディスクドライブのハウジング内を流通する空気の流れに対する対流によって移動する。これによって、コイル及びオーバーモールドの異なる膨張速度によって生じる応力と；ポッピングの発生と；ポッピングによってヘッドがトラックから外れることによって生じる読取り及び書込みのエラー（errors）と；が防止されるか又は減少する。
【実施例１】
【００１８】
試験結果
異なる種類のオーバーモールド材料を有するデイスクドライブからの熱放散を測定するために、幾つかの試験を行った。コイルの温度は、９０秒間の時間の関数として測定した。図３は、経過時間のｘ軸１４０と温度（℃）のｙ軸１４２に対してプロットされた、特定の１−ディスク・ディスクドライブ（one-disc disc drive）のための試験結果を示す。温度曲線１４４によって示される試験に関し、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のベース樹脂は、ガラス２０質量％で充填した。これは、当該技術では既知のタイプのオーバーモールド材料であり、このオーバーモールド材料は、０．３Ｗ／ｍ−oＫの熱伝導率を有する。
【００１９】
曲線１４８は、ＰＰＳベース樹脂（４５質量％）と窒化ホウ素のセラミック化合物充填剤（４０質量％）を含有し、ガラス繊維（１５質量％）を混合したオーバーモールド材料（組成物「Ｃ」）を使用した試験を示す。曲線１４６は、ＰＰＳベース樹脂（４５質量％）と窒化ホウ素のセラミック化合物充填剤（３５質量％）を含有し、ガラス繊維（２０質量％）を混合したオーバーモールド材料（組成物「Ｇ」）を使用した試験を示す。
図３から、試験を行った組成物のうち組成物Ｃと組成物Ｇの両者は、従来技術の組成物よりも著しく優れた結果を与えると言うことができる。
【実施例２】
【００２０】
図４は、上記の組成物で造ったオーバーモールドを使用した２−ディスク・ディスクドライブのための試験結果を示す。温度曲線１５４は従来技術の組成物に関する結果を示し、温度曲線１５８は組成物Ｃに関する結果を示し、また、温度曲線１５６は組成物Ｇに関する結果を示す。前述のように、組成物Ｃは、試験を行った諸組成物のうち最良の結果を与えることが分かった。組成物Ｃと組成物Ｇの両者は、従来技術に比べて著しく良好に予備成形された。更なる諸試験によって、組成物Ｃと組成物Ｇの両者を使用すれば、ポッピングに起因するオフ・トラック（off-track）エラーが著しく減少することが示された。
【００２１】
従って、ディスクドライブ（例えば１００）に熱伝導性且つ電気絶縁性のオーバーモールド（例えば１２０）が与えられる。オーバーモールドは、セラミック充填剤化合物と混合されたベース樹脂から造られる。好ましい幾つかの具体例において、セラミック充填剤化合物は、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化ベリリウム、酸化クロム、又はそれらのある組合せを含有する化合物の群から選ばれる。好ましい幾つかの具体例において、ベース樹脂は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフェニレンオキシドを含有する化合物の群から選ばれる化合物である。好ましい幾つかの具体例において、オーバーモールドはカップリング剤を含有する。オーバーモールド中に熱伝導性物質が存在すると、ポッピングを排除するのに役立つ。なぜなら、そのオーバーモールドは、熱伝導性物質を含有しないオーバーモールドと比べて、一層大きい熱伝達速度でコイルから熱を放散させるからである。
【００２２】
特許請求の範囲の請求項の目的上、用語「オーバーモールド」は、アクチュエータコイル（例えば、１１８）を包んで保護し支持する構造（例えば、１２０）を説明する前記の解説と一致するものと解釈する。オーバーモールドは、コイル内の内側ボビン部分（例えば、１２２）と、該コイルの外側に伸びている外側部分（例えば、１２４）とを有している。用語「包んで保護する（encapsulate）」は、アクチュエータコイルの少なくとも２つの側面を接触した状態で取り囲むことと解釈し、また、アクチュエータコイルの必ずしも全ての側面と接触する必要はない。
特許請求の範囲の請求項の目的上、「第１の手段」によって果たされる、列挙される機能は、ベース樹脂とセラミック充填剤化合物との組成物の、上記に開示される種々の具体例に従って形成されるオーバーモールド１２０によって実施されるものと解釈する。図３及び図４に関連して解説されている従来技術の化合物（例えば、ポリフェニレンサルファイドとガラス繊維との従来技術の組成物）は、列挙される機能を果たさないし、また、特許請求の範囲から明白に排除され、更に、同等品の定義から明白に排除される。
【００２３】
たとえ、本発明の種々の具体例の多数の特徴と利点とが、本発明の種々の具体例の構造及び機能に関する詳細と共に、前記記述の中に開示されていたとしても、この詳細な記述は、単に例証となるものであって、本発明の原理内において、特許請求の範囲の請求項が表現されている用語の広義の一般的意味によって示される範囲の及ぶ限り、とりわけ部品の構造及び配列に関し細部における変形を行うことが可能である。例えば、特定の構成要素は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、オーバーモールドの特定の用途によって異なることがある。
加えて、本明細書に記述される具体例は、ディスクドライブ組立て品のためのオーバーモールドに向けられているものの、当業者は、特許請求の範囲に記載の発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、オーバーモールドを他のデバイスのために使用することができることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好ましい具体例に従って構成されているディスクドライブの平面図である。
【図２】本発明の好ましい具体例によるアクチュエータ組立て品の斜視図である。
【図３】単一ディスクを有するディスクドライブの中のオーバーモールドの熱損失特性を評価する試験の、［時間］対［温度］のプロットである。
【図４】２つのディスクを有するディスクドライブの中のオーバーモールドの熱損失特性を評価する試験の、［時間］対［温度］のプロットである。【Technical field】
[0001]
(Related application)
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 290,093, filed May 10, 2001.
(Field of the Invention)
The claimed invention relates generally to disc drive data storage devices, and more particularly, an array of read / write heads adjacent a corresponding number of disc recording surfaces. A new overmold used to support the coils of an actuator used to actuate the (array).
[Background Art]
[0002]
(Background of the Invention)
Data storage devices of the type known as "Winchester" type disk drives are well known in the industry. These disk drives magnetically record digital data on circular concentric data tracks on the surface of one or more rigid disks. The disks are typically mounted on a hub of a spindle motor and are adapted to rotate. In current generation disk drives, the disks spin at speeds up to 10,000 revolutions / minute.
By means of a vertically aligned read / write head assembly or head array of read / write heads or an array of heads that are controllably arranged by an actuator assembly, data is written to the disk. Recorded and removed from disk. Each head typically has an electromagnetic transducer read and write element, which is held on an air bearing slider. The slider acts in a cooperative hydrodynamic relationship with a thin layer of air brought in by spinning discs to bring each head in close spaced relation to the disc surface. Fry. To maintain a proper flying relationship between the head and the disk, the head is attached to and supported by suspensions or head flexures of the head.
[0003]
Historically, actuator assemblies used to position those heads have taken many forms. Most disk drives of the current generation incorporate a type of actuator called a rotary voice coil actuator. A typical rotary voice coil actuator includes a pivot shaft secured to a disk drive housing base deck at a location adjacent the outer edge of the disk. The shaft pin is mounted in such a way that its central axis is normal to the plane of rotation of the disk. The actuator bearing housing is attached to the axle pin by arranging a precision ball bearing assembly. The actuator bearing housing supports the coil exposed to the magnetic field of the permanent magnet. The permanent magnet is mounted on a disk drive housing base deck.
[0004]
The actuator assembly also includes a centrally located E-block. On the side of the actuator bearing housing facing the coil, there are a plurality of vertically aligned, radially extending actuator arms. The actuator arm and the coil are connected to an E-block. Flexures are attached to the actuator arms. When current is passed through the coil, the coil produces a magnetic field, which interacts with the magnetic field of the permanent magnet to rotate the actuator bearing housing about a pivot shaft, thereby traversing the disk surface Move the head.
For example, the closed loop servo system disclosed in U.S. Pat. No. 5,262,907 issued to Duffy et al. On Nov. 16, 1993 and assigned to the assignee of the present invention. A servo system is typically used to maintain head position with respect to data tracks. Such a servo system obtains head position information from a servo data field written to a track during manufacture of a disk drive, and operates in a track following mode of operation. During this time, the selection head is held on an associated track.
[0005]
The seek mode of operation includes initial acceleration moving the head away from the initial track, and slowing down the head toward a subsequent, destination track. This search mode is also controlled by the servo system. The velocity of the head is repeatedly measured and compared to the velocity profile, and as the head moves toward the target track, the current passed through the coil typically varies between the actual velocity and the profile velocity. The search operation is typically speed controlled in that it is proportional to the difference.
A continuing trend in the industry is to provide disk drives with ever-increasing data storage and transfer capabilities. This trend has led to efforts to minimize the time required to perform search operations. A typical search operation is an initial overhead time, during which time the disk drive performs its initial operation; and a search time, during which time the head moves to the target track. A search time to move to and stop on the target track; a rotation waiting time during which the disk rotates relative to the head while a particular sector on the target track is being rotated. ) Until the drive reaches the head, the rotation waiting time during which the drive waits.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0006]
Search time has been minimized by passing a large current through the coil during the acceleration and deceleration phases of the search operation. However, as the current increases, the electrical energy dissipated as heat by the coil also increases, so the temperature of the coil increases. As the temperature of the coil increases, the resistance of the coil increases and the magnitude of the control current is limited, which also adversely affects the search time. In addition, rising coil temperatures can degrade the adhesives and insulating materials used when constructing voice coil motors (VCMs).
Actuator overmolds have been used in state of the art disk drives to support coils and reduce vibration. The actuator overmold is typically comprised of a liquid crystal polymer (LCP), thermoplastic or thermoset resin, and is formed over a portion of the actuator assembly. The actuator body, coils and other components are typically assembled and placed inside a mold having a mold cavity, and a thermoplastic is injected into the mold cavity.
[0007]
Problems have arisen during search operations with some models. This is because the heat generated by the coil heats and expands the coil. The heat generated by the coil heats the overmold. The overmold also expands, but expands at a different rate than the rate at which the coil expands. After the search operation, the coil and overmold shrink; however, shrink at different rates. As a result of expanding and contracting at different rates, stress is generated between the coil and the overmold. These stresses are suddenly removed by "popping". Due to this popping, a sudden force is internally generated in the actuator. This force may cause the head to move "off track", causing data read and write errors.
[0008]
The stresses caused by the different coefficients of expansion are exacerbated by the fact that the glass / mineral filled polymer resins in the amorphous state have a sudden increase in the coefficient of thermal expansion when their temperature reaches the glass transition temperature. . Glass transition temperature describes the initial state of relative motion between polymer chains. When the polymer is suppressed in some way, the glass transition temperature causes internal strain energy to build up in the polymer chain. This change in the coefficient of thermal expansion is reversible unless all polymers are crystalline. If the temperature drops below the glass transition temperature when the overmold material is cooled, the stored energy becomes available and results in popping.
Therefore, there is a need for an improved actuator design that overcomes these and other limitations of the prior art.
[Means for Solving the Problems]
[0009]
(Summary of the Invention)
According to a preferred embodiment, a thermally conductive and electrically insulating overmold is provided for enclosing, protecting and supporting the actuator coil of the disk drive actuator assembly. The overmold is made from a base resin that is mixed with a ceramic filler compound made of boron nitride, alumina, aluminum nitride, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, beryllium oxide, chromium oxide or some combination thereof. I have. In some preferred embodiments, the base resin is a thermoplastic such as liquid crystal polymer, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphthalamide, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyetheretherketone and polyphenylene oxide. It is. In some embodiments, the overmold material contains a coupling agent and / or glass fibers.
[0010]
The overmold material is preferably electrically insulative and thermally conductive; yet substantially matches the coefficient of thermal expansion of the actuator coil, popping (with the thermal expansion of the actuator coil). Have a coefficient of thermal expansion that reduces head position errors due to sudden forces caused by thermal contraction).
These and various other features and advantages, which characterize the claimed invention, will be apparent from a reading of the following detailed description and a review of the associated drawings.
[0011]
(Detailed description)
FIG. 1 provides a top view of a disk drive 100 constructed in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Base deck 102 and top lid 104 (shown in partial cutaway) cooperate to form a sealed housing for disk drive 100. The spindle motor 106 rotates a number of magnetic recording disks at a constant high speed.
The actuator E block 110 has a number of rigid actuator arms 112 extending near the surface of the disk. Extending from the arms 112 is a flexible suspension assembly 114 that supports an array of read / write heads 116. Actuator 110 operates on a pivot axis by passing current through an actuator coil 118 of a voice coil motor (VCM) 119. The actuator coil 118 is wrapped and protected within the actuator as an overmolded structure (overmolded) 120 and attached to the actuator.
[0012]
FIG. 2 shows a perspective view of the actuator overmold 120 in more detail. The overmold 120 includes an inner bobbin portion 122 disposed within the coil 118 and an outer portion 124 surrounding the outside of the coil 118. The inner and outer portions (122, 124) are separate members as shown; or, alternatively, are integrally formed and a portion of the overmold 120 extends across the coil 118 and The parts (122, 124) may be connected. Outer portion 124 has limit surfaces (126, 128) that contact limit stops (130, 132) (shown in FIG. 1) at a radial limit of actuator actuation.
Outer portion 124 further includes a latch arm 134 that engages a magnetic latch 136 (shown in FIG. 1) that latches actuator 110. The specific configurations shown in FIGS. 1 and 2 are intended to be illustrative and not limiting, as the particular configuration of overmold 120 may vary with the requirements of a given application. It will be appreciated.
[0013]
The overmold 120 is made of an overmold material containing a base resin mixed with a ceramic filler compound. The base resin is preferably a polyphenylene sulfide (PPS); a liquid crystal polymer (LCP) compound; or a thermoplastic polymer compound selected from compound types including polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. Other polymers that can be used as the base resin include polyamide, polyphthalamide, polycarbonate, polyetheretherketone and polyphenylene oxide.
[0014]
In a preferred embodiment, the ceramic filler compound is boron nitride. In another preferred embodiment, the ceramic filler compound is alumina (ie, aluminum oxide). Other ceramic filler compounds may include aluminum nitride, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, beryllium oxide and chromium oxide. The ceramic filler compound can also be made from a mixture of those selected as the ceramic filler compounds described above. The ceramic filler compound preferably comprises from 25 to 90% by weight of the overmold material. The base resin typically makes up 10-75% by weight of the overmold material.
[0015]
In operation, the coil 118 undergoes several cycles of heating and cooling caused by different current demands. The coil material, actuator material and overmold material have different compositions. As a result, these different parts have different coefficients of thermal expansion that cause them to expand and contract at different rates. Thus, overmold 120 has a significant amount of strain energy. This strain energy is emitted as popping. To prevent popping effectively, overmold material preferably has a thermal conductivity of at least 0.40 W / m-o K, thermal effectively dissipating generated by flowing a current to the coil 118, Thereby preventing popping.
[0016]
In some preferred embodiments, glass fibers are mixed with a base resin and a ceramic filler compound. In another preferred embodiment, the overmold material contains a coupling agent and / or a dispersant (referred to herein as a coupling agent). The coupling agent facilitates a more favorable wetting of the ceramic filler compound. The coupling agent also helps reduce the melt viscosity of the overmold material and improves the adhesion between the base resin and the ceramic filler compound. Coupling agents are well known in the art and include neoalkoxy titanate coupling agents and monoalkoxy titanate coupling agents. The coupling agent typically comprises about 0.1-5% by weight of the overmold material.
【The invention's effect】
[0017]
Overmolding provides structural support for the actuator and reduced vibration, as well as driving heat away from the coil 118. This heat is transferred by convection to the flow of air flowing through the housing of the disk drive. This prevents or reduces the stresses caused by the different rates of expansion of the coil and overmold; the occurrence of popping; and the read and write errors caused by popping the head off track.
Embodiment 1
[0018]
Test results Several tests were performed to measure heat dissipation from disk drives with different types of overmold materials. Coil temperature was measured as a function of time for 90 seconds. FIG. 3 shows test results for a particular one-disc disc drive, plotted against the x-axis 140 of elapsed time and the y-axis 142 of temperature (° C.). For the test represented by the temperature curve 144, the polyphenylene sulfide (PPS) base resin was filled with 20% by weight of glass. This is because, in the art known types of overmolded material, the overmolding material has a thermal conductivity of 0.3W / m- o K.
[0019]
Curve 148 shows an overmolded material (composition "C") containing a PPS base resin (45% by mass) and a ceramic compound filler of boron nitride (40% by mass) and mixed with glass fibers (15% by mass). The test used is shown. Curve 146 shows an overmolded material (composition "G") containing PPS base resin (45% by mass) and a ceramic compound filler of boron nitride (35% by mass) and mixed with glass fiber (20% by mass). The test used is shown.
From FIG. 3, it can be said that of the compositions tested, both composition C and composition G give significantly better results than the prior art compositions.
Embodiment 2
[0020]
FIG. 4 shows the test results for a 2-disk disk drive using an overmold made with the above composition. Temperature curve 154 shows the results for the prior art composition, temperature curve 158 shows the results for composition C, and temperature curve 156 shows the results for composition G. As mentioned above, Composition C was found to give the best results among the compositions tested. Both Composition C and Composition G preformed significantly better than the prior art. Further tests have shown that the use of both Composition C and Composition G significantly reduces off-track errors due to popping.
[0021]
Accordingly, the disk drive (eg, 100) is provided with a thermally conductive and electrically insulating overmold (eg, 120). The overmold is made from a base resin mixed with a ceramic filler compound. In some preferred embodiments, the ceramic filler compound is selected from the group of compounds containing boron nitride, alumina, aluminum nitride, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, beryllium oxide, chromium oxide, or some combination thereof. It is. In some preferred embodiments, the base resin is selected from the group of compounds containing polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphthalamide, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyetheretherketone and polyphenylene oxide. Compound. In some preferred embodiments, the overmold contains a coupling agent. The presence of a thermally conductive material in the overmold helps to eliminate popping. This is because the overmold dissipates heat from the coil at a higher heat transfer rate than an overmold that does not contain a thermally conductive material.
[0022]
For the purposes of the appended claims, the term "overmold" is to be construed as consistent with the preceding description describing a structure (e.g., 120) that encloses, protects, and supports an actuator coil (e.g., 118). I do. The overmold has an inner bobbin portion (eg, 122) within the coil and an outer portion (eg, 124) extending outside the coil. The term "encapsulate" is to be interpreted as surrounding at least two sides of the actuator coil in contact, and it is not necessary to contact all sides of the actuator coil.
For the purposes of the appended claims, the recited function, performed by "first means", is in accordance with the various embodiments disclosed above of the composition of the base resin and the ceramic filler compound. Interpretation is to be performed by the overmold 120 that is formed. Prior art compounds (eg, prior art compositions of polyphenylene sulfide and glass fiber) described in connection with FIGS. 3 and 4 do not perform the recited functions and do not claim It is explicitly excluded and further explicitly excluded from the definition of the equivalent.
[0023]
Even though numerous features and advantages of the various embodiments of the present invention have been disclosed in the foregoing description, together with details regarding the structure and function of the various embodiments of the present invention, this detailed description may Which is merely illustrative, and within the principles of the invention, in particular the structure and arrangement of parts, to the extent indicated by the broad general meaning of the terms in which the claims are expressed. It is possible to make variations in detail with respect to. For example, certain components may vary depending on the particular use of the overmold without departing from the spirit and scope of the present invention.
In addition, while the embodiments described herein are directed to overmolding for disk drive assemblies, those skilled in the art will depart from the spirit and scope of the claimed invention. Rather, it will be appreciated that the overmold can be used for other devices.
[Brief description of the drawings]
[0024]
FIG. 1 is a plan view of a disk drive configured in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an actuator assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plot of [time] versus [temperature] for a test evaluating the heat loss characteristics of an overmold in a disk drive having a single disk.
FIG. 4 is a plot of [time] versus [temperature] for a test evaluating the heat loss characteristics of an overmold in a disk drive having two disks.
